專利名稱：使管狀元件擴(kuò)徑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使管狀元件從第 一內(nèi)徑擴(kuò)大到比所述第 一 內(nèi)徑大的第 二內(nèi)徑的方法。
背景技術(shù)：
管狀元件擴(kuò)徑例如在從地下地層開采烴類流體的工業(yè)中具有越來 越多的應(yīng)用，開采出的烴類流體通過延伸到井孔中的一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn) 油管流向地面。通常，井孔已經(jīng)設(shè)置有一系列鋼制管狀套管或襯管， 例如用于穩(wěn)定井孔壁或在由井孔穿過的不同地層之間提供層間封隔。 這種套管或襯管在鉆井期間安裝在不同井深間隔處，因此，每個(gè)在后 的套管通過預(yù)先安裝的套管在井孔中下降到位于在先套管下方選定的 深度處。水泥隨后泵入到圍繞套管的環(huán)形空間內(nèi)以密封所述環(huán)形空間 并且將套管固定在井孔內(nèi)。這個(gè)步驟意味著，每個(gè)在后套管的外徑要 小于在先套管的內(nèi)徑，從而使套管以嵌套結(jié)構(gòu)安裝。這種嵌套結(jié)構(gòu)的 固有缺陷涉及隨深度減小的有效直徑，這最終會(huì)限制鉆井深度。
為了克服這一缺陷，人們已經(jīng)開始實(shí)踐在井孔中使套管或村管徑 向擴(kuò)徑，例如形成抵靠井壁或預(yù)先安裝套管的擴(kuò)徑護(hù)層，或者減小圍 繞套管或襯管的環(huán)形空間。同樣，人們建議將每個(gè)在后的套管徑向擴(kuò) 大到大體上等于在先安裝套管直徑的直徑，從而形成單直徑井或其一 部分。這樣，可以實(shí)現(xiàn)用于鉆井和/或安裝完井設(shè)備的有效直徑沿著所 述深度的至少一部分保持大體上恒定。對(duì)于鉆進(jìn)很深井孔或者鉆進(jìn)具 有長水平或傾斜段的擴(kuò)大井孔來說，單直徑構(gòu)思尤為引人關(guān)注。
例如，通過使最大直徑大致等于希望擴(kuò)大直徑的擴(kuò)管器穿過管狀 元件可以實(shí)現(xiàn)管狀元件的擴(kuò)徑。這通常通過將擴(kuò)管器泵送、推動(dòng)或拉 動(dòng)穿過管狀元件來實(shí)現(xiàn)，有時(shí)候與擴(kuò)管器的旋轉(zhuǎn)相結(jié)合。US-7007760-B2公開了利用擴(kuò)管器使管狀元件徑向擴(kuò)大的方法， 所述擴(kuò)管器由內(nèi)擴(kuò)管器構(gòu)件和圍繞內(nèi)擴(kuò)管器構(gòu)件延伸的外擴(kuò)管器構(gòu)件 裝配而成。外部構(gòu)件使管狀元件擴(kuò)大到比內(nèi)部構(gòu)件大的直徑。在使用 期間，管狀元件的末端首先擴(kuò)大到較大直徑，之后，外擴(kuò)管器構(gòu)件從 內(nèi)擴(kuò)管器構(gòu)件中取出，管狀元件的剩余部分只利用內(nèi)擴(kuò)管器構(gòu)件擴(kuò)大 到較小直徑。然而，仍然需要可選方法，其中，管狀元件或其一部分徑向擴(kuò)大， 或者管狀元件的一部分?jǐn)U大到大于管狀元件剩余部分的直徑。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種使管狀元件從第 一 內(nèi)徑擴(kuò)大到比所述第 一內(nèi)徑大的第二內(nèi)徑的方法，所述方法包括步驟a) 將柔性材料制套筒安裝在管狀元件中；b) 將擴(kuò)管器安裝在管狀元件中，所述擴(kuò)管器適合于通過使該擴(kuò) 管器沿軸向移動(dòng)穿過套筒而使所述套筒的外徑徑向擴(kuò)大到大于所述第 一內(nèi)徑；和c) 使擴(kuò)管器沿軸向方向移動(dòng)穿過套筒，從而使管狀元件從第一內(nèi) 徑徑向擴(kuò)大到第二內(nèi)徑。柔性材料制套筒在擴(kuò)管器移動(dòng)穿過期間擴(kuò)大為較大直徑，從而在 擴(kuò)管器和管狀元件之間不直接接觸的情況下使管狀元件擴(kuò)大。因此， 可以使用相同的擴(kuò)管器將管狀元件的一部分?jǐn)U大到不同的直徑，這通 過在該部分使用具有不同壁厚的套筒實(shí)現(xiàn)。同樣，由于其彈力的原因， 套筒可以在擴(kuò)大過程后從管狀元件中容易地取出。此外，可以利用本發(fā)明的方法使遠(yuǎn)離管狀元件端部位置處的管狀 元件的一部分?jǐn)U大，例如，以便形成用于可擴(kuò)大擴(kuò)管器的裝入段，所 述可擴(kuò)大擴(kuò)管器以未擴(kuò)大方式傳送到裝入段，隨后擴(kuò)大到擴(kuò)大模式以 使管狀元件的剩余部分?jǐn)U大，或者形成用于例如分離泵的工具的外殼。如果只擴(kuò)大管狀元件的一部分，套筒適當(dāng)?shù)匕惭b在所述部分處， 擴(kuò)管器具有允許該擴(kuò)管器大體上自由穿過管狀元件的剩余部分的尺寸。因此，擴(kuò)管器可以在完成擴(kuò)大后從管狀元件中容易地取出。為了允許套筒在擴(kuò)大過程后從管狀元件中容易地取出，套筒的所 述柔性材料適當(dāng)?shù)貫閺椥圆牧?，例如彈性體。優(yōu)選的彈性材料是聚亞 安酯。在擴(kuò)管器移動(dòng)穿過套筒之后，如果套筒適合于彈性變形到大體 上等于將擴(kuò)管器移動(dòng)穿過套筒之前的套筒外徑的外徑，可以提高取出 套筒的方便性。


本發(fā)明將參照附圖在下文以舉例方式更詳細(xì)地描述，其中 圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明方法的管狀元件在其擴(kuò)大之前的 第一實(shí)施例；圖2示意性地顯示了在擴(kuò)大期間根據(jù)本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的 管狀元件；圖3示意性地顯示了在擴(kuò)大之后根據(jù)本發(fā)明方法的第一實(shí)施例的 管狀元件；圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明方法的管狀元件在其擴(kuò)大之前的 第二實(shí)施例；圖5示意性地顯示了在擴(kuò)大期間根據(jù)本發(fā)明方法的第二實(shí)施例的 管狀元件；圖6示意性地顯示了在擴(kuò)大之后根據(jù)本發(fā)明方法的第二實(shí)施例的 管狀元件；圖7示意性地顯示了在本發(fā)明方法中使用的擴(kuò)管器和套筒的實(shí) 例；和圖8示意性地顯示了在本發(fā)明方法中使用的可選擴(kuò)管器。 在附圖中，相似的參考數(shù)字表示相似的部件。
具體實(shí)施方式
參考圖1，顯示了管狀元件l，其具有第一內(nèi)徑D1，并且可擴(kuò)大 到大于所述第一內(nèi)徑的第二內(nèi)徑D2。管狀元件由任何適當(dāng)?shù)目勺冃尾牧希玟摶蚱渌饘僦瞥?。另外，管狀元?可以獲得許多應(yīng)用， 例如包括作為在地上或地下輸送流體的管線，或者作為延伸到井孔中 以從地層里開采烴類流體的套管或村管。
管狀元件1在內(nèi)部設(shè)置有彈性體套筒2，所述彈性體套筒具有大 體上等于管狀元件1的第一內(nèi)徑Dl的外徑。可選地，彈性體套筒2 在其插入管狀元件1之前可以具有略大于管狀元件內(nèi)徑Dl的外徑， 使得彈性體套筒2在插入管狀元件1時(shí)略微壓縮。
此外，管狀元件1在內(nèi)部設(shè)置有臨近彈性體套筒2定位的擴(kuò)管器 4，擴(kuò)管器4在面向彈性體套筒2—側(cè)具有錐形端部6。彈性體套筒2 在面向擴(kuò)管器1 一側(cè)具有向內(nèi)成錐形的端部8，所述端部8的形狀與 擴(kuò)管器4的錐形端部6的形狀大體上互補(bǔ)。因此，擴(kuò)管器l的錐形端 部6緊密安裝在彈性體套筒2的向內(nèi)成錐形的端部8中。套筒彈性體 2在其另一端具有與端部8類似的向內(nèi)成錐形的端部10。擴(kuò)管器4具 有略小于管狀元件1的內(nèi)徑Dl的最大直徑，從而允許擴(kuò)管器4大體 上自由地移動(dòng)穿過管狀元件1。擴(kuò)管器的優(yōu)選半頂角為5-10度，最優(yōu) 選地為大約7度。
在圖2中，顯示了在擴(kuò)管器4沿彈性體套筒2的縱向方向從中穿 過期間的管狀元件1。彈性體套筒2的一部分和管狀元件1的相應(yīng)部 分由于擴(kuò)管器4穿過套筒1的運(yùn)動(dòng)被徑向擴(kuò)大。
在圖3中顯示了在擴(kuò)管器4已經(jīng)移動(dòng)穿過彈性體套筒2以及套筒 2已經(jīng)從管狀元件1中取出之后的管狀元件1。
在圖4-6中顯示了與圖1-3所示系統(tǒng)大體上類似的系統(tǒng)，然而區(qū) 別在于，套筒2在其外表面設(shè)置有嵌套在套筒2的彈性材料中的金屬 套筒12，使得金屬套筒12的外表面與從金屬套管12軸向移位的彈性 體套筒的部分大體上齊平。套筒12的金屬為例如鋼或任何其它適當(dāng)?shù)?可變形金屬。選擇性地，金屬套筒12在其外表面上設(shè)置有圍繞金屬套 筒12的彈性圏或帶(未顯示)。
在圖7中顯示了在安裝入管狀元件之前以及在擴(kuò)管器4移動(dòng)穿過 套筒2之前的彈性體套筒2和擴(kuò)管器4的組件14。擴(kuò)管器4懸掛在纜索16或管柱上，彈性體套筒2支撐在擴(kuò)管器4上，由此，擴(kuò)管器4 的錐形端部6延伸到彈性體套筒2的向內(nèi)成錐形的端部8中。
在圖8中顯示了具有第一錐形端部18和第二錐形端部20的可選 擴(kuò)管器16。
在第一實(shí)施例(圖1-3所示)的正常操作期間，彈性體套筒2在 管狀元件將要徑向擴(kuò)大的位置處定位于管狀元件1中。選擇性地，套 筒2可以固定連接到管狀元件1上以將套筒保持在所需位置。擴(kuò)管器 4定位在管狀元件1中，臨近套筒2的向內(nèi)成錐形的端部8 (圖1)。 隨后通過給擴(kuò)管器4的后端施加流體壓力或者通過任何其它適當(dāng)方 法，擴(kuò)管器可以通過拉動(dòng)或推動(dòng)擴(kuò)管器而沿著套筒2的縱向方向從中 穿過(圖2)。同樣，可以使用組件14 (圖7)，由此，例如通過使纜 索16上的組件14下降到管狀元件1,使彈性體套筒2和擴(kuò)管器4同 時(shí)安裝在管狀元件1中，然后，通過拉動(dòng)纜索16將擴(kuò)管器4拉動(dòng)穿過 套筒2。因此，彈性體套筒2擴(kuò)大到與擴(kuò)管器4的外徑大體上相等的 內(nèi)徑。彈性體套筒2繼而使管狀元件1的一部分?jǐn)U大到與擴(kuò)徑彈性體 套筒2的外徑大體上相等的內(nèi)徑。因此，如果擴(kuò)管器4的外徑等于Dl， 管狀元件1的擴(kuò)徑部分的內(nèi)徑大體上等于Dl加上套筒2的兩倍壁厚。 然而，由于彈性體套筒2的徑向壓縮和/或軸向延伸，擴(kuò)徑部分的內(nèi)徑 可以略小。
擴(kuò)管器4在已經(jīng)穿過套筒2全長之后會(huì)從管狀元件l取出。彈性 體套筒2由于其彈性恢復(fù)到原始直徑。然而，如果彈性體套筒2在擴(kuò) 管器4穿過之后具有粘附到管狀元件1的內(nèi)表面上的傾向或者結(jié)合到 所述內(nèi)表面上，彈性體套筒2可以利用適當(dāng)?shù)囊凉窝b置(未顯示)或 任何其它適當(dāng)裝置從管狀元件中取出。
第二實(shí)施例(圖4-6所示)的正常操作與第一實(shí)施例的正常操作 大體上類似，然而區(qū)別在于，金屬套筒12在彈性體套筒2擴(kuò)大的同時(shí) 進(jìn)行徑向擴(kuò)大。金屬套筒12因此牢固地壓靠在管狀元件1的擴(kuò)徑部分 的內(nèi)表面上。
在本發(fā)明方法受人關(guān)注的應(yīng)用中，管狀元件1在井孔中形成從地層開采烴類流體的套管或襯管。在這種應(yīng)用中，擴(kuò)徑金屬套筒12的可 能目的是關(guān)閉管狀元件1的壁部上的開口 (未顯示)。所述開口可以是 在壁部上炸出以允許烴類流體從地層流入管狀元件的穿孔或者由于腐 蝕產(chǎn)生的孔。圍繞金屬套筒12的外表面的彈性環(huán)或帶(如果有的話) 用于將金屬套筒12密封到管狀元件1的內(nèi)表面上。
可選擴(kuò)管器16的正常使用與如上所述的擴(kuò)管器4的正常使用大體 上類似，然而區(qū)別在于，擴(kuò)管器16在已經(jīng)插入管狀元件之后可以通過 使擴(kuò)管器沿兩個(gè)軸向方向中的任意一個(gè)移動(dòng)穿過套筒來使管狀元件擴(kuò) 徑。例如，擴(kuò)管器16可以通過使擴(kuò)管器沿一個(gè)軸向方向移動(dòng)穿過位于 管狀元件中的第一套筒擴(kuò)大管狀元件的第一部分，其后，通過使擴(kuò)管 器沿相反方向移動(dòng)穿過位于管狀元件中的第二套筒擴(kuò)大管狀元件的第 二部分。
為了減小或防止套筒的軸向變形，同時(shí)允許在擴(kuò)管器穿過期間發(fā) 生徑向變形，適當(dāng)?shù)?，套筒設(shè)置有縱向加強(qiáng)纖維，例如鋼或聚合物纖 維。
在上述實(shí)例中，套筒寬松地定位在管狀元件中，由此，套筒和管 狀元件之間的摩擦力防止套筒在擴(kuò)管器穿過期間發(fā)生軸向運(yùn)動(dòng)。然而， 可選地，可以通過將套筒在彈性體套筒材料硫化期間粘結(jié)到管狀元件 上或者通過將套筒粘合到管狀元件上以將套筒結(jié)合到管狀元件上。同 樣，套筒可以通過設(shè)置在管狀元件內(nèi)表面上的肩部保持固定。
可選地，為了將套筒臨時(shí)固定到管狀元件的內(nèi)表面上，擴(kuò)管器適 當(dāng)?shù)卦O(shè)置有一個(gè)或多個(gè)可徑向延伸的固定襯墊，所述固定襯墊布置為 使套筒推靠管狀元件的內(nèi)表面。例如，每個(gè)襯墊可以包括可在形成于 擴(kuò)管器中的缸體內(nèi)徑向活動(dòng)的柱塞，因此，當(dāng)擴(kuò)管器的鼻部移動(dòng)到套 筒中時(shí)，可以通過液壓致動(dòng)或通過彈簧力致動(dòng)柱塞使其徑向向外移動(dòng)。 當(dāng)擴(kuò)管器位于套筒內(nèi)部時(shí)，套筒和管狀元件之間的摩擦力足以防止套 筒的軸向運(yùn)動(dòng)，隨后可以不致動(dòng)襯墊。
另外，為了減小套筒和擴(kuò)管器之間的摩擦，可以給套筒的內(nèi)表面 和/或擴(kuò)管器的外表面適當(dāng)?shù)厥┘訚櫥瑒?。?yōu)選的潤滑劑是肥皂。擴(kuò)管器的外表面和/或套筒的內(nèi)表面優(yōu)選地設(shè)置有凹槽，所述凹槽例如沿縱 向方向延伸以容納潤滑劑。
如上所述的本發(fā)明的方法獲得許多應(yīng)用，例如包括在單直徑油井 內(nèi)形成套管段的擴(kuò)大直徑的端部("鐘形")，在鉆井期間發(fā)生流體損 耗的井段內(nèi)形成擴(kuò)大直徑的套管/襯管部，形成用于從井孔內(nèi)取出管形 構(gòu)件的打撈工具，形成使管狀元件的擴(kuò)徑部壓靠另一管狀元件內(nèi)表面 的管狀連接，形成管狀元件內(nèi)的輪廓或者形成襯管懸桂器。同樣，本 發(fā)明的方法可用于管線修理應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種使管狀元件從第一內(nèi)徑擴(kuò)大到比所述第一內(nèi)徑大的第二內(nèi)徑的方法，所述方法包括步驟a)將柔性材料制套筒安裝在管狀元件中；b)將擴(kuò)管器安裝在管狀元件中，所述擴(kuò)管器適合于通過使該擴(kuò)管器沿軸向移動(dòng)穿過套筒而使所述套筒的外徑徑向擴(kuò)大到大于所述第一內(nèi)徑；和c)使擴(kuò)管器沿軸向方向移動(dòng)穿過套筒，從而使管狀元件從第一內(nèi)徑徑向擴(kuò)大到第二內(nèi)徑。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述套筒安裝在所述管狀元 件的一部分中，并且其中，所述擴(kuò)管器具有允許擴(kuò)管器大體上自由地 移動(dòng)穿過所述管狀元件的剩余部分的尺寸。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述柔性材料為彈性材料。
4. 如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述柔性材料 包括彈性體。
5. 如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述柔性材料 包括聚亞安酯。
6. 如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述擴(kuò)管器 移動(dòng)穿過套筒之后，套筒適合于彈性變形到大體上等于將擴(kuò)管器移動(dòng) 穿過套筒之前的套筒外徑的外徑。
7. 如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述擴(kuò)管器和 套筒同時(shí)安裝在管狀元件中。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，在擴(kuò)管器和套筒安裝在管狀 元件中期間，擴(kuò)管器和套筒彼此連接。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在擴(kuò)管器和套筒安裝在管狀 元件中期間，套筒支撐在擴(kuò)管器上。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述擴(kuò)管器和套筒利用沿縱向延伸穿過管狀元件的柱件插入管狀元件中，所述柱件與擴(kuò)管 器和套筒中的至少一個(gè)相連。
11. 如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述套筒具有適于結(jié)合到管狀元件內(nèi)表面上的外表面。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述套筒的外表面固定連 接到管狀元件的內(nèi)表面上。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述套筒的外表面由于套 筒硫化而結(jié)合到管狀元件的內(nèi)表面上。
14. 如權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述擴(kuò)管器 具有錐形端部，并且其中，在擴(kuò)管器移動(dòng)穿過套筒之前，所述錐形端 部臨近套筒的端部定位，所述套筒端部具有與擴(kuò)管器的所述錐形端部 大體上互補(bǔ)的形狀。
15. 如權(quán)利要求1-14中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，所述管狀元 件延伸到形成于地層中的鉆孔內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述管狀元件是井孔套管 或井孔襯管。
17. 大體上如上文參照附圖所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了使管狀元件從第一內(nèi)徑擴(kuò)大到比所述第一內(nèi)徑大的第二內(nèi)徑的方法。所述方法包括步驟a)將柔性材料制套筒安裝在管狀元件中；b)將擴(kuò)管器安裝在管狀元件中，所述擴(kuò)管器適合于通過使該擴(kuò)管器沿軸向移動(dòng)穿過套筒而使所述套筒徑向擴(kuò)大到大于所述第一內(nèi)徑的外徑；和c)使擴(kuò)管器沿軸向方向移動(dòng)穿過套筒，從而使管狀元件從第一內(nèi)徑徑向擴(kuò)大到第二內(nèi)徑。
文檔編號(hào)E21B43/02GK101517195SQ200780034178
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月14日
發(fā)明者W·C·M·洛貝克 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司