钻探、完井和配置U形管井眼的方法和设备

摘要

公开了包括被地下路径互相连接的第一和第二端部地面位置和至少一个中间地面位置的井眼网络；还公开了用于连接包括定向井段的第一井眼和包括定向井段的第二井眼之间的地下路径的方法。定向在至少其中一个定向井段中钻探定向钻孔分量，以获得第一和第二井眼之间所需的靠近性。利用磁性测距技术，从一个定向井段钻探交叉分量，从而在第一和第二井眼之间提供井眼交叉部，从而连接所述地下路径。

说明书

技术领域

本发明涉及用于钻探U形管井眼、用于完井U形管井眼以及用于配置U形管井眼的方法和设备。

背景技术

需要在各种地方钻探、交叉和连接两口井眼，且交叉和连接发生在地下。例如，钻探减压井眼(relief borehole)时、钻探地下通道诸如过河通道时，或者将新井眼与生产井孔联系时，可能希望在井眼之间实现交叉。成对的这种交叉并连接的井眼可以称为“U形管井眼”。

例如，蒸汽辅助重力泄油(“SAGD”)可以用在两口连接或者交叉的井眼上，其中在U形管井眼一端注入蒸汽，在U形管井眼的另一端进行生产。特别地，在U形管井眼一端注入蒸汽降低了包含在靠近井眼的地层中的碳氢化合物粘性，并且使碳氢化合物能够流向井眼。然后，碳氢化合物可以从U形管井眼另一端利用传统生产技术生产。具体实例在1997年8月12日授予Matthews的美国专利No.5,655,605和2001年7月24日授予Schmidt等的美国专利No.6,263,965中有所说明。

建立U形管井眼的其他潜在应用以及好处包括：在用地上或者传统管线横穿地面或者海底造成高成本时或者对环境造成潜在地无法接受的影响时，建立地下管线来从一个位置到另一个位置运输流体，所述流体包括液体和/或气体。

在需要横穿陆地上或者海底的深谷时可能存在这种情况。而且，在需要管线横穿悬崖高耸的海岸线或者经不起打扰的敏感沿海海洋生物区域时，可能存在这种情况。另外，在地上或者传统管线破裂时，穿过诸如湖底、河谷或者港湾的水体，可能会对环境造成损害。在敏感区域，传统地上管线将因为环境风险而不容易被接受。而且，将管线设置在湖底或者海底提供了额外的防止泄露的安全等级。

在世界范围内，过河钻机目前用于在常规方案基础上实施这种钻探。传统过河钻探要求井眼在一个地面位置进入，而在第二位置钻回到地面。由于这些井眼多数相对较短，所以较少担心阻力以及重力影响，因为钻机通常具有足够的推力从而经过非常短的间隔就实现了该目标。但是，随着井眼长度增加，对阻力以及重力影响的担心也在增加。

而且，传统过河钻机倾向于具有有限位移。在某些情况下，甚至没有足够的横向位移来向下钻然后在试图避开的障碍物另一侧的地面处钻出。而且，在井眼进入受压地层的情况下，从另一侧的地面上钻出存在安全问题，因为没有井控制措施，诸如防喷器(“BOP”)和胶接套管(cementedcasing)存在于钻出点。

因此，使用两个地面位置代替一个地面位置的显然好处在于，两个位置之间的有效距离至少可以加倍，因为可以使扭矩和阻力极限最大化从而到达两个地面位置。而且，可以在每个地面位置设置必要的井控制和安全措施。

而且，在世界的某些区域，诸如加拿大东海岸近海，冰山使得在某些位置建立海底管线不切实际，因为冰山可能在其漂过的时候在海底挖出长长的沟槽，从而撕裂管线。这实质上意味着必须使用基于重力的结构，诸如用在爱尔兰(Hibernia)的结构，用来保护井孔以及互连管道，防止其被冰山以巨大的代价击中。

因此，需要钻探相对较长的地下管线的方法，该方法包括通过从两个分开的或者隔开的地面位置，然后在地面以下某位置交叉井眼，从而将两个地面位置连接在一起。

为了能钻探U形管井眼或者地下管线，必须在钻探井眼过程中仔细控制，优选对于交叉井眼相对于目标井眼的取向以及交叉井眼和目标井眼之间的分开距离进行仔细控制，从而实现希望的交叉。这种控制利用磁性测距技术实现。

磁性测距是用来描述多种使用磁场测量值来确定正在钻探的井眼相对于目标井眼诸如另一个井眼或者多个井眼的位置(相对取向和/或分开距离)的一般术语。

磁性测距技术包括“被动”技术和“主动”技术。在两种情况下，正在钻探的井眼位置与诸如目标井眼或者某些其他参照物诸如地面的目标位置相比较。对于被动磁性测距技术和主动磁性测距技术的讨论可见于Grills，Tracy，“Magnetic Ranging Tehniques for Drilling Steam Assisted GravityDrainage Well Pairs and Unique Well Geometries-A Comparison ofTechnologies”，SPE/Petroleum Society of CIM/CHOA 79005，2002。

被动磁性测距技术，有时称为静磁学技术，通常涉及利用放置在正在钻探的井眼中的一种或者多种装置测量目标井眼内的残余或者剩余磁性。

被动磁性测距技术的优势在于，它们通常不需要进入目标井眼，原因是磁场测量值是从“原本”的目标井眼中测量的。被动磁性测距技术的一个劣势在于，它们要求相对精确地知道当地地球磁场的大小和方向，原因是所测得的磁场测量值是目标井眼的固有磁性以及当地地球磁场值的组合。被动磁性测距技术的第二个劣势在于，它们不提供对于产生磁场测量值的磁场的控制。

主动磁性测距技术通常涉及在目标井眼或者在正在钻探的井眼之一内测量一个或者多个磁场，这些磁场建立在目标井眼或者正在钻探的井眼中的另一个井眼内。

主动磁性测距技术的劣势在于，它们通常要求进入目标井眼，从而建立一个或者多个磁场，或者进行磁场测量。主动磁性测距技术的一个优势在于，它们提供对所建立的一个或者多个磁场的完全控制。特别是，可以控制一个或者多个磁场的大小和几何形状，并且可以建立具有希望频率的变化磁场。主动磁性测距技术的第二个优势在于，它们通常不需要精确知道当地地球磁场的大小和方向，因为地球磁场的影响可以从所述建立的一个或者多个磁场中取消或者消除。

结果是，在可能进入目标井眼的情况下，主动磁性测距技术通常是优选的，原因是已经发现主动磁性测距技术相对可靠、稳定和精确。

一种主动磁性测距技术涉及使用变化磁场源。该变化磁场源可以包括电磁体诸如被变化电信号诸如交变电流驱动的电磁线圈，从而产生变化磁场。可替代地，变化磁场源可以包括旋转以产生变化磁场的磁体。

在任一种情况下，变化磁场的具体特征可以让磁场区别于其他磁性影响，这些磁性影响可能因井眼内的剩余磁性或者因为地球磁场而存在。另外，使用磁场极性周期变化的交变磁场有利于从测量值中取消或者消除诸如定位在井眼内的铁磁性部件诸如油管、套管或者衬管内的剩余磁性或者地球磁场的恒定磁场影响。

可以在目标井眼内产生变化磁场，在这种情况下，在正在钻探的井眼内测量变化磁场。可替代地，可以在正在钻探的井眼内产生变化磁场，在这种情况下，在目标井眼内测量变化磁场。

可以这样配置变化磁场，使得磁场的“轴线”相对于井眼成任意取向。通常，这样配置变化磁场，使得磁场轴线平行于井眼或者垂直于井眼取向。

美国专利No.4,621,698(Pittard等)描述了一种冲击钻孔工具，该工具包括安装在其后端的一对线圈。其中一个线圈产生平行于该工具轴线的磁场，另一个线圈产生横穿该工具轴线的磁场。通过低频发电机间歇激励线圈。两个交叉传感器线圈远离该工具定位，使得垂直于传感器线圈轴线的线路限定井位(boresite)轴线。工具相对于井位轴线的位置通过磁场的传感器线圈获得的测量值来确定，所述磁场由安装在工具内的线圈产生。

美国专利No.5,002,137(Dickinson等)描述了一种振动动作塑孔器，该塑孔器包括具有斜面的塑孔器头，该斜面后面安装有横置永久磁体或者电磁体。塑孔器旋转导致由磁体产生变化磁场，在地面表面通过布置磁力计测量该变化磁场，从而获得磁场测量值，该测量值用于确定塑孔器相对于磁力计的位置。

美国专利No.5,258,755(Kuckes)描述了一种磁场定向系统，用于相对于固定目标诸如目标井眼引导可动载体诸如钻探组件。该系统包括两个变化磁场源，它们安装在钻探组件的钻环内，使得变化磁场源可以插入到正在钻探的井眼中。一个变化磁场源是与钻环轴向对齐的电磁线圈，通过交变电流驱动该线圈产生变化磁场。另一个变化磁场源是安装成垂直于钻环轴线并且随着钻探组件旋转以提供变化磁场的永久磁体。该系统进一步包括三分量磁通门磁力计，该磁力计可以插入目标井眼内，从而对变化磁场源产生的变化磁场进行磁场测量。通过处理从两个变化磁场源获取的磁场测量值而确定正在钻探的井眼相对于目标的位置。

美国专利No.5,589,775(Kuckes)描述了一种确定从第一井眼到第二井眼的距离和方向的方法，该方法包括借助第二井眼内第一位置的旋转磁场源，在第一井眼区域内产生椭圆极化磁场。该方法进一步包括将传感器定位在第一井眼的观察点，从而对旋转磁场源产生的变化磁场进行磁场测量。该磁场源是安装在钻杆的非磁性部件上的永久磁体，该钻杆位于钻探组件内紧接钻头之后。磁体安装在钻杆上，使得磁体的南北轴垂直于钻头旋转轴线。通过处理从旋转磁场源获取的磁场测量值来确定从第一井眼到第二井眼的距离和方向。

因此，工业中需要以下钻探方法，该方法用来将至少两个井眼连接在一起以提供或者形成至少一个U形管井眼。而且，需要对该U形管井眼完井的方法，以及通过该U形管井眼传输物质或者传输U形管井眼的产物的方法。最后，需要以下方法和井配置，其用来优选主要在地面以下互连多个U形管井眼，以提供U形管井眼的网络，该网络能产油或者能通过该网络传输物质。

发明内容

本发明涉及将至少两口井眼连接在一起以提供或者形成至少一个U形管井眼的钻探方法。

本发明还涉及完井U形管井眼的方法、涉及通过U形管井眼传输物质或者传输U形管井眼产物的方法。而且，U形管井眼可以用作导管或者地下通道，用来穿过该井眼放置或者延伸地下线缆、电线、天然气或者水管线或者类似物。

最后，本发明涉及用来在地面上和地面下互连多个U形管井眼以提供能以希望的方式利用的U形管井眼网络的方法和配置，其中所述希望的方式诸如从中生产材料，通过该网络传输材料，或者穿过该网络延伸地下线缆、导线或者线路。优选地，用于连接或者互联U形管井眼的各种方法和配置包括一个或者多个地下连接部，使得可以经过相对大的跨度或者区域建立地下非开挖管线或者导管或者生产/喷射井。

为了此说明书的目的，U形管井眼是指包括两个分开的地面位置和至少一条连接所述两个地面位置的地下路径的井眼。在两个地面位置之间，U形管井眼可以遵循任何路径。换句话说，U形管井眼可以是“U型”的，但并不是必须是U型的。

钻探U形管井眼

可以用任何适当钻探设备和/或方法钻探U形管井眼。例如，可以用旋转钻探工具、冲击钻探工具、喷射工具钻探U形管井眼。也可以用整个钻柱旋转的旋转钻探技术钻探U形管井眼、用仅钻柱的选定部分旋转的滑动钻探技术钻探井眼，或者使用两者相结合。

在钻探过程中，可以使用任何适当的转向技术来实现钻柱转向，包括与井下马达相关联的转向工具、旋转转向工具、或者与正位移马达、涡轮、叶轮马达或者其他钻头旋转装置相结合的挠性油管取向装置(coiled tubingorientation device)。可以用接合钻杆、挠性油管钻杆或者复合钻杆钻探U形管井眼。钻探U形管井眼所用的旋转钻探工具可以包括牙轮钻头或者聚晶金刚石(PDC)钻头。也可以将设备和/或方法结合使用来钻探U形管井眼。包含钻探设备的钻柱可以包括辅助部件，诸如随钻测量(MWD)工具、非磁性钻环、稳定器、扩孔器等。

可以从第一地面位置的第一端部到第二地面位置的第二端部将U形管井眼钻成单个井眼。可替代地，可以将U形管井眼钻探为两个分开但是交叉的井眼。

例如，可以将U形管井眼钻探成从第一地面位置的第一端部延伸的第一井眼和从第二地面位置的第二端部延伸的第二井眼。然后第一井眼和第二井眼在井眼交叉部交叉，以提供U形管井眼。

本发明涉及完井U形管井眼和涉及包括一个或者多个井眼的井眼配置方面并不取决于钻探U形管井眼的方式。换句话说，完井设备和/或方法以及配置可以用在任何U形管井眼中，无论U形管井眼是如何钻探的。

本发明涉及钻探U形管井眼的方面主要是关于朝向井眼交叉部钻探第一井眼和第二井眼，以提供U形管井眼。可以依次钻探第一井眼和第二井眼，也可以同时钻探。在任何一种情况下，其中一个井眼可以描述为目标井眼，而另一个井眼可以描述为交叉井眼。

根据本发明钻探U形管井眼包括定向钻孔分量和交叉分量。定向钻孔分量的目的是让目标井眼和交叉井眼到达它们彼此靠得足够近的点，从而有利于钻探交叉分量。交叉分量的目的是在目标井眼和交叉井眼之间建立井眼交叉部。目标井眼和交叉井眼之间所需的靠近性取决于用来实施交叉分量的方法和设备，还取决于能够确定目标井眼和交叉井眼位置的精度。

交叉分量通常涉及仅在交叉井眼内的钻探。定向钻孔分量可以涉及在目标井眼和交叉井眼两者内的钻探，或者可以涉及仅在交叉井眼内的钻探。

例如，如果在交叉井眼之前钻探目标井眼，则定向钻孔分量将通常仅涉及在交叉井眼内的钻探，从而实现目标井眼和交叉井眼之间要求的靠近性。但是，如果同时钻探目标井眼和交叉井眼，则定向钻孔分量可以涉及在目标井眼和交叉井眼两者内的钻探，原因是必须相对于彼此同时钻探井眼，从而为钻探交叉分量准备交叉井眼。在任何一种情况下，成功钻探定向钻孔分量取决于能够确定目标井眼和交叉井眼位置的精度。

U形管井眼可以沿着第一地面位置和第二地面位置之间的任何方位路径(azimuthal path)或其组合。类似地，U形管井眼可以沿着第一地面位置和第二地面位置之间的任何倾斜路径。

例如，目标井眼和交叉井眼其中之一或者两者包括垂直井段和定向井段。垂直井段可以是基本上垂直的，或者可以相对于垂直方向倾斜。定向井段可以通常是水平的或者可以相对垂直井段以任何角度倾斜。垂直井段和定向井段两者相对于垂直方向的倾角可以沿着它们的长度变化。可替代地，目标井眼或者交叉井眼其中之一或者两者可以包括倾斜井眼，该倾斜井眼不包括垂直井段。

钻探U形管井眼的定向钻孔分量在目标井眼和/或交叉井眼的定向井段实施。在完成目标井眼和交叉井眼的定向井段之后再实施钻探U形管井眼的交叉分量。目标井眼定向井段的远端限定目标井眼定向井段终点。类似地，交叉井眼定向井段的远端限定交叉井眼定向井段终点。

在第一地面位置和第二地面位置之间的距离相对较大的情况下，目标井眼和/或交叉井眼可以具有“延伸位移”井眼的特征。在这些情形下，目标井眼或者交叉井眼其中之一或者两者可以包括“延伸位移轮廓”，其中井眼垂直井段相对较小(或者全部去掉)且定向井段通常以相对较大的角度相对于垂直方向倾斜。

目标井眼和交叉井眼之间的井眼交叉部可以包括井眼之间的物理连接，使得一个井眼通常交叉另一个井眼。可替代地，可以在井眼之间仅通过建立流体连通而不将它们物理连接来提供井眼交叉部。

井眼之间的流体连通可以通过许多不同机构来实现。作为第一实例，流体连通可以通过将两口井眼定位在相对可渗透的地层中使得气体和液体可以经过地层在井眼之间穿过来实现。作为第二实例，流体连通可以通过利用射孔器、侧钻设备或者类似装置在井眼之间相对不渗透的地层中产生断层或者孔来实现。作为第三实例，流体连通可以通过冲走或者溶解井眼之间的地层来实现。对于盐系地层，可以用水来溶解地层。对于碳酸盐地层，诸如石灰岩，可以用酸溶液来溶解地层。对于松散砂子或者沥青砂岩地层，可以用水、蒸汽、溶剂或者它们的组合来冲走或者溶解地层。这些技术可以与放置在所述井眼之一或两者内的割缝衬管或者砂筛结合使用，以提供井眼稳定性。

如果井眼之间的井眼交叉部不通过物理连接所述井眼来实现，则在预期的井眼交叉部位置，井眼之间的地层应该有利于诸如上述所列用来实现井眼之间流体连通并因此实现井眼交叉的某些技术。

完井U形管井眼

U形管井眼可以用传统或者已知的完井技术和设备进行完井。因此，例如目标井眼或者交叉井眼其中之一或者两者的至少一部分可以使用传统或者已知技术套接，且优选被胶接。井眼套接和胶接可以在目标井眼和交叉井眼交叉之前或者之后实施。

因此，任何传统或者已知套管柱可以穿过目标井眼和交叉井眼其中之一或者两者，从地面位置向远处的位置延伸希望的距离。类似地，目标井眼和交叉井眼其中之一或者两者的至少一部分可以在套管柱和周围地层之间胶接回到地面位置。

在形成井眼交叉部以后，在目标井眼和交叉井眼之间，特别是在它们的套接部分之间设置连续的裸眼井段。根据需要，井眼交叉部可以采用常规井眼扩孔器或者井下扩孔器扩大或者张开。而且，根据需要，可以将井眼交叉部留下作为裸眼。但是，优选地，井眼交叉部，特别是裸眼井段，采用适合U形管的预期功能或者用途且与周围地层相适应的方式进行完井。

在此描述各种替代方法和设备，用于裸眼井段或者井眼交叉部完井。仅为了示例的目的，方法和设备参照“衬管”来说明。但是，对于完井方法和设备的描述，对于“衬管”的提及应该在这里理解为包括或者包含任何和全部的管状构件，导管、管道、套管柱、衬管、割缝衬管、挠性油管、砂筛或者类似物，这些管状构件被设置用于经由它们引导流体或者其他物质或者使所述物质通过，或者从中延伸线缆、导线、线路或者类似物，除了具体指出的。而且，对于胶接物或者井眼胶接的提及包括使用任何适合井下使用的可硬化材料或者混合物。

因此，例如，裸眼井段可以通过安装衬管来完井，利用传统或者已知技术使该衬管延伸穿过所述裸眼井段并且在其中定位。因此，衬管优选延伸穿过连接每个目标井眼和交叉井眼套接部分的裸眼井段。而且，衬管或者类似结构延伸穿过裸眼井段后，裸眼井段可以根据可行性和需要进行胶接。

更特别地，衬管可以从第一地面位置插入穿过目标井眼或者从第二地面位置插入穿过交叉井眼，用来放在裸眼井段内。而且，可以用传统技术和设备将衬管推过或者拉过井眼，用来根据需要将其放置在裸眼井段或者井眼交叉部内。

衬管的相对端部其中之一或者两者可以包括传统或者已知衬管吊架，用来悬挂衬管或者连接衬管与目标井眼或者交叉井眼其中之一或者两者。而且，衬管相对端部其中之一或者两者可以包括传统或者已知密封装置或者密封组件，以允许衬管端部与目标井眼或者交叉井眼其中之一或者两者密封接合，并且防止砂子或者其他物质从地层中进入。可替代地，衬管相对端部其中之一或者两者可以延伸到地面。因此，并非仅仅延伸穿过裸眼井段，衬管可以从第一和第二地面位置其中之一或者两者延伸并且穿过裸眼井段。

如上所述，单个衬管可以用来完井裸眼井段或者井眼交叉部。但是，可替代地，衬管可以包括两条相适应的衬管节段，它们在井下连接、匹配和耦合，以提供完整的衬管。在这种情况下，优选地，第一衬管节段和第二衬管节段从目标井眼和交叉井眼送入或者插入，从而在U形管井眼内的某位置匹配、耦合或者连接。

更特别地，在这种情况下，第一衬管节段包括远连接端，该远连接端用来与第二衬管节段的远连接端直接或者间接连接。每个第一和第二衬管节段的另一个相对端可以包括传统或者已知衬管吊架，用来悬挂衬管节段或者连接衬管节段与其各自目标井眼或交叉井眼。而且，相对于远连接端的每个第一和第二衬管节段终点可以包括传统或者已知的密封装置或者密封组件，从而允许衬管节段终点与其各自目标井眼或交叉井眼密封接合。可替代地，第一和第二衬管节段的相对于远连接端的衬管节段终点可以延伸到地面。

第一和第二衬管节段的每一个远连接端可以包括任何相适应的连接器、耦合器或者其他机构或者组件，用来在井下以允许在衬管节段之间提供流体连通或者通过的方式连接、耦合或者接合衬管节段，使得可以从一个衬管节段到另一个衬管节段在其中限定流体通道。而且，远连接端其中之一或者两者可以包括连接器、耦合器或者其他结构或者组件，用来密封式连接、耦合或者接合衬管节段。但是，可替代地，衬管节段之间的连接部可以在远连接端耦合、连接或者接合之后进行密封。

在优选实施方案中，第一和第二衬管远连接端如下构造、配置或者适配，使得一个远连接端可以容纳在另一个远连接端之内。因此，第一和第二远连接端其中之一包括凹连接器或者插座，而第一和第二远连接端中的另一个包括相适应的凸连接器或者插头，该凸连接器或者插头适配并且配置成容纳在所述凹连接器内。凹凸连接器其中之一或者两者可以用任何方式、永久或者可取下地连接、系连或者其他方式附着或者紧固到各自的远连接端。可替代地，凹凸连接器其中之一或者两者可以与各自的远连接端整体形成。

凹连接器可以包括任何能够在其中限定流体通道并且被适配和确定尺寸从而在其中容纳凸连接器的管状结构或者管状构件。类似地，凸连接器可以包括任何能够在其中限定流体通道并且被适配和确定尺寸从而容纳在凹连接器内的管状结构或者管状构件。凸连接器的引导边缘可以构造或者配置以协助或者有利于在凹连接器内引导凸连接器。

而且，凹凸连接器之间的连接优选被密封。因此，每个凸凹连接器可以如下确定尺寸、构造和配置，使得凸连接器的引导节段或者部分紧密容纳在凹连接器内。而且，可以将密封组件或者相适应的密封结构与凹凸连接器其中之一或者两者相关联。可替代地，在凸连接器容纳在凹连接器内以后，可以通过胶接该连接部来密封该连接部。

而且，可以在凸凹连接器之间设置任何适当的锁止机构或者锁止组件，以将凸连接器保持在凹连接器内的合适位置上。该锁止机构或者锁止构件优选与每个凹连接器和凸连接器相关联，使得当凸连接器进入凹连接器时，锁止机构接合。更特别地，凹连接器优选提供内部轮廓或者形状，用来与凸连接器提供的相适应或者匹配的外部轮廓或者形状接合。

在另一个实施方案中，远连接端并不构造、配置或者适配成一个远连接端可容纳在另一个远连接端内。而是，设置了桥接构件、管状构件或者管道节段，用来在第一和第二衬管节段远连接端之间延伸。优选地，桥接管用来连接在第一和第二衬管节段的相邻的远连接端。桥接管可以包括任何管状构件或者结构，其能跨接或者桥接第一和第二衬管节段的相邻远连接端之间的空间或者间隙并且在其中提供流体通道。

可以利用任何适当的用来将桥接管放置在井下希望位置的送入或者设定工具将桥接管放置在第一和第二衬管节段的远连接端之间的位置上。根据需要，还可以取回桥接管。而且，可以用任何适当的用来将桥接管锁止或设置在衬管节段的远连接端内的机构将桥接管保持在合适位置上。

优选地，桥接管与远连接端其中之一或者两者密封。因此，密封组件或者相适应的密封结构可以与桥接管其中一个端部或者两端相关联。可替代地，密封组件或者相适应的密封结构可以与第一和第二衬管节段的远连接端其中之一或者两者相关联。作为进一步替代方案，放置桥接管以后，桥接管和第一和第二衬管节段之间的连接部可以通过胶接该连接部来密封。

U形管井眼配置

这里所述的钻探和完井方法和设备可以用来提供一系列互相连接的U形管井眼或U形管井眼网络，它们在这里可以被称为井眼网络。对于建立地下非开挖管线或者地下路径或者通道的目的或者对于在大跨度或者区域上建立生产/喷射井的目的而言，特别是在地面以下产生连接的情况下，可能需要井眼网络。

在优选实施方案中，井眼网络包括：(a)第一端部地面位置；(b)第二端部地面位置；(c)至少一个中间地面位置，该位置定位在第一端部地面位置和第二端部地面位置之间；和(d)连接第一端部地面位置、中间地面位置和第二端部地面位置的地下路径。

井眼网络包括至少一个中间地面位置。但是，优选地，井眼网络包括多个中间地面位置。每个中间地面位置可以定位在相对于第一和第二端部地面位置而言的任何位置。但是，优选地，每个中间地面位置定位在由第一端部地面位置和第二端部地面位置限定的圆形区域内。在井眼网络包括多个中间地面位置的情况下，全部中间地面位置优选定位在由第一端部地面位置和第二端部地面位置限定的圆形区域内。

可以钻探形成井眼网络的U形管井眼，并以任何顺序将其连接在一起，以建立希望的一系列U形管井眼。但是，在各种情况下，相邻U形管井眼优选通过横向接点(lateral junction)在井下或者地面以下连接。结合或者共用的地面井眼从横向接点延伸到地面。换句话说，每个相邻U形管井眼优选经由结合地面井眼延伸到地面。

因此，井眼网络优选在两个端部地面位置之间延伸，并且包括一个或者多个中间地面位置。每个中间地面位置优选从地面经由结合地面井眼延伸到横向接点。

因此，在优选实施方案中，井眼网络进一步包括在地下路径和中间地面位置之间延伸的地面井眼。而且，地下路径优选包括成对分支井眼，它们与地面井眼连接。而且，井眼网络优选还包括横向接点，用来连接地面井眼和所述的成对分支井眼。

每个端部地面位置可以与地面设备诸如地面管线或者炼油厂或者其他处理或者存储设施相关联或者连接。更特别地，井眼网络优选进一步包括与第一端部地面位置相关联的地面设备，用来将流体传输到井眼网络。另外，井眼网络优选进一步包括与第二端部地面位置相关联的地面设备，用来从井眼网络中接收流体。

根据井眼网络的特殊配置，地面井眼可以允许或者不允许通过其中而到达与其相关联的中间地面位置的流体连通。换句话说，流体可以经过地面井眼从井眼网络向在一个或者多个中间地面位置处的地面产生。可替代地，一个或者多个中间地面位置的地面井眼可以以下述方式被填充物关井、堵塞或者密封，使得流体简单地从一个U形管井眼经过设置在其间的横向接点连通到下一个U形管井眼。

因此，根据井眼网络的希望配置，井眼网络可以进一步包括密封机构，用来从地下路径密封中间地面位置。

而且，根据井眼网络的希望配置，井眼网络可以进一步包括与中间地面位置相关联的泵，用来经过地下路径泵送流体。而且，井眼网络可以进一步包括位于中间地面位置的泵，用于经过地下路径泵送流体。

可替代地，或者另外地，井眼网络可以进一步包括位于地面井眼中的泵，用于经过地下路径泵送流体。在进一步的替代方案中，井眼网络可以进一步包括位于所述成对分支井眼其中之一中的泵，用于经过地下路径泵送流体。

在这些替代方案的每一种情况下，可以用任何井下泵来经过地下路径泵送流体。但是，优选地，所述泵是电潜水泵。可以为电潜水泵设置任何相适应的电源。而且，电源可以定位在井眼网络内适合于向所述泵提供必需动力的任何位置。

例如，井眼网络可以进一步包括位于中间地面位置的电源，用来向电潜水泵提供电力。可替代地，井眼网络可以进一步包括位于第一端部地面位置和第二端部地面位置其中之一的电源，用于向电潜水泵提供电力。

附图说明

本发明的实施方案现在将参照附图进行说明，其中：

图1，包括图1A至图1D，是根据本发明优选实施方案钻探和完井U形管井眼的基本步骤的示意图；

图2，包括图2A和图2B，是根据本发明优选实施方案，利用两条可连接衬管节段完井U形管井眼的方法和设备的示意图；

图3，包括图3A和图3B，是图2中方法和设备的一种变体的示意图；

图4，包括图4A至图4D，是图2中方法和设备的另一种变体的示意图；

图5，包括图5A至图5C，是图2中方法和设备的又一种变体的示意图，其中桥接管用来在两条可连接衬管节段之间提供连接；

图6，包括图6A至6D，是根据本发明优选实施方案用于多个互相连接的U形管井眼的不同配置的示意图；

图7，包括图7A和7B，是根据本发明优选实施方案，用来连接两条衬管节段的连接器的纵向截面图，其中图7A描述了处于未锁止位置的连接器，而图7B描述了处于锁止位置的连接器；

图8，包括图8A和8B，是图7中连接器的一种变体的纵向截面图，其中图8A描述了处于未锁止位置的连接器，而图8B描述了处于锁止位置的连接器；

图9，包括图9A和9B，是根据本发明优选实施方案，用来连接两条衬管节段的连接器的纵向截面图，其中图9A描述了处于未耦合位置的连接器，而图9B描述了处于耦合位置的连接器；

图10是当传统管线不切实际时，在两个海上钻探平台之间延伸的作为海底管线的U形管井眼的示意图；

图11，包括图11A和11B，是在环境敏感区域比较地上管线与U形管井眼管线的示意图，其中图11A描述了地上管线，而图11B描述了U形管井眼管线；

图12是在河或者峡谷下钻探的U形管井眼的示意图；

图13是在海上管线和岸上设备之间提供连接的U形管井眼管线的示意图。

具体实施方式

本发明涉及U形管井眼的钻探，涉及U形管井眼的完井，涉及U形管井眼的配置，并且涉及从U形管井眼生产以及经过U形管井眼运输物质。而且，本发明涉及使用U形管井眼作为导管或者地下通道，用于穿过该井眼放置或者延伸地下线缆、电线、天然气或者水管线等。

图1A至1D描述了U形管井眼的钻探和基本完井。图2至5和图7至9描述了用来完井U形管井眼的不同方法和设备。图6和图10至13描述了U形管井眼的不同应用以及U形管井眼的不同配置。

1.钻探方法

图1A至1D示意性地描述根据本发明优选实施方案钻探和基本完井U形管井眼20。一般参照图1，第一井眼是目标井眼22，而第二井眼是交叉井眼24。如图1所示，在钻探交叉井眼24前已经钻探出目标井眼22。在图1A至1D所示的优选实施例中，考虑了“面对面”井眼交叉。

图1A描述了定向钻孔分量的钻探，其涉及仅在交叉井眼24的定向节段钻探。在定向钻孔分量内，朝向目标井眼22钻探交叉井眼24。定向钻孔分量涉及使用传统井眼勘测和定向钻孔方法以及设备，以及使用具体适配成用于实施本发明的勘测和钻探方法。这些方法和设备将在以下详细说明。

图1B描述了交叉分量的钻探，其仅涉及在交叉井眼24的定向节段钻探。交叉分量的钻探涉及使用能相对精确地确定目标井眼22和交叉井眼24的相对位置的方法和设备。交叉分量的钻探还涉及使用具体适配成用于实施本发明的钻探方法。这些方法和设备将在以下详细说明。

图1C描述了钻探交叉分量之后的U形管井眼20，包括目标井眼22、交叉井眼24和井眼交叉部26。

参照图1A，定向钻孔分量的钻探将予以详细描述。

如图1A所示，目标井眼22包括垂直井段28和定向井段30。定向井段30使用本领域已知方法和设备从垂直井段28沿着希望的方位路径和希望的倾斜路径进行钻探。在钻探过程中确定方位角方向可以通过组合使用一个或者多个磁性仪器诸如磁力仪和一个或者多个重力仪器诸如倾斜仪或加速度计来完成。在钻探过程中确定倾斜方向可以通过使用一个或者多个重力仪器来完成。磁性仪器和重力仪器可以与包括在钻柱内的MWD工具相关联。

可替代地，确定方位角方向(azimuthal direction)和倾斜方向可以通过使用一个或者多个陀螺工具、磁性仪器和/或重力仪器来完成，这些仪器处于钻柱下部，以根据需要提供必要的测量。

目标井眼22的钻探优选在勘测当地磁偏角之后进行，从而对用于目标井眼22的具体地理位置的磁性仪器进行校准，。当地磁场测量还可以用来确定当地磁场倾角和当地磁场强度，这也可以为校准磁性仪器提供有用数据。

为了获得更精确的方位路径和倾斜路径，使用钻柱中的磁性仪器和重力仪器可以补充以在钻探目标井眼22的过程中进行的陀螺勘测。

例如，可以在目标井眼22的定向井段开始后较短时间在目标井眼22中实施陀螺勘测，从而能确认或者校准从磁性仪器和重力仪器接收的数据。在定向井段30钻探过程中可以以希望的间隔在目标井眼22中实施额外的陀螺勘测，从而进一步确认或校准。然而，希望限制陀螺勘测的次数，原因是对于实施每一次陀螺勘测，必须中断钻探以允许陀螺仪器插入井眼和从井眼中取出。

还可以通过使用现场参照(IFR)技术和/或插值现场参照(IIFR)技术来获得目标井眼22的方位路径的更高精度。

IFR和IIFR技术在Russell，J.P.，Shields，G.and Kerridge，D.J.，Reductionof Well-Bore Positional Uncertainty Through Application of a NewGeomagnetic In-Field Referencing Technique，Society of Petroleum Engineers(SPE)，Paper 30452，1995和Clark，Toby D.G.，Clarke，Ellen，Space WeatherServices for the Offshore Drilling Industry，British Geological Survey(未注明日期)中有描述。

在任何位置，总磁场可以表示为三个主要来源的贡献的矢量和：(a)地心中产生的主场；(b)来自当地岩石的地壳场；和(c)上部大气和磁性层中流过的电流(例如，由于太阳活动)带来的组合干扰场，该场会在海中和地面感应出电流。

特定位置的公开的磁偏角值通常仅考虑地心中产生的主场。结果是，公开的磁偏角值经常显著区别于当地实际磁偏角值。

现场参照(IFR)涉及在钻探地点或者靠近钻探地点测量当地磁场，从而确定钻探地点当地的实际磁偏角值。不幸的是，虽然现场参照(IFR)能处理当地磁场的瞬时异常(即，尖峰)，但是IFR不能处理当地磁场的暂时异常(即，持续几天)，这种异常可能影响当地实际磁偏角值，除非固定磁性测量装置保持在钻探地点或者靠近钻探地点，使得可以长期跟踪暂时异常。当地磁场的瞬时和暂时异常可能源于大气和磁性层中的磁扰或者可能源于地壳异常。

插值现场参照(IIFR)可能不需要在钻探地点提供固定磁性测量装置来处理暂时异常。而是，靠近钻探地点，但是足够远以避免显著的干涉，测量磁场强度和方向的绝对值的一系列“点”或者“散点”。这些测量值用来建立靠近钻探地点的测量值与距离钻探地点几百公里远的一个或者多个固定位置的测量值之间的基线差。然后，通过使用来自固定位置的数据和基线信息可以在任何时候估测钻探地点的实际磁场强度和方向。因此，插值现场参照(IIFR)涉及对来自一个或者多个固定位置的数据进行插值处理，以确定钻探地点的实际磁偏角值。

使用现场参照(IFR)技术和/或插值现场参照(IIFR)技术有利于在钻探目标井眼22之前或者钻探过程中校准磁性仪器，从而处理公开的磁偏角值和当地实际磁偏角值之间的差异，以及处理当地磁场的瞬时和暂时异常。

例如，可以在钻探开始前，对用来钻探目标井眼22的磁性仪器实施初始校准。还可以在钻探目标井眼22的过程中用IFR和/或IIFR技术实施磁场监测，从而在使用磁性仪器时获得更高的精度。

为了这些目的，可以在钻探目标井眼22之前或者钻探过程中，在U形管井眼20的地理区域内建立一个或者多个磁性监测站。通过监测当地磁场，钻探人员能够校正或者校准从磁性仪器获取的数据，所述仪器可能受到当地磁场的瞬时或暂时异常的影响。通过在U形管井眼的地理区域内保持固定磁性测量站，或者通过使用IIFR技术，暂时异常的影响可以被进一步最小化。

可替代地，如果目标井眼22的方位路径和倾斜路径的方向不是关键因素，则可以钻探目标井眼22，且在钻探过程中对所述路径实施相对较少地控制。在这种情况下，可以使用陀螺仪器、磁性仪器、重力仪器，或者它们的组合在钻探后勘测目标井眼22，从而在“如所钻探的”基础上相对精确地确定目标井眼22的方位路径和倾斜路径。

目标井眼22的定向井段30应当至少延伸到规划的井眼交叉部26。优选地，目标井眼22将超过规划的井眼交叉部26重叠一定距离，从而有利于钻探U形管井眼20的交叉分量。

重叠距离可以是任何有利于钻探交叉分量而不会不必要地延伸目标井眼22长度的距离。重叠的长度取决于开始钻探交叉分量时，目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移，且取决于确定目标井眼22和交叉井眼24位置的精度。重叠距离还取决于用于钻探交叉分量的勘测技术和设备。

结果是，在某些应用场合，1米的重叠距离可能就足够了。在优选实施方案中，目标井眼22相对于规划的井眼交叉部26的重叠量介于约1米到约150米之间。

如果担心目标井眼22可能坍塌，可以在钻探U形管井眼20的交叉分量之前，为目标井眼22设置套管或者衬管。如果设置套管或者衬管，则目标井眼22的定向井段30的远端应当留出一定长度不设套管或者衬管，或者应当设置有由容易钻透的材料构造的套管或者衬管，以有利于完成井眼交叉部26。

该远端的长度应当足够便于完成井眼交叉部26而不会碰到由难于钻透的材料构造的套管或者衬管。这样将避免在交叉井眼24和目标井眼22之间，钻头偏转，特别是以较低的冲角或者挺进角偏转，导致不能完成井眼交叉部26。

如图1A所示，交叉井眼24包括垂直井段32和定向井段34。定向井段34从垂直井段28沿着希望的方位路径和希望的倾斜路径，以类似于上述参照目标井眼22所述的方式钻探。交叉井眼24的定向井段34的端部限定定向钻孔分量的终点，且限定U形管井眼20的交叉分量的起点。

交叉井眼24希望的方位路径和希望的倾斜路径由目标井眼22的位置以及井眼交叉部26的规划位置确定。

钻探U形管井眼20的定向钻孔分量过程中的目标是相对于目标井眼22的方位路径和倾斜路径控制交叉井眼24的方位路径和倾斜路径，使得在定向钻孔分量的端部，目标井眼22和交叉井眼24之间的距离落入用来钻探交叉分量的方法和设备的范围内。规划定向钻孔分量还应当考虑用上述方法和设备确定目标井眼22和交叉井眼24的位置时的精度。随着确定井眼22、24的位置的精度提高，定向钻孔分量的目标变得更容易实现。

例如，如果在定向钻孔分量端部，目标井眼22和交叉井眼24之间的距离处于用来钻探交叉分量的方法和设备的有效范围之外，且目标井眼22和交叉井眼24位置相组合的不确定性非常大，则很难或者不可能确定向哪个方向钻探才能进入所选的方法和设备的有效范围。这增加了错误猜测的可能性并且导致浪费时间和钻探资源。

由于定向钻孔分量的端部与交叉井眼24有关，所以优选在到达井眼交叉部26之前先到达定向钻孔分量的端部。换句话说，交叉井眼24的定向井段34优选结束于规划的井眼交叉部26之前。交叉井眼24的定向井段的端部与规划的井眼交叉部26之间的距离应当足够能有效地使用交叉分量钻探过程中所用的方法和设备，且应当足够在目标井眼22和交叉井眼24之间提供相对光滑的交叉或者过渡。

优选钻探交叉井眼24的定向井段34，用来在定向井段34端部前提供非连续部分、圆弧或者弯曲部分。该非连续部分、圆弧部分或者弯曲部分的目的是提供便利的侧钻位置，用于从交叉井眼24侧钻，因此在第一次尝试过程中错过目标井眼22的情况下，第二次尝试实施交叉分量。非连续部分、圆弧部分或者弯曲部分的取向优选向上，使得从交叉井眼24进行侧钻可以得到重力的协助。

非连续部分、圆弧部分或者弯曲部分的位置优选与交叉井眼24的定向井段34端部隔开一定的量，该量足够促使侧钻操作以及接着从侧钻井眼实施交叉分量。该位置将取决于交叉井眼24横穿的地层，且取决于能够确定目标井眼22和交叉井眼24的位置的精度，原因是非连续部分、圆弧部分或者弯曲部分的位置应当考虑测量误差。

如果担心交叉井眼24可能坍塌，可以在钻探U形管井眼20的交叉分量之前，为交叉井眼24设置套管或者衬管。如果设置了套管或者衬管，则交叉井眼24的定向井段34的远端部分应当留出而不设置套管或者衬管，或者设置有由容易钻透的材料构造的套管或者衬管，以有利于完成井眼交叉部26。

参照图1B和图1C，现在将详细说明交叉分量的钻探。

钻探交叉分量可以使用任何适当的方法和设备来实施，这些方法和设备能为完成井眼交叉部26提供所需的精确度。

优选钻探交叉分量使用测距方法和设备诸如磁性测距方法和设备、声学测距方法和设备或者电磁测距方法和设备来实施。

在优选实施方案中，钻探交叉分量利用主动式磁性测距方法和设备诸如在以下文献中描述的方法和设备来实施：Grill，Tracy L.，Magnetic RangingTechnologies for Drilling Steam Assisted Gravity Drainage Well Pairs andUnique Well Geometries-A Comparison of Technologies，Society of PetroleumEngineers(SPE)，Paper 79005，2002。任何主动式和被动式磁性测距设备和方法，包括那些在SPE Paper 79005中参考的设备和方法，可以适配成用于根据本发明完成的井眼交叉部26。

在优选实施方案中，钻探交叉分量可以使用美国专利No.5,485,089(Kuckes)和Kuckes，A.F.，Hay，R.T.，McMahon，Joseph，Nord，A.G.，Schilling，D.A.and Morden，Jeff，New Electromagnetic Surveying/Ranging Method forDrilling Parallel Horizontal Twin Well，Society of Petroleum Engineers(SPE)，Paper 27466，1996中所述的磁性测距方法和设备(以下集体称为“磁性定向工具”或者“MGT”系统)，或者使用美国专利No.5,589,775(Kuckes)中所述的磁性测距方法和设备(以下称为“旋转磁体测距系统”或者“RMRS”来实施。

MGT系统和RMRS都表现出固有的优势和劣势。结果是，在某些应用场合，MGT系统可能是优选选择，而在另一些应用场合，RMRS可能是优选选择。通过使用包括MGT系统和RMRS两者的一些特征的磁性测距系统，MGT系统和RMRS的优势可以结合起来。结果是，虽然MGT系统和RMRS代表了当前用来完成井眼交叉部26的优选方法和设备，但是应当认为它们是用于本发明目的的示例性磁性测距系统。

MGT系统涉及在目标井眼22中放置磁体，该磁体包括相对较长的电磁线圈，该线圈的取向让磁极与目标井眼22平行对齐，并且该线圈用变化的电流激励，从而从目标井眼22提供变化的磁场。该磁场在交叉井眼24中被与钻柱内的MWD相关联的磁性仪器探测到。用于MGT系统的磁性仪器可以包括三轴磁力仪或者任何其他适当的仪器或者这些仪器的组合。

RMRS涉及将磁体整合到钻探交叉井眼24的钻柱内，该磁体包括磁体组件，该组件的取向使得磁极横切钻柱轴线。该磁体组件在钻探交叉井眼24过程中与钻柱一起旋转，从而从交叉井眼24提供交变的磁场。该磁场被位于目标井眼22下部的磁性仪器在目标井眼22中探测到。用于RMRS的磁性仪器可以包括三轴磁力仪或者任何其他适当的仪器或者这些仪器的组合。

参照图1，位于定向井段34远端的交叉井眼24的定向井段34的轴线和位于预期井眼交叉部26附近的目标井眼22的定向井段30的轴线优选是不同轴的。换句话说，优选在完成井眼交叉部26时，不会“迎面”靠近目标井眼22。

而是，优选在开始钻探交叉分量时，目标井眼22和交叉井眼24的轴线之间存在一定量的偏移。在井眼22、24之间，该偏移可以沿着任何相对方向。优选但不是必须地，在开始钻探交叉分量时，目标井眼22和交叉井眼24的轴线一般或者基本上平行。

如图1所示，交叉井眼24的定向井段34发生偏移，使得其位于目标井眼22的定向井段30上方，且两者处于同一垂直平面内。但是，在完成井眼交叉部26的过程中，这可能增大目标井眼22坍塌的可能性。可替代地，交叉井眼24可以从目标井眼22水平偏移，偏移到目标井眼22以下或者相对于目标井眼22沿着任何其他方向偏移。

在开始钻探交叉分量时，在井眼22、24之间提供偏移的一个原因是为了将所用的测距技术的有效性最大化。例如，MGT系统和RMS都产生磁场，可以在相对于该磁场的特定位置或者方向更为有效地探测或者测量该磁场。这些位置或者方向可以称为测距设备的“最有效位置”。

一般来说，特定的测距设备的最有效位置位于磁场方向相对于该设备处于倾斜角度的位置。对于MGT系统和RMRS，磁场形状非常类似，但是相对于彼此成90度取向。这种结果的原因是用于MGT系统的电磁线圈的取向使得其磁极平行于目标井眼22的轴线，而用于RMRS的旋转磁体的取向使得其磁极横切交叉井眼24的轴线。

参照图1B，描述了MGT设备在目标井眼22内产生的典型磁场。从图1B中可以看出，磁场中的最有效位置将位于磁场的四个角上，在这些地方磁场与目标井眼22既不平行也不垂直。

因此可以看出，对于MGT系统和RMRS两者，在开始钻探交叉分量时，在井眼22、24的轴线之间提供偏移能够通过当正在钻探的交叉分量时有效地将磁性仪器定位在磁场中的最有效位置或者该位置附近，从而在所述最有效位置或者该位置附近进行测距测量。

随着交叉分量的钻探，通过在钻探交叉分量的同时周期性地调节电磁线圈在目标井眼22中的位置(对于MGT系统)和磁性仪器在目标井眼22中的位置(对于RMRS)，可以保持将磁性仪器定位在磁场内的最有效位置上。周期性调节可以通过根据情况使用电缆、管状柱、井下牵引器、地面牵引器或者任何其他适当的方法或者设备操纵电磁线圈或者磁性仪器来实现。

例如，根据情况电磁线圈或者磁性仪器可以连接到复合挠性油管柱，该挠性油管柱优选具有中性浮力，且用井下牵引器操纵，如美国专利No.6,296,066(Terry等)中所述。使用中性浮力的管状柱比非中性浮力的管状柱能够在目标井眼22内达到更远的距离。

在开始钻探交叉分量时，在井眼22、24轴线之间提供偏移的第二个原因是为了将井眼22、24相对位置方面的误差和不确定性的影响最小化。

例如，可能希望在面临井眼22、24的相对位置可能出现较大误差或者不确定性时，提供足够大的偏移，使得不管误差或者不确定性的幅度多大都能确保交叉井眼24位于目标井眼22的已知侧。这样将提供已知方向来朝其转向，从而合拢井眼22、24之间的间隔，即使井眼22、24之间的距离最初落在所选的测距方法和设备的有效范围之外。应该在考虑测距方法和设备的有效范围和目标井眼22和交叉井眼24的所需重叠长度的条件下，选择希望的偏移量，从而合拢偏移间隔并且完成井眼交叉部26。

井眼勘测过程中的误差和不确定性的影响可以在钻探U形管井眼20的定向分量过程中控制到一定程度。例如，横向误差一般远大于垂直误差，在某些情况下大10倍。在评估来自井眼勘测的位置数据时可以考虑这种现象。另外，钻探设备可以设置有用来确定地层类型的传感器，该传感器和地质指示器以及地震勘测数据一起可以用来更为精确地确定井眼22、24的位置，特别是沿着垂直方向的位置。在地层基本上水平取向的地方，这是特别正确的。

优选地，钻探U形管井眼20的交叉分量，使得在目标井眼22和交叉井眼24之间，在整个井眼交叉部26建立相对平滑的过渡。

已经发现，如果用来钻探交叉分量的钻头或者同等工具的规格小于目标井眼22的尺寸，可以获得良好的结果，原因是更小规格的钻头倾向于更为灵活，且倾向于更为容易地交叉目标井眼22。井眼交叉部26完成后，扩孔器诸如更大规格的钻头或者扩孔钻可以穿过井眼交叉部26，从而将井眼交叉部26相对于目标井眼22和交叉井眼24扩大到“全规格”。

还发现，如果U形管井眼20的交叉分量钻探成“S形”曲线(即，带两个相对圆弧部分或者急转弯部分的曲线，可以获得良好的结果，因此井眼交叉部26的形状可以描述为“反向侧钻”配置。使用S形曲线有利于从交叉井眼24相对平滑地靠近目标井眼22以及在目标井眼22和交叉井眼24之间在井眼交叉部26形成相对平滑的过渡。完成井眼交叉部26的目标是以以下角度接近目标井眼22，该角度既不会太小以至于井眼交叉部变得过分地长和不均匀；也不会太大以至于用来完成井眼交叉部26的钻探设备完全穿过目标井眼22而无法提供可用的井眼交叉部26。

在开始钻探交叉分量时，目标井眼22和交叉井眼24基本上平行的情况下，使用S形曲线是有优势的。在某些情况下，包括在开始钻探交叉分量时目标井眼22和交叉井眼24基本上不平行的情况，对于完成井眼交叉部26而言，单个圆弧曲线可能是适当的。在其他情况下，钻探交叉分量可能产生带有多于两个圆弧部分的曲线。

S形曲线可以具有任何有利于井眼交叉部26的配置。优选这两个圆弧部分的严重度(severity)不大于能在目标井眼22和交叉井眼24之间提供相对平滑过渡的严重度。优选这两个圆弧的曲率和长度近似相等，使得S形曲线可以尽可能光滑地跨接目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移。例如，每个圆弧可以具有每10米约1度的曲率，使得井眼交叉部26的长度将取决于目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移量。

以下将描述分别利用MGT和RMRS磁性测距技术钻探U形管井眼20的交叉分量以提供井眼交叉部26的优选实施方案。在两个实施方案中，包括磁体或者磁性仪器其中之一的第一磁性装置放置在目标井眼22中，而包括磁体或者磁性仪器其中另一个的第二磁性装置包含在钻柱内。在使用MGT磁性测距技术的实施方案中，磁体包括电磁线圈，其可以用变化的电流来激励以提供变化的磁场。在使用RMRS磁性测距技术的实施方案中，磁体包括磁体组件，该磁体组件可以随着钻柱旋转以提供变化的磁场。

在测距方法和设备包括MGT系统的优选实施方案中，“面对面”的U形管井眼20的交叉分量可以如下述这样钻探。

作为初步要求，目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移在开始钻探交叉分量之前应当不大于MGT系统的有效范围。结果是，该偏移应当优选小于约25到约30米。

第一，包括MGT电磁线圈的磁体放置在目标井眼22内，朝向与预期井眼交叉部26重叠的目标井眼22的部分的端部，，使得该电磁线圈位于诸如三轴磁力仪的磁性仪器的范围内，该仪器包含在位于交叉井眼24内的钻柱内。目标井眼22的重叠长度和MGT电磁线圈在目标井眼22的重叠部分内的位置应该考虑钻头和包含在钻柱内的磁性仪器之间的距离。

第二，通过用相反极性激励电磁线圈至少两次且用钻柱内的磁性仪器探测磁场，实施初始磁性测距勘测，从而获得代表开始钻探交叉分量时的电磁线圈和磁性仪器的相对位置的数据。

第三，使用由初始磁性测距勘测指示的初始转向坐标，优选使用比目标井眼22的定向井段30规格更小的钻头，朝向目标井眼22开始钻探第一圆弧部分。

第四，电磁线圈在目标井眼22内移动到有利于进一步磁性测距勘测的新位置。优选该电磁线圈的新位置将电磁线圈定位成使得钻柱内的磁性仪器处于电磁线圈产生的磁场的其中一个最有效位置或者该位置的附近。

第五，通过以相反极性的变化电流激励电磁线圈至少两次，实施进一步的磁性测距勘测，从而获得代表电磁线圈和磁性仪器的新的相对位置的数据，随后可以根据进一步磁性测距勘测的指示进行转向调节。

第六，可以根据需要或期望重复在目标井眼22中移动电磁线圈和实施进一步磁性测距勘测的步骤，从而有利于进一步的转向调节来引导第一圆弧部分的钻探。

第七，当第一圆弧部分横穿目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移的约一半的时候，开始钻探第二圆弧部分，从而完成井眼交叉部26。在开始第二圆弧部分的钻探之前，可以重复在目标井眼22中移动电磁线圈和实施进一步磁性测距勘测的步骤，从而产生初始转向坐标，用于钻探第二圆弧部分。

第八，可以根据需要或期望重复在目标井眼22中移动电磁线圈和实施方案进一步磁性测距勘测的步骤，从而有利于进一步的转向调节来引导第二圆弧部分的钻探。

第九，目标井眼22被交叉井眼24交叉，以提供井眼交叉部26。

第十，清洁目标井眼22和交叉井眼24之间的井眼交叉部26，并且通过将扩孔器穿过井眼交叉部26将其扩大到全规格，从而完成井眼交叉部26的钻探。

在测距方法和设备包括RMRS的优选实施方案中，U形管井眼20的交叉分量可以如下所述这样钻探。

作为初步要求，目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移在开始钻探交叉分量之前应当不大于RMRS的有效范围。结果是，该偏移应当优选小于约70米。

第一，磁性仪器，诸如三轴磁力仪放置在目标井眼22内。该磁性仪器可以放置在目标井眼22与预期井眼交叉部26重叠的部分之内或者之外。

第二，RMRS磁体组件包含在钻探交叉分量的钻柱内，优选靠近钻头，更优选位于钻头内或者紧接地位于钻头后面。由于RMRS实施方案中的磁体组件可以比MGT实施方案中的磁性仪器更为靠近钻头，因此目标井眼22的重叠部分在实施RMRS实施方案时可以不像在实施MGT实施方案时那么重要。

第三，通过(旋转钻柱)用磁体组件产生变化的磁场并且用目标井眼22内的磁性仪器探测磁场，实施初始磁性测距勘测，从而获得代表开始钻探交叉分量钻探时的磁体组件和磁性仪器的相对位置的数据。

第四，使用磁性测距勘测指示的初始转向坐标，开始朝向目标井眼22钻探第一圆弧部分，优选使用比目标井眼22的定向井段30规格更小的钻头。

第五，磁性仪器在目标井眼22内移动到有利于进一步磁性测距勘测的新位置。优选磁性仪器的新位置将磁性仪器定位成让磁性仪器位于由钻柱旋转时磁体组件产生的磁场的其中一个最有效位置上或者该位置附近。

第六，通过旋转钻柱实施进一步磁性测距勘测以获得代表磁体组件和磁性仪器的新的相对位置的数据，随后根据进一步磁性测距勘测的指示进行转向调节。

第七，可以根据需要或期望重复在目标井眼22内移动磁性仪器和实施进一步磁性测距勘测的步骤，从而有利于转向调节来引导钻探第一圆弧部分。

第八，当第一圆弧部分约横穿目标井眼22和交叉井眼24之间的偏移的一半时，开始钻探第二圆弧部分以完成井眼交叉部26。在开始钻探第二圆弧部分之前，可以重复在目标井眼22内移动磁性仪器和实施进一步磁性测距勘测的步骤，从而产生用于钻探第二圆弧部分的初始转向坐标。

第九，可以根据需要或期望重复在目标井眼22内移动磁性仪器和实施进一步磁性测距勘测的步骤，从而有利于转向调节来引导钻探第二圆弧部分。

第十，目标井眼22被交叉井眼24交叉，产生井眼交叉部26。

第十一，清洁目标井眼22和交叉井眼24之间的井眼交叉部26并且通过让扩孔器穿过井眼交叉部26而将其扩大到全规格，从而完成井眼交叉部26的钻探。

U形管井眼20钻探完成后，可以用以下所述方法和设备实施U形管井眼20的完井工作。

尽管已经参考MGT系统和RMRS描述了钻探U形管井眼20的交叉分量的方法的优选实施方案，但是要特别注意，任何适当的测距方法和设备都可以用来钻探交叉分量。例如，也可以使用上述的SPE Paper 79005中所述的其他方法和设备，包括单线缆引导(“SWG”)方法和设备。

另外，可以改进MGT系统和RMRS以用于本发明。例如，MGT系统可以适配成在目标井眼22内设置磁体组件而不是电磁线圈，而RMRS可以改进成在钻柱内设置电磁线圈而不是磁体组件。而且，MGT系统中所用的旋转磁体可以包括一个或者多个永久磁体或者一个或者多个电磁体。

已经参照在目标井眼22和交叉井眼24之间钻探“面对面”接近的井眼交叉部26使得井眼交叉部26定位在目标井眼22的地面位置108和交叉井眼24的地面位置116之间，描述了U形管井眼20的钻探。换句话说，当从上方观察时，目标井眼22的地面位置108和交叉井眼24的地面位置116限定了圆形区域，且井眼交叉部26位于该圆形区域内。

但是，本发明的方法和设备可以适用于钻探在目标井眼22和交叉井眼24之间具有任何配置的U形管井眼。

作为一个实例，交叉井眼24可以沿着与目标井眼22大约相同的方向钻探，使得交叉井眼24的垂直井段32位于目标井眼22的垂直井段28和井眼交叉部26之间。在该实例中，井眼交叉部26位于目标井眼22的地面位置108和交叉井眼24的地面位置116所限定的圆形区域之外。这种配置对于钻探以下的U形管井眼20是有用的，其主要目的是通过将目标井眼22的定向井段30与交叉井眼24的定向井段34连接而延伸目标井眼22的定向井段30的位移。

作为第二个实例，可以相对于目标井眼22钻探交叉井眼24，使得井眼交叉部26不与目标井眼22的垂直井段28和交叉井眼24的垂直井段32位于同一垂直平面内。这种配置对于钻探一组U形管井眼20来提供覆盖特定地下区域的“矩阵(matrix)”而言是有用的。在该实例中，井眼交叉部26可以位于目标井眼22的地面位置108和交叉井眼24的地面位置116所限定的圆形区域之内或者之外。

因涉及钻探U形管井眼，本发明可以用于任何类型的U形管井眼，包括那些带有相对较浅或者相对较深的井眼交叉部26的U形管井眼，或者那些带有相对较短和相对较长的定向井段30、34的U形管井眼。

在钻柱上的扭矩和阻力成为重大问题的情形下，本发明可以用于钻探带有相对较长的定向井段30，34的U形管井眼20。

对于这种U形管井眼20，钻探U形管井眼20优选使用可旋转转向的钻探装置。使用可旋转转向的钻探装置消除或最小化U形管井眼内的静摩擦力，因此可以降低扭矩和阻力。尽管任何类型的可旋转转向的装置都可以用来钻探这种U形管井眼20，但是优选的可旋转转向的钻探装置是GeoPilot^TM可旋转转向系统，其可以从Halliburton Energy Services，Inc.获得。GeoPilot^TM可旋转转向的钻探装置的特征在美国专利No.6,244,361(Comeau等)和美国专利No.6,769,499(Cargill等)中有描述。

另外或者可替代地，对于这种U形管井眼20，钻探U形管井眼20优选使用井底组件(“BHA”)配置，诸如来自Halliburton Energy Services，Inc.的SlickBore^TM匹配钻探系统，其原理在美国专利No.6,269,892(Boulton等)，美国专利No.6,581,699(Chen等)和美国专利申请公布No.2003/0010534(Chen等)中有描述。使用这种BHA配置，有利于形成相对于传统井眼而言更直、更光滑和更均匀的U形管井眼20，因此可以降低扭矩和阻力。

优选地，在目标井眼22和交叉井眼24其中之一或者两者都包括带有相对较长的定向井段30，34的延伸位移井眼的情况下，钻柱包括可旋转转向的钻探装置和如前一段所述的BHA配置。

可替代地，U形管井眼20全部或者部分可以使用钻探系统诸如来自Halliburton Energy Services，Inc.的Anaconda^TM井构造系统钻探。Anaconda^TM井构造系统的原理在Marker，Roy，Haukvik，John，Terry，James B.，Paulk，Martin D.，Coats，E.Alan，Wilson，Tom，Estep，Jim，Farabee，Mark，Berning，Scott A.and Song，Haoshi，Anaconda：Joint Development Project Leads toDigitally Controlled Composite Coiled Tubing Drilling System，Society ofPetroleum Engineers(SPE)，Paper 60750，2000和美国专利No.6,296,066(Terry等)中有描述。使用这种钻探系统还可以降低扭矩和阻力，并且可以进一步用来根据这里所述的内容进行U形管井眼20的完井工作。

U形管井眼的完井

对于U形管井眼的完井工作，如图1C所示，在钻探目标井眼22和交叉井眼24之间的交叉部开始前，对目标井眼22和交叉井眼24中的每一个的至少一部分利用传统或已知技术进行套接，优选胶接。

如图1A和1C所示，对于单个U形管井眼20，目标井眼22从第一地面位置108延伸到井下远端110。而且，目标井眼22包括套管柱112，其优选从第一地面位置108向远端110延伸希望的距离。而且，在优选实施方案中，目标井眼22优选在套管柱112和周围地层之间胶接返回到第一地面位置108。但是，如果需要，可以在目标井眼22和交叉井眼24交叉以后，实施目标井眼22的胶接。

优选地，目标井眼22位于井下远端的部分或者靠近远端的部分留出裸眼，即既不套接也不用胶接。如前面所讨论，正是目标井眼22的这段裸眼部分或者井段114通常预期被交叉井眼24交叉。选择目标井眼22的这一裸眼部分114的长度或者距离，以提供足够的距离，允许交叉井眼24在到达目标井眼22的套接部分之前，根据上述钻探方法与目标井眼22交叉。裸眼部分114可以具有任何希望的取向。但是，在优选实施方案中，如图1A和1C所示，目标井眼22的裸眼部分114在其远端110或者靠近该远端的位置一般是水平取向。

类似地，如图1A和1C所示，对于单个U形管井眼20，交叉井眼24从第二地面位置116延伸到井下远端118。而且，交叉井眼24还包括套管柱112，其优选从第二地面位置118朝着远端118延伸希望的距离，其中远端118在开始钻探井眼交叉部26之前接近于目标井眼22的裸眼部分114，如上所述。在优选实施方案中，交叉井眼24优选在套管柱112和周围地层之间胶接返回到第二地面位置116。但是，如果需要，可以在目标井眼和交叉井眼22，24交叉之后，实施交叉井眼24的胶接。

优选地，交叉井眼24在井下的远端118或者靠近该远端118的部分也留出裸眼，即既不套接也不胶接。如前面讨论，正是从交叉井眼24的该裸眼部分或者井段120开始钻探井眼交叉部26。交叉井眼24的裸眼部分120可以具有任何希望的长度或者距离。而且，裸眼部分120可以具有任何希望的取向，如上所述，该取向与钻探交叉部的方法相适应。在优选实施方案中，如图1A和1C所示，交叉井眼24的裸眼部分120在其远端118或者靠近该远端的位置一般是水平取向。

每一个目标井眼22和交叉井眼24用传统或者已知方式套接，可以接着进行胶接。而且，每一个目标井眼22和交叉井眼24内的套管柱112可以包括任何传统或者已知套管材料。优选地，使用传统钢管或者油管。但是，套管柱112，或者至少其一部分，可以包括较软的材料，其易于钻透并且基本上比周围地层和/或钻头薄弱。例如，套管柱112可以包括相对薄弱的复合材料，诸如塑料，Kevlar^TM，玻璃纤维或者渗碳基纤维。而且，套管柱112可以包括比钻头切削刃或者齿相对较软的金属，诸如铝。如前所述，交叉部优选出现在目标井眼22的裸眼部分114内。但是，在目标井眼22内的套管柱112包括相对薄弱或者较软的材料的情况下，交叉部实际上可以出现在目标井眼22的套接部分。

在进行交叉后，如上所述，产生了井眼交叉部26，其优选在交叉井眼24的裸眼部分120和目标井眼22的裸眼部分114之间延伸，如图1C所示。根据需要，井孔扩孔器或井下扩孔器可以用来分别扩张或者扩开交叉井眼24以及交叉井眼24和目标井眼22的相邻裸眼部分120、114其中之一或者两者。

在钻探交叉部以后，连续的裸眼井段124在目标井眼22的套接部分和交叉井眼24的套接部分之间延伸，其中裸眼井段124包括井眼交叉部26和每个交叉井眼24和目标井眼22的裸眼部分120、114。根据需要，裸眼井段124可以留有裸眼，优选以以下方式完井，该方式适合U形管井眼20的预期功能或者用途，并且与周围地层相适应。例如，裸眼井段124可以通过安装钢管诸如另外的套管柱、衬管、割缝衬管或者砂筛来完井，所述钢管延伸穿过连接每个目标井眼22和交叉井眼24的套接部分的裸眼井段124。而且，衬管等结构延伸穿过裸眼井段124以后，裸眼井段124可以根据需要在可行的地方胶接。

为了示例目的，以下参考“衬管”描述用于裸眼井段124的完井的各种替代方法和设备。但是，应当理解，参照“衬管”描述的各种完井方法和设备同等地适用于安装任何和全部管状构件，导管、管道、套管柱、衬管、割缝衬管、挠性油管、砂筛等，这些管状构件被设置用于经由其中引导或者传送流体或者其他材料，或者经由其延伸线缆、导线、线路等，除了具体指出的。另外，衬管可以包括延伸希望长度的单个衬管、整体衬管或者一体衬管，或者衬管可以包括多个永久或者可拆卸地连接、附着或者系连在一起以提供希望的衬管长度的衬管节段或者部分。而且，提及胶接剂或者井眼胶接，包括使用任何可硬化的材料或者任何适合于井下使用的化合物。

参照图1D，裸眼井段124可以用衬管126来完井，该衬管延伸穿过裸眼井段124。使用传统或已知技术，衬管126可以从第一地面位置108插入穿过目标井眼22或者从第二地面位置116插入穿过交叉井眼24，从而放置在裸眼井段124内。更特别地，衬管126可以被插入和“推动”穿过目标井眼22或者交叉井眼24，从而放置在裸眼井段124内。可替代地，衬管126可以被插入穿过目标井眼22和交叉井眼24其中之一，而另外的井眼工具或者钻探设备可以被插入穿过目标井眼22和交叉井眼24其中另一个，从而与衬管126连接，使得衬管126被“拉动”穿过井眼22、24，从而放置在裸眼井段124内。

衬管126的相对端部优选包括传统或已知衬管吊架和/或其他适当的密封装置或者密封组件，从而使衬管126的相对端部密封式地接合每个目标井眼22和交叉井眼24的套管柱112，并且防止砂子或者来自地层的其他材料进入。

在优选实施方案中，衬管126在其相对端部包括底端衬管吊架128和顶端衬管吊架130。参照图1D，示出衬管126正从交叉井眼24插入到裸眼井段124。而且，每个目标井眼22和交叉井眼24的套接和胶接部分的远端优选包括兼容结构，诸如套管衬管吊架座或者套管座(未示出)，用来接合或者连接衬管吊架，从而将衬管126保持在裸眼井段124内的希望位置。

而且，优选设计或者选择底端衬管吊架128，其小于顶端衬管吊架130，使得底端衬管吊架128能穿过交叉井眼24的套管柱112的远端，接着与目标井眼22的套管柱112内部相连接并且密封式接合。如果底端衬管吊架128不小于顶端衬管吊架130，则底端衬管吊架128可以塞入设置在交叉井眼24的套管柱112内的套管衬管吊架座中，并且防止或者阻止衬管126进入裸眼井段124。

但是，应当注意，底端衬管吊架128可以是不必要的。更特别地，顶端衬管吊架130可以自身用来锚定衬管126。在这种情况下，可以使用底端密封机构或者密封组件(未示出)代替底端衬管吊架128。反过来，顶端衬管吊架130可以是不必要的。更特别地，底端衬管吊架128可以自身用来锚定衬管126。在这种情况下，可以使用顶端密封机构或者密封组件(未示出)代替顶端衬管吊架130。

换句话说，在衬管126一端仅需要顶端或者底端衬管吊架130，128其中之一，其中衬管126的另一端优选包括密封机构或者密封组件。最后，除了将衬管126锚定就位外，顶端衬管吊架130和底端衬管吊架128其中之一或者两者也可以发挥密封功能。可替代地，单独的密封机构或者密封组件可以与顶端衬管吊架130和底端衬管吊架128其中之一或者两者相关联。

在目标井眼22和交叉井眼24的套接部分已经预先胶接到地面的情况下，裸眼井段124在其中安装了衬管126之后，可能不能被胶接。但是，在目标井眼22和交叉井眼24的套接部分没有预先胶接到地面的情况下，在于裸眼井段124中安装了衬管126之后，可以通过沿着套管柱112和周围地层之间限定的环隙导入胶接剂来胶接裸眼井段124。

可替代地，根据需要，衬管126相对端部的其中之一或者两者可以延伸到地面。换句话说，衬管126可以从裸眼井段124连续延伸到第一地面位置108和第二地面位置116其中之一或者两者。因此，并非简单地延伸穿过裸眼井段124，衬管126可以从第一和第二地面位置108，116其中之一延伸穿过裸眼井段124。另外，根据需要，衬管126可以进一步从裸眼井段124延伸到第一和第二地面位置108，116中的另一个。

在这种情况下，衬管126可以通过在其中一个端部或者两个端部延伸到地面而保持在裸眼井段124内的合适位置上，因此，衬管126的这种配置可以用作在衬管126相对端部其中之一或者两者上使用衬管吊架或者类似结构的替代方案。然后，可以使用胶接剂或者替代的合适的可硬化材料或者化合物来密封衬管126外径和相邻的套管柱112内径或者地层之间限定的环形空间。

其他替代完井方法在以下参照图2A-5C和7-9予以说明。在随后的每个替代方案中，单衬管126不会从目标井眼22或者交叉井眼24任何一个进入到裸眼井段124内。而是，衬管126包括第一衬管节段126a和第二衬管节段126b，它们在井下耦合以构成完整衬管126。具体地说，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b从目标井眼22和交叉井眼24进入或者插入，从而在U形管井眼20内的某位置匹配、耦合或者连接。每个衬管节段126a、126b可以包括单个构件、整体构件或部件，或者多个构件或部件，它们以形成各衬管节段126a、126b的方式互相连接或系连在一起。

因此，每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b都具有远连接端132。该远连接端132是衬管节段的井下端，该端部适于与其他衬管节段连接。特别是，第一衬管节段126a包括第一远连接端132a，第二衬管节段126b包括第二远连接端132b。

每个衬管节段126a，126b可以穿过任何一个井眼22、24以实现连接。但是，仅为了示例目的，除非另外指明，第一衬管节段126a从第一地面位置108安装或者进入到目标井眼22内，而第二衬管节段126b从第二地面位置116安装或者进入到交叉井眼24内。

第一衬管节段126a和第二衬管节段126b，特别是它们各自的远连接端132a、132b，可以在U形管井眼20内，包括在目标井眼22、交叉井眼24、井眼交叉部26内的任何希望的位置或者地方匹配、耦合或者连接，或者在裸眼井段124内的任何位置匹配、耦合或者连接。在其他因素中，将根据下列这些来选择特定的位置：所用的特定耦合机构、每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的长度以及通过拉动或推动每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b穿过各自的井眼22、24的方式或方法。

例如，衬管节段126a、126b之间的连接可以在U形管井眼20的裸眼部分中建立，例如在目标井眼22的裸眼部分114中、在交叉井眼24的裸眼部分120中或者在它们之间的裸眼井段124中。可替代地，根据需要，衬管节段126a，126b之间的连接可以在其中一个井眼22、24内先前存在的套管柱112或者管状构件或者管道内建立。

但是，优选地，且如图2A至5C所示，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b之间的连接在U形管井眼20的裸眼部分中建立，例如在目标井眼22的裸眼部分114中、在交叉井眼24的裸眼部分120中或者在裸眼井段124中。

如图2A-5C和7-9所示，使用可连接或者耦合的第一衬管节段126a和第二衬管节段126b与如图1D所示使用单个衬管126相比是有优势的。

特别是，在其他因素中，第一地面位置108和第二地面位置116之间的距离通常受到从其中一个地面位置穿过裸眼井段124推动或者拉动衬管126所经受的阻力的限制。这种阻力可以通过使用两个衬管节段126a、126b而减小，其中每个衬管节段仅包括必要衬管总长度的一部分。因此，当其从各地面位置被推动或者拉动时，每个衬管节段126a、126b单独经受的阻力较之单个衬管126而言倾向于减小。例如，衬管节段126a、126b在裸眼井段124内大约中途进行连接的情况下，仅需应付将每个衬管节段126a、126b拉过或者推过大约U形管井眼20的一半距离的阻力，以进行连接并且从而为裸眼井段124加衬管。

结果是，使用两个可连接的衬管节段126a、126b可以允许第一地面位置108和第二地面位置116之间存在更长的距离，而且仍允许为裸眼井段124加衬管。

而且，无论是安装单个衬管126还是安装将在井下耦合的双衬管节段126a、126b，延伸位移钻井技术和设备可以用来安装衬管，用于延伸位移井眼的完井。例如，单衬管126或者双衬管节段126a、126b可以在井下牵引器系统诸如作为可以从Halliburton Engergy Services，Inc获得的Anaconda^TM井构造系统的一部分所使用的井下牵引器系统的协助下定位在U形管井眼20内。Anaconda^TM井构造系统的原理在以下文献中有描述：RoyMarker et.al.，“Anaconda：Joint Development Project Leads to DigitallyControlled Composite Coiled Tubing Drilling System”，SPE Paper No.60750，该文章在2000年4月5-6日于得克萨斯州休斯顿举行的SPE/IcoTA CoiledTubing圆桌会议上提出；以及2001年10月2日授予Terry等的美国专利No.6,296,066。

还有，衬管或者衬管节段可以包括复合挠性油管，诸如在上面参照的SPE Paper No.60750和美国专利No.6,296,066中描述的挠性油管。已经发现所述复合挠性油管在钻探流体中具有中性浮力，因此容易“漂浮”穿过井眼并且进入其位置。因此，与传统钢管相比，挠性油管的中性浮力减少了放置衬管时碰到的阻力问题，允许衬管安装到更长的位移井中。

可替代地，衬管可以包括膨胀衬管或者膨胀套管，使得单井衬管可以设置在U形管井眼20内。在这种情况下，可以使用一条或者多条膨胀衬管或者衬管节段。因此，膨胀衬管可以用传统或者已知方式放置在井下的希望位置，诸如通过使用上面提及的井下牵引器系统。接着，衬管膨胀，允许其他衬管或者衬管节段通过该膨胀井段，从而将单井衬管延伸穿过井眼长度。衬管可以用任何传统或者已知方法或者设备膨胀，诸如通过在衬管中使用液压。

不管衬管是膨胀还是不膨胀(诸如传统钢衬管)，可以通过提供一般中性浮力的衬管，诸如针对挠性油管所述的衬管，来协助放置衬管。例如，衬管端部可以诸如用可钻透的塞子密封，从而将提供中性浮力的流体密封在其中。可以选择与钻探流体和井下条件相适应的特定流体，从而允许衬管在井眼内中性漂浮。优选地，该流体包括空气/水混合物。衬管定位后，可以钻穿塞子，从衬管释放空气/水混合物，并且允许衬管落入位置。这种空气/水混合物可以包含在衬管126长度的特定可钻透节段内，以更为均匀地分布漂浮能力。

为了使用可连接衬管节段126a、126b，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b优选初始不胶接到其各自井眼内。换句话说，优选地，在衬管节段126a、126b连接或者耦合之前，衬管节段126a、126b均不胶接也不用其他方式密封。

参照图2A-5C和7-9，相对于远连接端132a、132b的第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的端部未示出。但是，在匹配或者耦合过程完成后，根据需要这些端部可以使用适当的衬管吊架、密封组件或者胶接剂锚定并且密封。

进一步来说并且在替代方案中，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b相对于远连接端132a、132b的端部可以延伸到地面。因此，更特别地，第一衬管节段126a相对于其远连接端132a的端部和/或第二衬管节段126b相对于其远连接端132b的端部可以在其各自井眼22、24内延伸到地面。因此，第一衬管节段126a可以在目标井眼22内从其远连接端132a延伸到第一地面位置108，而第二衬管节段126b可以在交叉井眼24内从其远连接端132b延伸到第二地面位置116。

作为进一步替代方案，如果需要且可行的话，在衬管节段126a、126b井下连接或耦合之前，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b其中之一可以安装和密封或者胶接就位。初始衬管节段安装在希望的位置以后，然后第一衬管节段126a和第二衬管节段126b中的另一个或者随后的一个穿过其各自井眼22、24安装并且与先前安装的衬管节段匹配。如果需要或者可行的话，然后可以将随后安装的衬管节段胶接就位，。

如所指出的，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b可以在目标井眼22，交叉井眼24或者裸眼井段124内任何希望的位置或者地点匹配。因此，根据希望的连接或者匹配点，先安装的衬管节段126a或126b的远连接端可以定位在U形管井眼20井下的任何希望的位置。但是，优选地，先安装的衬管节段的远连接端132定位在各自井眼22、24的现有套管柱112的远端或者最下端，靠近该位置或者位于该位置附近。另一个或者随后安装的衬管节段穿过其各自井眼22、24安装，并且穿过裸眼井段124，从而与先安装的衬管节段匹配。

因此，例如，第一衬管节段126a可以从第一地面位置108进入并且穿过目标井眼22使得其远连接端132a放置在目标井眼22的现有套管柱112远端或者最下端附近。随后第二衬管节段126b从第二地面位置116进入，穿过交叉井眼24并且穿过裸眼井段124，使得其远连接端132b与第一衬管节段126a的远连接端132a匹配。

而且，为了有利于远连接端132a、132b之间的连接，初始衬管节段可以这样安装，使得其远连接端132从套管柱112延伸到井眼裸眼部分内。结果是，衬管节段126a、126b之间的连接在裸眼部分内建立，优选在套管柱112端部附近的位置建立。可替代地，根据需要，初始衬管节段可以这样安装，即其远连接端132不从套管柱112延伸，而是基本上包含在套管柱112内。结果是，衬管节段126a、126b之间的连接在其中一个井眼22、24的套管柱112内建立，优选在套管柱112端部附近的位置建立。

第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的每个远连接端132a、132b分别可以包括任何相适应的连接器、耦合器或者其他用于以允许衬管节段126a、126b之间流体连通或者传送的方式连接、耦合或者啮合衬管节段126a、126b的机构或者组件。特别是，每个远连接端132能允许流体流经其中。因此，连接、耦合或者啮合后，衬管节段126a、126b能彼此流体连通，从而可以经其限定从一条衬管节段到另一条衬管节段的流体路径。

另外，远连接端132a、132b之一或两者可以包括连接器、耦合器或者其他用于密封式连接、耦合或者接合衬管节段126a、126b的机构或者组件。可替代地，衬管节段126a、126b之间的连接部可以耦合、连接或者接合在远连接端132a、132b以后再密封。

参照图2A-4D和7-9，第一和第二远连接端132a、132b其中之一包括凹连接器134，而第一和第二远连接端132a、132b其中另一个包括相适应的凸连接器136，其适配和配置成容纳在凹连接器134内。凹连接器134和凸连接器136其中任一者或者两者可以以任何方式永久或者可取下地与各连接端132连接、系连或者以其他方式附着或者紧固。例如，连接器134或136可以焊接到连接端132或者可以在它们之间设置螺纹连接。可替代地，凹连接器134和凸连接器136任一者或者两者可以与各连接端132一体成型。

凹连接器134，也可以称为“插座”，可以包括任何管状结构或者管状构件，该构件能在其间限定流体通道140，并且适配和确定尺寸来在其内容纳凸连接器136。类似地，凸连接器136，也可以称为“插头”或者“引导器(bull-nose)”，也可以包括任何管状结构或者管状构件，该构件能在其间限定流体通道140，且其适配和确定尺寸来容纳在凹连接器134内。因此，凸连接器136可以包括任何直径小于凹连接器134的管状管道、构件或者结构，使得凸连接器136可以容纳在凹连接器134内。

而且，参照图2A-3B，密封件、密封装置或者密封组件138与凸连接器136和凹连接器134其中之一相关联，并且如下适配，使得凸连接器136与凹连接器134密封式地接合。因此，密封组件138防止或者阻止当流体流过连接器134、136时，流体流到或者泄露到衬管节段126a、126b外部。参照图4A-4D，凹连接器134和凸连接器136之间的连接部用胶接剂或者其他可硬化材料密封。参照图7-8，根据需要，可以在凹连接器134和凸连接器136之间设置密封组件(未示出)，或者凹连接器134和凸连接器136之间的连接部可以用胶接剂或者其他可硬化材料密封。最后，参照图9，凹连接器134和凸连接器136的接合表面之间设置密封件，诸如金属-金属密封件。

更特别地，参照图2A和2B，密封组件138与凹连接器134相关联。更特别地，密封组件138包括内密封组件，其安装、附着、紧固到凹连接器134的内表面上或者与凹连接器134的内表面一体成型。可以使用适合于密封容纳在其内的凸连接器136的任何相适应的内密封组件。

而且，凹连接器134还优选包括可断裂的拦砂坝(debris barrier)142，当衬管节段传送过井眼时，用于防止砂石通过或者进入凹连接器136内。当凸连接器136接触可断裂的拦砂坝142时，坝142断裂以允许凸连接器136经过，从而与密封组件138密封。因此，可断裂拦砂坝142可以包括任何适当结构和可断裂材料，但是优选包括玻璃片或者可剪断的塞子。该塞子可以用径向布置的剪力销保持就位，其中所述销被剪断且塞子被插头或者凸连接器136位移。随着凸连接器136接合在凹连接器134内，塞子随后掉出来。

最后，凹连接器136还优选包括适当的定向结构或者定向构件以有利于或者协助凸连接器136正确进入凹连接器134。优选地，凹连接器136包括定向锥144或者类似结构来协助凸连接器136正确进入凹连接器134以及其与密封组件138正确接合。

图2A示出了在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b耦合前，与凹连接器134对齐的凸连接器136或者插头。图2B示出了插头136与拦砂坝142接合，以及随后用插头136的外径密封凹连接器134的内密封组件138。结果是，从一个地面位置到另一个地面位置建立了连续管道的障碍物。换句话说，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的连接在第一地面位置108和第二地面位置116之间提供了连续衬管或者连续导管或者流体路径。

参照图2A-2B，优选沿着每个衬管节段126a、126b的长度设置一个或者多个定心件146或者定心构件或者装置，也可以称为“套管定心件”。虽然可能不需要定心件146，但是通常沿着每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的长度定位多个定心件146。而且，为了有利于凸连接器136和凹连接器134之间的连接，至少一个定心件146优选与每个凸连接器136和凹连接器134相关联。特别是，定心件146可以与凸凹连接器136、136系连、连接或者一体成型，或者定心件146可以定位在凸连接器136和凹连接器134附近或者邻近位置。

结果是，定心件146，如图2A-2B所示，可以实现许多功能。第一，定心件146可以协助连接器136、134对齐来促使在其之间建立连接。第二，当凸连接器或者插头136进入井眼时，定心件146可以保护其不被划伤或者损坏。对于插头136的密封表面的损坏可能限制或者阻止其在密封组件138内正确密封。第三，定心件146可以协助防止砂石进入插头136的流体通道140。第四，定心件146还协助防止砂石堆积在拦砂坝142处，堆积可能导致过早断裂或者干扰插头136从其中通过。

可以使用任何类型或者配置的定心件，只要其能够且适合执行一种或者多种这些希望的功能即可。参照图2A-2B，示出的定心件146为弓形。但是，可以使用任何其他适当类型的传统或者已知定心件，诸如那些带有螺旋叶片体和直叶片体的定心件。

参照图3A和3B，密封组件138与凸连接器136相关联。更特别的是，密封组件138包括外密封件，其安装、附着、紧固在凸连接器或插头136的外表面或者外径上或者与凸连接器或插头136的外表面或者外径一体成型。可以使用任何相适应的外密封组件，当该组件穿过凹连接器134内时，适合于密封在其中。

优选地，密封组件138包括弹性构件，其围绕插头136端部安装。该弹性构件的尺寸和配置有利于进入凹连接器134内，并且密封式地与其内表面接合。优选地，该弹性构件包括弹性体。

而且，密封组件138限定引导边缘148，建立连接时，该边缘是密封组件138与凹连接器134相邻端部接触或者接合的第一点。优选地，密封组件138的引导边缘148包括能保护密封组件138弹性体在穿过井眼和处于凹连接器134内的时候不受损坏的材料。例如，引导边缘148可以包括金属(未示出)来保护弹性体不被磨损。但是选择构成引导边缘148的金属的直径，使其不会超过弹性体的直径，且其尺寸不干扰凹连接器134的井孔或者流体通道140。引导边缘148还可以构造和配置成有利于或者协助凸连接器136正确进入凹连接器134。

图3A示出了在耦合第一衬管节段126a和第二衬管节段126b之前，与凹连接器134对齐的凸连接器136或者插头。图3B示出了插头136接合在凹连接器134内，且插头136的外表面与凹连接器134的内表面被定位在其之间的弹性体密封组件138密封。因此，密封组件138防止砂石进入衬管节段126a、126b，且防止流体流出衬管节段126a、126b。而且，和图2A-2B一样，从一个地面位置到另一个，建立了连续管道的屏障。换句话说，以这样的方式连接的第一衬管节段126a和第二衬管节段126b还在第一地面位置108和第二地面位置116之间提供了连续衬管或者连续导管或者流体路径。

参照图3A-3B，如前所述，可以类似地沿着衬管节段126a、126b设置一个或者多个定心件146或者定心构件或者装置。尽管可能不需要定心件146，但是通常沿着每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的长度设置多个定心件146。而且，为了有利于凸连接器136和凹连接器134之间的连接，至少一个定心件146优选与每个凸连接器136和凹连接器134相关联。特别是，定心件146可以与凸连接器136和凹连接器134系连、连接或者与凸连接器136和凹连接器134一体成型，或者定心件146可以定位在凸连接器136和凹连接器134附近或者邻近的位置。

结果是，定心件146，如图3A-3B所示，可以实施类似于前述的许多功能。第一，定心件146可以协助连接器136、134对齐，以有利于在它们之间建立连接。第二，当安装在凸连接器或者插头136周围的密封组件138进入井眼时，定心件146可以保护其不被划伤或者损坏。对于密封组件138的损坏可能限制或者阻止其正确密封在凹连接器134内。第三，定心件146可以协助防止砂石进入连接器136、134的流体通道140。

此外，可以使用能够且适合于实施一种或者多种这些所希望的功能的任何类型或者配置的定心件。参照图3A-3B，示出的定心件146为弓形。但是，可以使用任何其他类型的传统或者已知定心件。

参照图4A-4D，在凸连接器136和凹连接器134之间没有设置密封组件。而是，凹连接器134和凸连接器136之间的连接部用密封材料密封，优选胶接剂或者其他可硬化的材料。在这种情况下，凸连接器136和凹连接器134其中之一或者两者都优选包括塞子150或者栓塞结构来防止密封材料从连接器朝向地面进入相关联的衬管节段。换句话说，塞子150限定了胶接剂通过衬管节段的胶接通道的最上端或者井口点。

参照图4A-4D，凸连接器136可以设置“开放”端，用于流体从中通过。可替代地，凸连接器136的端部可以包括引导器(未示出)，其内具有多个孔隙以允许流体从中通过，且其优选具有相对凸起的端面以有利于凸连接器通过并进入凹连接器134。作为进一步的替代方案，凸连接器136的端部可以包括可钻透的构件，诸如凸起的可钻透的塞子或者凸起的带孔引导器。

优选地，如图4A-4D所示，塞子150定位在凹连接器134内，相对靠近凹连接器134的远连接端132或者井下端。但是，塞子可以定位在凹连接器134内或者沿着相关联的衬管节段的长度的任何位置。可替代地，尽管未示出，但是塞子150可以定位在凸连接器136内，相对靠近凸连接器136的远连接端132或者井下端，或者位于凸连接器136内或者沿着相关联的衬管节段的长度的任何位置。

因此，塞子150的特定定位可以根据需要或者要求变化，从而对连接部实现希望的密封。任何类型的传统或者已知塞子都可以使用，只要该塞子150由于下述原因包括可钻透的材料即可。另外，借助于任何适合于该目的的结构，诸如井下阀或者浮箍，塞子150可以保留或者设置在希望的位置。

图4A示出了凹连接器134内的塞子150的放置以及耦合前凸连接器136和凹连接器134的对齐。图4B示出了接合凹连接器或者插座134的凸连接器或者插头136。但是，通过凹连接器134内表面和凸连接器136外表面之间限定的空间，仍旧在该环隙上存在连通路径。

使用传统或者已知胶接方法和设备，胶接剂被引导通过与凸连接器136相关联的衬管节段。胶接剂从凸连接器136出来，进入凹连接器134并且通过它们之间限定的空间，到达该环隙。希望量的胶接剂被引导到衬管节段和周围井眼壁或者地层之间的环隙之后，另外的塞子150或者栓塞结构被引导通过与凸连接器136相关联的衬管节段。借助于用于该目的的任何合适的结构，诸如井下阀或者浮箍，该另外的塞子150可以保留或者设置在凸连接器136内希望的位置。该另外的塞子150防止胶接剂从连接器136流出并且朝向地面支持(back up)相关联的衬管节段。如前面针对初始塞子所述的一样，任何类型的传统或者已知塞子都可以用作该另外的塞子150，只要该塞子包括可钻透的材料即可。

另外，如前所示，塞子150可以定位在凸连接器136内。因此，胶接剂将从凹连接器134出来，进入凸连接器136并且穿过它们之间限定的空间，到达环隙。希望量的胶接剂被引导到衬管节段和周围井眼壁或者地层之间限定的环隙之后，另外的塞子150或者栓塞结构将被引导穿过与凹连接器134相关联的衬管节段。该另外的塞子150可以保留或者设置在凹连接器136内的希望位置上，以阻止胶接剂从连接器134流出并且朝向地面支持相关联的衬管节段。

如图4C所示，第一衬管节段126a和第二衬管节段126b之间的接合部或者连接部胶接后，胶接剂被塞子150保持在合适的位置，该塞子150定位在凸连接器136和凹连接器134的每一个内，或者以其他方式与其相关联。参照图4D，塞子150随后被钻透，以允许第一衬管节段126a和第二衬管节段126b之间连通，同时仍然阻止砂石或者来自地层和环隙的其他材料进入。

此外，如图4A-4D所示，如前所述，可以沿着每个衬管节段126a、126b的长度设置一个或者多个定心件146或者定心构件或者装置。尽管可能不需要定心件146，但是通常沿着每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的长度定位多个定心件146。而且，至少一个定心件146优选定位在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b中的每一个的远连接端132的附近或者邻近位置。参照图4A-4D，示出的定心件146为弓形。但是，可以使用任何其他适当类型的传统或者已知定心件。

类似的密封连接可以通过胶接第一衬管节段126a和第二衬管节段126b相邻端部，特别是它们的远连接端132之间的接合部或者连接部来实现，而不用使用如上所述的相适应的凸连接器136和凹连接器134。

并非将凸连接器136插入凹连接器134，而是将每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的各自的远连接端132简单地定位成相对靠近彼此。在这种情况下，各远连接端132之间的距离可能约为3米，但是优选小于约2米。对齐远连接端132时实现的精度越高，端部132之间的距离就越小。最优选地，如果以高度的精确性实现对齐，远连接端132之间的距离优选仅为几个英寸或者厘米。

然后可以用已知或者传统胶接方法和设备胶接第一衬管节段126a和第二衬管节段126b相邻端部之间的接合部或者连接部。胶接后，远连接端132之间的胶接空间以及任何胶接塞子都可以钻透。优选地，钻探组件从交叉井眼24插入并穿过第二衬管节段126b以钻透一个或多个胶接塞子，穿过胶接空间并且进入第一衬管节段126a，到达目标井眼22。优选地，相对较硬的井底组件(“BHA”)用于该方法，因为挠性组件倾向于容易对该塞子进行钻孔并且进入地层，导致丧失已经建立的连接。

如所示，任何可行或者适当的方法可以用来胶接衬管和井眼壁或者地层之间的环隙。例如，可以将第一衬管节段126a和第二衬管节段126b都塞住。然后胶接剂被向下引导或泵送到目标井眼22或者交叉井眼24任一者的环隙，随后被向上引导或泵送到目标井眼22和交叉井眼24中另一者的环隙。例如，胶接剂可以被向下引导或泵送到交叉井眼24的环隙，随后被向上引导或泵送到目标井眼22的环隙。在这种情况下，可以闭合并且密封目标井眼22，从而防止在发生井下设备失效的情况时胶接剂泄露或者溢出。

可替代地，桥接塞子(未示出)可以安装或者放置在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的远连接端132之间的空间或者间隙内。桥接塞子就位后，将通过引导胶接剂穿过各衬管节段到达环隙而将每个目标井眼22和交叉井眼24单独胶接，或者反之亦然。在这种情况下，将优选为每个井眼设置关闭或密封能力，以防止在井下胶接设备发生故障的情况下胶接剂泄漏或溢出。胶接后，居中空间和桥接塞子将被钻透以连接第一衬管节段126a和第二衬管节段126b。

最后，参照图5A-5C，桥接管152可以用来连接在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的相邻的远连接端132之间。桥接管152可以包括任何管状构件或者结构，该构件或结构能跨接或者桥接第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的相邻远连接端132之间的空间或者间隙，且其提供穿过其中的流体通道140。而且，根据需要，桥接管152可以开槽或者屏蔽(screen)以允许气体或者流体进入桥接管152。

借助于任何适当的用于将桥接管152放置在井下希望位置的送入或者坐封工具(setting tool)，以及借助于任何适当的用于将桥接管152锁止或者设置在衬管节段末端内从而将桥接管152保持就位的机构，桥接管152可以被放置和保持就位。根据需要，桥接管152也可以是可取回的。

参照图5A，穿过第一或者第二衬管节段126a、126b其中之一安装桥接管152。仅为了示例目的，图5A示出穿过第二衬管节段126b安装桥接管152。但是，其也可以穿过第一衬管节段126a安装。而且，尽管可以使用任何适当的锁止、坐封或者保持结构或者机构，但是优选设置锁止机构或者锁止组件154来保持桥接管152的位置。

该锁止机构或者锁止组件154可以与第一或者第二衬管节段126a、126b任一者相关联。但是，优选地，该锁止机构154与安装桥接管152的衬管节段相关联。因此，参照图5A-5C，锁止机构1 54与第二衬管节段126b和桥接管152相关联，以提供它们之间的接合。更特别的是，衬管节段126b优选提供内部轮廓或形状，用来与桥接管152提供的相适应或者匹配的外部轮廓或者形状接合。

特别参照图5A，锁止机构154优选包括夹圈(collet)156，该夹圈与衬管节段126b相关联且配置成用来在其中容纳桥接管152。夹圈156具有用来与桥接管152接合的内锁止或者接合轮廓或者形状，，从而将桥接管152保持在衬管节段126b内的希望位置。尽管夹圈156可以沿着第二衬管节段126b放置在任何位置，但是夹圈156优选定位在第二衬管节段126b内，位于其远连接端132或者靠近或接近其远连接端132。

锁止机构154还优选包括一个或者多个锁止构件158，其与桥接管152相关联并且配置成容纳在夹圈156内。每个锁止构件158都具有外部锁止或者接合轮廓或者形状，该轮廓或者形状与夹圈156的内部轮廓或者形状相适应。因此，当锁止构件158接合在匹配的夹圈156内的时候，桥接管152保持在第二衬管节段126b内的位置上。

锁止机构154可以与1996年12月3日授予Comeau等的美国专利No.5,579,829所述的无键锁止组件相同或者类似。但是，优选锁止机构154包括“禁止通过(no-go)”或者防失效特征或者能力，使得锁止构件158不能被推过或者移动超过夹圈156，推过或者超过夹圈156会导致桥接管152意外地被推地超过第二衬管节段126b的远连接端132。因此，锁止机构154优选与2001年3月20日授予Vandenberg等的美国专利No.6,202,746所述的防失效锁止组件相同或者类似。

桥接管152具有被限定在井口端160和井下端162之间的长度。选择桥接管152的长度，以允许该桥接管152在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的远连接端132之间延伸。锁止构件158可以围绕桥接管152沿着其长度定位在任何位置。但是，优选地，锁定构件158定位在桥接管152的井口端160处、位于其附近或者邻近。结果是，当桥接管152的井口端160与第二衬管节段126b的远连接端132处的夹圈156接合时，井下端162可以从第二衬管节段126b的远连接端132延伸并且进入第一衬管节段126a的远连接端132，因此将它们之间的裸眼间隙或者空间桥接在一起。

而且，桥接管152优选包括至少两个密封组件，它们沿着桥接管152的长度隔开。当桥接管152正确定位且锁止机构154接合的时候，第一密封组件164在桥接管152的外表面和第一衬管节段126a的远连接端132的相邻内表面之间提供密封。第二密封组件166在桥接管152的外表面和第二衬管节段126b的远连接端132的相邻内表面之间提供密封。因此，桥接管152可以用来密封环隙，该环隙从衬管节段126a、126b越过第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的远连接端132之间的间隔或者空间。

每个第一和第二密封组件164、166可以包括任何机构、装置或者密封结构，它们能够密封桥接管152和衬管节段的内表面之间。例如，弹性体材料制成的带或者轴环可以围绕桥接管152的外表面设置，所述带或者轴环具有足够的直径或者厚度，用来实现希望的密封。而且，可以使用膨胀密封件，诸如那些传统上用于工业的膨胀密封件。为了膨胀该密封件，只需要开启泵，则差压将迫使密封件膨胀并且抵靠着衬管节段的内径密封。但是，优选地，每个密封组件164、166包括多个弹性体密封盖或者抽汲皮碗(swab cup)，它们围绕桥接管152的外表面安装，或者安装在外表面上，如图5B和5C所示。

在密封件或者密封组件的摩擦力足够将桥接管152保持在希望位置的情况下，可以任选使用锁止机构154。

如所示，可以利用任何适当的用于将桥接管152放置在井下的希望位置的送入工具或者坐封工具将桥接管152放置在合适位置。但是，参照图5B，优选使用插入和回收工具，诸如传统或者已知液压缩回工具(“HRT”)168，其通常用在多分支井眼中，用来将造斜器放置在锁止组件内。因此，桥接管152的井口端160优选包括适应于连接HRT168的结构或者机构，诸如用于容纳一个或者多个包括HRT168的活塞的一个或者多个连接孔。

因此，如图5B所示，HRT168可释放地与桥接管152的井口端160连接，且然后使用HRT168将桥接管152推到井下位置。放置在希望的位置后，HRT168释放桥接管152，并且缩回到地面，如图5C所示。

在桥接管152提供的密封件失效的情况下，桥接管152优选可以缩回。特别是，HRT168可以送入井下，与井口端160再次连接。然后，用HRT168沿井身上行方向拉桥接管152，直到锁止机构158瓦解或者释放，因此允许桥接管152从其位置移出并回到地面。钻杆或者挠性油管通常用来通过HRT168安装或者取下桥接管152。HRT168保持与桥接管152的井口端160连接，只要没有流体泵送到HRT168。开启泵以后，流体导致HRT168缩回其保持桥接管152的活塞。然后，HRT168被拉回足够远，从而清除设置在桥接管152侧部的连接孔中的障碍物。图5C示出了就位的桥接管152。为了缩回桥接管152，只需将该过程反过来。

而且，如图5A-5C所示，如前所述，可以沿着每个衬管节段126a、126b的长度设置一个或者多个定心件146或者定心构件或者装置。尽管可能不需要定心件146，但是通常沿着每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的长度定位多个定心件146。而且，至少一个定心件146优选定位在每个第一衬管节段126a和第二衬管节段126b的远连接端132的附近或者邻近。参照图5A-5C，示出的定心件146为弓形。但是，可以使用任何其他适当类型的传统或者已知定心件。

参照图7A-8B，相适应的凸连接器136和凹连接器134包括衬管节段126a、126b的远连接端132，其中任何适当的锁止机构或者锁止组件154设置在它们之间，从而将凸连接器136保持位于凹连接器134内。锁止机构或者锁止组件154与每个凹连接器134和凸连接器136相关联，使得当凸连接器136经过凹连接器134内时，锁止机构154接合。更特别地，凹连接器136优选提供内部轮廓或者形状，用来与凸连接器136提供的相适应的或者匹配的外部轮廓或者形状接合。优选地，这类锁止机构154不需要用于接合的任何特定井下取向。

特别参照图7A-8B，类似于前面对于桥接管152的描述，锁止机构154优选包括夹圈156，该夹圈与凹连接器134相关联并且配置成在其中容纳凸连接器136。夹圈156具有用来与凸连接器136接合的内部锁止或者啮合轮廓或者形状，从而将凸连接器136保持在凹连接器134内希望的位置。

锁止机构154还优选包括一个或者多个锁止构件158，其优选与凸连接器136相关联并且配置成容纳在夹圈156内。每个锁止构件158具有外部锁止或者接合轮廓或者形状，该轮廓或者形状与夹圈156的内部轮廓或者形状相适应。另外，每个锁止构件158优选向外弹簧加载或者偏压，使得锁止构件158被向着夹圈156推动，用于与其接合。因此，当锁止构件158接合在匹配的夹圈156内的时候，凸连接器136保持在凹连接器134内的合适位置。

而且，锁止机构154优选可释放，从而允许锁止构件158根据需要从夹圈156上脱离。特别是，在施加希望的轴向力以后，压缩锁止构件158的一个或者多个弹簧，切允许锁止构件158移出与夹圈156的接合。

锁止机构154可以与美国专利No.5,579,829所述的无键锁止构件相同，或者与其类似。但是，优选该锁止机构154包括“禁止通过”或者防失效特征或者能力，使得锁止构件158不能被推过或者移过夹圈156。因此，锁止机构154优选与美国专利No.6,202,746所述的防失效锁止构件相同或者与其类似。

而且，参照图7A-7B，凸连接器136的引导边缘或者引导器137适配成容纳在凹连接器134内。更特别地，引导器137优选构造、确定尺寸和配置成有利于或者协助引导器137正确地进入凹连接器134内，以允许锁止机构154啮合。另外，引导器137的形状、尺寸或者配置可以根据与凸连接器136相关联的一个或者多个锁止构件158的尺寸，特别是直径而变化。

例如，参照图7A和7B，假设在耦合过程中，凹连接器134和凸连接器136的夹圈156和锁止构件158分别定位在井眼下侧，在此基础上引导器137可以设置有直径减小的区域137a，用来将引导器137引导到凹连接器134内。

图7A示出了在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b耦合前，与凹连接器136对齐的引导器137。引导器137对齐，使得引导器137的直径减小的区域137a在与凹连接器134接触后，被引导到凹连接器134内。图7B示出了凸连接器136的锁止构件158在凹连接器134的夹圈156内接合，从而在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b之间提供连续衬管或者连续导管或者流体路径。

可替代地，参照图8A和8B，再次假设在耦合过程中，凹连接器134和凸连接器136的夹圈156和锁止构件158分别定位在井眼下侧，在此基础上锁止构件158可以设置有增大或者加大的直径158a。锁止构件158加大的直径158a倾向于迫使引导器137离开相邻的井眼壁。结果是，引导器137保持与井眼壁隔开一定距离，并且更好地与凹连接器134对齐，因此有利于在其中引导引导器137。

图8A示出了在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b耦合前，与井眼壁间隔开且与凹连接器134对齐的引导器137。引导器137对齐，使得引导器137在与凹连接器134接触后，被引导进入凹连接器134。图8B示出了凸连接器136的加大的锁止构件158在凹连接器134的夹圈156内的接合，从而在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b之间提供了连续衬管或者连续导管或者流体路径。

参照图9A和9B，相适应的凸连接器136和凹连接器134再次包括衬管节段126a、126b的远连接端132。每个凸连接器136和凹连接器134被确定尺寸、构造以及配置成这样，即凸连接器136的引导节段或者部分200紧密容纳在凹连接器134内。而且，凸连接器136的引导边缘201优选构造或者配置成协助或者有利于在凹连接器134内引导凸连接器136。优选地，引导边缘201形成角度或者倾斜，如图9A所示。

另外，可动套筒或者可动板202优选围绕引导节段200安装或者定位。可动套筒202可以以任何方式可动地安装或者定位在引导节段200周围，使得其以所述方式纵向地沿着引导节段200轴向移动。

特别是，在凸连接器136和凹连接器134耦合前，可动套筒202定位在引导节段200的密封部分203周围，该密封部分预期与凹连接器134接合并且密封。当引导节段200在凹连接器134内移动时，凹连接器134的引导边缘134a靠接或者接合可动套筒202并且导致其沿着凸连接器136的引导节段200轴向移动。结果是，引导节段200的密封部分203暴露出来，用于与凹连接器134的相邻表面接合。因此，密封部分203在其与凹连接器134接合前保持在相对清洁的条件下，从而有利于在相邻表面之间密封。可动套筒202的轴向移动优选受到套筒202与设置在凸连接器136周围的肩部204的邻接的限制。

图9A示出在第一衬管节段126a和第二衬管节段126b耦合之前，与凹连接器134对齐的凸连接器136的引导边缘201。根据需要，凸连接器136可以旋转，将引导边缘201的成角度部分或者倾斜部分定位在井眼的下侧，从而有利于利用可动套筒202将凸连接器136导入凹连接器134。图9B示出了凹连接器134的引导边缘134a借助于可动套筒202的接合，并且示出了随后在移动可动套筒202而将其下方的清洁的密封部分203暴露出来以后，凸连接器136的引导节段200在凹连接器134内的接合。优选地，凸连接器136和凹连接器134的相邻表面的接合在它们之间提供了液封。

最后，在U形管井眼20的完井工作中，在外管，诸如衬管、油管或者套管的内表面、或者井眼壁的内表面和内管诸如衬管、油管或者套管的相邻外表面之间的环隙中，可能需要各种填充物、密封垫、密封组件和/或锚定装置或者机构。

在各种情况下，内管可以包括膨胀管，诸如膨胀衬管或者膨胀套管。可替代地，在各种情况下，内管和外管任一或者两者可以包括变形记忆金属或者形状记忆合金，如以下进一步讨论的那样。

相对于膨胀管，在放置好内管后，可以利用传统或者已知方法和设备膨胀内管，接合相邻外管或者井眼壁，并且密封它们之间的环隙。换句话说，内管膨胀提供了阻塞密封的功能。而且，内管与外管或者井眼壁的接合提供了锚定机构的功能。

可替代地或者除了膨胀管外，内管外表面可以涂覆膨胀材料，诸如膨胀化合物或者弹性体或者膨胀凝胶或者泡沫，它们经过一段时间后膨胀，以接合相邻外管或者井眼壁。换句话说，除了膨胀内管本身，内管外表面上的涂层经过一些时间后膨胀，以提供上述密封和锚定效果。这就省去了胶接井眼的需要。

优选地，选择膨胀材料，与预期的井下条件、所需效果以及内管放置情况相适应。例如，弹性体可以对暴露于碳氢化合物敏感，导致弹性体溶胀。类似地，钻探泥浆的热量和/或酯或者其他组分可以导致涂层溶胀。

作为对于上述方案的进一步替代方案或者额外方案，内管和外管任一或者两者可以包括变形记忆金属或者形状记忆合金。优选地，内管至少部分地包括记忆金属或者形状记忆合金，其特别定位或者位于希望或者要求与外管密封的一个或者多个区域。换句话说，内管和外管之间的密封界面至少部分地包括记忆金属或者形状记忆合金。

可以使用任何传统或者已知和适当的记忆金属或者形状记忆合金。但是，选择记忆金属，与预期井下条件、所需用途以及内管和外管的放置情况相适应。记忆金属或者形状记忆合金能在临界转变温度上下存在两种不同的形状或者构型。这种形状记忆合金另外在1985年5月7日授予Rogen等的美国专利No.4,515,213、1994年6月7日授予Murray等的美国专利No.5,318,122和1995年2月14日授予Jordan.Jr等的美国专利No.5,388,648中有描述。

因此，包括变形记忆金属的内管可以放置在外管内。在将内管放置在外管内之后，向密封界面施加热量来加热记忆金属到其临界转变温度以上的温度，从而导致内管的变形记忆金属试图恢复其原有形状或者构型。因此，内管在外管内膨胀，呈现希望的密封界面的形状。结果是，在内管和外管之间形成致密的密封接合。

可以用适合于或者适应于将记忆金属加热到其临界转变温度之上的任何传统或者已知设备、机构或者方法来加热密封界面，包括那些在美国专利No.4,515,213、No.5,318,122和No.5,388,648中讨论的机构和方法。例如，可以设置井下设备用于加热流经或者流过密封界面的流体，。可替代地，可以使用电加热器或者加热设备。

另外，可替代地，或者除了变形记忆金属外，内管和外管任一或者两者在希望或者需要密封界面的位置可以包括弹性体或者替代性密封材料的涂层，来协助、帮助或者以其他方式促使在密封界面处密封。而且，内管和外管任一或者两者在希望或者需要密封界面的位置可以包括一个或者多个密封件、密封组件或者密封装置来协助、帮助或者以其他方式促使在密封界面处密封。例如，可以使用一个或者多个O形环，选择所述O形环以耐受或者承受需要施加到变形记忆金属上的热量。

类似地，上述每个凸连接器136和桥接管152可以包括膨胀构件，可以包括膨胀涂层或者可以包括变形记忆金属。因此，例如，凸连接器136可以在凹连接器134内膨胀以在其两者之间提供密封。可替代地，凸连接器136可以包括膨胀涂层用来在凹连接器134内密封。通过进一步的实例，桥接管152可以在衬管节段126a、126b的远连接端132内膨胀，以提供必要的密封。可替代地，桥接管152可以包括膨胀涂层，用来与每个远连接端132密封。而且，任何或者全部凸连接器136、桥接管152和凹连接器134可以在希望的密封界面位置包括变形记忆金属。

3.U形管网络配置

使用上述钻探和完井方法，可以构造互相连接的U形管井眼20的各种配置。具体地说，对于在大跨度或者区域内建立地下非开挖管线或者地下路径或者通道或者生产/喷射井而言，特别是在连接发生于地面以下的情况下，可能需要一系列互相连接的U形管井眼20或者U形管井眼20的网络。

例如，可以构造多个U形管井眼20，它们在地面上使用一条或者多条地面管线或者其他流体连通系统或者结构互相连接。例如，每个U形管井眼20将在第一地面位置108和第二地面位置116之间延伸，或者被限定在这两者之间。因此，为了将U形管井眼20互相连接，地面管线设置在前一个U形管井眼20的第二地面位置116和后一个U形管井眼20的第一地面位置108之间。根据需要，地面泵或者泵送机构可以与一条或者多条地面管线相关联，以泵送或者产生流体流过每个相继的U形管井眼20。

但是，使用地面连接或者地面管线不是优选的。特别是，需要向地面钻探两口分开的竖井来实现地面连接。换句话说，前一个U形管井眼20必须钻探到地面，位于第二地面位置116，而后一个U形管井眼20也必须钻探到地面，位于第一地面位置108，从而允许在第一地面位置108和第二地面位置116之间用管线连接。向地面钻探两口分开的竖井成本很高并且非常没有必要，特别是必须在大约相同的位置钻探两口分开的竖井仅仅为了将它们连接起来的情况下。

相对经济的方法是用单口主井和侧向分支井在地下连接U形管井眼20。参照图6A-6D，为了钻探第二个或者后一个U形管井眼20，从第一个或者前一个U形管井眼20内的横向接点钻探目标井眼22或者交叉井眼24中任一者。因此，单个竖井或者主井延伸到地面，从而为被横向接点连接的两个U形管井眼的每一个提供地面位置。

例如，参照图6A-6D，示出了地下管线或者一系列生产/喷射井。特别是，示出多个U形管井眼20a、20b、20c、20d，它们连接在一起或者形成网络，从而形成了希望的U形管网络174。可以以任何顺序钻探和连接形成U形管网络174的U形管井眼20，以建立一系列希望的U形管井眼20。但是，在各种情况下，相邻的U形管井眼20优选通过横向接点176在井下或者地面以下连接。相结合的或者公用地面井眼178从分支接点176延伸到地面。换句话说，每个相邻的U形管井眼20通过结合地面井眼178延伸到地面。

因此，产生的U形管网络174包括多个互相连接的U形管井眼20，其中U形管网络174在两个端部地面位置180之间延伸，并且包括一个或者多个中间地面位置182。每个中间地面位置182从地面经由结合地面井眼178延伸到横向接点176。通常，每个端部地面位置180与地面设备诸如地面管线170或者炼油厂或者其他处理或者存放设施相关联或者连接。

根据U形管网络174的特别配置，结合地面井眼178可以允许或者不允许流体经其连通到与其相关联的中间地面位置182。换句话说，流体可以经由结合地面井眼178从网络174到达地面的一个或者多个中间地面位置182。可替代地，一个或者多个中间地面位置182的结合地面井眼178可以以下述方式用填充物关井、堵塞或者密封，使得流体仅仅从一个U形管井眼20通过设置在它们之间的横向接点176连通到下一个井眼。

横向接点176可以包括适合于预期目的的任何传统或者已知横向接点。而且，用工业上传统或者已知的技术钻探或者形成横向接点176。例如，在组成结合点的3个井眼中都没有管道的情况下，可以通过裸眼侧钻来提供横向接点176的简单形式。基于本领域技术人员熟知的各种方式，可以增大横向接点176的复杂程度。基本上来说，可以使用适合于预期目的的任何复杂程度或者类型的横向接点176。如果使用管道或者油管，按照形成分支井眼的通常或者传统实践横向接点，如果需要，横向接点设备优选包括在管道内。

参照图6A-6D的配置，每个U形管井眼20a-20d优选从每一侧钻探，即经过目标井眼20和交叉井眼24，并且在中间连接以形成前面讨论过的U形管井眼20。但是，如果技术和安全条件允许的话，U形管井眼20的完井工作可以可替代地用标准过河方法从一侧钻探而在另一侧离开地面。被钻探的每个井眼可以基于任何结构类型，诸如海上油井或者陆上油井，并且可以使用特别应用场合希望或者需要的不同尺寸的套管和衬管来进行完井工作。

尽管未示出，井眼内套管或者衬管的节段或者部分可以被胶接剂包围，正如油井钻探的标准做法一样，并且这是被本领域技术人员所熟知的。套管或者衬管的其他节段或者部分可以在套管或者衬管与地层壁之间留出不胶接环隙或者裸眼环隙。

而且另外的节段或者部分可以包括衬管或者套管，其内带有孔或者槽，以允许流体和/或气体穿过套管/衬管边界沿着任一方向流动。通常，这是通过砂筛、开槽衬管/开槽套管或者带孔套管来实现的。而且进一步，井眼的一些节段或者部分可能根本不需要插入井眼的套管或者衬管，因为较高的或更靠近井口井段的套管和胶接剂已经有效地密封了较低的或更靠近井下的井段，防止泄露到井眼外侧。就是说这些井段留作裸眼。这通常发生在非常结实和耐久的井下地层处，井眼在这里不太可能坍塌。

参照图6A，包括地面管线170的地面设备与U形管网络174的第一端部地面位置180a连接。地面管线170可以与来自地面上的任意数量来源的第一端部地面位置180a连接。例如，地面管线170的来源可以是与另一个井眼、提炼厂、抽油装置或者生产平台、泵送站的连接，或者流体、气体或者它们的混合物的任何其他来源。在这种情况下，示出了陆地上的管线。陆地标记为阴影区域并且包含至少一种类型的地层，通常由多种类型的地层形成。示出的陆地的顶部可以是地表陆地或者水体的底部，诸如湖底或者海底。尽管示出陆地是平坦的，但是其可以由任何构造或者地形构成。地面在水覆盖的区域和相对干燥的陆地之间还包括一个或者多个过渡区域，诸如海岸线。

地面管线170进入这样的结构或者设备，该结构或者设备提供与第一U形管井眼20a的连接点，从而允许气体或者流体与地下U形管网络174连通。根据希望或者要求，该连接点还可以兼用作用于泵送站的地方，以协助推动气体和/或流体流过U形管网络174。根据不同的安全、环境和其他管理规定以及U形管网络174的性质，该结构可能还包括井头，或者简单地连接到朝下延伸或者朝下取向的管道的连接部或者进入地下的管道的延续部。尽管U形管井眼20进入地下的角度示出为垂直的，但是本领域技术人员应该理解，可以使用任何朝下的角度或者进入角度，诸如例如水平角度或者向上呈进入悬崖的角度。

第一U形管井眼20a优选用衬管(未示出)以上述方式完井。因此，衬管沿着以前钻探的路径延伸穿过U形管井眼20a。如果U形管井眼20a是生产或者喷射井，U形管井眼20a可以包括多个横向接点，分开引到地层的其他部分，从而允许更为宽广的流体流波及区域。例如，U形管井眼100可以包括多个横向接点或者多横向接点，它们穿过地层延伸井的可能位移。在任何情况下，在某点上，一条U形管井眼20a的衬管接合随后从不同位置钻探的另外U形管井眼20b的衬管或者与其连接。

还重要的是注意到以前的横向接点也可以与从其他地面位置钻探的其他井眼接合，且其中的每条衬管或者管道也具有类似的分支井眼和衬管图案，所述分支井眼和衬管被引到从其他地面位置钻探的其他井眼。因此，错综复杂的连接井眼和衬管/管道网或者网络可以在地下建立。这对于增加储量开采面积特别有用。换句话说，可以设置任何希望的U形管井眼100网络配置。而且，多个U形管井眼100每个都与中心井眼或者汇集井眼连接，该中心井眼或者汇集井眼延伸到地面，用来向陆地或者海上的井口平台生产。

但是，为了说明U形管网络174内的地下管线的构造，接下来的实例将重点说明相对简单的网络174，该网络包括一个起始点，作为第一端部地面位置180a；一个结束点，作为第二端部地面位置180b；和将它们连接在一起的至少两个U形管井眼20a-d。而且，设置各种器件或者机构来例如沿着U形管网络174提供的地下管线的长度移动物质，诸如流体、气体或者蒸汽，或者它们的组合。

如前所述，每个U形管井眼20的目标井眼22和交叉井眼24通过井眼交叉部26连接。实际连接点通常位于目标井眼22的水平井段，但是实际上可以沿着任一井眼的长度定位在任何位置。连接点在图6A-6D中未示出。而且，如前所述，U形管井眼20可以通过插入衬管126或者插入用于井下耦合或者连接的第一衬管节段126a和第二衬管节段126b来完井。可替代地，U形管井眼20可以根据应用U形管井眼174的特定场合的希望或者要求，用任何其他传统或者已知方式完井。

为了将第一U形管井眼20a与第二或者后续U形管井眼20b连接，如上所述，从定位在第一中间地面位置182a井下的横向接点176钻探分支井眼或者定向井段。分支井眼或者定向井段朝向第二中间地面位置182b钻探。类似地，在第二中间地面位置182b朝向分支井眼钻探井眼。从横向接点176钻探的分支井眼和从第二中间地面位置182b钻探的井眼如前所述那样交叉和连接。

在该实例中，第一中间地面位置182a具有足够的压力，因此不需要泵或者泵送站来提升流动流体或者气体的压力，或者促使流体流过其中。因此，在该示例中，第一和第二U形管井眼20a、20b连接以后，第一中间地面位置182a和与其相关联的结合地面井眼178的确不用作其他目的。结果是，填充物184或者其他堵塞或者密封机构可以放置在结合地面井眼178内的横向接点176的井口，从而在U形管井眼20a、20b之间分开流体流，而不是允许流动物质到达地面。根据需要，结合地面井眼178可以在作为永久堵塞物的填充物184顶部或者上方胶接，且地面位置可以回复到其自然条件或者状态。如果担心冰川剐擦海床，这种配置，包括使用填充物184是尤其有用的，因为流体流可以被远远隔绝在地面以下，远离冰川导致的任何破坏。而且，该配置和使用填充物184可以在后续U形管井眼20中继续实施，直到泵送压力以可接受的速率传送流体穿过U形管网络174。

尽管示出了从横向接点176钻探的分支井眼，或者井眼的定向井段从包括第一U形管井眼20a的交叉井眼24的通常垂直井段延伸，但是分支井眼可以从第一U形管井眼20a内的任何点或者位置钻探。例如，分支井眼可以从第一U形管井眼20a的通常水平井段钻探，以降低沿着U形管网络174移动流体所需的压力大小。

而且，如图6A所示，第一中间地面位置182a与第二中间地面位置182b直接或者间接连接。例如，从第一中间地面位置182a的井下横向接点176a延伸的分支井眼或者定向井段可以与第二中间地面位置182b向井下延伸的结合地面井眼178b连接。可替代地，分支井眼可以与从第二中间地面位置182b的井下横向接点176b延伸的其他分支井眼连接。类似地，第一中间地面位置182向井下延伸的结合地面井眼178a可以与从第二中间地面位置182b的井下横向接点176b延伸的分支井眼连接。最后，第一中间地面位置182b向井下延伸的结合地面井眼178a可以与第二中间地面位置182b向井下延伸的结合地面井眼178b连接。

在某个点，U形管网络174可能需要增加流体压力。在这种情况下，可能需要泵送站186或者地面泵位于一个或者多个中间地面位置182处。参照图6A，作为实例，泵送站186定位在第二中间地面位置182b和第三中间地面位置182c。

特别参照图6A中的第二地面位置182b，流体或者气体从生产油管188的中心向上流，该生产油管从第二横向接点176b密封第二U形管井眼20b。流体向上经过生产油管188行进到地面，并且被向下泵送回到生产油管188和结合地面井眼178b壁之间的环形空腔内。该环形空腔与从第二横向接点176b延伸的分支井眼连通，从而包括第三U形管井眼20c。因此，由于向下回到第二U形管井眼20b的路径已经被密封，所以流体或者气体行进到第三U形管井眼20c内。该过程和配置可以根据需要重复许多次，直到U形管网络174提供的地下管线到达其结束点。

U形管网络174的结束点被示出作为第二端部地面位置182b，并且可以与其他系列的U形管井眼20、炼油厂、生产平台或者传送容器诸如油罐相连接或者相关联。在所示实例中，其他泵送站186处设置有现有的地面管线170。

应当理解，经过U形管网络174的流体流还可以从第二端部地面位置180b沿着相反的方向引导到第一端部地面位置180a。

图6B提供了在从横向接点176延伸的分支井眼内，生产油管188的另外的或者可替代的放置方案。特别参照图6B中的第三中间地面位置182c，生产油管188穿过包括第四U形管井眼20d的分支井眼放置。在该实例中，生产油管188从第四U形管井眼20d密封第三横向接点176c。而且，第三U形管井眼20c与生产油管188和第三结合地面井眼178c壁之间的环形空腔连通。因此，流体或者气体从该环形空腔向上流动到泵送站186。然后流体或者气体被向下泵送回到生产油管188并且进入第四U形管井眼20d。该过程和配置也可以根据需要重复许多次，直到U形管网络174提供的地下管线到达其结束点。

而且，应当理解，穿过U形管网络174流动的流体还可以在该配置中从第二端部地面位置180b沿着相反的方向引导到第一端部地面位置180a。

除了一个或者多个泵送站以外，或者代替一个或者多个泵送站，图6C和6D示出了使用一个或者多个井下泵，优选电潜水泵(“ESP”)。

参照图6C，第二U形管井眼20b具有安装在其内的泵或者压缩机190，以提升或者促进流体压力并且沿着U形管网络174移动流体物质。可以使用任何适当的井下泵或者压缩机。另外，可以以任何适当方式，且借助任何相适应的电源为井下泵或者压缩机供电。如所示，该泵或者压缩机190优选电潜水泵或者ESP。因此，在该实例中，从地面电源194引出电缆192来为ESP190供电。由于泵设置在井下，每个中间地面位置182优选通过填充物184或者其他密封或者填充结构来密封。

而且，根据需要，降压变压器(未示出)可以与一个或者多个ESP190相关联，以允许相适应的电压和电流从电源提供给ESP190，从而激励ESP190的马达。该变压器可以定位在任何位置，并且可以以任何允许其正常操作的方式与ESP190相关联。优选地，该变压器定位在井下，靠近ESP190，且更优选该变压器与ESP190连接或者配接。该变压器可以引出部署到ESP190的电缆192。

适合于该应用场合的ESP由Wood Group ESP，Inc.制造。ESP190在泵190的外表面和U形管井眼20b的相邻壁之间设置有密封件或者密封组件，以防止在泵190周围发生回漏。而且，锚定机构，诸如前面所述的锁止机构，可以用来将该泵190色还只在U形管井眼20b内的合适位置上，且允许以后取下维修。优选地，根据电缆192与泵190的连接方式，泵190可以从U形管井眼20b的任一侧插入和取下，即从第一或者第二中间地面位置182a、182b任一处插入和取下。为了提供最大的灵活性，电缆192的井下端优选稳定在锁止组件内，如前所述，用电连接插头配接到ESP190。传统ESP速率受到限制(受到马达尺寸的限制)。因此，需要根据希望的输出能力选择ESP。

可替代地，根据需要，生产油管188和抽油杆可以在井眼顶部密封的情况下如图6A和6B所示那样运行，以放置各种各样的泵并为其供电，诸如正位移泵、球阀抽油杆泵或者通常用来提高升力的任何其他类型的泵。而且，由于井眼顶部密封，流体将进入下一个U形管井眼20。优选地，生产油管188上会有出口点，诸如泵上方的槽，以允许流体离开生产油管188并且流入下一个U形管井眼20。再者，优选围绕泵和生产油管188在U形管井眼20内壁上设置密封件，以防止流体围绕泵回流到入口，这种回流可能严重降低合成流速。

而且，使用ESP在该U形管网络174中具有某些独特的优势。图6D示出了在U形管网络174内放置多个ESP，其中ESP优选由单个地面电源194供电。例如，如图6D所示，ESP190定位在每个第一和第二U形管井眼20a、20b内。电力从定位于其中一个端部地面位置180的单个地面电源供应给每个ESP190。而且，电力通过一条或者多条穿过U形管网络174延伸的电缆192向井下传送至ESP190。

如上所述，根据需要，降压变压器(未示出)可以与一个或者多个ESP190相关联，以允许相适应的电压和电流从与地面电源194相关联的主电缆192或者一条或者多条电缆192供应给每个ESP190。

图6D中的方法或者配置不需要在每个地面位置发电或者在地面或者通过其他途径输送动力。将电力线或者电缆引伸到U形管地面位置，诸如一个或者多个中间地面位置182，和引伸地面管线一样危险。因此，用于引伸电缆192的最为安全的地方就是在U形管井眼20本身内部或者在其他U形管井眼内，所述其他U形管井眼可能与U形管井眼20平行，用于U形管网络174提供的管线。

用于ESP190的电缆192可以以任何方式、通过任何方法或者机构安装在U形管井眼20内，所述方法或者机构允许与ESP在井下可操作性连接，使得ESP被供电。例如，电缆192可以借助受油杆(sinker rod)从一侧被推入U形管井眼20。而且，电缆192可以利用井眼牵引器通过U形管井眼20一侧被拉入希望的位置，如前面所述。然后牵引器能从U形管井眼的另一侧进入并且锁止到电缆192的端部，以拉动电缆192经过剩下的路程穿过U形管井眼20并且向上返回到其他地面位置。

参照图6D，因为电缆192是从地面电源196依次延伸到每个ESP190的，所以电缆192将包括一个或者多个沿着其长度的连接点。连接点可以包括任何适当的电连接器或者连接器机构，用来经其导电。例如，可以设置一个或者多个地面电连接器196。例如，参照图6D，用来连接电缆192和用来在U形管井眼20内支撑电缆192的地面电连接器196定位在每个第二中间地面位置182b和第三中间地面位置182c。

可替代地，或者另外地，可以使用一个或者多个井下电连接器198。井下电连接器198包括填充物密封件，诸如前面提到的填充物184；和电连接模块。填充物密封件可以包括电连接模块，从而提供一体的或者单个的单元或者装置，其中填充物密封件为电缆192提供内部连接。可替代地，电连接模块可以设置为与填充物密封件分开的或者不同的单元或者部件，其中电连接模块设置在填充物密封件之下或者之上，优选相对紧密与其靠近。

为了放置井下电连接器198，优选在地面上完成组件的连接。井下电连接器198，包括填充物密封件以及电连接模块，向下放入U形管井眼20，允许电缆192自由悬挂。然后将填充物密封件设置在U形管井眼20内，优选设置在横向接点196上方的点处。优选地，井下电连接器198在需要维护、维修或者更换时可以取回。因此，填充物密封件优选包括可取回的填充物。

例如，参照图6D，用来连接电缆192和用来将电缆192支撑在U形管井眼20内的井下电连接器198定位在第一结合地面井眼178a内，位于第一横向接点176a上方。

因此，参照图6D，在第一中间地面位置182a处，井下电连接器198设置在第一结合地面井眼178a内，以密封第一结合地面井眼178a并且为电缆192提供电连接。在第二中间地面位置182b，第二结合地面井眼178b在地面上密封，且设置地面电连接器196，以允许电力向下循环到下一个U形管井眼20c。在第三中间地面位置182c，填充物184定位在第三结合地面井眼178c内，以密封第三结合地面井眼178c。但是，电连接通过地面电连接器196设置在地面上。最后，在第二端部地面位置180b处，设置地面电源194，其使电力沿着互连的一系列电缆192传输到U形管网络174内。但是，可替代地，可以从多个地面位置设置多个电源。

在图6D所示的实例中，可以再一次用锁止机构安装ESP190，如前面所述，或者可以借助杆或者管道将ESP190从地面悬挂下来。ESP190优选设置电气湿式连接(wet connect)，来连接ESP190与井下电缆192。而且，按照图6D中的第二U形管井眼20b内的ESP190，电气湿式连接设置在ESP190两侧，允许电缆192从任一侧或者两侧扎入ESP190。

其他传统或者已知方法或者技术也可以用来为井下ESP190供电。另外，作为使用电缆192的替代方案，电信号可以通过嵌入穿过U形管井眼20延伸的衬管126、套管或者油管的导线传导到ESP190。例如，嵌入的导线用于上面提到的SPE Paper No.60750和美国专利No.6,296,066中所述的复合挠性油管。嵌入的导线或者导体可以用来向ESP190提供电力和数据遥测，诸如操作指令。这种方式将不需要引导电缆穿过全部或部分U形管网络174。

再者，不管使用地面泵迭站186还是井下泵或者ESP190，泵的数量以及泵之间的距离大体上由需要在U形管井眼20内产生以移动流体通过U形管网络174的压力来确定。

而且，如这里所述，每个U形管井眼20通常涉及以面对面方式连接目标井眼22和交叉井眼24。换句话说，在目标井眼22和交叉井眼24之间钻探交叉部。但是，可替代地，目标井眼22不需要靠近其井眼底交叉，而是沿着目标井眼22的根部方向交叉。这种连接井眼的配置导致“菊花链(daisy-chaining)”效应，该效应允许钻探延伸位移井。更特别地，从地面钻探交叉井眼24以提供通常垂直井段和通常水平井段。交叉井眼24的通常水平井段在目标井眼的根部或者靠近该根部处与目标井眼22交叉，或者在沿着目标井眼22的通常水平井段上的位置交叉。交叉以后，交叉井眼24通往地面的通常垂直井段被密封或者关井。结果是，每个交叉井眼24为前面的井眼提供通常水平延伸部。最终结果是建立了具有延伸位移或者延伸长度的水平部分的U形管网络174。

进而，电池驱动的定向发射器可以安装在目标井眼22内，该发射器激活后持续发射，特定延时周期后发射或者侦听来自交叉井眼24的BHA内的来源的信号。这种发射器可以安装在衬管、油管或者套管的侧凹坑内，因此它们不干扰流动或者钻探路径。可替代地，这种发射器可以制成例如具有打捞器(overshot)连接件，使其更容易捕获，从而可以从交叉井眼24取回。

而且，几个独立发射器可以放置在开放井眼内，并且根据需要在交叉之后可以以这种方式取回。发射器还可以制成可钻穿的，这样根据需要，在交叉后，可以用钻头破坏它们。通过使用独立发射器，省去了目标井眼22上的第二钻塔，并且仅需要一个钻塔来钻探交叉井眼24。这样显著节省了开支，尤其是在海上钻探井眼时。

建立U形管网络174的可能应用或益处不胜枚举。例如，如图10-13所示，在利用地上或者传统管线穿越地面或者海底会带来相对高昂成本或者对环境带来可能无法接受的影响的情况下，可以建立包括一个或者多个U形管井眼20的地下管线，来将流体和气体从一个位置输送到另一个位置。而且，这种管线可以用来穿越陆地上或者海底的深谷，或者穿越峭壁高耸的的海岸线或者受不得打扰的环境敏感区域。再者，这种管线可以用在世界上的某些区域，诸如加拿大东岸的海上，在这里冰山导致在某些地方铺设海床管线是不切实际的。

以下的两个实例说明了U形管井眼20的实际钻探和完井工作。实例1描述用磁性测距MGT系统钻探和完井U形管井眼20。实例2描述使用用于磁性测距的RMRS钻探和完井U形管井眼20。

实施例1

用MGT测距系统钻探U形管井眼

工程目标和目的

该工程的目标陈述于下：

1.应用目前的直接钻探理论，考察是否两个水平井孔(wellbore)能面对面交叉。能用钻头交叉两个井孔且能够使钻探组件进入第二井的井孔定义为成功。

2.将标准钢制套管穿入交叉部，以证明两个井孔能用硬管连接。能将常规7”套管穿过83/4”交叉点而不会把套管卡在孔内定义为成功。

3.用不会产生砂子的连接技术接合两个套管柱。同意用于第一井的连接技术尽可能简单。如果初次尝试成功，则可以用更为先进的连接技术进行以后的工作。

储层描述/地面位置

选择用来测试钻探U形管井眼的方法的位置位于陆地上，在松散的砂石储层内。储层仅195m的实际垂直深度(TVD)。

原始油田开发计划准备在流经该油田的河下面钻几个水平井。决定将这些水平井中的一口将是作为测试该钻探方法的优良位置，因为仅需要另外钻一口井并且将其连接到当前规划的井。

由于已经规划好从河的一侧钻探一口井，所以第二地面位置选择在河的对侧。这样使两个地面位置彼此距离约430m。

技术选择及考虑

建立该工程更多地为了模拟以后以更大规模能实现什么。意图在于证明能够以新的方式使用现有的可靠技术来实现U形管井眼。

由于决定必须从两个分开的位置钻探，所以第一个决定建议使用恰当的勘测技术方法来在两个井眼之间建立井眼交叉部。

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)井必须以高精确度相对于彼此设置，因此所考虑的最明显的勘测方法是用于钻探SAGD井的系统。为SAGD操作而研制的一种勘测方法使用了MGT系统。

MGT系统的误差不像传统勘测仪器那样会累积。MGT系统提供发射器(电磁线圈)和接收器(包含磁力计传感器的MWD探头)之间相对位置的测量值，该测量值不受累积误差影响。MGT系统相当于每次停下来测量时用卷尺测量绝对测量值，和确定你在井眼之间的距离。相对位置误差，尽管存在，但是非常小并且不会随着测量深度增大在连续测量时累计。

预先测试示出，当改进过的MWD磁力计传感器处于电磁线圈的“最有效位置”时(正如预期的)，MGT系统工作良好。但是，在传感器和电磁线圈相对彼此处于2m之内时，不可能进行精确测量，因为MWD磁力计传感器将变得磁饱和。饱和发生后，传感器将不能测量电磁线圈发射的全部幅度的磁场强度，因此给出错误读数。

虽然构造功率较小的电磁线圈被认为是一种选择(更短的长度或者更弱的铁磁芯材或者两者都用)，但是还是决定用标准MGT电磁线圈完成这项工作。

使用标准MGT电磁线圈靠近地(小于2m)工作的计划是在电磁线圈中使用小电流。进行测试来考察是否MGT/MWD探头相结合至少能给出方向矢量来确认两口井之间的精确方向。

通常，电磁线圈芯被(高电流)驱动到磁饱和状态，使得较少存在会影响测距测量值的非线性磁滞效应。但是，电磁线圈电流小的时候不是这样的，因此电磁线圈不会磁饱和。通过降低电流，当极性被所施加的相等电流反向时，电磁线圈芯材料的非线性磁滞导致磁场强度不相等。

以该方式实施的任何测距勘测将告知一口井相对于另一口井的方向，但是不能告知矢量大小。这种局限性被认为是可以接受的，因为在两口井相对于彼此在2m以内时，矢量方向是最重要的信息片段。

进一步的测试也揭示了，当MWD磁力计传感器位于电磁线圈产生的磁场的端瓣(end lobe)内时，即使没有处于电磁线圈的“最有效位置”，电磁线圈/MWD探头相结合也工作良好。

特别应注意，高侧/低侧测量值仍然非常精确(在+/-0.1m-0.2m之内)，而横向测量精度从略微折衷(+/-0.2m-0.3m)到很大折衷(+/-0.3m-2.0m)，取决于电磁线圈距离传感器多远。但是，决定通过控制电磁线圈距离传感器的距离，在远离电磁线圈最有效位置处使用电磁线圈/MWD探头相结合的微小不精确度不会对成功实现井交叉造成不利。

模拟交叉测试

为了为交叉准备定向钻工和电磁线圈/MWD操作员，决定尽可能逼真地模拟井下条件，并且在地面上实施模拟交叉测试。这样允许关键操作人员练习它们的沟通和决策技能并且同时获取一些“交叉部”钻探经验和信心。

工具设置在工作场内，并且在开始模拟测试前进行了校准。然后，操作员进入MWD柜中，并且被告知“进行交叉”。在每次勘测后，操作员将决定需要进行哪个方向的修正，并且两个助手将出去，相对于MWD探头手动移动电磁线圈。

这被证明是非常有用的练习，因为存在几个关键的学习点，它们对于工程的成功起着作用。例如，因为工具从其通常取向相对于彼此反向，所以勘测数据也被反向(类似于照镜子)。但是，利用软件中一个开关的翻转，大多数这样的信息得到修正。

只要每个人都意识到这种勘测输出以及该如何通过软件和软件内的开关来影响该输出，这就不是问题。但是，如果没有运行这种模拟，且在交叉部实际钻探过程中该开关不小心翻转，将可能导致尝试失败。但是，提前发现全部这些细微差别允许我们进行额外的检查，以防止发生未知问题。

井的规划——完井方法

由于已经在所选的油田钻探了几个水平井，所以对于这两个井的定向井规划基本上和以前的井一样，使用具有9⁵/₈”地面套管和7”生产套管/割缝衬管的相同规划的套管柱。唯一的区别是井眼水平井段现在保持开放持续延长的时间周期，同时钻探第二井眼，且在建立井眼交叉部以后，使割缝衬管穿过，且割缝衬管用来机械地接合两口井眼。

由于连接方法是交叉尝试的次要目标，所以越简单越好。用来隔绝任何产生砂子的可能的重叠机械连接是简单的针鼻定向座(needle nosed guideshoe)和洗涤杯插头组件(washcup stinger assembly)。

裸眼井段保持开放的时间长度受到关注，因为水平井段是在未固结的沙地上钻探。最初的考虑是在裸眼井段内暂时安装复合油管柱，以保证井眼保持开放。相信如果复合油管卡在井眼里，也能将其钻透，且仍然能成功完成井眼交叉部。但是，最后感到复合油管相对于常规钢制油管的好处不值得冒复合油管断裂成片的风险。因此，使用常规钢制油管作为向下泵送MGT电磁线圈的导管，且在井眼交叉部完成后，从中取出油管。

执行——第一井眼

在油田内以正常钻探操作钻探第一井眼。但是，要求尽可能靠近直线方位(straight azimuth)(N15°E)钻探该井眼，因为计划第二井眼直接着陆在第一井眼顶部上方，然后下降以进行井眼交叉。

第一井眼以12¹/₄”孔钻探80m深，然后将9⁵/₈”套管柱送入第一井眼。以12¹/₄”孔在40m处断开井眼，且9⁵/₈”套管座以约16°倾斜设置。

9⁵/₈”套管送入并且胶接后，用8³/₄”钻头将所述座钻穿。然后以每30米约为11°-13°的狗腿严重度钻探整个增斜井段，且井眼在约195m的TVD处以90°设置。钻探完增斜井段之后，拉出井底组件，安装水平钻探组件。然后钻探第一井眼的水平井段到总深度为476m。

水平井段比要求的长度多钻探30m，使得MGT电磁线圈可以(在以后的操作中)放置在井底，并且帮助引导第二井眼进入正确的位置以进行井眼交叉。

钻探完水平井段后，送入7”割缝衬管和7”套管的组合并且围绕增斜井段胶接。7”套管座设置在测量深度318m处。剩下的水平井段保持裸眼，以进行井眼交叉。

胶接剂伞定位在生产区域上方，从而将胶接剂保持在希望的位置。根据计划胶接套管，将钻塔移到第二井眼的位置。

然后将维护钻塔移到第一井眼上方，将用于电磁线圈的2⁷/₈”保护油管送入，并且在钻探第二井眼时，维护钻塔保持待命状态。

执行——第二井眼

钻探完第一井眼后立即开始钻探第二井眼，以使第一井眼内的裸眼井段保持开放的时间量最小。

井规划基本上和第一井眼一样，除了第二井眼相对于第一井眼以N195°E-180°的方位角直接朝向第一井眼钻探。12¹/₄”孔钻探到80m深，然后送入9⁵/₈”套管柱。第二井眼在12¹/₄”孔内40m深处分离，且9⁵/₈”套管座支座成倾斜约21°。

9⁵/₈”套管送入并且胶接后，用8³/₄”钻头钻穿所述座。然后用标准MWD组件钻探整个增斜井段，直到形成约60°的倾斜角，且狗腿严重度约为每30米11°-13°。在这一点，井底组件被拉出第二井眼，且设置MWD探头，经过地面测试并送入第二井眼。于此同时，将2⁷/₈”油管送入第一井眼的TD，且MGT电磁线圈在导线上被向下泵送，到达油管内的水平井段端部，使得其可以用于引导第二井眼的最终增斜井段。

通过引导MGT系统的钻探来完成最终构造。立刻发现，需要0.5m的TVD矫正量来矫正两口井眼之间的勘测误差。在参照MGT系统并且用定向钻探规划软件规划的同时，进行矫正并且继续钻探。磁性引导信息用来彻底更新规划模型。

目标井眼交叉部位于55m直线井段的起点处，该直接井段在第一井眼内位于87°处(刚好经过水平井段上的高点)。在第一次尝试交叉时，第二井眼设置成比规划的88°倾角(实际上是90°倾角)处于略高一点的角度，而且距离第一井眼的右侧2米。

倾角出现的误差主要是由于MWD探头位于钻头后面16m处且实际造斜速率在着陆点超过计划速率。这意味着第一井眼以87°倾角倾斜或者以3°角偏离，这一情况直到改变井底组件且继续钻探了16m之后才被发现。

略靠第一井眼右侧是在无法造斜的同时转向的结果，转向是因为担心第二井眼的着陆点太低，和担心进入第一井眼的另一侧并从该侧直接出去。决定首先完成整个角度造斜(angle built)，然后第二井眼转向，以越过第一井眼顶部，然后向下弯折进入第一井眼。

不幸的是，由于第一井眼倾斜，且需要将第二井眼朝左转向，以回头越过第一井眼，因此本来可以用来形成井眼交叉部的第一井眼的一大部分水平井段只能用来进入用于形成井眼交叉部的好位置。

结果

原始计划本来是在第一井眼上方直接钻探，然后缓慢向下钻并且从上方交叉第一井眼。当在第一次尝试中努力过之后，就无法得知随着钻头靠近第一井眼，第一井眼何时会坍塌。为此，当钻头处于距离第一井眼1.0m以内时，安装电磁线圈和2⁷/₈”油管，并且在每钻探18m井段之后将其取出。

该工序是非常耗费时间的，并且可以通过准备和在油管柱内使用侧入短节(side-entry sub)来节省时间。然后，油管和电磁线圈能够一起来回移动，而不必将电磁线圈完全拉出第一井眼。

可替代地，电磁线圈可以在挠性油管上运行，以节省大量钻井时间，但是，需要建模以保证挠性油管能够到达井眼交叉部。如果所使用的挠性油管尺寸太小，就不可能使用挠性油管，因为它们可能在到达水平井段末端之前锁合。

最后，如前所述，井下牵引器系统可以适配成在电缆上运行，从而操纵电磁线圈，因此不需要维护钻塔和油管柱。

在第二井眼已经排好用于形成井眼交叉部时，交叉点终止于第一井眼内从93°倾斜到87°的地方。这使得井眼交叉部复杂化，因为必须相应地矫正井斜，并且对井眼交叉部继续使用计划好的倾斜。结果是，第一次尝试的井眼交叉部在第一井眼上交叉了0.7m。

经验教训

如前所述，最初决定认为第二井眼直接从第一井眼的顶部上方靠近第一井眼且缓慢下降进入第一井眼是优选的。正是为了这个原因，更多的注意力给予了钻探第一井眼时的方位角，而较少关注倾斜。基于所获得的经验，现在相信应该尽可能地直线(方位角和倾斜两方面)钻探第一井眼，穿过规划的井眼交叉区域。

实施井眼交叉的恰当类比是在机场跑道上降落飞机，该机场跑道俯瞰时非常直，但是其上有几个坡。如果尝试直接降落在其中一个坡的顶部且因此相对高地靠近跑道，则必须利用很多水平距离，从而下降到跑道上，因为跑道在坡后是下降的。如果跑道上的坡之间没有足够的水平距离，则必须放弃着陆，以避免撞到下一个坡上。可替代地，如果从相对低的位置靠近跑道以避免撞上下一个坡，则不可以越过第一个坡。

在形成井眼交叉部时，以上类比在两种情况下都意味着第二井眼可以以不希望的高角度交叉第一井眼，因此直接穿过第一井眼的另一侧。

如果可能的话，钻探第一井眼和第二井眼两者都应该用近钻头井斜测量工具来实施。这将保证能尽可能直线钻探第一井眼的最后100m，且将减少钻探第二井眼时，在井眼交叉操作过程中不得不向前进行所带来的问题。

在第一次尝试后，决定插回并且尝试在非常靠近第一次尝试的交叉点处侧钻第二井眼。原因是井眼在这一点非常靠近，且从这一点交叉第一井眼相对容易。

进行了裸眼侧钻，但是在更多一些交叉后，制定了井规划(动态进行)，发现所需的收敛角将会过高，并且第二井眼非常可能进入第一井眼并且直接穿过它。这一结果也使得从距离第二井眼较远的上方形成井眼交叉部的任何进一步的尝试变得复杂，因为在以前的尝试中，第一井眼的完整性可能已经被破坏。

结果是，决定放弃在该位置尝试井眼交叉，而从距离第二井眼更远的上方进行侧钻。这将允许矫正初始着陆以及第二井眼的方向两者。还将保持井眼交叉部远离第一井眼的套管座，并且提供更多空间，从而在两口井眼之间以较低的收敛角形成平缓的井眼交叉部。

因此，在238m处(73°倾角)裸眼侧钻第二井眼。然后，第二井眼略微转向，使得其相对于第一井眼成约4°的收敛角。然后将第二井眼钻探到规划的井眼交叉部5m-10m范围内。

在该点上，利用位于292m处的MWD探头，测距勘测示出MWD探头实际上距离右侧1.70m，且比第一井眼低0.59m。利用定向钻探程序，朝钻头向前行进16m(位于308m处)，由于给定了钻探方向以及在该时刻进行的矫正，希望钻头能距离右侧的0.55m，且比第一井眼高0.0m。因此，预计井眼交叉部将出现在测量深度312m-316m之间的某位置。在该点上，MGT电磁线圈和2⁷/₈”油管将从第一井眼拉出，使得钻头不会与它们碰撞。

然后第二井眼再钻探6m(测量深度314m)，且环量(circulation)丢失。位于第一井眼上方的维护钻塔立即报告流量并且关闭第一井眼。然后将井底组件推入第二井眼，且8³/₄”钻头以15000lbs慢钻进入第一井眼。然后用更慢的循环率将其推入第一井眼4m，确认钻头确实进入了第一井眼而不是发生了侧钻。建立连接，并且将泵留在外边，再将井底组件推动3m，直到其挂起。以降低的循环率重新接通泵，且钻头在第二井眼下工作。建立另一连接，且钻头非常快速地工作钻探至330m深度。然后在从井中拉出之前，将第二井眼清洁干净。

原始计划是在两口井眼之间实现液压连通后从第二井眼中起出，并且拾取更小的6¹/₈”圆头刀和4³/₄”井底组件，以保证其将跟随第一井眼且不会发生侧钻。

但是，决定尝试一次用降低的循环率将全规格8³/₄”钻头和6³/₄”井底组件“推”入第一井眼。如果井底组件停止以降低的循环率移动，根据钻探规划，将把该组件拉出第二井眼。成功实现了以降低的循环率来“推动”，并且在这种情况下证明是上策。

然后进行清理操作，其中为了连接两个套管柱而设计的特制的被引导的引导器和8¹/₂”一体式刀片稳定器放置在距离引导器约20m处。该组件用来安全地清理井眼交叉部区域，而不会带来侧钻的风险，且其还刺入第一井眼的7”套管座内侧。在刺入第一井眼内的7”割缝衬管内侧以后，在第一井眼内送入2⁷/₈”油管，且在期望的路径上跟踪引导器。这确认了被引导的引导器确实处于7”割缝衬管内，且用于7”割缝衬管的连接方法是可以接受的。

执行——进行套管连接

然后用油管运送测井工具对第二井眼进行测井，运行再一次清理操作，然后第二井眼准备好加套管。

将受引导的引导器座和洗涤杯插头组件放入10m的4¹/₂”油管。然后将该组件放入7”割缝衬管和套管柱底部，然后套管柱送入第二井眼。套管在井眼内正常运行，当经过交叉部时，注意到有非常小的额外重量。这表示确实得到了很平滑的过渡区，且两口井之间的实际收敛角约4¹/₂°-5°。

将套管推入全部深度，并且将插头插入第一井眼的7”套管座内5m。然后将套管的上部井段胶接就位，就像对第一井眼胶接一样。

实施例2

用RMRS钻探U形管井眼

该实施例详细说明了利用RMRS作为磁性测距系统来钻探包括U形管井眼的管线。在经历了数月的钻探困境，且钻探了5900米井眼后，实现了井眼交叉，并且在第一井眼和第二井眼之间成功建立了流体连通。在第一和第二井眼之间建立全漂移偏离接头(full drift junction)，以有利于为U形管井眼加套管。将衬管送入第一井眼和第二井眼并且隔开3米放置，让衬管覆盖井眼交叉部。通过沿着一个井眼的环隙向下泵送，沿着另一个井眼的环隙向上泵送，实施衬管胶接。在定位于两口井眼的地面位置的钻塔离开其位置之前，使用传统钻探井底组件来清理衬管的漂浮设备，则井口能够被连接到通过钻探U形管井眼而建立的管线上。

工程目标和目的

钻探U形管井眼的目的是优化管线排布并最小化对环境的影响。该实施例讨论了完成面对面井眼交叉所需的钻探操作的规划和执行，所述规划和执行涉及多种钻探产品种类以及与管线操作员的广泛配合。

由于严苛的区域地面形貌和潜在的环境影响，传统管线过河地点不能密切靠近需要接头的现有气田。因此，较之U形管井眼，管线排布显然会更加昂贵，且需要更长时间安装。因此需要更大的天然气储量使得传统管线经济实惠。

包括可旋转转向(Geo-Pilot^TM)技术以及改善的勘测技术的Sperry-SunDrilling Services’FullDrift^TM钻探套装部件被用来精确定位井孔。

FullDrift^TM钻探套装基于一组钻探工具，这些工具提供光滑的井眼，使其较少发生螺旋和微小扭曲，产生最大的井眼偏离(borehole drift)。FullDrift^TM钻探套装的部件包括SlickBore Plus^TM匹配钻探系统，SlickBore^TM钻探和扩孔系统，以及Geo-Pilot^TM可旋转转向系统。

SlickBore^TM匹配钻探系统包括匹配的泥浆马达(mud motor)和钻头系统，该系统结合了特别设计的受约束的正位移马达(PDM)，该马达带有封装的加大规格的聚晶金刚石复合(PDC)钻头。这种结合可以改善定向控制、孔质量以及钻探效率。SlickBore^TM匹配钻探系统的原理在美国专利No.6,269,892(Boulton等)、美国专利No.6,581,699(Chen等)和美国专利申请公开No.2003/0010534(Chen等)中有描述。

Geo-Pilot^TM可旋转转向系统在美国专利No.6,244,361(Comeau等)和美国专利No.6,769,499(Cargill等)中有描述。

SlickBore Plus^TM钻探和扩孔系统结合了带有Security DBS’近钻头扩孔器(NBR^TM)技术的SlickBore^TM匹配钻探系统，且特别适合扩孔钻探操作。

近钻头扩孔器(NBR^TM)工具是特别设计的扩孔器，用于将井眼同步扩大到大于定向孔直径20％。NBR^TM工具可以用于钻头上方，如用在SlickBore Plus^TM钻探和扩孔系统中那样，或者进一步向上用于井底组件上，诸如用在Geo-Pilot^TM可旋转转向系统上方。

接下来使用喷射减压井钻探技术以及磁性测距系统精确引导井眼，以实现井眼交叉。

规划

为了在2003年11月开钻，初始规划和实施开始于2003年早期。在碰到了严重的井眼稳定性问题以后，放弃了第一井眼，且为第二井眼规划了最初被认为是不理想的井眼路径，因为其需要更长的钻探时间。由于钻柱对套管造成恒定摩擦，磨损也是放弃第一井眼的一个因素。

DWOP——纸上钻井

由操作员和钻探服务公司人员组成的钻探小组决定，钻探U形管井眼的最大问题是井眼位置、勘测精度、以及井眼路径。相信能足够快地钻探大角度延伸位移造斜井段，使得时间敏感的岩层不会危及钻探和加套管操作以及后续的测距操作的完成。这种更为危险的井孔路径作为第一选项入选，因为感觉可以在更少的天数内钻成，从而节省日操作成本高昂的钻探天数。第二种较为不冒险的选项是垂直钻探，然后在有问题的岩层以下分离，在希望的地层以90度着陆。然后用9⁵/₈”套管套接造斜井段，然后胶接到地面。

为了处理井孔位置和勘测精度，Sperry-Sun专有的勘测精度管理技术可以用来尽可能精确地钻探这两口井。一旦井眼底部彼此之间位移在50m之内，采用磁性测距系统将两口井精确引导到交叉点。Sperry-Sun FullDrift^TM可旋转转向技术(Geo-Pilot^TM)将用于降低井孔路径弯曲度，因此减轻对扭矩和阻力的担心。

技术细节

两口井的造斜井段

规划是在第一井眼开钻10天后开始钻探第二井眼。这样做的原因是一旦第一井眼到达希望的交叉点，则需要为放置衬管而对横向部分测井。两口井向下钻探到分离点(KOP)，不会发生任何操作问题。一旦进入第一井眼的造斜井段，将遭遇研磨性地层。这种研磨性地层导致用金刚石增强的辊锥钻头提早磨损。这种钻头经受平顶磨损，并且仅在20小时内钻探20米后就比标准规格小了多达1英寸。需要在造斜井段进行多次扩孔运行来保持孔的规格。由于在造斜井段需要额外的井底组件，因此第二井眼工作进度优于第一井眼。为了补偿这种地层，改变井眼路径从而更快地降到该地层以下，因此钻速(ROP)升高。这种改变导致了横向井段后来的扭曲问题。第二井眼仅遭遇了这种地层的较小摩擦，使得两台钻塔都在它们各自的数天内完成了各造斜井段。第二井眼必须搁置10天，使得第一井眼因为已经提及的原因首先完成。

带有FullDrift^TM和SlickBore^TM的可旋转转向系统(Geo-Pilof^TM)

包括FullDrift^TM加大规格钻头的Geo-Pilot^TM钻探系统被用于两口井的水平井段。利用加大规格的钻头和指引钻头的定向技术，Geo-Pilot^TM和FullDrift^TM技术实现了优良的井眼质量，因为有更高的造斜率和全井路径控制，而不管地层类型/强度如何。该系统还包括使用距离钻头3英尺的“近钻头”井斜传感器的精确的总垂直深度(TVD)控制。

Sperry-Sun Geo-Span^TM实时下行链路通讯还被用来在钻探的同时进行高速调节以及偏转和工具面的控制，从而节省了宝贵的钻井时间。

SlickBore^TM匹配钻头和马达系统保留在位置上，用作Geo-Pilot^TM系统的后备系统。其具有与Geo-Pilot^TM同样的FullDrift^TM益处，即更光滑的孔和更低的振动，这源于指引钻头的构思。更光滑的孔反过来允许更好地清洁孔，以及更长的钻头行程，还有更低的扭矩及阻力(T&D)。较之Geo-Pilot^TM，SlickBore^TM系统得益于更低的孔成本损失和更低的操作成本。Geo-Pilot^TM提供的优势在于可自动调节的定向控制，使得井孔形成一条一致和光滑的曲线，而不是一系列弯曲和直线的井段。

第一井眼遇到几个钻探挑战，诸如扭矩和阻力(T&D)，导致钻柱扭曲和管筒提早磨损。这些挑战的结果是：1)经历低钻速。2)由于地层的摩擦性质，钻杆的加硬圈被磨掉且必须重新箍圈来增加寿命，该磨损导致粘滑量增大，所述粘滑量使钻探操作困难且使得测距操作无法实现。3)在尝试增大钻速时，钻头重量也增大，这反过来加速了钻柱磨损并且导致钻杆提早失效。4)受地层性质影响的低钻速显著增加了钻探第一井眼的所需天数。5)需要持续监测孔清理操作和流速，以避免形成井下岩屑床(cuttingbed)，该岩屑床会导致钻杆在途中被卡住。

第二井眼没有遭遇和第一井眼那么多的问题。钻速有3到4倍那么快。由于这些因素，直到距离井眼交叉部200米处，即地层变成钻探第一井眼所遭遇的地层处，发生的钻杆磨损和扭曲情况非常少。

结果是：1)在第二井眼内遭遇的第一个问题是工具柱损失，原因是相信是断层卡住了钻柱。打捞操作不能释放工具，导致损失了全部井底组件，并导致围绕损失的工具进行侧钻。2)在两口井眼的最后几百米全程明显出现翘曲问题，需要密切监视和检查以避免不必要的钻柱故障。根据它们真正的性质，上述所有困难都是彼此相关联的，但是独立地显现。

BHA建模

扭矩和阻力建模是预测分析特定井底组件在给定深度、在给定井眼内如何工作的一种非常有效的工具。其可以用来避免问题发生，用来设计井底组件和钻柱，从而以最为有效的方式钻探。恰当的井底组件设计，以及钻杆尺寸、重量和位置，意味着到达井眼的既定目标或者在到达目标区域前放弃井眼和完全重钻新井眼之间的差距。

一旦钻探井眼过程中对于扭矩、阻力和扭曲的担忧变成问题，对每个连续的井底组件进行设计和建模，以确定诸如以下因素：1)钻头重量要多大才能用来钻探，以避免钻柱扭曲，2)钻杆在井眼内的尺寸、重量和位置，以使翘曲的发生率最小，而使能够运行的钻头的重量最大。

钻柱磨损

由于遭遇研磨性地层和井眼深度，观察到过度的钻杆磨损。钻柱在大位移井中旋转既有好处又有坏处。旋转减少了井眼内的摩擦力，但是同时降低了钻杆寿命。加硬圈的钻杆需要用在横向部分，而加软圈的钻柱被用来穿过曲线部分，以限制套管磨损。由于被钻探地层的硬摩擦性质，需要钻头重量较大来保持合理的钻探钻速，该钻速会加速钻杆磨损。设置了程序来经常检查和取下过度磨损的钻杆接头。经过长达约30个钻杆接头的每个行程会停下，并且拾取新的接头。不幸的是，视觉检查过程不足以辨别出在打捞作业中导致的钻杆管道全部的管道磨损和故障。一旦发生管道故障，则取下整个钻柱并且更换之。钻杆视觉检查的做法一般是个好做法，但是对于辨别出因钻杆翘曲而发生的管道磨损没有效果。更换的新钻柱加了硬圈，以使磨损最小，但是新焊上去的硬圈的粗糙度在钻柱上造成过度的扭矩。如果把新的加硬圈的钻杆磨光，则可以消除所发生的粘滑。扭矩在钻柱上导致过度粘滑，且进行另一个行程，以布置新钻杆并且拾取已经套上硬圈并经过专业检查的钻杆。

由于井口之间分开和由于目标地层深度，需要大位移钻探技术来使杆扭矩和孔阻力最小，从而保证有效地清洁孔和延长钻头寿命。具体地说，指引钻头的可旋转转向钻探系统和使用指引钻头技术的变体特别设计的泥浆马达两者都用加大规格的钻头运行。较之推进钻头技术，指引钻头技术提供的优势是低扭矩和阻力。传统推进钻头技术诸如标准井下马达和钻头，或者推进钻头式可旋转定向工具，通常无法形成足够低的摩擦系数来钻探大位移井眼，诸如第一井眼和第二井眼。在开始进行两口井的磁性测距之前，结合传统MWD进行陀螺勘测以使定位不确定性最小。

勘测精度

熟知传统勘测方法具有与其相关联的系统井斜和方位误差。目前用于误差模型的工业标准是由ISCWSA(International Steering Committee onWellbore Survey Accuracy)制定的，这是由负责制定和维护与井孔勘测精度有关的标准的公司非正式组建的工作组(ISCWSA paper-Hugh S.Williamson et.al.，“Accuracy Prediction for Directional MWD”，SPE Paper No.56702，是为1999年10月3-6日于得克萨斯州休斯顿举行的1999 SPEAnnual Technical Conference and Exhibit上宣布而准备的)。

ISCWSA模型试图定义井眼的实际预测位置。为了用于在井底交叉两个水平井眼，需要尽可能精确地限定每个井眼井底的实际位置，从而使最终成本最小，且确保测距操作成功。在规划阶段，在测距开始的点，感觉需要让一个井眼定位在横向距离另一个井眼35米或者更小的范围内。基于ISCWSA误差模型进行工业标准椭圆计算，经过计算横向不确定性为+/-43.8米，且井眼落入椭圆的概率为94.5％。这种不确定性被认为太大，因为不能保证井眼能定位地足够靠近在一起而使测距工具有效。使用了许多技术来尽可能降低不确定性。以下讨论所用的技术。

现场参照——在MWD勘测中，为磁性偏角假设的值影响计算的方位角。计算偏角过程中的任何误差传递进入MWD方位角的等同误差，因此传递进入井眼横向位置的等同误差。倾角误差倾向于作为井孔勘测中存在的位置误差中最大的分量。基于世界平均值，ISCWSA误差模型包括由于1个标准偏差处的倾角而造成的约0.5度的方位误差和1.0度的方位角不确定性(2Sigma)。在井眼地点测量的当地磁偏角与所用的理论模型之间平均相差1.29°。如果不测量磁偏角，两口井将偏移72.4米，这已经超出了测距工具的能力范围。

陀螺勘测——在全部井眼中周期性进行陀螺勘测，目的是在井眼交叉前交叉参照和矫正MWD勘测，以提高精度。完成了孔内参照(IHR)或者基准标记勘测来矫正MWD勘测。方位角偏移经过计算并应用到MWD勘测中，迫使MWD模拟陀螺的精度。

在造斜井段陀螺勘测分析过程中，发现在钻探时倾角偏移没有应用到第一井孔勘测中，并且发现井孔位置误差为1.29度。这说明了陀螺勘测作为MWD过程中的质量控制检验的有效性。

磁场监测——在钻探操作中作为进一步的勘测质量控制技术实施磁场监测。在过程持续期间，磁性监测站设置在钻探地点上。通过监测钻探时的太阳活动，MWD操作员能成功确定太阳活动导致的磁暴何时发生和何时影响钻探方位角。一旦磁暴活动衰减，就执行基准标记勘测，并且根据需要矫正该勘测结果。

钻探时计算出的不确定性

在钻探U形管井眼时为其开发了不确定性模型，该模型基于初始倾角矫正、磁场监测以及对陀螺勘测的矫正。基于2Sigma或者95.45％的置信等级，为每个井眼计算出的不确定性示于表1中：

表1

井眼第一井眼第二井眼IISCWSA不确定性钻探时的不确定性不确定性的降低率％+/-43.82m+/-16.66m61.9％+/-41.41+/-15.6262.2％

所使用的勘测改进技术的组合导致了水平井眼横向位置的62％的净改进。第一系列测距测量值将两口井眼放置在隔开约15米，这正好在所预测的横向不确定性范围内。测距测量值将进一步在下一个部分中进行讨论。

为最终井孔交叉进行测距

使用旋转磁体测距系统(RMRS)使得可以测量从第二井眼到第一井眼的距离和取向。旋转磁体系统在钻探井眼时收集数据。安装在钻头和Geo-Pilot^TM之间的磁体短节在钻探第二井眼时旋转，并且产生频率等于钻头旋转速度的时变磁场。采用定位在第一井眼内的多频磁力计记录了数据并且对照深度进行分析。

因为下述原因，选择旋转磁体测距系统(RMRS)作为用于该特别应用场合的系统：

1、当传感器定位在井底组件的非磁性节段内侧时，能够在理想条件下在远达70m的距离测量所产生的时变磁场。

2、因为信号在钻头处产生，所以改善了转向控制，允许产生非常精确的井眼交叉部。

3、RMRS允许测量收敛性或者发散性，这协助实现井眼交叉。

由于两口井眼更加密切地靠近彼此，所以信号将变得更强。一旦两口井眼进入信号范围，将能够相对较快地确定取向。这让第二井眼可以朝向第一井眼转向。

RMRS精度

用于该场合的RMRS精度是两口井眼分开距离的2％。测量中的绝大多数不精确不是发生在井眼之间的物理距离上，而是发生在取向测量中。取向由磁力计的分辨率控制，该分辨率通常为+/-0.5°。在18m精度上何时首先检测到测距数据并不比知道两口井眼之间的一般收敛方向更重要。但是，检测到的数据给予团队充足的数据来做出初始转向决定。随着两口井眼靠近彼此，精度大大提高并且允许更严密地控制井眼交叉过程。

Geo-Pilot短节——4¹/₂”API常规箱x4¹/₂”IF箱

该短节设计和构造成兼作为全漂浮套筒和旋转磁性钻头短节。这种设计允许在不牺牲Geo-Pilot^TM的稳定性和转向性特性的条件下进行测距。在发生Geo-Pilot^TM失效或者不可用的情况下，标准RMRS短节保持在位置上，与SlickBore^TM系统一起运行。开发了FullDrift^TM RMRS稳定器以使RMRS技术能用在Geo-Pilot^TM系统上而不会改变所设计的Geo-Pilot^TM系统的转向特性。

电缆单元

单导体电线单元用于部署RMRS传感器。电缆RMRS数据收集工具部署在第一井眼内并且泵送到第一井眼底部。其定位在非磁性钻环的55m节段处，以增大精度以及在最大可能的距离进行检测。

实时监测和协作

在钻探U形管井眼的每个早上，操作员和各方面工地承包单位的代表集中在Alberta省Calgary市的Halliburton’s Real Time Operation Center(RTOC)开会，来讨论U形管井眼进程以及规划当天的钻探工作。RTOC在视觉环境中提供了全面协作和沟通。这一过程增加了对工程复杂性的理解，并且为团队提供了工具，使其能在复杂的实时多钻塔环境中更好地决策。晨会在RTOC的可视化室内举行。Landmark的决策空间可视化软件用来将井眼路径和3-D地震数据可视化。在会议上进行实时井底组件建模以及回旋(whirl)，并且就井底组件变化和优化进行决策。然后将井底组件配置发送至钻塔，通过优化井底组件和钻杆设计，实现了更好的性能。与安全DBS就钻头设计进行了磋商，并且还有应用设计工程师来检查钻头磨损模式并且推荐使用什么钻头，从而优化钻探性能以及让成本最小。这种环境促成了伟大的协作工作氛围并且为工程创造了价值。

经验教训

井眼规划——选项1

为第一井眼规划的初始轮廓是大角度延伸位移井眼。其原本设计用来快速穿透和具有使总测量深度最小的形状。第二井眼最初设计为传统水平井孔。

井眼规划——选项2

在因地层不稳定和套管磨损损失了第一井眼后，设计了两条新井眼路径，作为在井眼井底带有规划好的井眼交叉部的传统水平井眼。这些井眼每一条均包括垂直井段，跟着是标准的造斜井段，然后是传统水平井段。这些井眼被钻探，但是比原本预期用了更长的时间，原因是在水平井段遭遇了硬质地层。

将来的选择

将来，组成U形管井眼的第一和第二井眼可以设计成分离和产生约20-30度的倾斜，保持该角度，直到开始对水平井段造斜为止。该选项将允许井眼朝向彼此转向，且可能的最终结果是井眼更短，钻探时间更短，需要钻探的硬质地层更少。

重点关注扭矩和阻力

将来的U形管井眼钻探应该更为关注井底组件建模、钻杆位置、井眼路径轨迹，从而使深度和总阻力最小。继续强调使用FullDrift ^TM指引钻头技术也可以获得比正常水平的扭矩和阻力更小的井眼路径。

最后，在本文中，词语“包括”使用其非限制性的含义，意味着跟在该词后面的项目被包括在内，但是没有具体提及的项目并未排除。术语“这”、“那”、“此”、“某”修饰的元件并不排除可能存在多于一个元件的情况，除非文中清楚地指出有且只有一个元件。