用于井下套管磨铣系统的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于磨铣井筒中的套管的系统和方法，其中磨铣系统的上磨铣部分接合磨铣系统的下导向系统的轨道以便定向所述上磨铣部分。所述上磨铣部分沿轨道从第一位置移动到第二位置，其中所述上磨铣部分牢固地附贴到下导向部分。活动导向臂被用来沿活动路径移动磨铣部分。活动导向臂上的活塞安置在第一和第二流体腔室之间，其中所述活塞中的通眼在所述两个腔室之间形成流体路径。通过接近传感器来控制通眼中的可调阀，以变更所述腔室之间的流体流动。所述传感器监控磨铣系统的固定点和移动点之间的距离。
【专利说明】
用于井下套管磨铣系统的控制系统
技术领域
[0001]本公开广泛地涉及一种用于井下磨铣井筒套管中的套管开孔的系统，且更特定而言涉及一种控制铣鞋上的重量(特别是在升沉条件下)的井下磨铣系统。
[0002]发明背景
[0003]在本领域中已众所周知，钻地下井以形成进入到泥土中的主井筒且接着形成由此横向地延伸的一或多个井筒。一般地，首先对主井筒加套管和注水泥，且接着将导向工具在主井筒中定位于被锁定在主井筒套管中的适当位置的锚结构的顶上。导向工具包括被安置来导引降入到井筒里去的切割用铣鞋的倾斜表面。更特定而言，工具(常称为造斜器)使切割用铣鞋偏转，使得切割用铣鞋的刀片接合套管，由此准许在套管和水泥中磨出开孔。磨铣主井筒套管中的侧壁开孔便于随后加进分支井筒。可接着采用定向钻井技术，依照要求指导将分支井筒进一步钻透所述磨出开孔。
[0004]接着，通过将管状衬管由主井筒插入穿过先前在主井筒套管和水泥中切开的开孔且接着进入到分支井筒中，对分支井筒加套管。在典型的分支井筒加套管操作中，衬管稍微向上延伸进入主井筒套管中且当完成加套管操作时延伸穿过开孔。这样，达成了重叠，其中分支井筒衬管在开孔上面被接收在主井筒套管中。
[0005]在某个磨铣系统中，可采用具有导向表面的芯轴而非造斜器来推动铣鞋刀片而接触到套管。因此，磨铣系统可一般包括承载切割用铣鞋的芯轴，其中托架底座安置在切割用铣鞋的任一侧上。管状铣鞋外壳具有在其上形成细长轨道的铣鞋外壳开口。每个轨道具有倾斜段和沿铣鞋外壳长度的实质部分延伸的细长平坦段。在切割期间，使芯轴相对于铣鞋外壳移动。具体而言，托架底座沿细长轨道滑动。轨道的倾斜部分允许切割用铣鞋逐步接合套管以开始切割。一旦套管被接合且磨出初始孔，便沿斜坡的细长平坦段移动切割用铣鞋，由此在套管中磨出细长开孔。切割用铣鞋内径(ID)进入尺寸受到铣鞋外壳尺寸的限制。这样，由于位于铣鞋外壳顶部的喉部限制了最大铣鞋驱动轴直径且固定的套铣引鞋限制了铣鞋刀片和驱动轴的最大直径，使得当前系统受到限制。
[0006]但是，这些结构中的每一个都具有一或多个缺点，从而使得其使用起来不方便或不经济。这些缺点中的一些包括对要切割的套管开孔定位和定向不准确、固定和释放铣鞋较复杂、铣鞋发生由扭矩造成的不良旋转移位，以及不能够控制铣鞋上的重量影响(特别是在近海环境中，其中升沉会快速变更铣鞋上的重量从而导致铣鞋损坏)。
【附图说明】
[0007]本公开的各种实施方案将从下文给出的详细描述和本公开的各种实施方案的附图来更充分地理解。在图式中，相似的参考数字可指示相同或功能上类似的元件。元件首次出现的图式一般由对应参考数字中的最左边的数位来指示。
[0008]图1是根据本公开的实施方案的油气平台的示意性说明，所述油气平台具有安置在井筒中的磨铣组件；
[0009]图2是根据本公开的实施方案的图1的磨铣组件的上磨铣部分的示意性说明；
[0010]图3是根据本公开的实施方案的图1的磨铣组件的下导向系统的示意性说明；
[0011]图4a和图4b是根据本公开的实施方案的图1的磨铣组件的上磨铣部分的示意性说明，所述上磨铣部分接合下导向系统；
[0012]图5是根据本公开的实施方案的图1的磨铣组件的上磨铣部分的示意性说明，所述上磨铣部分被下导向系统充分接合；
[0013]图6是根据本公开的实施方案的磨铣组件的示意性说明；
[0014]图7是根据本公开的实施方案的下导向系统的闭锁组件的剖面图的示意性说明；
[0015]图8是根据本公开的实施方案的下导向系统的活塞和传感器的剖面详细视图的示意性说明；
[0016]图9是根据本公开的实施方案的用于磨铣井筒套管的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]前述公开可在各个示例中重复参考数字和/或字母。这种重复是出于简单性和清晰性的目的，且本质上并不指示所论述的各个实施方案和/或配置之间的关系。此外，本文中为便于描述可使用空间相对术语(例如，“下方”、“下面”、“下”、“上面”、“上”、“井口(uphole)”、“井下”、“上游”、“下游”等)来描述如图中所说明的一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征的关系。空间相对术语旨在涵盖除图中所描绘的定向之外设备在使用或操作中的不同定向。举例来说，如果将图中的设备翻转，那么被描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件于是将被定向为在所述其它元件或特征的“上面”。因此，示例性术语“下面”既可以涵盖上面的定向又可以涵盖下面的定向。可以其它方式来定向设备(例如，旋转90度或处于其它定向)，且同样可相应地解释本文所使用的空间相对描述词。
[0018]最初参考图1，套管磨铣组件安置在从示意性地说明且一般指定为10的近海油气平台钻井的井筒内。半潜式平台12定位在海床16下面的油气层14上方。海底管道18从平台12的甲板20延伸到海底井口装置22，所述海底井口装置22可包括防喷器24。平台12—般可包括起重设备26、井架28、活动块30、用于管柱(例如，呈实质上管状并轴向延伸的油管柱36)升降的吊钩32和转环34。
[0019]井筒38延伸穿过包括地层14的各种地层结构，并具有用水泥黏合在其中的套管柱40。安置在井筒38的一部分中的是磨铣系统50，所述磨铣系统50—般具有上磨铣部分52和下导向系统54。
[0020]从下导向系统54向井下延伸的是一或多条通信电缆，例如与一或多个电装置可操作地相关联的电缆56，所述电装置与用于操作井下工具的井下控制器或致动器相关联或直接与井下工具(例如，流体流控制装置)相关联。电缆56可操作为通信媒体，以在下导向系统54和与另一井下装置(未示出)相关联的电装置之间传输电力、数据等。
[0021]从上磨铣部分52向井口延伸的是一或多个通信电缆，例如延伸到油管柱36和套管40之间的环部中的表面的电缆58。电缆58可操作为通信媒体，以在表面控制器(未画出)和上磨铣部分52之间传输电力、数据等。
[0022]尽管图1描绘了水平井筒，但本领域的技术人员应理解，根据本公开的设备同样适合用于具有其它定向的井筒中，包括垂直井筒、斜井筒、多分支井筒等。并且，尽管图1描绘了近海操作，但本领域的技术人员应理解，根据本公开的设备同样适合用于陆上操作。此夕卜，尽管图1描绘了加套管钻孔，但本领域的技术人员应理解，根据本公开的设备同样适合用于无套管钻孔型磨铣系统。
[0023]接下来参考图2，更详细地描绘了上磨铣部分52。上磨铣部分52包括具有一或多个切割元件或刀片62的铣鞋60。本公开并不限于切割元件的类型，而是可包括多种切割元件。切割元件62承载于可旋转轴或管64上。管64将旋转力提供给切割元件62。同样地，切割元件62将轴向平移力提供给切割元件62。当旋转时，切割元件62被安置来在井筒套管(例如，图1中所示)中磨出开口(未示出)。此外，如本领域中所众所周知，当旋转时，在切割元件62相对于井筒套管的一部分轴向平移后，即刻可形成细长开孔(未示出)。
[0024]从铣鞋60向井下延伸的是接合臂65。接合臂65在近端66处固定到铣鞋60且被安置来从铣鞋60旋转地脱开。因此，在一些实施方案中，轴承68可联接臂65和铣鞋60，由此准许其间发生相对旋转。位于接合臂65的远端70处的是定向和锁定机构72。在一些实施方案中，定向和锁定机构72可包括锁定夹头73和导向机构74(例如，径向延伸的导销)。虽然将定向和锁定机构74描绘为夹头和销，但定向和锁定机构74可为维持铣鞋60的定向并将上磨铣部分52锁定到下导向系统54的任何装置，如下文所描述。
[0025]在一些实施方案中，其中导向机构74是径向延伸销，所述销可加载有弹簧。替代地或另外，销可为破裂销或剪切销。在一些实施方案中，当夹头73处于第一位置中时，销可具有第一径向延伸位置，且当夹头73处于第二位置中时，销可具有第二径向延伸位置。在第二位置中，夹头73可相对于销74的位置沿管64移动，从而将销74从第一位置向外推到第二位置。
[0026]图3更详细地描绘了下导向系统54的近端76。近端76包括管状铣鞋外壳78。开口80形成在管状铣鞋外壳78的一部分中。轨道82经形成为沿着开口80的长度。轨道82具有:“倾斜”段86，其相对于下导向系统54的轴线而倾斜；以及“平坦”段88，其实质上与下导向系统54的轴线平行。在一些实施方案中，可由限定开口80的外壳78边缘来形成轨道82。在其它实施方案中，轨道82可为形成在外壳78的侧壁中的一或多个沟槽或其它导轨90。在一个实施方案中，轨道82由位于相对侧壁中的沟槽或导轨形成且呈u形通道的形状。在任何情况下，轨道82被安置来接收上磨铣部分52的导向机构74。举例来说，在导向机构74为径向延伸销的情况下，销被安置来就位于轨道内并沿轨道滑动。
[0027]就轨道82是导轨90而言，如所示，导轨90在管状外壳78的端部处是开放的。在一些实施方案中(其中导轨90是位于管状铣鞋外壳78的侧壁中的一或多个沟槽)，在开放端处，导轨90的内表面可呈向内倒角或可向内倾斜以便接合加载有弹簧的销74并在销74沿导轨90移动时径向向内推动销74。类似地，一或多个径向延伸孔径91可沿导轨90的内表面形成在外壳78的侧壁中，以用于接收导向机构74(例如，加载有弹簧且径向延伸的销)。
[0028]肩部92被限定为沿着轨道82。在一些实施方案中，肩部92是限定开口80的外壳78边缘且被安置来邻近于轨道82的一端。孔径94可形成在肩部92中。在一些实施方案中，孔径94从下导向系统54的主轴线轴向偏移。
[0029]管状铣鞋外壳78承载于细长型活动导向臂96的一端处。在一些实施方案中，下导向系统54可包括拦砂坝98。在一些实施方案中，拦砂坝98可定位成邻近于或接近外壳78。[°03°] 转向图4a和图4b，上磨铣部分52被说明为与下导向系统54(图4a)对准以及与下导向系统54接合(图4b)。在图4a中，上磨铣部分52的导向机构74与下导向系统54的轨道82对准。在一些实施方案中，就导向机构74是径向延伸销而言，销与导轨90对准。在一些实施方案中，当如此对准时，上磨铣部分52与下导向系统54轴向对准。在任何情况下，一旦对准，上磨铣部分52相对于下导向系统54的进一步轴向移动便导致导向机构74接合轨道82且其后在继续轴向移动后即刻跟在轨道82后面，如图4b中所说明。
[0031]参考图5且继续参考图4b，将了解，当导向机构74沿轨道82移动时，上磨铣部分52将变成从下导向系统54轴向偏移。此外，一旦导向机构74已从轨道82的第一段86过渡到轨道82的第二段88，切割元件62便将处于其最外径向位置处并准备好开始磨出开孔(未示出)。
[0032]此外，为确保切割元件62在磨铣操作期间保持恰当定向，将上磨铣部分52牢固地附接到下导向系统54。因此，在磨铣操作期间出现巨浪或在磨铣操作期间施加其它力的情况下，上磨铣部分52将保持锁定到下导向系统54。在一些实施方案中，当上磨铣部分52变成从下导向系统54轴向偏移时，夹头73与孔径94对准。在一些实施方案中，导向机构74可以继续沿轨道82活动直到导向机构74邻接肩部92为止。在一些实施方案中，导向机构74可以继续沿轨道82活动直到夹头73就位于孔径94内为止。在一些实施方案中，导向机构74可以继续沿轨道82活动直到导向机构74接合沿着管状铣鞋外壳78的侧壁的特征(例如，孔径91)为止。无论采用上述哪个实施方案，上磨铣部分52均被固定到下导向系统54以达成后续操作。在图5中，将上磨铣部分52说明为充分接合到下导向系统54。
[0033]虽然导向机构74和轨道82已在某些实施方案中进行了描述且其表示具有活动路径(具有第一径向段和第二轴向段)的跟随器系统，但将了解，可在不背离本公开的情况下利用任何类型的跟随器系统，只要跟随器系统在径向上且接着在轴向上推动切割元件62并且其后使上磨铣部分52固定到下导向系统54即可。
[0034]转向图6，更详细地说明了磨铣系统50ο如所示，上磨铣部分52被固定到下导向系统54，如上文所描述。管状铣鞋外壳78承载于细长型活动导向臂96的一端处。细长型活动导向臂96从导向组件100延伸并可滑动地接合导向组件100。在一些实施方案中，细长型导向臂96包括一或多个花键97，以防止活动导向臂96和导向组件100之间发生相对旋转。一般地，细长型活动导向臂96接合导向组件100，且被安置来在导向组件100内滑动以便沿要磨铣的套管的长度来导引切割用铣鞋60。如图6和图7中所示，导向组件100—般包括管状主体102，所述管状主体102包括具有一或多个花键槽106的花键段104，所述花键槽106被安置来接合细长型活动导向臂96的花键97，由此防止导向臂96(及因此切割用铣鞋60)在平移期间旋转。另外，导向组件100包括闭锁组件105和气缸段107。
[0035]闭锁组件105可包括一或多个深度和定向机构108，以用于将井筒套管(未示出)中的导向组件100定位在预定深度处并对井筒套管(未示出)内的导向组件100进行方位定向。此类深度和定向机构108在本领域中是众所周知的，且本公开并不限于任何特定配置。举例来说，深度和定向机构108可包括用于接合井筒套管的闭锁。具体而言，闭锁上的键接合井筒套管(未示出)中的穴以便识别特定的深度和定向。如本领域中所众所周知，一旦闭锁组件105如所描述被恰当定位，其后便可使用滑片或某种其它固定机构(未示出)将导向组件100固定在井筒套管中。
[0036]导向组件100还可包括锁定机构110(例如，剪切销和/或夹头或其它装置)，以在导向组件100延伸到井筒中时将导向臂96锁定到导向组件100。一旦导向组件100定位在井筒套管中、键接合且滑片固定，便可以操控锁定机构110以导致活动导向臂96从导向组件100松开使得导向臂96可以相对于导向组件100滑动。
[0037]参考图8，更详细地说明了导向臂96和管状主体102。如所示，活动导向臂96的至少一部分形成用于限定第一流体腔室的内部储器112。管状主体102的一部分形成气缸114，第二流体腔室被限定在所述气缸114中。活塞116附接到导向臂96的端部，并可滑动地安置在气缸114中且位于第一流体腔室和第二流体腔室之间。流体113安置在每个流体腔室(S卩，储器112和气缸114)中。活塞116包括准许在流体腔室(S卩，储器112和气缸114)之间形成流体连通的通眼(through-bore) 118。释放阀120安置在通眼118中以控制流体113在第一和第二流体腔室(即，储器112和气缸114)之间的流动。释放阀120可由控制系统122来控制。可提供电力系统124以将电力提供给控制系统122。虽然控制系统122和电力系统124在一或多个实施方案可局部地集成为活塞116的一部分，但其不必如此。电力和/或控制件可以远离活塞116。局部电力系统可为电池、电容器等。用于释放阀120的致动媒体也不受限制。在一些实施方案中，释放阀120可液压地致动或利用电力系统124电力地致动。在任何情况下，前述布置提供用于控制铣鞋60的移动的液压放气系统。
[0038]传感器126被安置来将测量结果提供给控制系统122。在一些实施方案中，传感器126是被安置来测量井筒中的固定点和磨铣系统50的移动部件之间的距离的位置传感器。在一些实施方案中，传感器126是被安置来测量活塞116和管状主体102上的固定参考点R之间的距离L的位置传感器。将了解，参考点R相对于传感器126的移动是固定的，所述传感器126可承载于活塞126、臂96或上磨铣部分52的另一部分上。替代地，传感器可处于固定位置中，例如安装到导向组件100(其刚性地固定到套管柱)，且可用来监控选择在磨铣系统的移动部件上的参考点R。在任何情况下，传感器126结合控制系统122来监控铣鞋60相对于参考点的位置，并且可以控制阀120以便在升沉事件期间产生对铣鞋60的更智能控制。虽然在一些实施方案中将传感器126描述为由活塞116承载，但将了解，传感器126可安置在磨铣系统50中的任何位置处，只要其可以用来监控铣鞋60相对于参考点的位置即可，如所描述。
[0039]可提供密封件128，以本领域中众所周知的方式实现滑动表面之间的密封。
[0040]在磨铣操作期间，下导向系统54延伸入例如图1中所说明的加套管的井筒中。如上文所描述，下导向系统54的导向组件100利用深度和定向机构108被固定在套管中，以将导向组件100定位在所要位置处从而磨出套管开孔。一旦被定位和固定在适当位置，便激活锁定机构110以导致从导向组件100释放导向臂96，由此准许导向臂96相对于导向组件100移动。在一些实施方案中，锁定机构110是剪切销，在这种情况下，向导向臂96施加轴向力以便剪切锁定机构110。在一些实施方案中，可通过上磨铣部分52来施加轴向力。在其它实施方案中，可在上磨鲞部分52延伸入井筒中之前施加轴向力。在一些实施方案中(其中利用上磨铣部分52来施加轴向力)，可在将切割元件62与井筒套管接合之前施加轴向力，而在其它实施方案中，一旦对开孔的实际磨铣已开始，便可施加轴向力。
[0041]在任何情况下，一旦下导向系统54被定位，上磨铣部分52便接合下导向系统54。具体而言，上磨铣部分52延伸入井筒套管中并定位成邻近于下导向系统54。当定位成彼此邻近时，导致上磨铣部分52的定向和锁定机构72接合管状铣鞋外壳78。更具体而言，定向和锁定机构72接合下导向系统54的轨道82。在一些实施方案中，导向机构74接合轨道82。在一些实施方案中，导向机构74是定位在接合臂65的相对侧上的径向延伸销，且被导致就位于形成在外壳78的相对侧壁中的导轨90中。
[0042]因此，将了解，导向机构74通过接合轨道82来定向铣鞋60(且特定而言，切割元件62)，并定位切割元件62以达成磨铣操作。
[0043]一旦定向和锁定机构72已接合轨道82，便激活铣鞋60。在一些实施方案中，通过使轴64旋转来激活铣鞋60，由此导致切割元件62旋转。在其它实施方案中，通过利用本领域中已知的其它类型的驱动机构来激活铣鞋60，以便激励切割元件62。在切割元件62旋转的情况下，向上磨铣部分52施加向下轴向移动，由此导致定向和锁定机构72沿轨道82从第一位置(沿着轨道82的倾斜段86)移动到第二位置(邻近于外壳78的端部)到第二位置(沿着轨道82的平坦段88)。当铣鞋60从第一位置移动到第二位置时，切割元件62开始切割邻近的井筒套管，从而在套管中形成初始开口。在一些实施方案中，继续上磨铣部分52的向下相对移动，直到上磨铣部分52牢固地接合到下导向系统54为止。当铣鞋60从第一位置移动到第二位置时，上磨铣部分52变成从下导向系统54轴向偏移。当此发生时，夹头73与孔径94对准。在一些实施方案中，导向机构74可以继续沿轨道82活动直到导向机构74邻接肩部92为止。在一些实施方案中，导向机构74可以继续沿轨道82活动直到夹头73就位于孔径94内为止。在一些实施方案中，导向机构74可以继续沿轨道82活动直到导向机构74接合沿着管状铣鞋外壳78的侧壁的特征(例如，孔径91)为止。无论采用上述哪个实施方案，上磨铣部分52均被固定到下导向系统54以达成正在进行的操作。
[0044]应注意，在一些实施方案中，当定向和锁定机构72沿轨道82移动直到上磨铣部分52固定到下导向系统54时，锁定机构100继续保持活动导向臂96锁定到导向组件100。一旦上磨铣部分52固定到下导向系统54(例如，当臂65邻接肩部94时)，便可经由上磨铣部分52向锁定机构110施加轴向力以便从导向组件100释放导向臂96。
[0045]在任何情况下，在上磨铣部分52附接到下导向系统54(如所描述)且锁定机构110被释放的情况下，上磨铣部分52上的持续向下力将推动导向臂96滑动穿过导向组件100，因此为铣鞋60提供活动指导(并且与利用细长型平坦轨道(沿所述轨道推动铣鞋)的现有技术系统形成对比)。
[0046]此外，可以通过位于活动导向臂96的端部处的活塞116来控制活动导向臂96移动穿过导向组件100。如所描述，流体113安置在活塞114内。当向臂96施加向下压力时，使活塞114内的流体113上的压力增加。可利用阀120以准许从活塞114可控地释放流体113，从而允许切割元件62沿要磨铣的开孔的轴线更平滑地移动。这允许维持上磨铣部分52上的增加的压力，由此最小化升沉将导致切割元件62沿要磨铣的开孔的轴线跳来跳去的可能性。在一些实施方案中，可进一步通过采用传感器126来控制切割元件62沿要磨铣的开孔的轴线的移动速率。具体而言，传感器126可监控距离L。控制系统122可使用来自传感器126的输出，以计算出活塞116的移动速率及因此铣鞋60的移动速率。就此而言，基于铣鞋60的所要移动速率，可利用控制系统122来变更流经阀120的流体113，所述阀120位于分别由气缸114和储器113形成的第一和第二流体腔室之间。
[0047]在图9中，说明了磨铣系统的控制系统112的操作。利用所述系统以在井筒的套管中磨出一或多个开孔。因此，得以钻出主井筒且套管被用水泥黏合在井筒内的适当位置。在套管被用水泥黏合在适当位置的情况下，使磨铣系统的导向系统延伸于井筒中并沿套管柱将其锁在适当位置从而接近要磨铣的套管柱的一部分。
[0048]在导向系统被锁在适当位置的情况下，可从下导向系统的闭锁组件释放活动导向臂。在一些实施方案中，这种释放可通过将向下力放置在活动导向臂上直到将导向臂固定到闭锁组件的剪切销破裂为止来实现。
[0049]接下来，使磨铣系统的上磨铣部分延伸于井筒中且套管铣鞋接合下导向组件的活动导向臂(如在步骤910处)。更特定而言，使上磨铣部分的导向机构与由活动导向臂承载的外壳上的轨道对准。一旦对准，导向机构便接合轨道。在一些实施方案中，此时，例如通过其上输送有上磨铣部分的管状件的旋转来激活切割刀片。接着，使导向机构沿轨道移动，从而导致切割元件移动而接触到邻近套管并开始在套管中切出开口(如在920处)。
[0050]导向机构继续沿轨道移动以扩大开口，直到上磨铣部分充分接合由下导向外壳的活动导向臂承载的外壳并锁定到所述外壳中为止。
[0051]在上磨铣部分与下导向系统充分接合的情况下，活动导向臂被激活并开始沿线性路径移动(如在930处)。当导向臂沿路径移动时，控制系统监控套管铣鞋的位置并作出调节以控制铣鞋上的重量和磨铣速率。就此而言，一旦活动导向臂开始移动，便将用来控制切割速率的阀调节到所要设定值(如在930处)。当磨铣继续时，监控固定点和移动点之间的距离L(如在步骤940处)。举例来说，固定点可为在刚性地固定到套管的磨铣系统部件上的参考点，且移动点可为在相对于套管移动的磨铣系统部件(例如，铣鞋)上的参考点。在一些实施方案中，监控在磨铣期间可为连续的。在步骤950处，当监控当前距离L时，将所达成的最大距离记录为Lmax。这个Lmax—般将在正常操作期间不断增大。如果当前距离L开始减小(L〈Lmax)，那么打开位于上述闭锁组件的活塞中的放气阀以允许流体从闭锁组件的气缸的流体腔室流到细长臂的流体腔室(即，储器)(如在960处)。开放阀准许铣鞋向上自由移动而没有任何液压阻尼。举例来说，在升沉事件(导致切割元件吊离而不与套管接触的任何事件)(例如，在波浪作用下位于水表面处的平台的上升)后，所监控的距离即刻可能增大。在一些实施方案中，当继续监控距离L时，记录在升沉周期中所达成的最小距离Lmin。当固定点与移动点之间的距离L开始再次增大时(L>Lmin)，将阀部分关闭以限制向下回移而接触到套管的铣鞋的速度(如在970处)。在步骤980处，当当前距离L接近最大达成距离Lmax时(S卩，铣鞋接近其先前已达到的最远向下位置)，将阀进一步关闭到在先前达成Lmax时其所设定处于的限制位置(即，所要设定位置)。磨铣在990处继续进行步骤930-980的监控和控制。这样，可以控制磨铣速率并且可以维持铣鞋上的实质上不变的重量。
[0052]因此，已描述了套管磨铣系统。所述系统的一个优点是可在井口向铣鞋组件和驱动轴提供充分内径进入。这允许有可能增大铣鞋的直径(从而产生更大的第一遍开孔，更容易进行第二遍磨铣或完全消除对第二遍的需要)。其还允许驱动轴变坚固，因为驱动轴无需穿过铣鞋外壳(例如，外壳78)的内径。此外，由于没有造斜器，所以系统允许回流环部更大以使切肩返回。另外，在一些实施方案中，可合并拦砂坝以密封于所磨出的开孔的位置下面，从而迫使切肩在井口返回。最后，考虑到磨出孔的更精确位置，所述系统有可能消除对第二遍磨铣的需要，从而显著减少安装钻机时间。
[0053]另外，在一些实施方案中，当磨铣系统沿所要切割路径移动时，活塞和控制系统最小化升沉的影响和/或铣鞋上的重量改变。此举提供了具有计量阀的液压系统，所述计量阀在沿切割路径向下推动铣鞋时从气缸中放出压力。此外，在一些实施方案中，可合并传感器，以监控固定点与磨铣系统的移动部件之间的相对距离并由此控制放气阀以最小化升沉对磨铣系统的影响。
[0054]前述实施方案的额外优点是:铣鞋外壳的长度大大减小，从而基本上消除了现有技术磨铣系统中流行的轨道的细长平坦部分，因为切割用铣鞋过渡到轨道的短且平坦部分并接着离开肩部。
[0055]因此，已描述了一种用于井筒的套管磨铣系统的各种实施方案。磨铣系统的这些实施方案一般可包括:磨铣部分，其包括至少一个切割元件、轴向延伸的接合臂以及位于接合臂的远端上的定向和锁定机构；以及导向系统，其包括:管状铣鞋外壳，其具有形成在管状铣鞋外壳的一部分中的开口，其中管道沿着所述开口的长度的一部分形成;细长型活动导向臂，其从管状铣鞋外壳延伸并沿着轴线限定;导向组件，其被安置来滑动地接收活动导向臂，其中所述导向组件包括管状主体和闭锁组件，所述管状主体的一部分限定气缸段。同样地，已描述了一种用于井筒的套管磨铣系统的其它实施方案。磨铣系统的这些实施方案一般可包括:磨铣部分，其包括至少一个切割元件、轴向延伸的接合臂以及位于接合臂的远端上的定向和锁定机构；导向系统，其包括:管状铣鞋外壳，其具有形成在管状铣鞋外壳的一部分中的开口，其中管道沿着所述开口的长度的一部分形成;细长型活动导向臂，其从管状铣鞋外壳延伸并沿着轴线限定;导向组件，其被安置来滑动地接收活动导向臂，其中所述导向组件包括管状主体和闭锁组件，所述管状主体的一部分限定气缸段，其中活动导向臂包括内部储器和活塞，所述活塞附接到导向臂的端部且被安置来在导向组件的管状主体的气缸段内滑动，其中活塞包括准许储器和气缸之间形成流体连通的通眼以及安置在通眼中以控制储器和气缸之间的流体流动的释放阀；以及传感器，其被安置来测量井筒中的第一点和井筒中的第二点之间的移动。
[0056]对于前述实施方案中的任一者而言，磨铣系统可包括单独或彼此组合的以下元件中的任一者:
[0057]可旋转轴，切割元件承载于所述可旋转轴上。
[0058]轴承，其将臂的近端联接到切割元件，由此准许其间发生相对旋转。
[0059]定向和锁定机构包括导向机构。
[0060]导向机构是从臂径向延伸的销。
[0061]导向机构是可从臂径向延伸的销，其中当夹头处于第一位置中时，销具有第一径向延伸位置，且当夹头处于第二位置中时，销具有第二径向延伸位置。
[0062]导向机构是剪切销。
[0063]定向和锁定机构包括锁定夹头。
[0064]锁定夹头被安置来就位于被限定在管状铣鞋外壳中的孔径中，使得当夹头就位于孔径中时铣鞋从细长导向臂轴向偏移。
[0065]轨道具有:第一段，其相对于细长型活动导向臂的轴线倾斜；以及第二段，其实质上与导向臂的轴线平行。
[0066]轨道是由外壳开口的边缘而形成。
[0067]轨道具有形成在外壳的侧壁中的导轨。
[0068]导轨是u形通道。
[0069]导轨在管状外壳的端部处是开放的。
[0070]导轨包括位于外壳的侧壁中的沟槽，所述沟槽具有沿导轨的一部分呈向内倒角的内表面。
[0071 ]径向延伸的孔径形成在外壳的相对侧壁中。
[0072]肩部被限定为沿着轨道。
[0073]肩部是外壳开口的边缘且被安置来邻近于轨道的一端。
[0074]孔径形成在肩部中。
[0075]孔径从导向臂的轴线轴向偏移。
[0076]细长型活动导向臂包括沿着导向臂长度的一部分的花键。
[0077]导向组件的管状主体具有花键槽，所述花键槽被安置来接合限定在活动导向臂上的花键。
[0078]闭锁组件包括深度和定向机构。
[0079]闭锁组件包括闭锁，所述闭锁被安置来接合井筒套管中的穴。
[0080]导向组件包括锁定机构，所述锁定机构被安置来将导向臂锁定到导向组件。
[0081 ]导向组件的锁定机构包括剪切销。
[0082]拦砂坝被定位成接近管状铣鞋外壳。
[0083]轨道包括跟随器系统，所述跟随器系统限定具有第一径向段和第二轴向段的活动路径。
[0084]导向系统包括通过安置在细长导向构件的端部上的活塞而分离的第一流体腔室和第二流体腔室。
[0085]—个流体腔室是形成在活动导向臂中的内部储器。
[0086]—个流体腔室是由气缸的一部分而形成。
[0087]活塞附接到导向臂的端部，并被安置来在导向组件的管状主体的气缸段内滑动。
[0088]流体安置在储器和气缸中。
[0089]活塞包括准许储器和气缸之间形成流体连通的通眼。
[0090]释放阀安置在通眼内。
[0091 ]控制系统用于控制释放阀的操作。
[0092 ]电力系统用于将电力提供给控制系统。
[0093]控制系统和电力系统集成为活塞的一部分。
[0094]液压地致动释放阀。
[0095]电力地致动释放阀。
[0096]传感器被安置来测量井筒中的第一点和井筒中的第二点之间的移动。
[0097]第一点被限定在导向组件上，且第二点被限定在可相对于导向组件移动的套管磨铣系统的一部分上。
[0098]第一点被限定在套管磨铣系统的固定部分上，且第二点被限定在可相对于固定部分移动的套管磨铣系统的一部分上。
[0099]接近传感器被安置来测量套管磨铣系统的固定部分和第二点之间的相对距离，所述第二点被限定在可相对于固定部分移动的套管磨铣系统的一部分上。
[0100]接近传感器安装在活塞上，且被安置来测量活塞和导向组件的管状主体之间的相对距离。
[0101]已描述了一种用于磨铣井筒中的套管的方法。所述磨铣方法的实施方案可包括:通过铣鞋接合套管磨铣系统的导向系统的轨道;沿轨道将铣鞋从第一位置移动到第二位置直到铣鞋被固定到导向系统为止；以及移动导向系统的导向臂且经由导向系统的导向组件将铣鞋附接到所述导向臂以便控制铣鞋的移动并由此在套管中形成开孔。对于前述实施方案中的任一者而言，所述方法可包括单独或彼此组合的以下步骤中的任一者:
[0102]使套管磨铣系统的导向系统延伸入加套管的井筒中，并将导向系统锁到套管。
[0103]激活锁定机构以从导向组件释放导向系统的导向臂，由此准许导向臂相对于导向组件移动。
[0104]向剪切销施加轴向力以从导向组件释放导向系统的导向臂，由此准许导向臂相对于导向组件移动。
[0105]将铣鞋定位成邻近于导向系统，并导致铣鞋的定向和锁定机构接合导向系统的管状铣鞋外壳。
[0106]将导向系统的轨道与铣鞋接合。
[0107]使铣鞋的导向机构就位于导向系统的导轨中。
[0108]激活铣鞋的切割元件。
[0109]向铣鞋施加向下轴向力以沿轨道将铣鞋从沿着轨道的倾斜段的第一位置移动到邻近于导向系统外壳的端部的第二位置。
[0110]通过沿轨道移动铣鞋而在套管中形成初始开口。
[0111]将铣鞋固定到导向系统的端部。
[0112]当铣鞋沿轨道从第一位置移动到第二位置时，导致铣鞋变成从导向系统轴向偏移。
[0113]将导向系统中的开口与铣鞋的夹头接合，以将铣鞋附接到导向系统。
[0114]移动导向系统的导向臂，且经由导向系统的导向组件将铣鞋附接到所述导向臂。
[0115]利用位于导向臂的端部处的活塞来控制导向臂的移动。
[0116]调节活塞中的阀以控制第一腔室和第二腔室之间的流体流动，由此控制导向臂的移动。
[0117]采用接近传感器以控制阀调节。
[0118]利用接近传感器来控制第一腔室和第二腔室之间的流体流动。
[0119]利用接近传感器来监控距离L。
[0120]钻出井筒，将套管柱用水泥黏合在井筒内的适当位置，使导向系统延伸入井筒中并沿套管柱将其锁在适当位置从而接近要磨铣的套管柱的一部分。
[0121]调节铣鞋上的重量。
[0122]采用阀来控制铣鞋上的重量。
[0123]采用阀来控制磨铣速率。
[0124]选择固定点和移动点，并监控这两个点之间的距离。
[0125]基于所监控的距离来调节阀。
[0126]如果所监控的距离开始减小，那么将阀从第一位置打开到第二位置以允许流体从气缸中的储器流到细长臂中的储器。
[0127]一旦阀已打开，便继续监控距离，且当所监控的距离开始增大时，至少部分地将阀从第二位置关闭到在第一和第二位置之间的第三位置。
[0128]一旦阀已部分地关闭，便继续监控距离，且当所监控的距离接近先前的最大距离时，调节阀以将其从第二位置关闭到第四位置。
[0129]第四位置与第一位置相同。
[0130]虽然已示出和描述了各种实施方案和方法，但本公开并不限于此类实施方案和方法且将理解为包括将为本领域的技术人员所显而易见的所有修改和变化。因此，应理解，本公开并不意欲限于所公开的特定形式。相反，意欲涵盖在如由所附权利要求书定义的本公开的精神和范围内的所有修改、等效物和替代例。
【主权项】
1.一种用于井筒的套管磨铣系统，所述磨铣系统包括: 磨铣部分，其包括至少一个切割元件、轴向延伸的接合臂以及位于接合臂的远端上的定向和锁定机构；以及 导向系统，其包括:管状铣鞋外壳，其具有形成在管状铣鞋外壳的一部分中的开口，其中管道沿着所述开口的长度的一部分形成;细长型活动导向臂，其从所述管状铣鞋外壳延伸并沿着轴线限定;导向组件，其被安置来滑动地接收所述活动导向臂，其中所述导向组件包括管状主体和闭锁组件，所述管状主体的一部分限定气缸段。2.根据权利要求1所述的磨铣系统，其中所述定向和锁定机构包括锁定夹头，并且所述管状铣鞋外壳包括肩部，所述肩部具有安置在其中用于接收所述锁定夹头的开口。3.根据权利要求1所述的磨铣系统，其中所述定向和锁定机构包括导向机构。4.根据权利要求3所述的磨铣系统，其中所述导向机构包括从所述臂径向延伸的销。5.根据权利要求1所述的磨铣系统，其中所述轨道具有:第一段，其相对于所述细长型活动导向臂的所述轴线倾斜;以及第二段，其实质上与所述导向臂的所述轴线平行。6.根据权利要求5所述的磨铣系统，其中所述轨道包括形成在所述外壳的侧壁中的导轨。7.根据权利要求6所述的磨铣系统，其中所述导轨在所述管状外壳的端部处是开放的。8.根据权利要求1所述的磨铣系统，其还包括被定位成接近所述管状铣鞋外壳的拦砂坝。9.根据权利要求1所述的磨铣系统，其中所述活动导向臂包括内部储器和活塞，所述活塞附接到所述导向臂的端部且被安置来在所述导向组件的所述管状主体的所述气缸段内滑动，其中所述活塞包括准许所述储器和所述气缸之间形成流体连通的通眼。10.根据权利要求9所述的磨铣系统，其还包括释放阀，所述释放阀安置在所述通眼中以控制所述储器和所述气缸之间的所述流体流动。11.根据权利要求1或8或9或10所述的磨铣系统，其还包括传感器，所述传感器被安置来测量所述井筒中的第一点和所述井筒中的第二点之间的移动。12.根据权利要求1或8或9或10所述的磨铣系统，其还包括接近传感器，所述接近传感器被安置来测量所述套管磨铣系统的固定部分和所述第二点之间的相对距离，所述第二点被限定在可相对于所述固定部分移动的所述套管磨铣系统的一部分上。13.一种用于井筒的套管磨铣系统，所述磨铣系统包括: 磨铣部分，其包括至少一个切割元件、轴向延伸的接合臂以及位于接合臂的远端上的定向和锁定机构； 导向系统，其包括:管状铣鞋外壳，其具有形成在管状铣鞋外壳的一部分中的开口，其中管道沿着所述开口的长度的一部分形成;细长型活动导向臂，其从所述管状铣鞋外壳延伸并沿着轴线限定;导向组件，其被安置来滑动地接收所述活动导向臂，其中所述导向组件包括管状主体和闭锁组件，所述管状主体的一部分限定气缸段，其中所述活动导向臂包括内部储器和活塞，所述活塞附接到所述导向臂的端部且被安置来在所述导向组件的所述管状主体的所述气缸段内滑动，其中所述活塞包括准许所述储器和所述气缸之间形成流体连通的通眼以及安置在所述通眼中以控制所述储器和所述气缸之间的所述流体流动的释放阀；以及 传感器，其被安置来测量所述井筒中的第一点和所述井筒中的第二点之间的移动。14.根据权利要求13所述的磨铣系统，其中所述轨道具有:第一段，其相对于所述细长型活动导向臂的所述轴线倾斜;以及第二段，其实质上与所述导向臂的所述轴线平行。15.根据权利要求14所述的磨铣系统，其中所述轨道包括形成在所述外壳的侧壁中的导轨，其中所述导轨在所述管状外壳的端部处是开放的。16.一种用于磨铣井筒中的套管的方法，所述方法包括: 通过铣鞋接合套管磨铣系统的导向系统的轨道； 沿所述轨道将所述铣鞋从第一位置移动到第二位置直到所述铣鞋被固定到所述导向系统为止；以及 移动所述导向系统的导向臂且通过所述导向系统的导向组件将所述铣鞋附接到所述导向臂以便控制所述铣鞋的移动并由此在所述套管中形成开孔。17.根据权利要求16所述的方法，其还包括:通过变更第一腔室和第二腔室之间的流体流动来控制所述导向臂的移动。18.根据权利要求17所述的方法，其中变更所述流体流动包括:测量所述井筒中的第一固定点和第二点之间以及第一腔室和第二腔室之间的距离改变；以及调节定位在所述两个腔室之间的阀。19.根据权利要求17所述的方法，其还包括:选择固定点和移动点并监控所述两个点之间的所述距离；以及基于所述所监控的距离来调节阀以控制第一腔室和第二腔室之间的所述流体流动。20.根据权利要求19所述的方法，其中如果所监控的距离开始减小，那么将所述阀从第一位置打开到第二位置以允许流体从所述气缸中的储器流到所述细长臂中的储器。21.根据权利要求20所述的方法，其中一旦所述阀已打开，则继续监控所述距离，且当所述所监控的距离开始增大时，至少部分地将所述阀从所述第二位置关闭到在所述第一和第二位置之间的第三位置。22.根据权利要求21所述的方法，其中一旦所述阀已部分地关闭，则继续监控所述距离，且当所述所监控的距离接近先前的最大距离时，调节所述阀以将其从所述第二位置关闭到第四位置。
【文档编号】E21B17/02GK105992860SQ201380080802
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2013年12月31日
【发明人】A·S·简德雷, S·A·特尔福
【申请人】哈里伯顿能源服务公司