专利名称：用于完成井的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于完成井的方法和设备。
技术背景当从地层产生井液(well fluid)时，井液典型地包含粒子或"沙子"。 必需控制从井中产生沙子，以便延长井的寿命。控制产生沙子的一个方法 是在井中安装滤管(screen)并在滤管的周围形成衬底以便过滤产生的井 液中的沙子。 一种典型的沙滤管由圆柱形滤管形成，该沙滤管通常与产生 井液的井的钻孔同心。砂砾充填在包围沙滤管的环形区中。产生的井液流 通过砂砾，进入沙滤管并经连接到沙滤管的油管与井上连通。包围滤管的砂砾典型地经砂砾充填操作被引导进井中。在传统的砂砾 充填操作中，砂砾经泥浆与井下连通，泥浆是流体和砂砾的混合物。井中 的砂砾填充系统引导沙滤管周围的泥浆，从而当泥浆中的流体消失时砂砾 仍保留在滤管周围。不平常的是，井中充填砂砾的层大于一个。完成具有多个砂砾填充层 (multiple gravel pack zones)的井的一个方法是首先运行井底填充器， 然后运行具有工作管柱(work string)和井下服务工具的一个填充器和 滤管组件。设定单个填充器，然后给单个层填充砂砾。随后，服务工具撤 回到地面。重复该顺序直至完成每个层的砂砾填充。另一种完成具有多个砂砾填充层的井的技术是把多个填充器和滤管 全部放到具有井下服务工具的井中。首先完成较下的层，然后每次填充一 个上方层。逆循环典型地用于在服务工具向上移动到下一个层之前去除服 务工具上的沙子。为了实现逆循环，工具在滤管内部运行以便封堵正在填 充的层上方的滤管。然而，该工具典型地相当复杂，工具必需执行泥浆的 密封和输送，以及返回液体。为了防止产生沙子和最终的完全失效，实现有效的和完全的砂砾放置 是重要的。如果没有完成填充， 一个或多个滤管会失效。 一旦滤管部分已 经失效，产生的砂砾或沙子开始流进生产油管。沙子可导致腐蚀，损害地 面设备的流体控制装置，并且通常会縮短井的寿命。
因此，需要更好的方法来对多层井进行砂砾填充，同时当滤管失效时 还需要考虑腐蚀作用。
发明内容
在本发明的实施例中，用于井的技术包括在井中运行基管上的滤管 组件，每个滤管组件与井的不同砂砾填充层关联；在井的砂砾填充期间， 选择性地把滤管组件构造成保持压力以便形成流体密封，而不在基管中运 行工具。
在本发明的另一个实施例中， 一种用于井的系统，包括基管；第一 滤管，所述第一滤管至少部分地包围基管的第一部分，以便在第一滤管和 基管之间产生第一流体容纳区域；第二滤管，所述第二滤管至少部分地包 围基管的第二部分，以便在第二滤管和基管之间产生第二流体容纳区域； 第一阀，所述第一阀控制第一流体容纳区域和基管之间的流体连通；和第 二阀，所述第二阀控制第二流体容纳区域和基管之间的流体连通，其中， 所述第一阀适用于打开以便允许第一滤管附近的砂砾填充，所述第二阀适 用于在第一滤管附近的砂砾填充期间闭合以便使中心通路与第二流体容 纳区域隔离。
在本发明的另一个实施例中， 一种用于井的设备，包括基管，所述 基管具有中心通路并包括至少一个径向端口；滤管，所述滤管至少部分地 包围基管的一部分，以便在滤管和基管之间建立流体容纳区域；和阀，所 述阀与滤管纵向地偏移并控制流体容纳区域和中心通路之间的流体连通。
在本发明的另一个实施例中， 一种用于井的设备，包括基管；至少 一个隔离装置，所述至少一个隔离装置产生隔离区；位于隔离区中的多个 滤管；和阀，所述每个阀与所述多个滤管中的一个关联，以便独立地控制 包围关联的滤管的环形区和中心通路之间的流体连通。
在本发明的另一个实施例中， 一种用于井的方法，包括如下步骤在
7井中形成隔离区；在所述隔离区中设置多个滤管；在隔离区中设置管状构 件，所述管状构件具有多个径向端口以便接收流通过滤管的流体；和选择 性地阻断所述多个径向端口中的至少一个的流体连通，并允许所述多个径 向端口中的剩余的一个或更多个的流体连通。根据下面的附图、说明和权利要求，本发明的优点和其它特征将变得 显然。
图1是显示根据本发明的实施例的砂砾填充系统的井的示意图； 图2是说明根据本发明的实施例的井中砂砾填充多层技术的流程图； 图3是根据本发明的实施例的图1的砂砾填充组件的滤管和相关流体 流量控制阀的示意图；图4是根据本发明的实施例的图1的砂砾填充组件的阀的示意图； 图5是根据本发明的实施例的当打开时的滤管部分的示意图； 图6是根据本发明的实施例的当闭合时的滤管部分的示意图； 图7是根据本发明的实施例的图5的滤管部分的放大图； 图8是说明根据本发明的实施例的防止在滤管一滤管基础上产生沙子的技术的流程图。
具体实施方式
参考图l，根据本发明的一些实施例，系统10用于多层砂砾填充井。 系统10与竖直井眼12—起显示，竖直井眼12被套管柱14衬垫。然而， 请注意，根据本发明的其它实施例，系统10可用在横向井中，并可用于 裸井中。进一步地，请注意，根据本发明的特定实施例，系统10可用于 地下油井或水下油井。因此，想到许多变化例，它们都在所附权利要求的 保护范围内。系统10包括在套管柱(casing string) 14内部延伸的管状管柱 (tubular string) 20。管柱20包括滤管组件，例如实例性的滤管组件 50和60。请注意，根据本发明的特定实施例，管柱20可包括附加的滤 管组件。如这里所述，根据本发明的实施例，每个滤管组件50， 60具有保持 压力的能力(即，形成流体密封)以便防止包围滤管组件的环形区和管柱
20的中心通路之间的流体连通。由于该形成流体隔离的能力，因此不需要 在管柱20内部运行用于砂砾填充多层的内部工具。
更具体地，根据本发明的一些实施例，每个滤管组件(例如滤管组件 50和60)，包括隔离装置(例如填充器30);阀38，该阀38把砂砾 填充泥浆引导到围绕滤管组件的环形区中；滤管36;和阀34，阀34控制 滤管组件打开和闭合。
更具体地，根据本发明的一些实施例，每个滤管36与特定的阀34关 联，阀34可直接地定位在相关的滤管36的下方，如图1所示。如下面进 一步的说明，在每个36的内部、滤管36和滤管组件的内部基管之间形成 环形空间，用于形成容纳环空(armulus)周围流体的区域。流体不是直 接流通过基管中的端口，而是通过环形流体容纳区域流到相关的阀34，阀 34与滤管36纵向地偏移(例如在滤管36的下面)。因此，根据它的状 态，阀34控制流体是否与它的相关的滤管36连通和是否与管柱的中心通 路连通。
因此，根据本发明的一些实施例，经系统10的砂砾填充可以下面的 方式进行。首先，每个滤管组件构造成使得当管柱20首先在井下运行时 所有阀34闭合，因而使所有滤管组件构造成保持压力(contain pressure)。如这里所述，各个层(每个滤管组件一个层)可以从底到顶 的顺序方式填充。换言之，当每个层被填充时，打开环形区和管柱中心通 路之间对应的滤管组件的流体连通。因此，泥桨可通过阀38引导进每个 层的环形区中，泥浆然后在滤管组件的滤管36周围沉淀对应的沙子，随 后多余的水通过滤管36返回并进入中心通路20。
如更具体的实例，假设与滤管组件60关联的层在被填充。对于该状 态的管柱20，滤管组件50和滤管组件50上方的所有滤管组件构造成使 滤管组件周围的环形区与管柱中心通路隔离。还设置填充器30a，还可能 在管柱20的滤管组件60的下方设置一个填充器(图1中未表示)。在设 置好填充器30a后，阀38a打开用于在中心通路20和围绕滤管组件60 的环形区之间建立连通，以便允许砂砾填充泥浆流进正在填充的环形区(即围绕滤管组件60的环形区)。如下面进一步的说明，阀38a的打开 可引起滤管组件60的所有的阀34打开，以便允许多余的水流出泥浆通过 中心通路20返回。因此，在填充器30a设置好并且阀38a和34打开后，泥浆通过管柱20 连通，从而使泥浆离开阀38进入围绕滤管组件60的环形区。多余的水经 滤管36返回。请注意，在本发明的一些实施例中，管柱20包括在阀38上方的过渡 装置(crossover device)用于在环形区和中心通路之间输送流体。这样， 流进井的用于砂砾填充的泥浆例如可朝下流动到滤管组件60上方的井的 环形区，并在填充器30a上方过渡到管柱20的中心通路中。从沉积的砂 砾返回的多余的水可进入滤管36，流过关联的阀34，并经管柱20的中 心通路返回到过渡装置。从过渡装置，返回的流体可通过管柱20的中心 通路与井上连通。然而，在本发明的其它实施例中，返回的水可经环形区 与地面连通，并且泥浆流可经管柱20的中心通路从井的地面连通。因此， 可想到许多变化例，它们都在所附权利要求的保护范围内。为了简要，图2说明了这里所述的本发明的实施例的技术80。根据技 术80，按照方框84，滤管组件运行到基管的井中，每个滤管组件与井的 不同砂砾填充层关联。按照方框88，在井的砂砾填充期间，滤管组件被选 择性地操作成保持压力以便实现流体密封，而不在基管内部运行工具。图3显示滤管36和关联的阀34的实例性实施例。如图3所示，滤管 36由滤管罩102形成，滤管罩102大致包围基管104部分。基管104形 成管柱20的内部，基管104的中心通路形成管柱20的中心通路部分。 在滤管罩102和基管104之间存在足够的环形空间用于产生流体容纳区 域106，流体容纳区域106容纳进入的井液。井液从流体容纳区域106流 到阀34的纵向通路108。如果阀34闭合，如图3的实例所示，流体容纳 区域106和管柱20的中心通路之间无流体连通。因此，在该状态下，滤 管36保持压力。为了控制通路108和20之间的流体连通，阀34包括套120，该套120 被构造成上下纵向地滑动，用于控制通过径向端口 112的流量/流速。在10图3所示的位置处，套120闭合径向端口 112以便阻止流体容纳区域106 和中心通路20之间的流体连通。
套120包括活塞头124，压力可作用在活塞头124上用于在朝下的方 向上移动套120以便打开通过端口 112的连通。这样，如图3所示，根据 本发明的一些实施例，活塞头124的上表面可与控制流体通路110连通。 控制压力可从井的表面或其它压力源(如下面进一步的说明)连通到通路 110，用于移动套120以便打开阀34。如图3所示，根据本发明的一些实 施例，控制流体通路110可在阀34的主体100中形成。
根据本发明的一些实施例，纵向通路110可包括流体限制件(或阀34 可包括另一延时机构)实现延时打开阀34。因此，根据本发明的一些实施 例，特定层中的阀34可在延时序列的每个时刻打开一次(从顶部向底部)。
阀34可以其它方式打开，根据本发明的其它实施例。例如，根据本 发明的一些实施例，阀34包括夹套(collet sleeve) 130，夹套130定 位在套124的下端和主体100的内表面之间。在图3所示的位置处，夹套 130使套120保持在闭合位置。然而，经控制流体通路110施加的压力导 致套120朝下移动并打开端口 112。相似地，可通过移位工具致动夹套 130，例如用于使套120朝下移动以便打开端口 112。
根据本发明的一些实施例，液压控制线路110的压力连通可通过阀38 的动作来控制。例如，参考图4，根据本发明的一些实施例，阀38可包括 套178,套178控制液压流体通路110的流体压力的连通。更具体地，根 据本发明的一些实施例，阀38包括套160，致动套160用于打开通过径 向端口 156的连通以便在包围阀38的环形区和管柱20的中心通路之间 建立流体连通。当朝下移动打开通过端口 156的连通时，套160接触套 178的上端，套178可包括位于环形槽166内部的套筒指状物。当套160 朝下移动时，套筒指状物从槽166移开，套178朝下移动以便在通路110 和管柱20的中心通路之间建立连通。
请注意，阀34和38仅仅是本发明的可能的实施例的实例，可以想到 其它阀设计，它们都在所附权利要求的保护范围内。例如，根据本发明的 其它实施例，阀36可以是可变位置阀(variable position valve)，其 中阀36具有多个开口位置以便为井液流提供可控的节流或扼流。在砂砾填充后滤管36仍然打开用于容纳井液。在上述实施例中，特
定滤管组件的滤管36全部一起打开或闭合。然而，在本发明的其它实施 例中，特定滤管组件的滤管36单独地可控，这允许产生沙子、要关闭的 滤管不随整个滤管组件一起切断沙子生产。
因此，根据这里所述的本发明的实施例，在从井产生沙子期间滤管组 件的单个滤管可选择性地关闭，用于隔离还没有充分地填充的部分。独立 地填充的特定滤管或多个滤管可由井的地面处的操作员来确定，例如通过 滤管打开和关闭的迭代过程，用于评估哪些滤管在产生沙子。 一旦已经识 别导致产生沙子的滤管或多个滤管，然后(通过操作员的动作)关闭滤管 以便允许从其余层生产沙子。
图5大致显示本发明的一些实施例的滤管分段200。井中的关联的滤 管组件可包括多个滤管分段200。滤管分段200显示可与特定的滤管罩 220 —起使用用于控制通过滤管罩220的井液的流量的阀。前述控制独立 于滤管组件的其它滤管的相关流量控制。
在图5所示的实例中，滤管200包围基管210的一部分，基管210 的一部分形成生产管柱的一个分段。因此，当滤管罩220容纳井液流时， 井液流动到滤管罩220中并且通过基管210的径向端口 230朝井的地表 流动。
滤管分段200包括套240，套240形成滤管分段200的阀的流体控制 元件。特别地，套240位于基管210的内部并与基管210同轴(即，具 有相同的纵向轴线201)。套240可位于滤管220的上方(在图5所示的 实例中)，并且阀240的位置控制流体是否通过径向端口 230 (如图5所 示，阀处于打开状态)或者控制是否控制阻止流体连通(如图6所示，阀 处于闭合位置)。
继续参考图5，在它的上端附近，套240连接到卡环250，卡环250 把套240锁止在打开位置(图5)或闭合位置(图6)。图7显示当套240 在它的下部开口位置时、套240和它的关联元件的更详细的视图，如图5 所示。卡环250位于套240的外部环形槽中，并且当阀打开时卡环250卡 扣到基管210的内部环形槽258 (参见图6)中。相反，当套240处于它 的关闭阀的最上部位置(图6所示的状态)，卡环250卡扣到基管210的内部环形槽254 (参见图5)中。卡环250处于适当的槽254， 258后， 套240被"锁定"到适当位置。为了改变阀的状态，移位工具可运行到管柱和基管210的中心通路中 用于接合套240的内部轮廓241。因此， 一旦与轮廓241接合，移位工具 的运动可用于把套240移动到适当位置以便打开或关闭阀。参考图8，为了概述，根据这里描述的本发明的实施例，技术300可 用于隔离区中的特定滤管以便使沙子产生最少。根据技术300,按照方框 304，在井中形成隔离区(即沙子产生层)，按照方框310,滤管设置在 隔离区中。接下来，基管设置成容纳来自隔离区的流体(方框314)，并 且通过滤管的流体连通被选择性地封闭和允许(方框318)用于寻找允许 产生过量沙子的滤管，并且允许滤管产生不过量的沙子。尽管已经参考优先实施例说明了本发明，但是根据本发明的公开，对 于本领域的熟练技术人员而言，各种变化和修改是显而易见的。所附权利 要求覆盖本发明的精神和保护范围内的所有变化和修改。
权利要求
1.一种用于井的系统，包括基管，所述基管包括中心通路、第一径向端口和第二径向端口；第一滤管，所述第一滤管至少部分地包围基管的第一部分，以便在第一滤管和基管之间产生第一流体容纳区域；第二滤管，所述第二滤管至少部分地包围基管的第二部分，以便在第二滤管和基管之间产生第二流体容纳区域；第一阀，所述第一阀控制第一流体容纳区域和基管之间的流体连通；和第二阀，所述第二阀控制第二流体容纳区域和基管之间的流体连通，其中，所述第一阀适用于打开以便允许第一滤管附近的砂砾填充，所述第二阀适用于在第一滤管附近的砂砾填充期间闭合以便使中心通路与第二流体容纳区域隔离。
2. 根据权利要求l的系统，其中 所述第一滤管和第一阀与井的第一层关联，所述第二滤管和第二阀与井的第二层关联，所述系统还包括 与第一层关联的附加滤管和附加阀，其中所述附加阀适用于在砂砾填 充期间允许与基管的中心通路的流体连通。
3. 根据权利要求2的系统，其中所述附加阀适用于与第一阀同时打开。
4. 根据权利要求2的系统，其中所述附加阀和所述第一阀适用于以延时序列打开。
5. 根据权利要求l的系统，其中所述第一滤管和第一阀与井的第一层关联，所述第二滤管和第二阀与井的第二层关联，所述系统还包括 与第二层关联的附加滤管和附加阀，其中所述附加阀适用于在砂砾填 充期间阻断与基管的中心通路的流体连通。
6. 根据权利要求1的系统，还包括位于第一滤管和第二滤管之间的填充器，所述填充器适用于在砂砾填 充前设置。
7. 根据权利要求l的系统，还包括第三阀，所述第三阀选择性地使第一阀的控制端口暴露于压力以便打 开第一阀。
8. 根据权利要求7的系统，还包括第四阀，所述第四阀选择性地在基管和井的环空之间建立连通以便将 砂砾填充介质传送到环形区中。
9. 根据权利要求8的系统，其中所述第四阀适用于响应基管和井的环空之间的连通的建立，而暴露第一阀的控制端口。
10. —种用于井的方法，包括如下步骤把管柱上的滤管组件运行到井中，每个滤管组件与井的不同砂砾填充 层关联；在井的砂砾填充期间，选择性地把滤管组件构造成保持压力以便执行 隔离，而不在基管中运行工具来执行隔离。
11. 根据权利要求10的方法，其中所述选择性地隔离的动作包括使管柱中的压力与正在进行砂砾填充的一个层的上方的滤管组件隔离。
12. 根据权利要求10的方法，其中每个滤管组件包括多个滤管，所述选择性地隔离的动作包括选择性地隔离作为一个单元的每个滤管组件 的多个滤管。
13. 根据权利要求10的方法，其中所述选择性地隔离的动作包括当管柱运行到井中时，首先隔离所有滤管组件；和当进行砂砾填充时从井底朝上依次去除隔离。
14. 根据权利要求10的方法，其中所述选择性地隔离的动作包括选择性地操作多个阀，所述多个阀中的每个控制滤管和管柱的至少一 个端口之间的流体连通。
15. —种用于井的设备，包括基管，所述基管具有中心通路并包括至少一个径向端口；滤管，所述滤管至少部分地包围基管的一部分，以便在滤管和基管之间建立流体容纳区域；和阀，所述阀控制流体容纳区域和中心通路之间的流体连通。
16. 根据权利要求15的设备，其中所述阀包括套阀。
17. 根据权利要求15的设备，其中所述基管具有纵向轴线，并且所 述阀沿所述纵向轴线与滤管偏移。
18. 根据权利要求15的设备，其中所述阀适用于在打开状态和闭合 状态之间切换多次。
19. 根据权利要求15的设备，其中所述阀适用于响应移位工具和流 体压力中的一种而被操作。
20. 根据权利要求15的设备，其中所述阀包括延时机构，所述延时 机构为阀状态改变引入延时。
21. 根据权利要求15的设备，其中所述阀包括具有多个开口位置的 可变位置阀和仅具有全开和全闭位置的阀中的一种。
22. —种用于井的设备，包括 基管；第一和第二隔离装置，所述第一和第二隔离装置用于在第一和第二隔 离装置之间产生隔离区；位于第一和第二隔离装置之间的多个滤管，所述多个滤管被环形区包 围；禾口阀，所述每个阀与所述多个滤管中的一个关联，以便独立地控制环形 区和中心通路之间的流体连通。
23. 根据权利要求22的设备，其中所述阀包括套阀。
24. 根据权利要求22的设备，其中所述基管具有纵向轴线，并且每 个阀沿纵向轴线与它关联的滤管偏移。
25. 根据权利要求22的设备，其中每个阀适用于响应移位工具和流 体压力中的一种而被操作。
26. —种用于井的方法，包括如下步骤 在井中形成隔离区； 在所述隔离区中设置多个滤管；设置管状构件，所述管状构件定位在隔离区中，所述管状构件具有多个径向端口以便接收流通过滤管的流体；和选择性地阻断所述多个径向端口中的至少一个的流体连通，并允许所 述多个径向端口中的剩余的一个或更多个的流体连通。
27. 根据权利要求26的方法，其中选择性地阻断和允许的动作包括 选择性地操作套阔。
28. 根据权利要求26的方法，所述管状构件具有纵向轴线，并且选 择性地阻断和允许的步骤包括操作多个阀，所述多个阀中的每个与多个滤 管中的一个关联并且沿所述纵向轴线与关联的滤管偏移。
全文摘要
本发明公开一种用于完成井的方法和设备，其中用于完成井的方法包括在井中运行基管上的滤管组件，每个滤管组件与井的不同砂砾填充层关联；在井的砂砾填充期间，选择性地把滤管组件构造成保持压力以便形成流体密封，而不在基管中运行工具。
文档编号E21B43/02GK101539006SQ20081008546
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者加里·L·瑞特斯克, 悉尼·加斯克 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司