[发明专利]地下钻孔的钻探方法

说明书

本发明涉及一种地下钻孔的钻进方法，特别用于，但不限于油和/或气生产。

地下钻进一般包括从地面或者在管状钻柱的远端的孔底动力钻机上旋转钻头。它包括向下泵送液体到管状钻柱内，通过钻头，并且该液体通过在孔/管之间的钻进空间向上持续循环回地面，该空间被称为环空(annulus)。这种泵送机构由与连接到钻柱的支管连接的正排量泵提供。钻头穿过其线路通过地下地层的各层直到它到达目标矿藏处-具有特定温度和压力的含有碳氢化合物的岩石。这些碳氢化合物包含在岩石的孔隙内(例如，空的空间)并且可以包括水，油，以及气组成成分-被称为储层。在这些存在的储层中识别，穿透，以及布置钻孔是钻进这些钻孔的整个目标。由于从上述岩石的各层而来的过大负担的力，这些储层流体以已知的或未知的压力包含在并且是捕集所述孔隙内。

在管状钻柱的底部，井下测量设备与位于井下马达和钻头上方的钻柱形成一体。这允许钻孔被导向到合适的方向以到达目标储层。为了本专利的目的，测量井下的两个参数，并且其方法是井底压力(BHP)和井底温度(BHT)。BHP是由钻井泥浆的流体静压力产生的钻孔底部的压力，在地面施加的压力，以及由钻孔环空的整个剖面产生的摩擦压力损失。考虑到泥浆温度和周围地层以及它们的地热因素，温度是孔底部的平均温度。这些数值通过内部钻柱容积的脉冲传送到地面，通过计算机算法解码。

一种给定密度/重量的流体填满钻孔的环空。这种钻井液或钻井泥浆的目的是润滑，携带钻屑到地面，冷却钻头，以及给井底动力钻具以其他工具提供动力。泥浆是一个非常宽泛的术语，并且在上下文中它用来描述流体或流体混合物，其覆盖的宽泛的领域包括空气，氮气，在空气或氮气中的雾状流体，带有空气或氮气的泡沫状流体，充气流体或者硝化流体，带有固体颗粒的油和水的大重量混合物。最重要的，这种流体和它导致的流体静压力-由柱体的给定重量以及垂直高度产生的施加到底部的这种流体柱体的压力-阻止储层流体以存在的压力进入钻进环空。

在循环和非循环时间内，关键的是，在储层所处的孔底部处的压力通常大于储层压力。这种平衡或过平衡状态是任何钻进操作过程中为了安全所需要的，除了平衡不足的钻进方法外，平衡不足的钻进方法允许在钻孔过程中储层流体进入环空-但在地面上利用闭环方法安全控制装置在合适的位置。因此，除平衡不足的情况外，钻井液在储层交界处通常产生一个等于或大于已存在的储层压力的井底压力值。这通过增加钻井液的密度或者建立一个闭环系统完成，该系统中压力可从地面施加以增加钻孔底部的压力。

后者可以被称为控制压力钻井(MPD)。MPD在地面使用设备来密封管形钻柱周围，该设备被称为旋转头，它经由导管将流体转移到一个被称为节流阀或控制阀的节流机构。通过开关这个节流阀或控制阀，流动回流压力将增加或减少，这将使钻孔/储层交界处的压力增加或减少来保持在该交界处的钻孔内的压力大于储层压力的值。

当在进行钻井的同时在钻进环空内储层交界处的井底压力下降到低于储层压力时，这是最危险事件之一，这被称为反冲(kick)。反冲或内涌就是不需要的地层流体以更高的压力进入钻进环空。通常，这种进入环空的流体通常包含气体作为其成分的一种。当这种内涌在环空内上升时，它由于较轻的重量和在流体内气体的存在而膨胀，这被称为气体溶解在溶液内。当它到达地表时由于气体的膨胀特性和碳氢化合物的爆炸特性，这种情况带来非常高的风险。如果这种内涌以一种不可控的方式到达地表它可能导致重大的释放，这被称为爆炸，可能导致受伤，死亡以及设备和环境损坏，以及与此相关的高成本。

当以常规方式钻井时，例如，在对外界开放的系统中时，当反冲进入环空时，程序使围绕管密封的安全机构关闭以阻止任何流体或气体溢出环空的安装机构，这被称为防喷器(BOP)。所有的环空流体按照线路通过被称为节流管线的导管进入关闭的节流阀。这包括停止钻井操作并且导致要花费数小时或数天从井内清除该内涌。

当采用MPD系统钻井时，一个闭环系统已经存在，在其中所有流体按照线路经由流道进入节流阀。这可能通过在地面安装旋转头设备而实现，该旋转头设备在地面围绕管进行密封。当反冲或内涌进入具有该系统的井眼时，取决于反冲的容积，当它循环通过MPD系统并安全地移走时，钻井可继续。如果容积巨大，钻井将会停止并且此处将发生与通常采用方法同样的状况-BOP关闭，花费数小时或数天从井内清除该内涌。