[发明专利]用于密封未完全填充有浇注材料的空区的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于密封未完全填充有浇注材料的空区的方法。更具体说，该方法包括将可膨胀材料放置于待填充浇注材料的空区内，该可膨胀材料在浇注材料固化后膨胀时，该可膨胀材料会膨胀到未填充有浇注材料的空腔内。如石油回收中众所周知的，该方法特别适用于密封绕着浇注壳体的环状空间中的空隙(opening)。本发明还包括一种用于实现本发明的装置。 

背景技术

当将水泥灌入钻孔内的、介于壳体与地层壁之间的环形空间时，特别是涉及大致水平的井时，可能很难或不可能实现利用浇注材料完全填充该环形空间。 

产生这种状况的原因基本上是由于难以将存在于壳体下侧的流体完全排出。该流体可包括钻井液。 

在浇注材料固化期间流体存在于所述环形空间内，特别是流体会存在于环形空间下部，这样可形成沿着钻孔的通道，并且该通道可延伸很远从而连接钻孔的不同区域。 

显然，这种类型的通道是不合需要的，因为在该通道内可能发生无法控制的流体流动。例如，来自一个区域的地层水可能会流入附近的产油区。 

公知的是利用可膨胀材料来封闭环形空间。因此，专利号为312478的挪威专利公开了一种由可膨胀材料制成的封隔器。该封隔器被放置于所需的位置后，构成封隔器的材料会吸收流体，进而膨胀，直至将环形空间密封。 

发明内容

本发明的目的在于弥补或减少现有技术中的至少一个缺点。 

根据本发明，利用在以下说明书和权利要求书中详述的特征，能够实现该目的。 

根据本发明，通过将可膨胀材料放入待填充浇注材料的空区内，能够实现密封未完全填充有浇注材料的空区。于是，在浇注材料固化后，该可膨胀材料通常通过取代流体而膨胀到未填充有浇注材料的空间内。 

根据本发明的一个方面，提供了一种井系统，该井系统包括：用于膨胀到钻孔中的空隙内的装置，所述空隙至少部分地由浇注材料限定，所述浇注材料被设置于所述钻孔与所述装置之间并且与两者接触，其中所述装置包括设置于所述钻孔内的管状结构上的环形件，并且所述环形件含有能够响应于与所述井系统中流体的接触而从缩回状态伸展到膨胀状态的可膨胀材料。 

例如，当壳体在钻孔内待填入水泥时，将至少一个套筒形的塞子(plug)设置成在壳体进入钻孔之前使所述塞子环绕壳体。 

当壳体进入钻孔内的预定位置时，环绕壳体的环形空间内填充有钻井液，可膨胀材料在一定程度上使壳体在钻孔内居中。 

当通常呈混凝土形式的浇注材料随后流入环形空间中时，由于区域内填充有混凝土，存在于环形空间内的流体基本上被取代。 

然而，很难将环形空间内的所有流体都排出，并且某些流体积聚在环形空间的底部。在浇注后，由可膨胀材料构成的套筒形的塞子部分处于这种流体内，并部分嵌入到浇注材料内。 

例如由于与流体接触时膨胀，或由于流体扩散进入采用可膨胀材料的空隙内，可膨胀材料会发生膨胀。相邻的流体由可膨胀材料取代，由此所产生的作用在于：例如封闭处于环域环形空间下部的流体通道。 

可膨胀材料例如可由在设置于钻孔中之前被压缩的膨胀性材料或泡沫状的可扩散材料形成，这些材料中的腔体随着时间的推移而填充有流体，材料因此而膨胀。可膨胀材料可设计成在与例如水、油、气体或其它适合材料接触时膨胀。 

可膨胀材料可以选自例如包括弹性聚合物的群组，弹性聚合物例如：EPDM橡胶、苯乙烯/丁二烯、天然橡胶、乙烯/丙烯单体橡胶(ethylene/propylene monomer rubber)、苯乙烯/丙烯/二烯单体橡胶(styrene/propylene/diene monomer rubber)、乙烯/乙酸乙烯橡胶、氢化丙烯腈/丁二烯橡胶，丙烯腈/丁二烯橡胶，异戊二烯橡胶，氯丁二烯橡胶或聚降冰片烯。膨胀性材料还可包括上述材料的混合物，可以加入其它溶解的或混 合的材料，例如纤维素纤维，如专利号为US 4,240,800的美国专利中所述。其它替代物可以是与下列物质机械混合的橡胶，这些物质如聚氯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯腈，乙酸乙酯，或与油接触时会膨胀的其它聚合物。 

可扩散的材料可选自包括腈橡胶的群组。如上所述，可扩散材料由具有相当大部分的封闭腔的弹性材料制成，该材料允许流体通过该材料扩散进入腔内。 

可膨胀材料可以带有一个或多个例如呈纤维布形式的加强物。 

附图说明

下文将对所附示意图中示出的优选方法和实施例的非限定性实例进行描述，其中：