漏失钻井封隔器的制作方法

本公开涉及地下开发，更具体地，本公开涉及在地下钻井操作期间使用的裸眼封隔器。

背景技术：

在地下井的钻井过程中，例如在油气开发操作中使用的地下井，可以将钻井泥浆和其他流体泵入井中。在某些钻井操作中，地下井的钻孔可以穿过具有已产生的裂缝或自然裂缝的、海绵状或其他具有高渗透率的区域，该区域被为漏失区(losscirculationzone)。在这种情况下，被泵入井中的钻井泥浆和其他流体会流入漏失区中。在地下井的钻孔也通过高压生产区的情况下，采出液也会流入漏失区，这称为交叉流场景。

技术实现要素：

在井筒的无套管裸眼区域中使用的封隔器(称为裸眼封隔器)可用于密封井筒。但是，如果封隔器用作钻杆的一部分，则封隔器可能会经受过度磨损并失去形成密封的能力。本公开的实施例提供了一种封隔器组件，该封隔器组件包括滑动保护套筒，该滑动保护套筒可以在钻井操作期间覆盖该封隔器单元，并且在使该封隔器单元膨胀时该滑动保护套筒能够移动以露出该封隔器单元。与封隔器组件相邻的稳定器能够使封隔器组件居中并朝向井筒的侧壁以及沿封隔器组件径向向外引导从井筒行进出来的碎屑。

本公开的系统和方法可以用于在井筒内密封并隔离漏失区，以便处理漏失区。本公开的实施例允许在无需将钻柱从井筒中拉出的情况下处理漏失区。隔离漏失区所需的设备是钻柱的一部分，并且不需要其他专用设备。

在本公开的实施例中，用于隔离地层的漏失区的方法包括：将具有管状构件的钻柱从地面下降到地下井中；以及利用位于管状构件的井下端处的井底组件来钻探地下井的井筒。将封隔器组件固定到管状构件，该封隔器组件具有可膨胀封隔器单元和保护套筒，其中，保护套筒处于伸出位置并外接可膨胀封隔器单元，而可膨胀封隔器单元处于收缩状态。将稳定器主体固定到封隔器组件的井下的管状构件，稳定器主体成形为使封隔器组件居中并且引导碎屑在封隔器组件的径向向外的方向上向井上行进。保护套筒从伸出位置移动到缩回位置，在该缩回位置处，保护套筒在轴向上与可膨胀封隔器单元相邻。可膨胀封隔器单元膨胀成使得可膨胀封隔器单元处于膨胀状态，从而在地下井内位于漏失区的井上的位置处与地下井的内径表面形成密封。

在替代实施例中，封隔器组件可以在与井底组件轴向间隔开的位置处固定至管状构件。可膨胀封隔器单元可具有两个或更多个单独的封隔器构件，并且使可膨胀封隔器单元膨胀可包括使两个或更多个单独的封隔器构件中的每一个膨胀。将保护套筒从伸出位置移动到缩回位置可以包括将射频识别装置泵入到地下井中。与地下井的内径表面形成密封可以包括与地下井的无套管裸眼井筒的内径表面形成密封。在使可膨胀封隔器单元膨胀之后，可以将漏失处理物泵送通过管状构件并进入地下井的井筒中，用于注入到漏失区中。可膨胀封隔器单元可以收缩，保护套筒可以移至伸出位置，并且地下井的井筒可以继续钻探。

在本公开的替代实施例中，用于隔离地层的漏失区的方法包括：将具有管状构件的钻柱从地面下降到地下井中；以及旋转管状构件，利用位于管状构件的井下端处的井底组件来钻探地下井的井筒。将封隔器组件固定至井底组件的轴向井上的管状构件，该封隔器组件具有三个单独的封隔器构件和保护套筒，其中，保护套筒处于伸出位置并且外接三个单独的封隔器构件，并且三个单独的封隔器构件中的每一个处于收缩状态。将稳定器主体固定到封隔器组件的井下的管状构件，稳定器主体成形为使封隔器组件居中并且引导碎屑在封隔器组件的径向向外的方向上向井上行进。保护套筒从伸出位置移动到缩回位置，在该缩回位置处，保护套筒在轴向上与三个单独的可膨胀封隔器构件相邻。三个单独的封隔器构件膨胀成使得三个单独的封隔器构件中的一个或更多个处于膨胀状态，并且在地下井内位于漏失区的井上的位置处与地下井的无套管裸眼井筒的内径表面形成密封。

在替代实施例中，将保护套筒从伸出位置移动到缩回位置可以包括将射频识别装置泵入到地下井中。在使三个单独的封隔器构件膨胀之后，可以将漏失处理物泵送通过管状构件并进入地下井的井筒中，用于注入到漏失区中。三个单独的封隔器构件可以收缩，保护套筒可以移动到伸出位置，并且管状构件可以旋转以继续钻探地下井的井筒。

在其他替代实施例中，用于隔离地层的漏失区的系统包括钻柱，钻柱具有从地面延伸到地下井中的管状构件，该钻柱可操作以利用位于管状构件的井下端处的井底组件来钻探地下井的井筒。将封隔器组件固定至管状构件，该封隔器组件具有可膨胀封隔器单元和保护套筒，其中，保护套筒可在延伸位置与缩回位置之间移动，在延伸位置处，保护套筒外接可膨胀封隔器单元并且可膨胀封隔器单元处于收缩状态，在缩回位置处，保护套筒在轴向上与可膨胀封隔器单元相邻。将稳定器主体固定到封隔器组件的井下的管状构件，稳定器主体成形为使封隔器组件居中并且引导碎屑在封隔器组件的径向向外的方向上向井上行进。当可膨胀封隔器单元处于膨胀状态时，可膨胀封隔器单元的尺寸设置成在地下井内的漏失区的井上的位置处与地下井的内径表面密封。

在替代实施例中，封隔器组件可以在与井底组件轴向间隔开的位置处固定至管状构件。可膨胀封隔器单元可以具有两个或更多个单独的封隔器构件。射频识别装置可被操作以被泵入到地下井中，以向保护套筒发出信号，从而使保护套筒从伸出位置移动到缩回位置。射频识别装置可替代地可被操作以被泵入到地下井中，以向保护套筒发出信号，从而使保护套筒从伸出位置移动到缩回位置。可膨胀封隔器单元可位于地下井的无套管裸眼井筒的高度。钻柱可具有流体流动路径，可操作该流体流动路径以将漏失处理物输送通过管状构件并进入地下井的井筒中，用于注入到漏失区中。

附图说明

为了获得并能够详细地理解本公开实施例的特征、各方面和优点以及其他可能变得明显的方式，可以通过参考在附图中示出的其实施例对本公开进行更具体的描述，这些附图构成本说明书的一部分。然而，应注意，附图仅示出了本公开的某些实施例，因此，不应视为对本公开范围的限制，而是本公开可允许其他等效实施例。

图1是具有根据本公开实施例的封隔器组件的地下井的剖视图，示出了保护套筒处于伸出位置并且封隔器单元处于收缩状态。

图2是具有图1的封隔器组件的地下井的剖视图，示出了保护套筒处于缩回位置并且封隔器单元处于膨胀状态。

具体实施方式

本公开涉及特定特征，包括过程或方法步骤。本领域技术人员理解，本公开不限于说明书中给出的实施例的描述或不受说明书中给出的实施例的描述的限制。除了仅在说明书和所附权利要求书的精神上，本公开的主题不受限制。

本领域技术人员还理解，用于描述特定实施例的术语不限制本公开实施例的范围或宽度。在解释说明书和所附权利要求书时，应以与每个术语的上下文一致的尽可能广泛的方式解释所有术语。除非另有定义，否则说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。

如说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数引用。

如所使用的，词语“包含”、“具有”、“包括”以及所有其他语法变化均旨在具有开放的、非限制性的含义，其不排除附加的元素、部件或步骤。本公开的实施例可以适当地“包括”所公开的限制特征、由所公开的限制特征“构成”或“基本上由”所公开的限制特征构成，并且本公开的实施例可以在不存在未公开的限制特征的情况下实践。例如，本领域技术人员可以认识到，某些步骤可以组合成单个步骤。

在说明书或所附权利要求书中提供值的范围的情况下，应理解，该区间涵盖了上限和下限以及上限和下限之间的每个中间值。本公开涵盖并限制了区间的较小范围，其受到所提供的任何特定排除。

在说明书和所附权利要求书中对包括两个或更多个限定的步骤的方法进行引用时，所限定的步骤可以以任何顺序或同时进行，除非上下文排除了这种可能性。

如图1所示，地下井10可以具有延伸到地面14的井筒12。地下井10可以是海上井或陆上井，并且可以用于从地下烃储层生产烃。钻柱16可以下降到井筒12中并位于井筒12内。钻柱16可以包括管状构件18和井底组件20。管状构件18可以从地面14延伸到地下井10中。井底组件20可以包括例如钻环、稳定器、铰刀、冲击器、钻头柄和钻头。钻柱16可以用于钻探井筒12。在某些实施例中，旋转管状构件18使旋转钻头以钻探井筒12。

井筒12可从表面14钻入储层22中。储层22可以是包括上部生产区24和下部生产区26的层状储层。上部生产区24和下部生产区26包含碳氢化合物气体、油或气体和油的混合物。上部生产区24和下部生产区26可以是高压生产区。作为示例，根据本公开实施例的高压井可以为储层压力超过5000psi的井。

井筒12也可以穿过漏失区28。在图1至图2的示例实施例中，漏失区28是储层22位于上部生产区24和下部生产区26之间的层。在替代实施例中，漏失区28可以在上部生产区24的井上或下部生产区26的井下。

储层22可以处于地下井10的无套管裸眼井筒30的高度。钻柱16可以穿过地下井10的套管井孔32，以到达无无套管裸眼井筒30。

封隔器组件34可以固定到管状构件18，并且可以用于将井筒12的封隔器组件34的井上部分与漏失区28隔离。封隔器组件34外接管状构件18，并且可以围绕管状构件18密封。封隔器组件34在与井底组件20轴向间隔开的位置处固定至管状构件18。为了确定封隔器组件34沿管状构件18的适当布置，可以在钻井时使用伽马射线工具进行地质关联。

参见图1至图2，封隔器组件34包括可膨胀封隔器单元36和保护套筒38。可膨胀封隔器单元36具有两个或更多个单独的封隔器构件40。每个单独的封隔器构件40的尺寸可以确定为使得当每个单独的封隔器构件40膨胀到膨胀状态时，如图2所示，可膨胀封隔器单元36与地下井10的井筒12的内径表面密封。

即使存在较大的压差等级，例如高达10,000psi的压差以及可膨胀封隔器单元36暴露于井筒12内的较高温度下，例如高达300华氏度数的温度，具有两个或更多个可以成组膨胀的单独的封隔器构件40也能够确保通过可膨胀封隔器单元36进行可靠的密封。在图1至图2的示例实施例中，可膨胀封隔器单元36示出为具有三个单独的封隔器构件40。在替代实施例中，可膨胀封隔器单元36可具有两个或可具有四个或更多个单独的封隔器构件40。在每个实施例中，当使封隔器单元膨胀时，每个单独的封隔器构件40均膨胀。

参见图1，当例如在钻井操作期间将钻柱16下降到地下井10的井筒12中时，或者当出于井筒隔离的目的而不需要可膨胀封隔器单元36时，可膨胀封隔器单元36可以处于收缩状态。在收缩状态下，保护套筒38可用于保护可膨胀封隔器单元36免受例如在钻井操作期间井筒12内可能遇到的磨损。可膨胀封隔器单元36的过度磨损会导致可膨胀封隔器单元36失去与地下井10的井筒12的内径表面形成可靠密封的能力。

如图1所示，当保护可膨胀封隔器单元36时，保护套筒38处于伸出位置并外接可膨胀封隔器单元36，并且可膨胀封隔器单元36处于收缩状态。在伸出位置处，保护套筒38可外接每个单独的封隔器构件40，从而保护每个单独的封隔器构件40免于磨损。

稳定器主体42也用于保护可膨胀封隔器单元36。稳定器主体42在封隔器组件34的井下固定至管状构件18。稳定器主体42成形为使封隔器组件34居中，并引导碎屑沿封隔器组件34径向向外的方向向井上行进。可膨胀封隔器单元36的膨胀可能受到钻柱16的任何偏心的不利影响。稳定器主体42将使可膨胀封隔器单元36居中，并有助于可膨胀封隔器单元36的适当膨胀。稳定器主体42还可以更一般地使管状构件18和井底组件20居中。另外，稳定器主体42将一直(time)引导碎屑沿封隔器组件34的径向向外的方向在井筒12内向井上行进，以使此类碎屑不会撞击封隔器组件34而导致封隔器组件34额外的磨损。

参见图2，在封隔器组件34位于地下井10内漏失区28的井上的位置的情况下，保护套筒38可从伸出位置移动。在缩回位置，保护套筒36在轴向上与可膨胀封隔器单元36相邻，使得每个单独的封隔器构件40能够完全膨胀而保护套筒38不会干扰这种膨胀。

可以使用智能技术使保护套筒38在伸出位置和缩回位置之间移动。作为示例，可以将射频识别装置44泵入地下井10中。封隔器组件34的致动系统可检测射频识别装置44，以使保护套筒38在伸出位置和缩回位置之间移动。相同或另一个射频识别装置44可用于向封隔器组件34的致动系统发送信号，以使可膨胀封隔器单元36膨胀和收缩。致动系统可以例如包括这样的工具，该工具打开小阀以允许管状构件18或井筒12内的内部压力使保护套筒38在伸出位置和缩回位置之间移动或使封隔器组件34膨胀或收缩(如适用)。

在保护套筒38移动到缩回位置之后，可膨胀封隔器单元36能够膨胀使得可膨胀封隔器单元36处于膨胀状态。在膨胀状态下，可膨胀封隔器单元36在地下井10内漏失区28的井上的位置处与地下井10的井筒12的内径表面形成密封。在所示的示例实施例中，可膨胀封隔器单元36与井筒23的无套管裸眼井筒30的部分的内径表面形成密封。在替代实施例中，可膨胀封隔器单元36可与井筒23的有套管32的部分的内径表面形成密封。

利用可膨胀封隔器单元36将漏失区28与封隔器组件34的井筒12隔离开，可以通过例如将漏失处理物泵送通过管状构件18并进入封隔器组件34的井下的井筒12以用于注入到漏失区28，从而能够处理漏失区28。

在处理过漏失区28之后，当控制进入漏失区28的流体损失并在泵送过程中检测到正常的井筒压力时，可膨胀封隔器单元36可以收缩并且保护套筒38可以移动至伸出位置，使得封隔器组件34处于图1的构造下。然后可以恢复用井底组件20进行井筒12的钻探。

在操作的示例中并参见图1，为了隔离漏失区28，封隔器组件34可以固定到钻柱16的管状构件18，钻柱16用于钻探地下井10的井筒12。当封隔器组件34下降到井筒12中时，封隔器组件34的可膨胀封隔器单元36处于收缩状态，并且保护套筒38处于伸出位置，使得保护套筒38外接可膨胀封隔器单元36。稳定器主体42也固定至封隔器组件34的井下的管状构件18。稳定器主体42成形为使封隔器组件34居中，并引导碎屑沿封隔器组件34径向向外的方向向井上行进。

保护套筒38可以移动到缩回位置，在该缩回位置处保护套筒38在轴向上与可膨胀封隔器单元36相邻。然后可膨胀封隔器单元36能够膨胀，使得可膨胀封隔器单元36处于膨胀状态，与地下井10的内径表面在地下井10内的漏失区28的井上的位置处形成密封。

在可膨胀封隔器单元36处于膨胀状态的情况下，可以通过例如将漏失处理物泵送通过管状构件18并进入地下井10的井筒12中用于注入漏失区28中来处理漏失区28。在漏失区28恢复之后，可膨胀封隔器单元36可收缩，使得可膨胀封隔器单元36处于收缩状态，保护套筒38可移动至伸出位置以外接可膨胀封隔器单元36。然后可以继续进行井筒12的钻探。

因此，本公开中描述的实施例提供了避免井筒稳定性问题而不必侧钻井筒的系统和方法。能够保护先前钻探的井筒通过的储层，使其免受漏失和交叉流情况。与遭遇漏失有关的井控问题被最小化。例如，遭遇漏失区可能导致不可控制的损失和附近高压区的交叉流，并可能导致泥浆系统故障，从而导致管道堵塞和侧钻。本公开的实施例减小了此类事件的风险，因为如果发生损失，则可以由本文描述的系统和方法来控制损失。本公开的实施例还可充当隔离封隔器组件的井下井的屏障，这能够保护地面处的设备和人员。此外，本文所述的系统足够严密，可与钻井组件一起拾取以执行任何浮子和履带板清理，然后可以继续进行钻井操作，从而无需在井中进行单独清理。

因此，本公开的实施例非常适合于实现所述目的并获得所提及的目的和优点以及其他固有的优点。尽管已经出于公开目的给出了本公开的实施例，但是在用于实现期望结果的过程的细节上存在许多改变。这些和其他类似的修改将容易地向本领域技术人员表明自己，并且旨在被包括在本公开的精神和所附权利要求的范围内。