一种将原有直井或斜井转换成超短半径U型地热井钻井方法

摘要

本发明涉及地热资源开发和利用技术领域，具体为一种将原有直井或斜井转换成超短半径U型地热井钻井方法，包括如下步骤：步骤一、选定两口井底相距900‑1100m的井；步骤二、确定目的层中水平换热段的垂直深度；步骤三、设计主钻井和辅钻井的钻井轨迹；步骤四、在主钻井和辅钻井的目的层的上方分别开窗；步骤五、在主钻井和辅钻井中分别造斜弯曲段；步骤六、在目的层钻水平换热段；步骤七、主钻机向对接靶区末点钻进；步骤八、不断缩短主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒之间的距离；步骤九、修正主钻机的向前钻进轨迹；步骤十、向前定向钻进，直到对接成功；本发明利用旋磁导向对接连通工艺，直接将两口老井的地下两个水平段对接，钻井进尺短，投资少。

说明书

技术领域

本发明涉及地热资源开发和利用技术领域，具体为一种将原有直井或斜井转换成超短半径U型地热井钻井方法。

背景技术

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的资源，当前地热能开发主要方法有三种，一种是通过钻井至有热水的地层中，直接提取地下热水，这种方式由于资源分布限制，并不能实现各地的随时应用，同时出于矿权及地下水位保护原因，国家对其开采限制及回注要求极其严格，有些地域甚至不允许开采；第二种是钻一口竖直井，下入隔水循环管，地面水通过循环管流向井底换热后再返回地面实现地热能的利用，但由于换热面积小，热损失大，导致热能利用率较低；第三种是钻一口常规竖直井，多口水平井，通过在竖直井对接，实现热能交换，但这种技术水平井需要新钻井，常规水平井造斜段达300-400米，入目的层前所需钻井进尺长，投资大，影响投入产出的高效性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种将原有直井或斜井转换成超短半径U型地热井钻井方法，利用旋磁导向对接连通工艺，直接将两口老井的地下两个水平段对接，钻井进尺短，投资少；通过一注一采，注入水在地下长水平段内循环，实现地热能的高效利用。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种将原有直井或斜井转换成超短半径U型地热井钻井方法，包括如下步骤：

步骤一、选定两口井底相距900-1100m的井；

两口井为直井或/和斜井；

两口井中，其中一口井为主钻井，另一口井为辅钻井，在主钻井的井口设置主钻机，辅钻井的井口设置辅钻机；

步骤二、根据测井曲线、油层深度数据和地层数据信息确定目的层中水平换热段的垂直深度；

步骤三、根据目的层中水平换热段的垂直深度设计主钻井和辅钻井的钻井轨迹；

确定主钻井中主井造斜点、主井着陆点、主井对接靶区起始点的坐标及深度，确定辅钻井中辅井造斜点、辅井着陆点、对接靶区末点、完全对接点的坐标及深度；

步骤四、在主钻井和辅钻井的目的层的上方分别开窗；

主钻井开窗铣钻至主井造斜点处，辅钻井开窗铣钻至辅井造斜点处；

步骤五、在主钻井和辅钻井中分别造斜弯曲段；

主钻井钻至主井着陆点、辅钻井钻至辅井着陆点；

步骤六、在目的层钻水平换热段；

主钻井钻至主井对接靶区起始点；辅钻井中向对接靶区末点坐标进行钻进；

步骤七、主钻机向对接靶区末点钻进；

通过磁信号的发射与接收，不断计算和调整主钻机与对接靶区末点的空间距离，使主钻机向对接靶区末点靶点钻进；

步骤八、不断缩短主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒之间的距离；

步骤九、修正主钻机的向前钻进轨迹；

步骤十、向前定向钻进，直到对接成功。

进一步，在步骤十中，对接成功后，往U型地热井中伸入热换管。

进一步，在设计步骤三中，完全对接点的位置应在所述水平换热段上，且距离对接靶区末点有15米；在设计步骤三中的对接靶区末点的位置时，主井对接靶区起始点与对接靶区末点之间的距离为60～100米，完全对接点与对接靶区末点之间的距离为10米。

进一步，在步骤四中，选择2.5～5度斜面范围的斜向器，通过管柱送入设计开窗的深度位置，开窗深度距离目的层10～50米范围，采用陀螺仪来校定斜向器高边方位，采用开窗钻具组合开窗，主钻井开窗铣钻至主井造斜点处，辅钻井开窗铣钻至辅井造斜点处，之后分别取出所述开窗钻具组合。

进一步，在步骤五中，往主钻井和辅钻井中分别下入造斜率2-6°/m的短半径造斜马达钻具进行造斜钻进，采用管柱内部的陀螺仪测量来校定两个马达钻具的高边方位，采用MWD随钻监测钻井轨迹；通过滑动钻进的方式造斜弯曲段，分别钻至主井着陆点、辅井着陆点，取出造斜弯曲段马达钻具、陀螺仪和MWD。

进一步，在步骤六中，在主钻井和辅钻井中分别下入水平段轨迹调整能力0.5-1.5°/m的单弯水平马达钻具；主钻井中向主井对接靶区起始点坐标进行钻进，辅钻井中向对接靶区末点坐标进行钻进，同时采用MWD随钻测量水平钻井轨迹，并依据测量结果随钻调整钻井井斜和方位，当主钻机钻至主井对接靶区起始点时，取出主钻机中的单弯水平马达钻具，在单弯水平马达与钻头之间加装旋转磁接头，重新下入至井底；当辅钻机钻至对接靶区末点时，起出辅钻机中的水平马达钻具，下入前端带有无磁管的通井管柱至井底，无磁管内部设置有旋磁信号探棒，由缆线连接至地面。

进一步，在步骤七中，主钻机上提钻头，离底0.3-0.5米的位置时开泵，主钻机的旋转磁接头在马达带动作用下旋转产生交互磁源信号，辅钻机通过无磁管内的旋磁信号探棒探测旋转磁源产生的交互磁源信号，通过磁信号的发射与接收，不断计算和调整主钻机与对接靶区末点的空间距离，使主钻机向对接靶区末点靶点钻进；

当主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒之间的距离之间距离为100米时，根据磁信号计算主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒的相对位置，主钻机向辅钻机方向钻进，每钻进到15米，重复测量和计算一次主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒的真实相对位置，直至主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒之间的距离小于15米。

进一步，在步骤八中，重复步骤七，不断重新确定主钻机钻头与辅钻机旋磁信号探棒之间的相对位置，如此反复直到主钻机钻头与辅钻机探棒距离小于15米；确定主辅井井底相对位置后，主钻机每向前钻进米，上提主钻机钻具开泵，辅助钻机重新测算主钻机钻头的真实相对位置，如此反复直到主钻机钻头与辅钻机探棒距离小于5米。

进一步，在步骤九中，保持主钻机钻头位置不动，辅钻机上提管柱1米，静止后记录主钻机钻头的真实相对位置；如此反复上提测量，直到辅钻机共计上提10米后得出10个测点信息，给出新的钻井修正设计，继续向前钻进主钻机。

进一步，在步骤十中，如果主钻机钻头水平位移抵达对接靶区末点靶点时，主钻机钻头进入辅钻井井眼，则对接成功，完成U型地热井的水平段对接；如果主钻机钻头水平位移抵达对接靶区末点靶点时，钻头未进入辅钻井井眼，重复步骤九，直到辅钻机共计上提10米到达对接靶区末点后停止，基于辅钻机上提过程中得出的10个测点信息，修正主钻机钻井轨迹，向前定向钻进，直到对接成功。

本发明的有益效果是：

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

一、可直接利用两口老井，通过超短半径水平钻井技术进入目的层，这种利用老井的方式可使钻井投资降低1/3以上，钻井进尺短，投资少；

二、采用旋磁导向对接连通工艺，消除随钻累积误差，保证两个水平井眼的完全连接沟通；

三、可在取热不取水情况下实现地热资源的利用，使用范围不受地域、地下水资源限制，符合国家环保及“双碳”目标；

四、改变了以往同井注采换热方式，换热段距离长可达900-1100m米，可以充分加热流经的注入水；

本发明利用旋磁导向对接连通工艺，直接将两口老井的地下两个水平段对接，钻井进尺短，投资少；通过一注一采，注入水在地下长水平段内循环，实现地热能的高效利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的方法步骤图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为主钻机遇主井对接靶区起始点时井下的结构示意图；

附图标记：主钻机10；主井造斜点11；主井着陆点12；主井对接靶区起始点13；辅钻机20；辅井造斜点21；辅井着陆点22；对接靶区末点23；完全对接点24。

具体实施方式

参阅图1、图2和图3所示，本实施例提供的是一种将原有直井或斜井转换成超短半径U型地热井钻井方法，包括如下步骤：

步骤一、选定两口井底相距900-1100m的井；

两口井为直井或/和斜井；

两口井中，其中一口井为主钻井，另一口井为辅钻井，在主钻井的井口设置主钻机10，辅钻井的井口设置辅钻机20；

步骤二、根据测井曲线、油层深度数据和地层数据信息确定目的层中水平换热段的垂直深度；

步骤三、根据目的层中水平换热段的垂直深度设计主钻井和辅钻井的钻井轨迹；

确定主钻井中主井造斜点11、主井着陆点12、主井对接靶区起始点13的坐标及深度，确定辅钻井中辅井造斜点21、辅井着陆点22、对接靶区末点23、完全对接点24的坐标及深度；

步骤四、在主钻井和辅钻井的目的层的上方分别开窗；

主钻井开窗铣钻至主井造斜点11处，辅钻井开窗铣钻至辅井造斜点21处；

步骤五、在主钻井和辅钻井中分别造斜弯曲段；

主钻井钻至主井着陆点12、辅钻井钻至辅井着陆点22；

步骤六、在目的层钻水平换热段；

主钻井钻至主井对接靶区起始点13；辅钻井中向对接靶区末点23坐标进行钻进；

步骤七、主钻机10向对接靶区末点23钻进；

通过磁信号的发射与接收，不断计算和调整主钻机10与对接靶区末点23的空间距离，使主钻机10向对接靶区末点23靶点钻进；

步骤八、不断缩短主钻机10钻头与辅钻机20旋磁信号探棒之间的距离；

步骤九、修正主钻机10的向前钻进轨迹；

步骤十、向前定向钻进，直到对接成功。

使用时，可直接利用两口老井，通过超短半径水平钻井技术进入目的层，这种利用老井的方式可使钻井投资降低1/3以上，钻井进尺短，投资少；采用旋磁导向对接连通工艺，消除随钻累积误差，保证两个水平井眼的完全连接沟通；可在取热不取水情况下实现地热资源的利用，使用范围不受地域、地下水资源限制，符合国家环保及“双碳”目标；改变了以往同井注采换热方式，换热段距离长可达900-1100m米，可以充分加热流经的注入水；本发明利用旋磁导向对接连通工艺，直接将两口老井的地下两个水平段对接，钻井进尺短，投资少；通过一注一采，注入水在地下长水平段内循环，实现地热能的高效利用。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤十中，对接成功后，往U型地热井中伸入热换管；本实施例中，通过往热换管的一端注入冷水，冷水进入水平换热段后热换成热水再从热换管的另一端排出，换热段距离长可达900-1100米，符合国家环保及“双碳”目标，充分实现了地热能的高效利用。

参阅图1、图2和图3所示，在设计步骤三中，完全对接点24的位置应在所述水平换热段上，且距离对接靶区末点23有15米；在设计步骤三中的对接靶区末点23的位置时，主井对接靶区起始点13与对接靶区末点23之间的距离为60～100米，完全对接点24与对接靶区末点23之间的距离为10米；本实施例中，当主井对接靶区起始点13与对接靶区末点23之间的距离为60～100米，且完全对接点24与对接靶区末点23之间的距离为10米左右时，钻井进尺短，投资少。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤四中，选择2.5～5度斜面范围的斜向器，通过管柱送入设计开窗的深度位置，开窗深度距离目的层10～50米范围，采用陀螺仪来校定斜向器高边方位，采用开窗钻具组合开窗，主钻井开窗铣钻至主井造斜点11处，辅钻井开窗铣钻至辅井造斜点21处，之后分别取出所述开窗钻具组合；本实施例中，通过在主钻井开窗铣钻至主井造斜点11处，辅钻井开窗铣钻至辅井造斜点21处，便于在主钻井和辅钻井中造斜弯曲段。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤五中，往主钻井和辅钻井中分别下入造斜率2-6°/m的短半径造斜马达钻具进行造斜钻进，采用管柱内部的陀螺仪测量来校定两个马达钻具的高边方位，采用MWD随钻监测钻井轨迹；通过滑动钻进的方式造斜弯曲段，分别钻至主井着陆点12、辅井着陆点22，取出造斜弯曲段马达钻具、陀螺仪和MWD；本实施例中，通过造斜率2-6°/m的短半径造斜马达钻具进行造斜钻进，钻进迅速，同时通过管柱内部的陀螺仪测量来校定两个马达钻具的高边方位，MWD随钻监测钻井轨迹；钻进精度更高。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤六中，在主钻井和辅钻井中分别下入水平段轨迹调整能力0.5-1.5°/m的单弯水平马达钻具；主钻井中向主井对接靶区起始点13坐标进行钻进，辅钻井中向对接靶区末点23坐标进行钻进，同时采用MWD随钻测量水平钻井轨迹，并依据测量结果随钻调整钻井井斜和方位，当主钻机10钻至主井对接靶区起始点13时，取出主钻机10中的单弯水平马达钻具，在单弯水平马达与钻头之间加装旋转磁接头，重新下入至井底；当辅钻机20钻至对接靶区末点23时，起出辅钻机20中的水平马达钻具，下入前端带有无磁管的通井管柱至井底，无磁管内部设置有旋磁信号探棒，由缆线连接至地面；本实施例中，通过水平段轨迹调整能力0.5-1.5°/m的单弯水平马达钻具钻主钻井和辅钻井中的水平段，钻进过程中，通过MWD随钻测量水平钻井轨迹，并依据测量结果随钻调整钻井井斜和方位，能使钻进精度更高。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤七中，主钻机10上提钻头，离底0.3-0.5米的位置时开泵，主钻机10的旋转磁接头在马达带动作用下旋转产生交互磁源信号，辅钻机20通过无磁管内的旋磁信号探棒探测旋转磁源产生的交互磁源信号，通过磁信号的发射与接收，不断计算和调整主钻机10与对接靶区末点23的空间距离，使主钻机10向对接靶区末点23靶点钻进；当主钻机10钻头与辅钻机20旋磁信号探棒之间的距离之间距离为100米时，根据磁信号计算主钻机10钻头与辅钻机20旋磁信号探棒的相对位置，主钻机10向辅钻机20方向钻进，每钻进10到15米，重复测量和计算一次主钻机10钻头与辅钻机20旋磁信号探棒的真实相对位置，直至主钻机10钻头与辅钻机20旋磁信号探棒之间的距离小于15米；本实施例中，当主钻机10钻头与辅钻机20探棒之间的距离之间距离为100米左右时就开始不断重复测量，提高了对接的精准度，有效消除了随钻累积误差。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤八中，重复步骤七，不断重新确定主钻机10钻头与辅钻机20旋磁信号探棒之间的相对位置，如此反复直到主钻机10钻头与辅钻机20探棒距离小于15米；确定主辅井井底相对位置后，主钻机10每向前钻进1米，上提主钻机10钻具开泵，辅助钻机重新测算主钻机10钻头的真实相对位置，如此反复直到主钻机10钻头与辅钻机20探棒距离小于5米；本实施例中，当主钻机10钻头与辅钻机20探棒距离小于15米时，主钻机10每向前钻进1米，上提主钻机10钻具开泵，辅助钻机重新测算主钻机10钻头的真实相对位置，如此反复进行能有效提高对接的精准度。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤九中，保持主钻机10钻头位置不动，辅钻机20上提管柱1米，静止后记录主钻机10钻头的真实相对位置；如此反复上提测量，直到辅钻机20共计上提10米后得出10个测点信息，给出新的钻井修正设计，继续向前钻进主钻机10；本实施例中，通过反复上提测量十次，修正钻井轨迹，能协助主钻机10钻头水平位移抵达对接靶区末点23靶点。

参阅图1、图2和图3所示，在步骤十中，如果主钻机10钻头水平位移抵达对接靶区末点23靶点时，主钻机10钻头进入辅钻井井眼，则对接成功，完成U型地热井的水平段对接；如果主钻机10钻头水平位移抵达对接靶区末点23靶点时，钻头未进入辅钻井井眼，重复步骤九，直到辅钻机20共计上提10米到达对接靶区末点23后停止，基于辅钻机20上提过程中得出的10个测点信息，修正主钻机10钻井轨迹，向前定向钻进，直到对接成功；本实施例中，当主钻机10钻头进入辅钻井井眼，对接成功；当主钻机10钻头未进入辅钻井井眼时，重复步骤九，修正主钻机10钻井轨迹，直至主钻机10钻头进入辅钻井井眼。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。