母井分支裝置，其製造方法和使用其鑽分支井的方法
2023-10-08 02:50:14
母井分支裝置，其製造方法和使用其鑽分支井的方法
【專利摘要】本發明涉及一種母井分支裝置，接頭，在所述接頭的下遊端部安裝有分支結構件。其中，所述分支結構件包括至少兩個卷狀體，以及設置在卷狀體之間並且連接於所述卷狀體的切痕的分隔板，所述卷狀體的第一端部和分隔板的第一端部均連接於所述接頭從而所述卷狀體與所述分隔板構成連接於所述接頭的支管。本發明的母井分支裝置提高了鑽分支井的成功率，並且不需要膨脹工具，方便了操作、節約成本。本發明還涉及了這種母井分支裝置的製造方法和使用其鑽分支井的方法。
【專利說明】母井分支裝置，其製造方法和使用其鑽分支井的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種支井施工裝置，特別是一種母井分支裝置。本發明還涉及這種母井分支裝置的製造方法和使用其鑽分支井的方法。
【背景技術】
[0002]分支井技術在一個主井眼的井壁上鑽出兩個或更多個進入儲層的井眼，以便於使多個儲層洩油。在油藏工程方面，分支井技術可以增大油藏的裸露面積、提高洩油效率、改善油流動態剖面、降低錐進效應、提高重力洩油效果、縱向調整油藏的開採。從鑽井角度看，可以減少無效井段、減少鑽井設備的搬遷、節約套管、泥漿費用。此外，對於海上工程來說可以充分利用海上平臺井口槽；對於地面工程來說，可以大大降低土地使用面積、地面管匯建設、油井管理等費用，增加了經濟效益。
[0003]目前，按照複雜性和功能性建立了分支井的TAML (Technology AdvancementMultilaterals)分級體系，將分支井按完井方式為6個等級=TAMLl級完井的主井眼和分支井眼都為裸眼，完井作業不能對不同產層進行分隔，分支井眼連接處具有較弱的力學完整性，基本不具備水力完整性和再進入能力；TAML2級完井的主井眼下套管並注水泥，分支井眼裸眼或只下篩管不注水泥，連接處的機械支撐較第一等級強，但也不具備力學完整性、水力完整性和再進入能力；TAML3級完井的主井眼下套管注水泥固井，分支井眼下尾管並回接到主井眼套管中，連接部位不進行密封或注水泥，具有力學完整性和再進入能力，連接處所能承受的最大壓裂壓力，也就是連接處的巖石所能承受的最大壓力；TAML4級完井從下套管的主井眼中側鑽分支井眼，分支井眼下尾管，連接處具有力學完整性和再進入能力，但窗口部分靠固井水泥環密封，封隔器和套管的共同作用，提供了層間分隔；TAML5級完井主井眼和分支井眼都下套管固井，連接處具有力學完整性、水力完整性和再進入能力，能實現完全的層間分隔；TAML6級完井靠有耐壓密封或整體地面預製成型的連接窗口來實現結合部的壓力整體性，預成型系統下井膨脹後，窗口可以恢復到原來的幾何尺寸，為分支提供API全尺寸通道，分支井眼的鑽井、下套管和完井可以彼此獨立進行。其中，TAML6級分支井技術具有完整的壓力完整性、液力封隔性和可選擇性再進入等特性，是分支井技術中難度最高、應用前景廣闊的一項當今正在蓬勃發展的高新鑽井技術。
[0004]對於分支井技術，井下分支裝置決定了分支井的施工工序和完井水平。由於TAML6級分支井技術的應用前景最為廣闊，因此對於用於TAML6級分支井技術的母井分支裝置的研究也更多。在 Jose Fraija, Herve Ohmer, Tom Pulick, Mike Jardon, Mirush Kaja, Ramiro Paez, Gabriel P.G.Sotomayor, Kenneth Umudjoro 在「油田新技術 http://www.slb-sis.com.cn/toc/」 (2002年秋季刊):52-69頁發表的《多底分支井建井技術新進展》中介紹了一種TAML6級分支井井下分支裝置及所使用的膨脹工具。在使用時，首先將兩個分支管壓縮，在下入井中後，再採用膨脹工具將其膨脹。由於膨脹工具是在井下使用，並且其結構非常複雜，給製造和使用帶來極大的不方便。
[0005]另外，現有技術中的母井分支裝置的支管通常使用圓管或者帶有傾斜剖切面的圓管。圓管與設置在圓管之間的分隔板之間焊接位置為圓弧並且焊接操作空間極為狹窄，給生產帶來不便。因此急需一種使用方便的母井分支裝置。
【發明內容】
[0006]針對上述的問題，本發明提出了一種母井分支裝置。這種母井分支裝置適用於TAML6級分支井技術，並且將其以壓縮狀態下入井後，能夠在井下自動膨脹。本發明還涉及這種母井分支裝置的製造方法和使用其鑽分支井的方法。
[0007]根據本發明的第一方面，提出了一種母井分支裝置，包括接頭，在接頭的下遊端部安裝有分支結構件，
[0008]其中分支結構件包括至少兩個卷狀體，以及設置在卷狀體之間並且連接於卷狀體的切痕的分隔板，卷狀體的第一端部和分隔板的第一端部均連接於接頭從而卷狀體與分隔板構成連接於接頭的支管。
[0009]根據本發明的母井分支裝置，卷狀體也不需要由整根圓管制成，甚至可以使用板材捲曲而成，節省了材料。
[0010]在一個實施例中，切痕為直線，並且其經過卷狀體的第一端部和第二端部。這樣形成支管的卷狀體與分隔板的接縫為直線，並且用於焊接操作的空間也較大，便於生產。在一個優選的實施例中，卷狀體的第一端部的弧長小於其第二端部的弧長。這使得卷狀體形成的支管能以遠離彼此的方式而存在，有助於鑽分支井。在一個實施例中，分隔板構造為其上遊部分為U形結構，下遊部分為實體結構。用語「實體結構」這裡是指分隔板的下遊部分為使得支管不連通的板材。
[0011]在一個實施例中，分隔板的軸向長度大於卷狀體的軸向長度。在母井分支裝置下入過程中，這種分隔板能夠移開前方的障礙物從而防止支管受到碰撞而損壞，提高鑽分支井的成功率。
[0012]在一個實施例中，至少一個卷狀體的材料為形狀記憶合金。形狀記憶合金具有良好的形狀記憶功能，從而可以在地面上壓縮由卷狀體形成的支管而在井下使用外界刺激使支管變為原來的狀態，無需使用膨脹工具，以簡化母井分支裝置的使用，並且降低其生產成本。在一個實施例中，形狀記憶合金為鈦鎳基形狀記憶合金。在一個優選的實施例中，形狀記憶合金為Ti44Ni47Nlv這種形狀記憶合金的轉變溫度在在60-100°C之間，該溫度範圍處於2000m-3300m深的井底溫度範圍內(通常情況下，2000m-3300m深的井底溫度範圍為60-99°C)ο此外,這種鈦鎳基形狀記憶合金的強度也較高,耐腐蝕性也較好,從而根據本發明的母井分支裝置的使用壽命也較長。
[0013]根據本發明的第二方面，提供了一種製造上文描述的母井分支裝置的方法，包括:
[0014]步驟一:使用形狀記憶合金製作卷狀體；
[0015]步驟二:在形狀記憶合金的轉變溫度之上，將從步驟一中得到的卷狀體連接於接頭同時安裝分隔板而形成支管；
[0016]步驟三:在形狀記憶合金的轉變溫度之下，壓縮連接於接頭的支管。
[0017]根據本發明的第三方面，提供了一種使用上文所述的母井分支裝置鑽分支井的方法，包括:[0018]步驟a:鑽主井眼，並且將欲設置母井分支裝置的井段擴大到設定尺寸；
[0019]步驟b:將母井分支裝置的支管壓縮後，下入到欲設置母井分支裝置的井段內，並且通過井下刺激源使壓縮的支管膨脹；
[0020]步驟c:主井眼固井；
[0021]步驟d:通過母井分支裝置鑽分支井。
[0022]在一個實施例中，在步驟b中的井下刺激源為地熱。這樣，不再需要從外界給形狀記憶合金提供用於變形的能量，方便了操作並且節約了成本。
[0023]在本申請中，用語「上遊」、「下遊」規定為朝向地面的方向為上遊而與上遊方向相反的方向為下遊。用語「切痕」是指卷狀體的沿軸向方向的邊緣。
[0024]與現有技術相比，本發明的優點在於，卷狀體與分隔板的接縫為直線，用於焊接操作的空間也較大，便於生產。卷狀體也不再需要整根圓管，甚至可以使用板材捲曲而成，節省了材料。分隔板的軸向長度大於卷狀體的軸向長度，在母井分支裝置下入過程中，分隔板能夠防止支管受到碰撞而損壞，從而提高了鑽分支井的成功率。另外，本發明的卷狀體的材料為形狀記憶合金Ti44Ni47Nb9,這種形狀記憶合金的轉變溫度與地層溫度相一致，從而不需要從外界給形狀記憶合金提供用於變形的能量，也不需要膨脹工具，方便了操作並且節約了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0026]圖1是根據本發明的母井分支裝置在膨脹狀態的示意圖；
[0027]圖2是根據本發明的母井分支裝置的分支結構件在膨脹狀態的立體圖；
[0028]圖3是根據本發明的母井分支裝置在壓縮狀態的示意圖；
[0029]圖4是根據本發明的卷狀體的示意圖；
[0030]圖5是根據本發明的分隔板的示意圖；
[0031]圖6是圖1中的A-A截面圖；
[0032]圖7是圖1中的B-B截面圖。
[0033]在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖並未按照實際的比例繪製。【具體實施方式】
[0034]下面將結合附圖對本發明做進一步說明。
[0035]圖1示意性地顯示了根據本發明的母井分支裝置10。母井分支裝置10包括接頭11，例如可選擇為異徑接頭，在接頭11的下遊端部安裝有分支結構件。在圖1所示的實施例中，分支結構件包括兩個卷狀體12、14。卷狀體第一端部16連接於接頭11的下遊端，第二端部17自由端。分支結構件還包括分隔板50。分隔板50設置在卷狀體12、14之間而形成兩個支管18、19，如圖2所示。在下文中將對支管18、19的結構進行詳細描述。
[0036]圖4示意性地顯示了卷狀體12的結構。如圖4所示，卷狀體12可想像為是將圓管的側壁切去一部分而形成，因此將卷狀體12的邊緣稱之為切痕15。應注意地是，切痕15為直線，並且經過卷狀體12的兩個端部16和17，也就是所謂的「全剖開結構」。這種「全剖開結構」的卷狀體使得不必使用圓管來形成支管，而是甚至可以使用捲曲的板材，從而節省了原料，降低了成本。在一個實施例中，卷狀體12構造為其第一端部16的弧長小於其第二端部17的弧長。這種形式的卷狀體12使得通過其而形成的支管18的軸線會與接頭11的軸線成一定角度，即支管18會偏離於主井眼(未示出)。應當理解地是，卷狀體14與卷狀體12的形狀和結構相同。在安裝過程中，應當使卷狀體12與卷狀體14的軸線以遠離彼此的方式而安裝，這樣形成的兩個支管18、19也會遠離彼此，這有助於鑽分支井。
[0037]圖5示意性地顯示了根據本發明的分隔板50的結構。分隔板50構造為其上遊部分為U形結構51，下遊部分為實體結構52。在分隔板50的兩側上還可以構造有凸出的裝配稜邊53 (由於視圖角度，在圖5中僅能顯示一側上的裝配稜邊53)。在裝配狀態中，分隔板50 —側上的裝配稜邊53與卷狀體12的切痕15連接在一起，例如焊接在一起。同樣地是，分隔板50另一側上的裝配稜邊會與卷狀體14的切痕連接在一起。這樣，卷狀體12、14與分隔板50 —起形成兩個支管18、19。在一個實施例中，分隔板50製作為其軸向長度大於卷狀體12或卷狀體14的軸向長度，如圖2所示，這樣在母井分支裝置10的下入過程中，分隔板50能夠防止支管18和19受到碰撞而損壞，從而提高了鑽分支井的成功率。
[0038]由於分隔板50的上遊部分為U形，而下遊部分為實體結構，因此支管18與支管19僅下遊部分分開，而上遊部分為彼此連通並且與接頭11相連通。圖6顯示了支管18、19和分隔板50的上遊部分的橫截面，圖7顯示了支管18、19和分隔板50的下遊部分的橫截面，從圖6和圖7中可清楚地看出，支管18、19的上遊部分彼此連通，而下遊部分彼此間隔開。
[0039]下面來描述製造上文所述的母井分支裝置10的方法。母井分支裝置10的製造方法包括以下步驟:
[0040]步驟一:使用形狀記憶合金製作卷狀體12和14 ；
[0041]步驟二:在形狀記憶合金的轉變溫度之上，將從步驟一中得到的卷狀體12和14連接於接頭11同時安裝分隔板50而形成支管18和19 ；
[0042]步驟三:在形狀記憶合金的轉變溫度之下，壓縮連接於接頭11的支管18和19。
[0043]使用形狀記憶合金能夠使得被壓縮的支管18和19自動膨脹回復到原來的狀態，無需使用膨脹工具，因此簡化了母井分支裝置10的使用，並且降低了其生產成本。在一個實施例中，形狀記憶合金選擇為鈦鎳基形狀記憶合金。更優選地，鈦鎳基形狀記憶合金為Ti44Ni47Nlv這種鈦鎳基形狀記憶合金的轉變溫度在在60-100°C之間，該溫度範圍處於2000m-3300m深的井底溫度範圍內(通常情況下，2000m-3300m深的井底溫度範圍為60-99°C)，因此由這種合金之製備的支管18和19在壓縮後能夠在地熱作用下自動回復到初始狀態，不再需要從外界給形狀記憶合金提供用於變形的能量，方便了操作並且節約的成本。
[0044]下面來描述使用上文所述的母井分支裝置10鑽分支井的方法。該方法包括以下步驟:
[0045]步驟a:鑽主井眼(未示出)，並且將欲設置母井分支裝置10的井段擴大到設定尺寸；
[0046]步驟b:將母井分支裝置10的支管18、19壓縮(如圖3所示)，然後下入到欲設置母井分支裝置10的井段內，並且通過井下刺激源使壓縮後的支管18、19膨脹；
[0047]步驟c:主井眼固井；
[0048]步驟d:通過母井分支裝置10鑽分支井。[0049]井下刺激源優選為地熱。這樣不再需要從外界給形狀記憶合金提供用於變形的能量，方便了母井分支裝置10操作並且節約了成本。
[0050]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種母井分支裝置，包括， 接頭，在所述接頭的下遊端部安裝有分支結構件， 其中，所述分支結構件包括至少兩個卷狀體，以及設置在卷狀體之間並且連接於所述卷狀體的切痕的分隔板，所述卷狀體的第一端部和分隔板的第一端部均連接於所述接頭，從而所述卷狀體與所述分隔板構成連接於所述接頭的支管。
2.根據權利要求1所述的母井分支裝置，其特徵在於，所述分隔板的軸向長度大於所述卷狀體的軸向長度。
3.根據權利要求1或2所述的母井分支裝置，其特徵在於，至少一個卷狀體的材料為形狀記憶合金。
4.根據權利要求3所述的母井分支裝置，其特徵在於，所述形狀記憶合金為Ti44Ni47Nb9O
5.根據上述權利要求中任一項所述的母井分支裝置，其特徵在於，所述切痕為直線，並且其經過所述卷狀體的第一端部和第二端部。
6.根據權利要求5所述的母井分支裝置，其特徵在於，所述卷狀體的第一端部的弧長小於其第二端部的弧長。
7.根據上述權利要求中任一項所述的母井分支裝置，其特徵在於，所述分隔板構造為其上遊部分為U形結構，下遊部分為實體結構。
8.—種製造根據上述權利要求中任一項所述的母井分支裝置的方法，包括: 步驟一:使用形狀記憶合金製作卷狀體； 步驟二:在所述形狀記憶合金的轉變溫度之上，將從步驟一中得到的卷狀體連接於接頭同時安裝分隔板而形成支管； 步驟三:在所述形狀記憶合金的轉變溫度之下，壓縮連接於接頭的支管。
9.一種使用根據上述權利要求中任一項所述的母井分支裝置鑽分支井的方法，包括: 步驟a:鑽主井眼，並且將欲設置母井分支裝置的井段擴大到設定尺寸； 步驟b:將母井分支裝置的支管壓縮後，下入到所述欲設置母井分支裝置的井段內，並且通過井下刺激源使壓縮後的支管膨脹； 步驟c:主井眼固井； 步驟d:通過所述母井分支裝置鑽分支井。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，在所述步驟b中的井下刺激源為地熱。
【文檔編號】E21B7/06GK103967411SQ201310035324
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月29日 優先權日:2013年1月29日
【發明者】王敏生, 黃輝, 張映紅, 屈耀明, 思娜, 唐冠偉, 蔣龐露 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院