CN115142822A - 多分支水平井固井完井方法及工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多分支水平井固井完井方法及工具。该方法包括以下步骤：向上分支井段内下入上分支尾管，使得所述上分支尾管的预开窗口与下分支井段相对；下入上分支完井管柱，使得设置在所述上分支完井管柱能越过所述预开窗口而与所述上分支尾管密封回接；向所述上分支完井管柱内注入压裂液，使得所述压裂液通向所述上分支尾管内。

Description

多分支水平井固井完井方法及工具

技术领域

本发明涉及石油完井技术领域，特别是涉及一种多分支水平井固井完井管柱方法。本发明还涉及用于该方法的工具，尤其是上分支尾管和上分支完井管柱。

背景技术

分支井是指由一个主井眼(直井、定向井、水平井)侧钻出两个或两个以上进入油(气)藏的分支井眼。该技术在断块层状油藏、多层系油气藏、枯竭型油气藏、致密油气藏和页岩气等均很好的适用性，是实现低品位油气藏效益开发的有效技术手段。

水平井分段压裂技术是致密油气、页岩气等低渗油气藏开发的主要技术手段，将分支井完井技术与分段压裂技术相结合，是低渗透油藏低成本、高效开发的一种新的技术途径。

现有的分支井一般采用三级分支完井技术与裸眼分段压裂技术结合来实现致密低渗油气田的有效开发。然而这种三级分支完井工艺存在如下问题：第一，三级分支井在分支窗口处无水泥支撑，窗口承压能力差，易垮塌；第二，裸眼预制管柱分段压裂对于后期的井筒改造也造成很大的困难。

CN103132967A公开了一种分支井压裂悬挂完井工艺装置，属于三级分支完井技术。在该方案中，两个分支井眼均在裸眼的状态下直接通过带有压裂工具的尾管进行压裂作业，而不进行水泥浆固井作业。

现有技术中，也存在使用四级分支完井工艺的情况。然而，目前的四级分支完井工艺容易在管串内形成难以承压的薄弱区域。因此，在现有技术中，四级分支完井工艺不能采用常规的水泥浆固井和高压压裂液射孔压裂的方式来进行后续的固井完井工作。否则，管串将容易发生非预期地破裂和泄漏，发生危险，并且导致井下环境变得恶劣、复杂，为后续的施工作业带来很多麻烦。或者，如果限制压裂液的压力而避免管串破裂和泄漏，则会导致压裂效果的不佳。

然而，其他的固井完井工艺的成本、工序等都相对复杂。这也使得井下作业的成本大幅提高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种多分支水平井固井完井方法及工具，能用于消除或至少减弱上述问题中的至少一项。

根据本发明的第一方面，提出了一种多分支水平井固井完井方法，所述多分支水平井包括下分支井段和上分支井段，所述多分支水平井固井完井方法包括以下步骤：向上分支井段内下入上分支尾管，使得所述上分支尾管的预开窗口与下分支井段相对；下入上分支完井管柱，使得设置在所述上分支完井管柱能越过所述预开窗口而与所述上分支尾管密封回接；向所述上分支完井管柱内注入压裂液，使得所述压裂液通向所述上分支尾管内。

使预开窗口密封需要相对复杂、成本高的技术工艺。即便如此，预开窗口仍容易形成薄弱区域，使得在高压流体通过时容易发生破裂和泄漏。在上述方法中，在向上分支完井管柱内注入高压的压裂液时，该高压的压裂液不会通过预开窗口所在的上分支尾管部分。因此，在该处不易发生破裂和泄漏。这有利于确保井下作业的顺利进行，并能尽可能减少井下的安全隐患。

在一个优选的实施例中，所述上分支完井管柱包括上分支回接插头，其中，在下入上分支完井管柱时，使得所述上分支回接插头越过所述预开窗口而插入到所述上分支尾管的处于所述上分支井段内的部分，并进行密封回接。

在一个优选的实施例中，在下入上分支完井管柱时，所述预开窗口已预先由套设在所述上分支尾管内的封堵筒所封闭，所述封堵筒能引导所述上分支回接插头改变下入方向而而插入到所述上分支尾管的处于所述上分支井段内的部分。

在一个优选的实施例中，所述预开窗口由所述封堵筒非密封式封闭。

在一个优选的实施例中，通过上分支送入工具将所述上分支尾管下入到所述上分支井段内，在所述上分支尾管的下入过程中，所述预开窗口由密封筒所封闭，以使流体不能通过所述预开窗口流出所述上分支尾管。

在一个优选的实施例中，在下入所述上分支尾管之后、下入所述上分支完井管柱之前，通过所述上分支尾管在所述上分支井段内进行注水泥浆固井，然后通过上提所述上分支送入工具将所述密封筒提出所述上分支尾管，以使所述预开窗口打开。

在一个优选的实施例中，上提所述上分支送入工具，直到所述上分支送入工具完全离开所述上分支井段，再次下放所述上分支送入工具，使得所述上分支送入工具能穿过所述预开窗口而接近所述下分支井段中的下分支尾管的顶端附近，通过所述上分支送入工具进行循环洗井。

根据本发明的第二方面，提出了一种上分支尾管，所述上分支尾管用于实现上述方法，所述上分支尾管包括预开窗口，以及设置在所述预开窗口下方的所述上分支尾管内的密封接合部，所述密封结合部构造为用于与上分支完井管柱的上分支回接插头密封配合。

在一个优选的实施例中，在所述密封接合部与所述预开窗口之间的所述上分支尾管的外壁上设置有壁钩。

根据本发明的第三方面，提出了一种上分支完井管柱，所述上分支完井管柱用于根据权利要求1-7中任一项所述的多分支水平井固井完井方法，所述上分支完井管柱包括上分支回接插头，所述上分支回接插头构造为越过所述预开窗口与所述上分支尾管内的密封接合部密封配合。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1-2和图4-11显示了根据本发明的多分支水平井固井完井方法的一个实施例的示意性步骤；

图3显示了图2中的密封回接插头的一个实施例的示意性结构图；

图12显示了图10中的上分支尾管与上分支完井管柱的具体配合结构。

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作进一步说明。

在本文中，除非有另外的明确说明或存在矛盾，否则方位用词“上”指的是在设备下入井内时靠近井口的一侧，方位用词“下”指的是在设备下入井内时靠近井底的一侧。

本发明提出了一种多分支水平井固井完井方法。下面将结合图1-11对该方法的一个实施例进行详细说明。在该实施例中，多分支水平井为双分支水平井。

在该方法中，首先，通过钻具钻进形成如图1所示的井眼100。该井眼包括下分支井段200。在本发明中，下分支井段200为其中一个分支井段，也可称为主井眼。该下分支井段200可以为图1所示的垂直井段与水平井段的组合，也可以是大斜度井段、垂直井段等任意适当的井段。在钻井完成后，提出钻具，并向当前还处于裸眼状态的井眼内下入带有下分支尾管10的下分支固井管柱。该固井管柱另外还包括设置在下分支尾管10顶端的下分支尾管悬挂器11、从下分支尾管悬挂器11向上延伸的下分支回接管12，以及送入工具(未显示)。当下分支尾管10下入到下分支井段200内的适当位置之后，可使下分支尾管悬挂器11坐挂，进行固井，然后提出送入工具。由此，可将带有下分支回接管12和下分支尾管悬挂器11的下分支尾管10留在井眼100内。下分支尾管10通过下分支尾管悬挂器11保持在下分支井段200的适当位置。

在上述固井过程中，向井内注入水泥浆，以在下分支井段200的井壁与下分支尾管10之间形成下分支水泥层201。另外，水泥层还应向上延伸到井口处。

在一个优选的实施例中，上述下分支尾管悬挂器11为带有顶部封隔器的尾管悬挂器。由此，在固井结束之后提出送入工具之前，使得该顶部封隔器进行坐封，以对下分支尾管10上下的井眼进行封隔。这使得本发明的方法尤其适用于高压气井。

在提出送入工具之后，如图2所示，向井眼100内下入带有下分支回接插头20的下分支完井管柱。下分支回接插头20的具体结构例如如图3所示，在其外侧设置有马牙公扣21，用于与下分支尾管10上端的下分支回接筒12内的马牙母扣配合。由此，可将新下入的下分支完井管柱与下分支尾管10连接为一个整体。下分支回接插头20与下分支回接筒12之间的接合为流体密封式的。因此，流体能从井口通过下分支完井管柱流到下分支尾管10内，而不会在连接处发生非预期的泄漏。

下分支尾管10包括多个依次设置的压裂短节。当下分支尾管10与下分支完井管柱连接好之后，例如可通过可溶桥塞、无限级固井滑套、连油底封拖动工具等方式在下分支井段200内进行压裂，形成图4中所示的用于沟通储层的压裂裂缝202。

在完井压裂结束之后，使得下分支回接插头20与下分支回接筒12彼此分离。例如，可通过使下分支完井管柱正转使得下分支回接插头20上的马牙公扣21倒扣，以此来实现下分支回接插头20与下分支回接筒12之间的分离。然后，可将整个下分支完井管柱提出井眼100。

此后，如图4所示，向井内下入暂堵式封隔器30，使暂堵式封隔器30的下端插入到回接筒12内，与之密封接合。暂堵式封隔器30的内部安装有破裂盘31。破裂盘31可进行双向承压，起到暂堵下分支井段200内的尾管10的作用。该破裂盘31例如可以由钢化玻璃或高强度陶瓷等材料制成。暂堵式封隔器30还包括双向锚定卡瓦，以在暂堵式封隔器30与回接筒12接合之后，与外层井壁之间进行锚定。暂堵式封隔器30还包括设置在上端处的密封接合筒32，用于与后续的其他结构密封接合。

此后，如图5所示，向井眼100内下入斜向器40。斜向器40的下端插入到暂堵式封隔器30的密封接合筒32内，使得斜向器40的下端受到支撑。斜向器40的外侧还设置有卡瓦，用于与外层井壁坐挂固定。斜向器40的上端形成有斜坡。然后，向井内下入开窗磨铣工具，以在井内的适当位置处形成侧向窗口。然后，提出开窗磨铣工具，并向井眼内下入钻具。当钻具下入到斜向器40处时，斜向器40的上述斜坡使钻具的钻头转向，并由此形成图5所示的上分支井段300。上分支井段300可以是水平井或斜井。

此后，如图6所示，提出钻具并取出斜向器40。

然后，在上分支井300内进行固井。为此，向井眼100内下入上分支固井管柱。上分支固井管柱大体上可包括送入工具、上分支悬挂器组件和连接在上分支悬挂器组件之下的上分支尾管。

在后续的上分支完井管柱重于10t的情况下，该上分支悬挂器组件包括带有顶部封隔器的上分支尾管悬挂器以及设置在其之下的、连接在上分支尾管的外侧的壁挂式悬挂器(例如，壁钩)。

在后续的上分支完井管柱重于10t的情况下，该上分支悬挂器组件可以是带封隔功能的壁挂式悬挂器(例如，壁钩)。

图7显示了本发明的上分支固井管柱的一个实施例。如图7所示，该上分支固井管柱包括上分支送入工具60以及上分支尾管50。上分支送入工具60包括芯轴61，其沿轴向延伸到上分支尾管50内，并与上分支尾管50相接合。上分支尾管50的上端设置有上分支尾管悬挂器51，以及从上分支悬挂器组件51向上延伸的回接筒52。在上分支尾管50下入到位后，可通过上分支尾管悬挂器51的坐挂而使上分支尾管50定位。上分支尾管50的下端设置有弯头引导鞋，用于使上分支尾管50能顺利进入到预先钻好的上分支井段300内。上分支尾管50的侧壁适当位置开设有预开窗口53，用于连通上分支尾管50内外。在预开窗口53之下邻近的位置处，于上分支尾管50的外壁上设置有壁挂式悬挂器，显示为壁钩56。还如图7所示，在上分支尾管50内设置有密封筒54和密封盘55。在图7所示的下入过程中，密封筒54与预开窗口53的位置相对，并紧贴着上分支尾管50的内壁实现密封。由此，可暂时密封封堵住预开窗口53，避免流体穿过该预开窗口53。密封盘55固定套设在上分支送入工具60的芯轴61外，并处于第一密封筒54的下方，优选地与第一密封筒54在轴向上间隔开一定距离。

图7所示的上分支固井管柱的作业过程如下。

首先，将上分支固井管柱下入井眼100内上分支井段300的窗口处。在窗口上端一根套管位置至窗口下端一根套管位置反复旋转下放尝试，直至地面可以明显观察到下入摩阻的增加。此时，表明上分支尾管50的下端处的弯头引导鞋已经经窗口进入上分支井段300内。继续下入上分支固井管柱，直至观察到悬重明显变小。此时，表明壁钩56已经钩在窗口处，到达恰当的位置。如图7所示，此时预开窗口53与下分支井段相对。保持壁钩承载10t左右，通过投入憋压球使得上分支尾管悬挂器51坐挂。此时，预开窗口53由设置在上分支尾管50内的密封筒54所覆盖，并密封式封闭，由此保证整个管柱的承压。

在上分支尾管50坐挂之后，正常进行固井替浆作业，通过水泥浆在上分支井段300内形成水泥层302。水泥浆会从上分支井段300内向上顶替至井口处。

此后，可使尾管悬挂器上的顶部封隔器坐封，并丢手上提上分支送入工具60。通过上提上分支送入工具60，使得上分支送入工具60的芯轴61携带着密封盘55向上移动，并由此向上推动密封筒54。此时，预开窗口53不再受到密封筒54的封堵，因而处于打开状态。

此后，上分支送入工具60被上提至脱离上分支井段300，并由此处于垂直状态。由于上分支井段300的侧向窗口处于开放的状态，所以上分支井段300的固井水泥浆在上返至该窗口处时会向下沉降至下分支井段200内的暂堵式封隔器30处。这些水泥浆如果凝固则会导致下分支井段200难以沟通，影响后续的工程作业。因此此时，如图8所示，重新下放上分支送入工具60，使得上分支送入工具60的下端垂直向下地延伸穿过上分支尾管50的预开窗口53，并继续向下延伸至下分支井段200内的暂堵式封隔器30附近，但不与其密封连接。开泵进行循环洗井，以将此处的水泥浆洗出，直到返回井口的水泥浆完全转变为顶替液为止。由此，可避免有水泥浆在此处凝固影响下分支井段200的后续沟通。在此过程中，暂堵式封隔器30内部的破裂盘31始终保持完好，以避免流体流到下分支尾管10内。

此后，上提送入工具60，以将其回收到井口。在此过程中，第一密封筒54和第二密封筒55能够被芯轴61带出尾管，并由此回收到井口。

通过上述固井过程，为后续的作业提供了干净通常的井筒。图9显示了固井作业完成后的井眼100内的状态。

下一步，如图10所示，向井眼100内下入另外的封堵筒80。将该封堵筒80下入到上分支尾管50内，使其位于预开窗口53处。封堵筒80能够封堵住预开窗口53，以使后续下入的工具能够受到引导而有效进入到处于上分支井段300内的上分支尾管50中，而不会下至下分支尾管10处。这里的封堵筒80不需与上分支尾管50实现液密密封配合，即不需通过封堵筒80而避免高压流体经预开窗口53流向下分支尾管10。

此后，还如图10所示，向井眼100内下入上分支完井管柱，其下端设置有上分支回接插头70。上分支回接插头70也可采用如图3所示的结构。上分支完井管柱下入井中，使得上分支回接插头70能够插入到上分支尾管50内，并受到封堵筒80的引导而进一步插入到上分支尾管50位于上分支井段300内的部分中，进行密封回接。从图12中可以明确看出，该上分支回接插头70能够在预开窗口53、封堵筒80和壁钩56之下与上分支尾管50内侧的密封接合部(未标示)进行密封配合，实现有效连接。

上分支尾管50包括多个依次设置的压裂短节。当上分支尾管50与上分支完井管柱连接好之后，例如可通过可溶桥塞、无限级固井滑套、连油底封拖动工具等方式在上分支井段300内进行压裂，形成图11中所示的用于沟通储层的压裂裂缝302。在此过程中，高压压裂液可以通过上分支完井管柱而注入到相对于预开窗口53和封堵筒80处于下游的上分支尾管50的部分中。因此，不会有高压的压裂液通过预开窗口53而流向下分支尾管10。下分支尾管10中的暂堵式封隔器30内部的破裂盘31不会非预期地破裂而导致下分支井段200受到上述上分支井段300的压裂工作的影响。

在上分支井段300和下分支井段200都压裂完成之后，取出上分支完井管柱和封堵筒80。然后，如图11所示，向井眼100内下入一体式生产管柱90进行生产。该一体式生产管柱90可包括安全阀、合采滑套91、可重复坐封的生产封隔器、坐落接头、伸缩短节、插入密封工具等结构。生产管柱90的下端插入暂堵式封隔器30内，并且将暂堵式封隔器30内部的破裂盘捅破，以沟通下分支井段200内的下分支尾管10。然后，使生产封隔器坐封，继而可以开始井下的生产开采。在生产过程中，可通过位于生产封隔器下方的合采滑套91来控制开采模式。例如，通过打开合采滑套91(例如通过下入特定的开关工具)，可实现上分支井段300和下分支井段200的合采。通过关闭合采滑套91，可实现下分支井段200的单采(即，不对上分支井段300进行开采)。该合采滑套91为本领域已知的构件。

通过上述方法实现了一种四级分支井技术，并且能通过改进上分支完井过程中的工艺和工具而有效地实现在四级分支井技术中进行高压压裂液的射孔压裂完井。这非常有利于对非常规低渗透油气藏进行施工，并能够满足对非常规储层的精细化改造需求。在施工后，可实现整个井眼100都覆盖了水泥层，尤其是上分支井段300处并非裸眼。一方面，这使得上分支井段的窗口处能够得到有效的支撑和密封，提高窗口的承压能力，使其不易垮塌。另一方面，这还能实现对不同分支井段进行选择性开采，扩展了分支井的应用领域。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但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，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。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 (10)

1.一种多分支水平井固井完井方法，所述多分支水平井包括下分支井段和上分支井段，所述多分支水平井固井完井方法包括以下步骤：

向上分支井段内下入上分支尾管，使得所述上分支尾管的预开窗口与下分支井段相对；

下入上分支完井管柱，使得设置在所述上分支完井管柱能越过所述预开窗口而与所述上分支尾管密封回接；

向所述上分支完井管柱内注入压裂液，使得所述压裂液通向所述上分支尾管内。

2.根据权利要求1所述的多分支水平井固井完井方法，其特征在于，所述上分支完井管柱包括上分支回接插头，其中，在下入上分支完井管柱时，使得所述上分支回接插头越过所述预开窗口而插入到所述上分支尾管的处于所述上分支井段内的部分，并进行密封回接。

3.根据权利要求2所述的多分支水平井固井完井方法，其特征在于，在下入上分支完井管柱时，所述预开窗口已预先由套设在所述上分支尾管内的封堵筒所封闭，所述封堵筒能引导所述上分支回接插头改变下入方向而而插入到所述上分支尾管的处于所述上分支井段内的部分。

4.根据权利要求3所述的多分支水平井固井完井方法，其特征在于，所述预开窗口由所述封堵筒非密封式封闭。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的多分支水平井固井完井方法，其特征在于，通过上分支送入工具将所述上分支尾管下入到所述上分支井段内，在所述上分支尾管的下入过程中，所述预开窗口由密封筒所封闭，以使流体不能通过所述预开窗口流出所述上分支尾管。

6.根据权利要求5所述的多分支水平井固井完井方法，其特征在于，在下入所述上分支尾管之后、下入所述上分支完井管柱之前，通过所述上分支尾管在所述上分支井段内进行注水泥浆固井，然后通过上提所述上分支送入工具将所述密封筒提出所述上分支尾管，以使所述预开窗口打开。

7.根据权利要求6所述的多分支水平井固井完井方法，其特征在于，上提所述上分支送入工具，直到所述上分支送入工具完全离开所述上分支井段，再次下放所述上分支送入工具，使得所述上分支送入工具能穿过所述预开窗口而接近所述下分支井段中的下分支尾管的顶端附近，通过所述上分支送入工具进行循环洗井。

8.一种上分支尾管，所述上分支尾管用于根据权利要求1-7中任一项所述的多分支水平井固井完井方法，所述上分支尾管包括预开窗口，以及设置在所述预开窗口下方的所述上分支尾管内的密封接合部，所述密封结合部构造为用于与上分支完井管柱的上分支回接插头密封配合。

9.根据权利要求8所述的上分支尾管，在所述密封接合部与所述预开窗口之间的所述上分支尾管的外壁上设置有壁钩。

10.一种上分支完井管柱，所述上分支完井管柱用于根据权利要求1-7中任一项所述的多分支水平井固井完井方法，所述上分支完井管柱包括上分支回接插头，所述上分支回接插头构造为越过所述预开窗口与所述上分支尾管内的密封接合部密封配合。

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