专利名称：完井系统和方法
相关申请的交叉引用本申请基于申请日为2004年12月23日，美国临时专利申请系列号为No.60/593,231的专利申请，并要求该申请的优先权。
背景技术：
完井可应用于不同的井中，例如，该井涉及的应用包括生产或注入流体。通常，井筒钻成后，通过管子或其他部署机构将完井装置降入井筒中。该井筒可能钻穿一个或多个包含所需流体的地层，如烃基流体。
在井筒由穿过多个地层形成的情况下，该井筒常常被划分成井筒区域以更好地控制每一个地层与井筒之间的流体流动。因此，对单独地层流体的生产和/或对单独地层流体的注入至少进行一些控制是有利的。完井设备可包括的装置，如封隔器和多个泵，其有助于控制相应每一个地层的流体流量。然而，在测井条件下，有效控制这样地层环境中的流体流量可能是很困难的。
发明内容
总的来说，本发明提供一种地层完井并有效控制流体流自或流向一个或多个地层的系统和方法。提供一种应用于具有一个或多个区域的井筒的完井。该完井包括一个分布的传感系统，例如分布的温度传感系统，和至少一个不需要干涉或需要低成本干涉的流量控制阀。
以下将参考附图对本发明的一些实施方式进行描述，其中相同的附图标记代表相同的部件，和图1为根据本发明的一个实施例的，井筒内实施的完井的正视图；图2为图1所示的完井的另一个实施例；图3为图1所示的完井的又一个实施例；
图4为图1所示的完井的另外一个实施例；和图5为图1所示的完井的其他一个实施例。
具体实施例方式
在下面的描述中，为了提供对本发明的理解，阐述了很多细节。然而，本领域的技术人员可以理解，没有这些细节本发明也可以实现，并且也可以对上述实施例进行很多的改变或改进。
本发明总的涉及部署在井眼中沿着井筒的流体流动控制增强的完井。该系统和方法提供了一种便于控制一个或多个地层与井筒之间流体流动的途径。在一些应用中，控制地层与井筒之间流体的流动包括控制通过完井井眼从周围地层中接受的采出液的流动。在其他应用中，控制地层与井筒之间流体的流动包括控制注入液从完井井筒到周围地层的流动。完井井筒包括不需要通过井筒实施的昂贵的干涉有助于控制这些流体的流动的部分。实际上，不需要任何干涉或用低成本的干涉就可以对流体的流动完全控制。
参考附图，根据本发明的实施例说明了完井10的几个例子。附图也说明了在井12内构造和部署完井的方法。通常，完井10的每一个实施例包括至少一个上部完井段14和一个可操作地与上部完井井段接合的下部完井段16。
参考图1的实施例，完井10部署于井12内并且包括上部完井井段14和下部完井井段16。在该实施例中，上部完井井段14和下部完井井段16分别为一个下套管的部分和一个裸眼井段部分。井12穿过多个地层，如地层13和15。在该例子中，完井10包括一个作为罩18的油管柱，一个下部管子20，至少一个封隔器22，和至少一个阀24。该罩18定位于最上部封隔器22的顶部并固定于该最上部封隔器22的顶部。
如
的，下部管子20穿过多个封隔器22延伸。最上部封隔器22典型地部署在井筒的下套管部分21内，而下部封隔器22部署于井筒的裸眼部分23内。在该布置中，最上部封隔器22可为完井封隔器22，例如一个有气门的完井封隔器，而下部封隔器22可为一个层位分割的裸眼封隔器，例如，膨胀式封隔器。
如图1中所示，井12穿过最上部封隔器22和紧临的下部封隔器22之间的地层13，同时井12穿过下部封隔器22之间的地层15。因此，封隔器22至少在井12内将地层13和15彼此隔离开。在完井10内设置多个阀24并且在最上部封隔器22与紧临的下部封隔器22之间以及两个下部封隔器22之间定位于下部管子20上。
因此，一个阀24a控制流入和/或流出地层13的流量，另一个阀24b控制流入和/或流出地层15的流量。每一个阀24从靠近相关地层13和15的井12的环空到下部管道20的内部可选择地流体连通(例如借助至少一个贯穿下部管子20的孔30)。每一个阀24或者不借助于附加装置包含于下部管子20，或者结合一个附加装置。例如，图1中所示的阀24与每一个砂筛32结合以便于阀24选择性地控制砂筛32内与下部管子20内之间的流动。可用几种不同的方式致动阀24，包括无线致动(无线信号)，机械致动，电致动或液压致动。图1说明了沿着完井10布置的一个液压控制管线34，通过两个封隔器22并到达每个阀24。在该说明的实施例中，典型地从地面位置借助于控制管线34内的压力变化控制阀24。
一个分布的传感器系统36，例如分布的温度传感系统，也沿着完井10进行布置。该传感系统36可包括一个包括光学纤维38的光学纤维系统，该光学纤维38沿着罩18的长度延伸并穿过大部分但并不是所有的封隔器22。地面捕获装置37可发射光脉冲，识别从光纤38反射的信号，并确定穿过地层13和15的温度剖面以分析流体流动相关参数，例如，是否在任何点上的水突破已经产生。如果出现水突破现象，使用者可选择关闭或调节相关阀24(例如，通过改变控制管线34内的压力)。光学纤维38可布置在DTS控制管线内，例如，通过利用流体沿控制管线泵入纤维。
在完井10的部署中，油管柱罩18，下部管子20，阀24，封隔器22，控制管线34和光学纤维38，所有的部件都部署在一起。当最上部的封隔器22到达正确位置时，例如通过机械致动，液压致动，或者通过无线输入信号设置封隔器22。一个具有延伸到地面的电缆42的电潜泵系统40也被部署在管子44上，例如，工作管柱或盘管上，其位于罩18内并且在最上部封隔器22上方。该泵系统40有助于人工生产并举升地层13和15内的地层流体。
在图2的实施例中，相同的部件使用与图1中相同的附图标记。图2实施例中的很多部件与图1中的部件相同，不同之处在以下描述。例如，图2中的罩18包括一个套圈(landing)部分50，例如，一个磨光的孔接受器，其可以直接定位在最上部的封隔器22上部。一个包括一个泵系统54，一个泵罩56和一个密封部件58的泵部件52，通过一个部署管60部署在罩18内，例如，该部署管为具有为泵系统54提供电力的电缆61的盘管。泵系统54可以为电潜泵的形式。泵部件52部署在罩18内，直到密封部件58与降落部分50结合并且在那里形成密封。当致动时，泵系统54促使流体从地层13和15流出，通过泵罩56，并环形地流出泵系统54，这样在部署管60的外部但在罩18的内部被举升。泵部件52也可选择性地部署或从完井10中移出。
参考图3，与图1中相同的部件同样采用相同的附图标记。在该实施例中，下部完井段16和上部完井段14在独立的阶段运行。同样，在上部完井段和下部完井段之间提供湿连接，其中的一个实施例将在下面详细描述。湿连接可包括通过其泵入光学纤维的液压管，光学纤维湿连接，用于压力表，温度表和流量控制阀的电湿连接，或用于提供液压信号的液压湿连接，例如，一个流量控制阀。该实施例中不包括罩18。并且，可通过上部完井段提供一个运行机械转位工具以驱动流量控制阀的通道。因此，阀24可通过机械致动并且不包括控制管线34。另外，光学纤维38或为光学纤维38提供外壳的控制管线并不是沿着到地面的所有路径开始延伸。而是，光纤38和/或控制管线从最上部封隔器22上方的位置开始延伸，通过封隔器22并穿过地层13和15。在该实施例中，下部管子20包括一个通过最上部封隔器22延伸的扩大的部分70，该扩大部分70可包括一个磨光的孔接受器71。
当封隔器22和下部管子20在井下精确定位时，将上部完井部分14降入井12内。在该实施例中，上部完井部分14包括具有旁路76的生产油管74，一个Y型块77，一个上部光学纤维或控制管线78，一个密封部件80，和一个锁部分82。当密封部件80进入下部管子20的扩大部分70内并与之密封结合时，上部完井72的锁部分82与定位在最上部封隔器22上部的配套锁部分83配合并锁定。同时，上部光学纤维或控制管线部分78的湿连接部分84a与一个与光学纤维或控制管线38连接的配合的湿连接部分84b进入液压连通。如果只包括光学纤维的话，那么该湿连接为纤维光学湿连接。如果利用控制管线覆盖光学纤维的话，那么该湿连接为液压湿连接，并且随后可沿着已连接的控制管线内部泵送该光学纤维。在其他的应用中，该湿连接也可以为提供液压信号或电湿连接的液压湿连接。配合的锁定部分82和83也可以起到对湿连接部分84a和84b正确连接起到导向和定位作用。
泵系统86定位在Y型块77内，并且可以利用一个本领域公知的推进工具(未示出)和旁路76可移动地插入。因此，整个上部完井部分14可选择性地插入并与完井10的剩余部分结合，例如下部完井部分16。另外，由于泵系统86定位在Y型块77内，因此，可通过生产油管74的主孔部署一个转位工具(未示出)并进入下部管子20内以根据需要机械地变换阀24的位置。
在图4的实施例中，与图3中相同的部件采用相同的附图标记。然而，在该实施例中，传感器系统36部署在生产油管74和下部管子20内。同样在该实施例中，传感器系统36进一步包括一个插入器(stinger)90，例如具有在那里部署的光学纤维38或覆盖光学纤维38的控制管线的盘管插入器。该插入器90通过定位在插入器90与旁路76周围壁之间的封隔器92在生产油管74主孔内形成密封。该插入器90可与上部完井部分14一起部署或在上部完井部分14部署后部署。总之，插入器90和封闭的光学纤维38在穿过地层13和15的下部管子20内延伸。
图5中所示的完井10的实施例与前述的实施例有所不同，尽管其提供了与前述实施例相似的功能。在初始部署阶段，在井12内部署一个防砂部分100。同前述的实施例，防砂部分100包括将防砂部分100密封和锚定于井12的下套管部分21和裸眼部分23的封隔器22。防砂部分100包括至少一个防砂筛管102，每一个防砂筛管包括一个砂筛104和一个筛中心管106(本领域技术人员所公知的)。
完井10也包括一个插入部分110，随后将其部署并插入到防砂部分100中。该插入部分110包括连接于生产油管74的下部管子20，反过来，其包括Y型块77，泵86和旁路76。一旦将插入器部分110正确插入到防砂部分100内时，将机械阀24沿下部管子20布置以便于每一个阀24相应地层流体连通，例如地层13和15。在该实施例中，阀24可包括机械滑套或液压或电致动流动控制阀。沿着下部管子20至少布置一个密封部件112，这样可以将密封部件112定位以隔离阀24之间的部分，从而隔离地层13和15。在一个实施例中，每一个密封部件112与下部管子20的内部密封地滑动地接合以提供所需要的隔离。在一个实施例中，每一个密封部件112靠近相应的封隔器22抵靠下部管子20密封。
光学纤维38或覆盖该纤维的控制管线与插入器部分110一起部署。在该说明的实施例中，该纤维或控制管线通过密封部件112内的孔部署并从地面向下穿过地层13和15延伸。
这里描述的完井10的每一个实施例有助于多层地层井筒的完井并且使该井容易操作。该完井包括可以作为单层完井或作为在那里结合的具有多个完井部分的部件的组合。每一个完井实施例结合了分布的传感系统的使用，例如一个分布的温度传感系统，具有至少一个不需要干涉或具有低成本干涉的容易控制的流量控制阀。该结合有助于不同井的有效控制。
另外，每一个完井10可包括一个能够从地层13和15中生产流体和人工举升的泵系统。在每一个这样的实施例中，泵系统可选择性地从完井部分移动而不需要将完井10的其他部分从井筒内移出。
封隔器22(图5中的密封部件112)和阀24的组合还有助于井的有效操作。封隔器22能够对靠近多个地层的井的下套管部分和裸眼部分选择性地隔离。阀24与封隔器22一起配合能够独立控制流出(或流向)地层的流体，例如地层13和15，只需少量或不需干涉。图1和2中的阀24为液压致动并且因此可没有干涉地调节，关闭或打开。图3-5中的阀24为机械致动并且因此可以在少量干涉下调节，关闭或打开。在图3-5的实施例中使用Y形块77不需要移动完井10的任何部分能够对阀调节并且如果需要的话，保持泵系统在井下。阀24可以是独立的(见图5)或也可以与其他部件结合，例如砂筛(见图1-4)。
可以对完井10进行设计，这样一个分布的传感系统36，例如，一个分布的温度传感系统，可以作为任何完井10的一部分布置在井下。传感系统36能够监测与流体沿着井筒移动相关的流体流动参数以向油井工作者提供反馈信息。该反馈信息能够使油井工作者调节阀24以确保油井的生产操作不会出现有害的情况，例如水突破(water break through)。在一些实施例中，传感器系统36可整个布置在完井10的至少一部分。在其他实施例中，传感器系统36可布置在井下被连接的部分，如湿连接。
综上所述，尽管在上面详细描述了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员将很容易认识到很多的修改都可能没有实质背离本发明的教导。这样的修改也应该包含在本发明权利要求限定的范围内。
权利要求
1.一种用于地下井筒中的完井，包括一个包括至少一个适于部署在井内的阀的下部管子；该下部管子与至少一个封隔器密封接合；该至少一个阀部署于所述至少一个封隔器的下部并且与至少一个地层连通；一个包括一个适于选择性地并可移动地部署于井筒内的泵的上部完井段；和一个穿过至少一个地层延伸分布的传感器系统。
2.如权利要求1所述的完井，其特征在于，至少一个阀包括在至少一个封隔器下部设置的一对阀以控制从至少两个地层的流动。
3.如权利要求2所述的完井，还包括一个设置在一对阀的单个阀之间的中间封隔器。
4.如权利要求1所述的完井，其特征在于，该至少一个阀为液压致动。
5.如权利要求1所述的完井，其特征在于，该至少一个阀为机械致动。
6.如权利要求2所述的完井，还包括一个在井筒内从至少一个封隔器最上部的封隔器向上延伸的罩，该泵部署在罩内。
7.如权利要求6所述的完井，其特征在于，该罩包括一个套圈部分。
8.如权利要求2所述的完井，其特征在于，该上部完井部分包括一个具有一个旁路和一个Y型块的生产油管，泵被设置在Y型块内。
9.如权利要求2所述的完井，其特征在于，分布的传感器系统包括通过下部湿连接部分连接在一起的光学纤维。
10.如权利要求8所述的完井，其特征在于，分布的传感器系统包括一个至少部分设置在生产油管内的分布的温度传感系统。
11.如权利要求10所述的完井，其特征在于，分布的温度传感系统包括一个部署在插入器内的光学纤维。
12.如权利要求2所述的完井，还包括一个砂筛中心管部分和一个环绕每一个阀的砂筛部分。
13.一种地下井筒完井方法，包括在靠近地层的井筒内部署一个下部管子；利用封隔器将下部管子功能性地密封于井筒内；在下部管子上和封隔器下部布置至少一个阀；在井筒内选择性地并可移动地布置一个泵；和测量穿过至少一个地层的温度剖面。
14.如权利要求13所述的方法，还包括控制地层间流体的流动并且下部管子具有至少一个阀。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，功能性的密封包括在井筒内进一步部署第二个封隔器，并且布置包括部署在该封隔器与第二封隔器之间的第一阀和该第二封隔器下部的第二阀。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在封隔器上部并抵靠封隔器定位一个罩，在罩内定位一个泵。
17.如权利要求15所述的方法，还包括将下部管子与具有一个旁路和一个Y型块的生产油管接合；在Y型块内定位泵。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，测量包括测量沿着第一阀和第二阀以及穿过多个地层的温度剖面。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，功能性密封包括利用一个开孔的完井封隔器作为最上部的封隔器并且在该开孔的完井封隔器下面定位多个裸眼井封隔器。
20.如权利要求15所述的方法，还包括用砂筛中心管围绕第一阀和第二阀，并进一步用砂筛围绕砂筛中心管。
21.一种地下井筒的完井系统，包括布置在井筒套管部分的第一封隔器；在井筒的裸眼井段布置在第一封隔器下部的第二封隔器以将第一井筒区域与第二井筒区域隔开；一个具有多个基本不需要干涉进行控制的阀的管的下部完井段，多个阀中的至少一个阀设置在第一封隔器和第二封隔器之间并且至少第二个阀设置在第二封隔器下部；与下部完井段结合的上部完井段并且具有一个通过管子移动流体的电潜泵系统，和一个越过第一封隔器，第二封隔器和多个阀延伸的分布的温度传感系统以测定与流体运动相关的井参数。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，该上部完井段包括一个环绕电潜泵系统的罩。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，该罩包括一个靠近第一封隔器的套圈部分以密封地接受从电潜泵系统向下延伸的泵罩。
24.如权利要求22所述的系统，其特征在于，该上部完井段包括具有一个旁路和一个Y形块的生产油管，在Y形块内设置有电潜泵系统。
25.如权利要求21所述的系统，还包括至少一个下部完井段和上部完井段之间的湿连接。
26.如权利要求21所述的系统，其特征在于，该分布的温度传感系统包括一个通过第一封隔器，第二封隔器和多个阀延伸的插入器。
27.如权利要求21所述的系统，其特征在于，在第一封隔器和第二封隔器之间沿第一阀径向向外位置延伸的一个砂筛中心管和一个砂筛。
28.如权利要求25所述的系统，其特征在于，该至少一个湿连接包括至少一个液压湿连接，一个电湿连接，和一个纤维光学湿连接。
全文摘要
本发明提供一种完井技术。完井包括一个分布的传感系统，例如一个分布的温度传感系统，带有至少一个流量控制阀和一个泵系统。该流量控制阀不需要干涉或通过低成本干涉进行控制。
文档编号E21B43/00GK1920246SQ200510121560
公开日2007年2月28日 申请日期2005年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者D·R·帕特尔 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司