[发明专利]在钻孔中形成套管的方法

说明书

本发明涉及在地下岩层的钻孔中形成套管的方法，这种钻孔可以是例如生产石油、天然气或水的井孔。传统上在钻出这种井孔时需要在钻孔中安装许多套管，以防止钻孔壁的坍塌和防止钻井液不希望地流入地下结构中或防止流体从地下结构流到钻孔中。钻孔是分段钻出的，因此预定放在较下面钻孔区段的套管将通过先前已装好的上部钻孔区段的套管。这种方法的后果是，下部区段的套管其直径小于上部区段导管的直径。因此套管形成嵌套配置，套管直径沿向下方向减小。在套管的外表面和钻孔壁之间形成环形水泥，以使套管和钻孔壁之间密封。这种嵌套式配置的结果是，在井孔的上部分需要相当大的钻孔直径。这种大口径的钻孔由于需要大型套管处理设备、大的钻头、大量钻孔液和钻出  大量岩屑而成本增高。另外，由于需要灌注水泥和让其固化而增加钻井时间。

国际专利申请WO 93/25799公开一种在地下岩层的一段钻孔中形成套管的方法，在这种方法中，将呈套管形式的管形件装在这段钻孔中，然后用扩管锥体径向扩管。一直对套管进行扩管，直到套管接触到钻孔壁并使周围的岩石结构发生弹性形变。当在钻井期间发生井壁冲刷或遇到碎性地质结构时，可在冲刷位置或碎性结构处在围绕套管的环形空间中灌注水泥。

虽然此已知方法可以克服传统套管中后装套管部分其直径沿向下方向减少的问题，但仍需要一咱在钻孔中形成套管的方法，在这种方法中只需要用较低的负载来膨胀管形部件并达到套管和周围地层结构之间的改进的密封。

在WO 93/25800中将一种油层衬管(生产衬管)应用在钻孔中，该油层衬管具有纵向叠置开口，可以在钻孔中进行径向膨胀。该油层衬管在生产碳氢化合物流体期间起着过滤器的作用，该碳氢化合物从四周地层渗出，流入到衬管内。在这种油层衬管中重要的是，在衬管的内部和四周地层之间应保持流体连通，即重要的是应避免在油层衬管和周围土层之间出现堵塞。这与本发明的目的相反，本发明旨在改进套管与周围地下结构之间的密封性。本发明的另一目的是提供一种形成套管的方法，该方法形成的套管具有改进的抗坍塌性。本发明的再一个目的是提供一种形成套管的方法，该套管在钻孔的上部区段和下部区段之间其钻孔直径差别较小。

按照本发明，提供一种在地下岩层的钻孔中形成套管的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将管形衬管装在钻孔中，该衬管可以在钻孔中进行径向膨胀，使得在使衬管进行径向膨胀期间，该衬管上将产生许多开孔，这些开孔沿衬管的纵方向叠置；

(b)使衬管在钻孔内进行径向膨胀；

(c)或者在步骤(b)之前或者在其后，将一批可硬化的流体密封材料注入钻孔中，使密封材料充满上述开孔，并密封上述开孔，密封材料可以在上述开孔中硬化，从而增加衬管的抗压强度。

这样，本发明的方法可以应用直径均匀的套管段，所以可以避免像常规套管配置中那样的后加套管段的嵌套配置。采用本发明的方法，可在衬管和钻孔壁之间获得可靠的密封，而且衬管的开孔可使衬管进行较大的径向膨胀。在密封材料硬化之后，开孔中充满密封材料的衬管便形成连续的增强的井孔套管。衬管采用适当方法用钢制作，可以作成为例如连接的衬管段或卷管。

另外，和用已知方法膨胀实体套管所需要的力相比，只需要相当低的径向力便可膨胀衬管。

本发明方法另一个优点是，膨胀之后的衬管其最后直径大于所用膨胀工具的直径。永久的最后直径和膨胀工具的最大直径的差称作永久的剩余膨胀。

在径向膨胀衬管之后用适当方法将密封材料装入钻孔中。

采用加有增强纤维的密封材料可以进一步增强衬管。

在一部分上述密封材料还存在于衬管内部的情况下，可以在密封材料硬化之后采用例如钻去这部分密封材料的方法从已膨胀后衬管的内部将之除去。

衬管可以径向膨胀直到它接触钻孔壁，或者直到在衬管和钻孔壁之间保持一个环形空间，因而可硬化的流体密封材料可伸入上述环形空间。

下面参照附图，作为举例详细说明本发明，附图是：

图1示意示出钻孔的纵向横截面，该钻孔具有未加套管的部分，在该部分将设置一种套管，该套管包括具有纵向叠置开孔的衬管；

图2示出图1的一部分，其中衬管的一部分已被膨胀。

图1中示出钻入地下岩层2的钻孔1的下部。钻孔1具有加套管部分5和未加套管部分10，在加套管部分中钻孔1具有利用水泥层7固定于钻孔1的壁上的套管6。