一種油氣井硬地層側(cè)鉆鉆具和施工方法
【專利摘要】一種用于油氣井硬地層的側(cè)鉆施工方法，包括：選擇側(cè)鉆點的位置；形成水泥塞，使得水泥塞面超過側(cè)鉆點以上30m，并且水泥塞的段長不少于150m；以及使用組合式側(cè)鉆鉆具進行側(cè)鉆。其中，鉆具包括安裝在直螺桿上方的彎接頭，該彎接頭具有2.5-3.0度的彎角。本發(fā)明的方法可應(yīng)用于油氣井硬地層的裸眼側(cè)鉆施工，側(cè)鉆周期短，成功可靠性高。
【專利說明】一種油氣井硬地層側(cè)鉆鉆具和施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于油田、礦山等領(lǐng)域的鉆井方法，尤其涉及一種用于超深油氣井的硬地層側(cè)鉆的鉆具和施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于彎螺桿鉆具具備造斜率高的優(yōu)點，因此在側(cè)鉆施工時多選用彎螺桿鉆具組合側(cè)鉆。這在水泥塞質(zhì)量的較好、井壁地層較軟的條件下是適用的。然而，在硬地層或水泥塞質(zhì)量不太好的條件下，使用彎螺桿鉆具側(cè)鉆的可靠性就會大大降低。這是因為隨著側(cè)鉆的進行，彎螺桿鉆具的支撐點會很快與水泥塞接觸。在這種情況下，需要靠水泥井壁來支撐下穩(wěn)定器，以便對鉆頭產(chǎn)生一定的側(cè)向力，從而實現(xiàn)側(cè)鉆井眼的形成。
[0003]然而，由于硬地層側(cè)鉆的鉆時控制較長，在螺桿鉆具的下穩(wěn)定器的震動和循環(huán)泥漿的沖刷作用下，水泥塞井壁很容易被破壞，從而失去對下穩(wěn)定器的支撐。在這種情況下，側(cè)鉆施工容易失敗。
[0004]中國專利CN101718171A公開了 一種側(cè)鉆水平井鉆完井配套方法，該方法包括開窗鉆進、定向造斜鉆進、水平段鉆井和固井完井四大部分。其中，開窗鉆進采用液壓一體式套管開窗技術(shù)進行套管開窗，定向造斜鉆進采用先進的軌跡優(yōu)化設(shè)計和控制技術(shù)，實現(xiàn)造斜軌跡的優(yōu)化控制。然而，該方法適用于已下入套管的油氣井開窗側(cè)鉆，不適用于裸眼井側(cè)鉆。
[0005]中國專利CN101429848A公開了一種水力噴射側(cè)鉆徑向分支井眼的方法與裝置。在該方法中，將端部固定有轉(zhuǎn)向器的油管放入油井套管內(nèi)。磨銑鉆頭通過轉(zhuǎn)向器通道對套管側(cè)壁磨銑，形成開窗。然后，將磨銑鉆頭更換為地層射流噴頭，穿過開窗，通過射流向套管徑向破巖，形成徑向分支井眼。未使用彎接頭、直螺桿等鉆具組合。然而，該方法的突出特征是超短半徑轉(zhuǎn)向，適用于軟地層側(cè)鉆，不適用于硬地層側(cè)鉆。
[0006]文獻“董101井裸眼側(cè)鉆工藝技術(shù)”(見《江漢石油科技》，2006年4月)公開了一種著眼于事故預防以及確保側(cè)出新眼后井身質(zhì)量的工藝技術(shù)。其中采用了一種側(cè)鉆鉆具組合，包括Φ215.9mmPDC鉆頭+Φ 165mm直螺桿+2.5°彎接頭+Φ 165mm鉆鋌3根+Φ 127mm加重鉆桿15根。然而該技術(shù)并不適用于裸眼側(cè)鉆。
[0007]文獻“TP4CH超深側(cè)鉆水平井鉆探技術(shù)”(見《復雜油氣藏》，2011年2月)公開了一種側(cè)鉆工藝，其針對恢復老井TP4井的生產(chǎn)和提高儲量動用程度而在TP4井的Φ44.5mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆。其中采用了側(cè)鉆造斜鉆具組合:Φ215.9πιπΜ)517ΗΧ鉆頭+Φ172_直螺桿+2.0°彎接頭+無磁鉆鋌+加重鉆桿。
[0008]綜上所述，傳統(tǒng)施工方法中主要側(cè)重于套管的油氣井開窗側(cè)鉆、適用于軟地層側(cè)鉆、預防事故發(fā)生，確保側(cè)鉆新井眼井身質(zhì)量、恢復老井生產(chǎn)等方面。而超深油氣井硬地層的裸眼側(cè)鉆，還沒有一種高效的鉆具和工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]針對以上問題，本發(fā)明提供了一種用于油氣井硬地層的側(cè)鉆施工方法，包括:步驟一，選擇側(cè)鉆點的位置；步驟二，形成水泥塞，使得水泥塞面超過側(cè)鉆點以上30m，并且水泥塞的段長不少于150m ;步驟三，使用組合式側(cè)鉆鉆具進行側(cè)鉆，其中，所述鉆具包括安裝在直螺桿上方的彎接頭，所述彎接頭具有大于2.5°到3.0°的彎角。
[0010]在一個實施例中，在步驟二中，在候凝時間大于48h后進行掃塞施工，并且掃塞至側(cè)鉆點以上5m。在一個具體的實施例中，對于可鉆性級值大于6的地層來說，在候凝時間大于72h后進行掃塞施工。
[0011]在一個實施例中，步驟二還包括兩次水泥承壓實驗，其中在30min內(nèi)將靜壓由6t加至20t，測量鉆具的壓縮量，計算兩次下壓鉆具下行位置的變化量，并在所述變化量超過0.0lm時重復步驟二。
[0012]在一個實施例中，在步驟三中，鉆時控制在0.15?0.5m/h的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，每半小時采集一次地層巖屑，并且觀察地層巖屑是否達到80%。當?shù)貙訋r屑達到80%時，意味著側(cè)鉆已經(jīng)形成。
[0013]在步驟三中，還可以利用所述鉆具對側(cè)鉆窗口進行修整。
[0014]步驟二還包括在鉆水泥塞至側(cè)鉆點后短起下鉆以修整井眼，清洗井筒至少二個循環(huán)周，并且在起鉆前填入鉆井液。
[0015]在一個具體實施例中，彎接頭的彎角為2.75°。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選用于可鉆性級值大于6的地層。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的方法，鉆頭的側(cè)向力來自于彎接頭對井壁的支撐。由于彎接頭安裝在螺桿鉆具的上方，因此開側(cè)鉆時離水泥面較遠，彎接頭直接支撐在井壁上。井壁越硬，這種支撐力就越大。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可以有利地用于油氣井硬地層，顯著提高了側(cè)鉆成功的可靠性。此外，通過選擇其它工藝參數(shù)，例如鉆時控制等，進一步提高了側(cè)鉆成功的
可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描述。然而應(yīng)當理解，附圖的提供僅為于更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)被理解成對本發(fā)明的限制。
[0019]在圖中:
[0020]圖1顯示了本發(fā)明側(cè)鉆鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2顯示了本發(fā)明側(cè)鉆鉆具施工過程的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的組合式側(cè)鉆鉆具10的結(jié)構(gòu)。如圖所示，該組合式側(cè)鉆鉆具10包括鉆桿I和與鉆桿I相連的斜坡加重鉆桿2。在斜坡加重鉆桿2上套有無磁鉆鋌
3。斜坡加重鉆桿2的另一端與彎接頭4相連。彎接頭4再依次與直螺桿5和鉆頭6相連。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，組合式側(cè)鉆鉆具10包括彎接頭4和直螺桿5，以替代傳統(tǒng)的彎螺桿。彎接頭4采用較大的彎角角度，使得鉆具支撐點與鉆頭6的距離大大加長。該彎角角度例如為大于2.5°到3.0°，優(yōu)選2.75°，這樣，在側(cè)鉆過程中，在側(cè)鉆鉆進前的一定距離(例如為6-8m，具體根據(jù)直螺桿5和彎接頭4的尺寸而定)處的支撐點的支撐力由井壁來提供，而不是像傳統(tǒng)鉆具和施工過程那樣由水泥塞來提供。因此，鉆頭的側(cè)向力來自于彎接頭對井壁的支撐。由于彎接頭安裝在螺桿鉆具之上，則開側(cè)鉆時離水泥塞面較遠。彎接頭直接支撐在井壁上。井壁越硬，支撐力就越大。因此，根據(jù)本發(fā)明的鉆具持續(xù)提供鉆頭6側(cè)向力的能力大大加強，側(cè)鉆成功的可靠性也大幅度提高。
[0024]在一個具體的實施例中，本發(fā)明的鉆具由Φ241.3mm牙輪鉆頭、Φ 197mm或0185_直螺桿、2.75°的彎接頭、無磁鉆鋌、斜坡加重鉆桿、鉆桿依次連接組合而成。在鉆頭6為牙輪鉆頭而非PDC鉆頭的情況下，保證了鉆具工具面的穩(wěn)定性，使水泥塞井壁不易被破壞，提高了側(cè)鉆成功率。
[0025]容易理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)實際情況的需要對彎接頭4和其他組件的具體結(jié)構(gòu)及尺寸做出適當?shù)恼{(diào)整或變化。
[0026]下面結(jié)合圖2介紹使用本發(fā)明的油氣井硬地層鉆具的側(cè)鉆施工方法。
[0027]首先，獲取待側(cè)鉆井眼的井斜數(shù)據(jù)，根據(jù)井斜數(shù)據(jù)及地層情況確定側(cè)鉆方案。優(yōu)選地，側(cè)鉆點以下20m的地層巖性穩(wěn)定，可鉆性相對較好，井眼擴大率不超過10%。
[0028]然后進行形成水泥塞的步驟。首先，按照SY/T 5587.14的規(guī)定打水泥塞。根據(jù)本發(fā)明，水泥塞面例如可超過側(cè)鉆點以上30m，并且水泥塞段長例如不少于150m。對于“可鉆性級值”超過6的地層，水泥漿密度不低于2.0g/cm3。
[0029]之后，在候凝時間大于48h后進行“掃塞”施工，掃塞優(yōu)選進行到側(cè)鉆點以上5m。對于“可鉆性級值”超過6的地層，在候凝時間大于72h后“掃塞”施工。
[0030]隨后，停泵兩次分別做水泥承壓實驗，在30min內(nèi)將靜壓由6t加至20t后，測量鉆具壓縮量，以兩次下壓鉆具下行位置的變化量不超過0.0lm為準。若上述變化量超過
0.01m，則重新打水泥塞。
[0031]在掃完水泥塞后，短起下鉆以修整新鉆井眼。同時，大排量地清洗井筒至少二個循環(huán)周，并且起鉆前填入潤滑性高的鉆井液。至此，形成水泥塞的步驟結(jié)束。
[0032]接下來進行側(cè)鉆步驟。下入側(cè)鉆鉆具，該鉆具優(yōu)選采用如圖1所示，包括Φ 241.3mm牙輪鉆頭7、Φ 197mm或Φ 185mm直螺桿6、2.75°彎接頭4、無磁鉆鋌3、斜坡加重鉆桿2、鉆桿I依次連接組合而成。
[0033]鉆井參數(shù)采用以鉆時為主的鉆壓控制，鉆時控制在0.15?0.5m/h的范圍內(nèi)。一般情況，側(cè)鉆施工5m，可以形成新井眼初始臺階。排量以滿足“攜巖”為準。
[0034]在鉆施工過程中可采用無線隨鉆測斜儀監(jiān)控井斜數(shù)據(jù)。嚴格按側(cè)鉆參數(shù)均勻平穩(wěn)送鉆，嚴禁溜鉆、頓鉆及點送鉆。減少活動鉆具次數(shù)，在有進尺、沒有明顯“粘卡”現(xiàn)象時不上提鉆具，一旦活動鉆具，以提開鉆具為準，避免劃眼。
[0035]在側(cè)鉆過程，每隔半小時米集一包巖屑，并觀察巖屑。若地層巖屑達到80%以上，說明已經(jīng)側(cè)鉆出去。否則，繼續(xù)控制機械鉆速，確保側(cè)鉆一次成功。
[0036]為保證后續(xù)鉆具順利通過側(cè)鉆窗口，用原鉆具對側(cè)鉆窗口修整，保證側(cè)鉆窗口平滑。
[0037]實施例
[0038]采用根據(jù)本發(fā)明所述的側(cè)鉆方法，在元壩121H井中進行了側(cè)鉆試驗。結(jié)果表明，在6517m側(cè)鉆的情況下用時5天，并且一次成功，比該地區(qū)的平均側(cè)鉆周期節(jié)約4.9天。
[0039]雖然在上文中已經(jīng)參考一些實施例對本發(fā)明進行了描述，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，本發(fā)明所披露的各個實施例中的各項特征均可通過任意方式相互結(jié)合起來使用，在本說明書中未對這些組合的情況進行窮舉性的描述僅僅是出于省略篇幅和節(jié)約資源的考慮。因此，本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于油氣井硬地層的側(cè)鉆施工方法，包括 步驟一:選擇側(cè)鉆點的位置； 步驟二:形成水泥塞，使得水泥塞面超過側(cè)鉆點以上30m，并且水泥塞的段長不少于150m ； 步驟三:使用組合式側(cè)鉆鉆具進行側(cè)鉆，其中，所述鉆具包括安裝在直螺桿上方的彎接頭，所述彎接頭具有大于2.5°到3.0°的彎角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，在步驟二中，在候凝時間大于48h后進行掃塞施工，并且掃塞至側(cè)鉆點以上5m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，在候凝時間大于72h后進行掃塞施工。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，步驟二還包括兩次水泥承壓實驗，其中在30min內(nèi)將靜壓由6t加至20t，測量鉆具的壓縮量，計算兩次下壓鉆具下行位置的變化量，并在所述變化量超過0.0lm時重復步驟二。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，在步驟三中，鉆時控制在0.15?0.5m/h的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，在步驟三中，每半小時采集一次地層巖屑，并且觀察地層巖屑是否達到80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，在步驟三中，利用所述鉆具對側(cè)鉆窗口進行修整。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，步驟二還包括在鉆水泥塞至側(cè)鉆點后短起下鉆以修整井眼，清洗井筒至少二個循環(huán)周，并且在起鉆前填入鉆井液。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，所述彎接頭的彎角為 2.75。。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的側(cè)鉆施工方法，其特征在于，所述地層的可鉆性級值大于6。
【文檔編號】E21B7/04GK103541657SQ201210236342
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】劉匡曉, 牛新明, 郭瑞昌, 解蘭宏, 劉衛(wèi)東, 鄭俊華, 劉建華, 張進雙, 李立政, 孫連環(huán) 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院