CN106837172B - 一种径向井解决薄互层的钻井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种径向井解决薄互层的钻井方法,包括以下步骤:步骤1、将定位导向工具(1)下入井筒内的待作业设计深度;步骤2、进行套管钻孔开窗;步骤3、进行钻水泥环作业;步骤4、进行钻近井带地层作业;步骤5、进行钻远端地层作业。该径向井解决薄互层的钻井方法可先后完成定位导向、套管钻孔、钻水泥环、钻近井带地层、钻远端地层作业,最终在被作业井筒设计层位完成直径25mm~30mm、距离为30米的径向孔眼,该施工方法适用于薄互层的储藏改造,可使油井增产、水井增注。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油天然气行业或煤层气行业的钻井技术领域,具体的是一种径向井解决薄互层的钻井方法。
背景技术
地质学上的薄层是指储层的厚度薄、单一,层与层之间由较厚的非渗透层分开。储层厚度变化大,有大于10米的坝岩,也有小于1米的滩岩,但以砂泥岩薄互层方式的居多,大部分储层单层厚度较薄,平均单层厚度仅为1.2米。
滩坝砂岩性主要为砂岩、灰质粉砂岩,泥质粉砂岩。油藏有两个特点:1、孔隙度、渗透率均较低;2、储层厚度较薄,且纵向上与泥岩相互叠加形成薄互层。从储层特征来看,该类油藏的地层渗透率相对较低,原油在储层中的渗流很困难,导致其油井单井产能低,大部分单井自然产量不足1吨每天,开采难度相当大。由于储层厚度较薄,使用常规水力压裂,裂缝体积较大,容易压窜层,出现水窜、气窜、油窜等后果。浅薄互层普通油藏属于边际油藏,至今没有现成的开采方式和开发技术政策界限可循,很多油田将此储量列为难采储量,而没有动用。
在我国开采煤层气,96%以上的煤层都利用了水力压裂增产技术,但该技术在煤层气井中的应用还存在许多问题,在20世纪90年代施工的数十个煤层开发试验井中,就有压穿煤层顶底板的实例,这是由于煤层的最小应力小于煤层顶底板的最小应力所致。煤层气多分支水平井是一种新的煤层改造技术,利用水力射流在储层中喷射钻进,形成径向孔眼,提高了导流能力,增大解吸波及面积,沟通更多割理和裂隙,且不会对储层造成伤害。
发明内容
为了解决薄互层开采困难的问题,本发明提供了一种径向井解决薄互层的钻井方法,该径向井解决薄互层的钻井方法可先后完成定位导向、套管钻孔、钻水泥环、钻近井带地层、钻远端地层作业,最终在被作业井筒设计层位完成直径25mm~30mm、距离为30米的径向孔眼,该施工方法适用于薄互层的储藏改造,可使油井增产、水井增注。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种径向井解决薄互层的钻井方法,包括以下步骤:
步骤1、将定位导向工具下入井筒内的待作业设计深度;
步骤2、将套管钻孔工具下入到定位导向工具中,进行套管钻孔开窗;
步骤3、将钻水泥环工具下入到定位导向工具中,进行钻水泥环作业;
步骤4、将钻近井带地层工具下入到定位导向工具中,进行钻近井带地层作业;
步骤5、将钻远端地层工具下入到定位导向工具中,进行钻远端地层作业。
本发明的有益效果是:
1、创造性地采用连续管作业机在油气藏的薄互层进行径向钻井作业,提高了作业效率;
2、创造性地采用五趟施工工艺及配套工具对薄互层进行径向钻井作业,分别为定位导向、套管钻孔、钻水泥环、钻近井带地层、钻远端地层作业;
3、创造性地采用定位导向工具,该工具具有相对方位定向功能,可在同一个薄互层位实施相对方位定向,可相对120度或180度定向钻孔;
4、创造性地采用套管钻孔工具,能对套管钻孔,形成直径为23mm的圆形窗口,且具有独有的安全短节,能保护套管钻孔过程中钻头过载使万向节扭断,还能保护万向节下井过程中不与油管壁擦碰而折断,避免落鱼;
5、创造性地具有钻水泥环工具,可完成径向距离2米的水泥环钻进;
6、创造性地具有钻近井带地层工具,可完成径向距离10米的近井带地层钻进;
7、创造性地具有钻远端地层工具,可完成径向距离30米的远端地层钻进。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明中定位导向工具在井下的布置示意图。
图2是本发明中套管钻孔工具的工作示意图。
图3是本发明中钻水泥环工具的工作示意图。
图4是本发明中钻近井带地层工具的工作示意图。
图5是本发明中钻远端地层工具的工作示意图。
图6是本发明中钻水泥环工具的上部结构示意图。
图7是本发明中钻水泥环工具的下部结构示意图。
图8是本发明中钻近井带地层工具的上部结构示意图。
图9是本发明中钻近井带地层工具的中部结构示意图。
图10是本发明中钻近井带地层工具的下部结构示意图。
图11是本发明中钻远端地层工具的上部结构示意图。
图12是本发明中钻远端地层工具的下部结构示意图。
1、定位导向工具;2、套管钻孔工具;3、钻水泥环工具;4、钻近井带地层工具;5、钻远端地层工具;
11、弹性扶正器;12、相对方位定向锚定器;13、导向器;14、下弹性扶正器;15、引鞋;
21、旋转连接器;22、脱节器;23、螺杆马达;24、钻压推加器;25、安全短节;26、万向节;27、钻头;
31、过滤器;32、单流阀;33、低速送进机构;34、钻水泥环喷管;35、钻水泥环喷嘴;36、下连接筒;
41、步进式低速送进机构;42、伸缩扶正筒;43、加重筒;44、钻近井带喷管;45、钻近井带喷嘴;
51、连接头;52、钻远端喷管;53、加重筒;54、自牵引喷嘴;
61、油管柱串;62、校深短节;63、油管;64、油层套管;65、连续管;
331、活塞杆;332、外筒体;
411、锚爪。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种径向井解决薄互层的钻井方法,包括以下步骤:
步骤1、将定位导向工具1下入井筒内的待作业设计深度;
步骤2、将套管钻孔工具2下入到定位导向工具1中,进行套管钻孔开窗;
步骤3、将钻水泥环工具3下入到定位导向工具1中,进行钻水泥环作业;
步骤4、将钻近井带地层工具4下入到定位导向工具1中,进行钻近井带地层作业;
步骤5、将钻远端地层工具5下入到定位导向工具1中,进行钻远端地层作业,如图1至图5所示。
具体的,在步骤1中,定位导向工具1包括从上向下依次连接的上弹性扶正器11、相对方位定向锚定器12、导向器13、下弹性扶正器14和引鞋15;下定位导向工具1的具体方法,如图1所示:作业前,先将定位导向工具1的上端连接一根2-7/8吋的油管63,油管64的上端连接一根1.5m长的校深短节62,校深短节62的上端再连接2-7/8吋的油管柱串61,然后用修井机将油管柱串61及定位导向工具1下入到待作业井筒内,通过γ射线及磁定位校深的方式,确认定位导向工具1下放至预定待作业层位,然后上提油管柱2m,再下放2m,定位导向工具1上的相对方位定向锚定器12会在油层套管64的内壁上产生锚定。
具体的,在步骤2中,套管钻孔工具2包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、螺杆马达23、钻压推加器24、安全短节25、万向节26和钻头27。套管钻孔作业的具体方法,如图2所示:将套管钻孔工具2连接到连续管65的最下端,用连续管作业机将套管钻孔工具2下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将12MPa~15MPa压力的工作液输送到套管钻孔工具2中,工作液驱动螺杆马达23旋转,螺杆马达23产生的旋转扭矩通过钻压推加器24、安全短节25传递给万向节26和钻头27,对套管进行钻孔开窗。与此同时,12MPa~15MPa压力的工作液会驱动钻压推加器24,通过安全短节25给万向节26和钻头27施加12N~15N的钻压力,保证钻头27对套管进行正常钻孔。套管钻孔作业完毕后,通过连续管作业机将套管钻孔工具2起出至地面。
具体的,在步骤3中,钻水泥环工具3包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、过滤器31、单流阀32、低速送进机构33、钻水泥环喷管34、钻水泥环喷嘴35。钻水泥环喷管34外套设有下连接筒36,下连接筒36的上端与低速送进机构33的下端连接固定,如图6和图7所示。钻水泥环作业的具体方法,如图3所示:将钻水泥环工具3连接到连续管65的最下端,用连续管作业机将钻水泥环工具3下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将50MPa~55MPa压力的工作液输送到钻水泥环工具3中,工作液通过钻水泥环喷嘴35喷射而出形成射流,对地层进行破岩钻孔,形成直径25mm~30mm的孔眼。50MPa~55MPa压力的工作液会驱动低速送进机构33,推动钻水泥环喷管34和钻水泥环喷嘴35在地层中送进,可完成径向距离2米的穿透水泥环钻进。钻水泥环作业完毕后,通过连续管作业机将钻水泥环工具3起出至地面。
在步骤3中,旋转连接器21可绕自身轴线旋转,用于钻水泥环工具3与连续管连接。脱节器22用于钻水泥环工具3遇卡时丢手。过滤器31用于过滤工作液中的固体颗粒杂质,防止固体颗粒杂质磨损钻水泥环喷嘴35,从而降低喷嘴射流破岩效果。单流阀32用于防止当井底压力过高时,井底液体通过连续管返流到地面,影响作业安全。低速送进机构33为2米行程的液缸机构,低速送进机构33具有活塞杆331和外筒体332,外筒体套设于活塞杆331外,低速送进机构33具有节流减速效果。低速送进机构33与下连接筒36通过螺纹连接,钻水泥环喷管34与低速送进机构33通过螺纹连接,钻水泥环喷嘴35与钻水泥环喷管34通过螺纹连接。钻水泥环喷管34的总长为2.5米。工作时,低速送进机构33为2米行程的液缸机构,在高压工作液的作用下,活塞杆331会以0.5mm/s~2mm/s的低速移动,推动钻水泥环喷管34与钻水泥环喷嘴35穿过定位导向工具1,并通过套管上已钻开的窗口,在地层中喷射钻进。直至活塞杆331全部伸出2米的行程,形成直径25mm~30mm、径向距离为2米的先导孔眼。
具体的,在步骤4中,钻近井带地层工具4包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、过滤器31、单流阀32、步进式低速送进机构41、伸缩扶正筒42、钻近井带喷管44、钻近井带喷嘴45。钻近井带喷管44的下端外套设有加重筒43,加重筒43的主要作用是增加钻近井带喷管44的下坠力,防止钻近井带喷管44下放过程中由于下端弯曲在油管内壁发生阻塞,加重筒43与钻近井带喷管44的下端卡接,如图8、图9和图10所示。钻近井带地层作业的具体方法,如图4所示:将钻近井带地层工具4连接到连续管65的最下端,用连续管作业机将钻近井带地层工具4下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将50MPa~55MPa压力的工作液输送到钻近井带地层工具4中,工作液通过钻近井带喷嘴45喷射而出形成射流,对地层进行破岩钻孔,形成直径25mm~30mm的孔眼。50MPa~55MPa压力的工作液会驱动步进式低速送进机构41,推动钻近井带喷管43及钻近井带喷嘴45在地层中作步进式送进,可完成径向距离10米的近井带地层钻进。钻近井带地层作业完毕后,通过连续管作业机将钻近井带地层工具4起出至地面。步进式低速送进机构41的具体结构已经在中国专利CN104481403 A已经公开,本发明不再详细介绍。
在步骤4中,伸缩扶正筒42通过螺纹与步进式低速送进机构41连接,伸缩扶正筒42可伸缩,用于扶正钻近井带喷管44,防止钻近井带喷管44送进时弯曲。加重筒43穿过钻近井带喷管44,悬挂在钻近井带喷嘴45之上。钻近井带喷管44的总长为10.5米。加重筒43穿过钻近井带喷管44,悬挂在钻近井带喷嘴45之上。地面高压泵车将50MPa以上的高压工作液,通过连续管输送到钻近井带地层工具4中,再经过钻近井带喷管44、钻近井带喷嘴45喷射出,形成射流。步进式低速送进机构41具有节流减速效果。在高压工作液的作用下,步进式低速送进机构41会以0.5mm/s~2mm/s的推动钻近井带喷管44与钻近井带喷嘴45,沿着已完成的2米距离的先导孔眼,继续在地层中喷射钻进。步进式低速送进机构41含有低速送进机构33和锚爪411,当低速送进机构33的活塞杆331全部伸出2米行程时,活塞杆331的下端能够撑开锚爪411,步进式锚定送进机构41上的锚爪411与油管内壁发生锚定(活塞杆331下端是个锥面结构,与锚爪接触时,形成斜面运动副,该斜面运动副为增力机构,可以撑开锚爪411)。然后,高压泵车压力降低至25MPa~30MPa,保持稳定,地面连续管作业机开始下放,推动低速送进机构33下移2米,活塞杆331复位,全部回缩进2米行程的液缸内,此时地面连续管作业机停止下放,高压泵车压力重新升高至50MPa以上,活塞杆331推动钻近井带喷管44与钻近井带喷嘴45继续在地层中喷射钻进。如此步进式循环5次送进,直至完成10米距离的近井带地层射流钻孔。
具体的,在步骤5中,钻远端地层工具5包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、过滤器31、单流阀32、连接头51、钻远端喷管52、自牵引喷嘴54;钻远端喷管52的下端外套设有加重筒53,加重筒53与钻远端喷管52的下端卡接,如图11和图12所示。钻远端地层作业的具体方法,如图5所示:将钻远端地层工具5连接到连续管65的最下端,用连续管作业机将钻远端地层工具5下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将50MPa~55MPa压力的工作液输送到钻远端地层工具5中,工作液通过自牵引喷嘴54喷射而出形成射流,对地层进行破岩钻孔,形成直径25mm~30mm的孔眼。50MPa~55MPa压力的工作液通过自牵引喷嘴54时还会形成100N~150N的牵引力,该牵引力会牵引钻远端喷管52及自牵引喷嘴54在地层中送进,可完成径向距离30米的远端地层钻进。钻远端地层作业完毕后,通过连续管作业机将钻远端地层工具5起出至地面。
在步骤5中,钻远端喷管52总长30.5米。自牵引喷嘴54具有前向孔眼和后向孔眼。加重筒53穿过钻远端喷管52,悬挂在自牵引喷嘴54之上,钻远端喷管52下放时受加重筒53的重力作用,垂直伸张,避免弯曲而与油管内壁接触而受阻。钻远端喷管52沿着之前已完成的10米距离的孔眼继续喷射钻进。喷射钻进时,前向孔眼对钻远端喷管52施加100N~150N的反冲力,后向孔眼能够给钻远端喷管52提供150N~200N的牵引力。牵引力比反冲力略大一点,克服了反冲力引起的喷管压缩弯曲而造成喷管在地层中送进受阻,还能在钻远端喷管52前端提供一部分向前的牵引力。同时,地面连续管作业机在钻远端喷管52后端施加推力,在前向牵引力和后端推力的共同作用下,钻远端喷管52在地层中完成30米距离的远端地层钻进。
至此,完成一个工作周期,即一个工作周期包括上述五个步骤。
当需要在同一个层位作业多个孔时,可按步骤1所述内容,上提油管柱2m,再下放2m,定位导向工具1上的相对方位定向锚定器12的下端会旋转换向,并带动与其下端相连的导向器13、下弹性扶正器14、引鞋15一起旋转,根据作业需要的不同,可相对旋转120°或180°。旋转换向动作结束后,相对方位定向锚定器12在油层套管64的内壁上产生锚定。然后按步骤2、步骤3、步骤4、步骤5操作内容进行第二孔作业。
若需要在不同层位作业多个孔时,可通过上提或下放油管柱到设计深度,然后再依次按步骤1、步骤2、步骤3、步骤4、步骤5操作内容进行第二孔作业。如此类推,可根据需要在一个井筒内完成多个孔眼作业。
对于不同井筒的水泥环强度不同,不同储藏的岩芯特性不同,施工作业时可对上述五个施工步骤进行适当调整。水泥环强度高、岩芯强度低时,可省略步骤3;水泥环强度低、岩芯强度高时,可省略步骤2;水泥环强度、岩芯强度同时低时,可同时省略步骤2、步骤3;水泥环强度、岩芯强度同时高时,则按上述五个步骤进行施工。
以上所述,仅为本发明的具体实施例,不能以其限定发明实施的范围,所以其等同组件的置换,或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰,都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外,本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (9)
1.一种径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,该径向井解决薄互层的钻井方法包括以下步骤:
步骤1、将定位导向工具(1)下入井筒内的待作业设计深度;
步骤2、将套管钻孔工具(2)下入到定位导向工具(1)中,进行套管钻孔开窗;
步骤3、将钻水泥环工具(3)下入到定位导向工具(1)中,进行钻水泥环作业;
步骤4、将钻近井带地层工具(4)下入到定位导向工具(1)中,进行钻近井带地层作业;
步骤5、将钻远端地层工具(5)下入到定位导向工具(1)中,进行钻远端地层作业;
在步骤1中,定位导向工具(1)包括从上向下依次连接的上弹性扶正器(11)、相对方位定向锚定器(12)、导向器(13)、下弹性扶正器(14)和引鞋(15);
先将定位导向工具(1)上端连接一根油管(63),油管(63)的上端连接一根校深短节(62),校深短节(62)的上端再连接油管柱串(61),然后用修井机将油管柱串(61)及定位导向工具(1)下入到待作业井筒内,通过γ射线及磁定位校深的方式,确认定位导向工具(1)下放至预定待作业层位,然后上提油管柱串(61),再下放油管柱串(61),定位导向工具(1)上的相对方位定向锚定器(12)在油层套管(64)的内壁上产生锚定。
2.根据权利要求1所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤2中,套管钻孔工具(2)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、螺杆马达(23)、钻压推加器(24)、安全短节(25)、万向节(26)和钻头(27)。
3.根据权利要求1所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤2中,将套管钻孔工具(2)连接到连续管(65)的最下端,用连续管作业机将套管钻孔工具(2)下放到定位导向工具(1)内,地面高压泵车通过连续管(65)将工作液输送到套管钻孔工具(2)中对套管进行钻孔开窗,然后通过连续管作业机将套管钻孔工具(2)起出至地面。
4.根据权利要求1所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤3中,钻水泥环工具(3)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、过滤器(31)、单流阀(32)、低速送进机构(33)、钻水泥环喷管(34)、钻水泥环喷嘴(35)。
5.根据权利要求4所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤3中,将钻水泥环工具(3)连接到连续管(65)最下端,用连续管作业机将钻水泥环工具(3)下放到定位导向工具(1)内,地面高压泵车通过连续管(65)将工作液输送到钻水泥环工具(3)中,工作液通过钻水泥环喷嘴(35)喷射而出形成射流,对地层进行破岩钻孔,完成径向第一距离的穿透水泥环钻进,钻水泥环作业完毕后,通过连续管作业机将钻水泥环工具(3)起出至地面。
6.根据权利要求1所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤4中,钻近井带地层工具(4)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、过滤器(31)、单流阀(32)、步进式低速送进机构(41)、伸缩扶正筒(42)、钻近井带喷管(44)、钻近井带喷嘴(45)。
7.根据权利要求6所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤4中,将钻近井带地层工具(4)连接到连续管(65)的最下端,用连续管作业机将钻近井带地层工具(4)下放到定位导向工具(1)内,地面高压泵车通过连续管(65)将工作液输送到钻近井带地层工具(4)中,工作液通过钻近井带喷嘴(45)喷射而出形成射流,对地层进行破岩钻孔,步进式低速送进机构(41)推动钻近井带喷管(4-3)及钻近井带喷嘴(45)在地层中作步进式送进,完成径向第二距离的近井带地层钻进,钻近井带地层作业完毕后,通过连续管作业机将钻近井带地层工具(4)起出至地面。
8.根据权利要求7所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤5中,钻远端地层工具(5)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、过滤器(31)、单流阀(32)、连接头(51)、钻远端喷管(52)、自牵引喷嘴(54)。
9.根据权利要求8所述的径向井解决薄互层的钻井方法,其特征在于,在步骤5中,将钻远端地层工具(5)连接到连续管(65)的最下端,用连续管作业机将钻远端地层工具(5)下放到定位导向工具(1)内,地面高压泵车通过连续管(65)将工作液输送到钻远端地层工具(5)中,工作液通过自牵引喷嘴(54)喷射而出形成射流对地层进行破岩钻孔,完成径向第三距离的远端地层钻进,钻远端地层作业完毕后,通过连续管作业机将钻远端地层工具(5)起出至地面。
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