[发明专利]经涂覆的带套筒油气井生产装置

说明书

技术领域

本公开内容涉及油气井生产操作的领域。本公开内容更具体地涉及使用经涂覆的带套筒装置，用来减少油气井生产操作中的摩擦、磨损、腐蚀、侵蚀和沉积。此类经涂覆的带套筒油气井生产装置可用在钻机设备、海底立管系统、管状物品（套管、油管和钻柱）、井口、采油树和阀、完井管柱和设备、地层和砂石面完井设备、人工举升设备和修井设备。

背景技术

油气井生产存在基本的机械问题，其纠正、修理或防腐可能成本过高或甚至是禁止的。摩擦在油田中无处不在，处于移动接触的装置磨损并损失它们的原始尺寸，而且装置会由于侵蚀、腐蚀和沉积而劣化。这些都是成功操作的障碍，其可通过如下所述的选择性地使用经涂覆的带套筒油气井生产装置来防腐。

钻机设备：

在将特定位置确定为预期的烃区之后，生产操作以钻机的运动和操作开始。在旋转式钻井操作中，钻头被附接到井底钻具组件的端部，该井底钻具组件附接到包括钻管和工具接头的钻柱。钻柱可以在表面处通过旋转台或顶部驱动单元旋转，并且钻柱和井底钻具组件的重量致使旋转钻头在泥土中钻孔。随着操作进行，对钻柱增加新的钻管段，用以增大其总长度。在钻井操作期间，定期地对开启的钻孔加上套管，用以使壁稳定，并且恢复钻井操作。结果，钻柱通常既在开启的钻孔（“裸孔”）中又在已经安装在钻孔中的套管（“加套管孔”）内操作。可选择地是，挠性油管可以代替钻井组件中的钻柱。钻柱和井底钻具组件或挠性油管和井底钻具组件的组合在本文中称为钻杆组件。钻柱的旋转经钻柱和井底钻具组件向钻头提供动力。在挠性油管钻井中，动力通过钻井流体传递到钻头。可以通过旋转而传输的动力的量受到钻柱或挠性油管所能够承受的最大扭矩的限制。

在可选择的且不常用的钻井方法中，套管本身用于钻入地层内。切削元件附接于套管底端，且套管可以旋转，用以转动切削元件。在以下论述中，对钻杆组件的引用将包括用于以“在钻井同时加套管”方法钻取地层的“钻井套管管柱”。

在经地下地层钻孔期间，钻杆组件与钢套管和岩层这两者进行大量滑动接触。该滑动接触主要由钻杆组件在钻孔中的旋转和轴向运动引起。钻杆组件的运动表面与套管和地层的静止表面之间的摩擦在钻杆上产生相当大的拖滞作用并在钻井操作期间引起过大的扭矩和拖滞作用。摩擦导致的问题是任何钻井操作中固有的，但是在定向钻取的井或大位移钻取（ERD）的井中尤其麻烦。定向钻取或ERD是井眼从竖向的有意偏移。在某些情形中，倾斜度（与竖向形成的角度）可大至90度。此类井通常称为水平井并且可以从钻井平台钻到相当大的深度和相当大的距离。

在所有钻井操作中，钻杆组件倾向于抵靠钻孔或井套管的侧部安放，但是在定向钻取的井中，这种倾向由于重力作用而大得多。钻杆也可在钻孔的壁或套管的局部曲率高的区域中局部地抵靠钻孔的壁或套管安放。随着钻柱的长度或竖向偏离程度增大，旋转的钻杆组件所产生的摩擦量也增大。局部曲率增大的区域可增大由旋转的钻杆组件所产生的摩擦的量。为了克服这种摩擦增大，需要额外的动力来旋转钻杆组件。在某些情形中，钻杆组件与套管壁或钻孔之间的摩擦作用超过钻杆组件所能够承受的最大扭矩和/或钻机的最大扭矩容量，且必须停止钻井操作。结果，利用可用的定向钻井设备和技术能够钻取的井的深度最终受摩擦限制。

相对于外管进行滑动接触运动的一个管柱或更一般地在外缸筒内运动的内缸筒是这些操作的其中几个中的共同的几何构造。用于减少由管柱之间的滑动接触造成的摩擦的一种现有技术方法是：改善环流的润滑性。在工业操作中，已尝试主要通过利用基于水和/或油的钻井液溶液来减少摩擦，该钻井液溶液含有各种类型的昂贵且通常不环保的添加剂。对于这些添加剂中的许多添加剂来说，从这些添加剂获得的增大的润滑性随着钻孔温度的增大而减小。通常使用柴油和其它矿物油作为润滑剂，但是会存在钻井液处理的问题，且这些流体在升高的温度下也失去润滑性。已知某些矿物比如皂土有助于减少钻杆组件和开启的钻孔之间的摩擦。已使用诸如特氟隆的材料来减少滑动接触摩擦；然而，这些材料缺乏耐久性和强度。其它添加剂包括植物油、沥青、石墨、洗涤剂、玻璃珠和胡桃壳，但这些均具有其自身的局限性。

用于减少管之间的摩擦的另一现有技术方法是：使用铝材用于钻柱，因为铝比钢轻。然而，铝是昂贵的且可能难以在钻井操作中使用，其耐磨性不如钢，且其与许多流体类型（比如，具有高pH的流体）不相容。另外，本行业已经开发出使内套管管柱在外管柱内“漂浮”的装置，但是在此操作期间，循环受到限制且其无法适合成孔工艺。