【摘要】：隨著國際上越來越多的油田相繼進入開發(fā)后期,在油氣開采上面臨著諸多相似的難題。不少油井產量大幅下降,水淹嚴重、套管損壞、油層構造復雜、井下事故等問題阻礙著人們對油井的正常開采。我國的高含水井、工程報廢井等“老井”、“死井”的數量也在逐年增加,這極大的阻礙了我國對石油資源進行有效的開采利用,同時增加了油氣的開發(fā)成本。其中許多報廢井仍然具有很高的開采價值,如果對其進行有效的二次開發(fā)將會在很大程度上緩解我國資源緊張的問題,有利于經濟的發(fā)展。目前,套管內側鉆開窗技術很好的解決了各大油田在油井開采的中后期面臨的諸多難題。它不僅可以用在后期修井、完井上,同時使得許多停產的報廢井可以進行再次開發(fā)利用。其中,二十世紀九十年在國外興起的連續(xù)油管鉆井技術被廣泛使用于修井、鉆井、完井等方面。連續(xù)油管(Coiled Tubing)為一條等徑、無接頭的長彎曲管。它可以進行多次起下作業(yè),同時能夠對井口起動態(tài)密封作用,而且連續(xù)油管能夠承載很高的壓力,它的滾筒式設計可以節(jié)約大量的空間,減小了設備運輸費用,使得鉆井變得愈發(fā)高效。連續(xù)油管鉆井技術相比于傳統的套管內開窗技術更加實用,它的欠平衡壓力鉆井系統可以減小對油層的破壞,鉆井液的循環(huán)系統可以明顯減少起下鉆次數,一定程度上降低了作業(yè)的危險性。連續(xù)油管技術的智能化、自動化發(fā)展,使其更便于控制和數據測量,可以完成常規(guī)方法所不能完成的任務。連續(xù)油管鉆井技術的這些特性決定了它非常適合于小井眼鉆井和老井開窗作業(yè)。連續(xù)油管開窗側鉆技術主要包括水泥塞開窗側鉆技術、水泥環(huán)內置造斜器開窗側鉆技術、造斜器開窗側鉆技術和磨蝕流體噴射開窗側鉆技術,本文將針對起下鉆次數少,使用率較高的造斜器開窗技術進行研究。側鉆開窗中,在經過鉆頭與巖石和套管的磨削才能形成窗口和新的井眼,這一過程決定了整個開窗的成敗與否,鉆頭在此時會受到造斜器、套管以及巖層等各方面的作用力,因此對鉆具組合的進行全面的受力分析尤為重要,本次研究擬選在外徑139.7mm的套管內進行連續(xù)油管造斜器側鉆開窗,結合實際要求做出以下幾個方面的研究：(1)加深對連續(xù)油管側鉆開窗技術工藝的研究。根據連續(xù)油管的工作特點,對連續(xù)油管側鉆開窗的各項工藝流程進行了詳細的學習。對開窗側鉆過程中的一些技術難點、細節(jié)處理和相關參數進行分析。借鑒國外的先進技術,給出適用于連續(xù)油管開窗側鉆的工藝流程。(2)對連續(xù)油管、套管、造斜器進行參數研究,分析其力學性能,選取合適的研究對象。重點對不同開窗銑鞋和擴眼銑鞋的使用背景、功能、各自的特點以及使用個數進行研究。通過分析開窗銑鞋和擴眼銑鞋的各項結構參數對其側鉆時的扭矩、運動的導向性、磨削的攻擊性的影響,來對其進行參數選擇和設計,使鉆具組合在能夠高效率穩(wěn)定的開窗的前提下,保證其耐磨性、抗沖擊性。(3)在給出合理假設的基礎上,建立局部和整體坐標系,用以模擬銑鞋在磨削套管時發(fā)生的轉動和平移,計算剛性模型下開窗銑鞋和擴眼銑鞋的運動軌跡。建立兩個銑鞋的三維實體模型,對實體模型的點分布進行合理的設計。建立鉆具組合運動和受力的物理模型,分析兩者在運動過程中與套管和巖石的接觸面以及相應的接觸力,對兩個銑鞋的組合進行了詳細的受力分析,計算出開窗銑鞋和擴眼銑鞋在所處運動軌跡上每一位置時與套管、巖石以及與造斜器之間的扭矩值曲線。分析扭矩曲線的變化規(guī)律和窗口形狀,改進造斜器并計算扭矩,設計出更加合適的開窗方案。研究表明,選擇合適的側鉆井和開窗位置是連續(xù)油管側鉆開窗的前提條件,對開窗各項流程中細節(jié)的把握決定了整個開窗過程的成功與否。對各項開窗工具的結構參數要進行合理的設計,才能既減小對造斜面的破壞,又具有較好的導向性和穩(wěn)定性。通過對開窗銑鞋和擴眼銑鞋進行扭矩計算,發(fā)現鉆具組合在開窗初期的扭矩值較大,且總扭矩隨著開窗銑鞋的前進有一個快速減小直到相對平穩(wěn)的過程,中途隨著擴眼銑鞋的加入,總扭矩會有一個小幅度的增加。針對其扭矩變化規(guī)律,我們對側鉆初期造斜面的角度進行了合理的調整。通過計算發(fā)現,這一改進可以有效的解決鉆具組合扭矩較大的問題。同時,通過對比調整前后的窗口大小驗證了該方案的可行性,并在磨削最大窗口寬度的造斜面處加入了一段豎直面,擴大了有效窗口的長度,有利于后期的鉆井過程。最終獲得一個完整的多折面造斜器的參數圖,該造斜器在減小初期扭矩、增加有效窗口長度以及減少切削時間等方面起到了一定的作用,對現場施工有很好的參考和指導意義。
【圖文】：

最開始套管開窗中使用的多趟式的單一開窗銳鞋需要經過多次起下鉆，使得逡逑開窗過程非常麻煩，，而且會對連續(xù)油管造成較大疲勞損傷�，F在，連續(xù)油管造斜逡逑器開窗一般使用多個銳鞋串聯的鉆具狙合，如下圖３－１所示。選擇}D合式銳鞋，可逡逑Ｗ做到安裝斜向器、開窗、擴眼、磨平窗口一次性完成。不僅保護了連續(xù)油管，逡逑節(jié)約時間，免去了多次起下鉆的麻煩，而且可Ｗ得到高質量的窗口。逡逑多個拑鞋的鉆具組合中，底端的銳鞋作用最為關鍵，不僅要直接在套管上磨逡逑削出窗口，還要在底層中鉆進一定距離；西瓜皮銳鞋一般是在底端就鞋開出窗口逡逑之后繼續(xù)磨削，它主要用于加長己開的窗曰大小，尤其是窗口上部；而最上方的逡逑銳鞋作用一般是將窗口磨平，便于裸眼鉆井鉆具組合進行下一步打井。材質和結逡逑構不同的磨鞋

圖３－２國外一些油田連續(xù)油管開窗使用的金剛石錦鞋逡逑Ｆｉｇ３－２邋Ｓｏｍｅ邋ｍｉｌｌｓ邋ｆｏｒ邋ｃｏｉｌｅｄ邋扣ｂｉｎｇ邋ｗｉｎｄｏｗ邋ｕｓｅｄ邋ａｔ邋ｓｏｍｅ邋ｆｉｌｅｄｓ邋ａｂｒｏａｄ逡逑
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE921.1

【參考文獻】

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本文編號：2563473