[发明专利]用于井的部分的封隔装置

说明书

技术领域

本发明涉及钻井领域。

本发明尤其涉及钻井孔的部分的封隔装置。

背景技术

本发明特别但不完全应用于水平井的套管。该套管在下文中称为“管”。

近年来这种井构造由于新的提取技术而变得非常普遍。

水平井尤其显著地增加了生产长度并由此增加了与生油岩中存在天然气和/或石油的地质构造的接触面积。

在这种水平构造中，在技术上很难将管与水平位置上的井内壁之间的环形孔隙包围并胶合。在大多数竖井或略斜的井中使用的这种固井技术提供了不同地质层之间的密封。

无论是增产控制还是流量控制，水平井的开采都需要在岩层本身中隔离某些地层。

管被插入在周围具有封隔装置的井中，并与其以预定方式分隔开。

术语“层位封隔器”就是用于这些装置。在这些封隔装置中，管常常具有根据需要打开或关闭的端口，所述端口能够使管与井的被封隔区域之间连通。

在这种水平完井环境下，水压致裂（也称为“水力压裂”）是用于破裂岩石的技术，在该岩石中管沿水平设置。

通过注入压力之下的液体来实施破裂。这种技术能够开采高度致密的岩石和不透水岩中的石油或天然气。

被注入的液体一般包括特别混合有沙子或陶瓷微珠的99%的水。在压力和固体元素的作用下岩石破裂，所述固体元素渗透到裂缝内部并在压力下降时使裂缝保持开放从而使得天然气或石油能通过产生的缺口而流动。

近来大多通过使用上面所描述的管的组件来进行水力压裂。地层逐个被压裂从而能够控制注入的流体量。实际上流体是以沿着井扩散有限的量的方式而被注入的。压力可达到1000巴（15000psi）。

水力压裂成功的关键因素是封隔和密封装置。必须确保地层之间完美的密封以保证水力压裂的质量和安全。

事实上，如果不能确保密封，一个地层可能被压裂若干次，导致过大的裂缝并到达计划外的地质层。

在这些压裂操作期间，封隔装置承受较高的内压、外压以及压力差。并且，被注入流体的温度通常比井的温度低，使得封隔装置承受温度的变化。

目前使用几种类型的封隔装置。

正在使用的是液压式封隔装置“液压封隔器”，其利用液压经由一个或多个活塞将橡胶环进行压缩。

该橡胶环径向膨胀并与钻井孔形成接触。

专利US7571765是这种类型的液压式封隔装置的典型实例。

显然当使用这种类型的装置时，其不能将具有卵圆形截面的井进行恰当地密封。

而且，由于较高的接触压力，在封隔器水平处就可能产生岩石的压裂。液压封隔装置还对温度变化敏感。

也可以使用其他类型的装置。

以这种方式，机械式封隔装置“机械式封隔器”的工作原理接近液压式封隔装置的工作原理，仅有的不同之处在于橡胶环的压缩是通过外部工具进行的。

并且，可扩充的封隔装置（英语中为“扩充式封隔器”）包括弹性薄膜，该弹性薄膜通过在压力下的液体的注入而胀大。在激活之后，通过止回阀系统来维持密封装置中的压力。

基于体膨弹性体（英语中为“体膨封隔器”）的封隔装置由弹性体组成，该弹性体在与一种根据配方的流体（油、水等）接触时膨胀。

这些装置的激活都是通过与流体接触而启动的。因此应理解直径的增加必须相对较为缓慢，从而避免在孔中行进期间完全堵塞。结果是，有时候需要好几周来达到地层的封隔。

其他类型的封隔装置是那些已知的“可膨胀的”（在英文中为“可膨胀封隔器”或“金属封隔器”），其包含可膨胀的金属套管，该金属套管通过应用在压力下的液体而变形（参见文献SPE22858“Analytical and Expérimental Evaluation of Expanded Metal Packers For Well Completion Services”（D.S.Dreesen等-1991）、US6640893和US7306033）。

由金属制成的可膨胀的封隔装置通常包括易延展的金属套管，该金属套管在其端部附接并密封至管的表面。管的内部一方面与由管的外表面限定的环彼此连通，另一方面与可膨胀的套管的内表面彼此连通。通过增加管内压力，金属套管沿径向朝着外部膨胀直到其与钻井孔形成接触从而产生环形屏障。

与其它封隔装置不同，密封不仅仅是基于弹性体装置，而仅仅基于弹性体装置的有效性由于时间和严酷条件而变得不确定。并且，压裂经常利用处于外部环境温度的流体，而封隔装置则承受井的温度。