CN104285029B - 用于移动连续管柱的井下方法和可膨胀箍 - Google Patents

Abstract

在使连续管柱下入钻井之前，将伸长的可膨胀箍固定地连接至连续管柱的外表面，用于在钻井套管中的预定的地下位置处的后续的布置。当所述可膨胀箍膨胀后，所述可膨胀箍密封所述连续管柱和所述钻井套管之间的环状空间。从地面注入的液体在膨胀的箍的上表面上产生足够的液压压力，以使所述箍和其连接的连续管柱前进，并且克服其与环绕的壁之间的摩擦阻力，所述摩擦阻力导致所述连续管柱卡住。通过将加压的液体注入膨胀的可膨胀箍的下游的钻井中，由此将力施加至可膨胀箍的面朝井下表面，使得本发明的可膨胀箍还能够用于释放由于弯曲而在岩层中堵塞的连续管柱段。

Description

用于移动连续管柱的井下方法和可膨胀箍

相关申请的交叉参照

本申请要求了2012年3月21日提交的美国临时专利申请No.61/613,571的权益，该专利申请的内容通过引用被并入本发明的说明书。

技术领域

本发明涉及在井下用于移动连续管柱的方法和装置，该连续管柱因为在管的井下端部处的弯曲、卡住和/或大的摩擦力而变得无法移动。

背景技术

通常使用连续管单元(“CTU”)来执行油气井中的修井和激励操作。CTU包括：用于储存和运输连续管柱的连续管卷盘，以及用于起到安装作用的特别配置的卡车。普通的设备使用没有套管的连续管从裸眼水平钻井中收取产出油气。在具有最大范围的水平钻井(也称之为“范围扩大的钻井”)中，由于连续管柱在钻井的裸眼段行进时的弯曲、卡住和弯曲的管和岩层之间的阻力/摩擦力，使得管连续管柱可能不能够抵达钻井的整个深度(TD)。连续管的安装需要卡车或钻机来保持就位，这样的成本很高。但无钻机的操作无法使连续管柱抵达钻井的整个深度，并且因此导致产出低于期望的失败。由于无法抵达钻井的某些段，该局限会导致无用的操作和处理。连续管柱也会在钻井中卡住，使得继续生产的唯一选择就是切割部分连续管柱并将其从钻井中掏出。

用于在不同岩层条件下辅助连续管柱移动的现有技术的方法包括：将化学摩擦调节剂施加至都只在特定的操作窗口工作的管和牵引器。由于摩擦阻力的大小和要抵达的完整的深度，每种方法也有一些局限。牵引器需要额外的驱动以加强对连续管柱的牵引，从而使其抵达更深的深度。这些方法基本上不可应用于裸眼水平钻井设备。

本发明旨在提供针对与在范围扩大的水平裸孔钻井中延伸连续管柱相关联的问题的解决方案，并且是特别针对减缓或甚至阻碍连续管完成安装和/或移除的弯曲、卡住和/或摩擦阻力问题的解决方案。在本说明书和权利要求中，技术术语“连续管”和“连续管柱”可以互相替换地使用。

发明内容

根据本发明的方法和装置，可膨胀箍固定地连接在所述连续管柱上的预定位置处。在使所述连续管柱延伸进入钻井之前，该可膨胀箍安装在所述CTU组件预期可能发生如上文提到的弯曲和卡住的部分的表面处。当该可膨胀箍借助液体或加压的气体(例如空气)膨胀时，该可膨胀箍延展以密封连续管柱和生产管之间的环状空间。该箍能够通过内部端口/内部阀/内部致动器膨胀，所述内部端口/内部阀/内部致动器由注入的流体启动以开启，并且允许流体给所述箍增压从而使其膨胀。所述端口可以类似于商业上可获得的循环阀，该循环阀由连续管柱内部的压力增大而启动以使所述箍膨胀。例如，参见http://www.halliburton.com/public/ts/contents/Date_Sheets/web/H/H07826.pdf中描述的OMNI(TM)DT循环阀，该内容通过引用被并入本发明的说明书中。OMNI(TM)DT循环阀能够作为用于使所述箍膨胀的循环阀使用。此外，如下文描述的，本发明的膨胀阀还能够构成可膨胀箍组件的一部分。在所述箍围绕所述连续管柱膨胀后，所述进口阀关闭，通过使用泵将加压的流体(例如水、柴油或油藏流体)从钻井口或地面注入，以将液体动力施加至可膨胀箍的上表面或面朝井上侧以克服导致连续管柱卡住的摩擦阻力，从而使所述箍和连续管柱进一步前进进入钻井深处。

本发明的可膨胀箍和方法还能够用于通过将加压的液体施加至箍的下表面或面朝井下表面来释放连续管柱的堵塞段，以将管柱沿钻井向地表回退，由此抽回连续管柱的远端部分。该方法能够避免需要切割并抽出管柱的操作，切断并抽出管柱的操作延长了完工的时间并增加了完工的成本。

在已经使所述箍和管柱前进至理想的位置后，可以通过使用保险片或泄压阀实现箍的收缩。该箍还能够通过高于膨胀压力的钻井流体的外部压力收缩。

在另一实施例中，收缩的可膨胀箍连接至连续管，并且下入有孔套管内侧的预定位置，该预定位置位于准备用于水封闭处理的油/水界面的位置。在所述箍膨胀以密封所述环状空间并保护产油区域后，通过连续管引入水封闭处理剂。在水封闭处理完工后，所述箍可以收缩并且和连续管柱一起收回。

附图说明

在下文参考附图将更详细地描述本发明，在附图中，同样或类似的元件用同样的附图标记表示，其中：

图1是在膨胀之前连接至连续管柱的开孔段的本发明的可膨胀箍的剖视侧视图；

图2显示了在可膨胀箍膨胀之前的处于关闭位置的膨胀阀；

图3显示了在可膨胀箍局部膨胀的状态下的处于开启位置的膨胀阀；

图4显示了在可膨胀箍膨胀之后的处于关闭位置的膨胀阀；

图5显示了图1中的可膨胀箍在膨胀之后的状态；

图6是局部剖视的侧视图，其中，所述箍是膨胀的，并且布置在水平钻井的区段的套管的上游内。

图7是局部剖视的侧视图，显示了布置在水平裸眼钻井的所述套管的上游内的膨胀的箍，该膨胀的箍起到释放连续管柱的弯曲和卡住段的作用；以及

图8是局部剖视的侧视图，显示了布置在产油区域内的膨胀的箍，用于密封水区域。

具体实施方式

参考图1，本发明的可膨胀箍20显示为在收缩状态下固定地连接至连续管柱10的区段。该箍能够通过表面处的一体部分、螺纹或器具接头连接至连续管柱。该箍能够借助螺纹连接件或拼接器具连接。在另一实施例中，该箍能够通过使用在连续管柱两侧上的狭槽或槽口连接。

可膨胀箍可以由强化橡胶或用于制造机械套管件的类型的其他弹性体(例如合成橡胶或聚合物材料)制成。该箍也可以借助纤维和/或金属强化。所述箍的材料的厚度根据钻井中的预期的压力差而定。该材料的厚度选择为承受钻井中预期的压力。收缩的箍20的标称外径小于连续管柱10将要延伸穿过的钻井管道或套管40的直径，使得该箍能够在没有妨碍或显著的摩擦阻力的情况下下入理想的位置。

现在参考图2至4显示的实施例，一对膨胀阀13、14安装在连续管柱10的壁上的孔12内，用于控制孔的开启和关闭。尽管在该示例中只安装了两个膨胀阀，但膨胀阀的数量可以是任意的，比如一个、两个、三个或更多个。优选地，至少使用两个膨胀阀以防其中一个阀遭遇机械故障或被碎屑卡住的情况。所述膨胀阀是L形的，并且包括第一腿部分13A、14A，以及第二腿部分13B、14B。每个膨胀阀可围绕销或其他枢轴装置旋转。在图2中，在可膨胀箍20膨胀之前，膨胀阀13、14处于关闭位置，在该关闭位置中，第二腿部分13B、14B密封孔12。借助于使加压的流体(例如通过在连续管柱10的壁上形成的与所述箍内部流体联通的孔12的液体)通过来使所述箍20膨胀。密封球25显示为布置在膨胀阀13、14的上方。在图3中，密封球25顺流前进并经过膨胀阀13、14。该密封球25具有预定的直径，使得当其经过膨胀阀13、14时，密封球通过推动第一腿部分13A、14A使阀旋转来启动所述阀。该操作随后开启孔12，并且允许注入的流体给可膨胀箍20增压。在图4中，所述阀显示为处于关闭位置，由此第一腿部分13A、14A密封孔12以留住(return)可膨胀箍20内的加压流体。所述阀将在使所述箍膨胀的注入流体的压力作用下关闭。所述阀将在高于给所述箍增压的所需压力的预定压力下关闭。换而言之，所述阀用作压力控制阀，所述阀响应注入流体的压力变化来开启和关闭。

现在参考图5，可膨胀箍显示为已膨胀的构造。该可膨胀箍20能够通过使密封球25从地表落下以封闭连续管柱喷嘴15的开口而膨胀。在连续管柱的位于可膨胀箍组件下方的一部分具有较小的直径，使得密封球停止在该管柱的较小的直径处，从而密封连续管柱的喷嘴的远端开口。该密封允许液压流体30(例如水或柴油)被泵入所述管柱并穿过连续管柱10内的孔12而使箍20膨胀。在显示的实施例中，可膨胀箍20是圆柱形的。然而，可膨胀箍20可以是其他形状，例如球形或椭圆形。膨胀压力足以使箍20膨胀以密封连续管柱和生产管道之间的环状空间。

如图6所示，所述箍已经通过例如上文讨论的液压流体膨胀，并且被布置在水平钻井45的拐角46的管道上游处。连续管柱11的端部被布置在水平钻井45的裸眼部分处。当流体50被泵进钻井管道或套管40和连续管柱10之间的环状空间时，流体50将液压压力施加于可膨胀箍20的上表面。该力起到使所述箍前进的作用，并且由此使连续管柱11的远端进入水平钻井45以抵达最大的深度，并且克服可能阻碍连续管柱前进的摩擦力。可膨胀箍还用于使连续管柱10位于管道40的中心的位置。注入的流体50的压力能够容易地由操作者从地面进行控制。根据图6还需要理解的是，在保持液体50压头的液压压力的同时，能够使可膨胀箍20前进至套管或生产管道40的端部。

图7示意性地显示了与图6类似的裸眼钻井，但在该裸眼钻井中，连续管柱10的端部部分已经弯曲并且卡住至其无法进一步前进进入裸眼的程度。如图所示，可膨胀箍20布置在管道40内用于释放在水平钻井45内已经堵塞的连续管柱10，以避免需要切割并抽出管柱的操作。万一连续管柱10由于在长的水平钻井45内的弯曲或摩擦而堵塞，可以通过连续管柱的喷嘴15注入流体或润滑剂30。如图7所示，加压的注入流体30将施加液压压力至可膨胀箍20的下表面，以使该组件沿管道40向上移动并辅助撤回管柱10，由此通过使用在管柱的张紧极限内的牵引力而从地面拉动连续管柱10。

在图8中示意性地显示了本发明的所述方法的另一实施例，其中，可膨胀箍布置在产油区域70和产水区域80之间。可膨胀箍20能够和连续管柱10一起使用以隔离预定的区域之间的生产管道或衬套，该生产管道或衬套在对在下面的区域进行注入处理时需要被保护。在显示的示例中，例如使用水泥浆或胶化聚酯溶液的水密封处理剂90用于密封产水区域80，该产水区域位于产油区域70的下方。可膨胀箍20用于在水密封处理剂90通过连续管柱10内部注入的同时暂时地隔离产油区域70。密封处理剂90随后从喷嘴15排出，并且被排放进入孔套管40并进入产水区域，在该处封闭处理剂90固化并阻止水从区域80流动进入套管。在将封闭处理剂90泵入后，箍20收缩，并且将连续管柱10从钻孔抽出。在产水区域已经通过该方法被密封后，钻井将仅从产油区域70进行生产，而没有来自在下面的水区域80的不期望的水产出。

在显示的实施例中，单个的可膨胀箍连接至连续管柱。在另一实施例中，并且特别是当在深钻井中使用时，可以将多个可膨胀箍在多个预定的位置处连接至连续管柱。本发明的可膨胀箍能够在裸眼井和套管井中使用。

从上文中可以看出，上文显示的问题以特别高效、简单并低成本的方式得到了解决，同时本发明为使用者提供了相当显著的有利之处。

上文公开的内容旨在是说明性的，而非列举了所有的情况。本文进行的描述将包含本领域技术人员可以做出的多种改进、变型和可替代方案，而不脱离本发明的范围。本领域的技术人员可以识别出上文描述的实施例的其他功能等效件。因此，本发明的范围不局限于本文的说明书和附图。

Claims (15)

1.一种用于使连续管柱相对于钻井套管移动的方法，所述连续管柱被布置在所述钻井套管内，所述方法包括：

a.将可膨胀箍在所述连续管柱上的预定位置处固定至所述连续管柱，在该预定位置处，所述连续管柱的壁被穿孔以允许流体通过；

b.将所述连续管柱和可膨胀箍布置在所述钻井套管中；

c.将加压流体泵送到所述连续管柱中，以通过所述连续管柱的孔，从而使所述可膨胀箍膨胀并在所述钻井套管的内壁和所述连续管柱之间形成不透流体的密封；

d.将加压液体注入所述钻井套管和连续管柱之间的环状空间中，以沿一方向接触已膨胀的所述可膨胀箍的表面，并沿该方向将力施加于已膨胀的所述可膨胀箍的所述表面，该力足以使已膨胀的所述可膨胀箍和所连接的所述连续管柱相对所述钻井套管沿施加的力方向移动。

2.一种用于释放在钻井套管中卡住的连续管柱的方法，所述方法包括：

a.将可膨胀箍在预定位置处固定至所述连续管柱上，该预定位置相对于所述连续管柱的面朝井下端部偏置，并且在该预定位置处，所述管柱的壁被穿孔以允许流体通过；

b.使所述连续管柱和可膨胀箍下入所述钻井套管中；

c.将加压流体泵送到所述卡住的连续管柱中，以通过所述连续管柱的孔，从而使所述可膨胀箍膨胀并在所述钻井套管和所述连续管柱之间形成不透流体的密封；

d.将加压液体注入所述卡住的连续管柱，并从所述卡住的连续管柱的敞开的面朝井下端部释放所述加压液体，以填充所述井眼以及在所述钻井套管和所述连续管柱之间的环状空间，并施加压力到所述井眼以及在所述钻井套管和所述连续管柱之间的环状空间，以使所述加压液体沿一方向接触已膨胀的所述可膨胀箍的面朝井下表面，并将力施加于已膨胀的所述可膨胀箍的所述面朝井下表面，所述力足以使已膨胀的所述可膨胀箍和所连接的所述连续管柱相对于所述钻井套管沿施加力的方向移动。

3.一种在水封闭处理过程中隔离有孔钻井套管的、在产油区域和产水区域之间的区段的方法，所述方法包括：

a.根据所述产油区域和产水区域之间的界面的深度，将可膨胀箍在预定位置处固定至连续管柱上，在该预定位置处，所述管柱的壁被穿孔以允许流体通过；

b.下入所述连续管柱以将所述可膨胀箍布置在与所述界面相对应的深度处；

c.将加压流体泵送到所述连续管柱中，以通过所述连续管柱的孔，从而使所述可膨胀箍膨胀并在所述有孔钻井套管和所述连续管柱之间形成不透流体的密封；

d.通过所述连续管柱将水封闭组合物注入进环绕所述连续管柱的区域，以密封所述产水区域；以及

e.使油产出到所述有孔钻井套管的、被已膨胀的所述可膨胀箍密封的密封部分之上的所述有孔钻井套管。

4.一种用于使连续管柱相对于钻井套管移动的可膨胀箍组件，所述连续管柱布置在所述钻井套管中，所述可膨胀箍组件包括：

a.可膨胀箍，所述可膨胀箍在预定位置处固定至所述连续管柱的外表面，使得所述可膨胀箍围绕所述连续管柱的壁上的至少一个孔；以及

b.布置在所述连续管柱的壁上的至少一个孔内的至少一个阀，其中，所述至少一个阀能够在关闭位置和开启位置之间移动，

其中，当所述至少一个阀位于开启位置时，被泵入所述连续管柱的加压流体穿过所述至少一个孔，并且使所述可膨胀箍膨胀并密封所述连续管柱和所述钻井套管之间的环状空间。

5.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述至少一个阀是L型的并且包括第一腿部分和第二腿部分。

6.根据权利要求5所述的可膨胀箍组件，所述可膨胀箍组件还包括：枢轴装置，所述枢轴装置用于将所述至少一个阀可操作地固定在所述连续管柱的壁上的所述至少一个孔内，以便使所述至少一个阀从关闭位置移动至开启位置。

7.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述至少一个阀是响应于所述连续管柱中流体的压力的预定变化而开启和关闭的压力控制阀。

8.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述至少一个阀包括两个阀。

9.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，所述可膨胀箍组件还包括：

a.密封球；以及

b.在所述连续管柱的远端的开口；

其中，所述密封球用于通过一段所述连续管柱并与所述连续管柱的远端的所述开口接触。

10.根据权利要求9所述的可膨胀箍组件，其中，所述密封球具有预定的直径，使得在所述密封球从所述连续管柱的近端移动至所述连续管柱的远端的同时，所述密封球在所述密封球经过所述至少一个阀时与所述至少一个阀接触。

11.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述可膨胀箍是圆柱形的。

12.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述可膨胀箍是球形的。

13.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述可膨胀箍是椭圆形的。

14.根据权利要求4所述的可膨胀箍组件，其中，所述可膨胀箍包括弹性体材料。

15.根据权利要求14所述的可膨胀箍组件，其中，所述弹性体材料是纤维增强材料。