[发明专利]钻井设备及用于减小井漏的方法

说明书

一种在井筒(18)中使用以隔离地层的严重泄漏区域(20)的泄漏缓解井底钻具组件(28)，其包括：钻头(42)，其用于钻井筒(18)；以及双壁钻柱(32)，其将钻头(42)连接至流体源，并具有用于将流体输送至钻头(42)的第一流体通道(46)以及用于使流体远离钻头(42)而返回的独立的第二流体通道(48)。该组件(28)还包括：钻井尾管(44)，其围绕并附接至双壁钻柱(32)的底部，并包围钻头(42)，钻井尾管(44)具有与钻头(42)相邻的端部，以容纳离开钻头(42)的流体，并阻止流体进入地层的严重泄漏区域(20)。

技术领域

本发明涉及钻探油气井。具体而言，本发明涉及一种使用双壁钻柱来减小井漏的钻井系统，该双壁钻柱能够同时钻探和对泄漏区域加衬。

背景技术

在油气钻探操作中，烃生产井筒延伸至地下，并与积存有烃的地层相交。通常利用附接至钻柱端部的钻头形成井筒，其中通常由位于井筒开口上方的驱动系统驱动钻柱和钻头旋转。钻头通常配备有切削元件，该切削元件在钻头旋转的同时刮削井筒底部，以从地层中挖出材料，从而使井筒变深。钻井液(也称为钻井泥浆)通常被向下泵送至钻柱，并从钻头引入到井筒中，然后钻井液在钻柱与井筒壁之间的环形间隙中沿井筒向上回流。钻井液冷却钻头，保持钻井中的期望压力，并且钻井液在沿井筒向上流动时携带在钻井操作期间产生的切屑。

安全和高效的烃井钻井作业在石油和天然气产业中尤为重要。该产业中遇到的最昂贵和最具挑战性的问题包括在井筒中产生井漏区域或“泄漏区域”。该现象通常因钻井液从井筒流动到可能积存有烃的地层中而产生。在受到井漏影响的钻井中所导致的流量减少或泄漏(可能超过100bbl/hr)就经济损失和所导致的安全问题(可能包括井控的潜在损失)而言是有害的。对于该产业而言消除或减少井漏区域是优先考虑的，这是因为每年因如下原因而损失几十亿美元：在钻井操作中因钻井液泄漏、地层损害(例如，如果泄漏发生在内部储层段)及其对烃生产的负面影响而导致的井漏；以及利用例如堵漏材料(LCM)来解决该现象的成本。进一步考虑到相关的潜在环境和监管问题，非常需要在钻井操作中防止和修复井漏。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种在地层的严重泄漏区域中的井筒中使用的泄漏缓解井底钻具组件。该组件包括：钻头，其用于钻井筒；以及双壁钻柱，其将钻头连接至流体源，并具有用于将流体输送至钻头的第一流体通道以及用于使流体远离钻头而返回的独立的第二流体通道。另外，该组件包括钻井尾管，钻井尾管围绕并附接至双壁钻柱的底部，并包围钻头，钻井尾管具有与钻头相邻的端部(例如公知的具有岩石切削元件的钻井鞋(drill-shoe))，以容纳离开钻头的流体，并阻止流体进入地层的严重泄漏区域。

在一些实施例中，该组件还可以包括尾管送入器/安放器，当钻井尾管到达井筒的桥接地层的严重泄漏区域的期望位置时，尾管送入器/安放器相对于套管安放钻井尾管。尾管送入器/安放器可以包括：夹头防松螺母，其围绕双璧钻柱，并在第一位置与第二位置之间相对于双壁钻柱沿轴向能移动；以及夹头防松螺母启动机构，其能被操作者控制，以使夹头防松螺母在第一位置与第二位置之间移动。此外，尾管送入器/安放器可以包括：封隔器元件，其围绕钻井尾管，并与夹头防松螺母机械连通，当夹头防松螺母位于第一位置时，封隔器元件处于未激励状态，并且当夹头防松螺母位于第二位置时，封隔器元件处于激励状态，使得当夹头防松螺母启动机构使夹头防松螺母从第一位置移动至第二位置时，封隔器元件被激励，并密封钻井尾管与套管之间的间隙；以及齿形尾管悬挂器滑动件，其围绕钻井尾管，并与封隔器元件机械连通，当封隔器元件没有被激励时，齿形尾管悬挂器滑动件与套管脱离接合，并且当封隔器元件被激励时，形尾管悬挂器滑动件与套管锁定地接合，齿形尾管悬挂器滑动件在与套管锁定地接合时阻止钻井尾管与套管之间的相对运动。另外，封隔器元件可以具有成角度的表面，成角度的表面定位成用于在封隔器元件被激励时受迫插入到钻井尾管与齿形尾管悬挂器滑动件之间，当封隔器元件被激励时，成角度的表面将齿形尾管悬挂器滑动件的一部分推压为与套管接合。