《用于可编程压力钻井和可编程梯度钻井和完井的方法和设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于可编程压力钻井和可编程梯度钻井和完井的方法和设备.pdf（42页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN102007264A43申请公布日20110406CN102007264ACN102007264A21申请号200880127729822申请日2008122911/968,01020071231USE21B21/00200601E21B21/0820060171申请人普拉德研究及开发股份有限公司地址英属维尔京群岛多多拉岛72发明人杰夫当顿瓦卡尔卡恩74专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人汤雄军54发明名称用于可编程压力钻井和可编程梯度钻井和完井的方法和设备57摘要本发明公开了一种通过以下步骤产生邻近钻头底部钻具组合的可编程压力区的方法靠近钻井钻具组合进行。
2、密封；调节压力以近似于或稍微小于井壁的孔隙压力以允许从地层流出；以及，当钻进时，通过在可编程压力区与井眼的环空之间从钻井钻具组合泵送出或对流体进行节流以流动到所述钻井钻具组合内来进行调节，以避免使可编程压力区过压，处理需要控制井之外。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010083186PCT申请的申请数据PCT/US2008/0884272008122987PCT申请的公布数据WO2009/088825EN2009071651INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书17页附图21页CN102007277A1/3页21一种用于可编程压力钻井的方法，。
3、包括以下步骤密封在井眼中产生第一压力区与第二压力区的环形空间；感测所述第一压力区中的压力和所述第二压力区中的压力；调节所述第一压力区与所述第二压力区之间的压力，以获得具体的压力梯度；以及在所述井眼中的所述第一压力区内钻井，同时动态调节所述第一压力区中的压力。2根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在钻进的同时，加固所述井眼中的所述第一压力区。3根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤平衡所述第一压力区中的压力与所述第二压力区中的压力。4根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在平衡所述第一压力区中的压力与所述第二压力区中的压力之后，继续在所述第一压力区中进行钻进，并在井眼内的不同点处进行密封。
4、。5根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤以液压的方式隔离所述第一压力区。6根据权利要求2所述的方法，其中，所述当钻进时加固所述井眼中的所述第一压力区的步骤包括以下选定的用于稳定所述第一压力区的方法中的一个利用密封剂涂覆所述井眼；设置套筒；在适当的位置对套管注水泥；膨胀可膨胀管材；插入并设置互锁连续带；和砾石充填。7根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤连续监测所述第一压力区中的地层压力和深度，从而提供已钻好的井的流动势分布图。8根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤调节所述第一压力区中的压力，并且测量所述流动势以确定地层压力和渗透率。9根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤利用声能连。
5、续激发所述地层，并且测量所述地层内的声速，同时调节所述第一压力区中的压力，从而在不需要对所述第一压力区进行压裂的情况下检测地层特性。10根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在钻井的同时以动态的方式将井信息从所述第一压力区发送到地面，并且接收从所述地面返回的控制信号。11根据权利要求10所述的方法，其中，所述井信息通过有线钻杆发送。12根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤当正在所述第一压力区中钻进时，确定井中的每一个压力区的生产量潜产量。13根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤使用由控制单元确定的信息在所述第一压力区内对钻头进行导向，所述控制单元与位于所述第一压力区中的一个或多个传感。
6、器通信。14一种用于井眼的可编程压力钻井的方法，包括以下步骤靠近配备有底部钻具组合的钻杆的远端设置环状密封件，所述环状密封件允许所述钻杆连续移动；使所述环状密封件与所述井眼接合，以在所述井眼内在所述环状密封件下方邻近所述权利要求书CN102007264ACN102007277A2/3页3底部钻具组合的环空内形成可变环空压力；使用所述底部钻具组合对所述井眼进行钻进，同时保持所述环状密封件；以及将所述井眼的钻进期间的所述密封件的远端侧上的井眼压力保持在与所述密封件的近端侧的压力的不同的压力下。15根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤在不解除所述密封件的情况下，通过所述密封件清除钻井液和钻屑。。
7、16根据权利要求14所述的方法，其中，所述井眼中的压力比在所述环状密封件的相对侧的环空中的压力低。17一种用于控制已钻井眼中的流体压力的方法，包括以下步骤建立钻杆与靠近钻柱的末端的井壁之间的可移动井眼密封件；感测井壁处的第一流体压力和所述井眼与钻柱之间的在所述井眼密封件的相对侧的环形空间中的第二压力；在钻进的同时，通过从所述井壁将流体泵送通过所述井眼密封件进入所述环形空间内来调节井壁处的压力；以及使所述可移动井眼密封件在所述井壁处随钻进的进行而移动。18根据权利要求17所述的方法，其中，所述可移动井眼密封件通过激励牵引机来实现。19根据权利要求17所述的方法，其中，所述可移动井眼密封件通过使螺。
8、杆移动来实现。20根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤将井眼密封件沉积在所述井壁上。21根据权利要求17所述的方法，其中，所述井眼密封件是套筒。22根据权利要求17所述的方法，其中，所述井眼密封件是与所述井壁反应的密封剂。23根据权利要求17所述的方法，其中，所述井眼密封件是可膨胀套管。24根据权利要求17所述的方法，其中，所述井眼密封件是互锁带。25一种可编程压力钻井设备，包括钻柱组合，所述钻柱组合能够连接到钻柱的远端；第一压力传感器，所述第一压力传感器被设置成靠近所述钻柱组合；密封件，所述密封件能够选择地被接合以将所述钻柱的远端从形成在所述钻柱与相邻圆周壁之间的环空密封，其中，所述密。
9、封件随着所述钻柱组合的向前前进而移动；第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在所述密封件的相对侧，用于比较地测量所述钻柱组合的远端与所述环空之间的压差；和至少一个泵，所述至少一个泵用于从邻近所述钻柱组合的远端的区域通过所述密封件将流体移除到所述环空。26根据权利要求25所述可编程压力钻井设备，还包括地层加固密封件。27根据权利要求25所述的可编程压力钻井设备，其中，所述地层加固密封件是套筒。28根据权利要求25所述的可编程压力钻井设备，其中，所述相邻圆周壁是井眼。29根据权利要求25所述的可编程压力钻井设备，其中，所述相邻圆周壁是套管。30根据权利要求25所述的可编程压力钻井设备，其中，所述地。
10、层加固密封件是互锁权利要求书CN102007264ACN102007277A3/3页4螺旋形缠绕线圈。31根据权利要求27所述的可编程压力钻井设备，其中，在设置成抵靠所述地层之前，所述套筒的近端闩锁到套管。32根据权利要求25所述的可编程压力钻井设备，其中，所述可编程压力钻井设备是反循环中心排放钻头和扩孔器。权利要求书CN102007264ACN102007277A1/17页5用于可编程压力钻井和可编程梯度钻井和完井的方法和设备0001本专利申请主张2007年4月26日提出申请的GB07080419的优先权。技术领域0002本发明公开了一种对油气井进行钻进和完井的方法和设备；更具体地本发明公开。
11、了一种用于建立邻近钻井底部钻具组合的密封室并选择性地调节所述室内的压力以可被保持在避免地层损害、循环漏失、和井壁污染的压力下，同时允许更高的钻速，而增加钻头寿命、最小化压差卡钻、以及最大化当进行钻井时从地层采集的地层信息的方法，和一种用于在钻井完成之后下永久套管并固井同时保持井眼完整性的方法。所述设备可以提供进行钻井时的地层保护密封件以有助于裸眼井完井，同时保持井眼完整性。本发明公开了一种用于利用在不同地层压力下跨接安装在多油层之间的这种地层保护密封件对井下永久套管并固井的方法。背景技术0003术语0004欠平衡钻井UBD利用在储层孔隙压力以下的钻井液静压头下进行钻井。控制压力钻井MPD涉及“。
12、低压头”和“平衡”钻井，其中井底压力以临界的方式被保持在储层孔隙压力的以上或等于所述储层孔隙压力。反循环中心排放RCCD是以欠平衡的方式钻井，同时最小化与地层壁的钻井液接触。如这里所使用的，因为所有钻井在通常理解上被认为是控制压力钻井，可编程压力钻井PPD应该表示用于通过动力计算、调节和施加在钻井期间和固井时的正压补偿或负压补偿来精确地控制在指定环境范围内的井下环空压力的自适应打井过程。此外，可编程梯度钻井PGD系统应该表示采用PPD方法从而在不干扰井眼的其余部分内的压力的情况下在钻井时允许以调制的方式将可变压力补偿施加在井眼的增加的部分上从而产生进一步下套管并完井的完全可编程环空压力分布图或。
13、梯度的自适应打井过程。PPD和PGD还可以被被理解为具有增加利用自动过程控制环路的可编程自动压力钻井PAPD或可编程自动梯度钻井PAGD。0005PPD描述了将井底压力保持在不同于钻井区内的压力的指定压力下。这可通过使用控制单元和密封组件来完成。安装在井眼内的期望位置处的固定密封单元将控制单元和密封单元的近端侧的压力保持在一压力下，所述压力足以控制井、提供用于使用正在循环通过钻井区的钻井泥浆影响钻头的冷却的充分流动、和提供足以从控制单元和密封单元的远端侧将钻井钻屑带到控制单元和密封单元的近端侧并向前返回到地面。密封件允许在可移动控制单元的远端侧继续钻井，同时保持钻井区内的压力不同于密封件的近端。
14、侧所受到的压力。0006PGD描述了以下另外的方面，即，在执行PPD的同时实际上以化学或机械方式增加地层保护密封件在地层壁上的布置，以用作压力障以及用于以逐渐增加的方式加强地层，从而同时提供紧邻可移动控制单元的可移动密封单元，其中所述可移动密封单元和所述可说明书CN102007264ACN102007277A2/17页6移动控制单元的移动与钻井钻具组合的移动几乎相同。0007传统的钻井实践或OBD通常将井眼内的钻井液的流体静压保持在地层的孔隙压力与所述地层破裂压力之间。钻井液在井眼内连续循环以控制地层流体并将钻屑输送到地面。钻井液还用于稳定井眼以及润滑和冷却钻头。0008本发明旨在在具有钻井区。
15、内的MPD或UBD的益处的情况下，组合OBD以最小化通常与诸如H2S释放的UBD、无法预料的和非计划的大量油气释放到井眼内“井涌”或其中环境条例禁止扩大或随钻开采相关联的安全风险。这种方法避免了对地层的损坏、循环漏失和所有其它公知的问题。此外，本发明避免了对配备有通常在UDB或MPD方案中所使用的额外的设备例如，氮气注入单元、密闭油罐组、多相分离器、旋转节流圈装置、真空除气器和类似物的钻井结构的需要。0009通常，钻井液是水基液体或油基液体，并且含有用于提供专用于所受到或预测的井眼条件的密度、滤失特性、和流变性质的各种固体和液体混合物。尽管由在目的地层上方的钻井液的这种静压头产生可认识的问题，。
16、但是这些传统的钻井方法长期已经被认为是钻井的安全方法。因为钻井液压力比天然地层压力高，因此流体侵入频繁发生，从而对地层的渗透率产生破坏，这由地层的冲蚀或与进入地层结构本身的流体和固体的侵入的物理堵塞产生。0010当在井眼流体梯度小于天然地层压力梯度的情况下钻井时形成UBD，这从而在进行钻进时允许井出现流动。这种技术最小化循环漏失，并增加穿透速度，同时最小化由钻井流体进入到地层结构内的侵入所引起的污染。立即识别生产层，并且详细的井身结构可以由这些欠平衡井中的钻井程序的进程形成，从而尤其在边际油气田或旧的地质构造中缩短钻井时间。0011通过使用UBD降低了钻井时间、延长了钻头寿命、增加了对地层变化。
17、的早期检测和对正在被钻进的地层中的生产层段的动态测试。增加钻井效率与来自未受损害的地层增加的开采前景一起使得在很大程度上期望欠平衡钻井。0012如当前所实践的，UBD需要用于安全并有效地钻井的专用地面设备。通常通过将氮气注入到钻杆或寄生管中来实现钻井液的密度控制。这需要大量的地面制备以实现适当的氮气注入。可以采用用于控制井底压力的井口节流器以增加或降低立管压力，但是由于固有的滞后时间，节流器的操作不会遇到或影响底部钻具组合。滞后时间的估计通常对于单相系统来说是简单的，但是多相流系统复杂并难以模拟，由此难以预测所述多相流系统的响应，更不用说精确地控制并操纵所述多相流系统。0013UBD如果没有被。
18、适当操纵则可能导致高风险的井喷、火灾或爆炸；此外，UBD需要在所有不同的系统中对钻井队进行全面训练，占据较大的甲板空间并且需要另外的层空间，这通常在海上非常受限制，并且由于用于氮气注入和多相流节流器以及分离设备的另外的地面设备而通常更加昂贵。然而，尽管有所有这些问题，但是因为益处远远超过成本，因此在现代钻井程序中仍然广泛地使用UBD。0014在行业中MPD被公知为用于精确控制井眼内的环空压力分布图的一组技术。在钻井和固井期间始终要精确控制环空压力的剖面图的需要被很好的确立，因为所述需要允许钻通并完成复杂孔隙和压裂压力流态，从而由于降低了钻井风险而提高钻井效率，并且还避免了将直径减小的多个昂贵的。
19、套管柱安装在井眼中。地球地层经过几百万年经历地质变说明书CN102007264ACN102007277A3/17页7化，所述地质变化导致意想不到的压力和岩石强度变化。为了到达复杂的深海和非常规储层，本行业需要新方法在相同的井段中通过多个不同孔隙压力和压裂梯度进行钻井。目前，没有可以在井眼中连续钻进的同时在井眼中的多个固定点处改变环空压力并将所述环空压力保持在期望的范围内的技术。本行业认识到一种恒定井底压力系统，所述恒定井底压力系统通过将来自地面的正回压施加在环空侧以补偿当地面泵停止时有效循环密度ECD减少来将在靠近井眼的底部的一个点处期望的压力保持成等于或大于泥浆流体静压。这种方法和相关联的设。
20、备不允许井底压力的动态降低，因为任何降低需要改变泥浆静水压而这是一个慢过程。所述方法和相关联的设备也不能防止这些变化影响井眼的其余部分的环空压力分布图和其随后发生的对井眼完整性或期望的地层流入的副作用。本行业认识到在地面与井底之间建立固定点的双梯度系统，其中，可以通过使用寄生管柱或井下泵注入N2来实现梯度的变化。不仅双梯度技术的性能仅局限于两个梯度，而且在确保这些梯度在钻井和完井期间不会改变的准确度和精度由于许多不可控制的因素例如，具有可压缩钻井液的长裸眼井段、缺少对地层流体流入的控制、需要始终进行连续循环以及缺少沿井眼的井底测量而变得不可靠。0015本发明旨在通过在钻井时控制邻近钻头和底部钻。
21、具组合的压力并且密封和/或加强地层获得由传统的超平衡钻井的所有安全装置完成的欠平衡钻井的所有益处。本发明还通过精确控制整个井眼的环空压力分布图来克服当前MPD实践中的缺点。本发明还为本行业提供了一种对与设计、清洁和保持钻井液相关联的所有问题和成本的唯一解决方案。本发明还为本行业提供了一种以欠平衡的方式安全地钻勘探井从而增加发现先前被传统的OBD技术忽略的新生产层的方案。0016钻井行业长期寻找一种这些问题的解决方案。例如，美国专利NO5,873,420公开了使用邻近钻头的控制阀根据感测到的井底压力及其它流体测量值释放进入到泥浆混合物中的空气以减轻静压头。当裸眼井井底压力达到危险水平时，将会降低。
22、或消除空气供应，从而依靠稠密的钻井泥浆柱控制地层压力。0017类似地，美国专利NO6,732,804公开了一种使用允许钻井泥浆柱保持在井眼环空中的同心套管以防止井喷的动态封泥系统MUDCAPSYSTEM。该专利还公开了当将钻头组件拉出用于维修或更换时使用配置阀密封井底部分。在这两个现有技术中，没有公开用于裸眼井地层加固或保护的装置。0018用于保护裸眼井欠平衡钻井的诸如美国专利NO5,954,137和NO7,086,481中所示的现有技术井下堵塞装置需要钻柱操作以固定和释放井下堵塞装置。发明内容0019本发明公开了一种用于可编程压力钻井的方法，包括以下步骤至少密封在井眼中产生第一压力区与第二压。
23、力区的环形空间；感测第一压力区中的压力和第二压力区中的压力；调节第一压力区与第二压力区之间的压力，以获得具体的压力梯度；以及在井眼中的第一压力区内钻井，同时动态调节第一压力区中的压力。所述方法还包括以下步骤当钻进时，加固井眼中的第一压力区；平衡第一压力区中的压力与第二压力区中的压力；以及在平衡第一压力区中的压力与所述第二压力区中的压力之后，继续在所述第一压力区中进行钻进，并在井眼内的不同点处进行密封。说明书CN102007264ACN102007277A4/17页80020所述方法还可以还提供以下步骤以液压的方式隔离所述第一压力区，以防止钻井液或油气进入密封的压力区或从所述密封的压力区出来。所。
24、述加固步骤包括以下选定的用于稳定所述第一压力区的方法中的一个利用密封剂涂覆所述井眼、设置套筒、在适当的位置对套管注水泥、膨胀可膨胀管材、插入并设置互锁连续带、和砾石充填。0021所述方法还可以提供以下步骤连续监测第一压力区中的地层压力和深度，从而提供已钻好的井的流动势分布图；或者调节第一压力区中的压力，并且测量流动势以确定地层压力和渗透率。0022本发明的方法还可以提供以下步骤利用声能激发地层，并且测量地层内的声速，同时调节第一压力区中的压力，从而在不需要对第一压力区进行压裂的情况下检测地层特性；和/或在钻井时以动态的方式将井信息从第一压力区发送到地面，并且接收从地面返回的控制信号。0023井。
25、信息可以通过有线钻杆发送。0024此外，本发明另外地构思了以下步骤当正在第一压力区中钻进时，确定井中的每一个压力区的生产量潜产量，从而当正在钻井时提供详细的井和地层信息，而不需要在钻井之后进一步勘探和研究。因为本发明构思了随钻即时测量，因此所述方法可以进一步允许使用由控制单元确定的信息在第一压力区内对钻头进行导向，所述控制单元与位于第一压力区中的一个或多个传感器通信。0025可以理解的，用于井眼的可编程压力钻井的方法包括以下步骤靠近配备有底部钻具组合的钻杆的远端设置环状密封件，所述环状密封件允许钻杆连续移动；使环状密封件与井眼接合，以在所述井眼内在环状密封件下方邻近底部钻具组合的环空内形成可变。
26、环空压力；使用底部钻具组合对井眼进行钻进，同时保持环状密封件；以及将在井眼的钻进期间密封件的远端侧上的井眼压力保持在与密封件的近端侧的压力不同的压力下。所述方法还可以包括以下步骤在不需要解除密封件的情况下，通过密封件清除钻井液和钻屑，其中，井眼中的压力比在环状密封件的相对侧的环空中的压力低。0026一种用于控制已钻井眼中的流体压力的方法，包括以下步骤建立钻杆与靠近钻柱的末端的井壁之间的可移动井眼密封件；感测井壁处的第一流体压力和井眼与钻柱之间的在井眼密封件的相对侧的环形空间中的第二压力；当钻进时，通过从井壁将流体泵送通过井眼密封件进入环形空间内来调节井壁处的压力；以及使可移动井眼密封件在井壁处。
27、随钻进的进行而移动。0027可移动井眼密封件可以通过激励牵引机来实现；或者通过使螺杆移动来实现。本方法还可以包括以下步骤将井眼密封件沉积在所述井壁上。井眼密封件可以是套筒；当通过牵引机或螺杆装置以压缩的方式推靠在井壁上时与井壁反应的密封剂；被膨胀以与井壁接合的可膨胀套管；从线圈展开并以螺旋的方式绕井壁缠绕以接合互锁构件并密封或加固地层的互锁带。0028本公开的可编程压力钻井设备包括钻柱组合，所述钻柱组合可连接到钻柱的远端；第一压力传感器，所述第一压力传感器被设置成靠近钻柱组合；密封件，所述密封件可选择地被接合以将钻柱的远端从形成在钻柱与相邻圆周壁之间的环空密封，其中，密封件随钻柱组合的向前前进。
28、而移动，或者保持固定并允许滑动通过密封件的管材作为密封流体回流管道；第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在密封件的相对侧，用于比较地测量说明书CN102007264ACN102007277A5/17页9钻柱组合的远端与环空之间的压差；和至少一个泵，所述至少一个泵用于从邻近钻柱组合的远端的区域通过密封件将流体移除到环空。0029可编程梯度压力钻井设备还可以包括地层加固密封件，其中，所述密封件是套筒，而相邻圆周壁是井眼或套管。所述密封件是互锁螺旋形缠绕线圈。0030可编程压力梯度钻井设备可以进一步提供套筒的近端，在设置成抵靠地层之前，所述套筒的近端闩锁到套管，所述套管然后可以设置在裸眼井中以当完。
29、井时密封或加固地层。因为地层的性质，此设备被设计成通过至少影响钻井液或钻屑来保持生产地层的完整性。因此，本公开的另一个特征是使用具有反循环中心排放钻头和扩孔器的钻井设备，尽管在钻井钻具组合中还可以使用标准导向钻孔钻头。附图说明0031图1和图2每一个都是实施可编程压力钻井的方法的示意图；0032图3是使用位于可移动控制单元内的并列囊状物COORDINATEDBLADDER以控制环空压差的泵的示意性视图；0033图4是通过使用固定在套管内的不可移动密封单元实施可编程压力钻井PPD的方法，所述套管提供第二回流管，通过所述第二回流管使用可移动控制单元控制靠近钻头的压力；0034图514是关于实施本发。
30、明的PPD可编程压力钻井和完井多个方面的一种方法的连续示意性视图；0035图5是显示底部钻具组合在设置在回接柱的远端上的型件闩锁中的位置的可编程压力钻井系统的实施例的示意性视图；0036图6是被下入到下套管井的远端上的闩锁的可选的实施例的示意性视图；0037图7是位于闩锁内并从回接管柱悬挂的底部钻具组合的示意性视图；0038图8是等待将钻柱下放入井中以继续地层内的钻进的底部钻具组合的示意性视图；0039图9是在释放衬管回接管以继续钻井之前与底部钻具组合闩锁的钻柱的示意性视图；0040图10是允许钻井进行的解开的钻柱和回接管的示意性视图，还显示了钻井液流动通路；0041图11是被拉回以闩锁在套管。
31、内从而进一步允许钻柱和钻头与未示出的诸如马达、LWD、井下泵的其它BHA一起从井中起出的回接管柱的示意性视图；0042图12是正在被拉到地面的钻头以及未示出的诸如马达、LWD、井下泵等的其它BHA，同时示出了使用位于BHA中并且留在井中的井下阀关闭由于所述钻头的移除而产生的通孔，从而保持压力密封；0043图13是对准备安置下一个套管柱时在回接衬管的总深度处的钻头的示意性视图；0044图14是在完成钻井之后正在被拉到地面的钻头以及未示出的诸如马达、LWD、井下泵等的其它BHA的示意性视图，同时示出了使用位于BHA中并且留在井中的井下阀关闭由于所述钻头的移除而产生的通孔，从而保持压力密封；说明书C。
32、N102007264ACN102007277A6/17页100045图15是可以通过可编程压力钻井方法实现以进行完井的固井操作的示意性视图；0046图16是使用可移动控制单元和密封单元实施本发明的PGD可编程梯度钻井和完井的方法的示意图；0047图17是用于实施本发明的PGD可编程梯度钻井和完井的设备的一个实施例的示意图；0048图18是在实施可编程梯度钻井和完井中使用的设备的牵引装置的示意图；0049图19是本发明的牵引装置的另一个实施例；0050图20是其中牵引机由泥浆马达驱动的可选实施例的又一个视图；0051图21是在实施本发明的PGD可编程梯度钻井和完井中使用的可膨胀螺杆实施例的示意性。
33、视图；0052图22是可以用于将化学密封剂沉积在井壁上的各种可膨胀螺杆的分析示意性视图；0053图23是在实施本发明的PGD可编程梯度钻井和完井方面中使用的牵引装置的示意性视图；0054图24是用于实施本发明的PGD可编程梯度钻井和完井方面的一个方法的连续示意性视图；以及0055图25是在实施本发明的PGD可编程梯度钻井和完井方面中使用的互锁带布置钻井钻具组合的示意性视图。具体实施方式0056图1和图2是使用位于钻井钻具组合内的可移动控制单元C和密封单元106实施可编程压力钻井的方法的示意图，所述密封单元106抵靠相邻套管或相邻井壁围绕钻井钻具组合形成环状密封。公开的控制单元C提供感测和测量，。
34、并且可以与电磁信号、通过有线套管的泥浆脉冲遥测装置、或井下测量和控制领域中所公知的任何其它方法通信并被所述电磁信号、通过有线套管的泥浆脉冲遥测装置、或井下测量和控制领域中所公知的其它方法控制。密封单元106可以被固定，但可移动，或者是移动的动态密封件。如果被固定，密封单元106允许钻井钻具组合移动通过密封件106。如果是动态的，密封单元106与钻井钻具组合的移动一起移动以保持压力区的密封并且在可编程梯度钻井PGD的情况下将地层稳定或密封材料设置在井壁上。以下进一步说明这种特征。0057控制单元C还与钻柱内的泵压力配合通过节流器/泵系统控制流入和流出可编程压力区110的流体的流动。例如，如果需要。
35、使可编程压力区降低压力以避免使钻井过平衡，控制单元C将中止流体到达钻头或增加从可编程压力区110流出的流量，或者同时中止流体到达钻头和增加从可编程压力区110流出的流量，以在可编程压力区内获得期望的压力。可以采用诸如流动势的测量值以辨别在钻井时在可编程区内要保持的期望的压力，如果使用其它储层特征和模拟技术初始不能已知这种期望的压力。0058最接近控制单元C定位的泵P可以使钻井液从可编程压力钻井区110移动到环状密封件106正上方的环空112，在所述环空中，钻井液和钻屑以正常方式被提升到地面。此泵P与控制单元C的节流器/转向阀协作以使来自地面的在钻柱DS内的总钻井液的第一部说明书CN102007。
36、264ACN102007277A7/17页11分朝向钻柱DS外部的环状密封件106正上方的环空112转向，所述钻井液的体积百分比，如已经被钻井领域的技术人员所公知的，由产生充足的环空流速以将所有钻屑带回到地面所需的液压能来决定。泵P以编程方式控制流入和流出可编程压力钻井区的钻井液的第二部分的流动。此第二部分的总体积百分比，如本领域的技术人员所公知的，由用于提供对钻头的冷却同时还将钻头所需的足够的液压能输送给钻头的流动来确定而本发明的一个目的的对流动的编程可通过泵P来执行，以将可编程钻井区压力保持在用于保护地层例如，防止地层具有过度液压的最佳压力下。0059来自地面泵的流动可以在控制单元C的方向。
37、处被转向以再循环通过环空，从而减少进入可编程压力区内的流动。泵P进一步控制可编程压力区内被感测到的压力，所述泵P由控制单元C控制并与所述控制单元相邻，所述泵还移除来自PPD区的钻井泥浆和钻屑。泵P由诸如液压马达未示出的井下动力源驱动以避免对从地面提供动力的需要。在不背离本申请的精神的情况下还可以使用诸如由来自地面的电缆提供的供电装置现有的技术。井底钻井钻具组合所使用的标准泥浆马达还可以用于驱动泵P。0060虽然在图1中示意性地显示了标准流动钻头，但是如图2中所示，RCCD钻头装置可以优选地用于进一步最小化进入可编程钻井区的钻井液流入，但足以清除来自所述压力区内的井眼的钻屑。可以预期的是，用于充。
38、分冷却钻头并将钻屑提升通过控制单元C、泵P和阀装置所需的钻井液流明显少于通常在超平衡钻井操作中所使用的钻井液。0061使用泥浆马达允许使泥浆马达和泵P的转速近似匹配，从而避免对齿轮箱的需要。可以预期的是，传动装置晃动接头WOBBLEJOINT是用于说明马达和泵上的不同数量的叶片的最有可能的装置。与离心泵相比，螺杆泵在磨蚀应用中提供优越的性能。马达和泵都将形成有空心轴。对于马达来说，这将仅允许用于给泵提供动力的必要的流量通过马达。对于泵来说，此轴将提供被允许通过钻头以旁路掉泵本身的钻井液。0062为了执行可编程梯度钻井PGD，控制单元C启动密封单元106以设置诸如智能泥饼的密封剂或诸如套筒的机械。
39、障如这里更全面地所述。可选的实施例可以提供可膨胀封隔器、通过大小头抵靠封隔器的内壁设置的可膨胀套管系统、或在本领域中现用的其它形式的井眼稳定装置。0063最后，一旦所述区域已经被钻好并被加固或稳定，控制单元C可以允许超平衡区112的压力与欠平衡区110内的压力相等，并且解除密封，以便在井眼中进行进一步的操作。可选地，所述方法可以通过设置外部封隔器来提供稳定区域的隔离，所有这些都以钻井行业中所公知的方式进行。每当需要保存井眼的完整性同时检测用于完井和射孔的类似区域时可以重复此过程。因为在这些区域中在超平衡条件不会发生钻井并且地层保持不被高压钻井泥饼堵塞，因此已经不需要昂贵并且费时的井准备工作来开。
40、始开采。0064另外，通过利用减小的钻井液流连续向前钻进到PPD区内来对现有技术的使用进行优化，并因此现有技术的使用取决于低扭矩钻头组件的成功设置、穿透钻头的高速率、提供最大的每平方英寸钻头区域的液压马力。期望的是大约为150加仑每分钟的流量将足以为泥浆马达提供液压动力并仍然保持钻头的高速穿透力。可以在本申请中使用诸如美国专利NO6,892,898中所述的章动钻头的低扭矩钻头。在不背离本发明的精神或保护范围的情况下，可以使用本行业的技术人员所公知的其它现有的传统钻头设计。非常期望使用RCCD钻头技术以避免钻井泥浆与PPD区井壁的接触。说明书CN102007264ACN102007277A8/1。
41、7页120065图3显示提供并列囊状物对BL1和BL2的另一个实施例的示意图，所述囊状物对通过对泵1000的流量的居中调节而由于PPD区内的可编程压力P2与在压力区的密封件上方的环空压力P1之间的压差而膨胀或缩小。泵1002使液压流体从储层R移动到封闭室C和D，以可选地使来自可编程压力区的钻井液和钻屑移动到环空内，同时膨胀可选室和吸收流体和钻屑的囊状物，从而将可编程压力区内的压力保持为P2。这进一步提供以下另外的益处即，防止流体移动到PPD区或从所述PPD区移动出来时的压力冲击波。在每一个并列囊状物上的被示出为1006V1C和1008V2C的连接到室1004的阀装置和连接到室1005的阀装置1。
42、007V1D和1009V2D由图1中所示并在先前所述的控制单元C控制，以使流体移动到可编程压力区内和从所述可编程压力区移动出来并进入具有压力P1的环空内。0066在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以通过其它装置来完成图3的两个囊状物的配合。例如，囊状物可以插入到使囊状物移动成完全膨胀的真空室内。机械网或装置将放置在囊状物周围，并且当具有来自控制单元C的信号时将收网以接触囊状物，从而将已经在可编程压力区内被吸入到膨胀室内的钻井液和钻屑从囊状物排出。阀装置将再次调节钻井液和钻屑移动到囊状物内和从所述囊状物移动出来，以避免对控制压力区的压力冲击波并且保持钻井区压力小于与装置相邻的天然孔隙压力。0。
43、067图4是通过不可移动密封单元106实施PPD可编程压力钻井和完井的方法的示意图，所述不可移动密封单元位于套管内，从而提供第二回流管，通过所述第二回流管，使用可移动控制单元可控制靠近钻头的压力。钻柱114和第二回流管115使用专用闩锁被机械地联接在一起，使用钻井钻具组合的重量或通过使用在地面上的顶驱施加到钻柱DS的推力，所述专用闩锁允许钻柱114相对于第二回流管115旋转，并且允许第二回流管115滑动通过密封单元106，从而允许钻柱组合和钻头105进一步移动。动态或滑动密封件107保持隔离并且还防止环空112内的环空钻井泥浆进入PPD区110内。0068压力区110通过在滑动密封件107下方。
44、进行隔离而产生，所述滑动密封件允许套管115包围钻柱114，从而在钻柱114的外壁与套管115的内壁之间产生位于中心的环形空间113，从而允许通过控制单元C以上述方式除去移动到环空113内的钻井液和钻屑。因此实现了可编程压力钻井，藉此，可将裸眼井区域的底部110处的压力保持为压力P2，同时在环空113内在控制单元C正上方的压力通常比压力P1高，从而沿对其进一步下套管和完井的整个裸眼井产生单个但可容易改变的梯度。0069如图5及以下等中更全面地所示，公开了由上述方法得出的用于实现可编程压力钻井的另一个可选技术。可以使用在先前的下套管操作中设置的衬管悬挂器将具有底部钻具组合BHA包括在其远端处已经。
45、组装的扩孔器和钻头的衬管1103下入井内并使所述衬管悬挂在地面下方。钻头被设置成使得所述钻头可以以本领域的技术人员公知的方式通过扩孔器被取回。BHA包括用于在之前已经说明的可编程压力/梯度钻井控制单元C和密封单元，并且另外包括随钻测井LWD和旋转导向系统RSS所述这些设备在本领域都是公知的，并且在这里没有详细示出。衬管的远端的外表面处的机械密封件一旦设置在先前的套管内的适当位置则可以自动与衬管脱离，并且允许衬管滑动通过外机械密封件的内密封件，同时保持密封件两端的压差，即，作为井下带压起下管柱DOWNHOLESTRIPPINGBOP。0070如图8中所示，钻柱DS然后可以在衬管内被下入，并且在底。
46、部处利用BHA被闩锁，说明书CN102007264ACN102007277A9/17页13从而同时从衬管释放BHA并允许钻柱DS将扭矩和重量传递给BHA。衬管然后可以与衬管悬挂器释放并使用旋转闩锁装置被闩锁到钻杆；例如，这可允许钻杆和BHA相对于衬管旋转。衬管然后将悬挂于钻杆，从而提供用于移动和重置衬管并提供第二回流管的装置。不会通过钻柱DS或BHA将钻井扭矩或钻压WOB传递给衬管。0071在不同的压力环境下钻进到总深度之后，衬管可以设置在适当的位置，并且进行固井并取回钻杆。衬管可以是预填充有化学物质以提供暂时隔离并且随后被一个钢套管替换的可膨胀钢型管或软管结构。0072更具体地，如图514中。
47、所示，本发明的方法可以用于以可编程方式钻井和在钻井完成之后对裸眼井进行固井。如图5中所示，此可选方法需要在套管柱101的远端提供下放入井中的型件PROFILE1101。底部钻具组合BHA装配或接合在回接管或管道1103的远端上，所述回接管或管道可以是具有充分强度以支撑BHA并在这类钻井维护中工具所受到的压力下保持密封的套管、可膨胀管状构件或柔性管道。BHA至少由钻头、扩孔器和泵以及这里先前所述的控制单元组成，所述控制单元用于感测裸眼井压力并将裸眼井压力保持在与环空压力不同的压力下，如果需要。泵是液压的，并且由来自地面的泥浆流驱动。另外，回接管1103设置有闩锁表面1105，所述闩锁表面能够选择。
48、性地与闩锁型件1101闩锁和解开。0073如图6中更清楚地所示，使用标准钻井操作将回接管1103下入到井内到达套管柱101的远端，此时，衬管悬挂器或油管悬挂器1201连接到回接管1103的近端。此衬管悬挂器或油管悬挂器可以在地面上的井口装置处或者在井下在先前所下的套管内。这些操作中的每一个都在钻井工业中是公知的，并且可容易地通过具有本领域的普通技术的钻井工人来完成。0074如图7中所示，回接管1103被下入以在套管101的远端中与具有闩锁型件1101的闩锁表面1105接合。此闩锁可以由机械装置或液压装置来完成，但是一旦被确立，密封件防止套管101下方的裸眼井和回接管道1103与套管101之间的。
49、环空的流体连通。一旦回接管道1103悬挂在顶部1201、1301处，并且套管密封闩锁1101、1105完成，如图8中所示，包括能够与BHA配合的远端和设置有悬挂型件1401的上端的钻柱DS被下入以接合BHA。如图9中所示，一旦钻柱DS闩锁到BHA内，BHA同时从衬管释放，从而允许钻柱DS独立于衬管而将扭矩和重量传递给BHA。此外，上悬挂型件1401接合回接管道匹配闩锁表面1201，钻柱DS因此被闩锁和支撑在回接管道1103的顶部处。0075然后通过释放闩锁1105使回接管道1103从套管闩锁1101释放，使得钻柱DS支撑回接管道1103和BHA。在套筒密封件1101中保持密封以防止流体连通，但。
50、是当钻井进行时允许回接管道1103与底部钻具组合BHA一起推进到井内。如图10中更清楚地所示，钻井液沿着钻柱DS循环到泵/控制单元主体内的控制单元和转向阀，所述泵/控制单元主体允许在裸眼井中使用低压流体冷却钻头并从钻头表面冲洗钻屑。这里此方法在先前进行了说明，并且由箭头表示的流体流仅示意性地显示钻井液移动通过底部钻具组合。更具体地说，在本实施例的上下文中，控制单元C一旦被启动则形成与回接管道1103的环状密封件1102，使得由将BHA与回接管道1103分离并闩锁到钻柱DS而产生的环空同时被密封，从而保持可编程压力区110两端的压力障。密封件1102可以是不传递载荷和不承受载荷以防止钻井力作用于。