便於井眼處理和開採的系統和方法

2023-04-24 12:20:06

專利名稱：便於井眼處理和開採的系統和方法
便於井眼處理和開採的系統和方法
背景技術：
壓裂操作在鑽井中進行，以改善開採流體從周圍地層流入到井眼中。 可以採用各種壓裂技術，現有系統能使多級增產措施沿著所述井眼予以進 行。所述壓裂技術包括用泵將壓裂流體注入井下並注入到周圍地層中以最 終改善開採流體流過所述地層並流入所述井眼中。
在單獨的過程中，防沙完井能被布置在所述井眼中。當流體從周圍地 層流入所述井眼中時，所述防沙完井便於從所述井眼開採流體例如石油。 防沙部件過濾例如流入井眼的流體以除去顆粒物。該過濾能通過沙篩和/或 礫石充填物得以實現。例如，具有沙篩的完井可布置在井眼中，並且礫石 充填物能形成在圍繞所述完井的環形空間中以過濾流入的開採流體。

發明內容
通常，本發明提供了一種系統和方法，該系統和方法能同時使用壓裂 裝備和濾篩組件用於開採過程中。鑽井系統包含多級處理系統，該多級處 理系統布置在井眼中以便能沿著所述井眼處理例如壓裂多個部分和/或區 域。所述鑽井系統還包含布置在多個部分和/或區域處的多個濾篩組件。每 個濾篩組件包含閥門以控制例如開採流體從周圍地層流過所述濾篩組件。


在下文中將參照所述附圖描述本發明的某些實施例，其中相同的附圖
標記表示相同的元件；以及
圖1是根據本發明的實施例布置在井眼中的鑽井系統的示意性正視
圖2是根據本發明的鑽井系統的一個例子的示意圖，其中處理流體流 動閥和濾篩組件布置在單個鑽井系統在井眼中；
圖3是圖示使用根據本發明的實施例的鑽井系統的過程的流程圖；以
及圖4是表示使用根據本發明的實施例的鑽井系統的另 一方面的流程圖。
具體實施例方式
在下面的描述中，闡述了許多細節以理解本發明。然而，本領域內的 技術人員將理解到本發明沒有這些細節也可實施，以及理解到能夠從描述 的實施例得出許多變化或修改。
本發明一般涉及一種系統和方法以便於井處理，例如壓裂處理，以及 隨後從處理過的鑽井中開採流體。 一般地，鑽井系統探入井眼中並被啟動 以沿著所述井眼隔離多個部分。所述鑽井系統包含流動閥，該流動閥能被 用來將處理流體，例如壓裂流體，注入到每個部分。所述鑽井系統還包含
多個濾篩(screen)組件，通過這些濾篩組件例如開採流體能在處理過程 之後流入到所述鑽井系統。每個濾篩組件還可包括隔離閥，該隔離閥能用 來沿著井眼在特定的隔離部分選擇性地減小或阻擋流體通過特定的濾篩組件。
所述鑽井系統還包含多級系統，該多級系統具有幾組隔離裝置，例 如，封隔器，它布置在井眼中以隔離井眼部分。這些封隔器能用於下有套 管的井孔或無套管井孔的完井以將鑽井分成可管理的多個部分。這些可管 理的部分能進行激勵，並且可以後開採，這對由幾對封隔器包圍的層段是 特有的。
另外，所述鑽井系統能被用來在許多類型的鑽井中實現各種井處理過 程，這些類型的鑽井包括垂直井以及偏斜井，例如水平井。這些鑽井系統 還能在包括高壓環境、H2S環境以及C02環境的許多鑽井環境中被用於下 有套管的井孔或無套管井孔的應用中。所述處理和開採活動是在砂石、碳 酸鹽、頁巖、煤或其他類型的地層。
在本發明的一些實施例中，球、撈砂筒(dart)或其他合適的裝置會 落入井眼，或分配在其中的任何管道中以切斷流動。在一些例子中，所述 球、撈砂筒或其他合適的裝置會在井下由座例如用於球的球座所接收。如 在此所使用的，術語"座"或"球座"表示臨時壓力密封座，該臨時壓力 密封座允許物體著陸並使得臨時壓力密封動態轉換。這些座還可任選通過 使用導線或管狀柱被機械地轉換從而施加向上或向下力以機械地使套管變
6換為打開或閉合，同樣地，不會被限制為僅動態變換的應用中。
一般參照圖1,鑽井系統20的一個實施例被表示為布置在井眼22 中。鑽井系統20被設計成以實現井處理過程和防沙從而便於開採。如圖 所示，鑽井系統20包含與具有濾篩組件28的防沙系統26結合的多級處 理系統24,其中所述濾篩組件28作為從周圍地層30進入井眼22和鑽井 系統20的主要流動通道.
多級處理系統24和防沙系統26經由輸送用具34例如管道被結合於 布置在井眼22中的單個管柱/完井32中。在圖示的例子中，鑽井系統20 被布置在一般為垂直的鑽井中，其中該垂直鑽井從地面鑽機36或布置在 地面位置38處的布置裝備向下延伸。然而，鑽井系統20還能被布置到偏 斜的井眼中，例如水平井眼。
多級處理系統24包含能打開以沿著井眼24隔離部分42的多個隔離 裝置40，例如封隔器。多級處理系統24還包含多個流動閥44,至少一個 流動閥44布置在相鄰封隔器40之間的每個部分42中。流動閥44能用來 在處理過程中將處理流體引向/噴射到每個隔離井部分42。例如，流動閥 44能用來將壓裂流體引入到每個鑽井部分42的周圍地層30中以壓裂所希 望的地層區，因此促進開採流體流動到井眼22。在許多應用中，所述處理 過程在特定的井眼部分42進行，並且從一個鑽井部分42進入到下一個鑽 井部分。在特定的應用中，多級處理系統24通過將流動閥44放置在多個 鑽井部分42的外部封隔器40之間而實施井增產措施。封隔器40用來將 所述鑽井分割成可管理的部分，這些可管理的部分能對由層段/鑽井部分每 個端部處的封隔器所界定的層段進行增產和開採。增產過程的例子包括矩 陣增產、酸壓裂增產以及支承壓裂增產。
一旦完成所述處理過程，開採流體能從地層30的各個區域流入每個 隔離井部分42處的濾篩組件28中。在圖示的實施例中，封隔器40、流動 閥44以及濾篩組件28被安裝在管形構件46上。該管形構件46能用來將 處理流體引向流動閥44以及還能穿過濾篩組件28接收開採流體，例如， 石油。
在圖1中，封隔器40已被布置在井眼22中並準備抵靠周圍的井眼壁 48促動。根據具體的應用，井眼壁48可以是無套管的井眼的壁或有套管 的井眼中的套筒。在無套管的井眼中，封隔器40包含能抵靠無套管井眼設置的無套管井眼封隔器。然而，封隔器還能被選擇為抵靠井眼套筒促 動。在後者的例子中，穿過每個隔離井眼部分42的井眼套筒形成穿孔以
邊能在地層30和井眼22之間流動。
參照圖2，更詳細地圖示了鑽井系統20的一個實施例。如圖所示，封 隔器40已抵靠井眼壁48促動並展開以隔離井部分42。在該實施例中，每 個流動閥44包含滑動套管50和與滑動套管50協作的球座52以經由穿過 管柱32落下的球切斷流動。可以促動滑動套管50，阻塞流體從管道線32 內部流動到特定鑽井部分42內的周圍地層30。這些球還能沿著隔離鑽井 部分42之間的管柱32阻塞流動。在一些實施例中，,人一個流動閥44到 下一個流動閥，球座52具有不同的直徑，隨著處理每個連續井部分42而 依次關閉流動閥44。然而，應當注意到，其他類型的閥或機構也能用來控 制處理流體通過所述管柱流入每個鑽井部分42 。
在圖2所示的例子中，每個濾篩組件28包含濾篩54和與每個濾篩54 集成在一起的一個或更多隔離閥56。如圖所示， 一些濾篩組件28包含單 個隔離閥56，而另一些濾篩組件包含多個隔離閥56,這取決於例如布置 在連續封隔器40之間的鑽井部分42的尺寸。在該實施例中，每個隔離閥 56包含滑動套管58和與滑動套管58 —起協作的球座60。使用與濾篩54 集成在一起的滑動套管58通過減小或阻塞選定鑽井部分42的開採量，可 以提供適應性控制。例如，在以後的鑽井壽命周期中，促動特定滑動套管 58能在對應鑽井部分出現不希望的流體/氣體時，阻塞流體通過給定的濾 篩組件28。
一旦鑽井系統20布置在井眼22中，礫石充填物62形成在包圍每個 濾篩54的環形空間中。^f、石填充層64通過濾篩54和周圍地層30的^L械 封殼被固定在環形空間中並且作為除了濾篩54之外的過濾介質。礫石充 填物62能形成在無套管的井孔或有套管的井孔中。在圖2所示的實施例 中，例如，井眼22套有帶穿孔區域66的井眼套筒64,在注入或開採流體 的過程中，流體穿過穿孔區域66連通於地層30和井眼22之間。礫石石少 漿、壓裂流體或其他處理流體能經由合適的維修工具67被傳送到希望的 鑽井部分42。如圖所示，維修工具67可包含管道，例如盤管，其向下穿 過管柱32的中心。
鑽井系統20能用於各種井處理和開採應用中。在一個應用例中，處理管柱32初始布置在井眼22中，如圖3的流程圖中的塊68所示。 一旦 濾篩組件28和流動閥44布置在所述井眼中，所述鑽井部分經由封隔器40 沿著井眼22被隔離，如塊70所示。在過程的該階段，處理過程能得以實 施，如塊72所示。所述處理過程包含壓裂過程，其中壓裂流體經由位於 特定鑽井部分中的流動閥44被注入每個鑽井部分42。另外或者作為替代 方案，所述處理過程可包含充填過程，例如礫石充填過程，其中礫石充填 物62形成在每個鑽井部分42中。多級處理系統24和其流動閥44允許將 支撐劑放置在濾篩組件28周圍的環形部分中。
在完成所希望的鑽井處理或多種處理之後，希望的地層流體能經由濾 篩組件28流入到井眼22中並流入到管柱32中，如塊74所示。濾篩組件 28的隔離閥56能根據需要限制或關閉流體通過特定的濾篩組件，以改進 開採，如塊76所示。例如， 一個或更多鑽井部分42可以在所述鑽井的使 用壽命過程中在某些點處開始產生氣體、水或其他不希望的流體。當對應 的鑽井部分42不再充分產生希望的開採流體例如石油時，使用集成隔離 閥56能使操作人員選擇性地阻擋這些不希望的流體通過對應的濾篩54流 入。
根據用來從地層30產生流體的環境和完井，可以調節增產和開採過 程。在圖4中，以流程圖的形式圖示了用於處理鑽井並且從該鑽井進行開 釆的過程的另一例子。在該例子中，初始準備所述鑽井，如塊78所示。 準備所述鑽井包括鑽井、套井、從現有的鑽井去除舊的完井、減小完井外 殼的量，讓每個層段/部分有機會以其全容量開採，或設計成便於鑽井處理 和開採的其他過程。例如可在多個壓力較低的沙體、不牢固的地層中準備 所述鑽井。該鑽井還可在成熟油田中準備，這些成熟油田用來經由人工採 油機構例如高效的電動浸沒式泵送系統從多個區域進行開釆。
準備好所述井眼之後，在每個井部分42中形成穿孔66，如塊80所 示。所述鑽井系統然後運行到井孔中，如塊82所示，設置封隔器40以隔 離鑽井部分42。然後在每個被隔離鑽井部分42中執行處理過程，如塊84 所示。作為例子，所述處理過程可包含在每個隔離井區42處連續實施壓 裂過程和/或充填過程。在處理過程之後，可以對所述井眼進行最終清理過 程，如塊86所示。
然後最終完井運行到井下，如塊88所示。所述最終完井可以包含與開採有關的各種完井，包括設計成將流體人工開採到希望的收集地的完 井。例如，電動浸沒式泵送系統輸送到井下以泵送收集在鑽井系統20內 的流體。最終完井就緒之後，所述鑽井能進行開採以將開採流體傳送到希
望的收集地，如塊90所示。在開採過程中，濾篩組件28的滑動套管58 使流體開採集中因此便於確定具有較高的含水石油或較高的氣體注入量的 鑽井部分42。
如上所述，鑽井系統20能被構造成用於許多環境和應用的各種結 構。另外，這些部件的尺寸和結構能根據環境和根據處理或開採參數予以 調節。各種封隔器或其他隔離裝置能用於無套管的井孔以及有套管的井孔 中。而且，各種類型的濾篩54和隔離閥56能用在濾篩組件28中。例 如，隔離閥56可包含能在開口流動和閉合流動結構之間被啟動的各種類 型的閥門。在一些實施例中，隔離閥56可-皮選#^生地動作到允許一些流 動的流動減小位置。另外，流動閥44能被選擇成以容納各種處理流體和 處理過程。
因此，雖然在以上已經僅詳細描述了本發明的一些實施例，但是本領 域內的技術人員將容易認識到在實質上不背離本發明的教導的範圍內可進 行許多修改。這些修改規定為包括在由權利要求限定的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種鑽井系統，包含管形構件，其布置在井眼中；多個封隔器，其布置在圍繞所述管形構件的環形空間中以將所述井眼分成隔離部分；多個流動閥，其布置在所述管形構件上以在每個隔離部分中提供至少一個流動閥從而控制所述管形構件內部和所述環形空間之間的流動；以及多個濾篩組件，其布置在所述管形構件上，並使至少一個濾篩組件位於每個隔離部分中，每個濾篩組件具有隔離閥以控制所述環形空間和所述管形件的內部之間的流動。
2. 如權利要求1所述的鑽井系統，其中所述多個流動閥包含多個滑動 套管。
3. 如權利要求2所述的鑽井系統，其中每個隔離閥包含滑動套管。
4. 如前述權利要求中的任一項所述的鑽井系統，還包含設置在每個濾 篩組件周圍的礫石充填物。
5. 如前述權利要求中的任一項所述的鑽井系統，其中每個流動閥包含 一個或更多球座或撈砂筒座。
6. 如前述權利要求中的任一項所述的鑽井系統，其中每個隔離閥包含 一個或更多^求座或撈砂'筒座。
7. 如前述權利要求中的任一項所述的鑽井系統，其中所述多個封隔器 包含無套管井孔的封隔器。
8. 如前述權利要求中的任一項所述的鑽井系統用於一種方法以改進鑽 井開採，所述方法包含將管形構件布置在井眼中；沿著圍繞所述管形構件的環形空間隔離多個部分；閥流出而在每個部分處執行壓裂過程；以及使流體穿過具有隔離閥的濾篩組件流入每個部分處的管形構件中。
9. 如權利要求8所述的方法，其中隔離步驟包含啟動多個封隔器。
10. 如權利要求9所述的方法，其中所述啟動步驟包含啟動無套管井孔的封隔器。
11. 如權利要求8到IO中的任一項所述的方法，其中所述執行步驟包含連續壓裂每個部分。
12. 如權利要求8到11中的任一項所述的方法，還包含圍繞每個濾篩 組件充填礫石。
13. 如權利要求8到12中的任一項所述的方法，其中所述流入步驟包 含使開採流體流動。
14. 如權利要求13所述的方法，還包含選擇性關閉隔離閥以阻擋流體 流過特定濾篩組件。
15. —種鑽井系統，包含多級壓裂系統，布置在井眼中以沿著所述井眼壓裂多個部分；以及 多個濾篩組件，布置在所述多個部分處，每個濾篩組件具有閥以控制 流體流入所述濾篩組件。
16. 如權利要求15所述的鑽井系統，其中所述多級壓裂系統包含多個 封隔器以沿著所述井眼隔離所述多個部分。
17. 如權利要求16所述的鑽井系統，其中所述多級壓裂系統包含多個 流動閥，壓裂流體通過該流動閥在選定部分被導引到周圍地層。
18. 如權利要求17所述的鑽井系統，還包含管形構件，該管形構件承 載所述多個封隔器、所述多個流動閥以及所述多個濾篩組件。
19. 如權利要求18所述的鑽井系統，還包含沉積在每個濾篩組件周圍 的石樂石充填物。
20. 如權利要求17所述的鑽井系統，其中每個所述閥和每個流動閥包 含滑動套管。
21. —種方法，包含沿著管形構件定位封隔器以建立多個部分；在所述多個部分的每個部分中安裝壓裂流動閥；將濾篩組件定位在所述多個部分中的每個部分中；以及為每個濾篩組件提供閥以控制流體流過所述濾篩組件。
22. 如權利要求21所述的方法，還包含在井眼內啟動封隔器以沿著所 述井眼隔離所述多個部分。
23. 如權利要求22所述的方法，還包含連續壓裂每個部分。
24.如權利要求23所述的方法，還包含使開採流體穿過至少一個所述
全文摘要
一種鑽井系統和方法。一種能同時布置處理設備和濾篩組件而用於開採過程中的技術。該技術使用布置在井眼中的多級鑽井處理系統以沿著所述井眼處理所述多個部分。另外，多個濾篩組件被定位於所述多個部分，並且每個濾篩組件包含閥以控制流體流過所述濾篩組件。
文檔編號E21B33/12GK101566053SQ20091013273
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月16日 優先權日2008年4月21日
發明者布拉德利·P·馬隆 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司