从地层中产生流体的系统和方法

专利名称：从地层中产生流体的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于从地层产生流体的设备和技术。更具体地讲，本发明 涉及利用多口井以比如果从各个单口井开采流体更有效的方式来开采石 油或者其它形成物流体的改进的技术。
背景技术：
石油通常从单井中开采，所述单井包括用由抽油杆柱提供动力的井下 泵来抽取的井。用于开采地下碳氢化合物的传统的技术的问题包括较小的 且不均匀的透镜式可采区以及指向单个裂缝级的相邻的砂透镜中储层质 量变化很大的情况。因为指向多个透镜的裂缝级会以具有最高损耗和最低 压裂梯度的单个间隔传播，所以在一个区中的压力损耗会更高，并且压裂 强化采油方法会变得效率低且很低。即使在指向单个裂缝级的相邻的砂透 镜中的储层质量和压力相似的情况下，由于对抽取速率和流体粘性的限制 以避免过度的裂缝高度生长，所以当前方法在单个区中产生有限的压裂半 长而使多个区强化采油不充分。由于岩性变化、易变的和极低的水盐度以 及未知的流体侵入剖面而导致记录分析的岩石物理评价变化相当大。许多 井遭遇平均厚度从5英尺到20英尺的薄产砂架(stinger)，在这种情况下， 由于需要压裂强化采油，所以在所有区域完井是不实际的。许多薄区被认 为太边缘而不能穿孔和强化采油。如果使用梁式泵提升系统，则井必须是基本上垂直的，使得具有困难 的通路和定位问题的油田区不能被经济地开采。此外，当用梁式泵提升系 统来生产时，没有有效的方法来检测每个区的油和水的产量。在生产过程 中，石蜡沉积是成问题的，并且需要降低开发和提升成本来有效地生产。 表面限制不允许高密度的井开发的离岸或地面开发由于需要特制的梁式 泵人工提升系统而不实用。使用联接管的压裂强化釆油和捞油测试需要很 多的完井次数。因为砂和页岩的岩石特性相似，所以在初始完井时裂缝处 理也会成为问题。己经采用各种技术来利用井之间的合作布置增加石油和其他地下流 体的开采。在一些应用中，可以在一口井中注入水、天然气、氮气、二氧 化碳、水蒸气或者其它流体，从而向与第一井隔开的生产井驱动石油。在 次生水注入增强气动机构的情况下，在生产过程中普遍采用高容量手工提 升系统。在这样的较小的、分区的储层中，溶解气驱是典型的主驱动机构。 由于岩石特性的可变性和井之间未知的砂透镜连贯性，所以从一口井注入 水并从用于压力保持和清洗的另一口井开采的二次开采一般效率低下。因 为所有区被混合到一起并且只有总的水和水速率被测量，所以用于压力保 持和石油清洗的指向特定区的偏移井中的水注入通常不允许操作者得知 注入的水是否过早地穿透生产区。在其它的应用中，从表面钻出单井，从垂直井延伸出多口水平或侧向 井，以从井中最大化地开采石油。然而，对于利用已有技术来开采形成物 流体的现有技术方法存在多种问题。通常孔被钻凿、记录并测量，以确定 砂架，从而完井。也可以基于地质制图、截面以及岩石物理和流体分析来 局部地选择开采区。通常，用水泥固定生产套管，以覆盖整个砂或页岩区，.. 并且用套管枪对将要测试的所有区钻孔或形成裂缝。使用具有合适的桥插 销或塞组件的生产管来隔离用于捞油测试的特定区占用昂贵的钻机时间。 水泥、水、或气区必须被挤压多次，井筒中的砂必须被清出，然后执行捞 油测试，这也增加并消耗钻机时间。另外的钻机时间用于使用多裂缝级压 裂或强化釆油单区或架组。如果水泥区显著降低其它井的产量，则通常挤 压掉水泥区的过量的水。通常使用用于人工提升的大的梁式泵来将石油抽 吸到表面，井通常通过包括捞油测试、挤压水泥的操作或者再次完井操作 来工作。由于通常用梁式泵提升系统来混合并形成所有区，所以在生产模 式下不能测试从特定区流入的产量也是问题。由于所生产的石油缓慢地移 向表面并且随着在井中向上行进而冷却，所以沉积在生产井中的钻杆和管 道上的石蜡是重要的问题。因此，用现有技术和设备来开采地层形成物流 体导致高的操作成本。当使用当前的开采方法时共同地遭遇多个挑战，包括--使用联接管的压裂强化采油和捞油测试需要很多的完井次数。，具有不同种类的岩石特性的透镜式开采区通常尺寸较小，因而开 发这样的储层的公司需要在很小的井间隔上钻井。通常需要高的井密度来 开采大量较小的砂透镜或储层分区，这成本会很高。从总量来看，多个堆 叠的储层区在其位置可能含有大量的石油，但是当只在单个储层分区上完 井以生产时，开发会是不经济的。表面限制不允许高密度井开发的离岸或 地面开发由于需要特制的梁式泵人工提升系统而不实用。*许多井遭遇平均厚度从5英尺到20英尺的薄产砂架，在这种情况 下，由于需要压裂强化采油而导致在所有区完井是不实际的。许多薄区被 认为太边缘而不能使用当前的完井实践来穿孔和强化采油。，在指向单个压裂强化采油级的相邻的砂透镜中储层质量显著变化或者在一个区中压力损耗较高的情况下，因为指向多透镜的压裂级将形成 具有最高损耗/最低压裂梯度的单间隔，所以当前的压裂强化采油方法会 变得效率低且很低。，在指向单压裂级的相邻的砂透镜中的储层质量和压力相似的情况 下，主要由于对抽取速率和流体粘性的限制以避免过度的裂缝高度生长， 所以当前强化采油方法在单个区中产生有限的压裂半长而使多个区强化 采油不充分。，从一口井注入水、气、和/或水蒸气而从用于压力保持和清洗的另 一口井开釆的二次开采通常效率低下，这是由于(l)岩石特性的可变性， 和(2)井之间未知的砂透镜连贯性。-通过记录分析的岩石物理评价是复杂的，这是由于(1)岩性变 化，(2)可变的且极低的水盐度，和(3)未知的流体侵入剖面。，由于较高的完井成本而导致许多薄区将被认为太边缘而不能钻孔 和强化采油。，如果使用梁式泵提升系统则井必须是基本上垂直的，因此具有困 难的通道和定位问题的或者在许多离岸环境下的油田区不能被经济地开 采。-在用梁式泵提升系统产生混合的砂/页岩层序时，当前可用的方法 不允许检测每区的石油和水产量。由于所有区被混合并且只有总的水和水 速率被测量，所以用于压力保持和石油清洗的在指向特定区的偏移井中注 入水、水蒸气、和/或气体通常不允许操作员得知注入的水是否已经过早 穿透生产井的整个区。在这些油田开发环境下，当前完井和生产方法需要 昂贵且耗时的钻机干预，所述钻机干预使用捞油测试程序来试图确认哪个 区产生过量的水、水蒸气、和/或气体。-在许多油田中，沉积在生产管内部以及生产井中的抽油杆柱外部 的石蜡成为生产过程中的问题。随着原油沿着管线较慢地朝表面运动，石 油冷却，这显著加剧了所述问题。在许多这样的油田开发中，从井下管道 和抽油杆柱去除这样的石蜡是成本高的问题。，由于所生产的石油缓慢地朝表面运动并且随着在井中向上行进而 冷却，所以在生产井中的杆和管上的石蜡沉积是重要的问题。在其它开采方法中，从表面钻单井，并且多个水平或侧向井从垂直井 延伸，以使得从所述井的石油开采最大化。然而，对于利用己有技术来开 采形成物流体的现有技术方法，存在多种问题。因此，用于开采地层形成 物流体的现有技术工艺和设备导致高的操作成本。第5074360号美国专利公开了一种钻至与预先存在的基本上垂直的井筒相交的基本上水平的井筒。水平井筒可以从表面钻，多口水平井可以被 钻至与公共的垂直井相交，或者从公共的位置钻至多口垂直井。第4458945 号美国专利公开了一种系统，所述系统利用穿过油和气体轴承区延伸的垂 直通道井。 一种管路系统穿过水平隧道，所述水平隧道在垂直轴井的基部 将与多个排水型矿点相交的生产井与泵互连，从而将聚集的石油和气体抽 取到表面。所述生产井从水平隧道向上延伸到生产区。第6848508号美国 专利公开了一种从表面向地层区延伸的入口井。斜井从入口井的终点延伸 到地层区，或者可以另外地从入口井的任何其他合适的部分延伸到地层 区。在有深度变化的多个地层区的情况下，斜井可以穿过最靠近表面的地 层区延伸到最深的地层区中并通过最深的地层区。枢接的井筒可以从每个 斜井延伸到每个地层区中。第6119776号美国专利公开了一种产油方法，
所述方法使用垂直分隔开的水平井部分，并具有在这些部分之间延伸的压裂。
通过本发明，克服了现有技术的缺点，下文中，公开了一种用于从地 层形成物中生产流体的改进的系统和方法。

发明内容
在一个实施例中，用于从一个或多个地层形成物中产生流体的系统包 括地下流线，所述地下流线的至少一部分在一个或多个地层形成物内或 者在一个或多个地层形成物的下面；一口或多口排水井，所述一口或多口 排水井中的每口从表面延伸；以及开采井，所述开采井从表面延伸。每口 排水井与所述一个或多个地层形成物相交，并且具有与所述地下流线流体 连通的下端。所述开采井包括生产管，并与所述地下流线流体连通。
在另一实施例中，系统包括多口排水井，每口所述排水井从表面延伸 并与所述一个或多个地层形成物相交。所述排水井中的每口具有与所述地 下流线流体连通的下端。可以设置泵来将流体从所述开采井抽吸到表面。
根据从一个或多个地层形成物中生产流体的方法的一个实施例，地下 流线被钻成至少一部分在所述一个或多个地层形成物内或者在所述一个 或多个地层形成物的下面。所述方法包括设置一口或多口排水井，所述 一 口或多口排水井中的每口从表面延伸并与一个或多个地层形成物相交， 并具有与所述地下流线流体连通的下端。从表面延伸的开采井被设置成与 所述地下流线流体连接。可以从所述开采井的下端开采流体。
从下面的详细描述中，本发明的进一步实施例和特征及优点将变得明 显，其中，参照了附图中的图。


图l是根据本发明的用于开采石油的系统的一个实施例的侧视图。
图2是在图1中示出的各口井的俯视图。
图3是根据本发明的系统的另一实施例的俯视图。
图4是根据本发明的系统的又一实施例的俯视图。
图5是用于开采形成物流体的系统的另一实施例的侧视图。 图6是在离岸应用中的用于开采形成物流体的系统的侧视图。
具体实施方式
本发明可以在油田开发应用中用来开采碳氢化合物，由此，碳氢化合 物被散布在可穿透的砂和不可穿透的非生产的页岩的较厚的总间隔内的 堆叠列序的高度分隔的储层中。在许多情况下，期望的碳氢化合物生产是 来自具有较差的储层连贯性和不均匀的岩石特性的较小的砂透镜或储层 隔区的原油，这通常需要压裂强化采油。由于每个砂透镜或储层隔区的尺 寸较小，所以将多个分离的区混合到单个整体中，实现高效且经济的开采。在一个实施例中，本发明使得能够从地下流线和多排水井选择性地用 裂缝强化采油有效地完成大量的较薄的储层。地下流线与开采井流体连 通。利用这个排水技术，可以用单口开采井和单个人工提升系统例如电子 潜水泵、由泵千斤顶驱动的往复式活塞泵、由旋转的抽油杆柱提供动力的 渐进腔泵、液动喷射泵、或者由气动提升系统来开发较大的油田区。代替 用多口垂直井中的每口井抽取油田以从给定的油田区开采碳氢化合物，油田区的生产可以被组合到一 口开采井中。图1示出了用于从一个或多个地层形成物12中开采流体的系统10。所 述系统包括多口井，每口井从表面14延伸。本领域技术人员将明白，作为 规划的一部分，可以钻这里公开的井中的每口井，以从地层形成物中开采 流体，或者如下面进一步描述，这些井中的一口或多口可以是已经存在的， 从而将其它井钻成与已经存在的井配合，以开采流体。在图1中，主排水 井16从表面延伸并穿过表层套管18、穿过多个地层形成物12、然后偏转以 形成地下流线20，所述地下流线20的至少部分在一个或多个地层形成物内 或在一个或多个地层形成物的下面。在优选的实施例中，主排水井的垂直 部分22包括套管24，套管24延伸穿过多个地层形成物12并随后在生产区内 穿孔，使得流体将通过重力排到地下流线20中。对于所描述的实施例，主 排水井16中的套管24终止于最下面的地层形成物12的下面，并且以大致水平的方式倾斜于给定的油田区中产生的地层形成物的下面，以形成地下流 线20。流线20的端部可以通过各种传统的机构封闭，所述传统的机构包括 简单地终止钻孔过程或者在流线的端部附近设置插销47。
多个副排水井26、 28、 30、 32和34示出为每个从表面延伸并与一个或 多个地层形成物12相交，使得这些副排水井中的每口的下部与主排水井的 地下流线20流体连通。这些副排水井可以是基本上垂直的，例如井26、 30、 32和34，或者可以具有一个或多个偏离部分36，如井28所示，因而允许多 于一口井从相同的表面衬垫37向下延伸，而仍与穿过形成物的副井侧向隔 开。另外，副排水井中的每口可以被穿孔以允许形成物流体排到各副排水 井中，然后进入到主排水井的地下流线20中。每口副排水井可以包括表层 套管38，副排水井套管40延伸穿过表层套管，并穿过多个形成物，与主排 水井16的地下流线20形成流体连通。因而，每口副井可以随后如图1和图2 所示被穿孔以包括压裂面39，压裂面39用于通过从地层形成物排放来开采 流体。排水井中的先前的穿孔可以如图1所示通过穿孔阻挡物41被封闭以 阻挡向井的流动。图1示出了靠近排水井26的下端的阀64以及分别在排水 井30和32中的传感器62和60。在排水井中的这些元件可以被用来控制流动或者用来感测流体状态或流体流动速率，这在下面论述。这个系统还包括开采井42，开釆井42具有表层套管44和如图所示出的 穿孔于地层形成物的区域中的套管46。生产管45设置在套管46内，并且向 下延伸到高容量泵48。生产管可以为较大直径的管状。因而，开采井42 的下端与主排水井16的地下流线20的下部流体连通，使得来自主井的垂直部分的以及来自每口副排水井的流体通过重力或通过压力差流到地下流 线20中，然后流到开采井42的下部中。因而，来自主排水井和每口副排水 井的流体流到开采井，在那里，可以使用电子潜水泵、活塞泵、喷射泵、 或气动提升系统来将流体通过生产管45抽吸到表面。在优选实施例中，主井的地下流线朝向开采井的下端形成与水平方向 成正负45度的角度，并且在许多应用中，朝向开采井的下端与水平方向向 下形成小于20度的角度。由于地下流线20经常向上倾斜至大约30度或向下 倾斜至大约45度，所以这个流线有时称为"倾斜的"。然而，这个流线20可 以是基本上水平的，具有很小的倾斜或没有倾斜。如果所述流线向上倾斜， 则流线和/或排水井中的流体的静压头可以足以导致流体流向开采井。在 一些实施例中，如这段中所述，地下流线可以在它的与一口或多口副排水 井和开采井的相交处之间成角度，然而，地下流线在这些相交处之间的部
分可以包括角度在这个范围之外的地下流线分部(例如，比45度更陡的"下 降"部分)，该分部可以由于地质或其它原因而被钻出。在一种选择中，开采井42基本上是垂直的，并因而可接收用于驱动井下泵48的在表面处提供 动力的驱动杆柱50。在一些实施例中，主排水井16在下倾斜部分之上的部分穿过一个或多 个地层形成物12并与一个或多个地层形成物12流体连通。这个部分可以是 主排水井的基本上垂直的部分，其还可以包括穿孔的套管，用于从地层形 成物中开采流体。 一个或多个副排水井中的每个也可以包括穿孔的套管， 用于从地层形成物中开采流体。另外，开采井42本身可以穿过一个或多个 地层形成物，并与一个或多个地层形成物流体连通，使得来自形成物的流 体可以通过重力排到开采井的下部，然后通过生产管45抽取到表面。当钻井时，会出现与钻井操作相关联的泥块，所述泥块临时阻挡形成 物和所钻的井之间的流体连通。然而，由于所述泥块通常被穿透或作为完 井工艺的一部分被去除，或者分裂以允许流体在形成物和排水井之间流 动，所以这样所钻的井被认为与形成物流体连通。在一些实施例中，在主 和/或副排水井中也可以采用筛子和/或砾石封隔器。现在参照图2，如图1所示的系统的俯视图示出了主排水井16和多口副 排水井26、 28、 30、 32和34中的每口。这些井中的每口以及开采井42可以 被穿孔。每口主排水井、每口副排水井以及开采井的部分也可以是开放孔、 或者可具有带槽的衬套，用于流体层形成物和各口井之间的流体连通。图2还示出了本发明的另一特征，其中，一口或多口注入井可以用于 向排水井推动或驱动流体，然后穿过地下流线，并到达开采井。因而，图 2示出了注入井70A，注入井70A可以注有期望的流体，例如水、氮、二氧 化碳、水蒸气、或其它驱动流体，以向排水井26驱动碳氢化合物。相似地， 流体可以被注入井70B中，以向排水井28和30驱动流体。第三注入井70C 可以用于将流体推向排水井32和34。另一注入井70D可以将流体推向开采 井42，开采井42可以包括用于将流体排向开采井的下端的穿孔。所述系统的特定特征是，井的组合包括多口排水井，并且对于许多实 施例，包括三口或更多口排水井，每口井都从表面延伸并在各相交位置与 一个或多个地层形成物中的至少一个相交。大量的排水井增加了流到流线20接着流到开采井的流量，这里，单提升系统比为每口井设置提升系统经 济得多。每口排水井的下部进而与地下流线20流体相通，使得地下流线将 流体从排水井传输到开采井。图3示出了根据本发明的系统的另一实施例的俯视图，其中，多口主排水井16A、 16B和16C隔开地位于油田中，并流向单个开采井42。多口副 排水井52A、54A和56A中的每口与主排水井16A的地下流线20A流体连通， 并且相似地，副排水井52B、 54B、 56B和58B中的每口与主排水井16B的 地下流线20B流体连通，而副排水井52C、 54C和56C中的每口与主排水井 16C的地下流线20C流体连通。因而，主排水井和副排水井中的每口流向 相同的开采井42。图3还描述了另一地下流线20D的一部分和一口副井 52D，使得流体通过重力从一个或多个形成物流过一口或多口井52D并流 过流线20D，到达开釆井42。图4示出了根据本发明的系统的又一实施例，具有主排水井16A-16G 和16I-16N，所述主排水井中的每口流向开采井42A、 42B或42C之一，或 者流向主排水井的另一地下流线20，然后流到开采井。通过示例的方式， 主排水井16A包括地下流线20A，地下流线20A与主排水井16G的地下流线 20G流体连通，使得流自一口或多口副排水井52A、 52B或52C的石油流到 主排水井16A的地下流线20A中，然后流到主井16G的地下流线20G的一部 分并流到开采井42A。主排水井16D和16J的各自的地下流线20D和20J不是 直的，而是弯曲的，从而分别与副排水井54A、 54B和54C、以及56A、 56B、 56C和56D中的每一个流体连通。如所示出的，流线20B、 20C、 20E、 20F、 201、 20K、 20L和20M提供到至少一口开采井的流线。根据本发明的系统 的突出优点在于，没有生产油管或泵设置在主排水井或副排水井中。另外， 虽然利用定向钻孔技术可以从相同的衬垫或平台上钻出多口主排水井，但 是油田中每口主排水井的地下流线20相互隔开选定的距离。图4还示出了注入井78A、 78B和78C,所述注入井78A、 78B和78C可 以用于将流体驱动到一口或多口排水井，从而显著地增加产量。如果驱动 的流体穿透至排水井，则用下面相对于图5讨论的传感器可以检测穿透， 所述传感器用于检测流体特性的变化，使得可以中止对注入井的注射过 程，或者可以在排水井周围的区域中封闭驱动流体穿透的形成物。 图4的实施例还示出了设置双开采井的好处，使得可以封闭一口开采 井，例如为了修理泵或生产流线，而从另一开采井继续开采流体。开采井42A可以被封闭，而流线20H使流体流到开采井42B。相似地，开采井42B 可以被封闭，而流体流到一 口开采井42A或42C或者流到两口开采井42A 和42C。由于流体连续流到开采井增强开采，并因为流体流动一旦停止就 会难以重新开始，所以流体的连续开采是特别重要的。因此，包括两口或 更多口开釆井的井栅格对许多应用是优选的，以增加流体连续流向至少一 口开采井的可能性。本发明的另一特征在于，开采井可以是基本上垂直的井，从而允许使 用往复式或旋转式驱动杆来为井下泵提供动力。另外，基本上垂直的开采 井縮短了泵和表面之间的距离。如这里所公开的，如果至少一些排水井也 可以是基本上垂直的井，则也是有利的。这不仅缩短了井的长度，而且避 免了刻意偏移或成角度的并通常所需的非常昂贵的特制钻井工具和定向 钻井技术。如这里所公开的，"基本上垂直的"井是没有用定向钻井技术刻 意钻的井，并且通常是这样的井，其中井与地下流线的相交处从井的表面 偏移小于约45度。图5公开了本发明的另一实施例，其中，地下流线20是开采井46的偏 移部分。因此，没有为这个实施例设置主流线。因而排水井26、 28、 30 和32可以包括用于幵采碳氢化合物的穿孔，碳氢化合物通过重力穿过各排 水井流到地下流线20，然后流到开采井46的下部72中，开采井46含有用于将石油开采到表面的流体泵或其它系统。于是，因此可以为开采井和地下 流线20之间的过渡部分70设置较短的半径，并且如果需要，地下流线的下 端与开釆井的下部72之间的间隔可以包括一个或多个压裂或穿孔57，使得 不需要大的流体头部来使石油通过重力从地下流线20流到开采井的下部 72中。图5还示出了表面控制阀64，用于控制流体从排水井28流到地下流 线20;和流体特性或形成物特性传感器60，用于感测通过排水井28传输的 流体的特性或者井28周围的形成物的特性。传感器62也可以设置在排水井 28中，用于感测流体从井28流向地下流线20的流速。以这个方式，从每口 排水井流到地下流线的流体的量可以与流到地下流线的流体的特性一起 被监控。例如，在流动主要变成水而不是石油的情况下，可以关闭阀64来 减少从排水井向外流动。
还可以使用干预操作来封锁从特定的形成物到特定的排水井的流动。 每口排水井还可以设置有表面控制阔，例如滑动套65，用于控制从特定的 形成物到排水井的流动或者用于控制从与所述排水井相交的所有形成物
到所述排水井的流动。图5示出了为排水井30中的每个穿孔设置的用于封 闭穿孔的滑动套65。可以为其它的排水井或者为特定的排水井与所选择的 形成物的相交的位置设置相似的控制阀。例如，如果确定特定的形成物正 在产生水而不是经济量的石油，则在与排水井相交的位置处的控制阀可以 被关闭，使得石油将继续从其它形成物流到所述排水井。虽然这些是示例， 但是本领域技术人员将明白，从表面或者通过电线或光纤连接的控制器、 液力控制器、和/或无线遥控器的干预技术，可以采用各种类型的阀、滑 套和其它流动控制或油层隔离装置。
图6公开了在离岸应用中使用的本发明的又一实施例。图6示出了一对 离岸平台37A和37B。以与图l中所示的主排水井和流线基本上相似的方 式，主排水井16穿过泥线14延伸，并延伸到地下流线20。三口排水井28、 30和32被示出钻自相同的平台，每口井与多个形成物相交，用于将油排到 流线20中。排水井28包括如前所述的控制阀64和传感器60、 62。开采井46 与流线20流体相通，并从另一平台37B延伸穿过多个形成物12。如前所述， 生产管45设置在开采井46中，用于将流体开采到平台37B。 一口或多口排 水井34也从平台37B延伸，并穿过形成物12，从而与流线20流体相通，开 采井46钻自所述平台37B。
虽然图1 、图5和图6示出了每口排水井与流线20和开采井46处于相同 的平面，但是本领域技术人员应该理解， 一些排水井可以在由开采井和流 线限定的平面内或者与该平面相邻，但是在其它应用中，其它排水井可以 与这个平面隔开，从而排水井的下端可以成角度，使得较直的流线20也将 与这个成角度的排水井的下端相交，或者流线20可以形成角度以与不在相 同平面内的一口或多口井相交，如图4中示出的流线20D和20J所示。因此， 井系统可以具有这样的排水井，所述排水井形成角度，以与流线相交，或 者所述流线20可以在各种位置形成角度，以和与其它排水井不在相同平面 中的排水井相交。因此，根据本发明的多口井通常可以不位于如图l、图5 和图6所示的平面内，而可以具有三维特征，以实现这里阐述的目的。根据本发明的生产流体的方法，从表面钻主井，并且所述主井包括地 下流线，所述地下流线在一个或多个地层形成物内或者在其下方。所述方 法包括钻一口或多口副排水井，或者将一口或多口副排水井再次完井，所 述一口或多口副排水井中的每口从表面延伸并与一个或多个地下形成物 相交，并且具有与主排水井的地下流线流体相通的下端部。可以钻出幵采 井或者使开采井再次完井，所述开采井从表面延伸到地下流线，以从排水 井的下端开采流体。所述开采井可以被钻成穿过一个或多个地层形成物或 者与一个或多个地层形成物相交，并且可以被穿孔或者包括带槽的衬套， 所述带槽的衬套与这些形成物流体流通。开采井可以基本上垂直，使得驱 动杆可以从表面延伸以驱动井下泵。在一些应用中，排水井可以是开放孔，没有穿孔的套管或带槽的衬套 来阻挡形成物和排水井之间的流动。在所选择的应用中，一口或多口排水 井或者一口或多口开采井可以是先前钻的井，并且先前可以被用作开采井 或注入井。因此，这些井可以被再次完井以用作排水井或开采井。因而用 于将流体注射到形成物中的开放区域可以被封闭，新的区可以被穿孔或压 裂。根据这里所公开的形成地层井系统的方法，可以首先钻一口或多口排 水井及幵采井或者首先使一口或多口排水井及开采井再次完井，或者如上 所解释的，现存的井可以用于这些井中的一口或多.口。地下流线优选地为 所钻的井的最后部分，并且可以通过钻通向地下流线的主排水井或者通过 钻通向地下流线的开采井来钻所述地下流线。地下流线可以使用传统的技 术来引导流线与开采井和每口排水井的下部相交。利用哈里伯顿能源服务(Halliburton Energy Services)提供的回转磁测距系统(Rotary Magnet Ranging System) (RMRS)可以实现地下流线与这些排水井和开采井的可 靠相交。这个系统可以利用所钻的地下流线井的底孔组件的钻头(bit)附 近的磁体，所述地下流线井可以为排水线或者开釆井之一，所述系统包括 缆绳测勘仪器，该缆绳测勘仪器到达排水井或开采井中的目标相交点几英 尺内的位置。当具有磁体的钻头接近目标时，所述测勘仪器感测磁性异常。 然后响应这个感测的信息引导底孔组件，使得钻头与目标相交点相交。可 以使用其它系统，所述其它系统可以包括在一口井中的传感器，所述传感 器响应于来自其它井的信号，或者响应于选择性地在底孔组件中或在其它 井中的目标或另一部件。传统的定向测勘技术可以使用高精度陀螺测勘工 具、磁性测距技术工具或者其它井相交工具，其中，如本领域所公知的， 所述高精度陀螺测勘工具可以包括惯性导航和/或随钻陀螺(gyro-while-drilling)。在其它应用中，可以在钻好地下流线之后钻一口或 多口排水井和/或开釆井，在这种情况下，排水井或开采井可以被引导以 与地下流线相交。由于主排水井和副排水井都不需要在孔中的生产管、杆或泵，所以可 以充分靠近每口井，以进行无钻架(rig)干预，例如生产测井和其它缆绳 操作或者连续油管操作。区域可以在没有主井干预的情况下完井。另外， 确定哪个区应该被完井、执行补救工作例如裂缝处理、对水或气体截断的 适应性处理(conformance treatment)、或者利用连续油管的再次完井技术 可以在没有钻架干预的情况下有效地应用在主排水井和副排水井上。另 外，通过采用不需要使用展开的钻架的生产测井技术来快速确定来自注射 器的水、水蒸气或气体已经穿透到特定区中的开采井而不与来自其它区的 生产干涉，本发明的技术允许改进的储层管理。也可以使用各种工具来在排水井中测量生产过程中每个区的总流速和油浸，而不需要修井设备来移 动油管、泵或杆。另外，本发明的方法不需要使用捞油技术来测试各区的 产量。如果使用生产测井或井下永久传感器识别了过量的水穿透，则可以 使用连续油管适应性处理来关闭有问题的区，并使注入的水或气能够被重 新引导到另一排水井。用于注射器井的水源可以添加有能够易于被生产测井技术检测的示 踪材料。因此，可以确认井之间的沙透镜的连贯性，并且可以随着时间来 跟踪注入的水流。通过在压裂处理之前产生短时间段的区，可以产生砂和页岩之间的较 大差别的压裂梯度。在此过程中，由于与较大的处理相关的不受控制的裂 缝高度，导致压裂半长度可以延伸超过传统的长度。由于压裂面本身能够 延伸超过被井穿孔的储层透镜，所以不需要以紧密间隔钻井。如上所解释的，由于排水井不需要抽杆，所以所述井不必是垂直的。 因此，多口二次开采井的钻井衬垫和平台对于需要降低环境影响的离岸油 田和地面操作是实用的。可以使用定向钻机技术来穿透由地震分析或其它装置标识的多个偏移"最佳位置(sweet spot)"，以使碳氢化合物开采最大化。如这里所公开的，因而大量的井可以被流体连接到单个地下开采井。 只在一口或多口开釆井处生产流体，流体通常通过重力向下流向较高温度 的开釆井的下端，所述开采井的下端被配置有大的人工提升系统和生产 管，所述生产管被设计成使生产操作期间石蜡累积最小化，从而降低了石 蜡沉积。通过设置一个大的人工提升系统，与为每口井设置多个人工提升 系统相比降低了系统的成本。通过对主排水井和副排水井保持充分的通路，新井可以被完井或者再 次完井，并且可以在现存的碳氢化合物区或者新区对井进行压裂强化采油 或再次裂缝，而不必关闭地下管线开采系统。生产测井可以确定优化效率 的机会，并且可以使用连续油管传输的适应性化学制品和/或水泥来隔离 产生过量水、水蒸气或气体的区。另外，用于增强开孔井筒稳定性的化学 制品可以比将衬套插在地下流线或排水井中便宜得多。本发明的构思可用于多种油田开发应用中，包括具有厚的顺次分层的 砂/页岩间隔的应用、需要压裂强化采油处理的油区、以及具有较差的储 层连贯性和不同种类的岩石特性的区。这里公开的系统也可以用于其中气 体膨胀是主要储层驱动机构的技术，并且所述系统还可以使用涉及用于二 次油开采的水、水蒸气、和/或气体注射的技术。当从二次开采操作产生 大量水时，高容量人工提升设备允许使用所述技术。与涉及高操作成本、 用于开采多个小的储层透镜的高密度井、弱的页岩障壁和用于区级测试的 油井维修干预的传统的开采技术相比，包括高的石蜡含量的碳氢化合物可 以被有效地开采并且石油可以被更有效地幵采。对于上面讨论的应用，形成物流体通过重力流向幵采井，通常借助于 排水井和/或地下流线中的流体与包含泵或其它开采井提升系统的开采井 的下部处的减小的压力之间的压力差。在其它应用中，在每个相交位置处 的储层压力是足够的，从而排水井中的流体柱可以高于各形成物相交位 置。在那些应用中，由于流体压力提供用于将油驱动到地下流线然后流到
开采井的力，所以地下流线可以与形成物相交位置之上的收集井相交。虽 然收集井的下部在形成物之上，但是收集井的下部将与地下流线流体连 通，从而与开采井流体相通。由于这个布置不提供形成物的完全排出，所 以这个布置可能不是优选的，但是在一些领域中可以应用。注意的是，由 于重力没有帮助将流体移向地下开采井，所以在这个应用中连接到地下流 线的井不称为"排水井"。这里所使用的词语"相交"和"相交处"包括井或流线(例如排水井)与 生产形成物的交叉或相交。"相交位置"是井与生产形成物相交的区。各相 交位置中的一些或全部高于开采井的下端，以便于向开采井的流动。如果 地下流线的任意部分延伸到或处于形成物的任意部分中，则地下流线"在 形成物内"。如果地下流线垂直地位于形成物的至少一部分的下面，则地 下流线"在形成物的下面"。地下流线可以与形成物横向隔开或者不隔开， 并且在一些应用中，所述流线可以与一口或多口排水井和一个或多个形成 物的相交处隔开相当的距离。这里所使用的"开采井"是从其将流体开采到表面的井。"排水井"是指 从形成物接收流体并通常由重力以及经常借助压力差将流体传输到地下 流线然后到达开采井的井。"主排水井"可以与生产形成物相交或不相交， 因而可以完井生产或不完井生产。当对于井使用词语"从表面延伸"时，该词语包括从表面钻井以及例如 在多侧或交叉系统中从另一井筒钻井，所述系统的母井筒从表面钻。井的 "表面"是地面井的最上面的地表面，也是离岸井的泥线。短语"控制向地 下流线的流动"包括打开、关闭或者计量进入排水井的特定的区。词语"流体连通"指流体可以在两个位置之间没有显著压力差地流动。 流体连通可以由形成物和井的相交而产生、由两口井的相交而产生、或者 通过使井靠近以使得流体没有显著限制地在两口井之间穿过而产生，可选 地由于将井之间的间隔穿孔或裂缝而产生。如这里所使用的词语"流体"指 液体或液体和气体的组合。因而，可以用泵从开采井中开采水，以增强碳 氢化合物气体从形成物流向表面。在其它应用中，可以从开采井中开采石 油和碳氢化合物气体或者石油和水。短语"干预操作"指从一口或多口排水井的表面执行的操作，并包括强化采油(well stimulation)、井清洗、井筒
和/或形成物测试操作以及流体切断操作。如这里所使用的短语"强化采油 操作"指用于强化采油生产的操作，并包括使形成物穿孔或裂缝、酸化和 井筒清洗。如这里所公开的，一 口或多口排水井以及在许多应用中多口排水井可 以从表面延伸，并且与一个或多个地层形成物中的至少一个相交，排水井 的下部与地下流线流体连通。在示例性实施例中，四口排水井均可以与形 成物相交，并具有与地下流线流体连通的下部。在这四口排水井的油田中 的附加的井(附加的井可以或者不可以将形成物流体排到井中)不被认为 是这里所公开的排水井，这是由于所述附加的井不具有与地下流线流体连 通的下部。由于流体可以从这些附加的井中的一口或多口中开采，所以所 述这些附加的井中的一口或多口也可以是开采井。然而，它不是如这里所 公开的与地下流线流体连通的开釆井，使得进入一口或多口排水井的流体 流到地下流线中，然后流到开采井中。虽然这里已经较详细地描述了本发明的具体实施例，但是这只是为了 解释本发明的各方面的目的，并不是为了限制本发明的范围，本发明的范 围由权利要求限定。本领域技术人员将明白所示出和描述的实施例是示例 性的，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在本发明的实施中作出包括 但不限于这里具体讨论的那些设计替换的各种其它替代、替换和变型。
权利要求
1. 一种地层井系统，包括地下流线，所述地下流线的至少一部分在一个或多个地层形成物内或者在一个或多个地层形成物的下面；一口或多口排水井，所述一口或多口排水井从表面延伸并在各相交位置与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交，并且具有与所述地下流线流体连通的下部；以及开采井，所述开采井从表面延伸并与所述地下流线流体连通，使得从所述一个或多个地层形成物进入所述一口或多口排水井的流体流到所述地下流线中，然后流到所述开采井中。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中，在与所述一口或多口排水井的 相交处和与所述开釆井的相交处之间的所述地下流线相对于水平线成45 度或小于45度的角。
3. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述开采井具有下部，其中， 所述一口或多口排水井和所述相交位置的至少一部分高于所述开采井的 下部。
4. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述一口或多口排水井包括三 口或更多口排水井，所述三口或更多口排水井中的每口具有与所述地下流 线流体连通的下端。
5. 根据权利要求l所述的系统，进一步包括主排水井，所述主排水井从表面延伸并具有形成所述地下流线的下部。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述主排水井包括在所述地下 流线之上的部分，所述部分与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相父。
7. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述地下流线至少局部在所述 一个或多个地层形成物中的至少一个内。
8. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述一口或多口排水井包括穿 孔的套管和带槽的衬套中的至少一种，用于从所述一个或多个地层形成物 中开釆流体。
9. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述开采井与所述一个或多个 地层形成物中的至少一个相交。
10. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述开采井包括形成所述地 下流线的下部。
11. 根据权利要求l所述的系统，进一步包括另一地下流线，所述另一地下流线的一部分在所述一个或多个地层形 成物内或者在所述一个或多个地层形成物的下面；另外的一口或多口排水井，所述另外的一口或多口排水井从表面延伸 并在各相交位置与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交，并且具 有与所述另一地下流线流体连通的下部；并且所述另一地下流线与所述地下流线和所述开采井之一流体连通，使得 来自所述一个或多个地层形成物的流体通过所述另外的一口或多口排水 井流入所述另一地下流线，并流到所述开采井中。
12. 根据权利要求l所述的系统，进一步包括另一开采井，所述另一开采井从表面延伸并与所述地下流线流体连通。
13. —种从一个或多个地层形成物中生产流体的系统，包括主排水井，所述主排水井从表面延伸，所述主排水井包括地下流线， 所述地下流线的至少一部分在所述一个或多个地层形成物内或者在所述一个或多个地层形成物的下面；多口副排水井，所述多口副排水井中的每口从表面延伸并在各相交位 置与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交，并且具有与所述地下 流线流体连通的下部；以及开采井，所述开采井从表面延伸，其下部与所述地下流线流体连通， 所述开采井包括至少局部位于所述开采井中的提升系统。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述提升系统至少局部位于 所述开采井的下部中。
15. 根据权利要求13所述的系统，其中，在与多口排水井中的每口的 相交处和与所述开采井的相交处之间的所述地下流线相对于水平线成45 度或小于45度的角。
16. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述开采井提升系统包括由 传动杆从表面驱动的泵、液动喷射泵和气动提升阀系统中的一种或多种。
17. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述主排水井包括在所述地下流线之上的部分，所述部分与所述一个或多个地层形成物中的至少一个 相交并流体连通。
18. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述多口副排水井包括穿孔 的套管和带槽的衬套中的至少一种，用于从所述一个或多个地层形成物中 开采流体。
19. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述开采井与所述一个或多 个地层形成物相交并流体连通。
20. 根据权利要求13所述的系统，进一步包括另一地下流线，所述另一地下流线的一部分在所述一个或多个地层形 成物内或者在所述一个或多个地层形成物的下面；另外的多口副排水井，所述另外的多口副排水井中的每口从表面延伸 并在各相交位置与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交，并且具 有与所述另一地下流线流体连通的下部；并且所述另一地下流线与所述地下流线和所述开采井之一流体连通，使得 来自所述一个或多个地层形成物的流体通过所述另外的多口副排水井流 入所述另一地下流线，并流到所述开采井中。
21. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述多口副排水井中的至少 一口包括井下传感器，所述井下传感器用于感测形成物情况和流体情况之
22. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述多口副排水井中的至少 一口包括流动控制装置，所述流动控制装置用于控制向各副排水井的流 动。
23. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述多口副排水井中的至少 一口包括流动控制装置，所述流动控制装置用于控制从各排水井向所述地 下流线的流动。
24. 根据权利要求13所述的系统，进一步包括 注入井，所述注入井与所述多口副排水井中的每口隔开，用于将流体 注入到所述一个或多个地层形成物中，以使开采流体运动到所述多口副排 水井中的至少一口中。
25. —种构造井系统的方法，包括钻一 口或多口排水井，所述一 口或多口排水井从表面延伸并在各相交 位置与一个或多个地层形成物中的至少一个相交；钻地下流线，所述地下流线的至少一部分在所述一个或多个地层形成 物内或者在所述一个或多个地层形成物的下面，并且与所述一口或多口排 水井的下部流体连通；以及钻开采井，所述开釆井从表面延伸并与所述地下流线流体连通。
26. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括钻主排水井，所述主排水井从表面延伸并具有形成所述地下流线的下部。
27. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括-将所述地下流线的至少一部分形成为与所述一个或多个地层形成物中的至少一个直接流体连通。
28. 根据权利要求26所述的方法，进一步包括 将所述开采井钻成与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交。
29. 根据权利要求25所述的方法，其中，所述地下流线被钻成与先前 钻的一个或多个排水井流体连通以及与先前钻的开采井流体连通。
30. 根据权利要求26所述的方法，其中，所述一口或多口排水井包括 多口排水井，所述多口排水井中的每口设置有穿孔的套管和带槽的衬套中 的至少一种，用于与所述一个或多个地层形成物流体连通。
31. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括在与每口排水井的相交位置和与所述开采井的相交位置之间，使所述 地下流线相对于水平线成45度或小于45度的角。
32. 根据权利要求25所述的方法，其中，所述开采井具有下部，并且， 所述一口或多口排水井的各相交位置的至少一部分高于所述开采井下部。
33. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括 在所述开采井中设置提升系统，所述提升系统具有通过传动杆从表面驱动的泵、液动喷射泵和气动提升阀系统中的一种或多种。
34. 根据权利要求25所述的方法，其中，所述开采井基本上垂直，并且传动杆从表面延伸，以驱动井下泵。
35. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括在所述一口或多口排水井中的至少一口中设置井下传感器，用于感测 形成物情况和流体情况之一。
36. 根据权利要求25所述的方法，进一步包括在所述一 口或多口排水井中的至少一 口中从表面执行强化釆油操作。
37. 根据权利要求36所述的方法，其中，所述强化采油操作包括井清 洗、打孔、酸化和压裂形成物中的一种或多种。
38. —种在含有一口或多口现存井的油田中构造井系统的方法，包括:设置开采井，或者将现存的井再次完井作为开釆井，所述幵采井从表 面延伸并包括下部；设置一口或多口排水井，或者将现存的井再次完井作为排水井，所述 一 口或多口排水井从表面延伸并包括下部，所述一 口或多口排水井在各相 交位置与一个或多个地层形成物相交；钻地下流线，所述地下流线的至少一部分在所述一个或多个地层形成 物内或者在所述一个或多个地层形成物的下面，使得所述地下流线被钻成 与所述一口或多口排水井流体连通；以及在所述地下流线与所述开采井之间提供流体连通，其中，所述一口或 多口排水井的各相交位置高于所述开采井下部。
39. 根据权利要求38所述的方法，其中，现存排水井中的至少一口先 前是注入或开采井。
40. 根据权利要求38所述的方法，进一步包括 将流体注入到与所述一口或多口排水井隔开的一口或多口注入井中，以使开采流体运动到所述一 口或多口排水井中的至少一 口中。
41. 根据权利要求38所述的方法，进一步包括 在所述开采井内设置开采管，用于从所述开采井的下端向表面开采流体。
42. —种用于从一个或多个地层形成物中生产流体的方法，包括设置一 口或多口排水井，所述一 口或多口排水井从表面延伸并且在各 相交位置与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交；设置地下流线，所述地下流线的至少一部分在所述一个或多个地层形 成物内或者在所述一个或多个地层形成物的下面，并且所述地下流线与所 述一口或多口排水井的下部流体连通；设置开采井，所述开采井从表面延伸并与所述地下流线流体连通，以及从所述一个或多个形成物向下生产流体，经由所述一口或多口排水 井，接着进入所述地下流线，然后进入开采井，以向表面产生流体。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中，在与每口排水井的相交处和 与所述开采井的相交处之间的所述地下流线相对于水平线成45度或小于 45度的角。
44. 根据权利要求42所述的方法，其中，所述开采井具有下部，并且， 所述一口或多口排水井中的每口的相交位置高于所述开采井下部。
45. 根据权利要求42所述的方法，进一步包括 在所述一 口或多口排水井中从表面执行强化采油操作。
46. 根据权利要求42所述的方法，进一步包括-在从所述开采并生产流体的同时，在所述一口或多口排水井中从表面执行井干预操作，所述井干预操作包括井清洗、井和/或形成物测试操作、 强化采油操作、流体切断操作、流体控制装置调整、和传感器修理或替换 操作中的一种或多种操作。
47. 根据权利要求42所述的方法，进一步包括在所述一口或多口排水井中的至少一口中设置传感器和流动控制装 置中的至少一种；以及在从所述开采井中生产流体的同时，从至少一个相交位置改变生产。
全文摘要
地层井系统包括地下流线20，所述地下流线20的至少一部分在一个或多个地层形成物12内或者在一个或多个地层形成物12的下面。一口或多口排水井26、28、30、32和34都从表面延伸并在各相交位置与所述一个或多个地层形成物中的至少一个相交。每口排水井的下部与所述地下流线流体连通。开采井42从表面延伸并且也与所述地下流线流体连通，使得进入所述排水井的流体流到所述地下流线中，然后流到所述开采井中。
文档编号E21B7/04GK101395338SQ200680002222
公开日2009年3月25日 申请日期2006年1月12日 优先权日2005年1月14日
发明者乔纳森·G·韦斯, 斯蒂芬·A·格雷厄姆, 查理斯·E·格雷厄姆三世 申请人:哈利伯顿能源服务公司;动力再生公司