专利名称：筛管流量平衡系统的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域是经过筛管部分的流量控制，该筛管是新运转的筛管或已有井眼中存在的筛管修整后的筛管，这种控制是通过使用内管柱上的内部流入控制装置来实现的，在筛管内隔离装置将流入控制装置隔开；对于新的安装而言，还需另外布置外部环形隔
1 装直O
背景技术：
生产层段长的地层通常会沿层段引入不平衡的流体，这会导致水锥或其他出水问题，也会产生不适宜的流体。已有的解决办法就是用一组流入控制装置来平衡经过长的生产层段的流体流动，这些流入控制装置可被设计成调谐的，或可被操作而将引入流分成若干部分、然后分配它们经过生产层段，这样就能改善引入流的流动特性。这些装置通常与包括防砂筛管系统的组件一体构成。过去，流入控制装置组合在防砂筛管系统中，该防砂筛管系统包括空的、无孔中心管，筛管安装在所述中心管上并在相对两端被密封以在中心管和包围中心管的筛管之间界定环形空间；系统中设置有流入控制装置，该流入控制装置与生产油管的主孔以及环形空间保持流体连通，从而对穿过筛管部分、进入环形空间、最后流入生产油管中的流体的流入剖面进行控制。所形成的流体流沿中心管流入筛管内、进入所述流入控制装置(ICD)中，如果是贝克石油工具公司(Baker Oil Tools)出售的Equakizer 流入控制装置，那么该装置包括螺旋流道，该流道被设计成沿生产层段的某一位置对给定流量的阻力较高，或者在另一位置较低。因而，可沿长的生产层段设置任意数量的流入控制装置，在包括流入控制装置的区段之间设置有区域隔离装置，以根据需要而将流体的流动特性分段和隔离，从而平衡了流体产量并防止发生不适宜的复杂状况如水锥或类似状况。在油气完井作业中以这种方式操作流入控制装置是很容易理解的；对于给定的筛管部分而言，流体经过流入控制装置、通过中心管中的一个或多个孔进入环形空间内，聚集在被隔离的筛管部分中的所有流体进入中心管、然后通过管柱被导向地面。下面的专利公开了筛管流体控制组件以及平衡系统的一些实例，如7，413，022膨胀式流量控制装置；7，409，999具有关闭特性的井下流入控制装置；7，290, 606具有被动关闭特性的流入控制装置；6，192，983蛇形管柱及其安装方法；6，112，817流量控制装置及方法；6，082，妨4用于井眼的卷绕式管柱；以及5，896，928用于生产井的流量限制装置。
筛管及上述流入控制装置成一体化的设计存在一些局限性。一个限制是努力对筛管段组件进行砾石填充时，流入控制装置限制了砾石填充浆液的流通。另一限制是对于具有筛管段的组件的现有安装而言，如果在空间允许的情况下没有在现有组件内部放入第二筛管组件，就绝不能使用与流入控制装置成一体的上述筛管来修整现有的筛管井眼。若这样做的话就会大大减小总流量，在解决分布不均问题时会产生新的问题。另外，传统系统的筛管和中心管之间的筛管环形空间的限定的容限会限制使用流入控制装置来生产粘度高或重的油。本发明是针对这些局限性而进行改进的，主要手段是将流入控制装置从主要的防砂管组件上拆掉、然后将流入控制装置与筛管组件分开，例如，这样就能对现有的筛管组件进行修整，从而已布置在井眼中的筛管组件的流量被平衡；或者，从而，仅通过隔离部分之间的特定区段隔离装置的隔离性能就可根据需要将环形空间(流体沿该环形空间轴向流动)隔开。将一组流入控制装置布置在分开的内管柱上、用区段隔离装置将这些流入控制装置相互分开，这样就可实现上述平衡目的。流入控制装置和隔离装置可以是各种类型的。 隔离装置优选但不局限于是免干扰的，它们能够在井下自我调节，使得人们感兴趣的区域能够相互邻近或通过空管分开。可以通过这种方式对不带流入控制装置的现有筛管组件进行修整，从而平衡了流量，避免了由于流量不平衡而出现的上述问题。新安装过程中，可首先运转这种带有任意外部环形隔离装置的普通筛管，若需要， 可布置与流入控制装置成一体的筛管组件、不沿生产层段布置用于回流的带孔中心管，这样就可不受限制地进行砾石填充。在砾石填充之后，如需要，与上述修整操作一样下放内管柱与流入控制装置。内部的区段隔离装置在流入控制装置两端以在筛管部分内界定分离区段。筛管外部的区段隔离装置可以是自致动式封隔器如膨胀式封隔器。可供选择地，带有防砂筛管的外管柱或带有流入控制装置的内管柱(或两者)具有球座和绕孔口分开布置的密封件，孔口与外部密封件相通以调节所述外部密封件。内部隔离装置是可收回的，可从筛管内拖出带流入控制装置的管柱，这样便于进一步在井下钻井或修井，或在井的开采期当生产剖面改变时可置换流入控制装置。对于本领域的普通技术人员来说，通过阅读优选实施例的描述和下面的相关附图，本发明的这些和其他优点是显而易见的，也能理解本发明的保护范围由所附的权利要求书决定。
发明内容
井眼中现有的、或新被传递到井眼中的筛管组件若需要控制引入流以平衡来自地层的引入流流量，可将一种管道输送组件传递到该筛管组件中，这种管道输送组件是将可收回或不可收回流入控制装置和隔离装置一起布置在管柱上的。在新被传递的筛管组件中，在没有布置流入控制装置及其传统的带孔中心管的情况下完成所需的任何砾石填充操作，这样可加速循环砾石、提高砾石沉积。外部的环形隔离装置也可与初始的筛管组件一起被传递到新井安装中。流入控制装置和隔离装置可以是任何类型的，如果隔离装置是可收回的，那么内管柱是可移走的，从而便于在筛管组件之下进一步钻井或完井。在一个方面，本发明的实施例包括完井系统，其包括外管柱，外管柱包括一组带孔的中心管接头。一组这样的接头可以是带孔的并通至来自筛管接头和储层生产区之间的环形空间中的储层流体流；内部流入控制管线可设置在筛管接头内。内管柱可包括至少一组区段隔离装置，它们沿无孔中心管管柱布置，以沿内管柱控制内外管柱之间的环形空间的流量；至少一个流入控制装置可设置在至少两个区段隔离装置之间，以控制进入内部流入控制管柱中的引入流流量。在另一方面，本发明的实施例包括一种砾石填充井眼的方法，包括以下步骤装备包括多个带孔中心管接头的外部管柱，多个这样的接头可以是带孔的并通至来自筛管接头和储层生产区之间的环形空间中的储层流体流；将砾石填充工作管柱装备在外部管柱内； 将砾石泥浆泵送入工作管柱，从而将砾石泥浆沉积在外管柱和井眼壁部之间的环形空间内；将工作管柱从外部管柱移走；将内部流入控制管柱装备在外部管柱内，该内部管柱包括至少一组区段隔离装置，它们沿无孔中心管柱布置以沿内管柱控制内外管柱之间的环形空间内的流量；至少两个区段隔离装置之间布置有至少一个流入控制装置，来控制进入内部流入控制管柱中的弓I入流流量。在本发明的另一方面，流入控制系统可控制已完井井眼中的引入流流量，该井眼具有已固定布置在其中的带孔中心管。该系统可包括位于外管柱内的内部流入控制管柱、 内管柱，还可包括至少一组区段隔离装置，它们沿无孔中心管柱布置以沿内管柱控制进入内外管柱之间的环形空间的流量。至少一个流入控制装置可设置在至少两个区段隔离装置之间以控制进入内部流入控制管柱中的流量，可使内部流入控制管柱适于安置或布置在已被固定布置的带孔中心管内。在另一方面，本发明提供了一种对已完井井眼进行修整的方法，该井眼包括已布置在其中的带孔中心管。在这种实施例中，将内部流入控制管柱装备在外管柱内，内管柱包括至少一组区段隔离装置，它们沿无孔中心管柱设置以沿内管柱控制内外管柱之间的环形空间内的流量。在这种实施例中，至少一个流入控制装置可设置在至少两个区段隔离装置之间，以控制进入内部流入控制管柱的流量。
图1表示一种用于现有筛管组件的修整组件，用于提供流体平衡；图2表示一种新安装，筛管组件、外部环形隔离装置和一串流入控制装置被传送到内管柱上，内管柱上的隔离件将管柱组件内的流入控制装置分隔开；图3是外部筛管组件的局部截面图，该图还显示了安装在内管柱组件上的两隔离装置之间的内管柱组件部分。
具体实施例方式在此所使用的管接头包括沿连续挠性管柱或其他管柱的主体部分，但并不局限于带螺纹的石油用管(OCTG)。意为给定长度的管件主体部分，但不局限于任何一种特殊尺寸、 长度或结构的这类管件。带孔构件包括孔或其他孔口、或任意尺寸、形状或结构的槽口或被设计成使流体穿过其中的其他开口。流入控制装置的一些实例为弯曲通道、孔口或其他开口或通道，该通道被设计成限制或缓和主体部分某一区段的流入流量比另一区段流量要适宜些。参照图1，井眼10可以是裸井或套管井，具有一系列的筛管段12、14、16和18，这些筛管段连接在一起构成组件20。尽管图中未示出组件20中具有空管段，但是使用空管段仍落入本发明的保护范围内。在组件20和井眼10之间界定环形空间22。从地层10引入的流体用箭头M表示。该流体进入环形空间22，如箭头沈所示沿环形空间22流动。环形空间22已被砾石填充(未示出)。在本发明的修整实施例中，上述结构在井眼内，筛管组件并不具有用来平衡引入流的装置，但会产生水或需要隔离一个或多个产生不适宜流体的区域。在本发明的该实施例中，内管柱观下放到筛管组件20中的适当位置处，该内管柱优选包括一组流入控制装置(ICD) 30,该组流入控制装置优选对预定流量的指定流体提供不同的阻力。每一流入控制装置使流体如箭头32所示流入内管柱观中。尽管最顶端和最底端的流入控制装置仅在其一侧具有隔离装置，但是优选组件内部的流入控制装置30两端均布置有隔离装置34。一些相邻的隔离装置34对之间也可以没有设置流入控制装置。例如，在组件中需要被隔离的区段，内管柱观上没有设置流入控制装置。如果组件20具有空管，为了在靠近外管柱组件20中具有筛管的部分处恰当隔开流入控制装置30，那么管柱观内不含流入控制装置。本领域的普通技术人员将理解内管柱观可具有任意数量的流入控制装置30，相邻的流入控制装置30由隔离装置34分开。隔离装置34可以是任意类型的，可以是固定的或可收回的。隔离装置可以是可机械调节或液压调节的膨胀式封隔器，或具有这些可能性质的充气式封隔器。流入控制装置30可以是各种类型的。流入控制装置可以是弯曲路径或具有这些可能性质的孔。流入控制装置对密度或其他参数敏感，可检测到水或其他不适宜流体的生产，然后关闭。可通过从地面引入的工具、或局部相连的阀及控制器来操作流入控制装置而使其可选择地打开或关闭、以及处于打开和关闭之间的状态，控制器可通过控制线、线路或通过地面的远程操作来进行控制，例如通过声音信号、或通过被传递到给定流入控制装置30的近端的探管来进行控制，这样流入控制装置就完全打开或关闭、或机械地处于中间位置，或通过与当地安装的处理机交流信号以触发电机操作来重新装备流入控制装置30。如果隔离装置34是可收回的，带有流入控制装置30和隔离装置34的管柱观的整个组件就可被整体拖动以便于进一步钻井或便于完成井眼中先前已被钻探的部分或主井眼的分支部分。本领域的普通技术人员将理解具有筛管组件20的现有井眼可通过内部的流量控制管柱观来修整，所述筛管组件由一串带孔中心管道构成，中心管道由筛管材料覆盖， 不具有用于平衡给定区域的流量的构件，流量控制管柱至少具有一个流入控制装置30和一个隔离装置34，隔离装置将现有的外部筛管组件20细分成几部分，从而平衡了流量，甚至可自动或通过地面干扰来调节流量，就可以改变经过组件20的流量。图2表示一种新的完井安装，除了外部隔离装置36放置在邻近的筛管架(例如用附图标记14'指示)之间以外，图2和图1的装置所有方面都是完全相同的。图2的使用方法与图1的不同在于首先通过外部隔离装置36使组件20'下放到问题区域。可采用公知技术通过充填工具在组件20'外部进行砾石填充，这样就可填充环形空间22'的一些部分或所有部分。在砾石填充过程中，内管柱观‘并不在组件20'内部，这样流入控制装置30就不会限制砾石填充所需的流体循环流动，流入控制装置也不会由于沉淀砾石所需的循环流体而受到砾石腐蚀。因此，与使用现有技术公知的筛管组件(具有结合于一体的流入控制装置)的情况相比，能更好地完成砾石填充，花费时间更少。在砾石填充设备移走之后，然后可下入先前所述的内管柱组件2W。若需要，在砾石填充之后可通过各种方式调节外部隔离装置36。隔离装置36浸没在井眼流体中一段时间之后，或从地面引入井眼流体一段时间之后，可通过膨胀方式调节隔离装置36。这种调节可以是机械的、液压的、水静压的、或通过跨越式工具来依次序选择地致动每一隔离装置 36。例如，两隔离装置36之间的空间可被砾石填充；在邻近的环形空间区域22'被砾石填充之前，可调节邻近的隔离装置36。若通过跨越式工具调节，隔离装置优选是膨胀式的。可供选择地，内组件观‘内由密封件隔开，这些密封件之间具有孔，该密封件设置在用于给定隔离装置36的填充孔两端，从而，可通过使用内组件观’，例如通过一系列容纳不同尺寸的球体的座来调节隔离装置36，从而通过内组件观‘依次调节分离装置36。在优选实施例中，隔离装置36在环形空间22'形成了多个离散的区段，而隔离装置34'优选在内组件观‘和外部筛管组件20'之间的环形空间38内形成了多个相互对齐的区段。例如，区段40和42轴向对齐。隔离装置36和34'也轴向对齐，但是要考虑这样的隔离装置对之间的偏移量。尽管组件20和20'被提到是筛管组件，但可以包括带孔管道以及中心管道，该中心管道具有带网眼的孔口或覆盖有过滤装置的其他类型构件。图3示出了一种公知的筛管100，其通过端部密封件104和106安装在带孔中心管道102上。该组件是已提到的筛管组件20或20'的一部分，内管观或观‘的一部分具有位于隔离装置或隔离件34之间的流入控制装置30。上述描述是对优选实施例的阐述，在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域的普通技术人员可进行许多改动，本发明的保护范围由下面的权利要求书的实际等同范围来决定。
权利要求
1.一种用于井眼内筛管组件的流量分配组件，其包括内管柱组件，该内管柱组件包括至少一个流入控制装置和至少一个隔离装置，当所述内管柱插入井眼而进入筛管组件中时，所述隔离装置被选择地致动以使其与筛管组件接触，从而界定至少两个流动区域，经过所述区域的流体流量被平衡。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所述至少一个隔离装置包括至少两个隔离装置，它们设置在所述流入控制装置的相对两端上。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于所述至少一个流入控制装置包括多个流入控制装置，每一控制装置对之间具有隔离装置。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于所述流入控制装置对同一流量的给定流体提供不同的阻力。
5.根据权利要求2所述的组件，其特征在于所述至少两个隔离装置包括多个隔离装置，至少一对相邻的隔离装置之间没有流入控制装置。
6.根据权利要求4所述的组件，其特征在于所述隔离装置是能够收回的，这样能够移走所述内管柱，从而便于经过所述筛管组件进入井眼。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于 所述隔离装置包括膨胀式封隔器。
8.根据权利要求4所述的组件，其特征在于 所述隔离装置包括膨胀式封隔器。
9.一种用于平衡来自地层的流体流量的组件，包括外部筛管组件，其在自身和井眼之间界定了外部环形空间；内管柱组件，其包括至少一个流入控制装置和至少一个内部隔离装置，当所述内管柱插入井眼而进入筛管组件中时，所述内部隔离装置被选择地致动以使其与筛管组件接触， 从而界定至少两个流动区域，经过所述区域的流体流量被平衡；所述内管柱组件在其自身与所述外部筛管组件之间界定了内部环形空间，所述隔离装置设置在该内部环形空间中。
10.根据权利要求9所述的组件，还包括设置在所述外部环形空间内的至少一个外部隔离装置。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于 所述内部隔离装置和外部隔离装置轴向对齐。
12.根据权利要求10所述的组件，其特征在于 所述内部隔离装置和外部隔离装置不轴向对齐。
13.根据权利要求10所述的组件，其特征在于 所述外部隔离装置包括膨胀式封隔器。
14.根据权利要求9所述的组件，其特征在于所述至少一个隔离装置包括至少两个隔离装置，它们设置在所述流入控制装置的相对两端。
15.根据权利要求14所述的组件，其特征在于所述至少一个流入控制装置包括多个流入控制装置，每一流入控制装置对之间具有隔1 装直ο
16.根据权利要求15所述的组件，其特征在于所述流入控制装置对同一流量的给定流体提供不同的阻力。
17.根据权利要求14所述的组件，其特征在于所述至少两个隔离装置包括多个隔离装置，至少一对相邻的隔离装置之间没有流入控制装置。
18.根据权利要求16所述的组件，其特征在于所述隔离装置是能够收回的，这样就能够移走所述内管柱，从而便于经过筛管组件进入井眼。
19.根据权利要求9所述的组件，其特征在于 所述隔离装置包括膨胀式封隔器。
20.根据权利要求16所述的组件，其特征在于 所述隔离装置包括膨胀式封隔器。
21.根据权利要求16所述的组件，其特征在于所述至少一个外部隔离装置包括多个隔开的隔离装置，所述至少一个内部隔离装置包括多个内部隔离装置，相互最靠近的内部隔离装置和外部隔离装置相互轴向对齐或不相互轴向对齐。
22.根据权利要求21所述的组件，其特征在于所述外部环形空间内的至少一对所述外部隔离装置之间含有砾石。
23.一种用于井眼的完井方法，包括在井眼中装备外部筛管组件以界定外部环形空间；将包括内部管柱、至少一个流入控制装置以及至少一个内部隔离装置的内部组件插入已经设置在井眼中的外部筛管组件中，从而在所述内部组件和外部筛管组件之间界定内部环形空间；致动内部隔离装置以使其与外部筛管组件接触；通过致动所述内部隔离装置在外部筛管组件内界定了多个区域，从而经过这些区域的流体的流量被平衡。
24.根据权利要求23的方法，包括在插入所述内部组件之前，用砾石填充外部环形空间。
25.根据权利要求23的方法，包括在所述外部环形空间内装备有至少一个外部隔离装置。
26.根据权利要求M的方法，包括 通过膨胀方式调节所述外部隔离装置。
27.根据权利要求23的方法，包括 通过膨胀方式调节所述内部隔离装置。
28.根据权利要求M的方法，包括在所述外部环形空间内装备有至少一个外部隔离装置；在所述砾石填充之后，调节所述外部隔离装置。
29.根据权利要求28的方法，包括对于所述外部隔离装置，使用膨胀式封隔器。
30.根据权利要求23的方法，包括在所述内部组件中装备多个隔开的流入控制装置，通过多个内部隔离装置将这些流入控制装置相互分开。
31.根据权利要求30的方法，包括所述流入控制装置对预定流量的给定流体提供不同的阻力。
32.根据权利要求25的方法，包括通过所述内部组件调节所述外部隔离装置。
33.根据权利要求23的方法，包括 使所述内部隔离装置可收回； 停止调节所述内部隔离装置；将内部组件从所述外部筛管组件中拖出； 在所述外部筛管组件之外执行井下操作。
全文摘要
本申请公开了一种流入控制装置与隔离装置一起沿管柱布置的组件，井眼中现有的、或新被传递到井眼中的筛管组件若需要控制引入流以平衡来自地层的引入流流量，可将这种组件传递到该筛管组件中。在刚被传递的筛管组件中，在没有装备流入控制装置的情况下，进行所需的任意砾石填充操作，这样砾石可更快流通、提高砾石沉淀。可将外部环形隔离装置与初始的筛管组件一起传递到新井安装中。流入控制装置和隔离装置可以是各种类型的，若隔离装置可收回，那么内管柱是可移走的，从而便于在筛管组件之下进一步钻井或完井。
文档编号E21B34/08GK102325958SQ201080008771
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年2月23日
发明者B·A·沃尔, E·G·鲍恩, E·拉特曼, J·T·布鲁姆, S·维克里 申请人:贝克休斯公司