CN103210168B - 斜向器与完成偏转器的组合装置 - Google Patents

Abstract

描述的是能够被设置在地下井中的组件。组件可包括表面；该表面能够使用于形成分支井的切削工具转向，并且能够使用于完成分支井的完成部件转向，而在完成部件被转向之前无需从母井去除该组件或者部分的该组件。

Description

斜向器与完成偏转器的组合装置

技术领域

本发明大体涉及一种用于地下流体生产的组件，并且更具体地（虽然并非必须是排他地）涉及包括一表面的组件，该表面能够使用于形成分支井的切削工具转向而且能够使用于完成分支井的部件的至少一部分转向。

背景技术

碳氢化合物能够通过穿过地层的井眼来生产。井眼可相对地复杂。例如，井眼可包括分支井，如横向井眼和/或侧钻井眼（sidetrack wellbore）。多分支井（multilateral wellbore）包括从母井（或主井）延伸出来的一个或多个横向井眼。侧钻井眼是从第一基本方向转向第二基本方向的井眼。侧钻井眼可包括处于第一方向的主井以及从主井转向而处于第二基本方向的第二井眼。

母井可包括允许形成分支井的窗口。窗口可通过在主井中期望位置处，在套管柱中设置套管接头和斜向器（whipstock）来形成。斜向器可相对于套管柱横向地（或沿一个或多个方向）偏转一个或多个铣鞋（mill，或其他切削工具）。被偏转的铣鞋穿透套管接头的一部分，从而在套管柱（钻头可通过套管柱形成横向井眼）中形成窗口。

斜向器可包括回收机构，回收机构允许斜向器在分支井形成之后从母井被去除。在斜向器被去除之后，完成偏转器被运送（run）到相对于窗口的期望位置。完成偏转器可包括一开口；该开口能够容纳联结件的一部分，如主井立柱的密封托架；并且完成偏转器可包括偏转表面，该偏转表面能够使联结件的其他部分朝向窗口和分支井偏转。联结件或其他部件能够用于完成分支井。回收斜向器以及运送完成偏转器使得在井下起下管柱（trip）的次数增加，并且因此增大了操作生产井的低效性和花费。

一些组件已被用来消除用以运送斜向器和完成偏转器的两次起下管柱的需要。例如，组件可包括被可拆卸地连接到完成偏转器的斜向器。这种组件在井下被运送以进行安装。斜向器能够使用于形成窗口的铣磨钻头转向，横向井眼能够通过该窗口来形成。在横向井眼形成之后，该斜向器通过与完成偏转器分离而被回收。在斜向器被回收之后，部件能够被运送到井眼内，并且部件能够通过用于完成横向井眼的完成偏转器而被转向。然而，这种组件需要在横向井眼能够被完成之前，起下管柱一次以回收斜向器。起下管柱能够增大花费而降低完井效率。

因此，需要这样的组件：其能够使切削工具以及如联结件的完成部件转向，但是不需要在使完成部件偏转之前起下管柱以收回斜向器。

发明内容

在一个方案中，提供一种能够被设置在井眼中的组件。该组件包括位于本体的外壁上的表面。该表面能够使用于形成分支井的切削工具转向。该表面也能够使完成部件的至少一部分朝向分支井转向。完成部件能够用于完成分支井。

在至少一个实施例中，位于外壁上的表面是斜向器偏转表面和完成偏转器表面。

在至少一个实施例中，完成部件是具有托架和横向支柱的联结件。该表面能够容纳该托架并且能够使该横向支柱朝向该分支井偏转。

在至少一个实施例中，该组件包括位于该表面与能够容纳该托架的通道之间的临时堵塞子系统。

在至少一个实施例中，该临时堵塞子系统包括脆质塞、可去除塞、脆质挡板阀、挡板阀、可去除筛或者隔膜中的至少一个。

在至少一个实施例中，该组件包括能够被托架移位的衬管。该衬管能够至少防止某些碎片接触密封构件。

在至少一个实施例中，该衬管包括联结部件；该联结部件能够将该衬管固定在第一位置，并且响应来自该托架的力该衬管固定在第二位置。

在至少一个实施例中，该联结部件能够将该衬管可释放地固定在第二位置。该联结部件可包括至少一个能够与夹头外形配合的夹头、或卡环至少之一。

在至少一个实施例中，该组件包括通过本体部被联结到该本体的闩锁构件。该闩锁构件能够被联结到设置在该井眼中的另一部件。

在至少一个实施例中，该表面能够使该切削工具转向并且能够使该完成部件的至少一部分转向，而在使该完成部件转向之前无需从该井眼去除部分的该组件。

在另一方案中，提供一种用于形成和完成分支井的方法。组件被设置在母井中。该组件包括位于组件的外壁上的表面。切削工具被移动到位于该组件的外壁上的表面，其中，位于该组件的外壁上的表面使该切削工具朝向套管柱的侧壁偏转。该切削工具能够在朝向该套管柱的侧壁偏转之后形成该分支井。该切削工具从该分支井被去除而无需去除该组件。完成工具被移动到位于该组件的外壁上的表面，其中，位于该组件的外壁上的表面使该完成部件的至少一部分朝向该分支井偏转。被偏转的完成部件能够用于完成该分支井。

在至少一个实施例中，该完成部件是包括托架和横向支柱的联结件。将该完成部件移动到位于该组件的外壁上的表面包括：移动该联结件，以引起该表面使该横向支柱朝向该分支井偏转并引起该组件容纳该托架。

在至少一个实施例中，移动该联结件以引起该表面使该横向支柱朝向该分支井偏转并引起该组件容纳该托架包括：移动该联结件，以引起该托架相关联的破碎器来破碎该组件的临时堵塞子系统并且被该组件的通道容纳。该托架使衬管的至少一部分移位，该衬管能够保护至少一个部件免受碎片损害。

在至少一个实施例中，该分支井被完成，而无需从母井去除用于使该切削工具偏转的位于该组件的外壁上的表面。

在另一方案中，提供一种能够被设置在井眼中的组件。该组件包括本体和衬管。该本体具有表面。该表面能够使切削工具朝向套管柱的侧壁转向，并且能够使完成部件的至少一部分朝向分支井转向。该切削工具能够形成该分支井。该完成部件能够用于完成该分支井。该衬管能够保护至少一个部件远离碎片，并且能够被该完成部件的至少一部分所移位。

在至少一个实施例中，该表面的第一部分是斜向器偏转表面，而该表面的第二部分是完成偏转器表面。

这些示例性的方案和实施例并非用以限制或限定本发明，而是提供示例以帮助理解本申请中公开的发明构思。本发明的其他方案、优势和特征在回顾全部申请文件之后将变得显而易见。

附图说明

图1是具有根据本发明的一个实施例的组件的井系统的示意性剖视图，分支井能够通过该组件来形成和完成；

图2是根据本发明的一个实施例的组件的立体图；

图3是根据本发明的一个实施例的图2中的组件的一部分的局部剖视图；

图4是根据本发明的一个实施例的图2的组件的一部分的剖视图；

图5是根据本发明的一个实施例的完成部件（其为联结件）的侧视图；

图6A是根据本发明的一个实施例的容纳联结件的托架的组件的剖视图；

图6B是穿透图6A中的根据本发明的一个实施例的组件的子系统的托架的剖视图；

图6C是由图6A中的根据本发明的一个实施例的组件来容纳的联结件的托架的剖视图。

具体实施方式

本发明的多个特定方案和实施例涉及能够被设置在地层的钻孔（如母井）中的组件，并且分支井能够借助这些组件而被形成和完成。根据本发明的特定实施例的组件可包括位于外壁上的表面；该表面能够使用于形成分支井的切削工具转向，并且能够使用于完成分支井的完成部件的至少一部分转向。

“母井”是可由此钻出另一井眼的井眼。母井也被称为“主井”。母井或主井并非必须从地面直接地延伸。例如，一个母井可以是另一母井的分支井。

“分支井”是从其与母井眼的交叉点向外钻出的井眼。分支井的示例包括横向井眼和侧钻井眼。一个分支井可具有由该分支井向外钻出的另一分支井，这使得第一个分支井成为第二个分支井的母井眼。

位于组件的外壁上的表面可以是斜向器偏转表面和完成偏转器表面。该组件能够在井下被运送，且按照期望利用公知的定位技术被定位。切削工具（如铣鞋或钻具）能够在井下被运送，并且借助上述表面而朝向套管柱的侧壁被偏转。切削工具能够形成窗口，切削工具（与诸如铣鞋和钻头之类的其他工具结合或以其他方式）能够通过该窗口来形成分支井。在一些实施例中，窗口有六米的高度。切削工具能够从井眼被去除，并且完成部件能够在井下被运送。完成部件的至少一部分能够朝向分支井被偏转，以完成分支井。该组件不需要额外的运送以去除（也被称为“起出（pulling）”）斜向器或者将完成偏转器定位。

所述表面可适当地呈锥形，以允许在套管柱中磨出或钻出窗口、钻出分支井的横向支柱、配置完成部件（如联结件）的横向支柱、以及容纳完成部件的托架和密封该托架。例如，该组件可包括一个或多个用于堵塞和密封主井的机构。该组件还可防范井下产生的碎片。在一些实施例中，该组件能够在主井中提供直达下部完井的连续的密封流路，并且提供通过主井的干预入口。该表面还能够使用外部和/或内部机构来恢复。外部机构的示例包括母锥（die collar）和打捞筒（overshot）。内部机构的示例包括运送/回收工具和打捞矛（spear）。在其他的实施例中，该表面能够使一个托架转向而容纳第二托架。

根据一些实施例的组件可包括彼此不可分开的斜向器和完成偏转器。这种组件不需要释放机构。该组件能够被运送到母井眼内的期望位置，并且使用锚座或者其他合适的机构或方法而被定向。

根据本发明的特定实施例的组件能够限制需用于完成分支井的起下管柱的次数。限制需用于完成分支井的起下管柱的次数能够允许钻探设备操作员实现操作成本的显著成本节省。如果横向井眼需要在完成之前清洁，根据一些实施例的组件能够省略起下管柱。例如，用于去除完成偏转器和钻井斜向器两者、以及在清洁之后重新设置完成偏转器和钻井斜向器中的每一个的分离的起下管柱的次数能够被减少。

组件还可包括碎片管理部件，碎片管理部件能够至少防止在分支井形成和完成过程中产生的一些碎片影响位于分支井下方的其他部件。碎片管理部件可包括衬管和临时堵塞子系统。衬管可包括联结部件（如夹头），并且能够随后使衬管远离地面向下从第一位置移动到第二位置。例如，联结部件可以是夹头，并且碎片管理部件还可包括位于第一夹头外形部之下的第二夹头外形部。该第二夹头外形部能够在衬管向下移动之后保持衬管。在一些实施例中，联结部件能够将该衬管可释放地固定在第二位置。该衬管可由任何合适的材料（如钢铁）制成。临时堵塞子系统可以是脆质塞、可去除塞、脆质挡板阀、挡板阀、可去除筛、隔膜、或者这些装置或其他装置的结合。

临时堵塞子系统能够防止岩屑到达夹头。临时堵塞子系统可由能够当与完成部件或其他相似部件的托架接触时容易地破裂的材料（如陶瓷）制造。送入工具可被包括以使组件能够在井下被运送。

碎片管理部件能够使碎片被排出，直到完成部件的托架在碎片管理部件的顶端处接触临时堵塞子系统为止。在一些实施例中，接触临时堵塞子系统的托架能够引起衬管被向下重新定位到第二位置，以便为联结件下方的部件提供密封。

在一些实施例中，完成工具可被构造成与组件配合以提供期望的性能。例如，完成工具可为包括托架和横向支柱的联结件。该托架可以是能够通过组件的表面被容纳的主井支柱。破碎器能够与托架相关联，并且可被构造成使组件的临时堵塞子系统破碎。该破碎器可被容纳到具有联结部件的套筒中。该托架将套筒向下推动，直到该套筒处于第二位置为止。在一些实施例中，在联结件被坐放（landed）之后，用于在井下运送组件的送入工具（如衬管悬挂器送入工具）与破碎器一起被从井眼去除。破碎器可经由管件被联结到送入工具，以在将破碎器和托架“刺（stabbing）”入井内时，允许流体从该表面通过送入工具和破碎器被泵送。流体能够使碎片排出井眼并且排出临时堵塞子系统的顶部。

给出这些示例性示例为的是向读者引入本文讨论的一般主题，而并非旨在限制所披露概念的范围。以下段落参照附图描述多个额外的实施例和示例，在附图中，相似的附图标记指代相似的元件，并且方向性的描述用于说明示例性的实施例，但是如示例性实施例一样，不应用于限制本发明。

图1示出了具有根据本发明的一个实施例的组件的井系统100。井系统100包括通过多个地层延伸的母井眼102。母井眼102包括套管柱106，套管柱由水泥固定在母井眼102的一部分处。

组件108可被设置在由套管柱106限定的内部区域中。组件108可被定位在期望位置，以从母井眼102形成分支井114，并完成分支井114。期望位置可以是母井眼102与分支井114之间的交叉点116。组件108可使用多种技术来定位。定位技术的示例包括使用陀螺仪和使用定向剖面（orientingprofile）。

分支井114以虚线示出，借以表示分支井尚未形成。为形成分支井114，一个或多个切削工具（如铣鞋和钻具）通过套管柱106而被降低并借助组件108的表面110而朝向套管柱106的侧壁偏转。切削工具磨铣而穿透套管柱106的侧壁，以形成窗口；切削工具能够通过该窗口，在靠近该窗口的地层中形成分支井114。

切削工具能够从分支井被去除，完成部件能够通过套管柱106而被降低，并且完成部件的至少一部分能够借助组件108的表面110而朝向分支井114被偏转，从而完成分支井114。例如，完成部件可以是联结件，该联结件包括托架（也被称为主井支柱）和横向支柱。组件108的表面110能够使横向支柱朝向分支井114偏转，并且通过开口或以其他方式来容纳托架。

根据本发明的多个实施例的组件可呈任何期望的形态，以支持分支井的形成和完成。图2示出根据本发明的一个实施例的组件202，其能够偏转一个或多个切削工具，并且能够偏转用于完成分支井的部件。这样的完成部件的示例包括联结件和筛。

组件202包括位于本体206的外壁上的表面204。表面204能够偏转切削工具，并且能够偏转完成部件如联结件。例如，该表面可以是斜向器表面和完成偏转器表面两者。在一些实施例中，表面204的一部分能够偏转切削工具，而表面204的另一部分能够偏转完成部件。在其他实施例中，整个表面204能够偏转切削工具和完成部件。

本体206被联结到送入工具外壳208。送入工具外壳208通过本体部212联结到闩锁构件210。闩锁构件210可被构造成联结到油管柱或套管柱的其他部件。例如，闩锁构件210可被容纳在预先被安装和定向、或与组件202一起被安装的锚座处。

送入工具外壳208可包括用于容纳送入工具的容置部，这使组件202能够被运送到井眼内、被定向并且被坐放。送入工具外壳208还可包括密封机构。

例如，图3-图4示出组件部214的剖视图，组件部214包括密封构件216和剪切环218。密封构件216可被构造成在密封件下方的环境与密封件上方的环境之间形成压力屏障，以便碳氢化合物采集物通过托架从密封件的下方（而不是通过位于托架与完成偏转器的内径之间的环空）流动。密封构件216能够通过在托架的外径与完成偏转器的内径之间提供压力密封来形成压力屏障。碎片管理部件能够被设置成防止碎片和其他材料接触密封构件216。

完成偏转器的内径可限定一通道，该通道能够容纳完成部件的密封托架。衬管220可被设置为能够保护密封构件216和剪切环218远离碎片，剪切环例如为可剪切式不过环（shearable no-go ring）和可剪切式不过环捕集器（shearable no-go ring catcher）。在一些实施例中，衬管220是由合适的材料例如钢制成的套管。衬管220包括联结部件例如夹头或卡环；这类联结部件能够例如通过与夹头外形配合，而在完成部件的定位之后保持衬管220的位置。例如，当送入工具处于完成偏转器中时（例如，当送入工具正在井眼中移动时），送入工具（如液压式或机械式的送入工具）能够与衬管220一起被包括，以保护密封构件216进一步远离碎片和完成部件。送入工具可以是能够用于将完成偏转器下降到井内的单独工具。在完成偏转器被坐放到合适的深度和位置之后，送入工具能够能够被释放和从井中被去除。例如，送入工具能够通过液压送入工具容置部或其他相似的部件而被可释放地联结到完成偏转器。

组件部214包括临时堵塞子系统（如脆质塞230）；这种临时堵塞子系统能够在完成部件被容纳之前，防止碎片进入完成偏转器的内径，并且能够由完成部件来破裂。脆质塞230可由任何合适的材料制成。合适的材料的一个示例是陶瓷。

图5示出根据一个实施例的完成部件的示例。图5中的完成部件是联结件302。联结件302包括横向支柱304和托架308。托架308可以是密封托架。横向支柱304能够借助组件的表面而朝向分支井被偏转。托架308能够被组件容纳。联结件302中包括有破碎器（如脆质塞破碎器）；破碎器能够穿透脆质塞230，以使托架308能够被组件容纳。在一些实施例中，联结件302可与其他联结件相似，但是托架308和横向支柱304例如延伸十五英尺。

图6A-图6C示出穿透根据本发明的一个实施例的组件202的联结件302的托架308。图6A示出位于组件202的脆质塞230处的破碎器310。破碎器310可被附接到送入工具，例如将衬管悬挂器设定在联结件的上方的衬管悬挂器送入工具，并且破碎器能够与送入工具一起从钻孔被去除。破碎器310能够使脆质塞230破碎，并且如图6B中所示被容纳在衬管220中。衬管220能够保护完成偏转器密封件不受碎片或其他物体损害。当横向支柱304（图6A-图6C中未示出）朝向横向钻孔被偏转时，图6C中托架308能够被保持。托架308可被构造成向下推动衬管。

以上已对本发明的多个实施例、包括示例性实施例作了描述；以上描述仅用于示例和说明的目的，而并非旨在成为穷尽性的或将本发明限制到所披露的精确形式。本发明的多种改型、适应和使用对于本领域技术人员将是显而易见的而不背离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种被构造成设置在井眼中的组件，所述组件包括：

位于本体的外壁上的表面；所述表面被构造成使用于形成分支井的切削工具转向，而且被构造成使完成部件的至少一部分朝向所述分支井转向，所述完成部件的至少一部分是能够用于完成所述分支井的联结件，所述联结件包括托架和横向支柱；

临时堵塞子系统，其位于所述表面与被构造成容纳所述托架的通道之间；以及

衬管，其被固定至所述临时堵塞子系统且被构造成被所述托架移位，所述衬管被构造成至少防止某些碎片接触密封构件；

其中，所述表面被构造成容纳所述托架，并且使所述横向支柱朝向所述分支井偏转；

其特征在于，所述表面被构造成使所述切削工具转向并且能够使所述完成部件的至少一部分转向，而在使所述完成部件的至少一部分转向之前无需从所述井眼去除部分的所述组件。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述位于外壁上的表面是斜向器偏转表面和完成偏转器表面。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述临时堵塞子系统包括以下至少之一：

脆质塞；

可去除塞；

脆质挡板阀；

挡板阀；

可去除筛；或者

隔膜。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述衬管包括联结部件；所述联结部件被构造成将所述衬管固定在第一位置，并且响应来自所述托架的力将所述衬管固定在第二位置。

5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述联结部件被构造成将所述衬管可释放地固定在第二位置，所述联结部件包括以下至少之一：

至少一个夹头，其被构造成与夹头外形配合；或者

卡环。

6.根据权利要求1所述的组件，还包括：闩锁构件，其通过本体部被联结到所述本体，所述闩锁构件被构造成联结到设置在所述井眼中的另一部件。

7.一种用于形成和完成分支井的方法，所述方法包括：

将一组件设置在母井中，所述组件包括位于所述组件的外壁上的表面；

将切削工具移动到位于所述组件的外壁上的表面；其中，位于所述组件的外壁上的表面使所述切削工具朝向套管柱的侧壁偏转；其中，所述切削工具在朝向所述套管柱的侧壁偏转之后形成所述分支井；

将所述切削工具从所述分支井去除而不去除所述组件；以及

将完成部件移动到位于所述组件的外壁上的表面；所述完成部件是包括托架和横向支柱的联结件；其中，将所述完成部件移动到位于所述组件的外壁上的表面包括：

移动所述联结件，以引起所述表面使所述横向支柱朝向所述分支井偏转并引起所述组件容纳所述托架；

移动所述联结件，以引起所述托架相关联的破碎器来破碎所述组件的临时堵塞子系统并且被固定到临时堵塞子系统的衬管的内径容纳；

其中，所述托架被所述组件的内径容纳，并且使所述衬管的至少一部分移位，所述衬管被构造成保护至少一个部件免受碎片损害。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

完成所述分支井而不从母井去除用于使所述切削工具偏转的位于所述组件的外壁上的表面。

9.一种被构造成设置在井眼中的组件，所述组件包括：

本体，其具有表面；所述表面被构造成使切削工具朝向套管柱的侧壁转向，并且被构造成使完成部件的至少一部分朝向分支井转向，所述切削工具被构造成形成所述分支井，所述完成部件是能够用于完成所述分支井的联结件；所述联结件包括托架和横向支柱；其中，所述表面被构造成容纳所述托架，并且能够使所述横向支柱朝向所述分支井偏转；

衬管，其被固定至临时堵塞子系统并被构造成保护至少一个部件免受碎片损害，并且被构造成被所述完成部件的至少一部分所移位；而且

所述临时堵塞子系统位于所述表面之间；其中，所述临时堵塞子系统能够被与所述托架相关联的破碎器破碎；

其中，所述衬管被构造成至少防止某些碎片接触密封构件；

其特征在于，所述表面被构造成使所述切削工具转向并且被构造成使所述完成部件的至少一部分转向，而在使所述完成部件的至少一部分转向之前无需从所述井眼去除部分的所述组件。

10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述表面是斜向器偏转表面和完成偏转器表面。

11.根据权利要求9所述的组件，其中，所述表面的第一部分是斜向器偏转表面，而所述表面的第二部分是完成偏转器表面。

12.根据权利要求9所述的组件，其中，所述衬管包括联结部件；所述联结部件被构造成将所述衬管固定在第一位置，并且响应来自所述托架的力将所述衬管固定在第二位置。