专利名称：在布置和井眼调节期间保护井下部件的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种在布置和井眼调节期间保护井下部件的系统和方法。
背景技术：
在安装过程期间、将井设备向井下移动到井眼中可能对多种设备部件 具有损坏效应。这种易碎效应对于易碎部件、密封部件和容易弯曲的部件 特别如此。这样的部件可能由于与周围的井眼、套管、衬管或者开口孔裸 眼部分的冲击而受到损坏。 一旦定位到井下，这种冲击可能产生限制所述 设备的功能性的磨损或者其他损坏。也可能由于部件材料的腐蚀或者部件 的污染以影响其操作的方式导致这种损坏。
在一些应用中，井下设备部件包括用于与其他部件或与周围的井眼壁 (例如套管)形成密封的密封元件。当所述密封元件到达最终的井下目的 地之前，由于滑动经过数百或者数千英尺的套管，因此可能受到损坏。由 于所述密封元件由塑料或者更软的材料形成，与周围的井眼壁、阻碍物或 者其他设备的冲击可能损坏一个或者更多个密封元件，且限制了密封元件 形成满意的井下密封的能力。
发明内容
总体而言，本发明提供了一种防止井系统的部件受到损坏的技术。接 近易受损坏的井眼部件布置牺牲材料以提供对所述部件的临时保护。所述 牺牲材料用于在将所述系统安装到井下位置期间保护井眼系统部件。例 如，所述材料可以保护易受损坏的井眼部件由于受到冲击的原因所导致的 损坏。但是，牺牲材料也可以临时保护井眼部件免于在系统的安装期间受 到恶劣井眼环境的其他潜在的损坏效应的影响。
本发明的特定实施例此后将参照附图进行说明，其中相同的参考数字 表示相同的元件，以及
图l是根据本发明的实施例、在井设备系统向井下移动到井眼时、具
有至少一个易受损坏的部件的井设备系统的实施例的主视图2是根据本发明的实施例的、用于保护显示在图l中的井设备系统的
一个或者更多个部件的牺牲元件的一个实施例的部分横截面视图3是根据本发明的实施例的、用于保护显示在图1中的井设备系统的 一个或者更多个部件的牺牲元件的另一个实施例的部分横截面视图4是根据本发明的实施例的、用于保护显示在图l中的井设备系统的 一个或者更多个部件的牺牲元件的另一个实施例的部分横截面视图5是根据本发明的实施例的、具有密封元件的、可能受到损坏的井 眼部件的一个示例的侧视图6是根据本发明的实施例、与图5相似的侧视图，显示了布置成与牺
牲元件布置相邻的所述井眼部件；
图7是根据本发明的实施例的、牺牲元件的另一个实施例的部分横截 面视图，所述牺牲元件用于通过临时将一个或者更多个部件锁定在所需的 状态中、而防止显示在图l中的井设备系统的一个或者更多个部件被过早 致动；和
图8是根据本发明的实施例、与图7相似的部分横截面视图，但是显示 了在移除牺牲元件之后致动的一个或者更多个部件。
具体实施例方式
在下述说明书中，描述了多个细节来提供对于本发明的理解。但是， 普通技术人员应该理解的是、本发明可以在没有这些细节的情况下实施， 且与所描述的实施例的多种变化或者修改是可能的。
本发明涉及用于在例如安装操作以及早期采集阶段期间保护敏感的 井部件的系统和方法。在送入到井眼期间损坏井部件的可能性很大，特别 是对于相对易碎的部件，例如密封件。因此，本系统和方法可能针对对损 坏敏感的井部件的冲击提供临时保护，所述冲击例如是磨损、腐蚀、污染和其他环境效应。在许多应用中，当井部件在达到它们的最终井眼目的地 之前，对滑动经过数百或者数千英尺的井套管来提供所述保护。
总体上参照图l，井系统20的实施例显示为其安装到井眼22中。但是， 井系统20也可以在例如早期生产阶段、定位在所需的位置。通过示例，井 系统20可以包括完井24，所述完井24具有多个井部件26、 28、 30和32。
在所示的示例中，设计电潜泵系统20，用于布置在井眼22中，所述井 眼22己经钻入地质地层34，所述地层34包含所需采集的流体，例如石油。 在至少一些应用中，井眼22与井眼套管36对齐。多个射孔37形成通过井眼 套管36以使得流体在周围的地层34和井眼22之间流动。
所述井部件中的至少一个，例如部件30由牺牲保护元件38保护，例如 围绕井部件30定位的临时覆盖件40。在该实施例中，牺牲保护元件38防止 所述部件受到由于磨损、腐蚀、污染或者其他损坏所导致的损坏，该磨损、 腐蚀、污染或者其他损坏是移动通过井眼和/或者井系统20的初始操作所 导致的。所显示的临时覆盖件40至少部分地由可溶解材料形成，以使得井 部件30在所需的时间在井眼22内有选择地暴露。因此， 一旦井系统20定位 在井眼22内所需的位置、在井系统20的送入期间和/或者初始开工过程期 间， 一个或者更多个井部件30可以用临时覆盖件40保护。结果，临时覆盖 件40自动移除，并暴露一个或者更多个井部件30，以便于在所述井眼之内 的适当操作。
井部件30可以包括多种在井操作中有用的部件，例如电动部件(例如 传感器或者控制器)、控制管线、密封孔或者柔性元件、例如密封元件。 许多密封元件由橡胶材料、塑料材料或者其他的易于磨损和其他损坏(特 别是在井系统20的送入期间)的相对较软和/或者柔性材料形成。临时覆 盖件40特别是可修改的，以保护这种密封材料免于沿着井眼的冲击，所述 冲击可能导致对密封材料的磨损或者其他损坏，由此限制部件30形成所需 密封的能力。牺牲覆盖件40也可用于防止敏感部件受到微粒污染直到所述 部件被用来执行。在安装过程期间、覆盖件40也可用于临时固定(例如绑 住)部件直到覆盖件40被移除以允许所述部件的所需移动自由度。
可以在安装过程期间的各种时间上将临时覆盖件40应用到部件30。例 如，临时覆盖件40可以在被沿着所述表面传输到已经形成井眼22的井位之前环绕部件30或者安装与部件30相邻。这样，临时覆盖件40可以既在井系 统20的安装之前也在井系统20的安装期间用于保护一个或者更多个部件 30。甚至在送入期间不需要保护时，在表面传输之前应用覆盖件40避免了 否则将会与移除临时覆盖件40相关的时间和成本，因为随着所述覆盖件40 浸入并在井眼22之内溶解，覆盖件40自动从所述部件30移除。因此，维持 所述保护直到最后可能的时刻，并减小钻的时间，因为不需要卸装。在一 些应用中，临时覆盖件40的材料和厚度选择成溶解所述可溶解材料，且覆 盖件40从部件30的后续移除需要比必须将井系统20运行至其井眼22中的 最终的深度需要稍微更长的时间周期。
在图2 — 4中，显示了临时覆盖件40的示例。首先参照图2，临时覆盖 件40的实施例包括层42，所述层42具有充分的厚度来保护部件30免于由于 受到与井眼22的壁冲击而损坏。在该实施例中，层42的厚度大于涂层的厚 度，并设计成在送入期间对抗可能冲击的缓冲部件30。层42由可溶解材料 44形成，所述可溶解材料被选择成当暴露给井眼22之内的井流体时以所需 的速率溶解。因此，在井系统20移动到井眼之内的所需的位置期间，通过 将可溶解材料浸入出现在井眼22之内的流体中而控制临时覆盖件40的溶 解。可选地，流体介质也可以添加到井眼以控制材料44的溶解。
层42可以形成为衬套46，所述衬套46围绕其纵向轴线包围部件30。在 许多应用中，层42设置靠近部件30并位于部件30和可能损坏的结构(例如 由套管36所形成的井眼壁)之间。实际上，层42可以直接粘附到部件30的 外表面48，而不管层42是否形成为衬套46或者形成为一些其他的结构形 式。
在图3中，临时覆盖件40包括由可溶解材料44形成的内层50。内层50 由涂层52覆盖，所述涂层52设计成、在井系统安装或者操作程序期间、防 止可溶解材料44暴露给溶解流体直到所需的时间。涂层52可降解或者通过 在井下提供适当的输入(端)而移除。例如，涂层52可以选择成其对于热 敏感。在该实施例中， 一旦涂层52在井眼22之内所需的深度处暴露给充分 的热，所述涂层降解，这将使内层50暴露给能够溶解内层50的井流体。在 另一实施例中，涂层52可以设计成在充分的压力下降解，所述充分的压力 或者自然地提供在特定的井眼深度处、或者人工地通过从例如表面位置施加压力而提供。在其他的实施例中，涂层52可以设计成、当暴露给引向井
下的特定化学物时降解。在这些实施例的任一中，涂层52防止内层50消失， 直到其中的压力或者温度例如导致涂层52失效的特定时间周期，这样初始 化内层50的溶解。 一旦内层50被溶解，就为了进行操作而暴露部件30。在 该实施例和其他实施例中， 一个或者更多个部件30可以包括控制线54，所 述控制线54被临时覆盖件40整个或者部分地保护。
总体参照图4，显示了保护覆盖件40的另一示例。在该实施例中，保护 覆盖件40由耐用衬套56形成，所述衬套通过可溶解结构元件58与部件30相 邻地保持就位。耐用衬套56由不会在井流体中溶解的材料形成，例如非可 溶弹性体材料。相应地，当井系统20的部件30移入井眼22中并浸入到井流 体中时，可溶解结构元件58溶解并释放耐用衬套56。在该阶段，耐用衬套 56从部件30简单地滑开以能够适当地操作部件30。
可溶解材料44和涂层52可以根据特定的应用和其所使用的环境而由 多种材料形成。例如，所选择的材料可依赖于给定井眼环境中的可能热量 和温度井而改变。所选择的材料也可依赖于给定井眼环境中所遇到的井流 体的类型。可溶解材料44的示例包括例如钙、镁或者其合金的高度反应性 金属或在酸性或者碱性流体中溶解的材料(例如铝)、聚合体或者专门形 成的塑料。用于形成涂层52的适当的材料的示例包括铝或者可以用酸或者 专门形成的化学物移除的其他金属。所述材料的其他示例包括低温塑料或 者在更高的压力或者温度下失效的弹性体。适当材料的额外的示例包括相 对于它们的载体材料热膨胀系数极大不同的金属涂层，这样涂层材料在升 高的温度上断裂和脱离。
参照图5、 6，显示了特别可修改成用于与临时覆盖件40—起安装的一 种类型的部件30的具体示例。在该实施例中，井部件30包括封隔器60，所 述封隔器60具有一个或者更多个密封元件62，所述密封元件62定位成在井 眼22之内形成密封件。例如，密封元件62可以用于在封隔器体64和井套管 36之间形成密封。在所示的示例中，封隔器60包括四个密封元件62，所述 密封元件62包括两个面向井下的杯状密封元件66和两个面向上的杯形密 封元件68，最好如图5中所示。对于一些应用，密封元件62设计的方式是、 相对于井套管36产生轻微的过盈，这样当它们在到达最终的封隔器目的地
9之前滑动经过数百或者数千英尺的井眼套管时增加了损坏密封元件的可 能性。
为了防止对密封元件62造成损坏和保护封隔器60的功能，覆盖件40 施加在井部件30之上，如图6中所示。当部件30往井下运行时、临时覆盖 件40在密封元件62和周围的井套管36之间提供保护性阻碍物。多个孔或者 射孔69可以增加至所述临时覆盖件40以方便在送入期间和/或初始压力循 环期间的压力均衡。所述覆盖件40沿着井眼壁滑动并用作滑动接触来保护 密封元件免受井眼壁的损害。在图6中所示的实施例中，覆盖件40可构造 成衬套46的形式，所述衬套46由可溶解材料44构造，这总体上更详细地显 示在图2中。但是，显示在图6中的示例也可以利用覆盖件40的其他实施例 来保护--个或者更多个密封元件62，例如图3、 4中更详细地显示的实施例。 在该申请中，临时覆盖件40设计成保护部件30和密封元件62至少直到封隔 器60安置在用于与井眼套管36接合的所需井眼位置。在临时覆盖件40溶解 且暴露所述密封元件62之后，可以致动封隔器60来相对套管36移动所述密 封元件62。要说明的是，封隔器60可以与其他井系统部件协作，例如纵向 地延伸通过所述封隔器的一个或者更多个控制线70。
牺牲保护元件38的另一实施例显示在图7、 8中。在该实施例中，井系 统20包括具有一个或者更多个可移动部分72和一个或者更多个固定部分 74的部件(例如部件28)。牺牲保护元件38是临时元件76的形式，所述临 时元件76保护部件28防止在传输、送入孔内或者早期操作期间的早期致 动。临时元件76是相对于固定部分74临时阻挡可移动部分72的运动的可溶 解部件，由此保证仅在预定量的时间之后或者在其他触发机构己经开始溶 解临时元件76之后可获得井部件28的特定功能。 一旦溶解了牺牲保护元件 38 (该实施例中的临时元件76)，所述部件可以通过部分72、 74的相对运 动而致动，如图8中最佳所示。临时元件76可以用于替换例如当前用于在 传输、送入、或者操作的早期生产阶段临时将所述部件保持在位的剪应力 螺栓(shear shrew)或者其他机械锁定机构。
用于该井系统20中的特定的部件可以根据系统所使用的实际井应用 而变化。相似地，由牺牲保护元件38保护的特定的部件28、 30可以根据井 的应用而彼此不同。此外，元件38的特定配置和构造可以适于被覆盖或者被保护的特定部件、与给定井应用相关联的环境因素以及其他设计考虑。 无论如何，牺牲保护元件38设计有足够的材料厚度，以对部件提供保护， 防止由于在送入和初始启动过程期间所经历的冲击和其他井相关的特征 所导致的损坏和/或者保护在其用于井下之前防止部件的预先致动。
相应地，尽管在上面已经详细说明了本发明的仅仅一些实施例，但是 普通技术人员显然理解，在不背离本发明的教导的情况下可以进行许多修 改。这样的修改将包括在权利要求所限定的本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种将部件向井下布置到井眼中的方法，包括用可溶解材料保护井眼部件的密封元件，在向井下运动期间，所述可溶解材料能够保护所述密封元件；将所述井眼部件移入所述井眼；和将所述可溶解材料溶解在所述井眼之内以暴露所述密封元件。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述保护步骤包括将可溶解材料 的衬套放置在所述密封元件的周围。
3. 根据权利要求l所述的方法，还包括用涂层覆盖所述可溶解材料， 在特定的输入时所述涂层可降解。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中所述保护步骤包括将耐用衬套放 置在密封元件之上，并用可溶解材料临时将耐用衬套保持就位。
5. 根据权利要求l所述的方法，其中所述溶解步骤包括将井眼部件保 持在井眼流体中直到溶解。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中所述保护步骤包括在向井下运动 期间覆盖多个密封元件。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中所述保护步骤包括在向井下运动 期间覆盖封隔器元件。
8. 根据权利要求l所述的方法，其中所述保护步骤包括在向井下运动 期间覆盖杯型封隔器元件。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中所述溶解步骤包括在向井下运动 期间至少部分溶解所述可溶解材料。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中所述保护步骤包括定位所述可 溶解材料以在送入期间相对井眼壁滑动。
11. 一种保护将向井下移动的部件的方法，包括 选择在所需的时间段之后能够在井眼环境之内溶解的材料； 当所述井眼部件向井下移动时，将井眼部件用所述材料覆盖以保护所述井眼部件；和提供具有充分厚度的所述材料以防止在所述井眼部件和周围的井眼壁之间进行接触。
12. 根据权利要求ll所述的方法，还包括在覆盖的状态下将井眼部件 运送到井位；将所述井眼部件移动到所述井眼中，等待所述材料溶解；和 操作所述井眼部件。
13. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述覆盖步骤包括在井眼部件 之上施加所述材料，并将所述材料涂布成在充分的温度下可降解的层。
14. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述覆盖步骤包括在井眼部件 之上施加所述材料，并将所述材料涂布成在充分的压力下可降解的层。
15. 根据权利要求ll所述的方法，其中所述覆盖步骤包括在井眼部件 之上施加所述材料，并将所述材料涂布成当暴露给特定的介质时可降解的 层。
16. -种用于将部件布置到井眼中的系统，包括 井系统，具有应用于井眼中的部件；和覆盖件，所述覆盖件围绕所述部件定位以当送入所述井眼时保护所述 部件，所述覆盖件至少部分溶解在所述井眼之内以能够将所述覆盖件从所 述部件移除。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中所述部件包括密封部件。
18. 根据权利要求16所述的系统，其中所述部件包括封隔器。
19. 根据权利要求16所述的系统，其中所述部件用所述覆盖件包围。
20. 根据权利要求16所述的系统，其中所述覆盖件形成为设置在所述 部件周围的衬套。
21. 根据权利要求16所述的系统，其中所述覆盖件包括多层不同的材料。
22. 根据权利要求16所述的系统，其中所述覆盖件包括通过可溶解材 料与所述部件相邻地保持就位的耐用衬套。
23. --种方法，包括构造具有井部件的井设备柱，所述井部件具有多个部分，所述多个部分在所述井部件的致动期间可相对于彼此移动；和用可溶解元件临时阻挡所述多个部分的相对运动。
24. 根据权利要求23的方法，还包括将所述井设备柱送入井眼。
25. 根据权利要求24的方法，还包括将所述可溶解元件溶解在所述井眼中。
26. 根据权利要求23的方法，还包括将保护层施加到可溶解元件。
27. 根据权利要求25的方法，还包括在溶解所述可溶解元件之后致动 所述井部件。
全文摘要
提供了一种在传送、井下运动和/或者初始井下操作期间临时保护井系统的技术。牺牲材料形成为保护牺牲元件，所述保护牺牲元件设置成靠近易受损坏的井系统部件。所述保护牺牲元件在井眼之内的流体中至少部分地可溶解，以方便在经过所需的时间周期之后移除所述元件。一旦移除所述临时的保护牺牲元件，所述保护井系统部件完全可操作。
文档编号E21B23/00GK101538990SQ200810083048
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者唐纳德·W·罗斯, 艾夫斯·D·洛伦特兹 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司