专利名称：用于封堵生产井井下水区域的方法和密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于封堵生产区的密封方法，其中具有圆周和穿孔的套管位于井 眼中，但与井眼的内壁相距一定距离，从而在它们之间形成中间空间。此外，本发明还涉及 一种密封装置。
背景技术：
在地层中的井眼中设置套管，以主要用于防止井眼坍蹋。井眼可具有许多位于彼 此内的套管，生产套管位于中间套管内，该中间套管又位于表面套管和导管内。当生产套管被放置在井眼中时，该生产套管随后在有油的某一区域中被穿孔。从 而油流体能够进入生产套管并开始采油。在采油阶段期间，由于当储油区被采空时含油区 域可转移，所以油流体可与水混合。如果含油区域已转移，则必须在生产套管中制造新的穿孔，并封堵之前的穿孔。为 了封堵之前的穿孔，在第一生产套管内插入新的生产套管，并将封隔器放置在该区域的两 侧上。随后，在新的生产套管中制造新的穿孔。通过将新的生产套管插入之前的生产套管中，生产率由于磨擦作用增加而显著减 小，并且速度的降低产生了各种相关问题。封堵含水区域的另一方法是在该区域上方插入水泥塞，以用于堵塞下面的套管。 随后，在水泥塞上方的有油的新区域中对生产套管穿孔。由此，将下面的套管更长久地关 闭，并且在未插入新的生产套管的情况下，在塞子下方的生产套管中重新开始生产是非常 困难的(如果并非不可能)。
发明内容
本发明的一方面是通过提供一种封堵生产区的方法至少部分地克服了封堵上述 生产区的公知的解决方案的缺点，所述方法不需要堵塞一部分生产套管或插入新生产管而 使生产率显著减少。此方面和从下面的描述变得明显的优点通过一种用于封堵套管或生产区中的泄 漏部的密封方法获得，其中具有圆周和穿孔的套管位于井眼中，但与井眼的内壁相距一定 距离，从而在它们之间形成中间空间，上述方法包括下列步骤-经沿围绕套管的第一圆形或卵形线定位的孔注射一组合物(composition)，该 组合物用于在套管在生产区的一端中的第一位置处的中间空间中形成第一周向密封部，-沿套管的径向方向在第一位置处填充中间空间，-经沿围绕套管的第二圆形或卵形线定位的孔注射一组合物，该组合物用于在套 管在生产区的另一端中的第二位置处的中间空间中形成第二周向密封部，-沿套管的径向方向在第二位置处填充中间空间，-将衬套插入套管，该衬套与穿孔相对并在第一和第二周向密封部内延伸，-将衬套展开直至衬套压靠在套管上，由此衬套与第一和第二周向密封部一起隔离生产区。注射一组合物，以用于在中间空间中形成两个彼此相距预定距离的分开的周向密 封部，随后使衬套在两个密封部之间展开，使其可以封堵生产区，而不必堵塞套管的最下部 或逐一密封每个穿孔的孔。在一个实施例中，所述组合物可包括一复合物(compound)，该复合物一旦被注入 中间空间就能够硬化、膨胀、溶胀(swell)或粘贴。在另一个实施例中，经由其注射所述组合物的孔可在套管中直接相对彼此定位。此外，所述孔可为穿孔中的一些。另外，所述方法还可包括在注射步骤中的至少一个之前形成孔的步骤。在一个实施例中，所述密封方法还可包括第三注射步骤，其中经在距穿孔一定矩 离处形成的孔注射组合物，该组合物用于在中间空间中形成第三周向密封部。此外，所述密封方法可包括在套管中形成新的穿孔的步骤，以用于使油流体从新 的和第二生产区流入套管中。在某些实施例中，所述组合物可被展开以用于形成周向密封部。另外，所述密封方法可包括另一在第一和第二周向密封部之间注射中间周向密封 部的步骤。最后，本发明还涉及一种用于封堵套管或生产区中的泄漏部的密封装置，其中具 有圆周和穿孔的套管位于井眼中，但与井眼的内壁相距一定距离，从而在套管与井眼之间 形成中间空间，上述密封装置包括-组合物的第一周向密封部，该第一周向密封部位于套管在生产区的第一端中的 第一位置处的中间空间中，-组合物的第二周向密封部，该第二周向密封部位于套管在生产区的第二端中的 第二位置处的中间空间中，和-被展开的衬套，该被展开的衬套处于第一和第二周向密封部之间，用于隔离生产 区。
下面参照附图详细说明本发明，其中图1示出在井眼内的套管的截面图，图2示出图1的套管在第一注射步骤期间的截面图，图3示出具有第一周向密封部的图1的套管的截面图，图4示出图1的套管在第二注射步骤期间的截面图，图5示出具有第二周向密封部的图1的套管的截面图，图6示出图5的套管的剖视图，图7示出图5的套管在实施本方法的展开步骤期间的剖视图，图8示出具有完全展开的图5的套管的剖视图，图9示出具有多个周向密封部和一个新生产区的井眼内的截面图，和图10示出具有生产套管、中间套管、表面套管和导管的井眼内的截面图。各附图仅是示意性的和为了举例说明的目的而示出。
具体实施例方式本发明应用于在井眼中使用穿孔套管的情况和采油区1由于某种原因已转移或 者无油的情况。穿孔3定位成面向生产区1，从而能够使油流入套管2并这样被从井眼提 升。当油已变得与水过度乳化或者储油已被采空时，必须将套管2的穿孔3密封，以便能在 沿套管2的延伸部分的另外的位置处形成新的生产区14。井眼可形成在石灰岩地层或砂层中。油流体从地层或砂层中渗出，经由套管中的 穿孔3进入套管2。油流体的渗流在图1中用箭头示出。由于套管2未被粘合以将该套管 相对于井眼固定，所以在套管2的外壁与井眼的内壁之间存在一空间。因此，油流体能够沿 着套管2的纵向延伸部分流动，并流入套管的穿孔3中。当生产区1中存在的油量不再充 足和/或油流体已变得太稀时，需将生产区1封堵。随后，在距之前的生产区某一距离处制 成新的穿孔，以便能产生新生产区14。该距离取决于水能够在地层或砂层内朝向套管2和 沿着套管流多远，从而使来自之前的生产区的稀流体不与来自新生产区14的油流体混合。在图1中示出定位在井眼中的套管2。套管2在面向生产区1的区域中具有穿孔 3，以供油流体流入套管。如可看到的，井眼的直径可以变化，因此套管3与井眼的内侧之间 的中间空间也相应地变化。当封堵生产区1时，中间空间4被局部填充组合物5，该组合物 5能够在被注入空间中时硬化，以用于围绕套管2的外壁形成周向密封部6、9。在中间空间4中围绕套管2的外壁的周向密封部6、9通过经沿如图1中虚线所示 的第一圆形线路8定位的孔注入的组合物5制成。交线8示出为垂直于套管的纵向延伸部 分并与套管的圆周相交的第一平面。因此，周向密封部6、9具有围绕套管2的外部基本上 垂直于套管的纵向延伸部分的延伸部分。在另一个实施例中，当所述平面与套管的圆周相交并与套管2的纵向延伸部分成 60°至85°的角度时产生交线8。因此，周向密封部6、9也与套管2的纵向延伸部分成60° 至85°的角度。组合物5的注射通过注射工具13在某些穿孔中进行，如图2所示。注射工具13被 浸入套管2内，且注射末端16被基本上沿套管的径向方向向外移动并从某些穿孔3移出。为了封堵生产区1，必须制成两个密封部6、9，在生产区1的每一端中一个，且必须 插入衬套12，该衬套12从套管的内部覆盖穿孔3并与第一密封部6和第二密封部9交叠。 这样，从地层渗出的流体不能够沿着套管2流动并流入套管的其它穿孔中。首先，第一周向密封部6形成在套管在生产区1的一端中的第一位置7处，如图2 和图3所示。其次，第二周向密封部9形成在套管在生产区1的第二相对端中的第二位置 处，如图4和图5所示。如可看到的，中间空间4被填充组合物5，直至已形成周向密封部 6、9。图6示出具有环绕的第一密封部6和第二密封部9及穿孔3的套管的剖视图。在 注射步骤之后，必须使衬套12展开，以便从套管2内部覆盖穿孔3和与第一密封部和第二 密封部二者交叠。如图7所示，衬套12通过展开工具被浸入套管2内并置于穿孔3外部。 然后，衬套12被展开直至其抵靠和被密封在套管2的内壁，如图8所示。被展开的衬套12 至少部分地与各密封部6、9交叠，从而密封装置——亦即第一密封部6和第二密封部9、被 展开的衬套12及中间套管壁——阻止了生产区1与套管2的内部之间的流体连接。
已经由其注射组合物5的穿孔3可在组合物5的膨胀过程期间填充有组合物5。 然而，由于来自生产区1的流体压力，所以有时可建议衬套12还与已经由其注射组合物的 穿孔交叠，如图8所示。衬套12除了用图7所示的展开工具之外还可用各种展开工具按许多方法被展开。 此外，衬套12可以是由可展开材料如金属制成的管件。在另一个实施例中，衬套12可在具 有密封圈如0形圈的周向槽中。有时，生产区1延伸超过穿孔3的延伸部分。在这种情况下，在注射组合物5之前 必须制成新孔。可供选择地，可在密封装置与面向新生产区14的新穿孔之间一定距离处 设置第三密封部15，以便阻止流体沿着套管2的外部从前面生产区1渗出并到达新生产区 14，如图9所示。此外，套管2在相同的生产区1的范围内可具有若干穿孔部段。在这种情况下，每 个穿孔部段均必须用第一密封部6和第二密封部9封堵，随后用套管2内被展开的衬套12 封堵。在某些情况下，一个衬套12可能不能与第一密封部6和第二密封部9 二者交叠， 因为可能不能使足够长的衬套12展开，或者套管可能弯曲而需要使用若干衬套以配合套 管的弯曲。在这些情况下，可在第一密封部6与第二密封部9之间形成中间密封部，并且衬 套12可被展开成使得每个衬套均至少部分地覆盖两个相邻的密封部。此外，穿孔3对注射末端16来说可能太小，以致不能将组合物5注入中间空间4 中。在这种情况下，必须在可进行注射步骤之前加宽穿孔3。如图10所示，也可使用密封方法来密封生产套管2中的泄漏部21，该生产套管2 被中间套管20部分地环绕。中间套管20被表面套管17部分地环绕，该表面套管17又被 导管18部分地环绕。生产套管2借助于封隔器19被固定在中间套管20中，中间套管20 借助于水泥被固定在表面套管17内，如表面套管17被固定到导管18上那样。第一周向密封部6和第二周向密封部9用与上述相同的方式制成，随后插入衬套 12。第一密封部6和第二密封部9被设置在套管2中的泄漏部21的每一侧上，而衬套12 与密封部6、9和泄漏部21 二者交叠，如图10所示。注射工具13具有至少一个室，该室包含待被注射的组合物5。在一个实施例中，工 具13具有一个包含组合物5的室，在另一个实施例中，所述工具可具有两个室，每个室均包 含足以形成一个周向密封部的组合物。由于组合物5在被注入中间空间4之后膨胀，所以 所述室不必具有与最终的一个或多个密封部相同的体积。在一个实施例中，注射工具可以是一系统的一部分，该系统还包括钻孔工具，所述 钻孔工具能够在注射步骤之前在套管2中钻孔。钻孔工具也可是独立的工具，该独立的工 具在注射工具13之前被浸入套管2中，从而在两个独立的过程中执行钻孔操作和注射操 作。在注射步骤之后，将注射工具13从套管2中收回，随后，将用于展开衬套12的展开工 具浸入套管中。待被注射的组合物5可以是任何种类的可膨胀组合物。在一个实施例中，所述组 合物是两部分胶粘剂，其中所述两部分当被混合时膨胀和硬化。在另一个实施例中，组合物 5当经受从地层中渗出的乳化流体中的水的作用和/或当经受流体的热作用时膨胀。另外， 组合物5可以是这样的类型，即当其经受乳化流体中的水分或从地层中渗出的流体的热作用时不膨胀而仅硬化。因此，组合物5可以是两组分聚氨酯胶粘剂或其它能够通过上述方 法中的一种而硬化的适合的聚合物。在一个实施例中，在注射之后的组合物中包括网络(network)。所述组合物可为复 合物形式或独立的单元的形式。当所述组合物为复合物形式时，复合物被以其液相注射，而当复合物硬化时，其必 须被保持在某个位置中，这通过网络来实现。在一个实施例中，组合物5在被注射之前被熔化而当被注射时硬化/固化。在另 一个实施例中，组合物5包括以其液体形式或至少部分液体形式的基本部分，该基本部分 在被注射之前与另一部分如硬化剂混合，以便使复合物硬化。部分液体形式意指部分为液 体部分为固体的可注射的基本部分。在另一个实施例中，组合物5在硬化时膨胀或溶胀。组合物5可以是任何种类的 可膨胀或可溶胀的组合物。因此，组合物5可以是两部分聚氨酯胶粘剂，或其它能够通过上 述方法之一硬化的适合的聚合物。此外，组合物5可包括在组合物硬化的压力下反应的树脂和催化剂。因此，组合物 5当暴露于某一压力下时起反应，所述压力可在恰注射该组合物之前由注射工具13施加。 可供选择地，当组合物已被注射时，所述反应可来自井眼22内的高压。在另一个实施例中，所述组合物包括以球、珠或类似物体形式的独立的单元。每个 单元均具有复合物的外层，该复合物的外层能够使所述单元在注射之后粘贴在一起，并因 此形成网络。密封装置100包括组合物5，该组合物5当被注射时为其液相或部分液相。在这个 实施例中，网络30为多条以钢丝网、铁丝网、织网、格栅、网格27、栅网或类似网络的形式的 交织线四。网络30在储存期间被压缩在注射工具13中，并在组合物5之前或与该组合物 同时被排出。网络30可由卷绕的金属丝观或线材制成，所述金属丝观或线材通过将每个卷绕 的丝28的匝彼此堆叠来形成线圈或螺旋式卷簧而被压缩在工具13中。网络30也可由丝、 芯、聚合物线、玻璃纤维线或在注射期间被缠绕到网络中的类似的细长部件制成。在另一个实施例中，网络30是可展开的网格27，其中第一交织线四与第二交织 线四交叉，交织线被扭绞使得每个第一交织线均与其它相邻的第一交织线邻接，每个第二 交织线均与其它相邻的第二交织线邻接。因此，经压缩的网格27具有细长构件的形式，而 被展开的网格具有薄片的形式。在又一个实施例中，网络30为由开缝板制成的格栅形式， 该开缝板当被展开时形成穿孔板。这些网络30可在组合物5的注射之前被排出，以便保持 所述组合物和形成密封装置100。网络30也可被包含在组合物5中，并在该组合物的硬化期间形成。在这种情况下， 网络30在被注射的组合物5的硬化期间由粘贴在一起的元件形成。所述元件可为珠或小 球25的形式，或者纤维36或线的形式。所述元件可由陶瓷、聚合物、玻璃纤维、纤维素或纸 浆用木材制成。组合物5可被注射使得其撞击井眼22的内壁。为了将组合物5保持在套管2中 的泄漏部21外部的位置处，将网络30与所述组合物一起排出。如上所述，网络30也可在 组合物5的注射之前被排出。网络30帮助桥接套管2中的泄漏部的外部与井眼22的内壁之间的间隙。在某些实施例中，组合物5为复合物，所述复合物包括水泥、聚合物、合成橡胶、天 然橡胶和/或硅氧烷。当使用橡胶或硅氧烷时，复合物通常在被注射之前被熔化。熔化过 程在注射工具13中进行或者在将复合物装入工具中之前进行。所述聚合物可为任何适合的弹性体或热塑性聚合物。所述弹性体可包括丁腈橡胶 (NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、羧基丁腈橡胶(XNBR)、硅橡胶、三元乙丙共聚物(EPDM)、含氟 弹性体(FKM，FEPM)和全氟弹性体(FFKM)或其它合适的聚合物。所述热塑性聚合物可以包 括特氟隆(teflon)、聚醚醚酮、聚丙烯、聚苯乙烯和聚苯硫醚或其它合适的聚合物。为了吸收从地层中渗出的乳化流体中的水，聚合物可包括任何能够吸水的水溶性 聚合物，从而能够使复合物硬化。这种水溶性聚合物可为甲基纤维素、乙酸邻苯二甲酸纤维 素和羟丙甲基纤维素聚合物、聚(环氧乙烷)聚合物、瓜耳胶及其衍生物、聚丙烯酰胺、聚乙 烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、低聚马来酸酯共聚物、低聚马来酸酯低聚物、马来 酸烯丙酯低聚物、硅基材料和氟硅基材料。如所述的，当所述复合物以两部分形式被储存并在恰注射所述复合物之前被混合 时，所述复合物可包括硬化剂或固化剂。为了使元件粘贴在一起，所述复合物可包括粘合 剂。所述粘合剂也可被加入组合物5中，以便使所述复合物粘合到金属丝或其它细长部件 上。固化或硬化的过程必需在已注射组合物5之后立即进行，以便使井中的高压流体不干 扰密封装置100在预定位置的形成，因此可向所述复合物提供加速剂。当使用由金属——如卷绕的金属丝观、线、钢丝网、铁丝网、织网、格栅、网格27或 栅网——制成的网络30时，所述网络可被用于向复合物提供热量，从而加速硬化过程。引 导电穿过金属并将其转变成热量，该热量从复合物内部被再次喷入复合物中。如所述的，组合物5可包括多个独立的单元，每个单元均具有由复合物包封的芯 部。所述复合物可与上述复合物相同，并且能够使所述单元在被喷入中间空间中后粘贴在 一起，因此，网络由独立的单元制成，所述独立的单元在复合物的硬化期间粘贴在一起，并 因此形成网络。所述组合物可包括多个独立的单元。每个单元均具有被包封在中间物质32内的 芯部31，所述中间物质32又被包封在复合物的外层33内。当将所述单元喷入中间空间以 形成周向密封部时，所述单元粘贴在一起以形成密封部，其中一个单元的复合物层粘贴到 另一个单元的复合物层上。在这个实施例中，所述复合物当与空间中的水反应时变得粘稠。在一个实施例中，所述元件、芯部或中间物质由陶瓷、金属、聚合物、玻璃纤维、纤 维素或纸浆用木料制成。在另一个实施例中，每个独立的单元的芯部均由磁性材料制成，该磁性材料使独 立的单元粘贴在一起。因此，当被注射时所述单元将彼此吸引，并且由于经由其注射所述组 合物的套管由金属制成，所以所述单元也将粘附到套管上。这样，泄漏部很容易被密封，而 不用充满整个中间空间。如果所述系统不可一直浸入套管2中，则可使用井下牵引机将该系统一直推入 井内的位置中。井下工具是能够在井下推动或拉动工具的任何种类的驱动工具，如Well Tractor <§)0
权利要求
1.一种用于封堵套管O)中的泄漏部或用于封堵生产区(1)的密封方法，其中具有圆 周和穿孔⑶的所述套管⑵位于井眼中，但与所述井眼的内壁相距一定距离，从而在所述 套管与所述井眼的内壁之间形成中间空间G)，所述密封方法包括以下步骤-注射一组合物(5)，以经由沿第一平面与所述套管的所述圆周相交的第一交线(8)设 置的孔在所述套管在所述生产区的一端中的第一位置(7)处的所述中间空间(4)中形成第 一周向密封部(6)，-沿所述套管的径向方向填充位于第一位置处的中间空间，-注射一组合物(5)，以经由沿第二平面与所述套管的所述圆周相交的第二交线(11) 设置的孔在所述套管在所述生产区的另一端中的第二位置(10)处的所述中间空间(4)中 形成第二周向密封部(9)，-沿所述套管的径向方向填充位于第二位置处的中间空间，-将衬套(1 插入所述套管( 中，所述衬套覆盖所述孔(3)，并在所述第一周向密封 部与所述第二周向密封部之间延伸且至少部分地覆盖所述第一周向密封部和所述第二周 向密封部二者，和-将所述衬套展开直至该衬套压靠所述套管，由此所述衬套与所述第一周向密封部和 所述第二周向密封部一起隔离所述生产区。
2.根据权利要求1所述的密封方法，其特征在于，所述组合物包括一复合物，所述复合 物一旦被注入所述中间空间就能硬化、膨胀、溶胀或粘贴。
3.根据权利要求1或2所述的密封方法，其特征在于，经由其注入所述组合物的所述孔 在所述套管中直接彼此相对地定位。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的密封方法，其特征在于，所述孔是所述穿孔中的 一些。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的密封方法，还包括在至少一个所述注射步骤之前 形成所述孔的步骤。
6.根据权利要求5所述的密封方法，包括第三注射步骤，在所述第三注射步骤中，经由 与所述穿孔相距一定距离的孔注射组合物，以在所述中间空间(4)中形成第三周向密封部 (15)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述套管中形成新穿孔以使油流 体从新的第二生产区(14)流入所述套管的步骤。
8.根据上述权利要求中任一项所述的密封方法，其特征在于，使所述组合物膨胀以用 于形成所述周向密封部。
9.根据上述权利要求中任一项所述的密封方法，包括另一在所述第一周向密封部与所 述第二周向密封部之间注射中间周向密封部的步骤。
10.一种用于封堵套管中的泄漏部或用于封堵生产区的密封装置，其中具有圆周和穿 孔的所述套管位于井眼中，但与井眼的内壁相距一定距离，从而在套管和所述井眼之间形 成中间空间，所述密封装置包括-组合物的第一周向密封部，该第一周向密封部位于所述套管在所述生产区的第一端 中的第一位置处的所述中间空间中，-组合物的第二周向密封部，该第二周向密封部位于所述套管在所述生产区的第二端中的第二位置处的所述中间空间中，和-被展开的衬套，所述被展开的衬套在所述第一周向密封部与所述第二周向密封部之 间，以用于隔离所述生产区。
全文摘要
本发明涉及一种用于封堵套管(2)中的泄漏部或用于封堵生产区(1)的密封方法，其中具有圆周和穿孔(3)的套管(2)位于井眼中，但与穿孔的内壁相距一定距离，从而在它们之间形成中间空间(4)。所述密封方法包括以下步骤注射一组合物(5)，以经由沿第一平面与套管的圆周相交的第一交线(8)设置的孔在套管在所述生产区的一端中的第一位置(7)处的中间空间(4)中形成第一周向密封部(6)；沿套管的径向方向填充位于第一位置处的中间空间；注射一组合物(5)，以经由沿第二平面与套管的圆周相交的第二交线(11)设置的孔在套管在生产区的另一端中的第二位置(10)处的中间空间(4)中形成第二周向密封部(9)；沿套管的径向方向填充位于第二位置处的中间空间；将衬套(12)插入套管(2)中，衬套与孔(3)相对，并在第一周向密封部和第二周向密封部之间延伸且至少部分地覆盖第一周向密封部和第二周向密封部二者；和将衬套展开直至该衬套压靠套管，由此衬套与第一周向密封部和第二周向密封部一起隔离生产区。所述组合物一旦被注入中间空间就能够硬化。
文档编号E21B43/10GK102089495SQ200980127218
公开日2011年6月8日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年7月11日
发明者J·哈伦德巴克 申请人:韦尔泰克有限公司