CN114829737A - 用于减轻漏失的井下紫外线系统 - Google Patents
用于减轻漏失的井下紫外线系统 Download PDFInfo
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Abstract
用于密封地下井的漏失区的方法和系统包括将钻柱延伸到地下井中，该钻柱具有紫外线系统、致动器和流体流动路径。指示致动器向所述紫外线系统发送开启信号以将紫外线系统切换到开启状态。在开启状态下，紫外线系统产生指向钻柱的流体流动路径的紫外光。将堵漏材料输送到钻柱的流体流动路径中，堵漏材料具有低聚物、单体和光引发剂。将堵漏材料暴露在紫外光下以活化堵漏材料。将堵漏材料输送到漏失区。
Description
技术领域
本公开主要涉及地下井开发，并且更具体地涉及封堵地下井的区域以减轻漏失。
背景技术
在钻探地下井(例如用于烃开发作业的地下井)期间，可以将钻井泥浆和其他流体泵入井中。在某些钻井作业中，地下井的钻孔可以到达或穿过具有诱发或天然裂缝、为海绵状或其它具有高渗透性的区域，该区域称为漏失区。此外，在任何井中钻井时都可能出现井壁稳定性问题，包括塌孔或导致漏失的裂缝。这些问题可能是由于天然发生或钻井时诱发的薄弱地层、可渗透岩石或裂缝造成的。
在这种情况下，泵入井中的钻井泥浆和其他流体可以流入漏失区。在这种情况下，在漏失区可能会损失所有或部分钻井泥浆和其他流体。
在烃开发作业的任何阶段都可能遇到漏失。当泵入地下井的钻井液部分返回或完全不返回地面时，可以确认漏失。虽然预期到会有一些流体损失，但从安全、经济或环境的角度来看，过度的流体损失是不希望的。漏失会导致井控困难、井眼失稳、卡管、试产不成功、完井后油气产量低、以及由于泥浆颗粒堵塞孔隙和孔喉而造成地层损害。在极端情况下，漏失问题可能会迫使弃井。
在继续钻探井的其余部分之前，封堵这些有问题的区域很重要。如果问题区域没有被封堵或得到支撑，井壁可能会坍塌并导致钻柱卡住，或者钻井泥浆可能会漏失到地层中。
在一些目前可用的系统中，当遇到不可接受的钻井液损失时，可以将常规的堵漏技术从地表应用到钻井液中。钻井液(包括减轻漏失的化学品)作为标准井循环系统的一部分被泵入井下。改性钻井液通过包括钻头在内的井底组件(BHA)，或通过循环口绕过BHA，最终设计用于堵塞漏失区。例如，改性钻井液可以在井筒中发生损失的位置处封堵暴露的地层。一旦已经对井筒进行封堵并且建立了可接受的流体损失控制，就可以恢复钻井操作。
发明内容
传统的堵漏材料(LCM)可以封堵开口尺寸(例如)高达约4毫米至6毫米(mm)的均匀形状的地层空隙，但难以应对不均匀和更大的空隙。在一些当前系统中，活化剂可用于硬化LCM。可以例如通过温度、pH或单独随时间而刺激此类活化剂。然而，很难预测漏失区位置的准确温度和pH值，并且在将LCM输送到漏失区时，由于意外事件，到达和填充漏失区所需的时间可能会发生变化。如果LCM在到达漏失区之前硬化，整个井下组件可能会被堵塞并需要更换。或者，如果未达到所需的温度或pH值，LCM可能不会硬化。
本公开的实施方案包括系统和方法，其包括具有低聚物、单体和光引发剂的LCM。紫外线源安装在钻头附近。当发生严重漏失时，可以将含有低聚物、单体和光引发剂的LCM从地面泵下去。光引发剂对紫外光敏感，并且当LCM通过照射紫外线源时，光引发剂被活化以产生自由基。这些自由基引发单体与低聚物发生交联或聚合反应。因此，在紫外光照射前处于可流动状态的全部LCM开始硬化和固化。硬化材料可以具有足够的抗压强度以能够承受地静压力。井下致动器用于通过向紫外光源系统中的电源发送信号来在必要时打开和关闭紫外光源。
在本公开的实施方案中，一种用于封堵地下井的漏失区的方法包括将钻柱延伸到地下井中。钻柱具有紫外线系统、致动器和流体流动路径。指示致动器向紫外线系统发送开启信号以将紫外线系统切换到开启状态。在开启状态下，紫外线系统产生指向钻柱的流体流动路径的紫外光。将堵漏材料输送到钻柱的流体流动路径中，堵漏材料具有低聚物、单体和光引发剂。将堵漏材料暴露在紫外光下以活化堵漏材料。将堵漏材料输送到漏失区。
在可选的实施方案中，指示致动器向紫外线系统发送开启信号到以将紫外线系统切换到开启状态可以包括以预定开启信号模式旋转钻柱。在将堵漏材料暴露于紫外光之后，可以通过以预定的关闭信号模式旋转钻柱来指示致动器向紫外线系统发送关闭信号以将紫外线系统切换到关闭状态。
在其他可选的实施方案中，光引发剂可以是苄基二甲基缩醛，并且暴露于紫外线系统的紫外线照射可以导致苄基二甲基缩醛产生自由基。低聚物可以是聚丙烯酸酯，单体可以是苯乙烯。暴露于紫外线系统的紫外线照射可以引发苯乙烯和聚丙烯酸酯的聚合反应。可以在漏失区域内形成交联聚合物，并且可以停止地下井的钻探，直到交联聚合物在漏失区域内硬化和固化。在交联聚合物在漏失区内硬化并固化后，可以恢复地下井的钻探，并且可以从漏失区的井上位置到漏失区的井下位置进行钻探。
在又一可选的实施方案中，低聚物可以是树脂，其为不饱和聚酯树脂、丙烯酸环氧树脂、丙烯酸聚氨酯环氧树脂、丙烯酸苯乙烯树脂和丙烯酸醚树脂。紫外线系统可以包括发光二极管型紫外线光源。致动器可以是管状致动器组件，并且该方法可以包括将管状致动器组件固定到钻柱接头的井下端。紫外线系统可以是位于管状致动器组件的井下的管状紫外线组件，并且该方法还可以包括将钻头组件固定到管状紫外线组件的井下侧。
在又一可选的实施方案中，致动器可以是管状致动器组件，该管状致动器组件具有内部管道构件，该内部管道构件具有由第一材料形成的轴瓦(segment)。外部管道构件可以围绕内部管道构件。轴承可以定位在内部管道构件和外部管道构件之间，该轴承由第二材料形成。第一材料可以与第二材料反应。指示致动器向紫外线系统发送开启信号可以包括使外部管构件相对于内部管道构件旋转，并且当轴承旋转经过轴瓦时译码该轴瓦的反应模式。
在本公开的可选的实施方案中，用于封堵地下井的漏失区的系统包括具有紫外线系统、致动器和流体流动路径的钻柱。致动器能够向紫外线系统发送开启信号以将紫外线系统切换到开启状态。在开启状态下，紫外线系统产生指向钻柱的流体流动路径的紫外光。该系统还包括用于输送到钻柱的流体流动路径中的堵漏材料。堵漏材料具有低聚物、单体和光引发剂，该光引发剂能够在暴露于紫外线系统的紫外线照射时被活化。
在可选的实施方案中，该系统还可以包括由钻柱的旋转定义的预定开启信号模式。预定的开启信号模式可用于指示致动器向紫外线系统发送开启信号以将紫外线系统切换到开启状态。可以通过钻柱的旋转来定义预定的关闭信号模式。预定的关闭信号模式可用于指示致动器向紫外线系统发送关闭信号以将紫外线系统切换到关闭状态。
在其他可选的实施方案中，光引发剂可以是苄基二甲基缩醛，当暴露于紫外线系统的紫外线照射时，其能够产生自由基。低聚物可以是聚丙烯酸酯，单体可以是苯乙烯。通过暴露于紫外线系统的紫外线照射能够触发苯乙烯和聚丙烯酸酯的聚合反应。
在其他可选的实施方案中，该系统还可以包括在漏失区内固化的交联聚合物，该交联聚合物包括低聚物和单体。紫外线系统可以包括发光二极管型紫外线光源。致动器可以是固定到钻柱接头的井下端的管状致动器组件。紫外线系统可以是位于管状致动器组件的井下的管状紫外线组件，并且钻头组件可以固定到管状紫外线组件的井下侧。
在又一可选的实施方案中，致动器可以是管状致动器组件，该管状致动器组件具有内部管道构件，该内部管道构件具有由第一材料形成的轴瓦。外部管道构件可以围绕内部管道构件。轴承可以定位在内部管道构件和外部管道构件之间，该轴承由第二材料形成。第一材料可以与第二材料反应。轴瓦的反应模式可以定义为外部管构件相对于内部管道构件旋转并且轴承旋转经过轴瓦。反应模式可被译码以指示致动器向紫外线系统发送开启信号。
附图说明
为了获得和可以详细理解本公开的上述特征、方面和优点以及其他将变得显而易见的方式，通过参考在构成本说明书一部分的附图中示出的其实施方案，可以对上面简要概括的本公开的实施方案进行更具体的描述。然而，要注意，附图仅说明了本公开的某些实施方案，因此不应认为是对本公开范围的限制，因为本公开可以承认其他同等有效的实施方案。
图1是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图。
图2是根据本公开的实施方案的具有紫外线系统和致动器的钻柱的截面图。
图3是根据本公开的实施方案的用于封堵地下井的漏失区的系统的致动器的截面图。
图4是根据本公开的实施方案的用于封堵地下井的漏失区的系统的紫外线系统的截面图。
图5是根据本公开的实施方案的对堵漏材料的照射以及该堵漏材料的低聚物和单体之间的交联反应的示意图。
图6是根据本公开的实施方案的堵漏材料的照射反应的说明性示意图。
图7A-7E是根据本公开的实施方案的堵漏材料的示例性低聚物树脂的示例性化学配方。
图8是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图，表示钻柱在钻探地下井的漏失区的井上部分。
图9是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图，表示钻柱钻入漏失区中。
图10是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图，表示钻柱以这样的模式旋转：即指示致动器将开启信号发送至紫外线系统，以将紫外线系统切换至开启状态。
图11是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图，表示紫外线系统处于开启状态并且将堵漏材料输送到钻柱的流体流动路径中。
图12是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图，表示钻柱这样的模式旋转：即指示致动器向紫外线系统发送关闭信号，以使紫外线系统切换至关闭状态。
图13是根据本公开的实施方案的具有用于封堵地下井的漏失区的系统的地下井的截面图，表示钻柱钻探穿过漏失区内的交联聚合物。
具体实施方案
包括发明内容、附图说明和具体实施方案以及所附权利要求的说明书涉及本公开内容的特定特征(包括工艺或方法步骤)。本领域技术人员理解本公开包括说明书中描述的特定特征的所有可能组合和使用。本领域技术人员可以理解，本公开不限于或受说明书中给出的实施方案的描述所限。除了仅在说明书和所附权利要求的主旨内之外，本发明的主题不受限制。
本领域技术人员还理解，用于描述特定实施方案的术语并不限制本公开的范围或广度。在解释说明书和所附权利要求时，所有术语均应以与每个术语的上下文一致的最广泛的可能方式进行解释。除非另外定义，否则说明书和所附权利要求中使用的所有技术和科学术语具有与本公开涉及的本领域普通技术人员通常理解的相同含义。
如在说明书和所附权利要求中使用的，除非上下文另有明确说明，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数引用形式。如所使用的，词语“包括”、“具有”、“包括”和所有其他语法变体均旨在具有不排除附加要素、组件或步骤的开放的、非限制性的含义。本公开的实施方案可以适当地“包括所公开的限制特征”、“由所公开的限制特征组成”或“基本上由所公开的限制特征组成”，并且可以在不存在未公开的限制特征的情况下实施。例如，本领域技术人员可以认识到某些步骤可以合并成一个步骤。
空间术语描述了一个对象或一组对象相对于另一个对象或一组对象的相对位置。空间关系沿垂直轴和水平轴应用。除非另有说明，包括“井上”和“井下”、“上方”和“下方”以及其他类似术语的定向和相对关系词语是为了描述方便而不是限制性的。
在说明书或所附权利要求提供数值范围的情况下，应当理解，该区间包括上限和下限以及上限和下限之间的每个中间值。本公开包含并限制区间的较小范围，但受所提供的任何特定排除的约束。
在说明书和所附权利要求中提及包括两个或更多个定义的步骤的方法时，所定义的步骤可以以任何顺序或同时完成，除非上下文排除了这种可能性。
参见图1，地下井10可以具有延伸到地表14的井眼12。地下井10可以是海上井或陆基井，并且可以用于从地下烃储层生产烃，或者可以以其他方式与烃开发活动相关联。
钻柱16可以延伸到井眼12中并位于井眼12中。钻柱16可以包括管状构件18和井底组件20。管状构件18可以从地表14延伸到地下井10中。井底组件20可以包括例如钻铤、稳定器、铰刀、冲击器、钻头接头和钻头。钻柱16可用于钻探井眼12。在某些实施方案中，旋转管状构件18来旋转钻头以钻探井眼12。
钻柱16还可包括紫外线系统22、致动器24和流体流动路径26。在图1的示例性实施方案中，流体流动路径26是构成钻柱16的管状构件的中心孔。致动器24和紫外线系统22是可以与其他井下工具、装置和仪器无缝集成的独立系统，使得致动器24和紫外线系统22不会取代现有的钻井组合。
井眼12可以从地表14钻入并穿过地下地层的各种地层区28。地层区28可以包括作为生产区或非生产区的储层的层。地层区28还可以包括问题区，例如漏失区30。在一些实施方案中，漏失区30可以是生产区的井上或井下。
地层区28可以位于地下井10的无套管裸眼钻孔32的高度。钻柱16可以穿过地下井10的套管钻孔34以到达无套管裸眼钻孔32。或者，整个井眼12可以是无套管的裸眼钻孔。
参见图2和3，致动器24是管状致动器组件。管状致动器组件可固定到钻柱16的接头36的井下端。致动器组件可具有钻孔38，该钻孔38与接头36的钻孔对齐以形成钻柱16的流体流动路径26的一部分。
管状致动器组件可以包括内部管道构件40和外部管道构件42。外部管道构件42可以固定到钻柱16的接头36的井下端。外部管道构件42可以具有与钻柱16的接头36的外径基本相似或相同的外径。
内部管道构件40可被支撑在外部管道构件42内，使得外部管道构件42围绕内部管道构件40。内部管道构件40可(例如)支撑在位于井上支架44和井下支架46之间的外部管道构件42内。井上支架44和井下支架46可以从外部管道构件42的内径表面向内径向延伸。
轴承48可位于内部管道构件40和外部管道构件42之间。端轴承50可位于内部管道构件40的井上端和井上支架44之间，也可以位于内部管道构件40的井下端和井下支架46之间。侧轴承52可位于内部管道构件40的外径表面和外部管道构件42的内径表面之间。轴承48可与外部管道构件42一起围绕外部管道构件42的中心轴线旋转。例如，可以通过传统的轴承固定装置将轴承48与外部管道构件42一起固定。
内部管道构件40包括轴瓦54。在一些实施方案中，可以只有一个轴瓦54。在可选的实施方案中，有一组轴瓦54围绕内部管道构件40的表面间隔开。轴瓦54定位成使轴瓦54与轴承48对齐。作为实例，轴瓦54可以位于内部管道构件40的外径表面上并且可以与侧轴承52轴向对齐。在可选的实施方案中，轴瓦54可以定位在内部管道构件40的井上表面或井下表面，并且可以与端轴承50径向对齐。
轴瓦54可以由第一材料形成并且轴承48可以由第二材料形成。第一材料可以与第二材料反应。在本公开的实施方案中，当钻柱16旋转时，外部管道构件42将相对于内部管道构件40旋转。当钻柱16旋转时，外部管道构件42可以与钻柱16一起旋转并且内部管道构件40可以保持静止。当轴承48旋转经过轴瓦54时，可以感测轴瓦54的第一材料与轴承48的第二材料的反应。例如，第一材料可以具有与第二材料相反的极性。或者，第一材料可以是压电材料并且第二材料可以在第一材料上引起机械应力。
为了指示致动器向紫外线系统22发送信号，钻柱16可以从地面旋转，以使外部管道构件42以预定模式相对于内部管道构件40旋转。该模式可以包括例如钻柱16的转数、钻柱16的旋转速度或速率、或钻柱16的旋转方向。
在轴承48旋转经过轴瓦54时感测到轴瓦54的第一材料与轴承48的第二材料的反应，并且可以转换为数字信号以供管状致动器组件的电子器件包56进行译码。电子器件包56可以包括用于信号译码的数字逻辑电路，并且可以包括致动器系统收发器，用于基于通过钻柱16的预定旋转模式接收的指令向紫外线系统22发出信号。
作为实例，钻柱16的一种预定旋转模式可以是指示致动器24向紫外线系统22发送开启信号以将紫外线系统22切换到开启状态。作为另一示例，钻柱16的另一预定旋转模式可以是指示致动器24向紫外线系统22发送关闭信号以将紫外线系统22切换到关闭状态。
参见图2和4，紫外线系统22是位于管状致动器组件的井下的管状紫外线组件。在图2的示例性实施方案中，管状紫外线组件固定到管状致动器组件的井下端。在可选的实施方案中，管状紫外线组件可以通过钻杆接头或通过其他井下工具或设备与紫外线系统22间隔开。
钻头组件可以固定到管状紫外线组件的井下侧。理想的是使管状紫外线组件靠近钻头，包括直接靠近钻头，以便堵漏材料在离开钻柱16的井下端之前立即通过管状紫外线组件。以这种方式，堵漏材料在钻柱16内变硬的机会被最小化。
管状紫外线组件是细长管状构件，其具有与管状致动器组件的孔38和钻柱16的孔流体连通以形成钻柱16的流体流动路径26的一部分的孔。管状紫外线组件可具有外部管状件，该外部管状构件固定到与管状紫外线组件井上的管状紫外线组件相邻的钻柱16的构件，以及固定到与管状紫外线组件井下的管状紫外线组件相邻的钻柱16的构件。
管状紫外线组件包括紫外线源58。紫外线源58将紫外光导向钻柱16的流体流动路径26的方向。在图2的示例性实施方案中，紫外线源58将紫外光导向朝向管状紫外线组件的中心轴线径向向内的方向，这是钻柱16的流体流动路径。
当紫外线系统22处于开启状态时，紫外线源58产生紫外光。在示例性实施方案中，当紫外线系统22处于开启状态时，将交流电施加到紫外线源58，并且紫外线灯产生具有选定频率和波长的紫外线。作为实例，紫外光可以具有在200nm至395nm范围内的波长，该波长取决于要进行的工作。作为实例，紫外线系统22可以提供波长为200nm至280nm的短波紫外线用于顶面固化。或者，紫外线系统22可以提供波长为280nm至32 0nm的中等波长范围的紫外光，用于中等深度穿透固化。或者，紫外线系统22可以提供波长为320nm至395nm的长波紫外光，用于更深的穿透固化和交联应用。在示例性实施方案中，紫外线系统22可以是电池供电的发光二极管(LED)型紫外线光源。与传统的紫外线灯相比，LED型紫外线灯耗电更少，使用寿命更长。紫外光源可用于引发用作堵漏材料的光敏聚合物的聚合或交联反应。当紫外线系统22处于关闭状态时，紫外线源58不产生紫外线。
紫外线系统22还可以包括紫外线系统收发器60。紫外线系统收发器60可以与管状致动器组件的电子器件包56通信。在示例性实施方案中，紫外线系统22和致动器24可以通过紫外线系统收发器60无线通信，该紫外线系统收发器60可以与管状致动器组件的电子器件包56通信。在可选的实施方案中，紫外线系统22和致动器24可以通过有线连接(例如通过有线钻杆)进行通信。紫外线系统22和致动器24之间的通信示例是致动器24向紫外线系统22发送开启信号以将紫外线系统22切换到开启状态。紫外线系统22和致动器24之间的通信的另一个示例是致动器24向紫外线系统22发送关闭信号以将紫外线系统22切换到关闭状态。
紫外线系统22可以进一步包括电源62。电源62可以是(例如)电池。电源62可以具有足够的存储电力供应，以允许紫外线系统22在钻探作业的持续时间内工作。
当处于开启位置时，紫外线系统22可以将紫外光导向在钻柱16的流体流动路径26中输送的堵漏材料。在通过紫外线系统22之后，可以将堵漏材料输送到漏失区30(图1)。
参见图5，堵漏材料64可以包括低聚物66、单体68和光引发剂70。堵漏材料可以包括“响应”材料。如在本公开中使用的，“响应”材料是响应于所施加的外部刺激(例如紫外线照射)而经历可逆或不可逆化学变化的材料。作为实例，光引发剂对紫外光敏感，在受到紫外光照射时会产生自由基。产生的自由基将激发单体，该单体将聚合或交联低聚物，从而由此使得堵漏材料变稠、硬化并最终固化。填料72也可用于堵漏材料中以减少由于聚合引起的收缩。作为实例，填料可以是二氧化硅。或者，填料可以是重晶石、碳酸钙、钛铁矿、赤铁矿或飞灰。
如果堵漏材料64不暴露于紫外光，则堵漏材料64可以无限期地保持其流体或可流动形式。这将减轻堵漏材料64过早固化的风险，例如在钻柱16内固化。
参见图6，在示例性实施方案中，低聚物66是聚丙烯酸酯。在可选的实施方案中，低聚物66可以是树脂。例如，低聚物68可以是不饱和聚酯树脂(图7A)、丙烯酸环氧树脂(图7B)、丙烯酸聚氨酯环氧树脂(图7C)、丙烯酸苯乙烯树脂(图7D)或丙烯酸醚树脂(图7E)。
在图6的示例性实施方案中，单体68是苯乙烯。或者，单体68可以是二亚乙基三胺、三亚乙基四胺或四亚乙基五胺。
光引发剂通常是离子或自由基光引发剂。光引发剂的选择通常取决于单体和低聚物之间聚合反应的类型。在示例性实施方案中，光引发剂70可以是鎓盐、有机金属化合物和吡啶鎓盐，或二苯甲酮、苄基二甲基缩醛。在图6的示例性实施方案中，光引发剂70是苄基二甲基缩醛。在图6的实例中，在紫外线照射下，苄基二甲基缩醛会产生自由基，从而引发苯乙烯和聚丙烯酸酯的自由基聚合反应以形成交联聚合物78。
在操作实例中，参见图8，包括紫外线系统22和致动器24的钻柱16可用于钻探地下井10。由于钻柱16形成地下井10，钻井液74可在井下循环穿过钻柱16的流体流动路径26而钻探，可以通过井底组件20离开，并返回限定在钻柱16的外表面和地下井10的内表面之间的环空76中的井上。在图9的示例性实施方案中，钻柱16正在钻探地下井10的一部分，该部分位于漏失区30的井上，并且大部分钻井液通过环空76返回到地面。
参见图9，在钻探作业期间，钻柱16可能遇到漏失区30。当井底组件的井下端已经钻入漏失区30中时，钻井液74可以流入漏失区30。因为当钻井液74流入漏失区30时，较小部分的钻井液74通过环空76返回到地面。为了解决循环流体的这种损失，可以使用堵漏材料来堵塞漏失区30。
参见图10，在将漏失循环流体引入钻柱16之前，可以指示致动器24向紫外线系统发送开启信号22以将紫外线系统22切换到开启状态。在开启状态下，紫外线系统22产生指向钻柱16的流体流动路径26的紫外光。
为了提供预定的开启信号以指示致动器24，钻柱16可以从地面旋转，使得外部管道构件42以预定模式相对于内部管道构件40旋转。作为实例，钻柱16可以在特定方向上旋转特定次数，以使致动器24生成唯一的开启信号模式，然后由数字逻辑译码该模式以开启电池供电的紫外线系统22。数字逻辑可以被编码以响应一种或多种独特的信号模式。致动器24可以无线地或通过有线钻杆与紫外线系统22通信。
参见图11，在紫外线系统22已经切换到开启状态后，可以将堵漏材料64可以被输送到钻柱16的流体流动路径26中。当堵漏材料64通过钻柱16的流体流动路径26时，堵漏材料64置换了钻井液74。钻井液74可以通过环空76流到地面或可以漏到漏失区30。
当堵漏材料64通过紫外线系统22时，堵漏材料64暴露于照射堵漏材料64的紫外光下，以从光引发剂70中产生自由基。这些自由基触发单体68进行与低聚物66的交联或聚合反应(图6)。
参见图12，可以将钻井液74输送到钻柱16的流体流动路径26中以置换堵漏材料64。在堵漏材料64通过紫外线系统22之后，堵漏材料64被输送到漏失区30。因为已经用紫外光照射了堵漏材料64，所以所产生的交联或聚合反应可以在漏失区30内形成交联聚合物78。停止钻探地下井10直到交联聚合物78在漏失区30内硬化和凝固。
在所有的堵漏材料已经通过紫外线系统22之后，可以指示致动器24向紫外线系统22发送关闭信号以将紫外线系统22切换到关闭状态。在关闭状态下，紫外线系统22不产生紫外光。
为了向致动器24提供预定的关闭信号，钻柱16可以从地面旋转，使得外部管道构件42以预定模式相对于内部管道构件40旋转。作为实例，钻柱16可以在特定方向上旋转特定次数，以使致动器24产生独特的关闭信号模式，然后由数字逻辑译码该模式以打开电池供电的紫外线系统22。数字逻辑可以被编码以响应一种或多种独特的信号模式。致动器24可以无线方式或通过有线钻杆与紫外线系统22通信。
参见图13，在交联聚合物78在漏失区30内硬化并固化后，可以恢复地下井10的钻探。钻柱16可以旋转，使得井底组件20的钻头组件继续钻探地下井10。钻头可以从漏失区30的井上位置钻探穿过交联聚合物72(图13)到达漏失区30的井下位置(图14)，并可恢复正常钻探作业。根据本公开的实施方案的用于封堵地下井的漏失区的钻探作业和方法可以通过工业物联网(IIoT)平台进行管理。
因此，本公开的实施方案提供了用于固化漏失的系统和方法，其可以确保在漏失区有效放置和活化堵漏材料，从而最小化或消除在放置和活化堵漏材料中的任何错误。在本公开的实施方案中，致动器位于井下并且可以从地面控制。紫外线系统放置在钻头附近，并且可以触发堵漏材料的聚合或交联反应。堵漏材料在很短的时间内变稠变硬，可以封堵造成漏失的裂缝或孔洞。
因此，本文所述的实施方案很好地适用于实现目标并获得所提到的目的和优点，以及其中固有的其他优点。尽管为了公开的目的已经描述了某些实施方案，但是在用于实现期望结果的过程的细节中存在许多变化方式。对于本领域技术人员来说将很容易得到这些和其他类似的修改的相关启示，并且旨在包含在本文公开的本公开的范围和所附权利要求的范围内。
Claims (22)
1.一种封堵地下井的漏失区的方法，该方法包括：
将钻柱延伸到所述地下井中，所述钻柱具有紫外线系统、致动器和流体流动路径；
指示所述致动器向所述紫外线系统发送开启信号以将所述紫外线系统切换到开启状态，其中在所述开启状态下所述紫外线系统产生指向所述钻柱的所述流体流动路径的紫外光；
将堵漏材料输送到所述钻柱的所述流体流动路径中，所述堵漏材料具有低聚物、单体和光引发剂；
将所述堵漏材料暴露在紫外光下以活化所述堵漏材料；和
将所述堵漏材料输送至所述漏失区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中指示所述致动器向所述紫外线系统发送开启信号以将所述紫外线系统切换到所述开启状态包括以预定的开启信号模式旋转所述钻柱。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在将所述堵漏材料暴露于紫外光之后，指示所述致动器向所述紫外线系统发送关闭信号，以通过以预定关闭信号模式旋转所述钻柱从而将所述紫外线系统切换到关闭状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述光引发剂是苄基二甲基缩醛，并且其中暴露于所述紫外线系统的紫外线照射导致所述苄基二甲基缩醛产生自由基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述低聚物是聚丙烯酸酯并且所述单体是苯乙烯，并且其中暴露于所述紫外线系统的紫外线照射触发所述苯乙烯和所述聚丙烯酸酯的聚合反应。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括在所述漏失区内形成交联聚合物，并停止所述地下井的钻探直到所述交联聚合物已经在所述漏失区内硬化并固化。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括在所述交联聚合物已经在所述漏失区内硬化并固化后，恢复所述地下井的钻探并从所述漏失区的井上位置钻探至所述漏失区的井下位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述低聚物是选自由不饱和聚酯树脂、丙烯酸环氧树脂、丙烯酸聚氨酯环氧树脂、丙烯酸苯乙烯树脂和丙烯酸醚树脂组成的组中的树脂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述紫外线系统包括发光二极管型紫外线光源。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述致动器是管状致动器组件，并且所述方法包括将所述管状致动器组件固定到所述钻柱接头的井下端。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述紫外线系统是位于所述管状致动器组件的井下的管状紫外线组件，并且所述方法还包括将钻头组件固定到所述管状紫外线组件的井下侧。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述致动器是管状致动器组件，该管状致动器组件具有：
具有由第一材料形成的轴瓦的内部管道构件；
围绕所述内部管道构件的外部管道构件；
位于所述内部管道构件和所述外部管道构件之间的轴承，该轴承由第二材料形成，其中所述第一材料能与所述第二材料反应；其中
指示所述致动器向所述紫外线系统发送开启信号包括使所述外部管道构件相对于所述内部管道构件旋转，并且当所述轴承旋转经过所述轴瓦时译码所述轴瓦的反应模式。
13.一种用于封堵地下井的漏失区的系统，该系统包括：
具有紫外线系统、致动器和流体流动路径的钻柱；
所述致动器能够向所述紫外线系统发送开启信号以将所述紫外线系统切换到开启状态，其中在所述开启状态下，所述紫外线系统产生指向所述钻柱的所述流体流动路径的紫外光；
用于输送到所述钻柱的所述流体流动路径中的堵漏材料，该堵漏材料具有低聚物、单体和光引发剂，该光引发剂能够在暴露于所述紫外线系统的紫外线照射时被活化。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括由所述钻柱的旋转限定的预定开启信号模式，所述预定开启信号模式能够指示所述致动器向所述紫外线系统发送所述开启信号以将所述紫外线系统切换到开启状态。
15.根据权利要求13或14所述的系统，还包括由所述钻柱的旋转限定的预定关闭信号模式，所述预定关闭信号模式能够指示所述致动器向所述紫外线系统发送所述关闭信号以将所述紫外线系统切换到关闭状态。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的系统，其中所述光引发剂是苄基二甲基缩醛，当暴露于所述紫外线系统的紫外线照射时，所述苄基二甲基缩醛能够产生自由基。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的系统，其中所述低聚物是聚丙烯酸酯并且所述单体是苯乙烯，并且其中暴露于所述紫外线系统的紫外线照射能够触发所述苯乙烯和所述聚丙烯酸酯的聚合反应。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的系统，还包括在所述漏失区内固化的交联聚合物，所述交联聚合物包括所述低聚物和所述单体。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的系统，其中所述紫外线系统包括发光二极管型紫外线光源。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的系统，其中所述致动器是固定到所述钻柱接头的井下端的管状致动器组件。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述紫外线系统是位于所述管状致动器组件的井下的管状紫外线组件，并且还包括固定到所述管状紫外线组件的井下侧的钻头组件。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的系统，其中所述致动器是管状致动器组件，该管状致动器组件具有：
具有由第一材料形成的轴瓦的内部管道构件；
围绕所述内部管道构件的外部管道构件；
位于所述内部管道构件和所述外部管道构件之间的轴承，该轴承由第二材料形成，其中所述第一材料能与所述第二材料反应；其中
所述轴瓦的反应模式定义为当所述外部管道构件相对于所述内部管道构件旋转且所述轴承旋转经过所述轴瓦时，所述反应模式可被译码以指示所述致动器向所述紫外线系统发送开启信号。
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