CN102206991B - 开口中具有可研磨构件的井配件 - Google Patents

Abstract

描述了可设置在地下钻孔中的配件。配件可包括主体和构件，所述构件由和制备主体的材料不同的材料制成。构件可位于主体中的开口中，并且可耦合主体。耦合主体的构件可限定内径并形成用于内径的密封。构件可被研磨以接近构件之外的环境和主体，例如以产生分支井孔。

Description

开口中具有可研磨构件的井配件

技术领域

本发明总体上涉及用于地下流体制备的配件，更具体地(尽管不必是排他性地)涉及配件，其包括设置在配件主体的开口中的构件，其中研磨构件比研磨主体更容易。

背景技术

烃可通过井孔横越地下地层来产生。井孔可相对复杂。例如，井孔可包括多支井孔和/或侧线井孔。多支井孔包括从母(或主)井孔延伸的一个或多个分支井孔。侧线井孔是从第一通常方向转向到第二通常方向的井孔。侧线井孔可包括在第一方向的主井孔和从主井孔转向并在第二通常方向的第二井孔。多支井孔可包括窗口以允许形成分支井孔。侧线井孔可包括窗口以允许井孔转向到第二通常方向。

窗口可通过下列方式形成：在主井孔中的期望位置处定位套管接箍和套管柱中的造斜器。造斜器可相对于套管柱侧向(或沿另一取向)偏斜一个或多个磨机。偏斜的磨机穿透套管接箍部件以在套管柱中形成窗口，通过套管柱钻头可形成分支井孔或次级井孔。

套管接箍通常由高强度材料制成。高强度材料还可以是非腐蚀性的，以承受腐蚀性元素例如硫化氢和二氧化碳(其可存在于地下环境中)。研磨一部分高强度材料是困难的，并且可产生大量碎片例如小块套管接箍，其可不利地影响完井和烃的产生。甚至套管接箍(其具有一部分这样的侧壁，所述侧壁具有较小的厚度，通过该厚度窗口可被研磨)可产生碎片，特别是如果套管接箍由致密高强度材料制成。碎片可防止在完成研磨后造斜器容易地缩回，栓塞流控制器件，损害密封，妨碍密封钻孔，并且干扰套管接箍下的主钻孔中的定位组件。

具有预研磨窗口的套管接箍可用于减少或消除碎片。预研磨窗口可包括玻璃纤维(或铝)外衬以防止颗粒材料进入套管柱的内径。玻璃纤维外衬可被容易地研磨，并且研磨玻璃纤维外衬相对于通过由高强度材料制成的套管接箍钻孔窗口可导致更少的碎片。

套管接箍在地下地层中可经历高压。考虑到套管接箍上的高压，可期望另外的支持以防止玻璃纤维内部套筒坍塌或破裂。铝套筒可设置在套管接箍外部的窗口位置处，以提供另外的支持。O型环可设置在铝套筒的各端以在铝套筒和套管接箍之间提供密封。

铝套筒和O型环增加套管柱的外径。在一些应用中，外径可增加一英寸或更多。但是，外径的增加在一些情况下可能是不可接受的。

因此，配件(通过其可形成窗口)是期望的，其可为套管柱提供足够的支持，并且避免要求套管柱的外径增加。还期望这样的配件，在通过研磨窗口形成后，该配件可避免引入不可接受的量的碎片。还期望这样的配件，该配件可使用由非腐蚀性材料制成的套管接箍来实施。

发明内容

本发明的某些实施方案涉及配件，其包括主体和构件，构成该构件的材料不同于构成主体的材料。构件可位于主体中的开口中，并且可耦合或者连接主体。耦合主体的构件可限定内径并形成用于内径的密封。构件可被研磨以接近构件之外的环境和主体，例如以产生分支井孔。

在一个方面，提供一种能够设置在钻孔中的配件。所述配件包括主体和构件。主体能够由第一材料制成。主体可包括具有开口的壁。构件可设置在所述开口中并耦合所述主体。构件可由拉伸强度低于所述第一材料的拉伸强度的第二材料制成。至少所述构件部分可在设置在所述钻孔中之后被研磨。

在至少一个实施方案中，所述构件可通过焊接耦合所述主体，所述焊接连接所述第一材料和连接所述第二材料。

在至少一个实施方案中，构件可通过铆钉、凸缘、铜焊或粘结剂中的至少一种耦合主体。

在至少一个实施方案中，构件耦合主体以在主体的内径和外径之间形成密封。

在至少一个实施方案中，第一材料是耐腐蚀合金。

在至少一个实施方案中，第二材料是碳钢或铝合金中的至少一种。

在至少一个实施方案中，配件是过渡接头或套管接箍中的一种。

在至少一个实施方案中，配件包括内径和内部套筒。内径由主体和构件限定。内部套筒设置在内径中并且邻近构件的至少一部分。内部套筒可防止构件移位到内径中。

在至少一个实施方案中，内部套筒耦合主体。

在至少一个实施方案中，构件包括外径部分和内径部分。外径部分可设置在所述主体之外。所述内径部分可设置在由所述主体和所述构件限定的内径中。内径部分和外径部分可使构件耦合主体。

在一个方面，提供一种能够设置在钻孔中的配件。配件包括通常管状的主体和构件。通常管状的主体包括开口。构件设置在所述开口中并耦合所述通常管状的主体。所述构件的材料不同于主体。耦合通常管状的主体的构件限定内径，并且在所述内径和耦合所述通常管状的主体的所述构件之外的环境之间提供密封。至少所述构件部分能够在设置在所述钻孔中之后被研磨。

在另一方面，提供一种能够设置在钻孔中的配件。配件包括通常管状的主体和构件。通常管状的主体由第一材料制成。其包括具有开口的壁。构件设置在所述开口中并耦合所述通常管状的主体。所述构件由拉伸强度低于所述第一材料的拉伸强度的第二材料制成。耦合所述通常管状的主体的所述构件限定内径，并且在所述内径和耦合所述通常管状的主体的所述构件之外的环境之间提供密封。

在至少一个实施方案中，构件包括锥面形状。

这些示意性方面和实施方案被提及并非限制或限定本发明，而是提供例子以辅助理解在该申请中公开的本发明的概念。在理解整个申请后本发明的其他方面、优点和特征将是明显的。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的井系统的示意性截面视图，所述井系统具有配件，所述配件具有窗口，通过所述窗口可产生分支井孔。

图2是根据本发明的一个实施方案用于形成配件的解耦的主体和构件的透视图。

图3是根据本发明的一个实施方案由构件耦合主体形成的配件的透视图。

图4是根据本发明的第二实施方案从配件的主体解耦的构件的透视图。

图5是根据本发明的一个实施方案使用焊接耦合主体的构件的部分剖视图。

图6是根据本发明的第二实施方案具有耦合主体的构件的配件的剖视图。

图7是根据本发明的一个实施方案具有套筒的配件的透视图。

图8是根据本发明的一个实施方案沿线8-8的图7的配件的剖视图。

图9是根据本发明的一个实施方案的配件的示意性截面视图，所述配件是设置在井系统中的过渡接头。

具体实施方式

本发明的某些方面和实施方案涉及能够设置在钻孔例如地下地层的井孔中的配件，通过其可形成窗口。根据本发明的某些实施方案的配件可在地下井的高压和高温环境下为套管柱提供支持，同时避免套管柱的外径增加和避免在通过研磨形成窗口后引入大量的碎片。高压和高温地下井孔环境的例子是下列一种：压力大于2500PSI，并且温度高于250°F。

在一些实施方案中，配件包括组件，所述组件包括主体和由不同材料制成的构件。主体可由高强度材料制成，所述高强度材料可在高压和高温的地下环境中保持其初始结构和强度较长时间。构件可由强度较低的材料制成，所述材料可在高压和高温的地下环境中保持其初始结构和强度较短时间，并且可比高强度材料更容易研磨。例如，制备构件的材料可具有的拉伸强度低于制备主体的材料。

主体可包括壁例如侧壁，其具有是预研磨窗口的开口。构件可定位在开口中并耦合主体。在一些实施方案中，耦合主体的构件限定内径，并且在构件和主体的内径与外径之间提供密封。内径与外径之间的密封提供密封从外径中的环境至内径，并且从内径至外径。密封可有助于防止破裂和坍塌。

构件可在配件定位在井孔的过程中保持其初始通常形状和强度，并且在定位后在井孔中可保持至少一些时间。构件可比主体产生更少的碎片。另外，构件可比主体提供较低的耐研磨性。因此，造斜器或偏斜器可相对于主体的开口中的构件定位，以偏斜磨机朝向构件，从而从母井孔形成分支井孔，这通过研磨通过构件和通过邻近构件的地下地层来进行。

“母井孔”是这样的井孔，由其钻出另一井孔。其还称为“主井孔”。母井孔或主井孔不必从地球表面直接延伸。例如，其可以是另一母井孔的分支井孔。

“分支井孔”是从其和母井孔的交叉向外钻出的井孔。分支井孔的例子包括侧向井孔和侧线井孔。分支井孔可具有从中向外钻出的另一分支井孔，使得第一分支井孔是第二分支井孔的母井孔。

给出这些示意性例子以向读者介绍至此处讨论的大体主题，并不旨在限制公开的概念的范围。下列章节参照附图描述了各种另外的实施方案和例子，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且方向描述用于描述示意性实施方案，但如示意性实施方案那样，其不应该用于限制本发明。

图1示出根据本发明的一个实施方案具有配件的井系统10。井系统10包括延伸通过各种地球岩层的母井孔12。母井孔12包括套管柱16，套管柱16接合在一部分母井孔12上。

套管柱16包括互连套管柱16的配件18。配件18可包括开口20，构件22位于开口2中。构件22可耦合配件18的主体24。配件18可定位在期望的位置以从母井孔12形成分支井孔26。期望的位置可以是母井孔12和分支井孔26之间的交叉28。配件18可使用多种技术来定位。定位技术的例子包括使用陀螺仪和使用取向曲线。

分支井孔26使用虚线示出以表示其仍未形成。为了形成分支井孔26，造斜器可相对于配件18的构件22定位在套管柱16的内径中和交叉28下方。例如，关联造斜器的钥匙或推爪可协作地啮合取向曲线以使造斜器锚定至套管柱16，并且朝向构件22旋转地取向倾斜的造斜器表面。

切削工具例如磨机和钻机降低通过套管柱16并且朝向构件22偏斜。切削工具通过构件22和邻近窗口的地下地层研磨，以形成分支井孔26。在一些实施方案中，制备构件22的材料不同于制备主体24的材料，并且制备构件22的材料的强度低于制备主体24的材料。构件22可被构造为当配件18被定位和定位后支持配件18，而无需外部套筒或其他装置。构件22的某些实施方案和主体24相比可在研磨过程中产生更少碎片。

根据本发明的各种实施方案的配件可为任何期望的构造以支持分支井孔地层并互连套管柱。图2和图3示出根据本发明的一个实施方案的配件30，其能够和套管柱互连。配件30包括由第一材料制备的主体32，并且包括由不同于第一材料的第二材料制备的构件34。

制备主体32的材料可以是能够在地下井孔环境，包括高压和高温环境中保持通常形状和强度的任何材料。在一些实施方案中，主体32由耐腐蚀合金制成，例如13-铬、28-铬或其他不锈钢或镍合金。在一些实施方案中，主体32是耐腐蚀性大于制备构件34的材料的耐腐蚀性的任何材料。

制备构件34的材料可以是拉伸强度低于制备主体32的材料的拉伸强度的任何材料。在一些实施方案中，制备构件34的材料的硬度低于制备主体32的材料的硬度。硬度可通过任何规格进行量度，例如Brinell硬度、Vickers硬度和Rockwell C规格。可制备构件34的材料的例子包括铝、铝合金、铜基合金、镁、易切削钢、铸铁、碳纤维、加强碳纤维、和低碳钢合金，例如1026钢合金和4140钢合金。

主体32包括开口36，开口36是窗口，通过该窗口可形成分支井孔。开口36可形成在主体32的侧壁部分，其通常是管状的。图2示出从主体解耦的构件34以描述开口36。图3示出位于开口36中并耦合主体32的构件34。开口36和构件34在一端38变锥形。锥形形状可被构造为复制通常当下列情况时产生的形状：窗口被圆磨机研磨，所述圆磨机从造斜器偏斜并通过构件34。锥形形状可提供更容易的路径使工具离开窗口。

构件34可通过任何合适的器件或方法耦合主体32。这些器件或方法的例子包括焊接、铆钉、凸缘、铜焊和粘结剂。在一些实施方案中，耦合主体32的构件34形成内径，并且从配件30之外的压力密封内径，和从配件30之内的压力密封外径。

主体32还包括能够使配件30互连套管柱的端部组件39。当配件30设置在井孔中时，切削工具可朝向开口36偏斜，其中设置构件34。由于构件34的拉伸强度低于主体32，因此切削工具可被导向至构件34，因为其赋予切削工具比主体32更低的抵抗性。切削工具可研磨通过构件34，并且产生分支井孔，例如侧向井孔或侧线井孔。

图4描述根据本发明的第二实施方案的配件40。配件40可互连套管柱并设置在井孔中。为了示意性目的，配件40包括主体42和示出从主体42脱离的构件44。制备构件44的材料可不同于制备主体42的材料。例如，制备构件44的材料可具有的拉伸强度低于制备主体的材料的拉伸强度。可比较材料的另一标准是硬度。制备构件44的材料可具有的硬度低于制备主体的材料的硬度。主体42包括开口46，所述开口46在主体42的侧壁部分中。

在完成的配件中，构件44位于开口46中并耦合主体42。开口46和构件44具有半圆截面形状，并且通常具有矩形表面形状，而不是图2和图3中的锥形形状。半圆截面形状和通常矩形表面形状可允许比使用锥形形状构件44更高效地耦合主体42。例如，相同尺寸的焊接或其他类型的连接方式可施加至构件44的各端以使其耦合主体42。在锥形形状中，不同尺寸的焊接或其他连接方式可需要使构件的各个末端耦合主体。

配件被示出为包括在主体的圆周部分的一部分中的开口。根据各种实施方案的配件可包括任何尺寸和形状的开口和构件。在一些实施方案中，配件的主体包括在主体的圆周部分的整体中的开口，并且包括位于开口中并耦合主体的构件。

多种类型的器件或方法可用于使构件耦合配件中的主体。图5示出部分剖视图，其中连接是焊接50。构件52位于主体54的开口中。焊接50使构件52耦合主体54以限定内径56。通过焊接耦合主体54的构件52可从构件52和主体54的外部58密封内径56，例如通过防止外部58中存在的压力和/或温度影响由内径56限定的区域，并且反之亦然。

图6示出根据本发明的第二实施方案的配件连接的剖视图。构件60位于主体64的开口62中。构件60包括外径部分66和内径部分68。外径部分66至少部分重叠主体64的外径。内径部分68至少部分重叠主体64的外径。连接器69使外径部分66耦合内径部分68，主体64使构件60耦合主体64。在一些实施方案中，耦合主体64的构件60在内径和外径之间设置密封。

在其他实施方案中，构件60包括外径部分66或内径部分68中的一者，但不包括两者。展示的部分可使用连接器69或其他方式耦合主体64，以使构件60耦合主体64。而且，除了图6中所示的连接器69之外，其他类型的连接器件和方法可用于使构件60耦合主体64，无论外径部分66和内径部分68是否存在，或者仅一者存在。

根据本发明的实施方案的各种配件可消除增加配件的外径或内径的套筒、衬垫或其他组件的需要。其他配件实施方案包括衬垫和/或套筒以增加配件的构件的强度。图7示出配件72，包括设置在主体76之外的套筒74和耦合主体76的构件(未示出)。

图8是在图7沿线8-8的剖视图。配件72包括位于主体76的开口79中的构件78。在一些实施方案中，制备构件78的材料的拉伸强度低于制备主体76的材料的拉伸强度。耦合主体76的构件78限定内径80，并且可在内径80和耦合主体76的构件78之外的环境之间提供密封。内部套筒82设置在内径80中并且邻接构件78。内部套筒82和套筒74可设置另外的支持，以允许构件78在定位在井孔的过程中和之后保持其通常形状和强度。例如，内部套筒82可防止构件78移位到内径80中。内部套筒82和套筒74还可辅助在内径80和构件78与主体76之外的环境之间设置压力密封。

套筒74和内部套筒82可由任何合适的材料制成。合适的材料包括铝和低碳钢。根据其他实施方案的配件包括套筒或内部套筒中的一种或两者。

根据本发明的各种实施方案的配件可用作套管接箍，例如图1中所示配件。在其他实施方案中，配件用在其他应用中以在井孔中提供足够的支持，但在研磨通过窗口后减少存在的碎片的量。图9示出配件90，其是设置在母钻孔92中的过渡接头，所述母钻孔92具有由其延伸的侧向钻孔94。

配件90可互连套管柱95，所述套管柱95用于研磨侧向钻孔94。配件90可包括主体96，主体96包括朝向母钻孔92的向下末端的开口98。构件100可设置在开口98中并耦合主体96。制备构件100的材料可不同于制备主体96的材料。例如，制备构件100的材料可具有的拉伸强度低于制备主体96的材料的拉伸强度。

构件100可在定位向下井孔的过程中和之后为配件90提供支持。在产生侧向钻孔94后，在一些实施方案中完井，生产可期望来自母钻孔92。切削工具例如磨机可以是定位的向下井孔，并且被构造为切削通过位于主体96的开口98中的构件100。和研磨主体96的一部分相比，通过研磨构件100可产生更少的碎片。在研磨通过构件100后，可以产生地层流体。

本发明的实施方案、包括示意性实施方案的上述描述仅仅为了示意和描述的目的而展现，并且不旨在是排他性的或将本发明限制为公开的确切形式。在不偏离该发明的范围的情况下，本领域技术人员明白其多种改变、修改和用途。

Claims (17)

1.一种能够设置在钻孔中的配件，所述配件包括：

由第一材料制成的主体，所述主体包括壁，所述壁具有在所述壁的一部分中的开口；以及

设置在所述开口中并耦合所述主体的构件，所述构件由选自碳钢和铝合金中的至少一种的第二材料制成，所述第二材料的拉伸强度低于所述第一材料的拉伸强度，其中至少所述构件部分能够在设置在所述钻孔中之后被研磨，

其中所述构件包括外径部分和内径部分，所述外径部分被设置在所述主体之外，并且所述内径部分被设置在由所述主体和所述构件限定的内径中，所述内径部分和所述外径部分被构造为使所述构件耦合所述主体，并在所述主体的所述内径和所述外径之间提供密封。

2.根据权利要求1所述的配件，其中所述构件通过焊接耦合所述主体，所述焊接连接所述第一材料和连接所述第二材料。

3.根据权利要求1所述的配件，其中所述构件通过下列至少一种方式耦合所述主体：

铆钉；

凸缘；

铜焊；或

粘结剂。

4.根据权利要求1所述的配件，其中所述第一材料是耐腐蚀性大于所述第二材料的耐腐蚀性的合金。

5.根据权利要求1所述的配件，其中所述构件包括锥面形状。

6.根据权利要求1所述的配件，还包括：

由所述主体和所述构件限定的内径；

内部套筒，所述内部套筒设置在所述内径中并邻近所述构件的至少一部分，所述内部套筒被构造为防止所述构件移位到所述内径中。

7.根据权利要求6所述的配件，其中所述内部套筒耦合所述主体。

8.一种能够设置在钻孔中的配件，所述配件包括：

包括开口的管状的主体；以及

设置在所述开口中并耦合所述管状的主体的构件，所述构件的材料不同于所述管状的主体，且所述构件的材料为碳钢和铝合金中的至少一种，所述构件包括外径部分和内径部分，所述外径部分被设置在所述管状的主体之外，所述内径部分被设置在由耦合所述管状的主体的所述构件限定的内径中，所述内径部分和所述外径部分被构造为使所述构件耦合所述管状的主体，

其中耦合所述管状的主体的所述构件被构造为在所述内径和耦合所述管状的主体的所述构件之外的环境之间提供压力密封，

其中至少所述构件部分被构造为在设置在所述钻孔中之后被研磨。

9.根据权利要求8所述的配件，其中所述构件具有比所述管状的主体低的拉伸强度。

10.根据权利要求8所述的配件，其中所述构件通过下列至少一种方式耦合所述管状的主体：

焊接；

铆钉；

凸缘；或

粘结剂。

11.根据权利要求8所述的配件，其中所述管状的主体由耐腐蚀性大于所述构件的耐腐蚀性的合金制成。

12.根据权利要求8所述的配件，其中所述构件包括锥面形状。

13.根据权利要求8所述的配件，还包括：

由所述管状的主体和所述构件限定的内径；

内部套筒，所述内部套筒设置在所述内径中并邻近所述构件的至少一部分，所述内部套筒被构造为防止所述构件移位到所述内径中。

14.一种能够设置在钻孔中的配件，所述配件包括：

由第一材料制成的通常管状的主体，所述通常管状的主体包括壁，所述壁具有在所述壁的一部分中的开口；以及

设置在所述开口中并耦合所述通常管状的主体的构件，所述构件由选自碳钢和铝合金中的至少一种的第二材料制成，所述第二材料的拉伸强度低于所述第一材料的拉伸强度，所述构件包括外径部分和内径部分，所述外径部分被设置在所述通常管状的主体之外，所述内径部分被设置在由耦合所述通常管状的主体的所述构件限定的内径中，所述内径部分和所述外径部分被构造为使所述构件耦合所述通常管状的主体，

其中耦合所述通常管状的主体的所述构件被构造为在所述内径和耦合所述通常管状的主体的所述构件之外的环境之间提供压力密封。

15.根据权利要求14所述的配件，其中所述构件通过下列至少一种方式耦合所述通常管状的主体：

焊接；

铆钉；

凸缘；或

粘结剂。

16.根据权利要求14所述的配件，其中所述第一材料是耐腐蚀性大于所述第二材料的耐腐蚀性的合金。

17.根据权利要求14所述的配件，其中所述构件包括锥面形状。