用於完成井的方法和設備的製作方法

2023-04-23 10:30:01

專利名稱：用於完成井的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於完成井的方法和設備。
技術背景當從地層產生井液(well fluid)時，井液典型地包含粒子或"沙子"。 必需控制從井中產生沙子，以便延長井的壽命。控制產生沙子的一個方法 是在井中安裝濾管(screen)並在濾管的周圍形成襯底以便過濾產生的井 液中的沙子。 一種典型的沙濾管由圓柱形濾管形成，該沙濾管通常與產生 井液的井的鑽孔同心。砂礫充填在包圍沙濾管的環形區中。產生的井液流 通過砂礫，進入沙濾管並經連接到沙濾管的油管與井上連通。包圍濾管的砂礫典型地經砂礫充填操作被引導進井中。在傳統的砂礫 充填操作中，砂礫經泥漿與井下連通，泥漿是流體和砂礫的混合物。井中 的砂礫填充系統引導沙濾管周圍的泥漿，從而當泥漿中的流體消失時砂礫 仍保留在濾管周圍。不平常的是，井中充填砂礫的層大於一個。完成具有多個砂礫填充層 (multiple gravel pack zones)的井的一個方法是首先運行井底填充器， 然後運行具有工作管柱(work string)和井下服務工具的一個填充器和 濾管組件。設定單個填充器，然後給單個層填充砂礫。隨後，服務工具撤 回到地面。重複該順序直至完成每個層的砂礫填充。另一種完成具有多個砂礫填充層的井的技術是把多個填充器和濾管 全部放到具有井下服務工具的井中。首先完成較下的層，然後每次填充一 個上方層。逆循環典型地用於在服務工具向上移動到下一個層之前去除服 務工具上的沙子。為了實現逆循環，工具在濾管內部運行以便封堵正在填 充的層上方的濾管。然而，該工具典型地相當複雜，工具必需執行泥漿的 密封和輸送，以及返回液體。為了防止產生沙子和最終的完全失效，實現有效的和完全的砂礫放置 是重要的。如果沒有完成填充， 一個或多個濾管會失效。 一旦濾管部分已 經失效，產生的砂礫或沙子開始流進生產油管。沙子可導致腐蝕，損害地 面設備的流體控制裝置，並且通常會縮短井的壽命。
因此，需要更好的方法來對多層井進行砂礫填充，同時當濾管失效時 還需要考慮腐蝕作用。

發明內容
在本發明的實施例中，用於井的技術包括在井中運行基管上的濾管 組件，每個濾管組件與井的不同砂礫填充層關聯；在井的砂礫填充期間， 選擇性地把濾管組件構造成保持壓力以便形成流體密封，而不在基管中運 行工具。
在本發明的另一個實施例中， 一種用於井的系統，包括基管；第一 濾管，所述第一濾管至少部分地包圍基管的第一部分，以便在第一濾管和 基管之間產生第一流體容納區域；第二濾管，所述第二濾管至少部分地包 圍基管的第二部分，以便在第二濾管和基管之間產生第二流體容納區域； 第一閥，所述第一閥控制第一流體容納區域和基管之間的流體連通；和第 二閥，所述第二閥控制第二流體容納區域和基管之間的流體連通，其中， 所述第一閥適用於打開以便允許第一濾管附近的砂礫填充，所述第二閥適 用於在第一濾管附近的砂礫填充期間閉合以便使中心通路與第二流體容 納區域隔離。
在本發明的另一個實施例中， 一種用於井的設備，包括基管，所述 基管具有中心通路並包括至少一個徑向埠；濾管，所述濾管至少部分地 包圍基管的一部分，以便在濾管和基管之間建立流體容納區域；和閥，所 述閥與濾管縱向地偏移並控制流體容納區域和中心通路之間的流體連通。
在本發明的另一個實施例中， 一種用於井的設備，包括基管；至少 一個隔離裝置，所述至少一個隔離裝置產生隔離區；位於隔離區中的多個 濾管；和閥，所述每個閥與所述多個濾管中的一個關聯，以便獨立地控制 包圍關聯的濾管的環形區和中心通路之間的流體連通。
在本發明的另一個實施例中， 一種用於井的方法，包括如下步驟在
7井中形成隔離區；在所述隔離區中設置多個濾管；在隔離區中設置管狀構 件，所述管狀構件具有多個徑向埠以便接收流通過濾管的流體；和選擇 性地阻斷所述多個徑向埠中的至少一個的流體連通，並允許所述多個徑 向埠中的剩餘的一個或更多個的流體連通。根據下面的附圖、說明和權利要求，本發明的優點和其它特徵將變得 顯然。


圖1是顯示根據本發明的實施例的砂礫填充系統的井的示意圖； 圖2是說明根據本發明的實施例的井中砂礫填充多層技術的流程圖； 圖3是根據本發明的實施例的圖1的砂礫填充組件的濾管和相關流體 流量控制閥的示意圖；圖4是根據本發明的實施例的圖1的砂礫填充組件的閥的示意圖； 圖5是根據本發明的實施例的當打開時的濾管部分的示意圖； 圖6是根據本發明的實施例的當閉合時的濾管部分的示意圖； 圖7是根據本發明的實施例的圖5的濾管部分的放大圖； 圖8是說明根據本發明的實施例的防止在濾管一濾管基礎上產生沙子的技術的流程圖。
具體實施方式
參考圖l，根據本發明的一些實施例，系統10用於多層砂礫填充井。 系統10與豎直井眼12—起顯示，豎直井眼12被套管柱14襯墊。然而， 請注意，根據本發明的其它實施例，系統10可用在橫向井中，並可用於 裸井中。進一步地，請注意，根據本發明的特定實施例，系統10可用於 地下油井或水下油井。因此，想到許多變化例，它們都在所附權利要求的 保護範圍內。系統10包括在套管柱(casing string) 14內部延伸的管狀管柱 (tubular string) 20。管柱20包括濾管組件，例如實例性的濾管組件 50和60。請注意，根據本發明的特定實施例，管柱20可包括附加的濾 管組件。如這裡所述，根據本發明的實施例，每個濾管組件50， 60具有保持 壓力的能力(即，形成流體密封)以便防止包圍濾管組件的環形區和管柱
20的中心通路之間的流體連通。由於該形成流體隔離的能力，因此不需要 在管柱20內部運行用於砂礫填充多層的內部工具。
更具體地，根據本發明的一些實施例，每個濾管組件(例如濾管組件 50和60)，包括隔離裝置(例如填充器30);閥38，該閥38把砂礫 填充泥漿引導到圍繞濾管組件的環形區中；濾管36;和閥34，閥34控制 濾管組件打開和閉合。
更具體地，根據本發明的一些實施例，每個濾管36與特定的閥34關 聯，閥34可直接地定位在相關的濾管36的下方，如圖1所示。如下面進 一步的說明，在每個36的內部、濾管36和濾管組件的內部基管之間形成 環形空間，用於形成容納環空(armulus)周圍流體的區域。流體不是直 接流通過基管中的埠，而是通過環形流體容納區域流到相關的閥34，閥 34與濾管36縱向地偏移(例如在濾管36的下面)。因此，根據它的狀 態，閥34控制流體是否與它的相關的濾管36連通和是否與管柱的中心通 路連通。
因此，根據本發明的一些實施例，經系統10的砂礫填充可以下面的 方式進行。首先，每個濾管組件構造成使得當管柱20首先在井下運行時 所有閥34閉合，因而使所有濾管組件構造成保持壓力(contain pressure)。如這裡所述，各個層(每個濾管組件一個層)可以從底到頂 的順序方式填充。換言之，當每個層被填充時，打開環形區和管柱中心通 路之間對應的濾管組件的流體連通。因此，泥槳可通過閥38引導進每個 層的環形區中，泥漿然後在濾管組件的濾管36周圍沉澱對應的沙子，隨 後多餘的水通過濾管36返回並進入中心通路20。
如更具體的實例，假設與濾管組件60關聯的層在被填充。對於該狀 態的管柱20，濾管組件50和濾管組件50上方的所有濾管組件構造成使 濾管組件周圍的環形區與管柱中心通路隔離。還設置填充器30a，還可能 在管柱20的濾管組件60的下方設置一個填充器(圖1中未表示)。在設 置好填充器30a後，閥38a打開用於在中心通路20和圍繞濾管組件60 的環形區之間建立連通，以便允許砂礫填充泥漿流進正在填充的環形區(即圍繞濾管組件60的環形區)。如下面進一步的說明，閥38a的打開 可引起濾管組件60的所有的閥34打開，以便允許多餘的水流出泥漿通過 中心通路20返回。因此，在填充器30a設置好並且閥38a和34打開後，泥漿通過管柱20 連通，從而使泥漿離開閥38進入圍繞濾管組件60的環形區。多餘的水經 濾管36返回。請注意，在本發明的一些實施例中，管柱20包括在閥38上方的過渡 裝置(crossover device)用於在環形區和中心通路之間輸送流體。這樣， 流進井的用於砂礫填充的泥漿例如可朝下流動到濾管組件60上方的井的 環形區，並在填充器30a上方過渡到管柱20的中心通路中。從沉積的砂 礫返回的多餘的水可進入濾管36，流過關聯的閥34，並經管柱20的中 心通路返回到過渡裝置。從過渡裝置，返回的流體可通過管柱20的中心 通路與井上連通。然而，在本發明的其它實施例中，返回的水可經環形區 與地面連通，並且泥漿流可經管柱20的中心通路從井的地面連通。因此， 可想到許多變化例，它們都在所附權利要求的保護範圍內。為了簡要，圖2說明了這裡所述的本發明的實施例的技術80。根據技 術80，按照方框84，濾管組件運行到基管的井中，每個濾管組件與井的 不同砂礫填充層關聯。按照方框88，在井的砂礫填充期間，濾管組件被選 擇性地操作成保持壓力以便實現流體密封，而不在基管內部運行工具。圖3顯示濾管36和關聯的閥34的實例性實施例。如圖3所示，濾管 36由濾管罩102形成，濾管罩102大致包圍基管104部分。基管104形 成管柱20的內部，基管104的中心通路形成管柱20的中心通路部分。 在濾管罩102和基管104之間存在足夠的環形空間用於產生流體容納區 域106，流體容納區域106容納進入的井液。井液從流體容納區域106流 到閥34的縱向通路108。如果閥34閉合，如圖3的實例所示，流體容納 區域106和管柱20的中心通路之間無流體連通。因此，在該狀態下，濾 管36保持壓力。為了控制通路108和20之間的流體連通，閥34包括套120，該套120 被構造成上下縱向地滑動，用於控制通過徑向埠 112的流量/流速。在10圖3所示的位置處，套120閉合徑向埠 112以便阻止流體容納區域106 和中心通路20之間的流體連通。
套120包括活塞頭124，壓力可作用在活塞頭124上用於在朝下的方 向上移動套120以便打開通過埠 112的連通。這樣，如圖3所示，根據 本發明的一些實施例，活塞頭124的上表面可與控制流體通路110連通。 控制壓力可從井的表面或其它壓力源(如下面進一步的說明)連通到通路 110，用於移動套120以便打開閥34。如圖3所示，根據本發明的一些實 施例，控制流體通路110可在閥34的主體100中形成。
根據本發明的一些實施例，縱向通路110可包括流體限制件(或閥34 可包括另一延時機構)實現延時打開閥34。因此，根據本發明的一些實施 例，特定層中的閥34可在延時序列的每個時刻打開一次(從頂部向底部)。
閥34可以其它方式打開，根據本發明的其它實施例。例如，根據本 發明的一些實施例，閥34包括夾套(collet sleeve) 130，夾套130定 位在套124的下端和主體100的內表面之間。在圖3所示的位置處，夾套 130使套120保持在閉合位置。然而，經控制流體通路110施加的壓力導 致套120朝下移動並打開埠 112。相似地，可通過移位工具致動夾套 130，例如用於使套120朝下移動以便打開埠 112。
根據本發明的一些實施例，液壓控制線路110的壓力連通可通過閥38 的動作來控制。例如，參考圖4，根據本發明的一些實施例，閥38可包括 套178,套178控制液壓流體通路110的流體壓力的連通。更具體地，根 據本發明的一些實施例，閥38包括套160，致動套160用於打開通過徑 向埠 156的連通以便在包圍閥38的環形區和管柱20的中心通路之間 建立流體連通。當朝下移動打開通過埠 156的連通時，套160接觸套 178的上端，套178可包括位於環形槽166內部的套筒指狀物。當套160 朝下移動時，套筒指狀物從槽166移開，套178朝下移動以便在通路110 和管柱20的中心通路之間建立連通。
請注意，閥34和38僅僅是本發明的可能的實施例的實例，可以想到 其它閥設計，它們都在所附權利要求的保護範圍內。例如，根據本發明的 其它實施例，閥36可以是可變位置閥(variable position valve)，其 中閥36具有多個開口位置以便為井液流提供可控的節流或扼流。在砂礫填充後濾管36仍然打開用於容納井液。在上述實施例中，特
定濾管組件的濾管36全部一起打開或閉合。然而，在本發明的其它實施 例中，特定濾管組件的濾管36單獨地可控，這允許產生沙子、要關閉的 濾管不隨整個濾管組件一起切斷沙子生產。
因此，根據這裡所述的本發明的實施例，在從井產生沙子期間濾管組 件的單個濾管可選擇性地關閉，用於隔離還沒有充分地填充的部分。獨立 地填充的特定濾管或多個濾管可由井的地面處的操作員來確定，例如通過 濾管打開和關閉的迭代過程，用於評估哪些濾管在產生沙子。 一旦已經識 別導致產生沙子的濾管或多個濾管，然後(通過操作員的動作)關閉濾管 以便允許從其餘層生產沙子。
圖5大致顯示本發明的一些實施例的濾管分段200。井中的關聯的濾 管組件可包括多個濾管分段200。濾管分段200顯示可與特定的濾管罩 220 —起使用用於控制通過濾管罩220的井液的流量的閥。前述控制獨立 於濾管組件的其它濾管的相關流量控制。
在圖5所示的實例中，濾管200包圍基管210的一部分，基管210 的一部分形成生產管柱的一個分段。因此，當濾管罩220容納井液流時， 井液流動到濾管罩220中並且通過基管210的徑向埠 230朝井的地表 流動。
濾管分段200包括套240，套240形成濾管分段200的閥的流體控制 元件。特別地，套240位於基管210的內部並與基管210同軸(即，具 有相同的縱向軸線201)。套240可位於濾管220的上方(在圖5所示的 實例中)，並且閥240的位置控制流體是否通過徑向埠 230 (如圖5所 示，閥處於打開狀態)或者控制是否控制阻止流體連通(如圖6所示，閥 處於閉合位置)。
繼續參考圖5，在它的上端附近，套240連接到卡環250，卡環250 把套240鎖止在打開位置(圖5)或閉合位置(圖6)。圖7顯示當套240 在它的下部開口位置時、套240和它的關聯元件的更詳細的視圖，如圖5 所示。卡環250位於套240的外部環形槽中，並且當閥打開時卡環250卡 扣到基管210的內部環形槽258 (參見圖6)中。相反，當套240處於它 的關閉閥的最上部位置(圖6所示的狀態)，卡環250卡扣到基管210的內部環形槽254 (參見圖5)中。卡環250處於適當的槽254， 258後， 套240被"鎖定"到適當位置。為了改變閥的狀態，移位工具可運行到管柱和基管210的中心通路中 用於接合套240的內部輪廓241。因此， 一旦與輪廓241接合，移位工具 的運動可用於把套240移動到適當位置以便打開或關閉閥。參考圖8，為了概述，根據這裡描述的本發明的實施例，技術300可 用於隔離區中的特定濾管以便使沙子產生最少。根據技術300,按照方框 304，在井中形成隔離區(即沙子產生層)，按照方框310,濾管設置在 隔離區中。接下來，基管設置成容納來自隔離區的流體(方框314)，並 且通過濾管的流體連通被選擇性地封閉和允許(方框318)用於尋找允許 產生過量沙子的濾管，並且允許濾管產生不過量的沙子。儘管已經參考優先實施例說明了本發明，但是根據本發明的公開，對 於本領域的熟練技術人員而言，各種變化和修改是顯而易見的。所附權利 要求覆蓋本發明的精神和保護範圍內的所有變化和修改。
權利要求
1.一種用於井的系統，包括基管，所述基管包括中心通路、第一徑向埠和第二徑向埠；第一濾管，所述第一濾管至少部分地包圍基管的第一部分，以便在第一濾管和基管之間產生第一流體容納區域；第二濾管，所述第二濾管至少部分地包圍基管的第二部分，以便在第二濾管和基管之間產生第二流體容納區域；第一閥，所述第一閥控制第一流體容納區域和基管之間的流體連通；和第二閥，所述第二閥控制第二流體容納區域和基管之間的流體連通，其中，所述第一閥適用於打開以便允許第一濾管附近的砂礫填充，所述第二閥適用於在第一濾管附近的砂礫填充期間閉合以便使中心通路與第二流體容納區域隔離。
2. 根據權利要求l的系統，其中 所述第一濾管和第一閥與井的第一層關聯，所述第二濾管和第二閥與井的第二層關聯，所述系統還包括 與第一層關聯的附加濾管和附加閥，其中所述附加閥適用於在砂礫填 充期間允許與基管的中心通路的流體連通。
3. 根據權利要求2的系統，其中所述附加閥適用於與第一閥同時打開。
4. 根據權利要求2的系統，其中所述附加閥和所述第一閥適用於以延時序列打開。
5. 根據權利要求l的系統，其中所述第一濾管和第一閥與井的第一層關聯，所述第二濾管和第二閥與井的第二層關聯，所述系統還包括 與第二層關聯的附加濾管和附加閥，其中所述附加閥適用於在砂礫填 充期間阻斷與基管的中心通路的流體連通。
6. 根據權利要求1的系統，還包括位於第一濾管和第二濾管之間的填充器，所述填充器適用於在砂礫填 充前設置。
7. 根據權利要求l的系統，還包括第三閥，所述第三閥選擇性地使第一閥的控制埠暴露於壓力以便打 開第一閥。
8. 根據權利要求7的系統，還包括第四閥，所述第四閥選擇性地在基管和井的環空之間建立連通以便將 砂礫填充介質傳送到環形區中。
9. 根據權利要求8的系統，其中所述第四閥適用於響應基管和井的環空之間的連通的建立，而暴露第一閥的控制埠。
10. —種用於井的方法，包括如下步驟把管柱上的濾管組件運行到井中，每個濾管組件與井的不同砂礫填充 層關聯；在井的砂礫填充期間，選擇性地把濾管組件構造成保持壓力以便執行 隔離，而不在基管中運行工具來執行隔離。
11. 根據權利要求10的方法，其中所述選擇性地隔離的動作包括使管柱中的壓力與正在進行砂礫填充的一個層的上方的濾管組件隔離。
12. 根據權利要求10的方法，其中每個濾管組件包括多個濾管，所述選擇性地隔離的動作包括選擇性地隔離作為一個單元的每個濾管組件 的多個濾管。
13. 根據權利要求10的方法，其中所述選擇性地隔離的動作包括當管柱運行到井中時，首先隔離所有濾管組件；和當進行砂礫填充時從井底朝上依次去除隔離。
14. 根據權利要求10的方法，其中所述選擇性地隔離的動作包括選擇性地操作多個閥，所述多個閥中的每個控制濾管和管柱的至少一 個埠之間的流體連通。
15. —種用於井的設備，包括基管，所述基管具有中心通路並包括至少一個徑向埠；濾管，所述濾管至少部分地包圍基管的一部分，以便在濾管和基管之間建立流體容納區域；和閥，所述閥控制流體容納區域和中心通路之間的流體連通。
16. 根據權利要求15的設備，其中所述閥包括套閥。
17. 根據權利要求15的設備，其中所述基管具有縱向軸線，並且所 述閥沿所述縱向軸線與濾管偏移。
18. 根據權利要求15的設備，其中所述閥適用於在打開狀態和閉合 狀態之間切換多次。
19. 根據權利要求15的設備，其中所述閥適用於響應移位工具和流 體壓力中的一種而被操作。
20. 根據權利要求15的設備，其中所述閥包括延時機構，所述延時 機構為閥狀態改變引入延時。
21. 根據權利要求15的設備，其中所述閥包括具有多個開口位置的 可變位置閥和僅具有全開和全閉位置的閥中的一種。
22. —種用於井的設備，包括 基管；第一和第二隔離裝置，所述第一和第二隔離裝置用於在第一和第二隔 離裝置之間產生隔離區；位於第一和第二隔離裝置之間的多個濾管，所述多個濾管被環形區包 圍；禾口閥，所述每個閥與所述多個濾管中的一個關聯，以便獨立地控制環形 區和中心通路之間的流體連通。
23. 根據權利要求22的設備，其中所述閥包括套閥。
24. 根據權利要求22的設備，其中所述基管具有縱向軸線，並且每 個閥沿縱向軸線與它關聯的濾管偏移。
25. 根據權利要求22的設備，其中每個閥適用於響應移位工具和流 體壓力中的一種而被操作。
26. —種用於井的方法，包括如下步驟 在井中形成隔離區； 在所述隔離區中設置多個濾管；設置管狀構件，所述管狀構件定位在隔離區中，所述管狀構件具有多個徑向埠以便接收流通過濾管的流體；和選擇性地阻斷所述多個徑向埠中的至少一個的流體連通，並允許所 述多個徑向埠中的剩餘的一個或更多個的流體連通。
27. 根據權利要求26的方法，其中選擇性地阻斷和允許的動作包括 選擇性地操作套闊。
28. 根據權利要求26的方法，所述管狀構件具有縱向軸線，並且選 擇性地阻斷和允許的步驟包括操作多個閥，所述多個閥中的每個與多個濾 管中的一個關聯並且沿所述縱向軸線與關聯的濾管偏移。
全文摘要
本發明公開一種用於完成井的方法和設備，其中用於完成井的方法包括在井中運行基管上的濾管組件，每個濾管組件與井的不同砂礫填充層關聯；在井的砂礫填充期間，選擇性地把濾管組件構造成保持壓力以便形成流體密封，而不在基管中運行工具。
文檔編號E21B43/02GK101539006SQ20081008546
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月19日 優先權日2008年3月19日
發明者加裡·L·瑞特斯克, 雪梨·加斯克 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司