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连续油管侧钻技术研究

王旭明  
【摘要】:连续油管(Coiled Tubing,简称CT)亦称为绕行管,它是经过特殊的锻造工艺加工的长度达几百米的的柔性刚管,再采用特殊的对焊或斜焊工艺焊接而成的没有接头的连续管,它的长度可以根据作业的需要,从几百米到数千米的都有。连续油管钻井(Coiled Tubing Drilling,简称CTD)技术是采用连续油管作业机以及配套的井下工具进行油、气井的勘探开发作业。现在,世界上许多油田已进入开发后期,尤其我国的大部分内地油田也进入了高含水期,产量急剧下降,另外由于受到钻井技术和设备的发展制约,还有相当部分低渗透油气藏和特殊油气藏还未全面投入开发,而CTD技术自身的优势决定了,它是解决这类问题的一个很好的方法。CTD是利用连续油管代替常规的钻杆钻具进行钻井作业。连续油管本身具有无接头、无变径、能弯曲,能连续起下、能动态密封、强度大、承压高、体积小和运装方便等特点。在钻进过程中不需要停泵接单根,可实现钻井液的连续循环,提高了起下钻速度和作业的安全性,减少了起下钻时间,缩短了钻井周期。特别是对老井进行重入加深或开窗侧钻时,不仅可以大幅度节约钻井成本,同时还有利于发现和开采新的储量,有助于老油田稳产增产,提高最终采收率,增加油田效益。同时CTD技术便于进行小井眼、欠平衡钻井,对于低压易漏失层的钻探,可以安全方便地进行负压钻井,提高钻探成功率;对于水敏易塌地层,CTD可以采用氮气钻井、油基钻井液钻井等方法,为煤层气和页岩气等特殊气藏的开发提供安全可靠的钻井技术。文章结合国家科技重大专项项目36《煤层气钻井工程技术与装备研制(二期)》中的课题6“连续油管装备与应用技术”,针对连续油管开窗侧钻工艺进行研究。研究意义重要明确,研究成果可用于指导现场的连续油管钻井试验,并初步形成适应于我国的连续油管钻井侧钻工艺的研究报告,为发展和完善连续油管钻井技术做出一点贡献。本文主要从以下几个方面进行研究:(1)文章对连续油管钻井所需的设备和工具进行总结,并对重要设备和工具的功能和技术参数进行详细说明。由于CT在每次作业过程中都会受到三次的弯曲—拉伸相互交变的应力,很容易造成CT的疲劳,缩短使用寿命,由此造成的疲劳失效属于低周疲劳。文中相关实验数据表明,CT的疲劳循环次数不仅取决于CT自身的尺寸和曲率半径,较高的内压会大大降低CT的循环次数。(2)通过研究液力加压器的工作原理,建立水力能转换成液力加压器下推的计算模型,计算求出在侧钻过程中,钻头所能得到的理论钻压。(3)通过研究PDC钻头的破岩机理,建立了静态物理模型模拟钻头破岩的受力过程,给出了小尺寸钻头(Φ118)的施工参数。(4)分析总结了连续油管钻井的所有井下作业工具组合,并对主要工具进行详细的解释说明,推荐了用于老井侧钻的底部钻具组合(bottom hole assembly,简称BHA)。对整个CT钻柱进行强度校核,对危险点进行了应力分析,计算结果表明,从钻柱自身屈服强度考虑,作业安全性高。(5)研究了连续油管的流体力学特性,建立了连续油管作业的摩阻压降模型,计算地面管汇(滚筒上)压降、井内压降,BHA压降。在满足清理岩屑和井壁稳定的前提下,结合小尺寸螺杆钻具和钻井泵的技术参数,给出试验井的泵排量和循环总压耗。


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