專利名稱：可變密度鉆探泥漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
002本專利一般涉及地下井眼。更具體地，本專利涉及鉆探泥漿及用于減少或消除為井眼下套管需要的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
003傳統(tǒng)上，形成井眼時(shí)，在井眼中安裝大量套管以防止井眼壁坍塌，并防止鉆探流體不期望的滲出進(jìn)地層或流體從地層滲入井眼。井眼一般分段鉆探，由此，將被安裝在較低井眼段的套管(如鋼管)穿過(guò)先前在較高井眼段安裝的套管而降低到位。該過(guò)程的結(jié)果是，低段套管的直徑小于高段套管的直徑。因此，套管形成嵌套結(jié)構(gòu)，在向下的方向上套管直徑遞減。水泥環(huán)形部分一般位于套管外表面與井眼壁之間，以將套筒與井眼壁密封隔開(kāi)，并防止來(lái)自低段的流體在井眼壁和套管背面之間流動(dòng)。
004在多數(shù)鉆井內(nèi)，下套管/固井系統(tǒng)的最關(guān)鍵作用是增加最小破裂壓力梯度，以允許繼續(xù)鉆探。一般鉆井時(shí)，孔隙壓力梯度(PPG)和破裂壓力梯度(FG)隨鉆井的真實(shí)垂直深度(TVD)而增加。一般對(duì)于各鉆探段，使用的泥漿密度(泥漿比重或MW)大于孔隙壓力梯度，但小于破裂壓力梯度。
005隨著鉆井的加深，增加泥漿比重以保持其比孔隙壓力梯度高某個(gè)安全余地。如果泥漿比重將低于孔隙壓力梯度，可能出現(xiàn)井涌。井涌是指地層流體流入井眼。井涌可能產(chǎn)生危險(xiǎn)情況，并產(chǎn)生重新控制鉆井的額外鉆井成本。如果泥漿比重增加過(guò)大，泥漿比重將超過(guò)該鉆井段頂部(通常是破裂壓力梯度最小的位置)的破裂壓力梯度。這通常會(huì)導(dǎo)致循環(huán)液漏失(lost returns)。一般在鉆探流體流入地層裂縫(或其他開(kāi)口)中時(shí)會(huì)出現(xiàn)循環(huán)液漏失。循環(huán)液漏失導(dǎo)致大量的泥漿漏失，這在補(bǔ)充流體方面和處理并補(bǔ)充循環(huán)液漏失的操作時(shí)間方面成本較高。循環(huán)液漏失也會(huì)降低鉆井的井底孔壓力，這可能導(dǎo)致井涌。另外，循環(huán)液漏失導(dǎo)致鉆屑(cutting)不能從井眼清除。然后，鉆屑可在鉆柱周圍堆積，導(dǎo)致鉆柱粘住。粘住的鉆桿是難以解決且成本昂貴的問(wèn)題，通常的結(jié)果是拋棄該段或整個(gè)井眼。
006為了防止以上情況發(fā)生，常規(guī)做法一般涉及在鉆井內(nèi)順下并用水泥粘結(jié)鋼制套管柱。套管和水泥用于堵塞泥漿壓力施于套管鞋(casing shoe)深度以上的泥土的通路。這使泥漿比重增加，使得可以鉆探下一鉆井段。通常使用尺寸減小的鉆頭和套管重復(fù)該過(guò)程直至鉆井達(dá)到計(jì)劃深度。裝卸鉆桿、下套管和固井的過(guò)程可能占用鉆井所需時(shí)間的25-65％。裝卸是起出鉆桿或者將鉆桿順入鉆井的過(guò)程。由于鉆井成本主要由建造鉆井所需安裝時(shí)間控制，這些過(guò)程可能增加鉆井成本。另外，使用常規(guī)鋼制套管錐形孔鉆探方法，最終獲得的孔尺寸可能不可用或不理想，并且下套管和固井操作大幅增加了鉆井成本。
007嵌套結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)果是，井眼的上部要求相對(duì)較大的井眼直徑。這樣的大井眼直徑造成成本因鉆孔時(shí)間、安裝所有套管的時(shí)間、下套管成本及鉆探流體消耗而增加。另外，由于要求起出鉆桿、泵送水泥、水泥硬化、因鉆井過(guò)程中孔直徑改變需要更換設(shè)備、下鉆桿以及大量鉆屑的鉆出與清除，造成鉆井安裝時(shí)間和成本增加。
008對(duì)于勘探井，減少孔尺寸并增加深度可能導(dǎo)致不能到達(dá)所計(jì)劃的目標(biāo)深度，或在孔尺寸足以運(yùn)行下井儀器時(shí)到不達(dá)所計(jì)劃的目標(biāo)深度，以充分評(píng)價(jià)地層。一般地，充分評(píng)價(jià)地層需要至少0.1524米(6英寸)的裸眼井段。對(duì)于某些鉆井，考慮到需要設(shè)置套管以適合孔隙壓力/破裂壓力梯度，這使得孔尺寸不夠。對(duì)于開(kāi)發(fā)井，井的伸縮性減少了儲(chǔ)層中的最終孔尺寸。鉆井與儲(chǔ)層間接觸尺寸的這種減少可能減少鉆井的生產(chǎn)率，因而降低了鉆井的性能。通常，儲(chǔ)層中較大孔尺寸將增加給定壓降下鉆井的生產(chǎn)率。壓降是指儲(chǔ)層中與鉆井內(nèi)流體壓力之差。
009目前用來(lái)處理上述問(wèn)題的技術(shù)，尤其是處理深水井中問(wèn)題的技術(shù)，包括使用雙(或多)梯度鉆井系統(tǒng)。例如，美國(guó)專利第4,099,583號(hào)公開(kāi)了雙梯度鉆井系統(tǒng)。在此方法中，將較輕流體注入泥漿返回環(huán)形部分(一般在立管(riser)中)或其他通路，以減少注入點(diǎn)以上的泥漿密度。這有助于調(diào)整泥漿壓力梯度曲線，使其更符合介于孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度曲線之間的所需壓力梯度曲線。多梯度鉆井系統(tǒng)可以減少所需的套管柱數(shù)可能一個(gè)或二個(gè)。但該系統(tǒng)機(jī)械上復(fù)雜，實(shí)施成本非常高，產(chǎn)生操作問(wèn)題(如鉆井控制的問(wèn)題)，且仍導(dǎo)致錐形井眼。
010美國(guó)專利第6,530,437號(hào)和美國(guó)第6,588,501號(hào)公開(kāi)了用于減少海底立管中的靜水壓力的多梯度鉆井方法和設(shè)備。例如，在Mauer等人的文章中，在立管的間斷位置處的流動(dòng)泥漿中和泥漿線以下的鉆孔中注入剛性中空球。這允許逐步減少注入點(diǎn)之上的有效泥漿密度。另外，該方法原則上可被用于以此方式逐步改變返回環(huán)形部分中的泥漿密度，來(lái)保持泥漿比重介于孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。
011為實(shí)現(xiàn)這一目的，需要環(huán)形部分內(nèi)處于不同垂直位置的多個(gè)注入點(diǎn)。這些注入點(diǎn)的垂直位置也需要被調(diào)整，以適應(yīng)孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度的非預(yù)期偏差。逐步減少泥漿密度可能最多僅僅減少增加的注入點(diǎn)數(shù)所需的中間套管柱數(shù)。該系統(tǒng)與常規(guī)多梯度系統(tǒng)相似，機(jī)械上復(fù)雜，實(shí)施成本非常高，且產(chǎn)生操作問(wèn)題(如鉆井控制方面)。
012轉(zhuǎn)讓給Edmond OK的Actisystems的一系列美國(guó)專利公開(kāi)了向鉆探泥漿配方中添加各種流體泡沫(aphron)。參見(jiàn)，例如美國(guó)專利第6,422,326號(hào)、美國(guó)第6,156,708號(hào)、美國(guó)第5,910,467號(hào)及第5,881,826號(hào)。流體泡沫減少了泥漿的密度，并減少泥漿漏失循環(huán)的可能性。液體泡沫為油在水中的乳狀液，具有高的油/水體積比，尺寸為5-20微米。將少量這樣的乳狀液分散在鉆探泥漿中，以形成膠質(zhì)液體泡沫(CLA)。以這種方式，沒(méi)有大功率輸入就產(chǎn)生了非常大的界面面積。膠質(zhì)氣體泡沫(CGA)為直徑10-100微米、涂敷多層表面活性劑的泡沫，其通過(guò)以高于某臨界剪切率來(lái)剪切液體而產(chǎn)生。使用氣體泡沫不能提供減少所需中間套管柱數(shù)量的期望目標(biāo)壓縮。
013用于解決一些上述問(wèn)題的另一技術(shù)是使用實(shí)體膨脹襯管(SEL)。美國(guó)專利第6,497,289號(hào)公開(kāi)了一種實(shí)體膨脹襯管的實(shí)例。實(shí)體膨脹襯管是被順入鉆井內(nèi)并膨脹的特殊管狀系統(tǒng)。膨脹允許開(kāi)孔可襯有內(nèi)徑大于使用常規(guī)襯管的柱。實(shí)體膨脹襯管系統(tǒng)允許較大鉆頭和/或額外的套管柱下至鉆井內(nèi)。在開(kāi)發(fā)井中，這可能有利于以較大井眼尺寸穿透儲(chǔ)層。對(duì)于探井，具有一個(gè)或二個(gè)額外襯管可使鉆井以可用井眼尺寸達(dá)到計(jì)劃的目標(biāo)。盡管實(shí)體膨脹襯管的某些方面是有益的，但其也有幾個(gè)缺點(diǎn)。這些包括時(shí)間和成本、連接、孔質(zhì)量要求、錐形和固井。但是，實(shí)體膨脹襯管不能減少所需套管柱的數(shù)量。
014因此，需要改進(jìn)的鉆探泥漿以減少或消除在井眼內(nèi)安裝套管或襯管的需要，從而解決目前套管技術(shù)的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明滿足了該需求。

發(fā)明內(nèi)容
015本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是可變密度鉆探泥漿。鉆探泥漿包括鉆探泥漿中的可壓縮微粒材料，其中鉆探泥漿的密度隨壓力的變化而變化。
016還公開(kāi)了第二實(shí)施例。此實(shí)施例是改變鉆探泥漿密度的方法。該方法包括估計(jì)孔隙壓力和破裂梯度，并選擇帶有可壓縮材料的鉆探泥漿，其中鉆探泥漿的有效泥漿比重在至少一段井眼中保持在孔隙壓力和破裂梯度之間。
017還公開(kāi)了第三實(shí)施例。此實(shí)施例是用于鉆探井眼的設(shè)備。該設(shè)備包括帶有底部鉆具組合和位于該底部鉆具組合上鉆頭的鉆柱，以及泵送可變密度泥漿注入井眼以保持井眼內(nèi)泥漿壓力介于孔隙壓力梯度和破裂梯度之間的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，泵送可變密度鉆探泥漿的裝置是泥漿泵，其沿鉆柱向下泵送泥漿穿過(guò)鉆頭，并向上返回位于鉆柱和井眼之間的環(huán)形部分。


018圖1圖解說(shuō)明了典型鉆井規(guī)劃示意圖；019圖2是根據(jù)本技術(shù)一實(shí)施例的示例性流程圖；020圖3是比較圖，其圖解說(shuō)明了典型鉆井規(guī)劃示意圖與根據(jù)本技術(shù)一實(shí)施例使用的鉆井規(guī)劃示意圖的比較；021圖4是根據(jù)本技術(shù)一實(shí)施例的形狀記憶合金的應(yīng)力對(duì)溫度的示例性相圖；022圖5是根據(jù)本技術(shù)一實(shí)施例的圖4中形狀記憶合金的應(yīng)力對(duì)應(yīng)變的示例性示意圖；023圖6是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的由形狀記憶合金制成的可壓縮中空顆粒的壓力對(duì)深度的示例性示意圖；以及024圖7A和7B是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的可壓縮和可收縮微粒材料的體積對(duì)壓力的示例性示意圖。
具體實(shí)施例方式
025在以下詳述及示例中，將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。但是，下文描述的范圍針對(duì)的是特定實(shí)施例或本發(fā)明的特定使用，其僅僅是說(shuō)明性的。因此，不以下文的具體實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明，相反，本發(fā)明包括所附權(quán)利要求的真實(shí)范圍內(nèi)的所有備選方案、變動(dòng)和等效物。
026圖1圖解說(shuō)明了典型孔隙壓力梯度曲線1和破裂壓力梯度曲線3，其帶有對(duì)常規(guī)套管設(shè)置點(diǎn)5的描述。對(duì)于給定套管設(shè)置點(diǎn)，設(shè)定泥漿比重7，使其高于孔隙壓力梯度曲線1但低于破裂壓力梯度曲線3。套管設(shè)置點(diǎn)5允許增加的開(kāi)孔最小破裂壓力梯度，以使得井眼內(nèi)可使用更高的泥漿比重。
027我們已發(fā)現(xiàn)，我們可依深度調(diào)整鉆探泥漿密度，以使有效泥漿比重保持在所有深度處的孔隙壓力和破裂壓力梯度之間。我們還發(fā)現(xiàn)，所需泥漿密度的變化可通過(guò)添加下述微粒成分來(lái)實(shí)現(xiàn)其密度與所剩流體密度明顯不同且其體積(因而密度)隨壓力變化。微粒成分可包括各種形狀，如球體、立方體、棱錐、扁球或長(zhǎng)球體、圓柱、枕狀和/或其他形狀或結(jié)構(gòu)。另外，如下文進(jìn)一步所述，微粒成分可為充滿壓縮氣體的可壓縮中空物體，或甚至可壓縮固體材料或物體。
028一實(shí)施例是用于在所選位置處改變井眼內(nèi)鉆探泥漿密度的方法。如圖2所示，在井眼位置處估計(jì)孔隙壓力和破裂壓力梯度10。選擇可變密度鉆探泥漿，以優(yōu)選在所有深度處，但在至少一段井眼內(nèi)獲得介于孔隙壓力和破裂壓力梯度之間的有效泥漿比重11。然后，可使用該可變密度鉆探泥漿鉆探井眼12。
029在一實(shí)施例中，可變密度鉆探泥漿包括微粒材料，如，可壓縮(或可收縮)中空物體。更優(yōu)選地，可壓縮中空物體的直徑相對(duì)較小并被氣體充壓，(例如，球體、扁球或長(zhǎng)球體、圓柱、枕狀和/或其他形狀)?？蛇x擇材料，以隨壓力變化獲得理想的壓縮。適當(dāng)材料的實(shí)例包括但不限于聚合物、聚合物復(fù)合物、金屬、金屬合金，和/或具有金屬或金屬合金的聚合物或聚合物復(fù)合物層壓板。
030優(yōu)選地，僅需一個(gè)鉆探泥漿設(shè)計(jì)。在此方案中，微粒材料將被調(diào)整以提供深處鉆探泥漿密度變化，其將允許一個(gè)鉆探泥漿設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)保持鉆探泥漿的壓力介于整個(gè)井眼內(nèi)的孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。如果鉆探泥漿設(shè)計(jì)不能保持泥漿壓力介于孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間，必要時(shí)可能要增加額外的套管。優(yōu)選地，選擇可變密度鉆探泥漿中的微粒材料，其在深處具有理想密度變化，其中使用最少量的套管將鉆探泥漿的壓力保持在孔隙壓力梯度和壓裂壓力梯度之間。
031可基于壓縮性轉(zhuǎn)變需要的深度來(lái)選擇中空物體的初始內(nèi)部壓力。在泥漿柱深處壓力低于初始內(nèi)部壓力的地方，殼材料的機(jī)械特性，如楊氏模量以及橫貫殼的壓差控制物體的體積變化。在泥漿柱深處壓力高于初始內(nèi)部壓力的地方，如果橫貫壁的壓差超過(guò)中空物體的收縮壓力(collapse pressure)，中空物體的體積變化逐漸由氣體的壓縮性控制。
032這些中空物體的壓縮使得在高于或低于中空物體初始內(nèi)部壓力確定的深度處產(chǎn)生不同的泥漿密度梯度。當(dāng)井深度增加時(shí)，混合不同初始內(nèi)部壓力的物體并改變體積分?jǐn)?shù)和初始?jí)毫Ψ植伎蓪?shí)現(xiàn)所需的結(jié)果保持泥漿壓力介于所需界限之間。
033中空物體可部分充有液體、可冷凝和不可冷凝氣體的混合物，或其任何組合。添加可冷凝氣體或液體使得可更加靈活地按深度調(diào)整泥漿密度的變化。例如，在氣/液相邊界的溫度和壓力下，可冷凝氣體液化，伴隨著密度增加及相應(yīng)的體積減少。在相變相應(yīng)的深度和溫度下，物體內(nèi)部體積減少將導(dǎo)致有效泥漿密度的逐步增加。使用含有可冷凝氣體的氣體混合物的另一潛在益處在于在深處已冷凝氣體占據(jù)的有限內(nèi)部體積大于其開(kāi)始冷凝的深度處的有限內(nèi)部體積。因?yàn)橐后w的壓縮性一般低于不可冷凝氣體的壓縮性，因此液體體積可用于設(shè)置中空物體壁變形的上限。這有助于可變形物體在井底和表層循環(huán)時(shí)控制其疲勞壽命。
034限制混合在剩余泥漿流體中的大量小直徑物體的體積變化允許調(diào)整物體的初始尺寸和形狀，以獲得復(fù)合泥漿系統(tǒng)的所需流變性能。通過(guò)向泥漿添加大體積分?jǐn)?shù)的所提議的可壓縮物體，可改變泥漿的凝膠點(diǎn)和泥漿粘性隨剪切率的變化。優(yōu)選選擇流體相的初始屬性，以使得由此產(chǎn)生的復(fù)合泥漿凝膠點(diǎn)在通常操作(包括不循環(huán)操作)中，足以使巖屑懸浮于環(huán)形部分內(nèi)。另外，復(fù)合泥漿的粘性滿足可泵性要求，無(wú)需在環(huán)形部分內(nèi)形成不可接受動(dòng)態(tài)壓力梯度。這是由于這樣的事實(shí)對(duì)于可壓縮物體體積分?jǐn)?shù)裝載達(dá)到45％，凝膠點(diǎn)變化和復(fù)合泥漿粘性隨剪切率的改變顯示具有相似功能性。
035在球形中空殼的情況下，所需的材料抗張強(qiáng)度由下列關(guān)系式定義T＝(pr)/2h(1)其中T為抗張強(qiáng)度，p為內(nèi)部壓力，r為球體半徑，以及h為球殼壁厚。
036對(duì)于直徑1.0mm(毫米)、內(nèi)部壓力13.8Mpa(兆帕斯卡)(2000psig(磅/平方英寸表壓))且壁厚0.125mm的球體，所需材料屈服強(qiáng)度應(yīng)為T(mén)＝27.6Mpa(40,000psi)。許多普通材料的屈服強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)所需水平。
037由于氣體穿過(guò)壁滲漏，更大的潛在問(wèn)題是充壓球體的有效壽命。在結(jié)晶聚合物PEEK的情況下，在壓差為1巴(Bar)時(shí)氧氣漏過(guò)100微米厚的壁的氣體滲漏速率在25℃(攝氏度)時(shí)約為852.5cm3/day/m2(厘米3/天/米2)。136個(gè)大氣壓力下1mm內(nèi)徑球體內(nèi)的氣體初始體積在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力(STP)時(shí)僅為0.071cm3。這種球體的滲漏率約為0.0152cm3/hr(厘米3/小時(shí))，球體將在一小時(shí)中失去初始13.8Mpa(2000psi)充氣的約2.95Mpa(428psi)，其有用壽命將小于1小時(shí)。因此，如果將聚合物殼用于本發(fā)明的目的，則減少氣體滲漏率將是有利的。
038我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了幾種減少滲漏率并制造相當(dāng)?shù)蜐B透性的材料的可選方案。球體可比目前實(shí)例中的更大，壁更厚。例如，對(duì)給定的h/r比率，壽命將隨球體半徑的平方而增加。球體可充有大分子體積的氣體，如固有擴(kuò)散速率低的SF6(六氟化硫)。聚合物膜中的SF6的擴(kuò)散常數(shù)比CO2(二氧化碳)大約小100。聚合物球體的壁可充有微粒如片狀粘土微粒來(lái)阻止氣體滲漏。
039或者，中空物體的壁可由金屬、聚合物層壓板和薄金屬膜或抗張強(qiáng)度足夠且氣體滲漏性適當(dāng)?shù)偷娜魏纹渌牧现瞥?。在金屬膜和金?聚合物層壓板的情況下，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，許多普通金屬和聚合物/金屬層壓板的強(qiáng)度和滲漏性足以滿足所提申請(qǐng)的強(qiáng)度和滲漏性要求。
040在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)想可壓縮固體物體在流動(dòng)的泥漿中持續(xù)重復(fù)循環(huán)。在此實(shí)施例中，可壓縮物體可直接穿過(guò)位于表層的泥漿泵，沿鉆柱向下穿過(guò)鉆頭并向上返回到鉆柱和井眼之間的環(huán)形部分。如果必要，可在表層執(zhí)行附加分離步驟，以將可壓縮物體從鉆屑中分離，并在再注入前重新組成復(fù)合泥漿?？蓧嚎s物體和鉆屑之間的大密度差非常有利于所需的任何分離。
041在一實(shí)施例中，可在泥漿泵的下游再注入物體。向流動(dòng)泥漿流中持續(xù)注入剛性球體及從泥漿中分離剛性球體的方法已在專利文獻(xiàn)中公開(kāi)。參見(jiàn)例如美國(guó)專利第6,530,437號(hào)和第6,588,501號(hào)。
042同樣，如果不希望可壓縮物體穿過(guò)鉆頭處的高剪切噴嘴，可使可壓縮物體在鉆頭周圍分流。實(shí)現(xiàn)分流的方法之一是使用鉆柱中底部鉆具組合(BHA)上方不遠(yuǎn)的井下離心分離器(其帶有BHA上方不遠(yuǎn)的側(cè)面注射口)，以分流球體通過(guò)切割面處的高剪切區(qū)而進(jìn)入返回環(huán)形部分。
043向泥漿混合物添加可變形充壓中空物體可產(chǎn)生其他預(yù)見(jiàn)的或未預(yù)見(jiàn)的益處。例如，添加這些物體可減少旋轉(zhuǎn)的鉆柱和壁之間的摩擦。相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)包括例如，美國(guó)專利第4,123,367號(hào)。在此專利中，公開(kāi)了通過(guò)向泥漿中添加微小球形固體玻璃珠而減少旋轉(zhuǎn)鉆柱上的摩擦力和轉(zhuǎn)矩或扭矩的方法。
044向泥漿混合物中添加可變形充壓中空物體也可部分減輕循環(huán)液漏失。在循環(huán)液漏失情況下，與泥漿一起再循環(huán)的部分壓縮的中空物體將與泥漿流一起進(jìn)入斷層。當(dāng)進(jìn)入地層斷層時(shí)，由于物體是從較高壓力井眼進(jìn)入到較低壓力地層斷層，因此物體將會(huì)膨脹。我們預(yù)期，物體將嵌入斷層，幫助密封地層。預(yù)期物體的可變形性也有助于地層形成更有效的密封。相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)包括例如，美國(guó)專利第4,836,940號(hào)。該專利公開(kāi)了添加小球狀成分，其包括不溶于水的、吸水的聚合物和膨潤(rùn)土。在此設(shè)想中，小球進(jìn)入地層斷層后被截留。截留的小球慢慢吸水后膨脹并密封斷層。
示例045下文圖解說(shuō)明了將這一設(shè)想應(yīng)用于最終鉆至22,000英尺深的假設(shè)深水井的示例。圖3是示意圖，其比較了使用固定密度鉆探泥漿的常規(guī)套管設(shè)計(jì)和可變密度鉆探泥漿設(shè)計(jì)。
046在圖3所示示例中，所需中間套管柱21的數(shù)量由六個(gè)減至僅一個(gè)。需要大約6,000英尺處的表層套管23來(lái)支承海下設(shè)備的重量和/或用于調(diào)整順應(yīng)性，因此不能去除。所需套管段數(shù)量的減少通過(guò)使用兩種可變密度泥漿混合物實(shí)現(xiàn)，如圖所示。從圖3中可以看出，使用這兩種混合物，泥漿比重很好地保持在整個(gè)鉆探段的破裂壓力梯度1和孔隙壓力梯度3之間的安全界限內(nèi)。
047第一鉆探泥漿24混合物允許將井眼從表層套管23鉆至中間套管21。第二鉆探泥漿25混合物允許將井眼鉆至目標(biāo)深度29，無(wú)需任何附加套管。如果不使用可變密度鉆探泥漿，該規(guī)劃示意圖將需要6個(gè)中間套管31。將表層套管后面的附加套管從6個(gè)減少至1個(gè)，減少了井的成本。
048本技術(shù)的應(yīng)用可與幾個(gè)益處相關(guān)。首先，本技術(shù)的實(shí)施例提供了改變井結(jié)構(gòu)的方法。即，本技術(shù)消除了與設(shè)置特定套管柱相關(guān)聯(lián)的穩(wěn)定時(shí)間，因?yàn)榭勺兠芏茹@探泥漿的微粒材料減少了套管柱變化的數(shù)目。因此，如上所述，使用可變密度鉆探泥漿可通過(guò)克服常規(guī)鉆井操作帶來(lái)的限制與約束，而允許鉆探活動(dòng)到達(dá)更深處的儲(chǔ)層。其次，本技術(shù)的實(shí)施例減少了與接近儲(chǔ)層相關(guān)的成本。具體來(lái)說(shuō)，因井眼尺寸大幅減少，因此所需鉆探管子和泵的尺寸和成本減少。另外，可變密度鉆探泥漿可減少材料成本，如鉆頭、立管、套管、水泥和泥漿。由此，在井中使用帶微粒材料的可變密度鉆探泥漿可減少與接近儲(chǔ)層相關(guān)的成本，并提供調(diào)整以接近特定儲(chǔ)層。
049在另一實(shí)施例中，包括可壓縮(即可收縮或可變形)中空顆粒的微粒材料，可由形狀記憶合金(SMA)制成。如圖4-7B詳細(xì)所述，形狀記憶合金為經(jīng)歷固-固相變的金屬合金，可從大的應(yīng)變中恢復(fù)它們的形狀。由此，可壓縮或可變形中空顆?；蛭矬w可由直徑相對(duì)較小的形狀記憶合金制成，可用于提供鉆探泥漿的密度變化。
050開(kāi)始時(shí)，形狀記憶合金依賴壓力(即施于形狀記憶合金的應(yīng)力載荷)與溫度來(lái)決定形狀記憶合金的相。該相包括奧氏體相和馬氏體相。圖4示出了根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的形狀記憶合金的應(yīng)力對(duì)溫度的示例性相圖。用標(biāo)號(hào)400表示的該示意圖中，形狀記憶合金的特點(diǎn)在于有四個(gè)溫度，它們可影響形狀記憶合金的不同相。這些溫度包括馬氏體開(kāi)始(Ms)、馬氏體終止(Mf)、奧氏體開(kāi)始(As)和奧氏體終止(At)。
051由于溫度影響形狀記憶合金的相，因此相對(duì)溫度調(diào)整應(yīng)力或壓力可定義形狀記憶合金的各種相域。即，形狀記憶合金的相取決于前一相和確定該相域的壓力與溫度。在這些不同域中，形狀記憶合金有不同行為特征，如超彈性，也可稱為偽彈性。超彈性特征沿等溫超彈性載荷路徑402和非等溫超彈性載荷路徑404觀察。在等溫超彈性載荷路徑402上，當(dāng)應(yīng)力增加(即加載)和減少(即卸載)時(shí)溫度保持不變。在非等溫超彈性載荷路徑404上，溫度隨應(yīng)力增加而增加，這可代表井眼內(nèi)可壓縮中空形狀記憶合金顆粒的載荷。即，非等溫載荷路徑404代表井眼中深度增加時(shí)形狀記憶合金所經(jīng)受的應(yīng)力和溫度。
052因此，參照路徑402和404可更好理解形狀記憶合金的不同相域。對(duì)于各路徑402和404，當(dāng)溫度和應(yīng)力低于馬氏體開(kāi)始線406時(shí)形狀記憶合金處于奧氏體相。介于馬氏體開(kāi)始線406和馬氏體終止線408之間時(shí)，形狀記憶合金處于奧氏體至馬氏體轉(zhuǎn)變域。高于馬氏體終止線408時(shí)，形狀記憶合金處于馬氏體相。由此，壓力或應(yīng)力的任何附加載荷將保持形狀記憶合金處于該域。或者，卸載時(shí)，只要形狀記憶合金高于奧氏體開(kāi)始線410，形狀記憶合金就保持處于馬氏體相。介于奧氏體開(kāi)始線410和奧氏體終止線412之間時(shí)，形狀記憶合金處于馬氏體至奧氏體轉(zhuǎn)變域。然后，當(dāng)?shù)陀趭W氏體終止線412時(shí)，形狀記憶合金處于奧氏體相。圖5進(jìn)一步說(shuō)明了形狀記憶合金的轉(zhuǎn)變。
053圖5是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的圖4的形狀記憶合金的應(yīng)力對(duì)應(yīng)變的示例性示意圖。用標(biāo)號(hào)500表示的示意圖中，因超彈性載荷產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)應(yīng)變響應(yīng)示意性地圖解說(shuō)明為三個(gè)不同相，馬氏體相、奧氏體相和轉(zhuǎn)變相。轉(zhuǎn)變相包括從馬氏體至奧氏體相的轉(zhuǎn)變和從奧氏體至馬氏體相的轉(zhuǎn)變?？苫謴?fù)轉(zhuǎn)變應(yīng)變量取決于形狀記憶合金的成分和處理。這些形狀記憶合金可包括鎳鈦合金(NiTi)、銅鋁鋅合金(CuAlZn)、鎳鈦銅合金(NiTiCu)、銅鋁鎳合金(CuAlNi)以及任何其他合適金屬合金。一般這些形狀記憶合金的可恢復(fù)轉(zhuǎn)變應(yīng)變量在約3％至約8％的范圍內(nèi)。
054在加載過(guò)程中，形狀記憶合金表現(xiàn)出如奧氏體彈性線502所示的彈性方式。當(dāng)達(dá)到第一應(yīng)力級(jí)或收縮閾值時(shí)(如第一點(diǎn)504所示)轉(zhuǎn)變階段開(kāi)始。第一收縮閾值可為與特定溫度相對(duì)應(yīng)的、沿圖4所示馬氏體開(kāi)始線406上的點(diǎn)。當(dāng)載荷繼續(xù)增加時(shí)，在形狀記憶合金由奧氏體相向馬氏體相轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)變應(yīng)變，如第一轉(zhuǎn)變線506所示。然后，在第二點(diǎn)507處完成向馬氏體相的轉(zhuǎn)變。當(dāng)形狀記憶合金已轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相，如馬氏體彈性線508所示，形狀記憶合金表現(xiàn)為馬氏體相的彈性方式。
055在卸載過(guò)程中，形狀記憶合金的彈性再次表現(xiàn)為與如馬氏體彈性線508所示的馬氏體相一致的彈性方式。當(dāng)達(dá)到第二應(yīng)力級(jí)或收縮閾值時(shí)，如第三點(diǎn)510所示，從馬氏體向奧氏體相轉(zhuǎn)變的反向轉(zhuǎn)變階段開(kāi)始。轉(zhuǎn)變相可通過(guò)卸載形狀記憶合金上的應(yīng)力而再次進(jìn)入，如第二轉(zhuǎn)變線512所示。當(dāng)形狀記憶合金上的應(yīng)力減少時(shí)，形狀記憶合金可重新恢復(fù)至其先前的結(jié)構(gòu)。然后，在第四點(diǎn)513處完成向奧氏體相的轉(zhuǎn)變。當(dāng)形狀記憶合金已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相時(shí)，如奧氏體彈性線502所示，形狀記憶合金表現(xiàn)為奧氏體相的彈性方式。下文圖6進(jìn)一步描述了形狀記憶合金的轉(zhuǎn)變。
056圖6是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的由形狀記憶合金制成的可壓縮和/或可變形中空物體的壓力對(duì)深度的示意性示意圖。用標(biāo)號(hào)600表示的示意圖中，可壓縮微粒材料可由在奧氏體和馬氏體相之間轉(zhuǎn)變的形狀記憶合金制成。基于提供在轉(zhuǎn)變中的壓縮性，中空形狀記憶合金顆粒調(diào)整其尺寸以改變鉆探泥漿的有效比重。
057開(kāi)始時(shí)，作為一個(gè)例子，奧氏體形狀記憶合金顆粒602可具有球體結(jié)構(gòu)。當(dāng)奧氏體形狀記憶合金顆粒602在井眼內(nèi)向下傳輸時(shí)，奧氏體形狀記憶合金602外部的壓力增加，如線604所示。因此，當(dāng)壓力和應(yīng)力超過(guò)應(yīng)力或收縮閾值(例如圖5第一點(diǎn)504)時(shí)，奧氏體至馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始。結(jié)果，由于形狀記憶合金顆粒是可壓縮中空物體，形狀記憶合金顆粒收縮形成馬氏體形狀記憶合金606。在收縮形狀時(shí)，有效泥漿比重已增至特定形狀記憶合金的最大值。
058一旦馬氏體形狀記憶合金顆粒606被引導(dǎo)沿井眼向上運(yùn)動(dòng)，馬氏體形狀記憶合金顆粒606將保持其形狀，直至馬氏體形狀記憶合金顆粒606達(dá)到周圍靜水壓力和溫度小于收縮或應(yīng)力閾值(例如圖5的第三點(diǎn)510的點(diǎn))的點(diǎn)。在此收縮閾值處，從馬氏體向奧氏體相的反向轉(zhuǎn)變開(kāi)始，形狀記憶合金開(kāi)始恢復(fù)其形狀。因此，當(dāng)奧氏體形狀記憶合金顆粒602到達(dá)井眼的表層時(shí)，有效泥漿比重最低。因此，可使用形狀記憶合金的不同相來(lái)調(diào)整鉆探泥漿的有效比重。
059圖7A和7B是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的可收縮微粒材料的體積對(duì)壓力的示例性示意圖。用標(biāo)號(hào)700和702表示的這些圖中描述了可收縮顆粒(例如，由形狀記憶合金制成的顆粒)的體積對(duì)壓力的關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，目標(biāo)響應(yīng)704可指示為井優(yōu)選的鉆探泥漿的有效比重的特定變化。
060為了提供該目標(biāo)響應(yīng)，如圖7A的示意圖700所示，可使用各種不同類型顆粒和流體。例如，可使用諸如柔性膜中氣體的可壓縮流體來(lái)如前所述地調(diào)整鉆探泥漿的密度。
061例如，也可使用形狀記憶合金來(lái)改變鉆探泥漿的密度。使用形狀記憶合金有利于基于井眼內(nèi)靜水壓力和溫度來(lái)改變和恢復(fù)形狀記憶合金顆粒的結(jié)構(gòu)，如形狀記憶合金響應(yīng)710a和710b所示。結(jié)構(gòu)中的柔性減少了對(duì)形狀記憶合金顆粒內(nèi)充壓氣體的依賴性，并且基于形狀記憶合金顆粒的形狀恢復(fù)實(shí)現(xiàn)膨脹。因此，鉆探泥漿的有效比重是基于井眼內(nèi)溫度和壓力來(lái)調(diào)整的。
062另外，如圖7B示意圖702所示，不同形狀記憶合金顆粒也可用于近似模擬井的目標(biāo)響應(yīng)704。在該示意圖702中，使用多個(gè)形狀記憶合金響應(yīng)712a-712i來(lái)改變鉆探泥漿的有效比重或密度。為調(diào)整這些形狀記憶合金顆粒的收縮閾值，可調(diào)整各種屬性或參數(shù)以提供對(duì)預(yù)定體積和壓力的特定響應(yīng)。例如，壁厚、使用的金屬合金材料、形狀記憶合金顆粒內(nèi)的氣壓、形狀或其他相似屬性可被修改，以提供在預(yù)定體積和壓力下提供特定密度的形狀記憶合金顆粒。由此，這些形狀記憶合金顆?？杀慌渲脼榫哂胁煌湛s閾值，以獲得體積隨壓力的目標(biāo)變化。
063使用形狀記憶合金顆粒有利于提供比其他類型材料更大的彈性。形狀記憶合金顆?？杀染酆衔镱w粒更不容易損壞，這是因?yàn)榻饘僖话惚染酆衔飶?qiáng)度大。因此，形狀記憶合金顆粒可在表層從鉆探泥漿中分離并高效地再使用。
064另外，形狀記憶合金提供了改變鉆探泥漿密度的額外的靈活性。例如，通過(guò)基于預(yù)期的井下壓力和溫度來(lái)調(diào)整合金的轉(zhuǎn)變溫度、顆粒的形狀和/或壁厚，形狀記憶合金可被設(shè)計(jì)用于特定應(yīng)用。該靈活性為改變井的結(jié)構(gòu)提供了額外機(jī)制，如上所述。應(yīng)注意，中空顆?？勺冃我栽诔跏夹螤钆c變形形狀之間調(diào)整，這也可增加鉆探泥漿的密度。
065此外，在備選實(shí)施例中，可變密度鉆探泥漿可包括為可壓縮(或可收縮)的固體材料或物體的微粒材料。這些可壓縮固體物體功能與可壓縮中空物體相似，形狀也相似，如球體、扁球或長(zhǎng)球體、圓柱、枕狀和/或任何其他合適形狀。同樣，可選擇這些固體物體中使用的材料，以根據(jù)壓力變化獲得特定壓縮，如上所述。使用這些微粒材料有利于達(dá)到更深深度，因?yàn)樘坠苤慕Y(jié)構(gòu)可改變并可調(diào)整對(duì)其他資源的接近，如上所述。
066盡管本發(fā)明的技術(shù)容易具有各種修改和備用形式，但是上述示例性實(shí)施例僅作為示例示出。另一方面，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明無(wú)意受限于本文公開(kāi)的特定實(shí)施例。事實(shí)上，本發(fā)明的技術(shù)將覆蓋落入所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明精神與范圍之內(nèi)的所有修改、等效物以及備選方案。
權(quán)利要求
1.鉆探泥漿，其包括所述鉆探泥漿中的可壓縮微粒材料，其中所述鉆探泥漿的密度變化歸因于所述可壓縮微粒材料體積隨壓力或溫度變化的變化。
2.如權(quán)利要求1的鉆探泥漿，其中所述可壓縮微粒材料包括多個(gè)可壓縮中空物體，其中每個(gè)所述可壓縮中空物體具有由固體外殼封閉的中空內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中多個(gè)可壓縮中空物體的每個(gè)在所述中空內(nèi)部包含充壓氣體。
4.如權(quán)利要求1的鉆探泥漿，其中基于在特定深度處所述可壓縮微粒材料的體積隨壓力變化而產(chǎn)生的變化，所述微粒材料被配置為保持所述鉆探泥漿的密度介于孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。
5.如權(quán)利要求1的鉆探泥漿，其中所述可壓縮材料從聚合物、聚合物復(fù)合物、金屬聚合物層壓板、金屬、金屬合金及其任意組合之一中選擇。
6.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中基于期望壓縮性轉(zhuǎn)變的特定深度，來(lái)選擇每個(gè)所述可壓縮中空物體的初始內(nèi)部壓力。
7.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中使用可冷凝和不可冷凝氣體的混合物來(lái)填充每個(gè)所述可壓縮中空物體。
8.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中所述多個(gè)可壓縮中空物體的每一個(gè)的固體外殼由具有保持內(nèi)部氣體壓力達(dá)到井眼內(nèi)指定深度的抗張強(qiáng)度的材料制成。
9.如權(quán)利要求8的鉆探泥漿，其中所述固體外殼由從金屬、金屬合金、聚合物、聚合物復(fù)合物、聚合物層壓板、薄金屬膜及其任意組合之一選擇的材料制成。
10.如權(quán)利要求1的鉆探泥漿，其中所述鉆探泥漿的初始屬性被配置為提供在鉆探操作期間使巖屑懸浮于井眼環(huán)形部分內(nèi)的復(fù)合泥漿凝膠點(diǎn)，以及具有可壓縮微粒材料的所述鉆探泥漿的粘性處于可泵性要求范圍內(nèi)，并且其保持在孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。
11.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中所述多個(gè)可壓縮中空物體的每一個(gè)的固體外殼為形狀記憶合金材料。
12.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中所述多個(gè)可壓縮中空物體中充有具有固有擴(kuò)散速率低的大分子體積的氣體。
13.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，其中所述多個(gè)可壓縮中空物體的固體外殼的材料具有固有低的滲透性，使得井眼內(nèi)的所述多個(gè)可壓縮中空物體在井的特定段鉆探操作期間可再次使用。
14.如權(quán)利要求2的鉆探泥漿，進(jìn)一步包括在所述多個(gè)可壓縮中空物體中的可壓縮氣體，其中至少部分所述可壓縮氣體可冷凝，且在所述可冷凝氣體的氣/液相邊界的溫度和壓力下，所述可冷凝的至少部分所述可壓縮氣體液化，其密度增加，體積相應(yīng)減少，這導(dǎo)致在相變相應(yīng)的深度和溫度下，所述微粒材料內(nèi)部體積減少，有效泥漿密度相應(yīng)增加。
15.如權(quán)利要求1的鉆探泥漿，其中所述可壓縮微粒材料為固體材料。
16.如權(quán)利要求1的鉆探泥漿，其中所述可壓縮微粒材料為形狀記憶合金。
17.如權(quán)利要求16的鉆探泥漿，其中所述形狀記憶合金包括鎳鈦合金。
18.如權(quán)利要求16的鉆探泥漿，其中所述形狀記憶合金包括銅鋁鋅合金。
19.用于改變鉆探泥漿密度的方法，其包括1)估計(jì)孔隙壓力梯度；2)估計(jì)破裂壓力梯度；3)選擇帶有可壓縮材料的鉆探泥漿，其中所述鉆探泥漿的有效泥漿比重在井眼中的至少一段保持在所述孔隙壓力梯度和所述破裂壓力梯度之間。
20.如權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括使用所述鉆探泥漿鉆探井眼。
21.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括限制混合在所述鉆探泥漿中的多個(gè)物體的體積變化，并調(diào)整所述多個(gè)物體的初始結(jié)構(gòu)，以獲得所述帶有可壓縮材料的鉆探泥漿的所需流變性能，其中在所述鉆探泥漿中的所述多個(gè)物體的混合導(dǎo)致了復(fù)合泥漿凝膠點(diǎn)，其在鉆探操作期間可使巖屑懸浮于井眼環(huán)形部分內(nèi)，以及所述帶有可壓縮材料的鉆探泥漿的粘性處于可泵性要求范圍內(nèi)，并保持在所述孔隙壓力梯度和所述破裂壓力梯度之間。
22.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括混合具有不同初始內(nèi)部壓力的多個(gè)物體并改變體積分?jǐn)?shù)和初始?jí)毫Ψ植迹栽谥辽僖欢尉蹆?nèi)保持所述鉆探泥漿的壓力介于孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。
23.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括限制混合在所述鉆探泥漿中的多個(gè)物體的體積變化，其中相對(duì)于所述鉆探泥漿流變性能，所述多個(gè)物體的每一個(gè)的初始尺寸被配置為達(dá)到所需復(fù)合鉆探泥漿流變性能。
24.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括傳輸可壓縮材料穿過(guò)位于表層的泥漿泵、沿鉆柱向下穿過(guò)鉆頭并穿過(guò)所述鉆柱和所述井眼之間的環(huán)形部分。
25.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括將所述可壓縮材料從鉆屑中分離，并在再注入所述井眼前重新組成鉆探泥漿。
26.如權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括在鉆頭周圍分流所述可壓縮材料。
27.如權(quán)利要求20的方法，其中通過(guò)位于鉆柱中底部鉆具組合上方的、帶有側(cè)面注射口的井下離心分離器，來(lái)分流所述可壓縮材料進(jìn)入返回環(huán)形部分，從而在鉆頭周圍分流可壓縮材料。
28.如權(quán)利要求20的方法，其中當(dāng)所述鉆探泥漿的壓力不能保持在所述孔隙壓力梯度和所述破裂壓力梯度之間時(shí)，增加套管。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中所述鉆探泥漿中的微粒材料被配置為在特定深度提供密度變化，且其中所述鉆探泥漿的壓力保持在所述孔隙壓力梯度和所述破裂壓力梯度之間。
30.如權(quán)利要求19的方法，其中所述可壓縮材料包括形狀記憶合金顆粒。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中所述形狀記憶合金顆粒包括鎳鈦銅合金。
32.如權(quán)利要求30的方法，其中所述形狀記憶合金顆粒包括銅鋁鎳合金。
33.如權(quán)利要求19的方法，其中所述井眼中的所述至少一段包括第一段和第二段，并且所述可壓縮材料包括第一形狀記憶合金顆粒和第二形狀記憶合金顆粒，其中所述第一形狀記憶合金顆粒和所述第二形狀記憶合金顆粒被配置為具有不同的收縮閾值。
34.如權(quán)利要求33的方法，其中所述第一形狀記憶合金顆粒和所述第二形狀記憶合金顆粒具有不同壁厚，以提供所述鉆探泥漿密度的變化。
35.如權(quán)利要求33的方法，其中所述第一形狀記憶合金顆粒和所述第二形狀記憶合金顆粒包括不同金屬合金材料，以提供所述鉆探泥漿密度的變化。
36.鉆探井眼的設(shè)備，其包括具有底部鉆具組合即BHA以及位于BHA上面鉆頭的鉆柱，泵送可變密度泥漿注入井眼的裝置，以保持所述井眼內(nèi)的可變密度泥漿壓力介于孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。
37.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其進(jìn)一步包括鉆柱中BHA上方的、帶有位于BHA上方的側(cè)面注射口的井下離心分離器。
38.如權(quán)利要求37的設(shè)備，其中所述泵送可變密度泥漿注入井眼的裝置是泥漿泵，其泵送所述可變密度泥漿沿鉆柱向下通過(guò)鉆頭，并向上至所述鉆柱和所述井眼之間的環(huán)形部分。
39.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中所述可變密度泥漿包括可壓縮微粒材料，其中所述可變密度泥漿的密度的變化歸因于特定深度處所述可壓縮微粒材料體積隨壓力變化的變化。
40.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中可壓縮微粒材料包括可壓縮中空固體材料。
41.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中所述可壓縮微粒材料包括可壓縮固體材料。
42.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中所述可壓縮微粒材料包括形狀記憶合金。
43.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中所述形狀記憶合金包括鎳鈦合金。
44.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中所述形狀記憶合金包括銅鋁鋅合金。
45.如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中所述形狀記憶合金包括鎳鈦銅合金。
46.鉆探泥漿，其包括所述鉆探泥漿中的可變形物體，其中所述可變形物體被配置為當(dāng)所述可變形物體形狀變化時(shí)，調(diào)整所述鉆探泥漿的密度；以及當(dāng)所述可變形物體上的壓力變化時(shí)，在初始結(jié)構(gòu)和變形結(jié)構(gòu)間轉(zhuǎn)變。
47.如權(quán)利要求46的設(shè)備，其中所述可變形物體為可壓縮物體。
48.如權(quán)利要求47的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括多個(gè)形狀記憶合金。
49.如權(quán)利要求47的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括多個(gè)球形物體。
50.如權(quán)利要求47的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括多個(gè)可壓縮固體物體。
51.鉆探泥漿，其包括所述鉆探泥漿中的可壓縮物體，所述可壓縮物體具有初始結(jié)構(gòu)和壓縮結(jié)構(gòu)，其中所述可壓縮物體被配置為當(dāng)所述可壓縮物體體積變化收縮為所述壓縮結(jié)構(gòu)時(shí)，增加所述鉆探泥漿的密度；以及當(dāng)所述可壓縮物體體積變化收縮為所述壓縮結(jié)構(gòu)時(shí)，降低所述鉆探泥漿的密度。
52.如權(quán)利要求51的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括多個(gè)形狀記憶合金。
53.如權(quán)利要求51的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括多個(gè)球形物體。
54.如權(quán)利要求51的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括多個(gè)可壓縮固體物體。
55.如權(quán)利要求51的設(shè)備，其中所述可壓縮物體包括封閉在固體外殼內(nèi)的中空內(nèi)部。
56.如權(quán)利要求55的設(shè)備，其中所述可壓縮物體部分充有液體，作為所述初始結(jié)構(gòu)的部分。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是可變密度鉆探泥漿，其包括鉆探泥漿中的可壓縮微粒材料，其中鉆探泥漿密度隨深度處壓力變化而變化。第二實(shí)施例是用于改變鉆探泥漿密度的方法。該方法包括估計(jì)孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度，并選擇具有可壓縮材料的鉆探泥漿，其中鉆探泥漿的有效泥漿比重保持在至少一段井眼中的孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。第三實(shí)施例是用于鉆探井眼的設(shè)備。
文檔編號(hào)C09K8/04GK1977026SQ200580020213
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者R·S·波利佐蒂, M·D·埃爾塔什, N·M·波庫(kù)特洛維茨, S·T·米爾納, J·R·里格比, J·蒙哥馬利, P·B·昂切夫, S·R·凱勒, V·古普塔, W·J·西薩 申請(qǐng)人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>