吉林油田浅层大位移阶梯水平井轨道优化设计及应用

论文摘要

近些年来,浅层水平井技术在吉林油田的试验和推广取得了成功,使得地面受限位移在190-600m的浅油藏得到开发,从而为扶余老区稳产、增产和油田上产发挥了积极作用。然而,随着水平井位移的加大以及阶梯轨迹的实施,钻进和下套管作业过程中摩阻特大,出现不能正常导向钻进和下套管困难、甚至套管不能下到预定井深的情况。如何合理设计井眼轨道,克服钻进和下套管中的摩阻等问题,就成为浅层阶梯水平井钻井需要解决的关键技术。针对吉林油田浅层大位移井和阶梯水平井垂深浅、水平段长、全井水平位移大、钻井和下套管过程中摩阻大的特点,在目前常用摩阻扭矩计算模型的基础上,通过附加管柱的刚性力产生的摩阻,建立了适合于大位移井和阶梯水平井摩阻扭矩分析模型以及钻柱和套管柱通过能力分析方法。利用该模型和方法,可以实现不同轨道条件下的钻柱和套管柱的摩阻扭矩分析以及在井眼中的通过能力分析。同时,针对阶梯水平井一井多靶、靶点越多、阶梯段轨道设计复杂的特点,根据靶区靶点间的关联情况和组合方式的不同,建立了5种阶梯段轨道设计的基本模型,并给出了相关的求解及设计方法。利用这5种基本模型,可以方便地设计出任意多个靶点的复杂阶梯水平井阶梯段轨道。在理论研究的基础上,结合吉林油田浅层阶梯水平井一般设计要求及特点,进行了浅层阶梯水平井阶梯段轨道优化设计分析及阶梯段轨道摩阻的影响因素分析。给出了轨道优化设计的原则、步骤、模型和方法,形成了阶梯水平井阶梯段轨道设计技术,能较好地满足阶梯段轨道的优化设计,在同一种钻具组合或完井管柱下能优化出摩阻较小的轨道,为吉林油田浅层阶梯水平井的设计提供技术支撑。为了使垂深更浅、位移更大的浅层大位移水平井套管能够下至井底,除了采取上述工艺技术措施外,设计并加工出可循环加压装置。现场试验表明:该装置密封性及可靠性良好,达到预期效果。根据浅层大位移阶梯水平井轨道优化设计方法,对11口位移垂深之比大于1.8的水平井进行了现场试验,应用结果表明该方法是一套适合吉林油田浅油藏开发的经济适用的技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 水平井钻井技术应用现状
• 1.2.2 待钻轨道设计研究现状及存在的问题
• 1.2.3 摩阻扭矩模型研究现状及存在的问题
• 1.3 本文研究内容及方法
• 第2章 浅层大位移阶梯水平井摩阻扭矩计算方法
• 2.1 摩阻扭矩计算模型的选择
• 2.2 修正的软模型法
• 2.2.1 单元管柱接触正压力的计算
• 2.2.2 摩阻扭矩递推公式
• 2.3 硬模型的纵横弯曲梁法
• 2.3.1 纵横弯曲连续梁模型
• 2.3.2 计算模型的求解
• 第3章 浅层大位移阶梯水平井阶梯段轨道摩阻的影响因素分析
• 3.1 分析方法及基本参数
• 3.1.1 分析方法
• 3.1.2 特征参数变化范围的选定
• 3.1.3 与摩阻计算有关参数的选取
• 3.2 阶梯段轨道摩阻的影响因素及其分析
• 3.2.1 阶梯段轨道存在的条件
• 3.2.2 高差和平移差对阶梯段轨道摩阻的影响
• 3.2.3 造斜率对阶梯段轨道摩阻的影响
• 第4章 浅层大位移阶梯水平井阶梯段轨道优化设计
• 4.1 阶梯段轨道设计模型的描述
• 4.1.1 靶点关联的概念
• 4.1.2 阶梯段轨道设计的基本模型
• 4.2 阶梯段轨道设计方法
• 4.2.1 限定起点井眼方向的两点间轨道设计
• 4.2.2 限定终点井眼方向的两点间轨道设计
• 4.2.3 起点和终点井眼方向均限定的两点间轨道设计
• 4.2.4 三个关联靶点间的轨道设计
• 4.2.5 三个或三个以上无关联靶点间的轨道设计
• 4.3 优化设计的原则
• 4.4 优化设计步骤
• 第5章 现场应用
• 5.1 大位移水平井应用情况
• 5.1.1 扶平13 井应用
• 5.1.2 扶大10 井优化设计实例
• 5.1.3 长平2 井井身结构优化
• 5.1.4 现场试验情况总结
• 5.2 井口加压装置的设计与加工
• 5.2.1 可循环式强制下套管工作原理
• 5.2.2 可循环式强制下套管装置的设计
• 5.2.3 自封式封隔器密封性能试验
• 5.2.4 现场试验过程
• 结论
• 参考文献
• 致谢