井下生产套管管柱技术领域
本发明涉及一种用于插入储层中的井眼内的井下生产套管管柱。此外，
本发明涉及一种用于井下完井的井下生产套管管柱系统和一种实现根据本
发明的生产套管管柱的方法。
背景技术
根据储层条件，油气井可具有多种完井设计。大部分井具有进入钻成
的井眼中的金属管，也称为套管，并且在一些实施方案中套管被卡住，或
封隔器或环形屏障在固定时未形成紧密的区域隔离。这有时由于钻井操作
产生具有阻碍套管自由通过的多个突起的井眼的事实而发生。
发明内容
本发明的一个目的在于完全或部分地克服现有技术的以上劣势和缺点。
更具体地，一个目的在于提供一种改进的套管管柱，在生产套管管柱具有
环形屏障时，该套管管柱同样更容易在井眼中实施。
将从以下描述变得显而易见的上述目的以及众多其它的目的、优势和
特征由一种用于插入储层中的井眼内的井下生产套管管柱通过根据本发明
的方案来实现，所述井下生产套管管柱具有最接近所述井眼的顶部的第一
端和离所述顶部最远的第二端，所述井下生产套管管柱沿纵向轴线延伸并
且包括：
-至少一个开口，其在生产期间允许来自储层的含烃流体进入所述井
下生产套管管柱，
-多个套管部件，其具有端部区段和位于所述端部区段之间的基部区
段，所述基部区段具有外径，和
-至少一个环形突出元件，其具有外表面和设置在所述外表面中或其
上的至少一个螺旋沟槽并具有比所述基部区段的外径大的总外径。
所述环形突出部件可以是连接套管部件的套管箍。
如上所述的井下生产套管管柱还可包括至少一个环形屏障。
此外，所述环形突出元件可设置在两个环形屏障之间。
而且，所述环形突出元件可以是环形屏障的一部分。
所述环形屏障可包括：套管部件；可膨胀套筒，其围绕所述套管部件
并具有面向所述套管部件的内套筒面和面向所述井眼的外套筒面，所述可
膨胀套筒的每一端都在两个连接部中与所述套管部件连接；和位于所述可
膨胀套筒的内套筒面与所述套管部件之间的环形空间，其中所述环形突出
元件可邻近至少最接近所述生产套管管柱的第二端的连接部设置在所述外
套管面上。
所述环形屏障还可包括：套管部件；可膨胀套筒，其围绕所述套管部
件并具有面向所述套管部件的内套筒面和面向所述井眼的外套筒面，所述
可膨胀套筒的每一端都在两个连接部中与所述套管部件连接；和位于所述
可膨胀套筒的内套筒面与所述套管部件之间的环形空间，其中所述环形突
出元件至少可构成最接近所述生产套管管柱的第二端设置的所述一个连接
部。
此外，所述环形突出元件可设置在所述可膨胀套筒的每一端中以将所
述套筒连接到所述套管部件。
另外，所述环形突出元件可构成与所述套筒的端部重叠以使得所述套
筒被夹在所述环形突出元件与所述套管部件之间的连接部分。
此外，所述开口可与横向于所述纵向轴线的径向成一角度，使得所述
含烃流体成不同于90°的角度被引导到所述生产套管管柱中。
这样，当进入生产套管管柱时，流体可以不直接喷射到与开口对向的
壁中，且因此可显著减轻壁上的磨损。
而且，所述螺旋沟槽可具有切割边缘。
此外，所述环形突出元件可包括形成围绕纵向延伸方向的螺旋的多个
沟槽。
上述环形突出元件可朝所述生产套管管柱的第二端渐缩。
所述环形突出元件的外径可以是所述生产套管管柱的总外径。
而且，所述开口可设置在所述沟槽中以允许流体从所述储层进入所述
生产套管管柱中。
此外，所述生产套管管柱可具有内表面，滑动套筒可以沿所述内表面
可滑动地设置以在所述滑动套筒可阻塞所述开口的闭塞位置与可允许流体
流经所述开口并进入所述生产套管管柱的打开位置之间滑动。
所述开口可布置成相比于所述生产套管管柱的第二端更接近所述生产
套管管柱的第一端，或相比于所述生产套管管柱的第一端更接近所述生产
套管管柱的第二端。
此外，所述沟槽可与所述纵向轴线成一角度，其中所述角度可以是
10-80°，优选地25-75°，更优选地35-55°。
而且，所述沟槽可朝所述生产套管管柱的第一端和/或第二端渐缩。
此外，所述环形突出元件可具有用于连接到所述套管部件的螺纹。
本发明还涉及一种用于完井的井下生产套管管柱系统，其包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的生产套管管柱，和
-用于使所述生产套管管柱在被插入井眼时沿所述螺旋沟槽旋转的旋
转设备。
最后，本发明涉及一种在井下井眼中实施根据本发明的生产套管管柱
的方法，该方法包括以下步骤：
-将套管部件和至少一个环形突出元件连接以形成所述生产套管管柱，
-在组装所述套管部件时使所述生产套管管柱进入所述井眼，以及
-当所述生产套管管柱被插入井眼时沿所述螺旋沟槽旋转所述生产套
管管柱。
所述方法还可包括通过借助于所述环形突出元件在所述井眼壁切割或
撞击所述井眼壁来使所述井眼壁的一部分与所述壁分离的步骤。
此外，如上所述的方法可包括允许流体从所述井眼流经所述环形突出
元件中的开口并进入所述井下生产套管管柱的步骤。
所述方法还可包括随着所述沟槽的边缘撞击所述井眼壁而增大所述井
眼的内径的步骤。
附图说明
下文将参考所附示意图更详细地描述本发明及其诸多优点，附图出于
说明的目的而示出了一些非限制性的实施例，并且其中：
图1示出了具有生产套管管柱的用于完成井眼的井下生产套管管柱系
统，
图2示出了作为套管箍的一部分的环形突出元件，
图3示出了横向于纵向延伸方向的图2的生产套管管柱的截面图，
图4a示出了沿纵向延伸方向的图2的生产套管管柱的截面图，
图4b示出了沿其纵向延伸方向的生产套管管柱的截面图，
图5示出了具有环形屏障的生产套管管柱，
图6示出了具有环形屏障的生产套管管柱的截面图，
图7示出了具有环形突出元件的另一环形屏障的截面图，
图8示出了具有另一环形突出元件的环形屏障的截面图，
图9示出了具有另一环形突出元件的环形屏障的截面图，以及
图10示出了具有两个环形屏障的生产套管管柱。
所有附图均为高度示意性的且不一定按比例绘制，并且它们仅示出阐
明本发明所需的那些部分，其它部分则被省略或仅进行提示。
具体实施方式
图1示出了插入储层3中的井眼2内期间的井下生产套管管柱1。该
井眼已被钻出并且钻柱在井下生产套管管柱1插入之前已从井内被拔出。
该井下生产套管管柱具有最接近井眼的顶部的第一端4和离顶部最远的第
二端5。该井下生产套管管柱沿与井眼的纵向轴线大致重合的纵向轴线6
延伸。该井下生产套管管柱一直延伸到井的顶部，但生产套管管柱的第一
端4也可与钻杆或用于将生产套管管柱插入井眼中的另一管件连接。
井下生产套管管柱1包括开口7，可允许含烃流体从储层经该开口进
入井下生产套管管柱以生产油气。该井下生产套管管柱由多个套管部件8
安装。套管部件具有形成一个管道区段的端部区段9和位于端部区段之间
的基部区段10。在套管部件8之间设置有将两个相邻套管部件连接的环形
突出元件11。各环形突出元件11具有外表面12和设置在外表面中的至少
一个螺旋沟槽14a。基部区段具有外径Do，并且各环形突出元件11具有
比基部区段的外径大的总外径Doo，使得当生产套管管柱插入井眼时，环
形突出元件11是撞击井眼的壁的元件。管柱如箭头所示旋转，并且由于各
环形突出元件11具有螺旋沟槽，所以环形突出元件11用作使在井眼中实
施生产套管管柱容易的螺纹。当钻进井眼时，壁具有大量岩层突起，其可
能妨碍已知的生产套管管柱自由通过。由于具有带螺旋沟槽的环形突出元
件11，所以生产套管管柱可以容易地螺旋通过这些井眼突起，且因而大幅
降低了生产套管管柱在插入期间被卡在井眼中的风险。此外，当插入生产
套管管柱时，环形突出元件11可撞击井眼突起并这样从其余部分释放井眼
突起的末端，从而使生产套管管柱容易进一步向下通过井眼。这样，环形
突出元件用于在井下生产套管管柱的插入期间使井眼的一些不规则部分平
坦化。当生产套管管柱插入并且环形突出元件撞击岩层突起时，生产套管
管柱的环形突出元件11也通过对路径清障来保护生产套管管柱中的其它
完井构件。
图1所示的井下生产套管管柱系统100包括上述生产套管管柱和用于
使生产套管管柱在插入井眼时沿螺旋沟槽旋转的旋转设备50。旋转设备50
布置在钻架上，但也可以设置在任何合适的钻探设备或钻井船上。套管部
件在环形突起元件11位于旋转设备50上方的状态下组装并随后插入井眼
中，并且新的套管部件安装在生产套管管柱1上。
在图1和2中，环形突出元件11是将套管部件8连接的套管箍。环形
突出元件11具有如图2所示的螺旋沟槽，其中各沟槽部分地围绕环形突出
元件11的外表面12延伸，从而如图3的截面图中所示覆盖环形突出元件
11的外表面12的整个圆周。如图2所示，套管部件的基部区段具有外径
Do，而环形突出元件11具有作为生产套管管柱的总外径Doo且比套管部件
的基部区段的外径大的外径。
如在图4a中可见的，套管部件具有端部区段9和位于两端部区段9
之间的基部区段10，并且端部区段9通过螺纹连接而连接到环形突出元件
11。在其中一个沟槽中，设置了开口，该开口用于允许井流体在生产期间
进入生产套管管柱中，或用于将压裂流体从生产套管管柱喷出以使地层破
裂。当该开口用于生产时，允许井流体沿沟槽流动，并且沟槽因而在环形
突出元件11与井眼的壁抵接的情况下提供流体通道。如果开口用于允许压
裂流体退出和进入地层，则沟槽用于将压裂流体分布在环形突出元件11
的四周。如图2所示，沟槽朝生产套管管柱的第一端和第二端渐缩，使得
流体始终可以流入沟槽中。
环形突出元件11具有内部沟槽31，如图4a所示，滑动套筒32布置
在其中。该滑动套筒具有用于匹配扳手工具的缺口，以通过使滑动套筒来
回滑动以覆盖和露出开口来打开和闭塞套筒。
在图4a中，该开口与纵向轴线成一角度，其被示出了为该开口与横向
于纵向轴线的径向成角度β，使得含烃流体以不同于90°的角度被引导到
生产套管管柱中。该角度在图4a中为约45°，但在另一实施例中，该角
度可以是10-80°，优选地25-75°，更优选地35-55°。这样，当进入生
产套管管柱时，流体不直接喷射到与开口对向的壁中，且因此显著减轻壁
上的磨损。
成角度的开口也可以是如图4b所示插入环形突出元件11中的开口的
插入件51的一部分。该插入件可由陶瓷材料或碳化钨制成。环形突出元件
11还具有缺口53，其匹配的挚爪52由弹簧向外迫压，使得当滑动套筒的
挚爪设置成与缺口53相对，挚爪与缺口接合。
如在图1中可见的，环形突出元件11朝生产套管管柱的第一端4和第
二端5渐缩。因而，如图4a和4b中的截面图中所示，环形突出元件11
朝套管部件并在环形突出元件11和套管部件与螺纹连接部33接合的区域
中具有减小的厚度。设置成最接近生产套管管柱的第二底端的螺旋沟槽设
置有切割边缘34，使得当沟槽的边缘35撞击井眼壁中的突起时，该突起
被切掉。因而，在插入具有环形突起元件11的生产套管管柱时，井眼的内
径被平坦化。由于能使井眼平坦化，所以作为生产套管管柱的一部分的封
隔器或环形屏障今后可以更容易被成功地安放，因为它们与井眼的壁靠接
以提供区域隔离。
在图5中，环形突出元件11是环形屏障的一部分。如图6所示，环形
屏障包括套管部件8，可膨胀套筒15围绕该套管部件并具有与套管部件对
向的内套筒面16和与井眼对向的外套筒面17。可膨胀套筒的各端部18、
19在两个连接部22中与套管部件连接，从而限定出在可膨胀套筒的内套
筒面与套管部件之间的环形空间20。环形突出元件11在插入井眼时设置
在外套管面23上并构成连接部22的其中一个，也即最接近生产套管管柱
的第二端且因而位于环形屏障前方的一个连接部。在图5中，环形突出元
件11设置在可膨胀套筒15的每一端中以将套筒15连接到套管部件8。如
图6所示，环形突出元件11构成与套筒的端部18、19重叠的连接部分22，
使得套筒被夹在环形突出元件11与套管部件8之间。环形突出元件11的
外径大于与套筒重叠的区域中的连接部的外径Do。密封装置24设置在套
筒15的外表面17上以在可膨胀套筒由于允许流体如虚线所示经膨胀开口
21进入该空间中而膨胀时提供抵靠井眼的良好密封。图6的环形突出元件
11因而在与沟槽的连接部中不具有开口。
在图7中，环形突出元件11也是将可膨胀套筒连接到套管部件8的连
接部分22的一部分。此外，开口7设置在各沟槽14a中。如果滑动套筒处
于其打开位置，则各开口在与生产套管管柱的内部流体连通的共同流动通
道中结合。滑动套筒在图7中被示出处于其打开位置。
环形突出元件11和连接部22或连接部件22也可以是如图8和9所示
的两个单独的元件。环形突出元件11的厚度t1大于连接部或连接部件22
的厚度t2。在图9中，环形突出元件11是容易安装在与环形屏障连接的套
管部件的外表面上以在生产套管管柱插入井眼时保护环形屏障的单独构件。
环形突出元件11包括多个用于注入压裂流体或允许井流体流入生产套管
管柱的开口。
图10示出了具有两个环形屏障和设置在它们之间的三个环形突出元
件11的生产套管管柱。环形突出元件11的数量取决于各环形屏障的长度，
且因而生产套管管柱可以安装成与多种的井眼和完井设计配合。
如图10的右侧所示，开口7设置成相比于生产套管管柱的第一端而言
更接近生产套管管柱的第二端。各开口也可以设置成相比于生产套管管柱
的第二端而言更接近生产套管管柱的第一端，如图10的左侧所示。通过使
开口设置成相比于生产套管管柱的第二端而言更接近生产套管管柱的第一
端，开口在生产套管管柱的插入期间不会被充填以颗粒物。通过将开口设
置成与环形突出元件11的中心相隔一段距离，流体可更容易地流入生产套
管管柱中。
流体或井流体是指井下油气井内可能存在的任何种类的流体，诸如天
然气、油、油泥、原油、水等。气体是指井、完井或开孔中存在的任何种
类的气体成分，而油是指任何种类的油成分，诸如原油、含油流体等。因
此，气体、油和水这些流体都可以包括分别不同于气体、油和/或水的其它
元素或物质。
套管是指关于油或天然气生产的在井下使用的任何种类的管、管道、
管件、衬套、管柱等。
尽管上文已结合本发明的优选实施例描述了本发明但对于本领域技术
人员来说将显而易见的是，在不脱离如通过附后权利要求限定的本发明的
前提下可以设想若干改型。