CN102345451B - 用于流控地耦合管状分段的装置和方法及管状系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于流控地耦合管状分段的装置和方法及管状系统，具体公开了一种通过当外管(236)围绕内管(218)布置且内管(218)从井平台悬挂时向所述外管(236)施加卷曲力而连接所述井平台上的外管(236)和内管(218)的装置。所述装置包括可操作地与所述井平台相关联的支撑组件(244)和可操作地与所述支撑组件(244)相关联的卷曲组件(242)。卷曲组件(242)可操作以使所述外管(236)机械变形而与所述内管(218)相接触。

Description

用于流控地耦合管状分段的装置和方法及管状系统

技术领域

本发明总体涉及结合在地下井中执行的操作使用的装备，并且特别地涉及用于流控地耦合在井平台上的管状分段以建立相邻管状分段之间的双向流路的装置和方法以及由所述管状分段形成的管状系统。

背景技术

不限制本发明的范围，作为实施例，将参考从载烃地下地层中产出流体对本发明的背景进行说明。

在横穿载烃地下地层的井的填隙过程中，产出管道和各自填隙装备安装在井中以使得能够安全且高效地产出地层流体。例如，为了防止从为固结或松散固结的地下地层中产出颗粒状材料。某些填隙包括靠近一个或多个期望产出间隔定位的一个或多个砂控筛。在其它的填隙中，为了控制产出流体进入产出管道的流率，通常的做法是将一个或多个流动控制装置安装在管道柱内。

已经试图在需要砂控的填隙内使用流体流动控制装置。例如，在某些砂控筛中，在产出流体流过过滤介质之后，流体被引导到流动控制分段中。流动控制分段可以包括一个或多个流动限制器，诸如流动管、喷嘴、曲径等。通常，通过单独地调节流动控制筛的流动限制器，通过这些流动控制筛的产出率在安装之前是固定的。

然而，已经发现将流动控制筛用作填隙柱中的各个筛分部件对填隙增加了不必要的成本和复杂度。因此，对于可操作以便在需要不要求将流动控制筛用作各个筛分部件的砂控的填隙中控制地层流体的流入的填隙柱产生了需求。

发明内容

本文公开的本发明包括用于流控地耦合在井平台上的管状分段以建立相邻管状分段之间的双向流路的装置和方法以及由管状分段形成的管状系统。在一个实现方案中，管状系统可以为填隙柱的形式，所述填隙柱可操作以便在需要不要求将流动控制筛用作各个筛分部件的砂控的填隙中控制地层流体的流入。

在一个方案中，本发明指向用于连接井平台上的管状分段的方法。所述方法包括：设置卷曲组件；设置第一管状分段和第二管状分段，所述第二管状分段具有围绕所述第二管状分段布置的套筒；将第一管状分段从井平台悬挂；以螺纹方式将第二管状分段与第一管状分段啮合而形成耦合接合处；将套筒定位在所述耦合接合处的上方，其中，所述套筒的第一部分围绕第一管状分段布置，并且所述套筒的第二部分围绕第二管状分段布置，使用卷曲组件卷曲套筒的第二部分以将套筒连接至第二管状分段，并且使用卷曲组件卷曲套筒的第一部分以将套筒连接至第一管状分段。

在一个实施方案中，所述方法可以包括：在套筒的内部和耦合接合处的外部之间的区域中，建立第一管状分段和第二管状分段之间的流路。在另一实施方案中，所述方法可以包括以气动方式操作卷曲组件或者以液压方式操作卷曲组件。

所述方法可以进一步包括：设置第一管状筛分段和第二管状筛分段；将第一管状分段从位于井平台上的筛台悬挂；以螺纹方式将第二管状分段与第一管状分段啮合而形成耦合接合处；拆除筛台；使用井平台的块形组件支撑第一管状筛分段和第二管状筛分段；以及在套筒的内部和耦合接合处的外部之间的区域中，建立第一管状筛分段和第二管状筛分段之间的流路。

在另一方案中，本发明指向通过当外管围绕内管布置并且内管和外管从井平台上悬挂时向外管施加卷曲力而连接井平台上的外管和内管的装置。所述装置包括：支撑组件，其可操作地与井平台关联；以及卷曲组件，其可操作地与支撑组件关联。卷曲组件可操作以使外管卷曲而与内管相接触。

在一个实施方案中，卷曲组件包括具有管接受区域的封闭件。所述封闭件具有后向组件和一对相对布置的臂组件。所述臂组件可相对于后向组件在打开位置和闭合位置之间转动，在所述打开位置处所述封闭件可操作以接受和释放外管构件，并且在所述闭合位置处所述封闭件可操作以卷曲所述外管使外管与内管相接触。在这个实施方案中，卷曲组件可以包括锁定组件，所述锁定组件用于在卷曲过程中将卷曲组件保持在闭合位置处。而且，在这个实施方案中，卷曲组件可以包括多个径向致动的活塞构件，所述活塞构件可操作以啮合外管构件且将外管构件卷曲以使外管构件与内管构件相接触。在一个实施方案中，卷曲组件可以包括气动电动机。在另一实施方案中，卷曲组件可以包括液压电动机。

在另一方案中，本发明指向用于安装在位于井平台下方的钻井中的填隙组件。所述填隙组件包括第一管状筛分段和第二管状筛分段，第一管状筛分段和第二管状筛分段以螺纹方式彼此啮合以便在井平台上形成耦合接合处。管状筛分段各自具有非穿透型基管、围绕所述基管布置且在基管和外壳体之间形成流体流路的外壳体以及围绕基管布置的过滤介质。套筒定位在耦合接合处的上方，其中，套筒的第一部分在井平台上卷曲以与第一管状筛分段的外壳体形成接触，并且其中，套筒的第二部分在井平台上卷曲以与第二管状筛分段的外壳体形成接触，以使套筒在套筒的内部和耦合接合处的外部之间的区域中建立第一管状筛分段和第二管状筛分段之间的流路。

在一个实施方案中，填隙组件包括流动控制组件，所述流动控制组件与第一管状筛分段和第二管状筛分段流体连通。流动控制组件可操作以控制流体流入填隙组件的内部。在另一实施方案中，第二管状筛分段的外壳体包括分离圈。在这个实施方案中，套筒卷曲以与分离圈相接触，所述分离圈使得套筒可通过螺纹方式从第二管状筛分段释放。而且，在这种实施方案中，分离圈和套筒可以各自具有配合轮廓，用于在卷曲之前将套筒相对于第一管状筛分段和第二管状筛分段定位。在另一实施方案中，密封件可以定位在套筒和第二管状筛分段的外壳体、第一管状筛分段的外壳体或者二者之间。

附图说明

为了更加全面地理解本发明的特征和优点，现在连同附图一起参考本发明的详细说明，在不同的附图中对应的标记指代对应的零件，并且其中：

图1为根据本发明的实施方案形成的填隙组件的示意图，所述填隙组件正在安装到近岸井平台上；

图2A-2B为根据本发明的实施方案形成的填隙组件的连续轴向分段的剖视图；

图3A-3E为根据本发明的实施方案形成的处于各个装配阶段的填隙组件的侧视图；

图3F-3G为根据本发明的实施方案处于各个拆卸阶段的填隙组件的侧视图；

图4A为在根据本发明的实施方案的可操作以机械地连接井平台上的管分段的卷曲组件的俯视图；以及

图4B为在卷曲过程中可操作以机械地连接在根据本发明的实施方案的井平台上的管分段的卷曲组件的放大视图。

具体实施方式

尽管下面将详细地讨论本发明的各个实施方案的制造和使用，应当理解的是，本发明提供了能够在多个宽泛的特定背景下实施的许多可应用的独造性构思。本文中讨论的特定实施方案仅为制造和使用本发明的特定方式的示例并且不对本发明的范围进行划界。

首先参考图1，其中描述了实施本发明的原理的填隙柱，所述填隙柱配置在近岸井平台上，填隙柱被示意性地图示且一般指示为10。如图所示，半潜水井平台12在潜水油气地层14上方居中，潜水油气地层14位于海底16的下面。海底导管18从平台12的井底20延伸到包括海底喷出防止器24的井头安装件22。平台12具有旋转台26、钻塔28、行进块30、钩32和用于提升和降下诸如管柱36的管柱的转环34。钻井38贯穿包括地层14的各个地下阶层。钻井38具有基本垂直的分段40，分段40的上部具有用水泥接合到其中的套管柱42。钻井38还具有贯穿地层14的基本水平的分段44。如图所示，钻井38的基本水平的分段44为开口孔。

管柱36提供地层流体从地层14行进到地面的导管。在管柱36的下端处，管柱36耦合到已经安装在钻井38的填隙间隔中的填隙柱46。填隙柱46包括将填隙间隔划分成产出间隔54、56的多个封隔器48、50、52。在各产出间隔54、56内，填隙柱46包括填隙组件58、60，填隙组件58、60可操作以从产出流体流中过滤出颗粒状物质并且控制产出流体流的流入率。

如图所示，填隙组件58包括流动控制装置62，流动控制装置62可以为可操作以控制流体从地层14进入流动控制装置62的内部的流率的固定或可变闸口或者具有孔隙或使用流动管、喷嘴、曲径等的其它流动限制装置的形式。填隙组件58还包括可操作以允许流体流过其中而防止预定尺寸的颗粒通过其中的多个砂控筛组件64，所述砂控筛组件64可以具有一个或多个绕线过滤介质、预封装的过滤介质、多层线网过滤介质等。砂控筛组件64中的每一个通过双路套筒组件66流控地耦合到邻近的砂控筛组件64，所述双路套筒组件66可操作以便在双路套筒组件66的内部和连接相邻砂控筛组件64的耦合接合处的外部之间的区域中在相邻砂控筛组件64之间形成流体流路。如图所示，流动控制装置62可以与砂控筛组件64中的一个为整体或者可以为填隙组件58内的独立工具。以类似的方式，填隙组件60包括流动控制装置68和多个砂控筛组件70，使得双路套筒组件72定位在流动控制装置68和多个砂控筛组件70之间。

在装配过程中，通过实施例的方式，利用卷曲组件74使双路套筒组件66、72机械变形而与井平台12上的砂控筛组件64、70相接触。优选地，卷曲组件74定位为紧靠近旋转台26且可相对于旋转台26移动。在图示的实施方案中，卷曲组件74由支撑组件76支撑，所述支撑组件76包括支撑线78，当填隙组件58、60由块30支撑时，支撑线78使得卷曲组件74能够被可滑动地操纵到接收和卷曲双路套筒组件66的位置处。可选择地，卷曲组件74可以支撑在钻塔28内或者由井平台12的升吊装置来支撑。

一旦填隙组件58、60安装在钻井38中，来自地层14的产出流体进入产出间隔54、56，在进入管柱36之前通过填隙组件58、60。通过实施例的方式，进入产出间隔54的产出流体通过砂控筛组件64中的一个的过滤介质且朝向流动控制装置62行进。优选地，砂控筛组件64中的每一个具有基管，基管为不带有穿孔的空管的形式，以使得进入填隙间隔54的流体可以通过砂控筛组件64中的任一个，但是必须穿过流动控制装置62从而进入管柱36。更特别地，进入砂控筛组件64中的不与流动控制装置62邻近的一个的产出流体通过一个或多个双路套筒组件66，双路套筒组件66在接合连接件或耦合件的上方围绕砂控筛组件64的外部形成流路。通过这种方式，单个流动控制装置62可以用于控制通过多个砂控筛组件64产出的产出流体流的流率。

尽管图1中描述了处于开口孔环境中的填隙组件58、60，本领域技术人员应当理解的是，本发明的装置、系统和方法等同地适用于有套管井。而且，尽管图1中描述了在各个产出间隔中通过双路套筒组件流控地耦合到一起的砂控筛组件的特定数量，本领域技术人员应当理解的是，通过双路套筒组件流控地耦合到一起的任何数量的砂控筛组件可以布置在产出间隔内，而不偏离本发明的原理。另外，尽管图1中描述了在各个产出间隔中的单个填隙组件，本领域技术人员应当理解的是，任何数量的填隙组件可以布置在产出间隔内，而不偏离本发明的原理。此外，尽管图1中描述了近岸井平台，本领域技术人员应当理解的是，本发明的装置、系统和方法可等同地结合岸上井平台很好地使用。

尽管图1中描述了水平填隙，本领域技术人员应当理解的是，本发明的装置、系统和方法等同地适用于具有包括垂直井、偏斜井、倾斜井、多边井等其他方向性构造的井。因此，本领域技术人员应当理解的是，诸如上方、下方、上部、下部、向上、向下、左边、右边、上孔、下孔等方向性术语的术语是与在图中描绘的示例性实施方案相关联地使用的，向上方向是朝向对应的图的顶部，而向下方向是朝向对应图的底部，上孔方向是朝向井的表面，而下孔方向是朝向井的井底。

接下来参考图2A-2B，其中描述了根据本发明的实施方案形成的通常表示为100的填隙组件的连续轴向分段。填隙组件100包括上管状筛分段102和下管状筛分段104，上管状筛分段102和下管状筛分段104以螺纹方式彼此啮合以形成耦合接合处106。筛分段102包括基管108，基管108描述为不具有穿孔的空管。筛分段102还包括过滤介质110，过滤介质110描述为单层绕线筛，但是可以为本领域技术人员所公知的适用于填隙组件100的期望用途的任何期望筛类型。在过滤介质110的下端处，过滤介质110耦合到外壳体112。优选地，过滤介质110和外壳体112焊接到一起，但是可以可选择地使用其它适合的耦合技术。在图示的实施方案中，外壳体112形成带有基管108的环状件114，环状件114与过滤介质110和基管108之间的环状件116流体连通。以螺纹方式耦合到外壳体112的下端的是分离圈118。类似地，筛分段104包括基管120，基管120描述为不具有穿孔的空管。筛分段104还包括过滤介质122。在过滤介质122的上端处，过滤介质122耦合到外壳体124。在图示的实施方案中，外壳体124形成带有基管120的环状件126，环状件126与过滤介质122和基管120之间的环状件128流体连通。耦合接合处106包括内螺纹轴环130，内螺纹轴环130接受基管108的下螺纹销端132和基管120的上螺纹销端。以此方式，在填隙组件100内形成内部流路136。

填隙组件100包括双路套筒组件138，双路套筒组件138在外壳体112的下端和外壳体124的上端之间延伸。在图示的实施方案中，套筒组件138的上端具有接受分离圈118的外配合轮廓142的内配合轮廓140。该相互作用使得能相对于填隙组件100的其它零件正确地定位套筒组件138，以便在将套筒组件138卷曲到适当位置上之前确保正确对准。优选地，外壳体120的上端包括描述为o形圈144的密封构件，所述密封构件设置为在卷曲时z在套筒组件138和外壳体124之间的密封件。可选择地或除此之外，密封构件可以位于套筒组件138和外壳体112之间。一旦套筒组件如图所示定位且机械变形而与外壳体112和外壳体124卷曲接触，在套筒组件138的内部和耦合接合处106的外部之间，建立上管状筛分段102和下管状筛分段104之间的流体通路146。在不包括套筒组件138和外壳体112、外壳体120中的任一个或两个之间的密封件的实施方案中，在套筒组件138和外壳体112、外壳体120中的任一个或两个之间可以建立金属-金属密封件。然而，本领域技术人员应当理解的是，套筒组件138和外壳体112、120之间的关系仅需要足以闭合配合以将过滤介质110、122也排除的尺寸的砂颗粒排除，但是不一定是流体紧密配合，即砂控配合。在这种构造中，通过过滤介质122进入环状件128的流体行进通过环状件126进入流体通路146，然后通过环状件114和环状件116。以类似的方式，进入本发明的填隙组件的任一这样的管状筛分段的流体沿着类似的流路行进，直到该流体遇到如上文讨论的流动控制装置并且进入管柱的内部。

接下来参考图3A-3E，其中描述了处于各个装配阶段的本发明的填隙组件200。在图3A中，描述为管状筛分段202的下管状分段由井平台支撑且特定地从筛台组件204悬挂。筛台组件204包括支撑平台206，支撑平台206附接至通常位于井平台的井底210上的旋转台208。当安装管状筛分段时，优选地使用筛台组件204，以便防止在装配过程中损坏筛分段。在筛分段在钻井中运转时，捕集门212、214定位在管状筛分段202的轴环216的下方，使得填隙组件200能够从筛台组件204悬挂，同时利用井平台的升吊装置将描述为管状筛分段218的上管状分段操纵到筛分段202上方的位置处。一旦筛分段202和218以螺纹方式连接而形成耦合接合处220时，填隙组件200可以由井平台的升吊装置来支撑。此后，筛台组件204的捕集门212、214可以打开以释放填隙组件200，并且可以重新定位筛台组件204。

如图3B中最佳地看到的，填隙组件200设计上与填隙组件100相似。在图示的部分中，筛分段202包括基管222、过滤介质224和形成带有基管222的环状件的外壳体226。类似地，筛分段218包括基管228、过滤介质230和形成带有基管228的环状件的外壳体232并且包括分离圈234。在图3B中，在筛台组件204已重新定位之后，填隙组件200由井平台的升吊装置来支撑。在该位置上，最初由筛分段218承载的双路套筒组件236可以向下转移到横向于耦合接合处220且在筛分段218和筛分段202之间延伸的位置处，如图3C中最佳地看到的。如上文所讨论的，套筒组件236的上端可以优选地包括接受分离圈234的外配合轮廓的内配合轮廓，这使得能够使套筒组件236相对于填隙组件200的其它零件正确地定位，并且特别地将套筒组件236的卷曲轴环238与分离圈234对准以及将套筒组件236的卷曲轴环240与筛分段202的外壳体226对准。

如图3D中最佳地看到的，一旦套筒组件236正确地定位，布置在井平台的支撑组件244上的卷曲组件242可以被操纵到填隙组件200周围的位置处。如图4A中最佳地看到的，卷曲组件242包括具有管接受区域248的封闭组件246。封闭组件246包括后向组件250和在铰链256、258处分别可旋转地耦合到后向组件248以使卷曲组件242能够接受和释放管状构件的一对相对布置的臂组件252、254。封闭组件246还包括锁定组件260，锁定组件260用于在卷曲操作过程中将卷曲组件242保持在闭合位置处。卷曲组件242包括提升组件262，提升组件262可操作以被耦合，从而支撑井平台的支撑组件244且允许卷曲组件242相对于填隙组件200移动。卷曲组件242还具有控制系统264，控制系统264包括诸如液压电动机、气动电动机等电动机266，电动机266可以连接至井平台的一个或多个供应/返回线路268、270以及电力控制开关272。

返回到图3D，一旦套筒组件236和卷曲组件242正确地定位在填隙组件200的周围，卷曲组件242可被操作以使卷曲轴环238机械变形而与分离圈234相接触。如图4B中最佳地看到的，卷曲组件242包括多个径向致动的活塞构件274，活塞构件274可操作以啮合卷曲轴环238的表面且产生足够的卷曲力以使得在卷曲轴环238和分离圈234之间形成机械连接。在卷曲轴环238的卷曲过程完成之后，卷曲力被释放，并且填隙组件200可以被井平台的升吊装置提升以将卷曲轴环240与卷曲组件242对准，如图3E中最佳地看到的。然后，重复上述卷曲过程以便在卷曲轴环240和筛分段202的外壳体226之间建立机械连接。如上所述，一旦套筒组件236机械地附接至筛分段202和筛分段218，在套筒组件236的内部和耦合接合处220的外部之间的区域中，在筛分段202和筛分段218之间形成了流路。此后，对于要附接在填隙组件200内的筛的另外的分段，可以重复筛分段连接和套筒卷曲过程。

如果期望从钻井中移除填隙组件200，本发明使得能够拆除填隙组件200。如图3F中最佳地看到的，可以利用井平台的升吊装置将填隙组件200提升脱离钻井。利用标准的钳链技术，在套筒组件236最初机械连接至分离圈234时，套筒组件236可以与筛分段218分离，这使得通过以螺纹方式将分离圈234与外壳体232去耦合能够以螺纹方式将套筒组件236从筛分段218上释放。套筒组件236随后可以围绕筛分段202定位以露出耦合接合处220。此后，筛台组件204可以返回到其紧靠近旋转台208的位置。如图3G中所示，捕集门212、214定位在筛分段202的轴环216的下方，使得填隙组件200能够从筛台组件204悬挂。筛分段218随后可以螺纹方式从筛分段202去耦合。根据另外的筛分段的需要，可以重复该过程。

尽管已经参考图示的实施方案说明了本发明，该说明书目的不是在限制意义上被解释。在参考说明书时，对于本领域技术人员而言，本发明的示例性实施方案以及其它实施方案的各个变型例和组合是显而易见的。因此，目的是所附的权利要求涵盖了任何这些变型例或实施方案。

Claims (12)

1.一种用于连接井平台上的管状分段的方法，所述方法包括：

提供卷曲组件；

提供第一管状分段和第二管状分段，所述第二管状分段具有围绕其布置的套筒且包括分离圈，所述套筒具有接受所述分离圈的外配合轮廓的内配合轮廓，并且所述分离圈能够以螺纹方式与所述套筒耦合及去耦合；

将所述第一管状分段从所述井平台悬挂；

以螺纹方式将所述第二管状分段与所述第一管状分段啮合，形成耦合接合处；

将所述套筒定位在所述耦合接合处的上方，其中利用所述套筒的内配合轮廓与所述分离圈的外配合轮廓而使所述套筒相对于所述第一管状分段和所述第二管状分段定位，所述套筒的第一部分围绕所述第一管状分段布置，并且所述套筒的第二部分围绕所述第二管状分段布置；

使用所述卷曲组件卷曲所述套筒的所述第二部分以将所述套筒连接至所述第二管状分段；以及

使用所述卷曲组件卷曲所述套筒的所述第一部分以将所述套筒连接至所述第一管状分段。

2.如权利要求1所述的方法，其中，提供第一管状分段和第二管状分段进一步包括提供第一管状筛分段和第二管状筛分段。

3.如权利要求2所述的方法，其中，将所述第一管状分段从所述井平台悬挂进一步包括将所述第一管状筛分段从定位在所述井平台上的筛台悬挂。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在以螺纹方式将所述第二管状分段与所述第一管状分段啮合而形成耦合接合处之后，移除所述筛台并且使用所述井平台的升吊装置支撑所述第一管状筛分段和所述第二管状筛分段。

5.如权利要求2所述的方法，进一步包括：在所述套筒的内部和所述耦合接合处的外部之间的区域中，建立所述第一管状筛分段和所述第二管状筛分段之间的流路。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述套筒的内部和所述耦合接合处的外部之间的区域中，建立所述第一管状分段和所述第二管状分段之间的流路。

7.如权利要求1所述的方法，其中，卷曲所述套筒进一步包括以气动方式操作所述卷曲组件。

8.如权利要求1所述的方法，其中，卷曲所述套筒进一步包括以液压方式操作所述卷曲组件。

9.一种用于安装在位于井平台下方的钻井中的填隙组件，所述填隙组件包括：

第一管状筛分段和第二管状筛分段，所述第一管状筛分段和所述第二管状筛分段以螺纹方式彼此接合以在所述井平台上形成耦合接合处，所述管状筛分段各自具有基管、围绕所述基管布置且在所述基管和外壳体之间形成流体流路的所述外壳体以及围绕所述基管布置的过滤介质；以及

套筒，其定位在所述耦合接合处的上方；

其中，所述第二管状筛分段的所述外壳体进一步包括分离圈，并且其中，使所述套筒卷曲而与所述分离圈相接触，以使能够以螺纹方式从所述第二管状筛分段释放所述套筒；

其中，使所述套筒的第一部分在所述井平台上卷曲而与所述第一管状筛分段的所述外壳体相接触，并且其中，使所述套筒的第二部分在所述井平台上卷曲而与所述分离圈相接触，以使得所述套筒在所述套筒的内部和所述耦合接合处的外部之间的区域中建立所述第一管状筛分段和所述第二管状筛分段之间的流路；

其中，所述分离圈和所述套筒各自具有配合轮廓，用于在卷曲之前使所述套筒相对于所述第一管状筛分段和所述第二管状筛分段定位。

10.如权利要求9所述的填隙组件，进一步包括流动控制组件，所述流动控制组件与所述第一管状筛分段和所述第二管状筛分段流体连通，所述流动控制组件能操作以控制流体流入所述填隙组件的内部。

11.如权利要求9所述的填隙组件，进一步包括密封件，所述密封件定位在所述套筒和所述第二管状筛分段的所述外壳体之间。

12.如权利要求9所述的填隙组件，进一步包括密封件，所述密封件定位在所述套筒和所述第一管状筛分段的所述外壳体之间。