CN103958823A - 用于停止或至少减少烃类从烃抽提井不受控的释放、喷出的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于停止或至少减少烃类从用于抽提烃类的井不受控的释放、喷出的方法，该方法包括：通过合适的管线，将高密度固体粒子引入该井的底部，以便引入的该固体粒子通过不规则填充在该井的该底部积聚，该固体粒子具有多面体、类球体、椭球体或抛物线体的形式，为规则或不规则的，可能涂覆有与离开该井的流体接触的膨胀聚合物材料，该固体粒子的最小尺寸大于1mm且最大尺寸小于100mm；形成柱，该柱完全或至少部分地阻碍该烃类的该不受控的释放。

Description

用于停止或至少减少烃类从烃抽提井不受控的释放、喷出的方法
技术领域
本专利申请涉及一种用于停止或至少减少烃类从用于抽提烃类的井不受控的释放、喷出的方法。
即使本方法可主要应用于海上井，其还可用于陆上井。
背景技术
世界范围内对烃流体的需要的持续增加导致水下或海上勘探和生产的积极性增加。
除了使生产更困难之外，在喷出事件(即例如，由于水下管路的破裂，烃类从抽提井的不受控的释放、和/或烃类向海洋的其他不受控的泄露)的情况下，水下环境引起环境损害的风险的增加。
即使罕见，这些事件不仅导致能量的损失，还可产生在人身安全、环境污染和井恢复成本方面的严重后果。
在海上钻井领域中，通过泥的柱将井保持在控制之下，该柱提供了足以将井与外部压力之间的压力差保持在受控值的静液载荷。
还称为井的主要控制阻挡层的、该泥的柱存在于井的内部和称为提升管的管内，该提升管将钻井设备连接至海床。
此外，在海床处，与井源对应，一般存在称为防喷装置或BOP的次级井控制装置，该次级井控制装置作为阀且在流体从井本身不受控地泄露的情况下可关闭井。
例如，在提升管破裂的情况下，结果提升管中存在的泥的柱的静载荷(由于海的深度，典型地比静电荷高)损失，BOP被关闭。该操作阻止进入井的喷出状态。
在罕见情况下，例如，通常由于诸如孤立子的特殊自然事件，可存在提升管和海床处安装的BOP的偶然移除，不可能阻止井进入喷出状态。
类似地，喷出事故还可在BOP的安装之前发生。
在水下井的喷出的情况下，目前可使用各种技术(诸如，例如桥塞(bridging)、封盖、产生减压井和压井)来用于恢复井的控制。
为喷出状态下井的自发断裂的桥塞为不可控事件，其通常在裸井的充足部件的存在下发生。
封盖为陆上喷出中广泛使用的阀关闭技术，但是难以应用于(特别是深度大的)海上。
产生减压井为目前最安全的且最广泛使用的技术，但是导致长的时间(大约几个月)和特别高的成本。
压井干预在于将延伸杆的特定绳(压井绳)插入喷出井内部，其允许应用常规压井技术，诸如重泥的循环、通过闸门或膨胀封隔器的关闭等等。
该方法现在仅可用于浅水(即深度小于1,000m)中的井喷的情况，其提供了合理的水下可视状态的可能性和通过钻井设备相对容易地移动压井绳的可能性。
发明内容
本发明的一个目的是：由于向井中注射具有合适尺寸的高密度固体粒子，减少用于停止喷出的操作时间(相对于使用目前技术需要的几周/几个月，为几天)，和克服以上提到的可能缺陷。
本发明的另一个目的是确保井底部的关闭：这因此还可应用于井的完整性既不允许井源处的关闭也小允许通过从BOP抽泥来压井的情况。
本发明的目的的、用于停止或至少减少烃类从用于抽提烃类的井不受控的释放、喷出的方法，该方法包括：通过合适的管线，将高密度固体粒子引入井的底部，以便引入的所述固体粒子通过不规则填充在所述井的所述底部积聚，所述固体粒子优选具有高于7,000kg/m3、更优选高于10,000kg/m3的密度，具有多面体、类球体、椭球体或抛物线体的形式，为规则或不规则的，最小尺寸大于1mm、优选大于2.5mm且最大尺寸小于100mm、优选小于50mm；形成柱，所述柱完全或至少部分地阻碍所述烃类的所述不受控的释放。
固体粒子必须由允许达到高密度以保证其在极高的喷出流速条件下下沉的材料组成或包含允许达到高密度以保证其在极高的喷出流速条件下下沉的材料：可以使用的该材料中，推荐铅和钨。
引入的固体粒子的形式优选为类球体，更优选选自球体、扁球体(扁平球体)和长球体(椭圆形球体)；或多面体，优选选自立方体和圆柱体。
在球体和立方体的情况下，最小尺寸和最大尺寸明显是一致的且因此优选范围必须与相同尺寸的最小值和最大值对应。
至少一部分引入的固体粒子可被涂覆或包含与喷出过程中释放的液体、烃类或水(取决于情况)接触的膨胀材料，该膨胀材料优选选自聚合物或树脂。
在这种情况下，由膨胀材料涂覆或包含膨胀材料的固体粒子的密度优选高于7,000kg/m3且形成不包含膨胀材料的、被涂覆的固体粒子的材料的密度高于10,000kg/m3。
该膨胀材料的功能是通过膨胀填充自发填充过程中固体粒子自由形成的空间且这样停止或显著减少烃类从井中不受控的流动。
涂覆有膨胀聚合物或树脂的固体粒子可以各种方式制备，在这些方式中：
·将单个固体粒子用熔化聚合物的层、或乳液形式的聚合物的层涂覆，随后干燥；
·将单个固体粒子用合适地粘在固体粒子本身的表面的粒状膨胀材料涂覆；
·制备球体形式或其他形式的膨胀聚合物或树脂且将其用一种或多种固体粒子填充以增加其重量。
例如，通过在井底部温度下打开的外壳或类似形式，释放聚合或膨胀时封闭相同固体粒子之间的空间的合适聚合物可实现被涂覆的固体粒子(即包含膨胀材料的固体粒子)的可选解决方式。
膨胀树脂或聚合物优选选自对烃类的存在敏感的树脂或聚合物。树脂或聚合物的体积膨胀可优选在50％至8,000％范围内，取决于使用的产品和应用的厚度。
同时如固体粒子(诸如球体或球...)的应用技术，这些产品为商业可得的且代表已知技术。
既没有被涂覆也不包含膨胀材料的引入固体粒子与被涂覆或包含膨胀材料的引入固体粒子之间的比优选在5/1至1/5的范围内。
固体粒子的表面可为光滑的或粗糙的，与涂覆要求或可用度有关。
根据本发明的方法可实施于任意类型的、用于抽提烃类的井，特别是海上井，其中优选存在所谓的防喷装置(BOP)的次级井控制装置。
用于将固体粒子引入水下井的底部的合适插入管线应该优选连接水下井的浮标与井的底部处的BOP：该管线可为：
·水下井中存在的服务管线
·特定构造的新管线
·套管本身。
可以以足以确保将固体粒子也带入导管的水平部件或小斜坡的速率，将浓度为配方中已知的液体(优选包含水，可能为通过加入稠化聚合物(例如羧甲基纤维素或黄原胶)而被稠化的水)抽入固体粒子的引入管线或导管作为钻井流体。一旦注射的液体到达井，其被喷出的流体向上带走。
可用已经存在的简单装置将固体粒子插入泵的出口处的注射导管，该简单装置可能被优化以允许以每秒至少一个固体粒子的优选频率将固体粒子自动射出，因此减少用于停止喷出所需的时间。
可以使用或调节，例如，用于将密封球(用酸抽吸的塑料球，其提高了刺激效率)注射进入井的那些射出装置作为射出装置。
井和流的特征决定了干预的参数：高度、柱、固体粒子的数量和大小、聚合物的类型和厚度、不包含膨胀材料的固体粒子/涂覆有膨胀材料或包含膨胀材料的固体粒子的合适间隔(在不存在上覆重物的情况下，阻止膨胀固体粒子在柱中漂浮和上升所需要的间隔)、载体液体(海水)的粘度和流速。
通过计算，出现的是，即使在不存在膨胀聚合物的情况下或在膨胀聚合物无效的情况下，为了确保停止喷出，需要50-100米高的球的柱，这相当于几万个球(取决于裸井和/或套管的直径)。另一方面，当聚合物有效时，如本发明设想的，有效柱可以减少一个数量级，这将球带至几千个且减少了对应的注射时间。
使用该系统的、井的密封操作可用从浮标到BOP的两个连接方案来实施：
·横向地，通过压井管线；
·在顶部通过直接竖直通路到达BOP(使用顶盖或双ROV激活的插入管)。
该注射方法还可应用于陆上井的情况。
将高密度固体粒子引入井底部可优选至少通过按顺序排列的以下阶段来实施：
·引入既没有被涂覆也不包含膨胀材料、具有小于5mm的直径，可能为在稀释在水中的分散体的形式的高密度固体粒子，以便形成由所述固体粒子的床组成的、具有合适高度的第一柱，
·引入涂覆有膨胀树脂、尺寸比前一阶段中引入的既没有被涂覆也不包含膨胀材料的所述高密度固体粒子的尺寸大5至15倍的高密度固体粒子，以便形成由所述固体粒子的床组成的、高度优选在所述第一柱的所述高度的一半与所述第一柱的所述高度的两倍之间的第二柱；
·引入既没有被涂覆也不包含膨胀材料、尺寸比前面引入的既没有被涂覆也不包含膨胀材利的所述高密度固体粒子的尺寸大5至15倍、优选尺寸与所述前一阶段中引入的所述被涂覆的固体粒子的尺寸大体相同的高密度固体粒子，以便形成由所述固体粒子的床组成的、高度优选在所述第一柱的所述高度的一半与所述第一柱的所述高度的两倍之间的第三柱。
附图说明
参考所附的示意性附图，根据本发明的、用于停止或至少减少烃类从井不受控的释放的方法的特征和优点将从以下说明性的和非限制性的描述中变得更明显，其中：
-图1为可能应用的情况的示意性图示，包括在喷出状态下的海上井(P)；干预船(N)，该干预船(N)还与用于钻井的工具重合，装有图4和图5的注射装置和固体粒子的存储装置；和将重固体粒子引入井的引入管线(L)；
-图2示出了通过可用的阀和导管的重固体粒子的可能路线，其中箭头表示固体粒子通过引入管线进入井(P)的可能路线；
-图3示出了具有小尺寸(表示最大直径不大于3mm)的重固体粒子的注射系统的可能实现方式，其中固体粒子在漏斗(T)中积聚且与流体(F)在槽(S)中混合以形成从泵(P)抽入注射管线(L)的悬浮液(D)；
-图4示出了具有更大尺寸的固体粒子(即不能够直接进入注射泵)的注射装置，其中将固体粒子积聚在合适的容器中且引入设备(A)，该设备(A)通过特定的阀系统(V)将每个固体粒子引入流入管线(L)的流体(F)；
-图5示出了逐渐引入井中、用于实现本发明所保护的目的(即逐渐减少释放至环境的烃类的流速直到完全停止释放)的、重固体粒子的分层，其中(A)为具有小尺寸的、被注射直到超过生产水平线且观察到喷出流速的减少的、未涂覆固体粒子的第一层，(B)为具有更大尺寸、涂覆有膨胀树脂的固体粒子的第二层，(C)为具有更大尺寸、没有涂覆树脂的固体粒子的第三层。
具体实施方式
类球体的、固体粒子的形式纯粹为图解的，因为其还可为如本发明中已经说明的其他形式。
以下提供本发明的方法的一个实施例，其不应该被认为是限制了权利要求的范围。
示例
参考与烃类从海上井的不受控流动相关的图1、图2，本发明的一个可能实现方式通过按顺序实施以下操作来表示：
(A)将没有被树脂涂覆且具有小直径(<3mm)，形式为稀释的、水中的球的分散体的高密度固体粒子通过内径为3英寸的管线(L)引入(图2)，该管线(L)连接船与水下BOP。一旦这些固体粒子到达井的内部，其落入逆流直到其到达井底部，而携带这些固体粒子的水跟随烃类的流且离开井本身。该水中的固体粒子的分散体的注射流速使得在3英寸管线中获得约5m/s的速率。将固体粒子以等于约2.5％的低体积浓度分散在水中且通过图3或图4中示出的装置注射。延长注射操作直到记录到水下喷出流速的明显减少。例如，可以期望的是，该减少需要形成高度等于约60米(即等于约1m3的分散固体粒子)的、固体粒子的床。在2.5％的建立的固体粒子浓度下，该体积将通过将约40m3的分散体注射进入井来获得。然而，应当注意的是，烃类从其释放的生产水平线的位置是未知的且可与井底部处的位置不同。因此，作为例子，参考图5，假设等于240m的、固体粒子的柱(A)必须在到达生产水平线之前形成且在该水平线上必须积聚另外60m的固体粒子以获得喷出流速的显著减少。因此必须将总共5m3的分散体抽入以获得称为(A)的固体粒子的层。该操作将需要约3小时来实施。
(B)将20m高的、涂覆有膨胀树脂、尺寸比阶段(A)的固体粒子的尺寸大的固体粒子的床(B)抽至前面阶段(A)中制备的没有被涂覆的、小固体粒子的床之上。将该固体粒子用图4中示出的装置注射。作为例子，假设这些被涂覆的固体粒子的注射频率等于约10固体粒子/秒。用与阶段(A)中使用的水流速相同的水流速将该固体粒子的流沿着3英寸注射管线运送。就等于约35克的每个固体粒子的重量而言，该操作需要将约250,000个固体粒子注射进入井和约3小时的操作时间。
(C)将被涂覆的固体粒子注射之后，接下来使用与阶段(B)相同的设备将没有被涂覆的、尺寸和形式与阶段(B)的尺寸和形式相同的固体粒子的40m高的床(C)注射进入井。按照与阶段(B)相同的分析，该注射需要约6小时。
(D)总体上，形成三种固体粒子(其中，一种涂覆有膨胀树脂的固体粒子和两种没有被涂覆的固体粒子)的床需要约12小时且导致离开井的烃类的流的显著减少。在随后的24-36小时内，中间层中存在的树脂的膨胀导致烃类的通道孔的完全闭塞，因此导致喷出的完全停止。
应当注意的是，完全停止的该作用是在固体粒子的注射操作开始之后的36-48小时时间内这样获得的，而喷出流速的显著减少在操作开始之后6小时就已经可以获得。
涂覆有膨胀树脂的固体粒子可通过浸没在分散在水中的树脂乳液中和随后的可能在适用于相同树脂(前面已经加入硫化剂)的硫化的温度下的干燥来获得。硫化操作具有阻止树脂在烃类中溶解(该溶解的可能的消极结果为烃类的流再次开始朝向井的外部流动)的作用，和延迟树脂的膨胀以在树脂与烃类第一次接触之后的约12小时产生可检测的效果的作用。

Claims (13)

1.一种用于停止或至少减少烃类从用于抽提烃类的井不受控的释放、喷出的方法，所述方法包括：通过合适的管线，将高密度固体粒子引入所述井的底部，以便引入的所述固体粒子通过不规则填充在所述井的所述底部积聚，所述固体粒子具有多面体、或类球体、椭球体或抛物线体的形式，为规则或不规则的，最小尺寸大于1mm且最大尺寸小于100mm；形成柱，所述柱完全或至少部分地阻碍所述烃类的所述不受控的释放。
2.根据权利要求1所述的方法，其中引入所述井的所述底部的所述固体粒子的密度高于7,000kg/m3。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述最小尺寸大于2.5mm且所述最大尺寸小于50mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中引入的所述固体粒子的所述形式为选自球体、扁球体和长球体的类球体或选自立方体和圆柱体的多面体。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述井为水下的，且其中可能存在称为防喷装置(BOP)的、所述井的次级控制装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体粒子的所述合适引入管线连接所述水下井的浮标与所述井本身的所述底部处的所述BOP。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体粒子的所述合适引入管线为所述水下井中存在的服务管线或为了这个目的构造的新管线，或为所述井的套管。
8.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分引入的所述固体粒子为外部被涂覆的或内部包含选自聚合物或树脂的膨胀材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中外部被涂覆或内部包含膨胀材料的所述固体粒子的密度高于7,000kg/m3且形成不包含所述膨胀材料的、被涂覆的所述固体粒子的材料的密度高于10,000kg/m3。
10.根据权利要求8所述的方法，其中既没有被涂覆也不包含所述膨胀材料的引入的所述固体粒子/被涂覆或包含所述膨胀材料的引入的所述固体粒子的比在5/1至1/5的范围内。
11.根据权利要求1所述的方法，其中将液体抽入所述固体粒子的所述合适引入管线。
12.根据权利要求11所述的方法，其中抽入所述合适引入管线的所述液体包含水。
13.根据权利要求1至11中的一项或多项所述的方法，其中将所述高密度固体粒子引入所述井的所述底部至少通过按顺序排列的以下阶段来实施：
·引入既没有被涂覆也不包含膨胀材料、具有小于5mm的直径、可能为稀释在水中的分散体的形式的高密度固体粒子，以便形成由所述固体粒子的床组成的、具有合适高度的第一柱；
·引入涂覆有膨胀树脂、尺寸比前一阶段中引入的既没有被涂覆也不包含膨胀材料的所述高密度固体粒子的尺寸大5至15倍的高密度固体粒子，以便形成由所述固体粒子的床组成的、高度优选在所述第一柱的所述高度的一半与所述第一柱的所述高度的两倍之间的第二柱；
·引入既没有被涂覆也不包含膨胀材料、尺寸比前面引入的既没有被涂覆也不包含膨胀材料的所述高密度固体粒子的尺寸大5至15倍、优选尺寸与所述前一阶段中引入的所述被涂覆的固体粒子的尺寸大体相同的高密度固体粒子，以便形成由所述固体粒子的床组成的、高度优选在所述第一柱的所述高度的一半与所述第一柱的所述高度的两倍之间的第三柱。
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