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径向深穿透钻孔技术是一种高效的油气开采技术,可以实现井筒与远部地层的有效连通,提高油气井产能。国内传统径向深穿透技术施工前需要进行大直径地层扩孔作业,限制其发展与推广。研究地层非扩孔条件下在51/2";套管内实现钻管水平转向,对径向深穿透技术应用于开采低压、低渗油气储层具有重要意义。
根据地层非扩孔的要求,对径向深穿透钻孔水平钻进工艺原理进行了概念化设计,该工艺采用液压冲顶套管与金属钻管送进相结合的方式进行深穿透作业,具有工具一次下井即可完成套管开窗与水平井眼钻进的特点。根据钻进工艺原理,运用理论分析与数值模拟等方法设计出径向深穿透钻孔转向器,转向器主要由冲顶机构、锁紧机构、钻管导向机构、钻管送进机构组成。设计在40MPa泵压条件下,液压冲顶机构沿套管轴向最大可产生280KN推力,该轴向力经转向部件传递,可转为沿套管径向且被增大至748.95KN-980.25KN,用于对套管的冲顶。数值模拟与实验结果显示,材料强度足够的前提下,采用刃角值较小的冲头易取得理想冲孔效果,且采用纵向冲顶套管方式可使套管产生利于钻管径向延伸的开口。转向器滑道采用双向弯曲轨迹,利于钻管在51/2"套管空间内迅速实现90°转向,通过调整滑道校直段下倾角度,可对钻管起到校直作用。全尺寸转向器样机的性能评价实验表明:冲顶套管开窗所需泵压值约为30MPa;钻管采用尾部加压送进经过转向器滑道,所需最大推进力为18KN;冲头内滑道下倾11°时,钻管校直效果良好,水平延伸能力最大可达3.8m,钻管截面椭圆度最大值约为10％,不会影响其力学性能。由此可见,非扩孔模式下适用于51/2"套管内的径向深穿透钻孔水平钻进技术已具有可行性。