专利名称：用于逐步改变井中的流体流动的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于逐步改变井中的流体流动的方法和系统。
这些双位置井下阀可以由弹簧机构来致动，这些弹簧机构可以通过声音或液压脉冲来触发，这样它们就不需要容易损坏的电机和电源以及控制电路，这些部件尤其在复杂的多边井中难以安装和拆卸。
当前通过使井以三种或四种不同的流量流出并且计算出在每种流速下的所谓的总井壁阻力系数来测试气井。所述总井壁阻力系数(skin)是机械井壁阻力系数(由于泥浆侵入、局部渗透效应和其它相对恒定的因素而导致的渗透性降低)和与流速相关的(或非Darcy)井壁阻力系数(它是由涡流或非Darcy流动效应导致的)的累积。
从试井过程中所收集的流速数据中，可以将总井壁阻力系数绘制成流速的函数，并且与速度相关的井壁阻力系数可以被计算作为通过数据拟合的直线的斜率。
在该过程中，每个自喷期必须达到拟稳定状态(PSS)，这在20世纪50年代至20世纪70年代的气井测试文献中被称为“稳定”流，或者达到无限边界作用径向流(IARF)。因为达到IARF所需要的时间比达到PSS所需要的时间短得多，所以最经济的方法是使该井自喷直到已经收集到足够的IARF数据，然后在测试程序中将速度改变成下一个速度。
在由Petroway公司于1995年出版的R N Horne编写的手册“Modern Well Test Analysis，A Computer Aided Approach”第二版中披露了在不同流速下进行气井测试程序来确定机械和与速率有关的井壁阻力系数的细节。
如果通过位于井口处的生产节流阀来实施从一个流速到下一个流速的速率变化，则井的总井深和井节流器之间的管道的大体积和油气的高可压缩性导致在IARF期间之前出现长时间“井身存储”或“续流”阶段。为了缩短井筒储存阶段，设有井下测试阀以在最小的井筒储存期间中实现压力恢复(其中速率变化成0速率)。这些测试阀曾经非常地成功并且目前被广泛使用。
这些可遥远促动的双位置测试阀的实例有由Halliburton EnergyServices公司在市场上以ETUX为商标销售的电子井下关井工具以及由Schlumberger Technical Services公司在市场上销售的IRIS(Schlumberger商标)双联阀工具。IRIS双联阀使用了井筒环带压力大小来传递来自井口的信号以使阀在打开和关闭位置之间切换，并且ETUX装配有井下计算机来进行预先编程好的测试程序。
使用这些已知的井下阀组件和可变的生产阀，仍然需要相当长的时间来达到IARF并且使得生产能够在能够进行下一个速率变化之前稳定，尤其在深井中并且在井壁阻力系数较高的情况下。在通常的3000m深的气井中，达到IARF所需要的时间为20小时并且下一次速率变化应该在大约100小时之后。
因此，测井程序需要相当长的时间，在这期间所生产出的油气会点燃并且导致相当大的人力和材料浪费，尤其在气体在近海或在偏远区域中生产的情况下。
本发明的目的还在于提供一种逐步改变井中的流体流动的方法和系统，它不仅能够在测井程序中操作而且还能够永久地或暂时地在井下操作以调节从不同井分支进入多边井的主井筒中的流量。
在根据本发明的方法中，通过井下阀组件来逐步地改变井中的流体流动，所述阀组件可以在允许流体流动的第一位置和禁止流体流动的第二位置之间切换，其中阀组件包括多个阀，这些阀中的每一个都包括一个孔，通过该孔使得流体能够在阀处于其第二位置中时进行有限的流动。
优选的是，这些阀包括形成不同流动限制的孔，并且其中该方法用来确定在产气井的流入区域周围的与速率有关的井壁阻力系数的特性，并且其中在选定时间段中第一阀处于第二位置中并且这些阀中的每一个处于其第一位置中，在该阶段之后是另一个选定的时间段，在这时间段中第二阀处于第二位置并且其他阀中的每一个处于其第一位置中。
在这种情况中，还优选的是，阀组件包括至少三个阀，并且其中在第一时间段中，具有形成比其它阀大的流动限制的孔的第一阀保持在第二位置中，并且其它阀处于其第一位置中，在这时间段之后是第二时间段，在该时间段中具有形成比第一阀小但是比其它阀大的流动限制的孔的第二阀处于第二位置中，并且其它阀处于第一位置中，在该第二时间段之后是第三时间段，在该期间具有形成比第一和第二阀的孔更小的流动限制的孔的第三阀处于第二位置中，并且第一和第二阀处于第一位置中。
一般来说，所述第一、第二和第三时间段其持续时间基本类似，这时间足以到达IARF。对于大多数气体容器而言，所述持续时间将在0.5-50小时范围内，并且通常为1-20小时。
本发明还涉及一种用于逐步改变井中的流体流动的系统。该系统包括一种井下阀组件，该组件可以在其中允许流体流动的第一位置和其中禁止流体流动的第二位置之间进行切换，其中所述阀组件包括多个阀，这些阀中的每一个都包括一个孔，通过该孔流体能够在阀处于其第二位置中时进行有限的流动。
优选的是，该阀组件可取回地安装在生产管道中，从而这些阀可以通过管道的内部插进井中并且从中取回，而生产管道保持不动。这可以通过将这些阀安装在一共用承载体上来实现，该承载体可以穿过生产管道下降进入井中并且其上设有密封环组件，该组件可以陷入在螺纹接套中以密封在承载体和管道之间的环形空间。
人们观察到，美国专利5447201披露了使用一种永久安装的井下阀，该阀可以保持在任意部分打开的位置。但是这种阀易于损坏并且需要使用电力或液力动力电缆，这些电缆涉及一种复杂而昂贵的井下结构。在根据本发明的方法和系统中，井下节流器可以无线地操纵，例如通过使用时间控制或流体脉冲促动的机构来操纵，并且使用钢丝安装在现有的管道内部，这就不会包括电子或液力回路。
优选实施方案的详细说明参照
图1，该图显示出产气井1的下面部分，该部分横向穿过地下气层2。
该井1包括套管3，该井筒通过水泥固定在井筒内，并且设有一系列射孔4，如由箭头5所示一样气体通过这些射孔进入井筒。生产管道6悬吊在井1中并且在其下端附近通过生产封隔器7密封地锚固在井筒3上。阀组件8包括一组四个球阀8A、8B、8C和8D。
这些阀8A-D中的每一个显示出处在第一打开位置中，其中在阀体10中的中心孔9相互对准并且与在阀承载体12中的中心孔11对准。
阀承载体12通过将台肩13陷入在螺纹接套中而被密封地并且可拆卸地固定在生产管道6内并且通过缆索14从位于井口(未示出)处的卷索筒悬吊下来。
必要的话，则缆索14可以装配有电或光纤动力和/或通信回路以给阀体8A-8D供能。或者，缆索14只是一根提升缆索如钢丝绳，并且这些阀体由弹簧和/或由气流和/或井下电池(未示出)供能的井下电子系统提供动力。
这些阀体10还设有与中心孔9分开的孔15A-D，这些孔沿着垂直方向与相关阀体的中心孔9相交。
这些孔15A-D形状为圆柱形，最上面的阀8A的孔15A直径最大，而最下面的阀8D的孔15D直径最小，阀8B的孔15B其直径大于阀8C和8D的孔15C和D的直径，但是小于最上面的阀8A的孔15A的直径。
当要测试该气井1时，通过逐渐放出缆索14直到阀组件8位于管道6的下端附近，从而使阀组件1穿过生产管道6的内部下降。然后，通过将台肩13陷入在螺纹接套中以将阀组件密封地固定在生产管道6内。
然后，通过打开在井口处的井口节流器(未示出)使得产气能够开始，同时该阀组件8的阀8A-D处于如图1中所示一样的第一打开位置中。
然后，在测井循环的第一阶段I期间，第一最下面的阀8D设置在其第二位置中，而其它阀保持在第一打开位置中。
如在图2中所示一样，所述第一阶段I持续大约10个小时，这对于井1而言足以到达如在图3中所示的IARF。
该实施例是基于井下测试节流器组件的作用的计算机模拟，其中作出了以下假设h30m＝气层厚度
k1.0md＝岩层渗透性S5＝井壁阻力系数μg0.0198cp.＝气体粘度Cg4.2E-5kPa-1＝气体可压缩性管道直径9cm井深3000m测试工具深度2900m在图2中所示的图表中，假设第一阀的孔15A的直径3cm，第二、第三和第四阀8B、8C和8D的孔15B、15C和15D的直径分别为2.5、2和1.3cm。
在图2中所示的图表表明在上述条件下在第一阶段I期间的井下压力PI增加并且气体流量QI降低。
图3显示出，在所示的实施例中，由于在井口处并且在长度为2900m、体积为1/4·π·0.092·2900＝18.4m3的气柱条件下用压力传感器测量压力，所以由压力曲线20表示的带有井下节流器的井1的响应比在如由压力曲线21所表示的井口节流器降低井产量的情况下快得多，因此到达IARF所需要的时间从100小时缩短到10小时。
再参照图1和2，当在10个小时之后井已经达到IARF并且通过将第四最下面的阀8D再次设置在第一打开位置并且同时将第三阀8C设置在第二位置中来开始第二测试阶段II时，第一和第二阀8A和8B保持在它们的第一打开位置中。
孔15C的直径为2cm，这大于第四阀8D的直径，从而在第二阶段II期间，井下压力pII降低，而气体流量QII增加。
当在大约10个小时之后达到IARF时，第二测试阶段II结束，并且通过将第二阀8B设置在第二位置中并且将其它阀8A、8C和8D设置在第一打开位置中来开始第三测试阶段III。
由于第三阀8C的孔15B为2.5cm，该直径大于第三和第四阀8C和8D的孔的直径，因此井下压力PIII增加，而气体生产流量QIII进一步增加。
当IARF在大约10个小时之后再次达到时，第三测试阶段III结束，并且通过将第一阀8A设置在第二位置并且将第二、第三和第四阀8B、8C和8D设置在第一打开位置中来开始第四测试阶段IV。
由于第四阀8D的阀体10中的孔15D直径为3cm，这大于其它阀8A-C的孔15A-D的直径，所以井下压力PIV将进一步减小，而产气速率将进一步增加。
当在大约10个小时之后再次到达IARF时，第四测试阶段IV结束并且井下阀关闭，从而气流Q0中断并且压力P0增加直到它达到井底压力，然后阀组件8回到井口。
如在图2中可以看出，整个测井循环的四个阶段I-IV总共花费了40个小时。
如果井已经装配有传统的井口节流器以及单个井下阀，该井下阀在井口节流器的位置改变时将关闭以实现压力累积，则整个测试循环将花费大约400小时。因此，通过使用根据本发明的阀组件8使测试时间降低了大约90％。
权利要求
1.一种通过井下阀组件来逐步改变井中的流体流动的方法，该井下阀组件可以在允许流体流动的第一位置和禁止流体流动的第二位置之间进行切换，其中，该井下阀组件包括多个阀，每一个阀包括一个孔，当阀处于第二位置处时，通过该孔流体可以进行有限的流动。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述阀包括形成不同流动限制的孔；该方法用来确定在产气井的流入区域周围的与速率有关的井壁阻力系数的特性；在一选定时间段中第一阀处于第二位置中并且每个阀处于第一位置中，在该时间段之后是另一个选定的时间段，在该时间段中第二阀处于第二位置中并且每一个其他阀处于第一位置中。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述阀组件包括至少三个阀；在第一时间段中，具有形成比其它阀大的流动限制的孔的第一阀保持在第二位置中，其它阀处于第一位置中，在这时间段之后是第二时间段，在该时间段中具有形成比第一阀小但是比其它阀大的流动限制的孔的第二阀处于第二位置中，其它阀处于第一位置中，在该第二时间段之后是第三时间段，在该时间段中具有形成比第一和第二阀的孔小的流动限制的孔的第三阀处于第二位置中，第一和第二阀处于第一位置中。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一、第二和第三时间段具有基本上相等的持续时间，该持续时间为0.5-50小时。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述持续时间为1-20小时。
6.一种用于逐步改变井中的流体流动的系统，该系统包括一种井下阀组件，该阀组件可以在允许流体流动的第一位置和禁止流体流动的第二位置之间进行切换，其中所述阀组件包括多个阀，这些阀中的每一个都包括一个孔，通过该孔流体能够在阀处于第二位置中时进行有限的流动。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述阀安装在一共用承载体上，该承载体可以通过生产管道下降进入井中，并且其上设有台肩，该台肩可以陷入在螺纹接套中以密封承载体和管道之间的环形空间。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述阀具有孔道，阀体可转动地设置在这些孔道中，这些孔道形成一条穿过所述承载体的中心的纵向流体通道。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述阀为球阀，该每一个阀都具有一第一孔和一在与该第一孔垂直的方向上取向的并且小于第一孔的第二孔。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述承载体承载着至少四个阀，该每个阀都具有一第二孔，该第二孔形成与由其它阀的第二孔形成的流动限制不同的流动限制。
全文摘要
一种用于逐步改变井中的流体流动的方法，该方法采用了多个井下阀，这些阀在阀体中具有不同大小的孔，从而可以通过部分关闭一个或多个阀来改变流体流动。该方法可以用来测试气井，从而由生产管道中的气体压缩和/或膨胀引起的井筒存储延迟减小。
文档编号E21B34/00GK1440484SQ01812294
公开日2003年9月3日 申请日期2001年7月3日 优先权日2000年7月3日
发明者弗兰克·E·贝格伦 申请人:国际壳牌研究有限公司