油气井多套管安装系统的制作方法
【专利摘要】一种便于多个套管节在油气井中竖向地依序安装的设备，其包括：大小适合于在井口安装的悬挂器结构，该悬挂器结构具有竖直贯通开口，多个套管节能够通过该竖直贯通开口顺序地竖直安装在井中，所述悬挂器结构具有竖直间隔开的、用于坐放套管节的多个肩部；调节装置，其使得能够实现悬挂器长度的可控调节，籍此将未水泥胶结的套管重量施加在悬挂器结构上。
【专利说明】油气井多套管安装系统
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及用在油气井完井中的方法和设备，尤其涉及用于减少钻进时间以及与将套管或管件悬挂在之前安装好的同心外部套管内相关的花费的方法。
【背景技术】
[0002]存在对用于在油气井中安装套管柱的设备和方法进行改进的需要，从而减小这种安装的时间和成本。
【发明内容】
[0003]本发明的一个主要目的是提供满足与上述操作相关的需要的方法和设备。基本地，在井中安装多个套管节的改进的方法包括如下步骤:
[0004]a)提供大小适合于在井口安装的悬挂器结构，该悬挂器结构具有竖直贯通开口，多个套管节能够通过该竖直贯通开口顺序地竖直安装在井中，
[0005]b)所述悬挂器结构具有竖直间隔开的、用于坐放这些套管节的多个肩部，
[0006]c)提供调节装置，其使得能够实现悬挂器长度的可控调节，籍此将未水泥胶结的套管重量施加在悬挂器结构上。
[0007]正如将会看出的，这种调节装置一般包括多个楔形表面，这些楔形表面响应于该调节装置的调节而引起悬挂器结构的下部的横向扩张。还有，这些肩部由可以从所述悬挂器结构移除的环形延伸的支撑件限定，并适于使套管节通过。这些环形支撑件，比如碗状件，一般内径逐渐变小，以便于同轴套管节的安装和坐放。
[0008]另一个目的是提供可以在横向上从坐放的套管移除的本体部分。正如将会看出的，至少一个本体部分包括在井口处可以在横向上从安装好的套管移除的可拆卸元件。碗状部和它们的支撑件也可以横向移除。
[0009]又一个目的是正如在这里所述的安装中提供抵靠井套管的增强的O形环密封。
[0010]将井口开采设备安装到依序地连接到井中适当位置的井套管上的基本方法包括:
[0011]a)在井中安装和坐放多个同心套管柱以用于水泥胶结，
[0012]b)检测在尝试性的套管柱水泥胶结之后的选定的一个或多个套管柱的不期望的由重量引起的向下位移，同时暂时减轻坐放重量，直到检测不到最后安装好的套管柱的这种向下位移，
[0013]c)然后将所述开采设备连接到最后安装好的套管柱的上部。
[0014]正如将会看出的，至少一个本体部分可以侧向地在横向上从已经依序进行了水泥胶结的套管的坐放头部移除，以允许油气井开采设备的头部能够连接到该坐放头部。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]从如下的说明和附图中将更全面理解本发明的这些以及其他目的和优点，以及说明性实施方式的细节，其中:
[0016]图1是穿过体现本发明的组装好的结构的竖直截面；
[0017]图2是图1结构的透视图；
[0018]图3和图4是完成安装的示意图；
[0019]图5不出了一种改动方案；以及
[0020]图6示出了本体部分的可移除性；
[0021 ]图7示出了改动的O形环密封。
【具体实施方式】
[0022]首先参见图1以及图4的示意图，其示出了要在油气井场所11安装的设备10以便于套管柱节在井中的依序安装。这些设备包括在地表13处安装的下本体部分12、通过下本体部分12在15处承载的上本体部分14以及通过上本体部分14在17处承载的另一上本体部分16。所有这些本体部分可以认为是套管悬挂器结构的部分。
[0023]这些部分限定了竖直贯通开口 18——在下本体部分12中对应于孔19和19a、在上本体部分14中对应于孔20、在另一上本体部分16中对应于孔21，所有这些孔都是同轴的，即关于公共轴线22是同轴的。贯通开口 18适于使可竖直地安装在井Ila中的套管通过。
[0024]悬挂器结构具有或包括竖直间隔开的肩部，以用于坐放不同的套管节。例如，用于支撑套管100的环形肩部25由支撑在下本体部分12中的环形肩部27处的第一环或碗状件26限定；用于支撑套管101的第二环形肩部28由支撑在环31上的锥形环肩部30处的第二环或碗状件29限定，环31进而在32处支撑于与本体部分14相连的结构32a ;用于支撑套管102的第三环形肩部33由支撑在环36上的锥形环肩部35处的第三环或碗状件34限定，环36进而在37处通过第二或上本体部分14支撑。
[0025]环31与本体结构32a和14相互装配，环36与本体结构16a和16相互装配，以辅助组装好的本体部分的稳定。
[0026]在这方面，第二碗状件29及其支撑件31在套管100向下安装之后经由悬挂器本体部分16和14向下安装在孔中；在套管101向下安装到坐放位置上之后安装第三碗状件34和环36。
[0027]设置调节装置来使得能够实现悬挂器长度的可控调节，其中未水泥胶结的套管的重量施加在该悬挂器结构上。
[0028]如图1中所示，调节装置40包括与本体12上的楔形表面43和44相互接合的楔形接合表面41和42，并示意性地示出了致动器45和46，致动器45和46能进行操作以使表面41和42在相反方向47和48上移动远离下本体部分12的肩部43和44。如果部分12与部分14和16 —起下降，那表示支撑在27处的套管100的水泥胶结还没有完成。
[0029]然后将第二套管柱101下放到井中，并穿过套管100坐放在28处。然后继续通过这两个套管进行水泥胶结。当水泥胶结完成时，使楔形表面41和42进一步移动远离表面43和44。如果套管100与套管101和本体部分12，14和16 —起下降，意味着该第二尝试性的水泥胶结没有完成或无效。然后将第三套管柱102下放到井中，并穿过套管100和101。然后继续通过这三个套管进行水泥胶结，直到成功。然后在将本体部分14和16横向移除以露出套管头部102a之后将油气井开采设备连接到被依序水泥胶结的套管102的突出头部102a。如果套管101被成功地水泥胶结，则可以将油气井开采设备连接到头部101。
[0030]在套管柱下送到位并且最后的管柱被成功水泥胶结之后，将本体部分14和16沿横向从套管上移除。为了实现这一点，可以将部分14和16拆分，以使得每个部分各自包括可拆卸元件55和56，如图6中所示；可拆卸元件55和56通过闩锁件57连接，或者通过本体部分上的法兰连接件连接，以便于这些元件以及分别在31和36处示出的碗状件和碗状件支撑部的部分58和59的横向移除。碗状件支撑部还可以包括与元件55和56 —起在横向上从套管移除的部分。这使得油气井开采装置60能够快速连接到套管头部——参见图3，尤其连接到开采油气井流体(石油、天然气等等)的套管。参见图3的设施，在本体部分14和16移除之后，开采连接件66焊接就位。
[0031]因此，将井口开采设备安装到依序连接在井中位置上的油气井套管上的方法基本包括:
[0032]a)在井中安装并坐放多个同心套管柱以用于水泥胶结，
[0033]b)检测在尝试性的套管柱水泥胶结之后的至少一个优选多个套管柱的不期望的由重量引起的向下位移，同时暂时减轻这种坐放，直到检测不到最后安装好的套管柱的这种向下位移，
[0034]c)然后将所述开采设备连接到所述最后安装好的套管柱的上部。
[0035]正如将会看出的，步骤b)典型地包括在尝试性的套管柱水泥胶结之后检测多个套管柱的不期望的由重量引起的向下位移。这些多个管柱一般包括在水泥胶结之前安装好的三个管柱。
[0036]还有，可以设置闩锁件来将本体部分保持就位以支撑碗状件。本体部分可以向外移除以便于油气井开采装置连接到最后安装好的套管柱。可以使用本体部分法兰替代闩锁件，且所述法兰能够脱开连接以能够实现所述部分的移除。参见法兰16a和16a’，以及32a和 32a，。
[0037]在图5中示出的改动方案中，改动后的下本体部分12a具有呈活塞形式的下延伸部90 ;当未水泥胶结的套管重量施加到碗状件26时，该下延伸部可以在缸体19中向下移动。由缸体中的流体压力92所提供的对活塞向下运行的阻力在93处进行控制。
[0038]图7示出了一种改动的碗状件，比如碗状件34’，其结合了环形密封结构，以用于抵靠套管的表面比如套管表面102a进行密封。这种密封结构包括围绕套管延伸并在92a处密封在套管表面上的弹性体O形环92。
[0039]该密封结构还包括由碗状件34’形成的O形环环形保持表面34”和34’ ’ ’，用于对O形环施压并密封O形环来增强O形环在92a处的抵靠套管表面102a的密封。
[0040]呈碗状件34’的延伸部34a’形式的保持件覆盖在碗状件34’上方并在96处通过螺栓可调节地连接到碗状件34’。该延伸部可调节地向下施压并密封O形环的位于92b处的斜上侧，这附加地增强了正如所涉及的在92a处的抵靠套管的有效并可调节的密封。还有，在O形环上方形成空间97以允许压力使O形环变形，在空间97中将O形环向下推压。34”处的斜侧表面也类似地起作用。在92b和34”处的施压表面的角度一般是在包含O形环轴线99的平面内的35°到55°之间。
[0041]因此，提供了具有多个环形密封表面的O形环，这些环形密封表面对应于多个施压环形表面。第二 O形环98与O形环92同轴间隔开。参见O形环轴线99。
[0042]正如将会理解的，对O形环施压以提供增强的抵靠套管工作表面的密封的方法包括相对于O形环轴线实施如下步骤:
[0043]a)提供多个间隔开的相对倾斜的施压表面，这些施压表面围绕O形环轴线环状延伸，并围绕工作表面环状延伸，
[0044]b)使沿所述轴线的长度方向间隔开的所述施压表面中的至少两个表面相对位移，从而以不同角度环状地接合O形环，从而在O形环密封抵靠工作表面时使O形环变形。
[0045]该方法能够在至少其中一个这样的施压表面附近提供空间以容纳工作表面附近的O形环变形。O形环是可弹性变形的，例如是弹性体。
【权利要求】
1.一种便于多个套管节(100，101，102)在油气井中竖向地依序安装的设备，其包括: a)大小适合于在井口安装的悬挂器结构，该悬挂器结构具有竖直贯通开口(18)，多个套管节(100，101，102)能够通过该竖直贯通开口顺序地竖直安装在井中， b)所述悬挂器结构具有竖直间隔开的、用于坐放套管节的多个肩部(25，28，33)， c)调节装置(40)，其使得能够实现悬挂器长度的可控调节，籍此将未水泥胶结的套管的重量施加在悬挂器结构上。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述调节装置(40)包括相互接合的楔形表面(41 - 44)，这些楔形表面响应于该调节装置的调节而引起悬挂器结构的下本体部分(12)的横向扩张。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述悬挂器结构包括:多个本体部分(12，14，16)，其用于容纳坐放在竖直间隔开的多个位置(25，28，33)处的多个套管节；以及由位于所述多个本体部分中的竖直间隔开的多个位置(27，30，35 )处的多个碗状件(26，29，34 )限定的坐放结构。
4.根据权利要求3所述的设备，包括在所述多个本体部分(12，14，16)中的支撑所述多个碗状件的多个支撑件(27，31，36)，且至少一个本体部分(12)包括在井口处沿横向能够从安装好的套管移除的多个可拆卸元件(55，56)。
5.根据权利要求4所述的设备，包括将所述多个可拆卸元件(55，56)保持在可拆卸的组装好的环形状态的闩锁装置(57 )。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，在能够从所述悬挂器结构移除并适于使套管段通过的多个环形支撑件(31，36)上限定有多个肩部(30，35)，并且所述设备还包括与至少其中一个所述环形支撑件(31，36)相关联的环形密封结构(92，98)，所述环形密封结构用于抵靠油气井套管而密封。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述环形密封结构包括O形环(92)和至少两个间隔开的环形密封表面(34”，34’ ’ ’)，O形环除了抵靠油气井套管进行密封之外还抵靠所述环形密封表面密封。
8.一种将井口开采设备安装到依序地连接到井中适当位置的油气井套管上的方法，包括: a)在井中安装和坐放多个同心套管柱以用于水泥胶结， b)在尝试性的套管柱水泥胶结之后检测至少一个选定套管柱的不期望的由重量引起的向下位移，同时暂时减轻坐放重量，直到检测不到最后安装好的套管柱的这种向下位移， c)然后将所述开采设备连接到所述最后安装好的套管柱的上部。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤b)包括在尝试性的套管柱水泥胶结之后检测多个套管柱的不期望的由重量引起的向下位移。
10.一种对O形环施压以增强抵靠工件表面的密封的方法，所述O形环具有中心轴线，所述方法包括如下步骤: a)提供多个间隔开的相对倾斜的施压表面，这些施压表面围绕O形环轴线并围绕工件环状延伸， b)使沿着所述轴线的长度方向间隔开的至少两个所述施压表面相对位移，从而以不同的角度环状地接合O形环，由此在O形环抵靠所述工件密封时使O形环变形。
【文档编号】E21B7/20GK104420829SQ201410031046
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】戴维·M·米勒 申请人:戴维·M·米勒