CN106837171B - 一种致密储层径向钻进工具套件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种致密储层径向钻进工具套件，包括钻水泥环工具(3)、钻近井带地层工具(4)和钻远端地层工具(5)。该致密储层径向钻进工具套件主要用于石油天然气行业、煤层气行业的致密储层改造的径向射流钻孔作业，该致密储层径向钻进工具套件可以分三个步骤完成射流钻水泥环、射流钻近井带地层、射流钻远端地层，能有效地在储层与井筒之间建立起径向流通通道，改善油藏流通性，提高单井采收率。

Description

一种致密储层径向钻进工具套件

技术领域

本发明涉及一种石油天然气行业或煤层气行业的钻井设备领域，具体的是一种致密储层径向钻进工具套件。

背景技术

目前国内石油天然气能源行业，随着多年的累积大规模开采，被探明的可开采油气资源剩的越来越少，采油工艺变得越来越复杂，开采难度变得越来越高。为了提高采收率，多种新型的二次采油工艺和方法正在被行业从事者研究和推广应用。很多被勘探的油气资源属于致密储层，对于处于致密储层的油气井，由于地层孔隙度小，渗透率低，储层中的油气资源，很难通过注水或注气、二元化学驱、三元复合驱等方式驱动运移。必须对储层进行局部改造，通过原井筒内实施径向钻孔，在井筒与储层之间形成多层，每层多个分支通道。

煤层气井与常规油气井钻完井方式类似的，钻井完井技术经历了四个发展阶段。早期采用，常规直井钻井、套管射孔完井，常规钻井、洞穴完井，空气钻井、裸眼完井，现在采用，多分支水平井、羽状水平井、裸眼完井。煤层气多分支水平井是一种新的煤层改造技术，优点是效果好成本低，在一些特定煤层中可以取得其它方法无法比拟的开发效果。增产机理：1、提高了导流能力。2、减少了对煤层的伤害。3、增大解吸波及面积，沟通更多割理和裂隙。

发明内容

为了解决致密储层径向钻进作业困难的问题，本发明提供了一种致密储层径向钻进工具套件，该致密储层径向钻进工具套件可以分三趟完成径向射流钻孔，首先通过低速送进机构，完成2米距离的穿透水泥环径向射流钻进；在此基础上再通过步进式送进方式，均匀低速地完成10米距离的近井带地层径向射流钻进；最后通过喷管前端连自牵引喷嘴、后端施加推力的送进方式，完成30米距离的远端地层径向射流钻进。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种致密储层径向钻进工具套件，包括钻水泥环工具、钻近井带地层工具和钻远端地层工具。

该致密储层径向钻进工具套件主要用于石油天然气行业、煤层气行业的致密储层改造的径向射流钻孔作业，该致密储层径向钻进工具套件可以分三个步骤完成射流钻水泥环、射流钻近井带地层、射流钻远端地层，能有效地在储层与井筒之间建立起径向流通通道，改善油藏流通性，提高单井采收率。

本发明的有益效果是：

1、创造性地具有钻水泥环工具，设计有专有的钻速控制器，可实现低速(1mm/s～2mm/s)均匀钻进，避免了地面设备控制钻速过快的问题，该工具可沿井筒径向钻进2米距离，穿透水泥环，在井筒周围形成先导径向孔眼；

2、创造性地具有近井带地层钻进工具，在已完成的2米距离先导径向孔眼的基础上，再通过步进式送进的方式，径向钻进达到10米距离；

3、创造性地具有远端地层钻进工具，工具前端的喷管连接自牵引喷嘴，可以在地层中边射孔边自行牵引送进，在已完成10米距离孔眼的基础上，在地层中继续喷射钻进，最终达到30米距离。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明中定位导向工具在井下的布置示意图。

图2是本发明中套管钻孔工具的工作示意图。

图3是本发明中钻水泥环工具的工作示意图。

图4是本发明中钻近井带地层工具的工作示意图。

图5是本发明中钻远端地层工具的工作示意图。

图6是本发明中钻水泥环工具的上部结构示意图。

图7是本发明中钻水泥环工具的下部结构示意图。

图8是本发明中钻近井带地层工具的上部结构示意图。

图9是本发明中钻近井带地层工具的中部结构示意图。

图10是本发明中钻近井带地层工具的下部结构示意图。

图11是本发明中钻远端地层工具的上部结构示意图。

图12是本发明中钻远端地层工具的下部结构示意图。

1、定位导向工具；2、套管钻孔工具；3、钻水泥环工具；4、钻近井带地层工具；5、钻远端地层工具；

11、弹性扶正器；12、相对方位定向锚定器；13、导向器；14、下弹性扶正器；15、引鞋；

21、旋转连接器；22、脱节器；23、螺杆马达；24、钻压推加器；25、安全短节；26、万向节；27、钻头；

31、过滤器；32、单流阀；33、低速送进机构；34、钻水泥环喷管；35、钻水泥环喷嘴；36、下连接筒；

41、步进式低速送进机构；42、伸缩扶正筒；43、加重筒；44、钻近井带喷管；45、钻近井带喷嘴；

51、连接头；52、钻远端喷管；53、加重筒；54、自牵引喷嘴；

61、油管柱串；62、校深短节；63、油管；64、油层套管；65、连续管；

331、活塞杆；332、外筒体；

411、锚爪。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种致密储层径向钻进工具套件，包括钻水泥环工具3、钻近井带地层工具4和钻远端地层工具5。

下面介绍一种致密储层径向钻进工具套件的钻井方法，包括以下步骤：

步骤1、将定位导向工具1下入井筒内的待作业设计深度；

步骤2、将套管钻孔工具2下入到定位导向工具1中，进行套管钻孔开窗；

步骤3、将钻水泥环工具3下入到定位导向工具1中，进行钻水泥环作业；

步骤4、将钻近井带地层工具4下入到定位导向工具1中，进行钻近井带地层作业；

步骤5、将钻远端地层工具5下入到定位导向工具1中，进行钻远端地层作业，如图1至图5所示。

可以理解为该致密储层径向钻进工具套件还包括定位导向工具1和套管钻孔工具2。

具体的，在步骤1中，定位导向工具1包括从上向下依次连接的上弹性扶正器11、相对方位定向锚定器12、导向器13、下弹性扶正器14和引鞋15；下定位导向工具1的具体方法，如图1所示：作业前，先将定位导向工具1的上端连接一根2-7/8吋的油管63，油管64的上端连接一根1.5m长的校深短节62，校深短节62的上端再连接2-7/8吋的油管柱串61，然后用修井机将油管柱串61及定位导向工具1下入到待作业井筒内，通过γ射线及磁定位校深的方式，确认定位导向工具1下放至预定待作业层位，然后上提油管柱2m，再下放2m，定位导向工具1上的相对方位定向锚定器12会在油层套管64的内壁上产生锚定。

具体的，在步骤2中，套管钻孔工具2包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、螺杆马达23、钻压推加器24、安全短节25、万向节26和钻头27。套管钻孔作业的具体方法，如图2所示：将套管钻孔工具2连接到连续管65的最下端，用连续管作业机将套管钻孔工具2下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将12MPa～15MPa压力的工作液输送到套管钻孔工具2中，工作液驱动螺杆马达23旋转，螺杆马达23产生的旋转扭矩通过钻压推加器24、安全短节25传递给万向节26和钻头27，对套管进行钻孔开窗。与此同时，12MPa～15MPa压力的工作液会驱动钻压推加器24，通过安全短节25给万向节26和钻头27施加12N～15N的钻压力，保证钻头27对套管进行正常钻孔。套管钻孔作业完毕后，通过连续管作业机将套管钻孔工具2起出至地面。

具体的，在步骤3中，钻水泥环工具3包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、过滤器31、单流阀32、低速送进机构33、钻水泥环喷管34、钻水泥环喷嘴35。钻水泥环喷管34外套设有下连接筒36，下连接筒36的上端与低速送进机构33的下端连接固定，如图6和图7所示。钻水泥环作业的具体方法，如图3所示：将钻水泥环工具3连接到连续管65的最下端，用连续管作业机将钻水泥环工具3下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将50MPa～55MPa压力的工作液输送到钻水泥环工具3中，工作液通过钻水泥环喷嘴35喷射而出形成射流，对地层进行破岩钻孔，形成直径25mm～30mm的孔眼。50MPa～55MPa压力的工作液会驱动低速送进机构33，推动钻水泥环喷管34和钻水泥环喷嘴35在地层中送进，可完成径向距离2米的穿透水泥环钻进。钻水泥环作业完毕后，通过连续管作业机将钻水泥环工具3起出至地面。

在步骤3中，旋转连接器21可绕自身轴线旋转，用于钻水泥环工具3与连续管连接。脱节器22用于钻水泥环工具3遇卡时丢手。过滤器31用于过滤工作液中的固体颗粒杂质，防止固体颗粒杂质磨损钻水泥环喷嘴35，从而降低喷嘴射流破岩效果。单流阀32用于防止当井底压力过高时，井底液体通过连续管返流到地面，影响作业安全。低速送进机构33为2米行程的液缸机构，低速送进机构33具有活塞杆331和外筒体332，外筒体套设于活塞杆331外，低速送进机构33具有节流减速效果。低速送进机构33与下连接筒36通过螺纹连接，钻水泥环喷管34与低速送进机构33通过螺纹连接，钻水泥环喷嘴35与钻水泥环喷管34通过螺纹连接。钻水泥环喷管34的总长为2.5米。工作时，低速送进机构33为2米行程的液缸机构，在高压工作液的作用下，活塞杆331会以0.5mm/s～2mm/s的低速移动，推动钻水泥环喷管34与钻水泥环喷嘴35穿过定位导向工具1，并通过套管上已钻开的窗口，在地层中喷射钻进。直至活塞杆331全部伸出2米的行程，形成直径25mm～30mm、径向距离为2米的先导孔眼。

具体的，在步骤4中，钻近井带地层工具4包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、过滤器31、单流阀32、步进式低速送进机构41、伸缩扶正筒42、钻近井带喷管44、钻近井带喷嘴45。钻近井带喷管44的下端外套设有加重筒43，加重筒43的主要作用是增加钻近井带喷管44的下坠力，防止钻近井带喷管44下放过程中由于下端弯曲在油管内壁发生阻塞，加重筒43与钻近井带喷管44的下端卡接，如图8、图9和图10所示。钻近井带地层作业的具体方法，如图4所示：将钻近井带地层工具4连接到连续管65的最下端，用连续管作业机将钻近井带地层工具4下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将50MPa～55MPa压力的工作液输送到钻近井带地层工具4中，工作液通过钻近井带喷嘴45喷射而出形成射流，对地层进行破岩钻孔，形成直径25mm～30mm的孔眼。50MPa～55MPa压力的工作液会驱动步进式低速送进机构41，推动钻近井带喷管43及钻近井带喷嘴45在地层中作步进式送进，可完成径向距离10米的近井带地层钻进。钻近井带地层作业完毕后，通过连续管作业机将钻近井带地层工具4起出至地面。步进式低速送进机构41的具体结构已经在中国专利CN104481403 A已经公开，本发明不再详细介绍。

在步骤4中，伸缩扶正筒42通过螺纹与步进式低速送进机构41连接，伸缩扶正筒42可伸缩，用于扶正钻近井带喷管44，防止钻近井带喷管44送进时弯曲。加重筒43穿过钻近井带喷管44，悬挂在钻近井带喷嘴45之上。钻近井带喷管44的总长为10.5米。加重筒43穿过钻近井带喷管44，悬挂在钻近井带喷嘴45之上。地面高压泵车将50MPa以上的高压工作液，通过连续管输送到钻近井带地层工具4中，再经过钻近井带喷管44、钻近井带喷嘴45喷射出，形成射流。步进式低速送进机构41具有节流减速效果。在高压工作液的作用下，步进式低速送进机构41会以0.5mm/s～2mm/s的推动钻近井带喷管44与钻近井带喷嘴45，沿着已完成的2米距离的先导孔眼，继续在地层中喷射钻进。步进式低速送进机构41含有低速送进机构33和锚爪411，当低速送进机构33的活塞杆331全部伸出2米行程时，活塞杆331的下端能够撑开锚爪411，步进式锚定送进机构41上的锚爪411与油管内壁发生锚定(活塞杆331下端是个锥面结构，与锚爪接触时，形成斜面运动副，该斜面运动副为增力机构，可以撑开锚爪411)。然后，高压泵车压力降低至25MPa～30MPa，保持稳定，地面连续管作业机开始下放，推动低速送进机构33下移2米，活塞杆331复位，全部回缩进2米行程的液缸内，此时地面连续管作业机停止下放，高压泵车压力重新升高至50MPa以上，活塞杆331推动钻近井带喷管44与钻近井带喷嘴45继续在地层中喷射钻进。如此步进式循环5次送进，直至完成10米距离的近井带地层射流钻孔。

具体的，在步骤5中，钻远端地层工具5包括从上向下依次连接的旋转连接器21、脱节器22、过滤器31、单流阀32、连接头51、钻远端喷管52、自牵引喷嘴54；钻远端喷管52的下端外套设有加重筒53，加重筒53与钻远端喷管52的下端卡接，如图11和图12所示。钻远端地层作业的具体方法，如图5所示：将钻远端地层工具5连接到连续管65的最下端，用连续管作业机将钻远端地层工具5下放到定位导向工具1内。地面高压泵车通过连续管65将50MPa～55MPa压力的工作液输送到钻远端地层工具5中，工作液通过自牵引喷嘴54喷射而出形成射流，对地层进行破岩钻孔，形成直径25mm～30mm的孔眼。50MPa～55MPa压力的工作液通过自牵引喷嘴54时还会形成100N～150N的牵引力，该牵引力会牵引钻远端喷管52及自牵引喷嘴54在地层中送进，可完成径向距离30米的远端地层钻进。钻远端地层作业完毕后，通过连续管作业机将钻远端地层工具5起出至地面。

在步骤5中，钻远端喷管52总长30.5米。自牵引喷嘴54具有前向孔眼和后向孔眼。加重筒53穿过钻远端喷管52，悬挂在自牵引喷嘴54之上，钻远端喷管52下放时受加重筒53的重力作用，垂直伸张，避免弯曲而与油管内壁接触而受阻。钻远端喷管52沿着之前已完成的10米距离的孔眼继续喷射钻进。喷射钻进时，前向孔眼对钻远端喷管52施加100N～150N的反冲力，后向孔眼能够给钻远端喷管52提供150N～200N的牵引力。牵引力比反冲力略大一点，克服了反冲力引起的喷管压缩弯曲而造成喷管在地层中送进受阻，还能在钻远端喷管52前端提供一部分向前的牵引力。同时，地面连续管作业机在钻远端喷管52后端施加推力，在前向牵引力和后端推力的共同作用下，钻远端喷管52在地层中完成30米距离的远端地层钻进。

至此，完成一个工作周期，即一个工作周期包括上述五个步骤。

当需要在同一个层位作业多个孔时，可按步骤1所述内容，上提油管柱2m，再下放2m，定位导向工具1上的相对方位定向锚定器12的下端会旋转换向，并带动与其下端相连的导向器13、下弹性扶正器14、引鞋15一起旋转，根据作业需要的不同，可相对旋转120°或180°。旋转换向动作结束后，相对方位定向锚定器12在油层套管64的内壁上产生锚定。然后按步骤2、步骤3、步骤4、步骤5操作内容进行第二孔作业。

若需要在不同层位作业多个孔时，可通过上提或下放油管柱到设计深度，然后再依次按步骤1、步骤2、步骤3、步骤4、步骤5操作内容进行第二孔作业。如此类推，可根据需要在一个井筒内完成多个孔眼作业。

对于不同井筒的水泥环强度不同，不同储藏的岩芯特性不同，施工作业时可对上述五个施工步骤进行适当调整。水泥环强度高、岩芯强度低时，可省略步骤3；水泥环强度低、岩芯强度高时，可省略步骤2；水泥环强度、岩芯强度同时低时，可同时省略步骤2、步骤3；水泥环强度、岩芯强度同时高时，则按上述五个步骤进行施工。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (1)

1.一种致密储层径向钻进工具套件，其特征在于，该致密储层径向钻进工具套件包括钻水泥环工具(3)、钻近井带地层工具(4)和钻远端地层工具(5)；

钻水泥环工具(3)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、过滤器(31)、单流阀(32)、低速送进机构(33)、钻水泥环喷管(34)、钻水泥环喷嘴(35)；钻水泥环工具(3)还包括下连接筒(36)，下连接筒(36)外套于钻水泥环喷管(34)外，下连接筒(36)的上端与低速送进机构(33)的下端连接固定；

低速送进机构(33)含有活塞杆(331)和外筒体(332)，外筒体(332)套设于活塞杆(331)外，活塞杆(331)内含有沿轴向贯通的内通孔，活塞杆(331)能够相对于外筒体(332)上下滑动，钻水泥环喷管(34)与活塞杆(331)连接固定；

钻近井带地层工具(4)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、过滤器(31)、单流阀(32)、步进式低速送进机构(41)、伸缩扶正筒(42)、钻近井带喷管(44)、钻近井带喷嘴(45)；

钻近井带喷管(44)的下端外套设有加重筒(43)，加重筒(43)与钻近井带喷管(44)的下端卡接，加重筒(43)悬挂于钻近井带喷嘴(45)之上；

步进式低速送进机构(41)含有低速送进机构(33)和锚爪(411)，锚爪(411)连接于低速送进机构(33)的下端，低速送进机构(33)能够撑开锚爪(411)；

钻远端地层工具(5)包括从上向下依次连接的旋转连接器(21)、脱节器(22)、过滤器(31)、单流阀(32)、连接头(51)、钻远端喷管(52)、自牵引喷嘴(54)；

钻远端喷管(52)的下端外套设有加重筒(53)，加重筒(53)与钻远端喷管(52)的下端卡接，加重筒(53)悬挂于自牵引喷嘴(54)之上；

钻水泥环喷管(34)的总长度为2.5米，钻近井带喷管(44)的总长度为10.5米，钻远端喷管(52)的总长度为30.5米。