CN103967411A - 母井分支装置，其制造方法和使用其钻分支井的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种母井分支装置，接头，在所述接头的下游端部安装有分支结构件。其中，所述分支结构件包括至少两个卷状体，以及设置在卷状体之间并且连接于所述卷状体的切痕的分隔板，所述卷状体的第一端部和分隔板的第一端部均连接于所述接头从而所述卷状体与所述分隔板构成连接于所述接头的支管。本发明的母井分支装置提高了钻分支井的成功率，并且不需要膨胀工具，方便了操作、节约成本。本发明还涉及了这种母井分支装置的制造方法和使用其钻分支井的方法。

Description

母井分支装置,其制造方法和使用其钻分支井的方法

技术领域

本发明涉及一种支井施工装置，特别是一种母井分支装置。本发明还涉及这种母井分支装置的制造方法和使用其钻分支井的方法。

背景技术

分支井技术在一个主井眼的井壁上钻出两个或更多个进入储层的井眼，以便于使多个储层泄油。在油藏工程方面，分支井技术可以增大油藏的裸露面积、提高泄油效率、改善油流动态剖面、降低锥进效应、提高重力泄油效果、纵向调整油藏的开采。从钻井角度看，可以减少无效井段、减少钻井设备的搬迁、节约套管、泥浆费用。此外，对于海上工程来说可以充分利用海上平台井口槽；对于地面工程来说，可以大大降低土地使用面积、地面管汇建设、油井管理等费用，增加了经济效益。

目前，按照复杂性和功能性建立了分支井的TAML(TechnologyAdvancement Multilaterals)分级体系，将分支井按完井方式为6个等级：TAML1级完井的主井眼和分支井眼都为裸眼，完井作业不能对不同产层进行分隔，分支井眼连接处具有较弱的力学完整性，基本不具备水力完整性和再进入能力；TAML2级完井的主井眼下套管并注水泥，分支井眼裸眼或只下筛管不注水泥，连接处的机械支撑较第一等级强，但也不具备力学完整性、水力完整性和再进入能力；TAML3级完井的主井眼下套管注水泥固井，分支井眼下尾管并回接到主井眼套管中，连接部位不进行密封或注水泥，具有力学完整性和再进入能力，连接处所能承受的最大压裂压力，也就是连接处的岩石所能承受的最大压力；TAML4级完井从下套管的主井眼中侧钻分支井眼，分支井眼下尾管，连接处具有力学完整性和再进入能力，但窗口部分靠固井水泥环密封，封隔器和套管的共同作用，提供了层间分隔；TAML5级完井主井眼和分支井眼都下套管固井，连接处具有力学完整性、水力完整性和再进入能力，能实现完全的层间分隔；TAML6级完井靠有耐压密封或整体地面预制成型的连接窗口来实现结合部的压力整体性，预成型系统下井膨胀后，窗口可以恢复到原来的几何尺寸，为分支提供API全尺寸通道，分支井眼的钻井、下套管和完井可以彼此独立进行。其中，TAML6级分支井技术具有完整的压力完整性、液力封隔性和可选择性再进入等特性，是分支井技术中难度最高、应用前景广阔的一项当今正在蓬勃发展的高新钻井技术。

对于分支井技术，井下分支装置决定了分支井的施工工序和完井水平。由于TAML6级分支井技术的应用前景最为广阔，因此对于用于TAML6级分支井技术的母井分支装置的研究也更多。在Jose Fraija,Herve Ohmer,Tom Pulick,Mike Jardon,Mirush Kaj a,Ramiro Paez,Gabriel P.G.Sotomayor,Kenneth Umudjoro在“油田新技术http://www.slb-sis.com.cn/toc/”（2002年秋季刊）：52-69页发表的《多底分支井建井技术新进展》中介绍了一种TAML6级分支井井下分支装置及所使用的膨胀工具。在使用时，首先将两个分支管压缩，在下入井中后，再采用膨胀工具将其膨胀。由于膨胀工具是在井下使用，并且其结构非常复杂，给制造和使用带来极大的不方便。

另外，现有技术中的母井分支装置的支管通常使用圆管或者带有倾斜剖切面的圆管。圆管与设置在圆管之间的分隔板之间焊接位置为圆弧并且焊接操作空间极为狭窄，给生产带来不便。因此急需一种使用方便的母井分支装置。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种母井分支装置。这种母井分支装置适用于TAML6级分支井技术，并且将其以压缩状态下入井后，能够在井下自动膨胀。本发明还涉及这种母井分支装置的制造方法和使用其钻分支井的方法。

根据本发明的第一方面，提出了一种母井分支装置，包括接头，在接头的下游端部安装有分支结构件，

其中分支结构件包括至少两个卷状体，以及设置在卷状体之间并且连接于卷状体的切痕的分隔板，卷状体的第一端部和分隔板的第一端部均连接于接头从而卷状体与分隔板构成连接于接头的支管。

根据本发明的母井分支装置，卷状体也不需要由整根圆管制成，甚至可以使用板材卷曲而成，节省了材料。

在一个实施例中，切痕为直线，并且其经过卷状体的第一端部和第二端部。这样形成支管的卷状体与分隔板的接缝为直线，并且用于焊接操作的空间也较大，便于生产。在一个优选的实施例中，卷状体的第一端部的弧长小于其第二端部的弧长。这使得卷状体形成的支管能以远离彼此的方式而存在，有助于钻分支井。在一个实施例中，分隔板构造为其上游部分为U形结构，下游部分为实体结构。用语“实体结构”这里是指分隔板的下游部分为使得支管不连通的板材。

在一个实施例中，分隔板的轴向长度大于卷状体的轴向长度。在母井分支装置下入过程中，这种分隔板能够移开前方的障碍物从而防止支管受到碰撞而损坏，提高钻分支井的成功率。

在一个实施例中，至少一个卷状体的材料为形状记忆合金。形状记忆合金具有良好的形状记忆功能，从而可以在地面上压缩由卷状体形成的支管而在井下使用外界刺激使支管变为原来的状态，无需使用膨胀工具，以简化母井分支装置的使用，并且降低其生产成本。在一个实施例中，形状记忆合金为钛镍基形状记忆合金。在一个优选的实施例中，形状记忆合金为Ti₄₄Ni₄₇Nb₉。这种形状记忆合金的转变温度在在60-100℃之间，该温度范围处于2000m-3300m深的井底温度范围内（通常情况下，2000m-3300m深的井底温度范围为60-99℃）。此外，这种钛镍基形状记忆合金的强度也较高，耐腐蚀性也较好，从而根据本发明的母井分支装置的使用寿命也较长。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造上文描述的母井分支装置的方法，包括：

步骤一：使用形状记忆合金制作卷状体；

步骤二：在形状记忆合金的转变温度之上，将从步骤一中得到的卷状体连接于接头同时安装分隔板而形成支管；

步骤三：在形状记忆合金的转变温度之下，压缩连接于接头的支管。

根据本发明的第三方面，提供了一种使用上文所述的母井分支装置钻分支井的方法，包括：

步骤a：钻主井眼，并且将欲设置母井分支装置的井段扩大到设定尺寸；

步骤b：将母井分支装置的支管压缩后，下入到欲设置母井分支装置的井段内，并且通过井下刺激源使压缩的支管膨胀；

步骤c：主井眼固井；

步骤d：通过母井分支装置钻分支井。

在一个实施例中，在步骤b中的井下刺激源为地热。这样，不再需要从外界给形状记忆合金提供用于变形的能量，方便了操作并且节约了成本。

在本申请中，用语“上游”、“下游”规定为朝向地面的方向为上游而与上游方向相反的方向为下游。用语“切痕”是指卷状体的沿轴向方向的边缘。

与现有技术相比，本发明的优点在于，卷状体与分隔板的接缝为直线，用于焊接操作的空间也较大，便于生产。卷状体也不再需要整根圆管，甚至可以使用板材卷曲而成，节省了材料。分隔板的轴向长度大于卷状体的轴向长度，在母井分支装置下入过程中，分隔板能够防止支管受到碰撞而损坏，从而提高了钻分支井的成功率。另外，本发明的卷状体的材料为形状记忆合金Ti₄₄Ni₄₇Nb₉，这种形状记忆合金的转变温度与地层温度相一致，从而不需要从外界给形状记忆合金提供用于变形的能量，也不需要膨胀工具，方便了操作并且节约了成本。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的母井分支装置在膨胀状态的示意图；

图2是根据本发明的母井分支装置的分支结构件在膨胀状态的立体图；

图3是根据本发明的母井分支装置在压缩状态的示意图；

图4是根据本发明的卷状体的示意图；

图5是根据本发明的分隔板的示意图；

图6是图1中的A-A截面图；

图7是图1中的B-B截面图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的母井分支装置10。母井分支装置10包括接头11，例如可选择为异径接头，在接头11的下游端部安装有分支结构件。在图1所示的实施例中，分支结构件包括两个卷状体12、14。卷状体第一端部16连接于接头11的下游端，第二端部17自由端。分支结构件还包括分隔板50。分隔板50设置在卷状体12、14之间而形成两个支管18、19，如图2所示。在下文中将对支管18、19的结构进行详细描述。

图4示意性地显示了卷状体12的结构。如图4所示，卷状体12可想象为是将圆管的侧壁切去一部分而形成，因此将卷状体12的边缘称之为切痕15。应注意地是，切痕15为直线，并且经过卷状体12的两个端部16和17，也就是所谓的“全剖开结构”。这种“全剖开结构”的卷状体使得不必使用圆管来形成支管，而是甚至可以使用卷曲的板材，从而节省了原料，降低了成本。在一个实施例中，卷状体12构造为其第一端部16的弧长小于其第二端部17的弧长。这种形式的卷状体12使得通过其而形成的支管18的轴线会与接头11的轴线成一定角度，即支管18会偏离于主井眼（未示出）。应当理解地是，卷状体14与卷状体12的形状和结构相同。在安装过程中，应当使卷状体12与卷状体14的轴线以远离彼此的方式而安装，这样形成的两个支管18、19也会远离彼此，这有助于钻分支井。

图5示意性地显示了根据本发明的分隔板50的结构。分隔板50构造为其上游部分为U形结构51，下游部分为实体结构52。在分隔板50的两侧上还可以构造有凸出的装配棱边53（由于视图角度，在图5中仅能显示一侧上的装配棱边53）。在装配状态中，分隔板50一侧上的装配棱边53与卷状体12的切痕15连接在一起，例如焊接在一起。同样地是，分隔板50另一侧上的装配棱边会与卷状体14的切痕连接在一起。这样，卷状体12、14与分隔板50一起形成两个支管18、19。在一个实施例中，分隔板50制作为其轴向长度大于卷状体12或卷状体14的轴向长度，如图2所示，这样在母井分支装置10的下入过程中，分隔板50能够防止支管18和19受到碰撞而损坏，从而提高了钻分支井的成功率。

由于分隔板50的上游部分为U形，而下游部分为实体结构，因此支管18与支管19仅下游部分分开，而上游部分为彼此连通并且与接头11相连通。图6显示了支管18、19和分隔板50的上游部分的横截面，图7显示了支管18、19和分隔板50的下游部分的横截面，从图6和图7中可清楚地看出，支管18、19的上游部分彼此连通，而下游部分彼此间隔开。

下面来描述制造上文所述的母井分支装置10的方法。母井分支装置10的制造方法包括以下步骤：

步骤一：使用形状记忆合金制作卷状体12和14；

步骤二：在形状记忆合金的转变温度之上，将从步骤一中得到的卷状体12和14连接于接头11同时安装分隔板50而形成支管18和19；

步骤三：在形状记忆合金的转变温度之下，压缩连接于接头11的支管18和19。

使用形状记忆合金能够使得被压缩的支管18和19自动膨胀回复到原来的状态，无需使用膨胀工具，因此简化了母井分支装置10的使用，并且降低了其生产成本。在一个实施例中，形状记忆合金选择为钛镍基形状记忆合金。更优选地，钛镍基形状记忆合金为Ti₄₄Ni₄₇Nb₉。这种钛镍基形状记忆合金的转变温度在在60-100℃之间，该温度范围处于2000m-3300m深的井底温度范围内（通常情况下，2000m-3300m深的井底温度范围为60-99℃），因此由这种合金之制备的支管18和19在压缩后能够在地热作用下自动回复到初始状态，不再需要从外界给形状记忆合金提供用于变形的能量，方便了操作并且节约的成本。

下面来描述使用上文所述的母井分支装置10钻分支井的方法。该方法包括以下步骤：

步骤a：钻主井眼（未示出），并且将欲设置母井分支装置10的井段扩大到设定尺寸；

步骤b：将母井分支装置10的支管18、19压缩（如图3所示），然后下入到欲设置母井分支装置10的井段内，并且通过井下刺激源使压缩后的支管18、19膨胀；

步骤c：主井眼固井；

步骤d：通过母井分支装置10钻分支井。

井下刺激源优选为地热。这样不再需要从外界给形状记忆合金提供用于变形的能量，方便了母井分支装置10操作并且节约了成本。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种母井分支装置，包括，

接头，在所述接头的下游端部安装有分支结构件，

其中，所述分支结构件包括至少两个卷状体，以及设置在卷状体之间并且连接于所述卷状体的切痕的分隔板，所述卷状体的第一端部和分隔板的第一端部均连接于所述接头，从而所述卷状体与所述分隔板构成连接于所述接头的支管。

2.根据权利要求1所述的母井分支装置，其特征在于，所述分隔板的轴向长度大于所述卷状体的轴向长度。

3.根据权利要求1或2所述的母井分支装置，其特征在于，至少一个卷状体的材料为形状记忆合金。

4.根据权利要求3所述的母井分支装置，其特征在于，所述形状记忆合金为Ti₄₄Ni₄₇Nb₉。

5.根据上述权利要求中任一项所述的母井分支装置，其特征在于，所述切痕为直线，并且其经过所述卷状体的第一端部和第二端部。

6.根据权利要求5所述的母井分支装置，其特征在于，所述卷状体的第一端部的弧长小于其第二端部的弧长。

7.根据上述权利要求中任一项所述的母井分支装置，其特征在于，所述分隔板构造为其上游部分为U形结构，下游部分为实体结构。

8.一种制造根据上述权利要求中任一项所述的母井分支装置的方法，包括：

步骤一：使用形状记忆合金制作卷状体；

步骤二：在所述形状记忆合金的转变温度之上，将从步骤一中得到的卷状体连接于接头同时安装分隔板而形成支管；

步骤三：在所述形状记忆合金的转变温度之下，压缩连接于接头的支管。

9.一种使用根据上述权利要求中任一项所述的母井分支装置钻分支井的方法，包括：

步骤a：钻主井眼，并且将欲设置母井分支装置的井段扩大到设定尺寸；

步骤b：将母井分支装置的支管压缩后，下入到所述欲设置母井分支装置的井段内，并且通过井下刺激源使压缩后的支管膨胀；

步骤c：主井眼固井；

步骤d：通过所述母井分支装置钻分支井。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中的井下刺激源为地热。