CN116006156A - 连续管水力喷射径向水平井测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续管水力喷射径向水平井测试系统及测试方法，该连续管水力喷射径向水平井测试系统包括：实验支撑架、注入头、导向器、滚筒撬和转向器，所述实验支撑架设置在井口上方；所述导向器和所述注入头设置在所述实验支撑架上，所述实验支撑架用来支撑所述注入头，所述导向器和所述注入头提供提升、注入力用以起下连续管；所述滚筒撬用来储存与运输连续管，同时在连续管作业过程提供张力；所述转向器设置在所述实验支撑架下部，以模拟不同地层物性条件下连续管水力喷射径向水平井技术的造斜能力、延伸能力等综合性能的入井前测试。

Description

连续管水力喷射径向水平井测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种连续管水力喷射径向水平井测试系统及测试方法。

背景技术

开发进入中后期的油田，面临着低采收率、低渗透率的问题。侧钻是油区块挖掘剩余油藏，提高油气藏采收率和降本增效的有效方法之一，其主要目的是挖掘油气田的剩余可采储量的潜力，用于提高开发效果和经济效益。而在常规侧钻过程中，钻遇地质层系较多，地质复杂，容易发生垮塌、漏等事故，侧钻实施难度大。在固井过程中，存在套管居中难，水泥环薄，水泥塞长度难以得到有效控制等问题。

水力喷射径向水平井技术是一种依靠纯水力钻进，在套管内实现超短半径转向的先进技术。其优点主要包括：

1)可大大提高泄油面积，有利于压力衰竭油气藏二次开发；2)可明显减少储层损害，有效保护并解放油气层，从而提高油气井产能；3)钻进时不需要钻头旋转破岩，减少了井下复杂事故的那个；4)靠液体静压推进，解决了常规水平井钻井中钻压施加困难等难题；5)不需丝扣连接，可避免因此导致的复杂的压力密封问题和井控问题；6)可有效解决常规造斜段钻柱与井壁摩阻过大的问题；7)地面设备简单，钻井施工操作方便。

其有待改进之处在于：1)水平段延伸长度不足；2)高压作业条件下，转向器对高压软管有较大的通过阻力作用，使得送进困难；

连续管钻井是指利用连续管代替钻杆，在通过连续管作业机及配套的井下工具进行油气井的勘探开发作业。连续管钻井技术是近几年国外迅速发展起来的一项钻井前沿技术，是未来石油钻井工程的重要发展方向之一。如何在连续管径向水平井的方式进行钻井，达到理想的钻井效果，从而提高石油天然气勘探开发的效果是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续管水力喷射径向水平井测试系统及测试方法，以模拟不同地层物性条件下连续管水力喷射径向水平井技术的造斜能力、延伸能力等综合性能的入井前测试。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种连续管水力喷射径向水平井测试系统，包括：实验支撑架、注入头、导向器、滚筒撬和转向器，所述实验支撑架设置在井口上方；

所述导向器和所述注入头设置在所述实验支撑架上，所述实验支撑架用来支撑所述注入头，所述导向器和所述注入头提供提升、注入力用以起下连续管；

所述滚筒撬用来储存与运输连续管，同时在连续管作业过程提供张力；所述转向器设置在所述实验支撑架下部。

在优选的实施方式中，所述转向器包括内通道和壳体，所述内通道内壁贴有力传感器，所述力传感器用于检测所述连续管在所述转向器中的摩擦阻力。

在优选的实施方式中，所述内通道包括直线段和曲线段。

在优选的实施方式中，所述注入头包括液压缸、液压马达、推板、夹持块和链条，在所述液压缸作用下，所述推板和所述夹持块能够将连续管夹紧，所述液压马达能带动所述链条运转。

在优选的实施方式中，两组所述链条对称分布。

在优选的实施方式中，所述实验支撑架包括第一平台和第二平台，所述第一平台与所述第二平台均设有同心的中心孔。

在优选的实施方式中，所述导向器包括圆弧状轨道和滑块，所述圆弧状轨道通过所述滑块连接在所述注入头上部。

在优选的实施方式中，所述圆弧状轨道的上端连接有活动段。

在优选的实施方式中，所述连续管水力喷射径向水平井测试系统包括岩样运输装置，所述岩样运输装置包括车轨、小车和吊轨，所述车轨一端位于所述实验支撑架下部。

本发明提供一种连续管水力喷射径向水平井测试方法，采用上述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，所述测试方法包括：

安装所述测试系统；

进行水力喷射径向水平井综合性能测试。

本发明的特点及优点是：

通过本发明提供的连续管水力喷射径向水平井测试系统，能够模拟不同地层物性条件下连续管水力喷射径向水平井的造斜能力、延伸能力等综合性能的入井前测试，测试连续管水力喷射径向水平井钻进不同物性地层的综合性能，包括连续管下入转向器摩阻测试、水力喷射钻头造斜特性以及水平段延伸极限测试等；研究不同规格连续油管、不同转向器结构、不同施工参数等条件下造斜能力及水平段延伸长度，得到针对不同地层最优的转向器结构参数及施工参数，由于进行的入井前模拟测试，可模拟水力喷射径向水平井井下实际工况，从而能够为水力喷射径向水平井成井效率的提高提供保障，进而降低钻井成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的连续管水力喷射径向水平井测试系统的整体示意图；

图2为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中实验支撑架的结构示意图；

图3为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中注入头的结构示意图；

图4为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中导向器的结构示意图；

图5为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中滚筒撬的结构示意图；

图6为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中动力撬的结构示意图；

图7为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中岩样运输装置的结构示意图；

图8为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中转向器的结构示意图；

图9为图1所示的连续管水力喷射径向水平井测试系统中控制撬的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

连续管径向水平井技术是一种利用连续管及水力喷射径向井技术依靠水力喷射钻井方式，可以实现在层内开窗、层内造斜、层内钻进，是一种有效提高低渗、稠油油气藏采收率和降本增效的有效方法

方案一

本发明提供了一种连续管水力喷射径向水平井测试系统，如图1-图9所示，包括：实验支撑架2、注入头3、导向器4、滚筒撬6和转向器11，实验支撑架2设置在井口上方；导向器4及注入头3设置在实验支撑架的平台上，实验支撑架2用来支撑注入头3，导向器4及注入头3提供提升、注入力用以起下连续管5；滚筒撬6设置在距井口10米处，滚筒撬6用来储存与运输连续管5，同时在连续管作业过程提供张力；转向器11设置在实验支撑架2下部。

通过本发明提供的连续管水力喷射径向水平井测试系统，能够模拟不同地层物性条件下连续管水力喷射径向水平井的造斜能力、延伸能力等综合性能的特性入井前测试，测试连续管水力喷射径向水平井钻进不同物性地层的综合性能，包括连续管下入转向器摩阻测试、水力喷射钻头造斜特性以及水平段延伸极限测试等；研究不同规格连续油管、不同转向器结构、不同施工参数等条件下造斜能力及水平段延伸长度，得到针对不同地层最优的转向器结构参数及施工参数，由于进行的入井前模拟测试，可模拟水力喷射径向水平井井下实际工况，从而能够为水力喷射径向水平井成井效率的提高提供保障，进而提高经济效益降低钻井成本。在一实施例中，该连续管水力喷射径向水平井测试系统包括岩样运输装置10，岩样运输装置10用来输送实验岩样。岩样运输装置10设置在实验支撑架2下部。转向器11可以由四根角钢固定在支撑架与岩样运输装置之间。待测装置1设置在连续管前端，待测装置1可以为水力喷射钻头。

实验支撑架为双层方形钢架，包括平台以及多根支柱，多根支柱用来支撑平台。进一步地，实验支撑架2包括第一平台21、第二平台22，第一平台21与第二平台22均有一个同心的中心孔23，第一平台21与地面之间拥有足够空间放置转向器11，转向器11通过转向器夹持装置24固定在第一平台21下部，第一平台21与第二平台22之间拥有一定空间，用来装配待测装置1，同时包括多根支柱25，用以支撑实验平台，每根支柱之间有若干三角钢25，用以保证实验支撑架2的稳定性。

注入头3包括液压缸31和液压马达32，注入头3放置于实验支撑架2之上，在液压缸作31用下，连续管5两侧的推板33以及与推板接触的滚轮轴承、托架和夹持块34向靠近连续管的方向运动，并最终使夹持块34夹紧连续管5，同时依靠液压马达32带动链条35，通过链条35与连续管5的摩擦力控制连续管5速度与上提力。

在一实施方式中，如图4所示，导向器4包括四分之一圆弧状轨道41，通过若干三角钢支架42固定在实验支撑架2上部，通过滑块43连接在注入头3上部，并可移动滑块44使连续管居中用来控制连续管5方向。

滚筒撬6在连续管5下入过程中依靠液压动力使滚筒61与注入头3间的连续管5保持张进状态，连续管5起出过程中依靠液压动力驱动滚筒61筒体转动，进行缠绕连续管5，同时滚筒5上方设置排管系统62。

在一实施方式中，该连续管水力喷射径向水平井测试系统还包括动力撬7，动力撬7设置在距滚筒撬6四米处，动力撬7主要由橇体71、发电机72、分动箱73、柴油机、液压系统等构成，用来为滚筒61、注入头3、控制撬9等提供动力。动力撬7设置于控制撬支撑架8底部。

在一实施例中，该测试系统还包括控制撬9，控制撬9设置在控制撬支撑架8的上部，控制撬9用来控制滚筒6、注入头3输送及回收连续管5以及数据监测，保证连续管安全顺利下入。控制撬9外部可以为钢架。

岩样运输装置10用来输送实验所需大块岩样，岩样运输装置10包括车轨101、小车102及吊轨103，车轨一端位于实验支撑架2下部。车轨可以为通用轨道，长度6米，通过螺栓固定在地面上。小车102拥有四个轨道轮104，宽度方向轮中心距为1000mm，小车轨道轮上部有岩样夹持装置102，用来固定实验岩样，方便岩样的运输。

转向器11放置于岩样运输装置10与第二平台22之间，通过卡板113固定至井架下的转向器夹持装置24上，并保证与连续管前端待测装置位于同一轴线，转向器拥有内通道111与壳体112两部分，内通道111内壁贴有若干力传感器，可以用来测试水力喷射钻头1进入转向器后的摩阻，进而得到水力喷射钻头进入不同结构的转向器时连续管所受摩阻，以减小连续管摩阻为目标，对转向器结构参数进行优选。

方案二

本发明提供的一种连续管水力喷射径向水平井测试方法，采用上述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，该测试方法包括：安装测试系统；进行水力喷射径向水平井综合性能测试。

该测试方法可进行两种测试方法：(1)对转向器结构参数优化测试方法；(2)对施工参数的优化测试方法。

进一步地，进行水力喷射径向水平井综合性能测试的步骤包括：

连续管前端安装水力喷射钻头，检查转向器力传感器正常工作；

通过改变转向器的结构，测试连续管及水力喷射钻头下入转向器内通道时所受的摩擦阻力；

测得摩擦阻力后，将岩样放置于小车中，通过小车将岩样运输至实验支撑架下部，进行入井前水力喷射钻头造斜及水平延伸能力的测试；

转向器内的力传感器可以实时测得水力喷射钻头在造斜及水平延伸过程中，连续管在转向器内通道所受摩擦阻力，以此对转向器的结构进行优选；

转向器结构优选过后，通过改变排量以及泵压，测得不同施工参数下水力喷射钻头造斜能力，在入井前对造斜钻进过程的施工参数进行优选；

通过改变排量以及泵压，测得不同施工参数下水力喷射钻头延伸能力，在入井前对水平钻进过程的施工参数进行优选，提高成井效率。

进一步地，安装测试系统包括：步骤1、固定实验支撑架、注入头及导向器；步骤2、固定滚筒撬、动力撬及控制室；步骤3、安装岩样运输装置；步骤4、安装管汇及水罐；步骤5、安装转向器及待测装置1。待测装置1包括水力喷射钻头及转向钻杆等。

具体地，步骤1中：将实验支撑架2固定至一处，将注入头3通过固定至实验支撑架2的第二平台22上，并且保证，注入头3一对夹持块35间的空间与第二平台22的中心孔同心，以便连续管顺利下入，随后将导向器4通过角钢固定至注入头3上部，并保证导向器的轨道41中心与注入头3一对夹持块35间的空间保持同心。

具体地，步骤2：在距离实验支撑架2东向十米处固定滚筒撬装，滚筒径向中心线与实验支撑架中心线位于同一平面，随后在距离实验支撑架2东十四米处安装控制撬支撑架8，控制撬支撑架8上部安装控制撬、下部安装动力撬7。

具体地，步骤3：将岩样运输装置10的轨道101固定在实验支撑架2与滚筒撬6之间，且轨道101的中心线与滚筒撬7径向中心线在同一平面，小车102安装在轨道101上部。

具体地，步骤4：将水泵固定至控制撬南4米处，并安装各个装置之间的控制管汇，连接循环管汇12。

具体地，步骤5：通过控制撬9滚筒撬6输送连续管5，经过导向器4进入注入头3，再通过控制注入头3输送连续管5至实验支撑架第二平台22与第一平台21之间，随后可以在第一平台21处安装待测装置，随后通过第一平台21下部的转向器夹持装置24夹紧转向器11。至此，实验设备安装完成。

进行水力喷射径向水平井综合性能测试可以采用多种实施方式。在一实施方式中，通过使用不同结构参数的转向器11，测得水力喷射钻头1下入转向器11内通道时，连续管在转向器11内通道所受摩擦阻力，同时可以测得，水力喷射钻头1在钻进岩样过程中，连续管5在转向器11内通道所受摩擦阻力，进而以连续管5所受摩阻最小为目标，对转向器结构参数进行优选。

在另一实施方式中，进行不同岩样及泵压、排量等施工参数下，水力喷射钻头1入井前造斜及水平延伸能力测试，以水力喷射钻头1在岩样中钻进轨迹为结果，以钻进轨迹设计为参考标准，形成针对不同地层水力喷射径向水平井施工参数优选方案。该测试方法可模拟水力喷射径向井井下工作状态，测试参数准确可靠，可为水力喷射径向井结构参数及施工优化提供数据基础，以此可提高水力喷射径向井成井效率，降本增效。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，包括：实验支撑架、注入头、导向器、滚筒撬和转向器，所述实验支撑架设置在井口上方；

所述导向器和所述注入头设置在所述实验支撑架上，所述实验支撑架用来支撑所述注入头，所述导向器和所述注入头提供提升、注入力用以起下连续管；

所述滚筒撬用来储存与运输连续管，同时在连续管作业过程提供张力；所述转向器设置在所述实验支撑架下部。

2.根据权利要求1所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述转向器包括内通道和壳体，所述内通道内壁贴有力传感器，所述力传感器用于检测所述连续管在所述转向器中的摩擦阻力。

3.根据权利要求2所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述内通道包括直线段和曲线段。

4.根据权利要求1所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述注入头包括液压缸、液压马达、推板、夹持块和链条，在所述液压缸作用下，所述推板和所述夹持块能够将连续管夹紧，所述液压马达能带动所述链条运转。

5.根据权利要求4所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

两组所述链条对称分布。

6.根据权利要求1所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述实验支撑架包括第一平台和第二平台，所述第一平台与所述第二平台均设有同心的中心孔。

7.根据权利要求1所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述导向器包括圆弧状轨道和滑块，所述圆弧状轨道通过所述滑块连接在所述注入头上部。

8.根据权利要求7所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述圆弧状轨道的上端连接有活动段。

9.根据权利要求1所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，其特征在于，

所述连续管水力喷射径向水平井测试系统包括岩样运输装置，所述岩样运输装置包括车轨、小车和吊轨，所述车轨一端位于所述实验支撑架下部。

10.一种连续管水力喷射径向水平井测试方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的连续管水力喷射径向水平井测试系统，所述测试方法包括：

安装所述测试系统；

进行水力喷射径向水平井综合性能测试。

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