[发明专利]水泥贯穿侧穴心轴

说明书

本发明是2003年10月1日提出的、名称为“水泥贯穿侧穴心轴”的发明专利申请No.200380100875.9的分案申请。

技术领域

本发明涉及使地下井完工的方法与设备。本发明尤其涉及侧穴心轴(side pocket mandrel)工具的制造、操作及使用，该工具容纳通过孔而流动的水泥，并在塞子被驱动而经过心轴时增强处于侧穴心轴之内水泥顶塞(cement wiper plug)之后的井下工作流体的紊流。

背景技术

侧穴心轴专门用于沿着地下井内的开采管柱(production tubingstring)而组装的管道部分，以便开采流体例如原油和天然气。这些专门用途的管道部分包括较短的圆筒(barrel)(侧穴)，它们与主管道孔(main tubing bore)的轴线平行轴向对齐，但在横向上偏移。这些侧穴具有在管道部分内部敞开的孔，并在岩心管内部与心轴壁之间具有小孔。这些侧穴构成容器，用于容纳流体流动控制装置例如阀或特性测量器具。在使用阀的情况下，从管道流入井的环状空间(annulus)的流体或流向相反的流体受到控制。

借助于钢丝绳(wireline)悬吊构造，阀元件可被放置在侧穴中或从那里卸出，而不需要从井下卸掉管柱。对流动控制的这种优选对于打井的管理者而言很有价值。

由侧穴心轴促进的打井控制的另一个方面就是气升(gas lifting)。有许多油层拥有大量含油流体，这些流体的内部驱力不足以把天生的流体提升到地面上。由于油层深度的缘故，传统的抽吸不是一个好办法。在这些情况下，可借助于气升方式抽取地层流体(the formationfluid)。

有许多气升技术，但一般来说可压缩的流体例如氮、二氧化碳或天然气的外源是被压缩在井的环状空间里的，并选择性地许可经由侧穴阀而进入开采管道孔。在管道孔之内有差别地把气流提升到地面上而形成的压力，可被利用来与气升一起吸出油流，或沿着具有液态石油柱处于塞子上方的管道孔驱动塞子。

当井首次打开时，油层可能具有充足的内部驱动能量以便进行在商业上而言足够把地层流体流动到地面上的开采。然而，在油层的价值耗尽很久以前，内部能量源最终可能被驱散。通过在实际需要进行气升开采很久以前把侧穴心轴置于开采管道中，开采经验就可以预料到此种开采发展情况。当需要进行气升时，只有开始气升所要求的向下钻进操作，是把气升阀零部件的钢丝绳放置到对应的侧穴中。当与退出或返回井下几英里的开采管道或盘卷管道的计划(enterprise)相比时，放钢丝绳的工序是最小的。

此种考虑在许多井孔还未去除套管而展露出来的情况下，更加势在必行。极深或极长的水平井孔就是这种情况的例子。例如，长井孔可能要以最小长度的套管来完成。在套管下方，新打成的钻孔依然未去除穿过地层开采面的套管。井的完工可以包括单程放置带有跨接及水泥粘结阀的开采管道。开采管道与钻孔壁之间的井的环状空间，在开采区上方被以水泥粘结以便隔离。来自开采区的产品流，由于使开采管道穿孔及把水泥环面(cement annulus)包围住而被开启。

不幸的是，为了后续气升而以侧穴心轴进行的单程完工(completion)，先前还未成为可用的选项。把水泥浆向下送到开采管道孔，就会不合理地污染侧穴心轴的曲径。

所以，本发明的目的是提供一种侧穴心轴，其可以在设置之前把水泥清除掉。

本发明的另一个目的是提供一种单程完工的方法，其包括把可操作性用于后续气升操作的侧穴心轴预先定位。

本发明还有一个目的，就是提供一种设备，其用于擦洗侧穴心轴流动孔的水泥或其他污染。

发明内容

本发明的各个目的，是通过侧穴心轴构造而实现的，该构造具有沿着内管道的内部导向及流动叶片结构，所述内管道适应于侧穴阀零部件的物理对齐及间隙。导向和叶片结构包括多个长的弧形扇区(arcsector)，它们在心轴内部处于侧穴留隙空间(clearance space)的侧面。表面起伏、翻转及从下部切入弧形扇区表面，激发流体成为紊流而从心轴内部清洗残余水泥。弧形扇区本体之内的横流喷射小孔则促进紊流的产生。

最好通过管道壁上的孔进行焊接而把弧形扇区固定在心轴壁上。这些弧形扇区像平行轨道一样沿着工具清除通道(tool clearancechannel)相反的各侧而对齐。工具清除通道提供阀零件和踢翻工具(kick-over tool)所要求的最小宽度，以便相对于侧穴圆筒而放置及卸掉阀零件。