首页 / 专利库 / 地球科学 / 地层 / 钻井设备及用于减小井漏的方法

钻井设备及用于减小井漏的方法

阅读:71发布:2023-02-22

专利汇可以提供钻井设备及用于减小井漏的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种在井筒(18)中使用以隔离 地层 的严重 泄漏 区域(20)的泄漏缓解井底钻具组件(28),其包括: 钻头 (42),其用于钻井筒(18);以及双壁 钻柱 (32),其将钻头(42)连接至 流体 源,并具有用于将流体输送至钻头(42)的第一流体通道(46)以及用于使流体远离钻头(42)而返回的独立的第二流体通道(48)。该组件(28)还包括:钻井尾管(44),其围绕并附接至双壁钻柱(32)的底部,并包围钻头(42),钻井尾管(44)具有与钻头(42)相邻的端部,以容纳离开钻头(42)的流体,并阻止流体进入地层的严重泄漏区域(20)。,下面是钻井设备及用于减小井漏的方法专利的具体信息内容。

1.一种在地层的严重泄漏区域中的井筒中使用的泄漏缓解井底钻具组件,其包括:
钻头,其用于钻井筒;
双壁钻柱,其将所述钻头连接至流体源,并具有用于将流体输送至所述钻头的第一流体通道以及用于使流体远离所述钻头而返回的独立的第二流体通道;以及钻井尾管,其围绕并附接至所述双壁钻柱的底部,并在钻井时包围所述钻头,所述钻井尾管具有与所述钻头相邻的端部,以容纳离开所述钻头的流体,并阻止流体进入所述地层的所述严重泄漏区域。
2.根据权利要求1所述的泄漏缓解井底钻具组件,其还包括:
尾管送入器/安放器,当所述钻井尾管到达所述井筒中的桥接所述地层的所述严重泄漏区域的期望位置时,所述尾管送入器/安放器相对于套管安放所述钻井尾管。
3.根据权利要求2所述的泄漏缓解井底钻具组件,其中,所述尾管送入器/安放器还包括:
夹头防松螺母,其围绕所述双壁钻柱,并在第一位置与第二位置之间相对于所述双壁钻柱沿轴向能移动;
夹头防松螺母启动机构,其能被操作者控制,以使所述夹头防松螺母在所述第一位置与所述第二位置之间移动;
封隔器元件,其围绕所述钻井尾管,并与所述夹头防松螺母机械连通,当所述夹头防松螺母位于所述第一位置时,所述封隔器元件处于未激励状态,并且当所述夹头防松螺母位于所述第二位置时,所述封隔器元件处于激励状态,使得当所述夹头防松螺母启动机构使所述夹头防松螺母从所述第一位置移动至所述第二位置时,所述封隔器元件被激励,并密封所述钻井尾管与所述套管之间的间隙;以及
齿形尾管悬挂器滑动件,其围绕所述钻井尾管,并与所述封隔器元件机械连通,当所述封隔器元件没有被激励时,所述齿形尾管悬挂器滑动件与所述套管脱离接合,而当所述封隔器元件被激励时,所述齿形尾管悬挂器滑动件与所述套管定地接合,所述齿形尾管悬挂器滑动件在与所述套管锁定地接合时阻止所述钻井尾管与所述套管之间的相对运动。
4.根据权利要求3所述的泄漏缓解井底钻具组件,其中,所述封隔器元件具有成度的表面,所述成角度的表面定位成用于在所述封隔器元件被激励时受迫插入到所述钻井尾管与所述齿形尾管悬挂器滑动件之间,当所述封隔器元件被激励时,所述成角度的表面将所述齿形尾管悬挂器滑动件的一部分推压为与所述套管接合。
5.根据权利要求1所述的泄漏缓解井底钻具组件,其还包括:
流体返回区域,其与所述钻头相邻,且位于所述双壁钻柱与所述钻井尾管之间,所述流体返回区域接纳从所述钻头离开的流体;以及
转换端口组件,其在所述流体返回区域与所述第二流体通道之间提供流体连通。
6.根据权利要求5所述的泄漏缓解井底钻具组件,其中,所述转换端口组件包括:
,其具有第一端部和第二端部,并在打开位置与关闭位置之间能移动;以及通道,其位于所述流体返回区域与所述第二流体通道之间且被所述阀门横切;
所述阀门的所述第一端部与所述第一流体通道压连通,而所述阀门的所述第二端部与所述流体返回区域压力连通,使得当所述第一流体通道中的压力超过所述流体返回区域中的压力时,所述阀门朝向所述打开位置移动。
7.一种用于相对于与钻井的严重泄漏区域相邻的套管安放钻井尾管的尾管送入器/安放器,其包括:
夹头防松螺母,其围绕钻井中的钻柱,并在第一位置与第二位置之间相对于所述钻柱沿轴向能移动;
夹头防松螺母启动机构,其能被操作者控制,以使所述夹头防松螺母在所述第一位置与所述第二位置之间移动;
封隔器元件,其围绕所述钻井尾管,并与所述夹头防松螺母机械连通,当所述夹头防松螺母位于所述第一位置时,所述封隔器元件处于未激励状态,并且当所述夹头防松螺母位于所述第二位置时,所述封隔器元件处于激励状态,使得当所述夹头防松螺母启动机构使所述夹头防松螺母从所述第一位置移动至所述第二位置时,所述封隔器元件被激励,并密封所述钻井尾管与所述套管之间的间隙;以及
齿形尾管悬挂器滑动件,其围绕所述钻井尾管,并与所述封隔器元件机械连通,当所述封隔器元件没有被激励时,所述齿形尾管悬挂器滑动件与所述套管脱离接合,而当所述封隔器元件被激励时,所述齿形尾管悬挂器滑动件与所述套管锁定地接合,所述齿形尾管悬挂器滑动件在与所述套管锁定地接合时阻止所述钻井尾管与所述套管之间的相对运动。
8.根据权利要求7所述的尾管送入器/安放器,其中,所述封隔器元件具有成角度的表面,所述成角度的表面定位成用于在所述封隔器元件被激励时受迫插入到所述钻井尾管与所述齿形尾管悬挂器滑动件之间,当所述封隔器元件被激励时,所述成角度的表面将所述齿形尾管悬挂器滑动件的一部分推压为与所述套管接合。
9.根据权利要求7所述的尾管送入器/安放器,其中,所述夹头防松螺母启动机构是,所述泵将液压施加至所述夹头防松螺母的表面,以将所述夹头防松螺母从所述第一位置朝向所述第二位置推压。
10.根据权利要求7所述的尾管送入器/安放器,其还包括:
夹头,其被固定地附接至所述钻柱,当所述夹头防松螺母位于所述第一位置时,所述夹头与所述钻井尾管固定地接合,并且当所述夹头防松螺母位于所述第二位置时,所述夹头与所述钻井尾管能拆卸地接合。
11.根据权利要求7所述的尾管送入器/安放器,其还包括:
压力平衡通道,其将所述尾管送入器/安放器上方的区域与所述尾管送入器/安放器下方的区域流体地连接起来,以平衡所述尾管送入器/安放器上方和下方的压力。
12.根据权利要求11所述的尾管送入器/安放器,其还包括:
止回阀,其位于所述压力平衡通道中,并打开和关闭用于流体连通的所述压力平衡通道。
13.一种在地层的严重泄漏区域中的井筒中使用的泄漏缓解井底钻具组件,其包括:
钻头,其用于钻井筒;
双壁钻柱,其将所述钻头连接至流体源,并具有用于将流体输送至所述钻头的第一流体通道以及用于使流体远离所述钻头而返回的独立的第二流体通道;
钻井尾管,其围绕并附接至所述双壁钻柱的底部,并在钻井时包围所述钻头,所述钻井尾管具有与所述钻头相邻的端部,以容纳离开所述钻头的流体,并阻止流体进入所述地层的所述严重泄漏区域;
流体返回区域,其与所述钻头相邻,且位于所述双壁钻柱与所述钻井尾管之间,所述流体返回区域接纳从所述钻头离开的流体;以及
转换端口组件,其在所述流体返回区域与所述第二流体通道之间提供流体连通,所述转换端口组件包括:
阀门,其具有第一端部和第二端部,并在打开位置与关闭位置之间能移动;以及通道,其位于所述流体返回区域与所述第二流体通道之间且被所述阀门横切;
所述阀门的所述第一端部与所述第一流体通道压力连通,而所述阀门的所述第二端部与所述流体返回区域压力连通,使得当所述第一流体通道中的压力超过所述流体返回区域中的压力时,所述阀门朝向所述打开位置移动。
14.根据权利要求13所述的泄漏缓解井底钻具组件,其中,所述转换端口组件还包括:
偏置机构,其与所述阀门接触,以朝向所述打开位置或所述关闭位置偏置所述阀门。
15.根据权利要求13所述的泄漏缓解井底钻具组件,其中,所述转换端口组件在所述流体返回区域与所述第二流体通道之间的所述通道横切所述第一流体通道。
16.一种用于控制地下地层中的严重泄漏区域中的井漏的方法,所述方法包括:
(a)使用第一井底钻具组件在所述地下地层中钻井筒,直到所述井筒到达所述地层中的严重泄漏区域为止;
(b)从所述井筒中拆下所述第一井底钻具组件;
(c)将第二井底钻具组件送入到所述井筒中,所述第二井底钻具组件是根据权利要求1至6中任一项所述的泄漏缓解井底钻具组件;
(d)使用所述第二井底钻具组件来钻通所述严重泄漏区域,使得所述第二井底钻具组件的所述钻井尾管与所述钻头一起前进穿过所述严重泄漏区域,并阻止钻井液进入所述严重泄漏区域中的地层;
(e)从所述井筒中拆下所述第二井底钻具组件。
17.根据权利要求16所述的方法,其还包括:
在步骤(e)之前,在所述严重泄漏区域上方的所述井筒中相对于套管安放所述钻井尾管。
18.根据权利要求17所述的方法,其还包括:
射频识别标记引入到钻井中以与所述第二井底钻具组件中的射频识别检测器通信。
19.根据权利要求16所述的方法,其中,流体通过外部流体通道被引入至所述双壁钻柱中,所述方法还包括将从所述钻头排出的流体转移到所述双壁钻柱内的内部流体通道中,所述双壁钻柱被所述外部流体通道包围。

说明书全文

钻井设备及用于减小井漏的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钻探油气井。具体而言,本发明涉及一种使用双壁钻柱来减小井漏的钻井系统,该双壁钻柱能够同时钻探和对泄漏区域加衬。

背景技术

[0002] 在油气钻探操作中,生产井筒延伸至地下,并与积存有烃的地层相交。通常利用附接至钻柱端部的钻头形成井筒,其中通常由位于井筒开口上方的驱动系统驱动钻柱和钻头旋转。钻头通常配备有切削元件,该切削元件在钻头旋转的同时刮削井筒底部,以从地层中挖出材料,从而使井筒变深。钻井液(也称为钻井泥浆)通常被向下送至钻柱,并从钻头引入到井筒中,然后钻井液在钻柱与井筒壁之间的环形间隙中沿井筒向上回流。钻井液冷却钻头,保持钻井中的期望压,并且钻井液在沿井筒向上流动时携带在钻井操作期间产生的切屑。
[0003] 安全和高效的烃井钻井作业在石油和天然气产业中尤为重要。该产业中遇到的最昂贵和最具挑战性的问题包括在井筒中产生井漏区域或“泄漏区域”。该现象通常因钻井液从井筒流动到可能积存有烃的地层中而产生。在受到井漏影响的钻井中所导致的流量减少或泄漏(可能超过100bbl/hr)就经济损失和所导致的安全问题(可能包括井控的潜在损失)而言是有害的。对于该产业而言消除或减少井漏区域是优先考虑的,这是因为每年因如下原因而损失几十亿美元:在钻井操作中因钻井液泄漏、地层损害(例如,如果泄漏发生在内部储层段)及其对烃生产的负面影响而导致的井漏;以及利用例堵漏材料(LCM)来解决该现象的成本。进一步考虑到相关的潜在环境和监管问题,非常需要在钻井操作中防止和修复井漏。

发明内容

[0004] 本发明的一个实施例提供一种在地层的严重泄漏区域中的井筒中使用的泄漏缓解井底钻具组件。该组件包括:钻头,其用于钻井筒;以及双壁钻柱,其将钻头连接至流体源,并具有用于将流体输送至钻头的第一流体通道以及用于使流体远离钻头而返回的独立的第二流体通道。另外,该组件包括钻井尾管,钻井尾管围绕并附接至双壁钻柱的底部,并包围钻头,钻井尾管具有与钻头相邻的端部(例如公知的具有岩石切削元件的钻井(drill-shoe)),以容纳离开钻头的流体,并阻止流体进入地层的严重泄漏区域。
[0005] 在一些实施例中,该组件还可以包括尾管送入器/安放器,当钻井尾管到达井筒的桥接地层的严重泄漏区域的期望位置时,尾管送入器/安放器相对于套管安放钻井尾管。尾管送入器/安放器可以包括:夹头防松螺母,其围绕双璧钻柱,并在第一位置与第二位置之间相对于双壁钻柱沿轴向能移动;以及夹头防松螺母启动机构,其能被操作者控制,以使夹头防松螺母在第一位置与第二位置之间移动。此外,尾管送入器/安放器可以包括:封隔器元件,其围绕钻井尾管,并与夹头防松螺母机械连通,当夹头防松螺母位于第一位置时,封隔器元件处于未激励状态,并且当夹头防松螺母位于第二位置时,封隔器元件处于激励状态,使得当夹头防松螺母启动机构使夹头防松螺母从第一位置移动至第二位置时,封隔器元件被激励,并密封钻井尾管与套管之间的间隙;以及齿形尾管悬挂器滑动件,其围绕钻井尾管,并与封隔器元件机械连通,当封隔器元件没有被激励时,齿形尾管悬挂器滑动件与套管脱离接合,并且当封隔器元件被激励时,形尾管悬挂器滑动件与套管定地接合,齿形尾管悬挂器滑动件在与套管锁定地接合时阻止钻井尾管与套管之间的相对运动。另外,封隔器元件可以具有成度的表面,成角度的表面定位成用于在封隔器元件被激励时受迫插入到钻井尾管与齿形尾管悬挂器滑动件之间,当封隔器元件被激励时,成角度的表面将齿形尾管悬挂器滑动件的一部分推压为与套管接合。
[0006] 在一些实施例中,泄漏缓解井底钻具组件可以包括:流体返回区域,其与钻头相邻,并位于双壁钻柱与钻井套管之间,流体返回区域接纳从钻头离开的流体;以及转换端口组件,其在流体返回区域与第二流体通道之间提供流体连通。转换端口组件可以包括:,其具有第一端部和第二端部,并可以在打开位置与关闭位置之间移动;以及通道,其位于流体返回区域与第二流体通道之间且被阀门横切,阀门的第一端部与第一流体通道压力连通,而阀门的第二端部与流体返回区域压力连通,使得当第一流体通道中的压力超过流体返回区域中的压力时,阀门朝向打开位置移动。
[0007] 本发明的可选实施例包括尾管送入器/安放器,尾管送入器/安放器用于相对于与钻井的严重泄漏区域相邻的套管安放钻井尾管,并包括:夹头防松螺母,其围绕钻井中的钻柱,并在第一位置与第二位置之间相对于钻柱沿轴向能移动;以及夹头防松螺母启动机构,其能被操作者控制,以使夹头防松螺母在第一位置与第二位置之间移动。该安放器还包括封隔器元件,该封隔器元件围绕钻井尾管,并与夹头防松螺母机械连通,当夹头防松螺母位于第一位置时,封隔器元件处于未激励状态,并且当夹头防松螺母位于第二位置时,封隔器元件处于激励状态,使得当夹头防松螺母启动机构使夹头防松螺母从第一位置移动至第二位置时,封隔器元件被激励,并密封钻井尾管与套管之间的间隙。另外,该安放器还包括齿形尾管悬挂器滑动件,该齿形尾管悬挂器滑动件围绕钻井尾管,并与封隔器元件机械连通,当封隔器元件没有被激励时,齿形尾管悬挂器滑动件与套管脱离接合,并且当封隔器元件被激励时,齿形尾管悬挂器滑动件与套管锁定地接合,齿形尾管悬挂器滑动件在与套管锁定地接合时阻止钻井尾管与套管之间的相对运动。
[0008] 在一些实施例中,封隔器元件具有成角度的表面,成角度的表面定位成用于在封隔器元件被激励时受迫插入到钻井尾管与齿形尾管悬挂器滑动件之间,当封隔器元件被激励时,成角度的表面将齿形尾管悬挂器滑动件的一部分推压为与套管接合。另外,夹头防松螺母启动机构可以是泵,该泵将液压施加至夹头防松螺母的表面,以将夹头防松螺母从第一位置朝向第二位置推压。
[0009] 在可选实施例中,尾管送入器/安放器还可以包括被固定地附接至钻柱的夹头,当夹头防松螺母位于第一位置时,夹头可以与钻井尾管固定地接合,并且当夹头防松螺母位于第二位置时,夹头与钻井尾管可拆卸地接合。另外,该安放器可以包括:压力平衡通道,其将尾管送入器/安放器上方的区域与尾管送入器/安放器下方的区域流体地连接起来,以平衡尾管送入器/安放器上方和下方的压力;以及止回阀,其位于压力平衡通道中,并用于打开和关闭用于流体连通的压力平衡通道。
[0010] 本发明的另一实施例提供一种在地层的严重泄漏区域中的井筒中使用的泄漏缓解井底钻具组件,其包括:钻头,其用于钻井筒;双壁钻柱,其将钻头连接至流体源,并具有用于将流体输送至钻头的第一流体通道以及用于使流体远离钻头而返回的独立的第二流体通道;钻井尾管,其围绕并附接至双壁钻柱的底部,并包围钻头,钻井尾管具有与钻头相邻的端部,以容纳离开钻头的流体,并阻止流体进入地层的严重泄漏区域;流体返回区域,其与钻头相邻,并位于双壁钻柱与钻井尾管之间,流体返回区域接纳从钻头离开的流体;以及转换端口组件,其在流体返回区域与第二流体通道之间提供流体连通。转换端口组件包括:阀门,其具有第一端部和第二端部,并可以在打开位置与关闭位置之间移动;以及通道,其位于流体返回区域与第二流体通道之间且被阀门横切,阀门的第一端部与第一流体通道压力连通,而阀门的第二端部与流体返回区域压力连通,使得当第一流体通道中的压力超过流体返回区域中的压力时,阀门朝向打开位置移动。
[0011] 在一些实施例中,转换端口组件还可以包括:偏置机构,其与阀门接触,以朝向打开位置或封闭位置偏置阀门。另外,转换端口组件在流体返回区域与第二流体通道之间的通道可以横切第一流体通道。
[0012] 本发明的另一实施例提供一种用于控制地下地层中的严重泄漏区域中的井漏的方法。该方法包括如下步骤:(a)使用第一井底钻具组件在地下地层中钻井筒,直到井筒到达地层中的严重泄漏区域为止;(b)从井筒中拆下第一井底钻具组件;(c)将第二井底钻具组件送入到井筒中,第二井底钻具组件包括双壁钻柱、钻头和钻井尾管,钻井尾管延伸至钻头的端部;(d)使用第二井底钻具组件钻通严重泄漏区域,使得钻井尾管与钻头一起前进穿过严重泄漏区域,并阻止钻井液进入严重泄漏区域中的地层;以及(e)从井筒中拆下第二井底钻具组件。
[0013] 在一些实施例中,第二井底钻具组件包括双壁钻柱组件。另外,该方法还可以包括如下步骤:(f)在步骤(e)之前,在严重泄漏区域上方的井筒中相对于套管安放钻井尾管,以及通过将射频识别(RFID)标记引入到钻井中以与第二井底钻具组件中的RFID检测器通信来开始步骤(f)。此外,该方法可以包括将第一井底钻具组件送入到钻井中以继续对严重泄漏区域下方的钻井进行钻孔的步骤。附图说明
[0014] 参考在构成本说明书一部分的附图中示出的本发明的实施例对本发明的以上简要概括内容进行更具体的描述,从而可以获得和更详细地理解本发明的上述特征和优点及将变得显而易见的其它特征和优点。然而,值得注意的是,附图仅示出了本发明的实施例,因为本发明可以允许其他等效实施例,所以附图不应被视为限制本发明的范围。
[0015] 图1是在钻头接近井漏区域时的根据本发明实施例的钻井系统的剖视图;
[0016] 图2是在从钻井中拉出钻井设备之后且在插入本发明的设备之前的井筒的剖视图;
[0017] 图3是根据本发明实施例的钻井系统的剖视图,其中,钻头和尾管桥接井漏区域;
[0018] 图4A是在根据本发明实施例的图3的钻井系统中使用的流动转换端口的剖视图,其中流动控制阀位于打开位置;
[0019] 图4B是图4A的流动转换端口的剖视图,其中流动控制阀位于关闭位置;
[0020] 图5A是根据本发明实施例的在图3的钻井系统中使用的旋转尾管安放器的局部剖视图;
[0021] 图5B是图5A的旋转尾管安放器的局部剖视图,其中,钻井尾管的夹紧机构与井管接合;
[0022] 图5C是根据本发明实施例的井管和钻井尾管的剖视图,其中,钻井尾管相对于套管安放,并且从井筒中拆下旋转尾管安放器;以及
[0023] 图6是在本发明的尾管已被插入到井漏区域中之后的井筒的剖视图。

具体实施方式

[0024] 现在,将在下文中参考附图来更充分描述本发明的各个实施例,附图示出了本发明的各个实施例。然而,本发明可以以许多不同形式实施,并不应解释为限于本文所述的所示实施例;确切的说,提供这些实施例是为了使本公开内容将是彻底和完整的,并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在全文中,相同的编号指的是相同的元件。
[0025] 在优选实施例中,本发明可以有利地控制井筒中的井漏区域中的井漏。例如,本发明的一个实施例(将在下文中更详细的描述)能够使钻井泥浆和/或钻井液与钻井切屑一起经由内钻柱循环返回至钻柱顶部。除了可选择地使钻井液在可操作地安放钻井尾管以控制相邻井漏区域的区域中循环之外,该实施例有利地避免了任意钻井泥浆、钻井液和钻井切屑在外钻柱或环形间隙中的主动循环。本领域的技术人员应理解的是,本发明的某些实施例例如还可以减少经济损失、安全问题、监管问题和环境影响。
[0026] 现在参考附图,图1示出了根据本发明的实施例的方法的步骤。根据图1所示的步骤,井底钻具组件(BHA)包括钻柱12、泥浆达14和钻头16,并可以根据已知技术来钻井筒18,直到钻头16到达地层中的严重泄漏区域20的顶部附近为止。在该初始步骤期间,钻井液可以遵循路径24来经由钻柱12向下流动,经过泥浆马达14,离开钻头16并向上返回到井筒
18的环形间隙22。另外,在该初始步骤期间,在严重泄漏区域20上方的井筒18中可以安装井管26。接下来,如图2所示,可以从井筒18中收回BHA 10,以准备引入泄漏缓解BHA 28(如图3所示)。
[0027] 参考图3,图3示出了根据本发明实施例的泄漏缓解BHA 28。泄漏缓解BHA 28设计为桥接严重泄漏区域20,并在钻头穿过严重泄漏区域20的同时阻止或减少钻井液泄漏到地层中。泄漏缓解BHA 28可以包括旋转式尾管送入器/安放器30、双壁钻柱32、流动转换端口组件34、滑动接头36或液压推进器、泥浆马达38、稳定器40、钻头42和紧间隙钻井尾管44。泄漏缓解BHA 28设置有如下结构:该结构能够使用钻头42钻通严重泄漏区域20,并同时将尾管44插入到井筒中,以防止钻井液从泄漏缓解BHA 28离开而进入到地层中。现在将详细描述泄漏缓解BHA 28的各个主要部件。
[0028] 双璧钻柱32包含外部流体通道46和内部流体通道48。在所示实施例中,钻井液沿着路径50向下经由外部流体通道46行进至钻头42,在钻头处,排出钻井液,以帮助冷却钻头42,并将切屑和其他碎屑从钻头42运走。钻井液从钻头42起向上在钻井尾管44内部行进返回至流动转换端口组件34(将在下文中参考图4A和图4B更详细地描述)。钻井液经由流动转换端口组件34进入双璧钻柱32的内部流体通道48,并朝钻井顶部远离钻头42行进。在泄漏缓解BHA 28中使用双璧钻柱32允许泄漏缓解BHA 28的各个部件形成大致封闭的系统28,从而降低钻井液进入严重泄漏区域20中的地层的能力。
[0029] 滑动接头36将双壁钻柱32的底部与泥浆马达38连接起来,并且泥浆马达38将钻井液泵送至钻头42。泥浆马达38因此用于帮助使钻井液流通穿过泄漏缓解BHA 28。钻头42被附接至泥浆马达38,并旋转以切入到地层中并使井筒18延伸。钻头42在旋转时变热,大部分是因为钻头42与组成地层的成分之间的摩擦。钻井液的流动有助于在钻头旋转时冷却钻头42。另外,在钻头切入到地层中时,钻头产生切屑和其他碎屑。钻井液帮助运走由钻头42产生的这些切屑和碎屑。
[0030] 钻井尾管44包围泄漏缓解BHA 28的其他部件,并在钻头42切削井筒18的同时与钻头42一起前进穿过井筒18。钻井尾管44的上端包围双璧钻柱32,并且尾管送入器/安放器30的各个部件覆盖间隙,并在钻井尾管44与双壁钻柱32之间提供密封部。该密封部在钻井液从钻头42流动至流动转换端口组件34时容纳泄漏缓解BHA 28中的钻井液,并阻塞流体与井筒18的环形间隙22的连通。如下文详细讨论的那样,这样容纳有利于提供控制转换端口组件34的液力。除此之外,在钻井操作期间,钻井尾管44在前进的同时旋转。这种旋转对穿过严重泄漏区域的井筒壁部提供了涂覆和涂抹效果,这有助于进一步密封井筒的壁部,使得钻井液不会泄漏到地层中。
[0031] 为简单起见,在图3中仅示意性地示出了送入器/安放器30。在图5A至图5C中更详细地示出了送入器/安放器30。钻井尾管44通过封闭泄漏缓解BHA 28(包括钻井液)并与钻头42一起沿井筒前进来大体上阻止钻井液进入到泄漏区域20处的地层。在泄漏缓解BHA 28被插入到井筒18中使得钻井尾管44桥接严重泄漏区域20之后,钻井尾管44可以通过使用送入器/安放器30而相对于悬挂器安放(将在下文中参考图5A至图5C更详细地描述)。
[0032] 图4A示出了流动转换端口组件34的放大剖视图,流动转换端口组件34包括阀门52和阀门开口54。如图所示,阀门开口54设置有位于双壁钻柱32外侧的区域58与双壁钻柱32的内部流体通道48之间的流体路径56。阀门52可以定位在双壁钻柱32的壁部中的凹部60中,并可以构造成在凹部60中在打开位置(如图4A所示)与关闭位置(如图4B所示)之间沿轴向平移。在一些实施例中,阀门52可以具有弹簧62或其他偏置机构,以帮助朝向打开或关闭位置推压阀门52。
[0033] 图4A和图4B还示出了液压端口66和68。液压端口66在阀门52的上端与双壁钻柱32的外部流体通道46中的钻井液之间提供压力连通。小液压孔或端口68在阀门52的下端与双壁钻柱32外侧的区域58之间提供压力连通或通气。因此,阀门52因外部流体通道46中的压力和双壁钻柱32外侧的区域58中的压力而平衡。
[0034] 如图4A所示,当双壁钻柱32的外部流体通道46中的压力超过双壁钻柱32外侧的区域58中的压力时,在阀门52上产生压差,从而克服弹簧62的力,并使阀门52在凹部60中朝向打开位置向下移动。当在这种打开位置时,阀门开口54与内部流体通道48和双壁钻柱32外侧的区域58之间的通道70对齐,使得流体可以从区域58流动到内部流体通道48中。因为在钻井液被向下泵送至钻井中时外部流体通道46中的压力是最高的,所以这意味着在流体循环穿过泄漏缓解BHA 28时阀门52将打开。
[0035] 与之相反,如图4B所示,当穿过泄漏缓解BHA 28的流体循环停止并且在地表处泵压被释放时,双壁钻柱32外侧的区域58中的压力与外部流体通道46中的压力大致相等,并且在阀门52上几乎不产生压差,使得来自偏置弹簧62的压缩力将被释放,从而使阀门52在凹部60中朝向关闭位置向上移动。当在这种关闭位置时,阀门开口54不与内部流体通道48和双壁钻柱32外侧的区域58之间的通道70对齐,从而阻止流体从区域58流动到内部流体通道48中。
[0036] 图5A和图5B示出了在不同阶段的送入器/安放器30的细节,送入器/安放器30相对于套管26安放钻井尾管44。可以被包括在图示示例性实施例中的具体部件包括射频识别(RFID)标记72、RFID检测器74、液压腔76、夹头80、夹头防松螺母82、封隔器元件84和尾管悬挂器滑动件86,液压腔76可以包含活塞78和隔离的活塞流体。尾管悬挂器滑动件86可以具有用于与套管26接合的齿部88。图5A和图5B还示出了离合器机构89和具有止回阀93的压力平衡通道91。为了实现尾管钻井,离合器机构可以用于使双壁钻柱32与钻井尾管44的顶部接合,以便能够从地表传递旋转扭矩,从而旋转钻井尾管44。压力平衡通道91可以帮助平衡井的环形间隙18与钻井尾管44内部的区域58之间的压力,并可以通过使用止回阀93而被打开或关闭。
[0037] 具体参考图5A,送入器/安放器30示出为处于脱离接合状态,当送入器/安放器30在钻井中向下行进至严重泄漏区域20附近的期望位置时,送入器/安放器30处于该脱离接合状态。当处于这种脱离接合状态时,尾管悬挂器滑动件86与钻井尾管44大致对齐,使得齿部88与套管26分离。封隔器元件84位于尾管悬挂器滑动件86上方,并具有成角度的表面90,成角度的表面90定位为使得当相对于钻井尾管44向下推压封隔器元件时,成角度的表面90楔入到尾管悬挂器滑动件86与钻井尾管44之间的界面中,并向前推压尾管悬挂器滑动件86的一个端部,直到齿部88与套管26接合为止(如例如图5B所示)。此外,在脱离接合状态下,夹头80借助于凸出部92与钻井尾管44接合,凸出部92延伸到悬挂器中的相应凹部94中。在凸出部92与凹部94接合的情况下,夹头80被夹头防松螺母82保持在适当的位置。
[0038] 夹头防松螺母82可以在第一位置(如图5A所示)与第二位置(如图5B所示)之间移动。另外,夹头防松螺母82具有分开工作但同时起作用的两端。夹头防松螺母82的第一端部96位于夹头80的凸出部92附近,并包括凹部98。当夹头防松螺母82位于如图5A所示的第一位置时,凹部98不与凸出部92对齐。作为替代,夹头防松螺母82的主体邻接夹头80,使得凸出部92被牢固地保持在钻井尾管44的凹部94中的适当位置。与之相反,当夹头防松螺母82位于如图5B所示的第二位置时,凹部98与夹头80对齐,使得夹头80的端部可以向内弯曲,从而允许凸出部92与钻井尾管44的凹部94脱离接合。
[0039] 夹头防松螺母82的第二端部100位于封隔器元件84上方。如上所述,在夹头防松螺母82位于如图5A所示的第一位置的情况下,在封隔器元件定位在尾管悬挂器滑动件86上方时,夹头防松螺母82的第二端部100邻接封隔器元件84。与之相反,同样如上所述,当夹头防松螺母82位于如图5B所示的第二位置时,夹头防松螺母82的第二端部100向下推压封隔器元件84,使得封隔器元件84的成角度的表面90楔入到尾管悬挂器滑动件86后方。这种动作将尾管悬挂器滑动件的齿部88推压成与套管26接合。
[0040] 可以利用液压腔76中的液压控制夹头防松螺母82在第一位置与第二位置之间的位置。经由端口104在液压腔76与夹头防松螺母82上的肩部102之间提供压力连通。随着液压腔76和端口104中的液压增大,这种压力对肩部102施加向下力,从而将夹头防松螺母82从第一位置朝向第二位置推压。可以利用例如电动泵106等任意合适的装置控制液压腔76和端口104中的液压,电动泵106可以使用活塞78或其他装置,以增大或减小液压腔76和端口104中的压力。
[0041] 为了确定何时相对于套管26安放钻井尾管44,本发明的一个实施例包括使用RFID标记72和检测器74。RFID检测器可以被附接至送入器/安放器30或被嵌入作为送入器/安放器30的一部分。当操作者期望安放钻井尾管44时,操作者可以将RFID标记72向下发送至双壁钻柱32的外部流体通道46。当RFID标记到达接近于RFID检测器74的预定位置时,RFID检测器74可以通知电动泵106来增大液压腔76和端口104中的液压,从而使夹头防松螺母82从第一位置朝向第二位置移动。
[0042] 相对于套管26安放钻井尾管44的过程包括将送入器/安放器30与泄漏缓解BHA 28一起送入到钻井中直到泄漏缓解BHA 28到达钻井中的期望位置为止。该位置通常对应于由钻井尾管44桥接的严重泄漏区域。然后,RFID标记72可以布置为通知RFID检测器,从而又触发使电动泵106安放钻井尾管44。
[0043] 为了安放钻井尾管44,电动泵106可以通过移动活塞78来增大液压腔76和端口104中的液压。这将使夹头防松螺母82从第一位置朝向第二位置移动。在使夹头防松螺母82从第一位置朝向第二位置移动时,夹头防松螺母82中的凹部98与夹头80的靠近凸出部92的端部对齐。同时,夹头防松螺母82的第二端100向下推压封隔器元件84。在封隔器元件84向下移动时,成角度的表面90插入到尾管悬挂器滑动件86之间,并使尾管悬挂器滑动件86朝向套管26倾斜,直到尾管悬挂器滑动件86的齿部88与套管26接合为止。在齿部如此接合的情况下,钻井尾管44相对于套管26安放。如图5B所示,在封隔器元件84向下移动时,封隔器元件84还扩展以密封钻井尾管44与套管26之间的间隙。
[0044] 在悬挂器44相对于套管26安放并且封隔器元件被激励以密封悬挂器44与套管26之间的间隙时,可以从钻井中收回送入器/安放器30。为了实现这点,从井筒中拉出双壁钻柱32。在双壁钻柱32上升时,夹头80的端部向内偏转到夹头防松螺母82的凹部98中,并且凸出部92与钻井尾管44中的凹部94脱离接合。如图5C所示,可以从钻井拆下除了钻井尾管44、尾管悬挂器滑动件86和封隔器元件84之外的所有部件。
[0045] 图6示出了在从钻井拆下送入器/安放器30和泄漏缓解BHA 28的部件之后完成的井筒。如图所示,钻井尾管44位于桥接严重泄漏区域20的适当位置,并且钻井尾管44的上端相对于套管26安放且密封。钻井尾管44的下端定位在严重泄漏区域20下方,并保持为打开,使得可以继续常规钻井操作以在必要时延伸井筒的深度。
[0046] 某些实施例考虑了使用本发明在钻井中布置紧间隙钻井尾管,以用时间效率最高的方式隔离严重泄漏区域,而不损失可用于继续钻下一个孔区段的相当大的所得孔尺寸。本领域的技术人员应理解的是:这种钻井和地下井筒地层将有利地需要更少的泥、泥浆、钻井液和井下套管和油管,从而减少操作、钻井和材料成本。
[0047] 在本发明的一些实施例中,钻井尾管44可以是任意商用钻井尾管,例如,a)16英寸钻井尾管,其在18-5/8英寸套管鞋下方使用;b)11-3/4英寸钻井尾管,其在13-3/8英寸套管鞋下方使用;以及c)8英寸钻井尾管,其在9-5/8英寸套管鞋下方使用,而双璧钻柱32可以是具有较小可连接内管的标准6-5/8英寸和/或5-1/2英寸钻管。
[0048] 受益于前述描述和相关附图中呈现的教导,本领域的技术人员将想到本发明的许多变型例和其他实施例。因此,应该理解的是,本发明不限于所公开的所示实施例,并且变型例和其他实施例意图被涵盖在所附权利要求的范围中。
[0049] 除非另有限定,否则所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
[0050] 除非上下文另有明确说明,否则单数形式“一个”、“一种”和“该”也包括复数对象。
[0051] 如本文和所附权利要求书中所使用的,词语“包括”、“具有”和“包含”以及它们的所有语法变体均旨在具有不排除其它要素或步骤的开放、非限制性的意思。
[0052] “可选”指的是随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生。该描述包括事件或情形发生的情况和不发生的情况。
[0053] 在本文中范围可以被表述为从约一个特定值和/或至约另一个特定值。当表述这种范围和范围内的所有组合时,应理解的是,另一个实施例为从一个特定值和/或至另一个特定值。
[0054] 虽然已经详细描述了本发明,但应理解的是,在不脱离本发明的原理和范围的情况下,可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此,本发明的范围应由所附权利要求及其合适的法律等同内容确定。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
获取地层的地层压力系数的方法 2020-05-12 934
地层勘测设备 2020-05-11 913
阻塞地层的方法 2020-05-11 390
地层取芯钻头及地层取芯钻具 2020-05-13 386
地层液氮冻结器 2020-05-12 750
地层保护剂 2020-05-11 766
地层评价方法 2020-05-12 717
识别非常规地层 2020-05-11 887
一种地层测试器 2020-05-11 728
地层测量仪器和地层测量方法 2020-05-13 458
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈