[发明专利]在钻井的同时进行压裂的系统和方法

说明书

发明人：Shaohua Zhou(S·周)

受让人：Saudi Arabian Oil Company(沙特阿拉伯石油公司)

技术领域

本发明涉及用于从井筒中生产流体的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于在地层中钻井筒的同时压裂地下地层的系统和方法。

背景技术

生产烃的井筒在地面下延伸并且与圈闭有烃的地下地层交叉。井筒通常是通过位于钻柱末端的钻头来产生的，通常，位于井筒开口上方的驱动系统使钻柱和钻头旋转。通常在钻头上设置有切削元件，随着钻头旋转，切削元件刮除井筒的底部且从地层中挖掘材料，从而将井筒加深。钻井流体通常沿钻柱向下泵送并且从钻头引入井筒。钻井流体在钻柱与井筒壁之间的环隙中沿井筒向上回流。在挖掘时产生的钻屑随着循环的钻井流体沿井筒向上载送。

有时在井筒壁中形成裂缝，裂缝延伸到与井筒邻近的地层中。压裂通常是通过将高压流体注入井筒中并且密封井筒的一部分来进行的。压裂一般在井筒中的压力超过地层中的岩石强度时开始。通常通过注入诸如砂或树脂涂层颗粒等支撑剂(proppant)支撑裂缝。支撑剂通常还用于阻止从地层向井筒产出砂或其它颗粒物质。

发明内容

本文描述了一种用于地下井筒的系统。在实例中，系统包括位于钻柱的端部上的钻头，其中钻头与增压流体选择性地流体连通。还包括位于钻柱上的封隔器，封隔器选择性地密封井筒的内表面。密封封隔器限定了位于井筒的下部中的封闭空间。位于钻头上的压裂口选择性地打开和闭合，并且与增压流体源连通。在可选方案中，系统还可以包括位于钻头上的钻井流体出口喷嘴，钻井流体出口喷嘴选择性地打开和闭合。在该实例中，增压流体源是第一增压流体源，并且钻井流体出口喷嘴与第二增压流体源连通。此外，来自第二增压流体源的增压流体是钻井流体。在一个实例中，当钻柱正在旋转而钻取井筒时，出口喷嘴打开，以使流体从出口喷嘴流入井筒，并且当压裂口打开且部署封隔器时，来自第二增压流体源的增压流体从钻头流入所述空间中以在地层的位于井筒外围的部分中形成裂缝。系统还可以包括压力增强器，压力增强器具有与增压流体源连通的入口以及与钻头连通的出口，使得当压力增强器正在工作且接收来自增压流体源的流体时，压力增强器增加流体的压力。封隔器能够安装到套环上，套环附接到钻头的与钻柱邻近的部分上。在一个可选方案中，系统还可以包括：位于钻头的外表面上的细长的切削刮板以及限定在切削刮板之间的通道，其中，钻井流体出口喷嘴布置在通道中。在一个实例中，增压流体源设置在井筒的外部。

本文还披露了一种用于地下井筒中的操作的系统，其中所述系统可以包括从管状柱悬挂下来的钻头，管状柱限定了钻柱。该实例还包括：密封件，密封件从钻柱沿径向向外选择性地扩张而与井筒的内表面密封接合；以及位于钻头上的钻井喷嘴，其与增压钻井流体源选择性地连通；以及位于钻头上的压裂口，其与增压压裂流体源选择性地连通。密封件可以是与管状柱邻近地安装到钻头上的封隔器。在一个实例中，压裂口设置在密封件和钻井喷嘴之间。在示例性实施例中，当压裂口打开时，钻井喷嘴闭合，而当压裂口闭合时，钻井喷嘴打开。系统可以任选地还包括增强器，增强器位于钻柱中，用于接收来自增压流体源的流体，进一步对流体增压，并且将进一步增压的流体引入钻头。

本公开还包括用于形成和压裂地下井筒的系统，其由如下部件构成：钻头，其从限定钻柱的具有一定长度的钻管悬挂下来；密封件，其从钻柱沿径向向外选择性地扩张而与井筒的内表面密封接合；位于钻头上的钻井喷嘴，其与增压钻井流体源选择性地连通，当钻头钻取井筒时，钻井喷嘴处于打开位置；以及位于钻头上的压裂口，其与增压压裂流体源选择性连通，当钻头钻取井筒时，所述压裂口处于闭合位置，而当钻头旋转停止时，所述压裂口选择性地打开，使得增压压裂流体能够从钻头内部流入井筒且压裂井筒。在该实例中，密封件位于钻头上且在井筒中邻近钻头之处限定离散的密封空间，当经受增压压裂流体时，离散的密封空间会在地层中的离散区域内的位置处被压裂。

附图说明

为了实现以及能够具体理解本发明的上述特征、方案和优点以及变得显然的其他特征、方案和优点，下面参考在附图中图示说明的本发明的实施例对上文简要概述的本发明做更具体的描述，附图构成本说明书的一部分。然而，值得注意的是，附图仅图示了本发明的优选实施例，因此，不应视为是对本发明范围的限制，因为本发明可容许有其他同等有效的实施例。

图1是根据本发明的形成井筒的钻井与压裂系统的示例性实施例的侧面局部剖视图。