[发明专利]在井筒中膨胀管元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在形成于地层中的井筒中径向膨胀管元件的方法。

背景技术

在井筒中径向膨胀管元件的技术在从地下地层生产油气的工业中得到越来越多的应用。井筒一般设置有一个或多个套管或衬管，以给井筒壁提供稳定性，和/或在不同层的地层之间提供层位封隔。术语“套管”和“衬管”是指用于支撑和稳定井筒壁的管元件，其中，一般的理解是套管从地面向井筒中延伸而衬管从一定深度进一步向井筒中延伸。但是，在本文中，术语“套管”和“衬管”可互换地使用而不进行这种有意的区分。

在传统的井筒结构中，在不同的深度层段以嵌套布置方式安装若干套管，其中每个在后的套管通过前一套管下放，因而具有比前一套管更小的直径。结果，可用于油气生产的井筒横截面大小随深度减小。为减弱该缺点，已成为惯例的是，在井筒中的所需深度处径向膨胀一个或多个管元件，例如用以形成膨胀套管、膨胀衬管或紧靠已有套管或衬管的包层。另外，还曾提出使每一在后套管径向膨胀到与前一套管大致相同的直径以形成单孔井筒。因此与传统的嵌套布置相反，得以实现井筒的有效直径沿其(部分)深度大致保持恒定。

EP1438483B1公开了在井筒中膨胀管元件的系统，其中，在钻新井筒段的过程中，未膨胀状态下的管元件在开始被附接至钻柱。

为了膨胀这种井筒管元件，通常使用最大外径大致等于膨胀后的所需管径的圆锥形膨胀器。将该膨胀器泵送、推送或牵拉通过该管元件。这种方法可能会导致在膨胀器和管元件之间产生高摩擦力。另外，还存在膨胀器卡在管元件中的风险。

EP0044706A2公开了编织材料或布料制成的柔性管，通过外翻使该柔性管在井筒中膨胀以将被泵送到井筒中的钻井液(流体)与流向地面的泥浆钻屑分离。

但是，需要一种改进的在井筒中径向膨胀管元件的方法。

发明内容

依照本发明，提供了一种在形成于地层中的井筒中径向膨胀管元件的方法，该方法包括：

a)在井筒中布置管元件，由此使该管元件的壁的下端部分沿径向向外且沿轴向反方向延伸，以便形成绕管元件的其余管段延伸的膨胀管段，由此，在所述膨胀管段和其余管段之间限定环形空间；

b)通过相对于膨胀管段向下移动其余管段而使膨胀管段轴向延伸，以使壁的所述下端部分沿径向向外且沿轴向反方向弯曲；以及

c)通过控制环形空间中的流体压力来控制膨胀管段的直径。

通过相对于膨胀管段向下移动其余管段，管元件有效地由里向外翻转，由此，使管元件在不需要被推送、牵拉或泵送通过该管元件的膨胀器的情况下逐渐膨胀。膨胀管段能够在井筒中形成套管或衬管。

此外还发现，通过控制环形空间中的流体压力能够控制膨胀管段的直径。例如，能够通过改变环形空间中的流体压力使膨胀管段的直径适应于井筒直径的变化。膨胀管段的直径在外翻过程中减小以增加环形空间中的流体压力，并且在外翻过程中增加以减小环形空间中的流体压力。可以认为，该效果由在环形空间中的流体压力相对较高时壁的所述下端部分恰沿径向向外且沿轴向反方向弯曲之前稍微沿径向向内弯曲的趋势来产生。

优选地，在相对于膨胀管段向下移动其余管段的同时控制环形空间中的流体压力。

适宜地，增加环形空间中的流体压力以减小膨胀管段的所述直径，或减小环形空间中的流体压力以增加膨胀管段的所述直径。

为了实现膨胀管段相对于井筒壁的充分密封，适宜地，使膨胀管段的外表面经受井筒流体压力，其中步骤c)包括控制环形空间中的流体压力使其大于井筒流体压力。

适宜地，步骤c)包括使环形空间中的流体压力经历压力变化，以便形成膨胀抵靠着井筒壁且相对于井筒壁密封的一部分膨胀管段。

为了形成相对于膨胀管段的剩余部分直径增加的一部分膨胀管段，压力变化优选包括使流体压力暂时减小到低于井筒流体压力。

为了使膨胀管段保持其膨胀形式，优选地，管元件的壁包括在弯曲带中塑性变形的材料，以使膨胀管段作为所述塑性变形的结果自动保持膨胀。塑性变形在这一方面是指永久变形，正如各种不同的可延展金属在超过材料的屈服强度时变形的过程中所发生的。因而，无需外部的力或压力来维持膨胀形式。如果，例如膨胀管段已作为壁的所述弯曲的结果而膨胀抵靠着井筒壁，则不需要在膨胀管段上施加外部的径向力或压力以保持其抵靠着井筒壁。管元件的壁适宜地由金属制成，比如钢或任何其它能够通过管元件的外翻而塑性变形的可延展金属。膨胀管段于是具有足够的抗挤强度，例如在100-150bar的范围内。