在井眼中安装可膨胀的管状件的方法 【技术领域】
本发明涉及一种在井眼中安装管状元件的方法，其中管状元件在井眼中径向膨胀，以致形成膨胀的管状部分和未膨胀的管状部分，由此在管状元件与井眼壁之间形成环形空间。
背景技术
在下文的描述中，术语“壳体”用来指井眼壳体或井眼衬套。用于生产烃流体的井眼通常设置有用于稳定井眼壁和/或提供层位封隔的一个或多个壳体。将水泥泵送至井眼内，以密封环形空间和将壳体固定在井眼中。一般而言，几个壳体以嵌套配置设置在不同的井深间隔处，其中，每个后续的壳体直径小于前面的壳体直径，以便允许后续的壳体穿过前面的壳体下降。
近来，使管状元件在井眼中径向膨胀已经变成了通常作法。例如，使壳体膨胀，以允许在井眼中得到更大的可用空间，或者将管状元件抵靠已有的壳体膨胀，以形成管状履层和作为用于烃流体的生产导管。还提出，通过径向膨胀各个壳体至大体上与前面的壳体相同的直径，构造单直径井。因而可以实现，与其中可利用直径随各个后续壳体台阶式减少的传统嵌套配置相比，壳体的可利用内径在整个井眼深度上大体上恒定。单直径构想对于很深的井眼或对于延长的到达井眼来说尤其值得关注。为了在井眼中膨胀管状元件，直径比未膨胀的管状元件内径大的膨胀器被泵送、推动或拉动穿过管状元件，有时结合膨胀器的旋转。
在壳体于井眼中膨胀的的应用中，通常需要向壳体与井眼壁之间的环形空间内泵送水泥或其他合适的硬化流体，以便在井眼中密封和固定壳体。可以在壳体径向膨胀之前或之后将水泥泵送至环形空间内，但是，在大多数应用中，优选在壳体膨胀之前泵送水泥，因为在膨胀工序之后将水泥充分地泵送至环形空间内是不可行的。但是，因为在水泥硬化之后，壳体不可能再膨胀，所以这样的过程限制了膨胀工序可利用的时间周期。鉴于以上，使用具有低硬化速率的水泥是可行的。但是，在水泥已经被泵送至环形空间之后，如果膨胀工序被推迟例如由于意外事故，则仍然存在水泥在膨胀工序完成之前硬化的危险。在整个管状元件已经膨胀之前水泥硬化会导致管状元件的未膨胀部分在井眼中形成障碍的情形。因而，尽管在大多数应用中希望膨胀整个管状元件，但是，仍然需要一种无论是计划好的还是无计划的、只要膨胀管状件的一部分的合适的膨胀方法。
【发明内容】
所以，本发明的目的是提供一种在井眼中安装可膨胀的管状元件的改进方法，所述方法能够克服上述缺陷。
依照本发明，提供一种在井眼中安装可膨胀的管状元件的方法，该方法包括：
-将管状元件下降至井眼中，由此在管状元件与井眼壁之间形成环形空间；
-将第一化合物定位于环形空间中，第一化合物适于在与第二化合物接触时与之协作，以致形成将管状元件锚固在井眼中的环形体；
-径向膨胀管状元件的一部分；
-诱导第二化合物进入环绕所述膨胀的管状部分的环形空间的一部分；和
-从膨胀的管状部分断开管状元件的未膨胀部分，并从膨胀的管状部分上移除未膨胀的管状部分。
用这样的方式，其实现，环形体只形成在环绕膨胀的管状部分的环形空间部分中，这样，只有膨胀的管状部分锚固在井眼中。管状元件的未膨胀部分没有锚固在井眼中，因而，仍然可以从井眼中移除，或者仍然可以穿过膨胀部分更深地下降至井眼中。适当地，环形体还起到密封井眼中的膨胀的管状部分的功能。
管状元件优选设置有容纳所述第二化合物的容器装置，其中，在管状元件的所述部分径向膨胀时，诱导容器装置将第二化合物释放至环形空间的所述部分中。例如，可以通过在管状元件的所述部分径向膨胀时使容器变形，从容器装置释放第二化合物。
容器装置优选包括至少一个环绕管状元件的环形容器。更优选地，容器装置包括多个沿管状元件轴向间隔开的环形容器，各个容器在管状元件周围延伸。
如果管状元件具有使烃流体流入管状元件的入口部分，优选的是，在所述入口部分处不存在所述容器装置。为了允许烃流体没有障碍地流至入口部分，适当地从环绕所述入口部分的环形空间部分移除第一化合物。
在一优选实施例中，第二化合物是活化化合物，第一化合物是适于在与活化化合物接触时硬化的流体性化合物。
而且，流体性化合物适于慢慢地自身硬化，而活化化合物起到加速硬化过程的作用。如此可以实现，活化化合物必须只在离散的部位注射到环形空间中，而非沿着膨胀的管状部分的长度连续地注射。流体性化合物在离散的部位硬化加速，从而为管状元件提供足够的初始锚固功能。在流体性化合物其余部分本身硬化之后，提供完全的锚固功能。
除在井眼中锚固管状元件之外，优选地，硬化化合物的环形体还提供井眼中的层位封隔，即，环形体防止井眼所横贯的不同地层之间的流体连通。
在一优选实施例中，流体性化合物和活化化合物适于彼此化学反应，以致形成所述环形体。做为选择，活化化合物是适于触发或加速流体性化合物硬化的催化剂。
应当理解，术语“流体性化合物”是指能够以流的形式泵送到井眼中的化合物，所述流为例如液体流，固体颗粒流，或载流流体中的固体颗粒流。
在本发明的方法中使用的流体性化合物和相应的活化化合物的合适系统是下文中所述的二组分系统。
A)二组分水泥系统。二组分水泥系统的合适例子是Liquid Stone(商标)和S-Mix(商标)。
Liquid Stone公开在WO95/19942；US5,447,197；US5,547,506；US6,173,778和US6,145,591中。这些系统包括水泥浆，水泥浆通过合适的缓凝作用长时间保持在液态，然后通过添加活化化合物进行活化，以在必要时凝固和硬化。水泥浆可以是波特兰油井水泥(ISO类A-H)，研磨粒状高炉炉渣(GGBFS)，或波特兰水泥和GGBFS的混合物——熔渣(slagment)。硅酸钠可以被用作在这些系统中的活化化合物。
S-Mix公开在WO94/09249；WO94/09250；WO94/09251；US5,361,842；US5,361,842；US5,476,144；US5,409,063；US5,409,064；US5,411,092和US5,423,379中。流体性化合物是包括GGBFS、或有或没有波特兰水泥的待用水泥浆。活化化合物可以是碱性溶液，例如苛性钠、纯碱或硅酸钠溶液。
B)二组分树脂系统。
这些系统包括热固性树脂，例如环氧树脂、聚氨酯和聚酯，而合适的催化剂被用作活化化合物。在工程师材料手册Desk版，ASM国际，1998年第二版，ISBN 0-87170-283-5，第3章第250-282页，“热固性工程塑料和弹性体”以及第7章，第631-672页，“密封剂”中给出了热固性树脂的全面评述。
C)二组分凝胶系统。
这种系统的合适的例子包括铬交联聚丙烯酰胺，例如Maraseal(商标)或Marcit(商标)；与特定(光能合成)剂交联的聚乙烯醇(PVA)，例如在US2002/0128374中公开的，被称为Wondergel(商标)；油基热绝缘凝胶，例如US4,258,791中公开的；和通常用于蒸汽喷射器的关闭的现场可胶化组成物，例如US4,858,134中所公开的。
【附图说明】
参照附图，下文将通过举例的方式更加详细地描述本发明，其中：
图1示意显示了井眼，其中依照本发明方法的实施例安装有一可膨胀的壳体；
图2示意显示了图1中表示设置在壳体外表面上的环形容器的细节A；
图3示意显示了在壳体一部分径向膨胀之后的图1的井眼；和
图4示意显示了在从井眼中移除未膨胀部分期间的图1的壳体。
在附图中，同样的参考标记表示同样的部件。此外，应当理解，术语“下面”，“上面”，“向上”和“向下”参照沿井眼的纵向轴线并相对于地表测量的井眼深度。
【具体实施方式】
参见图1-4，显示了在地岩层2中形成的井眼1，可膨胀的钢壳体4从地表延伸至井眼1中，从而在壳体4与井眼1的壁之间限定环形空间3。环形空间3容纳一团波特兰水泥形式的流体性化合物，波特兰水泥适于与硅酸钠形式的活化化合物反应，以致形成硬化水泥物质。壳体4设置有多个沿着壳体4有规则地间隔开的环形容器6。各个容器6在壳体4周围延伸，各个容器6包括钢质内壁8和钢质外壁10(图2)，壁8、10在各个端部分12处焊接在一起。外壁10设置有多个凹槽(未显示)，凹槽形成由壳体4的径向膨胀而引起容器变形时意欲破裂的强度减小的部分。各个容器6容纳所述活化化合物体积14。
壳体4具有下部分15，用于径向膨胀壳体4的膨胀器16坐落在该下部分15中。膨胀器16具有截头圆锥形外表面，其直径从膨胀器上端处的D1变化到膨胀器下端处的D2，由此，D1对应于未膨胀的壳体内径，D2对应于膨胀的壳体内径。下壳体部分15利用合适的工具(未显示)进行预先膨胀，以允许膨胀器16插入其中。另外，下壳体部分15还设置有密封壳体4下端的封隔器17。
切削工具18连接于膨胀器16下端，切削工具18具有多个可在径向缩回模式与径向膨胀模式之间操作的切削器20，在径向缩回模式，切削器20脱离壳体4内表面，在径向膨胀模式，切削器20被偏压在壳体4内表面上。切削工具18可绕壳体4的纵向轴线旋转，以致当切削工具18由导管22(参照下文)驱动而旋转时能够切削壳体，其中切削器20处于膨胀模式。
膨胀器16经由贯穿壳体4延伸的导管22连接于地表的流体泵(未显示)。另外，膨胀器16具有通孔24，所述通孔24与导管22内部对齐，以在膨胀器16和封隔器17之间的壳体4的内部空间的部分与地表上的流体泵之间提供流体连通。
正常操作期间，地表上的流体泵运行以将选择的流体、例如盐水(brine)泵送至下壳体部分15内，以致增大下壳体部分15中的流体压力。在流体压力达到一阈值时，由于增大的流体压力，膨胀器16穿过壳体4向上开始移动，从而逐渐膨胀壳体4。因而，在膨胀工序的各个阶段，壳体4具有膨胀的下部分26、未膨胀的上部分28和与膨胀器16相对的膨胀前部29。膨胀前部29形成膨胀部分和未膨胀部分26、28之间的过渡部分。
由于容器6的外壁10的破裂，在膨胀前部29到达容器6的高度时，各容器6突然打开。于是，活化化合物从容器6排出，并与环形空间3中的流体性化合物混合。活化化合物从而与流体性化合物反应，在环形空间3中形成所述硬化物质体30。
如果膨胀工序不得不停止，例如在膨胀器16卡在壳体4中的情况下，切削工具18运行，由此切削器20移动至膨胀模式，切削工具18借助于来自于地表的导管22旋转，以便切削壳体4，从而将膨胀的下壳体部分26与未膨胀的上壳体部分28分离。导管22在旋转开始之前必须松弛。
环绕已膨胀的下壳体部分26的环形空间3中的硬化物质体30在已膨胀的壳体部分26与井眼壁之间形成足够的密封，防止地层流体在其间流动。另外，硬化物质体30将膨胀的壳体部分26锚固在井眼1中。
参见图4，在下一步，从井眼1上移除此刻与膨胀的下壳体部分26分离的未膨胀的上壳体部分28。由于环绕未膨胀的壳体部分28的容器6是完好的，所以可以移除，因而，由于环绕未膨胀的壳体部分28的环形空间3的部分内的流体性化合物没有与活化化合物混合而不会转化成硬化物质。
除了将切削工具布置在膨胀器下方(如图所示)之外，切削工具可以布置在膨胀器上方，即，布置在膨胀器的上孔侧。
在本发明方法的替换实施例中，第一化合物包括可膨胀的弹性体，第二化合物包括能够诱导弹性体膨胀的选择的流体。弹性体可以是，例如EPDM橡胶，选择的流体可以是烃流体，例如甲苯。弹性体可以以套筒形式设置管状元件外表面上，或者可以以可膨胀的弹性体颗粒包的形式设置在环形空间中。弹性体/流体组合的合适的例子公开在国际专利申请WO03/008756中。
在进一步的改进中，选择的流体是地层流体，例如来自地地层的油或水，一防护涂层封装弹性体颗粒(或弹性体套筒)，以防止弹性材料直接接触地层流体。上述的容器装置容纳适于分解防护涂层的分解流体，这样，在将分解流体释放至环形空间内之后，涂层被分解，弹性材料由于与地层流体接触而膨胀。