油井水力深穿透射孔系统性能分析与研究

摘要

水力深穿透射孔技术是一种利用水压机构在套管上以冲孔或钻孔的方式开窗，利用高压水射流在地层中钻孔，从而实现井筒与地层间有效连通，达到油气生产井增产的新技术。该技术可为特殊油藏的经济开发提供手段，对中后期的油气田提高采收率，稳产增产、节能降耗具有重要意义。 本文以模块化设计方法为基础，对系统进行了功能分析、模块划分和模块设计，通过模块组合实现了系统总体方案。建立了套管冲孔系统模型，分析研究了套管冲孔机理、冲孔机构的核心部件（冲头）的结构性能和套管冲孔开口的受力与变形过程，用有限元方法对系统的安全环节结构进行了验算，并结合实际工作环境分析了套管冲孔系统的稳定性，为系统的分析和设计奠定了理论基础。本文从水射流钻孔机理入手，分析研究了旋流和多孔两种喷嘴射流的钻孔性能，提出了射流水力参数和喷嘴结构参数的设计方法。通过建立钻进过程中喷管各段在不同约束下的受力模型，对喷管发生失稳、正弦压曲和螺旋压曲、死锁等现象的机理进行分析，导出了喷管轴向力、接触正压力和摩擦力的计算公式，建立了钻速模型，提出了稳定钻速的措施。采用了电磁孔深检测的新方法，对水力深穿透射孔深度进行检测。研究了水力深穿透射孔的施工装备、施工工艺和射孔作业程序以及水力深穿透射孔效果的评价方法等。 通过试验与应用初步验证，本文的研究成果应用效果良好，将为油气田的开发带来显著的经济效益。