包括可膨脹元件的礫石充填裝置的製作方法
2023-08-02 11:43:26 1
專利名稱：包括可膨脹元件的礫石充填裝置的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及礫石充填裝置及方法，該礫石充填裝置包括可膨脹元 件，可膨脹元件根據輸入激勵膨脹以密封井眼。
背景技術：
為了完井，要在井眼附近的一個或多個地層區域射孔，以便讓來自地 層區域的流體流進用於往地面採油的井裡。孔眼典型的是通過在井眼中下 降至期望井段的射孔槍形成。當射孔時，射孔槍把孔眼擴展至周邊的地層。
在從地層的儲層區開採流體時，諸如砂粒的微粒可能會隨著儲層流體 被開採。這些微粒可能會破壞井並且會明顯降低產量和井的壽命。包含微 粒的地層流體就會像磨蝕劑一樣磨損和腐蝕井下部件，如管道。另外，諸 如砂粒的微粒的開採可能會在地層中鑽柱後面形成空隙，空隙會導致鑽柱 彎曲或其它傷害。此外，開採到表面的微粒是需要處理的廢物，處理廢物 可能很昂貴。
減少或消除砂粒和其它微粒的方法和裝置已經開發了很多種。地層的 礫石充填是控制砂粒開採的流行技術。儘管有很多變型，但是礫石充填大 體上是在包括開採入口的開採鑽柱段周圍放置防砂篩。開採鑽柱的該段與 射孔對齊。將粘性傳輸流體中的礫石漿泵入到砂篩與鑽柱之間的環狀區域。 沉積的礫石阻塞了地層微粒如砂粒流進採油管。但是，地層流體被允許進 入開採鑽柱以流到井面。
在一些情況，例如當相對長的地層被礫石填充，可能就要使用帶狀的 隔離帶來形成相互隔離的多個區域。按照慣例，使用砂粒控制裝置的隔離 物包括鑽柱井應用中的皮碗封隔器。但是皮碗封隔器的使用降低了區域如何隔離的靈活性。
發明內容
大體上，根據一個實施例，在井眼中使用的礫石充填裝置包括過濾微 粒的篩組件，以及用於承載礫石漿的至少一個分流管道。在該至少一個分 流管道的一部分周圍的可膨脹元件根據輸入激勵膨脹以密封井眼，當膨脹 時可膨脹元件徑向擴展。
從下面的描述、附圖和權利要求中可以顯而易見其他或選擇性的特徵。
圖1示出了根據一些實施例的包括篩組件和可膨脹元件的完井鑽柱。
圖2A和2B示出了圖1的完井鑽柱的一部分，圖2A顯示了膨脹之前的 可膨脹元件，圖2B顯示了膨脹之後的可膨脹元件。
圖3是圖2A-2B的完井鑽柱部分的一段的局部縱向剖視圖。 圖4是圖3的完井鑽柱段的截面圖。
圖5是圖2A-2B完井鑽柱部分的另一個實施例的一段的局部縱向剖視圖。
圖6是圖5的完井鑽柱段的截面圖。
圖7示出了帶有閥的分流管道，分流管道可用於圖1的完井鑽柱。
具體實施例方式
在以下的描述中，會提出大量的細節來解釋此發明。但是，本領域技 術人員應理解的是在不需這些細節的情況下就可以實施此發明，這些被描 述的實施例的許多變體或改型都是可能的。
圖1示出了位於井眼100中的完井鑽柱，該完井鑽柱包括篩組件102 和可膨脹元件104。篩組件102包括過濾微粒的篩子(或其它類型的過濾結 構)，以使微粒不會被開採進入到完井鑽柱。在不同的實施過程中，替代開 採，完井鑽柱可以用來向周圍儲層中注入流體。設置可膨脹元件(也稱作 可膨脹封堵器)104以響應一些類型的輸入激勵膨脹，使得可膨脹元件104 擴張(從第一直逕到更大的第二直徑)以便與井眼104的內表面106密封 地接合。引起可膨脹元件膨脹的輸入激勵可以包括因暴露於井下環境的激勵 (如井流體、升高的溫度、和/或升高的壓力)。暴露於井下環境引起可膨
脹元件的擴張。在一些實施過程中，可膨脹元件104由一旦暴露於高溫或 高壓的井流體而擴張的彈性體構成。可膨脹元件104的膨脹是化學膨脹過 程，可以使可膨脹元件104徑向擴張以施加徑向力在井眼100的內表面106 上，以提供密封障礙物來隔離成井眼100的不同區域。 一旦可膨脹元件104 膨脹，形成三個區域108、 110和112。
注意如果使用不同數目(一個或多於兩個)的可膨脹元件104，將會形 成不同數目的區域。
在不同的實施過程中，可膨脹元件104的化學膨脹可以響應活化劑的 釋放。例如，活化劑可以儲存在某個容器中，在活化之前容器是密封的。 當活化時，打開容器以允許活化劑與可膨脹元件104連通，以使可膨脹元 件104產生化學膨脹。例如，完井鑽柱中的移位工具可以用來打開容器以 釋放活化劑。
在另一實施過程中，可膨脹元件104可以是可擴張的囊狀物，其中可 以裝滿流體(如氣體或液體)以使可膨脹元件104擴張，從而與井眼100 的內表面106接合。
使用可膨脹元件104的好處在於完井鑽柱的下插過程中，可膨脹元件 104的外徑小於井眼100的內徑。可膨脹元件104周圍的環狀間隙容許在下 插過程中在可膨脹元件104周圍的流體移動。並且，每個可膨脹元件104 可具有相對較長的密封長度，例如幾英尺數量級。在有滲透性的地層中， 可膨脹元件104可提供合理的隔離區，因為壓力下降是與長度相關的。而 且，每個可膨脹元件104的膨脹提供了與井眼100的內表面106很好的配 合(並且在將要密封的區域裡提供任何礫石材料)，因此提供了很好的密封。 並且，因為可膨脹元件104可以擴張超出下插部分的外徑，所以可膨脹元 件可以密封更大範圍的井眼尺寸。例如，可膨脹元件可以用於正在底擴的 裸孔。此外，可膨脹元件104提供了更大的靈活性，因此它可以用於下套 井眼或裸孔(未下套且未襯裡的井眼)。
圖2A和2B顯示了圖1所示的完井鑽柱的一部分(一個可膨脹元件104 和在可膨脹元件104兩側的兩個篩組件102A和102B)。圖2A顯示了膨脹之 前的可膨脹元件104,而圖2B顯示了膨脹之後的可膨脹元件104。可膨脹元件104安裝在連接副202上，連接副202在連接副202 —側連接第一篩 組件102A,在連接副202另一側連接第二篩組件102B。連接副202將篩組 件102A與102B相互連接。
篩組件102A包括篩204A和環繞篩204A的外罩205A。外罩205A上有 很多孔可以讓流體流過。篩204A用於過濾微粒，使得這樣的微粒不會被開 採進到完井鑽柱的內孔中。
圖2A還顯示了分流導管206和208，在一些實施例中分流導管可以為 分流管。分流管206， 208位於外罩205A與篩204A之間。分流管206， 208 用於運載礫石漿以實現更好的礫石充填。雖然圖2A和2B中沒有顯示，但 是分流管206, 208具有側口，以允許礫石漿在沿著分流管206， 208的一 些間隔位置流出導管。在不同的實施過程中，可以使用不同數量(一個或 多於兩個)的分流管。
分流管206， 208用於解決礫石形成砂橋的問題，礫石砂橋是在礫石充 填作業過程中在(完井鑽柱與井眼表面之間的)環形區域中形成。這些礫 石砂橋阻礙了礫石漿流動穿過環形區域，以防止或減少了通過砂橋的礫石 分布。分流管可以用來運載礫石漿以繞過礫石砂橋，使得在整個井眼井段 中可以得到很好的礫石填充。
圖2A中進一步顯示了，分流管206， 208通過連接副202 (在可膨脹元 件104內)，這樣可膨脹元件104在分流管206， 208周圍延伸。
篩組件102B包括與篩組件102A同樣的部件，包括外罩205B和篩204B。 分流管206， 208延伸穿過外罩205B和篩204B之間的區域。
圖2B顯示了礫石填充執行後使得在完井鑽柱與井眼內表面之間的目標 環形區域已經填滿了礫石封堵的狀態。圖2B也顯示了可膨脹元件104在其 膨脹狀態下以在不同區域之間提供區域隔離。
圖3提供了圖2A、2B中圖示的完井鑽柱部分的一段的局部縱向剖視圖。 圖4為包括可膨脹元件104的完井鑽柱的一段的截面圖。如圖3和4所示， 連接副202包括內管部分302 (或內心軸)，它限定了穿過連接副202的內 部軸向孔304。連接副202還有環繞內管部分302的外殼或套筒306。可膨 脹元件104安裝在外殼306的外表面上。分流管206， 208位於外殼306與 內管部分302之間。內管部分302與外殼306限定了穿過連接副202的環 形路徑308，以允許分流管206， 208通過連接副202。連接副202的第一接頭310將連接副202連接到第一篩組件102A，第 二接頭312將連接副202連接到第二篩組件102B。
連接副202的內管部分302分別與篩組件102A和102B的管道部分320A 和320B連接(如螺紋地連接)。管道部分302， 302A， 302B的內孔軸向對 齊以允許流體連續軸向流過完井鑽柱。
圖5和6顯示了連接副的變體(202A)。圖5是圖2A所示的完井鑽柱 的一段的局部縱向剖視圖，圖6是連接副202A的剖視圖。連接副202A不 包括圖4實施例顯示的外套筒或外殼。取而代之的是，圖5中的可膨脹元 件104A附在管道(或內心軸)302的外表面上。可膨脹元件104A限定了分 流管206， 208可以延伸穿過的軸向路徑402。
在另一個實施過程中，代替分流管206， 208穿過可膨脹元件104A,穿 過可膨脹元件104A的軸向路徑402可以形成分流管的一部分，換句話說， 可膨脹元件104A中的軸向路徑402與分流管206， 208的內孔流體連通， 使得軸向路徑和分流管一起形成分流導管。在這個實施過程中，分流管206， 208部分插入到可膨脹元件104A的軸向路徑402中。
在一些實施例中，如圖7所示，在分流管206， 208中提供閥502。當 打開時，閥502使得礫石漿流過分流管206， 208的內孔504。當關閉時， 閥502阻止流體通過分流管206， 208的內孔504。閥502可以在礫石填充 作業之後關閉以防止井的不同區域之間流體流通。閥502的致動可以由在 完井鑽柱裡移動工具506實現，這個移動工具與閥502機械地相互作用以 開啟或關閉閥502。
在操作中，包含圖1所示部件的完井鑽柱進入到井眼100，可膨脹元件 104處於縮回位置，使得在可膨脹元件104與井眼100的內表面106之間存 在徑向間隙。當完井鑽柱位置固定後，就可以進行礫石填充作業。礫石漿 從地表泵送，或者向下到完井鑽柱的內孔或通過完井鑽柱與井眼100之間 的上部環形區域。礫石漿流過轉換裝置(未圖示)以進入到將要礫石填充 的目標環形區域114(圖1)。如果形成礫石橋接，礫石漿可以在分流管206， 208內流動以填充因礫石橋接導致的目標環形區域114中的空隙。當完成礫 石填充作業時，可膨脹元件104使用化學膨脹過程開始膨脹。膨脹可能會 花相對較長的時間，例如大約幾個小時、幾天、甚至幾周。在不同的實施 過程中，膨脹可以很快。 一旦可膨脹元件104與井眼100的內表面106接合，就實現了區域隔離。
在完井鑽柱中使用可膨脹元件104的好處在於可膨脹元件104可以在 不使用機械致動元件的情況下完成膨脹。由於分流管的存在所以不需要使 用機械致動元件。
由於在礫石填充作業過程中可膨脹元件104處於縮回狀態，目標環形 區域114的多個區域可以用相同的礫石填充處理進行礫石填充；換句話說， 可以避免多個相應區域的多重處理。而且，沿著每個密封元件104的長度 沒有放洩設備，所以礫石漿就不會在密封元件104與井眼100的內表面106 之間的環形部分105 (圖l)中脫水。這就在將要礫石充填的區域之間提供 了乾淨的部分(沒有礫石材料)，所以密封元件104可以在這樣的部分105 擴張以緊靠井眼100的內表面106密封。
此外，在進行礫石填充作業期間，每個可膨脹元件104的外徑可以增 大以稍大於周圍的篩組件。密封元件104的增大外徑允許每個可膨脹元件 104周圍的礫石漿的局部速度增大，以防止礫石從在可膨脹元件104與井眼 表面106之間的相應環形部分105中的攜帶流體脫出。
注意，可在最接近井底部(井最遠離地表的部分)的可膨脹封隔器的 上部(或接近)選擇性地添加分流器(例如可以是皮碗封隔器的形式)，以 使礫石漿轉向進入分流管，並且避免或減少礫石槳經過或在最接近井底部 的可膨脹封隔器周圍流動的機率。
儘管本發明已經參照上述有限數量的實施例被公開，但是了解上述公 開內容的本領域技術人員可以意識到許多修改和變體。因此附加的權利要 求覆蓋在本發明的真正意圖和範圍內的這些修改和變體。
權利要求
1、一種在井眼中使用的礫石充填裝置，包括過濾微粒的篩組件；運送礫石漿的至少一個分流導管；和在所述至少一個分流導管的一部分周圍的可膨脹元件，所述可膨脹元件響應輸入激勵膨脹以密封井眼，其中，所述可膨脹元件膨脹時徑向向外地擴張。
2、 如權利要求1所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述篩組件包括 篩和外罩，並且所述至少一個分流導管設置在所述篩與所述外罩之間。
3、 如權利要求1所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述可膨脹元件 由響應暴露於井下環境而膨脹的彈性體形成。
4、 如權利要求l所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述可膨脹元件 包括可膨脹的囊狀物。
5、 如權利要求1所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述可膨脹元件 在膨脹之前具有第一直徑，並且在膨脹之後具有更大的第二直徑。
6、 如權利要求1所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述分流導管具 有流動控制裝置，以控制流體流過所述分流導管的內孔。
7、 如權利要求6所述的礫石充填裝置，其特徵在於，還包括施工工具， 所述施工工具可移動以在打開位置與關閉位置之間致動所述分流導管的流 動控制裝置。
8、 如權利要求1所述的礫石充填裝置，其特徵在於，還包括 另一篩組件；和在所述篩組件之間以將所述篩組件相互連接的連接副，其中，所述連 接副包括管道部分以及在管道部分周圍的外殼，其中所述至少一個分流導 管位於所述管道部分與所述外殼之間。
9、 如權利要求8所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述可膨脹元件 被安裝在所述外殼的外表面上。
10、 如權利要求8所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述篩組件包 括管道部分，所述篩組件的管道部分與連接副的管道部分軸向對齊，使得 流體流動路徑連續延伸穿過所述篩組件和所述連接副的管道部分。
11、 如權利要求l所述的礫石充填裝置，其特徵在於，還包括-另一篩組件；和在所述篩組件之間以將所述篩組件相互連接的連接副，其中，所述連 接副具有管道部分，所述可膨脹元件被安裝在所述管道部分上，以及所述 可膨脹元件限定了用於分流導管的至少一個軸向路徑。
12、 如權利要求ll所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述分流導管包括穿過所述可膨脹元件中的軸向路徑延伸的分流管。
13、 如權利要求ll所述的礫石充填裝置，其特徵在於，還包括與可膨 脹元件中的軸向路徑流體流通的分流管，所述分流管與所述軸向路線一起 形成所述分流導管。
14、 如權利要求1所述的礫石充填裝置，其特徵在於，所述可膨脹元 件被化學活化以便膨脹。
15、 如權利要求14所述的礫石充填裝置，其特徵在於，還包括釋放活 化劑以化學活化所述可膨脹元件的機構。
16、 一種在井眼中使用的方法，包括將工具鑽柱延伸到井眼中，其中，所述工具鑽柱具有篩組件、至少一 個分流導管、和在所述至少一個分流導管周圍的可膨脹元件；通過所述至少一個分流導管輸送礫石漿，以便在井眼中進行礫石填充；和弓I起可膨脹元件膨脹以密封井眼。
17、 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述可膨脹元件的直徑 小於所述工具鑽柱被延伸到井眼時的井眼內徑。
18、 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述可膨脹元件徑向向 外擴張，以便在膨脹後與井眼接合。
19、 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述引起可膨脹元件膨 脹包括使所述可膨脹元件暴露於井下環境。
20、 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，還包括釋放活化劑以使 所述可膨脹元件化學膨脹。
21、 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，還包括在礫石填充之後 關閉所述分流導管中的流動控制裝置。
22、 如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述引起可膨脹元件膨脹是在所述可膨脹元件沒有機械活化的情況下實現的。
23、如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述工具鑽柱具有多個可膨脹元件，所述方法還包括在井底接近所述可膨脹元件設置分流器，用於使礫石漿分流到所述至 少一個分流導管。
全文摘要
在井眼中使用的礫石充填裝置包括過濾微粒的篩組件；運送礫石漿的至少一個分流導管；和在至少一個分流導管的一部分周圍的可膨脹元件。可膨脹元件可以根據輸入激勵膨脹且徑向向外擴張以密封井眼。
文檔編號E21B43/04GK101517194SQ200780034562
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月13日 優先權日2006年9月19日
發明者E·託法寧, R·J·蒂貝斯, S·塞比 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司