专利名称：穿过盐层延伸的井筒系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井筒系统，该系统包括形成在地层内的井筒，所述井筒穿过地层的盐层并具有管状管道，该管道具有穿过盐层延伸的部分。
背景技术：
盐层内的盐相当于塑性物质并在遇到应力差时显示出蠕变性。如果穿过盐层钻出井筒，井筒周围区域的地层应力就会改变。例如，在井筒被钻之前井筒所在位置的水平地层应力由相应于井筒内的流体液压力的水平应力值所取代。如果这一流体压力低于盐层远处的水平地层应力，井筒邻近区域内的盐就会径向向内蠕变，从而降低井筒横截面的尺寸。许多时候这种井筒壁的径向变形在井筒的轴向上或周向上是不均匀的。因此，井筒壁的径向变形在一些位置能够比其他位置更明显，从而井筒内的套管遭受由盐变形产生的局部高径向载荷情况。如果井筒例如由于钻井期间的冲蚀而具有不规则的形状，也会出现不均匀的载荷情况。这种不规则形状的井筒开始会由于盐层的蠕变而在不连续点接触所述套管，并且因而将可能使套管产生局部损坏，例如通过弯折所述套管。如果所述套管已经被固结在井筒中，水泥通常将会充满井筒的不规则区域从而弥补不均匀的载荷情况。然而在许多情况下，水泥不能完全充满井筒的不规则区域，尤其是在井筒内出现大量冲蚀的情况下。
因此，需要提供一种改进的井筒系统从而使井筒穿过盐层，该系统降低了损坏井筒管件的风险并克服了现有技术的缺陷。
发明内容
根据本发明，提供一种具有形成在地层内的井筒的井筒系统，所述井筒伸入地层的盐层，该井筒系统包括设置在井筒内的管状管道，因而管状管道的至少一部分由盐层所包围，其中，在管状管道的所述部分与井壁之间形成一个环形空间，所述井筒系统还包括弹性材料的环状体，该环状体设置在所述环形空间内并基本上沿管状管道由盐层所包围的所述部分的长度延伸。
因此，所述弹性材料分散了由盐产生的不均匀蠕变所产生的高径向载荷，使其在管状管道的长度上更加均匀。从而防止了由于不均匀蠕变所产生的管状管道的局部过应力。
适宜的是，环状体为管状管道的外表面提供了环状层，所述环状层大体上沿由盐层所包围的管状管道的所述部分的长度连续延伸。
如果不在环形空间内提供连续的弹性材料层，可将多个弹性材料颗粒插入到环形空间中以便形成半连续的弹性环状体。
可优选地是，所述弹性材料为可膨胀的材料，该材料在与选择的流体接触时易于膨胀。通过使环形空间内的弹性材料膨胀，所述弹性材料充满所述环形空间，因而防止了井筒流体穿过环形空间的轴向流动。此外，已膨胀的弹性材料在出现盐层显著蠕变之前接触井壁，并且来自已膨胀的弹性材料的反压力基本上消除了任何井壁不均匀变形的趋势。
适宜的是，可膨胀的材料为弹性体材料，并且所选择的流体为烃类流体。
例如，可膨胀的材料包括下述组中的至少一种天然橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯丁二烯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶、氯化聚乙烯、氯丁橡胶、苯乙烯丁二烯共聚橡胶、磺化聚乙烯、乙烯丙烯酸酯橡胶、环氧氯丙烷环氧乙烷共聚物、二元乙丙共聚物(过氧化交联)、二元乙丙共聚物(硫化交联)、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚橡胶、乙烯醋酸乙烯共聚物、氟橡胶、氟硅橡胶、以及硅橡胶。
优选可膨胀的材料为EP(D)M橡胶(过氧化交联或硫化交联的二元乙丙共聚物)、EPT橡胶(乙烯-丙稀-二烯烃三元共聚橡胶)、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶和氯化聚乙烯。
适宜地是，所述烃类流体存在于钻井期间泵入井筒的油基钻井流体流中。
本发明还涉及一种在地层中形成井筒的方法，所述井筒穿过地层的盐层，所述方法包括利用钻井流体钻出所述井筒，将管状管道设置在井筒内，其中管状管道的至少一部分由所述盐层包围，并且在管状管道的所述部分与井壁之间形成一个环形空间，所述方法还包括将弹性材料的环状体设置在所述环形空间中以便所述环状体大体上在管状管道由盐层所包围的所述部分的长度上延伸，所述弹性材料在接触所述钻井流体时易于膨胀。
适宜地是，所述弹性材料为在接触油基钻井流体时易于膨胀的弹性体，并且所述井筒是利用所述油基钻井流体钻成的。
可选择地是，所述井筒是利用水基钻井流体钻成的，并且所述弹性材料为在接触油基流体时易于膨胀的弹性体，并且所述的油基流体被泵入所述环形空间以便取代环形空间内的水基钻井流体。
可任选地是，所述油基流体作为一种流体流与用于胶结井筒内的套管的水泥流一同被泵入井筒内，所述油基流体流和水泥流相互隔开。
通过示例并结合附图，下面将更加详尽地描述本发明，其中图1示意性地示出了井筒内的可膨胀材料在膨胀之前的本发明井筒系统的一个实施例；以及图2示意性地示出了井筒内的可膨胀材料在膨胀之后的本发明井筒系统的一个实施例。
具体实施例方式
参看图1，其中示出了一种井筒系统1，该井筒系统包括形成在地层3内的井筒2，地层3具有盐层4，井筒2穿过盐层4。井筒套管6形式的管状管道从地面的井口8延伸至井筒2内，从而套管6的一部分10延伸穿过盐层4。环形空间12形成在套管6与井壁之间。套管6的所述部分10具有EPDM橡胶的环状层14，众所周知，EPDM橡胶在遇到烃类流体如存在于常规的油基钻井流体内的油时会膨胀。环状层14具有明显小于套管6与井壁之间的间隙的初始厚度，以便允许无阻碍地将具有环状层14的套管6下入到井筒2内。
进一步参看图2，其中示出了由于环状层14与井筒内的油基钻井流体接触而使EPDM橡胶的环状层14膨胀之后的井筒系统1。膨胀的环状层14径向延伸抵靠在由井筒2周围的盐层形成的井壁上。因此，环形空间12在环状层14膨胀之后消失了。
在通常的作业期间，以常规的方式利用油基钻井流体钻出井筒2。在钻井完成之后，具有环状层14的套管6被下入到井筒2中并悬挂在某一位置，因而环状层14大体上在套管6的穿过盐层4的所述部分的长度上延伸。EPDM橡胶的环状层因而开始与油基钻井流体接触并开始膨胀。环状层14的膨胀持续一段时间(能够持续几天)，直到环状层14完全占据了环形空间12并由此变得以适当的压力偏靠在井壁上。
井壁附近的盐层4内的盐趋于径向向内蠕变，因而穿过盐层4的所述井筒部分的直径慢慢减小。由于盐逆着膨胀的环状层14移动，因此会在EPDM橡胶的环状层14内聚积起压缩压力。在许多情况下，盐在穿过盐层4的井筒部分的长度上的径向向内的蠕变是不均匀的，因此，由于蠕变的盐而会出现在有些区域井筒直径的减小多于其他位置，如果在套管6与井壁之间不存在橡胶层14，这将会导致使套管6产生局部严重受载情况。通过橡胶环状层14而防止了这种严重受载，环状层14由于局部载荷而产生弹性变形因而将所述载荷分散到了套管的较大区域上。分散的载荷大大低于在没有环状层14时套管所承受的高局部载荷，从而接近套管的均匀受载。以这种方式，防止了由于盐的不均匀蠕变而产生的局部严重受载情况所引起的套管失效。此外，由于井壁处的盐与膨胀的橡胶层之间的更加均匀分布的压缩压力，沿穿过盐层4的井筒部分的长度上的不均匀蠕变被抵消了。
根据上面的描述可以理解，膨胀的弹性体产生施加在地层上的压力，其延迟了地层内的流体流入井筒，并且用于将作用在套管上的集中载荷从井眼表面的不规则处分散掉。膨胀压力随着膨胀量的增加而降低，反之亦然，即在与膨胀机构有关的外部压力和内部压力之间存在一种平衡。因此，如果在弹性体开始膨胀之后盐层径向向内蠕变并接触弹性体，所述弹性体就会局部受压并施加反压力以维持平衡。因此，正在膨胀的弹性体不仅仅将来自正在蠕变的盐层的集中载荷分散掉，而且还以逐渐增加的弹力来向回推盐层。
在一合适的可替换应用中，弹性材料的环状体包括砂环状体。
权利要求
1.一种具有形成在地层内的井筒的井筒系统，所述井筒伸入地层的盐层，所述井筒系统包括设置在井筒内的管状管道，管状管道的至少一部分由盐层所包围，在管状管道的所述部分与井筒壁之间形成有环形空间，所述井筒系统还包括弹性材料的环状体，该环状体设置在所述环形空间内并大体上沿由盐层所包围的管状管道的所述部分的长度延伸。
2.如权利要求1所述的井筒系统，其特征在于所述环状体为管状管道的外表面提供了环状层，所述环状层大体上沿由盐层所包围的管状管道的所述部分的长度连续延伸。
3.如权利要求1所述的井筒系统，其特征在于所述环状体由插入到所述环形空间的多个弹性材料颗粒制成。
4.如权利要求1-3任一所述的井筒系统，其特征在于所述弹性材料为在与所选择的流体接触时易于膨胀的可膨胀的材料。
5.如权利要求4所述的井筒系统，其特征在于可膨胀的材料为弹性体材料，并且所选择的流体为烃类流体。
6.如权利要求5所述的井筒系统，其特征在于所述可膨胀的材料包括下述组中的至少一种天然橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯丁二烯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶、氯化聚乙烯、氯丁橡胶、苯乙烯丁二烯共聚橡胶、磺化聚乙烯、乙烯丙烯酸酯橡胶、环氧氯丙烷环氧乙烷共聚物、二元乙丙共聚物(过氧化交联)、二元乙丙共聚物(硫化交联)、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚橡胶、乙烯醋酸乙烯共聚物、氟橡胶、氟硅橡胶、以及硅橡胶。
7.如权利要求6所述的井筒系统，其特征在于所述可膨胀的材料是从EP(D)M橡胶(过氧化交联或硫化交联的二元乙丙共聚物)、EPT橡胶(乙烯-丙稀-二烯烃三元共聚橡胶)、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、氯化丁基橡胶和氯化聚乙烯橡胶中选出的。
8.如权利要求6或7所述的井筒系统，其特征在于所述烃类流体存在于钻井期间泵入井筒的油基钻井流体流中。
9.一种在包括盐层的地层中形成井筒的方法，所述方法包括钻出所述井筒以便所述井筒伸入盐层，将管状管道设置在井筒内，其中管状管道的至少一部分由所述盐层包围，并且在管状管道的所述部分与并壁之间形成有环形空间，所述方法还包括将弹性材料的环状体设置在所述环形空间中以使所述环状体大体上在管状管道的由盐层所包围的所述部分的长度上延伸，以及使所述弹性材料接触所选择的流体，所述弹性材料在接触所选择的流体时易于膨胀。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述弹性材料为在接触油基钻井流体时易于膨胀的弹性体，并且所述井筒是利用所述油基钻井流体钻成的。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述弹性材料为在接触油基流体时易于膨胀的弹性体，并且所述井筒使利用水基钻井流体钻成的，并且所述的油基流体被泵入所述环形空间以便取代环形空间内的水基钻井流体。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述油基流体作为一种流体与用于胶结井筒内的套管的水泥流一同被泵入井筒内，所述油基流体流和水泥流相互隔开。
13.结合附图而在此前所述的井筒系统。
14.结合附图而在此前所述的方法。
全文摘要
本发明提供一种井筒系统，该井筒系统包括形成地层内的井筒，所述井筒伸入地层的盐层。所述井筒系统包括设置在井筒内的管状管道，管道的至少一部分由盐层所包围，在管状管道的所述部分与井壁之间形成有环形空间。所述井筒系统还包括弹性材料的环状体，该环状体设置在所述环形空间内并大体上沿由盐层所包围的管状管道的所述部分的长度延伸。
文档编号E21B33/127GK101076652SQ200580042575
公开日2007年11月21日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月15日
发明者马丁·G·R·博斯马, 埃里克·K·科内利森 申请人:国际壳牌研究有限公司