[发明专利]环隙的密封方法

说明书

本发明涉及密封管与管间环隙或管与钻孔间环隙的方法。

传统上，为了在管与钻孔间实现密封，是对此环隙(套管与岩石/地层间的空隙)施加注水泥(或灌浆)作业。这种处理方法通常称作预注水泥作业。预注水泥的几个主要作用是：隔离不同储集层的流体流、通过提供结构增强件以经受作用于井上的外部与内部压力、防止化学性侵蚀流体腐蚀钢套管。

灌注不良的工作会造成储层流体的迁移，甚至会导致气体迁移而通过井中的微环道，这不仅降低了井的成本效率，还有可能导致“井喷”，造成严重的损害。尽管可以进行修复工作(二次注水泥，实质上即将更多的水泥强制灌入裂纹与微环道中)，但这通常需要很高的花费且并非总能达到所望结果。采用传统的灌注材料例如G类水泥(如OPC，通常的波特兰水泥)的主要缺点之一是，这类材料由于它固有的收缩率而不能实现气密密封。此收缩率一般为4～6％(体积)，这样的收缩率会造成气体通过微环道迁移。

在有关的技术中已提出过采用水硬水泥与橡胶组份两者的水泥浆的混合物，用以改进传统的水泥灌浆材料的常规密封性能。但是，传统的水泥灌浆材料的本征性质仍在这类密封技术中部分地起作用。

水泥灌浆也可在两个管件间进行，例如用以固定被侵蚀或受损的管道，或是用来提高已填充的管道的强度。

石油工业中周知的一种技术是所谓油井管扩张技术，通常是用来完成井下地层钻孔中未下套管的部分，它的特点之一是能够缩窄管件的外表面与套管和/或套管面向的岩石/地层之间的间隙。但并未见到而且实际上也不可能通过这种扩张作业来提供甚至是很小的密封效果。

欧洲专利说明书643 794中公开了一种将套管扩张向地下钻孔壁的方法，其中的套管是由最好能有至少25％的单轴向应变的塑性应变的可延展材料制成，而套管则可由泵将扩张心轴抽送过或推过此套管得到扩张。但仍然未见有而且实际上也不可能有通过这种扩张作业来提供甚至是很小的密封效果。

在有关技术中还知道可给管件提供涂层(也称作为“包层”)，这种涂层通常是用来提高管件对洗井液或其他循环物料(例如压裂剂或侵蚀性矿水)负面冲击的稳定性。同样，这种措施并未能对密封获得任何改进。

新近，国际专利申请WO 99/02818提出了一种孔内管道系统，这实质上是以径向可扩张的有缝管状体为基础，而在管状体的外部上载有可变形材料，管状体内有用来与其内表面结合的密封件。其中特别指出，为了不干扰石油的流入。在开缝处自然不应有弹性体与岩石的接触点。

于是，在WO 99/02818所述的系统应视作为这样一个系统，它允许流体在某些地方(由于开缝的存在而出现的)而不在另一些地方流动，而这是由于下述三个因素综合的结果所致：应用了可扩张的管、在此管体的外部存在有可变形材料、在此可膨胀有缝管体内应用了密封件。

在WO 99/02818的描述中未涉及可扩张的无缝管。

在最近公布的国际专利申请WO 99/06670中读到了用于在地下井系统的未下套管的部段的内外之间，在存在有套管的井段相邻处，形成油层隔离带的方法。这种油层隔离是这样实现的，即把可扩张的管插过既有的井管而进到未下套管的部段例如地下井系统的横向分支，最后扩张此可扩张的管，以便一端压向此井系统的未下套管的部段，同时使另一端的外表面压抵到井的内表面上以形成压配合，而能在所述环绕表面间实现剪切粘附与液封。

国际专利申请WO 99/06670提出的方法显然是针对机制的颇为规则的管件，而所形成的液封之所以有效是由于环绕表面的同心性质。

现已认识到，在有更多要求的条件下，特别是当多个或一个管件与钻孔相互相对的同心性较差而且径向尺寸上可以有变化时，通过直接扩张甚至是采周密封垫时都不再能提供适当的密封。即使是对于多个或一个管件与钻孔有同心或基本同心性质致初始时有良好密封的系统，也会由于环境的变化如侵蚀、位移力等等而会随着时间的流逝使其密封性质恶化。这就是说，有需要设计一种能在实际条件下而且最好是在相当长的距离上工作的密封系统。此外，这种密封系统还应能在条件如上述可以变化的长时间内执行其密封职责。

业已发现一种方法，它能根据热固性或热塑性材料，利用可扩张管件的扩展性质来提供密封而形成优质的密封。

于是本发明涉及到用来密封两无缝管之间或无缝管与钻孔之间环隙这样的方法，此方法包括应用热固性或热塑性材料，在管件的至少部分外表面和另一管件的或井孔的至少部分内表面之间形成密封，而此密封是通过扩张内管形成的。