JP2021505789A - 坑井ケーシングライナープリンティング - Google Patents
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Abstract
炭化水素井戸の坑井内に配置されたケーシングパイプと坑井の壁との間に位置する環状領域内に配置されるように適合され、環状領域内で回転し、環状領域内に材料を堆積して環状領域内にケーシングライナーを形成するように適合されたケーシングライナープリントヘッドを含む坑井ケーシングライナープリンティングシステムが提供される。ケーシングライナープリントヘッドは、半径方向に直列に配置された第1のセットのプリントノズルと、半径方向に直列に配置され、第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルとを含む。第1のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出するように適合された第1のセットのプリントノズル、および第2のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出するように適合された第2のセットのプリントノズルは、第1のケーシングライナー材料および第2のケーシングライナー材料のケーシングライナーを形成する。
Description
実施形態は一般に、井戸を開発することに関し、より詳細には、井戸の坑井におけるセメント質材料の付加製造に関する。
井戸には、地下層(地表下の地層)へのアクセスを提供して、地下層からの炭化水素や水などの天然資源の抽出を容易にするため、地下層への流体の注入を容易にするため、または地下層の評価および監視を容易にするために、地中に掘削される坑井(または「ボアホール」)が含まれる。石油産業では、井戸が地下層から石油やガスなどの炭化水素を抽出(または「生産」)するために掘削されることが多い。「油井」という用語が、石油を生産するために設計された井戸を指すために使用される。油井の場合、天然ガスは典型的には石油とともに生産される。石油と天然ガスの両方を生産する井戸は、「石油・ガス井」または「油井」と呼ばれることがある。
油井の作成には一般に、掘削段階、仕上げ段階、生産段階など、いくつかの段階が含まれる。掘削段階は通常、生成され得る炭化水素が集中的に分布することが予想される地下層への坑井の掘削を含む。炭化水素が分布することが予想される地下層の部分は、しばしば「炭化水素貯留層」または「貯留層」と呼ばれる。掘削プロセスは通常、地表に位置する掘削リグによって促進される。掘削リグは、掘削ビットを操作して、坑井を切削し、掘削パイプおよび工具を昇降させ、旋削し、坑井内で掘削流体を循環させ、一般に、坑井内の様々な作業(または「ダウンホール」作業)を制御する。仕上げ段階は、井戸を炭化水素を生産するように準備をすることを含む。場合によっては、仕上げ段階は、ケーシングパイプを坑井内に設置すること、ケーシングを所定の位置にセメント固定すること、ケーシングパイプおよびセメントを穿孔すること、生産管を設置すること、および流体を坑井内にポンプ圧送して、貯留層および井戸を破砕し、洗浄し、あるいは準備して、炭化水素を生産することを含む。生産段階は、井戸を経由して貯留層から炭化水素を生産することを含む。生産段階では、掘削リグは通常取り外され、坑井内の圧力を調節し、坑井からの生産フローを制御し、さらなる仕上げ作業が必要な場合に坑井へのアクセスを提供する「生産ツリー」としばしば呼ばれるバルブの集合体に置き換えられる。ポンプジャッキまたは他の機構は、特に井戸内の圧力が非常に低く、炭化水素が表面に自由に流れない場合に、貯留層から炭化水素を抽出するのを助ける揚力を提供するために使用されることがある。生産ツリーの出口バルブからの流れは、通常、タンク、パイプライン、および生産物を精油所や輸出ターミナルのような下流の施設に輸送する輸送車両のような中流の施設の流通ネットワークに接続される。
井戸の一体性を確立するためには、井戸仕上げのケーシング作業が特に重要であり得る。ケーシングアセンブリは通常、坑井に挿入され、ケーシングパイプの外側と坑井の壁との間に形成される環状領域に配置されるセメントなどの硬化材料によって適所に保持される、大口径の硬質ケーシングパイプ(例えば、中空円筒形鋼管)を含む。ケーシング作業は一般に、ケーシングパイプを坑井内に降下させるステップと、ケーシングパイプを適所に固定し、環状領域を効果的にシールして、流体およびガスが環状領域を通って移動するのを防止するために、セメントを環状領域内にポンプ圧送するステップとを含む。仕上げ作業中、ケーシングパイプおよびセメントはしばしば、貯留層の周囲部分との流体連通を提供するために、穿孔される。例えば、貯留層の所定の深さ間隔に石油およびガスが分布することが予測される生産油井の場合には、深さ間隔を横切ってケーシングパイプおよびセメントに穿孔を形成して、貯留層からの石油およびガスのケーシングパイプの内部への流れを容易にすることができる。生産段階では、ケーシングパイプの内部、またはケーシングの内側に配置された生産管は、石油およびガスを地表に導くための導管としての役割を果たすことができる。
従来の井戸では、ケーシングシステムは、坑井内に深く延在する、以前のケーシングラン内に連続的に配置される複数の間隔のケーシングをしばしば含む。これらは、例えば、地表から第1の深さ間隔内に延在する導体パイプと、導体パイプから第2の深さ間隔内に延在する表面ケーシングと、表面ケーシングから第3の深さ間隔内に延在する中間ケーシングと、中間ケーシングから第4の深さ間隔内に延在する生産ケーシングとを含むことができる。生産ケーシングは例えば、第4の深さ間隔内で周囲の貯留層の生産ゾーンと流体連絡を提供する穿孔を含んでもよい。ケーシングは一般に、井戸の動作および一体性を維持するのに重要な複数の機能を果たす。ケーシングは、(例えば、坑井を覆う堅固な構造を提供することによって)地層が坑井内へ陥没するのを防止することができ、(例えば、ケーシングに結合されたバルブによって制御することができるケーシングの内部へ加圧された地層流体を導くために環状領域をシールすることによって)ダウンホール圧力の制御を提供することができ、(例えば、坑井の第1の深さ間隔をシールオフすることによって、第1の深さ間隔にわたる水生成を抑制し、穿孔が存在する第2の深さ間隔からの油生産のための導管を提供することによって)地層の異なる部分を選択的に分離することを提供することができる。
出願人は、井戸をケーシングするための既存の技術には欠点があることを認識している。例えば、従来のケーシング作業は、適切なレベルの構造一体性を提供しない場合がある。多くの場合、ケーシング作業は、ケーシングパイプを坑井に設置し、ケーシングパイプを坑井内に固定するためのセメンチング作業を含む。セメンチング作業は通常、ケーシングパイプの外側とセメントで充填される坑井の壁との間に形成される環状領域の容積を決定することと、決定された容積のセメントを環状領域にポンプ圧送することと、セメントがケーシングパイプを所定の位置に固定するように硬化させることを含む。これは、例えば、ある体積のセメントスラリーをケーシングパイプの内部を通って下方にポンプ圧送することを含み、そこでケーシングのダウンホール端部から排出され、環状領域内にアップホール移動し、環状領域を充填する。残念ながら、セメントの移動および配置は、予測および追跡が困難であり得、セメントの一体性を損ない得る不整合を形成する傾向がある。例えば、セメントを正確に配置しないと、セメントに望ましくない空隙が生じ、これが予期せぬ破損を招き、セメントが坑井内の高圧流体に曝されたときに破滅的な破裂さえも引き起こすことがある。セメントの一体性が重要であることを考えると、井戸オペレータは、設置時および井戸の寿命にわたって、セメントを検査および監視するためにかなりの時間および費用を費やす。例えば、井戸オペレータは、井戸の寿命にわたって、セメントの状態を評価するために、定期的に検層作業を行うことができる。したがって、従来のケーシング作業は、識別され監視されなければならない不整合をもたらし、それによって、井戸を開発し、操作する複雑さ、リスク、および費用を増大させる可能性がある。
欠点のさらなる例として、従来のケーシング作業は時間がかかり、費用がかかる可能性がある。多くの場合、ケーシング作業は、ケーシングパイプを配置してケーシングパイプを所定の位置にセメント接着するために、かなりの時間を必要とし、ケーシング作業が完了する間、他の作業を中断することを必要とする。例えば、井戸の第1の深さ間隔が掘削された後、掘削ストリング(例えば、掘削パイプおよび掘削ビットを含む)は除去され得、ケーシングパイプの第1の間隔は坑井の第1の深さ間隔に位置決めされ得、セメントスラリーは環状領域にポンプ圧送され得、セメントを硬化させるために追加の時間が取られ得、セメントが硬化した後、次の深さ間隔の掘削が進行され得る。これは、例えば、ケーシングの底部で硬化したセメントを掘削し、地層内により深く掘削を進めることを含むことができる。このように、従来のケーシング作業は、追加の運転および作業(例えば、掘削ストリングを引っ張ること、ケーシングパイプを動かすこと、ケーシングパイプを所定の位置にセメント接着すること、および掘削ストリングを再び動かすこと)を必要とする停止・始動アプローチを必要とすることがあり、これは掘削および井戸の仕上げのための時間およびコストを増大させる。
既存の井戸ケーシング作業のこれらおよび他の欠点を認識して、本出願人は、井戸のケーシングのための新しいシステムおよび方法を開発した。いくつかの実施形態では、坑井のケーシング作業は、坑井内にセメントなどの坑井ライニング材を堆積させるために、三次元(3D)プリンティングなどの付加製造(AM)技術を採用する。例えば、3Dセメントプリントヘッドのような付加プリンティング装置を、坑井内に位置決めされたケーシングパイプの外側と坑井の壁との間に配置された坑井の環状領域内に位置決めすることができる。付加プリンティング装置は、坑井の環状領域の長さに沿って前進するにつれて、環状領域にセメント層を正確に堆積させて、組み合わせて、環状領域の深さ間隔を充填するプリントケーシングライナーを形成するケーシングライナーのプリント層を作製するように作動させることができる。有利には、ケーシングライナー材料の正確な増分配置は、ケーシングライナー材料が特定の位置に堆積されて、ケーシングライナーの機械的特性に悪影響を及ぼし、ケーシングの一体性を損なう恐れのある、不要な空隙などの不整合を含まないことを確実にすることができる。例えば、セメントの付加製造は、プリントセメントケーシングライナーを形成するために、環状領域内の各位置に堆積されるセメントの量の正確な制御および監視を可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、付加プリンティング装置が坑井内の特定の位置に坑井ライニング材を送達する1つまたは複数のノズルを有するプリントヘッドを含む。例えば、付加プリンティング装置は、セメントなどのケーシングライナー材料を環状領域内の特定の位置に噴出する1つまたは複数のノズルを有する3Dセメントプリントヘッドを含むことができる。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のノズルは、プリントケーシングライナーを形成する異なる材料を堆積するためのノズルを含む。例えば、1つまたは複数のノズルは、セメントを堆積させるための1組のセメントノズルと、プリントセメントケーシングを形成するためにセメントと共に堆積させることができるポリマーなどの付加剤を堆積させるための1組の付加ノズルとを含むことができる。そのような配置は、セメントおよび他の材料のセメント質マトリックスを含むプリントケーシングライナーを形成するために、複数の材料が、セメンチング作業の間に同時に堆積されることを可能にし得る。
いくつかの実施形態では、プリントケーシングライナーは、ケーシングライナーの機械的特性を部分的に変える一体化構造を含むように形成される。いくつかの実施形態では、一体化構造は、ケーシングライナー材料の空隙であるプリントケーシングライナー内の体積を含む。例えば、一体化構造は、セメント材料内に封入されたある体積の気体、液体、または固体(セメント材料以外)を含む、プリントケーシングセメントライナー内の空隙を含むことができる。いくつかの実施形態では、一体化構造は、延性または耐衝撃性等のケーシングライナーの機械的特性に特定の変更を施すように戦略的に配置され、成形される。例えば、プリントセメントケーシングライナーは、坑井の半径方向または長手方向に延在する一体化構造のパターンを含むようにプリントされてもよい。そのような一体化構造は、(中実セメント構造のものと比較して)半径方向または長手方向のプリントケーシングセメントのヤング率を低下させることができ、それにより、セメントが半径方向または長手方向に変形して、ひび割れあるいは破損することなく、プリントセメントケーシングライナーに作用する半径方向または長手方向の応力の変動を吸収することができる。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料の堆積とは無関係に、一体化構造が坑井内に形成される。例えば、ハニカム形状のポリマー材料のような一体化構造は、坑井の環状領域にプリントされ、構造内に形成される連続した空隙を有する一体化構造を形成することができる。次に、セメント材料を一体化構造の連続した空隙に注入して、セメント材料および一体化構造材料のセメント質マトリックスから形成されたプリントケーシングライナーを形成することができる。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料は、一体化構造とは無関係に坑井内に形成される。例えば、セメント材料は、連続したハニカム形状の空隙構造のような、セメント材料に形成された1つまたは複数の連続した一体化空隙構造で、坑井の環状領域にプリントされてもよい。次に、ポリマーなどの一体化構造材料を、プリントセメント材料の1つまたは複数の連続した一体化空隙構造に注入して、セメント材料のセメント質マトリックスおよび付加材料構造から形成されたプリントケーシングライナーを形成することができる。
いくつかの実施形態において、坑井を地下地層内へ掘削するステップと、坑井内のケーシングパイプを位置決めするステップと、ケーシングパイプの外側と坑井の壁との間の環状領域におけるケーシングライナーの付加製造を含むセメンチング作業を行うステップと、を含む方法が提供される。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナーはセメント質材料を含み、セメンチング作業は、プリントヘッドが環状領域内を前進する際に、ケーシングライナーを形成する位置にセメント質材料を堆積させるプリントヘッドを含む。特定の実施形態では、ケーシングライナーは、ケーシングライナー材料およびケーシングライナー材料で形成される1つまたは複数の一体化構造を含む。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料はセメントを含む。特定の実施形態では、1つまたは複数の一体化構造のうちの少なくとも1つは、セメント以外の物質を含有するケーシングライナー材料内の空隙を含む。いくつかの実施形態では、物質は、セメント以外の気体、流体、または固体を含む。いくつかの実施形態では、前記1つまたは複数の一体化構造は、ケーシングライナーがケーシングライナー材料のヤング率より小さい半径方向のヤング率を有するように、環状領域において半径方向に延び、ケーシングライナー材料のヤング率より小さいヤング率を有する物質を含有する、ケーシングライナー材料内に細長い空隙を含む。特定の実施形態では、一体化構造は、ケーシングライナーがケーシングライナー材料のヤング率より小さい長手方向のヤング率を有するように、環状領域において長手方向に延び、ケーシングライナー材料のヤング率より小さいヤング率を有する物質を含む、ケーシングライナー材料内に細長い空隙を含む。いくつかの実施形態では、ケーシングライナーの付加製造は、環状領域における一体化構造の付加製造(一体化構造がその中に形成される1つまたは複数の空隙を有する)を含み、セメンチング作業は一体化構造の1つまたは複数の空隙にセメント質材料を注入することをさらに含む。
特定の実施形態では、ケーシングライナーの付加製造は、環状領域におけるセメント構造の付加製造(セメント構造がその中に形成される1つまたは複数の空隙を有する)を含み、セメンチング作業はセメント構造の1つまたは複数の空隙に物質を注入することをさらに含む。いくつかの実施形態では、ケーシングパイプを坑井内に位置決めすることは、坑井内のケーシングパイプの付加製造の実施を含む。いくつかの実施形態では、環状領域内のケーシングライナーの付加製造、および坑井内のケーシングパイプの付加製造はケーシングライナーおよびケーシングパイプ内に1つまたは複数の穿孔を形成して、地層とケーシングパイプの中央通路との間の物質の流れを容易にすることを含む。
いくつかの実施形態では、井戸の坑井内にケーシングライナー材料を堆積させるように適合された1つまたは複数のノズルを含むプリントヘッドを含む付加製造装置と、坑井内にケーシングライナーを形成するために、坑井内に位置するケーシングパイプの外側と坑井の壁との間に位置する坑井の環状領域にケーシングライナー材料を堆積させることを含む、坑井内にケーシングライナーの付加製造を実行するように付加製造装置を制御することを含む、セメンチング作業を実行するように適合された井戸制御システムとを含む、井戸システムが提供される。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料はセメント質材料を含み、セメンチング作業は、プリントヘッドが環状領域内で前進するように制御し、プリントヘッドが環状領域内で前進するときにケーシングライナーを形成する位置にセメント質材料を堆積させることを含む。特定の実施形態では、ケーシングライナーは、ケーシングライナー材料およびケーシングライナー材料で形成される1つまたは複数の一体化構造を含む。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料はセメントを含む。特定の実施形態では、1つまたは複数の一体化構造のうちの少なくとも1つはセメント以外の物質を含有するケーシングライナー材料内の空隙を含む。いくつかの実施形態では、物質は、セメント以外の気体、流体、または固体を含む。特定の実施形態では、前記1つまたは複数の一体化構造は、ケーシングライナーがケーシングライナー材料のヤング率よりも小さい半径方向のヤング率を有するように、環状領域において半径方向に延び、ケーシングライナー材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する物質を含有するケーシングライナー材料内に細長い空隙を含む。いくつかの実施形態では、一体化構造は、ケーシングライナーがケーシングライナー材料のヤング率よりも小さい長手方向のヤング率を有するように、環状領域において長手方向に延び、ケーシングライナー材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する物質を含有するケーシングライナー材料内に細長い空隙を含む。
特定の実施形態では、ケーシングライナーの付加製造は、環状領域における一体化構造の付加製造(一体化構造がその中に形成される1つまたは複数の空隙を有する)を含み、セメンチング作業は、一体化構造の1つまたは複数の空隙へのセメント質材料の注入を制御することをさらに含む。いくつかの実施形態では、ケーシングライナーの付加製造は、環状領域におけるセメント構造の付加製造(セメント構造がその中に形成される1つまたは複数の空隙を有する)を含み、セメンチング作業は、セメント構造の1つまたは複数の空隙への物質の注入を制御することをさらに含む。いくつかの実施形態では、井戸制御システムは、坑井内のケーシングパイプの付加製造を行うために付加製造装置を制御することを含むケーシングパイプ作業を行うように、さらに適合される。いくつかの実施形態では、環状領域内のケーシングライナーの付加製造、および坑井内のケーシングパイプの付加製造は、ケーシングライナーおよびケーシングパイプ内に1つまたは複数の穿孔を形成して、地層とケーシングパイプの中央通路との間の物質の流れを容易にすることを含む。
いくつかの実施形態において、プロセッサによって実行可能であり、坑井を地下層に掘削し、坑井内にケーシングパイプを位置決めし、ケーシングパイプの外側と坑井の壁との間の環状領域内にケーシングライナーの付加製造を含むセメンチング作業を実施する作業をもたらす、プログラム命令を記憶した、非一時的なコンピュータ可読媒体が提供される。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナーはセメント質材料を含み、セメンチング作業は、プリントヘッドが環状領域内を前進する際に、ケーシングライナーを形成するために所定の位置にセメント質材料を堆積させるプリントヘッドを含む。特定の実施形態では、ケーシングライナーは、ケーシングライナー材料およびケーシングライナー材料で形成される1つまたは複数の一体化構造を含む。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料はセメントを含む。特定の実施形態では、1つまたは複数の一体化構造のうちの少なくとも1つはセメント以外の物質を含有するケーシングライナー材料内の空隙を含む。いくつかの実施形態では、物質はセメント以外の気体、流体、または固体を含む。特定の実施形態では、前記1つまたは複数の一体化構造は、環状領域において半径方向に延び、ケーシングライナーがケーシングライナー材料のヤング率よりも小さい半径方向のヤング率を有するように、ケーシングライナー材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する物質を含有するケーシングライナー材料内に細長い空隙を含む。いくつかの実施形態では、一体化構造は、ケーシングライナーがケーシングライナー材料のヤング率よりも小さい長手方向のヤング率を有するように、環状領域において長手方向に延び、ケーシングライナー材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する物質を含有するケーシングライナー材料内に細長い空隙を含む。
特定の実施形態では、ケーシングライナーの付加製造が環状領域における一体化構造の付加製造を含み(一体化構造がその中に形成される1つまたは複数の空隙を有する)、セメンチング作業は一体化構造の1つまたは複数の空隙にセメント質材料を注入することをさらに含む。いくつかの実施形態ではケーシングライナーの付加製造が環状領域におけるセメント構造の付加製造を含み(セメント構造がその中に形成される1つまたは複数の空隙を有する)、セメンチング作業はセメント構造の1つまたは複数の空隙に物質を注入することをさらに含む。特定の実施形態では、ケーシングパイプを坑井内に位置決めすることは坑井内のケーシングパイプの付加製造の実施を含む。いくつかの実施形態では環状領域内のケーシングライナーの付加製造、および坑井内のケーシングパイプの付加製造は、ケーシングライナーおよびケーシングパイプ内に1つまたは複数の穿孔を形成して、地層とケーシングパイプの中央通路との間の物質の流れを容易にすることを含む。
いくつかの実施形態において、炭化水素井戸の坑井内に配置されたケーシングパイプと坑井の壁との間に位置する環状領域内に配置されるように適合され、環状領域内で回転し、環状領域内に材料を堆積して環状領域内にケーシングライナーを形成するように適合されたケーシングライナープリントヘッドを含む坑井ケーシングライナープリンティングシステムが提供される。ケーシングライナープリントヘッドは、半径方向に直列に配置された第1のセットのプリントノズルと、半径方向に直列に配置され、第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルとを含む。第1のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出するように適合された第1のセットのプリントノズル、および第2のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出するように適合された第2のセットのプリントノズルは、第1のケーシングライナー材料および第2のケーシングライナー材料のケーシングライナーを形成する。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナープリントヘッドは、坑井の長さに沿って前進され、環状領域の長さに沿ってケーシングライナーを形成するために、第1ケーシングライナー材料および第2のケーシングライナー材料を環状領域の長さに沿って噴出するように適合される。ある実施形態では、第1のセットのプリントノズルは、半径方向に延在する第1のプリントノズル列を含み、第2のセットのプリントノズルは、半径方向に延びて、第1のプリントノズル列に隣接する、第2のノズル列を含む。いくつかの実施形態では、第2のセットのプリントノズルは、ケーシングライナープリントヘッドがケーシングパイプの周りを回転する間、第1のセットのプリントノズルをたどるように配置される。特定の実施形態では、ケーシングライナープリントヘッドがケーシングパイプの周りに配置されるように適合された円筒状カラーを含み、第1のセットのプリントノズルおよび第2のセットのプリントノズルは、円筒状カラーから半径方向に延びている。いくつかの実施形態では、第1のセットのプリントノズルは、第1のケーシングライナー材料を坑井の長手方向軸に平行な長手方向に環状領域内に噴出するように適合され、第2のセットのプリントノズルは、第2のケーシングライナー材料を長手方向に環状領域内に噴出するように適合される。特定の実施形態では、第1のケーシングライナー材料がセメント質材料を含む。いくつかの実施形態では、第1のケーシングライナー材料がケーシングセメントを含む。特定の実施形態では、第2のケーシングライナー材料がセメント質材料以外の材料を含む。いくつかの実施形態では、第2のケーシングライナー材料が、気体、液体、または固体を含む。特定の実施形態では、第2のケーシングライナー材料がポリマーを含む。いくつかの実施形態では、堆積された第2のケーシングライナー材料は、堆積された第1のケーシングライナー材料内に空隙を形成するように適合される。特定の実施形態では、第2のケーシングライナー材料は、第1のケーシングライナー材料のヤング率より小さいヤング率を有する。
いくつかの実施形態において、炭化水素井戸の坑井内にケーシングライナーを形成する方法が提供される。本方法は、炭化水素井戸の坑井内に配置されたケーシングパイプと坑井の壁との間に位置する環状領域内にケーシングライナープリントヘッドを配置することを含む。ケーシングライナープリントヘッドは、半径方向に直列に配置された第1のセットのプリントノズルと、半径方向に直列に配置され、第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルとを含む。本方法は、ケーシングライナープリントヘッドを環状領域内で回転させ、環状領域内にケーシングライナーを形成するために材料を環状領域内に堆積させることを含む。堆積させることは、第1のセットのプリントノズルが第1のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出し、第2のセットのプリントノズルが第2のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出して、第1のケーシングライナー材料および第2のケーシングライナー材料のケーシングライナーを形成することを含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、坑井の長さに沿ってケーシングライナープリントヘッドを前進させ、環状領域の長さに沿ってケーシングライナーを形成するために、第1ケーシングライナー材料および第2のケーシングライナー材料を環状領域の長さに沿って噴出するステップを含む。特定の実施形態では、第1のセットのプリントノズルは、半径方向に延在する第1のプリントノズル列を含み、第2のセットのプリントノズルは、半径方向に延び、第1のプリントノズル列に隣接する、第2のノズル列を含む。いくつかの実施形態では、第2のセットのプリントノズルは、ケーシングライナープリントヘッドがケーシングパイプの周りを回転する間、第1のセットのプリントノズルをたどる。特定の実施形態では、ケーシングライナープリントヘッドは、第1のセットのプリントノズルおよび第2のセットのプリントノズルが円筒状カラーから半径方向に延在する円筒状カラーを含み、ケーシングライナープリントヘッドを坑井内に配置されたケーシングパイプと坑井の壁との間に位置する環状領域に配置することは、円筒状カラーをケーシングパイプの上に配置することを含む。いくつかの実施形態では、第1のセットのプリントノズルは、第1のケーシングライナー材料を坑井の長手方向軸に平行な長手方向に環状領域内に噴出し、第2のセットのプリントノズルは、第2のケーシングライナー材料を長手方向に環状領域内に噴出する。特定の実施形態では、第1のケーシングライナー材料がセメント質材料を含む。いくつかの実施形態では、第1のケーシングライナー材料がケーシングセメントを含む。特定の実施形態では、第2のケーシングライナー材料がセメント質材料以外の材料を含む。いくつかの実施形態では、第2のケーシングライナー材料が、気体、液体、または固体を含む。特定の実施形態では、第2のケーシングライナー材料がポリマーを含む。いくつかの実施形態では、堆積された第2のケーシングライナー材料は、堆積された第1のケーシングライナー材料の内部に空隙を形成する。いくつかの実施形態では、第2のケーシングライナー材料は、第1のケーシングライナー材料のヤング率より小さいヤング率を有する。
いくつかの実施形態において、炭化水素井戸の坑井内に配置された管状部材と坑井の壁との間に位置する環状領域内に配置されるように適合され、環状領域内で回転し、環状領域内に材料を堆積させて環状領域内にケーシングライナーを形成するように適合された、ケーシングライナープリントヘッドを含む、坑井ライナープリンティングシステムが提供される。ケーシングライナープリントヘッドは、半径方向に直列に配置された第1のセットのプリントノズルと、半径方向に直列に配置され、第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルとを含む。第1のセットのプリントノズルは、ケーシングセメントを環状領域に噴出するように適合され、第2のセットのプリントノズルは、一体化構造材料を環状領域に噴出するように適合されて、ケーシングセメントのケーシングライナーおよび一体化構造材料によって画定されるケーシングセメント内の空隙を形成する。いくつかの実施形態では、ケーシングライナープリントヘッドは、坑井の長さに沿って前進され、環状領域の長さに沿ってケーシングライナーを形成するために、ケーシングセメントおよび一体化構造材料を環状領域の長さに沿って噴出するように適合される。
本開示は様々な修正および代替の形態が可能であるが、特定の実施形態が例として図面に示され、詳細に説明される。図面は縮尺通りでないことがある。図面および詳細な説明は、開示を開示された特定の形態に限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲によって定義される本開示の精神および範囲内にある修正形態、均等物、および代替形態を開示することを意図するものであることを理解されたい。
井戸をケーシングするためのシステムおよび方法の実施形態が記載される。いくつかの実施形態では、坑井のケーシング作業は、坑井内にセメントなどの坑井ライニング材を堆積させるために、三次元(3D)プリンティングなどの付加製造(AM)技術を採用する。例えば、3Dセメントプリントヘッドのような付加プリンティング装置を、坑井内に配置されたケーシングパイプの外側と坑井の壁との間に位置する、坑井の環状領域内に配置することができる。付加プリンティング装置は、坑井の環状領域の長さに沿って前進するにつれて、環状領域にセメント層を正確に堆積させて、組み合わせて、環状領域の深さ間隔を充填するプリントケーシングライナーを形成するケーシングライナーのプリント層を作製するように作動させることができる。有利には、ケーシングライナー材料の正確な増分配置は、ケーシングライナー材料が特定の位置に堆積されて、ケーシングライナーの機械的特性に悪影響を及ぼし、ケーシングの一体性を損なう恐れのある、不要な空隙などの不整合を含まないようにするのに役立つことができる。例えば、セメントの付加製造はプリントセメントケーシングライナーを形成するために、環状領域内の各位置に堆積されるセメントの量の正確な制御および監視を可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、付加プリンティング装置は、坑井内の特定の位置に坑井ライニング材を送達する1つまたは複数のノズルを有するプリントヘッドを含む。例えば、付加プリンティング装置は、セメントなどのケーシングライナー材料を環状領域内の特定の位置に噴出する1つまたは複数のノズルを有する3Dセメントプリントヘッドを含むことができる。いくつかの実施形態では、1つまたは複数のノズルは、プリントケーシングライナーを形成する異なる材料を堆積させるためのノズルを含む。例えば、1つまたは複数のノズルは、セメントを堆積させるための1組のセメントノズルと、プリントセメントケーシングを形成するためにセメントと共に堆積させることができるポリマーなどの付加剤を堆積させるための1組の付加ノズルとを含むことができる。そのような配置は、セメントおよび他の材料のセメント質マトリックスを含むプリントケーシングライナーを形成するために、複数の材料が、セメンチング作業の間に同時に堆積されることを可能にし得る。
いくつかの実施形態では、プリントケーシングライナーは、ケーシングライナーの機械的特性を変更する一体化構造を含むように形成される。いくつかの実施形態では、一体化構造は、ケーシングライナー材料の空隙であるプリントケーシングライナー内の体積を含む。例えば、一体化構造は、セメント材料内に封入されたある体積の気体、液体、または固体(セメント材料以外)を含む、プリントケーシングセメントライナー内の空隙を含むことができる。いくつかの実施形態では、一体化構造は、延性または耐衝撃性等のケーシングライナーの機械的特性に特定の変更を施すように戦略的に配置され、成形される。例えば、プリントセメントケーシングライナーは、坑井の半径方向または長手方向に延在する一体化構造のパターンを含むようにプリントされてもよい。そのような一体化構造は(中実セメント構造のものと比較して)半径方向または長手方向のプリントケーシングセメントのヤング率を低下させることができ、それにより、セメントが半径方向または長手方向に変形して、ひび割れあるいは破損することなく、プリントセメントケーシングライナーに作用する半径方向または長手方向の応力の変動を吸収することができる。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料の堆積とは無関係に、一体化構造が坑井内に形成される。例えば、ハニカム形状のポリマー材料のような一体化構造は、坑井の環状領域にプリントされ、構造内に形成される連続した空隙を有する一体化構造を形成することができる。次に、セメント材料を一体化構造の連続した空隙に注入して、セメント材料および一体化構造材料のセメントマトリックスから形成されたプリントケーシングライナーを形成することができる。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料は、一体化構造とは無関係に坑井内に形成される。例えば、セメント材料は、連続したハニカム形状の空隙構造のような、セメント材料に形成された1つまたは複数の連続した一体化空隙構造で、坑井の環状領域にプリントされてもよい。次に、ポリマーなどの一体化構造材料を、プリントセメント材料の1つまたは複数の連続した一体化空隙構造に注入して、セメント材料のセメント質マトリックスおよび付加材料構造から形成されたプリントケーシングライナーを形成することができる。
図1は、1つまたは複数の実施形態による、井戸環境100を示す図である。図示の実施形態では、井戸環境100は、地下層(「地層」)104および井戸システム(「井戸」)106に配置された炭化水素貯留層(「貯留層」)102を含む。
地層104は、地表面(「地表」)108の下の地下に存在する多孔質または破砕された岩石地層を含むことができる。井戸106が炭化水素井戸である場合、貯留層102は、石油およびガスなどの炭化水素の地下プールを含む(または少なくとも含むと決定されるか、または含むと予想される)地層104の一部を含むことができる。地層104および貯留層102は、それぞれ、様々な透磁率、多孔度、および抵抗率などの様々な特性を有する異なる岩の層を含むことができる。井戸106が生産井戸として操作される場合、井戸106は、貯留層102からの炭化水素の抽出(または「生産」)を容易にすることができる。井戸106が注入井戸として操作される場合、井戸106は、水などの流体の貯留層102への注入を容易にすることができる。井戸106が監視井戸として操作される場合、井戸106は、貯留層102の特性、例えば貯留層圧力または水侵入の監視を容易にすることができる。
井戸106は、坑井120、井戸制御システム(「制御システム」)122、および井戸ケーシングシステム124を含んでもよい。井戸制御システム122は、井戸掘削作業、井戸仕上げ作業、井戸注入作業、井戸および地層監視作業など、井戸106の様々な作業を制御することができる。いくつかの実施形態では、井戸制御システム122が、少なくとも図12に関して説明したコンピュータシステム2000と同じまたは類似のコンピュータシステムを含む。
坑井120は、地層104の目標ゾーン、例えば貯留層102内に地表108から延在する削孔を含むことができる。地表108またはその近くの坑井120の上端は、坑井120の「アップホール」端と呼ぶことができ、地層104で終端する坑井120の下端は、坑井120の「ダウンホール」端と呼ぶことができる。坑井120は例えば、地層104および貯留層102を貫通して穿孔する掘削ビットによって形成することができる。坑井120は、掘削作業中の掘削流体の循環、生産作業中の貯留層102から地表108への炭化水素(例えば、石油およびガス)の流れ、注入作業中の地層104および貯留層102の一方または両方への物質(例えば、水)の注入、または監視作業中(例えば、現場検層作業中)の地層104および貯留層102の一方または両方への監視装置(例えば、検層ツール)の連通を提供することができる。
いくつかの実施形態では、坑井120が、ケーシング部分または非ケーシング部分を含む。例えば、坑井120は、ケーシング部分132と、非ケーシング(または「開口」)部分134とを有することができる。ケーシング部分132は、その部分に配置された井戸ケーシングシステム124のケーシング140を有する坑井120の一部を含むことができる。非ケーシング部分134は、ケーシング140がその部分に配置されていない坑井120の部分を含むことができる。
いくつかの実施形態では、ケーシング140は、坑井120を通るツールおよび物質の移送のための導管を提供する中央通路142を画定するために坑井120の壁を覆う環状ケーシングを含む。例えば、中央通路142は、検層ツールを坑井120内に降下させるための導管、石油およびガスのような生産物質を貯留層102から地表108に流すための導管、または水のような注入物質を地表108から地層104に流すための導管を提供することができる。いくつかの実施形態では、ケーシング140が穿孔144を含む。穿孔144は、ケーシング140の外面とケーシング140の中央通路142との間に延在する開口部を含み、貯留層102から中央通路142への石油およびガスなどの生成物質の流れを容易にするか、または中央通路142から地層104への水などの注入物質の流れを容易にすることができる。特定の実施形態は説明のためにケーシング140内の1つまたは複数の細長い穴として穿孔144を説明するが、実施形態は任意の適切な形態の穿孔144を含むことができる。例えば、穿孔144は、孔を横切る物質の流れを可能にする一方で、流れている物質からより大きな破片を濾過する、複数の比較的小さい孔によって画定されるメッシュ構造を含み得る。
いくつかの実施形態では、ケーシング140は、少なくとも図1の詳細部分に示されるように、ケーシングパイプ150およびケーシングライナー152を含む。ケーシングパイプ150は、中央通路142を画定する中空パイプを含むことができる。ケーシングパイプ150は例えば、中空円筒形鋼管を含むことができる。ケーシングライナー152は、ケーシングパイプ150の外面156と坑井120の内壁158との間に位置する環状領域154に配置された、セメントなどの硬質材料を含んでもよい。ケーシングライナー152は、ケーシングパイプ150を所定の位置に固定し、環状領域154をシールするために、環状領域154を充填することができる。これは、高圧ガスおよび液体のような物質が中央通路142を迂回し、環状領域154を通って流れるのを阻止するのに役立つ。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー152が付加製造プロセスによって環状領域154に取り付けられる。例えば、ケーシングライナー152は、3Dセメントプリントプロセスによって所定の位置に堆積されるセメントで形成されてもよい。図2Aおよび図2Bは、1つまたは複数の実施形態による、付加製造プロセスによって形成された例示的なケーシングライナー152の上面図および側面図を示す図である。図示の実施形態では、ケーシングライナープリンティングシステム200が坑井120の環状領域154内に配置されたプリントヘッド202を含む。プリントヘッド202は、ケーシングパイプ150の外面156の周囲に配置された円筒状カラー206に結合された1つまたは複数のノズル204(例えば、ノズル204a〜204e)を含んでもよい。ケーシング作業のケーシングライナープリント動作では、ケーシングライナープリンティングシステム200は、ケーシングライナー152を形成(または「プリント」)するためのノズル204からケーシングライナー材料210を噴出するように動作する。例えば、ケーシングライナープリント動作中、セメントなどのケーシングライナー材料210がノズル204から噴出され、特定の位置にケーシングライナー材料210を堆積させて、環状領域154にケーシングライナー152の少なくとも第1の層214aを形成するように、プリントヘッド202をケーシングパイプ150および坑井120の長手方向軸208の周りで(矢印212によって図示されるように)回転させることができる。
いくつかの実施形態では、プリントヘッド202の複数の回転パスは、ケーシングライナー152を形成するため、ケーシングライナー材料210の複数のケーシングライナー層214(例えば、層214a〜214e)を堆積させるために、坑井120の長さ(例えば、坑井120の長手方向軸208に平行)に沿ってプリントヘッド202が前進されることと連携して作成される。先の例に引き続き、ケーシングライナープリント動作中、第1の層214aがケーシングパイプ150の周りのプリントヘッド202の第1の回転パスによって形成された後、プリントヘッド202は坑井120の長さ(矢印216によって図示されるように)(例えば、坑井120の長手方向軸208に平行)に沿って長手方向に、形成されるべきケーシングライナー152の第2の層214bの厚さに等しい距離だけ前進され、再びケーシングパイプ150の周りに回転され(矢印212によって図示されるように)、ケーシングライナー材料210をノズル204から噴出してケーシングライナー材料210を特定の位置に堆積させながら、ケーシングライナー152の第2の層214bを環状領域154に形成する。同様の反復的な層状化アプローチを行って、層214c〜214eのようなケーシングライナー152の追加の層を形成することができる。層214a〜214eは一緒に、深さ間隔218にわたってケーシングライナー152を形成することができる。得られたケーシングライナー層214およびケーシングライナー152は、それぞれ、「プリント」ケーシングライナー層214および「プリント」ケーシングライナー152と称され得る。説明の目的でケーシングライナー152の5つの層(層214a〜214e)のみが議論されているが、実施形態は、所与の深さ間隔にわたってプリントケーシングライナー152を形成するための任意の適切な数の層を含むことができる。実施形態は、坑井120の周りの回転パスを完成した後、増分方法でプリントヘッド202を垂直に前進させることを記載しているが、実施形態は、ケーシングライナー152を形成するためのプリントヘッド202の任意の適切な前進経路を含むことができる。例えば、プリントヘッド202は例えば、ケーシングライナー材料210の連続した螺旋層を深さ間隔にわたって形成するように、坑井120の周囲で回転されるにつれて垂直に前進させることができる。
いくつかの実施形態では、プリントヘッド202の位置決めおよび移動、ノズル204の配列および方向、ならびにノズル204からのケーシングライナー材料210の噴出速度を含む、プリントヘッド202の動作は、井戸制御システム122によって制御され、特定の位置にケーシングライナー材料210を堆積させることを提供する。いくつかの実施形態では、ノズル204のそれぞれは、ノズルからのケーシングライナー材料210の流量およびケーシングライナー材料210の堆積の位置を検出および報告することができる流量センサおよび堆積センサを含み、流量情報および堆積情報は、ケーシングライナー材料210が適切に配置されているか否かを判断するために、井戸制御システム122によって使用することができる。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー152は、ケーシングライナー材料210内に形成された一体化構造を含む。例えば、ケーシングライナー152は、セメントケーシングライナー材料210と、セメントケーシングライナー材料210内に一体化構造を形成する1つまたは複数の要素とから形成されるセメント質マトリックスを含み得る。図3は、1つまたは複数の実施形態による、ケーシングライナー材料210内に形成された一体化構造162を有するケーシングライナー152の一例の断面図を示す図である。いくつかの実施形態では、一体化構造162は、気体、液体、または固体など、ケーシングライナー材料210以外の物質で充填された、堆積されたケーシングライナー材料210内の空隙を含む。例えば、ケーシングライナー152は、セメントケーシングライナー材料210と、セメントケーシングライナー材料210内に形成されたポリマーのポケットを含む一体化構造162とから形成することができる。いくつかの実施形態では、一体化構造162は単に、ケーシングライナー材料210の空隙である空気の形成されたポケットを含むことができる。
図4Aおよび図4Bは、1つまたは複数の実施形態による、付加製造プロセスによって形成された一体化構造162を含むケーシングライナー152の一例の上面図および側面図を示す図である。いくつかの実施形態では、プリントヘッド202は、セメントケーシングライナー材料210などの第1の材料を堆積させるためのノズル204の第1のサブセット(例えば、ノズル204a〜204e)と、一体化構造162を形成するためのポリマーなどの一体化構造材料400を堆積させるためのノズル204の第2のサブセット(例えば、ノズル204f〜204j)とを含むことができる。ノズル204の第1のサブセットは円筒状カラー206から半径方向に延在する第1のノズル列を含んでもよく、ノズル204の第2のサブセットは第1のノズル列からオフセットされた第2のノズル列を含んでもよい。例えば、ノズル204の第1のサブセットは、円筒状カラー206から半径方向に延在する第1の軸211aに沿って分布するノズル204の第1のノズル列を形成するノズル204a〜204eを含んでもよく、ノズル204の第2のサブセットは、第1の軸211aからオフセットされた第2の軸211bに沿って分布するノズル204の第2のノズル列を形成するノズル204f〜204jを含んでもよい。そのような実施形態では、ノズルの1つの列が第2のノズル列の「後に続く」または「たどる」よう「導く」ことができる。例えば、プリントヘッド202の時計回りの回転中に、ノズル204の第2のノズル列は、ノズル204の第1のノズル列の後に続くよう導かれ、第1および第2のノズル列が順次ある領域の上を通過するようにすることができる。いくつかの実施形態では、ノズル列のそれぞれのノズル204は、2セットのノズル204が同じ半径方向位置を通過するように、同じ半径方向分布を有する。例えば、ノズル204a〜204eは、それぞれ、ノズル204f〜204jと同じ円形経路を環状領域154内でたどるように配置されてもよい。これにより、プリントヘッド202の単一の回転パスにおいて、所与の領域に異なる材料を堆積させることができる。例えば、ノズル204a〜204eが第1の材料(例えば、セメント)を堆積させるために使用され、ノズル204f〜204jが第2の材料(例えば、ポリマー)を堆積させるために使用される場合、ノズル204の各セットを制御して、第1の材料または第2の材料のいずれかを各領域に噴出することによって、第1の材料または第2の材料のいずれかを環状領域154の各領域に堆積させることができる。説明のために2つの列が記載されているが、ノズル204の任意の適切な配置を使用することができる。例えば、ノズル204の3つのオフセット列を使用してもよく、3つの列のそれぞれは、第1、第2、および第3の材料をそれぞれ噴出するように動作される。
ケーシングライナープリント動作中、ケーシングライナープリンティングシステム200は、ノズル204の第1のサブセット(例えば、ノズル204a〜204e)からケーシングライナー材料210を噴出し、第2のセットのノズル204(例えば、ノズル204f〜204j)から一体化構造材料400を噴出して、ケーシングライナー152を形成するように動作されてもよい。例えば、図4Aおよび図4Bを参照すると、ケーシングライナープリント動作中、第1のパスでは、セメントなどのケーシングライナー材料210がノズル204a〜204eから噴出され、特定の位置にケーシングライナー材料210を堆積させて、環状領域154内にケーシングライナー152の第1の層214a´を形成するように、プリントヘッド202をケーシングパイプの周りに(矢印212によって図示されるように)回転させることができる。第2、第3、および第4のパスでは、ケーシングライナー材料210がノズル204a〜204eから噴出されて第2、第3、および第4の層214a´、214b´、および214c´の影付き部分にケーシングライナー材料210をそれぞれ堆積させ、ポリマーなどの一体化構造材料400がノズル204f〜204jから噴出されて第2、第3、および第4の層214b´、214c´、および214d´の影なし部分に一体化構造材料400をそれぞれ堆積させて、環状領域154にケーシングライナー152の第2、第3、および第4の層214b´、214c´、および214d´をそれぞれ形成するときに、プリントヘッド202をケーシングパイプ150および坑井120の長手方向軸208の周りを(矢印212によって図示されるように)回転させることができる。第5のパスでは、ケーシングライナー材料210がノズル204a〜204eから噴出され、特定の位置にケーシングライナー材料210を堆積させて、環状領域154にケーシングライナー152の第5の層214e´を形成するときに、プリントヘッド202をケーシングパイプ150および坑井120の長手方向軸208の周りを(矢印212によって図示されるように)回転させることができる。例示の目的のために、ある形状の一体化構造を説明したが、説明した付加製造プロセス、または同様のプロセスを使用して、一体化構造の様々な形状および配置を形成することができる。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー152の機械的特性を変更するために、一体化構造162が提供される。例えば、一体化構造体162は、延性または耐衝撃性のようなケーシングライナー152の機械的特性に特定の修正を施すために、特定の種類の物質で戦略的に位置決めされ、成形され、充填されることができる。例えば、一体化構造162は、結果として得られるケーシングライナー152のヤング率をケーシングライナー材料210のヤング率よりも低いレベルまで効果的に低減するために、ケーシングライナー材料210のヤング率よりも小さいヤング率を有する、ポリマーなどの物質で充填されたポケットを含むことができる。さらなる例として、一体化構造162は、環状領域154内の半径方向(例えば、ケーシングパイプ150または坑井120の長手方向軸208に垂直)または長手方向(例えば、ケーシングパイプ150または坑井120の長手方向軸208に平行)に延在するように配向されてもよい。そのような一体化構造162は、ケーシングライナー152のヤング率を、固体セメントケーシングライナー材料210から形成されたケーシングライナー152のそれに対して、半径方向または長手方向に減少させることができる。これは、例えば、ケーシングライナー152が半径方向または長手方向に変形して、ひび割れあるいは破損することなく、ケーシングライナー152に作用する半径方向または長手方向の応力の変動を吸収するのを容易にすることができる。
図5Aおよび図5Bは、1つまたは複数の実施形態による、ケーシングライナー材料210内に形成された半径方向に配向された一体化構造162を含むケーシングライナー152の一例の上面図および断面図を示す図である。図示の実施形態では、配向された一体化構造162のそれぞれは、環状領域154内の半径方向(例えば、ケーシングパイプ150および坑井120の長手方向軸208に垂直)に延在するケーシングライナー材料210内に形成される細長い空隙を含む。例えば、図5Aの配向された一体化構造162のそれぞれは、坑井120の長手方向軸208およびケーシングパイプ150に対して横方向、略横断方向に、環状領域154の幅に沿って半径方向に延在する細長い楕円形状の空隙を含む。配向された一体化構造162のそれぞれは、ケーシングライナー材料210内に封入されてもよい。一体化構造162の空隙は、ケーシングライナー材料210のヤング率より小さいヤング率を有するポリマーなどの物質で充填することができ、したがって、ケーシングライナー材料210のみで形成された中実ケーシングライナーのヤング率と比較して、半径方向におけるケーシングライナー152のヤング率を低減することができる。記載されるように、配向された一体化構造162のそれぞれは、配向された一体化構造162の領域内にケーシングライナー材料210を堆積させないことによって、または、例えば、ケーシングライナー材料210の代わりに配向された一体化構造162の領域内に一体化構造材料400を堆積させることによって形成されてもよい。
図6Aおよび図6Bは、1つまたは複数の実施形態による、ケーシングライナー材料210内に形成された長手方向に配向された一体化構造162を含む、ケーシングライナー152の一例の上面および側面断面図を示す図である。図示の実施形態では、長手方向に配向された一体化構造162のそれぞれは、環状領域154内の長手方向(例えば、ケーシングパイプ150および坑井120の長手方向軸208に平行)に延在するケーシングライナー材料210内に形成される細長い空隙を含む。例えば、図5Bの配向された一体化構造162のそれぞれは、坑井120の長手方向軸208およびケーシングパイプ150に略平行な方向に、環状領域154の長さに沿って長手方向に延在する細長い楕円形状の空隙を含む。配向された一体化構造162のそれぞれは、ケーシングライナー材料210内に封入されてもよい。一体化構造162の空隙は、ケーシングライナー材料210のヤング率より小さいヤング率を有するポリマーなどの物質で充填することができ、したがって、ケーシングライナー材料210のみで形成された中実ケーシングライナー152のヤング率に対して、ケーシングライナー152の長手方向のヤング率を低減することができる。記載されるように、配向された一体化構造162のそれぞれは、配向された一体化構造162の領域内にケーシングライナー材料210を堆積させないことによって、または、例えば、ケーシングライナー材料210の代わりに配向された一体化構造162の領域内に一体化構造材料400を堆積させることによって、形成されてもよい。例示の目的のために、楕円形状の一体化構造162が説明されているが、実施形態にはここで説明するように、他の適当な形状の一体化構造が含まれてもよい。
一体化構造162を形成する一体化構造材料400は、気体、液体、または固体を含む様々な物質のいずれかとすることができる。気体の例には、空気、窒素およびヘリウムが含まれる。液体の例としては、水、海水(例えば、塩化カルシウムおよび臭化カルシウム塩化カリウム)、有機液体(例えば、N−ブチルピロリドン、N−エチルピロリドン、およびN−メチルピロリドン)、有機イオン液体(例えば、ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートなどのイミダゾリウム塩)、およびケイ素含有液体(例えば、シロキサンおよびコロイダルシリカ)が挙げられる。液体のさらなる例は、モノマー液体を含むことができ、これは、活性化されると、交差重合して、改変されたレオロジー特性を有する液体を作製する。固体の例としては、金属(例えば、鋼、アルミニウム、およびニッケル−アルミニウム合金)、ポリマー(例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ無水物、ポリアミド、ポリアラミド、およびポリウレタン)、ならびにセメント質複合材料(例えば、ポルトランドセメント、ソーレルセメント、アルミネートセメント、およびポゾラン/石灰セメント)が挙げられる。ケーシングライナー材料210は、説明のためにセメントとして記載されることが多いが、ケーシングライナー材料210は、エポキシ、フェノール樹脂、アクリルアミドなどのモノマー種などの任意の適切な材料を含むことができ、これらは活性化されると、重合して固体材料になる。いくつかの実施形態では、これらの材料が溶剤を含まない硬化材料、またはゲルとして硬化する溶剤を含有する材料のいずれかとすることができる。さらなる例としては、層状複合材料が挙げられる。これらは、層状に配置された、上記のような固体、気体、または液体の組み合わせを含むことができる。このような層状複合材料は、坑井内の条件に対して有利な機械的または化学的特性を提供することができる。
いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料210の堆積とは無関係に、坑井内に一体化構造162が形成される。例えば、ポリマーで形成されたハニカム形状構造体のような一体化構造体材料400で形成された一体化構造体162を、坑井120の環状領域154にプリントして、構造体材料に形成される1つまたは複数の連続した空隙を有する一体化構造体162を形成することができる。次に、セメントなどのケーシングライナー材料210を一体化構造162の1つまたは複数の連続した空隙に注入して、ケーシングライナー材料210のマトリックスおよび一体化構造162の材料を含むケーシングライナー152を形成することができる。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料210は、一体化構造材料400の堆積とは無関係に坑井内に堆積される。例えば、セメントなどのケーシングライナー材料210は、連続したハニカム形状の空隙構造などのケーシングライナー材料内に形成された1つまたは複数の連続した一体化空隙構造で、坑井120の環状領域154内にプリントされてもよい。次いで、ポリマーなどの一体化構造材料400を、プリントケーシングライナー材料210の1つまたは複数の連続した一体化空隙構造に注入して、ケーシングライナー材料210のマトリックスおよび一体化構造162の材料を含むケーシングライナー152を形成することができる。
図7A〜7Nは、1つまたは複数の実施形態による、例示的な一体化構造162(一体化構造700a〜700nを含む)を示す。一体化構造162の配置は、それらが配置される坑井環境において適切な特性を提供するように適合されてもよい。例えば、一体化構造は様々なパターンを含むことができ、特定の材料または異なる材料の組み合わせから形成することができる。いくつかの実施形態では、一体化構造700a〜700nが構造要素702および対応する空隙領域704を含む。空隙領域704は、それぞれの構造の構造要素702内に1つまたは複数の連続したチャネルまたは領域を含むことができる。図7Aは、坑井内に堆積され、長手方向に配向した六角形の構造要素702および対応する長手方向に配向した六角形の空隙領域704を有する、ハニカム形状の一体化構造700aを示す。図7Bは、半径方向に配向された六角形の構造要素702と、対応する半径方向に配向された六角形の空隙領域704とを有する、ハニカム形状の一体化構造700bを示す。図7Cは、半径方向に配向された構造要素702と、対応する半径方向に配向された円筒状空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700cを示す。図7Dは、半径方向に配向された長方形の構造要素702と、対応する半径方向に配向された長方形の空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700dを示す。図7Eは、半径方向に配向された角のある構造要素702と、対応する半径方向に配向された角のある空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700eを示す。図7Fは、半径方向に配向された多角形の構造要素702と、対応する半径方向に配向された多角形の空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700fを示す。図7Gは、長手方向および半径方向に配向されたパターン化された長方形の構造要素702と、対応する縦方向および半径方向に配向されたパターン化された長方形の空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700gを示す。図7Hは、半径方向に配向された波動構造要素702と、対応する半径方向に配向された波動空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700hを示す。図7Iは、半径方向に配向された螺旋構造要素702と、対応する半径方向に配向された螺旋空所領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700iを示す。図7Jは、様々な半径方向長さの半径方向に配向された円形構造要素702と、対応する半径方向に配向された円形空隙領域704を有する、メッシュ形状の一体化構造700jを示す。図7Kは、様々な半径方向長さの半径方向に配向された長方形ブロック構造要素702と、対応する半径方向に配向された空隙領域704を有する、メッシュ形状の一体化構造700kを示す。図7Lは、様々な半径方向長さの半径方向に配向されたプリズムブロック構造要素702と、対応する半径方向に配向された空隙領域704を有する、メッシュ形状の一体化構造700lを示す。図7Mは、半径方向に配向された長方形ブロック構造要素702のパターンと、対応する半径方向に配向された空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700mを示す。図7Nは、半径方向に配向された長方形ブロック構造要素702のパターン(例えば、ブロックのサブセットの変動シェーディングによって示されるように、ブロック構造要素702の異なるサブセットが異なる材料で形成される)と、対応する半径方向に配向された空隙領域704とを有する、メッシュ形状の一体化構造700nを示す。一体化構造162の特定の配置は例示の目的のために記載されるが、配置は任意の適切な形状を有し得、任意の適切な材料から形成され得る。例えば、一体化構造162の配列は、螺旋構造、煉瓦層構造、円形構造、プリズム構造、または他の幾何学的形状を含むことができ、煉瓦パターン、モザイクパターン、寄木パターン、三角形、円形、正方形のパターン、または他の幾何学的パターンを含むことができる。一体化構造162の配置は、液体、固体、および気体のうちの1つ、またはそれらの組み合わせから形成することができる。
説明したように、いくつかの実施形態では、一体化構造700a〜700nが3次元3Dプリンティングなどの付加製造技術によって形成することができる。例えば、ポリマーで形成されたハニカム形状の一体化構造700aまたは700bのような一体化構造材料400で形成された一体化構造162は、付加製造技術を用いて坑井120の環状領域154にプリントされる。セメントなどのケーシングライナー材料210を環状領域154および空隙領域704に注入して、ケーシングライナー材料210のマトリックスおよび一体化構造162の一体化構造材料400を含むケーシングライナー152を形成してもよい。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料210は、空隙を有する構造を画定するように配置され、一体化構造材料400は結果として生じる空隙領域に堆積される。例えば、ハニカム形状の一体化構造700aまたは700bのような、一体化構造162の構造要素702と一致する構造を有する、セメントなどのケーシングライナー材料210を、3Dプリンティングのような付加製造技術を用いて、坑井120の環状領域154にプリントして、一体化構造700aまたは700bのハニカム形状の空隙704のような、一体化構造162の空隙領域704に対応するケーシングライナー材料に形成される1つまたは複数の空隙を有するプリントケーシングライナー材料210を形成することができる。ポリマーなどの一体化構造材料400を、プリントケーシングライナー材料210に形成された空隙領域704に注入して、ケーシングライナー材料210のマトリックスと一体化構造162の一体化構造材料400とを含むケーシングライナー152を形成することができる。ハニカム形状は例示の目的で議論されているが、実施形態は、一体化構造700a〜700nのいずれかのものなど、任意の適切な構造配置を採用することができる。
図8は、1つまたは複数の実施形態による、ケーシングライナーをプリントする方法800を示すフローチャートである。方法800は一般に、坑井を地表下の地層へ掘削するステップ(ブロック802)と、坑井内にケーシングパイプを位置決めするステップ(ブロック804)と、ケーシングライナーの付加製造を含むセメンチング作業を行うステップ(ブロック806)とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、坑井を地表下の地層へ掘削するステップ(ブロック802)は、ここに記載されるように、地層104および貯留層102へ坑井120を掘削するステップを含む。例えば、井戸制御システム122は、所与の坑井の経路に沿って坑井120を地層104および貯留層102に掘削するための掘削リグを制御することができる。いくつかの実施形態では、坑井内にケーシングパイプを位置決めするステップ(ブロック804)は、ケーシングパイプ150を坑井120内に位置決めするステップを含む。例えば、井戸制御システム122は、ケーシングパイプ150を坑井120の所与の深さ間隔に降下させるために、掘削リグを制御することができる。いくつかの実施形態では、ケーシングライナーの付加製造を含むセメンチング作業を行うステップ(ブロック806)は、一体化構造162を持たない、または一体化構造162を持つケーシングライナー152を形成するために、ここに述べるように、ケーシングライナー材料210、またはケーシングライナー材料210および一体化構造材料400の、3Dプリンティングのような付加製造工程によって、環状領域154にケーシングライナー152を形成することを含む。例えば、井戸制御システム122は、ケーシングライナープリンティングシステム200を制御して、ここで述べるように、ケーシングライナー材料210、またはケーシングライナー材料210および一体化構造材料400を堆積させて、一体化構造162を持たない(例えば、少なくとも図2Aおよび図2Bに関して説明するように)、または一体化構造162を持つ(例えば、少なくとも図3〜図7に関して説明するように)ケーシングライナー152を形成することができる。
いくつかの実施形態では、適所にケーシングパイプまたは生産管などの管状物を製造するために、付加製造を使用することができる。例えば、ケーシングライナープリンティングシステム200のプリントヘッドが坑井120を通って前進されるにつれて、ケーシングライナープリンティングシステム200は、ケーシングライナー152とケーシングパイプ150の両方をダウンホールにプリントするように作動されてもよい。これは、例えば、単一のケーシングプリント動作が、鋼管のようなケーシングパイプ150の運転を坑井120内に置き換え、セメントなどのケーシングライナーを環状領域154内に別個に設置することを可能にすることができる。図9Aおよび9Bは、1つまたは複数の実施形態による、付加製造プロセスによって形成された例示的なケーシング140の上面図および側面図を示す図である。図示の実施形態では、ケーシングプリンティングシステム900が坑井120内に配置されたケーシングプリントヘッド902を含む。ケーシングプリントヘッド902は、複数のノズル904(例えば、ノズル904a〜904g)を含んでもよい。ケーシングプリント動作中、ケーシングプリンティングシステム900は、ノズル904の第1のサブセット(例えば、ノズル904a〜904e)からケーシングライナー材料210を噴出し、ノズル904の第2のサブセット(例えば、ノズル904fおよび904g)からケーシングパイプ材料910を噴出して、ケーシングパイプ150を形成するように動作されてもよい。例えば、ケーシングプリント動作中に、セメントなどのケーシングライナー材料210がノズル904の第1のサブセット(例えば、ノズル904a〜904e)から噴出され、鋼などのケーシングパイプ材料910がノズル204の第2のサブセット(例えば、ノズル904fおよび904g)から噴出されて、ケーシングライナー材料210およびケーシングパイプ材料910を特定の位置に同時に堆積させて、坑井120内にケーシング140の少なくとも第1の層914aを形成するときに、プリントヘッド902を坑井120の長手方向軸208の周りで(矢印912によって示されるように)回転させることができる。
いくつかの実施形態では、プリントヘッド902の複数の回転パスは、坑井120の長さに沿ってプリントヘッド902が前進され、ケーシングライナー材料210およびケーシングパイプ材料910の複数の層を堆積させて、坑井120内にケーシングライナー152およびケーシングパイプ150を形成することと連携して作成される。前述の例に続き、ケーシングプリント動作中、第1の層914aが坑井120の周りのプリントヘッド902の第1の回転パスによって形成された後、プリントヘッド902は坑井120の長さに沿って長手方向に(例えば、坑井120の長手方向軸208に平行に)(矢印916によって図示されるように)形成されるべきケーシング140の第2の層914bの厚さに等しい距離だけ前進され、そして、セメントなどのケーシングライナー材料がノズル204の第1のサブセット(例えば、ノズル904a〜904e)から噴出され、鋼などのケーシングパイプ材料910がノズル204の第2のサブセット(例えば、ノズル904fおよび904g)から噴出されて、ケーシングライナー材料210およびケーシングパイプ材料910を特定の位置に同時に堆積させて、坑井120内にケーシング140の少なくとも第2の層914bを形成するように、再び坑井120の長手方向軸208の周りに回転され得る(矢印912によって図示されるように)。同様の反復的な層化アプローチを行って、ケーシングライナー152の付加層914を形成することができる。例えば、ケーシング140の付加層914c〜914eは、深さ間隔918にわたってケーシング140を形成するように形成されてもよい。結果として得られるケーシング140は、「プリント」ケーシングと呼ぶことができる。ケーシング140の5つの層(914a〜914e)のみが例示の目的で議論されるが、実施形態は所与の深さ間隔にわたってプリントケーシング140を形成するために、任意の適切な数の層を含むことができる。実施形態はプリントヘッド902を増分方法で垂直に前進させることを記載しているが、坑井120の周りの回転パスを完成した後、実施形態は、ケーシング140を形成するためのプリントヘッド902の任意の適切な前進経路とすることができる。例えば、プリントヘッド902は例えば、プリントケーシング140を深さ間隔にわたって形成する連続した螺旋層を形成するように、坑井120の周りを回転することにつれて垂直に前進させることができる。ケーシング作業を例示の目的で説明したが、実施形態は同様の方法で他のタイプの管状部材を形成することを含むことができる。例えば、生産管はダウンホール単独で、またはケーシングの形成(例えば、ケーシングパイプを有する生産用チューブおよび生産管を取り囲むケーシングライナー)と併せて形成されてもよい。このような実施形態では、生産管の壁に対応する半径方向の位置にノズルを設け、鋼などの生産管材料を噴出して、ケーシング140に関して記載した方法と同様の方法で生産管を形成することができる。
いくつかの実施形態では、ケーシングプリント動作がケーシング140内の一体化構造をプリントすることを含むことができる。例えば、ケーシングプリント動作は、プリントケーシング140のケーシングライナー152内への少なくとも図3〜図7に関して議論されたものと同様の一体化構造をプリントすることを含むことができる。いくつかの実施形態では、一体化構造が穿孔を含むことができる。穿孔は、ケーシング140の外側とケーシング140の中央通路142との間に延在する開口を画定するために、ケーシング140を通って半径方向に(例えば、プリントケーシングパイプ150の内壁からプリントケーシングライナー152の外面まで)延在する連続した空隙を含んでもよい。穿孔は、貯留層102から中央通路142への石油およびガスのような生成物質の流れを容易にするか、または中央通路142から地層104への水のような注入物質の流れを容易にすることができる。図10は、1つまたは複数の実施形態による、穿孔144を含む一体化構造162を有するプリントケーシング140を示す図である。いくつかの実施形態では、穿孔144は、最初は穿孔を通る流れを阻止するが、溶解されるか、またはそうでなければ除去されて、穿孔を通る流体の流れを可能にする固体物質から形成されてもよい。例えば、穿孔144は穿孔144を画定する空隙領域にポリマーをプリントすることによって形成することができ、ポリマーは後に、ポリマーを溶解する化学物質、またはポリマーを溶融する高温に曝され、空隙によって規定される通路を残すことができる。個々の細長い穿孔は例示の目的で記載されているが、実施形態は任意の適切な形態の穿孔を含むことができる。例えば、穿孔144は、ケーシングパイプ150にプリントされた一体化メッシュ(または「スクリーン」)と、ケーシングライナー152に形成された隣接する開口部とによって画定することができる。メッシュは、破片が地層の周囲部分とケーシング150の中央通路142との間を移動するのを阻止することができる。
図11は、1つまたは複数の実施形態によるケーシングをプリントする方法1100を示すフローチャートである。方法1100は一般に、坑井を地表下の地層へ掘削するステップ(ブロック1102)と、ケーシングの付加製造を含むケーシング作業を行うステップ(ブロック1104)を含んでもよい。いくつかの実施形態では、坑井を地表下の地層へ掘削するステップ(ブロック1102)は、ここに記載されるように、地層104および貯留層102へ坑井120を掘削するステップを含む。例えば、井戸制御システム122は、所与の坑井の経路に沿って坑井120を地層104および貯留層102へ掘削するための掘削リグを制御してもよい。いくつかの実施形態では、ケーシングの付加製造を含むケーシング作業を行うステップ(ブロック1104)は、ケーシングパイプ150、および、一体化構造162を持たない、または一体化構造162を持つケーシングライナー152を含む、ケーシング140を形成するために、ここで述べるように、ケーシングパイプ材料910、ケーシングパイプ材料910およびケーシングライナー材料210、またはケーシングパイプ材料910、ケーシングライナー材料210、および一体化構造材料400の、3Dプリンティングなどの付加製造プロセスによって、坑井120内にケーシング140を形成することを含む。例えば、井戸制御システム122は、ここで説明するように、ケーシングパイプ材料910、ケーシングパイプ材料910およびケーシングライナー材料210、またはケーシングパイプ材料910、ケーシングライナー材料210および一体化構造材料400を堆積させるようにプリントヘッド902を制御して、ケーシングパイプ150、および、一体化構造162を持たない、または一体化構造162を持つケーシングライナー152を含む、ケーシング140を形成することができる。ケーシング作業を例示の目的で説明したが、実施形態は同様の方法で他のタイプの管状部材を形成することを含むことができる。例えば、生産管はダウンホール単独で、またはケーシングの形成(例えば、ケーシングパイプを有する生産管および生産管を取り囲むケーシングライナー)と併せて形成されてもよい。そのような実施形態では、生産管の壁に対応する半径方向の位置にノズルを設け、生産管材料、例えば鋼を噴出して、ケーシング140に関して記載した方法と同様の方法で生産管を形成することができる。
特定の実施形態は、プリントケーシングライナー152またはプリントケーシング140を形成するために、ボトムアップアプローチ(例えば、前の層の上(またはアップホール側)に次の層を形成すること)での積層を含む付加製造を記載するが、実施形態は、プリントケーシングライナー152またはプリントケーシング140を形成するために、任意の適切な技術を使用することができる。例えば、実施形態は、プリントケーシングライナー152またはプリントケーシング140を形成するために、トップダウンアプローチ(例えば、前の層の下側(またはダウンホール側)に次の層を形成すること)での積層を含むことができる。
図12は、1つまたは複数の実施形態による、例示的なコンピュータシステム(または「システム」)2000を示す図である。いくつかの実施形態では、システム2000は、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)である。システム2000は、メモリ2004、プロセッサ2006、および入出力(I/O)インターフェース2008を含んでもよい。メモリ2004は、不揮発性メモリ(例えば、フラッシュメモリ、読出し専用メモリ(ROM))、プログラマブル読出し専用メモリ(PROM)、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EEPROM))、揮発性メモリ(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、同期ダイナミックRAM(SDRAM))、およびバルクストレージメモリ(例えば、CD−ROMまたはDVD−ROM、ハードドライブ)のうちの1つ以上を含み得る。メモリ2004は、プログラム命令2010が記憶された非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。プログラム命令2010は、コンピュータプロセッサ(例えば、プロセッサ2006)によって実行可能なプログラムモジュール2012を含み、井戸制御システム122、方法800、または方法1100に関して記載されているような、記載の機能動作をもたらすことができる。
プロセッサ2006は、プログラム命令を実行することができる任意の適切なプロセッサであってもよい。プロセッサ2006は、プログラム命令(例えば、プログラムモジュール2012のプログラム命令)を実行して、記載された算術演算、論理演算、および入出力演算を実行する中央処理装置(CPU)を含んでもよい。プロセッサ2006は、1つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。I/Oインターフェース2008は、ジョイスティック、コンピュータマウス、キーボード、表示画面(例えば、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)を表示するための電子ディスプレイ)などの1つまたは複数のI/O装置2014と通信するためのインターフェースを提供してもよい。I/O装置2014は、ユーザ入力デバイスのうちの1つまたは複数を含むことができる。I/O装置2014は、有線接続(例えば、産業用イーサネット接続)または無線接続(例えば、Wi−Fi接続)を介してI/Oインターフェース2008に接続することができる。I/Oインターフェース2008は、センサ、バルブ、モータ、他のコンピュータおよびネットワークなどの1つまたは複数の外部装置2016との通信のためのインターフェースを提供することができる。いくつかの実施形態では、I/Oインターフェース2008がアンテナおよびトランシーバの一方または両方を含む。いくつかの実施形態では、外部装置2016は、ケーシングライナープリンティングシステム200またはケーシングプリンティングシステム900を含む。
本開示の様々な態様のさらなる修正および代替実施形態は、この説明を鑑みれば当業者には明らかであろう。したがって、この説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、実施形態を実行する一般的な方法を当業者に教示する目的のためである。ここに示され、説明される実施形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることを理解されたい。要素および材料は、本明細書に示され、説明されたものと置き換えられてもよく、部品およびプロセスは逆にされ、または省略されてもよく、実施形態の特定の特徴は独立して利用されてもよく、すべて、実施形態のこの説明の恩恵を受けた後に当業者には明らかである。以下の特許請求の範囲に記載されているような本実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、ここに記載されている要素において変更が行われることがある。ここで使用されている見出しは、組織上の目的のみを目的としたものであり、説明の範囲を限定するために使用されるものではない。
ここで説明したプロセスおよび方法は、ここに述べる技法に従って採用される可能性のあるプロセスおよび方法の具体例であることは評価されるのであろう。プロセスおよび方法は、それらの実施および使用の変形を容易にするために修正されてもよい。提供されるプロセスおよび方法ならびに動作の順序は変更されてもよく、さまざまな要素が追加され、並べ替えられ、組み合わされ、省略され、修正され、等々されてもよい。プロセスおよび方法の一部は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せで実装され得る。プロセスおよび方法の一部または全部は、ここに記載されている1つまたは複数のプロセッサ/モジュール/アプリケーションによって実施することができる。
本出願全体を通して使用されるように、用語「することができる(may)」は必須の意味(すなわち、しなければならないという意味)ではなく、許容的な意味(すなわち、可能性があるという意味)で使用される。用語「含む(include)」、「含む(including)」、および「含む(includes)」は、含むことを意味するが、それに限定されない。本出願全体を通して使用されるように、単数形「a」、「an」、および「the」は、内容が別段に明示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「要素(an element)」への言及は、2つ以上の要素の組み合わせを含むことができる。本出願全体を通して使用されるように、用語「または(or)」は、別段の指示がない限り、包括的な意味で使用される。すなわち、AまたはBを含む要素の説明は、AおよびBの一方または両方を含む要素を指すことができる。本出願全体を通して使用されるように、語句「基づく(based on)」は、関連する動作を、特定の項目のみに基づくものに限定しない。したがって、例えば、データA「に基づく」処理することは、内容が別段に明示しない限り、データAに少なくとも部分的に基づいて、データBに少なくとも部分的に基づいて、処理することを含む。本出願全体を通して使用されるように、用語「から(from)」は、関連する動作を直接的なものに限定しない。したがって、例えば、エンティティ「から」ある項目を受け取ることは、エンティティから直接的に、またはエンティティから間接的に(例えば、仲介エンティティを介して)ある項目を受け取ることを含むことができる。特に明記されていない限り、議論から明らかなように、本明細書全体を通して、「処理する(processing)」、「計算する(computing)」、「計算する(calculating)」、「決定する(determining)」などの用語を使用する説明は、専用コンピュータまたは同様の専用電子処理/計算機器などの特定の装置のアクションまたはプロセスを指すことが理解される。本明細書の文脈では、専用コンピュータまたは同様の専用電子処理/計算機器が専用コンピュータまたは同様の専用電子処理/計算機器のメモリ、レジスタ、または他の情報記憶デバイス、伝送デバイス、またはディスプレイデバイス内の物理量、電子量、または磁気量として典型的に表される信号を操作または変換することができる。
Claims (28)
- 坑井ケーシングライナープリンティングシステムであって、
炭化水素井戸の坑井内に配置されたケーシングパイプと前記坑井の壁との間に位置する環状領域に配置されるように構成され、前記環状領域内で回転し、前記環状領域内にケーシングライナーを形成するために前記環状領域内に材料を堆積させるように構成されたケーシングライナープリントヘッドであって、前記ケーシングライナープリントヘッドが、
半径方向に直列に配置された第1のセットのプリントノズルと、
半径方向に直列に配置され、前記第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルを含み、
前記第1のセットのプリントノズルは、第1のケーシングライナー材料を前記環状領域に噴出するように構成され、前記第2のセットのプリントノズルは、第2のケーシングライナー材料を前記環状領域に噴出するように構成されて、前記第1のケーシングライナー材料および前記第2のケーシングライナー材料のケーシングライナーを形成する、ケーシングライナープリントヘッドを含む、システム。 - 前記ケーシングライナープリントヘッドは、前記坑井の長さに沿って前進され、前記環状領域の長さに沿って前記第1のケーシングライナー材料および前記第2のケーシングライナー材料を噴出して、前記環状領域の前記長さに沿って前記ケーシングライナーを形成するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のセットのプリントノズルは、半径方向に延在する第1のプリントノズル列を含み、前記第2のセットのプリントノズルは、半径方向に延び、前記第1のプリントノズル列に隣接する、第2のノズル列を含む、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記第2のセットのプリントノズルは、前記ケーシングライナープリントヘッドが前記ケーシングパイプの周りを回転する間に、前記第1のセットのプリントノズルをたどるように配置される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ケーシングライナープリントヘッドは、前記ケーシングパイプの周りに配置されるように構成された円筒状カラーを含み、前記第1のセットのプリントノズルおよび前記第2のセットのプリントノズルは、前記円筒状カラーから半径方向に延在する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1のセットのプリントノズルは、前記第1のケーシングライナー材料を前記坑井の長手方向軸に平行な長手方向に前記環状領域内に噴出するように構成され、前記第2のセットのプリントノズルは、前記第2のケーシングライナー材料を前記長手方向に前記環状領域内に噴出するように構成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1のケーシングライナー材料がセメント質材料を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1のケーシングライナー材料がケーシングセメントを含む、請求項7に記載のシステム。
- 前記第2のケーシングライナー材料が前記セメント質材料以外の材料を含む、請求項7または8に記載のシステム。
- 前記第2のケーシングライナー材料が、気体、液体または固体を含む、請求項7〜9のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2のケーシングライナー材料がポリマーを含む、請求項7〜10のいずれか一項に記載のシステム。
- 堆積された前記第2のケーシングライナー材料が、堆積された前記第1のケーシングライナー材料内に空隙を形成するように構成される、請求項1〜11のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第2のケーシングライナー材料が、前記第1のケーシングライナー材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のシステム。
- 炭化水素井戸の坑井内にケーシングライナーを形成する方法であって、
炭化水素井戸の坑井内に配置されたケーシングパイプと前記坑井の壁との間に位置する環状領域内にケーシングライナープリントヘッドを配置するステップであって、前記ケーシングライナープリントヘッドが、
半径方向に直列に配列された第1のセットのプリントノズルと、
半径方向に直列に配列され、前記第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルと、を含む、ステップと、
前記環状領域内で前記ケーシングライナープリントヘッドを回転させて、前記環状領域内にケーシングライナーを形成するために前記環状領域内に材料を堆積させるステップであって、前記堆積させるステップは、第1のセットのプリントノズルが第1のケーシングライナー材料を前記環状領域内に噴出し、第2のセットのプリントノズルが第2のケーシングライナー材料を環状領域内に噴出して、前記第1のケーシングライナー材料および前記第2のケーシングライナー材料のケーシングライナーを形成する、ステップと、
を含む、方法。 - 前記ケーシングライナープリントヘッドを前記坑井の長さに沿って前進させ、前記第1のケーシングライナー材料および前記第2のケーシングライナー材料を前記環状領域の長さに沿って噴出して、前記ケーシングライナーを前記環状領域の前記長さに沿って形成するステップを更に含む、請求項14に記載の方法。
- 前記第1のセットのプリントノズルは、半径方向に延在する第1のプリントノズル列を含み、前記第2のセットのプリントノズルは、半径方向に延び、前記第1のプリントノズル列に隣接する、第2のノズル列を含む、請求項14または15に記載の方法。
- 前記第2のセットのプリントノズルは、前記ケーシングライナープリントヘッドが前記ケーシングパイプの周りを回転する間に、前記第1のセットのプリントノズルをたどる、請求項14〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ケーシングライナープリントヘッドは、前記第1のセットのプリントノズルおよび前記第2のセットのプリントノズルが円筒状カラーから半径方向に延在する、前記円筒状カラーを含み、前記ケーシングライナープリントヘッドを、前記坑井内に配置された前記ケーシングパイプと前記坑井の壁との間に位置する前記環状領域内に配置することは、前記円筒状カラーを前記ケーシングパイプの上に配置することを含む、請求項14〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のセットのプリントノズルは、前記第1のケーシングライナー材料を前記坑井の長手方向軸に平行な長手方向に前記環状領域内に噴出し、前記第2のセットのプリントノズルは、前記第2のケーシングライナー材料を前記長手方向に前記環状領域内に噴出する、請求項14〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のケーシングライナー材料がセメント質材料を含む、請求項14〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のケーシングライナー材料がケーシングセメントを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記第2のケーシングライナー材料が前記セメント質材料以外の材料を含む、請求項20または請求項21に記載の方法。
- 前記第2のケーシングライナー材料が、気体、液体または固体を含む、請求項20〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2のケーシングライナー材料がポリマーを含む、請求項20〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 堆積された前記第2のケーシングライナー材料が、堆積された前記第1のケーシングライナー材料内に空隙を形成する、請求項14〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2のケーシングライナー材料が、前記第1のケーシングライナー材料のヤング率よりも小さいヤング率を有する、請求項14〜25のいずれか一項に記載の方法。
- 坑井ライナープリンティングシステムは、
炭化水素井戸の坑井内に配置された管状部材と坑井の壁との間に位置する環状領域に配置されるように構成され、環状領域内で回転し、環状領域内にケーシングライナーを形成するために環状領域内に材料を堆積させるように構成されたケーシングライナープリントヘッドであって、前記ケーシングライナープリントヘッドが、
半径方向に直列に配列された第1のセットのプリントノズルと、
半径方向に直列に配列され、前記第1のセットのプリントノズルからオフセットされた第2のセットのプリントノズルと、を含み、
前記第1のセットのプリントノズルは、ケーシングセメントを前記環状領域に噴出するように構成され、前記第2のセットのプリントノズルは、一体化構造材料を前記環状領域に噴出するように構成されて、前記ケーシングセメントの前記ケーシングライナーおよび一体化構造材料によって画定される前記ケーシングセメント内の空隙を形成する、
ケーシングライナープリントヘッドを含む、システム。 - 前記ケーシングライナープリントヘッドは、前記坑井の長さに沿って前進され、前記ケーシングセメントおよび前記一体化構造材料を前記環状領域の長さに沿って噴出し、前記ケーシングライナーを前記環状領域の長さに沿って形成するように構成される、請求項27に記載のシステム。
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