CN110029968B - 用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法，属于水合物的开采装置及开采方法技术领域。其包括连续作业机、电源控制机构、高压水射流泵、导向器及母管和子管，母管与连续作业机相连，在子管的末端连接有水射流喷头；其工作方法大体为：首先，采用大尺寸钻头一次性钻至目的层形成主井眼；其次，利用子母管构成的高压水射流装置在天然气水合物储层中钻取水平微小井眼，然后加热子管使其表皮脱落留下筛网；最后，断开子母管进行完井。本发明适用于各种天然气水合物开采方式，做到钻完井一体化，能够有效抑制出砂，提高水合物储层产量，对水合物储层影响较小，加快钻井进度。

Description

用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法

技术领域

本发明属于水合物的开采装置及开采方法技术领域，具体涉及一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法。

背景技术

天然气水合物(又叫可燃冰)是天然气与水分子在低温高压条件下形成的非化学计量型的笼形化合物。在理想状态下，每标准立方米的水合物可以包含相当于自身化解水体积180倍的气体分子。我国是世界上最大的能源消费国，能源消费量占全球的23％，在石油资源日益枯竭的今天，亟需寻找一个具有资源量大、能量密度高和低污染等优点的新能源来替代传统能源。而天然气水合物以其储量巨大，清洁高效的特性而成为各国关注的热点，被公认为是具有良好前景的重要后续清洁能源，实现天然气水合物资源的开发利用对推进我国能源工业发展、改善能源消费结构、保障能源安全供应、促进生态文明建设、保持经济社会可持续发展具有重要意义。

目前水合物的开采方式有降压法、热激发法、还有化学试剂注入法，如CN106837258A公开了一种天然气水合物开采装置及方法，其装置主要包括开采船、压缩机、燃气发动机、涡流管和气液分离器，开采方法主要是钻通水合物盖层和储层，形成两注气井，二者构成连通井，用筛管对水平段完井，开采船上的压缩机将天然气增压后输往涡流管，涡流管的热端管出口的热流体通过注气管线加注到注气井，热气流通过筛管进入水合物储层内的水合物，使其受热分解为天然气，通过生产井开采出地面。CN109252833A公开了一种天然气水合物开采方法，在海内设置注水井和开采井，并通过所述注水井以加热水合物层，通过第一水管在水面上连通注水井和开采井，使开采井排出的水进入注水井中，通过第一管道连通开采井和注水井，使得开采井分离出来的热水再次注入注水井，使得部分热水形成了热循环，即最开始进入注水井中的低温水被加热注入水合物层，水合物层被加热，使得开采井采集的混合物温度高，从该混合物中分离的水再次被注入水合物层。

但是这些开采方式在打开水合物储层时会破坏水合物稳定结构，造成水合物分解。而且开采的过程中还要面对由于水合物储层疏松，颗粒胶结性差，导致上覆岩层崩塌，出砂等问题，而且频繁起下钻，完井过程费时费力，影响工期进度和产量，这些问题是水合物在开采过程中往往要面临的困难。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法，其不仅减少了钻取水平微小井眼时频繁的起下钻，而且在利用高压水射流钻完微小井眼后，燃烧子管壁，留下防沙筛管，进行完井，做到钻完井一体化，做到省时省力，对储层干扰较小，可以做到防沙并且提高产量。

本发明的任务之一在于提供一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其采用了如下技术方案：

一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其包括连续作业机、电源控制机构、高压水射流泵、导向器及母管，所述的连续作业机、电源控制机构、高压水射流泵均位于海洋钻井平台上且依次相连，所述的母管的一端与所述的连续作业机相连，所述的母管内部的管壁上包有线缆，所述的母管的另一端连接有母管接头，所述的母管接头的径向截面设置有若干个电源控制接触点一，所述母管接头上装有电磁铁，所述母管接头的径向截面设置有凹槽一，所述的凹槽一处设置有密封橡胶圈；

还包括与所述母管接头相连接的子管，所述的子管的一端通过子管接头连接所述母管接头，另一端连接有水射流喷头，所述的子管中间经过所述导向器；所述的子管中设置有筛网骨架，所述的筛网骨架被碳纤维和环氧树脂包裹，所述的子管接头的腔体中设置有电热机构，所述的电热机构与所述的筛网骨架相连，所述的子管和母管通过所述的母管接头和子管接头连接在一起；

所述的线缆用于控制所述的电磁铁，并通过所述电源控制接触点一控制所述的电热机构。

作为本发明的一个优选方案，所述的筛网骨架由细钢丝构成，所述的母管接头的主体材质为铜，位于母管接头的径向截面的电源控制接触点一设置有四个。

作为本发明的另一个优选方案，所述的子管接头的主体材质为磁铁，其径向截面挖有凹槽二，径向截面设置有四个电源控制接触点二，与所述的子管相接一侧成弧形。

进一步的，所述的子管接头与母管接头连接处的外侧包有隔磁套，位于子管接头上的隔磁套为完整包裹，位于母管接头上的隔磁套为扇形包裹。

进一步的，所述的高压水射流泵提供的泵压为35-70MPa。

本发明的另一任务在于提供一种钻取水合物微小井眼并快速完井的工作方法，其包括以下步骤：

a、先使用钻头钻到水合物储层，形成大主井眼，然后预留分支微小井孔，对大主井眼进行下套管作业，然后注水泥进行固井；

b、在母管接头上安放密封橡胶圈，通过所述的的电源控制机构打开电磁铁的电源与子管接头进行连接吸附，在接头外侧包上隔磁套，即完成子管和母管的连接；

c、用连续作业机将连接好的子管和母管下入井眼中；

d、将子管通过导向器导向到水合物储层，打开高压水射流泵，进行高压水射流喷射钻井钻取水平微小井眼，钻到目的位移，使子管接头吸附在预留水平微小井眼的套管上；

e、通过电源控制机构打开子管接头中的电热机构对子管的筛网骨架进行加热，通入空气，将子管内的环氧树脂进行加热点燃，将其燃尽，从而使碳纤维附在筛网骨架上；

f、断开母接头的电源使其与子接头进行分离，完成一个水平微小井眼完井作业；

g、重复步骤b-f，完成其它水平微小井眼作业。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)本发明相比较其他天然气水合物开采方式，采用子母接头分离的方式，一个母管接头可以把多个子管接头陆续放入井筒中，完井后子母管直接分离，减少了钻取水平微小井眼时频繁的起下钻；水合物储层由粉细砂沉积物为主体，采用高压水射流钻井，喷头相比较钻头机械结构简单，不用更换钻头，避免了天然气水合物水平井的卡钻问题，工序简单，操作方便，省时省力。

(2)本发明先钻取大主井眼，然后钻取水平微小井眼，采取大主井眼配合多分支水平微小井眼的结构，优化了井网结构，增大了开采接触面积，提高了水合物的产量，水平微小井眼结合水射流钻井减少了对水合物储层的干扰破坏。

(3)本发明钻取水平微小井眼后，直接加热筛网骨架进行完井，不用下套管，做到钻完井一体化，减少了钻完井周期，节省人力物力，环氧树脂燃烧后，碳纤维吸附在筛网表面，加强了筛网的防沙作用，做到既有效防沙，而且还可以保证产量。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置结构整体示意图；

图2为本发明子管接头径向截面示意图；

图3为本发明母管接头径向截面示意图；

图4为本发明子母接头和子母管轴向截面示意图；

图5为本发明子母接头外侧隔磁套示意图；

其中，1、海水；2、储层上覆岩层；3、水合物储层；4、储层下覆岩层；5、海洋钻井平台；6、母管；6-1、线缆；7、连续作业机；8、电源控制机构；9、高压水射流泵；10、母管接头；10-1、电源触控点一；10-2、密封橡胶圈；11、子管接头；11-1、电源触控点二；11-2、凹槽二；11-3、电热机构；12、导向器；13、子管；13-1、环氧树脂与碳纤维；13-2、筛网骨架；14、水射流喷头；15、隔磁套；16、大主井眼；17、水泥。

具体实施方式

本发明提出了一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置及工作方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明所涉及的微小井眼是指井眼直径小于88.9mm，井眼曲率半径约为0.3m的水平井。

采用本发明装置快速完井，其中快速是指相比较传统钻井方式，使用子母管，做到了钻完井一体化，节省了水平微小井眼钻进过程中起下钻和完井的时间。

如图1所示，本发明一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，主要包括连续作业机7、电源控制机构8、高压水射流泵9、导向器12及母管6，连续作业机7、电源控制机构8、高压水射流泵9均位于海洋钻井平台5上且三者依次相连，作为本发明的一个主要改进点之一，母管和子管二者为可拆卸式连接，具体结构结合图2至图5所示，母管的一端与连续作业机7相连，连续作业机7可以将母管送入井眼中，母管的另一端连接有母管接头10，母管接头10的径向截面设置有若干个电源控制接触点一10-1，本发明实施例优选设置四个电源控制接触点一，母管接头上装有电磁铁，方便与子管接头连接，母管接头的主体材质为铜，母管接头的径向截面设置有凹槽一，凹槽一处设置有密封橡胶圈10-2，母管接头10主体材质为铜，装有电磁铁，径向截面挖有凹槽，可以放置密封橡胶圈10-2，径向截面有四个电源控制接触点一10-1，母管内部的管壁上包有线缆6-1，用来控制母管接头10的电磁铁和通过触控点控制子管接头的电热机构11-3；子管的一端连接有子管接头11，另一端连接有水射流喷头14，子管中间经过所述导向器；子管中设置有筛网骨架13-2，筛网骨架由细钢丝构成，筛网骨架被碳纤维和环氧树脂13-1包裹，子管接头的腔体中设置有电热机构11-3，电热机构与筛网骨架13-2相连，子管13直径为Φ50mm，子管和母管通过母管接头和子管接头连接在一起。

优选的，子管接头的主体材质为磁铁，其径向截面挖有凹槽二11-2，径向截面设置有四个电源控制接触点二11-1，与所述的子管相接一侧成弧形，方便完井时候紧紧吸附大主井眼16套管壁上。

进一步的，子管接头与母管接头连接处的外侧包有隔磁套15，位于子管接头上的隔磁套为完整包裹，位于母管接头上的隔磁套为扇形包裹，方便后续分离。

进一步的，上述高压水射流泵提供的泵压为35-70MPa。

一种钻取水合物微小井眼并快速完井的工作方法，其采用了本发明的用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，具体包括以下步骤：

第一步、先使用钻头钻到水合物储层3，形成大主井眼16，然后预留分支微小井孔，对大主井眼16进行下套管作业，然后注水泥17进行固井；

第二步、将母管接头10放上密封橡胶圈10-2，通过平台上电源控制机构8打开电磁铁电源与子管接头11进行连接吸附，接头外侧包上隔磁套15；

第三步、用连续作业机7将连接好的子母管下入井眼中；

第四步、将子管13通过导向器12导向到目的层，打开高压水射流泵9，进行高压水射流喷射钻井钻取水平微小井眼，钻到目的位移，使子管接头11吸附在预留水平微小井眼的套管上；

第五步、通过平台上电源控制机构8打开子管接头11中的电源控制机构8对子管的筛网骨架13-2进行加热，通入空气，将子管13的环氧树脂点燃，将其燃尽，使碳纤维附在骨架上；

第六步、断开母管接头10使其与子管接头11分离，完成一个水平微小井眼完井作业；

第七步、重复第二步-第六步，完成其他水平微小井眼作业。

上述第一步中，在水合物储层3的上方依次为储层上覆岩层2和海水1，在其下方为储层下覆岩层4。

本发明与其它天然气水合物的开采方式相比较，采用子母接头分离的方式，减少了钻取水平微小井眼时频繁的起下钻；水合物储层3由粉细砂沉积物为主体，采用高压水射流钻井，水射流喷头14相比较钻头机械结构简单，不用更换钻头，避免了天然气水合物水平井的卡钻问题，工序简单，操作方便，省时省力。

本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其包括连续作业机、电源控制机构、高压水射流泵、导向器及母管，所述的连续作业机、电源控制机构、高压水射流泵均位于海洋钻井平台上且依次相连，其特征在于：

所述的母管的一端与所述的连续作业机相连，所述的母管内部的管壁上包有线缆，所述的母管的另一端连接有母管接头，所述的母管接头的径向截面设置有若干个电源控制接触点一，所述母管接头上装有电磁铁，所述母管接头的径向截面设置有凹槽一，所述的凹槽一处设置有密封橡胶圈；

还包括与所述母管接头相连接的子管，所述的子管的一端通过子管接头连接所述母管接头，另一端连接有水射流喷头，所述的子管中间经过所述导向器；所述的子管中设置有筛网骨架，所述的筛网骨架被碳纤维和环氧树脂包裹，所述的子管接头的腔体中设置有电热机构，所述的电热机构与所述的筛网骨架相连，所述的子管和母管通过所述的母管接头和子管接头连接在一起；

所述的线缆用于控制所述的电磁铁，并通过所述电源控制接触点一控制所述的电热机构。

2.根据权利要求1所述的一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其特征在于：所述的筛网骨架由细钢丝构成，所述的母管接头的主体材质为铜，位于母管接头的径向截面的电源控制接触点一设置有四个。

3.根据权利要求2所述的一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其特征在于：所述的子管接头的主体材质为磁铁，其径向截面挖有凹槽二，径向截面设置有四个电源控制接触点二，与所述的子管相接一侧成弧形。

4.根据权利要求3所述的一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其特征在于：所述的子管接头与母管接头连接处的外侧包有隔磁套，位于子管接头上的隔磁套为完整包裹，位于母管接头上的隔磁套为扇形包裹。

5.根据权利要求4所述的一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，其特征在于：所述的高压水射流泵提供的泵压为35-70MPa。

6.一种钻取水合物微小井眼并快速完井的工作方法，其特征在于，其采用权利要求1-5任一项所述的一种用于钻取水合物微小井眼并快速完井的装置，所述的工作方法包括以下步骤：

a、先使用钻头钻到水合物储层，形成大主井眼，然后预留分支微小井孔，对大主井眼进行下套管作业，然后注水泥进行固井；

b、在母管接头上安放密封橡胶圈，通过所述的的电源控制机构打开电磁铁的电源与子管接头进行连接吸附，在接头外侧包上隔磁套，即完成子管和母管的连接；

c、用连续作业机将连接好的子管和母管下入井眼中；

d、将子管通过导向器导向到水合物储层，打开高压水射流泵，进行高压水射流喷射钻井钻取水平微小井眼，钻到目的位移，使子管接头吸附在预留水平微小井眼的套管上；

e、通过电源控制机构打开子管接头中的电热机构对子管的筛网骨架进行加热，通入空气，将子管内的环氧树脂进行加热点燃，将其燃尽，从而使碳纤维附在筛网骨架上；

f、断开母接头的电源使其与子接头进行分离，完成一个水平微小井眼完井作业；

g、重复步骤b-f，完成其它水平微小井眼作业。

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