CN115637925A - 一种刚性传送的分支钻完井工具及其钻孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刚性传送的分支钻完井工具及其钻完井方法，用于多薄层油气藏开发，也可用于针对某一薄油层的顺层钻进以增加泄油面积提高采收率。所述径向钻完井系统由转向器和高塑性钻井管柱组成，所述高塑性钻完井管柱包括铰接短节串列、高塑性金属管和/或高压弹性金属外管；所述钻完井工具还包括钻头和/或封隔器和/或滑套和/或喷枪，可在主井眼内完成多油层和/或可完成对某一薄油层的钻完井，以达到增加泄油面积的目的。另外，通过采用一次性钻头和高塑性钻完井管柱，完成对细小井眼的支撑，防止井眼坍塌。

Description

一种刚性传送的分支钻完井工具及其钻孔方法
技术领域
本发明涉及侧向钻孔技术领域，具体是一种刚性传送的分支钻完井工具及其钻孔方法。
背景技术
径向钻井技术，在老井改造、提高采收率方面应用广泛，一般由驱动钻柱下放带有射流滑套和/或喷嘴和/或筛管模块的高压软管，射流滑套和/或喷嘴和/或筛管模块和高压软管经过转向器，横向进入地层钻孔。该技术中，微小分支井眼的转弯半径小于1米，滑套和/或喷嘴和/或筛管模块直径一般在0.75-3英寸之间，甚至在套管内可以完成转向。现有技术中，径向钻井滑套和/或喷嘴和/或筛管模块依靠射流实现钻进，存在破岩效果差、井眼曲折、微小分支井眼进尺短等问题，使径向超深孔难以得到实现。文献和实验表明，高压水射流喷射破岩所形成的井壁不规则，且射流破岩的钻进效率低；此外，水射流径向钻井技术以来高压水射流钻井，因此只能采用适合输送高压流体的驱动钻柱串接高压软管实现送钻，只能在直径中实现径向分支井钻井，在大斜度井和水平井中难以得到应用；该技术最大的限制因素还在于，处于微小分支孔眼内的高压软管不能旋转，故微小分支孔眼中的高压软管受到轴向摩擦阻力的影响难以前进。前述原因进一步的限制了该技术的效率和井眼的进尺。
因此，有必要提供一种刚性传送的分支钻完井工具及其钻孔方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，至少包括一段径向钻完井系统，所述径向钻完井系统由转向器和高塑性钻井管柱组成，所述高塑性钻井管柱包括铰接短节串列、高塑性金属管；其中，所述铰接短节串列由多个驱动节通过扭矩传递结构串接而成；
所述高塑性金属管套设于所述铰接短节串列外部；所述高塑性金属管两端均可通过螺纹与所述铰接短节串列连接密封；
所述塑性金属管内部设置有流道，所述流道两端与所述钻头及驱动钻柱或其他井下工具的内部流道连通，共同构成供钻井循环介质流动的通道。
需要说明的是，所述高塑性金属管下端通过螺纹与钻头连接，所述钻头与钻头连接套之间可为销钉连接，所述高塑性金属管上端通过所述铰接短节串列及驱动连接套连接驱动钻柱或其他井下工具，所述驱动钻柱或其他井下工具可为所述铰接短节串列提供钻进所需的钻压。
所述铰接短节串列与所述高塑性金属管间设置有间隙，所述间隙使得所述铰接短节串列可与高塑性金属管共同弯曲。
进一步的，还包括转向器、锚定器，所述转向器可使所述高塑性钻井管柱在主井眼内完成极短半径转向；
进一步的，所述高塑性金属管与所述钻头下端通过螺纹固定连接，所述钻头与所述当驱动钻柱向下送钻时，所述铰接短节串列能够压迫所述驱动高塑性金属管使其在所述转向器及地层中前行。
进一步的，所述高塑性金属管与所述铰接短节串列上端通过剪切销钉连接，当所述铰接短节串列压迫所述驱动高塑性金属管前行时，所述剪切销钉不受剪切力作用。
进一步的，所述钻头与钻头连接套之间的剪切销钉在钻进过程中也不受剪切力作用，钻进过程中的钻压通过所述钻头与钻头连接套之间的台肩传递。
进一步的，所述防退结构可为弹片、膨胀环等任意一种可防止所述高塑性金属管退出地层结构，下行或前进过程中，所述防退结构不应产生额外阻力。
当完成设计进尺以后，所述驱动钻柱拉动所述铰接短节串列退出井眼，此时所述防退结构可卡入地层形成极大的阻力，特别的是位于主井眼套管位置的防退结构可完全卡在套管外侧以防止所述高塑性金属管退出地层。此时在提拉力的作用下，所述高塑性金属管与所述铰接短节串列上端之间的剪切销钉以及所述钻头与钻头连接套之间的剪切销钉均收剪切力的作用而剪断，所述驱动钻柱拉动所述铰接短节串列退出地层，而所述高塑性金属管连同所述钻头滞留于底层内完成对细小井眼的支撑，防止井眼坍塌。
进一步的，所述完井模块包括喷枪模块和/或滑套模块和/或筛管模块，所述完井模块串联于所述高塑性金属管中，所述完井模块可与所述高塑性金属管一体加工成型也可以做成分体结构，所述筛管结构和/或筛管模块应视为任何一种具备筛选、过滤、泄流功能的结构，如割缝、槽、孔等。
进一步的，所述高塑性金属管的长度应等于设计进尺长度并小于所述铰接短节串列的总长度。当达到设计进尺时，所述高塑性金属管应全部进入地层或至少完全穿过预开窗套管。
进一步的，所述高塑性金属管(2a)端部固定连接有节流管帽(10)。所述节流管帽(10)均为内螺纹空心圆柱体结构，所述高塑性金属管(2a)两端设置有外螺纹，当所述高塑性金属管(2a)套设于所述铰接短节串列外部时，其两端通过所述节流管帽(10)压紧固定。
特别的，当钻井流体通过所述驱动钻柱(4)到达所述径向钻完井系统时，在所述节流管帽(10)的作用下，流体流速发生变化，这时所述节流管帽(10)的上表面N成为液压活塞的承压面，在高压流体的作用于，进一步推动管柱前进。前进过程中，水力能量由水眼(11)喷出破碎地层。
进一步的，所述扭矩传递结构(31)为万向节。
进一步的，所述扭矩传递结构(31)为铰链式万向节。
进一步的，所述钻头(1)的外直径为15～150mm，所述高塑性金属管(2)的外直径为14～140mm，所述铰接短节串列的外直径为10～130mm；
进一步的，还可包括姿态测量模块(5)，用于测量近钻头(1)处的姿态。
进一步的，包括如下使用步骤：
1)常规钻具钻主井眼(9)，完成对各个层系的评价；
2)按分层开发下入固井套管管柱，完成主井眼(9)固井；
3)下入转向器(6)和锚定器(7)完成定向和座卡；
4)所述预开窗套管(16)为常规套管外侧预先开有窗口，
5)下入径向钻完井系统工具；
6)上提铰接短节串列。
假设目标层(17)油藏厚度界限为油藏底部距离油藏顶部为L3，那么所设计的径向钻进孔的位置距离油藏顶部的距离L2以及所述滑套下入的位置距离油藏顶部L1的距离均必须小于L3。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2～4为实施例一结构示意图；
图中：1、钻头；2、常规钻具；2a、高塑性金属管；2b、流道；3、驱动节；31、扭矩传递结构；4、驱动钻柱；41、间隙；5、姿态测量模块；6、转向器；7、锚定器；8、测井仪器；9、主井眼；10、尾部连接螺纹；11、水眼；12、套管外扶正器；13、管套；14、驱动连接套、15、钻头连接套；16、预开窗套管；17、目标层；23、剪切销钉；24、台肩；25、防退结构；26、筛管结构和/或筛管模块。
具体实施方式
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
具体实施例一：
如图1～4所示，本实施例所述的一种刚性传送的分支钻完井工具及其钻孔方法，先由常规钻具钻主井眼(9)，在此过程中，钻组组合内带入测井仪器(8)完成对各个层系的评价；当主井眼(9)钻完至设计井深后，取出钻具并下入按分层开发下入固井套管管柱，完成主井眼(9)固井，在此过程中，所述的固井套管管柱还包括固井功能模块，所述固井功能模块由封隔器、滑套和/或预开窗套管(16)共同组成，可在主井眼内完成多油层和/或可完成对某一薄油层的封隔完井；所述预分层开发层系之间设置至少一个封隔器，在任意两个封隔器之间至少包括一个可控滑套，所述可控滑套可以依靠过油管下入开关工具实现开关、电控执行机构实现开关、液压执行机构实现开关。
完成主井眼(9)固井之后，即可下入转向器(6)和锚定器(7)完成定向和座卡，之后下入径向钻完井系统工具。
作为优选之一，本实施例所述径向钻完井系统由转向器(6)和高塑性钻井管柱组成，所述高塑性钻井管柱包括铰接短节串列、高塑性金属管(2a)；其中，所述铰接短节串列由多个驱动节(3)通过扭矩传递结构(31)串接而成；所述高塑性金属管(2a)套设于所述铰接短节串列外部；另外，所述高塑性金属管(2a)外部间隔设置有防退结构(25)和筛管结构和/或筛管模块(26)，其下端通过螺纹与钻头(1)连接，所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间可为销钉连接，再通过所述铰接短节串列及驱动连接套(14)连接驱动钻柱(4)或其他井下工具，所述驱动钻柱(4)或其他井下工具可为所述铰接短节串列提供钻进所需的钻压。所述高塑性金属管(2a)通过尾部连接螺纹(10)与驱动钻柱(4)连接。
在下行、转向或前进过程中，由于所述铰接短节串列与所述高塑性金属管(2a)间设置有间隙(41)，所述间隙(41)使得所述铰接短节串列可在高塑性金属管(2a)内部完成转弯。另外。由于所述高塑性金属管(2a)与所述钻头(1)下端通过螺纹固定连接，当所述钻头(1)与所述当驱动钻柱(4)向下送钻时，所述铰接短节串列能够压迫所述驱动高塑性金属管(2a)使其在所述转向器(6)及地层中前行。
进一步的，所述铰接短节串列内部设置有流道(2b)，所述高塑性金属管(2a)两端与所述钻头(1)及驱动钻柱(4)或其他井下工具的内部流道连通，共同构成供钻井循环介质流动的通道。由于所述高塑性金属管(2a)的端部设置有螺纹连接的节流管帽(10)，所述节流管帽(10)均为内螺纹空心圆柱体结构，所述高塑性金属管(2a)端部设置有外螺纹，当所述高塑性金属管(2a)套设于所述铰接短节串列外部时，其两端通过所述节流管帽(10)压紧固定。当钻井流体通过所述驱动钻柱(4)到达所述径向钻完井系统时，在所述节流管帽(10)的作用下，流体流速发生变化，这时所述节流管帽(10)的上表面N成为液压活塞的承压面，在高压流体的作用于，进一步推动管柱前进。前进过程中，水力能量由水眼(11)喷出破碎地层。
作为优选，本实施例所述径向钻完井系统在下入过程中高塑性金属管(2a)及所述钻头(1)靠剪切销钉悬挂在所述铰接短节串列上，具体的包括所述高塑性金属管(2a)与所述铰接短节串列上端的剪切销钉(23)以及，所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间的剪切销钉(23)。当所述铰接短节串列压迫所述驱动高塑性金属管(2a)前行时，所述剪切销钉(23)均不受剪切力作用，钻压通过所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间的台肩(24)传递。
作为优选之一，所述高塑性金属管(2a)外部间隔设置的防退结构(25)为弹片，所述弹片在下行或前进过程中，由于其切斜方向背离前进方向，所以所述防退结构(25)不应产生额外的前进阻力，但当完成设计进尺以后，所述驱动钻柱(4)拉动所述铰接短节串列退出井眼时，所述防退结构(25)便可卡入地层形成极大的阻力，特别的是位于主井眼套管位置的防退结构(25)可完全卡在套管外侧以防止所述高塑性金属管(2a)退出地层。此时在提拉力的作用下，所述高塑性金属管(2a)与所述铰接短节串列上端之间的剪切销钉(23)以及所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间的剪切销钉(23)均收剪切力的作用而剪断，所述驱动钻柱(4)拉动所述铰接短节串列退出地层，而所述高塑性金属管(2a)连同所述钻头(1)滞留于底层内完成对细小井眼的支撑，防止井眼坍塌。由于高塑性金属管(2a)外表面加工有所述筛管结构和/或筛管模块(26)滞留于地层之中，可起到筛选、过滤、泄流的功能，达到稳定井眼，增加泄油面积的目的。
径向钻进过程中，所述高塑性金属管(2a)的长度应等于设计进尺长度并小于所述铰接短节串列的总长度。当达到设计进尺时，所述高塑性金属管(2a)应全部进入地层或至少完全穿过预开窗套管。同时，位于所述钻头(1)处的所述姿态测量模块(5)，可测量近钻头(1)处的姿态，是否按设计轨迹延伸钻进。

Claims (13)

1.一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，至少包括一段径向钻完井系统，所述径向钻完井系统由转向器(6)和高塑性钻井管柱组成，所述高塑性钻井管柱包括铰接短节串列、高塑性金属管(2a)；其中，所述铰接短节串列由多个驱动节(3)通过扭矩传递结构(31)串接而成；所述高塑性金属管(2a)套设于所述铰接短节串列外部；所述驱动钻柱(4)或其他井下工具可为所述铰接短节串列提供钻进所需的钻压；
所述高塑性金属管(2a)内部设置有流道(2b)，所述流道(2b)两端与所述钻头(1)及驱动钻柱(4)或其他井下工具的内部流道连通，共同构成供钻井循环介质流动的通道。
2.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，还包括转向器(6)、锚定器(7)，所述转向器可使所述高塑性钻井管柱在主井眼内完成极短半径转向。
3.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述高塑性金属管(2a)与所述钻头(1)下端通过螺纹固定连接，所述钻头(1)与所述当驱动钻柱(4)向下送钻时，所述铰接短节串列能够压迫所述驱动高塑性金属管(2a)使其在所述转向器(6)及地层中前行。
4.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述高塑性金属管(2a)与所述铰接短节串列上端通过剪切销钉(23)连接，当所述铰接短节串列压迫所述驱动高塑性金属管(2a)前行时，所述剪切销钉(23)不受剪切力作用；
进一步的，所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间的剪切销钉(23)在钻进过程中也不受剪切力作用，钻进过程中的钻压通过所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间的台肩(24)传递。
5.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述防退结构(25)可为弹片、膨胀环等任意一种可防止所述高塑性金属管(2a)退出地层结构，下行或前进过程中，所述防退结构(25)不应产生额外阻力；
当完成设计进尺以后，所述驱动钻柱(4)拉动所述铰接短节串列退出井眼，此时所述防退结构(25)可卡入地层形成极大的阻力，特别的是位于主井眼套管位置的防退结构(25)可完全卡在套管外侧以防止所述高塑性金属管(2a)退出地层；此时在提拉力的作用下，所述高塑性金属管(2a)与所述铰接短节串列上端之间的剪切销钉(23)以及所述钻头(1)与钻头连接套(15)之间的剪切销钉(23)均收剪切力的作用而剪断，所述驱动钻柱(4)拉动所述铰接短节串列退出地层，而所述高塑性金属管(2a)连同所述钻头(1)滞留于底层内完成对细小井眼的支撑，防止井眼坍塌。
6.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述完井模块包括喷枪模块和/或滑套模块和/或筛管模块(26)，所述完井模块串联于所述高塑性金属管(2a)中。
7.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述高塑性金属管(2a)的长度应等于设计进尺长度并小于所述铰接短节串列的总长度；当达到设计进尺时，所述高塑性金属管(2a)应全部进入地层或至少完全穿过预开窗套管。
8.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述高塑性金属管(2a)端部固定连接有节流管帽(10)。
9.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述扭矩传递结构(31)为万向节。
10.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述扭矩传递结构(31)为铰链式万向节。
11.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，所述钻头(1)的外直径为15～150mm，所述高塑性金属管(2)的外直径为14～140mm，所述铰接短节串列的外直径为10～130mm。
12.根据权利要求1所述的一种刚性传送的分支钻完井工具，其特征在于，还可包括姿态测量模块(5)，用于测量近钻头(1)处的姿态。
13.一种刚性传送的分支钻完井工具的钻孔方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)常规钻具钻主井眼(9)，完成对各个层系的评价；
2)按分层开发下入固井套管管柱，完成主井眼(9)固井；
3)下入转向器(6)和锚定器(7)完成定向和座卡；
4)所述预开窗套管(16)为常规套管外侧预先开有窗口，
5)下入径向钻完井系统工具；
6)上提铰接短节串列。
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