在井孔中形成焊縫的方法
2023-05-11 09:02:56 1
專利名稱：在井孔中形成焊縫的方法
技術領域：
本發明涉及一種形成焊縫以將第一元件連接到第二元件上的方法。
就各種應用場合而言，希望提供一種在地層內的井孔中形成焊縫的方法，井孔包含一種井孔流體。例如，這樣的應用場合包括形成金屬對金屬的密封，從而給井孔部件提供結構的整體性或修補腐蝕損壞。不過，在井孔通常為高壓的情況下並不容易進行液體環境(井孔流體)下的焊接。一種類似的情況為例如在海上平臺上進行的水下焊接，從而使該焊接可行的深度受到水位的流體靜壓力的限制。
本發明的目的在於提供一種形成焊縫以使第一元件連接到第二元件上的方法，所述元件被布置在包含一種井孔流體的井孔中。
本發明的方法包括a)選擇一條焊接路徑，沿著該焊接路徑將形成焊縫；b)選擇該井孔的一個容積部分，所述路徑位於該容積部分中，並且使所述選擇的容積部分與井孔容積的剩餘部分相隔離；c)提供壓力控制裝置，用來控制所述選擇的容積部分中的流體壓力；d)操縱該壓力控制裝置，以便將所述選擇的容積部分中的流體壓力減小到可形成焊縫的所選壓力；並且e)沿著所選的焊接路徑形成焊縫。
通過使在其中將形成焊縫的容積部分與井孔的剩餘部分相隔離，並隨後減小該容積部分中的壓力，使得流體壓力不再防止焊縫的形成。
適宜的是，第一元件是一上井孔殼體，而第二元件是一下井孔殼體，該下井孔殼體具有伸入該上井孔殼體的下部的上部。這樣一來，就獲得了金屬對金屬密封的殼體，從而允許高壓下的氣體通過井孔殼體產生，而不是通過貫穿井孔殼體的常見生產管。
在一個優選實施例中，所述上部的外徑大體上與所述下部的內徑相等，並且步驟e)包括將下殼體的上邊緣焊接到上殼體上。
在又一優選實施例中，所述上部的外徑小於下部的內徑，其中，該方法還包括將一填充管(filler tube)插入所述上部和所述下部之間的環形空間，並且，步驟e)包括將下殼體的上邊緣焊接到填充管上，而將填充管的上邊緣焊接到上殼體上。
為了允許高壓氣體從一個多邊井孔系統中產生，適宜的是，該井孔是一個帶有分支井孔的主井孔，所述第一元件為分支殼體元件的分支，其將貫穿主井孔的一主殼體連接到貫穿分支井孔的一分支殼體上，所述第二元件為該分支殼體。
下面將參照附圖通過示例對本發明進行詳細描述，其中
圖1示意性地示出了與本發明方法的第一實施例結合使用的系統的縱向橫截面；圖2示意性地示出了與本發明方法的第二實施例結合使用的系統的縱向橫截面；圖3示意性地示出了圖2的細部A。
圖中相同的參考標號代表相同的部件。
圖1所示的系統包括一個形成在地層(earth formation)3中的井孔1，該井孔具有一個第一元件和一個第二元件，第一元件的形式為在井孔1的上部1a中延伸的上井孔殼體5，第二元件的形式為在井孔1的下部1b中延伸的下井孔殼體7。下殼體7的外徑大體上與上殼體5的內徑相等，並且下殼體7部分地延伸到上殼體5中。水泥層9布置在一邊的兩殼體和另一邊的井孔壁之間的環形空隙中。
一個焊接系統10布置在井孔1中，該焊接系統包括一個可徑向膨脹的上密墊(packer)12和一個可徑向膨脹的下密墊16，上密墊12布置在下殼體7的上邊緣14上方的上殼體5中，下密墊16布置在下殼體7中。密墊12、16通過一個在其壁中設有許多開口20的管狀元件18相互連接。每個密墊12、16在內部設有一個可收縮記憶金屬元件(未示出)和一個電動加熱線圈(未示出)，該記憶金屬元件用來徑向地使密墊頂靠著相應的殼體5、7膨脹，該電動加熱線圈用來啟動該記憶金屬元件。密墊12、16設有合適的密封件21，用來密封頂靠著相應的殼體5、7位於其膨脹位置上的密墊12、16。
上密墊12在內部設有一個遠程控制的焊接單元22(虛線所示)，該焊接單元22具有電焊極或焊條24和一管子25。焊條24和管子25可在收縮位置和延伸位置之間移動。在收縮位置上，焊條24和管子25位於一個布置在上密墊12內的腔室(未示出)中，該腔室被一個配合在相對應的環形凹槽28(虛線所示)內的可拆卸環形密封件26密封，該環形凹槽28在面向下密墊16的側面位於上密墊12中。環形密封件26可通過一螺線管(未示出)的操作從上密墊上取下，該螺線管能使密封件從密墊12上下落。在圖1中，環形密封件已從上密墊12上取下。在延伸位置上，焊條24和管子25穿過環形凹槽28進入一個被密墊12、16和殼體5、7封閉的空間限定的井孔1的容積部分30。焊接單元還設有這樣的裝置(未示出)，即其可以沿著由下殼體7的上邊緣14和上殼體5的內表面形成的拐角在圓周方向上使焊條24和管子25移動。
管狀導管33在上密墊12處與焊接單元10相連，並通過井孔1延伸到地面上的一個控制單元(未示出)，該導管33與管狀元件18的內部流體連通，並設有一個位於地面上的控制閥(未示出)，該控制閥在打開位置使導管33與大氣流體相通。
電纜34通過管狀導管33從控制單元延伸到焊接系統10，並從焊接系統10延伸到加熱線圈乃至螺線管。纖維光纜35通過管狀導管33從一個地面上的監控單元(未示出)延伸到焊接系統10，並從焊接系統10伸入管子25，以便給該監控單元提供光信號。
控制單元適於通過電纜34選擇性地向焊接系統10、加熱線圈、螺線管和攝影機提供電力和/或電控信號。
排出管36從下密墊16貫穿管狀元件18和上密墊12，該排出管使容積部分30和焊接單元10上方的井孔1的內部之間形成流體連通。止回閥38防止流體從排出管36流入容積部分30。
在第一實施例中使用的系統的正常操作期間，井孔1包含一種選定密度的井孔流體。焊條24位於其收縮位置上，而環形密封件位於環形凹槽28中，以便密封焊條使之與井孔流體隔離。焊接系統10掛在管狀導管33上並通過井孔下降到圖1所示的位置，從而使下殼體7的上邊緣14位於密墊12、16之間。電力通過電纜34由控制單元提供給加熱線圈，從而加熱線圈將熱量提供給記憶金屬元件。一旦到達其轉變溫度，該記憶金屬元件便收縮，從而使密墊12、16徑向膨脹，其中密墊12、16以密封的方式與相應的殼體5、7相接合。
關閉地面上的控制閥，通過管狀導管33從地面上泵送被壓縮的惰性氣體例如氮氣，並通過管狀元件18和開口20泵送到容積部分30中。通過將氣體泵送到容積部分30中，井孔流體便通過排出管從容積部分30被排入焊接單元10上方的井孔1的內部。當壓縮氣體大體上已將所有的井孔流體從容積部分30排空時，停止泵送。接著打開控制閥，以釋放容積部分30和管狀導管33中的氣壓，從而將氣壓減至與大氣壓相當。止回閥36防止井孔流體從排出管36回流到容積部分30中。
促發控制單元以給螺線管提供電力，從而使螺線管引起環形密封件26從上密墊12下落到下密墊16上(如圖1所示)。促發控制單元以給焊接系統10提供電力和電控信號，從而使焊條24位於其延伸位置，焊條的頂端在延伸位置接近下殼體7的上邊緣14。接著控制單元使焊條24沿著由下殼體7的上邊緣14和上殼體5的內表面形成的拐角形成一個沿圓周方向延伸的焊縫。該焊縫使下殼體7與上殼體5相密封。在焊接操作中，攝影機由控制單元操作，以便監控地面上的焊接操作。
當焊接操作完成時，通過從井孔1收回管狀導管33而將焊接系統10收回到地面上。
圖2示出了用在第二實施例中的系統，該系統包括一個布置在帶有一分支井孔(未示出)的主井孔(未示出)中的分支殼體元件40，該分支殼體元件40位於兩個井孔的分支點，並使一個貫穿主井孔的主殼體42與一個伸入分支井孔的分支殼體44相連。分支殼體44具有一個伸入分支殼體元件40的分支48的上部46，該上部的外徑小於分支48的內徑，其中一個填充管50布置在所述上部46和所述分支48之間的環形空間中。通過採用本發明的方法，將分支殼體44的上邊緣焊接到填充管50上，而將填充管50的上邊緣焊接到分支48上。
參見圖3，相同的標號用來代表圖1所示的相同部件，因此，參照圖1來對圖3中這樣的部件進行說明。圖3所示的實施例與圖1的實施例的區別在於第一元件由分支殼體44形成，而第二元件由分支殼體44形成。上部46的外徑小於分支48的內徑。
第二實施例系統的正常操作在很大程度上與第一實施例系統的正常操作相似，除了利用焊接系統10通過焊縫52使分支殼體44的上邊緣焊接到填充管50上，以及利用焊接系統10通過焊縫54使填充管50的上邊緣焊接到分支48上。
如果在分支殼體46運行到分支井孔中期間，分支殼體在到達計劃深度之前卡在分支井孔中，那麼本發明方法的第二實施例是特別有益的。接著，分支殼體46被切割到這樣的程度，即分支殼體的上部46仍然處於分支48中，此後安裝填充管50，並利用焊接系統10形成焊縫52、54。從井孔中取出分支殼體被切割的上部。
權利要求
1.一種在一包含一種井孔流體的井孔中設置的元件上形成焊縫的方法，該方法包括a)選擇一條焊接路徑，沿著該路徑將要形成焊縫；b)選擇該井孔的一個容積部分，所述路徑位於該容積部分中，並且使所述選擇的容積部分與井孔容積的剩餘部分相隔離；c)提供壓力控制裝置，用來控制所述選擇的容積部分中的流體壓力；d)操縱該壓力控制裝置，以便將所述選擇的容積部分中的流體壓力減小到可形成焊縫的所選的壓力；並且e)沿著所選的焊接路徑形成焊縫。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟b)包括在該井孔內安裝第一密墊和第二密墊，所述選擇的容積部分位於該密墊之間。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，該第一密墊設有一個遠程控制的焊接單元，用來形成所述焊縫。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，該焊接單元具有至少一個通過可拆卸的密封裝置與所選的容積部分相隔離的焊條。
5.如權利要求1-4中任何一項所述的方法，其特徵在於，所述元件是第一元件，所述焊縫使該第一元件連接到井孔中的第二元件上。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，該第一元件是一個上井孔殼體，而該第二元件是一個下井孔殼體，該下井孔殼體的上部伸入該上井孔殼體的下部。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述上部的外徑基本上與所述下部的內徑相等，步驟e)包括將該下殼體的上邊緣焊接到該上殼體上。
8.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述上部的外徑小於該下部的內徑，並且，該方法還包括將一個填充管插入所述上部和所述下部之間的環形空間中，並且，步驟e)包括將該下殼體的上邊緣焊接到該填充管上，並將該填充管的上邊緣焊接到該上殼體上。
9.如權利要求5-8中任何一項所述的方法，其特徵在於，該井孔是一個帶有分支井孔的主井孔，所述第一元件是一分支殼體元件的分支，其將貫穿該主井孔的主殼體連接到一個貫穿該分支井孔的分支殼體上，所述第二元件為該分支殼體。
10.如權利要求1-9中任何一項所述的方法，其特徵在於，該壓力控制裝置包括一根設有一控制閥並與所述選擇的容積部分流體相通的導管，該導管通過井孔延伸到地面，並且，步驟c)包括打開該控制閥，以便允許所述選擇的容積部分中的流體壓力減小。
11.如權利要求1-10中任何一項所述的方法，還包括設置流體排空裝置，用來從所述選擇的容積部分排空鑽井流體，並且在步驟d)之前操縱該流體排空裝置，以便從所選的容積部分排空井孔流體。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，該流體排空裝置包括一個排出管，該排出管使所選的容積部分和井孔容積的剩餘部分之間流體相通，並且，排空井孔流體的步驟包括引導所選的氣體流入所選的容積部分，以便通過該排出管使井孔流體從所選的容積部分流入井孔容積的剩餘部分。
13.如引用權利要求10的權利要求12所述的方法，其特徵在於，使所選的氣體通過所述導管流入所述容積部分。
14.如權利要求12或13所述的方法，其特徵在於，該排出管設有一個止回閥，該止回閥防止井孔流體從井孔容積的剩餘部分流入所選的容積部分。
15.上面參照附圖進行充分描述的方法。
全文摘要
一種形成焊縫以將第一元件連接到第二元件上的方法,所述元件被布置在一個包含一種井孔流體的井孔(1)中。該方法包括沿著要形成的焊縫選擇一條焊接路徑,選擇井孔的一個容積部分,所述路徑位於該容積部分中,並且使所述選擇的容積部分與井孔容積的剩餘部分相隔離,並提供壓力控制裝置(12、16),用來控制所述選擇的容積部分中的流體壓力。接著操縱該壓力控制裝置,以便將所述選擇的容積部分中的流體壓力減小到可形成焊縫的所選的壓力,並且沿著所選的焊接路徑形成焊縫。
文檔編號E21B41/00GK1365418SQ00810871
公開日2002年8月21日 申請日期2000年7月25日 優先權日1999年7月27日
發明者威廉默斯·許貝特斯·保羅斯·瑪麗亞·海傑寧, 久爾瑞·漢斯·茲斯林 申請人:國際殼牌研究有限公司