修整鑽井段的壁的方法
2023-08-06 09:42:41 2
修整鑽井段的壁的方法
【專利摘要】一種用於修整圍繞鑽入含地層流體的地層(19)中的鑽井(90)段的壁(92)的一部分的方法包括下述步驟：局部地注入氣體以將工作流體從靠近鑽頭(50)的雷射路徑移開，在鑽井段的待修整的部分處提供欠平衡壓力，將雷射衝擊在所述壁的待修整部分上以熔化待修整的井壁的所述部分中的地層材料成分(94)，以及吸引流體從地層穿過所述材料的凝固成分以形成便於流體從地層流入鑽井段中的流體流的通路。可通過位於控制管纜內的管道將注入氣體提供至鑽頭，其中控制管纜包括用於將雷射傳輸至鑽頭的多根光纖。
【專利說明】修整鑽井段的壁的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及被鑽探以從地質層中回收流體的鑽井。
【背景技術】
[0002]鑽井系統被鑽探到地殼中，以穿透地下承載諸如水、石油或天然氣之類的流體的地質層，從而便於流體至地表的生產。鑽井系統可以包括由井壁圍繞的單個鑽井，或者可替換地，它可以包括具有一個或多個交叉橫向鑽井的主鑽井，橫向鑽井與主鑽井一起由井壁圍繞。
[0003]在地表處採用機械鑽機以使從鑽機延伸的鑽柱的前端處的鑽頭旋轉，可以在地殼中鑽出鑽井系統。一些鑽機使整個鑽柱旋轉，整個鑽柱可以包括被螺紋連接以形成多個鑽柱段或鑽柱站。在鑽柱更深地延伸到地殼中或躺倒時通過添加多段，或者在鑽柱從地殼中縮回時去除多個段，可以構成鑽柱。鑽柱和鑽柱的前端處的鑽頭在旋轉的同時，將鑽頭推靠在鑽井系統的將被延長的部分的末端上以破碎與該鑽頭接觸的巖石。可替換地，鑽柱可以包括泥漿馬達，該泥漿馬達靠近所述前端，並由通過鑽柱的中心供給的流體液壓地供給動力以旋轉連接至泥漿馬達的鑽頭，用以破碎由與鑽頭接觸的巖石。通過使工作流體旋轉通過鑽柱和鑽井的壁之間的環狀空間沿著鑽柱向下循環並返回到地表，從鑽井的被被延長的部分去除鑽屑。
[0004]用於延長鑽井系統的其它方法包括使用大功率雷射熔化靠近鑽柱的前端的鑽頭的雷射路徑內的巖石組分。雷射鑽井可以包括通過使流體循環進出鑽井系統的被延長的部分而去除源自鑽井過程的巖屑。鑽頭和所述壁的待被鑽頭照射的部分之間的雷射路徑必須清除雷射阻礙材料，使得雷射可以衝擊在所述壁的將被雷射照射的部分上。
[0005]用於延長鑽井系統的其它方法包括使用高壓射流機械地破碎靠近鑽柱的前端處的液體射流的流體路徑內的巖石。高壓射流鑽井可以包括通過使流體循環進/出鑽井系統的被延長的部分而去除源自鑽井過程的巖屑。為了獲得最佳結果，液體射流和井壁的將被射流噴射的部分之間的射流路徑應當儘可能地短，以將最大量的液體動能衝擊在所述壁的將被射流噴射的部分上。
[0006]完成的鑽井系統通常包括鑽井系統的非生產部和生產部，在非生產部中，沒有流體從相鄰的地質層進入，而生產部具有多個鑽井段，流體可以從相鄰的地質層進入所述多個鑽井段。重要的是防止不希望的流體進入鑽井系統並通過提供流動通路使希望的流體進入鑽井。例如，用於獲得淡水的已鑽成鑽井系統應當與含由含微鹹水或鹽水的穿透地質層隔離，從而有利於從含淡水的穿透地質層生產水。在另一個示例中，被鑽探以獲得石油或天然氣的鑽井系統應當與含水的穿透地質層隔離，從而利於從含石油或天然氣的穿透地質層生產石油或天然氣。
[0007]為了在鑽井系統中實現該目標，鑽井的生广部中的鑽井段可以襯有或附有被稱為套管的管，隨後通過使接合劑循環進入到套管/鑽井環狀空間中，將套管接合到鑽井內的合適位置中。套管和接合襯裡隨後可以由穿孔工具穿孔，以建立鄰近穿孔的地層和鑽井的內部之間的流體通路。可替換地，或除了穿孔，鑽井的生產部可以由細礫包裹以在促進流體從相鄰的地層流入鑽井，同時防止夾帶顆粒，或者鑽井的生產部可以襯有或套有之前已被穿孔的襯裡以提供避免鑽井塌陷的結構支撐，同時便於地層流體流入鑽井段中，以用於至地表的生產。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種方法，包括下述步驟:
[0009]提供控制管纜，該控制管纜具有多根光纖、氣體管道和連接至鑽頭的前端；引導鑽頭穿過在鑽入地殼中鑽出的鑽井系統的地表端；將鑽頭定位在鑽井系統的穿透地層流體位於其中的地質層的鑽井段內；通過氣體管道將大量氣體引入鑽井段待修整的部分以從該部分移開雷射阻礙材料；通過所述多根光纖將雷射傳輸至鑽頭；使雷射衝擊在鑽井段的壁的待修整的部分上以熔化所述壁的地層材料的至少一種成分；在所述壁的待修整的部分處提供欠平衡壓力；以及當地層材料的已熔化的成分凝固時，引導來自地層的地層流體流穿過所述壁的待修整的部分並進入鑽井段，其中穿過所述壁的待修整的部分的正在凝固的成分的地層流體流形成互通的腔或地層流體流通道，地層流體能夠通過該互通的腔或地層流體流通道從地層流入鑽井系統中。
[0010]本發明的另一個實施例提供了一種修整鑽井系統的鑽井段的壁的一部分的方法，包括下述步驟:將鑽頭設置在鑽井系統中；將鑽頭定位成鄰近所述壁的待修整的部分；注入氣體以從位於鑽頭和所述壁的待修整的部分之間的雷射路徑移開雷射阻礙材料；採用從鑽頭髮射的雷射照射所述壁的待修整的部分，以熔化所述壁的與來自鑽頭的雷射路徑相對的至少一種成分；在所述壁的待修整的部分提供欠平衡壓力；以及當所述壁的已熔化部分凝固時吸引位於地層中的地層流體穿過所述壁的待修整的部分並進入鑽井段，以在鑽井段的所述壁的所述壁中形成通路，用於地層流體從地層流入鑽井系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是圖示了本發明的系統的示意圖。
[0012]圖2是可用於儲存本發明的系統的控制管纜(umbilical)的替換性捲筒的放大透視圖。
[0013]圖3是可用於儲存本發明的系統的控制管纜的第二種替換性捲筒的放大頂視圖。
[0014]圖4是可用於執行本發明的系統的一個方面的鑽頭的透視圖。
[0015]圖5是可用於執行本發明的系統的一個方面的鑽頭的放大的局剖圖。
[0016]圖6是鑽井系統的一部分的正視圖，該鑽井系統包括單個橫向鑽井，該橫向鑽井與安裝在主鑽井內的套管中的窗口處與主鑽井相交叉。
[0017]圖7是圖6的鑽井系統在引導工具被設置在主鑽井中以引導鑽頭通過套管窗口進入橫向鑽井以修整橫向鑽井的壁之後的所述部分的正視圖。
[0018]圖8是在本發明的系統被用於形成沿著橫向鑽井的壁的正凝固的可滲透襯裡之後的圖6的正視圖。
[0019]圖9是圖8的橫向鑽井的一部分的放大視圖，其中本發明的系統已經被用於修整襯裡，所述襯裡具有連通的腔以便於地層流體從地層流動並進入橫向鑽井，以用於穿過主鑽井至地表的生產。
【具體實施方式】
[0020]本發明的一個實施例提供了控制管纜，其用於將連接至控制管纜的前端的鑽頭定位在鑽井系統內。控制管纜包括氣體管道和分別將氣體和雷射供給制鑽頭的多根光學傳輸光纖。控制管纜可以儲存在捲筒、捲軸或其它儲存裝置上並從捲筒、捲軸或其它儲存裝置上輸送到鑽井系統中。其上可以纏繞或卷繞控制管纜的捲筒、捲筒或其它儲存裝置便於將控制管纜運送至鑽井系統的地表位置和從鑽井系統的地表位置運送。儲存裝置可以包括可旋轉的流體聯接器，其連接至控制管纜的氣體管道的地表端，以便於氣體從地表上的氣源流動至氣體管道的地表端。類似地，儲存裝置可以包括可旋轉的流體聯接器，其連接至控制管纜的光纖的地表端，以便於雷射從地表上的雷射發生器傳輸至光纖的地表端。可旋轉的聯接器適應其上儲存控制管纜的儲存裝置相對於地表的旋轉運動，並使得能夠連續地供給氣體和/或雷射，而不存在控制管纜的不希望的扭曲或捆綁。
[0021]控制管纜包括前端，鑽頭連接至所述前端，用於被引入鑽井系統中。捲筒可以旋轉，從而以足以將控制管纜的前端處的鑽頭定位成靠近鑽井系統的壁的將採用鑽頭修整的部分的量將控制管纜送出至鑽井系統。在一個實施例中，鑽頭可以包括一個或多個注氣口，其有策略地定位在鑽頭上以引入氣體，從而從雷射路徑移動雷射阻礙材料，如工作流體或其它流體和巖屑。本文中使用的術語「雷射路徑」是從鑽頭髮射的雷射將傳播以衝擊在鑽井的壁的待使用鑽頭修整的部分的路徑。
[0022]鑽頭還包括一個或多個光學元件，光學元件光耦合至所述多根光纖的前端，以聚焦和調整從地表傳輸的雷射，用於在鑽井的壁的待用鑽頭修整的部分上提供最大的衝擊。光學元件可以包括透鏡，該透鏡被容納在鑽頭中並光耦合至從控制管纜的前端延伸到鑽頭中的光纖的前端。光學元件例如可以被容納在鑽頭的與鑽頭的連接端大致相反的端部處，並且可以採用透明的保護元件保護光學元件，所發射的雷射可以穿過透明保護構件以衝擊在井壁上。
[0023]本發明的一個實施例通過展開連接至鑽頭或在與鑽頭隔開的位置處連接至控制管纜的密封件以在展開時膨脹，從而封閉密封件連接至其上的鑽頭(或控制管纜)和鑽井的壁之間的環狀空間，將欠平衡壓力提供至所述壁的待修整的部分。密封件的展開將鑽井的待修整的部分與工作流體、所產生的流體或控制管纜延伸通過的鑽井中的其它雷射阻礙材料隔離。在一個實施例中，密封件是可膨脹構件，並且通過遠程地打開流體地連接在氣體管道和密封件之間的閥以採用通過氣體管道提供的氣體使密封件膨脹，可以實現密封件的展開。在第二種實施例中，通過遠程地打開被連接以將氣體從已膨脹密封件釋放至鑽井的第二閥，密封件可以由展開的構造收縮。在另一個實施例中，了採用單個遠程可控的三通閥代替被連接以將來自氣體管道的氣體選擇性地引入至密封件以膨脹密封件的第一閥和被連接以將氣體從密封件選擇性地釋放至鑽井的第二閥，該三通閥具有用於在氣體管道和密封件之間建立連通以膨脹密封件的第一可選擇位置和用於在已膨脹密封件和鑽井之間建立連通的第二可選擇位置。
[0024]本發明的實施例包括隨著鑽井的壁的成分在通過施加雷射而被熔化之後凝固，將欠平衡壓力提供至鑽井的待修整的部分，以便於流體流從地層流入鑽井。在一個實施例中，藉助於通過注入氣體人工地增加鑽井中的工作流體的體積，提供欠平衡壓力。將會理解，當注入的氣體體積移向鑽井的地表端時，它在遇到降低的壓力時膨脹，從而將工作流體在地表處從鑽井移出並降低鑽井的待修整的部分處的壓力。該方法的其他實施例包括通過從鑽井的地表端去除材料而衝洗鑽井。例如(但非限制地)，採用本發明的方法，鑽井可以被衝洗以通過將氣體或低密度液體引入鑽井中而提供欠平衡壓力，即使是在相對於鑽井的待修整的部分淺的深度處，以移除更稠密的流體，並且藉此改變由鑽井系統中的流體提供至所述壁的待修整的部分的靜液壓力。
[0025]圖1是圖示了本發明的系統10的一個方面的示意圖。鑽井90被鑽入地殼11中，從而鑽井90的一部分17穿透含諸如碳氫化合物之類流體介質的地質層19。系統10包括位於地表15處的盤繞的(coiled)油管單元，油管單元具有通過氣體管道13流體地連接至位於控制管纜34內的氣體管道(未示出)的加壓氣源12、通過供電管道18電連接以給雷射發生器16供電的可攜式發電機14，雷射發生器16又通過雷射管道26光耦合至控制管纜34內的多根光纖47(圖1中未示出)。圖1的系統10還包括:密封鑽井90的地表端91的井口 25，控制管纜34穿過井頭25被接收到鑽井90中；工作流體罐20，其通過工作流體管道22連接至井頭25，從而使得能夠將工作流體21引入位於控制管纜34和鑽井90的壁94之間的環狀空間24中以及從該環狀空間24中移除工作流體21。該系統還包括可供延長長度的控制管纜34儲存在其上的捲筒30、和盤繞油管單元引導支撐件27，該支撐件27用於支撐控制管纜引導件38，所述引導件38內具有多個滾動元件37以減小控制管纜34進入井頭25和鑽井90以及從井頭25和鑽井90中出來時的運動摩擦力。系統10及其盤繞的油管單元還包括鑽頭50，鑽頭50在其連接端36處連接至控制管纜34，並可通過從捲筒30上放出控制管纜34和將控制管纜34卷繞在捲筒30上而定位在鑽井90內。
[0026]系統10包括捲筒30，通過採用馬達和相關的齒輪(未示出)，捲筒30能夠在輪軸(圖1未示出)上旋轉，以通過從捲筒30上放出控制管纜34和將控制管纜34卷繞在捲筒30上來控制鑽頭50的位置。在圖1中，捲筒30已經放出足夠的控制管纜34穿過井頭25以將鑽頭50定位成鄰近所述壁的待修整的部分92，該部分92是鑽井90的壁94的鄰近鑽頭50的一小部分。鑽頭50包括可展開的圓周密封件54，其在展開時密封鑽頭50的外表面與鑽頭50定位於其中的鑽井90的壁94之間的環狀空間。
[0027]圖2是可替換的控制管纜儲存捲筒32A的透視圖，該捲筒32A通過將控制管纜34卷繞在捲筒32A的內壁上而能夠用於儲存本發明的系統的控制管纜34。在內壁33的一部分被控制管纜34的外圈42覆蓋之後，附加的、更小的圈可以設置在初始的外圈42內以附加儲存容量。圖3是第二種可替換的控制管纜捲筒32B的頂視圖，捲筒32B通過將線圈44纏繞在捲筒34B的中心柱38的外壁41周圍而能夠用於儲存本發明的系統的控制管纜34。在外壁41的一部分由控制管纜34的盤繞圈44覆蓋之後，附加的、更大的圈圈可以圍繞初始的內圈40設置，以獲得附加的儲存容量。
[0028]圖4是圖1的鑽頭50的放大透視圖，該鑽頭50可以用於執行本發明的系統的一個方面。圖4的鑽頭50包括多個光學元件45，所述光學元件45光耦合至多根細長的光纖47，所述光纖47將來自雷射光源16(圖4未示出)的雷射(圖4未示出)光學地傳導穿過雷射管道26(圖4未示出)到達光纖47(圖4未示出)的地表端。圖4的鑽頭50中的光學元件45在鑽頭的前端56內設置成大致同心型式。將會理解，光學元件可以在鑽頭50內設置成多種型式或設置在鑽頭50內的多個位置中。
[0029]圖4的鑽頭還包括多個注氣口 46，注氣口 46設置在鑽頭50的前端56內並被定位以將氣體注入鑽井系統的一部分中，該部分具有將由從光學元件45發射的雷射(未示出)修整的壁。在圖4的鑽頭50中，注氣口 46設置在光學元件45的同心型式的內部內。將會理解，注氣口 46在鑽頭50內設置成多種型式或設置在鑽頭50內的多個位置中。圖4的鑽頭50還包括圍繞鑽頭50的外表面59的可展開密封件54。可展開密封件54在圖4中被圖示成展開模式，以密封圖4的鑽頭50可以定位在其中的鑽井(未示出)的壁和鑽頭50的外表面59之間的環狀空間，以便於雷射阻礙材料從鑽井系統的將採用本發明的系統修整的部分移開。圖4的鑽頭50還包括一個或多個放氣口 57，雷射阻礙材料可以被移入放氣口 57中，並且可以通過放氣口 57從鑽井的將採用本發明的系統修整的部分中去除雷射阻礙材料。
[0030]例如(而並限制地)，圖4的鑽頭50可以藉此定位在鑽井的待修整的部分中，可展開的密封件54可以展開以接合鑽井的一部分的壁，以密封位於鑽頭50的外表面59與鑽井的所述壁之間的環狀空間。通過制管纜34內的氣體管道49提供至鑽頭以用於定位所述鑽頭50的氣體被注入鑽井的鄰近鑽頭50的前端56的部分中，以通過放氣口 57從鑽井的該部分移除雷射阻礙材料，如工作流體、地層流體或其混合物。在圖4的鑽頭50中，被移除的雷射阻礙材料和通過注氣口 46注入以移除雷射阻礙材料的氣體通過位於鑽頭50內的材料管道48移向地表並移到密封件54以外。材料管道48可以注入環狀空間(未示出)在地表和密封件54之間的部分中，或者可替換地，控制管纜34可以包括附加的管道，通過該附加的管道可以將被移除的雷射阻礙材料和移位氣體流傳輸至地表。
[0031]圖5是可用於實現本發明的系統的鑽頭50的放大的局剖圖，該鑽頭50定位在鑽井90內以修整鑽井90的壁94的位於承載待回收的流體介質的地質層19內的部分92。圖5的鑽頭50包括:具有外表面59的殼體65 ;放氣口 57，該放氣口 57穿過殼體65並通過放氣管道53連接至與圍繞殼體65的可展開密封件54相對的出口 58 ;和多根光纖47，所述多根光纖47位於殼體65內並光耦合至位於鑽頭50的前端56處的被封裝成大致同心型式的光學元件45，以在啟動時採用雷射52照射壁部分92。圖5的鑽頭50還包括一對氣體管道49，其用於將氣體提供至注氣口 46(圖5中未示出)，以從靠近鑽頭50的前端56的雷射路徑17移開雷射阻礙材料。圖5的鑽頭50還包括氣體支管64,其用於在密封氣閥63打開時接收來自氣體管道49的氣體並將氣體傳輸至可展開密封件54，以將密封件展開成圖5中示出的密封模式。圖5的鑽頭50還包括具有密封放氣閥61的放氣杆60,放氣杆60用於釋放可展開密封件54內的氣體壓力以將可展開密封件54恢復到收縮模式(圖5中未示出)。
[0032]將會理解，鑽井系統可以包括沒有交叉支路的單個鑽井，或者可替換地，鑽井系統可以包括具有一個或多個交叉橫向鑽井的主鑽井。本發明的系統可以用於修整沒有交叉支路的單個鑽井的壁的一部分，或用於修整與主鑽井交叉的橫向鑽井的壁的一部分。還將理解，存在工具，如引導工具和造斜器(whipstocks),以引導本發明的系統的鑽頭50進入鑽井系統中與主鑽井交叉的橫向鑽井。
[0033]圖6是鑽井系統的一部分的正視圖，該鑽井系統包括在套管82中的窗口 84處與主鑽井90交叉的橫向鑽井72，所述套管82安裝在主鑽井90內並採用接合劑80接合到合適的位置。圖6的橫向鑽井72具有起始段70和多個彎曲部3，表明通過使用工具鑽橫向鑽井72，所述工具轉向以穿透地質層19並從地質層19排出地層流體。
[0034]圖7是在引導工具98被設置在主鑽井90中以引導鑽頭50(圖7中未示出)穿過套管窗口 84並進入橫向鑽井72以修整橫向鑽井72的壁94的一部分以便更好地從鄰接的地質層19排出地質層流體之後的圖6的鑽井系統的該部分的正視圖。引導工具98具有夾緊套管82的金屬箍(shoe) 96、和位於其上的傾斜表面97，該傾斜表面用於使鑽頭50 (圖7中未示出)偏轉進入在套管82上銑削的窗口 84和接合襯裡80中的。將會理解，待定位在橫向鑽井72中的鑽頭50 (未示出)的尺寸、長度和直徑、傾斜表面97的角度、引導工具98的結構、窗口 84的尺寸、和橫向鑽井72的起始段70的交叉角99是在根據本發明修整鑽井72的壁94的一部分時需要考慮的因素。
[0035]圖8是在本發明的系統被用於沿著與主鑽井90交叉的橫向鑽井72的壁94的一部分形成凝固的可滲透襯裡79之後的圖6的正視圖。採用鑽頭50 (未示出)和欠平衡壓力修整襯裡79，以便於位於地層19中的地層流體通過穿過襯裡79的多個流體通道88流入橫向鑽井72。襯裡79包括由雷射熔化並凝固以形成該襯裡的地層19的一種或多種成分。例如(而非限制地)，地層19可以是沙巖，並且通過暴露至雷射被熔化的成分可以是矽石，其在熔化之後凝固以形成襯裡79。穿過襯裡79的流體通道88是通過由於欠平衡壓力的作用而從地層移動至鑽井的地層流體與凝固地層成分的物理作用而形成的。例如，沿著橫向鑽井72的壁94凝固地層成分的地層流體成分，如水或碳氫化合物，在暴露至熱量時將在凝固的地層成分的基體內膨脹，導致在襯裡79內產生小的腔(圖8中未示出)，如圖9所示。
[0036]圖9是圖8的橫向鑽井72的一部分的放大視圖，其中本發明的系統已被用於通過多個腔93來修整沿著被修整的鑽井段的壁形成的襯裡79。所述腔93中的許多腔流體地連接至相鄰的腔93以形成流體通道88，從而便於流體從鄰近橫向鑽井72的地層19穿過襯裡79流入橫向鑽井72，用於沿箭頭方向75通過主鑽井90生產至地表。影響沿著被修整的鑽井段的襯裡79中形成的腔93的尺寸的一個因素取決於位於地層19中的流體的壓力與橫向鑽井72中的較低的並且欠平衡壓力之間的壓力失衡。在襯裡凝固的時間間隔期間存在的稍微的欠平衡壓力(即，當橫向鑽井72內的壓力僅稍微小於位於鄰近橫向鑽井72的地層19中的流體的壓力時)將導致在襯裡79中形成更少的腔93，並且導致地層流體穿過凝固的襯裡79進入橫向鑽井72的更小的整體流量。在襯裡凝固的時間間隔期間存在的更大的欠平衡壓力(即，當橫向鑽井72內的壓力顯著地小於位於鄰近橫向鑽井72的地層19中的流體的壓力時)將導致在襯裡79中形成更多的腔93，並且導致地層流體穿過凝固的襯裡79進入橫向鑽井72的更大的整體流量。
[0037]將會理解，通過欠平衡壓力的操作，可以對採用本發明修整的鑽井系統的不同段進行個性化定製。例如(而非限制地)，可以提供平衡的或過平衡的壓力，以將鑽井系統的被修整的段與位於鄰近該段的地層中的流體基本隔離，可以提供稍微欠平衡的壓力以在鑽井系統的被修整的段與位於鄰近該段的地層中的流體之間實現受限的流體連通，以及可以提供明顯欠平衡的壓力以在鑽井系統的被修整段與位於鄰近該段的地層中的流體之間實現大量的流體連通。
[0038]在本發明的方法的一個實施例中，可展開的密封件連接至鑽頭或在與鑽頭隔開的位置處連接至控制管纜。密封件是可展開的以將鑽井系統的與壁的待修整的部分相鄰的部分與鑽井系統的剩餘部分隔離，從而可以提供欠平衡壓力以促進地層流體穿過地層的靠近鑽井的固化成分的流動。
[0039]將會理解，本發明的系統和方法可以用於修整現有鑽井系統的井壁的一部分以修整鑽井系統的排出輪廓。例如(而非限制地)，該系統可用於在過平衡狀態期間在第一位置中通過採用該鑽頭隔離或消弱進入鑽井系統的流體排放以形成基本上不可滲透的套管，並且該系統可用於在欠平衡狀態期間在第二位置中通過通過採用該鑽頭促進進入鑽井系統的流體排放以形成具有流體通道的可滲透套管。以這種方式，本發明的系統和方法可提供鑽井系統的個性化定製以選擇性地排出鑽井系統的鄰近地層的部分中的期望的流體成分(例如碳氫化合物)，並且選擇性地阻止排出鑽井系統的鄰近地層的部分中的不期望的流體成分(例如水)。
[0040]本文中使用的術語僅用於描述具體實施例的目的且不是意圖限制本發明。如本文中使用的，術語「工作流體」涉及以下述目的引入鑽井的流體:用於潤滑鑽井系統以便於包括鑽頭的設備的平滑插入、定位和去除；用於流體靜力學地抵抗或平衡地層壓力以使因地層流體不希望地或預料之外地流入鑽井中導致的鑽井控制問題的可能最小化。
[0041]如本文中使用的，除非上下文另外明確地指明，否則單數形式「a」、「an」和「the」的意圖是還包括複數形式。還將理解，本說明書中使用的術語「包括」和/或「包含」規定所宣稱的特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在，但不排除一個或多個其它特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。術語「優選地」、「優選的」、「優選」、「可選地」、「可以」和類似術語用於指示所涉及的項目、狀態或步驟是本發明的可選的(不要求的)特徵。
[0042]在接下來的權利要求中的所有裝置或步驟加功能元件的對應結構、材料、動作和等同物的意圖是包括用於與如具體要求保護的其它被保護元件組合執行所述功能的任何結構、材料或動作。本發明的描述已經被呈現用於說明和描述目的，但不是意圖是窮盡的或將本發明限制成所公開的形式。不偏離本發明的範圍和精神的多種修改和變化對本領域技術人員來說將是明顯的。實施例被選擇和描述以最好地說明本發明的原理和實際應用，並且使得本領域技術人員能夠理解本發明的具有如適合所預期的特定用途的多種修改的多個實施例。
【權利要求】
1.一種方法，包括下述步驟: 提供控制管纜，該控制管纜具有多根光纖、氣體管道和連接至鑽頭的前端； 引導鑽頭穿過在地殼中鑽出的鑽井系統的地表端； 將所述鑽頭定位在鑽井系統的穿透地質層的鑽井段內，所述地質層中存在地層流體； 引導大量氣體穿過氣體管道進入鑽井段的待修整部分以移開雷射阻礙材料； 通過所述多根光纖將雷射傳輸至所述鑽頭； 將雷射照射在鑽井段的壁的待修整部分上，以熔化所述壁的地層材料的至少一種成分； 在所述壁的待修整部分處提供欠平衡壓力；以及 當地層材料的被熔化的成分凝固時，引導來自地層的地層流體流穿過所述壁的待修整部分並進入鑽井段； 其中，穿過所述壁的待修整部分的正在凝固的成分的地層流體流形成地層流體流通道，地層流體可通過該地層流體流通道從地層流入鑽井段中。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述氣體是氮氣、惰性氣體及其組合中的一種。
3.根據權利要求1 所述的方法，其中在所述壁的待修整部分處提供欠平衡壓力的步驟包括: 減小循環進入鑽井系統中的工作流體的平均密度。
4.根據權利要求3所述的方法，其中減小循環進入鑽井系統中的工作流體的平均密度的步驟包括: 通過位於控制管纜的長度的至少一部分內的工作流體管道將低密度流體引入鑽井系統中。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在所述壁的待修整的部分提供欠平衡壓力的步驟包括: 減小在鑽井系統內使用的工作流體的體積以流體靜力地平衡地層壓力。
6.根據權利要求1所述的方法，其中在所述壁的待修整的部分提供欠平衡壓力的步驟包括: 展開鑽頭上的密封件以將所述壁的待修整部分與鑽井系統的其餘部分隔離。
7.根據權利要求1所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 連接至氣體管道的至少一個注氣口。
8.根據權利要求1所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 光學地連接至所述多根光纖的至少一個光學元件。
9.根據權利要求8所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 光學地連接至所述多根傳輸光纖的多個光學元件。
10.根據權利要求7所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 光學地連接至所述多根光纖的至少一個光學元件。
11.一種修整鑽井系統的鑽井段的壁的一部分的方法，包括下述步驟: 將鑽頭設置在鑽井系統的鑽井段中； 將鑽頭定位在鑽井段內並鄰近所述壁的待修整部分； 將氣體注入鑽井段中以從位於鑽頭和所述壁的待修整部分之間的雷射路徑移開雷射阻礙材料； 使用從鑽頭髮出的雷射照射所述壁的待修整部分，以熔化所述壁的與來自鑽頭的雷射路徑相對的至少一種成分； 在所述壁的待修整部分提供欠平衡壓力；以及 當所述壁的已熔化的成分凝固時，抽取地層中的地層流體穿過所述壁的待修整部分並進入鑽井段，以在鑽井段的所述壁的所述部分中形成通路，用於地層流體從地層流入鑽井段中。
12.根據權利要求11所述的方法,其中所述氣體是氮氣、惰性氣體及其組合中的一種。
13.根據權利要求11所述的方法，其中在所述壁的待修整部分處提供欠平衡壓力的步驟包括: 減小在鑽井系統內使用的工作流體的體積。
14.根據權利要求11所述的方法，還包括下述步驟: 提供控制管纜，該控制管纜具有多根光纖、氣體管道和連接至鑽頭的前端； 將氣體管道連接至鑽頭中的注氣口； 將所述多根光纖光學地連接至鑽頭中的多個光學元件；以及 展開鑽頭上的密封件以將所述壁的待修整部分與鑽井系統的其餘部分隔離。
15.根據權利要求14所述的方法，採用從設備發射的雷射照射所述壁的所述部分以熔化鄰近鑽頭的地層的至少一種成分的步驟包括: 通過所述多根光纖將雷射傳輸至鑽頭中的光學元件；以及 通過雷射路徑將雷射從鑽頭髮射到所述壁的待修整部分上。
16.根據權利要求11所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 連接至氣體管道的至少一個注氣口。
17.根據權利要求11所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 光學地連接至所述多根光纖的光學元件。
18.根據權利要求17所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 光耦合至所述多根光纖的多個光學元件。
19.根據權利要求17所述的方法，其中連接至控制管纜的前端的鑽頭包括: 連接至氣體管道的至少一個注氣口。
【文檔編號】E21B21/12GK103764944SQ201280036123
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年5月26日 優先權日:2011年5月30日
【發明者】塔瑪斯·博茲索, 羅伯特·博茲索 申請人:Sld強化開採有限公司