可收縮和膨脹的管形的井筒系統的製作方法

2023-10-16 23:46:59

專利名稱：可收縮和膨脹的管形的井筒系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種設置在井筒中的管形系統，包括一個延伸到井筒中的管件，並且具有一個壁，該壁至少有一段減小了彎折剛度，每個減小了彎折剛度的段限定一個鉸鏈，允許該管件在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的該管件具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的該管件具有一個相對大的橫截面尺寸。
WO99/55999公開了這樣的系統，其中管件形成一個井筒套管，其穩定井筒壁並且防止井孔塌陷。
已知系統的一個缺點是，在膨脹狀態時，管件的塌陷抗力低於傳統的沒有鉸鏈的管形件。
本發明的任務是提供一種改進的管形系統，其克服了上述的缺點。
根據本發明，提供一種布置在井筒中的管形系統，包括-一個延伸進入到井筒中的外管，其具有一個壁，該壁至少有一段減小了彎折剛度，每個減小了彎折剛度的段限定一個鉸鏈，允許外管在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的外管具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的外管具有一個相對大的橫截面尺寸；-一個內管延伸進入到外管中，並且具有一個壁，該壁至少有一段減小了彎折剛度，每個減小了彎折剛度的段限定一個鉸鏈，允許內管在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的內管具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的內管具有一個相對大的橫截面尺寸；其中，當所述管件在其相應的膨脹狀態時，內管支持外管並且定位在外管中，使得內管的各鉸鏈與外管的各鉸鏈周向錯開。
藉助於相關鉸鏈的交錯的布置，實現外管的各鉸鏈布置在面對內管的全壁厚的一個段，從而防止外管的鉸鏈(在膨脹狀態下)意外地彎折。
下面通過參照附圖對本發明進行更詳細的描述。其中


圖1示意地表示一個外管在其膨脹狀態下的橫截面圖；圖2示意地表示該外管在其塌陷狀態；圖3示意地表示一個外管在其膨脹狀態並且一個內管為塌陷狀態；圖4示意地表示一個外管和內管，它們分別在其膨脹狀態。
參見圖1，圖1表示一個井筒套管，其形式是一個管形件1，其將要安裝到一個已經在地層中鑽成的井筒(未示出)中，從而管形件1在其最終位置或者直接被巖層(未示出)圍繞，在它們之間是可選擇的水泥粘結劑或者橡膠套，或者由另外的井筒管形件圍繞。管形件1下面稱為「外管1」，以與下面的「內管」區別開。
外管1具有5個弧形部分2，3，4，5，6，它們具有相對厚的壁，和5個將弧形部分互相連接起來的短部7，8，9，10，11，它們具有相對薄的壁。短部7，8，9，10，11在外管1的縱向或者接近縱向延伸。短部7，8，9，10，11利用它們減小的壁厚具有一個減小的彎曲剛度，並且因此形成可塑性變形的鉸鏈。此後，外管1在圖1所示的圓形橫截面形狀時，將被稱為外管1的膨脹狀態。
在圖2中表示外管1在塌陷狀態，因此外管1已經在塑性鉸鏈7，8，9，10，11處彎曲，從而弧形部分5已經徑向向內移動。在塌陷狀態，外管1具有一個比在膨脹狀態小的橫截面尺寸，該較小的橫截面尺寸允許外管1被輸送通過井筒到達所需的位置。
在圖3中表示一個內管14，對中地布置在外管1內，因此內管14被偏壓抵靠外管1，從而支撐外管1。內管14具有5個弧形部分15，16，17，18，19，它們具有相對厚的壁，和5個將弧形部分15，16，17，18，19互相連接起來的短部20，21，22，23，24，它們具有相對薄的壁。短部20，21，22，23，24在外管1的縱向延伸。短部20，21，22，23，24利用它們減小的壁厚具有一個減小的彎曲剛度，並且因此形成塑性的鉸鏈。下面，當內管41在圖3所示的圓形橫截面形狀時，將被稱為膨脹狀態。
如圖3所示，管1，14的布置是這樣的，即內管14的各鉸鏈20，21，22，23，24與外管1的各鉸鏈7，8，9，10，11是周向錯開的。換言之，內管14的各鉸鏈20，21，22，23，24相對於外管1的各鉸鏈7，8，9，10，11是交錯布置的。
在圖4中表示內管14在其塌陷狀態，內管14已經在塑性鉸鏈20，21，22，23，24彎折，從而弧形部分17已經徑向向內移動。在塌陷狀態，內管14具有一個比在膨脹狀態小的橫截面尺寸，該較小的橫截面尺寸允許內管14被輸送通過外管1。
在正常操作期間，井筒的上部被鑽成，並且設置一個上套管(未示出)以支承井筒壁，以及因此防止井筒塌陷。然後用一個延伸穿過上套管的鑽柱(未示出)鑽井筒的下部，並且繼而進行套下擴孔(underream)為一個較大的直徑。擴孔的井筒的直徑等於或者稍大於膨脹狀態的外管1的外徑。
然後外管1通過其在鉸鏈7，8，9，10，11處的塑性變形而進入塌陷狀態的如圖2所示的形狀。然後外管1通過上套管下降到井筒的下部，並且外管1由任何適合的裝置懸掛在那裡。繼而，藉助於例如一個膨脹器或者可膨脹裝置使外管1進入其膨脹狀態。
然後內管14通過其在鉸鏈20，21，22，23，24處的塑性變形而進入塌陷狀態的如圖4所示的形狀。然後內管14通過上套管進入到外管1中。
在下一步驟中，內管14定位在外管1中，使得內管14膨脹以後，內管14的鉸鏈20，21，22，23，24相對於外管1的鉸鏈7，8，9，10，11交錯地布置(如圖3所示)。然後，藉助於例如一個適合的膨脹器(可以是與用於使外管1膨脹的相同的膨脹器)或者一個可膨脹裝置使內管14進入其膨脹狀態。
內管14靠著外管1膨脹時，相應的成套的鉸鏈交錯地布置，外管1的各鉸鏈7，8，9，10，11布置成與內管14的相應的弧形部分15，16，17，18，19相對。以此方式，實現鉸鏈7，8，9，10，11的「鎖定」，從而防止由於來自巖層或者井筒流體(例如水、氣或者油)的外部壓力而使外管意外地塌陷。
如果需要，可以施加真正的鉸鏈，以代替內管和外管的塑性鉸鏈或者作為對它們的補充。
為了允許管之間的直徑有一些改變，可以在管之間加上一個可壓縮的層。而且，一個或者多個鉸鏈可以由一個小的管形元件(被稱為「小管(cell tube)」)形成，該小的管形元件具有降低了的彎折剛度並且利用其彎折變平而容納適應直徑的改變。
權利要求
1.一種布置在一個井筒中的管形系統，包括-一個延伸進入到井筒中的外管，其具有一個壁，該壁有至少一個減小了彎折剛度的部分，每個減小了彎折剛度的部分限定一個鉸鏈，鉸鏈使外管可以在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的外管具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的外管具有一個相對大的橫截面尺寸；-一個內管延伸進入到外管中，並且具有一個壁，該壁有至少一個減小了彎折剛度的部分，每個減小了彎折剛度的部分限定一個鉸鏈，該鉸鏈使內管可以在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的內管具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的內管具有一個相對大的橫截面尺寸；其中當所述管在其相應的膨脹狀態時，內管支持外管並且這樣定向在外管中，使得內管的各鉸鏈與外管的各鉸鏈周向錯開。
2.如權利要求1的管形系統，其中管形系統形成一個井筒套管，布置成支持井筒壁。
3.如權利要求1或2的管形系統，其中各所述管件具有至少三個所述鉸鏈。
4.如權利要求3的管形系統，其中所述管件具有至少四個所述鉸鏈。
5.如權利要求1至4中任一項的管形系統，其中各鉸鏈在各自的管件的基本上縱向的方向延伸。
6.如權利要求1至5中任一項的管形系統，其中當所述管件在其各自的膨脹狀態時，內管膨脹抵靠著外管。
7.如權利要求1至6中任一項的管形系統，其中當所述管件在其各自的膨脹狀態時，外管壁膨脹抵靠著井筒。
8.基本上發前面參照附圖描述的管形系統。
全文摘要
一種布置在一個井筒中的管形系統，包括一個延伸進入到井筒中的外管，其具有一個壁，該壁有至少一個減小了彎折剛度的部分，每個減小了彎折剛度的部分限定一個鉸鏈，允許外管在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的外管具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的外管具有一個相對大的橫截面尺寸。一個內管延伸進入到外管中，並且具有一個壁，該壁有至少一個減小了彎折剛度的部分，每個減小了彎折剛度的部分限定一個鉸鏈，允許內管在塌陷狀態與膨脹狀態之間移動，其中在塌陷狀態的內管具有一個相對小的橫截面尺寸，在膨脹狀態的內管具有一個相對大的橫截面尺寸。當所述管在其相應的膨脹狀態時，內管支持外管並且定位在外管中，使得內管的各鉸鏈與外管的各鉸鏈周向錯開。
文檔編號E21B43/02GK1564903SQ02819601
公開日2005年1月12日 申請日期2002年10月4日 優先權日2001年10月5日
發明者威廉默斯·C·M·洛貝克 申請人:國際殼牌研究有限公司