專利名稱：大位移井鉆井設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在地層中鉆大位移井的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在從地層中生產(chǎn)碳氫化合物流體的過程中，鉆井眼以便為碳氫化 合物流體提供從地下儲層流到地面生產(chǎn)設(shè)備的管道。對于油氣工業(yè)，
以傾斜角度較長時間鉆井和鉆較深井(稱為大位移井鉆井或ERD)的 能力變得越來越重要。ERD井通常定義為落差比(throw ratio)大約 2:1的井，其中落差比為水平深度與真垂直深度(TVD)的比值。一 些大位移井(特征為超ERD井)可以具有高達6:1的落差比。
傳統(tǒng)地，井眼由兩個階段形成。在第一階段，方鉆桿或位于地面 的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)下端連接有鉆頭的鉆柱(或鉆桿)。當鉆頭在地層中形成孔 時，鉆井泥漿通過鉆柱和井壁之間的環(huán)形空間循環(huán)以便冷卻鉆頭并將 巖屑(鉆井產(chǎn)生的巖石碎石)傳送到地面。在下一個的階段中，移出 鉆柱和鉆頭，并用通常稱為套管的鋼管柱嵌襯井眼。套管用于穩(wěn)定新 形成的井眼并便于隔離鄰接含碳氫化合物地層的井眼的某些區(qū)域。一 旦套管被水泥固封到井眼中，較小的鉆頭被插入套管并用于更深地鉆 入地層。然后重復(fù)本過程，設(shè)置許多段套管直到達到預(yù)定深度。當井 完成時，整個套管柱類似于一個拉長的倒置的望遠鏡。
為了減小成本和鉆井時間，經(jīng)常采用通常稱為"套管鉆井"過程。 本過程包含將鉆頭連接到將用于嵌村井眼的相同管柱上。因為使用相 同管柱，可以在單次起下鉆過程中完成井眼形成的兩個階段。然而， 井內(nèi)套管的傳統(tǒng)嵌套布置導(dǎo)致用于碳氫化合物流體生產(chǎn)的有效直徑隨 著步進式深度增加而減小。由于鉆小直徑深孔變得非常具有挑戰(zhàn)性， 這成為用許多單獨的套管鉆深井的技術(shù)和經(jīng)濟問題。為了克服這個問 題，油氣工業(yè)已經(jīng)開始試驗使用新的鉆井和套管技術(shù)，該技術(shù)包括徑向膨脹的單獨套管柱，將所述套管柱設(shè)置在井內(nèi)以使有效直徑最大化。
WO 2004/097168 Al中描述了一種這樣的技術(shù)，在此通過引用包含其 內(nèi)容。該技術(shù)通常稱為"膨脹管"技術(shù)，消除了前述的套接影響而且 可以使鉆"單一直徑井"成為可能，在井中，用于嵌襯井眼的套管的 每一個接頭具有相同的直徑。
另一種最新發(fā)展是用"連續(xù)油管"替換傳統(tǒng)鉆桿。傳統(tǒng)鉆桿由相 對短的剛性管組合而成，而連續(xù)油管是能夠操縱鉆具組合的單根柔性 管。井下鉆井馬達用于將所需的機械能轉(zhuǎn)化為使鉆頭旋轉(zhuǎn)，夾持在井 眼內(nèi)部的拖拉器保持適量的鉆壓并保持馬達的反扭矩。
即使具有鉆進技術(shù)的最新發(fā)展，操作者仍遭遇大位移井的鉆井和 連續(xù)完井的難題。 一個主要的局限性是克服鉆柱旋轉(zhuǎn)及鉆柱在套管或 地層上的滑動而產(chǎn)生的摩擦力。摩擦損耗如此大地減小鉆壓以至于鉆 頭不能以合適的鉆速鉆井。需要有足夠的鉆壓以推動鉆頭進入地層。 因此，ERD井的最大鉆井深度常常由鉆壓、扭矩或鉆柱阻力限制。
除了摩擦問題之外，處理巖屑和導(dǎo)向也限制ERD井鉆井。由于 ERD井如此深且長，產(chǎn)生從井眼中清除巖屑的難題。因為常常需要操 作員在井眼外起下鉆多次來替換或更換設(shè)備，將鉆頭導(dǎo)向通過三維巖 層的需要也耗費成本和時間。
US-A-6，467，557 Bl公開了 一種裝置，該裝置使用旋轉(zhuǎn)的大位移井 鉆具組合克服了與大位移井鉆井相關(guān)的難題。所述的鉆具包括延伸通 過鉆孔的伸長管，被旋轉(zhuǎn)用于鉆孔的鉆頭，管上用于導(dǎo)引鉆頭的3D 導(dǎo)向工具，和管上用于給鉆頭施加力的拖拉器。拖拉器包括夾持器， 該夾持器呈現(xiàn)接合鉆孔內(nèi)表面并限制夾持器相對內(nèi)表面的運動的第一 位置，夾持器也可以呈現(xiàn)允許夾持器和鉆孔內(nèi)表面之間基本自由的相 對運動的笫二位置。在夾持器位置處于第一位置的同時，推進器組件 使拖拉器相對夾持器移動。
WO99/09290公開了 一種用于在地下地層鉆井眼的大位移井鉆井 系統(tǒng)。ERD系統(tǒng)包括鉆頭；驅(qū)動鉆頭的馬達；到地面的鉆桿；用于提 供所需鉆壓的液壓缸/活塞裝置，鉆桿通過旋轉(zhuǎn)裝置連接到所述缸/活塞裝置中選定的缸和活塞其中的一個上，允許鉆桿相對缸或活塞其中
一個旋轉(zhuǎn)；鉆頭被連接到缸和活塞其中的另一個上；以及鎖定裝置， 所述鎖定裝置抵靠井壁，用于鎖定所述選定的缸和活塞其中的一個， 鎖定裝置可在接合和脫離位置之間操作。
WO97/08418公開了一種方法和設(shè)備，用于推進具有通過通道的
本體的工具。所述工具包括夾持器，所述夾持器包括至少一個夾持器 部分，所述夾持器部分可以呈現(xiàn)接合通道的內(nèi)表面并限制夾持器部分 相對內(nèi)表面的相對運動的第一位置。夾持器部分可也以呈現(xiàn)允許夾持 器部分和通道內(nèi)表面之間的基本自由的相對運動的笫二位置。所述工 具包括推進器組件，在夾持器部分處于第一位置的同時，所述推進器 組件用于相對夾持器部分選擇性地連續(xù)移動工具本體。
題。首先，有機會克服與摩擦損耗和保持鉆壓相關(guān)的難題。已知系統(tǒng) 可能遭受獲得鉆大位移井所需的鉆速的困難。盡管拖拉器和其他夾持 設(shè)備給鉆頭施加一些附加力，拖拉器在鉆孔內(nèi)表面上的夾持可能不足 以克服摩擦損耗，尤其是如果使用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。除了與摩擦損耗相關(guān)的 問題之外，也有機會處理由傳統(tǒng)的套管方法引起的套接問題。通常， 鉆深井的能力由嵌套套管的最深段的有效直徑限制。最大化該套管段 的直徑將使操作者能夠鉆更深的大位移井。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于在地層中鉆井的方法，所述方法包括將推進 器、第一管和鉆頭插入用前一根套管嵌襯的井眼，并用推進器為第一
管施加力，其中推進器夾持在前一根套管上。
本發(fā)明包括一種用于通過用前一根套管嵌襯的井眼在地層中鉆井
的設(shè)備，所述設(shè)備包括鉆具組合和可連接到鉆具組合上的推進器；其 中推進器能夠夾持到前一根套管上并為鉆具組合提供力。
本發(fā)明包括一種用于在地層中鉆井的方法，所述方法包括提供用 前一根套管嵌襯的井眼；插入第一鉆具組合，所述第一鉆具組合包括 在遠端部的鉆頭、可連接到鉆頭上的第一管和可連接到第一管上的推進器；用推進器夾持前一根套管；和鉆井。


通過參照附圖閱讀下列非限定性實施例的描述可以更好地理解本 發(fā)明，其中每個圖的相似零件由相同的參考符號識別，簡要描述如下 圖l說明大位移/超大位移井鉆井設(shè)備和方法的側(cè)視圖。 圖2說明大位移井鉆井設(shè)備和方法的另 一個實施例的側(cè)視圖。
具體實施例方式
參照圖1，示出了井眼101延伸通過地層102并由前一根套管103 嵌襯。示出了第一管104、鉆頭105和推進器106被插入井眼101中。 在本實施例中，第一管104是一段鉆進套管；然而，可以使用其他類 似油田裝備(比如尾管)。本實施例中推進器106顯示為拖拉器?？梢?使用任何能夠夾持或施力的替代設(shè)備。
在操作中，將鉆具組合(包括第一管104、鉆頭105和推進器106) 插入井眼101中。在所示的實施例中，鉆桿107用于執(zhí)行該功能；然 而，可以使用其他油田裝備(比如連續(xù)油管)來代替。插入鉆具組合 后，推進器106為第一管104施加力，促使鉆頭105鉆孔并使井眼101 延伸。推進器106通過夾持到前一根套管103上來提供鉆進所需的鉆 壓。旋轉(zhuǎn)鉆頭105所需的扭矩可以由第一管104傳遞。盡管在本實施 例中第一管顯示為尾管，第一管104也可以是鉆進套管或其它油田裝 備。也可以將鉆桿插入尾管內(nèi)以便傳送扭矩給鉆頭105。
一旦井眼101被延伸，第一管104從鉆具組合移出并抵靠前一根 套管103懸掛。第一管104可選擇通過膨脹、水泥固封或其他方法固 定到適當位置。然后鉆桿107用于移出鉆具組合。下放到井眼101中 的新的鉆具組合包括鉆頭105、推進器106、和第二管(未示出)。然 后重復(fù)上述步驟直到達到預(yù)定深度。
轉(zhuǎn)到圖2，示出了井眼201延伸通過地層202并且由前一根套管 203嵌襯。鉆具組合204被下放到井眼201中。示出了也被下放到井眼201中的推進器205和尾管206。在所示的實施例中，連續(xù)油管207 用于執(zhí)行本功能；然而，可以使用其他油田裝備(比如鉆桿)來代替 連續(xù)油管。鉆具組合204包括鉆頭208、鉆井馬達209、導(dǎo)向機構(gòu)210、 驅(qū)動導(dǎo)向機構(gòu)210的泥漿泵211和脹管器212。其他元件(未示出)， 比如定向組件、彎殼、彎接頭和隨鉆測量(MWD)儀以及其它井下 工具也可以連接到鉆具組合204上。
在操作中，將鉆具組合204插入井眼201后，驅(qū)動鉆頭208所需 的扭矩由鉆井馬達211提供。扭矩通過尾管或鉆桿或插入尾管中的連 續(xù)油管傳遞。推進器205為尾管206施加力，促使鉆頭208鉆孔并延 伸井眼201以及保持鉆井馬達的反轉(zhuǎn)扭矩。推進器205通過夾持到前 一根套管203上來提供鉆進所需的鉆壓。
一旦井眼201被延伸，鉆進套管206從鉆具組合移出并抵靠前一 根套管203懸掛。然后使用脹管器212膨脹鉆進套管206?？蛇x地， 鉆進套管206可以膨脹抵靠地層202。鉆進套管206也可以膨脹到與 前一根套管203相同的直徑；也可以膨脹以便具有較小的直徑。優(yōu)選 鉆進套管206被膨脹到使其外徑基本等于前一根套管203的內(nèi)徑。脹 管器212可以是灰鑄鐵的圓錐形旋轉(zhuǎn)膨脹設(shè)備、環(huán)狀膨脹設(shè)備或任何 其他膨脹設(shè)備。鉆進套管206膨脹后，然后可選擇水泥固封到適當位 置。新的鉆具組合被下放到井眼201中，然后重復(fù)所述步驟直到達到 預(yù)定深度。后來的每根鉆進套管可以被擴張以使井眼為單一直徑。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，根據(jù)公開的實施例、構(gòu)造、材料和 方法，可以進行許多修改或變型而不會偏離本發(fā)明的精神和范圍。此 后附帶的相應(yīng)的權(quán)利要求及其等效物不應(yīng)該受在此所描述或闡述的特 殊實施例限制，由于其本質(zhì)上僅僅是示意性的。
權(quán)利要求
1.一種用于通過用前一根套管嵌襯的井眼在地層中鉆井的設(shè)備，所述設(shè)備包括鉆具組合和可連接到鉆具組合上的推進器；其中推進器能夠夾持到前一根套管上并為鉆具組合提供力。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括將推進器連接到鉆 具組合上的管。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中鉆具組合包括 鉆頭；泥漿泵； 馬達；導(dǎo)向組件；以及 脹管器裝置。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中管選自由鉆進套管、尾管、連 續(xù)油管和插入尾管中的連續(xù)油管組成的組。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括連續(xù)油管，所述連 續(xù)油管能夠?qū)@具組合和推進器插入井眼中。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括鉆桿，所述鉆桿能 夠?qū)@具組合和推進器插入井眼中。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括尾管，所述尾管能 夠?qū)@具組合和推進器插入井眼中。
8. 用于在地層中鉆井的方法，所述方法包括 提供用前一根套管嵌襯的井眼；插入第一鉆具組合，所述第一鉆具組合包括在遠端部的鉆頭、可 連接到鉆頭上的第一管和可連接到第一管上的推進器； 用推進器夾持前一根套管；以及 鉆井。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括 用推進器為第一管提供力；以及用鉆頭形成孔。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括 抵靠孔懸掛第一管；以及膨脹第一管。
11. 如^又利要求10所述的方法，所述方法還包括 插入第二鉆具組合，所述第二鉆具組合包括在遠端部的鉆頭、可連接到鉆頭上的第二管和可連接到第二管上的推進器；以及 用推進器夾持第一管。
12. 如4又利要求11所述的方法，所述方法還包括 用推進器為第二管提供力；以及 用鉆頭形成第二孔。
13. 如權(quán)利要求12所迷的方法，所述方法還包括 抵靠第二孔懸掛第二管；以及膨脹第二管。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中第一管和第二管被膨脹成基 本相同的直徑。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中第二管被膨脹成比第一管直 徑小的直徑。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中第二管被膨脹以使第二管的外徑基本等于第一管的內(nèi)徑。
17. 如權(quán)利要求14-16所述的方法，所述方法還包括用井生產(chǎn)油。
全文摘要
在地層中鉆井的方法包括將推進器(106)、第一管(104)和鉆具(105)插入由前一根套管(103)嵌襯的井眼(101)中，以及用推進器為第一管施加力以使推進器夾持到前一根套管上。
文檔編號E21B4/18GK101297095SQ200680039599
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者A·G·菲利波夫, F·J·侯 申請人:國際殼牌研究有限公司