CN101089358B - 在井底环境中便于湿或干控制线连接的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在井眼中连通毫无阻塞例如其中包括砾石充填和横向接头的湿连接装置。当第一和第二管处于可操作位置时，该装置使用第一和第二管的连通管线以及在这些管线之间的环形或部分环形连通通路。

Description

在井底环境中便于湿或干控制线连接的方法和装置

本申请是中国专利申请No.200380103059.3(申请日：2003年11月07日；发明名称：在井底环境中便于湿或干控制线连接的方法和装置)的分案申请。 

相关申请的交叉引用

本申请要求对起始于2002年11月11日早期提出的美国临时申请序列号60/425,348享有权益，其公开的全部内容在此引用作为参考。 

背景技术

最近十年或更长时间研究有效和可靠的烃类开采已经将该产业引入了对老油田(其它井底(downhole)产业)老化问题的明智解决办法。安装阀门，检测，计算，以及其它作业正在实现井底达到该技术所允许的程度。原始井眼(primary wellbore)具有装在其中的“智能完井管柱(intelligent completion string)”，其可将油井的部分分区封隔，可变地控制油井的部分和其它。这些部分可以是油井的横向支柱(lateral leg)或是在原始井眼内的不同区域。

在多边井眼结构中，横向支柱可能很长，并可能穿过多个产油和非产油区，也可能被或者不被砾石充填。横向支柱和砾石充填层，尤其在这些结构之外产生有关连通和控制的问题。砾石充填(gravelpack)具有连通通路，但是它们很难对准并一起工作；由于在穿过接头(junction)连通时存在困难，横向支柱通常只在与原始井眼接合时加以控制。

毫无连通阻塞构型的较好连通将有益于烃类勘探和开采工业并为其所接收。

发明内容

本文所公开的是一种控制线湿连接装置，该装置包括第一管和第二管，第一管具有一个或多个与其相连的控制线连接点，每一连接点 中止在第一管内尺寸的孔口处，第一管的内尺寸表面具有一密封孔；第二管具有一个或多个与其相连的控制线连接点，每一控制线中止在第二管外尺寸的孔口处，该外尺寸表面具有至少两个彼此轴向隔开的密封，在第二管外尺寸处每一个孔口的每一侧至少有一个密封。

本文还公开了一种多密封组件，其具有密封体，多个密封和多个用于控制线的直通构型。该直通构型是交错排列的。

本文又公开了一种构造为便于和横向完井管柱连通的接头，该管柱包括接头，原始孔口(primary bore)和与原始孔口相交的横向孔口。设置至少一个连通开口，其从横向孔口内尺寸的外部位置穿过接头进入横向孔口。

另外公开了一种油井系统，该系统具有油管柱(tubing string)，其设有原始孔口和至少一个从接头原始孔口延伸并与其相交的横向孔口。该油井系统包括在至少一个横向孔口中的智能完井管柱和在原始孔口中的智能完井管柱。为每个原始孔口和至少一个横向孔口中的管柱设置连通导管，至少一个横向孔口中管柱用的连通导管设在至少原始孔口和横向孔口接头处油管柱内尺寸的外面。

本文而且公开了一种将智能完井管柱装到井眼横向支柱的方法。该方法包括将具有原始支柱和横向支柱的接头下入在油管柱到一定深度，而控制管缆设在管柱和接头内尺寸的外面，接头还具有至少一个从控制管缆通向接头内尺寸的开口。该方法还包括将智能完井管柱下入横向支柱中并与至少一个开口连接。

本文另外还公开了一种将第一和第二控制线与第一和第二嵌套管相连的连接装置，该装置包括第一管和第二管，第一管具有与其相连的第一控制线，第二管具有与其相连的第二控制线，而且构造成当第一管和第二管嵌套时，它们隔离一环空体积，以便将第一控制线连通连接到第二控制线。

附图说明

现在参照附图，其中在一些附图中相同的部件标以同样的编号：

图1A为示意图，表示径向湿连接连接器连接前的状态；

图2A为示意图，表示径向湿连接连接器连接后的状态；

图1B为示意图，表示径向湿连接连接器连接后的状态；

图2A表示与图1A相似的示意图，但是具有平截头圆锥体连接的几何形状；

图2B表示与图1B相似的示意图，但是具有平截头圆锥体连接的几何形状；

图3为示意图，表示具有图1A和1B径向湿连接器的砾石充填构型；

图4是径向湿连接器固定器(anchor)部分的透视图；

图5为示意图，表示多边接头的第一实施例，其构造为便于安装智能完井系统在两个支柱中；

图6是图5中多边接头示意表示完井在横向支柱中的视图；

图7是图6中限定区域的放大图；

图8是多个元件交错排列的直通封隔器示意图；

图9是具有交错排列的多密封直通密封组件示意图；

图10为多边接头第二实施例的示意图，其构造为便于安装智能完井系统在两个支柱中；以及

图11是图7中多边接头示意表示完井在横向支柱中的视图。

具体实施方式

本文通过两个典型实施例来公开液压管线湿连接装置。但是，为了更好地理解这种装置，该连接首先表示为与其它装置脱离。图1A和1B分别示意示出连接本身只在连接前和连接后的状态。与第二管14相比，第一管12具有较大的内尺寸。这样，第二管14可与密封22一道同心接纳在第一管12内。在该装置中需要至少两个密封，以形成环形(或部分环形，其功能相似)密封空间23，以在控制线井口(uphole)(未在该图示出)和控制线井底16之间连通，其中井口和井底16可以是液压的。第一管12中的孔口18(图中示出三个，但任何数量都可以)在第一管12的密封孔部分20内，从第一管12的内尺寸延伸到控制线连接点19。密封孔20在一个实施例中是抛光孔。控制线连接点可位于第一管12的外尺寸，或者位于第一管的外尺寸和内尺寸之间，实现后一位置要在第一管的外尺寸表面上设置凹槽或在第一管12的介质内某点建 立控制线终端。孔口18彼此轴向隔开，并可设在第一管12密封孔20中的任何圆周边。

第二管14的外尺寸小于第一管12的内尺寸，从而有可能将第二管14同心置于第一管12内。第二管14还包括至少两个彼此轴向隔开的密封22，足以在密封22之间提供大约为孔口18大小的间隙。第二管14的外尺寸还构造为便于将密封22插入到管14的外尺寸和管12的内尺寸之间。在图1A和1B中示出了四个密封，这些密封对应于与三个单独的控制线连接的可能。如果孔口18位于由密封孔20，密封22和第二管14限制的每一环形空间24内，这种可能将被实现。而且，第二管14同样需要在相关密封22之间有三个孔口26，孔口26引导至第二管14的控制线连接点28。应当理解，控制线连接的多或少是根据需要完成的，其仅受控制线供给到连接环空(annulus)能力的限制，该能力是控制线横截面积以及井眼特别是围绕管12和14圆周的有效总面积的函数。

在图1A和1B所示连接装置的实施例中，密封孔20表面平行于第二管14的表面。这种构型便于第一管12和第二管14配合，于是在不改变相关控制线中压力的情况下实现控制线的连接。这是一些应用中所需要的。

图2A和2B示出另一连接装置的实施例，密封孔20a为平截头圆锥体形状，且具有阶形面30。对于该实施例，第二管14a也具有和密封孔20a互补的平截头圆锥体阶形面。在该实施例中，连接后位于第二管14a最小外部尺寸附近的孔口比位于第二管14a最大外部尺寸附近的孔口受到更大的压力变化。该钻具在其它方面起到前述实施例的作用。

现在参见图3，图中示出采用这种配置装置的实施例。在该实施例中，该配置采用了砾石充填组件40。本领域技术人员将会认识到，滤管(screen)42，有孔管44和滑套(sliding sleeve)46是砾石充填组件的常见部分。其它未指出的元件也是本领域常见的。控制线连接配置是新的，其中上面所述的第一管12与其它砾石充填部件成一直线。在该实施例中，三个控制线连接点48设在凹槽50上。应该理解，单个连接点可用于连接到控制线或者根据需要不予连接。显然，至少一个连 接点必须连接到控制线，以相对于本文公开的湿连接装置来控制井底，以便对该配置的井底产生效果。当这些点未用于连接到控制线时，它们最好以合适的方式盖住或堵塞。

在连接到再连接固定器56之前，孔口和在一个实施例中为抛光孔的密封孔20均用具有一对密封54的耐磨补心(wear bushing)52保护起来，以便在与再连接固定器56配合之前保持密封孔20和孔口18的清洁。

再连接固定器56包括连接到接合工具58的第二管14，以便与砾石充填封隔器60接合。再连接固定器56还在砾石充填滑套66的井底部分64装设密封62。一旦再连接固定器56前进到第一管12内，耐磨补心52便推开密封孔20，而第二管14则滑动与密封孔20接合。在一个实施例中，只在图1A和1B中可以看到，耐磨补心52设有恢复锁销(retrievallatch)，这样如果固定器56被拉动，耐磨补心52便复位到密封孔20上，以防该孔污染。

再参照图4，该图示出固定器56的透视图。

在采用湿连接原理和配置的另一构型中，采用该配置以在接头上下的控制线之间形成连通。

参见图5，该图示意示出多边接头110，其具有一个或多个控制管缆(umbilical)或控制线112，114(图示出两个，但可以更多)。每一单个的控制管缆(上面提到的“控制线”和“控制管缆”本文可交换使用)可用于控制独立的装置或独立的管柱，例如智能完井管柱。在油井具有数个横向支柱的地方，这特别有利。在本文的一个实施例中，控制管缆具有和支柱相同的数量，一个供给一个。在图5的典型实施例中，控制管缆112向下延伸到原始支柱116，而控制管缆114则中止在横向支柱120井口端部的多孔定位接头(landing nipple)或密封孔118(类似于前面所述构型的密封孔20)。在该示例中，控制管缆112用于供给多个井底装置或横向支柱，而控制管缆114将供给所示横向支柱20。本领域普通技术人员将很清楚，本文所公开的这种配置是可叠置的。

如图所示，多孔定位接头(或密封孔，这些术语本文中可交换使用)118包括三个孔口122，124和126(其使用多少可根据定位接头的轴向长度而定)，该孔口可以是液压孔口，电气孔口，光导纤维孔口或其它类型的连通孔口，这取决于定位接头和所装的智能完井油管柱之间的预定连接。通过在接头110的外径(OD)上设置控制管缆114，并通过定位接头118形成连接，控制管缆不必为连接到多个横向井眼而在管道系统内实行Y连接。

图5示出在控制管缆114内任何类型的三个导管(应当注意，可采用或多或少的导管)中的每一个被引导至多孔定位接头118内的专用孔口122，124或126。每一个孔口122，124和126可以是敞开的或用某种方式覆盖。敞开的孔口如不受到污染是有效的，但这种孔口易受井眼中碎屑的污染。避免控制管缆中液压连通管路遭受这种污染的一种方法是向每一液压管路连续施加正压，以防止碎屑流入连通孔口。作为次要的问题还应当注意，孔口122，124和126可起到气压喷嘴的作用，以便向液柱(fluid column)中喷射气体。另一方面，通过在每个连通孔口设置剪断或破裂膜片(rupture disk)，孔口122，124和126可自然封闭来自钻井或油井作业的碎屑。当需要时，可通过机械，声控或电气装置或有控制地从表面上将压力施加到控制管缆上，使这些膜片剪断或破裂。只要剪断或破裂可根据需要在任何时间发生，可以预见，在智能完井管柱回接到多孔定位接头之后，使膜片剪断或破裂是较常见的，如图6所示。

图6所描绘的是与图5所示相同的多边接头示意图，但是，图6中智能完井系统已装入横向支柱120。本领域技术人员将会认识到，四个封隔器128与多孔定位接头对接，从而形成三个密封通道，孔口122，124和126(分别)引出进入其中。当然，每个密封通道具有贯穿孔口123，125和127到合适延伸导管(见图5A)的出口路线，用于智能完井系统的操作。

参照图7，该图示出多元件直通封隔器(feed-through packer)。封隔器200是具有多个元件202，204，206，208和210的单个封隔器。 所有这些元件通过共用致动器，卡瓦(slip)212等驱动，而只有元件是重复的。所示元件202具有四个直通位置214。元件204具有三个直通；元件206具有两个直通，而元件208只有一个直通；因而可交错排列。这种直通基于从得克萨斯州休斯敦的贝克石油设备公司(Baker OilTool)购得的第一封隔器(Premier Packers)中获得的技术。细读该图可以看出，每一控制线216，218，220和222中止在不同的密封元件(packing element)之间。这就如上面所述的通过在密封元件之间形成单个的密封环空而便于实现连通。

本领域技术人员将会理解，通过采用多个第一封隔器彼此叠置在顶部，可达到类似的状况。只要在功能上能够获得所需的效果，就不必重复例如卡瓦和致动器等元件。

参照图8，该图示出一种可替代的装置，以达到本文所述系统的目标。多密封直通密封组件230与封隔器200的相似之处在于，它提供了多个环形(或如前述实施例那样，部分环形，而功能相似)密封区域，以在例如(见图5和5A)孔口122，124和126至孔口123，125和127之间形成连通。多密封直通组件230包括多个密封，图中示出5个，但是也可使用更多或更少的密封。密封232，234，236，238和242被构造为在每两个密封之间形成环形密封区域。和图7中的情形一样，控制线进入到这些密封区域的每一个中。在图8情况下，控制线242，244，246，248仅仅直通所需数量的元件，以达到它们相关环形密封区域250，252，254和256；从而交错排列。

可以理解，传统的直通密封组件可以叠置，以替代本文公开的装置，但是会不必要地重复元件，从而增加了成本。

参照图9和10，该图示出一种可替代的实施例。这时，标以编号140的接头与图5中的接头相似。控制管缆112没有改变。但是本领域普通技术人员将会理解，图5中的控制管缆114没有到达表面，并且在该图中清楚地用编号142标出。与图5一样，控制管缆142中止在多孔定位接头118中的井底端。但是与图5中实施例不同的是，控制管缆142中止在多孔定位接头144它的井口端。定位接头144包括孔口146，148和150， 这些孔口分别对应于孔口122，124和126，它们通过控制管缆142的各个连通导管与其连接。参照图6，对于本领域普通技术人员更加一目了然，另一到表面的控制管缆152已被传送到井底管柱154上，并定位在接头144中。管柱154与定位接头144的连通方式和图2中完井管柱130与图2中定位接头118的连通方式相同。一旦管柱154座落在定位接头144，控制管缆152便连接到每个孔口146，148和150，并由此分别连接到孔口122，124和126，以形成通向位于横向支柱120中智能完井管柱156的延伸连通通路。

在图5，6和9，10所示的各个实施例中，本领域普通技术人员将会理解，原始井眼116保持敞开状态，而横向井眼120则用智能管柱156完井。在智能管柱156装到横向井眼120之后，个别的智能管柱可沿原始井眼向下传送。该管柱可井底传送其控制管缆，同时被安装，在不妨碍横向完井管柱且在井底环境中没有任何Y-连接的情况下，可从远处对原始完井管柱加以控制。

参照图11，该图示出另外一个实施例，本领域普通技术人员将会理解，图9和图5之间不同之处在于，控制管缆114如同图1中的控制管缆一样延伸，并中止在井底孔口122，124和126中。但是显然在图9中所缺少的是图5中编号为118的多孔定位接头。该实施例适合那些接头内径允许没有限制的使用场合。在这种情况下，将要传送到横向支柱120的完井管柱160将有密封机构，例如位于其井口端部的多个封隔器162，使实现对孔口120内尺寸164的耐压密封，以便与完井管柱的连通可具有贯通孔口122，124和126。除了避免横向孔口120内径(ID)的任何限制外，该实施例在安装完井管柱的过程中避免了定位接头或其它从中穿过的元件潜在损坏。在其它方面，图11实施例和图5，6和9，10中的实施例一样操作，全部在横向孔口和原始孔口中提供独立可致动的智能完井管柱的能力，以及对于正确的多边油井系统可以叠置。

尽管已示出并描述了优选实施例，但在不偏离本发明精神和范围的前提下可以对其作出改进和替换。因此，应该理解，本发明的描述是示例性的而不是限制性的。

Claims (13)

1.一种构造为便于和横向完井管柱连通的接头，包括：

接头，其具有原始孔口和与所述原始孔口相交的横向孔口；和

至少一个连通开口，其从所述横向孔口的内尺寸的外部位置穿过所述接头进入所述横向孔口。

2.根据权利要求1所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述开口从所述横向孔口延伸到所述接头的外尺寸。

3.根据权利要求1所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述接头包括至少一个定位接头，该定位接头位于原始孔口和横向孔口的至少一个中。

4.根据权利要求3所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述定位接头是多孔定位接头。

5.根据权利要求4所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述至少一个连通开口与所述定位接头成整体。

6.根据权利要求1所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述至少一个连通开口是三个连通开口。

7.根据权利要求1所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述接头包括两个彼此隔开的所述连通开口和一个在这两个连通开口之间延伸的导管，所述导管置于所述接头的内尺寸的外面。

8.根据权利要求1所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述接头包括两个彼此隔开的所述连通开口和一个在这两个连通开口之间延伸的导管；所述导管置于所述接头的外尺寸的外面。

9.根据权利要求1所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述至少一个开口被活动盖所覆盖。

10.根据权利要求9所述的构造为便于和横向完井管柱连通的接头，其中所述盖是可破裂的。

11.一种将智能完井管柱装到井眼横向支柱中的方法，包括：

将具有原始支柱和横向支柱的接头下入在油管柱到一定深度，而控制管缆设在所述油管柱和接头内尺寸的外面，所述接头还具有至少一个从所述控制管缆通向所述接头内尺寸的开口；和

将智能完井管柱下入所述横向支柱中并与所述至少一个开口连接。

12.根据权利要求11所述的将智能完井管柱装到井眼横向支柱的方法，其中所述方法还包括将所述至少一个开口上的盖移开。

13.根据权利要求11所述的将智能完井管柱装到井眼横向支柱的方法，其中所述方法包括将智能完井管柱下入所述原始支柱中。

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