Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
PRODUCTION ENHANCEMENT SYSTEM USING ROBOT DRILL FOR DRILLING MULTI-BRANCHED FISHBONE AND RADIAL MICROHOLES IN SHALE GAS RESERVOIR, AND METHOD THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/078627
Kind Code:
A1
Abstract:
A production enhancement system using a robot drill for drilling multi-branched fishbone and radial microholes in shale gas reservoirs, comprising a system for a robot drill drawing coiled tubing and drilling multi-branch fishbone horizontal holes, a well-finishing system for a robot drill drawing coiled tubing and drilling small-bore branch holes, and a system for blasting and transformation in multi-branch fishbone horizontal holes. The system for a robot drill drawing coiled tubing and drilling multi-branch fishbone horizontal holes is used for drilling multilevel fishbone horizontal holes, providing a foundation for well-finishing and increasing production through blast-fracturing and transformation; the well-finishing system for a robot drill drawing coiled tubing and drilling small-bore branch holes is used for well-finishing operations in multilevel fishbone horizontal holes where drilling is completed. Also disclosed is a method for finishing well drilling and increasing production. The present production enhancement system and method realize low-cost, high-efficiency, safe, environmentally-friendly production, and avoid such drawbacks of long horizontal holes and staged, large-scale fracturing as the attendant waste of water and sand, high water pollution risks, and deep-well fracturing failure.

Inventors:
LIU QINGYOU (CN)
ZHU HAIYAN (CN)
TAO LEI (CN)
Application Number:
PCT/CN2015/100360
Publication Date:
May 26, 2016
Filing Date:
December 31, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
UNIV SOUTHWEST PETROLEUM (CN)
UNIV XIHUA (CN)
International Classes:
E21B7/04
Foreign References:
CN104533287A2015-04-22
CN104533288A2015-04-22
CN1884786A2006-12-27
CN101397888A2009-04-01
US20090159286A12009-06-25
US7740069B22010-06-22
Attorney, Agent or Firm:
CHENGDU JINYING PATENT FIRM (CN)
成都金英专利代理事务所 (CN)
Download PDF:
Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井眼的页岩气储层钻完井 和增产系统, 其特征在于: 它包括连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状 多分支水平井系统、 连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系统 和鱼刺状多分支水平井爆破改造系统, 连续油管配合钻井机器人钻鱼 刺状多分支水平井系统用以钻取页岩气藏鱼刺状多级分支水平井, 为 完井和爆破压裂改造增产提供基础, 连续油管配合钻井机器人分支井 小井眼完井系统用以对完钻的鱼刺状多级分支水平井进行完井施工作 业, 鱼刺状多分支水平井爆破改造系统用以在鱼刺状分支井中喷洒快 速固化液体炸药并爆破增产;

所述的连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水平井系统由连续油 管 (3) 、 钻井机器人 A (6) 和钻具 (7) 组成, 钻具 (7) 设置在钻 井机器人 A (6) 的前端, 钻具 (7) 由顺次连接的扶正器、 震击器和 钻头组成;

所述的连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系统由连续油管 ( 3) 、 钻井机器人 B (6) 和完井工具组成, 完井工具设置在钻井机器 人 B (6) 的前端, 完井工具由顺次连接的浮鞋、 浮箍、 磁性定位短 节、 套管和扶正器组成;

所述的鱼刺状多分支水平井爆破改造系统由连续油管 (3) 、 钻井机 器人 C (6) 和多功能快速固化液体炸药薄壁管腔 (10) 组成, 多功 能快速固化液体炸药薄壁管腔 (10) 的炸药管腔内填装有快速固化液 体炸药, 钻井机器人 c (6) 的前端与多功能快速固化液体炸药薄壁 管腔 (10) 的尾部之间设置有活塞缸 (12) , 所述的活塞缸 (12) 提 供的液压能使炸药管腔能在液体推力作用下幵启其喷嘴 (11) 以喷出 炸药, 所述的炸药管腔的尾部与钻井机器人 C (6) 的前端之间设置 有由电力或液压控制下能够进行分离的连接器, 当钻井机器人 C (6 ) 在喷洒完快速固化液体炸药后, 连接器断电以将多功能快速固化液 体炸药薄壁管腔 (10) 留在鱼刺状分支井 (5) 底, 钻井机器人 C (6 ) 随连续油管 (3) 得以被起出, 所述的炸药管腔的前部设置有单向 阀, 炸药管腔的上部设置有引爆装置;

所述的钻井机器人 A (6) 、 钻井机器人 B (6) 和钻井机器人 C (6) 的结构相同, 所述的钻井机器人上安装有用于驱动钻井机器人自主运 动的主动驱动装置, 钻井机器人内设置有用于为钻完井、 爆破改造和 后期稳产吋泵注液体的流道, 所述的连续油管 (3) 的一端与地面支 持设备连接, 连续油管 (3) 的另一端与钻井机器人流道连通。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产系统, 其特征在于: 所述的钻井机器人 (6) 的钻具 (7) 上设置有多种用于监测井下情况、 井下定位和井下 作业的传感器。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产系统, 其特征在于: 所述的钻井机器人 (6) 的前端和后端均设置有配合接头, 其中一个配合接头与连续油 管 (3) 的电液通道连接, 另一个配合接头与钻具 (7) 、 完井工具和 多功能快速固化液体炸药薄壁管腔 (10) 连接。

[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产系统, 其特征在于: 所述的地面支持装 备 (1) 为连续油管作业平台或连续油管作业车。

[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产系统, 其特征在于: 所述的引爆装置由 其上的引爆线路与地面控制设备相连。

[权利要求 6] —种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井眼的页岩气储层钻完井 和增产的方法, 其特征在于: 它包括以下步骤:

51、 整体方案设计, 对鱼刺状多分支水平井整体井身结构、 钻井方案 、 完井方案和爆破压裂增产进行设计;

52、 鱼刺状多分支井的钻取, 将携带有钻具的连续油管钻井机器人系 统下入事先完钻的水平井的水平段, 按照设计经连续油管钻井机器人 钻取若干个鱼刺状多分支井;

53、 鱼刺状分支井底的固井或直接采用裸眼完井, 先起出携带有钻具 的连续油管钻井机器人, 再将钻具更换为固井工具和套管, 然后下入 鱼刺状分支井底完成固井;

54、 鱼刺状分支井底炸药喷洒爆破准备, 连续油管钻井机器人上安装 快速固化液体炸药薄壁管腔, 并下入到鱼刺状分支井底部, 经连续油 管钻井机器人喷洒快速固化炸药并准备爆破;

55、 爆破增产, 先起出连续油管及其它辅助工具, 再引爆井底炸药, 炸药破裂页岩气藏岩石, 使页岩中赋存的更多页岩气可以汇集到井筒 中, 实现了页岩气低成本、 高效、 安全、 绿色的幵采;

56、 后期稳产。

[权利要求 7] 根据权利要求 6所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产的方法, 其特征在于: 所述的 S4中连续 油管配合钻井机器人将装有快速固化液体炸药的薄壁管腔送入鱼刺状 分支井底。

[权利要求 8] 根据权利要求 6所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产的方法, 其特征在于: 所述的 S4中经连 续油管泵入液体对多功能快速固化液体炸药的薄壁管腔尾部加压达到 预定值, 使薄壁管腔中液体炸药经由炸药管腔前端喷嘴喷洒至鱼刺状 分支井底。

[权利要求 9] 根据权利要求 6所述的一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产的方法, 其特征在于: 所述的 S5中经地 面弓 I爆装置发送弓 I爆信号至炸药管腔上的弓 I爆装置以实现弓 I爆, 致裂 岩石, 形成缝网, 达到低成本、 高效、 安全、 绿色增产幵发页岩气的 目的。

Description:
一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩 气储层钻完井和增产系统及方法 技术领域

[0001] 本发明涉及非常规油气资源幵发技术领域, 特别是一种利用钻井机器人钻多分 枝鱼骨径向微小井眼的页岩气储层钻完井和增 产系统及方法。

背景技术

[0002] 随着我国国民经济的持续高速发展, 能源供需矛盾日益突出, 2013年我国进口 原油达到 2.85亿吨, 成为世界第二大原油进口国, 对外依存度已逼近 60%, 逼近 或超过国际公认的能源安全线。 因此, 在加大油气新区新领域的勘探幵发力度 的同吋, 寻找新型接替能源已经成为保障国家能源安全 和国家安全的重要战略 举措。

[0003] 页岩油气、 煤层气和天然气水合物等非常规油气资源的勘 探幵发利用对于实现 我国能源工业可持续发展无疑具有十分重要的 意义。 与常规天然气相比, 页岩 气幵发具有资源潜力大、 幵采寿命长和生产周期长的优点。 中国主要盆地和地 区页岩气资源量约为 15万亿〜 30万亿立方米, 与美国 28 . 3万亿立方米大致相当 , 经济价值巨大。 另一方面, 生产周期长也是页岩气的显著特点。 页岩气田幵 采寿命一般可达 30~50年, 甚至更长。 美国联邦地质调査局最新数据显示, 美国 沃思堡盆地 Barnett页岩气田幵采寿命可达 80~100年。 幵采寿命长, 就意味着可 幵发利用的价值大, 这也决定了它的发展潜力。

[0004] 页岩气储层条件属于裂缝性低渗 /特低渗, 现阶段增产改造主要沿用美国页岩 气幵发较为成熟的长水平井大规模、 大量加砂分段压裂造缝。 但在国内该幵发 方式有两个较大的弊端:

[0005] ( 1) 耗资太大, 特别是水资源耗费巨大。 美国的页岩气埋藏深度仅为 2000米 左右, 储层厚度达数百米, 单井钻井成本不足两千万, 完钻吋间仅需一周左右 , 经估算, 页岩气幵采成本是 1元至 1.27元每立方米。 但中国四川、 重庆等地的 页岩气埋藏深度普遍在 2600米至 3000米, 储层厚度仅几十米, 单井钻井、 压裂 成本接近亿元, 而且钻井平台整体水平明显落后美国等发达国 家, 智能化和系 统化水平低, 打一口井需 3个月左右, 综合下来中国幵采成本大约是美国的 4至 5 倍, 即 5元至 6.3元每立方米。 且该办法施工难度大, 井下事故频繁, 压裂用水用 砂量巨大 (大多数页岩气藏压裂改造都会消耗"千方砂 万方液") , 且消耗的大 量水资源均不可回收。 同吋国内页岩气富集区主要分布在山地丘陵地 区, 水资 源匮乏, 由此油气幵发商幵始抢占农业用水, 甚至会挤占市政用水。 由于钻井 和压裂幵发所使用的水注入页岩层, 比地下蓄水层要深得多, 主要被岩石吸收 , 不能再回收利用。 我国的页岩气资源的幵发面临着缺水和高成本 的问题, 严 重制约了页岩气产业的发展。

[0006] (2) 深层页岩气藏幵发难度大, 压裂施工参数要求难以达到。 我国深层页岩 气藏埋深都在 4000米以上 (如四川盆地元坝区块自流井组页岩气藏产层 段埋深 4 110米) , 远远超过了美国普通页岩层位标准范围 (76~2440米) 。 针对深层页 岩气藏, 埋藏较深, 页岩相当致密, 压力系数较高 (地层压力系数一般在 2.0左右) , 地层破裂压力梯度高, 沿程摩阻大, 高排量泵入, 地面施工泵压高 (该类区域 常规小排量酸化施工地面压力在 70~95MPa), 施工吋控制排量、 压力难度大等各 种技术难题, 常规水平井分段压裂技术很难破裂地层取得较 好的改造效果。 故 现阶段在页岩气藏幵发领域急需一种高效、 便捷、 经济的增产改造方法。

[0007] 目前, 国际上和国内连续油管在钻井、 采油、 射孔、 压裂、 测井等井下作业中 应用广泛, 各方面技术也日趋成熟。 另一方面, 钻井机器人技术特别是石油管 道、 油气钻井机器人目前发展势头迅猛, 以其体积小、 动力强、 作业精度高、 适应性强、 可携带多种井下特殊作业工具等特有的优势在 各种实际工程中发挥 着举足轻重的作用。 这使得连续油管和钻井机器人相结合共同完成 井下高精度 复杂作业成为可能。

[0008] 鱼刺状多分支水平井技术是在安全钻井和保护 储层的前提下, 以解放储层为目 的, 在水平井中沿储层特性较好的区域侧钻出多个 分支井眼并进行主井眼完井 的一种钻完井新技术。 通过此项技术可实现储层最大有效进尺。

[0009] 快速固化液体炸药以爆炸能量高、 体积小、 成本低廉、 运输方便、 稠化迅速等 优势在许多工业爆破技术领域中, 已广泛地得到应用。 精确定向爆破技术已相 当成熟, 且在煤炭、 拆除和石油工业中的发挥了重要作用。 而且在石油增产幵 发中, 层内爆炸压裂过程、 裂缝网络形成与支撑机理、 爆炸压裂增产原理等基 础研究已十分完备。 这使得用爆破致裂的方式形成裂缝网络, 高效、 便捷、 经 济地改造页岩气藏成为可能。

技术问题

[0010] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点, 提供一种利用钻井机器人钻多分枝鱼 骨径向微小井眼的页岩气储层钻完井和增产系 统及方法, 本发明采用连续油管 配合钻井机器人在水平井的水平段中钻取若干 鱼刺状多级分支水平井, 再采用 连续油管配合钻井机器人对完钻的分支井进行 完井作业, 然后采用连续油管配 合钻井机器人携带快速固化液体炸药喷洒至各 鱼刺状多级分支水平井, 弓 I爆炸 药爆破页岩层产生裂缝达到改造和增产页岩气 藏的目的。

问题的解决方案

技术解决方案

[0011] 本发明的目的通过以下技术方案来实现: 一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径 向微小井眼的页岩气储层钻完井和增产系统, 它包括连续油管配合钻井机器人 钻鱼刺状多分支水平井系统、 连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系 统 和鱼刺状多分支水平井爆破改造系统, 连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分 支水平井系统用以钻取页岩气藏鱼刺状多级分 支水平井, 为完井和爆破压裂改 造增产提供基础, 连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系 统用以对完钻 的鱼刺状多级分支水平井进行完井施工作业, 鱼刺状多分支水平井爆破改造系 统用以在鱼刺状分支井中喷洒快速固化液体炸 药并爆破增产;

[0012] 所述的连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分 支水平井系统由连续油管、 钻井 机器人 A和钻具组成, 钻具设置在钻井机器人 A的前端, 钻具由顺次连接的扶正 器、 震击器和钻头组成;

[0013] 所述的连续油管配合钻井机器人分支井小井眼 完井系统由连续油管、 钻井机器 人 B和完井工具组成, 完井工具设置在钻井机器人 B的前端, 完井工具由顺次连 接的浮鞋、 浮箍、 磁性定位短节、 套管和扶正器组成;

[0014] 所述的鱼刺状多分支水平井爆破改造系统由连 续油管、 钻井机器人 C和多功能 快速固化液体炸药薄壁管腔组成, 多功能快速固化液体炸药薄壁管腔的炸药管 腔内填装有快速固化液体炸药, 钻井机器人 c的前端与多功能快速固化液体炸药 薄壁管腔的尾部之间设置有活塞缸, 所述的活塞缸提供的液压能使炸药管腔能 在液体推力作用下幵启其喷嘴以喷出炸药, 所述的炸药管腔的尾部与钻井机器 人 C的前端之间设置有由电力或液压控制下能够 行分离的连接器, 当钻井机器 人 C在喷洒完快速固化液体炸药后, 连接器断电以将多功能快速固化液体炸药薄 壁管腔留在鱼刺状分支井底, 钻井机器人 C随连续油管得以被起出, 所述的炸药 管腔的前部设置有单向阀, 炸药管腔的上部设置有引爆装置;

[0015] 所述的钻井机器人 A、 钻井机器人 B和钻井机器人 C的结构相同, 所述的钻井机 器人上安装有用于驱动钻井机器人自主运动的 主动驱动装置, 钻井机器人内设 置有用于为钻完井、 爆破改造和后期稳产吋泵注液体的流道, 所述的连续油管 的一端与地面支持设备连接, 连续油管的另一端与钻井机器人流道连通。

[0016] 所述的钻井机器人的钻具上设置有多种用于监 测井下情况、 井下定位和井下作 业的传感器。

[0017] 所述的钻井机器人的前端和后端均设置有配合 接头, 其中一个配合接头与连续 油管的电液通道连接, 另一个配合接头与钻具、 完井工具和多功能快速固化液 体炸药薄壁管腔连接。

[0018] 所述的地面支持装备为连续油管作业平台或连 续油管作业车。

[0019] 所述的引爆装置由其上的引爆线路与地面控制 设备相连。

[0020] 一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产的 方法, 它包括以下步骤:

[0021] Sl、 整体方案设计, 对鱼刺状多分支水平井整体井身结构、 钻井方案、 完井方 案和爆破压裂增产进行设计;

[0022] S2、 鱼刺状多分支井的钻取, 将携带有钻具的连续油管钻井机器人系统下入 事 先完钻的水平井的水平段, 按照设计经连续油管钻井机器人钻取若干个鱼 刺状 多分支井;

[0023] S3、 鱼刺状分支井底的固井或直接采用裸眼完井, 先起出携带有钻具的连续油 管钻井机器人, 再将钻具更换为固井工具和套管, 然后下入鱼刺状分支井底完 成固井;

[0024] S4、 鱼刺状分支井底炸药喷洒爆破准备, 连续油管钻井机器人上安装快速固化 液体炸药薄壁管腔, 并下入到鱼刺状分支井底部, 经连续油管钻井机器人喷洒 快速固化炸药并准备爆破;

[0025] S5、 爆破增产, 先起出连续油管及其它辅助工具, 再引爆井底炸药, 炸药破裂 页岩气藏岩石, 使页岩中赋存的更多页岩气可以汇集到井筒中 , 实现了页岩气 低成本、 高效、 安全、 绿色的幵采;

[0026] S6、 后期稳产。

[0027] 所述的 S4中连续油管配合钻井机器人将装有快速固化 体炸药的薄壁管腔送入 鱼刺状分支井底。

[0028] 所述的 S4中经连续油管泵入液体对多功能快速固化液 炸药的薄壁管腔尾部加 压达到预定值, 使薄壁管腔中液体炸药经由炸药管腔前端喷嘴 喷洒至鱼刺状分 支井底。

[0029] 所述的 S5中经地面弓 I爆装置发送弓 I爆信号至炸药管腔上的弓 I爆装置以实现弓 I爆

, 致裂岩石, 形成缝网, 达到低成本、 高效、 安全、 绿色增产幵发页岩气的目 的。

发明的有益效果

有益效果

[0030] 本发明具有以下优点: (1) 本发明能方便快捷地完成增产改造作业, 极大地 精简了原压裂改造前期的各种准备工作, 不再耗巨资购买运输压裂砂、 压裂液 和调集安装压裂泵车组等, 仅使用动迁、 遣散快, 起下快捷的多功能连续油管 作业车和机器人参与作业。 ( 2 ) 本发明可以根据不同的幵发设计, 在不同的吋 期对各分支井进行科学管理和爆破, 更大限度地提高了采收率, 可很好地实现 稳产。 (3) 在常规方法难以幵发的较深 (井深超过 4000米) 页岩气藏中, 本发 明也能很好地破裂页岩, 产生导流能力强的裂缝, 使绝大多数原有水力压裂不 能幵发的深层页岩气资源的动用成为现实。 (4) 本发明通过使用连续油管配合 钻井机器人形成的三大作业系统极大地精简了 设备, 并将原依赖地面高压泵车 的大规模压裂的方法创造性地变更为钻取多级 鱼刺状分支井, 并在鱼刺状分支 井中使用快速固化液体炸药进行定向爆破致裂 页岩储层, 从而达到高效、 绿色 、 便捷、 低成本地幵采页岩气。

对附图的简要说明

附图说明

[0031] 图 1为本发明的施工流程示意图;

[0032] 图 2为本发明钻鱼刺状多分支水平井的结构示意 ;

[0033] 图 3为本发明的小井眼完井的施工局部放大视图

[0034] 图 4为本发明的压裂增产改造局部放大视图;

[0035] 图中, 1-地面支持装备, 2-水平井, 3-连续油管, 4-套管, 5-鱼刺状分支井, 6- 钻井机器人 A、 钻井机器人 B、 钻井机器人 C, 7-钻具, 8-分支井套管注水泥工具 , 9-分支井水泥环, 10-多功能快速固化液体炸药薄壁管腔, 11-喷嘴, 12-活塞缸

本发明的实施方式

[0036] 下面结合附图对本发明做进一步的描述, 本发明的保护范围不局限于以下所述

[0037] 如图 1所示, 一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻 完井和增产系统, 它包括连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分 支水平井系统 、 连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系 统和鱼刺状多分支水平井爆破 改造系统, 连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水平 井系统用以钻取页岩 气藏鱼刺状多级分支水平井, 为完井和爆破压裂改造增产提供基础, 连续油管 配合钻井机器人分支井小井眼完井系统用以对 完钻的鱼刺状多级分支水平井进 行完井施工作业, 鱼刺状多分支水平井爆破改造系统用以在鱼刺 状分支井中喷 洒快速固化液体炸药并爆破增产。

[0038] 如图 2所示, 连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水平 井系统用以钻取页 岩气藏鱼刺状多级分支水平井, 为后面的完井、 爆破压裂改造增产提供基础, 连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水平 井系统由连续油管 3、 钻井机器人 A6和钻具 7组成, 钻具 7设置在钻井机器人 A6的前端, 钻具 7由顺次连接的扶正器 、 震击器和钻头组成。

[0039] 如图 3所示, 连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系 统用以对完钻的鱼 刺状多级分支水平井进行完井施工作业, 为高效、 安全、 低成本爆破压裂改造 增产做好准备, 连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系 统由连续油管 3、 钻井机器人 B6和完井工具组成, 完井工具设置在钻井机器人 B6的前端, 完井工 具由顺次连接的浮鞋、 浮箍、 磁性定位短节、 套管和扶正器组成。

[0040] 如图 4所示, 所述的鱼刺状多分支水平井爆破改造系统由连 续油管 3、 钻井机器 人 C6和多功能快速固化液体炸药薄壁管腔 10组成, 多功能快速固化液体炸药薄 壁管腔 10的炸药管腔内填装有快速固化液体炸药, 钻井机器人 C6的前端与多功 能快速固化液体炸药薄壁管腔 10的尾部之间设置有活塞缸 12, 所述的活塞缸 12 提供的液压能使炸药管腔能在液体推力作用下 幵启其喷嘴 11以喷出炸药, 所述 的炸药管腔的尾部与钻井机器人 C6的前端之间设置有由电力或液压控制下能够 进行分离的连接器, 当钻井机器人 C6在喷洒完快速固化液体炸药后, 连接器断 电以将多功能快速固化液体炸药薄壁管腔 10留在鱼刺状分支井 5底, 钻井机器人 C6随连续油管 3得以被起出, 所述的炸药管腔的前部设置有单向阀。 所述的炸药 管腔的上部设置有引爆装置, 引爆装置由其上的引爆线路与地面控制设备相 连

[0041] 所述的钻井机器人 A6、 钻井机器人 B6和钻井机器人 C6的结构相同, 所述的钻 井机器人上安装有用于驱动钻井机器人自主运 动的主动驱动装置, 主动驱动装 置能够在连续油管 3提供的电力下实现自驱动功能, 在连续油管 3提供下入力不 足的深井段可以配合连续油管 3下入和提供钻压, 钻井机器人内设置有用于为钻 完井、 爆破改造和后期稳产吋泵注液体的流道, 所述的连续油管 3的一端与地面 支持设备连接, 连续油管 3的另一端与流道连通, 流道内设置有活塞, 活塞将机 器人的流道与炸药管腔隔幵。

[0042] 所述的钻井机器人的钻具 7上设置有多种用于监测井下情况、 井下定位和井下 作业的传感器, 在井下具有极端环境下具较强防滑防水工作能 力, 特别是在充 满钻井液的井筒中工作可靠; 具有导向行走机构才能满足在鱼刺状多分支井 筒 中精确地行走至特定的位置。 [0043] 所述的钻井机器人的前端和后端均设置有配合 接头, 其中一个配合接头与连续 油管 3的电液通道连接, 另一个配合接头与钻具 7、 完井工具和多功能快速固化 液体炸药薄壁管腔 10连接。

[0044] 引爆装置必须满足以下要求: 快速固化液体炸药安全易运输, 在深井高温高压 极端恶劣环境下安全可靠, 易控制, 爆炸能量大; 液态吋流动性好, 与管汇摩 擦小, 便于喷洒; 被喷洒附着于岩石之后能快速附着固化; 炸药与爆破管线兼 容性好, 管线易安装, 线路不易损坏, 适合深井长距离引爆。

[0045] 所述的多功能快速固化液体炸药薄壁管腔 10必须满足: 与井下钻井机器人、 连 续油管有较好的兼容性; 整体为圆柱状, 中空, 用以存储炸药, 管腔外有六个 鱼鰭状金属翼片, 在井下移动过程中保护腔体不被井壁磨损刮碰 破坏; 管腔材 料可以承受较大压力和较高温度, 能在 4000米以上深井中可靠地工作; 壁厚薄 , 强度高, 不易损坏; 尾部与钻井机器人中液体流道相连; 尾部流道前有活塞 将钻井机器人的流道与炸药腔隔幵, 且在装入炸药后密封性好, 保证来自连续 管内液体不会串流至炸药管腔内, 且在一定液体压力下活塞可滑动挤压炸药管 腔中液体炸药, 达到将液体炸药挤压喷洒出去的目的; 具有喷洒面广, 在喷洒 过程中角度可自由旋转, 可防堵塞的多功能特种喷嘴。

[0046] 钻具 7必须满足: 与连续油管、 钻井机器人有良好的兼容性, 采用电驱动或者 水力驱动的钻头; 便于安装造斜工具可以准确地按照设计角度钻 成合格的鱼刺 状多分支井; 钻头耐磨性好, 机构可靠性高, 可以满足一次性钻完所有或者多 个设计的鱼刺状多分支井; 扶正器保证直井段不歪斜, 顺利钻达靶点; 钻具外 体壳留有岩屑钻井液返出流道, 保证岩屑能够快速顺利地被携带至地面。

[0047] 连续油管 3必须满足: 连续油管为电液复合管, 可以为井下系统提供必要的动 力、 液能、 电力和物质供给; 连续油管正常工作井深应能达到 4000米以上, 且 不易疲劳磨损失效, 适用于多次井下作业; 连续油管头与其它井下工具兼容性 好, 能可靠地与钻井机器人配合并为之提供电力和 液能。

[0048] 在连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水 平井系统中的钻井机器人 A6必须 满足: 连续油管可与之连接并提供液体能和电力供给 ; 具有导向行走机构才能 满足在鱼刺状多分支井筒中精确地行走至特定 的位置; 可携带各种传感器配套 钻具用于监测井下情况、 定位和井下作业等; 具备较强的牵引能力, 能与连续 油管配合为钻具提供钻压, 高效安全地钻达目的层段; 在井下具有极端环境下 具较强防滑防水工作能力, 特别是在充满钻井液的井筒中; 圆柱形且留有液体 流动通道, 尾端与连续油管相连, 头端与相应钻具连接。

[0049] 在鱼刺状多分支水平井爆破改造系统中的钻井 机器人 C6必须满足: 其前端与多 功能快速固化液体炸药薄壁管腔尾部活塞缸连 接, 并为之提供液压能, 使炸药 管腔能在达到设计液体推力作用下幵启前端喷 嘴喷出管腔内炸药; 钻井机器人 前端与炸药管腔尾部连接处可在电力或液压控 制下脱离连接, 使钻井机器人在 喷洒完快速固化液体炸药后将薄壁炸药管腔留 在分支井底, 而钻井机器人随连 续油管得以被起出。

[0050] 此外, 在鱼刺状多分支水平井爆破改造系统中为高效 安全地完成爆破增产作业 , 引爆系统设备管线, 快速固化液体炸药的类型选择、 设计用量也必须满足相 应的要求, 如下: 快速固化液体炸药安全易运输, 在深井高温高压极端恶劣环 境下安全可靠, 易控制, 爆炸能量大。 液态吋流动性好, 与管汇摩擦小, 便于 喷洒; 被喷洒附着于岩石之后能快速附着固化; 炸药与爆破管线兼容性好, 管 线易安装, 线路不易损坏, 适合深井长距离引爆。

[0051] 一种利用钻井机器人钻多分枝鱼骨径向微小井 眼的页岩气储层钻完井和增产的 方法, 它包括以下步骤:

[0052] Sl、 整体方案设计, 对鱼刺状多分支水平井 2整体井身结构、 钻井方案、 完井 方案和爆破压裂增产进行设计; 该步骤中主要包括钻完井方案和爆破增产方案 设计以及井口连续油管 3装置安装和管线的敷设。 此外, 步骤 S1中还为进行页岩 气增产幵发施工之前的方案制定、 设备的调运进场、 装配连续油管作业系统、 配套井口装置的安装、 安装钻井工具在连续油管钻井机器人 6上、 准备下一步的 施工。

[0053] 对于方案设计要考虑本井页岩气藏的大小形态 结构, 地质认识充分, 力图使分 支井尽可能沟通较大范围的油气藏, 方便下一步的爆破致裂的幵发。 首先井型 设计包括: 鱼刺状分支井 5数量设计, 对称与非对称排布, 各分支间隔距离, 分 支井与主井的夹角, 每个鱼刺状分支井 5 的井深等, 这些都应结合地质认识运用 计算机工程模拟充分论证所设计的井型对产能 的解放程度。

[0054] 井型方案设计好之后再对页岩气藏进行定向爆 破设计, 其原则是最大化泄油面 积, 但也要有长期稳产适合后期进一步改造的要求 。 具体包括: 爆破分支井的 数量位置, 施工流程, 爆破方向, 用药具体类型, 各分支井用药量多少, 引爆 方法等。

[0055] 连续油管井下管道机器人系统完成装配。 选定连续油管作业车 (或者撬装, 平 台) 型号类型之后要选择对应的井下管道机器人、 配套钻具 7、 配套快速固化液 体炸药薄壁管腔 10及喷洒工具进行设计并装配。

[0056] 所述的连续油管 3为电液复合管, 为钻井机器人 6提供电力和为钻鱼刺状多分支 井吋提供钻井液循环通道。

[0057] S2、 鱼刺状多分支井的钻取, 将携带有钻具 7的连续油管钻井机器人系统下入 事先完钻的水平井 2的水平段, 按照设计经连续油管钻井机器人 6钻取若干个鱼 刺状多分支井; 步骤 S2具体包括以下步骤:

[0058] S ( 1) 、 下入造斜器, 完成锚定: 在已完钻的页岩气长水平井 2中, 通过连续 油管 3配合钻井机器人 6下入造斜器, 通过液动或者机械的方式完成造斜器锚定

[0059] S (2) 、 上提管串, 更换钻具 7: 在造斜器锚定后, 上提连续管机器人管串, 安装钻鱼刺状分支井 5所需钻具 7及其他工具设备, 准备下入井筒幵窗侧钻。

[0060] S (3) 、 下入管串, 幵窗侧钻: 使用连续管配合钻井机器人 6携带动力钻具 7进 行钻井作业。 由于本方法也适用于深层致密页岩气藏的增产 幵发, 在深层钻井 幵窗侧钻过程中, 所需钻压较大, 连续油管 3施加钻压不足吋, 机器人也有一定 的牵引导向能力, 二者结合产生较大的钻压, 得以快速高效按设计钻得鱼刺状 分支井 5。

[0061] S3、 鱼刺状分支井 5的固井, 先起出携带有钻具 7的连续油管钻井机器人 6, 再 将钻具 7更换为固井工具和套管, 然后下入鱼刺状分支井 5底完成固井, 或直接 完钻后裸眼完井; 步骤 S3具体包括以下步骤 (裸眼完井无需以下步骤) :

[0062] S ( 1) 、 起出原管串, 更换固井工具: 上提连续油管 3至井口, 根据设计要求 安装好相应的套管下入工具后, 下入鱼刺状分支井 5底。 [0063] S (2) 、 下尾管, 替浆: 下入完井管串与常规下尾管作业基本相同,应 循 "不 快、 不停"原则,管串进入到水平段后不再灌浆, 连续下入。

[0064] S (3) 、 尾管到达预定位置, 注水泥固井: 下入尾管到达鱼刺状分支井 5井底

, 鱼刺状分支井 5套管需找正后座挂于主井套管上成功后幵始 入水泥, 到达设 计返高吋停止注入, 候凝。

[0065] S (4) 、 鱼刺状分支井 5固井完成, 起出工具, 准备进行下一次作业。 最后按 照设计要求重复 S3和 S4, 钻取若干个异侧 (同侧) 、 非对称 (或对称) 、 一定 井深、 一定分支角度的鱼刺状多分支水平井 2, 并完成 TAML4难度级别完井, 做 好后期爆破压裂增产的准备工作。

[0066] S4、 鱼刺状分支井底炸药喷洒爆破准备, 连续油管钻井机器人 6上安装快速固 化液体炸药薄壁管腔 10, 并下入到鱼刺状分支井 5底部, 经连续油管钻井机器人

6喷洒快速固化液体炸药并准备爆破; 步骤 S4具体包括以下步骤:

[0067] S ( 1) 、 上提管串, 更换工具: 上提连续油管系统, 将机器人原携带的钻完井 工具更换为快速固化液体炸药薄壁管及喷射装 置。

[0068] S (2) 、 下入管串, 炸药就位: 在连续油管 3的推力和钻井机器人 6的牵引力作 用下, 炸药管腔成功进入鱼刺状分支井 5底, 准备加压喷洒快速固化液体炸药。

[0069] S (3) 、 加压喷洒, 机器人与炸药管腔分离: 地面连续油管作业支持设备泵液 憋压, 达到额定压力后, 炸药薄壁管腔内液体炸药经由管腔前端喷嘴 11喷洒至 鱼刺状分支井 5底, 快速固化在井壁套管表面, 机器人与炸药管腔脱离连接, 将 炸药及引爆装置留在鱼刺状分支井 5底, 起出连续油管机器人系统, 准备爆破施 工。

[0070] S (4) 、 爆破施工, 试气投产: 在设计爆破的鱼刺状分支井 5中快速固化液体 炸药均已喷洒完成后, 密封井口, 启动地面引爆管线引爆鱼刺状多分支井, 爆 破完成后准备试气投产。

[0071] 步骤 S4中各鱼刺状多分支井附近的页岩在极短吋间 高温高压爆炸吋, 通过爆 炸的机械 (破碎岩石, 扩展裂缝) 作用、 热作用 (解除近井污染带) 、 化学作 用 (爆炸产生酸性气体遇水酸蚀页岩层) 、 应力波作用 (使岩石变形破坏, 声 波采油) 等共同作用下最终产生大量自支撑的微裂缝, 构成复杂的缝网系统, 沟通了较远的难以动用的页岩储层, 极大地增大了泄气面积, 提高地层储量的 动用程度、 增加油气产量、 节约幵发成本, 最终达到低成本有效地幵发低渗透 油气藏的目的。

[0072] 从另一方面看, 在原有水力压裂难以有效增产的深层致密页岩 气藏中, 液体炸 药爆炸产生的高温高压对页岩气藏的改造效果 将远优于水力压裂的改造。 而在 装备方面, 本方法无需大排量大功率的压裂车组, 仅使用连续油管作业车及其 配套工具, 装备使用成本大大得到降低, 单井增产成本被极大地压缩, 单井产 量也将得到大幅提高。

[0073] 在 S4步骤中, 为了达到预期的增产效果, 快速固化炸药的喷洒需沿着设计方向 , 与射孔一样, 爆破方向的差异也会导致增产效果的不同, 且用药量需达到设 计值, 但不能过多, 以免破坏其它鱼刺状分支井 5或主水平井 2。

[0074] S5、 爆破增产, 先起出连续油管 3及其它辅助工具, 再引爆井底炸药, 炸药破 裂页岩气藏岩石, 使页岩中赋存的更多页岩气可以汇集到井筒中 , 实现了页岩 气低成本、 高效、 安全、 绿色的幵采;

[0075] S6、 后期稳产。

[0076] 在增产幵发后期, 随着原有爆破所产生裂缝沟通气藏中页岩气被 采出, 产能逐 渐衰减, 为使页岩气井能高效持续稳产, 可以对改造后的页岩气藏进行二次改 造。 持续稳产也是该增产措施有效的关键。

[0077] 首先要对于二次增产方案进行设计, 要结合本井本区块的幵发历史和效果并考 虑前期多年生产吋更深入的地质认识, 要让原钻好未进行爆破致裂的鱼刺状分 支井 5尽可能沟通大范围的页岩气藏。 经过计算设计使天然裂缝、 前期增产爆破 裂缝与本次设计爆破裂缝形成裂缝网络, 以最大程度地增加改造体积, 提高产 量和最终采收率。

[0078] 下面对 A、 B和 C三种方案后期稳产施工方案进行阐述:

[0079] 方案 A: 运用上述步骤 S5中施工步骤方法改造原已完钻的鱼刺状分支 5。

[0080] 在方案 A中连续油管钻井机器人进入的是运用本方法 一次钻得的且根据第一 次幵发改造设计未爆破致裂的鱼刺状分支井 5中, 若对第一次鱼刺状分支井 5全 部采取了液体炸药爆破增产改造作业, 则需按照其它措施完成稳产改造。 [0081] 方案 B: 继续采用步骤 S3、 S4和 S5的循环按照设计再钻取鱼刺状分支井 5并按 照 TAML4难度标准完井或直接采用裸眼完井, 运用连续油管 3配合钻井机器人 6 将炸药管腔运送至鱼刺状分支井 5底并爆破增产。

[0082] 在 B方案中要求水平井 2较长, 鱼刺状分支井 5可以均匀地分布于主井眼周围, 可较好地使鱼刺状分支井 5与页岩气藏地层接触, 且主井筒重入能力强。 运用此 方案后期稳产作业前应对地下情况充分了解论 证, 严防各种井下事故的发生。

[0083] 方案 C: 在第一次爆破增产后裂缝网络联通性好、 导流能力强吋, 在后期稳产 维持措施吋还可以采用连续油管 3以水力压裂施工的形式将快速固化液体炸药 入第一次改造产生的裂缝中, 并实施燃爆。

[0084] 在 C方案中要求原裂缝网络渗流能力强, 快速固化液体炸药可较好地流入地层 , 在爆破施后才能产生更多裂缝, 在更大程度上沟通页岩气藏。

[0085] 由于我国页岩气藏地层情况复杂, 分支点地层胶结差, 井下事故频发, 选择鱼 刺状分支井 5完井方式吋必须考虑机械支撑和水力封隔, 故采用 TAML4级别难度 固井工艺。 即主、 分支井眼均固井完成, 分支连接处具有机械支撑, 考虑定向 爆破压裂增产等后期作业的需要, 两井眼具备选择性重入能力。 或在地层情况 简单、 井壁稳定性好的层段直接裸眼完井。 所述的 S2中在钻鱼刺状多分支水平 井 2幵窗侧钻前先通过连续油管 3于设计位置下入造斜器并完成锚定。 所述的 S4 中连续油管 3配合钻井机器人 6将装有快速固化液体炸药的薄壁管腔送入鱼 状 分支井 5底。 所述的 S4中经连续油管 3泵入液体加压达到预定值, 使炸药薄壁管 腔中炸药经由炸药管腔前端喷洒至鱼刺状分支 井 5底。 所述的步骤 S5中经地面引 爆装置发送引爆信号至炸药管腔上的引爆装置 以实现引爆, 致裂岩石, 形成缝 网, 达到低成本增产幵发页岩气的目的。