CN1369032A - 多侧向井孔的钻井和完井系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种井孔系统,该系统包括一个延伸到地层中的主井孔、一个从主井孔选定位置处延伸到地层中的支井孔、一个配置在主井孔中的井框。一个分支装置配置在井框中并且与一根导管连接,该导管从井框处延伸到地面的井孔设备中,该分支装置有一个主孔和一个支孔,该主孔经导管与井孔设备流体连通,而该支孔经井框上的窗口使主孔与支井孔流体连通。在所说分支装置基体与井框内表面之间提供了一个密封件,以便防止窗口与井框内部流体连通。

Description

多侧向井孔的钻井和完井系统

技术领域

本发明涉及一种井孔系统，该系统包括一个延伸到地层中的主井孔、一个从主井孔选定位置处延伸到地层中的支井孔和一个配置在主井孔中的井框，该井孔系统通常被称为多侧向井孔系统。支井孔可以在一个单独的钻井过程中与主井孔一起形成，也可以在主井孔已经运行一段时间以后的后一个阶段中形成。

背景技术

在支井孔形成于后一个阶段的情况下，通常不理想的情况是流体和/或钻屑进入到主井孔井框内部。另外，通常不理想的情况还有，在主井孔与支井孔的结合处，烃类流体从地层流入到井框中。

发明内容

本发明的目的是提供一种适当的多侧向井孔系统，，该系统防止在钻支井孔时，钻井流体不良地流入井框中，并且还防止烃类流体在主井孔与支井孔的结合处流入到井框中。

根据本发明，提供了一种井孔系统，该系统包括一个延伸到地层中的主井孔、一个从主井孔选定位置处延伸到地层中的支井孔、一个配置在主井孔中的井框、一个配置在井框中并且与一根导管连接的分支装置，该导管从井框处延伸到地面的井孔设备中，该分支装置有一个主孔和一个支孔，该主孔经导管与井孔设备流体连通，而该支孔经井框上的窗口使主孔与支井孔流体连通，其中在所说分支装置基体与井框内表面之间提供了一个密封件，以便防止窗口与井框内部流体连通。

窗口与分支装置的支孔流体连通，并且与支井孔流体连通。由于密封件防止了窗口与井框内部的流体连通，在钻支井孔时，防止了存在于支孔和支井孔之中的钻井流体进入到井框内部。在烃类流体的生产中，该密封件还防止任何存在于支孔和支井孔中的烃类流体进入到井框内部中。

适当的情况是主井孔是一个已存在的井孔，而支井孔是在主井孔已经进行生产烃类流体的运行一段时间之后才被钻成的。

主井孔通常从地面通过积土层和覆岩层进入到地层中的一个烃类流体储层。如果分支装置在主井孔中处于相对较高的位置，例如在积土层的位置时，可以使恰当钻成的支井孔进入到地层中离主井孔相对较远的含烃类流体区。

适当的情况是主井孔是一个已存在的井孔，而支井孔是在主井孔已经进行生产烃类流体的运行一段时间之后才被钻成的。

附图说明

下面将参考附图，以实施例的形式，对本发明进行更详细的描述，其中：

图1示意性地显示了根据本发明的井孔系统的一个实施例在钻井时的纵向横截面；

图2示意性地显示了图1中的A-A横截面；

图3示意性地显示了图2中的B-B横截面；

图4示意性地显示了图1所示实施例在烃类流体产生中的纵向横截面。

具体实施方式

参见图1和图2，其中显示了一个井孔系统，该井孔系统包括一个形成在地层3中的主井孔1，该主井孔带有一个井框5，该井框5可以是传统的井框或是一个可以膨胀的井框。主井孔从地面(没有显示)延伸到地层中的烃类流体储层(没有显示)，从地面到储层的方向如箭头7所示。

以心轴9的形式出现的分支装置被配置在井孔1中，心轴9与一个上部的管状导管10a和一个下部的管状导管10b连接，上部导管10a通过井框5到达地面(没有显示)上的钻机或卷管钻机中，下部导管10b通过井框5到达位于主井孔1下部的烃类流体入口(没有显示)。心轴有一个主孔12，该主孔12经上部管状导管10与钻机流体连通，并且经下部导管10b与烃类流体入口流体连通。心轴9还有一个支孔14，该支孔14从主孔12处延伸到形成在井框5上的窗口16处。一个支井孔18从窗口16处延伸到地层3中，该支井孔18对准心轴9的支孔14。一个钻具组19从钻机处经导管10、主孔12、支孔14和窗口16进入到支井孔18中。该钻具组的下端带有一个钻头(没有显示)。一个包括一个栓塞21a和一个造斜器21b的栓塞/造斜器部件21被配置在主孔12中，在与支孔14的结合处以下之处。栓塞21a密封了主孔12的下部，并且在一个适当位置上支撑着造斜器21b，从而使钻具组从主孔12处导向至支孔14中。

一个椭圆形的环状密封件20被配置在心轴9与井框5的内表面之间，该密封件围绕着井框的窗口16并且被固定在心轴9的外表面上的椭圆形沟槽22中。密封件20是由可变形的金属材料或弹性体材料、或二者的组合物制成的。

钻井流体24存在于由钻具组19以及导管10a、主孔12、支孔14、窗口16和支井孔18形成的空间中。

心轴带有辅助孔26、28。在心轴9的外表面与井框5之间存在一个间隙30。辅助孔26、28和间隙30使得在心轴9的上、下部的井框5的内部相互流体连通。

参见图3，通过两个驱动件32、34的动作，使心轴9和密封件20紧靠在井框5的内壁上。每个驱动件32、34均被配置在心轴9外表面的一条凹槽36、38中，并且包括一对以滑块40、42的形式出现的楔形零件，该两滑块可以在伸展位置和缩回位置这两个位置之间移动，在缩回位置滑块40、42的相互距离小于它们在伸展位置时的相互距离。各滑块40、42有一个第一接触表面44、46和一个第二接触表面48、50，该第一接触表面44、46对准井框5的内表面并与之接触，该第二接触表面48、50对准心轴的斜面52、54并与之接触。第一接触表面44、46上带有硬化的金属齿(没有显示)，以便加强第一表面对井框的夹持能力。斜面50、52的倾斜方向使得当滑块40、42从伸展位置运动到缩回位置时，驱动件32、34径向扩张。一种记忆金属零件56在滑块40、42之间连接，该零件56在达到临界温度时，使滑块40、42从伸展位置移动到缩回位置。

参见图4，其中显示了图1-3所示的井孔系统，而此时钻具组19和造斜器/栓塞部件21都被从井孔系统中移去。一个管状的衬管62从支孔14经窗口16进入到支井孔18中。衬管62的上端部伸到支孔14中，并且带有一个环形的密封零件64，该密封零件64可在一个径向缩回状态和一个径向伸展状态之间进行操作，其中在径向缩回状态时在密封零件64与支孔14之间有间隙存在，在径向伸展状态时衬管密封到支孔14上。密封零件64包括一个记忆金属驱动器(没有显示)，以便将密封零件从径向缩回状态移动到径向伸展状态。这时，地面上的钻机已经由一种生产烃类流体的设备(没有显示)所替代了。

在正常的操作中，主井孔1是一个已经存在的井孔，而支井孔18将从现有的井孔处钻成。各记忆金属零件56都处在其临界温度之下，这样驱动件32、34都在其伸展位置。心轴9通过井框5被放下到开始钻支井孔的位置，而在放下心轴的过程中，心轴通过适当的定心夹具(没有显示)与井框5对心，以防止密封件20与井框接触。当心轴9位于预想位置时，经上部管状导管10a将一个加热装置(没有显示)放到主孔12中，在此该加热装置运行以便加热记忆金属零件56。一旦达到其临界温度，记忆金属零件56就会收缩，从而使滑块40、42从伸展位置移动到缩回位置。结果使滑块40、42牢固地压靠在井框5的内表面的一侧，并且使密封件20牢固地压靠在井框5的内表面的另一侧。心轴从而被锁定在井框中，并且密封件20产生变形，形成了一个靠着井框的金属-对-金属的密封。

然后，经上部导管10a，将该栓塞/造斜器部件21被放到主孔12中，并且通过驱动栓塞21a而将该栓塞/造斜器部件21牢固地定位于主孔12中。然后经上部导管10a将钻具组19放到主孔12中。在接触到造斜器21b时，钻具组19被造斜器21b导向至支孔14中，直至钻头接触到井框5的内表面为止。然后钻具组转动从而在井框5中加工窗口16，并且随后钻出支井孔18。钻井流体以传统的方式通过钻具组19循环到钻头，并且从此处通过支井孔18、支孔14、主孔12和上部导管10a到达地面。密封件20防止钻井流体和钻屑进入由井框5与心轴9、上部导管10a和下部导管10b所形成的空间60中。钻井持续地进行，直至支井孔18达到地层中的含烃类流体区(没有显示)。在钻井过程中，空间60中充满了水、海水或空气。

当钻井完成之后，钻具组19被从井孔系统中移去，而衬管62经上部导管10a被放到支孔14中，并且从此处被放到支井孔18中。将一个加热装置(没有显示)放到衬管62的上端部并且在此运行，从而提高记忆金属驱动器的温度，使其温度高于临界温度，使密封零件64径向伸展，从而将衬管62密封到支孔14的内表面。由传统的衬管钩(没有显示)将衬管62悬吊在该位置。

然后从地层中生产出烃类流体，从而，第一股烃类流体经导管10b主孔12和导管10a流到烃类流体生产设备中，第二股烃类流体从含烃类流体区流入衬管62，并从此经主孔12流入上部导管10a，在该处第一股与第二股烃类流体汇合。在生产烃类流体的过程中，密封件20防止在密封零件64失效的情况下，烃类流体从支孔14外流到空间60中。另外，密封件20还防止烃类流体从地层3经窗口16流入到空间60中。

适当的情况是井框5带有一个入口(没有显示)，该入口与地层3中的烃类流体储层流体连通，从而在钻井和/或烃类流体生产的过程中，烃类流体从储层经该入口进入到井框5，并且从此经空间60、辅助孔26、28和间隙30到达地面，从而生产出烃类流体。

应该理解的是，除了单个的支井孔外，井孔系统还可以包括多个在不同深度与主井孔相连接的支井孔，各支井孔均以上述的方法产生并运行。

除了将单个环状密封件配置在心轴与井框内表面之间这种情况之外，井孔系统还可以包括配置在距窗口不同距离的多个这样的密封件。

除了钻头是通过地面的钻具组的转动而进行转动这种情况以外，还可以采用装在钻具组中的井底电动机来使钻头转动。

除了在心轴被安装到井框中之后再钻成窗口这种情况之外，还可以在心轴安装之前加工窗口和钻成支井孔。为了让心轴以及窗口精确地对位，支孔可以带一个弹簧加载的牵引块，该牵引块由一个悬吊系统例如一个沟槽和棘爪悬吊在支孔中。当将心轴放入井框中时，该牵引块相对于井框进行牵引。当心轴到达窗口所在的深度时，对心轴进行操纵，直到牵引块进入到窗口内，从而提供了心轴相对于窗口的实际位置。在滑块被驱动之后，采用例如钻管或卷管上的打捞工具，将弹簧加载牵引块从井孔中移走。

可以采用一个或多个辅助孔，作为用于动力传输或通讯的电缆或液压管线的通道。

Claims (12)

1.一种井孔系统，该系统包括一个延伸到地层中的主井孔、一个从主井孔选定位置处延伸到地层中的支井孔、一个配置在主井孔中的井框、一个配置在井框中并且与一根导管连接的分支装置，该导管从井框处延伸到地面的井孔设备中，该分支装置有一个主孔和一个支孔，该主孔经导管与井孔设备流体连通，而该支孔经井框上的窗口使主孔与支井孔流体连通，其中在所说分支装置基体与井框内表面之间提供了一个密封件，以便防止窗口与井框内部流体连通。

2.根据权利要求1的井孔系统，其特征在于：所说密封件围绕着所说窗口。

3.根据权利要求2的井孔系统，其特征在于：所说密封件由至少一个驱动件驱动，其中所说驱动件可以在窗口方向对分支装置有选择性地施加一个力。

4.根据权利要求3的井孔系统，其特征在于：各驱动件包括一对楔形零件，该对楔形零件可以在一个伸展位置和一个缩回位置之间移动，其中在缩回位置两楔形零件的相互距离小于其在伸展位置时的相互距离，并且在伸展位置时，驱动件允许分支装置经过井框的移动，而在缩回位置时，驱动件对分支装置施加所说的力。

5.根据权利要求4的井孔系统，其特征在于：驱动件包括一个在楔形零件之间连接的记忆金属零件，当达到记忆金属零件的临界温度时，该记忆金属零件被用来将楔形零件从伸展位置移动到缩回位置。

6.根据权利要求1到5之一的井孔系统，其特征在于：井孔设备是一种钻井设备，并且一个钻具组经导管、主井孔和支孔进入到支井孔中。

7.根据权利要求1到5之一的井孔系统，其特征在于：井孔设备是一种烃类流体生产设备，并且一个支井框从支孔延伸到支井孔中。

8.根据权利要求7的井孔系统，其特征在于：支井框延伸到支孔中，并且其中有一个环形的密封件配置在支井框与支井孔之间。

9.根据权利要求1到8之一的井孔系统，其特征在于：导管是一根主要管道，而该系统还包括一个辅助管道，该辅助管道穿过井框并且在主孔和地层中的烃类流体储层之间保持流体连通。

10.根据权利要求1到9之一的井孔系统，其特征在于：还包括一个使烃类流体在井框内部从分支装置下部流到分支装置上部、从而流过井框的通道。

11.根据权利要求10的井孔系统，其特征在于：所说通道是由分支装置和井框之间的间隙形成的。

12.该井孔设备基本上如以上参考附图所作的描述一样。

Images