CN101360883B - 使井眼中的管状件膨胀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使延伸进入地层中形成的井眼的管状件(4)径向膨胀的方法，该方法包括以下步骤：将胀管器(8)布置在管状件(4)中，胀管器(8)能操作用于将径向力施加到管状件(4)的内表面上；通过将管状件(4)的内部加压并且同时操作胀管器(8)以便将所述径向力施加到管状件的内表面来使管状件径向膨胀。以独立于将管状件内部加压的方式来操作胀管器(8)以便将所述径向力施加到管状件(4)的内表面上。

Description

使井眼中的管状件膨胀的方法
技术领域
本发明涉及一种使延伸到在地层中形成的井眼中的管状件径向膨胀的方法，其中位于管状件中的胀管器(expander)用于将径向力施加在管状件的内表面上。
背景技术
用于生产烃类流体的井眼传统地设有一个或多个套管(casing)以便提供井眼壁的稳定性，和/或提供不同地层分层之间的产层封隔。通常，几根套管以嵌套布置的方式设置在不同深度间隔处，其中每一根后来套管的直径小于前一根套管的直径，以便允许套管穿过前一根套管下放。
最近已经实施了在井眼中使管状件径向膨胀，例如，作为抵靠已有套管段的包层。另外，已经提出通过将每一根后来套管径向膨胀到与前一根套管基本上相同的直径来建造单直径井。因此，与传统嵌套布置的有效直径随每一根后来套管逐步减小的情况相反，实现了井眼的有效直径沿其(一部分)深度保持基本上恒定。单直径的构思对于非常深的井或大位移井特别有利。为了使管状件膨胀，直径基本上等于所需被膨胀内径的胀管器被泵送、推动或牵拉(有时与旋转组合)通过管状件。
在一种这样的方法中，胀管器被泵送通过管状件，其中管状件的被膨胀部分的内部被加压至最大压力，胀管器在该压力下开始移动通过管状件。然而，经验表明，由胀管器施加到管状件上的所需膨胀力可能非常高，因此，可能导致对胀管器和/或对管状件的内表面造成损伤。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种使井眼中的管状件膨胀的改进方法，该方法克服了现有技术的缺点。
根据本发明，提供了一种使延伸到在地层中形成的井眼的管状件径向膨胀的方法，包括以下步骤：
将胀管器布置在管状件中，胀管器可操作用于将径向力施加到管状件的内表面上；
通过将管状件内部加压并且同时操作胀管器以便将所述径向力施加到管状件的内表面上而使管状件径向膨胀，
其中以独立于将管状件内部加压的方式操作胀管器以便将所述径向力施加到管状件的内表面上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种使延伸进入在地层中形成的井眼的管状件径向膨胀的方法，所述方法包括以下步骤：
将胀管器布置在管状件中，所述胀管器能操作用于将径向力施加到管状件的内表面上，其中管状件的被膨胀部分在胀管器下面延伸，而且管状件的未被膨胀部分在胀管器上面延伸；
通过封隔器封闭管状件的下端；
通过将管状件的内部加压并且同时操作胀管器以便将所述径向力施加到管状件的内表面上来使所述管状件径向膨胀，
其中以独立于将管状件的内部加压的方式操作胀管器以便将所述径向力施加到管状件的内表面上，和
其中所述管状件的内部在所述被膨胀部分和所述未被膨胀部分中都被加压。
优选地，在所述方法中，基本上所述管状件的整个内部被加压。
优选地，在所述方法中，所述管状件的内部通过将流体泵送到管状件中而被加压。
优选地，在所述方法中，所述管状件具有基本上位于地面的上端，而且其中所述流体在所述管状件的上端处或在所述管状件的上端附近被泵送到所述管状件中。
优选地，在所述方法中，所述管状件的内部被加压到的压力在管状件破坏压力的80％到95％之间。
优选地，在所述方法中，所述管状件的内部被加压到的压力大约为管状件破坏压力的90％。
优选地，在所述方法中，所述胀管器具有大于未被膨胀管状件的内径的最大直径，而且其中操作所述胀管器以便通过移动胀管器穿过管状件而将所述径向向外的作用力施加到管状件的内表面上。
优选地，在所述方法中，所述胀管器通过牵拉绳来牵拉胀管器穿过管状件而穿过所述管状件移动。
优选地，在所述方法中，所述胀管器可在径向缩回模式和径向膨胀模式之间移动，而且其中操作所述胀管器以便通过使胀管器从所述径向缩回模式移动到所述径向膨胀模式而将所述径向力施加到管状件的内表面上。
优选地，在所述方法中，所述管状件是井眼套管或井眼衬管。
通过以独立于将管状件内部加压的方式来操作胀管器，实现了管状件的内部可以被加压到显著更高的压力，使得由胀管器施加到管状件上的所需膨胀力可以较低。
合适地，管状件包括被膨胀部分和未被膨胀部分，其中管状件的内部在被膨胀部分和未被膨胀部分中都被加压。例如，管状件的整个内部可以被加压。
附图说明
在下文将参照附图通过实例的方式来详细阐述本发明，其中：
图1示意性地显示了设有根据本发明方法膨胀的套管的井眼的第一实施例；以及
图2示意性地显示了设有根据本发明方法膨胀的衬管的井眼的第二实施例。
具体实施方式
在附图和如下的详细描述中，相同的附图标记标示相同的元件。此外，应该理解的是，术语“下面”、“上面”、“向上”、“向下”是指沿着井眼纵轴且相对于地面测量的井眼深度。
参照图1，显示了用于从地层2生产油或气的井眼1。可膨胀的套管4从地面的井口6延伸到井眼1下端附近，其中套管4被密封地连接到井口6。用于使套管4径向膨胀的胀管器8被定位在套管4中，其中套管4的被膨胀部分10在胀管器8下面延伸，套管4的未被膨胀部分12在胀管器8上面延伸。被膨胀的套管部分10的下端通过封隔器13封闭。
胀管器8沿向上方向从与被膨胀的套管4的内径相应的较大直径逐渐变细到与未被膨胀的套管4的内径相应的较小直径。没有将胀管器8的外表面密封到套管4的内表面的装置，使得加压流体可以在胀管器8和套管4之间流动。
胀管器8设有通孔14，该通孔提供了未被膨胀套管部分12的内部和被膨胀套管部分10的内部之间的流体连通。胀管器8被连接到钢丝绳16上，该钢丝绳延伸通过未被膨胀套管部分12和井口6到达地面的绞车18上。钢丝绳16以密封方式穿过设在井口6中的通孔19，使得在防止流体通过通孔19的同时钢丝绳16可以轴向移动通过通孔19。此外，在地面提供流体泵20，用于将流体经由管道22和井口6泵送到套管4中。
参照图2，显示了用于从地层2生产油或气的井眼1。套管24从地面延伸到从井底起选定距离的深度，套管24通过一层水泥(未显示)固定在井眼中。此外，可膨胀的衬管26在套管24下面在井眼中延伸，其中衬管26的上端部分延伸进入套管24。衬管26被悬持在钻杆28上，侧入接头(side entry sub)30将衬管26与钻杆30互相连接。钻杆28延伸到地面的传统钻机(未显示)，并被连接到流体泵(未显示)，用于经由钻杆28将流体泵送到衬管26中。
用于使衬管26径向膨胀的胀管器32定位在衬管26中，其中衬管26的被膨胀部分34在胀管器32下面延伸，而且衬管26的未被膨胀部分36在胀管器32上面延伸。被膨胀衬管部分34的下端通过封隔器37封闭。胀管器32沿向上的方向从与被膨胀衬管部分34的内径相应的较大直径逐渐变细到与未被膨胀衬管部分36的内径相应的较小直径。没有用来将胀管器32的外表面密封到衬管26的内表面的装置，使得加压流体可以在胀管器32和衬管26之间流动。为了保证未被膨胀衬管部分36和被膨胀衬管部分34之间的流体自由流动，胀管器可选择地设有类似于图1实施例的通孔14的通孔(未显示)。
胀管器32在其下端设有伸长器(extender)40，该伸长器包括下腿42和上腿43，下腿42和上腿43可相对于彼此轴向移动。下腿42设有下固定器(anchor)44，上腿43设有上固定器45。每一个固定器44、45可在一径向缩回位置和一径向延伸位置之间操作，固定器44、45在所述径向缩回位置不受衬管26的内表面约束，固定器44、45在所述径向延伸位置被固定到衬管26的内表面上。伸长器40可在一径向缩回位置和一径向延伸位置之间操作，固定器43、45在所述径向缩回位置处彼此靠近，固定器43、45在所述径向延伸位置彼此远离。伸长器40和固定器43、45被电动操作，其中通过电缆46为伸长器40和固定器43、45提供电力，该电缆从地面沿着钻杆28延伸并经由侧入接头30中的开口(未显示)进入衬管26。电缆46在伸长器40下面以环48的形式延伸，从而允许膨胀组件相对于侧入接头30的轴向位移。
在图1所示的实施例的正常操作期间，流体泵20被操作以将流体经由管道22和井口6在套管4上端泵送到套管内部。封隔器13防止流体从套管4的下端流出。泵送操作的结果是，套管4中的流体压力增加，其中由于胀管器8的通孔14，在被膨胀(下)套管部分10中的流体压力增加等于在未被膨胀(上)套管部分12中的流体压力增加。同样，胀管器8的外表面和套管4的内表面之间的流体压力同等增加。持续将流体泵送到套管4中，直到套管4中的流体压力为套管4破坏压力(burst pressure)的大约90％。可以理解的是，套管破坏压力是套管4以不可控制的方式变形而导致套管破裂的内部流体压力。对于给定套管的特性，比如直径、壁厚、钢的性质和粗糙度，破坏压力可以通过计算或者通过测试直接确定。而且，大多数套管通常使用的破坏压力是已知的或者可以从制造商处获得。
当套管4中的流体压力达到套管破坏压力的大约90％时，操作绞车20以便通过钢丝绳16向上牵拉胀管器8。由于套管4中的高流体压力，向上牵拉胀管器8通过套管从而使套管4径向膨胀所需的作用力较低。胀管器8外表面和套管内表面之间的加压流体提供使套管4径向膨胀所需的大部分能量。因此，胀管器8仅需要将适度的径向力施加到套管4的内表面上以便使套管膨胀。由于套管4的内部容积在膨胀过程中增加，需要在膨胀过程中继续将流体泵送到套管4中，以便保持流体压力处于大约90％的破坏压力。膨胀过程持续进行直到胀管器到达套管4的上端，随后从井眼1取回胀管器8。
在图2所示的实施例的正常操作期间，操作地面的流体泵以便经由钻杆28和侧入接头30将流体泵送到衬管26的内部。封隔器37防止流体从衬管26的下端流出。泵送操作的结果是，衬管26中的流体压力增加，其中在被膨胀(下)立管(riser)部分34中的流体压力增加等于在未被膨胀(上)衬管部分36中的流体压力增加。同样，胀管器32的外表面和衬管26的内表面之间的流体压力同等增加。持续将流体泵送到衬管26中直到衬管26中的流体压力为衬管26破坏压力的大约90％。破坏压力是衬管26以不可控制的方式变形并最终导致衬管26破裂的内部流体压力。类似于套管的破坏压力，衬管的破坏压力可以通过计算或者通过测试直接确定。替代地，破坏压力可以从制造商处获得。
当衬管26中的流体压力达到衬管破坏压力的大约90％时，在伸长器40处于缩回位置的情况下，操作下固定器44以便移动到其径向延伸位置，从而将下腿42固定到衬管26的内表面上。然后，操作伸长器40以便移动到其轴向延伸位置，从而使胀管器32穿过衬管26向上移动一个行程并使衬管26进一步膨胀。由于衬管26中的高流体压力，使胀管器32穿过衬管26向上移动从而使衬管径向膨胀所需的作用力较低。胀管器的外表面和衬管的内表面之间的加压流体提供使衬管26径向膨胀所需的大部分能量。因此，胀管器26仅需要将适度的径向力施加到衬管26的内表面上以便使衬管膨胀。由于衬管26的内部容积在膨胀过程中增加，需要在膨胀过程中继续将流体泵送到衬管26中，以便保持流体压力处于破坏压力的大约90％。当伸长器40到达其行程的末端时，将上固定器45移动到其径向延伸位置从而将上腿43固定到衬管26的内表面，将下固定器44移动到其径向缩回位置。然后将伸长器40移动到其轴向缩回位置，由此下腿42和下固定器44穿过衬管26向上移动。然后重复上述的膨胀过程从而使胀管器32向上移动另一个行程，等等。在膨胀过程的最后阶段期间，衬管26的上端部分被膨胀抵靠套管24，由此衬管被稳固地固定到套管24上。在衬管26已经被完全膨胀之后，从井眼1取回胀管器32、伸长器40、电缆46、侧入接头30和钻杆28。
可以使用自致动的固定器来代替使用上文所描述的电动固定器。例如，可以使用如下的固定器，在将向下的作用力施加到固定器时，该固定器自动抵靠衬管的内表面，而且在将向上的作用力施加到固定器时，该固定器从衬管自动释放。此原理类似于传统的球抓取器(ballgrabber)的原理。
此外，可以使用例如盘管来以液压方式为伸长器和/或固定器提供动力，从而代替使用电为伸长器和/或固定器提供动力。而且，可以应用电液结合来提供动力。
可以通过允许胀管器在重力作用下穿过管状件移动而操作胀管器以便将所述径向向外的作用力施加到管状件的内表面，来代替在向上的方向上牵拉胀管器穿过管状件。为了提高作用在胀管器上的重力，胀管器适当地设有额外的压重装置或者设有推进装置(比如上文所描述的伸长器)。

Claims (10)

1.一种使延伸进入在地层中形成的井眼的管状件径向膨胀的方法，所述方法包括以下步骤：
将胀管器布置在管状件中，所述胀管器能操作用于将径向力施加到管状件的内表面上，其中管状件的被膨胀部分在胀管器下面延伸，而且管状件的未被膨胀部分在胀管器上面延伸；
通过封隔器封闭管状件的下端；
通过将管状件的内部加压并且同时操作胀管器以便将所述径向力施加到管状件的内表面上来使所述管状件径向膨胀，
其中以独立于将管状件的内部加压的方式操作胀管器以便将所述径向力施加到管状件的内表面上，和
其中所述管状件的内部在所述被膨胀部分和所述未被膨胀部分中都被加压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基本上所述管状件的整个内部被加压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述管状件的内部通过将流体泵送到管状件中而被加压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述管状件具有基本上位于地面的上端，而且其中所述流体在所述管状件的上端处或在所述管状件的上端附近被泵送到所述管状件中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述管状件的内部被加压到的压力在管状件破坏压力的80％到95％之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述管状件的内部被加压到的压力大约为管状件破坏压力的90％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述胀管器具有大于未被膨胀管状件的内径的最大直径，而且其中操作所述胀管器以便通过移动胀管器穿过管状件而将所述径向向外的作用力施加到管状件的内表面上。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述胀管器通过牵拉绳来牵拉胀管器穿过管状件而穿过所述管状件移动。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述胀管器可在径向缩回模式和径向膨胀模式之间移动，而且其中操作所述胀管器以便通过使胀管器从所述径向缩回模式移动到所述径向膨胀模式而将所述径向力施加到管状件的内表面上。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述管状件是井眼套管或井眼衬管。
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Granted publication date: 20120801

Termination date: 20140123