毕业设计(论文)-超短半径水力水平井工具设计说明书.doc

北京机械工业学院（毕业设计）各专业完整优秀毕业论文设计图纸第一章绪论1.1前言径向水平井钻井技术系统由地面设备和井下工具系统两部分组成。地面设备包括作业机、压裂成组设备、井口装置(包括井口密封、进液三通)、数据采集和处理系统及地面运动控制装置等;井下工具系统包括段铣工具、扩孔工具和径向水平井钻井工具。段铣工具和扩孔工具是整个作业工艺中的重要前期准备工具。径向水平井钻井工具是整个技术的核心，包括转向器、高压管柱、钻杆、钻头和钻杆运动控制器等。其中转向器又是整个技术的关键。水力水平钻井射孔深度一般可达到8～20m，井眼尺寸达70mm以上。采用水力水平钻井技术可实现井筒与地层间的有效连通，形成极小转向半径的微型水平井，有效穿透近井带污染层;一次下井可在不同深度或同一深度的不同方位完成多次钻孔作业，形成多个水平井眼。运用水力水平井技术的目的是提高油气藏的采收率以及为油田增产增注服务，但是由于其成本较高，并不是所有的油田都适用。1.2国内外发展状况1.2.1高压水射流径向水平钻井系统说明高压水射流径向水平钻井系统涉及高压水射流径向水平钻井用的特殊设备,尤其是钻杆超短半径转向和完全高压水射流破岩的水平钻井的专用井下器具及其最佳组合。水平钻井技术是目前钻井行业的前沿技术。高压水射流径向水平钻井系统又称超短半径水平钻井技术，是用来在井下完成超短半径水平井眼的特殊器具和作业方法。其基本实现方法是在一口预备的垂直套管井中,用常规磨铣或段铣的方法切去所需长度的井下套管段,接着下入特制的径向水平钻井的井下扩孔器,将套管段铣位置扩大到所需尺寸,形成一个扩孔腔中；然后,将高压水射流径向水平钻井系统的专用器具下入套管井眼和这个扩孔腔中,进入工作状态后,地面高压泵车向本实用新型的工作管柱中注入高压钻井液,高压钻井液驱动钻杆即中空无缝钢管以极短的弯曲半径通过钻杆转向器而水平进入地层,并从钻杆前端的钻头高速旋转射出而破碎地层岩石,实现高压水射流径向水平钻井,达到增大油层裸露面积,高效开采地下油矿。高压水射流径向水平钻井技术可在同一垂直井中的多个井下油矿层位进行高压水射流径向水平钻井作业,每个层位可以横向钻入多个呈辐射状的径向水平井,每个径向水平井长度达到30~60米,它是老油田增产增收的强有力措施。高压水射流径向水平钻井技术可解决以下问题:1.开发浅油层、薄油层和低渗透油层;2.钻开垂直裂缝的油气藏;3.减少或替代打垂直调整井;4.减少或避免气锥水锥现象的产生；5.用于开采地下碱层、盐层及其他矿藏。2高压水射流径向水平钻井国内外状况国外径向水平钻井技术研究始于20世纪70年代末,80年代中期投入工业试验,80年代末期形成“超短半径径向井系统”(URRS),进入商业应用。至1992年底,已在加拿大和美国等地钻了1000多口径向水平井眼;这些径向水平井有的是在垂直井的同一油层中钻入的,有的是在不同油层中钻入的,每个垂直井中所钻层位最多达5个,每个层位钻入的辐射状径向水平井最多达20个,实现了在多个层次钻多个辐射状径向井的技术计划。对于这些径向井眼,大部分进行了测井和包括裸眼技术、柔性防砂管技术及双向砾石充填技术完井。径向井眼的长度一般在8~46m,比垂直井产能提高2~10倍,平均原油增产2~4倍[1]。20世纪90年代以来,径向水平井钻井技术有了不断的发展和完善。2000年以来的有关文献表明,美国和加拿大等地区还在继续应用和探索径向水平并钻井技术[2]。在我国，径向水平井钻井技术是油井增产的一项强有力的措施，特别适合于低渗透油田的开发，对钻井也有着重要意义。从20世纪90年代初开始,中国石油天然气集团公司(CNPC)科技发展部组织了江汉机械研究所等科研单位,对“径向水平井钻井综合配套技术”进行了攻关研究。1.3水平钻井技术系统工作原理水平径向钻井系统的工作原理是：先用磨铣工具和扩孔工具完成扩孔腔的施工后，再下入转向器等井下钻井工具，并使各工具按规定的技术指标就位固定，然后开始水平径向钻井。该系统的地面钻井泵以9～13L/S的排量提供压力为55～69MPa的钻井液，钻井液经井口进液接头进入高压管柱内，再由位于高压管柱内腔的钻柱上端开口进入其内腔，流向钻头，由钻头以244～277m/s的速度旋转射出破碎岩石，达到钻井的目的。在这个过程中，水力起到两个方面的作用：1.喷射切割地层；2.驱动钻柱运动并使之穿过转向器实现由垂直向水平方向转向而进入地层。水平钻井技术的主要特点和应用径向水平钻井技术的主要特点是：钻杆以极短的弯曲半径（约0.3m）通过转向器实现从垂直方向到水平方向的转向；钻进为完全的高压水射流破岩和液压推动技术；径向水平井从已下入套管的垂直井眼中钻入，并可在井下一个层位和多个层位布置多个辐射状的径向水平井眼；钻管为高强度，高韧性的电