專(zhuān)利名稱(chēng)：在鉆孔中形成套管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在地下巖層的鉆孔中形成套管的方法，這種鉆孔可以是例如生產(chǎn)石油、天然氣或水的井孔。傳統(tǒng)上在鉆出這種井孔時(shí)需要在鉆孔中安裝許多套管，以防止鉆孔壁的坍塌和防止鉆井液不希望地流入地下結(jié)構(gòu)中或防止流體從地下結(jié)構(gòu)流到鉆孔中。鉆孔是分段鉆出的，因此預(yù)定放在較下面鉆孔區(qū)段的套管將通過(guò)先前已裝好的上部鉆孔區(qū)段的套管。這種方法的后果是，下部區(qū)段的套管其直徑小于上部區(qū)段導(dǎo)管的直徑。因此套管形成嵌套配置，套管直徑沿向下方向減小。在套管的外表面和鉆孔壁之間形成環(huán)形水泥，以使套管和鉆孔壁之間密封。這種嵌套式配置的結(jié)果是，在井孔的上部分需要相當(dāng)大的鉆孔直徑。這種大口徑的鉆孔由于需要大型套管處理設(shè)備、大的鉆頭、大量鉆孔液和鉆出 大量巖屑而成本增高。另外，由于需要灌注水泥和讓其固化而增加鉆井時(shí)間。
國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO93/25799公開(kāi)一種在地下巖層的一段鉆孔中形成套管的方法，在這種方法中，將呈套管形式的管形件裝在這段鉆孔中，然后用擴(kuò)管錐體徑向擴(kuò)管。一直對(duì)套管進(jìn)行擴(kuò)管，直到套管接觸到鉆孔壁并使周?chē)膸r石結(jié)構(gòu)發(fā)生彈性形變。當(dāng)在鉆井期間發(fā)生井壁沖刷或遇到碎性地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，可在沖刷位置或碎性結(jié)構(gòu)處在圍繞套管的環(huán)形空間中灌注水泥。
雖然此已知方法可以克服傳統(tǒng)套管中后裝套管部分其直徑沿向下方向減少的問(wèn)題，但仍需要一咱在鉆孔中形成套管的方法，在這種方法中只需要用較低的負(fù)載來(lái)膨脹管形部件并達(dá)到套管和周?chē)貙咏Y(jié)構(gòu)之間的改進(jìn)的密封。
在WO93/25800中將一種油層襯管(生產(chǎn)襯管)應(yīng)用在鉆孔中，該油層襯管具有縱向疊置開(kāi)口，可以在鉆孔中進(jìn)行徑向膨脹。該油層襯管在生產(chǎn)碳?xì)浠衔锪黧w期間起著過(guò)濾器的作用，該碳?xì)浠衔飶乃闹艿貙訚B出，流入到襯管內(nèi)。在這種油層襯管中重要的是，在襯管的內(nèi)部和四周地層之間應(yīng)保持流體連通，即重要的是應(yīng)避免在油層襯管和周?chē)翆又g出現(xiàn)堵塞。這與本發(fā)明的目的相反，本發(fā)明旨在改進(jìn)套管與周?chē)叵陆Y(jié)構(gòu)之間密封性。本發(fā)明的另一目的是提供一種形成套管的方法，該方法形成的套管具有改進(jìn)的抗坍塌性。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種形成套管的方法，該套管在鉆孔的上部區(qū)段和下部區(qū)段之間其鉆孔直徑差別較小。
按照本發(fā)明，提供一種在地下巖層的鉆孔中形成套管的方法，該方法包括以下步驟(a)鉆孔中裝入管形襯管，該襯管可在鉆孔中徑向膨脹，在徑向膨脹期間襯管形成許多開(kāi)孔，這些開(kāi)孔沿襯管的縱向疊置交錯(cuò)；(b)在鉆孔中徑向膨脹襯管；(c)或者在步驟(b)之前或者在其之后，在鉆孔中裝入一批可硬化的流體密封材料，使得密封材料充滿(mǎn)上述開(kāi)孔，因而基本上封閉上述開(kāi)孔，這樣選擇密封材料，使得它可以在上述開(kāi)孔中硬化，由此增加襯管的抗壓強(qiáng)度。
這樣，本發(fā)明的方法可以應(yīng)用直徑均勻的套管段，所以可以避免像常規(guī)套管配置中那樣的后加套管段的嵌套配置。采用本發(fā)明的方法，可在襯管和鉆孔壁之間獲得可靠的密封，而且襯管的開(kāi)孔可使襯管進(jìn)行較大的徑向膨脹。在密封材料硬化之后，開(kāi)孔中充滿(mǎn)密封材料的襯管便形成連續(xù)的增強(qiáng)的井孔套管。襯管采用適當(dāng)方法用鋼制作，可以作成為例如連接的襯管段或卷管。
另外，和用已知方法膨脹實(shí)體套管所需要的力相比，只需要相當(dāng)?shù)偷膹较蛄Ρ憧膳蛎浺r管。
本發(fā)明方法另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，膨脹之后的襯管其最后直徑大于所用膨脹工具的直徑。永久的最后直徑和膨脹工具的最大直徑的差稱(chēng)作永久的剩余膨脹。
在徑向膨脹襯管之后用適當(dāng)方法將密封材料裝入鉆孔中。
采用加有增強(qiáng)纖維的密封材料可以進(jìn)一步增強(qiáng)襯管。
在一部分上述密封材料還存在于襯管內(nèi)部的情況下，可以在密封材料硬化之后采用例如鉆去這部分密封材料的方法從已膨脹后襯管的內(nèi)部將之除去。
襯管可以徑向膨脹直到它接觸鉆孔壁，或者直到在襯管和鉆孔壁之間保持一個(gè)環(huán)形空間，因而可硬化的流體密封材料可伸入上述環(huán)形空間。
下面參照附圖，作為舉例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖是

圖1示意示出鉆孔的縱向橫截面，該鉆孔具有未加套管的部分，在該部分將設(shè)置一種套管，該套管包括具有縱向疊置開(kāi)孔的襯管；圖2示出圖1的一部分，其中襯管的一部分已被膨脹。
圖1中示出鉆入地下巖層2的鉆孔1的下部。鉆孔1具有加套管部分5和未加套管部分10，在加套管部分中鉆孔1具有利用水泥層7固定于鉆孔1的壁上的套管6。
在鉆孔1的未加套管部分10中，鋼的襯管11具有縱向疊置開(kāi)孔，該襯管已下放到選定位置。在本例情況下已下放到套管6的端部。襯管的開(kāi)孔為縱向槽口12的形式，使得襯管11形成帶槽口的襯管，它具有疊置(交錯(cuò))的縱向槽口12。為清楚起見(jiàn)，不是所有槽口12都帶有參考編號(hào)。帶槽口襯管11的上端通過(guò)適當(dāng)連接裝置(未示出)固定于套管6的下端。
在下一步驟中，將可硬化的密封材料即與纖維(未示出)混合的水泥放入有槽口的襯管11。該水泥形成鉆孔1中水泥團(tuán)13。水泥的一部分通過(guò)襯管11的槽口12和繞過(guò)帶槽口襯管11的下端流入在帶槽口襯管11和鉆孔1的壁之間的環(huán)形空間，另一部分水泥仍留在帶槽口襯管11的內(nèi)部。
在鉆孔1中放入水泥后用擴(kuò)管錐體15膨脹帶槽口的襯管11。帶槽口襯管11已被下放到拉索15的下端，靠在擴(kuò)管錐體15上。為了膨脹有槽口的襯管11，牽引拉索16使擴(kuò)管錐體15向上移動(dòng)，穿過(guò)帶槽口的襯管11。沿錐體15移動(dòng)通過(guò)帶槽口襯管11的方向擴(kuò)管錐體15是漸縮的錐形。在本例情況下，擴(kuò)管錐體15是向上漸縮的錐形擴(kuò)管錐體。擴(kuò)管錐體15的最大直徑大于帶槽口襯管11的內(nèi)徑。
圖2示出已部分膨脹的帶槽口襯管11，其中，帶槽口襯管的下部已經(jīng)膨脹。與圖1中的部件相同的部件具有相同的參考編號(hào)。槽口形變到用編號(hào)12′表示的開(kāi)口。當(dāng)擴(kuò)管錐體15移動(dòng)通過(guò)帶槽口襯管11時(shí)，存在于帶槽口襯管11內(nèi)部的水泥被擴(kuò)管錐體15擠壓，通過(guò)槽口12進(jìn)入環(huán)形空間14。因?yàn)橛捎谝r管11的膨脹，環(huán)形空間14已變得更小，所以水泥被擠壓到靠著鉆孔1的壁，而且已膨脹的襯管11也恰當(dāng)時(shí)嵌入在水泥中。
在帶槽口襯管11的整個(gè)長(zhǎng)度已被徑向膨脹之后，使水泥團(tuán)13的水泥變硬，因而形成用鋼增強(qiáng)的水泥套管，而纖維對(duì)套管又提供另外的增強(qiáng)作用。存在于帶槽口襯管11內(nèi)部的部分已硬化水泥團(tuán)13可以除去，方法是使鉆桿下鉆，進(jìn)入槽口襯管11，鉆去這部分水泥團(tuán)13。由此得到的由鋼增強(qiáng)的套管可以制止鉆孔周?chē)鷰r石結(jié)構(gòu)的坍塌和防止巖石結(jié)構(gòu)因鉆更深的孔區(qū)段期間所形成的高井孔壓力而破裂。鋼增強(qiáng)水泥套管的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是鋼襯管在鉆更深的鉆孔區(qū)段時(shí)可以防止水泥磨損。
擴(kuò)管錐體可以采用另外方式使其在擴(kuò)管期間向下移動(dòng)通過(guò)襯管，代替向上運(yùn)動(dòng)通過(guò)襯管。在另一個(gè)可替換實(shí)施例中應(yīng)用了可收縮和可膨脹的錐體。首先將襯管下放到鉆孔中，隨后固定，然后將呈收縮形式的擴(kuò)管錐體下放到襯管中。接著使擴(kuò)管錐體膨脹并向上牽引，使襯管膨脹。
本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于垂直的鉆孔區(qū)段、偏斜的鉆孔區(qū)段或水平的鉆孔區(qū)段。
可以應(yīng)用具有滾子的擴(kuò)管錐體而不用上述錐形的擴(kuò)管錐體，該滾子在擴(kuò)管錐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以沿襯管的內(nèi)表面滾動(dòng)，因此擴(kuò)管錐體在轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)可軸向移動(dòng)穿過(guò)襯管。
在另一個(gè)可替換實(shí)施例中，擴(kuò)管錐體構(gòu)成一種液壓擴(kuò)管工具，當(dāng)向該工具提供選擇的流體壓力時(shí)，該擴(kuò)管工具便徑向脹大，因此本發(fā)明方法的步驟(b)包括向該工具提供上述選定的壓力。
可以采用任何一種可硬化的密封材料來(lái)形成密封材料體，例如采用水泥如波特蘭(Portland)水泥或高爐渣水泥，或采用樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂。另外可以采用任何合適的在與固化劑接觸時(shí)可以固化的樹(shù)脂，例如在襯管的外表面或內(nèi)表面形成第一樹(shù)脂層和第二固化劑層，在襯管膨脹期，這兩層便受擠壓進(jìn)入襯管的開(kāi)孔，相互混合，由此固化劑使樹(shù)脂固化。
可以使密封材料流過(guò)襯管、繞過(guò)帶槽口襯管的下端而流入在襯管和鉆孔壁之間的環(huán)形空間，即通過(guò)這樣的方法將密封材料放入該環(huán)形空間。但也可以采用另一種方式使密封材料沿相反方向流動(dòng)，即通過(guò)環(huán)形空間，繞襯管的下端進(jìn)入襯管。
在上述說(shuō)明中，襯管具有許多槽口，因此在徑向膨脹襯管期間槽口變寬形成開(kāi)孔。如果在徑向膨脹之前需從襯管中抽出流體，則可以在進(jìn)行這種襯管的膨脹之前利用例如聚氨酯密封材料密封該槽口。
在另一個(gè)實(shí)施例中，襯管具有許多壁厚減小的部分，因此在進(jìn)行襯管的徑向膨脹期間，各個(gè)壁厚減小的部分被剪切開(kāi)，形成一個(gè)上述開(kāi)孔。例如各個(gè)壁厚減小的部分可以為在襯管壁上形成的凹槽。每個(gè)凹槽最好沿襯管縱方向延伸。
權(quán)利要求
1.一咎在地下巖層的鉆孔中形成套管的方法，該方法包括以下步驟(a)將管形襯管裝在鉆孔中，該襯管可以在鉆孔中進(jìn)行徑向膨脹，使得在使襯管進(jìn)行徑向膨脹期間，該襯管上將產(chǎn)生許多開(kāi)孔，這些開(kāi)孔沿襯管的縱方向疊置；(b)使襯管在鉆孔內(nèi)進(jìn)行徑向膨脹；(c)或者在步驟(b)之前或者在其后，將一批可硬化的流體密封材料注入鉆孔中，使密封材料充滿(mǎn)上述開(kāi)孔，基本上密封上述開(kāi)孔，密封材料被選擇成可以在上述開(kāi)孔中硬化，從而增加襯管的抗壓強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在使襯管徑向膨脹之后將所述密封材料注入到鉆孔中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述密封材料具有增強(qiáng)纖維，該纖維在密封材料固化之后增強(qiáng)密封材料。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，一部分所述密封材料伸入襯管的內(nèi)部，通過(guò)使鉆桿在已膨脹的襯管中轉(zhuǎn)動(dòng)的方法可以從上述襯管的上述內(nèi)部除去這部分密封材料。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用擴(kuò)管錐體徑向膨脹該襯管，該錐體的最大直徑大于襯管在膨脹之前的內(nèi)徑，該錐體沿軸向移動(dòng)通過(guò)該襯管。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該錐體具有滾子，當(dāng)該錐體在襯管中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該滾子沿襯管的內(nèi)表面滾動(dòng)，因此錐體在襯管中轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)軸向移動(dòng)通過(guò)該襯管。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，膨脹錐體形成液壓膨脹工具，在將預(yù)定的流體壓力輸送到工具時(shí)該工具便徑向膨脹，因而使襯管徑向膨脹。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可硬化的密封材料從這樣一組材料選出水泥如波特蘭水泥、高爐渣水泥，樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂，以及同固化劑接觸時(shí)可硬化的樹(shù)脂。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，襯管具有許多壁厚減小的部分，在襯管徑向膨脹期間，各個(gè)壁厚減小的部分被剪切開(kāi)而形成一個(gè)上述開(kāi)孔。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，壁厚減小的各個(gè)部分為襯管壁上形成的凹槽。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，各個(gè)凹槽沿襯管的縱方向延伸。
12.如權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，襯管具有許多槽口，當(dāng)襯管徑向膨脹時(shí)各個(gè)槽口變寬形成一個(gè)上述開(kāi)孔。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，上述槽口沿襯管的縱方向延伸。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，在襯管徑向膨脹之前密封槽口，從而使流體可以流過(guò)襯管。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該槽口用聚氨酯密封材料密封。
16.如權(quán)利要求1～15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使襯管在鉆孔中膨脹之后，在襯管和鉆孔壁之間形成一個(gè)環(huán)形空間，由此所述可硬化的流體密封材料可伸入上述環(huán)形空間。
17.一種基本上如上面參照附圖所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在地下巖層的鉆孔中形成套管的方法。該方法包括以下步驟:(a)將管形襯管(11)裝在鉆孔(1)中,該襯管可在鉆孔中徑向膨脹,使得在其徑向膨脹位置的襯管具有許多開(kāi)孔(12),該開(kāi)孔沿襯管的縱方向疊置;(b)使襯管在鉆孔中徑向膨脹;(c)在步驟(b)之前或在其后,將可硬化的流體密封材料(13)注入到鉆孔中,使密封材料充滿(mǎn)上述開(kāi)孔,因而基本上封閉上述開(kāi)孔。選擇密封材料使其可以在上述開(kāi)孔中硬化,因而增強(qiáng)了襯管的抗壓強(qiáng)度。
文檔編號(hào)E21B33/14GK1174588SQ96191468
公開(kāi)日1998年2月25日 申請(qǐng)日期1996年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月16日
發(fā)明者達(dá)列特·S·吉爾, 威廉莫斯·C·M·洛貝克, 羅伯特·B·斯圖爾德, 雅格布斯·P·M·范弗利特 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司