CN102575512B - 可膨胀衬管牵拉连接 - Google Patents

Abstract

一种将第一管状部件连接到位于井眼中的第二管状部件的方法，第二管状部件包括上端部分，上端部分具有比第一管状部件的直径大的直径，该方法包括：将第一管状部件降低到井眼中直到第一管状部件至少位于第二管状部件的上端部分的孔内；以及膨胀第一管状部件直到第一管状部件密封地连接到第二管状部件。

Description

可膨胀衬管牵拉连接

本发明涉及在井眼中连接管状部件的装置和方法。

石油和天然气井通过在地下形成钻孔并且然后使钻孔衬有钢套管以形成井眼来完成。典型地，使用套管的多个节段。套管的第一节段被降低到井眼中并在井被钻到第一指定深度之后从表面悬挂。然后，使水泥在套管的外壁和钻孔之间的环形区域中流通。井然后被钻到第二指定深度且具有较小直径的套管的第二节段被运行到井中。第二节段可以在表面位置处在井口中“放开”或者设定在一定深度使得第二节段的上部部分重叠套管的第一节段的下部部分。在此第二示例中，如果套管不延伸到表面，则套管指的就是衬管。衬管节段然后例如通过使用衬管悬挂器而固定到第一节段。第二套管节段或衬管然后被灌注水泥。对减小直径的额外套管节段典型地重复此过程，直到井已经被钻到全部需要的深度。

井的生产区段上方的区域典型地利用在套管或衬管内部的封隔器(packer)密封，并借助于较小直径的管道连接到表面。这提供了备用的泄漏屏障并允许损伤的节段被取代。另外，较小直径的管道增加了石油和天然气的速度。地下储层的自然压力对于使石油或天然气流到表面来说可能是足够高的。当这不足够时，例如对于较老的井来说，安装较小直径的管道可有助于生产，但是例如气升的人工提升方法也可能是需要的。井需要被构造以接纳人工提升装置。

在另一完井方案中，将衬管柱连接回表面(或井中较高的点)可能是必要的。一排管道然后连接到衬管节段的顶部。以此方式，套管节段被密封地“牵拉”到表面(或井中较高的点)。

用于将一排管道连接到井下衬管节段中的已知方法典型地包括称为抛光孔座(polished bore receptacle)(PBR)的工具的使用。PBR是螺接到衬管节段顶部的单独工具。PBR具有被构造以接纳牵拉管道的下端的光滑圆柱内孔。管道位于PBR中以在管道和衬管之间形成密封连接。管道的下部部分在其外径上构造有密封件，且这些密封件在PBR内密封。

然而，PBR的大部分长度是暴露的，并且随着其他井下工具在井眼中运行，其易于被损伤。运行经过PBR的井下工具可能在其向井下的路径上碰撞PBR的抛光表面。这将导致减小PBR密封性能的损伤。另外，钻进碎片能够降低PBR密封表面的等级。另外，特别是在苛刻环境中，相关的构件，例如牵拉托架(tie back stinger)和封隔器可能泄漏是已知的。

PBR允许牵拉衬管的热膨胀和热收缩，在此期间，衬管密封件能够在PBR中上下移动。久而久之，此移动可能引起密封件磨损并最终失效。这被认为是常规PBR的一个主要局限。

可预期提供连接到衬管下部节段的替代方法，其消除对PBR的需要或者减小对PBR造成损伤的可能性。可预期提供连接到衬管下部节段的替代方法，其能够消除对一个或多个相关构件，例如锚固件、牵拉托架和封隔器的需要。可预期提供用于在两个管状节段之间提供金属到金属的密封的替代方法。

提供在原地引起管状节段膨胀以连接节段并提供密封件的工具是已知的。这些工具可包括径向可膨胀构件，其使用流体压力被径向向外推动而与管状节段接触。当产生足够的压力时，管状节段被膨胀，因为其弹性且然后塑性地变形。

这存在优于常规的PBR的一些优点。管道被锚固，具有抵抗热生成的轴向负载的足够阻力。因而很少或者没有移动且因而没有磨损。另外，该设备具有金属到金属的密封且因而没有弹性体磨损。另外，设备的内径不是抛光的密封表面，且因而其性能受到损伤的影响非常小。另外，可能实现较高的爆破和坍塌负载。

根据本发明的第一方面，提供将第一管状部件连接到位于井眼中的第二管状部件的方法，第二管状部件包括上端部分，上端部分具有比第一管状部件的直径大的直径，该方法包括：

将第一管状部件降低到井眼中直到第一管状部件至少位于第二管状部件的上端部分的孔内；以及

膨胀第一管状部件直到第一管状部件密封地连接到第二管状部件。

该方法还可包括将第一管状部件从表面运行到第二管状部件。

该方法还可包括使第二管状部件的上端部分适合于接收第一管状部件。该方法可包括在第二管状部件的上端处提供接收部件，该接收部件具有比第一管状部件的直径大的直径。

接收部件可包括牵拉轮廓设备(tieback profile device)。牵拉轮廓设备可包括设置在设备的内孔处的至少一个凹部。

该方法可包括使用固定部件将第二管状部件的上端固定在井眼内。固定部件可包括衬管悬挂器。固定部件可设置在接收部件处。

该方法可包括使用可膨胀工具来膨胀第一管状部件。该方法可包括使可膨胀工具在钻柱上运行经过第一管状部件的孔。该方法可包括将可膨胀工具与所述牵拉轮廓设备的凹部或每个凹部对齐。该方法可包括使用深度闩锁布置来将可膨胀工具定位在恰当的竖直深度处。

可膨胀工具可包括竖直间隔开的一对密封件。密封件可以是可驱动的以在工具的外表面和第一管状部件的内表面之间形成密封，以在密封件之间限定腔。可膨胀工具可被构造以向腔提供流体，用于在第一管状部件的内表面上施加压力，使得第一管状部件膨胀到所述凹部中或每个凹部中，以在第二管状部件和第一管状部件之间形成密封。

根据本发明的第二方面，提供用于执行根据本发明第一方面的方法的装置。

本发明的实施方式现将只通过示例的方式参照附图来描述，在附图中：

图1是根据现有技术的连接两个管的方法的横截面侧视图；

图2是根据本发明的连接两个管的方法的横截面侧视图；

图3到5是图2方法的步骤的横截面侧视图。

图1显示在井眼100中连接两个管状部件的已知方法，其中第二管10使用第一管12牵拉到表面。井眼100衬有套管102，套管102的直径随着深度的增加而递增地减小。具有内部气举阀106的用于气升的管道104设置在套管102内。

第二管10具有9 5/8英寸(244mm)的直径并向上延伸到具有13 3/8英寸(340mm)直径的上部邻接套管中。PBR 14连接到第二管10的上端。上部部分中的衬管悬挂器16以及下部部分中的水泥108将第二管10固定在井眼100内。

第一管12被降低且第一管12的下端装配在PBR 14的抛光孔内。通过其自身，特别是在苛刻环境中，PBR 14不能够提供足够的密封且因此能够在第一管和第二管的接点上方设置牵拉封隔器18。

由PBR 14提供的可滑动密封无助于将第一管12支撑在井眼100内，并且因此还可提供锚固件20。

图2到5显示根据本发明的在井眼100中连接两个管状部件的替代方法。相同的特征以相同的参照数字给出。

牵拉轮廓设备30设置在第二管10的上端，使得其具有比第二管10的直径大的直径。设备30在其内孔中包括一些内部凹部32。13 3/8英寸(340mm)乘以11 3/4英寸(298mm)的衬管悬挂器34连接到设备30的顶部，且其附接到井眼100的内表面处的套管。衬管悬挂器34、设备30和第二管10的上部部分全部被构造为从13 3/8英寸(340mm)跨越到9 5/8英寸(244mm)的外径。

图3到5显示本发明具体的细节以阐示用于安装第一管12的顺序。第一管12被降低，使得其下端在设备30内且低于设备30的内部凹部32(图4)。

然后，可膨胀工具40在钻杆的柱的下端上运行，向下经过第一管12的孔直到工具40与设备30的凹部32对齐。工具40包括用于定位在恰当竖直深度处的深度闩锁布置42。工具40包括一对密封件，其通过大于上部凹部和下部凹部之间竖直距离的距离而被竖直地间隔开。

密封件被驱动以在工具40的外表面和第一管12的内表面之间形成密封，以在密封件之间限定腔。水被泵送经过钻柱，进入工具40的孔中并经过工具40的孔口且进入腔中。当水压充分时，第一管12被弹性膨胀，然后塑性变形到凹部32中。这借助于设备30产生了第二管10与第一管12之间的机械固定和金属到金属的密封。第一管12现在被牵拉到表面。密封件然后可以被解除，且钻杆柱和工具40被从井眼100中去除。

本发明提供符合修订后ISO13679技术标准的金属到金属的密封。该方法允许省略常规方法中需要的一些相关构件。在密封布置中不存在移动的部件。该连接在张拉和压缩两者上能够抵抗高的爆破和坍塌压力以及高负载的能力。

虽然以上已经描述了本发明的具体实施方式，但将清楚来自所述实施方式的变更仍然可能落在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种连接方法，用于将第一管状部件连接到位于井眼中的第二管状部件，所述第二管状部件包括上端部分，所述上端部分具有比所述第一管状部件的直径大的直径，所述方法包括：

在所述第二管状部件的所述上端部分处提供接收部件，所述接收部件包括牵拉轮廓设备，所述牵拉轮廓设备具有比所述第一管状部件的直径大的直径，并且其中所述牵拉轮廓设备包括设置在所述设备的内孔处的至少一个凹部；

将所述第一管状部件降低到所述井眼中直到所述第一管状部件至少位于所述第二管状部件的所述上端部分的孔内；以及

通过使用用于膨胀所述第一管状部件的可膨胀工具，膨胀所述第一管状部件直到所述第一管状部件密封地连接到所述第二管状部件。

2.根据权利要求1所述的方法，包括使所述第一管状部件从表面降低，以使所述第一管状部件的下端在所述牵拉轮廓设备内并且低于所述牵拉轮廓设备的一个凹部或每个凹部。

3.根据任一之前权利要求所述的方法，包括使用固定部件将所述第二管状部件的所述上端部分固定在所述井眼内。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述固定部件包括衬管悬挂器。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述固定部件设置在所述接收部件处。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述固定部件设置在所述接收部件处。

7.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，包括使所述可膨胀工具在钻柱上运行经过所述第一管状部件的孔。

8.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，包括将所述可膨胀工具与所述牵拉轮廓设备的所述凹部或每个凹部对齐。

9.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，包括使用深度闩锁布置来将所述可膨胀工具定位在恰当的竖直深度处。

10.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，其中所述第二管状部件包括衬管节段，所述衬管节段的顶部连接到所述井眼中的套管节段的下部以使所述衬管节段从所述套管节段的下部向下延伸到井中。

11.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，其中所述第一管状部件包括另一套管节段，该另一套管节段被密封地牵拉回到所述井眼中的较高的点或表面之一。

12.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，其中将第一管状部件连接到位于井眼中的第二管状部件的方法产生了所述第二管状部件和所述第一管状部件之间的机械固定和金属到金属的密封。

13.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的方法，其中所述可膨胀工具包括竖直间隔开的一对密封件。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述可膨胀工具包括竖直间隔开的一对密封件。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述密封件是可驱动的以在所述工具的外表面和所述第一管状部件的内表面之间形成密封，以在所述密封件之间限定腔。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述密封件是可驱动的以在所述工具的外表面和所述第一管状部件的内表面之间形成密封，以在所述密封件之间限定腔。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述可膨胀工具被构造以向所述腔提供流体，用于在所述第一管状部件的所述内表面上施加压力，使得所述第一管状部件膨胀到所述凹部中或每个凹部中，以在所述第二管状部件和所述第一管状部件之间形成密封。

18.一种用于执行根据任一之前权利要求所述方法的装置。