超短半徑水力水平井工具設(shè)計說明書(共91頁)

1、北京機械工業(yè)學(xué)院（畢業(yè)設(shè)計）PAGE PAGE 94第一章 緒論(xln) 1.1 前言(qin yn)徑向(jn xin)水平井鉆井技術(shù)系統(tǒng)由地面設(shè)備和井下工具系統(tǒng)兩部分組成。地面設(shè)備包括作業(yè)機、壓裂成組設(shè)備、井口裝置 ( 包括井口密封、進液三通 ) 、 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)及地面運動控制裝置等 ; 井下工具系統(tǒng)包括段銑工具、擴孔工具和徑向水平井鉆井工具。段銑工具和擴孔工具是整個作業(yè)工藝中的 重要前期準(zhǔn)備工具。徑向水平井鉆井工具是整個技術(shù)的核心，包括轉(zhuǎn)向器、高壓管柱、鉆桿、鉆頭和 鉆桿運動控制器等。其中轉(zhuǎn)向器又是整個技術(shù)的關(guān)鍵。水力水平鉆井射孔深度一般可達(dá)到820m，井眼尺寸達(dá)70mm以上。采

2、用水力水平鉆井技術(shù)可實現(xiàn)井筒與地層間的有效連通，形成極小轉(zhuǎn)向半徑的微型水平井，有效穿透近井帶污染層;一次下井可在不同深度或同一深度的不同方位完成多次鉆孔作業(yè)，形成多個水平井眼。運用水力水平井技術(shù)的目的是提高油氣藏的采收率以及為油田增產(chǎn)增注服務(wù)，但是由于其成本較高，并不是所有的油田都適用。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 高壓水射流徑向水平鉆井系統(tǒng)說明高壓水射流徑向水平鉆井系統(tǒng)涉及高壓水射流徑向水平鉆井用的特殊設(shè)備 , 尤其是鉆桿超短半徑轉(zhuǎn)向和完全高壓水射流破巖的水平鉆井的專用井下器具及其最佳組合。水平鉆井技術(shù)是目前鉆井行業(yè)的前沿技術(shù)。高壓水射流徑向水平鉆井系統(tǒng)又稱超短半徑水平鉆井技術(shù)，是用來在

3、井下完成超短半徑水平井眼的特殊器具和作業(yè)方法。其基本實現(xiàn)方法是在一口預(yù)備的垂直套管井中 , 用常規(guī)磨銑或段銑的方法切去所需長度的井下套管段 , 接著下入特制的徑向水平鉆井的井下擴孔器 , 將套管段銑位置擴大到所需尺寸 , 形成一個擴孔腔中；然后 , 將高壓水射流徑向水平鉆井系統(tǒng)的專用器具下入套管井眼和這個擴孔腔中 , 進入工作狀態(tài)后 , 地面高壓泵車向本實用新型的工作管柱中注入高壓鉆井液 , 高壓鉆井液驅(qū)動鉆桿即中空無縫鋼管以極短的彎曲半徑通過鉆桿轉(zhuǎn)向器而水平進入地層 , 并從鉆桿前端的鉆頭高速旋轉(zhuǎn)射出而破碎地層巖石 , 實現(xiàn)高壓水射流徑向水平鉆井 , 達(dá)到增大油層裸露面積 , 高效開采地下油

4、礦。高壓水射流徑向水平鉆井(zun jn)技術(shù)可在同一垂直(chuzh)井中的多個井下油礦層(kungcng)位進行高壓水射流徑向水平鉆井作業(yè) , 每個層位可以橫向鉆入多個呈輻射狀的徑向水平井 , 每個徑向水平井長度達(dá)到30 60 米 , 它是老油田增產(chǎn)增收的強有力措施。高壓水射流徑向水平鉆井技術(shù)可解決以下問題 :1. 開發(fā)淺油層、薄油層和低滲透油層 ;2. 鉆開垂直裂縫的油氣藏 ;3. 減少或替代打垂直調(diào)整井 ;4. 減少或避免氣錐水錐現(xiàn)象的產(chǎn)生 ；5. 用于開采地下堿層、鹽層及其他礦藏。2 高壓水射流徑向水平鉆井國內(nèi)外狀況國外徑向水平鉆井技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代末 ,80年代中期投入工

5、業(yè)試驗 ,80年代末期形成 “ 超短半徑徑向井系統(tǒng) ”(URRS ) , 進入商業(yè)應(yīng)用。至 1992 年底 , 已在加拿大和美國等地鉆了1000 多口徑向水平井眼 ; 這些徑向水平井有的是 在垂直井的同一油層中鉆入的 , 有的是在不同油層 中鉆入的 , 每個垂直井中所鉆層位最多達(dá) 5 個 , 每 個層位鉆入的輻射狀徑向水平井最多達(dá) 20 個 , 實現(xiàn)了在多個層次鉆多個輻射狀徑向井的技術(shù)計劃。 對于這些徑向井眼 , 大部分進行了測井和包括裸眼 技術(shù)、柔性防砂管技術(shù)及雙向礫石充填技術(shù)完井。 徑向井眼的長度一般在 846 m, 比垂直井產(chǎn)能提 高 210 倍 , 平均原油增產(chǎn) 24 倍1。20 世紀(jì)

6、 90 年代以來 , 徑向水平井鉆井技術(shù)有了不斷的發(fā)展和完善。 2000年以來的有關(guān)文獻表明 , 美國和加拿大等地區(qū)還在繼續(xù)應(yīng)用和探索徑向水平并鉆井技術(shù)2。在我國 ，徑向水平井鉆井技術(shù)是油井增產(chǎn)的一項強有力的措施，特別適合于低滲透油田的開發(fā)(kif)，對鉆井也有著重要意義。從 20 世紀(jì)(shj) 90 年代(nindi)初開始 ,中國石油 天然氣集團公司 (CNPC) 科技發(fā)展部組織了江漢機械研究所等科研單位 , 對“徑向水平井鉆井綜合配套技術(shù)” 進行了攻關(guān)研究。1.3 水平鉆井技術(shù)系統(tǒng)工作原理 水平徑向鉆井系統(tǒng)的工作原理是：先用磨銑工具和擴孔工具完成擴孔腔的施工后，再下入轉(zhuǎn)向器等井下鉆井工

7、具，并使各工具按規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)就位固定，然后開始水平徑向鉆井。該系統(tǒng)的地面鉆井泵以 913L/S的排量提供壓力為5569MPa的鉆井液，鉆井液經(jīng)井口進液接頭進入高壓管柱內(nèi)，再由位于高壓管柱內(nèi)腔的鉆柱上端開口進入其內(nèi)腔，流向鉆頭，由鉆頭以244277m/s的速度旋轉(zhuǎn)射出破碎巖石，達(dá)到鉆井的目的。在這個過程中，水力起到兩個方面的作用：1.噴射切割地層；2.驅(qū)動鉆柱運動并使之穿過轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)由垂直向水平方向轉(zhuǎn)向而進入地層。水平鉆井技術(shù)的主要特點和應(yīng)用徑向水平鉆井技術(shù)的主要特點是：鉆桿以極短的彎曲半徑（約0.3m）通過轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)從垂直方向到水平方向的轉(zhuǎn)向；鉆進為完全的高壓水射流破巖和液壓推動技術(shù)；徑向水

8、平井從已下入套管的垂直井眼中鉆入，并可在井下一個層位和多個(du )層位布置多個輻射狀的徑向水平井眼；鉆管為高強度，高韌性的電阻焊接管或無縫鋼管，并可在彈塑料(slio)狀態(tài)下工作；具有比較(bjio)特殊的測井和完井技術(shù)。水平徑向井可以在以下幾個方面得到應(yīng)用：開采淺油層和薄油層；橫向鉆開垂直油藏裂縫；高效開發(fā)低滲透油藏和壓力竭油藏；與熱采技術(shù)結(jié)合，開采稠油地層；減少或避免氣錐和水錐現(xiàn)象的產(chǎn)生；替代打調(diào)整井，加密井；用于其他礦藏的開發(fā)。 第二章 水平井工具的分析2.1 引言超短半徑徑向鉆井系統(tǒng)的基本原理是在一鉆好的垂直井中完成擴孔工藝后，下入徑向水平井鉆井工具系統(tǒng)，地面壓裂車向系統(tǒng)中泵入高壓鉆

9、井液，由此產(chǎn)生的高壓液力驅(qū)動鉆桿以極短的彎曲半徑（約0.3米）通過井下轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)從垂直方向到水平方向的轉(zhuǎn)向，同時，高壓鉆井液由鉆桿前端的鉆頭高速射出，破碎巖石。主要技術(shù)參數(shù)：鍛銑擴孔尺寸：660mm2500mm以上工作壓力： 55MPa左右排量：913L/S徑向水平井噴射鉆井深度：820m 徑向水平(shupng)井眼尺寸：70mm以上(yshng)。鉆桿(zun n)通過轉(zhuǎn)向器的受力分析水平徑向鉆井系統(tǒng)的工作原理是：先用磨銑工具和擴孔工具完成擴孔腔的施工后，再下入轉(zhuǎn)向器等井下鉆井工具，并使各工具按規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)就位固定，然后開始水平徑向鉆井。該系統(tǒng)的地面鉆井泵以 913L/S的排量提供壓力為

10、5569MPa的鉆井液，鉆井液經(jīng)井口進液接頭進入高壓管柱內(nèi)，再由位于高壓管柱內(nèi)腔的鉆柱上端開口進入其內(nèi)腔，流向鉆頭，由鉆頭以244277m/s的速度旋轉(zhuǎn)射出破碎巖石，達(dá)到鉆井的目的。在這個過程中，水力起到兩個方面的作用：1.噴射切割地層；2.驅(qū)動鉆柱運動并使之穿過轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)由垂直向水平方向轉(zhuǎn)向而進入地層。水力切割地層主要通過水力噴射鉆頭加速鉆井液和旋轉(zhuǎn)鉆井液完成的；驅(qū)動鉆柱則是依靠作用在鉆柱上端和下端的靜液壓力。上端和下端的靜液壓力可大致地理解為：在鉆柱上端，作用在其內(nèi)徑和外徑之間的環(huán)形面積上的液壓力可產(chǎn)生一個推動鉆柱前進的推力；在鉆柱下端，作用在鉆桿內(nèi)徑與鉆頭孔徑間的環(huán)形面積上的液壓力則產(chǎn)生

11、一個相對上端鉆柱的拉力。一般情況下，拉力的大小約為推力的兩倍。鉆柱受力分析鉆柱受力為：鉆井液作用在鉆柱上端的推力P1和作用在鉆柱下端的拉力P2；鋼絲繩對鉆柱的拉力T；轉(zhuǎn)向器對鉆柱的總阻力N，它在X方向和Y方向上的分力分別為NX和NY；徑向井眼對鉆柱的阻力為R；井下密封對鉆柱的摩擦阻力R1。將受力模型作進一步簡化，同時不考慮轉(zhuǎn)向器滾輪對鉆柱的摩擦力，可進一步明確鉆柱各受力之間的關(guān)系。鉆柱受三個力的作用：液壓驅(qū)動P（P=P1+P2）；轉(zhuǎn)向器對鉆柱的支反力N（N=NX+NY）；徑向井眼對鉆柱總阻力R。系統(tǒng)平衡時，P=NY，R=NX。當(dāng)徑向井眼阻力R增大時，NX必然增大，由于轉(zhuǎn)向器支反力方向始終為滾輪

12、與鉆柱接觸點輪弧法線方向，故NX的增大必然引起NY增大，從而導(dǎo)致對液壓驅(qū)動力P的需求增大。對轉(zhuǎn)向器入口(r ku)上段鉆柱進行研究，設(shè)其上端受壓力P，作用，下端(xi dun)受阻力N，作用(zuyng)，則P，=P1-T （1）N，=NY+R1-P2 （2）鉆柱工作時要求P，=N， Plj （3）由于徑向水平井轉(zhuǎn)向器以上一段鉆柱的長度與所設(shè)計的徑向井長度基本相等，而鉆柱本身截面積較小，故所討論的壓桿為細(xì)長桿。根據(jù)歐拉公式，臨界壓力為Plj= （4）式中 I截面慣性矩，d和D分別為鉆柱內(nèi)徑和外徑；E材料的彈性模量；u長度系數(shù)；L桿長?，F(xiàn)以實例說明鉆柱的穩(wěn)定性。假設(shè)系統(tǒng)的液壓力為60MPa，鉆柱

13、為323無縫鋼管，設(shè)壓桿為一端固定，一端鉸接桿，則u=0.7,取L=5000，E=2.1105MPa，那么，可計算出Plj=4.91kN,而鉆柱上端推力P1=16.4kN。由式（1）知，若不嚴(yán)格控制T的大小，P，很容易超出Plj，導(dǎo)致鉆柱失穩(wěn)而無法工作。鉆柱L較長時，由式（4）知，臨界壓力Plj會較小，所以應(yīng)慎重使用推力作動力。若要鉆柱安全地工作，鉆柱應(yīng)為拉桿。徑向水平井轉(zhuǎn)向器軌跡優(yōu)化設(shè)計為了降低徑向水平井轉(zhuǎn)向器對柔性鉆柱的阻力,對轉(zhuǎn)向器的軌跡參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗公式,建立了轉(zhuǎn)向器軌跡參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型,并采用內(nèi)點懲罰(chngf)函數(shù)法處理和運算,得出轉(zhuǎn)向器軌跡最優(yōu)設(shè)計參數(shù):=2

14、5.5,=349.9,=-1.4,對應(yīng)(duyng)轉(zhuǎn)向器最小阻力 =6.1975?？紤](kol)到摩擦阻力的存在,對阻力公式進行了修正, 修正系數(shù)取 1.51.8, 從而預(yù)測出優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向器實際阻力在9.296311.1555之間。通過基于5.4的數(shù)值模擬試驗方法,對鉆柱通過不同軌跡的轉(zhuǎn)向器做受力計算,最后由回歸分析法得出了轉(zhuǎn)向器阻力與轉(zhuǎn)向器軌跡參數(shù)之間的關(guān)系=11.4231+ 0.32911- 3.06382+2.00683+0.315112-0.499113-0.407623+1.22251+1.50652+2.17033 (1)其中1=0.125- 3.5 2=0.01- 3 3=0.

15、333 (2) 1=0.0156252-0.875+11.52 2=0.00012-0.06+8.27 3=0.1111112-0.73 (3)式中轉(zhuǎn)筒與垂直方向的夾角,取值范圍: 2036;轉(zhuǎn)向器軌跡最小彎曲半徑,取值范圍:200350;矯直轉(zhuǎn)筒對鉆柱的矯直偏量,取值范圍:-33。由經(jīng)驗公式(1)(3)可知,轉(zhuǎn)向器軌跡優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的設(shè)計變量有3個:、; 目標(biāo)函數(shù)()即為轉(zhuǎn)向器阻力; 約束條件來源于3個變量的取值范圍,共有6個。將式(2)、(3)代入式(1),整理后得出下面經(jīng)驗公式:=0.01912+0.0001512+0.24112+0.000394-0.001357-0.0208-1.

16、1468-0.132+1.6572+47.7289 (4)根據(jù)優(yōu)化設(shè)計2要求,建立如下數(shù)學(xué)模型。設(shè)計變量=123 =目標(biāo)(mbio)函數(shù)min()=0.019112+0.00015122+0.241132+ 0.00039412-0.00135723-0.020813-1.14681-0.1322+ 1.65723+47.7289 (5)設(shè)計(shj)約束:1()=1-2002()=36-103()=2-20004()=350-205()=3+306()=3-301 優(yōu)化方法(fngf)的選擇從式(5)可以看出,目標(biāo)函數(shù)為多變量非線性函數(shù),且為不等式約束,因此選取內(nèi)點懲罰函數(shù)法來求解這個問題。

17、其懲罰函數(shù)為(,()=()+()() (6)2 初始點(0)的選擇根據(jù)內(nèi)點法的要求,初始點(0)應(yīng)嚴(yán)格滿足設(shè)計約束條件。根據(jù)轉(zhuǎn)向器的實際應(yīng)用情況及設(shè)計經(jīng)驗,選取初始點 (0)= 28, 300, 0 。取初始懲罰因子(1)=8;取滿足所有約束條件的初始可行點為 (0)= 28, 300, 0 ;遞減系數(shù)=0 .1;收斂精度=10-6。(2) 用無約束最優(yōu)化方法求min(,()的極值點()。(3) 檢驗終止準(zhǔn)則。如果滿足 (-1)- (),則停止迭代計算,得最優(yōu)點 = (),否則轉(zhuǎn)入下一步。(4) 取(+1)=(), (0)= (),=+1,轉(zhuǎn)向第(2)步。（5）優(yōu)化結(jié)果通過用編程運算,得最優(yōu)解

18、為: = 25.5, 349.9, -1.4 , ( )=6.1975。轉(zhuǎn)向器阻力公式的修正轉(zhuǎn)向器的實際阻力要比式(4)計算出的阻力大,這是由于(yuy)式(4)不包含轉(zhuǎn)向器與鉆柱間產(chǎn)生的摩擦阻力。設(shè)轉(zhuǎn)向器的實際(shj)阻力為,則 =+ (8)式中轉(zhuǎn)向器與鉆柱之間產(chǎn)生(chnshng)的摩擦阻力。為了進一步弄清與之間的關(guān)系,令 = (9)式中阻力修正系數(shù)。經(jīng)理論分析和反復(fù)試驗,可取=1.51.8。根據(jù)式(8),由于=6.1975,則轉(zhuǎn)向器優(yōu)化后的實際阻力在9.296311.1555之間。2.4 鉆桿通過轉(zhuǎn)向器力學(xué)分析1.材料特性根據(jù)鉆桿出廠性能測試報告，鉆桿材料的屈服值為=395400 ,=

19、535555,選擇變形體的模型為彈性線性強化模型,取=400,=560,彈性模量=2.1105;泊松比=0.3;密度=7.8103 kg/3。2.實體模型的建立選擇solid45單元(六面體單元)為鉆桿的變形單元,在建模時,還會用到solid42單元(四邊形單元)作為輔助單元。首先按照轉(zhuǎn)向器的軌跡參數(shù)1、1、和2在中創(chuàng)造轉(zhuǎn)向軌跡線,再在軌跡線上端作出生產(chǎn)管的頂部環(huán)形面,選擇solid42單元將環(huán)形面劃分成若干平面四邊形單元,再選定solid45單元,設(shè)置單元尺寸大小,=30,用Extrude命令將solid42單元沿轉(zhuǎn)向軌跡線拉伸,即獲得所要分析鉆桿的實體單元。3.邊界條件的處理將轉(zhuǎn)向器的各個

20、滾輪轉(zhuǎn)化為加在鉆桿上的約束,約束的方向為鉆桿上所加結(jié)點的法向方向,在鉆桿的豎直段和水平段也加上適當(dāng)?shù)募s束。為防止鉆桿失穩(wěn),模擬實際工況,在軸方向也加有少量約束。在鉆桿上端平面的邊界上選擇間隔90的8個節(jié)點(既兼顧數(shù)據(jù)處理量,又不失計算精度)的軸方向上施加位移載荷,并使、方向的位移載荷為零。為了使問題簡化,實際工況中的鉆桿未加內(nèi)壓,但所加的位移載荷計算獲得的力則可折合成鉆桿內(nèi)壓。4.解算在Solution下,選擇Static分析類型,選擇大變形分析模式,打開(d ki)自動時間控制步長,并設(shè)置適當(dāng)?shù)妮d荷子步。在非線性分析選項中,選擇合適的收斂準(zhǔn)則,選擇最大平衡迭代步為25;打開adaptive幫

21、助收斂,同時采用全量Newton-Raphason迭代法求解。打開Stress Stiffening Effects。其它均為缺省狀態(tài),如采用斜坡加載的方式(fngsh)加載,采用Frontal Solver求解。第三章 設(shè)備設(shè)計中的計算(j sun)3.1 兩位四通閥處彈簧的設(shè)計計算1原始資料 該處彈簧的作用為控制閥的移動。由要求可知兩位四通閥在大于55MPa時換向。設(shè)定工作壓力為55MPa開始換向,在70 MPa時完成換向,彈簧的中徑D2=40，則可知彈簧受力為: 設(shè)定(sh dn)閥端直徑d1=10 mm（見裝配圖）2設(shè)計(shj)計算a選擇材料(cilio)和許用應(yīng)力: 屬I類彈簧,材

22、料選用4Cr13，由表30.2-4查得 EQ EQ : p=441MPa， G=75.5GPa。 b求彈簧鋼絲直徑: 按式30.2-6 查圖30.2-4得c=3.8，d= EQ F(D2,c) = EQ =10.5mmc求有效圈數(shù): 按式(30.2-5) 按式(30.2-6) .37圈 取n=30圈。d計算其余尺寸參數(shù): 總?cè)?shù)n1=n2=30+2=32圈 工作載荷下的變形量 ， 壓并載荷(zi h)及壓并變形量,根據(jù)彈簧(tnhung)工作區(qū)應(yīng)在全變形量的2080%的條件(tiojin),取f2=0.6fb 則fb= =155mm，F(xiàn)b= EQ =9158N 其中f1=f2=0.780.6

23、fb=0.47fb 表明f1、f2均滿足工作區(qū)的條件。壓并高度: Hb=(n1-0.5)d=（32-0.5)d=330mm自由高度: H0=Hb+fb=330+155=485mm節(jié)距: p= EQ EQ F(H0-1.5d,n) =15.6mm螺旋角: tan,=7 滿足59的要求展開長度: mm3驗算:1)強度驗算疲勞強度安全系數(shù)由式30.2-10 1.7由表30.2-11取N=10 EQ S(7) ，此時，MPa。當(dāng)C=3.8時， =0.92 211.1 351.8 =1.71Sp=1.7 滿足條件靜強度(qingd)安全系數(shù)由式30.2-11 1.7查機械設(shè)計手冊(shuc)第三篇第二章

24、 MPa則 =2.09Sp=1.7 滿足條件2)共振(gngzhn)驗算按式30.2-14 而 滿足條件。3.2 牙嵌裝置的設(shè)計計算1原始(yunsh)資料 牙嵌裝置位于螺母塊的下方，噴射時在壓力作用下螺母塊與固定的牙嵌壓緊，使螺母塊亦固定，從而使絲杠在通過螺母時能形成自轉(zhuǎn)，達(dá)到旋轉(zhuǎn)噴射的目的。軟管回收時螺母在絲杠的帶動下離開牙嵌，從而使回收的速度加快，節(jié)省操作(cozu)時間。 出于對強度(qingd)的考慮牙嵌的材料選用40Cr。牙嵌裝置的大徑D36mm，小徑d20mm，中徑Dm=29mm。采用十齒三角形牙。設(shè)噴射時牙嵌所受壓力=500N取材料的許用應(yīng)力 2設(shè)計計算a最大轉(zhuǎn)距: 根據(jù)式29

25、.7-1 b牙嵌裝置的結(jié)合力和脫開力：一般可取u1=0.150.17，p=5。根據(jù)式29.7-2 其結(jié)合力F=273.8N 其脫開力F=2.7N 所以(suy)滿足設(shè)備所需條件。c牙嵌裝置(zhungzh)的自鎖條件: 根據(jù)(gnj)式29.7-3 其中P=5， u=tanP=0.08 即 tan =16.94 所以自鎖的條件為16.94,這里取8d牙嵌工作表面的壓力條件計算: 根據(jù)式29.7-4 靜結(jié)合時，取 EQ S(2) =298tan8=32.6 所以條件滿足。e牙嵌根彎曲強度條件(tiojin)計算: 設(shè)定(sh dn) f牙嵌根彎曲(wnq)強度: 所以條件滿足。 3.3 檢測裝置

26、處彈簧的設(shè)計計算1原始資料: 檢測裝置位于軟管的端部，當(dāng)軟管伸出到一定長度時自動泄荷,使地面可知射孔以結(jié)束。該處彈簧主要用于控制泄荷塊的移動。未泄荷時彈簧受力為F1=10N，泄荷時彈簧受力為F2=30N，變形長度為H2=10mm，彈簧中徑D2=13mm。2設(shè)計計算:選擇(xunz)材料和許用應(yīng)力: 屬I類彈簧(tnhung),材料(cilio)選用4Cr13，由表30.2-4 查得 EQ EQ p=441MPa，G=75.5GPa。a求彈簧鋼絲直徑: 按式30.2-6 查圖30.2-4得c=9.8，d= EQ F(D2,c) = EQ =1.3mmb求有效圈數(shù): 按式(30.2-5) 按式(3

27、0.2-6) 6.13圈 取n=6圈。c計算其余尺寸參數(shù): 總?cè)?shù)n1=n2=6+2=8圈 工作載荷下的變形量 ， 壓并載荷(zi h)及壓并變形量,根據(jù)(gnj)彈簧工作區(qū)應(yīng)在全變形量的20 80%的條件(tiojin),取f2=0.65fb， 則fb= EQ F(f2,0.65) = EQ =23mm，F(xiàn)b= EQ EQ F(F2,0.65) = =46 N 其中f1= EQ f2= 0.330.65 fb=0.22fb 表明f1、f2均滿足工作區(qū)的條件。壓并高度: Hb=(n1-0.5)d=（8-0.5)d=9.75mm自由高度: H0=Hb+fb=9.75+23=32.75mm節(jié)距:

28、p= EQ EQ F(H0-1.5d,n) = 3.85mm螺旋角: tan,=5.39 =滿足59的要求展開長度: mm3驗算:1)穩(wěn)定性驗算 高徑比=2.53.7，滿足要求2)強度驗算 疲勞強度安全系數(shù)(nqun xsh)由式30.2-10 1.7 由表30.2-11取N=10 EQ S(7) ，此時(c sh)，MPa。 當(dāng)C=9.8時， =0.97 146.3 438.7 =1.35Sp=1.3 滿足條件 靜強度(qingd)安全系數(shù)由式30.2-11 1.7 查機械設(shè)計手冊第三篇第二章 MPa 則 =1.67Sp=1.3 滿足條件3)共振驗算 按式30.2-14 而 滿足條件。第四章

29、 徑向水平鉆井(zun jn)綜合技術(shù)研究4.1 引言(ynyn)從發(fā)展現(xiàn)狀、基礎(chǔ)研究(ynji)、關(guān)鍵技術(shù)、研究試驗幾個方面介紹了徑向水平鉆井技術(shù)的研究狀況。在基礎(chǔ)研究方面 ,介紹了鉆桿選材、焊接、試驗臺架、試驗型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)等研究工作；在關(guān)鍵技術(shù)研究方面 , 側(cè)重介紹了Z5型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的研究、YDZ5型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的研究、 YSZ7 型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的研究、射流鉆頭研究、其它綜合配套技術(shù)研究。以YSZ7型轉(zhuǎn)向器為例簡單地介紹了地面綜合模擬試驗和現(xiàn)場試驗 ,并對試驗過程和結(jié)果進行了分析,認(rèn)為YSZ7型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)及其輔助技術(shù)基本成熟 ,性能優(yōu)越。文章最后指出，今后應(yīng)努力提高徑向水平鉆井技術(shù)適應(yīng)性和進行

30、該技術(shù)的采油工程技術(shù)研究；同時，應(yīng)該從井下工具技術(shù)改進、作業(yè)機和壓裂車三個方面解決目前施工成本居高不下的問題。4.2 徑向水平鉆井技術(shù)基礎(chǔ)研究（1）鉆桿的選材 徑向水平井鉆井用鉆桿是一種特殊鉆桿 ,它需要經(jīng)過 0.3 m 的彎曲半徑進行轉(zhuǎn)向 ,內(nèi)部需承受約 70 MPa 高壓 ,筆者在對國外徑向水平井用 ASTM 一 A606 電阻焊接鉆桿進行研究與分析的基礎(chǔ)上 ,對國產(chǎn) 6 種不同鋼管進行了廣泛的 調(diào)研和 試 驗分析 , 優(yōu)選出32*3mm 無縫鋼管作為徑向水平井的鉆 桿。通過 100 MPa 水壓試驗和在 55 MPa 系統(tǒng)壓力下 , 通過轉(zhuǎn)向器 7 次以上試驗表明 , 所選鉆桿滿足 徑向

31、水平井鉆井要求。（2）鉆桿(zun n)、鉆頭焊接國產(chǎn)(guchn)無縫鋼管單根長度 59 m, 而徑向(jn xin)水平井鉆井用鉆桿長 203O m, 江漢機械研究所委托 西安石油學(xué)院開展了鉆桿的對焊接技術(shù)研究 , 采用了鎢極氬弧焊 (TIG) 方法 , 單面焊接雙面成型工 藝 , 以及 TIG 打底、填絲 , 小線能量多層焊并依次 減少熱輸入的焊接工藝 , 完成管對管的焊接 。經(jīng)性能測試結(jié)果表明 , 焊接鉆桿 , 內(nèi)通徑 95%, 焊接 接頭彎曲成 0.3m 半徑 , 抗內(nèi)壓大于 9O MPa, 焊縫的綜合機械性能達(dá)到母材鋼管的性能。焊縫反復(fù) 通過轉(zhuǎn)向器的次數(shù)可達(dá) 6 次。滿足了徑向水平

32、井鉆 井打長距離徑向井對鉆桿的需求。（3）徑向水平井鉆井試驗臺架研制為了驗證鉆桿轉(zhuǎn)向、運動控制、鉆桿焊接、水射流破碎巖石等各項技術(shù) 的可行性 , 我們在項目初始階段研制了室內(nèi)試驗臺 架。主要包括基礎(chǔ)、底座、轉(zhuǎn)向器架、扶正機構(gòu)、 液缸總成、柱塞泵、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。針對水射流 破碎巖石技術(shù)試驗 , 還研制了水射流破碎巖石的室 內(nèi)臺架。運行結(jié)果表明 , 該試驗臺架滿足了各個單 項試驗要求。為了滿足全尺寸條件下的 1 比 1 流體運動模擬和相似試驗要求 , 更加 真實反映徑向水平井鉆井工具的試驗情況 , 我們研制了室外綜合模擬試驗臺架。它可以全尺寸模擬徑 向水平井鉆井系統(tǒng)地面和井下各個部件連續(xù)協(xié)同的工

33、作情況 ,自動采集各項實驗數(shù)據(jù) ,實時監(jiān)控各部件的工作情況。該臺架可滿足不同系列轉(zhuǎn)向器的徑 向水平井鉆井系統(tǒng)的試驗要求。實踐證明 ,該裝置使用效果良好 ,可使研究取得事半功倍的效果。（4）Z7型試驗用轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)研究為了(wi le)實現(xiàn)鉆桿由垂直方向向水平方向轉(zhuǎn)向 , 我們(w men)研制了Z7型試驗(shyn)用轉(zhuǎn)向器。這種轉(zhuǎn)向器按照 178 mm(7 英寸 ) 套管所能提供的井眼空間進行設(shè)計。多次試驗證明 : 鉆桿在一定壓力作用下可以通過轉(zhuǎn)向器實現(xiàn) 900 的鉆桿轉(zhuǎn)向 , 經(jīng)測試和計算 , 所需動力可在系統(tǒng)中得到滿足。通過對關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的研究和多個總體技術(shù)方案論證表明 , 徑向水平井鉆井

34、技術(shù)的研究是可行的。4.3 關(guān)鍵井下工具技術(shù)研究（1）Z5型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)研究轉(zhuǎn)向器是徑向水平鉆井系統(tǒng)關(guān)鍵部件，其作用是：在系統(tǒng)液動力驅(qū)動下使鋼質(zhì)鉆桿由垂直方向向水平方向轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向曲率半徑僅為0.3m；使鉆桿通過它作連續(xù)彎曲和伸出運動。針對我國大部分油井采用139.7mm（5 1/2英寸）套管固井的情況，我們研制了適合于這種套管尺寸的Z5型轉(zhuǎn)向器，這種轉(zhuǎn)向器具有以下幾個特點：1采用雙向彎曲掛鉤形的轉(zhuǎn)筒組合結(jié)構(gòu)，適合于大直徑圓周擴孔工藝技術(shù)，它所需擴孔直徑同國外第一代轉(zhuǎn)向器相比減少了一半，施工成本大大降低了。2在豎起機構(gòu)上，有機械豎起機構(gòu)和液壓豎起機構(gòu)，二者在結(jié)構(gòu)上各有優(yōu)點，在整體結(jié)構(gòu)上，可實現(xiàn)在井

35、下多次定向，且操作方便。3可以重復(fù)使用。這種Z5型轉(zhuǎn)向器于1994年在中原油田地面綜合模擬試驗。試驗表明：鉆桿運動阻力較小，并在地面多次成功噴射5m的水泥試件（所鉆水泥試件抗壓強度一般為20MPa，成孔直徑70110），達(dá)到設(shè)計要求。19961999年多次在遼河油田，吉林油田，南陽油田下井試驗，并取得較好的試驗結(jié)果。（2）YDZ5型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)研究為了在低滲透、裂縫比較發(fā)育、裂縫方向有一定規(guī)律，而且油層埋藏深度較淺、單井產(chǎn)量較低的吉林油田應(yīng)用徑向水平井鉆井技術(shù)，CNPC科技發(fā)展部組織對套管單側(cè)水力開窗的徑向水平鉆井技術(shù)開展研究。為此，我們在總結(jié)了多年鉆桿轉(zhuǎn)向技術(shù)研究基礎(chǔ)上，研制出了適合于吉林油田

36、應(yīng)用的套管水力開窗為特點的徑向水平井鉆井用的YDZ5型轉(zhuǎn)向器。YDZ5型轉(zhuǎn)向器是單向彎曲的，改進了滾輪結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)向軌跡，整體結(jié)構(gòu)小巧(xioqio)?，F(xiàn)場試驗表明，與套管圓周整體開窗和擴孔工藝相比，擴孔空間降低約300倍，總施工成本可減低40%50%。具有施工(sh gng)周期短、不占用鉆機、套管破壞小等優(yōu)點。（3）YSZ7型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)(xtng)研究針對遼河油田提供的178mm（7英寸）套管試驗井，我們采用了多年來積累的徑向水平井鉆桿轉(zhuǎn)向技術(shù)試驗成果和ANSYS有限元力學(xué)分析優(yōu)化計算結(jié)果以及較先進的設(shè)計理念，又設(shè)計和研究了YSZ7型轉(zhuǎn)向器。該轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)筒組合為雙向彎曲結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果表明：

37、1系統(tǒng)總阻力與雙彎的Z5型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)相比減小了約40%，鉆桿伸出轉(zhuǎn)向器后，系統(tǒng)平穩(wěn)工作阻力一般為1215kN；2持續(xù)工作性能提高5倍以上；3既可以機械豎起也可以液壓豎起；4鉆桿可兩次筆直伸出轉(zhuǎn)向器（以往僅一次）；5剛度和強度提高2倍以上。操作簡單可靠，定位、豎起、收攏簡單可靠、運動自如；6適應(yīng)惡劣工況能力強。（4）其他配套技術(shù)研究在徑向水平井鉆井綜合配套技術(shù)的研究當(dāng)中，為了配合轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)的工作和滿足不同油井施工工藝的需要，開展的其他配套研究工作主要包括：1井下液壓運動控制器和機械運動控制器的研制；2地面試驗送進控制系統(tǒng)的研制；3139.7mm（5 1/2英寸(yngcn)）和 178mm（7英

38、寸）套管2種規(guī)格，3種不同類型(lixng)的錨定器的研制；470MPa高壓井口裝置(zhungzh)和井口密封的研制；570MPa井底密封的研制；6送進光桿和各類附件的研制；7壓力，張力等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)；8地面高壓過濾管匯研制；9施工工藝技術(shù)的研究。4.4 地面綜合模擬試驗和現(xiàn)場試驗地面綜合模擬試驗在徑向水平井鉆井技術(shù)的研究中，我們以上述3種型號的轉(zhuǎn)向器為基礎(chǔ)做了大量的地面綜合模擬試驗。以YSZ7型轉(zhuǎn)向器為例，說明地面綜合模擬試驗的情況。試驗主要目的是檢驗YSZ7型轉(zhuǎn)向器在徑向水平井鉆井中各項技術(shù)參數(shù)和工藝流程。試驗主要設(shè)備包括壓裂車組、徑向水平井綜合試驗臺架、送進控制系統(tǒng)、高壓井口和井

39、口密封裝置、送進光桿、鉆桿、鉆頭、YSZ7型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)、工作油管、傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。整個操作過程除定方位外，均模擬井下操作工況進行。水泥試件采用預(yù)制水泥試件，抗壓強度為2030MPa。試驗結(jié)果：水平噴進5.4m；成孔直徑110mm以上；鉆桿回拉力小于25kN；鋼絲繩張力參數(shù)變化為1822kN?，F(xiàn)場試驗徑向水平井鉆井技術(shù)先后進行了6次現(xiàn)場工業(yè)性試驗。下述為2002年3月29日在遼河油田錦45-檢1井的工業(yè)試驗進行現(xiàn)場試驗的基本情況。1試驗井況 錦45-檢1井位于錦45塊錦90斷塊中部，構(gòu)造上處于半背構(gòu)造高部，地層由北向南傾斜，地層傾角80，錦45-檢1井于組構(gòu)造頂部埋深1000m左右。根據(jù)

40、遼河油田工程院的油藏工程設(shè)計，錦45-檢1井高壓水射流徑向水平鉆井基本設(shè)計參數(shù)如下。套管(to un)段銑位置：9991009.1m；徑向噴射點深度(shnd)（水平段A支和B支）：1005.8m；A支方位角：390；B支方位角：2670。2試驗主要設(shè)備 包括65B型車裝鉆機、壓裂車及輔助車輛、測井車、徑向水平鉆井工具（包括段銑工具、擴孔(ku kn)工具、轉(zhuǎn)向器、鉆桿、鉆頭、送進系統(tǒng)、焊接設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）等。3實驗結(jié)果 總進尺：10.9m（完成了試驗大綱規(guī)定的進尺820m要求）張力：正常送進時一般為44kN；鉆桿通過轉(zhuǎn)向器參數(shù)：最高壓力32.4MPa,維持張力為44kN；鉆桿回拉阻力：6

41、7.5kN時最大，45kN時平穩(wěn)；工作壓力階段用時間：3.8h（純鉆進時間2.8h）；所鉆巖層：砂巖泥巖夾層。4.5 試驗分析地面試驗結(jié)果表明地面實驗表明，YSZ7型轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)各項性能優(yōu)越，系統(tǒng)總阻力與雙彎的Z5型轉(zhuǎn)向器相比減小了約40%，鉆桿伸出轉(zhuǎn)向器后，平穩(wěn)工作阻力為1215kN，持續(xù)工作性能提高了5倍以上；轉(zhuǎn)向器機構(gòu)運作簡單可靠，機動靈活，抗惡劣工況能力強。井下工業(yè)試驗結(jié)果表明1YSZ7型轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)具有較強的轉(zhuǎn)向噴射和送進能力。經(jīng)過改進后的滾輪結(jié)構(gòu)耐磨性、滾動性良好。改進后的軌跡系統(tǒng)比較成功。YSZ7型轉(zhuǎn)向器安全性能、抗摔打能力較強。但是，系統(tǒng)在泥巖夾層地段噴射送進效率較

42、低。井筒中的懸浮砂粒對YSZ7型轉(zhuǎn)向器的執(zhí)行機構(gòu)會造成影響；同時，轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的石塊會降低了YSZ7型轉(zhuǎn)向器工作能力。2井底密封裝置在高低壓力下和在井下浮砂較重的情況下，連續(xù)工作時間達(dá)到5h，雖然有些時段存在泄漏，但是未影響泵車壓力提升，井底密封具有(jyu)較強的工作能力。3井口密封裝置在A支的噴射試驗中發(fā)揮(fhu)了應(yīng)有的作用，超過3h的高壓噴射無一次泄漏。井口密封性能可靠。由于井口偏心和鉆桿反復(fù)回拉發(fā)生過泄漏，說明還需要里套井口密封其適應(yīng)性。4井口裝置中的進液三通、傳感器接口性能(xngnng)優(yōu)越，結(jié)構(gòu)小巧，工作性能良好。5從試驗現(xiàn)象推測，鉆桿軌跡存在不很筆直的可能。原因是鉆遇泥巖夾層

43、時，鉆桿會自動往軟的方向偏離，對井眼軌跡有較大的影響，同時可能導(dǎo)致井眼截面尺寸不規(guī)則。6試驗中采用的張力傳感器、張力記錄儀、無紙記錄儀等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運行情況良好，特別是無紙記錄儀實時記錄了現(xiàn)場所采集到的數(shù)據(jù)，使得試驗數(shù)據(jù)采集真實可靠。7試驗系統(tǒng)配置充分，完全滿足了徑向水平井噴射鉆井和鉆前預(yù)備工作的需要，但是施工成本比較高。4.6 小結(jié)及建議1工業(yè)試驗結(jié)論工業(yè)試驗表明，以YSZ7型轉(zhuǎn)向器為代表的徑向水平井鉆井系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：YSZ7型轉(zhuǎn)向器具有較強的轉(zhuǎn)向噴射能力和一定的事故處理能力；以YSZ7型轉(zhuǎn)向器為代表的徑向水平井鉆井系統(tǒng)操作簡單、方便實用；以YSZ7型轉(zhuǎn)向器為代表的徑向水平井輔助系統(tǒng)工

44、作性能可靠，井底密封、井口密封、井口裝置、送進光桿、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、鉆桿等工作性能可靠，鉆桿伸出轉(zhuǎn)向器后矯直較好；噴射鉆井工藝制定(zhdng)合理，基本指導(dǎo)了試驗的全過程。工業(yè)試驗也暴露出以下(yxi)問題：以YSZ7型轉(zhuǎn)向器為代表的徑向水平井鉆井(zun jn)系統(tǒng)在泥巖夾層地段噴射送進效率較低；試驗施工成本較高。2建議進一步改進與完善徑向水平技術(shù)。針對本次試驗暴露的技術(shù)問題，應(yīng)該繼續(xù)努力改進和完善徑向水平井鉆井技術(shù)，提高其對地層適應(yīng)性，開展徑向水平井油藏工程技術(shù)研究。開展降低成本的研究。從美國和加拿大一些油田的使用情況來看，在同一垂直套管井眼中布置4個水平徑向井眼，其平均施工成本約為12.

45、520萬美元，但是我們的施工成本已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個數(shù)字。因此，今后應(yīng)該從作業(yè)機、壓裂車組和技術(shù)改進3個方面解決成本居高不下的問題。第五章 水平井產(chǎn)能計算方法及影響因素分析5.1 引言水力水平鉆井射孔深度一般可達(dá)到820m，井眼尺寸達(dá)70mm以上。采用水力水平鉆井技術(shù)可實現(xiàn)井筒與地層間的有效連通，形成極小轉(zhuǎn)向半徑的微型水平井，有效穿透井帶污染層；一次下井可在不同深度或同一深度的不同方位完成多次鉆孔作業(yè)，形成多個水平井眼。運用水力水平井技術(shù)的目的是提高油氣藏的采收率以及為油田增產(chǎn)增收服務(wù)，但是由于其成本較高，并不是所有的油田都適用。通過油藏工程的方法，以產(chǎn)能為主線，利用水力水平井與直井的產(chǎn)能比具體分析

46、了徑向水平井產(chǎn)能影響因素分析及其適應(yīng)的地質(zhì)條件。5.2 評價方法對于常規(guī)(chnggu)的垂直井，其產(chǎn)量計算公式為： （1）式中，k0=kh0 對于井底壓力和瀉油半徑為常數(shù)的穩(wěn)定單相流來說，可以用下面的公式計算(j sun)出水平井的產(chǎn)量。 （2）式中， ； 。水平井與常規(guī)(chnggu)井的產(chǎn)油量的比值： （3）取re=500m, rw=0.1m, 計算結(jié)果為： （4）式中，q0為垂直(chuzh)井產(chǎn)能，m3/d；qoh為水平井產(chǎn)能，m3/d；為生產(chǎn)(shngchn)壓差，MPa；Kh為水平(shupng)方向滲透率，um2；Kv為垂直方向滲透率，um2；re為泄油半徑，m；rw為井筒半徑

47、，m；rh為水平井筒半徑，m ；L為水平井水平段長度，m ； B0為地層原油體積系數(shù)，無因次；U0為地下原油粘度，mPa.s。5.3 影響水力水平井產(chǎn)能的因素分析利用式（4），對徑向水平鉆井技術(shù)所產(chǎn)生的水平井水平孔的產(chǎn)能進行分析。因為水力水平井長度一般在820m，水平井眼直徑一般在70mm以上，因此在計算時，L一般在820m之間取值，而rh一般在0.030.06m之間取值，地層厚度一般取120m。5.4 地層厚度的影響參數(shù)L，rh , ,s,h 中，若4個參數(shù)確定，就可得剩下一個參數(shù)對水力水平井與直井產(chǎn)能比的影響程度。在 ，s=10,rh=0.03m, L分別(fnbi)取為8m,12m,16

48、m,20m的條件下，計算出不同地層厚度下水力(shul)水平井與直井的產(chǎn)能比，并繪制成地層厚度與水力水平井和直井產(chǎn)能的關(guān)系曲線。由產(chǎn)量計算公式知道，地層厚度是影響井產(chǎn)能的重要因素，一般地層厚度越厚，井的產(chǎn)能越大。但是由圖1可以看出，在同等條件下，不論水平井段長度如何變化，水力水平井與直井的產(chǎn)能比都隨著厚度的變薄而變大。而且水力水平井的長度越長，水力水平井產(chǎn)能提高的幅度越大。這說明水力水平鉆井技術(shù)對薄油層的開發(fā)效果更明顯，如果(rgu)在薄油層中實施水力水平鉆井，能夠達(dá)到更好的增產(chǎn)增注效果。5.5 各向異性的影響取L=10m，s=0, rh=0.04m, h=5m,計算出不同下水力水平井與直井的

49、產(chǎn)能比，并作出各向異性與水力水平井與直井產(chǎn)能比的關(guān)系曲線。儲層各向異性是影響油藏滲率的重要因素，對于直井，一般認(rèn)為其滲透率（即有效滲透率）就是地層的水平方向的滲透率，但對于水力水平井而言，其有效滲透率則認(rèn)為是水平滲透率和垂直滲透率的函數(shù)，即水平滲透率和垂直滲透率都影響其產(chǎn)量。由圖2和圖3可以看出，水力水平井的產(chǎn)能和Kv/Kh的關(guān)系與地層厚度有很大的相關(guān)性。當(dāng)?shù)貙雍穸群鼙∏襆/h比1大得多時，儲層中的流體以水平面上的滲流為主，在垂向上的滲透很微弱，此時水力水平井與直井的產(chǎn)能比隨著Kv/Kh的增大而變??；當(dāng)?shù)貙雍穸戎械榷襆/h大于1或者近似為1時，即水平井的深度比地層厚度大得不太多時，水力水平井

50、與直井的產(chǎn)能比在Kv/Kh值為0.51之間最大。此時儲層中流體雖以平面上滲流為主，但是在垂向上流體的滲流對水力水平井的產(chǎn)量已經(jīng)產(chǎn)生了很大的影響；當(dāng)?shù)貙雍穸容^厚，而L/h小于1時，水力水平井與直井的產(chǎn)能比隨著Kv/Kh值的變大而變大，此時儲層中流體在平面上和垂向上的滲流同等重要。也就是說，對于各向同性油藏，水力水平井能產(chǎn)生良好的增產(chǎn)效果，但是對于各向異性嚴(yán)重的油藏，特別是對于垂向滲透率差的油藏，水力水平井增產(chǎn)的效果不太明顯，特別是當(dāng)?shù)貙雍穸群芎穸掖瓜蛏匣咎幱诓粷B透的狀態(tài)下，水力水平井的產(chǎn)能相比直井的產(chǎn)能基本沒有太大的變化，但是對于垂向滲透性很好的中等厚到巨厚油藏，水力水平井增產(chǎn)效果明顯。5.

51、6 水平井段長度的影響(yngxing)取h=8m, s=0, rh=0.04m, Kv/Kh=1, 0, 0.5, 0.2, 0.1,計算出不同水平段長度下的水力水平井與直井的產(chǎn)能比，并作出水平段長度與水力水平井與直井產(chǎn)能比的關(guān)系(gun x)曲線。由水力水平井的產(chǎn)量公式可以看出，水力水平井的產(chǎn)量與水平井段的長度成正比，而直井沒有水平井段，所以直井的產(chǎn)量不受水平井長度的影響，因此理論上水平井段越長，水力水平井的產(chǎn)能越大，水力水平井與直井的產(chǎn)能比也越大。由圖4也可以看出，在其它條件不不變的情況下，水平井段越長，水力水平井與直井的產(chǎn)能比越大。所以在實際(shj)施工中，在工藝上和經(jīng)濟效益允許的條

52、件下，應(yīng)該盡可能使水力水平井的水平段長度更長。5.7 水力水平井井眼半徑的影響取,s=0, L=12m, h=1, 3, 6, 10m,計算出不同水力水平井井眼半徑下的水力水平井與直井的產(chǎn)能比，并作出關(guān)系曲線。對于水力水平井來說，井徑(jn jn)越大，其產(chǎn)能也越大。由圖5可以看出，當(dāng)水力水平井井徑變大時，水力水平井的產(chǎn)能與直井的產(chǎn)能比也隨著變大。因此在施工時應(yīng)該盡量增大水力水平井的半徑。5.8 表皮(biop)系數(shù)的影響取，h=8m, rh=0.04m, L=8, 12, 16, 20m,計算出不同表皮(biop)系數(shù)下的水力水平井與直井的產(chǎn)能比，并作出關(guān)系曲線。表皮系數(shù)即指地層的污染程度，

53、當(dāng)表皮系數(shù)大時，表示地層污染程度高；表皮系數(shù)小時，地層污染程度低。由圖6看出，水力水平井與直井的產(chǎn)能比隨著表皮系數(shù)增大而變大。因此，水力水平井對于污染嚴(yán)重的地層其效果非常明顯，可以有效穿透近井污染帶。5.9 小結(jié)在其他參數(shù)相同的條件下，地層厚度對水平井的產(chǎn)能有非常重要的影響。地層越薄，水平井的產(chǎn)能越大；地層越厚，水平井的產(chǎn)能越小。因此，在地層厚度比較薄的油藏中實施徑向水平鉆井可產(chǎn)生比較好的效果，能夠很好地提高油氣井的產(chǎn)能。在其他參數(shù)相同的條件下，儲層各向異性是影響水平井產(chǎn)能的重要參數(shù)。當(dāng)儲層表現(xiàn)為各向同性時，水平井有很好的產(chǎn)能；當(dāng)儲層表現(xiàn)為各向異性時，在薄油層中，儲層垂向滲透性越好，水平井與直

54、井的產(chǎn)能比越??；在厚油層中，垂向滲透率越大，水平井與直井的產(chǎn)能比越大。因此，徑向水平鉆井技術(shù)適用于儲層各向同性的油藏（尤其是薄油藏）及垂向滲透性好的厚油藏。不管其他條件如何變化，水平井段的長度越長，水平井的產(chǎn)能越大，因此在采用徑向水平鉆井時，應(yīng)該在考慮經(jīng)濟效益的前提下，盡量使水平井段的長度更長，以期產(chǎn)生更好的開發(fā)效果。在其他參數(shù)相同的條件下，徑向水平井井徑(jn jn)對水平井的產(chǎn)能有影響，但是井徑對產(chǎn)能的影響并不十分明顯。在其他參數(shù)相同的條件下，地層污染程度越高，水平井與直井的產(chǎn)能比越大。因此，在地層污染嚴(yán)重的地層中采用徑向水平井技術(shù)能夠產(chǎn)生良好(lingho)的效果。技術(shù)(jsh)經(jīng)濟分析

55、6.1 技術(shù)分析徑向水平井是指曲率半徑遠(yuǎn)比常規(guī)鉆井曲率半徑更短的一種水平井，也稱之為“超短半徑水平井”。徑向井技術(shù)是利用高壓水射流在油層水平方向輻射鉆出一個長820m,直徑124mm的井眼，這樣可以在井眼周圍形成一個很大的泄油范圍，充分動用油層儲量。它是油田開發(fā)后期提高采收率的一種重要手段。鉆井過程中，首先把要鉆徑向水平井的生產(chǎn)層位磨銑掉一段套管，并擴大井徑，然后下入轉(zhuǎn)向器使轉(zhuǎn)向器在曲率為0.3m內(nèi)水平轉(zhuǎn)向，對準(zhǔn)生產(chǎn)層位水平方向用高壓水射流輻射鉆孔，最后進行完井。根據(jù)徑向水平井的特點、調(diào)研資料及目前國內(nèi)水平井工藝要求，選擇油層時應(yīng)考慮以下參數(shù)：油藏埋深小于2000m；單層厚度大于6m的油層；水

56、平滲透率值大于50；單井控制剩余地質(zhì)儲量大于1；地層傾角小于100；參數(shù)(cnsh)小于100m，該參數(shù)一是限制油層厚度(hud)不能太大；二是限制垂直滲透率不能太小；直井千米(qin m)井深日產(chǎn)油大于1.0t；0.2P/Pi1.2。通過以上參數(shù)的研究，可以確定出適合徑向水平井開采的油藏。徑向水平井的鉆井方位與注水井和老井眼連線的垂直方向最好。徑向水平井的長度越長，產(chǎn)能就越大，但鉆井成本也越高。因此，應(yīng)根據(jù)具體地區(qū)的鉆井成本把長度優(yōu)化控制在一個合理的范圍內(nèi)。但由于目前國內(nèi)鉆井技術(shù)不過關(guān)，因此長度要求盡量長。徑向水平井的位置位于油層中部時產(chǎn)能最大。另外，井眼越多，開采狀況越好，但成本也不斷增加

57、，因此，設(shè)計徑向水平井應(yīng)根據(jù)具體地址情況盡量控制住老井眼周圍的死油區(qū)。6.2 經(jīng)濟分析研究表明：不論什么條件下，徑向水平井均比垂直井采出程度高，但采收率僅提高0.5%左右，沒有發(fā)展意義；注水開發(fā)時，在水平井段長60m的情況下，油藏最終采收率可提高27%，達(dá)到60%以上，具有較高的開采價值和經(jīng)濟效益。從此意義上講，可以暫定徑向水平井單井鉆進最小長度為30m,且能在同一層上相反方向鉆出2個以上徑向水平井眼。試驗表明：鉆一口徑向水平井比直井多投資150萬元，評價期為10a，徑向水平井比直井多產(chǎn)3637t，按目前扣稅后油價計算，原油商品率取97%，徑向水平井比直井凈收益增加215萬元，因此，鉆徑向水平

58、井在經(jīng)濟上是可行的。6.3 小結(jié)通過研究徑向水平井所需地質(zhì)條件，論證了徑向水平井技術(shù)在鉆井領(lǐng)域是成功的。在油藏描述及剩余油分布研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計徑向水平井較好的控制老井眼周圍的死油區(qū)。徑向水平井的位置位于油層中部時產(chǎn)能最大。同時確定(qudng)出徑向水平井單井鉆進的最小長度為30m，且能在同一層上相反方向鉆出2個以上(yshng)徑向水平井眼。經(jīng)濟(jngj)評估表明徑向水平井投資少，經(jīng)濟效益比直井好，經(jīng)濟上是可行的結(jié)論。參考文獻1 中國機械設(shè)計大典編委會. 中國機械設(shè)計大典.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，20022 M.F.Spotts，T.E.Shoup.Design of Machine

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