[發(fā)明專利]降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的方法及裝置

無效

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• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103195364A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李根生;黃中偉;畢剛;何愛國;申瑞臣;遲煥鵬;李敬彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京);中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 董惠石

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種提高徑向水平井破巖效率的方法及裝置，尤其是一種向環(huán)空注入氮氣泡沫降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的方法以及泡沫注入裝置，屬于石油鉆井開采技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

徑向水平井是指曲率半徑遠比常規(guī)鉆井曲率半徑更短的一種水平井，傳統(tǒng)的徑向水平井轉(zhuǎn)向半徑為300mm，新型徑向水平井轉(zhuǎn)向半徑為100mm左右。該技術(shù)是近幾十年來發(fā)展起來的一項新型油田增產(chǎn)技術(shù)。利用該技術(shù)可使死井復(fù)活，大幅度提高油井產(chǎn)量和原油采收率，且能降低鉆井成本，是油田老井改造、油藏挖潛和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的有效手段，尤其適合于薄油層，垂直裂縫、稠油、低滲透等油藏的開發(fā)。

第1代徑向水平井技術(shù)起步于20世紀80年代，其具體實施方式是首先通過機械方法鍛銑施工層位套管，然后進行大直徑擴孔，最后應(yīng)用高壓水射流在目的油層鉆小直徑的水平井。此方法可以大幅增加油藏的泄油半徑，并能減小近井地層傷害對產(chǎn)能的影響，是提高單井產(chǎn)量的一種有效途徑。此技術(shù)的缺點是鍛銑套管和擴孔過程工藝復(fù)雜，施工時間長，對井筒造成永久損壞。因此20世紀末，石油科學(xué)家提出了不需鍛銑套管的管內(nèi)轉(zhuǎn)向徑向水平井技術(shù)。其特點是在轉(zhuǎn)向處徑向水平井的曲率半徑小于套管內(nèi)徑，可在套管內(nèi)完成由垂直向水平方向的轉(zhuǎn)向。它的具體實施方式是首先利用磨銑鉆頭在套管上開孔(不需要鍛銑套管和擴孔)，然后用連接自進式射流鉆頭的高壓軟管通過先前在套管上所鉆的孔眼并在目的油層中鉆小直徑的水平井。此技術(shù)大大節(jié)約了施工成本，同時又擴大了油氣層裸露面積，提高了單井油氣產(chǎn)量，在老井和新井中都能應(yīng)用，特別適用于老油田增產(chǎn)和開發(fā)小油田、邊際油田等，是目前鉆井行業(yè)發(fā)展的一個新方向。但是該技術(shù)發(fā)展緩慢，主要有以下四項問題亟待解決：1)形成一定直徑的孔眼；2)具有一定的射流鉆進速度；3)能夠?qū)崿F(xiàn)一定的延伸長度；4)鉆出形狀較為規(guī)則的孔眼。

徑向水平井鉆井技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)有：射流鉆頭破巖擴孔能力、自進式鉆頭牽引能力、超短半徑轉(zhuǎn)向裝置、巖屑運移與循環(huán)壓耗、套管開孔、軟管軌跡控制等，其中水力破巖鉆頭是形成水平孔的關(guān)鍵，而水射流破巖效率是徑向水平井能夠順利鉆進的保證，其中射流鉆頭上安裝有按照一定相位、角度布置的若干前射噴嘴和若干后射噴嘴；通過前射噴嘴和后射噴嘴的數(shù)量、直徑、角度等布置方式來水平鉆孔、水平移動、控制水平方向軌跡和清洗攜帶破碎的巖屑。國內(nèi)外學(xué)者對水射流鉆頭設(shè)計研究做了大量的工作，取得了一定的成果，目前射流鉆頭主要有三種不同設(shè)計和工作原理的結(jié)構(gòu)形式，即多孔射流噴嘴、單孔旋轉(zhuǎn)射流噴嘴與直旋混合射流噴嘴。三種噴嘴都有一定的破巖能力，但由于在存在圍壓的條件下，旋轉(zhuǎn)射流和真旋混合射流能量衰減迅速，破巖效果較差；同時由于其噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓力損失較大。

由于氮氣泡沫是一種分散的均勻流體，自身獨特的結(jié)構(gòu)特點決定了氮氣泡沫流體具有許多優(yōu)點，如：氮氣為惰性氣體與其它氣體(天然氣或氧氣)等相比，對鉆具和設(shè)備沒有腐蝕性，而且防火防爆安全性好。氮氣泡沫流體在石油工業(yè)的鉆井、完井、采油以及壓裂酸化等領(lǐng)域都顯示出很大的應(yīng)用潛力。向環(huán)空中注入氮氣泡沫，氮氣泡沫的密度比較低，孔內(nèi)的沖洗介質(zhì)的靜液柱壓力也比較低，減小了在孔底形成粉墊。人們采用寄生管注氣方式來降低井底圍壓，而公知的寄生管注氣工具，如圖1所示，寄生管1與套管2相連接，鉆井液由普通油管3進入油套環(huán)空，該公知的結(jié)構(gòu)由于只有寄生管1與套管2相連接處的一個注氣噴嘴11向油套環(huán)空內(nèi)注入氮氣泡沫A，因此在高氣速的條件下，在井筒環(huán)形空間中，會形成氣相分布不均勻的情況，造成流型不穩(wěn)定，不利于降低井低環(huán)空圍壓。

有鑒于上述公知技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明人根據(jù)多年從事本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)計經(jīng)驗，研制出本發(fā)明的降低井底環(huán)空圍壓提高徑向水平井破巖效率的方法及泡沫注入裝置，其通過在環(huán)空中注入泡沫來降低井底圍壓，從而提高射流鉆頭的射流能量，進而提高水射流鉆頭的破巖效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種降低徑向水平井井底圍壓的裝置與方法，尤其是一種能夠降低井底環(huán)空圍壓且提高水力噴頭破巖效率的方法及泡沫注入裝置。