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中原油田属典型的断块油气田,断块多且小;油藏埋藏深并且多数油层比较薄;地层压力系数高,地温梯度高;多套盐膏层发育,造成了水平井钻井施工难度大、风险大、事故多。
在研究国内外水平钻井技术的基础上,结合中原油田独特油藏地质结构特点、钻井难题和满足油田现有钻井设备、工具条件下进行了一整套水平钻井技术研究。本文建立、研究了能够同时满足位置约束(北坐标、东坐标、垂深)和姿态约束(井斜角、方位角)的三维水平井轨迹设计计算模型;建立了摩阻/扭矩模型;进行了水平井钻柱优化设计;研究了适合水平井下部钻柱力学分析的三维模型,并应用此模型对弯外壳螺杆钻具在二维和三维井身条件下进行了力学分析。论文中计算了Ф120mm和Ф165mm弯外壳螺杆钻具在不同结构参数(弯角的大小和位置,上、下稳定器的位置和直径等)、井眼几何参数(钻头处井斜角、井眼曲率等)和钻井工艺参数(钻压)下对钻头侧向力、螺杆钻具的平衡曲率以及造斜率的影响。
该研究指导了中原油田的水平井生产实践,进行了6口水平井的钻井试验,研究结果和现场生产实践表明:中曲率半径和直-增-稳-增-稳-增-水平三增剖面是中原油田的理想选择;水平井井眼轨迹精细控制技术具有油田特色,成功地指导了着陆控制、水平控制的设计和施工,精度很高,其中:云2-平1井在760m水平段中调整方位32°,文92-平1井水平段中成功侧钻等技术获得成功运用;摩阻和扭矩的分析和预测技术顺利地保证了水平井钻井、完井的生产;安全施工技术的严格贯彻执行提高了6口水平井的钻井速度,大大降低了工程事故、复杂时效;另外,水平井专用仪器、工具也在不断成熟、完善。