[发明专利]钻进和再进入井眼内多侧向分枝井的方法和设备

说明书

本申请从以下申请中要求优先权：

1996年10月1日所提的临时申请NO.60/027241，

1997年1月22日所提的临时申请NO.60/035425，

1997年4月29日所提的临时申请NO.60/044422，

本申请的参考文献包括以上每一个申请。

本发明涉及用于石油产品生产的井，特别是关于一个初始井的侧向分枝井。本发明尤其涉及提供一种在井下一定的深度联顶和定向井下工具的方法和设备，以使后继井下作业能有效地进行，该深度是由套管短节确定的。作为一个更特别的例子，本发明在为一个初始井提供多侧向分枝井作业以及它们将来穿过油井套管柱再进入作业的过程中非常有用。更为特别是，本发明涉及提供一种具有下述主要功能的方法和设备：即定位，定向，把磨削或者造斜装置相对于油井套管柱的一个选定的安置和定向接头进行锁定以及在所选定的联顶和定向接头内的联顶剖面(landingprofile)锁定该设备。

在油气生产井或者水井、蒸气井中，常规的侧钻方法通常需要在母井的套管内安置一个临时性的定位装置，这样的侧钻方法已经用于钻母井的侧向分枝井。用于这样目的的临时性定位装置可以是一个塞子、造斜器或者任何类型的膨胀装置，在套管内该膨胀装置可以与套管的内表面摩擦结合而固定到油井套管内。由于这些塞子在套管内的摩擦抑制，使得它们有时变得不稳定，因此依赖它们在套管内提供一个可靠的深度和定位参考是不可能的。而且，当这种性质的摩擦塞子或者造斜器从套管内去除时，它们侧向分枝的深度和角度参考就丢失了。因此，为了重新进入已经钻成的侧向分枝井，深度和角度参考必须重新精确确定。这通常是一个困难、费时、昂贵的作业，反过来影响了完井费用。因此，需要提供一种带有建立永久性的深度和角度参考的工具的油井套管，从该工具沿一个已知的方向选择性地重新进入侧向分枝井。而且需要简化多侧向分枝井的的结构，以减少侧钻失败的危险。

直到许多年前，几乎所有钻进和完成的油井都是直井。最近，人们发现钻进和完成一个水平井或者侧向井使得在生产性的地层中特别是边缘地区中井眼长度的大部分生产层生产油气的机率极大增加。已经发展了水平钻进方法和设备钻进一个从直井的某一深度分散的井眼，这些井眼的一部分沿着水平方向或者近似水平方向，并且这些井眼为定位一个生产地层而选择性地定向。最近还发展了钻进油井特别是下有套管的油井的侧向分枝井的钻井和完井方法和设备。典型的多分枝井通过在套管内一定深度上磨削出一个套管窗钻进的。一个磨削造斜器定位于油井套管内一定深度，提供一个给套管磨削工具定向和偏移的定向几何形状，以保证为下面的在所需要的侧向分枝角和方位角上的侧向钻进作业磨削出的套管窗有一个合适的角度。然后从一个或者多个套管窗钻进侧向分枝井，并完井以获得需要的石油产品的生产。

当磨削出一个套管窗后，提供套管窗磨削和侧向分枝井钻进的钻井造斜器从套管内被去除。当在重新进入已经钻成的套管窗时，人们发现为了进入套管窗完成侧向分枝钻进很难确定这样的套管窗的位置，以及很难确定设备在套管内的正确的深度和正确的位置。为了重新进入侧向分枝井，一个偏移工具，即钻井造斜器，偏移造斜器或者类似物必须精确地在一定的井深定位，相对于所钻侧向分枝井的一定的方位角能够精确地旋转定向。完成这样的定位是困难的和费时的。即使偏移定位时的微小误差，也可能使得再进入工具错过套管窗，或者卡在套管窗的边缘上。这些微小的误差很可能使得工具被错误地定向，而偏离方位角或者井斜角的定位点，侧向分枝井也不能用这种工具进行精确地侧钻。因此需要提供一种设备，能够在套管内正确地对分枝井的钻进和完井设备定位以实现侧向分枝井的钻进，接着侧向分枝井的钻进设备从油井套管内取出，以利于各种侧向分枝井再进入设备实现深度定位和旋转定向。而且还需要提供一种实现侧向分枝井的有效钻进和完井的工具，使得在所选定的深度和方位角上具有多侧向分枝井的油井的准备简单而有效，同时实现再进入所选定的侧向分枝井以完成修井作业。

本发明的主要特点是提供一种在油井套管柱的众多联顶和定向接头中所选定的一个联顶和定向接头内能够对工具进行定向和联顶的方法和设备，因此，可以有效地利用由此支承和定位其它的油井工具以完成需要沿某一特定角度定向的井下作业。