专利名称：在井孔中形成焊缝的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成焊缝以将第一元件连接到第二元件上的方法。
就各种应用场合而言，希望提供一种在地层内的井孔中形成焊缝的方法，井孔包含一种井孔流体。例如，这样的应用场合包括形成金属对金属的密封，从而给井孔部件提供结构的整体性或修补腐蚀损坏。不过，在井孔通常为高压的情况下并不容易进行液体环境(井孔流体)下的焊接。一种类似的情况为例如在海上平台上进行的水下焊接，从而使该焊接可行的深度受到水位的流体静压力的限制。
本发明的目的在于提供一种形成焊缝以使第一元件连接到第二元件上的方法，所述元件被布置在包含一种井孔流体的井孔中。
本发明的方法包括a)选择一条焊接路径，沿着该焊接路径将形成焊缝；b)选择该井孔的一个容积部分，所述路径位于该容积部分中，并且使所述选择的容积部分与井孔容积的剩余部分相隔离；c)提供压力控制装置，用来控制所述选择的容积部分中的流体压力；d)操纵该压力控制装置，以便将所述选择的容积部分中的流体压力减小到可形成焊缝的所选压力；并且e)沿着所选的焊接路径形成焊缝。
通过使在其中将形成焊缝的容积部分与井孔的剩余部分相隔离，并随后减小该容积部分中的压力，使得流体压力不再防止焊缝的形成。
适宜的是，第一元件是一上井孔壳体，而第二元件是一下井孔壳体，该下井孔壳体具有伸入该上井孔壳体的下部的上部。这样一来，就获得了金属对金属密封的壳体，从而允许高压下的气体通过井孔壳体产生，而不是通过贯穿井孔壳体的常见生产管。
在一个优选实施例中，所述上部的外径大体上与所述下部的内径相等，并且步骤e)包括将下壳体的上边缘焊接到上壳体上。
在又一优选实施例中，所述上部的外径小于下部的内径，其中，该方法还包括将一填充管(filler tube)插入所述上部和所述下部之间的环形空间，并且，步骤e)包括将下壳体的上边缘焊接到填充管上，而将填充管的上边缘焊接到上壳体上。
为了允许高压气体从一个多边井孔系统中产生，适宜的是，该井孔是一个带有分支井孔的主井孔，所述第一元件为分支壳体元件的分支，其将贯穿主井孔的一主壳体连接到贯穿分支井孔的一分支壳体上，所述第二元件为该分支壳体。
下面将参照附图通过示例对本发明进行详细描述，其中
图1示意性地示出了与本发明方法的第一实施例结合使用的系统的纵向横截面；图2示意性地示出了与本发明方法的第二实施例结合使用的系统的纵向横截面；图3示意性地示出了图2的细部A。
图中相同的参考标号代表相同的部件。
图1所示的系统包括一个形成在地层(earth formation)3中的井孔1，该井孔具有一个第一元件和一个第二元件，第一元件的形式为在井孔1的上部1a中延伸的上井孔壳体5，第二元件的形式为在井孔1的下部1b中延伸的下井孔壳体7。下壳体7的外径大体上与上壳体5的内径相等，并且下壳体7部分地延伸到上壳体5中。水泥层9布置在一边的两壳体和另一边的井孔壁之间的环形空隙中。
一个焊接系统10布置在井孔1中，该焊接系统包括一个可径向膨胀的上密垫(packer)12和一个可径向膨胀的下密垫16，上密垫12布置在下壳体7的上边缘14上方的上壳体5中，下密垫16布置在下壳体7中。密垫12、16通过一个在其壁中设有许多开口20的管状元件18相互连接。每个密垫12、16在内部设有一个可收缩记忆金属元件(未示出)和一个电动加热线圈(未示出)，该记忆金属元件用来径向地使密垫顶靠着相应的壳体5、7膨胀，该电动加热线圈用来启动该记忆金属元件。密垫12、16设有合适的密封件21，用来密封顶靠着相应的壳体5、7位于其膨胀位置上的密垫12、16。
上密垫12在内部设有一个远程控制的焊接单元22(虚线所示)，该焊接单元22具有电焊极或焊条24和一管子25。焊条24和管子25可在收缩位置和延伸位置之间移动。在收缩位置上，焊条24和管子25位于一个布置在上密垫12内的腔室(未示出)中，该腔室被一个配合在相对应的环形凹槽28(虚线所示)内的可拆卸环形密封件26密封，该环形凹槽28在面向下密垫16的侧面位于上密垫12中。环形密封件26可通过一螺线管(未示出)的操作从上密垫上取下，该螺线管能使密封件从密垫12上下落。在图1中，环形密封件已从上密垫12上取下。在延伸位置上，焊条24和管子25穿过环形凹槽28进入一个被密垫12、16和壳体5、7封闭的空间限定的井孔1的容积部分30。焊接单元还设有这样的装置(未示出)，即其可以沿着由下壳体7的上边缘14和上壳体5的内表面形成的拐角在圆周方向上使焊条24和管子25移动。
管状导管33在上密垫12处与焊接单元10相连，并通过井孔1延伸到地面上的一个控制单元(未示出)，该导管33与管状元件18的内部流体连通，并设有一个位于地面上的控制阀(未示出)，该控制阀在打开位置使导管33与大气流体相通。
电缆34通过管状导管33从控制单元延伸到焊接系统10，并从焊接系统10延伸到加热线圈乃至螺线管。纤维光缆35通过管状导管33从一个地面上的监控单元(未示出)延伸到焊接系统10，并从焊接系统10伸入管子25，以便给该监控单元提供光信号。
控制单元适于通过电缆34选择性地向焊接系统10、加热线圈、螺线管和摄影机提供电力和/或电控信号。
排出管36从下密垫16贯穿管状元件18和上密垫12，该排出管使容积部分30和焊接单元10上方的井孔1的内部之间形成流体连通。止回阀38防止流体从排出管36流入容积部分30。
在第一实施例中使用的系统的正常操作期间，井孔1包含一种选定密度的井孔流体。焊条24位于其收缩位置上，而环形密封件位于环形凹槽28中，以便密封焊条使之与井孔流体隔离。焊接系统10挂在管状导管33上并通过井孔下降到图1所示的位置，从而使下壳体7的上边缘14位于密垫12、16之间。电力通过电缆34由控制单元提供给加热线圈，从而加热线圈将热量提供给记忆金属元件。一旦到达其转变温度，该记忆金属元件便收缩，从而使密垫12、16径向膨胀，其中密垫12、16以密封的方式与相应的壳体5、7相接合。
关闭地面上的控制阀，通过管状导管33从地面上泵送被压缩的惰性气体例如氮气，并通过管状元件18和开口20泵送到容积部分30中。通过将气体泵送到容积部分30中，井孔流体便通过排出管从容积部分30被排入焊接单元10上方的井孔1的内部。当压缩气体大体上已将所有的井孔流体从容积部分30排空时，停止泵送。接着打开控制阀，以释放容积部分30和管状导管33中的气压，从而将气压减至与大气压相当。止回阀36防止井孔流体从排出管36回流到容积部分30中。
促发控制单元以给螺线管提供电力，从而使螺线管引起环形密封件26从上密垫12下落到下密垫16上(如图1所示)。促发控制单元以给焊接系统10提供电力和电控信号，从而使焊条24位于其延伸位置，焊条的顶端在延伸位置接近下壳体7的上边缘14。接着控制单元使焊条24沿着由下壳体7的上边缘14和上壳体5的内表面形成的拐角形成一个沿圆周方向延伸的焊缝。该焊缝使下壳体7与上壳体5相密封。在焊接操作中，摄影机由控制单元操作，以便监控地面上的焊接操作。
当焊接操作完成时，通过从井孔1收回管状导管33而将焊接系统10收回到地面上。
图2示出了用在第二实施例中的系统，该系统包括一个布置在带有一分支井孔(未示出)的主井孔(未示出)中的分支壳体元件40，该分支壳体元件40位于两个井孔的分支点，并使一个贯穿主井孔的主壳体42与一个伸入分支井孔的分支壳体44相连。分支壳体44具有一个伸入分支壳体元件40的分支48的上部46，该上部的外径小于分支48的内径，其中一个填充管50布置在所述上部46和所述分支48之间的环形空间中。通过采用本发明的方法，将分支壳体44的上边缘焊接到填充管50上，而将填充管50的上边缘焊接到分支48上。
参见图3，相同的标号用来代表图1所示的相同部件，因此，参照图1来对图3中这样的部件进行说明。图3所示的实施例与图1的实施例的区别在于第一元件由分支壳体44形成，而第二元件由分支壳体44形成。上部46的外径小于分支48的内径。
第二实施例系统的正常操作在很大程度上与第一实施例系统的正常操作相似，除了利用焊接系统10通过焊缝52使分支壳体44的上边缘焊接到填充管50上，以及利用焊接系统10通过焊缝54使填充管50的上边缘焊接到分支48上。
如果在分支壳体46运行到分支井孔中期间，分支壳体在到达计划深度之前卡在分支井孔中，那么本发明方法的第二实施例是特别有益的。接着，分支壳体46被切割到这样的程度，即分支壳体的上部46仍然处于分支48中，此后安装填充管50，并利用焊接系统10形成焊缝52、54。从井孔中取出分支壳体被切割的上部。
权利要求
1.一种在一包含一种井孔流体的井孔中设置的元件上形成焊缝的方法，该方法包括a)选择一条焊接路径，沿着该路径将要形成焊缝；b)选择该井孔的一个容积部分，所述路径位于该容积部分中，并且使所述选择的容积部分与井孔容积的剩余部分相隔离；c)提供压力控制装置，用来控制所述选择的容积部分中的流体压力；d)操纵该压力控制装置，以便将所述选择的容积部分中的流体压力减小到可形成焊缝的所选的压力；并且e)沿着所选的焊接路径形成焊缝。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括在该井孔内安装第一密垫和第二密垫，所述选择的容积部分位于该密垫之间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该第一密垫设有一个远程控制的焊接单元，用来形成所述焊缝。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该焊接单元具有至少一个通过可拆卸的密封装置与所选的容积部分相隔离的焊条。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，所述元件是第一元件，所述焊缝使该第一元件连接到井孔中的第二元件上。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该第一元件是一个上井孔壳体，而该第二元件是一个下井孔壳体，该下井孔壳体的上部伸入该上井孔壳体的下部。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上部的外径基本上与所述下部的内径相等，步骤e)包括将该下壳体的上边缘焊接到该上壳体上。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上部的外径小于该下部的内径，并且，该方法还包括将一个填充管插入所述上部和所述下部之间的环形空间中，并且，步骤e)包括将该下壳体的上边缘焊接到该填充管上，并将该填充管的上边缘焊接到该上壳体上。
9.如权利要求5-8中任何一项所述的方法，其特征在于，该井孔是一个带有分支井孔的主井孔，所述第一元件是一分支壳体元件的分支，其将贯穿该主井孔的主壳体连接到一个贯穿该分支井孔的分支壳体上，所述第二元件为该分支壳体。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的方法，其特征在于，该压力控制装置包括一根设有一控制阀并与所述选择的容积部分流体相通的导管，该导管通过井孔延伸到地面，并且，步骤c)包括打开该控制阀，以便允许所述选择的容积部分中的流体压力减小。
11.如权利要求1-10中任何一项所述的方法，还包括设置流体排空装置，用来从所述选择的容积部分排空钻井流体，并且在步骤d)之前操纵该流体排空装置，以便从所选的容积部分排空井孔流体。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该流体排空装置包括一个排出管，该排出管使所选的容积部分和井孔容积的剩余部分之间流体相通，并且，排空井孔流体的步骤包括引导所选的气体流入所选的容积部分，以便通过该排出管使井孔流体从所选的容积部分流入井孔容积的剩余部分。
13.如引用权利要求10的权利要求12所述的方法，其特征在于，使所选的气体通过所述导管流入所述容积部分。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该排出管设有一个止回阀，该止回阀防止井孔流体从井孔容积的剩余部分流入所选的容积部分。
15.上面参照附图进行充分描述的方法。
全文摘要
一种形成焊缝以将第一元件连接到第二元件上的方法,所述元件被布置在一个包含一种井孔流体的井孔(1)中。该方法包括沿着要形成的焊缝选择一条焊接路径,选择井孔的一个容积部分,所述路径位于该容积部分中,并且使所述选择的容积部分与井孔容积的剩余部分相隔离,并提供压力控制装置(12、16),用来控制所述选择的容积部分中的流体压力。接着操纵该压力控制装置,以便将所述选择的容积部分中的流体压力减小到可形成焊缝的所选的压力,并且沿着所选的焊接路径形成焊缝。
文档编号E21B41/00GK1365418SQ00810871
公开日2002年8月21日 申请日期2000年7月25日 优先权日1999年7月27日
发明者威廉默斯·许贝特斯·保罗斯·玛丽亚·海杰宁, 久尔瑞·汉斯·兹斯林 申请人:国际壳牌研究有限公司