专利名称：在钻井底附近区内含油层的处理方法,实现处理用的密封器以及密封器在钻井内的固定方法
技术领域：
本发明涉及石油开采工业和用于通过强化石油的流动以提高油井的产量和提高石油采收率，以及用于钻井的大修，切断含水量大的油层等方面。
现有技术水平已经知道钻井底附近区的电加热方法(例如，见A.A.Popov.Impactaction on bottom-hole zone.莫斯科，“Nedra”，1990，第36-38页)。其要点是加热钻井底附近区中的液体大约至100℃，以保证降低含石蜡和高粘度石油的粘性，例如乌辛斯克(Usinsky)和哈尔亚钦斯克(kharyachinsky)油田的石油。其结果提高了钻井的石油采收率。
上述方法的主要缺点是仅能使用于狭窄的领域-开采高粘度和含石蜡的石油时，会在钻井底附近地带析出石蜡、树脂和沥清。此外，所述方法在实践中复杂，因为由于在侵蚀性介质中工作的电缆和加热元件的质量不良而经常出现故障。
钻井底附近油层的热处理方法还公开于专利前苏联发明者证书(USSR Inventor’s certificate)第No.467173号Class E 21 B 43/24，公布在BI No.14，1975，其要点是向油层注入具有高热导性的热载体来进行钻井底附近地带的热处理，这种热载体使用颗粒材料，例如金属粉末。金属粉末的粒度组成选择时，考虑其注入以及对油层裂缝渗入的能力。作为热作用的缓慢热源使用热气体或热气体化学作用源，其点燃开始平面低于被处理范围底层钻孔长度的5-15％，在被处理范围内积蓄热量之后，沿被处理范围，移动带有热气体或热气体化学作用源的深层工艺设备，在此之后，进行工艺保持，以便用钻井液体代替被处理范围内的气体燃烧产物。准备的悬浮液不渗入带孔的槽内，而充填已有的和在注入过程中开裂的油层裂缝中。在油层中形成充填金属粉末颗粒的裂缝系之后，在钻井中放下电加热装置，实现钻井底附近区的加热。
这种方法在实践中也复杂，因为实际上是两阶段法，即首先实现水力压裂，然后在裂缝中注入金属粉末。它的效率必然低，因为金属粉末渗入形成的裂缝，使用钻井底附近液体加热时体积膨胀产生的小力，所以在油层深处加热扩散的距离很小。
公开的还有油层断裂法，它的要点是用火药气体断裂油层形成裂缝，以及用泵组向油层注入带有固体剂，例如石英砂的液体来固定裂缝(例如，见Yu.M.Zheltov，Deformat ion of rocks.Moscow，“Nedra”1966)。本方法的缺点是使用泵组劳动量和成本高。
公开的还有火药气体油层断裂法，如美国专利NO.3.422.760，Class 102-21.6，它的要点是用钻井内火药装药燃烧时产生的气体压力产生裂缝，装药对着含油层。本方法的缺点是火药气体仅部分用于在钻井底附近区产生裂缝，它的另一部分(约50％)沿钻井向上逸出，这时悬挂装药的钢索产生扭曲，其结果是必须随后取出钢索。最后的工序相当复杂，常常是必须切断钢索和用捕捉器取出其单独段。有时不能取出被切断钢索的全部段，而不得不报废钻井。
公开的还有使用内爆法处理井底周围含油层区的方法(例如，见A.A.popor，Impact actions on bottom-hole zone.莫斯科，“Nedra”1990，第35-36页)，它的要点是在对着被处理油层范围的泵压缩机管道的立柱上安装带有膜片的空心容器。然后破碎膜片，从而在井底造成负压。由于产生负压，油层液体以高速度进入钻井。油层液体进入钻井的强烈运动有助于油层过滤部分清除沉积物。
在西泰布克斯克(Zapadno-Tebukck)，下奥姆林斯克(Nizhneomrinsky)和伊日马-奥姆林斯克(Izhma-Omrinsky)油田使用内爆法处理钻井底附近区已有结果的分析表明，这种方法在矿山地质条件使用上有限制。在钻井的井底附近区高渗透性条件下它的效率低，这是因为由于井底附近区气孔和裂缝的大截面造成油层液体由含油层向钻井低速流动。
此外，还看到使用内爆法失败的情况，这是因为由SSH 15-32灰铸铁制造的膜片提前破裂。这样缩小了上述内焊爆法的使用范围和有效性，这时并非在所有使用的情况下都能达到良好的结果。
在技术本质和达到效果最近似的是钻井底附近区的处理方法，见专利RF NO.2087693，Class E 21 B 43/25，公布在BI NO.23，1997，它的要点是下放带有热作用慢燃源装药的深层工艺设备，在被处理范围点燃装药，工艺保持以便在被处理范围积蓄热量，减压作用，以及清除带有井底附近区由于减压作用而进入的淤化物质的一部分钻井液体。这时使用热作用慢燃源，其点燃开始平面位于低于被处理范围底层钻孔长度的5-15％，在被处理范围内积蓄热量之后，沿被处理范围移动带有热气体化学作用源的深层工艺设备，在此之后，进行工艺保持，以便用钻井液体代替被处理范围内的气体燃烧产物。
本方法的缺点为a)实施复杂，这与沿被处理范围移动设备有关；b)过程时间长，这与移动设备和在被处理范围用钻井液体代替气体燃烧产物的工艺保持有关；c)至受高温区作用的钻井壁距离小(正因为这个原因带有热作用源的设备必须沿钻井移动)。所有这些缺点降低了上述方法的使用有效性。
密封器公开于前苏联发明者证书(USSR Inventor’s Certificate)第1099047号，Class E 21 B 33/12，公布在BI NO.23，1984，这种密封器包括带径向槽的空心壳体，上面安装密封元件，密封元件带有供其传动的空腔，装在壳体上使有可能轴向移动，并与管子立柱连接，在下部封闭的空心井筒，带有两排径向槽，相应地连接管内空间与管外密封器上面空间，及密封元件的传动空腔。这时，密封器设有带径向槽的外套，该外套装在密封元件的上面，与壳体形成一个室，室中安装弹簧作用接管套筒，而管外密封器上面空间与管内空间的连接通过接管套筒的槽实现。
公开的密封器缺点是结构复杂，因而造成工作可靠性低，因为位于钻井液体中的颗粒有可能堵塞液压阻力槽“A”，和连接其内腔和上腔以及上室和下室的孔。上述密封器实现钻井截面的密封，使液流不可能向任何方向运动。这种结构的密封器不能用于必须保证钻井液体单向流动的情况。
间隔密封器公开于前苏联发明者证书(USSR Inventor’sCertificate)第643625号，Class E 21 B33/12，出版在BI NO.3，1979，它包括带径向槽套管的上密封器和下密封器，带窗口的壳体、簧片、活门装置、衬筒和固定器，而且，下密封器的套管与衬筒刚性连接，而固定器安装在上密封器的套管末端，使有可能与衬筒相互作用，这时，在下密封器的套管下部安装与其刚性连接的短管，与套管形成环形空腔，在密封元件下面安装活塞，与套管形成一个室，连通环形空腔，而在密封时与密封器内空间连通。密封器的结构用于截断液流，但它不能用于单向通过钻井液流。
密封器还公开于前苏联发明者证书(USSR Inventor’scertificate)第304345号，Class E21 B 33/12，出版在BI NO.17，1971。这种密封器包括带径向槽的壳体，带抓钩的密封元件，外套和固定组件，固定组件带有弹簧作用的板牙，它与推杆和短管齿表面相互作用。在壳体和外套之向同心设置活塞，活塞与推杆刚性连接，而活塞下空腔与管内空间连通。
公开的密封器缺点是工作可靠性低，这是因为钻井液体中的颗粒有可能堵塞槽“a”和“b”及空腔“A”和“B”。此外，由于同心设置壳体，环形活塞和外套，从而显著减少了密封器中心槽的横截面。
还公开了钻井的固定装置，见专利前苏联发明者证书(USSRInventor’s Certificate)第1122817，Class E 21 B47/00，出版在BINO.41，1984。这种装置包括壳体、缆索、套筒、止动机构、牵引机构，该机构与支撑元件连接，支撑元件配有弹性材料制成的断绳保险器，张紧在与套筒铰链连接的杠杆架上，还有弹性元件、辅助弹簧、辅助支杆、带内支杆和卡环的止动套筒、下杠杆，在这种情况下辅助弹簧位于装在壳体下部的止动套筒内，弹簧作用套筒相对于壳体还与牵引机构相互作用，而辅助支杆则装在与弹性元件铰链连接的下杠杆上。它的下端表面制成锥形。
上述固定装置的缺点是在爆炸时不能有效地使用它，因为这时形成的气体会使钻井失去密封性。
在技术本质和达到效果最近似的是油层试验用液压密封器，见前苏联发明者证书(USSR Inventor’s Certificate)第571581号，ClassE 21 B 33/12，Published in BI NO.33，1977。这种密封器包括连杆，液压泵和弹性轴圈，轴圈带有弹簧支座，由内外两排板片相互偏移制成。在这种情况下，内板片设有端头，置于弹性轴圈内并与外排板片刚性连接。密封器的下表面制成平面，过渡成锥形，然后再次成平面和锥形，它们与钻井壁形成楔“槽”。
上述密封器的缺点是不能将其用于保证钻井液体单向流动，因为它完全将钻井的通过截面密封起来。此外，密封器的缺点还有工作可靠性低，因为钻井液体中的颗粒有可能堵塞槽“a”和弹性轴圈的内腔。
在密封器结构中实施密封器在钻井内的固定方法，公开于前苏联发明者证书(USSR Inventor’s Certificate)第252244号，Class E21B，公布在BI NO.29，1969，其要点是楔入密封器的密封元件，使其一部分相对于另一部分移动，这时移动密封器具有锥形表面的锥形密封元件(在纵剖面上两个相邻的元件具有倾斜的表面，每个元件制成三角形，而且相邻元件的底面一个对着钻井壁，而另一个则对着纵轴)。为了取出密封器，将其向上拉，这时切断销钉，从而减少其横截面。
本方法的缺点是由于直径尺寸大难以取出这种结构的密封器，因为使用锥形截面，彼此相对移动，造成密封器在横截面上占据很大的空间。在楔入时不能显著地减少其横截面，以便由钻井可靠地取出。
实施液压密封器在钻井内的固定方法，还公开于专利前苏联发明者证书(USSR Inventor’s Certificate)第571581号，Class E 21 B33/12，公布在BI NO.33，1977，它的要点是靠压力向弹性轴圈的内腔输送钻井液体，而使弹性轴圈径向移动。为了产生压力使用活塞和液压泵。为了取出密封器，切断压力和移动活塞到上部位置使弹性轴圈返回到用弹簧为此目的专门限定的原始位置。
上述方法的缺点是必须使用两个传动系统，以便将密封器固定到钻井壁上和分离，这使密封器的结构和工作操作复杂。
在密封装置中实施密封器的固定方法还公开于前苏联发明者证书(USSR Inventor’s Certificate)第898043号，Class E 21 B 33/12，公布在BI NO.2，1982，它的要点是借助机械轴向作用改变密封装置的密封元件的径向尺寸。在这种情况下，作用分两阶段实现即首先密封装置的下部支承在钻井的底面，其中一部分相对于另一部分作轴向移动，然后借助液压头造成压紧力。
公开的方法的缺点是不可能在距钻井底高的位置安装密封装置。此外，使用两个传动系统进行固定和分离，致使密封装置的结构和工作操作复杂。
在技术本质和达到效果最近似的是在密封器中实施密封器在钻井内的固定方法，见前苏联发明者证书(USSR Inventor’s Certificate)第304345号，Class E 21 B 33/12，公布在B1 NO.17，1971，它的要点是靠液压压入钻井产生的轴向压力使密封器的环形密封元件径向变形。
公开方法的缺点是它不能保证密封器工作的可靠性，因为必须在压力下不断输送钻井液体，结果导致密封器的工作室堵塞，而该室又是通过移动活塞向密封器的密封元件供给液体压力。
本发明的公开本发明提出要解决的技术任务是提高石油流的效率，以及通过清除钻井底附近区的淤化产物而提高钻井的产量，以及在一阶段内通过清除钻井底附近区的淤化产物而简化处理工艺和防止密封器挂架的损坏。此外，利用温度作用和密封器与钻井表面之间的补充紧度简化密封器的结构和提高在钻井内固定的可靠性。
解决上述任务是靠钻井底附近区含油层的处理方法，其作法是加热井底附近区的液体和清除井底附近区的淤化产物，按照技术方案，在液体加热前，在钻井底附近区上部进行密封，形成井底附近室，加热后，冷却井底附近室体积内的液体然后在清除其淤化产物之前，解除该室的密封。
这些工序及其顺序保证了液流通过井底附近室内的液体体积膨胀首先向油层方面流动，然后减压朝油层相反方向流动，这样保证井底附近区内通过出现的液流，产生的液压而使裂缝同时扩宽，以及通过温度作用(已知的温度作用效应)降低石油的粘度和清除沥青、树脂和石蜡沉积物。由油层至井底附近室的反向液流有助于清理油层过滤部分的沉积物，以及在个别情况下造成钻井底附近区的岩层破坏，在此形成补充的裂缝。最后，提高了钻井产量和简化了工艺，因为由于密封器的存在而消除了钻井钢索缠卷的情况，这就意味消除了钢索的切断工序和用捕捉器取出单独钢索段的工序。
最好，在井底附近室内液体的加热进行至高于石油组成中一个轻油馏份的沸点，例如汽油。
这样的工序保证石油的轻油馏份转变为气体(沸点80-96℃)。这里和下面所说的是正常压力，由于在钻井底附近区内液体的压力取决于钻井的深度。按照这点，水和馏份的沸点升高，然而二者彼此有区别，这就是说对于具体的钻井，它们的沸点应根据钻井内液柱的重量计算)。位于井底附近室内的液体在很大程度上增大自已的体积，石油组成中一种轻油馏分转化为气体时助长了这点。最后，在井底附近室内的压力突然升高，结果是石油流的效率提高，因为在大的压力下，它的作用是在钻井远距离处实现，而且减压作用也是大的。
合理的是在井底附近室内液体的加热进行至高于水的沸点。
这种工序可以提高钻井底附近区处理过程的效率，因为水的沸点高于石油轻油馏份的沸点(在正常压力下分别为100℃和80-96℃)，因此水和石油轻油馏份都变为气体，因此井底附近室中已变为气体的液体组成的分压力将相加，而总和压力则较之变为气体的一种液体组成的分压力更大。
合理的是在井底附近室内液体的加热进行至高于石油组成中一个重油馏份的沸点，例如滑油，这种工序还在较大程度上提高了建议方法的效率，因为井底附近室内大量的液体组成转化为气体(在正常压力下，滑油的沸点为460-500℃)，这样一来，井底附近室内的总压力则根据道尔顿定律增加。在井底附近室内压力作用的效率得到提高，这就是说，在与钻井壁远距离处它将作用于在井底附近区气孔内沉积的颗粒。由于在井底附近室内产生的压力和温度的同时作用，含油层井底附近区的渗透性得到提高。
合理的是井底附近室内液体的加热瞬时实现，例如使用爆炸。上述的效应将在较大程度上还要表现出来。因为形成的气体位于井底附近室内时来不及部分进入液体和含油层，这在缓慢加热时可观察到，因此在井底附近室内将有升高的压力，所以，在钻井远距离处将实现压力的作用。
合理的是在钻井底附近区范围内的液体使用专门的器件，例如热电偶进行强制冷却。
这种工序强化了由含油层至钻井的液体流动，使能首先清除钻井底附近区的淤化产物，而后提高石油的产量。
合理的是在形成井底附近室之后，位于该室的钻井液柱分为两部分，其中一部分导向钻井底附近区一边，而另一部分则通过密封器清除和截断钻井液体通过密封器的反向流动。
这些工序和它们的顺序使能实现钻井底附近区内的水力压裂，以及借助钻井底附近室内液体的清除在此室同时造成负压，以保证在水力压裂之后由油层至钻井的液体的反向流动，使能冲洗钻井底附近区的裂缝和气孔，从而清除淤化产物。最后是这些工序可增加油层液体的流入量，从而提高石油流入的效率，因此提高了钻井的开采产量。
合理的是在从井底附近室通过密封器清除部分钻井液柱之后，其上部的压力下降并同时用油层液体充填井底附近室。
这样使得至钻井的油层液体流入强度提高，从而改善了钻井底附近区内裂缝和气孔的冲洗，而且也改善了淤化产物的清除。
处理钻井底附近区的含油层用的密封器具有带径向密封器件的壳体，密封器件为可张开的颊板、轴圈密封件、传动系统和悬挂器件，按照技术方案，下端面制成二级凹面。
密封器的这种结构受爆炸作用负面影响较小，特别是没有“凹槽”防止了密封器解除密封(更重要的是改善了密封)以及作为反射器，沿钻井的轴在含油层方向引导爆炸波，从而提高了处理钻井底附近区含油层的效率。
合理的是密封器的二级凹面制成半球形。
密封器的这种结构是制造上最简单的，而且在爆炸时引导爆炸波沿着钻井的纵轴前进，从而保证了它的自密封性。
合理的是密封器的二级凹面制成抛物面。
密封器的这种结构提高了它的自密封性效果和爆炸波沿钻井纵轴的定向性，因为密封器在钻井壁旁的下端面具有较大的长度并较平缓地过渡到圆筒形。
合理的是在这些情况下，密封器制成至少带有一个与端面连接的槽，以及设置防逆活门，以防止钻井液体由钻井的密封器上面空间流向井底附近室一边。
密封器的这种结构保证了在钻井底附近区内含油层的上述处理方法的实现，这就是说，有效地清除井底附近室的部分钻井液体及随后通过清除淤化产物在其中造成负压。
合理的是密封器配装热元件。密封器的这种结构保证了对其元件的温度作用(加热或冷却)，使有可能增加或减少密封器轴圈-密封件的直径尺寸，保证密封器在钻井壁的固定(或分离)。
合理的是密封器热元件制成传爆管形式。密封器的这种结构保证了结构元件的一次加热，致使加热所需的能量有可能最小。
合理的是密封器热元件制成电阻丝形式，并与电源连接。密封器的这种结构制造最简单，使能多次加热密封器的结构元件。
合理的是密封器的热元件制成冷却热电偶形式。密封器的这种结构消除了将其固定至钻井壁时不断供电的必要性(仅在由钻井将其取出或装到钻井内时使用电能)。
合理的是密封器的可张开颊板由形状记忆材料制成。这种结构可提高密封器工作的可靠性，因为它保证了固定的可靠性，与钻井和密封器轴圈—密封件的直径无关，制造该件有一定误差，故有可能因磨损而改变尺寸。此外，钻进在各处深度不同，其直径值也各不相同。
在这种情况下，合理的是密封器的可张开颊板制成带有纵向切槽的圆筒形式，切槽以孔结束，这时切槽之间的圆筒纵向部分制成分瓣形式。这种简单结构的密封器保证了与钻井壁可靠的固定和分离，以及由钻井自由地取出。
密封器在钻井内的固定方法包括将其放入钻井所需深度，增加密封器的直径尺寸及其轴圈-密封件的径向变形，按照技术方案，密封器经受不同于其安装位置钻井液体温度的温度作用。工序的这种组合提高了密封器与钻井壁固定的可靠性，并同时使有可能简化其结构，因为这种结构取消了活动零件，而且只有一个传动系统，用于密封器与钻井壁的固定和分离。
合理的是实现对密封器的温度作用是通过密封器下放到所需深度之后，将温度提高到超过密封器安装处钻井液体的温度。这样使有可能控制密封器在钻井内的固定过程，不以深度而转移(钻井液体的温度取决于钻井的深度)。此外，有可能提高上述结构密封器工作的可靠性，这通过密封器配备加热元件时，在轴圈-密封件和钻井接触表面产生补充紧度达到。
合理的是在密封器下放到所需深度之前，将温度降至低于密封器安装处钻井液体的温度实现对密封器的温度作用。进行这样的工序使有可能保证长时间密封器的固定，而不必消耗补充的能量，因为固定是借助钻井液体的温度实现的。
合理的是在钻井所需深度安装处，对密封器的温度作用后，进行温度卸载。进行此工序提高了由钻井取出密封器的可靠性，因为减少了它的直径尺寸，从而保证了由钻井自由取出。
实现本发明的最佳实施例实现建议的方法和密封器的顺序如下。
在钻井1(套管)内使用挂具2(钢索或管子)将加热元件3(
图1)下放到井底附近区，加热元件可以具有任何结构，其作用原理是根据任何物理或化学现象。例如，可以使用热气体化学作用缓燃热源，其形式为EPIU-98-850型高温工业装药，其性能如下长度850mm，直径98mm，重量7.5kg；成分燃料54％，氧化剂40％，工艺添加剂6％；密度1.83g/cm3；燃烧热量2000-2200kcal/kg；燃烧速度20mm/秒；燃烧时间42.5秒；气体产物的体积600l/kg；燃烧产物的成分CI2，H2O，H2，MeO；燃烧温度2500℃；燃点500-700℃；高温工业装药点火电流3-4A。在使用这种热源时，钻井液体的全部组分由于加热均变为气体状态。距加热元件越远，温度越低。因此有的区水和石油轻油馏份都变为气体，随后的区只有石油轻油馏份变为气体，而最后的区钻井1中全部液体被加热和产生体积膨胀。
这里举出的实例是液体加热高于重油馏份沸点的情况。然而，可以降低加热温度，例如至100℃。在这种情况下，不会有这样的区，其石油重油馏份变为气体状态。而其它区保持原样。
以下的工序是钻井1在加热元件3位置以上的上部密封。为此可以使用任何结构的密封器4(图2-5，7)，在钻井1井底附近区内的液体瞬时加热的情况下(爆炸)，最好将密封器4的下端面5(图7)制成二级凹面。这样一来，在钻井1井底附近区内形成井底附近室6，其上部被密封。
然后开始加热位于井底附近室6内的液体。由于温度升高，在井底附近室6内的液体产生体积膨胀，使必定产生向着钻井1井底方面的液流，那么，也向着含油层(图3)。在井底附近室6内液体加热的温度越高，在含油层方向的液流越强烈。在井底附近室6内液体加热停止后，液体在此室6内冷却，而使其体积缩小(图5)，结果形成由含油层至井底附近室6的反向液流。反向液流的强度取决于井底附近室6内液体的冷却速度。
反向液流最小速度发生在这样情况下，如果冷却自然地进行，则保证工序简单，因为这时不需要任何设备。然而，此工序可以加速，这就是实现井底附近室6内液体的强制冷却，为此预先在井底附近室6内密封器4的下面放置专门器件，例如致冷器7(图5)。最好，致冷器7和加热元件3固定到密封器4的下边并将它们下放到钻井1内。致冷器7可以按任何作用原理工作机械的-当由钻井1表面排除冷水时；电动的-当用于热电偶冷却时；或者化学的-使用膨胀的气体。冷却越充分，反向液流也越强烈，因此，在井底附近区的裂缝和气孔清洗得更好(改善过滤)。结果提高了钻井1内含油层的石油流入量。冷却原理和相应专门手段的选择应取决于经济观点和各种方法或设备的完善程度。
如果第一工序-在井底附近室6内液体的加热使井底附近区渗透性得到改善，因为井底附近区气孔和裂缝的堵塞由于沉积在裂缝和气孔中的石蜡、树脂和沥青的加热和熔化而减轻，则在井底附近室6内液体的冷却工序造成井底附近区内减压，结果发现液体由含油层至钻井1作剧烈运动，加速清理含油层过滤部分的颗粒沉积物、石蜡、树脂等，而在个别情况下，导致含油层井底附近区岩层破坏和在此形成新裂缝。已知这样的情况，当在井底附近区用反向液流结合使用内爆法处理后，采油钻井1的石油流入量增加数倍。有时用机械化方法开采的钻井1变为喷涌式。
以下的工序是钻井1井底附近区的解除密封作法(图6)，即去除密封器4后，可开采采油钻井1。在解除密封后由钻井1的井底附近区去除淤化产物。这个工序与石油开采同时进行。
在井底附近室6内液体加热至80-96℃时(这里说的是在正常压力下的温度，因为在钻井1内井底附近区内液体的压力是不同的，并根据产地取决于800至4000m)钻井1的变化深度发生石油轻油馏份(汽油、苯和其它)的沸腾，在温度100℃时水沸腾，在温度460-500℃时石油的滑油馏份沸腾。在井底附近区内水和石油馏份的沸点根据钻井1内垂直液柱的压力而升高，彼此各不相同。
如果加热到石油轻油馏份的沸点，则井底附近室6内的分压力只能由石油轻油馏份的气体产生。如果加热到更高温度，则产生石油轻油馏份，水和石油重油馏份的气体分压力。化学上相互不起作用的气体总压力相应地等于这些气体分压力的总和(道尔顿定律)。
为了确定井底附近室6内液体加热的最佳温度，必须知道钻井1内液体的成分。如果液体大量含水，则可考虑钻井1内液体的压力，限制加热至100℃(考虑钻井的深度)。如果石油含很多轻油馏份，则可降低加热温度，相反，如果石油中有大量重油馏份(粘性的)，则最好把温度升高到它们的沸点。在任何加热温度下，未转变为气体的液体会增大自已的体积，从而有助于形成由井底附近室6向含油层方面的液流。然而，这一组成小于任何一种石油馏份和水气体的压力作用。在井底附近区内将产生气体和膨胀液体的综合相互作用。在采用高温工业装药的情况下将发现有局部加热，这里根据离开装药的距离，温度降低，因而可看到全部钻井液体组成物一起或部分转化为气体状态。
井底附近室6内液体加热的温度越低，则完成这一工序消耗的能量就越少，然而，这时石油流入的效果也较低。如果使用加热至高温(滑油沸点)，则加热源附近的温度就最高，即将看到加热源附近石油重油馏份和其它馏分的沸腾，而在某一远处温度降低，只有水和石油轻油馏份沸腾。
最有效的是使用爆炸来实现上述井底附近区的处理方法(图4)。在这种情况下保证了井底附近室6内压力的升高以及其中液体加热至最高温度，即同时作用含油层井底附近区气孔的压力和降低石油粘度的温度。考虑到钻井1井底附近区的上部被密封，在这种情况下的爆炸效应至少比现在所采用的钻井底附近区处理方法高一倍，因为所有燃烧产物只集中在下面(定向爆炸)。
另一方面，在钻井1井底附近区含油层建议的处理方法包括爆炸波，水力压裂和温度的同时作用，这种作用导致在钻井1井底附近区形成补充裂缝，降低石油馏份的粘度，特别是沉积物，以及由含油层到钻井1的反向液流，这有助于由气孔的裂缝冲出沉积物。换句话说，建议的钻井1井底附近区的处理方法保证了已知井底附近区处理方法的良好效果。而且，由于钻井1的上部被密封，它的效果比已知的方法更好，因为保证了爆作的方向性，这点比钻井1内普通爆作至少提高效率一倍。
建议方法的其它优点是有可能根据石油的成分，及其所含轻油馏份和重油馏份的的百分含量，以及水的数量控制井底附近区内液体的加热程度，这样在一定程度上有可能降低此工序的能量消耗。
最后，建议的方法保证了位于井底附近区上面的(密封器4以上)地质探矿用缆索的完整性。
如果在距钻井1(套管)底面一定距离处安装压力发生器8(图8)，则可达到巨大的效果。为此在钻井1(套管)内(图8)使用挂具2(钢索或管子)，下放密封器4，将它固定在钻井1的井壁上，距井底一定距离，形成井底附近室6。密封器4与钻井1井壁的固定可采用任何一种方法，密封器结构也可以是任何一种。在挂架9上密封器4的下部固定压力发生器8，与钻井1底面和密封器4末端保持一定距离。压力发生器8可制成压缩气体钢瓶形式或炸药包形式。
然后钢瓶供给的气体或炸药爆炸形成的气体将钻井液柱分成两部分，基中一部分(下部)导向钻井1井底附近区一边，而另一部分(上部)则通过密封器4一导向钻井1密封器上面的空间(图9)。导向钻井1井底附近区一边的钻井液体在钻井1的井底附近区内实现水力压裂，致使钻井1周围含油层区已有的气孔和裂缝扩展，以及产生新的裂缝。这样最终促进了含油层液体过滤进入钻井1，从而导致石油流入量的提高。
在井底附近室6内清除钻井液体后(图10)，其中由钢瓶供给的气体或爆炸形成的气体压力下降，这就是说，通过气体温度的降低(热量靠热传导通过钻井1的井壁进入周围介质)产生负压。
下一阶段是用油层液体充填井底附近室6。与此同时截断位于密封器4上面的钻井液体向井底附近室6的流动(图11)。因此，在井底附近室6内气体压力将降低，也就是说，形成负压而使油层液体进入井底附近室6。这时液体冲洗位于气孔和裂缝中的淤化产物。随着钻井液体的流动还会冲洗在裂缝和气孔中阻碍油层液体过滤的个别土壤颗粒。
对钻井1井底附近区的上述综合作用(首先是水力压裂，随后是负压作用)提高了含油层油层液体的过滤效果，最后提高了钻井1的石油产量。
利用爆炸，作为瞬时提高井底附近室6内温度的工序，实现上述方法，最好使用带有任何径向密封件结构的密封器4，但其下端面5应制成二级凹面形状。密封器4的其它组件可以是任何一种结构。这种凹面可以制成半球形或抛物面形。密封器4的下端面5的这种形状保证了爆炸波沿钻井1纵轴的定向性，并同时保证了密封器4沿钻井1表面的自密封性，而不在密封器4内形成应力集中点。在第一种情况下，简化了密封器4的制造，在第二种情况下，提高了效率，因为密封器4在钻井1井壁旁的下端面5具有较大的长度，并较平缓地过滤到圆筒形。
为了实现建议方法，利用爆炸清理井底附近室6和将位于该室6内的钻井液柱分为两部分，以及将它们压入含油层和钻井1密封器上面的空间，必须使用专门结构的密封器，以保证钻井液流通过密封器由井底附近室6流至钻井1的密封器上面空间，防止钻井液体反向流动。在图8、9上示出带有下平端面密封器4；在图10、11中示出带有二级凹面的密封器4。两种结构均可满足钻井液体通过密封器4流动的所需条件。
密封器4包括壳体10(图8，9)和径向密封件11(图中所示为橡胶套筒，它在加热时膨胀并在壳体10与钻井1(套管)井壁之间产生紧度。密封器4装在挂具2上，下放到所需深度(图8)，作为挂具可以采用钢索或管子。密封件4可以制成带有一个或多个槽12，以连接其端面(图8-12)。
槽12可制成与密封器4纵轴平行的(图8，9)或倾斜的(图10，11)。如图8-11所示，在槽12内或槽12外，安装防逆活门13，固定在密封器4的壳体10上。在图中，防逆活门13制成弹性平板形式，中部固定在密封器4的壳体10上。
密封器的工作原理密封器4下放到所需深度再以任何已知的方式固定到钻井1的井壁上(图8)。钻井液体位于密封器4端面的两边。在密封器4的下部可以把压力发生器8挂在挂架9上。作为压力发生器8可以使用压缩气体钢瓶或炸药包。压力发生器8可以悬挂在穿过密封器4的专门钢索上。爆炸之后(图9)，在炸药爆炸后形成的火药气体或钢瓶内气体的作用下，位于井底附近室6内的钻井液柱上部分通过密封器4的槽12被压入钻井1密封器上面的空间(图9)。这时，弹性板形式的防逆活门13变形，使钻井液体渗进密封器上面的空间。位于井底附近室6内的钻井液柱下部分被压向含油层一边。在井底附近室6释放钻井液体之后，该室6内的气体温度由于向周围介质散热而下降，从而导致井底附近室6内的压力降低—即导致负压。在钻井1密封器上面空间内的钻井液柱作用下，密封器4的槽12由于防逆活门13弹性板材料的弹性力而被封闭。在井底附近室6内的气体压力继续降低，并在压力降到低于油层压力后，油层液体开始由油层流到井底附近区。井底附近区内的负压越大，流进井底附近室6的油层液体越强烈。在这种情况下，淤化产物和堵塞钻井1井底附近区气孔和裂缝的个别土壤颗粒得到冲洗。
最好使用这样的密封器4，使之与钻井(套管)1井壁的固定控制通过温度作用实现。这种结构的密封器示于图12-15。
固定在钢索形式(图12，13)或管子形式(图14，15)挂具2上的密封器4，装入钻井1(图14-15)或套管1(图12-13)内。密封器4可以是任何一种结构。然而，按照技术方案，密封器应配装热元件14(它可以是加热元件，例如电阻丝，或者是冷却元件，例如热电偶)。
在图14中示出带有形状记忆材料结构元件的密封器。在这种情况下，其直径尺寸的增加通过结构元件材料的体积膨胀来实现(如上所述)和通过形状记忆材料制成的密封器4结构元件形状变化来实现。在这种情况下，第二种因素比第一种因素大数十倍，而有时大数百倍。
密封器4包括带支承垫圈16的弹性轴圈-密封件15，有装在轴圈-密封件15上面和下面的箍环17，18，还有带分瓣20的圆筒19，分瓣由切槽21构成，在圆筒下部的切槽21进入孔22。带有分瓣20的圆筒19是用形状记忆材料制成的，因此，它们可作为传动件(张开时)使用，与弹性轴圈-密封件15一起可作为可张开的颊板使用，颊板部分可封闭密封器4与钻井1(套管)井壁之间的间隙。带分瓣20和切槽21的圆筒19可以是整体的，也可由装在周边的几个分段组成。热元件14制成热电偶形式，它最好装在分瓣20周围，以便更有效地对它们冷却。热元件14—热电偶的供电可以由导体23表面进行。圆筒19用形状记忆材料制成，例如镍钛合金(例如含50％镍和50％钛的NiTi镍钛合金)。这种合金的特点是，如果由它们制成的试样在超过Ak温度用塑性变形方法赋予一定的形状，然后将其冷却至低于Mk温度和重新变形消除原有的形状，则在试样加热超过AH温度之后，它会“记起”自己原有的形状。MH和MK温度是正向马氏体转变的开始和结束温度，而AH和AK温度则是反向马氏体转变的开始和结束温度。对于NiTi镍钛合金，温度MH＝63℃，AH＝75℃。在化学计量成分的NiTi镍钛合金中添加合金元素Fe和Co会降低形状恢复温度。合金添加剂对形状恢复温度的影响已有所描述，例如在A.S.Tikhonov，A.P.Gerasimov，I.I.Prokhorov的著作《现代机械工程中形状记忆效应的应用》，(Use of the shape memory effect inmodern mechanical engineering)，“Mashinostroenie，”莫斯科，1981，第80页中。不同形状记忆效应的合金具有自己的物理机械参数。现列出其中的一部分原始形状的恢复程度达到100％；反向变形值达到10-20％；在加热时产生的压力值达到500-700Mpa；预先变形所需的应力不应大于50-100Mpa。在合金中出现形状记忆的温度可在-250℃至500℃之间变化，而形状恢复温度范围的宽度—则由5至100℃，滞后—由2至80℃。
这里作为实例列出NiTi镍钛合金基的材料，这种材料具有高的机械强度和持久循环热稳定性，在加热时产生相当大的机械应力，而且具有很强的单位效率。
密封器的工作原理及其在钻井内的固定方法如下。
在钻井1(或套管)内下放密封器4到固定所需深度，密封器则装在钢索形式挂具2(图12，13)或管子形式挂具2(图14-15)上。考虑到钻井液体的温度(它们可能是钻探泥浆或石油与水的混合液)随深度而升高，密封器4的直径尺寸应这样选择，在其固定深度处钻井液体温度下，使密封器4的直径尺寸小于钻井1的直径。这点可以从结构上达到，即制造相应直径的密封器4零件，或者冷却密封器4，人为地减少其直径尺寸。然后对密封器4实行温度作用(在此情况下为加热)，引起其直径尺寸的增加(图13)。如果密封器4结构上制成直径尺寸小于钻井1的直径，则可用热元件14实现加热，例如用电阻丝或者用传爆管(图中未示出)。使用传爆管时加热一次实现，然后此温度由钻井液体的温度保持。使用电阻丝时，可以多次加热密封器4和保持最高或合理的温度。当钻井液体的温度低于所用形状记忆合金的马氏体转变温度时，此点特别重要。在这种情况下，加热由装在表面上的电源来实现(图中未示出)。由于加热在密封器4轴圈-密封件15的表面与钻井1(套管)井壁的表面之间产生紧度。为了从钻井1取出密封器4，必须进行温度卸载(冷却密封器4)，在此之后其结构元件体积进行收缩，密封器4的直径尺寸也减小，从而可由钻井1取出。冷却可以是自然冷却(当钻井液体温度低时)，也可以是人工冷却，例如使用热电偶。在后一种情况下过程的可控制性较好，因为它实际上与钻井液体的温度无关。
这些工序的顺序是合理的，因为这时利用了密封器4轴圈-密封件15的体积膨胀，或由形状记忆材料制成，此材料的正向马氏体转变温度高于固定密封器4深度处钻井液体的温度。在此方案中必须经常地消耗能量，以便保证密封器4和钻井1(套管)井壁的固定。
合理的是在密封件4装入钻井1到所需深度之前要进行冷却(在下放时的表面上)。为此在表面上可采用不同的方式(例如用冰覆盖)，最好的方式是在钻井1内使用热电偶。在冷却密封器4时，其直径尺寸缩小，它实际上小于钻井1的直径，这样就简化了密封器4放入钻井1的过程。在钻井液体温度的作用下，密封器4被加热，而导致其直径尺寸的增加。已知密封器4安装深度处钻井液体的温度，就可以计算它的最初直径，这样使在钻井液体温度下，在密封器4的侧面与钻井1井壁之间产生紧度。紧度产生的力保证了密封器4和钻井1井壁的固定。为了从钻井1取出密封器4，必须重新冷却(进行温度卸载)。这时它的直径尺寸变得比钻井1的直径小，在此之后可以从钻井1取出密封器4。
图12和13示出密封器4的结构，密封器可以加热，这时它们与钻井1井壁的固定是靠加热时材料的体积膨胀达到的。利用这一原理可以使用任何已知结构的密封器4，为其配装加热元件。在这种情况下，提高了固定的可靠性，因为除了密封器4直径尺寸的机械变化外(例如，由于密封器内锥面的偏移，见专利前苏联发明者证书(USSEInventor’s Certificate)第252244号，还可从通过制造密封件4元件所用材料的体积膨胀达到补充紧度。
图14和15示出采用形状记忆材料的密封器4，在这种情况下它的直径尺寸增加是通过材料的体积膨胀(如上所述)和密封器4形状的改变来实现的。
密封器4的分瓣20在安装前将其加热到AK温度以上，使具有图15所示形状，即分瓣20张开。然后冷却变形，共同形成圆筒形(图14)，即组装成密封器4，这时分瓣20为纵剖面平面形状，共同形成圆筒面。圆筒19和分瓣20一起装在弹性轴圈—密封件15内，这时它们的接触面可以粘接。弹性轴圈—密封件15与圆筒19及其分瓣20也可以一起制造，为此可以使用制造轴圈—密封件15的橡胶焊接，而这时圆筒19和分瓣20当作配件。共同制造弹性轴圈—密封件15与圆筒19及其分瓣20的问题。应在选择材料时具体解决(这里指的是轴圈—密封件15橡胶加热温度和温度AH)。圆筒19上制有孔22以防止圆筒19整体部分产生裂纹。带分瓣20的圆筒19和轴圈-密封件15作为可张开的颊板使用。
在密封器4装入钻井1之前，通过导体23对作为致冷器使用热电偶形式的热元件14供电。致冷器降低密封器4结构元件的温度，因此稍微缩小了其直径尺寸，而分瓣20仍保持圆筒形(图14)。密封器4装入钻井1内所需深度。然后切断热电偶电源。在钻井液体温度的作用下进行密封器4结构元件的加热。当温度升高超过AH时，分瓣20变为图15所示形状，只要有温度作用，就保持这种形状。如果必须更快地升高温度，密封器4则可另外增加传爆管或电阻丝，它们可以装在挂具2(管子)与轴圈-密封件15之间(图中未示出)。补充加热的使用，例如，利用电阻丝加热，在下列情况下合理，如果钻井液体的温度低于温度AK，则发生在不太深的钻井和使用形状记忆材料的情况下，这种材料的AH，AK，MH和MK值高于钻井液体的温度。这种情况同样也适用于在所有深度工作的通用密封器4，在这种情况下，对于较大深度的固定，钻井液体的温度已经足够，而在较小深度使用时—必须补充加热。
分瓣20的张开(图15)将轴圈-密封件15压向钻井1井壁面。由于温度作用产生的密封器4结构元件体积膨胀促进了弹性轴圈-密封件15表面与钻井1井壁之间的紧度。
为了由钻井1取出密封器4，必须冷却分瓣20，接通热电偶电源并对密封器4进行温度卸载。分瓣20径向聚合，使弹性轴圈-密封件15的表面与钻井1井壁之间的紧度消失，在此之后可以从钻井1取出密封器4，因为它的直径尺寸不大，小于钻井1的直径尺寸。
上述密封器4与钻井1(套管)井壁固定方法原有的工序，即对密封器4的温度作用与其结构无关。可以使用现有的密封器4，配装热元件14(不同作用原理的加热器和致冷器)。在这种情况下，它们的固定可靠性得到提高。最好使用这样的密封器4，其作用原理仅根据温度作用。在此情况下得到更大的效果，这就是简化了结构；提高了工作可靠性；大大简化了固定过程的操作，因为这种操作由表面发出的专门信号保证，而此信号与钻井液体的压力无关。密封器4可以固定在任何深度并保证由钻井1取出。
工业的应用建议的最有效技术方案可用于石油开采业通过强化石油流动的方法提高钻井1的产量；提高产油率；修理钻井；切断含水量大的油层等。在钻井底附近区的含油层处理方法，根据技术方案在使用中高效、简单和方便，因为它是一段法。实现建议方法使用的密封器4制造简单，在钻井1任何深度和至井底何种距离都能保证较高的固定可靠性。与已知的含油层处理方法比较，其效率至少提高一倍，这是由于使用的爆炸(加热)能量都导向钻井1井底的结果，尽管在已知的方法中超过50％的爆炸能量向上冲出，没有作用于含油层。密封器的结构及其固定方法保证了操作方便，这是由于使用了专门的信号，这种信号在于加热和冷却密封器元件到一定的温度，而在所需固定深度，密封器4周围的钻井液体内没有这样的温度。
权利要求
1.在钻井(1)井底附近区内含油层的处理方法，它包括加热井底附近区内的液体和由井底附近区清除淤化产物，其特征在于在加热钻井(1)井底附近区内的液体之前，密封上部，这时形成井底附近室(6)，而加热之后冷却井底附近室(6)体积内的液体和随后在清除淤化产物之前此室(6)解除密封。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于井底附近室(6)内液体的加热进行至高于石油组成中一个轻油馏份的沸点，例如汽油。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于井底附近室(6)内液体的加热进行至高于水的沸点。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于井底附近区(6)内液体的加热进行至高于石油组成中一个重油馏份的沸点，例如滑油。
5.按照权利要求1-4中任何一项的方法，其特征在于井底附近室(6)内液体的加热瞬时实现，例如使用爆炸。
6.按照权利要求1-5中任何一项的方法，其特征在于在钻井(1)井底附近区范围内的液体冷却使用专门器件，例如热电偶，强制实现。
7.按照权利要求1-6中任何一项的方法，其特征在于形成井底附近室(6)之后，位于该室的钻井液柱分为两部分，其中一部分导向钻井(1)井底附近区一边，而另一部分则通过密封器(4)清除和截断钻井液体通过密封器(4)反向流动。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于从井底附近室(6)通过密封器(4)清除部分钻井液柱之后，其上部的压力下降并同时用油层液体充填井底附近室(6)。
9.处理钻井(1)井底附近区内含油层用的密封器(4)，它具有带径向密封器件的壳体(10)和挂具(2)，密封器件为可张开的颊板、轴圈-密封件(15)和传动系统，其特征在于其下端面(5)制成二级凹面。
10.按照权利要求9的密封器(4)，其特征在于二级凹面制成半球形。
11.按照权利要求9的密封器(4)，其特征在于二级凹面制成抛物面。
12.按照权利要求9-11中任何一项的密封器(4)，其特征在于它制成至少带有一个与端面连接的槽(12)，并设置防逆活门(13)，以防止钻井液体由钻井(1)的密封器上面空间流向井底附近室(6)一边。
13.按照权利要求9-11中任何一项的密封器(4)，其特征在于它配装热元件(14)。
14.按照权利要求13的密封器(4)，其特征在于热元件(14)制成传爆管形式。
15.按照权利要求13的密封器(4)，其特征在于热元件(14)制成电阻丝形式，并与电源连接。
16.按照权利要求13的密封器(4)，其特征在于热元件(14)制成冷却热电偶形式。
17.按照权利要求13-16中任何一项的密封器(4)，其特征在于可张开的颊板是由形状记忆材料制成。
18.按照权利要求1 7的密封器(4)，其特征在于其可张开的颊板制成带有纵向切槽(21)的圆筒(19)形式，切槽(21)以孔(22)结束，这时切槽(21)之间的圆筒(19)纵向部分制成分瓣(20)形式。
19.密封器(4)在钻井(1)内的固定方法，它包括将其放入钻井(1)内所需深度，增加密封器(4)的直径尺寸及其轴圈-密封件(15)的径向变形，其特征在于密封器(4)经受不同于其安装位置钻井液体温度的温度作用。
20.按照权利要求19的方法，其特征在于实现对密封器(4)的温度作用是通过密封器(4)下放到所需深度之后将温度提高到超过密封器(4)安装处钻井液体的温度。
21.按照权利要求19的方法，其特征在于实现对密封器(4)的温度作用是通过密封器(4)下放到所需深度之前将温度降到低于密封器(4)安装处钻井液体的温度。
22.按照权利要求19-21中任何一项的方法，其特征在于在钻井(1)所需深度安装处对密封器(4)的温度作用后进行温度卸载。
全文摘要
建议的在钻井(1)的井底附近区内产油层的处理方法包括加热钻井(1)的井底附近区的液体和由井底附近区清除淤化产物。按照技术方案,在加热井底附近区的液体之前密封其上部,这时形成井底附近室(6),而加热之后冷却井底附近室(6)体积内的液体和随后在由此室清除淤化产物之前解除此室的密封。用于处理钻井(1)的井底附近区内产油层的建议的密封器(4)具有带径向密封器件的壳体(10)和挂具(2),密封器件为可张开的颊板、轴圈－密封件(15)和传动系统,按照技术方案,下端面(5)制成二级凹面。密封器(4)在钻井(1)内的固定方法。包括将其下降至钻井(1)内所需的深度,密封器(4)直径尺寸的增加及其轴圈－密封件(15)的径向变形,按照技术方案,密封器(4)经受不同于其安装位置钻井液体温度的温度作用。
文档编号E21B43/25GK1387603SQ00815289
公开日2002年12月25日 申请日期2000年9月29日 优先权日1999年10月1日
发明者米哈依·V·古莱尼亚, 谢尔金·V·希尔高夫, 哈依姆·B·特加契 申请人:俄罗斯科学院西伯利亚分部矿业研究所