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      用于可編程壓力鉆井和可編程梯度鉆井和完井的方法和設(shè)備的制作方法

      文檔序號:5419192閱讀:306來源:國知局
      專利名稱:用于可編程壓力鉆井和可編程梯度鉆井和完井的方法和設(shè)備的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明公開了一種對油氣井進(jìn)行鉆進(jìn)和完井的方法和設(shè)備;更具體地本發(fā)明公開 了一種用于建立鄰近鉆井底部鉆具組合的密封室并選擇性地調(diào)節(jié)所述室內(nèi)的壓力以可被 保持在避免地層損害、循環(huán)漏失、和井壁污染的壓力下,同時允許更高的鉆速,而增加鉆頭 壽命、最小化壓差卡鉆、以及最大化當(dāng)進(jìn)行鉆井時從地層采集的地層信息的方法,和一種用 于在鉆井完成之后下永久套管并固井同時保持井眼完整性的方法。所述設(shè)備可以提供進(jìn)行 鉆井時的地層保護密封件以有助于裸眼井完井,同時保持井眼完整性。本發(fā)明公開了一種 用于利用在不同地層壓力下跨接安裝在多油層之間的這種地層保護密封件對井下永久套 管并固井的方法。
      背景技術(shù)
      術(shù)語欠平衡鉆井(UBD)利用在儲層孔隙壓力以下的鉆井液靜壓頭下進(jìn)行鉆井。控制壓 力鉆井(MPD)涉及“低壓頭”和“平衡”鉆井,其中井底壓力以臨界的方式被保持在儲層孔 隙壓力的以上或等于所述儲層孔隙壓力。反循環(huán)中心排放(RCCD)是以欠平衡的方式鉆井, 同時最小化與地層壁的鉆井液接觸。如這里所使用的,因為所有鉆井在通常理解上被認(rèn)為 是控制壓力鉆井,可編程壓力鉆井(PPD)應(yīng)該表示用于通過動力計算、調(diào)節(jié)和施加在鉆井 期間和固井時的正壓補償或負(fù)壓補償來精確地控制在指定環(huán)境范圍內(nèi)的井下環(huán)空壓力的 自適應(yīng)打井過程。此外,可編程梯度鉆井(PGD)系統(tǒng)應(yīng)該表示采用PPD方法從而在不干擾 井眼的其余部分內(nèi)的壓力的情況下在鉆井時允許以調(diào)制的方式將可變壓力補償施加在井 眼的增加的部分上從而產(chǎn)生進(jìn)一步下套管并完井的完全可編程環(huán)空壓力分布圖或梯度的 自適應(yīng)打井過程。PPD和P⑶還可以被被理解為具有增加利用自動過程控制環(huán)路的可編程 自動壓力鉆井(PAPD)或可編程自動梯度鉆井(PAGD)。PPD描述了將井底壓力保持在不同于鉆井區(qū)內(nèi)的壓力的指定壓力下。這可通過使 用控制單元和密封組件來完成。安裝在井眼內(nèi)的期望位置處的固定密封單元將控制單元和 密封單元的近端側(cè)的壓力保持在一壓力下,所述壓力足以控制井、提供用于使用正在循環(huán) 通過鉆井區(qū)的鉆井泥漿影響鉆頭的冷卻的充分流動、和提供足以從控制單元和密封單元的 遠(yuǎn)端側(cè)將鉆井鉆屑帶到控制單元和密封單元的近端側(cè)并向前返回到地面。密封件允許在可 移動控制單元的遠(yuǎn)端側(cè)繼續(xù)鉆井,同時保持鉆井區(qū)內(nèi)的壓力不同于密封件的近端側(cè)所受到 的壓力。PGD描述了以下另外的方面,即,在執(zhí)行PPD的同時實際上以化學(xué)或機械方式增加 地層保護密封件在地層壁上的布置,以用作壓力障以及用于以逐漸增加的方式加強地層, 從而同時提供緊鄰可移動控制單元的可移動密封單元,其中所述可移動密封單元和所述可移動控制單元的移動與鉆井鉆具組合的移動幾乎相同。傳統(tǒng)的鉆井實踐或OBD通常將井眼內(nèi)的鉆井液的流體靜壓保持在地層的孔隙壓 力與所述地層破裂壓力之間。鉆井液在井眼內(nèi)連續(xù)循環(huán)以控制地層流體并將鉆屑輸送到地 面。鉆井液還用于穩(wěn)定井眼以及潤滑和冷卻鉆頭。本發(fā)明旨在在具有鉆井區(qū)內(nèi)的MPD或UBD的益處的情況下,組合OBD以最小化通 常與諸如H2S釋放的UBD、無法預(yù)料的和非計劃的大量油氣釋放到井眼內(nèi)(“井涌”)或其中 環(huán)境條例禁止擴大或隨鉆開采相關(guān)聯(lián)的安全風(fēng)險。這種方法避免了對地層的損壞、循環(huán)漏 失和所有其它公知的問題。此外,本發(fā)明避免了對配備有通常在UDB或MPD方案中所使用 的額外的設(shè)備(例如,氮氣注入單元、密閉油罐組、多相分離器、旋轉(zhuǎn)節(jié)流圈裝置、真空除氣 器和類似物)的鉆井結(jié)構(gòu)的需要。通常,鉆井液是水基液體或油基液體,并且含有用于提供專用于所受到或預(yù)測的 井眼條件的密度、濾失特性、和流變性質(zhì)的各種固體和液體混合物。盡管由在目的地層上方 的鉆井液的這種靜壓頭產(chǎn)生可認(rèn)識的問題,但是這些傳統(tǒng)的鉆井方法長期已經(jīng)被認(rèn)為是鉆 井的安全方法。因為鉆井液壓力比天然地層壓力高,因此流體侵入頻繁發(fā)生,從而對地層的 滲透率產(chǎn)生破壞,這由地層的沖蝕或與進(jìn)入地層結(jié)構(gòu)本身的流體和固體的侵入的物理堵塞 產(chǎn)生。當(dāng)在井眼流體梯度小于天然地層壓力梯度的情況下鉆井時形成UBD,這從而在進(jìn) 行鉆進(jìn)時允許井出現(xiàn)流動。這種技術(shù)最小化循環(huán)漏失,并增加穿透速度,同時最小化由鉆井 流體進(jìn)入到地層結(jié)構(gòu)內(nèi)的侵入所引起的污染。立即識別生產(chǎn)層,并且詳細(xì)的井身結(jié)構(gòu)可以 由這些欠平衡井中的鉆井程序的進(jìn)程形成,從而尤其在邊際油氣田或舊的地質(zhì)構(gòu)造中縮短 鉆井時間。通過使用UBD降低了鉆井時間、延長了鉆頭壽命、增加了對地層變化的早期檢測 和對正在被鉆進(jìn)的地層中的生產(chǎn)層段的動態(tài)測試。增加鉆井效率與來自未受損害的地層增 加的開采前景一起使得在很大程度上期望欠平衡鉆井。如當(dāng)前所實踐的,UBD需要用于安全并有效地鉆井的專用地面設(shè)備。通常通過將 氮氣注入到鉆桿或寄生管中來實現(xiàn)鉆井液的密度控制。這需要大量的地面制備以實現(xiàn)適當(dāng) 的氮氣注入??梢圆捎糜糜诳刂凭讐毫Φ木诠?jié)流器以增加或降低立管壓力,但是由于 固有的滯后時間,節(jié)流器的操作不會遇到(或影響)底部鉆具組合。滯后時間的估計通常 對于單相系統(tǒng)來說是簡單的,但是多相流系統(tǒng)復(fù)雜并難以模擬,由此難以預(yù)測所述多相流 系統(tǒng)的響應(yīng),更不用說精確地控制并操縱所述多相流系統(tǒng)。UBD如果沒有被適當(dāng)操縱則可能導(dǎo)致高風(fēng)險的井噴、火災(zāi)或爆炸;此外,UBD需要 在所有不同的系統(tǒng)中對鉆井隊進(jìn)行全面訓(xùn)練,占據(jù)較大的甲板空間并且需要另外的層空 間,這通常在海上非常受限制,并且由于用于氮氣注入和多相流節(jié)流器以及分離設(shè)備的另 外的地面設(shè)備而通常更加昂貴。然而,盡管有所有這些問題,但是因為益處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過成本, 因此在現(xiàn)代鉆井程序中仍然廣泛地使用UBD。在行業(yè)中MPD被公知為用于精確控制井眼內(nèi)的環(huán)空壓力分布圖的一組技術(shù)。在鉆 井和固井期間始終要精確控制環(huán)空壓力的剖面圖的需要被很好的確立,因為所述需要允許 鉆通并完成復(fù)雜孔隙和壓裂壓力流態(tài),從而由于降低了鉆井風(fēng)險而提高鉆井效率,并且還 避免了將直徑減小的多個昂貴的套管柱安裝在井眼中。地球地層經(jīng)過幾百萬年經(jīng)歷地質(zhì)變化,所述地質(zhì)變化導(dǎo)致意想不到的壓力和巖石強度變化。為了到達(dá)復(fù)雜的深海和非常規(guī)儲 層,本行業(yè)需要新方法在相同的井段中通過多個不同孔隙壓力和壓裂梯度進(jìn)行鉆井。目前, 沒有可以在井眼中連續(xù)鉆進(jìn)的同時在井眼中的多個固定點處改變環(huán)空壓力并將所述環(huán)空 壓力保持在期望的范圍內(nèi)的技術(shù)。本行業(yè)認(rèn)識到一種恒定井底壓力系統(tǒng),所述恒定井底壓 力系統(tǒng)通過將來自地面的正回壓施加在環(huán)空側(cè)以補償當(dāng)?shù)孛姹猛V箷r有效循環(huán)密度(ECD) 減少來將在靠近井眼的底部的一個點處期望的壓力保持成等于或大于泥漿流體靜壓。這種 方法和相關(guān)聯(lián)的設(shè)備不允許井底壓力的動態(tài)降低,因為任何降低需要改變泥漿靜水壓(而 這是一個慢過程)。所述方法和相關(guān)聯(lián)的設(shè)備也不能防止這些變化影響井眼的其余部分的 環(huán)空壓力分布圖和其隨后發(fā)生的對井眼完整性或期望的地層流入的副作用。本行業(yè)認(rèn)識到 在地面與井底之間建立固定點的雙梯度系統(tǒng),其中,可以通過使用寄生管柱或井下泵注入 N2來實現(xiàn)梯度的變化。不僅雙梯度技術(shù)的性能僅局限于兩個梯度,而且在確保這些梯度在 鉆井和完井期間不會改變的準(zhǔn)確度和精度由于許多不可控制的因素(例如,具有可壓縮鉆 井液的長裸眼井段、缺少對地層流體流入的控制、需要始終進(jìn)行連續(xù)循環(huán)以及缺少沿井眼 的井底測量)而變得不可靠。本發(fā)明旨在通過在鉆井時控制鄰近鉆頭和底部鉆具組合的壓力并且密封和/或 加強地層獲得由傳統(tǒng)的超平衡鉆井的所有安全裝置完成的欠平衡鉆井的所有益處。本發(fā)明 還通過精確控制整個井眼的環(huán)空壓力分布圖來克服當(dāng)前MPD實踐中的缺點。本發(fā)明還為本 行業(yè)提供了一種對與設(shè)計、清潔和保持鉆井液相關(guān)聯(lián)的所有問題和成本的唯一解決方案。 本發(fā)明還為本行業(yè)提供了一種以欠平衡的方式安全地鉆勘探井從而增加發(fā)現(xiàn)先前被傳統(tǒng) 的OBD技術(shù)忽略的新生產(chǎn)層的方案。鉆井行業(yè)長期尋找一種這些問題的解決方案。例如,美國專利No. 5,873,420公開 了使用鄰近鉆頭的控制閥根據(jù)感測到的井底壓力及其它流體測量值釋放進(jìn)入到泥漿混合 物中的空氣以減輕靜壓頭。當(dāng)裸眼井井底壓力達(dá)到危險水平時,將會降低或消除空氣供應(yīng), 從而依靠稠密的鉆井泥漿柱控制地層壓力。類似地,美國專利No. 6,732,804公開了一種使用允許鉆井泥漿柱保持在井眼環(huán) 空中的同心套管以防止井噴的動態(tài)封泥系統(tǒng)(mudcap system)。該專利還公開了當(dāng)將鉆頭 組件拉出用于維修或更換時使用配置閥密封井底部分。在這兩個現(xiàn)有技術(shù)中,沒有公開用 于裸眼井地層加固或保護的裝置。用于保護裸眼井欠平衡鉆井的諸如美國專利No. 5,954,137和No. 7,086,481中所 示的現(xiàn)有技術(shù)井下堵塞裝置需要鉆柱操作以固定和釋放井下堵塞裝置。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明公開了一種用于可編程壓力鉆井的方法,包括以下步驟至少密封在井眼 中產(chǎn)生第一壓力區(qū)與第二壓力區(qū)的環(huán)形空間;感測第一壓力區(qū)中的壓力和第二壓力區(qū)中的 壓力;調(diào)節(jié)第一壓力區(qū)與第二壓力區(qū)之間的壓力,以獲得具體的壓力梯度;以及在井眼中 的第一壓力區(qū)內(nèi)鉆井,同時動態(tài)調(diào)節(jié)第一壓力區(qū)中的壓力。所述方法還包括以下步驟當(dāng)鉆 進(jìn)時,加固井眼中的第一壓力區(qū);平衡第一壓力區(qū)中的壓力與第二壓力區(qū)中的壓力;以及 在平衡第一壓力區(qū)中的壓力與所述第二壓力區(qū)中的壓力之后,繼續(xù)在所述第一壓力區(qū)中進(jìn) 行鉆進(jìn),并在井眼內(nèi)的不同點處進(jìn)行密封。
      所述方法還可以還提供以下步驟以液壓的方式隔離所述第一壓力區(qū),以防止鉆 井液或油氣進(jìn)入密封的壓力區(qū)或從所述密封的壓力區(qū)出來。所述加固步驟包括以下選定的 用于穩(wěn)定所述第一壓力區(qū)的方法中的一個利用密封劑涂覆所述井眼、設(shè)置套筒、在適當(dāng)?shù)?位置對套管注水泥、膨脹可膨脹管材、插入并設(shè)置互鎖連續(xù)帶、和礫石充填。所述方法還可以提供以下步驟連續(xù)監(jiān)測第一壓力區(qū)中的地層壓力和深度,從而 提供已鉆好的井的流動勢分布圖;或者調(diào)節(jié)第一壓力區(qū)中的壓力,并且測量流動勢以確定 地層壓力和滲透率。本發(fā)明的方法還可以提供以下步驟利用聲能激發(fā)地層,并且測量地層內(nèi)的聲速, 同時調(diào)節(jié)第一壓力區(qū)中的壓力,從而在不需要對第一壓力區(qū)進(jìn)行壓裂的情況下檢測地層特 性;和/或在鉆井時以動態(tài)的方式將井信息從第一壓力區(qū)發(fā)送到地面,并且接收從地面返 回的控制信號。井信息可以通過有線鉆桿發(fā)送。此外,本發(fā)明另外地構(gòu)思了以下步驟當(dāng)正在第一壓力區(qū)中鉆進(jìn)時,確定井中的每 一個壓力區(qū)的生產(chǎn)量潛產(chǎn)量,從而當(dāng)正在鉆井時提供詳細(xì)的井和地層信息,而不需要在鉆 井之后進(jìn)一步勘探和研究。因為本發(fā)明構(gòu)思了隨鉆即時測量,因此所述方法可以進(jìn)一步允 許使用由控制單元確定的信息在第一壓力區(qū)內(nèi)對鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向,所述控制單元與位于第一 壓力區(qū)中的一個或多個傳感器通信??梢岳斫獾?,用于井眼的可編程壓力鉆井的方法包括以下步驟靠近配備有底部 鉆具組合的鉆桿的遠(yuǎn)端設(shè)置環(huán)狀密封件,所述環(huán)狀密封件允許鉆桿連續(xù)移動;使環(huán)狀密封 件與井眼接合,以在所述井眼內(nèi)在環(huán)狀密封件下方鄰近底部鉆具組合的環(huán)空內(nèi)形成可變環(huán) 空壓力;使用底部鉆具組合對井眼進(jìn)行鉆進(jìn),同時保持環(huán)狀密封件;以及將在井眼的鉆進(jìn) 期間密封件的遠(yuǎn)端側(cè)上的井眼壓力保持在與密封件的近端側(cè)的壓力不同的壓力下。所述方 法還可以包括以下步驟在不需要解除密封件的情況下,通過密封件清除鉆井液和鉆屑,其 中,井眼中的壓力比在環(huán)狀密封件的相對側(cè)的環(huán)空中的壓力低。一種用于控制已鉆井眼中的流體壓力的方法,包括以下步驟建立鉆桿與靠近鉆 柱的末端的井壁之間的可移動井眼密封件;感測井壁處的第一流體壓力和井眼與鉆柱之間 的在井眼密封件的相對側(cè)的環(huán)形空間中的第二壓力;當(dāng)鉆進(jìn)時,通過從井壁將流體泵送通 過井眼密封件進(jìn)入環(huán)形空間內(nèi)來調(diào)節(jié)井壁處的壓力;以及使可移動井眼密封件在井壁處隨 鉆進(jìn)的進(jìn)行而移動??梢苿泳勖芊饧梢酝ㄟ^激勵牽引機來實現(xiàn);或者通過使螺桿移動來實現(xiàn)。本 方法還可以包括以下步驟將井眼密封件沉積在所述井壁上。井眼密封件可以是套筒;當(dāng) 通過牽引機或螺桿裝置以壓縮的方式推靠在井壁上時與井壁反應(yīng)的密封劑;被膨脹以與井 壁接合的可膨脹套管;從線圈展開并以螺旋的方式繞井壁纏繞以接合互鎖構(gòu)件并密封或加 固地層的互鎖帶。本公開的可編程壓力鉆井設(shè)備包括鉆柱組合,所述鉆柱組合可連接到鉆柱的遠(yuǎn) 端;第一壓力傳感器,所述第一壓力傳感器被設(shè)置成靠近鉆柱組合;密封件,所述密封件可 選擇地被接合以將鉆柱的遠(yuǎn)端從形成在鉆柱與相鄰圓周壁之間的環(huán)空密封,其中,密封件 隨鉆柱組合的向前前進(jìn)而移動,或者保持固定并允許滑動通過密封件的管材作為密封流體 回流管道;第二壓力傳感器,所述第二壓力傳感器設(shè)置在密封件的相對側(cè),用于比較地測量鉆柱組合的遠(yuǎn)端與環(huán)空之間的壓差;和至少一個泵,所述至少一個泵用于從鄰近鉆柱組合 的遠(yuǎn)端的區(qū)域通過密封件將流體移除到環(huán)空??删幊烫荻葔毫︺@井設(shè)備還可以包括地層加固密封件,其中,所述密封件是套筒, 而相鄰圓周壁是井眼或套管。所述密封件是互鎖螺旋形纏繞線圈??删幊虊毫μ荻茹@井設(shè)備可以進(jìn)一步提供套筒的近端,在設(shè)置成抵靠地層之前, 所述套筒的近端閂鎖到套管,所述套管然后可以設(shè)置在裸眼井中以當(dāng)完井時密封或加固地 層。因為地層的性質(zhì),此設(shè)備被設(shè)計成通過至少影響鉆井液或鉆屑來保持生產(chǎn)地層的完整 性。因此,本公開的另一個特征是使用具有反循環(huán)中心排放鉆頭和擴孔器的鉆井設(shè)備,盡管 在鉆井鉆具組合中還可以使用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)向鉆孔鉆頭。


      圖1和圖2每一個都是實施可編程壓力鉆井的方法的示意圖;圖3是使用位于可移動控制單元內(nèi)的并列囊狀物(coordinated bladder)以控制 環(huán)空壓差的泵的示意性視圖;圖4是通過使用固定在套管內(nèi)的不可移動密封單元實施可編程壓力鉆井(PPD)的 方法,所述套管提供第二回流管,通過所述第二回流管使用可移動控制單元控制靠近鉆頭 的壓力;圖5-14是關(guān)于實施本發(fā)明的PPD可編程壓力鉆井和完井多個方面的一種方法的 連續(xù)示意性視圖;圖5是顯示底部鉆具組合在設(shè)置在回接柱的遠(yuǎn)端上的型件閂鎖中的位置的可編 程壓力鉆井系統(tǒng)的實施例的示意性視圖;圖6是被下入到下套管井的遠(yuǎn)端上的閂鎖的可選的實施例的示意性視圖;圖7是位于閂鎖內(nèi)并從回接管柱懸掛的底部鉆具組合的示意性視圖;圖8是等待將鉆柱下放入井中以繼續(xù)地層內(nèi)的鉆進(jìn)的底部鉆具組合的示意性視 圖;圖9是在釋放襯管(回接管)以繼續(xù)鉆井之前與底部鉆具組合閂鎖的鉆柱的示意 性視圖;圖10是允許鉆井進(jìn)行的解開的鉆柱和回接管的示意性視圖,還顯示了鉆井液流 動通路;圖11是被拉回以閂鎖在套管內(nèi)從而進(jìn)一步允許鉆柱和鉆頭(與未示出的諸如馬 達(dá)、LWD、井下泵的其它BHA—起)從井中起出的回接管柱的示意性視圖;圖12是正在被拉到地面的鉆頭(以及未示出的諸如馬達(dá)、LWD、井下泵等的其它 BHA),同時示出了使用位于BHA中并且留在井中的井下閥關(guān)閉由于所述鉆頭的移除而產(chǎn)生 的通孔,從而保持壓力密封;圖13是對準(zhǔn)備安置下一個套管柱時在回接襯管的總深度處的鉆頭的示意性視 圖;圖14是在完成鉆井之后正在被拉到地面的鉆頭(以及未示出的諸如馬達(dá)、LWD、井 下泵等的其它BHA)的示意性視圖,同時示出了使用位于BHA中并且留在井中的井下閥關(guān)閉 由于所述鉆頭的移除而產(chǎn)生的通孔,從而保持壓力密封;
      圖15是可以通過可編程壓力鉆井方法實現(xiàn)以進(jìn)行完井的固井操作的示意性視 圖;圖16是使用可移動控制單元和密封單元實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完 井的方法的示意圖;圖17是用于實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完井的設(shè)備的一個實施例的示 意圖;圖18是在實施可編程梯度鉆井和完井中使用的設(shè)備的牽引裝置的示意圖;圖19是本發(fā)明的牽引裝置的另一個實施例;圖20是其中牽引機由泥漿馬達(dá)驅(qū)動的可選實施例的又一個視圖;圖21是在實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完井中使用的可膨脹螺桿實施例 的示意性視圖;圖22是可以用于將化學(xué)密封劑沉積在井壁上的各種可膨脹螺桿的分析示意性視 圖;圖23是在實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完井方面中使用的牽引裝置的示 意性視圖;圖24是用于實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完井方面的一個方法的連續(xù)示 意性視圖;以及圖25是在實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完井方面中使用的互鎖帶布置鉆 井鉆具組合的示意性視圖。
      具體實施例方式圖1和圖2是使用位于鉆井鉆具組合內(nèi)的可移動控制單元C和密封單元106實施 可編程壓力鉆井的方法的示意圖,所述密封單元106抵靠相鄰套管或相鄰井壁圍繞鉆井鉆 具組合形成環(huán)狀密封。公開的控制單元C提供感測和測量,并且可以與電磁信號、通過有線 套管的泥漿脈沖遙測裝置、或井下測量和控制領(lǐng)域中所公知的任何其它方法通信并被所述 電磁信號、通過有線套管的泥漿脈沖遙測裝置、或井下測量和控制領(lǐng)域中所公知的其它方 法控制。密封單元106可以被固定,但可移動,或者是移動的動態(tài)密封件。如果被固定,密 封單元106允許鉆井鉆具組合移動通過密封件106。如果是動態(tài)的,密封單元106與鉆井鉆 具組合的移動一起移動以保持壓力區(qū)的密封并且在可編程梯度鉆井(PGD)的情況下將地 層穩(wěn)定或密封材料設(shè)置在井壁上。以下進(jìn)一步說明這種特征??刂茊卧狢還與鉆柱內(nèi)的泵壓力配合通過節(jié)流器/泵系統(tǒng)控制流入和流出可編 程壓力區(qū)110的流體的流動。例如,如果需要使可編程壓力區(qū)降低壓力以避免使鉆井過平 衡,控制單元C將中止流體到達(dá)鉆頭或增加從可編程壓力區(qū)110流出的流量,或者同時中止 流體到達(dá)鉆頭和增加從可編程壓力區(qū)110流出的流量,以在可編程壓力區(qū)內(nèi)獲得期望的壓 力。可以采用諸如流動勢的測量值以辨別在鉆井時在可編程區(qū)內(nèi)要保持的期望的壓力,如 果使用其它儲層特征和模擬技術(shù)初始不能已知這種期望的壓力。最接近控制單元C定位的泵P可以使鉆井液從可編程壓力鉆井區(qū)110移動到環(huán)狀 密封件106正上方的環(huán)空112,在所述環(huán)空中,鉆井液和鉆屑以正常方式被提升到地面。此 泵P與控制單元C的節(jié)流器/轉(zhuǎn)向閥協(xié)作以使來自地面的在鉆柱DS內(nèi)的總鉆井液的第一部分朝向鉆柱DS外部的環(huán)狀密封件106正上方的環(huán)空112轉(zhuǎn)向,所述鉆井液的體積百分比, 如已經(jīng)被鉆井領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的,由產(chǎn)生充足的環(huán)空流速以將所有鉆屑帶回到地面 所需的液壓能來決定。泵P以編程方式控制流入和流出可編程壓力鉆井區(qū)的鉆井液的第二 部分的流動。此第二部分的總體積百分比,如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的,由用于提供對鉆 頭的冷卻同時還將鉆頭所需的足夠的液壓能輸送給鉆頭的流動來確定而本發(fā)明的一個目 的的對流動的編程可通過泵P來執(zhí)行,以將可編程鉆井區(qū)壓力保持在用于保護地層(例如, 防止地層具有過度液壓)的最佳壓力下。來自地面泵的流動可以在控制單元C的方向處被轉(zhuǎn)向以再循環(huán)通過環(huán)空,從而減 少進(jìn)入可編程壓力區(qū)內(nèi)的流動。泵P進(jìn)一步控制可編程壓力區(qū)內(nèi)被感測到的壓力,所述泵P 由控制單元C控制并與所述控制單元相鄰,所述泵還移除來自PPD區(qū)的鉆井泥漿和鉆屑。泵 P由諸如液壓馬達(dá)(未示出)的井下動力源驅(qū)動以避免對從地面提供動力的需要。在不背 離本申請的精神的情況下還可以使用諸如由來自地面的電纜提供的供電裝置現(xiàn)有的技術(shù)。 井底鉆井鉆具組合所使用的標(biāo)準(zhǔn)泥漿馬達(dá)還可以用于驅(qū)動泵P。雖然在圖1中示意性地顯示了標(biāo)準(zhǔn)流動鉆頭,但是如圖2中所示,RCXD鉆頭裝置 可以優(yōu)選地用于進(jìn)一步最小化進(jìn)入可編程鉆井區(qū)的鉆井液流入,但足以清除來自所述壓力 區(qū)內(nèi)的井眼的鉆屑??梢灶A(yù)期的是,用于充分冷卻鉆頭并將鉆屑提升通過控制單元C、泵P 和閥裝置所需的鉆井液流明顯少于通常在超平衡鉆井操作中所使用的鉆井液。使用泥漿馬達(dá)允許使泥漿馬達(dá)和泵P的轉(zhuǎn)速近似匹配,從而避免對齒輪箱的需 要。可以預(yù)期的是,傳動裝置(晃動接頭(wobble joint))是用于說明馬達(dá)和泵上的不同 數(shù)量的葉片的最有可能的裝置。與離心泵相比,螺桿泵在磨蝕應(yīng)用中提供優(yōu)越的性能。馬 達(dá)和泵都將形成有空心軸。對于馬達(dá)來說,這將僅允許用于給泵提供動力的必要的流量通 過馬達(dá)。對于泵來說,此軸將提供被允許通過鉆頭以旁路掉泵本身的鉆井液。為了執(zhí)行可編程梯度鉆井(PGD),控制單元C啟動密封單元106以設(shè)置諸如智能泥 餅的密封劑或諸如套筒的機械障(如這里更全面地所述)??蛇x的實施例可以提供可膨脹 封隔器、通過大小頭抵靠封隔器的內(nèi)壁設(shè)置的可膨脹套管系統(tǒng)、或在本領(lǐng)域中現(xiàn)用的其它 形式的井眼穩(wěn)定裝置。最后,一旦所述區(qū)域已經(jīng)被鉆好并被加固或穩(wěn)定,控制單元C可以允許超平衡區(qū) 112的壓力與欠平衡區(qū)110內(nèi)的壓力相等,并且解除密封,以便在井眼中進(jìn)行進(jìn)一步的操 作??蛇x地,所述方法可以通過設(shè)置外部封隔器來提供穩(wěn)定區(qū)域的隔離,所有這些都以鉆井 行業(yè)中所公知的方式進(jìn)行。每當(dāng)需要保存井眼的完整性同時檢測用于完井和射孔的類似區(qū) 域時可以重復(fù)此過程。因為在這些區(qū)域中在超平衡條件不會發(fā)生鉆井并且地層保持不被高 壓鉆井泥餅堵塞,因此已經(jīng)不需要昂貴并且費時的井準(zhǔn)備工作來開始開采。另外,通過利用減小的鉆井液流連續(xù)向前鉆進(jìn)到PPD區(qū)內(nèi)來對現(xiàn)有技術(shù)的使用進(jìn) 行優(yōu)化,并因此現(xiàn)有技術(shù)的使用取決于低扭矩鉆頭組件的成功設(shè)置、穿透鉆頭的高速率、提 供最大的每平方英寸鉆頭區(qū)域的液壓馬力。期望的是大約為150加侖每分鐘的流量將足以 為泥漿馬達(dá)提供液壓動力并仍然保持鉆頭的高速穿透力??梢栽诒旧暾堉惺褂弥T如美國 專利No. 6,892,898中所述的章動鉆頭的低扭矩鉆頭。在不背離本發(fā)明的精神或保護范圍 的情況下,可以使用本行業(yè)的技術(shù)人員所公知的其它現(xiàn)有的傳統(tǒng)鉆頭設(shè)計。非常期望使用 RCCD鉆頭技術(shù)以避免鉆井泥漿與PPD區(qū)井壁的接觸。
      圖3顯示提供并列囊狀物對BLl和BL2的另一個實施例的示意圖,所述囊狀物對 通過對泵1000的流量的居中調(diào)節(jié)而由于PPD區(qū)內(nèi)的可編程壓力P2與在壓力區(qū)的密封件上 方的環(huán)空壓力Pl之間的壓差而膨脹或縮小。泵1002使液壓流體從儲層R移動到封閉室C 和D,以可選地使來自可編程壓力區(qū)的鉆井液和鉆屑移動到環(huán)空內(nèi),同時膨脹可選室和吸收 流體和鉆屑的囊狀物,從而將可編程壓力區(qū)內(nèi)的壓力保持為P2。這進(jìn)一步提供以下另外的 益處即,防止流體移動到PPD區(qū)或從所述PPD區(qū)移動出來時的壓力沖擊波。在每一個并 列囊狀物上的被示出為1006 Vl(C)和1008 V2(C)的連接到室1004的閥裝置和連接到室 1005的閥裝置1007 Vl(D)和1009 V2 (D)由圖1中所示并在先前所述的控制單元C控制, 以使流體移動到可編程壓力區(qū)內(nèi)和從所述可編程壓力區(qū)移動出來并進(jìn)入具有壓力Pi的環(huán) 空內(nèi)。在不背離本公開的精神和范圍的情況下,可以通過其它裝置來完成圖3的兩個囊 狀物的配合。例如,囊狀物可以插入到使囊狀物移動成完全膨脹的真空室內(nèi)。機械網(wǎng)或裝 置將放置在囊狀物周圍,并且當(dāng)具有來自控制單元C的信號時將收網(wǎng)以接觸囊狀物,從而 將已經(jīng)在可編程壓力區(qū)內(nèi)被吸入到膨脹室內(nèi)的鉆井液和鉆屑從囊狀物排出。閥裝置將再次 調(diào)節(jié)鉆井液和鉆屑移動到囊狀物內(nèi)和從所述囊狀物移動出來,以避免對控制壓力區(qū)的壓力 沖擊波并且保持鉆井區(qū)壓力小于與裝置相鄰的天然孔隙壓力。圖4是通過不可移動密封單元106實施PPD可編程壓力鉆井和完井的方法的示意 圖,所述不可移動密封單元位于套管內(nèi),從而提供第二回流管,通過所述第二回流管,使用 可移動控制單元可控制靠近鉆頭的壓力。鉆柱114和第二回流管115使用專用閂鎖被機械 地聯(lián)接在一起,使用鉆井鉆具組合的重量或通過使用在地面上的頂驅(qū)施加到鉆柱DS的推 力,所述專用閂鎖允許鉆柱114相對于第二回流管115旋轉(zhuǎn),并且允許第二回流管115滑動 通過密封單元106,從而允許鉆柱組合和鉆頭105進(jìn)一步移動。動態(tài)或滑動密封件107保持 隔離并且還防止環(huán)空112內(nèi)的環(huán)空鉆井泥漿進(jìn)入PPD區(qū)110內(nèi)。壓力區(qū)110通過在滑動密封件107下方進(jìn)行隔離而產(chǎn)生,所述滑動密封件允許套 管115包圍鉆柱114,從而在鉆柱114的外壁與套管115的內(nèi)壁之間產(chǎn)生位于中心的環(huán)形空 間113,從而允許通過控制單元C以上述方式除去移動到環(huán)空113內(nèi)的鉆井液和鉆屑。因此 實現(xiàn)了可編程壓力鉆井,藉此,可將裸眼井區(qū)域的底部110處的壓力保持為壓力P2,同時在 環(huán)空113內(nèi)在控制單元C正上方的壓力通常比壓力Pl高,從而沿對其進(jìn)一步下套管和完井 的整個裸眼井產(chǎn)生單個但可容易改變的梯度。如圖5及以下等中更全面地所示,公開了由上述方法得出的用于實現(xiàn)可編程壓力 鉆井的另一個可選技術(shù)。可以使用在先前的下套管操作中設(shè)置的襯管懸掛器將具有底部鉆 具組合(BHA)(包括在其遠(yuǎn)端處已經(jīng)組裝的擴孔器和鉆頭)的襯管1103下入井內(nèi)并使所述 襯管懸掛在地面下方。鉆頭被設(shè)置成使得所述鉆頭可以以本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的方式通 過擴孔器被取回。BHA包括用于在之前已經(jīng)說明的可編程壓力/梯度鉆井控制單元C和密 封單元,并且另外包括隨鉆測井(LWD)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)(所述這些設(shè)備在本領(lǐng)域都是 公知的,并且在這里沒有詳細(xì)示出)。襯管的遠(yuǎn)端的外表面處的機械密封件一旦設(shè)置在先前 的套管內(nèi)的適當(dāng)位置則可以自動與襯管脫離,并且允許襯管滑動通過外機械密封件的內(nèi)密 封件,同時保持密封件兩端的壓差,即,作為井下帶壓起下管柱(downhole stripping)BOP0如圖8中所示,鉆柱DS然后可以在襯管內(nèi)被下入,并且在底部處利用BHA被閂鎖,從而同時從襯管釋放BHA并允許鉆柱DS將扭矩和重量傳遞給BHA。襯管然后可以與襯管懸 掛器釋放并使用旋轉(zhuǎn)閂鎖裝置被閂鎖到鉆桿;例如,這可允許鉆桿和BHA相對于襯管旋轉(zhuǎn)。 襯管然后將懸掛于鉆桿,從而提供用于移動和重置襯管并提供第二回流管的裝置。不會通 過鉆柱DS或BHA將鉆井扭矩或鉆壓(WOB)傳遞給襯管。在不同的壓力環(huán)境下鉆進(jìn)到總深度之后,襯管可以設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢?,并且進(jìn)行 固井并取回鉆桿。襯管可以是預(yù)填充有化學(xué)物質(zhì)以提供暫時隔離并且隨后被一個鋼套管替 換的可膨脹鋼型管或軟管結(jié)構(gòu)。更具體地,如圖5-14中所示,本發(fā)明的方法可以用于以可編程方式鉆井和在鉆井 完成之后對裸眼井進(jìn)行固井。如圖5中所示,此可選方法需要在套管柱101的遠(yuǎn)端提供下 放入井中的型件(profile) 1101。底部鉆具組合BHA裝配或接合在回接管或管道1103的遠(yuǎn) 端上,所述回接管或管道可以是具有充分強度以支撐BHA并在這類鉆井維護中工具所受到 的壓力下保持密封的套管、可膨脹管狀構(gòu)件或柔性管道。BHA至少由鉆頭、擴孔器和泵以及 這里先前所述的控制單元組成,所述控制單元用于感測裸眼井壓力并將裸眼井壓力保持在 與環(huán)空壓力不同的壓力下,如果需要。泵是液壓的,并且由來自地面的泥漿流驅(qū)動。另外, 回接管1103設(shè)置有閂鎖表面1105,所述閂鎖表面能夠選擇性地與閂鎖型件1101閂鎖和解 開。如圖6中更清楚地所示,使用標(biāo)準(zhǔn)鉆井操作將回接管1103下入到井內(nèi)到達(dá)套管柱 101的遠(yuǎn)端,此時,襯管懸掛器或油管懸掛器1201連接到回接管1103的近端。此襯管懸掛 器或油管懸掛器可以在地面上的井口裝置處或者在井下在先前所下的套管內(nèi)。這些操作中 的每一個都在鉆井工業(yè)中是公知的,并且可容易地通過具有本領(lǐng)域的普通技術(shù)的鉆井工人
      來完成。如圖7中所示,回接管1103被下入以在套管101的遠(yuǎn)端中與具有閂鎖型件1101的 閂鎖表面1105接合。此閂鎖可以由機械裝置或液壓裝置來完成,但是一旦被確立,密封件 防止套管101下方的裸眼井和回接管道1103與套管101之間的環(huán)空的流體連通。一旦回接 管道1103懸掛在頂部1201、1301處,并且套管密封閂鎖1101、1105完成,如圖8中所示,包 括能夠與BHA配合的遠(yuǎn)端和設(shè)置有懸掛型件1401的上端的鉆柱DS被下入以接合BHA。如 圖9中所示,一旦鉆柱DS閂鎖到BHA內(nèi),BHA同時從襯管釋放,從而允許鉆柱DS獨立于襯 管而將扭矩和重量傳遞給BHA。此外,上懸掛型件1401接合回接管道匹配閂鎖表面1201, 鉆柱DS因此被閂鎖和支撐在回接管道1103的頂部處。然后通過釋放閂鎖1105使回接管道1103從套管閂鎖1101釋放,使得鉆柱DS支 撐回接管道1103和BHA。在套筒密封件1101中保持密封以防止流體連通,但是當(dāng)鉆井進(jìn)行 時允許回接管道1103與底部鉆具組合BHA—起推進(jìn)到井內(nèi)。如圖10中更清楚地所示,鉆 井液沿著鉆柱DS循環(huán)到泵/控制單元主體內(nèi)的控制單元和轉(zhuǎn)向閥,所述泵/控制單元主體 允許在裸眼井中使用低壓流體冷卻鉆頭并從鉆頭表面沖洗鉆屑。這里此方法在先前進(jìn)行了 說明,并且由箭頭表示的流體流僅示意性地顯示鉆井液移動通過底部鉆具組合。更具體地 說,在本實施例的上下文中,控制單元C 一旦被啟動則形成與回接管道1103的環(huán)狀密封件 1102,使得由將BHA與回接管道1103分離并閂鎖到鉆柱DS而產(chǎn)生的環(huán)空同時被密封,從而 保持可編程壓力區(qū)110兩端的壓力障。密封件1102可以是不傳遞載荷和不承受載荷以防 止鉆井力作用于回流管上的封隔器。實施這兩個步驟從而防止尤其當(dāng)從井眼移除鉆柱DS時不期望的壓力均衡。BHA將優(yōu)選地配備有反循環(huán)鉆頭(RCXD),使得與從地面移動到連接到回接管道的 遠(yuǎn)端的控制單元/泵的鉆井液相比,從環(huán)空被轉(zhuǎn)向的鉆井液顯示相當(dāng)?shù)偷牧髁浚瑫r允許 與可編程控制單元成一體的泵從井壁除去鉆屑和流體。參見用于更加詳細(xì)地說明反循環(huán)鉆 頭的流動特征的圖2。鉆屑隨即移動到鄰近密封件的環(huán)空側(cè)的區(qū)域,用于與正在從可編程鉆 井區(qū)被轉(zhuǎn)向的鉆井液一起被迅速移除到地面。如所注意的,懸掛型件1401僅是機械的并且允許鉆井液與鉆屑一起返回到地面。 當(dāng)回接管道移動到普通井內(nèi)時,如圖12中更清楚地所示,此懸掛型件1401鄰近密封件1101 移動。一旦所述懸掛型件和所述密封件相鄰,如果期望,必須將另一個套管柱插入到井內(nèi)以 繼續(xù)鉆井。如果已經(jīng)達(dá)到具體層帶的總深度,將鉆柱DS拉回以接合閂鎖1401、1201和1105、 1101,從而準(zhǔn)備從井眼移出BHA。結(jié)構(gòu)返回到圖9中所述的位置,其中BHA閂鎖回到回接管 道1103,從而以機械的方式閉合環(huán)空,然后停止控制單元C以釋放密封件1102。因此,如圖 12中所示,從BHA移除鉆柱DS,并且當(dāng)取出鉆柱時使閥1801在BHA內(nèi)閉合。因此,當(dāng)完成 此操作時,對已鉆的裸眼井的完井部分進(jìn)行關(guān)井。同時。如果使用的管道是金屬套管,可以 進(jìn)行普通固井操作以將現(xiàn)有的套管下入井眼內(nèi)。如果管道是可膨脹套管,上述的移除步驟 也可以包括使膨脹心軸或大小頭移動通過套管以將所述膨脹心軸或大小頭設(shè)置在井眼內(nèi)。 如果管道是柔性管道,可以進(jìn)行完井,或者可以膨脹管道以支撐裸眼井內(nèi)的側(cè)向井壁。這些 完井技術(shù)中的每一個都是標(biāo)準(zhǔn)操作,并且對本行業(yè)的技術(shù)人員是公知的。如先前以上所述,為了開始利用組裝的單元進(jìn)行鉆井,鉆井液循環(huán)通過所述系統(tǒng)。 BHA內(nèi)的閥裝置和泵減少系統(tǒng)內(nèi)的鉆井液流所受到的流體壓力,以最小化裸眼井上的任何 異常壓力。即使當(dāng)回接管1103和BHA向前鉆進(jìn)時,與控制單元C1102中的激勵密封件結(jié)合 的液壓密封件1101也保持此壓差。此密封件因此像井下帶壓起下管柱防噴器一樣作用,從 而允許回接管1103滑動通過,同時保持管周圍的密封。此密封件不必是橡膠并且可以使用 金屬對金屬密封件,因為管不用承受載荷并且不必具有專用鉆具接頭表面?;亟庸?103僅 用作管道以提供用于將環(huán)空壓力從裸眼井壓力密封的裝置。鉆井液的精確流動可以通過在低工作電壓下運行的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭技術(shù)來完成,或者可 以使用反循環(huán)鉆頭以最小化鉆頭表面處的壓力增加同時最大化鉆屑清除來完成,所有這些 都以鉆井行業(yè)公知的方式進(jìn)行。反循環(huán)鉆頭在不過度干擾裸眼井內(nèi)的井壁的情況下允許鉆 井液和鉆屑移動到鉆柱的中心部分內(nèi)。在本實施例中,在利用常規(guī)鉆井液返回系統(tǒng)的密封 件上方的全壓力循環(huán)混合這些鉆屑和鉆井液的情況下,這些鉆屑和鉆井液僅需要被提升相 對較短的距離。如果在不需要更換現(xiàn)有回接管或襯管懸掛器1103(如圖12中所示)例如以更換 鉆頭組件的情況下需要對鉆頭進(jìn)行起下鉆,可以從井眼拉出鉆桿和襯管,使所述鉆桿和襯 管通過井下安全閥1801到達(dá)最終的閂鎖點,襯管照常懸掛,從而當(dāng)BHA通過井下閥1801時 允許所述井下閥閉合,從而保持所保護的鉆井區(qū)壓力P2,同時允許從井眼將鉆柱DS與鉆頭 及其它BHA部件一起被拉出。因為對于鉆頭起下鉆來說密封件1101和閥1801將被至少臨 時保持如圖13中所示的壓力區(qū)壓力P2,因此在不需要將回接管收回到先前的閂鎖點的情 況下可以完成鉆頭起下鉆。圖14是可以由P⑶可編程梯度鉆井方法實現(xiàn)的固井作業(yè)的示意性視圖。一旦使用這種系統(tǒng)打好了井,具有不滲透地層加固密封件的一長段裸眼井保持在適當(dāng)?shù)奈恢貌⑶?可以包括多個外部密封件。為了下入套管并用水泥固套管,固井作業(yè)則可以以不干擾密封 件后面保留的壓力的方式開始和完成。這可以通過使用由控制單元C獲得的井剖面圖以設(shè) 計具有隔離封隔器的套管柱來實現(xiàn),所述隔離封隔器可以使用控制正在被固井的區(qū)域兩端 的水泥的循環(huán)壓力的井下系統(tǒng)選擇性地分級和固井。因此,例如,為了對枯竭層進(jìn)行固井, 使用封隔器系統(tǒng)注入輕質(zhì)水泥漿,使得將輕質(zhì)水泥漿選擇性地僅充填在枯竭層的兩端,并 隔離層帶的其余部分與固井作業(yè)的這部分。圖14是可以通過可編程壓力鉆井方法進(jìn)行完井的固井作業(yè)的示意性視圖。如下 套管鉆井領(lǐng)域的技術(shù)人員所充分理解的,將固井鉆柱DS下入,從而提供用于接合回接油管 閂鎖型件1201的懸掛閂鎖1401、用于提供鉆柱DS與回接油管1103之間的密封件的套管外 封隔器2107、和能夠插入通過井底裝置閥1801或已經(jīng)裝入BHA內(nèi)的套管鞋2101。井下泵 2105與鉆柱DS—起被下入。下入電線電纜2103以給所述井下泵提供動力。井下泵2105 被連接成使得所述井下泵的輸入來自裸眼井內(nèi)的環(huán)空,而所述井下泵的輸出被輸送到鉆柱 DS與套管101上方之間的環(huán)空。井下泵的作用僅僅是用于提供在井下對壓力的控制。地 面固井裝置通常與井下泵協(xié)作使得,使得在固井作業(yè)期間在裸眼井內(nèi)可以獲得不同的壓力 梯度;盡管期望的是當(dāng)將水泥添加到裸眼井環(huán)空時由于及時從固井區(qū)的裸眼井部分清除流 體而需要較小的地面泵壓力。因此,井下泵將能量添加到所述系統(tǒng)內(nèi),使得在在這種完井 中通常發(fā)生的流體或水泥損失的沒有發(fā)生的情況下可以成功地對脆性、壓力敏感區(qū)進(jìn)行固 井。電線和局部傳感器完全控制泵的操作,并且能夠保持密封件1101、2107與2108兩端的 壓差。因為泵2105位于井內(nèi),因此可以即時調(diào)節(jié)泵壓力以防止由于極端泵壓力而產(chǎn)生的裸 眼井地層的井噴。水泥將向下循環(huán)到預(yù)設(shè)壓力區(qū)域密封件1101以下進(jìn)入到裸眼井內(nèi)并繞 套管的遠(yuǎn)端循環(huán)以完成固井作業(yè)。因為如在大多數(shù)傳統(tǒng)鉆井方案中所述,井被剛剛鉆好并 且還沒有允許鉆井液繞鉆頭并沿環(huán)空向上循環(huán),因此地層幾乎沒有濾餅并且固井作業(yè)可以 易于并容易地實現(xiàn),且提高了水泥與裸眼井壁的結(jié)合。此技術(shù)可以用于被套管外封隔器分 離的任意數(shù)量的生產(chǎn)層,同時在整個鉆井中保持每一個生產(chǎn)層的壓力區(qū)完整性。因為可通 過控制單元C立即識別每一個壓力區(qū),因此這種信息可以用于按照整個鉆井程序所受到的 壓力區(qū)梯度進(jìn)行固井。圖15A-15E示出了使用可移動控制單元C和可移動的并可以逐漸增加的方式設(shè)置 的密封單元S實現(xiàn)PGD可編程梯度鉆井和完井同時執(zhí)行PPD的示意性步驟。除了執(zhí)行用于 如之前已經(jīng)所述的PPD所需的功能之外,控制單元C可以可選地啟動密封單元S以設(shè)置如 這里更加清楚地所述的諸如智能泥餅的密封劑或諸如井眼加固套筒的機械障??蛇x的實施 例可以提供可膨脹封隔器、由靠在封隔器的內(nèi)壁上的大小頭提供的可膨脹套管系統(tǒng)、或當(dāng) 前在此領(lǐng)域中可獲得的任意其它形式的井眼穩(wěn)定裝置。最后,一旦已經(jīng)鉆好并加固好可編程壓力區(qū),控制單元C將使超平衡區(qū)112與欠平 衡區(qū)110內(nèi)的壓力相等,并且釋放密封件用于在井眼中進(jìn)行進(jìn)一步操作。此過程可以重復(fù) 所需要的次數(shù)或者以同時發(fā)生的方式重復(fù)增加以保存井眼的完整性,同時檢測用于完井和 射孔的類似層帶。因為在這些層帶中在超平衡條件下不會發(fā)生鉆井,并且地層保持沒有被 高壓鉆井泥餅堵塞,因此不需要昂貴并且費時的井準(zhǔn)備工作以開始生產(chǎn)。圖15A說明了在套管101下方在抵靠加固或穩(wěn)定地層102中的裸眼井井壁接合密封件之前鄰近鉆柱DS的遠(yuǎn)端處的鉆頭105的控制單元C和密封件單元S的移動。圖15B 說明抵靠加固或穩(wěn)定井壁102內(nèi)的裸眼井井壁設(shè)置可編程壓力區(qū)密封件106。圖15C顯示 在抵靠先前設(shè)置的加固或穩(wěn)定井壁102的密封件106下方利用鉆頭105繼續(xù)鉆井進(jìn)入井眼 104的疏松或不穩(wěn)定的部分。環(huán)形可編程壓力區(qū)110內(nèi)的壓力由控制單元C控制,以通過從 可編程壓力區(qū)110將鉆井液移除到密封件112上方的超平衡環(huán)形區(qū)內(nèi)而保持在地層壓力以 下或保持在孔隙壓力壓裂壓力窗內(nèi),其提供防止井噴和類似事件的充分安全性。在不背離 此公開的精神和目的的情況下,另外可以在控制單元C下方提供在鉆井行業(yè)中被本領(lǐng)域的 技術(shù)人員所公知的諸如定向鉆井定向鉆井、隨鉆測量(MWD)單元、和另外的地層評價系統(tǒng) 的其它鉆井設(shè)備。另外,圖15A-15E中所示的鉆柱DS可以是撓性管、組合管或用于使來自 本發(fā)明的可編程壓力區(qū)的鉆井液返回的任意其它管道??刂茊卧狢可以從疏松地層的孔隙結(jié)構(gòu)對自然流動進(jìn)行連續(xù)采樣,并將這種信息 通信給地面,用于由操作者進(jìn)行分析,或者提供所述信息用于在自動井下控制系統(tǒng)中直接 使用,所有這些都以本領(lǐng)域所公知的方式進(jìn)行。因為可將可編程壓力區(qū)110保持在孔隙壓 力或井底壓力以下,并且如在正常的鉆井操作可能發(fā)生的,在下套管或利用泥餅加固井眼 之前可利用現(xiàn)有技術(shù)獲得所有的組合測量值,因此可以獲得關(guān)于地球物理結(jié)構(gòu)和正在實現(xiàn) 鉆通的生產(chǎn)層詳細(xì)信息。使用諸如通過引用在此并入的美國專利出版物No. 2006-0125474 中所述的技術(shù)可以容易地測量相鄰地層的流動勢。用于隨鉆測量的能力的提高可提供先前 難以獲得的動態(tài)井身剖面圖的可能性,例如,用于對井眼軌跡進(jìn)行導(dǎo)向以保持在延伸井系 統(tǒng)的大多數(shù)生產(chǎn)層內(nèi)。圖15D說明了在感測所有需要的信息并將所述信息轉(zhuǎn)繼給地面之后對裸井眼進(jìn) 行加固的步驟。如這里更多地所述,通過操縱鉆柱,可以加固或穩(wěn)定地層以允許進(jìn)一步的建 井工程。加固可以包括以下步驟通過將諸如但不是限制性的割縫襯管、砂篩、可膨脹砂篩、 裸眼井礫石充填、具有裸眼井封隔器的套管、和可膨脹管材的機械密封劑抵靠井壁來進(jìn)行 密封。諸如砂篩的可膨脹管材可以從其原始外徑的33%膨脹到55%。實心襯管被限制以 通常在其原始直徑的5%與16%之間膨脹。隨后在本申請中更加詳細(xì)地說明了互鎖帶,所 述互鎖帶可以由在地面上線圈提供并在安裝時形成連續(xù)支撐構(gòu)件(如美國專利6,250,385 和6,679,334中所述)。還可以設(shè)置化學(xué)趨膚因子以形成用于等候被鋼套管替換的便橋 (temporary bridge),從而延伸作為單個直徑被鉆的井眼長度,或者用于作為單個直徑被 完井的井,即,單通道。這里公開的是用于當(dāng)鉆井進(jìn)行時將套管設(shè)置在井壁上以加固裸眼井 并保存裸眼井結(jié)構(gòu)的完整性的實施例。申請人認(rèn)為所有公知的井眼加固技術(shù)可以適于與此 可編程壓力區(qū)鉆井方法一起使用,并且這里所包括的不應(yīng)該被解釋為將此公開限制到任何 具體方式的井眼穩(wěn)定。在對地層102加固或穩(wěn)定之后,可以利用密封件106上方存在的靜 壓頭對可編程壓力區(qū)內(nèi)的壓力歸一化,并且釋放密封件,所有在圖15E中更加清楚地示出。圖16是用于實施本發(fā)明的PGD可編程梯度鉆井和完井的設(shè)備的一個實施例的示 意圖。來自地面的流動1驅(qū)動泥漿馬達(dá)2,所述泥漿馬達(dá)為作為用于動力分布和控制系 統(tǒng)4的電源的發(fā)電機3提供動力。密封件或壓力邊界7隔離上室39和下室25,并且適于沿 井壁28移動。術(shù)語上和下的使用不應(yīng)該被解釋為說明兩個室相對于重力的物理關(guān)系,因為 在水平鉆井情況下下室可以以地心為中心在上室上方。
      密封主體7的井眼接觸界面是緩慢移動蝸桿(inch-worm,或蠕動蝸桿)裝置8_未 詳細(xì)示出_其中兩個封隔器可選地在進(jìn)行鉆井時被增壓并被“緩慢移動”以保持與井壁28 的連續(xù)密封。在不背離此裝置的精神和目的的情況下,其它密封件可以適于保持當(dāng)鉆井進(jìn) 行時上室39與下室25之間的可移動密封件。以下說明了用于實施可移動密封件的另一個 實施例。第一電馬達(dá)和泥漿泵5由配電和控制系統(tǒng)4控制以使用管道24通過壓力密封件7 輸送泥漿。類似地,第二馬達(dá)和泵31通過使用管道15使泥漿從下室通過密封件移動到上 室進(jìn)行動作。使用下室中的第一壓力傳感器29和上室中的第二壓力傳感器30,控制系統(tǒng) 4調(diào)節(jié)電動泵的速度以獲得對下室25的所需的壓力操縱,從而在不需要復(fù)雜和昂貴的地面 設(shè)備的情況下實現(xiàn)等同于欠平衡鉆井的條件。應(yīng)該注意的是如正在被執(zhí)行的鉆井程序所需 要的,在不背離本發(fā)明的保護范圍的情況下,一個或多個壓力傳感器(例如,一個由壓力傳 感器29表示)的位置可以在可編程壓力區(qū)內(nèi)的任意位置處。通過管道15的泥漿流通過擴孔器12從循環(huán)管道10通過鉆頭11和擴孔器主體循 環(huán)管道13被吸入,所有這些都以鉆探行業(yè)所公知的方式進(jìn)行。此反向循環(huán)流夾帶流動中的 鉆屑最終以類似于所有開式循環(huán)鉆井泥漿系統(tǒng)的方式通過可伸縮管道41被輸送到地面。 可伸縮管道41與套管16連接以允許套筒密封件19從地面被裝載在其運輸容器18內(nèi),從 而允許運輸容器18橫過套筒密封件19的套管連接部。反循環(huán)管道15在與流動管道22的連接部的下游與上室回流管道21匯合,流動管 道22提供用于驅(qū)動馬達(dá)和泵5的流體流以避免鉆屑被再循環(huán)通過鉆頭11和擴孔器12,并 且逆流保護閥34提供防止這種鉆屑返回到下室25的另外的保護。泥漿馬達(dá)2和鉆屑流動 管道15的鉆屑和排出流通過套管16與井壁28之間的環(huán)空返回到地面,所有這些都以本行 業(yè)所公知的方式進(jìn)行。再循環(huán)閥14用于改變通過擴孔器再循環(huán)管道13的流動,使得鉆頭 11和擴孔器12具有適合于其鉆切所需要的平衡流動條件,其中,流量通過配電和控制系統(tǒng) 4實時控制。第二電馬達(dá)6使擴孔器12旋轉(zhuǎn),而第三電馬達(dá)26使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS) 27旋轉(zhuǎn), 用于控制鉆頭11的方向?qū)?,從而鉆導(dǎo)向鉆孔。套管16延伸到地面并且被放置在適當(dāng)?shù)奈恢?。需要擴孔器12將導(dǎo)向孔40擴大 到足以允許將套管16插入到井眼內(nèi)的寬度。然后,一旦通過套管16完成鉆井,將可編程壓 力系統(tǒng)設(shè)備取出到地面。密封件承載器18閂鎖到第二段套管37并且使用旋轉(zhuǎn)軸承17將所述密封件承載 器連接到第一段套管16。此旋轉(zhuǎn)軸承17是可鎖定的(未示出),使得當(dāng)需要時第一套管16 和運輸容器18以及第二段套管37可以一起旋轉(zhuǎn)。套筒密封件19容納在密封件承載器18 中,并且經(jīng)過穿過套筒密封件19內(nèi)的間隔的輥20被提供,以釋放將套筒密封件19粘到鄰 近輥20的井壁并密封所述井壁的粘合劑36。系統(tǒng)的向前運動由套筒密封件19固化的速度和鉆井的速度確定。傳感器可以設(shè) 置在套筒密封件19 (未示出)內(nèi)以確定密封件固化的狀態(tài),從而將信號提供給配電和控制 單元4以繼續(xù)優(yōu)化鉆井速度。套筒密封件19的套筒密封件固化速度與向前鉆井速度的協(xié)同 將關(guān)鍵的實時輸入提供給地面,以調(diào)節(jié)套管下入需要。實時發(fā)送到地面的這種信息可以由 有線鉆桿連接件32從配電和控制模塊4提供,以控制提起工作/頂部驅(qū)動系統(tǒng)下降速度。將相同的速度信息提供給緩慢移動蝸桿套筒密封件,使得當(dāng)將所述緩慢移動蝸桿套筒密封 件推進(jìn)到井眼內(nèi)時與套管16同步。在正常鉆井條件下,密封件7將縮回(即,緩慢移動蝸桿封隔器都縮小)直到遇到 需要壓力操縱的另一個區(qū)域。當(dāng)遇到其中需要密封的地層區(qū)域時,緩慢移動蝸桿密封件8被啟動,并且松開套 管鎖17,以便使套管16旋轉(zhuǎn)而密封件承載器主體18不旋轉(zhuǎn)(從而避免在固定密封件之前 將所述密封件暴露給旋轉(zhuǎn)套管)。當(dāng)系統(tǒng)向前鉆進(jìn)時,輥系統(tǒng)20(所述輥系統(tǒng)是電動的(未 示出))驅(qū)動套筒密封19。緩慢移動蝸桿密封件8還將必須受到來自鉆頭11和擴孔器12 的鉆井電抗性負(fù)載。為了最小化這種影響,鉆頭11和擴孔器12可以沿相反的方向旋轉(zhuǎn)以 平衡扭矩??赏ㄟ^緩慢移動蝸桿密封件8實現(xiàn)在鉆井期間執(zhí)行的主要壓力密封工作,直到套 筒密封件19被充分固化或固定以承受全部的套管-井眼環(huán)空壓力??蛇x地,這里所述的隔離鄰近底部鉆具組合的鉆頭和擴孔器的壓力區(qū)的新方法可 以由其它可選的實施例實現(xiàn)。例如,如圖17-20中所示,可以提供可牽引的環(huán)形套管以如這 里所述用作鄰近此系統(tǒng)的鉆頭的下室(例如,圖17中的270或圖18中的380)與上室(圖 17中的260或圖18中的370)之間的密封件。用于這種可牽引環(huán)形套管的動力可以由電動 裝置提供或以機械的方式由圖19的泥漿馬達(dá)驅(qū)動來提供。牽引機根據(jù)其可以由鉆桿旋轉(zhuǎn) 或可在井下獲得的其它能量驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)方向施加拉力/推力。如圖17中所示,牽引機250 和牽引機主體230可滑動地支承在被動態(tài)密封件240密封的鉆桿220上。可選地,環(huán)形密封承載器230可以可旋轉(zhuǎn)地連接到鉆桿220,并且壓力保持旋轉(zhuǎn)軸 承可以代替動態(tài)密封件240,從而提供環(huán)形密封件通過在鉆桿220上進(jìn)行推和拉而被其驅(qū) 動的裝置。強制在牽引機250與牽引機主體230之間移動的鉆井泥漿與沿著地層210拖曳 的牽引機的外表面的摩擦力一起,使?fàn)恳龣C250在其承載器230上滑動??蛇x地,如圖18中所示,承載器320可以使用環(huán)形套筒350上的槽式軌道以與配 合的牽引機主體320接合,所述配合的牽引機主體320又可旋轉(zhuǎn)地連接到鉆桿310。類似 地,如圖19中所示,用于移動牽引機530和套筒550的動力由與泥漿馬達(dá)530的移動相關(guān) 聯(lián)的液壓力或流水剪切力產(chǎn)生,所述泥漿馬達(dá)530具有轉(zhuǎn)子547和定子546,所述定子546 移動驅(qū)動環(huán)43從而移動槽式牽引機530上的驅(qū)動銷545以及移動牽引機主體550。在任一情況下,無論在圖17、圖18、或圖19中,承載器230、320、530的旋轉(zhuǎn)速度必 須按照鉆桿移動要求與目標(biāo)牽引/牽引速度相匹配??蛇x地,如圖21中示意性地所示,密封件510的螺旋形溝槽內(nèi)表面與安裝在鉆桿 狀的涂覆有大量橡膠的螺桿512的螺旋驅(qū)動機構(gòu)511 (環(huán)形牽引機)配合。密封件510的 內(nèi)表面上的螺旋形溝槽包括化學(xué)密封劑513,所述化學(xué)密封劑通過密封件510在井壁210上 的壓縮被活化,從而當(dāng)內(nèi)表面抵靠井壁210的外部被翻出時可用于加固所述壁,所有這些 都以井下鉆井添加劑行業(yè)中所公知的方式進(jìn)行。參見圖21A-21C,其中示出了用于將這些密封劑輸送到井壁的幾個可選的裝置的 示意圖。圖21A的波紋狀或彈簧加載溝槽雖然在機械方面足以堅固以支承由牽引機產(chǎn)生的 縱向載荷,但是相對于所產(chǎn)生的徑向力相對較弱,并且當(dāng)套筒抵靠井壁翻轉(zhuǎn)膨脹時如圖21B 所示膨脹,從而當(dāng)徑向膨脹時如圖21C中所示使化學(xué)密封劑從波紋狀槽分離。如果由圖21中所示的裝置實現(xiàn),袋512被翻轉(zhuǎn),使得外表面粘到壁,而內(nèi)表面正在被螺桿510或開槽構(gòu) 件向前驅(qū)動,所述袋512被壓縮以打開化學(xué)密封劑用于設(shè)置在井壁上,且每一個都提供井 眼的化學(xué)加固密封劑。當(dāng)套筒的溝槽釋放密封劑時,由于袋512在井眼210的相鄰壁上的 壓碎而產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)形成不可滲透密封件。套筒510的外表面被設(shè)計成當(dāng)套筒510必須 進(jìn)行相對滑移/滑動并且通過環(huán)形牽引機的徑向力抵靠井壁被壓縮時減少摩擦力。如圖22 中所示的徑向力(類似于圖20和圖21中所示的螺桿對袋和相鄰井壁施加的壓縮力)也產(chǎn) 生在環(huán)形牽引機下方的井眼段與在所述環(huán)形牽引機上方的井眼段之間的密封件,并且還有 助于浸漬由抵靠井壁的螺旋槽釋放的化學(xué)物質(zhì)以形成用于允許地層操作的加固的壓力障。如圖22中更全面地所示,雖然主要想將密封袋構(gòu)件512設(shè)置在井壁上,但是牽引 機溝槽510與可膨脹套筒512上的溝槽嚙合,以驅(qū)動密封劑801,從而加固由鉆井鉆具組合 105新鉆出來的地層,所有這些都如先前所述。通過牽引機T的接合使裸眼井110與環(huán)空 112密封。在此實施例中,控制單元C與牽引機T結(jié)合。圖22中所示的實施例的密封袋可以作為卷軸(類似于撓性管CT)儲存在地面上, 并然后在鉆井前通過下入到井眼內(nèi)而被設(shè)置。圖23A-23E說明了將這類螺旋密封件設(shè)置在 井眼內(nèi)的順序。使用在本行業(yè)中通用的電纜安置封隔器系統(tǒng)將圖23A中的閂鎖封隔器710 設(shè)置在最后的套管鞋的正上方。然后可以通過從地面卷720 (圖23B)下入并將其下端725 閂鎖到封隔器710(圖23C)內(nèi)而設(shè)置密封袋。然后切掉套筒/密封件730的上端并將所述 上端懸掛在地面上。然后將圖23D中的鉆桿740通過密封件下入井內(nèi),且環(huán)形牽引機750 處于關(guān)閉或無效位置。在圖23E中,一旦鉆桿上的牽引機到達(dá)靠近封隔器710的位置時,所 述牽引機膨脹/啟動以與密封件的內(nèi)表面上的螺旋槽配合。然后將密封件的上端閂鎖到 鉆桿。當(dāng)鉆井進(jìn)行時,環(huán)形牽引機向下拉套筒以與鉆井速度相匹配。當(dāng)鉆井進(jìn)行時,密封件 725的下端在封隔器710處保持固定,而所述密封件的上端向下移動。套筒或袋在裸眼井內(nèi) 自動翻轉(zhuǎn),使得內(nèi)表面翻轉(zhuǎn)并且與井壁接觸,同時釋放在裸眼井內(nèi)產(chǎn)生不可滲透的加固障 的化學(xué)物質(zhì),所有這些如這里先前所述。最后,,可以允許可編程梯度鉆井進(jìn)行鉆井,并且同時安裝帶,所述帶當(dāng)設(shè)置在井 壁上時,在不需要另外的專用設(shè)備的情況下繼續(xù)鉆井進(jìn)度時穩(wěn)定和支撐所述壁。井中的帶 或螺旋形纏繞管狀結(jié)構(gòu)的設(shè)置是公知的。參見美國專利No. 6,679,334和No. 6,250,385,這 兩個專利通過引用在此并入。這種帶技術(shù)可以適于當(dāng)鉆井進(jìn)行時增加相鄰井壁的穩(wěn)定性。如圖24中更全面地顯示,類似于這里先前所述的鉆井設(shè)備提供帶施加器2203的 另外的特征,使得當(dāng)鉆井進(jìn)行時在先前參考的申請中所述的螺旋形帶2201通過鉆井鉆具 組合而移動。螺旋形帶2201從地面卷纜車2200沿井眼的環(huán)空向下移動,在所述環(huán)空中,所 述螺旋形帶2201由泵組件和BHA承載,并且通過入口密封件2204然后通過密封件2205進(jìn) 入到可編程壓力區(qū)內(nèi)。入口密封件2204是允許鉆柱DS和BHA相對于帶2201旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn) 密封件。當(dāng)組件旋轉(zhuǎn)時施加器臂2203移動以將帶移動到井眼上,此時,環(huán)形輥2215將相鄰 帶壓縮成與井眼接觸,從而使得當(dāng)鉆井進(jìn)行時支撐和穩(wěn)定井眼??蛇x地,施加器臂2203可 以是電動的(未示出)并且使用旋轉(zhuǎn)密封件2204被安裝,以允許所述施加器臂獨立于鉆柱 DS在被控制的速度下旋轉(zhuǎn)。因為標(biāo)準(zhǔn)泵壓下的鉆井液2220通過轉(zhuǎn)向閥2210被轉(zhuǎn)向,并且 流動控制閥2212調(diào)節(jié)進(jìn)入可編程鉆井區(qū)域內(nèi)的鉆井液的流動,因此,可將壓力保持在地層 天然壓力下。本實施例的反循環(huán)泵P以與本發(fā)明的其它實施例中的泵相同的方式運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的鉆井和同時設(shè)置互鎖條狀材料在本發(fā)明的可編程壓力區(qū)鉆井內(nèi)利用標(biāo)準(zhǔn)鉆機設(shè)備、 利用通過接合的互鎖帶對地層的全面保護,這隨后可以通過傳統(tǒng)的完井技術(shù)來實現(xiàn),允許 安全的超平衡保護。申請人:認(rèn)為本申請表現(xiàn)出了在之前認(rèn)為太脆性的地層中進(jìn)行鉆進(jìn)以實現(xiàn)成功鉆 井計劃的相當(dāng)新的機遇。近瞬時壓力變化可以通過可以采用用于與這種可編程壓力區(qū)鉆井 方法一起使用的許多當(dāng)前技術(shù)來實現(xiàn)。例如,可以通過巖層的聲波激勵來測量鄰近底部鉆 具組合的巖層的流動勢,所有如通過引用在此并入的美國專利出版物2006-0125474中更 全面地所述,所述專利出版物可以指示地層壓力,所述地層壓力則可以通過控制單元結(jié)合 流入和流出可編程壓力鉆井區(qū)的鉆井液的流量來獲得和使用。如果例如枯竭巖層內(nèi)的巖層 地層孔隙壓力下降,則可以降低鉆井液壓力以防止井壁由于鉆井液的流體靜壓而坍塌。類 似地,如果感測到地層壓力已經(jīng)增加,則可以增加鉆井液壓力以保持天然壓力直到井的所 述部分可以下套管。由于可編程壓力鉆井區(qū)110的尺寸受到限制,因此可以容易地控制壓差并且對所 述壓差進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得鉆頭的最佳性能,同時安全地保持地層的完整性。當(dāng)不需要這種鉆 井時,可以在任何時候從可編程壓力區(qū)鉆井切換到常規(guī)開環(huán)鉆井。以下說明包括設(shè)置襯管懸掛器的其它實施例,所述襯管懸掛器具有光滑內(nèi)孔,所 述光滑內(nèi)孔允許當(dāng)可編程壓力區(qū)鉆井進(jìn)行時進(jìn)行密封,同時允許鉆柱縱向移動通過光滑內(nèi) 孔。隔離和鉆好的區(qū)域則被澆注水泥、下套管或利用鉆探行業(yè)中所公知的適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)橋架 被穩(wěn)定。因為控制單元能夠感測被控制的鉆井區(qū)內(nèi)的井眼條件,因此在不干擾控制孔隙度 或裸眼井的流動特性的流體靜壓的情況下可以采集大量裸眼井信息并完成測井。這種動態(tài) 井剖面圖將允許進(jìn)一步控制鉆完的井,并且提供先前被常規(guī)鉆井技術(shù)所隱藏的大量生產(chǎn)層 信息。從鄰近井采集的數(shù)據(jù)與實時鉆井信息的協(xié)方差應(yīng)該允許關(guān)于全油田基礎(chǔ)信息的相關(guān) 性。當(dāng)使用這種可編程壓力區(qū)鉆井方法時,可以研究密封儲層內(nèi)的裂縫網(wǎng)和擴展??删幊?壓力區(qū)井內(nèi)的裂縫可以使鄰井(offest well)中的其它壓力和溫度變化,這提供對井的地 球物理解釋和在研究中的油田裂縫的指導(dǎo)。這種過程的發(fā)展應(yīng)該增加鉆機或自動軌跡控制系統(tǒng)(地面或井下)導(dǎo)向或允許形 成自動導(dǎo)向鉆井鉆具組合的能力,所述自動導(dǎo)向鉆井鉆具組合接受由控制單元C采集的包 括任何地層評價數(shù)據(jù)的信息和數(shù)據(jù),以將鉆柱弓丨導(dǎo)到適當(dāng)?shù)哪康膶?。因為本方法提供一種當(dāng)鉆井進(jìn)行時由控制單元獲得的全井剖面圖,因此可以容易 地設(shè)計和實施固井程序,所述固井程序允許在整個井眼中遇到的每一個巖層以最有效和地 層保護的方式被澆注水泥。例如,如果檢測到了疏松的區(qū)域,一旦設(shè)置隔離封隔器以隔離所 述區(qū)域,則可以將與地層壓力一致的水泥漿輸送到地層,所有這些都以油井固井操作領(lǐng)域 所公知的方式進(jìn)行??删幊虊毫︺@井區(qū)方法的使用允許使用為每一個問題巖層專門設(shè)計的 固井方案。還可以易于認(rèn)識的是,考慮到上述公開,由于在通過此可編程壓力鉆井設(shè)備所允 許的裸眼井鉆井程序中完成井眼加固,因此可以利用單通道套管對重要的井眼段下套管, 從而在不限制套管的尺寸的情況下產(chǎn)生到達(dá)生產(chǎn)層的全眼井。一旦將水泥澆注到位,當(dāng)由 于由本發(fā)明獲得的井剖面圖而保留井眼的完整性時,可以從井獲得較高的生產(chǎn)力,同時由 于允許使用這種可編程壓力鉆井方法設(shè)置單通道生產(chǎn)套管而可保留井被鉆通的生產(chǎn)層的完整性??删幊虊毫︺@井和可編程梯度鉆井允許近似瞬時地調(diào)節(jié)地層壓力與井眼環(huán)空壓 力之間的壓差。在鉆井程序期間,不需要基于地層變化而改變泥漿特征??梢杂煽刂茊卧?感測諸如流量、壓力、鉆壓、扭矩和曳力的鉆井參數(shù)的近似瞬時測量值,并將所述參數(shù)發(fā)送 到鉆井管理器或鉆井控制系統(tǒng)??梢栽谑杷傻貙又袦y量對鉆井時遇到的所有巖層的井地層 特征和生產(chǎn)力,以及井的短期測試和表征(壓力恢復(fù)和壓力下降)的及時獲取,并將所述及 時獲取發(fā)送到地面以便進(jìn)行分析。雖然油氣可以與鉆井泥漿混合的方式從疏松地層流動到 地面,但是這種開采量較小,并且在井下可由控制單元C控制,并且不會由于這種最小釋放 而在地面上產(chǎn)生不利(adverse)壓差。這表現(xiàn)了這種技術(shù)在其中存在以下許多不確定性的 勘探井中的重要應(yīng)用例如,泥漿設(shè)計和所需的特性、套管設(shè)計、將要使用的地層評價和測 試技術(shù)。通過提供本發(fā)明,因為泥漿設(shè)計被簡化、套管減少、在沒有地層損害的情況下獲得 井生產(chǎn)力的測量值,因此操作者將能夠在最小風(fēng)險的情況下鉆勘探井,從而允許以最大的 精度和非??斓臅r間確定儲層或生產(chǎn)層的精確位置和儲層或?qū)訋У膶嶋H潛產(chǎn)量。已經(jīng)公開了本發(fā)明的多個實施例及其替換物。雖然上述公開包括實施發(fā)明人所構(gòu) 思的本發(fā)明的最佳實施方式,但是不是已經(jīng)公開了所有可能的替換物。為此,本發(fā)明的保護 范圍和限制不限于上述公開,而是相反旨在由所附權(quán)利要求限定和解釋。
      權(quán)利要求
      1.一種用于可編程壓力鉆井的方法,包括以下步驟 密封在井眼中產(chǎn)生第一壓力區(qū)與第二壓力區(qū)的環(huán)形空間; 感測所述第一壓力區(qū)中的壓力和所述第二壓力區(qū)中的壓力;調(diào)節(jié)所述第一壓力區(qū)與所述第二壓力區(qū)之間的壓力,以獲得具體的壓力梯度;以及 在所述井眼中的所述第一壓力區(qū)內(nèi)鉆井,同時動態(tài)調(diào)節(jié)所述第一壓力區(qū)中的壓力。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟 在鉆進(jìn)的同時,加固所述井眼中的所述第一壓力區(qū)。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟平衡所述第一壓力區(qū)中的壓力與所述第二壓力區(qū)中的壓力。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟在平衡所述第一壓力區(qū)中的壓力與所述第二壓力區(qū)中的壓力之后,繼續(xù)在所述第一壓 力區(qū)中進(jìn)行鉆進(jìn),并在井眼內(nèi)的不同點處進(jìn)行密封。
      5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,還包括以下步驟 以液壓的方式隔離所述第一壓力區(qū)。
      6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述當(dāng)鉆進(jìn)時加固所述井眼中的所述第一壓力 區(qū)的步驟包括以下選定的用于穩(wěn)定所述第一壓力區(qū)的方法中的一個利用密封劑涂覆所述 井眼;設(shè)置套筒;在適當(dāng)?shù)奈恢脤μ坠茏⑺啵慌蛎浛膳蛎浌懿?;插入并設(shè)置互鎖連續(xù)帶; 和礫石充填。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟連續(xù)監(jiān)測所述第一壓力區(qū)中的地層壓力和深度,從而提供已鉆好的井的流動勢分布圖。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟調(diào)節(jié)所述第一壓力區(qū)中的壓力,并且測量所述流動勢以確定地層壓力和滲透率。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟利用聲能連續(xù)激發(fā)所述地層,并且測量所述地層內(nèi)的聲速,同時調(diào)節(jié)所述第一壓力區(qū) 中的壓力,從而在不需要對所述第一壓力區(qū)進(jìn)行壓裂的情況下檢測地層特性。
      10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟在鉆井的同時以動態(tài)的方式將井信息從所述第一壓力區(qū)發(fā)送到地面,并且接收從所述 地面返回的控制信號。
      11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中,所述井信息通過有線鉆桿發(fā)送。
      12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟當(dāng)正在所述第一壓力區(qū)中鉆進(jìn)時,確定井中的每一個壓力區(qū)的生產(chǎn)量潛產(chǎn)量。
      13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,還包括以下步驟使用由控制單元確定的信息在所述第一壓力區(qū)內(nèi)對鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向,所述控制單元與位 于所述第一壓力區(qū)中的一個或多個傳感器通信。
      14.一種用于井眼的可編程壓力鉆井的方法,包括以下步驟靠近配備有底部鉆具組合的鉆桿的遠(yuǎn)端設(shè)置環(huán)狀密封件,所述環(huán)狀密封件允許所述鉆 桿連續(xù)移動;使所述環(huán)狀密封件與所述井眼接合,以在所述井眼內(nèi)在所述環(huán)狀密封件下方鄰近所述底部鉆具組合的環(huán)空內(nèi)形成可變環(huán)空壓力;使用所述底部鉆具組合對所述井眼進(jìn)行鉆進(jìn),同時保持所述環(huán)狀密封件;以及 將所述井眼的鉆進(jìn)期間的所述密封件的遠(yuǎn)端側(cè)上的井眼壓力保持在與所述密封件的 近端側(cè)的壓力的不同的壓力下。
      15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,還包括以下步驟在不解除所述密封件的情況下,通過所述密封件清除鉆井液和鉆屑。
      16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中,所述井眼中的壓力比在所述環(huán)狀密封件的相 對側(cè)的環(huán)空中的壓力低。
      17.一種用于控制已鉆井眼中的流體壓力的方法,包括以下步驟 建立鉆桿與靠近鉆柱的末端的井壁之間的可移動井眼密封件;感測井壁處的第一流體壓力和所述井眼與鉆柱之間的在所述井眼密封件的相對側(cè)的 環(huán)形空間中的第二壓力;在鉆進(jìn)的同時,通過從所述井壁將流體泵送通過所述井眼密封件進(jìn)入所述環(huán)形空間內(nèi) 來調(diào)節(jié)井壁處的壓力;以及使所述可移動井眼密封件在所述井壁處隨鉆進(jìn)的進(jìn)行而移動。
      18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述可移動井眼密封件通過激勵牽引機來實現(xiàn)。
      19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述可移動井眼密封件通過使螺桿移動來實現(xiàn)。
      20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,還包括以下步驟 將井眼密封件沉積在所述井壁上。
      21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述井眼密封件是套筒。
      22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述井眼密封件是與所述井壁反應(yīng)的密封劑。
      23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述井眼密封件是可膨脹套管。
      24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述井眼密封件是互鎖帶。
      25.一種可編程壓力鉆井設(shè)備,包括鉆柱組合,所述鉆柱組合能夠連接到鉆柱的遠(yuǎn)端; 第一壓力傳感器,所述第一壓力傳感器被設(shè)置成靠近所述鉆柱組合; 密封件,所述密封件能夠選擇地被接合以將所述鉆柱的遠(yuǎn)端從形成在所述鉆柱與相鄰 圓周壁之間的環(huán)空密封,其中,所述密封件隨著所述鉆柱組合的向前前進(jìn)而移動;第二壓力傳感器,所述第二壓力傳感器設(shè)置在所述密封件的相對側(cè),用于比較地測量 所述鉆柱組合的遠(yuǎn)端與所述環(huán)空之間的壓差;和至少一個泵,所述至少一個泵用于從鄰近所述鉆柱組合的遠(yuǎn)端的區(qū)域通過所述密封件 將流體移除到所述環(huán)空。
      26.根據(jù)權(quán)利要求25所述可編程壓力鉆井設(shè)備,還包括地層加固密封件。
      27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的可編程壓力鉆井設(shè)備,其中,所述地層加固密封件是套筒。
      28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的可編程壓力鉆井設(shè)備,其中,所述相鄰圓周壁是井眼。
      29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的可編程壓力鉆井設(shè)備,其中,所述相鄰圓周壁是套管。
      30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的可編程壓力鉆井設(shè)備,其中,所述地層加固密封件是互鎖螺旋形纏繞線圈。
      31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的可編程壓力鉆井設(shè)備,其中,在設(shè)置成抵靠所述地層之前, 所述套筒的近端閂鎖到套管。
      32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的可編程壓力鉆井設(shè)備,其中,所述可編程壓力鉆井設(shè)備是 反循環(huán)中心排放鉆頭和擴孔器。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種通過以下步驟產(chǎn)生鄰近鉆頭底部鉆具組合的可編程壓力區(qū)的方法靠近鉆井鉆具組合進(jìn)行密封;調(diào)節(jié)壓力以近似于或稍微小于井壁的孔隙壓力以允許從地層流出;以及,當(dāng)鉆進(jìn)時,通過在可編程壓力區(qū)與井眼的環(huán)空之間從鉆井鉆具組合泵送出或?qū)α黧w進(jìn)行節(jié)流以流動到所述鉆井鉆具組合內(nèi)來進(jìn)行調(diào)節(jié),以避免使可編程壓力區(qū)過壓,處理需要控制井之外。
      文檔編號E21B21/00GK102007264SQ200880127729
      公開日2011年4月6日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月31日
      發(fā)明者杰夫·當(dāng)頓, 瓦卡爾·卡恩 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司
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