高压射流径向井井眼轨迹预测与测量方法研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:psh860525
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高压射流径向钻井(简称径向井)是一种利用高压射流在地层内沿径向喷射钻出一条或多条微小直径(50mm左右)分支孔眼的钻井技术。该技术能够在主井眼内实现超短半径(<150mm)转向与水力喷射成孔、建立高导流通道,具有工艺简单、周期短、成本低、效率高与环境友好等特点,是一种非常规资源开发、老井挖潜与增产的有效手段。然而,基于其非接触式破岩、微小孔眼直径以及套管内超短半径90°转向的特点,尚无相关轨迹预测方法,且传统轨迹测量工具无法使用,严重制约了该技术的发展与应用。针对上述难题,在国家自然科学基金重点项目和重大仪器研制项目的资助下,对径向井轨迹钻前预测与钻后测量两个关键问题进行了研究。数值模拟研究了地层层/节理对岩体冲击损伤与冲蚀损伤的影响规律,并由此提出了径向井轨迹预测方法。层理/节理的存在促进了岩体沿层间界面上倾方向的破坏,并使孔眼轨迹具有向相对上倾方向偏转的趋势;多层层理/节理界面对破岩孔眼轴线影响具有累积效果。以矢量平移与旋转描述径向井轨迹变化,分别计算射流矢量在初始钻孔方位线横、纵截面中二维轨迹,最终融合得出径向井轨迹各点三维坐标、井斜角与方位角。基于导航原理,提出了径向井轨迹测量方法,研制了微小直径井眼轨迹测量装置。重入式(随钻式)装置测量模块直径20mm(22mm)、含接头长度小于90mm(70mm)、耐温105℃(125℃),满足3h(48h)以上连续工作电力续航与数据存储要求。校核了常规径向井作业环境与施工参数下装置损坏风险,分析了装置确定性误差、制定了其校正方法。开展了Allan分析与频谱分析,构建了ARMA模型、移动卡尔曼滤波器与带通滤波器进行噪声滤除。结合径向井工艺特征,提出了径向井轨迹推算方法,制定了径向井轨迹测量工艺流程。验证实验结果表明,管柱运行速度0.28m/s时,推算测深、井斜角、方位角、垂深、水平位移平均误差分别为2.17%、1.96%、2.97%、12.24%、3.47%。于重庆市大足区开展现场实验4井次,结果表明,装置与方法运行可靠,满足工程应用要求。研究结果填补了微小直径井眼内轨迹测量方面的空白,为径向井轨迹预测与测量难题提供了解决思路与方案,进而为径向井技术用于地质甜点靶向开发和体积压裂一体化奠定理论和技术基础。
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