[发明专利]使井眼中的管状元件扩张

说明书

背景技术

本发明涉及一种使用位于管状元件中的扩张器来使井眼中的管状元件径向扩张的方法。井眼中的管状元件(诸如套管或衬管)的扩张日益增加地应用于从大地地层中开采油和气的工业中，由此，钻出一个或多个钻孔以从地下储层向位于地面的生产设备产出烃流体。传统地，这种钻孔在钻出钻孔期间在不同深度处设置有若干套管。每根随后的套管必须通过之前已经安装的套管，所以，这些套管在向下的方向上具有减小的直径，这形成了套管的嵌套布置。因而，用于烃流体生产的有效井眼直径随着深度而减小。这尤其是对于具有较多数量套管的深井来说可导致技术缺陷和/或经济缺陷。

为了克服这些缺陷，已经提出使用套管方案，由此，各套管在安装于井眼中之后被径向扩张。这种套管方案使得有效井眼直径随着深度的减小而较小。通常而言，这种管状元件在将管状元件下入井眼中之后通过拉动、泵送或推动圆锥形扩张器通过管状元件而径向扩张。然而，用于使扩张器运动通过管状元件所必需的扩张力有时极高，这是因为这种力不仅必须使管状元件扩张，而且必须克服扩张器锥体与管状元件之间的摩擦。

EP 1618280B1公开了一种使用位于管状元件中的扩张器来使井眼中的管状元件径向扩张的方法，该扩张器包括多个部段，该多个部段绕着具有流体腔室的囊状物在圆周方向上间隔开。该管状元件以多个循环进行扩张，由此，在每个循环中，通过将流体泵送到流体腔室中以使得囊状物扩张且扩张器进行扩张冲程，多个部段从径向缩回位置运动到径向扩张位置。

在一些应用中，已经经历的是，多个部段可能不总是均匀地扩张，并且囊状物在重复的扩张循环之后被损坏。

US-2003/0111234-A1公开了一种用于使管状衬管扩张的扩张系统。该系统包括扩张装置，该扩张装置包括具有多个部段的心轴，所述多个部段在收缩状态与扩张状态之间运动。当处于扩张状态时，心轴被推动或拉动通过管状衬管，以使该管状衬管扩张。

WO 03/036025-A1公开了一种用于为井眼嵌衬可扩张的管状元件的系统。该系统包括扩张锥和锚定装置，该扩张锥布置在延伸到井眼中的柱的下端部处，该锚定装置将管状元件的上端部锚定在井眼中。一旦管状元件被锚定，扩张锥被推动通过管状元件，以使该管状元件扩张。

上述系统包括被拉动或推动通过管状元件的扩张器。因此，这些系统使管状元件扩张到扩张器锥体的直径，但是缺乏适应井眼直径的局部变化的可能性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种使管状元件径向扩张以抵靠在井眼中的壁上的改进方法，该方法克服了已知方法的缺陷。

根据本发明，提供了一种使用位于管状元件中的扩张器来使井眼中的管状元件径向扩张的方法，该扩张器包括扩张构件和围绕该扩张构件在圆周方向上间隔开的多个部段，该多个部段通过扩张构件相对于多个部段的轴向运动可在径向缩回位置与径向扩张位置之间运动，该方法包括多个扩张循环，其中每个扩张循环包括以下步骤：

(a)使扩张器在轴向向前的方向上运动通过管状元件，由此，该多个部段处于径向缩回位置；以及

(b)通过使扩张构件相对于多个部段轴向运动而使多个部段运动到径向扩张位置，从而使管状元件扩张。

由此，不再需要用于使多个部段扩张的囊状物。另外，通过使扩张构件相对于多个部段轴向运动保证了多个部段均匀地扩张。此外，由于相继的扩张循环，本发明的扩张方法可适应于井眼直径的局部变化。

适当地，每个部段和扩张构件具有楔形的共同接触表面，以便在扩张构件相对于部段在第一轴向方向上的运动时引起部段的径向向外运动，以及在扩张构件相对于部段在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上的运动时引起部段的径向向内运动。

多个部段从缩回位置到扩张位置的运动限定出扩张冲程。为了以顺从的模式使管状元件扩张，由此使管状元件扩张，以使得管状元件的形状在扩张之后符合围绕管状元件的边界壁的形状，或者使得考虑管状元件的壁厚变化，本方法优选地包括多个相继的扩张循环，由此，变化相应扩张冲程的幅度。

例如，管状元件被径向扩张以抵靠在具有变化直径的井眼的壁上，并且相应扩张冲程的幅度与壁的所述变化直径相一致地改变。扩张致动器的轴向运动限定致动器的冲程，优选的是，多个部段的扩张冲程的幅度通过改变扩张构件的致动冲程的幅度而改变。