冲击工具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在井眼中的金属套管中提供孔眼或凹坑的冲击工具。该冲击工具包括具有轴向延伸长度的工具主体，和与该工具主体连接的冲击单元，该冲击单元包括：流体入口，可在缩回位置和伸出位置之间移动的冲头和相对于所述轴向延伸长度大致径向地延伸的孔口，以及在所述缩回位置和伸出位置之间移动所述冲头的至少一个液压冲击缸。本发明还涉及一种用于在井下金属套管中提供孔眼或凹坑的方法和用于将塞子安装在井下套管中的已有孔眼中的方法。
【专利说明】冲击工具【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在井眼中的金属套管中提供孔眼或凹坑的冲击工具。本发明还涉及一种用于在井下金属套管中提供孔眼或凹坑的方法和一种用于在井下套管中的已有孔眼中安装塞子的方法。
【背景技术】
[0002]当从井生产烃时，套管在大多数情况下通过爆炸被穿孔以在套管中提供孔眼，从而使地层流体进入套管中。然而，使用爆炸穿孔存在危险，因此对形成这样的孔眼的替代方法存在越来越大的需求。
[0003]套管中的穿孔或孔眼可用于多种不同目的，诸如用于注入目的，用于在形成完井之后插入完井元件例如阀，或者用于使流体从地层流入套管内。因此，需要一种无需使用炸药爆炸来提供穿孔或孔眼的设备和方法。
[0004]另外，当孔眼或穿孔用于注入目的、例如用于在环状空间中提供环形密封时，确定与注入设备相关的孔眼的精确位置是一个困难的任务。如果不能确定精确位置，则必须密封大段套管以执行注入。在这一点上，采用的一个方案是在井下在注入孔眼之下提供密封并仅对下至密封部的整个井加压以注入流体。这样的作业是麻烦的并且需要大量的注入流体，使其成为高成本作业。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更具体地，本发明的一个目的是提供一种用于无需使用炸药爆炸在套管中提供孔眼的方案。
[0006]从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种用于在井眼中的金属套管中提供孔眼或凹坑的冲击工具，其包括:
[0007]-具有轴向延伸长度的工具主体；和
[0008]-与该工具主体连接的冲击单元,所述冲击单元包括:
[0009]-设置在该工具主体中的孔口，所述孔口相对于该轴向延伸长度基本上径向地延伸；
[0010]-与该孔口流体连通的流体入口；和
[0011]-布置在该孔口中的液压致动冲头，其可在缩回位置和伸出位置之间移动；
[0012]其中通过将流体经过所述流体入口注入所述孔口内来使所述液压致动冲头移动到所述伸出位置。
[0013]上面描述的冲击工具还可包括环绕该工具主体且在该冲击工具的相对侧上沿该轴向延伸长度间隔开布置的两个隔离装置，所述隔离装置能够从该工具主体沿径向方向扩张，由此提供井下套管的区段的区域隔离，其中该冲击工具还包括用于将流体注入所述套管的由所述隔离装置隔离的区段的一个或多个注入喷嘴，所述注入喷嘴布置在所述隔离装置之间。
[0014]因此，当井眼套管区段已经被隔离且已经在套管中冲击出孔眼时，可以将流体注入由隔离装置隔离的套管区段内部，以使布置成经由被冲击的孔眼与所述被隔离区段流体连通的环形屏障膨胀。所述冲击工具可因此用于在井下套管中提供孔眼并随后用于通过所述孔眼注入流体。通过使用具有布置在一组隔离装置之间的冲击单元的工具，可以保证套管中的孔眼设置在被隔离区段。如果由第一冲击工具冲击孔眼并且由第二隔离和注入工具隔离所述套管区段，则需要对所述隔离和注入工具的定位格外小心，以确保冲击出的孔眼实际上位于该套管的被隔离区段。所述冲击工具还可用于其它注入目的，例如用于使封隔器膨胀，用于建立/增加该可膨胀封隔器或其它类型的环形屏障内的压力，用于对套管外侧地层进行酸化处理，或者用于液压破碎目的。
[0015]在一个实施例中，所述液压致动冲头可具有用于在金属套管中提供孔眼的冲击边缘。
[0016]上面描述的冲击工具还可包括与该工具主体相关联地布置的泵，该泵被连接到所述流体入口，以用于将液压流体供应到所述孔口，从而将该液压致动冲头移动到所述伸出位置。
[0017]在一个实施例中，所述隔离装置可由可膨胀封隔器构成，通过向所述可膨胀封隔器供应流体的泵使所述可膨胀封隔器从该工具主体膨胀和扩张。
[0018]此外，所述隔离装置可以是可膨胀封隔器、可溶胀封隔器、压缩或皮碗式封隔器、其它井下封隔器、可回收封隔器或它们的组合。
[0019]另外，所述泵可与所述一个或多个注入喷嘴流体连通，并且该泵可适合于经过所述一个或多个注入喷嘴将流体注入所述套管的由所述隔离装置隔离的区段内。
[0020]上面描述的冲击工具还可包括流体连接所述泵与所述冲击工具周围的环状空间的入口，其中该泵适合于从该环状空间抽吸流体并将来自该环状空间的流体经过所述一个或多个注入喷嘴注入到所述套管的由所述隔离装置隔离的区段内。
[0021]此外，所述冲击单元可包括布置成在该工具主体周围与所述液压致动冲头周向相对的支座。
[0022]此外，所述液压致动冲头的一部分可与该支座的一部分接合，以控制所述液压致动冲头的在所述缩回位置和所述伸出位置之间的径向移动。
[0023]另外,所述液压致动冲头和所述支座中的一者可包括一个或多个径向延伸的导向元件，并且所述液压致动冲头和所述支座中的另一者可包括一个或多个径向延伸的导轨，所述导轨适合于与所述导向元件接合，以控制所述液压致动冲头的在所述缩回位置和所述伸出位置之间的径向移动。
[0024]此外，所述液压致动冲头和支座可限定出一可扩张空间。
[0025]所述冲击单元还可包括活塞和弹性件，当该液压致动冲头被移动到所述伸出位置时，该弹性件被压缩。
[0026]此外，所述液压致动冲头和支座可被布置在工具主体中的通孔中。
[0027]另外，可在工具主体的通孔中的凹槽中布置密封机构，以密封该液压致动冲头，和/或该支座可布置在该通孔内。
[0028]这样的密封机构可被布置在液压致动冲头、冲头基部和/或支座中的凹槽内，以密封所述通孔和该工具主体。
[0029]在一个实施例中，该工具可包括多个冲击单元。
[0030]在另一个实施例中，该工具可包括多个冲击单元和多个支座。
[0031]此外，所述活塞能够在由所述液压致动冲头或所述液压致动冲头的基部所限定的中空空间中移动，所述活塞通过活塞杆与所述支座连接。
[0032]另外，该活塞可在由支座限定的中空空间内移动，且该活塞可通过活塞杆与该液压致动冲头连接。
[0033]此外，所述液压致动冲头和所述支座中的一者可通过活塞杆与所述活塞连接，并且所述液压致动冲头和所述支座中的另一者可具有布置在该工具主体内部的端部，所述端部包括凸缘，并且在所述活塞和所述凸缘之间可布置弹性件。
[0034]另外，一止挡元件可布置成与所述液压致动冲头和所述支座连接/关联，以避免所述液压致动冲头和所述支座分离。
[0035]此外，该支座可与该工具主体固定连接。
[0036]该支座可从工具主体沿径向伸出。
[0037]在一个实施例中，所述止挡元件可布置成与所述流体入口连接。
[0038]此外，该流体入口可与一个或多个与活塞的加压侧流体连通的流体通道连接。
[0039]冲头的缩回位置和伸出位置之间的距离可以为3mm、优选大于10mm、更优选大于20mm、最优选大于100mm。
[0040]此外，该冲头可包括适合于在液压致动冲头从缩回位置到伸出位置的移动过程中使金属套管破裂的尖锐表面。
[0041]此外，该支座可包括适合于在冲击过程中抵靠该管状金属套管的内表面的“弯曲”(凸)面。
[0042]此外，该支座可包括附接元件，使得该支座的所述面可相对于该金属套管的内表面改变。
[0043]在一个实施例中，该工具可包括驱动所述泵的电动马达。
[0044]另外，该工具可包括用于容纳用于被注入该孔口内以将液压致动冲头移动到伸出位置的流体的流体储器，用于容纳用于被注入该可膨胀封隔器内以使该可膨胀封隔器从该工具主体扩张和膨胀的流体的流体储器，和/或用于容纳用于通过所述一个或多个注入喷嘴被注入该套管的被隔离区段的流体的流体储器。
[0045]此外，所述流体储器可以是一个共用流体储器。
[0046]另外，所述液压致动冲头可以是适合于在金属套管中提供凹坑的冲头。
[0047]另外，所述液压致动冲头可以是具有倒圆边缘的冲头。
[0048]此外，该液压致动冲头可为尖冲头、中心冲头、锥形冲头、平凿、扁尖凿、半圆头凿或者它们的组合。
[0049]另外，该液压致动冲头可以是适合于将塞子安装在井下套管的已有孔眼中以密封所述已有孔眼的冲头。
[0050]因此，如果环形屏障或封隔器破裂，通向这样的环形屏障或封隔器的入口可以被密封，以避免流体从套管流出并通过有缺陷的环形屏障或封隔器进入地层中。因此，通过将塞子安装在有缺陷的环形屏障或封隔器的入口内，其余的环形屏障或封隔器仍可通过从顶部给井加压或者通过对井的包含有缺陷的环形屏障或封隔器的区段加压而膨胀。
[0051 ] 此外，所述冲头可具有塞子可布置在其中的腔室。
[0052]在一个实施例中，所述液压致动冲头还可适合于在将该塞子安装在所述已有孔眼之前保持所述塞子，以在所述液压致动冲头被移动到伸出位置时将该塞子放入所述已有孔眼中，以及在所述液压致动冲头被移动到完全伸出位置时使该塞子变形。
[0053]另外，冲头的腔室可具有周向突出部或与该塞子中的周向凹槽相配合的多个突出部。
[0054]通过采用与所述塞子的凹槽相配合的突出部，所述塞子可在被插入前保持就位，并且在所述孔眼已经被堵塞后，该塞子被固定在该孔眼中，使得将所述塞子固定在该孔眼中的力大于能够使该塞子与所述冲头分离的力。因此，当该塞子已经被冲入孔眼中时，该塞子容易地与冲头分离。
[0055]本发明还涉及一种用于在井下金属套管中提供孔眼或凹坑的方法，包括以下步骤:
[0056]-在所述井下金属套管中提供如上所述的冲击工具；
[0057]-将所述冲击工具的所述冲击单元定位在待提供孔眼或凹坑的位置；
[0058]-定位围绕该工具主体与所述液压致动冲头周向相对地布置的所述支座，使得所述支座在与所述液压致动冲头周向相对的位置处抵靠套管壁；和
[0059]-将所述液压致动冲头从缩回位置沿径向移动到伸出位置，从而通过处于伸出位置的所述液压致动冲头在所述金属套管中提供孔眼或凹坑。
[0060]此外，所述液压致动冲头可沿径向移动，以在该金属套管中提供孔眼，该方法还包括以下步骤:使所述隔离装置从该工具主体沿径向方向扩张，由此提供所述井下套管的区段的区域隔离；和将流体注入到所述套管的由所述隔离装置隔离的区段中，由此迫使流体经过在该套管中提供的孔眼。
[0061]此外，所述液压致动冲头可沿径向移动，以在所述金属套管中提供凹坑，该方法还包括将电子装置布置在所述凹坑或孔眼中的步骤，所述电子装置包括射频识别(RFID)芯片、射频标签(RFT)和/或一个或多个传感器，诸如温度传感器。
[0062]最后，本发明涉及一种用于将塞子例如Lee-塞安装到井下套管中的已有孔眼中的方法，该方法包括以下步骤:
[0063]-在所述井下套管中提供如上所述的冲击工具；
[0064]-将所述冲击工具的所述冲击单元定位在与所述已有孔眼相对的位置；
[0065]-定位围绕该工具主体与所述液压致动冲头周向相对地布置的所述支座，使得所述支座在与所述液压致动冲头周向相对的位置处抵靠套管壁；
[0066]-将所述液压致动冲头从缩回位置沿径向移动到伸出位置，以将所述塞子放置在所述已有孔眼中；和
[0067]-将所述液压致动冲头移动到完全伸出位置，由此使所述塞子变形以固定所述塞子和密封所述已有孔眼。
[0068]在一个实施例中，所述塞子的一部分可以被塑性变形。
【专利附图】
【附图说明】[0069]下面将参考所附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中:
[0070]图1示出了在套管中的冲击工具；
[0071]图2不出了冲击工具的局部剖视图；
[0072]图3示出了冲击工具的另一个实施例的局部剖视图；
[0073]图4示出了在套管中的冲击工具的另一个实施例；
[0074]图5示出了在套管中的冲击工具的又一个实施例；
[0075]图6示出了在套管中的冲击工具的再一个实施例；
[0076]图7示出了冲击工具的另一个实施例的沿该工具的轴向延伸长度的局部剖视图；
[0077]图8示出了冲击工具的另一个实施例的沿工具的垂直于工具的轴向延伸长度的径向延伸长度的局部剖视图；
[0078]图9示出了用于在井下套管中提供凹坑的冲击工具的局部剖视图；
[0079]图10示出了套管的剖视图，其中已经将电子装置固定在凹坑中；
[0080]图11示出了包括用于提供套管区段的区域隔离的隔离装置的冲击工具的局部剖视图；
[0081]图12示出了包括用于将流体注入套管的被隔离区段的注入喷嘴的冲击工具的局部首Ij视图；和
[0082]图13示出了包括适合于将塞子安装在井下套管中的已有孔眼中的液压致动冲头的冲击工具的局部剖视图。
[0083]所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。
【具体实施方式】
[0084]图1示出在井眼4中的套管3中刚冲出孔眼2a的冲击工具I。冲击工具I包括具有轴向延伸长度6的工具主体5、包括设置在该工具主体内的孔27a的冲击单元11和液压致动冲头9，该液压致动冲头9可在缩回位置和伸出位置之间移动，以能够冲掉套管3的壁13的块段12或者在套管3的壁13中提供凹坑。液压致动冲头也可用于将力施加到在井下的目标诸如塞子，以例如塞住套管中的孔眼。液压致动冲头9布置在沿相对于工具主体的轴向延伸长度基本上径向的方向延伸的孔口 27a中，且设有与所述孔口流体连通的流体入口 26以使流体能够被注入该孔口中从而致动该液压致动冲头。该冲击单元还包括支座10,该支座在该工具主体周围相对液压致动冲头周向地布置以抵靠套管壁，从而由注入所述孔口的流体产生的力被施加到液压致动冲头并用来沿径向方向移动该液压致动冲头。该支座与该工具主体固定地连接。
[0085]在一个实施例中，冲击工具还包括用于提供套管区段75的区域隔离的两个隔离装置70和用于将流体注入所述套管的被隔离区段的多个注入喷嘴80，如图11-12所示。隔离装置70环绕工具主体并在冲击单元的相对侧上沿该工具主体定位，并可从工具主体沿径向方向扩张。当隔离装置70扩张时，它们隔离套管区段75，从而提供区域隔离。隔离装置70可由可膨胀封隔器、可溶胀封隔器、压缩或皮碗式封隔器、其它井下封隔器、可收回封隔器以及它们的组合、或者本领域技术人员已知的用于在套管的内壁和工具主体之间提供密封的任何其它机构构成。注入喷嘴80布置在隔离装置70之间，允许流体通过注入喷嘴注入套管的被隔离区段75内。
[0086]冲击工具I被浸入井中并通过线缆/钢丝14被供电/提供动力，该线缆通过电缆接头15与工具连接。冲击工具I包括通过电子部段16与电缆接头15连接的马达17和由该马达驱动的泵18，其中该泵经过流体入口 26将加压流体供应到孔口 27a，以致动液压致动冲头9。在一个实施例中，该泵还与由可膨胀封隔器构成的隔离装置70流体连通。因此，可膨胀封隔器通过泵供应流体到可膨胀封隔器而从工具主体膨胀和扩张。在另一个实施例中，泵通过沿冲击工具的轴向延伸长度延伸的导管83与注入喷嘴80流体连通，如图11中的虚线所示。该泵还被流体连接到设置在冲击工具中的入口 81，由此流体可通过泵从冲击工具周围的环状空间82被抽入。从环状空间被抽入的流体可随后通过导管83被供应到注入喷嘴80并被注入套管的被隔离区段。当孔眼2a设置在套管的被隔离区段的壁中且流体被连续地注入该区段时，该区段中的流体将通过该孔眼2a排出，如图12所示。孔眼2a、2c可以是已有孔眼2c或通过冲击工具提供的孔眼2a，并且该套管还可具有多个孔眼，流体可通过这些孔眼注入。
[0087]在图2中，液压致动冲头9限定出中空空间19a，其中布置有活塞20，使得液压致动冲头9能够从其缩回位置移动到其伸出位置，因此起到液压冲击缸的作用。液压致动冲头9在主要由孔口 27a限定的可扩张空间31内移动。在一端，液压致动冲头9具有用于在金属套管中提供孔眼的冲击端21a，在相对端，设有朝向活塞的活塞杆23延伸的凸缘22。在凸缘22和活塞之间，布置有弹性件24，当液压致动冲头处于其伸出位置时，该弹性件被压缩。在另一个实施例中，从该工具主体延伸出的液压致动冲头的一端可或者适合于在金属套管中提供凹坑，如图9所示。用于在金属套管中提供凹坑的液压致动冲头可具有基本类似于尖冲头、中心冲头、锥形冲头、平凿、扁尖凿、半圆头凿及它们的组合或者本领域技术人员已知的用于提供凹坑的任何其它形状的形状。
[0088]此外，在另一个实施例中，液压致动冲头适合于将塞子61安装在套管中的已有孔眼2c中，如图13所示。液压致动冲头适合于在安装之前保持住该塞子并通过将液压致动冲头移动到伸出位置来将塞子放置在已有孔眼中。在已经将塞子放置在孔眼2c中后，该塞子可通过进一步移动液压致动冲头到完全伸出位置而变形，由此该塞子被固定在该孔眼中并且该孔眼被密封。该塞子可以是适合于密封井下套管中的孔眼的任何种类的塞子，诸如由Lee公司以商标名Lee Plug出售的塞子。Lee Plug的特别之处在于仅需要径向力来安装塞子，并且这样的塞子可因此通过根据本发明的冲击工具安装。
[0089]在已经塞住孔眼后，液压致动冲头可从工具主体进一步径向移动到更进一步伸出的位置，迫使所述塞子进一步向外并使套管壁变形，使得所述塞子不会减小套管的内径。用这种方式，塞子塞住孔眼并用来在套管壁中提供凹坑。
[0090]在图2中用虚线示出的泵18经由流体通道25将流体经入口 26提供到可扩张空间31中，以便从工具主体5沿径向向外推动液压致动冲头。当完成冲击过程时，泵停止将流体泵送到该可扩张空间31，并且流体通过弹性件24的减压力被迫使回到流体通道25。在工具主体的孔口 27a中的凹槽29中布置有密封机构28，以密封液压致动冲头9。
[0091]通过提供液压致动冲头，与现有技术中的机械操作方案相比，冲击力可显著增加。另外，试验已经显示套管中的孔眼可制成具有较高的精度并且这种切口较整齐，在边缘几乎不留毛刺。现有技术中的方案在边缘留下大量毛刺，妨碍在后面的工序中将阀插入孔眼中。如果孔眼被制成使套管向井流体诸如烃、也称为油和/或气的入流开放，则毛刺妨碍最优的流入，在毛刺侧在孔眼前方产生更大的湍流。
[0092]在图3中，支座10也从工具主体5向外伸出并因此其可滑动地布置在设置在工具主体中的第二孔口 32中，通过将流体注入第二孔口 32来致动支座10，由此该支座10相对于轴向延伸长度沿径向移动。该支座具有中空空间33，第二活塞34在该中空空间中移动，由此在活塞和设置在支座的与抵靠该套管内壁的支座的外表面相对的一端中的第二凸缘36之间压缩第二弹性件35。通过使泵将流体经由第二流体通道37和通过第二入口 39泵送到可扩张空间38来将流体注入第二孔口 32。一个泵因此可供应流体以移动液压致动冲头9和支座10，并且将流体供应到液压致动冲头9和支座10的流体通道25、37可以是一个通道。
[0093]冲击工具I可包括在套管中以预定图案冲出孔眼的若干冲击单元11，如图4所示。因此，冲击工具可用来代替射孔枪，由此避免危险的井下爆炸。如图5所示，冲击工具I包括第二冲击单元11b，该第二冲击单元也围绕工具主体5与第一冲击单元7周向相对地布置。该第二冲击单元具有与第一冲击单元7相同的设计并相对于第一冲击单元7起到支座的作用。类似地，第一冲击单元用作第二冲击单元Ilb的支座。图5中的冲击单元以180°的角向间距布置。
[0094]如图6所述，冲击工具I还可包括彼此相对且位于第一和第二冲击单元之间的第三冲击单元Ilc和第四冲击单元(未示出)。所述第三和第四冲击单元具有类似于先前描述的冲击单元的设计并相对于彼此起到支座的作用。每个冲击单元因此沿冲击工具的周向以90°的角向位移布置。另外，所述第三和第四冲击单元相对于所述第一和第二冲击单元沿冲击工具的轴向方向移位。图5所示的冲击工具因此包括间隔开的10个冲击单元，以最优化工具长度，并且所有的冲击单元可从同一泵经过相同的通道或经过若干通道被供应流体。
[0095]在图7示出的另一个实施例中，液压致动冲头和支座布置在通孔27b内。如图所示，支座10和液压致动冲头9相互接合，形成两个共同的流体连接的可扩张空间31。因此支座和液压致动冲头沿径向彼此远离的移动产生支座和液压致动冲头的径向移动。设置在活塞杆23上的活塞20被布置在每一个可扩张空间31中，并且活塞杆23通过螺钉41与支座10连接。液压致动冲头9与限定出每个可扩张空间31的一部分的冲头基部42连接，并且冲头基部42又与两个插入件40螺纹连接。活塞可在每个可扩张空间31中移动。插入件40均具有凸缘22，当液压致动冲头和支座从工具主体伸出时，所述凸缘与活塞一起压缩弹性件24。借助于通过流体通道25被泵入可扩张空间31内的流体迫使液压致动冲头9和支座10彼此离开，并且流体通过周向凹槽43被导入可扩张空间，周向凹槽43引导流体通过入口 26进入并进入缸膛44。在其中布置有液压致动冲头和支座的通孔27b中的凹槽29中布置有密封机构28，以防止流体泄漏到工具周围的环状空间82内。
[0096]为了使液压致动冲头9和支座10彼此紧固，用作止挡元件的中空杆45被布置成贯穿液压致动冲头和支座。两者均包括允许液压致动冲头9和支座10相对该杆和相对彼此移动的细长开口。该杆是中空的，以能够引导流体并具有用于使流体进入的开口，由此将流体引入可扩张空间31内。流体入口 26因此位于所述冲击单元的中心。[0097]在图8所示的另一个实施例中，冲击单元11相对于图7所示的冲击单元转动90度。否则，图8所示的冲击单元与图7所示的冲击单元具有基本相同的设计。但是，在图8中，冲击单元具有在冲头基部42内的流体通道46，以将流体从中空杆45引导到每个可扩张空间31的一端，使得流体被注入可扩张空间，直接作用在活塞上。由此，液压致动冲头9和支座10的初始移动需要较少的流体能量。
[0098]在图7和8中，液压致动冲头9的一部分与支座10的一部分接合，以控制液压致动冲头的在缩回位置和伸出位置之间的径向移动。支座10具有径向延伸的导向元件50，该导向元件与液压致动冲头9的径向延伸的导轨51接合。由此，液压致动冲头9在其外侧与支座10接合，或者反之，以控制液压致动冲头9的在缩回位置和伸出位置之间的径向移动。在图8中，在冲头基部42和支座中的凹槽内布置有密封机构28，以密封通孔27b和工具主体5。
[0099]冲击工具I设计成使得液压致动冲头的缩回位置和伸出位置之间的距离大于5mm,优选大于IOmm,更优选大于20mm,最优选大于50mm。然而,这取决于完井和在完井中存在的限制。
[0100]所述冲击工具可用来仅冲击直径小于该液压致动冲头的直径的小孔眼，因此该孔眼由液压致动冲头的末端制成。当使用双层套管时，并且当内套管在底部被堵塞时，可能有必要制成小的泄放孔并且甚至经过外套管向下泵送气体进入内套管以向上迫压流体。这样的泄放孔对于平衡套管和环状空间之间的压力也可能是必要的。当制造泄放孔时，套管的块段没有与套管的其余部分分离并且不会在环状空间中自由流动。
[0101]所述冲击工具具有若干支座和一个液压致动冲头，它们均是液压致动的，使得所述支座位于液压致动冲头的两侧上并沿径向伸出，直到液压致动冲头压靠套管的内壁。随后，液压致动冲头被致动并切入套管壁中，而无需在到达内套管壁之前移动一定长度。以这种方式，与必须在到达内套管壁之前移动一定长度的情况相比，液压致动冲头能够穿透较厚的套管。
[0102]所述液压致动冲头可以是任何种类的冲头，例如包括适合于在液压致动冲头从缩回位置到伸出位置移动的过程中使金属套管破裂的尖锐面的冲头。
[0103]如图所示，所述支座具有弯曲的凸面，该凸面适合于在冲击过程中抵靠管状金属套管的内表面。所述支座可包括附接元件，使得支座的所述面可相对于金属套管的内表面改变。支座面因此可改变成带齿表面或类似设计，以能够在冲孔的同时更好地紧固工具。
[0104]工具的泵经过滤器从井中提取流体，但该工具可替代地包括流体储器，或者该流体可通过也为供给线路的线缆从地面引入。
[0105]在下文中，将更详细地描述冲击工具的使用。在图9中，冲击工具包括用于在井下套管中提供凹坑2b的液压致动冲头9。当冲击工具已经被插入套管中且冲击单元已经就位在待提供凹坑的位置时，与液压致动冲头周向相对布置的支座10定位成使得其抵靠套管。随后，液压致动冲头从缩回位置径向移动到伸出位置，从而在金属套管中提供凹坑。当已经提供凹坑后，液压致动冲头缩回入工具主体内，并且将电子装置60固定在该凹坑中，如图10所示。所述电子装置可具有多种功能并且可包括射频识别(RFID)芯片、射频标签(RFT)和/或一个或多个传感器，诸如温度传感器。
[0106]在图11中，所述冲击工具包括用在井下套管中提供孔眼2a的液压致动冲头9。当冲击工具已经被插入套管中并且该冲击单元已经就位在待提供孔眼的位置时，与液压致动冲头周向相对布置的支座10定位成使得其抵靠套管。隔离装置70也从工具主体扩张，从而密封套管的区段75。随后，液压致动冲头从缩回位置沿径向移动到伸出位置，从而在金属套管中提供孔眼2a。当已经提供孔眼时，液压致动冲头通过由在先前提到的图中示出的弹性件施加的力缩回工具主体内。当已经在套管中冲击出孔眼时，隔离装置70也被扩张以密封套管的区段75。当已经冲击出孔眼且套管区段已被隔离时，流体被注入由隔离装置隔离的套管区段内，如图12所示。由此，迫使在被隔离区段中存在的流体经过套管中的孔眼2a并进入环形屏障90内。所述冲击工具因此可用于使环形屏障扩张或者建立环形屏障中的压力，例如使环形屏障更进一步扩张。所述冲击工具也可用于本领域技术人员可以想到的其它注入目的，例如用于使可膨胀封隔器或其它类型的环形屏障膨胀，用于在插入套管后冲刷环状空间，用于对套管外侧的地层进行酸化处理，或者用于液压破碎目的。
[0107]在图13中，所述冲击工具包括用于在套管中的已有孔眼2c中安装塞子61的液压致动冲头9。在形成一系列环形屏障的一部分的环形屏障存在缺陷的情况下，这种功能可有重大意义。如果例如环形屏障在图13所示的膨胀过程中已经破裂，或者如果环形屏障由于其它原因泄漏，则环形屏障可为有缺陷的，并且注入井中以使一系列环形屏障膨胀的流体将因此流动通过有缺陷的环形屏障进入地层。因此，一系列环形屏障不能膨胀，因为通过从顶部给井加压或者通过给井的包含有缺陷的环形屏障的区段加压不能达到需要的压力。然而，通过在构成通向有缺陷的环形屏障的入口的已有孔眼2c中插入塞子61，有缺陷的环形屏障被密封并且其余的环形屏障仍可以膨胀。
[0108]为了能将塞子安装在已有孔眼2c中，已有孔眼的精确位置必须是已知的，并且操作人员必须能够将冲击工具定位在正确的位置来安装冲头。为了有利于冲击工具的定位，环形屏障附近的套管和冲击工具可以设有相关的标记标签91和标记标签识别装置92。标记标签91可布置在套管上并且标记标签识别装置92可布置在冲击工具上，或者以差不多的其它方式。标记标签91可以是射频识别(RFID)芯片、射频标签(RFT)或者本领域技术人员已知的适合于发送或接收信号的任何其它装置，标记标签识别装置92可以是本领域技术人员已知的、用于检测标记标签91相对于冲击工具的位置的任何种类的传感器或接收器。在一个实施例中，标记标签91和标记标签识别装置92可由机械定位装置代替，由此冲击工具可闩锁到套管内来确定冲击工具相对于已有孔眼2c的正确定位。
[0109]当冲击工具已经被插入套管中且冲击单元已经定位成使得活塞与待密封的已有孔眼相对时，布置成与液压致动冲头周向相对的支座10被定位成使得其抵靠套管。随后，液压致动冲头从缩回位置沿径向移动到伸出位置，使得塞子被布置在孔眼中并且该孔眼被密封。塞子的安装可需要向该塞子施加更大的径向力，以使塞子的一部分塑性变形。为了向塞子施加更大的径向力，液压致动冲头可移动到完全伸出位置，由此使该塞子变形。
[0110]在已经将塞子安装在构成通向有缺陷的环形屏障的入口的已有孔眼2c中之后，有缺陷的环形屏障被密封。由此，可对井再次施加压力来使其余的环形屏障膨胀，因为被注入的流体不会通过有缺陷的环形屏障泄漏。
[0111]在另一个实施例中，所述冲击工具可包括多个冲击单元，其中一个或多个冲击单元包括适合于在套管中提供孔眼的液压致动冲头，并且一个或多个其它冲击单元包括适合于安装塞子的液压致动冲头。所述冲击工具可因此将塞子安装在已有孔眼中来如上所述密封孔眼并在被密封的孔眼附近提供新的孔眼。或者，冲击工具可提供新孔眼，扩大已有孔眼或修整断口，以允许安装塞子来密封已有孔眼或断口。
[0112]流体或井流体是指可存在于油井或气井井眼中的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井或裸井中的任何类型的气体组分，油是指任何类型的油组分,例如原油、含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。
[0113]套管是指在井下使用的与油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管状件、衬
管、管柱等。
[0114]在该工具未被完全浸入套管中的情况下，可使用井下牵引器来将所述工具完全推入井中的位置。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如Well Tra.ctor?。
[0115]尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。
【权利要求】
1.一种用于在井眼(4)中的金属套管(3)中提供孔眼(2a)或凹坑(2b)的冲击工具(1)，包括: -具有轴向延伸长度(6)的工具主体(5);和 -与该工具主体连接的冲击单元(11)，包括: -设置在该工具主体中的孔口(27a)，所述孔口相对于所述轴向延伸长度基本上径向地延伸； -与该孔口流体连通的流体入口(26);和 -布置在该孔口中的液压致动冲头(9)，所述液压致动冲头能够在缩回位置和伸出位置之间移动； 其中通过将流体经过所述流体入口注入所述孔口内来使所述液压致动冲头移动到所述伸出位置。
2.根据权利要求1所述的冲击工具，还包括环绕该工具主体且在该冲击工具的相对侧上沿该轴向延伸长度间隔开布置的两个隔离装置(70)，所述隔离装置能够从该工具主体沿径向方向扩张，由此提供井下套管的区段(75)的区域隔离，并且其中该冲击工具还包括用于将流体注入所述套管的由所述隔离装置隔离的区段的一个或多个注入喷嘴(80)，所述注入喷嘴布置在所述隔离装置之间。
3.根据权利要求2所述的冲击工具，还包括与该工具主体相关联地布置的泵(18)，该泵被连接到所述流体入口，以用于将液压流体供应到所述孔口，从而将该液压致动冲头移动到所述伸出位置。
4.根据权利要求3所述的冲击工具，其中，所述隔离装置由可膨胀封隔器构成，通过向所述可膨胀封隔器供应流体的泵`使所述可膨胀封隔器从该工具主体膨胀和扩张。
5.根据权利要求3或4所述的冲击工具，其中，所述泵与所述一个或多个注入喷嘴流体连通，并且该泵适合于经过所述一个或多个注入喷嘴将流体注入所述套管的由所述隔离装置隔离的区段内。
6.根据权利要求5所述的冲击工具，还包括流体连接所述泵与所述冲击工具周围的环状空间(82)的入口(81)，其中该泵适合于从该环状空间抽吸流体并将来自该环状空间的流体经过所述一个或多个注入喷嘴注入到所述套管的由所述隔离装置隔离的区段内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冲击工具，其中，所述冲击单元包括围绕该工具主体与所述液压致动冲头周向相对地布置的支座(10)。
8.根据权利要求7所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头的一部分与该支座的一部分接合，以控制所述液压致动冲头的在所述缩回位置和所述伸出位置之间的径向移动。
9.根据权利要求7或8所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头和所述支座中的一者包括一个或多个径向延伸的导向元件(50)，并且所述液压致动冲头和所述支座中的另一者包括一个或多个径向延伸的导轨(51)，所述导轨适合于与所述导向元件接合，以控制所述液压致动冲头的在所述缩回位置和所述伸出位置之间的径向移动。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头和所述支座限定出一可扩张空间(31)。
11.根据权利要求10所述的冲击工具，其中，所述冲击单元还包括活塞(20)和弹性件(24)，当所述液压致动冲头被移动到所述伸出位置时，该弹性件被压缩。
12.根据前述权利要求中任一项所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头和所述支座布置在该工具主体中的通孔(27b)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的冲击工具，其中，所述工具包括多个冲击单元(11，lib,11c)。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的冲击工具，其中，所述活塞能够在由所述液压致动冲头或所述液压致动冲头的基部(42)所限定的中空空间(19a，19b)中移动，其中所述活塞通过活塞杆(23)与所述支座连接。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头和所述支座中的一者通过活塞杆(23)与所述活塞连接，并且所述液压致动冲头和所述支座中的另一者具有布置在该工具主体内部的端部，所述端部包括凸缘(22)，并且在所述活塞和所述凸缘之间布置弹性件(24)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的冲击工具，其中，一止挡元件(45)布置成与所述液压致动冲头和所述支座连接，以避免所述液压致动冲头和所述支座分离。
17.根据权利要求16所述的冲击工具，其中，所述止挡元件布置成与所述流体入口连接。
18.根据前述权利要求中任一项所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头为适合于在金属套管中提供凹坑的冲头。
19.根据权利要求18所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头为尖冲头、中心冲头、锥形冲头、平凿、扁尖凿、半圆头凿或者它们的组合。
20.根据前述权利要求中任一项所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头为适合于将塞子(61)安装在井下套管中的已有孔眼(2c)中以密封该已有孔眼的冲头。
21.根据权利要求20所述的冲击工具，其中，所述液压致动冲头还适合于在将该塞子安装在已有孔眼中之前保持所述塞子，以在所述液压致动冲头被移动到伸出位置时将该塞子放置在该已有孔眼中以及在所述液压致动冲头被移动到完全伸出位置时使该塞子变形。
22.一种用于在井下金属套管中提供孔眼或凹坑的方法，包括以下步骤: -在所述井下金属套管中提供根据权利要求1-19中任一项所述的冲击工具； -将所述冲击工具的所述冲击单元定位在待提供孔眼或凹坑的位置； -定位围绕该工具主体与所述液压致动冲头周向相对地布置的所述支座，使得所述支座在与所述液压致动冲头周向相对的位置处抵靠套管壁；和 -将所述液压致动冲头从缩回位置沿径向移动到伸出位置，从而通过处于伸出位置的所述液压致动冲头在所述金属套管中提供孔眼或凹坑。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述液压致动冲头沿径向移动，以在该金属套管中提供孔眼，该方法还包括以下步骤: -使所述隔离装置从该工具主体沿径向方向扩张，由此提供所述井下套管的区段(75)的区域隔离；和 -将流体注入到所述套管的由所述隔离装置隔离的区段中，由此迫使流体经过在该套管中提供的孔眼。
24.根据权利要求22所 述的方法，其中，所述液压致动冲头沿径向移动，以在所述金属套管中提供凹坑，该方法还包括以下步骤:-将电子装置(60)布置在所述凹坑或孔眼中，所述电子装置包括射频识别(RFID)芯片、射频标签(RFT)和/或一个或多个传感器，诸如温度传感器。
25.一种用于将塞子例如Lee-塞子安装到井下套管中的已有孔眼中的方法，该方法包括以下步骤: -在所述井下套管中提供根据权利要求20-21中任一项所述的冲击工具； -将所述冲击工具的所述冲击单元定位在与所述已有孔眼相对的位置； -定位围绕该工具主体与所述液压致动冲头周向相对地布置的所述支座，使得所述支座在与所述液压致动冲头周向相对的位置处抵靠套管壁； -将所述液压致动冲头从缩回位置沿径向移动到伸出位置，以将所述塞子放置在所述已有孔眼中；和 -将所述液压致动冲头移动到完全伸出位置，由此使所述塞子变形以固定所述塞子和密封所述已有孔眼。
【文档编号】E21B43/112GK103797212SQ201280044906
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】J·哈伦德巴克, R·索默尔 申请人:韦尔泰克有限公司