本發(fā)明涉及一種非常規(guī)天然氣工程領(lǐng)域，特別涉及一種天然氣水平井完井方法。

背景技術(shù)：

天然氣水合物主要分布于深海淺層沉積物中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。其資源量相當(dāng)于全球煤、石油和天然氣等化石燃料資源量總和的2倍。天然氣水合物被公認(rèn)為是具有良好前景的重要后續(xù)能源，它具有分布廣、資源量大、能量密度高和無污染等優(yōu)點。20 世紀(jì) 80 年代以來，許多國家都在天然氣水合物的研究方面給與了高度重視，并從能源戰(zhàn)略角度考慮，紛紛制定了長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。

天然氣水合物的基本性質(zhì)以及賦存方式?jīng)Q定了它無法采用常規(guī)油氣開采方法開采。當(dāng)前天然氣水合物開采的基本思路是在水合物藏鉆成單一井眼（直井或水平井），然后通過熱激發(fā)、降壓、注化學(xué)抑制劑和氣體置換等方法使天然氣水合物分解成自由氣體，并滲流到井筒進(jìn)行開采。由于水合物分解過程緩慢，導(dǎo)致水合物井單井產(chǎn)量有限。如何提高單井產(chǎn)量，是決定水合物能否有效開發(fā)的關(guān)鍵。

由于水合物藏所處物理環(huán)境為深水、淺層，可能具有地層成巖性差、地層強度、滲透率差（水合物凝固所致）等新特性，使傳統(tǒng)水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)無法滿足水合物開發(fā)的需要。

經(jīng)過對國內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)專利文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前還沒有天然氣水合物完井技術(shù)相關(guān)的專利。本申請?zhí)岢隽艘环N新的提高單井產(chǎn)量的完井方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種天然氣水平井完井方法，該方法采用大尺寸鉆頭一次性鉆至目的井深形成主井眼，再利用徑向水平井技術(shù)在儲層中鉆出多個水平分支井眼，最大程度地增加儲層與井眼的接觸表面積。該完井方法適用于各種天然氣水合物激發(fā)分解方式（注熱、注化、降壓和置換），能夠大幅度提高水合物井的產(chǎn)量和采收率。

其技術(shù)方案是：包括采用大尺寸鉆頭一次性鉆至目的井深形成大主井眼（5），再利用徑向水平井技術(shù)在天然氣水合物儲層中鉆出多個水平分支井眼（6），具體步驟如下：

（一）大主井眼（5）作業(yè)完成后，下入井下斜向器（21），將整套裝置固定在井底套管上；

（二）下入造斜導(dǎo)向器（9），插入第一個水平分支井眼（6）的導(dǎo)向槽（23）的定位孔（22）中，同時把高壓柔性噴管下入導(dǎo)向跟進(jìn)篩管（10）內(nèi)，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管（10）前端安裝有高壓噴射鉆頭（12），借助自身重力和高壓噴射鉆頭（12）的前進(jìn)力向前鉆進(jìn)；

（三）鉆進(jìn)到預(yù)定深度時，下入帶電纜的電化學(xué)切割器到高壓柔性噴管與高壓噴射鉆頭（12）連接處，然后泵入KCl水溶液，使用直流電供電對高壓柔性噴管進(jìn)行電化學(xué)切割，撤出上部管線，將高壓噴射鉆頭（12）以及導(dǎo)向跟進(jìn)篩管（10）留在井中，實現(xiàn)一條徑向水平井完井作業(yè)；

（四）在徑向分支井眼篩管就位、軟管回收后，下入井下分隔裝置（19），坐封徑向井頂部管外封隔器，關(guān)閉井下分隔裝置（19），暫關(guān)分支井眼；

（五）將鉆具下至窗口附近，先用大排量循環(huán)洗井，然后由固井泵用清水試擠，了解地層吸收情況；

（六）將地面罐車中混配好的窗口密封劑用固井泵泵入井內(nèi)，在水泥漿出鉆具后，即關(guān)閉井口，用小排量循環(huán)鉆井液頂替水泥漿向地層擠入，在泵壓上升至接近地層破裂壓力時即停止，打開井口，將鉆具提離窗口后將多余水泥漿循環(huán)出井口，然后關(guān)閉并憋壓候凝，壓力大小與停泵時壓力相同；

（七）完成一個徑向井眼完井管柱下入后，調(diào)整導(dǎo)向器方位，進(jìn)行下一徑向井眼的作業(yè)；

（八）重復(fù)2~7步依次完成余下的水平井眼施工。

上述的步驟（六）中的窗口密封劑，由以下重量份的組份組成：G級油井水泥100份、增強劑20~30份、空心微珠5~70份、早強劑3份、分散劑1份、緩凝劑0.4~3份、消泡劑1份、降失水劑3.5~4份、水57~100份；其中增強劑為超細(xì)礦渣或粉煤灰，早強劑為CaNO₃或者KAl(SO₄)₂；分散劑為磺化甲醛-丙酮縮聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物；緩凝劑為酒石酸或檸檬酸；消泡劑為聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯和聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一種；降失水劑為羥乙基纖維素或者羧甲基羥乙基纖維素中的一種。

上述的井下斜向器（21）包括定位孔（22）、導(dǎo)向槽（23）、固定器（24）、支撐臂（25）、固定基座（26）、中心平臺（27），中心平臺（27）為圓盤形結(jié)構(gòu)，在中心平臺（27）的四周設(shè)有多組導(dǎo)向槽（23），導(dǎo)向槽（23）上設(shè)有定位孔（22）；所述的中心平臺（27）的底部連接固定基座（26），固定基座（26）的四周設(shè)有多個支撐臂（25），所述的支撐臂（25）的外端設(shè)有固定器（24）。

上述的中心平臺（27）外壁設(shè)有弧形缺口（13）。

上述的超細(xì)礦渣的物理性質(zhì)為：細(xì)度≤10%，比表面積≥350m²/Kg，三氧化硫≤4.0%；所述的粉煤灰的物理性質(zhì)為：細(xì)度≤20%，三氧化硫≤3.0%。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果：

（1）大井眼為多種現(xiàn)代鉆完井技術(shù)在井下的實施提供了有利的條件，避免或減少開采過程中的井下復(fù)雜情況，并可大幅度提高分支井眼的數(shù)量；

（2）多分支徑向水平井眼最大限度的增加天然氣水合物藏的裸露面積和深度，大幅度提高采收率，并減少布井?dāng)?shù)量，減少開發(fā)投資；

（3）徑向水平井采用高壓水射流代替機械鉆頭破巖鉆出水平井眼，鉆進(jìn)時不需要鉆柱和鉆頭的旋轉(zhuǎn)，減少了井下復(fù)雜事故的發(fā)生；靠液體靜壓推進(jìn)，不需要通過鉆桿給鉆頭施加用以破巖的“鉆壓”，從而徹底解決了常規(guī)水平井鉆井技術(shù)所遇到的鉆壓施加困難；采用特別設(shè)計的井下斜向器，定位準(zhǔn)確，一次性定向，避免了常規(guī)各種曲率的水平井鉆井技術(shù)所需要的頻繁造斜、定向和復(fù)雜的井眼軌跡控制等工藝過程，并能保證水平井段準(zhǔn)確地進(jìn)入目的層；

（4）采用的窗口密封劑，也就是水泥漿體系穩(wěn)定，強度發(fā)展快，稠化時間可調(diào)，可有效防止水合物層密封淺層水-氣竄，具有良好的施工性能。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的整體示意圖；

附圖2是主井眼與水平分支井眼的俯視圖；

附圖3是鉆柱組合的示意圖；

附圖4是井下工具組合的示意圖；

附圖5是分支徑向水平井眼完井示意圖；

附圖6是井下斜向器的剖面圖；

附圖7是井下斜向器的俯視圖；

圖中：海水1、上圍巖2、天然氣水合物儲層3、下圍巖4、大主井眼5、徑向水平井6、井下固定裝置7、套管8、造斜導(dǎo)向器9、導(dǎo)向跟進(jìn)篩管10、水平井井壁11、高壓噴射鉆頭12、弧形缺口13、水泥環(huán)14、封隔器15；

分隔器19、垂直井眼20、井下斜向器21、定位孔22、導(dǎo)向槽23、固定器24、支撐臂25、固定基座26、中心平臺27、弧形缺口28。

具體實施方式

實施例1：結(jié)合附圖1-7，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

本發(fā)明包括采用大尺寸鉆頭一次性鉆至目的井深形成大主井眼5，再利用徑向水平井技術(shù)在天然氣水合物儲層中鉆出多個水平分支井眼6，具體步驟如下：

一大主井眼5作業(yè)完成后，下入井下斜向器21，將整套裝置固定在井底的套管8上；

二下入造斜導(dǎo)向器9，插入第一個水平分支井眼6的導(dǎo)向槽23的定位孔22中，同時把高壓柔性噴管下入導(dǎo)向跟進(jìn)篩管10內(nèi)，導(dǎo)向跟進(jìn)篩管10前端安裝有高壓噴射鉆頭12，借助自身重力和高壓噴射鉆頭12的前進(jìn)力向前鉆進(jìn)；

三鉆進(jìn)到預(yù)定深度時，下入帶電纜的電化學(xué)切割器到高壓柔性噴管與高壓噴射鉆頭12連接處，然后泵入KCl水溶液，使用直流電供電對高壓柔性噴管進(jìn)行電化學(xué)切割，撤出上部管線，將高壓噴射鉆頭12以及導(dǎo)向跟進(jìn)篩管10留在井中，實現(xiàn)一條徑向水平井完井作業(yè)；上述電化學(xué)切割器為現(xiàn)有的已知裝置，不再詳述；

四在徑向分支井眼篩管就位、軟管回收后，下入井下分隔裝置19，坐封徑向井頂部管外封隔器，關(guān)閉井下分隔裝置19，暫關(guān)分支井眼；

五將鉆具下至窗口附近，先用大排量循環(huán)洗井，然后由固井泵用清水試擠，了解地層吸收情況；

六將地面罐車中混配好的窗口密封劑用固井泵泵入井內(nèi)，在水泥漿出鉆具后，即關(guān)閉井口，用小排量循環(huán)鉆井液頂替水泥漿向地層擠入，在泵壓上升至接近地層破裂壓力時即停止，打開井口，將鉆具提離窗口150m后將多余水泥漿循環(huán)出井口，然后關(guān)閉并憋壓候凝，壓力大小與停泵時壓力相同；

七完成一個徑向井眼完井管柱下入后，調(diào)整導(dǎo)向器方位，進(jìn)行下一徑向井眼的作業(yè)；

八重復(fù)2~7步依次完成余下的水平井眼施工。

上述的步驟六中的窗口密封劑，針對天然氣水合物地層的特殊條件，要求密封劑滿足下列要求：①密封劑密度低；②低溫條件下過渡時間短和抗壓強度高；③失水量低；④密封劑完整性好；⑤密封劑與套管和地層的封隔和膠結(jié)時間長；

該窗口密封劑由以下重量份的組份組成：G級油井水泥100份、增強劑20份、空心微珠5份、早強劑3份、分散劑1份、緩凝劑0.4份、消泡劑1份、降失水劑3.5份、水57份，密度1.2~1.7g/cm^-3；其中增強劑為超細(xì)礦渣，上述的超細(xì)礦渣的物理性質(zhì)為：細(xì)度≤10%，比表面積≥350m²/Kg，三氧化硫≤4.0%；早強劑為CaNO₃；分散劑為磺化甲醛-丙酮縮聚物，相對分子質(zhì)量為8000~60000；緩凝劑為酒石酸；消泡劑為聚二甲基硅氧烷；降失水劑為羥乙基纖維素，25℃時2%水溶液的粘度為7000~12000mPa·s；該窗口密封劑，也就是水泥水泥漿體系穩(wěn)定，既能滿足天然氣水合物地層的特殊情況，也能有效防止水合物層密封淺層水-氣竄，具有良好的施工性能。

上述的井下斜向器21包括定位孔22、導(dǎo)向槽23、固定器24、支撐臂25、固定基座26、中心平臺27，中心平臺27為圓盤形結(jié)構(gòu)，在中心平臺27的四周設(shè)有多組導(dǎo)向槽23，導(dǎo)向槽23上設(shè)有定位孔22；所述的中心平臺27的底部連接固定基座26，固定基座26的四周設(shè)有多個支撐臂25，所述的支撐臂25的外端設(shè)有固定器24；上述的中心平臺27外壁設(shè)有弧形缺口13。本發(fā)明提到的井下斜向器定位準(zhǔn)確，一次性定向，避免了常規(guī)各種曲率的水平井鉆井技術(shù)所需要的頻繁造斜、定向和復(fù)雜的井眼軌跡控制等工藝過程，并能保證水平井段準(zhǔn)確地進(jìn)入目的層。

實施例2，與實施例1不同之處是采用的窗口密封劑，由以下重量份的組份組成：G級油井水泥100份、增強劑30份、空心微珠70份、早強劑3份、分散劑1份、緩凝劑3份、消泡劑1份、降失水劑4份、水100份，密度1.2~1.7g/cm^-3；其中增強劑為粉煤灰的物理性質(zhì)為：細(xì)度≤20%，三氧化硫≤3.0%；早強劑為KAl(SO₄)₂；分散劑為氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物，相對分子質(zhì)量為8000~60000；緩凝劑為檸檬酸；消泡劑為磷酸三丁酯；降失水劑為羧甲基羥乙基纖維素中的一種，25℃時2%水溶液的粘度為7000~12000mPa·s。該窗口密封劑，也就是水泥水泥漿體系穩(wěn)定，既能滿足天然氣水合物地層的特殊情況，也能有效防止水合物層密封淺層水-氣竄，具有良好的施工性能。

實施例3，與實施例1不同之處是采用的窗口密封劑，由以下重量份的組份組成：G級油井水泥100份、增強劑25份、空心微珠40份、早強劑3份、分散劑1份、緩凝劑2份、消泡劑1份、降失水劑3.7份、水80份；其中增強劑為超細(xì)礦渣，早強劑為KAl(SO₄)₂；分散劑為氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物；緩凝劑為檸檬酸；消泡劑為聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；降失水劑為羥乙基纖維素，25℃時2%水溶液的粘度為7000~12000mPa·s。

該窗口密封劑，也就是水泥水泥漿體系穩(wěn)定，既能滿足天然氣水合物地層的特殊情況，也能有效防止水合物層密封淺層水-氣竄，具有良好的施工性能。

以上所述，僅是本發(fā)明的部分較佳實施例，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員均可能利用上述闡述的技術(shù)方案加以修改或?qū)⑵湫薷臑榈韧募夹g(shù)方案。因此，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所進(jìn)行的任何簡單修改或等同置換，盡屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。