CN102812202B - 将分配器导管壳与井口连接的高压密封适配器和完井方法 - Google Patents

Abstract

用于井口导管壳的高压密封适配器，高压密封适配器具有整体型主体，具有整体型主体的高压密封适配器包括：第一圆孔，延伸穿过所述整体型主体；以及第二圆孔，与所述第一圆孔相邻并延伸穿过所述整体型主体；其中，所述高压密封适配器能够安装在所述导管壳中。高压密封适配器还包括至少一个密封件，至少一个密封件绕所述整体型主体的外周延伸并与所述导管壳接触。当高压密封适配器安装在导管壳中时，高压密封适配器将高压立管接纳在第一圆孔中，高压立管具有与凸缘接触的下表面和绕立管外周延伸的至少一个密封件。

Description

将分配器导管壳与井口连接的高压密封适配器和完井方法

技术领域

本发明的实施方式提供了一种高压密封适配器，其用于将分配器导管壳连接至井的井口。

背景技术

在钻井行业中，术语“完井(wellcompletion)”常被用于表示对从储源产油或产气的井身进行准备的操作。该术语同样也可表示完成井口件组装。这些操作的目的是安装井口件(wellhead)和其他连接装置以优化储层流体至井孔、向上通过采油管并进入表面收集系统的流动。

为了开始钻井操作，导管可被驱动至地面，以阻止钻孔的上部被钻探时松散的表层土壤塌落至孔中。然后，多种部件可附接至导管。用于两次或更多次完井的单个导管因其提供例如较小的平台尺寸和缩短的安装时间这样的益处而被经常使用。每次完井需要待在能够开始产油/产气之前安装的一个井口件。因此，在单个导管中可设有两个或更多个单独的井口件。

图1示出了现有技术的导管组件的一个实施例的剖视图，该导管组件概括地用参考标记10来表示。图1A示出了图1中的圆圈部分“A”的近观剖视图。图2示出了图1中的组件10的剖视图，组件10具有两个附接的井口件。图3示出了图1和图2中的导管壳的俯视立体图。

连续参照图1至图3，组件10包括导管12和导管壳20，导管壳20安装至导管12的顶部14。导管壳20包括两个圆柱形孔24a、24b，孔24a、24b由中间段26隔开，中间段26纵向延伸至导管12的中间孔内。组件10的两个圆柱形孔24a、24b便于对导管12内的两个单独的井6、8(图形表示为孔24a、24b的中心线)进行钻探。通常，需要进行以下步骤来完成导管壳20与每个井口件30a、30b(图2)之间的连接。通常，仅一个井(6或8)继续工作而另一个井6、8被碎屑盖16覆盖。

例如，如图1所示，在安装过程中，需要在进行任何钻探操作之前安装立管40，立管40用于保护井产流体与环境隔离。在该实施例中，立管40安装在井6之上。在立管40的底部、立管40的外表面44与导管壳20的内表面22之间设有一个或多个密封件42。在该现有技术的组件中，密封件42与导管壳20直接接触。

单独的碎屑盖16安装在导管壳20上以保护井8。如图1A清楚地示出，碎屑盖16包括一个或多个密封件17，密封件17位于碎屑盖16与导体壳20中的孔24a的中部26的内表面22之间。在该现有技术的井口件中，立管40直接密封至导管壳20。“密封厚度”(被示为T_s)必须足够厚来保持压力，无论立管40是否安装在井孔6、8上的圆柱形孔24a、24b之一中。立管40的厚度被示为T_r。钻井操作的总的可用厚度被示为T_total(T_总)。由T_w标记的部分是“无用厚度”，当钻探操作转移至另一孔时，无用厚度用于待安装的立管40。当没有钻探操作经过该孔时，该区域为静区(deadspace)并被认为是无用的。该无用厚度T_w是不利的。

在井6钻通后，安装套管悬挂器50(图2)，并将套管55被插入井6内。然后拆卸立管40。随后，井口件30a安装至导管壳20上。一个或多个密封件32可安装在井口件32a的内表面34上以向套管悬挂器50的外表面52提供防漏连接。

在这样的导管分配器应用中，受到导管12的内直径以及导管壳20的中间段26的厚度T_total的限制，井6、8不得不彼此靠近。此外，井6与井8之间的中心距离18被限制为允许两个单独的竖直孔分别通过圆柱形孔24b、24a来穿过导管壳20。由于立管40及随后井口件30a、30b必须适合每个孔的边界以使井隔离，所以立管40的壁厚度也受到限制。立管40的内直径还受到根据工业标准所允许的最小直径的限制。类似地，由于立管40的底部直接密封于导管壳20，所以中间段26必须足够厚以承受井压并允许密封在孔的任一侧上。这些限制限定了井6、8可进行操作的压力量。例如，在如图1和图2所示的常规完井过程中，每个井可限制为在3000psi(20.6MPascal(兆帕斯卡))或更少的压力下进行操作。

增加井口中可用压力的一种技术方案为在考虑较厚立管壁的情况下使用较小的钻头。然而，使用较小的钻头也导致对于井而言的较小的套管尺寸。虽然因此得到的井的操作压力可能增加，但总体积小于在较高压力下使用较大钻头所产生的总体积。这往往是井的操作者不可接受的。一种替代方案是提供较大的导管，因而增加井之间的中心距离，从而可使用原来的钻头并且安装适当的高压井口件。这种选择会极大地增加所需的井口设备的成本。

另一种方案是使用扩孔器，扩孔器能够穿过立管并随后使切割器臂扩展来放大钻孔。然而，这种方案增加了钻探操作所需的时间及成本。

发明内容

本发明的一个方面提供了用于井口的导管壳的高压密封适配器，所述高压密封适配器具有整体型主体，该高压密封适配器包括：第一圆孔，延伸穿过所述整体型主体；以及第二圆孔，与所述第一圆孔相邻并延伸穿过所述整体型主体；其中，所述密封适配器能够安装在所述导管壳中。

在替换的实施方式中，高压密封适配器还可包括至少一个密封件，所述至少一个密封件绕所述整体型主体的周边延伸并与所述导管壳接触。当所述密封适配器安装在所述导管壳中时，适配器可将高压立管接纳在所述第一圆孔中，所述高压立管具有与所述凸缘接触的下表面以及绕所述立管的外周延伸的至少一个密封件，所述至少一个密封件与所述侧壁接触以便于通过所述高压立管和所述第一孔对第一井进行钻井操作。

在另一实施方式中，高压密封适配器还包括上平面和下平面，其中，当所述密封适配器安装在所述导管壳中时，所述下平面抵靠在所述导管壳的凸缘上，而所述上平面与所述导管壳的上表面基本共面。密封适配器可转动180度并安装在所述导体壳中以便于对第二井进行钻井操作。高压密封适配器能够在34.5兆帕的井压下操作。

本发明的另一替换方面提供了便于对井进行高压钻探及开采操作的方法，井包括导管，该导管具有附接至其上的导管壳，该方法包括以下步骤：提供具有整体型主体的高压密封适配器，该高压密封适配器包括：第一圆孔，延伸穿过所述整体型主体；以及第二圆孔，与所述第一圆孔相邻并延伸穿过所述整体型主体；以及将所述密封适配器安装在所述导管壳中。

在替换的实施方式中，方法还可包括将高压立管连接至所述导管壳，所述高压立管具有下表面和至少一个密封件，所述下表面延伸进所述第一圆孔并与所述凸缘接触，所述至少一个密封件绕所述立管的外周延伸，所述至少一个密封件与所述侧壁接触以便于通过所述高压立管和所述第一孔对第一井进行钻井操作。

在其它实施方式中，当对所述第一井完成所述钻井操作时，方法还可包括：将所述高压立管移除；移除所述密封适配器；将所述密封适配器转动180度；将所述密封适配器重新安装在所述导管壳中；将第一套管悬挂器穿过所述第二孔连接至所述导管壳；以及将所述高压立管连接至所述导管壳，所述高压立管具有下表面和至少一个密封件，所述下表面延伸进所述第一圆孔并与所述凸缘接触，所述至少一个密封件绕所述立管的外周延伸，所述至少一个密封件与所述侧壁接触以便于通过所述高压立管和所述第一孔对第二井进行钻井操作。当对所述第二井完成所述钻井操作时，方法还可包括：移除所述高压立管；将第二套管悬挂器穿过所述第一孔连接至所述导管壳；将所述第一套管和第二套管分别安装在所述第一井和第二井中；将第一井口件附接至所述第一井上的所述导管壳；以及将第二井口件附接至所述第二井上的所述导管壳。

在替换的实施方式中，密封适配器还可包括上平面和下平面；以及安装所述密封适配器的步骤还可包括将所述下平面置于所述导管壳的凸缘上，以使所述上平面与所述导管壳的上表面基本共面。高压钻探及开采操作可在34.5兆帕的井压下进行。

附图说明

通过以下参照附图仅作为示例的书面描述，本发明的实施方式可以被更好地理解并且对于本领域技术人员而言是显而易见的，在附图中：

图1示出了现有技术的导管组件的一个实施例的剖视图；

图1A示出了图1中的圆圈部分“A”的近观剖视图；

图2示出了图1中的组件的剖视图，该组件具有两个附接的井口件；

图3示出了图1和图2中组件的导管壳的俯视立体图；

图4示出了根据本发明的高压密封适配器的一个实施方式的立体图；

图5示出了图4中的高压密封适配器的俯视图；

图6示出了图4和图5中的高压密封适配器的剖视侧视图；

图7示出了改进的导管壳的一个实施方式的立体图，该导管壳可与图4至图6的密封适配器一同使用；

图7A示出了安装在图7的改进导管壳中的、图4至图6中的高压密封适配器的剖视侧视图；

图8示出了安装在图7的高压密封适配器上的立管的剖视侧视图；

图9是图8中的立管和密封适配器的俯视立体图；

图10示出了安装在图7中的高压密封适配器上的立管的剖视侧视图，该立管已经以相反的位置安装在导管壳上；

图10A示出了图10中的圆圈部分“A”的近观剖视图；以及

图11示出了安装在图7中的高压密封适配器上的两个完成的井口件的剖视侧视图。

具体实施方式

本发明的实施方式提供了单独的密封适配器，该密封适配器可安装在改进的导管壳中。密封适配器和改进的导管壳便于使用标准尺寸的钻头来进行井孔的钻探，并允许对形成的井进行高压操作。下面将以使用标准36英寸(0.9144米)的具有两个钻孔的导管的应用讨论本发明的示例性实施方式。然而，可以理解，本发明的适当配置的实施方式可与任何尺寸并具有两个或更多个钻孔的导管一同使用。

图4示出了根据本发明的高压密封适配器100的一个实施方式的立体图。图5示出了图4中的高压密封适配器100的俯视图。图6示出了图4和图5中的高压密封适配器100的侧视图。

密封适配器100包括第一孔110和第二孔120，第一孔110和第二孔120允许设备通过密封适配器100和导管壳150(图7)进入下方的导管12。第一孔110和第二孔120通过中间段112分开。如图5清楚地示出，第一孔110的圆周113延伸稍稍越过密封适配器100的中心线107。密封适配器100可包括一个或多个密封件102a、102b，密封件102a、102b位于分别围绕密封适配器100的外周106的相对应的槽104a、104b中。在图4至图6中示出的实施方式中，第一孔110可包括圆形凸缘108，圆形凸缘108在内表面109周围部分延伸至孔110中。凸缘108向下可呈锥形，这有助于阻止可能出现在平坦肩部的碎屑的加速，并且还有助于在安装立管之前引导工具进入孔110。孔120包括基本竖直的内表面121。下面将对此进行更详细地讨论。密封适配器100可具有平坦的上表面117a和平坦的下表面117b。

在该实施方式中，从顶部观看，密封适配器100具有扁平的椭圆“跑道(racetrack)”剖面(图5)，其具有基本笔直的长边103a、103b和基本呈圆形的端部105a、105b。然而，可以理解，也可使用其他剖面而不背离所附的权利要求的范围。例如，在一些实施方式中，三角形密封适配器100可用于在单个导管中为三个井孔所提供的钻探操作。密封适配器100还可包括在邻近长边103a、103b处钻出的多个安装孔111，其便于使密封适配器100连接至立管40a、40b和/或井口件30a、30b。替换地，安装孔111可便于使密封适配器100连接至下方的导管壳150。下面将对此进行更详细地讨论。

图7示出了改进的导管壳150的一个实施方式的立体图，该导管壳150可与图4至图6中的密封适配器100一同使用。图7a示出了安装在图7的改进导管壳150中的、图4至图6中的高压密封适配器100的剖视侧视图。图8示出了当高压密封适配器100安装在导管壳150上时(如图7a所示)，安装在高压密封适配器100上的立管40a的剖视侧视图。图9是图8中的立管40a和密封适配器100的俯视立体图。图10示出了以相反的位置安装在导管壳150上的高压密封适配器100的剖视侧视图。这便于另一立管40b的安装，立管40b可用于使井孔6的完井便于进行。可以理解，出于此目的，立管40a也可重新定位于井孔6上方。图10A示出了图10中的圆圈部分“A”的近观剖视图。

下面参照图7至图10对密封适配器100的安装和操作进行描述。如上所述，一旦导管12被驱动至地面期望的钻探位置，就将导管壳150安装在导管12的顶部14上。这个过程对本领域人员是已知的，本文不再进行详细描述。可以理解，导管12还可用于海底操作。因此，本发明的实施方式不限于表面井，而且可用于使导管壳150安装在导管12上的任何钻井操作。

参照图7，一旦导管壳150已安装在导管12的顶部14上，密封适配器100就可安装在导管壳150的顶部中。在该实施方式中，导管壳150的中间段156的一部分被移除以提供凸缘157，凸缘157便于密封适配器100与导体壳150之间的连接。在该实施例中，密封适配器100的孔110定位在井孔8之上以便于钻井操作(图7a)。

当安装在导管壳150中时，密封适配器100的下表面117b的一部分抵靠在导管壳150中相应的凸缘157上，而密封适配器100的上表面117a与导管壳150的顶面155基本齐平。密封件102a、102b在密封适配器100与导管壳150的内表面152之间提供压紧密封。螺栓132可延伸穿过立管40a、40b或井口件30a、30b中相应的孔进入密封适配器100的各个钻孔111。在替换的实施方式中，螺栓132可延伸穿过各个钻孔111进入导管壳150中相应的孔，以将密封适配器100紧固至导管壳150。

如图8和图9所示，立管40a可安装在井孔8之上的密封适配器100的孔110中。如现有技术中所已知，立管40a的一侧可较薄以允许在立管40a放置于适当位置的情况下残屑盖16a(图8)的拆卸。立管40a的下表面41可与密封适配器100的孔110中的凸缘108接触。然后，立管40a可利用多个螺栓46附接至导管壳150(图9)。残屑盖16a还可安装在密封适配器100的孔120内。残屑盖16a可包括孔120的内表面121与残屑盖16a的外表面18a之间的一个或多个密封件17a、17b。残屑盖16a还可包括导管壳150的内表面152与残屑盖16a的外表面18a之间的一个或多个密封件17b、17b。

在安装立管40a之后，在立管40a内有多个装置运行以测试连接、钻探下一套管深度、清洗孔以及进行其他钻井操作。一旦钻探操作完成，就将立管40a和残屑盖16a从导管壳150移除。

参照图10，密封适配器100然后可移除、转动180度以使得孔110定位在井孔6之上，并如上所述重新安装至导管壳150。然后，套管悬挂器50a可安装穿过密封适配器100的孔120，并连接至导管壳150。残屑盖16a然后可安装在密封适配器100的孔120中，并安装在套管悬挂器16b上以使套管悬挂器16b与碎屑隔离。立管40b可安装在井孔6上的密封适配器100的孔110中。然后，开始如上所述的钻探和其他钻井操作。

图10a示出了图10中的圆圈部分“A”的近观剖视图。如图10a清楚地示出，一个或多个密封件42位于立管40a的底部、立管40b的外表面44与密封适配器100的内表面109之间。类似地，残屑盖16b也可包括一个或多个密封件17a以及一个或多个密封件17b，密封件17a位于孔120的内表面121与残屑盖16b的外表面18b之间，密封件17b位于导管壳150的内表面152与残屑盖16b的外表面18b之间。

通过在改进的导管壳150中采用密封适配器100，立管40b的厚度T_r可增加，而总的可用厚度T_total(T_总)大致不变。这允许使用与现有技术相同的导管而在立管40b中实现压力增加。

图11示出了安装在导管壳150上的两个井口件30a、30b的剖视侧视图，导管壳150容纳图7中的高压密封适配器100。在完成钻井过程中，套管悬挂器50和井口件30a、30b已安装在导管壳150上。密封适配器100留在导管壳150中。如图所示，密封适配器100并不妨碍井口件30a、30b的安装。密封适配器100的最终定位和定向不影响钻井操作。从安装井口件30a、30b开始随后的操作按照本领域技术人员已知的常规钻井和安装程序进行。

如图8、图10和图10a清楚地示出，密封适配器100通过将立管40a、40b的密封位置从现有技术的导管壳20转移至密封适配器100来解决了上述问题。因为密封适配器100的第一孔110稍大于现有技术中可用的孔，所以可使用具有较厚的壁的立管40a而无需减小钻头的尺寸或增加导管的尺寸。密封适配器100可从导管壳150移除、转动180度并重新安装在导管壳中以便于立管穿过密封适配器100的孔110安装至两个井孔6、8之一。这使得立管40a、40b比常规设计厚，而且仍保持相同的内直径以使设备穿过立管。较厚的立管设计允许每个井中存在较高的总压力等级。通过示例而非限制的方式，如上所述准备且如图7至图11所示那样配置的井可在高达5000psi(34.5MPa)的压力下安全地操作。应该理解，通过使用用于密封适配器的非标准材料甚至可获得更高的压力。

本领域技术人员可以理解，如具体实施方式所示，可对本发明进行多种变形和/或修改而不背离本发明的所述最广泛的精神或范围。因此，本发明的实施方式在各方面都被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (10)

1.用于井口的导管壳的高压密封适配器，所述高压密封适配器具有整体型主体，所述高压密封适配器包括：

第一圆孔，延伸穿过所述整体型主体，所述第一圆孔的圆周延伸穿过所述整体型主体的中心线；以及

第二圆孔，与所述第一圆孔相邻并延伸穿过所述整体型主体；

其中，所述高压密封适配器被配置为安装在所述导管壳中，

其中，所述第一圆孔被配置为接纳高压立管，所述高压立管具有与绕所述第一圆孔的内表面部分地延伸至所述第一圆孔内的凸缘接触的下表面以及绕所述高压立管的外周延伸的至少一个密封件，以便于通过所述高压立管和所述第一圆孔对第一井进行钻井操作。

2.如权利要求1所述的高压密封适配器，还包括至少一个密封件，所述至少一个密封件绕所述整体型主体的周边延伸并被配置为与所述导管壳接触。

3.如权利要求1所述的高压密封适配器，还包括上平面和下平面，其中，当所述密封适配器安装在所述导管壳中时，所述下平面被配置为抵靠在所述导管壳的凸缘上，使得所述上平面与所述导管壳的上表面共面。

4.如权利要求1所述的高压密封适配器，其中，所述密封适配器被配置为转动180度并安装在所述导管壳中以便于对第二井进行钻井操作。

5.如权利要求1所述的高压密封适配器，其中，所述密封适配器适于在34.5兆帕的井压下操作。

6.一种完井方法，其中，井包括导管，所述导管具有附接至其上的导管壳，所述完井方法包括以下步骤：

提供具有整体型主体的高压密封适配器，所述高压密封适配器包括：

第一圆孔，延伸穿过所述整体型主体，所述第一圆孔的圆周延伸穿过所述整体型主体的中心线；以及

第二圆孔，与所述第一圆孔相邻并延伸穿过所述整体型主体；以及

将所述高压密封适配器安装在所述导管壳中；以及

将高压立管连接至所述导管壳，所述高压立管具有延伸进所述第一圆孔并与绕所述第一圆孔的内表面部分地延伸至所述第一圆孔内的凸缘接触的下表面以及绕所述高压立管的外周延伸的至少一个密封件，以便于通过所述高压立管和所述第一圆孔对第一井进行钻井操作。

7.如权利要求6所述的完井方法，还包括以下步骤：

将所述高压立管移除；

将所述高压密封适配器移除；

将所述高压密封适配器转动180度；

将所述高压密封适配器重新安装在所述导管壳中；

将第一套管悬挂器穿过所述第二圆孔连接至所述导管壳；以及

将所述高压立管连接至所述导管壳，所述高压立管具有延伸进所述第一圆孔并与所述凸缘接触的下表面以及绕所述高压立管的外周延伸的至少一个密封件，以便于通过所述高压立管和所述第一圆孔对第二井进行钻井操作。

8.如权利要求7所述的完井方法，还包括以下步骤：

将所述高压立管移除；

将第二套管悬挂器穿过所述第一圆孔连接至所述导管壳；

将所述第一套管和第二套管分别安装在所述第一井和第二井中；

将第一井口件附接至所述第一井上的所述导管壳；以及

将第二井口件附接至所述第二井上的所述导管壳。

9.如权利要求6至8中任一项所述的完井方法，其中，

所述高压密封适配器还包括上平面和下平面；以及

安装所述高压密封适配器的步骤还包括将所述下平面置于所述导管壳的凸缘上，以使所述上平面与所述导管壳的上表面共面。

10.如权利要求6至8中任一项所述的完井方法，其中，所述高压钻探及开采操作在34.5兆帕的井压下进行。