CN1930364A - 用于密封井筒中环形空间的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对井筒(1)中所用管状元件(7)施加环形密封的方法。该方法包括下列步骤：a)在井筒位置设置至少一个柔性密封层(20)，每个密封层具有一对相对置的纵向边沿，所述边沿可相对于彼此在一敞开位置和一闭合位置之间移动，其中在所述敞开位置，所述密封层可以被径向地施加给所述管状元件，在所述闭合位置，所述密封层大致围绕所述管状元件延伸，所述密封层由在与所选择流体接触时能膨胀的材料制成；b)将所述管状元件(7)部分地降入到井筒(1)中；c)将所述密封层(20)在其敞开位置径向地施加给所述管状元件在井筒以上延伸的部分；d)将所述密封层(20)移动至其闭合位置；以及e)将具有所施加密封层(20)的所述管状元件(7)进一步降入到井筒(1)中，直至所述密封层在井筒(1)中处于选定的位置。

Description

用于密封井筒中环形空间的系统

技术领域

本发明涉及一种对井筒中所用管状元件设置环形密封的方法。

背景技术

在由井筒生产烃类流体的领域，通常需要对延伸到井筒中的生产管道与环绕的套管或尾管之间的、或者对井筒壁与套管或尾管之间的环形空间进行密封。各种类型的封隔器被应用以提供此类密封功能。传统的封隔器通常被预装配到管状元件段上，这些管状元件段经常被称之为“短节”并将要包含于管状元件中。由此在上述管状元件的组装过程中，需要在与所述封隔器最终要被安装的井筒深度相一致的选定位置，将这些预装配有封隔器的管状元件段结合入管状元件中。然而，根据经验可知，在所述管状元件组装和安装到井筒中之前，所需封隔器的数量以及它们将被安装的深度不会变得明显。一旦所述管状元件(或它的一部分)完成组装，在将封隔器设置于所需的井筒深度方面的灵活性减小。此外，预装配的封隔器通常需要在远离井筒位置的专门车间装配到相应的管状短节上。考虑到所需的后勤工作，这种远程装配会进一步减小在井筒位置组装期间将封隔器施加给管状元件的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对井筒中所用管状元件设置环形密封的改进方法，该方法克服了现有技术封隔器的缺陷，并提供了在管状元件组装期间安装井筒封隔器的更高的灵活性。

按照本发明，设置了一种对井筒所用管状元件施加环形密封的方法，该方法包括：

a)在井筒位置设置至少一个柔性密封层，每个密封层具有一对相对置的纵向边沿，该边沿可相对于彼此在一敞开位置和一闭合位置之间移动，其中在所述敞开位置，所述密封层可以被径向地施加给所述管状元件，在所述闭合位置，所述密封层大致围绕所述管状元件延伸，所述密封层由在与所选择流体接触时能膨胀的材料制成；

b)将所述管状元件部分地降入到井筒中；

c)将所述密封层在其敞开位置径向地施加给所述管状元件在井筒以上延伸的部分；

d)将所述密封层移动至其闭合位置；以及

e)将具有所施加密封层的所述管状元件进一步降入到井筒中，直至所述密封层在井筒中处在选定的位置。

按照本发明的方法可以获得：在管状元件的组装和降入到井筒期间，所述密封层可以被施加至管状元件已经组装完毕的部分。由此，对于沿着管状元件选择所述密封层可施加于其的位置方面，具有更高的灵活性。此外，按照本发明的方法，所述管状元件通过管状接合件的组装变得与预装配封隔器在井筒位置的可获得性无关。此外，由于封隔器远程装配于相应管状短节而产生的后勤问题得以避免。

适宜的步骤a)包括在井筒位置设置多个所述密封层，并且步骤c)包括将所述密封层沿着所述管状元件在互相间隔的位置径向地施加给管状元件。

优选地，每个密封层由在与烃类流体或水(譬如来自地层的水)接触时能膨胀的材料制成。

为增大与所选择流体相接触的面积，所述密封层适宜在其外表面设有多个环形槽。

在所述密封层将要被布置于井筒壁与井筒套管或尾管之间的环形空间的情况下，优选的是密封层被制作成尽可能的长，以避免流体迂回穿过与该密封层相对的岩层。由此在实际应用中优选的是，减去管状接合件的相应接头的长度，所述密封层的长度基本相应于密封层施加于其上的管状元件段(即，管状接合件)的长度。为了更方便地在钻台操作和施加密封，优选的是所述密封层由彼此邻接的多个密封层段形成。这种密封层段典型地具有0.5-2.0米之间的长度，譬如1米左右。

附图说明

参照附图，以下将通过示例更具体地描述本发明，其中：

图1示意性显示一井筒，在该井筒中应用了本发明方法所使用的管道和密封层的一个例子；

图2A示意性显示图1中管道的横截面视图；

图2B示意性显示施加给管道之前的密封层；

图3示意性显示施加给管道后的密封层的纵截面；

图4示意性显示施加给管道后的密封层的纵截面；以及

图5示意性显示图4的细节A。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

参看图1，显示了形成在地层2中用于烃类流体生产的井筒1，井筒1具有基本竖直的上部区段1a和基本水平的下部区段1b，该下部区段1b延伸进入从其将要生产烃类流体的地层区域3。地层区域3是破裂的，这样存在来自其他地层区域(未显示)的水经由地层区域3的裂缝进入井筒下部区段1b的风险。井筒上部区段1a设有通过水泥层5粘合在井筒中的套管4，井口6在表面7被布置在井筒1的顶端。生产尾管7从套管4的下端部分延伸进入基本水平的井筒下部区段1b。生产油管9提供井口6与生产尾管7之间的流体连通，生产油管9通过封隔器10与生产尾管7适当地隔离。

生产尾管7设有多个流入控制装置，这些装置的形式为沿着尾管7的长度而间隔的流入控制阀12、13、14、15。每个流入控制阀12、13、14、15通过一组沿着生产尾管7的外表面和套管4的内表面延伸的控制线18而与位于表面的控制中心16电连接，从而允许每个流入控制阀12、13、14、15可以由控制中心16打开或关闭。

多个密封层20、22、24、26被布置在生产尾管7与井筒下部区段1b的壁之间的环形空间28处，其中密封层20、22、24、26和流入控制阀12、13、14、15沿着生产尾管7以交替次序排列。每个密封层20、22、24、26包括在与来自地层2的含水层的水相接触时能膨胀的材料，该材料优选是氢化丁腈(HNBR)弹性体。

参看图2A和2B，显示了所述密封层施加给生产尾管7之前生产尾管7和密封层20的横截面。控制线组18被覆盖元件30包围，该覆盖元件30通过合适的固定装置(未显示)固紧在生产尾管7的外表面。密封层20具有纵向切口31，该切口确定了一对相对置的纵向边沿32、34，这一对纵向边沿允许密封层20可以在一敞开位置和一闭合位置之间移动，在所述敞开位置，所述边沿32、34彼此分开以允许密封层20沿着箭头35的方向径向地施加给生产尾管7(如图2中所示)，在所述闭合位置，所述边沿32、34彼此邻接以允许密封层20基本包围生产尾管7(如图3中所示)。此外，密封层20设有成对的孔径36、38，它们沿着密封层20以规则的纵向间距相间隔。每对孔径36、38都形成在相应的纵向边沿32、34处，并被形成为允许螺栓(参照下文)延伸贯穿所对准的孔径36、38以将密封层20固紧于生产尾管7。密封层20设有纵向凹槽40，该凹槽形成在其内表面上用于容纳控制线组18和覆盖元件30。

图3中显示了密封层20已经径向地施加至生产尾管7以包围生产尾管7之后的生产尾管7和密封层20。密封层20被多个螺栓/螺母组件42夹紧在管道上，每个螺栓/螺母组件42延伸贯穿对应的成对孔径36、38。

参看图4和图5，以纵截面显示了密封层20和生产尾管7。生产尾管7由许多具备约10m(30英尺)标准长度的管状接合件44组装而成，由此每个密封层20、22、24、26基本延伸于密封层20施加于其上的相应管状接合件44的全长。每个上述接合件44在其相对两端设置有相应的接头部分48，用于将各个接合件44相互连接。环形密封层20的外表面设有多个环形槽46，这些环形槽沿着密封层20的长度规则地间隔。

在正常操作期间，生产尾管7由相应的管状接合件44以及包括相应控制阀12、13、14、15的管状元件的相应短段(称之为“短节”，未显示)组装而成。通过将生产尾管7降入到井筒1中，组装在井筒位置相继发生。在将生产尾管7降入到井筒1中的同时，控制线组18连同覆盖元件30被进给至生产尾管7并固定地连接于其上。接着，每个密封层20、22、24、26以凹槽40包围覆盖元件30(由此也包围了控制线18)的方式，在其所需位置被径向地施加给生产尾管7。然后，将密封层20移动到它的闭合位置以包围管状接合件44，并通过紧固延伸贯穿相应的成对孔径36、38的螺栓/螺母组件42而将密封层20固定于管状接合件44。其他的密封层22、24、26以类似的方式装配到相应的管状接合件44上。生产尾管7被安装于井筒1中，以致密封层20、22、24、26和流入控制阀12、13、14、15处在包含烃类流体的地层区域3中。

在井筒1已经合适地完井后，允许烃类流体从地层区域3流入井筒区段1a，并从那里经由流入控制阀12、13、14、15流入生产尾管7和生产油管9中。在地层水进入生产尾管7与井筒壁之间的环形空间的情况下，与地层水相接触的一个或多个密封层20、22、24、26将发生膨胀，直到进一步的膨胀被井筒壁阻止为止。环形槽46增大了所述密封层与地层水的接触面积，由此促进密封层的膨胀。一旦膨胀的密封层20、22、24、26在生产尾管7与井筒壁之间变得被挤压，地层水通过上述环形空间的进一步迁移就被避免。为了确定进水的位置，通过连续地打开和/或关闭流入控制阀12、13、14、15并同时测量地层水的流入来执行测试。从观测到的地层水由于关闭一个或多个特定的流入控制阀12、13、14、15而减少(或消除)的流入，可以确定进水的位置。一旦进水的位置被确定，该进水位置的一个或多个流入控制阀12、13、14、15就被关闭，以由此避免地层水流入生产尾管7。

每个密封层20、22、24、26的膨胀还会引起密封层对生产尾管7和覆盖元件30的适当密封，以防止密封层与生产尾管或覆盖元件30之间的流体移动。

代替允许所述密封层由于接触来自地层的水而膨胀，还可以通过使该密封层与泵抽入井筒的水基井筒流体相接触而触发这种膨胀。

此外，所述密封层可以由在与烃类流体(譬如原油或柴油)相接触时能膨胀的材料制成。在这种应用中，所述密封层可以在与来自井筒的烃类流体相接触时而导致膨胀，或者在与泵抽入井筒的烃类流体相接触时而导致膨胀。

也可以应用混合系统，其包括在与烃类流体相接触时能膨胀的密封层段和在与来自地层的水相接触时能膨胀的密封层段。

代替允许所述密封层由于接触来自地层的水或原油而膨胀，还可以通过将所选择的流体(譬如柴油)泵抽入井筒而触发该密封层发生膨胀。该工序具有以下优点，即在将所述管状元件降入到井筒中的期间可以避免过早的膨胀。

Claims (11)

1.一种对井筒中所用管状元件施加环形密封的方法，该方法包括：

a)在井筒位置设置至少一个柔性密封层，每个密封层具有一对相对置的纵向边沿，所述边沿可相对于彼此在一敞开位置和一闭合位置之间移动，其中在所述敞开位置，所述密封层可以被径向地施加给所述管状元件，在所述闭合位置，所述密封层大致围绕所述管状元件延伸，所述密封层由在与所选择流体接触时能膨胀的材料制成；

b)将所述管状元件部分地降入到井筒中；

c)将所述密封层在其敞开位置径向地施加给所述管状元件在井筒以上延伸的部分；

d)将所述密封层移动至其闭合位置；以及

e)将具有所施加密封层的所述管状元件进一步降入到井筒中，直至所述密封层在井筒中处在选定的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤a)包括在井筒位置设置多个所述密封层；并且步骤c)包括将所述密封层沿着所述管状元件在彼此间隔的位置径向地施加给管状元件。

3.如权利要求2所述的方法，其中每个密封层由在与水或烃类流体接触时能膨胀的材料制成。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述密封层包括在与来自地层的水接触时能膨胀的弹性体材料。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述密封层包括氢化丁腈弹性体。

6.如权利要求1-5任何一项所述的方法，其中所述密封层在其外表面设有多个环形槽。

7.如权利要求1-6任何一项所述的方法，其中所述管状元件由多个管状元件段组装而成，并且每个密封层的长度基本相应于密封层施加于其上的所述管状元件段的长度。

8.如权利要求1-7任何一项所述的方法，其中每个密封层由彼此邻接布置的多个密封层段形成。

9.如权利要求1-8任何一项所述的方法，其中每个密封层适于密封形成在所述管状元件与井筒壁之间的环形空间。

10.如权利要求1-9任何一项所述的方法，进一步包括，在步骤d)之后使用适当的紧固装置将所述密封层在其闭合位置固定到所述管状元件上。

11.一种参照附图基本上如上所述的方法。

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