一種鉆魚刺狀多級(jí)分支水平井頁巖氣儲(chǔ)層鉆完井和增產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣資源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種鉆魚刺狀多級(jí)分支水平井頁巖氣儲(chǔ)層鉆完井和增產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，能源供需矛盾日益突出，2013年我國進(jìn)口原油達(dá)到2.85億噸，成為世界第二大原油進(jìn)口國，對外依存度已逼近60%，逼近或超過國際公認(rèn)的能源安全線。因此，在加大油氣新區(qū)新領(lǐng)域的勘探開發(fā)力度的同時(shí)，尋找新型接替能源已經(jīng)成為保障國家能源安全和國家安全的重要戰(zhàn)略舉措。
[0003]頁巖油氣、煤層氣和天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)利用對于實(shí)現(xiàn)我國能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展無疑具有十分重要的意義。與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)具有資源潛力大、開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點(diǎn)。中國主要盆地和地區(qū)頁巖氣資源量約為15萬億~30萬億立方米，與美國28.3萬億立方米大致相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。另一方面，生產(chǎn)周期長也是頁巖氣的顯著特點(diǎn)。頁巖氣田開采壽命一般可達(dá)30~50年，甚至更長。美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局最新數(shù)據(jù)顯示，美國沃思堡盆地Barnett頁巖氣田開采壽命可達(dá)80~100年。開采壽命長，就意味著可開發(fā)利用的價(jià)值大，這也決定了它的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0004]頁巖氣儲(chǔ)層條件屬于裂縫性低滲/特低滲，現(xiàn)階段增產(chǎn)改造主要沿用美國頁巖氣開發(fā)較為成熟的長水平井大規(guī)模、大量加砂分段壓裂造縫。但在國內(nèi)該開發(fā)方式有兩個(gè)較大的弊端:
(I)耗資太大，特別是水資源耗費(fèi)巨大。美國的頁巖氣埋藏深度僅為2000米左右，儲(chǔ)層厚度達(dá)數(shù)百米，單井鉆井成本不足兩千萬，完鉆時(shí)間僅需一周左右，經(jīng)估算，頁巖氣開采成本是I元至1.27元每立方米。但中國四川、重慶等地的頁巖氣埋藏深度普遍在2600米至3000米，儲(chǔ)層厚度僅幾十米，單井鉆井、壓裂成本接近億元，而且鉆井平臺(tái)整體水平明顯落后美國等發(fā)達(dá)國家，智能化和系統(tǒng)化水平低，打一口井需3個(gè)月左右，綜合下來中國開采成本大約是美國的4至5倍，即5元至6.3元每立方米。且該辦法施工難度大，井下事故頻繁，壓裂用水用砂量巨大(大多數(shù)頁巖氣藏壓裂改造都會(huì)消耗“千方砂，萬方液”)，且消耗的大量水資源均不可回收。同時(shí)國內(nèi)頁巖氣富集區(qū)主要分布在山地丘陵地區(qū)，水資源匱乏，由此油氣開發(fā)商開始搶占農(nóng)業(yè)用水，甚至?xí)D占市政用水。由于鉆井和壓裂開發(fā)所使用的水注入頁巖層，比地下蓄水層要深得多，主要被巖石吸收，不能再回收利用。我國的頁巖氣資源的開發(fā)面臨著缺水和高成本的問題，嚴(yán)重制約了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0005](2)深層頁巖氣藏開發(fā)難度大，壓裂施工參數(shù)要求難以達(dá)到。我國深層頁巖氣藏埋深都在4000米以上(如四川盆地元壩區(qū)塊自流井組頁巖氣藏產(chǎn)層段埋深4110米)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了美國普通頁巖層位標(biāo)準(zhǔn)范圍(76~2440米)。針對深層頁巖氣藏，埋藏較深，頁巖相當(dāng)致密，壓力系數(shù)較高(地層壓力系數(shù)一般在2.0左右)，地層破裂壓力梯度高，沿程摩阻大，高排量泵入，地面施工泵壓高(該類區(qū)域常規(guī)小排量酸化施工地面壓力在70~95MPa)，施工時(shí)控制排量、壓力難度大等各種技術(shù)難題，常規(guī)水平井分段壓裂技術(shù)很難破裂地層取得較好的改造效果。故現(xiàn)階段在頁巖氣藏開發(fā)領(lǐng)域急需一種高效、便捷、經(jīng)濟(jì)的增產(chǎn)改造方法。
[0006]目前，國際上和國內(nèi)連續(xù)油管在鉆井、采油、射孔、壓裂、測井等井下作業(yè)中應(yīng)用廣泛，各方面技術(shù)也日趨成熟。另一方面，鉆井機(jī)器人技術(shù)特別是石油管道、油氣鉆井機(jī)器人目前發(fā)展勢頭迅猛，以其體積小、動(dòng)力強(qiáng)、作業(yè)精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、可攜帶多種井下特殊作業(yè)工具等特有的優(yōu)勢在各種實(shí)際工程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。這使得連續(xù)油管和鉆井機(jī)器人相結(jié)合共同完成井下高精度復(fù)雜作業(yè)成為可能。
[0007]魚刺狀多分支水平井技術(shù)是在安全鉆井和保護(hù)儲(chǔ)層的前提下，以解放儲(chǔ)層為目的，在水平井中沿儲(chǔ)層特性較好的區(qū)域側(cè)鉆出多個(gè)分支井眼并進(jìn)行主井眼完井的一種鉆完井新技術(shù)。通過此項(xiàng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層最大有效進(jìn)尺。
[0008]快速固化液體炸藥以爆炸能量高、體積小、成本低廉、運(yùn)輸方便、稠化迅速等優(yōu)勢在許多工業(yè)爆破技術(shù)領(lǐng)域中，已廣泛地得到應(yīng)用。精確定向爆破技術(shù)已相當(dāng)成熟，且在煤炭、拆除和石油工業(yè)中的發(fā)揮了重要作用。而且在石油增產(chǎn)開發(fā)中，層內(nèi)爆炸壓裂過程、裂縫網(wǎng)絡(luò)形成與支撐機(jī)理、爆炸壓裂增產(chǎn)原理等基礎(chǔ)研宄已十分完備。這使得用爆破致裂的方式形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，高效、便捷、經(jīng)濟(jì)地改造頁巖氣藏成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種鉆魚刺狀多級(jí)分支水平井頁巖氣儲(chǔ)層鉆完井和增產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人在水平井的水平段中鉆取若干魚刺狀多級(jí)分支水平井，再采用連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人對完鉆的分支井進(jìn)行完井作業(yè)，然后采用連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人攜帶快速固化液體炸藥噴灑至各魚刺狀多級(jí)分支水平井，引爆炸藥爆破頁巖層產(chǎn)生裂縫達(dá)到改造和增產(chǎn)頁巖氣藏的目的。
[0010]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種鉆魚刺狀多級(jí)分支水平井頁巖氣儲(chǔ)層鉆完井和增產(chǎn)系統(tǒng)，它包括連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人鉆魚刺狀多分支水平井系統(tǒng)、連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人分支井小井眼完井系統(tǒng)和魚刺狀多分支水平井爆破改造系統(tǒng)，連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人鉆魚刺狀多分支水平井系統(tǒng)用以鉆取頁巖氣藏魚刺狀多級(jí)分支水平井，為完井和爆破壓裂改造增產(chǎn)提供基礎(chǔ)，連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人分支井小井眼完井系統(tǒng)用以對完鉆的魚刺狀多級(jí)分支水平井進(jìn)行完井施工作業(yè)，魚刺狀多分支水平井爆破改造系統(tǒng)用以在魚刺狀分支井中噴灑快速固化液體炸藥并爆破增產(chǎn)；
所述的連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人鉆魚刺狀多分支水平井系統(tǒng)由連續(xù)油管、鉆井機(jī)器人A和鉆具組成，鉆具設(shè)置在鉆井機(jī)器人A的前端，鉆具由順次連接的扶正器、震擊器和鉆頭組成；
所述的連續(xù)油管配合鉆井機(jī)器人分支井小井眼完井系統(tǒng)由連續(xù)油管、鉆井機(jī)器人B和完井工具組成，完井工具設(shè)置在鉆井機(jī)器人B的前端，完井工具由順次連接的浮鞋、浮箍、磁性定位短節(jié)、套管和扶正器組成；
所述的魚刺狀多分支水平井爆破改造系統(tǒng)由連續(xù)油管、鉆井機(jī)器人C和多功能快速固化液體炸藥薄壁管腔組成，多功能快速固化液體炸藥薄壁管腔的炸藥管腔內(nèi)填裝有快速固化液體炸藥，鉆井機(jī)器人C的前端與多功能快速固化液體炸藥薄壁管腔的尾部之間設(shè)置有活塞缸，所述的活塞缸提供的液壓能使炸藥管腔能在液體推力作用下開啟其噴嘴以噴出炸藥，所述的炸藥管腔的尾部與鉆井機(jī)器人C的前端之間設(shè)置有由電力或液壓控制下能夠進(jìn)行分離的連接器，當(dāng)鉆井機(jī)器人C在噴灑完快速固化液體炸藥后，連接器斷電以將多功能快速固化液體炸藥薄壁管腔留在魚刺狀分支井底，鉆井機(jī)器人C隨連續(xù)油管得以被起出，所述的炸藥管腔的前部設(shè)置有單向閥，炸藥管腔的上部設(shè)置有引爆裝置。
[0011]所述的鉆井機(jī)器人A、鉆井機(jī)器人B和鉆井機(jī)器人C的結(jié)構(gòu)相同，所述的鉆井機(jī)器人上安裝有用于驅(qū)動(dòng)鉆井機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，鉆井機(jī)器人內(nèi)設(shè)置有用于為鉆完井、爆破改造和后期穩(wěn)產(chǎn)時(shí)泵注液體的流道，所述的連續(xù)油管的一端與地面支持設(shè)備連接，連續(xù)油管的另一端與鉆井機(jī)器人流道連通。
[0012]所述的鉆井機(jī)器人的鉆具上設(shè)置有多種用于監(jiān)測井下情況、井下定位和井下作業(yè)的傳感器。
[0013]所述的鉆井機(jī)器人的前端和后端均設(shè)置有配合接頭，其中一個(gè)配合接頭與連續(xù)油管的電液通道連接，另一個(gè)配合接頭與鉆具、完井工具和多功能快速固化液體炸藥薄壁管腔連接。
[0014]所述的地面支持裝備為連續(xù)油管作業(yè)平臺(tái)。
[0015]所述的地面支持裝備為連續(xù)油管作業(yè)車。
[0016]所述的引爆裝置由其上的引爆線路與地面控制設(shè)備相連。
[0017]所述的小井眼分支井完井系統(tǒng)采用TAML4級(jí)別難度固井工具。
[0018]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)本發(fā)明能方便快捷地完成增產(chǎn)改造作業(yè)，極大地精簡了原壓裂改造前期的各