使管柱进入或通过井筒变形且相异的邻接壁的方法和设备的制造方法【专利说明】使管柱进入或通过井筒变形且相异的邻接壁的方法和设备[0001]对相关申请案的交叉参考[0002]本申请案主张以下英国专利申请案的优先权:2011年7月5日申请且以GB2484166A在2012年4月4日公开的标题为“使用和报废地下井的线缆兼容的无钻机可操作环状可卩齿合系统(CableCompatibleRig-LessOperatableAnnuliEngagableSystemForUsingAndAbandoningASubterraneanWelI)”的第GB1111482.4号专利申请案；2011年9月19日申请的标题为“用于定标、开发、测试及改善新技术的常规设备线缆兼容的无钻机可操作报废方法(Convent1nalApparatusCableCompatibleRig-LessOperableAbandonmentMethodForBenchmarking,Developing,TestingAndImprovingNewTechnology)”的第GBl111482.4号专利申请案；2011年12月16日申请的标题为“使用压缩装置用于将资源重新分配给新技术、棕地和绿地开发的空间提供系统(ASpaceProvis1nSystemUsingCompress1nDevicesForTheReallocat1nOfResourcesToNewTechnology,BrownfieldAndGreenfieldDevelopments)”的第GB1121742.9号专利申请案，其中说明书也根据2011年12月16日申请且以GB2486591在2012年6月20日公开的标题为“具有流体动力流体轴承及均质机的旋转棒、滑动及振动减小钻井稳定器(RotaryStick,SlipAndVibrat1nReduct1nDrillingStabilizerWithHydrodynamicFluidBearingsAndHomogenizers)”相关英国专利申请案(第GB1121741.1号专利申请案)而公开，所有所述英国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域：
[0003]本发明大体涉及使用任何井下装置的井干预方法和设备，所述井下装置可与周界可调适设备及工具串实施例一起操作以促使进入或通过地下井筒的由例如其中的摩擦阻塞性残渣或其阻塞性周界形成的阻塞性相异邻接通道壁。阻塞性相异邻接通道可为例如井筒壁变形的结果，所述井筒壁变形是归因于安装之后的地下层移动及/或井操作对井筒的损坏。本发明涉及用于引导且使工具串穿越变形或受限的井筒通道壁或变形且受限的井筒通道壁的方法和设备，且可与井干预、报废、悬吊及/或规划的侧钻操作一起使用，尤其是在沿着通道的大致邻接但不规则的井筒轴线及/或实质上不同的壁周界妨碍或限制到井筒的下端的常规进入的情况下。【
背景技术：
】[0004]本发明提供成本较低及/或安全的压力可控卷曲管柱操作，其优于较高成本操作，包括例如利用进行高压降管及剥除操作或掘井及开孔操作的液压修井单元及/或钻机的接合管操作。[0005]本发明大体涉及用于通过例如清洁、切割、折弯或研磨沿着通道壁的实质上不同直径以移除妨碍进入或通过的摩擦力来引导且使工具串穿越变形或受限的井筒通道壁或变形且受限的井筒通道壁的方法和设备。在沿着通道的大致邻接但不规则的井筒轴线及/或实质上不同的壁周界由于例如收缩、损坏、污垢堆积、孔填充及/或完井尾管限制而妨碍或限制到井筒的下端的常规及现有技术进入的情况下，本发明可与井干预、报废、悬吊及/或规划的侧钻操作一起使用。常规或现有技术井下装置可通过本发明引导以提供到井筒的所述下端的进入及通过。[0006]本发明的方法和设备可用以使用各种常规井下装置提供经由死路到井筒的下端的进入，所述井下装置经选择性地布置以引导或放大形成阻塞性相异邻接井筒壁的现有摩擦或受限通道。实施例可引导工具串将残渣移位到大致圆形及/或变形的井筒壁内及/或使大致圆形及/或变形的井筒壁变形。实施例可用以通过使用本发明的可膨胀且可收缩的部件相对于近轴或大致邻接壁部署及定向各种现有技术井下装置，所述部件可绕多个轴杆区段啮合，所述轴杆区段可用以使用例如滑动、折弯或振动而引导工具串实施例穿过所述死路或限制物以避开限制性摩擦或限制物以在使用中穿越所述死路。实施例还可包含使用各种爆破、液压、电及/或旋转力来切开或楔入相异邻接通道壁。[0007]本发明的工具串实施例可使用卷曲管柱可运送工具与轴杆之间的互操作性来引导工具串以提供沿着井筒轴线或邻接但改变的轴线到实质上不同周界的进入且强制性地使所述周界变形。所述工具串可控制地用以提供很大的液压及爆破力以例如压缩、挤压、按压、撞击、切割、穿孔、剪切、放大或以其它方式使介入的摩擦性残渣或限制物在井筒的壁中或内移位以提供从一个通道到实质上不同直径的邻接通道及/或轴向不同地下通道的通过，以提供到井筒的所述下端的进入或通过。[0008]本发明可与包含卷曲管柱的任何类型部署管柱一起使用，从而提供优于现有技术的显著益处且适用于显著较大群体的井。通常，卷曲管柱应用归因于由在部署以穿过现有地面上井屏障耐压防护封套(其可保持于原地)期间围绕卷曲串的注脂头或填料函密封件提供的较大压力控制，而具有较低成本及较低井控制风险。[0009]本发明的方法和设备可提供井干预以提供显著益处，这在以前是不可能的。下文提出的参考文献是典型的现有技术，其大体涉及使用力量有限的常规工具的有线及卷曲管柱部署，所述工具不能轴向定向爆破装置，因为如果以与本发明可使用的力相同的液压及/或爆破力操作，所述现有技术可能会例如被从井中推出或因其它原因而损坏或卡在井筒内。本发明可提供摩擦减小方法和设备的额外益处，所述方法和设备常规上可与卷曲管和钻柱一起使用，但不可用于有线。[0010]现有装置，例如US2618345，教示有线可运送、可扩展、轴向枢转弹簧滑套，其可与啮合到井筒壁的圆锥形充填器一起使用；然而，如US2618345中所描述的此些装置无法塑造为可移动的或实现通过例如收缩的管道井筒壁所必要的扩展直径与收缩直径比。类似地，US2942666教示一种具有用于将桥塞或充填器紧固在井内的轴向枢转滑套的可扩展隔膜，其中扩展直径与收缩直径比较大，且借此工具可经部署以穿过显著较小的直径，接着放大且啮合到井筒壁；然而，如同US2618345，US2942666意欲固定至井筒，且不被引导且穿越阻塞性相异邻接井筒壁。US2761384教示使用炸药来在井下切割管道，但如此类应用所常见的，管道的切割横向于管道轴线而发生。因此，如果部署的视觉相似度或将此类井下装置固定到井筒壁或以爆破方式在井下切割井管是显而易见的，那么在1948年、1951年及1956年申请的US2618345,US2761384及US2942666的揭示内容将致使其余所引用参考文献大部分为显而易见的。[0011]本发明的方法和设备提供到相异邻接通道的进入或通过，且在油气工业中对于此技术存在尚未解决的需要。[0012]例如US3187813等参考文献涉及将水泥有线倾倒到例如限制物或桥塞上，如由US3282347、US3481402、US3891034、US3872925、US4349071、US4554973、US4671356、US4696343、US5228519、US6050336、US6341654、US6454001、US7617880、US7681651、US2007/0107913及US2008/0230235的教示所提供，其叙述在视觉上地类似于2618345及US2942666的各种捞篮、桥塞及/或球囊以及可扩展或轴向枢转壁紧固啮合件，但并不教示使井下装置通过阻塞性限制物。此类现有技术还可包含US6896049中教示的可变形部件，所述可变形部件可用于井下装置中且不能提供井管的潜在变形及将此些装置引导到例如损坏或填充有残渣的井筒中。[0013]大部分现有实践假定没有显著限制物的圆形井筒以部署井下装置；举例来说，US4696343及US6454001可用于使轴向枢转收缩且可扩展有线可操作顶罩或捞篮通过，可经由套管部署到实质上不同直径的开放或未浇筑开放地层孔以用于与井壁啮合，但不能提供经由例如收缩套管的部署。[0014]现有技术教示用于捞篮、顶罩及水斗的各种定型工具，例如US5392856及US7172028，其可用于例如井筒回堵操作，其中定型工具可包含可用于提供致动井下装置必要的能量的各种触发器、计时器、弹簧、电池组及/或可释放差压容器。[0015]然而，现有技术通常不能提供穿过例如收缩套管部分的残渣部署井下装置或推动井下装置的部署的可行的具成本效益的手段。尽管教示了残渣管理，但US8109331不能应对井组件故障的残渣，如套管或管收缩，并且通常无法轴向向下定向以切割或扩展发生故障使井管道。类似地，US5154230教示内衬的修复，且US8166882的炸药可用以切割例如穿过井管道轴线的发生故障及/或收缩的井管道，而US607660UUS6805056及US7591318提供可用于以爆破方式进行切割的方法及设备，US7591318揭示切割井下插塞且在井下推动所述插塞，且其中US7591318的众多引用参考文献教示使井下井筒变形的各种手段；然而，现有技术并不教示向下引导及定向“轴向”切割工具以塑造及/或扩展例如变形内衬的收缩部分的可行手段，且借此此类现有技术的向下定向将导致使所述现有技术在井筒内向上发射，其方式类似于从步枪的枪筒发射子弹。[0016]本发明人的GB2486591教示使用流体动力流体轴承布置在旋转铣削工具内的定子旋转，而US2011/0168447教示用于使套管通过充满例如开孔钻屑的井筒的大致圆形或变形周界的构件，借此在井下装置的周界周围使用涡轮机叶片来利用绞孔器承座移动残渣以放置套管；然而，所述应用不能提供井下设备的线缆或有线兼容部署，其中使用流体来操作线缆啮合的此类涡轮机在阻塞性相异邻接通道内远非显而易见的，在所述通道处，周界及直径可显著变化。[0017]US2008/0217019、US7878247、US7905291B2、US4350204、US2010/0032154及US2011/0240058教示用于进入或通过在垂直及水平井中充满例如钻屑或污垢的井筒的各种卷曲管柱兼容方法和设备，但所述进入及通过包括在将工具串部署到井筒中时经由循环移除残渣，其中堵塞部始终在工具管柱的下文或前方，且借此所述现有技术在不经由铣削及井筒循环动作移除所述残渣及/或受损壁的情况下不能提供部署管柱(其对于引导工具串及穿越中间残渣及/或受损壁到达井筒的下端是必要的)中的工具之间的互操作性。[0018]可使用本发明的方法及/或在本发明设备的引导下布置及部署各种常规实践。实际上，因为本发明的实施例尚未在工业中使用或实践，因此在油气工业中尚不知道可如何可行地部署较小且较低成本的常规实践或现有技术以重复进入且通过选择性布置提供到井下端的通过，从而沿着邻接通道壁的不规则轴线相对于实质上不同的周界引导及定向工具串，所述通道壁可由沿着相异通道壁的变形部或损坏及/或在相异通道壁内或沿着相异通道壁的残渣形成，所述情形教示于本文中。[0019]本发明解决在油气工业中存在的各种问题，其包含图8到11、图14到17及图21所描述的问题，其中具有显著壁厚、金属级别及硬度的井管已通过在洪水驱动下将地下地层移动到碳酸盐储层以上而收缩及/或剪切，且借此铣削操作的常规使用已出于多种原因而不令人满意，包含井的无意侧钻，其将导致完全不能进入产油层。通常，缺乏在各种套管串后方的胶结(由井建构期间的困难引起且因可移动地层而加剧)可导致在常规铣削期间及/或在井下端报废之后的渗漏路径及相关联的储层压力控制问题。[0020]本发明提供对图8到11、图14到17及图21中所示的工业问题的解决方案，且本发明的方法和设备除了本发明人的井下装置以外还可适用于与常规井下装置一起使用。[0021]本发明的方法和设备可经调适以与GB2484166A的本发明人的方法和设备兼容以提供受损井筒及/或具有卵形套管周界(其可降低例如活塞充填器挤压井组件以形成地质可密封空间的效力)的井筒的安全报废。[0022]通常，地下井目标在于开采烃地下沉积物、地热散热器、盐层或其它地下特征，其通常已由已捕获且形成所需沉积物的天然地层圈闭及地层在地壳内的地下移动而形成。[0023]尽管所述地层移动已捕获一定地质时间范围内的沉积物，但使用或开采地下沉积物可改变地下压力及/或在开采沉积物之前的形成的初始原地岩石应力。围绕井筒的地层孔空间及/或连接断层平面内的压力可因注入(例如，来自洪水)或耗尽(例如，通过生产)而增大，且因此可取决于压力传递能力而推动或吸引流体压力及/或地层移动，压力传递可致使地下地层在井的寿命内移位。举例来说，如果地层的不可渗透层将较高压力多孔及/或可渗透层与较低压力多孔及/或可渗透层隔开，那么较高压力可作用于不可渗透地层上且形成具有很大相关联力(包括压力差乘以受影响面积，其通常以平方英里或平方公里进行测量)的极大地层活塞。当储层压力耗尽时，且储层上的压力无法与耗尽的储层地层均衡时，可能出现通常称为沉降的移动。使用例如洪水的水的注入可能往往会均衡压力或提供不充足的压力支撑及/或加重压力差以润滑地层断层且引起增大的地层移动，其可能未必是垂直沉降，还可能是侧向剪切。[0024]通常由从地面井口悬挂的通常被称为套管的井管衬里提供对各种地层及所述地层内的流体压力的保护，而从先前套管悬挂的保护性井衬里通常称为内衬。[0025]井建构包括经由地下地层开孔，放置保护性管道套管或内衬，及在使用所述管道套管及/或内衬之前原地胶结所述管道，以用于进一步开孔及/或作为关于生产或存储管及相关联地下完井设备的次级压力屏障。生产管、充填器、控制线、地下安全阀及其它完井设备安装在套管及/或内衬管道内以在所述次级套管及/或内衬屏障内提供初级完井压力屏障，其可防止流体从井无意逸出到地下地层或地面环境中。[0026]完井与套管及/或内衬管道之间的中间环形空间通常为用以监视初级屏障的状态的空隙空间。在井建构期间可使用此环形空间，此时重流体存在于所述环形空间内及/或防喷器放置在井口上以提供井控制以例如放置砾石充填层。一旦安装了完井，必须用井的阀树(通常称为Xmas树)替换防喷器。所述中间环形空间通常变为填充有流体的空隙，用于监视初级及次级屏障，但其可用以例如为井中的完井生产管道提供气体抬升，其在没有刺激的情况下通常不能自身产生显著量。例如注入水等其它动力流体还可经由环形空间循环以操作喷射机或液压泵；或替代地，可使用电动潜水泵、杆式泵或抽油机(pumpack)用于需要刺激的井以按有意义的量进行生产。[0027]应理解，Xmas树、井口及套管通常为地下流体与地面环境之间的第一及最末屏障，其中在井深处的所述套管及完井组件通常进入直接连接到地面的环形通道；因此，在地球地面下方数公里处的井套管的故障可表示地面环境的严重问题。[0028]地下地层的移动或移位(由于例如沉重负荷的沉降、页岩的水合及活化或移动盐的流动)可通过施加收缩、爆裂、拉伸及/或压缩力而不利地影响及损坏套管、内衬及完井组件。[0029]对受损的安装在地下的套管、内衬及/或完井设备的常规补救是通过通常称为“钓鱼”操作的操作来移除，因为受损设备可能难以捕获及移除，其中啮合或“抓住”及“移除”“鱼”或受损设备的能力及相关联概率是不确定的。已落到井下的“钓鱼”项目可使用各种接合或卷曲串(例如有线或卷曲管)来承当，而重型的液压修井单元及/或钻机常规上用于钓出沉重组件，例如套管、内衬及完井设备。另外，当受损地下设备无法从井中“钓出”时，可利用旋转钻机或液压修井单元将其碾磨或铣削成小段以通过使用循环系统抬升所述小段来促进其移除。[0030]在井的下端上方的井组件的故障尤其成问题，因为中间井损坏可能妨碍进入井的下端及/或将下端井压力暴露给不适合此类压力或与此类不正常压力相关联的力的上端井组件。[0031]令人遗憾的是，井下组件及其相关联初级及次级屏障的故障可使各种其它井组件暴露于可能引起进一步故障的力及压力，且最终，引起地下流体到地面或其它可渗透地下地层的不希望的释放。举例来说，套管屏障常规上经设计以耐受套管放置下端深度(通常称为“套管承座”)处的压力。当次级深套管屏障出故障且较深的地下压力置于周围环形空间压力空隙内，较浅且耐受较低压力的第三套管屏障对于所述较深压力传送可能具有不足的压力承重能力且也可能出故障，以此类推，直到最终屏障出故障且发生流体从井中的无意释放。[0032]此外，沉重修井单元及钻机的钓鱼操作在由此类故障产生的加压环境内特定困难且危险，其中钓鱼设备必须经由防喷器在高压下降到井中，同时将受损设备经由防喷器从井中去除。对于高压降入或去除的每一接头，必须围绕不同直径的工具接头及管体打开及关闭防喷器，其中防喷器的设计需要圆形周界，且因此无法密封变形的管道周界。[0033]在爆炸性烃环境(其中来自高压降管及去除操作的重复磨损可弱化防喷器的密封能力)内，不希望的烃泄漏可能出现。业界认为高压降管及去除操作是极其危险的操作，其中高压降管及去除从业者被认为是业界承受最高风险的工人，据称出自必要性而非选择。[0034]因为各种井组件(如套管、内衬及周围密封水泥)的故障可提供渗漏路径(在压井操作期间不必进入所述路径以终止流体或可通过井口或防喷器挡止所述路径)，且在压井操作期间施加的压力可加重所述渗漏路径，因此井下管道的故障造成严重风险。另外，因为高压降管及去除防喷器啮合到现有井口及/或Xmas树，因此在井套管已在井口下方发生故障的情况下，其可能不提供必要的防喷保护。[0035]因此，存在对可与卷曲管柱操作一起使用的方法和设备的需要，其可重新建立经由残渣及/或具有中间井管故障的损坏壁进入或通过井的下端以使得能够进入，从而用于隔离生产与受损井设备部分，且使用例如GB1111482.4的设备和方法，随后修复损坏部分或报废井的损坏部分。卷曲管柱操作可经由压力受控设备较容易且安全地进行，而不会因例如沉重的压井流体施加的压力而不利地影响或进一步损坏地下井设备。对使用液压修井单元或钻机的昂贵且潜在较危险的钓鱼及铣削操作的常规需要可能并非必要。[0036]另外，存在对于可在井内轴向使用炸药且可吸收在使用集中的炸药时对井设备的轴向流体压力冲击或流体锤击效应的设备和方法的需要。存在对于将轴向流体冲击或流体锤击效应集中在选择性定向的方向上以辅助重新建立经由中间损坏井筒壁到井的下端的进入。[0037]还可由于使用井的操作磨损而出现井组件故障，尤其是关于生产中的生产与停工时的热及操作循环。因为地下地层通常归因于从地球的熔融地幔核心辐射的热而随深度而更热，因此所产生的流体可携带来自地层的所述热且引起井的组件在生产时扩展且在停止生产时收缩，因为较少受熔融地幔核心影响的较浅、温度较低的地层冷却完井的各个部分。生产与生产停工的循环引起相关联扩展、收缩、压力升高及/或井组件的移动，其可重复地加压及/或腐蚀所述组件到故障点。[0038]常规上，通过在安装所述生产管道串期间施加张力而促进放置就地封水泥的内衬及套管内的生产管道串的移动以减少物理移动及相关联磨损，代价是将额外应力置于组件上，其可因热膨胀及收缩而恶化。[0039]各种常规供应件可用于允许组件(例如扩展接头)的移动以吸收在抛光孔座(PBR)内的移动(其可使用在生产管道管柱的下端处的密封堆叠心轴)，所述抛光孔座可啮合到紧固到所述套管的内衬顶部充填器或生产充填器，其中膨胀接点可减小与热膨胀及收缩相关联的应力，但增大在生产与生产停工的循环期间在移动完井组件上的物理移动及相关联磨损。[0040]因此，完井可在套管内包括简单油管柱，所述套管在其上端处具有阀树且在其下端处具有生产充填器，其间具有张紧的管，或其可具有例如地下安全阀及相关联控制线、用于打开及关闭生产管道与中间环形空间之间的通道的滑动侧门、PBR、密封堆叠心轴、喷射泵、液压泵、杆、用于相关联气体抬升阀的侧袋心轴及/或各种其它完井组件，其中的每一者可能因?呆作应力而出现故障，其中完井的移动及/或在周围地层内的移动可损坏井筒壁，由此使得常规上难以引导工具串穿过发生故障的组件。[0041]在井的寿命内，井组件及井生产套管或内衬及管道可受到以下因素影响:具化学腐蚀性的流体；固体及流体腐蚀；引起挠曲、扩展及/或收缩的地下温度及/或压力；源自各种井下完井组件之间的交互或源自在井组件上或邻近于井组件而操作的钻柱、有线、卷曲管或其它工具的振动、磨损或摩擦变形；以及由地层剪切、推挤或沉降移动(例如，源自移动地下盐地层的移动或使加压的表土地层力重叠于经生产且耗尽的地层上)引起的塑性变形，其可归因于表土内的页岩、粘土或其它地层的水合或润滑而引起地层的滑塌或移位及/或移动，所述水合或润滑是归因于水从天然或诱发的断层、断裂、洪水及/或与载水地层、洪水或天然水驱动的有缺陷的当前第1页1 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