[发明专利]用于钻探井孔的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于向地层中钻探钻孔的系统，其包括：设置在钻孔中的套管和延伸通过套管内部到达钻孔下端部分的钻柱，在利用钻柱钻探钻孔的过程中，所述套管的内表面由于与钻柱外表面的摩擦接触而易于磨损。

背景技术

在旋转钻探井孔的过程中，通过钻探设备上的回转台，钻柱从地面旋转以加深井孔，因而旋转的钻柱通常与套管的内表面及井孔壁摩擦接触。通常，在钻柱和套管/井孔壁之间积累的摩擦力随着钻孔深度、弯曲度及倾斜度的增加而增大，因此导致回转台扭矩增大。另外，钻柱与套管之间的摩擦接触可能导致钻柱及套管的磨损。在传统的钻探应用中，套管在井孔的选定深度间隔处安装，因此，通常周围地层的压裂压力和孔压力是上述各深度间隔的长度的决定因素。除了地面套管外，各套管均通过先期安装的套管下降并从地面延伸到接近新钻探的深度间隔的下端。因此，后续套管的直径必然逐渐缩小。所形成的嵌套的套管设置暗示着各套管通常只在钻探下一个深度间隔过程中与旋转钻柱摩擦接触。因此，针对这种应用，套管磨损通常不是大问题。

EP-1044316-B1公开了一种井孔系统，其中后续套管不会延伸至地面。相反，各新的井孔间隔利用从前一套管下端延伸至接近新钻探的井孔间隔的套管提供。另外，各套管在降低至所需深度后在井孔中径向膨胀，从而使井孔可以沿着其长度以基本均匀的直径钻探。

已知井孔系统的问题在于各套管在长时间内由于与旋转钻柱摩擦接触而招致磨损。因此，本发明宣布提供一种用于钻探井孔的改进系统，该系统克服了现有技术的问题。

发明内容

按照本发明，提供了一种用于向地层中钻探钻孔的系统，其包括：设置在钻孔中的套管，延伸通过套管内部到达钻孔下端部分的钻柱，和延伸进入套管内的钻探流体主体，在利用钻柱钻探钻孔的过程中，所述套管的内表面由于与钻柱外表面的摩擦接触而易于磨损，其中所述系统还包括用于减少所述套管内表面摩损的设施，所述设施包括在所述套管内表面上的硬化层、在钻柱外表面上的减摩擦层和包含在钻探流体主体内的润滑复合物中的至少一种。

测试表明各种所述设施有效保护所述套管内表面避免磨损，由此套管的硬化内层保护套管避免钻探流体内包含的小颗粒的磨蚀作用，和钻柱的减摩擦层及钻探流体内的润滑复合物保护套管避免由于与钻柱直接接触的高摩擦力。对于一些应用而言，如果所述系统包括三种减少磨损设施即在所述套管内表面上的硬化层、在钻柱外表面上的减摩擦层和包含在钻探流体主体内的润滑复合物中的每一种，则获得最佳结果。

合适地，在所述套管内表面上的硬化层具有第一硬度和钻柱外表面具有第二硬度，和其中所述第一硬度大于所述第二硬度。例如，所述第一硬度与第二硬度的比为1-5。优选地，所述第一硬度值为150-600Hv。

合适地，钻柱的减摩擦层包括聚四氟乙烯(PTFE)。所述减摩擦层可以以施涂到钻柱外表面上的涂层的形式提供。

在一种例举应用中，所述润滑复合物包含64.25-90.89wt％的基油，例如天然的甘油三酯油、鱼油、动物油、植物甘油三酯油、葵花籽油、大豆油、油菜籽油、菜籽油、棕榈果油、棕榈油、橄榄油、油菜籽油、菜籽油、亚麻籽油、花生油、大豆油、棉籽油、葵花籽油、南瓜籽油、椰子油、玉米油、蓖麻油、胡桃油、天然或合成油或酯。

合适地，所述润滑复合物包含0.02-0.05wt％的金属减活剂，例如三唑或苯并三唑衍生物，如甲苯三唑。

有利地，所述润滑复合物包含0.5-3.0wt％的抗氧化剂，例如芳族胺抗氧化剂和/或受阻酚抗氧化剂，如2，6-二(叔丁基-4-甲基苯酚，BHT)。可商购产品实例为：来自Ciba-Geigy Corp的辛基化、丁基化二苯胺抗氧化剂(Irganox L 57)；来自PMC，Inc的2，6-二(1，1-二甲基乙基)-4-甲基酚(BHT)；和来自Ciba-Geigy Corp的苯丙酸3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基-硫二-2，1-乙烷二酯(Irganox 1035)。

所述润滑复合物优选包含4-12wt％的硫化天然油如硫化植物或动物油，天然油的硫含量为9-21％，例如13.5-17.5％。可商购产品实例为：来自Rhein Chemie Corporation的硫化植物油(Additin RC-2515)；和来自Ferro Corporation的硫化猪油(HSL)。