[发明专利]衬管固井过程

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月2日提交的美国临时专利申请系列号为61/481,564，名称为“衬管固井过程和系统”的优先权，在此以参考的形式引用其全部内容。

技术领域

本公开总体上涉及井眼内的衬管管柱的水泥粘合领域。更特别地，本公开的实施例涉及钻井时在井下安装衬管管柱时，用于在井眼中水泥粘合衬管管柱的方法和设备。

背景技术

在常规的石油和天然气操作中，通常使用钻柱将井钻至期望的深度，该钻柱包括钻管和钻井的井底钻具组件（bottom hole assembly，BHA）。一旦到达期望深度，钻柱从井孔移除且套管运行进入空井孔中。在一些常规的操作中，套管可以作为钻井过程的一部分进行安装。在钻井的同时涉及运行套管的技术可以称为“随钻套管（casing while drilling）”。

套管可以定义为管道或管件，其放置在井中用以防止井坍塌，用以容纳流体，以及用以协助产品的有效采掘。当在井孔或井内合适地定位套管时，通过泵送水泥通过套管且进入套管与井孔（例如，井眼或母体套管）之间形成的环行空间，套管通常在适当的位置被水泥粘合。水泥剂可以填充所有的或一部分的套管，使得通过水泥的积聚头和/或泵送压力，强迫最初量的水泥流出套管底部且沿着套管的外径向上流动，使得水泥进入套管与井孔之间的环形空间中。然后希望推压大体上所有的水泥流出套管且进一步流入环形空间中用以在适当的位置水泥粘合套管。因此，一旦充足量的水泥流入套管中，可以使用加压驱替流体推压一个栓塞通过套管来强迫水泥流出套管的内部且流入环形空间中。

一旦在适当的位置定位和水泥粘合或安装了套管柱，可以通过新安装的套管柱重复上述过程。例如，可以通过传递钻井BHA通过安装的套管柱和钻井来进一步钻井。进一步地，附加的套管柱可以随后通过安装的套管柱（在钻井期间或在钻井之后）传递用于安装。的确，众多级的套管可以使用在井中。例如，一旦将套管的第一管柱放置在适当的位置，则可以进一步钻井且可以令套管的另一个管柱（套管的内部管柱）运行通过现有的套管，该另一个管柱具有被预先已安装套管的内径所容纳的外径。附加套管的管柱可以以这种方式添加，因而在井中定位套管的众多同心管柱，且因而套管的每一个内部管柱比预先已安装的套管或母体套管柱更深地延伸。

在一些钻井操作中也可以使用衬管。衬管可以定义为管道或管件的管柱，其用于在现有的套管之下对开口井孔套管。通常认为套管是一直延且伸回到地表处的井口组件。与此相反，衬管仅仅延伸一定的距离（例如，30米）到预先已安装的套管或母井套管柱中。但是，可以安装套管的回接管柱，其从井口向下延伸且与预先已安装的衬管接合。衬管通常通过衬管悬挂器固定至母体套管柱，该衬管悬挂器联接至衬管且与上部套管或衬管的内部接合。衬管悬挂器可以包括滑动装置（例如，具有齿或其它夹紧特征的部件），其接合上部套管柱的内部用以在适当的位置保持衬管。应该注意的是，在一些操作中，衬管可以从预先已安装的衬管或母体衬管处延伸。

此外，套管与衬管之间的区别是，套管通常一直延伸到井口，而衬管仅仅延伸到母体套管或衬管。因此，在本公开中，可互换地使用术语“套管”和“衬管”。的确，衬管实质上是由与套管相似的组件（例如，管状结构的管柱）组成。进一步地，与套管一样，衬管通常水泥粘合到井中。在管道柱的端部处通常使用固井组件用以促进衬管的水泥粘合。传统的固井组件穿刺进入衬管的顶部中且使得水泥能够从地表通过管道柱注射到衬管中。与上文讨论的套管的水泥粘合一样，可以强制水泥通过衬管，因而其在衬管的底部出现且填充衬管与井孔之间的环行空间。因此，可以将衬管水泥粘合到井中。

现在认识到，用于将衬管水泥粘合到井中的现有技术可能导致布置在由衬管与井形成的环形空间中的水泥中的一致性（consistency）的不足。因此，现在认识到，需要用于水泥粘合衬管到井中的改善的技术和设备。

附图说明

当参考附图来阅读下文详细的说明时，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将被更好地理解，在附图中贯穿所有附图，相似的附图标记表示相似的部件，其中：

图1是根据本技术的正在钻的井的示意图；

图2是根据本技术的衬管顶部组件的示意图；

图3是图2的衬管顶部组件的衬管钻井锁定部分的细节的示意图；

图4是根据本技术的在水泥粘合过程期间的井的示意图；

图5是根据本技术的局部剖切的固井组件和预先设置的衬管管柱的上部部分的侧视图；