用于在钻井孔中定向的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于在钻井孔中定向的方法和系统
[0001]发明背景
[0002]本申请涉及在钻井孔内定向钻井管。钻井管可被用于从与主钻井孔交叉的侧向钻井孔中抽取烃类。钻井管可包括开口和/或窗口，所述开口和/或窗口与沿主钻井孔的通向侧向钻井孔的开口对齐。然而，在将钻井管插入到钻井孔中时，钻井管可能需要纵向和/或旋转定向，使得开口和/或窗口与通向侧向钻井孔的开口对准。钻井管的纵向和/或旋转运动可导致控制线的应力和/或断裂。
发明概要
[0003]在一个实施方案中，一种用于在钻井孔中定向管柱的方法包括:在钻井孔中的套管柱内降下管柱，在降下管柱时将管对准工具与套管对准工具接合，响应于将管对准工具与套管对准工具接合旋转管柱，基于旋转将管柱开口与穿过套管柱设置的套管柱开口旋转地对准，以及保持管柱开口与套管柱开口呈轴向对准和旋转对准。所述管柱包括:管柱开口和管柱对准工具。
[0004]在一个实施方案中，一种用于在钻井孔中定向管柱的方法包括:在钻井孔中的套管柱内降下管柱，在降下管柱时将第一管对准工具与第一套管对准工具接合，响应于将第一管对准工具与第一套管对准工具接合旋转第一管柱部分，基于旋转将第一管柱开口与第一套管柱开口旋转地对准，保持第一管柱部分相对于第一套管柱开口呈轴向对准和旋转对准，相对于第一管柱部分降下第二管柱部分，在相对于第一管柱部分降下第二管柱部分时将第二管对准工具与第二套管对准工具接合，响应于将第二管对准工具与第二套管对准工具接合旋转第二管柱部分而第一管柱部分保持就位，基于旋转第二管柱部分将第二管柱开口与第二套管柱开口旋转地对准，以及保持第二管柱部分相对于第二套管柱开口呈轴向对准和旋转对准。管柱包括:第一管柱部分和第二管柱部分。第一管柱部分包括第一管柱开口和第一管对准工具，并且第二管柱部分包括第二管柱开口和第二管对准工具。第一管柱部分设置在第二管柱部分下方。
[0005]在一个实施方案中，一种用于将管柱与钻井孔定向的系统包括设置在钻井孔中的套管柱和耦接到第二管柱部分的第一管柱部分。套管柱包括:由套管柱限定的套管柱孔、第一套管柱开口和第二套管柱开口以及耦接到套管柱的第一套管对准工具和第二套管对准工具。第一套管柱开口比第二套管柱开口离钻井孔表面更远，并且第一管柱部分和第二管柱部分被构造来位移至套管柱孔中。第一管柱部分包括:第一管柱开口，其被构造来与第一套管柱开口径向对准;第一管对准工具，其被构造来在被降入钻井孔中后与第一套管对准工具接合并且旋转第一管柱部分以将第一管柱开口与第一套管柱开口至少部分地对准；以及第一固持装置，其被构造来防止在第一管柱开口与第一套管柱开口至少部分地对准时第一管柱部分的轴向位移。
[0006]这些和其他特征将从结合附图和权利要求书进行的以下【具体实施方式】而得以更清楚了解。
[0007]附图简述
[0008]为了更完整的理解本发明及其优点，现参考结合附图和详细描述的以下简要描述:
[0009]图1为根据一个实施方案的钻井孔检修系统的一个实施方案的示意图。
[0010]图2为根据一个实施方案的钻井孔检修系统的一个实施方案的截面图。
[0011 ]图3A和图3B为钻井管定向系统的一个实施方案的截面图。
[0012]图4为钻井管定向系统的一个实施方案的截面图。
[0013]图5为钻井管定向系统的一个实施方案的截面。
[0014]图6为钻井管定向系统的一个实施方案的另一个截面。
【具体实施方式】
[0015]在附图和以下描述中，相同部分在整个说明书和附图中通常分别使用相同参考符号来标记。附图未必按比例绘制。本发明的某些特征可以按比例夸大或以稍微示意的形式示出，并且为了清晰和简明可以不示出常规元件的一些细节。
[0016]除非另有说明，否则术语“连接”、“接合”、“親接”、“附接”或描述元件之间的相互作用的任何其他术语的任何形式的任何使用都不意在将相互作用限制于元件之间的直接相互作用，并且还可以包括所述元件之间的间接相互作用。在以下论述中并且在权利要求书中，术语“包括”和“包含”是以开放形式使用，并且因此应解释为意味“包括(但不限于)...”。出于描述的目的将使用意为朝向钻井孔表面的“往上”、“上部”、“向上”或“上游”并且使用意味朝向井的终端的“往下”、“下部”、“向下”或“下游”来指示往上或往下，而不考虑钻井孔方向。出于描述的目的将使用意为朝向钻井孔中心或中心轴线的“往内”、“内部”或“向内”并且使用意味朝向钻井管和/或钻井孔壁的“往外”、“外部”或“向外”来指示往内或往外。指示“纵向的”、“纵向地”或“轴向地”意为与钻井孔和/或钻井孔管的主轴线基本上对准的方向。指示“径向的”或“径向地”意为与在钻井孔和/或钻井管的主轴线和与钻井孔和/或钻井管的主轴线基本上正交的钻井孔壁之间的线基本上平行的方向，尽管径向不必经过钻井孔和/或钻井管的中心轴线。在阅读以下实施方案的【具体实施方式】之后，并且通过参考附图，借助于本发明，上述各种特性以及下文更详细地描述的其他特征和特性对于本领域技术人员将显而易见。
[0017]可从主钻井孔钻探侧向钻井孔，从而在两个钻井孔的交汇处创建分支。通常在主钻井孔中创建通向侧向钻井孔并且充当侧向钻井孔的开口或入口的窗口。为了将工具递送至适当的钻井孔，可使用对准机构来将主钻井孔中的钻井管中的开口与通向侧向钻井孔的窗口正确地对准。对准可涉及旋转对准以及轴向对准。一些钻井孔具有可以相对于主钻井孔的各种取向被钻探的多个侧向钻井孔。然后可用多个对准机构来将位于主钻井孔中的钻井管中的对应的多个开口与侧向钻井孔的窗口中的每一个正确地对准。
[0018]如本文所述，用于一个或多个侧向钻井孔的对准机构可提供用以将位于主钻井孔中的钻井管中的开口与侧向钻井孔的窗口旋转地和轴向地对准的机构。当存在多个侧向钻井孔时，对准机构可允许钻井管中的开口与侧向钻井孔的窗口独立地旋转对准和轴向对准。例如，可在将钻井管降入钻井孔中时将其对准。在这个过程中，钻井管可插入钻井孔并且可在钻井孔中用向下移动将钻井管中最低的开口首先与最低的侧向钻井孔对准。下部与套管对准工具的接合可提供旋转锁以在下部被正确定位时防止下部旋转。旋转地锁住下部的能力可有助于保持正确的对准，即使钻井管在下部之上的一部分旋转，例如在与侧向钻井孔的窗口的后续对准期间。可然后伸缩钻井管以缩短管柱。在上部中的开口与最下窗口之上的窗口旋转且轴向地对准时，钻井管的最下部可然后保持锁定就位。这个过程可重复合适的次数以将每一个钻井管部分与侧向钻井孔的对应窗口对准。在一些实施方案中，可沿钻井管设置控制线并且将其用于致动钻井孔中的各种装置。对准机构和钻井管可被构造来将钻井管中的开口与侧向钻井孔的窗口正确地对准，而不过度旋转或损坏控制线。例如，可控制钻井管中的每一个开口的旋转方向以防止在对准过程期间在单个方向上连续旋转。
[0019]参照图1，示出钻井孔操作环境的实例。如所示的，操作环境包括钻机106，钻机106定位在地表104上并且在钻井孔114上方和周围延伸，为了回收烃类，钻井孔114穿透地下地层102。可以使用任何合适的钻探技术来将钻井孔114钻到地下地层102中。钻井孔114基本上垂直延伸远离地表104越过垂直钻井孔部分116，偏离相对于地表104垂直越过偏斜钻井孔部分136A和偏斜钻井孔部分136B，并且过渡至水平钻井孔部分118A和水平钻井孔部分118B。在替代的操作环境中，钻井孔的全部或部分可为垂直的、以任何合适的角度偏斜的、水平的和/或弯曲的。钻井孔可为新钻井孔、现有的钻井孔、直钻井孔、大位移钻井孔、侧线钻井孔、多侧钻井孔以及用于钻探和完成一个或多个生产区域的其他类型的钻井孔。此外，钻井孔可被用于生产井和注射井二者。在一个实施方案中，钻井孔可被用于不同于烃类生产或除烃类生产以外的目的，诸如与地热能相关的用途。
[0020]包括钻井管定向系统10的钻井管柱120可被降入地下地层102中在钻井孔的整个寿命中用于多种维修或处理过程。图1中所示的实施方案示出呈被降入地下地层102中的管柱形式的钻井管120。应当理解，包括钻井管定向系统10的钻井管120同样适用于插入钻井孔中的任何类型的钻井管柱，包括作为非限制性实例的钻管、生产油管、杆柱、连续油管和/或套管。钻井管定向系统10可用于将钻井管柱120上的窗口和/或开口与通向侧向钻井孔的开口对准。侧向钻井孔可包括从表面延伸进地下的主钻井孔的分支的钻井孔。在图1中所示的实施方案中，包括钻井管定向系统10的钻井管120被以常规方式输送进地下地层102中并且可穿过可通过用水泥填充在套管与钻井孔114之间的环112来将套管固定在钻井孔114内。
[0021]钻机106包括具有钻台110的井架108，钻井管120穿过所述钻台110从钻机106向下延伸进入钻井孔114。钻机106包括用于将钻井管120延伸进入钻井孔114以将钻井管120定位在所选深度处的马达驱动绞盘和其他相关联的设备。尽管图1中所示的操作环境指用于在陆基钻井孔114内降下并设置包括钻井管定向系统10的钻井管120的静态钻机106，但在另选的实施方案中，可使用移动修井机、钻井孔维修单元(诸如连续油管单元)以及类似者来将包括钻井管定向系统10的钻井管120降入钻井孔中。应当理解，包括钻井管定向系统10的钻井管120可另选地用于其他操作环境中，诸如在海上钻井孔操作环境中。
[0022]在另选操作环境中，竖直、偏离或水平钻井孔部分可为加套的和粘固的和/或钻井孔的一部分可为不加套的。在一个实施方案中，钻井管定向系统10可用在加套钻井孔中的生产油管上。
[0023]图2示出具有诸如套管柱212的管柱的钻井孔214，所述套管柱212包括与一个或多个开口 218相关联并且与钻井孔壁或管柱内壁相耦接的一个或多个对准工具216。例如，设置在钻井孔214中并固定至钻井孔214的壁的套管柱212可限定能够穿过钻井孔214传送诸如生产流体的流体的套管柱孔222。套管柱212可包括通向侧向孔220的一个或多个开口218。管柱可包括与一个或多个开口 218相关联的一个或多个对准工具216。对准工具216可与管柱(诸如套管柱212)的内壁耦接或形成于套管柱2