井操作的方法
【專利摘要】通過熔化周圍材料或者通過熔化設(shè)置在井(2)中的井元件(10)而廢棄井(2)或者去除所述井元件(10)的方法和使用，該方法包括以下步驟：提供一定量的生熱混合物(6)，該量(6)適合于執(zhí)行期望操作中的一個，將生熱混合物(6)定位在在井(2)中的熔化位置處，點燃生熱混合物(6)，從而熔化井(2)中的周圍材料或者熔化井元件(10)。
【專利說明】井操作的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于通過熔化周圍材料和/或通過熔化井元件而堵塞并廢棄井或者去除設(shè)置在井中的井元件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了使得在井中的堵塞并廢棄(PM)操作的期間滿足政府要求，深設(shè)置擋板必須被安置得盡可能靠近潛在的入流源，覆蓋所有泄漏路徑。永久的井擋板應(yīng)該橫過包括所有環(huán)形物的井的整個橫截面區(qū)域延伸，并且在井中既豎直地也水平地密封。這要求機械地去除鋪管、或者對管道穿孔，之后沖洗管道后面。這將導(dǎo)致來自于例如機械銑削的切屑或者碎屑需要從所有流線(包括BOP系統(tǒng))被清掃到鉆塔中。通常，水泥被用于PM操作的目的。但是，井擋板必須遵守所有下列的針對PM堵塞的要求:a)不滲透性，b)長期完整性，c)無收縮，d)可延展性(非脆性的)_能夠承受機械負載或者沖擊，e)對不同的化學(xué)制品/物質(zhì)(H2S、C02和碳氫化合物)的耐性和f)潤濕-以保證粘合到鋼上。
[0003] 申請人:已經(jīng)發(fā)明了使用生熱混合物(例如灼熱劑混合物)的一種執(zhí)行PM操作的可替換的方法。灼熱劑通常已知為金屬粉末和金屬氧化物的煙火合成物。金屬粉末和金屬氧化物產(chǎn)生被通稱為灼熱反應(yīng)(thermite react1n)的放熱的氧化-還原反應(yīng)。許多金屬可以是還原劑，例如，招。如果招是還原劑，則該反應(yīng)被稱為招熱反應(yīng)(aluminothermicreact1n)。大部分種類不是爆炸性的，但是可能產(chǎn)生在短時間期間內(nèi)被聚焦在非常小的區(qū)域中的極高溫度的短爆裂。溫度可以達到3000°C那么高。
[0004]存在現(xiàn)有技術(shù)的解決方案，其中灼熱劑被用在井技術(shù)的領(lǐng)域中。在文獻US2006/144591( R扎勒士 (Gonzalez)等人)和 US 6923263 B2 (伊登(Eden)等人)中披露了實例。US 2006/144591 Al描述了熔融的金屬栓塞在井中的使用。US 2006/144591 Al的目的是使用放熱的反應(yīng)劑材料來熔化可熔修復(fù)材料(比如共晶材料)。被披露的方法包括在地下井中的結(jié)構(gòu)(在該處期望流體密封)附近引入可熔修復(fù)材料。放熱的反應(yīng)劑材料定位在可熔修復(fù)材料附近。放熱的反應(yīng)劑被點燃或者以別的方式起動以產(chǎn)生放熱的反應(yīng)，該放熱的反應(yīng)提供熱到可熔修復(fù)材料并且將可熔修復(fù)材料熔化成熔融物質(zhì)。熔融物質(zhì)橫穿所述結(jié)構(gòu)和流體密封缺陷流動并凝固以在地下井結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)流體密封。所例示的適合的放熱反應(yīng)劑材料包括灼熱劑、混合燃燒劑(thermate)和高放熱化學(xué)反應(yīng)，比如氯化銨與亞硝酸鈉之間的反應(yīng)，而優(yōu)選的可熔材料包括隨著從熔融狀態(tài)的冷卻和凝固而膨脹的焊接劑和共晶金屬。
[0005]US6923263 B2披露了一種用于在外殼中形成栓塞的裝置,該裝置包括栓塞材料的本體和用于插入進外殼中的載體。載體支撐栓塞材料的本體。載體包括心軸和沿著所述心軸間隔開的至少兩個圓形法蘭(flange，凸緣)。載體也包括用于加熱心軸的加熱器。心軸被加熱到高于心軸中的材料的熔點的溫度并且栓塞材料滑落進該至少兩個圓形法蘭中。該至少兩個圓形法蘭迫使膨脹了的凝固的栓塞抵靠外殼，這有助于心軸與栓塞材料之間的熱傳遞，并且阻止凝固了的材料沿著外殼蔓延。
[0006]所披露的現(xiàn)有技術(shù)解決方案中的一個共同特征是金屬栓塞材料被引入井中。此夕卜，栓塞大體上形成在管道(比如外殼或者管線)的內(nèi)部，在所述管道的內(nèi)部上形成金屬密封。因此，被引入的栓塞材料的熔點必須低于周圍管道的熔點以避免周圍管道熔化。
[0007]本發(fā)明的一個目的是提供一種用于通過使用灼熱劑混合物對設(shè)置在井中的井元件進行永久井廢棄或者去除的方法。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是減小或者去除在PM操作中對鉆塔的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明被闡述并且在獨立權(quán)利要求中描述其特征，而獨立權(quán)利要求描述了本發(fā)明的其他特征。
[0010]本發(fā)明涉及一種通過熔化周圍材料而廢棄井的方法，該方法包括以下步驟:
[0011]-提供一定量的生熱混合物，該量適合于執(zhí)行期望的操作，
[0012]-將生熱混合物定位在在該井中的期望位置處，
[0013]-點燃生熱混合物，從而熔化該井中的周圍材料。
[0014]本發(fā)明還涉及一種通過熔化設(shè)置在井中的井元件而去除所述井元件的方法，該方法包括以下步驟:
[0015]-提供一定量的生熱混合物，該量適合于執(zhí)行期望的操作，
[0016]-將生熱混合物定位在該井中的期望位置處，
[0017]-點燃生熱混合物，從而熔化井元件。
[0018]在點火之后，生熱混合物(例如，灼熱劑混合物或者其他混合物)將燃燒得具有高達3000°C的溫度并且使得附近的周圍材料的極大部分熔化，可伴隨或者不伴隨任何額外的金屬或者其他可熔材料到該井中的添加。周圍材料可以包括通常存在于井中的任何材料，比如管道，例如外殼、管道和襯套、水泥、地層砂等等。來自于被點燃了的混合物的熱將熔化足夠量的所述材料。當生熱混合物已經(jīng)燃燒完時，被熔化了的材料將凝固，形成抵靠井地層的的密封(例如，包括被熔化了的金屬、水泥、地層砂等等的栓塞)。該操作特別適合于井的豎直段，但是也可以適合于偏斜的或者分叉的段，比如水平段或者與豎直段不同的段。
[0019]足夠量的生熱混合物(例如，灼熱劑混合物)取決于哪個操作將被執(zhí)行以及設(shè)計的井路徑而變化。例如，NORSOK (挪威石油技術(shù)法規(guī))標準D-010 (其涉及鉆井和井操作中的井完整性)限定，當水泥栓塞被用在廢棄操作中時，水泥栓塞應(yīng)當是至少50米并且在一些操作中高達200米。例如，一個水泥栓塞可以填充管道的整個內(nèi)容積。在關(guān)于井廢棄的實施例中，具有0.2286米(95/8”)的內(nèi)直徑的管道具有每米管道0.037立方米的容積。為了通過根據(jù)本發(fā)明的方法提供50米的栓塞，一個栓塞將需要1.85立方米的包括灼熱劑的生熱混合物。類似地，如果需要200米的水泥栓塞，則需要的生熱混合物的量將是3.4立方米。但是應(yīng)該理解的是，可以使用其他的栓塞尺寸，因為通過本發(fā)明提供的栓塞將具有與水泥不同的其他性質(zhì)并且NORSOK標準可能不會與所有應(yīng)用和操作相關(guān)。取決于期望的操作、生熱混合物和材料的性質(zhì)，可以使用任何量的生熱混合物。
[0020]在第二實施例中，當使用生熱混合物用于井元件的去除時，一定量的生熱混合物被定位在井中期望位置處?？赡軙捎谠S多原因而要進行從井中去除井元件、或者去除井元件的至少部分，比如為了在管道或者外殼中形成窗口以便鉆探斜井或者為了能夠暴露地層，例如作為堵塞并廢棄操作的部分。通常，在包括鉆探斜井的操作期間，鉆通管道或者外殼可以證明是困難的。根據(jù)本發(fā)明的方法解決了這個困難，所述方法提供定位在期望位置(即熔化位置)處的一定量的生熱混合物，生熱混合物在該熔化位置處被點燃，并且在可能鉆出斜井的位置處在管道或者外殼中產(chǎn)生窗口。
[0021]可替換地，生熱混合物可以被定位成熔化管道或者外殼的更大區(qū)域，例如熔化管道或者外殼的整個圓周周圍。如果管道或者外殼被水泥或者已經(jīng)證明是難以熔化的頁巖圍繞的話這可以是實用的。一個選擇則可以是熔化管道或者外殼并且暴露該水泥和或頁巖。然后例如可通過研磨或者下擴孔等等而去除水泥或者頁巖，如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
[0022]因為較少的材料將被熔化，并且取決于所期望的熔化程度和井元件的材料，在涉及井元件或者井元件的至少部分的去除的本發(fā)明實施例中所需要的足夠量的生熱混合物將小于用于井廢棄實施例所需的量。
[0023]不同生熱混合物的孔隙度和密度可以不同，并且因此不同的生熱混合物的重量也可以不同。
[0024]方法可以還包括以下步驟:與生熱混合物連接地設(shè)置點火頭。該點火頭可以適合于點燃生熱混合物。
[0025]在一個實施例中，方法包括以下步驟:將至少一個耐高溫元件定位得接近井中的熔化位置。該耐高溫元件用來保護位于熔化位置的上方、下方和/或與熔化位置鄰接的井或井元件的部分。耐高溫元件可以由耐高溫材料(比如陶瓷元件或者玻璃元件)制成。在井中可設(shè)置一個或者多個耐高溫元件。
[0026]在另一個實施例中，方法包括以下步驟:將生熱混合物定位在容器中并且通過使用鋼絲繩或者盤繞管線而將該容器下降到井中的熔化位置。在表面處準備期望量的生熱混合物并且所述期望量的生熱混合物被定位在容器中?；旌衔锢缈梢允橇畹幕蛘叻勰┗旌衔?。容器可以是適合于下降進入井中的任何容器。取決于期望的操作，容器(或者一組多個容器)可以是短的或者長的容器。在PM操作中，在期望需要大熔化區(qū)域的情況下，該組容器可以是若干米長，在從I米到1000米的范圍內(nèi)。
[0027]在一個實施例中，方法包括以下步驟:使生熱混合物循環(huán)到井中的熔化位置。生熱混合物可以與流體混合，形成流體混合物。該流體混合物可以通過循環(huán)而從表面被帶到熔化位置處。
[0028]在井將被堵塞并且廢棄、PM操作的情況下，方法可以包括以下步驟:將至少一個永久栓塞定位得鄰近井中的熔化位置并且將至少一個耐高溫元件定位在井中的所述永久栓塞的上方和/或下方。永久栓塞用來從熔化位置的上方或者下方密封該井，而耐高溫元件用來保護該永久栓塞不受來自點燃的生熱混合物的熱的損害。
[0029]方法可以還包括以下步驟:將至少一個耐高溫元件至少定位在待去除的所述井元件的上方或者下方、以及至少定位在所述生熱混合物的上方或者下方。
[0030]在一個可替換的實施例中，方法包括以下步驟:將定時器設(shè)置成與點火頭連接。在其中在鄰近的位置處(例如從相同的模架鉆臺(template))廢棄許多井的情況下，定時器功能可以是有利的。每個井中的定時器可以被設(shè)定成在操作容器已經(jīng)離開該位置之后在相同的時間或者在不同的時間點火。這減小了人員傷害的風(fēng)險。
[0031]生熱混合物可以包括灼熱劑混合物，但是也可以使用其他的生熱混合物。
[0032]在一個實施例中，本發(fā)明涉及生熱混合物的使用，用于通過熔化周圍材料而廢棄井。
[0033]在另一個實施例中，本發(fā)明涉及生熱混合物的使用，用于通過熔化井元件而去除設(shè)直在井中的井兀件。
[0034]雖然貫穿說明書使用了不同的表示方式，但是管道、襯套、外殼等等應(yīng)該被理解為通常用在井操作中的鋼或者其他材料的管道或者管子。
[0035]通過使用所描述的發(fā)明，所有操作均可以從采光井介入容器或者類似裝置中執(zhí)行，并且消除了對于鉆塔的需要。在生熱混合物的點火之前，可對井進行壓力測試以檢查密封是否是緊密的。這可通過使用壓力傳感器或者對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他壓力測試方法執(zhí)行。
[0036]現(xiàn)在將被在非限制性的實施例中并且參考附圖描述本發(fā)明，其中:

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1顯示了在灼熱劑混合物的點火之前本發(fā)明的一個實施例，其中灼熱劑混合物被用于井廢棄的目的。
[0038]圖2顯示了圖1的一個可替換的實施例。
[0039]圖3顯示了在灼熱劑混合物的點火之后圖1的實施例。
[0040]圖4顯示了在灼熱劑混合物的點火之前本發(fā)明的一個實施例，其中灼熱劑混合物被用于去除井元件。
[0041]圖5顯示了在灼熱劑混合物的點火之后圖4的實施例。

【具體實施方式】
[0042]圖1顯示了在灼熱劑混合物的點火之前本發(fā)明的概況，其中灼熱劑混合物被用于井廢棄的目的。已經(jīng)在地層I中鉆出豎直井2。該井具有用水泥粘合到地層壁(沒有被顯示出)上的外殼3以及位于井2的最下部分中的管道或者襯套10。在井的下部分中，已經(jīng)設(shè)置有第一永久栓塞4。第一耐高溫元件5 (比如陶瓷元件或者玻璃元件)被設(shè)置在第一永久栓塞4上方以保護第一永久栓塞4。生熱混合物(例如，灼熱劑混合物)6被設(shè)置在第一耐高溫元件5上方。類似地，在灼熱劑混合物6上方可以設(shè)置第二耐高溫元件7和第二永久栓塞元件8。此外，點火頭11 (用于灼熱劑混合物6的點火)與灼熱劑混合物6連接地設(shè)置。定時器元件9可以設(shè)置成對點火頭11的引爆以及因此灼熱劑混合物6的引爆進行定時。
[0043]圖2顯示了對于圖1中顯示的實施例的一個可替換的實施例，也是在灼熱劑混合物的點火之前。如圖1中顯示的一樣，也在地層I中鉆出豎直井2。該井具有用水泥粘合至地層壁上的外殼3以及位于井2的最下部分中的管道或者襯套10。在井的下部分中，已經(jīng)設(shè)置有第一永久栓塞4。第一耐高溫元件5 (比如陶瓷元件或者玻璃元件)被設(shè)置在第一永久栓塞4上方以保護第一永久栓塞4。灼熱劑混合物6被設(shè)置在第一耐高溫兀件5上方。點火頭11設(shè)置成與灼熱劑混合物連接。此外，設(shè)置有下降工具12，比如鋼絲繩工具，用于第一永久栓塞4、第一耐高溫元件5、灼熱劑混合物6或者點火頭11中的至少一個的下降。
[0044]圖3顯示了在灼熱劑混合物的點火之后圖1的實施例。用參考標號I表示的地層的部分沒有受到來自于灼熱劑混合物的熱的影響，而地層區(qū)域I’已受到該熱影響。
[0045]圖3上的元件13指熔化了的區(qū)域，即，已經(jīng)受到來自于灼熱劑混合物的熱影響的區(qū)域(例如管道、水泥、灼熱劑混合物罐、地層砂等等)。如在圖3中看到的一樣，第一永久栓塞元件4在灼熱劑混合物的點火之后保持原樣。這是因為第一永久栓塞4已經(jīng)被第一耐高溫元件5保護免受熱的損害。類似地，第二永久栓塞8和定時器9也保持原樣，因為它們已經(jīng)被第二耐高溫元件7保護免受熱的損害。
[0046]使井廢棄的操作的一個實例(見圖1和圖3)可以包括將第一永久栓塞4定位在豎直井2中。第一永久栓塞4用來封閉所述栓塞4下方的井。然后將第一耐高溫兀件5定位在井2和管道10中的所述栓塞4的上方。當?shù)谝荒透邷卦?在位時，將灼熱劑混合物6和點火頭11下降到所述第一耐高溫元件5上。將第二耐高溫元件7設(shè)置在所述灼熱劑混合物6和點火頭11上方。將第二永久插塞8定位在所述第二耐高溫元件7上方，并且，如果是所期望的，將定時器9連接到點火頭11。灼熱劑混合物6通過點火頭11的點火導(dǎo)致(見圖3)井2的位于第一耐高溫元件5與第二耐高溫元件7之間的部分(包括水泥、管道、地層砂等等)由于熱(?3000°C)而熔化，其由參考標號I’和13顯示。熔化了的水泥、管道、地層砂等等形成地層I的永久密封。
[0047]圖4顯示了在灼熱劑混合物的點火之前本發(fā)明的一個實施例，其中灼熱劑混合物被用于井元件的去除。已經(jīng)在地層I中鉆出井2。豎直井2具有用水泥粘合到地層壁上的外殼3以及位于井2的最下部分中的管道或者襯套10。在井的下部分中，已經(jīng)設(shè)置有第一永久栓塞4。第一耐高溫兀件5 (比如陶瓷兀件或者玻璃兀件)被設(shè)置在第一永久栓塞4上方以保護第一永久栓塞4。灼熱劑混合物6被設(shè)置在第一耐高溫元件5上方，設(shè)置成與點火頭11連接。
[0048]圖5顯示了在灼熱劑混合物的點火之后圖4的實施例，其中管道10的部分已經(jīng)被去除。用參考標號I表示的地層的部分沒有受到來自于灼熱劑混合物的熱的影響，而地層區(qū)域I’已受到該熱的影響。
[0049]參考標號15是指聚集在第一耐高溫元件5上方的熔化了的材料，即，已經(jīng)受到來自于灼熱劑混合物的熱的影響的材料(例如管道、水泥、灼熱劑混合物罐、地層砂等等)。如在圖中看到的一樣，在灼熱劑混合物6的點火之后第一永久栓塞元件4保持原樣。這是因為第一永久栓塞4已經(jīng)被第一耐高溫元件5保護免受熱損害。在被顯示的實施例中，管道10的部分已經(jīng)通過熔化而被去除。雖然示出了管道的整個圓周已經(jīng)被熔化，但是也可能僅僅熔化管道的部分，比如用以在管道中形成窗口，等等。
[0050]用于井元件的部分的去除的灼熱劑混合物的操作(參見圖4和圖5)與上文中描述的用于井廢棄操作的方法類似。唯一的不同是所使用的灼熱劑混合物的量。
[0051]通過圖的實施例的設(shè)置，而解釋了對于本發(fā)明目的的提議的解決方案，其將提供通過使用生熱混合物混合物而永久井廢棄或者去除設(shè)置在井中的井元件的方法。
[0052]在這里以非限制性實施例的方式描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解的是可以設(shè)想圖1-5中顯示的實施例具有更少或者更多數(shù)量的永久栓塞和耐高溫元件。技術(shù)人員將理解，如果是期望的，可根據(jù)期望的操作而不設(shè)置永久栓塞、設(shè)置一個、兩個或者多個永久栓塞。類似地，取決于操作，定位在井中的耐高溫元件的數(shù)量可以從零個、一個、兩個或者多個變化。
【權(quán)利要求】
1.通過熔化周圍材料或者通過熔化設(shè)置在井中的井元件而執(zhí)行使井廢棄或者去除所述井元件的操作的方法，所述方法包括以下步驟: -提供一定量的生熱混合物，所述量適合于執(zhí)行所期望的操作中的一個， -將所述生熱混合物定位在所述井中的熔化位置處， -點燃所述生熱混合物，從而熔化所述井中的所述周圍材料或者熔化所述井元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:將點火頭設(shè)置成與所述生熱混合物連接。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:將至少一個耐高溫元件定位得接近于所述井中的所述熔化位置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:將所述生熱混合物定位在容器中并且通過使用鋼絲繩或者盤繞管線而將所述容器下降到所述井中的所述熔化位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:使所述生熱混合物循環(huán)到所述井中的所述熔化位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:將至少一個永久栓塞定位在所述井中的所述熔化位置附近并且將所述耐高溫元件中的至少一個定位在所述井中的所述永久栓塞的上方和/或下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟:將至少一個耐高溫元件至少定位在待去除的所述井元件的上方或者下方、以及至少定位在所述生熱混合物的上方或者下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:將定時器設(shè)置成與所述點火頭連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的方法，其特征在于，所述生熱混合物包括灼熱劑混合物。
10.生熱混合物的使用，用于通過熔化周圍材料而使得井廢棄。
11.生熱混合物的使用，用于通過熔化設(shè)置在井中的井元件而去除所述井元件。
【文檔編號】E21B29/02GK104334822SQ201380013739
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月12日
【發(fā)明者】邁克爾·紹爾德 申請人:因特威爾科技公司