井眼流體中的固體的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]流體的重要范圍是被用在地下井眼的創(chuàng)建和生產(chǎn)中。這些流體可以包括用于多個(gè)目的的懸浮固體。包含在該大類中的是鉆井流體，該鉆井流體可以包括懸浮固體從而堵住地層巖石中的裂縫并且減緩所謂的井漏。
[0002]自然地在斷裂、多孔或高滲透的地層中能夠發(fā)生井漏，該井漏是鉆井流體漏失到井眼地層中。井漏也可能源自于在鉆井期間引入的壓力。井漏也可能源自于鉆井引起的裂縫。例如，當(dāng)孔隙壓力(地層孔隙空間中的由地層流體提供的壓力)超過裸井中的壓力時(shí)，地層流體往往從地層流入到裸井中。因此，裸井中的壓力典型地被維持在比孔隙壓力高的壓力下。然而，如果由井眼中的流體施加的流體靜壓超過地層中的抗裂強(qiáng)度，那么地層可能斷裂并且因此可能發(fā)生鉆井流體漏失。此外，井眼流體的漏失可能導(dǎo)致井眼中的流體靜壓降低，這繼而可能還允許地層流體進(jìn)入井眼中。典型地，地層破裂壓力限定了裸井中的允許的井眼壓力的上限，同時(shí)孔隙壓力限定了下限。因此，礦井設(shè)計(jì)和鉆井流體的選擇中的主要約束是變化的孔隙壓力和地層破裂壓力之間的平衡或者根據(jù)礦井深度的壓裂梯度。
[0003]當(dāng)水泥灌漿時(shí)發(fā)生類似的問題。將水泥推入圍繞套管的環(huán)形空間中的壓力能夠在周圍的地層中造成裂縫，水泥可能漏失到該裂縫中。
[0004]旨在緩解井漏的多種措施是可用的。這些措施包括將顆粒狀固體添加都鉆井流體中，從而顆粒能夠進(jìn)入開口以進(jìn)入到裂縫中并且堵塞該裂縫或者使得開口彌合以密封裂縫。討論該“井漏材料”的文件包括US專利8401795和美國(guó)石油工程師協(xié)會(huì)論文SPE58793，SPE153154和SPE164748。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]該
【發(fā)明內(nèi)容】
被提供以介紹下文將進(jìn)一步說(shuō)明的概念的一部分。該
【發(fā)明內(nèi)容】
不試圖被用作幫助限定要求保護(hù)的主題的范圍。
[0006]如在本文中說(shuō)明的那樣，井眼流體包括懸浮的由增材制造工藝形成的固態(tài)物體。該處理可以是3D打印工藝。在另一方面，公開了一種制造井眼流體的方法，其特征在于，通過增材制造工藝形成固態(tài)物體并且將這些物體包含在井眼流體中。
[0007]增材制造工藝可以被執(zhí)行為根據(jù)以數(shù)字形式被保持的設(shè)計(jì)而構(gòu)建物體。該處理通過將材料添加在工作區(qū)中的選定的位置而漸進(jìn)地創(chuàng)建物體，從而被添加的材料結(jié)合到已經(jīng)存在于一個(gè)或多個(gè)相鄰的位置處的材料上。此種處理的術(shù)語(yǔ)被稱為“增材”，因此更多的材料被漸進(jìn)地添加，從而達(dá)到成品的物品，這與從工件上移除材料而創(chuàng)建期望形狀的傳統(tǒng)機(jī)械處理相反。多種增材處理是已知的并且有時(shí)被稱為三維打印(3D打印)，雖然術(shù)語(yǔ)可以被保留用于這些增材制造工藝中的一個(gè)或僅僅一些。
[0008]術(shù)語(yǔ)“3D打印”可以被用于如下的工藝:在該工藝中，使用移動(dòng)的打印頭將可聚合的液態(tài)合成物的液滴輸送到各個(gè)選定的位置。合成物例如可以是通過紫外線或可見光而可光聚合的，并且在打印頭將合成物的液滴輸送到選定的位置的同時(shí)，通過利用紫外線或可見光照射工作區(qū)而啟動(dòng)聚合作用。光聚合作用將各個(gè)液滴結(jié)合到已經(jīng)被輸送并且被聚合的材料上。此種處理和用于此目的的設(shè)備在US5287435被說(shuō)明，雖然例如在US6658314和US7766641中公開了多種后續(xù)的發(fā)展。
[0009]工作區(qū)中的位置陣列有時(shí)稱為體元。增材制造工藝可以以連續(xù)的多層創(chuàng)造期望的物體，在各層中將材料添加在選定的位置處，并且然后移動(dòng)到下一層。連續(xù)的多層中每一層可以被認(rèn)為是具有光聚合材料的尺寸均勻的體元陣列，該光聚合材料被輸送到各層中的選定的體元。如US665831中所述的那樣，隨著最終形成成品物體的聚合材料被輸送到選定的位置(即，選定的體元)，作為臨時(shí)支撐體的其他材料可以被輸送到剩下的體元。在所有層已經(jīng)被完成之后，移除該支撐材料。
[0010]如US665831中所述的那樣，一些3D打印機(jī)具有將一種以上聚合材料輸送到選定的位置以及將臨時(shí)支撐材料輸送到其他位置的功能，因此使得物體由兩種材料形成。材料也可以被混合在一起，例如通過材料輸送到一連串的比鄰體元中的交替體元上。
[0011]在其他配置中，被輸送到選定的位置的且最終將形成成品物體的材料作為絲狀體被提供，該絲狀體被加熱并且以熔融的形式被輸送，從而該絲狀體在冷卻時(shí)粘連到之前被輸送的材料上。在US7384255中公開了此種系統(tǒng)并且該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用納入此文。
[0012]3D打印也可以利用其他材料而執(zhí)行。例如對(duì)于金屬而言，使用金屬粉作為原材料并且使用激光束燒結(jié)沉積在選定的位置處的粉末，或者使用金屬絲作為原材料并且電子束在選定的位置處熔化金屬絲，能夠完成3D打印。
[0013]增料處理的其他形式起始于在每層上提供一層粉末并且在每層中在選定的位置處將粉末顆粒集合成較大的固體形式。通過如US60073128中的那樣將粘合料沉積在各個(gè)選定位置或者通過如US8299208中的那樣通過激光加熱以在選定的位置處燒結(jié)材料來(lái)完成該3D打印。選擇的激光熔凝是用于制造金屬物體的處理。該金屬被提供為多層細(xì)小的金屬粉末，并且在選定的位置處利用激光束熔化。
[0014]其他的增材處理是立體光刻，其中，一定量的聚合液體通過如US5778567中所述的那樣利用激光照射而選定性地聚合在選定的位置處。
[0015]3D打印和其他增材制造工藝當(dāng)待被生產(chǎn)的物件的數(shù)量小時(shí)通常被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)摹?D打印機(jī)可以被用于在工作區(qū)中制造原型物件，該工作區(qū)不夠大以不能容納一個(gè)以上此種物體，從而機(jī)器只能夠被用于一次制造一個(gè)物件。增材制造工藝因此被認(rèn)為是用于快速原型制作的技術(shù)。
[0016]相反地，本公開考慮的是使用增材制造工藝來(lái)大量地制造物體。該物體相對(duì)于機(jī)器的工作區(qū)而言是小的，從而大量物體能夠被同時(shí)制造。使用增材制造工藝的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是:能夠通過使用來(lái)自天然源的顆粒狀固體或者通過其他裝置處理而形成物體，制造形狀和/或性能不容易完成的或者甚至根本不能完成的物體。
[0017]如本文所述的，懸浮在井眼流體中的物體可以用作多種目的。一個(gè)可能性是該物體被用于在鉆井井眼時(shí)防止或緩解井眼流體漏失到地下巖石地層的裂縫中。如果在鉆井期間在地層中形成了裂縫或者如果遇到了自然裂縫，進(jìn)入該裂縫的流體能夠?qū)⒁恍┪矬w攜帶到該裂縫中，以使得這些物體堵住裂縫并且減少更進(jìn)一步的泄露。因此，在另一方面，本公開提供了一張防止井眼流體漏失到圍繞井眼的地層中的孔口中的方法，包括通過增材制造工藝制造固態(tài)物體并且使得該物體懸浮在井眼流體中以阻止流體流入到孔口中。
[0018]物體所懸浮于的井眼流體可以包含其他的懸浮固體，并且可以是鉆井流體或混凝土或在水泥灌漿之前用于井眼的預(yù)處理的流體。
[0019]流體可以包括通過增材制造工藝一起諸如石墨顆粒等的已知類型的另一種井漏材料形成的物體。所述另一種井漏材料可以具有至少0.3mm的平均顆粒尺寸和可以在從
0.3mm至1.0mm的范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸。由增材制造形成的物體的用量按照重量計(jì)或按照體積計(jì)小于另一種井漏材料的用量。例如，包含在鉆井流體中的緩解井漏的固體可以包括
(i)由增材制造形成并具有太大而不能裝配在Imm直徑的球體中的尺寸的物體以及(ii)具有在從0.3mm至1.0mm的范圍內(nèi)的平均顆粒尺寸的其他顆粒狀固體顆粒，其中(i): (i i)的體積比位于在從1:200至1:5的范圍內(nèi)，并且可能在從1:200至1:10的范圍內(nèi)。
[0020]如本文描述的那樣，由增材制造處理形成并懸浮在井眼流體中的物體可以都被制造為具有相同的形狀和尺寸，或者可以是少量的不同形狀和尺寸的混合物。例如，混合物可以多至6種，其中各個(gè)單獨(dú)類型具有的數(shù)以千計(jì)(S卩，多于I千)的相同顆粒。相反地，自然來(lái)源的另一種井漏材料(例如，石墨顆粒)的形狀和尺寸隨機(jī)分布。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1示意性示出了井眼中的鉆柱；
[0022]圖2示出了鉆頭的一個(gè)示例的端部視圖；
[0023 ]圖3至7示出了由3D打印形成的多個(gè)物體；
[0024]圖8是由3D打印形成的物體的剖視圖；以及
[0025]圖9示出了井眼中的鉆柱的底部。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出了貫穿巖石地層8的井眼的鉆進(jìn)。鉆頭10聯(lián)接到鉆柱4的下端，該鉆柱4典型地包括聯(lián)接在一起的多段鉆桿(沒有單獨(dú)示出)。鉆頭10經(jīng)由底部鉆具組合6和7被聯(lián)接到鉆柱4。鉆柱4可以通過回轉(zhuǎn)臺(tái)(在圖