长水平段水平井井眼净化理论与实践研究

作     者：吴百川 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱忠喜;张文波

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：井眼清洁 临界流速评价 井眼清洁程度评价 有限元理论 套管摩阻 

摘      要：随着石油与天然气需求的增大和开采能源方法的不断优化,大位移井、水平井在非常规油气藏中取得了显著发展。与此同时,对于长水平段水平井钻井过程中出现的水力参数优选问题、井眼清洁问题和水力延伸能力预测与提升问题日益突出,并成为显著关注问题。在进行钻进作业时,水平井水平段位置岩屑易沉积到井眼底部形成岩屑床,随钻井时间增加,岩屑床堆积增厚极易造成卡钻、摩阻扭矩突增的钻井问题,这不但增加了钻井风险,还限制了水平井的延伸能力,大幅增加了钻井工期及成本。对于上述问题开展了长水平段水平井岩屑运移特性及水力参数优化的研究,可对水平段水平井现场应用具有重要意义。井眼清洁工具是复杂结构井清除岩屑床最有效的技术之一。本文调研了井眼清洁工具类型、清岩机理,及在各大油田应用效果,结果表明,井眼清洁工具虽然能加速岩屑运移、破环岩屑床生成,但由于其清岩形式单一,系列尺寸不全,很难在小井眼条件下下入工具。因此,论文重点研究了水平段井眼岩屑运移临界流速评价方法、井眼清洁程度评价方法及岩屑运移数值模拟方法,通过以上三种方法综合得出的结论与北美油服公司在岩屑运移优化实验进行对比,优化后的钻井工艺运用在现场实验井达到了清洁岩屑床效果。首先,参考近几年岩屑运移临界流速的数学模型及井眼清洁程度的数学模型,运用MATLAB软件编写计算其相关的数学模型,并得到先关井眼净化的参数。再使用FLUENT有限元软件建立数值模型,通过迭代计算的方式,求出有限元结果与上两种方法的数学模型结果进行对比,得出一套较为精确的理论数值。其次,通过北美某油服公司提供的井眼清洁优化实验认证结果准确性。最后,根据实验结果与理论结果综合对比,得出井眼清洁E理论,并在新疆油田玛湖区块运用,通过观察定向作业时的托压程度、上提遇阻的次数、下入套管的摩阻和下套管使用时间,确定井眼清洁E理论的可行性。