CN1711407A - 用于形成已注水泥的分支井连接点系统的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于形成已注水泥的分支井连接点的装置，包括具有预先机加工孔(12)的套(10)和设置在该套上的罩(14)，在罩上设置有一种释放材料(16)。进一步披露的是一种构造井筒的方法，该方法包括制备具有预先机加工窗口(12)的套(10)、设置成用于封闭该窗口的罩(14)和一种用于在井眼中起作用的位于通过所述窗口暴露于环境中的在所述罩的至少一部分上的释放材料。该方法还可以包括在井眼中安装该套以及围绕该套在井眼的环空中施加可硬化试剂。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2002年11月11日申请的，美国临时申请系列号为NO.60/425,355的在前专利申请的权益，在此通过参考结合其全部公开内容。
背景技术
尤其在最近几年，烃类的勘探钻井和开采方案已经常采用多分支井技术。根据定义，这类井筒包括主井筒和分支井筒之间的交点。这些交点被称为连接点。在多分支井技术提升(TAML)定性系统中根据连接点的特性从1级到6级来确定连接点。在该系统中1级是复杂性和功能最低的，6级是复杂性和功能最高的。有很多工具和/或系统可以用来形成分支井连接点系统，其中一种是由位于德克萨斯，休斯敦的贝克石油工具(Baker Oil Tools)商业提供的产品，并且在业界作为一种挂钩悬挂器尾管(liner)系统而知名。该系统凭借能非常有效地形成一个根据多分支井技术提升(TAML)定性系统的3级多分支连接点为人们所熟知。该系统很通用并且对于预定目标非常有效，但是不能依靠它提供一个要求TAML4级的已注水泥的连接点。虽然挂钩悬挂器尾管系统有时侯被注水泥并且能够形成一个不是现在所期望的注水泥连接点。目前规定注水泥和清洗过程胶结分支管的环状空间但不胶结连接点上部，因为作为一种实际的材料，在清洗过程中将水泥从连接点区域冲洗掉。
由于注水泥连接点通常是理想的并且挂钩悬挂器尾管系统是常用的而且是有效的多分支井工具，因此在那些需要形成一个注水泥的4级连接点的井中具有一个能够形成注水泥4级连接点的挂钩悬挂器尾管系统将会被业界很好地接受。
发明内容
在这里公开了一种用于形成一个注水泥的分支井连接点系统的工具，该工具包括具有预先加工的孔的套和配置在套上的罩。一种释放材料设置在罩上。
在这里还公开了一种构造井筒的方法，其包括在分支井连接点系统上安装分支井转向器并且在分支井转向器上应用释放材料。该方法还包括在井孔中运行前述元件并且在分支井出射窗部署分支井连接点系统。在分支井连接点系统中应用可硬化试剂。进一步地，一种构造井筒的方法，其包括制备具有预加工的窗口的套管、设置成用于关闭该窗口的罩和用于在井眼中起作用的位于通过窗口暴露于环境中的罩的至少一部分上的释放材料。该方法还包括在井眼中安装套管和围绕套管在井眼的环形空间中应用可硬化试剂。
附图说明
现在参考附图，其中在这几个附图中相同的元件编号相同：
图1为一个具有罩的预先机加工窗口连接点的截面示意图；
图2为在一个井眼中的分支井连接点系统的截面正视图；
图3为刚完成注水泥步骤的图2中实施例的视图；
图4为主井孔被重新打开的图2中实施例的视图。
具体实施方式
这里通过举例讲述的是一种在水泥凝固以后使放入井底并且已注水泥的部件被从放入的位置移动的方法和装置。该部件可以是多种类型并且包括管子(例如，整个连接点的可移动性)，具有被覆盖的窗口的管子(下面讨论的)，等等。这需要相对于想要移动的部件克服水泥的粘接性。为此在部件上使用释放剂，这样水泥不能在那里粘着。该释放剂是一种在水泥和部件之间的物理隔离层。释放剂可以是提供将释放剂粘接到部件上的多种类型，通过使用常规设备在常规井操作中拖动不足以阻止该克服。
在此公开的该方法和装置可能包括(见图1)其中具有预机加工的窗口12的管状部件10和用于开口的罩14。该罩具有阻止水泥通过窗口进入的部分并且该部分至少部分涂有一种释放剂16以阻止或减少水泥在那里的粘着。在这种条件下，可以是管套的罩14在注水泥后可以被很容易地移动。随着罩被移动，自超过预机加工的窗口钻碎水泥是一件很简单的事情。当然应该注意如果作为罩的金属在钻井操作的同时或者在之前被移去的话，将没有金属需要被钻除。
前述原理的一个实施例是构成注水泥的连接点。该原理使连接点很容易完全注水泥，允许水泥凝固和然后具有移动该罩的能力以便钻井以向后进入主井筒。该原理很清楚，该方法和装置都可以用来形成任何一种需要仅仅定位，定向和确定深度的连接点，根据从位于德克萨斯，休斯敦的贝克石油工具商业上得到的挂钩悬挂器尾管系统的例子很容易描述该原理。
由于本领域的技术人员将会很熟悉该挂钩悬挂器尾管系统，所以在此用它作为一个该类型的装置和方法的一个例子来披露。在此省略了它的部件以及利用该部件的方法的描述。在此的描述主要集中于有关在此公开的区别和构成与在前挂钩悬挂器尾管系统这种区别的部件的相关位置。为了讨论的目的，假设存在第一井筒或主井筒和由此延伸的分支井筒。同样应该注意所述术语第一井筒或主井筒仅规定为相对术语并且表示由其引出一个分支井筒的井筒。实际上，这样的第一井筒或主井筒实际上自身可以是出自另一个第一井筒的分支井筒，等等。本领域的技术人员将会懂得这样的结构是如何产生的。这与本发明的公开不密切。
参考图2，给出了一个挂钩悬挂器尾管系统部件的概图和相对位置。用套管112，窗口116和由此延伸的分支井筒118来说明了第一或主井筒110。相关设备安装在钻柱124的一段的末端。首先，衬管送入工具128与带有牵索扩大部分的衬管坐封套130和衬管套132一起被安装在钻杆124上。靠近衬管送入工具128安装于衬管套132的是外部套管封隔器134。一个任选的外部套管封隔器保持在主井筒110中。
在衬管套132内，连接于衬管送入工具128的是尾管136，其具有一个连接于尾管136的可移动的反向抽吸皮碗138。允许衬管套132剩余部分直径变小的截面140位于沿着衬管套132长度的约2/3处。并且，靠近尾管136末端有一个外部套管封隔器142，该封隔器可以用来封隔衬管套132和分支井筒118之间的环形空间。注水泥阀144位于衬管套132上外部套管封隔器142正上方的位置。
在衬管套132内外部套管封隔器134的下方是一个预先铣成的窗口152，该窗口允许在完成分支井筒118和主井筒110之间的连接后从新进入主井筒110。在衬管套132上有“挂钩”146，该挂钩的主要功能(除了别的以外)包括：
(1)作为一个制动器以防止衬管套132退出窗口116；和
(2)悬挂衬管套132的重量和任何导致的或其他相关载荷。
在衬管套132的内径内设置了一个分支井转向器160以临时阻挡通过窗口152进入主井筒110。分支井转向器同样为衬管套132提供刚性。在一个实施例中，分支井转向器160还包括在上口和下口的密封162，如O型环。在使用密封162的实施例中，衬管套132也可以包括磨光的密封孔，在衬管套132的内径上密封162与衬管套132的内径接触。在井眼中运行该工具之前分支井转向器160安装于图1中所示的位置并且在它的外径上用材料164进行处理。如上面所提到的，材料164(释放剂)的目的是防止随后应用于分支井转向器160部分(或至少一部分)的水泥的粘结，如果不是该材料通过窗口152暴露出的话，将会产生粘结。一种适当的材料是硅橡胶，另一种是聚氨酯，还有一种是乳胶漆，但是可以懂得任何在水泥硬化和/或胶结后有助于移动转向器160的材料都是可以接受的。实际上，这意味着一种与转向器160或与水泥(当产生相同的结果时，界面释放，转向器材料(diverter-to-material)，或水泥材料(material-to-cement)都不重要)至多产生弱键(weak bond)的材料将是一种可以被接受的材料，弱仅被解释为允许转向器从那里被分离并且向上口拖动时不需要与不正常的从井筒拖动转向器相关的特殊的过程。需要说明在一些应用中释放材料与水泥表面的“弱”键在一些情况下可以被优选，由于在那种情况下会被带出井外的更多的释放材料仍然粘附在转向器或套上。这将减少井的额外的污染物。具有较强键性能的材料也可以使用，在所述强键材料和所述转向器160之间插入提供的辅助释放剂以达到需要的释放特性。在注水泥期间，转向器160和它的材料一起阻止水泥进入衬管套132的内径。
应该注意释放剂或材料的其他性能或许与特殊操作有关。例如，在某些应用中，它可能需要材料具有弹性，然而在其他情况下，并不需要。由此发明者可以预测由于当套，转向器等被移动并且如果不是所有的材料都释放到钻井液中时，弹性材料可能不会产生额外的损害，因此弹性材料将更经常地被优选。此外，还应该考虑应用材料的厚度。当仅有材料的一薄层就能够阻止水泥胶结的时侯，薄材料在分离后以薄片的形式从界面脱出。材料的厚应用是在更厚的块中脱出。取决于井设备所要遇到的情况，薄片或厚块将会更合乎需要。另外，如所需弹性程度的其他因素可能影响对材料厚度的选择，应用厚的材料将更具有弹性。最后应该知道在这里描述的相似的情况下，除水泥外的其他可硬化的材料也可以使用。在这种情况下，为了产生一个需要的结果，应该考虑材料/释放剂的化学组成的相容性，按规定结果是从一套可硬化试剂中得到的转向器、套和罩等的释放性。
参考图2-4，可以看到在井筒中转向器160位置的上方延伸的水泥浆液柱很大，因此在材料164上产生高压，在材料是软的弹性体如硅酮的地方，对于这种材料沿着某些环绕的水泥被挤压进入衬管套132的内径是可能的。很明显，不希望出现这种此处的教导为了防止的情况。
在这种情况下，这种挤压可以通过利用如讨论和说明的密封162来防止。密封162产生一个有效阻止将材料164挤压入衬管套132的液压密封。没有预先考虑高压在哪里，尽管可以为其他的功能而采用，但是不需要密封162来完成这种功能。
上面描述的挂钩悬挂器尾管系统被放入主井筒110内。在衬管套132横穿窗口116后，该“挂钩”尾管系统自身对衬管套132定向。
在正确的定向，分支井出口和相对于挂钩悬挂器尾管系统的设置操作之后，进行注水泥操作(见图2)。水泥从衬管套132的井下位置或一个由此延伸的管流出(未示出)。水泥153穿过注水泥阀144流出并进入到环形空间151中。当水泥153以计算过的数量被送入目标区域以确保水泥在主井眼中向后延伸一个需要的距离时，水泥153的泵入将停止。
当水泥153到达窗口114时，其通过窗口116进入主井筒110中。临时塞子114阻止水泥进入主井筒110的井下区域，那里不期望水泥的流入。临时塞子114可以通过很多方式形成，如形成砂桥，加重凝胶小球，桥塞等。如图1和2中114所简要说明的，这些中的任何一种都可以使用。选用何种塞子取决于包括但不限于压力，井斜角等一些因素。本领域的技术人员知道如何作出决定。
回到注水泥操作中，由于水泥不能够通过塞子114移动，因此迫使其沿井身上行并且因此包围连接点并继续向上达到主井筒的一个选择的位置，通常到达衬管套132顶端附近。溢出衬管套132顶端的水泥可以用常规的清洗操作清洗掉。
在清洗操作的过程中，分支井转向器160仍然位于衬管套132内的合适位置。这与现有技术不同，因为没有材料164的释放性能，转向器160将不得不在水泥胶结前被拖出或它将在那里被粘结。随后的清洗操作将洗掉连接点处的水泥。如先前所提到的，将转向器160放在适当的位置以阻止水泥进入衬管套132的内径，但同样在清洗的过程中阻止了连接点周围水泥的清洗。
一旦游荡的水泥被清洗掉，将允许正确定位的水泥凝固。水泥凝固后，转向器160可以在任何时侯被移动。在某些情况下，在其他井操作工程中或实际上甚至没有操作的时侯，它将被留在井下一段时间。在其他情况下，在水泥凝固后它将立刻被移动以从新进入主井筒110。
当决定转向器160应当被从井中拖出时，利用本领域熟知的很多回收方法的任何一种将其回收。由于在移动前安装了释放材料并已在上面描述过，所以与转向器160的粘结被破坏并且转向器可以很容易地被取出。一旦该转向器被取出，一个主井筒转向器将在井筒中工作并且一个铣具或取决于临时塞子114的其他合适的工具将会工作。该铣具将会磨碎在窗口152和临时塞子114(和如果需要的话，也会磨碎该塞子)之间的水泥并且如果塞子可以回收的话，回收工具也可以达到相同的效果。
为了分支井的进一步形成或为了完井或其他操作，对于分支井或主井筒来说通道是可以利用的。连接点被完全胶结是有利的。在这种情况下，该挂钩悬挂器尾管系统取得了一个TAML4级水平。
虽然本发明的优选实施例已经得到了说明和描述，但是此外作出的不同的修改和替换并不背离本发明的精神和范围。因此，可以理解本发明已经通过附图得到了描述并且不限于此。
Claims (29)
1.一种形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，包括：
套；
在所述套内的预先机加工的孔；
设置在所述孔上的罩；和
设置在所述罩上的释放材料。
2.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述释放材料位于暴露于环境中的在所述套的外部的所述罩的至少一部分上。
3.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述释放材料与所述罩形成弱键。
4.如权利要求3所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述材料是硅酮。
5.如权利要求3所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述材料是一种弹性体。
6.如权利要求3所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述材料是空气凝固树脂。
7.如权利要求3所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述材料是聚氨酯。
8.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述释放材料还形成所述套和所述罩之间的密封。
9.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述套和所述罩之间还限定一具有液压密封的横断面。
10.如权利要求9所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述液压密封包括在所述套的内部尺寸上的密封孔和在所述罩的外部尺寸上的密封。
11.如权利要求10所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述密封为O型环。
12.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述罩为管套。
13.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述罩是分支井转向器。
14.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述套是衬管套。
15.如权利要求1所述的形成已注水泥的分支井连接点系统的装置，其特征在于，所述释放材料位于暴露于环境中的在所述套的外部的所述罩的所有部分上。
16.一种构造井筒的方法，包括；
在分支井连接点系统中安装分支井转向器；
向所述分支井转向器施加释放材料；
在井眼中运行前述元件；
在分支井出射窗内部署所述分支井连接点系统；和
向所述分支井连接点系统施加可硬化试剂。
17.如权利要求16所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述施加是注水泥。
18.如权利要求17所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述注水泥包括清洗。
19.如权利要求16所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述方法还包括允许所述水泥凝固。
20.如权利要求16所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述方法还包括提拉所述转向器。
21.如权利要求20所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述转向器在水泥凝固后被提拉。
22.如权利要求20所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述提拉包括通过克服所述释放材料的粘结性将所述转向器从所述水泥分离。
23.一种构造井筒的方法，包括：
制备具有预先机加工窗口的套、设置成用于封闭所述窗口的罩和一种用于在井眼中起作用的位于通过所述窗口暴露于环境中的所述罩的至少一部分上的释放材料；
在井眼中安装所述套；和
围绕所述套在所述井眼的环形空间中施加可硬化试剂。
24.如权利要求23所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加可硬化试剂后除去所述罩。
25.如权利要求23所述的构造并筒的方法，其特征在于，所述方法还包括通过所述预先机加工窗口钻所述可硬化试剂。
26.如权利要求23所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述释放材料覆盖通过所述窗口暴露于环境中的所述罩的所述部分的全部。
27.如权利要求23所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述可硬化试剂是水泥。
28.如权利要求23所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述安装包括定位和定向所述套。
29.如权利要求28所述的构造井筒的方法，其特征在于，所述定位和定向是通过在所述井眼的窗口中下放挂钩悬挂器尾管系统中的挂钩完成的。
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