專利名稱：油井封隔器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求1所述的方法，用以封閉采油生產(chǎn)井的井壁與生產(chǎn)油管之間的環(huán)形空間，還涉及權利要求2-10中所述的外圍環(huán)形封隔器，它包含一種主要由橡膠材料構成的可擴充元件，還涉及一種用于實施所述方法的擴充環(huán)形封隔器。
現(xiàn)在可以通過采用可膨脹的井眼封隔器(外封閉封隔器)來實現(xiàn)上述密封，即通過注入由閥禁閉的液體來加壓。一旦封隔器被加壓，儲層就不能再向巖層運動。此外，它對于溫度和壓力的變化非常敏感，要想完全封閉油井經(jīng)常要面對非常嚴重的問題。另一個不利因素是安裝封隔器非常昂貴，因為油井操作需要復雜的設備。
在美國專利4137970中公開了一種帶有一個元件的封隔器，當所述封隔器被導入井眼中，所述元件一旦在油井中接觸到水，就會發(fā)生化學膨脹反應而導致該元件膨脹。該封隔器元件被應用于采礦，在那里水是從粘土層上面的含水層中被耗盡的。上述封閉由一個膨脹封隔器元件完成。在膨脹過程中，封隔器元件最初膨脹得很快，隨后會變慢。這對于油井來說是不實際的，因為封隔器會在它被置于油井中的最終工作位置之前就膨脹開來。這意味著，如果將其應用于類似本發(fā)明之處，該封隔器將會被置于油井中的錯誤位置上，導致鋪設的管柱不可能進入其預計的最終位置。采用在水中膨脹的媒介會導致該元件即使接觸到所有常規(guī)使用的完井液或鉆井液都會膨脹開來。
美國專利4633950中公開了一種能懸浮在特殊的水基承載液體中的聚合體粒子，它通過循環(huán)抽吸可被注入漏失的循環(huán)區(qū)。該專利不涉及封隔器元件，但涉及一種能夠滴入多孔/斷裂的巖石中的分散劑。該分散劑的特性意味著它不能用于形成固體插入油井的環(huán)形空間中。而且，這些微小粒子由于表面積很大，一旦接觸到碳氫化合物就會迅速膨脹。即使是系統(tǒng)中剩余油的微小雜質(zhì)，都會導致不希望的過早膨脹。而且，在油井排液之前，粒子如果不接觸到碳氫化合物，那么粒子在此系統(tǒng)中就根本不會膨脹。這可能導致聚合物與產(chǎn)液混雜在一起。
大多數(shù)橡膠具有很大的吸收能力，并在芳香族和/或石腦油碳氫化物中快速膨脹，其速度比在脂肪族烴中要快。大多數(shù)橡膠在水基液體中的膨脹度比在油基液體中小得多。
一般在鉆井液中采用的原油比生產(chǎn)的碳氫化合物含有更高比例的脂肪族組分(80-100％)，生產(chǎn)的碳氫化合物通常含有35-80％的脂肪族組分。這意味著大多數(shù)橡膠在生產(chǎn)的碳氫化合物中比在鉆井液膨脹得更大、更快。
本發(fā)明的方法通過環(huán)形封隔器封閉位于碳氫化合物生產(chǎn)井的井壁與生產(chǎn)油管之間的環(huán)形空間來實現(xiàn)發(fā)明目的，其中上述封隔器包括一個主要由橡膠材料制成的可擴展的元件，其特點是，所述元件中采用的橡膠通過吸收碳氫化合物而產(chǎn)生膨脹，且該環(huán)形封隔器主要是通過將該膨脹元件暴露在生產(chǎn)油井的碳氫化合物中來實現(xiàn)填入的。
另外，本發(fā)明提供一種用于封閉環(huán)形空間的膨脹環(huán)形封隔器，它包括一個主要由橡膠材料制成的可膨脹元件，其特點是，該膨脹元件主要通過吸收地下巖層出產(chǎn)的碳氫化合物而膨脹起來。
本發(fā)明的其它特征見權利要求3-10。


圖1是沿本發(fā)明所述的生產(chǎn)井的一個區(qū)域所作的縱向截面圖；圖2是本發(fā)明所述的帶有環(huán)形封隔器的生產(chǎn)油管的縱向截面圖；圖3是沿圖2中線III-III所作的截面圖。
油流1流經(jīng)封隔器元件2，接著封隔器元件2膨脹并封閉井壁6。防沙濾器3連接在生產(chǎn)油管4上。封隔器元件2’膨脹并封閉井壁6，以使井液7不能通過環(huán)形空間5中的封隔器元件。
帶有加固件11的外部保護套10圍繞包含彈性聚合物的芯部12，所述包覆層起到浸透膜的作用。外部保護套10中包含的橡膠與芯部12中的橡膠相比對碳氫化合物具有更高的抵抗性和更低的擴散速率。由保護套10、加固件11與芯部12組成的該封隔器元件可放置在管4的外部。
封隔器2包含芯部12，該芯部12含有彈性聚合物，如EPDM橡膠(EPDMrubber)，苯乙烯丁二烯(styrene butadiene)，天然橡膠(nature rubber)，乙烯丙烯單體橡膠(ethylene propylene monomer rubber)，乙烯丙烯二烯(烴)單體橡膠(ethylene propylene diene monomer rubber)，乙烯乙烯基醋酸鹽橡膠(ethylene vinyl acetate rubber)，氫化丙烯腈-丁二烯橡膠(hydrogenisedacrylonitrile-butadiene rubber)，丙烯腈丁二烯橡膠(acrylonitrile butadienerubber)，橡膠基質(zhì)橡膠(isoprene rubber)，氯丁二烯橡膠(chloroprene rubber)或多降冰片(polynorbomene)，所述芯部接觸并吸收碳氫化合物而膨脹，使得封隔器脹大。芯部的橡膠中可含有其它可溶解或機械混合的材料，如按照美國專利US4240800所述的經(jīng)過處理的纖維素纖維。其它選擇可以是機械混合物中的橡膠帶有聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、甲基異丁烯酸鹽(methylmethacrylate)、丙烯腈(acrylonitrile)、乙醛(ethylacetate)或其它接觸石油后會膨脹的聚合物。
經(jīng)過加固的外部保護套10保護芯部，避免芯部直接暴露在鉆井液和碳氫化合物中。同時保護套10允許碳氫化合物滲入芯部12并膨脹起來(從而封隔器膨脹)。該經(jīng)過強化的外部保護套10含有橡膠，如丙烯腈(acrylonitrile)、氫化腈(hydrogenated nitrile)、氯丁二烯(chloroprene)、乙烯基乙腈橡膠(ethylene vinylacetate rubber)、硅樹脂(silicons)、乙烯丙烯二烯單體(ethylene propylene diene monomer)、丁基(butyl)、氯酯聚乙烯(chlorosulphonated polyethylene)、聚亞安酯(polyurethane)、ACM、BIMS或其它類的比芯部及加固件11的膨脹度小或擴散慢的橡膠，上述加固件11最好是纖維加固件，例如纖維B，所述的加固件能增強外部保護套10的強度。保護套10中的橡膠的重要特征之一就是它在鉆井液中會膨脹，且這種膨脹比芯部12膨脹得慢。帶有“對碳氫化合物的抵抗性更強”在這里是指該橡膠暴露在碳氫化合物中，只發(fā)生很小程度的膨脹。
一些彈性聚合體大量吸收碳氫化合物而不吸收水，本發(fā)明中的聚合物吸收碳氫化合物的能力非常突出。浸入碳氫化合物的介質(zhì)后，碳氫化合物會滲入并穿過該外部保護套10，進而進入芯部12，芯部吸收碳氫化合物后膨脹起來。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有一些優(yōu)點。封隔器可連續(xù)調(diào)整，以便在巖層運動或沖刷井眼的過程中變化，這意味著能更好地封閉/密封儲層之間的空間，不需要的井液無法透過環(huán)形空間中的該封隔器。安裝該封隔器時不必對油井進行操作，這樣與現(xiàn)有的安裝方法相比可節(jié)約成本。該封隔器中沒有活動部件，因此簡單、可靠。在相同溫度下，該封隔器在出產(chǎn)的碳氫化合物中比在水基或油基鉆井液，或者完井液中膨脹得更快、更大，當該封隔器浸入鉆井液中時，它膨脹得較小。
本發(fā)明的另一個實施例中，芯部12被一個外部橡膠保護套包裹住，上述橡膠可以是，例如沒經(jīng)過強化的腈化物。
本發(fā)明的另一個實施例中，芯部12被一個外部網(wǎng)狀物包裹住，該網(wǎng)狀物可以是加固件。
本發(fā)明的另一個實施例中，芯部12被一個外部橡膠保護套包裹住，上述橡膠可以是，例如腈化物，所述保護套本身不會被碳氫化合物滲透，但芯部12的一小部分11通過外層上的開口直接暴露在碳氫化合物中。
本發(fā)明的另一個實施例中，芯部12沒有被外部保護套包裹，而是直接暴露在碳氫化合物中。該芯部12的一種成分中包含彈性聚合物，該彈性聚合物的特性足以實現(xiàn)封隔器所需的功能。
權利要求
1.一種以外部環(huán)形封隔器封閉碳氫化合物生產(chǎn)井的井壁與生產(chǎn)油管之間的環(huán)形空間的方法，該環(huán)形封隔器包括一個主要由橡膠材料制成的可膨脹元件，其特征在于，所述元件中采用的橡膠吸收碳氫化合物后會膨脹，且所述環(huán)形封隔器(2)主要通過將該可膨脹元件暴露在油井出產(chǎn)的碳氫化合物中而發(fā)生膨脹。
2.一種如權利要求1所述的方法中采用的膨脹環(huán)形封隔器，它包括一個主要由橡膠材料制成的膨脹元件(2)，其特征在于，調(diào)整該膨脹元件，使其主要通過吸收油井中出產(chǎn)的碳氫化合物而發(fā)生膨脹。
3.如權利要求2所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，彈性聚合物是從下列組中選擇的EPDM、苯乙烯丁二烯橡膠、天然橡膠、乙烯丙烯單體橡膠、乙烯基乙腈橡膠、氫化丙烯腈丁二烯橡膠橡膠、丙烯腈丁二烯橡膠、橡膠基質(zhì)橡膠、氯丁二烯橡膠和多降冰片。
4.如權利要求3所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，芯部的橡膠可具有其它溶解或機械混合的材料，例如，經(jīng)過處理的纖維素纖維或與聚合物機械混合的橡膠，其中所述聚合物與石油后接觸后，會發(fā)生膨脹，該聚合物例如可為聚氯乙烯、甲基異丁烯酸酯、丙烯腈或乙醛醋酸酯等。
5.如前述任一項權利要求所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，上述芯部(12)被一個外部保護套(10)包裹住。
6.如權利要求5中所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，該外部保護套(10)是由橡膠制成的，該橡膠可讓碳氫化合物浸透，它比芯部的擴散系數(shù)低，或在油基鉆井液和/或完井液中的膨脹能力比芯部差。
7.如權利要求6所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，該外部保護套(10)完全或部分含有某種橡膠，該橡膠是從下述組中選出的丙烯腈、腈、氫化腈、氯丁二烯、乙烯基乙腈、硅樹脂、乙烯丙烯二烯單體、丁基、聚氯磺酸乙烯、聚亞安酯、ACM、BIMS及其它類比芯部的膨脹小或擴散慢的橡膠。
8.如權利要求5、6或7中所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，外部保護套包含有加固件(11)。
9.如權利要求8所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，加固件(11)是一種纖維加固件，例如包含纖維B。
10.如前述任一項權利要求所述的膨脹環(huán)形封隔器，其特征在于，與當前石油生產(chǎn)井出產(chǎn)的碳氫化合物接觸后即發(fā)生膨脹。
全文摘要
環(huán)形封隔器(2)設置在管(4)外部，所述封隔器包含一個彈性聚合物的芯部(12)，所述聚合物可通過吸收碳氫化合物而膨脹。該芯部(12)的外部包裹有一層橡膠保護套(10)，碳氫化合物可透過所述保護套，且該保護套還可包括一個加固件(11)。芯部(12)通過吸收碳氫化合物而發(fā)生膨脹，致使該封隔器(2)膨脹起來，以封閉住管(4)與內(nèi)壁(6)之間的環(huán)形空間(5)。
文檔編號E21B33/12GK1452686SQ01815341
公開日2003年10月29日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權日2000年9月8日
發(fā)明者揚·弗里爾 申請人:魯內(nèi)·弗里爾