井眼轨迹对水平井产能的影响

一般情况下,实际完钻的水平井并不是绝对水平的,井眼轨迹成波浪状起伏。当井筒弯曲程度较大时,采用常规水平井产能公式进行计算会产生较大的误差,因此有必要对这种水平井的产能特征做深入分析。文中将井眼轨迹弯曲的水平井近似认为是由一系列斜直井组成的连续结构,通过在垂直井产能公式中加入井斜拟表皮系数和部分穿透拟表皮系数2项参数修正,建立了各向异性油藏中斜直井的产能公式,并将该公式与Joshi水平井产能公式的计算结果进行了对比,研究了井眼轨迹弯曲对水平井产能的影响规律。结果表明,当地层各向异性较强时,井眼轨迹的弯曲可以克服垂向渗透率低的不利地质因素,保证水平井获得较高的产量,并且此时水平井的产能随着弯曲段倾斜角的增大而增大;当地层各向异性较弱时,井眼轨迹的弯曲会降低水平井的产能。      

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.     

鱼骨型分支水平井钻井技术开发煤层气技术难点分析及技术对策

我国煤层气勘探开发由于普遍采用直井钻井技术，煤层井眼裸露面积小，导致单井产量低，至今未形成工业规模。鱼骨型分支水平井能够充分增大煤层井眼裸露面积，大大提高单井产量，但在井眼稳定和井眼轨迹控制方面存在一系列技术难题，作者通过近年的研究，对煤层气鱼骨型分支水平井钻井井眼稳定和井眼轨迹控制技术难点进行了研究分析，并借鉴国内外石油工业钻井中成熟的技术，结合国内钻井技术水平，提出了井眼稳定和井眼轨迹控制技术方案，同时对煤层气鱼骨型分支水平井技术下步攻关方向进行了阐述。     

断块油田断层附近水平井产能

针对断块油田断层附近水平井产能预测难度较大的问题,采用离散化处理方法建立了断层附近油藏渗流和水平井井筒管流耦合模型,通过实例计算证明了模型的准确性。改变断层与井筒相对位置发现,井筒与断层平行时径向入流剖面呈"U"型分布;井筒距离断层越近产能越低,且产能降低幅度逐渐增大,当井筒紧贴断层时,产能降低为无断层时的一半。井筒与断层垂直时,远离断层端径向流量高于靠近断层端,且距离断层越近,跟趾端差异越明显、产能越低、产能降低幅度越大。断层附近水平井跟端靶点固定时,建议井眼轨迹垂直且远离断层,该情况下单井产能最高。整体上,井筒到断层距离对产能影响较大,井筒与断层夹角对径向入流剖面影响较大,这对断层附近水平井井眼轨迹设计具有一定指导意义。     

水力喷射微小井眼水平井流动耦合模型及影响规律

水力喷射微小井眼水平井可以在储层中快速建立起几十米的流动通道,从而实现"一井多层,一层多眼"开采,被认为是可提高单井产量、降低成本和有效保护油气层的潜力技术。针对微小井眼参数设计的问题,建立了油藏入流和井眼流动耦合的多微小水平井眼产能计算模型,研究了井眼参数对产能的影响规律,并应用正交试验法评价了各参数的敏感性。结果表明,微小井眼水平井产量受井眼参数影响的敏感性强弱顺序依次为分支数目、井眼长度、井眼直径、分支夹角,最主要的影响因素为分支数目和井眼长度。微小井眼水平井井眼参数设计的一般原则是分支夹角不小于90°,各井眼在垂直于主井筒的平面内均布,钻井工艺水平允许的前提下尽量增加分支数目、井眼长度和直径。     

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。      

煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术

为了解决煤层气多分支水平井分支井眼因重入困难、不能下入筛管、无法实现筛管完井的问题,研制了空心结构的筛管完井重入引导工具,优选了煤层气多分支水平井完井方式,给出了分支井眼重入筛管完井施工步骤,形成了煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术。该技术在沁试12平1井的现场试验结果表明,对比重入引导工具与钻进时MWD测得的井眼轨迹数据可判断是否重入成功,筛管能顺利通过筛管完井重入引导工具下至分支井眼,实现分支井眼筛管完井。研究结果表明,煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术,解决了煤层气水平井分支井眼无法重入、不能实现筛管完井的问题。      

存在上凸弯曲的水平井眼中钻柱的屈曲分析

在铅垂平面内水平井眼轨迹为一条上下起伏的波浪线，因此在某一段井眼轨迹会呈现上凸弯曲，受其约束位于其中的钻柱也会存在上凸初弯曲。利用能量法对水平井眼中存在上凸初弯曲钻柱的屈曲问题进行了分析研究，推导出了屈曲载荷的计算公式。公式表明，水平井眼中当钻柱存在上凸初弯曲时其屈曲载荷的大小不仅与钻柱的长度、截面尺寸、材料以及钻柱与井眼之间的间隙等有关，还与钻柱上凸初弯曲的程度有关系，不可忽略其影响。算例分析表明，水平井眼中钻柱存在的上凸初弯曲会使其屈曲载荷减小，上凸初弯曲程度越大，屈曲载荷减小的幅度越大。     

考虑井筒变质量流动的溶解气驱油藏水平井流入动态特性研究

目前,国内外研究学者应用数值模拟方法研究溶解气驱油藏水平井流入动态时未考虑井筒流动的影响,对于高产、小井径水平井会产生较大的计算误差.针对存在的问题,使用Eclipse油藏数值模拟软件中考虑井筒变质量流与油层中渗流耦合的多段井模型,研究了井筒变质量流动对溶解气驱油藏水平井流入动态的影响.模拟结果表明:当油藏压力较高时,不同油藏衰竭程度时水平井无因次IPR曲线基本重合;但当油藏压力较低时,溶解气析出,油相饱和度减少,油相相对渗透率降低,油藏内两相渗流阻力和水平井筒内两相流动阻力增大,水平井无因次IPR曲线上凸趋势迅速增大.     

水平井油气水三相流入动态研究

针对目前流入动态计算方法在计算水平井油气水三相流体产能时存在的问题，基于Petrobras关于垂直井油气水三相流入动态的研究思路，用修正的Cheng方法描述其中的油相流入动态，建立了水平井油气水三相流入动态的计算模型，并分析了水平井井筒变质量流动阻力对水平井流入动态计算的影响。研究结果表明，目前常用的Borisov方法、Giger方法、joshi方法、Renard方法以及Cheng方法在计算水平井油气水三相流入动态时存在较大误差，建议采用该模型计算水平井油气水三相的流入动态。     

水平井套管柱可下入性摩阻计算三维力学模型

水平井井眼轨迹的复杂性导致套管柱在下井过程中的受力非常复杂。由于井斜以及水平段可能使下套管受阻,甚至导致套管柱卡在井眼的弯曲段无法下入,造成水平井完井作业失败。以水平井三维井眼轨迹描述为基础,建立了综合考虑套管柱重力、浮力、摩擦阻力、弯曲应力和接触应力等作用的套管柱下入摩阻计算三维力学模型。在此基础上开展了套管柱可下入性研究,对其下入过程进行分析判断,这对水平井套管柱结构设计以及套管的顺利下入具有重要意义。     

分支井产能预测模型及分支形态优化

海上油田开发受平台空间限制,应用多分支井开发具有明显的技术与经济优势,但是,随着分支数量的增加,准确预测多分支井产能,降低其在油田开发中的风险是非常必要的.由格林函数和源函数,应用叠加原理和镜像反映法,推导了盒状封闭油藏中任意井眼轨迹的油藏渗流模型;根据质量守恒定律和动量守恒定律建立了井筒变质量流动压降模型,并由连续性方程将油藏渗流模型与井筒变质量流动压降模型耦合求解,从而建立了任意井眼轨迹油井产能预测模型,通过该模型分析了分支井分支位置、分支角度和分支对称性对产能的影响,在此基础上对分支形态进行了优化.结果表明,增加分支与主井筒之间的夹角,能够有效降低分支与主井筒间的干扰,但当分支夹角受钻井技术限制时,增加分支长度可提高产能;分支布置在主井筒跟部,并采用非对称分布可有效提高产能.     

多分支水平气井产能预测方法及其应用

多分支水平井能控制更大的储量面积,大幅度地提高油气藏采收率。为此,提出了考虑储层各向异性、断层和实际钻井轨迹影响的多分支水平气井产能预测方法。利用该模型分析了气藏中多分支水平井井型参数(分支长度、分支角度、分支数目)对单井产能的影响。结论表明:分支井筒与主井筒间的干扰以及分支井筒之间的互相干扰是影响多分支水平气井产能的主要因素;在实际应用中应采取4分支以上的分支数目,分支角度应不小于30°,应根据气藏需求选用尽可能大的分支长度。     

顺北油气田超深高温水平井井眼轨迹控制技术

顺北油气田储层埋藏深、井底温度和压力高,导致MWD仪器故障率高,超深高温水平井下部高温井段有时无MWD仪器可用,井眼轨迹控制难度较大。为了降低该油气田超深高温水平井轨迹控制难度并提高钻井效率,对水平井井眼轨道设计与井眼轨迹控制进行一体化规划,将顺北油气田超深高温水平井井眼轨道设计成造斜率“前高后低”的多圆弧轨道,优化钻具组合和钻进参数;对于下部无MWD仪器可用的高温井段,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,以控制井眼轨迹。研究和应用结果表明,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,根据复合钻进井斜角变化率预测结果优化钻具组合和钻进参数,可以解决顺北油气田超深高温水平井下部高温井段无法应用MWD控制井眼轨迹的问题,降低井眼轨迹控制难度,提高钻井效率。     

对称多分支井压力动态及流率分布

多分支井技术是水平井技术的一种延伸,具有广阔的应用前景.在实空间均匀流率解析模型的基础上,利用划分节点的方法,对对称三分支井、对称四分支井、对称六分支井的压力动态及流率分布进行了计算,研究了分支数、无因次总井筒长度以及分支干扰的影响.结果表明,在总井筒长度、总产量与单支水平井相同的情况下,对称多分支井的压力动态出现了与水平井不同的特征.多分支井的流率分布强烈受到分支干扰的影响,分支数越多,井间干扰越严重,流率分布越不均匀,出现了不对称"U"型分布直至单调分布的特征.     

复杂结构井管柱力学模型及动态三维数字井筒

复杂结构井,尤其是煤层气多分支水平井的分支井眼多、井眼轨道局部弯曲段多的特点使得井内管柱作业时所受摩阻、扭矩较大,造成作业困难甚至复杂事故。将二维刚性模型、二维整体模型及三维刚性模型3种刚杆模型进行程序化,并基于能量平衡原理,结合软绳模型及狗腿平面的管柱刚性,推导出刚度力模型,从计算效率及精度上通过对比确定刚度力模型为推荐最优计算模型。基于但不局限于杆管模型,细化并实现动态数字化井筒技术:利用三次样条插值函数及最小二乘法数据拟合进行井眼实际测井数据平滑处理,建立复杂结构井的三维"数学井筒";采用量化色度分级方法,将管柱摩阻、偏磨、井壁破碎及井壁坍塌风险等指标进行等级划分,建立带有指标分级云图的"物理井筒";结合工程需求,考虑井下工具组合及VR处理技术,实现可直接为工程服务的"工程井筒"。"三步"数字井筒技术路线为数字井筒的全面实现提出了可行性方案,所开发的复杂结构井三维数字井筒动态可视化软件平台可为复杂结构井工程提供极大的便利。     

考虑变质量流影响的煤层气水平井数值模拟研究

针对煤层气羽状水平井井身结构的复杂性以及井筒内流体流动特征,建立了考虑井筒摩擦压降、加速度压降及分支流体汇入引起的混合压降影响的煤层气水平井开采数学模型与数值模型。以沁水盆地南部下二叠统山西组3号煤层作为目的层,开展了煤层气水平井开采数值模拟研究。研究结果表明,由于煤层气羽状分支水平井筒变质量流对气、水产量存在影响,导致不同时刻的主支井筒单位长度入流量分布曲线分别呈上凸型和下凹型,且水平井筒指端与跟端之间的压差呈先增加后减少的趋势,故羽状分支水平井筒变质量流在煤层气水平井产能动态评价中不可忽略不计。     

鱼骨状分支水平井井筒流动特征及影响因素分析

应用不稳定渗流理论,得到了鱼骨状分支水平井的压力分布表达式。结合井筒压降模型,建立了鱼骨状多分支水平井油藏渗流的井筒一油藏耦合模型。以胜利油田某区块鱼骨状分支井为例,定量分析了分支点位置、分支夹角、分支长度及分支个数等4个井形参数对鱼骨状井筒流动特征的影响规律。计算结果表明,在分支异侧、非对称、分支点位置靠近主井筒两端、分支角度不小于30°、分支数不少于2支的条件下,鱼骨状水平井的主支单位长度流入剖面更加合理。     

实际井眼中的通井底部钻具组合评价与应用

通井作业是钻完井过程中不可或缺的工序,然而在工程实际中,套管遇阻复杂情况频频发生,暴露出现有通井作业方式的局限性,究其原因,现有的理想刚度匹配法设计的通井底部钻具组合无法反映实际井筒的空间弯曲特征和井筒约束这些重要特征,造成其通井效果不理想。文章基于弯曲变形能原理,考虑实际井眼轨迹、井径及底部钻具组合结构的影响,推导了实际井眼中管柱的弯曲变形能模型,基于实际井眼中通井底部钻具组合与套管弯曲变形能的计算,提出了基于等效刚度的评价方法。理论和现场应用结果表明,利用该方法可以快速评价所用通井底部钻具组合在实际井眼轨迹中的通井效果。     

水平井变质量流与油藏渗流的耦合研究

针对目前对水平井生产时井筒内流体流动研究的现状及不足,对裸眼完井水平井微元段进行了流动分析,根据连续性方程、动量方程和能量方程,推导了混合压降计算公式,得到了井筒压降计算模型.该模型考虑了摩擦、加速度和井筒壁面流入的混合干扰等因素.建立了稳态条件下水平井筒流动和油藏渗流的耦合模型.实例计算和分析了一口水平井的变质量流动规律,与无限导流模型进行了分析对比,说明了井筒压降对井产能的影响.该耦合模型为描述水平井流入动态、评价水平井产能提供了理论依据.