專利名稱：極小半徑井眼的鉆削方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種向地球巖層鉆削井眼的方法。在鉆井工業(yè)中，通常從一個主井眼鉆出一個或多個枝井眼，以從一個地面位置到達含烴巖層的不同區(qū)域。由于采用的鉆柱的操作限制，這樣的枝井眼以極小曲率偏離主井眼。一旦枝井眼被鉆入很薄的烴流體含有層，就難以或不可能從位于該巖層的一個位置上從主井眼開始鉆削枝井眼，并且繼續(xù)在該巖層內鉆井。
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的鉆削井眼的方法，其克服了傳統(tǒng)鉆井方法的上述缺點。
按照本發(fā)明，提供了一種向地球巖層鉆削井眼的方法，其采用了一鉆柱，該鉆柱具有一上部和一下部，該下部比上部更柔軟，該方法包括鉆出井眼的第一段，從所述井眼的第一段鉆出井眼的第二段，所述第二段以選定傾斜角度相對于第一段延伸，其中，在鉆削第二段的過程中，鉆柱在井眼中下降，方式是，鉆柱的上部保留在第一段，而鉆柱的下部延伸至井眼的第二段。
因此，井眼的第二段可以較大曲率鉆削，因為鉆柱的下部較柔軟。較不柔軟的鉆柱的上部保留在井眼的第一段，因此，沒有必要彎曲至鉆柱下部所需的彎曲程度。
在本發(fā)明的方法的有趣實施例中，鉆柱上部設有井下馬達，在鉆削井眼的第二段的過程中，井下馬達轉動鉆柱的下部。
適當?shù)那闆r是，井眼的第一段本質上是直的，井眼的第二段是彎曲段。例如，井眼的第一段可以形成主井眼，井眼的第二段可以形成主井眼的枝井眼。
下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，其中圖1是用于本發(fā)明方法的鉆井系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；圖2是圖1中橫截面2-2的示意圖3是圖1中局部A的縱向截面示意圖；圖4是用于本發(fā)明方法的鉆井系統(tǒng)的另外一個實施例的示意圖；圖5是用于本發(fā)明方法的鉆井系統(tǒng)的再另外一個實施例的示意圖；和圖6是如圖5所示的實施例的變種示意圖。
在附圖中，類似的附圖標記涉及類似的元件。
在圖1中，示出了從地面(未示出)向地球巖層2延伸的主井眼1，該地球巖層2包括油承載層4和頂部巖層6，該頂部巖層6位于油承載層4的上方。油承載層4和頂部巖層6之間的界面由附圖標記7表示。枝井眼8從主井眼1的分枝點10橫向地向油承載層4延伸，分枝點10位于頂部巖層6的下方。枝井眼8具有開始的彎曲段8a和隨后的直線段8b。主井眼1設有井眼套管12，該井眼套管12設有通向枝井眼8的開口14。
用于本發(fā)明方法中的系統(tǒng)包括從地面上的鉆機(未示出)向主井眼1延伸的空心鉆柱16，該空心鉆柱16由上鉆柱部分16a和下鉆柱部分16b構成，下鉆柱部分16b比上鉆柱部分16a更柔軟。上鉆柱部分包括設置于主井眼1內的液壓井下馬達18。下鉆柱部分16b包括從該馬達18向枝井眼8延伸的柔桿組件22。該柔桿組件22的曲率由于其柔軟性相對于傳統(tǒng)鉆柱的允許曲率比較高。造斜器23在分枝點10的下方固定設置在套管12內，從而把柔桿組件22導入枝井眼8內。
再看附圖2和3，柔桿組件22包括柔性驅動軸24，其與井下馬達的輸出軸(未示出)相連接，用于驅動鉆頭26。柔性空心定向軸28圍繞驅動軸24延伸，而柔性軟管30圍繞定向軸28延伸。在附圖中，附圖標記32表示枝井眼8的側壁。定向軸28的一端固定在馬達殼體(未示出)上，另外一端通過軸承部分(未示出)與鉆頭26相連接，以允許鉆頭26相對于定向軸28轉動。軸承部分這樣設置，使鉆頭26的轉動軸線相對于定向軸28的縱向軸線傾斜。例如，柔性驅動軸和/或柔性定向軸可以由具有低彈性模量的鈦制成，或由柔性層組件制成。
在圖4中，示出了用于本發(fā)明方法中的另外一個系統(tǒng)40，其中采用了空心鉆柱16?？招臍んw42設置于主井眼1內，該空心殼體42具有導向通道44，該導向通道44包括上部縱向段46和下部彎曲段48，該下部彎曲段48通向枝井眼8。彎曲段48具有窗口14對面的出口50。上鉆柱部分16a包括液壓井下馬達52，該液壓井下馬達52可滑動地設置于導向通道44內。類似于根據(jù)圖1、2、3說明的柔桿組件22的柔桿組件54與馬達52相連接，途經導向通道44、穿過出口50延伸至枝井眼8內。柔桿組件54按與上述根據(jù)柔桿組件22說明的相同方式和相同功能與馬達52和鉆頭26相連接。
殼體42的下端設有支撐形面，該支撐形面與支撐元件56的對應支撐形面相配合，支撐元件56以任何適當方式固定在套管12內。殼體42和支撐元件56的支撐形面是這樣的，該套管在主井眼1內可以不同的方位角定位在支撐元件上。殼體42在主井眼內可以和鉆柱16一起運動，在該狀態(tài)下，該殼體在馬達的下端附近懸掛在一肩臺上。
在圖5中，示出了用于本發(fā)明方法中的再另外一個系統(tǒng)60，其中采用了空心鉆柱16。該系統(tǒng)60在一定程度上類似于如圖4所示的系統(tǒng)40，不同的是，鉆柱16由地面支撐的空心元件62導向，而不是由空心殼體42導向?？招脑?2設置于主井眼1內，具有導向通道64，該導向通道64包括上部縱向段66和下部彎曲段68，該下部彎曲段68通向枝井眼8。彎曲段68具有窗口14對面的出口50。類似于如圖4所示的實施例，上鉆柱部分16a包括液壓井下馬達52和柔桿組件54，該液壓井下馬達52可滑動地設置于導向通道64內，而柔桿組件54與馬達52相連接，穿過導向通道64和出口50延伸至枝井眼8內。
例如，空心元件52可以是傳統(tǒng)的鉆井套管，或傳統(tǒng)的從地層生產碳氫流體的生產管道。
在圖6中，示出了如圖5所示的實施例的變化，其中，導向通道64的下部彎曲段68由造斜器70構成，該造斜器70固定安裝在導向通道64內。
在如圖1所示的系統(tǒng)的正常操作過程中，鉆出主井眼1，安裝套管12，把造斜器23定位在理想位置。在套管上銑出窗口14之后，把鉆柱16下降至主井眼1內，直至驅動裝置18位于如圖1所示的位置。然后，鉆頭26定向，以鉆出開始的彎曲段8a，方法是使定向軸28轉動一選定角度，直至鉆頭26的切削表面處于理想方向。開始鉆削枝井眼8時，首先通過鉆柱16泵出鉆井流體，以操作井下馬達18，從而通過驅動軸24驅動鉆頭26，而定向軸28保持靜止。同時，鉆柱16逐漸從地面下降，以使馬達18以下降方向穿過主井眼1移動。結果，柔桿組件22由造斜器23導向，穿過窗口14，直至鉆頭26與巖層相接觸。繼續(xù)下降井下馬達，使鉆頭26進入巖層，從而鉆出枝井眼8的開始的彎曲段8a。當彎曲分枝井眼段8a處于本質上水平方向時，定向軸28通過從地面轉動整個鉆柱16在進一步鉆削過程中繼續(xù)轉動。因此，鉆頭26的切削表面方向不斷變化，從而鉆削出枝井眼8的直線段8b。
在枝井眼8完成鉆削之后，鉆柱16和造斜器23被返回地面，此時，在主井眼1和/或枝井眼8內安裝適當?shù)纳a設備，以從枝井眼8生產原油。
如圖4所示的實施例的正常操作與如圖1所示的實施例的正常操作極其相似，不同的是，井下馬達52由導向通道44的上部段46導向，柔桿組件54由導向通道44的彎曲段48沿枝井眼8的方向導向。另外，在開始鉆削枝井眼8之前，空心殼體42根據(jù)理想的方位方向在支撐元件56上定向。如果需要，在鉆削了枝井眼8之后，空心殼體42可以重新定向，以根據(jù)另外一個理想的方位方向鉆削另外一個枝井眼。
如圖5所示的實施例的正常操作與如圖4所示的實施例的正常操作極其相似，不同的是，井下馬達52由導向通道64沿垂直方向導向，柔桿組件54由導向通道64的彎曲段68沿枝井眼8的方向導向。出口50的理想的方位方向通過從地面轉動空心元件62而實現(xiàn)。類似于如圖4所示的實施例，空心元件62在鉆削了枝井眼8之后可以重新定向，以根據(jù)另外一個理想的方位方向鉆削另外一個枝井眼。
如圖6所示的實施例的正常操作與如圖5所示的實施例的正常操作類似。
在如圖5所示的實施例的一個變種中，井下馬達52和地面設備之間的鉆柱16的空心部分由一纜繩(未示出)替代，該纜繩適當?shù)剡B接至地面上的起吊裝置(未示出)上，以在主井眼1和枝井眼8內升降鉆柱16。在這樣的應用中，井下馬達52在其上部具有液體出口(未示出)，在操作過程中，鉆井液體通過空心元件62泵送至馬達52。所產生的作用在馬達上的壓力差用于產生對鉆柱的向下推力，以產生WOB，并且克服作用在柔桿組件上的摩擦力。對于這兩種結構，即空心鉆柱結構和纜繩結構，鉆井液體的返回流都從鉆頭流入空心元件與套管12和/或開口孔之間的環(huán)形空間。
在上述方法中，枝井眼從主井眼鉆出，枝井眼以極小的半徑偏離主并眼。該過程允許枝井眼在位于頂部巖層的位置開始，其優(yōu)點是，在主井眼和枝井眼之間的匯集處沒有必要采取嚴格的密封要求，因為頂部巖層防止原油運移至地面。
權利要求
1.一種向地球巖層鉆削井眼的方法，其采用了一鉆柱，該鉆柱具有一上部和一下部，該下部比上部更柔軟，該方法包括-鉆出井眼的第一段；-從所述井眼的第一段鉆出井眼的第二段，所述第二段以選定傾斜角度相對于第一段延伸，其中，在鉆削第二段的過程中，鉆柱在井眼中下降，方式是，鉆柱的上部保留在第一段，而鉆柱的下部延伸至井眼的第二段。
2.如權利要求1所述的方法，其中，井眼的第一段本質上是直的，井眼的第二段是彎曲段。
3.如權利要求2所述的方法，其中，井眼的第一段形成主井眼，井眼的第二段形成主井眼的枝井眼。
4.如權利要求1-3其中之一所述的方法，其中，鉆柱下部通過設置在井眼的第一段內的造斜器從井眼的第一段被引導至井眼的第二段。
5.如權利要求1-3其中之一所述的方法，其中，鉆柱下部通過設置在井眼的第一段內的空心元件從井眼的第一段被引導至井眼的第二段，所述空心元件具有一通道，鉆柱在該通道內延伸，所述通道具有通向井眼的第二段的下端部。
6.如權利要求5所述的方法，其中，所述空心元件是從地面向井眼的第一段延伸的鉆井套管和生產管道其中之一。
7.如權利要求1-6其中之一所述的方法，其中，鉆柱上部設有井下馬達，在鉆削井眼的第二段的過程中，井下馬達轉動鉆柱的下部。
8.如當權利要求7引用權利要求5時所述的方法，其中，井下馬達是位于所述通道內的液壓馬達；該馬達由從該通道泵出的液體流驅動。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述液體流對井下馬達施加一向下的力，從而在鉆削井眼的第二段的過程中，沿向下方向移動鉆柱。
10.如權利要求7-9其中之一所述的方法，其中，鉆柱下部設有鉆頭，該鉆頭相對于鉆柱下部的縱向軸線傾斜；定向軸在井下馬達和鉆頭之間延伸，以在井眼內對鉆頭定向；該方法進一步包括使定向軸轉動一選定角度，從而在井眼的第二段中根據(jù)鉆削井眼的第二段的理想方向對鉆頭定向。
11.如權利要求10所述的方法，其中，定向軸是空心軸，鉆柱下部穿過該空心軸延伸。
12.上述本質上結合


的方法。
全文摘要
一種向地球巖層鉆削井眼的方法，其采用了一鉆柱，該鉆柱具有一上部(16a)和一下部(16b)，該下部比上部更柔軟，該方法包括鉆出井眼的第一段；從所述井眼的第一段鉆出井眼的第二段，所述第二段以選定傾斜角度相對于第一段延伸。在鉆削第二段的過程中，鉆柱在井眼中下降，方式是，鉆柱的上部保留在第一段，而鉆柱的下部延伸至井眼的第二段。
文檔編號E21B7/06GK1503874SQ02808672
公開日2004年6月9日 申請日期2002年4月23日 優(yōu)先權日2001年4月23日
發(fā)明者彼得魯斯·C·克里塞爾斯, 彼得魯斯 C 克里塞爾斯 申請人:國際殼牌研究有限公司