套管膨胀工具 技术领域 用于制造细长井的管锚固和膨胀单元以及使用它制造细长井的方法
本发明涉及一种用于管的锚固和膨胀单元， 用于制造细长井， 还涉及一种用于使 用该单元来制造细长井的方法， 该细长井用于抽取例如水、 油或烃。
背景技术
在石油工业中， 术语 “钻井” 的意思是为了在地下产生孔以便抽取烃的一系列操作。 在目前已知的多种钻井技术中， 为了达到较深深度而最广泛使用的技术是有直接 流体循环的旋转钻井。 在该技术中， 由于旋转钻头而穿透至地下， 一组钻杆螺纹连接在该旋 转钻头的下端。
当钻头在钻井过程中前进时， 它使得土地破碎， 并产生切屑， 该切屑通过钻井液而 从井底升高并带到地面。
该流体在钻杆的顶部引入地面， 在钻杆内部循环， 随后通过钻头中的裂缝流出， 并 沿在该组钻杆和井壁之间的空腔重新上升。
在钻出一定的井管后， 再通过一系列的柱或管来覆盖该井管， 且在所述覆盖物和 井壁之间产生的空腔被水泥粘接。
覆盖柱提供了多个优点， 其中有对井壁的支承和重新形成初始拉伸。 而且， 这些覆 盖柱防止钻井液污染地下水面， 在具有不同压力和流体损失的层之间防止流体的转移。
覆盖柱包括引导管、 地面柱、 一系列的中间柱以及生产柱。
这些柱或管一个在另一个内侧地插入井中并处于增大的深度， 在随后阶段， 钻井 和套管延伸交替进行。
由于一系列的计划和操作原因， 普通钻井在多个阶段使得井型面具有套叠构造， 如图 1a 和 1b 中所示。图 1a 和 1b 分别表示了用于支承地面地层的引导管 1， 该引导管通常 固定较差， 并能够使泥浆流通。 随后是地面柱 2， 该地面柱的目的是保护地下水面、 支承安全 设备和锚固随后的柱。
随后是中间柱 3a-3c， 它们的功能是能够根据地层孔中的流体压力而钻出具有不 同泥浆密度的管。
最后， 生产柱 4 到达矿物地层， 并可能完全穿过它。
在可能时， 为了降低成本和具有更多可用空间， 中间柱 3a-3c 可以通过限制管的 叠置而锚固在前一个柱的端部处， 如图 1b 中所示。在这种情况下， 中间柱 3a-3c 称为 “衬 管” 。
井的覆盖柱 1-4 的数目和直径根据与储集层和井相关的一系列参数 ( 例如储集层 的深度、 整个储集层的类型、 可以使用的生产方法、 井的型面、 井的类型 ( 勘探或生产 )) 以 及根据钻井、 管路铺设、 水泥粘接、 完成和维护成本和可用的柱来选择。
通常需要使用减小的直径， 以便使钻井时间最小， 使得要处理的回流流体的量更
低并且降低柱和设备的成本。
不过， 通过已知技术获得的井型面的套叠构造并不能大大降低钻井的直径。实际 上， 这些井从生产柱 4 开始， 该生产柱 4 的直径为允许预计的整个设备通过， 并确定其它柱 的尺寸 ( 记住， 在柱直径之间的间隙必须为允许它们相互在内部通过 )。
在一些已知的地下钻井方法中， 使用可膨胀柱。这些柱由更具有延展性的材料来 制造， 这些材料可以通过从内部作用的膨胀装置或膨胀器 ( 例如尖顶拱 ) 的机械作用而膨 胀超过弹性极限， 从而获得具有更大直径的刚性结构。
在这些柱中， 当在另一覆盖柱 1-4 内部或在敞开孔中膨胀时， 外部液压隔离通过 弹性体密封件来获得， 或者优选是通过空腔的水泥粘接。
而且， 柱与前一个柱的连接通过称为可膨胀衬管悬挂件的可膨胀锚固装置来实 现。该装置通常包括套筒， 该套筒在外侧上具有滑动件 (slips) 和弹性体密封件， 以便能够 锚固在前一个柱上， 也保证它的液压密封。
使用可膨胀柱的已知地下钻井方法可以设想在钻出关注的管后， 使得可膨胀柱延 伸， 并且包括可膨胀锚固装置和锥形膨胀器的锚固和膨胀单元穿过钻杆。在该方法中使用 的膨胀器与可膨胀柱的下部部分连接。 一旦柱下放至敞开孔的底部， 就进行水泥粘接， 例如 通过将砂浆泵送至钻杆内部， 使它流入柱和敞开孔之间的环带内。
在水泥凝固之前， 柱和锚固装置膨胀， 这样， 在水泥粘接阶段结束时， 除了液压密 封外还获得完美的锚固。
首先， 柱的膨胀从底部向上进行， 使得膨胀器下面的区域增压。因此， 产生向上的 推力， 该推力作用在膨胀器上， 该膨胀器在升高时使得在关注的管中的柱膨胀至相等直径。
当到达上部部分时， 钩到前一个柱 2、 3a、 3b 上将通过锚固装置的膨胀来实现 ( 通 过驱动外部密封件 )。
一旦砂浆凝固， 套管靴进行磨削， 随后阶段的钻井重新开始， 具有更小直径， 因为 在两个柱 2、 3a、 3b、 3c 之间的叠置管 ( 对应于锚固装置 ) 并不允许下部柱具有上部柱的直 径。
这种从底部向上部部分的操作膨胀处理提供了以下优点 ： 在膨胀结束时的柱厚度 几乎与初始的相同， 对于它的机械阻力具有积极效果。因为在膨胀阶段结束时钩在上部柱 上， 因此实际上用于扩大的材料被用于缩短下部柱， 而不是通过减小它的厚度。
不过， 这种操作处理安全性较差， 因为当产生问题时很难将膨胀器从可膨胀柱中 取出， 因为它将保持楔入。因此， 不能在短时间产生反应。
使用可膨胀管的另一目前已知地下钻井方法可以设想使得可膨胀柱通过钻杆延 伸， 可膨胀管将在它们的上部部分与钻杆连接， 特别是在锚固装置的高度处与钻杆连接。
膨胀通过装配在径向冲程的液压活塞上的三辊膨胀器来进行。 膨胀首先从下部向 锚固装置的上部部分进行， 以便将下部柱限制在前一个柱上。
在该第一操作过程中， 可膨胀管的柱通过第三锚固装置而暂时限制在前一个柱 上。随后， 它需要从一组钻杆中抽出， 并除去该第三锚固装置， 该第三锚固装置的直径为它 不允许膨胀器通入可膨胀管内以便进行可膨胀柱的向下膨胀。
通过辊膨胀器进行的向下膨胀模式提供的优点是能够更精细地设置操作过程， 因 此获得最佳膨胀结果。 而且， 柱通过辊的膨胀相对于固定膨胀器更轻柔， 因此对材料的损伤更小。 还有， 通过向下操作， 当发生问题时， 能够在很短时间内释放钻杆， 并解决问题。
相反， 锚固装置和柱自身的两个膨胀阶段只能够通过除去特殊的暂时锚固装置来 实现， 因此产生相对较长的操作时间。
而且， 该系统的操作方法意味着不能通过它的水泥粘接来液压隔离柱。
因此， 只能够通过外部的弹性体密封件实现液压密封。
最后， 已知地下钻井方法使用可膨胀柱， 该可膨胀柱可以设想通过特殊装置的向 下柱膨胀， 该特殊装置包括装配在液压活塞和锚固滑动件上的膨胀器。
该装置首先通过从钻杆内部增压而限制在前一个柱上 ( 该装置通过钻杆而下 放 )。 这样， 滑动件凸出， 并锚固在柱的内壁上。 增压也使得液压活塞打开， 这将向下推动膨 胀器。 当活塞结束它的冲程时， 装置必须减压， 滑动件释放， 并且整个钻杆组下放， 以便使得 柱的随后管膨胀。
结果是导致不连续的作用， 并且总体膨胀时间延长。
发明内容 本发明的目的是克服上述缺陷， 特别是设想一种柱锚固和膨胀单元， 它能够在很 短时间内产生基本单一直径的细长井。
本发明的另一目的是提供一种管锚固和膨胀单元， 它能够保证很高的安全水平， 同时能够通过水泥粘接来隔离地层。
本发明的还一目的是提供一种地下钻井方法， 它能够在很短时间内产生细长井， 优选是单一直径的细长井。
本发明的还一目的是提供一种钻井方法， 它允许具有很多中间段， 且基本并不减 小井的直径。
本发明的附加目的是提供一种钻井方法， 它能够产生具有高阻力的单一直径的 井。
根据本发明， 这些和其它目的通过产生一种如权利要求 1 所述的、 用于制造井的 锚固和膨胀单元以及使用它的钻井方法来实现。
单元和方法的其它特征是从属权利要求的目的。
附图说明 通过下面对示意附图的示例和非限定说明， 将更清楚本发明的单元和方法的特征 和优点， 附图中 ：
图 1a-1b 是通过本发明的锚固和膨胀单元和钻井方法制造的井的示意图 ；
图 2 是通过本发明的锚固和膨胀单元和钻井方法获得的井的示意图 ；
图 3 是本发明的锚固和膨胀单元的第一实施例的膨胀装置的分解图 ；
图 4 是本发明的锚固和膨胀单元的第一实施例的锚固装置的分解图 ；
图 5-16 表示了本发明的钻井方法的多个阶段， 该钻井方法使用图 3 和 4 的锚固和 膨胀单元 ；
图 7a-7b 是在关于图 7 的阶段的构造中的膨胀和锚固装置的升高的侧视图 ；
图 8a-8b 是在图 8 的结构中的膨胀和锚固装置的升高的侧视图 ；
图 13a-13c 分别是在图 13 的结构中膨胀装置的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖 视图和沿线 B-B 的剖视图 ；
图 14a-14b 分别是在图 14 的结构中膨胀装置的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖 视图 ；
图 15a-15b 分别是在图 15 的结构中膨胀装置的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖 视图 ；
图 17 是本发明的锚固和膨胀单元的第二实施例的膨胀装置的分解图 ；
图 18-29 表示了本发明的地下钻井方法的多个阶段， 该方法使用图 17 的锚固和膨 胀单元 ；
图 20a 是在关于图 20 的阶段的结构中的锚固和膨胀单元的升高的侧视图 ；
图 21a-21b 分别是在图 21 的结构中锚固和膨胀单元的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖视图 ；
图 22a-22d 分别是在图 22 的结构中锚固和膨胀单元的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖视图、 沿线 B-B 的剖视图和沿线 C-C 的剖视图、 ； 图 27a-27b 分别是在图 27 的结构中锚固和膨胀单元的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖视图 ；
图 28a-28b 分别是在图 28 的结构中锚固和膨胀单元的升高的侧视图以及沿线 A-A 的剖视图。
具体实施方式
参考附图， 图中表示了用于生产井的锚固和膨胀单元， 总体由 20、 30 ； 20 ′、 30 ′ 表示。
根据第一实施例， 本发明的锚固和膨胀单元 20、 30 包括锚固装置 20 和膨胀装置 30， 它们可拆卸地相互限制。
锚固装置 20 优选是装备有悬挂装置 24、 24a， 以便悬挂在前一个柱 12、 13a、 13b 上。
更具体地说， 锚固装置 20 包括内部可膨胀的管形元件 21， 该管形元件 21 由外部 管形衬管 22、 25 覆盖， 该外部管形衬管 22、 25 也可膨胀并由两个部分组成， 即固定上部部分 25 和可移动的下部部分 22。外部衬管的下部部分 22 装备有密封装置， 例如弹性体密封件， 以便产生液压回路， 并用作一系列片簧 24 的致动器活塞， 该片簧 24 位于下部部分 22 的上 面， 并限制在外部衬管的上部部分 25 上。
片簧 24 的驱动在止动销 56 剪切之后进行， 该止动销 56 使得外部衬管的下部部分 22 保持在初始位置。一旦销 56 被剪切， 外部衬管的下部部分 22 在片簧 24 的下部部分上施 加推力。这使得片簧 24 成弓形 ( 打开位置 )， 该片簧 24 撞上上部柱 12、 13a、 13b 的内壁， 锚 固装置 20 容纳于该上部柱中。
撞上上部柱 12、 13a、 13b 的内壁的片簧部分 24 优选是装备有一系列第一凸起 24a， 例如滑动件， 它们与所述内壁接合。
第二凸起 26a、 26b 设想位于内部管形元件 21 的外表面上和位于外部衬管的下部 部分 22 内部， 第二凸起 26a、 26b 适用于相互配合以便使得外部衬管的下部部分 22 保持升高， 因此将片簧 24 阻挡在打开位置。
优选是， 第二凸起 26a、 26b 由软材料来制造， 这样， 片簧 24 的固定在锚固装置 20 的膨胀过程中失效。
外部衬管的下部部分 22 优选是液压进行片簧 24 的固定。
外部衬管 22、 25 优选是提供有第三凸起 23， 该第三凸起优选是楔形， 并由硬金属 制造， 以便提高锚固装置 20 在上部柱 12、 13a、 13b 上的锚固。
第二可膨胀管形元件 27 也限制在内部管形元件 21 上， 它包括 ： 凹口 29， 用于与膨 胀装置 30 连接 ； 以及外部密封装置 28， 例如弹性体密封件， 用于与上部柱 12、 13a、 13b 液压 密封。
可膨胀类型的下部中间柱 13a、 13b、 13c 通过螺纹连接而限制在所述第二管形元 件 27 上。
膨胀装置 30 容纳于锚固装置 20 内， 该膨胀装置 30 首先通过液压固定装置 31 的 作用而可拆卸地限制在锚固装置 20 内。
膨胀器 30 优选是包括机械固定装置 ( 未示出 )， 该机械固定装置在液压固定装置 31 不起作用的情况下操作。 膨胀装置 30 还在外部装备有密封装置 36， 例如弹性体密封件， 以便在膨胀装置 30 和锚固装置 20 之间进行液压密封。
液压固定装置 31 优选是位于膨胀装置 30 的下部部分 45 中。 它们包括一系列的可 径向移动的卡爪 31， 这些卡爪 31 首先在膨胀装置 30 内部保持凸出缓冲抵靠第一套筒 46， 该第一套筒 46 防止它们退回。
第一套筒 46 可以沿膨胀器 30 的主膨胀方向纵向平移。该第一套筒 46 的平移使 得套筒 46 的壁不再与可移动卡爪 31 干涉， 这使得卡爪能够退回至膨胀器 30 的本体内部， 从而使得卡爪从存在于锚固装置 20 的第二管形元件 27 中的内部凹口 29 释放， 卡爪与该锚 固装置 20 配合， 以便保证在膨胀装置 30 和锚固装置 20 之间的连接。
膨胀装置 30 还包括水泥粘接插头 32， 该插头 32 装备有剪切销 54。
根据本发明， 膨胀装置 30 包括一系列可抽出的膨胀装置 33a、 33b， 它们可以在至 少两个不同操作位置停止， 在该操作位置， 所述膨胀装置 33a、 33b 被抽出。
在所示特殊实施例中， 膨胀器在上侧中包括一系列的垫 35， 这些垫 35 容纳所述膨 胀装置， 例如离线辊 33a、 33b。各垫 35 优选是装备有第一上部柱形辊 33a 和第二下部锥形 辊 33b。
存在两个离线辊 33a、 33b 以允许涂覆柱 13a、 13b、 13c 在两个阶段上进行连续膨 胀。 特别是， 下部锥形辊 33b 在第一膨胀阶段形成入口 (portal)， 该入口有利于第二膨胀阶 段。
各垫 35 优选是具有笼结构， 以便包括和保护辊 33a、 33b。
垫 35 例如液压驱动， 以便通过具有燕尾型面的凸起而沿一对倾斜的引导件 34a、 34b 滑动。
特别是， 第一引导件 34b 位于楔形本体 37 上， 该楔形本体 37 可以沿膨胀装置 30 的主扩张方向平移。 通过第一引导件 34b 的平移而朝着第二引导件 34a( 该第二引导件 34a 装配在第一外部管形体 42 上的固定位置 ) 施加的作用将在相关垫 35 上施加推力， 该推力
使得该垫 35 径向向外前进。
在图 3 所示的实施例中， 楔形本体 37 通过液压而平移。因此， 这些本体 37 各自限 制在管形杆 38 上， 该管形杆 38 由环形本体 39 支承， 该环形本体 39 装备有狭窄环 41， 该狭 窄环 41 在第一外部管形体 42 和第二内部管形体 43 之间产生密封腔室。由于阻流器 53 和 所述狭窄环 41 引起的压力降， 径向推动辊垫 35 的轴向移动保证更优于普通的横向液压活 塞。
在该实施例中， 楔形本体 37 向上作用， 即相对于膨胀装置 30 沿相反方向作用， 因 此也利用在柱 13a、 13b 扩大的过程中由钻杆排出的重量。
而且， 相对于普通的径向液压活塞， 楔形机构 37 能够具有更宽的横向移动能力。
有利于辊 33a、 33b 的径向凸出的元件通过钻井液的循环而驱动和调节， 并通过它 而停止， 以便使得所述辊 33a、 33b 能够在膨胀装置从钻杆组中抽出的阶段重新进入。
根据本发明， 止动销 55 也可以设想首先限制可平移楔形本体 37 的冲程和因此垫 35 的径向凸出， 这样， 辊 33a、 33b 阻挡在第一操作位置， 在该第一操作位置， 辊 33a、 33b 相对 于膨胀装置被抽出。当楔形本体 37 处于由止动销 55 确定的第一限制位置时， 膨胀装置 30 能够使得柱 13a、 13b、 13c 膨胀至第一直径。
相反， 止动销 55 的破碎使得垫 35 能够进一步凸出， 并使得辊 33a、 33b 到达第二操 作位置， 在该第二操作位置， 所述辊 33a、 33b 甚至进一步从膨胀本体 30 凸出， 因此能够使得 柱的部分 15 高度膨胀至第二直径， 该第二直径大于所述第一直径。
第二保护套筒 44 优选是设想用于保护有助于辊垫 35 凸出的一组元件， 该组元件 只在水泥粘接后被驱动。
下面将参考钻井阶段来介绍根据本发明的锚固和膨胀单元的功能， 它们可以一起 使用。
在普通安装引导管 11 之后， 进行地面钻井阶段。地面柱 12 优选是在它的下部部 分具有较大直径的部分， 也称为钟形件 15。 钟形件 15 的直径选择为使得它能够在它的内部 容纳根据本发明的锚固和膨胀单元 20、 30。
普通类型的引导管 11 和地面柱 12 的安装允许使用标准的井口和安全设备 (BOP)。
钟形件 15 的长度进行程序设计， 以便具有在柱 12、 13a、 13b、 13c 之间的充分叠置， 并能够通过弹性体密封件和水泥粘接进行很好地隔离。
一百米大致足够。
根据本发明， 对于中间柱 13a、 13b、 13c 的各钻井和套管延伸阶段， 基本进行两个 不同的膨胀阶段， 其中， 在第一阶段， 使得中间柱 13a、 13b、 13c 膨胀至第一直径， 随后， 所述 柱的下部部分 15 进行第二膨胀至比第一直径更大的第二直径。
更具体地说， 在钻井过程中， 中间柱的铺设和起动如下进行。
首先， 钻孔 ( 如图 5 中所示 ) 与通过钻孔获得的孔的放大 ( 如图 6 中所示 ) 一起 进行。为了更清楚表示， 这些阶段连续表示， 不过它们也可以同时进行。
通过钻孔而获得孔的直径为能够容纳还没有膨胀的中间柱 13a、 13b、 13c。扩大该 孔的目的是有利于中间柱 13a、 13b、 13c 的膨胀， 也留下足以用于水泥粘接的空腔。
这些钻孔和扩大阶段通过普通技术和工具， 例如钻头 17 和扩孔器 18 来进行。
随后的可膨胀类型的柱 13a、 13b、 13c 下放， 直到它搁置在钻井阶段获得的孔的底部。 该柱 13a、 13b、 13c 包含普通类型或类似的附件设备， 例如靴和插头。靴 16 由完全 可钻孔的材料来制造。
中间柱 13a、 13b、 13c 以普通方式通过一组钻杆送入井中， 该组钻杆与本发明的膨 胀装置 30 连接。上述中间柱 13a、 13b、 13c 实际上限制在锚固装置 20 上， 该锚固装置 20 通 过上述液压固定装置 31 而与膨胀装置 30 牢固连接， 该液压固定装置 31 保证整个单元非常 坚固， 因此可以在它下入过程中推动中间柱 13a、 13b、 13c 或使中间柱 13a、 13b、 13c 旋转。
在膨胀装置 30 和中间柱 13a、 13b、 13c 之间的液压密封通过在膨胀器 30 外部的弹 性体密封件 36 来保证， 该弹性体密封件 36 作用在锚固装置 20 的内壁上。由于这些弹性体 密封件 36， 可以在中间柱 13a、 13b、 13c 朝着底部延伸的过程中使得钻井液循环。
如图 8 中所示， 在随后阶段， 扔下第一球 48， 且该第一球 48 容纳于在膨胀器 30 底 部的第二水泥粘接插头 32 内部的专用壳体 49 中。
因此， 可以使得杆的内部增压， 例如在大约 8.3MPa(1200psi) 的压力， 以便剪切锚 固装置 20 的外部固定衬管的下部部分 22 的止动销 56。这样增压使得所述下部部分 22 向 上滑动， 并因此使得片簧 24 上的凸起 24a 锚固在钟形件 15 的内壁上。
在这种情形下， 中间柱 13a、 13b、 13c 锚固在前一个柱 12、 13a、 13b 上并不用于支承 该中间柱 13a、 13b、 13c 的重量， 而只是提供在随后的膨胀阶段中对于一组钻杆和膨胀器装 置 30( 该膨胀器装置 30 与钻杆成一体 ) 的旋转的初始反应。
在井底部的中间柱 13a、 13b、 13c 优选是有压缩限制， 以便于随后的膨胀和提高柱 的机械阻力。
通过进一步提高泵送压力 ( 例如至大约 10.3MPa(1500psi))， 齿机构的液压固定 装置 31 的止动销 57 被剪切。然后， 膨胀器 30 的第一套筒 46 向上滑动， 膨胀器 30 从锚固 装置 20 上释放， 因此从中间柱 13a、 13b、 13c 上释放， 如图 9 中所示。
通过在释放膨胀器 30 之前除去机动组的一部分重量， 可以观察到在释放后该钻 杆组被下放。
随后进一步增加压力至例如大约 12.4MPa(1800psi)， 以便排出小球 48 和它的壳 体 49， 它们落至底部， 如图 10 中所示。
随后通过将合适的粘紧材料 50( 例如砂浆 ) 由钻杆引向中间柱 13a、 13b、 13c 的内 部而进行中间柱 13a、 13b、 13c 的水泥粘接， 如图 11 中所示。
粘紧材料 50 的泵送压力使得剪切销 54 破裂， 插头 32 通过该剪切销 54 而锚固在 膨胀装置 30 的底部， 该插头落至中间柱 13a、 13b、 13c 的底部， 从而将粘紧材料 50 推入由中 间柱 13a、 13b、 13c 和井壁形成的环形空间 40 中 ( 见图 12)。
在粘紧材料 ( 水泥 )50 凝固之前， 压缩限制在底部的中间柱 13a、 13b、 13c 进行膨 胀。
中间柱 13a、 13b、 13c 的膨胀通过专用膨胀器 30 的旋转而向下进行， 该专用膨胀器 30 通过使得中间柱 13a、 13b、 13c 借助于专用悬挂装置 24 锚固在前一个柱 12、 13a、 13b 上而 起作用。 由于相对于固定膨胀器而减小了力， 因此减小了对柱的内壁的损伤。 该效果通过双 线辊 33a、 33b 而进一步提高， 根据本发明， 膨胀器 30 装备有双线辊 33a、 33b。而且， 辊 33a、 33b 的离线定位保证在两个阶段中更柔和地扩大 ： 如上所述， 下部锥形辊 33b 形成入口， 用
于排出和下放前进所需的负载 ； 上部柱形辊 33a 保证最终直径和最佳标定。
膨胀器 30 首先通过钻杆稍微升高。这样， 膨胀器的弹性体密封件 36 从锚固装置 20 的内壁释放， 并且辊垫 35 定位成与锚固装置 20 的上端相对应。
这样， 流体可以循环， 以便除去任何可能过多的粘紧材料 ( 水泥 )50。
然后扔下第二球 51， 如图 13 所示， 该第二球一旦到达它的壳体 52 就使得膨胀 装置 30 的上部部分与下部部分 45 隔离。然后可以使得杆的内部增压， 例如增压到大约 17.2MPa(2500psi)， 这样， 将膨胀器 30 的第二套筒 44 保持就位的固定销 58 被剪切。
与小球 51 的壳体 52 连接的第二套筒 44 的滑动使得楔形本体 37 的支承杆 38 升 高， 因此使得垫 35 的径向凸起升高。
中间柱 13a、 13b、 13c 的扩大通过向膨胀器 30 施加旋转来进行， 该膨胀器具有通过 钻杆凸出的辊 33a、 33b。
膨胀首先朝着锚固装置 20 的上部部分施加。在该作用下， 将片簧 24 保持在锚固 位置的第二凸起 26a、 26b 稍微屈服， 而设想在锚固装置 20 的外壁上的凸起 23 形成在前一 个中间柱 12、 13a、 13b 和所述装置 20 之间的进一步限制。
膨胀沿中间柱 13a、 13b、 13c 的整个长度前进， 如图 14 中所示。 在这一方面， 膨胀装置 30 同时具有安装可膨胀柱和扩大可膨胀柱的功能。
一旦到达底部， 钻井液的循环停止， 以便使得辊垫 35 重新进入， 该钻杆组被向外 拉大约 100 米， 并进行钟形件 15 的向下扩大。
因此， 循环流量增加， 以便在楔形件 37 上获得更大推力， 并使得止动销 55 破裂， 该 止动销 55 在沿环形本体 39 的轴向滑动定位时将限制它的移动， 因此限制垫 35 的径向扩 大。
一旦滑动块 35 到达它的最大径向膨胀， 就产生钟形件 15， 该钟形件 15 容纳锚固和 膨胀单元， 以便形成随后的井部分。该阶段在图 15 中表示。
当扩大完成时， 如果需要恢复膨胀器 30 的中心孔的可进入性， 增加压力以便排出 底部的第二球 51 和它的壳体 52 就足够了。
当在中间柱 13a、 13b、 13c 外部的水泥凝固时， 靴进行磨削， 如图 16 中所示， 以便开 始形成井的随后部分。
由于能够产生不同直径的膨胀的锚固和膨胀单元 20、 30， 因此可以产生钟形件 15， 而不需要减小随后柱 13a、 13b、 13c 的直径。相对于传统直径使用减小的直径将有利地 使得首先降低用于钻井的时间和成本。而且， 使用特殊装置 20、 30 能够具有操作连续性地 产生钟形件 15， 而没有时间浪费和随后的具体操作。可以在柱后面的水泥仍然为液体时进 行膨胀操作。
在膨胀过程中通过钻杆的旋转而引起的振动有利地提高了水泥粘接质量。
参考图 2， 图中表示了通过本发明的钻井方法获得的井 10。
该井 10 包括在上部部分的引导管， 该引导管到达地面， 并且地面柱 12 插入该引导 管中， 该地面柱 12 也到达地面。
引导管 11 和地面柱 12 可以选择为具有减小的直径。在所示实施例中， 引导管 11 的直径为 339.7mm， 地面柱的直径为 244.5mm。
地面柱 12 在它的下部部分中具有钟形件 15， 即具有比柱 12 的主要扩张部分的直
径更大的直径的部分， 该钟形件 15 的直径例如等于 273.1mm。
至少一个可膨胀类型的中间柱 13a、 13b 与地面柱 12 的钟形件 15 连接， 该中间柱 13a、 13b 扩大成使得它也在下部部分中形成钟形件 15。
扩大直径选择为避免孔直径的总体减小。因此， 中间柱 13a、 13c 的上部部分扩大 至直径等于前一个柱 12、 13a、 13b 的钟形件 15 的内径， 而下部部分 15 的直径等于前一个柱 12、 13a、 13b 的所述钟形件 15 的外径。
在所示实施例中， 中间柱的上部部分扩大至 244.5mm 的直径， 而下部部分膨胀至 273.1mm 的直径。
最大膨胀 ( 钟形件部分 15 的特征 ) 只有在中间柱 13a-13c 的有限管足以用于与 随后柱叠置时是有利的。
即使当中间柱的下部部分受到很小机械应力， 并且在任何情况下都通过与随后柱 的叠置而增强时， 优选是制造具有最小所需尺寸的该部分。
当本发明的钻井方法只用于所述井的一些管时， 中间柱 13a-13c 的一部分也可以 选择为不可膨胀， 但是包括具有更大直径的下部部分。
在这种情况下， 具有不同直径的两个膨胀阶段只涉及可膨胀中间柱。 最后， 有利的是包括选择为具有不可膨胀材料的生产柱 14， 以便保证普通井的坚 固性特征， 由可膨胀材料制造的柱 13a-13c 不能提供该坚固性特征。
根据本发明， 生产井的所述方法也可以通过锚固和膨胀单元 30、 20 的可选实施例 来实施。
在图 17-29 所示的第二实施例中， 锚固和膨胀单元包括普通类型的锚固装置 20′ 和装备有悬挂装置 24′的膨胀装置 30′， 该悬挂装置 24′悬挂在前一个中间柱 12、 13a、 13b 上。
除了对于第一实施例所述的元件， 膨胀装置 30′还包括在上部部分中的液压悬挂 装置 24′， 该悬挂装置 24′形成平行四边形结构。
这些悬挂装置 24′包括一系列装配在柱形本体 63 上的平行四边形结构 62， 它们 通过液压活塞 64 驱动膨胀， 并通过弹性装置 65 例如弹簧而拉回。
具有平行四边形结构 62 的悬挂装置 24′能够使得普通锚固装置 20′膨胀， 从而 通过压缩而将它固定在前一个柱 13a 上。
如图 18-29 中顺序所示， 本发明的方法的操作阶段的区别只在于它们的顺序。
特别是， 膨胀装置 30 ′从锚固装置 20 ′上的释放在锚固装置 20 ′锚固于前 一个柱 12、 13a、 13b( 图 21 和 22) 上的锚固阶段之前进行。更具体地说， 在以例如大约 8.3MPa(1200psi) 的压力释放膨胀器 30′之后， 压力增加至例如大约 10.3MPa(1500psi)， 以便使得止动销 56′破裂， 该止动销 56′阻挡平行四边形结构 62 的推动环 61。
负载排出， 且仍然使得组保持在压力下， 这样， 一系列扩大的平行四边形结构 62 可以使得锚固装置 20′的上部部分膨胀， 因此将第三外部滑动件 23 锚固在前一个柱 13b 上。
锚固装置 20′通过一系列平行四边形结构 62 的膨胀并不防止流体流通， 这样， 锚 固装置 20′可以以已经介绍的相同过程跟随随后的可膨胀柱 13b 的水泥粘接。
平行四边形的悬挂装置 24′随后退回， 以便前进至通过辊垫 35 的膨胀阶段。 随后
完成锚固装置 20′的膨胀， 并且中间柱 13a-13c 限制在锚固装置 20′的上面。
通过上面的说明可以清楚装置和方法的特征、 本发明的目标以及相关优点。
悬挂装置 24、 24a、 24′和专用滑动件 23 允许中间柱能够在膨胀器旋转时进行膨 胀， 从而降低对柱的内部部分的损坏。
而且， 作用在相关装置的膨胀器上的液压驱动装置的特殊构造能够具有比普通径 向移动活塞大得多的位移， 因此在强制膨胀阶段中也能够施加更高的膨胀推力。
再有， 由于本发明的锚固和膨胀单元， 在钻井过程中， 可以进行柱的两个膨胀阶 段， 一个在另一个后面， 因此在粘紧材料凝固之前。
此外， 只在中间柱的下部部分上进行较强膨胀 ( 用于覆盖所述中间柱 ) 与包括生 产柱一起使得井与普通井相比有总体稳定特性， 在普通井中只使用不可膨胀和因此更坚固 的柱。
最后， 显然这样设想的装置能够进行多种变化和改变， 它们都包含在本发明中， 因 此， 所有零件都可以由技术等效元件代替。 实际上， 使用的材料以及尺寸可以根据技术需要 而变化。