井操作的方法 |
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| 申请号 | CN201380013739.X | 申请日 | 2013-03-08 | 公开(公告)号 | CN104334822B | 公开(公告)日 | 2017-09-22 |
| 申请人 | 因特威尔P&A公司; | 发明人 | 迈克尔·绍尔德; | ||||
| 摘要 | 通过 熔化 周围材料或者通过熔化设置在井(2)中的井元件(10)而废弃井(2)或者去除所述井元件(10)的方法和使用，该方法包括以下步骤：提供一定量的生热混合物(6)，该量(6)适合于执行期望操作中的一个，将生热混合物(6) 定位 在井(2)中的熔化 位置 处，点燃生热混合物(6)，从而熔化井(2)中的周围材料或者熔化井元件(10)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.使井(2)废弃的方法，所述方法包括熔化所述井的周围材料，所述井(2)形成在井的地层砂中，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 井操作的方法技术领域背景技术[0002] 为了使得在井中的堵塞并废弃(P&A)操作的期间满足政府要求，深设置挡板必须被安置得尽可能靠近潜在的入流源，覆盖所有泄漏路径。永久的井挡板应该横过包括所有环形物的井的整个横截面区域延伸，并且在井中既竖直地也水平地密封。这要求机械地去除铺管、或者对管道穿孔，之后冲洗管道后面。这将导致来自于例如机械铣削的切屑或者碎屑需要从所有流线(包括BOP系统)被清扫到钻塔中。通常，水泥被用于P&A操作的目的。但是，井挡板必须遵守所有下列的针对P&A堵塞的要求：a)不渗透性，b)长期完整性，c)无收缩，d)可延展性(非脆性的)-能够承受机械负载或者冲击，e)对不同的化学制品/物质(H2S、CO2和碳氢化合物)的耐性和f)润湿-以保证粘合到钢上。 [0003] 申请人已经发明了使用生热混合物(例如灼热剂混合物)的一种执行P&A操作的可替换的方法。灼热剂通常已知为金属粉末和金属氧化物的烟火合成物。金属粉末和金属氧化物产生被通称为灼热反应(thermite reaction)的放热的氧化-还原反应。许多金属可以是还原剂，例如，铝。如果铝是还原剂，则该反应被称为铝热反应(aluminothermic reaction)。大部分种类不是爆炸性的，但是可能产生在短时间期间内被聚焦在非常小的区域中的极高温度的短爆裂。温度可以达到3000℃那么高。 [0004] 存在现有技术的解决方案，其中灼热剂被用在井技术的领域中。在文献US 2006/144591(冈扎勒士(Gonzalez)等人)和US 6923263 B2(伊登(Eden)等人)中披露了实例。US 2006/144591 A1描述了熔融的金属栓塞在井中的使用。US 2006/144591 A1的目的是使用放热的反应剂材料来熔化可熔修复材料(比如共晶材料)。被披露的方法包括在地下井中的结构(在该处期望流体密封)附近引入可熔修复材料。放热的反应剂材料定位在可熔修复材料附近。放热的反应剂被点燃或者以别的方式起动以产生放热的反应，该放热的反应提供热到可熔修复材料并且将可熔修复材料熔化成熔融物质。熔融物质横穿所述结构和流体密封缺陷流动并凝固以在地下井结构中实现流体密封。所例示的适合的放热反应剂材料包括灼热剂、混合燃烧剂(thermate)和高放热化学反应，比如氯化铵与亚硝酸钠之间的反应，而优选的可熔材料包括随着从熔融状态的冷却和凝固而膨胀的焊接剂和共晶金属。 [0005] US6923263 B2披露了一种用于在外壳中形成栓塞的装置，该装置包括栓塞材料的本体和用于插入进外壳中的载体。载体支撑栓塞材料的本体。载体包括心轴和沿着所述心轴间隔开的至少两个圆形法兰(flange，凸缘)。载体也包括用于加热心轴的加热器。心轴被加热到高于心轴中的材料的熔点的温度并且栓塞材料滑落进该至少两个圆形法兰中。该至少两个圆形法兰迫使膨胀了的凝固的栓塞抵靠外壳，这有助于心轴与栓塞材料之间的热传递，并且阻止凝固了的材料沿着外壳蔓延。从US 2002/170713A1和US 4298063 A中得知其他现有技术解决方案。 [0006] 所披露的现有技术解决方案中的一个共同特征是金属栓塞材料被引入井中。此外，栓塞大体上形成在管道(比如外壳或者管线)的内部，在所述管道的内部上形成金属密封。因此，被引入的栓塞材料的熔点必须低于周围管道的熔点以避免周围管道熔化。 [0007] 本发明的一个目的是提供一种用于通过使用灼热剂混合物对设置在井中的井元件进行永久井废弃或者去除的方法。 [0008] 本发明的另一个目的是减小或者去除在P&A操作中对钻塔的需要。 发明内容[0010] 本发明涉及一种通过熔化周围材料(诸如管道、水泥和地层砂)而废弃井的方法，该方法包括以下步骤： [0011] -提供一定量的生热混合物，该量适合于执行期望的操作， [0012] -将生热混合物定位在在该井中的期望位置处， [0013] -点燃生热混合物，从而熔化该井中的周围材料。 [0014] 进一步描述了一种通过熔化设置在井中的井元件而去除所述井元件的方法，该方法包括以下步骤： [0015] -提供一定量的生热混合物，该量适合于执行期望的操作， [0016] -将生热混合物定位在该井中的期望位置处， [0017] -点燃生热混合物，从而熔化井元件。 [0018] 在点火之后，生热混合物(例如，灼热剂混合物或者其他混合物)将燃烧得具有高达3000℃的温度并且使得附近的周围材料的极大部分熔化，可伴随或者不伴随任何额外的金属或者其他可熔材料到该井中的添加。周围材料可以包括通常存在于井中的任何材料，比如管道，例如外壳、管道和衬套、水泥、地层砂等等。来自于被点燃了的混合物的热将熔化足够量的所述材料。当生热混合物已经燃烧完时，被熔化了的材料将凝固，形成抵靠井地层的的密封(例如，包括被熔化了的金属、水泥、地层砂等等的栓塞)。该操作特别适合于井的竖直段，但是也可以适合于偏斜的或者分叉的段，比如水平段或者与竖直段不同的段。 [0019] 足够量的生热混合物(例如，灼热剂混合物)取决于哪个操作将被执行以及设计的井路径而变化。例如，NORSOK(挪威石油技术法规)标准D-010(其涉及钻井和井操作中的井完整性)限定，当水泥栓塞被用在废弃操作中时，水泥栓塞应当是至少50米并且在一些操作中高达200米。例如，一个水泥栓塞可以填充管道的整个内容积。在关于井废弃的实施例中，具有0.2286米(95/8”)的内直径的管道具有每米管道0.037立方米的容积。为了通过根据本发明的方法提供50米的栓塞，一个栓塞将需要1.85立方米的包括灼热剂的生热混合物。类似地，如果需要200米的水泥栓塞，则需要的生热混合物的量将是3.4立方米。但是应该理解的是，可以使用其他的栓塞尺寸，因为通过本发明提供的栓塞将具有与水泥不同的其他性质并且NORSOK标准可能不会与所有应用和操作相关。取决于期望的操作、生热混合物和材料的性质，可以使用任何量的生热混合物。 [0020] 当使用生热混合物用于井元件的去除时，一定量的生热混合物被定位在井中期望位置处。可能会由于许多原因而要进行从井中去除井元件、或者去除井元件的至少部分，比如为了在管道或者外壳中形成窗口以便钻探斜井或者为了能够暴露地层，例如作为堵塞并废弃操作的部分。通常，在包括钻探斜井的操作期间，钻通管道或者外壳可以证明是困难的。该方法解决了这个困难，所述方法提供定位在期望位置(即熔化位置)处的一定量的生热混合物，生热混合物在该熔化位置处被点燃，并且在可能钻出斜井的位置处在管道或者外壳中产生窗口。 [0021] 可替换地，生热混合物可以被定位成熔化管道或者外壳的更大区域，例如熔化管道或者外壳的整个圆周周围。如果管道或者外壳被水泥或者已经证明是难以熔化的页岩围绕的话这可以是实用的。一个选择则可以是熔化管道或者外壳并且暴露该水泥和或页岩。然后例如可通过研磨或者下扩孔等等而去除水泥或者页岩，如对于本领域技术人员而言将是显而易见的。 [0022] 因为较少的材料将被熔化，并且取决于所期望的熔化程度和井元件的材料，去除井元件或者井元件的至少部分所需要的足够量的生热混合物将小于用于井废弃实施例所需的量。 [0023] 不同生热混合物的孔隙度和密度可以不同，并且因此不同的生热混合物的重量也可以不同。 [0024] 方法可以还包括以下步骤：与生热混合物连接地设置点火头。该点火头可以适合于点燃生热混合物。 [0025] 在一个实施例中，方法包括以下步骤：将至少一个耐高温元件定位得接近井中的熔化位置。该耐高温元件用来保护位于熔化位置的上方、下方和/或与熔化位置邻接的井或井元件的部分。耐高温元件可以由耐高温材料(比如陶瓷元件或者玻璃元件)制成。在井中可设置一个或者多个耐高温元件。 [0026] 在另一个实施例中，方法包括以下步骤：将生热混合物定位在容器中并且通过使用钢丝绳或者盘绕管线而将该容器下降到井中的熔化位置。在表面处准备期望量的生热混合物并且所述期望量的生热混合物被定位在容器中。混合物例如可以是粒状的或者粉末混合物。容器可以是适合于下降进入井中的任何容器。取决于期望的操作，容器(或者一组多个容器)可以是短的或者长的容器。在P&A操作中，在期望需要大熔化区域的情况下，该组容器可以是若干米长，在从1米到1000米的范围内。 [0027] 在一个实施例中，方法包括以下步骤：使生热混合物循环到井中的熔化位置。生热混合物可以与流体混合，形成流体混合物。该流体混合物可以通过循环而从表面被带到熔化位置处。 [0028] 在井将被堵塞并且废弃、P&A操作的情况下，方法可以包括以下步骤：将至少一个永久栓塞定位得邻近井中的熔化位置并且将至少一个耐高温元件定位在井中的所述永久栓塞的上方和/或下方。永久栓塞用来从熔化位置的上方或者下方密封该井，而耐高温元件用来保护该永久栓塞不受来自点燃的生热混合物的热的损害。 [0029] 方法可以还包括以下步骤：将至少一个耐高温元件至少定位在待去除的所述井元件的上方或者下方、以及至少定位在所述生热混合物的上方或者下方。 [0030] 在一个可替换的实施例中，方法包括以下步骤：将定时器设置成与点火头连接。在其中在邻近的位置处(例如从相同的模架钻台(template))废弃许多井的情况下，定时器功能可以是有利的。每个井中的定时器可以被设定成在操作容器已经离开该位置之后在相同的时间或者在不同的时间点火。这减小了人员伤害的风险。 [0031] 生热混合物可以包括灼热剂混合物，但是也可以使用其他的生热混合物。 [0032] 在一个实施例中，本发明涉及生热混合物的使用，用于通过熔化周围材料而废弃井。 [0033] 进一步地，还描述了生热混合物的使用，用于通过熔化井元件而去除设置在井中的井元件。 [0035] 通过使用所描述的发明，所有操作均可以从采光井介入容器或者类似装置中执行，并且消除了对于钻塔的需要。在生热混合物的点火之前，可对井进行压力测试以检查密封是否是紧密的。这可通过使用压力传感器或者对于本领域技术人员已知的其他压力测试方法执行。 附图说明[0037] 图1显示了在灼热剂混合物的点火之前本发明的一个实施例，其中灼热剂混合物被用于井废弃的目的。 [0038] 图2显示了图1的一个可替换的实施例。 [0039] 图3显示了在灼热剂混合物的点火之后图1的实施例。 [0040] 图4显示了在灼热剂混合物的点火之前本发明的一个实施例，其中灼热剂混合物被用于去除井元件。 [0041] 图5显示了在灼热剂混合物的点火之后图4的实施例。 具体实施方式[0042] 图1显示了在灼热剂混合物的点火之前本发明的概况，其中灼热剂混合物被用于井废弃的目的。已经在地层1中钻出竖直井2。该井具有用水泥粘合到地层壁(没有被显示出)上的外壳3以及位于井2的最下部分中的管道或者衬套10。在井的下部分中，已经设置有第一永久栓塞4。第一耐高温元件5(比如陶瓷元件或者玻璃元件)被设置在第一永久栓塞4上方以保护第一永久栓塞4。生热混合物(例如，灼热剂混合物)6被设置在第一耐高温元件5上方。类似地，在灼热剂混合物6上方可以设置第二耐高温元件7和第二永久栓塞元件8。此外，点火头11(用于灼热剂混合物6的点火)与灼热剂混合物6连接地设置。定时器元件9可以设置成对点火头11的引爆以及因此灼热剂混合物6的引爆进行定时。 [0043] 图2显示了对于图1中显示的实施例的一个可替换的实施例，也是在灼热剂混合物的点火之前。如图1中显示的一样，也在地层1中钻出竖直井2。该井具有用水泥粘合至地层壁上的外壳3以及位于井2的最下部分中的管道或者衬套10。在井的下部分中，已经设置有第一永久栓塞4。第一耐高温元件5(比如陶瓷元件或者玻璃元件)被设置在第一永久栓塞4上方以保护第一永久栓塞4。灼热剂混合物6被设置在第一耐高温元件5上方。点火头11设置成与灼热剂混合物连接。此外，设置有下降工具12，比如钢丝绳工具，用于第一永久栓塞4、第一耐高温元件5、灼热剂混合物6或者点火头11中的至少一个的下降。 [0044] 图3显示了在灼热剂混合物的点火之后图1的实施例。用参考标号1表示的地层的部分没有受到来自于灼热剂混合物的热的影响，而地层区域1’已受到该热影响。 [0045] 图3上的元件13指熔化了的区域，即，已经受到来自于灼热剂混合物的热影响的区域(例如管道、水泥、灼热剂混合物罐、地层砂等等)。如在图3中看到的一样，第一永久栓塞元件4在灼热剂混合物的点火之后保持原样。这是因为第一永久栓塞4已经被第一耐高温元件5保护免受热的损害。类似地，第二永久栓塞8和定时器9也保持原样，因为它们已经被第二耐高温元件7保护免受热的损害。 [0046] 使井废弃的操作的一个实例(见图1和图3)可以包括将第一永久栓塞4定位在竖直井2中。第一永久栓塞4用来封闭所述栓塞4下方的井。然后将第一耐高温元件5定位在井2和管道10中的所述栓塞4的上方。当第一耐高温元件5在位时，将灼热剂混合物6和点火头11下降到所述第一耐高温元件5上。将第二耐高温元件7设置在所述灼热剂混合物6和点火头11上方。将第二永久插塞8定位在所述第二耐高温元件7上方，并且，如果是所期望的，将定时器9连接到点火头11。灼热剂混合物6通过点火头11的点火导致(见图3)井2的位于第一耐高温元件5与第二耐高温元件7之间的部分(包括水泥、管道、地层砂等等)由于热(～3000℃)而熔化，其由参考标号1’和13显示。熔化了的水泥、管道、地层砂等等形成地层1的永久密封。 [0047] 图4显示了在灼热剂混合物的点火之前的示例，其中灼热剂混合物被用于井元件的去除。已经在地层1中钻出井2。竖直井2具有用水泥粘合到地层壁上的外壳3以及位于井2的最下部分中的管道或者衬套10。在井的下部分中，已经设置有第一永久栓塞4。第一耐高温元件5(比如陶瓷元件或者玻璃元件)被设置在第一永久栓塞4上方以保护第一永久栓塞4。灼热剂混合物6被设置在第一耐高温元件5上方，设置成与点火头11连接。 [0048] 图5显示了在灼热剂混合物的点火之后图4的实施例，其中管道10的部分已经被去除。用参考标号1表示的地层的部分没有受到来自于灼热剂混合物的热的影响，而地层区域1’已受到该热的影响。 [0049] 参考标号15是指聚集在第一耐高温元件5上方的熔化了的材料，即，已经受到来自于灼热剂混合物的热的影响的材料(例如管道、水泥、灼热剂混合物罐、地层砂等等)。如在图中看到的一样，在灼热剂混合物6的点火之后第一永久栓塞元件4保持原样。这是因为第一永久栓塞4已经被第一耐高温元件5保护免受热损害。在被显示的实施例中，管道10的部分已经通过熔化而被去除。虽然示出了管道的整个圆周已经被熔化，但是也可能仅仅熔化管道的部分，比如用以在管道中形成窗口，等等。 [0050] 用于井元件的部分的去除的灼热剂混合物的操作(参见图4和图5)与上文中描述的用于井废弃操作的方法类似。唯一的不同是所使用的灼热剂混合物的量。 [0051] 通过图的实施例的设置，而解释了对于本发明目的的提议的解决方案，其将提供通过使用生热混合物而永久井废弃的方法。 [0052] 在这里以非限制性实施例的方式描述本发明。但是应该理解的是可以设想图1-5中显示的实施例具有更少或者更多数量的永久栓塞和耐高温元件。技术人员将理解，如果是期望的，可根据期望的操作而不设置永久栓塞、设置一个、两个或者多个永久栓塞。类似地，取决于操作，定位在井中的耐高温元件的数量可以从零个、一个、两个或者多个变化。 |
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