CN1053278A - 油井套管浮动装置和方法 - Google Patents

Abstract

一个带孔的浮鞋(5)和一个止塞箍(6)被连接在 一段套管柱(4)的第一端，一个滑动阻气插接件(20) 被连接在其另一端。上述阻气插接件(20)包括一条 流体通道(24)，它被一个堵塞(22)堵住，靠安全销固 定在插接件(20)上，或者该阻气插入件是一个充气插 接件(55)，它具有一个提供通向上述第一端的流体通 道的导管(60)。阻气插入件和浮鞋形成了在套管柱 (4)里的空气室(12a或12b)。空气室在下管、水泥 灌浆或其它下套管作业时提供一个在井筒(2)里的浮 力，减少了下套管的阻力和套管(4)局部受阻塞的相 对几率。在水泥灌装期间，它也进行往复运动和转 动，省去了分开的取出工序。

Description

本发明涉及钻井和完井的设备和工艺，特别是在油、气井或其它井的完井过程中，涉及一种在外延井中置放套管和套管柱的方法和设备。

许多完井过程涉及把套管或套管柱下入井筒的一部分。在一些外延井中，例如从平台或“岛”上钻的井，必须把套管柱置放进斜井的倾斜钻出的部分（如，带偏斜角的）。该倾斜的井段位于倾角较小的起始井段（顶部）下面。这些斜井的角度（相对于垂直线）接近90°（如，水平方向），并且有时超过90°角。结果使井底部横向偏离井顶一大段距离。现有技术允许井身在几乎任意一个角度上延伸。但目前的完井方法有实际问题，特别是关于在距离长且斜度大的井段上置放套管或套管柱时有问题。

套管或套管柱被放在一个预先钻出的井孔中，使原用于钻孔的钻具和钻头旋转，从而减少阻力，该阻力阻碍管柱滑入井孔。将套管和套管柱的直径和长度设计成大于或重于钻具的长度和重量。由于这个原因，转动套管和套管柱所需的扭矩能够大于管子本身的抗扭强度，或大于有效转动扭矩。因此，不用减少阻力的转动就将套管或套管柱正常下入井孔内。

在偏斜井中下套管的结果，其阻力必然大大地增加。一个斜井井段被限定为相对铅垂或重力方向、具有明显的偏斜角度轴线的井段。在套管和套管柱被下入一个斜井或有阻力的井的过程中，可能未达到规定安装深度前就被局部堵住，尤其是如果偏斜角度超过了临界角度，在此处的套管和套管柱的重量将产生更大的阻力，大于使套管和套管柱朝下滑动的重力分力。如果不能施加足够的附加力（向上或向下），结果会造成管子填塞，使井可能明显损失。即使管子不堵塞，用来克服高阻力所需的外力也对管子产生一系列的危险。这些问题特别出现在具有长距离的、近于水平（如近90°的偏斜角）的井段中。

为了从致密的和薄的油层中开采流体，或者为了在开采地表面受限制的地方开采流体，就需要用长距离而且接近水平的井段。例如：在不许有海上钻井平台或者其成本昂贵时，从海岸工地向若干公里远的海底油层钻探的能力可以表示不能利用的地区和生产地区之间的差别。

即使对于开采表面（或可钻孔率）不成问题的油层，由于产量高，长距离近水平的井段也可能是经济上所需要的。用水平井从地层中生产来自邻近油层的不要的流体（如油田中的水/气体），可以获得较高的生产率。水平井段一般出现在竖井里，如锥形出现。

为了克服斜井中增加的阻力，普通下套管和套管柱的方法不是用1）增加向下的力，就是2）减少摩擦系数，如通过润滑。一种改变前进附加力的方法是提供撞击器向下传递振动和除附加静力以外的冲击。

无论如何，仅有一个有限的向下的力可被施加于管柱，过大的向下的力使管柱（一般被支承在井的顶部）变成一个高压件，压缩趋向使管段变形，还进一步增加阻力（假设沿井筒横向支承），或引起套管结构损坏（如果横向不支承）。另外，大量的增加向下的力是不实际的。

普通润滑或降低摩擦系数的方法的影响同样是有限的，因为摩擦系数不可能降低到零。这些润滑方法特别允许长套管柱被下入一个斜井。不论怎样，随着润滑的长套管柱下入斜井中，不可承受的阻力还会产生。即使采用了润滑方法，在短斜井中，一些井孔的几何的和钻成的表面也可产生阻碍（高阻力）。

一种将管柱下入偏斜而且充满液体的井孔中的方法是公知的，该方法被公开在美国专利4384616号上，在提供一个装置填塞套管在的端部后，用低密度、可混合的流体充满被填塞的部分，以便提供一个浮力。该低密度流体同井孔的流体和地层构造的流体和地层构造的流体是可混合的。当使堵塞部分的流体排入地层/井筒时，需要其可混合性以避免“打嗝”、“井涌”、或者形成套管外的流体层。在向井筒里置放或送入封堵器时，钻井泥浆不可能被循环使用。在送封堵器进入井孔后，封塞被钻出、并将低密度流体输入井筒与套管间的环形空间。进一步下套管工作被完成（如水泥灌浆），并不需低密度流体提供浮力。

已知的套管浮动方法增加了危险和完井工序，尤其是在需水泥灌浆的情况下。与地层和井筒流体相容的低密度流体必须在水泥灌浆之前被循环取出。这需要在套管和套管柱的水泥灌浆之前钻出封堵，在上述灌浆之后还反复要第二回钻出（已固结的残留的水泥），这种多步钻进使完井代价高、还使套管柱和地层构造的损坏危险加大了。

在现有方法中没有发明者的不用多步完井工序就可使套管柱浮动下入高阻力的斜井方法。可混合流体的成本和多步完井工序显然使现有的流体浮动方法很少有或没有工业实际应用。

为了让长管柱在外延井段中被置放和完成，需要一个简单的浮动设备和方法，它应该是安全、实用和成本低的。

本发明提供了一个浮动塞堵装置和方法用来将一个套管或套管柱下入一个高阻力的斜井孔中，而不需在水泥灌浆工序之前移去该塞堵装置。在第一实施例中，一个浮鞋/浮箍和一个安全销固定的塞堵插接件，把空气（或其它低密度流体，不必是与地层或井孔流体可混合的）关闭在已经下入斜井孔的部分套管柱里面，在一个充满液体的井筒里将套管柱下到所需要的安装深度之后，在插接件中的一个封闭的孔口被打开，让空气排出到地表上。在标准的水泥灌浆工序中，一个下水泥滑塞，受压强导引，迫使该塞堵和插接件在套管柱中象活塞一样滑动，向下插接进入一个下定位箍。该插接的塞堵/插接件/下定位箍形成一个单一的可钻孔组件。该组件在正常的灌浆后钻出的过程中被移去，避免了多次钻进工序。

使用这个第一实施例的方法，使一个浮鞋/或浮箍（具有一个闸阀或单向阀）和一个下定位箍，与套管的被空气充满的浮动部分的一端结合。当套管低于被流体充满的井简中的初始小角度井段入口时，该浮鞋或浮箍防止流体回流。一个连接在套管上部的插接件构成浮动部分的另一端。该插接件包括一个可卸塞堵（由第一组安全销连接）去堵住在插接件件体中的一条通路并挡住空气。当套管被下到一个足够浮动的长度时，该塞堵插接件部分接合进具有第二组安全销的套管里并被销住，当套管柱被浸入在充满液体的井筒中时，为了增加管柱的浮力，将空气封闭，以形成一个浮室。

该浮力减少了有效重量，通过由有效重量减少所产生的阻力减少，帮助套管下到安装深度。在安装套管柱之后，已增加的套管柱内的压力使第一组安全销剪断，打开通路，这样在允许泥浆向下流入的过程中，空气从套管中排出。在泥浆循环之后，将水泥泥浆泵入井底，用下水泥塞使其与水泥浆分隔开，这个下水泥塞与插接件的开口相接合，并剪切了第二组安全销，剪切卸下原配合的塞堵和插接结合件向井底运动，随后该结合件松开了，插入下定位箍，构成一可钻的单一组件。一个上水泥塞（分离水泥泥浆和其它的流体）也可以被应用。一个跨过上水泥塞的压差迫使水泥泥浆流出，向上进入井筒/套管柱间的环形部分。在一般的水泥灌浆后的工序中，该组件（和水泥塞，如果被采用了的活）被钻出。

该带孔的和可滑动的空气阻挡插接件允许通过控制套管柱有效重量的减少，而不是通过增加重量或减少摩擦系数，简化在斜井孔中下长套管的工序。实现浮动不需要1）应用一种可混合的低密度流体或2）在对套管水泥灌浆之前分别移走塞堵。

另一实施例在将要放入井孔的套管柱的部分的两端之间也形成一个浮动室（如在一个浮鞋和一个插接件/塞堵之间），但该浮动室的两端附加一个导管，当考虑到在浮动室内的导管的附加空间和重量时，能够获得足够的浮力时，优先选用该实施例。在低密度流体被挡在导管外以增加浮力时，导管和套管柱形成一个环形浮动室，该导管（由浮动室环绕）在下套管和其它后续操作过程中，特别是在水泥灌浆过程中，允许钻井泥浆和其它液体循环。

这些方法和装置具有附加好处：允许合理地使用一个起重负荷较轻的起重机（因为最大有效悬重由于浮力作用而减轻）。而且可能增加套管柱（套管和套管柱）的安装深度，因为阻力减小了。

图1是一个浮动装置的剖视图，该装置用于在下管过程中提供浮动套管或套管柱的力;

图2是浮动装置另一个实施例的侧视图，它处于安装过程中;

图3a至3f是该装置在完井工作的动作的简单示意图;

图4表示装配件的阻气器部分，是侧局部剖示图。

图5表示另一实施例的侧剖视图;

图6为该浮动装置试验结果曲线图;

图7为与图2相似的侧视图，只是在安装中改变了空气环形件的实施例。

图1表示了将套管和套管柱下入一个充满流体的井筒2（或岩洞）中的实施例，把套管和套管柱4部分放在已钻成的井筒2顶部，或放在其倾角小的井段（为了清楚，在图上没表示倾角较小或大的井段），套管或套管柱4的底端3与一浮鞋5相接合。该浮鞋5包括一个朝外向下打开的阀门或单向阀6，在置放或下套管的过程中（见图1所示向下A方向），这个阀门6防止第一种流体或井筒流体7回流进入井筒2，该闸阀或球阀6可以是弹簧形式的、或是其它偏压紧闭防止流动形式的，但它允许受压流体向外流出（沿方向向下）。如果在套管柱4内的压力能够克服阀座的力和井筒流体的压力，则流体向外流出。

可卸的可胀桥（中封隔器）8位于套管含有空气的另一端（第二端或顶端），该套管在装满液体的井筒2内浮动。可胀桥塞包括一个圆柱形的实心件9和一个弹性储能器胶囊（或薄膜）10，带有压力的胶囊10通过孔11将空气或其它浮动流体封闭在可胀桥塞8下面的浮动室12内，并防止第三种流体或非浮动流体从桥塞8的上边进入室12中。

图1表示胶囊10处于完全胀开的状态。膨胀是通过经杆14中的排气孔15、提供压缩空气或其它第二种压缩流体完成的。（空气源没有示出）。膨胀孔使浮动室12受压，以防止套管柱在下入井筒的过程中被损坏。在膨胀之后，推动或转动杆14可关闭空气排出孔15，并且切断膨胀源。

该井筒流体7是一种单一浓度的钻井泥浆，但也可以是一种不同浓度的液体混合物或由几个不同密度液体组成的液体层。在井筒中的多种密度允许一个浮动室12在不同的部分具有不同的浮力，该井筒的不同部分接近不同密度的井筒流体。这很能适合高阻力井段和倾角变化的井段的要求。

从浮动室12一端的浮鞋5到其另一端的可胀桥塞8之间的距离是可变化的，以便控制产生的浮力。可胀桥塞8的移动，改变了作用在“浮动”套管柱部分封闭室12上的浮力。在套管柱一端进入井筒2之前安装上述浮鞋5。为了控制使套管下入井筒的力而选择浮动室或套管柱内孔的长度。在安装“浮动”套管柱部分下入井筒2之后，可胀桥塞8受压力作用的胶囊与管子密封接触。

随后，如果需要在孔中进一步调节和改变浮力也可以在井筒中再次移动该桥塞。这对于弯曲的管子通过弧形的井孔部分是有用的。（例如，置放套管穿过一个外延井的建造井段）。在不垂直的井筒中，浮力可以提供弯曲力（如，在弯向水平方向的斜井里，浮力超过套管柱浮动部分的重量，该浮动部分位于不浮动部分之前），而且移动可胀桥塞可以调节这个弯曲力，以适于特殊的倾斜/扭弯/弯曲的需要。

封闭室12的套管柱，其直径和横截面的厚度（和相应的重量）可以被调整到相当于被排出的井孔流体7的重量。这产生了一个平衡的浮力，结果若要不考虑倾斜和方向的变化，这个浮动面没有向上或向下的力作用于井壁上。即使平衡的浮力是不令人满意的，也能够显著减小，选择套管/套管柱可控实际（浮动）重量，以及在安装工作过程中产生的任何阻力。这样减小了的最大实际重量可以允许采用一个起重负荷较小的起重机或较小的钻塔，或者使用较大的上述设备而安全性增加了。

在桥塞8之上的套管柱残余部分被第三种或较重的流体填充，例如：钻井泥浆。其余的不浮动部分的实际重量较大，迫使浮动空心套管部分进入井筒2的其它部分（如，具有较大的斜角），这些其它井部分的方向可以接近水平方向。

该不浮动部分可以伸到地表面，例如用较重的流体13填充套管柱的其余部分。在一些应用和实施中，套管柱的安装可以要求在套管柱中有第二个或多个浮动部分，用别的桥塞子分隔开，尤其是用在具有不同倾角的斜井段上。

在套管被下到安装深度时，将一个收回装置下到钻管的另一端，并抓住收回杆14。通过作用锁在或拧在吊杆14上的提升爪，将孔15打开。在另一实施例中，该孔15可以被遥控，这些打开的排出孔15允许密度较大的流体13、室12中的密度较低的流体（空气）交换位置。然后通过扭转和/或推动吊杆14使桥塞8排气。

另一个实施例能分别使室增压/排出和使胶囊充气/排气。如果该套管柱径得起不同的压力，室内可以不加压。在这个实施例中，用在充入胶囊和压力室的流体也可以被分隔开。（这个实施例中的流体是水）。

环绕过和/或穿过桥塞8的流体让室12里的空气上升，并从地表面上套管4的里面排出去。流体流过桥塞8也使室12充满密度较大（或不浮动的）流体13。较重的流体13是一种标准的钻井泥浆，也可以是另一种具有大于在室12里第二种流体密度的、密度较大的流体。将流体排出后，钻管和桥塞8可以从套管4上卸下来。而且可以开始一般水泥灌浆过程。

一个节流浮箍5a用作多余流体涌入阻挡装置，这个节流浮箍5a与上述浮鞋5的结构相似，它包括一个闸板或止回阀6，防止井筒流体7进入充满空气的室。该节流浮箍5a被装在管子内部靠近浮鞋5处。如果设移走可胀桥塞，浮箍5a的接合部和顶箍的接触面以及桥塞8的底面都设计成卡钳形，从而在水泥灌浆后钻出工序期间，防止接触面滑动或转动。

另一实施例也具有一个代表浮鞋5的节流浮箍5a（与剩余部相对照），或靠近浮箍5a附加一个内接合止塞箍16（见图2）上，因为浮箍5a接触套管柱4的里面，而不在套管4的端部。所以上述浮箍5a到套管末端也可以形成一个浮动空间。

附图2表示一个装置的另一实施例的剖视图，该装置用于在下管过程中将套管和套管柱的一部分浮动起来。一个内接合的止塞箍16在靠近塞12a内的浮箍/浮鞋端与套管和套管柱4连接。止塞箍16包括一个螺纹孔或阻塞孔17（在图2中用虚线表示），它与另一个螺纹柱或阻塞柱18相配合，该阻塞柱18是属于阻气器20的放气桥塞座29上的部分。

具有活塞形状的阻气器20也包括一个放气塞堵22（为了清晰用虚线表示），第一组安全销23，将放气塞堵22固定在内孔24上（用虚线表示），该孔24是桥塞座19的内通道。第二组安全销21或保持器将桥塞座19固定在套管/套管柱4上。塞堵22和内孔24的尺寸和形状使得剪切后的塞堵22沿A向下滑向阻塞柱18（A方向是朝井底的，不必垂直向下）。在塞堵22向下运动后，内孔24是与室12a下部（穿过槽形孔25）流体相连，还同在移动后的塞堵22上面的非浮动流体13的流体连通。上述横向槽孔25允许流体在内孔24的下部和室12a之间往复流过（流体流动以实线和虚线的箭头表示）。选择堵塞22的高度应小于槽孔25的高度，从而让流体流入这较低的部分。一个篮形物26接近阻气器20的底部，当通道中的安全销23被剪切和堵塞22在流体压力下从上向下运动时，篮形物26起到堵塞22定位器的作用。

在从室12a中通过孔24排出原来被封闭的空气之后，用钻井泥浆填充室12a。而且它循环到地层/套管的圆环空间里（见图3），将水泥泥浆导入阻气器20这上的套管。一个下水泥塞27将在塞27之上的水泥与阻气器20之上的钻井泥浆13隔开。第三组安全销30将内水泥塞29和下水泥塞27的一个塞孔28连接（以虚线表示）。该内水泥塞29防止流体在水泥塞27的上下流通，直到内水泥塞29从塞孔28上移开（如被剪切）。

从地表面压力源供应的压力流体产生了跨过水泥塞27的压力差，该压力差使塞27（在A方向上）朝着阻气器20运动。当元件水泥塞27到达元件阻气器20上面时，这两个元件结合在一起，它们结合后可以作为一个单件滑动。当增加了水泥塞27上下的压力差时，将产生一个破坏堵塞安全销21的力，然后水泥塞27和阻气器20作为一个单件将滑向止塞箍16。在到达止塞箍16时，进一步加大了压力差，从而使安全销30断裂。在水泥塞27上的水泥泥浆可以循环通过止塞箍16、浮动法兰（如果安装了的话，图末示）和浮鞋5（见图1）进入井筒2和套筒4之间的环形空间。

每一组安全销的选择应能在增大了的压力差下断裂，这些压力高于在套管内的正常工作液压。另一实施例中使用了一个（不同）压力增量为34个大气压（500磅/英寸²），以防止偶然的致动（剪切）。因此第一组安全销23在比液压高大约34个大气压（500磅/英寸²）下断裂，（让空气排出并使泥浆循环），第二组安全销21（让活塞式阻气器运动）被调整到比液压高大约68个大气压（1000磅/英寸²），第三组安全销30（让水泥泥浆流动）被调整到大比液压高大约102个大气压（1500磅/英寸²）。

附图3a至3f表示图2所示可替换的装置在斜井孔2中进行完井作业期间的变化的简单示意图，当倾角“i”（图3a所示斜井段中心线与垂直线之间的夹角）接近很大的值（近似水平）时，需要一个防止流体流向充满气体的室的底部的正排量装置，如浮鞋5。斜角较小的井可以不使用浮鞋，但它取决于流体的密度差和缺乏流体混合性以便限制回流到浮动部分内部。较大的角度“i”也能指出需要置入套管进入井中的浮动方法。

套管在具有较大倾角“i”的井筒中工作，其被卡住的危险性最大，在一个倾角处于或超过临界角和摩擦系数时，同管段产生的阻力等于或大于使管段趋向滑入井孔的策略分量。为了让摩擦系数在0.2到0.5的范围内，其相对临界角范围从78.7度到63.4度。因此在一个足够长的距离内，当井倾斜角“i”大于这些临界值时，则指定采用浮动方法。

图3a表示把套管柱4安装在斜井筒2中时装置的初始位置，室口在浮鞋5和阻气器20之间包含止塞16。该放气堵塞22（以深色表示）被安全销连接于阻气器20（见图2）。在套管件插入具有钻井泥浆7的井孔2的过程中，室12a包含封闭的空气或其它低密度的流体，以增加浮力。在这个实施例中，钻井泥浆7也是非浮动流体（见图1的件13）存在于阻气器20之上，在一个不浮动的孔腔31之中（或高密度流体填充的）为控制浮力大小及接近室12a的套管4的有效重量，可以调节装置的几何形状和泥浆浓度。

图3b表示图3a的设备在破坏了第一组安全销23（见图2）后的状态和放气堵塞22的运动情况。在阻气器20上的压力增量使第一组安全销被剪切。除了放气堵塞22诸元件的位置不变化外，该剪切分离的放气堵塞22可以被偏压和/或受压力作用滑向室12a，以便打开孔25（见图2）。开着的孔25允许流体在空气室12a和不浮动（如，充满密度大的流体）孔腔31之间流动。由于有流体密度的变化，以及内孔24的形状，井筒2的朝下斜的方法和通过内孔24到地表面的流体通路，使得空气在套管和套管柱中人室12a向上迁移，结果它在地表面上被排出。大于90°斜角的井段需要从室12a正向排出空气。如图3b所示，在先受重负荷作用的孔腔31里，钻井泥浆7和移动的空气形成泥浆空气分界面32。以前有浮力的腔12a现在充满了钻井泥浆7。

另一实施例提供了多个内孔24和多个堵塞22。该例将保证在不同方向上流体的移动/排出，如至少有一个内孔主要用于向地表面排出空气，其余的用来使钻井泥浆进入室12a。

图3c表示图3b的装置在空气（在泥浆气体界面之上见图3b）被排列地表面（图末示，为清楚起见），并且被钻井泥浆7替换，除钻井泥浆7完全充满套管柱内部以及套管/套管柱4和井筒2之间的循环空间之外，该装置的位置没变化，现在泥浆能循环使用了。如果需要清理井和其它原因，不会“打嗝”或“井涌”。

图3d在安装和泵送一个下水泥塞27（如堵塞在套管内运动时擦过管内表面）去覆盖配合阻气器20，在下水泥塞27之上是水泥泥浆33。在套管4内的位于阻气器20上面的钻井泥浆7通过阻气器内的内孔24（见图2），进入止塞箍16和浮鞋5的（见图1）闸阀6被排出。为了限制和分离水泥泥浆33的固定量的上限，一个上水泥塞34浆水泥泥浆33封堵在两个滑动和密封的堵塞之间。

当接近内堵塞29的下水泥塞27的孔部分受到一个压力差的作用，与阻气器20的内孔24配合（见图2），这个下水泥塞27和阻气器20的配合，进一步增加了该配合组件上下的压差，将剪切力施加到第二组安全销21上（见图2）。

图3e表示在第二组安全销21断裂之后装置的状态，该组销是将阻气器20固接在套管4上。图示被释放的阻气器20和下水泥塞27已被送到底，并被插接式螺纹啮合在止塞箍16上，从防止下落的装配件的转动。堵塞29有将水泥泥浆33封在止塞箍16上的下落的装配件和顶水泥塞34之间。预先包含在室12a（见图3d）的钻井泥浆7通过止塞箍16和浮鞋5的闸阀6已经被排出进入井孔2和套管/套管柱4之间的环形空间，排出的钻井泥浆继续流入浮鞋5直至顶水泥塞34与上述装配件结合。用另一个压力增量趋向于使第三组固定堵塞29的安全销30（见图2）断裂。

图3f表示已连到装配件上上水泥塞34并且水泥泥浆33几乎全部从套筒4中排出进入套管/套筒柱4和井孔2之间的环形空间。剪切和移动水泥塞，允许水泥通过下水泥塞27和开槽的孔25（见图2）流到闸阀6到套筒4和井筒2之间的环形空间，受压的水泥流也引起上水泥塞34滑动且与下水泥塞27相接触。水泥泥浆分界面35（原先被下水泥27分开）现在处于套筒4和井筒2间的环形空间里。一部分水泥泥浆33留在装配件和浮鞋5之间。这残留的水泥用一般的水泥打孔工序（未表示）被钻出（在固结后）。

图4为一个侧半剖视图，表示在套管柱4中一个接头里已配合的下水泥塞27和被销钉住的阻气器20的装配体。在井筒2内的套管柱4（图表示了1/4）段）由许多管段36组成，它们的每一端用一根轴（或管）箍37连接，该管箍37上有内螺纹与管段36上的外螺纹相啮合。图示的套管柱接头是典型的用管段联接的套管柱。另一种套管柱也可以不同相互联接的管段，从而不需要管箍37。

所示管子与放气堵塞19部分靠第二组安全销21相连接，该堵塞19属于阻气器20。阻气器20也包含一对被夹持的O型密封环38，与套管柱4内部形成流体滑动密封连接。内孔24（见图2）包括一个起始螺纹部分39，一个与孔24配合的圆柱形水泥塞和一个放气堵塞的圆柱形孔41。

堵塞22靠第一组安全销23（图4所示）保持固定。提供一个足够的压力差切断堵塞安全销23，并且堵塞22滑落碰到有通孔的篮形物42为止（与图2的篮形物26相似），塞22还包括一个O型环密封塞43。当塞22销接于初始位置时，它与孔24的圆柱塞部分41形成一流体紧密滑动密封（见图2）。该篮形物42制动并防止堵塞22的进一步运动和损失。篮形物42的通孔和孔25让流体经过移动的堵塞22周围流动。

阻气器20还包括一个插接凸起18，在第二组安全销被破坏，且组装件移向止塞箍16后，它和止塞箍16相配合（见图3），当该组装件（可胀堵塞，阻气器和止塞箍）被钻出时，该凸起18和插槽或螺纹39可防止组装件转动。

下水泥塞27（见侧视图中套管柱4的剖开部分）包括一个组弹性皮碗擦管器44，一个外螺纹或插接件45（同阻气器20的内螺纹或插部39可螺旋地配合），一对弹性擦管器O型环46（见支承在通道40内表面上的阴影部分），和一个（在图中看不见的）堵塞29，它靠第三组安全销30连接在擦管器孔28中。

当擦管器与阻气器20相接触并配合时（见图2），为了让堵塞22正排量运动，一个变化的实施例可以扩大擦管顺的尺寸，以其它的配合形式和尺寸的另外类型和其它位置的弹性密封也可以用在其他的改变的实施例中。阻气器20的固体材料结构最好是6061铝，但其它种类结构的材料也可以采用，只要它们是可钻的或以其它方式可移走的。

下水泥塞27用作一个滑动擦管、密封或沿套管内部的分隔件。下水泥塞27在一定流体流动时分离在上游的水泥和在下游的流体，如正泵入井中的水泥泥浆（A向）。在钻进中，图4所示的内外螺纹（右旋）的方向的选择应与阻气器紧闭结合，并防止无限制的转动。

能看出本发明相对于现有技术的一些优点。第一优点是本发明避免使用可混合的浮动流体，空气（或其它密度低的流体，无论是否可混合）安全地被包容并从套管内排出到地表面上。本发明的第二个优点是它避免了为使泥浆或水泥泥浆再循环而移动水泥塞/堵塞/插入件装置。剪切打开销住并堵塞的孔，从而允许在正常循环、水泥灌浆和钻出或其它工序中的流体流动。

第三个优点是输送/接合性能。各种元件输送和相互结合形成一个锁在止塞箍上的单一的可钻组件。这个单元件或组件在转动钻进时不会转动，避免了钻进时的困难。可钻组件位于单一的已知深度上，它消除了在不同深度多次钻进或退出。

这些优点在采用多级浮动管段时可以叠加。凸起18（见图4）可以被设计包括有与其它阻气器20套起来的能力，阻气器20将形成多级浮动管段的末端。该凸起18插入位于下游的第二个（套叠的）阻气器20的内孔39中。已套叠的阻气器在组装件中的多级管段位于单个止塞箍上，为后继的水泥灌浆、钻出工序。

这个实施例还有一个优点是使用了现有的元件，设计和制造简单。上下水泥塞可以通过改进大量通用的衬管刮塞制造而成。采用6061铝使装置重量减轻、零部件易于加工。

附图5表示了一个阻气器或一个阻气塞20a的另一变化的实施例，它是一个侧剖视图。第二组安全销21将阻气器20a和套管柱4结合在一起。阻气器20a在结构上与一般的下水泥塞相似。阻气器20a包括一个铝接合件48，它被橡胶塞44所包容。一个隔膜49将浮动室12b多余气体与灌入了的大密度的流体的室31a分隔开（或其它密度小的流体、如氮、较轻的碳氢流体）。在本实施例中隔膜49取代了可卸堵塞22和安全销23（见图2）。隔膜49具有简单的优点，但经不起井筒向下的压强和力，或易于移动。其它变化的实施例中也可以用破裂膜片代替其它可滑动的塞和插接件。

当套管或套管柱下到总的或需要的深度时，将增加的压力作用到膜49上。与前面讨论的相似，破裂的隔膜允许室12b中被封住的空气排到井筒的顶部，并由钻井泥浆填充，然后再将气体排列地面上。在本实施例中，钻井泥浆的循环过程现在可以进行。近似于一般水泥灌浆过程也可以进行。水泥泥浆流过破裂的膜，流动直至上水泥塞34（见图2）与阻气器20a接合。作用在阻气塞/塞结合件上的增大了的水泥泥浆压力使第二组安全销21断裂。如果堵塞44滑动地与插件48配合，另一组安全销50能够被用来作为一个除破裂膜片49之外的剩余装置，以便让流体排出，（即使破裂膜片49不破裂，也让流体置换）。

通过下例实施例来反映使用本发明一个实施例的效果，见下例：

例1：

附图6是一幅几何曲线图，表示在一个地下斜井中试验浮动方法的结果。使用的装置和方法与附图1所述的相似。附图6表示在套管柱安装的过程中，被支承的实际的和期望的指示器（或下套管遇阻）重量。该套管由地表面上的起重机成套安装。

用于该例中的井筒流体是一种钻井泥浆，它具有接近1137公斤/米³（71磅/英尺³）的浓度，该套管使用95/8英寸（24.45厘米）标准直径的套管柱。填入套管中的、同时填入气体的室中的浮重为15.73牛顿/米（11.6磅/英尺）泥浆的浮重接近54.78牛顿/米（40.4磅/英尺）。

在增加的压力差下（当与充满泥浆的套管的压差相比），充满空气的套管经检查没有破裂，大约长1219米（4000英尺）的套管（具有一个固定在底端的浮鞋和在距底端约853米或2800英尺处的扶正箍）是最开始开入井筒以形成浮动室的。一个可膨胀的封隔器被安在1219米（4000英尺）长的管段的另一端，和剩下的套管下入井内。在一个可胀封隔器上卡瓦被锁住，而且打开空气排出孔（见图1）15分钟，让套管里的空气排出到地表面上。然后该封隔器放气（如，扭转卡瓦）。泥浆循环、接着是一般正式的水泥灌浆和灌浆后（钻进）各工序。

不用浮动方法的预期效果（实线的曲线），浮动的预期效果（虚线的曲线）和使用浮动方法和装置的实际指示重量效果都由图6所示曲线来表示。原实际（虚线）和有关预期的（虚线部分“A”）指示器重量随深度而增加的量表示在充满液体的井孔中，通过套管的浮动部分上的浮动效果来使在支承（指示器）重量方面大大地降低（当与非浮动方法相比时）。

在充满空气之上的剩余套管部分（浮动预期曲线上“C”点）被钻井泥浆灌满。实际的和浮动预期的曲线形状（点划线或相应的虚线部分“D”）与不浮动的预期曲线形状（实线“B”）相似，但是由它平移过来的。在支承重量变得不足以将套管送入井筒中之前，这个移动允许套管被放入较大的深度（深度增量为“E”）。通过改变浮动管段的数量和长度以及使用除空气以外的浮动流体或改变井筒中泥的浓度或在浮动装置之上的泥浆的浓度，就可以改变点划线和虚线的形状（和安装套管或套管柱的能力）。

在井筒起始角度小的部分里进行安装的期间，当与浮动方法的最大指示重量相比时（“G”点），不浮动的现有技术方法（如实线曲线所示）是期望产生一个较大的力（或指示重量如“F”点所示），用以克服后来产生的摩擦阻力。可是，当套管端接近从约2286米开始的较低部分（实线“H”），泥浆充满了的管段产生更多的阻力（由指示重量随深度下降表示），超过了能够用重量克服的限度（例如，超过临界倾角）。如果一个特殊井包括一很大倾角的井段，指示重量的减少将更为剧烈。

这个实验的结果表示在整个安装工序过程中，浮动的套管移动和保持一个支承重量的控制界面避免了套管的损坏。结果还表示一个减少了的最大指示重量是在允许较大深度安装和避免多次钻出工序的情况下获得的。

附图7表示该装置的另一个变化的实施例的侧视图，（如：一个空气环形件），它与图2相似，该装置处于套管接近应安装的位置时的状态，（如：套管柱4的一端接近井筒2的底部）。外延井孔2包含一种或多种钻井泥浆7，它的密度比空气（或其它在室12b中的流体）的大，和一个套管柱4。套管柱4的一部分和开孔的封隔器/保持器55和56形成浮动室12b的外壁。该浮动室是改型的，它与图2所示的室12a相似。在室12b上的套管4中也含有钻井泥浆7，它与图2相似。套管4具有池鞋5和浮箍16，该浮箍接近与图2所示类似的套管的一端。但在套管柱4中的室12b的两端是由一对不浮动的封隔器/保持器55和56限定，它们与图1所示的桥塞8相似。

一个空气环形也包括一个导管60，它构成室12b的内表面（例：被环绕）。导管60有一个用于从室12b的一端流向另一端的通路（如，将导管60装在不浮动的上封隔器55主下水泥保持器56里）。在这个实施例中，导管60与留在套管4中的一个连接地表面的管61相连（典型的具有较小直径的钻管管段）。在管60和61中的流体是钻井泥浆7，在下管或其它工序中，允许钻井泥浆7循环使用。但是水泥泥浆或其它流体也可以被导入。在套管浮在井筒内的钻井泥浆中的同时，泥浆循环[如，通过套管4、地表面连接管61和导管60从地表面泵送钻井泥浆，再穿过浮箍16和浮鞋5进入套管柱4和井筒2之间的环形空间，然后在返回地表面上的泵之前，被过滤或分离，以便将颗粒除去（如钻屑或其它岩屑）]允许用润滑剂或其它液体来帮助下管作业。

在套管柱4达到或接近图7所示的安装位置后，与地表面连接管61可以被下入套管4中，以便同打捞连接筒62的管上的导管60连接。另外，管61可预先装配，与套管4同时下入井筒2里。在管60内的可拆卸的堵塞63是任意的。在操作工序中不想要流体流动时，用可拆卸堵塞63防止钻井泥浆在导管中流动，例如在压力测试时，堵塞63可在压力差的作用下从管60里卸去。

这个实施例特别允许套管在水泥灌浆中浮动和往复运动。水泥泥浆可以通过管60和61注入，经由浮箍16和浮鞋5出来到套管柱4和井筒之间的环形空间里。同时套管往复运动以增进水泥泥浆在环形空间的分布和（安装后）结合强度。水泥泥浆分布的改善有助于防止出槽的其它问题。

水泥灌浆过程是先将套管4的第一部分下入井筒2中（与管60和封隔器/保持器55、56一起），该水泥保持器56被固定和测试（如：它的抗液压完整性的测试）。然后将堵塞63（例如一个钢绳堵塞）安装在一个导管60中的接合件（如，一个XN接套上，并进行测试，再安装和测试封隔器55。随后拉开堵塞63，用钻井泥浆7充满管60。在泥浆7循环的同时，套客4的剩余部分被下入井筒。连接地表面的管61被下入井中，并在打捞连接筒62上与管60相接合和密封。套管柱4做往复运动，（如，沿井孔轴线摆动）而且钻井泥浆7循环直到被净化为止（消除了可滤固体）。在套管柱往复运动的同时，水泥泥浆被泵入连接的导管61和60中。随后将套管安置落位（如着地），而且用水泥固结。在水泥固结之前或之后，在室12b中的空气排出，并在拔出接地管61、导管60、充气封隔器/保持器55和56的同时，将充气的封隔器55中的空气抽出。

一个相似的工序用于套管柱的下管、旋转和注入水泥（没有用图表示，但套管柱与图7的套管柱4相似）。一般管柱是管式套管柱，将被保持在井筒2的下部，并悬挂或接合于一个直径较大的井口管段上。至少套管的第一部分是下入井筒2的。下水泥保持器56，堵塞63和上可充封隔器55同样被安装在管柱上，并进行测试。堵塞63被移动，除去室12b外的装配件被钻井泥浆充满。在向井筒下套管柱和接地管61后，接地管61也相似地与导管62接合和密封。然后将套管（以摆动或连续的方式）旋转，并用钻井泥浆净化。在套管运转期间，水泥分布及结合强度进一步改善的同时，水泥泥浆被泵入各导管，流出到井筒和套管之间的空间。当准备让水泥固结时，卸去套管柱（吊在套管上），排出封隔器中的气体，并拔起接地表导管（钻管）、封隔器和导管。另外，一个同图2所示的阻气器20相似的改型的阻气器被用来代替上充气封隔器55。该改型装置包括为连接导管60的孔。还有导管60可直接连接到改型浮鞋或浮箍上，它与图2中的浮鞋5和浮箍60相似。

使用本发明的空气环形件的实施例如下：

例2：

一根标准直径为17.8厘米（7英寸），额定重量为129牛顿（29磅），长近1676米（5500英尺）的套管柱将被下入深为4572米（15000英尺）的测量深度。在近304.8米（1000英尺）的初始接近垂直的井段之后的井通路被设计成建造井段，其斜角近似为每30.48米（100英尺）3.5度，该角度被一直保持到在测量深度1009.3米（3311英尺）有一个80.88度的倾角为止。角80.88度将被保持到测量深度为4572米（15000英尺）。一根有95/8英寸（24.45厘米）标准直径的套管被设计伸到3048米（10，000英尺），在0.35的套管内下上述管线过程中，具有预定的摩擦系数。从3048米（10000英尺）到4572米（15000英尺）的摩擦系数是0.50，所设计的泥浆具有约每立方米1121公斤（70磅/英寸³）。通过使用一根标准直径6.0325厘米（23/8英寸）、重1.814公斤（4磅）在套管内的管子（如在图7中的导管60），其浮重约24.40牛顿/米（18.00磅/英尺），与一极在其浮重（不用管子）为33.69牛顿/米（24.85磅/英尺）的套管柱中的浮动室12a相似。

套管柱的一端有一水泥保持器，另一端有一个可胀封隔器，在套管柱两端之间有一标准直径为6.0235厘米（23/8英寸）的管式套管柱，它们组成了套管柱内的空气环形室12b。一个套管工具和打捞筒螺接在套管上。然后用钻管将套管下到井底部。打算在每个钻管管接头处充填泥浆，而且该套管/钻管被转动直至其到达井底。

一旦套管到了井底，在水泥经导管60泵入并填充管和孔间的环形空间的过程中，套管就能够被转动和/或往复运动。与不用浮动室的下套管比较，用这个空气环实施例的转动扭矩将预计显著减小（如一个在约128000英尺或3901米处，没有空气环时将需要约26000英尺-磅或35357牛顿-米的扭矩，这是将要计划使用的钻机的最大扭矩。在该深度用空气环时，预计只用约21000英尺-磅或28472牛顿-米扭矩的钻机），这对于若不用空气环预计扭矩要超过一个钻机的最大扭矩极限时特别重要。同样在这个条件下，用空气环允许和附加671米（2200英尺）的套管，而不会超过最大扭矩极限。

还有其它可能变化的实施例，这包括：一组浮鞋密封和阻气器密封（为重复密封）在单一的安全销上两点剪切（位于横穿一个孔或通路上，取代一个和多组安全销）;一个靠感应致动的可卸连接或其它可卸装置，用来将每个堵塞连接到每个通路上（取代安全销）;将圆柱形式的或其它形式的开口的实心插接件（如泡沫）或密度较大的流体置入浮动室12，除低密度浮动流体以外（为改善浮力的控制）;将浮鞋、浮箍/或定位箍组成成单一的组件;在套管接头处，将套管柱上中心（沿径向向外）的凸起与多个阻气器相结合;用浮动挡板或其它防止回流元件代替浮鞋阀;还具有最好由柔性材料做的输送元件、导管或套管（为了更容易通过斜井段和变化浮力）。另外进一步改变的实施例，是用可溶解的、可热分解和/或流体反应的/还原的材料制作元件，如堵塞（避免压力增加和钻出工序）。尽管已不再需要，也可以利用润滑剂同浮动方法和装置一起进一步控制和降低下套管时的摩擦系数。

这些浮动方法和装置满足于往长距离的水平井段中下套管柱简单的方法的需要。提供一个或多个堵塞的浮室的方法使一部分套管在井中浮动。在一个实施例中，打开循环和注水泥通路可以由简单增压和插接/堵塞装置的运动来完成，而不必让各装置都移动。这个实施例也允许在浮动过程中进行循环，允许在水泥灌浆过程中的往复运动/转动。用一般的水泥灌浆后的钻出技术，最好将装置移出，不必有一个单独的移出工序。

采用空气和重量轻的材料使库存和其它需要减到最小。本发明也使要完成置放套管/套客柱的钻机最大负荷减小。如果浮室段是在平衡浮力的上边，该外延井能够理想地具有无限的长度（如，总的测量深度）。特别是本发明的主要优点为：（将要补和或下套管）具有较大的超过临界角的（如近水平的）井段，其深度至少在914米（3000英尺），最好在至少1524米（5000英尺）。而且在至少1828米（6000英尺）深更佳。浮力允许高增长率，它仅受套管柱管件的挠度限制。浮力在理论上提供一个弯曲力，而不用清理井筒的建造部分（和可能危险或过渡打开）。本发明提供的主要优点对于增长率至少30.48米（100英尺）接近3.5度。该装置还包括下列优点：安全性增加了（避免钻井平台上承受较大的下套管负荷），可靠性增加了（减少损坏套管的可能性），易于维修操作（单独使用，可钻的部件），效率高（全流的生产/能力）和低成本（没有单独的拆卸工序或需要在很大的深度上重新装配零件）。

用于钻进的完成和外延井的完井的方法和浮动装置也被公开在标题为“和平女神（Jrene）平台上延伸钻井”（“Extended  Reach  Drilling  From  Platform  Irene”）的报告中，由M.D.Mueller，J.M.Quintana和M.J.Bunyak所著，公开在1990年5月7-10日的得克萨斯州休斯敦的22周年海上技术讨论会上，该技术在这里作为参考文献被引入。

还有，可用于本发明的很优越的液压放油工具已经公开在申请号为07/418，570，申请日为1990年10月9日的美国专利申请中。该技术整个作为参考文献被引入。该脱开工具可用来卸开钻管和套管之间的连接，该套管是带浮动室的、并下入到外延井中。该工具允许双向转动和大的扭矩，脱开简便，易于取出。

尽管本发明的最佳实施例已经被公开和阐述（每个实施例对于不同井状态和操作是最佳的），而且一些改变的实施例也被表示和阐述过了，但在不背离本发明的条件下，仍然还可以有其它变化和变更。根据这一点，包含于本发明的所有这些改变、变化和变更的实施方案都是包括在后面的权利要求的保护范围和本发明的原则精神之内的。

Claims (58)

1、一种用于安置套管柱的设备，所述套管柱由管段组成，所述设备将套管柱从地表面下入含有第一种流体的井筒中，所述设备包括：

一个套管柱部件，所述套管柱的一端形成套管柱里充气浮动室的一端；

一个密封并构成所述浮动室的另一端的滑动件，所述的滑动件具有一个用来把空气引出所述浮动室和让液体进入浮动室的通道；

一个密封了上述通路的堵塞；

一个或更多的将上述堵塞固定在上述滑动件上的第一安全销；

一个或多个把上述滑动件固定到套管柱上的第二安全销。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于其中的一个浮动室端还包括一个与上述套管柱相连接的浮鞋。

3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于，上述滑动件也构成了不浮动室的第一端，所述不滑动室位于上述套管柱内，与上述浮动室相邻，包括：

一个形成所述不浮动室第二端的滑动擦管器，和

用第二种流体灌入不浮动室的装置。

4、根据权利要求3所述的设备，其特征在于：上述设备还包括第二种流体加压到足以剪切上述第一组安全销并打通通路的装置。

5、根据权利4所述的设备，其特征在于：上述设备还包括：

使上述滑动擦管器滑动的流体压力装置;

让上述滑动擦管器结合在上述滑动件上的流体压力装置;

用于剪切上述第二组安全销的液体压力装置;

让所述擦管器和滑动件的结合件向上述浮鞋滑动的流体压力装置。

6、根据权利要求5所述的设备，其特征在于：其中的擦管器还包括：一个与上述的不浮动室流体连通的一个擦管器孔，还包括：

一个密封上述擦管器孔的擦管器堵塞;

一个或多个将所述擦管器堵塞固定在所述擦管器孔上的第三组安全销;和

用于剪切第三组安全销的装置。

7、一种用于安装一个导管段、装入含有第一种流体的室的设备，所述的设备包括：

一根导管，该导管的一部分形成一个能够隔绝部分第一种流体、和在该导管段装入所述室里时能容纳第二种流体的浮动部分，所述的浮动部分具有一个第一端，该第一端通常远离第二端;

密封所述第二端的装置;

解除第二端密封的装置;

从所述导管穿过所述解除密封的第二端移出第二种流体的装置;

在那里，当所述导管段装入所述室里时，为阻止被移动的第二种流体同被隔断的第一种流体相接触而选择设备的形状和尺寸;

当所述第二端不密封时，使第三种流体从所述导管到所述室、并返回到所述导管进行循环的装置。

8、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述的第二种流体同第一种流体是不可混合的，所述设备还包括限制第一种流体回流的装置，该装置与上述导管连接，并形成上述第一端。

9、一个用来将一个导管段安装进入一个盛有第一种流体的室中的设备，所述设备包括：

一根导管，该导管段装入所述室里时，该导管的一部分构成一个能够隔断部分第一种流体并能容纳第二流体的浮动部分，所述的浮动部分具有一个第一端，该第一端通常远离第二端;

限制第一种流体回流的装置，该装置与上述导管连接，并形成上述第一端;

密封第二端的装置包括：一个带流体通道的滑动件，该通道的形状和尺寸的选择，能让上述第二种流体从上述浮动室里排出，所述的滑动件位于上述导管里，而且形成上述浮动部分的上述第二端;一个能够密封上述通道的堵塞，在上述导管里用于可卸连接上述滑动件的装置;

使上述第二端不密封的装置;

让上述第二种流体从导管中通过所述不密封的第二端移出的装置;和

在那里，所述设备的形状和尺寸的选定，使在所述导管段被装入所述室里时，能阻止第二种流体同被隔断的第一种流体相接触。

10、根据权利要求9所述的设备，其特征在于所说的滑动件也形成在导管内的不浮动室的第一端，它还包括：

一个位于上述导管内的滑动擦管器，构成上述不浮动室的第二端，和

用于把第三种流体注入不浮动室的装置。

11、根据权利要求10所述的设备，其特征在于在那里上述堵塞由第一组安全销固定在上述滑动件上，则当所述销被剪断时，上述通道不再被堵塞密封，在那里用于可卸连接上述滑动件的装置包括一个第二安全销，所述的第二安全销连接的形状和尺寸;能允许上述滑动件在剪切后滑动。

12、根据权利要求11所述的设备，其特征在于，还包括：

用于剪切上述第一安全销和使通道不密封的装置;

使上述滑动擦管器滑动的装置;

为形成一个第一结合件而让上述滑动擦管器和上述滑动件结合的装置;

剪切上述第二安全销的装置;和

使上述结合在一起的擦管器和滑动件向上述防止回流装置滑动的装置。

13、根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在那里所述的滑动件还包括一个与上述不浮动室流体连接的擦管器孔，而且还包括：

用于解除上述擦管器孔密封的装置;

用于拆卸上述可卸密封的装置。

14、根据权利要求13所述的设备，其特征在于至少上述第一种或第二种流体之一是由一种具有不同密度的多层流体组成。

15、根据权利要求14所述的设备，其特征在于还包括：

让上述导管插入上述室的装置，和

在那里上述第二种流体密度一般低于上述第三种流体浓度。

16、根据权利要求15所述的设备，其特征在于在那里上述擦管器也形成能够容纳第四种流体的泥浆室的第一端，和在那里上述用于可卸密封的装置，上述用于拆卸的装置，上述剪切装置，所述固定装置和所述滑动装置包括：

有一个密封上述擦管器孔的滑动擦管器堵塞;

给在上述泥浆室部分中的上述第四种流体加压，足以使上述擦管堵塞朝滑动件滑动，以形成第二结合件的装置。

17、根据权利要求16所述的设备，其特征在于，在那里上述加压装置也足以使滑动擦管器堵塞滑动和不密封上述擦管器孔。

18、根据权利要求17所述的设备，其特征在于，还包括一个防止上述第一和第二结合件在上述导管里转动的装置。

19、根据权利要求18所述的设备，其特征在于，在那里上述第一种流体一般是处于一种液体状态和上述第二种流体一般是处于一和气体状态。

20、根据权利要求19所述的设备，其特征在于，在那里上述第二种流体是空气。

21、根据权利要求20所述的设备，其特征在于，上述导管限制回流装置包括：

一个具有盖住阀门孔的浮鞋，在那里作用在所述阀门上的压力差防止有效的流体流入上述浮动部分和让流体从上述浮动部分流出;和

一个接合在上述导管里面、接近上述浮鞋的内插接箍。

22、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，在那里上述密封的装置包括一个类似可胀桥塞的部件。

23、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，在那里上述密封装置包括一个可充气的封隔器型部件。

24、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，在那里上述密封装置包括一个破裂薄膜型的部件。

25、一种用于将导管段安装进入第一种流体的室的设备，所述设备包括：

一根导管，在导管被装入上述室里时，导管的一部分构成一个能够隔断部分上述第一种流体，并能容纳第二种流体的浮动部分，所述浮动部分具有一个第一端，该第一端一般远离一个第二端;

密封上述第二端的装置，该装置包括一个象活塞的阻气器，它具有导管接触弹性滑动密封，一个流体通道，和一个堵住上述通道的滑动堵塞;

使上述第二端不密封的装置;

让第二种流体从上述导管穿过所述不密封的第二端移动的装置;和

当所述导管段被安装在所述室里时，上述设备的形状的和尺寸的选定，能阻止上述移动的第二种流体同上述隔断的第一种流体相接触。

26、根据权利要求25所述的设备，其特征在于，在那里上述阻气器是靠第二级安全销与上述导管相结合的。

27、根据权利要求26所述的设备，其特征在于，在那里有上述滑动堵塞是由第一组安全销与上述阻挡部分相结合的。

28、用于将一根导管安装在局部含有第一种流体的地下井孔的范围里的设备，具有

一根已选定了形状和尺寸的导管，能下入上述井孔中;

一个安装在上述导管一端的流体阀门，以便限制上述第一种流体流入上述导管的内部;

一个可滑动接合在上述导管内的一个堵塞，从而在上述堵塞和上述闸门之间形成能容纳第二种流体的浮动室，上述堵塞具有一个流体连通孔，它从上述浮动室延伸到上述导管的相邻的内部;

用于把第三种流体局部充入上述相邻的室的装置;

用于可卸封堵上述孔的装置;

用于使上述孔不堵塞的装置，以便让上述部分流体从上述浮动室部分排入上述相邻的室;

用来移动第二种流体的装置，在那里所述的回收第二种流体不接触所述的孔的边界;

使上述堵塞向上述阻流器滑动，直到上述堵塞接触所述流体阀门的装置为止;

使上述堵塞与上述流体阀门相结合的装置;

让上述已结合的堵塞和阻流器在所述导管中移动的装置;和

当上述孔没被堵塞时，使第三种流体从上述导管进入井孔并返回上述导管进行循环的装置。

29、根据权利要求28所述设备，其特征在于，还包括多个连接于上述导管的扶正器，该扶正器沿所述导管横截面尺寸向外延伸。

30、根据权利要求28所述设备，其特征在于，在那里上述堵塞用一种不与流体相容的材料制成。

31、根据权利要求28所述设备，其特征在于，还包括一个在浮动室里的多孔泡沫材料的插接件。

32、根据权利要求28所述的设备，其特征在于，还包括多个上述堵塞，在那里当同上述流体阀门相接触时，上述用于接合的装置也能够同上述多个堵塞相结合。

33、一种安装一导管段的方法，该方法是利用第二种流体将导管段装入含有第一种流体的井中，一个限制流体回流的部件，一个使流体从导管进入井中并返回导管进行循环的装置;和一个阻流导管插接件，上述方法包括：

将上述流体回流限制部件与上述导管部分接合形成一个浮动室的一端，所述浮动室能够容纳第二种流体，一般能够隔断所述第一种流体;

把上述阻流插入件同在上述导管中的上述浮动部分的另一端连接;

把上述导管段装入上述井里;

从所述导管段中移动上述第二种流体，而上述第二种流体不与隔断的第一种流体接触，和

让一种流体循环，从上述导管段进入上述井中并返回上述导管段。

34、根据权利要求33所述的方法，其特征在于，其中所述的流体插入件在上述导管中是可滑动的，导管段具有一个密封的通路，该通路从上述移动部分通到上述导管段内的一个相邻部分，其循环流体的工步包括：

在安装上述导管段后打开上述被密封的通道，其中上述打开了的通道让第二种流体从上述的浮动部分流到上述相邻的部分;和

在连接上述阻流插入件之前，将第二种流体注入上述浮动部分;

在打开上述通道之后，一种可固结的水泥泥浆流过上述导管段;和

在上述水泥泥浆凝固后，移去上述打开通路的阻挡插接件。

35、根据权利要求34所述的方法，其特征在于，该方法还包括在移走上述阻挡插接件之前，让上述打开通路的阻挡插接件滑向上述阻止回流的部件。

36、根据权利要求35所述的方法，其特征在于，其中上述移去工序包括钻出上述插接件，上述阻止回流部件和留在套管里的部分上述凝固水泥。

37、一个将套管安装进入一个含有第一种流体的室的设备，该设备包括：

一根套管，当所述套管被装入所述室时，套管的一部分形成一个能隔断部分第一种流体并能容纳第二种流体的浮动部分，上述浮动部分具有一个第一端，该第一端一般远离第二端;

用于密封上述第二端的装置;

使第二端端不密封的装置;

让上述第二种流体由上述套管经过上述不密封的第二端移动的装置;和

当上述第二种流体被排出之后，让至少一部分第三种流体从上述套管流到上述室，并返回上述套管进行循环的装置。

38、根据权利要求37所述的方法，其特征在于，其中第一种和第三种流体基本上具有相同的成分，而且其中上述循环装置也是一个用于混合第一种和第三种流体的装置。

39、根据权利要求36所述的方法，其特征在于，其方法还包括：在向上述阻止回流部件滑动之前，改变上述插接件位置，所述的位置改变使上述室中的浮力发生变化。

40、一种用来在含有第一种流体的室里安置导管段的方法，所述的室位于一种物质里，使用具有小于第一种流体密度的第二种流体的方法，一个限制第一种流体回流的部件，用于使流体从导管段进入上述室并返回导管段的循环装置，一个具有流体孔的阻流导管插接件和一个能够在上述孔和上述限流部件之间提供液体通路的流体管道，所述的方法包括：

把上述限制回流部件连接到上述导管段上;

在上述套管中，将上述阻流插接件连接于上述浮动室的另一端，因而上述导管段、限流部件和插接件构成一个能够容纳上述第二种流体和隔断部分或全部第一种流体的浮动部分;

连接上述流体管道的一部分和上述流体孔，连接上述流体管道的第二部分和上述限制部件;

输送包含在套管段里的上述管道和浮动部分进入一般位于上述室里的一个位置;和

使流体从上述导管段、穿过上述管道进入上述室并返回上述导管段。

41、根据权利要求40所述的方法，其特征在于该方法还包括在上述循环工步之后，让一种水泥泥浆流过上述导管到上述导管段外边的上述以的部分。

42、根据权利要求41所述的方法，其特征在于，该方法还包括在上述后继工步之中，还有使上述套管段以相对于上述室横向摆动的方式运动的工步。

43、根据权利要求42所述的方法，其特征在于，该方法还包括停止上述摆动运动的工步，和在上述循环工步之后将第二种流体从上述导管段移出而不使上述第二种流体与上述第一种流体接触。

44、根据权利要求43的方法，其特征在于，在那里所述的导管段是一个套管柱，所述的第一种流体是一种或多种泥浆，所述的第一种流体是空气，而且所述的管道是具有一个小于上述套管柱直径的管柱。

45、一种用于把一个导管安装进入一个室中，这室处于一种物质里，上述室含有一种第一流体，上述设备包括：

一根导管，该导管的一部分形成一个浮动腔，当所含的第二种流体具有小于第一种流体的密度时，上述浮动腔能隔断至少一部分第一种流体，当上述导管至少一部分在上述空腔里时，上述浮动腔具有一个第一端，该第一端远离一个第二端;

一根管子，该管子的一部分形成一个上述浮动腔的内部，在上述第一端和第二端之间，上述管子提供了一个流体通路;

用于在或接近上述浮动腔的所述的第一端阻挡第一种流体流动的装置，该装置以让流体通过上述管子;和

用来密封除了上述管道之外的上述第二端装置。

46、根据权利要求45所述的设备，其特征在于，当流体穿过上述管子流动时，具有一个以摆动方式运动管道的装置。

47、根据权利要求46所述的设备，其特征在于，该设备还包括泵送一种水泥泥浆穿过上述管道的装置。

48、根据权利要求47所述的设备，其特征在于，该设备还包括使上述第二端不密封和使第二种流体从上述管道通过上述不密封的第二端移动的装置。

49、一种用于把一根导管装入一种地层构造物质中的室的设备，上述室含有第一种流体，上述设备包括：

一根导管，该导管的一部分形成一个浮动的腔室，当所含的第二种流体具有小于第一种流体的密度，且当上述导管至少部分位于在上述室中时，该浮动的腔室能排出至少一部分上述第一种流体，上述浮动的腔室具有一个第一端，该第一端远离一个第二端;

在上述第一端阻止上述第一种流体进入上述浮动腔室的装置;

在第二端阻止上述导管内和上述移动腔室外的流体进入上述浮动腔室;

在这所述的第二种流体与上述的地层物质是不可混合的。

50、根据权利要求49所述的设备，其特征在于，其中所述的第二种流体是一种气体，所述的第一种流体是一种液体，而且其中所述的室的部分一般是圆柱形的，该圆柱形的轴线与铅垂方向的夹角至少为63.4度，上述室的部分至少延伸914米长的距离。

51、根据权利要求50所述的设备，其特征在于，其中所述的倾斜角是至少约63.4度的平均值的角度和上述室部分延伸至少1524米的距离。

52、根据权利要求51所述的设备，其特征在于，其中所述的倾斜角至少平均约78.7度的角，伸出至少1829米的距离。

53、根据权利要求52所述的设备，其特征在于，其中所述的在上述第二端的阻挡装置，当不密封的第二种流体从浮动腔室沿一个其分量与重力方向相反的方向上流出时，还包括一个有密封能力的孔。

54、根据权利要求53所述的设备，其特征在于，其中所述的倾斜角和在第一和第二种流体之间的密度差产生一个浮力，该浮力的大小为至少导管每米24.4牛顿。

55、根据权利要求54所述的设备，其特征在于，所述的导管具有一个至少约17厘米的名义直径。

56、一种将一根导管段安装在含有第一种流体的井孔中，利用第二种流体，一个阻止流体回流的部件，一个使流体从该导管进入上述井孔并返回导管进行循环的装置，和一个阻流导管插接件，所述的方法包括：

把上述阻止流体回流的部件同上述导管段连接形成能容纳第二种流体的浮动导管部分的第一端，上述部分一般能排出上述第一种流体;

将上述阻流插接件与在上述导管段里的上述浮动部分的另一端相连接;

安装所述导管段进入所述井孔;

让一种水泥泥浆穿过所述导管段进入上述井孔流动，和

在上述流动工步后移走上述阻止回流部件和上述阻流插接件;

57、根据权利要求56所述的方法，其特征在于，其中上述移走工步包括钻出上述阻止流体回流部件和上述阻流插接件。

58、根据权利要求57所述的方法，其特征在于，其中上述钻进还包括移走在凝固后的上述水泥泥浆。

Images