[发明专利]用于将可膨胀管锚定到钻井壁的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于形成在地层中的井眼内的可膨胀组件，所述组件包括用于在膨胀时获得增大径向膨胀的机构。更特别地，本发明涉及可径向膨胀的装置，其机械接合钻井壁，以形成锚。

背景技术

在钻油、气井时，使用在钻柱下端处被向下推动的钻头形成井眼。在钻预定深度之后，取出钻柱和钻头，并且通常使用称为套管的钢管的串为井眼加衬。套管提供对井眼的支撑，并且便于将井眼的一定区域隔离，例如将相邻的含油气地层隔离。套管通常从井的表面沿着井眼延伸到指定深度。因而环形区域限定在套管外侧和地层之间。该环形区域使用水泥填充，以将套管永久地安放在井眼中，并且便于井眼内不同深度处的生产区和流体的隔离。

可膨胀管状元件在油气钻井和生产领域获得不断增长的应用。井眼中可膨胀管元件的一个主要优点涉及与具有更传统的嵌套套管方案的常规井眼相比较，增加了用于流体生产或用于工具通过的井下的可用内径。通常，可膨胀管状元件通过将未膨胀管状元件下入井眼中，之后，将膨胀装置推动、泵送或拉动通过所述管状元件来安装。膨胀率为膨胀之后的直径与膨胀之前的直径的比率，由膨胀器的有效直径确定。

当可膨胀管下入井眼中时，其必须在期望深度处锚定到井眼内，以防止可膨胀管在膨胀过程中移动。将可膨胀管锚定在井眼内允许通过膨胀器工具将该一定长度的可膨胀管膨胀到井眼中。该锚定必须在可膨胀管和井眼的内径之间提供适当的接合，以稳定可膨胀管，防止膨胀过程中在井眼内发生旋转运动和纵向轴向运动。

可膨胀管通常在先前的套管串已经安放在井眼中之后下入井眼中。可膨胀管必须延伸穿过先前的套管串的内径，以到达准备要隔离的裸眼的井眼部分，所述裸眼井眼的部分位于先前安放的套管串下方。因此，所述锚和可膨胀管的外径必须小于为井眼加衬的全部先前的套管串，以延伸穿过衬管到达存在裸眼井眼的深度处。

另外，一旦当可膨胀管到达先前的套管或衬管下方的井眼的裸眼部分时，井眼的裸眼部分的内径通常大于先前的套管的内径。为了将可膨胀管在井眼的裸眼部分中保持在位，锚必须具有足够大的外径，以将可膨胀管在继续膨胀过程之前充分固定在裸眼井眼中的位置处。

US-7104322公开了在井眼内锚定可膨胀管的方法和设备。所述设备包括展开系统，其包括可充胀封隔元件。所述封隔元件布置在衬管内部，并且支撑在钻柱上。当充胀时，所述封隔元件使可膨胀管的锚定部分径向膨胀。锚定部分的外侧与井眼壁接合并形成锚。可膨胀管的其余部分可随后使用膨胀器工具膨胀。锚定部分的保持力和形状可通过改变封隔器的特性，例如改变封隔器的形状和壁厚来操纵。

但是，如US-7104322中公开的，管与地层的接合受管状元件的膨胀量限制，所述膨胀量通常受膨胀装置的机械限制条件约束。例如，在未膨胀管和井眼壁之间的环形空间比较大的情况下，可获得的机械膨胀量可能不足以使膨胀管与钻井壁接合。

另外，虽然管的外侧和井眼壁之间的将可膨胀管保持在位的摩擦力可抵抗由旋转的膨胀工具在可膨胀管上产生的作用力，但是在将膨胀器锥拉动通过可膨胀管时，该摩擦力可能不足以抵抗该作用力。如果摩擦力不够，则膨胀工具可在膨胀过程中沿轴向移动可膨胀元件，并且未膨胀管可能阻塞先前的套管。于是必须以相当高的代价取出未膨胀元件，或者所述阻塞可能甚至付出更大的代价，使井眼不可用。

因而，期望提供一种装置，其将在使管膨胀时，甚至在已膨胀的管自身不与钻井壁接合的情况下，仍与钻井壁机械接合。

发明内容

本发明提供一种管安装装置，其在管膨胀时，甚至在膨胀管自身不与钻井壁接合的情况下，与钻井壁机械接合。