修复井眼中的循环漏失区的制作方法

本说明书主要涉及用于修复井眼(wellbore)中的循环漏失区(lostcirculationzone)的示例过程。

背景技术：

在诸如油井之类的井中，循环漏失区是地下地层中的一个区域，该区域在引入钻探液之后抑制或妨碍泥浆或其他物质的回流。例如，在井的形成和完成期间，将钻探液引入井眼中。然后，来自井眼的泥浆和其他物质回流至井的表面。然而，在循环漏失区域中，将钻探液引入井眼不会产生到井的表面的相应回流。

造成循环漏失区的原因可能是多种多样的。在某些情况下，地层可能为高渗透性的，并且具有低于正常水平的流体静压力。在某些情况下，地层可能包含诸如裂缝之类的断层，钻探液漏出进入该断层中，从而中断了进出井眼的流体循环。地层中的此类断层也会不利地影响为完成井而进行的固井作业(cementingoperation)。例如，地层中的流体可能妨碍或延长水泥浆的硬化。这可能至少部分是由于流体与水泥浆的混合。例如，流体的这种混合可能妨碍浆料凝固到足以硬化。

在某些情况下，已将循环漏失材料(lcm)丸剂、水泥塞和x链接的聚合物塞注入井中的循环漏失区中，以尝试修复循环漏失区。

技术实现要素：

形成井的示例方法包括：识别井眼中的循环漏失区，其中循环漏失区包括与井眼邻近的地层中的裂缝；在循环漏失区附近布置可充气装置；迫使浆料进入可充气装置中，以使包含浆料的可充气装置的至少一部分膨胀进入裂缝；使浆料凝固一段时间以产生固体；以及钻探穿过井眼中的可充气装置中的固体，留下裂缝中的固体。示例方法可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

钻探可以包括将钻探液引入井眼。裂缝中的浆料可以被凝固一段时间，以在裂缝中产生将裂缝与钻探液隔离的固体。井眼可包括导管，该导管具有在循环漏失区附近的接头。布置可充气装置可以包括将可充气装置安装到接头。在钻探之前，可将导管从井眼移除。

该示例方法可以包括在接头上孔处布置循环接口。循环接口可在迫使浆料进入可充气装置之前运行以转移钻探液。基于浆料到达循环接口中的循环阀时，可以中断循环接口的运行。迫使浆料进入可充气装置可以包括使用一个或多个泵将浆料泵送到可充气装置中，直到可充气装置达到预定的膨胀而不破裂。

该浆料可以是或包括水泥浆料，而固体可以是或包括水泥。浆料可以是或包括黏糊塞，而固体可以是或包括由黏糊塞形成的物质。浆料可以是或包括树脂基物质。可充气装置可以是或包括气球。导管可以是或包括钻杆。导管可以包括玻璃纤维。

裂缝可能包含地层流体。可充气装置的一部分进入地层，并迫使至少一部分地层流体从邻近井眼的区域离开。在凝固之后，可充气装置将地层流体限制在裂缝内。

示例系统包括井眼中的导管。该导管包括位于井眼中的循环漏失区的至少一部分附近的接头。循环漏失区包括与井眼邻近的地层中的裂缝。该系统还包括安装在接头上的可充气装置，以及一个或多个泵，以迫使浆料通过导管并进入可充气装置，以使包含浆料的可充气装置的至少一部分膨胀进入裂缝。浆料具有在凝固时在井眼和裂缝中均产生固体的成分。示例系统可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

示例性系统可以包括钻头，该钻头可控制以在浆料凝固后切穿井眼中可充气装置中的固体。示例系统可以包括位于接头上孔处的循环接口。循环接口可被配置成至少在迫使浆料进入可充气装置之前转移钻探液。循环接口可以被配置为响应于浆料到达循环接口中的循环阀而中断运行。一个或多个泵可以是可控制的，以迫使浆料进入可充气装置，直到可充气装置达到预定的膨胀而不会破裂。

该浆料可以是或包括水泥浆料，而固体可以是或包括水泥。浆料可以是或包括黏糊塞，而固体可以是或包括由黏糊塞形成的物质。浆料可以是或包括树脂基物质。可充气装置可以是或包括气球。导管可以是或包括钻杆。导管可以包括玻璃纤维。

裂缝可能包含地层流体。一个或多个泵可以是可控制的，以迫使浆料进入可膨胀物，使得可充气装置进入地层的部分迫使至少一部分地层流体从邻近井眼的区域离开。凝固之后，可充气装置将地层流体限制在裂缝内。

本说明书中在此发明内容章节描述的任何两个或更多个特征，可以组合以形成本说明书中未具体描述的实施方式。

可以通过在一个或多个处理设备上执行存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令来控制本说明书中描述的全部或部分过程、方法、系统和技术。非暂时性机器可读存储介质的示例包括只读存储器、光盘驱动器、存储盘驱动器、随机存取存储器等。本说明书中描述的全部或部分过程、方法、系统和技术可使用由一个或多个处理设备和存储可由该一个或多个处理设备执行以执行各种控制操作的指令的存储器组成的计算系统来控制。

一个或多个实施方式的细节在附图和随后的描述中阐明。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1示出了具有正常循环的示例性井眼的截面图。

图2示出了具有循环漏失的示例性井眼的截面图。

图3示出了示例性井眼的截面图，该井眼包含尚未在循环漏失区内膨胀的可充气装置。

图4示出了示例性井眼的截面图，该井眼包含已膨胀进入循环漏失区内裂缝的可充气装置。

图5示出了使用可充气装置来修复井眼中的循环漏失区的示例过程的流程图。

不同附图中相同的参考数字表示相同的元素。

具体实施方式

在本说明书中描述了用于修复井眼中的循环漏失区的示例过程。示例过程包括检测井眼中的循环漏失区。循环漏失区可以包括井眼的一部分，该井眼穿过包含例如裂缝的断层的岩层，钻探液漏出进入该断层中，从而中断了进出井眼的流体循环。可充气装置，例如气球，被布置在循环漏失区的附近。例如，可充气装置可以被布置在循环漏失区域的内部或上孔(uphole)处。可充气装置可以被连接至引入井眼的导管中的接头或其他合适的结构。诸如水泥浆之类的浆料被迫使进入可充气装置以引起其膨胀。随着可充气装置的膨胀，包含浆料的可充气装置的一个或多个部分膨胀进入地层中的裂缝中。在一些实施方式中，可充气装置被构造和布置为使得能够在整个循环漏失区中膨胀。结果，循环漏失区中的全部或某些断层全部或部分地被包含在可充气装置中的浆料所填充。然后将浆料凝固一段时间以产生诸如水泥的固体，该固体同时存在于井眼和地层裂缝中。然后用钻头切穿井眼中的固体，留下裂缝中的固体。因此，固体填充了裂缝，从而修复了循环漏失区。

参照图1，为了产生井，钻子10钻穿土壤、岩石和其他材料以形成井眼12。套管14支撑井眼的侧面。除了其它方面以外，钻探过程包括将钻探液16向下泵送入井眼，并在表面20处接收来自井眼的包含物质的回流液18。在一些实施方式中，钻探液包括水基或油基泥浆，并且，在一些实施方式中，回流液包含从井眼中排出的泥浆、岩石和其他物质。流体进出井眼的这种循环可能在整个钻探过程中发生。在某些情况下，这种循环会中断，这可能会对钻探作业产生不利影响。例如，循环的漏失会导致干钻，这会损坏钻头、钻柱或钻机本身。在某些情况下，循环的漏失会引起爆裂并导致失去生命。

存在多种程度的可以被解决的循环漏失。例如，当在将钻探液引入井眼之后没有回流液到达表面时，会发生完全的循环漏失。完全的循环漏失可能由地下地层中的例如裂缝的断层导致。例如，如图2所示，钻探液、回流液或它们两者都可能漏出进入到周围地层24中的裂缝(例如裂缝22)中，从而导致循环漏失。取决于裂缝的大小和所涉及的流体量，漏出的流体可能导致循环中的完全漏失或循环中的部分漏失。就这一点而言，部分循环漏失会导致回流液比给定量的钻探液所预期的少。高渗透性的地下地层、流体静压力低于正常值的地下地层或同时具有这两种特质的地下地层也可能导致部分循环漏失。在某些情况下，由于缺乏支撑井眼的流体静压力，在完全循环漏失时钻探可能导致井眼塌陷。这可能导致钻探设备丢失或卡在井下。

在一些实施方式中，可以基于从井眼移出的回流液的量来识别循环漏失区。例如，可以使用一种或多种检测机制来测量回流液的量，并且将其与泵送至井眼中的给定量的钻探液的预期的回流液的量进行比较。如果对于井眼中的给定深度，回流液的量与预期的回流液的量相差超过阈值量，则检测到循环漏失区域。在一些实施方式中，可以使用计算机程序来处理关于钻探液和回流液的量的信息，并且确定是否遇到了循环漏失区。在一些实施方式中，可以实时地(例如在钻探期间)进行该确定，从而可以在损坏发生之前补救这种情况。在一些实施方式中，计算机程序可以用于向钻探工程师警告所检测到的循环漏失区、用于开始自动补救、或用于它们两者。在一些实施方式中，可以基于回流液的量或质量，使用其他方法来检测循环漏失区。

在一些实施方式中，循环漏失区可能会影响固井作业。在这方面，钻探切穿了岩层以形成到达地下储集区的井眼。然而，井眼的侧面通常需要支撑。套管被插入到井眼中，并用于支撑井眼的侧面等。在某些实施方式中，套管(也称为固化管)可以是金属管，该金属管可分段插入井眼中。套管与井眼的未处理的侧面之间的空间可以被凝固以将套管保持在适当位置。

在正常固井作业期间(例如，固井作业仅用于支撑井眼中的套管)，将水泥浆泵入井井眼中，并允许其凝固以将套管保持在适当位置。参照图1，水泥浆占据井眼和套管之间的空间26，并在那里硬化形成水泥。在水泥硬化至少一个阈值量之后，对井底进行钻孔，完成井的过程继续进行。在例如涉及裂缝的那些循环漏失区，水泥浆也可能漏出进入到裂缝中、或与裂缝中的地层流体混合、或两者兼有。这可能会妨碍水泥硬化，并且从而妨碍支撑套管。因此，循环漏失区也可能影响固井作业。

图3示出了具有循环漏失区32的示例性井眼30。在图3或相关的图4中未示出套管。在该示例中，循环漏失区32是由包含在周围岩层35中的裂缝34导致的结果。可以对诸如计算机系统37的计算机系统进行编程，以基于先前确定的地层图、或基于从一个或多个在井眼30内部或与井眼30相关联的传感器(未示出)获得的信息38(用虚线表示)来识别循环漏失区。计算机系统还可以被编程以确定、控制、或同时确定和控制注入到井眼中的浆料39的量以及应该注入浆料的时间以修复循环漏失区。

在这方面，为了修复循环漏失区32，将可充气装置40降低进入井眼30中到达循环漏失区附近。可充气装置40可以是气球或其他合适的可膨胀装置。在某些示例中，使用直径为三十(30)英尺(ft)的气球；然而，该系统不限于具有该尺寸或任何其他特定尺寸的气球。可将可充气装置降低到循环漏失区的上孔深度，或降到循环漏失区内或附近的深度。在一些实施方式中，使用导管41将可充气装置降低到井眼中。可用于该目的的导管的示例包括但不限于钻管和玻璃纤维管。

导管41包含内部通道44和接头42。将可充气装置40连接到接头42。当将导管41定位在井内时，接头42被定位在循环漏失区附近，从而将可充气装置相对于循环漏失区移动到合适的位置。可充气装置40包括容器，该容器被构造成将诸如浆料的材料接收到可充气装置中。该容器物理地连接到接头42并与内部通道对准。通过这种连接，可以迫使浆料39穿过导管41并进入可充气装置40。在一些实施方式中，可以使用位于井口上或位于表面上或井下的另外的适当位置的一个或多个泵46将浆料泵送到容器中。可以例如通过计算机系统或手动控制泵，以将浆料泵送到可充气装置中，直到可充气装置达到预定的膨胀而不会破裂。

可充气装置的大小，以及因此可充气装置能够容许的膨胀量，可以取决于循环漏失区的地下地形。例如，具有较大裂缝的循环漏失区可能比具有较小裂缝的循环漏失区需要更大的可充气装置。在将可充气装置插入到循环漏失区中之前，可以对循环漏失区的地形进行测绘。可以基于井下特征，诸如循环漏失区的深度、循环漏失区中包含的裂缝的大小和数量以及井眼的直径，来选择可充气装置的大小，成分和其他属性。还可以基于井下环境条件，例如温度和压力，来选择可充气装置的大小、成分和其他属性。

同时参考图4，当迫使浆料39进入可充气装置40中时，可充气装置40在井眼30内膨胀。由于膨胀发生，使得包含浆料的可充气装置40的部分50和51膨胀进入裂缝34。被泵送以获得膨胀来填充至少部分裂缝的浆料的量可以取决于循环漏失区的地下地形的先前测绘。在可充气装置膨胀之后，导管41可从井眼30撤出。在一些实施方式中，导管41可在膨胀后立即撤出。在一些实施方式中，导管41可以在膨胀之后的预定时间之后撤出。例如，可在可充气装置中的浆料凝固达到至少预定的厚度或硬度之后撤出导管。

可充气装置中的浆料(包括裂缝中可充气装置的部分)凝固一段时间以在裂缝中产生固体，该固体可以使裂缝与井眼中的钻探液隔离。因此，钻探液不能漏出进入到裂缝中。此外，裂缝可能包含地层流体，例如水或碳氢化合物。裂缝内的固体将地层流体限制在裂缝内。因此，地层流体不会与钻探液或可能引入井眼的水泥浆混合。

因此，经过足够的时间后，浆料凝固以在井眼和裂缝内产生固体。然而，此时，固体也保留在井眼本身中。因此，将钻子引入井眼中或在井眼中向井下移动。钻子切穿井眼内的固体和可充气装置，但留下裂缝中的固体和可充气装置的一部分。结果，每个裂缝的至少一部分填充有固体。正如所指出的那样，之后钻探液不能漏出进入到裂缝中，并且地层流体也不能渗入井眼。然后，钻子可以继续钻至较低的深度以完成该井。

在一些实施方式中，循环接口48可以定位在接头42的上孔处。循环接口可以被构造为在迫使浆料进入可充气装置之前或期间转移钻探液。例如，在可充气装置膨胀之前，井眼可包含钻探液。循环接口可以运行以移除钻探液。当将浆料泵送到可充气装置中时，循环接口可以继续其运行。在一些实施方式中，循环接口被配置为响应于浆料到达循环接口中的循环阀而中断运行。例如，在那个阶段，可充气装置可以膨胀期望的量，例如如图4中所示。循环接口的运行可以中断以使得可充气装置中的浆料凝固。在一些实施方式中，即使在循环接口已经中断运行之后，也可以将额外的浆料泵送入可充气装置中。

浆料可以由可在井下温度和压力条件下硬化的任何合适的物质组成。例如，在一些实施方式中，浆料可以是或包括水泥浆料，并且所得的固体可以是或包括水泥。在一些实施方式中，浆料可以是或包括黏糊塞(gunkplug)，并且所得的固体可以是或包括由黏糊塞形成的物质。在一些实施方式中，浆料可以是或包括树脂基物质。某些浆料，例如水泥浆料，可能需要约4至5个小时才能凝固；例如，硬化到浆料失去其可塑性的阈值量的程度。然而，本说明书中描述的方法不限于与任何特定的浆料一起使用或与具有特定的硬化时间的浆料一起使用。

浆料凝固以产生固体所需的时间可能基于多种条件而变化，这些条件包括但不限于浆料的成分、井眼中的温度和井眼中的压力。在一些实施方式中，固体可具有低于水泥的完整硬度的硬度。在一些实施方式中，固体可以具有至少与水泥的完整硬度一样高的硬度。

参考图5，示出了用于使用先前描述的设备来修复循环漏失区的过程55。过程60包括识别(56)循环漏失区。前文描述了用于识别循环漏失区的技术。在图3和图4中示出了井眼30中的示例循环漏失区32。过程60包括在循环漏失区附近布置(57)可充气装置。这可以通过例如将可充气装置安装到导管41上，并将导管和可充气装置降低到循环漏失区的深度来完成。在示例中，导管可以是井底钻具组合(bha)，井底钻具组合在井下运行到循环漏失区或在循环漏失区附近。此时，位于可充气装置上方的导管上的循环接口可以开始或继续其运行，以将钻探液和其他物质从井眼泵送到表面。在一些实施方式中，循环接口的运行可以继续，直到浆料到达循环接口中的开/关阀为止。

为了使可充气装置膨胀，迫使(58)浆料进入可充气装置中，以使包含浆料的可充气装置的至少一部分膨胀进入循环漏失区内的一个或多个裂缝。如所解释的，可以使用位于井口上或其他位置上的一个或多个泵将浆料泵送通过导管并进入可充气装置。在浆料到达循环接口的开/关阀之后，循环接口中断(59)运行。在一些实施方式中，在使循环接口不活动之后，可以继续泵送浆料；例如，如果充气装置尚未达到所需的膨胀量时。

在可充气装置已经达到所需的膨胀量之后，可以从井眼撤出(60)导管。在这方面，可以预先定义一定量的浆料，以实现所需的可充气装置的膨胀。一旦所有这些浆料已被泵送到可充气装置中，就可以推断出可充气装置已达到所需的膨胀量。在这一节点上，在此实例中，被包裹在可充气装置中的浆料占据了循环漏失区中的裂缝和穿过循环漏失区的井眼。

过程55包括使(61)浆料凝固达到至少阈值硬度以产生固体。例如，可以使浆料完全硬化以产生固体材料，例如水泥。在浆料凝固产生固体之后，钻子钻入井下，以切(62)穿井眼中的固体和可充气装置，并留下循环漏失区的裂缝内的固体。钻探包括将钻探液引入井眼，并在钻子钻至更深的深度时移除流体、泥浆和碎片。裂缝中的固体密封了循环漏失区，使得钻探得以继续。也就是说，修复的循环区可以恢复对于井的循环，从而使得在将钻探液泵送入井眼之后，包括泥浆和其他物质在内的回流液能够到达表面。钻探(63)可以按正常情况继续进行到循环漏失区以下的深度。

尽管在本说明书中给出的示例中示出了垂直井眼，但是先前描述的过程可以在完全非垂直或部分非垂直的井眼中实施。例如，可以对在水平或部分水平的井眼中出现的裂缝执行这些过程。在某些示例中，水平是相对于地球表面测量的。

本说明书中描述的全部或部分过程及其各种修改(以下称为“过程”)可以至少部分地由一台或多台计算机使用有形地体现在一个或多个信息载体(例如一种或多种非暂时性机器可读存储介质中的载体)中的一个或多个计算机程序来控制。可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)来编写计算机程序，并且可以以任何形式部署计算机程序，包括作为独立程序或作为模块、部件、子程序或其他适合在计算环境中使用的单元。可以将计算机程序部署为在一个站点上的一台计算机或多台计算机上执行，或分布在多个站点上并通过网络互连的多台计算机上执行。

与控制过程相关的动作可以由一个或多个可编程处理器执行，该可编程处理器执行一个或多个计算机程序以控制先前描述的全部或一些井形成操作。全部或部分过程可以由专用逻辑电路控制，例如fpga(现场可编程门阵列)、asic(专用集成电路)，或者fpga和asic两者。

例如，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区或随机访问存储区或它们两者接收指令和数据。计算机的元件包括一个或多个用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储区域设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦接以从一个或多个机器可读存储介质(例如用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘)接收数据，或向其传发送数据，或既接收数据又发送数据。适合于体现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区，例如包括半导体存储区设备(例如eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦可编程只读存储器)和闪存区域设备)；磁盘(例如内部硬盘或移动磁盘)；磁光盘；以及cd-rom(光盘只读存储器)和dvd-rom(数字多功能光盘只读存储器)。

所描述的不同实施方式的元件可以组合以形成先前文中未具体阐述的其他实施方式。元件可以被排除在所描述的过程之外，而不会不利地影响过程的运行或总体上系统的运行。此外，可以将各种单独的元件组合成一个或多个单独的元件以执行本说明书中描述的功能。

未在本说明书中具体描述的其他实施方式也在所附权利要求的范围内。

所要求保护技术方案如所附的权利要求所述。