專利名稱：多梯度鉆井方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及海上油氣井的鉆井，具體而言，本發(fā)明涉及一種用于海上油氣井鉆井的方法和裝置，在該方法和裝置內(nèi)，可漂浮的基本上不可壓縮物質(zhì)在一個(gè)或多個(gè)注入點(diǎn)注射到鉆井液柱內(nèi)，以減小位于一個(gè)或多個(gè)注入點(diǎn)上方的鉆井液柱的密度，從而調(diào)整或改變鉆井液在整個(gè)所選鉆井液柱部分上的壓力梯度。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的海上鉆井過程中，一個(gè)立管從海底延伸到鉆井船。鉆井液向下循環(huán)到鉆桿內(nèi)，并向上流經(jīng)井筒的環(huán)形空間、設(shè)置在井筒內(nèi)的套管組和立管，然后返回鉆井船，這在本領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)是公知的。
鉆井液起到多項(xiàng)作用，這些作用包括油井控制。鉆井液的重量或密度的選擇應(yīng)該首先能夠保證井筒環(huán)形空間內(nèi)的壓力高于地層的孔隙壓力，這樣，油井就不會“反沖”；并應(yīng)該保證低于破裂壓力，從而使流體不會水力壓裂地層，而且還不會導(dǎo)致循環(huán)漏失。在深水中，孔隙壓力和破裂壓力的梯度一般非常接近。為避免導(dǎo)致循環(huán)漏失或避免出現(xiàn)“反沖”現(xiàn)象，就需將鉆井液的壓力保持在孔隙壓力梯度和破裂壓力梯度之間。
在傳統(tǒng)的立管鉆井過程中，鉆井液的流體靜壓力梯度是一條從地面延伸出去的直線。這種流體靜壓力的梯度直線與孔隙壓力梯度及破裂壓力梯度在一個(gè)很短的垂直距離內(nèi)橫向交叉，這樣就必須設(shè)置許多套管柱。設(shè)置多個(gè)套管柱就時(shí)間成本和設(shè)備成本方面來說比較昂貴。
近年來，已經(jīng)有人提出了多種用于將立管內(nèi)的鉆井液的流體靜壓頭與井筒內(nèi)的有效和有用流體靜壓頭分隔的裝置。這種裝置被稱為雙梯度鉆井系統(tǒng)。在雙梯度鉆井裝置中，位于泥線的環(huán)形空間內(nèi)的流體靜壓力等于由海水的深度產(chǎn)生的壓力，而作用于井筒上的壓力等于鉆井液的流體靜壓力。位于泥線的海水梯度和井筒內(nèi)鉆井液的梯度使每個(gè)套管柱設(shè)置的深度更大，而且減少了達(dá)到任意特定井孔深度所需套管柱的總量。
人們提出能夠?qū)崿F(xiàn)雙梯度裝置的三種機(jī)構(gòu)。其中的一種機(jī)構(gòu)是連續(xù)傾瀉在海底回流的鉆井液的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)不僅污染環(huán)境，而且從經(jīng)濟(jì)角度考慮也不可行。
第二種機(jī)構(gòu)是一種氣舉裝置(gas lift)，該氣舉裝置可將象氮?dú)膺@樣的氣體注入到立管內(nèi)。氣舉裝置的一些優(yōu)點(diǎn)在于其不需要使用大型的海底機(jī)械設(shè)備。但是，這種氣舉裝置還是存在一些缺陷。由于氣體是可壓縮的，因此限制了其可以應(yīng)用的深度，而且還需用昂貴的地面設(shè)備。此外，由于當(dāng)鉆井液到達(dá)地面時(shí)，氣體將膨脹，因此地面的流速可能過大。
能夠形成雙梯度裝置的第三種機(jī)構(gòu)是將鉆井液從水下井口泵送到地面的機(jī)構(gòu)。已經(jīng)有人提出了多種泵送裝置，包括噴射式泵、正排量泵和離心泵。海底泵送裝置提供了處理鉆井情況所需的靈活性，但其還存在成本高的問題；另外，保持復(fù)雜的泵送裝置在海底可靠操作的可靠性也存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于鉆井井眼的多梯度方法和裝置。簡言之，本發(fā)明的裝置可在一個(gè)或多個(gè)注入點(diǎn)將可漂浮且基本不可壓縮的物質(zhì)注射到與井筒相連的鉆井液柱內(nèi)。一個(gè)注入點(diǎn)可定位在一個(gè)海底取油管內(nèi)，該海底取油管連接在海底井口和地面鉆井位置、井筒的一個(gè)帶套管部分或井筒的裸眼井部分之間。作為優(yōu)選方式，基本不可壓縮的物質(zhì)包括中空的基本球形的物體。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)導(dǎo)管被連接在地面位置和立管內(nèi)的注入點(diǎn)之間。一種含有基本不可壓縮的物質(zhì)的漿液在地面位置被注射到導(dǎo)管內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，該漿液包括基本不可壓縮的物質(zhì)和鉆井液的混合物。鉆井液可與在井筒內(nèi)循環(huán)流動的初級鉆井液具有相同的權(quán)重和成分，或者具有較小的權(quán)重。鉆井液和不可壓縮的漿液可直接注射到立管內(nèi)。或者，可在注射前，將不可壓縮的物質(zhì)和鉆井液分開，從而增加注射到立管內(nèi)的不可壓縮物質(zhì)的濃度。已分離的鉆井液可被送回地面。
漿液也可選擇包括基本不可壓縮的物質(zhì)與水的混合物。在水漿液的實(shí)施例中，用于注入基本不可壓縮的物質(zhì)的設(shè)備包括用于在將基本不可壓縮的物質(zhì)注入立管內(nèi)之前將基本不可壓縮的物質(zhì)與水分離的設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，用于分離基本不可壓縮的物質(zhì)的設(shè)備包括一個(gè)設(shè)置在注射點(diǎn)附近的容器。該容器可被氣體加壓，以形成一個(gè)水-氣體界面。一個(gè)漿液入口設(shè)置在容器內(nèi)位于水-氣體界面的下方并與導(dǎo)管相連接。一個(gè)水出口設(shè)置在容器內(nèi)低于水-氣體界面的位置上。一個(gè)物質(zhì)出口設(shè)置在容器內(nèi)位于水-氣體界面的上方并與注射點(diǎn)相連接。
本發(fā)明的裝置可包括用于從由立管返回地面位置的鉆井液中回收不可壓縮物質(zhì)的設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，用于將不可壓縮的物質(zhì)從鉆井液中分離出來的設(shè)備包括一個(gè)用于將不可壓縮的物質(zhì)和鉆屑從鉆井液中分離出來的濾網(wǎng)裝置。該濾網(wǎng)裝置具有一定的網(wǎng)眼尺寸，而且不可壓縮的物質(zhì)大于該網(wǎng)眼尺寸。本發(fā)明的裝置還包括用于將不可壓縮的物質(zhì)與鉆屑分離的設(shè)備。用于將不可壓縮的物質(zhì)與鉆屑分開的設(shè)備可包括一個(gè)裝滿水的容器，該容器被設(shè)置在一個(gè)能夠從濾網(wǎng)裝置處接收不可壓縮物質(zhì)和鉆屑的位置上。鉆屑將會下沉，而基本不可壓縮的物質(zhì)將會上浮，從而能夠從容器內(nèi)的水面上回收基本不可壓縮的物質(zhì)。
在一個(gè)可替代的實(shí)施例中，不可壓縮的物質(zhì)與初級(primary)鉆井液相互混合。抽泥泵將不可壓縮物質(zhì)與初級鉆井液的混合物向下通過鉆柱泵送到一個(gè)內(nèi)部注入點(diǎn)上，該注入點(diǎn)由一個(gè)鉆柱分離和注射設(shè)備限定而成，其中該分離和注射設(shè)備設(shè)置在接近海底深度的鉆柱內(nèi)。鉆柱的分離和注射設(shè)備將不可壓縮的物質(zhì)與鉆井液分離并將已經(jīng)分離的物質(zhì)注入到立管內(nèi)。已被分離的鉆井液繼續(xù)沿鉆柱向下流向鉆頭并沿環(huán)形空間向上流向立管，在立管內(nèi)，鉆井液與不可壓縮的物質(zhì)相互混合，以備返回地面。鉆柱注射法不需用將不可壓縮的物質(zhì)與返回地面的鉆井液分離。
作為一種優(yōu)選方式，基本不可壓縮的物質(zhì)最好以足夠?qū)⑽挥谧⑷朦c(diǎn)上方的鉆井液的密度降低到一個(gè)預(yù)定值的流速注入到鉆井液柱內(nèi)。液柱內(nèi)的鉆井液的密度p根據(jù)下述等式確定p＝[(100-v)pf+vps]/100其中，pf為不含基本不可壓縮物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為基本不可壓縮的物質(zhì)的密度；
v為基本不可壓縮的物質(zhì)的濃度。在本發(fā)明的鉆井液漿液的實(shí)施例中，立管內(nèi)的鉆井液的密度p需根據(jù)下述等式確定p＝(pmQm+psQs)/(Qm+Qs)其中，pm為不含基本不可壓縮物質(zhì)的鉆井液的密度；ps漿液的密度；Qm為鉆井液的流速；Qs為漿液的流速。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的鉆井液漿液注射裝置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種海水流體漿液注射裝置；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種海水流體漿液注射裝置的細(xì)節(jié)；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種海水流體漿液注射裝置的細(xì)節(jié)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種鉆井液漿液注射裝置的細(xì)節(jié)；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的圓球回收裝置；圖8示出了另一種裝置，在該裝置內(nèi)，不可壓縮的物質(zhì)被注射到通過鉆柱運(yùn)送到注入點(diǎn)的初級鉆井液漿液內(nèi)；圖9示出了一種替代裝置，在該裝置內(nèi)，不可壓縮的物質(zhì)通過一同心的鉆柱被運(yùn)送至注入點(diǎn)；圖10示出了另外一種替代裝置，在該裝置內(nèi)，不可壓縮的物質(zhì)通過一個(gè)附加鉆柱被運(yùn)送至注入點(diǎn)。
對本發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)參照附圖，首先見圖1，鉆井船或其它合適的海上鉆井平臺整體上由附圖標(biāo)記11表示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚本發(fā)明的附圖僅是示意圖，而不是按照一定比例繪制的。鉆井船11適合于以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式執(zhí)行海上鉆井操作。在圖中，一個(gè)海底取油管13被連接在鉆井船11和水下井口以及防噴器(如15所示)之間。
鉆井船11通過一組從水面連接到底孔組件19的鉆桿17完成鉆井作業(yè)，而底孔組件19又與一個(gè)鉆頭21相連接。在鉆井船11上設(shè)置有合適的升降裝置(未示出)，以用于升降鉆桿11，從而將載荷施加到鉆頭21上。另外，可在鉆井船11上設(shè)置一個(gè)能夠使鉆頭21轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)設(shè)備(未示出)，例如一個(gè)轉(zhuǎn)盤或一個(gè)頂部驅(qū)動裝置。
鉆井液以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式循環(huán)流動向下流入鉆桿17和底孔設(shè)備19，流過鉆頭21，然后向上流向井眼23和立管13，接著返回鉆井船11。鉆井液的循環(huán)系統(tǒng)包括一個(gè)抽泥泵25。抽泥泵25的出口與一個(gè)導(dǎo)管27相連接，而該導(dǎo)管又通過一個(gè)轉(zhuǎn)動接頭29與鉆桿17相連接。
根據(jù)本發(fā)明，立管13內(nèi)的鉆井液輕于環(huán)形空間或鉆柱17內(nèi)的鉆井液。鉆柱17的底部壓力大于井眼23的環(huán)帶壓力。當(dāng)抽泥泵25被關(guān)閉時(shí)，例如當(dāng)將鉆桿的接頭連接到鉆柱17上時(shí)，底孔的壓力差可能會由于U形管效應(yīng)而使流體產(chǎn)生流動。因此，可在鉆柱17內(nèi)包括一個(gè)鉆柱閥30，以防止當(dāng)抽泥泵25被關(guān)閉時(shí)流體的流動。當(dāng)鉆井液被向下泵送到鉆柱17內(nèi)時(shí)，鉆柱閥30必須允許流體流具有最小的壓力損失，同時(shí)防止在抽泥泵25被關(guān)閉時(shí)流體流的流動。通過立管13返回鉆井船11的鉆井液被一個(gè)固體分離裝置所清洗，該固體分離裝置包括一個(gè)傳統(tǒng)的泥漿振動篩31。清潔的鉆井液被收集在一個(gè)容器33內(nèi)，該容器通過一個(gè)導(dǎo)管35與抽泥泵25的入口相連接。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于將可漂浮的不可壓縮物質(zhì)注入到靠近井口15的立管13內(nèi)的裝置。在附圖中，不可壓縮的物質(zhì)由小圓圈來表示。在最佳實(shí)施例中，基本不可壓縮的可漂浮物質(zhì)包括直徑大于約100微米且大體為球形的物質(zhì)，從而能夠利用傳統(tǒng)的100目泥漿振動篩將其與鉆井液分開。該物質(zhì)的密度最好小于0.50gm/cm3(4.17磅/加侖(ppg))。另外，該物質(zhì)還應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度，以能夠承受在最大水深處的壓力，而且本發(fā)明的裝置就應(yīng)用于最大水深處。合適的物質(zhì)可以是由3M公司生產(chǎn)的ScotchliteTM牌玻璃泡和由德克薩斯州休斯頓的Balmoral Group International公司出售的MinispheresTM牌小球。ScotchliteTM牌的玻璃泡的密度約為0.38gm/cm3(3.17ppg)，其可用于最大可達(dá)9000英尺的工作深度下。MinispheresTM牌小球基本為中空球形體，其直徑一般為10mm(0.39英寸)，并由纖維加固的環(huán)氧樹脂制成。碳纖維MinispheresTM牌小球的密度介于約0.43gm/cm3(3.59ppg)和0.66gm/cm3(5.50ppg)之間，而且可用于工作深度最大達(dá)15000英尺的條件下。
根據(jù)本發(fā)明，不可壓縮的物質(zhì)以鉆井液或海水漿液的形式被注入到立管13內(nèi)。漿液從鉆井船11通過一導(dǎo)管43被泵送到立管13的注入點(diǎn)41，而導(dǎo)管43又與泵45的出口相連接，而且泵45可以是一個(gè)傳統(tǒng)的抽泥泵。可在導(dǎo)管43內(nèi)鄰近注射點(diǎn)41的位置上設(shè)置一個(gè)合適的閥或注射裝置47。
漿液最好在一個(gè)混合罐51內(nèi)被混合，而混合罐51又通過一個(gè)導(dǎo)管53與泵45的入口相連接。正如如下所述，可對漿液的成分和將物質(zhì)注射到立管13內(nèi)的注入速度進(jìn)行控制，以使在立管13內(nèi)鉆井液達(dá)到所需的密度。當(dāng)物質(zhì)被注射到立管13內(nèi)時(shí)，不可壓縮的物質(zhì)與鉆井液在立管13內(nèi)相互混合，從而降低立管13內(nèi)位于注入點(diǎn)41上方的流體的密度。
鉆井液和物質(zhì)的混合物在立管13內(nèi)向上朝鉆井船11流動到一個(gè)分流器內(nèi)。帶有物質(zhì)和鉆屑的鉆井液由分流器通過一個(gè)導(dǎo)管55被運(yùn)送到泥漿振動篩31。泥漿振動篩31將物質(zhì)和鉆出的固體與鉆井液分開。清潔的鉆井液通過泥漿振動篩31流入鉆井液容器33內(nèi)，物質(zhì)和鉆出的固體經(jīng)泥漿振動篩31移動到一個(gè)分離容器57內(nèi)。從分離容器57中收集不可壓縮的物質(zhì)并通過一個(gè)導(dǎo)管59將其輸送到混合容器51內(nèi)。在本發(fā)明的鉆井液漿液的實(shí)施例中，鉆井液可通過一個(gè)與鉆井液容器33或一個(gè)獨(dú)立的鉆井液源(例如“基準(zhǔn)泥漿(base mud)”)相連接的導(dǎo)管61進(jìn)送到混合容器51內(nèi)。在本發(fā)明的海水漿液的實(shí)施例中，導(dǎo)管61與海水源相連接。
現(xiàn)參照圖2，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的鉆井液注射裝置的細(xì)節(jié)。如圖2所示，導(dǎo)管43與立管13在注入點(diǎn)41處相互連接。不可壓縮物質(zhì)的漿液和鉆井液在注入點(diǎn)41處被注射到立管13內(nèi)?？砂聪率龇绞竭x擇由泵45(圖1)產(chǎn)生的壓力使該壓力大于立管13在注入點(diǎn)41處的流體靜壓力?？稍趯?dǎo)管43內(nèi)設(shè)置一個(gè)合適的單向閥(未在圖2中示出)，以使鉆井液不能回流到導(dǎo)管43內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，用于形成漿液的鉆井液可輕于初級鉆井液裝置內(nèi)的鉆井液。由于稀釋作用，漿液中的鉆井液越輕，那么立管13內(nèi)流體密度的減小量也就越大。漿液流體的權(quán)重可在形成漿液前通過從初級鉆井液中去掉填料的方式得以減輕。或者，也可單獨(dú)配制權(quán)重輕的基準(zhǔn)泥漿流體。在兩種情況下，在將初始鉆井液向下泵送到鉆柱內(nèi)之前必須準(zhǔn)確地進(jìn)行加重。
現(xiàn)參照圖3，圖中示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的海水漿液注入裝置。導(dǎo)管43通過一個(gè)分離和注入裝置71提供海水和(不可壓縮)物質(zhì)的混合物。下面將參照圖4和5對裝置71加以詳細(xì)說明。裝置71的輸出端通過一根合適的導(dǎo)管73與注入點(diǎn)41相連接。鉆井液可通過一個(gè)合適的導(dǎo)管75從立管13轉(zhuǎn)送到導(dǎo)管43或裝置71內(nèi)，其中導(dǎo)管75在圖中以虛線示出。
現(xiàn)參照圖4，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一種海水漿液注入裝置。在圖4中，由標(biāo)記71a表示的分離和注入裝置包括一個(gè)與漿液導(dǎo)管43相連接的分流導(dǎo)管77。一個(gè)網(wǎng)眼尺寸小于不可壓縮物質(zhì)直徑的濾網(wǎng)79設(shè)置在漿液導(dǎo)管43和分流導(dǎo)管77之間。濾網(wǎng)79將不可壓縮物質(zhì)從海水中分離出來。海水通過分流導(dǎo)管77被排放出去。
已經(jīng)分離出來的物質(zhì)被迫進(jìn)入泵的入口，在圖示的實(shí)施例中，采用了一個(gè)由附圖標(biāo)記81表示的Moineau泵。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，這種Moineau泵是公知的設(shè)備，而且包括一個(gè)漸進(jìn)式空腔泵，該泵設(shè)置有一對螺旋形的齒輪對，其中一個(gè)齒輪為轉(zhuǎn)子，另一個(gè)齒輪為定子。Moineau泵81的出口與注入點(diǎn)43相連接。導(dǎo)管75與Moineau泵81的入口相連接，以將鉆井液從立管13進(jìn)送給Moineau泵81的入口。Moineau泵81可通過不可壓縮的物質(zhì)被向下泵送的流體導(dǎo)管43所驅(qū)動，從而無需從地面設(shè)置單獨(dú)的電路或液壓管路。Moineau泵81形成了鉆井液和不可壓縮物質(zhì)的漿液并在注入點(diǎn)41將這種漿液噴射到立管13內(nèi)。盡管在圖示的實(shí)施例中采用了Moineau泵，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道根據(jù)本發(fā)明，可以采用任何合適的泵，例如葉片泵、活塞泵、膜片泵、離心泵等。
根據(jù)圖5，圖中示出了另一種可替換的注射裝置71b。注射裝置71b包括一個(gè)容器85，該容器85設(shè)置在海底附近并接近注入點(diǎn)41。容器85包括一個(gè)能夠從導(dǎo)管43接收海水漿液的漿液入口87。容器85包括一個(gè)沿垂直方向定位于入口87之上方的海水出口89。容器85還包括一個(gè)沿垂直方向設(shè)置在海水出口89上方的(不可壓縮的)物質(zhì)出口91。容器89局部被氣體加壓，以在海水出口89的上方形成一個(gè)氣體/水的界面。如圖5所示，海水漿液由入口87流入容器85內(nèi)。可飄浮的不可壓縮物質(zhì)在容器85內(nèi)向上朝向氣體/水的界面流入容器85內(nèi)，從而使其本身與海水分離。被分離的海水通過海水出口89從容器85內(nèi)流出。不可壓縮的物質(zhì)被收集到一起并通過一個(gè)合適的注射設(shè)備注射到立管13內(nèi)，該注射設(shè)備整體上由附圖標(biāo)記93表示。注射設(shè)備93可以是一個(gè)Moineau泵或類似裝置。
現(xiàn)參照圖6，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的另外一種分離和注射裝置，在該裝置中，物質(zhì)以鉆井液漿液的形式由地面泵送，其中鉆井液可與初始鉆井液具有相同的成分和重量，或者也可以是基準(zhǔn)泥漿?；鶞?zhǔn)泥漿是不含加重材料的水或合成油的混合物。除被分離的鉆井液返回地面外，圖6所示的分離和注射裝置與圖4所示的海水漿液注射裝置基本相同。由標(biāo)記71c表示的分離和注射裝置包括一個(gè)與一漿液導(dǎo)管43相連接的分流導(dǎo)管77c。一個(gè)網(wǎng)眼尺寸小于不可壓縮物質(zhì)之直徑的濾網(wǎng)79c被設(shè)置在漿液導(dǎo)管43和分流導(dǎo)管77c之間。濾網(wǎng)79c將物質(zhì)與鉆井液分開。被分離的鉆井液通過一個(gè)與分流導(dǎo)管77c相連接的回收管路80返回地面。
可將一個(gè)合適的地下用泵82設(shè)置在回收管路80內(nèi)，以利于將被分離的鉆井液運(yùn)送到地面?；蛘?，為有利于將鉆井液提升到地面，也可設(shè)置一個(gè)氣舉裝置或其它合適的設(shè)備。在另一可替代的實(shí)施例中，可在泵81的入口附近設(shè)置一個(gè)節(jié)流門84，以在通向立管13的流動管路中形成壓降，從而能夠在地面抽泥泵45(圖1)的動作下將已分離的鉆井液送回地面，同時(shí)省去了泵82。在這種情況下，節(jié)流門84是必須的；否則，在“U形管”效應(yīng)的作用下，海底就不會有足夠的壓力將鉆井液送回地面，因?yàn)榛厥展苈?0中的鉆井液比導(dǎo)管43中的漿液要更重一些。
已被分離的物質(zhì)集中在泵的入口處，在圖示的實(shí)施例中，該泵就是由附圖標(biāo)記81c表示的Moineau泵。做為一種優(yōu)選方式，可通過對地下用泵82的流速與抽泥泵45的液體成分之流速進(jìn)行平衡，而使物質(zhì)的濃度最大。例如，如果含有體積為50％的物質(zhì)的漿液以800加侖/分鐘(gpm)的流速向下泵送到導(dǎo)管43內(nèi)，那么物質(zhì)的流速就為400加侖/分鐘，流體的流速為400加侖/分鐘。如果地下用泵82以400加侖/分鐘的流速泵送已被分離的鉆井液，那么球形物質(zhì)在Moineau泵81c之入口處的濃度將基本為100％。被注入立管13內(nèi)的物質(zhì)之間的空間可被通過一個(gè)由虛線表示并與Moineau泵81c的入口相連接的導(dǎo)管86從立管13分流出的鉆井液所充滿。
Moineau泵81c的出口與注入點(diǎn)43相連接。Moineau泵81c可通過帶有物質(zhì)的向下泵送流體的導(dǎo)管43提供動力，從而無需在地面設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的電路或液壓管路。盡管在圖示的實(shí)施例中所用的泵為Moineau泵，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道根據(jù)本發(fā)明，還可以采用葉片泵、活塞泵、膜片泵、離心泵等。
基準(zhǔn)泥漿的重量遠(yuǎn)小于被加重的鉆井液的重量(例如9ppg對14ppg)?；鶞?zhǔn)泥漿與被增重的漿液具有相同的化學(xué)性質(zhì)。因此，與球形物質(zhì)一起被注射到立管內(nèi)的少量基準(zhǔn)泥漿不會污染立管13內(nèi)的鉆井液。
在圖6中示出的那種已分離流體的回收裝置可與海水漿液裝置一起使用，目的在于滿足任何環(huán)境要求。在這種裝置中，已分離的海水將被送回地面，而不是被排放到靠近井口的海洋中。已回收的海水可被重新用來制造漿液，或者，也可在將其排放到海洋中之前，對其進(jìn)行處理。
現(xiàn)參照圖7，圖中示出了用于將被鉆出的固體物質(zhì)和不可壓縮物質(zhì)與鉆井液分離的裝置之細(xì)節(jié)。由立管13中回收的鉆井液沉積在泥漿振動篩表面上。如本領(lǐng)域所知，泥漿振動篩31將尺寸比鉆井液大的固體物質(zhì)分離。被分離的鉆井液經(jīng)泥漿振動篩31流入鉆井液罐33內(nèi)。被分離的固體，包括不可壓縮物質(zhì)和鉆屑，通過泥漿振動篩31移動到罐57內(nèi)。罐57內(nèi)局部被水充滿。因此，鉆屑將下沉，而不可壓縮物質(zhì)將飄浮起來，從而將不可壓縮的物質(zhì)與鉆出的固體分開?？蓮娜萜?7的底部將鉆出的固體收集在一起，以備排出?？蓮娜萜?7的表面上將不可壓縮的物質(zhì)收集到一起，以用于再次注射到立管內(nèi)。
現(xiàn)參照圖8，圖中示出了另外一種裝置，在該裝置中，不可壓縮的物質(zhì)以漿液的形式被運(yùn)送到位于立管13內(nèi)部的注入點(diǎn)上，而漿液是由初級鉆井液形成的。在圖8所示的裝置中，不可壓縮的物質(zhì)與初級鉆井液相互混合并通過鉆柱17被輸送到內(nèi)部注入點(diǎn)41a處。初級抽泥泵25(圖1)將不可壓縮物質(zhì)和初級鉆井液的漿液沿鉆柱向下泵送到鉆柱的分離和注射裝置101內(nèi)，該分離和注射裝置101在靠近海底的深度處設(shè)置在鉆柱內(nèi)。鉆柱的分離和注射裝置101包括一個(gè)管狀部件，而該管狀部件又設(shè)置有一濾網(wǎng)103和多個(gè)孔105。鉆柱的分離和注射裝置101將不可壓縮的物質(zhì)與鉆井液分開并將已經(jīng)分離的物質(zhì)注入到立管內(nèi)。已被分離的鉆井液繼續(xù)沿鉆柱向下流向鉆頭并沿環(huán)形空間流回立管，在立管內(nèi)，流回的流體與不可壓縮的物質(zhì)相互混合，以備返回地面。鉆柱注射方法無需將不可壓縮物質(zhì)與返回地面的鉆井液分離。
正如將從圖8中可清楚地看到那樣，注入點(diǎn)可設(shè)置在一個(gè)帶套管的井孔部分上，該部分由附圖標(biāo)記107表示；或者設(shè)置在井筒的一個(gè)裸眼井部分上，該部分由附圖標(biāo)記109表示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道加套的井孔部分107由一個(gè)固定在井筒113內(nèi)的套管111限定而成。裸井部分109是井孔內(nèi)一個(gè)沒有安裝套管的部分。
可通過在井筒內(nèi)向下移動注入點(diǎn)的方式對井筒內(nèi)位于注入點(diǎn)上方和下方的壓力梯度作進(jìn)一步地改變。通過將物質(zhì)注入到加套的井孔部分內(nèi)，就可使井筒的裸眼井部分內(nèi)的壓力梯度隨物質(zhì)濃度的降低而降低?？赏ㄟ^在多個(gè)注入點(diǎn)注入物質(zhì)的方式對注入點(diǎn)之間的壓力梯度進(jìn)行調(diào)整，以使其壓力梯度介于裸眼井的破碎梯度和孔隙壓力梯度之間，從而進(jìn)一步減少需要設(shè)置加套的部分的數(shù)量。
現(xiàn)參照圖9，圖中示出了另一種可替代的裝置，在該裝置內(nèi)，鉆井液和不可壓縮物質(zhì)的漿液通過一個(gè)同心的鉆桿裝置115輸送到注入點(diǎn)41b處。同心鉆桿115包括一個(gè)具有常規(guī)鉆桿功能的內(nèi)部鉆桿117和一個(gè)被用作漿液導(dǎo)管的外管119。如圖9所示，注入點(diǎn)41b由外管119的端部121限定而成。就圖8所示的裝置而言，注入點(diǎn)41b可被設(shè)置在立管13內(nèi)的有套管井孔部分107或裸眼井部分109處。
現(xiàn)參照圖10，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的又一可替代的裝置。在圖10的裝置中，鉆井液和不可壓縮物質(zhì)的漿液通過一個(gè)附加管柱131被輸送到位于井筒的加套部分107內(nèi)的注入點(diǎn)41c處。附加管柱131被固定到位于套管111和井筒壁133之間的環(huán)形空間內(nèi)。
操作時(shí)，最好以足以將立管內(nèi)流體的密度降低到遠(yuǎn)小于海水密度的流速將不可壓縮的飄浮物質(zhì)注入到靠近海底的立管內(nèi)。立管內(nèi)流體的密度p由下述等式給出p＝[(100-v)pf+νps]/100其中，pf為不含基本不可壓縮的物質(zhì)的鉆井液之密度；ps為基本不可壓縮的物質(zhì)的密度；
ν為基本不可壓縮的物質(zhì)的濃度。
從該等式可看出體積濃度為20％的3.17ppg球形物質(zhì)可將10ppg的鉆井液之密度降低到與海水(8.6ppg)的密度相等的程度；而將14ppg的鉆井液之密度降低到與海水相同的程度則要求濃度為50％。因此，本發(fā)明的方法和裝置能夠在一個(gè)很寬的漿液重量范圍內(nèi)有效地起作用。
在本發(fā)明的鉆井液漿液(無流體回收)的實(shí)施例中，不可壓縮物質(zhì)以漿液形式由鉆井船11泵送到海底。被泵送到海底的漿液與立管內(nèi)的鉆井液相互混合，從而提高了立管內(nèi)流體的流速并稀釋了球形物質(zhì)的濃度。在鉆井液漿液的實(shí)施例中，立管內(nèi)流體的密度p由下式給出p＝(pmQm+psQs)/(Qm+Qs)其中，pm為不含基本不可壓縮物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為漿液的密度；Qm為鉆井液的流速；Qs為漿液的流速。
當(dāng)以800加侖/分鐘的流速將漿液(例如，與在井筒內(nèi)循環(huán)流動的初始鉆井液具有相同重量的鉆井液中，含有體積為60％的3.17ppg球形物質(zhì))泵送到流速為800加侖/分鐘的鉆井液內(nèi)時(shí)，立管內(nèi)的流速將會增加到1600加侖/分鐘，而球形物質(zhì)的濃度將下降至約30％。因此，與海水輸送裝置或設(shè)置有分離流體回收裝置的鉆井液輸送裝置中約為50％的濃度相比，利用鉆井液漿液裝置能夠得到的最大球形物質(zhì)濃度約為30％。因此，可用于將立管內(nèi)的密度降低到與海水密度相同的不包括流體回收裝置的本發(fā)明之實(shí)施例中，初始鉆井液漿液的最大鉆井液密度約為10.3ppg。因此，使用較高權(quán)重的鉆井液，初級鉆井液漿液裝置就不能單獨(dú)將立管內(nèi)的流體密度降低到與海水密度相同的程度。因此，在這種情況下，可以使用海水漿液注入裝置，重量輕的鉆井液系統(tǒng)，或者采用具有流體回收裝置的物質(zhì)聚集裝置。作為一種替代，在鉆井液的權(quán)重較高的情況下，本發(fā)明的裝置可與其它雙梯度鉆井技術(shù)例如氣舉裝置或地下用泵一起使用。
從上面的說明中可以看出本發(fā)明提供了一種能夠克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷的多梯度鉆井裝置。通過將不可壓縮的可飄浮物質(zhì)注入到立管內(nèi)，減小或消除了對復(fù)雜地下用泵的需求，因?yàn)榈叵掠帽貌粌H成本高，而且難于操作。不可壓縮的可飄浮物質(zhì)可利用傳統(tǒng)的抽泥泵泵送到注入點(diǎn)，從而無需采用昂貴的壓縮機(jī)和氣舉裝置所需的氮?dú)?。如果需要，還可以利用傳統(tǒng)的泥漿振動篩從由井筒中回收的鉆井液內(nèi)除去這些不可壓縮的物質(zhì)。這些物質(zhì)可在多個(gè)位置注入到鉆井液柱內(nèi)，以形成多個(gè)壓力梯度，從而進(jìn)一步減少套管的安裝數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種用于由一個(gè)鉆井位置將一個(gè)具有一井底的井筒鉆入海底的裝置，該裝置包括一個(gè)鉆井液裝置，其用于在所述井底上方形成鉆井液柱；一個(gè)用于在介于所述井底和所述鉆井位置之間的一個(gè)注入點(diǎn)上將基本不可壓縮的物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)的裝置，所述不可壓縮物質(zhì)的密度小于所述鉆井液的密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述用于注入所述基本不可壓縮的物質(zhì)的裝置包括一個(gè)連接在一地面位置和所述注入點(diǎn)之間的導(dǎo)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述用于注入所述基本不可壓縮的物質(zhì)的裝置包括用于在所述地面位置將一種漿液注入所述導(dǎo)管內(nèi)的設(shè)備，所述漿液包括一種流體和所述基本不可壓縮的物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述漿液中的所述流體包括鉆井液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述漿液中的所述流體包括基本未加重的鉆井液。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述漿液中的所述流體包括水。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述用于注入所述基本不可壓縮物質(zhì)的設(shè)備包括用于在將所述基本不可壓縮的物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)之前使所述基本不可壓縮物質(zhì)與所述漿液中的所述流體分離的設(shè)備；用于將已被分離的基本不可壓縮物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)的設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還包括用于將已被分離的流體送回一地面位置的設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述用于將已分離流體送返所述地面位置的設(shè)備包括一個(gè)回收管路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述用于將分離流體送回所述地面位置的設(shè)備包括用于在所述回收管路內(nèi)舉升已被分離的流體的設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述用于將所述已分離的基本不可壓縮物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)的設(shè)備包括一個(gè)泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述用于分離所述基本不可壓縮物質(zhì)的設(shè)備包括一個(gè)濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸小于所述基本不可壓縮的物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述用于分離所述基本不可壓縮物質(zhì)的設(shè)備包括一個(gè)容器，所述容器被氣體增壓，從而形成一個(gè)水-氣體界面；一個(gè)漿液入口，所述漿液入口設(shè)置在所述容器內(nèi)低于所述水-氣體界面的位置上，而且所述漿液入口還與所述導(dǎo)管相連接；一個(gè)設(shè)置在所述容器內(nèi)低于所述水-氣體界面的水出口；一個(gè)物質(zhì)出口，該物質(zhì)出口在一個(gè)設(shè)置在所述容器中位于水-氣體界面上方的位置上，并與所述注入點(diǎn)相連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括用于從所述液柱內(nèi)回收的鉆井液中分離出所述不可壓縮物質(zhì)的設(shè)備。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述用于從所述鉆井液中分離出所述不可壓縮物質(zhì)的設(shè)備包括一個(gè)用于將所述不可壓縮物質(zhì)及鉆屑與所述鉆井液分離的濾網(wǎng)裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述濾網(wǎng)裝置具有一定的網(wǎng)眼尺寸，而且所述不可壓縮物質(zhì)大于所述網(wǎng)眼尺寸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述用于將所述不可壓縮物質(zhì)與所述鉆屑分開的設(shè)備包括一個(gè)至少部分充滿水的容器，該容器被放置成能夠從所述濾網(wǎng)裝置上接收所述不可壓縮物質(zhì)和所述鉆屑的結(jié)構(gòu)形式。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述濾網(wǎng)裝置包括一個(gè)泥漿振動篩。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述液柱的一部分由一個(gè)與一海底井口相連接的立管及一個(gè)地面位置限定而成，所述注入點(diǎn)設(shè)置在鄰近所述井口的所述立管上。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)以足以將所述液柱內(nèi)的鉆井液密度降低到一個(gè)預(yù)定密度的流速注入到所述立管內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述液柱內(nèi)的鉆井液之密度p根據(jù)下式確定p＝[(100-v)pf+νps]/100其中，pf為不含基本不可壓縮的物質(zhì)的鉆井液密度；ps為基本不可壓縮的物質(zhì)的密度；ν為基本不可壓縮的物質(zhì)的濃度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)以一種包括基本不可壓縮物質(zhì)與鉆井液的混合物的漿液形式被注入所述液柱內(nèi)，所述立管內(nèi)的鉆井液的密度p根據(jù)下式確定p＝(pmQm+psQs)/(Qm+Qs)其中，pm為不含基本不可壓縮物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為漿液的密度；Qm為鉆井液的流速；Qs為漿液的流速。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述預(yù)定的密度基本等于海水的密度。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)包括基本球形的物質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于所述基本上球形的物質(zhì)的外徑大于約100微米。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)包括中空的玻璃珠。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于所述中空的玻璃珠的外徑大于約100微米。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)包括被強(qiáng)化的中空塑料物質(zhì)。
29.一種用于由一個(gè)鉆井位置將一個(gè)具有一井底的井筒鉆入海床的方法，該方法包括下述步驟在一個(gè)介于所述井筒底部和所述鉆井位置之間的注入點(diǎn)處將基本不可壓縮的物質(zhì)注入到所述鉆井液柱內(nèi)，所述不可壓縮物質(zhì)的密度小于所述鉆井液的密度。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于注入所述基本不可壓縮物質(zhì)的所述步驟包括向所述注入點(diǎn)輸送一種漿液，這種漿液包括所述基本不可壓縮的物質(zhì)和漿液流體。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于所述注入基本不可壓縮物質(zhì)的步驟包括在將所述不可壓縮的物質(zhì)注入到所述鉆井液柱內(nèi)之前，將所述基本不可壓縮的物質(zhì)與所述漿液流體分離的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，包括從返回所述井筒的鉆井液中分離出所述不可壓縮物質(zhì)的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，包括從所述鉆井液中分離出所述不可壓縮物質(zhì)和鉆屑的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，包括從所述鉆屑中分離出所述不可壓縮物質(zhì)的步驟。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于將所述不可壓縮的物質(zhì)與所述鉆屑分開的方法包括將所述不可壓縮的物質(zhì)和所述鉆屑排放到一個(gè)至少部分被水充滿的容器內(nèi)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，包括從所述至少部分被水充滿的容器中回收所述不可壓縮的物質(zhì)的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述注入點(diǎn)設(shè)置在一個(gè)海底取油管內(nèi)，該海底取油管連接在一地面鉆井位置和一海底井口之間。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述物質(zhì)通過一個(gè)設(shè)置在所述立管外部的導(dǎo)管被運(yùn)送到所述注入點(diǎn)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述物質(zhì)通過一個(gè)設(shè)置在所述立管內(nèi)部的導(dǎo)管被運(yùn)送到所述注入點(diǎn)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)管包括一個(gè)鉆桿。
41.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述注入點(diǎn)定位在所述井筒的一個(gè)加套部分上。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述物質(zhì)通過一個(gè)設(shè)置在所述加套部分的套管外部的導(dǎo)管被輸送到所述注入點(diǎn)上。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述物質(zhì)通過一個(gè)設(shè)置在所述加套部分的套管內(nèi)部的導(dǎo)管被輸送到所述注入點(diǎn)上。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)管包括一個(gè)鉆桿。
45.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述注入點(diǎn)定位于所述井筒的一個(gè)裸眼井部分上。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于所述物質(zhì)通過一個(gè)設(shè)置在所述裸眼井部分內(nèi)的導(dǎo)管被輸送到所述注入點(diǎn)上。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)管包括一個(gè)鉆桿。
48.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述不可壓縮的物質(zhì)以一個(gè)足以在所述鉆井液柱的一部分上達(dá)到預(yù)定的鉆井液壓力的流速被注射。
49.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述不可壓縮的物質(zhì)以一個(gè)足以使所述鉆井液柱內(nèi)的鉆井液在所述注入點(diǎn)上方達(dá)到一預(yù)定密度的流速被注射。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于所述鉆井液柱內(nèi)的所述鉆井液的密度p根據(jù)下式確定p＝[(100-v)pf+νps]/100其中，pf為不含基本不可壓縮的物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為基本不可壓縮的物質(zhì)的密度；ν為基本不可壓縮的物質(zhì)的濃度。
51.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)以一種漿液的形式被注入到所述的液柱內(nèi)，所述漿液包括基本不可壓縮物質(zhì)和一種漿液流體的混合物；所述液柱內(nèi)的鉆井液的密度p由下式確定p＝(pmQm+psQs)/(Qm+Qs)其中，pm為不含基本不可壓縮物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為漿液的密度；Qm為鉆井液的流速；Qs為漿液的流速。
52.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于所述不可壓縮物質(zhì)的密度小于水的密度。
53.一種用于調(diào)整鉆井液柱內(nèi)壓力梯度的裝置，其包括一個(gè)導(dǎo)管，該導(dǎo)管連接于一個(gè)鉆井位置和一個(gè)位于所述鉆井液柱內(nèi)的注入點(diǎn)之間；一個(gè)用于將一種漿液注入所述導(dǎo)管內(nèi)的裝置，所述漿液包括基本不可壓縮的物質(zhì)和漿液流體的混合物，所述不可壓縮物質(zhì)的密度小于所述鉆井液的密度。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述漿液流體包括一種鉆井液。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的裝置，其特征在于所述漿液流體包括基本未加重的鉆井液。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述漿液流體包括水。
57.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，包括用于在將所述基本不可壓縮物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)之前將所述基本不可壓縮的物質(zhì)與所述漿液流體分離的設(shè)備；和用于將已被分離的基本不可壓縮物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)的設(shè)備。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，包括用于將已被分離的流體送返一地面位置的設(shè)備。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于所述用于將已被分離的流體送返所述地面位置的設(shè)備包括一個(gè)回收管路。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于所述用于將已分離流體送返所述地面位置的設(shè)備包括用于將已分離流體舉升到所述回收管路內(nèi)的設(shè)備。
61.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于所述用于將所述已被分離的基本不可壓縮物質(zhì)注入到所述液柱內(nèi)的設(shè)備包括一個(gè)泵。
62.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于所述用于分離所述基本不可壓縮的物質(zhì)的設(shè)備包括一個(gè)濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸小于所述基本不可壓縮的物質(zhì)。
63.根據(jù)權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于所述用于分離所述基本不可壓縮的物質(zhì)的設(shè)備包括一個(gè)容器，所述容器被氣體加壓，以形成一個(gè)水-氣體界面；一個(gè)漿液入口，所述漿液入口設(shè)置在所述容器內(nèi)低于所述水-氣體界面的位置上，而且所述漿液入口還與所述導(dǎo)管相連接；一個(gè)設(shè)置在所述容器內(nèi)所述水-氣體界面下方的水出口；一個(gè)物質(zhì)出口，該物質(zhì)出口設(shè)置在所述容器中位于所述水-氣體界面上方的位置上并與所述注入點(diǎn)相連接。
64.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，包括用于將所述不可壓縮物質(zhì)與由所述液柱中回收的鉆井液分離的設(shè)備。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的裝置，其特征在于所述用于將所述不可壓縮物質(zhì)與所述鉆井液分離的設(shè)備包括一個(gè)濾網(wǎng)裝置，其用于將所述不可壓縮的物質(zhì)及鉆屑從所述鉆井液中分離出來。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的裝置，其特征在于所述濾網(wǎng)裝置具有一定的網(wǎng)眼尺寸，所述不可壓縮的物質(zhì)大于所述網(wǎng)眼尺寸。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的裝置，其特征在于所述用于將所述不可壓縮物質(zhì)與所述鉆屑分離的設(shè)備包括一個(gè)至少部分被水充滿的容器，該容器設(shè)置在能夠從所述濾網(wǎng)裝置上接收所述不可壓縮物質(zhì)和所述鉆屑的位置上。
68.根據(jù)權(quán)利要求65所述的裝置，其特征在于所述濾網(wǎng)裝置包括一個(gè)泥漿振動篩。
69.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述液柱的一部分由一與一海底井口相連接的立管及一地面位置限定而成，所述注入點(diǎn)設(shè)置在鄰近所述井口的所述立管上。
70.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)以足以將位于所述注入點(diǎn)上方的所述液柱內(nèi)的鉆井液的密度降低到一個(gè)預(yù)定密度的流速注入到所述立管內(nèi)。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的裝置，其特征在于所述鉆井液柱內(nèi)位于所述注入點(diǎn)上方的所述鉆井液的密度p根據(jù)下式確定p＝[(100-v)pf+νps]/100其中，pf為不含基本不可壓縮的物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為基本不可壓縮的物質(zhì)的密度；ν為基本不可壓縮的物質(zhì)的濃度。
72.根據(jù)權(quán)利要求70所述的裝置，其特征在于所述漿液被注入到所述的鉆井液柱內(nèi)，所述立管內(nèi)的鉆井液的密度p根據(jù)下式確定p＝(pmQm+psQs)/(Qm+Qs)其中，pm為不含基本不可壓縮物質(zhì)的鉆井液的密度；ps為漿液的密度；Qm為鉆井液的流速；以及Qs為漿液的流速。
73.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述不可壓縮物質(zhì)的密度小于水的密度。
74.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)包括基本球形的中空物質(zhì)。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的裝置，其特征在于所述基本上球形的中空物質(zhì)的外徑大于約100微米。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)包括中空的玻璃珠。
77.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述基本不可壓縮的物質(zhì)包括已被加強(qiáng)的中空塑料物質(zhì)。
78.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述注入點(diǎn)設(shè)置在一個(gè)海底取油管上，而所述海底取油管又連接在一個(gè)地面鉆井位置一個(gè)海底井口之間。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管設(shè)置在所述立管的外部。
80.根據(jù)權(quán)利要求78所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管設(shè)置在所述立管的內(nèi)部。
81.根據(jù)權(quán)利要求80所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管包括一個(gè)鉆桿。
82.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述注入點(diǎn)設(shè)置在所述井孔的一個(gè)加套部分上。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管設(shè)置在所述加套部分的套管外部。
84.根據(jù)權(quán)利要求82所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管設(shè)置在所述加套部分的套管內(nèi)部。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管包括一個(gè)鉆桿。
86.根據(jù)權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于所述注入點(diǎn)定位在所述井孔的一個(gè)裸眼井部分內(nèi)。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管設(shè)置在所述裸眼井部分內(nèi)。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)管包括一個(gè)鉆桿。
全文摘要
一種用于從一地面位置將一井孔鉆入海底的多梯度裝置包括一個(gè)注射設(shè)備，該注射設(shè)備用于將基本不可壓縮的飄浮物質(zhì)注入一個(gè)與井孔相連接的鉆井液柱內(nèi)?；静豢蓧嚎s的物質(zhì)最好包括基本球形的中空體。
文檔編號E21B21/08GK1446286SQ01813835
公開日2003年10月1日 申請日期2001年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者W·C·毛雷爾, G·H·小梅德利, W·J·麥克唐納 申請人:毛勒技術(shù)公司