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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于將元件錨固在包封件中的系統和方法。
[0002] 本發明的實施例整體涉及用于使得管狀件在井眼中膨脹的設備和方法。更加特別 地，設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 構件，所述頂部錨固件構造成將可膨脹管狀件固定到井下管狀件。
【背景技術】
[0003] 在鉆出油氣井的過程中，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。在鉆至預定深度或者當遇到特殊情況時，移除鉆 柱和鉆頭并且用套管柱為井眼加設襯管。由此，在套管柱和地層之間形成了環形區域。然 后實施固井操作，以便用水泥填充環形區域。水泥和套管的組合加固了井眼并且有助于隔 離開套管后面的某些范圍或區域。通常分階段地實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] 油井工業面臨的兩個挑戰是進入目前不能有經濟效益地抵達的新儲層以及維持 較老油田生產仍保持盈利。由下述原因發起了可膨脹管狀件技術：工業需要削減鉆井成本、 提高生產管受限井的產量并且使得操作者能夠進入無法通過其他方式有經濟效益抵達的 儲層。膨脹套管的應用關注于通過井下管膨脹處理來減小井設計的套筒式輪廓。
[0005] 井眼通常設置有一根或者多根套管或襯管，以向井眼壁提供穩定性和/或提供不 同的大地地層之間的層間封隔。術語"套管"和"襯管"指的是用于支撐和穩定井眼壁的管 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一步延伸到井眼中。然而， 在本文的上下文中，可互換使用術語"套管"和"襯管"而無這種預定區別。
[0006] 在傳統的井眼構造中，若干根套管設置成以不同的深度間隔且以嵌套方式設置。 在此，每根后續套管均下放穿過前一根套管并且因此其直徑小于前一根套管的直徑。結果， 可用于油氣生產的井眼的橫截面面積隨著深度的增加而減小。
[0007] 為了減小每次設置新的套管柱或者襯管時所造成的直徑損失，已經研發出了一種 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25%。這些應用 可分成兩個主要類別，即，設套管井和裸井。主要在修井階段或者完井階段實施設套管井操 作。在鉆井階段使用裸井可膨脹襯管產品。裸井應用是可膨脹技術為操作者帶來了真正優 勢的情形。這種技術使得能夠形成更狹長的井輪廓、在目標深度處的增大內徑、或者鉆出現 有井眼的側向軌跡。
[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、抵靠或者現有套管或者襯管的包層。而且，已經提出使得每根后續 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公開了一種用于從井的表面實施井內操作的設備。這種設備包括形 成壁的管狀本體和圍繞管狀本體布置的環形構件。環形構件包括多個卡瓦，并且通過彈簧 與外套管的內表面保持摩擦接觸。安裝到工具壁的鎖定構件選擇性地防止所述環形件的運 動，直到響應管狀本體的壁膨脹而解鎖鎖定構件為止。
[0010] US - 7992644公開了一種維修井內的套管損壞部分的方法。這種方法包括將井底 鉆具組合（BHA)放置在運送裝置上而下入到井眼內，并且使得BHA位于損壞部分附近。這 種方法還包括：使得套管的內壁與摩擦構件相接合，使得運送裝置旋轉由此使得BHA的一 部分旋轉，以及利用摩擦構件保持BHA的一部分靜止不動。這種方法還包括：拉動內管柱， 由此使得套管的內壁與BHA的錨固件相接合并且使得易碎連接件與錨固件分離。內管柱聯 接到膨脹構件，拉動內管柱并且由此通過可膨脹管狀件的膨脹構件使得可膨脹管狀件膨脹 成與套管的內壁接合，從而維修損壞部分。
[0011] 盡管，US - 7992644的工具適當地發揮功能，但是工具仍具有局限性。例如，摩擦 構件將一直接合套管，而且在將BHA引入到套管中期間也一直接合套管。需要摩擦構件的 摩擦塊來用于致動頂部錨固件，以便防止頂部錨固件在致動期間沿著軸向方向運動。然而， 由于摩擦塊的摩擦，在將工具下入到井眼中的同時不可能使BHA旋轉。因為不能使BHA旋 轉，所以限制了 BHA和可膨脹襯管可插入到井眼中所沿的長度。而且，BHA不適于不設套管 的井眼。因為某些井眼常常不穩定而且可能坍塌到可膨脹襯管上，所以需要旋轉來使得襯 管進一步前進到井眼中。如果不能使BHA旋轉，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，由于釋放環的材料（即，由于使得易碎連接件斷開連接所需的最小力）限制了按比例縮 小工具。
【發明內容】
[0012] 本發明旨在提供一種改進的可膨脹襯管工具。
[0013] 因此，本發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]推進器環形件，所述推進器環形件通過第一可釋放聯接件聯接到工作管柱；
[0016]坡形體，所述坡形體具有一個或多個坡形表面，所述坡形體通過第二可釋放聯接 件可釋放地聯接到工作管柱；
[0017] -個或多個錨固件分段，每個錨固件分段具有一個或多個楔形表面，所述楔形表 面與坡形體的坡形表面相對應并且相接合，錨固件分段的一個端部接合推進器環形件；
[0018]釋放環，所述釋放環包封工作管柱并且布置在錨固件分段的相對端部處；
[0019] 一個或多個鍵齒部，所述鍵齒部將釋放環連接到推進器環形件；和
[0020] 致動器件，所述致動器件用于釋放第一可釋放聯接件。
[0021] 本發明的膨脹組件可被液壓驅動。這種組件可以在下入期間旋轉，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省起下鉆時間。而且， 通過使得膨脹組件旋轉可以允許組件在井眼壁的一部分可能崩塌時前進，從而增加最大目 標深度和/或允許在不穩定地層中鉆井。
[0022] 在一個實施例中，第一可釋放聯接件包括：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第一閾值剪切力。
[0023] 本發明的另一個方面提供了一種用于權利要求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] 推進器環形件，所述推進器換環形通過第一可釋放聯接件聯接到工作管柱；
[0026] 坡形體，所述坡形體具有一個或多個坡形表面，所述坡形體通過第二可釋放聯接 件可釋放地聯接到工作管柱；
[0027] -個或多個錨固件分段，每個錨固件分段具有一個或多個楔形表面，所述楔形表 面與坡形體的坡形表面相對應并且相接合，錨固件分段的一個端部接合推進器環形件；
[0028] 釋放環，所述釋放環包封工作管柱并且布置在錨固件分段的相對端部處；
[0029] -個或多個鍵齒部，所述鍵齒部將釋放環連接到推進器環形件；和
[0030] 致動器件，所述致動器件用于釋放第一可釋放聯接件。
[0031] 根據又一個方面，本發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，所述工具柱設置有膨脹組件和鉆頭；
[0033] 使得工具柱旋轉，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 頭抵達目標深度為止；
[0034] 通過釋放第一可釋放聯接件，液壓致動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，以釋放第二可釋放聯接件并且允許工具柱相對于所述頂 部錨固件運動；
[0036] 使用工具柱將膨脹構件穿過可膨脹襯管朝向頂部錨固件拉動；和
[0037] 使得頂部錨固件停止操作。
【附圖說明】
[0038] 在下文中將參照附圖通過舉例的方式更加詳細地描述本發明，附圖中：
[0039]圖1示出了包括根據本發明的系統的一個實施例的井眼的示意性橫截面；
[0040]圖2示出了根據本發明的系統的一個實施例的橫截面；
[0041] 圖3示出了本發明的系統的透視圖；
[0042]圖4示出了根據本發明的系統的一個實施例的橫截面，其包括處于分離狀態中的 頂部錨固件；
[0043]圖5示出了圖4的系統的橫截面，其包括處于接合狀態中的頂部錨固件；
[0044]圖6示出了本發明的投擲件的一個實施例的橫截面；
[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實施例處于分離狀態中的橫截面；
[0047] 圖8B示出了圖8A中的頂部錨固件的另一個橫截面；
[0048] 圖8C示出了圖8A的頂部錨固件的又一個橫截面；