CN108138552B - 利用振动来帮助水泥充填的井废弃 - Google Patents

Abstract

对油井或气井注水泥以便废弃的方法，包括在生产封隔器8的上方切割生产管道6、在管道中布设管道塞9并且随后切割该管道。桥塞可安装在切口的位置处，该桥塞跨越井套管3的整个直径。利用装配至井口的送入工具，包括搅拌器24、封隔器21和爆裂接头23的搅拌器组件20在电缆上沿管道被向下送入。水泥之后被注入管道6中，水泥流动通过搅拌器组件并引起管道振动。水泥填充管道但也在位于套管与生产管道之间的A环空向上返回。管道的振动有助于在井的足够长度上形成全面围绕环空的良好品质的水泥。

Description

利用振动来帮助水泥充填的井废弃

技术领域

本发明涉及油气井的废弃且更具体地涉及例如在井已达到它们的生产寿命的末期时利用水泥或其它可凝固介质的井的封堵。本发明还涉及一种用于封堵井的装置以及一种被封堵井。

背景技术

在油井或气井不再具有经济意义时或者在井存在意味着无法再生产或意味着井完整性已在某种程度上受到损坏的问题的情况下或出于其它原因，井可能会被废弃。必须在废弃该井之前封堵井，以例如防止烃类产品从井中泄漏。通常，可通过向井中注入可凝固的物质或介质例如水泥来实现封堵。

有必要确保岩石与岩石间形成跨井孔的整个直径延伸的完整屏障。在最初形成井时，该井通常将会衬设以钢质套管并且通常会将水泥填充在套管与岩层之间。假如所述水泥的状态良好，则该井可通过保持套管和原始水泥不动并在钢质套管的内部进一步填充水泥来有效地封堵。

在该井正生产油和/或气时，钢质生产管道在该套管内延伸经过该井。生产管道被连接至位于井口的已知为采油树的复杂的阀装置。在封堵操作中，一般地，将该采油树移除并且在井口安装防喷器以便取回生产管道。之后移除生产管道、在套管中安装封隔器并且之后沿井向下泵送水泥。这样便形成底部位于封隔器上的液体水泥柱；一旦输送了所需长度的水泥柱，便等待水泥凝固并从而建立封堵。

通常，这种技术可靠地形成了有效的水泥塞。然而，采油树和生产管道的移除是浪费时间并且昂贵的，并且另一种理论上可行的方法是在不移除管道或采油树的情况下将水泥输送通过生产管道。可行的是，在生产封隔器上方在管道上切口或钻孔并且之后经由生产管道将水泥注入井中，从而使水泥在填充该管道的内部的同时经生产管道的被切割端或穿孔流出并向上返回进入位于套管与管道之间的环形空间中。以这种方式，至少在理论上能在不移除该管道和采油树的情况下建立起跨越井的整个横截面的水泥塞。如果这种技术能够实现，则它将具有相当大的成本优势。

遗憾的是，经常发现采用这种技术形成的水泥屏障是不充分的并且因此该技术是不实用的。在不期望被理论束缚的情况下，本发明人相信这种情况的主要原因是生产管道通常不是居中地位于套管中并且水泥由于其粘度而可能无法在套管与管道挨着或接触时在它们之间通过。

与典型地居中地位于井孔中并利用间隔装置与裸岩分开的套管(即井的钢质外管)不同，管道仅在井的顶部和底部处居中。管道的长度和柔韧性使得管道不可避免地在其长度的一大部分上会靠在套管的内侧上。这即使是在基本上竖直的井中也会发生，因为仅仅是很小角度的倾斜也将意味着管道不会在套管内居中地垂下。管道与套管的内侧的接触很可能是贴合的，因为这两个表面均是平滑的机加工表面。

在不希望被理论束缚的情况下，本发明人相信这便是为何最终的水泥塞趋向于围绕管道或至少在管道的足够长度上不会形成完整隔离的径向结合。

还可能存在导致水泥屏障被发现不足够的其它原因，这目前可能尚未被本发明人完全理解。

搅动水泥以改善凝固的水泥的品质是普遍已知的技术。在油和天然气行业，(至少从学术论文和专利公开文献中)已知在于套管中将水泥注入井眼中时搅动该套管。也就是说，当井被准备好时，水泥可被填充在位于地层岩石与套管的外表面之间的环形空间中并且在该过程中，套管可被来回地移动。这是相对容易实现的，因为很容易在井口处接近套管以使套管移动。

由于套管的移动，水泥在凝固过程中被搅动；已经提出这改善了水泥自身的品质并且还减少了由因处于随水泥凝固而不断产生的压力下而导致的问题。这例如在US2072982(Dale)、US2012/0118567(Cooke)以及其它专利公开文献中以及在Cooke等人的“Primary Cementing Improvement by Casing Vibration During Cement Curing Time(在水泥候凝期间通过套管振动改善固井)”(SPE Production Engineering,1988年8月)中进行了描述。US2010/0212901(Buytaert)提出搅动能在向井中引入套管时帮助套管前进通过高度倾斜的井/大斜度井，这是因为所述搅动可将套管的重量抬离水平井或水平井附近的粗糙的不规则的岩石表面。已提出在此类高度斜度的水平井中或水平井附近，搅动可通过将套管的重量抬离岩石而有助于水泥进入套管挨在岩石表面上的地方(见US4512401(Bodine))。

已在WO2014117846A1(挪威国家石油公司(Statoil))中简洁且概括性地提出，搅动能用于在油井或气井的报废期间促进水泥的凝固。然而，仍存在对一种将允许封堵和报废操作能在不移除采油树和生产管道的情况下执行的可靠的注水泥技术/固井技术的明显未满足的需求。

发明内容

更特别地，本发明包括用于封堵烃类井以便废弃的方法，其中，所述井包括套管和管道(例如生产管道)，所述方法包括以下步骤：

(a)在所述管道中设置塞；

(b)在所述塞的上方对所述管道进行切割或射孔；

(c)将可凝固介质注入所述管道中，以使得所述可凝固介质进入位于所述管道与所述套管之间的环形空间中；

(e)在注入所述可凝固介质期间和/或之后，移动(例如往复地移动)或搅动所述管道，以允许或引起所述可凝固介质进入所述环形空间的整个圆周。

术语“烃类井”包括通常在烃类生产中使用的任何井，即使不是生产井。例如，该术语包括气井或注水井或水生产井。要报废的井可以是例如在切槽回收(slot recovery)工序中的侧钻井。

所述井可以是大致竖直的井，或者，井的需要充填可凝固介质的部分可以是大致竖直的。大致竖直的是指相对于竖直线的最大倾斜度是40°。或者，所述井或所述井的需要充填可凝固介质的部分可以描述为不是高度倾斜的，也就是说，它相对于水平面呈最小45°角。然而，本发明人相信本发明的技术将事实上在包括高度倾斜井的任何角度的井中均是有效的。

可凝固介质可以是能以可流动形式被引入管道中并且之后能凝固成固体形式以形成隔离塞的任何材料。可凝固材料也可称为隔离材料。最常见的例子是水泥，如准备专门用于堵塞油气井的水泥，但也可使用可凝固树脂或其它材料。

发明人已发现采用本发明形成的塞的品质非常好。事实上，与它们为静止管道设置类似塞的努力的结果相比，改进的程度已非常惊人。已发现，利用本发明凝固的符合要求的水泥塞的长度可以是能在静止管道中凝固的符合要求的水泥塞的长度的至少两倍。

将理解，实现不充分的注水泥作业意味着返工并且再次进行注水泥作业，但要首先移除之前作业的所有管道和水泥并且然后执行正常的注水泥作业；这一开始便要投入多很多的成本来取出管道和采油树。因此，能可靠地形成足够长度和品质的水泥塞将是至关重要的。发明人相信本发明使得经管道的水泥堵塞是可行的，而以前并不是这样的。

运动或搅动可以因通常在注入可凝固介质之前放置在管道中的搅拌器装置产生。搅拌器装置可以靠近管道的切口或射孔放置在管道中并且可选地可在管道中的不同点处放置一个或多个另外的搅拌器装置。

搅拌器装置可以属于这样的类型，即其被经搅拌器装置通过的流体如可凝固介质激发。该搅拌器可借助线圈管道、电缆或E-线来放置。

或者，代替搅拌器装置，水泥或其它可凝固介质的流动可以是脉动的。与搅拌器装置一样，这可导致水泥和管道两者的搅动。水泥的脉动可以如此方式在(位于地面的)泵处实现，即通过旁通泵阻尼室来导致脉动的方式实现，或者利用尺寸设定成导致与所选可凝固介质在合适流速下共振的脉动流的阻气门来实现。泵的电力也可以是周期性变化的，以形成脉动。另一种可能性将是沿管道向下在部署可凝固介质的位置附近形成脉动；这可利用上述阻气门或通过其它手段实现。

在一个实施例中，当管道已被切割而不是仅仅射孔时，可在注入可凝固介质或水泥之前在切口附近跨套管的内径放置另一塞(桥塞)。搅拌器装置或其它搅拌手段可导致管道沿任何方向的振动(其可被称为往复运动)。在搅拌器的情况下，在搅拌器的区域中的所述振动可具有在横向于管道的方向上的为至少10mm的平均或最小振幅，如在10mm与500mm之间的，可选地在10mm与300mm之间的，例如在10mm与160mm之间的；替代地在30mm与500mm之间的，如在30mm与300mm之间的，例如在30mm与160mm之间的；或者替代地在60mm和500mm之间的，如在60mm与300mm之间的，例如在60mm与160mm之间的平均或最小振幅。在水泥的直接脉动的情况下，管道运动的这种范围可以预期位于沿管道的水泥塞将在其上凝固的长度的某一位置处。

如果使用搅拌器，则沿管道在距离搅拌器2000ft的距离处的振动可具有在横向于管道的方向上的至少5mm的平均或最小振幅，如在5mm与300mm之间的，可选地在5mm与200mm之间的，例如在5mm与100mm之间的；替代地在10mm与300mm之间的，如在10mm与200mm之间的，例如在10mm与100mm之间的；或者替代地在30mm与500mm之间的，如在30mm与200mm之间的，例如在30mm与100mm之间的平均或最小振幅。

所述搅拌器装置可引起管道的振动，该振动在沿管道的距离搅拌器2000英尺的距离处具有沿轴向方向的为至少5mm平均或最小振幅，如在5mm与200mm之间的，例如在10mm与100mm之间的平均或最小振幅。

无论使用何种手段来导致管道的振动或往复运动，振动的程度可通过这样的方式被最大化，即通道将振动的输入(包括水泥的脉动)调整至管道的谐频以例如导致管道在共振频率下或附近振动的方式。振动频率可通过改变搅拌器的设计、改变阻气门的直径、改变摆动式电源的频率等来调整。

在本发明的另一实施例中，提供一种搅拌器组件，其能够移动经过烃类井中的生产管道。所述搅拌器组件可包括：(a)塞或封隔器，其能被激活以将所述搅拌器组件锚固在生产管道中的选定点处，同时允许流体流动通过该管道；以及(b)组装至塞或封隔器的用于产生管道的振动或往复运动的搅拌器装置。

可选地，流经搅拌器装置的流体可以引起管道的振动和往复运动。

所述组件还可包括爆裂接头和/或送入工具和/或单向阀。后者被理想地结合在搅拌器装置与封隔器之间，但它可以被放置在组件的任何位置。

附图说明

可通过结合附图参考下述说明来更完整地理解本发明及其益处，其中：

图1是根据本发明的经历封堵过程的烃类井的高度示意的截面图；以及

图2是用于在封堵过程中使用的根据本发明的搅拌器-封隔器组件的侧视图。

具体实施方式

现转向本发明的一个或多个优选配置的详细描述，应理解，本发明的特征和构思可以其它配置形式来体现并且本发明的范围并不限于所描述或所示出的实施例。本发明的范围旨在仅受后附权利要求的范围的限制。

参见图1的示意性井截面，中间套管1衬设在井的自井口和采油树2至给定深度处的最上部区段中。这根据井的类型而变化很大。居中地位于该大直径套管内的是所谓的生产套管3，在图1的井中，该生产套管从采油树起延伸并向下延伸至刚好在储层5上方的深度。该井可设置有直径连续减小的套管(衬层)，其不是延伸至地面而是自上方的套管悬挂而下。

在套管安装完成后，向位于套管与岩层之间的环形空间4(也称为“B环空”)填充水泥。水泥阻止储层中的烃类通过套管后面的环形空间渗漏至地面。

在套管1、3内部自采油树2向下延伸的是钢质生产管道6，烃类产品经该钢质生产管道从储层行进至地面。在生产套管3与管道6之间的是已知为“A环空”的环形空间7。所述A环空通过刚好位于储层上方的生产封隔器8与储层密封；这在生产期间可阻止烃类经由A环空渗漏至地面。尽管在采油树处以及在生产封隔器处被固定在套管内的居中位置，但生产管道可能有数千英尺/米长，并且井往往会略微偏离于竖直方向。因此，生产管道无法沿其整个长度与套管保持精确的同心关系，并且通常会在其长度的大部分长度上与套管内部接触。

在图1中，生产已停止，并且该井被示出正经历封堵过程以便使得它可以被废弃。管道塞9已安装在生产管道中。在图1中，塞9已安装在生产封隔器的正下方；然而，精确的位置并不重要并且它可以被安装在生产封隔器的上方或安装在与生产封隔器相同的高度上。

在塞9的上方，生产管道已在10处被切割并且生产管道通常因管柱中的张力而被分开，从而使管道的内部与A环空连通。位于切口中的是在套管3的整个内径上延伸的另一塞子或底塞11。底塞11已被泵送穿过该生产管道并且可以例如是可膨胀装置或者替代地可以是由已在开始时以非刚性或液体形式输送的可凝固物质或可硬化物质构成的(通常已知为粘性的反应性丸剂)。

在切口上方位于生产管道中的是已利用电缆置放在该管道中的搅拌器组件20。在图2中示出了搅拌器组件20的更多细节。在搅拌器组件20的上端部处的是封隔器21。封隔器21属于这样的类型，即其可被输送至期望位置并且随后被激活以使其自身锚固在管道中，但其不会阻止流体流经该管道。合适的封隔器是哈里伯顿公司生产的5¹/₂”EZSV封隔器，但也可使用任何类似的装置。

安装至封隔器21的下端部的是转换接头22。该构件的功能允许这些构件以不同的连接类型彼此组装。由于封隔器21和爆裂接头23可以制成具有相同的连接，因此该构件对本申请来说并不是必须的。

安装至转换接头22的下端部的是爆裂接头23。该构件的功能允许在搅拌器被堵塞时的替代流动路径。这通过在爆裂接头中的爆破膜片25来实现，以允许流经否则由可破裂的膜片密封的孔口。爆裂接头23自身是常见的，并且本领域技术人员将熟悉其设计和功能。

安装至爆裂接头23的下端部的是3¹/₂”搅拌器24。搅拌器24是内部转子延伸贯穿中部的中空管状装置。流体可流经搅拌器，这将使转子转动从而导致两个盘振荡，从而形成产生管道运动的压力脉冲。

在本实施例中，搅拌器是由国民油井华高公司生产的，但也可使用另外的搅拌器。搅拌器通常用于其他用途，通常不通过生产管道输送。为了使搅拌器适合于管道，需要比正常情况稍窄的设计，但是在其它方面，该设计是常规的。搅拌器的设计不是本发明的主题。

装配至封隔器的顶部(但未在附图中示出)的将是连接至电缆的标准送入工具。一旦封隔器被布设好，送入工具便可被拆下并利用电缆取回，仅将搅拌器组件20留在井下。

在替代实施例(在附图中未示出)中，在图2中示出的组件中包括单向阀。在该替代实施例中，单向阀位于搅拌器装置与封隔器之间；这是优选的位置，但其可位于组件中的其它位置。

当井如图1中示出的井达到其生产寿命的末期时，必须进行封堵和废弃操作。利用上述设备的根据本发明的封堵操作可包括以下步骤。

第一步骤是评估B环空中的现有水泥。尽管这种水泥可能经一段时间后退化并且可能允许烃类渗漏至地面，但它往往保持完整并且这可通过测井来核实。或者，历史测井曲线或固井记录可用作核实水泥在B环空中的充填的手段。在地面处的任何渗漏迹象均是水泥未提供有效密封的明显指示。假如评估令人满意，则可进行“经管道的”封堵程序。将来，测井工具可延伸经过该管道以评价B环空水泥，但这种技术现在还不存在。

管道塞9利用电缆技术来输送和布设。这种操作本身是众所周知的并且本领域技术人员将会熟悉这种操作。一旦电缆已撤回，便利用电缆沿管道6向下递送管道切割装置并且在该管道中开设切口。这种操作也是常规的并且本领域技术人员将会知道具体细节。

管道6通常处于一定程度的张力下并且因此，当切割管道时，切割出的端部间弹开并留下间隙10。该间隙多大以及确定该间隙的尺寸的因素到目前为止还未被很好地理解并且这也在发明人的调查研究之下。

接下来的步骤是安装底塞11，底塞形成用于新水泥的基底。这种技术也不是新技术并且任何本领域技术人员对它们来说都将是熟悉的。可膨胀塞或粘性活性丸剂将利用电缆沿管道6向下泵送直至它到达切口10。切口的深度是已知的，因为该切口也是利用电缆制作的并且该深度能由所用的电缆的长度来容易地确定。之后，将底塞11设置在套管3的整个内径上并且撤回电缆。

之后在地面上组装搅拌器组件20。搅拌器组件的多个不同构件自身均是已知的，但是这些构件构成的组件并不是已知的且该组件20的目的也是新的目的。

图2中的构件中的每一个均通过螺纹连接在一起并且扭矩达到所包括的多种连接的等级。封隔器21通过从地面发送并沿电缆向下传送的电信号激活。或者，可使用定时器功能并且对封隔器进行编程以设定在预定时间点。爆裂接头23中的爆破膜片25可在搅拌器24堵塞时被激活。如果这种情况发生，则压力将沿生产管道向下增大以使爆破膜片25破裂，从而允许流动以自否则被爆破膜片25密封的孔口离开并旁通被堵塞的搅拌器工具24。

搅拌器24具有贯穿中部的转子。在转子的一个端部上的是盘形件，在该盘形件的直接下方设有另一个固定盘形件。这两个盘形件略微偏移并且由于当流体经过该工具时该转子转动，这两个盘形件振荡，从而在流体柱中形成压力脉冲。作为这种压力脉冲的结果是之后产生管道运动。搅拌器的设计自身并不是本发明的主题。

搅拌器组件随后附接至电缆并经采油树输送至管道6中。搅拌器组件被下降至刚好在底塞11的上方的期望点，其中，该搅拌器整体位于管道中以用于保护，并且之后通过从地面沿电缆向下传送的电信号激活封隔器21以锚固该组件。搅拌器组件20就位后，拆卸并撤回电缆。之后向管道6中注射具有计算的密度的水泥，其中，连续监视分配的体积、体积流速和压力(背压/注射压力)。利用这种信息以及所知的底塞的深度，能够计算出管道6内部以及A环空7中两者的水泥柱的长度。

当井筒流体和水泥流经搅拌器时，其与搅拌器内部的转子接合并导致盘形件振荡，从而导致管道振动。所述振动可以沿任何方向，例如竖直方向或水平方向或者一些其它方向，或者该振动可以沿许多不同的方向。它可以是有些随机的或者它可以是规则的。振动或往复运动的准确性质将不仅取决于搅拌器的设计而且还取决于经其通过的流体的性质(例如粘度)以及流体的压力和流速。

运动或振动被传递至管道6并且相信管道6的相当大的长度会经受明显运动。这样的效果是允许水泥自始至终均能从管道6与套管3之间通过。不确定这是否是因为所述振动使得管道至少暂时移动离开套管的内部，从而允许水泥在管道6与套管3之间通过，或者是否是因为所述振动对水泥具有某些泵送效果或者是否它以某些其它方式有助于水泥的流动。然而，从后来对固井作业的分析来看，无论通过什么手段，水泥已经能够在管道周围的所有位置通过并从而沿基本上整个管道长度形成全塞。

下述试验(示例1和2)利用导致管道以其固有频率振动的流速来执行；该流速在井与井之间不同并且是在进行作业之前计算出的。选择这种流速的原因是如果搅拌器在管道系统的固有频率下振动，它将产生最大量的移动。然而，目前还不知道在使管道以与其固有频率不同的频率运动时，本发明是否会一样成功或甚至更加成功。

下述试验使用5-1/2”EZSV封隔器和3-1/2”NEO搅拌器。泵送的水泥是由哈里伯顿能源服务集团以商标Abandacem销售的16.0ppg悬浮液。对于所有的海上试验来说均将约3,500英尺的管道送入井孔中并且在该管道之后泵送约2,000英尺的水泥。水泥结果利用由哈里伯顿以商标Cast-M销售的利用超声波来评价已有水泥和在套管柱之后的水泥胶结的超声水泥胶结测井工具来进行测井。这与传统的超声水泥胶结测井工具(CBL)结合使用。结果由测井专家分析以确定水泥的数量和品质。

Cast-M工具在一个完整的360°旋转中发射54个脉冲的方式从旋转头发出周向的超声高频脉冲。该工具测量从管道/套管的第一柱的内表面和外表面反射的超声波形。所述反射的波形的多个部分提供与所述波形自其反射的表面有关的信息以及与和这些表面接触的材料有关的信息。波形振幅提供自第一次到达之后的套管状态的信息，而声阻抗表明与反射表面接触的水泥(或任何其它)的存在。这些测量每隔八厘米(或更少)的管道长度执行一次。Cast-M工具提供井孔周围的水泥覆盖的水泥图像(360度观察)。什么是水泥以及什么不是水泥取决于转化成彩色图像的所测得的声阻抗。

进行基于实验室的水泥抗压强度的测量。利用内部测井承包商解释图表，这些抗压强度可被转换成将通过传统超声水泥胶结测井工具(CBL)记录的等同的期望的振幅。除了来自CAST-M的水泥图像以外，采用了应用至CBL振幅曲线的这些振幅界限，从而当从CAST-M获知存在合适的水泥覆盖并且CBL振幅在针对完全胶结的水泥的(给定的抗压强度的)具体的界限以下时，存在良好的水泥覆盖。

水泥凝固阶段由于温度的不同而随深度变化，并且这可在给定时间针对不同深度而被合理地精确预测。经验关系式被用于测试不同深度处的水泥品质，这也依赖于内插值。然而，Cast-M工具的主要目标是评价给定长度的管道的360°全方位的水泥胶结的存在。在针对甚至位于沿管道的给定距离处的管道圆周的很小角度存在未胶结的情况下，Cast-M工具测量结果也将会指示不存在水泥。

这些海上试验是在真实的井中执行的，但出于本发明的目的，这些井将会称为井1、井2、井3、井4和井5。

给出了下述示例。每个示例均通过本发明的解释提供，并且下述示例不应为解读为对本发明的范围的限制或限定。

示例子1：

执行陆上试验以评价包括封隔器和搅拌器装置的搅拌器组件在操作条件下的可行性以及评价因搅拌器产生的管道运动的程度。9-5/8”套管被送入测试井中至约3,200英尺并填充具有与在废弃中使用的水泥相似的特性的重泥浆。之后将约3,000英尺的5-1/2”管道送入井孔中，其中，在该管道中具有预设的封隔器和搅拌器。在搅拌器之后，还在1,000英尺和2,000英尺处在管柱中安装两个黑匣子替代物。所述替代物包含加速计以记录产生的任何侧向或轴向加速度。随后5-1/2”管道被锁住以模拟经管道的废弃。

重泥浆随后以在110加仑每分钟至210加仑每分钟之间的变化的流速向井周围泵送达约6.5小时的延长的持续时间。地面上的压力指示表示该搅拌器在整个试验的持续时间内的脉动。之后同封隔器和搅拌器一起将管道和黑匣子取回至地面。对封隔器和搅拌器进行目测，其中，二者均显示出处于良好的状态下。之后，对黑匣子进行分析，并且它们显示沿管柱的整个长度的良好的管道运动。分析数据以将加速度转换成位移并且在搅拌器之后在1,000英尺处显示高达160mm的潜在的侧向位移和在搅拌器之后在2,000英尺处显示高达70mm的潜在的侧向位移。在搅拌器之后在1,000英尺处的潜在的轴向位移是10mm至20mm并且在搅拌器之后在2,000英尺处轴向位移是为10mm至80mm。这种测试证明封隔器和搅拌器组件能经受弃井期间的操作条件。此外，还证明，搅拌器沿管柱的长度产生管道运动。

示例2：

在成功的陆上试验之后，重点被移到执行海上试验。3,000英尺的端部开口的5-1/2”管道被注水泥以使水泥进入处于井1中的静止状态下的9-5/8”套管中。水泥被置于A环空中并且最终的排驱压力被保持以防止水泥回流到管道内部，这意味着管道的内部保持清洁。A环空中的水泥之后被测评以评价数量和品质。测井曲线的结果显示2,000英尺的水泥中有733英尺的水泥被认为对于废弃目的而言是可接受的。

示例3

在井2上重复类似的试验，只是这次，与陆上试验中使用的封隔器和搅拌器组件类似的封隔器和搅拌器组件在电缆上被送入5-1/2”管道中并布设在管道的底部处。之后，2,000英尺的水泥被泵送经过搅拌器并进入A环空。再者，最后的排驱压力被保持以防止水泥回流到管道内部，从而使管道内部保持清洁。之后对结果进行测评以获得品质和数量。结果显示水泥的品质差并且仅10英尺被认为是对于废弃目的而言可接受的。不确定这些不好的结果是否是因为该井中的生产管道的差的完整性或者是否是因为未为水泥设置底塞的事实。这两个原因中的任一个原因均被本发明人考虑为是可能的原因，或者可以存在另外的原因。还有可能的是，人为失误或机械误差贡献于这种不好的结果。

示例4

在井3上重复类似的试验，只是这次，在送入5-1/2”管道和搅拌器组件之前，在生产套管中布设桥塞。最终的排驱压力被保持以防止水泥回流到管道内部，从而使管道内部保持清洁。然而，在这一过程期间的某一时刻，压力因未知原因而放泄，这意味着在管道内部保持低压。之后对结果进行测测评以获得品质和数量并且结果显示1,310英尺的水泥被认为是对于废弃目的而言可接受的。该测试证明搅拌器通过产生管道运动而改善了A环空中的良好废弃水泥的品质和数量。在水泥被泵送经过静止的管道时，水泥结果并不是那么好。

示例5

下面借鉴在井3上的试验，在井4上执行类似的试验以证明之前的好结果。再者，在送入5-1/2”管道和搅拌器组件之前，在套管中布设桥塞。最终的排驱压力被保持以防止水泥回流到管道内部，从而使管道内部保持清洁。对结果进行测评但显示没有可认为能形成坚实屏障的水泥。

鉴于在井3上的试验的成功，本发明人考虑了坏结果的可能的原因。本发明人推断不同之处仅在于在保持管道内部的压力时，在井3上发生压力放泄的事实。有关试验进行的所有测井均是在管道中不存在压力的情况下进行。压力被再施加至管道并且进行另一次测评，显示出改进的363英尺水泥的数量。对于本发明人来说明显的是通过在水泥凝固时保持管道内部的压力，管道鼓胀并且在压力被释放以进行测井时，在水泥与管道的外侧之间形成小环空，这意味着测评曲线无法在这些区域看到任何水泥。这种观察当然仅与试验有关，其中，管道中的压力被维持以避免内部填充水泥，从而测井工具能沿该管道下降以评价环空中的水泥的状况。在真正的封堵和废弃操作中，管道的内部当然也会被填充水泥并且将无需维持压力。

示例6

最后的试验在井5上执行。在该井中，桥塞被设置在套管中并且单向阀在5-1/2”管道上被送入。之后送入搅拌器并且泵送3,100英尺的水泥。一旦水泥泵送完成，在管道内部保持无压力。在等待水泥凝固之后，对管道进行测评。测井曲线显示有2,572英尺的好水泥，其相当于总泵送体积中有84％的好水泥。最后的试验确认了如果为水泥塞提供基底并且在该塞被放置时管道内部和外部的压力相等，则该搅拌器将提供改善的水泥隔离。当与在井1和井5上的试验进行比较时，结论是该搅拌器使得被认为是适于隔离的好水泥的量加倍。在井3和井5上的成功的试验显示减小的沟道效应和围绕整个管柱的良好的水泥胶结，没有明显的低侧。

在上述示例2和3中，针对可接受的水泥的长度的引用值与在本申请所要求优先权的美国专利申请中描述的针对相同试验所引用的那些值不同。当测井工具在孔中运行时，用于检测可接受的水泥的参数取决于受深度、温度和时间影响的水泥的期望的抗压强度。由于每个测试井的不同的建筑式样和在钻井平台上正进行的操作的不同，用于寻找每个井上的水泥的参数和从泵送水泥至测井所用的时间略微不同。为了去除结果中可能因使用不同参数而导致的任何差异，所述结果被重新解释以便不受水泥凝固程度的限制(由于凝固的速度随深度变化)，但主要寻找水泥胶结。为了实现这一目的，宽范围的界限值被采用以重新分析测井曲线。通过使用这种较宽的搜寻参数，所有的试验结果被标准化并且试验与试验间不同参数的影响被去除。测井曲线的重新分析在本专利申请初始提交之后进行，因此，在本专利申请中出现数值变化。

所有海上试验均在相对于竖直线偏离介于20°与40°之间的最大值的井中或井的一部分中进行。然而，本发明人相信本技术在更倾斜中也将会是效果好的。

在本发明的多个替代实施例中，搅拌器可置于管道的更上方位置处，例如如果所需的水泥柱非常长且从搅拌器沿管道向上和向下传递振动可能导致管道的更大长度被充分搅动以确保水泥的良好凝固。或者，可沿管道间隔地部署多于一个搅拌器。

搅拌器的替代设计是可行的。例如，可优选的是，搅拌器的运动是例如由于电动马达例如与一些种类的凸轮机构一起导致的。马达可由电缆供电。以这种方式，可实现对振动的时间和性质(振幅、频率、方向)的更多的控制。用以实现水泥或其它流体流动经过或绕过搅拌器而导致振动的可供选择的方法也可被考虑。例如，一些种类的静叶或挡板可实现期望的效果。然而，搅拌器的设计并不是本发明的主题。

在本发明的另一替代实施例中，生产管道可被射孔而不是被切开。射孔可例如通过与在作为完整工序的一部分的对管道进行射孔中使用的工具类似的工具来实现，该工具例如已知为“射孔枪”。在本替代实施例中，水泥经管道射孔而不是经因切割形成的开口端被输送至A环。在本实施例中，不可能跨井孔的整个直径放置单个桥塞。然而，生产封隔器和管道塞被认为足以形成用于水泥的基底。在其它方面，本实施例与上述主要的实施例相同。

最后，应注意对任何参考文件尤其是公开日可能在本申请优先权日之后的任何参考文件的讨论并非是承认其是本发明的现有技术。同时，下方的各个且每个权利要求在此被结合到本详细说明或说明书中以作为本发明的附加的实施例。尽管本文中描述的系统和过程已经详细描述，但应当理解，在不背离如下述权利要求所限定的本发明的范围的情况下可作出各种各样的改变、替换和修改。本领域技术人员可能能够研究优选实施例并确定未必在本文中描述的用以实践本发明的其它方法。本发明人的目的是本发明的变型和等同替代均落入本权利要求的范围内，同时，说明书、摘要和附图并不用于限制本发明的范围。本发明特别地旨在如下述权利要求以及它们的等同体那样宽。

对任何参考文件尤其是公开日可能在本申请优先权日之后的任何参考文件的讨论并非是承认其是本发明的现有技术。为方便期间在此再次列出了参考文件。

Cooke等人,“在水泥固化期间通过套管振动来改善初次固井(Primary CementingImprovement by Casing Vibration During Cement Curing Time)”,SPE生产工程,1988年8月.

Claims (16)

1.用于封堵烃类井以便废弃的方法，其中，所述井包括采油树、套管和在所述套管内延伸的生产管道，其中在所述套管和岩层之间填充有原始水泥，所述生产管道仅在井的顶部和底部居中，其中所述生产管道的机加工表面在该生产管道的长度的一大部分上抵靠所述套管的机加工表面，所述方法包括以下步骤：

(a)在所述生产管道中设置塞；

(b)在将套管和原始水泥留在原地的同时，在所述塞的上方对所述生产管道进行切割或射孔，以形成生产管道的被切割端或者在所述生产管道的壁部中形成射孔；

(c)将可凝固介质注入所述生产管道中，以使得可凝固介质在所述生产管道与所述套管之间通过；

(d)在注入所述可凝固介质期间和/或之后，使用搅拌器装置使所述生产管道往复运动或振动，以允许或促使所述可凝固介质能够在所述生产管道周围的所有位置通过；和

(e)其中该搅拌器装置经采油树输送至所述生产管道中的期望位置，由此所述搅拌器装置在所述被切割端或射孔附近放置在所述生产管道中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搅拌器装置在注入所述可凝固介质之前被放置在所述生产管道中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述生产管道中的不同位置处放置一个或多个另外的搅拌器装置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搅拌器装置由通过所述搅拌器装置的流体激发。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)中，所述生产管道被切割以形成被切割端并且在注入可凝固介质之前，在所述被切割端附近跨所述套管的内径放置另外的塞。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可凝固介质是水泥。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搅拌器装置引起所述生产管道的往复运动或振动，所述往复运动或振动在所述搅拌器装置的区域中具有在横向于所述生产管道的方向上的为至少10mm的平均或最小振幅。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搅拌器装置引起所述生产管道的往复运动或振动，所述往复运动或振动在沿所述生产管道的距离搅拌器装置2000英尺的距离处具有在横向于所述生产管道的方向上的为至少5mm的平均或最小振幅。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述搅拌器装置引起生产管道的往复运动或振动，所述往复运动或振动在沿生产管道的距离搅拌器装置2000英尺的距离处具有沿轴向方向的为至少5mm的平均或最小振幅。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，使用能够穿过烃类井中的生产管道的搅拌器组件，所述搅拌器组件包括：

(a)塞或封隔器，其能被致动以将所述搅拌器组件锚固在所述生产管道中的选定点处，同时允许流体流动通过所述生产管道；以及组装至所述塞或封隔器上的

(b)用于产生所述生产管道的振动或往复运动的搅拌器装置。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，流体流动通过所述搅拌器装置产生所述生产管道的振动或往复运动。

12.根据权利要求10所述的方法，所述搅拌器组件还包括爆裂接头。

13.根据权利要求10所述的方法，所述搅拌器组件还包括送入工具。

14.根据权利要求10所述的方法，所述搅拌器组件还包括单向阀，该单向阀位于所述搅拌器装置与所述塞或封隔器之间。

15.根据权利要求4所述的方法，其中，所述流体为未凝固的可凝固介质。

16.通过权利要求1-15中任一项所述的方法用水泥封堵的油井或气井。

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