煤层分支水平井井眼稳定性模拟研究

应用分支水平井技术开发煤岩气藏，具有单井产量高、采出程度高、经济效益好的优势。如何保证分支连接处的力学完整性、水力完整性和再进入能力，是煤层分支水平井顺利实施的关键技术。根据煤岩力学性质特征，运用有限元力学理论建立了数值模拟模型，对煤层分支水平井的井眼稳定性进行了分析。结果表明，分支水平井在井眼连接段出现应力集中；分支井眼与主井眼夹角为15°时，随压差的增大该处应力集中更加严重，同时连接井段随着井筒压差的增大有发生失效破坏的可能性。通过对比夹角为60°和15°时的结果得出，夹角增大有利于井眼稳定。该认识对于煤层气井的保护储层钻井、完井和生产设计具有重要意义，可进一步推广应用。     

煤层气鱼骨状分支水平井轨道优化设计

我国的煤层普遍渗透率较低,影响了煤层气开发效果,鱼骨状分支水平井能够有效增大煤层气储层裸露面积、提高煤层气的单井产量,因而近年来被普遍采用。但常规二维轨道设计方法难以满足各分支水平井井眼轨道的设计要求。为此,将各个分支拆分成相对独立的待钻轨道与主井眼轨道,分别加以设计计算--拆分后的井眼轨道可以转化为二维轨道来进行设计;结合鱼骨状分支水平井的特点,建立了分支水平井眼轨道最优化设计模型,并对分支井眼与主井眼的关系进行了分析研究。结果表明：随着井深、造斜率的增加,分支井眼与主井眼的直线夹角增加且分支井眼偏离主井眼的距离是逐渐增大的;在直线夹角一定的情况下,造斜率与井深呈反比关系（造斜率越高所需要的分支井井段越短,造斜率越低则所需要的分支井井段就越长）。     

非对称鱼骨状分支井形态优化模型

利用半解析模型,分析了分支对称性和弯曲程度对鱼骨状分支井产能的影响,并分析了不同分支角度、分支数目和分支间距对鱼骨井产能的影响。结果表明,非对称鱼骨井主井筒对产能的贡献低于对称性鱼骨井,但其分支的贡献率高,而且其总产能高于对称性鱼骨井。分支的弯曲性会导致鱼骨井产能降低;随着分支角度的增大,鱼骨井产能提高,分支井筒末端1/3段的产能贡献率约占整个分支的50%;总分支长度相同时,具有异侧两分支的鱼骨井的产能最高。分支井筒应尽量靠近主井筒中部,且其间距存在一个最优值。     

水平分支井轮采工艺在曹妃甸油田的应用

受平台槽口少、原油采出程度低等因素的影响,渤海油田引入多级分支井钻完井技术,在保留原井眼生产层位的同时,侧钻分支井眼进行开采,结合该类井1个槽口对应2个生产井眼的特殊井筒构造,深入分析主井眼及分支井眼轮换开采的可操作性,研究形成了包括管柱组合、工序操作等配套的分支井轮采工艺,为渤海油田同类井身结构多井眼的轮换开采提供了...     

分支参数对多分支水平井增产效果影响

多分支水平井是增加单井产能的利器,但其增产效果受分支参数(分支长度、分支数目、分支井筒造斜率)影响.针对实际钻井轨迹特点,采用分支井筒在一定造斜率的条件下逐步向外展开的方法对多分支水平井进行建模,研究了分支参数对多分支水平井增产效果的影响.结果表明:主井筒对分支井筒的干扰是影响多分支水平井增产效果的主要原因;分支井筒造斜率越大,多分支水平井增产效果越好.为了达到增产效果,可以采用“长分支、少支数”或“短分支、多支数”的方法.     

密集丛式井上部井段防碰设计关键参数临界值计算分析

井眼轨道整体防碰设计是保障密集丛式井钻井施工安全的关键因素之一,而上部井段井眼轨道设计参数的优选与优化则是降低井眼轨迹碰撞风险的基础。对比分析了国内现行标准对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计的指导作用及适用性。针对密集丛式井整体井眼轨道防碰设计问题,应用实钻井眼轨迹碰撞风险分析的分离系数概念,计算分析了分离系数为1时,密集丛式井上部井段造斜点深度、邻井造斜点深度差、造斜率、造斜方位等4个关键参数的临界值。研究结果表明:井口间距是影响密集丛式井上部井段井眼轨道防碰设计参数取值的关键,井口间距越小,临界造斜点深度、造斜深度差及造斜方位差越小,临界造斜率越大;现行标准所规定的邻井造斜点深度差预留了足够的安全余量,加密调整井防碰设计时可适当减小。     

“三高”气井试井最小测压深度确定方法

“三高”气井现场测试作业过程中压力计无法接近产层中部,关井后井筒温度变化引起测点压力变化,对试井解释带来了较大的干扰。将地层渗流模型与井筒动力模型有机耦合,建立了井筒-气藏耦合的动力学模型。利用该模型研究不稳定试井压力计下入深度对试井解释结果的影响,绘制“三高”气井试井测试压力计最小下入深度图版,提出井口试井测试适应条件。研究表明,压力恢复试井最小测压深度(能反映地层真实渗流特征)主要受气井生产压差控制,其次受关井前生产产量控制;当生产压差大于10 MPa时,井口压力恢复试井即可满足试井解释条件;当生产压差小于10 MPa时,不同气井存在不同的最小测压深度,压力计只有下入最小测压深度以下,才能准确认识地层渗流特征。该方法为“三高”气井不稳定试井测试方案设计提供了参考依据。     

多分支井连接段有限元流固耦合建模与分析

侧钻分支井会对原有地层应力造成扰动,改变2个分支之间连接段的应力分布。以岩石力学为基础,考虑了各向异性的地层应力以及稳态达西渗流的影响,建立了连接段的流固耦合模型。通过对所建模型的计算得出侧钻扰动后连接段附近的应力、位移和渗流场分布规律;采用摩尔-库仑准则图形化了连接段井壁的破坏情况,并且分析了模型中各种几何参数对连接段井壁稳定性的影响。分析结果表明,由所建模型得出的井壁破坏图可以正确地预测井眼周围哪些区域会出现井壁失稳现象;改变分支井眼直径对改善分支井连接段的应力集中作用不大,对连接段的力学稳定性影响很小。     

鱼骨刺井近井地带流动机理实验研究

鱼骨刺井作为多分支井的一种特殊井型,在国内外油田得到广泛应用,而鱼骨刺井井身结构的复杂性增加了该种井型产能评价的难度。基于水电相似原理,采用电解模拟实验方法,针对不同类型的鱼骨刺井进行了近井地带流动机理的实验研究,描述了鱼骨刺井近井地带势的分布,并分析了分支数、分支角度以及分支距主井筒跟端相对距离等井眼结构参数对产能的影响。实验结果表明:鱼骨刺井生产时主井筒生产段与分支井眼生产段存在相互干扰现象;在主井筒生产段长度和分支井眼长度给定的情况下,随着分支数的增加,鱼骨刺井的产能随之增加,但是增加的幅度逐步减缓;分支角度从0°变化到90,°鱼骨刺井的产能随之增加,90°时产能达到最大。     

鱼骨状水平分支井分支初始段的优化设计

随着鱼骨状分支井的应用越来越广泛,对鱼骨状分支井的设计提出了更高的要求。在鱼骨状水平分支井的设计中,分支初始段的形态关系到管柱重入问题、岩屑的堆积问题以及分支井眼与主井眼连接处井眼的稳定性问题,因此,分支初始段设计的合理与否在鱼骨状水平分支井的设计中显得尤为重要。对影响鱼骨状水平分支井分支初始段设计的因素进行了分析,通过对分支初始段长度、配合不同工具面角、造斜率关系进行研究,对分支初始段进行了优化设计,给出了符合实际设计要求的分支初始段长度和所需工具面角的取值范围,以上研究对鱼骨状水平分支井的设计有一定的参考价值。     

Stability Assessment of a Dual-Opposing Well Junction

The enhancement of well drilling and construction techniques during the 1990s helped the multilateral technology to become increasingly viable and conventional. Dual-opposed is one of the configurations of this technology, in which one lateral goes down dip and the second one up dip in the formation. The stability of the dual-opposed junction is a crucial issue and several factors are involved in this matter, including in-situ stress magnitude and distribution as well as laterals trajectories. In this research, this issue is evaluated assuming different circumstances for the previously mentioned factors using FLAC3D numerical code. The Normalized Yielded Zone Area (ratio of surrounding yielded cross-sectional area to initial area of well) is determined to be the criterion for assessing the stability of the junction. For each stress regime, the lowest mud pressure is calculated in different laterals orientations in stable condition. Then, the optimum mud pressure along with the favorable trajectory of laterals is selected. The results show that, generally, by the increase of inclination (i.e., reduction of angle between the two opposed laterals), the junction gets more stable. Also, the direction of σ_H is, in general, the optimum direction in all considered stress regimes.     

3D finite element modelling of multilateral junction wellbore stability

Wellbore failure can occur at different stages of operations. For example, wellbore collapse might happen during drilling and/or during production. The drilling process results in the removal of an already stressed rock material. If the induced stresses near the wellbore exceed the strength of rock, wellbore failure occurs. The production process also changes the effective stresses around the wellbore. Such changes in stresses can be significant for high drawdown pressures and can trigger wellbore failure. In this paper, the Mohr–Coulomb failure criterion with a hyperbolic hardening is used. The model parameters are identified from triaxial compression tests. The numerical simulations of laboratory tests showed that the model can reproduce the mechanical behaviour of sandstone. In addition, the simulations of multilateral junction stability experiments showed that the model was able to reproduce yielding and failure at the multilateral junction for different levels of applied stresses. Finally, a numerical example examining multilateral junction stability in an open borehole during drilling and production is presented. The results illustrate the development of a localized failure zone proximate to the area where two wellbore tracks join, particularly on the side with a sharp approaching angle, which would significantly increase the risk of wellbore collapse at the junction.     

煤层气多分支水平井钻井关键技术研究

在分析中国煤层气藏具有低压、低渗、低饱和、构造煤发育以及非均质性强烈等地质特征的基础上，认为在我国用常规垂直井开发煤层气具有很大的地质局限性，进而提出用多分支水平井来提高煤层气单井产量和采出程度。结合沁水盆地6口成功井的实践，剖析了多分支水平井钻井的地质工作重点以及两井连通、井眼轨迹控制、井壁稳定控制技术等关键环节，指出采用多分支水平井开发煤层气是适合中国煤层气藏地质特点的最佳技术选择。     

致密油水平井出砂机理

大庆油田A致密油试验区10口水平井投产16个月后,就有3口井的砂柱到井口,致密油水平井出砂问题日益突出。通过探讨致密油水平井出砂机理,研究了适合大庆油田的致密油水平井出砂临界压差计算方法。依据出砂临界压差和衰竭开发阶段性渗流特征,建立了致密油水平井防砂方案。通过治理A致密油试验区B水平井出砂问题,并以压力恢复试井资料和生产数据验证了致密油水平井出砂机理。结果表明:含水率升高是致密油水平井出砂的主要原因,含水率升高时,远井地带泥质填充物膨胀堵塞地层,近井地带泥质填充物松动后与裂缝壁面游离砂随流体进入井筒造成出砂;生产压差大于出砂临界压差时将造成裂缝壁面破碎而出砂。致密油水平井采取间歇采油制度并以小于临界生产压差的压差生产后,有效控制了出砂量,延长了油井寿命。     

裸眼系列完井方式对鱼骨井产量的影响

为了给分支水平井完井方案提供理论依据,引进"完井方式"因素,以鱼骨井为例,以一种离散化方法为手段,以裸眼系列完井方式为核心,建立起相应的稳态耦合流动计算模型。通过实例计算绘制出流率分布剖面、流压分布剖面及全井流入动态曲线,并对比了裸眼完井方式下不同完井方法对应的总产量。研究结果表明,鱼骨井内部的渗流干扰对总产量有抑制作用,渗流干扰的强烈程度取决于鱼骨井形态、渗流阻力和开采强度;完井方式对鱼骨井的流率分布和流压分布都有影响,其本质在于完井筛管影响了油藏渗流压降和井筒管流压降,进而改变了模型的耦合结果。在进行方案设计时应综合技术和经济等各方面因素选择完井筛管及其下入模式。     

分支井汇合流动压降计算

随着节约型开发方式的发展以及海洋油气的开发,分支井开发油气资源技术越来越受到人们的重视。分支井开采的一个显著特点是存在分支与主支的汇合,在汇合点处存在汇合流动的局部阻力损失,即汇合流动压降。为此,需要建立汇合流动压降物理及数学流动模型,分析汇合流动局部损失的大小,从而为分支井油气产能分析提供基础。文中采用类比方法建立了三分支井的物理模型;通过流体力学分析,建立了三分支井的等径三通的汇合流动模型和等径斜支管的汇合流动模型;汇合流动压降计算表明,当总的流量小于1000m^3／d,各支管内直径不小于76mm时,无论是等径三通还是等径斜支管,其局部阻力损失都很小,最多为0．01MPa左右,是1000m井深油井重力压力损失的0．13％左右;而在生产压差为6MPa水平段井筒内,局部阻力损失0．01MPa,只有6MPa的0．17％左右。考虑现场的工程实际,可以忽略由于分支汇合流动而造成的局部阻力损失。而且三分支井的分支点处采用普通分叉管时,汇合点处最好采用等径三通连接。     

Borehole stability of multilateral junctions

The oil industry has increased its emphasis on multilateral technology to improve production. This new technology, however, introduces a number of challenges. Junction failure is critical and has resulted in well failures because borehole stability must be maintained to drill and complete these wells successfully.Analytical models that take the junction geometry into account to assess the stability of lateral wellbore branches are presented. The junction is classified into the three following geometries: circular, oval and two adjacent boreholes. A principal conclusion is that any geometry that deviates from a circle leads to less stability. The stability window at the junction itself is smaller than the borehole above or below. Both fracturing and collapse at the multilateral junction are analyzed. A field case is discussed to demonstrate the application of the models.     

鄂尔多斯盆地大牛地气田丛式水平井组开发效果评价

大牛地气田优质储量动用殆尽,剩余未动用储量品位低,直井有效开发难度大。针对致密砂岩储层非均质性强、有效砂体规模小、储量丰度低、单井产量低等一系列问题,水平井在非常规油气开发中具有显著的技术优势,丛式水平井组作为水平井整体开发模式之一,对水平井开发效果起着非常重要的作用。采用数值模拟方法和动态评价方法相结合,对比大牛地气田水平井组各开发阶段压降速率和单位压降产气量,开展气田同层（或异层）二井式、四井式、六井式丛式水平井组开发效果评价。研究表明：采用丛式水平井组开发,保证水平段延伸方向与最大主应力方向夹角大于60°,满足井组间最小距离大于500 m的条件时,同层井组部署以两井式反向为主,异层井组部署可采用两井式、三井式或四井式,可实现“三低”气田的规模效益开发,为鄂尔多斯盆地同类天然气资源量和国内外其它同类型致密低渗边际气田经济有效动用提供借鉴。     

PRODUCTIVITY OF HORIZONTAL AND MULTILATERAL WELLS

This paper introduces a new semi-analytical technique that can be applied to calculate the productivity of vertical, horizontal and multilateral wells. The well location and profile can be arbitrary. The reservoir region containing the well must be homogeneous (isotropic or anisotropic) and it may have constant potential or no-flow outer boundaries. Constant rate, constant bottom hole pressure and a combination of these constraints can be imposed on the wells. It is shown that under certain conditions the well productivity is strongly influenced by the pressure drop in the well and the type of conditions that exist at the reservoir boundaries. For multilateral wells the interaction among laterals can also influence productivity. In many cases, conventional techniques can result in large errors.     

张海39-39Z分支井钻井液技术

张海39-39Z分支井是大港油田第一口真正意上的四级分支井。根据该地区地层特性,综合考虑该井的井身结构、工艺特点、分支井眼工序复杂、保护油气层以及环境保护对钻井液的要求等,结合以往该地区钻井所用钻井液体系应用效果及其现场技术,张海39-39Z分支井在主井眼一开浅地层采用膨润土-聚合物钻井液钻进,二开明化镇组采用聚合物钻井液、进入馆陶组转化为硅基防塌钻井液钻进,主井眼三开及分支井眼均采用有机盐钻井液钻进,较好地满足了分支井不同阶段钻井与其它作业施工要求,钻井液性能稳定,效果明显。该井以合理的流变性能解决了井眼净化问题,以控制合理的有机盐含量和膨润土含量保证了钻井液抑制性、稳定性问题,运用合理的钻井液密度等解决了井壁稳定问题,为今后采用常规钻井液体系及其现场技术完成类似分支井作业提供了借鉴意义。