径向水平井转向器技术的新发展

概括介绍了径向水平井转向器技术的发展历程,在此基础上,指出近年来国内在该领 域研究的新进展,尤其是为适应水力套管开窗扩孔新工艺而开发的新技术,包括半自动找孔技术 以及转向判断技术。并指出转向器有进一步“瘦身”的发展趋势,即将转向器的径向尺寸从600 mm左右降低到500mm左右,可大大降低扩孔成本。     

径向水平井转向器结构有限元分析

径向水平井的生产管通过转向器的过程简单来说，是以生产管及其顶鄙的高压液体为动力（此液压力为系统液压力），生产管在转向器内不断变形、不断送进、不断喷射。这是一个弹、塑性大变形的力学过程，它既具有几何非线性又具有材料非线性，并且是一个复杂的动态过程。一般的有限元分析仅局限于静态的弹性分析，因而无法对生产管通过转向器的过程进行分析。详细介绍了如何应用I—DEAS软件的各种功能对其建模分析，如何应用一系列的静态分析来模拟这一动态过程，从而可以定量计算出生产管通过转向器所需的最小系统液压力（临界液压力）。因而通过分析，改进转向器的滚轮轨迹曲线就可以达到减小临界液压力的目的。     

径向水平井转向器内柔性管力学模型研究

准确预测柔性管在转向器内的受力状况是实现超短半径顺利转向的重要保障,也是转向器轨道设计及施工工艺参数设计的重要依据。在刚杆模型的基础上,考虑了管内流体作用力及柔性管与转向器轨道粘卡力等因素,建立了转向器内柔性管的受力分析模型。同时也考虑了轨道偏差对摩阻系数的影响,对摩阻系数进行了修正。模型采用有限差分方法进行计算,并编制了计算程序。模型计算值与室内试验测量值有一定误差,但误差值仅为4.5%,计算精度在允许的范围之内。建立的模型可以用于预测转向器内柔性管的轴向力。     

采用蚁群算法优化设计径向水平井转向器轨迹

径向水平钻井技术主要包括油气层套管段铣技术、井下大直径扩孔技术、完井技术和水力喷射钻井技术，前三项技术已日趋完善，而喷射技术因为在水平井段较短，达不到预期的深度。为有效地降低转向器对钻柱的阻力，对转向器阻力进行了受力分析，并以钻柱通过转向器发生弯曲变形时，对转向器产生的轴向反作用力为目标函数，在满足转筒与垂直方向的夹角、转向器轨迹最小弯曲半径、矫直转筒对钻柱的矫直偏量等设计变量最佳的条件下，采用蚁群算法对径向水平井转向器轨迹进行了优化设计。仿真结果表明，转向器对钻柱的阻力达到最小，与原设计值相比，转向器阻力减小了46.98%。同遗传算法仿真结果比较，转向器阻力减小了3.17%，蚁群算法仿真结果比遗传算法仿真结果好，符合实际情况。     

径向水平井技术发展及工具特点

径向水平井技术可以向储集层沿径向钻出长达50～100 m的生产流道,有效穿透泥浆污染带,成倍增加泄油面积,以提高油气单井产量。该技术通过转向器实现钻井轨迹由垂直到水平的位置转换,采用螺杆马达带动万向节及铣刀旋转,对油层套管实施开窗,然后下入喷射软管和喷射钻头,利用水力破岩机理,对油层实施喷射钻进。应用结果显示,该水力喷射钻进技术适用于松软地层,对硬地层钻进效果差。国外Max PERF径向钻孔技术,采用半刚性钻杆+金刚石钻头切削破岩钻进方式,对硬地层钻进具有明显优势,是径向水平井技术领域的发展趋势。     

径向水平井转向器轨迹优化设计

为了降低径向水平井转向器对柔性钻柱的阻力 ,对转向器的轨迹参数进行了优化设计。根据经验公式 ,建立了转向器轨迹参数优化设计的数学模型 ,并采用内点惩罚函数法处理和运算 ,得出转向器轨迹最优设计参数 :α =2 5 5° ,R =349 9mm ,δ =- 1 4mm ,对应转向器最小阻力Fz=6 1975kN。考虑到摩擦阻力的存在 ,对阻力公式进行了修正 ,修正系数kz 取 1 5～ 1 8,从而预测出优化后的转向器实际阻力Fsz在 9 2 96 3～ 11 15 5 5kN之间     

径向水平井钻井综合配套技术试验研究

在基础研究方面,介绍了钻杆选材、焊接、试验台架、试验型转向器系统等研究工作;在关键技术研究方面,侧重介绍了Z5型转向器系统的研究、YDZ5型转向器系统的研究、YSZ7型转向器系统的研究、射流钻头研究以及其它综合配套技术研究。以YSZ7型转向器为例介绍了地面综合模拟试验和现场试验,试验结果表明YSZ7型转向器系统及其辅助技术基本成熟,性能优越。今后应努力提高径向水平钻井技术适应性和进行该技术的采油工程技术研究;应该从井下工具技术改进、作业机和压裂车3个方面解决目前施工成本居高不下的问题。     

径向水平钻孔技术研究进展

径向水平钻孔技术在提高原油采收率和煤层气单井产量方面具有潜在的经济效益。综述国内外径向水平钻孔技术的发展现状及最新进展,分析开窗径向水平钻孔工具的特点和原理,包括不扩孔转向系统及微型、高效水力破岩钻头。指出径向水平钻孔技术的发展趋势,为国内的径向水平钻孔装备技术的改进和发展提供参考。     

高压水射流径向水平井钻井技术

介绍了高压水射流径向水平钻井技术的工作原理、系统构成、关键技术及国内外试验应用情况 ,并对目前国内试验中存在的问题进行了讨论。     

新型欠扩孔式径向水平井转向系统设计

针对现有超短半径径向水平钻井技术转向器存在扩孔直径大、成本高的问题,提出新型欠扩孔转向系统的设计方案。这种转向系统主要由圆筒式壳体、定位器、螺旋转套、斜向器和造斜组合钻具等组成。该转向系统主要利用水力的作用和转向器本身所受的支反力使造斜的钻井设备在井下根据要求自行造斜,从而实现随钻造斜的目的,可免去安装前扩孔的复杂过程或只使用常规扩孔工具扩孔,大大提高钻井效率,降低钻井成本。     

径向水平井生产管在内压下直径增长分析

采用爆破测试和有限元软件SAP5 0计算两种方法得到超短半径径向水平井生产管在内压作用下的胀径值并进行了对比。结果表明 :(1)A6 0 6薄壁管比A6 0 6厚壁管胀径值大 ,但两种管不承受弯曲仅承受内压时的胀径值并不大 ,70MPa下的最大值仅为 0 0 2 8mm ;(2 )有限元计算理论胀径值比实测胀径值大 ;(3)两种试验管在内压和弯曲共同作用下的胀径值约为内压直管胀径值的 7～ 10倍 ,说明生产管在内压和弯曲的共同作用下直径急剧膨胀 ,这对于转向器结构设计、调整间隙和制定径向水平井施工方案具有重要意义。     

小钻杆欠扩孔超短半径转向过程仿真研究

为使超短半径水平井技术应用在小扩孔空间内,设计了转向空间在300～450 mm之间的转向轨迹,建立了小钻杆和小型转向轨迹的有限元模型,并对钻杆转向过程进行了有限元仿真模拟。模拟结果表明,钻杆通过滑道时所受阻力随滑道曲率的变化单调增加,阻力的大小受曲率变化及其在滑道中所处位置的影响;钻杆截面变形量由于塑性因素变化具有累加性,在滑道内随曲率变化呈阶段性增加,但最终变形量不影响钻杆性能。     

基于ANSYS5.4的钻杆通过转向器力学分析

阐述了固体力学的有限元理论,分析了钻杆通过水平径向井转向器过程中的受力情况,并根据钻杆的受力特点和计算机硬件条件,对基于ANSYS54的钻杆有限元分析模型作了适当的简化,探求了一种钻杆通过转向器力学分析的近似而省时的计算方法。分析认为,钻杆在从一种轨迹曲线段到另一种曲线段的变形处,应力较大,均达到较强的塑变状态,而在同一轨迹曲线段的中间部位应力相对较小。     

基于ABAQUS的径向井井壁稳定性分析

基于岩石力学相关理论,依据Mohr-Coulomb准则,建立了多分支径向井井壁稳定力学模型,并采用有限元数值模拟方法对力学模型进行了验证,结果表明该模型具有较高的准确度。基于ABAQUS有限元数值模拟,依次研究径向井方位角、地层最大主应力与最小主应力压差(地应力差)、弹性模量、泊松比、径向井孔径等因素对三分支径向井井壁稳定性的影响。研究结果表明:多分支径向井井壁稳定性受地应力差和径向井孔径的影响较大;径向井眼的跟端和中段易存在明显的应力集中,是井眼防塌的关键区域;径向井方位角、弹性模量和泊松比对径向井井壁稳定性的影响较小,在一定范围内径向井井壁处于力学稳定状态。     

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。     

水力喷射径向水平井生产管的工艺评定与检验

在URRS系统施工过程中 ,生产管处于多种变化复杂的应力和变形状态下 ,若出现失稳、渗漏、刺穿和断裂等事故 ,将造成巨大经济损失。为此 ,开展了水力喷射径向水平井用生产管的焊接方法、焊接设备、焊接工艺过程和焊接接头力学性能评定方法的试验研究。通过研究和试验 ,管材基本上实现了国产化 ,与之相匹配的焊接材料、焊接工艺以及质量检测技术已基本配套和规范化 ,形成了一套稳定的、可靠性较高且能完全满足现场工况的施工体系和质量保证体系     

油田用自动加药系统的研制

针对油田地面集输工程和地面注水工程中现行人工加药方法的缺点 ,研制成油田用自动加药系统。该系统采用西门子S7— 2 2 4可编程控制器 (PLC)为控制单元 ,自动检测输油管流量 ,根据流量及设定加药量或浓度值控制计量泵的加药量 ,可适时显示加药量、加药浓度、主流量及累积加药量 ,并设有多种故障报警功能及按键互锁功能。采用新型自动加药系统 ,无需工人值班 ,降低了工人的劳动强度 ,提高了加药精度 ,从而提高了油田生产效率及管理水平。首批自动加药系统已在江苏油田某联合站使用 ,至今已连续运行四个多月 ,用户反映良好