CN100529327C - 在井孔中安装管状组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在形成于地层中的井孔内安装可扩展的管状组件的方法，由此该管状组件包括多个可扩展的管状元件。该方法包括：在井孔内安装第一管状元件，和在井孔内以如此的方式安装第二管状元件以使得第二管状元件的一个端部延伸入第一管状元件的一个端部从而形成管状组件的重叠部分，所述重叠部分被定位在井孔内以使得一个径向可变形体被布置在该重叠部分的周围。第二管状元件的该端部以如此的方式相对于第一管状元件的该端部被径向地扩展以使得第一管状元件的该端部被径向地扩展并且所述可变形体被径向地变形。
Description
技术领域
本发明涉及在形成于地层里的井孔中安装管状组件的方法，该管状组件包括多个可扩展的管状元件。这种管状元件可以是，例如，井孔的套管段或者井孔的衬套。
背景技术
在常规的钻井方法中，管状套管在选定的深度间隔处安装在井孔中。待安装的每个新套管必须穿过预先已安装的套管，因此新套管的直径必须小于预先已安装的套管。由于这种工艺的原因，用于流体生产的井孔的可用内径会随着深度而变小。对于非常深的井，或者对于套管以相对较短的间隔安装的井，这种常规的套管规划可能会导致这种井不经济。鉴于此，有人建议在预定深度安装之后径向扩展套管/衬套段。
EP-A-1044316公开了一种方法，借助此方法第一管状元件被安装在井孔中，并且第二管状元件被如此地安装在井孔中以使得第二管状元件的上部延伸入第一管状元件的下部以致形成管状元件的重叠部分。然后第二管状元件的上部被相对于第一管状元件径向地扩展以使得因而第一管状元件的所述下部被径向地扩展。
已知方法的缺点是扩展第一管状元件的下部所需的扩展力通常非常高。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种在井孔中安装管状组件的改进方法，其克服了已知方法的缺点。
根据本发明，提供了一种在形成于地层中的井孔内安装可扩展管状组件的方法，该管状组件包括多个可扩展的管状元件，该方法包括：
-在井孔内安装第一管状元件；
-在井孔内安装第二管状元件，其安装方式为第二管状元件的一个端部延伸入第一管状元件的一个端部从而形成管状组件的重叠部分，所述重叠部分被定位在井孔内以使得一个径向可变形体被布置在该重叠部分的周围；和
-相对于第一管状元件的端部径向地扩展第二管状元件的端部，其方式使得第一管状元件的端部被径向地扩展并且所述可变形体被径向地变形。
从而实现了扩展力的降低，因为由于第一管状元件相对于径向可变形体被扩展代替了现有技术中相对于一层硬化的水泥被宽展从而将扩展重叠部分所需的力保持在可接受的范围内。
适宜地，第二管状元件在第一管状元件下面延伸，并且其中第二管状元件的上端部延伸入第一管状元件的下端部。
在一个优选实施例中，可变形体包括地层的可压缩部分以及布置在形成于管状元件与井孔壁之间的环形空间中的可变体体积中的至少一个。
更加优选地，可变形体积包括流体体积、弹性体积、泡沫水泥体积和多孔材料体积中的至少一个。
这种可变形体积适宜地包括具有液体、气体和凝胶中至少一个的流体体积，以及选自于宾汉流体(Bingham fluid)、赫谢耳-包克莱流体、具有抗触变特性的流体、以及在零剪切速率下具有有限屈服强度的流体系统中的不硬化的流体。
本发明的另一个方面涉及一种用于启动管状元件在井孔内径向扩展的系统，其包括用于扩展该管状元件的扩展器、用于拉动扩展器穿过管状元件的致动器、和用于将致动器锚固至管状元件的锚杆。
附图说明
以下将参考附图以示例的方式更详细地描述本发明，在附图中：
图1A-C示意性地示出了在根据本发明方法的第一实施例安装管状井孔组件过程中的顺序阶段；
图2A-D示意性地示出了在根据本发明方法的第二实施例安装管状井孔组件过程中的顺序阶段；
图3A-C示意性地示出了在根据本发明方法的第三实施例安装管状井孔组件过程中的顺序阶段；
图4A-C示意性地示出了在扩展过程的顺序阶段过程中用于本发明方法中的扩展工具的一个例子。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记涉及相同的部件。
图1A-C示出了第一可扩展管状元件，其形式为布置在形成于地层6里的井孔4中的套管2。
参考图1A，套管2以非扩展的状态被降低入井孔4并且随后被相对于井孔壁8径向地扩展。由于井孔壁8可以具有稍微不规则的形状，扩展的套管2不会整体地与井孔壁8相接触。地层6可稍微压缩以使得由于套管2相对于井孔壁8扩展的缘故，套管2与井孔壁8在接触点为密封关系。
参考图1B，又钻出另一个井孔段9并且形式为衬套10的第二可扩展管状元件被降低穿过套管2。衬套10被定位在井孔4中以使得衬套10的上部12延伸入套管2的下部14从而限定出套管2和衬套10的重叠部分16。弹性密封环17绕着衬套10的上部12延伸。
参考图1C，衬套10相对于井孔壁8被径向地扩展从而衬套10的上部12被相对于套管2的下部14扩展。在扩展之后，衬套10的内径基本上等于扩展的套管2的内径。因此，套管2的下部14被进一步相对于地层6扩展，地层6因此又被压缩。密封环17将衬套10密封至套管2。
这样，就实现了将套管2和衬套10的扩展的管状组件安装在井孔中，从而通过套管2和衬套10相对于井孔壁8的扩展获得了油层隔离(zonalisolation)。应当理解的是，“油层隔离”意思是防止了井孔流体(比如来自地层的高压液态烃)迁移通过管状组件和井孔壁8之间的流动通道。
图2A-D示出了径向扩展的套管2扩展入井孔4的另一个实施例。
参考图2A、2B，导管20延伸穿过套管2并且穿过布置在套管2下端处的其形式为浮动管接头22的底部封闭体。大量水泥24经由导管20被泵入井孔4的下部，并且从那里进入形成于套管2和井孔壁8之间的环形空间26中。一批其形式为凝胶28的非硬化流体材料包含在一对刮塞30、31之间。这批凝胶28在水泥24之后经由导管20被泵入环形空间26中。凝胶的量足以充满环形空间26位于套管2的下部14周围的部分。而且，凝胶28具有比水泥24高的比重。下刮塞31被设计为一旦布置在导管20下端处的适当的阻挡台肩(未示出)阻止其被泵送通过导管20，那么其就会破裂。优选地，凝胶具有相对高的屈服强度。例如，能使用的凝胶可以是宾汉(Bingham Plastic)、赫谢耳-包克莱流体(Herschel-Bulkley流体)或者任何其它在零剪切速率下具有有限屈服应力的流体。在这个方面，可以参考，例如，R.W.Whorlow所著的《流变技术》(Ellis Horwood有限公司，第二版，1972年，ISBN 0-13-7753005)的第12-18页。而且，也能使用其粘度能可逆地随着时间而增加的凝胶(通常公知为反触变性或抗触变性；参考所述书籍的第20-23页)。
在刮塞31被相对于阻挡台肩而被泵送时破裂之后，整批的凝胶28被泵送入环形空间26位于套管2的下部14周围的部分(图2B)。由于凝胶和水泥之间的密度差，在环形空间26中凝胶28仍然处于水泥24之下。而且，由于其较高的屈服强度，凝胶在泵送过程中不会迁移入水泥层。
参考图2C，在下一步骤中，导管20从井孔4中移走并且在环形空间26中的水泥24硬化之后井孔4被加深。环形空间26在套管2的下部14周围的部分还没有被粘牢，因为在所述部分中存在着凝胶。随后，可扩展的衬套10穿过套管2被降低入井孔4，由此衬套10的上部12延伸入套管2的下部14以使得限定了套管2和衬套10的重叠部分16。
参考图2D，在又一个步骤中，衬套10被径向地扩展从而衬套10的上部12被相对于套管2的下部12而扩展。衬套10的扩展是这样的以使得其内径变得基本上等于扩展的套管2的内径。因此，套管2的下部1被进一步扩展。套管2的下部14的这种扩展是可行的，因为在套管2和衬套10的重叠部分16处，环形空间26中没有水泥。扩展的衬套10随后被一层水泥34粘牢在井孔中。
图3A-C中示出了套管2在井孔4中被径向扩展的又一实施例。
参考图3A，井孔4的下部已经被下部扩孔以在将套管2安装入井孔4中之前扩大其直径。一层泡沫水泥36被泵送入套管2周围的环形空间26。
参考图3B，随后对井孔4的又一段进行钻孔并且将可扩展的衬套10穿过套管2安装入井孔4直到衬套10处于井孔4的底部附近。在这个位置处，衬套10的上部12延伸入套管2的下部14，因而限定了套管2和衬套10的重叠部分16。
参考图3C，随后衬套10被径向地扩展至基本上与扩展的套管2具有相同的内径以使得因而套管2的下部14进一步被扩展。套管2的下部14的这种进一步扩展是可行的，因为重叠部分16周围的泡沫水泥具有可压缩性(由于弹性和/或塑性变形)。扩展的衬套10随后被一层泡沫水泥38粘牢在井孔中。
现在参考图4A-C，其中示出了应用于本发明方法中的示例性扩展工具40。扩展工具40包括有用于堵塞扩展衬套10的下端的可扩展底塞42、用于扩展衬套10的扩展机芯44、能将扩展机芯44拉入衬套10的液压致动器46(也称作“增力器”)、以及用于将液压致动器46的上端固定至衬套10的可扩展锚杆48。扩展机芯44具有通孔49，该通孔49经由穿过液压致动器46、锚杆48和管组50的流体通道(未示出)与地面上的泵(未示出)流体相通，该管组50从锚杆48延伸至地面上的泵。
在正常使用期间，扩展工具40首先被管组50悬挂在一个位置，借此扩展机芯44被定位在衬套10之下(图4A)。接着，锚杆被相对于衬套10的内表面扩展以使得固定至其上，并且液压致动器被操作以将扩展机芯44和底塞42拉入衬套10的下端部分，借此所述下端部分被径向地扩展(图4B)。随后，底塞42被固定地设置在衬套10的下端部分中，扩展机芯44与底塞42脱开，并且高压处的流体从地面经由管组50被泵送入衬套10。因此，扩展机芯44被向上泵送通过衬套10，从而衬套10被径向地扩展(图4C)。管组50被与扩展机芯44的向上运动同步地从地面提升。
Claims (18)
1.一种在形成于地层中的井孔内安装可扩展的管状组件的方法，该管状组件包括多个可扩展的管状元件，该方法包括：
-在井孔内安装第一管状元件；
-在井孔内安装第二管状元件，其安装方式为第二管状元件的一个端部延伸入第一管状元件的一个端部从而形成该管状组件的重叠部分，所述重叠部分被如此地定位在井孔内以使得一个径向可变形体被布置在该重叠部分的周围；和
-相对于第一管状元件的该端部径向地扩展第二管状元件的该端部，其方式使得第一管状元件的端部被径向地扩展并且所述可变形体被径向地变形，其中一个水泥体处于第一管状元件和井孔壁之间，其特征在于该可变形体是在水泥硬化之前被泵送入第一管状元件和井孔壁之间的流体体积。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，第二管状元件在第一管状元件下面延伸，并且其中第二管状元件的上端部延伸入第一管状元件的下端部。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，该可变形体包括地层的一个可压缩部分以及布置在形成于管状元件与井孔壁之间的环形空间中的一个可变体体积中的至少一个。
4.如权利要求3的方法，其特征在于，该可变形体积包括流体体积、弹性体积、泡沫水泥体积和多孔材料体积中的至少一个。
5.如权利要求4的方法，其特征在于，该可变形体积包括具有液体、气体和凝胶中至少一个的流体体积，以及选自于宾汉流体、赫谢耳-包克莱流体和具有抗触变特性的流体中的一种非硬化流体。
6.如权利要求5的方法，其特征在于，流体体积包括一种非硬化流体，并且其中该方法还包括将该非硬化流体泵送入围绕在重叠部分周围的所述环形空间的一部分中。
7.如权利要求6的方法，其特征在于，还包括将一种硬化的流体体积泵送入所述环形空间的剩余部分以将该管状组件固定在井孔内。
8.如权利要求7的方法，其特征在于，该非硬化的流体体积在所述水泥体积被泵送入环形空间之后被一批量地泵送入井孔内。
9.如权利要求8的方法，其特征在于，所述批量通过延伸入井孔的导管被泵送入井孔，并且其中该批量被定位在位于导管里的一对塞元件之间。
10.如权利要求9的方法，其特征在于，每个塞元件为刮塞或突板。
11.如权利要求7的方法，其特征在于，该硬化流体具有比该非硬化的流体低的比重。
12.如权利要求4的方法，其特征在于，该可变形体积包括泡沫水泥体积，该方法还包括将该泡沫水泥体积泵送入位于管状组件的所述重叠部分周围的环形空间的一部分中。
13.如权利要求1或2的方法，其特征在于，每个管状元件设有至少一个布置在管状元件和井孔壁之间的弹性密封以将管状元件密封至井孔壁。
14.一种用于启动管状元件在井孔内的径向扩展的系统，其包括用于扩展该管状元件的扩展器、用于拉动扩展器穿过管状元件的致动器、和用于将致动器锚固至管状元件的锚杆，其特征在于该系统还包括用于封闭管状元件下端部分的塞，所述塞被布置在扩展器的与致动器相对的侧面处并且可脱开地连接至扩展器。
15.如权利要求14的系统，其特征在于，锚杆装配在管状元件中并且可相对于管状元件的内表面径向扩展。
16.如权利要求14或15的系统，其特征在于，致动器和锚杆中的至少一个是可以液压操作的。
17.如权利要求16的系统，其特征在于，锚杆和致动器设有用于当塞从扩展器释放时将流体泵送入扩展器和塞之间的管状元件里的流体通道。
18.如权利要求14或15的系统，其特征在于，扩展器在管状元件下面延伸，并且其中锚杆和至少部分的致动器在管状元件内延伸。
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