[发明专利]利用减小的表面压力钻探的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及钻井的方法和系统。

背景技术

为了从地下地岩层中的储层提取烃类流体，在地岩层中钻出井。钻探技术的发展已演化出在任何方向上钻井的可能性，例如以便提取存在于所钻探的地岩层中的尽可能多的烃类流体。井可以例如包括基本上竖直的部段和从竖直部段偏离的至少一个部段，可能地基本上水平的部段。从基本上竖直的部段偏离的部段趋向于较长，常常延伸几千米进入地岩层中。为了满足增加能源储备的日益增加的需求，烃类勘探正向更深的水域推进，并且井的深度在不断增加。

通常通过将钻柱一端上的钻头插入井中来进行钻探。钻柱的重量与钻柱的长度成比例。当在较大的水深处钻探时，水的深度也影响井中的压力条件，并且增加到钻柱的重量上。人们不希望地岩层流体在钻探期间渗入钻出的井中；因此，由钻探系统施加在地岩层上的压力应高于地岩层孔隙压力。钻探系统也应理解为包括在钻柱和无衬地岩层壁之间添加的流体。利用这种流体，人们还能在钻探期间控制井，并且因此将防止井喷。同时，还需要限制穿透无衬地岩层壁的钻井流体的量，并且也需要在生产开始之前防止钻出的井筒的侧壁破裂。这意味着由钻探系统施加的压力不得超出地岩层的破裂压力。地岩层孔隙压力也依赖于静液柱，并且在较大水深处，地岩层孔隙压力增加。当由钻探系统施加的压力朝由地岩层孔隙压力和地岩层破裂压力限定的边界移动时，在钻探可以继续之前，必须通过套管或尾管对井加套管。因此，需要提供一种钻探的方法，由此，钻探可以在地岩层孔隙压力和地岩层破裂压力之间的容许压力范围内继续更长的时段，即更宽的钻井窗口。

术语“钻探”应理解为是指借助于钻柱在地下建立孔。它尤其适用于在海上或陆地上在地壳中钻进，以用于回收烃类、隧道、水道或为了回收地热能。

WO 2010/039043 A1描述了一种包括工具单元的井下钻井工具。工具单元包括至少一个第一流体导管和返回流体导管，并且工具单元布置成置于井筒中，限定井单元和井筒或带套管的井筒之间的环形空间。返回流体导管可以布置在第一流体导管，在第一流体导管和返回流体导管之间留下环形空间以供第一流体流动，并且其中返回流体导管在返回流体导管的居中布置的空间内行进。

从文献WO 94/13925 A1知道利用彼此紧邻布置的双管道钻探，其中一根管道用于流体从表面到钻头的泵送，并且另一根管道用作供钻出的钻屑和流体从钻头到表面设施的返回管线。在钻柱的下部处，在钻头上方布置有密封活塞。在活塞上方为闭合管道和井筒壁或套管之间的空间的密封件，限定所述活塞和密封件之间的体积。泵入该体积内的诸如液压流体的加压流体液压地抵靠孔眼的底部施力于活塞和因此钻头。当在地岩层中钻探并试图到达潜在的烃类储层时，可能遇到具有比周围地岩层更高的地岩层孔隙压力的区域。这些区域可能是高压气体或水的气阱或贮存器。通过常规的钻探技术钻穿这样的区域可能是困难的或甚至不可能的，因为很难在欠平衡钻井(UBD)的同时或利用控制压力钻井(MPD)对孔隙压力保持控制，并且仍然进一步下探到高压地岩层区域。UBD是指套管或尾管内部的流体静压小于储层压力的钻探状态，而MPD是在地岩层孔隙压力和地岩层破裂压力之间的差值较低时的合适方法。MPD是用来更精确地控制贯穿井筒的环形压力分布的自适应钻探方法。

为了能够钻进，钻探系统的重量必须高于地岩层孔隙压力。有可能在活塞上方泵送诸如液压流体的加压流体，但这样旋转控制装置(RCD)(通常布置在井的顶部处且限定活塞和井的顶部之间的环形体积的上边界)将不得不经受来自泵出的加压流体的压力。因为钻柱伴随泥浆穿过RCD而旋转，对于这些产品来说将始终存在受限制的压力/旋转范围。

发明内容

在本发明的一方面，钻探方法包括在地岩层中钻出的井中布置具有一个入口流体导管和一个返回流体导管的双钻柱，使得在双钻柱和井的壁之间形成井环空。该方法包括在井环空中布置分隔物元件以将井环空分隔成上部环形区域和下部环形区域，上部环形区域在分隔物元件上方延伸至井环空的表面，下部环形区域在分隔物元件下方朝井环空的底部延伸。该方法包括将具有第二密度的第二流体进给到上部环形区域。进给包括配置第二流体使得第二密度大于第一密度。

在一个实施例中，第一流体的至少一部分是来自地岩层的流体。

在一个实施例中，进给第二流体包括将第二流体作为未加压流体提供。

在一个实施例中，该方法还包括在暴露于上部环形区域的分隔物元件的上表面和暴露于下部环形区域的分隔物元件的下表面中的至少一个处或附近测量压力。