CN101517195A - 使管状元件扩径的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了使管状元件从第一内径扩大到比所述第一内径大的第二内径的方法。所述方法包括步骤：a)将柔性材料制套筒安装在管状元件中；b)将扩管器安装在管状元件中，所述扩管器适合于通过使该扩管器沿轴向移动穿过套筒而使所述套筒径向扩大到大于所述第一内径的外径；和c)使扩管器沿轴向方向移动穿过套筒，从而使管状元件从第一内径径向扩大到第二内径。
Description
技术领域
本发明涉及使管状元件从第一内径扩大到比所述第一内径大的第二内径的方法。
背景技术
管状元件扩径例如在从地下地层开采烃类流体的工业中具有越来越多的应用，开采出的烃类流体通过延伸到井孔中的一个或多个生产油管流向地面。通常，井孔已经设置有一系列钢制管状套管或衬管，例如用于稳定井孔壁或在由井孔穿过的不同地层之间提供层间封隔。这种套管或衬管在钻井期间安装在不同井深间隔处，因此，每个在后的套管通过预先安装的套管在井孔中下降到位于在先套管下方选定的深度处。水泥随后泵入到围绕套管的环形空间内以密封所述环形空间并且将套管固定在井孔内。这个步骤意味着，每个在后套管的外径要小于在先套管的内径，从而使套管以嵌套结构安装。这种嵌套结构的固有缺陷涉及随深度减小的有效直径，这最终会限制钻井深度。
为了克服这一缺陷，人们已经开始实践在井孔中使套管或衬管径向扩径，例如形成抵靠井壁或预先安装套管的扩径护层，或者减小围绕套管或衬管的环形空间。同样，人们建议将每个在后的套管径向扩大到大体上等于在先安装套管直径的直径，从而形成单直径井或其一部分。这样，可以实现用于钻井和/或安装完井设备的有效直径沿着所述深度的至少一部分保持大体上恒定。对于钻进很深井孔或者钻进具有长水平或倾斜段的扩大井孔来说，单直径构思尤为引人关注。
例如，通过使最大直径大致等于希望扩大直径的扩管器穿过管状元件可以实现管状元件的扩径。这通常通过将扩管器泵送、推动或拉动穿过管状元件来实现，有时候与扩管器的旋转相结合。
US-7007760-B2公开了利用扩管器使管状元件径向扩大的方法，所述扩管器由内扩管器构件和围绕内扩管器构件延伸的外扩管器构件装配而成。外部构件使管状元件扩大到比内部构件大的直径。在使用期间，管状元件的末端首先扩大到较大直径，之后，外扩管器构件从内扩管器构件中取出，管状元件的剩余部分只利用内扩管器构件扩大到较小直径。
然而，仍然需要可选方法，其中，管状元件或其一部分径向扩大，或者管状元件的一部分扩大到大于管状元件剩余部分的直径。
发明内容
根据本发明，提供了一种使管状元件从第一内径扩大到比所述第一内径大的第二内径的方法，所述方法包括步骤：
a)将柔性材料制套筒安装在管状元件中；
b)将扩管器安装在管状元件中，所述扩管器适合于通过使该扩管器沿轴向移动穿过套筒而使所述套筒的外径径向扩大到大于所述第一内径；和
c)使扩管器沿轴向方向移动穿过套筒，从而使管状元件从第一内径径向扩大到第二内径。
柔性材料制套筒在扩管器移动穿过期间扩大为较大直径，从而在扩管器和管状元件之间不直接接触的情况下使管状元件扩大。因此，可以使用相同的扩管器将管状元件的一部分扩大到不同的直径，这通过在该部分使用具有不同壁厚的套筒实现。同样，由于其弹力的原因，套筒可以在扩大过程后从管状元件中容易地取出。
此外，可以利用本发明的方法使远离管状元件端部位置处的管状元件的一部分扩大，例如，以便形成用于可扩大扩管器的装入段，所述可扩大扩管器以未扩大方式传送到装入段，随后扩大到扩大模式以使管状元件的剩余部分扩大，或者形成用于例如分离泵的工具的外壳。
如果只扩大管状元件的一部分，套筒适当地安装在所述部分处，扩管器具有允许该扩管器大体上自由穿过管状元件的剩余部分的尺寸。因此，扩管器可以在完成扩大后从管状元件中容易地取出。
为了允许套筒在扩大过程后从管状元件中容易地取出，套筒的所述柔性材料适当地为弹性材料，例如弹性体。优选的弹性材料是聚亚安酯。在扩管器移动穿过套筒之后，如果套筒适合于弹性变形到大体上等于将扩管器移动穿过套筒之前的套筒外径的外径，可以提高取出套筒的方便性。
附图说明
本发明将参照附图在下文以举例方式更详细地描述，其中：
图1示意性地显示了根据本发明方法的管状元件在其扩大之前的第一实施例；
图2示意性地显示了在扩大期间根据本发明方法的第一实施例的管状元件；
图3示意性地显示了在扩大之后根据本发明方法的第一实施例的管状元件；
图4示意性地显示了根据本发明方法的管状元件在其扩大之前的第二实施例；
图5示意性地显示了在扩大期间根据本发明方法的第二实施例的管状元件；
图6示意性地显示了在扩大之后根据本发明方法的第二实施例的管状元件；
图7示意性地显示了在本发明方法中使用的扩管器和套筒的实例；和
图8示意性地显示了在本发明方法中使用的可选扩管器。
在附图中，相似的参考数字表示相似的部件。
具体实施方式
参考图1，显示了管状元件1，其具有第一内径D1，并且可扩大到大于所述第一内径的第二内径D2。管状元件由任何适当的可变形材料，例如钢或其它金属制成。另外，管状元件1可以获得许多应用，例如包括作为在地上或地下输送流体的管线，或者作为延伸到井孔中以从地层里开采烃类流体的套管或衬管。
管状元件1在内部设置有弹性体套筒2，所述弹性体套筒具有大体上等于管状元件1的第一内径D1的外径。可选地，弹性体套筒2在其插入管状元件1之前可以具有略大于管状元件内径D1的外径，使得弹性体套筒2在插入管状元件1时略微压缩。
此外，管状元件1在内部设置有临近弹性体套筒2定位的扩管器4，扩管器4在面向弹性体套筒2一侧具有锥形端部6。弹性体套筒2在面向扩管器1一侧具有向内成锥形的端部8，所述端部8的形状与扩管器4的锥形端部6的形状大体上互补。因此，扩管器1的锥形端部6紧密安装在弹性体套筒2的向内成锥形的端部8中。套筒弹性体2在其另一端具有与端部8类似的向内成锥形的端部10。扩管器4具有略小于管状元件1的内径D1的最大直径，从而允许扩管器4大体上自由地移动穿过管状元件1。扩管器的优选半顶角为5-10度，最优选地为大约7度。
在图2中，显示了在扩管器4沿弹性体套筒2的纵向方向从中穿过期间的管状元件1。弹性体套筒2的一部分和管状元件1的相应部分由于扩管器4穿过套筒1的运动被径向扩大。
在图3中显示了在扩管器4已经移动穿过弹性体套筒2以及套筒2已经从管状元件1中取出之后的管状元件1。
在图4-6中显示了与图1-3所示系统大体上类似的系统，然而区别在于，套筒2在其外表面设置有嵌套在套筒2的弹性材料中的金属套筒12，使得金属套筒12的外表面与从金属套管12轴向移位的弹性体套筒的部分大体上齐平。套筒12的金属为例如钢或任何其它适当的可变形金属。选择性地，金属套筒12在其外表面上设置有围绕金属套筒12的弹性圈或带(未显示)。
在图7中显示了在安装入管状元件之前以及在扩管器4移动穿过套筒2之前的弹性体套筒2和扩管器4的组件14。扩管器4悬挂在缆索16或管柱上，弹性体套筒2支撑在扩管器4上，由此，扩管器4的锥形端部6延伸到弹性体套筒2的向内成锥形的端部8中。
在图8中显示了具有第一锥形端部18和第二锥形端部20的可选扩管器16。
在第一实施例(图1-3所示)的正常操作期间，弹性体套筒2在管状元件将要径向扩大的位置处定位于管状元件1中。选择性地，套筒2可以固定连接到管状元件1上以将套筒保持在所需位置。扩管器4定位在管状元件1中，临近套筒2的向内成锥形的端部8(图1)。随后通过给扩管器4的后端施加流体压力或者通过任何其它适当方法，扩管器可以通过拉动或推动扩管器而沿着套筒2的纵向方向从中穿过(图2)。同样，可以使用组件14(图7)，由此，例如通过使缆索16上的组件14下降到管状元件1，使弹性体套筒2和扩管器4同时安装在管状元件1中，然后，通过拉动缆索16将扩管器4拉动穿过套筒2。因此，弹性体套筒2扩大到与扩管器4的外径大体上相等的内径。弹性体套筒2继而使管状元件1的一部分扩大到与扩径弹性体套筒2的外径大体上相等的内径。因此，如果扩管器4的外径等于D1，管状元件1的扩径部分的内径大体上等于D1加上套筒2的两倍壁厚。然而，由于弹性体套筒2的径向压缩和/或轴向延伸，扩径部分的内径可以略小。
扩管器4在已经穿过套筒2全长之后会从管状元件1取出。弹性体套筒2由于其弹性恢复到原始直径。然而，如果弹性体套筒2在扩管器4穿过之后具有粘附到管状元件1的内表面上的倾向或者结合到所述内表面上，弹性体套筒2可以利用适当的铲刮装置(未显示)或任何其它适当装置从管状元件中取出。
第二实施例(图4-6所示)的正常操作与第一实施例的正常操作大体上类似，然而区别在于，金属套筒12在弹性体套筒2扩大的同时进行径向扩大。金属套筒12因此牢固地压靠在管状元件1的扩径部分的内表面上。
在本发明方法受人关注的应用中，管状元件1在井孔中形成从地层开采烃类流体的套管或衬管。在这种应用中，扩径金属套筒12的可能目的是关闭管状元件1的壁部上的开口(未显示)。所述开口可以是在壁部上炸出以允许烃类流体从地层流入管状元件的穿孔或者由于腐蚀产生的孔。围绕金属套筒12的外表面的弹性环或带(如果有的话)用于将金属套筒12密封到管状元件1的内表面上。
可选扩管器16的正常使用与如上所述的扩管器4的正常使用大体上类似，然而区别在于，扩管器16在已经插入管状元件之后可以通过使扩管器沿两个轴向方向中的任意一个移动穿过套筒来使管状元件扩径。例如，扩管器16可以通过使扩管器沿一个轴向方向移动穿过位于管状元件中的第一套筒扩大管状元件的第一部分，其后，通过使扩管器沿相反方向移动穿过位于管状元件中的第二套筒扩大管状元件的第二部分。
为了减小或防止套筒的轴向变形，同时允许在扩管器穿过期间发生径向变形，适当地，套筒设置有纵向加强纤维，例如钢或聚合物纤维。
在上述实例中，套筒宽松地定位在管状元件中，由此，套筒和管状元件之间的摩擦力防止套筒在扩管器穿过期间发生轴向运动。然而，可选地，可以通过将套筒在弹性体套筒材料硫化期间粘结到管状元件上或者通过将套筒粘合到管状元件上以将套筒结合到管状元件上。同样，套筒可以通过设置在管状元件内表面上的肩部保持固定。
可选地，为了将套筒临时固定到管状元件的内表面上，扩管器适当地设置有一个或多个可径向延伸的固定衬垫，所述固定衬垫布置为使套筒推靠管状元件的内表面。例如，每个衬垫可以包括可在形成于扩管器中的缸体内径向活动的柱塞，因此，当扩管器的鼻部移动到套筒中时，可以通过液压致动或通过弹簧力致动柱塞使其径向向外移动。当扩管器位于套筒内部时，套筒和管状元件之间的摩擦力足以防止套筒的轴向运动，随后可以不致动衬垫。
另外，为了减小套筒和扩管器之间的摩擦，可以给套筒的内表面和/或扩管器的外表面适当地施加润滑剂。优选的润滑剂是肥皂。扩管器的外表面和/或套筒的内表面优选地设置有凹槽，所述凹槽例如沿纵向方向延伸以容纳润滑剂。
如上所述的本发明的方法获得许多应用，例如包括在单直径油井内形成套管段的扩大直径的端部(″钟形″)，在钻井期间发生流体损耗的井段内形成扩大直径的套管/衬管部，形成用于从井孔内取出管形构件的打捞工具，形成使管状元件的扩径部压靠另一管状元件内表面的管状连接，形成管状元件内的轮廓或者形成衬管悬挂器。同样，本发明的方法可用于管线修理应用。
Claims (17)
1.一种使管状元件从第一内径扩大到比所述第一内径大的第二内径的方法，所述方法包括步骤：
a)将柔性材料制套筒安装在管状元件中；
b)将扩管器安装在管状元件中，所述扩管器适合于通过使该扩管器沿轴向移动穿过套筒而使所述套筒的外径径向扩大到大于所述第一内径；和
c)使扩管器沿轴向方向移动穿过套筒，从而使管状元件从第一内径径向扩大到第二内径。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述套筒安装在所述管状元件的一部分中，并且其中，所述扩管器具有允许扩管器大体上自由地移动穿过所述管状元件的剩余部分的尺寸。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述柔性材料为弹性材料。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述柔性材料包括弹性体。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述柔性材料包括聚亚安酯。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，在所述扩管器移动穿过套筒之后，套筒适合于弹性变形到大体上等于将扩管器移动穿过套筒之前的套筒外径的外径。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述扩管器和套筒同时安装在管状元件中。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在扩管器和套筒安装在管状元件中期间，扩管器和套筒彼此连接。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在扩管器和套筒安装在管状元件中期间，套筒支撑在扩管器上。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中，所述扩管器和套筒利用沿纵向延伸穿过管状元件的柱件插入管状元件中，所述柱件与扩管器和套筒中的至少一个相连。
11.如权利要求1-10中任意一项所述的方法，其中，所述套筒具有适于结合到管状元件内表面上的外表面。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述套筒的外表面固定连接到管状元件的内表面上。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述套筒的外表面由于套筒硫化而结合到管状元件的内表面上。
14.如权利要求1-13中任意一项所述的方法，其中，所述扩管器具有锥形端部，并且其中，在扩管器移动穿过套筒之前，所述锥形端部临近套筒的端部定位，所述套筒端部具有与扩管器的所述锥形端部大体上互补的形状。
15.如权利要求1-14中任意一项所述的方法，其中，所述管状元件延伸到形成于地层中的钻孔内。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述管状元件是井孔套管或井孔衬管。
17.大体上如上文参照附图所述的方法。
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