CN112368459A - 用于卡钻缓解的方法和设备 - Google Patents
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- E21B27/02—Dump bailers, i.e. containers for depositing substances, e.g. cement or acids
Abstract
用于在地下井内移动管柱的系统和方法包括具有管状体的接箍工具组件。管状体具有与管柱的内孔流体连通的内孔。外腔位于管状体的内孔的径向外侧。注入端口组件从外腔延伸到管状体的外径表面并且可以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。当注入端口处于注入端口打开位置时，液压系统可以迫使外腔的处理流体离开管状体。注入端口可编程逻辑控制器与液压系统进行信号通信并且可以命令注入端口组件在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。
Description
发明人：阿里·哈吉(Ali HAJJI)
奥萨马·拉姆齐·马哈茂德·塞哈(Ossama Ramzi Mahmoud SEHSAH)
技术领域
本发明的公开大体涉及地下井中的烃开发操作，并且更具体地涉及在烃开发操作期间在地下井内移动管状构件。
背景技术
地下井内的卡钻是钻井和完井操作期间损失时间的原因，尤其是在斜井和水平井中。由卡钻产生的问题可能包括各种情况，从导致成本增加的事件到需要几天才能使钻管解卡的事件。在问题无法得到解决的极端情况下，可能必须堵塞井孔并放弃。另外，即使在钻管被卡住之前，管柱和地下井的内表面之间的接触也会导致管柱的磨损和损坏。
管柱的磨损和损坏也可能是由钻井操作在地下井中产生的钻屑积聚物引起的。这种钻屑尤其会积聚在斜井孔的下侧。钻屑可能会降低管柱与地下井的内表面之间的环形空间中的流体流动的速度，并且还可能是管柱卡住而不能进一步前进到地下井中的原因。管柱可以是例如被下降到地下井中的钻柱。
发明内容
本发明的公开的系统和方法提供了一种能够用于缓解卡钻的风险或解脱已经卡住的钻管的接箍工具组件。接箍工具组件具有用于存储井处理流体的中空内腔。接箍工具组件的液压系统可以被远程启动以将处理流体注入井筒中。接箍工具组件是智能工具，并且液压系统可以由操作者根据需要远程启动和停用。接箍工具组件可以是钻柱的井底钻具组件的一部分，并且可以是钻井接箍。
在一些卡钻的情况下，穿过管柱的循环是不可能的。本发明的公开的实施例提供了处理流体的本地化井下供应，以当不可能实现穿过管柱的循环时允许将处理流体输送到井筒内需要解脱卡钻的位置。
在本发明的公开的实施例中，一种用于在地下井内移动管柱的系统包括具有管状体的接箍工具组件，管状体是具有中心轴线的长形构件。内孔穿过管状体沿轴向延伸。管状体的内孔被定位成当管状体与管柱的接头对准地连接时管状体的内孔与管柱的内孔流体连通。外腔位于管状体的内孔的径向外侧。注入端口组件从外腔延伸到管状体的外径表面。注入端口组件能操作以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。用于在地下井内移动管柱的系统进一步包括液压系统，液压系统能操作以当注入端口组件处于注入端口打开位置时迫使外腔的处理流体离开管状体。注入端口可编程逻辑控制器与液压系统进行信号通信并且能操作以命令注入端口组件在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。
在替代实施例中，外腔可以具有环形横截面并且可以环绕管状体的内孔。外腔可以包括在管状体内的多个独立的长形开放空间。管柱可以是钻柱并且接箍工具组件可以是井底钻具组件的一部分。处理流体可以是酸。
在其他替代实施例中，液压系统可以包括围绕外腔的内径表面进行密封的位移板，位移板可以在外腔内沿轴向移动并且可以操作以迫使处理流体离开外腔。管状体的外径可以大于管柱的外径。管状体可以具有井上侧连接器和井下侧连接器，井上侧连接器和井下侧连接器被成形为将管状体与管柱的接头对准地连接。
在本发明的公开的替代实施例中，一种用于在地下井内移动管柱的系统包括延伸到地下井的井孔中的具有中心轴线的管柱。接箍工具组件与管柱对准地连接。接箍工具组件包括管状体，管状体是长形构件。内孔穿过管状体沿轴向延伸，管状体的内孔与管柱的内孔流体连通。外腔位于管状体的内孔的径向外侧。注入端口组件从外腔延伸到管状体的外径表面。注入端口组件能操作以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。当注入端口组件处于注入端口打开位置时，外腔与地下井的井孔流体连通。液压系统能操作以当注入端口组件处于注入端口打开位置时迫使外腔的处理流体进入地下井的井孔中。注入端口可编程逻辑控制器与液压系统进行信号通信并且能操作以命令注入端口组件在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。
在替代实施例中，管柱可以是钻柱并且接箍工具组件可以是井底钻具组件的一部分。液压系统可以包括围绕外腔的内径表面进行密封的位移板。位移板可以在外腔内沿轴向移动并且可以操作以迫使处理流体进入地下井的井孔中。
在本发明的公开的又一替代实施例中，一种用于在地下井内移动管柱的方法包括提供接箍工具组件。接箍工具组件具有管状体。管状体是具有中心轴线的长形构件。内孔穿过管状体沿轴向延伸。管状体的内孔被定位成当管状体与管柱的接头对准地连接时与管柱的内孔流体连通。外腔位于管状体的内孔的径向外侧。注入端口组件从外腔延伸到管状体的外径表面。注入端口组件能操作以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。液压系统能操作以当注入端口组件处于注入端口打开位置时迫使外腔的处理流体离开管状体。注入端口可编程逻辑控制器与液压系统进行信号通信并且能操作以命令注入端口组件在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。方法进一步包括将接箍工具组件与管柱的接头对准地连接以及将管柱下降到地下井中。
在替代实施例中，管柱可以是钻柱并且接箍工具组件是井底钻具组件的一部分。处理流体可以是酸。该方法可以进一步包括通过位移板的轴向移动迫使处理流体离开外腔并进入地下井，位移板围绕外腔的内径表面进行密封。管状体可以具有井上侧连接器和井下侧连接器。将接箍工具组件与管柱的接头对准地连接可以包括将井上侧连接器连接到井上侧接头以及将井下侧连接器连接到井下侧接头。
附图说明
为了能够详细理解本发明的公开的实施例的前述特征、方面和优点以及将变得明显的其他方面，可以通过参考在形成本说明书一部分的附图中示出的实施例来获得对先前简要概括的本发明的公开的更具体的描述。然而，应注意，附图仅说明本发明的某些实施例，且因此不应视为限制本发明的公开的范围，因为本发明的公开可以允许其他等效实施例。
图1是根据本发明的公开的实施例的具有接箍工具组件的地下井的示意性剖视图。
图2是根据本发明的公开的实施例的接箍工具组件的剖视图，示出了处于注入端口打开位置的注入端口组件。
图3是根据本发明的公开的实施例的接箍工具组件的剖视图，示出了处于注入端口关闭位置的注入端口组件。
具体实施方式
本发明的公开涉及具体特征，包括过程或方法步骤。本领域技术人员理解，本发明的公开不限于说明书中给出的实施例的描述或不受说明书中给出的实施例的描述的限制。本发明的公开的主题不受限制，除了仅受说明书和所附权利要求的精神的限制。
本领域技术人员还理解，用于描述特定实施例的术语不限制本发明的公开的实施例的范围或广度。在解释说明书和所附权利要求时，所有术语应当以与每个术语的上下文一致的最宽的可能方式来解释。除非另外定义，否则说明书和所附权利要求中使用的所有技术和科学术语具有与本发明的公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。
如所使用的，词语“包括”、“具有”、“包含”以及所有其他语法变化每个都旨在具有不排除附加元件、部件或步骤的开放性且非限制性的含义。本发明的公开的实施例可以适当地“包括”所公开的限制特征、“由”所公开的限制特征“构成”或者“基本上由”所公开的限制特征“构成”，并且可以在不存在未公开的限制特征的情况下实践。例如，本领域技术人员可以认识到，某些步骤可以合并成单个步骤。
当说明书或所附权利要求中提供了数值范围时，应理解的是，该区间涵盖上限和下限之间的每个中间值以及上限和下限。本发明的公开涵盖并界定了受所提供的任何具体排除物影响的区间的较小范围。
在说明书和所附权利要求中提及包括两个或更多个限定步骤的方法的情况下，限定步骤可以以任何顺序进行或同时进行，除非上下文排除该可能性。
参见图1，地下井10从地球的表面向下延伸，地球的表面可以是地平面表面或海底表面。地下井10的井孔12可以相对于该表面大致竖直地延伸。井孔12可以替代地包括大致水平地延伸的部分或者沿其他方向延伸的部分，该其他方向偏离大致垂直于地球表面的方向。地下井10可以是与烃开发操作相关联的井，诸如烃采出井、注入井或水井。
管柱14延伸到地下井10的井孔12中。管柱14可以是例如钻柱、套管柱或被下降到地下井中的另一长形构件。在图1的实例中，管柱14是具有井底钻具组件16的钻柱。
当管柱14穿过井孔12移动时，可能有时候管柱14处于被卡住的风险中或确确实实被卡住。例如，在具有不均匀内表面的井孔或具有方向变化的井孔中，被卡住的风险会增加。在穿过具有坍塌风险的地层的井孔中，清洁井孔可能是一个挑战，并且钻管卡住的风险也会增加。勘探井(诸如野猫井)可能具有不确定的剖面，并且卡钻事件的风险也增加了。
用于在地下井10内移动管柱14的系统可以包括接箍工具组件18。在图1的示例性实施例中，示出了两个接箍工具组件18。在替代实施例中，可以有一个接箍工具组件18或者可以有多于两个的接箍工具组件18。接箍工具组件18可以沿着管柱14定位在预测存在被卡住的风险的位置处，或者在以其他方式能受益于接收处理流体的位置。在图1的示例性实施例中，接箍工具组件18是井底钻具组件16的一部分。
参见图2，接箍工具组件18具有管状体20。管状体20是具有中心轴线22的长形构件。管状体20可以由耐酸合金形成，例如，
(特殊金属公司(Special MetalsCorporation)的注册商标)。内孔24沿轴向延伸穿过管状体20。内孔24被定位成当管状体20与管柱14的接头对准地连接时与管柱14的内孔流体连通。
接箍工具组件18进一步包括位于内孔24的沿径向外侧的外腔26。外腔26是管状体20内的可以容纳用于输送到井孔12中的处理流体27的开放空间。在某些实施例中，处理流体27可以是酸。所使用的酸的浓度可以基于井孔12内的预期条件来选择。作为实例，酸可以是盐酸或氟酸(floric acid)，并且可以具有百分之15至30的浓度(以质量百分比测量)。通常，酸的浓度越高，处理流体27在防止或解脱卡钻方面越高效。在替代实施例中，处理流体27可以替代地是润滑剂，诸如柴油或轻油。
外腔26可以具有环形横截面并且环绕内孔24。作为替代方案，外腔26可以包括在管状体20内的位于内孔24的沿径向外侧的多个独立的长形开放空间。
管状体20的外径可以大于管柱14的外径。管状体20的尺寸可以类似于标准钻铤。作为实例，对于6英寸的井孔，管状体20的直径可以为4.75英寸，对于8.5英寸的井孔，管状体20的直径可以为7英寸，并且对于12.25英寸以上的井孔，管状体20的直径可以为8英寸或9英寸。管状体20的尺寸和重量可以被设计成有助于钻井操作。例如，管状体20可以增加井底钻具组件16的刚度和重量，使得井底钻具组件可以与刚度较小或较轻的井底钻具组件相比钻出更深的井孔12或者可以钻通更硬或更耐磨的地层。管状体20的重量可以作用在钻头28(图1)上，并有助于保持稳定的钻井操作。
接箍工具组件18的管状体20可以具有井上侧连接器30和井下侧连接器32。井上侧连接器30和井下侧连接器32被成形为将管状体20与管柱14的接头对准地连接。井上侧连接器30可以连接到管柱14的井上侧接头，并且井下侧连接器32可以连接到管柱14的井下侧接头。在图2的实例中，井上侧连接器30和井下侧连接器32被示出为螺纹连接构件。在替代实施例中，井上侧连接器30和井下侧连接器32可以是工业中已知的其他类型的管状连接器，诸如凸缘和螺栓连接器、棘轮式连接器或滑动型连接器。
管状体20进一步包括注入端口组件34。注入端口组件34从外腔26延伸到管状体20的外径表面。注入端口组件34能操作以在注入端口关闭位置(图2)与注入端口打开位置(图3)之间移动。当注入端口组件34处于注入端口打开位置时，外腔26与地下井10的井孔12流体连通。
接箍工具组件18进一步包括液压系统36。当注入端口组件34处于注入端口打开位置时，液压系统36可以迫使外腔26的处理流体离开管状体20。在图1的实例中，液压系统36包括围绕外腔26的内径表面密封的位移板38。位移板38可在外腔26内沿轴向移动，并且能操作以迫使处理流体27离开外腔26。当注入端口组件34处于注入端口打开位置时，液压系统36可以将处理流体经由注入端口组件推出外腔26并进入井孔12。
接箍工具组件18可以进一步包括压力端口40。压力端口40可在压力端口关闭位置(图2)与压力端口打开位置(图3)之间移动。为了将处理流体推出外腔26，可以把压力流体41泵送到压力端口40中。压力流体41可以具有足够的压力以移动位移板38。压力流体41可以是井筒流体或者可以是单独的液压流体，该单独的液压流体可以被本地存储在管状体20内或从表面42泵送(图1)。在替代实施例中，处理流体27可以以一定的压力存储在外腔26中，使得当注入端口组件34处于注入端口打开位置时，处理流体27将自由地流出外腔26并流入井孔12。在这种实施例中，处理流体27离开外腔26的流动会将位移板38朝向注入端口组件抽吸。位移板38的移动会将井筒流体穿过压力端口40抽吸到外腔26中。
注入端口可编程逻辑控制器44与注入端口组件34进行信号通信。注入端口可编程逻辑控制器44可以命令注入端口组件34在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动。可以从表面42处的位置(诸如在本地或远程办公室的位置)监测和控制注入端口可编程逻辑控制器44。作为实例，注入端口可编程逻辑控制器44可以由在钻台或远程办公室发出的泥浆脉冲来控制。
压力端口可编程逻辑控制器46与压力端口40进行信号通信。压力端口可编程逻辑控制器46可以命令压力端口40在压力端口关闭位置与压力端口打开位置之间移动。可以从表面42处的位置(诸如在本地或远程办公室的位置)监测和控制压力端口可编程逻辑控制器46。作为实例，压力端口可编程逻辑控制器46可以由在钻台或远程办公室发出的泥浆脉冲来控制。
在操作实例中，为了在地下井10内移动管柱14，一个或多个接箍工具组件18可以与管柱14的接头对准地连接。接箍工具组件18以允许接箍工具组件18的内孔24与管柱14的接头的孔对准的方式连接，使得流体(诸如钻井流体、泥浆或采出流体)可以从表面42被输送到管柱14的井下端部。
可以选择接箍工具组件18的数量和尺寸以优化管柱14在地下井10内的移动并且改善管柱14的性能。作为实例，当管柱14是钻柱时，接箍工具组件18的数量和尺寸可以被选择为便于存储足够量的处理流体，以覆盖井孔12内的足够的预期问题区域，以使管柱14被卡在井孔12内的机会最小化，并且使管柱14在管柱14被卡住的情况下得以解脱的可能性最大化。另外，接箍工具组件18的数量和尺寸可以被选择为向井底钻具组件16提供期望水平的重量和刚度，从而改善钻井操作。
每个接箍工具组件18沿着管柱14的长度的位置可以被选择为使得这种接箍工具组件18位于钻井孔12内的可能导致卡钻情况的预期位置处。例如，接箍工具组件18可以沿着管柱14的长度定位，使得当管柱14通过井孔12的弯曲部时，这种接箍工具组件在管柱14的卡点附近。
在用接箍工具组件18组装起管柱14的接头之后，将管柱14下降到地下井10中。当操作者确定管柱14处于被卡住的风险时或当管柱14确实被卡住时，那么可以将一个或多个接箍工具组件8内的处理流体27注入到井孔12中。
为了迫使处理流体27离开外腔26并进入地下井10，可以向注入端口可编程逻辑控制器44远程发送信号，以命令注入端口组件34从注入端口关闭位置移动到注入端口打开位置。也可以向压力端口可编程逻辑控制器46远程发送信号，以命令压力端口40从压力端口关闭位置移动到压力端口打开位置。
将注入端口组件34定位在注入端口打开位置和将压力端口40定位在压力端口打开位置将引起位移板38的轴向移动，以将处理流体27推出外腔26。在某些实施例中，处理流体27包括浓酸，该浓酸可以氧化泥饼或者与井下地层反应以缓解或解除卡钻情况。处理流体还可以被配制成便于润滑或者可以被配制成产生气体以增加泥浆或其他井筒流体的浮力。
在当前的烃开发操作中，解脱卡住的钻管的计划可以包括震击卡住的钻管、试图使卡住的钻管后退、执行打捞操作或投放处理丸剂。处理丸剂可以包括润滑剂、酸、流体静力减少处理(hydrostatic reduction treatment)或一般的滤饼降解处理。应当注意，处理流体提供得越快，解脱卡钻的机会就越高。本发明的公开的实施例包括即使无法从表面输送丸剂也可以非常快速地提供处理流体的接箍工具组件18。
因此，本发明的公开的实施例可以提供一种可以在期望的间隔处本地提供处理而不是从表面泵送的用于缓解卡钻的解决方案。这将允许比从表面泵送处理流体更快地将处理流体输送到期望部位。这将允许更快地解脱卡钻以及增加成功解脱钻管的可能性。本发明的公开的实施例也可以用于在卡钻情形发生之前清洁井孔。
本发明的公开的系统还可以在钻头上提供额外的重量以充当扶正器，并且还可以通过由耐酸合金形成来抵抗腐蚀并保持机械强度。
因此，所描述的本发明的公开的实施例非常适于实现所述目的并获得所提及的结果和优点以及其他固有的结果和优点。虽然为了公开的目的给出了本发明的公开的示例性实施例，但是在用于实现期望结果的过程的细节中存在许多改变。这些和其他类似的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且旨在包括在本发明的公开的精神和所附权利要求的范围内。
Claims (16)
1.一种用于在地下井内移动管柱的系统，所述系统具有：
接箍工具组件，所述接箍工具组件包括：
管状体，所述管状体是具有中心轴线的长形构件；
内孔，所述内孔穿过所述管状体沿轴向延伸，所述管状体的所述内孔被定位成当所述管状体与所述管柱的接头对准地连接时，所述内孔与所述管柱的内孔流体连通；和
外腔，所述外腔位于所述管状体的所述内孔的径向外侧；
注入端口组件，所述注入端口组件从所述外腔延伸到所述管状体的外径表面，所述注入端口组件能操作以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动；
液压系统，所述液压系统能操作以当所述注入端口组件处于所述注入端口打开位置时迫使所述外腔的处理流体离开所述管状体；以及
注入端口可编程逻辑控制器，所述注入端口可编程逻辑控制器与所述液压系统进行信号通信并且能操作以命令所述注入端口组件在所述注入端口关闭位置与所述注入端口打开位置之间移动。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外腔具有环形横截面并且环绕所述管状体的所述内孔。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外腔包括在所述管状体内的多个独立的长形开放空间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述管柱是钻柱并且所述接箍工具组件是井底钻具组件的一部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述处理流体是酸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述液压系统包括围绕所述外腔的内径表面进行密封的位移板，所述位移板能在所述外腔内沿轴向移动并且能操作以迫使所述处理流体离开所述外腔。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述管状体的外径大于所述管柱的外径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述管状体具有井上侧连接器和井下侧连接器，所述井上侧连接器和所述井下侧连接器被成形为将所述管状体与所述管柱的所述接头对准地连接。
9.一种用于在地下井内移动管柱的系统，所述系统具有：
延伸到所述地下井的井孔中的具有中心轴线的所述管柱；
接箍工具组件，所述接箍工具组件与所述管柱对准地连接，所述接箍工具组件包括：
管状体，所述管状体是长形构件；
内孔，所述内孔穿过所述管状体沿轴向延伸，所述管状体的所述内孔与所述管柱的内孔流体连通；和
外腔，所述外腔位于所述管状体的所述内孔的径向外侧；
注入端口组件，所述注入端口组件从所述外腔延伸到所述管状体的外径表面，所述注入端口组件能操作以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动，其中，当所述注入端口组件处于所述注入端口打开位置时，所述外腔与所述地下井的所述井孔流体连通；
液压系统，所述液压系统能操作以当所述注入端口组件处于所述注入端口打开位置时迫使所述外腔的处理流体进入所述地下井的所述井孔中；以及
注入端口可编程逻辑控制器，所述注入端口可编程逻辑控制器与所述液压系统进行信号通信并且能操作以命令所述注入端口组件在所述注入端口关闭位置与所述注入端口打开位置之间移动。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述管柱是钻柱并且所述接箍工具组件是井底钻具组件的一部分。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述液压系统包括围绕所述外腔的内径表面进行密封的位移板，所述位移板能在所述外腔内沿轴向移动并且能操作以迫使所述处理流体进入所述地下井的所述井孔中。
12.一种用于在地下井内移动管柱的方法，所述方法包括：
提供接箍工具组件，所述接箍工具组件包括：
管状体，所述管状体是具有中心轴线的长形构件；
内孔，所述内孔穿过所述管状体沿轴向延伸，所述管状体的所述内孔被定位成当所述管状体与所述管柱的接头对准地连接时与所述管柱的内孔流体连通；
外腔，所述外腔位于所述管状体的所述内孔的径向外侧；
注入端口组件，所述注入端口组件从所述外腔延伸到所述管状体的外径表面，所述注入端口组件能操作以在注入端口关闭位置与注入端口打开位置之间移动；
液压系统，所述液压系统能操作以当所述注入端口组件处于所述注入端口打开位置时迫使所述外腔的处理流体离开所述管状体；以及
注入端口可编程逻辑控制器，所述注入端口可编程逻辑控制器与所述液压系统进行信号通信并且能操作以命令所述注入端口组件在所述注入端口关闭位置与所述注入端口打开位置之间移动；
将所述接箍工具组件与所述管柱的接头对准地连接；以及
将所述管柱下降到所述地下井中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述管柱是钻柱并且所述接箍工具组件是井底钻具组件的一部分。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述处理流体是酸。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，进一步包括：通过位移板的轴向移动迫使所述处理流体离开所述外腔并进入所述地下井中，所述位移板围绕所述外腔的内径表面进行密封。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述管状体具有井上侧连接器和井下侧连接器，并且将所述接箍工具组件与所述管柱的所述接头对准地连接包括将所述井上侧连接器连接到井上侧接头以及将所述井下侧连接器连接到井下侧接头。
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