[发明专利]一种用于超短半径水平井的钻井方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井方法，特别是一种用于超短半径水平井的钻井方法。

背景技术

超短半径径向水平井技术最早在20世纪80年代提出，当时主要应用于老井改造、提高采收率，目前超短半径径向水平井已广泛应用于新井，来提高单井产量和采收率，成为井网优化的重要手段之一。该技术在连续油管技术基础上提出，配备专用的关键钻井工具（主要包括射流钻头、轨迹控制装置、扩孔器及转向器等），可以在已钻成井眼的主井眼的储层段，钻出一层至多层辐射状分支微小井眼的技术。本世纪初，研究者提出了采用柔性更高的复合材料高压柔性管作为分支井的钻杆，并改进了转向器的设计，使得作业系统可以实现不扩孔，在主井眼内实现不扩孔转向。

经过近30年的发展，超短半径水平井技术取得了长足进步，然而由于钻进原理以及设备自身的特点等原因，使得无论在利用连续油管还是高压柔性杆钻进时，都有不可避免的问题，如利用连续油管时，需要它具有足够大的直径和壁厚，才能满足有效钻井速度的系统压力要求，这样不仅缩小了转弯半径的选择范围，其高注入压力提高了操作风险和钻井成本；在利用高压柔性管进行钻井时，由于高压柔性管韧性相对于连续油管要大的多，轴向力（或称为钻压）传递能力弱，使得井下钻具及柔性管送进困难。韧性大的高压柔性管同时也难以提供常规机械破岩钻头需要的反扭矩。完全用水力能量破岩的射流钻头与高压柔性管配合可以满足新工艺的要求。但高压柔性管尺寸有限，其通过的钻井液流量也有限。钻井液压力经连续油管及柔性管的沿程损耗过后，真正分配给射流钻头的能量极其有限。如何利用有限的排量实现高效的破岩效率并尽可能增大径向井水平进尺是水力喷射侧钻径向水平井技术仍然面对的主要问题。

当一种物质的温度和压力同时高于其临界温度(T_c)和临界压力(P_c)时，则称之为超临界流体(Super-critical Fluid)。将CO₂气体加温加压至临界点以上(T_c>31.1℃，P_c>7.38MPa)时称为超临界CO₂流体（SC-CO₂—super critical CO₂）。在地层温度和压力条件下，一般750m以上便能使CO₂达到超临界状态。

超临界CO₂流体具有接近于气体的低粘度和高扩散性、接近于液体的高密度特性。这些特性使得超临界CO₂喷射破岩具有较高的效率和较低的破岩门限压力，同时其低黏特性，使得超临界CO₂流体在井筒流动过程中很容易达到紊流状态，有助于岩屑携带。因此将超临界CO₂流体与连续油管结合起来钻超短半径水平井，不仅降低了系统注入压力要求，而且还可以降低连续油管尺寸，降低连续油管的转弯半径，实现不扩孔转向，减少作业工序；同时连续油管的刚度较高压柔性管大很多，推进力易加，能够实现油层远距离穿透，预计径向井深可达300~500m或者更深，完全满足开发需求；还有，连续油管不用接单根，可带压作业，操作简便，同时超临界CO₂喷射破岩效率较高，能够大大提高钻井效率，降低钻井成本；最重要的是超临界CO₂流体对储层无任何污染，它既不含固体颗粒也不含水，利用它钻开储层时，能够从根本上避免孔隙吼道堵塞、储层黏土膨胀、岩石润湿反转、水敏等危害的发生。相反，在其超强溶剂化能力作用下，它能够溶解近井地带的重油组分和其他污染物，减小近井地带油气流动阻力，从而提高油气井单井产量和油田采收率。因此超临界CO₂辅助连续油管钻超短半径水平井技术非常适合于经济开发价值较低的低渗特低渗油气藏、页岩气藏、致密砂岩气藏、煤层气藏、边底水油气藏等非常规油气藏的开发。

鉴于此，本发明人根据多年从事超临界CO₂流体钻井技术相关研究经验，根据上述存在的问题，提出了超临界CO₂辅助连续油管钻超短半径水平井技术。

发明内容