油胀自封式封隔器.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200910008104.6

申请日:

2009.03.02

公开号:

CN101824973A

公开日:

2010.09.08

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):E21B 33/127申请公布日:20100908|||实质审查的生效IPC(主分类):E21B 33/127申请日:20090302|||公开

IPC分类号:

E21B33/127

主分类号:

E21B33/127

申请人:

河北宝石特种柔性胶化有限公司

发明人:

王跃胜; 张玉明

地址:

053500 河北省景县王谦寺乡郑古庄街103号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明涉及油井的压裂、固井、完井及水层油层的封隔。油胀自封式封隔器10包含一个由“可膨胀弹性体”橡胶材料制作的胶筒4。所述胶筒4置于碳氢化合物中时就会吸收碳氢化合物发生膨胀。该胶筒通过金属挡环3固定在生产油管7上,通过套管接箍1与其它生产油管连接,胶筒4接触到碳氢化合物后因吸收碳氢化合物而发生膨胀,使封隔器10封闭井壁5与生产油管7之间形成的环形空间6,达到封隔目的。

权利要求书

1: 一种由“可膨胀弹性体”材料制作的封隔器10。 该封隔器10由油胀式可膨胀弹性体材料制作的胶筒4、放置胶筒4的生产油管7和固定胶筒4的金属挡环3构成。
2: 封隔器胶筒4其特征在于,置于碳氢化合物中就会因吸收碳氢化合物而发生膨胀。
3: 如权利1要求所述,其特征在于,封隔器胶筒4由金所挡环3固定在生产油管7上。
4: 如权利1要求所述,其特征在于,封隔器胶筒4所构成的油胀式可膨胀弹性体材料至少包括下列的一种:ZBR橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、橡胶基质橡胶。
5: 一种可封闭碳氢化合物生产井的井壁5与生产油管7形成的环形空间6的封隔器10。构成该封隔器10的胶筒4,该胶筒4可吸收碳氢化合物,并且吸收后的膨胀速度受到控制。

说明书


油胀自封式封隔器

    【技术领域】

    本发明涉及油井的压裂、固井、完井及水层油层的封隔。涉及到的油胀自封式封隔器采用了一种特殊的“可膨胀弹性体”材料。“可膨胀弹性体”材料是一种置于特定液体里时就会膨胀的弹性橡胶材料[在油里膨胀(溶胀)]。还涉及应用该可膨胀弹性体材料的井下自封式封隔器,该封隔器由可膨胀弹性体材料与机械管柱、金属挡环等构成。

    技术背景

    封隔器是封隔油层的重要工具,用于压裂采油作业中的分层注水,分层采油,裸眼井的固井、完井等。管外封隔器的完井方法,可以分三种形式,分别是套管外封隔器及割缝衬管完井、套管外封隔器及滑套完井和套管外封隔器及衬管射孔完井。

    封隔器作为井下一种主要的分层工具,是依靠管外封隔实施层段的分隔,它可以按层段进行作业和生产控制,在油气井的分层开采中具有着重要的作用。

    传统的封隔器有支撑式、卡瓦式、皮碗式、水力扩张式、水力压缩式、水力密封式、悬挂式等八种系列和多个种类。其中油田最常用的是扩张式和压缩式两种封隔器。传统封隔器均是依赖外力、操作机械结构进行封隔器坐封。该类型封隔器在下井时,易出现砂卡、提前坐封等现象,风险高,可靠性较差。

    在该领域,主要有四家公司提供相关产品和技术服务:哈里伯顿公司、壳牌公司、TAM公司和BakerHughes公司。斯伦贝谢公司和威德福公司也正在研制类似产品。但我国国内还未有类似产品出现。

    英国BP和美国ConocoPhilips公司在开发美国阿拉斯加北坡浅层重油带中曾应用膨胀式工具进行封隔作业的技术,取得很好的经济效益(SPE97928)。

    美国阿拉斯加北坡蕴含着200-250亿桶重油资源,主要分布于地下3000-5000英尺的地层中。阿拉斯加地处北极圈,地面环境十分恶劣,终年低温寒冷,重油带所在地由地面以下1800英尺为永久冻土。目的层被众多的不稳定页岩层和出水砂岩层包夹,同时又有断层。面对巨大挑战,油公司非常关注如何经济有效的开采重油资源。

    两家公司在油田开发初始阶段就考虑了哈里伯顿的技术。油田开发采用3分支或4分支水平井钻完井技术同时开采多个重油层段。目的层用预制孔的防砂筛管完井,不稳定页岩层、出水砂岩层和断层则用遇油膨胀式封隔器连接盲管加以隔离。开发方案摒弃了固井注水泥作业,全部采用完井管串直接下入裸眼的方式,降低了风险和作业成本,同时有效地保护了储层。

    为了保证能够准确隔离复杂地层(页岩和水层),钻井采用了LWD技术。完井前,还要下入井径仪和测井设备,对目的层井眼的井径、油水界面、复杂层段的位置等情况做到充分了解和掌握。根据实际情况,选择不同外径的封隔工具组成完井管串。

    投产后,单井产量达到5000桶/日,比早期开发油井的200桶/日高出数倍。生产期间也没有发生因膨胀式封隔工具失效而造成的产量下降和含水率上升的问题。

    英国和美国石油公司在阿拉斯加作业的成功经验表明,膨胀式封隔工具取代现有井下封隔技术用于完井,可以显著减少井下事故的发生,降低作业风险和成本,避免投产后复杂的修井作业。

    发明的内容

    本发明的目的在于参考国内外原有井下封隔器产品的优缺点,解决传统封隔器在下井时依赖外力、操作机械结构进行封隔器坐封时容易出现砂卡、提前坐封等现象,风险高,可靠性较差的问题。发明一种可靠性高、操作简便、消除了修井和井下作业、降低维护成本、延长了油井寿命、适用于井下温度和压力变化、提高固井质量的新型封隔产品。

    此项发明主要是由一种置于特定液体里时就会膨胀的“可膨胀弹性体”弹性橡胶材料[在油里膨胀(溶胀)]构成的胶筒与机械管柱、金属挡环等组成的封隔器。用于封闭石油生产井井壁与生产油管之间的环形空间。其中机械管柱与生产油管连接,金属挡环起到固定和校正封隔器的作用。当机械管柱外附的油胀式可膨胀弹性体材料构成的胶筒在到达指定区域后,接触到石油或油水混合物时会在一定时间内吸收其中的碳氢化合物从而倍数膨胀,达到自动封隔的作用。

    置于特定液体里时就会膨胀的“可膨胀弹性体”弹性橡胶材料[在油里膨胀(溶胀)]构成的胶筒在材料上至少有以下几种:ZBR橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、橡胶基质橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、附老剂、稳定剂、无机填料、高吸油附料等。

    该材料中所描述的高吸油附料在添加到橡胶中并经特殊工艺加工后,接触到碳氢化合物就会吸收从而发生膨胀。

    【附图说明】

    图1:产品基本结构图;

    图2:本发明在生产井中工作的纵向截面图。

    【具体实施方式】

    油胀自封式封隔器10用于石油生产井,被固定在生产用油管7外壁上,封隔器的胶筒4接触到油井中的石油或油水混合物后会吸收其中的碳氢化合物而发生膨胀,随着封隔器胶筒4的不断胀大,从而将井壁5与生产油管7之间形成的环形空间6封闭。该封隔器10主要用于压裂采油作业中的分层注水,分层采油,裸眼井的固井、完井等,代替普通管外封隔器,对石油生产井进行分段封隔,从而达到分层采油、提高产量的目的。

    封隔器胶筒4放置在生产油管(机械管柱)7外部,由金属挡环3固定,使之不会脱离;该段生产油管7经套管接箍1与其它油管连接进入生产井;封隔器胶筒4经过配方调整可控制吸收碳氢化合物后发生膨胀的速度,避免在下井过程中发生膨胀,使封隔器10到达不了预定位置,起不到封隔目的;封隔器10在到达预定位置后,生产油井中的油流(石油或油水混合物构成的井液)11会流过封隔器10,使封隔器胶筒4接触到碳氢化合物,从而使封隔器10吸收到碳氢化合物发生膨胀,封闭井壁5和生产油管7之间形成的环形空间6,堵塞油流流动方向,使油流只能通过附沙滤器8进入生产油管7。

    封隔器10包括胶筒4,该胶筒4由置于特定液体里时就会膨胀的“可膨胀弹性体”弹性橡胶材料构成,该材料至少包含以下几种:ZBR橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、橡胶基质橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、附老剂、稳定剂、无机填料、高吸油附料等。经过各种附料配比和加工,使之达到一定的强度,从而在膨胀后可承受井下压力,达到封闭目的。

    油胀自封式封隔器的主要用途包括:

    1、油井完井:水平井/大位移井层间封隔以实施分段开采;

    2、储层分段改造:改造之后不动管柱直接投产;

    3、封隔水层:可实施先期和后期堵水作业,其膨胀颗粒可用作高效堵漏剂与调剖剂;

    4、提高固井质量:可保证套管井在投产以后水泥环依然有很好的密封性能;

    5、可用于砾石充填完井和膨胀管完井:进一步提高密封性。

    与现有井下用封隔技术相比,本发明具备如下优点:

    1、可靠性高:没有机械运动部件,现场作业无需专家指导。

    2、自动补偿环空间隙:热动力式膨胀可持续膨胀以弥补产液冲蚀面造成的空隙。当发生此类故障造成了漏失,即使在较低的压差下,动态膨胀仍然会最终实现密封,该特性使之很适合在裸眼井段中使用,这是该技术相对于其它封隔器技术的最大优点。

    3、可在井下静态温度条件下座封:井下温度的变化不会造成封隔器胶筒体积和管柱受力的变化。

    4、灵活的结构组成:该封隔器通径大,具备相当的强度,可在保证有效工作的前提下穿越长水平井段和套管开窗段。在安装智能完井设备时,可顺利穿过控制管线,而无需下入过渡短节。

    5、消除了修井和井下作业,降低维护成本,延长了油井寿命。

    

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资源描述

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本发明涉及油井的压裂、固井、完井及水层油层的封隔。油胀自封式封隔器10包含一个由“可膨胀弹性体”橡胶材料制作的胶筒4。所述胶筒4置于碳氢化合物中时就会吸收碳氢化合物发生膨胀。该胶筒通过金属挡环3固定在生产油管7上,通过套管接箍1与其它生产油管连接,胶筒4接触到碳氢化合物后因吸收碳氢化合物而发生膨胀,使封隔器10封闭井壁5与生产油管7之间形成的环形空间6,达到封隔目的。 。

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