[發(fā)明專利]控制井眼的環(huán)形體積內(nèi)的壓力

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110230438.5
• 申請日: 2006-11-16
• 公開（公告）號: CN102305048A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·E·赫米斯;M·E·岡薩雷斯;B·C·盧埃林;J·B·布羅伊斯
• 申請（專利權(quán)）人: 雪佛龍美國公司;加利福尼亞大學(xué)董事會
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;C09K8/42;E21B36/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 孫愛

本申請是申請?zhí)枮?00680049805.9的申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及當(dāng)約束體積內(nèi)的流體正被加熱時(shí)控制由該約束體積內(nèi)的流體產(chǎn)生的壓力的方法。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及控制由井眼內(nèi)的套管柱組件描述的環(huán)形體積內(nèi)的壓力的方法。

背景技術(shù)

在鉆井眼，例如油井的過程中，通常將較大直徑的金屬管的各個(gè)段固定在一起以形成布置在該井眼每一部分內(nèi)的套管柱或套管襯。每個(gè)套管柱可以從表面附近的井頭設(shè)施懸掛下來?；蛘撸恍┨坠苤梢猿室r柱形式，這些襯柱從套管的在先部分的埋設(shè)深度附近伸出。在這種情況下，該襯柱將從襯懸掛器上的套管的在先部分懸吊下來。套管柱通常由許多通過螺紋接頭或其它連接裝置彼此連接的接頭或片段組成，各自約為四十英尺長。這些接頭通常是金屬管，但是也可以是非金屬材料例如復(fù)合管道。這種套管柱用來通過阻止孔穴壁塌陷來提高井眼完整性。此外，套管柱阻止流體從一個(gè)地層運(yùn)動到井眼穿過的另一個(gè)地層。

通常，在鉆井眼的下一部分之前，套管柱的每一部分被用水泥粘結(jié)在井眼內(nèi)。因此，井眼的每一隨后的部分必須具有小于在先部分的直徑。例如，井眼的第一部分可以接收直徑20英寸的表面(或?qū)?套管柱。井眼的接下來的若干部分可以接收分別具有直徑16英寸、13又3/8英寸和9又5/8英寸的中間(或保護(hù))套管柱。井眼的最后的部分可以接收分別具有直徑7英寸和4又1/2英寸的生產(chǎn)套管柱。當(dāng)固井作業(yè)完成并且水泥固化時(shí)，在由每一套管柱的外表面描述的環(huán)帶中存在水泥柱。

被井孔穿透的地下區(qū)域通常由水硬性水泥組合物密封。在這種應(yīng)用中，使用水硬性水泥組合物將管柱例如套管和襯管固定在井孔中。在進(jìn)行這些基礎(chǔ)固井操作中，將水硬性水泥組合物泵送入由井孔壁和置于其中的管柱的外表面界定的環(huán)形空間。允許該水泥組合物在該環(huán)形空間中固化以形成硬化的基本上不透性水泥的環(huán)形鞘，該鞘支撐該管柱并且使該管柱在井孔中定位并且將該管柱的外表面密封到井孔的壁上。水硬性水泥組合物還用于各種其它固井作業(yè)，例如密封高滲透區(qū)或地下區(qū)域中的裂縫，堵塞管柱中的裂紋或孔穴等。

包括多于一個(gè)套管柱的套管組件描述井眼內(nèi)的相鄰?fù)奶坠苤g的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形體積。通常，當(dāng)安裝套管柱時(shí)，每個(gè)環(huán)形體積至少在某種程度上填充有存在于井眼中的流體。在深井中，環(huán)形體積內(nèi)的流體量(即，環(huán)形流體)可能相當(dāng)大。每個(gè)1英寸厚×5000英尺長的環(huán)帶將包含大致50,000加侖，這取決于套管柱的直徑。

在油氣井中，地層的一部分必須與該井的其余部分隔離并不罕見。這通常如下實(shí)現(xiàn)：使后續(xù)柱的水泥柱的頂部向上到在先套管靴上面的環(huán)帶內(nèi)。當(dāng)這隔離地層時(shí)，使水泥向上到套管靴內(nèi)部，這有效地阻斷了由自然的壓裂梯度提供的安全閥。代替在該靴處漏泄，任何壓力累積將施加在該套管上，除非它可以在表面處放泄。大多數(shù)陸地井和一些海上平臺井安裝有為每個(gè)套管環(huán)帶提供通路的井頭并且可以迅速地放泄表觀壓力提高。另一方面，大多數(shù)誨底井頭設(shè)施不為套管環(huán)帶提供通路并且可能產(chǎn)生密封的環(huán)帶。因?yàn)樵摥h(huán)帶被密封，所以內(nèi)壓力可能相應(yīng)于溫度的提高而顯著地增加。

在套管柱的安裝期間環(huán)形體積中的流體通常將處于或接近海底的環(huán)境溫度。當(dāng)加熱環(huán)形流體時(shí)，它膨脹并且可能導(dǎo)致相當(dāng)大的壓力增加。這種條件通常存在于所有生產(chǎn)井中，但是在深水井中是最明顯的。深水井很可能由于環(huán)帶壓力累積而損壞，原因在于相比在生產(chǎn)期間采出液的高溫，置換流體的溫度低。環(huán)形體積中流體(當(dāng)它被密封時(shí))的溫度通常將是環(huán)境溫度，該環(huán)境溫度可以在0℉-100℉(例如34℉)的范圍內(nèi)，其中較低的溫度最通常出現(xiàn)在該井上方具有相當(dāng)大水深的海底井中。在從儲層生產(chǎn)期間，產(chǎn)出流體在相當(dāng)高的溫度下穿過生產(chǎn)管道。50℉-300℉的溫度是預(yù)期的，并且經(jīng)常遇到125℉-250℉的溫度。

產(chǎn)出流體的較高溫度增加了套管柱之間的環(huán)形流體的溫度，并且增加了對每個(gè)套管柱的壓力。用于環(huán)形體積的常規(guī)液體在恒壓下隨溫度膨脹；在環(huán)形空間的恒定體積中，增加的流體溫度導(dǎo)致顯著的壓力增加。恒壓下，基本上不能壓縮的含水流體可能在從環(huán)境條件到生產(chǎn)條件的溫度變化過程中體積增加超過5％。在恒定體積下，溫度的這種增加可能導(dǎo)致壓力增加高達(dá)大約10,000psig。增加的壓力顯著地增加套管柱破壞的概率，對井的操作帶來災(zāi)難性后果。