構造用于開采海底或洋底下儲層的井的工藝的制作方法
【專利摘要】一種用來構造井(1)的工藝，所述井用來開采油或氣體儲層，所述過程包括以下操作：鉆探至少3600米深或更深的被水頭淹沒的地層，通過鉆探立管(7)和鉆探工具從水的表面達到該地層，該鉆探工具從內部穿過該鉆探立管；和通過鉆探立管(7)搬空循環的鉆探流體，來自該地層的油或天然氣和作為結果的鉆探材料的至少一種。鉆探立管(7)具有小于等于17英寸的外直徑并且達到井口裝置(3)，該井口裝置具有小于等于18.75英寸的內直徑并且被布置成對應于或靠近覆蓋該地層的被淹沒的海底。
【專利說明】
構造用于開采海底或洋底下儲層的井的工藝
技術領域
[0001] 本發明涉及一種用來構造井的工藝，該井用來從例如位于海底或洋底下面的被淹 沒的儲層提取石油、天然氣或其它流體。根據本發明的過程特別適合于在深水和超深水中 造井。
【背景技術】
[0002] 提取天然碳氫化合物領域中的目前趨勢之一是找到且開采位于越來越深的海底 或洋底下面的儲層。在1970-1980年中，制造中的海上井的最大深度是大約300米，在1990-2000年中變成1500米，并且在2000-2010年中大約3000米。
[0003] 到今天為止，已經造出油井的水深度的世界記錄是由鉆探船Dhirubhai Deepwater KG1于2013年7月8日實現的3174米，并且最先進且操作最佳的鉆探船宣稱具有 近似3600米水深度的最大操作范圍。
[0004]已知的技術已經發展多年，其使用具有21"外直徑的鉆探立管和具有183/4英寸內 直徑的井口裝置，在其內部中能夠懸掛多達三個高壓柱，該三個高壓柱中具有達到7"外直 徑的最小一個高壓柱適于確保井中碳氫化合物的最大可能生產。
[0005] 這個趨勢在另一方面已經導致使用具有越來越大尺寸的鉆探船或所謂的半潛式 (半潛式平臺）以便鉆探和造井;作為粗略的指示，根據操作深度和鉆探船的噸位之間的關 系推斷最近歷史數據以在海平面之下超過3600米的海底上鉆探和造井，這種船須具有超過 100000噸的噸位，比得上現代最大航空母艦的噸位。這種大船的構造和管理不僅導致試圖 擴展目前操作極限中要被解決的技術問題非常顯著地增多，還使得該船的構造和管理成本 非常顯著地增加，這危害了在極深海底上開采井的經濟便利。
[0006] 本發明的目標是提供一種用來鉆探位于極深海底下儲層且將其投入生產的工藝， 該工藝使得能夠在可以操作的最大水深度以及已有鉆探裝置的操作水深度方面發展鉆機 的目前操作極限，而不必減小相對于已知技術中可實踐和使用中的那些鉆機的生產殼體尺 寸。
[0007] 本發明的第二目標是提供一種用來鉆探位于極深海底下儲層并且將其投入生產 的工藝，該工藝使得能夠在達到相同深度的情況下使用相對于已知技術而言具有較小尺寸 的設備，即，顯著擴展已有設備在水深度方面的操作極限，從而證明該工藝從總體上比已知 工藝更加經濟。
【發明內容】
[0008] 擴展操作極限到超過3600米水深度且擴展已有設備的操作極限的這些目標在本 發明的第一方面中通過一種用來構造用來開采要被提取的天然流體的儲層的井的過程被 實現，該過程具有根據權利要求1的特性。
[0009] 在本發明的第二方面中，這些目標通過具有根據權利要求5的特性的過程被實現。 [0010]在本發明的第三方面中，這些目標通過一種用來構造用來開采要被提取的天然流 體的儲層的井的過程被實現，該過程具有根據權利要求6的特性。
[0011]該裝置的另外特性是從屬權利要求的目標。
[0012] 根據參考以下示意圖示出的非限制性質的特別實施例的以下詳細描述，通過本發 明可以實現的優點對于本領域技術人員來說將顯得更加明顯。
【附圖說明】
[0013] 圖1示出本發明采井的根據大致豎直的平面的第一剖面。
[0014] 圖2示出圖1的井的根據大致豎直的平面的第二剖面。
[0015] 圖3示出圖1的井的根據剖面III-III的橫向剖面。
【具體實施方式】
[0016] 在本說明書中，表述"上游、從上游、下游、從下游"涉及從儲層提取的流體的流動； 除非另外指示，例如，在井中循環的鉆探泥漿和其它流體被作為從上游向下游流動。
[0017] 圖1、圖2涉及根據本發明特定實施例的用來開采水下儲層的井，該井總體上由附 圖標記1指示。
[0018] 要被開采的儲層(例如，石油、天然氣或其它天然流體的儲層)位于被大量水淹沒 的底F(諸如，例如海底或洋底)下面。
[0019] 該井1包括：
[0020] -井口裝置3，該井口裝置定位成與被淹沒的底F相對應或在被淹沒的底F附近；
[0021] -可能地，以從頂部到底部的順序，本身已知的導管或柱300A和錨固管300B;
[0022] -一個或更多個殼體300C、300D、300E。
[0023] 與通常的情況一樣，導管300A和錨固管300B形成要被設立的井的基底和第一錨固 件。第二管300B被插入到第一管300A中。在300A和300B已經被設立之后，安裝井口裝置即高 壓外殼，該高壓外殼用于懸掛三個接續的柱，這三個接續的柱用于被鉆探地層的液壓隔離。 被懸掛的第一殼體是300C。殼體300D以及300E隨后以一個位于另一個內的方式逐步地懸 掛。柱300E可以是所謂的生產柱(通常稱為生產殼體），其優選地具有不小于7"的外直徑并 且可以作為第三殼體懸掛在井口裝置的高壓外殼內。
[0024] 井1也可以包括另外的殼體(未示出），該另外的殼體也被包含在彼此內，這些另外 的殼體的大部分外部被插入在下殼體300E中。
[0025] 導管300A、引導管300B和高壓殼體300C、300D、300E和其它可能的殼體被插在孔 302中，該孔位于被淹沒的底F中并且例如從頂部向下延伸。
[0026] 井口裝置單元3優選地包括適合于懸掛三個高壓殼體300C、300D和300E以及一個 或更多個防噴裝置(B0P)5的部分，該一個或更多個防噴裝置以一個位于另一個之上或者一 個位于另一個下游的方式串聯地布置，并且沿流體方向位于殼體300A-300E的下游以便形 成堆疊體。
[0027]井口裝置3然后流體地且機械地連接到立管7，而該立管包括主管9，該主管被設計 用來從井口裝置3向著海或洋表面傳遞循環的鉆探流體(即所謂的鉆探泥漿)或來自該地層 的天然流體、以及來自該鉆探的碎片材料。立管7可以包括多個模塊化部分或區段，該多個 模塊化部分或區段的每一個例如包括：
[0028] --個或更多個主管70,該一個或更多個主管中的每一個被設計用來允許鉆頭和 鉆桿以及源于挖掘自身的泥漿通過；
[0029] -可能的支撐結構，該可能的支撐結構用來維持且加強該一個或更多個主管；
[0030] -合適的漂浮物，該合適的漂浮物用來至少部分地支撐立管7。
[0031]術語鉆頭在本說明書中指的是具有一個或更多個末端或切割裝置(例如旋轉的） 的鉆探頭部或工具。
[0032]立管7的每一個模塊化區段也可以包括電氣的、油動力的、氣動線路以及高壓線路 以便用于鉆探的循環流體(鉆探泥漿)或者來自被鉆探地層的流體(諸如例如油或天然氣之 類)通過。
[0033] 各個殼體300A-300E優選地由鋼制成。
[0034] 柱300A和柱300B例如可以分別具有30〃和14〃的直徑。
[0035]根據本發明的一方面，鉆探立管7或至少其主管70具有優選地小于等于近似17〃 (典型地為16")的外直徑，而井口裝置3具有18〃3/4的內直徑。
[0036] 井口裝置3優選地具有小于等于14"，典型地13〃5/8的內直徑。具有逐漸減小的直 徑的三個另外高壓殼體300C、D和E然后可以被懸掛在井口裝置中。
[0037] 以下表格可以用于典型的應用場合：
[0038] 300C 直徑 1Γ3/4
[0039] 300D 直徑 9"5/8
[0040] 300E直徑大于或等于7〃。
[00411 根據本發明的另一方面，分別在殼體300C、300D和300E的至少一個柱與殼體300B、 300C和300D之間的平均徑向間隙（圖3)(Sr)遠遠小于已知技術的間隙，使得三個高壓殼體 (包括具有不小于7〃的直徑的殼體300E)的設立需要一系列技術手段，該一系列技術手段在 以下段落中被更具體地描述。
[0042]根據本發明的另一方面，在膠粘固之前，在該至少一個殼體300C、300D與襯孔 (lining hole)的壁之間的平均徑向間隙Sr基本上小于等于該至少一個殼體300C、300D的 外直徑的0.08倍。
[0043]再次，根據本發明的一方面，立管的管9具有的其主管70的外直徑小于等于約17英 寸，并且/或者具有的其主管70的內直徑小于等于15英寸。
[0044]主管70的外直徑優選地小于等于16英寸，或者再次優選地，主管70的內直徑小于 等于14.75英寸（14 3/4)。也由于該鉆頭的較小尺寸，該立管可以具有更小的直徑。
[0045] 所述平均徑向間隙Sr優選地小于等于該至少一個殼體300C、300D的外直徑的 0.065倍。
[0046] 所述平均徑向間隙Sr優選地小于等于殼體300C、300D中的一些或者更優選地全部 殼體的外直徑的0.08倍。
[0047] 所述平均徑向間隙Sr優選地小于等于殼體300C、300D中的一些或者更優選地全部 殼體的外直徑的0.065倍。
[0048]平均徑向間隙Sr可以被計算為各種局部厚度Sr'的平均值，該各種局部厚度的每 一個參照參考柱的空隙和該孔302的壁的面對所述空隙的相鄰部分加以測量。
[0049]或者，平均徑向間隙Sr可以被計算為a)由該鉆頭挖掘的孔的標稱直徑和b)殼體 300C、300D的外部標稱直徑之間的差。如在該圖的實施例中，如果該孔302包括多個區段 302A-302D，每一個區段具有不同于其它區段的標稱直徑。平均徑向間隙Sr或局部厚度Sr' 指的是該孔的每一個區段302A-302D和面向孔的那個區段302C、302D的壁的相關殼體300C、 300D的平均或標稱直徑。
[0050] 該孔或其區段的最大直徑有利地如以下表格中指示的與相關殼體的最大外直徑
關聯。
[0051]
[0052] -個或更多個防噴裝置5中的每一個有利地具有小于等于15英寸的直經，并且優 選地具有小于等于14.75英寸的直徑。
[0053]各隔殼體300A-300E和其它可能殼體實際上有利地通過以相同
【申請人】的姓名提交 的專利申請MI2000A000007和WO 01/53655A1中描述的手段被生產且設立在海底上。
[0054]特別地，井口裝置5的殼體優選地且有利地被粘固在海底中，對于受該殼體影響的 該井的整個深度或者對于該井的整個希望深度，其具有平均差，其優選地幾乎不變，不大于 1.5-2英寸（即大約3-5cm) 〇
[0055] 為了獲得該殼體與孔302的壁之間的上述間隙，該井的鉆探有利地包括以下操作：
[0056] -對井的垂直度的自動控制；
[0057] -使用配備有足量分配器和牙輪擴孔器的鉆頭以便保證該孔的規則性和校準； [0058]-使用具有化學和流變特性的鉆探泥漿，從而讓該孔的任何可能不穩定性問題最 小化；
[0059]-對所有鉆探參數的恒定控制以便對于每一個30米維持0.7度的彎曲（BUR/D0)以 及在垂直區段中的1.5度的最大傾斜。
[0060] 在產生完美地垂直的且良好地校準的孔之后，優選地執行井殼體的降低。為了有 助于管以減小的間隙在被校準孔中通過，有利地采用專利申請MI2000A000007和W0 01/ 53655A1中描述的以下手段的一個或更多個：
[0061] -使用齊平(flush)或幾乎齊平類型的螺紋連接；
[0062]-檢查管的完美直線性，或者使用公差低于目前的API規定提供的那些公差的管； [0063]-限制定中裝置的使用，如果必要，使用一體式刀片定中裝置或陶瓷定中裝置； [0064]-在管鋪設期間，限制柱的下降速率以避免與減小的環尺寸有關的危險撞擊 (ramming)的強加和產生；
[0065]-使用定中類型的粘固鞋（cementing shoe);
[0066] -在粘固工作期間，使用具有高流動性和高機械阻力的特殊麥芽(malt);
[0067] -計劃關于要使用的殼體的柔性的彎曲。
[0068] 井口裝置3，尤其是其從被淹沒的海底F突出或露出的部分有利地位于在可能達到 4500m深度的海底。
[0069] 該殼體的鋪設和粘固是水下采井構造的最關鍵階段之一，并且其隨著井口裝置3 要被定位的海平面以下的深度越大而日益變得更關鍵。例如由于形成海底表面層的泥漿的 巨大厚度，井構造的這個最初階段實際上從技術觀點看是關鍵的；這個厚度實際上也可以 達到數十米。泥漿和浸透它的海水遭受的相當大的壓力代表另外的關鍵方面，該另外關鍵 方面通常使得井孔的挖掘復雜化，使得在其挖掘和殼體的鋪設和粘固期間難以維持精確的 公差。非常精確的定位或粘固（諸如該井的垂直度和更上定位的殼體的上端部的高度(縫 合））是特別有利的，這是由于它還允許可能的流體運輸線路的構造標準化并且甚至被預期 數個月，這將使得井能夠被用于生產階段，從經濟和管理觀點看具有相當大的節省。為了在 極大深度下促進上面操作并且獲得較窄的構造公差，由本
【申請人】開發的具有傳統名稱 "Deep Water Dual Casing"（E-DWDC)并且例如在意大利專利申請MI2000A002641中和在對 應的美國專利US 7055623中被描述的技術是特別有利的。這個技術使得井口裝置能夠以相 對于該領域中已知的其它技術(例如所謂的"噴射"）而言更大的速度、可靠性和定位精度在 海底上投入生產。
[0070] "深水雙殼體"技術實際上允許噴射技術自身的故障的15-20 %例如被消除或者被 顯著減小。通過上述E-DWDC技術產生的該孔的壁也具有遠低于通過已知技術制造的孔的平 均粗糙度和更少的幾何誤差，并且因此一旦殼體300A-300E已經被粘固到海底(也在所述的 大的深度)時較少受到腐蝕。
[0071] 該鉆探操作也可以借助所謂的E-⑶(ENI循環裝置)技術被改進且促進，該E-⑶技 術在專利申請MI2005A1108、MI2007A000228、W02008/095650和專利US 7845433中被描述。 E-CD技術允許環形元件中壓降的減小，有利于在深水中的井構造。
[0072] 由于前述公開內容，井口裝置可以被產生在等于或大于-3000米的極深海底或洋 底上（或者在所謂的深且超深的水中），具有所謂的"傾斜"殼體300A-302D，即，在該殼體與 該孔302的壁之間具有前面描述的相對于已知類型的井更加減小的間隙，該孔使用鉆探船 或其它支援船、平臺或半潛艇2而產生在該海底或其它地質地層中，該鉆探船或其它支援 船、平臺或半潛艇遠遠輕于已知技術所必要的那些。
[0073]特別地，前述公開內容允許操作鉆探極限擴展到超過3600m的水深度并且也到已 有鉆探設備的操作范圍，而對于生產殼體300E沒有任何直徑損失(也如已知技術中，該生產 殼體可以具有7"的外直徑），例如，如在已知技術中，在井口裝置3的高壓外殼中產生三個殼 體懸掛件，然而，這使用具有21"的外直徑的鉆探立管和具有18〃3/4的內直徑的井口裝置。
[0074] 在相同的鉆探孔直徑和從該井提取的流體流率的情況下，因此獲得以下優點：
[0075] -用于鉆探和開采井的鉆探船或其它支援船、平臺或半潛艇必需的噸位較小，這是 由于井口裝置3可以通過立管7連接到海表面，該立管具有較小的直徑并且因此遠遠較輕， 使得該船在適當位置必須攜帶較小質量的立管；
[0076] -由于該立管具有較小的直徑，它們可以更容易地被尺寸設計或者在任何情況中 適合于達到甚至大于4000-4500米的深度，并且抵抗涉及的非常高的壓力；
[0077] -在該井口裝置上組裝BOP或BOP堆疊體的可能性，該BOP或BOP堆疊體相對于用于 標準實施的那些具有較小的標稱直徑，并且因此相對于組裝在目前已知的水下井上的Β0Ρ 較輕以便于通過鉆探船或其它支援船運輸；
[0078] -較高的鉆探速率，并且因此鉆探船或其它支援船或平臺的固定較短；
[0079] -該殼體到海底部，或者到它插在其中的地質地層的較大錨固堅固性；
[0080] -該井口裝置的較大的安全性和可靠性。
[0081] 立管7的外或內直徑的減小在該井的鉆探期間也允許鉆探泥漿的流率和總量顯著 減小；由于在許多國家禁止使該泥漿溢出到海中，因此在使用之后，它必須被回收在鉆探船 或其它支援船或平臺上并且帶回到陸地或者直到特定的處置廠或場所；因此可以容易地理 解，也減小鉆探泥漿的流率顯著有助于減小該鉆探所必要的鉆探船或其它支援船或平臺的 噸位。由于要被搬空的作為結果的泥漿的比重經常達到2千克/升，即，相對于被注射到該孔 302中以便潤滑鉆頭并且搬空碎片的水和泥漿近似雙倍，也可以理解，該孔302的直徑或多 個直徑的減小導致作為結果的泥漿的重量的顯著減小。
[0082] 為了使它更加輕，立管7可以被產生或者具有載荷支承結構，該載荷支承結構由不 同于鋼的材料制成，諸如例如，基于鋁或鈦的合適合金或基于合成樹脂的復合材料。材料的 這個選擇也有助于最大化操作極限或最小化該設備的尺寸。
[0083] 前面描述的實施例示例可以經受數種修改和變化，然而，該數種修改和變化被包 括在本發明的保護范圍中。此外，所有細節可以被技術上等同的要素替代。例如，所用的材 料以及尺寸可以根據技術要求而變化。應當理解，樣式"A包括B、C、D"或"A由B、C、D組成"的 語句也包括且描述"A由B、C、D構成"的特別情況。本專利申請的可能變化的示例和清單應當 被看作是非詳盡清單。
【主權項】
1. 一種用來構造井（I)的工藝，所述井用來開采要被提取的天然流體的儲層，所述天然 流體諸如例如液態和/或氣態天然碳氫化合物，所述工藝包括以下操作： -通過以下設備在被水頭淹沒的地層中執行鉆探，從水表面達地層有至少3600米深： -鉆探立管(7);和 -鉆探工具，所述鉆探工具從內部穿過所述鉆探立管； -以及通過所述鉆探立管（7)轉移至少以下一者:循環的鉆探流體、來自地層的天然流 體和所鉆探出的材料;其中，所述鉆探立管(7)具有小于等于17英寸的外直徑并且達到井口 裝置(3)，所述井口裝置具有小于等于18.75英寸的內直徑;所述井口裝置(3)被定位成對應 于或靠近覆蓋所述地層的被淹沒的底部。2. 根據權利要求1所述的工藝，其中，所述井口裝置(3)具有小于等于14英寸的內直徑， 例如具有小于等于13.625英寸的內直徑。3. 根據權利要求1所述的工藝，包括在要被開采的地層中安裝生產殼體(300E)的操作， 所述生產殼體具有等于或大于或小于7英寸的外直徑。4. 根據權利要求1所述的工藝，其中，所述鉆探立管(7)包括一個或更多個主管(9)，所 述一個或更多個主管中的每一個主管適合于傳送從所述儲層提取的天然流體且/或傳送鉆 探泥漿到所述儲層，其中所述一個或更多個主管(9)或所述鉆探立管(7)由鋁合金或基于合 成樹脂的復合材料制成。5. -種用來構造井（1)的工藝，所述井用來開采要被提取的天然流體的儲層，所述天然 流體諸如例如液態和/或氣態天然碳氫化合物，其中所述儲層位于被大量水淹沒的海底、洋 底或其它底(F)下面，所述工藝包括以下操作： -在被淹沒的海底處或附近提供井口裝置(3); -在所述海底中鉆探稱為襯孔(302)的孔； -將至少一個殼體(300C、300D)插入且可能地粘固到所述襯孔中，并且將所述殼體固定 到所述井口裝置(3)，使得所述至少一個殼體(300C、300D)與所述襯孔的壁之間的平均徑向 間隙（Sr)在粘固之前基本上小于等于所述至少一個殼體(300C、300D)的外直徑的0.08倍； -將所述井口裝置(3)連接到立管（7)，該立管包括適合于向著水的表面傳遞從所述井 口裝置提取的天然流體的管，該管具有小于等于大約17英寸的外直徑和/或小于等于15英 寸的內直徑。6. -種用來構造井（1)的工藝，所述井用來開采要被提取的天然流體的儲層，所述天然 流體諸如例如液態和/或氣態天然碳氫化合物，其中所述儲層位于被大量水淹沒的海底、洋 底或其它底(F)下面，所述過程包括以下操作： -提供井口裝置(3 )，所述井口裝置與所述被淹沒的海底對應或在所述被淹沒的海底附 近； -在所述海底中鉆探稱為襯孔(302)的孔； -將至少一個殼體(300C、300D)插入且粘固到所述襯孔中并且將所述殼體固定到所述 井口裝置(3)，其中所述襯孔的標稱直徑(Df)小于等于所述至少一個殼體(300C、300D)的外 直徑的0.16倍； -將所述井口裝置(3)連接到立管（7)，該立管包括適合于向著水的表面傳遞從所述井 口裝置提取的天然流體的管，該管具有小于等于大約17英寸的外直徑和/或小于等于15英 寸的內直徑。7. 根據權利要求5或6所述的工藝，包括以下操作:將多個殼體(300C、300D)插入且粘固 在所述襯孔中，并且將它們固定到所述井口裝置(3)，使得所述殼體(300C、300D)中的至少 一些殼體與所述襯孔的壁之間的所述平均徑向間隙（Sr)在粘固之前基本上小于等于所述 至少一個殼體(300C、300D)的外直徑的0.08倍。8. 根據權利要求5或6所述的工藝，包括以下操作：將所述井口裝置定位成對應于或靠 近被至少3000米的水頭淹沒的海底。9. 根據權利要求5或6所述的工藝，包括以下操作：將所述井口裝置定位成對應于或靠 近被至少4500米的水頭淹沒的海底。10. 根據權利要求5或6所述的工藝，其中，所述至少一個殼體（300C、300D)與所述襯孔 的壁之間的所述平均徑向間隙（Sr)在粘固之前基本上小于等于所述至少一個殼體(300C、 300D)的外直徑的0.065倍。11. 根據權利要求5或6所述的工藝，其中，所述立管(7)配備有一個或更多個主管，所述 一個或更多個主管的每一個主管適合于傳送從所述儲層提取的天然流體和/或傳送鉆探泥 漿到所述儲層，其中所述一個或更多個主管由鋁合金或基于合成樹脂的復合材料制成。12. 根據權利要求5或6所述的工藝，包括以下操作： -在所述襯孔通過鉆頭被挖掘時，將鉆探泥漿的流注射到所述襯孔中以潤滑所述鉆頭 且從其附近搬空碎片和其它所產生的材料； -將所述鉆探泥漿和所產生的材料運輸到基本上所述底(F)被淹沒在其下面的海、洋或 其它水團的表面。13. 根據權利要求5或6所述的工藝，其中，具有水下井口裝置的深的或超深的水中的油 井的最初鉆探階段包括以下操作:通過單個鉆探階段鋪設和粘固引導管以及錨固殼體，其 中借助于包括鉆頭和開孔器的鉆柱以及適于獨立于開孔器激活所述鉆頭的馬達來實現鉆 探。
【文檔編號】E21B7/12GK105899750SQ201480061583
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月16日
【發明人】C·莫拉希, A·馬里亞爾迪, P·費拉拉
【申請人】艾尼股份公司