本發(fā)明涉及一種石油天然氣行業(yè)或煤層氣行業(yè)的鉆井設(shè)備領(lǐng)域，具體的是一種致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)石油天然氣能源行業(yè)，隨著多年的累積大規(guī)模開采，被探明的可開采油氣資源剩的越來越少，采油工藝變得越來越復(fù)雜，開采難度變得越來越高。為了提高采收率，多種新型的二次采油工藝和方法正在被行業(yè)從事者研究和推廣應(yīng)用。很多被勘探的油氣資源屬于致密儲層，對于處于致密儲層的油氣井，由于地層孔隙度小，滲透率低，儲層中的油氣資源，很難通過注水或注氣、二元化學(xué)驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等方式驅(qū)動運移。必須對儲層進(jìn)行局部改造，通過原井筒內(nèi)實施徑向鉆孔，在井筒與儲層之間形成多層，每層多個分支通道。

煤層氣井與常規(guī)油氣井鉆完井方式類似的，鉆井完井技術(shù)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段。早期采用，常規(guī)直井鉆井、套管射孔完井，常規(guī)鉆井、洞穴完井，空氣鉆井、裸眼完井，現(xiàn)在采用，多分支水平井、羽狀水平井、裸眼完井。煤層氣多分支水平井是一種新的煤層改造技術(shù)，優(yōu)點是效果好成本低，在一些特定煤層中可以取得其它方法無法比擬的開發(fā)效果。增產(chǎn)機(jī)理：1、提高了導(dǎo)流能力。2、減少了對煤層的傷害。3、增大解吸波及面積，溝通更多割理和裂隙。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決致密儲層徑向鉆進(jìn)作業(yè)困難的問題，本發(fā)明提供了一種致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件，該致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件可以分三趟完成徑向射流鉆孔，首先通過低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)，完成2米距離的穿透水泥環(huán)徑向射流鉆進(jìn)；在此基礎(chǔ)上再通過步進(jìn)式送進(jìn)方式，均勻低速地完成10米距離的近井帶地層徑向射流鉆進(jìn)；最后通過噴管前端連自牽引噴嘴、后端施加推力的送進(jìn)方式，完成30米距離的遠(yuǎn)端地層徑向射流鉆進(jìn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件，包括鉆水泥環(huán)工具、鉆近井帶地層工具和鉆遠(yuǎn)端地層工具。

該致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件主要用于石油天然氣行業(yè)、煤層氣行業(yè)的致密儲層改造的徑向射流鉆孔作業(yè)，該致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件可以分三個步驟完成射流鉆水泥環(huán)、射流鉆近井帶地層、射流鉆遠(yuǎn)端地層，能有效地在儲層與井筒之間建立起徑向流通通道，改善油藏流通性，提高單井采收率。

本發(fā)明的有益效果是：

1、創(chuàng)造性地具有鉆水泥環(huán)工具，設(shè)計有專有的鉆速控制器，可實現(xiàn)低速(1mm/s～2mm/s)均勻鉆進(jìn)，避免了地面設(shè)備控制鉆速過快的問題，該工具可沿井筒徑向鉆進(jìn)2米距離，穿透水泥環(huán)，在井筒周圍形成先導(dǎo)徑向孔眼；

2、創(chuàng)造性地具有近井帶地層鉆進(jìn)工具，在已完成的2米距離先導(dǎo)徑向孔眼的基礎(chǔ)上，再通過步進(jìn)式送進(jìn)的方式，徑向鉆進(jìn)達(dá)到10米距離；

3、創(chuàng)造性地具有遠(yuǎn)端地層鉆進(jìn)工具，工具前端的噴管連接自牽引噴嘴，可以在地層中邊射孔邊自行牽引送進(jìn)，在已完成10米距離孔眼的基礎(chǔ)上，在地層中繼續(xù)噴射鉆進(jìn)，最終達(dá)到30米距離。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明中定位導(dǎo)向工具在井下的布置示意圖。

圖2是本發(fā)明中套管鉆孔工具的工作示意圖。

圖3是本發(fā)明中鉆水泥環(huán)工具的工作示意圖。

圖4是本發(fā)明中鉆近井帶地層工具的工作示意圖。

圖5是本發(fā)明中鉆遠(yuǎn)端地層工具的工作示意圖。

圖6是本發(fā)明中鉆水泥環(huán)工具的上部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明中鉆水泥環(huán)工具的下部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明中鉆近井帶地層工具的上部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明中鉆近井帶地層工具的中部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明中鉆近井帶地層工具的下部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明中鉆遠(yuǎn)端地層工具的上部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本發(fā)明中鉆遠(yuǎn)端地層工具的下部結(jié)構(gòu)示意圖。

1、定位導(dǎo)向工具；2、套管鉆孔工具；3、鉆水泥環(huán)工具；4、鉆近井帶地層工具；5、鉆遠(yuǎn)端地層工具；

11、彈性扶正器；12、相對方位定向錨定器；13、導(dǎo)向器；14、下彈性扶正器；15、引鞋；

21、旋轉(zhuǎn)連接器；22、脫節(jié)器；23、螺桿馬達(dá)；24、鉆壓推加器；25、安全短節(jié)；26、萬向節(jié)；27、鉆頭；

31、過濾器；32、單流閥；33、低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)；34、鉆水泥環(huán)噴管；35、鉆水泥環(huán)噴嘴；36、下連接筒；

41、步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)；42、伸縮扶正筒；43、加重筒；44、鉆近井帶噴管；45、鉆近井帶噴嘴；

51、連接頭；52、鉆遠(yuǎn)端噴管；53、加重筒；54、自牽引噴嘴；

61、油管柱串；62、校深短節(jié)；63、油管；64、油層套管；65、連續(xù)管；

331、活塞桿；332、外筒體；

411、錨爪。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

一種致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件，包括鉆水泥環(huán)工具3、鉆近井帶地層工具4和鉆遠(yuǎn)端地層工具5。

下面介紹一種致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件的鉆井方法，包括以下步驟：

步驟1、將定位導(dǎo)向工具1下入井筒內(nèi)的待作業(yè)設(shè)計深度；

步驟2、將套管鉆孔工具2下入到定位導(dǎo)向工具1中，進(jìn)行套管鉆孔開窗；

步驟3、將鉆水泥環(huán)工具3下入到定位導(dǎo)向工具1中，進(jìn)行鉆水泥環(huán)作業(yè)；

步驟4、將鉆近井帶地層工具4下入到定位導(dǎo)向工具1中，進(jìn)行鉆近井帶地層作業(yè)；

步驟5、將鉆遠(yuǎn)端地層工具5下入到定位導(dǎo)向工具1中，進(jìn)行鉆遠(yuǎn)端地層作業(yè)，如圖1至圖5所示。

可以理解為該致密儲層徑向鉆進(jìn)工具套件還包括定位導(dǎo)向工具1和套管鉆孔工具2。

具體的，在步驟1中，定位導(dǎo)向工具1包括從上向下依次連接的上彈性扶正器11、相對方位定向錨定器12、導(dǎo)向器13、下彈性扶正器14和引鞋15；下定位導(dǎo)向工具1的具體方法，如圖1所示：作業(yè)前，先將定位導(dǎo)向工具1的上端連接一根2-7/8吋的油管63，油管64的上端連接一根1.5m長的校深短節(jié)62，校深短節(jié)62的上端再連接2-7/8吋的油管柱串61，然后用修井機(jī)將油管柱串61及定位導(dǎo)向工具1下入到待作業(yè)井筒內(nèi)，通過γ射線及磁定位校深的方式，確認(rèn)定位導(dǎo)向工具1下放至預(yù)定待作業(yè)層位，然后上提油管柱2m，再下放2m，定位導(dǎo)向工具1上的相對方位定向錨定器12會在油層套管64的內(nèi)壁上產(chǎn)生錨定。

具體的，在步驟2中，套管鉆孔工具2包括從上向下依次連接的旋轉(zhuǎn)連接器21、脫節(jié)器22、螺桿馬達(dá)23、鉆壓推加器24、安全短節(jié)25、萬向節(jié)26和鉆頭27。套管鉆孔作業(yè)的具體方法，如圖2所示：將套管鉆孔工具2連接到連續(xù)管65的最下端，用連續(xù)管作業(yè)機(jī)將套管鉆孔工具2下放到定位導(dǎo)向工具1內(nèi)。地面高壓泵車通過連續(xù)管65將12MPa～15MPa壓力的工作液輸送到套管鉆孔工具2中，工作液驅(qū)動螺桿馬達(dá)23旋轉(zhuǎn)，螺桿馬達(dá)23產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩通過鉆壓推加器24、安全短節(jié)25傳遞給萬向節(jié)26和鉆頭27，對套管進(jìn)行鉆孔開窗。與此同時，12MPa～15MPa壓力的工作液會驅(qū)動鉆壓推加器24，通過安全短節(jié)25給萬向節(jié)26和鉆頭27施加12N～15N的鉆壓力，保證鉆頭27對套管進(jìn)行正常鉆孔。套管鉆孔作業(yè)完畢后，通過連續(xù)管作業(yè)機(jī)將套管鉆孔工具2起出至地面。

具體的，在步驟3中，鉆水泥環(huán)工具3包括從上向下依次連接的旋轉(zhuǎn)連接器21、脫節(jié)器22、過濾器31、單流閥32、低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33、鉆水泥環(huán)噴管34、鉆水泥環(huán)噴嘴35。鉆水泥環(huán)噴管34外套設(shè)有下連接筒36，下連接筒36的上端與低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33的下端連接固定，如圖6和圖7所示。鉆水泥環(huán)作業(yè)的具體方法，如圖3所示：將鉆水泥環(huán)工具3連接到連續(xù)管65的最下端，用連續(xù)管作業(yè)機(jī)將鉆水泥環(huán)工具3下放到定位導(dǎo)向工具1內(nèi)。地面高壓泵車通過連續(xù)管65將50MPa～55MPa壓力的工作液輸送到鉆水泥環(huán)工具3中，工作液通過鉆水泥環(huán)噴嘴35噴射而出形成射流，對地層進(jìn)行破巖鉆孔，形成直徑25mm～30mm的孔眼。50MPa～55MPa壓力的工作液會驅(qū)動低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33，推動鉆水泥環(huán)噴管34和鉆水泥環(huán)噴嘴35在地層中送進(jìn)，可完成徑向距離2米的穿透水泥環(huán)鉆進(jìn)。鉆水泥環(huán)作業(yè)完畢后，通過連續(xù)管作業(yè)機(jī)將鉆水泥環(huán)工具3起出至地面。

在步驟3中，旋轉(zhuǎn)連接器21可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，用于鉆水泥環(huán)工具3與連續(xù)管連接。脫節(jié)器22用于鉆水泥環(huán)工具3遇卡時丟手。過濾器31用于過濾工作液中的固體顆粒雜質(zhì)，防止固體顆粒雜質(zhì)磨損鉆水泥環(huán)噴嘴35，從而降低噴嘴射流破巖效果。單流閥32用于防止當(dāng)井底壓力過高時，井底液體通過連續(xù)管返流到地面，影響作業(yè)安全。低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33為2米行程的液缸機(jī)構(gòu)，低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33具有活塞桿331和外筒體332，外筒體套設(shè)于活塞桿331外，低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33具有節(jié)流減速效果。低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33與下連接筒36通過螺紋連接，鉆水泥環(huán)噴管34與低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33通過螺紋連接，鉆水泥環(huán)噴嘴35與鉆水泥環(huán)噴管34通過螺紋連接。鉆水泥環(huán)噴管34的總長為2.5米。工作時，低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33為2米行程的液缸機(jī)構(gòu)，在高壓工作液的作用下，活塞桿331會以0.5mm/s～2mm/s的低速移動，推動鉆水泥環(huán)噴管34與鉆水泥環(huán)噴嘴35穿過定位導(dǎo)向工具1，并通過套管上已鉆開的窗口，在地層中噴射鉆進(jìn)。直至活塞桿331全部伸出2米的行程，形成直徑25mm～30mm、徑向距離為2米的先導(dǎo)孔眼。

具體的，在步驟4中，鉆近井帶地層工具4包括從上向下依次連接的旋轉(zhuǎn)連接器21、脫節(jié)器22、過濾器31、單流閥32、步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41、伸縮扶正筒42、鉆近井帶噴管44、鉆近井帶噴嘴45。鉆近井帶噴管44的下端外套設(shè)有加重筒43，加重筒43的主要作用是增加鉆近井帶噴管44的下墜力，防止鉆近井帶噴管44下放過程中由于下端彎曲在油管內(nèi)壁發(fā)生阻塞，加重筒43與鉆近井帶噴管44的下端卡接，如圖8、圖9和圖10所示。鉆近井帶地層作業(yè)的具體方法，如圖4所示：將鉆近井帶地層工具4連接到連續(xù)管65的最下端，用連續(xù)管作業(yè)機(jī)將鉆近井帶地層工具4下放到定位導(dǎo)向工具1內(nèi)。地面高壓泵車通過連續(xù)管65將50MPa～55MPa壓力的工作液輸送到鉆近井帶地層工具4中，工作液通過鉆近井帶噴嘴45噴射而出形成射流，對地層進(jìn)行破巖鉆孔，形成直徑25mm～30mm的孔眼。50MPa～55MPa壓力的工作液會驅(qū)動步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41，推動鉆近井帶噴管43及鉆近井帶噴嘴45在地層中作步進(jìn)式送進(jìn)，可完成徑向距離10米的近井帶地層鉆進(jìn)。鉆近井帶地層作業(yè)完畢后，通過連續(xù)管作業(yè)機(jī)將鉆近井帶地層工具4起出至地面。步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41的具體結(jié)構(gòu)已經(jīng)在中國專利CN 104481403 A已經(jīng)公開，本發(fā)明不再詳細(xì)介紹。

在步驟4中，伸縮扶正筒42通過螺紋與步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41連接，伸縮扶正筒42可伸縮，用于扶正鉆近井帶噴管44，防止鉆近井帶噴管44送進(jìn)時彎曲。加重筒43穿過鉆近井帶噴管44，懸掛在鉆近井帶噴嘴45之上。鉆近井帶噴管44的總長為10.5米。加重筒43穿過鉆近井帶噴管44，懸掛在鉆近井帶噴嘴45之上。地面高壓泵車將50MPa以上的高壓工作液，通過連續(xù)管輸送到鉆近井帶地層工具4中，再經(jīng)過鉆近井帶噴管44、鉆近井帶噴嘴45噴射出，形成射流。步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41具有節(jié)流減速效果。在高壓工作液的作用下，步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41會以0.5mm/s～2mm/s的推動鉆近井帶噴管44與鉆近井帶噴嘴45，沿著已完成的2米距離的先導(dǎo)孔眼，繼續(xù)在地層中噴射鉆進(jìn)。步進(jìn)式低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)41含有低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33和錨爪411，當(dāng)?shù)退偎瓦M(jìn)機(jī)構(gòu)33的活塞桿331全部伸出2米行程時，活塞桿331的下端能夠撐開錨爪411，步進(jìn)式錨定送進(jìn)機(jī)構(gòu)41上的錨爪411與油管內(nèi)壁發(fā)生錨定(活塞桿331下端是個錐面結(jié)構(gòu)，與錨爪接觸時，形成斜面運動副，該斜面運動副為增力機(jī)構(gòu)，可以撐開錨爪411)。然后，高壓泵車壓力降低至25MPa～30MPa，保持穩(wěn)定，地面連續(xù)管作業(yè)機(jī)開始下放，推動低速送進(jìn)機(jī)構(gòu)33下移2米，活塞桿331復(fù)位，全部回縮進(jìn)2米行程的液缸內(nèi)，此時地面連續(xù)管作業(yè)機(jī)停止下放，高壓泵車壓力重新升高至50MPa以上，活塞桿331推動鉆近井帶噴管44與鉆近井帶噴嘴45繼續(xù)在地層中噴射鉆進(jìn)。如此步進(jìn)式循環(huán)5次送進(jìn)，直至完成10米距離的近井帶地層射流鉆孔。

具體的，在步驟5中，鉆遠(yuǎn)端地層工具5包括從上向下依次連接的旋轉(zhuǎn)連接器21、脫節(jié)器22、過濾器31、單流閥32、連接頭51、鉆遠(yuǎn)端噴管52、自牽引噴嘴54；鉆遠(yuǎn)端噴管52的下端外套設(shè)有加重筒53，加重筒53與鉆遠(yuǎn)端噴管52的下端卡接，如圖11和圖12所示。鉆遠(yuǎn)端地層作業(yè)的具體方法，如圖5所示：將鉆遠(yuǎn)端地層工具5連接到連續(xù)管65的最下端，用連續(xù)管作業(yè)機(jī)將鉆遠(yuǎn)端地層工具5下放到定位導(dǎo)向工具1內(nèi)。地面高壓泵車通過連續(xù)管65將50MPa～55MPa壓力的工作液輸送到鉆遠(yuǎn)端地層工具5中，工作液通過自牽引噴嘴54噴射而出形成射流，對地層進(jìn)行破巖鉆孔，形成直徑25mm～30mm的孔眼。50MPa～55MPa壓力的工作液通過自牽引噴嘴54時還會形成100N～150N的牽引力，該牽引力會牽引鉆遠(yuǎn)端噴管52及自牽引噴嘴54在地層中送進(jìn)，可完成徑向距離30米的遠(yuǎn)端地層鉆進(jìn)。鉆遠(yuǎn)端地層作業(yè)完畢后，通過連續(xù)管作業(yè)機(jī)將鉆遠(yuǎn)端地層工具5起出至地面。

在步驟5中，鉆遠(yuǎn)端噴管52總長30.5米。自牽引噴嘴54具有前向孔眼和后向孔眼。加重筒53穿過鉆遠(yuǎn)端噴管52，懸掛在自牽引噴嘴54之上，鉆遠(yuǎn)端噴管52下放時受加重筒53的重力作用，垂直伸張，避免彎曲而與油管內(nèi)壁接觸而受阻。鉆遠(yuǎn)端噴管52沿著之前已完成的10米距離的孔眼繼續(xù)噴射鉆進(jìn)。噴射鉆進(jìn)時，前向孔眼對鉆遠(yuǎn)端噴管52施加100N～150N的反沖力，后向孔眼能夠給鉆遠(yuǎn)端噴管52提供150N～200N的牽引力。牽引力比反沖力略大一點，克服了反沖力引起的噴管壓縮彎曲而造成噴管在地層中送進(jìn)受阻，還能在鉆遠(yuǎn)端噴管52前端提供一部分向前的牽引力。同時，地面連續(xù)管作業(yè)機(jī)在鉆遠(yuǎn)端噴管52后端施加推力，在前向牽引力和后端推力的共同作用下，鉆遠(yuǎn)端噴管52在地層中完成30米距離的遠(yuǎn)端地層鉆進(jìn)。

至此，完成一個工作周期，即一個工作周期包括上述五個步驟。

當(dāng)需要在同一個層位作業(yè)多個孔時，可按步驟1所述內(nèi)容，上提油管柱2m，再下放2m，定位導(dǎo)向工具1上的相對方位定向錨定器12的下端會旋轉(zhuǎn)換向，并帶動與其下端相連的導(dǎo)向器13、下彈性扶正器14、引鞋15一起旋轉(zhuǎn)，根據(jù)作業(yè)需要的不同，可相對旋轉(zhuǎn)120°或180°。旋轉(zhuǎn)換向動作結(jié)束后，相對方位定向錨定器12在油層套管64的內(nèi)壁上產(chǎn)生錨定。然后按步驟2、步驟3、步驟4、步驟5操作內(nèi)容進(jìn)行第二孔作業(yè)。

若需要在不同層位作業(yè)多個孔時，可通過上提或下放油管柱到設(shè)計深度，然后再依次按步驟1、步驟2、步驟3、步驟4、步驟5操作內(nèi)容進(jìn)行第二孔作業(yè)。如此類推，可根據(jù)需要在一個井筒內(nèi)完成多個孔眼作業(yè)。

對于不同井筒的水泥環(huán)強(qiáng)度不同，不同儲藏的巖芯特性不同，施工作業(yè)時可對上述五個施工步驟進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。水泥環(huán)強(qiáng)度高、巖芯強(qiáng)度低時，可省略步驟3；水泥環(huán)強(qiáng)度低、巖芯強(qiáng)度高時，可省略步驟2；水泥環(huán)強(qiáng)度、巖芯強(qiáng)度同時低時，可同時省略步驟2、步驟3；水泥環(huán)強(qiáng)度、巖芯強(qiáng)度同時高時，則按上述五個步驟進(jìn)行施工。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，不能以其限定發(fā)明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。