專利名稱：用于鉆探系統(tǒng)的增強涂抹效果的裂縫封堵方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鉆進用于開采諸如油氣這樣的流體的的井、井且特別地涉及鉆進其中 裂縫和井漏/漏失循環(huán)液(lost circulation)構成問題的井。
背景技術：
在鉆進油氣井的方法中，鉆井泥漿被噴射到鉆柱的中心內(nèi)以向下流到鉆頭，且往 回向上到地面、在介于井筒外側與鉆柱之間的環(huán)形空間中以將鉆屑遠離井筒底部運送并 且從井眼出來。當井眼保持基本上充滿鉆井泥漿時，通過維持由鉆頭穿入的地層上的壓頭 (head pressure),還使用了鉆井泥楽;來防止井噴或井涌。當在井下地層中的例如油氣這樣 的高壓流體釋放到井筒內(nèi)、且快速上升到地面上時，發(fā)生井噴或井涌。在地面處，這些流體 可能釋放大量能量，這對于人和設備而言都是危險的。已開發(fā)了用于鉆進油氣井的鉆井泥 漿，其具有增重(增稠/致密化)劑來提供充分的壓頭從而防止從地層最初釋放高壓流體 和氣體。但是，僅密度并未解決這個問題，因為鉆井泥漿可漏掉到一個或多個井下地層內(nèi)， 減小了在井眼中的鉆井泥漿的體積、和因而降低了井筒的壓頭。鉆井泥漿漏入到一個或多 個地層內(nèi)的情形被稱作“井漏”。
井漏和卡鉆(stuck pipe)為在鉆進油氣井時面對的成本最高的問題中的兩個問 題。為了減小井漏的可能性，將“堵漏材料”的粒子(通常被稱作“LCM”)添加到鉆井泥漿 以封堵鉆井泥漿所漏失到的地層。這是簡單且巧妙的解決方案，因為由鉆井泥漿攜帶的粒 子朝向泄露地層流動且然后在井筒的側部處在泄露地層中收集。但最終，當鉆井流體的漏 失變得過多時，必需停止鉆井且安裝套管柱以密封現(xiàn)有井筒的部分從而使得鉆井可在套管 柱的底部處重新開始。安裝套管或襯管的成本很高，因為當安裝套管且牢固結合住套管時， 暫停了鉆井。用于安裝套管柱的開支只是成本的一部分，因為當鉆井的進一步的進程停止 的同時，仍然要繼續(xù)支付鉆機和人員的每日費用。
應當指出的是，在向井眼添加每個連續(xù)套管柱時，井眼的內(nèi)部尺寸減小。當考慮到 油管、閥、泵和其它設備所需的空間時，在目標區(qū)處的套管內(nèi)通常需要最小直徑以便開采可 能存在的碳氫化合物。因而，最初，井眼被鉆得顯著過大，預期到隨著每個套管柱，井筒尺寸 連續(xù)越來越小。鉆井隊有責任在安裝新套管柱之前到達關鍵點以便保留套管的最終內(nèi)部尺 寸。
當桿/鉆管卡在井眼中時造成了鉆井的顯著增加成本的第二方面。其包括受卡 /卡住的鉆柱，和受卡/卡住的套管，和受卡/卡住的線纜測井工具。這些桿/鉆管常常被 卡住，因為可滲透帶允許鉆井液流體靜壓與地層壓力的壓差，以利用比可被施加用來將桿 拉松的力更大的力來抵著濾餅而卡住鉆柱。此外，井筒坍塌，且?guī)r石的散裂或崩落所造成的 碎屑常常會造成卡鉆。
套管鉆探為這樣一種操作其中鉆柱為實際套管而不是正常更小直徑鉆桿/鉆 管。這種套管鉆探方法已經(jīng)部分有效地減小了井漏，且通過已被稱作涂抹效果的效果而改 進了井筒穩(wěn)定性。涂抹效果為對井筒和任何濾餅的機械調(diào)節(jié)，減小了可滲透性、且利用鉆井泥漿和鉆屑來填充任何裂縫或井漏帶。但是，套管鉆探并不適用于所有井，且尚未有效地用 于減小在所有區(qū)域中的和針對所有井配置的這些問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種利用在鉆柱端部處的鉆頭以鉆井液的最小漏失和最少套管操作 來鉆進井筒的方法。一種鉆井液具備顆粒堵漏材料，其中堵漏材料包括用于實現(xiàn)增強涂抹 裂縫封堵的粒子，其中堵漏材料粒子具有從約100微米至約1500微米的粒度分布，且具有 在粒度分布的整個范圍的大量粒子。堵漏材料的粒子也在鉆井液中在從每桶至少O. 5磅直 到每桶15磅的范圍中隨著鉆井液流動，且也在井筒外圍處的任何漏失區(qū)域處形成封堵物， 并且在這樣的漏失區(qū)域處形成濾餅，并且阻擋或減小從井筒到漏失區(qū)域內(nèi)的流體流動。鉆 柱具備沿著鉆柱的周邊的一部分的至少一個涂抹部段以將堵漏材料的濾餅涂抹到漏失區(qū) 域內(nèi)，且將堵漏材料壓縮為更牢固的封堵物以增強漏失區(qū)域處的堵漏材料的性能，其中涂 抹部段具有有效直徑為井筒直徑的至少約75%，且在鉆柱旋轉時涂抹所述井筒的壁。使鉆柱 旋轉以將井筒進一步鉆入到地下且使涂抹部段轉動，從而使得涂抹表面沿著井筒的內(nèi)表面 涂抹、且特別地將堵漏材料壓為更致密的粒子質(zhì)量體的封堵物并且調(diào)節(jié)漏失區(qū)域以減輕漏 失、卡鉆和剝落。
在本發(fā)明的特定方面，涂抹部段包括了套管鉆井布置中的套管，或者在襯管鉆井 布置中的襯管。
在本發(fā)明的第二備選方面，涂抹部段包括一種安裝到鉆桿的一部段上或者在常規(guī) 鉆井布置中鉆桿的兩部段之間的工具。示出并披露了一套涂抹工具。
雖然堵漏材料的第一優(yōu)選粒度分布范圍在從100微米至1500微米的范圍中，更 優(yōu)選地，將該范圍擴展到各種更寬的范圍，其中，該范圍的下限為75微米且甚至低至50微 米。該范圍的上限可為約2000微米，約2500微米，約3000微米，約3500微米且包括高達 約4000微米。應當指出的是，在整個范圍，大量的粒子應存在于鉆井液中以可用于封堵井 漏帶或區(qū)域。
在特別優(yōu)選的布置中，堵漏材料包括下列的組合約三分之一的約600微米d50的 精細磨碎堅果殼；約三分之一的1500微米d50的中等磨碎堅果殼；以及三分之一的250微 米d50的粗磨碎的碳酸鈣250。d50數(shù)值為在該范圍內(nèi)的粒子直徑，其中50%的粒子較小且 50%的粒子較大。


結合附圖理解，參考以下描述，可最佳地理解本發(fā)明的實施例以及其另外的優(yōu)點， 本發(fā)明的實施例使用一種特殊涂抹工具代替套管鉆探技術，在附圖中圖1為本發(fā)明的涂抹工具的第一實施例的正視圖；圖2為在井眼內(nèi)的涂抹工具的第一實施例的頂視截面圖；圖3為本發(fā)明的涂抹工具的第二實施例的正視圖；圖4為在井眼內(nèi)的涂抹工具的第二實施例的頂視截面圖；圖5為本發(fā)明的涂抹工具的第三實施例的正視圖；圖6為在井眼內(nèi)的涂抹工具的第三實施例的頂視截面圖；圖7為第四實施例、第五實施例和第六實施例的正視圖，從本發(fā)明的涂抹工具的前視 角來看，它們是相似的；圖8為涂抹工具的第四實施例的頂視截面圖；圖9為涂抹工具的第五實施例的頂視截面圖；圖10為涂抹工具的第六實施例的頂視截面圖；圖11為涂抹工具的第七實施例的正視圖；以及 圖12為涂抹工具的第七實施例的頂視圖。
具體實施方式
現(xiàn)轉至本發(fā)明的優(yōu)選布置，參看附圖以使得能更清楚地理解本發(fā)明。但應了解，本 發(fā)明的特征和概念可以以其它布置來證明，且本發(fā)明的范圍并不限于所描述或圖示的實施 例。本發(fā)明的范圍預期僅受到所附權利要求的范圍限制。
由于從地面向地下鉆出了井筒以經(jīng)過巖石、砂、頁巖、粘土和其它地層這樣的許多 層，這些地層中的許多地層是相對地不能滲透的。換言之，這些不能滲透的地層通常不容納 液體或不允許氣體或液體通過。但是，存在著可滲透的地層，且這些可滲透地層中的某些具 有在壓力下的流體。流體主要包括鹽和淡水，但還可包括油、天然氣和這些流體與其它流體 的混合物。在地下在地層中的壓力下的流體給鉆井操作人員帶來問題，因為由鉆井設備穿 入這樣的地層可釋放大量力。在這樣的高壓流體不受控制地釋放到井眼內(nèi)的情況下，可能 會造成破壞性井噴。
如上文所述的那樣，為了維持對這些高壓流體的控制，已開發(fā)了具有高密度的鉆 井液來維持井筒壓力高于任何預期的地層壓力。常規(guī)地，通過添加包括較小、但很致密的粒 子的增重劑或增稠劑來實現(xiàn)高密度。這樣的增重劑的粒度通常小于100微米。即使沒有增 重劑，鉆井液通常積聚約100微米或更小的被稱作鉆井液固體的很小粒子。因為認為在鉆 屑碎裂或破裂時形成這種粒度的粒子，且由于它們較小的粒度而不能通過振動器的網(wǎng)目尺 寸來移除它們，所以鉆井液會積聚這種粒度的粒子。因而，通常在地面處移除大于100微米 的鉆屑以在鉆井液再循環(huán)到井內(nèi)之前避免鉆井液充滿鉆屑。
鉆井液具有多種功能，例如潤滑移動部件、冷卻鉆頭和將鉆屑運送到地面。維持井 筒壓力只是鉆井泥漿或鉆井液的另一重要功能。但是，必須在鉆頭將會遭遇和形成裂縫、裂 隙以及(將接收或吸收鉆井液的)高孔隙度區(qū)域時，密切監(jiān)視鉆井液的水平。鉆井液被連續(xù) 不斷地添加到井筒，但在流體漏失比添加鉆井流體的速率顯著更快的情況下，在井筒中的 流體壓頭減小，且經(jīng)歷井涌或井噴的易損性增加。同樣，鉆井液技術也已取得進步以輔助管 理這種情形。特別地，現(xiàn)代鉆井液包括了在裂縫、裂隙、孔洞和多孔性區(qū)域處收集的粒子以 封閉這些開口來避免進一步流體漏失。這些粒子在這些多孔性地層處進行收集，形成封堵 物或濾餅，其中，液體流體已經(jīng)從井筒出來并進入到地層內(nèi)。
為了增強粒子對如多孔性地層和所引起的裂縫這些開口進行密封的效能，使用具 有特定物理特征的鉆柱與在鉆井液中存在的堵漏材料的優(yōu)選選擇的組合已示出了在維持 井筒壁的長期穩(wěn)定性方面令人意外的結果，從而使得在安裝套管柱之間鉆進較長井部段是 實用的。單個套管柱的減小是針對油氣井而言的顯著資金優(yōu)勢，因為用于向井眼中下套管 /加套管的大部分成本在于所安裝的柱的數(shù)量，而非每個套管柱的深度。換言之，向單個套管柱增添更多的長度無需太多額外成本且對于特定深度的井而言，具有三個套管柱遠比具 有四個套管柱更廉價。
本發(fā)明提供一種手段以機械地調(diào)節(jié)可滲透地層來減小它們的可滲透性、由此減小 井漏的可能性和量，減小鉆柱的由于壓差卡在井筒側部上的可能性，以及機械地調(diào)節(jié)不穩(wěn) 定的地層來減小巖石破裂(剝落)和井筒坍塌(其也會造成桿卡住)的可能性。
因而，本發(fā)明通過維持井筒開口壁的完整性而允許更長和更深鉆井循環(huán)的優(yōu)點不 會言過其實。
對于本發(fā)明的鉆柱的物理特征的關注焦點在于其包括涂抹部段，涂抹部段可以是 帶有一個或多個涂抹工具的井底孔組件，其將粒子或濾餅機械地壓到它們所沉入的開口 和裂隙內(nèi)；或者其在至少鉆柱底部300英尺的至少10%的長度上具有為井筒直徑的至少 75%的直徑。涂抹部段將會包括套管和襯管鉆井，有時被稱作“隨鉆套管(casing while drilling) ”。涂抹工具或較大直徑區(qū)段使得濾餅被涂抹和壓縮并壓實到井筒壁的開口和裂 隙內(nèi)。認為這些粒子的涂抹和壓縮和壓實作用維持了井筒且具體而言壁的穩(wěn)定性，以更有 效地維持鉆井泥漿的循環(huán)。這種鉆柱的一個優(yōu)選示例為套管或襯管鉆井，其中鉆柱的直徑 較大，并且，用于將鉆屑載運到地面的環(huán)形空間與常規(guī)鉆柱直徑相比較而言是“緊密的”。套 管鉆井不只是用套管來代替鉆桿，因為鉆頭不同，且就對彎曲的耐受程度顯著更低的套管 柱而言，定向鉆探問題是顯著的。
但本發(fā)明不只是關于具有較大直徑的鉆柱。畢竟，套管鉆井為已知的且已經(jīng)投入 使用一段時間了，且不使用優(yōu)選的堵漏材料尚看不出本發(fā)明的益處。優(yōu)選堵漏材料優(yōu)選地 為一種或兩種具有優(yōu)選粒度分布的特定顆粒材料的組合。認為使堵漏材料(有時被稱作 “LCM” )具有相對較廣粒度范圍使得堵漏材料有效，其中，存在著在整個粒度分布中的大量 粒子。有些情況下，現(xiàn)有LCM因在所需粒度分布部分的粒子量不足而似乎不符合標準。當 通過添加額外量的較小粒度材料來解決井漏問題時，部分地啟發(fā)了本發(fā)明。顯然，在沒有較 廣粒度范圍的粒子的情況下，存在也經(jīng)受涂抹表面涂抹、但未充分封堵的井漏帶。利用本發(fā) 明，在鉆井液中可添加或維持更少量的LCM。常規(guī)地，在鉆井液中提供每桶十磅的LCM。利 用本發(fā)明，LCM可以以小于每桶約八磅而存在，且可更優(yōu)選地以小于每桶五磅而存在。
最優(yōu)選的材料選自磨碎的堅果殼和碳酸鈣(磨碎的大理石)和其組合，但也可使 用其它合適的已知LCM材料或支撐劑材料。合適的選擇包括了顆粒材料，諸如磨碎的堅果 殼、碳酸鈣、石墨、焦炭、碳、硫、塑料、樹脂、沙、所有類型的粉碎的巖石、金屬粒子、陶瓷、玻 璃珠、膨脹珍珠巖、硬橡膠化合物、尿烷、粉碎水泥、碎煤和一種或多種這樣的材料的組合， 但并不限于這些材料。優(yōu)選LCM可被調(diào)配成一種單共混產(chǎn)品，或者其可以使用產(chǎn)品的組合 在井場/井址處進行調(diào)配，其中向鉆井液內(nèi)提供全譜粒度分布。粒度分布為LCM特別重要 的方面從而使得少量(小于約6%)小于約128微米或120目且痕量(trace amount)大于 2001微米或5目?；谥亓堪俜直?，配方包括至少2%在約120目或128微米，和更大量在 120目到10目，從而使得最大量在36目與10目之間。這種配方具有在介于500微米與 2000微米之間范圍之中的中等粒度。
顆粒LCM的有效組合的第二示例為1/3(按重量計)的精細磨碎堅果殼，在這個 行業(yè)中被稱作“堅果殼細?！?其為具有約600微米d50的磨碎堅果殼)；1/3 (按重量計) 的中等磨碎堅果殼(在這個行業(yè)中被稱作“堅果殼中?！?其為具有約1500微米的d50的磨碎的堅果殼))；以及按重量計1/3的碳酸鈣250 (其為具有250微米d50的磨碎的大理 石)或者在相同粒度范圍的磨碎的堅果殼。
已知這些粒度分布(“PSD”)有效地用于特定桿與井眼直徑比例，鉆頭類型和配 方，從而使得可安心地使用較低濃度(通常以每桶多少磅來測量)，但本發(fā)明并不限于這 些精確的PSD。本發(fā)明的關鍵特征在于，選擇粒度分布為在所用鉆井液的粒度(通常O至 100/150微米)與所生成的鉆屑(通常具有dl0>250微米)之間，或者與所生成的鉆屑和所 用鉆井液的粒度重疊。對于更大的鉆屑尺寸，PSD將會具有更大得多的粒子、且在任何給定 范圍內(nèi)的濃度可大于或小于上述優(yōu)選示例。
描述優(yōu)選粒度分布范圍的另一方式為該范圍從約100微米到約1500微米，其中， 在鉆井液中存在著整個范圍的大量粒子。更優(yōu)選地具有約75微米或甚至低至約50微米的 該范圍的下限。該范圍的上限可為約2000微米，約2500微米，約3000微米，約3500微米 且包括約4000微米。
混合顆粒LCM的濃度應為約O. 5至15ppb (每桶鉆井液的磅數(shù))。實際上，當鉆井 時以此濃度而連續(xù)不斷向鉆井液添加LCM。LCM粒子足夠大從而使得當鉆井液返回到地面 且越過鉆機上的頁巖振動器時，由振動器來移除LCM。結果，將會需要補充LCM，但有時候可 能繞開振動器持續(xù)較短的鉆探時間從而使得LCM將會被再循環(huán)。而且，可用振動器系統(tǒng)，其 能將具有特定所需粒度范圍或PSD的LCM再循環(huán)到鉆井液內(nèi)。
如上文所述的那樣，在一些布置中，當利用被稱作套管或襯管鉆井的辦法來鉆井 時，涂抹工具實際上為套管或襯管。由于各種已知的原因，諸如在套管鉆井的額外成本不合 理的情況下，或者當井為斜井且套管抵抗彎曲或者套管連接太弱時，利用套管或襯管來鉆 井并非總是實用的。
為了在套管或襯管鉆井不適合的情況下得到涂抹的益處，已開發(fā)了若干涂抹工 具，它們被設計為用以將特殊LCM、濾餅和鉆屑壓入到裂縫、空隙、裂隙和孔洞內(nèi)以封堵泄 露，由于增加的環(huán)向應力而增強了井筒強度，維持良好控制和/或限制鉆井液的漏失。涂抹 工具被設計成用以壓著井筒的內(nèi)表面，且并不刮擦或者刻劃內(nèi)表面以避免展開任何裂縫、 空隙、裂隙孔洞等。
現(xiàn)參看圖1和圖2，由箭頭10示出了涂抹工具的第一實施例。涂抹工具包括主體 14，主體14的特征可為一種具有與常規(guī)鉆桿大約相同直徑的桿接頭或鉆桿接頭。雖然鉆桿 的典型長度為30英尺，涂抹工具被示出更短。涂抹工具的長度可為從約5英尺長到60英 尺長。涂抹工具包括了在基部處的外桿螺紋15和在頂部處的內(nèi)桿螺紋17，其中由虛線來指 示軸向通道18。本文所展示的所有涂抹工具可具有任何數(shù)量的不同的螺紋連接取向，包括 “陽螺紋向上(pin-up) ”、“雙頭陽螺紋”以及“雙頭陰螺紋(double box)”或其它。利用螺 紋15和17，涂抹工具可在鉆柱的兩個接頭之間添加到鉆柱，且軸向通路與穿過鉆桿的通路 對準、且具有與穿過鉆桿的通路近似相同的尺寸。鏝刀20附連到涂抹工具的主體的外圍。 鏝刀(tix)Wel)20包括螺旋刀片，螺旋刀片環(huán)繞著涂抹工具10的主體，具有前鼻部21和較 寬的尾端22。鏝刀20的工作表面為前表面25和主涂抹表面26。前表面25被成形為沿著 井筒的內(nèi)側壁W俘獲粒子P，且當涂抹工具10隨著鉆柱旋轉時，將粒子緊推到壁W。主涂抹 表面26緊隨著前表面后方以維持且持續(xù)在形成餅的粒子上的較寬的壓力。當迫使粒子更 緊密靠近時，減小了在粒子之間的空隙間距，且應當降低流體可經(jīng)過壓縮濾餅的速率。雖然鏝刀20未被示出完全環(huán)繞著涂抹工具10的主體，可易于看出具有一個或多個全繞的延長 涂抹工具符合圖1所示的總體特征。
本發(fā)明的第二實施例在圖3和圖4中示出，其中由箭頭110指示出涂抹工具。涂抹 工具110非常類似于涂抹工具10，除了鏝刀由多個區(qū)段形成。由附圖標記120A、120B、120C 和120D示出和指示了四個區(qū)段。每個區(qū)段用彈簧安裝以由彈簧129來適應鏝刀區(qū)段中每 一個區(qū)段的偏轉，而銷131幫助維持鏝刀區(qū)段與涂抹工具110的主體對準。允許偏轉的目 的是為了使得涂抹工具對井操作的定向鉆井方面的負面影響將會較小。
在圖5和圖6中示出了本發(fā)明的另一實施例，其中涂抹工具210被示出具有延伸 大約該工具主體214長度的兩個鏝刀。鏝刀220包括類似于先前實施例的輪廓以將鉆屑粒 子和濾餅壓入到井筒的壁內(nèi)。利用兩個鏝刀220，預期更多的壓力將施加到濾餅上。還應 當理解的是，三個、四個和更多的鏝刀可安裝于涂抹工具的下面的主體上。還應看出，鏝刀 220為直的，而不是螺旋型的，這種鏝刀應更易于構造。
在圖7和圖8中示出了第四實施例，其中涂抹工具310被示出具有全護套鏝刀 320。護套完全地環(huán)繞著涂抹工具310的主體，其中全護套鏝刀320的直徑大約為鉆頭或鉆 柱上其它工具的直徑。沒有前表面，但全護套鏝刀320的上邊緣325和下邊緣325優(yōu)選地向 內(nèi)成角度以當該工具沿著井眼上下移動時使得井筒壁有某些起伏。在圖8中所示的第一實 施例中，全護套鏝刀為附連到主體314上的實心質(zhì)量體。這是相當簡單的，但可能相當重。
在圖9中示出涂抹工具410的第五實施例，盡管其看起來將會相對地不好區(qū)別于 圖7中所示的第四實施例。因而，在圖9中，徑向肋狀物將鏝刀420連接到主體414。與第 四實施例相比，中空鏝刀具有減小的材料體積，且重量以及可能成本將會更小。圖9中的實 施例預期以等效于圖8的實施例的方式操作。
在圖10中，涂抹工具510的第六實施例類似于第五實施例，除了中空鏝刀520由 彈簧529安裝到主體514上。因而，雖然這種較大鏝刀520能接觸很多井筒壁，對于其中鉆 桿可在井筒內(nèi)來回移動的斜井而言，其具有顯著較高的靈活性。
在圖11和圖12中，示出了涂抹工具610的第七實施例，涂抹工具610具有較大主 體和輥式鏝刀620。三個輥式鏝刀被示出繞主體614均勻地間隔開，但可安裝更多或更少的 輥式鏝刀620。該主體包括凹部以接納輥式鏝刀620且利用支座使之在軸線620a上旋轉， 當輥式鏝刀實現(xiàn)與井筒壁的接觸時所述輥式鏝刀可在支座上自由旋轉。輥式鏝刀620具有 大體上平滑的周邊，其沿著井筒的內(nèi)壁滾動以將LCM和鉆屑涂抹到墻壁上、而不會割劃所 述壁。
涂抹工具的這些各種實施例將會優(yōu)選地安裝于鉆井組件中，優(yōu)選地井底孔組件， 以使得涂抹工具盡量可行地靠近鉆頭。這是合乎需要的，因為不只是當涂抹工具到達地層 時得到涂抹工具的益處。涂抹工具在鉆井組件中向后越遠，則在地層被涂抹和加強之前的 時間久越久?？杀匦柙阢@柱中將多個涂抹工具周期性地間隔開。如上文所指出的那樣，需 要的是涂抹工具直徑與井筒直徑的比例大于O. 75。
在一次旋轉期間，有時還需要的是，涂抹工具將會接觸井眼圓周的整個360度。如 果不這樣，那么某些井筒仍將較弱，未被涂抹到。希望(但并非至關重要的)涂抹工具將不 會影響到井底孔組件的和鉆井組件的方向性質(zhì)。如果涂抹工具接近完全尺度(full gage) 且為剛性的，其將會像穩(wěn)定器那樣作用，這將會阻礙到鉆井操作的其它方面的進程。
還希望涂抹工具將鉆屑和所添加的LCM猛撞到井筒壁內(nèi)，而不只是將現(xiàn)有濾餅和泥漿固體猛撞到井筒壁內(nèi)。所以所述涂抹工具被設計成用以在工具與井筒之間導向泥漿和鉆屑的流動。將鉆屑涂抹到壁內(nèi)對于封堵自然或引起的裂縫或孔洞而言是很重要的。
就大部分情況而言，這些涂抹工具的直徑將優(yōu)選地不具有完全尺度。通常，優(yōu)選的直徑范圍將會在井眼直徑(類似于套管或襯管外徑)的從約75%至約95%的范圍。應認識到在某些地層中，可需要涂抹工具很接近井眼直徑或在井眼直徑處。
實例在阿拉斯加的Kuparak和Tarn油田中的若干井和在科羅拉多西部的Piceance油田中的兩個井中對本發(fā)明進行測試。使用套管鉆井或有時被稱作隨鉆套管(CwD)來鉆進每個井。在Piceance油田中使用CwD的第一井具有13，900桶的顯著流體漏失，且即使使用了若干類型的常規(guī)LCM，從未實現(xiàn)涂抹效果。在Piceance油田中使用CwD的第二井使用了特殊的LCM共混物且具有僅6500桶的流體漏失，來自下文示出的這個井的數(shù)據(jù)表明了本發(fā)明的效果。
權利要求
1.一種利用在鉆柱端部上的鉆頭以鉆井液的最小漏失和最少套管操作用于鉆進井筒的方法，其中所述方法包括 a)提供具有顆粒堵漏材料的鉆井液，其中所述堵漏材料包括用于實現(xiàn)增強的涂抹裂縫封堵的粒子，其中所述粒子具有從約100微米至約1500微米的粒度分布，且具有在粒度分布的整個范圍的大量粒子，且另外其中所述堵漏材料的粒子在鉆井液中在從每桶至少0.5磅直到每桶15磅的范圍中隨著鉆井液流動、且也在井筒外圍處的任何漏失區(qū)域處形成封堵物、且在這樣的漏失區(qū)域處形成濾餅、并且阻擋或減小從井筒到漏失區(qū)域內(nèi)的流體流動； b)提供鉆柱，其具有沿著鉆柱的周邊的一部分的至少一個涂抹部段以將堵漏材料的濾餅涂抹到漏失區(qū)域內(nèi)，且將堵漏材料壓縮為更牢固的封堵物以增強堵漏材料在漏失區(qū)域處的性能，其中涂抹部段具有涂抹表面，其具有的有效直徑為井筒直徑至少約75%，且當所述鉆柱旋轉時涂抹所述井筒的壁；以及 c)使所述鉆柱旋轉以將所述井筒進一步鉆入到地下，且使涂抹部段轉動，從而使得所述涂抹表面沿著所述井筒的內(nèi)表面涂抹、且特別地將所述堵漏材料壓為更致密的粒子的質(zhì)量體的封堵物、并且調(diào)節(jié)所述漏失區(qū)域以減輕井漏、卡鉆和剝落。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述涂抹部段包括套管鉆井布置中的套管或者在襯管鉆井布置中的襯管。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述涂抹部段包括一種安裝到在常規(guī)鉆井布置中的鉆桿的一部段上或者鉆桿的兩部段之間的工具。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，安裝到鉆桿的一部段上或者鉆桿的兩部段之間的工具包括一種螺旋鏝刀，螺旋鏝刀布置成具有前表面和主涂抹表面，其中，所述前表面俘獲所述粒子，且所述主涂抹表面將所述粒子壓成更致密的粒子的質(zhì)量體。
5.根據(jù)權利要求3所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，安裝到鉆桿的一部段上或者鉆桿的兩部段之間的工具包括繞所述工具而相等地間隔開的至少兩個相對平直的鏝刀，其中每個鏝刀布置成具有前邊緣和主涂抹表面，其中所述前表面俘獲所述粒子，且所述主涂抹表面將所述粒子壓為更致密的粒子的質(zhì)量體。
6.根據(jù)權利要求3所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，安裝于鉆桿的一部段上或者鉆桿的兩部段之間的工具包括一種螺旋鏝刀，所述螺旋鏝刀包括通過彈簧加載的附連而安裝到接頭的相對側上的鏝刀部段以在操作中在徑向撓曲，且其中每個鏝刀部段包括前表面和主涂抹表面，其中所述前表面俘獲所述粒子，且當所述鉆柱旋轉時所述主涂抹表面將所述粒子壓到所述井筒上。
7.根據(jù)權利要求3所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，安裝到鉆桿的一部段上或者鉆桿的兩部段之間的工具包括一種全環(huán)繞鏝刀，其中當所述鉆柱旋轉時，所述全環(huán)繞鏝刀的周圍表面將所述粒子壓到所述井筒上。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述全環(huán)繞鏝刀具有在其上端和下端處的錐形表面。
9.根據(jù)權利要求7所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述全環(huán)繞鏝刀用彈簧安裝以相對于所述鉆柱發(fā)生撓曲。
10.根據(jù)權利要求9所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述全環(huán)繞鏝刀具有在其上端和下端處的錐形表面。
11.根據(jù)權利要求7所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述全環(huán)繞鏝刀為具有徑向肋狀物的更輕重量的中空桿。
12.根據(jù)權利要求3所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述工具包括一個或多個輥式鏝刀，所述輥式鏝刀布置成當所述鉆柱旋轉時將所述粒子壓到所述井筒上。
13.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，其還包括以下步驟添加包括粒度分布在170目至5目之間的磨碎的堅果殼的堵漏材料。
14.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述堵漏材料包括下列組合約三分之一的具有約600微米d50的精細磨碎堅果殼；約三分之一的具有約1500微米d50的中等磨碎堅果殼；以及，三分之一的具有250微米d50的粗磨碎碳酸鈣250或類似粒度的磨碎的堅果殼。
15.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述堵漏材料包括選自下列的組中的材料磨碎的堅果殼、碳酸鈣、石墨、焦炭、碳、硫、塑料、樹脂、沙、粉碎的巖石、金屬粒子、陶瓷粒子、玻璃珠、膨脹珍珠巖粒子、硬橡膠化合物粒子、尿烷粒子、粉碎的水泥、碎煤和一個或多個這樣的材料的組合。
16.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在75微米與1500微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
17.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在50微米與1500微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
18.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在75微米與2000微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
19.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在50微米與2000微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
20.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在75微米與2500微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
21.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在50微米與2500微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
22.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在100微米與3000微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
23.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在100微米與4000微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
24.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，粒度分布在75微米與3000微米之間，且具有在整個范圍的大量粒子。
25.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述堵漏材料的粒子以小于每桶八磅存在于所述鉆井液中。
26.根據(jù)權利要求1所述的用于鉆進井筒的方法，其特征在于，所述堵漏材料粒子以小于每桶五磅存在于所述鉆井液中。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉆井，特定而言鉆進一種油氣井，以允許更長的鉆井周期和一次安裝更長的套管或襯管的長度。本發(fā)明包括涂抹工具和在鉆井液中特定粒度的顆粒堵漏材料固體的組合，它們協(xié)同工作以用于關閉且密封泄漏的地層和裂縫，無論泄漏的地層和裂縫為預先存在的或是由于鉆井引起的。
文檔編號E21B33/138GK103003519SQ201080068301
公開日2013年3月27日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權日2010年5月28日
發(fā)明者D.H.伯德摩爾, P.D.斯科特, R.D.沃茨 申請人:康納科菲利普斯公司