自動阻斷水的管道的製作方法
2023-08-06 09:42:06
自動阻斷水的管道的製作方法
【專利摘要】一種對管滲水進行控制的裝置，該管用在從地下儲層開採碳氫化合物的過程中，包括多層管，該多層管包括外管層、在外管層內縱向對準的內管層、以及位於外管層與內管層之間的親水性混合料。該混合料包括選自由砂子、粉砂、以及粘土及其混合物所組成組的材料。該混合料是非化學活性的，並且具有吸收特性，使得該材料遇水膨脹，但不吸收碳氫化合物。一旦暴露於水時，該混合料形成抗滲阻擋層，該抗滲阻擋層覆蓋內管層的至少一部分。
【專利說明】自動阻斷水的管道
[0001]發明人:穆罕默德.M.阿勒-沙瑪裡
[0002]受讓人:沙烏地阿拉伯石油公司
[0003]代理人卷號:04159.007748
[0004]本發明背景
1.【技術領域】
[0005]本發明涉及控制油氣儲層的開採。具體而言，本發明涉及一種裝置及方法，用具有水敏性混合料的多層管控制出水。
[0006]2.相關技術
[0007]油氣開採井中的套管洩漏是本領域一直以來都存在的問題。除了別的原因以外，由於來自地層或儲層的酸性或腐蝕性水造成的腐蝕、點蝕以及破裂，會導致套管洩漏。將套管送入井中特別是送入斜井過程中的磨損會導致薄弱點，此處更容易受到因來自地層腐蝕性水所導致洩漏的影響。套管洩漏會讓高壓流體及氣體以及不希望的化學品進入環形間隙，而且，在極端情況下，會導致地下井噴。另外，套管洩漏會讓所開採的碳氫化合物和其它井內流體從套管逸出而進入環境。用於處理套管洩漏的現行實踐通常包括在洩漏套管內側安裝內襯，該內襯減小了成品管道的內徑。這又潛在地限制了開採以及井筒的檢修(例如維護)。
[0008]油氣井開採商面臨的另一問題是出水的管理與控制。當油氣開採井運行時，地層水也自然朝開採井筒遷移。水滲入井筒將增大開採成本，因為，之後不得不在地面將水與油氣分離。另外，還降低了所開採的油氣量。關於控制出水的通用現行實踐是，為智能完井(smart well completion)使用流入控制裝置,有主動式和被動式二種。然而，就初期成本而言、以及就花在維護與修理上的時間和成本而言，這些方法都是昂貴的。
[0009]所以，需要為這些問題找到更有效的以及高性價比的解決方案。
【發明內容】
[0010]本申請的實施方式解決了套管洩漏以及出水這兩個問題，而且，對於油氣開發的長遠規劃是有效並且可行的解決方案。本申請的實施方式包括多層管，例如套管或管道所使用的多層管，其具有這樣的能力:在早期發生出水時，能夠完全不透水，或者可替代地，能夠隔離水，同時，將油開採的滲透性維持為類似於或高於儲層滲透性。這種構思應當能適用於豎井、水平井、以及例如多分支井的複雜井。
[0011]與現有技術相比，本申請附加的有益之處在於，提供了免維護且更容易的操作解決方案。管的大部分製造工序在地面上的可控性更高的環境中完成，對其進行定製以滿足特定的井狀況。此外，有益之處在於，除了改進碳氫化合物的回收之外，還提供了成本節約，其使用易於得到的、豐富的自然土壤資源，例如當地的砂子以及粘土。
[0012]在本申請的一種實施例中，一種對管滲水進行控制的裝置，該管用在從地下儲層開採碳氫化合物的過程中，包括多層管，該多層管包括外管層、在外管層內縱向對準的內管層、以及位於外管層與內管層之間的親水性混合料。該混合料所包括的材料選自由砂子、粉砂、以及粘土及其混合物所組成組。該混合料是非化學活性的，並且具有吸收特性，使得該材料遇水膨脹，但不吸收碳氫化合物，並且，一旦暴露於水時，即發生作用以形成抗滲阻擋層，該抗滲阻擋層覆蓋內管層的至少一部分。
[0013]在一種實施例中，內管層和外管層是實壁部件。在一種實施例中，該混合料具有的起始滲透性等於或大於油氣儲層的滲透性。外管層和內管層可以包括能流過碳氫化合物的孔。可以使穿孔套管圍住多層管，以及，該多層管可以輸送開採流體。可替代地，開採管道可以置於該多層管內。
[0014]在一種實施例中，該混合料進一步包括成形顆粒。成形顆粒的形狀可以是六邊形、八邊形、十字形或星形。
[0015]在一種實施例中，一種對管滲水進行控制的方法，該管用在從地下儲層開採碳氫化合物的過程中，包括下列步驟:(a)提供多層管，該多層管包括外管層、以及在外管層內縱向對準的內管層；(b)從由砂子、粉砂、以及粘土及其混合物所組成的組中選擇混合料，該混合料是非化學活性的，該混合料具有吸收特性，使得該材料遇水膨脹，但不吸收碳氫化合物，並且使得一旦暴露於水時，該混合料發生作用而形成抗滲阻擋層，該抗滲阻擋層覆蓋內管層的至少一部分；(c)將該混合料添加到外層管與內層管之間的空間中；以及(d)將該多層管布置於井內。
[0016]在一種實施例中，通過選自由浸膠、浸泡(bathing)、傾倒、裝填以及預成型所組成的組的方法，執行添加該混合料的步驟。在一種實施例中，內管層和外管層是實壁部件，以及，步驟(b)進一步包括選擇混合料，當多層管置於井內時，該混合料是完全不透水的。在一種實施例中，外管層和內管層可以包括孔，流體可以通過這些孔流動，以及，步驟(b)可以包括選擇混合料，該混合料具有的起始滲透性等於或大於油氣儲層的滲透性。
[0017]在一種實施例中，步驟(d)進一步包括將該多層管定位於井中的穿孔套管內，以及，在該多層管內輸送開採流體。在一種實施例中，步驟(d)進一步包括將開採管道定位於多層管內。
[0018]在一種實施例中，步驟(b)進一步包括選擇具有成形顆粒的混合料。該成形顆粒的形狀可以是六邊形、八邊形、十字形、以及星形。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]為了更詳細地了解本發明的特徵、各方面、優點以及其他內容，結合【具體實施方式】對本發明進行更具體的描述，這些內容也示於構成本說明書一部分的附圖中。然而，請注意，附圖僅示出本發明的優選實施例，因此，不應視為對本發明範圍的限制，本發明還可應用於其他等效實施例。附圖中:
[0020]圖1是根據本申請實施方式的管的剖視圖；
[0021]圖2a是圖1中管的實施例的軸測圖；
[0022]圖2b是圖1中管的實施例的另一軸測圖；
[0023]圖3是圖1中管的實施例的剖視圖；
[0024]圖4是圖1中管的另一實施例的剖視圖；
[0025]圖5a是圖1的管的實施例中所使用的混合料的圖；[0026]圖5b是圖1的管的實施例中所使用的可選混合料的圖；以及
[0027]圖5c是圖1的管的實施例中所使用的另一可選混合料的圖。
【具體實施方式】
[0028]參見圖1，使用多層(光面的、密實的、有縫的或有孔的)碳鋼管，製造本申請實施方式的多層管10。管10具有特殊沉積物的內置混合料12，該內置混合料12含有水敏性混合料，例如土壤成分，包括砂子、粉砂、或粘土，或者砂子、粉砂和粘土的組合，由於儲層出水，混合料12的滲透性會消失或者顯著降低，以及，該混合料12仍然將碳氫化合物開採維持為和儲層一樣好或者更高的滲透性。
[0029]多層管10包括具有內徑16和外徑18的外管層14。內管層20具有外徑22和內徑24。外管層14的內徑16大於內管層20的外徑22，在兩層之間形成環形間隙26。內置混合料12位於環形間隙26內。內管層20的內徑24限定中腔25。礦井操作，包括開採和維護，將發生在中腔25的空隙內。在一種實施例中，通過中腔25向地面進行開採。在一種實施例中，存在於中腔25內的開採管道向地面輸送所開採流體。
[0030]管10是預製件，並且，可以在船運至其應用井位之前，在場外設施處進行製造。在安裝之前，考慮各段的總長度，將管10的尺寸形成為具有直徑16、18、22、24，以便降低成本以及優化生產。例如，基於數種因素，確定環形間隙26的尺寸，繼而確定對出水進行有效控制的混合料12厚度(也就是，有效厚度因數)。這些因素包括水的鹽度範圍、以及混合料12的滲透性變化。有效厚度因數可以通過試驗方法或者理論方法確定，例如，通過模擬有效管絕緣電阻值的計算式。
[0031]內置混合料12由水敏性混合料構成，例如砂子、粉砂、以及粘土，或者是水敏性的任何其它材料，其置於管10的環形間隙26內。在一種實施例中，通過浸膠或浸泡處理，將混合料12施加至內管層20的外表面、或者外管層14的內表面，從而製造管10。在一種實施例中，混合料12為小珠或其它顆粒形式，並且傾倒或填充進環形間隙26。在一種實施例中，通過鑄塑或其它方法，預形成混合料12。也可以使用在環形間隙26內放置混合料12的其它可替代方法。作為進一步的討論，在一些應用中，混合料12將包括容易得到的當地砂子、粉砂、以及粘土的混合物，尤其是為儲層特性以及特殊應用目的而混合併定製的混合物。混合料12可以吸水，但不會與水起化學反應。混合料12是親水性的，所以，儘管它能吸水，但它不吸收所開採的碳氫化合物，也不會因與所開採的碳氫化合物接觸而膨脹。
[0032]再參見圖2a，在本申請的一種實施例中，管10是位於含有腐蝕性水28層的區域內的套管。外管層14和內管層20 二者都是實壁部件，也就是，其不包括開口例如穿孔、孔洞、或縫隙。外管層14暴露於腐蝕性水28。安裝之後的一段時間，外管層14能維持對腐蝕性水28的阻擋層。然而，隨著時間推移，如圖2b中所示，腐蝕性水28作用，使外管層14損壞，直至在外管層14中形成破口 30。於是，腐蝕性水28能透過外管層14，並且，進入並與內置混合料12接觸。
[0033]在一種實施例中，內置混合料12是密實的、大體密實的、或者一旦與流體接觸即變成大體密實的，從而，其滲透性能會阻擋腐蝕性水28使其不能在管10內進一步滲透。內置混合料12對腐蝕性水的耐腐蝕性極佳；也就是,腐蝕性水28不會導致內置混合料12受損。不要求操作人員進行觀察或動作，混合料12就會產生對腐蝕性水28的阻擋作用。所以，儘管腐蝕性水28能透過管10的外管層14，但混合料12已經形成了抗滲阻擋層，使得腐蝕性水28不會危及管10的功能，也不會影響中腔25內進行的開採或其它操作。這會使維護成本最小化，並且避免油或氣從中腔25向外逸出的潛在損失。另外，這種解決方案避免了應用通常用來解決套管洩漏問題的套管內襯。套管內襯的使用會使中腔25的尺寸減小，從而，影響了在腔25內進行的操作。
[0034]在圖3所示的一種實施例中，管10是位於帶穿孔套管32內的開採管道。在套管32的內表面與管10的外表面之間，形成有流動空間36。封隔器34在空間36內以斷續方式間隔布置，阻塞流體沿間隔36的流動。油、氣、水或其它開採流體可以穿過套管32，該套管32已用傳統手段進行了穿孔。在外管層14和內管層20 二者中，管10具有經機械方式開槽或開孔的入口 38。可以通過液壓或者機械方式，設置這些孔或槽38，允許碳氫化合物穿過管10的管壁，並進入中腔25 (圖1)，而沒有明顯的壓降。
[0035]開採期間，如果水穿過套管32進入流動空間36，並且穿過外管層14中的孔遷移，水將與混合料12接觸。混合料12會因膨脹而起反應，從而，降低其滲透性，並且變成不透水。這種反應基於混合料12自身的特性發生，並且不要求操作人員進行觀察或動作。
[0036]所以，很少水或沒有水進入管10的中腔25 (圖1)。這將有助於維持所開採流體的品質，並且不再需要流入控制裝置。在圖3所示的實施例中，開發或者選擇混合料12，使其具有的起始滲透性等於或大於其所應用油氣儲層的滲透性，並且具有膨脹特性，促使其基於儲層標準來消除滲水。儲層標準包括地層水的鹽度、或者開採水的鹽度範圍。
[0037]圖4中所示的實施例具有作為開採套管的管10、以及置於多層管10中的開採管道40。在本實施例中，中腔25(圖1)容納開採管道40，以及，多個封隔器34也置於開採管道40和管10之間。在一種實施方式中，開採流體在中腔25內直接流向地面，而不使用開採管道40或封隔器34。
[0038]圖4實施例中的管10的外管層14和內管層20 二者都進行穿孔，使得孔允許碳氫化合物流動穿過管10。如果在開採期間水抵達管10並且與混合料12接觸，那麼混合料12因膨脹起反應。膨脹降低了混合料12的滲透性，使其變成針對水的抗滲阻擋層。這種反應基於混合料12自身的特性發生，不要求操作人員進行觀察或動作。所以，很少水或沒有水進入管10的中腔25 (圖1)。因為沒有水穿過管10進入，沒有水會進入開採管道40。這將有助於維持所開採流體的品質，並且不再需要流入控制裝置。
[0039]為了保護管10內的混合料12的完整性，將使用專門的鑽井液如油基鑽井液，並使用膠結方法(cementation)。混合料12設計成,使得鑽井以及膠結過程不會影響其未來功能。在本實施例中，開發或者選擇混合料12，使其具有的起始滲透性等於或大於其所應用油氣儲層的滲透性，並且具有膨脹特性，促使其基於儲層標準消除滲水。儲層標準包括地層水的鹽度或開採水的鹽度範圍。
[0040]取決於特定應用所期望的功能，在所討論的多個實施例中要求多種類型的混合料
12。可以將自然生成的材料逆向加工(reverse engineer),以開發出高性價比並且成功的混合料12，其定製成適合特定目的。如已經發現的，除了其他因素外，油氣井的開採率取決於儲層砂對這些流體的有效滲透率。砂滲透率的降低，將降低油、氣、以及水開採的總體速度。在鑽井之前，大部分儲層砂含有間隙水以及粘土礦物二者。間隙水的存在意味著，在發現油氣田時，粘土含水到一定程度，並且與水處於膨脹平衡。當為了開採油而鑽井時，一些水從鑽井泥漿滲進砂子。這種引入的水將導致粘土顆粒膨脹，從而，局部阻塞砂子中的毛細管孔洞，並且使碳氫化合物流向井筒的路徑尺寸減小，從而，降低碳氫化合物向井筒的流動速度。在將水注入砂子以從接近枯竭的油氣田獲得額外的碳氫化合物時，此問題變得更加嚴重。
[0041]特別容易因暴露於水而受損的儲層砂子稱為「水敏」。廣泛用作砂子水敏性定性指示的一種實驗室方法是確定下述兩種滲透率之間的差異:巖石樣品在乾燥時的滲透率，以及，巖石樣品在浸透具有不同化學成分的水時的滲透率。用水浸溼時，不同的粘土呈現出不同的體積改變能力。一定程度上，體積的改變取決於水的化學成分。多種因素會影響滲透率的變化，例如現場粘土的類型、所引入水的鹽度、以及砂子的水敏性。
[0042]自然界中，已經發現含有高嶺土、伊利石、以及混層粘土(伊利石-微晶高嶺土)的砂子對水最敏感，以及，只含有少量高嶺土和伊利石的砂子的敏感性最低。含有大量高嶺土和伊利石的砂子的水敏感性為中等。知曉這一點，通過對非常影響開採率的砂子和粘土進行選擇以及組合，形成混合料12，就能積極地利用砂子和粘土，從而滿足如上所述的特殊需要。
[0043]混合料也可以是專業實驗室工作製得的材料。參見圖5a至圖5c，一種實施例包括特殊成形構成的混合料12。例如，混合料12可以包括六邊形構成42，具有通道44進行流體流動，如圖5a中所示。可替代地，該構成可以是八邊形或其它多邊形，並且，各形狀的邊長可以彼此相等、也可以不同。通道44可以用粘土塗覆，這允許對流體路徑的曲折程度進行控制，進一步，當粘土膨脹時，能有效地降低或消除滲透性。一種實施例包括新的混合料結構,如圖5b中所示由十字形晶粒46形成,或者如圖5c中所示由星形晶粒48形成。
[0044]雖然詳細描述了本發明，但應當理解，可以做出多種改變、替換、以及變更，而不偏離本發明的原理和範圍。相應地，本發明的範圍應當由所附權利要求及其等效置換確定。
[0045]單數形式的「一個」以及「該」包括兩個以上的所指對象，除非上下文明確指明。可選地或任選地指，隨後描述的事件或情況可以出現也可以不出現。這種描述包括事件或情況出現的實例以及沒有出現的實例。範圍在此可以表達為從一個特定值附近和/或到另一特定值附近。當表達這樣一種範圍時，應當理解，另外的實施例是從一個特定值和/或到其它特定值，包括所述範圍內的所有組合。
[0046]本申請中引用了一些專利或公開文獻，這些文獻所披露的全部內容以引用方式併入本文，以便更完全地描述本發明所屬領域的狀態，除非這些引文與本文的陳述矛盾。
【權利要求】
1.一種對管滲水進行控制的裝置，該管用在從地下儲層開採碳氫化合物的過程中，包括: 多層管，所述多層管包括: 外管層， 內管層，其在所述外管層內縱向對準，並且限定中腔，以及 親水性混合料，其位於所述外管層與所述內管層之間，其中: 所述混合料選自由砂子、粉砂、和粘土、及其混合物所組成的組， 所述混合料與水不起化學反應， 所述混合料具有吸收特性，使得所述混合料遇水膨脹，但所述混合料不吸收碳氫化合物，一旦暴露於水時，所述混合料發生作用以形成對水的抗滲阻擋層，該抗滲阻擋層覆蓋所述內管層的至少一部分。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述內管層和所述外管層是實壁部件。
3.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其中，所述混合料具有的起始滲透性等於或大於油氣儲層的滲透性。
4.根據前述任一項權利要求所述的裝置，進一步包括圍住所述多層管的帶有穿孔套管，以及，其中，所述多層管通過所述中腔輸送開採流體。
5.根據前述任一項權利`要求所述的裝置，進一步包括開採管道，所述開採管道存在於所述多層管的所述中腔內。
6.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其中，所述外管層和所述內管層二者都是穿孔的，以及，所述多層管能作用為允許碳氫化合物越過所述外管層和所述內管層達到所述中腔。
7.根據前述任一項權利要求所述的裝置，其中，所述混合料進一步包括成形顆粒。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述成形顆粒的形狀選自由六邊形、八邊形、十字形、以及星形所組成的組。
9.一種對管滲水進行控制的方法，該管用在從地下儲層開採碳氫化合物的過程中，所述方法包括下列步驟: (a)提供多層管，所述多層管包括外管層和內管層，所述內管層在所述外管層內縱向對準，並且限定中腔； (b)從由砂子、粉砂、和粘土、及其混合物所組成的組中選擇親水性混合料，所述混合料與水不起化學反應，所述混合料具有吸收特性，使得該材料遇水膨脹但不吸收碳氫化合物，以及，使得一旦暴露於水時，所述混合料發生作用以形成對水的抗滲阻擋層，所述抗滲阻擋層覆蓋所述內管層的至少一部分； (c)將所述混合料添加到位於所述外層管與所述內層管之間的空間中；以及 (d)將所述多層管布置於井內。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，通過選自由浸膠、浸泡、傾倒、裝填以及預成型所組成組的方法，執行添加所述混合料的步驟。
11.根據權利要求9或權利要求10所述的方法，其中，所述內管層和所述外管層是實壁部件。
12.根據權利要求9至權利要求11中任一項權利要求所述的方法，其中，所述外管層和所述內管層二者都是穿孔的，以及，所述多層管能夠作用為允許碳氫化合物越過所述外管層和所述內管層達到所述中腔，以及，其中，步驟(b)進一步包括選擇混合料，所述混合料具有的起始滲透性等於或大於油氣儲層的滲透性。
13.根據權利要求9至權利要求12中任一項權利要求所述的方法，其中，步驟(d)進一步包括將所述多層管布置於井內的穿孔套管內，以及，在所述多層管的中腔內輸送開採流體。
14.根據權利要求9至權利要求13中任一項權利要求所述的方法，其中，所述方法進一步包括將開採管道定位於所述多層管的中腔內，以及，在所述多層管內輸送開採流體。
15.根據權利要求9至權利要求14中任一項權利要求所述的方法，其中步驟(b)進一步包括選擇具有成形顆粒的混合料，其中，所述成形顆粒的形狀選自由六邊形、八邊形、十字形、以及星形所組成的組。`
【文檔編號】E21B43/12GK103732855SQ201280036446
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年7月16日 優先權日:2011年7月27日
【發明者】穆罕默德·M·阿勒-沙瑪裡 申請人:沙烏地阿拉伯石油公司