专利名称：用于确定井眼密封的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于形成于地层中的井眼中的密封系统，其中从 地层产出的流体流通过井眼流到地面。
背景技术：
用于生产碳氢化合物流体的井眼通常具有一个或多个密封系统， 例如设置用于密封套管和生产管之间的环形空间或者生产衬管和井眼 壁之间的环形空间的封隔器，和一个或多个位于套管和井眼壁之间或 者不同直径的套管段之间的水泥层。
套管段通常通过水泥层密封到井眼壁。然而，众所周知的是，在 水泥固化过程中，由于水泥的收缩，水泥不总是提供希望程度的密封。
由于这种收缩，可能在水泥层中出现微环隙，该微环隙为井眼中 的流体形成不希望的迁移路径。
此外，已经提出了通过环形密封装置来密封位于设置在井眼中的 管状元件和在该管状元件周围延伸的壁(例如井眼壁)之间的环形空 间，该环形密封装置是由在接触地层水或从地层产生的碳氢化合物流 体时膨胀的弹性体材料制成的封隔器形式。该封隔器在被下放到井眼 中之前固定地连接到管状元件的外表面上，其后封隔器连接到其上的 管状元件被下放到井眼中。当地层水和/或碳氢化合物流体流入环形空 间中时，该弹性体材料膨胀以使得封隔器扩张从而密封环形空间。虽 然这种密封方法已经提供了良好的结果，但是一个问题是密封装置在 弹性体材料膨胀之后可能不充分密封，弹性体的膨胀还没有完成或者 弹性体材料可能没有充分暴露于水和/或碳氢化合物流体中以确保弹 性体材料充分膨胀。再者，如果待密封的空间具有不规则形状，则可 能很难充分密封。例如，如果密封装置要密封抵靠井眼壁，在井眼具有在钻井过程中出现的冲蚀井段的情况下，则可能妨碍充分密封。
EP 0816631 Bl公开了一种井眼系统，其中生产管道设有包括示 踪材料的涂层，该示踪材料被在位于一对封隔器密封元件之间的井段 中进入生产管道的产出流体流吸收。
发明内容
需要一种用于形成于地层中的井眼中的改进的密封系统，其中从 地层产出的流体流通过井眼流到地面。
根据本发明，提供了一种用于形成于地层中的井眼中的密封系统， 其中从地层产出的流体流通过井眼流到地面，该密封系统包括设置 成将井眼的选定部分与产出流体流密封隔开的密封装置；设置成被经 由选定的井眼部分进入产出流体流的来自地层的流体吸收的化合物； 和能用来检测产出流体流中的所述化合物的检测装置。
利用本发明的系统，实现了可通过确定所述化合物是否存在于产 出流体流中来确定密封装置的充分密封性。因此，如果检测装置指示 出所述化合物存在于产出流体流中，则可断定来自地层的流体经由选 定的井眼部分进入产出流体流，并且断定密封装置没有恰当密封。相 反地，如果检测装置指示出所述化合物不存在于产出流体流中，则可 断定密封装置恰当密封。
适当地，所述化合物包括在密封装置中，并且密封装置被设置为 与经由选定的井眼部分进入产出流体流的来自地层的所述流体接触。
在一个优选实施例中，密封装置可在作用模式和不作用模式之间 移动，在作用模式中，密封装置防止来自地层的流体经由选定的井眼 部分进入产出流体流中，在不作用模式中，密封装置允许来自地层的 流体经由选定的井眼部分进入产出流体流中。
为了使该密封装置容易启动，密封装置优选包括一种在与选定流 体接触时膨胀的可膨胀材料，并且密封装置通过可膨胀材料的膨胀从 不作用模式运动到作用模式。
适当地，所述可膨胀材料包括弹性体，所述选定流体包括例如从地层产出的流体。
本发明的系统可包括多个所述密封装置、多个所述选定的井眼部 分和多种所述化合物，其中对于每一个所述选定的井眼部分，设置相 应的密封装置来将选定的井眼部分与产出流体流密封隔开，并且设置 相应的一种所述化合物来被经由选定的井眼部分进入产出流体流的来 自地层的流体吸收，并且检测装置能用来检测产出流体流中的每一种 所述化合物。
为了允许容易地确定一个或多个密封装置是否泄漏，适当地，所 述化合物具有可由检测装置检测出的互不相同的特征。因此，在流体 通过密封装置渗漏的情况下，检测装置能够确定哪个密封装置泄漏了。
优选地，所述化合物选自卣代羧酸和卣代醇，例如囟代癸酸或卣 代癸醇。
更优选地，所述化合物选自氯代羧酸和氯代醇，例如氯代癸酸或 氯代癸醇。
下文将参考附图以举例的方式更详细地描述本发明，其中 图1示意性显示了本发明系统的一个实施例，其中可膨胀封隔器 设置在井眼中；
图2示意性显示了某些可膨胀封隔器膨胀之后的图1的系统。 在附图中，相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施例方式
参考图1,图1显示了井眼l，该井眼具有从地面3基本上竖直向 下延伸的上部部分2和基本上水平延伸到含碳氢化合物流体的地层的 储层6中的下部部分4。作为下部部分4基本上水平延伸的代替，替 代地，下部部分4可倾斜地或甚至竖直地延伸。下部井眼部分4横穿 若千个存在于地层6中的天然裂缝8，该天然裂缝与含水地层段(未 示出)流体连通。井眼l设有从地面3延伸到上部(竖直的)井眼部分2的下端附 近的套管10和呈从地面延伸经过套管10并进入下部(水平的)井眼 部分4的生产管道12形式的管状元件。生产封隔器13设置在套管10 的下端部从而密封生产管道12和套管IO之间的环形空间。生产管道 12具有位于下部井眼部分4中的多个流体入口 14。而且，生产管道 12在其上端连接至地面3处的生产设备16,用来接收和进一步运输从 地层6产出的碳氢化合物流体。
生产管道12设有一系列沿在下部井眼部分4中延伸的这部分生产 管道12以选定间隔隔开的环形封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f， 其中每个封隔器包括一种易于在接触来自地层的水时膨胀的弹性体材
料。每个封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f在其弹性体材料膨胀 之前都在封隔器和井眼壁22之间留出环形间隙20。在弹性体材料膨 胀时，封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f径向扩张抵靠井眼壁 22，以使得最初存在于封隔器和井眼壁22之间的环形间隙20因而消 失。
每个封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f在其外圆周设有示踪 材料带24，所述示踪材料呈适合于被沿封隔器流动的流体吸收的化合 物形式，所述流体是产出的碳氢化合物流体或者水。例如，优选的示 踪材料是氯代癸酸或氯代癸醇。进一步地，各个封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f的示踪材料具有互不相同的特征参数，以使得相应封 隔器的示踪材料的特征参数唯一地确定相应封隔器。
地面上的生产设备16设有检测装置(未示出)，用于检测处于从 地层产出的流体流中的来自带24的示踪材料。该检测装置适合于识别 各个封隔器18a、 18b、 18c、 18d、 18e、 18f的示踪材料的不同特征参 数，从而确定属于特定封隔器的示踪材料是否存在于产出流体流中。
适当地，检测装置选自气相色镨法质镨仪、气相色镨法电子俘获 检测器、高性能液相色镨法质镨仪、高性能液相色谱法荧光检测器、 原子吸收光语仪、原子发射光语仪、电感耦合等离子体质谦仪、免疫 检测装置、电子显微镜和光学显微镜。在图2中，显示了在封隔器18a、 18c的弹性体材料膨胀之后的图 l的井眼l，其中这些封隔器18a、 18c密封抵靠井眼壁22。
在正常操作期间，碳氢化合物流体从地层6流入下部井眼部分4， 因此经由入口 14进入生产管道12，产出流体流通过生产管道流向地 面处的生产设备16。在开始石油或天然气生产时，环形封隔器18处 于它们的未膨胀状态，以使得产出的碳氢化合物流体自由地流过相应 封隔器18周围的环形间隙20。因此，碳氢化合物流体与示踪材料带 24接触以使得来自带24的示踪材料因而进入产出的碳氢化合物流体 流中并随该流体流流入地面处的生产设备16中。生产设备16处的检 测装置检测产出的碳氢化合物的流体流中示踪材料的存在情况，并识 别各个封隔器18的示踪材料的不同特征参数。然后检测装置产生表示 所检测的示踪材料所源自的相应封隔器的信号。
在连续生产石油或天然气一段时间之后，地层水可能例如经由与 含水层段连通的自然地层裂缝8进入井眼1。再者，地层水也可能由 于储层6的耗尽所造成的"水锥"而进入井眼l。
该产出的地层水沿着相应封隔器18中的一个或多个流动并由此 引起该封隔器18的弹性体材料的膨胀。在暴露于地层水的每个封隔器 18的弹性体材料开始膨胀期间，来自相应封隔器18的带24的示踪材 料继续被从井眼l产出的流体流吸收。在弹性体材料膨胀时，相应封 隔器18逐渐朝向井眼壁22扩张，以使得封隔器18最终压靠在井眼壁 22上并且封隔器18周围的环形间隙20消失。
因此，每个已膨胀的封隔器18密封抵靠井眼壁22并由此防止产 出流体进一步沿已膨胀的封隔器18的相应示踪材料带24流动。因此， 对于每个已膨胀的封隔器18来说，该已膨胀的封隔器18的示踪材料 于是不再存在于产出流体流中，因此检测装置不再产生表示所检测的 示踪材料所源自的相应封隔器18的信号。来自检测装置的这种信号的 存在和/或不存在使操作者能够确定哪些封隔器18密封抵靠井眼壁 22，哪些封隔器18没有密封抵靠井眼壁22。
一旦已经确定地层水在生产管道12的哪段部分进入产出流体流中，生产管道12的这部分的入口 14可被关闭。例如，如果地层水经 由生产管道12的位于已膨胀封隔器18a和18c之间的这段部分的入口 14进入产出流体流，可膨胀的管状元件(未示出)可被下放到生产管 道12的这部分中，随后被扩张而抵靠生产管道12的内表面以关闭所 述管道部分的入口 14。于是进入井眼l的位于已膨胀的封隔器18a和 18c之间的部分的地层水不再可能流入生产管道12中。
代替采用在相邻封隔器之间的每一管道部分中具有入口的生产管 道的是，可以釆用在仅一个或一些位于相邻封隔器之间的管道部分中 具有入口的生产管道。因此，生产管道于是具有一个或多个在相邻封 隔器之间没有入口的管道部分，从而地层流体在该相邻封隔器完全膨 胀之后不可能进入生产管道。
代替釆用在与地层水接触时膨胀的弹性体材料，封隔器可由任何 在与地层水接触时膨胀的其他合适材料制成。
再者，封隔器可包括在与碳氢化合物流体接触时膨胀的弹性体材 料或者任何其他合适材料。在这种应用中，封隔器在与碳氢化合物流 体接触时扩张抵靠井眼壁，从而沿着井眼在不同深度的地层之间提供 产层隔离。
权利要求
1.一种用于形成于地层中的井眼中的密封系统，其中从地层产出的流体流通过井眼流到地面，所述密封系统包括设置为将井眼的选定部分与产出流体流密封隔开的密封装置、设置为被经由选定的井眼部分进入产出流体流的来自地层的流体吸收的化合物和能用来检测产出流体流中的所述化合物的检测装置。
2. 如权利要求l所述的密封系统，其中所述密封装置被设置成与 经由选定的井眼部分进入产出流体流的来自地层的所述流体相接触， 并且所述化合物包括在所述密封装置中。
3. 如权利要求1或2所述的密封系统，其中所述密封装置能在作 用模式和不作用模式之间移动，在作用模式中，密封装置防止来自地 层的流体经由选定的井眼部分进入产出流体流中，在不作用模式中， 密封装置允许来自地层的流体经由选定的井眼部分进入产出流体流 中。
4. 如权利要求3所述的密封装置，其中所述密封装置包括在接触 选定流体时膨胀的可膨胀材料，并且所述密封装置通过可膨胀材料的 膨胀从不作用模式运动到作用模式。
5. 如权利要求4所述的密封系统，其中所述可膨胀材料包括弹性体。
6. 如权利要求4或5所述的密封系统，其中所述选定流体包括从 地层产出的流体。
7. 如权利要求6所述的密封系统，其中产出流体流通过在井眼中 延伸的管道流动，并且所述密封装置是设置在所述管道与井眼壁和在 井眼中延伸的另一条管道中之一之间的环状密封装置。
8. 如权利要求7所述的密封系统，其中所述密封装置是设置为密 封位于管道和井眼壁之间的环状空间的封隔器。
9. 如权利要求1-8中任一项所述的密封系统，其中所述化合物选 自有机材料、无机材料、放射性材料和生化材料。
10. 如权利要求9所述的密封系统，其中所述化合物选自离代羧 酸和卣代醇。
11. 如权利要求10所述的密封系统，其特征在于，所述化合物选 自卣代癸酸和闺代癸醇。
12. 如权利要求10或11所述的密封系统，其中所述化合物选自 氯代羧酸和氯代醇。
13. 如权利要求12所述的密封系统，其中所述化合物选自氯代癸 酸和氯代癸醇。
14. 如权利要求1-13中任一项所述的密封系统，其中所述检测装 置选自气相色谱法质谱仪、气相色谱法电子俘获检测器、高性能液相 色谱法质谱仪、高性能液相色谱法荧光检测器、原子吸收光谱仪、原 子发射光镨仪、电感耦合等离子体质镨仪、免疫检测装置、电子显微 镜和光学显微镜。
15. 如权利要求1-14中任一项所述的密封系统，包括多个所述密 封装置、多个所述选定的井眼部分和多种所述化合物，其中，对于每 个所述选定的井眼部分，设置相应的一个密封装置来将选定的井眼部 分与产出流体流密封隔开，设置相应的一种所述化合物来被经由选定 的井眼部分进入产出流体流的来自地层的流体吸收，并且检测装置能 用来检测产出流体流中的每一种所述化合物。
16. 如权利要求15所述的密封系统，其中所述化合物具有能被所 述检测装置检测出的互不相同的特征。
17. —种基本如以上根据附图所限定的系统。
全文摘要
本发明公开了一种用于形成于地层中的井眼中的密封系统，其中从地层(6)产出的流体流通过井眼流到地面(3)。该密封系统包括设置为将井眼的选定部分与产出流体流密封隔开的密封装置(18)、设置为被经由选定的井眼部分进入产出流体流的来自地层的流体吸收的化合物和可用来检测产出流体流中的所述化合物的检测装置(16)。
文档编号E21B47/10GK101529047SQ200780039573
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月23日 优先权日2006年10月24日
发明者E·K·科内利森, K·I·奥朱库, M·N·巴艾延斯 申请人:国际壳牌研究有限公司