CN101835953B - 使用小侧向井打井 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用基于从主井钻小侧向井的技术打诸如油气井的井。窄压力窗的问题通过使用基于使用从主井眼钻的侧向井眼(即，副井眼)的打井技术来解决，其中一种打井的方法包括以下步骤：钻主井眼，所述主井眼从地面延伸通过一个或多个地下地层，钻多个侧向井眼，所述多个侧向井眼从主井眼延伸到周围地层，其中，与主井眼相比，侧向井眼基本上比较短，并且所述侧向井眼的直径较小；并且其中，每一个侧向井眼与所述每一个侧向井眼相邻的侧向井眼分隔开相对较短的距离。侧向井眼可以从主井眼延伸5-60米并具有在3.8-10cm范围内的直径。在主井眼内以小于几米的轴向间距钻侧向井眼。在主井眼的同一深度处可以钻多于一个的侧向井眼。且具有与主井眼偏离小于10°的轨迹或具有在不包括主井眼的平面内延伸的轨迹。

Description

使用小侧向井打井

技术领域

本发明涉及使用基于从主井钻小侧向井的技术打诸如油气井的井。

背景技术

打井具有许多公知的问题，所述问题可以影响从井被钻通的地层采油的能力，或者甚至极端地影响完井并使所述井进行生产的情况。

当在含油地层内钻水平井时，成功的关键因素是设法保持井在位于油下面的地下水位上方恒定距离。当这不能实现并且井眼轨迹变化时，井的低点或“凹部”通常是问题源。如果使用裸眼完井或者如果在所述区域的射孔密度是均匀的，则具有水朝向井凹部锥进的高风险。即使在套管井并且在凹部中没有射孔的情况下，井的一些长度可能仍然没有与储层接触。在很少的状态下，必须报废所钻的一段井，并且执行侧钻以将井重新定位在正确的深度处。

当从井到在油上面的气层的距离太小时，类似的问题可能出现在井的上“上坡”部分。在这种情况下，则可以的开采气，且具有与上述“凹部”和水问题类似的结论和处理。

在一些井中，钻井过程本身在近井眼区产生一些地层损害。这表现为具有相应开采限制的高表皮效应。先前已经提出一些化学处理以在岩石基质中执行，用于清洁岩石孔隙并重新确定适当的渗透率，但这些并不总是有效。

对于开采期间的砂控来说，普通的解决办法是使用砾石充填和筛管。在水平井中，当在完井中减小流动截面(井的裸眼段)的同时，砾石的充填可能非常复杂。对于基于砾石充填和压裂(“Pack&Frac”技术)的完井来说，难以对充填料进行充填，并且不能控制所产生的短裂缝的方向。

对于由于岩石内的应力(和井眼附近的应力集中)而产生的地层坍塌的问题，仅有的解决办法是在压裂其它层的风险的情况下适应(或改变)在钻井期间所使用的泥浆密度，或者报废这段井并且重新开始另一个井眼轨迹。

对于钻井时的钻井液漏失，通常通过在井的底部处充填一些水泥浆并且将所述水泥浆的一部分加压在地层内来解决所述问题。然而，产生的结果是通常不是很深，并且当在水泥塞两端重新开始钻井时，井眼可能再次进入原始地层，并且通常重新开始漏失。

窄压力窗的问题通常难以解决：在避免地层压裂或地层流体流入井眼内的同时调节泥浆密度的自由度受到限制。通常，必须安装套管以隔离所述地层。

发明内容

本发明的目的是提供替换这些处理方法并且可以潜在地克服一些问题或所有问题的打井技术。本发明基于使用从主井眼钻进的侧向井眼(即，副井眼)。先前已经提出侧向井可用于各种用途，具体地用于改进与地层的接触。

本发明的一个方面提供了一种打井的方法，包括以下步骤：

-钻主井眼，所述主井眼从地面延伸通过一个或多个地下地层；和

-钻多个侧向井眼，所述多个侧向井眼从主井眼延伸到周围地层，

其中，与主井眼相比，侧向井眼基本上相当短，并且所述侧向井眼的直径较小；和

其中，每一个侧向井眼与所述每一个侧向井眼相邻的侧向井眼分隔开相对较短的距离。

侧向井眼优选地从主井眼延伸5-60米并具有在3.8-10cm范围内的直径。

通常在主井眼内以小于几米的轴向间距钻侧向井眼，并且在主井眼的同一深度处可以钻多于一个的侧向井眼。

在一个优选的实施例中，侧向井眼被钻有与主井眼偏离小于10°的轨迹。在另一个实施例中，侧向井眼可以基本上垂直于主井眼延伸。

在一些情况下，可以优选的是钻具有在不包括所述主井眼的平面内延伸的轨迹的侧向井眼。侧向井眼可以具有S形状或具有绕主井眼的螺旋形状。

所述方法的优选使用包括钻侧向井眼，以通过包围主井眼的被改变地层特性的区域(例如，表皮或钻井损坏区)延伸到具有大致松散地层特性的区域内。

在钻井之后侧向井眼可以填充有凝胶液，以防止侧向井眼被来自主井眼的流体污染。所述方法还包括破坏侧向井眼内的流体的胶凝，以能够进入所述侧向井眼的内部。

所述方法的另一个实施例包括利用砾石大致填充整个侧向井眼。优选地，在侧向井眼的靠近主井眼的区域处稳定砾石，以防止砾石穿过进入到主井眼内。

在已经钻完每一口侧向井眼之后和在钻另一口侧向井眼之前，每一口侧向井眼立即被填充有凝胶液或砾石，或在钻完所有侧向井眼之后一个接一个地被填充有所述凝胶液或砾石。

在侧向井眼从其延伸的区域内通过砾石充填和筛管、可膨胀筛管、割缝衬管或注水泥套管从其延伸的区域内对主井眼进行完井。

根据本发明的方法还可以包括将地层处理液泵送通过侧向井眼，以改变井附近的地层特性。可以将处理液泵送到地层内以改变地层的渗透率，从而防止水或气体流入到井，或者在钻井过程期间稳定所述地层的机械性能。

附图说明

图1和图2显示根据本发明所钻的井的简化视图；

图3和图4显示侧向井的不同形状；

图5显示根据本发明的一个实施例的处理和与地层改进的接触；

图6显示根据本发明的另一个实施例的完井；

图7-9显示根据本发明的实施例的水平井的结构；

图10和图11显示根据本发明的水平井的结构的另一个实施例；和

图12和图13显示使用根据本发明的技术在钻井期间对地层的处理。

具体实施方式

本发明基于从母(parent)井或井眼钻多个小侧向井的原理。本发明还包括可以在小侧向井或从小侧向井执行以适应或校正主井的性能、地层特性、地层流体和地层的孔隙度和渗透率的变化的处理。侧向井通常长5-30m(与数千米深的主井眼相比)，并且直径为1.5-4英寸(3.8-10cm)(与通常在20-40cm范围内的主井眼直径相比)。这些侧向井的轨迹可以几乎平行于主井(具有10°以下的井斜)，或者尽可能与主井偏斜(垂直)。连续的侧向井与母井接合点之间的距离可以非常小：使得轴向间距可以接近零(即，在相同的深度处具有超过一个的侧向井眼)，且侧向井眼在不同的方位处。对于每米主井来说可以钻多个侧向井(当岩石强度不受限制时)。侧向井可以是S形或在某一情况下为绕主井的螺旋形。

由本发明提供的新处理基于侧向井或来自侧向井的基质处理中的流体或泥浆充填技术。例如：

-利用凝胶液填充小侧向井，以避免在以后的操作期间从主井眼对侧向井的污染。

-利用砾石填充侧向井以便砂控制。当处理多侧向井时，整体结果可以在长的水平排水中对传统的“填充&压裂”或“砂控制”的改进。

-通过侧向井进行基质处理以解决钻井问题，例如，钻井液漏失的控制、泥浆漏失和流入的控制、岩石加固等。

-进行基质处理以解决开采问题，例如，到达水平井内的水、或当在水平井的凹部或隆起部时与适当深度处的储层的重新接触。

-通过穿过表层并且限制压力下降和所述压力下降的PVT转换的风险来提高生产量(PI)。

图1和图2显示可以设置有多个侧向井眼12的主井眼10，所述多个侧向井眼一起紧密间隔开。在很多情况下，传统的弯曲轨迹可以用于当在两个方向看时呈鱼骨形布置的侧向井12(参见图1)。如图2中所示，所述传统的弯曲轨迹还可以用于使侧向井12远离主井眼10直接延伸。侧向井可以相对于主井以不同的角度放置。

对于一些地层处理来说，可以采用诸如图3和图4中所示的井眼轨迹的其它井眼轨迹。图3显示可以确保与储层的接触的S形侧向井12，所述S形侧向井可以更加平行于主井眼10。这例如对于水平主井眼附近的处理来说是有利的。

图4中所示的螺旋形侧向井12可以对于绕主井眼10的轴对称处理是有利的。当在近井眼区施加处理时这是有益的。

可以通过与储层较大的接触面来增加井的生产。此外，在距离主井眼适当的距离处可以确保接触，使得由于同心流引起的压力下降被限制。在高表皮因子存在的情况和地层流体是稠油的情况下这尤其有用。图5显示了这样一个实施例。在这种情况下，小侧向井12从母井10以充分距离钻进到地层14内，以通过绕母井10的具有高压损耗特性的充填带(skin)16，并且进入显示适当的、松散(bulk)特性的地层14内。

还可以通过在水平井的情况下钻小侧向井用于对由被隔离页岩分离的扁豆状矿体形成的储层进行开采来增加井的生产。每一个小侧向井可以接触多个扁豆状矿体，从而迅速增加采收率。

当通过单个类似主垂直井开采高压裂储层时，还可以通过小侧向井增加井的生产：侧向井可以在几乎垂直于裂缝的方向上被钻进以确保更多的相互连接。

在本发明的一个实施例中，侧向井在钻完之后填充有凝胶液。由于这种流体，侧向井不会被母井中的诸如钻井泥浆和/或水泥浆的其它流体污染，从而侧向井保持清洁直到需要进行后续使用。凝胶液可以作为流体小球通过在移动到另一个位置之前已经用于钻所述侧向井的工具充填在侧向井内。例如，可以将主井钻到靶区深度(TD)；然后钻多个小侧向井，并且使所述多个小侧向井填充有凝胶。然后，对主井可以执行下套管和固井隔离。最后，可以执行高密度射孔以将侧向井连接到主井，从而确保储层更好的泄流。

由于时间可能会破坏凝胶液而允许清理侧向井。还可以使用其它方法，例如，将适当的破坏流体注入到侧向井内，这类似于用于破坏凝胶压裂液的技术。

在本发明的一个实施例中，侧向井的整个体积被填充有诸如用于砾石充填的砾石。这不同于其中井的中心由筛管保持畅通的传统的砾石充填。采出液进入侧向井，然后通过侧向井内的充填物流动到主井。这种充填物优选地具有类似于具有支撑剂的裂缝的渗透特性。然而，在这种应用中，砾石当存在于裂缝中时不会受到高的闭合应力。这给出了选择砾石的更多的自由度。所关心的主要特性是：

-相对于地层砂的流动的筛选。

-高轴向渗透率。

-砾石在侧向井的顶部处的稳定性。

优选的是用于充填侧向井的砾石不应该被带到母井内。为了实现此效果，侧向井的上部可以充填有含有纤维、粗糙砾石、布块、覆盖有树脂的砂等以稳定充填的砾石。这可以仅需要用于接合点附近的最后几米侧向井。

对于这种处理来说，可以远离主井(尽可能地垂直)有利地对侧向井进行导向以减少储层内的压力下降。

当用于钻侧向井的钻井系统仍然在原地时，可以执行每一个井的充填。然而，在这种情况下，当主井可能相对较深时，用于充填的少量泥浆到主井的底部的循环可能需要很长时间。为了避免用于每一个侧向井的单独处理的重复时间损失，还可以优选的是在一个步骤中在所有侧向井中放置充填物。对于这种方法，需要重新进入侧向井内。适当的工具可以用于有助于这种重新进入(例如，在多侧向井中利用挠性管的操作)。在侧向井充填期间，在向后缓慢拉管子的同时使砾石砂浆缓慢泵送通过侧向井内的管子的末端。需要在流量与管子的拉动之间进行适当的协调以确保小侧向井的完全充填。

在主井中，可以以以下所述的多种方法来保护生产层段。

可以使用裸眼砾石充填和滤砂管。这与“充填&压裂”的情况相对应。这给出了与具有低开采速度的储层良好的PI接触，以防止充填物损坏。

可选地，还可以使用可膨胀滤砂管，从而为在井内的流给出了较宽的钻孔。

割缝衬管还可以与如图6中所示的小充填侧向井一起使用。衬管18确保主井10不会例如由于疏松地层20的存在而坍塌。在这种情况下，可能必需确保仅通过小侧向井12进行开采。在不在乎其它事情的情况下，可以直接通过主井10的表面来实现一些开采，所述主井潜在性产生具有相关危险的出砂。对于主井10的残余物(survival)来说，执行近井眼22的处理以稳定主井眼10附近的地层。在刚刚钻完主井之后(在钻任何侧向井之前)可以执行这种基质处理。在主井10内期望的层段处充填适当的处理液。然后，在井的层段上将所述处理液注入到地层22内，以稳定岩石(增加所述岩石对侵蚀的强度)或在较短的深度上(例如，1尺/30cm)密封所述岩石，以确保堵塞通过生产层表面的开采物(开采物24将通过侧向井12，所述侧向井在与主井10的接合点26附近被处理以防止砾石的开采)。

在主井内下注水泥套管。在这种情况下，较适当的是在套管安装之后钻小侧向井。

使用没有砾石充填的多个小侧向井可以是对在通常发生出砂的开采的适当的解决方法。由于以下理由可以不必充填小侧向井：

-由于与储层的接触增加而使得压力下降减小；

-小侧向井附近较低的流体速度；和/或

-小井眼由于小直径而具有高稳定性。

在水平井中，井眼轨迹并不总是完全水平或平行于地下水位(所述地下水位位于含油区以下)。在一些层段中，井与地下水位之间的距离可以小于其它距离。当使用裸眼开采或割缝衬管，或甚至与密集的射孔方案一起使用时，水锥在此位置迅速显示。

可以通过使用根据本发明的如图7-9中所示的小侧向井来解决此问题。多个小侧向井112从母井110朝向地下水位114向下钻进。然后通过小侧向井112执行基质处理以将密封产品注入到地层的孔隙内。进行这些注入的目的是在地下水位114与井110之间产生不可渗透圆盘116。这些圆盘116然后将形成限制水向上移动的不可渗透层。

当检测到接近地下水位时，通常在井的开采期限的早期(例如，刚刚在钻完井之后)执行这些处理。然而，当在在裸眼井中执行开采时，还可以随后执行所述处理。

对于本申请，当S形侧向井118确保将流体更好地充填在如图10和图11中所示的地层内时，所述S形侧向井可以是优选的。

对于套管井，由于在套管内开窗，因此侧向钻井稍微更加复杂。

根据本发明的技术可以用于水平井中的出水量控制。例如，可以在储层的顶部(或甚至在储层的上方)钻主(水平)井，然后向下钻多个小侧向井，以确保与储层良好的连接。如上所述，这些小侧向井可以被砾石充填(在所述下侧向井的整个部分上)。填充物不仅包括诸如在传统的充填或“充填&压裂”中使用的填充物的“传统颗粒”，而且还包括当与水接触时膨胀的材料。这表示与水(地下水位或水锥)接触的侧向长度将允许开采水持续有限时间。然后，膨胀性材料堵塞亲水性层段上的泄流的渗透率。这确保了自动限制水进入侧向井内(并且进入主井内)。

在水平井中，井可以局部地靠近与位于含油区上的气顶的界面。在这种情况下，由于气体可能限制涉及液体开采的井段，因此具有气体进入井内的危险，这然后可能会减小井的总生产能力。此外，进入主井内进行气体开采还可以使储层内的压力快速下降，使得自然流动将减小。在井眼轨迹的波峰处的气体开采类似于在波谷处的水开采，并且可以施加类似的处理以限制气锥效应。

如实际现场情况所示，水平井可以具有非常靠近地下水用于与储层的含油部分连接的波谷。可以有益的是将以上技术(例如，图11中所示)局部地应用在水平井的波谷以取消局部水锥效应。

在本发明的另一个实施例中，向上钻小侧向井确保来自含油地层的更高区的泄流。

根据本发明的技术还可以用于解决钻井问题。这些包括：

高(总)钻井液漏失(包括循环液漏失的情况)：这通常是由于具有强透水率或高压裂层的低压地层；

-从高压地层的井眼流入。在一些情况下，在没有压裂其它地层的情况下，对于高压区来说难以增加泥浆密度以达到适当的压力平衡；

-具有不充分机械特性的地层的断裂。岩石在“拉伸”载荷时可能失效(通常被称为断裂)：一种普通处理是减小泥浆密度，但是这可能产生的问题在于当井眼圆周应力太高时井眼会坍塌(这在水平井中是典型的)；另一种普通处理是增加泥浆密度，但是泥浆密度调节又由于受其它地层的限制而受限。

通常难以得到正确的泥浆密度以解决所有潜在的钻井问题并允许继续安全有效的进行钻井。最终的解决办法通常是安装套管柱以隔离易出砂地层。然而，套管昂贵，并且连续套管柱的伸缩效果使得所述套管柱难以在储层的前面提供正确的井眼尺寸。在最坏的情况下，当泄流直径太小，且生产能力太低时，可能必需报废井。

本发明允许以不同的方法解决关键地层内的问题。本发明的一个实施例涉及在距离主井眼122的一小段距离处钻多个小侧向井120(参见图12和图13)。在本申请中，侧向井120稍微偏离(例如，5°)主井122。然而，可在不同的方位不同的深度处钻多个侧向井。螺旋形侧向井(例如，以上相对于图4所述)还可以允许实现相同的结果。小侧向井120正在用于将产物注入到地层124内，并相对于未处理的地层126密封或改变地层强度。因此，易出砂地层126可以与普通地层128隔离，并且允许继续进一步钻井。

可以将诸如下列所述的不同类型的流体注入(挤压)到地层内：

-用于堵塞孔隙并增加岩石强度的细水泥浆(例如，斯伦贝谢的SqueezeCrete))；

-聚合物，所述聚合物流入岩石孔隙内，然后固化(同时堵塞流动并增加岩石强度)；和

-凝胶，所述凝胶相对于流动堵塞孔隙，然后在包括时间的适当的引发机构之后破坏(如果在已经完成钻井之后需要恢复初始孔隙率和渗透率，则这种方法可以是有利的)。

在一旦已经钻完临界地层通常就执行这些处理。

在本发明的保护范围内的其它改变将清楚呈现。

Claims (22)

1.一种打井的方法，包括以下步骤：

钻主井眼，所述主井眼从地面延伸通过一个或多个地下地层；

钻多个侧向井眼，所述多个侧向井眼从所述主井眼延伸到周围地层中；和

将地层处理液泵送通过所述侧向井眼，以改变所述主井眼附近的地层特性，

其特征在于，

从主水平井钻的一组小侧向井，使得地层处理液能够从所述侧向井眼的端部注入到所述地层内以产生对朝向所述主水平井的水锥或气锥的“延伸阻挡层”，

其中，与所述主井眼相比，所述侧向井眼比较短，并且所述侧向井眼的直径较小；且

其中，每一个侧向井眼与其相邻的侧向井眼分隔开短的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

钻所述侧向井眼以从所述主井眼延伸5-60米。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

钻所述侧向井眼以使所述侧向井眼具有在3.8-10cm范围内的直径。

4.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

在所述主井眼内以小于几米的轴向间距钻更多个侧向井眼。

5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：

在所述主井眼的同一深度处钻多于一个的侧向井眼。

6.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

钻具有与所述主井眼偏离小于10°的轨迹的侧向井眼。

7.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

钻具有在不包括所述主井眼的平面内延伸的轨迹的侧向井眼。

8.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

钻所述侧向井眼以使所述侧向井眼具有S形状或具有绕所述主井眼的螺旋形状。

9.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

钻所述侧向井眼，以通过包围所述主井眼的被改变地层特性的区域延伸到具有大致松散地层特性的区域内。

10.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：

在钻井之后利用凝胶液填充所述侧向井眼，以防止所述侧向井眼被来自所述主井眼的流体污染。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

破坏所述侧向井眼内的流体的胶凝，以能够进入所述侧向井眼的内部。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：

在已经钻完每一口侧向井眼之后和在钻另一口侧向井眼之前，立即利用凝胶液填充所述每一口侧向井眼。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：

在钻完所有侧向井眼之后一个接一个地利用凝胶液填充所有侧向井眼。

14.根据权利要求1或2所述的方法，包括以下步骤：

利用砾石大致填充整个侧向井眼。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：

稳定所述侧向井眼的靠近所述主井眼的区域处的砾石，以防止砾石进入到所述主井眼内。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：

在已经钻完每一口侧向井眼之后和在钻另一口侧向井眼之前，立即利用砾石填充所述每一口侧向井眼。

17.根据权利要求14所述的方法，其中：

在钻完所有侧向井眼之后一个接一个地利用砾石填充所有侧向井眼。

18.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

在所述侧向井眼从其延伸的区域内通过砾石充填和筛管、割缝衬管或注水泥套管对所述主井眼进行完井。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述筛管为可膨胀筛管。

20.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

将处理液泵送到所述地层内以改变所述地层的渗透率，从而防止水或气体流入到所述主井眼内。

21.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

在钻井过程期间将处理液泵送到所述地层内，以稳定所述地层的机械性能。

22.一种通过作为多个小侧向井的界面提高主井与储层之间的接触的方法，包括将地层处理液泵送通过所述侧向井眼，以改变所述主井眼附近的地层特性，

其特征在于，

从主水平井钻的一组小侧向井，使得地层处理液能够从所述侧向井眼的端部注入到所述地层内以产生对朝向所述主水平井的水锥或气锥的“延伸阻挡层”。