CN103502561A - 井下套管系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于作为井下套管系统的一部分的套管模块，该套管模块包括：基管，该基管沿纵向延伸并具有圆周；功能组件，该功能组件安装在基管上，以限定出功能组件与基管之间的套管模块流动路径；和主流动路径，该主流动路径大致布置在基管的中心并沿套管系统的纵向延伸，其中套管模块流动路径的至少一部分是既沿基管的纵向又围绕基管的整个圆周连续地延伸的环形流动路径，并且基管具有端部区段，多个支承结构在所述端部区段从外表面突出以提供用于功能组件的支承，所述支承结构限定出沿纵向延伸的多个套管模块流动路径。本发明还涉及一种用于在包含井流体的井眼内执行操作的井下套管系统。

Description

井下套管系统

技术领域

本发明涉及一种作为井下套管系统的一部分的套管模块，该套管模块包括：基管，该基管沿纵向延伸并具有圆周；功能组件，该功能组件安装在基管上，以限定出功能组件与基管之间的套管模块流动路径；和主流动路径，该主流动路径大致布置在基管的中心并沿套管系统的纵向延伸。本发明还涉及一种用于在包含井流体的井眼内执行操作的井下套管系统。

背景技术

在用于油井的完井设计中，通常将多个筛网模块连接以覆盖生产区的长度。典型地，每个筛网模块都包括直接在过滤元件的下方布置在筛网模块的基管中的单独的流入控制装置。流入控制装置通常由阀或节流器和滑动套筒组成，以分别堵塞和开启流入控制装置。此类筛网模块通常在相对端被密封，使得进入一个筛网模块的过滤元件的流体不能流向后面的筛网模块。筛网模块的该构型要求在完井时使用大量流入控制装置和滑动套筒。在完井时使用许多滑动套筒使得施工、维护和正在进行的操作以及对完井的控制更昂贵。现有技术筛网模块的另一不妥之处是流入控制装置的位置。布置在筛网模块的基管中的流入控制装置通常将减小筛网模块的流动面积或偏移直径，由此减小了流量和可以在井内使用的工具的尺寸。此外，筛网模块的过滤元件和基管之间的流量可能非常重要。沿着单个筛网模块或筛网的管柱的生产通常根据高、低生产区域而显著变化。希望在过滤元件与基管之间提供尽可能不受限制和连续的流动路径。沿着筛网模块的多个分离的窄流动路径通常引起一些流动路径过载，和一些流动路径具有过剩的容量。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术的以上劣势和缺点。更具体而言，一个目的是提供一种改进的井下套管系统，其中使沿着套管外侧的流体流动优化以增加干预过程的产量或产率。此外，一个目的是提供一种套管系统，其中改善了流入控制并且减少了要操作的流入控制区段的数量。

将从以下描述变得显而易见的上述目的以及许多其它目的、优点和特征由一种用于作为井下套管系统的一部分的套管模块通过根据本发明的方案来实现，所述套管模块包括：基管，该基管沿纵向延伸并具有圆周；功能组件，该功能组件安装在基管上，以限定出功能组件与基管之间的套管模块流动路径；和主流动路径，该主流动路径大致布置在基管的中心并沿套管系统的纵向延伸，其中套管模块流动路径的至少一部分是既沿基管的纵向又围绕基管的整个圆周连续地延伸的环形流动路径，并且基管具有端部区段，多个支承结构在所述端部区段从外表面突出以提供用于功能组件的支承，所述支承结构限定出沿纵向延伸的多个套管模块流动路径。

在一实施例中，该功能组件可包括诸如筛网的过滤元件，该过滤元件安装在基管上，以提供用于防止井流体中的垢体进入套管模块流动路径的筛网套管模块。

此外，该功能组件可包括穿孔的外管元件，该外管元件安装在基管上，以提供用于将流体喷射到井下套管系统周围的环带内的喷射套管模块。

此外，该功能组件可包括安装在基管的端部区段上的端环。

本发明还可涉及一种用于在包含井流体的井眼内执行操作的井下套管系统，该井下套管系统包括至少一个如上所述的套管模块，和沿纵向延伸并适合与套管模块连接的至少一个流入控制模块，该流入控制模块包括与套管模块流动路径流体连通的至少一个控制模块流动路径、与基管的主流动路径流体连接的主流动路径、以及多个连接通路，所述连接通路将控制模块流动路径与贯通流入控制模块和套管模块延伸的主流动路径流体连接。

所述井下套管系统还可包括沿纵向延伸并适合连接到套管模块和/或诸如流入控制模块的另一模块的至少一个联接模块，该联接模块包括与套管模块流动路径和/或控制模块流动路径流体连通的至少一个联接流动路径，以及与基管的主流动路径和/或流入控制模块的主流动路径流体连接的主流动路径。

此外，本发明涉及一种用于在包含井流体的井眼内执行操作的井下套管系统，该井下套管系统包括：至少一个套管模块，该套管模块包括：基管，该基管沿纵向延伸并具有圆周；功能组件，该功能组件安装在基管上，以限定出功能组件与基管之间的套管模块流动路径；和主流动路径，该主流动路径大致布置在基管的中心并沿套管系统的纵向延伸，其中套管模块流动路径的至少一部分是既沿基管的纵向又围绕基管的整个圆周连续地延伸的环形流动路径。

围绕基管的整个圆周连续地延伸的环形流动路径是指在基管的外侧以连续方式围绕360度延伸的套管模块流动路径。沿基管的外表面的流体流被更好地分布以优化例如油向主流动路径内的流动。围绕基管的外周的连续流动路径防止了基管一侧例如由于另一侧的堵塞垢体或高流量而受限或过载的流动路径降低套管模块的整体流动性能。

在一个实施例中，所述功能组件可包括诸如筛网的过滤元件，该过滤元件安装在基管上，以提供用于防止井流体中的垢体进入套管模块流动路径的筛网套管模块。

在另一实施例中，所述功能组件可包括穿孔的外管元件，该外管元件安装在基管上，以提供用于将流体喷射到井下套管系统周围的环带内的喷射套管模块。

所述功能组件还可包括安装在基管上的过滤元件和安装在过滤元件上的穿孔外管元件。

此外，根据本发明的井下套管系统可包括：沿纵向延伸并适合与套管模块连接的至少一个流入控制模块，该流入控制模块包括：与套管模块流动路径流体连通的至少一个控制模块流动路径、与基管的主流动路径流体连接的主流动路径、以及多个连接通路，所述连接通路将控制模块流动路径与贯通流入控制模块和套管模块延伸的主流动路径流体连接。

在套管模块的基管中还可设置有多个连接通路，以将套管模块流动路径和基管的主流动路径流体连接。因而，设置在基管中的多个连接通路可以是对流入控制模块的替代或补充。

根据本发明的井下套管系统还可包括：沿纵向延伸并适合连接到套管模块和/或诸如流入控制模块的另一模块的至少一个联接模块，该联接模块包括：与套管模块流动路径和/或控制模块流动路径流体连通的至少一个联接流动路径，以及与基管的主流动路径和/或流入控制模块的主流动路径流体连接的主流动路径。

此外，在联接模块的相对端可设置有内螺纹连接部。

在一个实施例中，基管可具有端部区段，多个支承结构在所述端部区段从外表面突出以提供用于功能组件的支承，所述支承结构限定出沿纵向延伸的多个套管模块流动路径。

因此，安装在基管上的功能组件可更好地耐受当套管模块、联接模块和/或流入控制模块被装配在钻机上时由铁钻工（iron rough neck）所诱发的相当大的力和撕裂。

在基管的相对端可设置有外螺纹连接部。

此外，在基管的一端可设置有外螺纹连接部，并且在基管的相对端可设置有内螺纹连接部。

在另一实施例中，该功能组件可包括安装在基管的端部区段上的端环。

端环可由在端部区段向功能组件提供增加的强度和抗撕裂性的材料制成。

因此，套管模块可更好地耐受当套管模块、联接模块和/或流入控制模块被装配在钻机上时铁钻工所诱发的相当大的力和撕裂。

在另一实施例中，流入控制模块可包括沿着主流动路径的表面布置以控制通过连接通路的流动的滑动套筒。

在又一实施例中，流入控制模块可具有端部区段，在所述端部区段可布置有多个纵向凹槽，以提供控制模块流动路径的一部分，该流入控制模块还包括安装在纵向凹槽上的端环。

在流入控制模块的相对端可设置有外螺纹连接部。

在流入控制模块的一端还可设置有外螺纹连接部，并且在流入控制模块的相对端可设置有内螺纹连接部。

一种根据本发明的井下套管系统，其中流入控制模块可包括将纵向凹槽与连接通路流体连接的多个纵向延伸的孔口。

在一个实施例中，连接通路中的每一个都可包括连接到纵向延伸的孔口中的至少一个的周向凹槽。

在另一实施例中，一个连接通路的周向凹槽可与另一连接通路的周向凹槽交叉。

因此，流体可绕开布置在连接通路中的塞或被堵塞的阀并流向后面的连接通路。

在又一实施例中，在套管模块中或联接模块中可设置有一个或多个连接通路，以将贯通套管系统延伸的主流动路径分别与套管模块流动路径和联接流动路径流体连接。

最后，连接通路中可布置有阀、节流器和/或流入控制装置。

附图说明

下文将参考所附示意图更详细地描述本发明及其诸多优点，附图出于说明的目的而示出了一些非限制性的实施例，并且其中

图1a和1b示出包括套管模块的井下套管系统，

图2a示出流入控制模块的截面，

图2b示出流入控制模块中的连接通路的原理图，

图3a和3b示出联接模块，

图4a示出包括过滤元件的套管模块，

图4b示出包括穿孔管道元件的套管模块，

图4c示出包括过滤元件和穿孔管道元件两者的套管模块，

图4d示出包括过滤器元件和连接通路的套管模块，以及

图5示出包括彼此连接的不同套管系统模块的井下套管系统。

所有附图均为高度示意性的且不一定按比例绘制，并且它们仅示出阐明本发明所需的那些部分，其它部分被省略或仅进行提示。

具体实施方式

图1示出用于降下到井眼内的井下套管系统1。当布置在井眼内时，在套管系统与井眼的侧面之间限定出环带。该套管系统包括适合连接到在下文中更详细地描述的其它套管系统模块的套管模块2。套管模块2包括如图1b所示沿纵向延伸并具有圆周211的基管21。基管21具有限定出贯通套管模块2延伸的主流动路径24的中空孔口。主流动路径24被示出大致在基管21的中心，但在一替代设计中可偏离中心地布置。在基管周围安装有功能组件22，由此限定出沿套管模块的纵向在功能组件22与基管21之间延伸的套管模块流动路径23。功能组件22与基管21的外表面27相距一定距离安装，以提供围绕基管的整个圆周211连续地延伸的套管模块流动路径23。因而，套管模块流动路径23是既沿基管的纵向又围绕基管的整个圆周211延伸的环形流动路径。通过功能组件的各部分未被支承在基管的圆周211周围，流体可围绕基管不受阻碍地360度流动。基管周围单个不间断的流动路径通过允许流体分布在基管的整个圆周211周围而提供了基管与功能组件之间的最佳流动条件。如果增量流体往来于套管模块的特定区域流动，则整个连续的环绕流动路径可以用于往来于该区域引导该流。沿基管的外表面的流体流被更好地分布以优化例如油向主流动路径内的流动。围绕基管的外周的连续流动路径防止了基管一侧例如由于另一侧的堵塞垢体或高流量而受限或过载的流动路径降低套管模块的整体流动性能。

功能组件22可如图1a所示作为一个元件构成，或者通过如图4a-4c所示组合彼此连接的若干元件而构成。

套管模块2具有定义为邻近套管模块的每一端的区段的端部区段25。在每个端部区段25中，多个支承结构26从基管21的外表面27突出，以提供用于功能组件22的支承。该功能组件由此经由支承结构26连接到基管21并因此跨越基管的位于端部区段25之间的区域。在端部区段中，支承结构26将环绕的套管模块流动路径23分割成均如图1b所示在基管21的圆周211的有限部分上延伸的多个单独的套管模块流动路径。所述多个单独的套管模块流动路径由支承结构26限定并从环绕的套管模块流动路径朝基管的端部延伸。支承结构26增强了端部区段中的套管模块，使得当套管模块例如借助钻机上的铁钻工与另一套管模块连接时，套管模块的基管21不会塌陷。

在端部附近，单独的套管模块流动路径23开启并适合连接到如下文所述的邻接模块的流动路径。此外，套管模块的基管在相对端包括外螺纹连接部28，以将套管模块2连接到其它模块，如以下也将详细描述的。对本领域技术人员而言显而易见的是，螺纹连接部可以以多种不同方式设计，例如设计为内螺纹连接部或设计为组合。

图4a-4c示出包括不同类型的功能组件22的套管模块2的不同设计。在图4a中，功能组件22包括过滤元件221，该过滤元件安装在基管21上，以提供用于套管模块2的筛网。过滤元件221安装在沿着套管模块2的纵向隔开一定距离布置的一定数量的圆形支柱224上。支柱224环绕基管21并向过滤元件221提供结构完整性。过滤器本身可为各种类型的过滤器，例如但不限于穿孔管道、布置在支柱224上的一张网、卷绕在支柱224周围的过滤元件221和可能的附加支承元件等。功能组件22还包括端环223，所述端环布置在过滤元件221的相对端中并安装于在基管21的端部区段25处突出的支承结构26上。过滤元件221例如通过焊接连接到端环，以向过滤元件提供结构支承。在功能组件的一种设计中，端环可由适合耐受当套管模块被装配在钻机上时例如铁钻工所诱发的相当大的力和撕裂的材料制成。

在图4b中，功能组件22包括作为对过滤元件221的替代的穿孔外管元件222。穿孔外管元件222安装在基管21上，以提供用于将流体喷射到井下套管系统1周围的环带内的喷射套管模块。穿孔外管元件222经由一组端环223连接到基管21，所述端环223安装在穿孔外管元件的相对端并布置在基管21的支承结构26上。

在图4c中，功能组件包括过滤元件221和穿孔管元件222两者。过滤元件221和穿孔管元件222的组合可被用作具有不同过滤特性的两级过滤器、组合的筛网和喷射模块等。

图2a示出沿着对应于图2b所示的点划线的线截取的流入控制模块3的截面。流入控制模块沿纵向延伸并适合直接或经由如下所述的连接模块与套管模块2连接。流入控制模块3包括管元件41，该管元件具有限定出沿纵向从管元件41的一端延伸到另一端的主流动路径34的中空孔口。在管元件41的相对端中设置有外螺纹连接部43，以将流入控制模块3连接到其它套管系统模块2、3、5。

当流入控制模块3与套管模块2连接时，主流动路径34与基管21中的主流动路径24流体连接。管元件具有外表面42和环绕主流动路径34的内表面36。在管元件41的端部附近，限定有流入控制模块3的端部区段37。在端部区段37中，管元件41包括设置在外表面42中的多个纵向凹槽38。所述多个纵向凹槽38提供了从控制模块的一端延伸到另一端的控制模块流动路径31的一部分。控制模块流动路径31贯通端部区段中的纵向凹槽38并经由将纵向凹槽38流体连接的一定数量纵向延伸的孔口40贯通管元件41的中部延伸。在纵向延伸的孔口40中，设置有多个连接通路32，以将控制模块流动路径31与主流动路径34流体连接。连接通路32可为开孔或设置有阀，例如压力或流体控制的阀、节流器或其它流入控制装置。该流入控制装置可适合控制通过连接通路的流量，并且可例如从井的表面或者通过在井下操作的工具来控制。该流入控制装置可通过采用不同压力水平、专用流体或其它类型的信号或命令来控制。

如图2b所示，在纵向凹槽38与连接通路32之间设置有两个纵向延伸的孔口40。纵向延伸的孔口40经由设置在连接通路32中的每个中的周向凹槽321与连接通路32流体连通。通过将周向凹槽321呈连续图案布置，其中一个连接通路的周向凹槽与后面的连接通路的周向凹槽321相交，连接通路变成流体相连的，由此提供纵向凹槽38之间的流体连通。因此，流体可绕开被堵塞或过载的连接通路32并流向后面的连接通路和/或流入控制模块。

流入控制模块3还包括布置在主流动路径34中的凹部351中的滑动套筒35，以控制通过连接通路的流量。通过将滑动套筒35布置在凹部351中，套筒不会减小中空孔口的最大内径，减小中空孔口的最大内径会例如影响通过主流动路径的流量或妨碍工具移动通过套管系统。滑动套筒35可在连接通路与主流动路径34流体连通的开启位置与流体连接被切断的封闭位置之间滑动。该滑动套筒是常规滑动套筒并且可通过本领域技术人员已知的任何装置操作。流入控制模块3还包括安装在纵向凹槽上以使控制模块流动路径31与环带密封的端环39。

图3a示出用于将上述套管模块2互连并用于将流入控制模块3连接到套管模块2的联接模块5。联接模块5沿纵向延伸并且包括具有外表面53和环绕主流动路径54的内表面55的管元件52。在外表面53中，设置有从管元件的一端延伸到另一端的一定数量的联接流动路径51。联接流动路径51由环绕管元件的盖元件56覆盖。当联接元件连接到套管模块2或流入控制模块3时，联接流动路径51分别与套管流动路径23或控制模块流动路径31流体连通，并且主流动路径54分别与套管模块的主流动路径或流入控制模块流体连接。联接模块5在管元件的相对端中包括内螺纹连接部57。

作为对流入控制模块3的替代或补充，套管模块的基管中或联接模块的管元件中可布置有多个连接通路32和滑动套筒35。这些连接通路可提供套管模块流动路径与基管的主流动路径之间和联接流动路径与联接模块的主流动路径之间的流体连通。

在使用中，井下套管系统1的模块在地面装配并被连续地降下到井眼内。可利用可获得的常规工具如铁钻工装配所述模块。根据所要求的套管系统的功能，装配合适数量和类型的模块。套管模块、流入控制模块和联接模块中的每一者都是在所述模块被装配到井下套管系统1内并降下到井内之前预装配的独立模块。因此，可在一次操作中进行两个单独模块的装配，不需要在钻机现场装配多个部分。因此，装配单独模块所需的时间减少并且可以以更快的速度将套管系统降下到井眼内。

如图5所示，通过将套管模块的外螺纹连接部28连接到联接模块的内螺纹连接部57而将套管模块附接到联接模块。以类似的方式，流入控制模块3通过连接到联接模块的内螺纹连接部57的流入控制模块3的外螺纹连接部43附接到联接模块5。

井下套管系统1可包括由通过联接模块5互连并联接到单个流入控制模块3的多个套管模块组成的管柱。因此，减少了流入控制模块3和滑动套筒35的数量。当套管模块2、联接模块5和流入控制模块3相连时，主流动路径24、34、54流体连通，藉此烃或其它井流体可从地层经套管系统流向表面/地面或者喷射流体可经套管系统喷射到地层内。同时，套管模块流动路径23、联接流动路径51和控制模块流动路径31沿着套管系统的外周流体连接。因此，流体可沿着多个毗邻的套管系统模块2、3、5从地层流出或流入地层内。

如该设计中所示，该井下套管系统包括用于连接系统的其它模块的联接模块。如对于技术人员而言应该显而易见的，如果其它套管系统模块在一端中设置有内螺纹连接部并在相对端中设置有外螺纹连接部，则可省略联接模块。利用具有交替的内螺纹母连接部和外螺纹公连接部的系统，联接模块变得多余。因此，井下系统可设计成不具有联接模块而不脱离本发明的主题。

流体或井流体是指井下油气井内可能存在的任何种类的流体，诸如天然气、油、油泥、原油、水等。气体是指井、完井或开孔中存在的任何种类的气体成分，而油是指任何种类的油成分，诸如原油、含油流体等。因此，气体、油和水这些流体都可以包括分别不同于气体、油和/或水的其它元素或物质。

套管是指关于油或天然气生产的在井下使用的任何种类的管、管道、管件、衬套、管柱等。

尽管上文已结合本发明的优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离如通过以下权利要求限定的本发明的前提下可以设想若干个改型。

Claims (13)

1.一种用于作为井下套管系统的一部分的套管模块（2），包括：

-基管（21），所述基管沿纵向（7）延伸并具有圆周（211），

-功能组件（22），所述功能组件安装在所述基管上，以限定出所述功能组件与所述基管之间的套管模块流动路径（23）；和

-主流动路径（24），所述主流动路径大致布置在所述基管的中心并沿所述套管系统的纵向延伸，

其中

-所述套管模块流动路径（23）的至少一部分是既沿所述基管的纵向又围绕所述基管的整个圆周连续地延伸的环形流动路径，并且

-所述基管具有端部区段（25），多个支承结构（26）在所述端部区段从外表面（27）突出以提供用于所述功能组件的支承，所述支承结构限定出沿所述纵向延伸的多个套管模块流动路径。

2.根据权利要求1所述的套管模块，其中，所述功能组件包括诸如筛网的过滤元件（221），所述过滤元件安装在所述基管上，以提供用于防止井流体中的垢体进入所述套管模块流动路径的筛网套管模块。

3.根据权利要求1所述的套管模块，其中，所述功能组件包括穿孔外管元件（222），所述穿孔外管元件安装在所述基管上以提供用于将流体喷射到所述井下套管系统周围的环带内的喷射套管模块。

4.根据前述权利要求中任一项所述的套管模块（2），其中，所述功能组件包括安装在所述基管的所述端部区段上的端环（223）。

5.一种用于在包含井流体的井眼内执行操作的井下套管系统（1），所述井下套管系统包括：

-至少一个根据权利要求1-4中任一项所述的套管模块（2），和

-沿纵向延伸并适合与所述套管模块连接的至少一个流入控制模块（3），所述流入控制模块包括：

-与所述套管模块流动路径流体连通的至少一个控制模块流动路径（31），

-与所述基管的所述主流动路径流体连接的主流动路径（34），和

-多个连接通路（32），所述连接通路将所述控制模块流动路径与贯通所述流入控制模块和所述套管模块延伸的所述主流动路径流体连接。

6.根据权利要求5所述的井下套管系统，还包括：

-沿纵向延伸并适合连接到所述套管模块和/或诸如流入控制模块的另一模块的至少一个联接模块（5），所述联接模块包括：

-与所述套管模块流动路径和/或所述控制模块流动路径流体连通的至少一个联接流动路径（51），和

-与所述基管的所述主流动路径（24）和/或所述流入控制模块的所述主流动路径（34）流体连接的主流动路径（54）。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的井下套管系统，其中，所述流入控制模块包括沿着所述主流动路径的表面（36）布置以控制通过所述连接通路的流量的滑动套筒（35）。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的井下套管系统，其中，所述流入控制模块具有端部区段（37），在所述端部区段布置有多个纵向凹槽（38），以提供所述控制模块流动路径的一部分，所述流入控制模块还包括安装在所述纵向凹槽上的端环（39）。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的井下套管系统，其中，所述流入控制模块包括将所述纵向凹槽与所述连接通路流体连接的多个纵向延伸的孔口（40）。

10.根据权利要求9所述的井下套管系统，其中，所述连接通路中的每一个都包括连接到所述纵向延伸的孔口中的至少一个的周向凹槽（321）。

11.根据权利要求10所述的井下套管系统，其中，一个连接通路的所述周向凹槽与另一连接通路的所述周向凹槽交叉。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的井下套管系统，其中，在所述套管模块中或所述联接模块中设置有一个或多个连接通路（32），以将贯通所述套管系统延伸的所述主流动路径分别与所述套管模块流动路径和所述联接流动路径流体连接。

13.根据权利要求5至12中任一项所述的井下套管系统，其中，在所述连接通路中布置有阀、节流器和/或流入控制装置。

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