CN113309460B - 一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法和装置,包括以下步骤:钻进至设计井深、洗井起钻;装配相关配套充填工具;将工具下至井底进行超低密度支撑材料压裂充填;充填完成,将充填工具锚定在地层;钻杆与丢手分离,丢手以下部分留在井眼,取出钻杆。本发明提供的方法通过钻井过程的井眼及地层充填、压裂充填过程,对井眼及储层进行随钻过程的井眼重构改造,形成一个可靠稳定、长效、高渗低阻、高泄油面积的油气渗流与生产通道,以确保井眼坍塌变形条件下的油气渗流生产通道的生产能力。

Description

一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法和装置
技术领域
本发明涉及钻井工程领域,特别涉及一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法和装置。
背景技术
随着人类对资源需求的增长,易开采油气藏的逐渐萎缩,人们对油气资源及水合物的开发提出了更为迫切的需求,为了更经济的开采油气资源,水平井、分支井技术需要不断发展完善。水平井技术发展于20世纪40年代,80年代进行了大规模的工业性开采应用。
对于易于出砂的疏松砂岩储层以及水平井、分支井、复杂结构井来说,生产一段时间后,井眼容易坍塌变形,油流通道堵塞,影响产能。
因此,我们需要一种新的方法来构建可靠稳定的、即使井眼坍塌变形,也能保持良好的油气渗流通道的油气井钻井方法。
发明内容
本发明解决的一个主要问题是提供一种可靠稳定,且井眼坍塌变形时也能保持良好的油气渗流通道的钻井方法。
根据本发明的一个方面,本发明提供一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,所述方法包括以下步骤:
钻杆钻进至油气井设计井深时,洗井,后起钻;
在所述钻杆上依次装配密封工具、丢手、支撑材料配套充填工具和引导工具;
将装配后的钻杆再次钻至井底,通过所述引导工具引导所述装配后的钻杆在井眼中前进;
使用携带支撑材料的清洁钻井液从所述装配后的钻杆泵入并循环充填井眼,将所述装配后的钻杆向井底反方向移动,同时利用支撑材料配套充填工具充填所述携带支撑材料的清洁钻井液,所述支撑材料配套充填工具上设有单向凡尔,通过所述单向凡尔使所述清洁钻井液进行正向循环,以使清洁钻井液中的支撑材料在充填压力的作用下在井眼中紧密堆积;
分离所述钻杆与丢手,取出钻杆,将所述丢手、所述支撑材料配套充填工具和所述引导工具锚定在井眼中。
进一步地,所述引导工具上设有导眼,所述导眼用于通过支撑材料;
所述支撑材料的体积密度≤1.6g/cm3,且视密度≤2.5g/cm3
进一步地,所述密封工具密封时产生的压差通过下述公式计算:
ΔP=Pf-P0-ρgh,
Pf是地层破裂压力,单位为MPa;P0为环空井口压力,单位为MPa;ρ为携砂液密度,㎏/m3;g为重力加速度,m/s2;h是垂直井深,单位m;
所述压差用于压裂地层。
进一步地,通过所述清洁钻井液的排量来控制井底流压,以实现压裂地层,计算公式为:
P=γQ(Pf-ρgh)
其中P是泥浆泵功率,KW;Q为清洁钻井液的排量;γ为沿程损失系数,无因次;Pf是地层破裂压力,MPa;ρ为携砂液密度,㎏/m3;g为重力加速度,m/s2;h是垂直井深,单位m。
进一步地,所述密封工具内部设置有导流通道用于导流。
进一步地,所述导眼的直径大于所述支撑材料的直径。
进一步地,所述通过所述单向凡尔使所述清洁钻井液进行正向循环,以使所述支撑材料在充填压力的作用下在井眼中紧密堆积,包括:
通过所述单向凡尔使所述清洁钻井液进行正向循环,所述支撑材料在充填压力的作用下堆积充填井眼的倾斜段和水平段,以形成高速渗流通道。
进一步地,所述充填压力大于井眼水平段的地层破裂压力。
进一步地,所述将所述装配后的钻杆向井底反方向移动包括:
移动速度用下述公式进行计算:
其中,Vs为钻杆的移动速度,Q为清洁钻井液的排量,单位为m3/s;fp为清洁钻井液的携砂比,无因次;n为支撑材料充填紧密程度系数,无因次;k为井眼修正系数,无因次;D为井眼直径,单位为m。
根据本发明的另一个方面,还包括一种油气井压裂充填井眼重构钻井装置,用于实现如前任一项所述的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于,所述油气井压裂充填井眼重构钻井装置包括:
钻杆、密封工具、丢手、支撑材料充填配套工具、引导工具;
所述密封工具内部设置有通孔,所述密封工具通过公母扣连接在所述钻杆上;
所述丢手通过公母扣分别与所述密封工具和所述支撑材料配套充填工具连接;
所述支撑材料配套充填工具通过公母扣和所述引导工具相连。
本发明提供的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法和装置,适用于水合物钻井、深水浅软地层水平井、分支水平井、复杂结构井、疏松砂岩、稠油油藏等钻井,可通过超低密度支撑材料的紧密堆积形成一个稳定的、高泄油面积的通道,构建的井壁稳定性好,挡砂、防砂效果好,即使井眼坍塌变形,也不会通道堵塞油气渗流通道。
附图说明
本发明构成说明书的一部分附图描述了本发明的实施例,并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例中油气井压裂充填井眼重构钻井充填过程示意图。
图2为本发明实施例中油气井压裂充填井眼重构钻井充填完成示意图。
图1中:1-钻杆,2-密封工具,3-丢手,4-支撑材料充填配套工具,5-单向凡尔,6-引导工具,7-支撑材料;
图2中:8-垂直井段,9-锚定在地层中的支撑材料充填配套工具,10-支撑材料充填水平井段。
具体实施方式
下面将结合附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示,为本发明中一种油气井压裂充填井眼重构钻井充填方法过程示意图,主要按照下述步骤进行:
步骤一,钻杆钻至设计深度后,洗井,即在钻井作业过程中,将洗井介质由泵注设备经井筒或钻杆注入,把井筒或钻杆内的岩屑(液相、固相或气相物质)携带至地面,从而将岩屑洗净,之后起钻。
步骤二,在钻杆上装配密封工具、丢手、支撑材料配套充填工具、引导工具和循环钻井液,并将装配好的此钻具钻进到井底。
步骤三,钻具下到井底之后,改用清水基(或海水基)清洁钻井液携带支撑材料循环,支撑材料为超低密度的支撑材料,所述支撑材料的体积密度不超过1.6g/cm3,且视密度不超过2.5g/cm3,支撑材料配套充填工具上设置有单向凡尔,由于超低密度的支撑材料不能通过充填工具外部循环,所以在密封工具形成的压力的作用下在井眼中紧密堆积;
步骤四,钻具逐渐向远离井底的方向移动,超低密度的支撑材料的颗粒逐步将井眼水平段全部紧密填充,钻具的后退速度用公式(1)进行计算:
其中,Q为钻井液排量,单位为m3/s;fp为钻井液携砂比,无因次;n为超低密度支撑材料充填紧密程度系数,无因次;k为井眼修正系数,无因次;D为井眼直径,单位为m。
步骤五,完成充填后,将支撑材料充填配套工具锚定在井眼中,将引导工具也锚定在井眼中固定。
步骤六,如图2所示,充填完成后将钻杆与丢手分离,取出钻杆,丢手、支撑材料充填配套工具及引导工具锚定在井中,自此整个充填钻井过程完成。
在一些实施例中,步骤三中所述密封工具密封时产生的压差通过下述公式计算:
ΔP=Pf-P0-ρgh,
Pf是地层破裂压力,单位为MPa;P0为环空井口压力,单位为MPa;ρ为携砂液密度,㎏/m3;g为重力加速度,m/s2;h是垂直井深,单位m;
在一些实施例中,通过所述清洁钻井液的排量来控制井底流压,以实现压裂地层,计算公式为:
P=γQ(Pf-ρgh)
其中,P是泥浆泵功率,KW;Q为清洁钻井液的排量,单位为m3/s;γ为沿程损失系数,无因次;Pf是地层破裂压力,MPa;ρ为携砂液密度,㎏/m3;g为重力加速度,m/s2;h是垂直井深,单位m。
在一些实施例中,还公开一种油气井压裂充填井眼重构钻井充填装置,该装置包括利用公母扣依次连接的钻杆、密封工具、丢手、支撑材料充填配套工具和引导工具,具体地,所述密封工具内部设置有通孔,所述密封工具通过公母扣连接在所述钻杆上;所述丢手通过公母扣分别与所述密封工具和所述支撑材料配套充填工具连接;所述支撑材料配套充填工具通过公母扣和所述引导工具相连。
钻杆,即在水龙头和密封工具之间的所有管柱,比如方钻杆、钻杆和钻铤,还包括各种连接接头及稳定器等井下作业工具;
密封工具,其中心部位为导流通道,整体以公母扣连接于钻杆上起密封作用,还能够保证一定压差,有利于压裂地层,在完成充填后可随钻柱取出;
所述丢手通过公母扣分别与所述密封工具和所述支撑材料配套充填工具连接;
所述支撑材料配套充填工具通过公母扣和所述引导工具相连,且具备以下功能:①单向导流能力,所述支撑材料配套充填工具内部为一个单向凡尔,使得钻井液与支撑材料能正向流动,不能反向流动;②密封功能,外部允许流体通过但是阻止超低密度的支撑材料通过,使支撑材料在井段堆积;③锚定功能,在完成充填后锚定在地层中,将支撑剂固定在水平井段,防止其向外运移。
引导工具,设置在钻井装置的钻进一端上,与支撑材料充填配套工具通过公母扣方式连接,其上具备大小合适的导眼,能保证支撑材料的颗粒顺利通过,不堵塞。
所述支撑材料可以是但不限于高分子聚合物颗粒、树脂涂层多孔陶瓷颗粒、树脂涂层核桃壳粒等超低密度支撑材料。
在一些实施例中,所述油气井压裂充填井眼重构钻井方法使用中,当水平井段较短时,可一次完成充填,但当水平井段过长时,可以采用分段充填的方式进行充填。
本发明的有益效果为:提出的随钻充填井眼重构钻井方法可以用于水合物钻井、深水浅软地层水平井、分支水平井、复杂结构井、疏松砂岩、稠油油藏等钻井,可通过超低密度支撑材料的紧密堆积形成一个稳定的、高泄油面积的通道,构建的井壁稳定性好,挡砂、防砂效果好,即使井眼坍塌变形,也不会通道堵塞油气渗流通道。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
钻杆钻进至油气井设计井深时,洗井,后起钻;
在所述钻杆上依次装配密封工具、丢手、支撑材料配套充填工具和引导工具;
将装配后的钻杆再次钻至井底,通过所述引导工具引导所述装配后的钻杆在井眼中前进;
使用携带支撑材料的清洁钻井液从所述装配后的钻杆泵入并循环充填井眼,将所述装配后的钻杆向井底反方向移动,同时利用支撑材料配套充填工具充填所述携带支撑材料的清洁钻井液,所述支撑材料配套充填工具上设有单向凡尔,通过所述单向凡尔使所述清洁钻井液进行正向循环,以使清洁钻井液中的支撑材料在充填压力的作用下在井眼中紧密堆积;
充填结束后,分离所述钻杆与丢手,取出钻杆,将所述丢手、所述支撑材料配套充填工具和所述引导工具锚定在井眼中;
所述引导工具上设有导眼,所述导眼用于通过支撑材料;所述导眼的直径大于所述支撑材料的直径;
所述密封工具内部设置有导流通道用于导流,允许流体通过,但不允许支撑材料通过;
所述通过所述单向凡尔使所述清洁钻井液进行正向循环,以使所述支撑材料在充填压力的作用下在井眼中紧密堆积,包括:
通过所述单向凡尔使所述清洁钻井液进行正向循环,所述支撑材料在充填压力的作用下堆积充填井眼的倾斜段和水平段,以形成高速渗流通道;
所述充填压力大于井眼水平段的地层破裂压力。
2.根据权利要求1所述的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于:所述支撑材料的体积密度≤1.6g/cm3,且视密度≤2.5g/cm3
3.根据权利要求1所述的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于,所述密封工具密封时产生的压差通过下述公式计算:
ΔP=Pf-P0-ρgh,
Pf是地层破裂压力,单位为MPa;P0为环空井口压力,单位为MPa;ρ为携砂液密度,㎏/m3;g为重力加速度,m/s2;h是垂直井深,单位m;
所述压差用于压裂地层。
4.根据权利要求3所述的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于,还包括:
通过所述清洁钻井液的排量来控制井底流压,以实现压裂地层,计算公式为:
P=γQ(Pf-ρgh)
其中P是泥浆泵功率,KW;Q为清洁钻井液的排量;γ为沿程损失系数,无因次;Pf是地层破裂压力,MPa;ρ为携砂液密度,㎏/m3;g为重力加速度,m/s2;h是垂直井深,单位m。
5.根据权利要求1所述的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于,所述将所述装配后的钻杆向井底反方向移动包括:
移动速度用下述公式进行计算:
其中,Vs为钻杆的移动速度,Q为清洁钻井液的排量,单位为m3 /s;fp为清洁钻井液的携砂比,无因次;n为支撑材料充填紧密程度系数,无因次;k为井眼修正系数,无因次;D为井眼直径,单位为m。
6.一种油气井压裂充填井眼重构钻井装置,用于实现如权利要求1-5任一项所述的一种油气井压裂充填井眼重构钻井方法,其特征在于,所述油气井压裂充填井眼重构钻井装置包括:
钻杆、密封工具、丢手、支撑材料充填配套工具、引导工具;
所述密封工具内部设置有通孔,所述密封工具通过公母扣连接在所述钻杆上;
所述丢手通过公母扣分别与所述密封工具和所述支撑材料配套充填工具连接;
所述支撑材料配套充填工具通过公母扣和所述引导工具相连。
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