[發(fā)明專利]插入件和用于定向鉆井的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480024348.2
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN105164361B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設計）人: J-J·布蘭格;P·A·麥克魯爾
• 申請（專利權(quán)）人: 國際殼牌研究有限公司
• 主分類號: E21B10/60
• 分類號: E21B10/60;E21B7/04;E21B7/18;E21B7/06
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 趙培訓

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及用于定向鉆井的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)和方法例如適用于控制地下地層中的井眼的方向。井眼可用于油氣開采。

背景技術(shù)

由于種種原因，需要控制鉆井方向以沿預定軌跡提供井眼。“控制方向”在此表示：使井眼故意偏離其自然所處的路徑。因而，井眼可包括彎曲部分，至少局部地水平延伸，而不是大致筆直向下延伸。在一些情況下，如，在陡峭傾斜地層中或不可預知的地下環(huán)境中鉆井的情況下，可使用定向鉆井技術(shù)以保證沿合適軌跡鉆井眼。

傳統(tǒng)地，可通過使用造斜器、定向偏置的井底鉆具組合(BHA)配置、測量井眼在三維空間中的路徑的儀器、將在井下測得的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乇淼臄?shù)據(jù)鏈路、泥漿馬達和特定的BHA部件和鉆頭(包括旋轉(zhuǎn)式可轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和鉆頭)來實現(xiàn)定向鉆井。操作者(通常被稱之為定向鉆井工程師)也可充分利用鉆井參數(shù)(如，鉆壓和旋轉(zhuǎn)速度)來使鉆頭遠離現(xiàn)有井眼的軸線轉(zhuǎn)向。

旋轉(zhuǎn)鉆井可使用配置有機械刀具的旋轉(zhuǎn)鉆頭，如，牙輪鉆頭或聚晶金剛石復合片鉆頭(PDC鉆頭)。鉆井期間，例如通常通過使用地表處的驅(qū)動系統(tǒng)(如，頂驅(qū)的方鉆桿(Kelly of top drive))或通過鉆頭附近的井下泥漿馬達使整個鉆柱旋轉(zhuǎn)，從而使這些鉆頭旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)期間，這些鉆頭由于在井眼底部和側(cè)部進行的壓碎和/或刮擦操作而產(chǎn)生鉆屑。

許多技術(shù)可用來完成定向鉆井。普通原理是，使鉆頭指向想要鉆進的方向。最普通的方法結(jié)合井下泥漿馬達使用靠近鉆頭的彎接頭。彎接頭使鉆頭指向稍微偏離井眼軸線的方向。在鉆柱不旋轉(zhuǎn)時通過泥漿馬達來泵送泥漿，鉆頭將旋轉(zhuǎn)，在被定向的方向上鉆井，該方向由彎接頭部分的彎曲部而定。另一方面，通過使整個鉆柱(包括彎接頭部分)旋轉(zhuǎn)，鉆頭將在周圍快速移動，最終的鉆井方向與井眼軸線重合，從而產(chǎn)生筆直軌跡。但是，使鉆頭在周圍快速移動將通常會增加鉆頭磨損。

旋轉(zhuǎn)式可轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可允許在旋轉(zhuǎn)時進行轉(zhuǎn)向，通常鉆速更高、井眼最終更光滑。旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)向式系統(tǒng)(RSS)可在鉆柱旋轉(zhuǎn)時使井眼偏離。公知的旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)向式系統(tǒng)例如可使用復雜的彎曲機構(gòu)使機械鉆頭指向固定方向，或可通過使用可膨脹式推力瓦將鉆頭推動到特定側(cè)。機械鉆頭的側(cè)向切削能力從而可讓井眼偏離到所需方向上。例如，PDC鉆頭不僅前端具有刀具，側(cè)部也具有刀具。

定向鉆井可讓鉆孔機朝最多產(chǎn)的儲集巖引導井眼，并讓鉆孔機鉆水平部分。定向鉆井例如在泥質(zhì)巖類儲集層和其他非傳統(tǒng)烴類源中是普通的。

一些定向鉆井系統(tǒng)和方法使用鉆頭，其中多個噴嘴被特別調(diào)整以獲得定向鉆井效果。

美國專利第US-4211292號公開了一種具有噴嘴延伸部的牙輪鉆頭，噴嘴延伸部位于通常由傳統(tǒng)沖洗噴嘴占據(jù)的位置處。被延伸的噴嘴可將加壓流體噴射到正被鉆進的井眼的量測角落(gage corner)上。在鉆頭旋轉(zhuǎn)一圈的預定局部間隔期間將加壓流體選擇性地引導到噴射噴嘴中，以增加對井眼的一定方位角部分中的量測角落(gage corner)的切削程度，從而使井眼朝該部分偏離。

英國專利文獻第GB-2284837號公開了一種牙輪鉆頭，在該牙輪鉆頭中，三個噴嘴之一被改變成將流體流引導到鉆頭和地層之間的分界面的角落中，使得鉆井液的流動相對于鉆頭不對稱。使鉆井液流產(chǎn)生脈動，使得在一定方位角位置上的流量高，對于旋轉(zhuǎn)的剩余部分而言流量低，以優(yōu)選在選定方向上鉆井。

美國專利文獻第US-4637479號公開了一種牙輪鉆頭，其被改進成使得可與導流裝置密封地相互配合，以通過噴嘴連續(xù)地將流體流僅排放到井眼的選定部分中。一種旋轉(zhuǎn)盤被設置有孔以將流體引導到選定部分(包括鉆頭的一些流體噴嘴中的一個或兩個)中。包括鉆頭的鉆柱的旋轉(zhuǎn)期間，阻止了通過井眼選定部分外側(cè)的一個或兩個噴嘴形成的流體連通，以這種方式，從而能實現(xiàn)使鉆頭轉(zhuǎn)向的目的。

美國專利文獻第US-5314030號公開了一種用于定向鉆井的系統(tǒng)。鉆柱上的方位傳感器檢測鉆井方向的偏離。鉆柱還包括旋轉(zhuǎn)傾斜儀，該旋轉(zhuǎn)傾斜儀包括機械振蕩器(如，擺)。優(yōu)選通過將沖洗流體引導到鉆井端處，從而可使鉆頭轉(zhuǎn)向。流體調(diào)節(jié)裝置響應于來自于方位傳感器的信號控制沖洗。流體調(diào)節(jié)裝置可包括旋轉(zhuǎn)盤或擺動閥板。在轉(zhuǎn)向模式下，馬達可使盤以靜止管速度(still pipe rpm)旋轉(zhuǎn)，使得盤相對于井眼保持靜止。如果轉(zhuǎn)向效果不合適，那么盤在三個流體通道之一上被停止，使得一個射流與鉆柱一起旋轉(zhuǎn)。在此，井眼底部的錐形部分與優(yōu)選的井底沖洗一起控制側(cè)向穿透。井眼底部的錐形部分是鉆頭的機械刀具的特殊錐形造成的結(jié)果。