[发明专利]旋转套管装置及方法

说明书

本发明涉及套管水泥灌浆过程中转动井眼套管的装置。

在套管水泥灌浆过程中，所遇到的主要问题是怎样在套管、井眼和环状空间中的水泥间提供较好的水泥胶结，以便克服各区域间水分迁移的问题，这些问题有时叫做微孔道效应。

曾试图采用多种方法来增强水泥胶结。例如，有时使用水泥压挤、封隔器层间隔离和涡轮器。这些方法都比较昂贵复杂，且不总是有效。

为增强井眼的水泥胶结，一般惯例是转动浅井(约到1000米)中的套管。已经发现该方法能显著增强套管和水泥间的胶结，由此减小了沿套管柱产生微孔道效应的机会。虽然已经发现在较浅深度转动很有效，但由于产生高扭矩，在较深的井眼中，或者在井眼桥堵部分，从地表旋转套管就不再可行。

本发明的一种装置和方法用来转动目的层段中的套管部件，而不需要从地面旋转套管柱。这种转动增进了水泥胶结过程。该装置能使套管在例如井眼较深部分的目的层段内转动，而以前套管在这些部分转动较为困难，因此该装置非常有用。该装置对于在井眼桥堵部分中旋转也十分有用。最好通过使例如为泥浆或水泥的井眼流体流过目的套管部件中的叶片来旋转套管部件。

因此依照本发明的主要方面，本发明提供用于连接到套管柱的装置，它包括：通过轴承装置与套管柱连接的套管部件，能允许套管部件相对于套管柱转动的所述轴承装置，以及使套管部件相对于套管柱转动的设备。

用于旋转套管部件的设备可以是在套管部件上构成的多个叶片，这些叶片被安置在由井液流经所述叶片的运动而引起套管部件转动的位置。叶片最好在套管部件内部形成。为使叶片能被拆卸，需要在其下方留有拆卸备用空间，叶片可由易钻孔的材料制成，例如铝或玻璃纤维。

依照本发明的另一方面，提供一种向目的层段套管部件内注水泥的方法，它包括：提供连接有套管部件的套管柱，套管柱伸过该目的层段；套管部件和套管柱各有内孔，套管部件的内孔与套管柱的内孔相通；将水泥通过套管柱和套管部件的内孔泵入，同时以比套管柱转动速度高的转动速度旋转套管部件。

依照本发明的另一方面，提供一种旋转套管部件的方法，其套管转动速度不同于该套管部件所连接套管柱的任何转动速度，该方法包括：提供套管柱和通过轴承装置与套管柱相接的套管部件，轴承装置允许套管部件相对于套管柱转动，以及相对于套管柱旋转套管部件的设备；启动转动设备以便驱动套管部件在轴承上相对于套管柱转动。

下面参照说明本发明一个实施例的附图对上面所简述的发明内容作进一步详细描述。这些附图仅描述了本发明一个典型实施例，因此不应认为是对本发明范围的限制。在这些附图中：

图1是包含本发明的装置的井眼内套管柱的断面图。

图2是横穿本发明所用叶片级的断面图。叶片级安装在支撑在套管部件内的衬套中。

根据本发明的旋转套管装置能实施任意深度的套管转动。仅选定的套管部分被转动，而不需要由地面转动来引起所选套管部分的转动。被转动的选定部分通常是穿越生产层的部分。该方法与其它方法相比非常经济，它不需要任何附加钻井时间或地面设备。通过将流体泵过安装在选定套管部分内的叶片来驱动套管转动。

在图1所示的一个实施例中，该装置包括具有一系列内部叶片12的套管部件10和轴承组14。该装置与套管柱20相接。套管柱20可包括标准部件，例如，这些标准部件包括位于套管柱下端的套管鞋22和位于叶片和轴承组之间的浮箍23。在图示的实施例中，套管鞋22直接与套管部件10底部相接，浮箍23直接安装到叶片12上方。然而，在其它实施例中，标准套管部件可连接到套管部件10下方，套管鞋与标准套管相接。轴承组14允许套管部件10和其下方的柱(如果有的话)围绕其长轴10x相对于套管部件上方的套管柱20转动。

在一些实施例中，可在叶片下方安装一个下部轴承组，这样轴承间的套管部件能相对于其上方和下方的套管柱转动。然而，在该做法中必需考虑避免较低轴承下方的浮箍松脱。

轴承组14必需能够承载套管部件10和套管部件下方任何其它部件的重量。轴承组也必需被密封，以防止套管内部与其周围的环状空间之间发生泄漏。这就防止了由包括泥浆和水泥的井液带来的对轴承造成的污染和损害。还必需选择轴承组，使其达到或超过与其一起使用套管的崩裂压力、抗张特性和挤毁额定载荷。可以理解的是，轴承组的最小内径(ID)应不小于套管最小内径(ID)，轴承组外径(OD)应选择为小于井眼直径。轴承组例如可以是由O形圈密封在轴承盖内的滚球轴承座圈。