專(zhuān)利名稱(chēng):用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明大體上涉及油田鉆井和完井操作,具體地涉及在這樣的操作(特別是諸如包括蒸汽驅(qū)的提高采油操作)中使用或進(jìn)行支持的用于產(chǎn)生井中的環(huán)形堵塞的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù):
蒸汽驅(qū)是用于以其它方式難以從使用傳統(tǒng)資源生產(chǎn)的油藏中生產(chǎn)石油的常用方法。該類(lèi)型的提高采油(EOR)技術(shù)典型地利用散置有生產(chǎn)井的多個(gè)注蒸汽井。例如參見(jiàn)1978年7月11日公布的Hutchison等人的美國(guó)專(zhuān)利第4,099,563號(hào);和1984年2月14日公布的Shu的美國(guó)專(zhuān)利第4,431,056號(hào)。注蒸汽井常常部分地向下套管到緊鄰將注入蒸汽的區(qū)域。然而將注入蒸汽的井的區(qū)域必須保持通向包括目標(biāo)油藏的地層。在該區(qū)域中,襯管柱典型地延伸一定距離(例如,幾百至幾千米),沿著襯管柱的長(zhǎng)度的至少部分具有允許與地層流體連通的狹槽、孔或其它多孔通道。例如參見(jiàn)1990年7月24日公布的Themig美國(guó)專(zhuān)利第4,942,925號(hào)。理想地,在蒸汽注入期間,保持至油藏的均勻流體通量。然而實(shí)際上,由油藏不均勻性和/或變化油藏壓力而復(fù)雜化的環(huán)形空間中的無(wú)限制流導(dǎo)致至油藏的不均勻流體流。接著,至地層的該不均勻流體通量或流體流減小來(lái)自油藏的烴提取總產(chǎn)量。許多裝置目前在工業(yè)中用于保證相當(dāng)均勻的流體通量離開(kāi)襯管并且進(jìn)入地層。這樣的裝置通常引起環(huán)形區(qū)域內(nèi)的環(huán)形堵塞(即,屏障)(例如參見(jiàn)2003年5月20日公布的Grigsby等人的美國(guó)專(zhuān)利第6,564,870號(hào))。在一些情況下,主動(dòng)地部署這樣的裝置使得采取具體措施以致動(dòng)和/或產(chǎn)生堵塞(例如,液壓和/或機(jī)械致動(dòng))。這樣的裝置的下側(cè)以及它們的部署方法需要運(yùn)轉(zhuǎn)井下機(jī)械和/或液壓致動(dòng)裝置。在其它情況下,這樣的上述裝置的致動(dòng)是被動(dòng)的,不需要直接外部介入,例如包括包裹在彈性材料中的心軸的“膨脹封隔器”,其中在存在引入環(huán)形區(qū)域中的特定流體的情況下彈性材料膨脹??紤]到前述內(nèi)容,一種用于被動(dòng)地堵塞注蒸汽井中的環(huán)形區(qū)域的改進(jìn)方法和/或系統(tǒng)(或包括主動(dòng)元件的被動(dòng)堵塞,例如混合堵塞)將是非常有用的,特別地其中這樣的方法和/或系統(tǒng)提供對(duì)致動(dòng)過(guò)程的更好控制,而不必運(yùn)轉(zhuǎn)井下工具或裝置以機(jī)械地和/或液壓地致動(dòng)環(huán)形堵塞封隔器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在提高采油操作(特別是包括注蒸汽(例如,蒸汽驅(qū))的提高采油(EOR)操作)中使用或進(jìn)行支持的用于產(chǎn)生井中的環(huán)形堵塞的系統(tǒng)和方法。在至少一些情況下,本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實(shí)施例利用用于形成環(huán)形堵塞的一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)致動(dòng)的環(huán)形堵塞裝置(和/或混合主動(dòng)/被動(dòng)裝置),其中關(guān)聯(lián)的被動(dòng)或混合致動(dòng)至少部分地由熱手段控制,使得可以認(rèn)為它是熱引導(dǎo)的或熱控制的。這樣的熱引導(dǎo)被動(dòng)致動(dòng)可以提供對(duì)環(huán)形堵塞過(guò)程,并、且因此對(duì)地層和關(guān)聯(lián)油藏中的總蒸汽注入的顯著更多控制,由此提供更有效的烴回收。在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下(例如,注蒸汽)井中的環(huán)形堵塞的第一類(lèi)型的一種或多種系統(tǒng),這樣的第一類(lèi)型的一種或多種系統(tǒng)大體上包括(a)至少部分可滲透的襯管柱,其位于至少部分地通向含烴地層的井眼的一部分內(nèi);(b)密封金屬室,其圍繞所述至少部分可滲透的襯管柱的一部分布置;(C)包含在所述密封金屬室內(nèi)的材料,其中所述材料初始處于凝聚狀態(tài),但是當(dāng)加熱到高于某個(gè)閾值溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài);以及(d)加熱包含在所述金屬室內(nèi)的所述材料從而實(shí)現(xiàn)它轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的手段,其中當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時(shí),所述材料增加所述室內(nèi)的壓力,并且其中當(dāng)經(jīng)歷壓力增加時(shí),所述金屬室膨脹使得接合地層,由此在所述至少部分可滲透的襯管柱和地層之間形成環(huán)形堵塞。這樣的第一類(lèi)型的系統(tǒng)實(shí)施例可以被看作包括基于室的環(huán)形堵塞裝置(或手段),即,在功能上可操作地用 于接合地層壁并且實(shí)現(xiàn)至少井眼環(huán)的區(qū)域中的環(huán)形堵塞。在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下(例如,注蒸汽)井中的環(huán)形堵塞的第一類(lèi)型的一種或多種方法,這樣的第一類(lèi)型的一種或多種方法大體上包括以下步驟(a)形成至少部分可滲透的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度,所述改進(jìn)的長(zhǎng)度包括(i )密封金屬室,其圍繞所述至少部分可滲透的襯管柱的所述改進(jìn)的長(zhǎng)度布置;以及(ii)位于所述密封金屬室內(nèi)部的材料,其中所述材料初始處于凝聚狀態(tài),并且當(dāng)加熱到高于某個(gè)閾值溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w;(b)將所述至少部分可滲透的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度定位在井眼的至少部分裸眼區(qū)域中,其中在所述可滲透的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和所述井眼的所述裸眼區(qū)域之間形成環(huán)形區(qū)域;以及(c)加熱所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)包含在其中的所述材料從凝聚狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài),其中當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時(shí),所述材料增加所述密封金屬室內(nèi)的壓力,并且其中當(dāng)經(jīng)歷壓力增加時(shí),所述密封金屬室膨脹使得接合地層,由此在所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和地層之間形成環(huán)形堵塞。以類(lèi)似于上述(第一類(lèi)型的)相應(yīng)系統(tǒng)的方式,可以看到所述部分可滲透的襯管柱的所述改進(jìn)的長(zhǎng)度包括基于室的環(huán)形堵塞裝置。在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下(例如,注蒸汽)井中的環(huán)形堵塞的第二類(lèi)型的一種或多種系統(tǒng),所述一種或多種系統(tǒng)的每一個(gè)大體上包括(a)至少部分可滲透的襯管柱,其位于至少部分地通向含烴地層的井眼的一部分內(nèi);(b)負(fù)載螺旋彈簧,其圍繞所述至少部分可滲透的襯管柱的一部分布置,其中所述負(fù)載螺旋彈簧處于選自張緊狀態(tài)和壓縮狀態(tài)的載荷狀態(tài);(C)彈簧保持裝置,其附連到所述負(fù)載螺旋彈簧從而將它保持在載荷狀態(tài),其中所述彈簧保持裝置至少部分地由被設(shè)計(jì)成在預(yù)定溫度之上熔化的材料制造,并且其中當(dāng)熔化時(shí)失去它將所述螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)的能力,以及(d)金屬網(wǎng),其與所述載荷彈簧在功能上關(guān)聯(lián)(例如,插置有),使得從所述彈簧去除載荷導(dǎo)致所述金屬網(wǎng)接合地層,由此在所述襯管柱和地層之間形成環(huán)形堵塞,其中通過(guò)將足以熔化所述彈簧保持裝置的至少一部分的熱施加到所述環(huán)形區(qū)域?qū)崿F(xiàn)載荷去除。這樣的第二類(lèi)型的系統(tǒng)可以被看作包括基于螺旋彈簧的環(huán)形堵塞裝置或手段,其中這樣的裝置包括當(dāng)致動(dòng)時(shí)共同用于接合地層(由此引起堵塞)的負(fù)載螺旋彈簧、金屬網(wǎng)以及(一個(gè)或多個(gè))保持銷(xiāo)。在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的第二類(lèi)型的一種或多種方法,所述方法大體上包括以下步驟Ca)形成改進(jìn)的襯管柱的至少部分可滲透的長(zhǎng)度,所述改進(jìn)可滲透的襯管柱的所述長(zhǎng)度包括(i)負(fù)載螺旋彈簧,其圍繞所述改進(jìn)的襯管柱的至少一部分布置,其中所述負(fù)載螺旋彈簧處于選自張緊狀態(tài)和壓縮狀態(tài)的載荷狀態(tài);(ii)彈簧保持裝置,其附連到所述負(fù)載螺旋彈簧從而將它保持在載荷狀態(tài),其中所述彈簧保持裝置至少部分地由被設(shè)計(jì)成在預(yù)定溫度之上熔化的材料制造,并且其中當(dāng)熔化時(shí)失去它將所述螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)的能力;以及(iii)金屬網(wǎng),其與所述負(fù)載螺旋彈簧在功能上關(guān)聯(lián),使得當(dāng)所述螺旋彈簧經(jīng)歷從載荷狀態(tài)至無(wú)載荷狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí),所述金屬網(wǎng)在徑向方向上向外膨脹;(b)將所述改進(jìn)的襯管柱的至少部分可滲透的長(zhǎng)度定位在井眼的裸眼區(qū)域中,其中在所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和所述井眼的所述裸眼區(qū)域之間形成環(huán)形區(qū)域;以及(c)加熱所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度,從而熔化所述彈簧保持裝置并且實(shí)現(xiàn)所述螺旋彈簧轉(zhuǎn)變到無(wú)載荷狀態(tài),相應(yīng)地導(dǎo)致所述金屬網(wǎng)向外膨脹并且接合地層,由此在所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和所述裸眼之間形成環(huán)形堵塞。以類(lèi)似于上述(第二類(lèi)型的)相應(yīng)系統(tǒng)的方式,可以看所述部分可滲透的襯管柱的所述改進(jìn)的長(zhǎng)度包括基于螺旋彈簧的環(huán)形堵塞裝置。上文相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征以便可以更好地理解本發(fā)明的以下詳細(xì)描述。將在下文中描述形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題的本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)。
為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在參考結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述,其中圖I是可以如何構(gòu)造本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性整體圖,其中這樣的系統(tǒng)的單獨(dú)部件的數(shù)量和布置表示僅僅是示意性的而不是限制性的;圖2A描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的處于其未膨脹狀態(tài)的、圍繞襯管接頭的一部分布置的密封金屬室,其中所述室被構(gòu)造成是所述襯管接頭的整體部分;圖2B描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖2A的密封金屬室,但是由于包含在其中的材料從凝聚狀態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài),所述密封金屬室處于其膨脹狀態(tài);圖3A描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的處于其未膨脹狀態(tài)的密封金屬室,所述密封金屬室圍繞襯管接頭的一部分布置,使得它不是襯管接頭的整體部分;圖3B描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖3A的密封金屬室,但是由于包含在其中的材料從凝聚狀態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài),所述密封金屬室處于其膨脹狀態(tài);圖4以流程圖形式概述了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的第一類(lèi)型的方法;圖5A描繪了用于本發(fā)明的(第二類(lèi)型的)一些系統(tǒng)和方法實(shí)施例中的環(huán)形堵塞裝置,其中金屬網(wǎng)插于其周?chē)呢?fù)載螺旋彈簧處于張緊或膨脹狀態(tài);圖5B描繪了圖5A的堵塞裝置,但是處于其無(wú)載荷狀態(tài),其中所插置的金屬網(wǎng)膨脹從而接合地層并且由此施加環(huán)形堵塞;圖6A描繪了用于本發(fā)明的(同樣第二類(lèi)型的)一些系統(tǒng)和方法實(shí)施例中的環(huán)形堵塞裝置,其中與金屬網(wǎng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在功能上關(guān)聯(lián)的負(fù)載螺旋彈簧處于壓縮狀態(tài);圖6B描繪了圖6A的堵塞手段,但是處于其無(wú)載荷狀態(tài),其中與螺旋彈簧在功能上關(guān)聯(lián)的金屬網(wǎng)膨脹從而接合地層并且由此施加環(huán)形堵塞;以及圖7以流程圖形式概述了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的第二類(lèi)型的方法。
具體實(shí)施例方式I.引言本發(fā)明涉及在提高采油操作(特別是包括蒸汽驅(qū)的提高采油)中使用或進(jìn)行支持的用于產(chǎn)生井中的環(huán)形堵塞的系統(tǒng)和方法。在至少一些情況下,本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實(shí)施例利用用于引起環(huán)形堵塞的一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)致動(dòng)裝置(或設(shè)備),其中關(guān)聯(lián)的被動(dòng)致動(dòng)是熱引導(dǎo)的。與在背景部分(見(jiàn)上文)中引用的被動(dòng)致動(dòng)裝置和技術(shù)相比,這樣的熱引導(dǎo)被動(dòng)致動(dòng)可以提供對(duì)環(huán)形堵塞過(guò)程并且因此對(duì)地層和關(guān)聯(lián)油藏中的總蒸汽注入的顯著更多控制。在下面將更完整地詳述本發(fā)明的系統(tǒng)和方法熱引導(dǎo)這樣的環(huán)形堵塞的被動(dòng)致動(dòng)所借助的機(jī)制。然而在一般意義上,所有這樣的系統(tǒng)和方法依賴(lài)于一個(gè)或多個(gè)熱致動(dòng)堵塞裝置。在圖I中以示例性方式示出了這樣的裝置與注蒸汽井的其它部件的關(guān)系,其中井被描繪為斜井,但是這不必在任何情況下都是如此。 現(xiàn)在參考圖1,在從地表121向下延伸的地下井110中,裸眼區(qū)域184從套管區(qū)域174延伸,其中套管區(qū)域由典型地接合在適當(dāng)位置的套管柱114形成。在井內(nèi),襯管柱120從套管區(qū)域延伸進(jìn)入并且大部分通過(guò)裸眼區(qū)域,其中襯管柱120經(jīng)由襯管懸掛器或封隔器118 (或者,一般地一個(gè)或多個(gè)環(huán)形堵塞裝置)的使用(典型地)功能性地連接到套管柱114。一個(gè)或多個(gè)孔隙區(qū)域(例如,128和142)沿著襯管柱120的長(zhǎng)度的部分(包括襯管接頭的多個(gè)部段),流體(例如,蒸汽)可以從所述孔隙區(qū)域發(fā)散,并且充滿(mǎn)在襯管柱120和地層壁123之間形成的環(huán)形區(qū)域122和136,并且通向包含在周?chē)貙拥膮^(qū)域135和155內(nèi)的油藏。通過(guò)環(huán)形堵塞引起裝置124、126、130和134 (被顯示為處于膨脹狀態(tài))的精心放置和被動(dòng)致動(dòng),可以小心地控制至地層的蒸汽(或其它流體)流。應(yīng)當(dāng)注意裝置的數(shù)量和相對(duì)放置僅僅表示是示例性的,而不表示限制本發(fā)明的范圍。在一些實(shí)施例中或情況下,用于引起環(huán)形堵塞的設(shè)備或裝置可以(作為本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一部分或用于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中)取決于它們利用的機(jī)構(gòu)和/或操作的類(lèi)型大體上屬于兩個(gè)類(lèi)別中的一個(gè)。在一些情況下,機(jī)制和/或操作基于由溫度致動(dòng)的膨脹金屬室(例如,第一類(lèi)型的系統(tǒng)和方法)。在其它情況下,機(jī)構(gòu)和/或操作是基于負(fù)載螺旋彈簧的(例如,第二類(lèi)型的系統(tǒng)和方法)。關(guān)于上述致動(dòng)/起動(dòng)的主動(dòng)/被動(dòng)性質(zhì),在一些這樣的上述實(shí)施例中系統(tǒng)和/或方法操作以引起環(huán)形堵塞所借助的機(jī)構(gòu)和/或裝置可以被認(rèn)為是熱引導(dǎo)(見(jiàn)上文)可以提供主動(dòng)起動(dòng)或致動(dòng)的某種措施所借助的混合機(jī)構(gòu)和/或裝置。2.定義在本文中某些術(shù)語(yǔ)始終按照它們首次使用進(jìn)行定義,而在本文中使用的某些其它術(shù)語(yǔ)在下面進(jìn)行定義當(dāng)在本文中限定時(shí),“襯管柱”與套管柱的類(lèi)似之處在于它由接頭(螺紋連接在每個(gè)端部上的管段)組成,但是它不像套管柱那樣延伸到井面。相反地,襯管柱由附連到在它之上的套管的襯管懸掛器懸掛。對(duì)于裸眼井,襯管柱未被接合并且與地層流體連通。當(dāng)在本文中限定時(shí),“裸眼井”是一種井,其中襯管柱與地層直接流體連通。通常,這樣的井向下套管(并且粘合)到源巖/儲(chǔ)集巖。當(dāng)在本文中限定時(shí),“環(huán)形空間”指的是兩個(gè)大致圓筒形物體之間的體積或空隙空間。作為例子,在裸眼井中,襯管柱和地層壁之間的空間被認(rèn)為是環(huán)形空間。
當(dāng)在本文中限定時(shí),“環(huán)形區(qū)域”指的是環(huán)形空間的一部分,其中這樣的一部分可以與作為一部分的環(huán)形空間的其余部分物理地或概念地隔離。當(dāng)在本文中限定并且使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“環(huán)形堵塞”指的是在井眼環(huán)形空間的一個(gè)或多個(gè)(環(huán)形)區(qū)域中的流體流動(dòng)限制。當(dāng)在本文中限定時(shí),術(shù)語(yǔ)“主動(dòng)致動(dòng)”描述一種過(guò)程,通過(guò)所述過(guò)程裝置通過(guò)某種形式的流體力學(xué)功的直接施加被主動(dòng)致動(dòng)或起動(dòng)。當(dāng)在本文中限定時(shí),術(shù)語(yǔ)“被動(dòng)致動(dòng)”描述一種過(guò)程,通過(guò)所述過(guò)程裝置通過(guò)其被動(dòng)暴露于環(huán)境條件被致動(dòng)。當(dāng)在本文中限定時(shí),術(shù)語(yǔ)“混合致動(dòng)”描述一種過(guò)程,通過(guò)所述過(guò)程裝置通過(guò)被主動(dòng)或故意改變的環(huán)境條件被致動(dòng)。當(dāng)在本文中限定時(shí),“蒸汽注入”是地表生成的蒸汽注入地下地層,從而典型地有助于其中的含烴資源的開(kāi)采。當(dāng)在本文中限定時(shí),“驅(qū)蒸汽”是一種提高采油(EOR)技術(shù),其利用蒸汽注入使油更易于流動(dòng)(到油藏之外)。典型地,這包括同時(shí)應(yīng)用于多個(gè)注蒸汽井。3.第一類(lèi)型的系統(tǒng)如先前在本文中所述(見(jiàn)上文),用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以寬泛地被分類(lèi)為兩個(gè)類(lèi)型中的一個(gè),這取決于致動(dòng)或以另外方式產(chǎn)生環(huán)形堵塞所借助的機(jī)制的類(lèi)型。在該部分中的下面的論述涉及利用大部分基于密封金屬室的膨脹的機(jī)制的系統(tǒng)(即,第一類(lèi)型的系統(tǒng))。這樣的系統(tǒng)可以被看作包括一個(gè)或多個(gè)基于室的環(huán)形堵塞裝置(見(jiàn)上文)。參考圖2A和2B,并且繼續(xù)參考圖1(為了不例性系統(tǒng)部件相關(guān)),在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下井110中的環(huán)形堵塞的一種系統(tǒng)(或多種系統(tǒng)),所述系統(tǒng)包括Ca)至少部分可滲透的襯管柱120,其位于至少部分地通向含烴地層的(地下井110的)井眼的一部分(例如,區(qū)域184)內(nèi);(b)密封金屬室(例如,如210和/或310中),其圍繞至少部分可滲透的襯管柱120的一部分布置;(c)包含在密封金屬室內(nèi)的材料,其中所述材料初始處于凝聚狀態(tài)(例如,215和/或315),但是當(dāng)加熱到高于某個(gè)閾值溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(例如,217和/或317);以及(d)加熱包含在金屬室內(nèi)的材料從而實(shí)現(xiàn)它轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的手段,其中當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時(shí),所述材料增加室內(nèi)的壓力,并且其中當(dāng)經(jīng)歷壓力增加時(shí),金屬室以這樣的方式膨脹使得接合地層,由此在至少部分可滲透的襯管柱120和地層(S卩,地層壁123)之間形成環(huán)形堵塞(例如,124、126、130、134)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,地下井110是注蒸汽井。盡管這樣的系統(tǒng)涉及一般在地下井中產(chǎn)生環(huán)形堵塞/隔離,但是注蒸汽是用于(除了它的提高采油的主要目的以外)附加地用作加熱手段的經(jīng)濟(jì)且有效的方法,能夠?qū)崿F(xiàn)包含在密封金屬室內(nèi)的材料從凝聚狀態(tài)(例如,材料215和/或315)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(例如,材料217和/或317)(見(jiàn)上文)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,井110是斜井,或至少包括偏離豎直取向(相對(duì)于地表)的部段。圖I的井(即,地下井110)被描繪為斜井,其中井的裸眼區(qū)域的相當(dāng)大部分在大致水平(例如,偏離豎直方向大于45° )方向上延伸通過(guò)很多地層。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,至少部分可滲透的襯管柱包括選自預(yù)鉆孔、狹槽、網(wǎng)眼和它們的組合的類(lèi)型的孔隙或開(kāi)口。在圖I中,示例性襯管柱120包括被描繪為預(yù)、鉆孔的孔隙128、142。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室是組成至少部分可滲透的襯管柱的至少一部分的襯管的整體部分(例如,襯管柱120的部段或接頭)。系統(tǒng)實(shí)施例例如在圖2A和2B中描繪,其中可以看到襯管接頭202的外壁形成密封金屬室210的一部分。因此,室內(nèi)部的材料與襯管柱的外壁直接接觸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到存在用于形成是襯管的整體部分的這樣密封金屬室的許多方法,其中這樣的方法可以包括焊接技術(shù)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室是附連到至少部分可滲透的襯管柱的附件。系統(tǒng)實(shí)施例例如在圖3A和3B中描繪,其中可以看到密封金屬室310包括其自身的壁311,所述壁使襯管202與包含在密封金屬室內(nèi)的材料(315、317)隔離。類(lèi)似于以上實(shí)施例(即,在圖2A和2B中描繪的實(shí)施例),室元件311可以焊接或以另外方式附連到密封金屬室310的剩余部分。在將襯管部署到井中之前,密封的金屬室310可以滑動(dòng)到襯管202上, 并且密封金屬室可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種技術(shù)中的一種或多種焊接、附連或以另外方式結(jié)合到襯管202。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室(210、310)具有一種幾何形狀,所述幾何形狀被構(gòu)造成當(dāng)膨脹時(shí)增強(qiáng)它接合地層(即,壁123)的能力。這樣的增強(qiáng)幾何構(gòu)造可以采用各種形式,包括但不限于波紋形、脊形、起伏形等。然而一般地,這樣的幾何構(gòu)造增強(qiáng)被設(shè)計(jì)成當(dāng)膨脹時(shí)允許地層壁的更好接合。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,上述密封金屬室(210、310)包括至少一個(gè)卸壓閥,所述卸壓閥被設(shè)計(jì)成在所述室的爆破壓力之下排氣。這樣的卸壓閥在它們的形式和功能方面在本領(lǐng)域中是已知的,并且它在本領(lǐng)域的技術(shù)人員將一個(gè)或多個(gè)這樣的閥在功能上集成到一個(gè)或多個(gè)上述密封金屬室的設(shè)計(jì)中的能力范圍內(nèi)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室(210、310)典型地包括從至少大約50立方英寸(O. 8L)至最多大約1,200立方英寸(19. 7L)的未膨脹狀態(tài)下的體積。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室典型地包括從至少大約800立方英寸(13. 1L)至最多大約3,000立方英寸(49. 2L)的未膨脹狀態(tài)下的體積。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室典型地包括從至少大約2,800立方英寸(45. 9L)至最多大約12,000立方英寸(196. 7L)的未膨脹狀態(tài)下的體積。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(例如,217、317)時(shí),密封金屬室內(nèi)部的材料(例如,215、315)使密封金屬室的體積典型地增加至少大約50% (例如,室從210轉(zhuǎn)變?yōu)?12和/或從310轉(zhuǎn)變?yōu)?12);在一些或其它這樣的實(shí)施例中,典型地增加至少100% ;并且在一些或另外的其它實(shí)施例中,典型地增加至少200%。這樣的膨脹的上限典型地為大約300%。取決于實(shí)施例,密封金屬室內(nèi)部的材料(例如,215、315)可以在室制造期間或之后經(jīng)由閥或其它可再密封進(jìn)入口放置在室的內(nèi)部。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室內(nèi)部的在凝聚狀態(tài)下的材料選自液體、固體和它們的任何混合物的形式。在一些這樣的系統(tǒng)實(shí)施例中,密封金屬室內(nèi)部的材料選自水、酒精、乙二醇、丙三醇、相變材料(PCMs)、低共熔混合物和它們的組合。應(yīng)當(dāng)注意在一些實(shí)施例中,在凝聚材料為固體的情況下,固體可以經(jīng)歷直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(即,當(dāng)被加熱時(shí)升華)。在(第一類(lèi)型的)一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,這樣的系統(tǒng)可以被看作包括一個(gè)(或多個(gè))基于室的環(huán)形堵塞裝置/設(shè)備,即,在功能上可操作地用于接合地層壁并且實(shí)現(xiàn)至少井眼環(huán)形空間的區(qū)域中的環(huán)形堵塞的部分可滲透的襯管柱的部分。這樣的裝置或手段將以示例性方式與一個(gè)或多個(gè)環(huán)形堵塞裝置124、126、130和134對(duì)應(yīng),如圖I中所示。在一些上述這樣的系統(tǒng)實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間中的流量減小了至少大約20 %至最多大約100 %。在一些這樣的實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間中的流量減小至少大約20%至最多大約90%。在一些或者其它實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間中的流量減小了至少大約40%至最多大約90%。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,加熱凝聚材料的手段包括弓I入井下熱源;即,實(shí)現(xiàn)密封金屬室內(nèi)部的(初始)凝聚材料的相變所需的熱能在地表之下的井中生成。井下熱源在本領(lǐng)域中是已知的,并且包括但不限于井下電阻加熱器、微波加熱器和化學(xué)(例如,放熱)反應(yīng)。例如參見(jiàn)1963年I月8日公布的MacSporran的美國(guó)專(zhuān)利第3,072, 189號(hào)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,加熱的手段包括將經(jīng)加熱的流體注入井中,SP,在地表加熱流體并且然后將它注入井中。在一些這樣的實(shí)施例中,加熱凝聚材料的手段包括將蒸汽注入井中。在地表加熱合適的這樣流體的手段在本領(lǐng)域中是已知的,將這樣的經(jīng)加熱的流體弓I入井眼中的方法也是已知的。也存在用于附加地或備選地加熱井下流體的手段。不管是在地表還是在井下執(zhí)行加熱,在一些實(shí)施例中,加熱凝聚流體的手段利用放熱化學(xué)反應(yīng)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,這樣的系統(tǒng)還包括填充有凝聚材料的一個(gè)或多個(gè)附加的密封金屬室,從而實(shí)現(xiàn)井眼中的多個(gè)環(huán)形堵塞。可以看到在圖I中示出了這樣的實(shí)施例,其中四個(gè)這樣的環(huán)形堵塞裝置(即,包括密封金屬室的基于室的裝置)在圖中被描繪為裝置124、126、130和134。4.第一類(lèi)型的方法在該部分中描述的(第一類(lèi)型的)方法實(shí)施例大體上與上面在部分3中描述的(第一類(lèi)型)的系統(tǒng)實(shí)施例基本對(duì)應(yīng)。因此,將繼續(xù)以示例性方式參考圖1、2A、2B、3A和3B,原因是許多細(xì)節(jié)是系統(tǒng)和方法實(shí)施例都是共同的?,F(xiàn)在參考圖4,在一些實(shí)施例中本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的一種或多種方法,所述(一種或多種)方法包括以下步驟(步驟401)形成至少部分可滲透的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度,所述改進(jìn)的長(zhǎng)度包括(i)密封金屬室,其圍繞所述至少部分可滲透的襯管柱的所述改進(jìn)的長(zhǎng)度布置;以及(ii)位于所述密封金屬室內(nèi)部的材料,其中所述材料初始處于凝聚狀態(tài),并且當(dāng)加熱到高于某個(gè)閾值溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w;(步驟402)將所述至少部分可滲透的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度定位在井眼的至少部分裸眼區(qū)域中,其中在所述可滲透的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和所述井眼的所述裸眼區(qū)域之間形成環(huán)形區(qū)域;以及(步驟403)加熱所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度從而實(shí)現(xiàn)包含在其中的所述材料從凝聚狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài),其中當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w時(shí),所述材料增加所述密封金屬室內(nèi)的壓力,并且其中當(dāng)經(jīng)歷壓力增加時(shí),所述密封金屬室以這樣的方式膨脹使得接合地層,由此在所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和地層之間形成環(huán)形堵塞。類(lèi)似于上述(第一類(lèi)型的)系統(tǒng)實(shí)施例,上面關(guān)于系統(tǒng)實(shí)施例所述的、可操作地用于接合地層并且引起環(huán)形堵塞的功能部件可以被認(rèn)為(至少在一些實(shí)施例中)是基于室的環(huán)形堵塞裝置(見(jiàn)上文)。、
與上述的類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例的情況一樣,在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,地下井是注蒸汽井。在一些這樣的實(shí)施例中,注入地下(以試圖提高采油)中的蒸汽還可以用作一種手段,通過(guò)所述手段可以加熱襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)包含在其中的材料從凝聚狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(見(jiàn)上文)。對(duì)應(yīng)于以上類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例,在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,地下井是斜井。一般而言,如果井眼的大部分偏離與地表形成的豎直軸線,則井被認(rèn)為是“斜的”。應(yīng)當(dāng)注意這樣的偏離典型地是故意的(例如,定向鉆井);并且盡管這樣形成的一些這樣的地下井在很 大程度上是水平的(對(duì)于注蒸汽井是共同的),但是與本發(fā)明的至少一些方法和/或系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)合使用的井不需要具有各種傾斜。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,并且在與上述(第一類(lèi)型的)類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例對(duì)應(yīng)的至少一些措施中,至少部分可滲透的襯管柱包括選自預(yù)鉆孔、狹槽、網(wǎng)眼和它們的組合的類(lèi)型的孔隙(開(kāi)口、孔口)。這樣的孔隙的特性和變型與上面在類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例中所述的相同。以類(lèi)似于上面在部分3中的(第一類(lèi)型的)系統(tǒng)實(shí)施例所述的類(lèi)似的方式,密封金屬室可以是組成至少部分可滲透的襯管柱的襯管的改進(jìn)的長(zhǎng)度的整體部分(例如,與圖2A和2B中的),或者它可以是附連到至少部分可滲透的襯管柱的附件(例如,與圖3A和3B中的)。類(lèi)似地對(duì)應(yīng)于上述的(第一類(lèi)型的)一種或多種系統(tǒng)實(shí)施例,在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,密封金屬室具有一種幾何形狀,所述幾何形狀被構(gòu)造成當(dāng)膨脹時(shí)增強(qiáng)它接合地層的能力。因此,在一些這樣的實(shí)施例中,有效膨脹通過(guò)密封金屬室的幾何形狀和/或關(guān)聯(lián)的幾何特征被設(shè)計(jì)和/或構(gòu)造到密封金屬室中。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,密封金屬室包括至少一個(gè)卸壓閥,所述卸壓閥被設(shè)計(jì)成在所述室的爆破壓力之下排氣。在一些這樣的實(shí)施例中,盡管可能起到防爆破的作用,但是這樣的卸壓閥可以附加地或備選地被設(shè)計(jì)成以這樣的方式排氣,使得控制環(huán)形區(qū)域中的壓力和流體流。與一些這樣的類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例的情況相同,在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,密封金屬室包括從至少大約50立方英寸(O. 8L)至最多大約12,000立方英寸(196. 7L)的未膨脹狀態(tài)下的體積。在一些或其它這樣的方法實(shí)施例中,當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí),密封金屬室使密封金屬室的體積增加至少大約50%。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,密封金屬室內(nèi)部的材料在它的凝聚狀態(tài)下處于選自液體、固體和它們的任何混合物的形式。在一些這樣的方法實(shí)施例中,密封金屬室內(nèi)部的材料選自水、酒精、乙二醇、丙三醇、相變材料、低共熔混合物和它們的組合。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間的至少一些區(qū)域中的流動(dòng)減小至少大約20%至最多大約100%,即一個(gè)或多個(gè)環(huán)形區(qū)域的完全環(huán)形堵塞或隔離。在一些或其它這樣的實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將這樣的環(huán)形區(qū)域中的流動(dòng)減小至少大約40%至最多大約100%。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,加熱凝聚材料的手段包括將經(jīng)加熱的流體注入井中。該流體可以在注入之前在地表被加熱,和/或它可以附加地或備選地經(jīng)由多種地下加熱手段中的一個(gè)或多個(gè)在地下被加熱。具有適當(dāng)定位的加熱器或其它加熱裝置的附加地下加熱可以對(duì)(一個(gè)或多個(gè))環(huán)形堵塞裝置的暫時(shí)致動(dòng)施加附加控制。如上所述,特別對(duì)于用于提高采油的注蒸汽井的情況,在一些這樣的方法實(shí)施例中,加熱凝聚材料的手段包括將蒸汽注入井中。
在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,加熱凝聚流體的手段利用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的常規(guī)加熱手段。在一些或其它方法實(shí)施例中,這樣的加熱手段附加地或備選地利用輻射加熱手段(例如,微波或射頻(RF)加熱)和/或化學(xué)加熱手段(例如,放熱化學(xué)反應(yīng))。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,這樣的方法還包括使用至少部分可滲透的襯管柱的多個(gè)改進(jìn)的長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)井眼的多個(gè)區(qū)域中的多個(gè)環(huán)形堵塞。在圖I中顯示了這樣的示例性實(shí)施例,其中顯示了四個(gè)這樣的環(huán)形堵塞裝置(124、126、130和134)。5.第二類(lèi)型的系統(tǒng)如先前在本文中所述,用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以寬泛地被分類(lèi)為兩個(gè)類(lèi)型中的一個(gè),這取決于致動(dòng)或以另外方式產(chǎn)生環(huán)形堵塞所借助的機(jī)制的類(lèi)型。下面的論述(即,在該部分中的論述)涉及利用大部分基于金屬網(wǎng)材料的膨脹的機(jī)制的系統(tǒng)(即,第二類(lèi)型的系統(tǒng)),所述金屬網(wǎng)材料與初始(即,在金屬網(wǎng)膨脹之前)處于載荷狀態(tài)的螺旋彈簧在功能上關(guān)聯(lián)。上述(第二類(lèi)型的)系統(tǒng)所利用的上述機(jī)制(或手段)由環(huán)形堵塞裝置(例如,裝置
124、126、130和134,如圖I中所示)提供,其中這樣的裝置被稱(chēng)為是基于螺旋彈簧的。該類(lèi)型的機(jī)制或手段在機(jī)械上不同于利用基于室的環(huán)形堵塞機(jī)制的第一類(lèi)型的系統(tǒng)中所使用的。參考圖5A、5B、6A和6B,并且繼續(xù)參考圖I (為了示例性系統(tǒng)部件相關(guān)),在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下井110中的環(huán)形堵塞的一種系統(tǒng)(或多種系統(tǒng)),所述系統(tǒng)包括(a)至少部分可滲透的襯管柱120 (其包括多個(gè)襯管接頭或部段),其位于至少部分地(例如,區(qū)域184)通向含烴地層的井眼的一部分(例如,地下井110的)內(nèi);(b)負(fù)載螺旋彈簧(501、601 ),其圍繞至少部分可滲透的襯管柱202的一部分(例如,接頭或管段)布置,其中負(fù)載螺旋彈簧處于選自張緊狀態(tài)(例如,螺旋彈簧501)和壓縮狀態(tài)(例如,螺旋彈簧601)的載荷狀態(tài);(c)彈簧保持裝置(503、603),其附連到負(fù)載螺旋彈簧從而將它保持在載荷狀態(tài),其中彈簧保持裝置至少部分地由被設(shè)計(jì)成在預(yù)定溫度之上熔化(或以另外方式失去它的機(jī)械完整性)的材料制造,并且其中當(dāng)熔化時(shí)(例如,熔化的保持裝置505和605)失去它將螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)的能力;以及(d)金屬網(wǎng)(506、606),其插置有所述載荷彈簧使得從彈簧去除載荷導(dǎo)致金屬網(wǎng)接合地層(沿著裸眼壁123),由此在襯管柱120和地層(區(qū)域
125、135、145和155中的任何一個(gè))之間形成環(huán)形堵塞(例如,124、126、130和/或134),其中通過(guò)將足以熔化彈簧保持裝置的至少一部分的熱施加到環(huán)形區(qū)域?qū)崿F(xiàn)載荷去除。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,地下井110是注蒸汽井。盡管這樣的系統(tǒng)涉及一般在地下井中產(chǎn)生環(huán)形堵塞/隔離,但是注蒸汽是用于(除了它的提高采油的主要目的以外)附加地用作加熱的手段的經(jīng)濟(jì)并且有效的方法,能夠熔化彈簧保持裝置并且實(shí)現(xiàn)螺旋彈簧從載荷狀態(tài)變化到無(wú)載荷狀態(tài),并且由此導(dǎo)致金屬網(wǎng)接合地層從而提供環(huán)形堵塞(見(jiàn)上文)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,井110是斜井,或至少包括偏離垂豎直(即,地平面的豎直軸線)的部段。圖I的井(即,地下井110)被描繪為斜井,其中井的裸眼區(qū)域的相當(dāng)大部分在大致水平方向上延伸通過(guò)很多地層。這樣的水平井在用于提高采油的蒸汽驅(qū)中是常見(jiàn)的。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,至少部分可滲透的襯管柱包括選自預(yù)鉆孔、狹槽、網(wǎng)眼和它們的組合的類(lèi)型的孔隙。在圖I中,襯管柱120包括被描繪為預(yù)鉆孔的孔隙128、142。當(dāng)在本文中使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“孔隙”不是特別限制的,并且可以被認(rèn)為是孔口,或者一般地是開(kāi)口。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,螺旋彈簧用至少大約501bf (磅力)(222N)的載荷張緊(例如,張緊螺旋彈簧501,如圖5A中所示)。在一些附加或備選的這樣系統(tǒng)實(shí)施例中,螺旋彈簧用至少大約501bf (磅力)(222N)的載荷壓縮(例如,壓縮螺旋彈簧601,如圖6A中所示)。應(yīng)當(dāng)注意載荷的性質(zhì)(張力或壓縮)可以暗示金屬網(wǎng)與負(fù)載螺旋彈簧在功能上關(guān)聯(lián)的方式(見(jiàn)上文)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,彈簧保持裝置(例如,503、603)附連到負(fù)載螺旋彈簧的至少一個(gè)端部。其中彈簧保持裝置僅僅錨固負(fù)載螺旋彈簧的單端部,可以預(yù)料在這樣的實(shí)施例中,另一個(gè)端部附著或以另外方式結(jié)合到它圍繞布置的襯管柱(在圖5和6中描繪了這樣的實(shí)施例)。在一些或其它實(shí)施例中,負(fù)載螺旋彈簧的兩個(gè)端部經(jīng)由可熔化彈簧保持裝置錨固到襯管柱,其中當(dāng)去除載荷時(shí)螺旋彈簧圍繞襯管柱自由浮動(dòng)。大體上,上述系統(tǒng)實(shí)施例的彈簧保持裝置應(yīng)當(dāng)以這樣的方式響應(yīng)熱能使得在某個(gè)特定溫度下,裝置(或其一部分)的機(jī)械完整性以這樣的方式折衷使得使裝置不能保持螺旋彈簧在載荷狀態(tài)下,其中彈簧保持裝置的機(jī)械完整性的損失是熱引起的。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,至少?gòu)椈杀3盅b置的可熔化部分由熱塑性聚合材料(即,具有玻璃轉(zhuǎn)化溫度的塑料材料)(不同于僅僅分解的熱固性材料)制造,所述熱塑性聚合材料在特定溫度或在特定溫度范圍之上“熔化”。合適的這樣的熱塑性聚合材料可以包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、聚偏二氯乙烯、它們的混合物和組合以及類(lèi)似物。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,金屬網(wǎng)包括編織金屬網(wǎng)。在一些或其它實(shí)施例中,金屬網(wǎng)包括燒結(jié)金屬網(wǎng)。在一些或其它實(shí)施例中,金屬網(wǎng)包括軋制金屬纖維。在一些或另外的其它實(shí)施例中,金屬網(wǎng)可以含有諸如熱固性聚合物的材料,這樣的材料可操作地增強(qiáng)環(huán)形堵塞。金屬網(wǎng)可以具有各種規(guī)格,但是優(yōu)選的是考慮給予螺旋彈簧特性選擇規(guī)格使得它們可以最佳地協(xié)調(diào)操作以有效地引起環(huán)形堵塞。另外,在一些或其它這樣的實(shí)施例中,當(dāng)在井中部署金屬網(wǎng)時(shí),保護(hù)覆蓋物可以用于防止損壞金屬網(wǎng)。合適的這樣的覆蓋物可以包括熱塑性材料。類(lèi)似于第一類(lèi)型的系統(tǒng),在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例(B卩,第二類(lèi)型的系統(tǒng))中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間中(或其至少一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中)的流量減小至少大約20%至最多大約100%ο在一些其它這樣的實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間中的流量減小至少大約20%至最多大約90%。在一些或另外的其它實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間中的流量減小至少大約40%至最多大約90%。盡管不旨在受到理論限制,但是用(一個(gè)或多個(gè))基于螺旋彈簧的環(huán)形堵塞裝置(其通常是第二類(lèi)型的系統(tǒng)的部分)比用第一類(lèi)型的系統(tǒng)的基于室的裝置更難獲得完全環(huán)形堵塞(即,環(huán)形隔離)。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,通過(guò)將經(jīng)加熱的流體注入井中提供施加到環(huán)形區(qū)域以熔化彈簧保持裝置(或其一部分)的熱。在一些這樣的系統(tǒng)實(shí)施例中,經(jīng)加熱的流體、是蒸汽(在注蒸汽井的情況下是偶然的),原因在于蒸汽可以起到兩個(gè)作用。地表上和/或井下的其它經(jīng)加熱的流體和/或加熱手段(例如,化學(xué)的、輻射的)可以附加地或備選地用于熔化上述的(一個(gè)或多個(gè))彈簧保持裝置。在一些這樣的上述系統(tǒng)實(shí)施例中,這樣的系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)附加的載荷彈簧、彈簧保持裝置和金屬網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)井眼中的多個(gè)環(huán)形堵塞??梢钥吹皆趫DI中示出了這樣的實(shí)施例,其中四個(gè)這樣的環(huán)形堵塞裝置(例如,的第二類(lèi)型的系統(tǒng)/方法的基于螺旋彈簧的這樣的裝置)在圖中被描繪為裝置124、126、130和134。6.第二類(lèi)型的方法 在該部分中描述的(第二類(lèi)型的)方法實(shí)施例大體上與上面在部分5中描述的(第二類(lèi)型)的系統(tǒng)實(shí)施例基本對(duì)應(yīng)。因此,將繼續(xù)以示例性方式參考圖1、5A、5B、6A和6B,原因是許多細(xì)節(jié)是系統(tǒng)和方法共同的。大體上,這樣的方法利用使用螺旋彈簧機(jī)制的環(huán)形堵塞裝置(例如,124、126、130和134,如圖I中所示),即,基于螺旋彈簧的環(huán)形堵塞裝置?,F(xiàn)在參考圖7,在一些實(shí)施例中,本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的一種方法,所述方法包括以下步驟(步驟701)形成改進(jìn)的襯管柱的至少部分可滲透的長(zhǎng)度,所述改進(jìn)的襯管柱的長(zhǎng)度包括(i)負(fù)載螺旋彈簧,其圍繞所述改進(jìn)的襯管柱的至少一部分布置,其中所述負(fù)載螺旋彈簧處于選自張緊狀態(tài)和壓縮狀態(tài)的載荷狀態(tài);(ii)彈簧保持裝置,其附連到所述負(fù)載螺旋彈簧從而將它保持在載荷狀態(tài),其中所述彈簧保持裝置至少部分地由被設(shè)計(jì)成在預(yù)定溫度之上熔化的材料制造,并且其中當(dāng)熔化時(shí)失去它將所述螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)的能力;以及(iii)金屬網(wǎng),其插置有所述負(fù)載螺旋彈簧使得當(dāng)所述螺旋彈簧經(jīng)歷從載荷狀態(tài)至無(wú)載荷狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí),所述金屬網(wǎng)在徑向方向上向外膨脹;(步驟702)將所述改進(jìn)的襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度定位在井眼的裸眼區(qū)域中,其中在所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和所述井眼的所述裸眼區(qū)域之間形成環(huán)形區(qū)域;以及(步驟703)加熱所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度從而熔化所述彈簧保持裝置并且實(shí)現(xiàn)所述螺旋彈簧轉(zhuǎn)變到無(wú)載荷狀態(tài),相應(yīng)地導(dǎo)致所述金屬網(wǎng)向外膨脹并且接合地層,由此在所述襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度和所述裸眼之間形成環(huán)形堵塞。與上述的(第二類(lèi)型的)類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例的情況一樣,在一些這樣的(第二類(lèi)型的)上述方法實(shí)施例中,地下井是注蒸汽井。在一些這樣的實(shí)施例中,注入地下(以試圖提高采油)中的蒸汽還可以用作一種手段,通過(guò)所述手段可以加熱襯管柱的改進(jìn)的長(zhǎng)度,從而實(shí)現(xiàn)彈簧保持裝置的熔化(或完整性的損失),這又實(shí)現(xiàn)螺旋彈簧從載荷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)載荷狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于以上在部分5中所述的類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例,在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,地下井是斜井。一般而言,如果井眼的大部分偏離與地表形成的豎直軸線,則井被認(rèn)為是“斜的”。應(yīng)當(dāng)注意這樣的偏離典型地是故意的(例如,定向鉆井);并且盡管這樣形成的一些這樣的地下井在很大程度上是水平的(對(duì)于注蒸汽井是共同的),但是與本發(fā)明的至少一些方法和/或系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)合使用的井不需要具有各種傾斜。對(duì)應(yīng)于以上類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例,在一些這樣的(B卩,第二類(lèi)型的)上述方法實(shí)施例中,至少部分可滲透的襯管柱包括選自預(yù)鉆孔、狹槽、網(wǎng)眼和它們的組合的類(lèi)型的孔隙(開(kāi)口)。這樣的孔隙的特性和變型與上面在類(lèi)似系統(tǒng)實(shí)施例中所述的相同。在一些這樣的(B卩,第二類(lèi)型的)上述方法實(shí)施例中,負(fù)載螺旋彈簧用至少501bf(222N)的載荷張緊。在其它這樣的上述方法實(shí)施例中,負(fù)載螺旋彈簧用至少501bf (222N)的載荷壓縮。在任一情況下(張緊或壓縮),在一些這樣的實(shí)施例中施加到彈簧的載荷可以很好地確定這樣使用的螺旋彈簧的類(lèi)型和特性(反之亦然)。另外,在一些實(shí)施例中,螺旋彈簧的類(lèi)型和特性可以很好地確定與螺旋彈簧組合使用的金屬網(wǎng)的類(lèi)型和特性,其中期望協(xié)同平衡從而實(shí)現(xiàn)最佳環(huán)形堵塞(見(jiàn)上文)。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,彈簧保持裝置(503、603)附連到負(fù)載螺旋彈簧的至少一個(gè)端部。其中彈簧保持裝置僅僅錨固負(fù)載螺旋彈簧的一個(gè)端部,可以預(yù)料在這樣的實(shí)施例中,另一個(gè)端部固定或以另外方式結(jié)合到它圍繞布置的襯管柱(在圖5和6中描繪了這樣的實(shí)施例)。在一些或其它實(shí)施例中,負(fù)載螺旋彈簧的兩個(gè)端部經(jīng)由可熔化彈簧保持裝置錨固到襯管柱,其中在去除載荷之后螺旋彈簧圍繞襯管柱自由浮動(dòng)。 大體上,上述系統(tǒng)實(shí)施例的彈簧保持裝置應(yīng)當(dāng)以這樣的方式響應(yīng)熱能使得在某個(gè)特定溫度(或者特定溫度范圍)下,裝置(或其一部分)的機(jī)械完整性被破壞使得使裝置不能保持(或維持)載荷狀態(tài)下的螺旋彈簧,其中彈簧保持裝置的機(jī)械完整性的損失是熱引起的。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,至少?gòu)椈杀3盅b置的可熔化部分由熱塑性(“可熔化”)聚合體材料(即,具有玻璃轉(zhuǎn)化溫度的塑料材料)(不同于僅僅分解的熱固性材料)制造。合適的這樣的熱塑性聚合體材料可以包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、聚偏二氯乙烯、它們的混合物和組合以及類(lèi)似物。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,金屬網(wǎng)包括編織金屬網(wǎng)。在一些或其它實(shí)施例中,金屬網(wǎng)包括燒結(jié)金屬網(wǎng)。在一些或其它這樣的實(shí)施例中,金屬網(wǎng)包括軋制金屬纖維。在一些或另外的其它實(shí)施例中,金屬網(wǎng)可以含有諸如熱固性聚合物的材料,這樣的材料可操作地增強(qiáng)環(huán)形堵塞。金屬網(wǎng)可以具有各種規(guī)格,但是優(yōu)選的是考慮給予螺旋彈簧特性選擇規(guī)格,使得它們可以最佳地協(xié)調(diào)操作以有效地引起環(huán)形堵塞。另外,在一些或其它這樣的實(shí)施例中,當(dāng)在井中部署金屬網(wǎng)時(shí),保護(hù)覆蓋物可以用于防止損壞金屬網(wǎng)。合適的這樣的覆蓋物可以包括熱塑性材料。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將環(huán)形空間的至少一些區(qū)域中的流量減小至少大約20%至最多大約100%,S卩,一個(gè)或多個(gè)環(huán)形區(qū)域的完全環(huán)形堵塞或隔離。在一些或其它這樣的實(shí)施例中,環(huán)形堵塞將這樣的環(huán)形區(qū)域中的流量減小至少大約40%至最多大約100%。如上面關(guān)于(第二類(lèi)型的)相應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)施例所述,并且盡管不旨在受到理論限制,但是相對(duì)于利用(一個(gè)或多個(gè))基于室的環(huán)形堵塞的第一類(lèi)型的方法,用第二類(lèi)型的方法的(一個(gè)或多個(gè))基于螺旋彈簧的環(huán)形堵塞裝置很可能更少地獲得完全環(huán)形堵塞(即,環(huán)形隔離)。在一些這樣的上述方法實(shí)施例中,通過(guò)注蒸汽提供施加到環(huán)形區(qū)域以熔化彈簧保持裝置的熱。具有適當(dāng)定位加熱器或其它加熱手段的附加地下加熱可以對(duì)(一個(gè)或多個(gè))環(huán)形堵塞裝置的暫時(shí)致動(dòng)施加附加控制。如上所述,特別對(duì)于用于提高采油的注蒸汽井的情況,在一些這樣的方法實(shí)施例中,加熱凝聚材料的手段包括將蒸汽注入井中。在一些這樣的方法實(shí)施例中,熱的施加(B卩,加熱)利用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的常規(guī)加熱手段。在一些或其它方法實(shí)施例中,這樣的加熱手段可以附加地或備選地利用輻射加熱手段(例如,微波或射頻(RF)加熱)和/或化學(xué)加熱手段(例如,放熱化學(xué)反應(yīng))。
在一些這樣的(第二類(lèi)型的)上述方法實(shí)施例中,這樣的方法還包括使用改進(jìn)的襯管柱的多個(gè)改進(jìn)的長(zhǎng)度作為總襯管柱組件內(nèi)的多個(gè)接頭,從而實(shí)現(xiàn)井眼的多個(gè)區(qū)域中的多個(gè)環(huán)形堵塞。在圖I中顯示了示例性的這樣的實(shí)施例,其中顯示了四個(gè)這樣的環(huán)形堵塞裝置(124、126、130 和 134)。7.變型上述系統(tǒng)和方法的各實(shí)施例包括包含第二類(lèi)型的系統(tǒng)和/或方法的要素的第一類(lèi)型的系統(tǒng)和/或方法(反之亦然)。例如,并且參考圖I的示例性系統(tǒng)配置,環(huán)形堵塞裝置124和126可以基于密封金屬室(第一類(lèi)型的系統(tǒng)/方法),而環(huán)形堵塞裝置130和134可以基于螺旋彈簧(第二類(lèi)型的系統(tǒng)/方法)。這樣的實(shí)施例被認(rèn)為是用于引起地下井中的環(huán)形堵塞的本發(fā)明的混合系統(tǒng)(具有相應(yīng)的混合方法)。實(shí)施例變型也包括包含多個(gè)任何上述環(huán)形堵塞裝置(基于室的和/或基于螺旋彈 簧的)的系統(tǒng)和方法,所述環(huán)形堵塞裝置被設(shè)計(jì)成或構(gòu)造成在不同溫度下致動(dòng)??梢钥吹竭m當(dāng)?shù)倪@樣的設(shè)計(jì)明顯提高了可以經(jīng)由“混合”手段控制這樣的系統(tǒng)的程度(見(jiàn)上文)。其它目前可預(yù)料的變型包括但不限于在相同井內(nèi)使用不同加熱手段和/或不同加熱流體,前者具有不同類(lèi)型的系統(tǒng)(即,混合系統(tǒng)),并且前者中的任何一個(gè)或兩者一起使用以產(chǎn)生超級(jí)系統(tǒng),所述超級(jí)系統(tǒng)包括在多個(gè)這樣的井中的多個(gè)任何這樣的系統(tǒng)以刺激共同油藏中的烴資源。附加地或備選地,任何這樣的系統(tǒng)可以不同于先前所述和/或在兩個(gè)或以上不同類(lèi)型的井中以集體或協(xié)調(diào)方式用于地下井中。8.總結(jié)如全文所述,本發(fā)明涉及在提高采油操作(特別是包括注蒸汽(例如,蒸汽驅(qū))的提高采油操作)中使用或進(jìn)行支持的用于產(chǎn)生井中的環(huán)形堵塞的系統(tǒng)和方法。在至少一些情況下,本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實(shí)施例利用用于引起環(huán)形堵塞的一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)起動(dòng)/致動(dòng)裝置(和/或它們的混合變型),其中關(guān)聯(lián)的被動(dòng)起動(dòng)/致動(dòng)至少部分地由熱手段控制使得可以認(rèn)為它是熱引導(dǎo)的。這樣的熱引導(dǎo)被動(dòng)致動(dòng)可以提供對(duì)環(huán)形堵塞過(guò)程(因此術(shù)語(yǔ)“混合起動(dòng)/致動(dòng)”)并且因此對(duì)地層和關(guān)聯(lián)油藏中的總蒸汽注入的顯著更多控制,由此提供更有效的烴回收。在本文中引用的所有專(zhuān)利和出版物在不矛盾的程度上通過(guò)引用被合并于本文中。將理解上述實(shí)施例的上述特征、功能和操作中的某些不是實(shí)施本發(fā)明所必需的,并且僅僅是為了完成一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例而包括在描述中。另外,將理解在上述引用專(zhuān)利和出版物中闡述的具體特征、功能和操作可以結(jié)合本發(fā)明實(shí)施,但是它們不是實(shí)施它所必需的。所以應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可以不同于根據(jù)具體的描述而進(jìn)行實(shí)施,而且實(shí)際上不脫離由附帶的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于形成地下井中的環(huán)形阻塞的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 a)至少部分可滲透的襯管柱,所述襯管柱位于井眼中的至少部分通向含烴地層的一部分內(nèi); b)負(fù)載螺旋彈簧,所述負(fù)載螺旋彈簧圍繞著所述至少部分可滲透的襯管柱的一部分布置,其中所述負(fù)載螺旋彈簧處于選自張緊狀態(tài)和壓縮狀態(tài)的載荷狀態(tài)下; c)彈簧保持裝置,所述彈簧保持裝置附連到所述負(fù)載螺旋彈簧以便將所述負(fù)載螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)下,其中所述彈簧保持裝置至少部分地由被設(shè)計(jì)成在預(yù)定溫度之上熔化的材料制造,并且在熔化時(shí)失去將所述螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)的能力,以及 d)金屬網(wǎng),所述金屬網(wǎng)插置有所述負(fù)載螺旋彈簧,使得從所述負(fù)載螺旋彈簧去除載荷導(dǎo)致所述金屬網(wǎng)與地層接合,由此在所述襯管柱和所述地層之間形成環(huán)形阻塞,其中通過(guò)將足以熔化所述彈簧保持裝置的至少一部分的熱量施加到所述環(huán)形區(qū)域?qū)崿F(xiàn)載荷去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述地下井為注蒸汽井。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述地下井為斜井。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述至少部分可滲透的襯管柱包括類(lèi)型選自預(yù)鉆孔、狹槽、網(wǎng)眼以及它們的組合的孔隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述負(fù)載螺旋彈簧由至少大約501磅力的載荷張緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述螺旋彈簧用至少大約501磅力的載荷壓縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述彈簧保持裝置附連于所述負(fù)載螺旋彈簧的至少一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述彈簧保持裝置的至少可熔化部分由熱塑性聚合體材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其中所述熱塑性聚合體材料選自聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、聚偏二氯乙烯以及它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其中所述金屬網(wǎng)包括選自編織金屬網(wǎng)、燒結(jié)金屬網(wǎng)、軋制金屬纖維以及它們的組合的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述環(huán)形堵塞將所述環(huán)形區(qū)域中的流量減小至少大約20%至最多大約100%。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中施加到所述環(huán)形區(qū)域上用于熔化所述彈簧保持裝置的熱量由注入的蒸汽提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),還包括一個(gè)或多個(gè)附加的承載彈簧、彈簧保持裝置和金屬網(wǎng),以便實(shí)現(xiàn)在井眼中的多個(gè)環(huán)形堵塞。
14.一種用于產(chǎn)生地下井中的環(huán)形堵塞的方法,所述方法包括 Ca)形成改進(jìn)襯管柱的至少部分可滲透的長(zhǎng)度,所述改進(jìn)襯管柱的所述長(zhǎng)度包括(i)負(fù)載螺旋彈簧,其圍繞著所述改進(jìn)襯管柱的至少一部分布置,其中所述負(fù)載螺旋彈簧處于選自張緊狀態(tài)和壓縮狀態(tài)的載荷狀態(tài);以及(ii )彈簧保持裝置,其附連到所述負(fù)載螺旋彈簧從而將所述負(fù)載螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài),其中所述彈簧保持裝置至少部分地由被設(shè)計(jì)成在預(yù)定溫度之上熔化的材料制造,并且在熔化時(shí)失去將所述負(fù)載螺旋彈簧保持在載荷狀態(tài)的能力,以及(iii)金屬網(wǎng),其插置有所述負(fù)載螺旋彈簧,使得當(dāng)所述負(fù)載螺旋彈簧經(jīng)歷從載荷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成無(wú)載荷狀態(tài)時(shí),所述金屬網(wǎng)沿著徑向向外膨脹, (b)將所述改進(jìn)襯管柱的改進(jìn)長(zhǎng)度定位在井眼的裸眼區(qū)域中,其中在所述襯管柱的所述改進(jìn)長(zhǎng)度和所述井眼的所述裸眼區(qū)域之間形成環(huán)形區(qū)域;以及 (C)加熱所述襯管柱的改進(jìn)長(zhǎng)度,以實(shí)現(xiàn)熔化所述彈簧保持裝置并且實(shí)現(xiàn)將所述負(fù)載螺旋彈簧轉(zhuǎn)變成非載荷狀態(tài),相應(yīng)地使得所述金屬網(wǎng)向外膨脹并且與地層接合,由此在襯管柱的改進(jìn)長(zhǎng)度和裸眼區(qū)域之間形成環(huán)形堵塞。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述地下井為注蒸汽井。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述地下井為斜井。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述襯管柱的改進(jìn)長(zhǎng)度包括類(lèi)型選自預(yù)鉆孔、狹槽、網(wǎng)眼以及它們的組合的孔隙。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述負(fù)載螺旋彈簧由至少大約501磅力的載荷張緊。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述負(fù)載螺旋彈簧由至少大約501磅力的載荷壓縮。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述彈簧保持裝置附連于所述負(fù)載螺旋彈簧的至少一端。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述彈簧保持裝置的至少可熔化部分由熱塑性聚合體材料制造。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述金屬網(wǎng)包括編織的金屬網(wǎng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中所述環(huán)形堵塞減小在所述環(huán)形區(qū)域中的流量至少大約20%至最多大約100%。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中施加到所述環(huán)形區(qū)域用來(lái)熔化所述彈簧保持裝置的熱量由注入的蒸汽提供。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其進(jìn)一步包括在整個(gè)襯管柱組件內(nèi)使用多個(gè)改進(jìn)襯管柱的改進(jìn)長(zhǎng)度作為多個(gè)接頭,以在井眼的多個(gè)區(qū)域中實(shí)現(xiàn)多個(gè)環(huán)形堵塞。
全文摘要
本發(fā)明涉及在提高采油操作(特別是包括注蒸汽(例如,蒸汽驅(qū))的提高采油(EOR)操作)中使用或進(jìn)行支持的用于產(chǎn)生井中的環(huán)形堵塞的系統(tǒng)和方法。在至少一些情況下,本發(fā)明的系統(tǒng)和方法實(shí)施例利用用于引起環(huán)形堵塞的一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)致動(dòng)環(huán)形堵塞裝置(和/或混合主動(dòng)/被動(dòng)裝置),其中關(guān)聯(lián)的被動(dòng)或混合致動(dòng)至少部分地由熱手段控制使得可以認(rèn)為它是熱引導(dǎo)的或熱控制的。這樣的熱引導(dǎo)被動(dòng)致動(dòng)可以提供對(duì)環(huán)形堵塞過(guò)程并且因此對(duì)地層和關(guān)聯(lián)油藏中的總蒸汽注入的顯著更多控制,由此提供更有效的烴回收。
文檔編號(hào)E21B43/12GK102639810SQ201080054785
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
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