用于使得管狀件在井眼中膨脹的膨脹組件、頂部錨固件和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于將元件錨固在包封件中的系統(tǒng)和方法。
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施例整體涉及用于使得管狀件在井眼中膨脹的設(shè)備和方法。更加特別 地，設(shè)備和方法涉及用于井下組件的頂部錨固件，所述井下組件具有可膨脹管狀件和膨脹 構(gòu)件，所述頂部錨固件構(gòu)造成將可膨脹管狀件固定到井下管狀件。
【背景技術(shù)】
[0003] 在鉆出油氣井的過(guò)程中，通常使用鉆頭形成井眼，所述鉆頭布置在鉆柱的井下端 部處，所述井下端部被向下推入到大地中。在鉆至預(yù)定深度或者當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，移除鉆 柱和鉆頭并且用套管柱為井眼加設(shè)襯管。由此，在套管柱和地層之間形成了環(huán)形區(qū)域。然 后實(shí)施固井操作，以便用水泥填充環(huán)形區(qū)域。水泥和套管的組合加固了井眼并且有助于隔 離開(kāi)套管后面的某些范圍或區(qū)域。通常分階段地實(shí)施鉆井操作并且將多根套管柱或襯管柱 下入到井眼中，直到井眼處于期望的深度和位置為止。
[0004] 油井工業(yè)面臨的兩個(gè)挑戰(zhàn)是進(jìn)入目前不能有經(jīng)濟(jì)效益地抵達(dá)的新儲(chǔ)層以及維持 較老油田生產(chǎn)仍保持盈利。由下述原因發(fā)起了可膨脹管狀件技術(shù)：工業(yè)需要削減鉆井成本、 提高生產(chǎn)管受限井的產(chǎn)量并且使得操作者能夠進(jìn)入無(wú)法通過(guò)其他方式有經(jīng)濟(jì)效益抵達(dá)的 儲(chǔ)層。膨脹套管的應(yīng)用關(guān)注于通過(guò)井下管膨脹處理來(lái)減小井設(shè)計(jì)的套筒式輪廓。
[0005] 井眼通常設(shè)置有一根或者多根套管或襯管，以向井眼壁提供穩(wěn)定性和/或提供不 同的大地地層之間的層間封隔。術(shù)語(yǔ)"套管"和"襯管"指的是用于支撐和穩(wěn)定井眼壁的管 狀元件。典型地，套管從地表延伸到井眼中，而襯管從某一深度進(jìn)一步延伸到井眼中。然而， 在本文的上下文中，可互換使用術(shù)語(yǔ)"套管"和"襯管"而無(wú)這種預(yù)定區(qū)別。
[0006] 在傳統(tǒng)的井眼構(gòu)造中，若干根套管設(shè)置成以不同的深度間隔且以嵌套方式設(shè)置。 在此，每根后續(xù)套管均下放穿過(guò)前一根套管并且因此其直徑小于前一根套管的直徑。結(jié)果， 可用于油氣生產(chǎn)的井眼的橫截面面積隨著深度的增加而減小。
[0007] 為了減小每次設(shè)置新的套管柱或者襯管時(shí)所造成的直徑損失，已經(jīng)研發(fā)出了一種 冷加工處理，由此能夠套管或者襯管在下入井下之后使得其直徑膨脹高達(dá)25%。這些應(yīng)用 可分成兩個(gè)主要類(lèi)別，即，設(shè)套管井和裸井。主要在修井階段或者完井階段實(shí)施設(shè)套管井操 作。在鉆井階段使用裸井可膨脹襯管產(chǎn)品。裸井應(yīng)用是可膨脹技術(shù)為操作者帶來(lái)了真正優(yōu) 勢(shì)的情形。這種技術(shù)使得能夠形成更狹長(zhǎng)的井輪廓、在目標(biāo)深度處的增大內(nèi)徑、或者鉆出現(xiàn) 有井眼的側(cè)向軌跡。
[0008] 在此，一種或者多種管狀元件在井眼中在期望深度處徑向膨脹，例如，以便形成膨 脹的套管、膨脹的襯管、抵靠或者現(xiàn)有套管或者襯管的包層。而且，已經(jīng)提出使得每根后續(xù) 套管徑向膨脹到與前一套管基本相同的直徑，以便形成單一直徑井眼。與傳統(tǒng)的嵌套式布 置相比，井眼的可用直徑沿著其深度（的一段）保持基本恒定。
[0009] US - 6325148公開(kāi)了一種用于從井的表面實(shí)施井內(nèi)操作的設(shè)備。這種設(shè)備包括形 成壁的管狀本體和圍繞管狀本體布置的環(huán)形構(gòu)件。環(huán)形構(gòu)件包括多個(gè)卡瓦，并且通過(guò)彈簧 與外套管的內(nèi)表面保持摩擦接觸。安裝到工具壁的鎖定構(gòu)件選擇性地防止所述環(huán)形件的運(yùn) 動(dòng)，直到響應(yīng)管狀本體的壁膨脹而解鎖鎖定構(gòu)件為止。
[0010] US - 7992644公開(kāi)了一種維修井內(nèi)的套管損壞部分的方法。這種方法包括將井底 鉆具組合（BHA)放置在運(yùn)送裝置上而下入到井眼內(nèi)，并且使得BHA位于損壞部分附近。這 種方法還包括：使得套管的內(nèi)壁與摩擦構(gòu)件相接合，使得運(yùn)送裝置旋轉(zhuǎn)由此使得BHA的一 部分旋轉(zhuǎn)，以及利用摩擦構(gòu)件保持BHA的一部分靜止不動(dòng)。這種方法還包括：拉動(dòng)內(nèi)管柱， 由此使得套管的內(nèi)壁與BHA的錨固件相接合并且使得易碎連接件與錨固件分離。內(nèi)管柱聯(lián) 接到膨脹構(gòu)件，拉動(dòng)內(nèi)管柱并且由此通過(guò)可膨脹管狀件的膨脹構(gòu)件使得可膨脹管狀件膨脹 成與套管的內(nèi)壁接合，從而維修損壞部分。
[0011] 盡管，US - 7992644的工具適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮功能，但是工具仍具有局限性。例如，摩擦 構(gòu)件將一直接合套管，而且在將BHA引入到套管中期間也一直接合套管。需要摩擦構(gòu)件的 摩擦塊來(lái)用于致動(dòng)頂部錨固件，以便防止頂部錨固件在致動(dòng)期間沿著軸向方向運(yùn)動(dòng)。然而， 由于摩擦塊的摩擦，在將工具下入到井眼中的同時(shí)不可能使BHA旋轉(zhuǎn)。因?yàn)椴荒苁笲HA旋 轉(zhuǎn)，所以限制了 BHA和可膨脹襯管可插入到井眼中所沿的長(zhǎng)度。而且，BHA不適于不設(shè)套管 的井眼。因?yàn)槟承┚鄢３２环€(wěn)定而且可能坍塌到可膨脹襯管上，所以需要旋轉(zhuǎn)來(lái)使得襯 管進(jìn)一步前進(jìn)到井眼中。如果不能使BHA旋轉(zhuǎn)，則可膨脹襯管可能因摩擦而卡滯在井眼中， 這最終迫使操作者堵塞并且放棄井眼。另外，摩擦塊可能阻礙或禁止鉆井流體的回流。而 且，由于釋放環(huán)的材料（即，由于使得易碎連接件斷開(kāi)連接所需的最小力）限制了按比例縮 小工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的可膨脹襯管工具。
[0013] 因此，本發(fā)明提供了一種用于使得管狀件在井眼中膨脹的膨脹組件，所述膨脹組 件包括頂部錨固件，所述頂部錨固件包括：
[0014] 工作管柱；
[0015]推進(jìn)器環(huán)形件，所述推進(jìn)器環(huán)形件通過(guò)第一可釋放聯(lián)接件聯(lián)接到工作管柱；
[0016]坡形體，所述坡形體具有一個(gè)或多個(gè)坡形表面，所述坡形體通過(guò)第二可釋放聯(lián)接 件可釋放地聯(lián)接到工作管柱；
[0017] -個(gè)或多個(gè)錨固件分段，每個(gè)錨固件分段具有一個(gè)或多個(gè)楔形表面，所述楔形表 面與坡形體的坡形表面相對(duì)應(yīng)并且相接合，錨固件分段的一個(gè)端部接合推進(jìn)器環(huán)形件；
[0018]釋放環(huán)，所述釋放環(huán)包封工作管柱并且布置在錨固件分段的相對(duì)端部處；
[0019] 一個(gè)或多個(gè)鍵齒部，所述鍵齒部將釋放環(huán)連接到推進(jìn)器環(huán)形件；和
[0020] 致動(dòng)器件，所述致動(dòng)器件用于釋放第一可釋放聯(lián)接件。
[0021] 本發(fā)明的膨脹組件可被液壓驅(qū)動(dòng)。這種組件可以在下入期間旋轉(zhuǎn)，從而允許組件 在鉆井期間包括在鉆柱中。允許組件在鉆井期間包括在鉆柱中可以節(jié)省起下鉆時(shí)間。而且， 通過(guò)使得膨脹組件旋轉(zhuǎn)可以允許組件在井眼壁的一部分可能崩塌時(shí)前進(jìn)，從而增加最大目 標(biāo)深度和/或允許在不穩(wěn)定地層中鉆井。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一可釋放聯(lián)接件包括：第一組剪力栓，所述第一組剪力栓提供 了第一閾值剪切力；第二可釋放聯(lián)接件包括第二組剪力栓，所述第二組剪力栓具有第二閾 值剪切力，所述第二閾值剪切力超過(guò)第一閾值剪切力。
[0023] 本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種用于權(quán)利要求1所述的膨脹組件的頂部錨固件， 所述頂部錨固件包括：
[0024] 工作管柱；
[0025] 推進(jìn)器環(huán)形件，所述推進(jìn)器換環(huán)形通過(guò)第一可釋放聯(lián)接件聯(lián)接到工作管柱；
[0026] 坡形體，所述坡形體具有一個(gè)或多個(gè)坡形表面，所述坡形體通過(guò)第二可釋放聯(lián)接 件可釋放地聯(lián)接到工作管柱；
[0027] -個(gè)或多個(gè)錨固件分段，每個(gè)錨固件分段具有一個(gè)或多個(gè)楔形表面，所述楔形表 面與坡形體的坡形表面相對(duì)應(yīng)并且相接合，錨固件分段的一個(gè)端部接合推進(jìn)器環(huán)形件；
[0028] 釋放環(huán)，所述釋放環(huán)包封工作管柱并且布置在錨固件分段的相對(duì)端部處；
[0029] -個(gè)或多個(gè)鍵齒部，所述鍵齒部將釋放環(huán)連接到推進(jìn)器環(huán)形件；和
[0030] 致動(dòng)器件，所述致動(dòng)器件用于釋放第一可釋放聯(lián)接件。
[0031] 根據(jù)又一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于使得管狀件在井眼中膨脹的方法，所述 井眼設(shè)置有套管，所述方法包括以下步驟：
[0032] 將工具柱引入在井眼中，所述工具柱設(shè)置有膨脹組件和鉆頭；
[0033] 使得工具柱旋轉(zhuǎn)，所述工具柱包括鉆頭和膨脹組件，以鉆出井眼的裸井段，直到鉆 頭抵達(dá)目標(biāo)深度為止；
[0034] 通過(guò)釋放第一可釋放聯(lián)接件，液壓致動(dòng)膨脹組件的頂部錨固件，以將所述膨脹組 件與套管錨固在一起；
[0035] 將工具柱朝向地表拉動(dòng)，以釋放第二可釋放聯(lián)接件并且允許工具柱相對(duì)于所述頂 部錨固件運(yùn)動(dòng)；
[0036] 使用工具柱將膨脹構(gòu)件穿過(guò)可膨脹襯管朝向頂部錨固件拉動(dòng)；和
[0037] 使得頂部錨固件停止操作。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 在下文中將參照附圖通過(guò)舉例的方式更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中：
[0039]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的井眼的示意性橫截面；
[0040]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的橫截面；
[0041] 圖3示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的透視圖；
[0042]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的橫截面，其包括處于分離狀態(tài)中的 頂部錨固件；
[0043]圖5示出了圖4的系統(tǒng)的橫截面，其包括處于接合狀態(tài)中的頂部錨固件；
[0044]圖6示出了本發(fā)明的投擲件的一個(gè)實(shí)施例的橫截面；
[0045] 圖7示出了圖6的投擲件的透視圖；
[0046] 圖8A示出了頂部錨固件的一個(gè)實(shí)施例處于分離狀態(tài)中的橫截面；
[0047] 圖8B示出了圖8A中的頂部錨固件的另一個(gè)橫截面；
[0048] 圖8C示出了圖8A的頂部錨固件的又一個(gè)橫截面；