專利名稱：用于確定井眼密封的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成于地層中的井眼中的密封系統(tǒng)，其中從 地層產(chǎn)出的流體流通過井眼流到地面。
背景技術(shù)：
用于生產(chǎn)碳?xì)浠衔锪黧w的井眼通常具有一個(gè)或多個(gè)密封系統(tǒng)， 例如設(shè)置用于密封套管和生產(chǎn)管之間的環(huán)形空間或者生產(chǎn)襯管和井眼 壁之間的環(huán)形空間的封隔器，和一個(gè)或多個(gè)位于套管和井眼壁之間或 者不同直徑的套管段之間的水泥層。
套管段通常通過水泥層密封到井眼壁。然而，眾所周知的是，在 水泥固化過程中，由于水泥的收縮，水泥不總是提供希望程度的密封。
由于這種收縮，可能在水泥層中出現(xiàn)微環(huán)隙，該微環(huán)隙為井眼中 的流體形成不希望的遷移路徑。
此外，已經(jīng)提出了通過環(huán)形密封裝置來密封位于設(shè)置在井眼中的 管狀元件和在該管狀元件周圍延伸的壁(例如井眼壁)之間的環(huán)形空 間，該環(huán)形密封裝置是由在接觸地層水或從地層產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锪?體時(shí)膨脹的彈性體材料制成的封隔器形式。該封隔器在被下放到井眼 中之前固定地連接到管狀元件的外表面上，其后封隔器連接到其上的 管狀元件被下放到井眼中。當(dāng)?shù)貙铀?或碳?xì)浠衔锪黧w流入環(huán)形空 間中時(shí)，該彈性體材料膨脹以使得封隔器擴(kuò)張從而密封環(huán)形空間。雖 然這種密封方法已經(jīng)提供了良好的結(jié)果，但是一個(gè)問題是密封裝置在 彈性體材料膨脹之后可能不充分密封，彈性體的膨脹還沒有完成或者 彈性體材料可能沒有充分暴露于水和/或碳?xì)浠衔锪黧w中以確保彈 性體材料充分膨脹。再者，如果待密封的空間具有不規(guī)則形狀，則可 能很難充分密封。例如，如果密封裝置要密封抵靠井眼壁，在井眼具有在鉆井過程中出現(xiàn)的沖蝕井段的情況下，則可能妨礙充分密封。
EP 0816631 Bl公開了一種井眼系統(tǒng)，其中生產(chǎn)管道設(shè)有包括示 蹤材料的涂層，該示蹤材料被在位于一對(duì)封隔器密封元件之間的井段 中進(jìn)入生產(chǎn)管道的產(chǎn)出流體流吸收。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種用于形成于地層中的井眼中的改進(jìn)的密封系統(tǒng)，其中從 地層產(chǎn)出的流體流通過井眼流到地面。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于形成于地層中的井眼中的密封系統(tǒng)， 其中從地層產(chǎn)出的流體流通過井眼流到地面，該密封系統(tǒng)包括設(shè)置 成將井眼的選定部分與產(chǎn)出流體流密封隔開的密封裝置；設(shè)置成被經(jīng) 由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來自地層的流體吸收的化合物； 和能用來檢測(cè)產(chǎn)出流體流中的所述化合物的檢測(cè)裝置。
利用本發(fā)明的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可通過確定所述化合物是否存在于產(chǎn) 出流體流中來確定密封裝置的充分密封性。因此，如果檢測(cè)裝置指示 出所述化合物存在于產(chǎn)出流體流中，則可斷定來自地層的流體經(jīng)由選 定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流，并且斷定密封裝置沒有恰當(dāng)密封。相 反地，如果檢測(cè)裝置指示出所述化合物不存在于產(chǎn)出流體流中，則可 斷定密封裝置恰當(dāng)密封。
適當(dāng)?shù)兀龌衔锇ㄔ诿芊庋b置中，并且密封裝置被設(shè)置為 與經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來自地層的所述流體接觸。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，密封裝置可在作用模式和不作用模式之間 移動(dòng)，在作用模式中，密封裝置防止來自地層的流體經(jīng)由選定的井眼 部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流中，在不作用模式中，密封裝置允許來自地層的 流體經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流中。
為了使該密封裝置容易啟動(dòng)，密封裝置優(yōu)選包括一種在與選定流 體接觸時(shí)膨脹的可膨脹材料，并且密封裝置通過可膨脹材料的膨脹從 不作用模式運(yùn)動(dòng)到作用模式。
適當(dāng)?shù)兀隹膳蛎洸牧习◤椥泽w，所述選定流體包括例如從地層產(chǎn)出的流體。
本發(fā)明的系統(tǒng)可包括多個(gè)所述密封裝置、多個(gè)所述選定的井眼部 分和多種所述化合物，其中對(duì)于每一個(gè)所述選定的井眼部分，設(shè)置相 應(yīng)的密封裝置來將選定的井眼部分與產(chǎn)出流體流密封隔開，并且設(shè)置 相應(yīng)的一種所述化合物來被經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來 自地層的流體吸收，并且檢測(cè)裝置能用來檢測(cè)產(chǎn)出流體流中的每一種 所述化合物。
為了允許容易地確定一個(gè)或多個(gè)密封裝置是否泄漏，適當(dāng)?shù)?，?述化合物具有可由檢測(cè)裝置檢測(cè)出的互不相同的特征。因此，在流體 通過密封裝置滲漏的情況下，檢測(cè)裝置能夠確定哪個(gè)密封裝置泄漏了。
優(yōu)選地，所述化合物選自卣代羧酸和卣代醇，例如囟代癸酸或卣 代癸醇。
更優(yōu)選地，所述化合物選自氯代羧酸和氯代醇，例如氯代癸酸或 氯代癸醇。


下文將參考附圖以舉例的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中 圖1示意性顯示了本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中可膨脹封隔器 設(shè)置在井眼中；
圖2示意性顯示了某些可膨脹封隔器膨脹之后的圖1的系統(tǒng)。 在附圖中，相同的部件具有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式
參考圖1,圖1顯示了井眼l，該井眼具有從地面3基本上豎直向 下延伸的上部部分2和基本上水平延伸到含碳?xì)浠衔锪黧w的地層的 儲(chǔ)層6中的下部部分4。作為下部部分4基本上水平延伸的代替，替 代地，下部部分4可傾斜地或甚至豎直地延伸。下部井眼部分4橫穿 若千個(gè)存在于地層6中的天然裂縫8，該天然裂縫與含水地層段(未 示出)流體連通。井眼l設(shè)有從地面3延伸到上部(豎直的)井眼部分2的下端附 近的套管10和呈從地面延伸經(jīng)過套管10并進(jìn)入下部(水平的)井眼 部分4的生產(chǎn)管道12形式的管狀元件。生產(chǎn)封隔器13設(shè)置在套管10 的下端部從而密封生產(chǎn)管道12和套管IO之間的環(huán)形空間。生產(chǎn)管道 12具有位于下部井眼部分4中的多個(gè)流體入口 14。而且，生產(chǎn)管道 12在其上端連接至地面3處的生產(chǎn)設(shè)備16,用來接收和進(jìn)一步運(yùn)輸從 地層6產(chǎn)出的碳?xì)浠衔锪黧w。
生產(chǎn)管道12設(shè)有一系列沿在下部井眼部分4中延伸的這部分生產(chǎn) 管道12以選定間隔隔開的環(huán)形封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f， 其中每個(gè)封隔器包括一種易于在接觸來自地層的水時(shí)膨脹的彈性體材
料。每個(gè)封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f在其彈性體材料膨脹 之前都在封隔器和井眼壁22之間留出環(huán)形間隙20。在彈性體材料膨 脹時(shí)，封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f徑向擴(kuò)張抵靠井眼壁 22，以使得最初存在于封隔器和井眼壁22之間的環(huán)形間隙20因而消 失。
每個(gè)封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f在其外圓周設(shè)有示蹤 材料帶24，所述示蹤材料呈適合于被沿封隔器流動(dòng)的流體吸收的化合 物形式，所述流體是產(chǎn)出的碳?xì)浠衔锪黧w或者水。例如，優(yōu)選的示 蹤材料是氯代癸酸或氯代癸醇。進(jìn)一步地，各個(gè)封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f的示蹤材料具有互不相同的特征參數(shù)，以使得相應(yīng)封 隔器的示蹤材料的特征參數(shù)唯一地確定相應(yīng)封隔器。
地面上的生產(chǎn)設(shè)備16設(shè)有檢測(cè)裝置(未示出)，用于檢測(cè)處于從 地層產(chǎn)出的流體流中的來自帶24的示蹤材料。該檢測(cè)裝置適合于識(shí)別 各個(gè)封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f的示蹤材料的不同特征參 數(shù)，從而確定屬于特定封隔器的示蹤材料是否存在于產(chǎn)出流體流中。
適當(dāng)?shù)?，檢測(cè)裝置選自氣相色鐠法質(zhì)鐠儀、氣相色鐠法電子俘獲 檢測(cè)器、高性能液相色鐠法質(zhì)鐠儀、高性能液相色譜法熒光檢測(cè)器、 原子吸收光語儀、原子發(fā)射光語儀、電感耦合等離子體質(zhì)謙儀、免疫 檢測(cè)裝置、電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡。在圖2中，顯示了在封隔器18a、 18c的彈性體材料膨脹之后的圖 l的井眼l，其中這些封隔器18a、 18c密封抵靠井眼壁22。
在正常操作期間，碳?xì)浠衔锪黧w從地層6流入下部井眼部分4， 因此經(jīng)由入口 14進(jìn)入生產(chǎn)管道12，產(chǎn)出流體流通過生產(chǎn)管道流向地 面處的生產(chǎn)設(shè)備16。在開始石油或天然氣生產(chǎn)時(shí)，環(huán)形封隔器18處 于它們的未膨脹狀態(tài)，以使得產(chǎn)出的碳?xì)浠衔锪黧w自由地流過相應(yīng) 封隔器18周圍的環(huán)形間隙20。因此，碳?xì)浠衔锪黧w與示蹤材料帶 24接觸以使得來自帶24的示蹤材料因而進(jìn)入產(chǎn)出的碳?xì)浠衔锪黧w 流中并隨該流體流流入地面處的生產(chǎn)設(shè)備16中。生產(chǎn)設(shè)備16處的檢 測(cè)裝置檢測(cè)產(chǎn)出的碳?xì)浠衔锏牧黧w流中示蹤材料的存在情況，并識(shí) 別各個(gè)封隔器18的示蹤材料的不同特征參數(shù)。然后檢測(cè)裝置產(chǎn)生表示 所檢測(cè)的示蹤材料所源自的相應(yīng)封隔器的信號(hào)。
在連續(xù)生產(chǎn)石油或天然氣一段時(shí)間之后，地層水可能例如經(jīng)由與 含水層段連通的自然地層裂縫8進(jìn)入井眼1。再者，地層水也可能由 于儲(chǔ)層6的耗盡所造成的"水錐"而進(jìn)入井眼l。
該產(chǎn)出的地層水沿著相應(yīng)封隔器18中的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)并由此 引起該封隔器18的彈性體材料的膨脹。在暴露于地層水的每個(gè)封隔器 18的彈性體材料開始膨脹期間，來自相應(yīng)封隔器18的帶24的示蹤材 料繼續(xù)被從井眼l產(chǎn)出的流體流吸收。在彈性體材料膨脹時(shí)，相應(yīng)封 隔器18逐漸朝向井眼壁22擴(kuò)張，以使得封隔器18最終壓靠在井眼壁 22上并且封隔器18周圍的環(huán)形間隙20消失。
因此，每個(gè)已膨脹的封隔器18密封抵靠井眼壁22并由此防止產(chǎn) 出流體進(jìn)一步沿已膨脹的封隔器18的相應(yīng)示蹤材料帶24流動(dòng)。因此， 對(duì)于每個(gè)已膨脹的封隔器18來說，該已膨脹的封隔器18的示蹤材料 于是不再存在于產(chǎn)出流體流中，因此檢測(cè)裝置不再產(chǎn)生表示所檢測(cè)的 示蹤材料所源自的相應(yīng)封隔器18的信號(hào)。來自檢測(cè)裝置的這種信號(hào)的 存在和/或不存在使操作者能夠確定哪些封隔器18密封抵靠井眼壁 22，哪些封隔器18沒有密封抵靠井眼壁22。
一旦已經(jīng)確定地層水在生產(chǎn)管道12的哪段部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流中，生產(chǎn)管道12的這部分的入口 14可被關(guān)閉。例如，如果地層水經(jīng) 由生產(chǎn)管道12的位于已膨脹封隔器18a和18c之間的這段部分的入口 14進(jìn)入產(chǎn)出流體流，可膨脹的管狀元件(未示出)可被下放到生產(chǎn)管 道12的這部分中，隨后被擴(kuò)張而抵靠生產(chǎn)管道12的內(nèi)表面以關(guān)閉所 述管道部分的入口 14。于是進(jìn)入井眼l的位于已膨脹的封隔器18a和 18c之間的部分的地層水不再可能流入生產(chǎn)管道12中。
代替采用在相鄰封隔器之間的每一管道部分中具有入口的生產(chǎn)管 道的是，可以釆用在僅一個(gè)或一些位于相鄰封隔器之間的管道部分中 具有入口的生產(chǎn)管道。因此，生產(chǎn)管道于是具有一個(gè)或多個(gè)在相鄰封 隔器之間沒有入口的管道部分，從而地層流體在該相鄰封隔器完全膨 脹之后不可能進(jìn)入生產(chǎn)管道。
代替釆用在與地層水接觸時(shí)膨脹的彈性體材料，封隔器可由任何 在與地層水接觸時(shí)膨脹的其他合適材料制成。
再者，封隔器可包括在與碳?xì)浠衔锪黧w接觸時(shí)膨脹的彈性體材 料或者任何其他合適材料。在這種應(yīng)用中，封隔器在與碳?xì)浠衔锪?體接觸時(shí)擴(kuò)張抵靠井眼壁，從而沿著井眼在不同深度的地層之間提供 產(chǎn)層隔離。
權(quán)利要求
1.一種用于形成于地層中的井眼中的密封系統(tǒng)，其中從地層產(chǎn)出的流體流通過井眼流到地面，所述密封系統(tǒng)包括設(shè)置為將井眼的選定部分與產(chǎn)出流體流密封隔開的密封裝置、設(shè)置為被經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來自地層的流體吸收的化合物和能用來檢測(cè)產(chǎn)出流體流中的所述化合物的檢測(cè)裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的密封系統(tǒng)，其中所述密封裝置被設(shè)置成與 經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來自地層的所述流體相接觸， 并且所述化合物包括在所述密封裝置中。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的密封系統(tǒng)，其中所述密封裝置能在作 用模式和不作用模式之間移動(dòng)，在作用模式中，密封裝置防止來自地 層的流體經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流中，在不作用模式中， 密封裝置允許來自地層的流體經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流 中。
4. 如權(quán)利要求3所述的密封裝置，其中所述密封裝置包括在接觸 選定流體時(shí)膨脹的可膨脹材料，并且所述密封裝置通過可膨脹材料的 膨脹從不作用模式運(yùn)動(dòng)到作用模式。
5. 如權(quán)利要求4所述的密封系統(tǒng)，其中所述可膨脹材料包括彈性體。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的密封系統(tǒng)，其中所述選定流體包括從 地層產(chǎn)出的流體。
7. 如權(quán)利要求6所述的密封系統(tǒng)，其中產(chǎn)出流體流通過在井眼中 延伸的管道流動(dòng)，并且所述密封裝置是設(shè)置在所述管道與井眼壁和在 井眼中延伸的另一條管道中之一之間的環(huán)狀密封裝置。
8. 如權(quán)利要求7所述的密封系統(tǒng)，其中所述密封裝置是設(shè)置為密 封位于管道和井眼壁之間的環(huán)狀空間的封隔器。
9. 如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的密封系統(tǒng)，其中所述化合物選 自有機(jī)材料、無機(jī)材料、放射性材料和生化材料。
10. 如權(quán)利要求9所述的密封系統(tǒng)，其中所述化合物選自離代羧 酸和卣代醇。
11. 如權(quán)利要求10所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述化合物選 自卣代癸酸和閨代癸醇。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的密封系統(tǒng)，其中所述化合物選自 氯代羧酸和氯代醇。
13. 如權(quán)利要求12所述的密封系統(tǒng)，其中所述化合物選自氯代癸 酸和氯代癸醇。
14. 如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的密封系統(tǒng)，其中所述檢測(cè)裝 置選自氣相色譜法質(zhì)譜儀、氣相色譜法電子俘獲檢測(cè)器、高性能液相 色譜法質(zhì)譜儀、高性能液相色譜法熒光檢測(cè)器、原子吸收光譜儀、原 子發(fā)射光鐠儀、電感耦合等離子體質(zhì)鐠儀、免疫檢測(cè)裝置、電子顯微 鏡和光學(xué)顯微鏡。
15. 如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的密封系統(tǒng)，包括多個(gè)所述密 封裝置、多個(gè)所述選定的井眼部分和多種所述化合物，其中，對(duì)于每 個(gè)所述選定的井眼部分，設(shè)置相應(yīng)的一個(gè)密封裝置來將選定的井眼部 分與產(chǎn)出流體流密封隔開，設(shè)置相應(yīng)的一種所述化合物來被經(jīng)由選定 的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來自地層的流體吸收，并且檢測(cè)裝置能 用來檢測(cè)產(chǎn)出流體流中的每一種所述化合物。
16. 如權(quán)利要求15所述的密封系統(tǒng)，其中所述化合物具有能被所 述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的互不相同的特征。
17. —種基本如以上根據(jù)附圖所限定的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于形成于地層中的井眼中的密封系統(tǒng)，其中從地層(6)產(chǎn)出的流體流通過井眼流到地面(3)。該密封系統(tǒng)包括設(shè)置為將井眼的選定部分與產(chǎn)出流體流密封隔開的密封裝置(18)、設(shè)置為被經(jīng)由選定的井眼部分進(jìn)入產(chǎn)出流體流的來自地層的流體吸收的化合物和可用來檢測(cè)產(chǎn)出流體流中的所述化合物的檢測(cè)裝置(16)。
文檔編號(hào)E21B47/10GK101529047SQ200780039573
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者E·K·科內(nèi)利森, K·I·奧朱庫, M·N·巴艾延斯 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司