[發明專利]油脹自封式封隔器

無效

• 申請號: 200910008104.6
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101824973A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 王躍勝;張玉明
• 申請（專利權）人: 河北寶石特種柔性膠化有限公司
• 主分類號: E21B33/127
• 分類號: E21B33/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及油井的壓裂、固井、完井及水層油層的封隔。涉及到的油脹自封式封隔器采用了一種特殊的“可膨脹彈性體”材料。“可膨脹彈性體”材料是一種置于特定液體里時就會膨脹的彈性橡膠材料[在油里膨脹(溶脹)]。還涉及應用該可膨脹彈性體材料的井下自封式封隔器，該封隔器由可膨脹彈性體材料與機械管柱、金屬擋環等構成。

技術背景

封隔器是封隔油層的重要工具，用于壓裂采油作業中的分層注水，分層采油，裸眼井的固井、完井等。管外封隔器的完井方法，可以分三種形式，分別是套管外封隔器及割縫襯管完井、套管外封隔器及滑套完井和套管外封隔器及襯管射孔完井。

封隔器作為井下一種主要的分層工具，是依靠管外封隔實施層段的分隔，它可以按層段進行作業和生產控制，在油氣井的分層開采中具有著重要的作用。

傳統的封隔器有支撐式、卡瓦式、皮碗式、水力擴張式、水力壓縮式、水力密封式、懸掛式等八種系列和多個種類。其中油田最常用的是擴張式和壓縮式兩種封隔器。傳統封隔器均是依賴外力、操作機械結構進行封隔器坐封。該類型封隔器在下井時，易出現砂卡、提前坐封等現象，風險高，可靠性較差。

在該領域，主要有四家公司提供相關產品和技術服務：哈里伯頓公司、殼牌公司、TAM公司和BakerHughes公司。斯倫貝謝公司和威德福公司也正在研制類似產品。但我國國內還未有類似產品出現。

英國BP和美國ConocoPhilips公司在開發美國阿拉斯加北坡淺層重油帶中曾應用膨脹式工具進行封隔作業的技術，取得很好的經濟效益(SPE97928)。

美國阿拉斯加北坡蘊含著200-250億桶重油資源，主要分布于地下3000-5000英尺的地層中。阿拉斯加地處北極圈，地面環境十分惡劣，終年低溫寒冷，重油帶所在地由地面以下1800英尺為永久凍土。目的層被眾多的不穩定頁巖層和出水砂巖層包夾，同時又有斷層。面對巨大挑戰，油公司非常關注如何經濟有效的開采重油資源。

兩家公司在油田開發初始階段就考慮了哈里伯頓的技術。油田開發采用3分支或4分支水平井鉆完井技術同時開采多個重油層段。目的層用預制孔的防砂篩管完井，不穩定頁巖層、出水砂巖層和斷層則用遇油膨脹式封隔器連接盲管加以隔離。開發方案摒棄了固井注水泥作業，全部采用完井管串直接下入裸眼的方式，降低了風險和作業成本，同時有效地保護了儲層。

為了保證能夠準確隔離復雜地層(頁巖和水層)，鉆井采用了LWD技術。完井前，還要下入井徑儀和測井設備，對目的層井眼的井徑、油水界面、復雜層段的位置等情況做到充分了解和掌握。根據實際情況，選擇不同外徑的封隔工具組成完井管串。

投產后，單井產量達到5000桶/日，比早期開發油井的200桶/日高出數倍。生產期間也沒有發生因膨脹式封隔工具失效而造成的產量下降和含水率上升的問題。

英國和美國石油公司在阿拉斯加作業的成功經驗表明，膨脹式封隔工具取代現有井下封隔技術用于完井，可以顯著減少井下事故的發生，降低作業風險和成本，避免投產后復雜的修井作業。

發明的內容

本發明的目的在于參考國內外原有井下封隔器產品的優缺點，解決傳統封隔器在下井時依賴外力、操作機械結構進行封隔器坐封時容易出現砂卡、提前坐封等現象，風險高，可靠性較差的問題。發明一種可靠性高、操作簡便、消除了修井和井下作業、降低維護成本、延長了油井壽命、適用于井下溫度和壓力變化、提高固井質量的新型封隔產品。

此項發明主要是由一種置于特定液體里時就會膨脹的“可膨脹彈性體”彈性橡膠材料[在油里膨脹(溶脹)]構成的膠筒與機械管柱、金屬擋環等組成的封隔器。用于封閉石油生產井井壁與生產油管之間的環形空間。其中機械管柱與生產油管連接，金屬擋環起到固定和校正封隔器的作用。當機械管柱外附的油脹式可膨脹彈性體材料構成的膠筒在到達指定區域后，接觸到石油或油水混合物時會在一定時間內吸收其中的碳氫化合物從而倍數膨脹，達到自動封隔的作用。

置于特定液體里時就會膨脹的“可膨脹彈性體”彈性橡膠材料[在油里膨脹(溶脹)]構成的膠筒在材料上至少有以下幾種：ZBR橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、橡膠基質橡膠、炭黑、氧化鋅、硬脂酸、附老劑、穩定劑、無機填料、高吸油附料等。

該材料中所描述的高吸油附料在添加到橡膠中并經特殊工藝加工后，接觸到碳氫化合物就會吸收從而發生膨脹。

附圖說明

圖1：產品基本結構圖；

圖2：本發明在生產井中工作的縱向截面圖。

具體實施方式