[发明专利]用于钻探系统的增强涂抹效果的裂缝封堵方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻进用于开采诸如油气这样的流体的的井、井且特别地涉及钻进其中裂缝和井漏/漏失循环液（lost circulation）构成问题的井。

背景技术

在钻进油气井的方法中，钻井泥浆被喷射到钻柱的中心内以向下流到钻头，且往回向上到地面、在介于井筒外侧与钻柱之间的环形空间中以将钻屑远离井筒底部运送并且从井眼出来。当井眼保持基本上充满钻井泥浆时，通过维持由钻头穿入的地层上的压头（head pressure），还使用了钻井泥浆来防止井喷或井涌。当在井下地层中的例如油气这样的高压流体释放到井筒内、且快速上升到地面上时，发生井喷或井涌。在地面处，这些流体可能释放大量能量，这对于人和设备而言都是危险的。已开发了用于钻进油气井的钻井泥浆，其具有增重(增稠/致密化)剂来提供充分的压头从而防止从地层最初释放高压流体和气体。但是，仅密度并未解决这个问题，因为钻井泥浆可漏掉到一个或多个井下地层内，减小了在井眼中的钻井泥浆的体积、和因而降低了井筒的压头。钻井泥浆漏入到一个或多个地层内的情形被称作“井漏”。

井漏和卡钻（stuck pipe）为在钻进油气井时面对的成本最高的问题中的两个问题。为了减小井漏的可能性，将“堵漏材料”的粒子(通常被称作“LCM”)添加到钻井泥浆以封堵钻井泥浆所漏失到的地层。这是简单且巧妙的解决方案，因为由钻井泥浆携带的粒子朝向泄露地层流动且然后在井筒的侧部处在泄露地层中收集。但最终，当钻井流体的漏失变得过多时，必需停止钻井且安装套管柱以密封现有井筒的部分从而使得钻井可在套管柱的底部处重新开始。安装套管或衬管的成本很高，因为当安装套管且牢固结合住套管时，暂停了钻井。用于安装套管柱的开支只是成本的一部分，因为当钻井的进一步的进程停止的同时，仍然要继续支付钻机和人员的每日费用。

应当指出的是，在向井眼添加每个连续套管柱时，井眼的内部尺寸减小。当考虑到油管、阀、泵和其它设备所需的空间时，在目标区处的套管内通常需要最小直径以便开采可能存在的碳氢化合物。因而，最初，井眼被钻得显著过大，预期到随着每个套管柱，井筒尺寸连续越来越小。钻井队有责任在安装新套管柱之前到达关键点以便保留套管的最终内部尺寸。

当杆/钻管卡在井眼中时造成了钻井的显著增加成本的第二方面。其包括：受卡/卡住的钻柱，和受卡/卡住的套管，和受卡/卡住的线缆测井工具。这些杆/钻管常常被卡住，因为可渗透带允许钻井液流体静压与地层压力的压差，以利用比可被施加用来将杆拉松的力更大的力来抵着滤饼而卡住钻柱。此外，井筒坍塌，且岩石的散裂或崩落所造成的碎屑常常会造成卡钻。

套管钻探为这样一种操作：其中钻柱为实际套管而不是正常更小直径钻杆/钻管。这种套管钻探方法已经部分有效地减小了井漏，且通过已被称作涂抹效果的效果而改进了井筒稳定性。涂抹效果为对井筒和任何滤饼的机械调节，减小了可渗透性、且利用钻井泥浆和钻屑来填充任何裂缝或井漏带。但是，套管钻探并不适用于所有井，且尚未有效地用于减小在所有区域中的和针对所有井配置的这些问题。

发明内容

本发明涉及一种利用在钻柱端部处的钻头以钻井液的最小漏失和最少套管操作来钻进井筒的方法。一种钻井液具备颗粒堵漏材料，其中堵漏材料包括用于实现增强涂抹裂缝封堵的粒子，其中堵漏材料粒子具有从约100微米至约1500微米的粒度分布，且具有在粒度分布的整个范围的大量粒子。堵漏材料的粒子也在钻井液中在从每桶至少0.5磅直到每桶15磅的范围中随着钻井液流动，且也在井筒外围处的任何漏失区域处形成封堵物，并且在这样的漏失区域处形成滤饼，并且阻挡或减小从井筒到漏失区域内的流体流动。钻柱具备沿着钻柱的周边的一部分的至少一个涂抹部段以将堵漏材料的滤饼涂抹到漏失区域内，且将堵漏材料压缩为更牢固的封堵物以增强漏失区域处的堵漏材料的性能，其中涂抹部段具有有效直径为井筒直径的至少约75%，且在钻柱旋转时涂抹所述井筒的壁。使钻柱旋转以将井筒进一步钻入到地下且使涂抹部段转动，从而使得涂抹表面沿着井筒的内表面涂抹、且特别地将堵漏材料压为更致密的粒子质量体的封堵物并且调节漏失区域以减轻漏失、卡钻和剥落。

在本发明的特定方面，涂抹部段包括了套管钻井布置中的套管，或者在衬管钻井布置中的衬管。

在本发明的第二备选方面，涂抹部段包括一种安装到钻杆的一部段上或者在常规钻井布置中钻杆的两部段之间的工具。示出并披露了一套涂抹工具。