減輕生產管中的洩漏的製作方法

2023-10-09 12:28:49 2

專利名稱：減輕生產管中的洩漏的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及結合地下井使用的設備和執行的操作，在以下描述的示例中，更具體而言，本發明為減輕生產管(production tubulars)中的洩漏而提供。
背景技術：
大多數國家規定了在產出油或產出氣(烴)時實施的安全措施的規章。這些規章典型地要求在外部環境與所產出的烴之間設置兩個隔離物，使得假使一個隔離物失效，則另一隔離物仍能防止烴洩漏到外部環境。第一隔離物典型地以閥的形式設置在地表。第二隔離物通常是封堵生產管與套在井筒中的套管之間的環狀空間的生產封隔器。
典型地，所產出的烴進入生產管的下端並流到地表。生產封隔器封堵產出油管與套管之間的環狀空間。然而，如果在封隔器之上的生產管中發生洩漏(例如由於不合格的管連接、侵蝕、腐蝕等)，那麼烴能夠經由環狀空間行進到地表。在此情形下，只有處於地表的隔離物(例如套管閥)可防止烴逃逸到周圍環境，這違反安全規章。在過去，這種情形是通過將油管收回到地表維修或更換(這樣做成本很高且費時)、通過修補油管來阻止洩漏或通過將可硬化物質注入到洩漏處以上的環狀空間而形成環狀的隔離物來補救。這些現有方法的每種方法都存在顯著缺陷。因此，應明白，減輕生產管的洩漏的技術需要改進。

發明內容
在以下內容中，提供了給減輕生產管的洩漏的領域帶來改進的系統和方法。以下描述了一個示例，其中將可膨脹封隔器互連在生產管柱中，但可膨脹封隔器不會發生膨脹而封堵環狀空間，除非並直到管柱的內部與環狀空間之間發生洩漏。以下描述了另一示例，其中可膨脹封隔器被互連在地表與傳統機械式或壓力坐封的封隔器之間的管柱中。在一個方面，本發明為本領域提供一種能夠包括延伸到地表位置的大體管狀的生產管柱的井系統。生產封隔器封堵了生產管柱外部的環狀空間。可膨脹封隔器被互連在生產封隔器與地表位置之間的生產管柱中。在另一方面，本發明提供一種減輕大體管狀的生產管柱中的洩漏的方法。該方法能夠包括將可膨脹封隔器互連在生產管柱中。該可膨脹封隔器響應於流體通過生產管柱的側壁的洩漏而膨脹，由此不斷增加地限制通過圍繞生產管柱的環狀空間的流動。在又一方面，提供一種減輕大體管狀的生產管柱中的洩漏的方法，該方法包括以下步驟將可膨脹封隔器互連在生產管柱中；以及可膨脹封隔器響應於烴從生產管柱的內部流入環狀空間而膨脹，由此不斷增加地限制通過圍繞生產管柱的環狀空間的流動。本領域普通技術人員在仔細考慮以下代表性示例的詳細描述和附圖之後，這些及其它特徵、優點和益處將變得顯而易見，附圖中相同的元件用相同的附圖標記表示。


圖I是能夠體現本發明的原理的井系統和相關的方法的示意性的局部剖視圖。圖2是圖I的井系統的一部分的示意性的局部剖視圖，其中可膨脹封隔器位於生產封隔器與地表位置之間。圖3是坐放了可膨脹封隔器的井系統的示意性的剖視圖。
具體實施例方式圖I中代表性地示出得益於本發明的原理的井系統10和相關的方法。在井系統10中，管狀生產管柱12安裝在井筒14中，流體16從與井筒相交的地層20 (經由生產管柱 的內部24)產出到地表位置18。地表位置18能夠是陸地、海底、浮動平臺、泥線(mudline)或接近地球表面的其它位置。井口和/或產出設施可布置在地表位置18。圖I中描繪的井筒14大體為豎向，並套有套管22。然而，在其它示例中，井筒14可未加套管或者為裸井，井筒可大體水平，相對於豎向傾斜等。儘管流體16被描繪為從一個位置進入生產管柱12的下端，但是在其它示例中，生產管柱可具有允許流體進入生產管柱的內部24的一個或多個閥或其它流動控制裝置，流體可在多個位置或區域等處被允許進入生產管柱的內部。因此，應清楚地理解，本文所描述並在附圖示出的井系統10僅僅是如何有益地利用本發明的原理的一個示例，但那些原理無論如何不限於井系統10的細節。相反，本發明的原理能夠應用於多種不同的井系統。在正常操作中，流體16從地層20產出，並經由生產管柱12的內部24流到地表位置18。然而，如果發生使流體16進入生產管柱12與井筒14之間的環狀空間26的洩漏，則流體可經由環狀空間流到地表位置18，這將違反地區或國家的安全規章。應注意，生產封隔器28 (諸如機械式或壓力坐封的封隔器等)通常用作壓力壁壘來防止流體16經由環狀空間26流到地表，但是如果洩漏發生在生產封隔器與地表之間的位置，則生產封隔器無法防止流體流入封隔器之上的環狀空間。洩漏可能由於各種原因發生。例如，生產管柱12的側壁30可能會因流體16和/或流體中的化學物質流經生產管柱而受到長期的侵蝕、氧化或腐蝕。在其它示例中，生產管柱12中的一個或多個螺接部會失效，由此使得生產管柱的內部與環狀空間26之間經由生產管柱的側壁30而流體相通。現在再參照圖2，圖2代表性地示出在體現本發明的原理的構造中的井系統10。在該構造中，可膨脹封隔器32被互連在生產封隔器28與地表位置18 (圖2中不可見，見圖I)之間的生產管柱12中。在生產封隔器28被坐放在井筒14中(例如通過機械式操縱生產管柱，或通過對生產封隔器施加壓力等)之後，流體16從地層20經由生產管柱的內部24而產出到地表位置
18。如果生產管柱12的內部24與環狀空間26未發生洩漏，那麼優選地，可膨脹封隔器32保持未坐封。然而，如果發生洩漏，那麼可膨脹封隔器32被坐封，由此防止(或至少減緩)流體16經由環狀空間26流到地表位置18。可膨脹封隔器32通過使封隔器的可膨脹材料34膨脹來進行坐放。可膨脹材料34在接觸預定的活化劑時膨脹。術語「膨脹」和類似的術語(例如「可膨脹」)在本文用來表示可膨脹材料的體積上的增大。典型地，該體積上的增大是由於活化劑的分子組成成分結合到可膨脹材料自身中，但如果需要的話，可使用其它膨脹機構或技術。應注意，儘管密封材料因膨脹而擴展，但是膨脹與擴展不同。例如,在一些傳統封隔器中，密封兀件可通過縱向擠壓密封兀件、或使密封兀件充氣而得以沿徑向向外擴展。在這些情況的每一種情況下，密封元件擴展但不增大製成密封元件的密封材料的體積。因此，在這些傳統封隔器中，密封元件擴展，但不會膨脹。引起可膨脹材料34膨脹的活化劑優選烴流體(例如油或氣)。在井系統10中，當流體16包括活化劑時，可膨脹材料34會膨脹，流體洩漏到環狀空間26中。已膨脹的材料34於是封堵環狀空間26，或者至少不斷增加地限制流體16通過環狀空間流動。本領域技術人員已知各種可膨脹材料，這些材料在接觸烴流體時會膨脹，所以這裡不列出這些材料的全面清單。可膨脹材料的部分清單可在美國專利US 3385367、US7059415 和 US 7143832 中以及國際申請 PCT/N02005/000170 (公開號為 WO 2005/116394)中找到，它們的全部內容以引用方式併入本文。因此，應清楚地理解，使用在接觸預定活化劑時膨脹的任何可膨脹材料都是符合本發明的原理的。活化劑不一定是烴，也可以替換為水、其它類型的氣體等。現在再參照圖3，其代表性示出了可膨脹材料34已經膨脹後的井系統10。可膨脹材料34能夠響應於包括活化劑的流體16洩漏到環狀空間26中而膨脹。因此，可膨脹封隔器32能夠在環狀空間26中保持不活動或未坐封，直到發生洩漏，在發生洩漏時，可膨脹材料34膨脹並封閉、或至少限制流體16通過環狀空間流動。可選地，或另外地，不管是否已經發生洩漏，或者不管流體16是否已經流入環狀空間26，都能夠將活化劑36放置成接觸可膨脹材料34。例如，活化劑36可從地表位置18或其它遠距離位置流入環狀空間26中，活化劑可從井下儲槽釋放，活化劑可初始包含在可 膨脹封隔器32中等。因此，本發明的原理不限於活化劑36的任何具體源頭。現在可完全理解本發明對於減輕生產管中的洩漏的領域提供了若干優點。在井系統10及相關的方法中，不需要將可硬化柱塞注入到環孔26中，不需要在生產管柱12中坐放補片，不需要將生產管柱收回到地表來維修或更換。以上內容為本領域提供一種能夠包括延伸到地表位置18的大體管狀的生產管柱12的井系統10。生產封隔器28封堵了生產管柱12外的環狀空間26。可膨脹封隔器32被互連在生產封隔器28與地表位置18之間的生產管柱12中。可膨脹封隔器32可響應於流體I 6通過生產管柱12的側壁30的洩漏而膨脹並不斷增加地限制通過環狀空間26的流動。可膨脹封隔器32可響應於烴從生產管柱12的內部14流入環狀空間26而膨脹並不斷增加地限制通過環狀空間26的流動。可膨脹封隔器32可包括響應於接觸活化劑36而增大體積的可膨脹材料34。活化劑36可包括烴或水。活化劑36可從遠距離位置流入環狀空間26。以上內容還描述了減輕大體管狀的生產管柱12中的洩漏的方法。該方法能夠包括將可膨脹封隔器32互連在生產管柱12中。可膨脹封隔器32響應於流體16通過生產管柱12的側壁30的洩漏而膨脹，並由此不斷增加地限制通過圍繞生產管柱12的環狀空間26的流動。膨脹步驟可響應於烴從生產管柱12的內部24流入環狀空間26而執行。膨脹步驟可僅在烴流經生產管柱12的內部24而執行。可膨脹封隔器32能夠包括響應於接觸活化劑36而增大體積的可膨脹材料34。互連步驟能夠包括將可膨脹封隔器32互連在生產封隔器28與地表位置18之間的生產管柱12中。減輕大體管狀的生產管柱12中的洩漏的另一方法能夠包括將可膨脹封隔器32互 連在生產管柱12中。可膨脹封隔器32響應於烴從生產管柱12的內部24流入環狀空間26而膨脹，並由此不斷增加地限制通過環狀空間26的流動。 該方法能夠包括機械式坐放生產封隔器28。該方法能夠包括通過對生產封隔器28施加壓力來坐放生產封隔器28。該方法能夠包括在烴流經生產管柱12的內部24之前坐放生產封隔器28。膨脹步驟可僅在烴流經生產管柱12的內部24之後執行。應理解，在不背離本發明的原理的情況下，上述各種示例可按照各種定向(例如傾斜、倒置、水平、豎向等)以及按照各種構造來加以利用。附圖所示的實施例僅作為本發明的原理的有效應用的示例來加以描繪和描述，本發明的原理不限於這些實施例的任何特定細節。在以上本發明的代表性示例的描述中，方向性的術語(例如「之上」、「之下」、「上」、「下」等)是為了便於參照附圖而使用的。通常，「之上」、「上」、「向上」和類似的術語指的是沿井筒朝向地球的表面的方向，而「之下」、「下」、「向下」和類似的術語指的是沿井筒遠離地球的表面的方向。當然，在仔細考慮以上代表性實施例的描述之後，本領域技術人員將容易理解，可對這些特定實施例進行多種更改、添加、替換、刪除和其它改變，並且這些改變處於本發明的原理的範圍內。因此，前述詳細的描述應被清楚理解為僅作為解釋和示例給出，本發明的精神和範圍僅由隨附權利要求書及其等效方案限制。
權利要求
1.一種井系統，包括 大體管狀的生產管柱，延伸到地表位置； 生產封隔器，封堵所述生產管柱外部的環狀空間；以及 可膨脹封隔器，被互連在所述生產封隔器與所述地表位置之間的所述生產管柱中。
2.如權利要求I所述的井系統，其中所述可膨脹封隔器響應於流體通過所述生產管柱的側壁的洩漏而膨 脹，並不斷增加地限制通過所述環狀空間的流動。
3.如權利要求I所述的井系統，其中所述可膨脹封隔器響應於烴從所述生產管柱的內部流入所述環狀空間而膨脹，並不斷增加地限制通過所述環狀空間的流動。
4.如權利要求I所述的井系統，其中所述可膨脹封隔器包括響應於接觸活化劑而增大體積的可膨脹材料。
5.如權利要求4所述的井系統，其中所述活化劑包括烴。
6.如權利要求4所述的井系統，其中所述活化劑包括水。
7.如權利要求4所述的井系統，其中所述活化劑從遠距離位置流入所述環狀空間。
8.一種減輕大體管狀的生產管柱中的洩漏的方法，所述方法包括 將可膨脹封隔器互連在所述生產管柱中；以及 所述可膨脹封隔器響應於流體通過所述生產管柱的側壁的洩漏而膨脹，並由此不斷增加地限制通過圍繞所述生產管柱的環狀空間的流動。
9.如權利要求8所述的方法，其中膨脹的步驟還響應於烴從所述生產管柱的內部流入所述環狀空間而執行。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述膨脹的步驟僅在烴流經所述生產管柱的內部之後才執行。
11.如權利要求8所述的方法，其中所述可膨脹封隔器包括響應於接觸活化劑而增大體積的可膨脹材料。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述活化劑包括烴。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述活化劑包括水。
14.如權利要求8所述的方法，其中互連的步驟還包括將所述可膨脹封隔器互連在生產封隔器與地表位置之間的所述生產管柱中。
15.—種減輕大體管狀的生產管柱中的洩漏的方法，所述方法包括 將可膨脹封隔器互連在所述生產管柱中；以及 所述可膨脹封隔器響應於烴從所述生產管柱的內部流入環狀空間而膨脹，並由此不斷增加地限制通過圍繞所述生產管柱的所述環狀空間的流動。
16.如權利要求15所述的方法，其中互連的步驟還包括將所述可膨脹封隔器互連在生產封隔器與地表位置之間的所述生產管柱中。
17.如權利要求16所述的方法，還包括機械式地坐放所述生產封隔器的步驟。
18.如權利要求16所述的方法，還包括通過對所述生產封隔器施加壓力來坐放所述生產封隔器的步驟。
19.如權利要求16所述的方法，還包括在烴流經所述生產管柱的內部之前坐放所述生產封隔器的步驟。
20.如權利要求15所述的方法，其中膨脹的步驟僅在烴流經所述生產管柱的內部之後執行。
全文摘要
一種井系統，包括延伸到地表位置的大體管狀的生產管柱。生產封隔器封堵生產管柱外部的環狀空間。可膨脹封隔器被互連在生產封隔器與地表位置之間的生產管柱中。一種減輕大體管狀的生產管柱中的洩漏的方法包括，將可膨脹封隔器互連在生產管柱中，以及可膨脹封隔器響應於流體通過生產管柱的側壁的洩漏而膨脹，並由此不斷增加地限制通過圍繞生產管柱的環狀空間的流動。另一方法包括將可膨脹封隔器互連在生產管柱中，以及可膨脹封隔器響應於烴從生產管柱的內部流入環狀空間而膨脹，並由此不斷增加地限制通過圍繞生產管柱的環狀空間的流動。
文檔編號E21B43/14GK102971484SQ201180032878
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月13日 優先權日2010年6月30日
發明者阿馬雷·A·梅布拉圖 申請人:哈利伯頓能源服務公司