井下聚合物堵塞器和衬里及其应用方法

专利名称：井下聚合物堵塞器和衬里及其应用方法
技术领域：
本发明涉及井筒，更具体地说，涉及用于选择性地将若干区域如井筒内生产层隔离开的方法和设备。
背景技术：
在钻完井并且套管被水泥凝固到井中之后，套管的一个或多个分段被穿孔。这些穿孔可供从地层中一个或多个地下生产层处流入流体。然后将生产管插入并安装到井中，以将流体从生产层输送到地面。
有时，在井的开采期限中，在套管一个特定的分段中的穿孔可能开始接受一个不能接受程度的污染物。例如，在油井情况下，不能接受程度的水或砂子可能从一个或多个生产层进入井筒中。因此那些产生过量水或砂的生产层必需被封堵或用别的方法密封，以防止水或砂继续进入井筒。在某些情况下，封堵的井仍产生来自其它生产层中的流体，而在另一些情况下，井中所有的生产停止。
通常用来密封不想要的层的一种技术包括在套管的内表面上形成一种水泥堵塞器或加衬。这种技术通常要求从井口取出生产管，接着插入一个临时封隔器，以便隔离开不想要的层。然后将水泥向下浇注到井筒中封隔器顶部上，并在固化之后，形成所希望的堵塞器，以便密封不想要的层中的穿孔。为了恢复井下层中的生产，水泥堵塞器的中心必需钻孔。然而，用水泥密封不想要的层常常证明不能令人满意，因为水泥往往会开裂并让水渗漏到生产区中。此外，取出和再安装生产管需要大量时间、劳力和费用。
在由Song等人(“Song”)所提出的美国专利No.5,833,001中公开了另一种先有技术用于密封井筒套管的多个部分的技术。Song公开了一种可膨胀的井下装置，所述可膨胀的井下装置将一种复合套筒安装在一特定深度处一个损坏的套管内表面上。在可膨胀装置的外侧设置未固化的复合材料，所述复合材料包括一个环氧树脂层，所述环氧树脂层具有树脂和固化剂的一种混合物，上述混合物被一个密封膜包围。然后将上述装置穿过生产管下放到所希望的深度。一旦到达这个深度处，装置就将膨胀，以使复合材料压住套管的内径。然后在压力下将复合材料加热，以便形成一个隔离损坏的套管中的穿孔的密封衬里。
当现有套管柱已损坏或严重腐蚀时，也用可膨胀的钢套管来恢复井筒完整性。在套管两侧有很高差压及需要高强度衬里的地方，这些类型的钢套管提供某些优点。然而套管不能承受井筒直径的改变，并且在应用期间可能被卡住。使用这些钢套管可能包括相当大的劳动力和昂贵费用，因为在可膨胀的钢套管和安装设备可以下到井下之前，必需将生产管从井中拉出。
在井受到不可维修的损坏或已达到它的使用寿命的终点时，在封堵井的已知方法中也存在一些缺陷。在井报废之前，为了安全和环境保护的目的，州和联邦政府的法规通常要求将井封堵。通常，井是通过简单地将水泥泵送到井中并令其固化来进行封堵。然而，象水泥衬里这样的水泥堵塞器已知会产生裂纹，并使流体能穿过堵塞器渗漏。
在另一个先有技术方法中还用膨润土来封堵报废的井。在这些情况下，将水向下注入井筒中。接着将吸水的膨润土丸与交替的砾石层一起沿井筒而下。膨润土丸用水进行水合，这样使膨润土膨胀并因此密封井。然而，膨润土丸的水合作用常常不能控制。例如，当膨润土丸沿井筒而下时，它们可能粘附到套管或其它设备的侧面，并过早水合，因此封堵了井筒并妨碍井的有效密封。
已经采用可膨胀的线绳堵塞器来在井筒中隔离若干间隔，而不必拉出生产管。在不做另外的通道来将水泥倾倒在堵塞器顶部上的情况下，可膨胀的线绳堵塞器不能承受高的压力。所用的可膨胀的封隔器还要求基本上为金属的加强件，以便承受甚至低的压差。如果需要重新进入封隔器下方的间隔，则这使封隔器难以取出或磨碎堵塞器。
因此，需要有一种方法和设备，所述方法和设备可用于修理或封堵一个井筒而不必取出生产管，并且没有与常规方法和设备相关的缺点。

发明内容
本发明针对一种密封井筒内表面的方法，所述方法包括以下步骤提供一种构件，所述构件具有一带径向尺寸和轴向尺寸的预先选定的形状，上述构件由一种材料构成，贮存的能量被赋予在所述材料中，并随后至少部分地恢复；使上述构件经受力的作用，所述力使所述径向尺寸减小和所述轴向尺寸增加，同时将贮存的能量赋予在所述构件中；将所述构件下放到井筒中到一个所希望的位置；及使所述构件经受井筒中在所述希望的位置处条件的作用，以至少部分释放所述贮存的能量，并使所述构件膨胀以在所希望的位置处密封地接合井筒的内表面。
一方面，本发明针对一种封堵井筒内一个所希望的位置或给上述所希望的位置加衬的方法，所述方法通过减小一种聚合物构件的直径并因此在所述聚合物构件中产生贮存的能量，然后将构件下放到井筒内所希望的位置，并使构件中贮存的能量减少，以使构件直径膨胀足够的量，在所希望的位置处堵塞井筒或给井筒加衬。
在另一方面，本发明涉及一种由聚合物形成的构件，上述聚合物具有(i)良好的长期热稳定性，以使该构件能在整个预定的使用寿命内保持实体完整性；(ii)良好的化学稳定性，以使其能吸收原油、气体、或其它井下物质而不脆化；(iii)高可变形性，在产生形状记忆期间不断裂；及(iv)在加入热量或一种溶剂时可快速恢复形状记忆，上述热量或溶剂能减少构件中所引起的塑性应变。
更具体地说，本发明针对一种密封井筒内表面的方法，上述方法包括以下步骤提供一种具有一预先选定的形状的构件，所述构件具有一径向尺寸和一轴向尺寸，所述构件用一种材料构成，贮存的能量可以被赋予到所述材料中和随后至少部分地释放；使所述构件经受一些力的作用，所述力使所述径向尺寸减小和轴向尺寸增加，同时把贮存的能量赋予在所述构件中；将所述构件下放到井筒中一所希望的位置；及使所述构件经受井筒中所述希望的位置处条件的作用，以引起至少部分地释放所述贮存的能量，并使所述构件膨胀以在所希望的位置处密封地接合井筒的内表面。


下面参照附图详细说明本发明，其中图1是在减小本发明的聚合物构件直径时可用的一种滚轧机正视图；图2是在图1所示滚轧机中所用的第一组辊正视图；图3是在图1所示滚轧机中所用的第二组辊正视图；图4是本发明的一种聚合物构件在拉伸前的正视图；图5是井筒局部正视图，示出本发明的一种形状记忆聚合物构件穿过生产管下放，以引入到井筒内所希望的位置中；图6是在恢复聚合物构件中至少一部分塑性应变后，形状记忆聚合物构件膨胀之后所产生的井筒堵塞器的局部正视图；及图7是本发明一个可供选择的实施例局部正视图，其中已经采用一种形状记忆聚合物构件来在井筒中形成一个衬里，以便密封在井筒选定区域处的穿孔。
具体实施例方式
热塑性聚合物在变形时可贮存大量机械能。当这种能量释放时，聚合物的塑性应变得以恢复，聚合物将返回它的原始形状。
塑性应变恢复是一种动力学过程，所述动力学过程一般随着温度增加而更快进行。对于一些无定形聚合物，象聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯，在高于其玻璃化转变温度(Tg)的温度下恢复很快。对一些半结晶聚合物，如聚乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、及Halar(乙烯和氯三氟乙烯的1∶1交替共聚物)，在接近它们熔点的温度下恢复很快。塑性应变的恢复也可以通过将聚合物曝露于某些溶剂中得到。
本发明利用一些特定聚合物的塑性应变恢复性能来封堵井筒中一个特定层或位置或给所述特定层或位置加衬。方法包括提供一种聚合物构件，所述聚合物构件优选的是呈一种杆或套筒形式，聚合物构件具有一个初始外径，所述初始外径大于井筒的内径，或者如果存在套管的话，大于井筒中套管的内径。然后将聚合物构件进行处理以减小其直径而同时贮存一部分机械能，所述机械能在恢复塑性应变时能使聚合物构件直径扩大。聚合物构件的这种处理可以采取各种不同形式，如通过使聚合物构件经过滚轧机压缩该构件，或是通过将聚合物构件拉伸以便减小它的直径。使聚合物构件的直径减小到这种程度，以便可以将构件在一个钢丝绳或盘管上下放到井筒中。例如，如果存在生产管，则聚合物构件的外径必须至少稍小于生产管的内径。一旦构件下放到井筒中所希望的位置，则使塑性应变至少恢复一部分，以使聚合物构件直径扩大，并压靠在井筒或套管的内表面。
井筒中聚合物构件的膨胀在一个实施例中是通过使构件变热来完成。仅仅靠实际存在的井筒温度就常常是以恢复聚合物构件中的塑性应变，使构件在一预定时间阶段内膨胀，以足够的力密封井筒或套管，来承受井筒内的压差。如果需要或希望的话，可以使用一个附加的或独立的热源来使或加速塑性应变的恢复。在另一个实施例中，可以使用溶剂来恢复塑性应变。
由于聚合物构件的初始直径大于井筒或套管的直径，所以一旦塑性应变充分恢复，聚合物构件就将压靠在井筒或套管的内表面。在实心杆或圆柱体情况下，聚合物构件将堵塞住井。在管状衬里情况下，聚合物构件将在井筒或套管的内表面上加衬，以便堵塞在那个位置处的穿孔，但允许流体如碳氢化合物从构件下面向上穿过构件敞开的中心流向生产管。因此衬里能把不想要的层从所希望的生产层隔离，可以用堵塞器来密封井筒，以便堵塞油井中全部或选定的生产部分。
确定构件的尺寸对用于封堵操作的实心杆构件或是用于层隔离应用的套筒构件来说，膨胀后的聚合物构件都将对井筒或套管传递足够的力，以便提供合适的压力密封。对一具体聚合物的密封压力可以按下面方法用实验确定。
首先，通过将一个应变仪连接到一根不锈钢管的外径上，然后用一个应变仪信号调节器来测量环向应变，以构成一个密封压力传感器。
接着，使聚合物构件变形到一个减小的直径，以便产生塑性应变，然后插入钢管中并加热。加热使聚合物构件随着塑性应变恢复而膨胀。当聚合物构件膨胀并触及钢管内径时，读取环向应变读数。利用下面的分析方程可以从环向应变读数得到施加在钢管内表面上的密封压力。
P＝(E∈/2)[(b2-a2)/(1-v)a2]式中P＝密封压力；∈＝环向应变；E＝钢管模量(对不锈钢来说为29msi)；a＝钢管内半径；b＝钢管外半径；及v＝泊松比(对钢来说为0.33)。
最后，钢管环向应变将增加达到一个平台。在达到该平台之后，可以保持密封压力而没有任何松弛的迹象。所得到的平台密封压力将随着聚合物类型不同而改变。在确定了平台密封压力之后，可用它来确定聚合物构件的合适长度。
用于堵塞井筒的聚合物构件长度可以用下面公式计算L＝DP/(48Sμ)式中L＝堵塞器长度，英尺(0.3048m)；D＝套管内径，英寸(2.54cm)；P＝压差，psi；S＝密封压力，psi(对Hylar FX为200psi(13.79巴))；及μ＝摩擦系数(对聚合物钢为0.3)。
表1示出对不同井下压力使用Hylar FX聚合物计算的堵塞器长度及套管内径。
表1 计算的贯通管Hylar FX堵塞器长度

除了Hylar FX之外，其它材料也可以使用，如后面所述。无论如何，倘若那种聚合物的密封压力和摩擦系数已知，就可以用上面方程来计算聚合物堵塞器长度。
选择聚合物为了有效地在本发明的方法中使用，对聚合物构件所选定的聚合物应具有下列基本特性。首先，聚合物应具有长期热稳定性，以便在预定的使用寿命期间，聚合物能保持它的实体完整性而没有链断裂。其次，聚合物应具有良好的化学稳定性。因此，它能吸收原油、气体、和井下化学物质而不脆化或显著品质退化。第三，聚合物应能承受显著的拉伸。它应能在不断裂情况下将拉伸到它的原始长度300和800％之间。最后，在聚合物中所产生的塑性应变在井筒温度100-450(37.78-204.4℃)下应能在不到3小时内恢复。
现已发现，下列聚合物在特定情况下满足上述四点需求。井筒温度和压差将决定对一特定的应用应当选定哪种聚合物。市场上可得到的聚合物的一些例子列在下表II中。
表II 形状记忆聚合物的一些例子

尺寸缩小比＝变形之前直径/变形之后直径热恢复比＝恢复后的直径/变形之前的直径膨胀比＝恢复后的直径/变形之后的直径＝尺寸缩小比×热恢复比无定形热塑性聚合物可以完全恢复在它们之中所形成的任何塑性应变。在半结晶热塑性聚合物中的塑性应变也可恢复，只要它的结晶度比较低及它具有缠绕分子形态。某些均聚物可以与另外的共聚用单体进行共聚合，以便降低结晶度和增加伸长率。某些高延性聚合物也潜在地可用于本发明。然而，重要的是，应该注意，除了本文具体说明的聚合物之外，许多聚合物或其中可产生形状记忆的其它材料也可以用，并且仍属于本发明的范围之内。
在本发明中使用聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)已证明是有效的。PVDF是一种具有交替的CH2和CF2基团的含氟聚合物，并且有优良的化学稳定性(chemical resistance)。
可在本发明中使用的一种PVDF聚合物的具体例子是Hylar FX聚合物，所述Hylar FX聚合物是从新泽西州，Thorofare的SolvaySolexis公司(“Solvay”)购买的商品。Hylar FX具有低结晶度和高延性。Solef PVDF-21508/0003是另一种由Solvay供应的可以使用的PVDF共聚物。
适用聚合物的另一个例子是Hylar ECCFE聚合物，所述HylarECCFE是一种由Solvay供应的乙烯和三氟氯乙烯的交替共聚物。Hylar ECTFE聚合物具有用化学方法接合到钢衬底上的附加优点。Hylar XPH 353是一种也由Solvay供应的三元共聚物，所述HylarXPH 353具有低结晶度和高断裂拉伸度。
底密度聚乙烯聚合物(LDPE)是适合在本发明中使用的聚合物另一个例子。LDPE聚合物以许多形式生产，每种形式都由于结构变化而产生不同的性能。LDPE聚合物的基本结构单元是乙烯(-CH2-)nn单体。结晶相的密度为1.014g/cc，而无定形相的密度为0.84g/cc。聚乙烯密度越低，则聚合物中无定形相的百分率就越大。LDPE聚合物具有低的密度(0.915-0.935g/cc)、结晶度、和熔点(108-115℃)的短链和长链分支。它的分支链长度为200-300个碳。每个聚乙烯分子链的长链分支数为3-7。
另一种形状记忆聚合物是线性低密度聚乙烯聚合物(LLDPE)。LLDPE是通过使乙烯与α-烯烃共聚合来生产，并具有密度为0.910-0.925g/cm和熔点(125℃)。它含有短链分支，并且它的塑性应变可以恢复。有许多LLDPE供应商和产品。例如ATTANE 4201是一种由位于Michigan州Midland的Dow Chemical公司(“Dow”)供应的乙烯和辛烷的共聚物。ATTNE 4201具有的密度为0.9120g/cc，该密度低于LDPE聚合物的密度，并分类为超低密度聚乙烯。
聚烯烃弹性体是合适形状记忆聚合物的另一个例子。AFFINITYPF 1140是一种具有很低密度0.8965g/cc的乙烯-α-烯烃共聚物，它由Dow公司供应。
交联聚乙烯聚合物(XPE)是供井下应用的另一种形状记忆聚合物。XPE可以即使在高于其结晶相熔点时也可保持一定量的熔体强度。它对井下环境具有优良的化学稳定性。XPE杆或衬里可以通过在其结晶相熔点附近拉伸来减少它的直径。当XPE材料在张力载荷下冷却至室温时，它的经过拉伸的分子形态可以冻结。变形的分子结构由刚性结晶相锁定。在再加热到它的熔化温度时，变形的分子结构可以弹回到它的原始形状。
聚乙烯可以通过至少三种方法交联。首先，交联可以通过β射线辐照进行。β射线辐照使聚乙烯暴露于高能电子下，这使聚乙烯当以薄的分段使用时最合适。其次，在制造期间挤塑过程中，可以将过氧化物与聚乙烯混合。在挤塑期间的升高的温度使过氧化物分子断裂，同时产生自由基团。然后这些自由基团对将组合和交联两个链。第三种可用的方法是将一种反应性硅烷分子接枝到聚乙烯主链上。这三种方法中任一种方法都将有效地交联聚乙烯。
在实践本发明时待用于特定井下应用的优选聚合物的选择，可以通过确定特定的井下性能如井筒温度和化学环境来进行。例如，如果在所希望位置处井筒温度为280(121.1℃)，则可以使用Hylar FXPVDF聚合物，因为上述聚合具有热恢复温度为270(132.2℃)和熔化温度为285(140.6℃)，上述热恢复温度低于井筒温度，而上述熔化温度高于井筒温度。结果，聚合物构件在不熔化的情况下膨胀，来恢复它的形状记忆。
可用来恢复塑性应变的合适溶剂包括用于PVDF聚合物的甲基乙基酮、四氢呋喃、及β-丁内酯和用于Affinity EG 8100塑性体的环己醇。
在聚合物构件中产生塑性应变一旦选定了合适尺寸和类型的形状记忆聚合物构件，就可以用至少两种不同的方法-压缩使上述构件减小或者通过张力拉伸，来使聚合物构件变形。
在图1中示出一种压缩聚合物构件时所用的手动滚轧机10。滚轧机10具有一个手动曲柄臂11，所述曲柄臂11用来手动驱动一对辊12。当从一个剖视平面观察时，所述一对辊12相互反时针旋转。尽管所示的辊12是手动驱动，但可供选择地，它们可以用一个电机驱动。这种电动装置的一个例子在Tanaka所提出的美国专利No.4,380,916中公开。然而，其它种类的滚轧装置也可以用，并仍然属于本发明的范围之内。
图2示出一对辊12的详细情况。一个上辊16和一个下辊18各具有多个设置于其上的沟槽。辊16上的沟槽31-36分别与辊18上的沟槽41-46相对应。在操作时，辊16和辊18相互接近，因此在这些沟槽之间形成多个成椭圆形的孔隙。这些孔隙使聚合物构件能穿过它们。所形成的孔隙具有逐渐变小的尺寸，因此穿过它们的材料直径被逐渐变小。正如从图2中可以看到的，下一个孔隙的尺寸总是小于前一个孔隙的尺寸。更具体地说。聚合物构件首先穿过由沟槽31和41所限定的孔隙，以便使它的直径减小到预先选定的值。接着聚合物构件穿过由沟槽32和42所限定的孔隙，以使它的直径减小另一个增量。接下来，使聚合物构件穿过由沟槽33和43所限定的孔隙，由沟槽33和43限定一个的孔隙小于由沟槽32和42所限定的孔隙。同样，使聚合物构件穿过沟槽34和44，然后是35和45，及最后是36和46进行轧制。由于用滚轧机10进行的这种加工，聚合物构件受递增压缩并且直径减小，在聚合物构件中产生贮存的能量，所述贮存的能量可以在预先选定的条件下恢复，以便使聚合物构件膨胀。
如果仅有一对辊16和18，如图2中所示出的那些，不足以充分减小聚合物构件的直径，则使用一附加的辊装置，如图3中所示。参见图3，利用第二对辊14来更进一步减小聚合物构件的直径。第二对辊14与第一对辊12以相同的方式工作。在第二对辊14中的一个顶部辊60和一个底部辊62各包括多个沟槽。对于辊60，沟槽66-73是从最大到最小编号。同样，辊62上的沟槽76-83也是从最大到最小编号。同样，象第一对辊12那样，第二对辊14保持相互接近的间隙，以便在两个辊之间限定多个椭圆形孔隙。另外，象第一对辊一样，聚合物构件连续地贯穿不断变小的孔隙，直至得到所希望的直径。
下面表III示出用于缩小比例模型的轧机10的椭圆形沟槽尺寸。
表III 用于椭圆形沟槽的尺寸

商业应用中使用的滚轧机通常具有比表III所示的大得多的尺寸，然而上述尺寸的相对大小可以保持相同。较大轧机的尺寸可以通过用一个特定的系数简单地乘以上述所提供的所有尺寸很容易确定。例如，乘以10形成一种轧机，所述轧机具有第一沟槽尺寸为5英寸(12.7cm)×3.90英寸(9.906cm)和最后沟槽尺寸为1.84英寸(4.674cm)×1.43英寸(3.632cm)。然而，其它沟槽比例也可以用，并且仍然属于本发明的范围内。此外，也可以使用任何沟槽总数并且仍属于本发明的范围内。
从最后沟槽组73和83所提供的尺寸，可以看出，在构件贯穿所有沟槽之后，构件直径将减小到几乎三分之一。这可以看出满足表II中所示的膨胀比要求。
作为使用滚轧机10的一个可供替代的方案，可以实施聚合物构件的张力拉伸，以便得到所希望的聚合物构件直径减小。张力拉伸可以用带楔形夹具(未示出)的液压或齿轮式拉伸机进行。例如，如图4中所示，一个聚合物构件91可以被在聚合物两端92和94上的一对楔形夹具拉伸。楔形夹具将拉伸构件的中段96，直至它的直径充分减小时为止。然后从楔形夹具中取出构件91，并将两部分92和94切断，同时只留下待用作聚合物构件的中段，将上述中段下放到井中用于封堵或加衬。
对构件恢复形状记忆一旦机械能已贮存在聚合物构件中，然后聚合物构件准备部署在井筒中。这个过程参见图5-7说明。
如在图5可看到的，典型的井筒布置包括一个井筒或套管100，所述井筒或套管100具有设置于其中的生产管102。在生产管102的最下端处是一个管接头120，所述管接头120通常具有生产管102任何部分的最小直径的开口。由于这个原因，待穿过生产管102下放以便在生产管102下方所希望的位置104处封堵或加衬井筒或套管100的聚合物构件106必需具有一个比管接头120内径小的外径。在大多数生产管组件中管接头120的直径小于井筒套管直径的一半。因此，选定用于聚合物构件106的聚合物材料必需具有一个膨胀比，所述膨胀比使聚物构件106能穿过管接头120和然后充分膨胀，以便贴着井筒或套管100的内部产生必要的压力密封。通常，这要求构件106具有一膨胀比至少为2。下面表IV示出某些典型的相对于套管内径的管接头内径，并且还示出为了按希望实施所要求的聚合物构件106的最小膨胀比。
表IV 生产管和套管尺寸 此外，聚合物构件106应该用这样一种聚合物构成，所述聚合物当在它放置的位置104处暴露于特定的井筒条件下时，以所希望的速率恢复它的塑性应变，如上所述。
如果用聚合物构件106来堵塞井，则构件106将是实心杆或圆柱体，其中已通过如上所述过程产生了形状记忆或贮存的能量。在利用聚合物构件106密封一特定层中的穿孔而同时能从下层继续生产的位置，聚合物构件106将是一种由选定的具有形状记忆的聚合物材料制成的套筒。在无论哪种情况下，构件106都在纲丝绳108上穿过生产管102下放，所述钢丝绳108用该技术技术人员已知的方式，通过一个连接部分或钩110可松脱地连接到聚合物构件106上。
一旦聚合物构件106到达所希望的位置104，在一个实施例中，在位置104处引起的或已经存在的升高的温度将开始引起释放构件106内的塑性应变，并且将开始直径扩张。可供选择地或者是另外，构件106可以暴露于在位置104处加入的溶剂中，以便至少部分地使塑性应变恢复。最后，聚合物构件106将膨胀到这种程度，以使它接合套管100的内表面并靠在套管100上。一旦包括构件106的聚合物充分膨胀，就将钢丝绳108与构件106分离。然后通过构件106在套管100内壁上所产生的压力使构件保持固定就位。特别是，用于聚合物构件106的弹性，它很容易适应套管100内壁的任何不规则性。
图6示出当用一个实心构件112来封堵井筒时聚合物构件106的膨胀结果。在这个实施例中，聚合物构件106在其膨胀时将密封地接合套管100的内表面，并且由于它是实心的，所以将堵塞从构件下方进入的任何流体穿过套管的流动。
图7示出当套筒状聚合物构件118膨胀以密封井筒内一特定层时，过程的结果。如从图7中可以看到的，在构件118密封井筒或套管内侧的位置处，一对穿孔122和124，在聚合物构件118膨胀时将被所述构件118封堵。聚合物构件118上方的穿孔126和128及聚合物构件118下方的穿孔130和132将不被密封并继续生产。因此，如为了防止从该层进入的过量水，选择性地密封穿孔122和124不影响所希望的从上层或下层生产水、油、气或其它流体。
从上面说明可以看出，本发明完全适合于实现与所公开方法固有的优点一起提出的上述所有目标和目的。
应该理解，某些步骤具有独立的实用性，并可以在不涉及公开的其它步骤情况下应用。这是本发明预期的范围并在本发明的范围之内。
因为在不偏离本发明范围的情况下，可以构成本发明的许多实施例，所以应该理解，本文所述或附图所示的一切都应被认为是举例说明，并没有限制的意思。
权利要求
1.一种密封井筒内表面的方法，所述方法包括以下步骤提供一种具有选定形状的构件，所述构件具有一径向尺寸和一轴向尺寸，上述构件由一种材料构成，贮存的能量能被赋予到所述材料中而随后能至少部分地被恢复；使所述构件受到力的作用，所述力使所述径向尺寸减小和所述轴向尺寸增加，同时把贮存的能量赋予在所述构件中；将所述构件下放到井筒中到一个所希望的位置；及使所述构件经受井筒中所述希望的位置处的一些条件作用，以使所述贮存的能量至少部分释放，并使所述构件膨胀以在所希望的位置处密封地接合并筒的内表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中使所述构件经受一些条件作用以使所述贮存的能量至少部分释放的步骤包括在所述希望的位置处加热所述构件。
3.如权利要求1所述的方法，其中使所述构件经受一些条件作用以使所述贮存的能量至少部分释放的步骤包括在所述希望的位置处将所述构件暴露于一种溶剂中。
4.如权利要求1-3所述的方法，其中所述提供一种构件的步骤包括提供一种由聚合物构成的构件。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述提供一种构件的步骤包括提供一种由从一组聚合物中选定的聚合物构成的构件，所述这组聚合物包括聚偏氟乙烯，乙烯与三氟氯乙烯的交替共聚物、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚烯烃弹性体，及交联聚乙烯。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述密封地接合井筒内表面的步骤包括密封地接合给所述井筒加衬的套管的内表面。
7.如权利要求7所述的方法，其中所述将构件下放到井筒中的步骤包括将所述构件穿过位于所述井筒内的生产管下放。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述使所述构件受到力作用的步骤包括将所述构件轧制到一个减小的直径。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述轧制所述构件的步骤包括提供若干对对置的第一辊和第二辊；在每对辊中，所述第一辊在其上具有至少一个环形沟槽，所述第二辊在其上具有至少一个沟槽，所述第一辊上的所述至少一个环形沟槽与所述第二辊上的所述环形沟槽在它们之间限定一个椭圆形孔隙；使构件穿过由各辊限定的椭圆形孔隙，以减少构件的横截面积并因此在构件中产生贮存的能量。
10.如权利要求1所述的方法，其中该构件用下述方法形成提供一个部件，所述部件具有一个设有一可夹紧部分的第一端、一个中段、和一个设有一可夹紧部分的第二端；通过用每一端上的可夹紧部分在第一和第二端上向外拉将中段拉伸；除去可夹紧部分；及用中段作为构件。
11.一种封堵井筒或封堵给所述井筒加衬的套管的方法，所述方法包括以下步骤选定一种材料，贮存的能量能被逐渐灌输到所述材料中并在以后能通过施加能量而被释放；用所述材料构成一种实心的杆形构件；通过拉伸和/或压缩该构件在构件中产生塑性应变；将所述构件下放到井筒中，到井筒内一个所希望的位置；通过将热量传入所述构件而释放所述构件中贮存的能量，因此使构件膨胀以在所希望位置处密封地接合井筒或套管的内表面，并因此在所希望位置处封堵井筒或套管。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述将所述构件下放到井筒中的步骤包括穿过位于所述井筒内的生产管下放所述构件。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述释放所述构件中贮存的能量的步骤包括加热所述构件。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述释放所述构件中贮存的能量的步骤包括用一种溶剂接触所述构件。
15.一种密封在井筒或给所述井筒加衬的套管中特定区域的方法，所述方法包括以下步骤选定一种材料，在所述材料中贮存的能量能被逐渐灌注并且以后通过施加热量并在以后释放所述贮存的能量；用所述材料构成一种套筒形构件；通过拉伸和/或压缩该构件在所述构件中产生贮存的能量；将上述构件下放到井筒中，到井筒内一个所希望的位置；通过将热量传入所述构件而释放所述构件中贮存的能量，因此使构件膨胀以在所希望的位置处密封地接合井筒或套管的内表面，同时提供一个用于使流体向上穿过构件流动的轴向通道。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述将所述构件下放到井筒中的步骤包括穿过位于所述井筒内的生产管下放所述构件。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述释放所述构件中贮存的能量的步骤包括加热所述构件。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述释放所述构件中贮存的能量的步骤包括用一种溶剂接触所述构件。
19.一种用于在井筒中形成堵塞器的构件，所述构件具有一种预先选定的形状，所述构件具有一个轴向尺寸和一个横的径向尺寸，所述构件由一种聚合物构件构成，所述聚合物构件这样选定，即当构件受到引起所述径向尺寸减小而所述轴向尺寸增加的力的作用时，一种贮存的能量被赋予所述构件，当所述构件下放到所述井筒中时所述塑性应变至少部分可恢复，以使所述径向尺寸膨胀形成所述堵塞器。
20.如权利要求19所述的构件，其中上述预先选定的形状是一种套筒。
21.如权利要求19所述的构件，其中上述预先选定的形状是一种圆柱体。
全文摘要
一种密封井筒内表面的方法，所述方法包括以下步骤提供一种具有预先选定形状的构件，该构件具有一径向尺寸和一轴向尺寸，所述构件由一种材料构成，在所述材料中贮存的能量能被赋予并随后至少部分地恢复；使所述构件受到力的作用，所述力使所述径向尺寸减小和所述轴向尺寸增加，同时把贮存的能量赋予所述构件中；将上述构件下放到井筒中，到一个所希望的位置；及使所述构件在所述所希望的位置处经受井筒中条件的作用，以至少部分地释放贮存的能量并使所述构件膨胀以在所希望的位置处密封地接合井筒的内表面。
文档编号E21B33/13GK1849438SQ200480012232
公开日2006年10月18日 申请日期2004年4月5日 优先权日2003年4月7日
发明者J·Q·张, B·T·A·常 申请人:国际壳牌研究有限公司