CN1313449A - 在母井的节点处建立分支井的方法 - Google Patents

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Abstract

在井眼中设置多分支引出接头的方法,多分支引出接头包括有第一与第二开口端的分支腔和多分支引出件,引出件与分支腔第二开口端相连。把分支腔第一开口端与套管柱下端相连;把套管柱和引出接头下入钻井到需钻出分支井的节点处;通过套管柱下入成型工具到分支腔内;将成型工具定向,以把成型工具插入到至少一个支引出件内;及利用成型工具使至少一个引出件膨胀,直到引出件从分支腔第二开口端的连接处沿一路径向虚拟圆柱筒之外延伸。

Description

在母井的节点处建立分支井的方法
本申请案是原申请号为CN 97110094.2、申请日为1997年3月10日、发明名称为《在母井的节点处建立分支井的方法和设备》的分案申请案。
本发明享有两个申请的优先权，一个是申请日为1996年3月11日的第60/013,227号申请，另一个是申请日为1996年8月27日的第60/025,033号申请，有关内容作为参考使用。
本发明涉及钻井领域，特别涉及在一个含烃井中建立分支井的领域。更确切地说，本发明涉及在井眼同一井深处，称作节点，建立多分支井。
多分支井通常从某一深处开钻，特别是在从海洋钻井平台钻井时，为弥补海洋钻井的巨大投资，必须钻多分支井。如图1A和图1B所示，这样的分支井通过公共导管钻进，每一个分支井包括海洋石油钻井常用的表层套管衬管，中间套管和母井套管。
在钻井技术中，还有一种已知的分支井如图2所示。分支井从母井中钻进，但是母井必须延伸到原井的分支点以下。结果，分支井的直径要小于延伸到分支点以下的原井的直径。而且，在连接分支井与原井的工艺中存在密封困难的问题。
例如在美国专利5,388,648描述的方法中，涉及了不同类别的实现这种密封的井眼连接的几个实施例。在公开的专利’648中提出了几种方法，用来解决在母井中建立多分支井时遇到的几个严重的密封问题。这样的密封问题涉及需要保持分支井衬管与母井套管的联通问题以及在井底压差下保持连接处的水力分隔问题。
在原井中某一深度建立分支井的一个基本问题是建立这样的分支井的设备必须下入到母井套管中，而母井套管必须配合在油井中间套管内。因此，任何建立分支井的设备的外径不能大于母井套管的直径。而且，当建立分支井时，其直径要尽可能大。另外，这样的分支井需要下入套管，并用常规套管悬挂器上的分支设备进行密封。
本发明的一个重要目的是提供一种方法，利用这种方法，使多分支井与原井在单一井深处相连，在该井深处用常规的衬管一套管连接方式对多分支井进行控制和密封。
本发明的另一个重要目的是提供一种多分支引出接头，其外径应保证它能通过原井下入到井下开钻点位置。
本发明的另一个目的是提供一种多分支引出接头，多分支引出件以回缩状态制造，当下入到井下开钻位置时，多分支引出件发生膨胀，以使分支井具有最大的直径，并且形状为圆形以能够实现常规的衬管一套管连接。
本发明的另一个目的是提供一种使回缩状态引出件膨胀的设备，以使每一个引出件从原井井轴向外移动到精确的方向上来，并使引出件形成一个比较圆的形状，使得在多分支井完钻后，常规的衬管一套管连接可以用于这样的引出件。
本发明所提供的一种在井眼中设置多分支引出接头的方法，其中该多分支引出接头包括一个分支腔和多分支引出件，该分支腔有一个圆柱形的第一开口端和第二开口端，每一个多分支引出件与该分支腔的第二开口端相连，并设置于回缩状态，在该回缩状态，每一个该多分支引出件都在一个虚拟的圆柱筒内，该虚拟的圆柱筒与该圆柱形第一开口端同轴并具有相同的半径，该的方法包括以下步骤：把该多分支引出接头的该分支腔的第一开口端与一个套管柱的下端相连；把该套管柱和该多分支引出接头下入钻井到需要钻出分支井的节点位置；通过该套管柱下入一个成型工具到该多分支引出接头的该分支腔内；在该多分支引出接头内对该成型工具定向，以便将在该分支腔的第二开口端把该成型工具插入到至少一个该多分支引出件内；以及利用该成型工具使至少一个该多分支引出件膨胀，直到至少一个该多分支引出件从该分支腔的第二开口端的连接处沿一路径向该虚拟圆柱筒之外延伸。
本发明还提供一种用以从母井中形成分支井的方法，该方法包括以下步骤：利用母井套管将多分支引出接头下入通过该母井到分支位置处；定向该多分支引出接头直到将其多分支引出件设置在预定定向位置处；膨胀和成型至少一个该多分支引出件直到其延伸到超出该分支腔的直径的一个通道处并形成截面为圆的形状。
本发明还提供另一种用以从母井中形成分支井的方法，该方法包括以下步骤：利用母井套管将多分支引出接头下入通过该母井到分支位置处；该多分支引出接头包括一个分支腔和多分支引出件；及膨胀和成型至少一个该多分支引出件直到其截面形成圆的形状。
在本发明的又另一种用以从母井中形成分支井的方法，该方法包括以下步骤：利用母井套管将多分支引出接头下入通过该母井到分支位置处；该多分支引出接头包括一个分支腔和多分支引出件，至少一个该多分支引出件具有非圆形截面形状；及利用机械压力将该至少一个该多分支引出件直的截面形成圆的形状。
在本发明中也提供了一种对钻井下套衬管的方法，该方法包括以下步骤：将一个多分支引出接头的至少一个多分支引出件的截面变形成非圆形截面的形状，该多分支引出接头具有多个多分支引出件；将该多分支引出接头连接到一个衬管串上；在该钻井中定位该衬管串和该多分支引出接头；膨胀和再成型该至少一个变形的多分支引出件成圆形截面的形状。
根据本发明目的，本发明还提供一种膨胀和成型井下一个具有多个多分支引出件的多分支引出接头的至少一个多分支引出件的方法，该方法包括：在该多分支引出接头中定位一个成型工具，该成型工具具有至少一个成型头；在该至少一个多分支引出件中定位该至少一个成型头；及驱动该至少一个成型头以便膨胀和成型该至少一个多分支引出件。
从母井中建立多分支井的方法和设备用以实现这些目标和其它的一些优点和特点。利用穿过母井中的母井套管，提供一个多分支引出接头，用来在井下开钻。这个多分支引出接头有一个分支腔，分支腔有一个圆柱形的第一开口端。分支腔还有一个第二开口端，连接多分支引出件。以常规方式，例如螺纹方式，第一开口端与母井套管相连，用于在母井的多分支点开钻。
多分支引出件与分支腔之间有流体通道，每一个引出件与分支腔第二端连接形成一个整体，每一个引出件预制成回缩状态，以便多分支引出接头通过母井下入到井下开钻井深。每一个多分支引出件大体上都位于一个与分支腔同轴并具有大体上同样直径的虚拟圆柱筒内。多分支引出件的预制使得每一个引出件在横截面上从圆形变为长椭圆形或其它合适形状，以使多分支引出件的外部轮廓位于虚拟圆柱筒之内。每一个引出件的外部轮廓与其它引出件的外部轮廓配合，大体上充满虚拟圆筒的整个横截面。结果，和具有相应引出件数量的圆形管状多分支引出件相比，置于虚拟圆筒中的多分支引出件具有更大的横断面积。
多分支引出件的制作材料用冷成型的塑性材料制成。当多分支引出接头入入到母井中后，使用一种成型工具，使多分支引出件的至少一个引出件从连接点朝分支腔向外膨胀。最好所有的多分支引出件同时向外膨胀。随着膨胀，多分支引出件沿轴向膨胀成圆形的径向横截面。
当从分支腔中分支出来的多分支引出件膨胀后，每个多分支引出件就被封堵。接着，通过所选择的多分支引出件中的一个钻出一个井眼。通过所选择的分支引出件，一个大体上呈圆形的衬管下入到多分支井内。利用常规的套管悬挂器，圆形截面的衬管在所选择的圆形断面的分支件上形成封闭。对于多分支引出件的的每个引出件都钻一个井眼，并安置衬管。分支腔上设置有多管控制器。然后就形成了多分支井。多管控制器控制每一个多分支井的生产。
使多分支引出接头的引出件膨胀的设备包括一个井上动力和控制单元和一个井下作业单元。一根电缆连接井上动力单元和井下作业单元以及井下作业单元。电缆提供一个物理连接，把井下作业单元下入到多分支引出接头，并提供一个动力传递和双向控制与状态信号的电路。
井下作业单元包括一个成型设备，用于插入到至少一个回缩状态的多分支引出件(最好同时插入到所有多分支引出接头的所有引出件)内并使该引出件从虚拟圆柱筒内向外膨胀。最好使每一个多分支引出件同时向外膨胀，形成圆形的径向截面形状。井下作业单元包括一个与多分支引出接头配合的抓紧装置和一个定向装置。这种配合装置可使成型设备在多分支引出接头内径向定位，以使它与多分支引出接头，最好是所有的多分支引出接头对准。井下作业单元包括一个液压泵和一个接头，接头上有一个液压管线与液压泵相连。成型装置包括一块液压驱动成型板。每一块成型板与接头之间有一个可伸缩的连接，使得当引出件膨胀时，随着成型板的向下移动液压流体流向成型板。
参见本发明的附图，可以清楚地看出本发明的目的、优点、和特点，其中给出了本发明的一个说明性实施例。其中：
图1A和图1B说明在导管套管的末端内装有三个衬管的现有技术，安装时其中的引出件是圆的，配合在导管套管内。
图2说明母井或直井与从井内侧向延伸的侧向分支井的现有技术。
图3A,3B和3C说明了一个依据本发明的带有三个引出件的多分支引出接头，其中图3A是该分支引出接头的径向横截面，它有一个完全处于回缩状态的引出件，一个处于完全回缩状态和完全膨胀状态之间的引出件和一个完全处于膨胀状态的引出件；图3B是该多分支引出接头的径向横截面，在母井中开钻后每个引出件都处于完且膨胀状态；图3C是该我分支引出接头的轴向横截面，其中的两个引出件处于完全膨胀的圆形状态，套管已经下入到一个分支井内，利用常规的衬管悬挂式封隔器相对于多分支引出件形成密封。
图4是一个依据本发明的三维对称的多分支引出接头的透视图，其中的多分支引出件处于膨胀状态。
图5A、5B、5C和5D是本发明的非对称分支引出件的结构示意图，其中至少一个引出件的内径大于其它两个引出件的内径，图5A是沿5A-5A线的处于回缩状态的多分支引出件的径向剖面图，图5B是图5A中沿5B-5B线的轴向剖面图，图5C是图5D中沿5C-5C线的径向剖面图，其中的引出件处于膨胀状态，图5D是图5C中沿5D-5D线的径向剖面图，其中的引出件处于膨胀状态。
图6A-6E说明依据本发明的几个例子中多分支引出接头的引出件结构的径向剖面图，在母井中开钻时所有的多分支引出件都处于膨胀状态。图6A说明带有两个等直径的引出件。图6B说明带有三个等直径的引出件。象图5C一样，图6C说明了三个引出件，其中一个引出件的特点是其直径大于其它两个引出件的直径，图6D说明了四个等直径的引出件，图6E说明了五个引出件，中央引出件的直径小于其它四个引出件的直径。
图7A-7E说明依据本发明的可膨胀多分支引出接头的引出件的膨胀过程，图7A说明了多分支引出件的轴向截面，图示表明，一个这样的引出件处于回缩状态，另一个这样的引出件开始与和其连接的分支头一起膨胀，并向下膨胀到该引出件的下端开口；图7B说明图7A中轴向B位置的径向剖面，假定三个对称的引出件同时膨胀；图7C到图7E表明了沿着引出件，膨胀作为轴向位移函数的变化过程。
图8A和8B分别说明了一个多分支引出接头的分支腔的抓紧和定位装置轴向剖面和沿8B-8B线的径向剖面，图8A进一步说明了用于在母井中开钻的一个延伸腿和一个支承鞋，多分支引出件从回缩状态膨胀时使得多分支引出接头具有稳定性。
图9是用于使多分支引出接头的引出件膨胀的井上和井下设备的示意图。
图10说明了利用图9中设备的压力成型板使多分支引出件膨胀形成的方法步骤。
图11A-11H说明了依据本发明，在母井中安装多分支引出接头的次序以及开钻分支井的步骤。
图12说明了一个在母井中使用的多分支引出接头，还说明了悬挂在分支井引出件上的分支井衬管，以及多分支引出接头上用于控制母井中分支井生产的生产设备。
图13A和图13B用几何说明了与常规用母井套管末端的衬管形成的轴向分支井的现有技术相比，依据本发明井眼在尺寸上的增加。
图14A～14D是本发明的分支点的说明性的示意图，图14A说明在母井内建立分支节点，以及在母井内的同一深度点开钻分支井，所有分支井都在分支点处与母井形成联通；图14B说明了一个膨胀的多分支引出接头，其多分支引出件已经超过母井套管的直径，并大致形成圆形；图14C表明利用第一节点和第二节点从单一地层中开采烃；图14D说明了使用第一节点处的膨胀的多分支引出接头以到达多层生产的目的地层。
图15A说明了依据本发明的多分支引出接头的两个引出件的形式，图15B、15B、15C和15D说明了一个多分支引出接头的两个引出件的横截面形状，在引出件内的不同深度上有一个可选择的后成型工具。
图16说明了两臂形式的后成型工具。以及
图17A-17D说明了这样的可选择的成型工具的作业过程。
如上所述，图1A和1B说明了用现有技术从母井中建立分支井的设备和方法所存在的问题。图1A和图1B表示了多分支引出件衬管12的径向截面和轴向截面，悬挂并密封在一个大直径的导管10上。引出件是圆形的，使得能够利用常规的套管悬挂封隔器14来密封用于与导管10联通的引出件衬管。图1和图2的这种结构要求直径为D0的圆形多分支引出件安装在导管10的直径Ds1以内。在许多情况下，特别当从井眼内某一深度而不是从井口必须下入导管时，无法保证足够大的井眼外径以使井内下入足够大直径的多分支井引出件。
根据图2中描述的建立分支井的现有技术，是从原井20中建立分支井2和24。对分支井22和24的密封必须利用与常规套管悬挂器不同的特殊的密封装置。本发明多分支引出接头描述
图3A、3B和3C说明了依据本发明的一个多分支引出接头30。该多分支引出接头包括一个分支腔32(它可与母井套管相连并置于其上(见图12中的母井套管604))，以及多分支引出件，例如图3A、3B和3C中的三个引出件34、36、38。图3A是分支腔32的径向剖视图，其中一个引出件24处于回缩状态，第二个引出件处于向外膨胀的状态，第三个引出件已经处于完全膨胀的状态(图3A只是为便于说明起见，因为依据本发明，每一个引出件最好同时膨胀和形成圆形)。在回缩状态时，每一个引出件变形如图中的引出件34所示。一个圆管变形后，它的内横截面与圆管的内横截面相同，而其外形与其它的引出件的变形后的形状相配，它们都位于直径与分支腔32的直径相同的虚拟圆柱内。在这种情况下，分支腔32和它的处于回缩状态的引出件有一个有效的直径，允许其与母井套管相连下入到母井中的开钻位置。处于回缩状态的引出件34的形状是长椭圆形，但是其它回缩形状也可能有一些优点。例如一个回缩状态的引出件在中央部位凹入，有利于形成一个更密实的引出件。从引出件的底部到引出件的顶部的这种变得更大更深。
图3A表明引出件36处于从分支腔32沿一弧形的路径向外膨胀的状态，同时为一井下成型膨胀工具所包围，下面还要继续描述。箭头标号F表示作用于引出件内表面的力，以使引出件从分支腔32沿一弧形的路径向外膨胀，从其回缩状态(如引出件34的状态所示)膨胀到象引出件38那样充分膨胀和变形的圆形状态。
图3B是一个多分支引出接头30处于引出件36、38膨胀程度时，沿图3C中B-B线的径向剖面图。图3C说明了两个常规套管衬底42、44已经通过分支腔32分别装入到引出件36和38内。常规套管悬封隔器46、48使套管衬管42、44在引出件36、38上密封。如图3B和3C所示，如果分支腔32的直径Ds2与图1B中现有技术的导管的直径Ds1相等，则图3C中引出件的直径Dc是图1B中外径D0的1.35倍。图3C中多分支引出接头的衬管的横截面积Sc是图1A中横截面积的1.82倍。当引出件充分膨胀后，膨胀后的引出件34、36、38的有效直径超过了分支腔32的直径。
图4是图3A、3B、3C中的多分支引出接头30的透视图，其中多分支引出接头处于膨胀后的状态。多分支引出接头32的顶端有螺纹31。螺纹31使多分支引出头与母井套管连接，以便下入到地下某一地层。从母井的井口看，引出件34、36、38都处于膨胀状态。
图5A-5D表示依据本发明的一个可选择的具有三个引出件的多分支引出接头301。图5A和5B说明了多分支引出接头处于回缩状态时的径向和轴向剖视图。在引出件341、361、381中，引出件361的径向截面等于引出件341和381的径向截面之和。每一个引出件从圆管形向内变形，如图5A所示，其中引出件341、361和381变形后面积之和大致充满分支腔321的圆形截面。如上所述，其它变形形状也可能是具有优点的。图5A中每一个引出件341、361和381(例如引出件341)有一个圆形边342和一个或多个非圆形边343、345。这样的非圆形边343、345与引出件361的362边及引出件381的382边配合，以使引出件341、361和381内部的径向截面最大。
图5C和5D说明图5A和图5B中下放到母井后引出件已经充分膨胀后的多分支引出接头301。如图中所示，引出件361和381从分支腔321的轴线沿一个平滑曲线路径向外同时膨胀，从图5A和图5B中的回缩状态径向膨胀为圆管形。
图6A-6B以图示形式，表示与分支腔的尺寸相比，膨胀后的引出件的尺寸大小。图6A是从回缩状态，膨胀了的两个引出件241和242和未膨胀时的圆形引出件241和242的直径相比，膨胀后的引出件的直径明显增大。图6B重复了图3B中的例子。图6C重复图5A到5D中的不均匀的三个引出件形状。图6D说明了可从分支腔422中膨胀的四个引出件。每一个引出件441、442、443和445直径相同。图6E说明了五个引出件，其中，引出件545小于其它四个引出件541、542、543和544。引出件545在多分支引出接头的回缩状态时可以变形也可以不变形。使变形回缩状态的引出件膨胀的方法的描述
图7A-7E说明了在引出件38、34、36内的不同深度上作业的井下成型头122、124、126。如图7A的右侧所示，一个通用化的成型头122进入了一个变形回缩的引出件，例如位置B处的引出件38。每一个成型头122,124,126还未到达引出件，但如图7B所示，这些成型头已经开始使分支腔32的外壁向外膨胀。成型头122,124,126继续使引出件向外膨胀，如在位置C所示。图7C表示成型头122,124,126向外使引出件膨胀的同时使引出件变圆。成型头122,124、126内的活塞迫使成型板123、125、127向外移动。成型头同时紧靠中央管壁区150，该管壁区作为反力体，从而使引出件38、34、36进行膨胀并形成，同时平衡引出件38、34、36膨胀时的反作用力。
图8A和8B显示了一个位于多分支引出接头30内的分支腔32的一个轴向延伸的槽160。这样的槽160与井下成型工具的定向和抓紧装置配合，用这样的定向和抓紧的径向定位以使井眼内的多分支引出件发生膨胀。分支腔32上的一个凹口162用于在一个预定的轴向位置抓紧井下成型工具。
一个延伸腿170从多分支引出接头的中央管壁区150向下突出。一个支脚172携于延伸臂末端。在作业时，支脚172下入到需要开钻的井底。在成型工具膨胀和进行其它作业时，为多分支引出接头30提供支承。成型工具描述
a)图9、10中实施例描述
图9和图10说明的成型工具用于使多分支引出件膨胀，例如，图3A、3B和3C以及图7A、7B、7C中的引出件34、36、38。该成型工具包括井上设备100和井下设备200。井上设备100包括一个常规计算机102，编程以控制遥控和动力供应单元104，接收操作者的命令和向操作者显示信息。一个井上绞盘单元106有一个缠绕的电缆110，用于把井下设备200通过母井套管下入到与母井套管末端相连的多分支引出接头的分支腔内。
井下设备200包括一个常规电缆端头202，与电缆110形成一个强度/电子连接。一个摇控动力供应和控制模块204包括一个常规摇控动力供应和控制电路，通过电缆110与井上计算机联系，并向井下模块提供动力和控制信号。液压动力动力单元206包括一个常规电驱动液压泵，用于产生井下压力流体。一个定向和抓紧接头208包括一个抓紧装置210(图示说明)，它安装在图8A中分支腔32的凹槽162内，以及一个定向装置212(图示说明)与分支腔32的槽160配合。当井下设备200下入到多分支引出接头30内时，定向装置212进入槽160，然后井下设备进一步下入直到抓紧装置210进入凹槽162并抓紧在凹槽162内。
固定的移动头213使液压单元206与移动成型头，例如122、124、126之间形成流体联通。在多分支引出件，例如图7B-7E中的引出件34、36、38中向下移动时，可伸缩的连接件180给成型头122、124、126提供液压流体。监视头182、184和186用于确定当径向形成引出件时的径向位移大小。
图10说明了在形成多分支引出接头30中的一个引出件时处于不同阶段的移动成型头126、124、122。成型头126显示在图中粗线所示的径向线型前处于回缩状态中的引出件36内。引出件如细线36’、36”所示。36’表示引出件处于变形的中间状态，36”表示引出件处于变形的最终状态。
当回缩状态的引出件34膨胀成中间状态34’时，成型头124如图所示，最终状态圆形引出件34所示。象另两个成型头126、122一样，成型头124包括一个活塞151，活塞151上面装有成型板125。液压流体使得当活塞151向外移动时，则可打开流体管线152，当液压流体使活塞151向内移动时，则可关闭流体管线154。规径器184用于确定活塞151和成型板例如125的径向移动量。活塞151和成型板154之间有合适的密封。
成型头122和成型板123，如图10中所示，在一定情况下，引出件38可能过分膨胀，形成一个稍长的椭圆，以致当成型板123和成型头122上的径向成型力解除后，由于钢制引出件的残余弹性使引出件又弹回到圆形状态。
在分支腔32的水平上，当分支腔32的壁向外移动时，成型头122、124、126的反力互相平衡。因此，当分支腔32的下端向外膨胀时，成型头122、124、126同时操作，例如在图7A中的B点水平。当成型头122进入一个引出件例如38时，成型板反力被分支腔32的中央管壁区150支持。可伸缩的连接180可以稍微转动，使得线型板127,125,123可以向垂直中心轴的右边和左边施加压力，这样可提高引出件变成圆形的程度。当膨胀成型过程完成后，从活塞151中释放压力，如在图7A中的D点，以及可伸缩连接180使成型头122向下移动一步，然后，再提高压力以使引出件膨胀成型。
多分支引出接头30的材料构成最好选用含有奥氏体钢的合金钢象锰钢，或镍合金象“蒙乃”系列或“铬镍铁合金”系列。这些材料能够发生弹性形变，冷却后可成型，从而具有一定的强度。b)图15A-15D及17A-17D的可选择实施例
一种选择的后成型工具如图15A、15B、15C、15D、16、和17A-17D所示。后成型工具1500由图9中的井下构件支承，它包括一个电缆端头202，一个遥测动力供应和控制模块204，液压动力单元206和一个定向抓紧装置208。图16表明，后成型工具1500包括一个移动激励器1510。移动激励器上的活塞1512从图17A中的回缩位置的上端向图17C和图17D的下端延伸位置移动。图17B表示活塞1512处于中间位置。活塞1512移动到中间位置取决于要将引出件中的成型头移动到什么位置。
图16和17D表示一个带有两个成型头的后成型工具1500的实施例，其中有两个引出件(例如，图15A-15D中的引出件1560和1562)。也可以有三个或多个引出件并与相应数量的成型头和激励器对应。连接件1514把活塞1512连接到激励器缸体1516上。因此，当活塞1512向下移动时，激励器缸体1516被向下推动到引出件1560、1562内。
每一个激励器缸体1516包括一个液压驱动活塞1518，该活塞通过移动激励器1510及连接件1514从液压动力单元206(图9)接收液压流体。活塞1518处于上端位置，如图17A和7C所示，处于下端位置如图17B和7D所示。
激励器缸体1516通过连接件1524可转动地连接到成型板1520上。活塞1518通过活塞杆1526连接到膨胀滚动体1522上。如图17A和15B所示，图15B中，成型板1520进入了两个回缩状态的引出件的开口。膨胀滚动体1522和成型板1520在回缩状态的引出件1560、1562内处于回缩位置。
活塞1512向下移动一个微小冲程，使激励器缸体1516向下移动一小段距离。接着，活塞1518向下作冲程移动，使成型板推压回缩状态引出件1560、1562的内壁，直到引出件变成圆形形状为止。同时，迫使引出件从多分支引出接头1550的中心轴向外移动。接着，活塞1518向上作冲程移动，使膨胀滚动体1522回到如图15C所示的位置。活塞1512向下移动另外一个微小冲程，使成型板1520进一步向下移入引出件1560、1562内。接着，活塞1518再向下作冲程运动，使引出件1560、1562进一步向外膨胀并变成圆形。这个过程一直持续到图15D和17D中的位置，图中表示，成型板1520和激励器缸体1516位于多分支引出件1560、1562的末端。建立分支井的方法描述
图11A-11H和图12描述了井眼中从一个多分支引出头接头30建立分支井的方法。多分支引出接30具有三个引出件34、36、38(图3A、3B、3C和图7A07E中的每个例子)，也可以采用任意数目的引出件，如图6A-6E所示。在轴向剖面图中只能看见引出件38、36，当然，对于一个具有三个引出件的例子还存在第三个引出件34，但在图11A-11H或图12中看不到。
图11A表示，多分支引出接头30首先与母井套管604的下端相连，该母井套管通过中间套管(如果存在)下入。中间套管602加固井眼，并穿过表层套管600。表层套管600和中间套管602通常用来加固井眼。母井套管604可以悬挂于中间套管602上或地面的井口或在生产平台上。
引出件36、38(34未示出)处于回缩状态。在多分支引出接头30的分支腔32内设置槽160和凹槽162以与井下设备200(见图9)的定向抓紧接头208的定向装置212和抓紧装置210相配。当母井套管604下入到井内，通过旋转母井套管604或者只旋转多分支引出接头30对多分支引出接头30进行定位，因为在多分支引出接头30与母套管604的连接处设置有旋转接头(图中未示)。定向过程可以通过陀螺仪或者测斜仪来监视和控制。
图11B表示上述的成型步骤，成型头122、126利用由可伸缩连接件180供给的来自液压动力单元206和固定移动头213的液压流体形成引出件38、36。引出件38、36变成圆形，使分支井的直径最大，并与下面步骤中描述的衬管悬挂器或封隔器配合。图11B中也通过冷成型使其强度加强。如上所述，多分支引出件36、38的优选材料是含有釉氏体结构的合金钢，象锰钢，它能产生塑性变形又具有高的强度。镍合金象“铬镍铁合金”的冷成型能增加分支腔32及引出件36、38底部的基质材料的强度。引出件最终成型为大致圆形的径向截面。
如上所述，在大多数情况下，通过电缆110控制井下成型设备200，但是，在某些情况下，例如在欠平衡情况下(或者大斜度井和水平井)一种带有电缆的螺旋管将代替单独的电缆。如图11B和上面所述，井下成型设备200被定向，安置并锁在多分支引出接头30上。抓紧装置210嵌入凹槽162，如图11B所示(也见于图12)。液压动力单元206产生的液压作用到由可伸缩连接件180支承的成型头的活塞上。当膨胀成型过程完成后，压力从油塞释放，可伸缩连接件180使成型板向下移动一步。然后再提高压力，直到膨胀成型步骤完成，引出件变成圆形形状。引出件膨胀后，井下成型设备200从母井套管604中取出。
图11C和11D说明为连接母井套管604和多分支引出接头30入井的注水泥固井步骤。封隔塞或者封隔器800安装于引出件36、38内。装置封隔器800的最佳途径是通过由注水泥管804或螺旋管(图中未示出)传输的多头引鞋802来安装。一个多头引鞋包括一个多头体，每一个多头体带有一个注水泥引鞋。与上面描述的图11B中的一样，多头引鞋802在多分支引出接头30的分支腔32内抓紧和定位。如图11D所示，水泥900通过注水泥管804注射到封隔器800内，使封隔器800膨胀后，通过回压阀(图中未示出)进入母井套管外的环形空间以及分支井的井底1000。接着，断开封隔器800，注水泥管804从井眼中取出，并把封隔器800置于图11E所示的位置。
如图11F所示，单独的分支井(如802)可以选择任何适合的钻井工艺。当分支井完钻后，衬管805连同多分支引出接头30(见图11G和图11H)引出件上的常规套管悬挂器安放到分支井内，在引出件例如36内连接并密封。衬管可以注水泥加固或者处于可回收状态，这取决于是否生产或注水泥参数，第二口分支井808可以如图11H所示来钻进。
图12表示从母井的一个节点处分支井的完井，母井套管604通过中间套管602和表层套管600从井口下入。正如上面提到的，母井套管604可以悬挂在中间套管602上而不是井口610上。最佳完井方法是在分支井802和808的上面，使分支井802和808连接到井下多头控制器612上。与图8A、8B和11B中的井下成型工具一样，井下多头控制器612在分支腔32内抓紧和定位。井下多头控制器612可以控制每一口分支井的生产并为分支井802、808的再钻井提供测试和维护设备，这些设备可以通过生产油管820从地面下入到井内。
在母井套管604的修井作业时，可以通过封堵井下多头控制器612以使多头控制器612与分支井802、808隔离。这通过生产油管802下入封隔器来完成，在断开和取出生产油管之前，封隔器安放在井下多头控制器612的引出件内。从地面上可以控制的阀门和测试设备可以安放在井下设备内。井下多头控制器612也可以与多条完井油管相连，以使每一个分支井可以分别与井口相连。
在多分支井钻井的多分支引出接头的应用中，如上所述的三分支井结构，和图1A、图1B中的现有技术相比，可以使用较小直径的母井套管。多分支引出接头的直径Ds，即膨胀后的引出件的最大直径Do和两个引出件的的常规轴向分支井的最大直径之间的关系如图13A所示，具有三个引出件的情况如图13B所示。同样的分析适用于其它的多分支井结构。与同样的具有母井套管末端衬管的轴向分支井相比，利用本发明分支井钻进的方法和设备所形成的分支井在横截面上可以增大20％到80％。
图14A-14D说明了依据本发明两节点分支井的几种不同结构的应用。图14A和14B依据本发明的在一个节点上的多分支引出接头。图14C说明了如何应用分支在地层或油藏内排水，而14D说明通过单一节点，使多分支井通向不同的目的层1120、1140、1160。任何一口分支井都可以与其它的分支井分离，作为一口井进行修井、封堵和弃井作业。
本发明的方法和设备在前面的描述已经非常清楚，各种的修改和改变都没有离开本发明的实质。因此，这些变化需要包括在附加在后面的权利要求的范围内，只有权利要求才能限制本发明范围。对上述实施例的描述方式只是一种说明性的，而不是限制性的。

Claims (34)

1．一种在井眼中设置多分支引出接头(30)的方法，其中所述多分支引出接头(30)包括一个分支腔(32)和多分支引出件(34,36,38)，所述分支腔(32)有一个圆柱形的第一开口端和第二开口端，每一个多分支引出件(34,36,38)与所述分支腔(32)的第二开口端相连，并设置于回缩状态，在所述回缩状态，每一个所述多分支引出件(34,36,38)都在一个虚拟的圆柱筒内，所述虚拟的圆柱筒与所述圆柱形第一开口端同轴并具有相同的半径，所述的方法包括以下步骤：
把所述多分支引出接头(30)的所述分支腔(32)的第一开口端与一个套管柱(604)的下端相连；
把所述套管柱(604)和所述多分支引出接头(30)下入钻井到需要钻出分支井(801)的节点位置；
通过所述套管柱(604)下入一个成型工具(200)到所述多分支引出接头(30)的所述分支腔(32)内；
在所述多分支引出接头(30)内对所述成型工具(200)定向，以便将在所述分支腔的第二开口端把所述成型工具(200)插入到至少一个所述多分支引出件(34,36,38)内；以及
利用所述成型工具(200)使至少一个所述多分支引出件(34,36,38)膨胀，直到至少一个所述多分支引出件(34,36,38)从所述分支腔(32)的第二开口端的连接处沿一路径向所述虚拟圆柱筒之外延伸。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述回缩状态的至少一个所述多分支引出件(34,36,38)有一个非圆形的径向横截面，所述膨胀步骤包括以下步骤：
利用所述成型工具(200)使至少一个所述多分支引出件(34,36,38)膨胀，直到至少一个所述多分支引出件(34,36,38)的截面成为圆形为止。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述膨胀步骤还包括以下步骤：在所述步骤中，利用所述成型工具(200)使多个所述多分支引出件(34,36,38)膨胀，直到多个所述多分支引出件(34,36,38)的每一个所述多分支引出件(34,36,38)的径向截面成圆的形状，而且多个所述多分支引出件(34,36,38)从所述分支腔(32)的第二开口端沿一弧形路径向所述虚拟圆柱筒之外延伸。
4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于：利用所述成型工具(200)使所述多个所述多分支引出件(34,36,38)的膨胀步骤是同时进行的。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述膨胀步骤包括以下多个膨胀子步骤：第一个膨胀步骤是从在所述分支腔(32)的至少一个所述多分支引出件(34,36,38)的连接处开始，其它附加的膨胀步骤分别在距离所述分支腔(200)的至少一个所述多分支引出件(34,36,38)的连接处更远处进行。
6．一种用以从母井中形成分支井(801)的方法，所述方法包括以下步骤：
利用母井套管(604)将多分支引出接头(30)下入通过所述母井到分支位置处；
定向所述多分支引出接头(30)直到将其多分支引出件(34,36,38)设置在预定定向位置处；
膨胀和成型至少一个所述多分支引出件(34,36,38)直到其延伸到超出所述分支腔(32)的直径的一个通道处并形成截面为圆的形状。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述膨胀和成型步骤进行在多个多分支引出件(34,36,38)上直到每一个所述多个多分支引出件(34,36,38)延伸在超出所述分支腔的所述直径的弯曲路径为止。
8．根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
塞住每一个所述多分支引出件(34,36,38)；
通过选择所述多分支引出件(34,36,38)中的一个所述多分支引出件(36)形成一个分支井(801)；
在所述分支井(801)中安装一衬管(805)；
封堵所述衬管(805)的一个端部到所述多分支引出件(34,36,38)中所选择的一个所述多分支引出件(36)的圆端部上。
9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述封堵所述衬管(805)的一个端部到所述多分支引出件(34,36,38)中所选择的一个所述多分支引出件(36)是利用一个分支衬管悬挂器(806)进行的。
10．根据权利要求8所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
在每一个所述多分支引出件(36,38)中形成一个分支井(801,808)
在每一个所述多分支引出件(36,38)中安装一个衬管(805,810)；
将所述衬管(805,810)的一个端部封堵分别到所述多分支引出件(36,38)中一个所述多分支引出件上。
11．根据权利要求10所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
在所述分支腔(32)中安装一个井下多头控制器(612)；
完成每一个所述分支井(801,808)；及
用所述井下多头控制器(612)控制每一个所述分支井(801,808)对所述母井的生产工序。
12．根据权利要求8所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
延迟形成通过至少一个所述多分支引出件(34,36,38)的一个分支井以供未来开发之用。
13．根据权利要求10所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
将加热的流体注入到至少一个所述分支井(801,808)中，其目的为增强油藏流动量；及
从一个已经注入加热流体的油藏中的其它所述多分支井(801,808)生产碳氢化合物流体。
14．一种用以从母井中形成分支井(801,808)的方法，所述方法包括以下步骤：
利用母井套管(604)将多分支引出接头(30)下入通过所述母井到分支位置处；所述多分支引出接头(30)包括一个分支腔(32)和多分支引出件(34,36,38)；及
膨胀和成型至少一个所述多分支引出件(34,36,38)直到其截面形成圆的形状。
15．根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述膨胀和成型是在多个所述多分支引出件(34,36,38)上进行。
16．根据权利要求15所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
塞住每一个所述多分支引出件(34,36,38)；
通过选择所述多分支引出件(34,36,38)中的一个所述多分支引出件(36)形成一个分支井(801)；
在所述分支井(801)中安装一衬管(805)；
封堵所述衬管(805)的一个端部到所述多分支引出件(34,36,38)中所选择的一个所述多分支引出件(36)上。
17．根据权利要求16所述的方法，其特征在于：所述封堵所述衬管(805)的一个端部到所述多分支引出件(34,36,38)中所选择的一个所述多分支引出件(36)上是利用一个分支衬管悬挂器(806)进行的。
18．根据权利要求16所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
通过所述多分支引出件(34,36,38)形成一个分支井(808)；
在每一个所述多个的所述多分支引出件(34,36,38)中安装一衬管(810)；
封堵每一个所述衬管(810)的一个端部到相应的所述多个的所述多分支引出件(34,36,38)上。
19．根据权利要求18所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
在所述分支腔(32)中安装一个井下多头控制器(612)；
完成每一个所述分支井(801,808)；及
用所述井下多头控制器(612)控制每一个所述分支井(801,808)对所述母井的生产工序。
20．根据权利要求14所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：利用在所述多分支引出接头(30)和所述母井之间的一个旋转接头定向所述多分支引出接头(30)直到将所述多分支引出件(34,36,38)设置在一个预定方向位置处。
21．一种用以从母井中形成分支井(801,808)的方法，所述方法包括以下步骤：
利用母井套管(604)将多分支引出接头(30)下入通过所述母井到分支位置处；所述多分支引出接头(30)包括一个分支腔(32)和多分支引出件(34,36,38)，至少一个所述多分支引出件(34,36,38)具有非圆形截面形状；及
利用机械压力将所述至少一个所述多分支引出件(34,36,38)直的截面形成圆的形状。
22．根据权利要求21所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：通过至少一个所述多分支引出件(36)。
23．一种用以从母井中形成分支井(801,808)的方法，所述方法包括以下步骤：
利用母井套管(604)将多分支引出接头(30)下入通过所述母井到分支位置处；所述多分支引出接头(30)包括一个分支腔(32)和多分支引出件(34,36,38)，至少一个所述多分支引出件(34,36,38)具有非圆形截面形状；及
膨胀和成型至少一个所述多分支引出件(34,36,38)直到其在一个超出所述分支腔(32)的直径的路径中延伸。
24．根据权利要求23所述的方法，其特征在于：所述膨胀和成型是利用成型工具进行的。
25．根据权利要求23所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
通过至少一个所述多分支引出件(34,36,38)钻出一个分支井(801)；
在所述分支井(801)中安装一个衬管(805)。
26．根据权利要求25所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
在所述分支腔(32)中安装一个井下多头控制器(612)，使得在所述井下多头控制器的进口与所述分支井(801)在一直线上；及
从所述井下多头控制器的出口通过所述母井下井生产管道(820)到地层表面。
27．一种对钻井下套衬管的方法，所述方法包括以下步骤：
将一个多分支引出接头(30)的至少一个多分支引出件的截面变形成非圆形截面的形状，所述多分支引出接头(30)具有多个多分支引出件(34,36,38)；
将所述多分支引出接头(30)连接到一个衬管柱(604)上；
在所述钻井中定位所述衬管柱(604)和所述多分支引出接头(30)；
膨胀和再成型所述至少一个变形的多分支引出件成圆形截面的形状。
28．根据权利要求27所述的方法，其特征在于：其还包括圆形步骤：
在每一个所述多个的所述多分支引出件(34,36,38)中安装一个封隔器(800)：及
通过所述封隔器(800)和环绕所述衬管柱(604)的外部注入水泥浆。
29．根据权利要求28所述的方法，其特征在于：所述封隔器(800)是利用一个多头引鞋(802)安装的。
30．根据权利要求29所述的方法，其特征在于：所述多头引鞋(802)是利用缠线管承载的。
31．一种膨胀和成型井下一个具有多个多分支引出件(34,36,38)的多分支引出接头(30)的至少一个多分支引出件的方法，所述方法包括：
在所述多分支引出接头(30)中定位一个成型工具(200)，所述成型工具(200)具有至少一个成型头(122,124,126)；
在所述至少一个多分支引出件(34,36,38)中定位所述至少一个成型头(122,124,126)；及
驱动所述至少一个成型头(122,124,126)以便膨胀和成型所述至少一个多分支引出件(34,36,38)。
32．根据权利要求31所述的方法，其特征在于：所述至少一个成型头(122,124,126)是利用液压驱动的。
33．根据权利要求31所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
移动所述至少一个成型头(122,124,126)到另一个位置，逐渐地进一步移动到所述至少一个多分支引出件(34,36,38)内；及
驱动所述至少一个成型头(122,124,126)以便进一步膨胀和成型所述至少一个多分支引出件(34,36,38)。
34．根据权利要求31所述的方法，其特征在于：其还包括以下步骤：
在所述成型工具(200)上提供适宜于定位在独立的所述多个多分支引出件(34,36,38)内的多个成型头(122,124,126)；
在所述多个多分支引出件(34,36,38)的一个独立的多分支引出件中定位至少一个所述多个的成型头(122,124,126)；及
在驱动抵销所述多分支引出接头(30)的中央壁区域(150)的过程中，平衡由所述多个的成型头(122,124,126)施加的反作用力。
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