專利名稱：用于形成地下井眼的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于從各種地下地層(諸如含烴地層)生產(chǎn)烴、氫和/或其它產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明特別地涉及用于形成地下井眼的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
從地下地層獲得的烴通常用作能量源、用作原料、以及用作消費(fèi)品。對(duì)可用烴資源衰竭的關(guān)注和對(duì)產(chǎn)出烴的總體質(zhì)量下降的關(guān)注導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出用于更有效地回收、處理和/或使用可用烴資源的方法。就地處理可用于從地下地層移出烴材料?？赡苄枰淖兊叵碌貙又械臒N材料的化學(xué)和/或物理性能以使烴材料更容易從地下地層移出。化學(xué)和物理變化可包括地層中烴材料的生成可移出流體的就地反應(yīng)、成分變化、溶解度變化、密度變化、相變和/或粘度變化。流體可以是，但是不限于，氣體、液體、乳狀液、漿液和/或具有與液體流動(dòng)類似的流動(dòng)特性的固體顆粒流。
加熱器可設(shè)置在井眼中以在就地處理過(guò)程中加熱地層。熱可施加至油頁(yè)巖地層以熱解油頁(yè)巖地層中的油母。熱還可使地層斷裂以提高地層的滲透性。增強(qiáng)的滲透性可以使地層流體行進(jìn)到生產(chǎn)井，在所述生產(chǎn)井流體從油頁(yè)巖地層中移出。熱源可用于加熱地下地層。電加熱器可用于通過(guò)輻射和/或傳導(dǎo)加熱地下地層。電加熱器可通過(guò)電阻加熱元件。
在注入井與生產(chǎn)井之間的油頁(yè)巖地層中獲得滲透性趨于困難，這是因?yàn)橛晚?yè)巖常常是基本上不滲透的。鉆這樣的井可能費(fèi)用高而且費(fèi)時(shí)。很多方法已經(jīng)嘗試用于連接注入井和生產(chǎn)井。
用于加熱器井、注入井和/或生產(chǎn)井的井眼可通過(guò)使鉆頭抵靠地層旋轉(zhuǎn)而鉆出。 鉆頭可通過(guò)延伸至地面的鉆柱而懸垂在井孔中。在一些情況下，鉆頭可通過(guò)在地面使鉆柱旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。鉆井流體可用于在鉆井過(guò)程中沖洗井眼。井眼的沖洗可將在鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的碎石和/或金屬切屑去除。在一些情況下，鉆井流體在井眼中的流體靜壓力可保持在比地層孔隙壓力高的壓力下。在其它情況下，井孔裸露部分中的壓力可保持低于地層壓力，以使得地層流體在鉆井過(guò)程中流入井眼。
傳感器可附連至鉆井系統(tǒng)以便在鉆井眼過(guò)程中協(xié)助確定方向、操作參數(shù)和/或操作條件。使用傳感器可減小確定鉆井系統(tǒng)的定位所花費(fèi)的時(shí)間量。例如授予Hansberry的美國(guó)專利7，093，370描述了一種井孔導(dǎo)航系統(tǒng)，該井孔導(dǎo)航系統(tǒng)利用多個(gè)萬(wàn)向節(jié)可在井孔中確定任何方位的位置和高度，該萬(wàn)向節(jié)包括裝配在小直徑井孔鉆桿內(nèi)的固態(tài)或其它陀螺儀和加速計(jì)。例如heper等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)2009-027041描述了一種在鉆井同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的方法，該方法包括將至少一個(gè)傳感器定位在井下；在鉆井同時(shí)從所述至少一個(gè)傳感器傳送檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，而不在井下處理該檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。
如上所概述的，已經(jīng)做出大量努力來(lái)開(kāi)發(fā)出使用導(dǎo)航系統(tǒng)和/或傳感器來(lái)在含烴地層中鉆出井眼的方法和系統(tǒng)。然而，目前仍然有很多鉆出井眼很難、費(fèi)用高和/或費(fèi)時(shí)的含烴地層。因此，仍然需要一種用于從各含烴地層中鉆出生產(chǎn)烴、氫和/或其它產(chǎn)品的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在此所描述的實(shí)施例總體涉及用于形成地下井眼的系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于處理地下地層的一種或多種系統(tǒng)和一種或多種方法。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于形成地下井眼的系統(tǒng)，包括齒條齒輪系統(tǒng)，所述齒條齒輪系統(tǒng)包括卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于操作鉆柱；自動(dòng)位置控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)位置控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)與齒條齒輪系統(tǒng)聯(lián)接的測(cè)量傳感器，其中自動(dòng)位置控制系統(tǒng)構(gòu)造用于控制齒輪齒條系統(tǒng)以確定鉆柱的位置。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于形成地下井眼的方法，包括從與自動(dòng)位置控制系統(tǒng)聯(lián)接的至少一個(gè)測(cè)量傳感器接收關(guān)于管狀物的位置數(shù)據(jù)；基于來(lái)自測(cè)量傳感器的位置數(shù)據(jù)使用齒條齒輪系統(tǒng)來(lái)控制管狀物在地層中的方向。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于形成地下井眼的系統(tǒng)，包括底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于與至少部分地位于地下井眼中的鉆柱的已有管狀物聯(lián)接并且控制井眼中的鉆井操作，底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括構(gòu)造用于在鉆井操作期間接納新管狀物的循環(huán)套筒；和頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與新管狀物聯(lián)接并且在新管狀物與已有管狀物聯(lián)接時(shí)進(jìn)行對(duì)鉆井操作的控制。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種向鉆柱增添新管狀物的方法，包括將新管狀物的頂端聯(lián)接至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制鉆井操作的同時(shí)將新管狀物的底端定位在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的開(kāi)口中；在鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，將新管狀物聯(lián)接至已有管狀物以形成聯(lián)接好的管狀物；將對(duì)鉆井操作的控制從底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，將底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沿著聯(lián)接好的管狀物朝向頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)； 在鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，將底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接至聯(lián)接好的管狀物的頂部部分；將對(duì)鉆井操作的控制從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；以及將頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與聯(lián)接好的管狀物脫開(kāi)連接。
在另外的實(shí)施例中，特定實(shí)施例的特征可與其它實(shí)施例的特征組合。例如，一個(gè)實(shí)施例的特征可與任一個(gè)其它實(shí)施例中的特征組合。
在另外的實(shí)施例中，附加特征可添加到在此所述的特定實(shí)施例中。


根據(jù)下述詳細(xì)描述的有益效果和參照附圖，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可變得顯而易見(jiàn)，附圖中 圖1顯示了一個(gè)用于處理含烴地層的就地?zé)崽幚硐到y(tǒng)的一部分的實(shí)施例的示意圖。
圖2圖示了齒條齒輪系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖3A至3D圖示了連續(xù)鉆井程序的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖4圖示了圖3A至3D所示的底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖5圖示了圖3A至3D所示的底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的閥系統(tǒng)的示意圖。
雖然本發(fā)明易于具有多種修改和替代形式，但是其具體實(shí)施例在附圖中以示例方式進(jìn)行顯示，并且可在此進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖可不按比例繪制。但是，應(yīng)該理解的是，附圖和對(duì)附圖的詳細(xì)描述不旨在將本發(fā)明限制為所公開(kāi)的特別形式，而是相反地，旨在覆蓋落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代形式。
具體實(shí)施例方式下述描述總體涉及用于在地下地層中形成井眼的系統(tǒng)和方法。在此描述井眼用于在地層中處理烴以生產(chǎn)出烴產(chǎn)品、氫和其它產(chǎn)品的應(yīng)用。
“API (美國(guó)石油學(xué)會(huì))重力指標(biāo)”是指在15. 5°C (60° F)時(shí)的API重力指標(biāo)。API 重力指標(biāo)是由ASTM方法D6822或ASTM方法D1298確定的。
“可冷凝的烴”是在25°C且在一個(gè)大氣的絕對(duì)壓力下冷凝的烴?？衫淠臒N可包括碳數(shù)大于4的烴的混合物。“不可冷凝的烴”是在25°C且在一個(gè)大氣的絕對(duì)壓力下不會(huì)冷凝的烴。不可冷凝的烴可包括碳數(shù)小于5的烴的混合物。
“流體壓力”是由地層中的流體產(chǎn)生的壓力。“靜巖壓力”(有時(shí)稱為“靜巖應(yīng)力”) 是與覆巖塊的單位面積的重量相等的地層中的壓力?！傲黧w靜壓力”是由水柱施加在地層中的壓力。
“地層”包括一個(gè)或多個(gè)含烴層、一個(gè)或多個(gè)非烴層、上覆巖層和/或下伏巖層?！盁N層”指含烴地層中的層。烴層可含有非烴材料和烴材料?！吧细矌r層”和/或“下伏巖層” 包括一種或多種不同類型的不可滲透材料。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可包括巖石、 頁(yè)巖、泥巖或潤(rùn)濕/致密的碳酸鹽巖。在一些就地?zé)崽幚磉^(guò)程的實(shí)施例中，上覆巖層和/或下伏巖層可包括一層或多層含烴層，其在就地?zé)崽幚淼奶幚磉^(guò)程中是相對(duì)不可滲透的并且不受溫度影響，所述就地?zé)崽幚韺?dǎo)致上覆巖層和/或下伏巖層的含烴層的性能發(fā)生顯著變化。例如，下伏巖層可含有頁(yè)巖或泥巖，但是下伏巖層在就地?zé)崽幚硖幚砥陂g不允許加熱到熱解溫度。在一些情形中，上覆巖層和/或下伏巖層可以是稍微可滲透的。
“地層流體”是指存在于地層中的流體，并且可包括熱解流體、合成氣、流動(dòng)的烴和水(蒸汽)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術(shù)語(yǔ)“流動(dòng)的流體”是指由于地層的熱處理而能夠流動(dòng)的含烴地層中的流體。“產(chǎn)出流體”是指從地層移出的流體。
“熱源”是用于基本上通過(guò)傳導(dǎo)和/或輻射熱傳遞向地層的至少一部分提供熱的任何系統(tǒng)。例如，熱源可包括導(dǎo)電材料和/或電加熱器(諸如絕緣導(dǎo)體)、細(xì)長(zhǎng)部件和/或布置在導(dǎo)管中的導(dǎo)體。熱源還可包括通過(guò)燃燒地層外部或地層中的燃料來(lái)產(chǎn)生熱的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以是地表燃燒器、井下氣體燃燒器、無(wú)焰分布式燃燒器和自然分布式燃燒器。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)熱源所提供或產(chǎn)生的熱可由其它能量源提供。所述其它能量源可直接加熱地層，或者所述能量可施加到直接或間接加熱地層的傳遞介質(zhì)。應(yīng)該理解的是，將熱施加到地層的一個(gè)或多個(gè)熱源可使用不同的能量源。因而，例如，對(duì)于給定地層，一些熱源可由導(dǎo)電材料、電阻加熱器提供熱，一些熱源可通過(guò)燃燒提供熱，一些熱源可由一個(gè)或多個(gè)其它能量源(例如，化學(xué)反應(yīng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)或其它可再生能源)提供熱?；瘜W(xué)反應(yīng)可包括放熱反應(yīng)(例如氧化反應(yīng))。熱源還可包括向加熱位置(諸如加熱器井)附近和 /或周圍的區(qū)域提供熱的導(dǎo)電材料和/或加熱器。
“加熱器”是用于在井中或井眼附近的區(qū)域產(chǎn)生熱的任何系統(tǒng)或熱源。加熱器可以是，但不限于，電加熱器、燃燒爐、與地層中的材料或從地層產(chǎn)出的材料發(fā)生反應(yīng)的燃燒器、 和/或它們的組合。
“重?zé)N”是粘性的烴流體。重?zé)N可包括高粘性烴流體，諸如重油、焦油和/或浙青。 重?zé)N可包括碳和氫，以及較小濃度的硫、氮和氧。其它元素也可以微量存在于重?zé)N中。重?zé)N可根據(jù)API重力指標(biāo)分類。重?zé)N通常具有低于大約20°的API重力指標(biāo)。例如，重油通常具有大約10-20°的API重力指標(biāo)，而焦油通常具有10°的API重力指標(biāo)。重?zé)N的粘性在 15°C下通常大于100厘泊。重?zé)N可包括芳香烴或其它復(fù)雜的環(huán)烴。
重?zé)N可在相對(duì)滲透的地層中找到。相對(duì)滲透的地層可包括例如夾帶于砂或碳酸鹽巖中的重?zé)N。相對(duì)于地層或地層的一部分，“相對(duì)滲透的”被限定為10毫達(dá)西或更多(例如 10或100毫達(dá)西)的平均滲透性。相對(duì)于地層或地層的一部分，“相對(duì)低滲透的”被限定為小于大約10毫達(dá)西的平均滲透性。1達(dá)西等于大約0.99平方微米。不可滲透層通常具有小于大約0.1毫達(dá)西的滲透性。
包含重?zé)N的某些類型的地層還可包括，但不限于，天然礦物蠟或天然浙青巖?！疤烊坏V物蠟”通常存在于大致管狀的礦脈中，該礦脈可具有數(shù)米寬、數(shù)千米長(zhǎng)且數(shù)百米深?！罢闱鄮r”包括由芳族成分構(gòu)成的固態(tài)烴并且通常存在于大礦脈中。從諸如天然礦物蠟和天然浙青巖的地層中就地回收烴可包括熔融以形成液態(tài)烴和/或從地層進(jìn)行烴的溶解采礦。
“烴”通常定義為主要由碳和氫原子形成的分子。烴還可包括其它元素，例如，但不限于，鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴可以是，但不限于，油母、浙青、焦浙青、油類、天然礦物蠟和浙青巖。烴可位于大地中的礦物基體中或與礦物基體相鄰?；w可包括，但不限于，沉積巖、砂、沉積石英巖、碳酸鹽巖、硅藻土和其它多孔介質(zhì)?！盁N流體”是包括烴的流體。 烴流體可包括夾帶非烴流體或被夾帶在非烴流體中的流體，所述非烴流體諸如為氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨。
“就地轉(zhuǎn)化過(guò)程”是指通過(guò)熱源加熱含烴地層以將地層的至少一部分的溫度升高到熱解溫度以上以使得在地層中產(chǎn)生熱解流體的過(guò)程。
“就地?zé)崽幚磉^(guò)程”是指使用熱源加熱含烴地層以將地層的至少一部分的溫度升高到導(dǎo)致含烴材料的流動(dòng)流體、降粘和/或熱解的溫度以上以使得在地層中產(chǎn)生流動(dòng)的流體、降粘的流體和/或熱解的流體的過(guò)程。
“熱解”是由于施加熱而導(dǎo)致化學(xué)鍵的斷裂。例如，熱解可包括僅通過(guò)熱將化合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N或多種其它物質(zhì)。熱可被傳遞到地層的一部段以發(fā)生熱解。
“熱解流體”或“熱解產(chǎn)品，，是指基本上在烴的熱解期間產(chǎn)生的流體。通過(guò)熱解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可與地層中的其它流體混合?；旌衔锉徽J(rèn)為是熱解流體或熱解產(chǎn)品。如在此所使用的，“熱解區(qū)”是指被反應(yīng)或進(jìn)行反應(yīng)以形成熱解流體的地層體(例如，相對(duì)可滲透的地層，諸如浙青砂地層)。
“焦油砂地層”是烴主要以重?zé)N和/或夾帶在礦物顆粒構(gòu)架或其它主巖石(例如砂或碳酸鹽巖)的形式存在。焦油砂地層的實(shí)例包括諸如阿薩巴斯卡(Athabasca)地層、 格羅斯蒙特(Grosmont)地層和和平河(Peace River)地層的地層，三者位于加拿大艾伯塔??；和位于委內(nèi)瑞拉的奧里諾科帶(Orinoco belt)的!^aja地層。
“U形井眼”是指從地層中的第一開(kāi)口延伸穿過(guò)地層的至少一部分并且從地層中的第二開(kāi)口穿出的井眼。在本文中，井眼可以僅大體上呈“V”形或“U”形，對(duì)于視為“U”形的井眼，“U”形的“腿”應(yīng)該理解成不需要彼此平行或垂直于“U”的底部。
術(shù)語(yǔ)“井眼”是指通過(guò)鉆井或?qū)⒐艿啦迦氲貙又卸诘貙又行纬傻目?。井眼可具有基本上圓形的橫截面或其它橫截面形狀。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“井”和“開(kāi)口，，在指地層中的開(kāi)口時(shí)可與術(shù)語(yǔ)“井眼”互換使用。
地層可通過(guò)各種方式進(jìn)行處理以生產(chǎn)出很多不同產(chǎn)品。不同階段或過(guò)程可用于在就地?zé)崽幚磉^(guò)程中處理地層。在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部段可進(jìn)行溶解采礦以從該部段中移出可溶的礦物?？稍诰偷?zé)崽幚磉^(guò)程之前、期間或之后對(duì)礦物進(jìn)行溶解采礦。 在一些實(shí)施例中，進(jìn)行溶解采礦的一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度可保持在大約120°C以下。
在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部段被加熱以從該部段移出水和/或從該部段移出甲烷和其它揮發(fā)性烴。在一些實(shí)施例中，在水和揮發(fā)性烴的移出過(guò)程中，平均溫度可從環(huán)境溫度升高至大約220°C以下的溫度。
在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部段被加熱至允許烴在地層中運(yùn)動(dòng)和/或降粘的溫度。在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度被升高至烴在該部段中的流動(dòng)溫度(例如從100°C到250°C范圍內(nèi)的溫度、從120°C到240°C范圍內(nèi)的溫度或從150°C 到230°C范圍內(nèi)的溫度)。
在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部段被加熱至允許在地層中進(jìn)行熱解反應(yīng)的溫度。 在一些實(shí)施例中，地層的一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度可被升高至烴在該部段中的熱解溫度 (例如從230°C到900°C范圍內(nèi)的溫度、從240°C到400°C范圍內(nèi)的溫度或從250°C到350°C 范圍內(nèi)的溫度)。
利用多個(gè)熱源加熱含烴地層可在熱源周圍形成熱梯度，所述熱源將地層中烴的溫度以期望的加熱速度升高至期望的溫度。溫度升高經(jīng)過(guò)用于期望產(chǎn)品的流動(dòng)溫度范圍和/ 或熱解溫度范圍的速率可影響從含烴地層產(chǎn)出的地層流體的質(zhì)量和數(shù)量。將地層溫度緩慢地升高經(jīng)過(guò)流動(dòng)溫度范圍和/或熱解溫度范圍可允許從地層產(chǎn)出高質(zhì)量、高API重力指標(biāo)的烴。將地層溫度緩慢地升高經(jīng)過(guò)流動(dòng)溫度范圍和/或熱解溫度范圍可允許移出存在于地層中的大量烴以作為烴產(chǎn)品。
在一些就地?zé)崽幚淼膶?shí)施例中，代替將溫度緩慢地加熱經(jīng)過(guò)溫度范圍的是將地層的一部分加熱到期望溫度。在一些實(shí)施例中，期望的溫度為300°C、325°C或350°C?？蛇x擇其它溫度作為期望溫度。
疊加來(lái)自熱源的熱允許在地層中相對(duì)快速有效地建立期望溫度。從熱源輸入地層中的能量可被調(diào)節(jié)以使地層中的溫度基本上保持在期望溫度下。
流動(dòng)和/或熱解產(chǎn)品可通過(guò)生產(chǎn)井從地層生產(chǎn)出。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度被升高至流動(dòng)溫度，烴從生產(chǎn)井生產(chǎn)出。在生產(chǎn)之后由于流動(dòng)性降低到選定值以下，一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度可被升高至熱解溫度。在一些實(shí)施例中，在達(dá)到熱解溫度之前不進(jìn)行大量生產(chǎn)的情況下，一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度可被升高至熱解溫度。包含熱解產(chǎn)品的地層流體可通過(guò)生產(chǎn)井生產(chǎn)出。
在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部段的平均溫度可被升高至足夠高溫度，以便允許在流動(dòng)和/或熱解之后進(jìn)行合成氣生產(chǎn)。在一些實(shí)施例中，烴可被升高至足夠高溫度，以便在達(dá)到足以允許進(jìn)行合成氣生產(chǎn)的溫度之前不進(jìn)行大量生產(chǎn)情況下允許進(jìn)行合成氣生產(chǎn)。 例如，合成氣可在從大約400°C到大約1200°C、大約500°C到大約1100°C或大約550°C到大約1000°C的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生。合成氣產(chǎn)生流體(例如，蒸氣和/或水)可被引入各部段中以產(chǎn)生合成氣。合成氣可從生產(chǎn)井生產(chǎn)出。
溶解采礦、揮發(fā)性烴和水的移出、使烴流動(dòng)、熱解烴、產(chǎn)生合成氣和/或其它過(guò)程可在就地?zé)崽幚磉^(guò)程中進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，一些過(guò)程可在就地?zé)崽幚碇筮M(jìn)行。這些過(guò)程可包括，但不限于，從已處理的部段回收熱、將流體(例如，水和/或烴)存儲(chǔ)在先前已處理的部段中和/或?qū)⒍趸几艚^在先前已處理的部段中。
圖1圖示了用于處理含烴地層的就地加熱系統(tǒng)的一部分的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。 該就地?zé)崽幚硐到y(tǒng)可包括障壁井100。障壁井用于在處理區(qū)域周圍形成障壁。所述障壁阻止流體流入和/或流出處理區(qū)域。障壁井包括，但是不限于，脫水井、真空井、俘獲井、注入井、灌漿井、冷凍井或它們的組合。在一些實(shí)施例中，障壁井100是脫水井。脫水井可去除液態(tài)水和/或阻止液態(tài)水進(jìn)入待加熱的地層部分或正被加熱的地層。在圖1所示的實(shí)施例中，障壁井100顯示為僅沿?zé)嵩?02的一側(cè)延伸，但是障壁井通常環(huán)繞所使用的或?qū)⒁褂玫乃袩嵩?02，以加熱地層的處理區(qū)域。
熱源102設(shè)置在地層的至少一部分中。熱源102可包括導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，加熱器諸如是絕緣導(dǎo)體、導(dǎo)體在導(dǎo)管中的加熱器、地表燃燒器、無(wú)焰分布式燃燒器和/ 或自然分布式燃燒器等。熱源102還可包括其它類型的加熱器。熱源102向地層的至少一部分提供熱以加熱地層中的烴。能量可通過(guò)供給管線104供應(yīng)給熱源102。供給管線104 可根據(jù)一種或多種用于加熱地層的熱源而在結(jié)構(gòu)上有所不同。用于熱源的供給管線104可傳輸用于導(dǎo)電材料和/或電加熱器的電，可傳輸用于燃燒器的燃料或者可傳輸在地層中循環(huán)的熱交換流體。在一些實(shí)施例中，用于就地?zé)崽幚磉^(guò)程的電可由一個(gè)或多個(gè)核電站提供。 使用核動(dòng)力可使得降低或消除從就地?zé)崽幚磉^(guò)程釋放的二氧化碳。
當(dāng)?shù)貙颖患訜釙r(shí)，輸入地層中的熱可引起地層擴(kuò)張和地質(zhì)運(yùn)動(dòng)?？稍诿撍^(guò)程之前、同時(shí)或期間打開(kāi)熱源。計(jì)算機(jī)模擬可模擬響應(yīng)于加熱的地層。計(jì)算機(jī)模擬可用于形成用于啟動(dòng)地層中的熱源的模式和時(shí)間序列，以使得地層的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)不會(huì)對(duì)熱源、生產(chǎn)井和地層中的其它設(shè)施的功能造成不利影響。
加熱地層可引起地層的滲透性和/或孔隙率增大。滲透性和/或孔隙率的增大可通過(guò)由于水的汽化和移出、烴的移出和/或形成斷裂而使地層中的礦體減小而產(chǎn)生。由于地層的增大的滲透性和/或孔隙率，流體可更容易地在地層受熱部分中流動(dòng)。由于增大的滲透性和/或孔隙率，地層受熱部分中的流體可運(yùn)動(dòng)通過(guò)地層相當(dāng)長(zhǎng)的距離。相當(dāng)長(zhǎng)的距離根據(jù)各種因素可以是IOOOm以上，該各種因素諸如是地層的滲透性、流體的性質(zhì)、地層的溫度和允許流體運(yùn)動(dòng)的壓力梯度。流體在地層中行進(jìn)相當(dāng)長(zhǎng)距離的能力允許生產(chǎn)井106在地層中相對(duì)遠(yuǎn)地間隔開(kāi)。
生產(chǎn)井106用于從地層移出地層流體。在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井106包括熱源。 生產(chǎn)井中的熱源可在生產(chǎn)井處或生產(chǎn)井附近加熱地層的一個(gè)或多個(gè)部分。在一些就地?zé)崽幚磉^(guò)程的實(shí)施例中，由每米生產(chǎn)井從生產(chǎn)井提供給地層的熱量小于由加熱地層的每米熱源提供給地層的熱量。從生產(chǎn)井提供給地層的熱可通過(guò)汽化和移出生產(chǎn)井附近的液相流體和 /或通過(guò)由形成大量和/或極微小的斷裂而增大生產(chǎn)井附近的地層的滲透性來(lái)增大生產(chǎn)井附近的地層滲透性。
多于一個(gè)熱源可定位于生產(chǎn)井中。在來(lái)自相鄰熱源的熱疊加加熱地層足以抵消通過(guò)利用生產(chǎn)井加熱地層所提供的益處時(shí)，可關(guān)閉生產(chǎn)井的下部部分中的熱源。在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井的上部部分中的熱源可在關(guān)閉生產(chǎn)井的下部部分中的熱源之后保持打開(kāi)。生產(chǎn)井的上部部分中的熱源可阻止地層流體的冷凝和逆流。
在一些實(shí)施例中，生產(chǎn)井106中的熱源允許從地層中移出地層流體的汽相。在生產(chǎn)井處或通過(guò)生產(chǎn)井提供熱可用于(1)在該生產(chǎn)流體靠近上覆巖層在生產(chǎn)井中運(yùn)動(dòng)時(shí)抑制該生產(chǎn)流體的冷凝和/或逆流；(2)增加輸入到地層中的熱；(3)與沒(méi)有熱源的生產(chǎn)井相比提高生產(chǎn)井的產(chǎn)率；⑷抑制生產(chǎn)井中高碳數(shù)(C6及以上)化合物的冷凝；和/或(5)增大生產(chǎn)井處或生產(chǎn)井附近的地層的滲透性。
地層中的地下壓力可對(duì)應(yīng)于在地層中產(chǎn)生的流體壓力。隨著地層的受熱部分中的溫度升高，受熱部分中的壓力可由于就地流體的熱膨脹、增加的流體生成和水的汽化而增大?？刂茝牡貙右瞥隽黧w的速率可允許控制地層中的壓力。地層中的壓力可在很多不同的位置處確定，諸如在生產(chǎn)井附近或在生產(chǎn)井處、在熱源附近或在熱源處，或在監(jiān)控井處。
在一些含烴地層中，從地層生產(chǎn)烴受到抑制，直到已經(jīng)使地層中的至少一些烴流動(dòng)和/或熱解。當(dāng)?shù)貙恿黧w具有選定質(zhì)量時(shí)，地層流體可從地層產(chǎn)出。在一些實(shí)施例中，選定質(zhì)量包括至少約20°、30°或40°的API重力指標(biāo)。直到使至少一些烴流動(dòng)和/或熱解， 抑制生產(chǎn)才可加快重?zé)N向輕烴的轉(zhuǎn)化。抑制初期產(chǎn)量可使從地層產(chǎn)出的重?zé)N的量最小。生產(chǎn)大量重?zé)N可能需要昂貴的設(shè)備和/或縮短生產(chǎn)設(shè)備的壽命。
在一些含烴地層中，在地層的受熱部分中產(chǎn)生顯著滲透性之前，地層中的烴可被加熱到流動(dòng)溫度和/或熱解溫度。最初的滲透性缺乏可抑制所產(chǎn)生的流體運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)井 106中。在初始加熱期間，地層中的壓力在熱源102附近可增大。增大的流體壓力可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱源102被釋放、監(jiān)控、改變和/或控制。例如，選定的熱源102或獨(dú)立的壓力釋放井可包括允許從地層移出一些流體的壓力釋放閥。
在一些實(shí)施例中，可允許增加由在地層中產(chǎn)生的流動(dòng)流體、熱解流體或其它流體的膨脹所產(chǎn)生的壓力，盡管通向生產(chǎn)井106的開(kāi)放路徑或任何其它壓力降可能仍然不存在于地層中?？稍试S流體壓力朝向巖石靜壓力增加。含烴地層中的斷裂可在流體接近巖石靜壓力時(shí)形成。例如，可在地層的受熱部分中從熱源102至生產(chǎn)井106形成斷裂。受熱部分中斷裂的產(chǎn)生可釋放該部分中的一些壓力。地層中的壓力可能不得不保持低于選定壓力以便抑制不想要的生產(chǎn)、上覆巖層或下伏巖層的斷裂和/或烴在地層中的焦化。
在達(dá)到流動(dòng)和/或熱解溫度且允許從地層進(jìn)行生產(chǎn)之后，地層中的壓力可發(fā)生變化，用于改變和/或控制產(chǎn)出的地層流體的成分、用于控制地層流體中可冷凝流體相對(duì)于不可冷凝流體的百分比、和/或用于控制正在產(chǎn)出的地層流體的API重力指標(biāo)。例如，降低壓力可導(dǎo)致產(chǎn)出較大的可冷凝流體組分?？衫淠黧w組分可含有較大百分比的烯烴。
在一些就地?zé)崽幚磉^(guò)程的實(shí)施例中，地層中的壓力可保持足夠高以促使產(chǎn)出API 重力指標(biāo)大于20°的地層流體。在地層中保持增大的壓力可在就地?zé)崽幚磉^(guò)程中抑制地層塌陷。保持增大的壓力可減少或消除對(duì)在地表處壓縮地層流體以將收集管道中的流體輸送到處理設(shè)備的需要。
令人驚訝的是，在地層的受熱部分中保持增加的壓力可允許產(chǎn)生質(zhì)量提高且相對(duì)低分子量的大量烴。壓力可保持成使得產(chǎn)出的地層流體具有極小量的所選碳數(shù)以上的化合物。所選碳數(shù)可以是至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳數(shù)化合物可夾帶在地層內(nèi)的蒸氣中并且可與蒸氣一起從地層移出。在地層中保持增大的壓力可抑制在蒸氣中夾帶高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴化合物。高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴化合物可在地層中在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間保持為液相。相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間可為化合物提供足夠長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行熱解以形成低碳數(shù)化合物。
相對(duì)低分子量的大量烴的產(chǎn)生被認(rèn)為是部分地由于氫在含烴地層中的自動(dòng)產(chǎn)生和反應(yīng)。例如，保持增大的壓力可迫使在熱解過(guò)程中產(chǎn)生的氫進(jìn)入地層內(nèi)的液相。將地層的一部分加熱到熱解溫度范圍內(nèi)的溫度可熱解地層中的烴以便產(chǎn)生液相熱解流體。所產(chǎn)生的液相熱解流體組分可包括雙鍵和/或基團(tuán)。液相中的氫(H2)可減小所產(chǎn)生的熱解流體的雙鍵，從而減小由所產(chǎn)生的熱解流體聚合或形成長(zhǎng)鏈化合物的可能性。另外，H2還可壓制所產(chǎn)生的熱解流體中的基團(tuán)。液相中的吐可抑制所產(chǎn)生的熱解流體彼此發(fā)生反應(yīng)和/或與地層中的其它化合物發(fā)生反應(yīng)。
從生產(chǎn)井106產(chǎn)出的地層流體可通過(guò)收集管道108輸送到處理設(shè)備110。地層流體還可從熱源102產(chǎn)出。例如，流體可從熱源102產(chǎn)出以控制鄰近熱源的地層中的壓力。從熱源102產(chǎn)出的流體可通過(guò)生產(chǎn)管或管道輸送到收集管道108，或者產(chǎn)出流體可通過(guò)生產(chǎn)管或管道直接輸送到處理設(shè)備110。處理設(shè)備110可包括分離單元、反應(yīng)單元、改質(zhì)單元、燃料室、渦輪、存儲(chǔ)容器和/或其它用于處理產(chǎn)出的地層流體的系統(tǒng)和單元。處理設(shè)備可將從地層產(chǎn)出的烴的至少一部分形成運(yùn)輸燃料。
很多井需要利用就地?zé)崽幚磉^(guò)程處理烴地層。在一些實(shí)施例中，在地層中形成豎直或基本豎直井。在一些實(shí)施例中，在地層中形成水平或u形井。在一些實(shí)施例中，在地層中形成水平井和豎直井的組合。
在地下地層中形成井眼的精確度和效率可能受到在鉆井過(guò)程中的密度和定向數(shù)據(jù)的質(zhì)量影響。定向數(shù)據(jù)的質(zhì)量可能由于在旋轉(zhuǎn)鉆井中振動(dòng)和角加速度而降低，在旋轉(zhuǎn)鉆井段使用滑動(dòng)模式鉆井期間尤其如此。
在一些實(shí)施例中，自動(dòng)位置控制系統(tǒng)與齒條齒輪鉆井系統(tǒng)可用于在地層中形成井眼。自動(dòng)位置控制系統(tǒng)和/或測(cè)量系統(tǒng)與齒條齒輪鉆井系統(tǒng)的組合的應(yīng)用可允許比使用手動(dòng)定位和校準(zhǔn)裝置鉆井更精確地鉆出井眼。例如，自動(dòng)位置系統(tǒng)可在鉆井過(guò)程中連續(xù)和/ 或半連續(xù)地進(jìn)行校準(zhǔn)。圖2圖示了包括齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)的一部分的示意圖。齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112包括，但不限于，齒條114、臺(tái)架116、卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)118和循環(huán)套筒120。 卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)118可保持管狀物122。齒條齒輪型系統(tǒng)的推/拉能力可允許足夠的力(例如，約5噸)將管狀物推到井眼中，以使得管狀物不必旋轉(zhuǎn)。齒條齒輪系統(tǒng)可將向下的力施加在鉆頭上。施加給鉆頭的力可以與鉆柱(管狀物)和/或接箍的重力無(wú)關(guān)。在某些實(shí)施例中，接箍的尺寸和重量由于不需要接箍的重量能夠進(jìn)行鉆井操作而減小。使用齒條齒輪鉆井系統(tǒng)可進(jìn)行對(duì)具有長(zhǎng)水平部分的井眼鉆井，因?yàn)殂@井系統(tǒng)向鉆頭施加力的能力與可用于提供鉆壓的鉆柱的豎直長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112可聯(lián)接至自動(dòng)位置控制系統(tǒng)124。自動(dòng)位置控制系統(tǒng)IM 可包括，但不限于，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)引系統(tǒng)、雙馬達(dá)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)引系統(tǒng)和/或孔測(cè)量系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，包括但不限于，磁測(cè)距傳感器、非旋轉(zhuǎn)傳感器和/或斜置的加速計(jì)。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)加熱器可包括在齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)管狀物中。在一些實(shí)施例中，孔測(cè)量系統(tǒng)位于加熱器中。
在一些實(shí)施例中，孔測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)斜置的加速計(jì)。斜置的加速計(jì)的應(yīng)用可允許測(cè)量地層的很淺部分。例如，地層的很淺部分可具有來(lái)自于鉆井操作和/或其它井的鋼套管柱。鋼套管可影響磁測(cè)量工具在確定鉆井過(guò)程中所引起的偏斜方向方面的應(yīng)用。斜置的加速計(jì)可定位在鉆井系統(tǒng)(例如齒條齒輪鉆進(jìn)系統(tǒng))的底部鉆具組合中，其中地面作為管狀物旋轉(zhuǎn)位置的基準(zhǔn)。將斜置的加速計(jì)定位于底部鉆具組合中可允許精確測(cè)量孔的傾斜度和方向，而不考慮附近磁性干擾源(例如，套管柱)的影響。在一些實(shí)施例中， 管狀物的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置通過(guò)測(cè)量和跟蹤軸的遞增旋轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)監(jiān)控增添到已有管狀物上的管狀物的相對(duì)旋轉(zhuǎn)可獲得管狀物的更精確定位。這種監(jiān)控可允許以連續(xù)的方式增添管狀物。
在一些實(shí)施例中，使用齒條齒輪系統(tǒng)鉆井的方法包括連續(xù)井下測(cè)量?？墒褂妙A(yù)定且恒定的電流信號(hào)來(lái)操作測(cè)量系統(tǒng)。在井下連續(xù)地計(jì)算距離和方向。計(jì)算結(jié)果被過(guò)濾和平均化。最佳估計(jì)最終距離和方向報(bào)告給地面。當(dāng)在地面接收到時(shí)，已知的沿井孔深度和管狀物的位置可與所計(jì)算的距離和方向相組合以計(jì)算出X、Y、Z的位置數(shù)據(jù)。
在用聯(lián)結(jié)好的管子鉆井期間，停機(jī)循環(huán)、增添下一根管、重新建立循環(huán)和繼續(xù)形成孔所花費(fèi)的時(shí)間可能需要相當(dāng)大量的時(shí)間，尤其是在使用兩階段循環(huán)系統(tǒng)時(shí)。在使用手動(dòng)操作技術(shù)的情況下，操縱管狀物(例如管子)在歷史上已經(jīng)存在很大安全風(fēng)險(xiǎn)。連續(xù)管鉆井在消除對(duì)管狀物進(jìn)行連接和手動(dòng)操作的需要方面獲得一些成功；然而，不能旋轉(zhuǎn)和對(duì)實(shí)用的連續(xù)管直徑的限制可能限制其可應(yīng)用的范圍。
在一些實(shí)施例中，使用鉆井程序，其中管狀物被增添到管柱上而不中斷鉆井過(guò)程。 管狀物可包括允許管狀物在壓力下進(jìn)行連接的聯(lián)結(jié)好的連接。這種程序可允許利用大直徑管狀物進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆井。管狀物可包括在此所述的加熱器和/或自動(dòng)位置控制系統(tǒng)。
連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)可包括鉆井平臺(tái)，該鉆井平臺(tái)包括但不限于一個(gè)或多個(gè)鉆井平臺(tái)、頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。平臺(tái)可包括齒條以允許部件的多個(gè)獨(dú)立的橫向運(yùn)動(dòng)。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可包括延伸的驅(qū)動(dòng)分段(例如，由American Auger, West Salem, Ohio, USA制造的延伸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)例如可以是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可包括卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液力系統(tǒng)。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以與齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(例如圖2所示的齒條齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))類似的方式操作。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可交替控制鉆井操作?？ūP驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可安裝在獨(dú)立的托架上。液力系統(tǒng)可包括但不限于一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)和循環(huán)套筒。循環(huán)套筒可允許在管狀物與環(huán)形空間之間進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)套筒可用于打開(kāi)或關(guān)閉井中各個(gè)層段的生產(chǎn)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括管狀物操作系統(tǒng)。管狀物操作系統(tǒng)可以是自動(dòng)操作的、手動(dòng)操作的或它們的組合。
在一些實(shí)施例中，使用連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)的方法包括將新管狀物增添到與底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接的已有管狀物上以形成延長(zhǎng)的管狀物。在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制鉆井操作的同時(shí)進(jìn)行鉆井期間，新管狀物可定位在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的開(kāi)口中。新管狀物可聯(lián)接至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒可允許流體在兩個(gè)管狀物之間流動(dòng)。循環(huán)套筒中的流體壓力可以處于達(dá)大約13.8MPa(2000psi)的壓力。循環(huán)套筒可包括一個(gè)或多個(gè)便于循環(huán)的改變和/或流動(dòng)的閥(例如UBD循環(huán)或止回閥)。閥的使用可有助于保持系統(tǒng)中的壓力。施加給循環(huán)套筒中的兩個(gè)管狀物的壓力可聯(lián)接(例如，壓力配合)兩個(gè)管狀物以形成聯(lián)接好的管狀物，而不中斷鉆井過(guò)程。在將管狀物聯(lián)接在一起期間和/或之后，對(duì)鉆井操作的控制可從底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。將鉆井操作轉(zhuǎn)移至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可允許底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沿著聯(lián)接好的管狀物向上朝向頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行進(jìn)，而不中斷鉆井操作。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可附連至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)分段，且對(duì)鉆井操作的控制可從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而不中斷鉆井操作。一旦對(duì)鉆井的控制轉(zhuǎn)移到底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可與管狀物斷開(kāi)連接。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)于是可連接至另一管狀物的頂部以繼續(xù)進(jìn)行該過(guò)程。
圖3A-3D圖示了連續(xù)鉆井程序的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖4圖示了圖3A-3D所示的底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的一個(gè)實(shí)施例的切開(kāi)圖。圖5圖示了圖3A-3D所示的底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的閥系統(tǒng)的示意圖。參照?qǐng)D3A-3D，連續(xù)鉆井程序包括底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112、 管狀物操作系統(tǒng)1 和頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130。頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130包括頂部循環(huán)套筒132和驅(qū)動(dòng)分段134。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)122包括底部循環(huán)套筒120和卡盤118。在一些實(shí)施例中，卡盤可以位于獨(dú)立的托架系統(tǒng)上。如圖3A-3D所示，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130在基準(zhǔn)線Y處，而底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112在基準(zhǔn)線Z處。應(yīng)理解的是，基準(zhǔn)線Y和Z僅顯示用于說(shuō)明性的目的，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在程序的各階段的高度可不同于圖3A-3D所示的那些高度。
如圖3A所示，已有管狀物122聯(lián)接至底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112的卡盤118。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制將已有管狀物122插入地下地層中的鉆井操作。在鉆井操作期間，流體可通過(guò)端口 136進(jìn)入底部循環(huán)套筒120并且環(huán)繞已有管狀物122流動(dòng)。流體可從卡盤118和/或已有管狀物122移走熱量。底部循環(huán)套筒120可包括側(cè)部閥138(如圖5所示)。側(cè)部閥138可以是結(jié)合于側(cè)入口流止回閥端口中的止回閥。側(cè)部閥138和/或頂部閥140 (如圖5所示) 的應(yīng)用可便于改變循環(huán)入口位置和便于形成加壓系統(tǒng)(例如，壓力達(dá)13. 8MPa)。
在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112的卡盤118使用已有管狀物122繼續(xù)控制鉆井時(shí)，新管狀物 142可利用管狀物操作系統(tǒng)1 與底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112對(duì)準(zhǔn)。一旦在適當(dāng)位置，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 130可連接至新管狀物142的頂端(例如母螺紋端)。如圖:3B所示，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130將新管狀物142的下端下放和定位或下落至底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112的循環(huán)套筒120的開(kāi)口 144(如圖4所示)中。在一些實(shí)施例中，底部循環(huán)套筒120在端口 136處包括側(cè)部閥(如圖5所示)并且在開(kāi)口 144(如圖5所示)處包括頂部入口閥140。使用閥138、140調(diào)節(jié)流經(jīng)底部循環(huán)套筒120的流體流量可控制循環(huán)套筒中的壓力。在一些實(shí)施例中，底部循環(huán)套筒120 可包括一個(gè)或多個(gè)閥和/或與一個(gè)或多個(gè)閥協(xié)同操作。
開(kāi)口 144可包括一個(gè)或多個(gè)工具接頭148參見(jiàn)圖4)。工具接頭148可引導(dǎo)新管狀物142進(jìn)入循環(huán)套筒的內(nèi)部部分。由于循環(huán)套筒120被加壓，工具接頭148可允許套筒中的壓力平衡。壓力平衡便于使新管狀物142運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)頂部入口閥140并進(jìn)入底部循環(huán)套筒 120 中。
一旦新管狀物142位于底部循環(huán)套筒120的腔室中，對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130，循環(huán)改變，流體通過(guò)端口 146流入頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130的頂部循環(huán)套筒132中。在底部循環(huán)套筒 120的腔室中，新管狀物142和已有管狀物122聯(lián)接以形成聯(lián)接好的管狀物150。聯(lián)接好的管狀物150包括新管狀物142和已有管狀物122。在形成聯(lián)接好的管狀物150之后，底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112的卡盤118可與聯(lián)接好的管狀物150斷開(kāi)連接，從而將對(duì)鉆井操作的控制讓渡給頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130。
在頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130控制鉆井操作的同時(shí)，底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112可被致動(dòng)以便沿著聯(lián)接好的管狀物150向上(如圖3C所示的箭頭)朝向頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130行進(jìn)。當(dāng)?shù)撞框?qū)動(dòng)系統(tǒng)112的底部循環(huán)套筒120接近頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130的驅(qū)動(dòng)分段134時(shí)，來(lái)自頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130的流體可從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130的頂部循環(huán)套筒132流動(dòng)經(jīng)過(guò)頂部閥140(如圖5所示)。底部循環(huán)套筒120可被加壓并且側(cè)部閥138(如圖5所示)可打開(kāi)以提供流動(dòng)。當(dāng)側(cè)部閥138打開(kāi)以向頂部循環(huán)套筒132提供流動(dòng)時(shí)，頂部閥140(如圖5所示)可被關(guān)閉和/ 或部分關(guān)閉。通過(guò)頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130的循環(huán)可被減慢或停止。當(dāng)通過(guò)頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130的循環(huán)停止時(shí)，頂部閥140可完全關(guān)閉并且所有流體可通過(guò)側(cè)部閥138從端口 136供給。當(dāng)?shù)撞框?qū)動(dòng)系統(tǒng)112到達(dá)聯(lián)接好的管狀物150的頂部時(shí)，底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112可接合驅(qū)動(dòng)分段 134。在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112對(duì)鉆井操作進(jìn)行控制時(shí)，聯(lián)接好的管狀物150可與驅(qū)動(dòng)分段134 脫開(kāi)接合并且與卡盤118接合?？ūP118將力傳遞至聯(lián)接好的管狀物150以繼續(xù)鉆井操作。
一旦與已聯(lián)接好的管狀物150脫開(kāi)接合，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130可相對(duì)于底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112被升高(參見(jiàn)向上的箭頭)(例如直到頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)130到達(dá)如圖3D所示的基準(zhǔn)線 Y)。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112可被下放以推動(dòng)聯(lián)接好的管狀物150向下進(jìn)行地層(參見(jiàn)圖3D中的向下箭頭)。底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112可繼續(xù)被下放(例如直到底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)112返回基準(zhǔn)線 Z)。上述程序可重復(fù)進(jìn)行若干次以便保持連續(xù)的鉆井操作。
在閱讀上述說(shuō)明之后，本發(fā)明各方面的進(jìn)一步修改和可替代實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，本說(shuō)明應(yīng)解釋為僅為說(shuō)明性的并且用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一般形式。應(yīng)理解，在此所示和所描述的本發(fā)明的形式應(yīng)視為目前的優(yōu)選實(shí)施方式。元件和材料可與在此所示和所描述的進(jìn)行替換，部件和過(guò)程可顛倒，本發(fā)明的一些特征可獨(dú)立使用，在獲知本發(fā)明的上述說(shuō)明的有益效果之后，所有這些將對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的?？蓪?duì)在此所描述的元件進(jìn)行改變而不偏離下述權(quán)利要求中所描述的本發(fā)明的精神和范圍。另外，應(yīng)該理解的是，在此獨(dú)立描述的特征在某些實(shí)施中可進(jìn)行組合。
權(quán)利要求
1.一種用于形成地下井眼的系統(tǒng)，包括齒條齒輪系統(tǒng)，所述齒條齒輪系統(tǒng)包括卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于操作鉆柱；和自動(dòng)位置控制系統(tǒng)，所述自動(dòng)位置控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)與所述齒條齒輪系統(tǒng)聯(lián)接的測(cè)量傳感器，其中所述自動(dòng)位置控制系統(tǒng)構(gòu)造用于控制齒輪齒條系統(tǒng)以確定鉆柱的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于保持管狀物。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于保持管狀物，所述管狀物包括一個(gè)或多個(gè)加熱器。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于保持管狀物，所述管狀物包括一個(gè)或多個(gè)加熱器，所述加熱器中的至少一個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)磁測(cè)距傳感器和/或一個(gè)或多個(gè)非旋轉(zhuǎn)傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)位置控制系統(tǒng)構(gòu)造用于在鉆井期間連續(xù)或半連續(xù)地進(jìn)行校準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)位置控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)、一個(gè)或多個(gè)雙馬達(dá)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)或一個(gè)或多個(gè)孔測(cè)量系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)位置控制系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)孔測(cè)量系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)孔測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)斜置的加速計(jì)。
8.一種用于形成地下井眼的方法，包括從與自動(dòng)位置控制系統(tǒng)聯(lián)接的至少一個(gè)測(cè)量傳感器接收關(guān)于管狀物的位置數(shù)據(jù)；基于來(lái)自所述測(cè)量傳感器的位置數(shù)據(jù)使用齒條齒輪系統(tǒng)來(lái)控制管狀物在地層中的方向。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述測(cè)量傳感器包括一個(gè)或多個(gè)斜置的加速計(jì)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在有磁干擾源的情況下，能夠獲得所述位置數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述位置數(shù)據(jù)包括管狀物軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。
12.一種用于形成地下井眼的系統(tǒng)，包括底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于與至少部分地位于地下井眼中的鉆柱的已有管狀物聯(lián)接并且用于控制井眼中的鉆井操作，所述底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括構(gòu)造用于在鉆井操作期間接納新管狀物的循環(huán)套筒；和頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于與新管狀物聯(lián)接并且在新管狀物與已有管狀物聯(lián)接時(shí)進(jìn)行對(duì)鉆井操作的控制。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造用于在頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制鉆井操作時(shí)至少部分地向上運(yùn)動(dòng)到新管狀物的頂部，以及從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)鉆井操作的控制。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括管狀物操縱系統(tǒng)，所述管狀物操縱系統(tǒng)構(gòu)造用于定位新管狀物以用于與頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括循環(huán)套筒，所述底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒構(gòu)造用于從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒接收流體。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述循環(huán)套筒構(gòu)造用于保持達(dá)13.SMPa的壓力。
17.一種向鉆柱增添新管狀物的方法，包括將新管狀物的頂端聯(lián)接至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制鉆井操作的同時(shí)將新管狀物的底端定位在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的開(kāi)口中；在鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，將新管狀物聯(lián)接至已有管狀物以形成聯(lián)接好的管狀物； 將對(duì)鉆井操作的控制從底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；在鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，將底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沿著聯(lián)接好的管狀物朝向頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)；在鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，將底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接至聯(lián)接好的管狀物的頂部部分； 將對(duì)鉆井操作的控制從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；以及將頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與聯(lián)接好的管狀物脫開(kāi)連接。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括從底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒向底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供流體；和一旦新管狀物定位于底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒的開(kāi)口中，從頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒向底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供流體。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括在底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的循環(huán)套筒中保持達(dá)13.SMPa 的壓力。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中將新管狀物聯(lián)接至已有管狀物包括施加足夠的壓力以將所述管狀物壓力配合在一起。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于形成地下井眼的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可包括齒條齒輪系統(tǒng)和自動(dòng)位置控制系統(tǒng)。齒條齒輪系統(tǒng)包括構(gòu)造用于操作鉆柱的卡盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。自動(dòng)位置控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)與齒條齒輪系統(tǒng)聯(lián)接的測(cè)量傳感器。自動(dòng)位置控制系統(tǒng)構(gòu)造用于控制齒輪齒條系統(tǒng)以確定鉆柱的位置。
文檔編號(hào)E21B33/02GK102187052SQ200980140450
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者D·A·埃德伯里, D·C·麥克唐納德 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司