[发明专利]膨胀抵靠用于层位封隔的水泥

说明书

本申请要求于2009年3月31日提交的美国专利申请No. 61/165128的优先权，该美国专利申请通过引用合并于本文。

技术领域

本发明涉及一种将井下管状物外侧的水泥质材料作为用于在管状 物膨胀之后提供层位封隔的装置的应用。

背景技术

在油气钻探的情况下，水泥质材料包括但并不限于：波特兰水泥、 树脂、高炉矿渣以及这些材料的混合物，这些水泥质材料通常被放置 在套管与井眼之间的环形空间中，以便在钻井、完井以及操作井期间 隔离和保护套管。一旦被泵送到位并且使其变硬，这些材料提供各地 层之间的隔离以及地层与地面之间的隔离，以使得烃可被安全地生产 出，或者替代地井眼可用于注入操作。

在水泥已在井眼中硬化之后，公知的是：硬化的水泥将不可能完 全按照要求填充环形空间。此外，硬化的水泥可能受到机械损伤--应 力破裂和/或与套管壁的分离(剥离)，使得液压隔离可能受到损坏。 同样地，在使由硬化的水泥所围绕的这些管状物膨胀的过程中，水泥 的机械失效可导致层位封隔失效。因此，期望提供一种系统，利用该 系统，管状物可在井眼中膨胀并且仍旧保持环形的液压隔离。

包括使用可膨胀管状物的钻井操作已经变得更加普遍。膨胀可通 过使用自上向下的技术来实现，其中膨胀工具在可膨胀管状物的上端 部开始，并且被推动通过该管状物，直到其已经使管状物的整个长度 膨胀；或者膨胀可使用自下向上的技术来实现，其中膨胀工具在管状 物的底部开始并且被向上推动通过该管状物。无论使用哪种技术，如 果管状物没有被锚定，则其将随着膨胀工具一起移动。在膨胀工具相 对于管没有运动的情况下，将不会发生膨胀。

在自上向下的膨胀技术中，膨胀工具在管状物上的向下作用力可 通过将管状物锚固到相邻的生产管柱或者通过将一些其它装置施加向 上的作用力而被阻挡。然而，在自下而上的膨胀中，通常期望使得管 状物的顶端部在井眼中自由移动，以便在膨胀期间进行管状物的轴向 收缩。因此，采用顶部锚定的技术可能并不是切实可用的，而是可能 期望将管状物的下端部锚定。

一种进行自下而上的膨胀的方法是使用机械式起重器。机械式起 重器在管状物内工作，并且在不需要向管状物施加附加外力的情况下 使管状物的一部分膨胀。该局部膨胀用于将管状物柱充分地锚定在井 眼中，以使得膨胀工具之后于是可被牵拉通过管状物。因此，起重器 可用于在自下而上的膨胀时使管状物的下端部膨胀和锚定。另一种公 认的用于使井眼中的管状物膨胀的方法仅仅使用了液压压力。

无论现有技术的水平如何，仍期望的是提供一种在进入环形空间 并不是切实可行的情况下实现层位封隔的装置。

发明内容

根据本发明的优选实施例，提供了一种装置，该装置用于在进入 环形空间并不是切实可行的情况下实现或改进层位封隔的装置，该情 况例如是水泥已经在环形空间中硬化时。

在本发明的某些实施例中，通过下述步骤来改进沿着井眼的地层 之间的层位封隔：a)在井眼中设置管，其中管的至少一部分位于地层 之间，b)在井眼壁与所述管部分之间的环形空间中设置水泥体，c) 使得直到水泥体达到至少70伯登稠度单位时水泥体固化，以及d) 使所述管部分膨胀，以减小井眼壁与所述管部分之间的环形空间的横 截面积。

步骤d)可消除水泥体中的流体通道和/或增大水泥体的密度。步 骤c)可以或者不可以使得第二水泥体破裂。该方法还可包括在环形 空间中设置第二水泥体，其中第二水泥体具有比第一水泥部分更长的 固化时间。第二水泥体在实施步骤d)时不必然被固化。

该水泥体中的至少一个可包含环状凝胶和/或其它聚合体。

该方法还可包括为在膨胀期间从水泥中排出的水提供排出路径的 步骤。

在一些实施例中，硬化的水泥材料被设计成具有特定机械性能， 以使得其可承受足够大的作用力，以使该管状物径向膨胀到较大直径。 本发明的一些实施例包括双泥浆入口，在该双泥浆入口中，较快硬化 的水泥泥浆被布置在要膨胀的管状物的下部部分周围的环形空间中， 以及第二缓固泥浆被布置在管状物的第二部分周围并且直到完成膨胀 过程之后也没有变硬。