CN113272516A - 井下方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下方法，该井下方法用于在现有井中于预定位置处在位于井孔的壁部与金属井管结构之间的环空中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向，该井下方法包括将井下工具插入金属井管结构中、对着预定位置定位该井下工具、通过沿该金属井管结构的周向对该金属井管结构进行机加工来将该金属井管结构的第一区段从该金属井管结构的第二区段分离、在该第一区段与该第二区段之间插入未膨胀的环状屏障和使该环状屏障膨胀以在该预定位置处提供区域隔离。

Description

井下方法

技术领域

本发明涉及一种井下方法，该井下方法用于在现有井中于预定位置处在位于该井孔的壁部与金属井管结构之间的环空中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向。

背景技术

当现有井未能按预期运行，和特定井的含烃流体产量减少或井产生高含水量时，操作员有必要决定是否优化该井或是否应废弃该井。

为了更简单地优化井，可例如通过在穿孔区域或其他类型的生产开口上插入补丁来隔离产水过多的区域；然而，来自被隔离区域的水可能会在金属井管结构的外部平行流入其他生产区域，并且使用已知的方案，可能难以优化这样的井，并且这些井更有可能被堵塞和废弃，即使是在一些生产区域中仍可生产可接受量的含烃流体的情况下。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的井下方法，该井下方法能够以令人满意的方式更简单地优化井。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种井下方法来实现，该井下方法用于在现有井中于预定位置处在位于该井孔的壁部与金属井管结构之间的环空中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向，该井下方法包括：

-将井下工具插入金属井管结构中；

-对着预定位置定位该井下工具；

-通过沿该金属井管结构的周向对该金属井管结构进行机加工来将该金属井管结构的第一区段从该金属井管结构的第二区段分离；

-在该第一区段与该第二区段之间插入未膨胀的环状屏障；和

-使该环状屏障膨胀以在该预定位置处提供区域隔离。

该井下工具可以是电缆井下工具。

此外，该井下工具可具有驱动单元。

此外，该井下工具可包括机加工装置，该机加工装置具有至少一个臂，该至少一个臂与该井下工具可枢转地连接并且在第一端部具有切割刃，该臂能相比于该井下工具在缩回位置与突伸位置之间移动。

将该第一区段从该第二区段分离可包括对该金属井管结构的、在沿该纵向延伸方向的一预定长度上的部分进行机加工，从而磨削掉该金属井管结构的该部分。

此外，机加工该金属井管结构的一部分可通过铣削该金属井管结构的沿纵向延伸方向的一部分而被执行。

将该第一区段从该第二区段分离可包括在该机加工之后将该第一区段从该第二区段移走。

将该第一区段从该第二区段分离可包括在该机加工之后将该第一区段拉出该井孔。

该井下方法可进一步包括将第一区段插入到该井孔中的距该第二区段的一定距离处。

插入未膨胀的环状屏障可通过井下工具来执行。

该未膨胀的环状屏障可穿过该第一区段被插入。

插入该未膨胀的环状屏障可通过在该第一区段的端部处安装未膨胀的环状屏障来执行。随后，该第一区段可被插入到井孔中，使得该未膨胀的环状屏障布置在该第一区段与该第二区段之间。

此外，该环状屏障可包括管状金属部件、围绕该管状金属部件的可膨胀金属套筒、位于该管状金属部件与该可膨胀金属套筒之间的环形空间，该管状金属部件具有膨胀开口。

此外，该环状屏障可包括可膨胀金属套筒。

该环状屏障可包括管状部件和周围的可鼓胀材料。

使环状屏障膨胀可通过环状屏障的可鼓胀材料的鼓胀过程执行。

使该环状屏障膨胀可通过对该金属井管结构的至少一部分进行加压而执行。

此外，该加压可通过隔离该金属井管结构的一部分的井下工具来执行。

此外，该加压可通过从地面对该金属井管结构进行加压而执行。

该环状屏障的膨胀可通过使该管状金属部件和/或该可膨胀金属套筒膨胀来执行。

该环状屏障的膨胀可借助于心轴和/或可膨胀囊状件来执行。

环状屏障的膨胀可通过对着膨胀开口对管状金属部件进行加压并使流体进入环形空间以使可膨胀金属套筒膨胀执行。

此外，该可膨胀金属套筒可在该第一区段与该第二区段之间径向地膨胀，以抵紧该井孔的壁部。

此外，该环状屏障可具有第一屏障端部和第二屏障端部，该第一屏障端部构造成与该第一区段重叠，该第二屏障端部构造成与该第二区段重叠。

该井下方法可进一步包括在第二预定位置处于位于该井孔的壁部与该金属井管结构之间的环空中提供第二区域隔离。

本发明还涉及一种井下系统，该井下系统用于执行上述的井下方法，以便在现有井中于预定位置处在位于该井孔的壁部与金属井管结构之间的环空中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向，该井下系统包括：

-布置在该井孔中的金属井管结构；

-井下工具，该井下工具被插入到该金属井管结构中并且对着该预定位置定位，以通过沿该金属井管结构的周向对该金属井管结构进行机加工而将该金属井管结构的第一区段从该金属井管结构的第二区段分离；和

-环状屏障，该环状屏障布置在该第一区段与该第二区段之间并且被膨胀以在该预定位置处提供区域隔离。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1是金属井管结构的局部剖视图，其中，井下工具被插入以用于将金属井管结构的第一区段从第二区段分离；

图2是图1的金属井管结构的局部剖视图，该金属井管结构被分离成第一区段和第二区段；

图3是图2的金属井管结构的局部剖视图，其中，未膨胀的环状屏障已对着位于第一区段与第二区段之间的区域被插入；

图4是图3的金属井管结构的局部剖视图，其中，该环状屏障已经通过借助井下工具对该金属井管结构的一部分进行加压而被膨胀；

图5示出了图4的金属井管结构的局部剖视图，其中，该井下工具已经被移除；

图6是另一金属井管结构的局部剖视图，其已通过分割该金属井管结构的周向切割装置而被分离成第一区段和第二区段；

图7是图6的金属井管结构的局部剖视图，其中，该第一区段已从井中被拉出并且安装在第一区段的端部处的未膨胀的环状屏障被下入井中；

图8是图7的金属井管结构的局部剖视图，其中，该环状屏障已被布置在该预定位置处；

图9示出了图8的金属井管结构的局部剖视图，其中，该环状屏障已膨胀；

图10示出了井下工具的局部视图，该井下工具被可膨胀金属套筒(以截面示出)围绕；

图11示出了另一金属井管结构的局部剖视图，其中，图10的工具已对着该预定位置被布置并且可膨胀金属套筒的端部部分已经膨胀；

图12是图11的金属井管结构的局部剖视图，其中可膨胀金属套筒的在端部部分中间的部分也已经通过来自工具的加压流体而被膨胀；

图13是图12的金属井管结构的剖视图，其中，该井下工具已被移除；

图14示出了另一环状屏障的剖视图；和

图15示出了井下工具的另一实施例的一部分的剖视图，该部分具有可突伸的臂部，该可突伸的臂部具有用于对金属井管结构的壁部进行机加工的切割刃。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1示出了井下方法的第一部分，该井下方法用于在现有井1中于预定位置处在位于该井孔4的壁部3与金属井管结构5之间的环空2中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向。图1示出金属井管结构的局部剖视图，其中，该井下工具10被插入用于将该金属井管结构5的第一区段6从该第二区段7分离。井下工具10被插入该金属井管结构中并且对着该预定位置定位，并且开始通过沿金属井管结构的周向对该金属井管结构进行机加工而将该第一区段6从该金属井管结构的第二区段7分离。

如图2所示，该分离包括朝向井1的顶部51移动井下工具10的机加工装置8并且铣削或磨削金属井管结构的一部分，使得该金属井管结构的一部分被移除，从而在第一区段6与第二区段7之间留出开放区域。之后，穿过该第一区段将未膨胀的环状屏障20插入到该第一区段与该第二区段之间的预定位置(如图3所示并且还如图4所示)，并且然后使环状屏障20膨胀以在该预定位置处提供区域隔离。随后，将井下工具10从井中移除(如图5所示)。如能看到的，井下工具是电缆井下工具/有线的井下工具。该井下工具可具有驱动单元(未示出)。

在图1中，井下工具10包括电子区段19，用于在为驱动液压泵21的旋转单元如电动马达60供电之前控制电供应。该井下电缆单元还包括锚固区段22和冲程工具23，该冲程工具提供沿金属井管结构5的纵向延伸方向的移动。井下工具10被浸入金属井管结构中，并且井下工具的锚固区段22被液压地启用，以相对于金属井管结构5锚固该工具的工具壳体的第二部分。该马达通过电缆24和电子区段19供电并且马达驱动所述泵并且使可旋转轴12旋转以使切割臂9旋转，从而使金属井管结构5的上方的第一区段6与下方的第二区段7分离。因此，井下工具10仅通过电缆(例如利用另一类型的供电线，如光导纤维)并且不通过管结构(如连续油管、钻管或类似管道)被浸入到井中或金属井管结构中。

如图2所示，第一区段从第二区段的分离包括对金属井管结构的在沿纵向延伸方向L的一预定长度d上的部分进行机加工，从而将金属井管结构的该部分磨削成琐屑的小块。机加工金属井管结构的一部分通过切割或铣削金属井管结构的沿纵向延伸方向的一部分而执行。

将第一区段6从第二区段7分离还可包括在机加工之后将该第一区段6从该第二区段7移开该预定距离d。

在图6-9中，第一区段6从第二区段7的分离包括在机加工后将第一区段6从井孔4中拉出。之后，如图7所示，第一区段6被安装环状屏障20并且之后被插入到井孔4中，使得该第一区段6布置在距离第二区段一定距离处，其中，该距离对应于环状屏障的长度，使得环状屏障邻接第二区段7。

在图3中，未膨胀的环状屏障20借助于井下工具10被插入并且在图7中，未膨胀的环状屏障20借助于第一区段6插入。

在图3-5和7-9中，环状屏障20包括管状金属部件52和可膨胀金属套筒53，该可膨胀金属套筒围绕并连接至管状金属部件，从而在管状金属部件/金属井管结构与可膨胀金属套筒53之间提供环形空间54。管状金属部件52具有膨胀开口55，以便使可膨胀金属套筒53膨胀。

井下工具10可包括隔离机构61(在图10-12中示出)，该隔离机构用于从内部隔离环状屏障20的管状金属部件52的一部分，以便从内部对该管状金属部件进行加压。环状屏障的可膨胀金属套筒53因此被膨胀从而至少抵紧井孔的壁部，但也可被设计成抵紧第一区段6的内表面、该第二区段的内表面、和该井孔的壁部，以便在其间进行隔离。因此，密封机构(在图10的环状屏障中示出)可设置在可膨胀金属套筒的外表面上，以便增强可膨胀金属套筒与该第一和第二区段的内表面之间的密封能力。

在图10-14中，环状屏障包括可膨胀金属套筒53，但不围绕管状金属部件，因为环状屏障是无基础管的，其仅具有可膨胀金属套筒。

环状屏障可以不同的方式膨胀。该环状屏障可通过至少对金属井管结构的对着膨胀开口的部分加压并使流体进入环形空间中以使可膨胀金属套筒膨胀的方式被膨胀，该加压例如通过这样的方式实现，即通过图4中所示的工具10或通过在环状屏障下方堵塞金属井管结构(例如将球下沉到球座)并且从地面对金属井管结构进行加压而实现。

在另一实施例中，使环状屏障膨胀通过使管状金属部件和/或可膨胀金属套筒膨胀而执行，例如通过拉动穿过该管状金属部件的可膨胀圆锥体或心轴而执行，或者在不存在管状金属部件的情况下，通过使可膨胀金属套筒直接膨胀以抵紧金属井管结构的内表面从而与第一区段和第二区段重叠而执行，如图11所示。随后，通过从内部对可膨胀金属套筒加压而使可膨胀金属套筒进一步膨胀(如图12所示)，该加压例如通过隔离可膨胀金属套筒的中间部分58而实现。

在图11中，可膨胀金属套筒53的端部56、57中的每一者均通过可膨胀囊状件61径向地膨胀，使得一个端部56与第一区段6重叠并且使得另一端部57与第二区段7重叠。随后，经由工具10上的工具开口63泵送出流体，从而使第一区段与第二区段之间的可膨胀金属套筒膨胀以抵紧井孔4的壁部3。因此，环状屏障20具有第一屏障端部66和第二屏障端部67，其中，第一屏障端部构造成与第一区段6重叠，并且第二屏障端部67构造成与第二区段7重叠。为了增强环状屏障的端部的密封能力，可围绕环状屏障端部的外表面布置密封元件，如图10-13所示。

如在图14中所示，可膨胀金属套筒53包括密封元件64和开口环形元件65，该开口环形元件用于密封元件64的支撑/止挡/靠背。中间元件69设置在密封元件64与开口环形元件65之间。密封元件、开口环形元件65和中间元件布置在两个凸起71执行，该两个凸起形成凹槽72。

在图3中，井下系统100被示出包括金属井管结构5、环状屏障20、和井下工具10。

尽管未示出，但井下方法可进一步包括在第二预定位置于位于井孔的壁部与金属井管结构之间的环空中提供第二区域隔离。在该第一和第二预定位置处提供的所述第一和第二环状屏障可在一次下入井中的过程中或两次下入井中的过程中被膨胀。该井下工具可具有用于通过具有两个锚固区段22而相对于金属井管结构的第二区段保持该金属井管结构的一个区段的机构。

提供第一区段从第二区段的分离的井下工具10可以是与提供并膨胀环状屏障的工具相同的工具，使得操作/作业可在一次下入井中的过程中执行，而不是在两次下入井中的过程中执行，如图1-4所示。

如图15所示，该井下工具10包括工具壳体6a，该工具壳体具有第一壳体部分7a、第二壳体部分8a和切割臂9，该切割臂与该第一壳体部分可枢转地连接并且具有在第一端部上的切割刃10B。臂9能相对于工具壳体在缩回位置与突伸位置之间移动。该臂在图15中被示出处于其突伸位置。该工具还包括臂致动组件11，该臂致动组件用于在缩回位置与突伸位置之间移动该切割臂9。可旋转轴12内置在第二壳体部分8a中并且与该第一壳体部分连接并形成为第一壳体部分的一部分，以用于使切割臂旋转。

该臂致动组件11包括布置在第一壳体部分7a中的活塞壳体13并且包括活塞腔室14。活塞元件15布置在该活塞腔室中并且与切割臂9接合，从而能在缩回位置与突伸位置之间移动该切割臂9。该活塞元件15能在井下管结构切割工具的纵向方向上移动并且具有第一活塞端面16和第二活塞端面17。来自泵的液压流体经由第一流体通道18被泵送到腔室14的第一腔室区段25中，从而在第一活塞端面16上施加液压压力，进而使活塞沿第一方向移动，进而在切割臂9上施加突伸力。

当切割臂突伸至抵靠/对着金属井管结构的内表面挤压切割刃10B时并且当切割臂同时经由可旋转轴在马达的作用下旋转时，切割刃10B能切穿金属井管结构。据此，能实现金属井管结构的第一区段从金属井管结构的第二区段的分离。

在图15中，可旋转轴12向腔室14的第一区段25供应流体。来自泵的流体经由与第二壳体部分8a中的第二流体通道28流体连接的周向凹槽27被供应至轴12。因此，来自第二流体通道28的流体被分配在周向凹槽27中，使得可旋转轴12中的第一流体通道18总能在旋转的同时被供应来自泵的加压流体。周向凹槽27借助于在周向凹槽27的两侧上的周向密封件29如O型环被密封。

活塞元件15沿工具10的纵向方向在活塞腔室内移动并且将腔室14分成第一腔室区段25和第二腔室区段26。当活塞元件在第一方向上移动时，抵靠与第一活塞端面16对置的第二活塞端面17的弹性元件40被压缩。随着弹性元件被压缩，第二腔室区段也被压缩，并且第二腔室区段中的流体经由与第一通道18流体连接的第四通道44流出。因此，布置在第二腔室区段26中的、为围绕活塞元件的一部分的螺旋弹簧的弹性元件在第二活塞端面17与活塞腔室14之间被压缩。活塞元件具有第一端部30，该第一端部延伸到活塞壳体13之外并且通过具有周向凹槽31而接合切割臂，切割臂的第二端部32延伸到该周向凹槽中。切割臂的第二端部被倒圆，以便能在凹槽中旋转。该切割臂能绕枢转点33枢转地与第一壳体部分连接。在活塞元件的另一个第二端部34上，活塞元件延伸到轴12中。当活塞元件在第一方向上移动时，在活塞元件的第二端部34与轴之间形成间隙45。该间隙45经由第三通道35与井筒流体流体连通，该第三通道以虚线示出。以这种方式，活塞无需必须克服井中的在工具周围的压力。活塞元件的第二端部34设置有两个周向密封件36，以便将活塞腔室与脏的井筒流体隔离密封。

当切割操作完成并且该金属井管结构已被分离成上方部分和下方部分时，来自泵的液压压力不会再被送入第一通道中，并且弹性元件在与第一方向相反的第二方向上沿工具的纵向方向37推动活塞元件15，如图15所示。该臂致动组件可通过如图所示的或由马达驱动的泵而提供动力。

该井下方法可进一步包括在环状屏障的顶部上提供水泥，以提供废井用塞子。通过在金属井管结构内提供例如由水泥构成的塞子，该井于是可被废弃。

冲程工具23是用于提供轴向力的工具。该冲程工具包括用于驱动泵的电动马达。泵将流体泵送到活塞壳体中以使活塞在活塞壳体中动作。该活塞布置在冲程杆上。该泵可在一侧上将流体泵送到活塞壳体中并且可同时在活塞的另一侧抽吸出流体。

流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

套管或金属井管结构是指井下使用的与石油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。

在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，驱动单元如井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如Well

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种井下方法，该井下方法用于在现有井(1)中于预定位置处在位于井孔(4)的壁部(3)与金属井管结构(5)之间的环空(2)中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向，该井下方法包括：

-将井下工具(10)插入该金属井管结构中；

-对着该预定位置定位该井下工具；

-通过沿该金属井管结构的周向对该金属井管结构进行机加工来将该金属井管结构的第一区段(6)从该金属井管结构的第二区段(7)分离；

-在该第一区段与该第二区段之间插入未膨胀的环状屏障(20)；和

-使该环状屏障膨胀以在该预定位置处提供区域隔离。

2.根据权利要求1所述的井下方法，其中，将该第一区段从该第二区段分离包括对该金属井管结构的、在沿该纵向延伸方向的一预定长度(d)上的部分进行机加工。

3.根据权利要求1所述的井下方法，其中，将该第一区段从该第二区段分离包括在该机加工之后将该第一区段从该第二区段移走。

4.根据权利要求1所述的井下方法，其中，将该第一区段从该第二区段分离包括在该机加工之后将该第一区段从该井孔中拉出。

5.根据权利要求4所述的井下方法，进一步包括将该第一区段插入到该井孔中的距该第二区段的一定距离处。

6.根据权利要求2或3所述的井下方法，其中，通过井下工具(10)来插入该未膨胀的环状屏障。

7.根据权利要求4和/或5所述的井下方法，其中，通过将该未膨胀的环状屏障安装在该第一区段的端部处来插入该未膨胀的环状屏障(20)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下方法，其中，该环状屏障包括管状金属部件(52)和可膨胀金属套筒(53)，该可膨胀金属套筒与该管状金属部件连接并且围绕该管状金属部件，从而在该管状金属部件与该可膨胀金属套筒之间提供环形空间(54)，该管状金属部件具有膨胀开口(55)。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的井下方法，其中，该环状屏障包括可膨胀金属套筒(53)。

10.根据权利要求8或9所述的井下方法，其中，通过使该管状金属部件和/或该可膨胀金属套筒膨胀来使该环状屏障膨胀。

11.根据权利要求8或9所述的井下方法，其中，借助于心轴和/或可膨胀囊状件(61)来使该环状屏障膨胀。

12.根据权利要求8或9所述的井下方法，其中，该可膨胀金属套筒在该第一区段与该第二区段之间径向地膨胀，以抵紧该井孔的壁部。

13.根据前述权利要求中任一项所述的井下方法，其中，该环状屏障具有第一屏障端部(66)和第二屏障端部(67)，该第一屏障端部构造成与该第一区段重叠，该第二屏障端部构造成与该第二区段重叠。

14.根据权利要求1所述的井下方法，进一步包括在第二预定位置处、在位于该井孔的壁部与该金属井管结构之间的环空中提供第二区域隔离。

15.一种井下系统(100)，该井下系统用于执行根据前述权利要求中任一项所述的井下方法，以便在现有井(1)中于预定位置处在位于该井孔(4)的壁部(3)与金属井管结构(5)之间的环空(2)中提供区域隔离，该金属井管结构具有纵向延伸方向，该井下系统包括：

-布置在该井孔中的该金属井管结构；

-井下工具(10)，该井下工具被插入到该金属井管结构中并且对着该预定位置定位，以通过沿该金属井管结构的周向对该金属井管结构进行机加工来将该金属井管结构的第一区段(6)从该金属井管结构的第二区段(7)分离；和

-环状屏障(20)，该环状屏障布置在该第一区段与该第二区段之间并且被膨胀以在该预定位置处提供区域隔离。

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