JPH07507610A - 地層中に坑井を設ける方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 地層中に坑井を設ける方法 本発明は、地下の地層中に坑井、例えば石油や天然ガスを生産するための坑井を 設ける方法に関する。一般に、石油または天然ガスの生産井を設ける場合、多数 のケーシングをボアポール中に設置して、ボアホール壁の破壊を防止し、またド リル掘削用液の地層中への逸流または地層からボアホールへの液体の流入という 望ましくない現象を防止する。ボアホールはある間隔ごとに断続的にドリル掘削 され、こうして各ケーシングは次の間隔が掘削された後に設置され、したがって 設置しようとする次のケーシングは、先に設置されたケーシングを通して降下さ れることになる。従来の坑外掘削工法では、次のケーシングを先に設置されたケ ーシングを通して降下するために、次のケーシングの外径は先に設置されたケー シングの内径によって限定される。したがって、ケーシングは互いに入れ子状と なり、ケーシングの直径は下向き方向に小さくなってゆく。ケーシングでボアホ ール壁を密閉するために、ケーシングとボアポール壁との間にセメント環を設け る。ケーシングが入れ子状に配列される結果、坑井の上の部分では比較的大きな ボアホール径が必要となる。このような大口径のボアホールでは、重いケーシン グを取扱う装置、大型の掘削ビット、及びドリル掘削用液の容量増加によって費 用が高くなる。さらにセメントのポンプ流送とセメント硬化が必要となって、ド リル掘削リグの操業時間が長くなる。

本発明の目的は、地層中に坑井を設ける方法において、坑井上部における比較的 大きなボアホール径の必要をなくシ、これによって従来法の欠点を克服する、前 記方法を提供することである。

本発明によれば、地下の地層中にボアホールをドリル掘削するステップと、可鍛 材料製ケーシングをボアホール中に降下するステップとを含み、該ケーシングは 半径方向の荷重がかがったときボアホール壁に対して半径方向に膨張可能であり 、かつ前記荷重がかかったとき周辺地層より小さな半径方向弾性変形を有し、さ らに前記半径方向荷重をケーシングに加えてケーシングをボアホール壁に対して 半径方向に膨張させて、ケーシングと周辺地層との間に圧縮力を誘発するステッ プを含む、地層中に坑井を設ける方法が提供される。半径方向の荷重を加えた後 、ケーシングは弾性弛緩によって僅かに半径方向に収縮する。

しかし地層の半径方向弾性変形の方がケーシングの半径方向弾性変形より大きい ので、地層の半径方向弾性変形は、前記弛緩にしたがって完全には消滅しない。

この結果、弛緩の後にケーシングと地層の間に圧縮力が残り、この圧縮力がケー シングの地層に対する密封を保証する。したがって、地層に対してケーシングを 密封するためのセメント環を必要としない。さらに、一定直径のケーシングを坑 井に適用することができる。ボアホール中でケーシングを膨張させることにより 、設置しようとする次のケーシングの外径が、先のケーシングの膨張前の内径に よって限定されることはなく、したがってケーシングの入れ子状配列を必要とし ない。可鍛材料でできたケーシングは、ケーシング材料が塑性変形に耐え得るこ とを暗示することを理解されたい。

鋼製ケーシングを適用するときは、この種のケーシングは通常、ケーシングに半 径方向の荷重を加えることによりケーシングがボアホール壁に対して膨張すると き、周辺地層より小さな半径方向弾性変形を有する。

こうしてケーシングがボアホール中でケーシング材料を破壊することなく十分に 膨張できるように、ケーシングの材料は少なくとも２５％の一軸ひずみの塑性変 形に耐え得ることが好ましい。

ケーシングは、坑井−上部に配置された地上ケーシングと坑井下部に配置された 生産ケーシングとの間に位置する中間ケーシングを形成することが好都合である 。

ボアホール掘削中にボアホール内で流失崩壊が発生するか、または脆弱な地層に 遭遇すると、ケーシングに前記半径方向荷重を加える前に、ケーシングとボアホ ール壁との間に流体状の密閉材料をポンプ流送する必要があり得る。例えば、ケ ーシングの周囲の環状空間にセメントを流送し、ケーシングが膨張した後にそれ を硬化させることができる。

ケーシングの塑性変形は、ケーシングの半径方向膨張中にケーシングを加熱する ことによって促進される。

２本の隣接するケーシングを相互連結するために採用すべき適当なケーシング継 手は、第２ケーシングの一区間の外径より僅かに大きな内径を有する内部環状リ ブを備えた第１ケーシングの一区間を含み、前記第２ケーシングは前記第１ケー シングの前記区間中に延びている。ケーシング継手の膨張中に、第２ケーシング は第１ケーシングのリブに対して押圧され、これによって第１ケーシングと第２ ケーシングの前記区間の間で金属間の密封が達成される。このリブによって、第 ２ケーシングの半径方向膨張中に第２ケーシングの軸方向のいくらかの収縮が可 能になる。

ボアホールにおけるケーシング設置の高速化は、ケーシングをボアホールに降下 する前に、ケーシングを格納しているリールからケーシングを連続的に供給し、 ボアホールへの降下中にリールから解除することによって達成することができる 。

さらに、ボアホール内で膨張するケーシングがボアホールをドリル掘削するため のドリル・ストリングとしても使用されるときは、著しい時間と費用の低減が達 成される。リールから解除され、掘削ビットを駆動するダウンホール・モータが 連結されるチュービングを使用して例えばボアホールがドリル掘削されるときは （いわゆるコイル・チュービング・ドリル掘削）、チュービングをボアホール内 で延長して、ケーシングを形成することができる。ダウンホール・モータとドリ ルビットは、チュービング延長後ボアホール内に残留する。

本発明を添付の図を参照して例によって、さらに詳しく説明する。

第１図は、地下の地層におけるボアホールとボアホール中を降下されるケーシン グの縦方向概略断面図である。

第２図は、第１図のケーシングの下部区間に位置する非膨張状態の液圧膨張ツー ルを示す図である。

第３図は膨張状態の膨張ツールを示す図である。

第４図は、前記ツールが次の位置に移動したときの、非膨張状態の膨張ツールを 示す図である。

第５図は、次の位置における膨張状態の膨張ツールを示す図である。

第６図は、ケーシング中を移動するエキスパンダを示す図である。

第１図では、地下の地層３にドリル掘削されたボアホール１、及びボアホール１ 内に同心に位置する鋼製ケーシング５が示されている。ケーシング５は円筒状で 円形断面を有し、その外径はボアホール１の直径より小さい。

ケーシング５がボアホール１内に降下した後、第２図に示すように、液圧膨張ツ ール７が非膨張状態でケーシング５の下部区間に降下される。膨張ツール７は液 圧管路９によって地上ポンプ設備（図示せず）に連結されている。地上ポンプ設 備を運転することによって、第３図に示すように圧液は管路９を通じてエキスパ ンダ７にポンプ流送され、ツール７は膨張する。膨張ツール７の位置にあるケー シング５が、ドリル掘削されたときのボアホール１の直径より僅かに大きな内径 にまで膨張すると、ポンプ流送は停止する。ボアホール壁４に対してケーシング ５が膨張している間、ケーシング５は半径方向の弾性及び塑性変形を受け、また ボアホール１周辺の地層３は少なくとも半径方向の弾性変形を受ける。ケーシン グ５の半径方向弾性変形はその半径方向塑性変形より著しく小さく、周辺地層３ の半径方向弾性変形はケーシング５の半径方向弾性変形よりかなり大きいことを 理解されたい。ボアホール壁４に対するケーシング５の膨張の後に、ツール７内 の液圧が除去され、これによってツール７は非膨張状態に収縮することができ、 またケーシングのいくらかの弾性弛緩が可能となる。ケーシング５の塑性変形は 残るので、ボアホール壁４近隣の地層３の塑性変形も残る。

したがってケーシング５の残留塑性変形のために、ケーシング５と地層３との間 に圧縮力が残る。

第４図と第５図に示すように、このようにしてケーシング５の下部区間が半径方 向に膨張した後に、膨張ツール７は非膨張状態でケーシング５を通って上方に移 動し、ケーシング５の次の区間に位置し、その後、上記と同様にケーシング５を 膨張させるためにツール７を膨張させる。このようにしてケーシング５は、ケー シング５全体が半径方向に膨張してしまうまで、段階的に膨張される。次にアン ダーリーマ・ドリルビット（図示せず）を使用して坑井１のドリル掘削を行い、 その後、次のケーシング（図示せず）を事前膨張させたケーシング５中を通って 、坑井１の新しく掘削された区間に降下させる。

第６図のエキスパンダ２２を、液圧膨張ツール７の代わりに使用することができ る。エキスパンダ２２が軸方向力Ｆによってケーシング２０中を下方に押される と、ケーシング２０は膨張してエキスパンダ２２の外径と合致するようになるが 、この外径はケーシングの所望の半径方向塑性変形が達成されるように選定され る。エキスパンダ２２がケーシング２０中を移動する間にエキスパンダ２２を回 転させることによって、エキスパンダ２２とケーシング２０との間の軸摩擦が減 少する。エキスパンダ２２が、これが回転するときにケーシング２０の内表面に 沿って転勤することのできるローラ（図示せず）を備えているとき、エキスパン ダ２２の回転とケーシング２０中での軸方向移動を同時に行うことによって、軸 摩擦のさらなる減少が達成される。ケーシング２０の半径方向変形は、エキスパ ンダ２２がケーシング２０を通って移動するときに、ケーシング２０に内圧を加 えることによって促進される。

本発明による方法の一代替実施例では、液体が存在するケーシングの内部の一区 間は２個のパッカによって閉鎖され、その後、ケーシングの所望の半径方向膨張 が達成されるまで液体が加圧される。この代替実施例はまた、液圧膨張ツールま たは前述のエキスパンダによる膨張と共に使用することもできる。

寸 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年１２月７日

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．地下の地層にポアホールをドリル掘削するステップと、可鍛材料製ケーシン グをポアホール中に降下するステップとを含み、該ケーシングが半径方向の荷重 がかかったときポアホール壁に対して半径方向に膨張可能であり、かつ前記荷重 がかかったとき周辺地層より小さな半径方向弾性変形を有し、さらに前記半径方 向荷重をケーシングに加えてケーシングをポアホール壁に対して半径方向に膨張 させて、ケーシングと周辺地層との間に圧縮力を誘発するステップを含む、地層 中に坑井を設ける方法。
2. ２．前記ケーシング材料が、少なくとも２５％の一軸ひずみの塑性変形に耐える ことができる、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記ケーシングが、坑井上部に配置された地上ケーシングと坑井下部に配置 された生産ケーシングとの間に位置する中間ケーシングを形成する、請求の範囲 第１項と第２項のいずれか一項に記載の方法。
4. ４．ケーシングに前記半径方向荷重をかける前に、ケーシングとポアホール壁と の間に流体状の密閉材料をポンプ流送する、請求の範囲第１項から第３項のいず れか一項に記載の方法。
5. ５．ケーシング中を通ってエキスパンダを移動させることによって、前記半径方 向荷重の少なくとも一部をケーシングに加え、このエキスパンダの外径がケーシ ングの内径より大きい、請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の方 法。
6. ６．前記エキスパンダが、これが回転するときにケーシングの内表面に沿って転 動することのできるローラを備え、また半径方向荷重を加えるステップが、エキ スパンダの回転とケーシング中での軸方向移動を同時に行うステップを含む、請 求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．ケーシング中を移動するとき、エキスパンダがケーシングの半径方向膨張を 促進するようにケーシングに内圧が加えられる、請求の範囲第５項または第６項 に記載の方法。
8. ８．液圧膨張ツールをケーシング内に位置付けて前記ツールを膨張させることに より、前記半径方向荷重の少なくとも一部を加える、請求の範囲第１項から第４ 項のいずれか一項に記載の方法。
9. ９．ケーシングの半径方向の膨張中にケーシングを加熱する、請求の範囲第１項 から第８項のいずれか一項に記載の方法。
10. １０．前記ケーシングをポアホール内に降下させる前にリールに格納し、ポアホ ール内に降下させる間にリールから解放する、請求の範囲第１項から第９項のい ずれか一項に記載の方法。
11. １１．前記ケーシングをポアボール掘削中にドリル・ストリングとして使用する 、請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一項に記載の方法。
12. １２．図面を参照して先に実質的に記載した方法。
13. １３．請求の範囲第１項から第１２項のいずれか一項に記載の方法によって設け られた坑井。