[发明专利]作为用于可扩张管件的锚固件的水泥

说明书

相关案情

本申请要求提交于2009年3月31日的美国申请序号 No.61/165128的优先权，其在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及使用水泥质材料作为在管材扩张期间将管材锚固在井 眼中以及在扩张之后提供层间隔离的装置。

背景技术

在油气钻探领域，水泥质材料(包括但不限于波特兰水泥、树脂、 高炉矿渣和这些材料的混合物)通常放在位于套管和井眼之间的环形 空间内，从而在井眼的钻探、完井和操作期间隔离并保护套管。一旦 被泵送就位并被允许硬化，这些材料提供各种地层之间以及地层与表 面之间的隔离，使得烃可以安全开采，或者替代地，井眼可以用于注 入操作。

当水泥已经在井眼中硬化之后，众所周知，硬化水泥会受到机械 损坏-应力破裂和/或与套管壁分离(剥离)-从而可能危及液压隔离。 同样，在使由硬化水泥围绕的管件扩张过程期间，水泥经常机械失效， 从而丧失隔离作用。因此，人们希望提供使管件能够在井眼中扩张并 且仍然保持环形液压隔离的系统。

另外，包括使用可扩张管件在内的钻井操作变得越来越普遍。扩 张可以利用自上而下技术(其中，扩张工具在可扩张管件的上端开始 并且被推动穿过管件，直到它已经使管件的整个长度扩张为止)或者 利用自下而上技术(其中，扩张工具在管件的底部开始并且被穿过管 件向上拉动)实施。无论使用哪种技术，如果管件未锚固的话，它将 随着扩张工具一起运动。如果没有扩张工具相对于管件的运动，将不 会发生扩张。

在自上而下扩张技术中，扩张工具作用在管件上的向下作用力可 通过将管件锚固到相邻管柱上或者通过利用其它工具施加向上作用力 而被克服。然而，在自下而上扩张中，通常希望使管件的顶端在钻孔 内自由运动，从而允许管件在扩张期间进行轴向收缩。因此，使用顶 部锚固技术可能是不切实际的，作为替代，人们可能希望锚固管子的 下端。

执行自下而上扩张的一种方法是使用机械千斤顶。机械千斤顶在 管件内工作并且在无需给管件施加额外的外部作用力的情况下使管件 的管段扩张。局部扩张用于将管柱充分锚固在井眼中，使得扩张工具 随后能够被穿过管件拉动。因此，对于自下而上扩张来说，可以使用 千斤顶使管件的下端扩张和锚固。然而，机械千斤顶系统的可靠性并 未得到大家公认，对于某些应用而言，它们是不经济的。

另一种使管件在井眼中扩张的为大家所公认的方法仅使用液压压 力。然而，这种方法也存在可靠性和成本问题。因此，仍然需要锚固 管件的替代手段，使得扩张过程可以在无需千斤顶系统的帮助或者无 需全部依赖于液压压力的情况下进行。

发明内容

根据本发明的优选实施例，提供了用于锚固管件以使得扩张过程 可以在无需千斤顶系统帮助或无需依赖于液压压力的情况下进行和在 管件扩张之后提供层间隔离的手段。

在一些实施例中，硬化水泥材料设计成具有特定的机械性能，以 使得它能够承受足够大的作用力以允许管件径向扩张为较大直径。本 发明的一些实施例包括双泥浆方法，其中，快硬水泥浆放在围绕要扩 张的管件下部的环形空间内，从而提供锚固，第二缓凝泥浆围绕管件 的第二部分放置并且在扩张过程完成之后才硬化，从而实现地层隔离。

在其它实施例中，一种或两种水泥浆设计成具有机械性能，以使 得围绕管件底部放置的泥浆提供在扩张开始期间锚固管件的手段，而 不会使一个或两个水泥护层发生机械故障。在进一步的实施例中，每 一种水泥浆可以包含弹性体材料，其在与井眼或者地下流体例如水、 烃、气和/或钻井流体等接触时膨胀，即使硬化水泥发生机械损坏，也 会重新形成环形液压隔离。