[发明专利]超短半径径向水平井的钻井、固井方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及石油以及煤层气的开采领域，尤其是一种超短半径径向水平井的钻井方法及其设备，利用该工具可以实现超短半径径向水平钻井。

背景技术

在石油和煤层气工业中，在同一口井中同时开采多个层系的超短半径侧钻技术是石油开采进入后期的主要增产手段之一。

油井根据曲率半径的不同分为长半径井、中半径井、短半径井和超短半径井。曲率半径大于500米为长半径井，曲率半径在100米至500米为中半径井，曲率半径在20至100米为短半径井，曲率半径小于20米为超短半径井。曲率半径越短的井越难以开钻，对钻具的要求也更高。

在现有技术中，钻井工具主要分为射流工具和柔性钻具两大类。

美国某公司拥有一项利用高压旋转射流破岩钻进的技术，在全球范围内提供技术服务支持。利用这种射流钻成的水平井井眼直径较小，且由于水流切割出来的孔道不规则，使得其无法固井完井，孔道因为失去支撑而容易闭合。

以这种射流喷射原理为基础，中国实用新型专利ZL200920012340.0公开了一种高压水射流喷射组合工具，包括喷射主体和完井辅件，喷射主体除了喷头、高压管等之外还包括割缝柔性筛管，该割缝柔性筛管套装在高压管的外侧，在喷射进尺至设计井深后，上提钻具，而割缝柔性筛管及防砂筛网均保留在所喷射形成的井眼内，由此实现完井。

但是这种割缝柔性筛管的割缝由于与井眼的钻进方向垂直，且割缝往往并不是规整的圆弧形，因此在下井过程中割缝往往会与井壁发生大面积的刮擦，从而导致整套组合工具无法顺利前进。

在中国实用新型专利ZL96249291.4中公开了一种柔管钻具，由弹性弯外壳及其内套装的柔性钻管构成90°造斜装置，弹性弯外壳主体为由弹性钢筋串联的扇形环状空心连接片；柔性钻管的外壳是由用销钉依次连接的管状球面连接环组成的万向柔性空心外壳。90°造斜装置被拉伸呈直线状下入井内后，驱动造斜装置内的柔性钻管转动，将扭矩传递给钻头，钻压通过弹性弯外壳也传递给钻头，从而实现钻进。

由于弹性弯外壳套在柔性钻管的外侧，而弹性弯外壳容易发生偏心，而与井壁发生碰撞，为避免在钻进过程中往往会发生偏心现象，该专利的主要发明人在其随后的中国实用新型专利ZL00258470.0中进一步进行改进，柔性钻具由管式弹性弯外壳导向筒和带有滚动轴承的柔性钻杆构成。这种装置的侧向动力来自于跟进导向管的侧向推力，弹性的导向筒能够促使钻头转向，而导向筒的外壁上设有多组导向扶正条和更多的防扭限位片，确保整个导向筒能够按设定方向弯曲；而在导向筒内侧还设有可弯曲的内外球形键，每组球形键上组装滚珠扶正轴承，由此使柔性钻杆不与导向筒内壁直接接触，以减少可能造成导向筒偏移的摩擦力。

这种弹性弯外壳导向筒上设有横向的割缝，也就是说这种导向筒也是一种割缝柔性管，同样具有如前所述由于割缝存在导致的缺陷，同时割缝还破坏了原本硬质材料导向筒本身的强度。另外，扶正导向条不仅同样容易与井壁之间产生摩擦，而且其导向能力在实际应用过程中也受到质疑，因此这类柔性钻具并不能真正为钻井行业所认可。

另外，这种结构在柔性钻杆完成造斜后，需将先前钻进用的钻具吊出，重新接上普通钻杆再下井至造斜段继续进行水平钻井，需要两次钻井才能完成。

进而中国发明专利公开号CN1464170A也公开了一种钻井、完井工具及其工艺，其中的导向跟进筛管尽管并非割缝筛管，但也是通过多段梯形管在一侧连为一体而另一侧断开形成，在90°造斜时，多段梯形管向断开的一侧弯曲而形成弯管。但不难发现，这种形式的筛管仍然无法避免与井壁的刮擦，由于多段梯形管在弯曲后形成一段刚性弯管，在钻进时用于90°造斜的筛管与井壁之间会产生的巨大摩擦阻力导致这种工具几乎无法前行。

由以上这些背景技术可见，现有的超短半径水平井钻井工具都有普遍的共性，就是在柔性钻杆或高压喷具外侧套设割缝弯管，利用割缝弯管进行90°造斜，以期在水平井钻井完成后提出钻具，而割缝弯管还能保留在井内起到固井的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种超短半径径向水平井的钻井、固井方法，以解决现有技术中套有割缝弯管的柔性钻杆均无法顺利下井的缺陷，可以打出曲率半径小于2m的超短半径侧钻水平井。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述方法的超短半径径向水平井的钻井、固井设备。