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随着大位移井技术的发展,水平位移越来越大,遇到的问题也越来越多。但国内外还没有对大位移井的水平位移延伸极限问题进行过系统研究。本文从大位移井近水平裸眼段的延伸极限、钻柱强度、套管在近水平段的延伸极限等几个方面,对大位移井水平位移延伸极限问题进行了研究。
井下摩阻/扭矩预测与控制技术,是大位移井工程的关键技术之一。钻前的摩阻和扭矩预测分析,是大位移井可行性研究、钻机设备选择或升级改造以及优化井身剖面设计的重要依据。在钻进过程中,对比摩阻/扭矩的预测值和实测值,可以监测井筒清洗程度,预防严重事故的发生。钻后的摩阻/扭矩分析及摩阻系数反演,不但是优选下套管方式的重要依据,而且可为邻井的施工提供基础数据。本文建立了一种计算大位移井摩阻扭矩的优化组合新模型,新模型对大位移井中管柱的不同管段采用不同的计算模型,这将提高大位移井摩阻/扭矩的计算精度。
在大位移井作业中,由于摩阻/扭矩的影响,钻柱受力工况比较恶劣。为了保证安全钻进,应对大位移井钻柱进行应力计算与强度校核。本文应用现有的大位移井钻柱应力与强度计算模型,对大位移钻井中常用的φ127mm(5")、φ139.7mm(5.5")、φ168.3mm(6.625")三种规格钻杆在不同井眼中的应力强度进行了计算,进而可以确定不同钢级和规格的钻杆在不同井眼中所能钻达的水平位移极限。
套管柱在其工作期间要承受复杂载荷,当它的承载能力小于外载荷时,就会发生套管柱损坏,而大位移井特殊的井身结构对套管强度又有特殊要求。本文在套管抗挤强度计算模型、轴向抗压缩强度计算模型、相关套管强度设计准则及近水平井井段内单位长度套管所受摩阻的计算模型的基础上,建立了一套新的算法,可应用于预测计算大位移井套管柱下深极限随顶端推力的变化规律。
大位移井的主要特点,就是井斜大及大斜度(甚至接近水平)裸眼井段长。因此,裸眼井段的延伸能力是决定大位移井延伸极限的关键因素之一。本文根据地层压力体系、环空压耗及钻井液密度之间的平衡关系,导出了大位移井的测深与垂深之比、井底环空压耗当量密度、地层破裂压力当量密度与钻井液密度差值之间的关系。利用这个关系,可以预测特定地质条件及钻井环空压耗控制水平下的大位移井裸眼延伸极限。
为了对关家堡地区庄海4×1、庄海8等区块的油气藏进行开发,大港油田在关家堡人工井场上布置了37口井,其中20口为大位移井。本文对其中水垂比最大(5.40)的一口大位移井:MHP4井进行了摩阻/扭矩分析,并对其大位移裸眼延伸极限、钻柱强度极限及近水平段套管下入延伸极限进行了预测分析,并对该井提出了具体的施工方案。