CN110998059B - 井下装置及相应方法 - Google Patents

Abstract

一种扶正器(112)，包括：用于将该扶正器(112)安装于套管(110)上的两个端环(120)；以及延伸于此两端环(120)之间的若干构件(118)。构件(118)用于接触钻孔(114)孔壁，并使套管(110)位于钻孔(114)中央。构件(118)能够在套管(110)与孔壁(115)之间径向移动。构件(118)还包括中部(119)和端部(221)，端部(221)的挠性相对大于中部(119)的挠性。

Description

井下装置及相应方法

技术领域

本发明涉及扶正器，如套管扶正器。

背景技术

通往含烃地层等地下地层的钻孔往往衬有金属管，此类金属管有时也称套管或衬管。钻孔衬管可下放至钻孔内，并在孔壁和套管外表面之间留下环形空隙，该环形空隙内可灌入水泥等可固结材料，以实现套管和孔壁之间的密封。一般情况下，人们希望形成于套管周围的此类水泥封套具有均一的厚度，而这要求套管在水泥固结过程中处于钻孔中央位置。这一点可通过在套管上安装扶正器的方式实现，例如，可以在每一套管接点处安装至少一个扶正器。扶正器分为多种形式，而且既可为实心结构，也可为挠性结构。例如“弓形弹簧”类型的扶正器具有端环以及延伸于端环之间的弓形弹簧部分。所述弓形弹簧部分通常为内凹结构，而且形成顶点位于端环之间的中间部分处的圆弓形状。此外，所述弓形弹簧部分可通过径向内偏而允许设有此类扶正器的套管柱下放通过钻孔的尺寸限制部位。

扶正器的主要作用在于使套管柱易于下放至钻孔内的所需深度，并在到达该深度后通过提供足够的力(有时称为复原力)而使套管与钻孔保持同轴。对于挠性或弹簧式扶正器而言，当钻孔为倾斜孔或水平孔时，套管柱的重量使得位于套管底侧的扶正器弓形弹簧部分易于变形，从而使套管柱在钻孔内存在下坠趋势，因而难以与钻孔保持同轴。虽然上述变形作用可以以增大弓形弹簧部分刚性的方式减弱，但是弓形弹簧部分的刚性越大，套管伸入钻孔内的难度便越高。具体而言，其增大了将扶正器伸入具有尺寸限制或直径更小的钻孔部位中所需的力(有时称为起动力)以及随后使扶正器下放穿过该尺寸限制部位所需的力(有时称为下放力)。此外，在穿过所述尺寸限制部位后，弓形弹簧部分必须还能恢复至其直径更大的构型。

对于必须通过尺寸限制部位才能穿入钻孔内的扶正器而言，其初始直径有时大于套管所要最终嵌入的钻孔的直径。在该情况下，扶正器在穿过所述尺寸限制部位后无法恢复至其初始直径。

不同形式的扶正器例如见公开号为0297716的欧洲专利申请以及专利号为6997254的美国专利的描述内容。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器。该扶正器可包括由构件连接的端环。所述构件可包括中部。该构件可包括将所述中部连接至端环的端部。所述扶正器构造为能够在所述中部相对于该扶正器处于径向外侧位置的大直径构型和该中部处于径向内侧位置的小直径构型之间转换。所述端部可构造为允许所述中部在所述径向外侧位置和径向内侧位置之间转换。所述中部的挠性可相对小于所述端部的挠性。

在使用过程中，所述扶正器的不同部分可适应钻孔内的空间，从而能够通过钻孔或钻孔内的尺寸限制部位。在通过钻孔以及/或者将所述套管支撑于钻孔中(如支撑于钻孔的水平段或倾斜段内)的过程中，所述扶正器的任何部分均可挠曲、变形或发生其他畸变。所述中部发生的挠曲程度可小于所述端部。所述构件可形成扶正器的各叶身，而所述中部可形成此类叶身的叶片。在通过尺寸限制部位时，所述扶正器的至少一部分可发生一定程度的变形(如塑性变形)。所述端部和挠性相对更小的中部可减小或限制所述扶正器的变形程度。可以理解的是，“挠曲”一词可指所述中部的弯曲、扭曲、畸变、变形以及/或者任何其他形式的移位。

所述中部可包括至少一个刚性部分，或者可本身为刚性体，或者可至少部分为刚性体。该中部可构造为能够抵抗挠曲、弯曲、扭曲、变形等中的至少一种。该中部可以为刚性体，或者可构造为能够以任何合适方式抵抗挠曲、弯曲、扭曲、变形等。该中部的刚度或刚性可相对大于所述端部。

所述端部可包括至少一个挠性部分，或者可本身为挠性体，或者可至少部分为挠性体。该端部可构造为能够发生挠曲、弯曲、扭曲、变形等中的至少一种。该端部可以为挠性体，或者可构造为能够以任何合适方式挠曲、弯曲、扭曲或变形等。该端部的刚度或刚性可相对小于所述中部。

所述扶正器的至少一个构件或部件，如所述中部和/或端部，可包括弯曲部分。所述中部和端部中的至少一个可包括弯曲部分，该弯曲部分可以任何合适方式或沿任何合适方向弯曲。该弯曲部分可相对于所述扶正器沿任何方向形成。该弯曲部分可沿所述构件的延伸方向(该方向例如为从一个端环至另一端环的方向，或者说为平行于所述扶正器轴线的方向)形成。该弯曲部分可沿横跨各构件的方向(该方向例如为绕所述扶正器轴线的周向，或者可视为垂直于所述两端环相隔方向的方向)形成。可以理解的是，所述扶正器的至少一个构件或部件可沿一个或一个以上的方向弯曲。

所述中部可包括弯曲部分。该弯曲部分可沿横跨各构件的方向形成。该弯曲部分可沿各构件的延伸方向形成。该弯曲部分可形成第一曲率半径，该第一曲率半径可对应于横跨各构件的方向以及/或者各构件的延伸方向。该弯曲部分可使得所述中部的挠性相对小于所述端部。

所述端部可包括非弯曲部分或形成第二曲率半径的弯曲部分。所述非弯曲部分或形成第二曲率半径的弯曲部分可沿横跨各构件的方向形成。所述非弯曲部分或形成第二曲率半径的弯曲部分可沿各构件的延伸方向形成。所述第二曲率半径可大于所述第一曲率半径。所述非弯曲部分或形成第二曲率半径的弯曲部分可用于允许所述中部在所述径向外侧位置和径向内侧位置之间转换。

通过使所述端部比中部具有更大的曲率半径，可以使该端部的挠性一定程度上大于所述(具有更小曲率半径的)中部的挠性。

每一所述端部可包括将相应端部连接至相应端环的至少两个接头。每一端部的此类接头可自所述中部开始分叉。各接头可在端环处相互间隔分开。

通过将每一端部的接头相互分隔设置，可有助于使外部施加的负载沿所述端环更加均匀地分布(如周向分布)。当外部负载施加至所述中部上时，该负载可经所述端部进一步传递至各接头。通过将每一端部的接头相互分隔设置，可以减小每一接头上的负载，从而可减小每一接头上的应力。通过将所述接头分隔设置，可有助于控制端部上的弯曲力、扭转力或任何其他作用力，从而防止使端部变形至使得所述扶正器无法恢复至所述大直径构型的程度，或者变形至有损于所述扶正器恢复至所述大直径构型的程度。

所述接头可以为分叉或分体接头，并用于在所述端部和端环之间传递作用力。

所述接头可包括或形成弧形边缘。

各接头之间的空间可形成开口，该开口可具有弧形边缘。所述开口可具有泪滴或三角形状，该形状在靠近所述端环且远离中部的一侧可具有更大宽度。各接头的弧形边缘可有助于实现更加均匀的负载分布，以例如减小或减轻接头所示的压力。

所述端部可包括弯曲部分，该部分可沿横跨各构件的方向以及各构件的延伸方向中的至少一个方向形成。所述弯曲部分可靠近相应端环，并远离所述中部。该弯曲部分可以使上述弯曲部分的挠性相对小于所述端部另一部分的挠性。

每一所述端部可具有过渡部分。该过渡部分可处于所述中部的弯曲部分与相应端环的弯曲部分之间。该过渡部分可具有大于以下至少一个的曲率半径：所述中部的弯曲部分；以及相应端环的弯曲部分。

所述过渡部分可包括或形成所述构件的平坦部分或弯曲度相对较小的部分，该部分的挠性可相对大于以下至少一个的挠性：所述中部；以及所述端环。所述端环和/或中部的挠性可小于所述过渡部分的挠性。所述过渡部分可有助于分散所述端部上的负载或应力，或者至少使挠性相对更小的部件之间的过渡部分变得更软，从而减小负载或应力在挠性更大部件上的集中程度。

当所述端部包括用于至少部分抵抗上述端部弯曲部分的挠曲、扭曲或变形的弯曲部分时，可使得所述端环(刚度相对较大)与该端部(挠性相对较大)之间的过渡部分变得更软，从而可有助于分散该端部上的负载或应力。

所述端部的弯曲部分可沿所述扶正器的周向方向形成。

所述中部可包括或形成弯曲或外凸的外表面。该弯曲或外凸外表面可沿各构件的延伸方向形成，或者说沿所述扶正器两端环之间的分隔方向形成。各端部可包括或形成弯曲或内凹的外表面，该外表面可沿各构件的延伸方向形成，或者说沿所述扶正器两端环之间的分隔方向形成。

各端部的过渡部分可包括所述内凹外表面。

所述中部可包括或形成弯曲或外凸的外表面，该外表面可沿横跨各构件的方向形成，或者说沿所述扶正器相邻构件之间的方向形成。

各构件可包括或形成沿其一定长度，例如沿所述两端环之间的整个长度延伸的外凸外表面。各构件可包括沿该构件长度延伸的外凸段、平坦段及内凹段中的至少一个。各构件可包括或形成沿该构件部分长度延伸的外凸外表面，并可包括或形成沿该构件另一部分长度延伸的平坦外表面及内凹外表面中的至少一个。

扶正器相邻构件之间的相隔方向可对应于该扶正器的周向方向。所述两端环可相对于所述扶正器的轴线同轴，从而使得所述周向方向的限定与所述扶正器的轴线相关。

所述端部可包括或形成沿所述构件的延伸方向及沿横跨该构件的方向中的至少一个方向延伸的弯曲外表面、外凸外表面、内凹外表面及平坦外表面中的至少一个表面。所述弯曲外表面、外凸外表面、内凹外表面及平坦外表面中的至少一个表面可沿所述扶正器相邻构件之间的方向以及/或者所述扶正器两端环之间的分隔方向形成。

在初始非变形条件或至少部分变形条件下，所述扶正器可处于所述大直径构型，该状态可形成第一曲率半径。所述扶正器可在所述初始非变形条件下进入钻孔，并随后可因钻孔直径而部分变形至处于部分变形构型。所述第一曲率半径可由钻孔半径确定。所述构件的弯曲或外凸外表面可形成第二曲率半径，该第二曲率半径可沿横跨各构件的方向形成。该第二曲率半径可例如至少在所述扶正器的非变形条件或至少部分变形条件下等于或小于所述第一曲率半径。所述构件的弯曲或外凸外表面可包括能够与孔壁接触的部分，该部分例如为中央部分等。所述构件的弯曲或外凸外表面可包括在所述非变形或部分变形构型下不能与孔壁接触的部分，该部分例如为边缘部分等。在某些情况下，所述边缘部分可能够在扶正器发生变形时与孔壁接触。通过设置不能与孔壁接触的边缘部分，能够减少扶正器穿过钻孔时所述构件与孔壁之间的摩擦。

所述第一曲率半径可对应于钻孔的曲率半径。通过使所述第二曲率半径等于或小于所述第一曲率半径，可以减小所述外凸外表面中部与孔壁之间的接触面积。通过减小该接触面积，可以减少摩擦，并且/或者使所述扶正器更加易于通过钻孔。

所述中部可包括能够减小该中部与孔壁间接触面积的脊状物、肋状物、突起物或其他类似结构。

所述扶正器可构造为随所述构件的变形程度的不同而具有不同直径。该扶正器可包括用于限制所述构件的挠曲或变形的至少一个支撑件。通过限制所述构件的挠曲或变形，可防止所述扶正器的直径小于阈值直径，从而可确保该扶正器至少部分恢复至直径大于所述阈值直径的状态。

在初始状态下，所述扶正器可至少具有所述第一直径，该第一直径可对应于、大于或小于所述大直径构型下的直径。该扶正器可在构造上变化至变形条件，该变形条件具有小于所述第一直径的第二直径，从而允许所述扶正器穿过钻孔限制部位。该扶正器可在构造上重新变回恢复状态，该恢复状态具有所述第一直径，并使得所述套管在钻孔内居中。在所述变形构型下，可通过限制所述构件的变形程度而确保所述扶正器能够恢复所述第一直径。

所述第二直径可等于或大于所述阈值直径。

所述至少一个支撑件可构造为在至少一个所述构件发生挠曲或变形时与所述套管相抵。

所述至少一个支撑件可以为可挠曲或可变形支撑件。

所述至少一个支撑件可用于支撑所述中部和端部中的至少一个。所述至少一个支撑件可用于支撑所述构件的径向最外侧部分。

所述至少一个支撑件可用于支撑所述构件的含有所述两端环间中点的部分。

所述构件的径向最外侧部分可形成该构件的顶点或制高点。

每一所述构件可包括沿所述扶正器周向形成的外凸外表面。

所述外表面可包含所述构件的接触表面。该接触表面可以为能够与钻孔壁接触的表面。所述外凸外表面可至少部分沿所述构件的一定长度形成。该外凸外表面可至少部分跨所述构件的一定宽度形成。该构件的所述长度可定义为该构件沿钻孔内的所述扶正器的轴向或井下方向延伸的部分。该构件的所述宽度可定义为该构件沿钻孔内的所述扶正器周向方向延伸的部分。该构件的厚度可沿钻孔内的所述扶正器的径向方向形成。

在初始非变形条件下，所述扶正器可具有形成第一曲率半径的第一直径。每一所述构件的外凸外表面可形成第二曲率半径。该第二曲率半径可等于或小于所述第一曲率半径。

所述第一曲率半径可沿钻孔的周向形成。所述第二曲率半径可沿所述扶正器的周向形成。通过使得所述构件具有所述第二曲率半径，可以减少所述扶正器通过钻孔时该扶正器与钻孔之间的摩擦。通过减少这一摩擦，可以减少所述构件的磨损。

所述构件可包括将这些构件连接至所述扶正器端环上的至少一个端部。所述构件可包括用于将该构件连接至所述扶正器端环上的至少两个端部。

所述端部可分叉。通过使每一构件末端具有一个以上的端部可有助于作用力沿端环均匀分布。

所述构件可包括用于将每一构件的每一端连接至相应端环的至少两个端部，其中，每一端环上各相邻端部之间的连接点沿该端环的周向以等间隔方式分布。然而，可以理解的是，在一个实施例中，所述相邻连接点也可沿所述端环以非等间隔方式分布。根据所述扶正器的具体几何形状，既可使所述端部连接点以等间隔方式沿端环周向分布，也可使这些端部连接点不以等间隔方式沿端环周向分布。举例而言，大直径扶正器或含有四个、五个或六个以上构件的扶正器可提供足以供端部连接点以等间隔方式分布的空间，而小直径扶正器或含有四个、五个或六个以下构件的扶正器可能无法提供足以供端部连接点以等间隔方式分布的空间。

通过使所述各端部等间隔分布，可以沿所述扶正器端环的周向，至少部分实现作用力的均匀分布。在使用过程中，例如在水平钻孔段内的使用过程中，钻孔底侧扶正器构件的变形程度可大于钻孔顶侧扶正器构件的变形程度。钻孔底侧扶正器构件向端环施加的作用力可大于钻孔顶侧扶正器构件向端环施加的作用力。通过使端部连接点沿端环周向以等间隔方式分布，可以使所述构件在端环上所施加的作用力的分布比端部连接点沿端环周向不以等间隔方式分布时的分布更为均匀。如此，可以降低端环(或者实际上所述扶正器的任何其他部件)的某些部分被施以过度的应力或发生过度应变的可能性。

所述至少一个支撑件可包括内凹外表面。该支撑件外表面可面向钻孔壁。一般情况下，该支撑件外表面不能与所述孔壁接触。所述支撑件可包括或具有弓形形式。

所述支撑件可包括外凸的内表面。该外凸内表面可面向所述套管，并且可在当所述套管穿过钻孔限制部位时移动至与该套管相抵。

所述至少一个支撑件可自各构件的一个端部延伸至其另一端部。所述至少一个支撑件可设置为在所述构件的第一端和第二端之间施加作用力。

所述至少一个支撑件可用于在所述构件上施加作用力，或者用于抵抗所述构件所施加的作用力。所述至少一个支撑件可用于在所述构件的中间点上提供支撑。该中间点可处于所述两端环之间。所述至少一个支撑件可用于为所述中部提供支撑。

所述至少一个支撑件可以所述构件的中点为中心，或相对于该中点对称。

所述至少一个支撑件可用于在所述构件上施加作用力，或者用于抵抗所述构件所施加的作用力。所述至少一个支撑件可用于在所述构件的中点和端部之间的一点上沿该构件的延伸方向提供支撑。

所述至少一个支撑件可沿所述构件的延伸方向设置于靠近所述扶正器一个端环且远离该扶正器另一端环的位置。

所述至少一个支撑件可包括至少一个弓形弹簧元件。所述至少一个支撑件可至少部分沿所述中部和端部中至少一个的中央部分延伸。所述至少一个支撑件可至少部分沿所述构件的中央部分延伸。所述至少一个支撑件可至少部分沿所述中部和端部中至少一个的边缘延伸。所述至少一个支撑件可至少部分沿所述构件的边缘延伸。

所述构件可包括金属或者由金属制成。

所述扶正器可包括至少一个用于接触钻孔壁的接触表面。该接触表面可包括用于减少摩擦的涂层。所述构件可包括所述接触表面。所述用于减少摩擦的涂层可构成所述构件的一部分。所述用于减少摩擦的涂层可包括聚四氟乙烯和石墨中的至少一种。

任何其他合适的涂层均可施加至所述构件，以减少此类构件与孔壁之间的摩擦。或者，所述构件上可形成所述用于减少摩擦的涂层，或者可通过修饰而具有所述用于减少摩擦的涂层。

根据本发明实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器。该扶正器可包括由构件连接的端环。该构件可包括中部。该构件可包括将所述中部连接至所述端环的端部。所述扶正器可在大直径构型和小直径构型之间转换。所述端部或每一所述端部可包括将相应端部连接至相应端环的至少两个接头。每一端部的接头均可自所述中部开始分叉，从而在端环处相互间隔分开。

通过将每一端部的接头相互分隔设置，可有助于使外部施加的负载沿所述端环更加均匀地分布(如周向分布)。当外部负载施加至所述中部上时，该负载可经所述端部进一步传递至各接头。通过将每一端部的接头相互分隔设置，可以减小每一接头上的负载，从而可减小每一接头上的应力。通过将所述接头分隔设置，可有助于控制端部上的弯曲力、扭转力或任何其他作用力，从而防止使端部变形至使得所述扶正器无法恢复至所述大直径构型的程度，或者变形至有损于所述扶正器恢复至所述大直径构型的程度。

所述接头可以为分叉或分体接头，并用于在所述端部和端环之间传递作用力。

在所述大直径构型下，所述中部可相对于所述扶正器处于径向外侧位置。在所述小直径构型下，所述中部可处于径向内侧位置。

该扶正器可包括本发明任何实施例扶正器的至少一个特征。

根据本发明的一个实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器。该扶正器可包括由具有弯曲或外凸外表面的构件连接的端环。在初始非变形条件或至少部分变形条件下，该扶正器可具有形成第一曲率半径的第一直径。所述构件的弯曲或外凸外表面可形成第二曲率半径。该第二曲率半径可沿横跨各构件的方向形成。该第二曲率半径可例如至少在所述扶正器处于所述非变形条件或至少部分变形条件下时等于或小于所述第一曲率半径。

所述外凸外表面可沿所述扶正器的周向方向或周向面形成。所述第一曲率半径可沿钻孔的周向方向形成。所述第二曲率半径可沿所述扶正器的周向方向或周向面形成。通过使所述构件具有所述第二曲率半径，可以减少所述扶正器通过钻孔时该扶正器与钻孔之间的摩擦。通过减少这一摩擦，可以减少所述构件的磨损。

该扶正器可包括本发明任何实施例扶正器的至少一个特征。本扶正器的至少一个特征可包括或替代本发明任何扶正器的至少一个特征，或者与其组合。

根据本发明的一个实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器。该扶正器可包括由具有用于接触钻孔壁的接触表面的构件连接的端环。所述接触表面可包括用于减少摩擦的涂层。

通过使所述构件具有用于减少摩擦的涂层，可以减少所述扶正器通过钻孔时该扶正器与钻孔之间的摩擦。通过减少这一摩擦，可以减少所述构件的磨损。

所述接触表面可包括用于减少摩擦的涂层，该涂层形成所述构件的一部分。所述用于减少摩擦的涂层可包括聚四氟乙烯和石墨中的至少一种。本领域普通技术人员可理解的是，也可设置其他用于减少摩擦的涂层。

该扶正器可包括本发明任何实施例扶正器的至少一个特征。本扶正器的至少一个特征可包括或替代本发明任何扶正器的至少一个特征，或者与其组合。

根据本发明一个实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器的制造方法。所述扶正器可包括由具有用于接触孔壁的接触表面的构件连接的端环。该方法可包括：对至少部分所述接触表面进行涂敷、成型及修饰处理当中的至少一者，从而使其包括用于减少摩擦的涂层。

所述用于减少摩擦的涂层可包括聚四氟乙烯和石墨中的至少一种。聚四氟乙烯和石墨中的至少一者可能够降低所述接触表面的磨损率和摩擦系数。通过将所述接触表面浸入含石墨的溶液，可在该表面上涂附所述用于减少摩擦的涂层。通过至少部分涂敷石墨，可以极其有效地减少摩擦。其中，所述用于减少摩擦的涂层可由利用任何合适的技术施加、涂敷、成型或用于对所述接触表面进行修饰。

根据本发明一个实施例，提供一种将套管下放至钻孔中的方法。该方法可包括在套管柱上设置多个扶正器。所述扶正器包括由构件连接的端环，所述构件用于使所述扶正器随该构件的变形程度不同而具有不同直径。该构件被限制至防止所述扶正器的直径小于阈值直径。该方法可包括将所述套管和扶正器下放通过使该扶正器发生径向变形的钻孔限制部位。该方法可包括将所述套管和扶正器从钻孔限制部位下放进入钻孔段，以确保使所述扶正器至少部分恢复至直径大于所述阈值直径的状态。

该方法在套管的下放，例如套管在倾斜或水平钻孔(如油井和/或气井钻孔)中的下放方面可尤其具有实用性。其中，当在倾斜或水平钻孔中下放套管时，套管质量易于使位于套管和钻孔底侧之间的扶正器构件压缩或变形。当扶正器构件的变形程度不受限制时，处于套管与钻孔底侧之间的构件的变形程度有可能会大于处于套管与钻孔顶侧之间的构件的变形程度，并有可能在扶正器通过钻孔限制部位时发生过度或无法恢复的变形。如此，当套管经钻孔限制部位进入钻孔段时，已发生过度变形的构件可能无法恢复至足以使扶正器具有所述第一直径并使套管在钻孔内保持同轴的程度。

通过本方法，各构件的变形程度可以得到限制，以确保这些构件能够恢复至足以使套管在钻孔内基本保持同轴的程度。当套管和扶正器通过水平尺寸限制部位时，虽然套管与钻孔底侧之间的扶正器构件具有发生更大变形程度的趋势，然而通过对各个构件的变形程度进行限制，此类变形更有可能能够在各构件之间以更为均匀的方式分布。

所述阈值直径可以为所述扶正器的最小直径。当小于这一直径时，扶正器构件可能已发生过度变形，即这些过度变形的构件可能在扶正器经过钻孔限制部位后进入钻孔段时，无法恢复至足以获得更大的目标直径。通过对所述构件进行限制而防止其直径小于所述阈值直径，所述扶正器能够至少部分恢复至直径大于所述阈值直径，从而使得套管在钻孔内保持基本同轴。

本领域技术人员可意识到的是，正譬如美国石油学会(American PetroleumInstitute)弓形弹簧扶正器规范10D中指出的一样，当可变形扶正器用于倾斜或水平钻孔用途中时，处于套管底侧的构件部分将不可避免地发生一定程度的变形。

所述扶正器在初始状态下可至少具有第一直径。所述方法可包括使所述扶正器通过径向变形而具有由钻孔限制部位限定且小于所述第一直径的第二直径。

在进入钻孔之前，所述扶正器可处于所述初始状态，而且钻孔直径可以为所述第一直径。一旦进入钻孔，所述扶正器可发生部分变形，从而具有所述第一直径。

所述第二直径可等于或大于所述阈值直径。当在钻孔限制部位内发生变形时，所述扶正器的变形程度可并不使得其直径小于所述阈值直径。通过使所述扶正器仅变形至直径等于或大于所述阈值直径的程度，可避免该扶正器发生过度变形。

通过限制所述构件而防止所述扶正器的直径小于阈值直径可包括：在所述构件和套管之间设置至少一个支撑件。

所述至少一个支撑件可设置为能够防止所述构件变形至使得所述扶正器的直径小于所述阈值直径。

所述方法可包括：通过使所述至少一个支撑件在至少一个所述构件发生径向压缩时与所述套管相抵而限制该构件的变形。

该方法可包括：使所述扶正器移动通过倾斜或水平钻孔段内的钻孔限制部位。该方法可包括：当所述扶正器通过钻孔限制部位时，对所述扶正器底侧的构件进行限制，以防止该构件在所述套管所施重量的作用下发生过度变形。

限制所述扶正器底侧的构件发生变形可包括：支撑所述套管，以使得该套管在以下两个部位中的至少一个中保持基本同轴的位置：钻孔限制部位；以及钻孔段。

支撑所述套管可包括：设置用于使所述套管保持基本同轴位置的至少一个支撑件。所述至少一个支撑件可抵御钻孔底侧构件的变形，从而将所述套管保持于钻孔底侧上方的最小径向距离处。该最小径向距离可由所述阈值直径确定。该最小径向距离可由钻孔限制部位的直径确定。该最小径向距离可等于或约等于所述阈值直径或钻孔限制部位直径与套管直径之差的一半。

根据本发明一个实施例，提供一种将套管下放至钻孔中的方法，该方法包括：

在套管柱上设置多个扶正器，所述扶正器包括由构件连接的端环且至少具有第一直径；

将所述套管和扶正器下放通过具有小于所述第一直径的第二直径的钻孔限制部位，其中，所述扶正器因径向变形而具有所述更小的第二直径，各个构件的变形程度被限制至确保所述扶正器可恢复至所述第一直径；以及

将所述套管和扶正器从钻孔限制部位下放进入具有所述第一直径的钻孔段，其中，所述扶正器恢复至所述第一直径。

根据本发明另一实施例，提供一种将套管经具有第二直径的钻孔限制部位下放至具有大于所述第二直径的第一直径的钻孔内的扶正器，该扶正器包括由构件连接的端环，并在初始状态下至少具有所述第一直径，该扶正器可在构造上变化至具有所述更小第二直径的变形条件，以能够通过钻孔限制部位，该扶正器可在构造上重新变回恢复状态，该恢复状态具有所述第一直径，并使得所述套管在具有所述第一直径的钻孔内居中。在所述变形构型下，各个构件的变形程度受到限制，以保证所述扶正器恢复至所述第一直径。

根据本发明一个实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器的构件，该构件用于连接所述扶正器的端环。该构件可包括本发明任何构件的至少一个特征。该构件可进一步包括至少一个支撑件，该支撑件包括本发明任何支撑件的至少一个特征。

根据本发明一个实施例，提供一种使套管在钻孔内居中的扶正器。该扶正器可包括由构件连接的端环，所述构件用于允许所述扶正器随该构件变形程度的不同而具有不同直径。所述扶正器可包括至少一个支撑件，该支撑件用于限制所述构件的变形，以防止所述扶正器的直径小于阈值直径，从而确保该扶正器能至少部分恢复至直径大于所述阈值直径的状态。

本发明任何实施例、方面或实施方式的至少一个特征可替代本发明任何实施例、方面或实施方式的任何相应特征。本发明任何实施例、方面或实施方式的至少一个特征可与本发明任何实施例、方面或实施方式相结合。

附图说明

以下，将仅以举例说明的方式，并参考附图，描述本发明的上述及其他实施例。附图中：

图1为在一段水平钻孔内处于非居中位置的套管示意图，其中，用于支撑套管的扶正器例如因套管重量而发生部分变形；

图2为由本发明实施例扶正器支撑于一段水平钻孔内居中位置的套管示意图；

图3为本发明实施例扶正器侧视图；

图4a为图3扶正器的轴视图；

图4b为图4a位于钻孔内的扶正器的部分放大图；

图5为图3扶正器构件的侧视图；

图6为图3扶正器构件的立体图；

图7为图3扶正器的部分侧视图；

图8为本发明实施例扶正器侧视图；

图9为图8扶正器的轴视图；

图10为图8扶正器构件的部分侧视图；

图11为图8扶正器构件的立体图；

图12为本发明实施例扶正器侧视图；

图13为图12扶正器的轴视图；

图14为图12扶正器构件的立体图；

图15为另一构件实施例的立体图；以及

图16为图15构件的侧视图。

具体实施方式

图1所示为由扶正器12支撑于一段水平钻孔14内的套管10。套管10外侧与钻孔14的孔壁15之间形成(非对称)环形空隙16。孔壁15和套管10之间注入水泥等可固结材料。在本实施例中，扶正器12包括八个周向间隔设置的构件18，其在安装于套管10上的两个轴向间隔设置的端环20之间延伸。由于套管10施加于扶正器12上的重量较大，因此扶正器12有时会发生变形或瘪塌，从而使得套管10在钻孔14内易于下坠至非同轴的底部位置。如图1所示，位于钻孔14底部位置的其中一个构件18已经发生挠曲、径向压缩或变形，从而使得该构件18的弹簧作用力无法将套管10保持于钻孔14中的中央或同轴位置。在该情形中，灌注于套管10和孔壁15之间的所述水泥等可固结材料无法沿套管10外周均匀(或对称)分布。

接下来参考图2至图7，该图所示为扶正器112的各种视角和部件。其中，扶正器112的相同或类似构件以及相应构件的附图标记在扶正器12附图标记的基础上加上100。

与图1相比，图2所示扶正器112基本上未发生变形(或者已至少部分从之前发生的变形中恢复)，从而使得套管110在钻孔114内基本处于中央(如同轴)位置。可以理解的是，从图1和图2可以看出，无论何种情形(尤其当设于一段水平钻孔内时)，由于套管重量倾向于使得钻孔114底侧的构件发生变形，因此任何扶正器均有一定程度的变形。在套管110位于图2所示基本上处于中央位置的情形中，可固结材料能够在形成于套管110和孔壁115之间的环形空隙116内实现大致均匀的分布。

当扶正器112移动通过钻孔114时，扶正器112的至少一个构件118可在穿过钻孔114的尺寸限制部位时发生挠曲或变形，并在随后可至少基本上恢复其一开始或最初的状态(如非挠曲、非压缩或非变形条件)。每一构件118均包括中部119和将中部119连接至端环120上的端部121。扶正器112构造为能够在中部119相对于扶正器112处于径向外侧位置的大直径构型和中部119处于径向内侧位置(如允许扶正器112通过钻孔的尺寸限制部位)的小直径构型之间转换。端部121构造为使得中部119能够在所述径向外侧位置和径向内侧位置之间转换。中部119的挠性相对小于端部121的挠性。在本实施例中，由于中部119挠曲程度大于端部121(如具有更小的曲率半径)，因而中部119挠性相对小于端部121。

每一构件118均具有面向孔壁115的外表面128。外表面128包括用于接触孔壁115的接触表面130，接触表面130至少部分地沿着外表面128延伸并且包括构件118的顶点132。从图5可最佳地看出，顶点132形成构件118的最高点(或径向上最外侧的点)，并位于两个端环120之间的中点处134。至少参考图5和图6，中部119包括沿构件118方向外凸的外表面128，端部121包括沿构件118方向内凹的外表面128。可以理解的是，构件118的所述外凸和内凹外表面之间可以具有平坦表面。

中部119包括弯曲部分123，该弯曲部分具有使中部119的挠性相对小于端部121的第一曲率半径(如沿相邻构件118的相隔方向，或说横跨各构件118的方向)。在本实施例中，端部121包括占端部121一定长度的非弯曲部分125，用于使得中部119可在上述径向外侧位置和径向内侧位置之间转换。非弯曲部分125的挠性相对大于弯曲部分(如中部119的弯曲部分)的挠性。

每一端部121均包括用于将该端部121连接至相应端环120的两个接头136。每一端部121的接头136均在从中部119至端环120的方向上分叉，从而在端环120处相互间隔分开。

每一端部121的两个接头136中的每一接头均包括弯曲部分137，该弯曲部分137与相应端环120临近且远离中部119，从而使得该弯曲部分137的挠性相对小于端部121另一部分(如非弯曲部分125)的挠性。

非弯曲部分125至少部分形成中部119与相应端环120之间的过渡部分。中部119包括沿扶正器112两端环120之间方向外凸的外表面，而端部121包括沿该方向内凹的外表面。中部119还形成沿扶正器112相邻构件118之间方向外凸的外表面。端部121包括沿扶正器112相邻构件118之间方向外凸的外表面(例如，至少弯曲部分137)以及沿该方向平坦延伸的外表面(如非弯曲部分125)。

接头136与端环120之间形成泪滴形状的开口138。每一构件118均包括沿构件118长度方向延伸的边缘140。边缘140包括弓形部分，而该弓形部分进一步包括外凸或内凹形式的部分。构件118的至少一个部分的挠曲形式使得其刚性在一定程度上大于，或者说挠性在一定程度上小于构件118的至少一个其他部分。

从图4b可最佳地看出，孔壁115形成(如沿钻孔114的周向)第一曲率半径。构件118的接触表面130形成(如沿扶正器112的周向，或者说横跨各个构件118的方向)第二曲率半径。在该情形中，所述第二曲率半径小于所述第一曲率半径。当沿轴向或井下方向观察时(从图4a至图4b可最佳地看出)，构件118的外表面128(包括接触表面130)向外凸出。通过使接触表面130的曲率半径小于孔壁115的曲率半径，可以减少扶正器112移动穿过钻孔114时构件118与孔壁115之间的摩擦(即与构件接触表面的曲率半径大于孔壁115曲率半径，例如当沿轴向或井下方向观察时该构件的接触表面为平坦形状(或者说非挠曲形状)的情形相比)。接触表面130包括中央部分154和边缘部分155，所述中央部分可与孔壁115接触，所述边缘部分可在扶正器处于非变形或部分变形条件时，不与孔壁115接触，从而可减少扶正器112穿过钻孔114时发生的摩擦。通过减少摩擦，可以使构件118更少地发生拖拽、磨损或变形。

可选地，接触表面130包括聚四氟乙烯(如Teflon^TM)、石墨等可以降低摩擦的涂层，以例如使扶正器112能够更加容易地移动通过钻孔114。

每一端环120包括八个用于限制扶正器112在套管110上的移动范围的套管接合件142。套管接合件142的形式为轴向延伸的突起结构144，这些突起结构设置于各个构件118之间，并且以每一端环120为起点朝另一端环120上的相应套管接合件142延伸。套管接合件142构造为通过与套管110上安装的止动环(未图示)接合而在允许扶正器112在套管110穿过钻孔114的过程中沿套管110发生有限程度的轴向移动的同时，防止扶正器112沿套管110大幅度滑动。也就是说，虽然扶正器112相对于套管110具有部分移动自由度，但是无法大幅偏离所述止动环限定的位置。

接下来参考图8至图11，该图所示为扶正器212的各种视角和部件。其中，扶正器212的相同或类似构件以及相应构件的附图标记在扶正器112附图标记的基础上加上100。下文描述突出强调与以上结合图2至图7所描述特征不同的特征。

图8至图11所示扶正器212总体上与图2至图7所示扶正器112具有类似的形式。扶正器212包括可与孔壁115接触的构件218。构件218可在套管110和孔壁115之间径向移动，或者通过从最初的非变形条件转换为变形条件而允许扶正器212通过钻孔114内的尺寸限制部位。

构件218具有边缘240，而这些边缘包括沿构件218的延伸方向外凸和内凹的形式。从图8等图可以看出，一部分边缘240包括直缘和弧形边缘。构件218包括圆角三角形形式的开口238(类似于构件118的开口138)。

在此之外，每一构件218还包括用于限制构件218变形(例如可以为当扶正器212通过钻孔114内尺寸限制部位时发生的变形，以及/或者当套管110重量施加至扶正器212上时发生的变形)的支撑件248。

每一构件218的支撑件248的形式为大体横跨该构件一部分(如从一个端部221至另一端部221)的弓形弹簧元件250。每一构件218的支撑件248均为从该构件218中部219的中央部位254切出的一部分，并从该构件218的第一端部221延伸至第二端部221。第一端部221位于构件218一端的开口238与构件218的顶点232之间。第二端部221位于构件218另一端的开口238与顶点232之间。第一端部221和第二端部221中的每一个均形成将构件218连接至支撑件248相应一端的过渡部分。如此，每一构件218即包括两个沿支撑件248(且径向向外)延伸的接触表面230。

当构件218受到径向压缩时，将使得支撑件248的内表面260与套管110相抵。与套管110相抵后，支撑件248便可阻止至少一个构件218发生进一步的径向压缩。通过以支撑件248限制相应构件218的变形，可防止扶正器212的直径缩减至阈值直径以下，从而确保扶正器212直径能够至少部分恢复至大于所述阈值直径。如果扶正器212变形至直径小于所述阈值直径时，则构件218可能已发生过度变形，以至于使得扶正器212可能无法充分恢复至其最初的非变形条件(例如，在通过钻孔114内的尺寸限制部位之后)。支撑件248相对于顶点232对称，且用于限制构件218在径向压缩作用下的变形。

从图10可最佳地看出，构件218包括当从侧面观察时呈现为外凸形状的外表面228。与此相对，支撑件248包括内凹外表面262(相应地，内表面260为外凸)。因此，构件218通过径向向外挠曲而能够与孔壁115接触，而支撑件248通过径向向内挠曲而一般无法与孔壁115接触。

接下来参考图12至图14，该图所示为扶正器312的各种视角和部件。其中，扶正器312的相同或类似构件以及相应构件的附图标记在扶正器212附图标记的基础上加上100。下文描述突出强调与以上结合图2至图7或图8至图11所描述特征不同的特征。

图12至图14所示扶正器312总体上具有与图8至图11所示扶正器212类似的形式。每一构件318均包括四个支撑件348，该构件和支撑件在功能上与图8至图11所示构件218和支撑件248类似，其区别在于，本实施例构件318和支撑件348的设置方式不同。

构件318包括外表面328，并且延伸于两个端环320之间。构件318还包括占构件318位于两个端环320之间一定长度的中央部分354。

在本实施例中，支撑件348包括若干弓形弹簧元件350(在本实施例中，每个构件318的弓形弹簧元件总数为四)。其中的两个弓形弹簧元件350沿构件318延伸方向设于其中的一个端环320与中点334之间。每一弓形弹簧元件350至少部分沿构件318的边缘340延伸。构件318每一端的两个弓形弹簧元件350彼此间隔分开，而构件318延伸于端环320之间的部分设于所述两个间隔设置的弓形弹簧元件350之间。

构件318的形状为弓形，并且包括基本上沿其处于端环320之间的整个长度延伸的外凸外表面328。弓形弹簧元件350包括基本上沿其处于相应端环320与中点334之间的整个长度延伸的内凹外表面362。另外两个弓形弹簧元件350与另一端环320相连，而且与上述两个弓形弹簧元件相同(或对称)设置。与上述实施例相比，构件318通过三个接头336，而非两个接头，与每一端环320连接。弓形弹簧元件350包括所述三个接头336(在构件318的每一端处)中的两个，用于将弓形弹簧元件350与端环320连接，而所述三个接头336(在构件318的每一端处)当中剩余的一个接头为构件318所有。

弓形弹簧元件350的设置方式使得其能够通过施加反作用力而确保构件318的中点334为构件318在径向上最外侧的部分。弓形弹簧元件350构造为在当构件318受到径向压缩时与套管110相抵。这一方式与图8至图11示例类似，其区别在于，弓形弹簧元件250可通过变形而在端环之间的中点234处与套管110相抵，但本例中的弓形弹簧元件350可通过变形而在中点334两侧中的任意一侧与套管110相抵。其中的两个弓形弹簧元件350沿构件318延伸，并位于靠近扶正器312第一端环320且远离扶正器312第二端环320的位置。同样地，另两个弓形弹簧元件350以同等方式相对于第二端环320设置，但靠近该第二端环。

接下来参考图15至图16，该图所示为适用于扶正器的构件一例。其中，扶正器构件418的相同或类似部件以及相应部件的附图标记在构件318附图标记的基础上加上100。下文描述突出强调与以上结合图12至图14所描述特征不同的特征。

构件418具有若干与构件318的类似之处。然而，构件418的若干特征可视为与构件318成相互倒置关系。

构件418为弓形构件，而且包括基本上沿其整个长度延伸的外凸外表面428。然而，与构件318的支撑件348由四个弓形弹簧元件350形成的上述实施例相比，本实施例的相应部件通过与其倒置而形成构件418的一部分，并因而具有外凸外表面428，而非内凹外表面。

此外，与构件318的多个部分在间隔设置的弓形弹簧元件350之间以及端环320之间延伸的上述实施例相比，本实施例的这些部件通过与其倒置而形成支撑件448，并因此每一个均包括内凹外表面462。也就是说，在本实施例中，这两个部分的形式为弓形弹簧元件450。因此，在本实施例中，共形成两个支撑件448，每一支撑件448均在相应端环(例如，与端环320类似)与中点434之间，沿构件418延伸。此外，这些支撑件还至少部分沿构件418的中央部分454延伸。

以上公开的任何实施例均可进行各种的修改。某一实施例的至少一个特征可替代另一实施例的至少一个特征，与其组合或对其进行修改。

虽然在部分实施例中将构件描述为与端环形成一体(例如，构成连体部件)，可以理解的是，此类构件和/或扶正器可具有任何合适的构造方式。例如，这些构件可先采取单独部件的形式，并随后与端环连接(如通过焊接等手段)。在至少一个实施例中，本发明扶正器可制成连体部件。例如，可通过激光切割等方式，将连成一体的材料制成所述连体式扶正器。可以理解的是，所述构件和端环可先采取单独部件的形式，并随后通过任何合适的方式相互连接。所述中部和端部也可先采取单独部件的形式，并随后相互连于一起。所述扶正器可至少部分通过增材制造工艺或减材制造工艺制造或形成，所述增材制造工艺或减材制造工艺可以任何合适的方式实施。

虽然在部分实施例中将扶正器描述为具有八个构件，可以理解的是，此类构件的数目可以为任意数目。

Claims (27)

1.一种使套管在钻孔内居中的扶正器，其特征在于，包括：

由构件连接的端环，其中，所述构件与所述端环一体成形，所述构件与所述端环构成一连体部件，

所述构件包括中部和将所述中部连接至所述端环的端部，所述扶正器构造为能够在所述中部相对于所述扶正器处于径向外侧位置的大直径构型和所述中部处于径向内侧位置的小直径构型之间转换，

所述端部构造为允许所述中部在所述径向外侧位置和所述径向内侧位置之间移动，所述中部的挠性小于所述端部的挠性，

所述中部包括沿所述构件的方向限定的弯曲部分，该弯曲部分定义有第一曲率半径，所述中部定义有一外凸的外表面，以及

所述端部包括沿所述构件的方向限定的弯曲部分，该弯曲部分定义有第二曲率半径，所述第二曲率半径大于由所述中部定义的所述第一曲率半径，所述端部定义有一内凹的外表面。

2.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，每一所述端部均包括将相应端部连接于相应端环的至少两个接头，每一端部的所述接头均自所述中部开始分叉，从而在所述端环处相互间隔分开。

3.如权利要求2所述的扶正器，其特征在于，每一所述端部的所述至少两个接头为叉状接头或分体接头，并用于在所述端部和所述端环之间传递作用力。

4.如权利要求2所述的扶正器，其特征在于，每一所述端部的所述至少两个接头之间的空间形成开口。

5.如权利要求4所述的扶正器，其特征在于，所述开口具有泪滴或三角形状。

6.如权利要求2所述的扶正器，其特征在于，每一所述端部的所述至少两个接头包括弧形边缘。

7.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，所述端部包括靠近相应端环并远离所述中部的弯曲部分，用于使所述弯曲部分的挠性小于所述端部的另一部分的挠性，靠近相应端环的所述端部在绕所述扶正器的周向方向上限定。

8.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，每一所述端部定义处于所述中部的弯曲部分与相应端环的弯曲部分之间的过渡部分，所述过渡部分的曲率半径大于所述中部的所述弯曲部分的曲率半径和相应端环的所述弯曲部分的曲率半径中的至少一个。

9.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，在沿横跨所述扶正器的各构件的方向上，所述中部还包括或定义有一外凸外表面。

10.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，在横跨所述构件的方向上，所述端部还包括或定义有一外凸外表面、一内凹外表面或一平坦外表面。

11.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，包括

至少一个支撑件，用于限制所述构件的挠曲，以防止所述扶正器的直径小于一阈值直径，从而确保所述扶正器至少部分恢复至直径大于所述阈值直径。

12.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件构造为能够在至少一个所述构件发生挠曲时与所述套管相抵。

13.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件是可挠曲的。

14.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件用于支撑所述中部和端部中的至少一个。

15.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件包括内凹外表面。

16.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件自所述构件的一个端部延伸至所述构件的另一端部。

17.如权利要求16所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件用于在所述构件上施加作用力，或者用于抵抗所述构件所施加的作用力，所述至少一个支撑件用于为所述中部提供支撑。

18.如权利要求17所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件以所述中部为中心。

19.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件自一个端部或其中的一个所述端环延伸至所述中部。

20.如权利要求19所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件用于在所述构件上施加作用力，或者用于抵抗所述构件所施加的作用力，所述至少一个支撑件用于在其中一个所述端环与所述中部之间的一点上沿所述构件的方向提供支撑。

21.如权利要求19所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件沿所述构件设于靠近所述扶正器的一个端环且远离所述扶正器的另一端环的位置。

22.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件包括至少一个弓形弹簧元件。

23.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件至少部分沿所述中部以及所述端部中的至少一个的中央部分延伸。

24.如权利要求11所述的扶正器，其特征在于，所述至少一个支撑件至少部分沿所述中部以及所述端部中的至少一个的边缘延伸。

25.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，所述构件包括金属。

26.如权利要求1所述的扶正器，其特征在于，包括用于接触所述钻孔的壁的至少一个接触表面，所述接触表面包括用于减少摩擦的涂层。

27.如权利要求26所述的扶正器，其特征在于，所述用于减少摩擦的涂层包括聚四氟乙烯和石墨中的至少一种。