CN103748312B - 用于在执行地下操作时锁定回转接头的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开的是一种用于执行地下操作的系统。该系统包括盘管，该盘管具有第一节段和第二节段。该系统还包括回转接头和锁定机构，该回转接头位于第一节段和第二节段的界面处。该锁定机构能够操作以使回转接头接合和脱离。
Description
背景技术
地下钻井和完井操作的不同阶段经常涉及使用盘管（coiled tubing）。例如，可利用盘管代替更传统的钻杆，来钻出井筒的全部或一部分。
典型的盘管油井钻井系统的示例性实施例在图1中被示出。钻井系统包括盘管102，盘管102被放置在卷筒104上。盘管102经过鹅颈管106，并且被导向而向井下通过注入头108进入地层110。在盘管钻井操作期间，盘管102被馈送离开卷筒104，在注入头108上进入井筒中。钻井液通过盘管102被输送到井底组件114和钻头116。钻井液随后通过井筒壁或外壳与盘管102之间的环空返回到地面。返回流体可包含钻屑和其他材料，返回流体被导向至返回流体管118，并且被输送到泥浆池120。之后，再循环泵122可使钻井液通过管道124再循环到盘管102。
盘管是没有中断或接合点的固体管，并且因此不能够旋转。因此，盘管钻井存在与不能在井筒中旋转盘管有关的多个限制条件。这类限制条件包括对钻头的动力传递效率低、钻孔的清洁效率低以及不能克服井筒与管子之间的摩擦，由此限制了系统的最终延伸范围。能够使盘管柱的处于井筒中的部分旋转，就会减少许多这类限制条件，从而使得盘管钻井成为使用钻机和钻杆的传统的钻井操作的更为可行的替代方式。
附图说明
图1示出典型的盘管油井钻井系统的示例性实施例；
图2示出根据本发明的示例性实施例的回转接头的立体图；
图3示出根据本发明的示例性实施例的盘管油井钻井系统的侧视图；
虽然已经参考本发明的示例性实施例而图示、描述并且限定了本发明的多个示例性实施例，但是这种参考并不意味着对本发明的限制，并且无法推断出这样的限制。如本领域普通技术人员会想到的，本发明的主题能够在形式和功能上进行相当大的修改、变更以及等同的变化而仍具有本发明的益处。本发明的被图示和描述的多个实施例仅仅是示例而非本发明的详尽范围。
具体实施方式
本说明书详细地描述本发明的多个示例性的实施例。为清楚起见，本说明书未描述实际上的实施方案的所有特征。当然应理解，在任何这样的实际实施例的开发中，必须作出许多实施方案特定的决定，以实现实施方案的特定目标，这会从一个实施方案到另一个实施方案而有所不同。此外，应理解，这样的开发工作可能既复杂又耗时，但却是得益于本发明的本领域普通技术人员所作的例行程序。
为了便于较好地理解本发明，以下给出某些实施例的示例。以下示例不应以任何方式被解读为对本发明的范围的限制或限定。本发明的多个实施例能够应用于任何类型的地层中的水平的、竖直的、偏离的或者非直线式的井筒。多个实施例能够应用于注入井以及生产井，包括碳氢化合物井。
在本说明书中使用的术语“联结”的意思是间接或直接的连接。因此，如果第一装置联结到第二装置，则连接可以是直接连接，或者是经由其他的装置和连接件来形成的间接的机械连接。在本说明书中使用的术语“井上”的意思是沿着钻柱或孔从远端朝向地面，而在本说明书中使用的“井下”的意思是沿着钻柱或孔从地面朝向远端。
应理解的是，术语“油井钻井设备”或“油井钻井系统”并不用来将借助这些术语描述的设备和过程的用途局限于钻探油井。这些术语还包含钻探天然气井或一般意义上的碳氢化合物井。而且，这些井能够用于生产、监控或者与从地下回收碳氢化合物或其他原料有关的注入。
本发明涉及用于执行地下操作的方法和系统，并且尤其涉及当执行钻井操作时借助可锁定的回转接头使用盘管的方法和系统。
在一个实施例中，回转接头可利用滑动套筒而被锁定和解锁，该滑动套筒随着盘管经过注入头进入井眼而向上滑动。通过向上滑动，该套筒锁定回转接头，以基本上防止邻接的盘管节段的相对旋转。相反，当通过注入头将盘管拉出井眼时，套筒可向下滑动并且允许回转接头再次旋转，从而允许盘管的多个邻接节段相对于彼此旋转。
现在转到图2，其示出了根据本发明的示例性实施例的回转接头。锁定机构可用于锁定和/或解锁回转接头10。具体地，锁定机构可使回转接头10接合，以使得盘管的邻接节段被旋转式地联结，和/或可使回转接头脱离，以使得盘管16的邻接节段能够独立地旋转。当两个节段中旋转的一个会使两个节段中的另一个旋转时，这两个节段被视为“旋转式地联结”。相反，当两个节段中旋转的一个不会使两个节段中的另一个旋转时，这两个节段被视为“旋转式地去联结”。
在该示例性实施例中，回转接头10包括闩锁机构。具体地，在该示例性实施例中，回转接头10包括：第一部分11，具有一个或多个闩锁座12；以及套筒部分14，其可包括一个或多个闩锁部13，闩锁部13被形成为多个突起，这些突起可插入位于回转接头10的第一部分11上的一个或多个闩锁座12中。如图2所示，第一部分11可被设置在盘管的第一节段上，而套筒部分14可被设置在盘管的邻接的第二节段上。
在一个实施例中，回转接头10可借助位于注入头处或靠近注入头的锁定装置而被接合或脱离。因此，该锁定装置能够操作以将第一部分11联结到套筒部分14。在一个示例性的实施例中，锁定装置可以是机械系统、电子系统、磁力系统和/或一个或多个这些系统的组合。在一个实施例中，当盘管16通过注入头向井下移动时，该锁定装置可将闩锁部13机械地弹入闩锁座12内，并且当盘管16通过注入头被拉出井筒时，该锁定装置可使闩锁部13与闩锁座12脱离。
虽然机械闩锁机构是结合图2来描述的，但本领域普通技术人员应理解，借助本发明的益处，其他机构也可被用来使回转接头接合或脱离。例如，在一个示例性实施例中，回转接头可由操作员远程地控制。在该实施例中，操作员可选择性地使特定的回转接头接合或脱离，从而控制盘管的哪些节段能够独立地旋转而哪些节段不能独立地旋转。在这样的实施例中，有线的或无线的通信系统可被用来使回转接头10的套筒部分14与第一部分11接合或脱离。这样的通信系统对于本领域普通技术人员来说是公知的，并且因此将不在此详细讨论。
此外，虽然在图2中示出了特定的闩锁部和闩锁座的构造，但也可使用其他闩锁机构的构造而不背离本公开的范围。而且，虽然在图2中示出了闩锁机构，但也可使用其他机构来使回转接头接合和/或脱离。例如，在一个示例性实施例中，可利用位于第一部分11与套筒14之间的磁性连接来使回转接头10接合和/或脱离。具体地，操作员可激活用于期望被接合的回转接头的第一部分11与套筒部分14之间的磁力，并且使用于期望被脱离的回转接头10的磁力停止。
现在转到图3，其示出了根据本发明的示例性实施例的盘管油井钻井系统的侧视图，其中，回转接头10使盘管16的不同节段分离。具体地，如图3所示，回转接头10可被设置在盘管16的一对节段之间的界面处。如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，本发明不受回转接头10或盘管节段的数量或位置的限制，并且图3用于示例性的目的。
如图3所示，多个回转接头10可被选择性地接合。具体地，一个或多个回转接头10可首先被脱离。在一个实施例中，多个回转接头10在井下可如以上参照图2所讨论的那样被锁定就位，并且以下会更详细地讨论。
当执行井下操作时，盘管16可通过注入头20被向井下导向。根据本发明的示例性实施例，位于地面上方和/或注入头20上方的回转接头10A可脱离，而位于地面下方和/或注入头下方的回转接头10B可接合。如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，操作员可决定位于何处的回转接头10被锁定和/或解锁。具体地，在一个实施例中，回转接头10可在从注入头20开始进一步处于井下方的点处被锁定和/或解锁。因此，盘管16的位于地面上方和/或注入头20上方的节段可相对于其邻接节段、以及相对于位于注入头20下方的盘管节段旋转。结果，盘管16的位于注入头下方的部分的旋转将不会影响盘管的在鹅颈管28或卷筒26上位于地面上方的部分。
相反，一旦盘管16经过注入头20，回转接头10B就可被接合，从而旋转式地联结盘管16的位于井下的邻接节段。随着位于注入头20下方的回转接头10被接合，来自旋转装置24的旋转力可被用来旋转钻头22；旋转装置24位于地面处或靠近地面，且被安装在注入头20中、注入头20上或者注入头20下方。具体地，随着回转接头10被接合，旋转力可向井下传递到钻头22。因此，由位于注入头20处或注入头20附近的旋转装置产生的扭矩可通过盘管，向井下传递到井底组件18和钻头22。
如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，可利用任何合适的装置来旋转盘管16的井下部分。在一个示例性的实施例中，旋转装置24可以是转盘，其中，一个方向的滑动能够被用来夹紧盘管16，并且将旋转的转盘联结到盘管16。在另一个示例性实施例中，大扭矩旋转器可被安装在注入头20下方或注入头20的内部。在又一示例性实施例中，旋转装置可在需要旋转时围绕盘管16夹紧，并且可利用液压装置、气马达或者电动机来供能。
在一个实施例中，回转接头10可配备有清洁装置。清洁装置可用于清洁回转接头10的不同部分，如回转接头上的轴承和凹槽。清洁装置可呈大功率水流或气流的形式，或者清洁装置可呈简单的擦拭密封件的形式，或者呈旋转刷的形式，或者是两种或更多种这样的装置的任意组合。
如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，具有根据本发明的实施例的锁定机构的回转接头10可使得盘管的分段式管柱能够缠绕。因此，能够缠绕的分段式盘管可提供连续的循环和轴向运动，并且控制钻井过程的轴向速度。而且，改进的分段式盘管更好地适合于与控制压力钻井（Managed Pressure Drilling，“MPD”）和欠平衡钻井（underbalanced drilling，“UBD”）一起使用。
如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，本发明允许盘管进行顺时针和逆时针这两种旋转，这能够有助于孔眼清洁、为引导钻井而进行马达工具面定向（motor toolface orientation）、或者通过井筒中的紧密部位来完成工作，并且被用来激活和去激活井下装置，如管下扩眼器、循环接头以及相似装置。而且，本发明还可以这种方式被使用，以在完井、修井或者井介入式操作中安放或移除封隔器以及类似的装置。
如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，在此公开的系统和方法可与混合管柱位于盘管下方的实施例结合使用。而且，如本领域普通技术人员应理解的，借助本发明的益处，锁定机构必定坚固得足以承受旋转期间被施加到盘管上的扭矩，并且必定锁定从而不允许系统变成井下未被锁定的状态。
因此，本发明很好地适合于执行所述目的并实现所述目标，并且实现其固有的目的和目标。虽然以上本发明已被图示和描述，并且通过引用本发明的多个示例而被明确定义，但是这样的引用并不意味着对本发明的限制，并且不能推断出这样的限制。如得益于本发明的本领域普通技术人员会想到的，本发明能够在形式和功能上进行相当大的改型、修改和等同的变化。被图示和描述的多个示例并未穷尽本发明。因此，本发明应仅由所附权利要求书的精神和范围（其应充分地被认为对应于所有方案的等同方式）来限定。
Claims (17)
1.一种用于执行地下操作的系统，包括：
盘管；
其中，所述盘管包括第一节段和第二节段；
回转接头；
其中，所述回转接头位于所述第一节段和所述第二节段的界面处；
其中，所述回转接头包括第一部分和套筒部分；
其中，所述第一部分包括闩锁座；
其中，所述套筒部分包括闩锁；
其中，当所述回转接头被接合时，所述闩锁锁定到所述闩锁座中；以及
锁定机构；
其中，所述锁定机构能够操作为，在所述第一节段和所述第二节段移动至井筒内或在井筒内移动的同时，使所述回转接头接合。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述回转接头被接合时，所述第一节段被旋转式地联结到所述第二节段。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一部分位于所述第一节段上，而所述套筒部分位于所述第二节段上。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述锁定机构通过将所述第一部分与所述套筒部分联结来使所述回转接头接合。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述锁定机构选自机械系统、电子系统以及磁力系统组成的群组。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述第一节段和所述第二节段经过注入头时，所述锁定机构接合所述回转接头。
7.一种执行地下操作的方法，包括：
设置包括多个节段的盘管；
其中，所述多个节段被去联结；
在所述多个节段中的至少一对节段的界面处设置回转接头；
其中，所述回转接头包括第一部分和套筒部分；
其中，所述第一部分包括闩锁座；
其中，所述套筒部分包括闩锁；
其中，当所述回转接头被接合时，所述闩锁锁定到所述闩锁座中；以及
在所述多个节段中的所述至少一对节段移动至井筒内或在井筒内移动的同时，利用所述锁定装置来使所述回转接头接合；
其中，接合所述回转接头包括联结所述多个节段中的至少一对节段。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，接合所述回转接头包括：
在所述多个节段中的至少一对节段的第一节段上锁定所述回转接头的第一部分，并且在所述多个节段中的至少一对节段的第二节段上锁定所述套筒部分。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，接合所述回转接头包括利用电子系统、机械系统以及磁力系统中的至少一种来接合所述回转接头。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括当所述多个节段中的至少一对节段被向井上引导时使所述回转接头脱离；
其中，使所述回转接头脱离包括使所述多个节段中的至少一对节段旋转式地去联结。
11.一种执行地下操作的方法，包括：
设置分段式盘管，所述分段式盘管包括位于旋转装置下方的第一部分、以及位于所述旋转装置上方的第二部分；
在所述分段式盘管的第一部分的一对节段的界面处设置回转接头；
其中，所述回转接头包括第一部分和套筒部分；
其中，所述第一部分包括闩锁座；
其中，所述套筒部分包括闩锁；
其中，当所述回转接头被接合时，所述闩锁锁定到所述闩锁座中；
在所述分段式盘管的所述第一部分的该对节段移动至井筒内或在井筒内移动的同时，利用所述锁定装置来使所述回转接头接合；
其中，使所述回转接头接合联结所述分段式盘管的第一部分的该对节段；以及
旋转所述旋转装置，
其中，旋转所述旋转装置旋转所述分段式盘管的第一部分。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述分段式盘管旋转式地联结到钻头，其中，旋转所述旋转装置旋转所述钻头。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括设置注入头，其中，所述旋转装置的位置选自位于所述注入头中、位于所述注入头上以及位于所述注入头下方组成的群组。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，使所述回转接头接合包括：
在所述分段式盘管的第一部分的该对节段的第一节段上锁定所述回转接头的所述第一部分，并且在所述分段式盘管的第一部分的该对节段的第二节段上锁定所述回转接头的所述套筒部分。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，使所述回转接头接合包括利用电子系统、机械系统以及磁力系统中的至少一种来使所述回转接头接合。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述旋转装置选自转盘和大扭矩旋转器组成的群组。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，在旋转所述旋转装置之前，所述旋转装置围绕所述分段式盘管被夹紧。
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