[发明专利]井下组件、工具和方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油和天然气勘探和开发的领域，且具体地说，涉及井孔形成活动。更具体地说，本发明涉及用于扩井孔的扩孔刀片、组件、方法和工具以及制造这种工具的方法。

技术现状

在石油和天然气行业中，非直井使用定向钻井技术形成。钻井过程包括起初使用具有钻井底部钻具组件(BHA)的钻柱来钻先导井孔，该BHA具有在其前端的钻头。必须随后使用一个或多个扩孔工具扩大该先导井孔以容纳套管、生产管等，并改善井孔大小、形状和环境。如此形成的油井接着通过安装套管(如果可适用)、生产管及相关工具和在井底上打眼并刺激井底而“完成”，即做好生产准备。

更具体地说，首先，钻头向下前进直到钻头到达目标深度。接着拉出钻柱且将扩孔BHA附连在钻柱前端。接着将该扩孔BHA推到井下，在完井之前扩大并调整井孔，且随后拉出，同时在出井的过程中扩大井孔。如上所述，这种类型的扩孔在先导井孔已形成之后并且实施完井之前要求特定扩孔运行，这是不方便和无效率的。需要将钻井BHA从井孔拉出以用扩孔BHA替换该钻井BHA会导致昂贵的非生产时间。

通常，不良井孔质量被发现并可产生于：

·油井的定向路径和导向装置的定向行为偏离于计划路线，从而产生扭曲

·不良钻井实践引起钻头处的振动和回旋动作

·不当洗井引起沉积

·不当钻井液成分不抑制在钻井后的地层瞬态和地层膨胀的某些方面

·BHA移动穿过不同地层导致钻柱偏离预定路径

·钻井工具不按规定执行，由此钻头留下不当井孔质量，以及转向装置绕指定目标路径摆动。

·钻穿夹层地层导致出现硬细脉

不良井孔质量影响钻井和完井过程，导致下列问题：

·钻进和起钻过程中由于面向前后运动的钻柱的障碍物而引起的问题

·BHA的不良动态响应

·完井结束及其正确部署的问题。

因此，为了执行有效率的钻井和完井过程，井孔调整是至关重要的，尤其是在来自以下范围的复杂作业中：

·多边井

·深水平井

·大位移钻井

·高压高温井

·大角度井轮廓：J形轮廓、S形轮廓。

不良井孔调整在钻井和完井过程的所有步骤中导致非生产性时间(NPT)。因此，一般实践是，在钻井运行之后执行采用受控参数的专门扩孔运行，以试图将井孔调到要求的质量。

各种元件已包含在钻井BHA中以在钻井过程中改善井孔质量。这种元件包括实际上可在钻井过程中提供扩孔程度的固定片式扩孔器或辊式扩孔器。

文献EP1811125公开了与钻杆和钻头一起用于在岩层中钻井的减振扩孔器。减振扩孔器包括具有钻井液通过的贯穿孔通道的本体。该本体具有适于与钻杆连接的圆柱形上部和直径比上部宽的圆柱形最下扩孔部。扩孔部包括位于外表面上并沿至少磨损表面的上带和磨损表面的下带布置的多个磨损表面，该磨损表面的上下带沿扩孔部轴向间隔并由中间带分开。通过沿本体长度轴向间隔的扩孔带的这种布置，扩孔器用于在轴向间隔位置支承抵靠井壁。扩孔器的表面支承抵靠孔壁，从而确保由工具产生的任何振动衰减。采用两个或两个以上的支承点代表磨损表面提供了扩孔器和由此钻具组件的位置稳定性。螺旋形凹槽在外表面上切隔并绕本体的周界均匀间隔。螺旋形凹槽用于允许在钻井作业过程中钻井液和从井孔收集到的夹带岩石材料通过。为了产生期望的减振效果，磨损表面镶嵌有耐磨硬质合金桩钉阵列。然而，该工具仅具有使钻头的横向运动最小且因此延长钻头寿命和提高机械钻速的效果，但井孔质量由于上述多个原因中的任一个仍然是不良的，该工具不会消除对采用专用扩孔运行的需求。

在钻进过程中以及在POOH(起钻)过程中，要求防止卡钻发生并可处理诸如以下情形的影响，这些情形诸如是：

活动地层

破裂和断裂地层

活性地层

过压地层

洗井问题

疏松地层

键槽

岩架和微狗腿弯

膨胀页岩和盐渍地层

大量倒扩孔

井径缩小点

文献WO2004/029402公开了扩孔器和稳定器组合工具。该工具包括本体，在本体上设置：

稳定器，该稳定器包括直径比本体大的部分并刻有一系列螺旋状凹槽，该凹槽形成要与正在钻的井的壁接触的多个肋；以及

扩孔器部分，该扩孔器部分在所述稳定器下方，包括切削装置。

可选地，三排硬质合金刀片设置至用于辅助钻杆撤回的稳定器。