JP3441072B2 - 地層中に坑井を設ける方法 - Google Patents

地層中に坑井を設ける方法

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JP3441072B2 JP50111694A JP50111694A JP3441072B2 JP 3441072 B2 JP3441072 B2 JP 3441072B2 JP 50111694 A JP50111694 A JP 50111694A JP 50111694 A JP50111694 A JP 50111694A JP 3441072 B2 JP3441072 B2 JP 3441072B2
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ローベツク，ウイルヘルムス・クリスチアヌス・マリア
コート，ポール・ロヘルソン
ドンリー，マルテイン
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シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー
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    • E21B29/00—Cutting or destroying pipes, packers, plugs, or wire lines, located in boreholes or wells, e.g. cutting of damaged pipes, of windows; Deforming of pipes in boreholes or wells; Reconditioning of well casings while in the ground
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103—Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Description

【発明の詳細な説明】 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
ケーシングをボアホール中に設置して、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。従来の坑井掘削工法では、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、ケーシングとボアホール壁との間
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。
米国特許出願第1233888号は、地下の地層にボアホー
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、ケーシングに半
径方向荷重を加え、この荷重をケーシングから除去する
ことによって、ケーシングをボアホール壁に対して半径
方向に膨脹させるステップとを含む、地層中に坑井を設
ける方法を開示している。
本発明の目的は、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し、ケーシングと地下の地層との
間の適切な密封をもたらす、地層中に坑井を設ける方法
を提供することである。
本発明によれば、地下の地層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
の中に降下するステップ、ケーシングに半径方向荷重を
加え、この荷重をケーシングから除去することによっ
て、ケーシングをボアホール壁に対して半径方向に膨脹
させるステップとを含む、地層中に坑井を設ける方法に
おいて、この半径方向荷重は、前記荷重をかけたときケ
ーシングが周辺地層より小さな半径方向弾性変形を有す
るように選択され、これによって前記荷重を除去した後
にケーシングと周辺地層との間に圧縮力を誘発すること
を特徴とす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ジ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脹さ
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脹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脹するとき、
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を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脹できるように、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
る得る。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、ケーシングが膨脹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脹
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脹中に、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
径方向膨脹中に第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、ボアホール内で膨脹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
非膨脹状態の液圧膨脹ツールを示す図である。
第３図は膨脹状態の膨脹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、
非膨脹状態の膨脹ツールを示す図である。
第５図は、次の位置における膨脹状態の膨脹ツールを
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、液圧膨脹ツール７が非膨脹状態でケーシ
ング５の下部区間に降下される。膨脹ツール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は膨脹する。膨脹ツール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脹する
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が膨脹している間、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の膨脹
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は非膨脹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脹した後に、膨脹ツー
ル７は非膨脹状態でケーシング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を膨脹させるためにツール７を膨脹
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脹してしまうまで、段階的に膨脹さ
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）を事前膨脹させたケーシング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、液圧膨脹ツール７の代わ
りに使用するとができる。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は膨脹してエキスパンダ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動することの
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の回転とケージング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脹が達
成されるまで液体が加圧される。この代替実施例はま
た、液圧膨脹ツールまたは前述のエキスパンダによる膨
脹と共に使用することもできる。
フロントページの続き (72)発明者 ローベツク，ウイルヘルムス・クリスチ アヌス・マリア オランダ国、エヌ・エル―2288・ヘー・ デー・レイスウイク、ボルメルラーン・ ６ (72)発明者 コート，ポール・ロヘルソン オランダ国、エヌ・エル―2288・ヘー・ デー・レイスウイク、ボルメルラーン・ ６ (72)発明者 ドンリー，マルテイン オランダ国、エヌ・エル―6827・アー・ テー・アーネム、ウエスターボールトセ デク・67・デー (56)参考文献 特開 昭61−67528（ＪＰ，Ａ) 米国特許3477506（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E21B 43/10 E21B 7/20

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】地下の地層３にボアホール１をドリル掘削
    するステップと、可鍛材料製ケーシング５をボアホール
    １の中に降下するステップと、及びケーシング５に半径
    方向荷重を加え、この荷重をケーシング５から除去する
    ことによって、ケーシング５をボアホール壁４に対して
    半径方向に膨脹させるステップとを含む、地層中に坑井
    を設ける方法において、この半径方向荷重が、前記荷重
    をうけたときケーシング５が周辺地層３より小さな半径
    方向弾性変形を有するように選択され、これによって前
    記荷重を除去した後にケーシング５と周辺地層３との間
    に圧縮力を誘発することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記ケーシング材料５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. 【請求項３】前記ケーシング５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. 【請求項４】ケーシング５に前記半径方向荷重をかける
    前に、ケーシング５とボアホール壁４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. 【請求項５】ケーシング５中を通ってエキスパンダ22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５加え、このエキスパンダ22の外
    径がケーシング５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. 【請求項６】前記エキスパンダ22が、これが回転すると
    きにケーシング５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22の回転とケーシング５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. 【請求項７】ケーシング５中を移動するとき、エキスパ
    ンダ22がケーシング５の半径方向膨脹を促進するように
    ケーシング５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. 【請求項８】液圧膨脹ツール７をケーシング５内に位置
    付けて前記ツール７を膨脹させることにより、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. 【請求項９】ケーシング５の半径方向の膨脹中にケーシ
    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. 【請求項１０】前記ケーシング５をボアホール１内に降
    下させる前にリールに格納し、ボアホール１内に降下さ
    せる間にリールから開放する、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. 【請求項１１】前記ケーシング５をボアホール１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。
JP50111694A 1992-06-09 1993-06-08 地層中に坑井を設ける方法 Expired - Lifetime JP3441072B2 (ja)

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EP92201670.4 1992-06-09
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JPH07507610A JPH07507610A (ja) 1995-08-24
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OA (1) OA10117A (ja)
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