專(zhuān)利名稱(chēng)：穿過(guò)鹽層延伸的井筒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井筒系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括形成在地層內(nèi)的井筒，所述井筒穿過(guò)地層的鹽層并具有管狀管道，該管道具有穿過(guò)鹽層延伸的部分。
背景技術(shù)：
鹽層內(nèi)的鹽相當(dāng)于塑性物質(zhì)并在遇到應(yīng)力差時(shí)顯示出蠕變性。如果穿過(guò)鹽層鉆出井筒，井筒周?chē)鷧^(qū)域的地層應(yīng)力就會(huì)改變。例如，在井筒被鉆之前井筒所在位置的水平地層應(yīng)力由相應(yīng)于井筒內(nèi)的流體液壓力的水平應(yīng)力值所取代。如果這一流體壓力低于鹽層遠(yuǎn)處的水平地層應(yīng)力，井筒鄰近區(qū)域內(nèi)的鹽就會(huì)徑向向內(nèi)蠕變，從而降低井筒橫截面的尺寸。許多時(shí)候這種井筒壁的徑向變形在井筒的軸向上或周向上是不均勻的。因此，井筒壁的徑向變形在一些位置能夠比其他位置更明顯，從而井筒內(nèi)的套管遭受由鹽變形產(chǎn)生的局部高徑向載荷情況。如果井筒例如由于鉆井期間的沖蝕而具有不規(guī)則的形狀，也會(huì)出現(xiàn)不均勻的載荷情況。這種不規(guī)則形狀的井筒開(kāi)始會(huì)由于鹽層的蠕變而在不連續(xù)點(diǎn)接觸所述套管，并且因而將可能使套管產(chǎn)生局部損壞，例如通過(guò)彎折所述套管。如果所述套管已經(jīng)被固結(jié)在井筒中，水泥通常將會(huì)充滿(mǎn)井筒的不規(guī)則區(qū)域從而彌補(bǔ)不均勻的載荷情況。然而在許多情況下，水泥不能完全充滿(mǎn)井筒的不規(guī)則區(qū)域，尤其是在井筒內(nèi)出現(xiàn)大量沖蝕的情況下。
因此，需要提供一種改進(jìn)的井筒系統(tǒng)從而使井筒穿過(guò)鹽層，該系統(tǒng)降低了損壞井筒管件的風(fēng)險(xiǎn)并克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有形成在地層內(nèi)的井筒的井筒系統(tǒng)，所述井筒伸入地層的鹽層，該井筒系統(tǒng)包括設(shè)置在井筒內(nèi)的管狀管道，因而管狀管道的至少一部分由鹽層所包圍，其中，在管狀管道的所述部分與井壁之間形成一個(gè)環(huán)形空間，所述井筒系統(tǒng)還包括彈性材料的環(huán)狀體，該環(huán)狀體設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)并基本上沿管狀管道由鹽層所包圍的所述部分的長(zhǎng)度延伸。
因此，所述彈性材料分散了由鹽產(chǎn)生的不均勻蠕變所產(chǎn)生的高徑向載荷，使其在管狀管道的長(zhǎng)度上更加均勻。從而防止了由于不均勻蠕變所產(chǎn)生的管狀管道的局部過(guò)應(yīng)力。
適宜的是，環(huán)狀體為管狀管道的外表面提供了環(huán)狀層，所述環(huán)狀層大體上沿由鹽層所包圍的管狀管道的所述部分的長(zhǎng)度連續(xù)延伸。
如果不在環(huán)形空間內(nèi)提供連續(xù)的彈性材料層，可將多個(gè)彈性材料顆粒插入到環(huán)形空間中以便形成半連續(xù)的彈性環(huán)狀體。
可優(yōu)選地是，所述彈性材料為可膨脹的材料，該材料在與選擇的流體接觸時(shí)易于膨脹。通過(guò)使環(huán)形空間內(nèi)的彈性材料膨脹，所述彈性材料充滿(mǎn)所述環(huán)形空間，因而防止了井筒流體穿過(guò)環(huán)形空間的軸向流動(dòng)。此外，已膨脹的彈性材料在出現(xiàn)鹽層顯著蠕變之前接觸井壁，并且來(lái)自已膨脹的彈性材料的反壓力基本上消除了任何井壁不均勻變形的趨勢(shì)。
適宜的是，可膨脹的材料為彈性體材料，并且所選擇的流體為烴類(lèi)流體。
例如，可膨脹的材料包括下述組中的至少一種天然橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯丁二烯橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、丁基橡膠、溴化丁基橡膠、氯化丁基橡膠、氯化聚乙烯、氯丁橡膠、苯乙烯丁二烯共聚橡膠、磺化聚乙烯、乙烯丙烯酸酯橡膠、環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧乙烷共聚物、二元乙丙共聚物(過(guò)氧化交聯(lián))、二元乙丙共聚物(硫化交聯(lián))、乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚橡膠、乙烯醋酸乙烯共聚物、氟橡膠、氟硅橡膠、以及硅橡膠。
優(yōu)選可膨脹的材料為EP(D)M橡膠(過(guò)氧化交聯(lián)或硫化交聯(lián)的二元乙丙共聚物)、EPT橡膠(乙烯-丙稀-二烯烴三元共聚橡膠)、丁基橡膠、溴化丁基橡膠、氯化丁基橡膠和氯化聚乙烯。
適宜地是，所述烴類(lèi)流體存在于鉆井期間泵入井筒的油基鉆井流體流中。
本發(fā)明還涉及一種在地層中形成井筒的方法，所述井筒穿過(guò)地層的鹽層，所述方法包括利用鉆井流體鉆出所述井筒，將管狀管道設(shè)置在井筒內(nèi)，其中管狀管道的至少一部分由所述鹽層包圍，并且在管狀管道的所述部分與井壁之間形成一個(gè)環(huán)形空間，所述方法還包括將彈性材料的環(huán)狀體設(shè)置在所述環(huán)形空間中以便所述環(huán)狀體大體上在管狀管道由鹽層所包圍的所述部分的長(zhǎng)度上延伸，所述彈性材料在接觸所述鉆井流體時(shí)易于膨脹。
適宜地是，所述彈性材料為在接觸油基鉆井流體時(shí)易于膨脹的彈性體，并且所述井筒是利用所述油基鉆井流體鉆成的。
可選擇地是，所述井筒是利用水基鉆井流體鉆成的，并且所述彈性材料為在接觸油基流體時(shí)易于膨脹的彈性體，并且所述的油基流體被泵入所述環(huán)形空間以便取代環(huán)形空間內(nèi)的水基鉆井流體。
可任選地是，所述油基流體作為一種流體流與用于膠結(jié)井筒內(nèi)的套管的水泥流一同被泵入井筒內(nèi)，所述油基流體流和水泥流相互隔開(kāi)。


通過(guò)示例并結(jié)合附圖，下面將更加詳盡地描述本發(fā)明，其中圖1示意性地示出了井筒內(nèi)的可膨脹材料在膨脹之前的本發(fā)明井筒系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；以及圖2示意性地示出了井筒內(nèi)的可膨脹材料在膨脹之后的本發(fā)明井筒系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參看圖1，其中示出了一種井筒系統(tǒng)1，該井筒系統(tǒng)包括形成在地層3內(nèi)的井筒2，地層3具有鹽層4，井筒2穿過(guò)鹽層4。井筒套管6形式的管狀管道從地面的井口8延伸至井筒2內(nèi)，從而套管6的一部分10延伸穿過(guò)鹽層4。環(huán)形空間12形成在套管6與井壁之間。套管6的所述部分10具有EPDM橡膠的環(huán)狀層14，眾所周知，EPDM橡膠在遇到烴類(lèi)流體如存在于常規(guī)的油基鉆井流體內(nèi)的油時(shí)會(huì)膨脹。環(huán)狀層14具有明顯小于套管6與井壁之間的間隙的初始厚度，以便允許無(wú)阻礙地將具有環(huán)狀層14的套管6下入到井筒2內(nèi)。
進(jìn)一步參看圖2，其中示出了由于環(huán)狀層14與井筒內(nèi)的油基鉆井流體接觸而使EPDM橡膠的環(huán)狀層14膨脹之后的井筒系統(tǒng)1。膨脹的環(huán)狀層14徑向延伸抵靠在由井筒2周?chē)柠}層形成的井壁上。因此，環(huán)形空間12在環(huán)狀層14膨脹之后消失了。
在通常的作業(yè)期間，以常規(guī)的方式利用油基鉆井流體鉆出井筒2。在鉆井完成之后，具有環(huán)狀層14的套管6被下入到井筒2中并懸掛在某一位置，因而環(huán)狀層14大體上在套管6的穿過(guò)鹽層4的所述部分的長(zhǎng)度上延伸。EPDM橡膠的環(huán)狀層因而開(kāi)始與油基鉆井流體接觸并開(kāi)始膨脹。環(huán)狀層14的膨脹持續(xù)一段時(shí)間(能夠持續(xù)幾天)，直到環(huán)狀層14完全占據(jù)了環(huán)形空間12并由此變得以適當(dāng)?shù)膲毫ζ吭诰谏稀?br> 井壁附近的鹽層4內(nèi)的鹽趨于徑向向內(nèi)蠕變，因而穿過(guò)鹽層4的所述井筒部分的直徑慢慢減小。由于鹽逆著膨脹的環(huán)狀層14移動(dòng)，因此會(huì)在EPDM橡膠的環(huán)狀層14內(nèi)聚積起壓縮壓力。在許多情況下，鹽在穿過(guò)鹽層4的井筒部分的長(zhǎng)度上的徑向向內(nèi)的蠕變是不均勻的，因此，由于蠕變的鹽而會(huì)出現(xiàn)在有些區(qū)域井筒直徑的減小多于其他位置，如果在套管6與井壁之間不存在橡膠層14，這將會(huì)導(dǎo)致使套管6產(chǎn)生局部嚴(yán)重受載情況。通過(guò)橡膠環(huán)狀層14而防止了這種嚴(yán)重受載，環(huán)狀層14由于局部載荷而產(chǎn)生彈性變形因而將所述載荷分散到了套管的較大區(qū)域上。分散的載荷大大低于在沒(méi)有環(huán)狀層14時(shí)套管所承受的高局部載荷，從而接近套管的均勻受載。以這種方式，防止了由于鹽的不均勻蠕變而產(chǎn)生的局部嚴(yán)重受載情況所引起的套管失效。此外，由于井壁處的鹽與膨脹的橡膠層之間的更加均勻分布的壓縮壓力，沿穿過(guò)鹽層4的井筒部分的長(zhǎng)度上的不均勻蠕變被抵消了。
根據(jù)上面的描述可以理解，膨脹的彈性體產(chǎn)生施加在地層上的壓力，其延遲了地層內(nèi)的流體流入井筒，并且用于將作用在套管上的集中載荷從井眼表面的不規(guī)則處分散掉。膨脹壓力隨著膨脹量的增加而降低，反之亦然，即在與膨脹機(jī)構(gòu)有關(guān)的外部壓力和內(nèi)部壓力之間存在一種平衡。因此，如果在彈性體開(kāi)始膨脹之后鹽層徑向向內(nèi)蠕變并接觸彈性體，所述彈性體就會(huì)局部受壓并施加反壓力以維持平衡。因此，正在膨脹的彈性體不僅僅將來(lái)自正在蠕變的鹽層的集中載荷分散掉，而且還以逐漸增加的彈力來(lái)向回推鹽層。
在一合適的可替換應(yīng)用中，彈性材料的環(huán)狀體包括砂環(huán)狀體。
權(quán)利要求
1.一種具有形成在地層內(nèi)的井筒的井筒系統(tǒng)，所述井筒伸入地層的鹽層，所述井筒系統(tǒng)包括設(shè)置在井筒內(nèi)的管狀管道，管狀管道的至少一部分由鹽層所包圍，在管狀管道的所述部分與井筒壁之間形成有環(huán)形空間，所述井筒系統(tǒng)還包括彈性材料的環(huán)狀體，該環(huán)狀體設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)并大體上沿由鹽層所包圍的管狀管道的所述部分的長(zhǎng)度延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)狀體為管狀管道的外表面提供了環(huán)狀層，所述環(huán)狀層大體上沿由鹽層所包圍的管狀管道的所述部分的長(zhǎng)度連續(xù)延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)狀體由插入到所述環(huán)形空間的多個(gè)彈性材料顆粒制成。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于所述彈性材料為在與所選擇的流體接觸時(shí)易于膨脹的可膨脹的材料。
5.如權(quán)利要求4所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于可膨脹的材料為彈性體材料，并且所選擇的流體為烴類(lèi)流體。
6.如權(quán)利要求5所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于所述可膨脹的材料包括下述組中的至少一種天然橡膠、丁腈橡膠、氫化丁腈橡膠、丙烯酸酯丁二烯橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、丁基橡膠、溴化丁基橡膠、氯化丁基橡膠、氯化聚乙烯、氯丁橡膠、苯乙烯丁二烯共聚橡膠、磺化聚乙烯、乙烯丙烯酸酯橡膠、環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧乙烷共聚物、二元乙丙共聚物(過(guò)氧化交聯(lián))、二元乙丙共聚物(硫化交聯(lián))、乙烯-丙烯-二烯烴三元共聚橡膠、乙烯醋酸乙烯共聚物、氟橡膠、氟硅橡膠、以及硅橡膠。
7.如權(quán)利要求6所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于所述可膨脹的材料是從EP(D)M橡膠(過(guò)氧化交聯(lián)或硫化交聯(lián)的二元乙丙共聚物)、EPT橡膠(乙烯-丙稀-二烯烴三元共聚橡膠)、丁基橡膠、溴化丁基橡膠、氯化丁基橡膠和氯化聚乙烯橡膠中選出的。
8.如權(quán)利要求6或7所述的井筒系統(tǒng)，其特征在于所述烴類(lèi)流體存在于鉆井期間泵入井筒的油基鉆井流體流中。
9.一種在包括鹽層的地層中形成井筒的方法，所述方法包括鉆出所述井筒以便所述井筒伸入鹽層，將管狀管道設(shè)置在井筒內(nèi)，其中管狀管道的至少一部分由所述鹽層包圍，并且在管狀管道的所述部分與并壁之間形成有環(huán)形空間，所述方法還包括將彈性材料的環(huán)狀體設(shè)置在所述環(huán)形空間中以使所述環(huán)狀體大體上在管狀管道的由鹽層所包圍的所述部分的長(zhǎng)度上延伸，以及使所述彈性材料接觸所選擇的流體，所述彈性材料在接觸所選擇的流體時(shí)易于膨脹。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述彈性材料為在接觸油基鉆井流體時(shí)易于膨脹的彈性體，并且所述井筒是利用所述油基鉆井流體鉆成的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述彈性材料為在接觸油基流體時(shí)易于膨脹的彈性體，并且所述井筒使利用水基鉆井流體鉆成的，并且所述的油基流體被泵入所述環(huán)形空間以便取代環(huán)形空間內(nèi)的水基鉆井流體。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述油基流體作為一種流體與用于膠結(jié)井筒內(nèi)的套管的水泥流一同被泵入井筒內(nèi)，所述油基流體流和水泥流相互隔開(kāi)。
13.結(jié)合附圖而在此前所述的井筒系統(tǒng)。
14.結(jié)合附圖而在此前所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種井筒系統(tǒng)，該井筒系統(tǒng)包括形成地層內(nèi)的井筒，所述井筒伸入地層的鹽層。所述井筒系統(tǒng)包括設(shè)置在井筒內(nèi)的管狀管道，管道的至少一部分由鹽層所包圍，在管狀管道的所述部分與井壁之間形成有環(huán)形空間。所述井筒系統(tǒng)還包括彈性材料的環(huán)狀體，該環(huán)狀體設(shè)置在所述環(huán)形空間內(nèi)并大體上沿由鹽層所包圍的管狀管道的所述部分的長(zhǎng)度延伸。
文檔編號(hào)E21B33/127GK101076652SQ200580042575
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者馬丁·G·R·博斯馬, 埃里克·K·科內(nèi)利森 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司