JPH10512636A - ボアホールにおけるケーシング構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、地下の地層中に形成されたボアホール中にケーシングを構築する方法に関する。この方法は、（ａ）ボアホール（１）中に、ボアホール中で径方向に拡張可能な管状ライナ（１１）であって、径方向に拡張した位置のライナがライナの縦方向に部分的に重複する複数の開口（１２）を有するライナを設置するステップと、（ｂ）ボアホール中でライナを径方向に拡張させるステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）の前か後のいずれかに、ボアホール中に硬化可能な流体密封材料体（１３）を設置し、前記開口をこの密封材料で満たして、前記開口を実質的に閉ざすステップを含む。密封材料は、前記開口中で硬化しこれによってライナの圧縮強度を増すように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】 ボアホールにおけるケーシング構築方法 本発明は、地下の地層中に形成されたボアホール、例えば石油、天然ガス、ま たは水を生産するための坑井などのボアホール中にケーシングを構築する方法に 関する。従来、このような坑井を掘削すると、多くのケーシングをボアホール中 に設置して、ボアホールの孔壁崩壊を防止したり、掘削泥水が地層中に不本意に 流れ出したり、または地層からボアホール中に流れ込んだりすることを防止する 。ボアホールは一定の間隔ごとに掘削され、こうして、下位のボアホール間隔に 設置すべきケーシングは、先に設置された上位のボアホール間隔のケーシングを 通過して降下される。この作業手順の結果、下位間隔のケーシングは上位間隔の ケーシングより直径が小さい。こうして、ケーシングは入れ子式に配置され、下 に向かって直径は次第に小さくなっていく。ケーシング外部表面とボアホール壁 との間にセメント環帯を設けて、ケーシングをボアホール壁から密封する。この 入れ子式配置の結果、坑井の上部分では比較的大きなボアホール径が必要となる 。このような大きなボアホール径は、重いケーシング取扱い設備と、大きな掘削 ビットと、および大 容積の掘削泥水と掘りくずとによる、コストの上昇を伴う。さらに、必要なセメ ントのポンプ流送とセメント硬化によって、掘削リグ操業時間の増加を伴う。 国際特許出願ＷＯ９３／２５７９９号は、ケーシング形状の管状エレメントを ボアホールの一区間に設置して、これを拡張マンドレルを使用して径方向に拡張 させるという、地下の地層中に形成されたボアホールの上記の区間にケーシング を構築する方法を開示している。ケーシングの拡張は、ケーシングがボアホール 壁に接触して周囲の岩石層を弾性的に変形させるまで継続する。別法として、掘 削中にボアホール壁中で地層流失が生じたり、掘削中にもろい地層に遭遇したと きには、このような地層流失やもろい地層の位置で、ケーシングの周囲の環状空 間にセメントをポンプ流送する。 この周知の方法は、連続するケーシング区間の直径が下方にゆくにしたがって 小さくなるという従来のケーシングの問題を克服するが、管状エレメントを拡張 させるために必要な荷重が小さくて、ケーシングと周囲の地層との間の改善され た密封が達成されるという、ボアホール中にケーシングを構築する方法の必要性 が残っている。 国際特許出願ＷＯ９３／２５８００号は、縦方向に部分的に重複する開口を備 えて、ボアホール中で径方向に拡張される生産ライナを、ボアホール中に適用す ることを開示している。この生産ライナは、周囲の地層から開口を通過してライ ナに流れ込む炭化水素の流体を生産するときに、ストレーナとして役に立つ。流 体連通をライナの内部と周囲の地層との間で維持すること、すなわち生産ライナ と周囲の地層との間の密封の発生を避けることは、この生産ライナにとって重要 なことである。これは、ケーシングと周囲の地層との間の改善された密封を提供 することを意図する本発明の目的とは対抗するものである。本発明の他の目的は 、改善された崩壊抵抗を有するケーシングを構築する方法を提供することである 。本発明の他の目的は、ボアホールの上位間隔と下位間隔との間のボアホール径 の差を小さくすることができる、ケーシング構築方法を提供することである。 本発明によれば、地下の地層中に形成されたボアホール中にケーシングを構築 する方法であって、 （ａ）ボアホール中に、ボアホール中で径方向に拡張可能な管状ライナを設置す るステップを含み、ここで、径方向の拡張中 にライナはライナの縦方向に部分的に重複する複数の開口を有し、さらに、 （ｂ）ボアホール中でライナを径方向に拡張させるステップと、 （ｃ）ステップ（ｂ）の前か後のいずれかに、ボアホール中に硬化可能な流体密 封材料体を設置し、前記開口をこの密封材料で満たして、前記開口を実質的に閉 ざし、この密封材料は、前記開口中で硬化しこれによってライナの圧縮強度を増 すように選択されるステップと を含む方法が提供される。 したがって、本発明の方法は、均一な直径のケーシング区間の適用を可能にす るので、従来のケーシング設計におけるような継続ケーシング区間の入れ子式配 列を回避することができる。本発明の方法によって、ライナとボアホール壁との 間の信頼できる密封が達成されるとともに、ライナの開口によって、ライナの径 方向の大きな拡張が可能になる。密封材料が硬化した後に、密封材料を満たした 開口を有するライナは、一つの連続した強化坑井ケーシングを形成する。ライナ は適当に鋼鉄によって作られており、例えば接合されたライナ区間の形またはリ ールに巻かれた形で準備される。 さらにまた、このライナを拡張させるには、周知の方法の固体ケーシングを拡 張させるために必要な力よりも、はるかに小さな径方向の力でよい。 本発明による方法の追加の利点は、拡張後のライナの最終直径は、適用される 拡張ツールの直径よりも大きいことである。永久的な最終直径と拡張ツールの最 大直径との差を、永久過剰拡張と呼ぶ。 ライナを径方向に拡張した後に、密封材料体を適当にボアホール中に設置する 。 ライナの補強は、密封材料体に強化繊維を備えることによって達成される。 前記密封材料体の一部分がライナの内部に残っている場合には、この部分は、 例えば密封材料を硬化した後に密封材料体の前記部分をドリル掘削で除去するこ とによって、ライナの拡張の後に前記内部から適当に取り除かれる。 ライナは、これがボアホール壁に接触するまで、または別法としてライナとボ アホール壁との間の環状空間が残って、これにより硬化可能な流体密封材料体が この環状空間中に展開するまで、径方向に拡張することができる。 本発明を、添付の図面を参照して実施の形態を用いてさらに詳細に説明する。 添付の図面において、 第１図は、縦方向に部分的に重複する開口を備えたライナを含むケーシングを 備えるべき、ケーシングのない区間を有するボアホールの概略縦断面図である。 第２図は、ライナの一部分が拡張された第１図の部分の図である。 第１図では、地下の地層２にドリル掘削されたボアホール１の下部分が示され ている。ボアホール１にはケーシングを備えた区間５があり、ボアホール１は、 セメント層７によってボアホールの壁に固着されたケーシング６を備えており、 またこのボアホール１にはケーシングのない区間１０がある。 ボアホール１のケーシングのない区間１０には、縦方向に部分的に重複する開 口を備えた鋼製ライナ１１が選択された位置、この場合はケーシング６の端部に 降下されている。ライナの開口は縦方向に長いスロット１２の形で設けられてい るので、ライナ１１は部分的に重複するスロット１２を有するスロット付きライ ナを形成する。わかりやすくするために、スロット１２のすべてには参照番号を 付けなかった。スロット付きライナ １１の上端は、適当な連結手段（図示せず）によってケーシング６の下端に固定 されている。 次のステップで、繊維（図示せず）と混合されたセメントの形状の硬化可能な 密封材料をスロット付きライナ１１中に挿入する。セメントはボアホール１中で セメント体１３を形成し、これによってセメントの一部分は、ライナ１１のスロ ット１２を通じて、スロット付きライナ１１の下端の周りの、スロット付きライ ナ１１とボアホール１の壁との間の環状空間１４中に流れ込み、セメントの他の 部分はスロット付きライナ１１の内部に残る。 セメントをボアホール１中に挿入した後に、拡張マンドレル１５を使用してス ロット付きライナ１１を拡張させる。スロット付きライナ１１は、拡張マンドレ ル１５の上にあるストリング１６の下端に降下されている。スロット付きライナ １１を拡張させるために、ストリング１６を引っぱることによってスロット付き ライナ１１を通じて拡張マンドレル１５を上向きに移動させる。拡張マンドレル １５は、マンドレル１５がスロット付きライナ１１を通じて移動される方向に先 細になっており、この場合には、拡張マンドレル１５は上向き先細拡張マンドレ ルである。拡張マンドレル１５の最大直径は、スロット付きライナ１１の内径よ りも大きい。 第２図は、部分的に拡張された形のスロット付きライナ１１を示し、ここでは スロット付きライナ１１の下部分が拡張されている。第１図に示すものと同じ機 構には同じ参照番号が付いている。スロットは変形して、参照番号１２´で示す 開口になる。拡張マンドレル１５がスロット付きライナ１１を通じて移動するに つれて、スロット付きライナ１１の内部にあるセメントは、拡張マンドレル１５ によってスロット１２を通じて環状空間１４中にしぼり出される。さらに環状空 間１４はライナ１１の拡張によって小さくなるので、セメントはボアホール１の 壁に対してしぼり出され、拡張したライナ１１はセメント中に適切に埋め込まれ るようになる。 スロット付きライナ１１がその全長まで径方向に拡張した後に、セメント体１ ３のセメントは硬化することができるようになるので、繊維がケーシングに追加 強化をもたらす鋼鉄で強化されたコンクリートのケーシングが完成する。スロッ ト付きライナ１１の内部に残る可能性のある硬化したセメント体１３のどの部分 も、ドリルストリング（図示せず）をスロット付きラ イナ１１中に降下させ、セメント体１３のこのような部分をドリルで掘削除去す ることによって、そこから取り除くことができる。こうして得られた鋼鉄で強化 されたケーシングは、ボアホール１を囲む岩石層の崩壊を防止し、異なる（より 深い）ボアホール区間をドリル掘削するときに発生することのある高い坑井圧に よる岩石層の破壊を防止する。鋼鉄で強化されたコンクリートケーシングの他の 利点は、このような更なるボアホール区間のドリル掘削中に、鋼製ライナがセメ ントを摩耗から防止することである。 拡張マンドレル１５をライナを通じて上向きに移動させる代わりに、別法とし て、ライナの拡張中に拡張マンドレル１５をライナを通じて下向きに移動させる ことができる。もう一つの代替実施の形態では、収縮と拡張が可能なマンドレル が適用される。まず、ライナをボアホール中に降下させ、それから固定させ、そ の後にライナを通じて、収縮した形の拡張マンドレルを降下させる。それから拡 張マンドレルを拡張させて、ライナを拡張させるように上向きに引っ張る。 本発明による方法は、垂直ボアホール区間、偏向ボアホール区間、または水平 ボアホール区間に適用することができる。 上記の先細拡張マンドレルを適用する代わりに、ローラを備えた拡張マンドレ ルを適用することができ、これらのローラは、マンドレルが回転するときにライ ナの内面に沿って転がることができ、これによってマンドレルは同時に回転され 、ライナを通じて軸方向に移動される。 もう一つの代替実施の形態では、拡張マンドレルは液圧拡張ツールを形成し、 このツールは、選択された流体圧をこのツールに供給することによって径方向に 膨脹し、この場合、本発明による方法のステップ（ｂ）は選択された流体圧をこ のツールに供給することを含む。 適当な硬化可能な密封材料であればどれでも、密封材料体の形成に適用するこ とができ、例えば従来から使用されているポルトランド（Portland）セメントや 高炉スラグセメントなどのセメントまたはエポキシ樹脂などの樹脂などである。 また硬化剤との接触によって硬化する適当な樹脂であればどれでも、例えばライ ナの内部と外部に樹脂の第一層と硬化剤の第二層とを備えることによって使用す ることができる。この場合には、ライナの拡張中にこれらの二つの層がライナの 開口中にしぼり出されて、互いに混合されるので、硬化剤は樹脂を硬化させるこ とになる。 ライナを通じて、スロット付きライナの下部分の周りに、そしてライナとボア ホール壁との間の環状空間中に密封材料を循環させることによって、密封材料を 環状空間中に挿入することができる。別法として、密封材料を逆方向に、すなわ ち環状空間を通じて、ライナの下部分の周りに、そしてライナ中に、循環させる ことができる。 上記の説明では、ライナは複数のスロットを備えており、これによって、ライ ナの径方向拡張の間に、スロットは開口を形成するように広げられる。ライナの 径方向の拡張の前にライナを通じて流体をポンプで送る必要がある場合には、ラ イナのこのような径方向拡張が起こる前に、スロットを、例えばポリウレタン密 封材料によって密封することができる。 一代替実施の形態では、ライナは壁厚を薄くした複数の区間を備え、これによ ってライナの径方向拡張の間に、壁厚を薄くした各区間は前記開口の一つを形成 するようにせん断される。例えば、壁厚を薄くした各区間は、ライナの壁中に設 けられた溝の形にすることができる。各溝がライナの縦方向に延びることが好ま しい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ (72)発明者 ローベツク，ウイルヘルムス・クリステイ アヌス・マリア オランダ国、エヌ・エル−2288・ヘー・デ ー・レイスウエイク、フオルメルラーン・ ６ (72)発明者 スチユワート，ロバート・ブルース オランダ国、エヌ・エル−2288・ヘー・デ ー・レイスウエイク、フオルメルラーン・ ６ (72)発明者 フアン・フリート，ヤコブス・ペトルス・ マリア オランダ国、エヌ・エル−2288・ヘー・デ ー・レイスウエイク、フオルメルラーン・ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．地下の地層中に形成されたボアホール中にケーシングを構築する方法であっ て、 （ａ）ボアホール中に、前記ボアホール中で径方向に拡張可能な管状ライナを設 置するステップを含み、ここで径方向の拡張中に前記ライナが前記ライナの縦方 向に部分的に重複する複数の開口を有し、さらに、 （ｂ）前記ボアホール中で前記ライナを径方向に拡張させるステップと、 （ｃ）ステップ（ｂ）の前か後のいずれかに、前記ボアホール中に硬化可能な流 体密封材料体を設置し、前記開口を前記密封材料で満たして、前記開口を実質的 に閉ざし、前記密封材料は、前記開口中で硬化することによって前記ライナの圧 縮強度を増すように選択されるステップと を含む方法。 ２．ライナを径方向に拡張させた後に、密封材料体をボアホール中に設置する、 請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．密封材料体が、前記密封材料体が硬化した後に前記密封材 料体を強化する強化繊維を備えている、請求の範囲第１項または第２項に記載の 方法。 ４．前記密封材料体の部分がライナの内部に拡張し、該部分は、拡張した前記ラ イナの内部でドリルストリングを回転させることによって、前記ライナの前記内 部から除去される、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．ライナの拡張前の内径より大きな最大直径を有する拡張マンドレルを使用し 、前記マンドレルを前記ライナを通じて軸方向に移動させて、前記ライナを径方 向に拡張させる請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の方法。 ６．マンドレルがローラを備え、該ローラは、前記マンドレルがライナ中で回転 するときに前記ライナの内面に沿って転がることができ、これによって前記マン ドレルが同時に回転し、前記ライナを通じて軸方向に移動する、請求の範囲第５ 項に記載の方法。 ７．拡張マンドレルは液圧拡張ツールを形成し、該ツールは、選択された流体圧 を前記ツールに供給することによって径方向に膨脹し、前記ライナを径方向に拡 張させる、請求の範囲第５項に記載の方法。 ８．硬化可能な密封材料が、セメント、ポルトランドセメント、高炉スラグセメ ント、樹脂、エポキシ樹脂、および硬化剤との接触によって硬化する樹脂の群か ら選択される、請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載の方法。 ９．ライナが壁厚を薄くした複数の区間を備え、これによって前記ライナの径方 向拡張の間に、前記壁厚を薄くした各区間がせん断されて前記開口の一つを形成 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．壁厚を薄くした各区間がライナの壁中に設けられた溝を形成する、請求の 範囲第９項に記載の方法。 １１．各溝がライナの縦方向に延びる、請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．ライナが複数のスロットを備え、これによって前記ライナの径方向拡張中 に各前記スロットが広がって前記開口の一つを形成する、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。 １３．前記スロットがライナの縦方向に延びている、請求の範囲第１２項に記載 の方法。 １４．ライナの径方向拡張の前に、流体が前記ライナを通じて 導かれるようにスロットが密封される、請求の範囲第１２項または第１３項に記 載の方法。 １５．スロットがポリウレタン密封材料によって密封される、請求の範囲第１４ 項に記載の方法。 １６．ライナをボアホール中で径方向に拡張させた後に、前記ライナと前記ボア ホール壁との間に環状空間が残り、これによって硬化可能な流体密封材料体は前 記環状空間中に広がる、請求の範囲第１項から第１５項のいずれか一項に記載の 方法。