CN106715821A - 在多次往返中利用闭锁停驻能力在传送衬套构件时进行定向钻井 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在多次往返中利用闭锁停驻能力在传送衬管时进行定向钻井的方法和系统。在钻探井筒时，安装每个套管和衬管，所述套管和衬管各自具有上方和下方内部闭锁耦接件。有待安装在母体套管下方的衬管包括外部闭锁组件，所述外部闭锁组件被设定尺寸来连接至所述母体套管的所述内部闭锁耦接件。井底钻具组件可以包括上方和下方外部内钻柱闭锁组件，所述上方和下方外部内钻柱闭锁组件用于连接至有待安装的所述衬管的所述上方和下方内部闭锁耦接件。这种布置允许在定向钻井时传送所述衬管并且将所述衬管与所述井底钻具组件一起安装，并且允许所述衬管暂时地从所述母体套管悬挂下来以便在钻井时进行井底钻具组件更换。浮塞可以被提供用于注水泥操作，所述浮塞被设定尺寸来停落在下方衬管内部闭锁耦接件处。

Description

在多次往返中利用闭锁停驻能力在传送衬套构件时进行定向 钻井

优先权

本申请是于2014年11月3日提交的名称为“METHOD FOR定向钻井WHILE CONVEYINGA LINER,WITH LATCHING PARKING CAPABILITIES FOR MULTIPLE TRIPS”的美国临时专利申请号62/074,460的国际申请并且要求其优先权，所述专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本公开总体涉及油田设备，并且具体地说涉及用于在地下定向钻井和完井的井下工具、钻井及相关系统和技术。

发明背景

从井构造的视角来看，由于地层压力衰竭，石油开采面临日益严峻的挑战。小型储藏因伴随许多挑战而可能要求复杂的井轨迹。事件诸如井孔不稳定、损失循环区、盐层蠕动、卡钻等在钻井过程中可能会导致非生产时间，而且更糟糕的是，可能会完全无法进入预期烃储层。此外，油田开发计划因不稳定的地层中存在窄泥浆窗口而可能涉及更复杂的井轨迹，这可以受益于用于减少计划外的事件的不同钻井方法。

附图简述

下文参考附图详细描述了实施方案，在附图中：

图1是根据实施方案的用于随同传送衬套构件进行定向钻井的系统的部分截面的正视图；

图2是根据实施方案的用于随同传送衬套构件进行定向钻井的方法的流程图；

图3和图4是与图2的随同传送衬套构件定向钻井方法一起使用的井的上方部分的轴向截面，其示出井孔准备操作和与内部套管闭锁耦接件一起安装的套管；

图5是根据实施方案的具有随同定向钻井衬套构件系统的图4的井的轴向截面，其示出根据图2的方法的初始衬管送入操作；

图6和图7是图5的井和随同定向钻井衬管系统的轴向截面，其示出根据图2的方法的随同传送衬套构件进行的定向钻井操作；

图8-12是图7的井和随同定向钻井衬套构件系统的轴向截面，其示出根据图2的方法在使传送的衬套构件停驻时对井底钻具组件进行中间更换；

图13是图12的井和随同定向钻井衬管系统的轴向截面，其示出根据图2的方法在对井底钻具组件进行调换之后，在传送衬套构件时恢复定向钻井操作；

图14-17是图13的井和随同定向钻井衬管系统的轴向截面，其示出根据实施方案的用于总深扩孔并使传送的衬套构件停驻的方法；

图18-22是图13的井和随同定向钻井衬管系统的轴向截面，其示出根据实施方案的用于总深扩孔并使传送的衬套构件停驻的方法；

图23是图13的井的轴向截面，所述井根据图2的方法已经扩孔至总深；并且

图24-28是根据实施方案的具有膨胀/注水泥送入工具组件的图23的井的轴向截面，所述膨胀/注水泥送入工具组件用于根据图2的方法来进行注水泥和膨胀操作。

具体实施方式

本公开可以在各个实例中重复参考号和/或字母。此重复是出于简单明了的目的，并且本身并不指示所讨论的各种实施方案和/或配置之间的关系。另外，空间相对术语诸如“在…之下”、“在…下方”、“下方”、“在…上方”、“上方”、“井上”、“井下”、“上游”、“下游”等等在本文中为了方便描述可以用于描述如图所示的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。空间相对术语意在涵盖使用中或操作中的设备除了附图中所展示的取向之外的不同取向。

图1是根据一个或多个实施方案的随钻衬管系统200的部分截面的正视图。随同加衬定向钻井系统200如本文所公开可以允许在传送衬套构件30的同时对井筒进行定向钻井。定向钻井系统的能力可以包括但不限于以下各项：完成多次井底钻具组件行程的能力(用于例如钻头或井底钻具组件更换)；扩大先导孔的能力；临时衬管悬挂能力；对完成的裸眼井加套管的能力；钻井和旋转时导向的能力；井底钻具组件的可收回性；以及执行常规注水泥操作的能力。

如下文更详细所描述，在一个或多个实施方案中，随同定向钻井衬管系统200可能能够实现海上和陆上使用两者以实现准确的井筒放置，其中不良的井孔条件可能要求套管或衬管处于适当的位置。系统200可能能够进行以下多项操作：在处理衬管和井底钻具组件以及钻柱的重量时将衬套构件30与套管20选择性地锁合和解锁；满足钻井转矩要求；允许用在长的侧向部段中；在衬管的顶部为环空提供密封；保留衬管内径；容忍碎屑；长时间处理旋转；提供用于打捞操作；以及维持当前可用的工具和系统的相容性。随同定向钻井衬管系统200还可能能够传送和采用用于注水泥的浮动设备，包括通过落球激活的塞子、结合背压阀的底塞和在底塞顶部锁合的替塞。另外，随同定向钻井衬管系统200可能是可钻井的。

此外，在一个或多个实施方案中，随同定向钻井衬管系统200可以包括井底钻具组件(BHA)210，所述井底钻具组件210可以包括允许对先导孔进行总深扩孔的两个扩孔器。这类扩孔器可以有线连接至控制器，所述控制器经由下行链路遥测系统而与操作者通信，例如通过使用地面泥浆脉冲发生器，泥浆泵操作的变化，管状传送件的旋转，将球或镖投入泥浆流中，或者使用放置在泥浆流中的信令装置，诸如射频识别(RFID)装置激活来通信。这类扩孔器还可以通过使用泥浆泵来液压地激活/停用。BHA210可以包括有线井下马达224。每个扩孔器可以独立地致动，或者选择性地成组来整体致动或彼此以相反的动作致动；例如，一个扩孔器可以延伸其扩孔器刀片，而另一个扩孔器可以缩回其扩孔器刀片。

系统200可以如图所示位于陆地上或位于以下各项顶部：海上平台、半潜式平台、钻井船或能够穿过一个或多个井下地层15形成井筒12的任何其他平台。系统200可以用在垂直井、非垂直井或偏斜井、多分支井、海上井等中。井筒12可以包括套管20并且可以包括一个或多个裸眼井部分。

系统200可以包括钻机144。钻机144可以大体位于井口167上方，所述井口167在海上位置的情况下位于海床并且可以经由立管(未示出)而连接至钻机144。钻机144可以包括顶部驱动装置142、转台138、提升机组件140以及与钻柱152在井筒12内的升高、下降和旋转相关联的其他设备。防喷器(未明确示出)和与钻探井筒12相关联的其他设备也可以提供在井口167处。

钻柱152可以由各个长度的套管、钻杆、连续油管或其他管材组装而成。在一个或多个实施方案中，钻柱152具有中空内部153。在钻柱152的外部与井筒12的内径之间形成了环空166。钻柱152的井下方可以运载BHA 210。远端钻头214可以是常规钻头、扩孔器、取芯钻头或其他合适的工具。BHA 210可以包括马达224，所述马达224可操作来使远端钻头214旋转。马达224可以是泥浆马达。然而，例如由液压驱动的发电机供电或电连接至地面的电马达可以用来取代泥浆马达。取代泥浆马达，涡轮钻具叶片式马达或任何其他类型的电动回转装置也可以用于将钻井转矩施加至远端钻头214。牵引机组件或锚固装置157可以提供在BHA 210内以用于抵抗远端钻头214的旋转期间BHA 210在井筒12内旋转的任何趋势。BHA210还可以包括各种接头、扶正器、钻环、测井工具或类似设备。钻柱152可以运载如下文详细所描述的衬套构件30。

各种类型的钻井液146可以从池子155泵运穿过泵148和导管150而到达从井口167延伸的钻柱152的上方。钻井液146之后可以流过钻柱152的纵向钻孔153并且通过形成在远端钻头214中的喷嘴(未示出)离开，或者至少一部分流体会流到BHA 210或钻柱152中的其他地方。钻井液146可以与地层钻屑以及接近钻头214的其他井下流体和碎屑混合。钻井液146之后将向上流过环空166以将地层钻屑和其他井下碎屑返回到井口167。导管151可以将钻井液返回到池子155。各种类型的筛子、过滤器和/或离心机(未明确示出)可以被提供用来在将钻井液返回到池子155之前去除地层钻屑和其他井下碎屑。钻井液146还可以经由例如泥浆脉冲遥测技术而在BHA 210与井筒12的地面之间提供通信通道。

图2是根据实施方案的用于随同传送衬管进行定向钻井的方法100的流程图。方法100可以提供进行以下操作的能力：使用随同定向钻井衬管系统200来在传送衬管以为新近钻探的裸眼井段加套管时将井筒导向至预定义方向。定向钻井系统200可以包括可导向BHA210和大批钻井部件。

图3是根据图2的井孔准备步骤102的具有随同定向钻井衬管系统200的井10的轴向截面。参考图2和图3，可以钻探井筒12的上方部分14。根据一个或多个实施方案，定向加衬套/钻井过程要求事先计划，因为先前或母体套管或衬管构件20(以下简称母体套管)结合了内部套管闭锁耦接件22，所述内部套管闭锁耦接件22允许在井底钻具组件更换期间或一旦到达总深就为下一个井下部段悬挂传送定向钻井系统的衬套构件30(图5)。闭锁耦接件22可以允许在井底钻具组件更换时或在转到注水泥操作时使衬套构件30暂时地停驻。

因此，在各个井深处，内部套管闭锁耦接件22可以安装在先前或母体套管20中，这取决于计划层段的长度和地层可钻性。两个或更多个内部套管闭锁耦接件22a，22b可以安装在母体套管20上，一个靠近母体套管20的底端，而另一个在井上方向与先导井底钻具组件间隔开至少一定长度。可以针对中间钻头或井底钻具组件更换提供第三套管闭锁耦接件22c。还可以沿着母体套管20提供附加的套管闭锁耦接件22并且使其沿着所述母体套管20间隔开来。一旦母体套管20进入到井筒12中，就可以按照惯例对母体套管20进行注水泥。

图4是根据图2的井孔准备步骤104的具有随同定向钻井衬管系统200的井10的轴向截面。参考图2和图4，在对母体套管20进行注水泥之后，可以运行清洗井底钻具组件202以便于为套管设备诸如浮阀和刮擦塞清理井身，执行泄漏测试(如果需要的话)，并且任选地刷洗或以其他方式清洗内部闭锁耦接件22以为衬管悬挂作准备(如果认为必要的话)。在清洗操作之后，可以从井孔拉出清洗井底钻具组件202。

图5是根据图2的衬管送入步骤106、108、110的具有随同定向钻井衬管系统200的井10的轴向截面。参考图2和图5，在井孔准备好之后，可以如下送入传送定向钻井系统的衬套构件30：

在步骤106处，可以提供衬套构件30。衬套构件30可以包括外部衬管闭锁组件34以允许衬套构件30从母体套管20中的闭锁耦接件22悬挂下来。外部衬管闭锁组件34可以对母体套管20的内部套管闭锁耦接件22进行补充并且允许选择性啮合和脱离所述内部套管闭锁耦接件22。外部衬管闭锁组件34可以包括具有多个闭锁区段的壳体，所述多个闭锁区段适当地与内部套管闭锁耦接件22中具有预定尺寸和取向的槽缝对准并且啮合所述槽缝。在一个或多个实施方案中，闭锁耦接件对22、34可以采用Halliburton Multilateral LatchSystem部件，其可以与标准套管耦接器相同的方式安装；还提供锚固机构，所述锚固机构用于实现对设备的准确的且可重复的放置和定向。闭锁耦接部件22、34可以分别永久地安装在套管20和衬套构件30中，从而在任选地不限制相应的钻柱的内径的同时满足破裂和塌陷压力要求。

在一个或多个实施方案中，匹配的闭锁轮廓布置诸如槽缝、内部突出部分或内部加厚层可以通过直接修改衬管或套管对衬套的内部构件的所需的锚固能力来整合到套管或衬管管道自身的内部部分中，所述内部构件被定位成锁合到套管或衬套构件20的内侧上的匹配的闭锁轮廓布置中。另外，应注意到，闭锁或匹配的槽缝布置例如可以变成位于衬套构件或位于内部钻柱。

衬套构件30的下方可以包括实现对衬套构件30的传送的衬管鞋36。具体而言，如同母体套管20一样，可以提供衬管内部衬管闭锁耦接件32，所述耦接件32具有两个衬管闭锁耦接件32a、32b，所述衬管闭锁耦接件32a、32b靠近衬套构件30的底端定位；以及一个衬管闭锁耦接件32c，所述衬管闭锁耦接件32c进一步向井上方向定位，被定位成低于如下文更详细讨论的衬管悬挂器310。下方的两个衬管闭锁耦接件32a、32b可以接受用于后续操作的衬管浮动设备和塞子。如同内部套管闭锁耦接件22一样，内部衬管闭锁耦接件32可以采用Halliburton Multilateral Latch System部件。

在步骤108处，定向钻井BHA 210可以穿过衬套构件30。在一个或多个实施方案中，定向钻井BHA 210可以包括钻头214、总深或下方扩孔器216、旋转导向系统(RSS)218、随钻测量接头220、上方扩孔器222以及马达224。导向系统218可以结合遵从所需轨迹的可导向能力。随钻测量接头220可以包括随钻陀螺和遥测模块。定向钻井BHA 210中延伸越过衬套构件30的下方的部分可以通过以下方式来最小化以便于为扩孔器和钻头提供钻井转矩：使用有线上方扩孔器222和有线马达224，并且将马达224和随钻测量(MWD)接头220的至少遥测部分定位在衬套构件30内，但是将泥浆马达的输出轴定位在下方闭锁32a下方。扩孔器和泥浆马达的布线有助于MWD中可能保持处于衬套构件30内部的部分与BHA 210中出于功能目的必须保持低于上方扩孔器222的部分之间的通信。这类BHA接头系统可以包括钻孔勘测系统、随钻测井(LWD)系统和导向组件中要求控制命令的部分，诸如旋转导向系统中的致动器。

MWD系统220内的钻孔勘测系统的定位可以基于以下各项来确定：所述钻孔勘测系统具有的检测传感器的种类；以及勘测系统附近的材料是否可磁化，诸如在对于套管材料而言比较普遍的类似铁的黑色金属材料和铬合金的情况下。黑色金属材料例如可能会干扰用于测量地磁场的磁力勘测仪器。因此，可能要求将这种系统放置在黑色金属衬套构件，或者至少衬套构件部分下方。此外，传感器放置在衬套构件中时所处位置附近的其他构件将必须由非磁性材料，诸如奥氏体不锈钢、蒙乃尔合金或复合材料制成。由于这是一种昂贵的布置，所以在MWD 220中可以替代地采用陀螺仪，所述陀螺仪不受其附近的可磁化材料的效应的影响并且由此允许系统的勘测部分定位在衬套构件30内。

还可以由钻机从地面提供有关旋转的钻井转矩以通过从地面使钻柱旋转来辅助或取代BHA 210中的井下钻井马达。

总深扩孔器216可以正好定位在钻头214上方，以在到达总深时扩大先导孔。常规扩孔技术可以涉及用于扩大井筒的多次往返。与井下可导向性的传统挑战相结合，在总深处产生扩大的钻孔可能会为操作者留下过长的鼠洞。然而，总深扩孔器216可以消除长的鼠洞，而对可导向性产生最小的影响。总深扩孔器216可以是放置在钻头214与旋转导向系统218之间的短的一体式扩孔工具，从而使得鼠洞能够减小至只有三英尺并且优化总深处的钻孔大小。使用总深扩孔器216来消除长的鼠洞可以提供重大益处，因为一些井方案可能要求在特定压力变化点下设定衬套构件30。在一个或多个实施方案中，总深扩孔器216可以是Halliburton TDReam^TM Tool。

在一个或多个实施方案中，上方扩孔器222可以是被工程化来最小化同时操作中的横向振动的井孔扩大工具。在同时钻井和扩孔时出现过度横向振动可能会导致旋转导向系统218寿命缩短。上方扩孔器222可以包括自稳定主体和铰接部署以最小化旋转运动和过渡钻井操作期间BHA 210中传递的侧向负荷。上方扩孔器222还可以提供扩孔器停用。在结束扩大井孔时，上方扩孔器222的臂/钻削结构可以闭合并且恢复钻井，或者在以全流速循环和旋转的同时可以拉动上方扩孔器222。在一个或多个实施方案中，上方扩孔器222可以是Halliburton XR^TM扩孔器工具。

定向钻井BHA 210还可以包括伸缩接头230，以及用于耦接至衬套构件30的上方和下方外部内钻柱闭锁组件232、234。上方外部闭锁组件232可以位于定向钻井BHA 210顶部处或其顶部附近，以实现将钻柱悬挂在衬套构件30内。上方外部闭锁组件232还可以沿着衬套构件30内的钻柱提供稳定。下方外部闭锁组件234可以起锚固作用并且将转矩传递到衬套构件30。衬套构件30的外表面还可以包括一系列扶正器240。最终，定向钻井BHA 210可以包括钻杆242，所述钻杆242可以包括厚壁钻杆；以及其他部件，诸如震击器(未示出)。

在步骤110处，钻井送入工具300可以使用衬管悬挂器310来连接至定向钻井BHA210。伸缩接头230可以纵向展开来适应定向钻井BHA 210与钻井送入工具300的连接。此外，在一个或多个实施方案中，伸缩接头230可以通过用流体对内部钻柱加压来延伸，以便于将下方外部闭锁组件234与衬管闭锁耦接件32锁合/锚固。

衬管悬挂器310可以是柔性衬管悬挂器系统，所述柔性衬管悬挂器系统可以包括一体式回接连接座和结合到多个弹性体元件的可扩展固体悬挂器主体311，并且可以提供双向环形密封以及拉伸和压缩负荷转移能力两者。夹头组件312可以连接在定向钻井BHA210与悬挂器主体311之间以在衬管悬挂器310与定向钻井BHA 210之间传递线性作用力和转矩。在一个实施方案中，衬管悬挂器310可以是Halliburton衬管悬挂器系统。

图6和图7是根据图2的钻井步骤112-116的具有随同定向钻井衬管系统200的井10的轴向截面，其中可以钻探井筒12的下方部分16。参考图2和图6，在步骤112处，可以对先导孔或鼠洞18执行钻井直到上方扩孔器222定位在母体套管20的底端下方为止。夹头组件312可以承载定向钻井BHA 210与衬套构件30的重量，而且将转矩传递到衬套构件30。

参考图2和图7，在步骤114处，可以激活上方扩孔器222，并且可以根据步骤116继续定向钻井到总深，或任何中间井深，其中钻头214钻探先导孔18并且上方扩孔器222同时将先导孔扩大至所需大小。

根据判定步骤118，如果定向钻井BHA 210要求在到达总深之前能在任何点收回，那么如图2的步骤120所批注和图8所示可以停用上方扩孔器222。

继续图2的步骤120且参考图9，可以通过钻井送入工具300来将衬套构件30与定向钻井BHA 210移动至最近的内部套管闭锁耦接件22，所述内部套管闭锁耦接件22可以是如图所示的上方或最顶端内部套管闭锁耦接件22c。在该处，可以使用匹配的外部衬管闭锁组件34和母体套管20的内部闭锁耦接件22来使衬套构件30暂时地停驻。

随后，如图2的步骤120所提及和图10所示，可以通过以下方式从衬套构件30释放定向钻井BHA 210：使夹头组件312脱离衬管悬挂器310的主体311，并且将下方内钻柱闭锁组件234从衬管闭锁耦接件32a解锁。之后，根据图2的步骤120和图11所示，可以使用送入工具300来将定向钻井BHA 210取出到地面。

在图2的步骤122处，可以根据要求在地面处对定向钻井BHA 210作出改变。之后可以经由送入工具300而将定向钻井BHA 210送入到井筒12中，并且衬管悬挂器310的夹头组件312可以如图12所示与衬管悬挂器主体311啮合。之后，可以开始通过内部钻柱进行泵运，以使伸缩接头230展开来将下方闭锁组件234与下方衬管闭锁耦接件32a啮合/锚固。最终，可以将外部衬管闭锁组件34从套管闭锁耦接件22c解锁以解除衬套构件30在套管20处的停驻。

图13是根据图2的定向钻井步骤124的具有随钻衬管系统200的井10的轴向截面。参考图2和图13，可以将定向钻井BHA 210送入到井筒12的底部，可以激活上方扩孔器222，并且可以恢复钻井。在到达总深之前，可以根据需要重复步骤118至124。

在到达总深时，可以执行图2的步骤126、128和130以扩大先导孔18并且将衬套构件30悬挂在最底端内部套管闭锁耦接件22处。在一个或多个实施方案中，可以如下使用送入工具300来使定向钻井BHA 210在先导孔18中升高。参考图2和图14，可以停用上方扩孔器222。之后，可以通过送入工具300来拉动运载衬套构件30的定向钻井BHA 210，直到总深扩孔器216和钻头214定位在先导孔18上方为止。之后可以激活总深扩孔器216。参考图15，可以经由送入工具300来使定向钻井BHA 210与衬套构件30下降以将先导孔18扩大至钻头接触先导孔12的底部时所处的点。之后可以停用总深扩孔器216。

图16是具有随钻衬管系统200的井10的轴向截面，其示出图2的重定位步骤128。参考图2和图16，总深扩孔器216处于停用状态。可以通过钻井送入工具300来将衬套构件30与定向钻井BHA 210移动至最近的内部套管闭锁耦接件22，所述内部套管闭锁耦接件22可以是套管20中的上方或最顶端内部套管闭锁耦接件22b、22c。在该处，可以使用匹配的外部衬管闭锁组件34和母体套管20的内部闭锁耦接件22来使衬套构件30暂时地停驻。随后，可以通过以下方式从衬套构件30释放定向钻井BHA 210：使夹头组件312脱离衬管悬挂器310的主体311，并且将下方内钻柱闭锁组件234从衬管闭锁耦接件32解锁。之后，可以升高定向钻井BHA 210以将上方内钻柱外部闭锁组件232定位和锁合在最顶端内部衬管闭锁耦接件32c处，以使得大部分定向钻井BHA 210定位在衬套构件30内。

如图17所示，在图2的步骤130处，之后可以使送入工具300下降以将衬套构件30下降到井筒12的下方部分16中。可以操纵衬套构件30，以使得外部衬管闭锁组件34被定位成啮合最底端套管闭锁耦接件22a。

然而，在一个或多个实施方案中，步骤126和128可以相反次序执行：参考图2和图18，首先可以如下将定向钻井BHA 210重定位在衬套构件30内。可以停用上方扩孔器222。可以通过钻井送入工具300来移动定向钻井BHA 210以使外部衬管闭锁组件34与最近的内部套管闭锁耦接件22对准，所述内部套管闭锁耦接件22可以是套管20中的上方或最顶端内部套管闭锁耦接件22b、22c。在该处，可以使用匹配的外部衬管闭锁组件34和母体套管20的内部闭锁耦接件22来使衬套构件30暂时地停驻。随后，如图19所示，可以通过以下方式从衬套构件30释放定向钻井BHA 210：使夹头组件312脱离衬管悬挂器310的主体311，并且将下方内钻柱闭锁组件234从衬管闭锁耦接件32a解锁。之后，可以升高定向钻井BHA 210以将上方内钻柱外部闭锁组件232定位和锁合在最顶端内部衬管闭锁耦接件32c处，以使得除了总深扩孔器216和钻头218之外的大部分定向钻井BHA 210定位在衬套构件30内。

参考图20，接着可以使外部衬管闭锁组件34脱离内部套管闭锁22，并且可以使用送入工具300来使总深扩孔器216在先导孔18中升高(如果必要的话)。之后可以激活总深扩孔器216。之后，如图21所示，可以通过送入工具300来使运载衬套构件30的定向钻井BHA210下降以将先导孔18扩大至钻头接触先导孔12的底部时所处的点。内钻柱上方闭锁组件232和衬管闭锁耦接件32c将承受重量并且将转矩传递到衬套构件30。

图20还示出包括位于衬套构件30的底端的衬管鞋扩孔器217的选项。在钻头214位于先导孔18中且充当向导的情况下，可以通过送入工具300来使衬套构件30旋转以使衬管鞋扩孔器217旋转，从而扩大先导孔18。可以使用衬管鞋扩孔器217来补充或取代总深扩孔器216。

如图22所示，在井孔放大完成时，可以停用总深扩孔器216。可以升高和/或以其他方式操纵送入工具300以使外部衬管闭锁组件34与最底端套管闭锁耦接件22a对准和连接以便使衬套构件30停驻。

无论图2的步骤126和128的执行次序如何，在步骤130处，都可以通过将上方闭锁组件232从内部闭锁组件32c解锁来将定向钻井BHA 210从衬套构件30解锁，并且如图23所示，可以将送入工具和BHA 210拉出井孔。

参考图2和图24，在解锁步骤132处，可以将具有浮动设备的膨胀/注水泥送入工具组件212送入井孔中。膨胀/注水泥送入工具组件212可以包括膨胀工具400、水泥移位刮擦塞402以及上方和下方浮塞410、412。在一个实施方案中，上方和下方浮塞410、412的轮廓可以使得能够被衬管闭锁耦接件32a、32b接受。因此，将闭锁耦接件32a、32b结合在衬套构件30的下方可以增强执行如下文进一步描述的常规衬管注水泥的能力。

夹头组件312可以与衬管悬挂器主体311啮合，并且如图25所示，可以通过将外部衬管闭锁组件34从内部套管闭锁耦接件22a解锁来将衬套构件30从套管20解锁。可以提供循环来去除钻孔钻屑并且清洗井筒12。

参考图2和图26，在步骤134处，可以如下执行注水泥操作。可以使第一落球/落镖(未示出)流过膨胀/注水泥送入工具组件212以释放下方浮塞412，所述下方浮塞412可以停落在下方衬管闭锁耦接件32a处。类似地，可以使第二落球/落镖(未示出)流过膨胀/注水泥送入工具组件212以释放上方浮塞410，所述上方浮塞410可以停落在邻近的衬管闭锁耦接件32b处。双重塞子可以用作常规水泥工艺中的冗余的背压阀和浮鞋。鞋轨可以避免环空中的水泥污染。在浮塞410、412分别停落在闭锁耦接件32b、32a处之后，可以经由膨胀/注水泥送入工具组件212来泵运水泥430。

接着，如图27所示，步骤134(图2)可以继续落球/镖(未示出)以释放水泥移位刮擦塞402。可以继续水泥泵运，使水泥移位刮擦塞402向井下移位，直到水泥移位刮擦塞402碰到上方浮阀410并且停落在所述上方浮阀410上为止。

参考图2和图28，在膨胀步骤136处，在实施方案中可以为Halliburton衬管悬挂器的衬管悬挂器310可以使用膨胀工具400通过落球来液压地膨胀。之后可以脱离和升高夹头组件312。可以执行用于清洗井筒12的循环，并且可以使用送入工具300来将膨胀工具400拉出井孔。

总而言之，描述了形成井筒的方法和衬管送入系统。形成井筒的方法的实施方案可以大体包括：将套管安装在井筒的上方部分中，所述套管具有上方和下方内部套管闭锁耦接件；提供井底钻具组件，所述井底钻具组件具有上方和下方外部内钻柱闭锁组件；通过衬套构件来安置井底钻具组件，所述衬套构件具有上方和下方内部衬管闭锁耦接件，所述上方和下方内部衬管闭锁耦接件各自被设定尺寸来连接至上方和下方外部内钻柱闭锁组件；以及外部衬管闭锁组件，所述外部衬管闭锁组件被设定尺寸来连接至上方和下方内部套管闭锁耦接件；将井底钻具组件连接至送入工具；将外侧内钻柱闭锁组件连接至下方内部衬管闭锁耦接件，其中井底钻具组件的至少下方部分延伸越过衬套构件的下方边缘；以及通过送入工具来将井底钻具组件与衬套构件下降到套管中。衬管送入系统的实施方案可以大体具有：井底钻具组件，所述井底钻具组件具有上方和下方外部内钻柱闭锁组件；以及衬套构件，所述衬套构件具有上方和下方内部衬管闭锁耦接件，所述上方和下方内部衬管闭锁耦接件各自被设定尺寸来连接至上方和下方外部内钻柱闭锁组件；以及外部衬管闭锁组件，所述外部衬管闭锁组件被设定尺寸来连接至上方和下方内部套管闭锁耦接件；由此井底钻具组件适于经由外侧内钻柱闭锁组件和下方内部衬管闭锁耦接件来选择性地运载衬套构件。

任何前述实施方案可以包括以下元件或特征中的单独任一个或彼此的组合：井底钻具组件是定向钻井井底钻具组件；使用定向钻井井底钻具组件的钻头和导向系统来沿着井轨迹定向钻探井筒的下方部分；井底钻具组件中延伸越过衬套构件的下方边缘的下方部分包括扩孔器；使用钻头来钻探井筒的下方部分的先导孔；使用扩孔器在套管下方对先导孔进行扩孔；通过外部衬管闭锁组件将衬套构件从上方和下方内部套管闭锁耦接件中的一个悬挂下来；使下方外部内钻柱闭锁组件从下方内部衬管闭锁耦接件脱开；将井底钻具组件从井筒移去；将井底钻具组件重新插入到井筒中；将下方外部内钻柱闭锁组件连接至下方内部衬管闭锁耦接件；使外部衬管闭锁组件从上方和下方内部套管闭锁耦接件中的一个脱开；通过井底钻具组件的总深扩孔器来将先导孔扩孔至近总深；升高井底钻具组件和衬套构件；通过外部衬管闭锁组件将衬套构件从上方内部套管闭锁耦接件悬挂下来；使下方外部内钻柱闭锁组件从下方内部衬管闭锁耦接件脱开；在衬套构件内升高井底钻具组件；将上方和下方外部内钻柱闭锁组件中的一个连接至上方内部衬管闭锁耦接件，以使得大部分井底钻具组件安置在衬套构件内；使井底钻具组件和衬套构件下降；通过外部衬管闭锁组件将衬套构件从下方内部套管闭锁耦接件悬挂下来；使下方外部内钻柱闭锁组件从上方内部衬管闭锁耦接件脱开；将井底钻具组件从井筒移去；提供衬管悬挂器，所述衬管悬挂器具有悬挂器主体和夹头组件，所述悬挂器主体连接至衬套构件，所述夹头组件连接在井底钻具组件与送入工具之间；通过夹头组件在送入工具与井底钻具组件之间传递转矩和轴向力；将伸缩接头提供在井底钻具组件内；选择性地使夹头组件与悬挂器主体啮合；选择性地使伸缩接头延伸来将外部内钻柱闭锁组件连接至下方内部衬管闭锁耦接件；井底钻具组件是膨胀/注水泥送入工具组件，所述膨胀/注水泥送入工具组件具有膨胀工具和移位刮擦塞以及浮塞；使夹头组件与悬挂器主体啮合，使第一落球/落镖流过膨胀/注水泥送入工具组件以释放浮塞；使浮塞停落在下方内部衬管闭锁耦接件处；经由膨胀/注水泥送入工具将水泥泵入到井筒中；使第二落球/落镖流过膨胀/注水泥送入工具组件以释放刮擦塞；使刮擦塞向井下移位直到刮擦塞停落在浮塞上；使膨胀工具膨胀；使夹头组件脱离悬挂器主体；通过送入工具来将夹头组件从井筒移去；井底钻具组件是清洗井底钻具组件；用清洗井底钻具组件来清洗井筒；井底钻具组件是导向定向钻井井底钻具组件，所述导向定向钻井井底钻具组件包括钻头、扩孔器、马达以及随钻测量接头；井底钻具组件包括邻近于钻头安置的总深扩孔器；马达和随钻测量接头选择性地安置在衬套构件内；衬管悬挂器具有悬挂器主体和夹头组件，所述悬挂器主体连接至衬套构件，所述夹头组件连接在井底钻具组件与送入工具之间；伸缩接头在井底钻具组件内安置在夹头组件与下方外部内钻柱闭锁组件之间；井底钻具组件是膨胀/注水泥送入工具组件，所述膨胀/注水泥送入工具组件具有膨胀工具和移位刮擦塞以及浮塞，所述浮塞被设定尺寸来连接至下方外部内钻柱闭锁组件；第一和第二下方内部衬管闭锁耦接件位于衬套构件的内部内；第一和第二浮塞被设定尺寸来分别连接至第一和第二下方外部内钻柱闭锁组件；并且井底钻具组件是清洗井底钻具组件。

本公开的摘要仅用于提供在粗略阅读之后可快速确定技术公开的性质和要点的方法，并且所述摘要仅代表一个或多个实施方案。

虽然详细示出了各种实施方案，但是本公开并不限于所示的实施方案。本领域技术人员可以想到对以上实施方案的修改和调整。这类修改和调整处于本公开的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种形成井筒的方法，所述方法包括：

将套管安装在井筒的上方部分中，所述套管具有上方和下方内部套管闭锁耦接件；

提供井底钻具组件，所述井底钻具组件具有上方和下方外部内钻柱闭锁组件；

通过衬套构件来安置所述井底钻具组件，所述衬套构件具有上方和下方内部衬管闭锁耦接件，所述上方和下方内部衬管闭锁耦接件各自被设定尺寸来连接至所述上方和下方外部内钻柱闭锁组件；以及外部衬管闭锁组件，所述外部衬管闭锁组件被设定尺寸来连接至所述上方和下方内部套管闭锁耦接件；

将所述井底钻具组件连接至送入工具；

将所述外部内钻柱闭锁组件连接至所述下方内部衬管闭锁耦接件，其中所述井底钻具组件的至少下方部分延伸越过所述衬套构件的下方边缘；以及

通过所述送入工具来将所述井底钻具组件与所述衬套构件一起下降到所述套管中。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述井底钻具组件是定向钻井井底钻具组件；并且

所述方法还包括使用所述定向钻井井底钻具组件的钻头和导向系统来沿着井轨迹定向钻探所述井筒的下方部分。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

所述井底钻具组件中延伸越过所述衬套构件的所述下方边缘的所述下方部分包括扩孔器；并且

所述方法还包括，

使用所述钻头来钻探所述井筒的下方部分的先导孔；以及

使用所述扩孔器在所述套管下方对所述先导孔进行扩孔。

4.如权利要求1所述的方法，其还包括：

通过所述外部衬管闭锁组件将所述衬套构件从所述上方和下方内部套管闭锁耦接件中的一个悬挂下来；

使所述下方外部内钻柱闭锁组件从所述下方内部衬管闭锁耦接件脱开；以及接着

将所述井底钻具组件从所述井筒移去。

5.如权利要求5所述的方法，其还包括：

将所述井底钻具组件重新插入到所述井筒中；

将所述下方外部内钻柱闭锁组件连接至所述下方内部衬管闭锁耦接件；以及接着

使所述外部衬管闭锁组件从所述上方和下方内部套管闭锁耦接件中的所述一个脱开。

6.如权利要求1所述的方法，其还包括：

通过所述井底钻具组件的总深扩孔器来将先导孔扩孔至近总深；

升高所述井底钻具组件和所述衬套构件；

通过所述外部衬管闭锁组件将所述衬套构件从所述上方内部套管闭锁耦接件悬挂下来；

使所述下方外部内钻柱闭锁组件从所述下方内部衬管闭锁耦接件脱开；

在所述衬套构件内升高所述井底钻具组件；

将所述上方和下方外部内钻柱闭锁组件中的所述一个连接至所述上方内部衬管闭锁耦接件，以使得大部分所述井底钻具组件安置在所述衬套构件内；

下降所述井底钻具组件和所述衬套构件；

通过所述外部衬管闭锁组件将所述衬套构件从所述下方内部套管闭锁耦接件悬挂下来；

使所述下方外部内钻柱闭锁组件从所述上方内部衬管闭锁耦接件脱开；以及

将所述井底钻具组件从所述井筒移去。

7.如权利要求1所述的方法，其还包括：

提供衬管悬挂器，所述衬管悬挂器具有悬挂器主体和夹头组件，所述悬挂器主体连接至所述衬套构件，所述夹头组件连接在所述井底钻具组件与所述送入工具之间。

8.如权利要求7所述的方法，其还包括：

通过所述夹头组件在所述送入工具与所述井底钻具组件之间传递转矩和轴向力。

9.如权利要求7所述的方法，其还包括：

将伸缩接头提供在所述井底钻具组件内；

选择性地使所述夹头组件与所述悬挂器主体啮合；以及

选择性地使所述伸缩接头展开来将所述外部内钻柱闭锁组件连接至所述下方内部衬管闭锁耦接件。

10.如权利要求7所述的方法，其中：

所述井底钻具组件是膨胀/注水泥送入工具组件，所述膨胀/注水泥送入工具组件具有膨胀工具和移位刮擦塞以及浮塞；并且

所述方法还包括，

使所述夹头组件与所述悬挂器主体啮合，

使第一落球/落镖流过所述膨胀/注水泥送入工具组件以释放所述浮塞；

使所述浮塞停落在所述下方内部衬管闭锁耦接件处；

经由所述膨胀/注水泥送入工具将水泥泵入到所述井筒中；

使第二落球/落镖流过所述膨胀/注水泥送入工具组件以释放所述刮擦塞；

使所述刮擦塞向井下移位直到所述刮擦塞停落在所述浮塞上；

使所述膨胀工具膨胀，

使所述夹头组件脱离所述悬挂器主体，以及

通过所述送入工具来将所述夹头组件从所述井筒移去。

11.如权利要求1所述的方法，其中：

所述井底钻具组件是清洗井底钻具组件；并且

所述方法还包括用所述清洗井底钻具组件来清洗所述井筒。

12.一种衬管送入系统，所述衬管送入系统包括：

井底钻具组件，所述井底钻具组件具有上方和下方外部内钻柱闭锁组件；以及

衬套构件，所述衬套构件具有上方和下方内部衬管闭锁耦接件，所述上方和下方内部衬管闭锁耦接件各自被设定尺寸来连接至所述上方和下方外部内钻柱闭锁组件；以及外部衬管闭锁组件，所述外部衬管闭锁组件被设定尺寸来连接至上方和下方内部套管闭锁耦接件；由此

所述井底钻具组件，所述井底钻具组件适于经由所述外部内钻柱闭锁组件和所述下方内部衬管闭锁耦接件来选择性地运载所述衬套构件。

13.如权利要求12所述的系统，其中：

所述井底钻具组件是导向定向钻井井底钻具组件，所述导向定向钻井井底钻具组件包括钻头、扩孔器、马达以及随钻测量接头。

14.如权利要求13所述的系统，其中：

所述井底钻具组件包括邻近于所述钻头安置的总深扩孔器。

15.如权利要求13所述的系统，其中：

所述马达和所述随钻测量接头选择性地安置在所述衬套构件内。

16.如权利要求12所述的系统，其还包括：

衬管悬挂器，所述衬管悬挂器具有悬挂器主体和夹头组件，所述悬挂器主体连接至所述衬套构件，所述夹头组件连接在所述井底钻具组件与所述送入工具之间。

17.如权利要求16所述的系统，其还包括：

伸缩接头，所述伸缩接头在所述井底钻具组件内安置在所述夹头组件与所述下方外部内钻柱闭锁组件之间。

18.如权利要求7所述的系统，其中：

所述井底钻具组件是膨胀/注水泥送入工具组件，所述膨胀/注水泥送入工具组件具有膨胀工具和移位刮擦塞以及浮塞，所述浮塞被设定尺寸来连接至所述下方外部内钻柱闭锁组件。

19.如权利要求18所述的系统，其还包括：

第一和第二下方内部衬管闭锁耦接件，所述第一和第二下方内部衬管闭锁耦接件位于所述衬套构件的内部内；

第一和第二浮塞，所述第一和第二浮塞被设定尺寸来分别连接至所述第一和第二下方外部内钻柱闭锁组件。

20.如权利要求12所述的系统，其中：

所述井底钻具组件是清洗井底钻具组件。