CN102971484A - 减轻生产管中的泄漏 - Google Patents

Abstract

一种井系统，包括延伸到地表位置的大体管状的生产管柱。生产封隔器封堵生产管柱外部的环状空间。可膨胀封隔器被互连在生产封隔器与地表位置之间的生产管柱中。一种减轻大体管状的生产管柱中的泄漏的方法包括，将可膨胀封隔器互连在生产管柱中，以及可膨胀封隔器响应于流体通过生产管柱的侧壁的泄漏而膨胀，并由此不断增加地限制通过围绕生产管柱的环状空间的流动。另一方法包括将可膨胀封隔器互连在生产管柱中，以及可膨胀封隔器响应于烃从生产管柱的内部流入环状空间而膨胀，并由此不断增加地限制通过围绕生产管柱的环状空间的流动。

Description

减轻生产管中的泄漏

技术领域

本发明大体涉及结合地下井使用的设备和执行的操作，在以下描述的示例中，更具体而言，本发明为减轻生产管（production tubulars）中的泄漏而提供。

背景技术

大多数国家规定了在产出油或产出气（烃）时实施的安全措施的规章。这些规章典型地要求在外部环境与所产出的烃之间设置两个隔离物，使得假使一个隔离物失效，则另一隔离物仍能防止烃泄漏到外部环境。

第一隔离物典型地以阀的形式设置在地表。第二隔离物通常是封堵生产管与套在井筒中的套管之间的环状空间的生产封隔器。

典型地，所产出的烃进入生产管的下端并流到地表。生产封隔器封堵产出油管与套管之间的环状空间。

然而，如果在封隔器之上的生产管中发生泄漏（例如由于不合格的管连接、侵蚀、腐蚀等），那么烃能够经由环状空间行进到地表。在此情形下，只有处于地表的隔离物（例如套管阀）可防止烃逃逸到周围环境，这违反安全规章。

在过去，这种情形是通过将油管收回到地表维修或更换（这样做成本很高且费时）、通过修补油管来阻止泄漏或通过将可硬化物质注入到泄漏处以上的环状空间而形成环状的隔离物来补救。这些现有方法的每种方法都存在显著缺陷。

因此，应明白，减轻生产管的泄漏的技术需要改进。

发明内容

在以下内容中，提供了给减轻生产管的泄漏的领域带来改进的系统和方法。以下描述了一个示例，其中将可膨胀封隔器互连在生产管柱中，但可膨胀封隔器不会发生膨胀而封堵环状空间，除非并直到管柱的内部与环状空间之间发生泄漏。以下描述了另一示例，其中可膨胀封隔器被互连在地表与传统机械式或压力坐封的封隔器之间的管柱中。

在一个方面，本发明为本领域提供一种能够包括延伸到地表位置的大体管状的生产管柱的井系统。生产封隔器封堵了生产管柱外部的环状空间。可膨胀封隔器被互连在生产封隔器与地表位置之间的生产管柱中。

在另一方面，本发明提供一种减轻大体管状的生产管柱中的泄漏的方法。该方法能够包括将可膨胀封隔器互连在生产管柱中。该可膨胀封隔器响应于流体通过生产管柱的侧壁的泄漏而膨胀，由此不断增加地限制通过围绕生产管柱的环状空间的流动。

在又一方面，提供一种减轻大体管状的生产管柱中的泄漏的方法，该方法包括以下步骤：将可膨胀封隔器互连在生产管柱中；以及可膨胀封隔器响应于烃从生产管柱的内部流入环状空间而膨胀，由此不断增加地限制通过围绕生产管柱的环状空间的流动。

本领域普通技术人员在仔细考虑以下代表性示例的详细描述和附图之后，这些及其它特征、优点和益处将变得显而易见，附图中相同的元件用相同的附图标记表示。

附图说明

图1是能够体现本发明的原理的井系统和相关的方法的示意性的局部剖视图。

图2是图1的井系统的一部分的示意性的局部剖视图，其中可膨胀封隔器位于生产封隔器与地表位置之间。

图3是坐放了可膨胀封隔器的井系统的示意性的剖视图。

具体实施方式

图1中代表性地示出得益于本发明的原理的井系统10和相关的方法。在井系统10中，管状生产管柱12安装在井筒14中，流体16从与井筒相交的地层20（经由生产管柱的内部24）产出到地表位置18。

地表位置18能够是陆地、海底、浮动平台、泥线（mudline）或接近地球表面的其它位置。井口和/或产出设施可布置在地表位置18。

图1中描绘的井筒14大体为竖向，并套有套管22。然而，在其它示例中，井筒14可未加套管或者为裸井，井筒可大体水平，相对于竖向倾斜等。

尽管流体16被描绘为从一个位置进入生产管柱12的下端，但是在其它示例中，生产管柱可具有允许流体进入生产管柱的内部24的一个或多个阀或其它流动控制装置，流体可在多个位置或区域等处被允许进入生产管柱的内部。因此，应清楚地理解，本文所描述并在附图示出的井系统10仅仅是如何有益地利用本发明的原理的一个示例，但那些原理无论如何不限于井系统10的细节。相反，本发明的原理能够应用于多种不同的井系统。

在正常操作中，流体16从地层20产出，并经由生产管柱12的内部24流到地表位置18。然而，如果发生使流体16进入生产管柱12与井筒14之间的环状空间26的泄漏，则流体可经由环状空间流到地表位置18，这将违反地区或国家的安全规章。

应注意，生产封隔器28（诸如机械式或压力坐封的封隔器等）通常用作压力壁垒来防止流体16经由环状空间26流到地表，但是如果泄漏发生在生产封隔器与地表之间的位置，则生产封隔器无法防止流体流入封隔器之上的环状空间。

泄漏可能由于各种原因发生。例如，生产管柱12的侧壁30可能会因流体16和/或流体中的化学物质流经生产管柱而受到长期的侵蚀、氧化或腐蚀。在其它示例中，生产管柱12中的一个或多个螺接部会失效，由此使得生产管柱的内部与环状空间26之间经由生产管柱的侧壁30而流体相通。

现在再参照图2，图2代表性地示出在体现本发明的原理的构造中的井系统10。在该构造中，可膨胀封隔器32被互连在生产封隔器28与地表位置18（图2中不可见，见图1）之间的生产管柱12中。

在生产封隔器28被坐放在井筒14中（例如通过机械式操纵生产管柱，或通过对生产封隔器施加压力等）之后，流体16从地层20经由生产管柱的内部24而产出到地表位置18。如果生产管柱12的内部24与环状空间26未发生泄漏，那么优选地，可膨胀封隔器32保持未坐封。

然而，如果发生泄漏，那么可膨胀封隔器32被坐封，由此防止（或至少减缓）流体16经由环状空间26流到地表位置18。可膨胀封隔器32通过使封隔器的可膨胀材料34膨胀来进行坐放。

可膨胀材料34在接触预定的活化剂时膨胀。术语“膨胀”和类似的术语（例如“可膨胀”）在本文用来表示可膨胀材料的体积上的增大。

典型地，该体积上的增大是由于活化剂的分子组成成分结合到可膨胀材料自身中，但如果需要的话，可使用其它膨胀机构或技术。应注意，尽管密封材料因膨胀而扩展，但是膨胀与扩展不同。

例如，在一些传统封隔器中，密封元件可通过纵向挤压密封元件、或使密封元件充气而得以沿径向向外扩展。在这些情况的每一种情况下，密封元件扩展但不增大制成密封元件的密封材料的体积。因此，在这些传统封隔器中，密封元件扩展，但不会膨胀。

引起可膨胀材料34膨胀的活化剂优选烃流体（例如油或气）。在井系统10中，当流体16包括活化剂时，可膨胀材料34会膨胀，流体泄漏到环状空间26中。已膨胀的材料34于是封堵环状空间26，或者至少不断增加地限制流体16通过环状空间流动。

本领域技术人员已知各种可膨胀材料，这些材料在接触烃流体时会膨胀，所以这里不列出这些材料的全面清单。可膨胀材料的部分清单可在美国专利US 3385367、US 7059415和US 7143832中以及国际申请PCT/NO2005/000170（公开号为WO 2005/116394）中找到，它们的全部内容以引用方式并入本文。

因此，应清楚地理解，使用在接触预定活化剂时膨胀的任何可膨胀材料都是符合本发明的原理的。活化剂不一定是烃，也可以替换为水、其它类型的气体等。

现在再参照图3，其代表性示出了可膨胀材料34已经膨胀后的井系统10。可膨胀材料34能够响应于包括活化剂的流体16泄漏到环状空间26中而膨胀。因此，可膨胀封隔器32能够在环状空间26中保持不活动或未坐封，直到发生泄漏，在发生泄漏时，可膨胀材料34膨胀并封闭、或至少限制流体16通过环状空间流动。

可选地，或另外地，不管是否已经发生泄漏，或者不管流体16是否已经流入环状空间26，都能够将活化剂36放置成接触可膨胀材料34。例如，活化剂36可从地表位置18或其它远距离位置流入环状空间26中，活化剂可从井下储槽释放，活化剂可初始包含在可膨胀封隔器32中等。因此，本发明的原理不限于活化剂36的任何具体源头。

现在可完全理解本发明对于减轻生产管中的泄漏的领域提供了若干优点。在井系统10及相关的方法中，不需要将可硬化柱塞注入到环孔26中，不需要在生产管柱12中坐放补片，不需要将生产管柱收回到地表来维修或更换。

以上内容为本领域提供一种能够包括延伸到地表位置18的大体管状的生产管柱12的井系统10。生产封隔器28封堵了生产管柱12外的环状空间26。可膨胀封隔器32被互连在生产封隔器28与地表位置18之间的生产管柱12中。

可膨胀封隔器32可响应于流体1 6通过生产管柱12的侧壁30的泄漏而膨胀并不断增加地限制通过环状空间26的流动。

可膨胀封隔器32可响应于烃从生产管柱12的内部14流入环状空间26而膨胀并不断增加地限制通过环状空间26的流动。

可膨胀封隔器32可包括响应于接触活化剂36而增大体积的可膨胀材料34。

活化剂36可包括烃或水。活化剂36可从远距离位置流入环状空间26。

以上内容还描述了减轻大体管状的生产管柱12中的泄漏的方法。该方法能够包括将可膨胀封隔器32互连在生产管柱12中。可膨胀封隔器32响应于流体16通过生产管柱12的侧壁30的泄漏而膨胀，并由此不断增加地限制通过围绕生产管柱12的环状空间26的流动。

膨胀步骤可响应于烃从生产管柱12的内部24流入环状空间26而执行。膨胀步骤可仅在烃流经生产管柱12的内部24而执行。

可膨胀封隔器32能够包括响应于接触活化剂36而增大体积的可膨胀材料34。

互连步骤能够包括将可膨胀封隔器32互连在生产封隔器28与地表位置18之间的生产管柱12中。

减轻大体管状的生产管柱12中的泄漏的另一方法能够包括将可膨胀封隔器32互连在生产管柱12中。可膨胀封隔器32响应于烃从生产管柱12的内部24流入环状空间26而膨胀，并由此不断增加地限制通过环状空间26的流动。

该方法能够包括机械式坐放生产封隔器28。该方法能够包括通过对生产封隔器28施加压力来坐放生产封隔器28。

该方法能够包括在烃流经生产管柱12的内部24之前坐放生产封隔器28。膨胀步骤可仅在烃流经生产管柱12的内部24之后执行。

应理解，在不背离本发明的原理的情况下，上述各种示例可按照各种定向（例如倾斜、倒置、水平、竖向等）以及按照各种构造来加以利用。附图所示的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例来加以描绘和描述，本发明的原理不限于这些实施例的任何特定细节。

在以上本发明的代表性示例的描述中，方向性的术语（例如“之上”、“之下”、“上”、“下”等）是为了便于参照附图而使用的。通常，“之上”、“上”、“向上”和类似的术语指的是沿井筒朝向地球的表面的方向，而“之下”、“下”、“向下”和类似的术语指的是沿井筒远离地球的表面的方向。

当然，在仔细考虑以上代表性实施例的描述之后，本领域技术人员将容易理解，可对这些特定实施例进行多种更改、添加、替换、删除和其它改变，并且这些改变处于本发明的原理的范围内。因此，前述详细的描述应被清楚理解为仅作为解释和示例给出，本发明的精神和范围仅由随附权利要求书及其等效方案限制。

Claims (20)

1.一种井系统，包括：

大体管状的生产管柱，延伸到地表位置；

生产封隔器，封堵所述生产管柱外部的环状空间；以及

可膨胀封隔器，被互连在所述生产封隔器与所述地表位置之间的所述生产管柱中。

2.如权利要求1所述的井系统，其中所述可膨胀封隔器响应于流体通过所述生产管柱的侧壁的泄漏而膨胀，并不断增加地限制通过所述环状空间的流动。

3.如权利要求1所述的井系统，其中所述可膨胀封隔器响应于烃从所述生产管柱的内部流入所述环状空间而膨胀，并不断增加地限制通过所述环状空间的流动。

4.如权利要求1所述的井系统，其中所述可膨胀封隔器包括响应于接触活化剂而增大体积的可膨胀材料。

5.如权利要求4所述的井系统，其中所述活化剂包括烃。

6.如权利要求4所述的井系统，其中所述活化剂包括水。

7.如权利要求4所述的井系统，其中所述活化剂从远距离位置流入所述环状空间。

8.一种减轻大体管状的生产管柱中的泄漏的方法，所述方法包括：

将可膨胀封隔器互连在所述生产管柱中；以及

所述可膨胀封隔器响应于流体通过所述生产管柱的侧壁的泄漏而膨胀，并由此不断增加地限制通过围绕所述生产管柱的环状空间的流动。

9.如权利要求8所述的方法，其中膨胀的步骤还响应于烃从所述生产管柱的内部流入所述环状空间而执行。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述膨胀的步骤仅在烃流经所述生产管柱的内部之后才执行。

11.如权利要求8所述的方法，其中所述可膨胀封隔器包括响应于接触活化剂而增大体积的可膨胀材料。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述活化剂包括烃。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述活化剂包括水。

14.如权利要求8所述的方法，其中互连的步骤还包括将所述可膨胀封隔器互连在生产封隔器与地表位置之间的所述生产管柱中。

15.一种减轻大体管状的生产管柱中的泄漏的方法，所述方法包括：

将可膨胀封隔器互连在所述生产管柱中；以及

所述可膨胀封隔器响应于烃从所述生产管柱的内部流入环状空间而膨胀，并由此不断增加地限制通过围绕所述生产管柱的所述环状空间的流动。

16.如权利要求15所述的方法，其中互连的步骤还包括将所述可膨胀封隔器互连在生产封隔器与地表位置之间的所述生产管柱中。

17.如权利要求16所述的方法，还包括机械式地坐放所述生产封隔器的步骤。

18.如权利要求16所述的方法，还包括通过对所述生产封隔器施加压力来坐放所述生产封隔器的步骤。

19.如权利要求16所述的方法，还包括在烃流经所述生产管柱的内部之前坐放所述生产封隔器的步骤。

20.如权利要求15所述的方法，其中膨胀的步骤仅在烃流经所述生产管柱的内部之后执行。

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