CN107288545A - 一种钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钻井方法。该钻井方法包括以下步骤：步骤一：监控钻进过程；步骤二：在需要定向或者调整井眼轨迹时，驱动井下钻具组合转向以促进工具面角的调节；步骤三：在定向或者调整井眼轨迹完钻后，驱动井下钻具组合复位。使用该钻井方法能提高钻井效率，同时保证钻井质量。

Description

一种钻井方法

技术领域

本发明涉及石油天然气开采技术领域，特别是一种钻井方法。

背景技术

随着连续油管钻井装备、井下工具和钻井用连续油管的不断创新和改进，以及连续油管与欠平衡钻井技术、控压钻井技术等技术的结合，使连续油管钻井技术得到了极大提高，在老井重入、小井眼钻井、定向井和侧钻井等方面的优势更加明显。

目前，由于连续油管与井眼摩擦产生的摩阻较大，限制了连续油管在施加在钻头上的钻压，使得钻井效率低，甚至有些钻井作业无法实现。通过采用高压水射流破岩技术能够提高钻井作业效果，但是目前的径向高压水射流钻井技术的压力一般较小，而且依靠单一的水力喷射破岩方法实现岩层的钻进。该钻井方法形成的井眼直径较小，井眼长度较短，同时缺乏有效的定向工具和定向方式，井眼轨迹控制性差。

由于连续油管钻井过程中钻柱不能旋转，当纠斜或定向时，必须采用井下定位的方法来调整工具面。目前常采用三种方法来完成施工要求：一是通过起下钻来调整井下马达的弯度或更换井下马达来满足不同造斜率要求。该方法增加了钻井周期，降低了连续油管的使用寿命。二是通过定向工具调整井下马达的工具面角。即通过左右摇摆定向来进行轨迹控制。该方法所钻井眼轨迹不光滑，同时不能进行增斜作业。三是采用旋转导向工具，通过井下马达带动旋转导向工具选择，需要定向或调整井眼轨迹时，地面发射指令来实现。该方法比较先进，但是成本比较高。定向完成后，需要将旋转导向工具取出时，需要进行起下钻作业，增加了钻井周期。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种钻井方法。在需要定向或者调整井眼轨迹时，通过驱动井下钻具组合转向以促进工具面角的调节便可以实现，从而使得钻井过程中不需要起下钻作业，提高了钻井效率。

根据本发明，提出了一种钻井方法，包括以下步骤：

步骤一：监控钻进过程，

步骤二：在需要定向或者调整井眼轨迹时，驱动井下钻具组合转向以促进工具面角的调节，

步骤三：在定向或者调整井眼轨迹完钻后，驱动井下钻具组合复位。

在一个实施例中，在步骤二中，井下钻具组合包括：

用于与连续油管连接的连续油管接头，

与连续油管接头连接的井下测量工具，

与井下测量工具连接的定向工具，

与定向工具连接的定向钻进装置，并且定向钻进装置包括：

壳组件，壳组件具有依次设置的外筒、连接筒和球套，

喷射组件，喷射组件具有与球套铰接的喷射头和延伸到外筒的内腔中并与喷射头固定连接的喷射轴，

能驱动喷射头相对于球套运动的驱动组件，

其中，可以通过调整定向工具和喷射头而调整工具面角。

在一个实施例中，驱动组件包括：

设置在壳组件的内壁上的动力源，

与动力源连接的传动机构，

与传动机构连接的驱动件，以及

能与驱动件匹配的受动件，受动件与喷射头固定连接。

驱动件构造为齿轮，并且受动件为齿盘，齿轮的运动轨迹与轴向平行，并且齿盘为由喷射轴径向向外并轴向延伸的扇形板。

在一个实施例中，驱动组件包括两个在喷射轴的周向上呈直角分布的两个驱动件，并且两个驱动件的运动轨迹垂直。

在一个实施例中，在喷射轴上设置四个周向上均匀分布的齿盘。

在一个实施例中，喷射头能在通过其轴线的平面内旋转0-5度。

在一个实施例中，在调整喷射头的转动角度时，每次旋转角度不超过0.5度。

在一个实施例中，在步骤一之前还包括预步骤，井下钻具组合连接到连续油管上后被下入到井内后，开启高压泵，高压液体流通过喷射头对岩石进行破碎。

在一个实施例中，高压泵的工作排量为50-100升每分钟，工作压力为75-100兆帕。

在一个实施例中，使高压液体由喷射头的后方喷出以促动井下钻具组合前移。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过驱动转向以促进工具面角的调节，从而实现井下定向或者调整井眼轨迹。由此，在钻井过程中，使用该钻井方法不需要起下钻作业，便能完成纠斜或者定向等操作。由此，使用该钻井方法有助于提高钻井效率，避免钻井作业周期长，作业成本高的问题。同时，在钻进方向或井眼轨迹的调整过程中，只是通过驱动井下钻具组合便能实现，而不需要摇摆来进行轨迹控制，从而保证了井眼轨迹的光滑程度。另外，采用该钻进方法钻进效率高，生产成本比较低。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的实施例的钻井示意图；

图2显示了根据本发明的实施例的井下钻具组合的结构图；

图3显示了根据本发明的实施例的定向钻进装置的纵剖面图；

图4显示了根据本发明的实施例的喷射组件和驱动组件的立体图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的钻井示意图。如图1所示，钻井方法包括以下步骤：步骤一：监控钻进过程；步骤二：在需要定向或者调整井眼轨迹时，驱动井下钻具组合200转向以促进工具面角的调节；步骤三：在定向或者调整井眼轨迹完钻后，驱动井下钻具组合200复位。

如图2所示，钻井方法中所使用的井下钻具组合200包括连续油管接头92、井下测量工具93、定向工具94和定向钻进装置100。其中，连续油管接头92用于与连续油管91连接。井下测量工具93用于与连续油管接头92连接，并用于测量井下工程参数和地质参数。定向工具94用于与井下测量工具93连接，并用于与定向钻进装置100配合以实现工具面角的调整。如图3所示，定向钻进装置100包括壳组件1、喷射组件2和驱动组件3。其中，壳组件1用于与井下工具连接，并保护内部结构。并且，壳组件1具有依次设置的外筒11、连接筒12和球套13。喷射组件2具有喷射头21和喷射轴22。喷射头21设置在定向钻进装置100的前端，用于向外喷射高压液体，以实现高压射流钻井。并且，喷射头21与球套13铰接。喷射轴22与喷射头21固定连接，并向外筒11的内腔中延伸。驱动组件3构造为能驱动喷射头21相对于球套13运动，以调整喷射头2相对于壳组件1的相对角度。

通过定向工具94的转动和喷射头2能相对于壳组件1的运动，以在钻井方法中调整井眼轨迹或者实现定向。在整个钻井过程中不需要起下钻作业以调整井下马达的弯度，便能实现井眼轨迹的变化，从而通过该方法提高了钻井效率。同时，采用该钻井方法还能避免现有连续油管钻井井眼轨迹控制差，作业成本周期长，成本高的缺点。

在一个实施例中，在连接筒12内设置支撑套4。支撑套4可以通过螺纹连接的方式设置在连接筒12的内壁上。驱动组件3包括动力源31、传动机构32、驱动件33和受动件34。其中，动力源31可以为电机，以用于为驱动件33提供动力，以带动驱动件33运动。而传动机构32设置在动力源31和驱动件33之间，以将动力源31的能量传递到驱动件33上。在结构上，动力源31和传动机构32被固定在支撑套4上，以限定动力源31和传动机构32的位置。受动件34与驱动件33相匹配，另外受动件34与喷射头21固定连接，以在驱动件33驱动下运动而带动喷射头21相对于壳组件1运动。

优选地，驱动件33构造为齿轮，并且受动件34为齿盘，如图4所示。齿轮的运动轨迹与轴向平行，并且齿盘为由喷射轴22径向向外并轴向延伸的扇形板。优选地，驱动组件3包括两个在喷射轴22的周向上呈直角分布的两个驱动件33，并且两个驱动件33的运动轨迹垂直。进一步优选地，在喷射轴22上设置四个周向上均匀分布的齿盘。通过这种设置，驱动件33可以在不同的方向上驱动受动件34运动，而带动喷射头21相对于轴线摆动，从而实现角度调整。同时，在造斜或者纠偏完成后，通过这种结构还能驱动驱动件33，以将喷射头21复位。

此外，在喷射轴22和外筒11之间设置弹性密封组件5。优选地，弹性密封组件5具有套设在喷射轴22上的胶皮碗51。并且，在喷射轴22上可以设置多个胶皮碗51，以增加密封效果。同时，由于胶皮碗51具有弹性，在喷射轴22摆动过程中，并不影响喷射轴22和外筒11之间的密封性。

在一个实施例中，在喷射头21和球套13之间设置密封件6，并且密封件6设置在喷射头21的前端，以防止杂质进入而影响喷射头21和球套13之间的相对运动。优选地，密封件6为密封圈。

在一个实施例中，在钻进过程中，高压液体由喷射头21的后方喷出以促动井下钻具200组合前移。可以通过在在喷射头21的延伸出球套13的部分上设置反向喷嘴7的技术方式而实现上述方法。在钻进过程中，高压液体可以通过反向喷嘴7向外喷射液体，以使喷射头21产生向前的推力，而推动定向钻进装置100向前钻进。

在一个实施例中，在喷射头21的前端设置切削齿8。优选地，切削齿8可以为PDC复合片切削齿。在井下动力钻具的带动下，定向钻进装置100旋转，使得切削齿8对井底岩石进行旋转破岩，提高破岩效率。

下面根据图1到图4详细描述钻井方法。

首先，将井下钻具组合200与连续油管91连接，并确保连接牢固、密封可靠。利用连续油管91将井下钻具组合200下入井内。

接着，启动地面的高压泵95。高压泵95的工作排量可以为50-100升每分钟，工作压力为75-100兆帕。例如，可以将高压泵95的工作排量设置为80升每分钟，而工作压力为80兆帕。在直井段钻进过程中，钻井流体通过连续油管91流经定向钻进装置100上的破岩喷嘴23，产生的高压水射流对岩石进行破碎。同时，还可以通过地面电源给井下钻具组合200供电，带动定向钻进装置100旋转，实现定向钻进装置100旋转破岩。另外，钻井流体通过连续油管91流经定向钻进装置100的反向喷嘴7，给定向钻进装置100加压，并在钻井过程中推动定向钻进装置100向前钻进。

在定向钻进装置100进行造斜段钻进时，地面控制系统给井下钻具组合200发射指令，信号经过电缆传送至井下，通过定向工具94和定向钻进装置100配合实现工具面角的调整。例如，井下钻具组合200中的喷射头21可以在通过其轴向的一平面内偏转0～5°，优选地，一次可以变化0.5°。定向工具94可轴向旋转，一次可以变化15°。造斜段完钻后，调整定向工具94和定向钻进装置100偏转角度至0°，实现正常钻进。

还有，如果井眼轨迹偏离设计的井眼轨道，需要进行纠偏作业时，地面控制系统给井下钻具组合200发射指令，信号经过电缆传送至井下，通过定向工具94和定向钻进装置100配合实现工具面角的调整。纠斜完钻后，调整定向工具94和定向钻进装置100偏转角度至0°，实现正常钻进。

当钻达设计要求时，关闭地面高压泵95，并通过连续油管91将井下钻具组合200提出。

该方法相对于现有技术至少具有以下优点：

(1)钻井效率高

该方法依靠高压水射流进行破岩，根据需要可以实现喷射头21旋转磨削破岩，能够实施快速而有效的钻井，不受储层岩性硬度限制。同时，定向或纠斜过程中，通过地面控制系统控制定向工具94和喷射头21来调整工具面角，造斜段完钻后，调整喷射头21偏转角度至0°，实现正常钻进。直井或水平井眼完钻后，调整井下钻具组合200的深度和工具面，可以钻侧钻井或多分支水平井，整个过程不需要起下钻，减少了起下钻次数，提高了钻井效率。

(2)钻井质量高

通过地面控制井下定向工具94旋转，并使喷射头21在平面内偏转来调整井下钻具组合200的工具面角，具有精确控制工具面角的优点。同时，喷射头21在其轴线的一平面上能偏转0～5°，具有造斜率高的特点。在定向和纠斜完成后，调整钻头偏转角度至0°，实现正常钻进，所钻井眼轨迹光滑。

(3)钻井成本低

传统连续管钻井技术在定向和纠斜过程中，需要不断起下钻调整动力钻具的角度，重复的起下钻作业，使得连续管寿命下降，增加整体作业成本。采用旋转导向系统能够精确控制井眼轨迹，但使用成本过高，在正常钻进时，还需要井旋转导向系统起出，经济效益较差。本发明的方法能有效解决以上问题。

(4)油气采收率高

该方法能钻侧钻井、水平井、多分支井和径向水平井，能大幅提高低渗透油气藏的采收率。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钻井方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：监控钻进过程，

步骤二：在需要定向或者调整井眼轨迹时，驱动井下钻具组合转向以促进工具面角的调节，

步骤三：在定向或者调整井眼轨迹完钻后，驱动井下钻具组合复位。

2.根据权利要求1所述的钻井方法，其特征在于，在步骤二中，井下钻具组合包括：

用于与连续油管连接的连续油管接头，

与所述连续油管接头连接的井下测量工具，

与所述井下测量工具连接的定向工具，

与所述定向工具连接的定向钻进装置，并且所述定向钻进装置包括：

壳组件，所述壳组件具有依次设置的外筒、连接筒和球套，

喷射组件，所述喷射组件具有与所述球套铰接的喷射头和延伸到所述外筒的内腔中并与所述喷射头固定连接的喷射轴，

能驱动所述喷射头相对于所述球套运动的驱动组件，

其中，可以通过调整所述定向工具和所述喷射头而调整工具面角。

3.根据权利要求2所述的钻井方法，其特征在于，所述驱动组件包括：

设置在所述壳组件的内壁上的动力源，

与所述动力源连接的传动机构，

与所述传动机构连接的驱动件，以及

能与所述驱动件匹配的受动件，所述受动件与所述喷射头固定连接。

所述驱动件构造为齿轮，并且所述受动件为齿盘，所述齿轮的运动轨迹与轴向平行，并且所述齿盘为由所述喷射轴径向向外并轴向延伸的扇形板。

4.根据权利要求3所述的钻井方法，其特征在于，所述驱动组件包括两个在所述喷射轴的周向上呈直角分布的两个驱动件，并且两个所述驱动件的运动轨迹垂直。

5.根据权利要求4所述的钻井方法，其特征在于，在所述喷射轴上设置四个周向上均匀分布的齿盘。

6.根据权利要求2所述的钻井方法，其特征在于，所述喷射头能在通过其轴线的平面内旋转0-5度。

7.根据权利要求6所述的钻井方法，其特征在于，在调整所述喷射头的转动角度时，每次旋转角度不超过0.5度。

8.根据权利要求2所述的钻井方法，其特征在于，在步骤一之前还包括预步骤，井下钻具组合连接到连续油管上后被下入到井内后，开启高压泵，高压液体流通过所述喷射头对岩石进行破碎。

9.根据权利要求8所述的钻井方法，其特征在于，高压泵的工作排量为50-100升每分钟，工作压力为75-100兆帕。

10.根据权利要求2所述的钻井方法，其特征在于，使高压液体由所述喷射头的后方喷出以促动井下钻具组合前移。