(57)【要約】  炭化水素井戸の坑井をケーシングするためのシステムおよび方法が提供される。ケーシングは、ケーシングプリントヘッドを炭化水素井戸の坑井内に配置するステップと、ケーシングプリントヘッドを操作してケーシング材料を噴出して坑井内にケーシング管状部材を形成することと、ケーシングプリントヘッドを操作してケーシング管状部材と坑井の壁との間に位置する環状領域にケーシングライナー材料を噴出して環状領域内にケーシングライナーを形成することであって、ケーシング管状部材とケーシングライナーが坑井のケーシングを形成する、形成することを含む、ダウンホールケーシング作業を行うステップとを含む。
2021505792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素井戸の坑井をケーシングする方法であって、
炭化水素井戸の坑井内にケーシングプリントヘッドを配置するステップと、
ダウンホールケーシング作業を行うステップであって、
前記ケーシングプリントヘッドを操作してケーシング材料を噴出して前記坑井内にケーシング管状部材を形成することと、
前記ケーシングプリントヘッドを操作して前記ケーシング管状部材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材料を噴出して前記環状領域内にケーシングライナーを形成することであって、前記ケーシング管状部材と前記ケーシングライナーが前記坑井のケーシングを形成する、形成することと、
を含む、ステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ダウンホールケーシング作業は、前記坑井の長さに沿って前記ケーシングプリントヘッドを前進させることと、前記坑井の前記長さに沿って前記ケーシング材料および前記ケーシングライナー材料を噴出し、前記坑井の前記長さに沿って前記ケーシングを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ダウンホールケーシング作業は、前記ケーシングに穿孔を形成することを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ケーシングに穿孔を形成することは、前記ケーシングプリントヘッドを操作してケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ケーシングプリントヘッドを操作して前記ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することは、前記ケーシングプリントヘッドを操作して使い捨て材料を堆積させて、前記ケーシング管状部材および前記ケーシングライナーを横切って延在する前記連続した空隙を画定することを含み、本方法はさらに、
使い捨て材料を除去することを含む穿孔作業を行うこと、
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記使い捨て材料は溶解可能材料を含み、前記穿孔作業は、前記溶解可能材料を、前記溶解可能材料を溶解するように構成された物質に曝露することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ケーシング材料が金属材料を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ケーシング材料が鋼を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記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１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記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１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
坑井ケーシ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るように構成されたケーシングプリントヘッドであって、
ケーシング材料を噴出して前記坑井内にケーシング管状部材を形成し、
ケーシングライナー材料を前記ケーシング管状部材と前記坑井の壁との間に位置する環状領域に噴出し、前記環状領域にケーシングライナーを形成し、前記ケーシング管状部材と前記ケーシングライナーが坑井のケーシングを形成するように構成される、ケーシングプリントヘッドを含む、システム。
【請求項１２】
前記ケーシングプリントヘッドは、前記坑井の長さに沿って前進され、前記坑井の長さに沿って前記ケーシング材料および前記ライナケーシング材料を噴出して前記坑井の長さに沿って前記ケーシングを形成するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ダウンホールケーシング作業は、前記ケーシングに穿孔を形成することを含む、請求項１１または請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ケーシングに穿孔を形成することは、前記ケーシング管状部材および前記ケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ケーシング管状部材および前記ケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することは、使い捨て材料を堆積させて、前記ケーシング管状部材および前記ケーシングライナーを横切って延在する前記連続した空隙を画定することを含み、前記使い捨て可能材料は、除去可能である、請求項１４に記載のシステムであっ。
【請求項１６】
前記使い捨て材料は、溶解可能な材料を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ケーシング材料が金属材料を含む、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ケーシング材料は鋼を含む、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ケーシングライナー材料はセメント質材料を含む、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ケーシングライナー材料はケーシングセメントを含む、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
炭化水素井戸の坑井をライニングする方法であって、
炭化水素井戸の坑井内にライナープリントヘッドを配置するステップと、
ダウンホールライニング作業を行うステップであって、
前記ライニングプリントヘッドを操作して管状部材材料を噴出して前記坑井内に管状部材を形成することと、
ライニングプリントヘッドを操作して前記管状部材と前記坑井の壁との間に位置する環状領域内にライナー材料を噴出して、環状領域内に、坑井内のケーシングライナーを形成することであって、前記管状部材およびケーシングライナーは坑井内にライニング管状部材を形成する、形成すること、とを含むステップ、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記ダウンホールライニング作業は、前記坑井の長さに沿って前記ライニングプリントヘッドを前進させることと、前記坑井の長さに沿って前記管状部材材料および前記ライニング材料を噴出して前記坑井の前記長さに沿って前記ケーシングを形成することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記管状部材材料が金属を含み、前記ライニング材料がセメント質材料を含む、請求項２１または２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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
【０００３】
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。
【０００４】
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、中空円筒形管状部材）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。
【０００５】
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。
【発明の概要】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
いくつかの実施形態において、炭化水素井戸の坑井をケーシング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ケーシングプリントヘッドを配置するステップと、ケーシングプリントヘッドを操作してケーシング材料を噴出させて坑井内にケーシング管状部材を形成することと、ケーシングプリントヘッドを操作してケーシングライナー材料をケーシング管状部材と坑井の壁との間に位置する環状領域に噴出させて環状領域内にケーシングライナーを形成することであって、ケーシング管状部材およびケーシングライナーが坑井のケーシングを形成する、形成することを含む、ダウンホールケーシング作業を行うステップと、を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ダウンホールケーシング作業は、坑井の長さに沿ってケーシングプリントヘッドを前進させ、坑井の長さに沿ってケーシング材料およびケーシングライナー材料を噴出して坑井の長さに沿ってケーシングを形成することを含む。特定の実施形態では、ダウンホールケーシング作業は、ケーシングに穿孔を形成することを含む。いくつかの実施形態では、ケーシングに穿孔を形成することは、ケーシングプリントヘッドを操作して、ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することを含む。特定の実施形態では、ケーシングプリントヘッドを操作して、ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することは、ケーシングプリントヘッドを操作して使い捨て材料を堆積させて、ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を画定することを含み、本方法はさらに、使い捨て材料を除去することを含む穿孔作業を行うことを含む。いくつかの実施形態では、使い捨て材料は溶解可能な材料を含み、穿孔作業は、溶解可能な材料を溶解するように適合された物質に曝露することを含む。特定の実施形態では、ケーシング材料が金属材料を含む。いくつかの実施形態では、ケーシング材料は鋼を含む。特定の実施形態では、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、ケーシングライナー材料は、ケーシングセメントを含む。
【００２３】
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るように適合され、坑井内にケーシング材料を噴出してケーシング管状部材を形成し、ケーシング管状部材と坑井の壁との間に位置する環状領域にケーシングライナー材料を噴出して環状領域にケーシングライナーを形成し、ケーシング管状部材とケーシングライナーが坑井のケーシングを形成するように適合された、ケーシングプリントヘッドを含む、坑井ケーシングシステムが提供される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ケーシングプリントヘッドは、坑井の長さに沿って前進され、坑井の長さに沿ってケーシング材料およびライナケーシング材料を噴出して、坑井の長さに沿ってケーシングを形成するように適合される。特定の実施形態では、ダウンホールケーシング作業は、ケーシングに穿孔を形成することを含む。いくつかの実施形態では、ケーシングに穿孔を形成することは、ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することを含む。いくつかの実施形態では、ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を形成することは、使い捨て材料を堆積させて、ケーシング管状部材およびケーシングライナーを横切って延在する連続した空隙を画定することを含み、使い捨て可能材料は除去可能である。特定の実施形態では、使い捨て材料が溶解可能な材料を含む。いくつかの実施形態では、ケーシング材料は金属材料を含む。特定の実施形態では、ケーシング材料は鋼を含む。いくつかの実施形態では、ケーシングライナー材料がセメント質材料を含む。特定の実施形態では、ケーシングライナー材料は、ケーシングセメントを含む。
【００２５】
いくつかの実施形態において、炭化水素井戸の坑井をライニングする方法が提供される。本方法は、ライナープリントヘッドを炭化水素井戸の坑井内に配置するステップと、ライニングプリントヘッドを操作して管状部材材料を噴出して坑井内に管状部材を形成することと、ライニングプリントヘッドを操作して管状部材と坑井の壁との間に位置する環状領域内にライナー材料を噴出して、環状領域内に、坑井内のケーシングライナーを形成することであって、管状部材およびケーシングライナーが坑井内にライニング管状部材を形成する、形成することを含む、ダウンホールライニング作業を行うステップとを含む。いくつかの実施形態では、ダウンホールライニング作業は、坑井の長さに沿ってライニングプリントヘッドを前進させることと、坑井の長さに沿って管状部材材料およびライニング材料を噴出して坑井の長さに沿ってケーシングを形成すること、とを含む。特定の実施形態では、管状部材材料は金属を含み、ライニング材料はセメント質材料を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】１つまたは複数の実施形態による、井戸環境を示す図である。
【００２７】
【図２Ａ】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を示す図である。
【図２Ｂ】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を示す図である。
【００２８】
【図３】１つまたは複数の実施形態による、一体化構造を含むケーシングライナーの一例を示す図である。
【００２９】
【図４Ａ】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を含む例示的なケーシングライナーを示す図である。
【図４Ｂ】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を含む例示的なケーシングライナーを示す図である。
【００３０】
【図５Ａ】１つまたは複数の実施形態による、半径方向に配向された一体化構造を含む例示的なケーシングライナーを示す図である。
【図５Ｂ】１つまたは複数の実施形態による、半径方向に配向された一体化構造を含む例示的なケーシングライナーを示す図である。
【００３１】
【図６Ａ】１つまたは複数の実施形態による、長手方向に配向された一体化構造を含む例示的なケーシングライナーを示す図である。
【図６Ｂ】１つまたは複数の実施形態による、長手方向に配向された一体化構造を含む例示的なケーシングライナーを示す図である。
【００３２】
【図７Ａ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｂ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｃ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｄ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｅ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｆ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｇ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｈ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｉ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｊ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｋ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｌ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｍ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【図７Ｎ】１つまたは複数の実施形態による、例示的な構造を示す図である。
【００３３】
【図８】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を示すフローチャートである。
【００３４】
【図９Ａ】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を示す図である。
【図９Ｂ】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を示す図である。
【００３５】
【図１０】１つまたは複数の実施形態による、穿孔を含む、一体化構造を有するプリントケーシングを示す図である。
【００３６】
【図１１】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を示すフローチャートである。
【００３７】
【図１２】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を示す図である。
【００３８】
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。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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��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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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の形態は、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。以下の請求権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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【図１】
2021505792.tif 000003
【図２Ａ】
2021505792.tif 000004
【図２Ｂ】
2021505792.tif 000005
【図３】
2021505792.tif 000006
【図４Ａ】
2021505792.tif 000007
【図４Ｂ】
2021505792.tif 000008
【図５Ａ】
2021505792.tif 000009
【図５Ｂ】
2021505792.tif 000010
【図６Ａ】
2021505792.tif 000011
【図６Ｂ】
2021505792.tif 000012
【図７Ａ】
2021505792.tif 000013
【図７Ｂ】
2021505792.tif 000014
【図７Ｃ】
2021505792.tif 000015
【図７Ｄ】
2021505792.tif 000016
【図７Ｅ】
2021505792.tif 000017
【図７Ｆ】
2021505792.tif 000018
【図７Ｇ】
2021505792.tif 000019
【図７Ｈ】
2021505792.tif 000020
【図７Ｉ】
2021505792.tif 000021
【図７Ｊ】
2021505792.tif 000022
【図７Ｋ】
2021505792.tif 000023
【図７Ｌ】
2021505792.tif 000024
【図７Ｍ】
2021505792.tif 000025
【図７Ｎ】
2021505792.tif 000026
【図８】
2021505792.tif 000027
【図９Ａ】
2021505792.tif 000028
【図９Ｂ】
2021505792.tif 000029
【図１０】
2021505792.tif 000030
【図１１】
2021505792.tif 000031
【図１２】
2021505792.tif 000032
【国際調査報告】
2021505792.tif 000033
2021505792.tif 000034
2021505792.tif 000035