可闩锁随钻套管系统和方法与流程

油田操作人员执行一系列的操作以获得生产井，包括钻出井孔、插入套管和对套管注水泥到适当位置处。这些操作通常需要操作人员进行井底组件(BHA)的多次插入和移去(“起钻”)。每次额外起钻需要投入额外的时间和资源。

此外，用于构造井的这种顺序方法可能面对额外问题，例如，在地层压力枯竭导致挑战(诸如井孔不稳定性、循环漏失区域、盐蠕变和卡管事件)增加的成熟油田中。不出所料，成熟油田常常在钻井过程中产生最高量的非生产时间(NPT)，使得在许多情况下对剩余油气储量的使用经济上不可行。这种顺序方法也可能不适于由具有带穿过不稳定的地层的窄泥浆窗的复杂的井轨迹的客户油田开发计划形成的挑战。

附图简述

因此，本文中公开了某些可闩锁随钻套管(CWD)系统和方法。在以下对各种所公开的实施方案的详细描述中，将会参考附图，其中：

图1是说明性的可闩锁CWD系统的情景图；

图2是说明性的闩锁装置的等轴视图；

图3A是示出可闩锁CWD方法的流程图；

图3B-3I是在重新定位操作期间的说明性的多位置可闩锁CWD系统的横截面图；

图4A-4B是说明性的多位置可闩锁CWD系统的横截面图，其示出了置放在井孔内；

图5是说明性的多位置可闩锁CWD系统的横截面图，其示出了在使用下部闩锁装置的同时进行钻井；

图6是说明性的多位置可闩锁CWD系统的横截面图，其示出了使用套管钻头进行钻井；

图7A-7B是说明性的多位置可闩锁CWD系统的横截面图，其示出了绳索；以及

图8A-8C是说明性的多位置可闩锁CWD系统的横截面图，其示出了注水泥。

然而，应当理解，附图中给出的具体实施方案和其详细描述不限制本公开。相反，它们为普通技术人员提供了认识到连同给定实施方案的一个或多个一起被涵盖于随附权利要求范围中的替代形式、等效物和修改的基础。

符号和术语

在整个以下描述和权利要求中使用某些术语指代特定的系统部件或配置。如本领域的技术人员将了解，各个公司会用不同名称指代某个部件。本文档不打算区分名称不同但功能相同的部件。在以下论述中和在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放性方式使用，并且因此应当被解释为表示“包括但不限于”。另外，术语“联接”旨在表示间接或直接的电连接。因此，如果第一设备联接到第二设备，那么该连接可以是通过直接电连接，或者通过经由其它设备和连接的间接电连接。另外，术语“附接”旨在表示间接或直接物理连接。因此，如果第一设备附接到第二设备，那么该连接可以是通过直接物理连接，或者通过经由其它设备和连接的间接物理连接。

详细描述

发明背景中指出的问题会至少部分地通过用于可闩锁随钻套管的系统和方法解决。公开的系统和方法在它们操作时的环境的上下文中会得到最好地理解。因此，图1示出了说明性的钻井环境。钻井平台2支撑井架4，井架具有用于使井底组件(BHA)19上升和下降的游动滑车6。在至少一个实施方案中，平台2还可位于海上，用于海底钻井目的。BHA 19可以包括旋转导向系统、随钻测井系统、钻头14、扩孔器15和井下马达26中的一个或多个。在顶部驱动器10下降通过井口12时，该顶部驱动器会支撑BHA 19并且使其旋转。钻头14和扩孔器15也可以由井下马达26驱动。当钻头14和扩孔器15旋转时，它们形成井孔17，该井孔会穿过各种地层18。扩孔器15可为井下扩孔器、翼状扩孔器等等，并且扩孔器15具有可展开的刀具，当展开时，其扩大井孔以容纳套管16。刀具可缩回以使得钻井组件能够在稍后阶段上通过套管内部。

泵20使钻井液24循环而通过进给管道22、通过钻柱内部，到达钻头14。流体通过钻头14中的孔口离开，并且向上流动，以便将钻屑运输到表面，在这个表面处，流体会被过滤和再循环。

图2示出了套管16的包括闩锁装置202的部分，所述闩锁装置可在图1中所示的钻井操作期间使用。闩锁装置202包括具有两个端部206、208的管状构件204，两个端部可经由凹槽或螺纹的配合联接到套管16的其它部分，从而使得闩锁装置202成为套管柱的一部分，并且闩锁装置202可由任何合适套管材料制成。闩锁装置202还包括了闩锁平台S1、S2、S3。

闩锁平台(例如，S1)可以包括一个或多个专门地配置的凹部，这些专门地配置的凹部沿着闩锁装置202的内表面形成，被设计成与从一个或多个井下工具(诸如BHA 19和水泥阀)径向地延伸的可移动的弹簧加载闩锁对准并接收它们。例如，如图所示，闩锁平台S1包括两个垂直地间隔的凹部。在凹部之间的垂直间距可以是唯一的，以便防止被设计用于其它闩锁平台的闩锁(例如，被设计用于S2的闩锁)与特定闩锁平台(例如，S1)接合。在至少一个实施方案中，出于类似原因，可以使用唯一水平间距。当闩锁与闩锁装置202中的适当闩锁平台适当地对准时，作用于闩锁的弹簧加载迫使闩锁径向向外移动到凹部中。当成功接合时，这些闩锁和闩锁平台将井下工具(例如，BHA19或水泥阀)锚固到套管16。

闩锁装置202可以包括多于一个闩锁平台，例如，S1、S2、S3。每个闩锁平台S1、S2、S3可相对于任何其它闩锁平台S1、S2、S3具有唯一位置和在凹部之间的间距。因此，每个闩锁平台S1、S2、S3可为对具有对应闩锁的特定井下工具或井下工具组是唯一的。

通过旋转井下工具以使闩锁在它们横越闩锁装置202时不与对应闩锁平台S1、S2、S3对准，可将井下工具(诸如BHA 19)移动通过任何组的闩锁平台S1、S2、S3，而不接合闩锁平台S1、S2、S3。类似地，通过旋转套管以使闩锁平台S1、S2、S3在它们横越井下工具时不与对应闩锁对准，可以防止包括闩锁平台S1、S2、S3的套管16接合任何井下工具。为了清楚起见，将会使用BHA 19作为实例。然而，在各种实施方案中，可以使用内部套管柱或其它井下工具。

当BHA 19已与闩锁装置202接合时，作用于BHA 19的非旋转向上力(或者作用于套管16的相反的向下力)导致BHA 19从闩锁装置202释放。可通过BHA 19上的闩锁与闩锁平台S1、S2、S3之间的锥形上部肩部来允许BHA 19的向上移动。在接合时，可通过BHA 19上的闩锁与闩锁平台S1、S2、S3之间的方形下部肩部来防止BHA 19的向下移动(或者套管16的向上移动)。可通过调整用于使闩锁向外延伸的弹簧张力或通过更改闩锁与闩锁平台S1、S2、S3之间的表面接触面积，根据需要更改释放BHA 19所需要的力的大小。为了清楚起见，将会描述具有两个闩锁装置202的另外实施方案。然而，在套管16中可以包括任何数量轴向地分开的闩锁装置202，以便在定位套管16和井下工具上实现更大的灵活性，从而减少起钻次数。

图3A-3I示出了根据至少一个实施方案的使用两个闩锁装置的随钻套管的方法350。图3A是在352开始并且在370结束的流程图，并且图3B-3I是井孔17的横截面图，它们将与图3A并行论述。在354和图3B，使井孔17延伸而穿过先前已经注水泥的套管16。如上所述，可通过使用钻头14钻穿在注水泥的套管16下方的地层18使井孔17延伸。

在356和图3C，将钻柱和BHA从井孔17移去，并且将包括上部闩锁装置302和下部闩锁装置304的套管16的一部分插入井孔17中。在各种实施方案中，套管16可以包括任何数量闩锁装置。可通过在两个端部处使下部闩锁装置304联接到套管的一个或多个部分来在插入前组装套管16。接着，可以将上部闩锁装置302联接到套管柱。上部闩锁装置302和下部闩锁装置304之间的距离可大约为BHA的长度。在各种实施方案中，这个距离还可使得在BHA与上部闩锁装置302或下部闩锁装置304接合时，使钻头和扩孔器伸出而穿过套管16的底部。

在358和图3D，可将所插入的套管16紧固在套管卡瓦399内。接着，如上所述，组装BHA 19，将其插入井孔17，移动通过上部闩锁装置302，并闩锁到下部闩锁装置304。接着，如图3E所示，在BHA 19被套管16紧固和支撑时，将用于使BHA 19下降到井孔17中的钻柱或绳索与BHA 19脱离并从井孔17移去。如果需要，可以将套管的更多部分添加到套管柱的顶部。

在360和图3F，使用由套管支撑的BHA 19来使井孔17延伸。如果需要，在清除先前注水泥的套管时，可展开和激活扩孔器15。井孔17可以延伸直到总深(TD)，或者在必要时，可以在达到TD前维修或替换BHA 19。

在362和图3G-3H，在至少一个实施方案中，可维修或替换BHA19。转至图3G，钻柱或绳索可联接到BHA 19并且用于使BHA 19从套管16、具体地是下部闩锁装置304脱离，如上所述。接着，可以将BHA 19从井孔17移去来维修或替换。转至图3H，经由钻柱或绳索将维修或替换的BHA 19插入井孔17中，使其移动通过上部闩锁装置302，并闩锁到下部闩锁装置304。

还可实现密封组件。例如，封隔器杯可以向下循环通过BHA 19和钻头的孔隙。当利用钻杆取回BHA 19时，钻柱可以包括在井并涌的情况下能够封闭在取回的柱与套管之间的环带的封隔器。封隔器可为用于测试、处理和挤压注水泥操作的全开井壁式封隔器。封隔器主体可以包括J形狭槽机构、机械卡瓦、封隔器元件和液压卡瓦。液压压紧机构中的大型重型卡瓦会有助于防止封隔器被向上泵送到孔洞中。

在364和图3I，可以使钻柱或绳索与BHA 19脱离，并且井孔17可以延伸直到由套管支撑的BHA 19TD。在366，如参考图4A-7B解释的那样扩大鼠洞，并且在368，如参考图8A-8C解释的那样执行注水泥。

转至图4A，公开了用于利用套管闩锁和置放在井孔内来扩大鼠洞316的系统400和方法。首先，钻出井孔17达到期望最终深度，或者说是总深(TD)。鼠洞316是TD下方的孔洞，其具有比套管16小的直径。接着，重新定位BHA 19，使得BHA扩孔器臂置放在井孔17的大直径部分内。如图所示，置放BHA 19可以包括将BHA 19的扩孔器15置放在鼠孔316的顶部边缘上。接着，使套管16相对于置放着的BHA 19移动。例如，如果使套管与BHA在下部闩锁装置304处接合，那么向下移动套管可以脱离BHA 19。套管16进一步的向下移动和套管16的旋转(在必要时)可以导致套管16与BHA 19在上部闩锁装置302处接合。

接着，转至图4B，可以通过钻井和扩孔在TD处扩大鼠洞316，使得在TD下方的区域602靠近井孔17的圆周，而非未扩大的鼠洞316的圆周。可以在BHA 19与上部闩锁装置302接合时执行对鼠洞316的扩大。通过扩大鼠洞316，可在注水泥过程期间将套管16定位在TD下方，而非定位在TD上方的多达100英尺处。因此，可以增加周围地层的完整性。

转至图5，公开了用于利用套管闩锁和使用下部闩锁装置来扩大鼠洞316的系统500和方法。首先，BHA 19保持与下部闩锁装置304接合。接着，激活扩孔器15以将鼠洞316扩大，使得鼠洞316的在特定深度处的圆周靠近井孔17的在那个深度处的圆周。接着，套管16紧固在卡瓦内。接着，使BHA 19与下部闩锁装置304脱离，并且经由绳索或钻柱从井孔17移去。最后，向下移动套管16，使得套管16在扩大的鼠洞的深度处包围井孔17。因此，可在注水泥过程期间增加周围地层的完整性。

转至图6，公开了用于利用套管闩锁和使用套管钻头来扩大鼠洞316的替代系统600和方法。首先，将BHA 19在套管16内重新定位到上部闩锁装置302。接着，使用套管钻头502扩大鼠洞316。套管钻头502是位于套管16的端部的特殊的扩孔器。在至少一个实施方案中，套管钻头502包括在套管的底部部分上的配合螺纹。通过向下推动套管16并且在必要时使其旋转，套管钻头502扩大鼠洞316。如果常规的扩孔器故障、不可用或部署起来太过昂贵，那么这种实施方案是有用的。通过将BHA 19重新定位在井孔17内，而非将BHA19从井孔17移去，就可避免多次起钻。另外，通过扩大鼠洞316，可在注水泥过程期间增加周围地层的完整性。

转至图7A，公开了用于利用套管闩锁和使用绳索来扩大鼠洞的系统700和方法。首先，可将套管16紧固在卡瓦399中。接着，可以将绳索702或类似的送入工具插入井孔17中，以与BHA 19接合。接着，可以使用绳索702重新定位BHA 19，例如，从下部闩锁装置304重新定位到上部闩锁装置302。接着，转至图7B，在BHA 19与上部闩锁装置302接合时，可使扩孔器15(未展开)朝着鼠洞316下降。接着，可以展开扩孔器15，并且可以通过扩孔器15扩大鼠洞316。在已经扩大鼠洞316后，可以将BHA 19从井孔17移去，并且可以执行注水泥过程，例如，如图8A-8C所示，其中套管16在先前未扩大的鼠洞的深度处。因此，可在注水泥过程期间增加周围地层的完整性。

转至图8A，系统800包括下部闩锁装置304，所述下部闩锁装置包括BHA闩锁平台(例如，S1)和水泥阀闩锁平台(例如，S2)。系统800还包括上部闩锁装置302，所述上部闩锁装置也包括BHA闩锁平台(例如，S1)和水泥阀闩锁平台。在至少一个实施方案中，上部装置302中的水泥阀闩锁平台(例如，S3)与下部设备304中的水泥阀闩锁平台(例如，S2)不同。在替代实施方案中，两个水泥阀闩锁平台是相同的(例如，两个都在它们相应闩锁装置上的S2的位置)。井孔17包括未扩大的较短部分，这个未扩大的较短部分是直径小于位于井孔17的端部的井孔17的孔洞316。

首先，将水泥阀314插入井孔17中。通过不旋转来接合上部闩锁装置302或通过不具有被配置为接合上部闩锁装置302的任何闩锁，水泥阀绕过上部闩锁装置302。接着，水泥阀314接合下部闩锁装置304。然后，将另一水泥阀312插入井孔17中。转至图8B，第二水泥阀312接合上部闩锁装置302。在两个水泥阀312、314处于适当位置时，将水泥318插入井孔17中。阀允许水泥通过阀仅向井下流动。接着，将钻井液322和移位塞320插入井孔17中。转至图8C，移位塞320停落在上部水泥阀312上。如果任何水泥318受到污染，那么被污染的水泥将容纳在套管16内部，在此，被污染的水泥将在钻井期间清除。被污染的水泥都将不会进入套管16与井孔17之间的环带。

一种随钻套管系统包括套管柱，所述套管柱包括上部闩锁装置和下部闩锁装置。所述系统还包括井底组件(BHA)，BHA闩锁到下部闩锁装置中，以便进行可导向的钻井，BHA被配置成闩锁到上部闩锁装置中，以便扩大鼠洞。

在闩锁到上部闩锁装置中时，BHA的大部分可被套管柱包围。BHA可以如下重新定位：从上部闩锁装置重新定位到下部闩锁装置；或者从下部闩锁装置重新定位到上部闩锁装置，两种都不需要离开井孔。下部闩锁装置与上部闩锁装置之间的距离不大于BHA的长度。下部闩锁装置可以包括下部BHA闩锁平台，并且上部闩锁装置可以包括上部BHA闩锁平台。下部闩锁装置还可包括下部水泥阀闩锁平台，并且上部闩锁装置还可包括上部水泥阀闩锁平台。能够闩锁到下部闩锁装置中的水泥阀不能闩锁到上部闩锁装置中。能够闩锁到上部闩锁装置中的水泥阀不能闩锁到下部闩锁装置中。在另一实施方案中，能够闩锁到下部闩锁装置中的水泥阀能够闩锁到上部闩锁装置中。

一种随钻套管系统包括组装套管柱，所述套管柱包括上部闩锁装置和下部闩锁装置。所述方法还包括将可导向的BHA闩锁到下部闩锁装置中。所述方法还包括将套管柱沿着轨迹导向直到总深。所述方法还包括将BHA重新定位成闩锁到上部闩锁装置中。所述方法还包括在总深处或其下方，扩大鼠洞。

扩大鼠洞包括使用联接到套管的套管钻头扩大鼠洞。重新定位BHA可以包括使用绳索将BHA从下部闩锁装置重新定位到上部闩锁装置。重新定位BHA可以包括将BHA置放在井孔内，以及使套管柱相对于所述置放着的BHA移动。置放BHA可以包括将BHA的扩孔器置放在鼠洞的顶部边缘上。扩大鼠洞可以包括使用扩孔器扩大鼠洞。所述方法还可包括将BHA从井孔移去，以及在总深处对套管注水泥。

一种注水泥方法包括组装套管柱，所述套管柱包括上部闩锁装置和下部闩锁装置。所述方法还包括将套管柱定位在井孔内。所述方法还包括将水泥阀闩锁到下部闩锁装置中。所述方法还包括将第二水泥阀闩锁到上部闩锁装置中。所述方法还包括通过套管柱将水泥注入环带中。

所述方法还可包括将移位塞或者说是注水泥浮动件插入井孔中，移位塞被配置成使水泥通过第二水泥阀而移位。

一种准备注水泥的井包括套管柱，所述套管柱包括上部闩锁装置和下部闩锁装置。所述井还包括水泥阀，所述水泥阀闩锁到下部闩锁装置中。所述井还包括第二水泥阀，所述第二水泥阀闩锁到上部闩锁装置中。

所述井还可包括移位塞，所述移位塞被配置成使水泥移位而通过所述第二水泥阀。

虽然已经针对有限数量实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员将会从中了解许多的修改和变化。随附权利要求预期涵盖所有这样的修改和变化。