用于生产井和注入井的剖面调整设备和方法

专利名称：用于生产井和注入井的剖面调整设备和方法
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本申请要求2005年12月19日提交的美国临时申请60/751,676 的权益。技术领域
本发明总体涉及井筒中使用的设备和方法。更具体地，本发明 涉及用于生产烃和控制出砂的井筒设备和方法。
背景技术：
本部分意欲向读者介绍可能与下文中说明和/或要求保护的本 发明示例性实施方式有关的各方面技术。相信这种讨论有助于为读者 提供帮助更好地理解本发明详细技术的信息。因此，应当理解，这些 陈述以此见解进行解读，而不必将其当作是对现有技术的认可。
烃例如油和气的生产已经进行了很多年。为了生产这些烃，生 产系统可利用各种装置在井内进行特定作业，例如防砂装置和其它工 具。通常地，这些装置放置于在下套管完井或裸眼完井中完成的井筒 内。在下套管完井中，井筒套管放置于井筒中，并且形成穿过套管进 入地层的射孔，为地层流体例如烃进入井筒提供流动路程。可选地， 在裸眼完井中，油层套管被放置在没有井筒套管的井筒内。地层流体 流动穿过在井下地层和油层套管之间的环空，进入油层套管。
当从地层生产流体时，特别是从加固不良的地层或从因井筒挖 掘和流体采出而增加井下压力所削弱的地层，有可能伴随着地层流体 产生固体物质(例如砂)。在一些情况下，地层可产出没有砂的烃，直 到从地层开始产生水为止。随着水的开始出现，由于阻力(水通常具 有比油或气高的粘度)增加和/或含砂粒物质的不溶解，这些地层坍塌或失效。
通常，砂/固体和水的产生导致很多问题。这些问题包括产率损失、设备损坏和/或增加了处理、操作和处置的费用。例如，砂/固体的 产生可堵塞或限制流动路程，导致产率降低。砂/固体的产生也可引起 严重的腐蚀，毁坏设备，这可形成井控问题。当产生到地面时，从液 流中去除砂并要将其妥善地处置，这增加了井的作业成本。水的产生 也降低产率。例如，因为水比烃流体重，需要花费更多的压力使其上 升并排出井外。也就是说，产生的水越多，用于移动烃如油的可用压 力就越小。此外，水具有腐蚀性，如果不将其妥善地处理，可引起严 重的设备毁坏。与砂相似，也要将水从液流中去除并将其妥善地处理。
砂/固体和水产物可进一步与具有许多不同的完井层段的井混 合在一起，并且层段与层段之间的地层强度可以是变化的。因为对地 层强度的评估是复杂的，所以对砂和/或水开始出现的时间进行预测的 能力是有限的。在很多情况下，将储层混合开采，以将投资风险降低 到最小，并使经济效益最大化。具体地，可将具有不同层段和边际储 量(marginal reserve)的井混合开采以降低经济风险。在这些应用中的风 险之一是在任何一个层段中的砂故障和/或水突破威胁了在完井的其它 层段中的其余储量。
虽然可利用典型的防砂、遥控技术和各项采油修理工作，但这 些方法通常使用于边际储量的费用超出了经济界限。因此，简单的成 本较低的可选方法可利于降低边际储量的经济门槛并提高某些较大储 量应用的经济回报。因此，存在着对这样的完井设备的需要，该设备 提供了用于在井筒内控制砂和水的产生同时能够保持尺寸极限的机械 装置。
可在至少下面的文献中找到其它相关的材料美国专利 5,722,490;美国专禾U 6,125,932;美国专利4,064,938;美国专利 5,355,949;美国专利5,896,928;美国专利6，622，794;美国专利6，619，397 和国际专利申请PCT/US2004/01599中。此外，也可在以下文献中找到 其它信息Penberthy & Shaughnessy, SPE Monograph Series - "SandControl", ISBN 1-55563-041-3 (2002); Bennett等，"Design Methodology for Selection of Horizontal Open-Hole Sand Control Completions Supported by Field Case Histories," SPE 65140 (2000); Tiffin et al., "New Criteria for Gravel and Screen Selection for Sand Control," SPE 39437 (1998); Wong G.K.等,"Design, Execution, and Evaluation of Frac and Pack (F&P) Treatments in Unconsolidated Sand Formations in the Gulf of Mexico," SPE 26563 (1993); T.M.V. Kaiser等，"Inflow Analysis and Optimization of Slotted Liners," SPE 80145 (2002);以及Yula Tang等， "Performance of Horizontal Wells Completed with Slotted Liners and Perforations," SPE 65516 (2000)。发明内容
在一实施方式中，描述了一种与烃的生产有关的系统。该系统包括位于井筒环境内(例如地下环境)的第一管状构件和至少部分地围绕着第一管状构件的第二管状构件。第一管状构件具有不渗透纵向部分和渗透纵向部分，其中渗透纵向部分在第一管状构件的第一中心通道和外部区域之间具有多个第一开口。第二管状构件包括不渗透纵向部分和渗透纵向部分，不渗透纵向部分与第一管状构件的渗透纵向部分基本径向对齐，其中第二管状构件的渗透纵向部分与第一管状构件的不渗透纵向部分基本径向对齐，并且第二管状构件的渗透纵向部 分与第一管状构件的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离。基于井筒环境的几何、流体和砂的性质，计算该特定的纵向距离。同样地，第 二管状构件的渗透纵向部分在第二管状构件的内部区域和第二管状构 件的外部区域之间具有多个第二开口，其允许具有特定尺寸的颗粒从 其中穿过。该系统为烃通过第一管状构件提供了流动路程。
在一可选实施方式中，描述了一种与烃的生产有关的系统。该系统包括用于从地下储层生产烃的井筒、位于井筒内的油管柱、与油 管柱连接并位于与地下储层邻近的井筒内的带眼中心管以及至少部分 地围绕着带眼中心管的管状构件。带眼中心管包括不渗透纵向部分和 渗透纵向部分，其中渗透纵向部分具有位于带眼中心管的中心通道与 带眼中心管的外部区域之间的多个割缝。管状构件包括位于与带眼中心管的渗透纵向部分相邻的不渗透纵向部分，和具有位于管状构件的 内部区域与管状构件的外部区域之间的多个开口的管状构件渗透纵向 部分，其允许某些尺寸的颗粒通过。此外，管状构件的渗透纵向部分 与带眼中心管的不渗透纵向部分相邻设置，并且管状构件的渗透纵向 部分与带眼中心管的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离，该特定的 纵向距离基于井筒的几何、流体和砂的性质计算。该系统进一步包括 从带眼中心管生产出烃。
在另一实施方式中，描述了一种与烃的生产有关的方法。该方 法包括测量井筒环境的几何、流体和砂的性质并利用测量出来的性质 计算特定的纵向距离。该方法另外包括提供第一管状构件，其中第一 管状构件包含第一管状构件的不渗透纵向部分，以及允许流体在第一 管状构件的第一中心通道和外部区域之间流动的第一管状构件的渗透纵向部分；提供至少部分地围绕着第一管状构件的第二管状构件，其 中第二管状构件包含第二管状构件的不渗透纵向部分和第二管状构件 的渗透纵向部分，该第二管状构件的不渗透纵向部分与第一管状构件 的渗透纵向部分相邻设置，该第二管状构件的渗透纵向部分允许流体 和砂粒在第二管状构件的第二中心通道和外部区域以及第二管状构件 的渗透纵向部分之间；以及将第一管状构件的不渗透纵向部分设置与 第二管状构件的渗透纵向部分相邻，其中第一管状构件的渗透纵向部 分与第二管状构件的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离。此外，该 方法包括从第一管状构件生产烃。
在一可选实施方式中，描述了一种与烃的生产有关的系统。该 系统包括第一管状构件和至少部分地围绕着第一管状构件的第二管状 构件。第一管状构件具有不渗透纵向部分和渗透纵向部分，其中渗透 纵向部分在第一管状构件的第一中心通道和外部区域之间具有多个第 一开口。第二管状构件包括不渗透纵向部分和渗透纵向部分，不渗透纵向部分与第一管状构件的渗透纵向部分基本径向对齐，其中第二管 状构件的渗透纵向部分与第一管状构件的不渗透纵向部分基本径向对 齐。同样地，第二管状构件的渗透纵向部分在第二管状构件的内部区 域和第二管状构件的外部区域之间具有多个第二开口，其允许具有特殊尺寸的颗粒从中穿过。此外，多个轴向的隔离物位于第一和第二管 状构件之间，以在其间形成多个室。该系统为烃通过第一管状构件提 供了流动路程。


阅读了下面的详细描述并参考了附图之后，本技术的前述优势
和其它优势可变得明显，其中图1是根据本技术某些方面的示例性生产系统；图2A-2G是根据本技术某些方面，用于图l生产系统中的防砂 装置各部分的示例性实施方式；图3A-3D是根据本技术某些方面，图l井筒内的防砂装置的区 室的示例性实施方式；图4是根据本技术的某些方面，在裸眼多层井内的防砂装置的 示例性实施方式；图5是根据本技术的某些方面，在下套管多层井内的防砂装置 的示例性实施方式；以及图6是根据本技术的某些方面，在裸眼多层井内的防砂装置的 示例性实施方式。
具体实施例方式在下面的详细描述中，结合其优选实施方式对本发明的具体实 施方式进行说明。但是，就下面的说明对于本技术具体实施方式
或具 体使用的详尽性而言，其目的仅为了举例说明和仅提供示例性实施方 式的简要描述。因此，本发明并不局限于下面说明的具体实施方式
， 而相反地，本发明包括落入所附权利要求书真正范围之内的所有可选 方式、改动和等价物。本技术描述了可在生产系统中使用以增强从井中生产烃和/或增强流体或气体注入井的防砂装置和方法。在本技术下，防砂装置被 设计以利用"弯曲途径"并促进砂桥的形成，以堵塞防砂装置内相对长 的直线通道、通路或区室。因此，当产生砂时，砂桥形成，以堵塞井 的部分，阻止砂和水从产生砂的地层层段或区域流入井中。虽然在其 它防砂方法中一般认为堵塞是难题，但本技术对于井的产生水的层段， 用受控制的方法促进堵塞。事实上，可利用本技术的堵塞特征，堵塞 掉产生砂的层段(有水或没有水)，来保护井中其它层段的烃生产。因 此，当产生水时，本技术利用装置主体中的区室或油层套管内的相对 大的区室来形成砂桥。现在转向附图，并先参照图1，图示说明了根据本技术某些方
面的示例性生产系统100。在示例性生产系统100中，浮式采油设施 102与位于海底106上的水下采油树104连接。通过该水下采油树104， 浮式采油设施102进入一个或多个井下地层例如井下地层107，地层可 包括含有烃例如油和气的多个生产层段或区域108a-108n，其中数字"n" 是任何整数。有益地，可利用装置例如防砂装置138a-138n，提高从生 产层段108a-108n的烃生产。但是，应注意，生产系统100是为示例目 的而加以说明，并且本技术可用于从任何海底、地台或陆地位置生产 或注入流体。浮式采油设施102被设置来监控和生产来自井下地层107的生 产层段108a-108n的烃。浮式采油设施102可以是能够控制从水下井中 生产流体例如烃的漂浮船只。这些流体可存储于浮式采油设施102上 和/或提供给油轮(未示出)。为了进入生产层段108a-108n，浮式采油 设施102通过控制管缆112与水下采油树104和控制阀110连接。控 制管缆112可操作地与用于将烃从水下采油树104提供给浮式采油设 施102的生产油管、水压或电装置的控制管道和用于与井筒114内的 其它装置通信的控制电缆连接。为了进入生产层段108a-108n，井筒114穿过海底106到达一个 深度，与井筒114中不同层段处的生产层段108a-108n接合。可以理解， 生产层段108a-108n——可称为生产层段108，可包括可能包含或可能不包含烃的并可称为区域的各个岩石层或层段。在海底106处设置在
井筒114上方的水下采油树104在井筒114中的装置和浮式采油设施 102之间提供了接合部。因此，水下釆油树104可与油管柱128连接， 以提供流体流动路程，以及可与控制电缆(未示出)连接，以提供可 在水下采油树104处与控制管缆112接合的通信途径。在井筒114中，生产系统100也可包括用以提供进入生产层段 108a-108n的途径的不同设备。例如，可将表层套管柱124从海底106 安装到海底106下特定深度的位置。在表层套管柱124中，可向下伸 到生产层段108附近的中间套管柱或油层套管柱126可用于为井筒114 的井壁提供支撑。可将表层套管柱和油层套管柱124和126胶结在井 筒114中的固定位置，以进一步地使井筒114稳定。在表层套管柱和 油层套管柱124和126中，可利用油管柱128为烃和其它流体提供通 过井筒114的流动路程。沿着此流动路程，在地下安全阀132上方出 现破裂或断裂的情况下，可利用地下安全阀132阻止流体从油管柱128 流动。此外，可利用封隔器134a-134n使在井筒环空内的特定区域相互 隔开。封隔器134a-134n可包括套管外封隔器，例如SwellPacker (EZ Well Solutions)、 MPas Packer (Baker Oil Tools)，或者如果合适的话， 任何其它用于裸眼井或下套管井的合适的封隔器。除了上面的设备之外，其它装置或工具例如防砂装置138a-138n 可用于控制颗粒流入油管柱128 。在本文可称为防砂装置( 一个或多个) 138的防砂装置138a-138n可包括割缝衬管、独立筛管(SAS);预制滤 砂管；绕丝筛管、薄膜筛管、可扩张筛管和/或金属丝筛网。为示例目 的，防砂装置138在本文被描述为带有射孔外套管的割缝中心管，下 面在图2A-2G中对其进一步说明。防砂装置138可控制来自生产层段 108的烃流向油管柱128。如上所述，很多井都有很多完井层段，层段与层段之间的地层 强度可以变化。因为地层强度的估计是不确定的科学，所以对砂和/或 水开始出现的时间进行预测的能力受到了限制。此外，在很多井中， 生产层段108a-108n的混合开采可以是优选的，以将投资风险降低到最小，并使经济效益最大化，这对于具有边际储量的层段来说尤其正确。 在这些应用中，主要风险是在任何一个层段中的砂故障和/或水突破威 胁到了井中的其余储量。为解决这些问题，通常使用各种防砂方法和止水涌方法。例如，
典型的防砂方法包括独立筛管(也被称为天然填砂装置)、砾石充填装 置、压裂充填装置和可扩张筛管。这些方法限制了砂的产生，而没有 增加对生产出的流体例如烃的阻力。这些防砂方法本身一般不限制水 的产生。此外，典型的过多水控制方法包括挤水泥、桥塞、跨式双封 隔器装置和/或可扩张管状物和修补片。此外， 一些其它的井可包括化 学隔离方法，例如选择性增产措施、相对渗透率改进剂、凝胶处理和/ 或树脂处理。这些方法一般昂贵，并且在水的产生开始后采用高风险 的各项采油修理工作。尽管存在多种已采用的其它方法，用于控制砂和水的结合产生 的可利用技术通常是复杂而昂贵的。确实，用于处理砂和水问题的常 规防砂、遥控技术和各项采油修理工作费用的高成本通常使得边缘项 目的费用超出了特定油井或油田的经济界限。因此，简单的成本较低 的可选方法可利于降低边际储量的经济门槛并提高某些较大储量应用 的经济回报。因此，在下面的图2A-2G中更详细地示出了示例性防砂 装置138。图2A-2G是根据本技术的某些方面，用于图1的生产系统100 中的防砂装置各部分例如防砂装置138a-138n之一的示例性实施方式。 因此，通过同时参照图l，可以最佳地理解图2A-2G。在图2A-2G中， 示出了防砂装置138的组件例如中心管202、轴向杆204a-204h和外部
套管206的不同示例性实施方式。利用这些组件以控制颗粒和水流入 油管柱128。首先，图2A和2B是连接在一起的中心管202与轴向杆 204a-204h的实施方式。可被称为内部流动管道或第一管状构件的中心 管202可以是具有中心通道208和一个或多个开口例如割缝210的管 道部分。可沿着中心管202纵向或基本纵向放置的轴向杆204a-204h与中心管202通过焊接或其它相似技术而连接。例如，轴向杆204a-204h 可通过焊接与中心管202连接，和/或利用焊接通过端盖将其固定。中 心管202和轴向杆204a-204h可包括碳钢或抗腐蚀合金(CRA)，这取 决于预期的具体应用的抗腐蚀性，这可以与常规筛管应用的材料选择 相似。对于中心管202和轴向杆204a-204h的另一局部透视图，图2B 中示出沿AA线的各组件的剖视图。为了提供防砂，这些割缝210阻止或限制了颗粒例如砂的流动 从中心管202的外部区域和中心通道208之间通过，如下面更详细说 明。可设置割缝210以阻止某些尺寸的颗粒例如砂从中心管202的中 心通道208和外部区域之间通过。例如，割缝210可根据下述文献确 定"Inflow Analysis and Optimization of Slotted Liners " 禾口 "Performance of Horizontal Wells Completed with Slotted Liners and Perforations"，见T.M.V. Kaiser等"Inflow Analysis and Optimization of Slotted Liners" ， SPE 80145 (2002);禾Q Yula Tang等"Performance of Horizontal Wells Completed with Slotted Liners and Perforations" ， SPE 65516(2000)。也应注意，在其它实施方式中，中心管206的防砂层可 以是绕丝筛管和/或筛网型筛管，而不是割缝。此外，作为此结构的部分，割缝210可成组地沿着中心管202 的不同纵向部分或不同段设置。也就是说，具有割缝210的中心管的 部分可称为渗透纵向部分212a-212c，而中心管202的封闭部分或未割 缝部分可称为不渗透纵向部分214a-214b。这些部分212a-212c和 214a-214b的分布可不同，以提供进入中心开口或通道208的不同流动 路程，下面进一步说明。图2C和2D说明设置于中心管202和轴向杆204a-204h周围的 外部套管206。外部套管206，可被称为外部流动管、第二管状构件和 /或外套管，可以是沿着外部套管206的长度具有开口或穿孔218的管 道部分。穿孔218可以被制成一定尺寸，以使流动限制最小化(即制 成允许颗粒例如砂通过穿孔218的尺寸)。例如，穿孔的形状可以是圆 孔、椭圆和/或割缝的形式。外部套管206可包括碳钢或CRA，如上所述。对于外部套管206的另一局部透视图，图2D中示出沿BB线的各 组件的剖视图。与中心管202相似，穿孔218可成组地沿着外部套管206的不 同部分设置。也就是说，具有穿孔218的外部套管206的部分可称为 渗透纵向部分220a-220b，而外部套管206的没有穿孔的部分可称为不 渗透纵向部分222a-222c。这些部分220a-220b和222a-222c的分布可 不同，以提供进入中心开口216的不同流动路程，下面将进一步说明。图2E和2F说明在中心管202和轴向杆204a-204h的周围放置 了外部套管206的实施方式。外部套管206通过轴向杆204a-204h固定 到中心管202。可通过焊接或其它相似技术形成这种连接，如上所述。 例如，外部套管206可滑上连接在一起的中心管202和轴向杆 204a-204h。然后，可通过对端盖的焊接，将外部套管206的末端固定 到中心管202和轴向杆204a-204h。可选地，轴向杆204a-204h可通过 焊接固定到外部套管206，然后滑上中心管202，再用端盖固定。对于 中心管202、轴向杆204a-204h和外部套管206的另一局部透视图，图 2F中示出沿着CC线的各组件的剖视图。如上所述，外部套管206的部分220a-220b和222a-222c可与中 心管202的特定部分212a-212c和214a-214b纵向对齐。例如，外部套 管206的渗透纵向部分220a-220b可与中心管202的不渗透纵向部分 214a-214b对齐。相似地，外部套管206的不渗透纵向部分222a-222c 可与中心管202的渗透纵向部分212a-212c对齐。在此结构中，外部套 管206中的穿孔218和中心管202中的割缝210可偏移一特定距离， 该距离可称为特定纵向距离，以将穿过开口 216的径向流动路程转向 为沿着中心管202的轴、在轴向杆204a-204h之间到割缝210的直线流 动路程。在割缝210处，流动再次转向为径向流动路程，穿过割缝210 进入到中心通道208。设计在穿孔218和割缝210之间的直线流动路程 的距离(即"特定纵向距离")，为防砂装置138提供期望程度的堵塞和 隔离，下面进一步说明。图2G说明端盖230-232设置在中心管202、轴向杆204a-204h和外部套管206周围的组装防砂装置138a的实施方式。包括颈状部分 238a-238b的每个端盖230-232，可包括用于将防砂装置138a与其它防 砂装置、管道部分和/或其它装置连接起来的一组螺纹234-236。端盖 230-232可与外部套管206、轴向杆204a-204h和/或中心管202在颈状 区域238a-238b处连接，颈状区域238a-238b分别包括部分240a-240b。 在颈状区域238a-238b中，端盖230-232、外部套管206、轴向杆 204a-204h和中心管202可用与在绕丝筛管上进行的相似的方法进行焊 接。中心管202可伸展超出外部套管206的任一端，为管道连接、为 将防砂装置的各部分连接在一起或者为将其它工具与防砂装置138a连 接在一起提供空间。
有益地，通过在中心管202和外部套管206的特定部分提供割 缝210和穿孔218，流动路程可以相对长，以确保当从生产层段产生砂 时，在中心管202、轴向杆204a-204h和外部套管206之间形成的通道 堵塞。与使用弯曲的流动路程构思以增强主要防砂装置的耐腐蚀性和 控制完井的压降以使流动情况保持平衡的其它方法不同，本实施方式 使用较长的直线流动路程以堵塞区室，而不是使用短的流动路程，短 的流动路程可能不堵塞防砂装置以阻止或限制流体的流动。因此，利 用将割缝210和穿孔218分开的距离所产生的弯曲流动路程，堵塞流 动和相关的水产生，以保护井中的其余层段。也就是说，仅仅利用外 部套管206的穿孔218来使流动转向，而割缝210是阻塞砂的防砂装 置。这样，本实施方式利用弯曲的流动路程，提供了形成砂桥以堵塞 进入割缝210的流动路程的机械装置。
此外，本实施方式提供了一种控制防砂装置的自动化机械装置， 其无需用户干涉一一高成本有风险的干涉，或者不依赖于昂贵的传感 器来确定井筒内的情况。如上所述，利用机械和化学技术的其它方法 依赖于用户干涉，以重新进入井筒，起动预先安装好的井下装置、安 装关闭装置(塞子、修补片等)和/或泵入一些化学品以阻断不想要的 产生水的层段。实施这些有源装置是复杂而且昂贵的。但是，本实施 方式是一种无源关闭装置。事实上，在此实施方式中的中心管202、轴 向杆204a-204h和外部套管206甚至没有移动部分。因此，在没有用户干涉的情况下，与防砂装置相邻的井筒的层段的堵塞得以自动完成。
作为例子，图3A-3D是根据本技术的某些方面，在图1的井筒 114内的防砂装置——可以是防砂装置138a的单个室或区室300中的 本技术示例性实施方式。因此，通过同时观看图l、图2A-2G，可最佳 地理解图3A-3B。在图3A中，显示流体流动是沿着生产流动路程302。 如上所述，在中心管202和外部套管206之间形成了区室。通过使穿 孔218从割缝210偏移一特定距离305——其为特定纵向距离，生产流 动路程302沿着径向通道通过穿孔218。然后，生产流动路程302沿着 相对长而狭窄的通道通过区室，穿过中心管202的割缝210，进入在中 心管内径(ID)中的中心通道208。由割缝210，流体进入中心通道208， 并通过油管柱128到达浮式采油设施102。
但是，当产生砂时，砂桥306形成，阻碍流体流动路程302进 入区室300，如图3B中所示。在图3B中，砂桥306阻止流体例如水 和烃以及颗粒例如砂穿过进入由中心管ID所形成的中心通道208。结 果，在区室内堵塞了流动路程302。这个阻断的流动路程302继续将颗 粒填入区室，直到区室形成流体和颗粒的完全或部分障碍。在水的产 生使地层不稳定并引起砂产生的某些应用中，由防砂装置138a所产生 的砂桥306可在安装有防砂装置138a的井筒的层段内限制或防止砂和 水的进一步产生。有益地，这限制了砂和水对从其它层段、井和设施 生产的完整性的影响。
基于井的几何、流体和砂的性质，使用流体在多孔介质中流动 的常规模型，计算距离305。具体地，计算距离305以获得特定流率下 的目标压降，以及提供在区室至少部分地填入砂后流体流动的足够阻 力。计算可以基于流体在多孔介质中流动的常用模型/方程。可用于确 定距离305的一些具体参数可包括室的流动截面积、堵塞材料(即填 入室的砂)的渗透性和流体性质(即粘性)。这些性质可以是已知值， 或者可以是来源于经验、实验、相关的井位数据以及其它来源的理论 性质。
在图3C-3D中示出了本技术的进一步具有优势的方面。图3C示出了位于井筒114的生产层段108a-108n内的、根据本技术的防砂装 置138a的一个实施方式的轴向视图。来自生产层段310的流动可进入 由中心管202、外部套管206和多个轴向杆204a-204h形成的多个轴向 室312a-312h中的任何一个。但是，当产生砂时，在多个轴向室 312a-312h的至少一个中形成砂桥306，防止流体例如水和烃以及颗粒 例如砂穿过进入由中心管ID所形成的中心通道208中。结果，流动路 程310在至少一个轴向室内被堵塞，而其余的轴向室对流体的流动保 持畅通，除非或直到那些轴向室充填了砂。有益地，这允许通过仅仅 阻断那些其中产生砂和水的生产层段的纵向和径向部分，对砂和水的 产生进行更好的控制，而在没有出现砂和水产生的特定区域允许烃流 动。本领域技术人员将认识到，不同的室构造和不同的室数量在本实 施方式的范围之内。
此外，防砂装置可增强多层储层或地层，例如井下地层107。 例如，井下地层107可包括在某些时间段自由地产生砂的多个生产区 域或层段108a-108n。可将这些层段与井内其它生产层段分隔或混合开 采。典型地，在一定量的采竭/液面下降之后或水从不同的生产层段开 始产生的情况，过早见水和/或过早砂障碍可威胁到井的其它生产层段。 但是，在使用本防砂装置的情况下，因为穿过并与防砂装置相邻的直 线流动通道充填了砂并堵塞，可将特定层段中的砂障碍堵塞掉。结果， 任何生产中的生产层段可继续提供烃，而防砂装置138a-138n可阻断来 自已耗尽生产层段108a-108n的砂和水的流动。因此，在下面的较大的 图4-6中，示出了在井中多个生产层段的情况下示例性防砂装置的使 用。
图4是根据本技术的某些方面，在图1的井筒114内的防砂装 置138a-138n的示例性实施方式。因此，可通过同时观看图1、图2A-2G 和图3A-3B，最佳地理解图4。在图4中——其可以是防砂装置138a 和138b的优选应用，示出井筒114的一部分具有与生产层段108a和 108b相邻的防砂装置138a和138b。在此部分中，与防砂装置138a和 B8b —起使用封隔器B4a、 134b和134c，以提供分隔的区室，每个 分隔的区室通向生产层段108a和108b中一个。在防砂装置138a和138b横跨位于各自的生产层段108a和108b的情况下，例如，可形成流体 流动路程如流体流动路程402，以允许流体从生产层段108a和108b流 入油管柱128到每一个区室。如上所述，基于几何、流体性质和砂的 性质，计算出距离(区室的长度、从外部套管的孔到中心管的割缝的 距离)。如果一个区域例如生产层段108a开始产生砂，则产生出的砂 充填防砂装置138a中的区室。经由防砂装置138a的流动阻力由于区 室充填了砂而增加，有效地限制了来自产生砂的层段的流动。具体地， 在防砂装置138a中示出了形成砂桥403的砂产生，砂桥403阻断了此 层段108a中的流动。但是，穿过防砂装置138b的流动路程402可继 续产生流体。
图5是根据本技术的某些方面，位于下套管井的井筒500内的 防砂装置138a-138n的示例性实施方式。因此，可通过同时观看图1、 图2A-2G和图3A-3B，最佳地理解图5，该图可利用图1、图2A-2G 和图3A-3B中说明的组件。在井筒500中，穿孔518a-518b形成穿过 油层套管柱126和胶结物(水泥)516，以提供从可以与图1中地层107 相似的地层的生产层段504a-504b通过防砂装置502a-502d到油管柱 128的流动路程。这些防砂装置502a-502b可包括设置以位于相距或相 对于穿孔518a-518b特定距离的多个组件。由于具有特定的构造，形成 的流动路程可限制或防止井筒500的生产层段504a-504b中砂和水的产 生，如上所述。
在图5中——其可以是防砂装置502a-502b的优选使用，示出 井筒500的一部分具有与生产层段504a-504b相邻的防砂装置 502a-502b。在此部分中，可以与封隔器134a-134n相似的封隔器506a、 506b和506c与防砂装置502a-502b —起使用，以提供分隔的区室， 每个分隔的区室通向生产层段504a-504b中的一个。防砂装置 5023-5021 可包括抗腐蚀防冲蚀管5083-5081)和砂筛管5103- 510b，砂 筛管510a- 510b围绕中心管512a-512b设置，在砂筛管510a-510b下面 中心管512a-512b具有开口 (未示出)。可设置在中心管512a-512b中 的开口以允许流体流入中心管512a-512b，而特定尺寸的颗粒被砂筛管 510a-510b阻止，如上所述。抗腐蚀防冲蚀管508a-508b可用于在相对于砂筛管510a-510b的特定位置形成穿孔518a-518b。
与上面所说明的相似，在防砂装置502a-502b中的开口可位于 横跨各自的生产层段504a-504b的足够距离505a-505b。但是，在此构 造中，在油层套管柱126和中心管512a-512b之间的环空可被用作较长 的直线流动路程，以堵塞环空的区室以便阻止流动。例如，可形成流 体流动路程例如流体流动路程514，以允许流体从生产层段504a-504b 流入油管柱128。当流体从生产层段504a-504b流动穿过胶结物516和 各自的穿孔518a-518b，进入油管柱128到各自的区室，纵向距离 505a-505b将穿孔518a-518b与砂筛管510a- 510b分隔开，以引起流体 压力沿着流动路程514下降。因此，由于流动穿过穿孔518a-518b和在 防砂装置502a-502b和油层套管柱126之间的环空的流体的压降，可在 防砂装置502a-502b中之一附近形成砂桥。此砂桥可有效地限制来自产 生砂的层段的流体的流动。具体地，与防砂装置502a邻近的砂桥517 的形成阻止了流体从生产层段504a流入油管柱128。但是，来自生产 层段504b的流体的流动可通过防砂装置502b继续产生流体。
图6是根据本技术的某些方面，位于裸眼多层井的井筒500内 的防砂装置138a-138n的示例性实施方式。因此，可通过同时观看图1、 图2A-2G、图3A-3B和图5，最佳地理解图6，该图可利用图1 、图2A-2G 和图3A-3B中说明的组件。在图6中，可通过在井筒600内设置防砂 装置502a-502b，形成从可以与图1的地层107相似的地层的生产层段 604a-604b到油管柱128的流动路程。上面说明的这些防砂装置 502a-502b可包括设置以位于相距或相对于生产层段604a-604b特定距 离的多个组件。由于具有特定的构造，形成的流动路程可限制或防止 井筒600的生产层段604a-604b中砂和水的产生，如上所述。
与上面所说明的相似，在防砂装置502a和502b中的开口可位 于各生产层段604a-604b上方的足够距离605a-605b。可将裸眼封隔器 602a-602b设置于生产层段604a-604b之间以隔离不同的区域。但是， 在此构造中，在井筒600的井壁和中心管512a-512b之间形成的环空被 用作直线流动路程，以堵塞环空的区室以便阻止流动。例如，可形成流体流动路程例如流体流动路程608，以允许流体从生产层段604a-604b流入油管柱128。随着流体从生产层段604a-604b流动穿过 环空进入油管柱128到各自的区室，纵向距离605a-605b将生产层段 604a-604b和砂筛管510a- 510b分隔开，以引起流体压力沿着流动路程 608下降。因此，由于从生产层段604a和604b流入防砂装置502a-502b 与井筒600的井壁之间的环空的流体的压降，可在与防砂装置502a和 /或502b中之一相邻的位置形成砂桥。此砂桥可有效地限制来自产生砂 的生产层段的流体的流动。具体地，邻近防砂装置502a的砂桥610的 形成阻止了流体从生产层段604a流入油管柱128。但是，来自生产层 段604b的流体的流动可穿过防砂装置502b继续产出流体。
有益地，图4-6中这些防砂装置138a-138n和502a-502b的各种结合可用于控制井的各生产层段或区域中的砂和水的产生。事实上， 这种对于砂和水的产生的控制可在没有使用者的干涉下(即自动地) 以自缓和的方式完成。虽然生产层段之一可被砂桥堵塞，但其它生产 层段可继续生产出流体，不会受到己堵塞生产层段中砂和/或水产生的 阻碍。此外，因为此机械装置没有任何移动部件或组件，为某些油田 应用提供了排除砂和切断水产生的低成本机械装置。因此，该不同的 构造为防砂和防水提供了由外部套管和中心管形成的长弯曲通道。
本技术也包括在先前放置的中心管上放置管状构件。例如，一 些井可能已有了位于其中的带眼中心管，以允许生产流体进入井中， 但是缺少同心管或管状构件以堵塞不想要的流体进入井筒。这些井在 起初放置中心管时可能没有产出砂和水，但己经开始产生砂和水或可 能开始产生这样的副产物。在如此情况下，操作者可将带眼管状构件 安放在确定要抑制通过中心管的砂和水的产生的某些层段中原有中心 管内。可基于测量出的井筒环境的性质，计算沿着管道长度的开口的 尺寸和位置。
应注意到，可在生产层段内形成任何数量的区室。例如，如图 4-6所示，可一起使用一个或多个防砂装置，以形成包括多个生产层段 的单个区室。此外，也可将一个或多个防砂装置使用于单个生产层段中。在此结构中，该不同的防砂装置可为单个生产层段提供对不同的 区域或部分的控制。
此外，作为上面说明的实施方式的另一变型，应理解，图5和 图6中的砂筛管510a- 510b可位于或放置于各自的生产层段504a-504b 和604a-604b的下面。这种对于图5和图6中的砂筛管510a-510b的位 置的调整可为某些应用提供好处，并且以与上述相同的方式起作用。 同样地，砂筛管510a-510b也可位于生产层段504a-504b和604a-604b 的上面和下面。这种构造在高生产率应用方面是有益的。因此，对于 所述的实施方式，可使用不同的构造，以便为生产系统提供此功能。
虽然本发明的技术可允许有各种改变和可选形式，但通过举例 示出了上述实施方式。然而，应再次理解，本发明并不意欲局限于在 此披露的具体实施方式
。事实上，本发明的技术将覆盖落入所附权利 要求书所限定的本发明精神和范围之内的所有改变、等价物和可选形式。
权利要求
1.一种与烃的生产有关的系统，包括位于井筒环境内的第一管状构件，所述第一管状构件包括所述第一管状构件的不渗透纵向部分；和所述第一管状构件的渗透纵向部分，该渗透纵向部分在所述第一管状构件的第一中心通道和所述第一管状构件外部的区域之间具有多个第一开口；以及至少部分地围绕着所述第一管状构件的第二管状构件，所述第二管状构件包括所述第二管状构件的不渗透纵向部分，其与所述第一管状构件的渗透纵向部分基本径向对齐；和所述第二管状构件的渗透纵向部分，该渗透纵向部分在所述第二管状构件的内部区域和所述第二管状构件的外部区域之间具有多个第二开口，以允许小于特定尺寸的颗粒穿过，其中所述第二管状构件的渗透纵向部分与所述第一管状构件的不渗透纵向部分基本径向对齐，并且所述第二管状构件的渗透纵向部分与所述第一管状构件的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离，其中基于与井筒环境有关的性质计算所述特定的纵向距离。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述特定的纵向距离适于形成与所述第一管状构件的渗透纵向部分相邻近的砂桥。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述特定的纵向距离基于计 算出的流动穿过所述第二管状构件的渗透纵向部分到所述第一管状构 件的渗透纵向部分的流体的压降。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述第一管状构件包含带眼 中心管，并且所述多个第一开口是形成于所述带眼中心管内的割缝， 该割缝设置来阻止砂粒进入第一中心开口 。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述第二管状构件是油层套管柱，并且所述多个第二开口是所述油层套管柱中的穿孔。
6. 根据权利要求4所述的系统，其中所述第二管状构件包含带眼外部套管，并且所述多个第二开口形成于所述带眼外部套管内'并被设 置来允许砂粒进入所述带眼外部套管与所述带眼中心管之间的通道。
7. 根据权利要求6所述的系统，其包括多个位于所述带眼外部套 管与所述带眼中心管之间的轴向杆。
8. 根据权利要求6所述的系统，其中所述带眼外部套管与所述带 眼中心管连接在一起作为井筒工具。
9. 根据权利要求6所述的系统，包括固定在所述带眼外部套管和 所述带眼中心管上的端盖。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中所述第一管状构件被设置 来提供生产出的烃。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中所述特定的纵向距离被计 算以实现特定流率下的目标压降。
12. 根据权利要求2所述的系统，其中所述特定的纵向距离被计 算以形成足够尺寸的砂桥来阻断水流入所述第一管状构件。
13. 根据权利要求1所述的系统，其中所述井筒环境的性质包括 所述井筒的几何性质、所述井筒内的流体含量和所述井筒的砂含量。
14. 一种与烃的生产有关的系统，其包括 用于从井下储层生产烃的井筒； 位于所述井筒内的油管柱；与所述油管柱连接并位于所述井筒中与井下储层邻近的带眼中心 管，所述带眼中心管包括所述带眼中心管的不渗透纵向部分；和所述带眼中心管的渗透纵向部分，该渗透纵向部分在所述带眼中 心管的中心通道与所述带眼中心管的外部区域之间具有多个割缝；以 及至少部分地围绕着所述带眼中心管的管状构件，所述管状构件包括位于与所述带眼中心管的渗透纵向部分邻近的所述管状构件的不 渗透纵向部分；和所述管状构件的渗透纵向部分，该渗透纵向部分在所述管状构件 的内部区域与所述管状构件的外部区域之间具有多个开口，允许小于 特定尺寸的颗粒通过，其中所述管状构件的渗透纵向部分位于与所述 带眼中心管的不渗透纵向部分相邻的位置，并且所述管状构件的渗透 纵向部分与所述带眼中心管的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离， 其中所述特定的纵向距离基于与所述井筒有关的性质计算。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中所述井筒的性质包括所述 井筒的几何性质、所述井筒内的流体含量和所述井筒的砂含量。
16. 根据权利要求14所述的系统，其中所述特定的纵向距离基于计算出的流动穿过所述管状构件的渗透纵向部分到所述带眼中心管的 渗透纵向部分的流体的压降。
17. 根据权利要求14所述的系统，其中多个割缝被设置来阻止砂粒进入所述带眼中心管的中心开口。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中所述管状构件是位于所述 井筒中并围绕着所述带眼中心管的油层套管柱，并且所述多个开口是 在所述油层套管柱中的穿孔。
19. 根据权利要求17所述的系统，其中所述管状构件包括带眼外 部套管，并且所述多个开口形成于所述带眼外部套管内，并被设置来允许砂粒进入所述带眼外部套管和所述带眼中心管之间的通道。
20. 根据权利要求19所述的系统，其包括位于所述带眼外部套管和所述带眼中心管之间的多个轴向杆。
21. 根据权利要求19所述的系统，其中所述带眼外部套管和所述 带眼中心管被焊接在一起作为井筒工具。
22. 根据权利要求14所述的系统，其中所述带眼中心管被设置来 通过所述油管柱生产烃。
23. 根据权利要求14所述的系统，其中所述特定的纵向距离促进 与所述带眼中心管的渗透纵向部分相邻的砂桥的形成。
24. 根据权利要求14所述的系统，其中所述特定的纵向距离被计 算以实现特定流率下的目标压降。
25. 根据权利要求24所述的系统，其中所述特定的纵向距离基于 室流动面积、堵塞材料的渗透性和流体性质中的至少一个计算。
26. 根据权利要求16所述的系统，其中所述特定的纵向距离被计 算以形成足够尺寸的砂桥，以阻断水流入第一管状构件。
27. —种与烃的生产有关的方法，其包括 基于与井筒环境有关的性质，计算特定的纵向距离； 提供第一管状构件，其中所述第一管状构件包括所述第一管状构件的不渗透纵向部分，和允许流体在所述第一管状构件的第一中心通 道和外部区域之间流动的所述第一管状构件的渗透纵向部分；提供至少部分地围绕着所述第一管状构件的第二管状构件，其中 所述第二管状构件包含所述第二管状构件的不渗透纵向部分和所述第 二管状构件的渗透纵向部分，所述第二管状构件的不渗透纵向部分与 所述第一管状构件的渗透纵向部分相邻设置，所述第二管状构件的渗透纵向部分允许流体和砂粒在所述第二管状构件的第二中心通道和外 部区域以及所述第二管状构件的渗透纵向部分之间流动；和将所述第一管状构件的不渗透纵向部分设置与所述第二管状构件 的渗透纵向部分相邻，其中所述第一管状构件的渗透纵向部分与所述 第二管状构件的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离。
28. 根据权利要求27所述的方法，其包括将所述第一管状构件和所述第二管状构件安置于井筒内。
29. 根据权利要求28所述的方法，其包括从井下地层中通过所述 第一管状构件和所述第二管状构件生产烃。
30. 根据权利要求28所述的方法，其包括将流体通过所述第一管 状构件和所述第二管状构件注入到所述井筒内。
31. 根据权利要求27所述的方法，其包括在与所述第一管状构件 的渗透纵向部分相邻处形成砂桥。
32. 使用权利要求1所述的系统生产烃的方法。
33. 使用权利要求14所述的系统生产烃的方法。
34. 根据权利要求27所述的方法，其中所述与井筒环境有关的性 质包括井筒的几何性质、井筒内的流体含量和所述井筒环境的砂含量。
35. —种与烃的生产有关的系统，其包括 第一管状构件，其包括 所述第一管状构件的不渗透纵向部分；所述第一管状构件的渗透纵向部分，该渗透纵向部分在所述第一 管状构件的第一中心通道和所述第一管状构件的外部区域之间具有多 个第一开口；以及至少部分地围绕着所述第一管状构件的第二管状构件，所述第二管状构件包括与所述第一管状构件的渗透纵向部分基本径向对齐的所述第二管 状构件的不渗透纵向部分；和所述第二管状构件的渗透纵向部分，该渗透纵向部分在所述第二 管状构件的内部区域与所述第二管状构件的外部区域之间具有多个第 二开口，允许小于特定尺寸的颗粒通过，其中所述第二管状构件的渗 透纵向部分与所述第一管状构件的不渗透纵向部分基本径向对齐，并 且其中多个轴向隔离物被设置在所述第一管状构件和所述第二管状构 件之间，以形成多个轴向室。
36. 根据权利要求35所述的系统，其中所述第一管状构件包括带 眼中心管，并且所述多个第一开口是形成于所述带眼中心管内并设置 来防止砂粒进入所述第 一 中心通道的割缝。
37. 根据权利要求36所述的系统，其中所述第二管状构件是油层 套管柱，并且所述多个第二开口是所述油层套管柱中的穿孔。
38. 根据权利要求36所述的系统，其中所述第二管状构件包括带 眼外部套管，并且所述多个第二开口形成于所述带眼外部套管内，并 设置来允许砂粒进入所述带眼外部套管和所述带眼中心管之间的通 道。
39. 根据权利要求38所述的系统，其中所述带眼外部套管和所述 带眼中心管连接在一起作为井筒工具。
40. 根据权利要求38所述的系统，其包括固定在所述带眼外部套 管和所述带眼中心管上的端盖。
41. 根据权利要求35所述的系统，其中所述第一管状构件设置来 为生产出的烃提供流动路程。
42. 根据权利要求35所述的系统，其中有8个轴向室。
43. —种使用权利要求35所述的系统生产烃的方法。
全文摘要
描述的是一种与烃的生产有关的方法和系统。该设备包括具有不渗透纵向部分和渗透纵向部分的第一管状构件。渗透纵向部分在第一管状构件的第一中心通道和外部区域之间具有多个第一开口。该系统也包括至少部分地围绕着第一管状构件的第二管状构件。第二管状构件包括位于与第一管状构件的渗透纵向部分邻近的不渗透纵向部分，以及第二管状构件的渗透纵向部分，其中第二管状构件的渗透纵向部分被设置与第一管状构件的不渗透纵向部分相邻，并且第二管状构件的渗透纵向部分与第一管状构件的渗透纵向部分分开一特定的纵向距离。第二管状构件的渗透纵向部分在第二管状构件的第二中心通道和外部区域之间具有不阻断某些尺寸颗粒的第二多个开口。该系统也被设置来从第一管状构件生产烃。
文档编号E21B43/12GK101326340SQ200680046242
公开日2008年12月17日 申请日期2006年10月12日 优先权日2005年12月19日
发明者F·D·布内尔, M·V·披 申请人:埃克森美孚上游研究公司