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CN106414893B - 井口稳定装置及方法 - Google Patents

井口稳定装置及方法 Download PDF

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CN106414893B CN201580009401.6A CN201580009401A CN106414893B CN 106414893 B CN106414893 B CN 106414893B CN 201580009401 A CN201580009401 A CN 201580009401A CN 106414893 B CN106414893 B CN 106414893B
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Abstract

描述了一种用于稳定包括布置在海床(21)上的井基(11)的井口(1)的装置，所述井基(11)包括至少一个支撑柱(12)、以及被支撑柱(12)围绕的导管套管(13)的第一部分(13′)、围绕导管套管第一部分(13′)且填充有水泥(14)的环(125)、以及从导管套管第一部分(13′)以弹性可挠曲方式向上伸出的导管套管(13)的第二部分(13″)。还描述了一种稳定包括布置在海床(21)上的井基(11)的井口(1)的方法。

Description

井口稳定装置及方法
技术领域
本发明涉及用于稳定包括布置在海床上的井基的井口的装置和方法。
背景技术
当建立例如用于开采石油的海下油井时，在海床上建立油井基础系统。传统的井基通常通过钻于海床中的孔(通常为36″或42″)建立，在所述孔中导管套管(通常为30″或36″)通过泵入水泥浆下降进入并固定在疏松块中，泵入水泥浆是为了完全填充在导管套管和孔壁之间的空间。借此其寻求实现两个主要目标：
1)固化水泥将给予使导管套管竖立在海床上的充分的横向支撑，以及
2)固化水泥将给予导管套管的第一连接部足够的覆盖和强度以使其完全嵌入并保护其不发生从所连接的立管系统转至导管套管的任何移动。
实践证明可能发生水泥浆的损失，尤其是进入疏松块的可渗透层，并且导管套管在水泥固化期间可能移动。这导致水泥质量下降，并导致导管套管的硬度降低到这样的程度以至于不能达到特定的设计要求，结果是井的疲劳强度过低或者不能满足井的承载能力。
发明内容
本发明的目的是改善或减少现有技术的至少一个缺点，或者至少提供现有技术的有用的替代。
该目的通过在以下说明书及随后的权利要求中说明的特征来实现。
提供例如用于石油生产的海下油井的井基系统。支撑柱放进海床下面的疏松块中并形成导管套管的可靠安装，从而使得通过在疏松块、井的支撑柱和导管套管之间的直接连接提供关于井口的稳定性和承载能力的可预计且尽可能可靠的结构。支撑柱向下打入疏松块中，其护套表面直接与疏松块接触而不预钻任何孔或使用水泥或其他填充物，例如通过使用抽吸式井基，例如根据申请人自己的专利号No.313340的所谓的CAN(导管锚节点)或者其他方法。然后，导管套管以已知的方式通过支撑柱安装，例如通过钻在疏松块中的孔，所述导管套管沉入该孔中。导管套管被固定并支撑在支撑柱中。借此实现了导管套管的预定和受控的悬挂、导管套管的附接点(即在支撑部分和导管套管的自由可挠曲部分之间的过渡部)的精确定位以及将导管套管在所述附接点下方在支撑柱中用水泥完全粘牢。
支撑柱能够向下打入疏松块中，例如作为抽吸式井基的组成部分，即具有封闭顶部和开放底部的抽吸式井基，其中通过泵出由井基和海床包住的水团来在井基内建立低压，从而由于所述低压出现在井基上的向下的合力被用于将抽吸式井基和支撑柱向下压入疏松块。借此，随后在支撑柱中安装导管套管期间，支撑柱被定位成在其全部长度上与疏松块接触良好并形成对导管套管的可靠的横向和竖直支撑。
支撑柱还可能借助不同于上述抽吸式井基的方法向下打入疏松块，例如通过借助锤子打入，并且该支撑柱可能是用一个或多个吸力锚锚定到海床上的井架或其他支撑结构的一部分。
支撑柱的任务是提供抵靠疏松块的连续的接触表面而不在疏松块和支撑柱的护套表面之间使用水泥或其他类型的填充物或灌浆材料，从而获得抵靠疏松块的轮廓分明的界面以及预定且可检测的稳定性。
当导管套管穿过支撑柱并借助于例如吊夹的适当工具以预定的长度在海床上方自由伸出而悬挂时，支撑柱可能形成导管套管的底座。导管套管随后可能用水泥粘牢到支撑柱中并在支撑柱下面用已知方法抵靠疏松块直到支撑柱中的预定高度，从而导管套管将具有关于疲劳的最优自由顶长度(例如在2-5米的范围内)以及被允许的挠曲距离。首先，上水泥高度由布置在支撑柱中的水泥导流系统的竖直位置控制，可选地通过将水泥从支撑柱和导管套管之间的环冲出，直到提供指定的上水泥高度。为实现所述环的均匀且连续的填充，支撑柱可能设有用于分别将水泥或其他灌浆材料从支撑柱中的较低高度向上引至导管套管的附接件的选定高度的系统。
有利地，一个或多个定心装置可能布置在支撑柱和导管套管之间，最优布置以用于导管套管的附接件对支撑柱的精确定位。
在可选实施例中，支撑柱中的设计的自由导管套管长度可能具有其上应用指定的最优厚度的适当的弹性体材料的涂层。在该实施例中，通过将全部水泥填充到支撑柱的顶部来粘牢导管套管。在水泥固化之后，该弹性体材料将给予导管套管预先选择的自由导管套管长度。该弹性体材料的进一步的作用可能是由通过立管系统施加的横向力造成的任何潜在的大单摇摆的阻尼。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了本发明的有利的实施例。
在第一方面中，本发明更具体地涉及用于稳定包括布置在海床上的井基的井口的装置，其特征在于，所述井基包括至少一个支撑柱、以及被该支撑柱围绕的导管套管的导管套管第一部分、围绕导管套管第一部分且填充有水泥的环、以及以弹性可挠曲方式从导管套管第一部分向上伸出的导管套管的导管套管第二部分。
在导管套管第一和第二部分之间的过渡部，所述环可能设有在水泥导流系统下游的封隔器，该水泥导流系统被布置以将任何多余的水泥从所述环带走。
导管套管第二部分的护套表面可能设有弹性体涂层，该弹性体涂层从所述过渡部向导管套管第一部分延伸且至少延伸至井基上部的上边缘，并且该弹性体涂层的至少一部分被水泥包围。
支撑柱可能设有冲洗管线，该冲洗管线在导管套管第一和第二部分之间的过渡部高度注入所述环。
支撑柱可能设有固井管线，该固井管线向在支撑柱和导管套管之间的环的下部注入。
在支撑柱纵向延伸的实体部分中，支撑柱可能以横向支撑方式抵靠疏松块。
导管套管第三部分可能在支撑柱下面的疏松块中向下延伸。
导管套管可能从导管套管附接件向上延伸，导管套管和支撑柱的下端部通过该导管套管附接件相互连接。
第二方面中，本发明更具体地涉及稳定包括布置在海床上的井基的井口的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将支撑柱向下打入海床下面的疏松块中；
降低导管套管的导管套管第一部分进入支撑柱中；
用水泥填充在支撑柱和导管套管的导管套管第一部分之间形成的环；
使导管套管的导管套管第二部分在支撑柱上方突出；以及
将井口建立在向上伸出的导管套管第二部分上。
该方法可能进一步包括以下步骤：
在导管套管第一和第二部分之间的过渡部用封隔器限制所述环。
该方法可能进一步包括以下步骤：
通过使水泥进入支撑柱的下部来填充所述环。
该方法可能进一步包括以下步骤：
在导管套管第一和第二部分之间的过渡部用封隔器限制所述环；
通过使水泥进入支撑柱的下部来填充所述环；以及
通过布置在封隔器的下边缘的水泥导流系统将过量水泥带出所述环。
该方法可能进一步包括：
通过在导管套管第一和第二部分之间的过渡部高度向环中注入的冲洗管线来将过量的水泥冲出所述环。
附图说明
在下文中，描述了优选实施例的示例，其在附图中示出，其中：
图1以轴向截面示出由向下打入海床沉积物中的与抽吸式井基成一体的支撑柱支撑的油井的导管套管的主视图，其中导管套管的附接点通过使用封隔器和水泥导流系统来确定；
图2以轴向截面示出由向下打入海床沉积物中的与抽吸式井基成一体的支撑柱支撑的油井的导管套管的主视图，其中导管套管的附接点通过在给予导管套管的期望的自由安装长度的长度上使用弹性体材料来确定。
图3以轴向截面示出由向下打入海床沉积物中的与抽吸式井基成一体的支撑柱支撑的油井的导管套管的主视图，其中导管套管的附接点通过给予导管套管的指定的自由安装长度的所注入水泥在一定高度上冲出来确定。
图4以轴向截面示出固定在向下打入海床沉积物中的与抽吸式井基成一体的支撑柱的下部中的短导管套管的主视图，其中导管套管的上附接点通过将水泥控制填充到布置以给予导管套管的指定的自由安装长度的高度来确定，导管套管在井基向下放到海床上之前固定到支撑柱。
具体实施方式
在附图中，附图标记1表示布置在海床21上在一层疏松块2上面的井口。在最简单的实施例中，井基11可能是向下打入疏松块中的支撑柱12，但附图所示为抽吸式井基连同一体的支撑柱12一起向下打入疏松块2中，支撑柱12被布置用来以已知的方法支撑并悬挂在疏松块2中向下延伸的导管套管13。导管套管13可能以任意已知的方式放置在疏松块2中。导管套管13可能是分段的，并且可能借此以已知的方式包括几个导管套管接头131，在图1-3中仅示出一个。定心装置133可能被提供给将在支撑柱12中定心的导管套管13。
水泥14已注入在支撑柱12和导管套管13的导管套管第一部分13′之间的环125中。如图1所示，水泥14可能通过固井管线124单独注入环125中。导管套管13的导管套管第三部分13′″可能在支撑柱12下面的疏松块2中向下延伸，如果有必要的话，可能由填充导管套管13的导管套管第三部分13′″和疏松块2之间的空腔的水泥(未示出)包围。在本实施例中，当用水泥将导管套管第三部分13′″固定到疏松块2中时，水泥14可能在支撑柱12中的所述环中升高。
在图1中，封隔器122防止水泥14在支撑柱12和导管套管第二部分13″之间流到环上面，该导管套管第二部分13″通过支撑柱12的上部自由伸出至井基11的上部111上方。封隔器122放在顶表面111下方的一定距离处以使水泥14在井口1下方指定距离处形成对导管套管13的横向支撑。在该实施例中，将通过允许过量水泥通过水泥导流系统121离开环125来确保环125的充分填充，该水泥导流系统121还用作水及其他的导流系统，所述水及其他在水泥14前面通过环125上升。该水泥导流系统121可能包括用于调节环125中的水泥14的高度的装置(未示出)，例如泵。导管套管第二部分13″的长度和封隔器122的定位是在导管套管13的挠曲长度的要求的基础上确定，典型地在2-6米的范围中。
图2示出了第二示例性实施例，其中导管套管第二部分13″的护套表面部分被弹性体涂层132覆盖。弹性体涂层132从井基11的上部111的上缘延伸至上部111下面指定距离处。在该实施例中，水泥14被填充到支撑柱12的顶部。屈服的弹性体涂层132将借此允许导管套管第二部分13″横向挠曲，这与图1所示的示例性实施例相对应。
图3示出了第三示例性实施例，其中冲洗管线123在井基11的上部111下面一定距离处注入支撑柱12中。过量的水泥14被冲出环125，从而使得导管套管第二部分13″自由地立在支撑柱12中以致能够向侧方挠曲，这与图1所示的示例性实施例相对应。
图4示出了第四示例性实施例，其中短的导管套管13通过导管套管附接件134附接到支撑柱12的下部，且其中基于导管套管13的挠曲长度的要求，水泥14已被填充到环125中达到指定的高度。本实施例的优点是导管套管13和支撑柱12的连接以及向环125中填充水泥14可以在该组件被放在海床21上并向下打入疏松块2之前执行，例如在陆上设施处，在该组件被运输到将建立井口1的位置之前。
根据这些实施例，本发明提供用于将海下井口1的导管套管13预固定到周围的疏松块2中的系统，其可能给予导管套管13可控制的附接点，优选地放在海床21下面，从而使得导管套管13将被布置成导管套管第二部分13″具有预定自由长度以用于以计算的、可靠的方法最优利用导管套管13的弹性。
单独作为井基11或作为更复杂的井基11的一部分，支撑柱12被向下压入海床21下面的疏松块2中并在疏松块2中被给予稳定的横向支撑。
当水泥固化时，通过提供用于在支撑柱12或井基11中的竖直支撑的具有悬挂装置的导管套管13(未示出)，根据图1-3的示例性实施例的导管套管13可能从管陆线(未示出)分离。借此通过导管套管13在水泥14的定型和初始固化期间不移动来提供可能达到的最好条件以用来增强全部水泥强度而不破坏水泥的结合。
本发明的进一步的优点是，在水泥14注入期间，支撑柱12在水泥14和疏松块2之间形成阻隔，从而使得导管套管第一部分13′的固井可能在接近理想的条件下发生，并且在实现整个导管套管13特别是导管套管接头131的固化和设计的稳定性之后获得全部水泥强度。

Claims (13)

1.一种用于稳定井口(1)的装置，所述装置包括：
布置在海床(21)上的井基(11)，所述井基(11)具有抽吸式井基和与所述抽吸式井基一体形成的支撑柱(12)，以及
导管套管(13)，其具有被所述支撑柱(12)包围的第一部分(13')和从所述第一部分(13')向上伸出的第二部分(13”)，其特征在于，
环(125)限定在所述支撑柱(12)和所述导管套管(13)之间，所述环(125)具有围绕所述导管套管第一部分(13')并且填充有水泥(14)的下部，以及
所述环(125)具有围绕所述导管套管第二部分(13”)的上部并且没有水泥(14)，使得所述导管套管第二部分(13”)相对于所述导管套管第一部分(13')弹性可挠曲。
2.如权利要求1所述的装置，其中，在所述导管套管第一部分(13')和所述导管套管第二部分(13")之间的过渡部，所述环(125)设有在水泥导流系统(121)下游的封隔器(122)，该水泥导流系统(121)被布置成将多余的水泥(14)从所述环(125)带走。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述导管套管第二部分(13")的护套表面部分被弹性体涂层(132)覆盖，该弹性体涂层从所述井基(11)的上部(111)的上边缘延伸至所述井基(11)的上部(111)的上边缘下面指定距离处，且该弹性体涂层(132)的至少一部分被水泥(14)包围。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述支撑柱(12)设有冲洗管线(123)，该冲洗管线在所述导管套管第一部分(13')和所述导管套管第二部分(13")之间的过渡部高度处注入所述环(125)。
5.如上述任一项权利要求所述的装置，其中所述支撑柱(12)设有固井管线(124)，该固井管线在所述支撑柱(12)和所述导管套管(13)之间注入所述环(125)的下部。
6.如权利要求1所述的装置，其中，在所述支撑柱(12)的纵向延伸的实体部分中，所述支撑柱(12)以横向支撑方式抵靠疏松块(2)。
7.如权利要求1所述的装置，其中导管套管第三部分(13"')在所述支撑柱(12)下面在疏松块(2)中从所述导管套管第一部分(13')向下延伸。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述导管套管(13)从导管套管附接件(134)向上延伸，所述导管套管(13)和所述支撑柱(12)的下端部通过所述导管套管附接件(134)相互连接。
9.一种建立包括布置在海床(21)上的井基(11)的井口(1)的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供具有一体的抽吸式井基和支撑柱(12)的所述井基(11)；
将所述抽吸式井基和所述支撑柱(12)打入海床(21)下的疏松块(2)中；
降低导管套管(13)的导管套管第一部分(13')进入所述支撑柱(12)中；
用水泥(14)填充在所述支撑柱(12)和所述导管套管(13)的所述导管套管第一部分(13')之间形成的环(125)；
使所述导管套管(13)的导管套管第二部分(13")在所述支撑柱(12)上方伸出，其中围绕所述导管套管的所述导管套管第二部分(13”)的所述环(125)的上部保持没有水泥(14)；以及
将井口(1)建立在向上伸出的所述导管套管第二部分(13")上。
10.如权利要求9所述的方法，其中该方法进一步包括以下步骤：
在所述导管套管第一部分(13')和所述导管套管第二部分(13")之间的过渡部用封隔器(122)限制所述环(125)。
11.如权利要求9所述的方法，其中该方法进一步包括：
通过使水泥(14)进入所述支撑柱(12)的下部来填充所述环(125)。
12.如权利要求9所述的方法，其中该方法进一步包括以下步骤：
在所述导管套管第一部分(13')和所述导管套管第二部分(13")之间的过渡部用封隔器(122)限制所述环(125)；
通过使所述水泥(14)进入所述支撑柱(12)的下部来填充所述环(125)；以及
通过布置在所述封隔器(122)的下边缘的水泥导流系统(121)将过量的水泥(14)导出所述环(125)。
13.如权利要求9所述的方法，其中该方法进一步包括以下步骤：
通过在所述导管套管第一部分(13')和所述导管套管第二部分(13")之间的过渡部高度注入所述环(125)的冲洗管线(123)将过量的水泥(14)冲出所述环(125)。
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