用于使用穿过地下岩层的通道的系统和方法 |
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| 申请号 | CN200980156880.9 | 申请日 | 2009-12-18 | 公开(公告)号 | CN102317566B | 公开(公告)日 | 2014-08-20 |
| 申请人 | 布鲁斯·A.·通盖特; | 发明人 | 布鲁斯·A.·通盖特; | ||||
| 摘要 | 公开了可用于推进穿过地下岩层的通道的系统和方法，在地下岩层与所述通道的壁之间设置保护 内衬 导管 柱，无需从所述通道移除推进装置，并通过提供用于减小岩屑颗粒尺寸以产生循环损失材料，与用于布置所述保护内衬导管柱的常规实践相比，本 发明 可将目标 定位 于更深的地下岩层结构，以抑制地下岩层断裂的萌生或扩展。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在穿过地下岩层（52）的通道的壁内产生堵漏剂并抑制岩层断裂萌生或扩展的系统，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 用于使用穿过地下岩层的通道的系统和方法[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2009年12月18日提交的题为“Systems and Method for Using a Passageway through Subterranean Strata”的国际合作条约（PCT）专利申请PCT/US2009/006641、于2009年12月16日提交的英国专利申请0921954.4以及于2008年12月19日提交的英国专利申请0823194.6的优先权。前述专利申请的全部内容通过参考包括于本文。 技术领域[0003] 大体上，本发明涉及可用于当在穿过地下岩层的通道内执行操作时从岩屑产生和应用堵漏剂（LCM）的系统和方法，包括限制在地下岩层内的断裂的萌生和扩展、在尾管或套管的安置和粘固之前、用于钻井、套管钻井、尾管钻井、完井，本发明人所发明的压力管理导管组件及它们的组合，通过加强井孔的压力完整性而超越了传统的套管设置深度。 背景技术[0004] 本发明的实施例涉及由钻出通道内的岩屑存货制造地下堵漏剂（LCM），用于抑制穿过地下岩层的通道的井壁内萌生断裂或扩展。利用该第一方面的装置可与钻柱接合，以便在紧靠穿过地下岩层的通道的钻孔部分的新暴露的可断裂岩层壁处产生LCM，用以及时地向所述井壁应用所产生的地下LCM。 [0005] 碎石工具的实施例包括：通道扩大工具（图5-7的63）、偏心铣刀（图8-9的56）、套管铣刀（图10-12的57）和岩石浆化工具（图15-39的65）。如美国专利8,387,693所述，通道扩大工具和偏心铣刀工具的可用实施例依赖于被选择使用的钻探组件或压力管理导管组件（图45-47的49）。所述套管铣刀工具的实施例展现了对描述于美国专利3,982,594中的类似传统工具的显著改进，该美国专利的内容通过参考包括于本文。涉及岩石浆化工具（图15-39的65）的实施例展现了描述于美国专利4,090,673中的传统地上技术的显著改进，该美国专利的内容通过参考包括于本文，该岩石浆化工具设置在钻柱内以便从地下环境中的岩屑产生LCM。涉及所述岩石浆化工具的实施例通过使用旋转叶轮冲击来破坏位于泥浆中的岩屑或其它可破坏材料，或者通过离心加速所述岩屑或附加材料来冲击相对固定或相对的旋转表面。 [0006] 碎石工具的实施例还使用从钻头或开孔机产生的岩屑存货的岩石浆化和磨碎来产生LCM，而传统的方法依赖于表面添加LCM，其在通过循环浆料流的损失检测到地下断裂与后续添加LCM之间具有固有的时间差。本发明的实施例通过在出现断裂的萌生或显著扩展之前，从被涂覆所钻通道的岩壁的循环浆料经由所述通道推出的岩屑存货产生LCM来抑制岩层断裂的萌生或扩展。 [0007] 由于它的无弹性性质，岩石在钻孔和压力浆料循环期间具有高度的断裂倾向。通过及时地应用LCM，本发明的实施例可用来通过增强地下岩层与循环浆料之间的压差挡板（称为滤饼），在使用保护套管装衬岩层通道之前把更深的地下地层定为目标，其中通过将堵漏剂及时推入覆有循环浆料的所述井壁中的孔隙、断裂或小缝隙中来增强压差挡板，以减轻断裂萌生和扩展的倾向。将LCM封装在滤饼中，覆盖整个岩石的孔隙，通过提高所述滤饼的压差承受特性来抑制断裂的萌生。限制岩层内断裂的萌生和扩展存在多种方法，美国专利5,207,282中有所描述，该专利的内容通过参考包括于本文。 [0008] 本发明的实施例，包括碎石工具（56、57、63、65），其与本发明人发明的浆料通道工具（图45-47的58）、及压力管理导管组件（图45-47的49）一起使用，这些工具使用地下生成LCM的机械和压力应用来将添加了LCM的表面补偿和/或替换至岩层孔和断裂空间，进一步增强所述汛饼的压差承受能力，以通过所述LCM的及时应用和封装来进一步抑制断裂的萌生或扩展，被本领域的专家称为钻孔应力笼加强。传统的方法通常需要停止钻孔来执行井孔的应力笼加强，而本发明的实施例可用来经由冲击表面，将LCM连续地产生、应用并封装到井孔壁，用于在采用所述实施例的导管柱的钻孔、循环和/或旋转期间增强井孔。 [0009] 本发明的实施例包括可以与传统的钻柱或的套管钻柱和尾管钻柱一起使用的碎石工具（56、57、63、65），其可用于在不需要移除钻柱的情况下在地下岩层中配置保护内衬。一旦达到期望的地下岩层孔深度，碎石工具或压力管理导管组件（图45-47的49）的全部或一部分就可拆除一个或多个同心钻柱，并接合至穿过地下岩层的通道。在移除前，本发明的碎石工具（56、57、63、65）可用于减小断裂萌生和扩展的倾向，直到使用保护内衬隔离了地下岩层为止。该手段首先去除了抽出钻柱的风险，随后去除了在穿过地下岩层的通道中轴向向下推进衬砌、套管、完井或其它保护内衬钻柱，在此期间，限制了寻址地下危害物的能力。 [0010] 尾管钻井类似于套管钻井，其区别在于在钻柱的上端具有与其交叉的装置。由于所述交叉装置通常不是布置在地下岩层内，对岩层孔经受的环隙流速和压力仅有微小的影响，所以在本文其余部分中，尾管钻井与套管钻井含义相同。 [0011] 另外，在现有套管钻井装置的大直接提供浆料涂抹效果益处的地方，通常无法应用于较小直径的钻柱，所增加的碎石工具（56、57、63、65）实施例和压力管理导管组件（图45-47的49）还模仿所述涂抹效果，无需更高的环隙流速并且没有与传统套管钻柱相关的摩擦损失。这是通过抵靠或邻近岩层壁来产生LCM实现的，以便将LCM封装或压力注射到断裂或滤饼内，通过接触，并通过沿着与岩层和钻柱之间环形通道内的循环流体相同的轴向方向引导内部环形通道流，从而提高了沿环空流方向的流动能力，并降低了速度和相关压力损失。 [0012] 本发明第六方面的实施例涉及将本发明的各种实施例包括进具有多个导管柱的单一工具中（图45-47的49）的能力，所述单一工具具有浆料通道工具（图45-47的58）、控制所述浆料通道工具的多功能工具、及地下LCM产生工具（图5-39的56、57、63、65），以实现所述效果以及比那些当前使用传统技术更深的目标地下深度。 [0013] 需要用来增大可用LCM量的系统和方法，以及时地应用于地下岩层，从而减小岩层断裂萌生和扩展的倾向。 [0014] 在倾向于断裂的岩层内，对于与现有技术相关的无法接受的钻探流体损失存在显著的危害和成本，当被设置的通道和保护内衬的数量加倍、并且所放置的保护性内衬需要防止这样的钻探流体损失时，这展现了极大的操作成本。 [0015] 需要这样的系统和方法，其创建与位于地下岩层内的钻柱、保护性尾管、套管和完井设备可接合的LCM，为套管钻井操作无需遇到无法接受的损失或无需移除钻柱。 [0016] 还需要这样的系统和方法，其通常可应用于易受断裂影响的整个地下岩层，以在旋转保护钻柱和完井衬之前达到比当前现有技术实际或现实可达到的更深的深度。 [0017] 本发明满足了这些需要。 发明内容[0018] 此处所述的实施例涉及用于提供并使用从岩屑生成的堵漏剂(LCM)的系统与方法，以抑制岩层断裂的开始和/或扩展。可以与导管柱连通的方式提供一个或多个钻探工具，其穿过地下通道的可断裂区域，从最外层的保护性导管柱向下延伸，所述最外层的保护性导管柱装衬地下通道的上端。 [0019] 在操作一个或多个钻探工具过程中，产生了岩屑，其在地下通道内的浆料中循环，例如减小尺寸通过扭曲路径以改变颗粒速度的能力，因而增加了将更大的颗粒重复地接合并破碎成更小的颗粒的倾向。一个或多个装置可用于将岩屑接触（例如）放射状向外偏心地、垂直地和/或倾斜地延伸的叶片，以便向环绕工具或岩层壁的冲击面推动岩屑撞击面，其可包括平滑面、阶梯式轮廓、具有放射状向内延伸的突起的一系列不规则的冲击面，或其组合。当循环浆料流向上轴向地推动岩屑以涂覆钻孔岩层壁时，岩屑的颗粒尺寸因而被减小，从而抑制岩层断裂的萌生和/或扩展，其可增加涂覆的可断裂区域的压力承受能力。.颗粒与叶片或类似部件的接合帮助在浆料内运输颗粒和/或帮助应用到岩层壁。通常，那些颗粒可减小到从250微米至600微米的尺寸范围。. [0020] 实施例，其接合至导管柱，所述导管柱可在使用期间旋转并可包括一个或多个部件，所述一个或多个部件形成用于产生和应用LCM的系统，例如岩石浆化工具、磨削工具、和碎石工具，由其向外突起，以将岩屑或LCM抵靠岩层壁磨削。这样的岩石磨削/破碎工具可包括一个或许多个偏心铣刀套管、浆化泵、推力轴承、冲击面、或其组合。在旋转导管柱期间和/或与岩屑接触期间，偏心铣刀套管可逐渐变成角度上的偏置。多个实施例也可包括旋转的外部导管柱，使得具有冲击面突起的偏心叶片岩石磨削/断裂工具抵靠着通道的壁来磨削岩屑。在又一实施例中，在导管柱之间的轴向运动可引起冲击面突起的延伸或缩回。附图说明 [0021] 本发明各实施例的详细描述通过参考附图说明如下，其中： [0022] 图1至4示出了用于确定深度的现有技术的方法，在该方法中必须在地下岩层中设置保护套管，根据地下岩层的断裂梯度及防止断裂萌生和扩展所需的泥浆密度来说明该方法，包括可说明和控制所述断裂萌生和扩展的现有技术方法。 [0023] 图5-7示出了用于通过两段或多段可伸缩刀具来扩展地下孔的扩孔工具的实施例。 [0024] 图8-9示出了岩石铣刀工具的实施例，其具有用于磨碎从岩层通道的井壁伸出的突起以及逆向岩层通道井壁破碎携带有流浆的岩石颗粒的固定结构。 [0025] 图10-12示出了套管铣刀工具的实施例，其具有用于铣去从岩层通道壁伸出的突起以及逆向所述岩层通道的壁压碎携带有浆料流的岩层颗粒的多个偏心可旋转结构。 [0026] 图13-14示出了用于离心破碎岩石颗粒的现有技术装置。 [0027] 图15和图18-22示出了岩石浆化工具的实施例，其中穿过地下岩层的通道与所述工具的壁接合，该岩石浆化工具具有多种实施方式，其中布置在所述壁中与岩层接合的内部附加壁相对于固定在内部旋转导管柱上的内部叶轮旋转，并且布置成用于加速、冲击和破碎经由所述工具的内腔泵出的岩屑，其后，破碎的岩屑被泵出所述内腔。 [0028] 图16-17示出了可接合至冲击表面以帮助破碎或切割岩石的冲击面的两个实例。 [0029] 图23-25示出了岩石浆化工具的两个实施例，其可分别与单壁导管柱或双壁导管柱接合，以便通过经由所述工具的中心腔泵出浆料中所含的岩屑来产生LCM，所述工具通过叶轮冲击并离心加速密集的岩屑，以帮助所述岩屑的破碎。 [0030] 图26-31示出了岩石浆化工具的实施例的构件，所述岩石浆化工具处于接合所述工具的所述构件的台阶，其中构件从图26到图30相继地接合，产生的组件示出在图30中，大小适于接合在图31的冲击壁中。 [0031] 图32示出了本发明岩石浆化工具的实施例，包括图26-31的构件，其中图31的冲击壁布置在图30的内部构件的附近，旋转导管连接和推力轴承表面接合至用于接合布置在地下岩层中的导管柱的两端上。 [0032] 图33-34示出了可与图32的岩石浆化工具组合的岩石浆化工具的构件的实施例，其中图33的工具可与单壁钻柱接合，图34的工具可与具有接合至图34的构件的端部的外导管柱的双壁导管柱接合，并且其中图32的工具可通过内部钻柱收回。 [0033] 图35-39示出了图32的工具，其与图34的构件接合，以产生用于旋转单壁导管柱的岩石浆化工具。 [0034] 图40-44示出了钻柱或套管钻井的现有实例，其限定了可应用本发明碎石工具的位置。 [0035] 图45-47示出了嵌套导管柱，其中图45中所示针柱的下部可与图46和47中所示钻柱的两个上部中的任意一个组合。 具体实施方式[0036] 在详细说明本发明所选的实施例之前，应当理解，本发明不限于本文所描述的特定实施例，本发明可以多种方式实施或实现。 [0037] 大体上，本发明的第一方面涉及从岩屑及时产生和应用堵漏剂（LCM），用于在能被接合到岩层壁的被称作滤饼的断裂和/或挡板内沉积到压差密封岩层钻孔空间和断裂，从而抑制岩层内断裂的萌生或扩展。 [0038] 现在参照图1，示出了叠加在具有两个钻孔布置的地下岩层柱上的普遍接受的现有技术曲线的等距视图，该曲线示出了地下深度与浆料密度及地下岩层的当量孔隙和断裂梯度压力之间的关系。该曲线示出了流体密度（3）如何可随着必须保持超过地下岩层钻孔压力（1）的有效循环浆料流密度而增加，以防止不期望的地下物质进入所述循环浆料流和/或者岩石因压力从岩层通道的壁崩落。 [0039] 图1还示出，钻探流体密度（3）必须介于地下岩层断裂梯度压力（2）与地下孔隙压力（1）之间，以分别防止发生断裂或循环浆料流损失，包括形成的流体或气体从岩层壁流入和/或岩层从岩层壁崩落。 [0040] 在许多现有申请中，钻探流体密度（3）必须保持在可接受的界限（1和2）内，直到设置保护内衬（3A）以便在设定保护性内衬的情况下允许后续提高浆料密度（3），从而在密度（3）小于地下岩层钻孔压力或密度（3）大于断裂梯度压力（2）的情况下防止流入或浆料流损失，其中，分别发生流入萌生或发生岩层断裂的萌生或扩展。其后，可反复该过程并且可设置另外的保护内衬（3B和3C）直到达到最终深度。 [0041] 本发明使用碎石工具（图5-39的56、57、63、65）的实施例（56A-56C、57A-57B、63A-63C、65A-65J），通过在滤饼和现存断裂中嵌入LCM来将断裂梯度压力（2）提高到更高的梯度（6），这被称为井孔应力笼加强。对断裂和滤饼的封装增加了断裂梯度，并且压差密封岩层中的孔和断裂空间，从而允许有效循环密度在设置保护内衬（4B）之前在新界限（1和6）之间变化，以防止岩层断裂萌生和扩展，从而潜在地取消了对保护性内衬（3B或3C）的需求。 [0042] 由于限制了浆料流的LCM携带能力，所以地下产生的LCM可取代或表面添加的补充LCM。这允许在表面上添加额外的具有小颗粒尺寸的LCM，并且LCM的总量可增加以用于井孔应力笼增强的问题。 [0043] 通过井孔应力笼增强来提高断裂梯度压力（从2到6），能够在布置更深的保护内衬（4B）之前通过增大在地下岩层内所使用的浆料流密度（4）来将目标设定为新的深度而不萌生或扩展断裂，这样可潜在地节省时间和花费。在图1的实例中，在提高的断裂梯度压力（6）处，可以使用更少的保护内衬或笼柱（4A，4B）来达到最终深度，而不是使用在较低断裂梯度压力（2）处所用的保护内衬或笼柱（3A，3B，3C）来达到最终深度，从而节省笼柱或无法接受的浆料流损失的时间和成本。 [0044] 如果使用传统的钻井方法和装置来实现新的目标深度，则当钻井液有效循环密度（4）超过具有包括图1的损失循环面积（5）的密度与深度的各种组合的断裂梯度（2）时，钻井液浆料将会使岩层断裂并流失到所述断裂处。 [0045] 现在参照图2，示出了地下岩层立方体的等距视图，图2还示出了较坚固的地下岩层构造（7）、覆盖较薄弱的断裂地下岩层构造（8）以及覆盖较坚固的地下岩层构造（9）之间的关系的现有技术模型，其中可断裂通道（17）的壁穿过各地下岩层构造。 [0046] 现在参照图2和3，如图3中等距视图所示，作用在图2的模型和较薄弱的断裂构造（8）上的力包括由上部岩层重量引起的有效上覆岩层压力（图2中的10），还包括作用在最大水平应力面（图2的11、12和13及图3的20）上的力，以及作用在最小水平应力面（图2的14、15和16及图3的21）上的力。 [0047] 最大水平应力面内的断裂阻力随着深度增加，但是经由较薄弱的地层结构降低。在该实例中，显示为反力（13）的钻探流体有效循环密度（ECD）虽然小于较坚固的地层结构（7和9）的阻力（11），但是超过较薄弱地层结构（8）抵抗所述力的阻力（12），结果断裂（18）萌生和/或扩展。 [0048] 最小水平应力面内的断裂阻力也随着深度增加，但是可通过显示为反力（16）的钻探流体有效循环密度（ECD）经由较薄弱的地层结构降低，，虽然等于在最大水平应力面（13）的阻力，但是超过较薄弱地层结构（8）的阻力（15），结果断裂（18）萌生和/或扩展到最大应力面。 [0049] 现在参照图3，由于大多地下岩层的相对无弹性，小的地下水平断裂（23）通常形成在最大水平应力面中。这可被直观地看作从最大水平应力面（20）向最小水平应力面（21）扩展的圆周应力（22），从而在可断裂通道（17）（即钻孔）的壁上产生小的断裂（23）[0050] 如果抵抗断裂扩展（图2中的12和15）的水平应力小于由循环浆料流的有效或等同循环密度（ECD）所施加的压力（图2中的13和16）或所述静态浆料流（图1中的3）的静态流体静压力，那么断裂（23）将扩展（24），当它们通向最小水平应力面（21）时，最大水平应力面圆周应力（22）有助于所述扩展（24），其中最小水平应力面（21）图示为作用在所述断裂边缘和断裂扩展点（25）的虚线凸起箭头。 [0051] 现在参照图4，示出了与穿过涂覆有滤饼（26）的地下岩层的可断裂通道（17）的壁相交叉的两个水平断裂的等距视图。尺寸比LCM颗粒尺寸分布大的岩屑（27）不能充分堵塞在断裂内并产生大的钻孔空间，其中压力可穿过该大的钻孔空间直至断裂扩展点（25），以允许断裂的进一步扩展。断裂扩展可通过在断裂（18）内堵塞LCM尺寸颗粒（29）来抑制，并使得滤饼（26）在LCM颗粒之间桥接和密封，通过静态流体压力或更高的ECD压力和进一步的扩展来压差密封断裂扩展点（25）。 [0052] 碎石工具（图5-39的56、57、63、65）的实施例（56A-56E、57A-57E、63A-63C、65A-65L）可用于在岩层钻孔空间和断裂（18）的最近处产生LCM，以替换或补充表面添加的LCM，而浆料通道工具（图45-47的58）的实施例（58A-58Z）可用来降低ECD和相关的浆料流损失，直到在断裂中布置充足的LCM。另外，碎石工具可用于以更高的ECD压力注射或压力压实所述LCM，所述更高的ECD出现在穿过受限的或扭曲的潜在旋转的环形通道时，通过将碎石工具接合到岩层壁来形成所述环形通道，其中，所述接合可机械涂抹和/或压实滤饼和LCM，以抑制断裂萌生或扩展。 [0053] 本发明的实施例均匀地处理水平面（图2-4的18）中的断裂以及那些不在水平面（图2的19）中的断裂，通过使用产生LCM的向下钻井、表面添加LCM或它们的组合来填充所述断裂，其中，通过机械地应用将碎石工具接合到岩层壁，并结合选择性地操作有效循环密度以便管理水平断裂萌生，并通过滤饼和LCM以及时的方式密封岩层钻孔空间和断裂，以防止断裂进一步萌生或扩展。 [0054] 现在参照图5to39，示出了可用于产生向下钻孔LCM的碎石工具的实施例，其包括：铣刀扩孔工具（图5-7的63）、偏心铣刀（图8-9的56）、偏心内衬铣刀（图10-12的57）、岩石浆化工具（图15至39的65）和所述铣刀扩孔工具、偏心内衬铣刀工具和岩石浆化工具的组合（在图45-47中）。 [0055] 有关LCM的普遍做法是，足量供给尺寸范围从250微米到600微米或者细沙与粗沙大小之间的可见的颗粒，以抑制断裂萌生和断裂扩展。例如，如果对大多岩石类型使用PDC切割技术来产生相对一致的颗粒尺寸，并且破坏岩石颗粒的可能性与所述PDC技术产生的岩屑尺寸相关，则大约4到5个破碎岩屑将导致被循环浆料流推出钻孔岩层通道的一半以上的岩屑颗粒存量转化为LCM尺寸的颗粒。通过垂直和倾斜钻孔中的循环浆料的重力和滑移速度以及旋转扭曲路径的组合，提高了通过碎岩的大颗粒的难度，本发明的实施例为岩屑存量内的大颗粒提供了充足的存留时间，以便在变成易被循环浆料使用的有效尺寸之前破碎约4到5次。 [0057] 当来自井孔的岩屑破碎成LCM尺寸颗粒并被应用于滤饼时，岩层钻孔空间和岩层通道的断裂可以抑制断裂萌生和扩展，并且减少了必须从井孔抽出的岩屑量，从而：由于岩屑减小了颗粒尺寸及相关的密度，所以该岩屑更易于携带。 [0058] 尽管传统的方法包括在表面添加更大的LCM颗粒，例如压碎的坚果壳和其它硬质颗粒，但是在这些颗粒通常在返回的钻井浆料通过泥浆振动筛时的加工期间会损失掉。相反，本发明的实施例不断地替换所述较大颗粒，以允许小颗粒更容易地携带，并且在加工期间不易损失掉而是保留在钻井浆料中，用于通过减少向表面连续添加较大颗粒的需求来降低操作成本。 [0059] 不同数量的颗粒尺寸的混合可用于堵塞地下断裂，以便在与滤饼组合时产生有效的压差密封。在浆料加工期间损失大颗粒的地方，如果可以避免钻井离心力，那么小较颗粒通常将保留下来。添加在表面的较小颗粒尺寸的LCM与产生较大颗粒尺寸LCM的向下钻孔的组合可用来提高可用的LCM的水平，并可用来减少产生足够LCM水平所需的碎石机和/或碎石工具的数量。 [0060] 由于在断裂附近持续向下钻井而产生LCM，同时轴向向下推进穿过地下岩层的通道，所以本发明的实施例降低了连续添加LCM颗粒的需求，并减少了岩层扩展与处理之间的时间。滤饼与LCM的组合通过密封断裂扩展点加强了井孔。传统钻井装置没有解决LCM的产生或及时应用的问题，并且只是在断裂扩展点之后附带且有效地解决上述问题，此时在泥浆振动筛处可看到较大比例的小尺寸岩屑，通过及时冲击，该小尺寸岩屑产生于不再需要该小尺寸岩屑的保护性导管柱内衬（图46-47中的51V）内。 [0061] 通常，碎石工具（56，57，63或65）可具有上端和下端，其中上端与来自一个或多个浆料泵出口的通道的下端接合，下端与用于通过一个或多个旋转钻孔装置泵出的浆料的一个或多个通道的上端接合。 [0062] 所示的碎石工具的实施例具有可环绕第一导管柱（50）的壁的一个或多个环绕或附加壁（51U），其中，所述一个或多个环绕或附加壁（51U）包括刀片（56A-56C）和/或套管（124）和/或推力轴承（125）的偏心表面，第一导管柱（50）的壁具有与导管柱的导管接合的上端和下端，导管柱具有迫使浆料沿轴向向下方向进入所述钻孔装置的内部通道。所述一个或多个环绕壁可与岩屑和/或钻孔通道的壁接合，其中，碎石工具的叶片（56A-56E、61、61A-61C、111A-111H）或叶轮（111）、突起或类似构件或者为了进一步受压应用而抵靠冲击壁压碎岩屑，或者冲击岩层壁以便磨光所述岩层壁并将LCM尺寸的颗粒压实到岩层孔和断裂空间。 [0063] 所述碎石工具的环绕壁可使得浆料抵靠壁和/或通过更小的向上通道，从而横断所述工具产生扭曲路径和变化，并抑制较大岩屑通过，以便抵靠具有所述压力变化的可断裂区域进一步压碎、磨碎和/或压力注射LCM。 [0064] 岩石浆化工具（65）的实施例包括位于导管柱（51、51A-51U）的壁之间的内腔，其中叶轮或刀片位于所述工具与岩层孔壁之间，被用于将浆料环形通道泵送至内腔，在这里较大的颗粒被离心地冲击和破碎。随后被泵出内腔而进入环形通道。 [0065] 现在参照图5和图6，示出了用于通过两段或多段来扩大地下岩石地层内的孔的碎石工具和铣刀扩孔工具（63）的实施例（63A）的等距视图。图5示出了刀具缩回状态的伸缩拉长子组件。图6示出了刀具展开后（图6的71）的伸缩刀具（68）。刀具包括具有冲击表面（123）实施例（123D）的第一级刀具（61A）、第二级刀具（61B）和第三级刀具（61C），其显示为以向外方向（图6的71）伸缩展开（68），并可包括PDC技术。第一导管柱（50）在其内部通道（53）中携带浆料，并使所述刀具与附加导管柱（图7中的51）的壁（图7中的51D）接合、、并穿过附加导管柱（图7中的51）的壁（图7中的51D）地固定至壁（图7中的51E）。绕工具的轴向中心线（67）的旋转使第一及后续台阶的刀具与岩层壁接合，以便切割岩石并扩大穿过地下岩层的通道。具有两级或多级的刀具减小了岩屑的颗粒尺寸并产生了分步扭曲路径，提高了产生LCM的倾向，并减少了在穿过地下岩层的通道内产生LCM所需的额外碎石机的数量。 [0066] 现在参照图7，示出了具有孔（59）和接收器（89）的铣刀扩孔工具的附加导管柱（51）的壁（51D）的实施例的等距图，其中分段（图5和6的61A、61B、61C）刀具（61）切割器可通过所述钻孔和接收器可延伸和缩回。所述钻孔或接收器在旋转时提供对分段刀具的横向支撑。附加导管柱（51）的壁的上端可与浆料通道工具（图45-47的58）或压力管理导管组件（图45-47的49）的附加壁接合，以扩大用于额外工具的通道的孔。 [0067] 现在参照图8，示出了偏心岩石铣刀工具（56）的实施例（56B）的等距视图，该岩石铣刀工具（56）具有偏心刀片（56B）和例如硬质金属插入件或PDC刀片等的冲击表面（123）实施例（123E），其形成了设置在第一导管柱（50）周围的附加导管柱（51）的主要部分或壁（51F）。岩石铣刀工具的上、下端部可设置在双壁钻柱或压力管理导管组件（图45-47）的导管之间，用于通过抵靠通道壁来捕集和压碎岩石来推进收存的岩石碎片，或者通过与从岩层壁伸出的岩石突起接合和迫使LCM尺寸颗粒产生于岩屑来推进收存的岩石碎片。 [0068] 现在参照图9，示出了图8中碎石工具的平视剖面图。图9中，偏心刀片（56B）具有半径（R2）并且从工具的中心轴线偏移（D），这与嵌套的附加壁（51）的内部直径（ID）和半径（R）相对，还具有例如与所述刀片接合的PDC刀片或硬质金属插入件等的冲击表面（123）。在使用时，该工具可布置在双壁钻柱或压力管理导管组件实施例（图45-47的49）的导管之间。 [0069] 现在参照图10，示出了套管铣刀（57）的实施例（57A）的等距视图，该套管铣刀（57）具有多个堆叠的附加旋转壁或套管（124），所述旋转壁或套管具有与硬质惯性滑行的（123I）冲击表面（123）和中间推力轴承（图12中的125）接合的偏心表面。所示的套管铣刀工具具有布置在附加导管柱的嵌套壁（51G）和第一导管柱（50）周围的铣刀套管，其具有偏心表面（124），用于与压力管理导管组件（图45-47的49）一起使用。多个旋转偏心套管铣刀（124）自由地旋转并围绕双壁钻柱（图45-47的49）布置，该双壁钻柱（图45-47的49）具有通向布置在通道内的导管柱的连接件（72），以使得岩屑碎片具有LCM尺寸的颗粒。 [0070] 现在参照图11，示出了布置在穿过地下岩层（52）的通道内的套管铣刀（57）的实施例（57B）的平面图，其具有与图12有关的线AA-AA的截面。所述偏心铣削套管（124）的自由旋转表面在穿过地下岩层（52）的通道内产生扭曲浆料路径，使得第一环形通道（图15中的55）内的岩屑被捕集并且在所述套管铣刀（57）与穿过地下岩层（52）的通道的壁之间压碎，从而推进各套管的旋转并将岩石碎片进一步破碎成LCM尺寸的颗粒。 [0071] 现在参照图12，示出了套管铣刀工具（57）沿着图11的线AA-AA的剖面图，其中穿过地下岩层的通道被移除了以便示出铣刀产生的扭曲浆料路径。紧靠套管的非偏心表面被捕集的岩屑上的摩擦管柱旋转推进偏心表面旋转，岩屑可被轴向上方的偏心套管（124）进一步捕集，这可捕集和压碎更大的颗粒，而较小的颗粒围绕所述套管扭曲路径行进、并围绕单壁钻柱（如图40-41中的33和图42中的40）被循环的浆料携带。推力轴承装置（125）还示出了将套管铣刀工具（57）的偏心套管（124）分离。 [0072] 现在参照图13，示出了具有与图14有关的线AB-AB的截面的现有离心碎石机的平面图。碎石机用于通过经由中心供给或进口通道（127）供给所述岩石抵靠冲击表面推进岩石（126），以及使所述岩石与旋转叶轮接合。 [0073] 现在参照图14，示出了现有离心碎石机沿着图13的线AB-AB的截面等距视图。图14示出了向沿所示方向（71A）旋转的叶轮（111）供给岩石（126）的中央通道（127）。叶轮（111）将岩石推到冲击表面（128）上，以使得与叶轮（111）和/或表面（128）的接合打碎岩石，岩石随后通过排出通道（129）被排出。 [0074] 现在参照图15to39，示出了岩石浆化工具（65）的多个实施例（65A-65F），该岩石浆化工具（65）推进固定至第一壁（50）或附加壁（51A）的一个或多个叶轮刀片（111A-111H）和/或偏心刀片（56A），其中附加壁（51A-51U）接合至岩层壁（52）。第一壁（50）旋转，从而推进固定至所述第一壁（50）或围绕所述第一壁布置的附加壁（51B）的一个或多个附加叶轮刀片（111A-111C）、壁接合刀片（111D-111H）和/或偏心刀片（56A、56C），并通过所述第一壁（50）与接合至岩层壁的附加壁（51A、51C-51J、51N-51U）之间的传动装置来驱动。布置在第一壁（50）和通过壁固定刀片（111D-111H）与岩层壁接合的附加壁（51A、51C-51J、51N-51U）之间的附加壁（51B、51K、51M）可通过沿相同或相反旋转的传动装置来旋转，并可具有用于推进岩屑的固定刀片（56A、56C、111、111A-111C），或用作用于推进岩屑的冲击表面。更高密度的岩屑颗粒与叶轮刀片（111、111A-111C）或偏心刀片（56A）的接合冲击和破碎所述更高密度元素和/或将其朝向冲击壁和叶轮刀片离心地加速。 [0075] 叶轮刀片（111A-111C）、壁接合刀片（111D-111H）、偏心刀片（56A-56C）和/或冲击壁（50，51，51A-51U，52）之间的相对转速和方向可变化，以提高破碎率和/或通过压实的岩屑防止工具发生堵塞。 [0076] 现在参照图15，示出了岩石浆化工具（65）的实施例（65A）的截面平视图。图15中，虚线表示隐藏面，示出了浆料被轴向向下泵送通过内部通道（53）并且在岩石浆化工具（65）与穿过地下岩层（52）的通道之间通过第一环形通道（55）返回。岩石浆化工具（65）用作离心泵，用于经由进口通道（127）从所述第一环形通道（55）向附加环形通道（54）泵送浆料，在该附加环形通道（54）中，叶轮刀片（111）冲击和推进碎片和/或朝向具有冲击表面（123）的冲击壁（51H）加速稠密的岩屑，以便破碎所述加速的稠密岩屑颗粒（126）。叶轮刀片（111）、岩屑颗粒（126）和冲击壁（51H）之间的接合一直持续到所述浆料通过排出通道（129）排出为止。冲击壁（51H）具有用于转动偏心刀片壁（56A）的花键（91），并且该花键在偏心壁形成双壁钻柱（51）或压力管理导管组件（图45-47中的49）的保护内衬的一部分时可被去除。 [0077] 在本发明的各实施例中，附加内壁（图15和21-22中的51B、图23中的51K、图24-25中的51M）、固定叶轮刀片（111）、可调直径的叶片（例如图23中的111H）和/或排出叶轮刀片（图23-24和32中的111A、111B和111C），可经由与下述的连接而旋转，连接到旋转的第一导管柱（50）、连接到正排量液压马达；该正排量液压马达可在轴向上方或下方固定至所述附加壁、在叶轮刀片（111）和附加壁（图18和21-22中的51A、图23中的51J、图 24-25中的51M、图27-29中的51U）以及另一壁之间的传动装置，所述另一壁通过壁接合刀片（图18和21中的111D、图22中的111G、图23中的111H和图33-39中的111E）或偏心刀片（图15中的56A、图24-25中的56C）或它们的组合。冲击表面（123）可接合至被固定到岩层壁（52）的附加壁（图15中的51H、图33和35-39中的51R和图34中的51T）。叶轮刀片（111）和/或附加壁（51B、51K和51M）可以在另一附加壁（51A、51J、51N）或内衬（51V）内、通过使用导管柱（50、51）、马达和/或例如在图18-25中所示的传动装置而相对于第一导管柱（50）沿相同或相反的方向旋转，所述内衬（51V）通过壁接合刀片（11D、111G、111H和 111E）结合到岩层壁（52）。 [0078] 现在参照图16和17，示出了冲击表面（123）的可用形状实施例的等距视图，该冲击表面（123）可与冲击壁（51A-41T）、刀片和/或套管的各种实施例（分别是123A和123B）（例如图15所示）接合，或与图5-12的刀具接合。冲击表面可由在向下钻井的环境中使用的任意通常使用的刚性材料构造而成，例如淬火钢或PDC技术。图16示出了具有圆形形状（123A）的冲击表面（123），而图17示出了具有棱锥形形状（123B）的冲击表面123，但是，应当注意，依据要钻的或破碎的岩层的性质，可使用具有任意形状（例如，123A-123H）的冲击表面。 [0079] 现在参照图18，可以看出四分之一的岩层壁被移除了，示出了图21中岩石浆化工具（65）的实施例(65B)的构件的等距视图。图18中，其中具有冲击表面（123）实施例（123G）的垂直叶轮（111D）与穿过地下岩层（52）的通道的壁接合。所示的接合用于将连接至附加壁（51A）的传动装置（130）推至近似于固定状态，同时浆料被推进穿过岩石浆化工具构件与岩层壁（52）之间的第一环形通道（55）。以来自于通道（55）限制的流体摩擦力的较高ECD推动该浆料，所述限制由刀片（111D）与岩层壁（52）的接合引起，以便从浆化泵排出通道（图20-21的129）将LCM压紧。 [0080] 现在参照图19，示出了图21中岩石浆化工具（65）的实施例（65B）的构件的等距视图。图21中，具有用于推进浆料的内部通道（53）的第一壁（50）旋转（67），并且其中固定齿轮（132）和相接合的叶轮（111）沿与附加壁（图20的51B）相反的方向旋转（67）。 [0081] 现在参照图20，示出了图21中岩石浆化工具（65）的实施例（65B）的构件的等距视图，示出了具有阶梯式（123C）冲击表面（123）和传动装置（131）的附加壁（51B），该岩石浆化工具（65）在其下端部具有进口通道（127）和位于其壁内的排出孔或排出通道（129）。附加壁（51B）可旋转（71A）以防止发生堵塞，并提高叶轮刀片（图19中的111）、岩屑以及附加壁（51B）之间的冲击的相对速度，从而进一步推进岩石碎片，并提高产生LCM尺寸颗粒的倾向。 [0082] 现在参照图21，示出了由图18-20中的接合的构件构造的岩石浆化工具（65）的实施例（65B）的等距视图。图21包括图18的传动装置（130）的一半截面和附加壁（图20的51B）的四分之三截面，示出了叶轮刀片（111）与附加冲击壁（51B）之间的相对转速可通过传动装置（130，131和132）的使用来增大，以引起叶轮刀片（111）和附加壁（51B）的反向旋转（67和71A），从而提高与叶轮刀片（111）和附加壁（51B）的冲击表面（123）的实施例（123C）接合的岩屑的相对冲击速度，这进一步推进岩石碎片以及提高产生LCM尺寸颗粒的倾向。 [0083] 现在参照图22，示出了岩石浆化工具（65）的实施例（65G）的传动旋转装置的局部平面图，示出了用于驱动齿轮装置（132）的传动装置（130，131和132），其中第一壁（50）使固定至通过叶片（111G）与穿过地下岩层的通道的壁接合的附加壁（51A）的另一齿轮装置（130）旋转（67）。第二齿轮装置（130）的旋转（70B）使固定至附加壁（50B）的第三齿轮装置（131）在环绕附加壁（51A）内沿与第一壁旋转（67）不同的方向（71A）旋转。 [0084] 现在参照图23，示出了岩石浆化工具（65）的实施例（65C）的平面图，其中在岩石浆化工具（65）的实施例（65C）的截面等距视图上具有相关的线AC-AC。所示的连接件（72）用于单壁钻柱上端和下端的导管的接合。穿过环绕附加壁（51J）延伸的可调直径的刀片（例如，111H）可通过轴向移动楔形轴套（133）碰撞或回缩，从而在导管柱（50）施加或移除压力时，使刀片（111H）分别从岩层壁接合和分离。在使用时，通过叶片（111H）到岩层壁的接合使得环绕附加壁（51J）操作齿轮（130）使环绕附加壁（51K）以与导管柱（50）旋转叶轮（111）相反的方向旋转；并且，包含岩屑的浆料经由进口通道（127）从浆化工具与岩层之间的第一环形通道获取（127A），并通过叶轮（111）的相反刀片和环绕附加壁（51K）旋转以及内部（123F）冲击表面（123）。然后，在将所述岩屑碎片挤压成LCM尺寸颗粒之后，所述浆料从排出通道（129）排出（129A）而回到第一环形通道。还示出了位于岩石浆化工具内的伸缩花键推力轴承装置（125），用于通过驱动下部旋转连接（72）和例如岩层钻头的相关装置的花键使楔形轴套（133）能够接合至第一壁（50）。还包括在齿轮（130、131）上方的、驱动旋转内部附加壁（51K）的附加的排出叶轮(111A)，以帮助排出通道的畅通并防止其出现堵塞。 [0085] 现在参照图24，示出了岩石浆化工具的一个实施例（65D）的平面图，其中在该截面等距视图上具有相关的线AD-AD。所示连接件（72）用于双壁钻柱上端和下端的导管的接合。具有内部（123F）和外部（123H）冲击表面（123）的偏心刀片（56C）可与岩层中的壁接合。在使用时，含有岩屑的浆料经由进口通道（127）从浆化工具与岩层之间的第一环形通道获取（127A），并在将所述岩屑碎片挤压成LCM尺寸颗粒之后从排出通道（129）排出而回到第一环形通道。所示实施例还具有在偏心刀片（56C）内的进口通道（127）和排出通道（129），所述通道通过附加局部壁（51C）与轴向向上穿过所述偏心刀片的、在所述偏心刀片的内壁和附加邻近壁（51N）之间的、围绕附加局部壁（51C）的浆料隔离，以便在所述工具上下方的附加环形通道之间流体连通。还可移除内部浆化构件，留下偏心刀片（56A），并含有作为外部双钻柱壁（51）的一部分的壁。 [0086] 现在参照图25，示出了在图24中线AE内的岩石浆化工具的一部分的详细放大图。图25示出了进口通道（127）和环绕中间附加环形通道（54）中的、通过偏心刀片（56C）的通道的、轴向向上流动（69）的所述进口通道的流动布置。附加壁（56C）还可在附加壁（51M）的内部浆化构件恢复期间轴向向上移动，附加壁（51M）离开固定至附加内衬的壁（51M）和偏心刀片（56C），从而覆盖和封装所述偏心刀片中的进口通道（127）和排出通道（129）。 [0087] 现在参照图26，示出了图35-39中所示岩石浆化工具的第一导管柱（50）的子组件的壁的构件的等距视图，其中齿轮（132）接合至第一导管柱（50）。 [0088] 现在参照图27，示出了其上具有围绕图26中所示的第一导管柱（50）布置的叶轮（111）和齿轮组件（131A）的附加壁（51U）的等距视图。所示附加壁（50，51U）为图35-39中所示岩石浆化工具（65）的构件。附加壁（51U）和齿轮组件（131A）可独立于第一壁（50）和齿轮组件（132A）转动。 [0089] 现在参照图28，示出了与图27中所示附加壁（51U）齿轮（131A）和第一导管柱（图27中的50）齿轮（123A）、子组件接合的齿轮装置（130A）的等距视图。图28中，所述子组件为图35-39中所示岩石浆化工具（65F）的实施例的构件。接合至第一导管柱（50）的齿轮组件（132A）与传动装置（130A）接合并转动该传动装置（130A），该传动装置（130A）又与固定至围绕第一导管柱（50）布置的附加壁（51U）的齿轮组件（131A）啮合并转动该齿轮组件（131A），以提高所述附加壁和叶轮刀片旋转的速度。 [0090] 现在参照图29，示出了与图28中所示齿轮装置（132A）、附加壁（51U）和第一导管柱（50）子组件接合的齿轮壳体（134）构件的等距视图。在图29中，所述子组件为图35-39中所示岩石浆化工具的实施例的构件，并且齿轮壳体固定齿轮装置（132A）。 [0091] 现在参照图30，示出了进口通道（127）和排出通道（129）构件的等距视图，所述进口通道（127）和排出通道（129）接合至图28和图29中所示的齿轮壳体（134）、附加壁（51U）和第一导管柱（50）子组件。在图29中，所述子组件为图35-39中所示的岩石浆化工具（65）的实施例的构件。进口通道（127）可用于推进含有岩屑的浆料，以便冲击叶轮刀片（111），其后，浆料和碎岩屑通过排出通道（129）排出并返回获取它们的通道。 [0092] 现在参照图31，示出了附加壁（51Q）的实施例的等距视图，该附加壁（51Q）具有用于与图30中的子组件接合的冲击表面（123）实施例（123C），其中所述阶梯式冲击表面（123）用于接合浆料内被推进的稠密岩屑颗粒。 [0093] 现在参照图32，示出了岩石浆化工具（65E）的实施例的等距视图，其中外部叶轮或偏心刀片被移除了。所示实施例包括图31中的围绕图30所示的构件布置的构件，其中导管连接件（72）位于第一导管壁（50）的末端。图33中所示的外部叶轮刀片产生了图35-39中所示的岩石浆化工具（65）。岩石浆化工具（65）还可包括推力轴承（125）和附加叶轮刀片（111C），以将浆料从排出通道（129）挤出并防止所述排出通道（129）发生堵塞。 [0094] 现在参照图33，示出了具有用于吸入的进口通道（127）和排出通道（129）的附加壁（51R）的等距视图，该附加壁（51A）具有布置在其上的壁接合刀片（111E）及相关的推力轴承（125）。当与图32的构件组装时，将产生图35-39的岩石浆化工具（65）。 [0095] 现在参照图34，示出了附加壁（51T）的另一实施例的等距视图，该附加壁（51A）具有用于吸入的进口通道（127）和排出通道（129），该排出通道（129）可与图32所示的相关推力轴承（125）接合以便与双壁钻柱接合。所述附加壁（51T）的末端可与例如压力管理导管组件（图45-47的49）的实施例所示的双壁钻柱的壁接合，图32的第一壁（50）接合至所示压力管理导管组件的第一导管柱壁。如果需要中间通道，在刀片（111F）中可具有通过孔的旁通通道，以引导内部环形通道围绕图32中所示岩石浆化（58）内部组件，其可以在放置所述双壁钻柱的外部钻柱之后通过内部钻柱收回。 [0096] 现在参照图35，示出了由图32和33中所示构件构造的岩石浆化工具（65）的实施例（65F）的平面图，其中包括用于限定图36-39中视图的剖面线X-X。 [0097] 现在参照图36，示出了图35中的岩石浆化工具沿线X-X的剖面图，图36中具有推力轴承（125）的第一导管柱（50）的壁接合至最外侧嵌套附加壁（51R），该嵌套附加壁（51R）具有分别用于浆料和岩屑进入和泵压流体排出的较大进口通道（127）和较小排出通道（129）。另外，示出的与齿轮壳体（图38的134）接合的传动装置（130A）固定至所述最外侧的附加壁（51R），其中所述最外侧的附加壁（51R）具有与岩层壁接合的壁接合刀片（111E）。所示上下连接件（72）可与单壁钻柱接合，用于泵送浆料通过其内部通道，以在岩石浆化工具与岩层壁之间返回，携带通过叶轮刀片（111）与附加壁（51Q）的冲击被挤压成LCM尺寸颗粒的岩屑，该岩屑随后通过排出通道（129）排出，以便抵靠岩层壁地立即受压流体应用以减轻断裂萌生或扩展的倾向。 [0098] 现在参照图37，示出了图36中所示岩石浆化工具的等距视图，包括详细线Y和Z。图37示出了岩石浆化工具的内部构件，包括固定至附加壁（51R）并用来围绕第一壁（50）转动内部叶轮刀片（111）的齿轮装置（130A）。 [0099] 现在参照图38，示出了图37中工具位于详细线Y内的区域的放大等距视图，图38示出了包括固定至第一导管柱（50）旋转壁的齿轮组件（132A）的上齿轮传动装置，其将旋转传递至壳体（134）内的固定至最外部附加壁（51R）的齿轮装置（130A），其中最外部附加壁（51R）借助于叶轮刀片（111）接合至岩层。围绕第一导管壁（50）布置的自由旋转齿轮和传动比被用来提高所述齿轮装置（130A）的转速，以便将显著增大的转速传递至固定在内部叶轮刀片（111）和围绕所述内壁（50）布置并旋转的附加壁（51U）的齿轮（131A）。内部叶轮刀片的显著增加的转速、及随后抵靠附加壁（51Q）的附近固定阶梯式轮廓冲击表面（123）与岩屑的接触，显著地增加了从排出通道（129）排出的用于与岩层壁接合的LCM尺寸颗粒的产生，所述附加壁（51Q）通过最外部壁接合叶轮（111E）与穿过地下岩层的通道接合。 [0100] 现在参照图39，示出了图37中工具在详细线Z中的区域的放大等距视图，图39示出了布置成将浆料挤压成与叶轮刀片（111）在中心初始接合的下齿轮传动装置壳体（134）和吸入孔或进口通道（127），以提高朝向阶梯式（123C）冲击表面（123）离心地加速岩屑的效率。 [0101] 已经描述了碎石工具的实施例，这些工具的各种实施例可与单壁钻柱或双壁钻柱设置组合，以便在钻井、护衬和/或完井期间方便系统创建地下LCM。 [0102] 现在参照图40-44，示出了现有钻井和现有地下岩石地层的套管钻井的剖面图，其中井架（31）用于吊升单壁钻柱（33，40）（例如钻柱），底孔组件（34，42-48）、钻探工具（47）和钻头（35）通过旋转台（32）来钻孔穿过岩层（30）。主流的现有技术方法使用单壁钻柱装置来在地下岩层中钻出通道，而本文所述各种实施例可与单壁钻柱和双壁钻柱一起使用，所述单壁钻柱和双壁钻柱通过在一个或一个以上单壁钻柱内设置单壁钻柱形成，以产生具有多个壁和相关使用的钻柱。 [0103] 现在参照图41和42，示出了图44中底孔组件（BHA）的由线AQ限定的部分的放大详细视图。图42的左侧示出了套管钻井装置的等距视图。图41示出了在轴向上方具有钻铤（34）和小直径单壁钻柱的大直径BHA，而图42示出了位于大直径单壁钻柱下方的单壁较小直径套管钻井BHA。图42示出了使用与导管柱连接的钻探工具（47），其中，碎石工具实施例（63B）是可用的。如图41和42所示的两种所述设置都使用单壁钻柱（30、40）。碎石工具（图5-39的56，57，63，65）的各种实施例（56D，56E，57C，63B，65H，65J）可形成单壁钻柱或底孔组件的部分。与较小有效直径钻柱或BHA相比，由这些碎石工具产生的LCM的应用或涂抹、或者抵靠岩层壁的底孔组件或单壁钻柱的大直径冲击，受到在较大有效直径钻柱或BHA和岩层之间的较小环形空间的影响，其中，摩擦力、速度和压力影响着向上轴向循环的流体的有效循环密度或ECD，其中，穿过受限环形通道的轴向向上循环的液体的速度显著高于具有用于受压应用LCM的等效流率的受限较小的环形通道。 [0104] 现在参照图43和44，分别示出了具有方向和直孔套管钻井装置的正面图，其中图43示出了在钻有方向的孔之前，连接到单壁柱（40）的柔性或弯曲连接件（44）和底孔组件（43）。图44示出了在钻直孔截面时可以使用的底孔组件。图43的位于柔性或弯曲连接件（44）下方的底孔组件（46）包括用于转动用来钻直孔的钻头（35）的电机，而图44示出了柱（40）旋转并且电机在旋转连接件（48）下方沿相反方向转动钻头（35）的例子。可将碎石工具（图5-39的56，57，63，65）的实施例添加至地下钻孔柱的任意设置，包括图43-44以类似于图45的方式示出的设置。 [0105] 现在参照图45-47，示出了使用碎石工具（图5-39的56，57，63，65）的各种实施例（56E，57D，57E，63C，65K，65L）的、穿过地下岩层（52）的通道的1/2横截面视图内的本发明人发明的压力管理导管组件（49）的实施例（49A到49Z）以及各种浆料通道工具（图45-47的58），其使用多功能工具来轴向向下推进第一导管柱（50）和嵌套附加导管柱（51），同时穿过地下岩层（52）钻孔以形成所述通道，从而形成可断裂区域（17，62,64,66），在内衬（51）和固接的（30C）岩层孔（17U）下方轴向延伸。通过与多功能工具一起重复使用浆料通道工具（58），使用致动工具、标枪和支架，所述工具与岩层之间的第一环形通道内的浆料速度和相关有效钻井密度可被操作，同时可管理浆料损失，并注射和压紧由碎石工具（56，57，63，65）产生的LCM，以抑制地下岩层内断裂的萌生或扩展。另外，碎石工具（56，57，61，63， 65）和大直径双壁钻柱可机械地抛光穿过地下岩层的孔，由此，减小旋转和轴向摩擦。所述工具及大直径双壁钻柱还抵靠岩层的滤饼壁机械地应用和压紧LCM以使其进入岩层孔和断裂空间，以进一步抑制地下岩层内断裂的萌生或扩展。 [0106] 为了轴向向下地推进穿过地下岩层的通道，钻头（35）随第一钻柱（50）和/或电机一起旋转以产生在可断裂区域（66）中的导向孔，包括带相对叶轮和/或偏心刀片的碎石工具（65）的底孔组件在所述可断裂区域（66）中的导向孔内用于使与所述工具（65）或靠着具有所述工具（56，57，63，65）的岩层成整体的钻头（35）产生的岩屑颗粒破碎，从而涂抹和抛光穿过地下岩层的通道的壁。 [0107] 碎石工具（63C，65L）的相对刀片和碎石工具（56E，57D，57E，65K）的偏心刀片可设有集成至相对或偏心刀片的岩石切割、破碎或压碎结构，用于冲击或去除穿过地下岩层的通道的壁的岩石突起，或者在内部离心地冲击岩屑。另外，当无需使用碎石工具（65L）进一步破碎或压碎岩屑，或者碎石工具（65L）应变得不可操作时，碎石工具（65L）还用作沿着所述钻柱的稳定器。 [0108] 当压力管理导管组件（49）的附加导管柱（51）大于导向孔（6）时，可使用具有第一级岩石切割器（如图5和6所示的61A）的碎石工具（63）来扩大穿过地下岩层，例如可断裂区域（62）的通道的下部，第二和/或后续台阶的碎石切割器（如图5和6所示的61B和61C）可进一步扩大所述通道，如可断裂区域（64）所示，直到具有接合装置的附加导管柱（51）能够穿过岩层通过扩大的可断裂通道（17）为止。多段扩孔的使用产生了更小的岩石颗粒，其可被破碎和/或压碎，以便更加容易地形成LCM，同时产生扭曲的路径，这样大岩屑颗粒更加难以通过所述路径而不在通过的过程中破碎。根据地下岩层结构强度和期望的LCM产生水平，碎石工具可设在分段通道扩大和碎石工具上。 [0109] 底孔组件（BHA）的碎石工具（56，57，63，65）和压力管理导管组件（49）底孔组件（BHA）的附加导管柱（51）使钻柱的直径扩大，在钻柱与地下通道圆周之间产生更窄的外侧环形间隙或公差，从而提高了浆料以等同流率移动流过通道的环隙流速，提高了浆料移动通过通道的环空和相关压力，并提高了循环系统施加到地下岩层结构的压力，用于对岩层壁进行流体压力涂覆。 [0110] 现在参照图45，示出了布置在岩层通道（52）中的嵌套工具柱（49）的实施例（49A）的视图，可用于模仿传统钻井或套管钻井环隙流速和相关压力。所述压力管理导管组件（49）可包括具有简单钻孔（其中所述简单钻孔显示为展现所述工具和多功能工具）的浆料通道工具（58S，例如包括图45-47的58）和用于扩大钻孔的碎石工具（56E，57D，57E，63C，65K，65L，包括，例如，图5-39的56，57，63，65），从而推进通道轴向向下穿过地下岩层并产生LCM。 [0111] 图45示出了压力管理导管组件（49）的下端，该压力管理导管组件包括绕第一导管柱（50）布置的附加导管柱（51），在第一导管柱（50）的内部通道（53）与穿过地下岩层（52）的通道壁之间限定了附加环形通道（54）。还示出了具有浆料通道工具（58S）的碎石工具（56E，57D，57E，63C，65K，65L），该浆料通道工具可用于在位于所述压力管理导管组件（49）中间的第一环形通道（55）和地下岩层之间、附加环形通道（54）、内部通道（53）或其组合之间转向浆料。 [0112] 现在参照图46，示出了布置在穿过岩层（52）的通道和附加导管柱（51）的截面内的上部分的压力管理导管组件（49）的装置（49B）的视图，穿过地下岩层（52）的通道的截面包括上装衬岩层孔（51V）或上可断裂区域（17U）和具有穿过附加导管柱（51）的第一导管（50）的下可断裂区域（17）。压力管理导管组件的所示下部可与图45中所示的压力管理导管组件的上部接合，其中附加导管柱（51）可用于以类似于传统套管钻井的方式转动压力管理导管组件（49）。 [0113] 图46示出了：与附加导管柱（51）和第一导管柱（50）接合的浆料通道工具（58T），其中浆料沿轴向向下方向（68）流过附加导管柱（51）的内部通道（54A），直到到达浆料通道工具（58T）为止，其后浆料向下行进至附加环形通道（54）并且位于第一导管柱（50）的内部通道（53）内。 [0114] 浆料沿轴向向上方向（69）返回到第一环形通道（55）内，第一环形通道（55）包括穿过被压力管理导管组件（49）推进的地下岩层的第一环形通道、被前面钻柱推进的穿过地下岩层的第一环形通道、以及附加导管柱（51）与先前布置的保护内衬之间的环形空间的组合，所述保护内衬至少部分地形成穿过地下岩层（52）的通道的壁。 [0115] 在所述设置中，由于在其上端用作单壁钻柱的套管或附加导管柱（51）的内直径和外直径，压力管理导管组件（49）可模仿传统套管钻柱。尽管传统的套管钻柱可在其在旋转期间与通道圆周大直径接触时顺带产生LCM，但是套管钻井期间在振动筛处见到的明显过多的LCM产生于所述大直径导管柱与先前设置的保护套管之间，此时所述产生的LCM没有作用。 [0116] 现在参照图47，示出了布置在穿过地下岩层（52）的通道的断面内的压力管理导管组件（49）的装置（49C）的上部视图，所述压力管理导管组件（49）位于穿过地下岩层（52）的通道的截面内，穿过地下岩层（52）的通道的截面包括由内衬（50）保护的暴露的下可断裂区域（17）和上可断裂区域（17U），所述内衬（50）固接至恰当位置，第一导管柱（50）和附加导管柱（51）位于于浆料通道工具（58A，58N，58R）下方。压力管理导管组件（49）的所示下部可与图45的嵌套钻柱的上部接合。第一导管柱（50）显示为接合至用来沿所选方向（67）转动压力管理导管组件（49）的浆料通道工具（58N，58R）的连接钻井管柱，其中对图46中所示浆料通道工具（58T）在内导管柱（50）和外导管柱（51）之间进行连接。所述压力管理导管组件的设置在外部模仿了尾管钻井方案，但是由于如使用浆料通道工具（58T，58N，58R，58A）和双壁钻柱的压力管理导管组件所示、在内导管柱（50）和外导管柱（51）之间向上轴向出现了流体流，所以能够模仿传统钻柱速度和相关的压力。 [0117] 图47的压力管理导管组件（49）示出了第一导管柱工具（50），其中浆料沿轴向向下方向（68）流动通过第一导管柱（50），浆料通道工具（58T）与第一导管柱（50）和嵌套附加导管柱（51）接合，浆料被沿轴向向上方向（69）推进通过第一环形通道（55）和附加环形通道（54）。 [0118] 在压力管理导管组件（49）的设置中，可增加第一导管柱（50）与嵌套附加导管柱（51）之间的附加环形通道的流动能力以便沿轴向向上方向（69）推进浆料，从而有选择性地模仿传统环隙流速和与钻井相关的压力。 [0119] 另外，现有技术的套管钻井一般依赖于钢丝线恢复和由用作应急选项的钻管恢复来置换BHA，所述设置使得能够将第一导管柱（50）用作恢复、修理和置换压力管理导管组件（49）的内部构件的主要选择，同时使得在分离保护套管之后先选择钻井。 [0120] 尽管钢丝线恢复通常是有效的，但是恢复重BHA所需钢丝线单元的尺寸通常因有限的可用空间禁止许多操作，例如离岸操作。另外，民钢丝线恢复相关的限制，现有套管钻井下BHA的长度常常有限，因此降低了钢丝线恢复的实用性和效率，例如在需要长且重的BHA时的期间。 [0121] 由于压力管理导管组件（49）的导管比钢丝线坚固，所以内部构件导管柱可用于在无需事先移除所述钻柱的情况下设置一个或多个用作保护内衬的外嵌套导管柱。 [0122] 本发明在此描述和示出的实施例所表示的改进对于下述地方的钻井和完井提供了显著的优势：地层断裂压力具有挑战性、或者在与使用传统技术的惯例或实践相比需要将保护内衬钻柱推进地更深时。 [0123] 使用本发明的一个或多个实施例产生的LCM可应用于地下岩层、断裂或错层断裂，和/或用于补充LCM的表面添加，从而提高可用来抑制所述断裂的萌生或扩展的可用LCM总量。 [0124] LCM的地下产生使用穿过地下岩层的通道内的岩屑存货，减少了必须从井孔去除的岩屑量和大小，从而促进了从地下钻孔去除和输送无法使用的岩屑。当地层变得暴露于钻孔和浆料循环系统的压力时，在新暴露的地下地层和断裂附近产生的LCM可及时地快速作用在浆料失去区域，由于产生于地下的LCM的所述邻近和相对较短的运输时间，因此检测并不是必须的。 [0125] 通过在浆料通过钻孔工具之后产生更大尺寸的颗粒，LCM的地下产生还避免了与向下钻孔工具（例如泥浆电机）的潜在冲突和钻井工具的记录。 [0126] 接近于可断裂区域的更大LCM颗粒的地下产生提高了使用对于较小LCM颗粒、和/或在表面添加至钻井浆料的其它材料和化学剂的可用浆料的携带能力的本领，从而提高了LCM尺寸颗粒的总量并且潜在地提高了循环浆料的性能。 [0127] 本发明的实施例还提供了用于通过压力喷射和/或机械方法应用和压紧LCM的装置。 [0128] 本发明的实施例还提供了管理所述装置和穿过地下岩层通道之间的第一环形通道内的压力的能力，以抑制断裂的萌生和扩展，并限制与断裂相关的浆料损失。在不恢复用于推进穿过地下岩层的通道的钻井或完井导管柱的情况下，可移除或重新选择这些压力改变工具和方法的应用。 [0129] 总之，本发明的实施例抑制了地下岩层内断裂的萌生或扩展，通过及时地向下钻井而产生、提供和应用LCM至更深的目标地下深度，这在当前对现有技术是有实践意见的。 [0130] 因此，本发明的实施例提供了使任意结构或方向的单或双导管柱能够使用穿过地下岩层的通道产生地下LCM，以获得比当前现有技术实践更大深度的系统和方法。 [0131] 尽管已经重点描述了本发明的多个实施例，但是应当理解，在所附权利的范围内，本发明还可在除本文具体描述之外的地方应用。 |
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