专利名称：井筒内一管状件的扩张方法
技术领域：
本发明涉及一种对延伸至一井筒内的一管状件进行径向扩张的方法，所述管状件具有待扩张至第一直径的第一段，以及待扩张至第二直径的第二段，所述第一直径大于所述第二直径。管状件可为例如一串带有套管或衬筒的井筒套管的一部分，所述套管或衬筒具有轴向搭接部分。
背景技术：
WO99/35368公开了一种径向扩张一串套管的方法，其中邻接的套管具有上述的轴向重叠部分。在公知方法中，将第一套管降至井筒中，并通过一扩张器心轴进行径向扩张。然后将第二套管通过已扩张的第一套管放下，直至第二套管的上端部置于第一套管的下端部内。之后，将第二套管扩张至与第一套管基本相同的内径。
上述公知方法的一个缺陷在于，对第二套管的上端部进行扩张所需的扩张力非常大，因为在对第一套管的所述上端部进行扩张的同时，还需对第一套管的下端部进行扩张。如果第一套管已经用水泥粘结到位，随后的扩张将变得尤为困难。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的、对井筒内的管状件进行径向扩张的方法，其中管状件按下述方式被扩张成不同直径段，即使所需扩张力保持于容许极限内。
本发明提供了一种对延伸至一井筒内的一管状件进行径向扩张的方法，管状件具有待扩张至第一直径的第一段，以及待扩张至第二直径的第二段，所述第一直径大于所述第二直径，该方法包括
a)将一扩张器置于井筒内，所述扩张器具有第一扩张器构件和第二扩张器构件，其中所述第一扩张器构件的外径大于所述第二扩张器构件，所述构件以可松开的方式互相连接在一起；b)将扩张器穿过第一管状段，从而将第一管状段扩张至第一直径；c)将第二扩张器构件由第一扩张器构件分开；以及d)将第二扩张器构件穿过第二管状段，从而将第二管状段扩张至第二直径。
因此，无需同时对邻接管状件的搭接部分进行扩张，便可实现将管状件扩张为不同直径段，从而将所述的扩张力保持在容许极限内。本发明的方法所具有的另一优点是，在井筒被进一步钻进之前，可将管状件用水泥粘结到位。
为了通过向上提升扩张器穿过管状件的方法来实施扩张过程，优选地，第一管状段为管状件的下端部，而第二管状段则为管状件的其余部分。
在本发明方法的一优选实施方式中，管状件为一在先管状件，并且管状管柱具有一下一管状件，其中所述方法还包括e)在步骤d)之后，将下一管状件降至在先管状件内，直至下一管状件的上端部被置于在先管状件的下端部内；以及f)对下一管状件的所述上端部进行扩张，从而使其被密封地置于在先管状件的下端部。
附图简要说明下面将参照附图，并通过实施例对本发明作更为详细的描述，其中
图1A示出了本发明方法的一个实施方式中所使用的一扩张器的侧视图，其中第一和第二扩张器构件互相连接在一起；图1B示出了图1中的扩张器的第二扩张器构件示意图；图2示出了图1A中的扩张器的仰视图；图3示出了使用图1A中的扩张器对一管状管柱进行扩张的方法的第一阶段；图4示出了使用图1A中的扩张器对一管状管柱进行扩张的方法的第二阶段；图5示出了使用图1A中的扩张器对一管状管柱进行扩张的方法的第三阶段；图6示出了使用图1A中的扩张器对一管状管柱进行扩张的方法的第四阶段；图7示出了使用图1A中的扩张器对一管状管柱进行扩张的方法的第五阶段；。
图8示出了使用图1A中的扩张器对一管状管柱进行扩张的方法的第六阶段；。
具体实施例方式
参见图1A和2，图中示出了用于对一管状件进行径向扩张的一扩张器1，所述扩张器1包括第一和第二扩张器构件，其中所述第二扩张器构件为扩张器1的主体3，而第一构件为围绕主体3的一部分设置的扩张器环4。主体3具有一突出段6、一截头圆锥体段8，以及一后段10，其中突出段6的直径基本上等于待扩张的管状件(参见下文)扩张之前的内径。后段10的直径大于突出段6，从而适于将各管状件扩张至第二内径D2。截头圆锥体段8在突出段6和后段10之间形成一过渡段。连接件11设于突出段6的顶部，用于将扩张器1与一拉拔管柱相连(参见下文)。
扩张器环4绕后段10以及主体3的截头圆锥体8的一部分延伸，其中扩张器环4的外径大于后段10的直径，从而适于将各管状件扩张至比D2大的第一内径D1。扩张器环4的其中一个端部12与主体3的后端14轴向对齐，而扩张器环4的另一端部16逐渐变尖，从而形成主体3截头圆锥体段8的延长段。扩张器环通过一闩锁系统18与主体3以可松开的方式连接，所述闩锁系统设置成通过装在主体3内的液压控制装置(未示出)，将扩张器环4由主体3开锁而松开。
图1B示出了扩张器环4被取下后的扩张器1的主体3。
图3示出了钻入一岩层22内的井筒20以及套管24形式的管状件，该套管已被降至井筒20内。套管24具有一下端部25，在下端部25处，扩张器1被设置成使扩张器的突出段6伸进所述下端部25内的形式。一拉拔管柱26通过连接件11与扩张器1相连，以使扩张器相对于套管24保持于此位置。拉拔管柱26具有一纵向流体通道(未示出)，所述通道在位于地面的一液压控制系统(未示出)与闩锁系统18的液压控制装置之间提供流体连通。
进一步参照图4，扩张器1降至所需深度后，水泥被泵送至套管24与井筒20壁面之间的环形空间27内。用于泵送环形空间内水泥的工作管柱关闭和移走时，初始的水泥面即下降，因此需使用过量的水泥。水泥的组成成分可使其仅在延长期之后才发生硬化。
之后，扩张器1被拉入套管24内一小段距离，该距离被认为适于套管24与下一套管相搭接(参见下文)。图4示出此距离基本上等于扩张器环4的长度，不过，也可根据操作要求来选择不同的距离。通过将扩张器1拉入套管24内，其下端部25被扩张至第一内径D1。作为一备择实施方式，为了避免由于扩张器1的移动而出现的抽吸现象(即井筒内出现负压)，可将井内流体泵入扩张器1下面的井筒20内。
进一步参照图5，在下一步骤中，使液压控制系统将流体压力通过拉拔管柱26而作用于闩锁系统18的液压控制装置上，从而将扩张器环4由扩张器1的主体3上解锁而松开。作为一备择实施方式，可先将一圆球通过拉拔管柱26放下，以便为液压流体形成通往闩锁系统18的流动路径。备选地，这种流动路径可通过选择拉拔管柱26的旋转运动得以形成。
接着，将主体3通过拉拔管柱26进一步向上拉，而扩张器环4仍保持于套管4的下端部25上。从而，套管24的其余部分被扩张至第二内径D2。套管24周围的水泥层在整个套管24径向扩张之后硬化。
进一步参照图6，在套管24沿其全长扩张完毕后，扩张器1的主体3即被通过套管24的上端取出，并被置于待下放至井筒20内的下一套管28的下端。在下文中，套管24被称为“在先套管”。然后，井筒20被钻得更深，直至此深度使得下一套管28可被置于井筒内。
随后，下一套管28被放下通过在先套管24，从而扩张器1的主体1通过拉拔管柱26被悬置于下一套管28的下端。继续下降下一套管28，直至主体3进入扩张器环4内。在主体3已完全进入扩张器环4后，使位于地面上的液压控制系统将选定的流体压力作用于闩锁系统18的液压控制装置上，从而将主体3闩锁在扩张器环4上。与对在先套管24所作的描述类似，首先可将一圆球降至拉拔管柱26内以便为液压流体形成通往闩锁系统18的流动路径。
进一步参照图7，将主体3闩锁在扩张器环4上之后，下一套管28被进一步放低通过在先套管24，因此，扩张器环1移出在先套管24的下端部。
进一步参照图8，继续放低下一套管28，直至下一套管28的上端部30被置于在先套管24的下端部25内。此后，将水泥泵入下一套管28与井筒20的壁之间的环形空间27内，此处的水泥与在先套管24周围所泵送的水泥量类似。
作为一备择实施方式，水泥可通过(尚未扩张)下一套管28的上端部30和在先套管24的下端部25之间的小环形空间泵送。
随后，下一套管28以与在先套管24相类似的扩张方式被径向扩张，以此，下一套管28的下端部32被扩张至内径D1，而下一套管28的其余部分则被扩张至内径D2。与套管24的扩张过程相似，扩张器环4保留于下一套管28的下端部32内，同时下一套管28的其余部分被扩张。下一套管28周围的水泥层在整个套管28径向扩张之后硬化。
然后，如同图6-8所描述的那样，重复井筒20的进一步钻孔和下套管过程，直至井筒抵达其最终深度。
一个合适的实施方式是，拉拔管柱穿过扩张器的开孔，并在扩张器的后端设一螺母，而不是拉拔管柱通过连接件与扩张器相连。此外，拉拔管柱也可螺纹旋拧于扩张器上。
在上面的具体描述中，液压操纵闩锁系统将扩张器环闭锁于主体上。此外，扩张器环也可仅通过机械系统(即无需液压控制)，例如一J型槽(J-slot)与主体相连。
水泥可与硬化剂结合使用，所述硬化剂在套管的扩张时(并由套管的扩张而引发)而释放至环形空间内，而不是使用仅在延长期之后才发生硬化的缓凝水泥。
通常，在拉扩张器穿过期间，有必要对井筒内的每一下一套管进行锚固。这种锚固操作可通过设于在先套管内以及下一套管的顶端部的一滑动装置完成。另外，一般认为套管在其径向扩张过程中变短。
可利用一合适的液压流体将扩张器泵送穿过管状件，而不是通过一拉拔管柱将扩张器提升穿过管状件。
在上面的具体描述中，一直使用术语“套管”，但是也可同样使用术语“衬筒”。针对这一点，延伸至地面的管状件频繁使用“套管”这一术语，和对于用于仅在井筒的下部内延伸的管状件的“衬筒”，将不予考虑。
权利要求
1.一种对延伸到一井筒内的一管状件进行径向扩张的方法，管状件具有待扩张至第一直径的第一段，以及待扩张至第二直径的第二段，所述第一直径大于所述第二直径，该方法包括a)将一扩张器布置于井筒内，所述扩张器具有一第一扩张器构件和一第二扩张器构件，其中所述第一扩张器构件的外径大于所述第二扩张器构件，所述各构件以可松开的方式互相连接在一起；b)移动所述扩张器通过第一管状段，从而将第一管状段扩张至所述第一直径；c)将第二扩张器构件由第一扩张器构件上松开；以及d)移动第二扩张器构件通过第二管状段，从而将第二管状段扩张至所述第二直径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一管状段为所述管状件的一下端部，而所述第二管状段为所述管状件的其余部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述管状件为一在先管状件，而其中，所述管状管柱具有一下一管状件，所述方法还包括e)在步骤d)之后，放下所述下一管状件通过所述在先管状件，直至所述下一管状件的上端部被置于所述在先管状件的下端部内；以及f)扩张下一管状件的所述上端部，从而使其被封闭地置于在先管状件的下端部。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将下一管状件的所述上端部扩张至基本上所述第二直径。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，将所述第一扩张器构件保留于所述在先管状件的下端部内，其中，所述下一管状件在其下端设有所述第二扩张器构件或一类似扩张器构件，所述方法还包括g)在所述第二扩张器构件或类似扩张器构件穿过所述在先管状件的下端部之后，将所述第二扩张器构件或类似扩张器构件连接至所述第一扩张器构件；h)在步骤f)之前，移动所述扩张器通过所述邻接管状件的下端部，以将下一管状件的所述下端部扩张至基本所述第一直径；i)将所述第一扩张器构件由所述第二扩张器构件上松开；以及j)移动所述第二扩张器构件通过所述下一管状件的其余部分，以将所述其余部分扩张至基本所述第二直径。
6.根据权利要求3-5之一所述的方法，其特征在于，将若干所述下一管状件在所述井筒内进行扩张，其中，对每组邻接的管状件重复步骤e)-j)。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述扩张器构件通过一闩锁系统互相连接在一起。
8.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述管状管柱为所述井筒的套管管柱。
9.基本上如同上文中参照附图所描述的方法。
全文摘要
本发明提供了一种对延伸至一井筒内的一管状件进行径向扩张的方法，所述管状件具有一待扩张至第一直径的第一段，以及一待扩张至第二直径的第二段，所述第一直径大于所述第二直径。该方法包括，将一扩张器置于井筒内，所述扩张器具有一第一扩张器构件和一第二扩张器构件，其中第一扩张器构件的外径大于第二扩张器构件，所述构件以可松开的方式互相连接在一起；将扩张器穿过第一管状段，从而将第一管状段扩张至第一直径，随后，将第二扩张器构件由第一扩张器构件松开；然后将第二扩张器构件穿过第二管状段，从而将第二管状段扩张至第二直径。
文档编号E21B33/13GK1610788SQ02814024
公开日2005年4月27日 申请日期2002年7月10日 优先权日2001年7月13日
发明者维尔赫尔穆斯·C·M·洛贝克 申请人:国际壳牌研究有限公司