專(zhuān)利名稱(chēng)：油井分段水泥灌漿用的金屬板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及完成油井中的步驟，其中從地面延伸的外套管和較小 直徑內(nèi)套管之間的環(huán)形空間填充水泥。
背景技術(shù)：
在通過(guò)地面鉆井的最初階段，遇到土壤、砂、礫石、疏松巖石和 其他疏松物質(zhì)的區(qū)域。為了在這個(gè)不穩(wěn)定的地下物質(zhì)區(qū)域中使環(huán)繞產(chǎn) 油管柱的套管柱穩(wěn)定，外套管隨推進(jìn)鉆頭降下。當(dāng)達(dá)到更加穩(wěn)定的地 層時(shí)，外套管終止然后降下內(nèi)套管以完成鉆井。
外套管可延伸到1,000英尺/300米的深度，或更多，并且要求其 向鉆井作業(yè)提供屏障并且在地面的較上層(其中地下為疏杠、物質(zhì))保 護(hù)和穩(wěn)定內(nèi)套管。 一旦鉆井到達(dá)地層更加堅(jiān)實(shí)的部分時(shí)，只有內(nèi)套管 被降到最終的鉆井深度，其可以是4,000英尺/1300米，或更多。通過(guò) 在兩個(gè)套管之間的環(huán)形空間澆注水泥使內(nèi)套管穩(wěn)定并且牢牢地固定 在適當(dāng)位置。
當(dāng)在外套管底部下存在循環(huán)漏失區(qū)時(shí)，分段水泥灌漿(cementing ) 工具的目的是使操作者能夠用水泥漿填充內(nèi)和外表面套管柱之間的 環(huán)形空間。循環(huán)漏失區(qū)是其中水泥漿、鉆井泥漿或其他流體不能容納 在井孔中并且消散和流失在周?chē)牡貙又械膮^(qū)域。這是不期望的狀況 并且必須糾正。
一個(gè)常規(guī)的分段水泥灌漿工具由膨脹式封隔器元件和在封隔器 上的分流工具(DV工具)組成。這個(gè)工具連接到內(nèi)套管并且在井中 移動(dòng)到在外套管的底部上方50到100 ft的深度。
重金屬物體，在本領(lǐng)域內(nèi)稱(chēng)為"金屬炸彈"，投入套管中。該炸彈在套管中的鉆井流體(drillingfluid)中自由下落并且坐落在分段水 泥灌漿工具中。從表面施加液壓以移動(dòng)套筒并且打開(kāi)分4殳水泥灌漿工 具上的端口 。鉆井流體抽入該端口中以使分段工具的封隔器膨脹并且
與外套管形成密封。然后施加更高的壓力以打開(kāi)封隔器上方的分流工 具中的端口。已知體積的水泥漿沿內(nèi)套管向下抽運(yùn)。關(guān)閉塞投入套管
并且抽運(yùn)鉆井流體以移走塞子和水泥。水泥通過(guò)在封隔器上方的DV 工具中的開(kāi)口進(jìn)入套管環(huán)形空間。當(dāng)關(guān)閉塞到達(dá)分段工具時(shí)它移動(dòng)套 筒以關(guān)閉在DV工具中的端口。在這時(shí)，從分段工具到表面的套管環(huán) 形空間填充水泥。膨脹的封隔器與外套管形成密封以防止水泥漿落入 封隔器下面的循環(huán)漏失區(qū)。
當(dāng)使用常規(guī)的分段水泥灌漿工具時(shí)下述問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生
1. 用于膨脹封隔器元件的端口未能打開(kāi)。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，封隔器 不能膨脹以與外套管形成密封并且任何抽運(yùn)到封隔器上的水 泥將落入在分段工具下面的循環(huán)漏失區(qū)。套管環(huán)形空間將仍 然填充鉆井流體或水。
2. 在分流工具中的端口未能打開(kāi)。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，水泥漿不能4皮 抽運(yùn)進(jìn)入環(huán)形空間。
3. 膨脹式封隔器未能承載位于它上方的水泥柱的重量。失去了 膨脹式封隔器和外套管間的密封并且全部水泥漿落下到封隔 器下面的循環(huán)漏失區(qū)中。環(huán)形空間將再次仍然填充鉆井流體 或水。
4. 關(guān)閉塞在全部水泥抽運(yùn)進(jìn)入環(huán)形空間后未能關(guān)閉DV工具中 的端口。在這個(gè)情況下，在恢復(fù)工作前施工方不得不等待大 約七小時(shí)直到水泥硬化。這個(gè)等待時(shí)間可花費(fèi)施工方以以目 前的價(jià)格是從7000美元到10000美元。
水泥傘有時(shí)代替分段水泥灌漿工具使用以將水泥置入套管環(huán)形 空間中。水泥傘不能承受大負(fù)荷的水泥并且，因此，它們通常移動(dòng)到 在離表面大約300到400英尺的淺的深處。水泥傘與外套管不形成密封并且水泥漿可以穿過(guò)傘臂。由于這個(gè)原因，水泥灌漿的工作通過(guò)才由 運(yùn)水泥漿進(jìn)入在三到四級(jí)中的環(huán)形空間以填充到表面的環(huán)形空間來(lái)
執(zhí)行。在每級(jí)后在抽運(yùn)下一級(jí)前允許水泥硬化3到4個(gè)小時(shí)。這個(gè)禾呈 序消耗過(guò)量鉆機(jī)時(shí)間并且因此是高代價(jià)的。
因此本發(fā)明的目的是提供可靠地密封處于期望深度的環(huán)形空間 的改進(jìn)的分段水泥灌漿設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另 一 目的是提供可以相對(duì)快地安裝并且是足夠牢固的 以支撐1000英尺或更大高度的水泥漿柱的分段水泥灌漿工具。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，圏形或環(huán)形的基本厚度的鋼板(具有小于外套管內(nèi) 徑的外徑)被放置在一段內(nèi)套管上并且作為套管柱的組成部分降入外 套管。這個(gè)裝置將被稱(chēng)為分段水泥灌漿金屬板。套管和板降到預(yù)定距 離以?xún)?nèi),例如離外套管的下向鉆孔端(down-hole end) 50英尺。
在鉆井過(guò)程中的這點(diǎn)上，環(huán)形空間填充鉆井流體并且在外套管的 末端下面的區(qū)域被稱(chēng)作"循環(huán)漏失區(qū)"。因此有必要在板的外緣和外 套管的內(nèi)壁之間提供空間以便當(dāng)板降低穿過(guò)流體時(shí)給予流體通道以 逸出。
典型的套管直徑如下外套管18-5/8英寸和內(nèi)套管13-3/8英寸， 因而限定大約2-1/8英寸的環(huán)形空間。本發(fā)明的板是環(huán)形的，其具有 用于安裝在內(nèi)套管上的同心孔。
板置于內(nèi)套管柱的耦接頭上。限動(dòng)環(huán)(stop collar)置于內(nèi)套管上 且在該斧反上方以防止垂直移動(dòng)。
板優(yōu)選地是大約2.5英寸/6.25厘米厚并且具有稍小于外套管的內(nèi) 徑的外徑以允許流體或水泥漿在板外緣和外套管柱之間流通。板在內(nèi) 套管上移動(dòng)到在外套管柱的末端上方的期望深度。已知體積的水泥漿 隔離液/人表面抽運(yùn)進(jìn)入兩個(gè)套管柱之間的環(huán)形空間中以移走環(huán)形空 間中的流體到循環(huán)漏失區(qū)。將一層礫石注入環(huán)形空間并且形成橋以大致上填充板的邊緣和
外套管的壁之間的間隙；同時(shí)，將筑井水泥(well cement)注入環(huán)形 空間并且被該層礫石阻止流到環(huán)形板以下。最終，從板到表面的整個(gè) 環(huán)形空間被水泥漿填充并且使其硬化。板保持在適當(dāng)?shù)奈恢靡灾斡?化的水泥柱，其可能在3,000英尺/990米深。安裝和水泥灌漿的最后 階4殳在下文詳細(xì)說(shuō)明。


在下文中本發(fā)明將進(jìn)一步說(shuō)明并且參考附圖其中
圖1是透視圖，部分以仿真模型，示意地示出板在內(nèi)套管上的定 位以及它的與外套管的關(guān)系；
圖2是部分示出外套管的下向鉆孔端的斷面的示意側(cè)一見(jiàn)圖，其中 本發(fā)明的板安裝在內(nèi)套管的一部分上；
圖3是類(lèi)似于圖2的視圖，示出在鄰近外套管的末端的位置(在 板的位置處)的水泥漿的隔離液；
圖4是類(lèi)似于圖2的^L圖，示出顆粒物質(zhì)引入板上方的泥漿中；
圖5是類(lèi)似于圖4的視圖，示出在板的上表面上的位置的顆粒物 質(zhì)；以及
圖6是類(lèi)似于圖5的視圖，示出在板上方的填充水泥的環(huán)形空間。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，那里示出在本發(fā)明的方法中使用的在油井水泥灌漿作 業(yè)中代替分段水泥灌漿工具或水泥傘以將水泥漿保持在循環(huán)漏失區(qū) 上方且在兩個(gè)同心套管柱之間的承重環(huán)形鋼板。該板10是環(huán)形的且 具有中心圓形開(kāi)口 14，中心圓形開(kāi)口 14具有稍大于內(nèi)套管的外徑的 內(nèi)徑和與外套管的偏移直徑相等的外徑。優(yōu)選地該板是大約2.5英寸 /6.25cm厚并且能夠支撐高達(dá)4000ft/1300m的水泥柱的重量。同樣在 圖1的實(shí)施例中示出，該板提供有環(huán)繞中心開(kāi)口 14的突起的凸肩16?，F(xiàn)在參考圖2，將說(shuō)明使用本發(fā)明的方法和設(shè)備用于將水泥漿置 入兩個(gè)套管柱之間的環(huán)形空間且在循環(huán)漏失區(qū)上方的一步步的程序。
板10被放置在內(nèi)套管20上并且安裝在套管耦接頭28上方。三 個(gè)限動(dòng)環(huán)30安裝在板10的頂部以防止垂直移動(dòng)并且接觸凸肩16的 上表面。如對(duì)于那些本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將是清晰可見(jiàn)的，可以使 用用于固定板10以防止垂直移動(dòng)的其他裝置。具有牢固安裝的板10 的內(nèi)套管20被降到一定位置使得板大約在外套管底部上方50ft/16m。 如在圖2中示出的，內(nèi)套管20的下端用水泥23牢固地定位在下鉆孔 21中，其在循環(huán)漏失區(qū)60下面終止。外套管40的下端定位在上鉆孔 41中，并且圖示中示出的套管20和40之間的環(huán)形空間46部分地填 充鉆井流體42，其消散到循環(huán)漏失區(qū)60中。
現(xiàn)在參考圖3，已知體積的水泥漿以每分鐘大約5到6桶抽入內(nèi) 和外套管之間的環(huán)形空間46以形成隔離液48并且^f吏在^反10上方的 環(huán)形空間中的鉆井流體移到板下面的循環(huán)漏失區(qū)中。
在水泥48被抽運(yùn)后，大約一千磅的具有從600微米到 0.75in/19mm之間的各種粒度的例如大理石屑和礫石等的顆粒物質(zhì)50 被注入環(huán)形空間，同時(shí)也繼續(xù)抽運(yùn)水泥漿進(jìn)入環(huán)形空間，如在圖4中 示意地示出的。
繼續(xù)水泥漿的抽運(yùn)直到顆粒物質(zhì)50到達(dá)板10并且在板和外套管 40之間形成橋或密封以阻塞水泥漿在板周?chē)鲃?dòng)，如在圖5中示出的。
在抽運(yùn)水泥時(shí)大約1000磅/455kg的具有從600微米到 0.75in/l9mm的各種粒度的例如大理石屑和礫石等的顆粒物質(zhì)被注入 環(huán)形空間。當(dāng)顆粒物質(zhì)到達(dá)板時(shí)，它在板和外套管之間形成橋以防止 在板周?chē)乃酀{的流通。繼續(xù)水泥漿的抽運(yùn)直到環(huán)形空間填充到地 面，如在圖6中示出的。在等待水泥漿硬化時(shí)，環(huán)形空間46應(yīng)保持 填充水泥。
如從上文的說(shuō)明將理解的，本發(fā)明的分段水泥灌漿板具有簡(jiǎn)單設(shè) 計(jì)，其中沒(méi)有移動(dòng)部件，其使它比現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)分段水泥灌漿工具更可靠。這個(gè)設(shè)備和它的使用方法滿(mǎn)足上文確定的所有目的并且構(gòu)成 對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法的重大改進(jìn)。
如從上文的說(shuō)明對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)普通的技術(shù)人員將是明顯可見(jiàn)的， 其他的實(shí)施例可以通過(guò)對(duì)公開(kāi)的設(shè)備和方法的明顯修改和變化獲得。 因此本發(fā)明的范圍將由下面的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于完成從地面延伸的流體生產(chǎn)井的方法，所述井包括具有在該地面以下終止的下端部分的外套管和從該地面延伸到所述外套管的所述端部分以下的位置的內(nèi)套管，從而限定環(huán)形空間，其中所述完成包括填充從所述外套管的所述端部分到所述地面的所述環(huán)形空間，所述方法包括a.提供具有用于收容一段所述內(nèi)套管(20)的中心開(kāi)口并且具有小于所述外套管內(nèi)徑的外徑的承重環(huán)形鋼板(10)；b.將所述板(10)支撐一段所述內(nèi)套管(20)上；c.降下所述板和內(nèi)套管到所述外套管的所述下端部分內(nèi)的位置；d.在所述鋼板的上表面上放置預(yù)定體積的礫石以從而大致上密封所述板的邊緣和鄰近的套管壁之間的空隙；以及e.將水泥漿注入在所述板的上方并且達(dá)至該地面的所述環(huán)形空間。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其包括在所述環(huán)形空間中放置預(yù)定體積的水泥漿以在放置所述礫石之前使任何流體移到所述循環(huán)漏失區(qū)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其包括固定至少一個(gè)限動(dòng)環(huán)到所述內(nèi)套管以從而阻止所述鋼板關(guān)于所述內(nèi)套管移動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其包括放置所述鋼板在所述外套管的末端上方大約六十英尺/19m。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其包括在所述鋼板上沉積所述石樂(lè)石之前抽運(yùn)水泥漿進(jìn)入所述套管之間的所述環(huán)形空間以/人而移走在所述板上方的任何鉆井流體。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中顆粒物質(zhì)隨水泥漿引入所述環(huán)形空間。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述板(10)被支撐在內(nèi)套管耦接頭上。
8. —種用于在循環(huán)漏失區(qū)的區(qū)域中的分段水泥灌漿油井的設(shè)備，所述循環(huán)漏失區(qū)近似由環(huán)繞內(nèi)套管的外套管的下端限定的環(huán)形空間，所述設(shè)備包括關(guān)于所述內(nèi)套管的縱軸線不可移動(dòng)地放置在一段所述內(nèi)套管上的承重環(huán)形鋼板，所述板的外徑小于所述外套管的內(nèi)徑。
9. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中由中心開(kāi)口限定的所述鋼—反的內(nèi)表面關(guān)于所述內(nèi)套管的外表面緊密配合。
10. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述鋼板的厚度從二至三英寸/5.1mm至7.6mm。
11. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述環(huán)形鋼板的外徑比所述外套管的內(nèi)徑足夠小以允許所述板通過(guò)所述外套管下降而沒(méi)有阻礙。
12. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中用至少一個(gè)連接到所述內(nèi)套管的限動(dòng)環(huán)固定所述鋼板在所述內(nèi)套管上的位置。
13. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其包括安裝在所述內(nèi)套管上且在所述鋼板下方的耦接頭，其支撐所述板。
14. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其包括至少一個(gè)固定到所述套管且在所述鋼板上方的限動(dòng)環(huán)，以防止所述板關(guān)于所述套管的所述縱軸線的移動(dòng)。
全文摘要
用于分段水泥灌漿油井在循環(huán)漏失區(qū)的區(qū)域中的方法和設(shè)備包括基本厚度的承重環(huán)形鋼板，該循環(huán)漏失區(qū)近似由環(huán)繞內(nèi)套管的外套管的下端限定的環(huán)形空間，該承重環(huán)形鋼板通過(guò)固定到內(nèi)套管的支撐和保持裝置放置在內(nèi)套管上并且關(guān)于內(nèi)套管保持固定，該板的外徑小于外套管的內(nèi)徑使得板可以隨內(nèi)套管柱降到在外套管內(nèi)的期望位置，并且具有一層礫石以提供密封并且支撐注入內(nèi)和外套管之間的環(huán)形空間的水泥。
文檔編號(hào)E21B33/00GK101646838SQ200780050961
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者O·J·埃斯梅爾 申請(qǐng)人:沙特阿拉伯石油公司