使用小側向井打井的製作方法

2023-04-24 19:00:11 2

專利名稱：使用小側向井打井的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用基於從主井鑽小側向井的技術打諸如油氣井的井。
背景技術：
打井具有許多公知的問題，所述問題可以影響從井被鑽通的地層採油的能力，或 者甚至極端地影響完井並使所述井進行生產的情況。當在含油地層內鑽水平井時，成功的關鍵因素是設法保持井在位於油下面的地下 水位上方恆定距離。當這不能實現並且井眼軌跡變化時，井的低點或「凹部」通常是問題源。 如果使用裸眼完井或者如果在所述區域的射孔密度是均勻的，則具有水朝向井凹部錐進的 高風險。即使在套管井並且在凹部中沒有射孔的情況下，井的一些長度可能仍然沒有與儲 層接觸。在很少的狀態下，必須報廢所鑽的一段井，並且執行側鑽以將井重新定位在正確的 深度處。當從井到在油上面的氣層的距離太小時，類似的問題可能出現在井的上「上坡」部 分。在這種情況下，則可以的開採氣，且具有與上述「凹部」和水問題類似的結論和處理。在一些井中，鑽井過程本身在近井眼區產生一些地層損害。這表現為具有相應開 採限制的高表皮效應。先前已經提出一些化學處理以在巖石基質中執行，用於清潔巖石孔 隙並重新確定適當的滲透率，但這些並不總是有效。對於開採期間的砂控來說，普通的解決辦法是使用礫石充填和篩管。在水平井中， 當在完井中減小流動截面(井的裸眼段)的同時，礫石的充填可能非常複雜。對於基於礫 石充填和壓裂(「Pack&Frac」技術)的完井來說，難以對充填料進行充填，並且不能控制所 產生的短裂縫的方向。對於由於巖石內的應力(和井眼附近的應力集中)而產生的地層坍塌的問題，僅 有的解決辦法是在壓裂其它層的風險的情況下適應(或改變)在鑽井期間所使用的泥漿密 度，或者報廢這段井並且重新開始另一個井眼軌跡。對於鑽井時的鑽井液漏失，通常通過在井的底部處充填一些水泥漿並且將所述水 泥漿的一部分加壓在地層內來解決所述問題。然而，產生的結果是通常不是很深，並且當在 水泥塞兩端重新開始鑽井時，井眼可能再次進入原始地層，並且通常重新開始漏失。窄壓力窗的問題通常難以解決在避免地層壓裂或地層流體流入井眼內的同時調 節泥漿密度的自由度受到限制。通常，必須安裝套管以隔離所述地層。

發明內容
本發明的目的是提供替換這些處理方法並且可以潛在地克服一些問題或所有問 題的打井技術。本發明基於使用從主井眼鑽進的側向井眼(即，副井眼)。先前已經提出側 向井可用於各種用途，具體地用於改進與地層的接觸。本發明的一個方面提供了一種打井的方法，包括以下步驟-鑽主井眼，所述主井眼從地面延伸通過一個或多個地下地層；和
-鑽多個側向井眼，所述多個側向井眼從主井眼延伸到周圍地層，其中，與主井眼相比，側向井眼基本上相當短，並且所述側向井眼的直徑較小；和其中，每一個側向井眼與所述每一個側向井眼相鄰的側向井眼分隔開相對較短的距離。側向井眼優選地從主井眼延伸5-60米並具有在3. 8-10cm範圍內的直徑。通常在主井眼內以小於幾米的軸向間距鑽側向井眼，並且在主井眼的同一深度處 可以鑽多於一個的側向井眼。在一個優選的實施例中，側向井眼被鑽有與主井眼偏離小於10°的軌跡。在另一 個實施例中，側向井眼可以基本上垂直於主井眼延伸。在一些情況下，可以優選的是鑽具有在不包括所述主井眼的平面內延伸的軌跡的 側向井眼。側向井眼可以具有S形狀或具有繞主井眼的螺旋形狀。所述方法的優選使用包括鑽側向井眼，以通過包圍主井眼的被改變地層特性的區 域(例如，表皮或鑽井損壞區)延伸到具有大致鬆散地層特性的區域內。在鑽井之後側向井眼可以填充有凝膠液，以防止側向井眼被來自主井眼的流體汙 染。所述方法還包括破壞側向井眼內的流體的膠凝，以能夠進入所述側向井眼的內部。所述方法的另一個實施例包括利用礫石大致填充整個側向井眼。優選地，在側向 井眼的靠近主井眼的區域處穩定礫石，以防止礫石穿過進入到主井眼內。在已經鑽完每一 口側向井眼之後和在鑽另一口側向井眼之前，每一口側向井眼立 即被填充有凝膠液或礫石，或在鑽完所有側向井眼之後一個接一個地被填充有所述凝膠液 或爍石。在側向井眼從其延伸的區域內通過礫石充填和篩管、可膨脹篩管、割縫襯管或注 水泥套管從其延伸的區域內對主井眼進行完井。根據本發明的方法還可以包括將地層處理液泵送通過側向井眼，以改變井附近的 地層特性。可以將處理液泵送到地層內以改變地層的滲透率，從而防止水或氣體流入到井， 或者在鑽井過程期間穩定所述地層的機械性能。


圖1和圖2顯示根據本發明所鑽的井的簡化視圖；圖3和圖4顯示側向井的不同形狀；圖5顯示根據本發明的一個實施例的處理和與地層改進的接觸；圖6顯示根據本發明的另一個實施例的完井；圖7-9顯示根據本發明的實施例的水平井的結構；圖10和圖11顯示根據本發明的水平井的結構的另一個實施例；和圖12和圖13顯示使用根據本發明的技術在鑽井期間對地層的處理。
具體實施例方式本發明基於從母(parent)井或井眼鑽多個小側向井的原理。本發明還包括可以 在小側向井或從小側向井執行以適應或校正主井的性能、地層特性、地層流體和地層的孔 隙度和滲透率的變化的處理。側向井通常長5-30m(與數千米深的主井眼相比)，並且直徑
5為1. 5-4英寸(3. 8-10cm)(與通常在20-40cm範圍內的主井眼直徑相比)。這些側向井的軌跡可以幾乎平行於主井(具有10°以下的井斜)，或者儘可能與主井偏斜(垂直)。連續 的側向井與母井接合點之間的距離可以非常小使得軸向間距可以接近零(即，在相同的 深度處具有超過一個的側向井眼)，且側向井眼在不同的方位處。對於每米主井來說可以鑽 多個側向井(當巖石強度不受限制時)。側向井可以是S形或在某一情況下為繞主井的螺 旋形。由本發明提供的新處理基於側向井或來自側向井的基質處理中的流體或泥漿充 填技術。例如-利用凝膠液填充小側向井，以避免在以後的操作期間從主井眼對側向井的汙染。-利用礫石填充側向井以便砂控制。當處理多側向井時，整體結果可以在長的水平 排水中對傳統的「填充&壓裂」或「砂控制」的改進。_通過側向井進行基質處理以解決鑽井問題，例如，鑽井液漏失的控制、泥漿漏失 和流入的控制、巖石加固等。-進行基質處理以解決開採問題，例如，到達水平井內的水、或當在水平井的凹部 或隆起部時與適當深度處的儲層的重新接觸。-通過穿過表層並且限制壓力下降和所述壓力下降的PVT轉換的風險來提高生產 量(PI)。圖1和圖2顯示可以設置有多個側向井眼12的主井眼10，所述多個側向井眼一起 緊密間隔開。在很多情況下，傳統的彎曲軌跡可以用於當在兩個方向看時呈魚骨形布置的 側向井12 (參見圖1)。如圖2中所示，所述傳統的彎曲軌跡還可以用於使側向井12遠離主 井眼10直接延伸。側向井可以相對於主井以不同的角度放置。對於一些地層處理來說，可以採用諸如圖3和圖4中所示的井眼軌跡的其它井眼 軌跡。圖3顯示可以確保與儲層的接觸的S形側向井12，所述S形側向井可以更加平行於 主井眼10。這例如對於水平主井眼附近的處理來說是有利的。圖4中所示的螺旋形側向井12可以對於繞主井眼10的軸對稱處理是有利的。當 在近井眼區施加處理時這是有益的。可以通過與儲層較大的接觸面來增加井的生產。此外，在距離主井眼適當的距離 處可以確保接觸，使得由於同心流引起的壓力下降被限制。在高表皮因子存在的情況和地 層流體是稠油的情況下這尤其有用。圖5顯示了這樣一個實施例。在這種情況下，小側向 井12從母井10以充分距離鑽進到地層14內，以通過繞母井10的具有高壓損耗特性的充 填帶(skin) 16，並且進入顯示適當的、鬆散(bulk)特性的地層14內。還可以通過在水平井的情況下鑽小側向井用於對由被隔離頁巖分離的扁豆狀礦 體形成的儲層進行開採來增加井的生產。每一個小側向井可以接觸多個扁豆狀礦體，從而 迅速增加採收率。當通過單個類似主垂直井開採高壓裂儲層時，還可以通過小側向井增加井的生 產側向井可以在幾乎垂直於裂縫的方向上被鑽進以確保更多的相互連接。在本發明的一個實施例中，側向井在鑽完之後填充有凝膠液。由於這種流體，側向 井不會被母井中的諸如鑽井泥漿和/或水泥漿的其它流體汙染，從而側向井保持清潔直到 需要進行後續使用。凝膠液可以作為流體小球通過在移動到另一個位置之前已經用於鑽所述側向井的工具充填在側向井內。例如，可以將主井鑽到靶區深度(TD)；然後鑽多個小側 向井，並且使所述多個小側向井填充有凝膠。然後，對主井可以執行下套管和固井隔離。最 後，可以執行高密度射孔以將側向井連接到主井，從而確保儲層更好的洩流。由於時間可能會破壞凝膠液而允許清理側向井。還可以使用其它方法，例如，將適當的破壞流體注入到側向井內，這類似於用於破壞凝膠壓裂液的技術。在本發明的一個實施例中，側向井的整個體積被填充有諸如用於礫石充填的礫 石。這不同於其中井的中心由篩管保持暢通的傳統的礫石充填。採出液進入側向井，然後 通過側向井內的充填物流動到主井。這種充填物優選地具有類似於具有支撐劑的裂縫的滲 透特性。然而，在這種應用中，礫石當存在於裂縫中時不會受到高的閉合應力。這給出了選 擇礫石的更多的自由度。所關心的主要特性是-相對於地層砂的流動的篩選。-高軸向滲透率。-礫石在側向井的頂部處的穩定性。優選的是用於充填側向井的礫石不應該被帶到母井內。為了實現此效果，側向井 的上部可以充填有含有纖維、粗糙礫石、布塊、覆蓋有樹脂的砂等以穩定充填的礫石。這可 以僅需要用於接合點附近的最後幾米側向井。對於這種處理來說，可以遠離主井(儘可能地垂直)有利地對側向井進行導向以 減少儲層內的壓力下降。當用於鑽側向井的鑽井系統仍然在原地時，可以執行每一個井的充填。然而，在這 種情況下，當主井可能相對較深時，用於充填的少量泥漿到主井的底部的循環可能需要很 長時間。為了避免用於每一個側向井的單獨處理的重複時間損失，還可以優選的是在一個 步驟中在所有側向井中放置充填物。對於這種方法，需要重新進入側向井內。適當的工具 可以用於有助於這種重新進入(例如，在多側向井中利用撓性管的操作)。在側向井充填期 間，在向後緩慢拉管子的同時使礫石砂漿緩慢泵送通過側向井內的管子的末端。需要在流 量與管子的拉動之間進行適當的協調以確保小側向井的完全充填。在主井中，可以以以下所述的多種方法來保護生產層段。可以使用裸眼礫石充填和濾砂管。這與「充填&壓裂」的情況相對應。這給出了 與具有低開採速度的儲層良好的PI接觸，以防止充填物損壞。可選地，還可以使用可膨脹濾砂管，從而為在井內的流給出了較寬的鑽孔。割縫襯管還可以與如圖6中所示的小充填側向井一起使用。襯管18確保主井10 不會例如由於疏鬆地層20的存在而坍塌。在這種情況下，可能必需確保僅通過小側向井12 進行開採。在不在乎其它事情的情況下，可以直接通過主井10的表面來實現一些開採，所 述主井潛在性產生具有相關危險的出砂。對於主井10的殘餘物(survival)來說，執行近井 眼22的處理以穩定主井眼10附近的地層。在剛剛鑽完主井之後(在鑽任何側向井之前) 可以執行這種基質處理。在主井10內期望的層段處充填適當的處理液。然後，在井的層段 上將所述處理液注入到地層22內，以穩定巖石(增加所述巖石對侵蝕的強度)或在較短的 深度上(例如，1尺/30cm)密封所述巖石，以確保堵塞通過生產層表面的開採物(開採物24 將通過側向井12，所述側向井在與主井10的接合點26附近被處理以防止礫石的開採)。在主井內下注水泥套管。在這種情況下，較適當的是在套管安裝之後鑽小側向井。
使用沒有礫石充填的多個小側向井可以是對在通常發生出砂的開採的適當的解 決方法。由於以下理由可以不必充填小側向井-由於與儲層的接觸增加而使得壓力下降減小；-小側向井附近較低的流體速度；和/或-小井眼由於小直徑而具有高穩定性。在水平井中，井眼軌跡並不總是完全水平或平行於地下水位(所述地下水位位於 含油區以下)。在一些層段中，井與地下水位之間的距離可以小於其它距離。當使用裸眼開 採或割縫襯管，或甚至與密集的射孔方案一起使用時，水錐在此位置迅速顯示。可以通過使用根據本發明的如圖7-9中所示的小側向井來解決此問題。多個小側 向井112從母井110朝向地下水位114向下鑽進。然後通過小側向井112執行基質處理以 將密封產品注入到地層的孔隙內。進行這些注入的目的是在地下水位114與井110之間產 生不可滲透圓盤116。這些圓盤116然後將形成限制水向上移動的不可滲透層。當檢測到接近地下水位時，通常在井的開採期限的早期(例如，剛剛在鑽完井之 後)執行這些處理。然而，當在在裸眼井中執行開採時，還可以隨後執行所述處理。對於本申請，當S形側向井118確保將流體更好地充填在如圖10和圖11中所示 的地層內時，所述S形側向井可以是優選的。對於套管井，由於在套管內開窗，因此側向鑽井稍微更加複雜。根據本發明的技術可以用於水平井中的出水量控制。例如，可以在儲層的頂部 (或甚至在儲層的上方)鑽主(水平)井，然後向下鑽多個小側向井，以確保與儲層良好的 連接。如上所述，這些小側向井可以被礫石充填(在所述下側向井的整個部分上)。填充物 不僅包括諸如在傳統的充填或「充填&壓裂」中使用的填充物的「傳統顆粒」，而且還包括當 與水接觸時膨脹的材料。這表示與水(地下水位或水錐)接觸的側向長度將允許開採水持 續有限時間。然後，膨脹性材料堵塞親水性層段上的洩流的滲透率。這確保了自動限制水 進入側向井內(並且進入主井內)。在水平井中，井可以局部地靠近與位於含油區上的氣頂的界面。在這種情況下，由 於氣體可能限制涉及液體開採的井段，因此具有氣體進入井內的危險，這然後可能會減小 井的總生產能力。此外，進入主井內進行氣體開採還可以使儲層內的壓力快速下降，使得自 然流動將減小。在井眼軌跡的波峰處的氣體開採類似於在波谷處的水開採，並且可以施加 類似的處理以限制氣錐效應。如實際現場情況所示，水平井可以具有非常靠近地下水用於與儲層的含油部分連 接的波谷。可以有益的是將以上技術(例如，圖11中所示)局部地應用在水平井的波谷以 取消局部水錐效應。在本發明的另一個實施例中，向上鑽小側向井確保來自含油地層的更高區的洩流。根據本發明的技術還可以用於解決鑽井問題。這些包括高(總)鑽井液漏失(包括循環液漏失的情況)這通常是由於具有強透水率或 高壓裂層的低壓地層；-從高壓地層的井眼流入。在一些情況下，在沒有壓裂其它地層的情況下，對於高 壓區來說難以增加泥漿密度以達到適當的壓力平衡；
-具有不充分機械特性的地層的斷裂。巖石在「拉伸」載荷時可能失效(通常被稱 為斷裂)一種普通處理是減小泥漿密度，但是這可能產生的問題在於當井眼圓周應力太 高時井眼會坍塌(這在水平井中是典型的)；另一種普通處理是增加泥漿密度，但是泥漿密 度調節又由於受其它地層的限制而受限。通常難以得到正確的泥漿密度以解決所有潛在的鑽井問題並允許繼續安全有效 的進行鑽井。最終的解決辦法通常是安裝套管柱以隔離易出砂地層。然而，套管昂貴，並且 連續套管柱的伸縮效果使得所述套管柱難以在儲層的前面提供正確的井眼尺寸。在最壞的 情況下，當洩流直徑太小，且生產能力太低時，可能必需報廢井。
本發明允許以不同的方法解決關鍵地層內的問題。本發明的一個實施例涉及在距 離主井眼122的一小段距離處鑽多個小側向井120(參見圖12和圖13)。在本申請中，側向 井120稍微偏離(例如，5° )主井122。然而，可在不同的方位不同的深度處鑽多個側向 井。螺旋形側向井(例如，以上相對於圖4所述)還可以允許實現相同的結果。小側向井 120正在用於將產物注入到地層124內，並相對於未處理的地層126密封或改變地層強度。 因此，易出砂地層126可以與普通地層128隔離，並且允許繼續進一步鑽井。可以將諸如下列所述的不同類型的流體注入(擠壓)到地層內-用於堵塞孔隙並增加巖石強度的細水泥漿(例如，斯倫貝謝的SqueezeCrete))；_聚合物，所述聚合物流入巖石孔隙內，然後固化(同時堵塞流動並增加巖石強 度)；和-凝膠，所述凝膠相對於流動堵塞孔隙，然後在包括時間的適當的引發機構之後破 壞(如果在已經完成鑽井之後需要恢復初始孔隙率和滲透率，則這種方法可以是有利的)。在一旦已經鑽完臨界地層通常就執行這些處理。在本發明的保護範圍內的其它改變將清楚呈現。
權利要求
一種打井的方法，包括以下步驟鑽主井眼，所述主井眼從地面延伸通過一個或多個地下地層；和鑽多個側向井眼，所述多個側向井眼從所述主井眼延伸到周圍地層中，其中，與所述主井眼相比，所述側向井眼比較短，並且所述側向井眼的直徑較小；且其中，每一個側向井眼與其相鄰的側向井眼分隔開短的距離。
2.根據權利要求1所述的方法，包括以下步驟 鑽所述側向井眼以從所述主井眼延伸5-60米。
3.根據權利要求1或2所述的方法，包括以下步驟鑽所述側向井眼以使所述側向井眼具有在3. 8-lOcm範圍內的直徑。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的方法，包括以下步驟 在所述主井眼內以小於幾米的軸向間距鑽更多個側向井眼。
5.根據權利要求4所述的方法，包括以下步驟 在所述主井眼的同一深度處鑽多於一個的側向井眼。
6.根據前述任一項權利要求所述的方法，包括以下步驟 鑽具有與所述主井眼偏離小於10°的軌跡的側向井眼。
7.根據前述任一項權利要求所述的方法，包括以下步驟 鑽具有在不包括所述主井眼的平面內延伸的軌跡的側向井眼。
8.根據前述任一項所述的權利要求所述的方法，包括以下步驟鑽所述側向井眼以使所述側向井眼具有S形狀或具有繞所述主井眼的螺旋形狀。
9.根據前述任一項權利要求所述的方法，包括以下步驟鑽所述側向井眼，以通過包圍所述主井眼的被改變地層特性的區域延伸到具有大致松 散地層特性的區域內。
10.根據前述任一項權利要求所述的方法，進一步包括以下步驟在鑽井之後利用凝膠液填充所述側向井眼，以防止所述側向井眼被來自所述主井眼的 流體汙染。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括以下步驟破壞所述側向井眼內的流體的膠凝，以能夠進入所述側向井眼的內部。
12.根據前述任一項權利要求所述的方法，包括以下步驟 利用礫石大致填充整個側向井眼。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括以下步驟穩定所述側向井眼的靠近所述主井眼的區域處的礫石，以防止礫石進入到所述主井眼內。
14.根據權利要求10-13中任一項所述的方法，包括以下步驟在已經鑽完每一口側向井眼之後和在鑽另一 口側向井眼之前，立即利用凝膠液或礫石 填充所述每一口側向井眼。
15.根據權利要求10-13中任一項所述的方法，包括以下步驟在鑽完所有側向井眼之後一個接一個地利用凝膠液或礫石填充所有側向井眼。
16.根據前述任一項權利要求所述的方法，還包括以下步驟在所述側向井眼從其延伸的區域內通過礫石充填和篩管、可膨脹篩管、割縫襯管或注水泥套管對所述主井眼進行完井。
17.根據前述任一項權利要求所述的方法，還包括以下步驟將地層處理液泵送通過所述側向井眼，以改變所述主井眼附近的地層特性。
18.根據權利要求17所述的方法，包括以下步驟將處理液泵送到所述地層內以改變所述地層的滲透率，從而防止水或氣體流入到所述 主井眼內。
19.根據權利要求17所述的方法，包括以下步驟在鑽井過程期間將處理液泵送到所述地層內，以穩定所述地層的機械性能。
20.根據權利要求17所述的方法，包括從主水平井鑽的一組小側向井，使得地層處理 液能夠從所述側向井眼的端部注入到所述地層內以產生對朝向所述主水平井的水錐或氣 錐的「延伸阻擋層」。
21.一種通過作為多個小側向井的界面提高主井與儲層之間的接觸的方法。
全文摘要
本發明涉及使用基於從主井鑽小側向井的技術打諸如油氣井的井。窄壓力窗的問題通過使用基於使用從主井眼鑽的側向井眼(即，副井眼)的打井技術來解決，其中一種打井的方法包括以下步驟鑽主井眼，所述主井眼從地面延伸通過一個或多個地下地層，鑽多個側向井眼，所述多個側向井眼從主井眼延伸到周圍地層，其中，與主井眼相比，側向井眼基本上比較短，並且所述側向井眼的直徑較小；並且其中，每一個側向井眼與所述每一個側向井眼相鄰的側向井眼分隔開相對較短的距離。側向井眼可以從主井眼延伸5-60米並具有在3.8-10cm範圍內的直徑。在主井眼內以小於幾米的軸向間距鑽側向井眼。在主井眼的同一深度處可以鑽多於一個的側向井眼。且具有與主井眼偏離小於10°的軌跡或具有在不包括主井眼的平面內延伸的軌跡。
文檔編號E21B7/08GK101835953SQ200780101192
公開日2010年9月15日 申請日期2007年8月23日 優先權日2007年8月23日
發明者克勞得·維卡依蒙爾, 薩米·伊斯肯德爾, 賈奎斯·渥爾班 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司