CN101413378B - 用于钻排出孔的机动式系统 - Google Patents
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Abstract
用于钻排出孔(10)的机动式系统，该排出孔横切于井筒(12)，该机动式系统包括：钻头(14)，包括用于钻排出孔(10)的工具(16)和适用于在钻孔过程中将头(14)推入排出孔(10)的机动式装置(18)；被降入井筒(12)中的继电器单元(20)，其中，为了发动横向于井筒(12)的排出孔(10)的钻孔，安排继电器单元(20)以使钻头(14)靠在井筒(12)的边墙(22)的适当位置上；用于为钻头(14)提供电功率的电缆(24)，从继电器单元(20)被放出；以及用于在钻孔过程中从排出孔清除钻粉的机械系统，被清除的碎片掉入井筒中。
Description
技术领域
本发明涉及用于钻出横向于井筒的排出孔的机动式系统，该系统特别地用于产油或产气，并且特别地用在渗透性非常低的气藏(也称为致密气藏)中。
背景技术
致密气藏是天然气藏，其发源地具有非常低的渗透性，例如，低于0.5mD(毫达西)、或者甚至低于0.1mD。在这些致密储层中，用目前的生产技术，回收率大约为10％。因此，简单地钻出一个油井并不足以获得经济的气体生产。
为了克服该问题，一种可选的技术是增大发源地(matrix)与井筒之间的交换表面。目前，该交换表面通常利用称为水力压裂的技术来增大。该技术用水力制造破裂，其中，该破裂通过安装支撑代理(support agent)来保持开放。该技术协助在发源地与井筒之间制造更大的交换表面。
然而，水力破裂技术具有某些缺点：
-其实现是很昂贵的并且在井的表面需要特殊的装备；
-在实现过程中，不可能控制破裂方向。这是因为破裂倾向于根据发源地中的应力场推进；
-最后，受压的流体的注入倾向于损害和污染所制造的破裂。
还具有替换水力压裂的可选技术，用于有效地增大井筒与储层之间的接触表面。具体地，用于钻出水平排出沟的技术已经被使用很多年(例如“Horizontal Radial Drilling System(水平径向开钻系统)”byW.Dickinson and R.W.Dickinson，1985，Society of Petroleum Engineers(社会石油工程))。这些技术通过工业中传统使用的钻机被应用，并包括由钻井流体水力驱动的定向钻头。
除了需要大规模表面的设备外，该类钻孔的缺点还在于需要循环液体以驱动钻头并且在与地层接触的过程中倾向于损害所钻的排出沟。
发明内容
本发明的具体目标是通过用于钻出横向于井筒的排出孔的机动式系统来克服这些缺点，该机动式系统包括：
-钻头，包括用于钻出排出孔的工具和适用于在钻孔过程中将钻头推入排出孔的自推式装置；
-被降入井筒中的继电器单元，其中，为了发动横向于井筒的排出孔的开钻，将继电器单元设置成使钻头靠在井筒的边墙上；
-用于为钻头提供电功率的电缆，该电缆从继电器单元被放出；以及
-用于在钻孔过程中从排出孔清除钻粉的机械系统，清除的碎片掉入井筒中。
在本发明的某些实施方式中，根据本发明的钻孔系统通过其自推式钻头，将排出孔钻至离井筒预定的横向距离处。排出孔的钻孔有利地协助增大气藏与井筒之间的交换表面。
通过钻头的推动式装置控制水平排出沟的主方向，并且有利地，该方向独立于发源地(matrix)中的应力场。因此根据发源地中的气藏的分布最佳地确定该交换表面的方向是可能的。
而且，根据本发明的某些实施方式的系统的使用，在排出孔的钻孔过程中，不会发生损害或者污染交换表面的风险。事实上，本发明的某些实施方式并不绝对地需要受压流体的注入，其中，该受压流体倾向于造成交换表面的损害和/或污染。
而且，和其它装置(例如US6220372所描述的一个装置)相反，根据本发明的系统只需要轻量级的表面装备。在某些实施方式中，装备有绞盘和功率发生器的卡车足以使用本发明的装置。
优选地，根据本发明的系统包括一个或多个以下特征：
·用于清除钻粉的系统包括在排出孔内关于其自身转动的电功率供电电缆；
·该电功率供电电缆包括模制或固定在其表面上的起伏不平的部分；
·该电功率供电电缆具有基本为螺旋的起伏不平的部分；
·钻头包括用于转动供电电缆的电动机；
·继电器单元还包括用于转动存储供电电缆的继电器单元部分的电动机；
·钻头具有直径小于10cm的横截面。
本发明的另一方面涉及用于产油或产气的方法，其中井筒被钻至出现在底土中的油或气的储层处，该方法包括以下步骤：
-将继电器单元降入井筒中；
-用钻头钻出横向于井筒的至少一个排水孔，其中，钻头通过从继电器单元放出的供电电缆供电，钻头包括用于钻出排出孔的工具和适用于在钻孔过程中将该头推进排出孔的自推式装置；
-在钻孔过程中通过机械系统从排出孔清除钻粉，清除的碎片掉入排出孔中；以及
-通过钻孔和井筒从储层中获取油或气。
优选地，根据本发明的方法包括一个或多个以下的特征：
·在供电电缆上形成螺旋的起伏不平的部分，并且供电电缆在排出孔中关于其自身转动以清除钻粉；
·排出孔具有小于10cm的直径；
·油或气储层出现在具有低于0.1毫达西的渗透性的底土区域中。
附图说明
参考附图通过非限制性实施方式的以下描述，呈现本发明的其它特征和优点，其中：
-图1是根据本发明的系统的示意图；
-图2是根据本发明的实施方式的机动式钻孔系统的钻头的示意图；
-图3是根据本发明的实施方式的系统的示意图；
-图4是根据本发明的用于生产天然气的各种步骤的示意图。
为了清楚起见，附图中所示的各种零件并没有按比例显示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的用于钻排出孔10的机动式系统，其中，排出孔10横向于致密气藏内的井筒12。
通常井筒具有大约10到50cm的直径，几百或几千米的深度。由根据本发明的系统所钻的排出孔10沿着大约200m的长度上具有小于10cm的直径，优选地小于5cm。
在该第一实施方式中，机动式钻孔系统包括钻头14，其中，钻头14包括用于钻出排出孔10的工具16，和适用于在钻孔过程中机动式将钻头14推进排出孔10的自推式装置18。根据本发明的系统进一步包括继电器单元20，为了发起对横向于井筒12的排出孔10的开钻，继电器单元20被降入井筒12中且被设置成能够将钻头14靠在井筒12的边墙22上。根据本发明的系统还配备有卷于继电器单元20上并能够从其放出的、向钻头14供电的电缆24；在钻孔过程中用于处理排出孔10的钻粉的机械系统，其中，去除的碎片掉入井筒12中。
包括自推式钻头14的钻头对于本领域的技术人员是众所周知的并在US7055625中做为实施例被描述。
自推式装置18协助将钻头推进排出孔10中并在上述排出孔10的钻孔过程中利用钻孔工具16固定钻头14。能使用本领域技术人员所熟知的各种推进装置。
在图2所示的实施方式中，例如，钻孔工具16可包括电动机26，其中，电动机26转动用于钻出排出孔10(例如，排出孔10具有大约7cm的直径)的钻头28。
根据图2所示的实施方式，例如，自推式装置18可包括后锚定支柱30和前锚定支柱32。自推式装置18进一步包括轴向柱塞34。根据该实施方式的钻孔系统的工作原理包括以下的五个连续步骤：
在后锚定步骤中，后锚定支柱30在与钻头14的轴垂直的方向上对排出孔的表面施加压力；
-在钻孔步骤中，在轴向柱塞34施加的轴向推力的作用下，钻孔工具16钻出排出孔10的一部分；
-在前锚定步骤中，前锚定支柱32在与上述轴的方向垂直的方向上对排出孔的表面施加压力，后锚定支柱30被撤回；
-在推进步骤中，轴向柱塞34被撤回；以及
-在后锚定步骤中，后锚定支柱30被锚定于排出孔10的表面上并且前锚定支柱32从上述排出孔的表面被释放。如有必要，自推式装置的穿透周期将循环多次。
通过从继电器单元20释放出的电功率供电电缆24为钻头14供电。上述电缆由电动机35转动。
在图3所示的实施方式中，继电器单元20包括锚定单元36、电缆存储单元38和定位单元39。
例如，锚定单元36通过支柱(未示出)被锚定，其中，该支柱能够在与井筒的主轴垂直的方向上对井筒12的边墙施加压力。
根据该实施方式，锚定单元36将电源分配给继电器单元20的其它单元。电功率可由将锚定单元36电连接至表面的一般电缆41供给。
在该实施方式中，锚定单元36通过旋转式整流器40将电功率传送给电缆存储单元38。不管电缆存储单元38的转动，旋转式整流器40用于在上述两单元之间传送电功率。
而且，例如，通过简单的电缆，为定位单元的各种元件供电。
电缆存储单元38用于存储钻头14的电功率供电电缆24。在图3所示的实施方式中，供电电缆被绕在其中。电功率电缆24可在其表面上包括起伏不平的部分，例如，螺旋起伏不平的部分或简单的粗糙面。
电缆存储单元38通过旋转式支撑42连接至定位单元39。在图3所示的实施方式中，旋转式支撑42位于滚珠轴承43上并包括电缆锁紧装置(未示出)。
电缆锁紧装置用于控制电功率供电电缆24从电缆存储单元38处的解开。
在图3所示的实施方式中，定位单元39包括第一锚定板44、第二锚定板46和导管52。第一和第二锚定板被安排与井筒12的主轴基本垂直。
例如，这些板通过支柱48被锚定，支柱48在与井筒的主轴垂直的方向对井筒12的边墙施加压力。
第一锚定板44支撑滚珠轴承42，其中，电缆存储单元38位于滚珠轴承42上。第一锚定板44也支撑转动电缆存储单元38的电动机50。
电功率供电电缆通过第一锚定板44的中心。
第二锚定板46通过弹性力学连接元件54(例如，弹簧)机械地连接于第一锚定板44。第二锚定板46例如通过机械链接元件或者甚至通过韧性的电缆56电连接于第一锚定板44。
第二锚定板46形成的形状能够使得在钻孔过程中形成的钻粉掉入井筒12的底部。例如，第二锚定板46包括允许钻粉通过的一组孔。
在该实施方式中，定位单元39包括位于第一锚定板44与第二锚定板46之间的导管52。
导管52是中空弯曲的管，该管的直径基本上等于自推式头14的钻头28的直径。管52形成的形状能够允许在钻孔过程中形成的钻粉的清除，例如，管52在其表面包括允许钻粉通过的一组孔。
在根据图3所示的实施方式的机动式钻孔系统的安装过程中，钻头14被放置在导管52中，并且电功率供电电缆被连接至钻头14。
图4示出了根据本发明用于产油或产气的方法的各种步骤。根据该方法，基本垂直的井被钻至底土中的储层处。
在第一步骤中，继电器单元20在井筒12中被降低至期望的深度。
然后，第二锚定板46通过支柱48靠在井筒12的边墙的适当位置上。
弹簧54被压缩(例如，通过继电器单元20的重量)，直到导管52停靠在井筒12的边墙上。
第一锚定板44通过支柱48锚定在适当的位置上。
然后，为了定位在井筒12的边墙上，在导管52中装入钻孔工具16。
自推式装置18被锚定在导管52的内表面并嵌入钻孔工具16中，由此形成了钻头14。钻头14由从继电器单元放出的、特别地从电缆存储单元放出的电缆供电。
自推式装置靠在导管42的内部以通过钻孔工具16启动对排出孔的开钻。
在该具体的实施方式中，电功率供电电缆24包括螺旋面起伏不平的部分。
钻粉通过转动电功率供电电缆24被清除，其中，电功率供电电缆24的转动是通过安装在机动式装置18后面的电动机35来实现的。
钻粉通过电功率供电电缆24的转动被清出排出孔然后掉入井筒12的底部。
电缆存储单元38关于其主通道(基本上平行于井筒12的轴)转动，以防止电功率供电电缆24在其转动的过程中扭曲。优选地，电缆存储单元38的转动速度和/或方向与电动机35转动电功率供电电缆24的速度和/或方向相同。
在排出孔10中推进钻头14的过程中，通过电缆存储单元的转动以及通过电缆锁紧装置(未示出)的释放，电功率供电电缆24从电缆存储单元38被放出。
有利地，在电功率供电电缆的表面上的起伏不平的部分增加了钻粉与转动的电缆之间的摩擦，从而更有效地清除钻粉。
有利地，包含在致密气藏和井筒12中的气体的自然压差造成气体流入排出孔10中，并向井筒12流动，由此有利于钻粉的清除。
当全部的电功率供电电缆24从电缆存储单元38中被放出时，电功率供电电缆24能够在电缆存储单元中重绕，并且继电器单元能够被提升到表面。钻头14能够通过电缆被拉向井筒，或者在自推式装置18的水平面上从电功率供电电缆24处断开，并且被抛入排出孔的底部，或者通过本领域的技术人员熟知的其它方法被拿回表面。
应该注意到能够为上述的结构和方法提供许多可选性。
本发明不限于这些通常的实施方式，并且必须以非限制且包含任意等价的实施方式的方式解释。
Claims (11)
1.用于钻出横向于井筒(12)的排出孔(10)的机动式系统，所述系统包括：
-钻头(14)，包括用于钻排出孔(10)的工具(16)，和适用于在钻孔过程中将所述钻头(14)推入所述排出孔(10)的自推式装置(18)；
-被降入所述井筒(12)中的继电器单元(20)，其中，为了发动对横向于所述井筒(12)的所述排出孔(10)的开钻，所述继电器单元(20)被设置成使所述钻头(14)靠在所述井筒(12)的边墙(22)上；
-用于为所述钻头(14)提供电功率的电功率供电电缆(24)，从所述继电器单元(20)被释放出；以及
-用于在钻孔过程中从所述排出孔清除钻粉的机械系统，其中，被清除的碎片掉入井筒中。
2.如权利要求1所述系统，其中，用于清除钻粉的系统包括在所述排出孔(10)内关于其自身转动的电功率供电电缆(24)。
3.如权利要求2所述系统，其中，所述电功率供电电缆(24)包括模制或固定在其表面上的起伏不平的部分。
4.如权利要求3所述系统，其中，所述电功率供电电缆(24)具有基本为螺旋的起伏不平的部分。
5.如前述任一权利要求所述系统，其中，所述钻头(14)包括用于转动所述电功率供电电缆的电动机。
6.如权利要求5所述系统，其中，所述继电器单元还包括用于转动存储所述电功率供电电缆的所述继电器单元(20)的一部分的电动机(50)。
7.如权利要求1所述系统，其中，所述钻头(14)具有直径小于10cm的横截面。
8.一种用于产油或产气的方法，其中，井筒(12)被钻至出现在底土中的油或气储层，所述方法包括：
-将继电器单元(20)降入所述井筒(12)中；
-用钻头(14)钻出横向于所述井筒(12)的至少一个排出孔(10)，其中，所述钻头(14)通过从继电器单元(20)放出的电功率供电电缆(24)供电，所述钻头(14)包括用于钻出所述排出孔的工具(16)、和适用于在钻孔过程中将所述钻头(14)推进所述排出孔(10)的自推式装置(18)；
-在钻孔过程中通过机械系统从所述排出孔清除钻粉，清除的碎片掉入所述井筒中；以及
-通过所述排出孔(10)和所述井筒(12)从所述储层中获取所述油或气。
9.如权利要求8所述方法，其中，在所述电功率供电电缆(24)上形成螺旋起伏不平的部分，并且所述电功率供电电缆在所述排出孔(10)的内部关于其自身转动以清除所述钻粉。
10.如权利要求8所述方法，其中，所述排出孔具有小于10cm的直径。
11.如权利要求8至10中任一权利要求所述方法，其中，所述油或气储层出现在具有低于0.1毫达西的渗透性的底土的区域内。
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