[发明专利]套管膨胀工具

说明书

技术领域

用于制造细长井的管锚固和膨胀单元以及使用它制造细长井的方法

本发明涉及一种用于管的锚固和膨胀单元，用于制造细长井，还涉及一种用于使用该单元来制造细长井的方法，该细长井用于抽取例如水、油或烃。

背景技术

在石油工业中，术语“钻井”的意思是为了在地下产生孔以便抽取烃的一系列操作。

在目前已知的多种钻井技术中，为了达到较深深度而最广泛使用的技术是有直接流体循环的旋转钻井。在该技术中，由于旋转钻头而穿透至地下，一组钻杆螺纹连接在该旋转钻头的下端。

当钻头在钻井过程中前进时，它使得土地破碎，并产生切屑，该切屑通过钻井液而从井底升高并带到地面。

该流体在钻杆的顶部引入地面，在钻杆内部循环，随后通过钻头中的裂缝流出，并沿在该组钻杆和井壁之间的空腔重新上升。

在钻出一定的井管后，再通过一系列的柱或管来覆盖该井管，且在所述覆盖物和井壁之间产生的空腔被水泥粘接。

覆盖柱提供了多个优点，其中有对井壁的支承和重新形成初始拉伸。而且，这些覆盖柱防止钻井液污染地下水面，在具有不同压力和流体损失的层之间防止流体的转移。

覆盖柱包括引导管、地面柱、一系列的中间柱以及生产柱。

这些柱或管一个在另一个内侧地插入井中并处于增大的深度，在随后阶段，钻井和套管延伸交替进行。

由于一系列的计划和操作原因，普通钻井在多个阶段使得井型面具有套叠构造，如图1a和1b中所示。图1a和1b分别表示了用于支承地面地层的引导管1，该引导管通常固定较差，并能够使泥浆流通。随后是地面柱2，该地面柱的目的是保护地下水面、支承安全设备和锚固随后的柱。

随后是中间柱3a-3c，它们的功能是能够根据地层孔中的流体压力而钻出具有不同泥浆密度的管。

最后，生产柱4到达矿物地层，并可能完全穿过它。

在可能时，为了降低成本和具有更多可用空间，中间柱3a-3c可以通过限制管的叠置而锚固在前一个柱的端部处，如图1b中所示。在这种情况下，中间柱3a-3c称为“衬管”。

井的覆盖柱1-4的数目和直径根据与储集层和井相关的一系列参数(例如储集层的深度、整个储集层的类型、可以使用的生产方法、井的型面、井的类型(勘探或生产))以及根据钻井、管路铺设、水泥粘接、完成和维护成本和可用的柱来选择。

通常需要使用减小的直径，以便使钻井时间最小，使得要处理的回流流体的量更低并且降低柱和设备的成本。

不过，通过已知技术获得的井型面的套叠构造并不能大大降低钻井的直径。实际上，这些井从生产柱4开始，该生产柱4的直径为允许预计的整个设备通过，并确定其它柱的尺寸(记住，在柱直径之间的间隙必须为允许它们相互在内部通过)。

在一些已知的地下钻井方法中，使用可膨胀柱。这些柱由更具有延展性的材料来制造，这些材料可以通过从内部作用的膨胀装置或膨胀器(例如尖顶拱)的机械作用而膨胀超过弹性极限，从而获得具有更大直径的刚性结构。

在这些柱中，当在另一覆盖柱1-4内部或在敞开孔中膨胀时，外部液压隔离通过弹性体密封件来获得，或者优选是通过空腔的水泥粘接。

而且，柱与前一个柱的连接通过称为可膨胀衬管悬挂件的可膨胀锚固装置来实现。该装置通常包括套筒，该套筒在外侧上具有滑动件(slips)和弹性体密封件，以便能够锚固在前一个柱上，也保证它的液压密封。

使用可膨胀柱的已知地下钻井方法可以设想在钻出关注的管后，使得可膨胀柱延伸，并且包括可膨胀锚固装置和锥形膨胀器的锚固和膨胀单元穿过钻杆。在该方法中使用的膨胀器与可膨胀柱的下部部分连接。一旦柱下放至敞开孔的底部，就进行水泥粘接，例如通过将砂浆泵送至钻杆内部，使它流入柱和敞开孔之间的环带内。

在水泥凝固之前，柱和锚固装置膨胀，这样，在水泥粘接阶段结束时，除了液压密封外还获得完美的锚固。

首先，柱的膨胀从底部向上进行，使得膨胀器下面的区域增压。因此，产生向上的推力，该推力作用在膨胀器上，该膨胀器在升高时使得在关注的管中的柱膨胀至相等直径。

当到达上部部分时，钩到前一个柱2、3a、3b上将通过锚固装置的膨胀来实现(通过驱动外部密封件)。

一旦砂浆凝固，套管靴进行磨削，随后阶段的钻井重新开始，具有更小直径，因为在两个柱2、3a、3b、3c之间的叠置管(对应于锚固装置)并不允许下部柱具有上部柱的直径。