[发明专利]井眼套管衬管打印

说明书

本申请提供了一种井眼套管衬管打印系统，该系统包括套管衬管打印头，该套管衬管打印头适合于设置在环空区域中，该环空区域位于设置在油气井的井眼中的套管管道与井眼的壁之间，并且该套管衬管打印头适合于在环空区域内旋转并且使材料沉积到环空区域中，从而在环空区域中形成套管衬管。该套管衬管打印头包括在径向方向上串联设置的第一组打印喷嘴、以及在径向方向上串联设置且偏离第一组打印喷嘴的第二组打印喷嘴。第一组打印喷嘴适合于将第一套管衬管材料喷射到环空区域中，并且第二组打印喷嘴适合于将第二套管衬管材料喷射到环空区域中，从而形成第一套管衬管材料和第二套管衬管材料的套管衬管。

技术领域

实施方案主要涉及开发井，并且更具体地涉及在井的井眼中的胶结材料的增材制造。

背景技术

井包括井眼(或“钻孔”)，将井眼钻入地下以提供通向地下地层(地球表面之下的地理地层)的通路，以便于从地下地层提取诸如烃和水之类的天然资源，以便于将流体注入地下地层中，或便于对地下地层的评价和监测。在石油工业中，通常对井进行钻探以从地下地层提取(或“生产”)烃，如油和气。术语“油井”用于指设计用于生产油的井。在油井的情况中，通常与石油一起生产一些天然气。生产油和天然气两者的井有时被称为“油气井”或“油井”。

通常，建立油井涉及若干阶段，包括钻井阶段、完井阶段和生产阶段。钻井阶段通常涉及将井眼钻入预期包含一定浓度的可生产的烃的地下地层中。预期包含烃的地下地层部分通常称为“油气层”或“储层”。通常，通过位于地球表面的钻机来促进钻井过程。钻机提供了操作钻头以钻出井眼、提升、降低和转动钻杆和工具、使钻井液在井眼中循环、以及总体上控制井眼中的各种作业(或“井下”作业)。完井阶段涉及使井准备好生产烃。在一些情况下，完井阶段包括将套管管道安装到井眼中、注水泥使套管就位、使套管管道和水泥穿孔、安装生产油管、以及将流体泵送至井中以使储层和井破裂、清洁或以其他方式准备以生产烃。生产阶段涉及通过井从储层生产烃。在生产阶段期间，通常会拆除钻机，并用通常被称为“生产树”的一组阀门作为替代，这些阀门可调节井眼中的压力，控制来自井眼的生产流，并且在需要进一步的完井工作的情况下提供到井眼的通路。有时使用泵杆驱动装置或其他机械装置来提供提升以帮助从储层提取烃，特别是在井中的压力如此低以致于烃不能自由地流动到地表的情况下更是如此。来自生产树的出口阀门的流动通常连接至诸如储罐、管线和运输车辆之类的中游设施的分配网络，这些中游设施将生产运输至下游设施，如精炼厂和出口终端。

完井的套管作业对于建立井的完整性会特别重要。套管组件通常包括大直径刚性套管管道(例如，中空圆柱形钢管)，该大直径刚性套管管道插入井眼中并且通过设置在套管管道的外部与井眼的壁之间形成的环空区域中的硬化材料(如水泥)来保持就位。套管作业通常包括将套管管道降下至井眼中，并将水泥泵送至环空区域中以确保套管管道就位并有效地密封环空区域，从而防止流体和气体移动通过环空区域。在完井作业期间，通常对套管管道和水泥进行穿孔以提供与周围部分的储层的流体连通。例如，在其中预期储层的给定井深间隔包含油和气的生产油井的情况中，可以在穿越该井深间隔的套管管道和水泥中进行穿孔，以便于油和气从储层流入套管管道内部。在生产阶段期间，套管管道的内部或位于套管内的生产油管可以用作将油和气体引导至地表的管道。

在传统的井中，套管系统通常包括多个层段的套管，其连续地放置在先前铺设的延伸至井眼深处的套管内。这些套管可以包括(例如)从地球表面延伸至第一井深间隔中的导管、从导管延伸至第二井深间隔中的表层套管、从表层套管延伸至第三井深间隔中的中间套管、以及从中间套管延伸至第四井深间隔中的生产套管。生产套管可(例如)包括穿孔，穿孔提供了与第四井深间隔内的周围储层的生产地带的流体连通。套管通常起到对于作业和保持井的完整性至关重要的多种功能。套管可以防止地层坍塌到井眼中(例如，通过提供内衬井眼的刚性结构)，可以提供对井下压力的控制(例如，通过密封环空区域以将加压的地层流体引导至套管的内部，其中可以通过连接至套管的阀门进行控制)，并且可以提供地层的不同部分的选择性隔离(例如，通过密封井眼的第一井深间隔以抑制穿越第一井深间隔的产水并且提供用于从存在穿孔的第二井深间隔产油的管道)。

发明内容