CN103917739A - 波诱导设备、套管系统和在井眼中接合套管的方法 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种波诱导设备、一种套管系统、和一种在井眼中接合套管的方法，所述套管系统包括提供有至少一个波诱导设备的套管，所述至少一个波诱导设备用于在所述套管和所述井眼之间的接合剂中提供波动或振动。所述至少一种波诱导设备设计为通过流经所述套管的接合剂和/或流体进行驱动。

Description

波诱导设备、套管系统和在井眼中接合套管的方法

技术领域

本发明涉及波诱导设备（wave-inducing device）、套管系统、接合套管的方法和所述波诱导设备、所述套管系统和所述方法在烃井（hydrocarbon well）中接合（胶粘，cementing）套管的用途。

背景技术

当钻探油井时，所谓的套管安装于井中一定深度，这取决于井眼（borehole）地层的压力和状态。套管用于稳定和与地层彼此隔离，并也避免流至地表。有时，这种套管在已经打穿几个新地层、例如已经打穿10-15m新地层之后才安装。套管随后胶接于井眼中的新地层。重要的是，所钻的新地层用接合剂（胶粘剂，水泥，cement）与上覆地层进行充分隔离。

对于接合或另一种隔离一个下部套管的形式，会经常遇到接合工作很差，这是因为接合剂并不会充分粘住套管或套管所处的地层。

当套管粘结到地面时，接合剂浆液向下泵入到套管内并在底部流出管道，随后向上泵入套管和地层之间的环形空间内。由于泵入的接合剂体积有限，因而接合剂会受到那些在接合剂之前和之后泵出的液体、通常是钻井流体的污染（混合）。其它液体在接合剂中混合会降低固化接合剂的质量且需要完成几件事情才能避免或减少这种混合。

人们已经采用不同的方法确保粘结作业以令人满意的方式进行密封。这些方法可以，例如，由泵送速度和向下泵送的化学品和物质的类型的步骤组成。

发明内容

因此本发明的目的是获得一种确保井眼中套管接合令人满意的设备和方法。

本发明的又一个目的是提供一种能够在套管接合期间确保接合剂粘结或粘住套管和套管周围的地层的简单设备和方法。

本发明的又一个目的在于套管的接合应当能够进行，而在接合工作完成之后不必从地表进行进一步控制。

这些目的通过以下各项达到：独立权利要求1中限定的波诱导设备，独立权利要求8中限定的套管系统，权利要求17中限定的套管接合方法，以及权利要求21-23中限定的波诱导设备、套管系统、和方法的用途。本发明的其它实施方式公开于从属权利要求中。

本发明确保了接合作业以令人满意的方式进行，以此方式它会在波动（wave motion）或振动中固化接合剂和套管。优选使用设置于套管中的波诱导设备或振动设备。波诱导设备采用向下泵送通过套管的接合剂或介质供给能量，例如，配备叶轮的波诱导设备。获自流经套管的接合剂或流体的能量导致叶轮旋转。波和振动源于自身产生波和/或振动的叶轮或源自连接到叶轮而产生这种能量的部件。

因此，本发明包括波诱导设备和包括套管的套管系统，用于在井眼中接合套管时确保接合剂粘结于地层和套管。波诱导设备设计为在套管中设置并通过流经套管的接合剂和/或另一种流体移动，使得套管的接合期间在接合剂中提供波动和/或振动。为了提供波动和/或振动，波诱导设备包括可移动部件，这种部件在波诱导设备设置于套管中时，通过接合剂或可选的其它液体流经套管而产生移动。

如上所述，可移动部件可以包括质量关于转轮的旋转轴偏心或不对称分布的转轮，使得在转轮旋转时并不稳定，并在套管中提供传播到套管和井眼地层之间的环形空间内的接合剂中的波动和/或振动。其它可替代的不转动但是仍然能够在接合剂中提供波动或振动的可移动部件也都是能够设想的。这些可以是，例如，设置于套管内并通过接合剂流经套管启动而使得在接合剂中产生波动或振动的伸长部件（elongate element）。

转轮可以优选在其旋转轴的方向上构造有通孔。通孔优选是圆形的，当然如果需要也可以给予另一种形状。

为了使转轮转动，转轮优选提供有至少一个叶轮叶片、扇叶、翼片、或类似器件。至少一个叶轮叶片优选设置于通孔中，但如果需要也可以设置于转轮的径向外边缘上。当接合剂或可能的另一种流体流经套管和经过至少一个叶轮叶片时，转轮将由此通过流经的接合剂或流体而旋转。需要用于在接合剂中提供波动/振动的能量源自任何情况下向下泵送的接合剂。因此，所提供的波诱导设备无需通过，例如，电缆或液压管线供给额外的能量就能进行工作。

转轮也可以提供分布于其周围的额外质量，以这种方式转轮在其旋转时变得不稳定。在本发明的实施方式中，这通过至少一个叶片提供有配重部件（weight element）或构造有比其它叶片更大的质量以使转轮在其旋转时不稳定而实现。

在本发明的实施方式中，波诱导设备包括至少一个拍打机设备（击打装置，beater device），其可移动地设置于转轮上或者设置于套管上并且装配为使得拍打机设备随着转轮旋转，优选对套管进行击打。至少一个拍打机设备优选是装有弹簧的。例如，拍打机设备可以包括弹簧装置，其旨在将至少一个拍打机设备朝向其停靠在套管处的至少一个拍打机设备的空闲位置移动。转轮或套管可以进一步包括至少一个撞击部件（strikingelement），设置为使得至少一个撞击部件随着转轮旋转而撞击至少一个拍打机设备。当拍打机设备倾斜出来随后对套管击打时，在套管中就会产生振动，这些振动会传播到处于套管和井眼地层之间的环形空间中的接合剂中。

本发明还包括一种确保在井眼中套管接合期间接合剂粘住地层和套管的方法，其中在将套管设置于井眼中之前或在将套管设置于井眼中之后，将至少一个波诱导设备设置于套管中，并且接合剂和/或流体向下泵送通过套管并驱动至少一个波诱导设备以使至少一个波诱导设备在位于套管和井眼地层之间的接合剂中提供波动和/或振动。

在优选的实施方式中，操控波诱导设备所必需的能量获自流经套管的接合剂或流体。正如以上所述，因此无需使用电缆和/或液压管线供给操控波诱导设备的能量。

在本发明的实施方式中，在接合剂中的波动和/或振动通过不平衡转轮，例如，质量关于转轮的旋转轴偏心或不对称分布的转轮提供。另外，波动和/或振动可以通过拍打机设备提供，该拍打机设备装配为如以上更详细描述的在套管或转轮上击打。

在本发明优选的实施方式中，波诱导设备由可钻孔材料制成。在作业完成之后，波诱导设备随后可以使用标准钻探设备而钻出套管之外，这通常将是期望的。

如上所述的波诱导设备的用途与在烃井中套管接合相关。

如上所述的套管系统的用途与在烃井中套管接合相关。

如上所述的套管接合方法的用途与在烃井中套管接合相关。

附图说明

以下将参照附图进行描述本发明的两个非限制性实施方式，其中：

图1显示了已经安装于井眼中的套管；

图2显示了提供有波诱导设备的图1的套管；

图3显示了配备波诱导设备的套管系统的第一个实施方式的截面；以及

图4显示了配备波诱导设备的套管系统的第二个实施方式的截面。

具体实施方式

图1是已放置在井眼中的套管12的示意图，其中示出了围绕套管12的井眼地层15。在地层15和套管12之间形成的环形空间15，在套管进行接合时，按照某些方式在套管箍（casing shoe）13处从套管12最下端向上填充接合剂。

在套管12的接合期间，接合剂向下泵送通过套管12。在套管的底部处，接合剂17被迫向上进入如图1和图2所示的环形空间16中。重要的是，接合剂17充分粘结或粘住套管12和地层15以使这种既成本高又耗时间的作业不需要再次进行。

为了确保接合作业良好，因此套管12需提供一个或多个如图2所示的波诱导设备20。波诱导设备20设置为使得在接合剂向下泵送通过套管时，接合剂中的能量将用于驱动设计为在套管12和井眼地层15之间的环状空间16中的接合剂中提供波动或振动的波诱导设备20。在接合剂17中的波动或振动有助于接合剂更好固化并且有助于接合剂17在接合过程完成之后更好的粘结至套管12和地层15。

图3和图4分别显示了提供有根据本发明的波诱导设备20的套管系统10的第一个和第二个实施方式。波诱导设备20设置于套管12中并且包括转轮22。转轮优选支撑于套管12内侧的轴承，以使其可以关于优选基本平行于套管12中心纵轴的旋转轴进行旋转。

图3的实施方式中所显示的转轮22构造有轴向贯通的开口27，当套管12将被接合于地层15时接合剂可以从其中流过。设置于贯通开口27的是包括多个叶轮叶片25的叶轮24。在图3中，叶轮24显示出提供有四个叶轮叶片，但如果需要，当然可以提供具有不同数量的叶片25的叶轮。叶轮叶片25优选在径向端部附连到中心部件或轮轴（hub）26，如图3所示在另一个径向端部连接至转轮22。

套管设备12，如图3中所示，进一步提供有多个拍打机设备30，这些拍打机设备优选固定到套管12上。然而，也可以设想，拍打机设备可以固定于转轮22。

拍打机设备30包括至少一个优选固定于如上所述的套管12的弹簧装置31。连接至弹簧装置31的是拍打机部件32，其优选停靠于套管12的内侧管壁14的空闲位置，即，当拍打机30的弹簧装置31并不承受迫使拍打机部件31从内壁14出来的力时。弹簧装置31可以包括扭转弹簧或其它合适类型的弹簧。

转轮22优选围绕其外周提供有多个撞击部件34。在转轮22通过接合剂流经套管12和贯通开口27而旋转时，撞击部件34将撞击拍打机设备30，并将拍打机部件32从其通常停靠内壁14的状态倾斜出来。当撞击部件34已经通过拍打机设备30时，拍打机部件32通过弹簧装置31的作用而朝向套管12的内壁14受力并撞击内壁14，使套管振动。这些振动运动会传递到位于在套管12外侧上的环形空间16中的接合剂中。

图3显示了四个拍打机设备30和四个撞击部件34。然而，该数目可以根据需要改变。还应当提到的是在拍打机设备30正上方和可选的正下方，转轮可以构造为使其朝向套管12的内壁14密封，以使接合剂强制流经贯通开口27。这意味着，接合剂不会影响拍打机设备30的效率。

波诱导设备20的第二个实施方式显示于图4中。这里也一样，转轮提供有接合剂可以流过的贯通开口37，在这个贯通开口37中优选设置具有多个叶轮叶片25的叶轮24。叶轮叶片25优选连接到转轮22并连接至轮轴或中心部件26。

在波诱导设备20的这个实施方式中，转轮22提供有关于转轮22的旋转轴偏心或不对称布置的质量。这种质量可以按照许多不同的方式进行构造。图4显示了可以连接至转轮22或可以是转轮22的整体部件的基本呈圆形的配重部件36。配重部件36相对于转轮22的旋转轴偏心分布。当转轮22通过流经贯通开口37的接合剂而旋转时，配重部件36和由此转轮22的偏心度将导致套管12相对于套管12正常位置在径向方向摆动（swing out）。这种波动自然传送到套管12和井眼地层15之间的环形空间16中的接合剂17以使接合剂17固化更好。

Claims (23)

1.一种在井眼中接合套管的波诱导设备，其特征在于，所述波诱导设备设计为在套管中设置，并且包括可移动部件，在所述波诱导设备设置于所述套管中时，所述可移动部件设计为通过流经所述套管的接合剂和/或另一种流体移动，使得在所述套管的接合期间在所述接合剂中提供波动和/或振动。

2.根据权利要求1所述的波诱导设备，其特征在于，所述可移动部件包括转轮，所述转轮的质量关于所述转轮的旋转轴呈不对称分布。

3.根据权利要求2所述的波诱导设备，其特征在于，所述转轮在其旋转轴方向上构造有通孔。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的波诱导设备，其特征在于，所述转轮包括至少一个叶轮叶片。

5.根据权利要求4所述的波诱导设备，其特征在于，所述至少一个叶轮叶片设置于所述通孔中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的波诱导设备，其特征在于，所述波诱导设备包括至少一个拍打机设备，所述至少一个拍打机设备可移动设置于所述转轮上，并且被装配为使所述拍打机设备随着所述转轮旋转而对所述套管进行击打。

7.根据权利要求6所述的波诱导设备，其特征在于，所述至少一个拍打机设备是装有弹簧的。

8.一种用于在井眼中接合套管的套管系统，所述套管系统包括套管，其特征在于，所述套管提供有至少一个波诱导设备，用于在位于所述套管和所述井眼之间的接合剂中提供波动或振动，所述至少一个波诱导设备被装配为通过流经所述套管的接合剂和/或流体进行驱动。

9.根据权利要求8所述的套管系统，其特征在于，所述可移动部件包括转轮，所述转轮的质量关于所述转轮的旋转轴偏心或不对称分布。

10.根据权利要求9所述的套管系统，其特征在于，所述转轮在其旋转轴方向上构造有通孔。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的套管系统，其特征在于，所述转轮包括至少一个叶轮叶片。

12.根据权利要求11所述的套管系统，其特征在于，所述至少一个叶轮叶片设置于所述通孔中。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的套管系统，其特征在于，所述波诱导设备包括至少一个拍打机设备，所述至少一个拍打机设备可移动设置于所述套管或所述转轮上，并且被装配为使所述拍打机设备随着所述转轮旋转对所述套管进行击打。

14.根据权利要求13所述的套管系统，其特征在于，所述至少一个拍打机设备是装有弹簧的。

15.根据权利要求13-14中任一项所述的套管系统，其特征在于，所述转轮或套管包括至少一个撞击部件，设置为使所述至少一个撞击部件随着所述转轮旋转而撞击所述至少一个拍打机设备。

16.根据权利要求8-15中任一项所述的套管系统，其特征在于，所述至少一个波诱导设备是根据权利要求1-7中任一项所述的波诱导设备。

17.一种在井眼中接合套管时确保接合剂粘住地层和套管的方法，其特征在于，在将所述套管设置于所述井眼中之前或已将所述套管设置于所述井眼中之后，将所述至少一个波诱导设备设置于所述套管中；并且将接合剂和/或流体向下泵送通过所述套管并驱动所述至少一个波诱导设备，以使所述至少一个波诱导设备在位于所述套管和所述井眼地层之间的接合剂中提供波动和/或振动。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，驱动所述波诱导设备的能量获自流经所述套管的接合剂或流体。

19.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述波动和/或振动通过不平衡和/或偏心设置的转轮提供。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其特征在于，所述波动和/或振动通过装配为在所述套管或转轮上击打的拍打机设备提供。

21.根据权利要求1-7中任一项所述的波诱导设备与在烃井中接合套管相关的用途。

22.根据权利要求8-16中任一项所述的套管系统与在烃井中接合套管相关的用途。

23.根据权利要求17-20中任一项所述的在井眼中接合套管时确保接合剂粘住地层和套管的方法以用于在烃井中接合套管的用途。