CN106030024A - 用于产生环形气盖的套管接头组合件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管接头组合件和使用所述套管接头组合件产生环形气盖的方法。所述套管接头组合件包括第一阀门和第二阀门以控制套管柱与井筒的壁或另一套管柱之间的密封环空中的流体压力。

Description

用于产生环形气盖的套管接头组合件

相关申请案

不适用。

关于联邦政府赞助研究的声明

不适用。

技术领域

本公开内容大体上涉及一种套管接头组合件和使用所述套管接头组合件产生环形气盖的方法。

背景技术

诸如驻留在地层中的石油或天然气的自然资源可通过钻井到地层中而取回。地层通常使用称为水泥粘合的技术与其它地层隔离。特定地说，井筒通常向下钻井到地层，同时使钻井液循环通过井筒。在钻井终止之后，管柱(例如，管柱)延伸到井筒中。然后通常执行初次水泥粘合，借此水泥浆被向下泵抽通过套管柱且进入套管柱与井筒的壁或另一套管柱之间的环空中以允许水泥浆灌注到非渗透性水泥柱中且借此填充环空的一部分。在诸如封隔液和水泥的完井液被截留在适当位置以隔离环空内的这些液体与环空外部的区域之后，水泥粘合操作即将结束时通常发生密封环空。常规上，环空是通过关闭阀门、给密封件供能等等而密封。

在完成水泥粘合操作之后，可开始生产石油或天然气。石油和天然气是在流过套管柱之后生产于地表处。随着石油和天然气行进通过套管柱，热量可以通过套管柱从这些流体行进到环空中。结果，水泥柱上方的环空中的流体的热膨胀导致增加环空内的压力，称为环空压力积累。环空压力积累通常发生的原因是，环空被密封且其体积固定。环空压力积累可以导致损坏井筒，诸如损坏水泥护层、套管、管件和其它设备。此外，环空压力积累有可能难以设计适当的套管。因为环空中的流体压力对于每一井筒来说可以不同，所以标准的套管设计的使用不一定切合实际。为了控制环空压力积累，常规方法在水泥粘合操作期间将气体循环到适当位置中。因为气体是可移动的，所以难以将气体置于适当位置中和同时控制环空中的流体压力。如果例如气体被放置成相距环空的顶部太远，那么上升的气体将增加环空中的压力。

用于控制环空压力积累的其它技术包括泄压/降压方法，诸如使用缠绕在套管柱上的复合泡沫、将硝化封隔液放置在环空中的水泥柱上方、将防爆膜放置在另一外部套管柱中、在初次水泥粘合操作中设计“短缺”，诸如将环空中的水泥柱的顶部设计成缺少先前的套管底环和使用空心球体。然而，这些技术具有缺陷。例如，复合泡沫可以在初次水泥粘合操作期间导致流动约束。此外，复合泡沫可以从套管柱拆卸和/或随着套管柱的安装而损坏。放置硝化封隔液的缺陷包括后勤难题(例如，用于随附表面设备的空间有限)、对井筒的压力限制和与其有关的典型高费用。放置硝化封隔液的其它缺陷包括当将硝化封隔液循环到适当位置中时和其中地理条件使供应用于泵抽硝化封隔液的适当设备面临困难的情形中的井口无返。额外缺陷包括可防止能够继续进行井筒操作的防爆膜故障。其它缺陷包括所设计的“短缺”，其由于井筒流体不会如所设计般排出和水泥窜槽上升到套管底环并截留水泥而无法发生。此外，空心球体的问题包括放置在环空中之前的球体下降。

附图说明

下文参考附图描述本公开内容，其中相同元件是用相同附图标记指代，且其中：

图1是说明井筒和套管柱的上端的横截面正视图，所述套管柱包括用于产生环形气盖的套管接头组合件的一个实施方案。

图2是说明井筒和套管柱的上端的横截面正视图，所述套管柱包括用于产生环形气盖的套管接头组合件的另一实施方案。

具体实施方式

本公开内容因此通过提供套管接头组合件和使用所述套管接头组合件产生环形气盖的方法来克服现有技术中的一个或多个缺点。

在一个实施方案中，本公开内容包括一种套管接头组合件，其包括：i)套管接头，其具有套管接头壁；ii)第一阀门，其通过所述套管接头壁中的开口定位；和iii)第二阀门，其通过所述套管接头壁中的另一开口定位。

在另一实施方案中，本公开内容包括一种套管接头组合件，其包括：i)套管接头；ii)第一阀门，其通过所述套管接头中的开口定位；iii)第二阀门，其通过所述套管接头中的另一开口定位；和iv)阀门致动器，其操作地连接所述第一阀门和所述第二阀门。

在又另一实施方案中，本公开内容包括一种用于产生环形气盖的套管接头组合件，其包括：i)将工作管柱降低到套管柱中且通过套管接头组合件的一端；ii)将所述工作管柱连接至第一阀门或第二阀门和阀门致动器；iii)使用所述工作管柱和所述阀门致动器打开所述第一阀门和所述第二阀门；iv)通过所述工作管柱和所述第一阀门或所述第二阀门将可压缩气体注入到井筒中的环空中以形成所述环形气盖；和v)通过所述第一阀门或所述第二阀门将所述环空中的流体的一部分排出到所述套管柱中的另一环空中。

在优选实施方案的以下详述中，参考形成以下详述的一部分的附图，并借助于其中可以实践本发明的具体优选实施方案。足够详细地描述这些实施例以使所属领域技术人员能够实践本发明，且应了解可以利用其它实施方案且可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下作出逻辑改变。结合其它当前或未来的技术，本主题因此还可能以其它方式体现以包括类似于本文中描述的结构、步骤和组合的结构、步骤和组合。因此，不应以限制意义理解以下详述，且只通过随附权利要求书界定本公开内容的范围。

现在参考图1到图2，横截面正视图说明用于产生环形气盖的套管接头组合件100、200的不同实施方案。套管柱的上端包括套管接头组合件100、200，其在一端102处打开且在另一端103处连接至套管接头112。替代地，当套管接头组合件100、200并未位于套管柱的上端时，套管接头组合件100、200可以在一端102处连接至另一套管接头(未示出)。套管柱大体上由位于套管柱周围且靠近套管接头组合件100、200的另一端103的水泥柱106固定在井筒内。套管接头组合件100、200包括套管接头壁110、第一阀门114、第二阀门116和阀门致动器118、218。第一阀门114优选地位于第二阀门116上方，然而，第一阀门114可以位于第二阀门116下方。第一阀门114(行进)通过套管接头壁110中的开口且限制井筒中的密封环空122与套管柱中的环空124之间的流体连通。同样地，第二阀门116(行进)通过套管接头壁110中的开口且限制井筒中的密封环空122与套管柱中的环空124之间的流体连通。第一阀门114和第二阀门116可以是大小和操作适用于本文中描述的目的的任何常规阀门，诸如例如分级水泥粘合操作中使用的阀门。第一阀门114和第二阀门116是由阀门致动器118、218连接，阀门致动器118、218可以是能够同时或不同时打开第一阀门114和第二阀门116且同时或不同时关闭第一阀门114和第二阀门116的任何常规的机械、气动、液压和/或电动致动器。套管接头壁110优选地具有与套管柱中的每个其它套管接头壁相同的大小和尺寸，然而，由于稳定性，套管接头壁110由此可以改变第一阀门114和第二阀门116的容纳和第一阀门114与第二阀门116的分离。套管接头组合件100、200因此可以由任何常规的套管接头使用大小和/或尺寸进行微调的常规阀门和阀门连接件制成。

井筒中的密封环空122是由包括第一阀门114和第二阀门116的套管接头壁110、水泥柱106、井筒的壁104或另一套管柱(未示出)和密封组合件108形成。密封组合件108可以位于套管接头组合件100、200的一端102周围以防止井筒中的密封环空122与套管柱中的环空124之间的流体连通而非通过第一阀门114和第二阀门116。替代地，当套管接头组合件100、200没有位于套管柱的上端处时，出于相同目的，密封组合件108可以位于套管柱周围且在套管接头组合件100、200上方。密封组合件108可以是能够防止井筒中的密封环空122与套管柱中的环空124之间的流体连通而非通过第一阀门114和第二阀门116的任何常规机械构件。例如，常规的阻隔器可以用于密封组合件108。在常规的水泥粘合操作之后，井筒中的密封环空122包括钻井液126。钻井液126大体上填充井筒中的密封环空122且由于密封环空122中的钻井液126的热膨胀而增加密封环空122中的压力。因为钻井液不具有高度(very,很大的)可压缩性，所以预测压力超出静水压力高达10,000psi。在常规的套管柱中，套管柱与井筒的壁或另一套管柱之间的密封环空中的流体压力增加可能难以设计适当的套管。如套管接头组合件100、200的使用和操作的以下描述所表明，可以大体上控制并维持密封环空122中的流体压力和温度。

在操作中，工作管柱120在水泥粘合操作之后通过套管接头组合件100、200的一端102下降到套管柱中。工作管柱120然后由所属领域中众所周知的任何机械构件连接至对阀门114和阀门致动器118、218。工作管柱120用于利用阀门致动器118、218打开第一阀门114和第二阀门116。虽然工作管柱120在图1到图2中连接至第一阀门114，但是其可以按照如参考图1到图2描述的大体上相同方式连接至第二阀门116以执行相同功能。工作管柱120可以是任何管状部件或规则的钻柱管，其中下端处的机械构件连接至第一阀门114和阀门致动器118、218。诸如例如氮气、氖气、氩气或氦气的可压缩气体或泡沫从井筒的表面处的源头注入到工作管柱120中，所述可压缩气体或泡沫通过打开的第一阀门114进入井筒中的密封环空122。可以使用其它非腐蚀性、便宜的气体，然而，氮气是优选的。随着气体或泡沫进入井筒中的密封环空122，密封环空122中的钻井液126被气体或泡沫排出。排出的钻井液126因此通过打开的第二阀门116进入套管柱中的环空124。

与图2中的第一阀门114和第二阀门116的位置相比，如图1中说明的第一阀门114和第二阀门116的定位可以相隔更远。图2中的套管接头组合件200因此需要将气体或泡沫注入到密封环空122中以向上行进通过钻井液126直到钻井液126大体上排出为止。相反地，在钻井液126大体上排出之前，图1中的套管接头组合件100不需要将气体或泡沫注入到密封环空122中来向上行进通过钻井液126。然而，如果密封组合件108位于套管柱上方的任何位置且在图1中的套管接头组合件100上方，那么可能需要被注入到密封环空122中的气体或泡沫向上行进通过钻井液126直到钻井液126大体上排出为止。在任一实施方案中，已知量的钻井液126将如图1到图2中所示般地在密封环空122中保持在第二阀门116以下。因此，第二阀门116的位置在套管接头壁110中优选地尽可能的低。

在预定量的气体或泡沫被注入到密封环空122中之后(所述预定量不能超过第二阀门116上方的密封环空122的体积且优选地等于第二阀门116上方的密封环空122的体积)，第一阀门114和第二阀门116由工作管柱120利用用于打开第一阀门114和第二阀门116的相同手段而关闭。以此方式，密封环空122中创建气盖。因为密封环空122在井筒中的已知位置处具有已知体积，所以环形气盖可以被适当地定位且用于大体上控制并维持密封环空122中的流体压力和温度。

虽然已结合当前优选实施方案描述了本公开内容，但是所属领域技术人员将了解其不旨在将本公开内容限于所述实施方案。因此，希望在不脱离由随附权利要求书和其等效物限制的本公开内容的精神和范围的情况下可以对所公开的实施方案作出各种替代实施方案和修改。

Claims (20)

1.一种套管接头组合件，其包括：

套管接头，其具有套管接头壁；

第一阀门，其通过所述套管接头壁中的开口定位；和

第二值，其通过所述套管接头壁中的另一开口定位。

2.根据权利要求1所述的套管接头组合件，其中所述第一阀门相对于所述套管接头组合件的一端处的开口定位在所述第二阀门上方，且所述第二阀门相对于所述套管接头组合件的另一端处的开口定位在所述第一阀门下方。

3.根据权利要求2所述的套管接头组合件，其还包括密封组合件，所述密封组合件定位在所述套管接头组合件的所述一端周围，或定位在连接至所述套管接头组合件的所述一端的套管柱段周围。

4.根据权利要求3所述的套管接头组合件，其还包括水泥柱，所述水泥柱定位在所述套管接头组合件的所述另一端周围，或定位在连接至所述套管接头组合件的所述另一端的另一套管柱段周围，所述套管柱段、所述另一套管柱段和所述套管接头组合件形成套管柱。

5.根据权利要求4所述的套管接头组合件，其中所述密封组合件、所述水泥柱、所述套管接头组合件和所述另一套管柱或井筒的壁形成井筒中的环空，所述环空在所述第一阀门和所述第二阀门关闭时被密封。

6.根据权利要求5所述的套管接头组合件，其中当所述第一阀门和所述第二阀门打开时，所述第一阀门和所述第二阀门在所述井筒中的所述环空与所述套管柱中的另一环空之间分别形成第一流体通道和第二流体通道。

7.根据权利要求1所述的套管接头组合件，其还包括操作地连接所述第一阀门和所述第二阀门的阀门致动器。

8.根据权利要求7所述的套管接头组合件，其中所述阀门致动器是机械致动器、气动致动器、液压致动器或电动致动器。

9.一种套管接头组合件，其包括：

套管接头；

第一阀门，其通过所述套管接头中的开口定位；

第二阀门，其通过所述套管接头中的另一开口定位；和

阀门致动器，其操作地连接所述第一阀门和所述第二阀门。

10.根据权利要求9所述的套管接头组合件，其中所述阀门致动器是机械致动器、气动致动器、液压致动器或电动致动器。

11.根据权利要求9所述的套管接头组合件，其中所述第一阀门相对于所述套管接头组合件的一端处的开口定位在所述第二阀门上方，且所述第二阀门相对于所述套管接头组合件的另一端处的开口定位在所述第一阀门下方。

12.根据权利要求11所述的套管接头组合件，其还包括密封组合件，所述密封组合件定位在所述套管接头组合件的所述一端周围，或定位在连接至所述套管接头组合件的所述一端的套管柱段周围。

13.根据权利要求12所述的套管接头组合件，其还包括水泥柱，所述水泥柱定位在所述套管接头组合件的所述另一端周围，或定位在连接至所述套管接头组合件的所述另一端的另一套管柱段周围，所述套管柱段、所述另一套管柱段和所述套管接头组合件形成套管柱。

14.根据权利要求13所述的套管接头组合件，其中所述密封组合件、所述水泥柱、所述套管接头组合件和所述另一套管柱或井筒的壁形成井筒中的环空，所述环空在所述第一阀门和所述第二阀门关闭时被密封。

15.根据权利要求14所述的套管接头组合件，其中当所述第一阀门和所述第二阀门打开时，所述第一阀门和所述第二阀门在所述井筒中的所述环空与所述套管柱中的另一环空之间分别形成第一流体通道和第二流体通道。

16.一种用于产生环形气盖的套管接头组合件，其包括：

将工作管柱降低到套管柱中且通过套管接头组合件的一端；

将所述工作管柱连接至第一阀门或第二阀门和阀门致动器；

使用所述工作管柱和所述阀门致动器打开所述第一阀门和所述第二阀门；

通过所述工作管柱和所述第一阀门或所述第二值将可压缩气体注入到井筒中的环空中以形成所述环形气盖；和

通过所述第一阀门或所述第二阀门将所述环空中的流体的一部分排出到所述套管柱中的另一环空中。

17.根据权利要求16所述的套管接头组合件，其还包括使用所述工作管柱和所述阀门致动器关闭所述第一阀门和所述第二阀门。

18.根据权利要求16所述的套管接头组合件，其还包括利用所述可压缩气体控制所述环空中的压力和温度中的至少一个。

19.根据权利要求18所述的套管接头组合件，其中所述环空中的所述压力和所述温度中的所述至少一个是通过在将预定量的所述可压缩气体注入到所述环空中之后关闭所述第一阀门和所述第二阀门来控制。

20.根据权利要求18所述的套管接头组合件，其中所述环空中的所述压力和所述温度中的所述至少一个是通过排出所述环空中的所述流体的所述部分来控制直到大体上排出所述环空中的所述流体为止。