CN100400792C - 用于可扩张的衬管系统的套管靴及一种完井方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种保护以后安装管子时套管上的安装区域的装置。限定其内有松散的不可压缩材料的密封空间(28)的套筒(20)屏蔽套管上的所述安装区域。穿过所述套筒灌水泥。在所述灌水泥之后，钻碎所述套筒，并把所述不可压缩材料与钻屑一起移到地面。管子(66)被插入套管，并优选地被扩张，扩张到与所述套管上的安装位置密封接触。在所述扩张结束后拔出插入靴(84)。

Description

用于可扩张的衬管系统的套管靴及一种完井方法

技术领域

本发明涉及的领域是把管子插入套管内并将其固定的方法，更具体地说，是在套管灌水泥时保护所述管子在套管上安装位置的技术。

背景技术

图1显示使用靠近套管下端的套管靴使套管下井的现有技术。如果以后要把管子放入井内并需以扩管的办法将其固定于套管中，要固定所述管子的套管支承区域内有残余的水泥，有可能无法获得密封式连接。避免这一情况发生的可能方法之一是把水泥装入一种靴内，所述靴安装在所述管子以后要固定的地点之下。另一种方法是在灌水泥之后把刷子和刮管器放入井内的安装地点以保证该地点清洁从而使以后安装所述管子能有良好的密封和支承。可是使用这些技术需要大量时间，附带还要增加成本。

发明内容

本发明用在灌水泥时用屏蔽凹槽的套筒保护套管上的安装地点。所述套筒限定容纳不可压缩材料的密封环形空间。这样做使所述套筒在套管下井到位过程中能适应流体静压力的变化。灌水泥是穿过所述套筒实施的。以后钻碎所述套筒露出凹槽和定位槽。这样就可把所述管子准确地放置到位，并使之扩张，与套管形成密封式接触。由于有凹槽，所述管子经过扩张进入凹槽后，管子的偏移直径至少与套管的偏移直径一样大。整个管子都可以扩张，一直扩张到其下端，所述管子下端的插入靴可以与井下套管整形组件及运送它的下井管柱一起拔起并从井内取出。本专业技术人员看了优选实施例的说明及其下面的权利要求是很容易理解本发明的这些优点和其它优点的。

已经披露了以后固定管子时保护套管安装区域的装置。使用套筒盖住套管上的安装区域，所述套筒限定有松散不可压缩材料的密封空间。对套管浇灌水泥穿过所述套筒进行。浇灌水泥后，所述套筒被钻碎，所述不可压缩材料与钻屑一起移到地面。管子被插入套管，并且优选地所述管子被扩张到与套管的安装位置形成密封式接触。扩张结束后把所述管子上的插入靴拔出。

附图说明

图1是现有的生产套管，显示位于下端的标准套管靴。

图2显示有本发明的套管靴导轨的生产套管。

图3显示插入井筒的有本发明的套管靴导向装置的生产套管。

图4是图3灌水泥后的视图。

图5是图4显示套管靴导向装置在被钻开后暴露出来和井筒在生产套管下延长了的视图。

图6是图5一样的视图，显示刚钻出的延长井孔被扩张。

图7是新扩井孔的放大图。

图8显示衬管装在下送工具上下井后位于待膨胀位置。

图9是图8一样的视图，显示井下套管整形器的初始冲击，导致从下送工具上解脱。

图10是图9显示一样的视图，固定器解脱，重力下落，复位准备为并下套管整形器下一次冲击。

图11是图10一样的视图，显示井下套管整形器的下一次冲击。

图12是图11一样的视图，显示井下套管整形器向衬管下端推进。

图13是图12一样的视图，显示井下套管整形器与衬管下端的插入靴啮合。

图14是图13一样的视图，显示衬管已被完全扩张以及井下套管整形器与插入靴一起通过从已经完全扩张的衬管拔出下送工具而上移。

图15是套筒在灌水泥时保护凹进的靴的放大图。

图16a、16b显示抓住引导头组件。

图17a、17b显示引导头组件从管子或衬管上解脱。

图18a、18b显示引导头组件完全解脱并被抓住。

图19a、19b显示紧急解脱特性。

具体实施方式

图1显示具有现有的吊箍12、标准的悬箍14以及邻近套管下端18的套管靴16的生产套管10。一般地说，过去用泵泵送水泥穿过套管靴16，然后用短杆或擦拭器把水泥从生产套管10排出，穿过套管靴16进入周围的环形空间内。井钻得更深时，套管靴16就被钻碎但残余的水泥可能仍然存在。在把衬管插入并固定于生产套管10时，这种水泥或套管靴残渣的存在可能影响以后插入衬管并将其固定于套管10时所需要的密封。这在要把所述衬管扩张并固定于生产套管10时特别是一大忧虑。

本发明提出以图2和图15内显示的套筒20解决上述问题。正如图15显示的那样，生产套管22有下部24。在下部24内有优选地同轴安装的套筒20，所述套筒还限定含有不可压缩材料30的环形空间28。优选地，所述不可压缩材料30是松散安放的沙子，不过也可使用其它材料。使用不可压缩材料30的目的是在生产套管22被下放到最初位置后使之能相应于生产套管22深度的增加而增加的流体静压力而具有可挠性。优选地，套筒20在两端32、34用玻璃纤维密封。生产套管22最初盖住定位凹槽36和长凹槽38，定位凹槽和长凹槽以后起到用各种方法对诸如套筒之类的管子定位并予以固定的作用。下面将对优选扩管方法作更详细的说明。优选地，套筒20为非金属材料的或者能迅速钻进的其它材料制的，例如，塑料或复合材料的。在对生产套管22灌水泥时，所述套筒20有内表面40，该表面与水泥接触。最后，短杆或擦拭塞42穿过生产套管22并落到吊箍12上(见图4)，把大部分水泥排出生产套管22并使之进入周围的环形空间内。接着，套筒20被钻碎，放出不可压缩材料30，使清洁的定位凹槽36和长凹槽38暴露出来，用于以后固定下面将说明的管子。钻进使密封环42和46的一部分离开而不损坏所述生产套管22或下部24。

本方法可以从图3开始理解，在图3内，所述生产套管22安装于井筒26内所需的灌水泥位置。组件包括吊箍12和悬箍14。图15内所示的组件是所述组件的下端，但为了清楚起见在这幅示意图中只示出套筒20。

图4显示水泥48已被落到吊箍12上的擦拭塞42位移。因此，水泥48已通过套筒20、插入靴50被推入环状空间52。

在图5内，带钻头组件56的钻具组54已被向前推进穿过生产套管22并挤碎擦拭塞42和套筒20，使定位凹槽36和长凹槽38暴露。不可压缩材料30被放出并与钻头组件56动作产生的钻屑一起散布到表面上。

图6显示用管下扩孔器，即，RWD钻头把井筒58的新钻部分扩张到新的尺寸60。根据钻头组件56的性质，所述井筒60可以由钻头组件在井孔内一次或多次来回而扩成。图7显示井筒60钻成，钻具组54和钻头组件56从井筒60中取出并存放于地面。

图8显示在锁定爪68处支承衬管或其它管子66的下井管柱64。所述组件还包括带卡瓦72的固定器70，优选地，所述卡瓦是压力敏感的，能根据压力而伸展开，并在压力小了的时候缩回。所述组件内还有驱动井下套管整形器76的活塞与汽缸组合74，所述井下套管整形器76根据活塞与汽缸组合74所受压力而被驱动。起初，如图9所示，加上压力使卡瓦72伸展开并如箭头78所示向下驱动井下套管整形器76。所述管子66的上端80被扩张进入长凹槽38，以此从套管22获得支承。当井下套管整形器76被顶到足以使所述管子66悬挂于套管22时，锁定爪68潜挖，松开对管子66的抓紧。如图10所示，锁定爪68已经松开，卡瓦72也已经松开。在内压解除后，重力落在表面时，活塞与汽缸组合74重新作好再一次冲击井下套管整形器76的准备。图11显示以后的冲击，进一步扩张管子66。管子扩张后，可以任意选择一个或多个裸眼封隔器82用于在井筒60内最后形成密封式接触。

图12显示井下套管整形器根据对固定器70和活塞与汽缸组合74施加的表面压力继续移动。本专业技术人员都会理解施加于活塞与汽缸组合74的力可以增加，与各冲程的平均值相比，各冲程之初施加于井下套管整形器76的力更大。这些特点披露于共同未决的美国专利申请号系列为60/265,061，申请日期为2002年2月11日的说明书内，其内容全部包含于本文内。然而，也可使用其它方法冲锻甚至把管子66固定于在由套管22在灌水泥过程中起初为诸如套筒20盖住的长凹槽38中或另一位置，并不脱离本发明的精神。

最后，下井管柱64到达在接近管子66下端86附近安装的插入靴84时使裸眼封隔器82扩张，与井筒60形成密封式接触。在下井管柱64的下端示意地示出抓紧机构88。接触后，所述插入靴84被抓紧机构88抓住。井下套管整形器76把管子66的下端86扩张到足以使所述插入靴脱开。如图14所示，在把下井管柱64从井筒60移到地面时，把固定器70、活塞与汽缸组合74和插入靴84一起带上地面，在管子66的下端留下一个大的开口90。本专业技术人员都会理解，所述插入靴84，通过制成钝头形，在管子66开始被向前推进到位时(如图8所示)，便于管子66插入。它里面有阀门，能流通，便于管子66插入。如上所述，所述插入靴84被移开，管子66的下端呈现一个大的开口，便于以后的钻井作业或使用其它完井技术。

图16-19更详细地显示抓紧机构88。所述机构有在锁定爪68之下的螺纹102处连接的上部接头100。上部接头100在螺齿106处与心轴104连接。插入靴84借助于开口环108与管子66连接，所述环108用销110固定，防止旋转，所述销是从插入靴84延伸出来的。环108上的螺纹112与管子66上的螺纹114咬合。环116把环112固定于靴84上的应固定的位置。靴84有凹槽118和止动面120。上部接头100有表面122，该表面在抓紧机构88与井下套管整形器76一起前进时落在止动面120上。表面122冲击止动面120时，管子66尚未扩张。心轴104有许多夹爪124，这些夹爪在止动面120与表面122连接时落于槽118内。如图16a所示，发生这种情况时，所述夹爪与心轴104上的凹槽126对准从而可以进入靴84内的凹槽118。心轴104有一个环128，为剪切销130所固定。当向下的力通过止动面120与表面122之间的接触施加于靴84时，螺纹112与螺纹114解脱，靴84下落并被锁住在环128上。如图17a所示，在这一位置，心轴104上的表面132支承位于槽118内的夹爪124。这时，靴84锁定于心轴104中。随着心轴104与井下套管整形器76一前一后地下移，管子66被扩张，一直扩到下端。此后，如图18a所示，井下套管整形器76、抓紧机构88和被固定的靴84都可以被移到地面。如果由于种种原因靴84未能脱离管子66或在移往地面的途中粘住了，如图19a所示，下井管柱64的拉力使销130解脱，使夹爪124在表面134与槽118相对时得不到支承。本专业技术人员会理解可以使用其它装置在井下套管整形器76前进中抓住靴84。在移动中靴84能取下来是优点，因为这样就不必将其钻碎，也进一步减少靴84在不再为刚扩张了的管子66固定时由于钻动而转动的危险。

本专业技术人员现在会理解本发明的优点了。套筒20屏蔽管子66以后在套管22上的安装位置，免遭用于密封套管22的水泥48的污染。因此，无论使用哪种方法对管子66与套管22进行密封式连接，都能更有保证地获得适合的密封保障而不必担心水泥会污染安装地点。包括套筒20在内的组件能适应套管在井下推进引起的流体静压力变化。在使用扩张或其它方法把管子固定于套管22后，管子66的下端因插入靴被取出而留下一个开口。

以上对本发明的说明是说明性的和示例性的，可以不脱离本发明的精神在尺寸、形状和材料上以及说明的结构的细节上作各种改变。

Claims (14)

1.一种井下使用的套管靴，包括：

一主体，该主体具有至少一个内凹槽和穿过主体的通道；

安装于所述凹槽上面的罩，所述罩用于保护所述凹槽不致由于井下对所述主体灌水泥而积聚残余的水泥，

所述罩在对所述主体灌水泥后可以清除，把所述凹槽暴露出来，

所述罩密封到所述主体以便限定一个邻接所述凹槽的封闭式环形空间，

所述环形空间容纳不可压缩材料，所述不可压缩材料是松散装填的，

在所述主体被引入井下时由于所述不可压缩材料移动，压力发生变化，所述罩能相应于这种情况而挠曲。

2.按照权利要求1的靴，其特征在于所述罩通过所述靴钻开而被清除，这样能使所述松散装填的不可压缩材料能从邻近的所述凹槽部分清除出去。

3.按照权利要求1的靴，其特征在于还包括在所述罩清除之后通过所述靴插入的管子以便连接于所述凹槽。

4.按照权利要求3的靴，其特征在于所述管子通过扩张而连接于所述凹槽。

5.按照权利要求4的靴，其特征在于所述主体有所述凹槽外侧的偏移直径，所述管子在扩张进入所述凹槽后的偏移直径至少与所述靴在所述凹槽外侧的偏移直径一样大。

6.按照权利要求4的靴，其特征在于还包括所述管子下端的插入靴，所述插入靴通过所述扩张从所述管子上解脱，以便穿过所述主体而拔出。

7.一种完井方法，包括：

把下端有靴的管子下入井中；

提供一个盖住所述靴内的凹槽的套筒；

在井下对接所述管子灌水泥；

在所述灌水泥之后除去所述套筒以使所述凹槽暴露出来

用所述套筒绕所述凹槽形成一个密封的环形空间；

使所述套筒能随着所述靴在井筒内下降而产生的压降变化相应地挠曲。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于还包括在所述环形空间内提供不可压缩材料。

9.按照权利要求8的方法，其特征在于还包括松散地装填所述不可压缩材料。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于还包括：

在所述灌水泥之后钻碎所述套筒；

把所述不可压缩材料与钻屑一起清除出去。

11.按照权利要求7的方法，其特征在于还包括：

在除去所述套筒之后插入一根圆形管柱；

为了支承而扩张所述圆形管柱，使之进入所述凹槽。

12.按照权利要求11的方法，其特征在于还包括使所述圆形管柱在所述扩张之后的偏移直径至少与所述靴在所述凹槽外侧的偏移直径一样大。

13.按照权利要求11的方法，其特征在于还包括：

为了插入井内把插入靴连接于所述圆形管柱的下端；

通过所述扩张使所述插入靴从所述圆形管柱上解脱；

把所述插入靴拔出井筒到地面。

14.按照权利要求13的方法，其特征在于还包括：

输送下井管柱上的所述圆形管柱，所述下井管柱还包括井下套管整形器、可解脱的固定器和收回工具；

通过所述井下套管整形器被所述固定器有选择地支承时推动所述井下套管整形器使所述圆形管柱和所述插入靴从所述下井管柱上脱离；

抓住所述插入靴以便在取出所述下井管柱时与所述固定器和所述井下套管整形器一起返回地面。

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