專利名稱：用于在對地下地層進行鉆進期間對其進行壓裂的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及將井眼鉆通地下地球地層的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及用于在 對這種地層進行鉆進的過程期間在地球地層中產(chǎn)生裂縫的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
井眼被鉆通地下地球地層，用于采出諸如石油的有用流體。井眼提供從可滲透含 流體地下地層到地球的地面的液壓傳導(dǎo)性通路，使得在這種地層的孔隙中存在的流體可以 通過井眼移動到地面。一些類型的地下地層由于鉆井眼而使得靠近井眼地下地層的滲透率容易降低。滲 透率的這種降低被公知為“表皮堵塞”，并且與根據(jù)具體地層的流體流動特性已經(jīng)預(yù)測的流 體和流量相比，滲透率的這種降低可能導(dǎo)致具體井眼產(chǎn)生相當(dāng)少的流體和/或以相當(dāng)?shù)偷?流量產(chǎn)生相當(dāng)少的流體。其它地下地層具有相對較低的原始滲透率。對于上述情況，其中本 領(lǐng)域已知的是對這種地下地層進行水力壓裂。水力壓裂通常包括在足以產(chǎn)生超過地層將被 破裂或斷裂的壓力的壓力的速度下將流體泵送到地層內(nèi)。一旦裂縫開始，可以將流體的泵 送持續(xù)選定的一段時間，使得裂縫從井眼延伸選定的橫向距離。然而，當(dāng)流體泵送停止時， 被壓裂地層上方的地層的重量將使裂縫閉合。因此，本領(lǐng)域公知的壓裂液包括被稱作“支撐 劑”的不同固體微粒的懸浮液，所述支撐劑抑制斷裂和在泵送停止之后隨后發(fā)生的裂縫的 閉合。裂縫的作用是增加井眼的有效半徑。如本領(lǐng)域所公知的，流體從地下儲層流動的速 度與其中諸如井筒半徑相對于地下儲層半徑的比值的因素有關(guān)。通常在鉆完井眼并且將防護管或套管放置在井眼中之后執(zhí)行上述壓裂程序。如果 在對井眼進行鉆進期間執(zhí)行壓裂，則可以大致節(jié)約時間和成本，使得在打井過程中可以更 早地評價具體的地下地層。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面的一種用于在鉆井時對井眼進行壓裂的方法包括以下步驟: 將鉆柱插入到井眼中。將流體泵送到鉆柱中的內(nèi)部通道中和井眼的壁與鉆柱之間的環(huán)形空 間中的至少一個內(nèi)。測量緊鄰鉆柱的下端的流體的壓力和溫度中的至少一個，并且以基本 上與測量同時進行的方式將測量值發(fā)送到地面。響應(yīng)于測量值控制流體的流量和壓力中的 至少一個，以在鄰近于井眼的地層中選擇性地產(chǎn)生裂縫。根據(jù)本發(fā)明的另一個發(fā)明的一種隨鉆壓裂系統(tǒng)包括鉆柱，所述鉆柱可延伸到井眼 中，并且具有光通信信道和電通信信道中的至少一個，所述光通信信道和所述電通信信道 與所述鉆柱相關(guān)聯(lián)。至少一個傳感器被設(shè)置成靠近鉆柱的端部，并且被構(gòu)造成測量井眼與 鉆柱之間的環(huán)形空間中的參數(shù)。所述系統(tǒng)包括泵，所述泵被構(gòu)造成響應(yīng)于來自至少一個傳 感器的測量值自動調(diào)節(jié)壓力和流量中的至少一個。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的一種隨鉆壓裂系統(tǒng)包括鉆柱，所述鉆柱可延伸到井眼中，并且具有光通信信道和電通信信道中的至少一個，所述光通信信道和所述電通信信道 與所述鉆柱相關(guān)聯(lián)。至少一個傳感器被設(shè)置成靠近鉆柱的端部，并且被構(gòu)造成測量井眼與 鉆柱之間的環(huán)形空間中的參數(shù)。所述系統(tǒng)包括用于控制被泵送通過鉆柱的流體的壓力和流 量中的至少一個的裝置。所述用于控制的裝置被構(gòu)造成響應(yīng)于來自至少一個傳感器的測量 值自動調(diào)節(jié)壓力和流量中的至少一個。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將從以下說明和所附權(quán)利要求清楚呈現(xiàn)。


圖1顯示正在使用“有線鉆桿”被鉆進的井眼的示例；圖2顯示在靠近鉆柱的下端的可以用于在鉆井時進行壓裂的部件的示例；和圖3顯示自動隨鉆壓裂系統(tǒng)的示例。
具體實施例方式圖1中示意性地顯示了用于將井眼鉆通地球的地面的系統(tǒng)的示例。鉆機18或類 似的支撐結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在地球的地面上。鉆機18包括諸如絞車22、滑輪20和鉆井鋼絲繩 19的設(shè)備，所述設(shè)備被構(gòu)造成當(dāng)其鉆地下地層時可移動地支撐鉆柱10。鉆柱10可以由“有 線鉆桿”的螺紋地首尾聯(lián)接在一起的多個部分12形成。“有線鉆桿”是一種包括用于沿安 裝好的鉆柱10提供動力和/或信號通信通道的至少一個電和/或光導(dǎo)體的鉆桿結(jié)構(gòu)。由 Madhavan等人提出申請的美國專利申請出版物No. 2006/0225926中說明了可以在一些示 例中使用的有線鉆桿的結(jié)構(gòu)的非限制性示例。鉆柱10通常包括在其下端處的鉆頭14。鉆頭14的旋轉(zhuǎn)和通過將鉆柱10的重量 的一部分施加到所述鉆頭而將軸向力施加到鉆頭14使鉆頭14壓碎、碎裂和/或切割井眼 16的縱向端部(底部)處的地層。鉆柱10可以包括通常緊鄰鉆頭14的以下不同裝置用于測量包圍井眼16的地層 的特性的裝置(例如，隨鉆測井(“LWD”)傳感器38)，如以下更加詳細說明的用于執(zhí)行一 些機械功能的裝置(例如，環(huán)形密封件或“封隔器” 34)、和用于測量井眼16的壁與鉆柱10 的外部之間的環(huán)形空間的參數(shù)的裝置(例如，環(huán)空壓力傳感器36)?？梢允褂糜芯€鉆桿10 中的通信信道執(zhí)行控制上述示例性裝置的操作和將由不同裝置得到的測量值通信給表面。 例如可以在設(shè)置在地球的地面上的記錄單元40中生成控制信號?？梢越?jīng)過與記錄單元40 相關(guān)聯(lián)的無線收發(fā)器42將控制信號發(fā)射到與懸掛在鉆機18中的頂驅(qū)(top drive) 46相關(guān) 聯(lián)的相對應(yīng)的無線收發(fā)器44。與頂驅(qū)46相關(guān)聯(lián)的無線收發(fā)器44可以實現(xiàn)與鉆柱10內(nèi)的 通信信道的電和/或光學(xué)連接?？梢越?jīng)過鉆柱10中的信號信道將來自鉆柱10內(nèi)的各種傳 感器的信號通信給相對應(yīng)的無線收發(fā)器44。最終，這種信號被通信給記錄單元40，用于進 行解碼和解釋。在井眼16的鉆進期間，使用泵28將流體32從箱或槽30升起。泵28的排放側(cè)可 以連接到立管24?？梢允褂密浌?6或類似的柔性導(dǎo)管將立管24聯(lián)接到頂驅(qū)46。在鉆井 期間，頂驅(qū)46可以將旋轉(zhuǎn)運動提供給鉆柱10?？梢酝ㄟ^控制絞車22的鉆車操作者將鉆柱 10的重量的一部分傳遞給鉆頭14，使得鉆井鋼絲繩19移動通過滑車輪20，從而使頂驅(qū)46 向下移動，直到鉆頭14接觸井眼16的底部。鉆井鋼絲繩19進一步延伸直到將鉆柱10的選定的一部分重量施加到鉆頭14。流體32在由泵28施加的壓力下最終移動通過鉆柱10中的內(nèi)部通道。流體32可 以通過鉆頭14中的噴嘴或噴口(未示出)離開鉆柱10的內(nèi)部。排放的流體用于潤滑和冷 卻鉆頭14，并且將由鉆頭14產(chǎn)生的鉆井巖屑提升到地面。流體32可以在鉆井過程期間使 其流變性質(zhì)改變和/或使其組分改變，使得與操作如以下進一步說明的鉆柱10上的一些裝 置結(jié)合而使一些地下地層可以具有在其內(nèi)張開的裂縫48。在通過被稱作“支撐劑”的流體 添加劑使裂縫48產(chǎn)生和擴展之后，裂縫48可以保持張開。可選地，第二箱30A可以填充有 不同的流體32A。當(dāng)由記錄系統(tǒng)40生成適當(dāng)?shù)目刂浦噶顣r，開關(guān)閥31可以將泵28的入口 聯(lián)接到第二箱30A，以將第二流體32A泵送通過鉆柱10。第二流體32A可以具有尤其適于 產(chǎn)生并支撐裂縫(例如，圖1的裂縫48)的組分和流變性質(zhì)。另一方面，第一次提到的箱中 的流體32可以具有尤其適于井眼鉆進的組分和流變性質(zhì)。以下參照圖3進一步說明用于 改變流體組分的系統(tǒng)裝置的另一個示例。在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，流體32可以被泵送通過鉆柱10、通過鉆頭14并且進入 到鉆柱10與井眼16之間的環(huán)形空間內(nèi)，從而產(chǎn)生裂縫48。在使用有線鉆桿的系統(tǒng)的一些 示例中，鉆柱10的下端可以包括具有在不將鉆柱10從井眼16移除的情況下促進壓裂操作 (以下參照圖2所述)的膨脹式封隔器34及其它裝置的部件。參照圖2，鉆柱10的下端可以包括專用鉆鋌50，所述專用鉆鋌在鉆頭14的上方設(shè) 置在所述鉆柱中。鉆頭14可以包括內(nèi)部通道14B，所述內(nèi)部通道聯(lián)接到噴嘴或噴口 14A，用 于在如以上參照圖1所述的鉆井和壓裂期間排放流體。鉆鋌50可以包括電動閥C1、C2，當(dāng) 適當(dāng)?shù)刂聞铀鲭妱娱y時，所述電動閥可以使流體停止通過鉆柱10以及通過鉆頭14流出， 并且可以選擇性地使流體流轉(zhuǎn)向通過鉆鋌50的壁中的端口 51而進入到鉆柱10與井眼(圖 1的井眼16)之間的環(huán)形空間中。壓力和/或溫度傳感器D可以布置在鉆柱的下部中，以測 量環(huán)形空間中的壓力和/或溫度。鉆鋌50的上部中可以包括泵52，所述泵可操作以膨脹 和縮小封隔器34。泵52可以使其入口聯(lián)接到環(huán)形空間，或者聯(lián)接到鉆柱10的內(nèi)部，使得 泵52入口將作為井眼(圖1中的井眼16)的流體靜壓的參考。鉆鋌50的上端可以包括螺 紋連接件53，所述螺紋連接件被構(gòu)造成與鉆柱中相對應(yīng)的螺紋連接件(在圖2中未示出) 相配合。在本示例中，電磁動力和信號通信裝置56可以設(shè)置在螺紋連接件53的肩狀部內(nèi) 的適當(dāng)凹部中。通信裝置56的結(jié)構(gòu)和操作例如可以基本上如以上所參考的Madhavan等人 的’ 926專利申請出版物中所述。鉆鋌50可以包括可以諸如基于微處理器的控制器(包括適當(dāng)?shù)脑O(shè)備驅(qū)動器)的 控制器54，所述控制器可以對經(jīng)過有線鉆桿發(fā)送并通過通信裝置56被通信的指令進行解 碼。當(dāng)檢測適當(dāng)?shù)闹噶顣r，控制器54產(chǎn)生用于操作泵52和/或閥Cl、C2的控制信號?？?制器54還可以從傳感器D接收信號，并且經(jīng)過通信裝置56通信這種信號，用于在如以上參 照圖1所述的記錄單元(圖1的記錄單元40)中進行檢測和解釋。鉆鋌50可以包括一個或多個成型射孔彈B，所述射孔彈被構(gòu)造成當(dāng)由控制器54產(chǎn) 生適當(dāng)?shù)目刂菩盘枙r以電的方式或其它方式被啟動。通常，當(dāng)從記錄單元接收到適當(dāng)?shù)闹?令時，控制器54可以在一些示例中生成這種信號。在一些示例中，一個或多個成型射孔彈B 可以被引爆以在包圍井眼(圖1的井眼16)的地層中產(chǎn)生射孔孔道，使得與僅通過泵送流 體相比可以更加容易地使裂縫開始。
在隨鉆壓裂的一個示例中，當(dāng)例如通過在記錄單元(圖1的記錄單元40)中接收 到來自LWD傳感器(圖1的LWD傳感器38)的測量值來識別適當(dāng)?shù)牡叵碌貙訒r，系統(tǒng)操作 者可以通過控制絞車(圖1的絞車22)使鉆柱10停止向下運動。操作者還可以使鉆柱10 停止旋轉(zhuǎn)。在一些示例中，操作者可以操作絞車(圖1中的絞車22)以升起鉆柱10，使得將 鉆頭從井眼的底部移除。然后，操作者可以將適當(dāng)?shù)闹噶钶斎氲接涗浵到y(tǒng)(圖1的記錄系 統(tǒng)40)中的控制面板(未示出)中，用于通信給鉆鋌50。當(dāng)通過控制器54檢測到指令時， 可以操作閥Cl、C2以使流體流轉(zhuǎn)向進入到環(huán)形空間內(nèi)，并且可以通過操作泵52來膨脹封隔 器34以密封環(huán)形空間。在一些示例中，可以引爆一個或多個成型射孔彈B。然后可以將流 體泵送通過鉆柱并且進入到密封環(huán)形空間內(nèi)。在流體的泵送期間，可以通過傳感器D測量 環(huán)形空間中的壓力和/或溫度，并且可以將來自所述傳感器的測量值發(fā)送到記錄單元(圖 1的記錄單元40)。當(dāng)系統(tǒng)操作者觀察到指示成功地產(chǎn)生裂縫(例如，圖1中的裂縫48)的 壓力和/或溫度的適當(dāng)指示時，然后操作者可以輸入適當(dāng)?shù)闹噶钜灾匦略O(shè)置鉆鋌50，從而 重新開始鉆井操作。應(yīng)該理解的是圖2中所示的鉆鋌50的不同部件的位置僅僅是可以在根據(jù)本發(fā)明 的隨鉆壓裂中使用的不同部件的可能結(jié)構(gòu)的一個示例。在其它示例中，可以使用或省略不 同流體流動控制裝置和/或傳感器。其它的示例可以包括多于一個的封隔器，或者可以省 略封隔器34。使用圖2中所示的系統(tǒng)獲得的具體優(yōu)點是具有傳感器，來自所述傳感器的測 量值可以被系統(tǒng)操作者基本上實時地接收和使用。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認識的是， 當(dāng)泵送流體以在地下地層中產(chǎn)生和/或擴展裂縫時，優(yōu)選地，在緊鄰正在被壓裂的地層現(xiàn) 有條件下對壓力進行測量對于確定裂縫擴展的進度是重要的。例如，實質(zhì)上可通過具有實 時壓力測量值來提高控制壓裂操作中的“尖端脫砂”。在另一個示例中，可以通過使封隔器34膨脹以密封環(huán)形空間來執(zhí)行對地層的壓 裂，并且可以將流體泵送到鉆柱與井眼(圖1中的井眼16)之間的環(huán)形空間中。在這種示 例中，有利的是將壓力和/或溫度傳感器D定位在封隔器34上方，使得在泵送壓裂液期間 可以測量壓裂液的壓力。在一些示例中，當(dāng)對井眼進行鉆進并且連續(xù)產(chǎn)生更多的裂縫時，裂縫可以沿井眼 的長度分布，而不是僅在井眼的單個部分上分布。在這種示例中，巖石特性的描述、不同地 層的孔隙中的原地應(yīng)力和/或流體壓力可以用于設(shè)計和/或控制裂縫(圖1中的裂縫48) 的分布。誘導(dǎo)應(yīng)力轉(zhuǎn)向(“ISD”)效應(yīng)的處理和表征、新裂縫如何靠近現(xiàn)有裂縫形成并擴 展還可以提供用于控制鉆井和壓裂以提供如此產(chǎn)生的選定分布的裂縫的技術(shù)。在一些示例 中，控制器54或類似裝置可以利用所提供的反饋和輸出實時操縱壓裂。例如，控制器54可 以被編程以響應(yīng)來自傳感器D的壓力測量值，從而自動控制封隔器膨脹并且控制閥C1、C2， 使得裂縫根據(jù)預(yù)定模式開始和擴展。在一個示例中，可以控制井眼中的鉆井液循環(huán)流量以在井眼中提供超過或低于具 體地層的壓裂壓力的選定數(shù)量的壓力。在一些示例中，可以由通過LWD傳感器(圖1的LWD 傳感器38)得到的測量值(例如，聲波壓縮和剪切速度以及密度)確定壓裂壓力。通過適 當(dāng)?shù)乜刂屏黧w的循環(huán)，例如，通過控制泵(圖1中的泵28)的速度，可以在井眼在生成適當(dāng) 的流體壓力，從而同時或基本上同時提供鉆井和壓裂。此外，通過控制由在鉆井過程期間在 井眼中使用的流體產(chǎn)生的循環(huán)和/或壓力，在鉆井眼的同時可以對具體地層或包圍井眼的地層的一部分進行壓裂。在一些示例中，例如可以設(shè)置在記錄單元(圖1的記錄單元40)中的處理器(未 單獨示出)可以被構(gòu)造成操作泵(圖1中的泵28)和/或開關(guān)閥(圖1中的開關(guān)閥31)，以 自動控制當(dāng)鉆井時同時進行壓裂所使用的流體流量和流體。處理器可以操縱壓裂和/或鉆 井過程。在一些方面中，鉆柱10中的傳感器D和/或設(shè)置在有關(guān)地下地層中的其它傳感器 可以將反饋/信息/數(shù)據(jù)提供給處理器(未示出)，用于適當(dāng)?shù)乜刂屏黧w和泵送速度。在一些示例中，可以響應(yīng)于當(dāng)鉆井眼時對地層的壓裂和/或地層壓裂的結(jié)果而改 變井眼的鉆井的一些參數(shù)，例如，鉆進的深度、傾角、方位定向。在一些示例中，被諸如放射性示蹤劑的示蹤劑跟蹤的流體可以用于使用諸如伽馬 射線檢測器的檢測器或類似裝置跟蹤井眼的內(nèi)部或外部。這種檢測器可以形成為LWD傳感 器(圖1中的LWD傳感器38)的一部分。在這種示例中，如果由檢測器得到的測量值發(fā)現(xiàn) 裂縫沒有沿著選定的方向擴展，而是裂縫在先前的人工裂縫和/或類似裂縫的頂部擴展， 可以通過自動泵送轉(zhuǎn)向劑、進一步鉆進、沿不同的方向鉆進和/或類似動作來校正這種不 適當(dāng)?shù)牧芽p擴展。在隨鉆壓裂過程中，得到的第一裂縫可以沿井眼在最低主應(yīng)力和最低巖石強度的 位置處開始。第一裂縫可以如上所述開始并被泵送。當(dāng)鉆井過程持續(xù)，并且下一個裂縫位 置被鉆頭14穿過時，壓裂過程可以重新開始。為了確保第二和任意隨后的裂縫不會朝向原 始裂縫位置或任意其它裂縫位置擴展，在一個示例中，可以使第一和/或任意先前的人工 裂縫承受過度應(yīng)力。例如，在裂縫被支撐劑支撐成張開的情況下，可能發(fā)生超應(yīng)力。被支撐 的裂縫越寬，更高的局部應(yīng)力增加將會發(fā)生?？梢钥刂屏芽p的支撐以提供被控制的超應(yīng)力。 裂縫的間距可能不僅受裂縫寬度的影響，而且受到裂縫長度的影響，并且裂縫可以被放置 成使得新裂縫在其不再受到先前裂縫中所保持的增加的應(yīng)力的位置處開始。在一些示例中，可以執(zhí)行尖端脫砂處理，這可以基本上增加裂縫寬度，并因此增加 局部應(yīng)力。為了確保實現(xiàn)尖端脫砂(“TS0”)，流體(圖1中的流體32A)中可以包括一些類 型的纖維。在一些示例中，可溶解或可降解的纖維可以朝向被泵送的壓裂液的端部被高濃 度地加載，用于在相對較高的濃度下進行壓裂的任何一種情況，從而有助于開始進行尖端 脫砂。這種纖維濃度可以用于穩(wěn)定支撐劑，以及暫時降低整個支撐劑流體滲透率。使用參 照圖1和圖2所述的系統(tǒng)，在不需要將鉆柱10從井眼(圖1中的井眼16)移除的情況下， 可以將上述過程重復(fù)任意選定的次數(shù)。在一些示例中，泵送被稱作“小段塞”(例如，轉(zhuǎn)向小段塞)的、包括聚乳酸纖維的 濃縮段塞物質(zhì)可以用于在鄰近于可滲透地下地層的井眼的壁上產(chǎn)生暫時但是非常低的滲 透率濾餅。分級碳酸鈣還可以與聚合物結(jié)合以產(chǎn)生類似的小段塞。在一些示例中，鉆井液 和/或類似物可以包括纖維或一些其它流體損耗型材料，以最小化對支撐劑充填層的內(nèi)部 濾餅的破壞?？蛇x地，初始不可滲透的、類似于WARP流體的支撐劑充填層可以用在本發(fā)明 的方面中。在一些示例中，為了產(chǎn)生初始被嚴重破壞/正在被破壞(具有控制進入到已壓裂 地層內(nèi)的濾失量的相對較低的近井眼滲透率)但在預(yù)先選定的時間之后最終變得可滲透 的支撐劑“充填層”，可以將一些物質(zhì)添加到支撐劑充填層，所述物質(zhì)的尺寸被形成為在支 撐劑的多孔物內(nèi)進行配合。這種物質(zhì)可以存在于可以設(shè)置在支撐劑顆粒之間的孔隙中的顆粒的一部分中，并且隨后可被容易和完全清除。在剩余多孔物的內(nèi)部進行配合的第二尺寸 封堵材料可以添加到這種混合物，從而進一步降低支撐劑的滲透率。僅以示例的方式，例如 聚乳酸、聚乙醇酸和聚乙烯醇的物質(zhì)可以以固體形式放置在支撐劑中，然而，這種材料在公 知的溫度下經(jīng)過已知時間之后會水解以恢復(fù)到液體?？梢允褂弥T如選定粒徑的碳酸鈣的其 它材料，并且當(dāng)酸或類似物需要時可以溶解所述其它材料。在支撐劑充填層中可以使用石 蠟，以提供在給定溫度下融化成液體的固體物質(zhì)。在其它示例中，暫時降低或改變支撐劑充填層滲透率可以包括將尺寸稍微大于支 撐劑孔喉尺寸的軟性壓縮物質(zhì)泵送到裂縫內(nèi)。壓縮物質(zhì)可以使有效孔隙體積變形并且在閉 合時完全堵住所述有效孔隙體積。再次，如上所述，這種物質(zhì)可以最后被清除。在一些示例中，可以通過沿井眼在裂縫的開口兩端放置有效的不滲透膜(“濾餅”) 來使得在裂縫產(chǎn)生之后和在鉆進期間最小化通過裂縫的流動。這種濾餅可以被構(gòu)造成當(dāng)將 流體擠壓到裂縫本身內(nèi)時迅速形成。為了最小化由于固體微粒以深穿透的方式進入裂縫而 對流體的污染，可以使用噴射或類似方法在裂縫的表面兩端涂抹堅固的濾餅。在一些示例中，鉆井可以包括空氣、氮氣和/或用于在鉆進期間所使用的流體的 類似物。僅以示例的方式，空氣鉆井或類似鉆井可以與使用水基流體、泡沫、純氮氣和/或 類似物的壓裂結(jié)合。在這樣一個示例中，當(dāng)持續(xù)鉆井時，從地層開采出的水和氣體可以有助 于“進行清洗”(從地層清除滲透率降低的物質(zhì))。在一些示例中，鉆井可以是欠平衡的(使流體靜壓低于地層孔隙中的流體壓力)， 并且當(dāng)正在進行隨鉆壓裂時，正在被鉆進的井眼可以采出流體。在一些示例中，隨鉆壓裂可 以包括在一種或多種壓裂液的情況下進行鉆井。在其它示例中，或在與上述結(jié)合中，在根據(jù) 本發(fā)明的不同方面的方法中可以使用包括井眼涂抹、隨“套管鉆井”井眼涂抹和類似過程的 井眼加固過程。例如在授予Tessari的美國專利No 6，705，413中說明了套管鉆井。在一些示例中，用于產(chǎn)生裂縫(圖1中的裂縫48)的流體可以包括酯、溶劑、酸，所 述酯、溶劑、酸可以有助于清除由用于鉆井眼的可以包括“堵塞”劑的流體所產(chǎn)生的近井眼 污染。如先前所述，可以在壓裂處理結(jié)束時使用包括一定尺寸的碳酸鈣、混合聚乳酸、碳酸 鹽和/或類似物的酸溶性纖維和濾餅添加劑以密封裂縫?？梢匝劂@桿泵送清潔鉆井液以保 護鉆柱10的下部，并且可以沿環(huán)形空間泵送填充有支撐劑的壓裂液。以下參照圖3說明可以執(zhí)行上述程序中的任一個或所有上述程序的自動隨鉆壓 裂系統(tǒng)。系統(tǒng)可以包括例如可以設(shè)置在記錄單元40中的中央處理器(“CPU”)140。CPU 140可以是可編程計算機，所述可編程計算機包括可操作以使CPU 140生成用于經(jīng)過有線 鉆桿通信信道(圖1和圖2)傳送的指令信號的程序指令。CPU 140還可以生成用于操作多 個流體泵PI、P2、P3中的一個的控制信號，所述多個流體泵中的每一個都可以通過相應(yīng)的 單向(止回閥)或其它閥V1、V2、V3聯(lián)接到頂驅(qū)46的流體入口(見圖1中的立管24和軟 管26)。如參照圖1所述，CPU 140可以使用無線收發(fā)器42、44與有線鉆桿通信信道進行通
fn °CPU 140還可以生成用于操作鉆鋌(圖2中的鉆鋌50)中的諸如用于膨脹封隔器 34的泵52、和被布置成使通過鉆柱(圖2中的鉆柱10)的流體流轉(zhuǎn)向和/或停止的閥Cl、 C2的不同部件的指令信號。可以通過鉆鋌(圖2中的鉆鋌50)中的控制器54解碼和動作 這種指令信號。在圖3中所示的系統(tǒng)中，可以如以上參照圖1所述執(zhí)行鉆井操作。在這種鉆井操作期間，諸如可以是鉆井泥漿的流體Fl可以通過相應(yīng)的泵Pl從相應(yīng)的箱被泵送，以 執(zhí)行在鉆井期間流體的上述功能?？梢越?jīng)過有線鉆桿通信信道將來自鉆鋌(圖2中的鉆鋌 50)中或與所述鉆鋌相關(guān)聯(lián)的傳感器(例如，LWD傳感器(圖1中的LWD傳感器38))的測量 值發(fā)送到CPU 140。CPU 140中的指令可以響應(yīng)于傳感器的一些測量值而使泵Pl停止或放 緩，并且可以使一個或多個泵P2和P3操作，以將壓裂液排放到鉆柱內(nèi)。以上說明了壓裂液 和/或濾餅生成流體的示例性組分?？梢杂纱鎯υ贑PU 140中的指令確定被操作的具體泵 和操作速度。這種指令可以響應(yīng)于由來自不同LWD傳感器(圖1中的LWD傳感器38)的測 量值確定的地層特性來提供一些流體流量和壓力。如果CPU 140開始泵送壓裂液，CPU 140 還可以將指令發(fā)送給鉆鋌(圖2中的鉆鋌50)，以在控制器54中被接收和解碼。控制器54 可以包括用于操作鉆鋌內(nèi)的不同裝置(例如，轉(zhuǎn)向器和封隔器膨脹泵52)的程序指令。如 先前所述，控制器54還可以包括用于使鉆鋌中的不同部件根據(jù)環(huán)形空間中的參數(shù)(例如， 壓力或溫度)的測量值進行操作的指令。使用如圖3中所示的裝置，可以自動執(zhí)行如上所述的不同隨鉆壓裂程序。隨鉆壓 裂的自動操作可以減少由于操作者失誤而產(chǎn)生的壓裂失效的可能性，并且可以增加隨鉆壓 裂操作的安全。通過根據(jù)井眼參數(shù)的大致實時測量值(例如，壓力和/或溫度)控制隨鉆 壓裂過程，可以降低由于數(shù)據(jù)延遲而產(chǎn)生的壓裂作業(yè)失效的可能性。雖然已經(jīng)相對于有限的示例說明了本發(fā)明，但是得益于本公開的本領(lǐng)域的技術(shù)人 員將認識到可以設(shè)計不背離如這里所公開的本發(fā)明的保護范圍的其它示例。因此，本發(fā)明 的保護范圍應(yīng)該僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種用于在鉆井時對井眼進行壓裂的方法，包括以下步驟將鉆柱插入到井眼中；將流體泵送到所述鉆柱中的內(nèi)部通道中和所述井眼的壁與所述鉆柱之間的環(huán)形空間中的至少一個內(nèi)；測量緊鄰所述鉆柱的下端的流體的壓力和溫度中的至少一個；以基本上與測量同時進行的方式將測量值發(fā)送到地面；以及響應(yīng)于所述測量值控制所述流體的流量和壓力中的至少一個，以在鄰近于所述井眼的地層中選擇性地產(chǎn)生裂縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟 選擇性地密封所述環(huán)形空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，被泵送的所述流體通過鉆頭被排放。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟 使流體流轉(zhuǎn)向進入到所述環(huán)形空間中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以與在所述井眼中鉆地下地層同時進行的方式 執(zhí)行所述泵送流體、測量、發(fā)送和控制的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)送步驟包括 經(jīng)過有線鉆桿中的通信信道進行通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述流體包括支撐劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述支撐劑包括被選擇以在產(chǎn)生裂縫之后在選 定的時間內(nèi)降低所述裂縫的滲透率以能夠進一步對所述井眼進行鉆進的物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟將所述流體從用于對所述井眼進行鉆進的第一流體改變成用于使裂縫張開并保持所 述裂縫的第二流體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述控制壓力和流量中的至少一個的步驟響應(yīng) 于所述測量值被自動執(zhí)行。
11.一種隨鉆壓裂系統(tǒng)，包括鉆柱，所述鉆柱能夠延伸到井眼中，并且具有光通信信道和電通信信道中的至少一個， 所述光通信信道和所述電通信信道與所述鉆柱相關(guān)聯(lián)；至少一個傳感器，所述至少一個傳感器被設(shè)置成靠近所述鉆柱的端部，并且被構(gòu)造成 測量所述井眼與所述鉆柱之間的環(huán)形空間中的參數(shù)；和泵，所述泵被構(gòu)造成響應(yīng)于來自所述至少一個傳感器的測量值自動調(diào)節(jié)壓力和流量中 的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括壓力傳感器和溫度傳感器中 的至少一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括引流器，所述引流器被布置成選擇性地閉合 通過所述鉆柱的端部的流體流，和選擇性地朝向所述環(huán)形空間打開所述流體流。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述系統(tǒng)，還包括至少一個可選擇性地操作的環(huán)形密封件，所述 環(huán)形密封件被構(gòu)造成當(dāng)被致動時閉合所述環(huán)形空間。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述通信信道包括有線鉆桿。
16. 一種隨鉆壓裂系統(tǒng)，包括鉆柱，所述鉆柱能夠延伸到井眼中，并且具有光通信信道和電通信信道中的至少一個， 所述光通信信道和所述電通信信道與所述鉆柱相關(guān)聯(lián)；至少一個傳感器，所述至少一個傳感器被設(shè)置成靠近所述鉆柱的端部，并且被構(gòu)造成 測量所述井眼與所述鉆柱之間的環(huán)形空間中的參數(shù)；和用于控制被泵送通過所述鉆柱的流體的壓力和流量中的至少一個的裝置，所述用于控 制的裝置被構(gòu)造成響應(yīng)于來自所述至少一個傳感器的測量值自動調(diào)節(jié)所述壓力和流量中 的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在鉆井時對井眼(16)進行壓裂的方法，所述方法包括以下步驟將鉆柱(10)插入到井眼中。將流體(32)泵送到鉆柱(10)中的內(nèi)部通道中和井眼的壁與鉆柱之間的環(huán)形空間中的至少一個內(nèi)。測量緊鄰鉆柱的下端的流體的壓力和溫度中的至少一個，并且以基本上與測量同時進行的方式將測量值發(fā)送到地面。響應(yīng)于測量值控制流體的流量和壓力中的至少一個，以在鄰近于井眼的地層中選擇性地產(chǎn)生裂縫(48)。
文檔編號E21B17/00GK101952545SQ200880126254
公開日2011年1月19日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者J·歐內(nèi)斯特·布朗, 本杰明·P·杰夫瑞司, 阿什利·約翰遜 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司