一种鱼骨刺井的现场施工方法及相应配套设备与流程

[0001]
本发明涉及钻井完井技术领域，尤其涉及一种天然气水合物储层鱼骨刺完井的现场施工方法及其相应配套设备。


背景技术：

[0002]
天然气水合物埋藏深度较浅，通常位于海底0～500m，但丰度普遍较低，大面积分布、局部富集，需加大井网密度提高采收率，导致开发成本偏高。在海上钻井过程中，由于地层复杂、水合物赋存状态等因素，储层疏松易导致井壁坍塌、卡钻等问题。而海上钻井平台甲板面积有限，水利压裂、完井增产等措施所用设备将受限，而这些措施施工环节多、作业时间长。
[0003]
现有鱼骨刺钻井系统只需连接后便可下至井内。每节鱼骨刺尾管内装有3-4根小直径钻管，每根小直径钻管前端连接喷射钻头。当将其下至预定位置后，通过开泵增压，在推进力的作用下小直径钻管转向导轨斜向伸出，并开始水力喷射作业，形成孔道。但是，现有技术存在以下问题：(1)压裂施工作业需要多台大型压裂泵组、混砂撬和大量压裂液等，但海上钻井平台面积有限，难以满足上述设备的摆放要求；(2)水合物储层分布广，丰度低，导致单井有效波及面积小，开发成本高；(3)水合物储层复杂，钻完井过程容易出现井下作业事故，风险高，增加作业成本；(4)水力压裂施工使用大量的水、支撑剂和化学添加剂，容易造成环境污染；(5)水力压裂施工之前需要固井、射孔、洗井等作业，导致施工周期长。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述问题，本发明提出一种天然气水合物鱼骨刺井的现场施工方法以及相应配套设备。
[0005]
本发明的天然气水合物鱼骨刺井的现场施工包括：确定施工点，确定海底水合物井位、冻土层、水合物砂岩层的情况；根据测井曲线中压力变化确定井下作业管柱结构，根据储层孔渗物性特征、开发方案确定鱼骨刺完井范围和工作液性能；根据井下作业管柱结构和完井区域，调节鱼骨刺密度，确定鱼骨刺分支管钻进方向、鱼骨刺短节的安装位置和个数；确定泵入泵压，确保最后一个鱼骨刺短节处达到正常工作最小压力；开泵循环，使最后一个鱼骨刺短节达到正常工作最小压力，所有鱼骨刺短节对储层进行鱼骨刺井改造。
[0006]
进一步地，所述最后一个鱼骨刺短节处达到的正常工作最小压为21mpa，即最小启动压力，此时喷嘴消耗压力2mpa。
[0007]
进一步地，所述调节鱼骨刺密度的方式为：以单根或短节长度为单元，缩短或放大间距。
[0008]
进一步地，所述每个短节有3-4个侧支涵盖12米地层段长，25个鱼骨刺接头可覆盖300米段地层，共100个侧向分支累计进入地层1200m以上。
[0009]
进一步地，鱼骨刺工具串中的每个鱼骨刺短节正常工作时最小压力为21mpa。
[0010]
进一步地，根据储层孔渗物性特征、开发方案确定鱼骨刺完井的范围为300-500米
段地层。
[0011]
本发明的现场施工配套设备包括：泥浆泵、制浆池、喷射流体、鱼骨分支管、母管、悬挂器、尾管串、送入管柱、套管。
[0012]
进一步地，所述鱼骨刺完井管串包括多个鱼骨刺分支短节，每个鱼骨刺分支短节包括挡砂介质、外保护罩、单流阀和鱼骨刺分支管，其中，挡砂介质安装在鱼骨刺分支短节的外壁上，外保护罩安装在挡砂介质的外壁上，鱼骨刺分支短节、挡砂介质、外保护罩和鱼骨刺分支管均为管状。
[0013]
进一步地，所述母管与井眼尺寸配套，包括扶正器，其在分支管外壁指定位置有孔眼供分支管钻进。
[0014]
进一步地，根据地层准备相应尺寸及数量，所述鱼骨刺分支管随所述母管一同下入到地层中，并悬挂于上层套管内。
[0015]
本发明所提供的一种鱼骨刺井的现场施工方法以及相应配套设备具有以下有益效果：本发明的鱼骨刺井的现场施工方法利用地面加压进行钻进作业，现场施工时间少于0.5天；工序减少，可大幅降低作业费用，提高经济指标。与常规水平井下套管、固井、钻塞、射孔、刮管、完井增产等作业环节作业集合体对比，本发明可以适度放宽水平井固井质量要求高的苛刻条件，与常规水力压裂增产方式相比也有不少优势，不需要压裂泵组，占地面积小，比同条件下增产作业所需液量少；比压裂、酸压用泵及灌的数量少；进入地层深度小于12m范围可调，可控的地层穿深；根据地层分层需要选择下封隔器，可满足所需分层段的要求。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1为本发明实施例的鱼骨刺井的现场施工方法的流程图；
[0018]
图2为本发明实施例的鱼骨刺井完井管串的结构图。
具体实施方式
[0019]
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020]
此外，以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明中所提到的方向用语，例如，
″
上
″
、
″
下
″
、
″
前
″
、
″
后
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
内
″
、
″
外
″
、
″
侧面
″
等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0021]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语
″
安装
″
、
″
相
连
″
、
″
连接
″
应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0022]
本发明的目的是提供一种鱼骨刺井的现场施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，具有增产效果好、施工简单、工期短、成本低等特点。
[0023]
为了使本发明的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂，下面结合图1，对本发明的鱼骨刺井的现场施工方法进一步详细说明。
[0024]
本发明的鱼骨刺井的现场施工方法包括以下步骤：
[0025]
s101：确定施工地点，海底水合物井位、冻土层、水合物砂岩层；
[0026]
首先，确定施工海域，初步了解水深、水合物储层类型、埋深等资料，确定海底水合物井位、冻土层、水合物砂岩层。
[0027]
s102：根据测井曲线中压力变化曲线确定作业管柱井下结构、根据储层孔渗物性特征、开发方案确定鱼骨刺完井范围和工作液性能；
[0028]
其次，根据测井曲线中地层压力变化确定井下作业管柱结构，进而根据储层孔渗物性特征、开发方案优选完井区域进行300-500米段地层覆盖。
[0029]
本发明提供的每个接头4个侧支涵盖12米地层段长，25个鱼骨刺接头可覆盖300米段地层，共100个侧向分支累计进入地层1200m以上。
[0030]
s103：调节鱼骨刺密度，以短节长度为单元，确定鱼骨刺分支管钻进方向、安装位置和个数；
[0031]
根据井下作业管柱结构和完井区域，调节鱼骨刺密度，以单根或短节长度为单位，缩短或放大间距，确定鱼骨刺分支管钻进方向、鱼骨刺短节的安装位置和个数。
[0032]
s104：确定泵入泵压，使最后一个鱼骨刺分支管接头处达到正常工作最小压力21mpa；
[0033]
根据鱼骨刺分支管钻进方向、鱼骨刺短节的安装位置和个数，确定需要泵入的泵压，使得确保最后一个鱼骨刺分支管接头处达到正常工作最小压力，其中正常工作最小压力为21mpa；喷嘴消耗2mpa。
[0034]
s105：开泵循环，使最后一个鱼骨刺短节达到正常工作最小压力21mpa，所有鱼骨刺短节对储层进行鱼骨刺井改造；
[0035]
下入鱼骨刺完井贯串后，开泵循环，在使最后一个鱼骨刺短节达到正常工作最小压力21mpa后，所有鱼骨刺短节对储层进行鱼骨刺井改造。
[0036]
在本发明中，所需要提供的现场施工配套设备，包括：泥浆泵、制浆池、喷射流体、鱼骨完井管串、母管、悬挂器、尾管串、送入管柱、套管。
[0037]
下面参考图2，详细说明本发明提供的现场施工配套设备中所使用的鱼骨完井管串。
[0038]
如图2所示，鱼骨刺完井管串由多个鱼骨刺分支短节(1)组成，鱼骨刺分支短节(1)包含挡砂介质(2)、外保护罩(3)、单流阀(4)和鱼骨刺分支管(5)，挡砂介质(2)安装在鱼骨刺分支短节(1)的外壁上，外保护罩(3)安装在挡砂介质(2)的外壁上，鱼骨刺分支短节(1)、挡砂介质(2)、外保护罩(3)和鱼骨刺分支管(5)均为管状。
[0039]
本发明现场施工配套设备所使用的母管，与井眼配套，包括有扶正器、浮箍、浮鞋等工具，在指定位置有孔眼供分支管钻进。
[0040]
为配合鱼骨完井管串，本发明还需使用下入工具，连接扣型确认、变扣加工和管柱上卸扣，以及根据地层准备相应尺寸及数量，鱼骨分支管随所述母管一同下入到地层中，并悬挂于上层套管内。
[0041]
本发明所使用的制浆池，是指根据地层性质，添加对应的磨料或酸液，制备分支管钻井液，以便鱼骨刺完井增压钻进使用。同时，为配合现场施工的需要，还需要提供配备施工劳保用品；同时在施工现场有现场服务工程师。
[0042]
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0043]
实施例1：
[0044]
1)北美xx油田#2井，产层是世界上地层硬度最高的德克萨斯白垩系灰岩，属于低压原油生产井，作业下入15个鱼骨刺接头，施工排量为8.1桶/分钟，挤入地层酸液约2000桶，挤注4小时，最高施工泵压限定为3250psi。
[0045]
2)鱼骨刺应用条件；
[0046]
裸眼井筒；井眼尺寸：8-1/2
″
或6
″--
6-1/2
″
；工具正常作业压力21mpa，耐压35mpa；常规工具地层井下温度不超过175℃；适用于直井、斜井、定向井或者水平井；对井筒狗腿度要求同下入相同尺寸套管；水平井可兼顾上下层多层综合开采；鱼骨刺针管进入地深度12米；成孔密度不超过4个(或者3个)/12米；所有鱼骨刺针管需要同时进入地层。
[0047]
3)由工程师给出施工设计方案；
[0048]
4)根据设计方案，工人施工现场作业；
[0049]
现场作业工具组装，鱼骨刺工具下井，泵酸作业。
[0050]
5)现场施工工作参数：
[0051]
最后一节鱼骨刺压力：21mpa
[0052]
喷嘴消耗压力：2mpa
[0053]
覆盖范围：300-500米
[0054]
井液漏失速度：6桶/分钟
[0055]
作业前液面深度：5200-5400ft(从下至5000ft开始灌浆)
[0056]
酸液注入方式：挤入法(低于地层破裂压力)
[0057]
酸液名称：15％hcl+防腐剂+添加剂
[0058]
挤酸作业时间：5：38
--
8∶38，替液：8∶38
--
8∶58，共用3∶20
[0059]
挤酸排量：8.1桶/分，最大作业排量：10桶/分(替液)
[0060]
挤入酸液量：1915桶，总注入液量：2058桶
[0061]
最高地面泵压：3250psi，最低地面泵压：100psi
[0062]
中间起压时间：6：52(相应的针管前行作业时间用了74分钟)
[0063]
全部针管进入地层消耗的酸液量：599.4桶(95.3方)
[0064]
酸液量过余量系数：3.2
[0065]
6)注意事项
[0066]
施工注意事项：悬挂器与顶部封隔器座封与鱼骨刺工具的配合；
[0067]
工具注意事项：裸眼内下管柱时引鞋需具备划眼功能，管柱遇阻时，尽量不要开泵
循环泥浆，优先采用上提下放或旋转管柱办法下钻。
[0068]
7)结果
[0069]
证实鱼骨刺可以在井下安全实施，作业风险在可接受范围内；证实在管柱下井过程中尾管可以旋转一安全下至井底；压力图上读出12米针管完全进入地层，并且证实了正向脉冲器工作正常；证实背骨型锚定器成功座固；酸液循环阀按照预定方案关闭；通过室内试验测试成功预测穿透速率与现场作业所需要施工泵送液量；使用30套正向脉冲阀。
[0070]
使用本发明的鱼骨刺管井的现场施工设备，可以简单、精准、高效连通油藏；作业使用4.5英寸管柱连接15个鱼骨刺尾管并安装了3个裸眼反推力锚定器；使得开泵作业按计划顺利进行。循环阀遇酸后关闭，开始喷射作业，60条分支成功打通；整体作业按原计划顺利完成；鱼骨刺针管完全释放时，压力表显示回压；整个开泵作业共持续大约5小时，包括喷射作业及液体返排。
[0071]
本发明在解决现有技术问题的难度和意义在于：(1)天然气水合物主要含有甲烷，是一种绿色能源，已经被列为我国第173个矿种，单位体积分解时，在标准状况下至多可以生成164单位体积的天然气气体，而我国南海深海里存在着大量的天然气水合物，对缓解我国能源总量需求大有重要意义。(2)鱼骨刺完井储层改造有效性高。主井眼通过多个分支管，可以有效增加水合物储层暴露面积，从而提高天然气产量，主井眼可以根据储层特征和需要，调整分支管走向和长度。(3)鱼骨刺完井施工流程简单。尾管串与常规一样，并配置尾管悬挂器卡瓦。在完井的同时完成增产作业，不需要固井、射孔、洗井和压裂等作业。(4)鱼骨刺完井可降低作业成本。常规储层改造作业流程多、作业时间长、地面大型设备多、工序复杂，相比之下，鱼骨刺完井利用地面加压进行钻进作业，现场施工时间少于0.5天，不需要多台压裂泵组，占地面积小，作业流程简单，可大幅缩减作业费用。(5)鱼骨刺完井有效保护储层。水力压裂进行增产作业过程中，容易对储层造成伤害，而鱼骨刺完井技术能有效保护储层。(6)鱼骨刺完井对环境影响小。通过减少作业流程和施工时间，作业用水量小，减少了对环境的影响，同时避免了传统水力压裂压裂液的返排和处理。
[0072]
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。