（机械设计及理论专业论文）六级分支井地面预成形井眼连接系统试验与仿真研究.pdf

摘要 本文结合国家高技术研究发展( 8 6 3 ) 计划海洋技术领域课题“六级分支井地面预成形 井眼连接系统试验与仿真研究”，系统开展六级分支并地面预成形井眼连接系统预成形 和膨胀整形技术研究，通过室内试验与仿真相结合，在六级分支井地面预成形井眼连接 系统结构设计及材料选择、预成形；b h - r i 艺、和膨胀整形技术方面取得较大的研究进展。 l 、六级分支井地面预成形井眼连接系统结构设计及材料选择 六级分支井地面预成形井眼连接系统关键技术性能是：主井眼与分支井眼连接处的 完整的机械支撑、液力封隔性和主井眼和分支井眼可选择性再进入的技术性能。针对上 述关键技术性能，设计适用于六级分支井地面预成形井眼连接系统，并优选适用于膨胀 整形工艺的分支腿材料。 2 、预成形井眼连接系统预成形加工工艺研究 地面预成形井眼连接系统在下井前需要将其两个1 7 7 8 m m 套管预压到规定的工具 轮廓外径，然后经过上部主套管下至已经扩眼的井段，最后通过膨胀整形工具在井下对 其进行膨胀整形达到要求的a p i 标准通径。通过研究一定轮廓的模具成形工艺，形成了 连接系统的预成形加工工艺。 3 、预成形井眼连接系统预成形及膨胀整形仿真分析 在预成形、膨胀整形过程中存在着一些应力集中点，根据所选材料的应变与应力特 性，并按照预压和膨胀整形过程中施加的边界约束和载荷条件进行了仿真分析。仿真分 析的数据为连接系统的优化设计和试验提供了理论指导。 4 、地面预成形井眼连接系统预成形及膨胀整形试验 为了验证六级分支井的预成形和井下的膨胀整形工艺的可行性，进行室内试验，获 得了预成形和膨胀整形过程中的应变、应力的变化和分布情况，验证了仿真分析的正确 性，也为下一步的产业化进程提供了可行性依据。 关键词：六级分支井，预成形，整形，分支井眼连接 a bs t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so ne x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o ns t u d yo nt h ep r e f o r m e dl a t e r a l j u n c t i o ns y s t e mo fl e v e l6m u l t i l a t e r a l w h i c hi s ap a r to ft h e “8 6 3 ”h i g ht e c h n o l o g y r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a mo fc h i n a p r e f o r m i n ga n dr e f o r m i n gt e c h n o l o g yo f p r e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o ns y s t e mo fl e v e l6m u l t i l a t e r a li si n v e s t i g a t e ds y s t e m i c a l l y , b a s e do n l a be x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o n ，c o m p r e h e n s i v es t u d yo nd e s i g na n dm a t e r i a ls e l e c t i o na n d p e r f o r m i n gt e c h n o l o g ya n dr e f o r m i n gt e c h n o l o g yo fp r e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o ns y s t e mo f l e v e l6m u l t i l a t e r a la n ds oo n 。t h em a i nw o r k sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 d e s i g na n dm a t e r i a ls e l e c t i o np r e f o r m e dl a t e r a lju n c t i o ns y s t e mo fl e v e l6m u l t i l a t e r a l m e c h a n i c a ls u p p o r t i n ga n dh y d r a u l i cs e a l i n ga n ds e l e c t i v er e e n t r a n c ef o r t h ej u n c t i o n si s l h ek e yc a p a b i l i t yo fp r e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o ns y s t e m 砀ed e s i g na n dl a t e r ll e gm a t e r i a l s e l e c t c i o no fp r e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o ns y s t e ma c h i e v e dt h e s ec a p a b i l i t i e s 2 s t u d yo np r e f o r m e dl a t e r a lju n c t i o ns y s t e mm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y p r e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o ns y s t e ms h o u l d b ef o r m e dt od e s i g n e d p r o f i l eo db y i n t e g r a t i n ge i t h e rt w os e c t i o n so f7i n c h t h e ni ti sr u n n e di nr e a m e dh o l et h r o u g ht h eu p p e r p a r e n tc a s i n g a tl a s t ，i ti si n s t a l l e db yr e f o r m i n gt ot h eo r i g i n a lg e o m e t r yt op r o v i d ef u l la p i d r i f t i nb o t ho u t l e ts e c t i o n s t h es u i t a b l ep r e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o ns y s t e mm a n u f a c t u r e t e c h n o l o g yi sd e v e l o p e db yt h es t u d yo nm o u l df o r m i n gt e c h n o l o g y ，w h i c hh a sak i n do f p r o f i l e 。 3 s i m u l a t i o no fp r e f o r m i n ga n dr e f o r m i n gt e c h n o l o g yo fr e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o n s y s t e m t h e r ea r es o m es t r e s sc o n c e n t r a t i o np o i n t si nt h et h ef o r m i n ga n dd e f o r m i n gp r o c e s s s i m u l a t i o nw f l sd o n eo nt h eb a s i so fs e l e c t e dm a t e r i a ls t r a i na n ds t r e s sc h a r a c t e r i s t i c ， b o u n d a r yc o n s t r a i n ta n df o r c eu pc o n d i t i o n s i m u l a t i o nd a t ac o u l db et h ei n s t r u c t i o nf o r s y s t e md e s i g na n dl a be x p e r i m e n t 4 l a be x p e r i m e n to fp r e f o r m i n ga n dr e f o r m i n gt e c h n o l o g yo fr e f o r m e dl a t e r a lj u n c t i o n s y s t e m t h el a be x p e r i m e n tw a sf i n i s h e dt ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo fp r e f o r m i n ga n dr e f o r m i n g t e c h n o l o g y t h ev a r i a t i o na n dd i s t r i b u t i o no fs t r a i na n ds t r e s sw a sk n o w nb yl a be x p e r i m e n t t h es i m u l a t i o nd a t ai sv e r i f i e d ，a n di tp r o v i d e sf e a s i b l er e f e r e n c e sf o rt h ei n d u s t r i a l i z a t i o n s t e p k e yw o r d s ：l e v e l6m u l t i l a t e r a l ，p e r f o r m ，r e f o r m ，l a t e r a lj u n c t i o n 表3 1 表3 2 表3 3 表3 5 表3 - 6 表3 7 表3 8 表3 - 9 表3 。1 0 表3 1 1 表3 1 2 表3 1 3 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 8 表4 9 表4 1 0 表4 1 1 表5 1 表5 2 表5 3 表5 - 4 表格目录 具有不同圆心角的圆拱的初始破损载荷1 7 同圆心角的圆拱在半径为0 3 0 7 3 m 的圆弧压板作用下的压力位移的关系2 2 半圆心角( p - - 0 7 1 1 2 7 7 t 的单位长度圆拱在不同曲率半径压板作用下压力位 移关系2 3 与图3 1 5 对应的数据表2 6 与图3 2 8 对应的数据表3 5 与图3 3 0 对应的数据表。3 6 与图3 31 对应的数据表一3 7 j 5 5 不同屈服极限对应的挤压力3 8 与图3 4 7 对应的数据表4 l 与图3 4 8 对应的数据表4 1 1 c r l 8 n i 9 t i 钢使用后力学性能4 2 不同屈服极限对应的挤压力4 4 压缩油缸参数4 8 仪器的技术指标5 3 b e l 2 3 3 c a 应变片技术指标。5 4 应变花与仪器接线关系表5 7 第一组试压数据( 油缸直径1 6 0 m m ) 5 8 第二组试验( 油缸直径1 6 0 m m ) 5 8 压缩油缸设计参数- 5 9 第一组试压数据( 油缸活塞直径2 5 0 m m ) 6 3 第二组试验数据表( 油缸活塞直径2 5 0 m m ) 6 4 几组补充压缩试验( 油缸活塞直径2 5 0 r a m ) 6 4 压模口部试验测试数据( 油缸活塞直径2 5 0 m m ) 6 8 膨胀油缸设计参数8 l 预成形工具膨胀整形试验测试数据( 油缸活塞直径16 0 m m ) 8 3 预成形工具膨胀整形试验测试数据( 油缸活塞直径1 6 0 m m ) 8 4 井眼连接系统膨胀整形试验测试数据( 油缸活塞直径1 6 0 m m ) 8 7 插图目录 图1 1分支井分级示意图2 图1 2 技术路线6 图2 1完井结构示意图7 图2 2 地面预成形井眼连接系统9 图2 3 地面预成形井眼连接系统分解结构图9 图2 4 模具预压成形示意图1 0 图2 5 预成形井眼连接系统预成形加工工艺1 0 图2 6内压仿真模型1 l 图2 7内压仿真载荷施加1 1 图2 8内压仿真的v o n m i s e s 应力1 l 图2 - 9内压仿真的v o n m i s e s 应变1 1 图2 1 0 外压仿真模型1 2 图2 1 l外压仿真的v o n m i s e s 应力1 2 图2 1 2 外压仿真的v o n m i s e s 应变1 2 图2 1 3 悬挂载荷仿真模型1 3 图2 1 4 悬挂载荷仿真的v o n m i s e s 应力1 3 图2 1 5 悬挂载荷仿真的v o n m i s e s 应变1 3 图3 1 力学模型1 4 图3 2分支腿及其椭圆压板示意图1 5 图3 3圆拱初始破损时的受力分析1 6 图3 4 初始破损载荷与半圆心角的关系1 7 图3 5a b 圆弧刚性旋转示意图18 图3 - 6 不同圆心角的圆拱在半径为0 3 0 7 3 m 的圆弧压板作用下的下行位移6 与弧 长s 的关系2 0 图3 7 半圆心角为( p = o 7 11 2 7 n 的圆拱压板作用下的下行位移6 与弧长s 的关系 2 0 图3 8 椭圆压板下行6 时圆拱弧段的受力分析2 0 图3 - 9 不同圆心角的圆拱在半径为0 3 0 7 3 m 的圆弧压板作用下的无量纲压力位移 曲线2 1 图3 一l o 不同圆心角的圆拱在半径为0 3 0 7 3 m 的圆弧压板作用下的压力位移曲线 ：1 1 图3 1 1半圆心角( p - - 0 7 1 1 2 7 尢的单位长度圆拱在不同曲率压板作用下的压力位移 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图3 1 7 图3 1 8 图3 1 9 图3 2 0 图3 2 1 图3 2 2 图3 2 3 图3 2 4 图3 2 5 图3 2 6 图3 2 7 图3 2 8 图3 2 9 图3 3 0 图3 3 1 图3 3 2 图3 3 3 图3 3 4 图3 3 5 图3 3 6 图3 3 7 图3 3 8 图3 3 9 图3 4 0 图3 4 l 图3 - 4 2 图3 4 3 曲线2 2 分支腿和压板的变形受力示意图2 4 分支腿在半径为0 3 0 7 3 m 的圆弧形压板作用下其合力与大端面下行位移间 的关系2 5 分支腿和压板的变形受力模型2 5 分支腿在半径为0 3 0 7 3 m 的圆弧形压板作用下其合力与大端面下行位移间 的关系2 6 主应力空间和屈服面2 7 等向强化的屈服面变化图2 8 随机运动强化的屈服面变化图2 8 几何非线性问题2 9 仿真分析求解流程图3 2 仿真分析材料本构关系3 3 初始方案模型图3 3 网格戈0 分3 3 接触副的建立3 3 y 向位移图3 4 总机械m i s e s 应变图3 4 m i s e s 应力图3 4 n 8 0 钢级筋板厚度6 0 m m 井眼连接系统作用在分支腿上的油缸压力与大端 面压缩位移间的关系( 不考虑焊缝影响) 3 5 焊缝示意图。3 6 考虑1 0 m m 焊缝高度的压力位移曲线3 6 焊缝高度对于n 8 0 分支腿的压力位移曲线的影响3 6 筋板厚度由11 0 m m 改为6 0 m m 3 7 y 向位移图3 7 i n t e n s i t ys i n t 云图3 7 v o nm i s e ss t r e s s 云图3 7 t o t a lm e c h a n i c ss t r a i ni n t e n s i t y 应变图3 8 v o nm i s e st o t a lm e c h a n i c a ls t r a i n 应变图3 8 所需求支反力的节点3 8 y 方向上的e l e m e n t 的力3 8 y 向位移图3 9 i n t e n s i t ys i n t 云图3 9 v o nm i s e ss t r e s s 云图3 9 t o t a lm e c h a n i c ss t r a i ni n t e n s i t y 应变图3 9 图3 4 4 图3 4 5 图3 4 6 图3 4 7 图3 4 8 图3 4 9 图3 5 0 图3 5 1 图3 5 2 图3 5 3 图3 5 4 图3 5 5 图3 5 6 图3 5 7 图3 5 8 图3 5 9 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 l 图4 1 2 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图4 一1 7 图4 1 8 图4 1 9 图4 2 0 v o nm i s e st o t a lm e c h a n i c a ls t r a i n 应变图3 9 所需求支反力的节点3 9 y 方向上的e l e m e n t 的力4 0 作用在分支腿上的油缸压力与大端面横向位移间的关系4 0 焊缝对分支腿压力位移曲线的影响( h 为焊缝的高度) 4 1 模型图4 2 网格划分4 2 接触副的建立4 2 y 向位移图4 3 总位移图4 3 i n t e n s i t ys i n t 云图4 3 v o nm i s e ss t r e s s 云图4 3 t o t a lm e c h a n i c ss t r a i ni n t e n s i t y 应变图4 3 v o nm i s e st o t a lm e c h a n i c a ls t r a i n 应变图4 3 所需求支反力的节点4 4 y 方向上的e l e m e n t 的力4 4 预成形井眼连接系统三维模型图4 5 压缩工具系统4 6 压缩左支承图4 6 压缩工具转销轴图4 6 压缩中支承4 7 前压缩工具4 7 压缩油缸支座图4 7 后压缩工具4 7 压缩底座4 7 压缩油缸j 4 7 分支腿和压缩工具的受力示意图4 8 转销受力与边界条件5 0 压缩工具转销分析结果5 0 压缩油缸支承架分析模型5 0 压缩油缸支承架应力强度云图5 1 前压缩工具销孔耳板模型5 1 前压缩工具销孔耳板分析结果5 l 后压缩工具销孔耳板分析模型5 2 后压缩工具销孔耳板分析结果5 2 试验测试仪器5 2 图4 2 1压缩试验检测点分布图5 3 图4 2 2 应变花布置5 4 图4 2 3 线路布置5 5 图4 2 4 第一套试制预成形井眼连接系统第一次试验后结果照片5 8 图4 2 5油缸支承架优化结构。5 9 图4 2 6 加强油缸支承架分析模型6 0 图4 2 7 油缸支承架加强后分析结果6 0 图4 2 8 转销受力与边界条件6 0 图4 2 9 转销分析结果6 1 图4 3 0 前压缩工具销孔耳板分析模型6 1 图4 31前压缩工具销孔耳板分析结果6 l 图4 3 2 后压缩工具销孔耳板分析模型6 2 图4 3 3后压缩工具销孔耳板分析结果6 2 图4 3 4 压缩试验工具照片6 3 图4 3 5 模具在1 5 2 1 k n 油缸输出作用力下压合到位6 5 图4 3 6 预成形井眼连接系统出现裂缝位置6 6 图4 3 7 预成形井眼连接系统开端部开裂6 6 图4 3 8 筋板下端部倒钝处_ 6 6 图4 3 9 分支腿与筋板的端部内侧焊接6 7 图4 4 0 贴片后的1 c r l 8 n i 9 t i 井眼连接系统样机6 7 图4 4 1井眼连接系统在压缩工具内进行压缩试验6 7 图4 4 2 地面预成形工具压合到位照片6 9 图4 4 3 测点4 主应力随工作压力变化情况6 9 图5 1 膨胀工具系统。7 0 图5 2 膨胀右支承7 1 图5 3 膨胀油缸7 l 图5 4 膨胀上工具7 2 图5 5 膨胀下工具7 2 图5 - 6 顶尖7 2 图5 7 膨胀左支承图7 2 图5 8 膨胀左支承盖7 3 图5 - 9 膨胀左支盖板7 3 图5 1 0 膨胀中支承图7 3 图5 1 1膨胀中支承限位块7 3 图5 1 2 膨胀右限位板7 3 图5 1 3 膨胀底座图7 3 图5 1 4 图5 1 5 图5 1 6 图5 1 7 图5 1 8 图5 1 9 图5 2 0 图5 2 1 图5 2 2 图5 2 3 图5 2 4 图5 2 5 图5 2 6 图5 2 7 图5 2 8 图5 2 9 图5 。3 0 图5 3 l 图5 3 2 图5 3 3 图5 3 4 图5 3 5 图5 3 6 图5 3 7 图5 3 8 图5 3 9 图5 4 0 图5 4 1 图5 4 2 图5 4 3 图5 4 4 图5 4 5 图5 4 6 图5 4 7 图5 4 8 图5 4 9 仿真分析材料本构关系7 4 初始方案模型图7 4 网格划分一7 5 接触副的建立7 5 y 向位移图7 5 总r a i s e s 应变图7 5 m i s e s 应力图7 5 优化前后的膨胀整形工具对比图7 6 膨胀整形试验工具前期研究定型方案的模型网格图7 6 y 向位移图7 7 总位移图7 7 i n t e n s i t ys i n t 云图7 7 v o nm i s e ss t r e s s 云图7 7 应变云图表7 7 y 方向上的e l e m e n t 的力7 7 危险截面应力云图7 8 危险截面应力等值线7 8 路径定义7 9 路径上的应力变化7 9 路径上的s t r e s si n t e n s i t y ( i 扫第三强度理论得至岍7 9 路径上的p m ，p m + p b ，p m + p b + q 7 9 轴向路径定义7 9 路径上的应力变化7 9 路径上的s t r e s si n t e n s i t y 8 0 路径上的p m ，p m + p b ，p m + p b + q 8 0 路径上的u y 8 0 膨胀整形试验工具力学模型图8 1 膨胀工具测试方案8 2 膨胀整形试验8 3 膨胀杆加垫块8 4 去掉工艺堵头后预成形工具试验组件8 4 膨胀整形试验工具膨胀杆变形图8 5 筋板、分支腿、膨胀工具本构关系图8 5 压缩后、膨胀前的单元图8 6 y 向位移图8 6 总位移图8 6 图5 5 0i n t e n s i t ys i n t 云图8 6 图5 5l v o nm i s e ss t r e s s 云图8 6 图5 5 2 t o t a ls t r a i ni n t e n s i t y 应变图8 7 图5 5 3v o nm i s e st o t a ls t r a i n 应变图8 7 图5 5 4 所需求支反力的节点8 7 图5 5 5y 方向上的e l e m e n t 的力8 7 图5 5 6 第三次膨胀整形试验8 8 图5 5 7 膨胀整形前、后对比8 9 图5 5 8 测点l 第一次膨胀整形试验随压力变化主应力变化情况8 9 图5 5 9 测点1 第二次膨胀整形试验随压力变化主应力变化情况9 0 图5 6 0 测点l 第三次膨胀整形试验随压力变化主应力变化情况9 0 图5 6 1测点7 区域第三次膨胀整形试验随压力变化主应力变化情况与仿真结果对 e ：9 1 独创性声明 我呈交的学位论文是在导师指导下个人进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它学位或证书而 采用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。特此声明。 声明人( 签名 关于论文使用授权的说明 0 10 年二月3 日 本人完全了解中国石油大学有关保留、采用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交学位论文的复印件，允许学位论文被查阅和借阅；学校可 以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存学位论文。特此说明。 说明人( 签名 导教师( 签名) ：芒龟瑙2 0 1 0 年月多日 创新点摘要 l 、在国内首次研制了具有筋板结构的地面预成形井眼连接系统等六级分支井技术 关键装置，能够实现分支井眼连接处的机械支撑和液力密封，同时具备期完井后的分支 井眼的选择性再进入功能，为后期作业提供了技术可能。( 见第2 章) 2 、采用理想刚塑性模型，对六级分支井井眼连接系统的预成形和膨胀整形过程进 行了塑性大变形分析，形成了地面预成形及井下膨胀整形弹塑性变形动态仿真技术，仿 真数据与试验测试数据吻合度高，验证了项目技术方案的可行性，为六级分支井技术产 业化研究提供了理论支持。( 见第3 、4 、5 章) 3 、研制了分支井地面预成形压缩及膨胀工具，采用弹性区、应变 1 0 0 0 0 9 e 塑性区不同变形过程的应力应变计算方法，并研究了实验测试方法，结 合仿真分析，首次进行了井眼预成形连接总成室内实验。( 见第4 、5 章) 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究的目的及意义 分支井技术由一个主井眼侧钻出两个或更多进入储层的井眼，能够多个储层泄油。 对油藏开发而言，分支井有助于制定合理的开发方案，以较低的成本有效开发多产层的 油藏，形状不规则油藏，低渗、稠油、薄层、枯竭油藏及裂缝等储层；从钻井角度看， 各分支享有共同的井口及上部井段，因而可以大大降低钻井成本，减少占用土地及有利 于环境保护。因此分支井技术正逐步成为降低钻井成本，提高油田综合开发效益的重要 技术手段1 4 1 。 近年来，石油工业正在迅速地转向海洋，寻找新的接替资源。由于作业区不断移向 更深的海域以及随之而来的高成本作业环境，作业者倾向于尽可能减少开发油气藏所需 单井的数量，节约重复发生在单井及相应设备( 如套管、采油平台和井口等) 上的费用， 减少对环境的影响。随着人们对海洋环境的日益关注和追求更高的投资回报，分支井技 术在海洋油气勘探开发过程中，正扮演着越来越重要的角色。另外，我国整个东部油区 均已进入开发后期，存在大量报废井，利用这些报废井进行老井侧钻分支井是一种低成 本、高效益的开发方式，具有极大的潜力和发展前景【5 诺j 。 分支井除了降低总成本以外，还能提高生产速度和最终采收率、改善油气藏泄油方 式和增加储量，使油藏在油田的整个开采期内更容易管理。油公司钻井的目的已不仅仅 是为了开发油气藏获利，而是通过建设和管理，使储层效益最大化。因此，有专家预测 在将来海洋钻井尤其是深水区的大多数井都将应用到某种形式的分支井技术。 为此，1 9 9 7 年由英国壳牌等公司在阿伯丁举行了分支井的技术进展论坛，并按照复 杂性和功能性建立了t a m l ( t e c h n o l o g ya d v a n c e m e n tm u l t i l a t e r a l s ) 分级体系，将分支井 按完井方式规范为6 个等级： t a m l l 级完井的主井眼和分支井眼都为裸眼，完井作业不能对不同产层进行分隔， 分支井眼连接处具有较弱的力学完整性，基本不具备水力完整性和再进入能力。 t a m l 2 级完井的主井眼下套管并注水泥，分支井眼裸眼或只下筛管不注水泥，连 接处的机械支撑较第一等级强，但也不具备力学完整性、水力完整性和再进入能力。 t a m l 3 级完井的主井眼下套管注水泥固井，分支井眼下尾管并回接到主井眼套管 中，连接部位不进行密封或注水泥，具有力学完整性和再进入能力，连接处所能承受的 最大压裂压力，也就是连接处的岩石所能承受的最大压力。 t a m l 4 级完井从下套管的主井眼中侧钻分支井眼，分支井眼下尾管，连接处具有 力学完整性和再进入能力，但窗口部分靠固井水泥环密封，封隔器和套管的共同作用， 提供了层间分隔。 中国石油太学( 华东) 博士学位论文： 级分支井地面预成彤井眼连接系统试验! i 仿真研究 t a m l 5 级完井主井眼和分支井眼都f 套管同井，连接处具有力学完整性、水力完 整性和再进入能力能实现完全的层h j 分隔。 t a m l 6 级完井靠整体地面预制成形的井眼连接系统来实现结合部的压力整体性， 预成型系统f 井膨胀后，窗口可| 三【恢复到原来的几何尺寸，为两个分支提供a p i 全尺寸 通道，分支井瞩的钻井、f 套管和完井可以彼此独立进行【9 - 2 0 ) 。 图1 - 1 分支井分缓示意图 f i g l i c l a s s i f i c a t i o n c h a r to f t a m l l e v e l 目前全世界已钻成近万口分支井，绝大多数都属干t a m l 4 级以下的完井，少部分 井达到了t a m l 6 级完井。在不考虑窗口密封的情况下，t a m l 3 级完井由于具备可靠的 机械回接和在进入能力应用比较广泛；在考虑窗口液力完辖性的情况下，t a m l 6 级分 支j = 完井由于建井风险低正逐步成为作业者的首选 2 t - 2 4j 。 总的来说，分支井技术是在侧钻井及水平井的基础上小断成熟和发展起来的，目前 同外施 _ 的分支井人多为分支水平= j = ，分支水平井除具有水平井的一般优点外，还具有 以r 技术优势： ( ”分支井可以更多地暴露储层和增加产量，在单一的储层采用多分支井能提高储 2 第1 章绪论 层的泄油效率，不同方向的分支延伸可大大减小在渗透率非均质性和各向异性较为严重 的储藏中由于单一水平井钻井方向失误而导致的风险。 ( 2 ) 适合开发层状油藏。当一个不渗透阻挡层封堵两个或多个产层之间烃的垂直流 动时，可钻叠加分支井或叠加反向分支井开采多个产层。 ( 3 ) 以较少的井开采形状不规则的油藏、不具备单井开发价值的小油藏、圈闭区块、 项层油及剩余油等，降低了油田开发费用，从而使边际油田的开发成为可能。 ( 4 ) 用同样总长度的多个短分支井筒代替一个长的水平井筒，减少了钻井困难和风 险，降低了井筒流压，改善油流动态剖面，减缓锥进速度。 ( 5 ) 可以在一口分支井中实施提高采收率的计划，在对某一个分支井眼采取增产措 施而不影响其它分支的生产等。 ( 6 ) 在海洋油气开发的高成本作业环境下，采用分支井钻井工艺，可以从一个平台 井槽钻多个分支井眼，能暴露出更多的产层，从而更有效地利用海上平台的井槽数量， 进而缩减平台的数量和尺寸；可以降低平台或海底采油和集输设备、海上钻井隔水管、 套管及井口等材料的成本；同时，由于分支井眼省去了许多垂向井段，需要的钻井进尺、 相应的需要处置的钻井液及钻屑也少，降低了废弃物处置费用。 同时，分支水平井也有较水平井更加明显的缺点：投资过于集中，因而也加大了投 资的风险；分支间的交叉流动可能会影响井的产能；对钻井、完井和生产技术设备的要 求更高、更复杂；增加了各分支井筒井下作业的复杂性【2 5 。2 引。 六级分支井技术是分支井技术中难度最高、应用前景广、正在蓬勃发展的高新钻井 技术，它具有完整的压力完整性、液力封隔性和可选择性再进入，为目前钻并前沿技术 研究的热点和难点，与其他级别的分支井系统相比较有其更大的技术优势： ( 1 ) 在分支井眼处可以提供整体的机械支撑及整体液力密封。 ( 2 ) 现有的完井工具大部分是可以应用在六级分支井完井作业中的，不必开发过多 的新的完井工具，这样就使得六级分支井技术的兼容性较强。 ( 3 ) 与同样可以提供整体的机械支撑及整体液力密封的五级分支井技术相比，六级 分支井技术的结构简单可靠，操作工序也大大简化，因此可以节省作业时间 2 9 - 3 0 1 。 尤其是现有的完井工具大部分是可以应用在六级分支井完井作业中，这样就使得六 级分支井技术的兼容性较强；若与同样可以提供整体的机械支撑及整体液力密封的五级 分支井技术相比，其结构简单可靠，操作工序也大大简化，因此可以节省作业时间。目 前国内还没有自主知识产权的六级分支井钻完井技术，很大程度上是受到该系统的关键 子系统“六级分支井地面预成形井眼连接系统”的制约，因此开展此项子系统的研究将为 六级分支井钻完井技术的国产化发展提供强有力的