目前我国在自主研发油气田增产技术方面远落后于国外,借鉴吸收国外新型增产技术可加快我国油气田勘探开发步伐。本课题深入调研国外鱼骨刺井完井增产技术的发展历程,认为此项技术原理简单,工艺可靠,增产效果可观,并在借鉴其原理的基础上,针对破岩局限性,速度控制不稳定等缺陷,结合磨料射流破岩技术,自主研发鱼骨刺井完井工具,为开发国内非常规油气田提供一种新型完井增产方式。本文从前期调研、理论分析、有限元仿真和实验研究四个方面对鱼骨刺井完井增产技术进行了研究,其关键点包括小钻管材料和尺寸的优选、转向短节的轨道参数优选、小钻管穿出轨道的机理分析、完井短节工具整体设计、室内实验等方面。(1)建立小钻管穿出轨道的典型力学模型,推导得到钻管挠曲线方程:应选择轨道初始曲率半径较大,且曲率半径逐渐减小的轨道;只考虑钻管变形时钻管外径应取小值,综合考虑破岩流量和压降时钻管外径应取中间值;钻管材料的弹性模量和材料强化系数均应取小值。(2)提出鱼骨刺井轨道类型优选原则,确定数值模拟建模所需的轨道坐标,钻管的几何尺寸通过计算应力分布和水力沿程阻力损失进行初步优选,将经典模糊综合评判决策方法运用到钻管材料优选中,优选结果为0Cr19Ni19N。(3)首次采用瞬态动力学方法处理钻管长距离穿出轨道问题,在未考虑地层影响下进行数值模拟,建议轨道方程选择椭圆和圆弧型轨道,整体布置合理时轨道间隙应取大值,在满足强度和排量条件下应选择壁厚偏小,直径居中的钻管,在考虑地层影响下对钻管穿出椭圆轨道进行模拟,验证了地层的矫直作用。油层厚度较小时,推荐选择出口角度较大,比值较小的椭圆方程或圆弧轨道。(4)进行钻管穿出轨道样机室内实验,引入水平和垂向延伸距离作为评价标准:壁厚相同外径越大,弯曲度越小;外径相同壁厚越大,变形越严重;随管径和壁厚的增大,垂向延伸距离减小,水平延伸距离增大,实验前后钻管截面变形较小,未穿出轨道时钻管推进力为较大值,穿出轨道后推进力为平稳值,针对不同尺寸的钻管其推进力不同,相应的需要设计不同的密封摩擦阻力。(5)对适用于5-1/2″裸眼井的鱼骨刺井完井工具进行设计,可实现多个工具串联起来下入井内,针对不同厚度的油层,选用不同的轨道出口角度,实现钻管以不同角度伸入地层,并保证钻管在一定弯曲度和椭圆度范围内伸入地层的有效距离达到10m。