CN103541657A

CN103541657A - 一种油气井硬地层侧钻钻具和施工方法

Info

Publication number: CN103541657A
Application number: CN201210236342.4A
Authority: CN
Inventors: 刘匡晓; 牛新明; 郭瑞昌; 解兰宏; 刘卫东; 郑俊华; 刘建华; 张进双; 李立政; 孙连环
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-29

Abstract

一种用于油气井硬地层的侧钻施工方法，包括：选择侧钻点的位置；形成水泥塞，使得水泥塞面超过侧钻点以上30m，并且水泥塞的段长不少于150m；以及使用组合式侧钻钻具进行侧钻。其中，钻具包括安装在直螺杆上方的弯接头，该弯接头具有2.5-3.0度的弯角。本发明的方法可应用于油气井硬地层的裸眼侧钻施工，侧钻周期短，成功可靠性高。

Description

一种油气井硬地层侧钻钻具和施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于油田、矿山等领域的钻井方法，尤其涉及一种用于超深油气井的硬地层侧钻的钻具和施工方法。

背景技术

近年来，由于弯螺杆钻具具备造斜率高的优点，因此在侧钻施工时多选用弯螺杆钻具组合侧钻。这在水泥塞质量的较好、井壁地层较软的条件下是适用的。然而，在硬地层或水泥塞质量不太好的条件下，使用弯螺杆钻具侧钻的可靠性就会大大降低。这是因为随着侧钻的进行，弯螺杆钻具的支撑点会很快与水泥塞接触。在这种情况下，需要靠水泥井壁来支撑下稳定器，以便对钻头产生一定的侧向力，从而实现侧钻井眼的形成。

然而，由于硬地层侧钻的钻时控制较长，在螺杆钻具的下稳定器的震动和循环泥浆的冲刷作用下，水泥塞井壁很容易被破坏，从而失去对下稳定器的支撑。在这种情况下，侧钻施工容易失败。

中国专利CN101718171A公开了一种侧钻水平井钻完井配套方法，该方法包括开窗钻进、定向造斜钻进、水平段钻井和固井完井四大部分。其中，开窗钻进采用液压一体式套管开窗技术进行套管开窗，定向造斜钻进采用先进的轨迹优化设计和控制技术，实现造斜轨迹的优化控制。然而，该方法适用于已下入套管的油气井开窗侧钻，不适用于裸眼井侧钻。

中国专利CN101429848A公开了一种水力喷射侧钻径向分支井眼的方法与装置。在该方法中，将端部固定有转向器的油管放入油井套管内。磨铣钻头通过转向器通道对套管侧壁磨铣，形成开窗。然后，将磨铣钻头更换为地层射流喷头，穿过开窗，通过射流向套管径向破岩，形成径向分支井眼。未使用弯接头、直螺杆等钻具组合。然而，该方法的突出特征是超短半径转向，适用于软地层侧钻，不适用于硬地层侧钻。

文献“董101井裸眼侧钻工艺技术”（见《江汉石油科技》，2006年4月）公开了一种着眼于事故预防以及确保侧出新眼后井身质量的工艺技术。其中采用了一种侧钻钻具组合，包括Φ215.9mmPDC钻头+Φ165mm直螺杆+2.5°弯接头+Φ165mm钻铤3根+Φ127mm加重钻杆15根。然而该技术并不适用于裸眼侧钻。

文献“TP4CH超深侧钻水平井钻探技术”（见《复杂油气藏》，2011年2月）公开了一种侧钻工艺，其针对恢复老井TP4井的生产和提高储量动用程度而在TP4井的Φ44.5mm套管内开窗侧钻。其中采用了侧钻造斜钻具组合：Φ215.9mmMD517HX钻头+Φ172mm直螺杆+2.0°弯接头+无磁钻铤+加重钻杆。

综上所述，传统施工方法中主要侧重于套管的油气井开窗侧钻、适用于软地层侧钻、预防事故发生，确保侧钻新井眼井身质量、恢复老井生产等方面。而超深油气井硬地层的裸眼侧钻，还没有一种高效的钻具和工艺方法。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种用于油气井硬地层的侧钻施工方法，包括：步骤一，选择侧钻点的位置；步骤二，形成水泥塞，使得水泥塞面超过侧钻点以上30m，并且水泥塞的段长不少于150m；步骤三，使用组合式侧钻钻具进行侧钻，其中，所述钻具包括安装在直螺杆上方的弯接头，所述弯接头具有大于2.5°到3.0°的弯角。

在一个实施例中，在步骤二中，在候凝时间大于48h后进行扫塞施工，并且扫塞至侧钻点以上5m。在一个具体的实施例中，对于可钻性级值大于6的地层来说，在候凝时间大于72h后进行扫塞施工。

在一个实施例中，步骤二还包括两次水泥承压实验，其中在30min内将静压由6t加至20t，测量钻具的压缩量，计算两次下压钻具下行位置的变化量，并在所述变化量超过0.01m时重复步骤二。

在一个实施例中，在步骤三中，钻时控制在0.15～0.5m/h的范围内。优选地，每半小时采集一次地层岩屑，并且观察地层岩屑是否达到80%。当地层岩屑达到80%时，意味着侧钻已经形成。

在步骤三中，还可以利用所述钻具对侧钻窗口进行修整。

步骤二还包括在钻水泥塞至侧钻点后短起下钻以修整井眼，清洗井筒至少二个循环周，并且在起钻前填入钻井液。

在一个具体实施例中，弯接头的弯角为2.75°。

根据本发明的方法优选用于可钻性级值大于6的地层。

根据本发明的方法，钻头的侧向力来自于弯接头对井壁的支撑。由于弯接头安装在螺杆钻具的上方，因此开侧钻时离水泥面较远，弯接头直接支撑在井壁上。井壁越硬，这种支撑力就越大。因此，根据本发明的方法可以有利地用于油气井硬地层，显著提高了侧钻成功的可靠性。此外，通过选择其它工艺参数，例如钻时控制等，进一步提高了侧钻成功的可靠性。

附图说明

以下结合附图来对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为于更好地理解本发明，它们不应被理解成对本发明的限制。

在图中：

图1显示了本发明侧钻钻具的结构示意图。

图2显示了本发明侧钻钻具施工过程的示意图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的组合式侧钻钻具10的结构。如图所示，该组合式侧钻钻具10包括钻杆1和与钻杆1相连的斜坡加重钻杆2。在斜坡加重钻杆2上套有无磁钻铤3。斜坡加重钻杆2的另一端与弯接头4相连。弯接头4再依次与直螺杆5和钻头6相连。

根据本发明，组合式侧钻钻具10包括弯接头4和直螺杆5，以替代传统的弯螺杆。弯接头4采用较大的弯角角度，使得钻具支撑点与钻头6的距离大大加长。该弯角角度例如为大于2.5°到3.0°，优选2.75°，这样，在侧钻过程中，在侧钻钻进前的一定距离（例如为6-8m，具体根据直螺杆5和弯接头4的尺寸而定）处的支撑点的支撑力由井壁来提供，而不是像传统钻具和施工过程那样由水泥塞来提供。因此，钻头的侧向力来自于弯接头对井壁的支撑。由于弯接头安装在螺杆钻具之上，则开侧钻时离水泥塞面较远。弯接头直接支撑在井壁上。井壁越硬，支撑力就越大。因此，根据本发明的钻具持续提供钻头6侧向力的能力大大加强，侧钻成功的可靠性也大幅度提高。

在一个具体的实施例中，本发明的钻具由Φ241.3mm牙轮钻头、Φ197mm或Φ185mm直螺杆、2.75°的弯接头、无磁钻铤、斜坡加重钻杆、钻杆依次连接组合而成。在钻头6为牙轮钻头而非PDC钻头的情况下，保证了钻具工具面的稳定性，使水泥塞井壁不易被破坏，提高了侧钻成功率。

容易理解，本领域的技术人员可根据实际情况的需要对弯接头4和其他组件的具体结构及尺寸做出适当的调整或变化。

下面结合图2介绍使用本发明的油气井硬地层钻具的侧钻施工方法。

首先，获取待侧钻井眼的井斜数据，根据井斜数据及地层情况确定侧钻方案。优选地，侧钻点以下20m的地层岩性稳定，可钻性相对较好，井眼扩大率不超过10%。

然后进行形成水泥塞的步骤。首先，按照SY/T 5587.14的规定打水泥塞。根据本发明，水泥塞面例如可超过侧钻点以上30m，并且水泥塞段长例如不少于150m。对于“可钻性级值”超过6的地层，水泥浆密度不低于2.0g/cm³。

之后，在候凝时间大于48h后进行“扫塞”施工，扫塞优选进行到侧钻点以上5m。对于“可钻性级值”超过6的地层，在候凝时间大于72h后“扫塞”施工。

随后，停泵两次分别做水泥承压实验，在30min内将静压由6t加至20t后，测量钻具压缩量，以两次下压钻具下行位置的变化量不超过0.01m为准。若上述变化量超过0.01m，则重新打水泥塞。

在扫完水泥塞后，短起下钻以修整新钻井眼。同时，大排量地清洗井筒至少二个循环周，并且起钻前填入润滑性高的钻井液。至此，形成水泥塞的步骤结束。

接下来进行侧钻步骤。下入侧钻钻具，该钻具优选采用如图1所示，包括Φ241.3mm牙轮钻头7、Φ197mm或Φ185mm直螺杆6、2.75°弯接头4、无磁钻铤3、斜坡加重钻杆2、钻杆1依次连接组合而成。

钻井参数采用以钻时为主的钻压控制，钻时控制在0.15～0.5m/h的范围内。一般情况，侧钻施工5m，可以形成新井眼初始台阶。排量以满足“携岩”为准。

在钻施工过程中可采用无线随钻测斜仪监控井斜数据。严格按侧钻参数均匀平稳送钻，严禁溜钻、顿钻及点送钻。减少活动钻具次数，在有进尺、没有明显“粘卡”现象时不上提钻具，一旦活动钻具，以提开钻具为准，避免划眼。

在侧钻过程，每隔半小时采集一包岩屑，并观察岩屑。若地层岩屑达到80%以上，说明已经侧钻出去。否则，继续控制机械钻速，确保侧钻一次成功。

为保证后续钻具顺利通过侧钻窗口，用原钻具对侧钻窗口修整，保证侧钻窗口平滑。

实施例

采用根据本发明所述的侧钻方法，在元坝121H井中进行了侧钻试验。结果表明，在6517m侧钻的情况下用时5天，并且一次成功，比该地区的平均侧钻周期节约4.9天。

虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种用于油气井硬地层的侧钻施工方法，包括

步骤一：选择侧钻点的位置；

步骤二：形成水泥塞，使得水泥塞面超过侧钻点以上30m，并且水泥塞的段长不少于150m；

步骤三：使用组合式侧钻钻具进行侧钻，其中，所述钻具包括安装在直螺杆上方的弯接头，所述弯接头具有大于2.5°到3.0°的弯角。

2.根据权利要求1所述的侧钻施工方法，其特征在于，在步骤二中，在候凝时间大于48h后进行扫塞施工，并且扫塞至侧钻点以上5m。

3.根据权利要求2所述的侧钻施工方法，其特征在于，在候凝时间大于72h后进行扫塞施工。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的侧钻施工方法，其特征在于，步骤二还包括两次水泥承压实验，其中在30min内将静压由6t加至20t，测量钻具的压缩量，计算两次下压钻具下行位置的变化量，并在所述变化量超过0.01m时重复步骤二。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的侧钻施工方法，其特征在于，在步骤三中，钻时控制在0.15～0.5m/h的范围内。

6.根据权利要求5所述的侧钻施工方法，其特征在于，在步骤三中，每半小时采集一次地层岩屑，并且观察地层岩屑是否达到80%。

7.根据权利要求6所述的侧钻施工方法，其特征在于，在步骤三中，利用所述钻具对侧钻窗口进行修整。

8.根据上述权利要求中任一项所述的侧钻施工方法，其特征在于，步骤二还包括在钻水泥塞至侧钻点后短起下钻以修整井眼，清洗井筒至少二个循环周，并且在起钻前填入钻井液。

9.根据上述权利要求中任一项所述的侧钻施工方法，其特征在于，所述弯接头的弯角为2.75°。

10.根据上述权利要求中任一项所述的侧钻施工方法，其特征在于，所述地层的可钻性级值大于6。