CN112204224A - 挤水泥井工具 - Google Patents

Abstract

一种用于对井的一部分进行固井的井工具，包括水泥保持器组件和连接到水泥保持器组件的容器。水泥保持器组件被构造成设置在井筒内，并且包括带孔接头和水泥保持器。带孔接头包括用于使水泥从水泥保持器组件流出并流入到井筒的环空中的孔。容器包括限定容器的内部腔室的主体，其中内部腔室被构造成保持流体，并且容器被构造成设置在井筒内并位于水泥保持器组件的沿井身向下端的位置处。

Description

挤水泥井工具

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月31日提交的美国专利申请第15/994,580号的优先权，该美国专利申请的全部内容由此通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于例如在挤水泥操作中对井筒的一部分进行固井的井工具。

背景技术

一些井会经历挤水泥操作以修复、固化或大体上再次对井筒或套管的一部分进行固井。挤水泥井工具操作以在井筒内的靠近井筒或套管的壁中的射孔、泄漏点、或其他不期望的开口的位置处将水泥供应到井筒或套管的环空。例如，当注水泥套管被射孔、存在缺陷、不完整或以其他方式不令人满意时并需要额外的水泥来修复注水泥套管时使用挤水泥井工具。有时，设置在井中的挤水泥井工具包括封隔器元件和固井孔，所述固井孔用于使水泥流入到井筒或套管的环空中。挤水泥井工具可以被留在井筒中以便在稍后被钻碎。

发明内容

本公开描述了一种用于对井的一部分进行固井的井工具，例如挤水泥井工具。

在本公开的一些方面，一种用于对井的一部分进行固井的井工具包括水泥保持器组件，该水泥保持器组件被构造成设置在井筒内，水泥保持器组件包括带孔接头，并且该带孔接头包括用于使水泥从水泥保持器组件中流出并流入到井筒的环空中的孔。该井工具还包括容器，该容器连接到水泥保持器组件，并且包括限定容器的内部腔室的主体，内部腔室被构造成保持流体，并且该容器被构造成设置在井筒内并位于水泥保持器组件的沿井身向下端的位置处。

该方面和其他方面可以包括以下特征中的一个或更多个。容器的主体可以包括玻璃纤维。容器可以包括从主体径向向外延伸的扶正器，该扶正器用于将容器定位成紧邻井筒的径向中心。容器可以包括位于容器的第一纵向端部处的第一连接结构和位于容器的与第一纵向端部相反的第二纵向端部处的第二连接结构。第一连接结构可以包括螺纹式公接头型连接件或螺纹式母接头型连接件，并且第二连接结构可以包括螺纹式公接头型连接件或螺纹式母接头型连接件。第一连接结构可以将容器直接联接到水泥保持器组件。第一连接结构可以将容器直接联接到水泥保持器组件的带孔接头。第二连接结构可以直接联接到第二容器，所述第二容器被构造成设置在井筒内并位于首次提到的所述容器的沿井身向下端的位置处，并且第二容器可以包括限定第二容器的第二内部腔室的第二主体。容器可以包括位于容器的第一纵向端部处的单向止回阀，单向止回阀被构造成允许流体进入容器的内部腔室。单向止回阀可以包括弹簧加载式止回阀。容器可以包括位于容器的与第一纵向端部相反的第二纵向端部处的排放结构，排放结构被构造成将气态流体从内部腔室内排出容器的内部腔室。排放结构可以包括球形构件和球座，球形构件具有比内部腔室中的流体小的比重。排放结构可以包括单向止回阀。主体可以是大致圆筒形的，并且容器的圆筒形主体的外径可以在井筒的内壁的内径的65％与80％之间。水泥保持器组件可以包括封隔器元件，所述封隔器元件用于抵靠井筒的内壁进行密封。井筒可以是下套管井筒，并且井筒的内壁可以包括套管的内壁。带孔接头可以包括多个孔，所述多个孔用于使水泥从水泥保持器组件流出，其中所述多个孔包括带孔接头的孔。

本公开的某些方面涵盖一种用于对井的一部分进行固井的方法。该方法包括将井工具下入到井筒中，其中井工具包括水泥保持器组件和容器，该水泥保持器组件包括带孔接头，该带孔接头包括孔，并且该容器连接到水泥保持器组件并包括限定容器的内部腔室的主体，该容器设置在水泥保持器组件的沿井身向下端处。该方法还包括将设置在井筒中的井流体接收到容器的内部腔室中，以利用井流体填充内部腔室；和使水泥流动通过带孔接头的孔，从水泥保持器组件中流出，并流入到容器和井筒的内壁之间的环空中。

该方面和其他方面可以包括以下特征中的一个或更多个。水泥保持器组件可以包括封隔器元件，所述封隔器元件用于抵靠井筒的内壁进行密封，并且该方法可以包括：在使水泥流动通过带孔接头的孔之前，使井筒的内壁与封隔器元件接合以在封隔器元件的沿井身向下端处隔离井筒。该方法还可以包括：将水泥保持器组件的封隔器元件定位在井筒的内壁中的射孔的沿井身向上端处。将井流体接收到容器的内部腔室中可以包括：使井流体流动通过位于容器的第一纵向端部处的单向止回阀，以利用井流体填充容器的内部腔室。通过位于容器的第一纵向端部处的单向止回阀接收井流体可以包括：通过位于容器的与第一纵向端部相反的第二纵向端部处的排放结构气态流体从内部腔室内排出内部腔室。井筒可以是下套管井筒，井筒的内壁可以包括套管的内壁，并且使水泥流动到容器和井筒的内壁之间的环空中可以包括：使水泥流动到容器和套管的内壁之间的环空中。

本公开的某些方面包括一种用于挤水泥井工具的容器。该容器包括：主体，该主体限定被构造成保持流体的内部腔室；连接结构，该连接结构位于大致圆筒形主体的第一纵向端部处，该连接结构被构造成联接到挤水泥井工具；和单向止回阀，该单向止回阀位于大致圆筒形主体的与第一纵向端部相反的第二纵向端部处，并且以流体连通的方式连接到内部腔室。单向止回阀被构造成使流体流动到内部腔室中。

该方面和其他方面可以包括以下特征中的一个或更多个。该容器可以包括排放结构，该排放结构位于主体的第二纵向端部处，并且以流体连通的方式连接到内部腔室，该排放结构将气态流体从内部腔室中排出。连接结构可以包括螺纹式公接头型连接件或螺纹式母接头型连接件。主体可以是大致圆筒形的。

在附图和描述中阐述了本公开中描述的本主题的一种或多种实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是具有示例性固井工具的示例性钻井系统的示意性局部横截面侧视图；

图2是设置在井筒中的示例性固井工具的示意性侧视图；

图3是示例性固井工具的示例性容器的示意性局部横截面侧视图；

图4是设置在井筒中的示例性固井工具的示意性侧视图；以及

图5是示出用于对井筒的一部分进行固井的示例性过程的流程图。

在各个附图中，相同的附图标记和标识指示相同的元件。

具体实施方式

本公开描述了一种对井的一部分进行固井的井工具，例如用于挤水泥操作的井工具。本文所述的挤水泥井工具包括容器，该容器可以设置在井筒中以减小用水泥填充井筒的一部分所需的水泥量。挤水泥井工具可以用在下套管井筒(例如，邻近井筒的套管)中，或用于井筒的未下套管的裸眼部分中。井工具可以包括定位在水泥保持器或其他流体注入工具的沿井身向下端的一个或更多个容器。在一些实施方式中，井工具被定位成与井筒中的井筒射孔、套管射孔、套管泄漏点或其他流体漏失开口。容器可以由玻璃纤维、高强度塑料、铝、这些材料的组合或其他材料制成，所述材料在挤水泥操作之后可以例如利用钻头或磨机被钻。通常，容器的材料例如比钢软，使得容器可以被钻穿。容器的一部分的形状可以包括大致圆筒形形状，且该圆筒形形状的外径接近但小于井筒的内壁的内径，例如井筒的套管或裸眼部分的内壁直径。

容器(一个或更多个)在井筒或套管内占据一定体积，从而减小了井筒中可用于流动水泥的内部容积。换句话说，容器(一个或多个)减小了容器和井筒的与容器相邻的内壁之间的环空的体积，使得例如与不具有容器的井工具相比，或与具有直径小于容器的某一井柱的井工具相比，用于填充容器和井筒的内壁之间的环空的固井操作需要较少的水泥。容器可以经由带孔接头连接到水泥保持器，这允许水泥通过水泥保持器从带孔接头流出并绕容器流动。容器还可以包括阀组件，该阀组件包括止回阀和排放结构，使得当水泥保持器和容器被下入到井下时，套管中的流体通过止回阀进入到容器中，并且气态流体通过排放结构从容器排出。在一些实施方式中，多个容器可以例如通过螺纹式公-母接头连接首尾相接。

在某些挤水泥组件中，水泥保持器被下入到井下进入井筒的下套管部分中。在这些挤水泥操作中，水泥保持器要求水泥保持器的沿井身向下端的井筒没有其他工具，使得井筒完全被水泥填充，以便将一些水泥挤到套管的射孔或其他泄漏点中。在本公开中，一个或更多个容器可以附接到水泥保持器的井下端部并在井筒中占据一定容积，从而减少挤水泥操作中所需的水泥量。挤水泥操作例如通过利用水泥堵塞井筒中的套管泄漏点、套管射孔、井筒壁射孔或其他流体漏失开口来处理漏失层带。

在一些情况下，在水泥保持器设置在套管内部的情况下，容器串可以连接到水泥保持器，并且所述容器串足够长以部分地或全部地覆盖井筒的位于套管靴下方到漏失层带的裸眼井段。该组件可以允许处理远离由套管靴限定的套管的井下端部的漏失层带，在所述漏失层带中，在固井操作之后，利用钻柱将容器串钻穿。例如，与仅钻穿水泥相反，由于钻柱可以通过钻穿并跟随容器(一个或更多个)而遵循先前的井筒方向，因此钻柱可以在不需要定向底部钻具组合(BHA)的情况下恢复先前在进行挤水泥操作之前所钻的长度。在这种情况下，一个或更多个容器用作在挤水泥操作之后使钻柱的钻头所遵循的定向引导件。例如，与不使用容器的情况下使井筒完全填充有水泥相比，本文描述的利用一个或更多个容器的井工具减少了固井操作所需的水泥量，并且提供了更快且更经济的固井操作。

图1是示例性井系统100的示意性局部横截面侧视图，所述井系统100包括大致圆筒形井筒102，该井筒102从地面105处的井口104向下延伸到地球内进入到一个或更多个感兴趣地下层带中。示例性井系统100示出了一个地下层带106；然而，示例性井系统100可以包括一个以上的层带。井系统100包括垂直井，且井筒102从地面105大致垂直地延伸到地下层带106。然而，本文描述的概念适用于许多不同构造的井，包括垂直井、水平井、倾斜井或以其他方式偏斜的井。

在井筒102的一部分或全部被钻进之后，井筒102的从井口104延伸到地下层带106的一部分被内衬有一定长度的管件(所述管件被称为套管或衬管)。井筒102可以被分段钻进，套管可以安装在各段之间，并且执行固井操作以在套管和从套管径向向外定位的圆筒形壁之间分段注入水泥。圆筒形壁可以是井筒102的内壁，使得水泥被设置在套管和井筒壁之间，圆筒形壁可以是第二套管，使得水泥被设置在两个管状套管之间，或者圆筒形壁可以是套管的径向外侧的不同的大致管状或圆筒形表面。在图1的示例性井系统100中，系统100包括第一衬管或第一套管108(例如地面套管)，所述第一衬管或所述第一套管由管件的内衬井筒102的从地面105延伸到地球中的第一部分的长度限定。第一套管108被示出为仅部分地沿井筒102延伸并延伸到地下层带106中；然而，与图1中示意性示出的相比，第一套管108可以更进一步地延伸到井筒102中或在井筒102中沿井身更进一步向上终止。在第一套管108的径向外侧且在第一套管108和井筒102的内壁之间的第一环空109被示出为填充有水泥。示例性井系统100还包括第二衬管或第二套管110，该第二衬管或第二套管110从第一套管108径向向内定位，并且由管件的内衬井筒102的第二部分的长度限定，该第二衬管或第二套管110比第一套管108更进一步地延伸到井筒102的井下。第二套管110被示出为仅部分地沿井筒102向下延伸并延伸到地下层带106中，且井筒102的其余部分被示出为裸眼(例如，没有衬管或套管)；然而，与图1中示意性地示出的相比，第二套管110可以进一步地延伸到井筒102中或者在井筒102中沿井身更进一步向上终止。在第二套管110的径向外侧且在第一套管108和第二套管110之间的第二环空111被示出为填充有水泥。第二环空111可以部分地或全部填充有水泥。在某些情况下，该第二环空111是例如套管-套管环空(CCA)，因为套管-套管环空是井筒中两个管状套管之间的环空。尽管图1示出示例性井系统100包括两个套管(第一套管108和第二套管110)，但是井系统100可以包括更多套管或更少套管，例如一个、三个、四个或更多个套管。在一些示例中，井系统100不包括套管，并且井筒102是至少部分或完全的裸眼井筒。

井口装置104限定井系统100的其它设备的用于附接到井102的附接点。例如，井口装置104可以包括圣诞树结构，该圣诞树结构包括用于调节流入或流出井筒102的流的阀、或结合在井口装置104中的其它结构。在图1的示例性井系统100中，井柱112被示出为已经从地面105处的井口装置104被下入到井筒102中。在一些情况下，井柱112是一串具有接头长度的首尾相接的管件或连续的(或没有接头连接的)连续油管。井柱112可以组成在井系统100的使用寿命期间使用的作业柱、测试柱、生产柱、钻柱或其它井柱。

井柱112可以包括许多可以钻进、测试、生产、干预或以其它方式接合井筒102的不同的井工具。在图1的示例性井系统100中，井柱112包括用于对井筒102的一部分进行固井的井工具114，其中井工具114位于井柱112的最底部的井下端部处。井工具114可以包括流体保持器工具(例如水泥保持器)以及连接到流体保持器工具以对井筒102的一部分进行固井的一个或更多个容器。示例性井工具114可以执行挤水泥操作以例如堵塞井筒102的壁(例如，套管的内壁或井筒102的裸眼地层的内壁)中的流体漏失开口。流体漏失开口可以包括在第一套管108、第二套管110、套管108和110两者、裸眼部分的井筒壁、或沿井筒102的内壁的允许进行不期望的流体流动或泄漏的其他位置的裂纹、裂缝、射孔或其他开口。井工具114在水泥保持器的沿井身向下端处将水泥提供给井筒102以堵塞流体漏失开口，并且一个或更多个容器占据水泥保持器的沿井身向下端的容积，这减少了在水泥保持器的沿井身向下端处填充井筒102和堵塞流体漏失开口所需的水泥量。

图2是可以在图1的井系统100中使用的示例性井工具114的示意性侧视图。井工具114邻近井筒102的内壁200设置在井筒102中。在图2中，井筒的内壁200是图1的套管110的内壁200，使得井工具114邻近套管110设置在井筒102中。在一些实施方式中，井工具114可以例如设置在井筒102的裸眼部分中，使得井筒的内壁是井筒102的裸眼部分中的地层的内壁。内壁200包括流体漏失开口201，例如内壁200中的允许进行不期望的流体流动的射孔、泄漏点或其他开口。

井工具114包括水泥保持器202、具有一个或更多个孔208(示出一个)的带孔接头206、以及设置在水泥保持器202的沿井身向下端的容器210。在将井工具114部署或下入到井筒102中之前，容器210、带孔接头206和水泥保持器202在井的地面处(例如，在钻台处)彼此相连。井工具114用于例如经由连接到井工具114的工作管柱从井口位置接收水泥流，并在水泥保持器202的沿井身向下端处将水泥引导至井筒102中。水泥保持器202在图2中被示出为包括围绕水泥保持器202的主体的封隔器元件204，其中封隔器元件204被构造成径向地膨胀并与井筒102的内壁200接合。虽然图2示出了带孔接头206中的一个孔208，但是接头206可以包括围绕接头206均匀或不均匀地分布的另外的孔208。例如，带孔接头206可以包括围绕带孔接头206径向分布的两个、三个或四个孔208，以例如用于从孔208均匀地分配水泥。在挤水泥操作期间，井工具114被下入到井筒102中，封隔器204接合内壁200，并将水泥保持器202设置在井筒102中的适当位置处，水泥被泵送通过水泥保持器202并从带孔接头206的孔208中泵送出来，并且水泥流动通过容器210与内壁200之间的环空。井工具114可以被定位成使得封隔器204正好被设置在流体漏失开口201的沿井身向上端处，例如使得容器210直接邻近或接近流体漏失开口201(例如，在流体漏失开口201的十个线性英尺内)。在封隔器204的沿井身向下端处，水泥填充井筒102的开口容积，并且可以在水泥固结时堵塞井筒102或套管110的内壁200中的射孔、泄漏点或其他流体漏失开口(例如流体漏失开口201)。

例如在挤水泥操作或其他固井操作期间，容器210占据水泥保持器202的沿井身向下端的空间的容积，以减小用于填充井筒102的水泥的量。图3是示例性容器210的示意性局部横截面侧视图，该容器210是图2的示例性井工具114的一部分。参照图2和图3两者，容器210包括具有大致圆筒形形状的主体212。主体212是大致中空的，并且限定内部腔室214，所述内部腔室214被构造成保持流体。在一些情况下，容器主体212不必在其整个轴向长度上是圆筒形的。例如，如图2和图3所示，示例性容器210的大致圆筒形主体212包括在主体212的纵向端部处的倒角端部。这些倒角端部可以减少容器210在井筒102中下入到井下通过井筒流体时所经历的湍动。在一些示例中，主体212的被暴露于井筒102中的流体的外表面可以包括草皮(divot)、凹痕(例如高尔夫球上的凹痕)、隆起或其他表面结构，或者主体212可以例如包括在容器210的沿井身向下端处的锥形轮廓，以有助于使容器210通过井筒102被下入井下。在一些示例中，主体212的表面可以包括凹槽图案以增强容器主体与水泥之间的接合，并防止或减少主体212在钻碎过程期间的不期望的旋转。

容器210的尺寸可以变化。例如，根据井筒102的尺寸，容器210的纵向长度可以在从10英尺到40英尺的范围内，例如30英尺的长度，并且容器210的外径可以在从3英寸到16英寸的范围内。在一些实施方式中，主体212具有接近但小于内壁200的内径的外径。例如，主体212的可以具有在内壁200的直径的65％至80％之间(例如，内壁200的直径的75％)的外径。在一些示例中，主体212的外径大于在井筒102中支撑井工具114的井柱的外径。

容器210的主体212包括阀系统，该阀系统允许流体以选择性的方式流动通过内部腔室214。例如，示例性容器210在图3中被示出为包括在容器210的主体212的第一纵向端部216处的单向止回阀220和在主体212的与第一纵向端部216相反的第二纵向端部218处的排放结构222。例如，相对于井筒102的纵向轴线A-A，第一纵向端部216在图3中被示出为是主体212的沿井身向下端，而第二纵向端部218被示出为是主体212的沿井身向上端。单向止回阀220允许流体进入到容器210的内部腔室214中。例如，在井工具114在井筒102中下入井下时，单向止回阀220允许井筒102中的井流体进入到内部腔室214中。例如，当内部腔室214填充有通过单向止回阀220进入的井流体时，排放结构222允许将位于内部腔室214内的滞留空气、气态流体或其他流体排出内部腔室214。利用阀系统，容器210是自填充式，这是因为当在固井操作之前容器210被下入到井下时，内部腔室214可以填充有存在于井筒102中的流体。在一些实施方式中，在将容器210下入到井筒102中之前，内部腔室214被预先填充有流体(例如，盐水、水或其他流体)。在某些实施方式中，容器210不包括阀系统，并且可以被预先填充有如前所述的流体。

阀系统的单向止回阀220可以采用多种不同的形式。例如，单向止回阀220可以包括球形止回阀、隔膜式止回阀、斜盘式止回阀、升降式止回阀、这些止回阀的组合、或其他类型的单向止回阀。在图3的示例性容器210中，单向止回阀220是弹簧加载式锥形止回阀，该锥形止回阀允许流体流进入到内部腔室214中，但是防止流体通过止回阀220流出内部腔室214。例如，单向止回阀220包括塞元件224，该塞元件224的形状为截头锥形，并且在朝向塞座228的方向(例如，沿井身向下方向)被弹簧226偏置，其中所述塞座228紧邻第一纵向端部216形成在容器210的主体212中。塞座228被成形为容纳塞元件224并与塞元件224接合，以使得当塞元件224被安置在塞座228中时，塞元件224相对于塞座228进行密封。弹簧加载式塞元件224用作单向阀，以使得从内部腔室214内在沿井身向下的方向上施加到塞元件的力不会打开单向止回阀220，这是因为所述力作用在与弹簧相同的方向上，从而迫使塞元件224与塞座228以密封流体的方式接合。另一方面，与弹簧226的偏置力相反地作用在塞元件224上的大于弹簧226施加的弹簧偏置力的力打开单向止回阀220以使流体流入到内部腔室214中。例如，内部腔室214内的流体不能通过单向止回阀220离开腔室214，而容器210外部的流体可以通过单向止回阀220进入腔室214。在一些实施方式中，止回阀可以包括没有弹簧的被加重的塞元件，例如其中被加重的塞元件的重量用作朝向止回阀的关闭位置的偏置力。然而，由于止回阀的倾斜定向可能会影响被加重的塞元件朝向塞座偏置并相对于塞座进行密封的效果和方向，被加重的塞可能仅在止回阀的垂直或略微偏斜的定向上有效(例如，仅在垂直井筒或略微偏斜的井筒中有效)。

在一些实施方式中，当容器210被下入井下时，存在于井筒102中的流体在塞元件224上施加大于最小阈值力的力以打开止回阀220。打开止回阀220的最小阈值力是等于或大于由弹簧226施加在塞元件224上的相反的力(例如，弹簧226的弹簧偏置力)的力。当井流体至少将最小阈值力施加在塞元件224上时，弹簧226压缩并且止回阀220允许井流体流入到容器210的内部腔室214中。弹簧特性可以例如基于预期的井流体压力和井的应用而变化。在一些示例中，弹簧226具有一定刚度，该刚度基于止回阀220的期望的打开力，基于塞元件224的表面的面积、容器210的内部腔室214的大小或容积、这些特征的组合或其他参数。当然，当内部腔室214填充有流体时，由于最小阈值力包括结合有由内部腔室214内的流体在沿井身向下的方向上施加在塞元件224上的力的弹簧偏置力，因此打开止回阀220的最小阈值力增加。在一些示例中，止回阀220具有100psi的额定压力，使得内部腔室214中的压力与容器210外部的压力(例如井筒102的静水压力)之间的等于或大于100psi的压差打开止回阀220，并且小于100psi的压差关闭止回阀220。换句话说，当井筒102中的容器210外部的压力比容器210的内部腔室214内的压力至少大100psi时，止回阀220打开。

虽然止回阀220被示出为位于容器210的第一纵向端部216处并且沿着中心纵向轴线A-A居中，但是止回阀的位置和止回阀的数量可以不同。例如，容器210可以包括沿着容器210的主体212的周边定位在任何位置处的一个、两个或更多个止回阀。图3显示止回阀220被定位在容器210的母接头式螺纹连接结构的中心处，其中所述母接头式螺纹连接结构稍后被详细描述。然而，止回阀220例如可以被定位成偏离该连接结构的中心，使得止回阀220在容器210的第一纵向端部216的中心处在连接结构径向向外的位置处从井筒102接收流体。在一些示例中，止回阀220被定位成靠近底部纵向端部216，或被定位在主体212的底部四分之一内，使得容器210的腔室214从底部向上被填充。在一些情况下，止回阀220在第一纵向端部216处定位在主体212的倒角边缘上。

阀系统的排放结构222也可以采用各种不同的形式。例如，排放结构222可以包括排放板、球-座结构、单向止回阀或其组合或其它类型的排放结构。在图3的示例性容器210中，排放结构222包括球形构件230和形成在容器210的主体212中的相应的球座232。球座232被成形为包围球形构件230，但使球形构件230可在关闭位置(在该关闭位置中，球形构件230与球座232接合)和打开位置(在该打开位置中，球形构件230为座置于球座232中)之间自由移动。球形构件230可以由橡胶、塑料或其他材料制成。在图3的示例性容器210中，容器210被垂直地定向，使得井筒102中的重力、静水压力或重力和静水压力两者偏置球形构件230以从球座232中出来，从而使排放结构222保持打开以允许从内部腔室214中排出空气或气态流体。在一些实施方式中，球形构件230具有小于井流体(例如，水)的比重，使得当内部腔室214整个填充有井流体时，井流体到达球形构件230，升起球形构件230以与球座232密封接合，并堵塞排放结构222，而不允许流体进一步流出内部腔室214。

在一些实施方式中，当容器210被下入井下并且内部腔室214填充有通过止回阀220进入的流体时，存在于内部腔室214中的滞留空气或其他气态流体通过排放结构222被排出内部腔室214。当内部腔室完全填充有井流体时，排放结构222关闭。球形构件230的比重可以例如基于预期的井流体类型和井的应用而变化。在一些示例中，球形构件230的比重小于或等于预期的最轻的井筒流体(例如水)的比重。例如，球形构件230可以具有0.8的比重。

虽然排放结构222在图3中被示出为位于容器210的第二纵向端部218处并且沿着中心纵向轴线A-A居中，但是排放结构的位置和排放结构的数量可以不同。例如，容器210可以包括定位在容器210上的一个、两个或更多个排放结构。排放结构222在图3中被示出为例如位于容器210的沿井身向上端处，以在容器被垂直定向的情况下将空气或其他轻质流体或气态流体更好地排出内部腔室214。然而，在一些实施方式中，例如在倾斜井筒或水平井筒中，一个或更多个排放结构例如可以沿着容器210的主体212的周边定位在其他位置处，使得当容器被设置在倾斜井筒、水平井筒或以其他方式的非垂直井筒中时，排放结构被定位在容器210的竖直顶部处。图3示出了排放结构222被定位在容器210的公接头式螺纹连接结构的中心处，其中所述公接头式螺纹连接结构稍后将被详细描述。然而，排放结构222例如可以被定位成偏离该连接结构的中心，使得排放结构222在容器210的第二纵向端部218的中心处从连接结构径向向外地将滞留空气排放到井筒102。在一些示例中，排放结构222被定位成靠近顶部纵向端部218，或位于主体212的顶部四分之一内，使得当腔室214从其底部被流体填充时，滞留空气从腔室214的顶部排出。在一些情况下，排放结构222在第二纵向端部218处定位在主体212的倒角边缘上。此外，如果如图4所示(稍后将对其进行详细描述)多个容器210串被下入井筒中，球形构件230可以从位于沿井身最上端的容器的沿井身向下端的容器中移出，并且如果排放结构222在螺纹式母接头型连接件242的正下方定位在沿井身最上端的容器的顶端的中心处，则该球形构件仅被保持在顶部的沿井身最上端的容器中，以允许连续地对所有容器进行排放。如果排放结构222定位在容器210的主体212的外周上的其他位置处，由此不通过螺纹式母接头式连接件242进行排放，则可以将球形构件留在适当位置。

容器210包括扶正器234，该扶正器234从主体212径向向外地延伸。在图2和图3的示例性容器210中，四个扶正器234围绕主体212的外周均匀地间隔开，以将容器210的主体212定位在井筒102或套管110的径向中心处，例如沿着纵向轴线A-A居中。扶正器234还将容器210的主体212定位成与内壁200分离，例如以允许在主体212和内壁200之间形成环空。虽然示例性容器210包括四个扶正器234，但是可以使用不同数量的扶正器，例如一个、两个、三个或五个或更多个扶正器234。扶正器234对容器210进行定位，使得在固井操作期间水泥可以围绕容器均匀地流动。例如，在没有扶正器234的情况下，容器的主体212可以接近或接触内壁200，这可能会导致水泥围绕容器流动并到达内壁200中的流体漏失开口的空间不足。图2和图3将扶正器234示出为具有弯曲形状并在纵向端部处连接到主体212的条带。然而，扶正器可以采用其他形式，例如栓钉、螺柱或从主体212径向延伸的其他结构。扶正器234可以是刚性的，或者可以在径向方向上是柔性的，以允许内壁200的直径在容器210在井筒102内纵向地移动时变化。尽管图2和图3示出了扶正器234均匀地分布成单行，但容器210可以包括纵向地位于主体212上方、下方、或以其他方式定位在主体212上的一排或更多额外排中的额外的扶正器。

容器210的主体212由可以在固井操作之后的钻井操作中被钻井工具钻穿的材料制成。例如，容器210的主体可以包括玻璃纤维或其他可钻材料或由玻璃纤维或其他可钻材料制成。例如与金属和其他材料相比，玻璃纤维重量较轻且易被钻穿，并且玻璃纤维具有足够的额定破裂压力和额定坍塌压力，例如以承受井筒下入和挤水泥操作。主体212的材料具有足够的刚性以连接到水泥保持器202、带孔接头206或两者，并支撑重量并承受存在于内部腔室214中的流体的压力，同时还具有足够的脆性以便在完成固井操作之后的后续钻井操作中被钻穿。容器210的止回阀220和排放结构222都允许在高压挤水泥操作期间内部腔室214和井筒102之间的压力平衡，以避免容器210坍塌或破裂。另外，扶正器234通过使容器体210的主体212在井筒102中居中来在挤水泥操作期间促进水泥的均匀分布。

水泥保持器202、带孔接头206和容器210可以以多种方式相互连接。例如，水泥保持器202、带孔接头206或容器210中的一个或更多个可以被整体地连接、被直接联接(例如，以螺纹方式、焊接方式或以其他方式相互联接)、被间接连接(例如，经由中间接头或其他结构)、这些连接方式的组合或其他类型的连接。在图2的示例性井工具114中，水泥保持器202通过螺纹连接直接连接到带孔接头206，并且容器210通过螺纹连接直接连接到带孔接头206。在一些示例中，带孔接头206一体地联接到水泥保持器202，这是因为带孔接头206是水泥保持器202的一部分。水泥保持器202和带孔接头206可以形成水泥保持器组件，所述水泥保持器组件在水泥保持器组件的井下纵向端部处(例如在带孔接头206的井下纵向端部处)连接到容器210。水泥保持器202可以在水泥保持器202的井上纵向端部处连接到井柱，例如图1的井柱112。水泥保持器202和井柱之间的这种连接可以是螺纹联接、一体式连接或其他连接类型。

容器210在容器210的第一纵向端部216处包括第一连接结构，并且在容器210的第二纵向端部218处包括第二连接结构。这些连接结构允许容器210连接到其他结构，例如带孔接头206、水泥保持器202、另一容器或这些结构的组合。参照图2和图3，示例性容器210在容器210的第一纵向端部216处包括螺纹式公接头型连接件240，并且在容器210的第二纵向端部218处包括螺纹式母接头型连接件242。容器210在图2中被示出为直接联接到带孔接头206，例如使得容器的螺纹式母接头型连接件242与带孔接头206的相应的公接头型连接件进行螺纹接合。容器210的螺纹式公接头型连接件240允许附接到其他工具，例如另一容器。如前所述，容器210上的特定连接结构可以改变。

在一些实施方式中，井工具114可以包括一个以上的容器210。例如，图4是设置在井筒102中的示例性固井工具114’的示意性侧视图。井工具114’类似于图2的井工具114，除了井工具114’包括沿井筒102的纵向轴线A-A串联连接的第一容器210’、第二容器210”和第三容器210”’。第一容器210’、第二容器210”和第三容器210”’中的每一个都可以在结构上类似于图2至图3的容器210。尽管图4示出了井工具114’具有三个容器，但是井工具114’可以包括更少的容器或更多的容器。

第一容器210’、第二容器210”和第三容器210”’串联连接，并且通过螺纹连接结构(例如公接头型连接件和相应的母接头型连接件)相互连接。容器210’、210”和210”’中的每一个都具有止回阀(类似于之前描述的容器210的止回阀220)和排放结构(类似于之前描述的容器210的排放结构222)，以允许第一容器210’、第二容器210”和第三容器210”’在下入到井筒102中时被井流体、盐水或其他流体填充，并且排放结构允许将滞留空气和气态流体从第一容器210’、第二容器210”和第三容器210”’中排出，以减小在井工具114’被下入到井筒102中时第一容器210’、第二容器210”和第三容器210”’的浮力效应。

在一些实施方式中，对于如图4所示下入井筒中的多个容器(210’、210”和210”’)串，底部容器210”’和210”可以不包括球形构件或同时不包括排放结构，使得容器210”’和210”的顶部在没有干涉的情况下以流体连通的方式连接到相邻的容器，所述相邻的容器直接连接在相应容器的沿井身向上端。例如，当排放结构或直接流体路径在相应容器210”’和210”的螺纹式母接头型连接件的正下方定位在容器的顶端的中心处时，排放结构和相应的球形构件可以仅被保持在顶部容器210’中，以允许对所有容器210’、210”和210”’的连续排放。如果排放结构被定位在容器210”’、容器210”或容器210”和容器210”’两者的主体的外周上的任何处置处，使得排放结构不会通过螺纹式母接头型连接件向直接位于相应容器的沿井身向上端的容器进行排放，则球形构件可以留在容器210”、容器210”’或容器210”和容器210”’两者的排放结构中的适当位置。

图5是描述了用于对井的一部分进行固井的示例性方法500的流程图，该方法例如由图1至图2的示例性井工具114或图4的示例性井工具114’来执行。在502处，井工具被下入到井筒中，其中井工具包括水泥保持器组件和容器，该水泥保持器组件具有带孔接头，所述带孔接头具有孔，并且该容器连接到水泥保持器组件并包括限定容器的内部腔室的主体。容器设置在水泥保持器组件的沿井身向下端。在504处，容器的内部腔室接收设置在井筒中的井流体，以利用井流体填充内部腔室。在506处，水泥通过带孔接头的孔从水泥保持器组件中流出，并流入到容器和井筒的内壁之间的环空中。

已经描述了许多实施方式。然而，应当理解，可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行各种修改。

Claims (27)

1.一种用于对井的一部分进行固井的井工具，所述井工具包括：

水泥保持器组件，所述水泥保持器组件被构造成设置在井筒内，所述水泥保持器组件包括带孔接头，所述带孔接头包括用于使水泥从所述水泥保持器组件中流出并流入到所述井筒的环空中的孔；和

容器，所述容器连接到所述水泥保持器组件，并且包括限定所述容器的内部腔室的主体，所述内部腔室被构造成保持流体，所述容器被构造成设置在所述井筒内并位于所述水泥保持器组件的沿井身向下端的位置处。

2.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述容器的所述主体包括玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述容器包括从所述主体径向向外延伸的扶正器，所述扶正器用于将所述容器定位成紧邻所述井筒的径向中心。

4.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述容器包括位于所述容器的第一纵向端部处的第一连接结构和位于所述容器的与所述第一纵向端部相反的第二纵向端部处的第二连接结构。

5.根据权利要求4所述的井工具，其中，所述第一连接结构包括螺纹式公接头型连接件或螺纹式母接头型连接件，并且所述第二连接结构包括螺纹式公接头型连接件或螺纹式母接头型连接件。

6.根据权利要求4所述的井工具，其中，所述第一连接结构将所述容器直接联接到所述水泥保持器组件。

7.根据权利要求6所述的井工具，其中，所述第一连接结构将所述容器直接联接到所述水泥保持器组件的所述带孔接头。

8.根据权利要求6所述的井工具，其中，所述第二连接结构直接联接到第二容器，所述第二容器被构造成设置在所述井筒内并位于首次提到的所述容器的沿井身向下端的位置处，所述第二容器包括限定所述第二容器的第二内部腔室的第二主体。

9.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述容器包括位于所述容器的第一纵向端部处的单向止回阀，所述单向止回阀被构造成允许流体进入所述容器的所述内部腔室。

10.根据权利要求9所述的井工具，其中，所述单向止回阀包括弹簧加载式止回阀。

11.根据权利要求9所述的井工具，其中，所述容器包括位于所述容器的与所述第一纵向端部相反的第二纵向端部处的排放结构，所述排放结构被构造成将气态流体从所述内部腔室内排出所述容器的所述内部腔室。

12.根据权利要求11所述的井工具，其中，所述排放结构包括球形构件和球座，所述球形构件具有比所述内部腔室中的所述流体小的比重。

13.根据权利要求11所述的井工具，其中，所述排放结构包括单向止回阀。

14.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述主体是大致圆筒形的，并且所述容器的所述圆筒形主体的外径在所述井筒的内壁的内径的65％至80％之间。

15.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述水泥保持器组件包括封隔器元件，所述封隔器元件用于抵靠所述井筒的内壁进行密封。

16.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述井筒是下套管井筒，并且所述井筒的内壁包括套管的内壁。

17.根据权利要求1所述的井工具，其中，所述带孔接头包括多个孔，所述多个孔用于使水泥从所述水泥保持器组件流出，所述多个孔包括所述带孔接头的孔。

18.一种用于对井的一部分进行固井的方法，所述方法包括：

将井工具下入到井筒中，所述井工具包括：

水泥保持器组件，所述水泥保持器组件包括带孔接头，所述带孔接头包括孔；和

容器，所述容器连接到所述水泥保持器组件，并且包括限定所述容器的内部腔室的主体，所述容器设置在所述水泥保持器组件的沿井身向下端处；

将设置在所述井筒中的井流体接收到所述容器的所述内部腔室中，以利用所述井流体填充所述内部腔室；和

使水泥流动通过所述带孔接头的所述孔，从所述水泥保持器组件中流出，并流入到所述容器和所述井筒的内壁之间的环空中。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述水泥保持器组件包括封隔器元件，所述封隔器元件用于抵靠所述井筒的内壁进行密封，所述方法包括：

在使水泥流动通过所述带孔接头的所述孔之前，使所述井筒的所述内壁与所述封隔器元件接合以在所述封隔器元件的沿井身向下端处隔离井筒。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

将所述水泥保持器组件的所述封隔器元件定位在所述井筒的所述内壁中的射孔的沿井身向上端处。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，将井流体接收到所述容器的所述内部腔室中包括：

使井流体流动通过位于所述容器的第一纵向端部处的单向止回阀，以利用所述井流体填充所述容器的所述内部腔室。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，通过位于所述容器的第一纵向端部处的单向止回阀接收井流体包括：

通过位于所述容器的与所述第一纵向端部相反的第二纵向端部处的排放结构将气态流体从所述内部腔室内排出所述内部腔室。

23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述井筒是下套管井筒，所述井筒的所述内壁包括套管的内壁，并且使水泥流动到所述容器和所述井筒的所述内壁之间的环空中包括：

使所述水泥流动到所述容器和所述套管的内壁之间的所述环空中。

24.一种用于挤水泥井工具的容器，所述容器包括：

主体，所述主体限定内部腔室，所述内部腔室被构造成保持流体；

连接结构，所述连接结构位于所述主体的第一纵向端部处，所述连接结构被构造成联接到挤水泥井工具；和

单向止回阀，所述单向止回阀位于所述主体的与所述第一纵向端部相反的第二纵向端部处，并且以流体连通的方式连接到所述内部腔室，所述单向止回阀被构造成使流体流动到所述内部腔室中。

25.根据权利要求24所述的容器，包括排放结构，所述排放结构位于所述主体的所述第二纵向端部处，并且以流体连通的方式连接到所述内部腔室，所述排放结构将气态流体从所述内部腔室中排出。

26.根据权利要求24所述的容器，其中，所述连接结构包括螺纹式公接头型连接件或螺纹式母接头型连接件。

27.根据权利要求24所述的容器，其中，所述主体是大致圆筒形的。

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