專(zhuān)利名稱(chēng)：具有交疊端部的可膨脹管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成在地層中的井孔的可膨脹管形元件，該管形元件包括第一可徑向膨脹管和第二可徑向膨脹管，所述管布置成這樣，即第二管的端部伸入第一管的端部。例如，該管形元件可以是安裝在井孔內(nèi)以便增強(qiáng)井孔壁和防止井孔塌陷的套管。在普通井中，幾個(gè)套管柱在鉆進(jìn)時(shí)伸入井孔中，從而使各個(gè)隨后的套管必須經(jīng)過(guò)前面的套管，因此直徑必須小于前面的套管。這樣配置的結(jié)果是，工具或流體可以經(jīng)過(guò)的可用井孔的直徑成階梯狀減小。
已經(jīng)提出這樣解決該問(wèn)題，即通過(guò)將各個(gè)后面的套管安裝成使得它的相對(duì)較短上端部分伸入前面的套管中，然后使該后面的套管徑向膨脹至內(nèi)徑基本等于前面的套管。因?yàn)楹竺娴奶坠艿纳隙瞬糠稚烊肭懊娴奶坠艿牡锥瞬糠种?，這兩個(gè)交疊部分必須同時(shí)膨脹。因此，使該交疊部分膨脹所需的膨脹力/壓力明顯高于底部套管的其余部分所需的膨脹力/壓力，因此，有膨脹器卡在套管的交疊部分處的危險(xiǎn)。還有，當(dāng)液壓膨脹時(shí)有這樣的危險(xiǎn)，即使膨脹器通過(guò)交疊部分所需的流體壓力升高至不能接受的水平，從而使得已經(jīng)膨脹的套管部分失效(例如連接器失效或管破裂)。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的、用于井孔中的可膨脹管形元件，從而需要較低的膨脹力來(lái)使管形元件的各管的交疊部分膨脹。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于形成在地層中的井孔的可膨脹管形元件，該管形元件包括第一可徑向膨脹管和第二可徑向膨脹管，所述管布置成這樣，即第二管的端部伸入第一管的端部，其中，選定的一個(gè)所述端部與包含該選定端部的管的其余部分相比具有減小的單位長(zhǎng)度的徑向膨脹阻力。
利用選定端部具有減小的徑向膨脹阻力的特征，可以減小同時(shí)膨脹交疊部分所需的總膨脹力/壓力。
對(duì)于大部分用途，優(yōu)選是該選定端部是第一管的端部，即環(huán)繞第二管的端部延伸的端部。
具有減小的徑向膨脹阻力的端部可以與包含該端部的管形成一體。也可選擇，所述端部可以為一軸套的一部分，該軸套與形成管形元件的一部分的第三管軸向交疊。在該用途中，優(yōu)選是整個(gè)軸套具有減小的徑向膨脹阻力。優(yōu)選是，第一和第二管中的一個(gè)在該軸套的一側(cè)伸入該軸套中，而第三管在另一側(cè)伸入該軸套中。
優(yōu)選是，徑向膨脹阻力減小的所述端部包括至少一個(gè)部分，該部分與管的所述其余部分相比在周向方向上的拉伸阻力減小。拉伸阻力減小的各個(gè)部分例如可以包括可折疊部件，該可折疊部件布置成通過(guò)選定端部的徑向膨脹而在折疊狀態(tài)和展開(kāi)狀態(tài)之間變形。在優(yōu)選實(shí)施例中，可折疊部件包括折疊壁部分，該折疊壁部分有至少一個(gè)狹縫，該狹縫基本平行于壁部分的外表面延伸，從而將該壁部分分成多個(gè)壁層。優(yōu)選是，各個(gè)狹槽沿選定端部的整個(gè)周邊延伸，在該情況下，優(yōu)選是該端部為波紋管形狀。
下面將參考附圖并通過(guò)實(shí)例更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，附圖中

圖1是示意表示本發(fā)明的可膨脹管形元件實(shí)施例在膨脹處理之前的縱剖圖；圖2示意表示了圖1的實(shí)施例在膨脹處理之后的情況；圖3示意表示了凸輪1的剖面3-3；圖4A示意表示了圖3的零件的第一實(shí)施例在徑向膨脹之前的情況；圖4B示意表示了該零件的第一實(shí)施例在徑向膨脹之后的情況；圖5A示意表示了圖3的零件的第二實(shí)施例在徑向膨脹之前的情況；圖5B示意表示了該零件的第二實(shí)施例在徑向膨脹之后的情況；圖6A示意表示了圖3的零件的第三實(shí)施例在徑向膨脹之前的情況；圖6B示意表示了該零件的第三實(shí)施例在徑向膨脹之后的情況；
圖7A示意表示了圖3的零件的第四實(shí)施例在徑向膨脹之前的情況；以及圖7B示意表示了該零件的第四實(shí)施例在徑向膨脹之后的情況。
附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同部件。
參考圖1，圖中表示了延伸入形成于地層4中的井孔3內(nèi)的可膨脹管形元件1。該管形元件包括已經(jīng)徑向膨脹的第一管8和將要徑向膨脹的第二管6。第二管6的端部10伸入第一管8的端部12內(nèi)。第二管6的外徑稍微小于(膨脹的)第一管8的內(nèi)徑。
在圖2中表示了在膨脹處理過(guò)程中的管形元件1，通過(guò)膨脹處理過(guò)程使第二管6膨脹至內(nèi)徑基本等于已經(jīng)膨脹的第一管8的內(nèi)徑。為了使該第二管6膨脹，具有錐形前端部16的膨脹器14沿縱向方向通過(guò)該管形元件1。該膨脹器14具有縱向通孔17，該通孔17提供了管形元件1中的、在膨脹器14下面的空間18與空心柱20之間的流體連通，該空心柱20與地面的流體泵(未示出)連接。
在圖3中表示了管形元件1在管6、8的交疊端部10、12的高度處的剖面。管8的端部12具有多個(gè)部分22，與管8的其余部分相比，這些部分22減小了沿周向拉伸的阻力。
在圖4A、4B中表示了部分22的第一實(shí)施例，它包括基本沿可膨脹管形元件1的縱向方向延伸的細(xì)管24。細(xì)管24布置成當(dāng)由于端部的徑向膨脹而沿端部12的周向方向26拉伸時(shí)從相對(duì)圓形形狀(圖4A)變形為相對(duì)扁平形狀(圖4B)。
在圖5A、5B中表示了部分22的第二實(shí)施例，它包括基本沿可膨脹管形元件1的縱向方向延伸的細(xì)管28。細(xì)管28沿周向方向30被壓縮，并布置成當(dāng)由于端部12的徑向膨脹而沿周向方向30拉伸時(shí)從壓縮構(gòu)形(圖5A)變形為較少壓縮的構(gòu)形(圖5B)。
在圖6A、6B中表示了部分22的第三實(shí)施例，它包括可折疊部件32，該可折疊部件32布置成當(dāng)由于端部12的徑向膨脹而沿周向方向33拉伸時(shí)在折疊狀態(tài)(圖6A)和展開(kāi)狀態(tài)(圖6B)之間變形。該可折疊部件32包括折疊壁部分34，該折疊壁部分34有至少一個(gè)狹縫36，該狹縫36基本平行于壁部分34的外表面延伸，從而將該壁部分34分成多個(gè)壁層38、39。該可折疊部件32在焊縫35a、35b處焊接在壁部分12上。
在圖7A、7B中表示了部分22的第四實(shí)施例，它包括鉸接壁部分40，該鉸接壁部分40具有塑性鉸鏈42。在端部12徑向膨脹之前，該鉸接壁部分40在鉸鏈42處徑向向內(nèi)折疊(圖7A)。在通過(guò)沿端部12的周向方向44拉伸而徑向膨脹之后，壁部分40的形狀比以前更圓(圖7B)。
在正常操作過(guò)程中，第一管8安裝在井孔3中，并以任意合適方式徑向膨脹和固定，例如通過(guò)環(huán)繞該管8提供一層水泥。隨后使第二管6通過(guò)第一管8放低，直到該第二管6到達(dá)圖1中所示的位置。在管6放低過(guò)程中，膨脹器14位于管6的底端部分(未示出)中，該底端部分內(nèi)徑增大以便容納該膨脹器14。也可選擇，膨脹器14可以首先位于管6的底端下面，然后拉入管6內(nèi)。在放低第二管6之后，空心柱20(例如可以是鉆桿柱)與膨脹器14的上端連接，且第二管的底部例如通過(guò)合適的塞子(未示出)密封。也可選擇，柱20在放低管6之前就已經(jīng)與膨脹器14連接，因此，管6和膨脹器14的組件可以在柱20上放低。
在下一步驟中，操作流體泵以便將流體泵入管形元件1的空間18內(nèi)，以便使得膨脹器14通過(guò)第二管6向上運(yùn)動(dòng)，從而使該第二管6徑向膨脹。當(dāng)膨脹器14通過(guò)交疊端部10、12時(shí)，兩端部10、12徑向膨脹，從而使端部12的部分22沿周向方向被拉伸。通過(guò)減小部分22的拉伸阻力，與使管6的其余部分膨脹所需的徑向力相比，使端部12膨脹所需的徑向力明顯降低。因此，使端部10、12同時(shí)膨脹所需的總力/壓力基本等于(或者只是稍微大于)使管6的其余部分膨脹所需的力。因此，膨脹器14在交疊部分10、12的高度處卡在管形元件1中的危險(xiǎn)將大大減小。而且，幾乎不犧牲破裂壓力減去膨脹壓力的安全余量。
下面將更詳細(xì)地介紹部分22的各個(gè)實(shí)施例沿周向方向的拉伸。
圖4A、4B中所示的細(xì)管24由于細(xì)管的局部彎曲而從基本圓形截面變形成基本橢圓形或扁平的截面。
圖5A、5B中所示的細(xì)管28通過(guò)由于端部12的徑向膨脹引起的、沿周向方向的拉伸而從壓縮構(gòu)形變形成較少壓縮的構(gòu)形(圖5B)。
圖6A、6B中所示的可折疊部件32通過(guò)由于端部12的徑向膨脹引起的、沿周向方向的拉伸而在折疊狀態(tài)(圖6A)和展開(kāi)狀態(tài)(圖6B)之間變形。在該變形過(guò)程中，壁層38、39能夠在由狹縫36形成的、它們的公共交界面處相互滑動(dòng)。通過(guò)該滑動(dòng)，使部件32展開(kāi)所需的力明顯小于當(dāng)管部分的厚度為單個(gè)壁層厚度的兩倍但沒(méi)有狹縫時(shí)展開(kāi)該管部分所需的力。
圖7A、7B中所示的鉸接壁部分40通過(guò)在塑性鉸鏈42處使管部分12的壁彎曲而變形。因此，壁部分40由壁部分40在鉸鏈42處徑向向內(nèi)彎曲的位置變化成使得壁部分40的截面形狀更圓的位置。
也可選擇，前面所述的細(xì)管中充滿(mǎn)流體密封化合物，且該細(xì)管具有小開(kāi)口(未示出)，該小開(kāi)口布置成使得密封化合物能夠在各管的端部中間流動(dòng)，以在所述端部之間形成密封。還有，該密封化合物可以通過(guò)由于徑向膨脹處理引起的細(xì)管局部剪切/破裂而從細(xì)管中釋放。在后一種情況，并不必須在細(xì)管中設(shè)置用于釋放流體的開(kāi)口。
在細(xì)管的可選結(jié)構(gòu)中，選定端部由多個(gè)彼此相鄰布置且相互連接的細(xì)管而形成。在該結(jié)構(gòu)中，不需要單獨(dú)的管部分來(lái)使這些細(xì)管相互連接。
也可以不同時(shí)使管的交疊端部膨脹，而是，周向拉伸阻力減小的端部可以首先膨脹，即在其它端部與它交疊之前。這例如通過(guò)向周向拉伸阻力減小的端部的內(nèi)表面施加足夠高的流體壓力而實(shí)現(xiàn)。該方法允許施加可膨脹的膨脹器，該膨脹器在周向拉伸阻力減小的徑向未膨脹端部中處于未膨脹狀態(tài)，然后膨脹至膨脹狀態(tài)。然后，通過(guò)包含該周向拉伸阻力減小的端部的管的其余部分來(lái)拉出或推出該膨脹器。
權(quán)利要求
1.一種用于在地層中形成的井孔的可膨脹管形元件，該管形元件包括第一可徑向膨脹管和第二可徑向膨脹管，所述管布置成這樣，即第二管的端部伸入第一管的端部，其中，選定的一個(gè)所述端部與包含該選定端部的管的其余部分相比具有減小的單位長(zhǎng)度徑向膨脹阻力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管形元件，其中所述徑向膨脹阻力減小的端部是第一管的端部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可膨脹管形元件，其中徑向膨脹阻力減小的所述端部包括至少一個(gè)部分，該部分與管的所述其余部分相比周向方向拉伸阻力減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可膨脹管形元件，其中拉伸阻力減小的所述至少一個(gè)部分包括細(xì)管，該細(xì)管基本沿可膨脹管形元件的縱向方向延伸，該細(xì)管布置成通過(guò)選定端部的徑向膨脹而變形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可膨脹管形元件，其中該細(xì)管布置成通過(guò)選定端部的徑向膨脹而從基本圓形形狀變形成相對(duì)扁平形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可膨脹管形元件，其中該細(xì)管沿所述選定端部的周向方向壓縮，且該細(xì)管布置成通過(guò)選定端部的徑向膨脹而從壓縮結(jié)構(gòu)變形成較少壓縮的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意一個(gè)所述的可膨脹管形元件，其中具有減小的徑向膨脹阻力的細(xì)管包含流體密封化合物，且該細(xì)管提供有小開(kāi)口，該小開(kāi)口布置成允許密封化合物在所述端部中間流動(dòng)，以便在端部之間形成密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一個(gè)所述的可膨脹管形元件，其中所述選定端部包括沿選定端部的周邊間隔開(kāi)的多個(gè)所述細(xì)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可膨脹管形元件，其中拉伸阻力減小的所述至少一個(gè)部分包括可折疊部件，該可折疊部件布置成通過(guò)選定端部的徑向膨脹而在折疊狀態(tài)和展開(kāi)狀態(tài)之間變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可膨脹管形元件，其中可折疊部件包括折疊壁部分，該折疊壁部分有至少一個(gè)狹縫，該狹縫基本平行于壁部分的外表面延伸，從而將該壁部分分成多個(gè)壁層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可膨脹管形元件，其中所述至少一個(gè)狹槽沿選定端部的整個(gè)周邊延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的可膨脹管形元件，其中該可折疊部件包括提供有至少一個(gè)鉸鏈的壁部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可膨脹管形元件，其中各鉸鏈?zhǔn)撬苄糟q鏈。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一個(gè)所述的可膨脹管形元件，其中徑向膨脹阻力減小的所述端部是軸套的一部分，該軸套與形成管形元件的一部分的第三管軸向交疊。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可膨脹管形元件，其中第一和第二管中的一個(gè)在該軸套的一側(cè)伸入該軸套中，而第三管在該軸套另一側(cè)伸入該軸套中。
16.一種可膨脹管形元件，基本如前面參考附圖所述。
全文摘要
一種用于形成在地層中的井孔的可膨脹管形元件，該管形元件包括第一可徑向膨脹管和第二可徑向膨脹管。該管布置成這樣，即第二管的端部伸入第一管的端部，其中，選定的一個(gè)所述端部與包含該選定端部的管的其余部分相比具有減小的單位長(zhǎng)度的徑向膨脹阻力。這些端部可以包括狹縫(36)、鉸鏈(42)、細(xì)管(24)或折疊部分(28)。
文檔編號(hào)E21B17/08GK1596331SQ02823629
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
發(fā)明者威廉默斯·C·M·洛貝克 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司