具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

以四川盆地须家河地层为例，须家河地层为致密性砂岩储层，其物性差、水敏严重、岩石可钻性差，采用泥浆钻井机械钻速极低，并且地层易污染，严重影响产能。采用氮气钻可极大提高钻井速度，并避免储层污染，但在钻井过程中或钻井后起出钻杆柱以及起出钻杆柱后下入完井管柱时，由于地层出气、井口带压，无法起下管柱。如果采用泥浆压井，由于气液置换作用，一方面，地层产出气不断上浮涌出而难以稳定压井；另一方面，泥浆下沉至储层产生污染，使采用氮气钻井保护储层的优势与目的前功尽弃。

实施例1

本发明的一种气井氮气钻井管柱安全起下的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用泥浆钻井在气井的直井段和水平裸眼段的连接处钻出井斜角大于90°的上翘段并下套管固井，上翘段的上翘高度大于气井位于直井段底部的直径，上翘段位于储层所处的目标靶点前。固井后采用清水洗井并在洗井后用氮气顶替出清水，而后调整钻进的方向并采用氮气钻井钻出水平裸眼段并钻进至目标靶点处。

步骤二、当钻至目标靶点处或在中途需要更换钻头等需要起出钻杆柱的时候，通过套管向气井中灌入泥浆进行压井，泥浆的密度在数值上等于地层压力系数。

步骤三、当气井的井口压力为零时，灌入的泥浆充满气井的直井段，直井段的液柱压力等于地层压力，可以安全的起出钻杆柱。在起出钻杆柱时，向气井中灌入与钻杆体积等量的泥浆。

具体地，步骤一中，钻出的上翘段与直井段整体呈现U型管状，直井段底部与上翘段连接处为U型的最底端，该最底端处的顶部井壁的高度低于目标靶点处的底部井壁的高度，利用U型管原理来规避气液置换作用。

步骤二中，在采用氮气钻井钻出水平裸眼段并钻至目标靶点处的过程中需要更换钻头时，需要起出钻杆柱与钻头。但由于采用的是氮气钻井，井筒内充满气体，氮气和地层产出气会从井口排出，压力较高，无法直接起出钻具，此时需要先进行压井，压井采用向气井内灌入泥浆。实际泥浆压井的操作过程中，边灌入泥浆边通过套管放气泄压；或者灌入一段泥浆，放出一段气体。

步骤三中，随着泥浆的灌入，泥浆液柱的产生的压力与地层压力以及地层产出气的压力逐渐趋于平衡，由于灌入的泥浆的密度与地层压力系数的在数值相，所以当气井中的泥浆灌满直井段时，泥浆液柱的产生的压力与地层压力以及地层产出气的压力相等，此时井口的压力为零，可以安全的起出钻杆柱。起出钻杆柱时，向气井中灌入与钻杆体积等量的泥浆，目的是为了维持井筒内压力的平衡。

本实施例主要解决的是气井采用氮气钻井过程中，在钻至位于储层的目标靶点的过程中需要起出钻杆柱更换钻头时由于井口带压而难以保证钻杆安全起出的问题。本实施例中存在的上翘段与直井段构成U型管状，利用U型管原理来避免地层产出气通过气液置换效应上浮出气井，从而保证泥浆压井的稳定性以及避免泥浆进入储层处。进而可以在起出钻杆柱时采用泥浆进行稳定压井，保证钻杆的安全起出，同时也使直井段与上翘段中的泥浆无法进入到目标靶点处的储层中，避免了泥浆污染储层。

实施例2

本发明的一种气井氮气钻井管柱安全起下的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用泥浆钻井在气井的直井段和水平裸眼段的连接处钻出井斜角大于90°的上翘段并下套管固井，上翘段的上翘高度大于气井位于直井段底部的直径，上翘段位于储层所处的目标靶点前。固井后采用清水洗井并在洗井后用氮气顶替出清水，而后调整钻进的方向并采用氮气钻井钻出水平裸眼段并钻进至目标靶点处。

步骤二、当需要在起出钻杆柱后向气井内下入完井管柱时，在起出钻杆柱的同时通过套管向气井中灌入与钻杆体积等量的泥浆，泥浆的密度在数值上等于地层压力系数。

步骤三、当气井的井口压力为零时，灌入的泥浆充满气井的直井段，直井段的液柱压力等于地层压力，可以安全的下入完井管柱。

具体地，步骤一中，钻出的上翘段与直井段整体呈现U型管状，直井段底部与上翘段连接处为U型的最底端，该最底端处的顶部井壁的高度低于目标靶点处的底部井壁的高度。

步骤二中，在气井钻进至目标靶点处后，需要下入完井管柱来完井，下入完井管柱前先起出钻杆柱与钻头等钻具。在起出钻杆柱的同时通过套管向气井中灌入与钻杆体积等量的泥浆，维持井筒内压力的平衡。

步骤三中，完全起出钻杆柱后，下入完井管柱，随着完井管柱的下入，完井管柱占据井筒内的空间，井筒内泥浆受到挤压而由井口出慢慢排出。整个下入完井管柱的过程中，井筒内部的压力平衡，井口压力为零。

本实施例主要解决的是常规气井无法采用完井管柱完井的问题。在完井时因为地层出气、井口带压，常规气井一般只能采用钻杆完井，即不起出钻杆柱，直接用套管或者钻杆进行采气生产，不能像常规气井一样采用油管+封隔器+安全阀的完井方式，难以保证采气井口的安全。而本实施例在钻井至目标靶点处后进行完井时，采用在起出钻杆柱的同时灌入泥浆压井，由于上翘段的存在，灌入的泥浆不影响储层的稳定。起出钻杆柱后下入完井管柱进行完井，整个过程压力平衡、操作安全，解决了常规气井无法采用完井管柱来完井问题的。同时，本实施例也可以实现测井，测井时按上述步骤将测井管柱下入至气井中，测井管柱穿过直井段与上翘段的液体进入目标靶点处。

实施例3

本发明的一种气井氮气钻井管柱安全起下的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用泥浆钻井在气井的直井段和水平裸眼段的连接处钻出井斜角大于90°的上翘段并下套管固井，上翘段的上翘高度为1-2m，最大井斜角为95°，上翘段位于储层所处的目标靶点前。固井后采用清水洗井并在洗井后用氮气顶替出清水，调整钻进的方向并采用氮气钻井钻出水平裸眼段并钻进至目标靶点处。

步骤二、通过套管向气井中灌入泥浆进行压井，泥浆的密度在数值上等于地层压力系数。

步骤三、、当气井的井口压力为零时，灌入的泥浆充满气井的直井段，直井段的液柱压力等于地层压力，可以安全的起出或下入管柱。在起出钻杆柱时，向气井中灌入与钻杆体积等量的泥浆。

具体地，步骤一中，钻出的上翘段与直井段整体呈现U型管状，利用U型管原理来规避气液置换作用，直井段底部与上翘段连接处为U型的最底端。原则上上翘段的上翘高度只需要大于直井段底部的气井直径即可，实际应用时考虑测量误差可将上翘高度放大到1-2m(气井直径一般都小于1m)，根据实际情况也可以进一步放大至5m。井斜角是气井轨迹曲线的轴线上任意一点的切线与铅垂线之间的夹角，上翘段的最大井斜出现在上翘段靠近目标靶点一侧的末端，上翘段最大井斜角为95°即表明了上翘段的上翘比较平缓，反应在曲率半径上则表明上翘段的曲率半径较大。进而气井井眼的轨迹从直井段到上翘段的变化比较平缓，从而避免了钻井时钻杆柱与井壁产生过大的摩擦。

本实施例主要解决的是避免钻具在从直井段到上翘段的过程中，由于U型的轨迹而与井壁产生过大摩擦的问题。本实施例中先根据气井的钻井摩阻确定上翘段的曲率半径，曲率半径影响着井斜角的变化率。上翘段的上翘高度相同时，曲率半径越小，井斜角的变化率越大、最大井斜角度越大、上翘段的气井轨迹越陡峭。此时，钻杆柱在钻头钻出上翘段的过程中与井壁的接触挤压越严重、摩擦程度越厉害，不利用钻井的安全性。所以为了减轻钻杆柱与井壁的摩擦程度，必须使上翘段的气井轨迹更平缓，所以根据钻井摩阻的大小适当增大上翘段的曲率半径。上翘高度相同时，曲率半径越大，井斜角的变化率越小、最大井斜角度越小，气井上翘段的井眼轨迹就趋于平缓。所以，上翘段95°的最大井斜就是根据由实际钻井摩阻所确定的曲率半径而得到的。

实施例4

如附图图2所示，本发明的一种气井结构，其特征在于，包括直井段11、上翘段12以及目标靶点处的水平裸眼段13，直井段11与上翘段12整体呈U型管状，水平裸眼段13底部井壁的高度高于上翘段12高度最低点处的顶部井壁的高度。

直井段11与上翘段12中均下入有套管101，套管101与井壁之间通过灌入水泥形成有水泥环102。

具体地，本实施例中的气井结构即是按照前述方法所钻出并利用前述方法起下管柱，气井10整体包括直井段11与上翘段12以及水平裸眼段13，水平裸眼段13位于储层的目标靶点处。水平裸眼段13的整体高度高于上翘段12，通过泥浆压井时，地层产出气充满整个水平裸眼段13以及上翘段12的上部，而泥浆则充满整个直井段11以及上翘段12的下部，整个气井10内压力平衡，根据U型管原理，地层产出气也无法利用气液置换效应进入直井段11。通过该气井结构方能实现氮气钻井管柱的安全起下。

水泥环102用于连接套管101与井壁，起到稳定套管101的作用，并在气井10内为钻杆柱104以及泥浆提供稳定的行进通道。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。