[发明专利]控制钻井液损失的方法

说明书

相关申请的交叉参考

在35U.S.C.§119(e)下，本申请要求2007年7月26日提交的美国临时申 请序列号60/962,040的权益，该申请的名称为″Method for Controlling Loss of Drilling Fluid(控制钻井液损失的方法)″和要求2007年11月19日提交的美国临时 申请序列号61/003,640的权益，该申请的名称为″Method for Controlling Loss of Drilling Fluid(控制钻井液损失的方法)″，其每一篇通过引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及钻井入地。更具体而言，提供控制在钻井过程中井筒的钻井液 损失(″循环液漏失″)的方法和系统。

背景技术

本节意图是给读者介绍本领域的各个方面，其可与下面描述和/或要求保护 的本发明技术的示例性实施方式相关。相信该讨论在给读者提供促进更好地理解 本技术的具体方面的信息方面是有益的。因此，应该理解，应当从该角度阅读这 些陈述，而不必作为对现有技术的承认。

在使用旋钻方法的钻井(例如油井和气井)中，钻井液通过钻柱和钻头循环， 然后经由被钻井筒循环回到地表。该流体被加工以在其再循环到井之前，除去钻 屑并保持需要的性质。该钻井液可具有多个目的，其包括1)冷却和/或润滑钻头； 2)保持井筒钻过的地下岩层上的流体静压力，从而防止加压的地层流体进入该井 筒；和3)循环岩屑离开该井筒。在钻井作业期间，一些量的流体将损失，该损失 量通常称为“循环液漏失”。考虑一些形式的损失是可接受的并且是预期的。例如 一些量的钻井液由于地层的渗透性而损失。当泥浆流入岩石中的小开孔(孔隙， small openings)时，流体内的固相将最终塞住该开孔，并且在井筒壁上形成滤饼。 损失体积是小的，并且随时间下降。另外，在井筒壁中形成裂缝后——其给钻井 液提供了出口，钻井液可能损失。泥浆中的固体不能塞住张开裂缝，并且损失可 以是出乎意料的、无法控制的、和/或不能接受的体积。

井筒钻入或钻过的地下岩层的机械性质不同。这些性质和井筒中的流体压 力决定损失是否发生和损失的性质。例如地层的渗透性将决定滤饼怎样迅速地在 井筒壁上形成，以及在有效滤饼形成以前损失多少钻井液。术语“初滤失量”一 般用于指在控制滤饼形成之前通过过滤介质(这里是可渗透的井筒壁)的钻井液的 体积。传统地，已经设计钻井液以最小化通过可渗透井筒壁的初滤失量。所形成 的滤饼迅速地形成，并且通常非常薄。为了在井筒壁上形成滤饼，已经以多种不 同的方式优化传统的钻井液。然而，这些特征在中止破裂地层造成的损失方面是 无效的。由于破裂地层引起的循环液漏失的问题以多种方式工业处理，但是仍然 需要更有效的和可预测的溶液。

地下岩层的另一个重要的性质是地层完整性，其沿着井筒的长度变化。地 层完整性通常是数个因素的函数，其包括地层组成和地层深度。地层完整性被定 义为井筒壁中将形成裂缝并且流体将损失的井筒压力。当井筒压力超过地层完整 性，岩石被迫打开，并且泥浆流入该开孔。打开井筒以产生裂缝所需的压力很大 程度上等于储存在周围岩石中的应力，所述周围岩石保持井筒闭合。该应力来自 感兴趣的具体深度上方岩石和流体的重量。该重量被称为上覆岩层。岩石性质也 起作用，这是因为给定上覆岩层产生的应力将随着具体的岩石特性而变化。例如， 深埋入地的地层可具有10000psi的上覆岩层，其在给定地层中可产生7000psi的 最小岩石应力。迫使井筒壁打开所需要的井筒压力一般仅仅稍高于7000psi。开孔 的形状是窄且高的，并被称为裂缝。因为上覆岩层和岩石特性在地层的一个层段 与另一个层段之间不同，或在地层的一个区域与另一个区域不同，因此地层完整 性沿着井筒的长度变化。在具有较高的围阻应力(containment stress)的层段中钻井 可进展良好，但是当地层完整性低的岩层或层段被穿透时，裂缝和相应的钻井液 损失可发生。