井下聚合物堵塞器和襯裡及其應用方法
2023-06-28 05:56:26 1
專利名稱：井下聚合物堵塞器和襯裡及其應用方法
技術領域：
本發明涉及井筒，更具體地說，涉及用於選擇性地將若干區域如井筒內生產層隔離開的方法和設備。
背景技術：
在鑽完井並且套管被水泥凝固到井中之後，套管的一個或多個分段被穿孔。這些穿孔可供從地層中一個或多個地下生產層處流入流體。然後將生產管插入並安裝到井中，以將流體從生產層輸送到地面。
有時，在井的開採期限中，在套管一個特定的分段中的穿孔可能開始接受一個不能接受程度的汙染物。例如，在油井情況下，不能接受程度的水或砂子可能從一個或多個生產層進入井筒中。因此那些產生過量水或砂的生產層必需被封堵或用別的方法密封，以防止水或砂繼續進入井筒。在某些情況下，封堵的井仍產生來自其它生產層中的流體，而在另一些情況下，井中所有的生產停止。
通常用來密封不想要的層的一種技術包括在套管的內表面上形成一種水泥堵塞器或加襯。這種技術通常要求從井口取出生產管，接著插入一個臨時封隔器，以便隔離開不想要的層。然後將水泥向下澆注到井筒中封隔器頂部上，並在固化之後，形成所希望的堵塞器，以便密封不想要的層中的穿孔。為了恢復井下層中的生產，水泥堵塞器的中心必需鑽孔。然而，用水泥密封不想要的層常常證明不能令人滿意，因為水泥往往會開裂並讓水滲漏到生產區中。此外，取出和再安裝生產管需要大量時間、勞力和費用。
在由Song等人(「Song」)所提出的美國專利No.5,833,001中公開了另一種先有技術用於密封井筒套管的多個部分的技術。Song公開了一種可膨脹的井下裝置，所述可膨脹的井下裝置將一種複合套筒安裝在一特定深度處一個損壞的套管內表面上。在可膨脹裝置的外側設置未固化的複合材料，所述複合材料包括一個環氧樹脂層，所述環氧樹脂層具有樹脂和固化劑的一種混合物，上述混合物被一個密封膜包圍。然後將上述裝置穿過生產管下放到所希望的深度。一旦到達這個深度處，裝置就將膨脹，以使複合材料壓住套管的內徑。然後在壓力下將複合材料加熱，以便形成一個隔離損壞的套管中的穿孔的密封襯裡。
當現有套管柱已損壞或嚴重腐蝕時，也用可膨脹的鋼套管來恢復井筒完整性。在套管兩側有很高差壓及需要高強度襯裡的地方，這些類型的鋼套管提供某些優點。然而套管不能承受井筒直徑的改變，並且在應用期間可能被卡住。使用這些鋼套管可能包括相當大的勞動力和昂貴費用，因為在可膨脹的鋼套管和安裝設備可以下到井下之前，必需將生產管從井中拉出。
在井受到不可維修的損壞或已達到它的使用壽命的終點時，在封堵井的已知方法中也存在一些缺陷。在井報廢之前，為了安全和環境保護的目的，州和聯邦政府的法規通常要求將井封堵。通常，井是通過簡單地將水泥泵送到井中並令其固化來進行封堵。然而，象水泥襯裡這樣的水泥堵塞器已知會產生裂紋，並使流體能穿過堵塞器滲漏。
在另一個先有技術方法中還用膨潤土來封堵報廢的井。在這些情況下，將水向下注入井筒中。接著將吸水的膨潤土丸與交替的礫石層一起沿井筒而下。膨潤土丸用水進行水合，這樣使膨潤土膨脹並因此密封井。然而，膨潤土丸的水合作用常常不能控制。例如，當膨潤土丸沿井筒而下時，它們可能粘附到套管或其它設備的側面，並過早水合，因此封堵了井筒並妨礙井的有效密封。
已經採用可膨脹的線繩堵塞器來在井筒中隔離若干間隔，而不必拉出生產管。在不做另外的通道來將水泥傾倒在堵塞器頂部上的情況下，可膨脹的線繩堵塞器不能承受高的壓力。所用的可膨脹的封隔器還要求基本上為金屬的加強件，以便承受甚至低的壓差。如果需要重新進入封隔器下方的間隔，則這使封隔器難以取出或磨碎堵塞器。
因此，需要有一種方法和設備，所述方法和設備可用於修理或封堵一個井筒而不必取出生產管，並且沒有與常規方法和設備相關的缺點。
發明內容
本發明針對一種密封井筒內表面的方法，所述方法包括以下步驟提供一種構件，所述構件具有一帶徑向尺寸和軸向尺寸的預先選定的形狀，上述構件由一種材料構成，貯存的能量被賦予在所述材料中，並隨後至少部分地恢復；使上述構件經受力的作用，所述力使所述徑向尺寸減小和所述軸向尺寸增加，同時將貯存的能量賦予在所述構件中；將所述構件下放到井筒中到一個所希望的位置；及使所述構件經受井筒中在所述希望的位置處條件的作用，以至少部分釋放所述貯存的能量，並使所述構件膨脹以在所希望的位置處密封地接合井筒的內表面。
一方面，本發明針對一種封堵井筒內一個所希望的位置或給上述所希望的位置加襯的方法，所述方法通過減小一種聚合物構件的直徑並因此在所述聚合物構件中產生貯存的能量，然後將構件下放到井筒內所希望的位置，並使構件中貯存的能量減少，以使構件直徑膨脹足夠的量，在所希望的位置處堵塞井筒或給井筒加襯。
在另一方面，本發明涉及一種由聚合物形成的構件，上述聚合物具有(i)良好的長期熱穩定性，以使該構件能在整個預定的使用壽命內保持實體完整性；(ii)良好的化學穩定性，以使其能吸收原油、氣體、或其它井下物質而不脆化；(iii)高可變形性，在產生形狀記憶期間不斷裂；及(iv)在加入熱量或一種溶劑時可快速恢復形狀記憶，上述熱量或溶劑能減少構件中所引起的塑性應變。
更具體地說，本發明針對一種密封井筒內表面的方法，上述方法包括以下步驟提供一種具有一預先選定的形狀的構件，所述構件具有一徑向尺寸和一軸向尺寸，所述構件用一種材料構成，貯存的能量可以被賦予到所述材料中和隨後至少部分地釋放；使所述構件經受一些力的作用，所述力使所述徑向尺寸減小和軸向尺寸增加，同時把貯存的能量賦予在所述構件中；將所述構件下放到井筒中一所希望的位置；及使所述構件經受井筒中所述希望的位置處條件的作用，以引起至少部分地釋放所述貯存的能量，並使所述構件膨脹以在所希望的位置處密封地接合井筒的內表面。
下面參照附圖詳細說明本發明，其中圖1是在減小本發明的聚合物構件直徑時可用的一種滾軋機正視圖；圖2是在圖1所示滾軋機中所用的第一組輥正視圖；圖3是在圖1所示滾軋機中所用的第二組輥正視圖；圖4是本發明的一種聚合物構件在拉伸前的正視圖；圖5是井筒局部正視圖，示出本發明的一種形狀記憶聚合物構件穿過生產管下放，以引入到井筒內所希望的位置中；圖6是在恢復聚合物構件中至少一部分塑性應變後，形狀記憶聚合物構件膨脹之後所產生的井筒堵塞器的局部正視圖；及圖7是本發明一個可供選擇的實施例局部正視圖，其中已經採用一種形狀記憶聚合物構件來在井筒中形成一個襯裡，以便密封在井筒選定區域處的穿孔。
具體實施例方式
熱塑性聚合物在變形時可貯存大量機械能。當這種能量釋放時，聚合物的塑性應變得以恢復，聚合物將返回它的原始形狀。
塑性應變恢復是一種動力學過程，所述動力學過程一般隨著溫度增加而更快進行。對於一些無定形聚合物，象聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯，在高於其玻璃化轉變溫度(Tg)的溫度下恢復很快。對一些半結晶聚合物，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)，在接近它們熔點的溫度下恢復很快。塑性應變的恢復也可以通過將聚合物曝露於某些溶劑中得到。
本發明利用一些特定聚合物的塑性應變恢復性能來封堵井筒中一個特定層或位置或給所述特定層或位置加襯。方法包括提供一種聚合物構件，所述聚合物構件優選的是呈一種杆或套筒形式，聚合物構件具有一個初始外徑，所述初始外徑大於井筒的內徑，或者如果存在套管的話，大於井筒中套管的內徑。然後將聚合物構件進行處理以減小其直徑而同時貯存一部分機械能，所述機械能在恢復塑性應變時能使聚合物構件直徑擴大。聚合物構件的這種處理可以採取各種不同形式，如通過使聚合物構件經過滾軋機壓縮該構件，或是通過將聚合物構件拉伸以便減小它的直徑。使聚合物構件的直徑減小到這種程度，以便可以將構件在一個鋼絲繩或盤管上下放到井筒中。例如，如果存在生產管，則聚合物構件的外徑必須至少稍小於生產管的內徑。一旦構件下放到井筒中所希望的位置，則使塑性應變至少恢復一部分，以使聚合物構件直徑擴大，並壓靠在井筒或套管的內表面。
井筒中聚合物構件的膨脹在一個實施例中是通過使構件變熱來完成。僅僅靠實際存在的井筒溫度就常常是以恢復聚合物構件中的塑性應變，使構件在一預定時間階段內膨脹，以足夠的力密封井筒或套管，來承受井筒內的壓差。如果需要或希望的話，可以使用一個附加的或獨立的熱源來使或加速塑性應變的恢復。在另一個實施例中，可以使用溶劑來恢復塑性應變。
由於聚合物構件的初始直徑大於井筒或套管的直徑，所以一旦塑性應變充分恢復，聚合物構件就將壓靠在井筒或套管的內表面。在實心杆或圓柱體情況下，聚合物構件將堵塞住井。在管狀襯裡情況下，聚合物構件將在井筒或套管的內表面上加襯，以便堵塞在那個位置處的穿孔，但允許流體如碳氫化合物從構件下面向上穿過構件敞開的中心流向生產管。因此襯裡能把不想要的層從所希望的生產層隔離，可以用堵塞器來密封井筒，以便堵塞油井中全部或選定的生產部分。
確定構件的尺寸對用於封堵操作的實心杆構件或是用於層隔離應用的套筒構件來說，膨脹後的聚合物構件都將對井筒或套管傳遞足夠的力，以便提供合適的壓力密封。對一具體聚合物的密封壓力可以按下面方法用實驗確定。
首先，通過將一個應變儀連接到一根不鏽鋼管的外徑上，然後用一個應變儀信號調節器來測量環向應變，以構成一個密封壓力傳感器。
接著，使聚合物構件變形到一個減小的直徑，以便產生塑性應變，然後插入鋼管中並加熱。加熱使聚合物構件隨著塑性應變恢復而膨脹。當聚合物構件膨脹並觸及鋼管內徑時，讀取環向應變讀數。利用下面的分析方程可以從環向應變讀數得到施加在鋼管內表面上的密封壓力。
P＝(E∈/2)[(b2-a2)/(1-v)a2]式中P＝密封壓力；∈＝環向應變；E＝鋼管模量(對不鏽鋼來說為29msi)；a＝鋼管內半徑；b＝鋼管外半徑；及v＝泊松比(對鋼來說為0.33)。
最後，鋼管環向應變將增加達到一個平臺。在達到該平臺之後，可以保持密封壓力而沒有任何鬆弛的跡象。所得到的平臺密封壓力將隨著聚合物類型不同而改變。在確定了平臺密封壓力之後，可用它來確定聚合物構件的合適長度。
用於堵塞井筒的聚合物構件長度可以用下面公式計算L＝DP/(48Sμ)式中L＝堵塞器長度，英尺(0.3048m)；D＝套管內徑，英寸(2.54cm)；P＝壓差，psi；S＝密封壓力，psi(對Hylar FX為200psi(13.79巴))；及μ＝摩擦係數(對聚合物鋼為0.3)。
表1示出對不同井下壓力使用Hylar FX聚合物計算的堵塞器長度及套管內徑。
表1 計算的貫通管Hylar FX堵塞器長度
除了Hylar FX之外，其它材料也可以使用，如後面所述。無論如何，倘若那種聚合物的密封壓力和摩擦係數已知，就可以用上面方程來計算聚合物堵塞器長度。
選擇聚合物為了有效地在本發明的方法中使用，對聚合物構件所選定的聚合物應具有下列基本特性。首先，聚合物應具有長期熱穩定性，以便在預定的使用壽命期間，聚合物能保持它的實體完整性而沒有鏈斷裂。其次，聚合物應具有良好的化學穩定性。因此，它能吸收原油、氣體、和井下化學物質而不脆化或顯著品質退化。第三，聚合物應能承受顯著的拉伸。它應能在不斷裂情況下將拉伸到它的原始長度300和800％之間。最後，在聚合物中所產生的塑性應變在井筒溫度100-450(37.78-204.4℃)下應能在不到3小時內恢復。
現已發現，下列聚合物在特定情況下滿足上述四點需求。井筒溫度和壓差將決定對一特定的應用應當選定哪種聚合物。市場上可得到的聚合物的一些例子列在下表II中。
表II 形狀記憶聚合物的一些例子
尺寸縮小比＝變形之前直徑/變形之後直徑熱恢復比＝恢復後的直徑/變形之前的直徑膨脹比＝恢復後的直徑/變形之後的直徑＝尺寸縮小比×熱恢復比無定形熱塑性聚合物可以完全恢復在它們之中所形成的任何塑性應變。在半結晶熱塑性聚合物中的塑性應變也可恢復，只要它的結晶度比較低及它具有纏繞分子形態。某些均聚物可以與另外的共聚用單體進行共聚合，以便降低結晶度和增加伸長率。某些高延性聚合物也潛在地可用於本發明。然而，重要的是，應該注意，除了本文具體說明的聚合物之外，許多聚合物或其中可產生形狀記憶的其它材料也可以用，並且仍屬於本發明的範圍之內。
在本發明中使用聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)已證明是有效的。PVDF是一種具有交替的CH2和CF2基團的含氟聚合物，並且有優良的化學穩定性(chemical resistance)。
可在本發明中使用的一種PVDF聚合物的具體例子是Hylar FX聚合物，所述Hylar FX聚合物是從新澤西州，Thorofare的SolvaySolexis公司(「Solvay」)購買的商品。Hylar FX具有低結晶度和高延性。Solef PVDF-21508/0003是另一種由Solvay供應的可以使用的PVDF共聚物。
適用聚合物的另一個例子是Hylar ECCFE聚合物，所述HylarECCFE是一種由Solvay供應的乙烯和三氟氯乙烯的交替共聚物。Hylar ECTFE聚合物具有用化學方法接合到鋼襯底上的附加優點。Hylar XPH 353是一種也由Solvay供應的三元共聚物，所述HylarXPH 353具有低結晶度和高斷裂拉伸度。
底密度聚乙烯聚合物(LDPE)是適合在本發明中使用的聚合物另一個例子。LDPE聚合物以許多形式生產，每種形式都由於結構變化而產生不同的性能。LDPE聚合物的基本結構單元是乙烯(-CH2-)nn單體。結晶相的密度為1.014g/cc，而無定形相的密度為0.84g/cc。聚乙烯密度越低，則聚合物中無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)、結晶度、和熔點(108-115℃)的短鏈和長鏈分支。它的分支鏈長度為200-300個碳。每個聚乙烯分子鏈的長鏈分支數為3-7。
另一種形狀記憶聚合物是線性低密度聚乙烯聚合物(LLDPE)。LLDPE是通過使乙烯與α-烯烴共聚合來生產，並具有密度為0.910-0.925g/cm和熔點(125℃)。它含有短鏈分支，並且它的塑性應變可以恢復。有許多LLDPE供應商和產品。例如ATTANE 4201是一種由位於Michigan州Midland的Dow Chemical公司(「Dow」)供應的乙烯和辛烷的共聚物。ATTNE 4201具有的密度為0.9120g/cc，該密度低於LDPE聚合物的密度，並分類為超低密度聚乙烯。
聚烯烴彈性體是合適形狀記憶聚合物的另一個例子。AFFINITYPF 1140是一種具有很低密度0.8965g/cc的乙烯-α-烯烴共聚物，它由Dow公司供應。
交聯聚乙烯聚合物(XPE)是供井下應用的另一種形狀記憶聚合物。XPE可以即使在高於其結晶相熔點時也可保持一定量的熔體強度。它對井下環境具有優良的化學穩定性。XPE杆或襯裡可以通過在其結晶相熔點附近拉伸來減少它的直徑。當XPE材料在張力載荷下冷卻至室溫時，它的經過拉伸的分子形態可以凍結。變形的分子結構由剛性結晶相鎖定。在再加熱到它的熔化溫度時，變形的分子結構可以彈回到它的原始形狀。
聚乙烯可以通過至少三種方法交聯。首先，交聯可以通過β射線輻照進行。β射線輻照使聚乙烯暴露於高能電子下，這使聚乙烯當以薄的分段使用時最合適。其次，在製造期間擠塑過程中，可以將過氧化物與聚乙烯混合。在擠塑期間的升高的溫度使過氧化物分子斷裂，同時產生自由基團。然後這些自由基團對將組合和交聯兩個鏈。第三種可用的方法是將一種反應性矽烷分子接枝到聚乙烯主鏈上。這三種方法中任一種方法都將有效地交聯聚乙烯。
在實踐本發明時待用於特定井下應用的優選聚合物的選擇，可以通過確定特定的井下性能如井筒溫度和化學環境來進行。例如，如果在所希望位置處井筒溫度為280(121.1℃)，則可以使用Hylar FXPVDF聚合物，因為上述聚合具有熱恢復溫度為270(132.2℃)和熔化溫度為285(140.6℃)，上述熱恢復溫度低於井筒溫度，而上述熔化溫度高於井筒溫度。結果，聚合物構件在不熔化的情況下膨脹，來恢復它的形狀記憶。
可用來恢復塑性應變的合適溶劑包括用於PVDF聚合物的甲基乙基酮、四氫呋喃、及β-丁內酯和用於Affinity EG 8100塑性體的環己醇。
在聚合物構件中產生塑性應變一旦選定了合適尺寸和類型的形狀記憶聚合物構件，就可以用至少兩種不同的方法-壓縮使上述構件減小或者通過張力拉伸，來使聚合物構件變形。
在圖1中示出一種壓縮聚合物構件時所用的手動滾軋機10。滾軋機10具有一個手動曲柄臂11，所述曲柄臂11用來手動驅動一對輥12。當從一個剖視平面觀察時，所述一對輥12相互反時針旋轉。儘管所示的輥12是手動驅動，但可供選擇地，它們可以用一個電機驅動。這種電動裝置的一個例子在Tanaka所提出的美國專利No.4,380,916中公開。然而，其它種類的滾軋裝置也可以用，並仍然屬於本發明的範圍之內。
圖2示出一對輥12的詳細情況。一個上輥16和一個下輥18各具有多個設置於其上的溝槽。輥16上的溝槽31-36分別與輥18上的溝槽41-46相對應。在操作時，輥16和輥18相互接近，因此在這些溝槽之間形成多個成橢圓形的孔隙。這些孔隙使聚合物構件能穿過它們。所形成的孔隙具有逐漸變小的尺寸，因此穿過它們的材料直徑被逐漸變小。正如從圖2中可以看到的，下一個孔隙的尺寸總是小於前一個孔隙的尺寸。更具體地說。聚合物構件首先穿過由溝槽31和41所限定的孔隙，以便使它的直徑減小到預先選定的值。接著聚合物構件穿過由溝槽32和42所限定的孔隙，以使它的直徑減小另一個增量。接下來，使聚合物構件穿過由溝槽33和43所限定的孔隙，由溝槽33和43限定一個的孔隙小於由溝槽32和42所限定的孔隙。同樣，使聚合物構件穿過溝槽34和44，然後是35和45，及最後是36和46進行軋制。由於用滾軋機10進行的這種加工，聚合物構件受遞增壓縮並且直徑減小，在聚合物構件中產生貯存的能量，所述貯存的能量可以在預先選定的條件下恢復，以便使聚合物構件膨脹。
如果僅有一對輥16和18，如圖2中所示出的那些，不足以充分減小聚合物構件的直徑，則使用一附加的輥裝置，如圖3中所示。參見圖3，利用第二對輥14來更進一步減小聚合物構件的直徑。第二對輥14與第一對輥12以相同的方式工作。在第二對輥14中的一個頂部輥60和一個底部輥62各包括多個溝槽。對於輥60，溝槽66-73是從最大到最小編號。同樣，輥62上的溝槽76-83也是從最大到最小編號。同樣，象第一對輥12那樣，第二對輥14保持相互接近的間隙，以便在兩個輥之間限定多個橢圓形孔隙。另外，象第一對輥一樣，聚合物構件連續地貫穿不斷變小的孔隙，直至得到所希望的直徑。
下面表III示出用於縮小比例模型的軋機10的橢圓形溝槽尺寸。
表III 用於橢圓形溝槽的尺寸
商業應用中使用的滾軋機通常具有比表III所示的大得多的尺寸，然而上述尺寸的相對大小可以保持相同。較大軋機的尺寸可以通過用一個特定的係數簡單地乘以上述所提供的所有尺寸很容易確定。例如，乘以10形成一種軋機，所述軋機具有第一溝槽尺寸為5英寸(12.7cm)×3.90英寸(9.906cm)和最後溝槽尺寸為1.84英寸(4.674cm)×1.43英寸(3.632cm)。然而，其它溝槽比例也可以用，並且仍然屬於本發明的範圍內。此外，也可以使用任何溝槽總數並且仍屬於本發明的範圍內。
從最後溝槽組73和83所提供的尺寸，可以看出，在構件貫穿所有溝槽之後，構件直徑將減小到幾乎三分之一。這可以看出滿足表II中所示的膨脹比要求。
作為使用滾軋機10的一個可供替代的方案，可以實施聚合物構件的張力拉伸，以便得到所希望的聚合物構件直徑減小。張力拉伸可以用帶楔形夾具(未示出)的液壓或齒輪式拉伸機進行。例如，如圖4中所示，一個聚合物構件91可以被在聚合物兩端92和94上的一對楔形夾具拉伸。楔形夾具將拉伸構件的中段96，直至它的直徑充分減小時為止。然後從楔形夾具中取出構件91，並將兩部分92和94切斷，同時只留下待用作聚合物構件的中段，將上述中段下放到井中用於封堵或加襯。
對構件恢復形狀記憶一旦機械能已貯存在聚合物構件中，然後聚合物構件準備部署在井筒中。這個過程參見圖5-7說明。
如在圖5可看到的，典型的井筒布置包括一個井筒或套管100，所述井筒或套管100具有設置於其中的生產管102。在生產管102的最下端處是一個管接頭120，所述管接頭120通常具有生產管102任何部分的最小直徑的開口。由於這個原因，待穿過生產管102下放以便在生產管102下方所希望的位置104處封堵或加襯井筒或套管100的聚合物構件106必需具有一個比管接頭120內徑小的外徑。在大多數生產管組件中管接頭120的直徑小於井筒套管直徑的一半。因此，選定用於聚合物構件106的聚合物材料必需具有一個膨脹比，所述膨脹比使聚物構件106能穿過管接頭120和然後充分膨脹，以便貼著井筒或套管100的內部產生必要的壓力密封。通常，這要求構件106具有一膨脹比至少為2。下面表IV示出某些典型的相對於套管內徑的管接頭內徑，並且還示出為了按希望實施所要求的聚合物構件106的最小膨脹比。
表IV 生產管和套管尺寸 此外，聚合物構件106應該用這樣一種聚合物構成，所述聚合物當在它放置的位置104處暴露於特定的井筒條件下時，以所希望的速率恢復它的塑性應變，如上所述。
如果用聚合物構件106來堵塞井，則構件106將是實心杆或圓柱體，其中已通過如上所述過程產生了形狀記憶或貯存的能量。在利用聚合物構件106密封一特定層中的穿孔而同時能從下層繼續生產的位置，聚合物構件106將是一種由選定的具有形狀記憶的聚合物材料製成的套筒。在無論哪種情況下，構件106都在綱絲繩108上穿過生產管102下放，所述鋼絲繩108用該技術技術人員已知的方式，通過一個連接部分或鉤110可鬆脫地連接到聚合物構件106上。
一旦聚合物構件106到達所希望的位置104，在一個實施例中，在位置104處引起的或已經存在的升高的溫度將開始引起釋放構件106內的塑性應變，並且將開始直徑擴張。可供選擇地或者是另外，構件106可以暴露於在位置104處加入的溶劑中，以便至少部分地使塑性應變恢復。最後，聚合物構件106將膨脹到這種程度，以使它接合套管100的內表面並靠在套管100上。一旦包括構件106的聚合物充分膨脹，就將鋼絲繩108與構件106分離。然後通過構件106在套管100內壁上所產生的壓力使構件保持固定就位。特別是，用於聚合物構件106的彈性，它很容易適應套管100內壁的任何不規則性。
圖6示出當用一個實心構件112來封堵井筒時聚合物構件106的膨脹結果。在這個實施例中，聚合物構件106在其膨脹時將密封地接合套管100的內表面，並且由於它是實心的，所以將堵塞從構件下方進入的任何流體穿過套管的流動。
圖7示出當套筒狀聚合物構件118膨脹以密封井筒內一特定層時，過程的結果。如從圖7中可以看到的，在構件118密封井筒或套管內側的位置處，一對穿孔122和124，在聚合物構件118膨脹時將被所述構件118封堵。聚合物構件118上方的穿孔126和128及聚合物構件118下方的穿孔130和132將不被密封並繼續生產。因此，如為了防止從該層進入的過量水，選擇性地密封穿孔122和124不影響所希望的從上層或下層生產水、油、氣或其它流體。
從上面說明可以看出，本發明完全適合於實現與所公開方法固有的優點一起提出的上述所有目標和目的。
應該理解，某些步驟具有獨立的實用性，並可以在不涉及公開的其它步驟情況下應用。這是本發明預期的範圍並在本發明的範圍之內。
因為在不偏離本發明範圍的情況下，可以構成本發明的許多實施例，所以應該理解，本文所述或附圖所示的一切都應被認為是舉例說明，並沒有限制的意思。
權利要求
1.一種密封井筒內表面的方法，所述方法包括以下步驟提供一種具有選定形狀的構件，所述構件具有一徑向尺寸和一軸向尺寸，上述構件由一種材料構成，貯存的能量能被賦予到所述材料中而隨後能至少部分地被恢復；使所述構件受到力的作用，所述力使所述徑向尺寸減小和所述軸向尺寸增加，同時把貯存的能量賦予在所述構件中；將所述構件下放到井筒中到一個所希望的位置；及使所述構件經受井筒中所述希望的位置處的一些條件作用，以使所述貯存的能量至少部分釋放，並使所述構件膨脹以在所希望的位置處密封地接合併筒的內表面。
2.如權利要求1所述的方法，其中使所述構件經受一些條件作用以使所述貯存的能量至少部分釋放的步驟包括在所述希望的位置處加熱所述構件。
3.如權利要求1所述的方法，其中使所述構件經受一些條件作用以使所述貯存的能量至少部分釋放的步驟包括在所述希望的位置處將所述構件暴露於一種溶劑中。
4.如權利要求1-3所述的方法，其中所述提供一種構件的步驟包括提供一種由聚合物構成的構件。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述提供一種構件的步驟包括提供一種由從一組聚合物中選定的聚合物構成的構件，所述這組聚合物包括聚偏氟乙烯，乙烯與三氟氯乙烯的交替共聚物、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚烯烴彈性體，及交聯聚乙烯。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述密封地接合井筒內表面的步驟包括密封地接合給所述井筒加襯的套管的內表面。
7.如權利要求7所述的方法，其中所述將構件下放到井筒中的步驟包括將所述構件穿過位於所述井筒內的生產管下放。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述使所述構件受到力作用的步驟包括將所述構件軋制到一個減小的直徑。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述軋制所述構件的步驟包括提供若干對對置的第一輥和第二輥；在每對輥中，所述第一輥在其上具有至少一個環形溝槽，所述第二輥在其上具有至少一個溝槽，所述第一輥上的所述至少一個環形溝槽與所述第二輥上的所述環形溝槽在它們之間限定一個橢圓形孔隙；使構件穿過由各輥限定的橢圓形孔隙，以減少構件的橫截面積並因此在構件中產生貯存的能量。
10.如權利要求1所述的方法，其中該構件用下述方法形成提供一個部件，所述部件具有一個設有一可夾緊部分的第一端、一個中段、和一個設有一可夾緊部分的第二端；通過用每一端上的可夾緊部分在第一和第二端上向外拉將中段拉伸；除去可夾緊部分；及用中段作為構件。
11.一種封堵井筒或封堵給所述井筒加襯的套管的方法，所述方法包括以下步驟選定一種材料，貯存的能量能被逐漸灌輸到所述材料中並在以後能通過施加能量而被釋放；用所述材料構成一種實心的杆形構件；通過拉伸和/或壓縮該構件在構件中產生塑性應變；將所述構件下放到井筒中，到井筒內一個所希望的位置；通過將熱量傳入所述構件而釋放所述構件中貯存的能量，因此使構件膨脹以在所希望位置處密封地接合井筒或套管的內表面，並因此在所希望位置處封堵井筒或套管。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述將所述構件下放到井筒中的步驟包括穿過位於所述井筒內的生產管下放所述構件。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述釋放所述構件中貯存的能量的步驟包括加熱所述構件。
14.如權利要求11所述的方法，其中所述釋放所述構件中貯存的能量的步驟包括用一種溶劑接觸所述構件。
15.一種密封在井筒或給所述井筒加襯的套管中特定區域的方法，所述方法包括以下步驟選定一種材料，在所述材料中貯存的能量能被逐漸灌注並且以後通過施加熱量並在以後釋放所述貯存的能量；用所述材料構成一種套筒形構件；通過拉伸和/或壓縮該構件在所述構件中產生貯存的能量；將上述構件下放到井筒中，到井筒內一個所希望的位置；通過將熱量傳入所述構件而釋放所述構件中貯存的能量，因此使構件膨脹以在所希望的位置處密封地接合井筒或套管的內表面，同時提供一個用於使流體向上穿過構件流動的軸向通道。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述將所述構件下放到井筒中的步驟包括穿過位於所述井筒內的生產管下放所述構件。
17.如權利要求15所述的方法，其中所述釋放所述構件中貯存的能量的步驟包括加熱所述構件。
18.如權利要求15所述的方法，其中所述釋放所述構件中貯存的能量的步驟包括用一種溶劑接觸所述構件。
19.一種用於在井筒中形成堵塞器的構件，所述構件具有一種預先選定的形狀，所述構件具有一個軸向尺寸和一個橫的徑向尺寸，所述構件由一種聚合物構件構成，所述聚合物構件這樣選定，即當構件受到引起所述徑向尺寸減小而所述軸向尺寸增加的力的作用時，一種貯存的能量被賦予所述構件，當所述構件下放到所述井筒中時所述塑性應變至少部分可恢復，以使所述徑向尺寸膨脹形成所述堵塞器。
20.如權利要求19所述的構件，其中上述預先選定的形狀是一種套筒。
21.如權利要求19所述的構件，其中上述預先選定的形狀是一種圓柱體。
全文摘要
一種密封井筒內表面的方法，所述方法包括以下步驟提供一種具有預先選定形狀的構件，該構件具有一徑向尺寸和一軸向尺寸，所述構件由一種材料構成，在所述材料中貯存的能量能被賦予並隨後至少部分地恢復；使所述構件受到力的作用，所述力使所述徑向尺寸減小和所述軸向尺寸增加，同時把貯存的能量賦予所述構件中；將上述構件下放到井筒中，到一個所希望的位置；及使所述構件在所述所希望的位置處經受井筒中條件的作用，以至少部分地釋放貯存的能量並使所述構件膨脹以在所希望的位置處密封地接合井筒的內表面。
文檔編號E21B33/13GK1849438SQ200480012232
公開日2006年10月18日 申請日期2004年4月5日 優先權日2003年4月7日
發明者J·Q·張, B·T·A·常 申請人:國際殼牌研究有限公司