CN103492663B - 用于井连接的隔绝电流的出口接头 - Google Patents
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Abstract
一种井系统，用来在定位在井筒内的套管柱中形成窗口。该系统包括：第一和第二钢质套管接头（462，464），它们互连在套管柱内。铝质出口接头（460）定位在第一和第二钢质套管接头（462，464）之间。铝质出口接头（460）具有与第一钢质套管接头（462）互连的第一互连接部以及与第二钢质套管接头（464）互连的第二互连接部.铝质出口接头（460）是可操作的以具有贯穿其中形成的窗口。第一套筒（470）定位在第一互连接部内，以在铝质出口接头（460）和第一钢质套管接头（462）之间提供电流隔绝。第二套筒（472）定位在第二互连接部内，以在铝质出口接头（460）和第二钢质套管接头（464）之间提供电流隔绝。
Description
技术领域
本发明总的涉及与地下井中执行的操作结合使用的设备，具体来说，涉及用于井连接的隔绝电流的出口接头。
背景技术
背景技术的描述并无意图限制本发明的范围，作为一个实例，本发明背景技术的描述将关于在多侧向井的套管柱中形成窗口。
在多侧向井中，通常的做法是，从与主体或母体井筒相交处钻探出侧向延伸的分支或侧向井筒。一般地，一旦套管柱安装在母体井筒中，就将斜向器在套管柱中定位在期待的相交处，然后，一个或多个铣削就侧向地偏离斜向器，以形成贯穿套管侧壁的窗口。
在某些装置中，要求从母体井筒高的侧边钻出侧向的井筒。在这样的装置中，必须在母体套管高的侧边上形成窗口。有人提出一种方案，在套管中预先铣削窗口，即，在母体井筒中安装套管之前，先形成贯穿套管侧壁的窗口。然后，该套管安装在井筒内并转动，使窗口处于期待的位置和定向。
然而，业已发现，如果套管粘结在主体井筒上，那么，在粘结操作过程中必须关闭窗口，例如，使用内部的或外部的套筒进行操作。通常，该套筒用易于铣削的材料制成，或套筒制成可在粘结操作之后能够被取回。尽管如此的套筒已经获得一定的成功，但它们具有问题。例如，套筒材料可与井中使用的流体不相容。使用外部套筒增加套管的外直径，需要采用较小的套管尺寸，或需要钻出较大的井筒。使用内部套筒减小套管内直径，限制了流体和设备通过套管的通道。使用可移动或回收的内套筒需要在井中进行另外的操作，并增加设备和程序的复杂性。
此外，业已发现，用预先铣削出的窗口难于圆周地定向套管柱。具体来说，由于直径大、长度长、套管柱重以及套管柱和钻孔之间摩擦，转动套管柱需要很大的转矩。套管柱如此的转动可造成套管柱或预先铣削出的窗口损坏，并会缺乏合适地将预先铣削出的窗口定向到高的侧边所需要的精度。
因此，需要有构造多侧向井的改进的系统和方法，该多侧向井包括一个或多个从主体井筒延伸的分支井筒。此外，需要如此改进的系统和方法，其在母体井筒中安装套管之前不需要形成贯穿套管侧壁的窗口。而且，需要如此改进的系统和方法，一旦已经在母体井筒中运行，该改进的系统和方法不需要套管柱的圆周定向。
发明内容
本文披露的本发明涉及构造多侧向井的改进的系统和方法，多侧向井包括一个或多个从主体井筒延伸的分支井筒。本发明改进的系统和方法不需要在将套管柱安装在母体井筒之前形成贯穿套管侧壁的窗口。此外，一旦套管柱在母体井筒内运行，本发明改进的系统和方法不需要套管柱的圆周定向。
在一个方面，本发明涉及一种井系统，用来在定位在井筒内的套管柱中形成窗口。该系统包括第一和第二钢质套管接头，它们可互连在套管柱内。铝质出口接头定位在第一和第二钢质套管接头之间。铝质出口接头具有与第一钢质套管接头互连的第一互连接部以及与第二钢质套管接头互连的第二互连接部。铝质出口接头可操作以具有贯穿其中形成的窗口。第一套筒定位在第一互连接部内，以在铝质出口接头和第一钢质套管接头之间提供电流隔绝。第二套筒定位在第二互连接部内，以在铝质出口接头和第二钢质套管接头之间提供电流隔绝。
在一个实施例中，第一和第二互连接部是螺纹的互连接部。在该实施例中，第一非导电层可定位在第一互连接部内，以防止铝质出口接头和第一钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触，而第二非导电层可定位在第二互连接部内，以防止铝质出口接头和第二钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触。
在某些实施例中，第一和第二套筒由诸如包括PEEK聚合物和塑料的聚合物的非导电材料、具有非导电基体的诸如S-玻璃的纤维玻璃的纤维玻璃、或类似材料形成。在某些实施例中，第一和第二套筒可包括耐磨损材料，诸如钨或陶瓷小珠。
在另一方面，本发明涉及一种井系统，用来在定位在井筒内的套管柱中形成窗口。该系统包括第一和第二钢质套管接头，它们可互连在套管柱内。铝质出口接头定位在第一和第二钢质套管接头之间。铝质出口接头具有与第一钢质套管接头互连的第一互连接部，以及与第二钢质套管接头互连的第二互连接部。铝质出口接头是可操作的以具有贯穿其中形成的窗口。套筒定位在铝质出口接头内，并延伸到第一钢质套管接头的至少一部分和第二钢质套管接头的至少一部分内，以在铝质出口接头和第一和第二钢质套管接头之间提供电流隔绝。
在又一方面，本发明涉及一种井系统，用来在定位在井筒内的套管柱中形成窗口。该系统包括第一和第二钢质套管接头，它们可互连在套管柱内。铝质出口接头定位在第一和第二钢质套管接头之间。铝质出口接头具有与第一钢质套管接头互连的第一互连接部，以及与第二钢质套管接头互连的第二互连接部。铝质出口接头是可操作的以具有贯穿其中形成的窗口。第一内部套筒定位在第一互连接部内。第二内部套筒定位在第二互连接部内。第一外部套筒定位在第一互连接部周围。第二外部套筒定位在第二互连接部周围。第一内部和外部套筒在铝质出口接头和第一钢质套管接头之间提供电流隔绝。第二内部和外部套筒在铝质出口接头和第二钢质套管接头之间提供电流隔绝。
附图说明
为了更完整地理解本发明的特征和优点，现参照对本发明的详细描述和附图，附图中，不同零件中对应的附图标记表示对应的零件，附图中：
图1是根据本发明实施例使用用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的离岸平台的示意图；
图2是根据本发明实施例在对齐操作过程中用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的示意图；
图3是根据本发明实施例在安装斜向器操作过程中用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的示意图；
图4是根据本发明实施例在侧向井钻孔操作过程中用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的示意图；
图5是根据本发明实施例可运行用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的锁合联接器的四分之一剖视图；
图6是根据本发明实施例可运行用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的套管对齐替用品的四分之一剖视图；
图7是根据本发明实施例可运行用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的对齐衬套的四分之一剖视图；
图8是根据本发明实施例可运行用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的对齐衬套的套筒侧视图；
图9A-9B是根据本发明实施例可操作用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的斜向器组件的侧视图；
图10A-10B是根据本发明实施例可操作用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的偏转器工具的侧视图；
图11A-11C是图示组装根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头过程的剖视图；
图12是根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的剖视图；
图13是根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的剖视图；
图14是根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的剖视图；
图15是根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的剖视图；
图16是根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的剖视图；以及
图17是根据本发明实施例用于多侧向井的隔绝电流的出口接头的剖视图。
具体实施方式
尽管下面详细地讨论本发明各种实施例的形成和使用，但应该认识到，本发明提供了许多适用的可在各种具体情形中实施的发明理念。文中讨论的具体实施例仅是说明形成和使用本发明的具体方式，并不界限本发明的范围。
参照图1，图中示意地示出用于离岸油井和气井平台的多侧向井所用的隔绝电流的出口接头10。半浸没平台12对中在位于海床16下面的埋没的油和气地层14上方。海底导管18从平台12的甲板20延伸到井头装置22，该井头装置22包括防井喷装置24。平台12具有起吊装置26和井架28，用来提升和下降诸如钻柱30那样的管柱。主体井筒32已经被钻穿包括地层14在内的各种地层。术语“母体”和“主体”井筒在文中用来表示从其中钻出其它井筒的井筒。然而，应该指出的是，母体或主体井筒不一定直接延伸到地面，而是相反可以是其他井筒的分支。套管柱34粘结在主体井筒32内。术语“套管”在这里用来表示用于内衬井筒的管柱。套管实际上可以是本技术领域内技术人员所熟知的“衬里”类型，并可用任何材料制成，例如，钢或复合材料，并可以是分段的或连续的诸如盘卷的管子。
套管柱34包括在其中互连的隔绝电流的铝质出口接头36，这将在下文中详细解释。此外，套管柱34包括具有定位在其中的斜向器组件40的对齐子组件38。斜向器组件40具有偏转器表面，其定位在相对于出口接头36的期待圆周定向位，以使窗口42可在期待的圆周定向上被铣削出、钻削出或其他方式形成在出口接头36中。如图所示，出口接头36定位在主体井筒32和分支的或侧向井筒44之间期待的相交处。术语“分支”和“侧向”井筒在这里用来表示从其与另一井筒相交处向外钻出的井筒，这里所述的另一井筒诸如是母体或主体井筒。分支或侧向井筒可以具有从其中向外钻出的另一分支或侧向井筒。
即使图1示出了主体井筒的垂直段，但本技术领域内技术人员应该理解到，本发明同样很好地适用于具有其他方向构造的井筒，其他方向构造的井筒包括水平井筒、偏移井筒、斜向井筒等。因此，本技术领域内技术人员应该理解到，诸如之上、之下、上面、下面、向上、向下、上井（uphole）、下井（downhole）等的方向性术语的使用，用来表示图示实施例在图中所示的关系，向上方向是朝向对应图的顶部，而向下方向是朝向对应图的底部，上井方向是朝向井的表面，而下井方向是朝向井的趾部。
现参照图2，图中示意地示出井系统100，该系统包括下井对齐系统的出口接头和各部分。在所示实施例中，井系统100包括互联的多个工具和管子可以形成套管柱34。套管柱34包括锁合联接器102，其较佳地具有轮廓和多个优选的圆周对齐元件，操作这些圆周对齐元件可将锁合组件接纳在其中，并将锁合组件定位在特定的圆周定向上。套管柱34还包括对齐轴套104，其较佳地具有纵向狭槽，狭槽周向地对应于锁合联接器102的优选圆周对齐元件。
套管对齐替代器106定位在锁合联接器102和对齐轴套104之间，套管对齐替代器106用于确保锁合联接器102相对于对齐轴套104合适地对齐。锁合联接器102、对齐轴套104和套管对齐替代器106一起可被称作对齐子组件，就如以上参照图1所称作的对齐子组件38。然而，应该指出的是，虽然图2示出的本发明对齐子组件包括锁合联接器102、对齐轴套104和套管对齐替代器106，但本技术领域内技术人员应该理解到，本发明的对齐子组件可包括更多或更少数量的工具或不同的工具组，操作这些工具能够确定圆周对应元件和窗口的期待的圆周定向之间的偏移角，并啮合斜向器组件的对齐元件，以将斜向器组件的偏转器表面定位在相对于出口接头的期待的圆周定向。还有，即使本发明对齐子组件的部件已经描述为互连在套管柱34内，但本技术领域内技术人员应该注意到，在套管柱34安装好之后，对齐子组件的某些部件或全部的对齐子组件可替代地在套管柱34内运行。
在所示实施例中，套管柱34包括隔绝电流的铝质出口接头108，其较佳地形成为容易铣削或钻削贯穿其中。如图所示，出口接头108联接到标准套管接头110、112，它们通常由钢材形成，诸如是低合金钢。导电溶液中不同金属之间金属-对-金属的接触可导致电化腐蚀，包括钢质套管接头的氢脆化，根据本发明，出口接头108与套管接头110、112电流隔绝。在所示的实施例中，内部套筒114和外部套筒118提供出口接头108和套管接头110之间的隔绝。同样地，内部套筒116和外部套筒120提供出口接头108和套管接头112之间的隔绝。内部套筒114、116和外部套筒118、120较佳地由非导电材料形成，诸如包括PEEK聚合物和塑料的聚合物、诸如S-玻璃的纤维玻璃之类的纤维玻璃，或其他适于减小或阻止出口接头108和套管接头110、112之间电流流动的材料。
还如图2所示，在套管柱34安装之后，或在其安装时随同着套管柱34，下井勘探或对齐工具122已经在传送器124上移入套管柱34内，传送器124诸如是连接的管子、盘卷管子、电线、金属丝绳线等。勘探工具122用来确定圆周参考元件在对齐子组件内的圆周向对齐，圆周参考元件诸如是对齐套筒104的纵向狭槽、锁合联接器102优选的圆周对齐元件或其他可识别的参考物。
现参照图3，图中示意地示出本发明多侧向井的窗口的随同出口接头操作的下井对齐系统的附加部分。在所示实施例中，对齐子组件包括如上所述的锁合联接器102、对齐套筒104和套管对齐替代物106。此外，下井对齐系统包括斜向器组件126，在勘探工具122已经移动和斜向器组件126按如下所述构造之后，斜向器组件126已经在传送器124上移入套管柱34内。如图所示，斜向器组件126包括具有偏转器表面的偏转器组件128，操作该偏转器组件128以引导铣削或钻削工具进入出口接头108的侧壁内，从而形成贯穿其中的窗口。斜向器组件126还包括具有外部轮廓的锁合组件130，该外部轮廓可操作以啮合锁合联接器102的内部轮廓和优选圆周对齐元件。
此外，斜向器组件126具有旋转子组件132，其可转动地定位在偏转器组件128和锁合组件130之间，操作该旋转子组件，可有选择地允许偏转器组件128和锁合组件130之间相对转动和阻止它们的相对转动。旋转子组件132能使斜向器组件126构造成响应于勘探工具122确定的偏离角度，通过相对于锁合组件130转动偏转器组件128，如图4所示，在锁合组件130与锁合联接器102啮合之后，使得偏转器表面将相对于出口接头108定向在期待的圆周方向上。如图所示，斜向器组件126已经啮合了对齐子组件，使得偏转器表面定向成沿期待定向引导铣削或钻削工具，以形成窗口134和分支井筒136。
下面参照图5，图中示出本发明的锁合联接器200。锁合联接器200具有大致管形体222，并可联接到套管柱34的其他工具或管子。锁合联接器200具有多个优选的圆周对齐元件，它们图示为设置在锁合联接器200内表面内的多个凹陷。在所示实施例中，有四组两个凹陷，它们设置在不同轴向和圆周向的位置内，或锁合联接器200内表面内的部位。例如，第一组的两个狭槽或凹陷224a和224b（统称为凹陷224），设置在锁合联接器200的内表面内的基本上相同的圆周位置和不同的轴向位置。第二组的两个狭槽或凹陷226a、226b（统称为凹陷226），设置在锁合联接器200的内表面内的基本上相同的圆周位置和不同的轴向位置。第三组的两个狭槽或凹陷228a、228b（统称为凹陷228），设置在锁合联接器200的内表面内的基本上相同的圆周位置和不同的轴向位置。第四组的两个狭槽或凹陷230a、230b（统称为凹陷230），设置在锁合联接器200的内表面内的基本上相同的圆周位置和不同的轴向位置。如图所示，凹陷226设置在圆周向离凹陷224为90度角的锁合联接器200的内表面内。同样地，凹陷228设置在圆周向离凹陷226为90度角的锁合联接器200的内表面内。最后，凹陷230设置在圆周向离凹陷228为90度角的锁合联接器200的内表面内。较佳地，凹陷224、226、228、230围绕着锁合联接器200的内表面仅圆周向地部分延伸。
此外，锁合联接器200包括内部轮廓，其图示为诸如围绕着锁合联接器200内表面圆周地延伸的凹陷槽232a、232b的多个凹陷槽232。结果形成特定形态的区域，其中锁合联接器200的内部轮廓和优选圆周对齐元件可操作，以同与斜向器组件的锁合组件相关联的外部键轮廓和锚固按钮协作，从而轴向地和圆周向地将斜向器组件锚固和定向在相对于锁合联接器200的特定期待的圆周定向上。
现参照图6，图中示出本发明的套管对齐替代物250。该套管对齐替代物250包括上部螺纹连接器252和下部螺纹连接器278，用以将套管对齐替代物连接到套管柱34内的其他工具或管子，例如在如上所述的锁合联接器102和对齐套筒104之间。套管对齐替代物250提供对齐套筒104相对于锁合联接器102的角度对齐，目的在于，使特定组的凹陷224、226、228、230与对齐套筒104上的对齐狭槽对齐，这将在下面进一步讨论。
套管对齐替代物250包括上连接器替代物254，其部分地围绕心轴256定位并通过密封件258、260与其密封地啮合。套管对齐替代物250还包括下连接器替代物262，其部分地围绕心轴256定位并通过密封件264、266与其密封地啮合。套管对齐替代物250还包括调整环268，其围绕心轴256设置并通过键组件270和固定螺钉272与心轴256连接。调整环268包括多个齿、花键或卡爪274，它们与下连接器替代物262的类似齿、花键或卡爪276相匹配。调整环268可转动地进行调整，以提供上连接器替代物254相对于下连接器替代物262的期待的圆周或角度位置。
在一个实施例中，调整环268可在上连接器替代物254和下连接器替代物262之间提供加/减一度的转动调整。当套管对齐替代物250定位在对齐套筒104和锁合联接器102之间时，对齐套筒104的纵向狭槽可与锁合联接器102的优选圆周对齐元件圆周地对齐，由此，纵向狭槽与期待的优选的圆周对齐元件在圆周向上对应起来。该圆周向的对齐因此可通过上连接器替代物254和下连接器替代物262之间的转动调整来实现。
现参照图7，图中示出本发明的对齐套筒300。该对齐套筒300由大致管形的构件302形成，其图示为具有螺纹连接器306的上部轴环304，用以与套管柱34内的其他工具或管子联接。大致管形的套筒308定位在管形构件302内。套筒308通过凸耳312由下联接器310支承在管形构件302内。较佳地，套筒308由容易钻穿的材料形成，诸如是铝。如图8清楚地所示，套筒308包括纵向狭槽314，其用于接纳或啮合勘探工具110上的键或其他对齐元件或斜向器组件114。较佳地，纵向狭槽314具有易于进入的斜坡形入口316。此外，套筒308的顶部具有用于勘探工具110的深度确认和标记的平表面）。在操作中，勘探工具110与纵向狭槽314啮合，以便可确定纵向狭槽314的圆周定位和要在套管柱34的出口接头中形成的窗口的所期待的圆周定位之间的偏移角度。在某些安装中，侧向井筒和由此的窗口所期待的定向可与重力方向的定向相反。因此，勘探工具110可确定纵向狭槽314相对于重力方向的定向，然后，可将狭槽定向纠正到窗期待的定向。
下面参照图9A-9B，图中示出本发明的斜向器组件320。斜向器组件320包括基本上设置在斜向器组件320上端处的斜向器面322。该斜向器面322从其上端到其下端成锥度以提供偏转器表面，该偏转器表面可操作以引导铣削或钻削组件，以在套管柱的窗口接头中在期待的圆周定向形成窗口。
在所示实施例中，斜向器组件320包括锁合组件324。该锁合组件324包括带有多个窗口的锁合外壳326，弹簧操作的键328通过所述窗口延伸。键328构造成与锁合联接器的内部轮廓和优选圆周对齐元件协作，如上文中所述，这样，斜向器组件320可操作以定位和圆周地固定在锁合联接器内。
在所示实施例中，斜向器组件320还包括旋转子组件332。该旋转子组件332包括上部旋转外壳334和下部旋转外壳336，它们可相对于彼此转动，并可操作而可通过固定螺钉338或其它锁定装置可转动地相对于彼此锁定。在一个实施例中，旋转子组件332可在上旋转外壳334和下旋转外壳336之间提供加/减一度的转动调整，这样，可在斜向器面322和特定组的锚固按钮330之间建立起期待的圆周向或角度位置。
下面参照图10A-10B，图中示出本发明的偏转器工具340。偏转器工具340包括用以提供偏转器表面的偏转器面342，该偏转器表面可操作以引导完全的设备通过形成在套管柱的窗接头中的窗口。在所示实施例中，偏转器工具340包括锁合组件344，锁合组件具有弹簧操作的键346，诸键346构造成与锁合联接器的内部轮廓和优选圆周对齐元件协作。偏转器工具340还包括旋转子组件350，该子组件350具有上旋转外壳352和下旋转外壳354，它们可相对于彼此转动，并可操作而可通过固定螺钉356或其它锁定装置可转动地相对于彼此锁定。
套管柱具有互连在其中的电流隔绝的出口接头，以及对齐子组件，该子组件较佳地包括对齐套筒、套管对齐替代物和锁合联接器，在操作中，该套管柱在井筒内移动。较佳地，对齐套筒的纵向狭槽或其它圆周向指示器，在移入之前，对应于锁合联接器的特定组的优选圆周向对齐元件。替代地，在对齐子组件不与套管柱互连的实施例中，对齐子组件现可在安装的套管柱内移动并相对于出口接头定位。
当希望打开出口接头中的窗口时，勘探工具可在套管柱内移到对齐子组件，并较佳地移至对齐套筒，以确定圆周向参考元件、较佳地是对齐套筒的纵向狭槽与窗口的期待圆周定向之间形成的偏离角。一旦识别出偏离角，对齐套筒被钻出，以使主体井筒的其余部分可被钻削和完工。此后，通过操作旋转组件，相对于锁合组件转动偏转器表面来抵消掉偏离角，便可构造出斜向器组件。斜向器组件现在套管柱内移动，直到锁合组件的键与对齐子组件的轮廓相啮合为止。斜向器组件然后可转动，直到锁合组件的键与锁合联接器的优选的圆周对齐元件相啮合为止。该操作将斜向器组件的偏转器表面定向在相对于出口接头的圆周向方位。此后，可铣削或钻削窗口，沿期待的圆周方向贯穿出口接头。一旦窗口打开，可通过该开口钻削侧向井筒。当侧向井筒钻削完成时，斜向器组件可回收到地面，而通过操作旋转组件以相对于锁合组件转动偏转器表面而抵消偏离角，由此构造成的偏转器工具可安装在对齐子组件内。这样，偏转器工具的偏转器表面将会偏转完整柱和相关的管子柱进入到侧向井筒内，直到侧向连接部刺入偏转工具内并密封在偏转工具内。
下面参照图11A-11C，图中示出在套管柱内与互连出口接头相关联的组装过程。出口接头400由诸如铝的材料形成，该材料易于铣削或钻削通过其中，使得侧向井的窗口可通过其中形成。在所示的部分内，出口接头400具有销子端402，该销子端可操作，从而以螺纹方式与另一套管接头的箱形匹配端互连。销子端402具有围绕其定位的非导电层404。该非导电层404可通过喷溅、涂刷、浸渍或类似方式施加到销子端402，或如果非导电层404在附连之前形成的话，则可通过螺纹附连到销子端402。较佳地，非导电层404由诸如聚合物的非导电材料形成。如图11A所示，出口接头400包括径向缩小部分406和台肩408。
如图11B所示，非导电的套筒410定位在出口接头400的径向缩小部分406内。套筒410较佳地由诸如包括PEEK聚合物和塑料的聚合物的非导电材料、具有非导电基体的诸如S-玻璃的纤维玻璃的纤维玻璃或类似材料形成。此外，套筒410可包括提高耐磨性的材料，这样，与钻管的接触或套管柱内其它的操作将不会导致套筒410磨穿。例如，钨或陶瓷小珠可施加到套筒410上或嵌入在套筒410内。套筒410可在其内表面处或靠近其内表面处包括带有耐磨性材料的单层基体材料。替代地，套筒410可由带有嵌入在各层之间的耐磨性材料的多层基体材料形成。较佳地，套筒410具有带锥度的端部，以在井筒运行过程中使套筒410损坏的风险减到最小。替代地或添加地，耐磨锥形体或其它保护性环可施加到套筒410的前导边缘上，以提供保护。如图所示，套筒410完全形成，并然后安装在出口接头400内。
此后，将标准的具有箱形端414的套管接头412安装在套筒410的暴露端上。如图11C清楚地所示，套管接头412螺纹地偶联到出口接头400的销子端402。套管接头412通常由诸如低合金钢的钢材形成。套管接头412包括径向缩小部分416和台肩418。如图所示，套筒410被接纳在套管接头412的缩小部分416内。为了防止套筒410与出口接头400和套管接头412的内部之间任何流体渗透，较佳地将流体屏障设置在它们之间。例如，在安装之前，可将环氧密封剂或胶施加到套筒410的外表面，或施加到出口接头400的径向缩小部分406的内表面、套管接头412的径向缩小部分416的内表面，或两者都施加上密封剂或胶。替代地或添加地，可将O形环或类似的衬垫元件安装在形成在套筒410各端的槽内，或安装在分别形成在出口接头400和套管接头412（未示出）内的槽内。
无论是单独地还是结合非导电层404来使用套筒410，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头412的氢脆化。这可通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到，例如，在诸如盐水流体或包括氯化物流体和溴化物流体的卤化物流体的完井液（completion fluid），被泵送通过包括出口接头400的套管柱之时。这样，通过减小或防止出口接头400和套管接头412之间电流的流动，套筒410可提供出口接头400和套管接头412之间的电流隔绝。
即使已经描述了将非导电套筒安装在出口接头400和套管接头412内的特定过程，但本技术领域内技术人员将会理解到，也可使用其它过程来形成具有电流隔绝的铝出口接头的套管柱。例如，在出口接头400和套管接头412使用诸如涂敷过程、喷溅过程等的沉积过程螺纹地偶联之后，非导电套筒可形成在套管部分的内部上。
下面参照图12，图中示出套管柱内出口接头的一种互连方式。在所示实施例中，铝出口接头440与标准钢制套管接头442螺纹地互连。除了让非导电层444定位在螺纹连接之间，以及让非导电套筒446定位在如上所述的出口接头440和套管接头442内，非导电套筒448还可围绕出口接头440和套管接头442的互连接部分定位。套筒448较佳地由单层或多层非导电材料形成，诸如是包括PEEK聚合物和塑料的聚合物、带有非导电基体的诸如S-玻璃的纤维玻璃的纤维玻璃,或类似材料。此外，套筒448可包括提高耐磨性的材料，诸如钨或陶瓷小珠，以在安装过程中与井筒表面的接触不会磨穿套筒448。较佳地，套筒448具有带锥度的端部，以在安装过程中使套筒448损坏的风险减到最小。替代地或添加地，如图所示，耐磨锥形部450、452或其它保护性环可施加到套筒448的前导边缘上，以提供保护。
为了防止套筒448与出口接头440和套管接头442的外面之间任何流体渗透，最好将流体屏障设置在它们之间。例如，可使用环氧密封剂或胶。替代地或添加地，可将O形环或类似的衬垫元件安装在形成在套筒448各端的槽内，或安装在分别形成在出口接头440和套管接头442的槽内。如上所述，可形成套筒448，然后附连到出口接头440和套管接头442。替代地，使用诸如涂敷过程、喷溅过程等的沉积过程，或使用诸如先包裹在在环氧层上的热缩性的加强纤维玻璃，然后对其施加热量的包裹过程，便可将套筒448直接形成在出口接头440和套管接头442的外面上。
无论是单独地还是结合非导电层444来使用套筒448，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头442的氢脆化。这可通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到，例如，在电解流体包围套管柱之时。这样，通过减小或防止出口接头440和套管接头442之间电流的流动，套筒448提供出口接头440和套管接头442之间的电流隔绝。
下面参照图13，图中示出定位在套管柱内的电流隔绝的出口接头。在所示实施例中，铝出口接头460以螺纹方式互连在套管柱内，介于两个标准钢套管接头462、464之间。非导电层466可设置在联接出口接头460和套管接头462的螺纹连接部之间。同样地，非导电层468可设置在联接出口接头460和套管接头464的螺纹连接部之间。在所示实施例中，非导电的套筒470定位在出口接头460和套管接头462之间的互连接部内。同样地，非导电的套筒472定位在出口接头460和套管接头464之间的互连接部内。套筒470、472较佳地由单层或多层非导电材料形成，诸如是包括PEEK聚合物和塑料的聚合物、带有非导电基体的诸如S-玻璃的纤维玻璃的纤维玻璃或类似材料。此外，套筒470、472可包括提高耐磨性的材料。较佳地，套筒470、472具有带锥度的端部，附加地可具有耐磨锥形部或施加在其前导边缘上的其它保护性环。为了防止套筒470、472后面的任何流体渗透，可在它们之间较佳地设置流体屏障，诸如是环氧密封剂、胶或O形环。
无论是单独地还是结合非导电层466、468来使用套筒470、472，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头462、464的氢脆化。这可以例如在套管柱处于电解流体的环境内时，通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到。这样，通过防止出口接头460和套管接头462、464之间电流的流动，套筒470、472可提供出口接头460和套管接头462、464之间的电流隔绝。
下面参照图14，图中示出定位在套管柱内的电流隔绝的出口接头。在所示实施例中，铝出口接头480以螺纹方式互连在套管柱内，介于两个标准钢套管接头482、484之间。非导电层486可设置在联接出口接头480和套管接头482的螺纹连接部之间。同样地，非导电层488可设置在联接出口接头480和套管接头484的螺纹连接部之间。在所示实施例中，非导电的套筒490定位在出口接头480和套管接头482之间的互连接部内。同样地，非导电的套筒492定位在出口接头480和套管接头484之间的互连接部内。非导电套筒494定位在出口接头480和套管接头482之间的螺纹联接部周围。同样地，非导电套筒496定位在出口接头480和套管接头484之间的螺纹联接部周围。套筒490、492、494、496较佳地由单层或多层非导电材料形成，诸如聚合物、纤维玻璃或类似材料。此外，套筒490、492、494、496可包括提高耐磨性的材料。较佳地，套筒490、492、494、496具有带锥度的端部，并附加地可具有耐磨锥形部或施加在其前导边缘上的其它保护性环。为了防止套筒490、492、494、496之后任何流体渗透，可使用流体屏障，诸如是环氧密封剂、胶或O形环。
无论是单独地还是结合非导电层486、488来使用套筒490、492、494、496，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头482、484的氢脆化。这可通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到，例如，在套管柱处于电解流体的环境中之时。这样，通过防止出口接头480和套管接头482、484之间的电流流动，套筒490、492、494、496便可提供出口接头480和套管接头482、484之间的电流隔绝。
下面参照图15，图中示出定位在套管柱内的电流隔绝的出口接头。在所示实施例中，铝出口接头500以螺纹方式互连在套管柱内，介于两个标准钢套管接头502、504之间。非导电层506可设置联接在出口接头500和套管接头502的螺纹连接部之间。同样地，非导电层508可设置在联接出口接头500和套管接头504的螺纹连接部之间。在所示实施例中，非导电的套筒510定位在出口接头500内，并延伸入套管接头502、504内。套筒510较佳地由单层或多层非导电材料形成，诸如是包括PEEK聚合物和塑料的聚合物、带有非导电基体的诸如S-玻璃的纤维玻璃的纤维玻璃或类似材料。此外，套筒510可包括提高耐磨性的材料。较佳地，套筒510具有带锥度的端部，并附加地可具有耐磨锥形部或施加在其前导边缘上的其它保护性环。为了防止套筒510之后任何的流体渗透，较佳地可在套筒之间设置诸如是环氧密封剂、胶或O形环之类的流体屏障。
无论是单独地还是结合非导电层506、508来使用套筒510，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头502、504的氢脆化。这可通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到，例如，在套管柱的内部处于电解流体环境中时。这样，通过防止出口接头500和套管接头502、504之间电流的流动，套筒510提供出口接头500和套管接头502、504的内部之间的电流隔绝。
下面参照图16，图中示出定位在套管柱内的电流隔绝的出口接头。在所示实施例中，铝出口接头520以螺纹方式互连在套管柱内，介于两个标准钢套管接头522、524之间。非导电层526可设置在联接出口接头520和套管接头522的螺纹连接部之间。同样地，非导电层528可设置在联接出口接头520和套管接头524的螺纹连接部之间。在所示实施例中，非导电的套筒530定位在出口接头520，并延伸到两个套管接头522、524内。非导电的套筒532定位在出口接头520和套管接头522之间的螺纹联接部周围。同样地，非导电的套筒534定位在出口接头520和套管接头524之间的螺纹联接部周围。套筒530、532、534较佳地由单层或多层非导电材料形成，诸如是聚合物、纤维玻璃或类似材料。此外，套筒530、532、534可包括提高耐磨性的材料。较佳地，套筒530、532、534具有带锥度的端部，并附加地可具有耐磨锥形部或施加在其前导边缘上的其它保护性环。为了防止套筒530、532、534之后任何流体渗透，可使用流体屏障，诸如环氧密封剂、胶或O形环。
无论是单独地还是结合非导电层526、528来使用套筒530、532、534，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头522、524的氢脆化。这可通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到，例如，在套管柱处于电解流体环境中时。这样，通过防止出口接头和套管接头522、524之间电流的流动，套筒530、532、534提供出口接头520和套管接头522、524之间的电流隔绝。
下面参照图17，图中示出定位在套管柱内的电流隔绝的出口接头。在所示实施例中，铝出口接头540以螺纹方式互连在套管柱内，介于两个标准钢套管接头542、544之间。非导电层546可设置在联接出口接头540和套管接头542的螺纹连接部之间。同样地，非导电层548可设置在联接出口接头540和套管接头544的螺纹连接部之间。在所示实施例中，非导电的套筒550定位在出口接头540内，并延伸入两个套管接头542、544内。同样地，非导电的套筒552定位在出口接头520周围，并延伸在两个套管接头542、544的各部分上。套筒550、552较佳地由单层或多层非导电材料形成，诸如是聚合物、纤维玻璃或类似材料。此外，套筒550、552可包括提高耐磨性的材料。较佳地，套筒550、552具有带锥度的端部，并附加地可具有耐磨锥形部或施加在其前导边缘上的其它保护性环。为了防止套筒550、552之后任何流体渗透，可使用流体屏障，诸如环氧密封剂、胶或O形环。
无论是单独地还是结合非导电层546、548来使用套筒550、552，都可减小或防止电化学腐蚀，包括套管接头542、544的氢脆化。这可通过消除铝和钢之间的金属-对-金属的接触来达到，例如，在套管柱处于电解流体环境中之时。这样，通过防止出口接头540和套管接头542、544之间电流的流动，套筒550、552提供出口接头540和套管接头542、544之间的电流隔绝。
尽管已经参照图示实施例描述了本发明，但该描述无意被认为有限制含义。本技术领域内技术人员在参照本描述后，将会明白到本发明各种修改和图示实施例的组合，以及本发明其它的各种实施例。因此，附后权利期待书意欲包括任何如此的修改或实施例。
Claims (18)
1.一种具有轴向的套管柱，所述套管柱可定位在井筒内，该套管柱包括：
第一和第二钢质套管接头，它们螺纹互连在套管柱内，并各具有径向缩小部分；
铝质出口接头，其定位在第一和第二钢质套管接头之间，铝质出口接头具有与第一钢质套管接头互连的第一螺纹互连接部以及与第二钢质套管接头互连的第二螺纹互连接部，铝质出口接头是可操作的以具有贯穿其中形成的窗口；
第一套筒，在内部定位在第一螺纹互连接部内并沿轴向从所述铝质出口接头内延伸到所述第一钢质套管接头的所述径向缩小部分内使得所述第一套筒的外表面与所述铝质出口接头、所述第一螺纹互连接部以及所述第一钢质套管接头的所述径向缩小部分接触，由此在铝质出口接头和第一钢质套管接头之间提供电流隔绝；以及
第二套筒，定位在第二螺纹互连接部内并沿轴向从所述铝质出口接头内延伸到所述第二钢质套管接头的所述径向缩小部分内使得所述第二套筒的外表面与所述铝质出口接头、所述第二螺纹互连接部以及所述第二钢质套管接头的所述径向缩小部分接触，以在铝质出口接头和第二钢质套管接头之间提供电流隔绝。
2.如权利要求1所述的套管柱，其特征在于，还包括第一非导电层和第二非导电层，第一非导电层定位在第一螺纹互连接部内，以防止铝质出口接头和第一钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触，而第二非导电层定位在第二螺纹互连接部内，以防止铝质出口接头和第二钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触。
3.如权利要求1所述的套管柱，其特征在于，所述第一和第二套筒由非导电材料形成。
4.如权利要求3所述的套管柱，其特征在于，所述非导电材料选自由聚合物和纤维玻璃组成的材料组。
5.如权利要求1所述的套管柱，其特征在于，所述第一和第二套筒还包括耐磨损材料。
6.如权利要求5所述的套管柱，其特征在于，所述耐磨损材料选自由钨和陶瓷组成的材料组。
7.一种具有轴向的的套管柱，所述套管柱可定位在井筒内，该套管柱包括：
第一和第二钢质套管接头，它们螺纹互连在套管柱内，并各具有径向缩小部分；
铝质出口接头，定位在第一和第二钢质套管接头之间，铝质出口接头具有与第一钢质套管接头互连的第一螺纹互连接部，以及与第二钢质套管接头互连的第二螺纹互连接部，铝质出口接头是可操作的以具有贯穿其中形成的窗口，以及
套筒，在内部定位在铝质出口接头内，并沿轴向从所述铝质出口接头内穿过所述第一螺纹互连接部延伸到第一钢质套管接头的所述径向缩小部分并穿过所述第二螺纹互连接部到第二钢质套管接头的所述径向缩小部分内使得所述套筒的外表面与所述铝质出口接头、所述第一和第二螺纹互连接部以及所述第一和第二钢质套管接头的所述径向缩小部分接触，由此在铝质出口接头和第一和第二钢质套管接头之间提供电流隔绝。
8.如权利要求7所述的套管柱，其特征在于，还包括第一非导电层和第二非导电层，第一非导电层定位在第一螺纹互连接部内，以防止铝质出口接头和第一钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触，而第二非导电层定位在第二螺纹互连接部内，以防止铝质出口接头和第二钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触。
9.如权利要求7所述的套管柱，其特征在于，所述套筒由非导电材料形成。
10.如权利要求9所述的套管柱，其特征在于，所述非导电材料选自由聚合物和纤维玻璃组成的材料组。
11.如权利要求10所述的套管柱，其特征在于，所述套筒还包括耐磨损材料。
12.如权利要求11所述的套管柱，其特征在于，所述耐磨损材料选自由钨和陶瓷组成的材料组。
13.一种套管柱，该套管柱可定位在井筒内，该套管柱包括：
第一和第二钢质套管接头，它们螺纹互连在套管柱内，并各具有径向缩小部分；
铝质出口接头，定位在第一和第二钢质套管接头之间，铝质出口接头具有与第一钢质套管接头互连的第一螺纹互连接部，以及与第二钢质套管接头互连的第二螺纹互连接部，铝质出口接头是可操作的以具有贯穿其中形成的窗口；
第一内部套筒，在内部定位在第一螺纹互连接部内；
第二内部套筒，在内部定位在第二螺纹互连接部内；
第一外部套筒，定位在第一螺纹互连接部周围并具有锥形端；以及
第二外部套筒，定位在第二螺纹互连接部周围并具有锥形端；
其中，第一内部和外部套筒在铝质出口接头和第一钢质套管接头之间提供电流隔绝，第二内部和外部套筒在铝质出口接头和第二钢质套管接头之间提供电流隔绝。
14.如权利要求13所述的套管柱，其特征在于，还包括第一非导电层和第二非导电层，第一非导电层定位在第一螺纹互连接部内，以防止铝质出口接头和第一钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触，而第二非导电层定位在第二螺纹互连接部内，以防止铝质出口接头和第二钢质套管接头之间的金属-对-金属的接触。
15.如权利要求13所述的套管柱，其特征在于，所述套筒由非导电材料形成。
16.如权利要求15所述的套管柱，其特征在于，所述非导电材料选自由聚合物和纤维玻璃组成的材料组。
17.如权利要求13所述的套管柱，其特征在于，所述套筒还包括耐磨损材料。
18.如权利要求17所述的套管柱，其特征在于，所述耐磨损材料选自由钨和陶瓷组成的材料组。
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