专利名称：用于对老井重新完井的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种对老井重新完井的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种分别 如权利要求1和7的前序部分中所公开的系统和方法。
背景技术：
在本发明的优选实施例中，多个自动调节阀或流量控制装置主要是如在 W02008/0048745A1 (属于本申请的申请人)中描述的那些自动调节阀或流量控制装置。从美国专利申请US4，821，801、US4，858，691、US4, 577,691以及英国专利申请 GB2169018中已知了用于从长的水平井和竖直井中开采油和气的装置。这些已知的装置包 括带孔的排出管，排出管具有例如用于控制管周围的沙子的过滤器。用于在高渗透性地质 地层中进行油和/或气生产的已知装置的显著缺点在于由于管中的流动摩擦，排出管中 的压力在上游方向上呈指数增长。因为储层与排出管之间压力差在上游降低，结果，从储层 流入排出管中的油和/或气的量相应地减少。因此，通过该装置采出的油和/或气的总量 很少。对于薄的油层段和高渗透性的地质地层，还存在很大的锥进(coning)风险，即，不想 要水或气在下游流入排出管，那里是油从储层流入排出管中的流动速率最快的地方。之前从世界石油第212卷，第11期(11/91)，第73-80页已知了将排出管通过一 个或多个比如滑动套管或节流装置的流入量限制装置而被分成多段。但是，该参考文献主 要涉及使用流入量控制器来限制上部孔区域的流入速率，从而避免或减少水和/或气的锥 进。W0-A-9208875描述一种水平生产管，该水平生产管包括由混合室连接而成的多个 生产段，该混合室具有比生产段更大的内直径。生产段包括可看作起过滤作用的外部开缝 衬管。但是，具有不同直径的生产段序列产生流动紊乱并阻止下入修井工具。US5, 435，393描述了一种生产管，该生产管具有被分成多段的lover排出管和一 个或多个流入量限制装置，所述流入量限制装置基于预先计算的沿着排出管的摩擦压力损 失、预先计算的储层的生产剖面和预先计算的油或气的流入量来控制油或气从储层流入排 出管中的流量。因而，该公开文献既未涉及对老井的重新完井，也没有涉及自动流量控制装 置在所述重新完井中的应用。在从地质生产地层中提取油和/或气时，根据地层的性能或品质，不同量的流体 (也就是，油、气、水(和沙))以不同量和混合物的形式产出。上述提到的已知装置都不能 基于它们的相对构成和/或品质来区分和控制油、气或水的流入量。流入量控制装置设置有如W02008/0048745A1所述的自调节阀，该自调节阀是自 动调节或自调节的，而且可以很容易地配合在生产管的壁上，因而设置用作修井工具。该装 置被设计成可将油和/或气和/或水区分开，并且能够根据油或气所需要的流量控制来控 制油或气的流量和流入量。在W02008/0048745A1中公开的装置比较坚固；可以承受很大的力和很高的温度； 不需要能量供给；可以抵挡沙子产生；可靠；而且还很简单且非常便宜。
3
现有技术的问题在于对于具有或不具有流入量控制装置的井，井由于气和/或 水突破而不能再开采时，井不得不被废弃。在已有的井中，大量的油由于“短路效应”而保持沿着井的路径，也就是，只有部分 井是生产井。如图9所示的一段井路径毗邻高渗透性区域，所有流入主要发生在该高渗透 性区域中。油和/或水会以比井的其它区域更快的速率进入这些高渗透性区域中。如果气 在这些高渗透性区域中发生突破，则气会比油更容易流动(气比油具有更大的流动性)，从 而这些区域与油存在于该处的情况相比会增加气在总流入量中的比例。如果水发生了突 破，水也会比油更容易流动。这点的重要性会随着油与水之间的粘度差增大而增加。这些 效应降低了排出率。“短路效应”也可能出现在低油区，其中包括气和/或或水的区域位于低油区的上 方或下方。
发明内容
根据本发明的系统和方法力图通过下述方式减少或消除上述问题和其它问题或 者缺点将具有至少一个且优选多个自调节阀的管插入已有井中，从而通过有限的投入来 增大油开采量。本发明因而可以被认为是对已有的插入管方案的改进，其中具有坚固外壁 的不可渗透的管段布置在井中的之前已经发生气体突破的位置处。根据本发明的系统和方法的特征在于，分别在权利要求1和7中的特征部分所公 开的特征。在从属权利要求中提出了有利的实施例。
下面参照附图通过举例的方式进一步描述本发明，附图中图1显示了根据W02008/0048745A1的具有控制装置的生产管的示意图。图2a)显示了根据W02008/0048745A1的控制装置的放大截面图，图2b)为显示了 同一装置的俯视图。图3是示出了根据本发明的控制装置与固定流入量装置相比的体积流量和压力 差的关系图。图4显示了图2中的装置，而且指出了对于不同应用来说影响装置设计的不同压 力区域。图5显示了根据W02008/0048745A1的控制装置的另外一个实施例的原理草图。图6显示了根据W02008/0048745A1的控制装置的第三实施例的原理草图。图7显示了根据W02008/0048745A1的控制装置的第四实施例的原理草图。图8显示了 W02008/0048745A1的第五实施例的原理草图，其中控制装置是流量装 置的一体部分。图9显示了现有技术的井横穿储层的高渗透性区域的原理图。图10显示了根据本发明将图9中的井通过将具有自调节阀的新管插入井中来重 新完井以使流入井中的流入量基本均勻的原理图。图Ila显示了根据本发明的横向井(比如图10中的井)的原理图，和
4
图lib显示了图Ila中被圆圈出部分的放大原理图。
具体实施例方式如上所述，图1显示了一段生产管1，根据W02008/0048745A1的控制装置2设置在 该段生产管1中。控制装置2优选具有圆形的、相对扁平的形状，并且可设置有外螺纹3 (参 见图2)，以便被旋拧到在管或者喷射器中具有相应的内螺纹的圆形孔中。通过控制厚度，控 制装置2可以适应于生产管或者喷射器的厚度并且配合在它的外部周边和内部周边内。图2a)和2b)显示了 W02008/0048745A1的现有技术的控制装置2的放大图。控制 装置2包括第一圆盘形壳体部件4，所述第一圆盘形壳体部件具有外部圆筒形部段5和内 部圆筒形部段6以及中间洞或孔10 ；和第二圆盘形保持器部件7，所述第二圆盘形保持器体 具有外部圆筒形部段8，以及设置在开放的空间14中的、优选扁平圆盘或者可自由运动的 可动部件9，该开放的空间形成于第一圆盘形壳体部件4和第二圆盘形保持器部件7之间。 部件9可以用于特定应用和调整为偏离扁平形状，而且具有部分锥形或半圆形形状(例如 朝向孔10)。从该图中可以看出，第二圆盘形保持器部件7的圆筒形部段8配合在第一圆盘 形壳体部件4的外部圆筒形部段5内并且沿与该外部圆筒形部段5的相反方向突出，从而 形成如箭头11所示的流动路径，其中流体通过中间洞或孔(入口)10进入控制装置，并且 在流过形成于圆筒形部段6和8之间的环形开口 12之前，该流体朝向圆盘9并且沿径向沿 着圆盘9流动，进一步地从形成于圆筒形部段8和5之间的环形开口 13流出。圆盘形壳体 部件4和保持器部件7通过螺纹连接、焊接或其它方式(在附图中没有进一步描述)在如 图2b中所示的连接区域15处彼此附连。本发明应用了伯努利效应，伯努利效应教导了 静压力、动压力和摩擦力的总和沿 着流线是恒定的Psiatic +-pv +Ap
friction当圆盘9遇到流体流时，也就是在本发明的情况下，横跨圆盘9的压力差可表示如 下
1 2Apover = [pover(PA) — Pundermpupi^) J=-PV由于较低的粘度，比如气的流体会“使转弯滞后(make the turn later) ”，并进一 步沿着圆盘流向其外端部(由附图标记14所示)。这就在圆盘9端部处的区域16中产生 了较高的滞止压力，这又在圆盘上产生了较大的压力。而且，圆盘9可在圆盘形部件4、7之 间的空间内自由运动，该圆盘9将向下运动，从而使圆盘9和内圆筒形部段6之间的流动路 径变窄。因此，圆盘9根据流过的流体的粘度而向上或向下运动，由此，该原理可以用来控 制(打开/关闭)流体流过控制装置的流量。进一步地，传统的具有固定几何形状的流入量控制装置(ICD)的压降与动压力成 比例
1 ,Αρ = Κ·-ρν其中常数K主要是几何形状的函数，很少取决于雷诺数。在根据本发明的控制装 置中，当压力差增加时，流动面积会减小，以使得当压降增加时，流过控制装置的体积流量不增加或者几乎不增加。根据本发明的具有可动圆盘的控制装置和具有固定流通开口的控 制装置之间的比较如图3所示，从该图可以看出，本发明的流通体积在给定压力差以上是 恒定的。这体现了本发明的主要优点，由于本发明可用来确保流过整个水平井的每段的体 积相同，这对于固定流入量控制装置来说是不可能的。在生产油和气时，根据本发明的控制装置可以具有两种不同的应用利用它作为 流入量控制装置以减少水的流入量，或者利用它在气突破的情况下减少气的流入量。在设 计根据本发明的控制装置以用于不同的应用时，比如上面提到的水或气时，如图4所示，不 同的面积和压力区会影响装置的效率和流通性能。参照图4，不同面积/压力区可以被划分 为-Al，Pl分别是流入面积和压力。由该压力产生的力(P1 · A1)会力求打开控制装 置(使圆盘或部件9向上运动)。-A2，P2是粘度最大的区域中的面积和压力，因此表现为动压力源。动压力所产生 的力将力求关闭控制装置(随着流体粘度增加，使圆盘或部件9向下运动)。-A3，P3是出口处的面积和压力。其应该与井压力相同(入口压力)。-A4，P4是可动圆盘或部件9后面的面积和压力(滞止压力)。位置16 (图2)处 的滞止压力在部件9后面产生压力和力。这将力求关闭控制装置(使部件向下运动)。具有不同粘度的流体根据这些区域的设计在每个区域中提供不同的力。为了优化 控制装置的效率和流通性能，对于不同的应用(例如气/油或者油/水流动)来说，面积的 设计是不同的。因此，对于每种应用，面积需要考虑每一种设计情况的性能和物理条件(粘 度、温度、压力等)而被小心地平衡和最佳地设计。图5显示了根据W02008/0048745A1的控制装置的另一个实施例的原理草图，其是 一种比图2中的控制装置更简单的设计。与如图2所示的控制装置一样地，控制装置2包 括第一圆盘形壳体部件4，所述第一圆盘形壳体部件4具有外部圆筒形部段5和中间洞或 孔10 ；附连至壳体部件4的部段5的第二圆盘形保持器部件17 ；以及设置在开放的空间14 中的、优选扁平的圆盘9，该开放的空间14形成于第一圆盘形壳体部件4和第二圆盘形保持 器部件17之间。但是，由于第二圆盘形保持器体17是向内开口的(通过一个或者多个洞 23等)，现在仅仅将圆盘保持到位，而且由于圆柱形部段5与图2所示的圆柱形部段相比具 有较短的、不同的流体路径，如上述结合图4所解释的，不会在圆盘9背面上不会累积滞止 压力(P4)。采用这种不具有滞止压力的方案，装置的构造厚度较小，而且可以抵挡包含在流 体中的较大量颗粒。图6显示了根据W02008/0048745A1的第三实施例，其设计与图2所示的实例相 同，只是呈螺旋弹簧或者其它合适的弹簧装置的形式的弹簧元件18设置在圆盘的任一侧， 并且与圆盘以及保持器7，22，凹槽21或壳体4连接。弹簧元件18用于平衡和控制圆盘9与入口 10之间的流入面积，或者只是圆盘9 与入口 10的周围边缘或座19之间的面积。因此，依靠弹簧常数和因此得到的弹簧弹力，圆 盘9与边缘19之间的开口将变得较大或较小，在具有合适的选定弹簧常数的情况下，根据 设置控制装置的选定位置处的流入量和压力条件，可以得到流过装置的恒定的质量流量。图7显示了根据W02008/0048745A1的第四实施例，其设计与上述图6中的实例相
6同，只是圆盘9在面向入口 10的一侧设置有热敏装置，比如双金属元件20。采油和/或气的条件可能由于从只有油或主要是油被产出的情况转变为只有气 或主要是气被产出的情况(气突破或气锥进)而发生快速改变。例如，在从100巴到16巴 的压降的情况下，温度下降对应于大约20°C。通过使圆盘9设置有如图7所示的比如双金 属元件20的热敏装置，圆盘将通过双金属元件20向上弯曲或向上运动从而邻接保持器成 型部件7，从而使圆盘与开口 10之间的开口变窄或者完全关闭所述开口。如图1、2和4-7所示的控制装置的上述实例中的都与解决方案有关，在解决方案 中，控制装置比如是要设置成与流体流动情况或装置(比如与油和气生产相关的生产管的 管壁)相关的独立单元或装置。但是，如图8所示，装置可以是流体流动装置的一体部分， 由此可动部件9可以设置在凹槽21中，而不是设置在独立的壳体部件4中，所述凹槽21面 向如图1所示的例如管1的壁中的孔或洞10的出口。另外，可动部件9可以借助于保持器 装置(比如向内突出的长钉、圆形环22或通过旋拧、焊接或其它类似方式连接至凹槽的外 部开口的类似部件)在凹槽中保持到位。图9显示了横穿储层26的高渗透性区域25的井24的原理图。根据箭头的尺寸 所指示的，流入井24的流入量是不均勻的，在区域25中存在突破，基本上所有的流入量发 生在该区域25中。图10显示了图9中的井的原理图，根照本发明，图9中的井通过将具有自调节阀 (在该图中没有显示)新管27插入井中来重新完井，从而使得流入井中的流入量基本上均 勻。多个堵塞器或膨胀封隔器29沿井布置，以便在插入的管27和已有井24之间提供密封。图Ila和lib分别显示了根据本发明中横向井(例如，图10所示的井)的原理图 和图Ila中的由圆圈出的部分的放大原理图。在图lib中，已有井或老井24用虚线表示， 而具有自调节阀2(为了清楚起见，在该图中仅显示一个自调节阀)的新管27用实线表示。 优选地，多个自调节阀2沿着插入的管27的长度布置，而且优选地，至少一个阀2设置在由 两个相继的堵塞器或膨胀封隔器29所限定的每一井段内，以用于产生流入重新完井的井 24,27中的基本上均勻的流入量，而且因而增大油开采量。根据本发明方法的一个实施例优选地包括以下步骤(不是必须按照所述顺序进 行)提供老井24，提供新管27，该新管包括沿着新管27的长度布置的多个自调节阀2，将所述新管27送入所述老井24中，以用于对老井24重新完井，沿着井提供多个膨胀封隔器或堵塞器29，以用于在插入的管27和老井24之间提 供密封，以及用于在两个相继的堵塞器或膨胀封隔器29之间限定出多个井段，至少一个自 调节阀2将位于每一井段中，以便产生流入重新完井的井24，27中的基本上均勻的流入量，而且从而增大油开米量。进一步地，插入的管27优选基本上覆盖老井24的整个长度。在根据本发明的最基本的实施例中，管27只是覆盖了设置在井24中防止突破的 最确切的位置(即，地层或储层26中被井24横穿的确切部分)处的有限长度。这一位置 将通过在所述确切部分的每一侧上设置一个器或膨胀封隔器29来进行隔离，其中只有一个自调节阀2设置在井的一个隔离的井段中。通过W02008/0048745A1所述的阀或控制装置，由于恒定的体积流量，因而实现储
层的更好排出。这使该储层产生明显较大的产量。尽管图9-11所示的井24为水平井和横向井，应强调的是，包括竖直井在内的任何 角度的井都落入了本发明所附的权利要求书所限定的保护范围内。如在说明书的背景技术部分所提到的，自调节阀2优选地是在W02008/0048745A1 所描述的和如上所述的那些自调节阀，但是可想到的是，任何类型的自调节阀(例如电控 阀)也落入本发明的范围内。
权利要求
一种用于对老井(24)重新完井以实现来自储层(26)的增大油开采量的系统，所述系统包括插入老井(24)中的管(27)；和至少两个堵塞器或膨胀封隔器(29)，所述堵塞器或膨胀封隔器沿重新完井的井(24、27)的长度布置，并且在两个相继的堵塞器或膨胀封隔器(29)之间限定出一井段，其特征在于，所述系统还包括至少一个自调节阀(2)，所述自调节阀设置在限定于所述两个相继的堵塞器或膨胀封隔器(29)之间的所述井段中。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，多个井段沿着井的长度限定，而且至少一个 自调节阀(2)设置在每个井段内。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，至少一个自调节阀(2)依照伯努利原理 操作，并且在给定的压力差以上具有大致恒定的流通体积。
4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，插入的管(27)基本上覆盖老井 (24)的整个长度。
5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，井(24，27)是水平井。
6.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，井(24，27)是包括竖直井在内的 与水平方向有任何倾斜度的井。
7.一种用于对老井(24)重新完井以实现来自储层(26)的增大油开采量的方法，所述 方法包括以下步骤(不必须按照所述顺序进行操作)提供管(27)，所述管(27)包括至少一个布置在所述管(27)中的自调节阀(2)，将所述管(27)送入所述老井(24)中，以用于对所述老井(24)重新完井，沿着井提供至少两个膨胀封隔器或堵塞器(29)，以便在插入的管(27)和所述老井 (24)之间提供密封，从而在两个相继的堵塞器或膨胀封隔器(29)之间限定出至少一个井 段，所述至少一个自调节阀(2)布置在所述至少一个井段中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，沿着井提供多个井段，至少一个自调节阀 (2)布置在每个井段中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用插入的管(27)基本上覆盖所述老井(24) 的整个长度。
10.如权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个自调节阀(2)依 照伯努利原理操作，并且在给定的压力差以上具有大致恒定的流通体积。
全文摘要
本发明公开了一种对老井(24)重新完井以实现来自储层(26)的增大油开采量的系统，所述系统包括插入老井(24)中的管(27)；和至少两个堵塞器或膨胀封隔器(29)，该堵塞器或膨胀封隔器沿重新完井的井(24，27)布置，并且在两个相继的堵塞器或膨胀封隔器(29)之间限定出一井段，所述系统还包括至少一个自调节阀(2)，所述自调节阀布置在限定于所述两个相继的堵塞器或膨胀封隔器(29)之间的所述井段中。本发明还公开了一种用于对老井(24)重新完井以实现来自储层(26)的增大油开采量的方法。
文档编号E21B34/08GK101981270SQ200980111476
公开日2011年2月23日 申请日期2009年4月1日 优先权日2008年4月3日
发明者H·奥克雷, V·马蒂森 申请人:斯塔特石油公开有限公司