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CN109236186B - 钻井套管及大井眼多分支井快速钻完井方法 - Google Patents

钻井套管及大井眼多分支井快速钻完井方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井套管,包括套管壁和间隔的设置于套管壁上的若干个防砂装置，每个防砂装置均包括防砂网、密封钢片和密封橡胶塞，防砂网上布置有多个相互平行的防砂筛孔，防砂筛孔正对密封钢片，防砂网与密封钢片之间通过钢销连接。本发明还公开了使用该钻井套管进行大井眼多分支井快速钻完井方法。本发明采用大尺寸钻头一次性钻至目的井深形成主井眼，再利用钻井套管在天然气水合物储层中钻取分支井眼，然后取出钻头进行完井，适用于各种天然气水合物开采方式，能够大幅度提高水合物井的产量和采收率，并且钻完井一体化，缩短钻完井周期，节省大量的人力物力的同时还能有效的防砂。

Description

钻井套管及大井眼多分支井快速钻完井方法
技术领域
本发明涉及天然气水合物开采技术领域，尤其涉及一种钻井套管及使用该钻井套管进行大井眼多分支井快速钻完井方法。
背景技术
天然气水合物是一种由天然气与水在一定温度和压力条件下形成的类冰状固体，俗称可燃冰，主要分布于大陆边缘海底之下0～1100m的沉积物中。由于天然气水合物具有分布非常广泛、储量巨大、能量密度大的特点，因此其作为能够取代传统化石能源的潜在能源，具有广阔的发展前景。
目前，天然气水合物的开采方法主要有：传热激发开采法、减压开采法、化学试剂注入法，二氧化碳置换法、固态流化开采法等。由于天然气水合物矿藏形成和地质条件复杂，这些方法在钻井、完井及采气过程中，含水合物地层的力学性质发生变化，出砂问题尤为严重，而且在钻井或完井作业时，由于上覆岩层疏松，往往会发生坍塌，影响工期进度，导致钻完井工期较长，费时费力，目前已经成为制约天然气水合物安全高效开采的一个亟需解决的问题。
经过对国内外现有的技术专利文献的检索发现，目前还没有完全解决该问题的钻完井技术相关的专利。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种钻井套管及使用该钻井套管进行大井眼多分支井快速钻完井方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
钻井套管，包括套管壁和间隔的设置于所述套管壁上的若干个防砂装置，每个防砂装置均包括防砂网、密封钢片和密封橡胶塞，所述防砂网上布置有多个相互平行的防砂筛孔，所述防砂筛孔正对所述密封钢片，所述密封钢片的左、右两个端面与所述防砂网的接触面还分别设置密封橡胶塞，所述防砂网与所述密封钢片之间通过钢销连接，所述钢销还与密封钢片上的钢环通过细钢丝相串联。
进一步地，所述防砂筛孔的设计精度为ω＝3.8d50，其中，d50为天然气水合物储层中极细砂的粒径中值。
使用上述钻井套管进行大井眼多分支井快速钻完井方法，具体步骤如下：
(1)使用大尺寸的钻头钻到目的层位，钻取大主井眼，再将预留分支孔的大主井眼套管下入大主井眼，然后进行注水泥固井作业；
(2)在预留分支孔上用钻井套管钻取分支井眼，伸入预留分支孔一端的粗钢丝绳与钻头相连接，钻井套管处于密封状态，并充当钻杆钻进；
(3)当钻到目的层处时，使用粗钢丝绳将钻头取出；
(4)使用细钢丝将钢销拽出，通过串联的钢环将密封钢片和密封橡胶塞一同拉出，打开防砂装置，此时，钻井套管由钻杆转变为具有防砂功能的套管，完成一个分支井眼的完井作业；
(5)重复步骤(2)-(4)，完成其余分支井眼的完井作业。
进一步地，步骤(1)中，钻取大主井眼后进行固井时，只需对岩层进行注水泥固井，不对天然气水合物储层进行注水泥固井。
进一步地，所述粗钢丝绳与钻头的连接处还设置有扩眼器。
进一步地，步骤(1)中，大主井眼套管上的预留分支孔的孔半径比扩眼器的半径大10mm-20mm。
进一步地，所述预留分支孔与大主井眼套管呈40o-50o的夹角。
进一步地，步骤(2)中，钻取分支井眼时，防砂装置中的防砂网被密封钢片和密封橡胶塞堵住并用钢销卡住，钻井套管处于密封状态。
本发明的有益效果是，
1、本发明采用大主井眼配合多个分支井眼的方式，增大了与天然气水合物层的接触面积，进一步的提高了采收率，并可以优化井网结构。
2、多分支井眼采用钻井套管钻井技术，钻井过程与下套管同步完成，套管钻井的分支井眼自始至终伴随着套管，因此减少了井下事故，改善了井控情况，因为套管内径比钻杆大，环空面积变小，改善了水利参数，钻完井一体化，避免了在固井过程中对天然气水合物藏的污染，而且缩短了钻完井工期，节省了大量人力物力费用。
3、钻井套管既可以充当钻进过程中的钻杆，还可以在完井过程中充当具有防砂功能的套管，在钻井套管上的防砂筛孔设计精度为ω＝3.8d50，该筛网设计精度根据天然气水合物极细砂储层防砂实验得出，该孔径既能做到有效防砂，而且还可以保障采收率。
本发明采用大尺寸钻头一次性钻至目的井深形成主井眼，再利用钻井套管在天然气水合物储层中钻取分支井眼，然后取出钻头进行完井，本发明的钻完井方法适用于各种天然气水合物开采方式，能够大幅度提高水合物井的产量和采收率，并且钻完井一体化，缩短钻完井周期，节省大量的人力物力的同时还能有效的防砂。
附图说明
图1为本发明中的套管防砂装置结构示意图；
图2为本发明中的钻井结构示意图；
图3为图2的俯视结构示意图；
图4为本发明中的分支井眼进行套管钻井过程中示意图；
其中，1、海水层；2、岩层；3、天然气水合物储层；4、大主井眼套管；5、大主井眼；6、分支井眼；7、防砂装置；7-1、防砂筛孔；7-2、密封橡胶塞；7-3、密封钢片；7-4、钢销；8、粗钢丝绳；9、预留分支孔；10、细钢丝；11、扩眼器；12、钻头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，钻井套管，包括套管壁和间隔的设置于套管壁上的若干个防砂装置7，每个防砂装置7均包括防砂网、密封钢片7-3和密封橡胶塞7-2，防砂网上布置有多个相互平行的防砂筛孔7-1，防砂筛孔7-1正对密封钢片7-3，密封钢片7-3的左、右两个端面与防砂网的接触面还分别设置密封橡胶塞7-2，密封橡胶塞7-2用于对密封钢片7-3与防砂网的接触面进行密封，防砂网与密封钢片7-3之间通过钢销7-4连接，钢销7-4可实现防砂网与密封钢片7-3的连接和拆分，钢销7-4还与密封钢片7-3上的钢环通过细钢丝10相串联。
防砂筛孔7-1的设计精度为ω＝3.8d50，其中，d50为天然气水合物储层3中极细砂的粒径中值，该数据可根据天然气水合物极细砂储层防砂实验得出。
如图2所示，使用上述钻井套管进行大井眼多分支井快速钻完井方法，具体步骤如下：
(1)使用大尺寸的钻头12钻到目的层位，深入海水层1、岩层2、天然气水合物储层3，钻取大主井眼5，再将预留分支孔9的大主井眼套管4下入大主井眼5，然后进行注水泥固井作业，此时，只需对岩层2进行注水泥固井，不对天然气水合物储层3进行注水泥固井；
(2)在预留分支孔9上用钻井套管钻取分支井眼6，分支井眼6均位于天然气水合物储层3中，分支井眼6分散的位于大主井眼5周围，如图3的俯视结构图；伸入预留分支孔9一端的粗钢丝绳8与钻头12相连接，粗钢丝绳8与钻头12的连接处还设置有扩眼器11，此时，防砂装置7中的防砂网被密封钢片7-3和密封橡胶塞7-2堵住，并用钢销7-4卡住，钻井套管处于密封状态，充当钻杆钻进；
(3)当钻到目的层处时，使用粗钢丝绳8将钻头12取出；
(4)使用细钢丝10将钢销7-4拽出，通过串联的钢环将密封钢片7-3和密封橡胶塞7-2一同拉出，打开防砂装置7，此时，钻井套管由钻杆转变为具有防砂功能的套管，完成一个分支井眼6的完井作业；
(5)重复步骤(2)-(4)，完成其余分支井眼6的完井作业。
特别的，步骤(1)中，大主井眼套管4上预留分支孔9的孔半径比扩眼器11的半径大10mm-20mm，这是为了在钻取分支井眼6时，方便含有扩眼器11的钻井套管穿过大主井眼5的套管，不会发生卡住套管的情况。
预留分支孔9与大主井眼套管4呈40o-50o的夹角，该夹角大小由技术人员在水平井轨道设计时在造斜点所设计的井斜角进行预留。
本发明采用大主井眼5配合多个分支井眼6的方式，增大了与天然气水合物层的接触面积，进一步的提高了采收率，并可以优化井网结构。
多分支井眼6采用钻井套管钻井技术，钻井过程与下套管同步完成，套管钻井的分支井眼6自始至终伴随着套管，因此减少了井下事故，改善了井控情况，因为套管内径比钻杆大，环空面积变小，改善了水利参数，钻完井一体化，避免了在固井过程中对天然气水合物藏的污染，而且缩短了钻完井工期，节省了大量人力物力费用。
钻井套管既可以充当钻进过程中的钻杆，还可以在完井过程中充当具有防砂功能的套管，在钻井套管上的防砂筛孔7-1设计精度为ω＝3.8d50，该筛网设计精度根据天然气水合物极细砂储层防砂实验得出，该孔径既能做到有效防砂，而且还可以保障采收率。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.钻井套管，其特征在于，包括套管壁和间隔的设置于所述套管壁上的若干个防砂装置，每个防砂装置均包括防砂网、密封钢片和密封橡胶塞，所述防砂网上布置有多个相互平行的防砂筛孔，所述防砂筛孔正对所述密封钢片，所述密封钢片的左、右两个端面与所述防砂网的接触面还分别设置密封橡胶塞，所述防砂网与所述密封钢片之间通过钢销连接，所述钢销还与密封钢片上的钢环通过细钢丝相串联。
2.如权利要求1所述的钻井套管，其特征在于，所述防砂筛孔的设计精度为ω＝3.8d50，其中，d50为天然气水合物储层中极细砂的粒径中值。
3.使用如权利要求1或2所述的钻井套管进行大井眼多分支井快速钻完井方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)使用大尺寸的钻头钻到目的层位，钻取大主井眼，再将预留分支孔的大主井眼套管下入大主井眼，然后进行注水泥固井作业；
(2)在预留分支孔上用钻井套管钻取分支井眼，伸入预留分支孔一端的粗钢丝绳与钻头相连接，钻井套管处于密封状态，并充当钻杆钻进；
(3)当钻到目的层处时，使用粗钢丝绳将钻头取出；
(4)使用细钢丝将钢销拽出，通过串联的钢环将密封钢片和密封橡胶塞一同拉出，打开防砂装置，此时，钻井套管由钻杆转变为具有防砂功能的套管，完成一个分支井眼的完井作业；
(5)重复步骤(2)-(4)，完成其余分支井眼的完井作业。
4.如权利要求3所述的大井眼多分支井快速钻完井方法，步骤(1)中，钻取大主井眼后进行固井时，只需对岩层进行注水泥固井，不对天然气水合物储层进行注水泥固井。
5.如权利要求3所述的大井眼多分支井快速钻完井方法，其特征在于，所述粗钢丝绳与钻头的连接处还设置有扩眼器。
6.如权利要求5所述的大井眼多分支井快速钻完井方法，其特征在于，步骤(1)中，大主井眼套管上的预留分支孔的孔半径比扩眼器的半径大10mm-20mm。
7.如权利要求6所述的大井眼多分支井快速钻完井方法，其特征在于，所述预留分支孔与大主井眼套管呈40°-50°的夹角。
8.如权利要求3所述的大井眼多分支井快速钻完井方法，其特征在于，步骤(2)中，钻取分支井眼时，防砂装置中的防砂网被密封钢片和密封橡胶塞堵住并用钢销卡住，钻井套管处于密封状态。
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