Способ и устройство для бурения и заканчивания при программируемом давлении и программируемом градиенте давления

Способ и устройство для бурения и заканчивания при программируемом давлении и программируемом градиенте давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для бурения и заканчивания нефтегазовых скважин, более конкретно, способу установки изолированной камеры, примыкающей к бурильной компоновке низа бурильной колонны и избирательной регулировки давления в данной камере для поддержания давления, исключающего повреждение пласта, поглощение текучей среды и повреждение приствольной части пласта с достижением более высоких скоростей бурения, увеличенного срока службы бурового долота, минимизации прихвата бурильной колонны и максимизации сбора информации по пласту в ходе бурения, и способу непрерывного выполнения обсадки и цементирования после окончания бурения с поддержанием целостности ствола скважины. Устройство может создавать изоляцию, предохраняющую пласт в ходе бурения, для осуществления заканчивания с необсаженным стволом, с поддержанием целостности ствола скважины. Описан способ непрерывной обсадки и цементирования скважины с предохраняющим пласт уплотнением, устанавливаемым в многочисленных зонах при различных пластовых давлениях.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Терминология

Бурением на депрессии является бурение скважины с гидростатическим давлением бурового раствора ниже порового давления в коллекторе. Бурение при управляемом давлении включает в себя бурение «с малым напором» и «на равновесии», при котором забойное давление поддерживают незначительно выше или равным поровому давлению в коллекторе. Бурение с обратной промывкой и центральным выпуском является бурением скважины на депрессии с минимизацией контакта бурового раствора со стенками пласта. Поскольку все бурение можно считать, в сущности, бурением при управляемом давлении, при использовании в данном документе бурение при программируемом давлении, должно означать адаптивный способ строительства скважины, используемый для точной регулировки забойного давления в кольцевом пространстве с конкретными ограничениями по защите окружающей среды посредством динамического расчета, корректировки и приложения давления с положительным или отрицательным отклонением во время бурения и цементирования. Дополнительно, система бурения с программируемым градиентом давления означает адаптивный способ строительства скважины с использованием способа бурения при программируемом давлении с обеспечением приложения изменяемых отклонений давления в модулирующем режиме с постепенным ростом секций ствола скважины во время бурения без нарушения давления в остальной части ствола скважины, с получением, в результате, полностью программируемого профиля давления в кольцевом пространстве или градиента давления, в котором в дальнейшем обсаживают и заканчивают скважину. Бурение при программируемом давлении и бурение при программируемом градиенте давления можно дополнительно воспринимать, как автоматизированное бурение при программируемом давлении или автоматизированное бурение с программируемым градиентом давления с увеличением использования автоматизированных замкнутых контуров регулирования технологического процесса.

Бурение при программируемом давлении описывает поддержание забойного давления с конкретным перепадом давления в зоне бурения. Его выполняют с использованием компоновки блока управления и блока изоляции. Неподвижный блок изоляции, установленный в нужном месте в стволе скважин, поддерживает давление на стороне расположения (ближней стороне) как блока управления, так и блока изоляции на уровне давления, достаточного для управления скважиной, создает достаточный поток для охлаждения долота с использованием циркуляции бурового раствора через зону бурения, и создания подачи, достаточной для выноса бурового шлама со стороны, противоположной стороне расположения блока управления и блока изоляции (дальней стороне), на ближнюю сторону и далее вверх, на поверхность. Изоляция дает возможность бурения на дальней стороне от блока управления с поддержанием перепада давления в зоне бурения от давления, имеющегося на ближней стороне уплотнения.

Бурение при программируемом градиенте давления обеспечивает дополнительное развертывание предохранительного уплотнения на стенке пласта, по мере продвижения, по сути, химического или механического, по ходу выполнения бурения при программируемом давлении, для действия в качестве барьера давления, а также упрочнения пласта, по мере продвижения, с одновременной подачей перемещающегося блока уплотнения в положение непосредственно вблизи перемещающегося блока управления, где перемещения обоих блоков точно координируют с перемещением бурильной компоновки.

В обычном режиме бурения или бурении на репрессии поддерживают гидростатическое давление бурового раствора в стволе скважины на уровне между поровым давлением в пласте и давлением гидроразрыва пласта. Буровой раствор постоянно циркулирует в стволе скважины для контроля пластовой текучей среды и транспортировки выбуренной породы на поверхность. Буровой раствор также стабилизирует ствол скважины и смазывает и охлаждает буровое долото.

Настоящее изобретении направлено на объединение бурения на репрессии для минимизации рисков, обычно связанных с бурением на депрессии, таких как высвобождение H₂S, неспрогнозированное и незапланированное высвобождение значительных количеств углеводородов в ствол скважины («проявление») или где законы и правила защиты окружающей среды запрещают сжигание в факеле или добычу во время бурения, с преимуществами бурения в зоне при управляемом давлении или на репрессии. Такие способы исключают повреждение пласта, потерю циркуляции и другие хорошо известные проблемы. Более того, настоящее изобретение устраняют необходимость бурильной структуры, оснащенной дополнительным оборудованием, обычно предусматриваемым в программах бурения на репрессии или бурения при управляемом давлении, такого как установки закачки азота, парки герметичных резервуаров, многофазные сепараторы, вращающиеся штуцерные устройства, вакуумные дегазаторы и т.п.

Обычно буровой раствор представляет собой жидкость на водной основе или на нефтяной основе и содержит различные твердые и жидкие добавки для придания плотности, характеристик поглощения и реологических свойств, специфичных для условий ствола скважины, известных или прогнозируемых. Данные обычные способы бурения долгое время считались самыми безопасными для бурения скважины, несмотря на известные проблемы, создаваемые указанным гидростатическим давлением бурового раствора на пласт, представляющий интерес. Поскольку давление бурового раствора выше естественного пластового давления, часто происходит вторжение текучей среды, обуславливая повреждение проницаемости пласта, вызываемое размывом пласта или физическим закупориванием от проникновения текучей среды и твердых частиц в саму структуру пласта.

Бурение на депрессии было разработано как бурение с градиентом давления текучей среды ствола скважины меньше градиента естественного пластового давления, что обеспечивает возможность фонтанирования скважины в ходе бурения. Данная методика минимизирует поглощение и увеличивает скорости проходки с минимизацией повреждений, обусловленных вторжением бурового раствора в структуру пласта. Продуктивные зоны немедленно идентифицируют, и можно выполнять подробные профили скважины по ходу выполнения программы бурения на депрессии данных скважин, что приводит к сокращению времени бурения, особенно в минимально рентабельных или давно эксплуатирующихся геологических пластах.

При использовании бурения на депрессии получают уменьшенное время бурения, увеличенный срок службы долота, раннее обнаружение изменений пласта и динамическое испытание продуктивных интервалов в бурящемся пласте. Увеличение кпд бурения вместе с улучшенными перспективами извлечения из неповрежденных пластов делает бурение на депрессии весьма желательным.

Бурение на депрессии в настоящее время требует специального наземного оборудования для безопасной и производительной работы. Регулирование плотности бурового раствора обычно получают закачкой азота в бурильную трубу или паразитную трубу. Выполнение надлежащего нагнетания азота требует значительных подготовительных работ на поверхности. Для управления забойным давлением, можно использовать штуцеры на поверхности для повышения или понижения давления в стояке, но работа штуцера не воспринимается компоновкой низа бурильной колонны вследствие времени запаздывания. Расчет времени запаздывания является обычным прямым для однофазных систем, но системы с многофазными потоками являются комплексными и сложными для моделирования и, следовательно, сложными для прогнозирования их реагирования, автономного и точного управления.

При бурении на репрессии существует больший риск выброса, пожара или взрыва при ненадлежащем управлении, более того, такое бурение требует увеличенных бригад, обученных по совершенно отличающейся от обычной системы, занимающих большую площадь палубы и дополнительные жилые помещения, которые обычно весьма ограничены при морском бурении и обычно увеличивает стоимость вследствие требуемого дополнительного оборудования на поверхности для закачки азота и многофазных штуцеров подачи и сепарационного оборудования. Однако, несмотря на данные проблемы, бурение на депрессии широко распространено в современных программах бурения, поскольку выгоды значительно перевешивают затраты.

Бурение при управляемом давлении известно в промышленности, как группа технологий точного управления профилем давления в кольцевом пространстве в стволе скважины. Точное управление профилем давления в кольцевом пространстве на всех этапах во время бурения и цементирования устанавливают для обеспечения бурения с соблюдением комплексных режимов порового давления и давления гидроразрыва, улучшения кпд бурения, вследствие уменьшения риска бурения, и также исключения установки многочисленных дорогостоящих обсадных колонн уменьшенного диаметра в стволе скважины. За миллионы лет геологические пласты претерпевают геологические изменения, приводящие к неожиданным изменениям давления и прочности породы. Для достижения сложных, на больших морских глубинах и необычных коллекторов, промышленности необходимы новые способы бурения через многочисленные различные поровые давления и градиент давления гидроразрыва пласта в одной секции ствола скважины. Сегодня не существует технологии, которая может изменять давление в кольцевом пространстве и поддерживать его в необходимых пределах в многочисленных фиксированных точках в стволе скважины при непрерывном бурении в стволе скважины. Промышленность заинтересована в системе постоянного забойного давления, поддерживающей необходимое давление на уровне или выше уровня гидростатического давления бурового раствора в одной точке вблизи забоя ствола скважины с приложением положительного противодавления с поверхности на кольцевое пространство для компенсации уменьшения эквивалентной плотности циркуляции, когда буровые насосы остановлены. Такой способ и связанные с ним устройства не обеспечивают динамического уменьшения забойного давления, поскольку любое уменьшение требует изменение гидростатического давления бурового раствора, что является медленным процессом. Они также не предотвращают динамического воздействия данных изменений на профиль давления в кольцевом пространстве в остальной части ствола скважины и, следовательно, вредного воздействия на целостность ствола скважины или привлечения поступлений из пласта. Промышленность заинтересована в системе двойного градиента, устанавливающей фиксированную точку между поверхностью и забоем скважины, где изменение градиента можно получать как закачкой N₂ с использованием паразитной колонны или забойного насоса. Возможности технологии двойного градиента ограничены не только двумя градиентами, точность в обеспечении неизменности данных градиентов в ходе бурения и заканчивани является сомнительной вследствие множества неуправляемых факторов, таких как длинные секции необсаженного ствола со сжимаемыми буровыми растворами, отсутствие управления поступлением пластовой текучей среды, требования постоянной циркуляции на всех этапах и отсутствие измерений по всей длине ствола скважины.

Настоящее изобретение направлено на получение всех преимуществ бурения на депрессии в объединении с безопасностью обычного бурения на репрессии посредством регулирования давления вблизи бурового долота и компоновки низа бурильной колонны и изоляции и/или упрочнения пласта во время бурения. Настоящее изобретение также направлено на преодоление недостатков в существующей практике бурения при управляемом давлении посредством точного регулирования профиля давления в кольцевом пространстве по всему стволу скважины. Изобретение также создает уникальное для отрасли решение проблем и затрат, связанных с разработкой, очисткой и эксплуатацией буровых растворов. Настоящее изобретение также создает промышленное решение для безопасного бурения разведочных скважин на депрессии, что увеличивает шансы обнаружения новых продуктивных зон, ранее пропускавшимися при использовании обычных методик бурения на репрессии.

В отрасли бурения долгое время ищут решение данных проблем. Например, в патенте США №5873420 описано использование клапана управления вблизи бурового долота для выпуска воздуха в смесь бурового раствора для уменьшения гидростатического давления на основе сбора данных забойного давления и других мероприятий с текучей средой. Когда забойное давление в необсаженном стволе достигает опасного уровня, подача воздуха должна быть уменьшена или исключена, при этом исходят из давления столба плотного бурового раствора для управления пластовым давлением.

Аналогично, в патенте США №6732804 описана система бурения на депрессии с пробкой бурового раствора без выхода циркуляции с использованием концентрических обсадных колонн, обеспечивающих поддержание столба бурового раствора в кольцевом пространстве ствола скважин для управления скважиной и предотвращения выброса. В патенте также описано использование клапана развертывания для отсечки участка забоя скважины, когда компоновку бурового долота поднимают для техобслуживания или замены. Для известных устройств нет каких-либо описаний средств упрочнения или предохранения необсаженного ствола скважины.

Устройства забойных пробок для защиты необсаженного ствола скважины с бурением на депрессии, имеющегося уровня техники, такие, как показаны в патентах США №№.5954137 и 7086481, требуют манипуляций бурильной колонны для установки и высвобождения забойной пробки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению создан способ бурения при программируемом давлении, содержащий следующие этапы: изоляция кольцевого пространства с созданием первой зоны давления и второй зоны давления в стволе скважины; определение давления в первой зоне давления и во второй зоне давления; регулировка перепада давления между первой зоной давления и второй зоной давления для получения конкретного градиента давления; бурение в первой зоне давления в стволе скважины с динамической регулировкой давления в первой зоне давления; упрочнение первой зоны давления в стволе скважины во время бурения.

Данный способ может дополнительно содержать этапы уравнивания давления в первой зоне давления с давлением во второй зоне давления, продолжения бурения в первой зоне давления после уравнивания указанных давлений и изоляции кольцевого пространства в другой точке в стволе скважины.

Данный способ может дополнительно содержать этап гидравлической изоляции первой зоны давления для предотвращения поступления в изолированную зону давления или выхода из нее бурового раствора или углеводородов.

Этап упрочнения может содержать один из следующих выбранных операций стабилизации первой зоны давления: покрытие ствола скважины уплотнительным материалом, развертывание втулки, цементирование обсадной колонны на месте установки, расширение расширяющегося трубного изделия, спуск и развертывание плотно прилегающих непрерывных полос или формирование гравийного фильтра.

Способ дополнительно может содержать этап непрерывного мониторинга пластового давления и глубины в первой зоне давления с созданием потенциального профиля потока в пробуренной скважине или этап модулирования давления в первой зоне давления и измерения потенциального профиля потока для определения пластового давления и проницаемости.

Способ данного изобретения может дополнительно содержать этап непрерывного возбуждения пласта ультразвуковой энергией и измерения скорости звука в пласте с модулированием давления в первой зоне давления, при этом определяя характеристику пласта без гидроразрыва первой зоны давления, и/или, динамическую передачу скважинной информации во время бурения из первой зоны давления на поверхность и прием сигналов управления с поверхности. Такую передачу данных по скважине и пласту можно осуществлять через кабелированную бурильную трубу.

Данный способ может дополнительно содержать определение потенциала продуктивности каждой зоны давления в скважине во время бурения в первой зоне давления с определением детальной информации о пласте и скважине в ходе бурения скважины без необходимости дополнительных исследований или изучения после бурения. Поскольку способ предполагает мгновенные измерения во время бурения, он может дополнительно обеспечивать управление направлением бурового долота в первой зоне давления с использованием информации, определенной блоком управления, связанным с одним или несколькими датчиками, размещенными в первой зоне давления.

Согласно настоящему изобретению создан также способ бурения ствола скважины при программируемом давлении, содержащий следующие этапы: размещение кольцевого уплотнения вблизи дальнего конца бурильной трубы, оборудованной компоновкой низа бурильной колонны, обеспечивающего непрерывное перемещение бурильной трубы; ввод кольцевого уплотнения в контакт со стволом скважины для образования переменного давления в кольцевом пространстве вблизи компоновки низа бурильной колонны под уплотнением в стволе скважины; бурение ствола скважины с использованием компоновки низа бурильной колонны с поддержанием кольцевого уплотнения; поддержание давления в стволе скважины на дальней стороне уплотнения во время бурения ствола с перепадом давления от давления на ближней стороне кольцевого уплотнения; непрерывное возбуждение пласта ультразвуковой энергией и измерения скорости звука в пласте при модулировании давления в первой зоне давления.

Данный способ может дополнительно содержать удаление бурового раствора и выбуренной породы через уплотнение без высвобождения уплотнения, при этом поддерживая давление в необсаженном стволе скважины ниже давления в кольцевом пространстве с противоположной стороны кольцевого уплотнения.

Согласно изобретению создан также способ регулирования давления текучей среды в пробуриваемом стволе скважины, содержащий следующие этапы: установка перемещающегося уплотнения ствола скважины между бурильной трубой и поверхностью ствола скважины вблизи нижнего конца бурильной колонны; определение первого давления текучей среды на поверхности призабойной зоны скважины и второго давления в кольцевом пространстве между стволом скважины и бурильной колонной с противоположной стороны уплотнения ствола скважины; регулировка давления на поверхности призабойной зоны откачкой текучей среды от поверхности призабойной зоны скважины через уплотнение ствола скважины в кольцевое пространство во время бурения; перемещение уплотнения ствола скважины по ходу бурения на поверхности призабойной зоны скважины; упрочнение окружающего пласта дополнительным уплотнением.

Перемещающееся уплотнение можно выполнять посредством приведения в действие скважинного трактора или перемещением винта. Данный способ может дополнительно содержать размещение уплотнения ствола скважины на поверхности призабойной зоны скважины. Уплотнение ствола скважины может быть втулкой, уплотняющим материалом, взаимодействующим с поверхностью ствола скважины при вдавливании в стенку ствола скважины, расширяющейся обсадной колонной, которую расширяют для контакта со стенкой ствола скважины, или плотно прилегающей полосой, сматываемой с катушки и спирально укладываемой на поверхность стенки призабойной зоны ствола скважины для соединения плотно прилегающих элементов и изоляции или упрочнения пласта.

Согласно изобретению создано устройство для бурения при программируемом давлении, содержащее бурильную компоновку, соединенную с дальним концом бурильной колонны, первый датчик давления, размещенный вблизи бурильной компоновки, уплотнение, приспособленное для избирательного ввода в контакт для изоляции дальнего конца бурильной колонны от кольцевого пространства, образованного между бурильной колонной и примыкающей кольцевой стенкой, и для перемещения с продвижением вперед бурильной компоновки, второй датчик давления, размещенный с противоположной стороны уплотнения для сравнительного измерение перепада давления между дальним концом бурильной компоновки и кольцевым пространством, по меньшей мере, один насос для удаления текучей среды из области вблизи дальнего конца бурильной компоновки через уплотнение в кольцевое пространство и дополнительное уплотнение для упрочнения пласта.

Уплотнение может быть втулкой.

Соседняя кольцевая стенка может принадлежать стволу скважины или обсадной колонне.

Уплотнение может быть плотно прилегающей спиральной укладкой.

Ближний конец втулки может быть скреплен с обсадной колонной перед развертыванием в пласте, которую можно затем развертывать в необсаженном стволе скважины для изоляции или упрочнения пласта во время бурения. Вследствие природы пласта, данное устройство выполнено для поддержания целостности продуктивного пласта с уменьшением динамического воздействия на него бурового раствора или выбуренной породы. Устройство может представлять собой буровое долото с обратной промывкой и центральным выпуском и расширителем, хотя в данной бурильной компоновке можно также использовать стандартное буровое долото для направляющей скважины.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 и 2 схематично показаны способы практического применения бурения при программируемом давлении.

На фиг.3 схематично показан насос, использующий согласованно работающие эластичные баллоны, размещенные внутри перемещающегося блока управления для управления перепадами давления в кольцевом пространстве.

На фиг.4 схематично показан способ практического применения бурения при программируемом давлении с использованием не перемещающегося блока изоляции, неподвижно установленного в обсадной колонне, с созданием вторичного возвратного напорного трубопровода, через который управляют давлением с использованием перемещающегося блока управления вблизи долота.

На фиг.5-14 последовательно показаны схемы одного способа практического применения бурения и заканчивания при программируемом давлении аспектов настоящего изобретения.

На фиг.5 схематично показан вид варианта осуществления системы бурения при программируемом давлении, иллюстрирующий установку компоновки низа бурильной колонны в профильный фиксатор, расположенный на дальнем конце надставной колонны.

На фиг.6 схематично показан альтернативный вариант осуществления, опущенный на фиксатор на дальнем конце обсаженной секции скважины.

На фиг.7 схематично показана компоновка низа бурильной колонны, установленная в фиксатор и свисающая с надставной колонны.

На фиг.8 схематично показана компоновка низа бурильной колонны в ожидании установки бурильной колонны для продолжения бурения в пласте.

На фиг.9 схематично показана бурильная колонна, скрепленная с компоновкой низа бурильной колонны перед откреплением хвостовика (надставной трубы) для продолжения бурения.

На фиг.10 схематично показана открепленная бурильная колонна и надставная труба, дающие возможность продолжения бурения, также показаны пути потоков бурового раствора.

На фиг.11 схематично показан надставная колонна, поднятая обратно к фиксатору в обсадной колонне для дополнительного обеспечения подъема бурильной колонны и бурового долота (вместе с другими, не показанными, составляющими КНБК, такими как двигатель, блок каротажа во время бурения, забойный насос) из скважины.

На фиг.12 схематично показано буровое долото (также не показаны другие составляющие КНБК, такие, как двигатель, блок каротажа во время бурения, забойный насос и т.п.) поднимаемое на поверхность, при этом сквозное проходное отверстие, созданное вследствие их удаления, закрыто с использованием забойного клапана, размещенного в части КНБК, оставленной в стволе скважины для поддержания изоляции давления.

На фиг.13 схематично показано буровое долото, оставленное на проектной глубине на время подготовки надставного хвостовика к установке следующей колонны обсадных труб.

На фиг.14 схематично показано буровое долото (без показа составляющих КНБК, таких как двигатель, блок каротажа во время бурения, забойный насос и т.п.) поднимаемое на поверхность после окончания бурения, при этом сквозное проходное отверстие, созданное вследствие их удаления, отсечено с использованием забойного клапана, размещенного в части КНБК, оставленной в стволе скважины для поддержания изоляции давления.

На фиг.15А-Е схематично показано цементирование, которое можно проводить в способе бурения при программируемом давлении для заканчивания скважины.

На фиг.16 схематично показан способ практического применения бурения и заканчивания с программируемым градиентом давления настоящего изобретения с использованием перемещающегося блока управления и блока изоляции.

На фиг.17 схематично показан один вариант осуществления устройства для практического применения бурения и заканчивания с программируемым градиентом давления настоящего изобретения.

На фиг.18 схематично показано устройство скважинного трактора, использующееся для практического применения в бурении и заканчивании с программируемым градиентом давления.

На фиг.19 показан другой вариант осуществления устройства скважинного трактора настоящего изобретения.

На фиг.20 показан другой вид альтернативного варианта осуществления, в котором скважинный трактор приводится в действие забойным двигателем.

На фиг.21 схематично показан вариант осуществления с выдвижным винтовым механизмом для практического применения в бурении и заканчивании с программируемым градиентом давления настоящего изобретения.

На фиг.22 показан аналитический схематичный вид различных выдвижных винтов, которые можно использовать для наложения химического уплотняющего агента на стенку ствола скважины.

На фиг.23 схематично показано устройство скважинного трактора, используемого при бурении и заканчивании с программируемым градиентом давления в настоящем изобретении.

На фиг.24 схематично показана последовательность одного способа практического применения бурения и заканчивания с программируемым градиентом давления в настоящем изобретении.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 и 2 схематично показан способ практического применения бурения при программируемом давлении с использованием перемещающегося блока С управления, размещенного внутри бурильной компоновки и блока 106 изоляции, образующего кольцевое уплотнение вокруг бурильной компоновки на примыкающей обсадной колонне или примыкающей стенке ствола скважины. Описываемый блок С управления обеспечивает сбор данных и измерение и может осуществлять связь и управление электромагнитными сигналами, телеметрией по гидроимпульсам в буровом растворе, по кабелированной обсадной колонне или любым другим способом, хорошо известным в области техники измерений и управления на забое скважины. Блок 106 изоляции может быть фиксированным, но перемещающимся, так и перемещающим динамическое уплотнение. При фиксированном блоке 106 обеспечивается перемещение бурильной компоновки через блок 106 изоляции. При динамическом исполнении блок 106 изоляции перемещается с перемещением бурильной компоновки для поддержания зоны изоляции давления и для развертывания при бурении с программируемым градиентом давления материала, стабилизирующего или изолирующего пласт на стенке ствола скважины. Данный признак дополнительно рассматривается ниже.

Блок С управления также регулирует подачу текучей среды в зону 110 при программируемом давлении и из зоны посредством штуцерно/насосной системы, в координации с давлением закачки в бурильной колонне. Например, если в зоне при программируемом давлении требуется уменьшить давление для исключения бурения на репрессии, блок С управления должен уменьшить подачу текучей среды в буровое долото и/или увеличить подачу из зоны 110 при программируемом давлении, для получения необходимого давления в зоне. Измерения, такие как фильтрационного потенциала, можно использовать для определения давления, которое необходимо поддерживать в зоне при программируемом давлении во время бурения, если такое необходимое давление не известно изначально, с использованием характеристик, снятых с других коллекторов и методик моделирования.

Насос P, размещенный рядом с блоком С управления, может перемещать буровой раствор из зоны 110 бурения при программируемом давлении в кольцевое пространство 112 непосредственно над блоком 106 изоляции, откуда буровой раствор и выбуренная порода поднимаются на поверхность обычным способом. Работу данного насоса P и штуцерных/отводящих клапанов координирует блок С управления для отвода первой части общего потока бурового раствора от поверхности внутри бурильной колонны DS в кольцевое пространство 112 снаружи бурильной колонны DS непосредственно над блоком 106 изоляции, объемный процент которой определяется гидравлической энергией, необходимая для создания достаточной скорости в кольцевом пространстве для подъема всей выбуренной породы на поверхность, как известно специалистам в области бурения. Насос Р регулирует по программе подачу второй части бурового раствора в зону бурения при программируемом давлении и из нее. Процент от общего объема данной второй части определяют расходом, необходимым для обеспечения охлаждения долота, а также подачей достаточной гидравлической энергии, необходимой долоту для бурения, как известно специалистам в данной области техники, при этом программирование потока, одну из целей данного изобретения, осуществляет насос Р, поддерживающий программируемое давление в зоне бурения на оптимальном уровне для защиты пласта, например, от чрезмерного гидравлического давления.

Поток от буровых насосов можно отводить для рециркуляции через кольцевое пространство в направлении блока C управления для уменьшения подачи в зону при программируемом давлении. Давление, регистрирующееся в зоне при программируемом давлении, дополнительно регулирует насос Р, управляемый блоком C управления и находящийся рядом с ним, также удаляющий буровой раствор и выбуренную породу из зоны бурения при программируемом давлении. Насос Р приводится в действие забойным источником мощности, таким как гидравлический двигатель (не показано), что исключает необходимость подачи мощности с поверхности. Существующие технологии, такие как с электрическим питанием по кабелю с поверхности можно также использовать без отхода от сущности данной заявки. Стандартный забойный двигатель, использующийся в бурильной компоновке на забое скважины, можно также использовать для привода насоса Р.

Хотя на фиг.1 схематично показано буровое долото со стандартной промывкой, как показано на фиг.2, можно предпочтительно использовать устройство с буровым долотом с обратной промывкой и центральным выпуском для дополнительного минимизирования притока бурового раствора в зону бурения при программируемом давлении, при этом достаточного для очистки от выбуренной породы зоны при программируемом давлении в стволе скважины. Расход бурового раствора, требуемый для достаточного охлаждения долота и подъема выбуренной породы через блок C управления, насос Р и клапанное устройство, ожидается значительно меньше расхода бурового раствора, обычного для операций бурения на репрессии.

Использование гидравлического забойного двигателя обеспечивает приблизительное совпадение скорости вращения гидравлического забойного двигателя и насоса Р, что исключает необходимость редуктора. Трансмиссия (гибкое соединение) считается наилучшим устройством, учитывающим отличающееся число рабочих выступов на двигателе и насосе. Показатели работы винтового насоса превосходят показатели работы центробежного насоса, применяющегося в абразивной среде. Двигатель и насос должны быть выполнены с полыми валами. Для двигателя этим обеспечивается только необходимый расход для привода насоса, пропускаемый через двигатель. Для насоса данный вал должен подавать буровой раствор, проходящий мимо бурового долота для обхода самого насоса.

Для выполнения бурения при программируемом градиенте давления, блок С управления активирует блок 106 изоляции для развертывания герметика, такого как фильтрационная корка бурового раствора или механический барьер, такой как втулка, более подробно описанная в данном документе. Альтернативные варианты осуществления могут предусматривать расширяемый пакер, систему с расширяемой обсадной колонной, развертываемой высаживанием на внутренней стенке пакера или любой другой известный вид стабилизации ствола скважины.

Наконец, когда зона пробурена и упрочнена или стабилизирована, блок C управления может дать возможность уравнивания давления в зоне 112 на репрессии и зоне 110 на депрессии и высвободить уплотнение для дополнительных работ в стволе скважины. Альтернативно, способ может предусматривать изоляцию стабилизированной зоны посредством установки внешних пакеров всеми способами, хорошо известными в отрасли бурения.

Данный процесс можно повторять так часто, как необходимо, для сохранения целостности ствола скважины, с детектированием зон, подходящих для заканчивания и перфорирования. Поскольку бурение происходит в данных зонах не в условиях репрессии, и пласт остается незакупоренным при высоком давлении фильтрационной коркой бурового раствора, не нужно проводить дорогостоящую и затратную по времени подготовку скважины для начала эксплуатации.

Кроме того, использование настоящей методики оптимизирует непрерывный ход бурения с уменьшенным расходом бурового раствора в зоне бурения при программируемом давлении и, таким образом, зависит от успешного развертывания компоновок буровых долот с низким крутящим моментом, долот с высокой скоростью проходки, с созданием максимальной гидравлической мощности на квадратный дюйм площади долота (6,5 см²). Ожидается, что расход приблизительно 150 галлон/мин (9,5 л/сек) может быть достаточным для подачи гидравлической мощности на гидравлические забойные двигатели и поддержания высокой скорости проходки долота. Долота с низким крутящим моментом, такие как буровые долота с наклонной головкой по патенту США №6892898, можно использовать в данной заявке. Другие существующие буровые долота обычной конструкции, хорошо известные специалистам в данной области техники, можно заменять без отхода от сущности или объема данного изобретения. Использование технологий с долотами с обратной промывкой и центральным выпуском является весьма желательным для предотвращения контакта бурового раствора со стенкой ствола скважины в зоне бурения при программируемом давлении.

На фиг.3 показана схема другого варианта осуществления, с созданием согласованно раб