CN1191586A - 钻井及完成多分支井的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种从一个延伸到地面的第一地下井眼(54)中进行钻井及完井地下井的系统和方法。从第一井眼(54)中可以钻入一个第二井眼(55),并且在第一井眼中可以定位一个多分支井钻井模板(100)的第一管子(120),而在第一和第二两个井眼(54、55)中可以定位模板(100)的第一管子(130)。而且,从第一井眼(54)可以钻入第三井眼,且第一管子可进一步定位于其中。第一和第二井眼(54、55)可以穿透地下岩层,或者附加的井眼可以从第一、第二和/或第三井眼(54、55)中钻入,以穿透地下岩层。一个第二多分支井钻井模板可以用于从第二或第三井眼(55)中钻出这种附加的井眼。流体通过所述第一、第二、第三(54、55)和/或附加的井眼(60、70)和/或通过生产套管和/或定位于其中的管件从地下岩层中开采到地面。

Description

钻井及完成多分支井的装置及方法
本申请是1993年12月20日申请的系列号为08/170,557的美国专利申请的后续申请，而该美国专利申请则是1993年6月18日申请的系列号为08/080,042、现在的美国专利号为5,330,007的美国专利申请的后续申请，而后一美国专利申请则又是1992年8月28日申请的系列号为07/936,972的美国专利申请的后续申请，并且这一申请已被放弃。
本发明涉及一种通过分离的套管进行进行钻井及完成多分支地下井的装置和方法，更确切地说，是一种进行钻井及完成这种多分支井的装置和方法，它允许这些井之间分离一定的角度和/或在具有不同油藏压力特性的分离的地下岩层或者区域中钻井和完井。
钻入地下岩层的井眼，其方位通过常规的造斜器技术或者紧固在邻近钻头的钻柱上的泥浆马达而越来越有意地偏离垂直方向。在具有裂隙的地下岩层中，偏斜井是用来增加由地下岩层中的井限定出的排液面积，并从而增加自地下岩层中开采出的碳氢化合物。采用常规的造斜器来钻偏斜井具有一个固有问题，即，在造斜器被定位于井眼时，便设定出了造斜器的深度和径向方位，而且如果不将造斜器从井眼中收回并且改变其深度和/或径向方位的话，就无法改变和/或造斜器的深度和径向方位。
从海洋钻井平台上钻的井通常是偏斜的，以增加井的数目，从而使这些井能够从一个钻井平台上钻井及完井。用在深海里的地下岩层中钻井及完井的海洋钻井平台的尺寸、结构以及成本上随着水的深度和平台上设定的负载而变化。例如，一个钻井平台也许设置一根延伸到海底的支脚或浮箱或者通过多至8根这种支脚或浮箱部分支持。这种钻井平台的成本大约在＄5,000,000-500,000,000之间变化。每个海洋钻井平台均具有一系列的槽缝，偏斜的井可以穿过表层套管，通过这些槽缝进行钻井和完井，这些表层套管是用常规技术固定在泥线的。
由于建造这些海洋钻井平台需要大量经费的问题，人们发展出了通过一个表层或中间套管来进行钻井及完成多分支井的模板和方法。为了实现最大经济效益下的地下碳氢化合物油藏的开采，人们希望将井在不同的地下岩层或者区域中钻井及完井，这些不同的地下岩层或区域在深度上可以相差10,000英尺或更多。不同深度的地下岩层或者区域通常包含有在不同的压力下的流体，这种压力是由于流体的不同的流速所产生的。虽然已经研制出的模板能够用于将地下井钻井及完井于深度不同的岩层或者区域中，但是这些模板并未设计成容纳例如7英寸直径的套管，而这种直径足以让流体以所需的流速和/或体积进行开采，这样的流速和体积对于使得钻井较深的井比较经济是非常重要的。因此，人们需要一个从一个井眼在不同深度的一系列地下岩层或区域进行钻井及完成多分支地下井的装置和方法。人们进一步需要一种在互相分开的较大角度的进行钻井及完成多分支地下井眼的装置和方法，从而大大地增加排液面积并且进而提高该井的碳氢化合物的采收率。
因此，本发明的一个目的是提供一种通过单一的表层或者中间套管将多分支地下井钻井至不同的垂直深度并且用穿过该表层或者中间套管定位的分离的套管完成这种多分支井的模板和方法。
本发明的另一个目的是以下述的方式完成这种多分支的下套管的井，即，修井可以在一个井中进行，而地下岩层或区域的碳氢化合物则同时从另一个井开采，所述另一个井是通过定位于同一表层或中间套管中的分离的套管形成的。
本发明另一个目的是提供一种不需要使用造斜器就具有高分离度的钻井多分支的带套管的井的地面模板及方法。
本发明还有一个目的是提供一种结构简单的进行钻井多分支带套管的井的模板，它使每个多分支井的套管根据这种模板分开，并且使每个多分支井的分离的套管可以延伸到地面。
本发明另一个目的是提供一种从单一表层或中间套管进行钻井及完成多分支地下井的模板和方法，其中，多分支地下井中的至少一个井钻井及完井的深度比前面所钻的井要更深。
本发明另一个目的是采用井下或者井下模板，通过一个多井地面模板的钻管来钻井和/或完成多分支地下井，这个地面模板是位于地下环境中。
为了实现上述的以及其它的目的，并根据本发明的宗旨，如在此例举并简要说明的那样，本发明的一个特征可以包括从一个第一地下井眼系统和从第一个地下井眼内钻井及完井的方法，其中的第一个井眼延伸到地面。一个第二地下井眼从第一井眼中钻入，并且钻井及完井模板的第一管子位于第一井眼中，而模板的第二管子则同时位于第一和第二井眼中。
在本发明的另一个特征中，  包括了一个第一井眼系统以及从第一井眼进行钻井及完成地下井的第一井眼系统的方法，其中的第一井眼延伸到地面。一个第二地下井眼和一个第三地下井眼从该第一井眼钻入。一个钻井及完井模板的第一管子定位于第一和第二井眼中，而模板的第二管子则定位于第二和第三井眼中。
在本发明的再一特征中，包括了一个第一井眼系统以及从第一井眼进行钻井及完成地下井的第一井眼系统的方法，其中的第一井眼延伸到地面。一个第二地下井眼和一个第三地下井眼互相分离地从该第一井眼钻入。一个第四井眼从第二井眼中钻入，而一个第五井眼则从第三井眼中钻入。一个钻井及完井模板的第一管子定位于第一和第二井眼中。一个模板的第二管子定位于第一和第三井眼中。
在本发明的另一特征中，本发明的一个特征可以包括从一个第一地下井眼系统和从第一个地下井眼内钻井及完成这种系统的方法，其中的第一个井眼延伸到地面。一个第二地下井眼从第一井眼中钻入。钻井及完井模板的第一管子位于第一井眼中，而模板的第二管子则位于第一和第二井眼中至少两个井是通过固定在第二管子上的第二模板从第二井眼中钻入的。
与说明书相组合并成为其一部分的附图示出了本发明的实施例，并且，与说明内容一起用于解释本发明的原理。
图中：
图1是用于本发明的井下模板的一个实施例的立体图；
图2是沿图1中2-2线的本发明井下模板的一个实施例的纵向剖面图；
图3是用于本发明的地面模板的另一实施例的剖面图；
图4是本发明井下模板的另一实施例的立体图；
图5是本发明的模板的另一实施例的立体图；
图6是沿图5中6-6线的横向剖面图；
图7是沿图5中7-7线的横向剖面图；
图8是沿图5中8-8线的横向剖面图；
图9是与本发明的模板配合使用的最佳立管的立体图；
图10是图9中所示的最佳立管的部分剖面图；
图11是本发明的最佳立管的外表面的360°展开图；图5A-5I是用于进行钻井及完成多分支地下井的本发明模板的部分剖视简图；
图12是本发明的模板的另一实施例的立体图；
图13是沿图12中12-12线的纵向剖面图；
图14A-14F是根据本发明的方法用来进行钻井及完成多分支地下井的井下模板的部分剖视简图；
图15是用本发明的模板定位于井眼内时的剖面图；
图16是采用本发明的一个实施例的定位于地面模板并被其支撑的双孔塞的剖面图；
图17是采用本发明的地面模板的剖面图，示出了两个与套管头相连接的管子，这两个管子从共同的井眼延伸进入互相分离的地下井眼；
图18是采用本发明的一个实施例的地面模板的剖面图，描述的是在套管头元件组装期间套管头固定在一起的剖面图；
图19是采用本发明的一个实施例的地面模板的剖面图，包括用于通过双孔套管头一个孔以及有关的模板管子钻出第一地下井眼的一个钻井法兰；
图20是地面模板的部分剖面图，示出了采用根据本发明一个实施例的地面模板进行钻井的位于第一地下井眼的生产套管；
图21是地面模板的一个部分剖面图，包括用于穿过双孔套管头的另一个孔以及根据本发明的一个实施例的地面模板的管子进行钻井第二地下井的钻井法兰；
图22是地面模板的部分剖面图，示出了采用根据本发明一个实施例的地面模板进行钻井的定位于第二地下井眼中的生产套管；
图23是带有双孔的双法兰管的地面模板的部分剖面图；
图24是地面模板和相应套管头的部分剖面图，套管头带有采用本发明的一个实施例的地面模板进行钻井的定位于第一和第二地下井眼的分开的生产套管，每个井眼在地面带有互相分开的采油树；
图25是图23中部分示出的地面模板的部分剖面图，其中，采用根据本发明的一个实施例的地面模板进行钻井的第一和第二地下井眼在地面带有分开的采油树，以确保通过定位于每个井眼内的生产套管进行地下流体开采；
图26是地面模板一个塞的俯视图，它在由套管头元件支撑并定位时带有穿过其中的三个孔；
图27是采用根据本发明一个实施例的地面模板的剖面图，示出了三根位于套管头内并由其支承的管；
图28是通过使用本发明的实施例而开发出的地下井系统的剖面图，其中，一个地下或者井下分离器与地面分离器共同配合，从地面模板的至少一根管中钻井及完成至少两个地下井眼。
本发明的方法可以通过使用井下或者地下多分支井模板来实现，该模板定位于井或者地面模板中，而所述地面模板则定位于地面或海底表面或者海洋钻井平台上，并且伸到井中。在本发明的一个实施例中，该方法是通过采用地下或者井下模板与至少一个地面模板的管子相结合而实施的。
参见图1，一个多分支井模板或者导向器通常由标号10表示，并且具有圆柱状的外形，如后面所述的那样，将确保模板被定位于井眼的井下。井下模板10可以是一体的，但最好是带有多个部分的结构，这些部分通过任何一种适合的装置，例如螺纹、凸轮锁以及焊接，紧固在一起，并且通过例如O型环相互密封。模板10最好由适合的金属或合金构成，这些金属或者合金的选择取决于套管使用中遇到的负载和压力。
如图2所示，本发明的井下模板10带有一端面12和穿过端面的两个孔20、30，该孔20、30与模板的另一端上分开的端面13和14相交。表面11设置在端面13、14之间，其尺寸设置成可以让井确保从长孔30钻入分开的、不同的地下区域，其深度也许比通过孔20钻井及完井的区域深10,000英尺或者更多。如图2所示，孔20和30沿着模板10整个长度的轴线延伸并产生偏移。孔20和30每个上分别带有第一部分21、31，第二部分23、33和第三部分25、35。在第一孔20、30的第一和第二部分之间限定出环形凸肩22、32，而在孔20、30的第二和第三部分之间限定出环形凸肩24、34。每个孔20和30都带有螺纹17，其中如后面所述的那样，固定着可拆卸的立管或套管。孔20、30可以设置成从端面12向着端面13、14(图2和图3)相互分枝的形式。这种分枝的角度在模板10的整个长度上通常不应该大于2°，并且最好小于1°。一个单向阀36，例如是弹簧加压的浮阀，通过任何一种适合的装置，例如通过焊接固定在第三部分35中，而一个塞26固定在第三部分25中，以提供一个孔20中的牢固的液体密封。
本发明中使用的井下模板可以根据井孔的直径设置三个或更多的孔，这取决于模板位于其中的井眼的直径和使用该模板所钻井眼的直径。如图3所示，井下模板或者导向器10显示出带有三个通常是圆柱形的孔20、30和40。端面12可以带有一组倾斜的面或者凹部16，以在钻井操作期间帮助立管定位于孔20、30和40中，如本领域技术人员所公知的那样。每个孔20、30和40均带有螺纹17，其中如后面所述的那样可拆卸地固定着立管或者套管。在这个实施例中，模板10带有三个分开的端面13、14和15，这些分开的地面分别与孔20、30和40相交，并且如图3所示以沿着模板10的纵向长度方向不同的间隔而形成。如图3所示，每个孔20、30和40互相之间也可以从一个端面12朝着端面13、14和15相互分枝，虽然这种分枝通常在模板200的整个长度上不大于2°，并且最好小于1°。当图3所示的模板的实施例中带有三个孔时，装有单向阀36的孔30相对于倾斜的端面12位于最低的位置。
模板10可以通过任何适合的装置，例如螺纹连接或者焊接，固定到导管、表层或者中间套管90(图2和图3)的底部。套管90带有向内延伸的销或者搭钩92，它们通过例如焊接固定在套管90上。或者如图4所示，模板10可以带有常规的封隔器组件80，该元件定位于组件80的外圆周面上并与之紧固，最好就象在定位于井眼54中时处于模板10的上端。封隔器组件80包括一组可以膨胀的环状弹性元件82和一组卡瓦件84。在本实施例中，模板10的尺寸设置成容纳在套管中，并且可以通过表层或中间套管50中的钻柱、管带或者绳缆(未示出)下入到井内，所述表层或中间套管50是事先用水泥固结在井眼54上的。一旦被定位于套管50的最低端部，卡瓦件84和元件82相继膨胀，以本领域技术人员所熟悉的方式并用常规的装置与表层或者中间套管50相嵌合，以便将模板10固定到表层或中间套管50中，并且密封住它们之间的环形空间。卡瓦件84的尺寸和结构设置成不仅支撑模板10，而且还支撑任何井眼管件的形式，所述井眼管件如后面所描述的那样，可以被悬挂于卡瓦件中。
如上所述，本发明的模板可以是一体的或是多部件的结构。本发明的一个构成多部件结构的模板的实例由图5和6中的100表示。模板100由第一上部101、长的框架107和一组管件104构成。第一上部101带有穿过其的两个孔，两个孔具有下部螺纹部分102。该第一部分101的端面112在与两个孔相交的表面的周围形成锯齿115、116。一个伸长的框架，例如I形梁或者H形梁107，通过任何适当的装置，例如螺栓108(图7)固定到第一部分101的另一个端面上。通常呈C形的导向器109可以通过例如焊接沿着其长度方向固定到I形梁或H形梁107上。管状元件104通过导向器109在I形梁或H形梁107(图8)的每侧定位，并且通过第一部分101与孔的螺纹部分102相配合。导向器109具有与沿长的框架107相结合从而抑制和阻止穿过这种导向器定位的管件104运动的功能。定位于I形梁或H形梁107同一侧的不同的管件104通过任何适合的装置，例如螺纹管105固定到一起。每根管件104的自由端与套管鞋106相配合，其中，浮阀136固定在I形梁或H形梁107的一侧，而塞126则插入梁107的另一侧。
在这样组装后，第一部分101、梁107和管状元件104形成一个其中带有两个通常是圆柱形的孔120、130的模板100。作为模板100的相应尺寸的例子，其第一部分的长度可以是4英尺，梁107可以为30英尺，而中间或表层套管90可以是8英尺。从第一部分101的底部到端面113之间进行测量，孔102可以具有与梁107大致相同的长度，即伸到大约30英尺或更短(如图5和图6所示)，或者可以延伸到梁107的后部至数千英尺或者更深(如图12和13所示)，孔130比孔120要长，并且在从第一部分101到端面114之间进行测量时，可以达到10,000英尺或者更深，这取决于根据本发明要钻井及完井的岩层。如图6所示，孔120、130的每个上都带有第一部分121、131，第二部分123、133和第三部分125、135。在孔120、130的第一和第二部分之间限定出环形凸肩122、132，而在孔120、130的第二部分和第三部分之间限定出环形凸肩124、134。在该实施例中，孔120、130通常相互分叉。在图5和图6所示的实施例中，孔120比孔130短，在端面113和114之间提供了一个地下岩层部分，其中从孔120发出的钻柱可以产生偏移，以便使得在根据本发明进行钻井及完井的井眼之间互相干扰的可能性降低。I形梁107的一侧可以带有通过任何适合的装置例如焊接固定在孔120下方的造斜垫，进一步来帮助减少本发明的模板100钻井的井眼之间的干扰。
一个定位柱143带有一穿过它的轴向偏斜孔145(图10)，在其上端附近带有螺纹146，与一个通常为管状的套管150可拆卸地固定在一起。套管150带有可膨胀的锁环152，该锁环152带有开出螺纹的内径153，并且定位于孔145中沿周向延伸的槽中。锁环152以本领域技术人员公知的方式滑动并带有裂口，以确保在大直径的物件穿插入环时产生膨胀。螺纹141和/或带螺纹的内径153可以带有锥度，以确保它们充分啮合。一个立管140示出了带有一组环形密封件142，例如由Baker Oil Tools公司制造的钼玻璃密封圈，以及带有一组指状部147的夹头144。每个指状部都向外偏斜，而且每个指状部外表面的相应部分上带有螺纹。在夹头144上方，立管140的外表面上带有螺纹141。当定位柱143和和立管140组装起来进入井眼时，立管140的螺纹141与锁环152的内螺纹相啮合。
如图9和图11所示，定位柱143的外表面带有J一4槽148，它与销92配合功能是使得立管定向，从而插入到两个孔120或130中。
在根据本发明方法的一个实施例中，从地面钻入一个例如24英尺直径井眼的第一井眼54，深度达到约5,000英尺或者更深。而后，以本领域技术人员公知的方式从第一井眼钻入第二井眼，其直径例如为12英尺，深度例如约为13,500英尺或更深。井下模板100固定在表层或中间套管90的底部，并且定位于井眼54中，孔120的端面113邻接着井眼54的底部定位，孔130的端面114定位于井眼55中，最好与其底的端部相邻接(图14A)。中间或者表层套管通过水泥53以常规的方式固定在井眼54中。井眼54、55可以是大致垂直的或偏斜的。表层或中间套管90延伸到地层51的地面，而形成一套管头52。而后，限定出孔130并且在井眼55中向下延伸的管件104的部分可以通过经孔130和浮阀136向下以及在管件104和井眼55之间限定的环形腔中向上以常规的方式循环水泥，从而固结在孔55中。由此方式循环的水泥也可以用来把形成孔120和130的部分的管件104固定在井眼54中。或者，孔120也可以带有浮阀，并且水泥可经孔120和浮阀向下并且在管件104和井眼54之间限定的环形空间中向上循环(并且也在套管90和井眼54之间)，从而以常规的方式固结限定出孔120和130的管状元件。然后，孔120和130可以通过通过适当的装置，例如射孔枪设置成与垂直分离的不同地下岩层或者区域相连通。在完成井孔120时，必须有选择地远离孔130射孔，以便不损伤后者。流体，特别是碳氢化合物，会分别通过孔120和130从地下岩层开采出来。这些流体可以通过套管90混合并开采到地面上，或者两个孔120和130均带有生产套管和/或管件，分别将流体开采到地面上。
根据本发明的一个实施例，管状立管140和定位柱143下入到表层或中间套管90中，直到销92与定位柱143外表面上的槽148相接触。槽148的倾斜的表面将使定位柱143和立管140旋转，直到销92如图11所示到达位置148a。由于这种定位，立管140会与孔130成一直线。立管140从地面的旋转将会使立管140的带螺纹的表面从可膨胀的锁环152中有螺纹的内径153上脱开。立管140然后会下入到模板100的孔130中，直到夹头的指状部147与孔130的螺纹部137相啮合(图14B)。一旦夹头的指状部啮合在模板上，立管就会以本领域技术人员公知的方式固定到套管头上。一个第一井眼60可以通过常规的钻柱穿过井眼55钻入，该钻柱包括一个钻头和一个泥浆马达(未示出)，以本领域技术人员公知的常规方式穿过立管140和孔130，钻井泥浆以及岩屑通过模板100的孔130和立管140循环到地面51。虽然图14C中所示的是倾斜的，但是第一井眼60也可以钻成大致垂直的方位。然后，钻柱从立管140中收回，而衬管62由常规的衬管吊卡64通过立管140下入并固定到模板100，进而到表层或中间套管90上。在一个最佳实施例中，衬管吊卡64座落在环形凸肩134上并被其支撑(图13)。衬管吊卡64包括一个可膨胀的封隔器65，以密封衬管吊卡64和孔130之间的环形空间，衬管吊卡64还包括可膨胀的卡瓦67，以协助吊卡64固定在孔130的第二部分133上。根据环形凸肩134支撑的总负载，卡瓦67也可以不需要辅助支撑这种负载。套管62可以固结在第一井眼60中。
立管140从套管头上松开，置于受拉状态并旋转，使夹头指状部147的带螺纹的外表面脱离与孔130的螺纹部137的啮合，以使立管140升入定位柱143中并且通过将立管140的带螺纹的外表面141自动地与可膨胀锁环152的带螺纹的内径153相啮合而固定。立管然后从地面上升起，并且销92在槽148中的啮合使得立管和定位柱143自动旋转，直到销92到达槽148中的位置148b。继续下入立管140，会使立管和凸旋转，直到销92位于槽148中的位置148c。在定向过程中，立管140将与孔120成一直线。立管140从地面上的旋转将会使立管140的带螺纹的外表面141可旋接地脱离与可膨胀锁环152的带螺纹的内径153的啮合。立管140然后下入到模板100的孔120中，直到夹头的指状部147与孔120的螺纹部127相啮合(图14D)。一旦夹头指状部啮合在模板上，立管就会以本领域技术人员公知的方式固定在套管头上。然后将一条钻柱通过立管140伸入孔120中，并将塞126钻穿。钻柱穿过孔120并钻出第二井眼70。虽然如图14E所示是偏斜的，但通常在第一井眼60是偏斜的情况下，第二井眼也可以钻成大致垂直方位。然后，将钻柱从立管140上撤回，并且将套管72用常规的衬管吊卡(包括一个可膨胀的封隔器和卡瓦)通过立管140下入，通过常规的方式固定到模板100，从而固定到表层或中间套管90上。衬管吊卡74座落在环状凸肩124上并由其支撑，而封隔器75产生膨胀，以密封住衬管吊十与孔120之间的环形空间，而卡瓦77膨胀以协助吊卡74固定到孔120的第二部分123上(图14E)。套管72可以通过本领域技术人员公知的方式固结在第二井眼70中。
立管140然后从套管头上松开，置于受拉状态并旋转，使夹头指状部147的带螺纹的外表面从孔120的螺纹部127中脱离啮合以使立管升入定位柱143中，并且通过自动地将立管140的带螺纹的外表面141啮合在可膨胀锁环152的带螺纹的内径153上而固定住。立管从地面上升起，销92与槽148的啮合将会使销92从槽148中脱离，然后立管140和定位柱143提升到地面。
衬管或套管62、72通过任何适合的装置，例如通过射孔，与地下岩层形成流体连通。从地下岩层开采到井眼60和/或70的流体可以通过衬管或者套管62、72分别开采到套管90中，在套管90中流体被混合并开采到地面上。或者，生产套管66、76也可以相继密闭地通过固定在并围绕着套管66、76下端定位的密封元件分别与套管62、72或孔120、130相固定。套管66、76通过常规的可分离的吊卡系统9(未示出)固定并支撑在套管头52上，并且通过如本领域技术人员公知的双法兰管(未示出)分别与不同的套管头或者采油树相连接，然后，套管62、72通过任何适合的装置例如通过射孔与地下岩层形成流体连通。并且流体，例如碳氢化合物，可以从岩层中通过套管62、66或套管72、76(图14H)开采到地面上。根据实际中的应用，一个常规的油管可以插入套管62、72中，常规的封隔器也可以被用来密封这种油管与套管之间的环形空间，来防止流体流出，以确保流体，例如碳氢化合物通过油管开采到地面上来。根据本发明，或者第一井眼60，或者第二井眼70不需要进行钻井及完井。如果第一井眼60没有钻出，模板100的孔130就会以上面所述的方式形成于井眼55中。如果第二井眼70未钻出，模板100井眼120就会以上面所述的方式形成于井眼54中。根据本发明按照这种方式来形成，一种修井作业但并不限于修井、再完井以及侧钻作业可以在一个井中进行，而流体，例如碳氢化合物则同时从另一个井中开采出来。另外，可以将流体从一个井注入到地下岩层中，同时碳氢化合物则通过另一个井从相同或不同的岩层中开采出来。
位于地表或者海底地面的延伸到地下井眼的多分支井模板300用来实现本发明。如图15所示，一根较大直径的管件或管子302，例如30英寸直径的管件，通过冲击被压入地下，或者海岸的地下或者海洋的地下，或者如果这种管子不允许用压入的方法也可采用其它任何适合的装置。或者，可以通过任何本领域技术人员公知的常规装置将大直径的孔，例如36英寸直径的孔，钻入地下，并且将较大直径的管件或管线302，例如30英寸直径的管定位于孔中并固结在其中。然后，通过管302钻出一个较细的小直径孔，到达例如1,200英尺，并且导管304以本领域技术人员公知的常规方式定位于其中并与其固结。一个带有一系列支脚或垫片303的套管头306定位于管件302和套管304上，以使支脚307的底部座落在管件302的上端以及地面(如果是岸边)或海洋钻井平台的夹头台面或者海底地面上。它们均由图15中的标号305表示。导管304的上端容纳在套管头306中，并通过任何适合的装置，例如焊接(未示出)，与之固定。然后通过套管304钻井井眼到合适的深度，例如3,500-4,000英尺。所形成的井眼309即可以是垂直的也可以是偏斜的。根据本发明，在将一个可以是垂直也可以是偏斜的第一井眼307从井眼309的沿其长度的任何一点钻入。一个可以是垂直也可以是偏斜的第二井眼308也可从井眼309的沿其长度的任何一点钻入。
参见图16，套管头306具有限定出大致环状凸肩314的变直径的孔312。一个塞320设置在孔312中，并且由大致环状的凸肩314支撑。塞320带有穿过其的至少两个孔322、326，孔的直径是变化的，以形成大致环状的凸肩323、327和锥形部分324、328。如图17所示，一组管件330、334穿过孔322和326以后面将要描述的方式定位，这些管件比穿过塞320的孔的数目要少或者相等，并与根据本发明所钻井及完成的井的数目相对应，它们通过例如常规的套管卡瓦331、335固定在孔中，而卡瓦331、335产生膨胀与塞320相啮合下入，分别与锥形部324、328相接触。套管卡瓦331、335带有由任何适合的材料，例如橡胶，制成的密封件332、336。任何常规的装置，例如开口的芯轴吊卡可以用来代替套管卡瓦331、335将管件330、334固定在塞320上。管件330、334也带有常规的封隔的密封环333、337。管件334从井眼309中穿过，并延伸到井眼308中。管件330至少延伸到井眼309，如果井眼307已经钻入，如果该井眼已被钻出，管件330延伸到井眼307中。管件330、334可以有大致相同的长度或不同的长度。在本说明书中所使用的“管件”表示的是管柱，例如套管，通常位于地下井眼并且由单一长度的管通过例如螺纹连接固定在一起。
一旦管件330、334固定到塞320上，双孔套管头315(图18)便通过任何适合的装置，例如通过螺栓(图中未示)，固定到套管头306上，它还带有两个孔316、318，该两孔与管件330、334基本上成一直线。每个孔216、318的直径沿其长度方向缩小，从而分别限定出环状凸肩317、319。组装完后，封隔的密封环333、337具有将管件330、334和双孔套管头315之间的流体进行密封的功能。当进而定位于井眼309、308还有可能是307中时，管件330和334以常规的方式，最好是通过管件中的一根注入水泥来固结住。最好是水泥注入井眼307、308和309中并延伸到套管304。管件330和/或334可以通过任何适合的装置，例如射孔枪，与地下岩层形成流体连通，而流体可以通过管件330和/或334开采到地面。当井眼307未被被钻时，管件330便可以如图所示固结在井眼309中，并通过适合的装置，例如射孔枪，与地下岩层形成液体连通传输流体，该射孔枪沿着径向发火，其结构及操作不应穿过或干扰管件334。
或者，一个带有密封件339，例如弹性O型环的塞338穿过双孔套管头315(如图19所示的孔316)定位于孔316或318中的一个孔的上端部，并且一个钻井法兰340通过任何适合的装置，例如通过螺栓(未示出)，固定在双孔套管头315上。法兰340带有一孔341，该孔与孔318和管件334基本成一直线，以使钻柱可以进入其中。再者，法兰340的尺寸如本领域技术人员公知的方式设置成与常规的电路保护器相连，以在钻井期间提供安全。在这样组装后，钻井法兰340、套管头306、双孔套管头315和管件330、334构成了一个组件，可以分别钻井两个井，并以后面将要描述的方式从地面进行完井，从而省去了带有可移动部分的井下工具以及相应的问题。该组件可以用来在岸边钻塔上和/或海洋钻井平台上钻井。
一个一端带有钻头的钻柱穿过孔341和318以及管件334，钻穿其中带有的任何硬度的水泥。钻柱从管件334的底部伸入，并且以常规的方式从其钻出通常垂直或者偏斜的井眼346，从而钻穿地下岩层或者区域(图19)。一旦井眼从管件334钻入并测井后，如果需要的话，油管356(图19)便从地面下入，直到使其一部分定位于井眼346中。油管356首先被以常规的方式固结在井眼346中，水泥最好上返至管件334的底部。在水泥固结之前，油管356通过常规的套管卡瓦357固定在双孔套管头315的孔318中，该套管卡瓦357与环形凸肩319相接触时膨胀，从而与双孔套管头315的孔318相啮合。套管卡瓦357带有一个密封件358，以将双孔套管头315的孔318和油管356之间的流体进行密封。油管356的上端也带有常规的封隔的密封环359。
一旦油管356以这样的方式固定到双孔套管头315的孔318中并与井眼346相固结，钻井法兰340便从双孔套管头315上移开，并且延伸到封隔的密封环359后方的油管356部分通过常规的工具割断或者切去，而且塞338被从孔316的上端移去。在钻出井眼307的实施例中，钻井法兰340再次通过适合的装置，例如通过螺栓(未示出)固定到双孔套管头315上，以使穿过法兰340的孔341与孔316和管件330基本成一直线，从而保证钻柱穿过其中(图21)。一个常规的防喷器再次固定在钻井法兰340上，以确保钻井时的安全。一个一端固定有钻头的钻柱穿过孔341和316以及管件330钻穿其中带有的任何硬度的水泥。钻柱从管件330的底部伸入，并以常规的方式从其钻出通常垂直或者偏斜的井眼344，从而穿透地下岩层。一旦井眼从管件330钻入并被测井后，如果需要的话，生产套管350便从地面下入，直到使其一部分定位于如图22中所示的井眼344中。生产套管350首先以常规的方式固结在井眼344中，水泥最好上返至管件330的底部。在水泥固化之前，生产套管350通过常规的套管卡瓦351固定在双孔套管头315的孔316中，该卡瓦351在与环形凸肩317接触时膨胀，从而与孔316相啮合。套管卡瓦351带有一个密封件352，以对双孔套管头315的孔316和生产套管350之间的流体进行密封。生产套管350的上端也带有常规的封隔的密封环353。任何其它的常规装置，例如芯轴吊卡，可以作为套管卡瓦351、357的替代，来分别将生产套管350、356固定到双孔套管头315上。一旦生产套管350被这样固定到双孔套管头315的孔316中，并与井眼344相固结，钻井法兰340便从双孔套管头315中移开，而且延伸到封隔的密封环353之后的油管356部分通过常规的工具(图23)割断或者切去。
如图23所示，一个双法兰管360通过任何适合的装置，例如通过螺栓(未示出)固定在双乳套管头315上，从而使穿过双法兰管360的孔362和364分别与生产套管350和356大致成一直线。孔362、364的每一个的直径都被缩小，从而限定出锥形部分363、365。封隔的密封环353、359具有分别密封住生产套管350、356与双法兰管360之间的流体的功能。生产套管350和356然后通过任何适合的装置，例如通过射孔，与地下岩层形成流体连通，这样，流体，最好是碳氢化合物进入到套管350和356中，开采到地面。如图24所示，小直径的油管370、376被分别定位于生产套管350、356中，并且通过常规的油管吊卡371、377支撑住，该吊卡被吊入双法兰管360中直到其分别与环状凸肩363和365相接触。任何其它的常规装置，例如芯轴吊卡都可以用来替代管件吊卡371、377(如图24所示)，以分别将油管370、376固定到双法兰管360中。油管370、376的上端也带有常规的封隔器372和378，以对双法兰管360与油管370和376之间的流体进行密封。分开的采油树380和386用来分别和油管370和376形成流体连通。
另外，流体可以如本领域技术人员公知的那样直接通过生产套管从被生产套管350和356穿透的岩层中开采到地面上来，而不使用油管，这取决于实际的应用。在本实施例中，双法兰管360上设置有不同的互相分开的采油树380和386，以分别与生产套管350和356形成流体连通，如图25所示。
在根据本发明的实施例所述钻井及完井时，是将两个地下井344、346钻入相同或者不同的地下岩层、层位或者区域中，到达相同或者不同的深度，并且互相偏离。通过钻出井眼307和/或308并在其中分别插入管件330和334，偏斜的井344和346之间分开的角度逐渐增加，从而确保有很大的分开程度，并且增加从给定的地下岩层中的开采量。井344和346分别通过一个单一或者共同的井眼从地面完井，而同时使流体可以通过两个井眼从地下岩层中开采到地面和/或将流体注入到地下岩层中。或者修井，包括再完井和侧钻，但不限于这些作业，能够在一个井中实现，而同时通过另一个井可以使碳氢化合物从地下岩层中开采出来或者将流体注入到地下岩层中。另外，流体可以通过一个井注入到地下岩层中，而与此同时碳氢化合物则通过另一个井从同一个或者不同的地下岩层中开采出来。
虽然采用本发明的地面模板的塞已在图中示出并被描述成带有两个孔，通过这两个孔可以定位于分开一定距离的表层套管中，对于本领域技术人员来说，塞也可以带有两个以上的孔，并且多于两个的地面套管可以通过这些孔定位，这是依据地面井眼的直径和插入其中的地面套管而决定的。例如塞420设置有三个孔421、424和427(图26)，并且以上面所述的方式定位在套管头330中，并由其支撑，相应于塞320。管件430、434和437穿过各自的孔421、424和427定位(图27)并以上述所述的方式相应于管330和334固定在其中。用这种方式制成的结构，地面模板将会确保三个地下井根据本发明分开地钻井及完井。
下面的例子描述的是实施和应用本发明的实例，但其结构并不限于此范围。
一个井架在常规的单个海洋钻井平台上的槽中滑动，并且从海底地面钻出一36英寸直径的孔到400英尺。一个30英寸的直径、1英寸的厚度的套管定位于孔中，并且通常固结在其中。一条带有17英寸钻头的钻柱插入30英寸的套管中，并且从450英尺钻一个17英寸直径的孔到2,500英尺深度，且扩径到28英寸直径。一个24英寸直径、
Figure A9619573100251
英寸厚度的套管带伸入到2,500英尺，并固结住。一个12英寸直径的孔从2,500英尺钻到12,000英尺、并且从2,500英尺到4,500英尺扩径到24英寸。一个带有本发明的一个实施例的模板定位于该套管中，并通过常规的套管头设备和常规的芯轴吊卡使得其最下端固定到20英寸直径的套管上，并且通过套管头设备和常规的芯轴吊卡固定到该24英寸套管上。模板带有一组 英寸直径的管件，这些管件定位于该24英寸直径的孔中，安装深度为大约4,500英尺。模板的另一组的
Figure A9619573100262
英寸直径的管件延伸到12英寸直径的孔中，到达大约12,000英尺。
Figure A9619573100263
英寸直径的立管下端的密封部分通过模板插入到孔中，该模板装备有单向阀，并且水泥通过模板的管件流至大约12,000英尺进行循环，以将模板固结在两个孔中，并将20英寸的套管固结在24英寸的孔中。任何滞留在
Figure A9619573100264
英寸直径的管件中的水泥均被钻掉，并且通过装备有常规泥浆马达的钻柱直接钻出一个8英寸直径的孔到达15,000英尺的目标深度，而该钻柱穿过立管和定位于12,000英尺的孔中的模板的管件。然后，装备有衬管吊卡的7英寸套管通过将衬管吊卡与包含着模板孔的外轮廓相啮合直接定位于8英寸的定向井孔中。该7英寸的套管在将水泥通过钻柱和衬管泵入时旋转。立管然后从本发明的模板的第一井眼中撤回，并且通过该模板插入另一井眼中，即，穿过定位于大约4,500英尺的 英寸直径的管件。第二个8英寸直径的定向井孔被钻到9,000英尺，并且通过第二孔完成于第二目标地层中。然后，一个装备有衬管吊卡的7英寸套管定位于8英寸直径的直孔中，并通过将衬管吊卡与以上述的方式包含于模板孔中的外轮廓相啮合而被固定于其中。立管然后被从井中移去，将一个带有固定到其下端的密封组件的7英寸套管相继地插入分开的模板孔中，并与7英寸的衬管吊卡的顶部相接合，固定到常规的双完井地面设备上。
虽然上面所述的是分别用在本发明的方法中的，但是，地下或地面模板10或100也可以固定到地面模板300的至少一个管件330、334上，以分别从每个井眼307和308钻出两个或更多的分开的地下井。以这种方式钻出的井可以用上面所述的相当于井60和70(图14)分别从地面进行完井，井可以通过衬管64、67和辅助衬管吊卡以及封隔器分别完成于地下或地面模板10或100上，而且由此而来的产品通过地面模板300(图28)的一根管330、334开采到地面。当地下或地面模板10或100采用了地面模板的管件时，井下模板的孔20、30或120、130可以有相同或不同的长度，并且在这些孔具有不同的长度时，孔20、30或120、130可以只定位于井眼309中。可以以上面所述的方式从采用不同的地面模板的管子的一个共同的井眼钻出三个或者更多的井眼，这也处于本发明的范围之内，并且三个或更多的井眼可以通过井下或者地下模板分别进行钻井和完井，而地下模板固定到地面模板的每一个管子上。
上面说明和示出了本发明的最佳实施例，但是应当明确它还具有如上面所述的和其它的一些变形及改动，这些均会处于本发明的范围之中。

Claims (63)

1.一个地下井系统，包括：
延伸到地面的第一地下井眼；
从第一井眼钻入的第二地下井眼；
定位于第一井眼中的钻井及完井模板的第一管子；
定位于第一和第二两个井眼中的模板的第二管子。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一管子与所述第一岩层形成液体连通，以将流体从该第一岩层输送至地面。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面延伸到所述第一管子中的第一生产套管的第一长度，该第一生产套管可以将流体从所述第一岩层通过该第一管子开采到地面上来。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述第一管子和所述生产套管的第一长度中的油管。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第二管子与所述第二地下岩层形成液体连通，以将流体从该第二岩层开采到地面。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面延伸到所述第二管子中的生产套管的第二长度，以将流体从所述第二岩层通过该第二管子开采到地面上来。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述第二管子和所述生产套管的第二长度中的油管。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还包括：
一个从所述第二井眼钻入的第三地下井眼。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：所述第一井眼穿透第一地下岩层，所述第三井眼穿透第二地下岩层。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第二管子中伸出并延伸到所述第三井眼中的生产套管的第三长度，它与所述第二岩层形成液体连通，以将流体从所述第二岩层开采到地面上来。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面延伸到所述生产套管的第三长度中的生产套管的第四长度，以将流体从所述第二岩层开采到地面上来。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管的第三和第四长度中的油管。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第一井眼中钻入的第四地下井眼。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于：所述第四井眼穿透第一地下岩层，而所述第二地下井眼穿透所述第二地下岩层。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第一管子中伸出并延伸到所述第四井眼中的生产套管的第五长度，它与所述第一岩层形成液体连通，以将流体从所述第一岩层开采到地面上来。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面延伸到所述生产套管的第五长度中的生产套管的第六长度，以将流体从所述第一岩层开采到地面上来。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管的第五和第六长度中的油管。
18.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一井眼是大致垂直的。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一井眼是偏斜的。
20.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述第二和第三井眼是偏斜的。
21.如权利要求14所述的系统，其特征在于：所述第四井眼是偏斜的。
22.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一井眼穿透第一地下岩层且所述第二井眼穿透第二地下岩层，所述第一地下岩层和所述第二地下岩层是同一个岩层。
23.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一井眼穿透第一地下岩层且所述第二井眼穿透第二地下岩层，所述第一地下岩层与所述第二地下岩层是不同的岩层。
24.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述模板固定到所述第一井眼的地面。
25.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述模板固定到位于所述第一井眼的地面。
26.一个地下井系统，包括：
延伸到地面的第一地下井眼；
从第一井眼钻入的第二地下井眼；
从第一井眼钻入的第三地下井眼；
定位于第一和第二两个井眼中的钻井及完井模板的第一管子：
定位于第一和第三两个井眼中的所述模板的第二管子。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于：所述第一管子与所述第一岩层形成液体连通，以将流体从该第一岩层输送至地面。
28.如权利要求27所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述第一管子中、以将流体从所述第一岩层开采到地面上来的油管。
29.如权利要求26所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第二井眼中钻入，以穿透第一地下岩层的第四地下井眼。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面延伸穿过所述第一管子到达所述第四井眼中的生产套管的第一长度，用以将流体从所述第一岩层开采到地面上来。
31.如权利要求26所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第二井眼中钻入，以穿透第一地下岩层的第四地下井眼；
从所述第一管子伸出并延伸到所述第四井眼中的生产套管的第一长度，用以将流体从所述第一岩层开采到所述第一井眼中。
32.如权利要求30所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管的第一长度中的油管。
33.如权利要求27所述的系统，其特征在于：所述第二管子与所述第二岩层形成液体连通传输流体。
34.如权利要求27所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述第二管子中的油管，以将流体从所述第二岩层开采到地面上来。
35.如权利要求29所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第三井眼钻入的第五地下井眼，以穿透第二地下岩层。
36.如权利要求35所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面延伸穿过第述第二管子并延伸到所述第五井眼中的生产套管的第二长度，用以将流体从所述第二岩层开采到地面上来。
37.如权利要求29所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第三井眼钻入的第五地下井眼，以穿透第二地下岩层；
从所述第二管子伸出并延伸到述第五井眼中的生产套管的第二长度，用以将流体从所述第二岩层开采到所述第一井眼中。
38.如权利要求36所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管中的第二长度中的油管。
39.如权利要求26所述的系统，其特征在于：所述模板固定到所述第一井眼的地面。
40.一个地下井系统，包括：
延伸到地面的第一地下井眼；
从第一井眼钻入的第二地下井眼；
从第一井眼钻入的第三地下井眼；
从所述第二井眼中钻入的第四地下井眼；
从所述第三井眼中钻入的第五地下井眼；
定位于第一和第二两个井眼中的钻井及完井模板的第一管子；
定位于第一和第三两个井眼中的所述模板的第二管子。
41.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述第三井眼穿透第一地下岩层，而所述第五地下井眼穿透所述第二地下岩层。
42.如权利要求41所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第一管子伸出并延伸到所述第四井眼中的生产套管的第一长度，用以将流体从所述第一岩层开采到地面上来；
从所述第二管子伸出并延伸到所述第五井眼中的生产套管的第二长度，用以将流体从所述第二岩层开采到地面上来。
43.如权利要求41所述的系统，其特征在于它还包括：
从地面通过所述第一管子伸出并延伸到所述第四井眼中的生产套管的第一长度，以将流体从所述第一岩层开采到地面上来；
从地面通过所述第二管子伸出并延伸到所述第五井眼中的生产套管的第二长度，以将流体从所述第二岩层开采到地面上来。
44.如权利要求43所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管的第一长度中、以将流体从所述第一岩层开采到地面上来的第一油管；
定位于所述生产套管的第二长度中、以将流体从所述第二岩层开采到地面上来的第二油管。
45.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述第一井眼是大致垂直的。
46.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述第一井眼是偏斜的。
47.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述第二和第三井眼是偏斜的。
48.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述第一和第二地下岩层是同一个岩层。
49.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述模板固定到地面的所述第一井眼中。
50.如权利要求40所述的系统，其特征在于：所述模板固定到位于地下的所述第一井眼中。
51.一个地下井系统，包括：
延伸到地面的第一地下井眼；
定位于所述第一井眼中的第一管子和定位于第二井眼中的第二管子；
至少两个通过固定到所述第二管子上的第二模板钻出的井。
52.如权利要求51所述的系统，其特征在于：所述至少两个井均是从所述第一井眼中钻入的。
53.如权利要求51所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第一井眼钻入的第二地下井眼，所述第二管子定位于所述第一和第二两个井眼中，并且所述的至少两个井从所述第二井眼中钻入。
54.如权利要求53所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第一模板延伸到所述从第二井眼的两个井之一中并与被所述两个井之一穿透的第一岩层形成液体连通的生产套管的第一长度，以将流体从所述第一岩层通过所述第一管子开采到地面上来。
55.如权利要求54所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第二模板延伸到地面的生产套管的第二长度，以将流体从所述第一岩层通过所述生产套管的第一和第二长度开采到地面上来。
56.如权利要求55所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管的第一和第二长度中的油管。
57.如权利要求54所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第二模板延伸到所述第二井眼并与第二岩层形成液体连通的所述两个井中的另一个的生产套管的第三长度，以将流体从所述第二岩层通过所述第二管子开采到地面上来。
58.如权利要求57所述的系统，其特征在于：所述第一和第二地下岩层是同一个。
59.如权利要求57所述的系统，其特征在于：所述第一和第二地下岩层是不同的岩层。
60.如权利要求55所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第二模板延伸到从所述第二井眼钻入并与第二岩层形成液体连通的两个井中的另一个的生产套管的第三长度，以将流体从所述第二岩层通过所述第二管子开采到地面上来；
从所述第二模板延伸到地面的生产套管的第四长度，以将流体从所述第二岩层通过所述生产套管的第三和第四长度开采到地面上来。
61.如权利要求60所述的系统，其特征在于：所述第一和第二地下岩层是同一个岩层。
62.如权利要求60所述的系统，其特征在于它还包括：
定位于所述生产套管的第三和第四长度中的油管。
63.如权利要求51所述的系统，其特征在于它还包括：
从所述第一井眼通过固定到所述第一管子上的第三模板钻入地下岩层中的至少两个井。
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