高压水射流径向水平井钻井技术
O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O 1钻井与完井2
高压水射流径向水平井钻井技术
施连海/李永和/郭洪峰/王春杰/王辅升
辽河石油勘探局工程技术研究院/辽宁盘锦(
%#) $%$*
关键词" ! 摘!
要"
射流3径向3水平井3水平钻井3转向器3完井3辽河油田3锦) , 4$) 4%-井3锦5+45$5井介绍了高压水射流径向水平钻井技术的工作原理6系统构成6关键技术及国内外试验应用
文献标识码" :!
文章编号" %! $$%4$+-$(#$$%*$, 4$$#%4$#
情况/并对目前国内试验中存在的问题进行了讨论0
中图分类号" 7! #) +37#) 59#88
高压水射流径向水平井技术是利用高压水射流破岩/在一口井的同一个油层或不同油层内沿径向钻出一个以上的水平井眼(曲率半径为$达到增加油气通道/改善液流方向/95; */
提高油气藏动用程度的目的0它既可以在新井中实施/又可以在老井中应用/非常适合于开发低渗透油层6薄油层6裂缝性油层6注水后的
%" 相对成熟/已处于商业应用阶段! 九五=期间对该技0我国
术进行了系统研究/并在辽河油田进行了两口井现场试验/对自行设计和研制的工艺流程6配套工具及仪器6仪表进行了全面检验/在大直径扩孔工具6转向器系统6自动送钻系统和计算机数据采集等方面取得了突破性进展0但试验中也暴露了一些技术上的不足或问题/为今后进一步研究和发展该项技术提供了重要参考和依据0
图%径向水平井钻井系统组成简图
二6工艺流程及关键技术
%9工艺流程
将施工段的套管段铣掉, 视油层段厚度和需钻(%*C. ; (水平井眼的数量定*0
(#*将施工段的井径扩到? . , $C ? . . $; ; 0
(5*在扩孔处安装转向系统/通过液压或机械方式使转向() *下高压喷射管进行水平喷射钻进0
(, *水平井段延伸到设计位置后/根据储层类型和开采方式的需要/选择不同的方式进行完井0
一6技术原理及系统构成
%9技术原理
在设计的施工目的层段内(厚度一般要求5通>, /; 以上*过段铣套管6扩孔形成一个井径至少为? 转向. 5$; ; 的井眼/
器在该井段内以$高压喷射>5; 的曲率半径由垂直转为水平/管经转向器伸出/其上的喷嘴在随高压喷管前进的同时/喷出压力, 以上的旋转射流进行岩石破碎/从而形成直径为, @AB
! #" ’$C ? %%$? ; ; 的径向水平井眼0
施工中通过自动送钻系统控制喷进速度/数据采集系统对
器沿预定方位以$即由垂直转为水平*>50; 的曲率半径弯起(
#9关键技术
大直径扩孔技术6垂直转向水平钻进技术0
施工参数进行监控0
#9系统构成
高压水射流径向水平井钻井系统组成如图%所示/其地面设备包括D 修井机6高压泵组6自动送钻控制系统和数据采集系统0井下工具包括D 段铣工具6大直径扩孔工具6转向器系统及完井工具等0
其中自动送钻控制系统6数据采集系统6大直径扩孔工具6转向器系统及特殊的完井工具为该技术的专用设备
收稿日期" #! $$%&$’&#%
第一作者联系电话" (! $) #’*’+$’$, ’
三6国内外应用情况及存在问题
%9国内外应用情况
美国的:和A E F G H E I E H J K L G M N F M 两家公司在八十年代联合
通过特制的井下转向器进行径向水研究出利用高压水系能量/
平钻井的钻进系统0至%该公司利用该套系统在美国和--#年/口/并且能够在同一口井的同一深度向四周钻出#) 个辐射状
加拿大的未固结砂岩和灰岩地层钻成的径向井已超过%$$$
作者简介" 施连海(男/吉林长春市人/华东*钻井专业/钻井所工程师/中国地质大学在读研究生0! %-. +&*/%--%年毕业于石油大学(
I J J I
石油钻探技术
8$$+年+$月
水平井眼! 同一口井中最多钻了" 层径向井! 水平段长度#$%&$’! 多数井进行了水平段测斜(完井使用了裸眼) 柔性缝隙衬管) 砾石充填等技术(该技术既应用到了重油的开发! 也应
+, 用到了轻油的开发*(
+,
缝隙衬管完井方法*! 这些方法基本能满足各类油藏的开采要
求! 但技术含量较高! 国内尚处于实验室研究阶段(目前! 国内采用的径向水平井的完井方法有两种; 裸眼完井和水力压裂砾石充填完井(其中水力压裂砾石充填完井技术是根据辽河油田的油层特点而研究开发的! 它通过压裂的方式! 将填充砂带另一方面又起到防砂作用(该技术在辽河油田第二口径向水平井施工中得到成功应用(其优点是可同时进行多眼或多层径向井眼填砂! 但费用高(
径向水平井的完井作业
配套工具设备应实现小型化) 模块化! 要简单) 可靠) 实用! 才能大幅度降低施工成本! 提高整套工艺技术的经济和社会效益(
我国在-九五. 期间对该项技术进行了系统研究! 于+//0年在辽河油田钻成了国内第一口高压水射流径向水平井11锦2" 3$23+/井! 径向进尺达到+" 45&4" " ’! 平均机械钻速/’6
#! 2,
! 最大钻速达+8! 采用了裸眼完井工艺*(+///年又钻7’67成了锦#该井在两个不同方位) 不同井深处53#$#径向水平井!
到已钻水平井眼内! 一方面防止水平井眼坍塌以保证渗透率!
钻出了四个水平井眼! 最大长度&90" ’! 采用了水力压裂砾石
" ! &, 充填完井技术*(通过这两口井试验! 对工艺流程) 各种专用
工具) 设备进行了全面检验! 在自动送钻速度控制) 数据采集) 转向器坐放回收) 旋转射流喷嘴) 高压喷射管焊接等方面取得了技术上的突破:在大直径扩孔技术) 垂直转向技术等关键技术上取得了重要进展! 积累了大量的实践经验(
方法! 这样才能更快) 更有效地发挥径向水平井的整体技术优势(
84存在问题
在施工中也发现了部分工具和设备存在一些问题与不足! 导致出现了施工周期长) 技术效果未达到设计要求的现象! 主要表现在以下几方面;
大直径扩孔是指将原井眼的井径扩大至>&" $%>&&$’’的过程! 其目的是为转向器提供转向空间! 是该套技术的关键技术之一(由于扩孔直径大导致扩孔过程中工具扭矩大2" $’’以后! 情况尤为严重:水力扩孔工具由于在淹没射流条件下喷射! 有效喷射距离受到影响! 很难达到要求的井径:水力? 机械联合扩孔器现场使用操作较复杂! 制造工艺要求高! 抗冲蚀性尚须改进(以后的扩孔工具研制应从减小扩孔扭矩! 提高工具强度! 简化操作工艺等方面入手! 解决大直径扩孔问题(
转向器系统是径向水平井技术的核心工具(经过几年研究! 已经攻克了一系列主要技术难关! 基本形成了液压式和机械式两种各有特长的转向器系统(在不光滑高压喷射管动密封) 旋转射流喷嘴) 转向器井下固定安装等方面取得了成功(但目前存在的主要问题是转向器抗冲蚀性不强! 喷射管前进阻力上升快! 水平喷射距离短等! 这在某种程度上限制了该项技术的推广应用(
*" , *&, *2, *#, *8, *+,
四) 结论与建议
+4高压水射流径向水平井技术在国内目前尚处于研究试验阶段! 一些关键技术已取得重要进展或突破! 但整套技术实现规模化推广应用尚有一系列技术问题需要解决(
84应加快大直径扩孔工具) 水平段钻进长度和完井技术的研究速度! 提高其施工成功率! 缩短施工周期(
#4高压水射流径向水平井技术是提高油藏平面及纵向动用程度的有效手段! 应加大攻关研究力度! 加快应用推广速度(
参*
考文
献,
胡博仲! 董福洲! 李子丰9小井眼钻采技术*9北京; 石油@,
工业出版社!+//04? M 9V ! R J B S F M R J B R P F T F Q K ’*U , W X A L B P P B E Y X E Y B E K K L B E Y !+/5/;820?8" 29V K Q K ’Z K L
李永和! 施连海! 王春杰! 等9锦2" 3$23+/径向井实验总结*, 9辽宁盘锦; 辽河石油勘探局钻采工艺技术研究院!+//04M
杨永印! 沈忠厚! 王瑞和! 等4径向水平井钻进技术试验研究*,4石油钻探技术!+//5!8&
李永和! 施连海! 王春杰! 等9锦#53#$#径向井实验总结*,4M 辽宁盘锦; 辽河石油勘探局钻采工艺技术研究院!+///4! HR ! V 9I ^\B T G E Y 7K E Y C 7S E ]B K 7B P B R E 7R B ^P B C R Q B G E R E J ? A K _K P G ^’K E QG ‘AL B P P B E Y R E J a G ’^P K Q B G E G ‘Q7KO P Q L R F 7G L Q , 9L R J B S F M R J B R P HK P P Z Tb B Y 7W L K F F S L K [K Q c P G d N K C 7E B e S K F *M 20" &!8$$$9V W X &
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高压水射流径向水平井钻井技术
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
施连海, 李永和, 郭洪峰, 王春杰, 王辅升辽河石油勘探局工程技术研究院,石油钻探技术
PETROLEU DRILLING TECHNIQUES2001,29(5)13次
1. 胡博仲. 董福洲. 李子丰 小井眼钻采技术 1997
2. Dickinson W. Anderson R R. Dickinson R W The Ultrashort-Radius Radial system 19893. 李永和. 施连海. 王春杰 锦45-04-19径向井实验总结 19974. 杨永印. 沈忠厚. 王瑞和 径向水平井钻进技术试验研究 1998(01)5. 李永和. 施连海. 王春杰 锦38-303径向井实验总结 1999
6. Li yonghe. Wang chunjie. Shi lianhai Application and Development of Drilling and Completion of theUltrashort-radius Radial Well by High Pressure Jet Flow Techniques 2000
1.期刊论文 程勇. 汪军. CHENG Yong. WANG Jun 火焰筒内环向多孔径向射流的流场研究 -热力透平2005,34(2)
环向径向射流对燃烧室火焰筒内的流场有着重要的影响.本文采用三维标准k-ε湍流模型详细模拟了燃烧室火焰筒内外的等温流场,给出了火焰筒不同截面位置的轴向速度和径向速度分布.并对数值模拟结果与实验数据进行了比较,结果符合较好,同时还分析了数值模拟结果与实验数据的差异.研究了火焰筒内多孔径向射流的流场特性,并比较了不同环向径向射流流量对火焰筒内流场的影响.研究结果表明:在射流孔附近,火焰筒内轴向速度和径向速度沿径向的梯度增大;而在火焰筒外,轴向速度沿径向的梯度变化不大,径向速度变化较大,但随着流体的流动,火焰筒外径向速度很快趋于均匀.当射流流量增加时,火焰筒内射流孔中心截面的两对称旋涡逐渐增大.
2.期刊论文 李志伟. 槐文信. 钱忠东. LI Zhi-wei. HUAI Wen-xin. QIAN Zhong-dong 静水环境中径向紊动射流数值模拟 -水利学报2009,40(11)
为了对径向射流的流速场进行分析研究,进行了静水环境中径向射流的实验.基于PIV测速仪得到了多种工况射流中线流速分布资料.进而分别采用
Realizable κ-ε模型和RNG κ-ε模型对径向射流进行了数值计算,计算结果与实验资料的对比表明,Realizable κ-ε模型比较适合径向射流的数值模拟,然后利用Realizable κ-ε模型对6种不同工况下静止环境中径向射流进行了数值模拟.数值模拟的结果分析表明,径向射流横截面上流速分布为高斯分布、射流速度半宽沿程增大且与距射流出口的距离成正比以及中线流速沿程衰减与距射流出口的距离成反比,通过引入特征长度的概念,使射流的无量纲中线流速衰减和无量纲速度半宽沿程变化呈现出较强的规律性.
3.期刊论文 孙志刚. 李伟锋. 刘海峰. SUN Zhi-gang. LI Wei-feng. LIU Hai-feng 小喷嘴间距撞击流的径向射流速度分布 -燃烧科学与技术2010,16(2)
采用热线风速仪对小喷嘴间距撞击流产生的径向射流的速度分布进行了实验研究.研究结果表明,径向射流在各个r>2D的径向断面上的速度分布具有相似性,呈高斯分布.在撞击面上无因次径向射流速度随着无因次径向距离的增大先增大后减小.而与喷嘴直径(D)、喷嘴间距(L)和出口气速无关.无因次径向速度在达到最大值前,与无因次径向距离成正比,在达到最大值后,无因次径向速度与无因次径向距离的1.33次方成反比.在撞击面上径向射流速度的最大值与出口气速成正比,与无因次喷嘴间距的0.551次方成反比当L/D1时,无因次最大径向速度的位置保持不变.
4.期刊论文 两喷嘴对置撞击流径向射流流动特征 -化工学报2009,60(10)
对喷嘴间距与喷嘴直径比为0.5~100范围内两喷嘴对置撞击流径向射流的湍流脉动特征、速度分布和扩展率等进行了实验研究和数值模拟.研究结果表明,撞击流径向射流明显较自由射流湍动强烈;从驻点开始径向射流速度逐渐增大到最大值后开始衰减,射流呈现自相似性;随着喷嘴间距增大,撞击流径向射流的扩展率呈现增大的趋势,大约为自由圆射流的1.5~3倍.采用CFD软件对撞击流径向射流的速度分布特征进行了数值模拟,与实验结果相比,两方程湍流模型预报的撞击流径向射流的扩展率明显偏小,雷诺应力模型的预报精度有较大改进.
5.期刊论文 杨胜强. 俞启香. 夏红春. 汪峰. 于宝海. 王雷. YANG Sheng-qiang. YU Qi-xiang. XIA Hong-chun. WANG Feng. YU Bao-hai. WANG Lei 旋转径向射流排放积聚瓦斯热成像实验分析 -中国矿业大学学报2005,34(5)
根据传热、传质和动量传递的相似理论分析,提出在紊流流场中当传热传质相似当量比满足一定要求并恒定为某一值时,可利用热成像仪测定紊流流场中的热量运移规律及温度场分布规律,模拟瓦斯浓度场中的瓦斯运移规律及其瓦斯浓度场分布的变化规律.根据热相似模拟实验,旋转射流风机不仅可以有效地驱散上隅角的积聚瓦斯,而且可以使瓦斯浓度分布更均匀.实验结果表明:旋转射流的旋转频率必须根据瓦斯涌出量和每个旋转周期排放瓦斯量确定;射流速度越大,驱散上隅角积聚瓦斯的效果越好;旋转径向射流对局部积聚瓦斯的运移是一个不断稀释、驱散并排向巷道主风流的过程.风机每旋转一圈完成一次对上隅角部分高浓度瓦斯的稀释和排出过程.如此周而复始,形成一种柔性排放瓦斯效应.当射流速度达3~5 m/s时,可提高风流的扩散系数2~4倍,有效射程可达10 m以上,有效地驱散了工作面上隅角的积聚瓦斯.
6.期刊论文 杨胜强. 俞启香. 王钦方. 张修峰. 汪峰. 王雷 旋转径向射流驱散积聚瓦斯的理论分析 -中国矿业大学学报2004,33(3)
应用混合长度理论,阐述了风流的横向和纵向脉动速度是影响风流横向瓦斯传质速度的主要因素,分析了旋转径向射流可大大地提高了巷道整个断面风流
中各处横向和纵向脉动速度,强化风流横向的瓦斯传质,有效驱散局部积聚瓦斯.通过理论分析和实际观测发现,旋转径向射流排放工作面上隅角积聚瓦斯具有3种效应:周期性的不断稀释、驱散并排向巷道主风流、逐转排放工作面上隅角积聚瓦斯的柔性排放效应和瓦斯浓度分布迅速均匀化.试验表明,旋转径向射流可安全、可靠、经济、有效的排放上隅角积聚瓦斯.
7.学位论文 杨胜强 旋转径向射流驱散局部积聚瓦斯的理论与热成像实验研究 2004
本文利用单元法测定工作面瓦斯浓度分布和瓦斯涌出源大小,测定结果表明,绝大部分采空区瓦斯从工作面上隅角涌出,易于形成上隅角瓦斯积聚,另外在分析国内外大量文献的基础上,提出旋转径向射流驱散排放上隅角积聚瓦斯的理论和技术.根据混合长度理论分析,以分子扩散或驱替运移为主的近壁底层区域,是瓦斯扩散的"瓶颈";而旋转径向射流可使整个横断面的风流湍流度均得到大大提高,特别是"瓶颈"区域;同时使不同瓦斯浓度微团之间对流运移能力大大增强.根据传热、传质和动量传递的理论分析,利用热成像仪进行热相似实验,通过测定流场的温度分布模拟瓦斯浓度场的分布,测定紊流流场中的热量运移规律及温度场变化规律模拟瓦斯浓度场中的瓦斯运移规律及其瓦斯浓度场分布的变化规律,根据实验研究发现,旋转径向射流排放工作面上隅角积聚瓦斯具有三种效应:周期性的不断稀释、驱散并排向巷道主风流的效应、排放工作面上隅角积聚瓦斯的柔性排放效应和瓦斯浓度分布迅速均匀化的效应.这三种效应反应出旋转射流排放局部积聚瓦斯的可行性和可靠性.实验结果表明:当旋转径向射流旋转方向与主风流方向相同时,提高旋转径向射流风速和降低频率可显著地提高治理上隅角积聚瓦斯的效果.另外,本文还详细地叙述了单液压马达脉冲通风机的结构组成和工作原理,分析了所研制的旋转径向射流通风机叶片的阻燃、抗静电特性的原理.
8.期刊论文 吕盘明 边界条件对径向湍流射流的影响的计算研究 -工程热物理学报2002,23(1)
本文对径向湍流自由射流作了计算,研究了边界条件的不同取法对计算结果的影响,与文献发表的计算结果和实验结果作了比较,再次证明上游湍流结构的边界条件对射流的渐近扩张速率及雷诺应力等流场参数有明显的影响.
9.学位论文 王峻晔 径向流体分布器的均布理论与射流组特性研究 1995
流体分配和平行射流组技术广泛应用于化工领域.化工设备内化学组份间的混合及反应过程的效率在很大程度上取决于流体分配的均匀程度和平行射流组的流场.为了研制性能优良的径向流体分配器和平行射流喷咀组,设备内的流体力学特性是首先必须解决的关键问题之一.该文应用流体力学理论,研究了径向分布器内流体流体过程和分布器外平行射流组的动力学特性,建立了较为系统的多孔管设计计算体系.该文的研究成果已直接应用于600MW核电机组凝汽器高能介质进入分布器的设计计算.该成果不仅可用于径向分布器的设计,而且也可以用于锅炉联箱、板式换热器、供热通风管道等的设计,具有宽广的应用范围.
10.期刊论文 谢武明. 沈银华. 谢新民 径向壁面紊流射流理论与数值分析 -石油机械2009,37(6)
建立了圆形喷嘴径向壁面紊流射流理论模型,对不同直径圆形喷嘴外流场进行了数值模拟研究,分析了外流场速度、压力和壁面切应力随喷嘴直径和射流靶距变化的规律.分析结果表明,冲击径向壁面射流速度场存在一定的相似性;壁面速度与壁面切应力有内在的正向对应关系;要增加对壁面的直接冲击压力,选择合适的靶距比提高流量(加大喷嘴)有效;在其他条件不变的情况下,射流靶距是影响径向壁面切应力的主要因素;要使壁面达到最佳清洗效果,靶距取5D~10D为宜.
1. 王慧艺. 孙培先. 刘衍聪 超短半径转向滑道的阻力建模及布轮设计[期刊论文]-石油机械 2008(2)
2. 倪益民. 袁永嵩. 赵金海. 史洪军 胜利油田两口超短半径侧钻水平井的设计与施工[期刊论文]-石油钻探技术2007(6)
3. 王慧艺. 孙培先. 刘衍聪 径向井转向器滑道导入段阻力模型及其多项式解[期刊论文]-中国石油大学学报(自然科学版) 2007(5)
4. 王慧艺 径向井钻杆参数工艺匹配性研究[期刊论文]-石油矿场机械 2007(8)5. 韦5径向井钻井液工艺技术[期刊论文]-钻采工艺 2006(4)
6. 杨新乐. 张永利. 章梦涛 超短半径水平钻井技术在煤层气开采中的应用[期刊论文]-煤炭工程 2006(8)7. 郗祥远. 周勇. 钟桂香 不扩孔径向水平井用生产管的可行性分析探讨[期刊论文]-石油矿场机械 2005(5)8. 张福祥. 席长丰. 郑爱铃. 彭建亮 水力深穿透射孔技术用于底水油藏开发[期刊论文]-石油钻探技术 2004(6)9. 李鸿文 水力深穿透射孔井产能计算方法及开发效果分析[期刊论文]-石油钻探技术 2004(5)10. 王慧艺. 刘衍聪. 孙培先 径向井造斜器滑道设计的仿真分析[期刊论文]-石油矿场机械 2004(2)11. 王慧艺 径向井钻杆转向阻力建模及实验分析[期刊论文]-石油机械 2004(5)
12. 隋秀香. 李相方. 李永和. 王春杰 一种新型便携式钻井数据采集处理系统[期刊论文]-天然气工业 2003(3)13. 施连海. 李永和. 郭红峰 径向水平井技术在锦45-检1井中的应用[期刊论文]-石油钻探技术 2002(5)
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