用于在鉆井孔中定向的方法和系統的制作方法
【專利說明】用于在鉆井孔中定向的方法和系統
[0001]發明背景
[0002]本申請涉及在鉆井孔內定向鉆井管。鉆井管可被用于從與主鉆井孔交叉的側向鉆井孔中抽取烴類。鉆井管可包括開口和/或窗口，所述開口和/或窗口與沿主鉆井孔的通向側向鉆井孔的開口對齊。然而，在將鉆井管插入到鉆井孔中時，鉆井管可能需要縱向和/或旋轉定向，使得開口和/或窗口與通向側向鉆井孔的開口對準。鉆井管的縱向和/或旋轉運動可導致控制線的應力和/或斷裂。
發明概要
[0003]在一個實施方案中，一種用于在鉆井孔中定向管柱的方法包括:在鉆井孔中的套管柱內降下管柱，在降下管柱時將管對準工具與套管對準工具接合，響應于將管對準工具與套管對準工具接合旋轉管柱，基于旋轉將管柱開口與穿過套管柱設置的套管柱開口旋轉地對準，以及保持管柱開口與套管柱開口呈軸向對準和旋轉對準。所述管柱包括:管柱開口和管柱對準工具。
[0004]在一個實施方案中，一種用于在鉆井孔中定向管柱的方法包括:在鉆井孔中的套管柱內降下管柱，在降下管柱時將第一管對準工具與第一套管對準工具接合，響應于將第一管對準工具與第一套管對準工具接合旋轉第一管柱部分，基于旋轉將第一管柱開口與第一套管柱開口旋轉地對準，保持第一管柱部分相對于第一套管柱開口呈軸向對準和旋轉對準，相對于第一管柱部分降下第二管柱部分，在相對于第一管柱部分降下第二管柱部分時將第二管對準工具與第二套管對準工具接合，響應于將第二管對準工具與第二套管對準工具接合旋轉第二管柱部分而第一管柱部分保持就位，基于旋轉第二管柱部分將第二管柱開口與第二套管柱開口旋轉地對準，以及保持第二管柱部分相對于第二套管柱開口呈軸向對準和旋轉對準。管柱包括:第一管柱部分和第二管柱部分。第一管柱部分包括第一管柱開口和第一管對準工具，并且第二管柱部分包括第二管柱開口和第二管對準工具。第一管柱部分設置在第二管柱部分下方。
[0005]在一個實施方案中，一種用于將管柱與鉆井孔定向的系統包括設置在鉆井孔中的套管柱和耦接到第二管柱部分的第一管柱部分。套管柱包括:由套管柱限定的套管柱孔、第一套管柱開口和第二套管柱開口以及耦接到套管柱的第一套管對準工具和第二套管對準工具。第一套管柱開口比第二套管柱開口離鉆井孔表面更遠，并且第一管柱部分和第二管柱部分被構造來位移至套管柱孔中。第一管柱部分包括:第一管柱開口，其被構造來與第一套管柱開口徑向對準;第一管對準工具，其被構造來在被降入鉆井孔中后與第一套管對準工具接合并且旋轉第一管柱部分以將第一管柱開口與第一套管柱開口至少部分地對準；以及第一固持裝置，其被構造來防止在第一管柱開口與第一套管柱開口至少部分地對準時第一管柱部分的軸向位移。
[0006]這些和其他特征將從結合附圖和權利要求書進行的以下【具體實施方式】而得以更清楚了解。
[0007]附圖簡述
[0008]為了更完整的理解本發明及其優點，現參考結合附圖和詳細描述的以下簡要描述:
[0009]圖1為根據一個實施方案的鉆井孔檢修系統的一個實施方案的示意圖。
[0010]圖2為根據一個實施方案的鉆井孔檢修系統的一個實施方案的截面圖。
[0011 ]圖3A和圖3B為鉆井管定向系統的一個實施方案的截面圖。
[0012]圖4為鉆井管定向系統的一個實施方案的截面圖。
[0013]圖5為鉆井管定向系統的一個實施方案的截面。
[0014]圖6為鉆井管定向系統的一個實施方案的另一個截面。
【具體實施方式】
[0015]在附圖和以下描述中，相同部分在整個說明書和附圖中通常分別使用相同參考符號來標記。附圖未必按比例繪制。本發明的某些特征可以按比例夸大或以稍微示意的形式示出，并且為了清晰和簡明可以不示出常規元件的一些細節。
[0016]除非另有說明，否則術語“連接”、“接合”、“親接”、“附接”或描述元件之間的相互作用的任何其他術語的任何形式的任何使用都不意在將相互作用限制于元件之間的直接相互作用，并且還可以包括所述元件之間的間接相互作用。在以下論述中并且在權利要求書中，術語“包括”和“包含”是以開放形式使用，并且因此應解釋為意味“包括(但不限于)...”。出于描述的目的將使用意為朝向鉆井孔表面的“往上”、“上部”、“向上”或“上游”并且使用意味朝向井的終端的“往下”、“下部”、“向下”或“下游”來指示往上或往下，而不考慮鉆井孔方向。出于描述的目的將使用意為朝向鉆井孔中心或中心軸線的“往內”、“內部”或“向內”并且使用意味朝向鉆井管和/或鉆井孔壁的“往外”、“外部”或“向外”來指示往內或往外。指示“縱向的”、“縱向地”或“軸向地”意為與鉆井孔和/或鉆井孔管的主軸線基本上對準的方向。指示“徑向的”或“徑向地”意為與在鉆井孔和/或鉆井管的主軸線和與鉆井孔和/或鉆井管的主軸線基本上正交的鉆井孔壁之間的線基本上平行的方向，盡管徑向不必經過鉆井孔和/或鉆井管的中心軸線。在閱讀以下實施方案的【具體實施方式】之后，并且通過參考附圖，借助于本發明，上述各種特性以及下文更詳細地描述的其他特征和特性對于本領域技術人員將顯而易見。
[0017]可從主鉆井孔鉆探側向鉆井孔，從而在兩個鉆井孔的交匯處創建分支。通常在主鉆井孔中創建通向側向鉆井孔并且充當側向鉆井孔的開口或入口的窗口。為了將工具遞送至適當的鉆井孔，可使用對準機構來將主鉆井孔中的鉆井管中的開口與通向側向鉆井孔的窗口正確地對準。對準可涉及旋轉對準以及軸向對準。一些鉆井孔具有可以相對于主鉆井孔的各種取向被鉆探的多個側向鉆井孔。然后可用多個對準機構來將位于主鉆井孔中的鉆井管中的對應的多個開口與側向鉆井孔的窗口中的每一個正確地對準。
[0018]如本文所述，用于一個或多個側向鉆井孔的對準機構可提供用以將位于主鉆井孔中的鉆井管中的開口與側向鉆井孔的窗口旋轉地和軸向地對準的機構。當存在多個側向鉆井孔時，對準機構可允許鉆井管中的開口與側向鉆井孔的窗口獨立地旋轉對準和軸向對準。例如，可在將鉆井管降入鉆井孔中時將其對準。在這個過程中，鉆井管可插入鉆井孔并且可在鉆井孔中用向下移動將鉆井管中最低的開口首先與最低的側向鉆井孔對準。下部與套管對準工具的接合可提供旋轉鎖以在下部被正確定位時防止下部旋轉。旋轉地鎖住下部的能力可有助于保持正確的對準，即使鉆井管在下部之上的一部分旋轉，例如在與側向鉆井孔的窗口的后續對準期間。可然后伸縮鉆井管以縮短管柱。在上部中的開口與最下窗口之上的窗口旋轉且軸向地對準時，鉆井管的最下部可然后保持鎖定就位。這個過程可重復合適的次數以將每一個鉆井管部分與側向鉆井孔的對應窗口對準。在一些實施方案中，可沿鉆井管設置控制線并且將其用于致動鉆井孔中的各種裝置。對準機構和鉆井管可被構造來將鉆井管中的開口與側向鉆井孔的窗口正確地對準，而不過度旋轉或損壞控制線。例如，可控制鉆井管中的每一個開口的旋轉方向以防止在對準過程期間在單個方向上連續旋轉。
[0019]參照圖1，示出鉆井孔操作環境的實例。如所示的，操作環境包括鉆機106，鉆機106定位在地表104上并且在鉆井孔114上方和周圍延伸，為了回收烴類，鉆井孔114穿透地下地層102。可以使用任何合適的鉆探技術來將鉆井孔114鉆到地下地層102中。鉆井孔114基本上垂直延伸遠離地表104越過垂直鉆井孔部分116，偏離相對于地表104垂直越過偏斜鉆井孔部分136A和偏斜鉆井孔部分136B，并且過渡至水平鉆井孔部分118A和水平鉆井孔部分118B。在替代的操作環境中，鉆井孔的全部或部分可為垂直的、以任何合適的角度偏斜的、水平的和/或彎曲的。鉆井孔可為新鉆井孔、現有的鉆井孔、直鉆井孔、大位移鉆井孔、側線鉆井孔、多側鉆井孔以及用于鉆探和完成一個或多個生產區域的其他類型的鉆井孔。此外，鉆井孔可被用于生產井和注射井二者。在一個實施方案中，鉆井孔可被用于不同于烴類生產或除烴類生產以外的目的，諸如與地熱能相關的用途。
[0020]包括鉆井管定向系統10的鉆井管柱120可被降入地下地層102中在鉆井孔的整個壽命中用于多種維修或處理過程。圖1中所示的實施方案示出呈被降入地下地層102中的管柱形式的鉆井管120。應當理解，包括鉆井管定向系統10的鉆井管120同樣適用于插入鉆井孔中的任何類型的鉆井管柱，包括作為非限制性實例的鉆管、生產油管、桿柱、連續油管和/或套管。鉆井管定向系統10可用于將鉆井管柱120上的窗口和/或開口與通向側向鉆井孔的開口對準。側向鉆井孔可包括從表面延伸進地下的主鉆井孔的分支的鉆井孔。在圖1中所示的實施方案中，包括鉆井管定向系統10的鉆井管120被以常規方式輸送進地下地層102中并且可穿過可通過用水泥填充在套管與鉆井孔114之間的環112來將套管固定在鉆井孔114內。
[0021]鉆機106包括具有鉆臺110的井架108，鉆井管120穿過所述鉆臺110從鉆機106向下延伸進入鉆井孔114。鉆機106包括用于將鉆井管120延伸進入鉆井孔114以將鉆井管120定位在所選深度處的馬達驅動絞盤和其他相關聯的設備。盡管圖1中所示的操作環境指用于在陸基鉆井孔114內降下并設置包括鉆井管定向系統10的鉆井管120的靜態鉆機106，但在另選的實施方案中，可使用移動修井機、鉆井孔維修單元(諸如連續油管單元)以及類似者來將包括鉆井管定向系統10的鉆井管120降入鉆井孔中。應當理解，包括鉆井管定向系統10的鉆井管120可另選地用于其他操作環境中，諸如在海上鉆井孔操作環境中。
[0022]在另選操作環境中，豎直、偏離或水平鉆井孔部分可為加套的和粘固的和/或鉆井孔的一部分可為不加套的。在一個實施方案中，鉆井管定向系統10可用在加套鉆井孔中的生產油管上。
[0023]圖2示出具有諸如套管柱212的管柱的鉆井孔214，所述套管柱212包括與一個或多個開口 218相關聯并且與鉆井孔壁或管柱內壁相耦接的一個或多個對準工具216。例如，設置在鉆井孔214中并固定至鉆井孔214的壁的套管柱212可限定能夠穿過鉆井孔214傳送諸如生產流體的流體的套管柱孔222。套管柱212可包括通向側向孔220的一個或多個開口218。管柱可包括與一個或多個開口 218相關聯的一個或多個對準工具216。對準工具216可與管柱(諸如套管柱212)的內壁耦接或形成于套管柱2