專利名稱：在地下井筒中產(chǎn)生區(qū)域隔離的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種在地下井筒中產(chǎn)生區(qū)域隔離的方法。
通常，通過將可膨脹的彈性體塞子或封隔器插入井筒中而在地下井筒中產(chǎn)生區(qū)域隔離。
當(dāng)井筒是地下井孔的無套管部分時(shí)，膨脹的塞子或封隔器可能將很大的徑向力施加在周圍地下巖層上，從而降低巖層中的壓縮圓周應(yīng)力，這樣，在靠近塞子或封隔器的巖層中可能開始產(chǎn)生斷裂(fracture)。
由美國專利5623993已知將可膨脹封隔器插入井筒中，從而限制對周圍巖層中的壓縮圓周應(yīng)力的影響。封隔器裝備有排水導(dǎo)管，顆粒材料沉積在封隔器的頂部，這樣，水將通過顆粒材料基體向下排出，從而提高它的填塞密度。當(dāng)隨后處理和/或斷裂流體注入封隔器上面的井孔部分周圍的巖層中時(shí)，壓緊的顆粒材料塞子將轉(zhuǎn)移至少部分軸向負(fù)載，這是由于沿填塞有顆粒的間距越過填塞物作用在井筒內(nèi)表面上的壓力差，因此將相關(guān)徑向力分布在沿井筒縱向軸線的更長距離上，因此，抑制了在可膨脹封隔器和鄰近的壓緊顆粒材料塞子周圍的巖層發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)。
由該現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)已知的可膨脹封隔器只適用于目標(biāo)截面(流體將在該目標(biāo)截面中注入巖層內(nèi))下面的井筒區(qū)域，并不適合用于不規(guī)則形狀的井筒，例如橢圓形井孔或具有沖失部分的井孔，它還不適合用于高溫區(qū)域中，例如地?zé)峋?，因?yàn)槠胀ǖ目膳蛎浄飧羝靼ㄔ诟邷叵路纸獾膹椥泽w材料。
美國專利3134440、3623550和4423783公開了可膨脹井封隔器，它包括傘形框架，該傘形框架在井下膨脹，以便提供屏障，顆粒材料(例如大理石、豆礫石和/或水泥)沉積在該屏障頂部，以便在井中提供流體密封。已知的傘形框架能夠在有限程度上適應(yīng)不規(guī)則或非圓形的井筒，但是并沒有設(shè)置成將顆粒材料壓緊，因此塞子只能松弛設(shè)置，且不能滲透至周圍巖層中的沖失部分和/或裂紋中。
美國專利3866681公開了一種井封隔器，其中，顆粒材料封隔器產(chǎn)生于環(huán)形件裝置的頂部，該環(huán)形件裝置環(huán)繞泥漿注射管布置，且該環(huán)形件裝置包括具有單向閥的泥漿輸送槽道，這樣，泥漿能夠通過該管向下注射，然后向上通過環(huán)形件裝置注入在該裝置上面的環(huán)形通路中，顆粒材料的環(huán)形基體引入該環(huán)形通路中，以便布置于環(huán)形件裝置上面。
各種已知的區(qū)域隔離系統(tǒng)構(gòu)成為將顆粒材料塞子布置于可膨脹屏障的頂部，這樣，它們只能用于隔離在目標(biāo)區(qū)域下面的井筒部分。
本發(fā)明的目的是提供一種在井筒中進(jìn)行區(qū)域隔離的方法，它能夠用于提供在目標(biāo)截面和井筒部分之間以及在目標(biāo)截面和井口之間的區(qū)域隔離。
本發(fā)明的又一目的是提供一種用于在井筒中進(jìn)行區(qū)域隔離的方法，它適用于不規(guī)則形狀的井筒和/或在高溫下，且它只在井筒周圍的巖層上施加有限的每單位長度徑向力，因此在區(qū)域隔離處附近的巖層斷裂或削弱的危險(xiǎn)有限。
本發(fā)明的又一目的是提供一種用于在目標(biāo)區(qū)域和井口之間進(jìn)行區(qū)域隔離的方法，因此，顆粒材料區(qū)域隔離塞子區(qū)域的長度能夠選擇為這樣，即細(xì)長塞子能夠布置，且壓力差能夠分布在井筒的長縱向間距上，因此，流體通過塞子周圍的巖層而從旁路繞過的危險(xiǎn)減小，且沿塞子長度的壓力梯度剖面能夠調(diào)節(jié)成適合塞子周圍的巖層的強(qiáng)度和其它物理特性。
本發(fā)明的又一目的是提供一種用于產(chǎn)生區(qū)域隔離的方法，該區(qū)域隔離能夠很容易地除去或更換，以便在給定井的不同部分處進(jìn)行隨后的刺激(stimulation)、斷裂或注射操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在地下井筒中的目標(biāo)區(qū)域附近產(chǎn)生區(qū)域隔離的方法，該方法包括
將泥漿注射管穿過井口插入井筒中；將顆粒聚積裝置布置在環(huán)繞泥漿注射管的環(huán)形空間中并在目標(biāo)區(qū)域和井口之間的位置處；以及將包括載流液和顆粒材料的泥漿通過泥漿注射管泵送至環(huán)形空間中，這樣，至少一些顆粒材料聚積在顆粒聚積裝置附近，且聚積的顆粒材料在顆粒聚積裝置附近形成包括填塞顆粒材料的區(qū)域隔離。
這樣提供區(qū)域隔離(而不是利用可膨脹封隔器)的優(yōu)點(diǎn)是，在隔離位置處由于隔離而在巖層上施加的壓力最小。對于可膨脹封隔器，膨脹壓力引起很高的局部應(yīng)力。當(dāng)通過施加較高壓力而使得較低目標(biāo)區(qū)域斷裂時(shí)，可能在封隔器的位置附近發(fā)生不希望的斷裂，這意味著封隔器不再能形成有效的密封。
在本發(fā)明方法中，可以使得顆粒材料聚積在環(huán)形空間的、在目標(biāo)區(qū)域和顆粒聚積裝置之間位置處的區(qū)域中，這樣，顆粒聚積裝置布置在聚積的顆粒材料和井口之間。還可以基本在顆粒聚積裝置的位置處引起聚積，該顆粒聚積裝置是在目標(biāo)區(qū)域和井口之間。
顆粒聚積裝置布置在井筒中的選定位置，且在泥漿注射過程中，該顆粒聚積裝置相對于注射管固定。
井筒可以有垂直、傾斜、水平或J形構(gòu)形，且目標(biāo)區(qū)域可以位于井筒的底端附近。這時(shí)，顆粒聚積裝置布置在井筒的、在目標(biāo)區(qū)域和井口之間位置處的部分中。
當(dāng)井筒為基本垂直或傾斜方向時(shí)，顆粒聚積裝置定位在聚積的顆粒材料基體上面和目標(biāo)區(qū)域上面，且這時(shí)優(yōu)選是顆粒材料包括密度基本等于或小于流體密度的顆粒。
總體來說，顆粒聚積裝置布置成改變泥漿在環(huán)形通路中的流動(dòng)，從而聚積顆粒。這可以以多種方式實(shí)現(xiàn)。顆粒聚積裝置的特定方面是從泥漿中集中顆粒材料，即降低泥漿的液體含量。因此，顆粒聚積裝置優(yōu)選是包括用于從泥漿中除去液體的裝置，特別是從以下組中選擇的裝置，該組包括在環(huán)形空間中的流體可滲透屏障；以及包圍泥漿注射管的流體返回導(dǎo)管。在泥漿的泵送過程中，至少一部分載流液這樣從泥漿中除去，優(yōu)選是除去至少50％的載流液。
顆粒聚積裝置可以包括可膨脹屏組件，載流液可透過該屏組件，但是至少一些顆粒材料不能透過該屏組件。這時(shí)，該方法優(yōu)選是包括使屏組件在環(huán)形空間中徑向膨脹；以及使得流體泥漿沿縱向方向流過環(huán)形空間，這樣，使得至少一些載流液流過可膨脹屏組件，并使得至少一些顆粒材料抵靠該可膨脹屏組件而沉積和聚積，從而在目標(biāo)區(qū)域和可膨脹屏組件之間的環(huán)形空間中形成包括填塞的顆粒材料基體的區(qū)域隔離。
優(yōu)選是，可膨脹屏組件包括可徑向膨脹的載體框架，可滲透屏障層(例如編織金屬或織物纖維，或者可滲透膜)安裝在該載體框架上。屏障層可以通過沿環(huán)形通路泵送金屬絲、玻璃纖維、編織材料等以及使它抵靠可膨脹屏組件或可膨脹載體框架進(jìn)行沉積而現(xiàn)場形成和/或增強(qiáng)。載體框架可以包括彈簧葉片，該彈簧葉片以短周向間隔布置在泥漿注射管的外表面上，這些彈簧葉片可相互獨(dú)立地膨脹抵靠井孔壁。
可徑向膨脹載體框架合適地包括可膨脹的傘形框架，該傘形框架包括至少三個(gè)臂，這三個(gè)臂各自在一端處與泥漿注射管的外表面可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，這樣，使得各臂的其它部分響應(yīng)于傘形框架的膨脹而搖擺抵靠井筒或井套管的內(nèi)表面。
合適地，可膨脹載體框架還包括弓形彈簧定心器組件，該弓形彈簧定心器組件有至少三個(gè)定心器葉片，這些定心器葉片在沿周向間隔開的位置處膨脹抵靠井孔壁。
合適地，至少一個(gè)定心器葉片設(shè)置成與其它定心器葉片獨(dú)立地膨脹抵靠周圍井筒或井套管的內(nèi)表面，這樣，即使當(dāng)表面具有不規(guī)則、非圓形或橢圓形內(nèi)表面時(shí)，各葉片也膨脹抵靠所述內(nèi)表面。
合適地，弓形彈簧定心器葉片組件包括一組短和一組長的定心器葉片，這些定心器葉片各自在其一端處固定在第一端部環(huán)上，該第一端部環(huán)固定在流體注射管的外壁上，且短定心器葉片的端部固定在第二端部環(huán)上，該第二端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管布置，而長定心器葉片的端部固定在第三端部環(huán)上，該第三端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管的外壁布置。
也可選擇，弓形彈簧定心器葉片組件可以包括一組短和一組長的定心器葉片，且長定心器葉片的端部固定在端部環(huán)上，該端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管布置在止動(dòng)軸環(huán)的不同側(cè)，該止動(dòng)軸環(huán)固定在管的外表面上，而短定心器葉片的端部固定在端部環(huán)上，該端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管布置，且各端部環(huán)位于止動(dòng)軸環(huán)和長定心器葉片的一個(gè)端部環(huán)之間。
可膨脹屏組件可以包括編織型式的螺旋盤繞纖維，該纖維固定在一對環(huán)之間，該對環(huán)環(huán)繞流體注射管的外表面布置，并相向運(yùn)動(dòng)，這樣，螺旋盤繞的纖維變形，且至少部分地膨脹抵靠井筒的內(nèi)表面。
還有，可膨脹屏組件可以包括可滲透袋，該可滲透袋充滿顆粒材料，且該可滲透袋將響應(yīng)于向上流過在泥漿注射管和井筒之間的環(huán)形空間的流體泥漿流量而膨脹抵靠井筒的內(nèi)表面。
定心器葉片的端部能夠在軸向間隔開的位置處與可徑向膨脹的泥漿注射管的外表面連接，這樣，定心器葉片在管膨脹之前環(huán)繞該管布置在基本拉伸的位置，且在穩(wěn)定器葉片的端部之間的距離由于管在膨脹處理過程中的軸向縮短而減小，因此將使得定心器葉片在包圍流體注射管的環(huán)形通路中徑向膨脹。
顆粒材料可以為任意類型的固體，且顆粒尺寸可以選擇為在幾微米(例如5、10或50微米)和幾毫米之間，直到為環(huán)形通路的徑向?qū)挾鹊拇蠹s五分之一。
流體泥漿可以包括纖維材料，例如切碎的直或彎曲纖維、金屬絲集合、玻璃纖維墊或其它可泵送的支承劑材料，其將在顆粒材料之前或與該顆粒材料同時(shí)抵靠可膨脹屏組件或載體框架沉積。
流體泥漿可以包括水性水泥漿，該水性水泥漿進(jìn)行脫水，并使它抵靠可膨脹屏組件進(jìn)行凝固。
由泥漿承載的顆粒材料可包括可脹大橡膠、樹脂涂覆的砂礫、砂例如渥太華砂、天然或人工支承劑、玻璃、塑料或其它小球、空心小球、涂覆膠、樹脂或纖維的小球和/或球、鋼或可磁化金屬、纖維和/或具有鉤的纖維。
顆粒聚積裝置可以具有磁體，顆粒材料可以包括可磁化成分，例如鐵磁性顆粒。
顆粒材料還可以包括在升高溫度或在特定流體(例如酸或堿性流體)中溶解的材料和/或涂層。該顆粒材料的一個(gè)實(shí)例是碳酸鈣。
顆粒聚積裝置還可以由環(huán)形空間的一定區(qū)域來提供，在該區(qū)域中流體速度減小，并將使得顆粒材料沉積。在給定流體流速，流體速度在環(huán)形空間的較大截面處降低。
環(huán)形空間的、流體速度減小的區(qū)域可以由管部分來提供，其中，管的外徑減小。環(huán)形空間的、流體速度減小的區(qū)域可以由沖失區(qū)域而形成，在該沖失區(qū)域中，井筒有比該井筒其它部分大的寬度。
環(huán)形空間的、流體速度減小的區(qū)域還可以由流體注射管被流體返回導(dǎo)管包圍所處的區(qū)域形成，該流體返回導(dǎo)管具有可滲透的外壁，且使至少一些流體從環(huán)形空間流入流體返回導(dǎo)管。
合適地，泥漿注射管在顆粒聚積裝置和目標(biāo)區(qū)域之間的部分中為雙壁，它具有外壁，該外壁可由載流液滲透，但是顆粒材料不可滲透，這樣，至少一些載流液滲透至雙壁管中，以便在恒定泵送率下減少沿環(huán)形通路的流量，且這些載流液通過泥漿注射管重新注射至目標(biāo)區(qū)域中或釋放至在顆粒聚積裝置之上的環(huán)形空間中。
泥漿注射管在可膨脹屏組件和目標(biāo)區(qū)域之間的區(qū)域中可以為錐形，這樣，當(dāng)泥漿從目標(biāo)區(qū)域朝著屏組件流動(dòng)時(shí)在環(huán)形空間中的泥漿速度減小。
在顆粒材料基體安裝至環(huán)繞泥漿注射管的環(huán)形通路內(nèi)之后，斷裂、刺激、處理、巖層蝕刻、處置的或其它的流體可以通過泥漿注射管注入環(huán)繞目標(biāo)區(qū)域的巖層中。
優(yōu)選是，填塞的顆粒材料基體設(shè)置成使它具有比環(huán)繞井筒目標(biāo)區(qū)域的巖層的至少主要部分高的縱向滲透率。
泥漿注射管可以包括一對軸向間隔開的可膨脹屏組件，并可以插入井筒中，這樣，目標(biāo)區(qū)域位于所述組件之間，因此，泥漿通過在管壁中的出口開口而注射至在屏組件之間的環(huán)形空間區(qū)域中，這樣，至少一些顆粒材料抵靠屏組件聚積，且在目標(biāo)區(qū)域的兩側(cè)產(chǎn)生區(qū)域隔離。
在特定實(shí)施例中，在將填塞的顆粒材料基體插入在泥漿注射管和井筒之間的環(huán)形通路中之后，泥漿注射管徑向膨脹，從而增加填塞密度，并減小填塞的顆粒材料基體的滲透率。
可以將裙形屏障層環(huán)繞泥漿注射管布置，并固定在定心器葉片的上部部分上，這樣，裙形屏障層響應(yīng)于定心器葉片的膨脹而基本橫跨環(huán)形空間的寬度。
流體泥漿可以包括在注射處理過程中顆粒尺寸逐步或逐漸減小的顆粒材料，從而使得最初的一批粗大顆粒材料沉積和聚積，而隨后批次的較細(xì)的顆粒材料抵靠粗大顆粒材料基體而沉積和聚積。
在特定實(shí)施例中，在將泥漿泵送至環(huán)形空間內(nèi)之前，輔助材料能夠布置在環(huán)形空間中，從而形成流體可滲透的屏障。合適地，輔助材料包括固體泡沫，優(yōu)選是柔性固體泡沫，更優(yōu)選是柔性固體開口泡沫例如聚氨酯。
在本發(fā)明的一個(gè)重要用途中，填塞的顆粒材料形成物理聚積，特別是并不形成化學(xué)粘接和/或沒有顆粒材料的脹大。
在其它用途中，流體泥漿可以包括水泥和/或可脹大粘土(膨潤土)泥漿，在聚積過程中，載流液從該泥漿中除去。特別是，載流液可以選擇為這樣，即水泥在載流液中不會凝固和/或膨潤土在載流液中不會脹大，且在水泥顆粒聚積于環(huán)形空間內(nèi)之后，凝固流體和/或脹大流體(優(yōu)選是包括水)通過聚積顆粒，從而使水泥凝固和/或使膨潤土脹大。
泥漿注射管的外表面可以具有螺旋形脊，在完成通過目標(biāo)區(qū)域?qū)⒘黧w注入巖層之后，泥漿注射管能夠旋轉(zhuǎn)，這樣，螺旋形脊使得管通過顆粒材料基體朝著井口向上運(yùn)動(dòng)。
井筒可以形成油井和/或天然氣井、地?zé)峋?、水井?或處置井的一部分。
泥漿注射管可以由鉆柱提供，顆粒聚積裝置可以由靠近鉆柱底端的定心器組件提供，且該方法可以包括以下步驟
將泥漿通過鉆柱和鉆頭而注入周圍環(huán)形通路中，以便在定心器組件和鉆頭之間的區(qū)域中的環(huán)形通路內(nèi)提供可除去的填塞的顆粒材料基體；在井筒的底部和填塞的顆粒材料基體之間的區(qū)域中將處理、巖層穩(wěn)定和/或其它流體注入巖層中；從環(huán)形通路中除去顆粒材料基體；以及使鉆頭鉆探井筒的其它部分，或者將鉆柱和鉆頭拉出井筒。
優(yōu)選是，載流液為液體，并可以是泡沫材料或乳狀劑。
本發(fā)明方法的這些和其它實(shí)施例在附加權(quán)利要求、摘要和下面參考附圖對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中將進(jìn)行介紹。
附圖的簡要說明下面將參考附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，附圖中

圖1是井筒的縱剖圖，在該井筒中通過本發(fā)明方法產(chǎn)生區(qū)域隔離；圖2是用于本發(fā)明方法中的可膨脹屏組件的側(cè)視圖；圖3是圖2中所示的屏組件在橢圓形井孔中膨脹時(shí)的縱剖圖；圖4表示了可膨脹屏組件，它包括一組八個(gè)弓形彈簧穩(wěn)定器葉片，可滲透屏障層安裝在該葉片上；圖5表示了可膨脹屏組件的三維視圖，該可膨脹屏組件包括一對長和一對短的定心器葉片；圖6A-D表示了可膨脹屏組件，該可膨脹屏組件包括編織型式的螺旋纖維，當(dāng)纖維的端部彼此相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，它膨脹成傘形結(jié)構(gòu)；圖7表示了由可滲透袋提供的可膨脹屏，該可滲透袋在泥漿注射管和井孔壁之間的環(huán)形空間內(nèi)容納顆粒材料；圖8表示了可滲透袋怎樣變形成水滴形和怎樣響應(yīng)于流體流過環(huán)形通路而在環(huán)形通路中提供可滲透的區(qū)域隔離；圖9A-C表示了可膨脹屏組件的三維視圖、側(cè)視圖和剖視圖，該可膨脹屏組件包括超過20個(gè)彈簧葉片，可滲透屏障層安裝在這些彈簧葉片上；圖10A和B表示了屏組件，該屏組件通過泥漿注射管的膨脹而徑向膨脹；圖11是井筒的縱剖圖，其中，顆粒材料封隔器設(shè)置在目標(biāo)區(qū)域的上面和下面；圖12是彈簧增強(qiáng)可膨脹屏組件的縱剖圖，該彈簧增強(qiáng)可膨脹屏組件安裝在具有擴(kuò)大直徑底部部分的泥漿注射管上；圖13是可膨脹屏組件的縱剖圖，該可膨脹屏組件安裝在具有階梯形擴(kuò)大直徑的底部部分的泥漿注射管上；圖14是可膨脹屏組件的縱剖圖，該可膨脹屏組件安裝在具有逐漸擴(kuò)大直徑的底部部分的泥漿注射管上；圖15是可滲透屏的縱剖圖，該可滲透屏安裝在同軸的泥漿注射管和流體排出管組件上；圖16是同軸的泥漿注射管和流體排出管組件的縱剖圖，其中，泥漿速度減慢至低于滑動(dòng)速度，這樣，顆粒材料沉積在周圍的環(huán)形通路中；以及圖17是同軸的泥漿注射管和流體排出管組件的縱剖圖，其中，泥漿速度在沖失區(qū)域附近減慢至低于滑動(dòng)速度，這樣，顆粒材料沉積在沖失區(qū)域中，且進(jìn)入排出管的流體通過噴射泵組件而重新向下注射。
具體實(shí)施例方式
圖1表示了橫穿地下巖層2的井筒1。井筒1例如可以用于將原油和/或天然氣輸送至地面；用于使水通過熱巖層中的斷裂處而循環(huán)，以便產(chǎn)生蒸汽和回收熱能；用于廢物注入；用于氣體儲存；和/或用作觀察井。
泥漿注射管3從地面的井口(未示出)懸垂至井筒1中并在井筒1的目標(biāo)區(qū)域4上面，巖層2將從該目標(biāo)區(qū)域被斷裂或刺激，或者處理、蝕刻或處置流體將在該目標(biāo)區(qū)域處注入巖層2中。
為可膨脹屏組件(expandable screen assembly)5形式的顆粒聚積裝置環(huán)繞泥漿注射管3布置，該組件包括可膨脹的弓形彈簧定心器組件6，可滲透屏障層7安裝在該弓形彈簧定心器組件6上。弓形彈簧定心器6的底端與管3的外表面連接，弓形彈簧定心器6的上端與端部環(huán)8連接，該端部環(huán)8可滑動(dòng)地環(huán)繞管3布置。
根據(jù)本發(fā)明的方法，水性載流液和顆粒材料的泥漿通過泥漿注射管3向下注射，并通過目標(biāo)區(qū)域4向上注入在泥漿注射管3和井筒1內(nèi)表面之間的環(huán)形空間9中。彈簧力和/或由泥漿施加的拖拉力使得弓形彈簧定心器組件6膨脹抵靠井筒1的內(nèi)表面，因此，載流液繼續(xù)流過可滲透屏障層7，但是至少一部分顆粒材料由屏障層7阻擋，并聚積成顆粒材料的壓緊的環(huán)形塞子10。
優(yōu)選是，顆粒材料的密度大致等于或小于載流液的密度，因此，當(dāng)載流液的循環(huán)中斷時(shí)，顆粒材料向上浮起，且塞子保持完整。也可選擇，流體通過管3和目標(biāo)區(qū)域4持續(xù)向上泵送至環(huán)形通路9中，這樣，在環(huán)形通路9中的流體速度高于顆粒材料的滑動(dòng)速度，以便永久性壓縮環(huán)形塞子10，直到完成在目標(biāo)區(qū)域4附近的巖層中的流體注射和/或斷裂操作。顆粒材料塞子可以包括顆粒材料，該顆粒材料的尺寸朝著環(huán)形塞子10的底部減小，這樣，壓力梯度沿塞子10向下增加，這樣，a)對于在整個(gè)塞子上的給定壓力差，在可膨脹屏組件上的負(fù)載減??；b)在塞子10的底部附近壓力隔離(或者換句話說，每單位長度的縱向壓力差)最有效。
圖2顯示了傾斜的地下井筒20，泥漿注射管21在該井筒20中懸垂。管21載有可向外膨脹的屏組件，該屏組件包括上部端部環(huán)22，該上部端部環(huán)22固定在管21上；以及兩個(gè)底部端部環(huán)23和28，這兩個(gè)底部端部環(huán)23和28可滑動(dòng)地環(huán)繞管21布置。第一組的兩個(gè)短弓形彈簧穩(wěn)定器葉片24A和24B在上部端部環(huán)22和第一底部環(huán)28之間固定于對角相對位置處，而第二組的兩個(gè)長弓形彈簧穩(wěn)定器葉片25A和25B(見圖3)在上部端部環(huán)22和第二底部環(huán)23之間固定于對角相對位置處?？蓾B透裙26固定在上部端部環(huán)22上以及穩(wěn)定器葉片24A-B和25A-B的上半部分上，這樣，響應(yīng)于定心器葉片的膨脹和/或流體通過在管21和井筒10之間的環(huán)形空間27向上流動(dòng)，裙將象降落傘一樣打開，并膨脹抵靠井筒20的內(nèi)表面。
圖3顯示了在橢圓形井筒20中的圖2所示組件的剖視圖。因?yàn)榈谝唤M弓形彈簧穩(wěn)定器葉片24A和B獨(dú)立于第二組弓形彈簧穩(wěn)定器葉片25A和B膨脹，因此第二組葉片25A和B能夠有比第一組葉片24A和B更大的直徑，這樣，各葉片24和25A和B膨脹抵靠井筒20的橢圓形內(nèi)表面。通過環(huán)形通路27向上的流體流的跳傘效果將使得裙象降落傘一樣打開，并膨脹抵靠井筒20的橢圓形內(nèi)表面。
圖4顯示了組件和橢圓形井筒46的剖視圖，在該組件中，四組對角相對的弓形彈簧穩(wěn)定器葉片41A-B、42A-B、43A-B和44A-B固定在上部端部環(huán)和一組四個(gè)底部端部環(huán)之間，這四個(gè)底部端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞泥漿注射管45固定，這樣，葉片都膨脹抵靠井筒46的橢圓形內(nèi)表面。可滲透裙47固定在葉片的上部部分中，從而該可滲透裙47將響應(yīng)于流體穿過管45和井筒46的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間的向上流動(dòng)而作為防墜器打開，并膨脹抵靠井筒46的橢圓形內(nèi)表面?？蓾B透裙47優(yōu)選是密度小于泥漿的載流液，以便提高跳傘效果。
圖5顯示了安裝在可膨脹載體框架上的可膨脹屏50，該可膨脹載體框架包括一對長的弓形彈簧定心器葉片51A和B以及一對短的定心器葉片52A和B。長葉片51A和B的端部與第一對端部環(huán)53A和B連接，而短葉片52A和B的端部與第二組端部環(huán)54A和B連接。止動(dòng)軸環(huán)55在上部端部環(huán)53A和54A以及底部端部環(huán)53B和54B之間的位置處固定在泥漿注射管56的外壁上。端部環(huán)53A-B和54A-B可滑動(dòng)地環(huán)繞泥漿注射管56布置，這樣，在泥漿注射管56降低至井筒中的過程中，底部端部環(huán)被推靠在止動(dòng)軸環(huán)55上，且即使當(dāng)井筒具有不規(guī)則形狀時(shí)，穩(wěn)定器葉片51A-B和52A-B也能夠沿井孔壁側(cè)邊自由滑動(dòng)。當(dāng)管56被拉出井筒時(shí)，上部端部環(huán)被拉靠在止動(dòng)軸環(huán)55上，穩(wěn)定器葉片再次能夠沿井孔壁側(cè)邊自由滑動(dòng)，而沒有在經(jīng)過井筒的狹窄部分時(shí)使穩(wěn)定器葉片停止的危險(xiǎn)。因此，圖5所示的可滑動(dòng)定心器組件的優(yōu)點(diǎn)是它能夠在不規(guī)則井孔中降低和升高，而沒有使組件停止的危險(xiǎn)，且當(dāng)井孔為不規(guī)則或橢圓形形狀時(shí)，短和長的定心器葉片51A-B和52A-B使得屏50均勻膨脹抵靠井孔壁。端部環(huán)53A-B和54A-B可以提供有向內(nèi)凸出的銷57，該銷57在管56的外壁中的縱向槽中滑動(dòng)，以便使穩(wěn)定器葉片51A-B和52A-B保持在環(huán)繞管56的外圓周的固定的基本均勻分配的位置。
圖6A-6D顯示了由螺旋纖維61的編織組件制成的可膨脹流動(dòng)限制器。纖維61以相對螺距角進(jìn)行編織，所示材料稱為綠粗花呢或PEG。在圖6A中，纖維61被拉伸并緊緊包圍泥漿注射管(未示出)。圖6B-D表示了當(dāng)組件的上端和底端62和63彼此相向運(yùn)動(dòng)時(shí)(如箭頭64A-D所示)纖維組件的連續(xù)形狀。圖6D表示了在環(huán)形通路中獲得的完全膨脹形狀，顆粒材料封隔器將設(shè)置在該環(huán)形通路中。當(dāng)包括填塞金屬纖維或氈的小球或碎片的泥漿對著膨脹纖維組件向上注射時(shí)形成可滲透屏障層，砂或砂礫顆粒的顆粒材料塞子能夠設(shè)置在該屏障層上，這樣，只有載流液能夠滲透通過屏障層，而壓緊的顆粒材料塞子吸靠在環(huán)形屏障層上。
在任何情況下，當(dāng)弓形彈簧定心器組件用作可膨脹載體框架時(shí)，可膨脹屏組件可以以展開模式或者以折疊模式來運(yùn)行，當(dāng)為折疊模式時(shí)，屏組件將通過機(jī)械的液壓機(jī)構(gòu)或帶(該液壓機(jī)構(gòu)或帶通過使用緩慢溶解的膠或膨脹螺栓來釋放)或者通過時(shí)間、壓力或溫度來激發(fā)的機(jī)構(gòu)而驅(qū)動(dòng)和膨脹抵靠井孔壁，這些是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。
圖7顯示了可滲透袋70，該可滲透袋70環(huán)繞泥漿注射管71布置，且該可滲透袋70裝滿顆粒材料72。當(dāng)管到達(dá)井筒73中要設(shè)置環(huán)形塞子的位置時(shí)，流體泥漿通過管71向下流通，并通過管的底端74向上進(jìn)入在管71和井筒73之間的環(huán)形通路75，這樣，由在環(huán)形通路75中向上流動(dòng)的流體流施加的拖拉力使得袋70中的顆粒材料72向上運(yùn)動(dòng)，這樣，袋變形成圖8中所示的水滴形形狀。
圖8顯示了變形的袋提供了在管71和井筒73之間的環(huán)形通路75中的環(huán)形屏，流體可以滲透通過該環(huán)形屏，但是該環(huán)形屏阻擋由流體攜帶的顆粒材料76，這樣，只要流體向上流過環(huán)形通路75，變形的袋70和顆粒材料76的環(huán)形塞子(在袋70下面)提供了在井筒73底部和上部之間的暫時(shí)區(qū)域隔離。因此，可變形袋70特別適于提供在井筒73的目標(biāo)部分(圖8中未示出)的上面和下面的暫時(shí)區(qū)域隔離，化學(xué)處理流體(例如酸或堿性流體)在該目標(biāo)部分處在合適壓力下注入周圍巖層77中。
圖9A-C顯示了可膨脹屏90，該可膨脹屏90固定在可膨脹載體框架上，該載體框架包括一系列彈簧葉片91，這些彈簧葉片91各自在其上端與載體環(huán)92連接，該載體環(huán)92固定在泥漿注射管93的外表面上。
圖9A顯示了在降入井筒內(nèi)94過程中的未膨脹屏90。帶95環(huán)繞彈簧葉片91捆綁，這樣，葉片91拉靠在管93的外表面上。普通的弓形彈簧定心器96布置在彈簧葉片91下面，以便在管93降入井筒94內(nèi)的過程中保護(hù)葉片91和防止葉片91與井孔壁97接觸。
圖9B顯示了在管93處于它的目標(biāo)深度以及帶95已經(jīng)例如通過使用緩慢溶解的膠或膨脹螺栓或者由時(shí)間、壓力或溫度來激發(fā)的機(jī)構(gòu)(它們?yōu)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員公知)而釋放之后，定心器葉片91膨脹抵靠井孔壁97，從而展開屏90和使該屏膨脹。
圖9C顯示了屏90能夠膨脹和適應(yīng)不規(guī)則和非圓形井筒94中的橢圓形井孔壁97。
圖10A顯示了泥漿注射管100，該泥漿注射管以未膨脹結(jié)構(gòu)降低至井筒101中。一組弓形彈簧定心器葉片103以拉伸位置固定在管100的外表面上，這樣，葉片能夠很容易降低通過井筒101的狹窄或不規(guī)則部分，且穩(wěn)定器葉片103或葉片103內(nèi)的屏在降低過程中損壞的危險(xiǎn)最小。
圖10B顯示了怎樣通過推動(dòng)膨脹心軸經(jīng)過管100內(nèi)部而使得泥漿注射管100徑向膨脹。在膨脹處理過程中，管100縮短，因此使穩(wěn)定器葉片103的端部彼此相向推動(dòng)。這使得穩(wěn)定器葉片103彎曲成弓形構(gòu)形，抵靠井筒101的內(nèi)表面，從而使屏104膨脹。
圖11顯示了井筒110，泥漿注射管111布置在該井筒110中。管111載有上部屏組件112和底部屏組件113，它們布置在目標(biāo)區(qū)域114的上面和下面，在該目標(biāo)區(qū)域114內(nèi)將在巖層116中產(chǎn)生斷裂115或?qū)⑦M(jìn)行其它巖層處理。屏組件112和113固定在弓形彈簧定心器116上，該弓形彈簧定心器116基本類似于圖1中所示的定心器組件。
包括載流液和顆粒材料的泥漿通過泥漿注射管111和出口開口117而注入目標(biāo)區(qū)域114中。一些顆粒材料118可以具有比載流液更高的密度，并落在底部屏組件113的頂部，而另一些顆粒材料119可以具有比載流液更低的密度，并通過環(huán)形空間朝著上部屏組件113上浮。也可選擇，顆粒材料可以首先以較低流速循環(huán)，以便沉積在底部屏組件的頂部上，直到在泥漿注射管內(nèi)部的壓力增加指示填塞物已經(jīng)前進(jìn)至出口開口117處，然后，流速增加至高于顆粒材料的滑動(dòng)速度，這樣，隨后的任何顆粒材料都將抵靠上部屏組件沉積。當(dāng)已經(jīng)注射了足量顆粒材料，從而形成足夠長度的環(huán)形顆粒材料填塞物時(shí)，在管111和目標(biāo)區(qū)域114內(nèi)的流體壓力升高至很高水平，以至于在目標(biāo)區(qū)域114周圍的巖層116中產(chǎn)生斷裂115，而只有合適壓力通過填塞的顆粒材料118和119而施加在巖層116上，因此，在顆粒材料封隔器附近的巖層116發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)減小。
圖12顯示了屏組件120，該屏組件120固定在弓形彈簧定心器葉片121組件上，該弓形彈簧定心器葉片121通過一系列臂122而膨脹，這些臂122在一端處可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在載體襯套123上，而在另一端處可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在葉片121上。載體襯套123可滑動(dòng)地環(huán)繞泥漿注射管124布置，并通過預(yù)拉伸的彈簧125而向上拉，從而使葉片121有較大的膨脹率，該彈簧125在它的上端與固定在管124上的軸環(huán)126連接。葉片121的上端可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在第二襯套127上，該第二襯套127包圍載體襯套123，且該第二襯套127在它的上端處通過止動(dòng)軸環(huán)128而與管124連接。葉片121的底端固定在滑動(dòng)軸環(huán)129上，該滑動(dòng)軸環(huán)129可滑動(dòng)地環(huán)繞管124布置。
管124具有底部部分124A，該底部部分124A的內(nèi)徑和外徑都大于管124的其它部分的內(nèi)徑和外徑。在管的下降過程中，襯套123可以例如通過膨脹螺栓而拉低并固定在管上，這樣，臂122與管124平行，且穩(wěn)定器葉片121進(jìn)行拉伸。在管124降低至井筒130內(nèi)的過程中，擴(kuò)大的底部管部分124A可以防止葉片121和屏組件120沿井孔壁131刮擦(該刮擦將損壞屏120)。當(dāng)管的底端124A到達(dá)目標(biāo)深度時(shí)，膨脹螺栓釋放，這樣，彈簧125向上拉襯套123，且臂122將葉片121推靠在井孔壁131上。隨后，泥漿通過管124向下注射，并向上注入周圍的環(huán)形通路132中。環(huán)形通路在底部管部分124A上面的增大寬度使得泥漿在恰好低于膨脹屏120的區(qū)域中的向上速度減小，這促使顆粒材料133被捕獲于在屏120下面的環(huán)形空間132A的加寬區(qū)域中以及管124的加寬底部區(qū)域124A中。
圖13顯示了管135的實(shí)施例，其中，管135的內(nèi)徑和外徑在可膨脹屏組件136和管底端135A之間的區(qū)域中成階梯形增加。包圍管135底部的環(huán)形通路137的寬度成階梯形增加，這樣，泥漿的速度減慢，顆粒材料138很容易地抵靠可膨脹屏組件136而沉積，且即使當(dāng)顆粒材料的密度高于載流液的密度時(shí)，管135的加寬底部防止顆粒材料138通過環(huán)形通路137而跌落。管135的底端裝備有凸出部分139，以便即使當(dāng)井孔壁141具有不規(guī)則形狀時(shí)也使管135能夠很容易地向下滑入井筒140內(nèi)。環(huán)形空間朝著顆粒材料塞子的底部減小以及在恒定泵送率狀態(tài)下流速朝著顆粒材料塞子底部的相應(yīng)增加將使得沿填塞物的壓力梯度沿填塞物而向下增加(與圖14中所示的裝置相同)。
圖14顯示了泥漿注射管145的實(shí)施例，其中，管145為錐形，且在可膨脹屏組件146下面的區(qū)域中直徑逐漸增大。
圖15顯示了泥漿注射管150的實(shí)施例，其中，管150由流體返回導(dǎo)管151包圍?？膳蛎浄飧羝?52安裝在流體返回導(dǎo)管151的流體可滲透部分153的上面。當(dāng)管的底端到達(dá)目標(biāo)區(qū)域154時(shí)，封隔器152膨脹，在該目標(biāo)區(qū)域處，巖層155將被斷裂或進(jìn)行其它處理。封隔器152可以為流體不可滲透的或者包括滲透膜，該滲透膜允許流體從封隔器152下面的環(huán)形通路156滲透至封隔器上面的環(huán)形通路中或者滲透至流體返回導(dǎo)管151內(nèi)。
包括載流液(例如水)、泡沫和顆粒材料157的泥漿通過泥漿注射管150和目標(biāo)區(qū)域154而注入環(huán)形通路156中。顆粒材料157被捕獲于環(huán)形通路156中，但是載流液滲透通過填塞的顆粒材料157和流體返回導(dǎo)管151的可滲透部分153。進(jìn)入流體返回導(dǎo)管151內(nèi)的載流液流量能夠通過監(jiān)測和控制流體返回導(dǎo)管151中的流體壓力來進(jìn)行控制。載流液或其它流體受控制的滲透至流體返回導(dǎo)管151中可以用于控制在環(huán)形通路156中沿顆粒材料封隔器長度的壓力梯度。
圖16顯示了泥漿注射管160的實(shí)施例，其中，管160由流體返回導(dǎo)管161包圍。流體返回導(dǎo)管161包括具有流體可滲透壁的加寬底部部分162以及截頭錐形中間部分163，該截頭錐形中間部分163使得流體返回導(dǎo)管161的底部部分162與上部部分連接。
當(dāng)泥漿注射管160的底端到達(dá)目標(biāo)區(qū)域164時(shí)，包括載流液和顆粒材料165(該顆粒材料165的密度高于載流液的密度)的泥漿通過管160和目標(biāo)區(qū)域164而注入包圍流體返回導(dǎo)管161的加寬底部部分162的環(huán)形通路166中。
截頭錐形中間部分163將用作顆粒聚積裝置，它用于通過使環(huán)形通路166中的泥漿速度降低至低于顆粒材料165的滑動(dòng)速度的值來改變泥漿流動(dòng)。這將使得顆粒材料沉積在截頭錐形部分163的頂部和落回至環(huán)形通路166中，如箭頭167所示。沉積的顆粒材料將形成在環(huán)形通路166中在流體返回導(dǎo)管的加寬底部部分162和周圍巖層168之間的弓形。該弓形的顆粒材料165將形成在截頭錐形部分163附近的流體可滲透屏障，其它顆粒材料將抵靠該屏障沉積，直到環(huán)形通路166完全充滿顆粒材料165。因?yàn)橐坏┬纬森h(huán)形填塞物時(shí)沿環(huán)形通路的滲透率急劇減小，因此通過流體可滲透外壁而滲透至流體返回導(dǎo)管中的載流液的量增加，因此，在環(huán)形通路中的流速降低，且能夠在不會從塞子頂部沖走顆粒材料的情況下增加泵送率。在本實(shí)施例中，離開環(huán)形空間滲透至流體返回導(dǎo)管內(nèi)的流體釋放至在顆粒聚積裝置上面的環(huán)形通路中(未示出)。
圖17顯示了泥漿注射管170的又一實(shí)施例，其中，管的底部由流體重新循環(huán)導(dǎo)管171包圍。重新循環(huán)導(dǎo)管171有可滲透部分172，該可滲透部分172環(huán)繞遮蔽導(dǎo)管173布置，該遮蔽導(dǎo)管173的上端同軸包圍管170，這樣，在管170和導(dǎo)管173之間的環(huán)形空間174中產(chǎn)生流體噴射泵，因此，當(dāng)泥漿通過管170向下泵送時(shí)，在遮蔽導(dǎo)管173和重新循環(huán)導(dǎo)管172之間的環(huán)形空間175中的流體壓力減小，流體從環(huán)形空間176吸入所述空間175中，然后吸入遮蔽導(dǎo)管173的內(nèi)部。
在流體重新循環(huán)導(dǎo)管171上端的截頭錐形部分177可以定位成靠近沖失區(qū)域178，在該沖失區(qū)域，井筒179具有擴(kuò)大寬度，這樣，當(dāng)泥漿從狹窄的環(huán)形通路176流入形成于截頭錐形部分177和沖失區(qū)域178之間的加寬環(huán)形通路180中時(shí)，泥漿的向上速度明顯減小。
當(dāng)包括載流液和顆粒材料181的泥漿通過泥漿注射管170的內(nèi)部注入目標(biāo)區(qū)域中和向上進(jìn)入環(huán)形通路176中時(shí)，載流液排入重新循環(huán)導(dǎo)管172中和加寬環(huán)形通路180中的流體速度進(jìn)一步減小將使得顆粒材料181跌落在環(huán)形通路180中，如箭頭183所示。這樣沉積的顆粒材料181將形成屏障，其它顆粒材料181將抵靠該屏障聚積，直到環(huán)形通路176充滿顆粒材料181。顆粒材料181將提供在環(huán)形通路176中的顆粒材料封隔器，其中，沿環(huán)形通路176長度的壓力降將通過載流液經(jīng)過重新循環(huán)導(dǎo)管172的可滲透壁的重新循環(huán)來控制。沒有脆弱的可膨脹屏組件將使得圖17中所示的結(jié)構(gòu)特別適用于具有較大沖失區(qū)域178的不規(guī)則井筒。與圖16中所示實(shí)施例相比，該方案使得對于給定直徑的流體注射導(dǎo)管170，環(huán)形空間能夠有更大變化(即使沒有沖失區(qū)域)，且由于噴射泵組件的效果，顆粒填塞物能更有效排出。當(dāng)利用本發(fā)明的方法來制備用于在目標(biāo)區(qū)域周圍進(jìn)行斷裂的區(qū)域隔離時(shí)，在形成完全不可滲透的區(qū)域隔離之后仍然能夠持續(xù)泵送泥漿。在進(jìn)一步泵送時(shí)，在井筒的目標(biāo)區(qū)域中的壓力快速增加至這樣的值，即它使得周圍巖層斷裂。在本發(fā)明該方法的特定實(shí)施例中，在第一步驟中，輔助材料首先聚積在環(huán)形通路中的合適位置，以便形成可滲透屏障，顆粒材料能夠隨后抵靠該可滲透屏障聚積。合適的輔助材料是柔性泡沫，特別是開口泡沫。開口泡沫具有相連的孔，因此有一定的滲透率，且它能夠在很小阻力下變形。柔性聚氨酯泡沫為一個(gè)實(shí)例，也可選擇包括用于溫度穩(wěn)定、硬度或其它物理特性的添加劑。其它輔助材料例如可以是可脹大或可液體變形的橡膠。
這種泡沫能夠用于形成在環(huán)形空間中的液體可滲透屏障，顆粒材料能夠聚積在該屏障后面。例如，泡沫片或塊能夠進(jìn)入環(huán)形空間中，以便聚積在合適位置，并結(jié)合參考圖1-17所述的一個(gè)實(shí)施例。例如，可膨脹屏可以有迷宮形(maze size)，這樣，泡沫片聚積在該處。當(dāng)包括顆粒材料的泥漿隨后引入環(huán)形通路中時(shí)，將在泡沫的上游側(cè)形成濾餅。這產(chǎn)生了沿井的軸線方向橫跨泡沫塊層的更高壓力降。然后，泡沫沿井的軸線進(jìn)行壓縮，并沿徑向方向變形。泡沫室的變形使得滲透率急劇減小，這些效果使得泡沫塊層形成橫跨井直徑的塞子，該塞子作為用于形成顆粒材料填塞物的、非常有效的基礎(chǔ)。然后，泡沫用于使顆粒材料開始聚積。
也可選擇，泡沫塞子也可以預(yù)安裝在注射管上或抵靠管上的合適固定部件或屏。泡沫能夠首先徑向壓縮地發(fā)生安裝，然后能夠以合適方式膨脹抵靠井孔壁。合適材料由用于管線清潔的泡沫清管器可知。在本發(fā)明方法的又一實(shí)施例中，在聚積的顆粒材料中的液體的潤濕特性可以改變。例如，顆粒間液體的表面張力可以通過表面活性劑加以改變。當(dāng)在填塞物的顆粒和顆粒間液體之間的表面張力增加時(shí)，不運(yùn)動(dòng)的原生流體的容積增加，且對于給定壓力差，沿填塞物的泄漏率減小。相反，當(dāng)在填塞物的顆粒和顆粒間液體之間的表面張力減小時(shí)，不運(yùn)動(dòng)的殘余流體的容積減小，且對于給定壓力差，沿填塞物的泄漏率增加。另外，填塞物可以通過機(jī)械方式和/或循環(huán)而更容易地除去。
表面張力可以以多種方式來控制，包括使用表面活性劑。這些表面活性劑可以以多種方式引入填塞物中，例如，它們可以包含在載流液中，或者涂覆在形成泥漿的顆粒材料上，它們可以涂覆在用于使顆粒循環(huán)的工作管柱上，或者它們可以包含在流體中，在聚積材料定位之后，該流體被泵送通過聚積材料基體。
表面活性劑可以用于增加或減小表面張力。相同或不同的表面活性劑可以順序使用。例如，一種表面活性劑可以用于升高表面張力。這樣，對于給定壓力降，沿填塞物而通過填塞物的泄漏能夠減少。另一種表面活性劑能夠稍后用于降低表面張力。因此，通過降低填塞物內(nèi)的粘接/粘附力，填塞物更容易通過例如循環(huán)、工作管柱運(yùn)動(dòng)或者其它機(jī)械裝置來除去。
在特別重要的實(shí)施例中，顆粒材料通過除去載流液而物理聚積，而并不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)例如(水泥的)凝固。還優(yōu)選是，顆粒材料并不例如由于脹大而改變它們的形狀，因此這時(shí)，優(yōu)選是并不使用可脹大的粘土例如膨潤土。這些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是區(qū)域隔離還能夠相對容易地除去。當(dāng)在該實(shí)施例中區(qū)域隔離僅僅由聚積的固體形成，而沒有很強(qiáng)的物理/化學(xué)相互作用或粘接時(shí)，顯然需要從下面保持壓力，以便使區(qū)域隔離保持就位。
在該方法的其它用途中，可能希望設(shè)置水泥和/或膨潤土塞子，其中，特定用途是利用顆粒聚積裝置的特性來從泥漿中除去液體。在一種可選方式中，稀釋水泥漿能夠以稀泥漿(具有在載流液中的抑制劑)的形式向下泵送至井中。然后，水泥抵靠環(huán)形通路中的顆粒聚積裝置(例如屏)進(jìn)行填塞，且載流液被擠壓走，并以沒有抑制劑的水來替換。然后水泥快速凝固。
通常，水泥漿是水性漿。在另一選擇方式中，水泥能夠懸浮于柴油或其它烴中泵送。水泥抵靠屏或限制器而進(jìn)行填塞，且柴油流過去，隨后送入水。然后，集中的水泥塊在水中快速凝固。
代替水泥或除水泥之外還可以使用可脹大的粘土例如膨潤土，它們將在與水接觸時(shí)脹大。
權(quán)利要求
1.一種在地下井筒中的目標(biāo)區(qū)域附近產(chǎn)生區(qū)域隔離的方法，該方法包括將泥漿注射管穿過井口插入井筒中；將顆粒聚積裝置布置在環(huán)繞泥漿注射管的環(huán)形空間中并位于目標(biāo)區(qū)域和井口之間的位置處；以及將包括載流液和顆粒材料的泥漿通過泥漿注射管泵送至環(huán)形空間中，從而，至少一些顆粒材料聚積在顆粒聚積裝置附近，且聚積的顆粒材料在顆粒聚積裝置附近形成包括填塞顆粒材料的區(qū)域隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中顆粒聚積裝置包括用于從泥漿中除去液體的裝置，特別是從以下組中選擇的裝置，該組包括在環(huán)形空間中的流體可滲透屏障，以及包圍泥漿注射管的流體返回導(dǎo)管；在泥漿的泵送過程中，至少一部分載流液從泥漿中除去，優(yōu)選是除去至少50％的載流液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使顆粒材料聚積在環(huán)形空間的位于目標(biāo)區(qū)域和顆粒聚積裝置之間的區(qū)域中，從而，顆粒聚積裝置布置在聚積的顆粒材料和井口之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中井筒為基本垂直或傾斜取向，顆粒聚積裝置定位在聚積的顆粒材料之上和目標(biāo)區(qū)域之上，且顆粒材料包括密度基本等于或小于流體密度的顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中顆粒聚積裝置包括可膨脹屏組件，載流液可透過該屏組件，但是至少一些顆粒材料不能透過該屏組件，且該方法包括使屏組件在環(huán)形空間中徑向膨脹；以及使得流體泥漿沿縱向方向流過環(huán)形空間，從而，使得至少一些載流液流過膨脹的屏組件，并使得至少一些顆粒材料抵靠該膨脹的屏組件而沉積和聚積，從而在目標(biāo)區(qū)域和膨脹的屏組件之間的環(huán)形空間中形成包括填塞的顆粒材料基體的區(qū)域隔離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中可膨脹屏組件包括可徑向膨脹的載體框架和可滲透屏障層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中可徑向膨脹載體框架包括可膨脹的傘形框架，該傘形框架包括至少三個(gè)臂，這三個(gè)臂各自在一端處與泥漿注射管的外表面可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，從而使各臂的另一部分響應(yīng)于傘形框架的膨脹而搖擺抵靠井筒或井套管的內(nèi)表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中可膨脹載體框架包括弓形彈簧定心器組件，該弓形彈簧定心器組件具有至少三個(gè)定心器葉片，這些定心器葉片在沿周向間隔開的位置處膨脹抵靠井孔壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中至少一個(gè)定心器葉片構(gòu)造成與其它定心器葉片獨(dú)立地膨脹抵靠周圍井筒或井套管的內(nèi)表面，這樣，即使當(dāng)所述內(nèi)表面具有不規(guī)則、非圓形或橢圓形內(nèi)部形狀時(shí)，各葉片也膨脹抵靠所述內(nèi)表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中弓形彈簧定心器葉片組件包括一組短的和一組長的定心器葉片，這些定心器葉片各自在其一端處固定在第一端部環(huán)上，該第一端部環(huán)固定在流體注射管的外壁上，且短的定心器葉片的端部固定在第二端部環(huán)上，該第二端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管布置，而長的定心器葉片的端部固定在第三端部環(huán)上，該第三端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管的外壁布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中弓形彈簧定心器葉片組件包括一組短的和一組長的定心器葉片，且長的定心器葉片的端部固定在端部環(huán)上，該端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管布置在止動(dòng)軸環(huán)的不同側(cè)，該止動(dòng)軸環(huán)固定在該管的外表面上，而短的定心器葉片的端部固定在端部環(huán)上，該端部環(huán)可滑動(dòng)地環(huán)繞流體注射管布置，且各端部環(huán)位于止動(dòng)軸環(huán)和長的定心器葉片的端部環(huán)中的一個(gè)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中可膨脹屏組件包括編織型式的螺旋盤繞纖維，該纖維固定在一對環(huán)之間，該對環(huán)環(huán)繞流體注射管的外表面布置，并相向運(yùn)動(dòng)，從而，螺旋盤繞的纖維變形，且至少局部膨脹抵靠井筒的內(nèi)表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中可膨脹屏組件包括可滲透袋，該可滲透袋充滿顆粒材料，且該可滲透袋將響應(yīng)于向上流過在泥漿注射管和井筒之間的環(huán)形空間的流體泥漿的流量而膨脹抵靠井筒的內(nèi)表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中定心器葉片的端部在沿軸向間隔開的位置處與可徑向膨脹的泥漿注射管的外表面連接，這樣，定心器葉片在管膨脹之前環(huán)繞該管布置在基本拉伸的位置，且穩(wěn)定器葉片的端部之間的距離由于管在膨脹處理過程中的軸向縮短而減小，由此使得定心器葉片在包圍流體注射管的環(huán)形通路中徑向膨脹。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中在將填塞的顆粒材料基體插入在泥漿注射管和井筒之間的環(huán)形通路中之后，泥漿注射管徑向膨脹，從而增加填塞密度，并減小填塞的顆粒材料基體的滲透率。
16.根據(jù)任意一項(xiàng)從屬于權(quán)利要求8時(shí)的前述權(quán)利要求所述的方法，其中裙形屏障層環(huán)繞泥漿注射管布置，并固定在定心器葉片的上部部分上，這樣，裙形屏障層響應(yīng)于定心器葉片的膨脹而基本橫跨環(huán)形空間的寬度。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中流體泥漿包括在注射處理過程中顆粒尺寸逐步或逐漸減小的顆粒材料，從而使得最初的一批粗大顆粒材料沉積和聚積，而隨后批次的較細(xì)的顆粒材料抵靠粗大顆粒材料的環(huán)形基體而沉積和聚積。
18.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中屏組件的可滲透屏障層通過將包括纖維材料的流體泥漿泵送至環(huán)形空間內(nèi)而形成和/或增強(qiáng)，該纖維材料例如切碎的直的或彎曲的纖維、金屬絲的集合、玻璃纖維絲、編織材料或類似物，其在顆粒材料之前或與該顆粒材料同時(shí)抵靠膨脹的屏組件沉積。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其中顆粒聚積裝置由環(huán)形空間的一區(qū)域來提供，在該區(qū)域中流體速度減小，并使得顆粒材料沉積，優(yōu)選是由環(huán)形空間的相對于泥漿流的上游區(qū)域的增大橫截面來提供。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中流體速度減小的環(huán)形空間的區(qū)域由沖失區(qū)域和/或這樣的區(qū)域形成，在該沖失區(qū)域中，井筒具有比該井筒的其它部分大的寬度；在該這樣的區(qū)域中，泥漿注射管或包圍泥漿注射管的流體返回導(dǎo)管的外徑向內(nèi)逐漸減小或以其它方式變小。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中顆粒聚積裝置包括包圍泥漿注射管的流體返回導(dǎo)管，該流體返回導(dǎo)管具有可滲透的外壁，且至少一些流體從環(huán)形空間流入流體返回導(dǎo)管。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中泥漿注射管在目標(biāo)區(qū)域和可膨脹屏組件之間的區(qū)域中向內(nèi)逐漸變小或具有逐步減小的內(nèi)徑和外徑，這樣，當(dāng)泥漿從目標(biāo)區(qū)域朝著屏組件流動(dòng)時(shí)在環(huán)形空間中的泥漿速度減小。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中在將泥漿泵送至環(huán)形空間內(nèi)之前，輔助材料布置在環(huán)形空間中，從而形成流體可滲透的屏障。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中輔助材料包括固體泡沫，優(yōu)選是柔性固體泡沫，更優(yōu)選是柔性固體開口泡沫。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中填塞的顆粒材料形成物理聚積，而并不形成化學(xué)粘接和/或沒有顆粒材料的脹大。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-24中任意一項(xiàng)所述的方法，其中流體泥漿包括水泥漿，在聚積過程中，載流液從該水泥漿中除去。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中載流液選擇為使水泥在載流液中不會凝固；在水泥顆粒聚積于環(huán)形空間內(nèi)之后，優(yōu)選是包括水的凝固流體通過聚積的水泥顆粒，從而使水泥凝固。
28，根據(jù)權(quán)利要求1-24、26或27中任意一項(xiàng)所述的方法，其中流體泥漿包括可脹大材料顆粒和載流液，該可脹大材料優(yōu)選是可脹大粘土，更優(yōu)選是膨潤土，該可脹大材料在載流液中不會脹大；在可脹大顆粒聚積之后，優(yōu)選是包括水的脹大流體通過聚積的顆粒，從而使顆粒脹大。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中顆粒材料包括可脹大橡膠、樹脂涂覆的砂礫、砂例如渥太華砂、天然或人工支承劑、玻璃、塑料或其它小球、空心小球、涂覆膠、樹脂或纖維的小球和/或球、鋼或可磁化金屬、纖維和/或具有鉤的纖維。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中顆粒聚積裝置具有磁體，顆粒材料可以包括可磁化成分，例如鐵磁性顆粒。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中顆粒材料包括可在升高溫度或在特定流體例如酸或堿性流體中溶解的材料和/或涂層。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中在將區(qū)域隔離安裝至環(huán)繞泥漿注射管的環(huán)形通路內(nèi)之后，斷裂、刺激、處理、巖層蝕刻、處置的或其它的流體可以通過泥漿注射管注入目標(biāo)區(qū)域和注入任意地環(huán)繞目標(biāo)區(qū)域的巖層中。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中聚積的顆粒材料的區(qū)域隔離構(gòu)造成使它具有比環(huán)繞井筒的目標(biāo)區(qū)域的巖層的至少主要部分高的縱向滲透率。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中斷裂和/或刺激流體注入環(huán)繞井筒的目標(biāo)區(qū)域的巖層內(nèi)，顆粒材料基體具有基本環(huán)形的形狀和縱向滲透率，這樣，在將斷裂流體注入巖層的步驟中，斷裂流體通過顆粒材料基體泄漏，且在顆粒材料基體上的井筒流體中的靜壓變化大于在環(huán)繞基體的巖層中在相同部分上的特征巖層壓力變化，該特征巖層壓力例如斷裂開始、斷裂傳播或巖層折斷壓力。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中泥漿注射管的外表面具有螺旋形脊，在通過目標(biāo)區(qū)域?qū)⒘黧w注入巖層完成之后，泥漿注射管旋轉(zhuǎn)，從而，螺旋形脊使得該管通過顆粒材料基體朝著井口向上運(yùn)動(dòng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中泥漿注射管包括一對軸向間隔開的可膨脹屏組件，并插入井筒中，從而，目標(biāo)區(qū)域位于所述組件之間；泥漿通過在泥漿注射管的壁中的出口開口而注入在屏組件之間的環(huán)形空間的區(qū)域內(nèi)，從而，至少一些顆粒材料抵靠各屏組件聚積，且在目標(biāo)區(qū)域的兩側(cè)產(chǎn)生區(qū)域隔離。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中井筒形成油井和/或天然氣井、地?zé)峋?、水井?或處置井的一部分。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中泥漿注射管由鉆柱提供，顆粒聚積裝置由靠近鉆柱底端的定心器組件提供，且該方法包括以下步驟將泥漿通過鉆柱和鉆頭注入周圍環(huán)形通路中，以便在定心器組件和鉆頭之間的區(qū)域中的環(huán)形通路內(nèi)形成可除去的填塞的顆粒材料基體；在井筒的底部和填塞的顆粒材料基體之間的區(qū)域中將處理、巖層穩(wěn)定和/或其它流體注入巖層中；從環(huán)形通路中除去顆粒材料基體；以及使鉆頭鉆探井筒的其它部分，或者將鉆柱和鉆頭拉出井筒。
全文摘要
一種在地下井筒(1)中的目標(biāo)區(qū)域(4)之上產(chǎn)生區(qū)域隔離的方法，包括將泥漿注射管(3)插入井筒中；將顆粒聚積裝置布置在環(huán)繞所述管的環(huán)形空間中，該顆粒聚積裝置例如可膨脹屏或泥漿速度減小的區(qū)域；以及將包括載流液和顆粒材料的泥漿通過泥漿注射管(3)和目標(biāo)區(qū)域(4)向下泵送，然后向上泵送至環(huán)形空間中，這樣，至少一些顆粒材料聚積，并在目標(biāo)區(qū)域和顆粒聚積裝置之間的環(huán)形空間中形成細(xì)長區(qū)域隔離(10)，該區(qū)域隔離可除去，并向周圍巖層施加有限的徑向力，從而減小巖層損傷的危險(xiǎn)。
文檔編號E21B33/136GK1906376SQ200480040621
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月11日
發(fā)明者A·布勒斯, M·G·R·博斯馬, E·K·科內(nèi)利森, M·C·甘寧漢, C·J·肯特爾, R·N·沃勒爾 申請人:國際殼牌研究有限公司