專利名稱：具有增強的抗擠強度和密封性能的可膨脹套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容大體上涉及與地下井結(jié)合使用的設(shè)備和與地下井結(jié)合進行的操作，且在本文描述的實施方案中，更具體地提供了具有增強的抗擠強度和密封性能的可膨脹套管 (expandable casing)0
背景技術(shù)：
現(xiàn)在通常的做法是使套管在井下膨脹。然而，當(dāng)前可膨脹套管的一個主要問題是其在膨脹之后的抗擠強度通常遠小于所需的抗擠強度。這種低的抗擠強度的一個原因是由于用于使套管膨脹的膨脹工具的膨脹力和壓力限制，套管必須具有相對薄的壁厚度。當(dāng)前可膨脹套管的另一個問題是，在一個套管在另一個套管內(nèi)膨脹之后，內(nèi)套管將比外套管更多地沿徑向回彈，這是由于在膨脹過程中施加于內(nèi)套管的較高的應(yīng)力。該情形意味著在內(nèi)套管和外套管之間產(chǎn)生縫隙，使得更難以在套管之間獲得密封。因此，應(yīng)理解，使套管在井下膨脹的技術(shù)需要改進。

發(fā)明內(nèi)容
在本說明書中，提供了解決技術(shù)中的至少一個問題的可膨脹套管。一個實例是下文所描述的，其中套管具有在其上形成的一個或多個內(nèi)部凹槽或外部凹槽，以增強抗擠強度。另一個實例是下文所描述的，其中外套管具有在其上形成的凹槽，以由此減少或消除在外套管和內(nèi)套管之間的縫隙。在一個方面，通過本公開內(nèi)容提供了用于地下井的可膨脹管?？膳蛎浌馨ㄑ由爝M入管的壁的多個凹部。多個凹部沿著壁縱向地間隔開。在另一個方面，通過本公開內(nèi)容提供了使管在地下井中膨脹的方法。所述方法包括以下步驟使管在井中膨脹，且管包括延伸進入管壁的多個凹部。在膨脹步驟之后，允許管壁在多個凹部中的每一個凹部處比在多個凹部之間更多地沿徑向向內(nèi)收縮。所述方法可以包括使另一個管在第一管內(nèi)膨脹。在膨脹之后，兩個管之間的間隙在多個凹部中的每一個凹部處小于在多個凹部之間處。優(yōu)選地，管在多個凹部中的每一個凹部處接觸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在仔細考慮下文對于代表性的實施方案的詳細描述以及附圖之后，這些和其他特征、優(yōu)點和益處將變得明顯，在附圖中，在各圖中使用相同的附圖標記表示類似的元件。


圖1是體現(xiàn)本公開內(nèi)容的原理的井系統(tǒng)的示意性局部橫截面圖；圖2是可以用于圖1的井系統(tǒng)且體現(xiàn)本公開內(nèi)容的原理的套管構(gòu)型的放大的示意性橫截面圖；圖3是圖2的套管在套管膨脹之后的示意性橫截面圖4是套管的另一個構(gòu)型的示意性橫截面圖；和圖5是圖2的套管通過位于其中的另一個套管得以膨脹的示意性橫截面圖。
具體實施例方式應(yīng)理解，在不背離本公開內(nèi)容的原理的情況下，本文描述的各種實施方案可以采用諸如傾斜的、倒置的、水平的、直立的等各種定向，而且可以采用各種構(gòu)型。實施方案僅僅被描述為本公開內(nèi)容的原理的有用的應(yīng)用實例，公開內(nèi)容的原理不限于這些實施方案的任何具體的細節(jié)。在公開內(nèi)容的代表性的實施方案的以下描述中，定向的術(shù)語，例如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等，在參考附圖時為了便利而被使用。一般而言，“上方”、“上部”、“向上”和類似的術(shù)語是指沿著井眼向地球表面的方向，而“下方”、“下部”、“向下”和類似的術(shù)語是指沿著井眼背離地球表面的方向。圖1中代表性地闡明的是體現(xiàn)本公開內(nèi)容的原理的井系統(tǒng)10。在系統(tǒng)10中，管 12被定位在井眼14中并通過使用膨脹工具16得以沿徑向向外膨脹。另一個管18至少在管12、18重疊的區(qū)域中也能夠通過膨脹工具16沿徑向向外膨脹。如圖1中所描繪的，管12、18是用于在井眼14內(nèi)形成保護性襯套的套管或襯管。 如本文所使用的，術(shù)語“套管”用于表示用于井眼的任何管狀保護性襯套，且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知為套管、襯管、管道、導(dǎo)管等的管，無論是否被穿孔或裝備有井工具，例如篩、流量控制裝置等。套管可以由任何材料(例如金屬、復(fù)合材料等)制成，可以是分段的或連續(xù)的，且可以在現(xiàn)場形成。然而，應(yīng)清楚地理解，可以使用與本公開內(nèi)容的原理一致的任何其他類型的管。例如，管12可以包括井篩、流量控制裝置、任何其他類型的井工具、管道(例如，生產(chǎn)管道或注射管道)等。如圖1中闡明的膨脹工具16包括采取錐體形式的膨脹裝置20，膨脹裝置20沿縱向被驅(qū)動通過管12的內(nèi)部以便使管沿徑向向外膨脹。其他類型的膨脹裝置(例如滾筒、可充氣的囊、分段的套管整形器(swage)等)可以用于使管12、18膨脹，以與本公開內(nèi)容的原
理一致。如圖1中所描繪的，膨脹裝置20向上移動通過管12、18的內(nèi)部以使管膨脹。然而， 如果需要的話，膨脹過程可以沿向下的或任何其他方向進行。并且注意，可以在使內(nèi)部管12 膨脹之前可以使外部管18膨脹。在系統(tǒng)10中，管12、18被獨特地配置成能夠克服先前的可膨脹管以及使管在井下膨脹的方法的缺點。管12、18的獨特構(gòu)型的實例在下面更充分地描述，但在這里應(yīng)強調(diào)，本公開內(nèi)容的原理不限于本文關(guān)于系統(tǒng)10以及管12、18的實例所描述的任何細節(jié)。確切的說，本公開內(nèi)容的原理可適用于各種不同的系統(tǒng)、管和方法?，F(xiàn)在另外參考圖2，代表性地闡明管12的放大比例尺的橫截面圖。為了闡明的目的，如圖12中所描繪的管12具有相對短的總長度L，但在實際操作中，管可以是若干米的長度。一系列沿縱向間隔開的凹部22從管的外表面沈向內(nèi)延伸進入管12的壁24。如圖2中所描繪的，凹部22各自采取圓周凹槽的形式，延伸通過壁M的約一半厚度，由此減少壁的約一半的標稱厚度t。因此，每一個凹部22的深度h優(yōu)選地但不一定地，等于壁厚度 t的一半。每一個凹部22的縱向?qū)挾葁優(yōu)選地但不一定地，小于其深度h。凹部22優(yōu)選地沿著壁M均勻地間隔開一距離d，距離d小于沿縱向的最外面的凹部和相對兩端觀、30之間的距離D。多個凹部22中的至少一些凹部被定位成背離相對端 28,30的距離超過管總長度L的四分之一。在任何情況中，管12的長度L的相當(dāng)大的部分具有在其上形成的間隔開的凹部 22，雖然在距離相對兩端觀、30中的每一個端部的長度D內(nèi)可以沒有凹部。優(yōu)選地，在凹部 22中的沿縱向的最外面的凹部22之間，在管12的大體長度(substantial length)上都有多個凹部中的一個凹部。如圖2中所描繪的凹部22沿圓周圍繞壁M延伸，且凹部彼此間隔開。然而，凹部 22可以代替地是沿著壁M成螺旋形地延伸的一個或多個凹槽的一部分。此外，凹部22可以形成在壁M的外部或內(nèi)部上?，F(xiàn)在另外參考圖3，代表性地闡明了在例如已經(jīng)使用系統(tǒng)10中的膨脹工具16進行膨脹之后的管12。注意，管12在凹部22處的內(nèi)徑id小于在凹部之間的內(nèi)徑ID。這是由于在膨脹過程期間相比于在凹部之間，在凹部22處引起壁M中的更大的應(yīng)變。在管12已經(jīng)被膨脹之后，壁M在凹部22處比在凹部之間處更多地沿徑向向內(nèi)收縮。因此，管12在膨脹過程之后具有稍微“波紋形的”構(gòu)型。該構(gòu)型賦予管12更大的抗擠強度，但由于凹部22的尺寸相對較小，所以凹部的存在并不顯著地影響管12的拉梅破裂強度(Lame’ burst)或抗擠強度?，F(xiàn)在另外參考圖4，代表性地闡明管12的另一個構(gòu)型，其中凹部22形成在管的壁 M的內(nèi)部和外部上。增加內(nèi)凹部22可以增強圖3中所描繪的波紋效果(S卩，在膨脹之后在內(nèi)徑id和ID之間產(chǎn)生更大的差異)。內(nèi)凹部22的尺寸可以類似于外凹部的尺寸，且相對于壁M的厚度t可以具有類似的尺寸關(guān)系。作為一個替代形式，內(nèi)凹部22可以被定位在管12的不同于外凹部的部分中，或可以在不使用外凹部的情況下使用內(nèi)凹部。內(nèi)凹部22優(yōu)選地緊鄰?fù)獍疾?，以增強波紋效果(例如，每一個內(nèi)凹部與下一個相鄰的外凹部的間隔小于d的一半)。如果需要的話，內(nèi)凹部和外凹部22可以使用其它間距。現(xiàn)在另外參考圖5，代表性地闡明了在管已經(jīng)在圖1的系統(tǒng)10中被膨脹之后的管 12、18的重疊部分。注意，外部管18具有在其外部上形成的凹部22，且外部管沿著管的長度在每一個凹部處接觸內(nèi)部管12。因此，凹部22的存在減少了(在本實例中是消除了)管12、18之間的在每一個凹部處的徑向間隙，由此增強管之間的密封。然而，在管12、18之間的一些徑向間隙沿縱向保留在凹部22之間的區(qū)域。雖然內(nèi)部管12在圖5中被描繪為在管12、18重疊處不具有任何形成在內(nèi)部管12 上的凹部，但是如果需要的話，凹部可以被設(shè)置在內(nèi)部管的該部分。此外，雖然在圖5中僅僅外凹部22被描繪在外部管18上，但是如果需要的話，也可以設(shè)置內(nèi)凹部或作為一種替代方式。注意，優(yōu)選地，管12、18中的任一個在它們重疊的區(qū)域處沒有螺紋。在使外部管膨脹之后和/或在使外部管膨脹的同時，可以使內(nèi)部管12在外部管18 內(nèi)膨脹。例如，膨脹工具16可以用于使管12、18在管重疊的地方同時膨脹，和/或在使內(nèi)
6部管在外部管內(nèi)膨脹之前，可以事先使外部管膨脹。外部管18可以包括上文所描述的關(guān)于內(nèi)部管12的特征中的任一個、全部或任何組合。如果需要的話，可以互換管12、18的位置(S卩，可以使管18在管12內(nèi)膨脹)?，F(xiàn)在可以充分地理解到，本公開內(nèi)容對使管在地下井中膨脹的技術(shù)提供了顯著的改進。例如，在所描述的實例中，管12、18被提供有增強的抗擠強度，且在管之間的密封也被增強。上面的公開內(nèi)容描述了用于地下井的可膨脹管12，且可膨脹管12包括延伸進入管12的壁M的多個凹部22。凹部22沿著壁M縱向地間隔開。凹部22中的每一個可以延伸進入壁M內(nèi)，達到壁M的標稱厚度t的約一半。凹部22中的每一個可以使壁M的厚度t在凹部22處減少約一半。凹部22可以被定位為背離管12的相對端觀、30的距離大于管12的總長度L的四分之一。凹部22可以沿著管12的總長度L的大部分間隔開。凹部22可以沿著管12的總長度L的大部分基本上均勻地間隔開。每一個凹部22的寬度w可以小于凹部22進入管12的壁M的深度h。優(yōu)選地，在凹部22中的沿縱向的最外面的凹部22之間，在管12的大體長度上都會有凹部22中的一個。管12在每一個凹部22處的內(nèi)徑id可以小于管12在凹部22之間的內(nèi)徑ID。凹部22可以形成在管12的外部?？蛇x擇地或另外地，凹部22可以形成在管12 的內(nèi)部。上面的公開內(nèi)容還描述了使管12、18在地下井中膨脹的方法，且所述方法包括以下步驟使管18在井中膨脹，管18包括延伸進入管18的壁M中的多個凹部22 ；以及在膨脹步驟之后，允許管18的壁M在凹部22中的每一個處比在凹部22之間處更多地沿徑向向內(nèi)收縮。所述方法還可以包括使第二管12在第一管18中膨脹的步驟。允許第一管18的壁M在凹部22中的每一個處比在凹部22之間處更多地沿徑向向內(nèi)收縮的步驟可以包括第一管18和第二管12之間的間隙在凹部22中的每一個處比在凹部22之間處更小。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在仔細考慮上文代表性的實施方案的描述之后，將容易地理解，可以對這些具體的實施方案進行更改、添加、替換、刪除和其他變化，且這些變化在本公開內(nèi)容的原理的范圍內(nèi)。因此，之前的詳細描述應(yīng)被清楚地理解為僅作為闡明和實例被給出，本發(fā)明的精神和范圍僅通過所附的權(quán)利要求和它們的等效方案來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于地下井的可膨脹管，所述可膨脹管包括多個凹部，其延伸進入所述管的壁中，且所述多個凹部沿著所述壁縱向地間隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，所述多個凹部中的每一個凹部延伸進入所述壁而達到所述壁的標稱厚度的約一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，所述多個凹部中的每一個凹部使所述壁的厚度在所述凹部處減少約一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，所述多個凹部被定位為背離所述管的相對的端部的距離大于所述管的總長度的四分之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，所述多個凹部沿著所述管的總長度的大部分間隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可膨脹管，其中，所述多個凹部沿著所述管的所述總長度的大部分基本上均勻地間隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，每一個凹部的寬度小于所述凹部進入所述管的所述壁的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，在所述多個凹部中的沿縱向的最外面的凹部之間，在所述管的大體長度上都具有所述多個凹部中的一個凹部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，所述管在每一個凹部處的內(nèi)徑小于所述管在所述多個凹部之間處的內(nèi)徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可膨脹管，其中，所述多個凹部形成在所述管的外部上。
11.一種使管在地下井中膨脹的方法，所述方法包括以下步驟使第一管在所述井中膨脹，所述第一管包括延伸進入所述第一管的壁的多個凹部；和在膨脹步驟之后，允許所述第一管的所述壁在所述多個凹部中的每一個凹部處比在所述多個凹部之間處更多地沿徑向向內(nèi)收縮。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括步驟使第二管在所述第一管內(nèi)膨脹，其中， 允許所述第一管的所述壁在所述多個凹部中的每一個凹部處比在所述多個凹部之間處更多地沿徑向向內(nèi)收縮的步驟還包括所述第一管和所述第二管之間的間隙在所述多個凹部中的每一個凹部處比在所述多個凹部之間處更小。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中所述多個凹部中的每一個凹部延伸進入所述壁而達到所述壁的標稱厚度的約一半。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中所述壁的厚度在所述凹部處減少約一半。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中所述多個凹部被定位為背離所述第一管的相對的端部的距離大于所述第一管的總長度的四分之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中所述多個凹部沿著所述第一管的總長度的大部分間隔開。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在膨脹步驟中所述多個凹部沿著所述第一管的所述總長度的大部分基本上均勻地間隔開。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中每一個凹部的寬度小于所述凹部進入所述第一管的所述壁的深度。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中，在所述多個凹部的沿縱向的最外面的凹部之間，在所述第一管的大體長度上都具有所述多個凹部中的一個凹部。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟之后所述第一管在每一個凹部處的內(nèi)徑小于所述第一管在所述多個凹部之間處的內(nèi)徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在膨脹步驟中所述多個凹部形成在所述第一管的外部上。
全文摘要
一種具有增強的抗擠強度和密封性能的可膨脹套管。用于地下井的可膨脹管包括延伸進入管壁的多個凹部，且凹部沿著壁縱向地間隔開。使管在地下井中膨脹的方法包括以下步驟使管在井中膨脹，所述管包括延伸進入管壁的多個凹部；以及在膨脹步驟之后，允許管壁在多個凹部中的每一個凹部處比在凹部之間處更多地沿徑向向內(nèi)收縮。
文檔編號E21B17/00GK102308058SQ201080006843
公開日2012年1月4日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者布羅克·W·華生 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司