衬套悬挂器系统的制作方法

[0001]
本说明书主要涉及衬套悬挂器系统的示例。


背景技术：

[0002]
套管柱可以安装在井眼中以衬里(line)井眼(wellbore)并保持井眼的完整性。可以顺序地将一个或多个套管安装在井眼中以形成套管柱。将套管柱安装在井眼中可以包括钻出具有第一直径的第一孔以及安装被配置为衬里第一孔的长度的第一套管。第一套管可以被固定到井中。可以从第一孔钻另一个孔。另一个孔可以具有较小的第二直径。可以通过衬里第一孔的套管进行钻孔。第二套管被配置为衬里第二孔的长度。可以使用衬套(liner)悬挂器将第二套管安装在第一套管柱的端部或端部附近。衬套悬挂器在第一套管和第二套管之间形成接头。衬套悬挂器可以被认为是套管柱的一部分。


技术实现要素：

[0003]
示例衬套悬挂器系统包括用于衬里井眼的套管和配置为用于连接至井眼内的套管的一部分的套环。套环具有第一形状，并且衬套悬挂器具有基于第一形状的第二形状。衬套悬挂器被配置成装配在套环内并由套环支撑。该系统还包括连接至衬套悬挂器的筛网。示例系统可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。
[0004]
第一形状可以包括从顶部到底部逐渐变细的圆柱形状。第二形状可以包括从顶部到底部逐渐变细的圆柱形状。第一形状可以在套环的内部轮廓处。第二形状可以在衬套悬挂器的外部轮廓处。
[0005]
该系统可以安装在可能用于垂直水井的井眼中。筛网可以被配置为允许水通过筛网，但是防止至少一些颗粒物质通过筛网。该系统可以包括坐封工具，该坐封工具被配置为连接至衬套悬挂器以将衬套悬挂器附接到套环。坐封工具可包括可在井眼内向井下伸入的管。坐封工具可被配置为使用j形槽机构连接至衬套悬挂器。j形槽机构可以包括两个j形槽结构，两个j形槽结构被配置为在衬套悬挂器的内部轮廓上彼此相对。该系统可以包括锚定器，锚定器可以从坐封工具的轴的相对侧延伸并且被配置为接合两个j形槽结构。筛网可以包括第一螺纹。衬套悬挂器可包括第二螺纹。第二螺纹可以与第一螺纹互补。该系统可以包括不被固定在井眼内的衬套悬挂器。
[0006]
一种示例方法包括将筛网附接到衬套悬挂器并且将坐封工具连接到附接了筛网的衬套悬挂器。示例方法包括将连接到衬套悬挂器的坐封工具伸入井眼。坐封工具伸入井眼中到靠近衬里井眼的套管的端部的点。套管包括位于靠近套管的端部的套环。该示例方法包括将衬套悬挂器固定至套环，并从衬套悬挂器释放坐封工具。该示例方法可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。
[0007]
释放可以包括向坐封工具施加向下的力，并且在施加向下的力的同时旋转坐封工具。井眼可以用于垂直水井。筛网可以衬里垂直水井的生产区域的至少一部分。将坐封工具连接到衬套悬挂器可以包括将位于坐封工具上的锚定器连接到衬套悬挂器内侧的j形槽机
构。从衬套悬挂器释放坐封工具可包括向坐封工具施加向下的力并旋转坐封工具，以从j形槽机构释放锚定器。
[0008]
衬套悬挂器的外部轮廓可具有基于套环的内部轮廓的第二形状的第一形状。衬套悬挂器的外部轮廓可以具有与套环的内部轮廓的第二形状互补的第一形状。坐封工具可被配置成使用j形槽机构连接至衬套悬挂器。j形槽机构可包括在衬套悬挂器的内部轮廓上彼此相对的两个j形槽结构。
[0009]
本说明书中所述的任何两个或更多个特征，包括本发明内容部分中的特征，可以组合以形成本说明书中未具体描述的实施方式。
[0010]
本说明书中描述的系统、技术和过程，或系统、技术和过程的部分，可以由计算机程序产品控制，该计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令，它们可以在一个或多个处理设备上执行以控制(例如，协调)本说明书中描述的操作。本说明书中描述的系统、技术和过程，或者系统、技术和过程的部分，可以被实施为一种装置、方法或系统，其可以包括一个或多个处理设备和存储器来存储可执行的指令以实施各种操作。
[0011]
在下文附图和说明中阐述了一种或多种实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求，其他特征和优点将显而易见。
附图说明
[0012]
图1是井中示例套管柱和筛网的组件的剖视侧视图。
[0013]
图2是示例套管柱的组件的剖视侧视图。
[0014]
图3是示例套管柱的组件的剖视侧视图。
[0015]
图4是示例衬套悬挂器系统的组件的剖视侧视图。
[0016]
图5是示出用于在井中安装衬套悬挂器系统的示例过程的流程图。
[0017]
图6是示出用于从井中取回先前安装的衬套悬挂器和套管柱的示例过程的流程图。
[0018]
不同附图中相同的参考数字表示相同的元件。
具体实施方式
[0019]
在本说明书中描述了示例衬套悬挂器系统，以及用于安装和取回衬套悬挂器系统的示例方法。就这一点而言，衬套悬挂器系统可用于将一个或多个套管或套管柱顺序地附接在井眼中，并附接筛网以衬里井的完井(completion zone)区。完井区可以位于含水层附近或跨过含水层，以便从井眼中产生水。套管柱可包括顺序连接的多个套管。本说明书中描述的示例适用于单独的套管和套管柱。然而，这些示例是在套管柱的情况下描述的。
[0020]
随着井眼变窄，衬套悬挂器将套管柱的各段固定在一起，形成接头。衬套悬挂器一旦安装后，便会抵抗施加在套管柱上的力，以在生产过程中保持井眼完整性。例如，进入井眼并被泵送到表面的水可能是湍流的，并且可能在套管柱内施加力。衬套悬挂器与套管段的连接抵抗这些力，以将套管柱固定在井眼内。
[0021]
衬套悬挂器可配置成从井下套管的内壁附接或悬挂一个或多个套管柱。可以使用坐封工具(setting tool)将包括已附接的套管柱和筛网在内的衬套悬挂器向井下运送至
已安装套管端部附近的点。已安装的套管可以是井下最远的套管柱的组件，也可以是单独的套管。坐封工具可用于将衬套悬挂器连接到已安装套管的一部分。然后可以释放坐封工具，并且包括套管柱和筛网在内的衬套悬挂器可以保持在井下并附接到已安装的套管上。
[0022]
在示例中，在衬套悬挂器和已安装的套管的一部分之间的井下连接是锥形或插入式连接。两个组件之间的插入式连接是其中第二组件装配在第一组件的形状内的连接。可以通过向衬套悬挂器施加力以紧密地装配在已安装的套管的一部分内来实现衬套悬挂器与已安装的套管的一部分之间的插入式连接。这种插入式连接在顺序的套管段之间产生密封，从而其在生产过程中可以承受力。插入式连接可以在位于套管柱上的套环(collar)和衬套悬挂器之间。套环可被配置为用于连接至井眼内的套管的一部分。套环可以具有第一形状，并且衬套悬挂器可以具有基于第一形状的第二形状。衬套悬挂器可配置成装配在套环内并由套环支撑。该形状可以包括套环的第一形状的锥形以匹配衬套悬挂器的第二形状的锥形。第一形状可以是套环的内部轮廓，并且可以是从顶部到底部逐渐变细的圆柱形状。第二形状可以是衬套悬挂器的外部轮廓，并且可以是从顶部到底部逐渐变细的圆柱形状。
[0023]
坐封工具可以在表面处连接到衬套悬挂器。坐封工具可以被配置成使用机械连接来连接到衬套悬挂器。在示例中，机械连接可以包括j形槽。可以通过在坐封工具上施加向下的力并旋转坐封工具以从衬套悬挂器释放坐封工具，来将坐封工具从衬套悬挂器上断开连接。
[0024]
坐封工具还可用于从井下取回衬套悬挂器和连接的组件。为了从井下取回衬套悬挂器，将坐封工具伸入井下(run downhole)至衬套悬挂器的位置。可以通过旋转坐封工具以使其接合并安装在衬套悬挂器的j形槽中，来将坐封工具附接到衬套悬挂器。可以向衬套悬挂器施加向上的力以释放衬套悬挂器，并将衬套悬挂器和连接的组件运送到表面。
[0025]
图1示出了包括安装在垂直井中的示例套管柱的组件的系统。该系统包括安装有套管靴(casing shoe)3的套管2。套管2从地层1的地面延伸。套管靴3在套管柱的端部。套管靴3可以是套环并且可以使用螺纹连接来连接。套管靴3可以配置成使用圆形外部轮廓将套管引导到井眼中。在此示例中，下一个要安装的套管(例如，从套管2安装)是套管4。在此示例中，套管4在套管2内单独伸入，并包括套管靴5。因此，套管4的外径可以是配置为装配入套管2的内径中。筛网8也可以安装在套管柱4的端部或稍高于套管柱4的端部。在垂直水井的示例中，筛网可以安装在井的生产区中。
[0026]
在图1的示例中，筛网8连接到套管柱4，略高于套管靴5。在此示例中，使用衬套悬挂片(slip)7固定连接，形成与套管靴5的装配连接。衬套悬挂片7可以向外延伸以加强套管柱4与筛网8的连接。筛网8还包括延伸至井的完井区10的靴9。筛网8可以衬里井的完井区10。筛网8可以帮助保持井的完整性，同时允许通过筛网生产水。与柱中的单独的套管不同，通常不将筛网(例如筛网8)固定，以允许来自完井区10的流体流经筛网并流入井，以及向上通过井。筛网可以被配置为允许水通过筛网，但是防止颗粒物质通过筛网。
[0027]
示例筛网可以包括多个段，称为筛网段。不同的筛网段可以具有相同的长度或不同的长度。不同的筛网段可以由相同的材料或不同的材料制成。两个筛网段可以使用螺纹连接来相互连接。例如，每个筛网段在其两端都可以具有螺纹。两个筛网段可以通过互补螺纹来连接。包括一个或多个筛网段的筛网可以任何合适的方式连接到衬套悬挂器。例如，筛网可以具有第一螺纹，而衬套悬挂器可以具有与第一螺纹互补的第二螺纹。第一螺纹和第
二螺纹可以配合，从而得到筛网与衬套悬挂器之间的连接。
[0028]
在图1的系统中，衬套顶部封隔器6密封套管柱的段，使得诸如水的生产流体流过套管柱到达表面并且不会逸出到井眼中。衬套顶部封隔器6还可以防止不需要的地层物质或水泥进入套管柱的内部。在操作中，衬套顶部封隔器6可使用衬套顶部封隔器的外表面上的弹性体材料或o形环在套管段之间形成密封。在另一个示例中，衬套顶部封隔器6上可以包括密封套筒或被配置为一旦放置在套管柱内就膨胀的材料，以形成密封。
[0029]
图2和图3示出了示例性套管柱11和16，其类似于图1中的套管柱4。套管柱11和16可用于衬里井眼并且可被配置为连接至筛网并悬挂筛网以衬里完井区域10。图2和图3示出了附加组件，附加组件可以安装在套管柱上以与筛网形成连接以衬里完井区域10并辅助将套管柱安装在井眼中。在图2中，示例套管柱11包括坐封座环12。坐封座环12可用于将套管柱11连接至另一套管柱或筛网。坐封座环12可以通过螺纹连接连接到套管柱11。例如，可使用沿着靴轨的内表面的与坐封座环12外部轮廓上的螺纹配合的螺纹，将坐封座环12置于套管柱11或16的靴轨稍稍上方并拧入该靴轨中。套管柱11延伸越过坐封座环12到达段13。段13包括浮环(float collar)14和浮靴(float shoe)15。浮环14可以附接到套管的外部，并且可以包括阀，以当套管柱11在井下时阻止流体或水泥流入到套管中。浮靴15可包括阀，以当套管柱11在井下时防止流体或水泥流入套管柱11，并且可在安装期间将套管柱11引导到井眼中。图2所示的套管柱11和套管柱11上的组件可以设计为13 3/8英寸直径的套管柱，并且包括13 3/8英寸直径的浮靴15。
[0030]
图3示出了可以悬挂在井眼中的套管柱的另一示例，该套管柱具有与图2中的套管柱11的组件相似的组件。套管柱16包括坐封座环18和浮环20。此外，套管柱16包括停落环(landing collar)17。停落环17位于套管柱16的端部附近，坐封座环18和浮环20的井上。停落环17可以在固井操作期间用作止挡件。套管柱16延伸越过坐封座环18，以包括包括浮环20和浮靴21的段。套管柱16还可包括短节(pup joint)19，以调节套管长度。浮环20可以附接到套管柱16的外部，并且可以包括阀，以当套管柱位于井下时阻止流体或水泥流到套管柱中。浮靴21可包括阀位以在套管柱处于井下时防止流体或水泥流入套管柱，并且可在安装期间帮助将套管引导到井眼中。图3中套管柱16和套管柱16上的组件可以被设计为9 5/8英寸直径的套管柱，并且包括9 5/8英寸直径的浮靴21。
[0031]
图4示出了示例性衬套悬挂器系统的组件，该示例性衬套悬挂器系统可用于将筛网附接到安装在井眼中的套管柱上，例如图1中的套管柱4或分别在图2和图3中的套管柱11和16。衬套悬挂器系统还可用于将另一套管柱附接到安装在井眼中的套管柱上。示例性衬套悬挂器系统的组件包括但不限于坐封工具22、衬套悬挂器24和筛网29。坐封工具22包括锚定器23，并且被配置为连接至衬套悬挂器24。锚定器23被配置为接合并连接到位于衬套悬挂器24的内部轮廓上的j形槽31。衬套悬挂器系统被配置为附接到筛网29。衬套悬挂器24在一端部包括螺纹27，以与筛网29的螺纹28形成螺纹连接。在衬套悬挂器附接另一套管柱而不是筛网的示例中，套管柱可通过类似的螺纹连接附接到衬套悬挂器24。筛网29可通过使用螺纹30的螺纹连接而连接至另一筛网段。
[0032]
衬套悬挂器24的外部轮廓25被配置为与先前安装的套管柱上的坐封座环的内部轮廓匹配。衬套悬挂器可以连接到坐封座环，例如图2所示的坐封座环12或图3所示的坐封座环18。在图4的示例中，衬套悬挂器24是插入式衬套悬挂器，其具有包括脊状结构26的外
部轮廓25。在该示例中，外部轮廓25为圆柱形并且从顶部到底部逐渐变细。外部轮廓可以包括但不限于如图4所示的一个或多个脊状结构26。脊可以是沿衬套悬挂器的外部轮廓的任何高度和间隔，并且可以被配置为与坐封座环的内部轮廓匹配。外部轮廓可以是没有脊的光滑表面，其被配置为匹配并装配在坐封座环的光滑内部轮廓内。衬套悬挂器的外径可以与套环的内径匹配，以形成插入式连接。
[0033]
坐封座环可被配置为用于连接至井眼内的套管的一部分，并具有第一形状。第一形状不限于分别在图2和图3中的坐封座环12和18的形状。衬套悬挂器24可具有基于坐封座环的第一形状的第二形状。衬套悬挂器24可被配置为装配在坐封座环内并由其支撑。坐封座环(例如坐封座环12或18)和衬套悬挂器24可以连接以在衬套悬挂器的外轮廓表面和坐封座环的内部轮廓表面之间形成过盈配合(interference fit)。过盈配合可在两个表面之间产生摩擦力，该摩擦力大于在生产期间井中的流体将在衬套悬挂器上产生的预测的力。
[0034]
在井中生产流体的过程中，可以保持衬套悬挂器与井上套管柱的坐封座环之间的连接。在某些情况下，该连接应具有足够的强度以抵抗在井中流体生产过程中组装件上的力。连接的类型可以取决于井的类型或井中的状况。连接的类型可以取决于所产生的流体的类型。连接的类型可以取决于预期施加在组装件上的预测的力。在垂直水井中，预测的力可以包括施加在组装件上的预期的水压。
[0035]
坐封工具可通过机械连接(例如j形槽)连接到衬套悬挂器。j形槽可被配置为衬套悬挂器轮廓的一部分内的切口或开槽区域。j形槽的形状可以是弯曲的或几何形的，例如“j”形。j形槽可以提供允许旋转连接和断开的连接机构。锚定器，例如坐封工具上的突起，可以被配置为在j形槽内滑动以形成连接。在一个示例中，j形槽连接可以包括在衬套悬挂器轮廓的相对侧上的两个j形槽。锚定器，例如图4的锚定器23，可以包括彼此相对的两个突起，并且被配置为与衬套悬挂器24的j形槽接合并在其中移动。在锚定器23上的突起可以包括从坐封工具的相对侧延伸的两个销。当销与衬套悬挂器24的内部轮廓接触时，它们可以缩回到坐封工具内。锚定器23的突起可以在到达j形槽时延伸以延伸到j形槽中。施加在坐封工具22上的旋转力使锚定器23旋转，以将j形槽内的突起滑动到锁定位置。可以将向上的力施加到坐封工具22和锚定器23，以将延伸移动到j形槽的端部并进入锁定位置。
[0036]
可以通过与将锚定器锁定在j形槽内的运动相反的运动来执行将锚定器23从j形槽上解锁。在示例中，可以在旋转力之后或与旋转力同时向坐封工具施加向下的力，以便在j形槽内滑动锚定器23的突起。如果突起是可缩回的销，则响应于突起与衬套悬挂器轮廓的接触，当锚定器移动到j形槽之外时，销可以缩回。
[0037]
图5示出了使用例如参照图4描述的类型的衬套悬挂器在垂直水井完井时安装包括筛网的套管的示例过程。根据示例过程，钻孔(32)以在井眼中容纳套管柱的段。套管伸入(33)井下。套管和衬套悬挂器可以在钻杆组装件上伸入井下，也可以使用任何适当工具从表面部署到井下。该孔可以是通过先前安装的套管柱钻的孔。套管可以具有任何适当的尺寸和配置。例如，套管可以具有图2中所示的套管的配置或图3中所示的套管的配置。在一些实施方式中，套管包括坐封座环。
[0038]
在套管柱达到要求的深度后，钻杆可使用插入式连接连接到先前的套管柱，例如13-3/8英寸的套管柱。套管柱被固定(34)。钻(35)另一个孔，以使井眼跨过含水层延伸。可以使用工具钻穿已安装的套管柱内径来钻该孔。例如，如果已安装的套管柱是9 5/8英寸的
套管柱，则内径可以是81/2英寸。钻穿套管柱内径的孔将小于81/2英寸。如果需要，可以使用钻头或配置为刮擦坐封座环的刮刀，从靴轨、或浮环和停落环之间的空间中清除水泥。
[0039]
如果所钻的孔到达或接近井的完井区，则可以将一个或多个筛网结合入完井区中。在孔中伸入(36)所需的筛网长度。筛网与衬套悬挂器和坐封工具连接(37)，并向井下伸入(38)到底部。要使用的筛网长度可以对应于(例如，等于)完井区的长度。在筛网包括一个以上的段的情况下，筛网段可以被结合以形成筛网组装件，该筛网组装件足够长以衬里完井区。筛网组装件连接到衬套悬挂器。例如，可以使用衬套悬挂器上的螺纹和筛网上的互补螺纹来完成此操作。衬套悬挂器连接至诸如坐封工具22的坐封工具。在该示例中，坐封工具22包括锚定器23，以接合并连接至衬套悬挂器24的内部轮廓上的j形槽31。
[0040]
衬套悬挂器组装件，包括坐封工具、衬套悬挂器和筛网，在钻杆上向井下伸入(38)。衬套悬挂器停落(39)在位于靠近先前套管柱端部的点的坐封座环上。例如，衬套悬挂器24可以停落在套管柱16的坐封座环18上。衬套悬挂器24可以与坐封座环18形成牢固的插入式连接。向坐封工具施加(40)向下的力和旋转以从衬套悬挂器上释放坐封工具。例如，向坐封工具22施加向下的力以减轻衬套悬挂器24和筛网29的重量并减轻在坐封套环18上的重量。释放之后，将坐封工具22从孔中拉出到表面，包括筛网29的衬套悬挂器24保持落座在井下坐封座环18上。因此，筛网29保持在井下并衬里井眼的完井区。
[0041]
可以使用图6的示例过程来取回具有安装在井中的筛网的衬套悬挂器。例如，可以使用坐封工具22来取回停落在坐封座环18上的衬套悬挂器24。参见图6，坐封工具在钻杆上向井下伸入(41)到达衬套悬挂器的位置。坐封工具与衬套悬挂器的内部轮廓接合(42)。例如，可通过旋转坐封工具直到锚定器23接合并连接到衬套悬挂器24的j形槽31，来将坐封工具22连接到衬套悬挂器24。从而，坐封工具被连接到衬套悬挂器和筛网。施加(43)向上的力，以从坐封座环上释放衬套悬挂器。连接到衬套悬挂器和筛网的坐封工具在钻杆上被拉出(44)到表面。坐封工具与衬套悬挂器断开连接(45)。例如，通过从衬套悬挂器24的j形槽31释放坐封工具锚定器23，使坐封工具22与衬套悬挂器24断开连接。可以在衬套悬挂器24内旋转坐封工具22以从j形槽31释放坐封工具22的锚定器23。
[0042]
可以通过钻杆在表面上的旋转来实施坐封工具的旋转。之后，可以从柱中取回(46)筛网(29)。
[0043]
图5和图6的示例过程可以包括但不限于在如图2所示的套管柱11或如图3所示的套管柱16上安装衬套悬挂器和筛网。例如，图5的示例过程可用于将图3所示类型的9 5/8英寸套管柱安装到图2类型的13 3/8英寸套管柱上。例如，通过不包括坐封座环12，套管柱16的外径可以被配置为装配在套管柱11的内径内。
[0044]
在本说明书中描述的示例系统可以实施在垂直的井中或针对全部或部分非垂直的井实施。例如，该系统可用于在垂直井或偏斜井中安装或移除组件。
[0045]
在本说明书中描述的示例性衬套悬挂器系统可以被配置为在不同类型的水井中安装套管柱或筛网。
[0046]
本说明书中描述的系统和过程的全部或部分及其各种修改(以下称为“系统”)可以至少部分地由一台或多台计算机使用有形地体现在一个或多个信息载体(例如在一个或多个非暂时性机器可读存储介质)中的一个或多个计算机程序来控制。可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写计算机程序，并且可以以任何形式进行部署，包括作
为独立程序或作为模块、部件、子例程或其他适合在计算环境中使用的单元进行部署。可以将计算机程序部署为在一台计算机上执行，或在一个站点上或分布在多个站点上通过网络互相连接的多台计算机上执行。
[0047]
与控制系统有关的动作可以由一个或多个可编程处理器执行一个或多个计算机程序以控制前述的所有或某些操作来执行。系统的全部或部分可以由专用逻辑电路控制，例如fpga(现场可编程门阵列)、asic(专用集成电路)、或fpga和asic两者。
[0048]
适用于执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区或随机访问存储区或其两者接收指令和数据。计算机的元件包括一个或多个用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储区域设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从一个或多个机器可读存储介质(例如用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘)接收数据、或将数据传输到该一个或多个机器可读存储介质、或同时接收和传输数据。适用于体现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区，例如包括：半导体存储区设备，例如eprom(可擦除可编程只读存储器)、eeprom(电可擦可编程只读存储器)和闪存区域设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及cd-rom(光盘只读存储器)和dvd-rom(数字多功能光盘只读存储器)。
[0049]
所描述的不同实施方式的元件可以组合以形成先前未具体阐述的其他实施方式。元件可以被排除在所描述的系统之外，而不会不利地影响它们的操作或总体上系统的操作。此外，可以将各种单独的元件组合成一个或多个单独的元件以执行本说明书中描述的功能。
[0050]
在本说明书中未具体描述的其他实施方式也在所附权利要求的范围内。
[0051]
要求保护的方案如权利要求所记载。