CN102308058A - 具有增强的抗挤强度和密封性能的可膨胀套管 - Google Patents

Abstract

一种具有增强的抗挤强度和密封性能的可膨胀套管。用于地下井的可膨胀管包括延伸进入管壁的多个凹部，且凹部沿着壁纵向地间隔开。使管在地下井中膨胀的方法包括以下步骤：使管在井中膨胀，所述管包括延伸进入管壁的多个凹部；以及在膨胀步骤之后，允许管壁在多个凹部中的每一个凹部处比在凹部之间处更多地沿径向向内收缩。

Description

具有增强的抗挤强度和密封性能的可膨胀套管

技术领域

本公开内容大体上涉及与地下井结合使用的设备和与地下井结合进行的操作，且在本文描述的实施方案中，更具体地提供了具有增强的抗挤强度和密封性能的可膨胀套管(expandable casing)。

背景技术

现在通常的做法是使套管在井下膨胀。然而，当前可膨胀套管的一个主要问题是其在膨胀之后的抗挤强度通常远小于所需的抗挤强度。这种低的抗挤强度的一个原因是由于用于使套管膨胀的膨胀工具的膨胀力和压力限制，套管必须具有相对薄的壁厚度。

当前可膨胀套管的另一个问题是，在一个套管在另一个套管内膨胀之后，内套管将比外套管更多地沿径向回弹，这是由于在膨胀过程中施加于内套管的较高的应力。该情形意味着在内套管和外套管之间产生缝隙，使得更难以在套管之间获得密封。

因此，应理解，使套管在井下膨胀的技术需要改进。

发明内容

在本说明书中，提供了解决技术中的至少一个问题的可膨胀套管。一个实例是下文所描述的，其中套管具有在其上形成的一个或多个内部凹槽或外部凹槽，以增强抗挤强度。另一个实例是下文所描述的，其中外套管具有在其上形成的凹槽，以由此减少或消除在外套管和内套管之间的缝隙。

在一个方面，通过本公开内容提供了用于地下井的可膨胀管。可膨胀管包括延伸进入管的壁的多个凹部。多个凹部沿着壁纵向地间隔开。

在另一个方面，通过本公开内容提供了使管在地下井中膨胀的方法。所述方法包括以下步骤：使管在井中膨胀，且管包括延伸进入管壁的多个凹部。在膨胀步骤之后，允许管壁在多个凹部中的每一个凹部处比在多个凹部之间更多地沿径向向内收缩。

所述方法可以包括使另一个管在第一管内膨胀。在膨胀之后，两个管之间的间隙在多个凹部中的每一个凹部处小于在多个凹部之间处。优选地，管在多个凹部中的每一个凹部处接触。

本领域普通技术人员在仔细考虑下文对于代表性的实施方案的详细描述以及附图之后，这些和其他特征、优点和益处将变得明显，在附图中，在各图中使用相同的附图标记表示类似的元件。

附图说明

图1是体现本公开内容的原理的井系统的示意性局部横截面图；

图2是可以用于图1的井系统且体现本公开内容的原理的套管构型的放大的示意性横截面图；

图3是图2的套管在套管膨胀之后的示意性横截面图；

图4是套管的另一个构型的示意性横截面图；和

图5是图2的套管通过位于其中的另一个套管得以膨胀的示意性横截面图。

具体实施方式

应理解，在不背离本公开内容的原理的情况下，本文描述的各种实施方案可以采用诸如倾斜的、倒置的、水平的、直立的等各种定向，而且可以采用各种构型。实施方案仅仅被描述为本公开内容的原理的有用的应用实例，公开内容的原理不限于这些实施方案的任何具体的细节。

在公开内容的代表性的实施方案的以下描述中，定向的术语，例如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等，在参考附图时为了便利而被使用。一般而言，“上方”、“上部”、“向上”和类似的术语是指沿着井眼向地球表面的方向，而“下方”、“下部”、“向下”和类似的术语是指沿着井眼背离地球表面的方向。

图1中代表性地阐明的是体现本公开内容的原理的井系统10。在系统10中，管12被定位在井眼14中并通过使用膨胀工具16得以沿径向向外膨胀。另一个管18至少在管12、18重叠的区域中也能够通过膨胀工具16沿径向向外膨胀。

如图1中所描绘的，管12、18是用于在井眼14内形成保护性衬套的套管或衬管。如本文所使用的，术语“套管”用于表示用于井眼的任何管状保护性衬套，且可以包括本领域技术人员已知为套管、衬管、管道、导管等的管，无论是否被穿孔或装备有井工具，例如筛、流量控制装置等。套管可以由任何材料(例如金属、复合材料等)制成，可以是分段的或连续的，且可以在现场形成。

然而，应清楚地理解，可以使用与本公开内容的原理一致的任何其他类型的管。例如，管12可以包括井筛、流量控制装置、任何其他类型的井工具、管道(例如，生产管道或注射管道)等。

如图1中阐明的膨胀工具16包括采取锥体形式的膨胀装置20，膨胀装置20沿纵向被驱动通过管12的内部以便使管沿径向向外膨胀。其他类型的膨胀装置(例如滚筒、可充气的囊、分段的套管整形器(swage)等)可以用于使管12、18膨胀，以与本公开内容的原理一致。

如图1中所描绘的，膨胀装置20向上移动通过管12、18的内部以使管膨胀。然而，如果需要的话，膨胀过程可以沿向下的或任何其他方向进行。并且注意，可以在使内部管12膨胀之前可以使外部管18膨胀。

在系统10中，管12、18被独特地配置成能够克服先前的可膨胀管以及使管在井下膨胀的方法的缺点。管12、18的独特构型的实例在下面更充分地描述，但在这里应强调，本公开内容的原理不限于本文关于系统10以及管12、18的实例所描述的任何细节。确切的说，本公开内容的原理可适用于各种不同的系统、管和方法。

现在另外参考图2，代表性地阐明管12的放大比例尺的横截面图。为了阐明的目的，如图12中所描绘的管12具有相对短的总长度L，但在实际操作中，管可以是若干米的长度。

一系列沿纵向间隔开的凹部22从管的外表面26向内延伸进入管12的壁24。如图2中所描绘的，凹部22各自采取圆周凹槽的形式，延伸通过壁24的约一半厚度，由此减少壁的约一半的标称厚度t。因此，每一个凹部22的深度h优选地但不一定地，等于壁厚度t的一半。每一个凹部22的纵向宽度w优选地但不一定地，小于其深度h。

凹部22优选地沿着壁24均匀地间隔开一距离d，距离d小于沿纵向的最外面的凹部和相对两端28、30之间的距离D。多个凹部22中的至少一些凹部被定位成背离相对端28、30的距离超过管总长度L的四分之一。

在任何情况中，管12的长度L的相当大的部分具有在其上形成的间隔开的凹部22，虽然在距离相对两端28、30中的每一个端部的长度D内可以没有凹部。优选地，在凹部22中的沿纵向的最外面的凹部22之间，在管12的大体长度(substantial length)上都有多个凹部中的一个凹部。

如图2中所描绘的凹部22沿圆周围绕壁24延伸，且凹部彼此间隔开。然而，凹部22可以代替地是沿着壁24成螺旋形地延伸的一个或多个凹槽的一部分。此外，凹部22可以形成在壁24的外部或内部上。

现在另外参考图3，代表性地阐明了在例如已经使用系统10中的膨胀工具16进行膨胀之后的管12。注意，管12在凹部22处的内径id小于在凹部之间的内径ID。

这是由于在膨胀过程期间相比于在凹部之间，在凹部22处引起壁24中的更大的应变。在管12已经被膨胀之后，壁24在凹部22处比在凹部之间处更多地沿径向向内收缩。

因此，管12在膨胀过程之后具有稍微“波纹形的”构型。该构型赋予管12更大的抗挤强度，但由于凹部22的尺寸相对较小，所以凹部的存在并不显著地影响管12的拉梅破裂强度(Lame’burst)或抗挤强度。

现在另外参考图4，代表性地阐明管12的另一个构型，其中凹部22形成在管的壁24的内部和外部上。增加内凹部22可以增强图3中所描绘的波纹效果(即，在膨胀之后在内径id和ID之间产生更大的差异)。

内凹部22的尺寸可以类似于外凹部的尺寸，且相对于壁24的厚度t可以具有类似的尺寸关系。作为一个替代形式，内凹部22可以被定位在管12的不同于外凹部的部分中，或可以在不使用外凹部的情况下使用内凹部。

内凹部22优选地紧邻外凹部，以增强波纹效果(例如，每一个内凹部与下一个相邻的外凹部的间隔小于d的一半)。如果需要的话，内凹部和外凹部22可以使用其它间距。

现在另外参考图5，代表性地阐明了在管已经在图1的系统10中被膨胀之后的管12、18的重叠部分。注意，外部管18具有在其外部上形成的凹部22，且外部管沿着管的长度在每一个凹部处接触内部管12。

因此，凹部22的存在减少了(在本实例中是消除了)管12、18之间的在每一个凹部处的径向间隙，由此增强管之间的密封。然而，在管12、18之间的一些径向间隙沿纵向保留在凹部22之间的区域。

虽然内部管12在图5中被描绘为在管12、18重叠处不具有任何形成在内部管12上的凹部，但是如果需要的话，凹部可以被设置在内部管的该部分。此外，虽然在图5中仅仅外凹部22被描绘在外部管18上，但是如果需要的话，也可以设置内凹部或作为一种替代方式。注意，优选地，管12、18中的任一个在它们重叠的区域处没有螺纹。

在使外部管膨胀之后和/或在使外部管膨胀的同时，可以使内部管12在外部管18内膨胀。例如，膨胀工具16可以用于使管12、18在管重叠的地方同时膨胀，和/或在使内部管在外部管内膨胀之前，可以事先使外部管膨胀。

外部管18可以包括上文所描述的关于内部管12的特征中的任一个、全部或任何组合。如果需要的话，可以互换管12、18的位置(即，可以使管18在管12内膨胀)。

现在可以充分地理解到，本公开内容对使管在地下井中膨胀的技术提供了显著的改进。例如，在所描述的实例中，管12、18被提供有增强的抗挤强度，且在管之间的密封也被增强。

上面的公开内容描述了用于地下井的可膨胀管12，且可膨胀管12包括延伸进入管12的壁24的多个凹部22。凹部22沿着壁24纵向地间隔开。

凹部22中的每一个可以延伸进入壁24内，达到壁24的标称厚度t的约一半。凹部22中的每一个可以使壁24的厚度t在凹部22处减少约一半。

凹部22可以被定位为背离管12的相对端28、30的距离大于管12的总长度L的四分之一。

凹部22可以沿着管12的总长度L的大部分间隔开。凹部22可以沿着管12的总长度L的大部分基本上均匀地间隔开。

每一个凹部22的宽度w可以小于凹部22进入管12的壁24的深度h。

优选地，在凹部22中的沿纵向的最外面的凹部22之间，在管12的大体长度上都会有凹部22中的一个。

管12在每一个凹部22处的内径id可以小于管12在凹部22之间的内径ID。

凹部22可以形成在管12的外部。可选择地或另外地，凹部22可以形成在管12的内部。

上面的公开内容还描述了使管12、18在地下井中膨胀的方法，且所述方法包括以下步骤：使管18在井中膨胀，管18包括延伸进入管18的壁24中的多个凹部22；以及在膨胀步骤之后，允许管18的壁24在凹部22中的每一个处比在凹部22之间处更多地沿径向向内收缩。

所述方法还可以包括使第二管12在第一管18中膨胀的步骤。允许第一管18的壁24在凹部22中的每一个处比在凹部22之间处更多地沿径向向内收缩的步骤可以包括第一管18和第二管12之间的间隙在凹部22中的每一个处比在凹部22之间处更小。

当然，本领域技术人员在仔细考虑上文代表性的实施方案的描述之后，将容易地理解，可以对这些具体的实施方案进行更改、添加、替换、删除和其他变化，且这些变化在本公开内容的原理的范围内。因此，之前的详细描述应被清楚地理解为仅作为阐明和实例被给出，本发明的精神和范围仅通过所附的权利要求和它们的等效方案来限定。

Claims (21)

1.一种用于地下井的可膨胀管，所述可膨胀管包括：

多个凹部，其延伸进入所述管的壁中，且所述多个凹部沿着所述壁纵向地间隔开。

2.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，所述多个凹部中的每一个凹部延伸进入所述壁而达到所述壁的标称厚度的约一半。

3.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，所述多个凹部中的每一个凹部使所述壁的厚度在所述凹部处减少约一半。

4.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，所述多个凹部被定位为背离所述管的相对的端部的距离大于所述管的总长度的四分之一。

5.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，所述多个凹部沿着所述管的总长度的大部分间隔开。

6.根据权利要求5所述的可膨胀管，其中，所述多个凹部沿着所述管的所述总长度的大部分基本上均匀地间隔开。

7.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，每一个凹部的宽度小于所述凹部进入所述管的所述壁的深度。

8.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，在所述多个凹部中的沿纵向的最外面的凹部之间，在所述管的大体长度上都具有所述多个凹部中的一个凹部。

9.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，所述管在每一个凹部处的内径小于所述管在所述多个凹部之间处的内径。

10.根据权利要求1所述的可膨胀管，其中，所述多个凹部形成在所述管的外部上。

11.一种使管在地下井中膨胀的方法，所述方法包括以下步骤：

使第一管在所述井中膨胀，所述第一管包括延伸进入所述第一管的壁的多个凹部；和

在膨胀步骤之后，允许所述第一管的所述壁在所述多个凹部中的每一个凹部处比在所述多个凹部之间处更多地沿径向向内收缩。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：使第二管在所述第一管内膨胀，其中，允许所述第一管的所述壁在所述多个凹部中的每一个凹部处比在所述多个凹部之间处更多地沿径向向内收缩的步骤还包括所述第一管和所述第二管之间的间隙在所述多个凹部中的每一个凹部处比在所述多个凹部之间处更小。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中所述多个凹部中的每一个凹部延伸进入所述壁而达到所述壁的标称厚度的约一半。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中所述壁的厚度在所述凹部处减少约一半。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中所述多个凹部被定位为背离所述第一管的相对的端部的距离大于所述第一管的总长度的四分之一。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中所述多个凹部沿着所述第一管的总长度的大部分间隔开。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在膨胀步骤中所述多个凹部沿着所述第一管的所述总长度的大部分基本上均匀地间隔开。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中每一个凹部的宽度小于所述凹部进入所述第一管的所述壁的深度。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中，在所述多个凹部的沿纵向的最外面的凹部之间，在所述第一管的大体长度上都具有所述多个凹部中的一个凹部。

20.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤之后所述第一管在每一个凹部处的内径小于所述第一管在所述多个凹部之间处的内径。

21.根据权利要求11所述的方法，其中，在膨胀步骤中所述多个凹部形成在所述第一管的外部上。

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