可膨脹式襯管懸掛器以及使用方法
【專利說明】可膨脹式襯管懸掛器以及使用方法
[0001]發明人:ShaohuaZHOU
[0002]受讓人:Saudi Arabian Oil Company (沙特阿拉伯石油公司)
【背景技術】
[0003]1.
技術領域
[0004]本發明涉及鉆油井和氣井。特別地，本發明涉及襯管懸掛器系統，用于在油井和氣井中通過襯管套管柱提供粘結區域隔離。
[0005]2.相關技術描述
[0006]油井通常具有套管柱或者襯管，在穿透儲層并開始產出油和氣之前安裝該套管柱或者襯管。這種套管柱提供了重量懸掛能力以及壓力區域隔離。在一些情況下，會需要布置多于一個套管柱。在這些情況下，安裝在井頂部的第一套管柱具有最大的直徑。之后，通過使后續套管柱穿過已經安裝好的第一套管柱而將其布置于井中。
[0007]在將套管柱的后續部分定位到井中時，特別是定位到儲層的頂部處時，通常經由襯管懸掛器組件將套管柱密封并鎖定到已經安裝好的套管柱。此外，通常通過鉆管和襯管柱將水泥泵送下井，之后，水泥在襯管柱的外側保護支撐(back up)井。重要的是，適當地將襯管柱懸掛和粘結，以在襯管柱內將產物流路隔離。如果沒有適當地安裝襯管柱，以后會導致鉆井時間大量損失的問題、額外的井修復費用問題、以及井筒耐壓強度的問題。盡管已經開發出許多常規的襯管懸掛組件，但本產業中仍不斷報道有故障事故，例如，越過襯管頂部封隔器(packer)的泄露、以及布置工具和調整工具方面的問題。
[0008]一種用于安裝襯管的元件是可膨脹式襯管懸掛器。在可膨脹式襯管懸掛器中，通過先前安裝好的外側套管柱，在井筒內將內側套管柱布置到位。一旦處于合適的位置，通常是在其底部上方兩百英尺的深度處，擴張內側套管柱的上端，成為與外側套管柱的內側壁接觸。通過迫使膨脹錐進入外側套管柱的頂部，使內側套管柱的直徑擴大。
[0009]因為膨脹錐通常位于拋光孔座(polished bore receptacle，PBR)或者回接座(tie-back receptacle, TBR)(其緊鄰布置于可膨脹套管柱以及密封元件之上)的底部，水泥漿流動的區域受到限制。在具有較高巖層壓力的井內，其要求高泥漿比重和高密度的水泥漿，在襯管粘結操作期間增加了發生水泥漿損失的風險。在很大程度上這是由于，因膨脹錐外徑與調整工具殼體以及外套管之間的間隙過窄，導致高當量循環密度(highequivalent circulating density)。因此，可能出現外套管與襯管之間和/或襯管與巖層之間出現孔穴或水泥粘結不良，這會導致可能出現泄露通道或區域隔離不良。
【發明內容】
[0010]本發明的一個實施例提供了一種可膨脹式襯管懸掛器系統，用于在井筒內達成壓力密封以及懸掛壓靠外側套管柱的襯管。該可膨脹式襯管懸掛器系統包括外側套管柱以及內側套管柱，該內側套管柱定位在外側套管柱內并具有內徑。此外，可膨脹式襯管懸掛器系統包括細長的內管具，該內管具可選擇性地插入內側套管柱并具有扭矩鎖定套，該扭矩鎖定套以可移除方式與內側套管柱結合。還包括膨脹錐，其可沿內管具滑動，并具有大于內側套管柱內徑的直徑，使得當推壓該錐進入內側套管柱時，較大直徑的錐使內側套管柱徑向向外變形成為與外側套管柱接合。
[0011]在一些實施例中，內側套管柱在其外表面上可以具有鎖定脊，布置鎖定脊使得當內側套管柱的部分擴張成為與外側套管柱接合時，鎖定脊與外側套管柱牢固地接合。此外，可以設置有密封件，使其圍繞內側套管柱，并布置為，當內側套管柱的部分擴張成為與外側套管柱接合時，該密封件密封內側套管柱與外側套管柱之間的界面。
[0012]可膨脹式襯管懸掛器系統還可以包括具有第一端和第二端的滑動桿件，其中，滑動桿件附接至內管具并可相對于內管具軸向滑動。滑動桿件可以布置為，當膨脹錐插入內側套管柱時，滑動桿件的上端與膨脹錐接觸，以及，在與膨脹錐接觸時，下端與扭矩鎖定套接觸，并推壓扭矩鎖定套使其與內管具分離。
[0013]膨脹錐可具有均壓孔，該均壓孔提供膨脹錐的底部與頂部之間的流體聯通，從而，在將膨脹錐推入內側套管柱時，使膨脹錐下方區域與膨脹錐上方區域之間的壓力均等化。此外，剪切銷能夠使扭矩鎖定套與內側套管柱接合，以限制扭矩鎖定套與內側套管柱之間的軸向移動。
[0014]在特定的實施例中，可膨脹式襯管懸掛器還可以包括用于推進膨脹錐的液力增強器，其包括滑動心軸，該滑動心軸具有第一端和第二端，并且圍繞內管具，滑動心軸在第一位置和第二位置之間以液壓方式驅動。液力增強器還可以包括壓頭，其附接于滑動心軸的第二端，當滑動心軸從第一位置向第二位置移動時，滑動心軸的第二端與膨脹錐接觸，并將其推入內側套管柱。此外，在滑動心軸的至少一部分與內管具之間，液力增強器可以包括間隙，通過流體口，該間隙與內管具的內表面流體連接，以及，內側可移動套筒定位在內管具的內部并具有孔，該內側可移動套筒具有開啟位置和關閉位置。當處于開啟位置時，孔與流體口對準，使得間隙與內管具的內部之間流體聯通。當處于關閉位置時，孔與流體口不對準，使得間隙與內管具的內部隔離。
[0015]本發明的一些實施例提出，液力增強器的內管具具有齒或者螺紋形式，該齒或者螺紋形式與內側套管柱接合，以防止內管具相對于內側套管柱軸向移動。在膨脹錐抵靠內側套管柱(可膨脹襯管懸掛器)頂部的行程期間，此螺紋接合提供抗衡力。此外，一些實施例提出，膨脹錐具有楔形的上表面和下表面，該上表面和下表面具有最小直徑小于內側套管柱內徑。
[0016]本發明的另一實施例提供一種用于在井筒內將擴張工具插入套管柱的井下液力增強器。該井下液力增強器包括:內管具，其具有上端、下端、以及軸孔，并且該內管具延伸進入井筒，下端設置為，在井筒內與套管柱以能解除方式接合；以及滑動心軸，其具有上位和下位，并具有心軸部分，滑動心軸圍繞內管具并可以相對于內管具軸向滑動。該液力增強器進一步包括外殼，該外殼圍繞內管具和滑動心軸，外殼和滑動心軸設置為，外殼與各心軸部分的至少一部分之間具有間隙，通過流體口，該間隙與內管具軸孔流體聯通。外殼和滑動心軸設置為，在外殼與各心軸部分之間間隙的上方位置和下方位置處，各心軸部分密封地與外殼接合。當滑動心軸位于其上位時，外殼與各心軸部分之間的間隙小于當滑動心軸位于其下位時的間隙，以及，在心軸位于其上位時將流體引入各間隙內，增加了間隙內的液壓力，因此，迫使間隙擴張，并推壓滑動心軸進入其下位。當滑動心軸位于其下位時，其與擴張工具接觸并推壓擴張工具成為與套管柱接合。
[0017]井下液力增強器還可以包括位于內管具軸孔內的球、以及位于內管具軸孔內的球座。球座可以設置為，密封地與球接合以在軸孔內限制球的向下移動，從而，當球與球座接合時，軸孔內的流體不能繼續行進通過軸孔，而是迫使流體通過流體口并進入外殼與心軸部分之間的間隙。
[0018]此外，間隙可以設置在滑動心軸的至少一部分與內管具之間，通過流體口，該間隙與內管具的內表面流體連接。內側可移動套筒可以定位在內管具的內部，并且可以具有孔，該內側可移動套筒具有開啟位置和關閉位置。當處于開啟位置時，孔可以與流體口對準，使得間隙與內管具的內部之間流體聯通。當處于關閉位置時，孔可以從流體口偏置，使得間隙與內管具的內部隔離。在一些實施例中，球座可以附接至內側可移動套筒，并且，球與球座之間的接觸可以使內側可移動套筒從關閉位置移動至開啟位置。
[0019]本發明的又一實施例提供了一種在井筒內將內側套管柱鎖定并密封至外側套管柱的方法。該方法包括以下步驟:(a)將內側套管柱插入外側套管柱，(b)將膨脹錐插入外側套管柱，至位于內側套管柱的頂端之上，以及(C)將液力增強器插入外側套管柱。該方法還包括以下步驟:(d)用液力增強器向下推壓膨脹錐，使其進入內側套管柱的頂部，以使內側套管柱的頂部擴張成為與外側套管柱接合，以及(e)將液力增強器和膨脹錐從井筒移除。
[0020]在一些實施例中，該方法還可以包括:在上述步驟(d)之前，通過內側套管柱加入水泥、以便將內側套管柱粘結至井筒的步驟。此外，該方法可以包括:通過內側套管柱加入水泥之后，通過內管具插入刮鏢、以清潔殘留水泥的步驟。
[0021]在一些實施例中，該方法可以包括:在步驟(d)之后，向外側套管柱加入清潔流體、以便從外側套管柱中位于內側套管柱上方的部分處移除殘留水泥的步驟。該方法還可以包括:在步驟(d)之后，壓力測試內側套管柱與外側套管柱之間界面的步驟，以及，在步驟(e)之前，降低環形空間內的壓力的步驟。
【附圖說明】
[0022]通過下文參照附圖對非限制性實施例的詳細描述，將更好地理解本發明的實施例，其中:
[0023]圖1是可膨脹式襯管懸掛器系統的實施例的側向剖視圖；
[0024]圖2是沿圖1的線2-2剖切的橫向剖視圖；
[0025]圖3是沿圖1的線3-3剖切的橫向剖視圖；
[0026]圖4是可膨脹式襯管懸掛器系統的實施例的側向剖視圖，該可膨脹式襯管懸掛器系統在內管具的軸孔內具有刮鏢；
[0027]圖5是可膨脹式襯管懸掛器系統的實施例的側向剖視圖，該可膨脹式襯管懸掛器系統在中空襯管刮塞內具有刮鏢；
[0028]圖6是可膨脹式襯管懸掛器系