超短半径水平井柔性钻具受力分析

超短半径水平井近年来成为边际油藏高效开发的重要措施。通过分析超短半径柔性钻具受力特性,探究柔性钻具在轴向压力、轴向拉力、径向扭矩和径向弯矩不同力学载荷下的形变趋势,为柔性钻具的设计改进提供参考。     

大庆油田超短半径水平井钻井技术

针对超短半径水平井钻井存在的造斜段井眼曲率大于10°/m、常规钻具无法顺利通过大曲率造斜段、筛管完井困难等技术难题,大庆油田成功研制了旋转自封器、Φ139.7 mm导向锚定系统、多功能导向管、高强度柔性钻杆、特制Φ117.5 mm三牙轮钻头等工具,形成了一套较为完善的超短半径水平井钻井技术。该技术采用纯机械造斜原理,不需弯螺杆等动力钻具即可完成3.2 m曲率半径的造斜段施工,造斜能力达到(15°～20°)/m;高强度柔性钻杆的应用确保了井下钻具组合顺利通过大曲率造斜段及水平段的稳斜钻进;并实现Φ117.5 mm井眼防砂筛管完井,满足后续修井作业要求。自2009年以来,大庆油田已完成16口超短半径水平井施工,平均钻井周期12.14 d,平均井眼曲率15.21°/m,中靶率100%。介绍了大庆油田超短半径水平井钻井技术的关键技术研究与现场应用情况。      

基于柔性钻具低成本超短半径老井侧钻技术

为增加单井泄油面积,快速提高单井产量,为后续压裂作业提供优势流道,基于柔性钻具开发了低成本超短半径老井侧钻技术,设计了十字万向节结构柔性钻具,确定了适用于5(1/2)in套管井的柔性钻具结构单元主要参数:外径102 mm,单节长度150 mm,单节弯转角度5°。利用ANSYS有限元软件仿真分析柔性钻具水平钻进情况下的抗扭性能,仿真结果表明:柔性钻具力学性能达到强度要求。超短半径老井侧钻技术现场试验时,完钻最大井斜角87.3°,水平段井斜角波动不足1°,侧钻曲率半径1.8 m,水平钻进距离80.1 m,满足设计要求。侧钻完井后该井产液量由1.2 m~3/d升高至5.3 m~3/d,产油量由0.7 t/d升高至3.1 t/d,井网注采关系得以改善。超短半径侧钻技术的成功研发对油田开发后期挖潜剩余油具有重要意义。     

超短半径水平井钻井技术在注入井解堵中的应用

为解决聚合物注入井的堵塞问题,研究应用了超短半径水平井钻井技术进行解堵。采用大角度锚定斜向器、复合式开修(窗)系统、高强度柔性钻杆与常规钻井设备相结合的技术方法,在设计层位实现曲率半径为3.2 m的高曲率造斜,完成造斜后运用柔性钻杆与多功能导向管进行水平段钻进,钻至设计长度,在堵塞层形成了一个长度为30 m、直径为117.5 mm的井眼,为堵塞区域重新打开注入通道。研究表明,利用超短半径水平井钻井技术来实现解堵增效是可行的,为堵塞区域重新打开注入通道、降低注入压力提供了新的技术支持。      

“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术研究与现场试验

超短半径水平井在油气田老井改造、剩余油挖潜方面作用很大,但常用的柔性钻具超短半径水平井钻井技术存在起下钻周期长、作业成本高的问题。考虑连续管钻井具有钻井效率高、成本低和安全可靠等优点,提出了将连续管与柔性钻具相结合的钻井新思路,并研制了高速和低速大扭矩螺杆、改进了柔性钻具结构、研制了叠加式斜向器和造斜PDC钻头等关键工具,优化了配套施工工艺,初步形成了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术。该技术在江汉油田陵72-5CZ井开展了首次现场试验,成功完成了长30.21 m的超短半径水平分支井眼,平均机械钻速0.8 m/h,实钻井眼轨迹与设计井眼轨道吻合良好,水平段平均稳斜角为88.17°。现场试验结果验证了“连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术的可行性,为剩余油挖潜和低渗油田高效开发提供了一项新技术。     

超短半径水平井柔性壳力学分析及强度评价

柔性壳的强度影响超短半径水平井的钻井成功率,由于柔性壳是开槽的细长形结构,不能采用常用方法评价其强度.建立了分步计算法,并建立了3种曲率造斜段柔性壳整体三维接触非线性有限元模型和单节柔性壳局部模型,得到柔性壳受力变形状态及危险截面.将整体模型中得到的危险截面上的载荷施加到局部模型中,对其进行强度评价,得到3种曲率造斜段柔性壳均能够承受40 kN的轴向载荷.为评价柔性壳的安全性能提供了一种有效的计算方法.     

超短半径辐射分支水平钻井技术在韦5井的应用

为提高产量、完善扩孔和钻进等工艺措施,决定利用辐射分支水平井技术对韦5井进行改造。为确保该井的安全快速完钻,从减小扩眼扭矩防止钻具憋跳入手,研制了单轴牙轮液压伸缩式扩眼器;对转向器系统的高压密封可靠性和钻管再入可靠性等都进行了改进,实现了转向器一次下井可完成尽量多的水平井段的钻进任务;射流钻头采用固定式导流叶轮,在钻头无旋转部件前提下实现射流旋转,通过控制射流旋转程度来满足射流扩展和钻大直径孔眼的需求。钻井结果表明,大直径扩孔和水平钻进工艺有了突破性进展;转向器工具一次下井连续钻出了3个分支井眼。韦5井是国内单井眼长度最长、水平分支井眼数量最多和钻井周期最短的一口井。韦5辐射钻井的成功再次展示了超短半径辐射分支井钻井技术的应用前景和潜力。     

中短半径水平井造斜率与螺杆钻具应力研究

应用非线性有限元法，建立了中短半径水平井螺杆钻具力学模型。分析了不同井眼曲率和不同弯角下120 mm大角度单弯螺杆钻具组合应力分布情况，最大等效应力随着曲率的增加先减小后增大，随着弯角的增大而增大；采用平衡曲率法，对大角度单弯螺杆造斜率进行了计算。确定了螺杆钻具组合极限应力与造斜率的关系， 等效应力线与分界线交点的左侧随井眼曲率增加而减小、等效应力线与分界线交点的右侧随井眼曲率增加而增加。该项研究为中短半径水平井大角度单弯螺杆钻具的安全使用、轨迹控制设及螺杆钻具的改进提供了依据。     

多分支超短半径钻井技术在我国海上油田的首次应用北大核心CSCD

为了进一步有效开发涠洲低渗透储层,提高单井控制储量和产量,提出了采用多分支超短半径钻井技术来提高储层泄油面积的开发方式。针对多分支超短半径井存在的造斜率大于10°/m、常规刚性钻具无法顺利通过高造斜率井段等技术难题,成功研制了φ209 mm斜向器、φ127 mm柔性造斜钻杆、φ144 mm造斜钻头等新型多分支超短半径钻井工具,并配套井身结构设计与分支点选择、井眼轨迹设计与钻井参数控制技术形成了海上油田多分支超短半径钻井技术。现场应用结果表明,本文提出的多分支超短半径钻井技术在不依赖螺杆和旋转导向等工具的条件下可完成曲率半径3 m、造斜率16°/m的造斜作业,钻获产量为配产的3.5倍,为海上低孔渗储层开发提供了新思路。     

煤层气井超短半径自进式水平钻井技术研究

煤层气井超短半径自进式水平钻井技术是在煤层气勘探井内布置机械或水力扩孔装置，对准选定的煤层进行扩孔后下入特制的转向工具在300 mm的曲率半径内实现由垂直转向水平进行钻井。自进式钻头由旋转喷嘴、钻屑整合装置、推力提供装置等组成。自进式钻头带动为其提供高压水动力的特制胶管向前连续钻井。高压水通过高压胶管为自进式钻头提供动力进行钻井，推力及排渣。该技术可以在同一煤层气勘探井内，在不同煤层内完成多个径向水平钻孔。这些径向水平钻孔的形成可以沟通新的瓦斯流动通道，提高煤层气产量。     

超短半径侧钻分支水平井曙1-23-0370CH井设计与施工

曙1-23-0370CH井是辽河油田第1口超短半径侧钻分支水平井,设计、实施的主要目的是运用超短半径侧钻技术恢复老井产能,挖掘大凌河油层潜力.针对油层特点及采油要求对曙1-23-0370CH井井身结构和井眼轨迹、钻进参数、施工步骤等进行了优化设计,设计分支井眼轨迹狗腿度最大为18.62(°)/m,在5.7 m的轨迹长度内实现从开窗到水平钻进.现场严格按照设计要求施工,运用柔性钻具及喷射钻具组合实现造斜段和水平段钻进;运用筛管和喷射钻具同步下入技术实现了钻进和完井一次完成,最终顺利完成了钻探目的.曙1-23-0370CH井的成功设计、实施对超短半径分支侧钻水平井钻井技术在辽河油田的应用具有重要指导意义.     

中原油田超短半径径向水平井技术研究及应用

超短半径径向水平井技术能使老井复活,大幅度提高油井产量和原油采收率,是油田老井改造、油藏挖潜和稳产增产的有效手段之一,尤其适合于薄油层、垂直裂缝、稠油、低渗透等油藏的开发.卫2-径46井是中原油田第一口实现非锻铣套管开窗的超短半径径向水平井,该井面临无施工经验可借鉴、地层存在不确定性等因素,通过对套管开窗、钻水泥环、水力射流钻进等各环节的工艺控制,使得钻井施工得以顺利完成.该井的顺利实施,为油田开采地层剩余油、挖潜增效、提高采收率提供了一条新的技术途径.     

超短半径侧钻水平井选层技术界限研究

通过老井侧钻超短半径水平井挖潜砂体边部、注采不完善区域剩余油具有较好的优势,其目标井位主要针对低产井、停产井、套损井和报废井等。但侧钻后将无法恢复使用,因此,研究超短半径侧钻水平井选井选层技术界限十分必要。以断西试验区为例,通过数值模拟正交设计方案计算,采用多元回归法建立超短半径水平井10年累积产油量与有效厚度、无因次距顶高度、油水井距、平均渗透率、平均剩余油饱和度、水平井开采阶段完善程度的关系式,结果表明,回归公式精度较高,满足矿场计算需求,结合盈亏平衡分析,可确定超短半径水平井选层的主要因素技术界限,从而可优选超短半径水平井侧钻层位。     

茂加6582井双分支超短半径水平井钻完井技术

为了进一步完善超短半径水平井钻完井技术,提高单井产油量,大庆油田设计施工了茂加65-82双分支超短半径水平井。针对2个分支井眼曲率半径不一致导致井眼轨迹控制难度大、分支井眼与窗口密封难度大等技术难点,根据茂加65-82井原井眼情况,对双分支水平井眼的井身结构、井眼轨道进行了优化设计,并在钻头体与导向管之间设计了倾角,以满足造斜要求,顺利完成了曲率半径分别为5.9和3.2 m的上下分支水平井眼,井眼轨迹达到了设计要求。茂加65-82侧钻双分支水平井初期日产油量2.5 t,与原井产油量相比提高了8.3倍,目前日产油量1.0 t,已累计增油380 t。茂加65-82双分支超短半径水平井的顺利钻成为大庆油田剩余油挖潜提供了一种新的技术手段。      

官H2短半径水平井钻井技术

介绍了目前国内陆上第一口短半径水平井的设计与施工情况。总结了该井利用国产动力钻具进行水平段作业的成功经验。探讨了短半径水平井井眼轨迹控制和钻压传递问题，提出了减小井下扭矩和摩阻等对策建议，列举了短半径水平井钻井技术成果，对我国同类井设计与施工具有指导意义。     

扎哈泉致密油水平井钻井技术对策

为提高致密油总体开发效益,青海油田部署了第1口致密油水平井,但钻井周期较长,影响水平井规模开发进程。分析认为该水平井周期长的关键问题是造斜段水平段滑动比例高,机械钻速低,表现在地层较硬、设计造斜率偏高、轨迹不光滑以及定向托压方面。通过技术优化,提出了相关技术对策:每30 m设计造斜率降低至5°以下,保证造斜段滑动比例在70%以下;优化水平段复合钻井稳斜钻具为单弯螺杆双稳定器钻具组合;优选造斜段水平段钻头为5~6刀翼13~16 mm、双排切削齿、平缓曲线冠部形状、小外锥高度、小保径长度以及大后倾角(20°~30°)高效PDC钻头;强化钻井液润滑性,控制直井段每30 m狗腿度在0.5°、水平段每30 m狗腿度在2°以内摩阻扭矩控制措施;提升排量至30 L/s、转速维持在30~40 r/min、提高钻井液动切力和塑性黏度比值至0.5以上等井眼清洁措施。技术对策经现场应用后,造斜段机械钻速提高2.6倍,水平井段机械钻速提高1.0倍,收到了预期效果。     

套管钻井技术现状及发展趋势

为优化生产并实现利润最大化,石油及天然气行业在不断地寻求经济、有效的钻井和油气开采方法。常规钻井方法面临采购成本、检验、操作、运输等诸多作业和经济挑战,更为重要的是底部钻具组合(BHA)更换或钻至总深度时起下钻柱,不仅产生大量的非生产时间,而且引起井眼不稳定和漏失等井控难题。套管钻井已经历了10多年的研发,直到最近几年,该先进技术才得到成功应用,它能在一个钻进过程中同时完成钻井、下套管与固井作业。文中介绍了目前的套管钻井技术及实际应用情况,分析了其优势与局限性,并提出了相应的解决办法,最后对BHA可回收尾管钻井系统的优势、局限性和实用性进行了分析。     

HW903浅层斜直水平井钻井技术

介绍了克拉玛依油田ＨＷ９０３浅层斜直水平井的工程设计及现场施工工艺,并对钻柱优化设计、井眼轨迹控制、技术套管的可下入性及钻柱与井眼的相容性等进行了技术探讨。该井的成功,为推广应用浅层斜直水平井钻井技术奠定了良好的基础。