水力喷射径向水平井钻井关键技术研究

李根生, 黄中伟, 李敬彬

李根生, 黄中伟, 李敬彬. 水力喷射径向水平井钻井关键技术研究[J]. 石油钻探技术, 2017, 45(2): 1-9. DOI: 10.11911/syztjs.201702001
引用本文: 李根生, 黄中伟, 李敬彬. 水力喷射径向水平井钻井关键技术研究[J]. 石油钻探技术, 2017, 45(2): 1-9. DOI: 10.11911/syztjs.201702001
LI Gensheng, HUANG Zhongwei, LI Jingbin. Study of the Key Techniques in Radial Jet Drilling[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2017, 45(2): 1-9. DOI: 10.11911/syztjs.201702001
Citation: LI Gensheng, HUANG Zhongwei, LI Jingbin. Study of the Key Techniques in Radial Jet Drilling[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2017, 45(2): 1-9. DOI: 10.11911/syztjs.201702001

水力喷射径向水平井钻井关键技术研究

基金项目: 

国家自然科学基金重大国际合作项目"页岩气藏水平井完井与多级压裂增产的基础研究"(编号:51220006)和国家重点研发计划国际科技创新合作重点专项资助项目"地热智能井钻完井关键技术与优化设计平台"(编号:2016YFE0124600)联合资助。

详细信息
    作者简介:

    李根生(1961—),男,安徽石台人,1983年毕业于华东石油学院钻井工程专业,1986年获华东石油学院北京研究生部油气田开发工程专业硕士学位,1998年获石油大学(北京)油气井工程专业博士学位,教授,博士生导师,中国工程院院士,长期从事石油工程和高压水射流技术的教学和研究工作。系本刊编委。

  • 中图分类号: TE243

Study of the Key Techniques in Radial Jet Drilling

  • 摘要: 水力喷射径向水平井技术可在垂直井眼内沿径向钻出呈辐射状分布的一口或多口水平井眼,从而增大与储层的接触面积,建立高导流通道,是一种经济高效的油田挖潜和增产增注技术,其关键技术包括射流破岩钻孔能力、水力参数计算、射流钻头自进与井眼延伸能力、井眼轨迹测量与控制等。针对上述关键技术开展了深入系统的研究:分析了目前应用于径向水平井钻井的各类型射流钻头的基本原理,建立了射流破岩比能模型,通过对比分析认为旋转多孔射流钻头综合破岩效果最佳;建立了径向水平井喷射钻进系统压耗计算模型,对比分析了不同直径连续油管的循环压耗,分析了相关参数对系统压耗的影响规律,为水力参数设计提供了依据;建立了旋转多孔射流钻头自进力计算模型与径向水平井延伸极限计算模型,对比了不同作业条件下径向水平井的延伸极限,为装备优选和径向井眼设计提供了依据;探讨了微机电惯性元件测量径向井眼轨迹的方法原理,为径向井眼轨迹测量提供了一种可行的方法。该研究成果可为形成水力喷射径向水平井技术体系与推广应用奠定基础。
    Abstract: Radial Jet Drilling (RJD),which can drill one or more radial laterals in a vertical wellbore using hydraulic jet to enhance the contact area with reservoirs and create high-conductivity flow channels,is an efficient way of increasing the production,injection and ultimate recovery of an oil field.Its key techniques include the jet drilling ability,computation of hydraulic parameters,self-propelling of the jet bit and borehole extension,measurement and control of well trajectory,etc.A series of in-depth and thorough studies was carried out targeting the above key techniques.Then the fundamental principles of the various jet bits applied in radial horizontal drilling were analyzed,and then the model for jet flow rock-breaking specific energy was set up,while the analysis showed that the rotary porous jet bits had the best rock-breaking effects.With that information,a model for computing the pressure loss of the radial jet drilling system was built,with which,the circulating pressure loss of the coiled tubing with various diameters was analyzed together with impacts of the relevant parameters on the system pressure loss with the goal of identifying the ideal supports for the design of hydraulic parameters.The models for computing the self-propelling force of the rotary porous jet bits and the maximum extension of the radial horizontal wells were established,with which,the maximum extension of the radial boreholes under various operation conditions were analyzed to facilitate the optimization of the equipment and design of the radial boreholes.Finally,a mechanism and method of radial borehole trajectory measurement with Micro-Electro-Mechanical Systems Inertial Measurement Unit (MEMS-IMU) were surveyed to provide a feasible approach for measuring radial borehole trajectories.The research in the paper can lay the foundation for promoting and applying the radial jet drilling technologies.
  • [1]

    DICKINSON W,DICKINSON R W.Horizontal radial drilling system[R].SPE 13949,1985.

    [2]

    LANDERS C W.Method of and apparatus for horizontal well drilling:US 5853056[P].1998-06-17.

    [3]

    DICKINSON W,DYKSTRA H,NEES J M,et al.The ultrashort radius radial system applied to thermal recovery of heavy oil[R].SPE 24087,1992.

    [4]

    BRUNI M A,BIASOTTI J H,SALOMONE G D.Radial drilling in Argentina[R].SPE 107382, 2007.

    [5]

    CIRIGLIANO R A,TALAVERA BLACUTT J F.First experience in the application of radial perforation technology in deep wells[R].SPE 107182,2007.

    [6]

    ABDEL-GHANY M A,SISO S,HASSAN A M,et al.New technology application,radial drilling petrobel,first well in Egypt:The Offshore Mediterranean Conference,Ravenna,Italy,23-25 March,2011[C].

    [7]

    URSEGOV S,BAZYLEV A,TARASKIN E.First results of cyclic steam stimulations of vertical wells with radial horizontal bores in heavy oil carbonates (Russian)[R].SPE 115125, 2008.

    [8]

    KAMEL A H.RJD:a cost effective frackless solution for production enhancement in marginal fields[R].SPE 184053,2016.

    [9]

    LI Yonghe,WANG Chunjie,SHI Lianhai,et al.Application and development of drilling and completion of the ultrashort-radius radial well by high pressure jet flow techniques[R].SPE 64756,2000.

    [10] 施连海,李永和,郭洪峰,等.高压水射流径向水平井钻井技术[J].石油钻探技术,2001,29(5):21-22. SHI Lianhai,LI Yonghe,GUO Hongfeng,et al.Radial horizontal drilling techniques with high pressure water jet[J].Petroleum Drilling Techniques,2001,29(5):21-22.
    [11] 施连海,李永和,郭红峰.径向水平井技术在锦45-检1井中的应用[J].石油钻探技术,2002,30(5):23-24. SHI Lianhai,LI Yonghe,GUO Hongfeng.Application of radial horizontal well drilling techniques in Jin45-Jian 1 Well[J].Petroleum Drilling Techniques,2002,30(5):23-24.
    [12] 林凤波,尚庆春,薛铃,等.水力开窗径向水平孔技术研究与试验[J].石油钻探技术,2002,30(5):25-26. LIN Fengbo,SHANG Qingchun,XUE Ling,et al.Research and experiments on cutting windows by water-jetting techniques[J].Petroleum Drilling Techniques,2002,30(5):25-26.
    [13]

    LI Gensheng,HUANG Zhongwei,TIAN Shouceng,et al.Research and application of water jet technology in well completion and stimulation in China[J].Petroleum Science,2010,7(2):239-244.

    [14] 黄中伟,李根生,唐志军,等.水力喷射侧钻径向微小井眼技术[J].石油钻探技术,2013,41(4):37-41. HUANG Zhongwei,LI Gensheng,TANG Zhijun,et al.Technology of hydra-jet sidetracking of horizontal micro-radial laterals[J].Petroleum Drilling Techniques,2013,41(4):37-41.
    [15]

    CINELLI S D,KAMEL A H.Novel technique to drill horizontal laterals revitalizes aging field[R].SPE 163405,2013.

    [16] 李根生,黄中伟,田守嶒,等.水力喷射径向钻孔与压裂一体化方法:201410148299.5[P].2014-06-25. LI Gensheng,HUANG Zhongwei,TIAN Shouceng,et al.An integration method of hydraulic jet radial drilling and fracturing:201410148299.5[P].2014-06-25.
    [17] 李根生,李敬彬,黄中伟,等.自进式旋转射流多孔喷嘴:201210451183.x[P].2014-05-21. LI Gensheng,LI Jingbin,HUANG Zhongwei,et al.Self-propelled rotary multi-orifice nozzle:201210451183.x[P].2014-05-21.
    [18] 迟焕鹏,李根生,廖华林,等.水力喷射径向水平井射流钻头优选试验研究[J].流体机械,2013,41(2):1-6. CHI Huanpeng,LI Gensheng,LIAO Hualin,et al.Experimental research on optimum of jetting bit in radial drilling by hydra-jet[J].Fluid Machinery,2013,41(2):1-6.
    [19] 马东军,李根生,黄中伟,等.连续油管侧钻径向水平井循环系统压耗计算模型[J].石油勘探与开发,2012,39(4):494-499. MA Dongjun,LI Gensheng,HUANG Zhongwei,et al.A model of calculating the circulating pressure loss in coiled tubing ultra-short radius radial drilling[J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(4):494-499.
    [20] 樊洪海.实用钻井流体力学[M].北京:石油工业出版社,2014. FAN Honghai.Practical drilling fluid mechanics[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2014.
    [21]

    ZHOU Y,SHAH S N.New friction factor correlations for non-Newtonian fluid flow in coiled tubing[R].SPE 77960,2006.

    [22]

    WANG Bin,LI Gensheng,HUANG Zhongwei,et al.Hydraulics calculations and field application of radial jet drilling[R].SPE 179729,2016.

    [23] 陈庭根,管志川.钻井工程理论与技术[M].东营:中国石油大学出版社,2006. CHEN Tinggen,GUAN Zhichuan.Drilling engineering theory and technology[M].Dongying:China University of Petroleum Press,2006.
    [24]

    LI Jingbin,LI Gensheng,HUANG Zhongwei,et al.The self-propelled force model of a multi-orifice nozzle for radial jet drilling [J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2015,24:441-448.

    [25] 毕刚,马东军,李根生,等.水力喷射侧钻径向水平井眼延伸能力[J].断块油气田,2016,23(5):643-647. BI Gang,MA Dongjun,LI Gensheng,et al.Extension ability of hydra-jet sidetracking of radial horizontal well[J].Fault-Block Oil Gas Field,2016,23(5):643-647.
    [26]

    BALCH R S,RUAN Tongjun,SAVAGE M,et al.Field testing and validation of a mechanical alternative to radial jet drilling for improving recovery in mature oil wells[R].SPE 180410,2016.

    [27] 秦永元.惯性导航[M].2版.北京:科学出版社,2016. QIN Yongyuan.Inertial navigation [M].2nd ed.Beijing:Science Press,2016.
  • 期刊类型引用(36)

    1. 翁定为,孙强,梁宏波,雷群,管保山,慕立俊,刘汉斌,张绍林,柴麟,黄瑞. 低渗透老油田柔性侧钻水平井挖潜技术. 石油勘探与开发. 2025(01): 194-203 . 百度学术
    2. 李瑞,金丽红,夏彬伟,葛兆龙. 地面井分层卸压的煤系气合采原理及方式探讨. 煤田地质与勘探. 2024(02): 171-179 . 百度学术
    3. 武晓光,龙腾达,黄中伟,高文龙,李根生,谢紫霄,杨芮,鲁京松,马金亮. 页岩油多岩性交互储层径向井穿层压裂裂缝扩展特征. 石油学报. 2024(03): 559-573+585 . 百度学术
    4. 戴佳成,李根生,孙耀耀,李敬彬,王天宇. 基于水平井的径向井开采页岩油产能模拟和参数分析. 石油科学通报. 2024(04): 604-616 . 百度学术
    5. 李欢,黄中伟,李敬彬,程康,李文彬,胡静茹. 旋转磨料射流破碎碳酸盐岩参数影响规律及机理研究. 石油科学通报. 2024(06): 991-1004 . 百度学术
    6. 王斌,黄中伟,杨睿月,李学臣,李敬彬,陈健翔,秦小舟. 煤矿巷道磨料射流泄压增透新方法初探. 石油机械. 2023(01): 40-46+77 . 百度学术
    7. 姚宁平,王力,张金宝,豆旭谦,魏宏超. 煤矿井下连续管钻进管柱分析及射流钻进实验. 煤田地质与勘探. 2023(01): 298-308 . 百度学术
    8. 周蒙蒙,李欢,李根生,黄中伟,李敬彬,程康,胡静茹. 旋转磨料射流钻孔储层适应性研究. 流体机械. 2023(01): 1-7 . 百度学术
    9. 周秋成,罗宁,李健敏,王秀伟,刘鑫,陈开研,张力凡. 旋转磨料射流喷嘴叶轮参数优化设计. 流体机械. 2023(02): 33-40 . 百度学术
    10. 刘勇,代硕,魏建平,郭鑫辉,苑永旺. 自进式旋转钻头钻孔修复运动方程及关键参数研究. 河南理工大学学报(自然科学版). 2023(03): 1-9 . 百度学术
    11. 赵文智,赵阳升,李根生,胡素云,朱如凯,卞从胜,刘伟,李永新,于晟,任建国. 陆相中低熟页岩油富集与原位转化科学问题及关键技术. 中国科学基金. 2023(02): 276-284 . 百度学术
    12. 戴文潮. 预置管酸液射流钻进数值模拟与实验. 石油钻采工艺. 2023(01): 18-24 . 百度学术
    13. 周福建,李根生,刘皓,刘雄飞,田守嶒,梁天博. 致密油气藏精准压裂-提高采收率一体化技术发展现状及建议. 前瞻科技. 2023(02): 75-88 . 百度学术
    14. 李敬彬,程康,胡静茹,黄中伟,王海柱. 水力喷射径向水平井回灌增注特性可视化试验研究. 流体机械. 2023(11): 1-8 . 百度学术
    15. 陈立强,张启龙,吴洪波,李华朋,王赞,李佳旭. 水力喷射体积压裂裂缝间距优化方法研究. 石油化工应用. 2022(01): 31-36 . 百度学术
    16. 张涛,于怀彬,黄欣,李玉梅,文涛,王宁. 径向水平井自进式多孔射流钻头流场特性仿真. 石油机械. 2022(07): 124-129 . 百度学术
    17. 武晓光,黄中伟,李根生,史怀忠,刘寿军,刘鑫. “连续管+柔性钻具”超短半径水平井钻井技术研究与现场试验. 石油钻探技术. 2022(06): 56-63 . 本站查看
    18. 巴全斌,刘延保,何立鹏,申凯,熊伟,赵旭生. 水力喷射外旋式钻进喷头关键参数及成孔效果试验研究. 中国矿业大学学报. 2021(06): 1087-1095 . 百度学术
    19. 马国锐,李敬彬,李欢,张杰,常文天. 旋转磨料射流破碎碳酸盐岩成孔特性研究. 流体机械. 2021(11): 12-17+53 . 百度学术
    20. 王文,刘家屹,陈捷,黄兵. 金华—秋林区块沙溪庙组致密砂岩钻井提速技术. 钻采工艺. 2021(05): 34-38 . 百度学术
    21. 巴全斌. 瓦斯抽采钻孔解堵修复装备的研制与应用. 矿业安全与环保. 2021(06): 72-76 . 百度学术
    22. 贾建超,廖华林,于怀彬,张涛,李玉梅. 水力喷射径向钻孔器的流场特性. 断块油气田. 2020(01): 122-125 . 百度学术
    23. 乔晋,李瑞,王森,刘彦锋,高超. 西山地区煤层气径向水力钻孔技术应用及效果. 煤炭工程. 2020(06): 86-90 . 百度学术
    24. 梁春苗,姚宁平,姚亚峰,张金宝,沙翠翠,李坤. 自进式动平衡围压水射流钻孔试验装置设计与试验. 煤炭学报. 2020(10): 3533-3540 . 百度学术
    25. 范耀,张群. 高压水射流极小半径钻井技术研究现状与展望. 煤田地质与勘探. 2020(05): 232-239 . 百度学术
    26. 杜志强,吴艳. 高压水射流径向钻井技术在王坡矿区的应用. 内蒙古煤炭经济. 2020(18): 145-147 . 百度学术
    27. 李玉梅,张涛,于怀彬,苏中,于丽维,郑伟. 水力喷射钻孔器径向破岩特性分析. 石油机械. 2019(04): 24-30 . 百度学术
    28. 张启龙,王斌,田守嶒,高斌,李进. 渤海中深层探井径向射流技术可行性研究. 石油机械. 2019(05): 17-23+30 . 百度学术
    29. 谢淮北,王岩,崔松,袁帅伟. 热力辅助对磨料射流切割45钢表面质量的影响. 制造业自动化. 2019(08): 16-18+57 . 百度学术
    30. 潘荣山,朱健军,杨金龙,张春祥. 徐深1-平3井钻井设计和钻井施工效果分析. 采油工程. 2019(04): 59-63+85 . 百度学术
    31. 李雷,王方祥,李天阳. 径向水平井多孔自旋射流喷嘴设计及应用. 断块油气田. 2018(02): 244-248 . 百度学术
    32. 胡宝玉. 径向射流技术对断层产状探测定位的应用研究. 煤田地质与勘探. 2018(04): 103-107 . 百度学术
    33. 刘再斌. 浅埋灰岩含水层互嵌式射流改造方法研究. 煤炭技术. 2018(06): 46-48 . 百度学术
    34. 杨刚,孟尚志,李斌,李孝勇,张林强,马腾飞,陈小波. 深部煤层气T型井钻井技术. 煤炭科学技术. 2018(06): 189-194 . 百度学术
    35. 毕刚,李根生,屈展,黄中伟,高辉,窦亮彬,赵凯. 水力喷射径向水平井钻井水力参数计算及优选方法. 西安石油大学学报(自然科学版). 2018(05): 76-82 . 百度学术
    36. 谢玉洪. 南海西部低渗油气藏勘探开发探索与实践. 中国海上油气. 2018(06): 80-85 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-09
  • 刊出日期:  2017-05-10

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