專利名稱：用于圍繞管狀元件建立環(huán)狀密封的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圍繞在供井眼使用的管狀元件而建立環(huán)狀密封的方法。
背景技術(shù)：
在由井眼開采烴類流體領(lǐng)域，通常的做法是密封在管狀內(nèi)壁與管狀外壁之間形成的環(huán)形空間，例如開采管道與環(huán)繞套管之間，或者在套管和井眼壁之間。已經(jīng)應(yīng)用各種類型的封隔器來提供這樣的密封功能。傳統(tǒng)封隔器通常被預(yù)裝配到管狀區(qū)段(通常被稱為〃 子段(subs)〃 )上，這些管狀區(qū)段組裝起來形成管狀元件。因而，在組裝管狀元件過程中，需要在對應(yīng)于即將安裝封隔器的深度位置的選定間隔處定位設(shè)有封隔器的管狀區(qū)段。但是，已經(jīng)驗(yàn)證，直到將管狀元件組裝起來并將其安裝到井眼中，所需封隔器的數(shù)量以及這些封隔器即將安裝的深度位置才變得清晰。 一旦管狀元件(或其一部分)已經(jīng)組裝起來，在所希望的井眼深度設(shè)置封隔器的靈活性就變低。此外，預(yù)裝配的封隔器通常需要在遠(yuǎn)離井眼現(xiàn)場的專門車間與相應(yīng)管狀區(qū)段組裝在一起。這樣遠(yuǎn)距離的組裝進(jìn)一步降低了在井眼現(xiàn)場組裝過程中將封隔器應(yīng)用于管狀元件的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的是提供一種圍繞在供井眼使用的管狀元件而建立環(huán)狀密封的改進(jìn)方法，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，在管狀元件組裝過程中能夠提供高的靈活性。
依照本發(fā)明，提供了一種圍繞在供井眼使用的管狀元件建立環(huán)狀密封的方法，該方法包括 a)提供至少一個柔性密封材料層，所述柔性密封材料在接觸所選擇的流體時易于膨脹，所述至少一個層具有第一邊緣和第二邊緣； b)將各層繞管狀元件螺旋巻繞，使得所述第一和第二邊緣彼此相鄰地延伸，并在柔性密封材料膨脹之后彼此相互密封；
c)將管狀元件下放至井眼中； d)允許所選擇的流體接觸各層，以使柔性密封材料膨脹，使得第一和第二邊緣彼此相互密封，從而形成環(huán)狀密封。 利用本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)在組裝管狀元件以及將其下放到井眼內(nèi)的過程中，密封層可以應(yīng)用于管狀元件的已組裝部分。因而，在沿管狀元件的選擇位置上提高了靈活性，在所述選擇位置上，密封層可以應(yīng)用于管狀元件。此外，利用本發(fā)明的方法，管狀元件的組裝變得與預(yù)裝配封隔器在鉆井現(xiàn)場的利用無關(guān)。并且避免了上述的由于需要在專門車間組裝預(yù)裝配封隔器而引起的邏輯問題。 優(yōu)選的是，步驟(a)包括在由所述柔性密封材料制成的管狀套筒上產(chǎn)生螺旋切口 ，從而形成所述至少一個柔性密封材料層，該螺旋切口限定所述第一和第二邊緣。這樣，該層安放時將呈現(xiàn)自然的螺旋形狀，使得該層可以非常容易地繞管狀元件螺旋巻繞。并且，由于第一和第二邊緣彼此靠近地自然延伸，這些邊緣在該層膨脹時很快地彼此相互密封。
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適當(dāng)?shù)厥?，第一和第二邊緣大體上彼此平行地延伸，例如通過提供細(xì)長條形式的層。 在優(yōu)選實(shí)施例中，柔性密封材料在接觸水或烴類流體時易于膨脹，由此，例如，柔性密封材料包括在接觸來自地層的水時易于膨脹的彈性體。 適宜的情況為可膨脹材料是適于在接觸水和/或油時膨脹的彈性體。在接觸烴類流體時膨脹的材料的例子有天然橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯丁二烯橡膠、多丙烯橡膠、丁基橡膠、溴化丁基橡膠、氯化丁基橡膠、氯化聚乙烯、氯丁橡膠、苯乙烯丁二烯共聚物橡膠、磺化聚乙烯、乙烯丙烯橡膠、2_環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷共聚物、乙烯_丙烯共聚物(過氧化物交聯(lián))、乙烯_丙烯共聚物(硫交聯(lián))、乙烯_丙烯_ 二烯三元共聚物橡膠、乙烯-乙酸乙烯共聚物共聚物、氟橡膠、氟硅橡膠、以及硅酮橡膠。優(yōu)選的材料有EP(D)M橡膠(乙烯_丙烯共聚物、過氧化物交聯(lián)或硫交聯(lián)均可)、EPT橡膠(乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡膠)、丁基橡膠、溴化丁基橡膠、氯化丁基橡膠、或氯化聚乙烯。 代替或除了適于在接觸烴類流體時膨脹的可膨脹材料之外，適合的可膨脹材料還適于在接觸水時膨脹。適合的此類水膨脹材料選自基于NBR、 HNBR、 XNBR、 FKM、 FFKM、 TFE/P或EP匿的橡膠。為了提高水膨脹材料的膨脹量，甚至是在鹽水環(huán)境，所述材料適合為一基體材料，其中一可溶于水的合成物結(jié)合到該基體材料中，使得基體材料能夠大體上防止或限制合成物從可膨脹密封中遷移出去，并允許水通過滲透作用遷移到可膨脹密封中，以致在所述水遷移到可膨脹密封中時誘導(dǎo)可膨脹密封膨脹。所述合成物適當(dāng)包括鹽，例如基于基體材料和鹽的總重量的至少20%重量比的鹽，優(yōu)選基于基體材料和鹽的總重量的至少35%重量比的鹽。為了防止或減少合成物從基體材料中浸析出來，優(yōu)選的是，基體材料基本上不滲透所述合成物或所述合成物的離子。合成物可以存在于基體材料中，例如，以分散在基體材料中的多個合成物顆粒的形式存在。如果基體材料是彈性體，合成物可以在硫化之前混合到基體材料中。 如果控制線沿管狀元件延伸，所述層優(yōu)選設(shè)置有凹部，在圍繞管狀元件巻繞所述層的過程中，控制線收容在所述凹部中。 優(yōu)選地，所述層在繞管狀元件螺旋巻繞之后在層的相對端部處，所述層錨固到管狀元件上。 如上文所述建立的環(huán)狀密封適合布置成密封管狀元件與在管狀元件周圍延伸的壁之間的環(huán)形空間，所述壁選自井眼壁、伸入井眼中的套管壁和伸入井眼中的篩管的壁。


參照附圖，下文將通過舉例的方式更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中 圖1示意性顯示了設(shè)置有依照本發(fā)明方法的環(huán)狀密封的井眼管道的一個實(shí)施例； 圖2示意性顯示了制成圖1中的一個環(huán)狀密封的管狀套筒的側(cè)視圖； 圖3示意性顯示了圖2的套筒在其中建立螺旋切口以形成螺旋層之后的視圖； 圖4示意性顯示了圖3的螺旋層在組裝到管狀元件上的過程中的視圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，同樣的參考標(biāo)記表示同樣的部件。
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參見圖l，顯示了在地層2中形成的用于開采烴類流體的井眼l，井眼1具有基本上豎直的上區(qū)段la和基本上水平的下區(qū)段lb，上區(qū)段la和下區(qū)段lb延伸到待開采烴類流體的地層的區(qū)域3中。地層區(qū)域3被破裂，由此存在來自其他地層區(qū)域(未顯示)的水經(jīng)由地層區(qū)域3的裂縫進(jìn)入井眼下區(qū)段lb中的危險。井眼上區(qū)段la設(shè)置有由一層水泥5粘合在井眼的套管4，所述套管4延伸到地表6a處的井頭6。開采篩管7從套管4的下端部分延伸到基本上水平的井眼下區(qū)段lb中。開采管線9提供了井頭6與開采篩管7之間的流體連通，由此，開采管線9由封隔器10密封到開采篩管7上。 開采篩管7設(shè)置有以沿篩管7的長度間隔開的流入控制閥12、13、14、15形式的多個流入控制裝置。各流入控制閥12、13、14、15經(jīng)由沿著開采篩管7的外表面和套管4的內(nèi)表面延伸的一組電氣控制線18連接于地表的控制中心16，以允許各流入控制閥12、 13、 14、15由控制中心16打開或關(guān)閉。 多個環(huán)狀密封20、22、24、26布置在開采篩管7與井眼區(qū)段lb的壁之間的環(huán)形空間28中，其中環(huán)狀密封20、22、24、26和流入控制閥12、 13、 14、 15按交替順序布置在開采篩管7的軸向方向上。各環(huán)狀密封20、22、24、26包括在接觸來自地層2的含水層的水時易于膨脹的彈性體，例如HNBR彈性體。 再參見圖2和圖3，顯示了管狀套筒30，由該管狀套筒30制成其中一個環(huán)狀密封、例如環(huán)狀密封22。其他環(huán)狀密封20、24、26由類似的方式制成。套筒30的內(nèi)徑與開采篩管7的外徑相當(dāng)，其外徑選擇成使得環(huán)狀密封22在其可膨脹彈性體膨脹之后密封在井眼壁上。 為了由套筒30形成環(huán)狀密封22，在套筒30上建立一螺旋切口 32，所述螺旋切口32延伸套筒30的全長。螺旋切口 32完全貫穿套筒30的壁延伸，由此形成一螺旋密封層34，其具有基本上彼此平行地延伸的第一和第二邊緣36、38。假若套筒30的材料在制成切口 32之前沒有承受明顯的預(yù)加載，密封層34自然呈現(xiàn)類似制成該密封層34的套筒30的圓柱形狀的螺旋形狀。因而，當(dāng)密封層34呈現(xiàn)其自然形狀時，第一和第二邊緣36、38大體上彼此平行地和彼此靠近地延伸。套筒30在其內(nèi)表面設(shè)置有一個或多個在軸向方向延伸的凹部(未顯示)以收容相應(yīng)的控制線18。 再參見圖4，顯示了應(yīng)用于開采篩管7過程中的螺旋密封層34。密封層34的端部借助于環(huán)形夾具40固定地連接于開采篩管。 在正常操作過程中，開采篩管7由多個管狀接頭和多個設(shè)置有相應(yīng)的控制閥12、13、14、15的短管狀區(qū)段(通常稱為〃 子段(subs)〃 )以傳統(tǒng)方式組裝而成。該組裝在鉆井現(xiàn)場與開采篩管7下降到井眼1內(nèi)相繼進(jìn)行。相應(yīng)于開采篩管7下降到井眼1內(nèi)，供給控制線18，并將其固定地連接于開采篩管7。 在將開采篩管7下降到井眼1內(nèi)之前或期間，在所希望的位置將環(huán)狀密封22應(yīng)用于開采篩管7。這是通過如圖4所示的方式繞開采篩管巻繞密封層34而實(shí)現(xiàn)的。由于密封層34趨向于自然呈現(xiàn)對應(yīng)于組裝到開采篩管7之后的螺旋形狀的螺旋形狀，巻繞工序相對容易。繞開采篩管7巻繞一短段的密封層34之后，將夾具40應(yīng)用于密封層34，以致將密封層34固定地連接到開采篩管7上。在將密封層34完全繞開采篩管7巻繞之后，將類似的夾具(未顯示)應(yīng)用于密封層34的另一端。在巻繞工序過程中，這樣確保相鄰巻匝中的第一和第二邊緣36、38彼此平行地和彼此靠近地延伸。但是，實(shí)際距離可以根據(jù)環(huán)境選擇，以便相鄰巻匝中的第一和第二邊緣36、38在密封層的可膨脹彈性體膨脹之后相互密封。因而，環(huán)狀密封22由圍繞開采篩管7螺旋巻繞的密封層34形成。其他環(huán)狀密封20、24、26由類似的方式形成。 開采篩管7下降到井眼1中，以便將環(huán)狀密封20、22、24、26和流入控制閥12、 13、14、15設(shè)置在儲層區(qū)域3中。 在適當(dāng)?shù)赝瓿删?之后，允許烴類流體從儲層區(qū)域3流入井眼區(qū)段lb，并由此經(jīng)由流入控制閥12、 13、 14、 15流入開采篩管7和開采管線9。如果地層水進(jìn)入開采篩管7與井眼壁之間的環(huán)形空間，密封層20、22、24、26中的一個或多個接觸地層水，從而膨脹，直到進(jìn)一步的膨脹被井眼壁阻止。環(huán)狀密封22的相鄰巻匝中的第一和第二邊緣36、38由于這樣的膨脹而變得彼此壓緊在一起，從而防止邊緣36、38之間的流體泄漏。 一旦已膨脹的環(huán)狀密封20、22、24、26壓緊在開采篩管7與井眼壁之間，就能夠防止地層水穿過環(huán)形空間進(jìn)一步遷移。 為了確定進(jìn)水的位置，通過依次打開和/或關(guān)閉流入控制閥12、13、14、15，并同時測量地層水的流入而進(jìn)行測試。根據(jù)由關(guān)閉一個或多個特定流入控制閥而引起的、所觀察到的地層水的的減少(或消除)流入，確定流入位置。 一旦確定了進(jìn)水的位置，就關(guān)閉相應(yīng)的流入控制閥12、 13、 14、 15，以便消除地層水的進(jìn)一步流入。 除了允許環(huán)狀密封通過接觸來自地層的水而膨脹之外，環(huán)狀密封的膨脹也可以通過使環(huán)狀密封接觸泵入井眼的水而觸發(fā)。這樣的程序具有減少環(huán)狀密封在將管狀元件下降到井眼內(nèi)的過程中過早膨脹的風(fēng)險的優(yōu)點(diǎn)。 此外，環(huán)狀密封可以由在接觸烴類流體、例如原油或柴油時易于膨脹的材料制成。在這樣的應(yīng)用中，環(huán)狀密封適當(dāng)?shù)赝ㄟ^使之接觸從井眼開采的烴類流體或泵入井眼的烴類流體而誘導(dǎo)膨脹。 并且，可以應(yīng)用一混合系統(tǒng)，由此環(huán)狀密封在接觸烴類流體和接觸水時易于膨脹。
權(quán)利要求
一種圍繞在供井眼使用的管狀元件而建立環(huán)狀密封的方法，該方法包括a)提供至少一個柔性密封材料層，所述柔性密封材料在接觸所選擇的流體時易于膨脹，所述至少一個柔性密封材料層具有第一邊緣和第二邊緣；b)將各層繞管狀元件螺旋卷繞，使得所述第一和第二邊緣彼此相鄰地延伸，并在柔性密封材料膨脹之后彼此相互密封；c)將管狀元件下降至井眼中；d)使所選擇的流體接觸各層，以使柔性密封材料膨脹，使得第一和第二邊緣彼此相互密封，從而形成環(huán)狀密封。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，步驟(a)包括在由所述柔性密封材料制成的管狀套筒上切制出螺旋切口 ，以形成所述至少一個柔性密封材料層，該螺旋切口限定所述第一和第二邊緣。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，第一和第二邊緣大體上彼此平行地延伸。
4. 如權(quán)利要求l-3任一所述的方法，其中，柔性密封材料在接觸水或烴類流體時易于膨脹。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，柔性密封材料包括在接觸來自地層的水或來自地層的烴類流體時易于膨脹的彈性體。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述彈性體包括HNBR彈性體。
7. 如權(quán)利要求l-6任一所述的方法，其中，所述層設(shè)置有用于收容沿著管狀元件延伸的控制線的凹部，以及其中控制線在步驟(b)過程中收容在凹部中。
8. 如權(quán)利要求l-7任一所述的方法，其中，還包括在步驟(b)之后，將所述層在層的相對端部分處固定到管狀元件上。
9. 如權(quán)利要求l-8任一所述的方法，其中，環(huán)狀密封布置成密封管狀元件與在管狀元件周圍延伸的壁之間的環(huán)形空間，所述壁選自井眼壁、伸入井眼中的套管的壁以及伸入井眼中的篩管的壁。
10. 參照附圖大體上在上文中描述的方法。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種圍繞在供井眼使用的管狀元件而建立環(huán)狀密封的方法。該方法包括提供至少一個柔性密封材料密封層，所述柔性密封材料在接觸所選擇的流體時易于膨脹，所述至少一個柔性密封材料密封層具有第一邊緣和第二邊緣；將各密封層繞管狀元件螺旋卷繞，使得所述第一和第二邊緣沿著管狀元件彼此相對延伸，以及使得所述第一和第二邊緣在柔性密封材料膨脹時彼此相互密封。將管狀元件下降到井眼中，所選擇的流體允許接觸各密封層，以使柔性密封材料膨脹，由此所述第一和第二邊緣彼此相互密封。
文檔編號E21B33/12GK101784749SQ200880103964
公開日2010年7月21日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者E·K·科內(nèi)利森, N·戴克斯特拉, P·奧維爾科克 申請人:國際殼牌研究有限公司