專利名稱：在布置和井眼調節期間保護井下部件的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種在布置和井眼調節期間保護井下部件的系統和方法。
背景技術：
在安裝過程期間、將井設備向井下移動到井眼中可能對多種設備部件 具有損壞效應。這種易碎效應對于易碎部件、密封部件和容易彎曲的部件 特別如此。這樣的部件可能由于與周圍的井眼、套管、襯管或者開口孔裸 眼部分的沖擊而受到損壞。 一旦定位到井下，這種沖擊可能產生限制所述 設備的功能性的磨損或者其他損壞。也可能由于部件材料的腐蝕或者部件 的污染以影響其操作的方式導致這種損壞。
在一些應用中，井下設備部件包括用于與其他部件或與周圍的井眼壁 (例如套管)形成密封的密封元件。當所述密封元件到達最終的井下目的 地之前，由于滑動經過數百或者數千英尺的套管，因此可能受到損壞。由 于所述密封元件由塑料或者更軟的材料形成，與周圍的井眼壁、阻礙物或 者其他設備的沖擊可能損壞一個或者更多個密封元件，且限制了密封元件 形成滿意的井下密封的能力。

發明內容
總體而言，本發明提供了一種防止井系統的部件受到損壞的技術。接 近易受損壞的井眼部件布置犧牲材料以提供對所述部件的臨時保護。所述 犧牲材料用于在將所述系統安裝到井下位置期間保護井眼系統部件。例 如，所述材料可以保護易受損壞的井眼部件由于受到沖擊的原因所導致的 損壞。但是，犧牲材料也可以臨時保護井眼部件免于在系統的安裝期間受 到惡劣井眼環境的其他潛在的損壞效應的影響。


本發明的特定實施例此后將參照附圖進行說明，其中相同的參考數字 表示相同的元件，以及
圖l是根據本發明的實施例、在井設備系統向井下移動到井眼時、具
有至少一個易受損壞的部件的井設備系統的實施例的主視圖2是根據本發明的實施例的、用于保護顯示在圖l中的井設備系統的
一個或者更多個部件的犧牲元件的一個實施例的部分橫截面視圖3是根據本發明的實施例的、用于保護顯示在圖1中的井設備系統的 一個或者更多個部件的犧牲元件的另一個實施例的部分橫截面視圖4是根據本發明的實施例的、用于保護顯示在圖l中的井設備系統的 一個或者更多個部件的犧牲元件的另一個實施例的部分橫截面視圖5是根據本發明的實施例的、具有密封元件的、可能受到損壞的井 眼部件的一個示例的側視圖6是根據本發明的實施例、與圖5相似的側視圖，顯示了布置成與犧
牲元件布置相鄰的所述井眼部件；
圖7是根據本發明的實施例的、犧牲元件的另一個實施例的部分橫截 面視圖，所述犧牲元件用于通過臨時將一個或者更多個部件鎖定在所需的 狀態中、而防止顯示在圖l中的井設備系統的一個或者更多個部件被過早 致動；和
圖8是根據本發明的實施例、與圖7相似的部分橫截面視圖，但是顯示 了在移除犧牲元件之后致動的一個或者更多個部件。
具體實施例方式
在下述說明書中，描述了多個細節來提供對于本發明的理解。但是， 普通技術人員應該理解的是、本發明可以在沒有這些細節的情況下實施， 且與所描述的實施例的多種變化或者修改是可能的。
本發明涉及用于在例如安裝操作以及早期采集階段期間保護敏感的 井部件的系統和方法。在送入到井眼期間損壞井部件的可能性很大，特別 是對于相對易碎的部件，例如密封件。因此，本系統和方法可能針對對損 壞敏感的井部件的沖擊提供臨時保護，所述沖擊例如是磨損、腐蝕、污染和其他環境效應。在許多應用中，當井部件在達到它們的最終井眼目的地 之前，對滑動經過數百或者數千英尺的井套管來提供所述保護。
總體上參照圖l，井系統20的實施例顯示為其安裝到井眼22中。但是， 井系統20也可以在例如早期生產階段、定位在所需的位置。通過示例，井 系統20可以包括完井24，所述完井24具有多個井部件26、 28、 30和32。
在所示的示例中，設計電潛泵系統20，用于布置在井眼22中，所述井 眼22己經鉆入地質地層34，所述地層34包含所需采集的流體，例如石油。 在至少一些應用中，井眼22與井眼套管36對齊。多個射孔37形成通過井眼 套管36以使得流體在周圍的地層34和井眼22之間流動。
所述井部件中的至少一個，例如部件30由犧牲保護元件38保護，例如 圍繞井部件30定位的臨時覆蓋件40。在該實施例中，犧牲保護元件38防止 所述部件受到由于磨損、腐蝕、污染或者其他損壞所導致的損壞，該磨損、 腐蝕、污染或者其他損壞是移動通過井眼和/或者井系統20的初始操作所 導致的。所顯示的臨時覆蓋件40至少部分地由可溶解材料形成，以使得井 部件30在所需的時間在井眼22內有選擇地暴露。因此， 一旦井系統20定位 在井眼22內所需的位置、在井系統20的送入期間和/或者初始開工過程期 間， 一個或者更多個井部件30可以用臨時覆蓋件40保護。結果，臨時覆蓋 件40自動移除，并暴露一個或者更多個井部件30，以便于在所述井眼之內 的適當操作。
井部件30可以包括多種在井操作中有用的部件，例如電動部件(例如 傳感器或者控制器)、控制管線、密封孔或者柔性元件、例如密封元件。 許多密封元件由橡膠材料、塑料材料或者其他的易于磨損和其他損壞(特 別是在井系統20的送入期間)的相對較軟和/或者柔性材料形成。臨時覆 蓋件40特別是可修改的，以保護這種密封材料免于沿著井眼的沖擊，所述 沖擊可能導致對密封材料的磨損或者其他損壞，由此限制部件30形成所需 密封的能力。犧牲覆蓋件40也可用于防止敏感部件受到微粒污染直到所述 部件被用來執行。在安裝過程期間、覆蓋件40也可用于臨時固定(例如綁 住)部件直到覆蓋件40被移除以允許所述部件的所需移動自由度。
可以在安裝過程期間的各種時間上將臨時覆蓋件40應用到部件30。例 如，臨時覆蓋件40可以在被沿著所述表面傳輸到已經形成井眼22的井位之前環繞部件30或者安裝與部件30相鄰。這樣，臨時覆蓋件40可以既在井系 統20的安裝之前也在井系統20的安裝期間用于保護一個或者更多個部件 30。甚至在送入期間不需要保護時，在表面傳輸之前應用覆蓋件40避免了 否則將會與移除臨時覆蓋件40相關的時間和成本，因為隨著所述覆蓋件40 浸入并在井眼22之內溶解，覆蓋件40自動從所述部件30移除。因此，維持 所述保護直到最后可能的時刻，并減小鉆的時間，因為不需要卸裝。在一 些應用中，臨時覆蓋件40的材料和厚度選擇成溶解所述可溶解材料，且覆 蓋件40從部件30的后續移除需要比必須將井系統20運行至其井眼22中的 最終的深度需要稍微更長的時間周期。
在圖2 — 4中，顯示了臨時覆蓋件40的示例。首先參照圖2，臨時覆蓋 件40的實施例包括層42，所述層42具有充分的厚度來保護部件30免于由于 受到與井眼22的壁沖擊而損壞。在該實施例中，層42的厚度大于涂層的厚 度，并設計成在送入期間對抗可能沖擊的緩沖部件30。層42由可溶解材料 44形成，所述可溶解材料被選擇成當暴露給井眼22之內的井流體時以所需 的速率溶解。因此，在井系統20移動到井眼之內的所需的位置期間，通過 將可溶解材料浸入出現在井眼22之內的流體中而控制臨時覆蓋件40的溶 解。可選地，流體介質也可以添加到井眼以控制材料44的溶解。
層42可以形成為襯套46，所述襯套46圍繞其縱向軸線包圍部件30。在 許多應用中，層42設置靠近部件30并位于部件30和可能損壞的結構(例如 由套管36所形成的井眼壁)之間。實際上，層42可以直接粘附到部件30的 外表面48，而不管層42是否形成為襯套46或者形成為一些其他的結構形 式。
在圖3中，臨時覆蓋件40包括由可溶解材料44形成的內層50。內層50 由涂層52覆蓋，所述涂層52設計成、在井系統安裝或者操作程序期間、防 止可溶解材料44暴露給溶解流體直到所需的時間。涂層52可降解或者通過 在井下提供適當的輸入(端)而移除。例如，涂層52可以選擇成其對于熱 敏感。在該實施例中， 一旦涂層52在井眼22之內所需的深度處暴露給充分 的熱，所述涂層降解，這將使內層50暴露給能夠溶解內層50的井流體。在 另一實施例中，涂層52可以設計成在充分的壓力下降解，所述充分的壓力 或者自然地提供在特定的井眼深度處、或者人工地通過從例如表面位置施加壓力而提供。在其他的實施例中，涂層52可以設計成、當暴露給引向井
下的特定化學物時降解。在這些實施例的任一中，涂層52防止內層50消失， 直到其中的壓力或者溫度例如導致涂層52失效的特定時間周期，這樣初始 化內層50的溶解。 一旦內層50被溶解，就為了進行操作而暴露部件30。在 該實施例和其他實施例中， 一個或者更多個部件30可以包括控制線54，所 述控制線54被臨時覆蓋件40整個或者部分地保護。
總體參照圖4，顯示了保護覆蓋件40的另一示例。在該實施例中，保護 覆蓋件40由耐用襯套56形成，所述襯套通過可溶解結構元件58與部件30相 鄰地保持就位。耐用襯套56由不會在井流體中溶解的材料形成，例如非可 溶彈性體材料。相應地，當井系統20的部件30移入井眼22中并浸入到井流 體中時，可溶解結構元件58溶解并釋放耐用襯套56。在該階段，耐用襯套 56從部件30簡單地滑開以能夠適當地操作部件30。
可溶解材料44和涂層52可以根據特定的應用和其所使用的環境而由 多種材料形成。例如，所選擇的材料可依賴于給定井眼環境中的可能熱量 和溫度井而改變。所選擇的材料也可依賴于給定井眼環境中所遇到的井流 體的類型。可溶解材料44的示例包括例如鈣、鎂或者其合金的高度反應性 金屬或在酸性或者堿性流體中溶解的材料(例如鋁)、聚合體或者專門形 成的塑料。用于形成涂層52的適當的材料的示例包括鋁或者可以用酸或者 專門形成的化學物移除的其他金屬。所述材料的其他示例包括低溫塑料或 者在更高的壓力或者溫度下失效的彈性體。適當材料的額外的示例包括相 對于它們的載體材料熱膨脹系數極大不同的金屬涂層，這樣涂層材料在升 高的溫度上斷裂和脫離。
參照圖5、 6，顯示了特別可修改成用于與臨時覆蓋件40—起安裝的一 種類型的部件30的具體示例。在該實施例中，井部件30包括封隔器60，所 述封隔器60具有一個或者更多個密封元件62，所述密封元件62定位成在井 眼22之內形成密封件。例如，密封元件62可以用于在封隔器體64和井套管 36之間形成密封。在所示的示例中，封隔器60包括四個密封元件62，所述 密封元件62包括兩個面向井下的杯狀密封元件66和兩個面向上的杯形密 封元件68，最好如圖5中所示。對于一些應用，密封元件62設計的方式是、 相對于井套管36產生輕微的過盈，這樣當它們在到達最終的封隔器目的地
9之前滑動經過數百或者數千英尺的井眼套管時增加了損壞密封元件的可 能性。
為了防止對密封元件62造成損壞和保護封隔器60的功能，覆蓋件40 施加在井部件30之上，如圖6中所示。當部件30往井下運行時、臨時覆蓋 件40在密封元件62和周圍的井套管36之間提供保護性阻礙物。多個孔或者 射孔69可以增加至所述臨時覆蓋件40以方便在送入期間和/或初始壓力循 環期間的壓力均衡。所述覆蓋件40沿著井眼壁滑動并用作滑動接觸來保護 密封元件免受井眼壁的損害。在圖6中所示的實施例中，覆蓋件40可構造 成襯套46的形式，所述襯套46由可溶解材料44構造，這總體上更詳細地顯 示在圖2中。但是，顯示在圖6中的示例也可以利用覆蓋件40的其他實施例 來保護--個或者更多個密封元件62，例如圖3、 4中更詳細地顯示的實施例。 在該申請中，臨時覆蓋件40設計成保護部件30和密封元件62至少直到封隔 器60安置在用于與井眼套管36接合的所需井眼位置。在臨時覆蓋件40溶解 且暴露所述密封元件62之后，可以致動封隔器60來相對套管36移動所述密 封元件62。要說明的是，封隔器60可以與其他井系統部件協作，例如縱向 地延伸通過所述封隔器的一個或者更多個控制線70。
犧牲保護元件38的另一實施例顯示在圖7、 8中。在該實施例中，井系 統20包括具有一個或者更多個可移動部分72和一個或者更多個固定部分 74的部件(例如部件28)。犧牲保護元件38是臨時元件76的形式，所述臨 時元件76保護部件28防止在傳輸、送入孔內或者早期操作期間的早期致 動。臨時元件76是相對于固定部分74臨時阻擋可移動部分72的運動的可溶 解部件，由此保證僅在預定量的時間之后或者在其他觸發機構己經開始溶 解臨時元件76之后可獲得井部件28的特定功能。 一旦溶解了犧牲保護元件 38 (該實施例中的臨時元件76)，所述部件可以通過部分72、 74的相對運 動而致動，如圖8中最佳所示。臨時元件76可以用于替換例如當前用于在 傳輸、送入、或者操作的早期生產階段臨時將所述部件保持在位的剪應力 螺栓(shear shrew)或者其他機械鎖定機構。
用于該井系統20中的特定的部件可以根據系統所使用的實際井應用 而變化。相似地，由犧牲保護元件38保護的特定的部件28、 30可以根據井 的應用而彼此不同。此外，元件38的特定配置和構造可以適于被覆蓋或者被保護的特定部件、與給定井應用相關聯的環境因素以及其他設計考慮。 無論如何，犧牲保護元件38設計有足夠的材料厚度，以對部件提供保護， 防止由于在送入和初始啟動過程期間所經歷的沖擊和其他井相關的特征 所導致的損壞和/或者保護在其用于井下之前防止部件的預先致動。
相應地，盡管在上面已經詳細說明了本發明的僅僅一些實施例，但是 普通技術人員顯然理解，在不背離本發明的教導的情況下可以進行許多修 改。這樣的修改將包括在權利要求所限定的本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種將部件向井下布置到井眼中的方法，包括用可溶解材料保護井眼部件的密封元件，在向井下運動期間，所述可溶解材料能夠保護所述密封元件；將所述井眼部件移入所述井眼；和將所述可溶解材料溶解在所述井眼之內以暴露所述密封元件。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中所述保護步驟包括將可溶解材料 的襯套放置在所述密封元件的周圍。
3. 根據權利要求l所述的方法，還包括用涂層覆蓋所述可溶解材料， 在特定的輸入時所述涂層可降解。
4. 根據權利要求l所述的方法，其中所述保護步驟包括將耐用襯套放 置在密封元件之上，并用可溶解材料臨時將耐用襯套保持就位。
5. 根據權利要求l所述的方法，其中所述溶解步驟包括將井眼部件保 持在井眼流體中直到溶解。
6. 根據權利要求l所述的方法，其中所述保護步驟包括在向井下運動 期間覆蓋多個密封元件。
7. 根據權利要求l所述的方法，其中所述保護步驟包括在向井下運動 期間覆蓋封隔器元件。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中所述保護步驟包括在向井下運動 期間覆蓋杯型封隔器元件。
9. 根據權利要求l所述的方法，其中所述溶解步驟包括在向井下運動 期間至少部分溶解所述可溶解材料。
10. 根據權利要求l所述的方法，其中所述保護步驟包括定位所述可 溶解材料以在送入期間相對井眼壁滑動。
11. 一種保護將向井下移動的部件的方法，包括 選擇在所需的時間段之后能夠在井眼環境之內溶解的材料； 當所述井眼部件向井下移動時，將井眼部件用所述材料覆蓋以保護所述井眼部件；和提供具有充分厚度的所述材料以防止在所述井眼部件和周圍的井眼壁之間進行接觸。
12. 根據權利要求ll所述的方法，還包括在覆蓋的狀態下將井眼部件 運送到井位；將所述井眼部件移動到所述井眼中，等待所述材料溶解；和 操作所述井眼部件。
13. 根據權利要求ll所述的方法，其中所述覆蓋步驟包括在井眼部件 之上施加所述材料，并將所述材料涂布成在充分的溫度下可降解的層。
14. 根據權利要求ll所述的方法，其中所述覆蓋步驟包括在井眼部件 之上施加所述材料，并將所述材料涂布成在充分的壓力下可降解的層。
15. 根據權利要求ll所述的方法，其中所述覆蓋步驟包括在井眼部件 之上施加所述材料，并將所述材料涂布成當暴露給特定的介質時可降解的 層。
16. -種用于將部件布置到井眼中的系統，包括 井系統，具有應用于井眼中的部件；和覆蓋件，所述覆蓋件圍繞所述部件定位以當送入所述井眼時保護所述 部件，所述覆蓋件至少部分溶解在所述井眼之內以能夠將所述覆蓋件從所 述部件移除。
17. 根據權利要求16所述的系統，其中所述部件包括密封部件。
18. 根據權利要求16所述的系統，其中所述部件包括封隔器。
19. 根據權利要求16所述的系統，其中所述部件用所述覆蓋件包圍。
20. 根據權利要求16所述的系統，其中所述覆蓋件形成為設置在所述 部件周圍的襯套。
21. 根據權利要求16所述的系統，其中所述覆蓋件包括多層不同的材料。
22. 根據權利要求16所述的系統，其中所述覆蓋件包括通過可溶解材 料與所述部件相鄰地保持就位的耐用襯套。
23. --種方法，包括構造具有井部件的井設備柱，所述井部件具有多個部分，所述多個部分在所述井部件的致動期間可相對于彼此移動；和用可溶解元件臨時阻擋所述多個部分的相對運動。
24. 根據權利要求23的方法，還包括將所述井設備柱送入井眼。
25. 根據權利要求24的方法，還包括將所述可溶解元件溶解在所述井眼中。
26. 根據權利要求23的方法，還包括將保護層施加到可溶解元件。
27. 根據權利要求25的方法，還包括在溶解所述可溶解元件之后致動 所述井部件。
全文摘要
提供了一種在傳送、井下運動和/或者初始井下操作期間臨時保護井系統的技術。犧牲材料形成為保護犧牲元件，所述保護犧牲元件設置成靠近易受損壞的井系統部件。所述保護犧牲元件在井眼之內的流體中至少部分地可溶解，以方便在經過所需的時間周期之后移除所述元件。一旦移除所述臨時的保護犧牲元件，所述保護井系統部件完全可操作。
文檔編號E21B23/00GK101538990SQ200810083048
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月18日 優先權日2008年3月18日
發明者唐納德·W·羅斯, 艾夫斯·D·洛倫特茲 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司