[发明专利]钻井方法和井筒钻井系统

说明书

本发明涉及一种钻井方法，其中通过钻井单元(90)在钻井井筒(10)的井筒端部处产生剥离岩石。剥离岩石借助于液体被转移到在所述钻井井筒(10)内设置的容器(30、40)中。因此，由剥离岩石和液体构成的混合物位于所述容器(30、40)中。通过借助于液体进一步转移剥离岩石，所述容器(30、40)被淹没，其中，至少过量的液体溢出。残余混合物保留在所述容器(30、40)中。溢出的液体被引回到井筒端部中。残余混合物通过所述钻井井筒(10)被输送出去。通过这种特殊的分离方法，在所述钻井单元(90)的区域中产生自由空间，其即使在较小的井筒直径的情况下，也能首次地实现在全井筒钻井模式下的有效的、安全的和商业上更有利的钻井作业。本发明此外涉及一种井筒钻井系统，该井筒钻井系统适合用于实施所述钻井方法。

本发明涉及一种借助于液体实施的剥离岩石剥除的钻井方法以及一种用于实施这种钻井方法的井筒钻进系统。

已知的钻井方法一般地包括以下的步骤。提供在要钻进的钻井井筒中布置在该钻井井筒的井筒端部处的钻井单元，该钻井单元被设计用于，通过剥除岩石和土壤，基本上通过钻凿产生剥离岩石。所述剥除例如附加地借助于爆破或通过其它的用于扩展或加深钻井井筒的合适的技术来进行。

在已知的方法中，产生的剥离岩石借助于液体(如水)来接收并且所形成的混合物被运送到一表面上，也就是说，被运送到围住钻井井筒开口的区域中。这一般地借助于泵送系统或空气升降系统来完成。偶尔也会使用刮板系统或真空抽吸系统。这具有缺点，即，随着钻井井筒的深度不断增加，泵送系统的输送能力必须高并且此外存在该泵送系统堵塞的风险。这种运行故障只有在付出大的努力下才能够被再次消除。如果由于3m至8m的很小的井筒直径而使进入井筒变得困难，那么尤其难以进行这种故障消除。刮板系统在磨蚀性的岩石条件下经受到非常高的磨损并且此外需要太大的空间。真空系统具有非常高的能量需求并且在井筒中需要大容量的装置，例如干法分离装置。产生了高的废热值，这又需要大容量的冷却设备。在涌水的情况下例如刮板系统和真空系统是不起作用的。

在所述表面上，从混合物中一般地再次抽出液体，该液体然后被引回到井筒端部中，因为在那里一直需要液体，用以将剥离岩石输送出去。

在大多数情况下，通过剥离岩石经由已经存在的先导钻孔和/或井筒被排出，具有3m至8m的小直径的井筒被扩展，其具有所有上述的缺点。此外，为了尤其能够有效地扩展钻井井筒，先导钻孔的必要性总是意味着额外的劳动力成本、时间消耗并且因此也意味着额外的成本费用。这意味着需要很大的费用来提供用于将剥离岩石输送出去的井下物流。

在没有先导钻孔的情况下，在指定的直径范围内的井筒的掘进通常在传统的爆破操作中或借助于所谓的空气升降方法来进行。两种方法在掘进速度、项目持续时间、安全性和成本方面都具有非常显著的缺点。

在空气升降方法的情况下，出于方法相关的原因，被钻进的井筒在钻井作业期间被完全用液体充满直至井筒颈口。掘进速度非常低，特别是在硬的地质层系中并且方向性精度受到限制。必须在困难的、脆性的地质层系中将添加剂加入到液柱中，以防止液体不受控制地流入周围的岩体层系中。这常常是非常耗时的、昂贵的并且仅仅被不充分地控制。井筒壁衬砌只能够在以后被引入。

备选地，井筒也采用爆破方法来挖掘。相应的缺点已是众所周知的。因此，随着井筒深度的增加，掘进速度减小。由于爆炸裂缝的形成可能导致对周围的地质构造的破坏并且对处于井筒底部的人员存在增大的安全风险。

因此，在考虑不断严格化的国际安全法规的情况下，特别是在采矿业中也存在对更有效的、更安全的钻井方法和可以被更有效地使用的井筒钻井系统的需求。这个目的就钻井方法而言通过权利要求1的特征来实现并且就井筒钻井系统而言通过权利要求10的特征来实现。有利的实施例分别是从属权利要求的主题。

根据本发明，在一种钻井方法中，钻井单元被布置在钻井井筒的井筒端部处。所述钻井井筒例如具有3m至8m，优选5m的最小直径。

根据本发明，借助于所述钻井单元通过钻进式的剥除来产生剥离岩石。可选地，可以附加地通过爆破产生剥离岩石。