[發明專利]地下鉆孔的鉆探方法

無效

• 申請號: 201380023210.6
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN104487648A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: C·萊藤伯格
• 申請（專利權）人: 控制壓力營運私人有限公司
• 主分類號: E21B21/10
• 分類號: E21B21/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發明涉及一種地下鉆孔的鉆進方法，特別用于，但不限于油和/或氣生產。

地下鉆進一般包括從地面或者在管狀鉆柱的遠端的孔底動力鉆機上旋轉鉆頭。它包括向下泵送液體到管狀鉆柱內，通過鉆頭，并且該液體通過在孔/管之間的鉆進空間向上持續循環回地面，該空間被稱為環空(annulus)。這種泵送機構由與連接到鉆柱的支管連接的正排量泵提供。鉆頭穿過其線路通過地下地層的各層直到它到達目標礦藏處-具有特定溫度和壓力的含有碳氫化合物的巖石。這些碳氫化合物包含在巖石的孔隙內(例如，空的空間)并且可以包括水，油，以及氣組成成分-被稱為儲層。在這些存在的儲層中識別，穿透，以及布置鉆孔是鉆進這些鉆孔的整個目標。由于從上述巖石的各層而來的過大負擔的力，這些儲層流體以已知的或未知的壓力包含在并且是捕集所述孔隙內。

在管狀鉆柱的底部，井下測量設備與位于井下馬達和鉆頭上方的鉆柱形成一體。這允許鉆孔被導向到合適的方向以到達目標儲層。為了本專利的目的，測量井下的兩個參數，并且其方法是井底壓力(BHP)和井底溫度(BHT)。BHP是由鉆井泥漿的流體靜壓力產生的鉆孔底部的壓力，在地面施加的壓力，以及由鉆孔環空的整個剖面產生的摩擦壓力損失。考慮到泥漿溫度和周圍地層以及它們的地熱因素，溫度是孔底部的平均溫度。這些數值通過內部鉆柱容積的脈沖傳送到地面，通過計算機算法解碼。

一種給定密度/重量的流體填滿鉆孔的環空。這種鉆井液或鉆井泥漿的目的是潤滑，攜帶鉆屑到地面，冷卻鉆頭，以及給井底動力鉆具以其他工具提供動力。泥漿是一個非常寬泛的術語，并且在上下文中它用來描述流體或流體混合物，其覆蓋的寬泛的領域包括空氣，氮氣，在空氣或氮氣中的霧狀流體，帶有空氣或氮氣的泡沫狀流體，充氣流體或者硝化流體，帶有固體顆粒的油和水的大重量混合物。最重要的，這種流體和它導致的流體靜壓力-由柱體的給定重量以及垂直高度產生的施加到底部的這種流體柱體的壓力-阻止儲層流體以存在的壓力進入鉆進環空。

在循環和非循環時間內，關鍵的是，在儲層所處的孔底部處的壓力通常大于儲層壓力。這種平衡或過平衡狀態是任何鉆進操作過程中為了安全所需要的，除了平衡不足的鉆進方法外，平衡不足的鉆進方法允許在鉆孔過程中儲層流體進入環空-但在地面上利用閉環方法安全控制裝置在合適的位置。因此，除平衡不足的情況外，鉆井液在儲層交界處通常產生一個等于或大于已存在的儲層壓力的井底壓力值。這通過增加鉆井液的密度或者建立一個閉環系統完成，該系統中壓力可從地面施加以增加鉆孔底部的壓力。

后者可以被稱為控制壓力鉆井(MPD)。MPD在地面使用設備來密封管形鉆柱周圍，該設備被稱為旋轉頭，它經由導管將流體轉移到一個被稱為節流閥或控制閥的節流機構。通過開關這個節流閥或控制閥，流動回流壓力將增加或減少，這將使鉆孔/儲層交界處的壓力增加或減少來保持在該交界處的鉆孔內的壓力大于儲層壓力的值。

當在進行鉆井的同時在鉆進環空內儲層交界處的井底壓力下降到低于儲層壓力時，這是最危險事件之一，這被稱為反沖(kick)。反沖或內涌就是不需要的地層流體以更高的壓力進入鉆進環空。通常，這種進入環空的流體通常包含氣體作為其成分的一種。當這種內涌在環空內上升時，它由于較輕的重量和在流體內氣體的存在而膨脹，這被稱為氣體溶解在溶液內。當它到達地表時由于氣體的膨脹特性和碳氫化合物的爆炸特性，這種情況帶來非常高的風險。如果這種內涌以一種不可控的方式到達地表它可能導致重大的釋放，這被稱為爆炸，可能導致受傷，死亡以及設備和環境損壞，以及與此相關的高成本。

當以常規方式鉆井時，例如，在對外界開放的系統中時，當反沖進入環空時，程序使圍繞管密封的安全機構關閉以阻止任何流體或氣體溢出環空的安裝機構，這被稱為防噴器(BOP)。所有的環空流體按照線路通過被稱為節流管線的導管進入關閉的節流閥。這包括停止鉆井操作并且導致要花費數小時或數天從井內清除該內涌。

當采用MPD系統鉆井時，一個閉環系統已經存在，在其中所有流體按照線路經由流道進入節流閥。這可能通過在地面安裝旋轉頭設備而實現，該旋轉頭設備在地面圍繞管進行密封。當反沖或內涌進入具有該系統的井眼時，取決于反沖的容積，當它循環通過MPD系統并安全地移走時，鉆井可繼續。如果容積巨大，鉆井將會停止并且此處將發生與通常采用方法同樣的狀況-BOP關閉，花費數小時或數天從井內清除該內涌。