專利名稱：用于完井、生產(chǎn)和注入的井筒裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于井筒的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及適合于流體生產(chǎn)和礫石充填的井筒生產(chǎn)完井曲徑裝置。
背景技術(shù)：
從地下儲層中生產(chǎn)烴通常包括套管完井或者裸眼完井狀態(tài)下的井筒。在套管完井應(yīng)用中，井筒套管放置在井筒內(nèi)，套管和井筒之間的環(huán)空充填了水泥。穿過套管和水泥進(jìn)入生產(chǎn)層進(jìn)行射孔以允許儲層流體(例如烴)從生產(chǎn)層進(jìn)入套管。接著在套管內(nèi)部布置一個生產(chǎn)管柱在套管和生產(chǎn)管柱之間形成一個環(huán)空。儲層流體流入環(huán)空中，接著進(jìn)入生產(chǎn)管柱并通過與生產(chǎn)管柱相連的管道到達(dá)地面。在裸眼完井應(yīng)用中，生產(chǎn)管柱直接布置在沒有套管或水泥的井筒內(nèi)。儲層流體流入儲層和生產(chǎn)管柱之間的環(huán)空中，接著進(jìn)入生產(chǎn)管柱到達(dá)地面。
當(dāng)從地下儲層中生產(chǎn)流體時，尤其是膠結(jié)很差的儲層或者是由于井筒挖掘和流體退回而增加井下壓力導(dǎo)致的弱化的儲層，與儲層流體一起產(chǎn)出固體物質(zhì)(例如砂)是可能的。這種固體的生產(chǎn)可以降低井的生產(chǎn)能力，損害地下設(shè)備，增加地面上的處理成本。幾種井下固體，尤其是砂的，在工業(yè)上的控制方法在圖1(a)、1(b)、1(c)和1(d)中示出。在圖1(a)中，生產(chǎn)管柱或管道(未示出)典型地包括一個沿著它外圍的防砂篩管或防砂裝置1，它放置在與每個生產(chǎn)層相鄰的地方。防砂篩管阻止砂從生產(chǎn)層2流入防砂篩管1內(nèi)的生產(chǎn)管柱(未示出)。割縫或射孔篩管也可以用作防砂篩管或防砂裝置，附圖1(a)是一個現(xiàn)有的只用篩管完井而沒有進(jìn)行礫石充填的例子。
控制產(chǎn)砂的最常用的技術(shù)之一是礫石充填，其中沿著生產(chǎn)管柱或井筒篩管堆積砂或其它微粒物質(zhì)以形成一個井下過濾器。附圖1(b)和附圖1(c)分別是套管和裸眼礫石充填的例子。附圖1(b)顯示了篩管1外的礫石充填3，井筒套管5圍繞著礫石充填3，水泥8圍繞著井筒套管5。典型地，孔眼7射穿井筒套管5和水泥8進(jìn)入環(huán)繞井筒的地下儲層的生產(chǎn)層2。附圖1(c)顯示了一個裸眼礫石充填的例子，其中井筒沒有套管，礫石充填材料3沿著井筒防砂篩管1堆積。
礫石充填的變化包括在足夠高以致能超過地層破裂壓力的壓力下泵送礫石漿液(壓裂充填)。附圖1(d)是一個壓裂充填的例子。井筒篩管1由礫石充填3環(huán)繞，在井筒套管5和水泥8包含在礫石充填3內(nèi)。井筒套管上的孔眼6允許礫石在井筒外分布到期望的層段。選擇孔眼的數(shù)量和布置以利于礫石充填在井筒外到達(dá)用礫石漿液處理的層段的良好分布。
從地下儲層中生產(chǎn)過程中的流動損害可以導(dǎo)致井筒效率的降低或者井筒生產(chǎn)的完全停止。這種功能損失的發(fā)生可以有許多原因，包括但不限于顆粒、頁巖或者儲層砂的運(yùn)移，不想要的流體(例如，水或氣，有機(jī)或無機(jī)石蠟的形成，乳化液或污泥的生成)的流入或錐進(jìn)，鉆井殘渣的聚集(例如，泥漿添加劑和濾餅)，防砂篩管的機(jī)械損害，不完全的礫石充填，由于井眼坍塌引起的機(jī)械損害，油藏壓實或下沉，或者其它地質(zhì)力學(xué)的運(yùn)動。
美國專利US6622794公開了一種裝備有包括螺旋狀管道的流動控制裝置的篩管。通過篩管的流體流動可以通過螺旋狀路徑減弱，通過從地面上控制井下孔徑而充分打開或完全關(guān)閉。美國專利US6619397公開了一種在水平井中進(jìn)行層間隔離和流動控制的裝置。該裝置由盲基管、在基管上帶有封閉部分的篩管和以交替的方式安放的常規(guī)篩管組成。封閉部分允許在盲基管部分進(jìn)行完全的礫石充填、隔離區(qū)域的流動切斷和選擇性的流動控制。美國專利US5896928公開了一種放置在井下的帶有或不帶有篩管的流動控制裝置。該裝置有一個曲徑來提供彎曲的流動路徑或螺旋狀限制。每個曲徑的流動限制程度通過一個滑動的套筒來控制，以便來自每個射孔區(qū)域(例如水層，油層)的流動可以進(jìn)行調(diào)整。美國專利US5642781公開了一種由相互重疊的螺旋狀元件構(gòu)成的井筒篩管套，其中孔口允許流體通過交替的收縮、膨脹而流動，并在井筒(或者多通道)內(nèi)提供流體流動方向的改變。這樣的設(shè)計通過形成過濾和流體流動動量的優(yōu)點(diǎn)，減輕了篩管套上孔口的固體阻塞。
目前工業(yè)上井筒的設(shè)計在導(dǎo)致流動損害的問題或失敗發(fā)生時幾乎不包括冗余，如果有的話也很少。在很多情況下，井在其設(shè)計容量或附近的設(shè)計生產(chǎn)能力是通過對損害機(jī)理唯一的“單獨(dú)”屏障來維持(例如，在非膠結(jié)儲層內(nèi)保證防砂的篩管)。在很多情況下，井筒的使用由發(fā)生在單獨(dú)屏障的損害而受到威脅。因此，整個系統(tǒng)的可靠性非常過低。井筒的流動損害經(jīng)常導(dǎo)致昂貴的鉆井更換或修井作業(yè)。
目前工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的實踐使用一些類型的防砂篩管，或者單獨(dú)使用或者與人為布置的礫石充填(砂或支撐劑)一起使用以保持儲層的砂。所有現(xiàn)有技術(shù)中完井類型是“單獨(dú)屏障”完井，防砂篩管是防止砂從井筒向生產(chǎn)管柱運(yùn)移的“最后一道防線”。對安裝的礫石充填或篩管的任何傷害將導(dǎo)致防砂完井的失敗和以后的儲層砂的產(chǎn)出。同樣，防砂完井任何部分的阻塞將導(dǎo)致井筒生產(chǎn)率部分或全部的損失。
在發(fā)生機(jī)械損害或生產(chǎn)損害時，缺少備用導(dǎo)致來自單獨(dú)屏障完井設(shè)計的井筒效率的損失。相應(yīng)地，需要一種井筒完井裝置和方法在井筒內(nèi)來提供多個流動通道，這樣在發(fā)生機(jī)械損害或生產(chǎn)損害時提供了冗余的流動通道。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種井筒裝置。該裝置包括了一個井筒內(nèi)的第一流動接頭，第一流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第一流體流動通道的三維表面，其中第一流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，以及第一流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的；井筒內(nèi)的第二流動接頭，第二流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第二流體流動通道的三維表面，其中第二流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，以及第二流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的；第一流動接頭的至少可滲透部分與第二流動接頭的至少可滲透部分相連接，這樣在第一流動接頭和第二流動接頭之間提供了至少一個流體流動通道。在一個實施例中，至少一個流動接頭包括一個分流管，以提供一個用于礫石充填的通向環(huán)空的流動通道。
也公開了一種井筒完井、生產(chǎn)和注入方法。該方法包括提供了一種用于礫石充填的和在井筒內(nèi)生產(chǎn)烴的井筒完井裝置。井筒完井裝置包括井筒內(nèi)的第一和第二流動接頭。第一流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第一流體流動通道的三維表面，其中第一流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，以及第一流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的。井筒內(nèi)的第二流動接頭，第二流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第二流體流動通道的三維表面，其中第二流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，以及第二流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的。第一流動接頭的至少可滲透部分與第二流動接頭的至少可滲透部分相連接，這樣在第一流動接頭和第二流動接頭之間提供了至少一個流體流動通道。把生產(chǎn)裝置安裝在井筒內(nèi)，以便在井筒內(nèi)提供多個流動通道。那么，利用安裝的生產(chǎn)裝置就可以從井中生產(chǎn)烴了。


附圖1(a)是一個裸眼防砂篩管完井的示意圖；附圖1(b)是一個套管礫石充填防砂完井的示意圖；附圖1(c)是一個裸眼礫石充填防砂完井的示意圖；附圖1(d)是一個壓裂充填防砂完井的示意圖；附圖2(a)是一個利用一個實施例中的曲徑流動(Mazeflo)完井系統(tǒng)從地下儲層中生產(chǎn)流體的示意圖；附圖2(b)是一個利用附圖2(a)中的曲徑流動完井系統(tǒng)從地下儲層中生產(chǎn)流體的截面圖；附圖3(a)是一個利用可滲透的或者部分可滲透的表面，可能的流動接頭結(jié)構(gòu)截面圖；附圖3(b)是一個利用連接在井筒內(nèi)的同心管道上的可滲透的或者部分可滲透的表面，可能的流動接頭結(jié)構(gòu)截面圖；附圖3(c)是一個利用在井筒內(nèi)帶有多個偏心管道的可滲透的或者部分可滲透的表面，可能的流動接頭結(jié)構(gòu)截面圖；
附圖3(d)是一個利用可滲透的或者部分可滲透的表面的流動接頭結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；附圖4(a)是一個井筒內(nèi)同心的多個流動接頭縱向視圖；附圖4(b)、附圖4(c)和附圖4(d)是附圖4(a)在井筒指定位置的截面視圖；附圖5(a)是同心的多個流動接頭縱向視圖，它進(jìn)一步示出了分流管和噴嘴部分可能的布置；附圖5(b)、附圖5(c)和附圖5(d)是附圖5(a)在井筒指定位置的截面視圖；附圖6(a)是利用一個實施例中的曲徑流動完井系統(tǒng)的井筒的側(cè)視圖，它示出了在砂滲透入井筒內(nèi)過程中可能的流體流動通道；附圖6(b)是利用一個實施例中的曲徑流動完井系統(tǒng)的井筒的端視圖，它闡述了在砂滲透入井筒內(nèi)過程中可能的流體流動通道；具體實施方式
在下面的詳細(xì)的描述中，本發(fā)明將與它的優(yōu)選實施例一起描述。然而，下面的描述具體到一個特定的實施例或本發(fā)明的一個特定應(yīng)用，在一定程度上，這只是用于說明。相應(yīng)地，本發(fā)明不限于下面所描述的具體實施例，而是，本發(fā)明包括所有落在所附的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的變型、修改和等同物。
本發(fā)明描述了實現(xiàn)一種完井設(shè)計的裝置，該設(shè)計為了解決井筒中機(jī)械損害和流動損害問題而提供大量的備用流動通道。本發(fā)明稱之為“曲徑流動完井”系統(tǒng)或井筒完井裝置或系統(tǒng)，因為它在完井設(shè)計時使用了曲徑的概念。曲徑設(shè)計在井筒中發(fā)生機(jī)械損害或生產(chǎn)流動損害問題時允許更大的適應(yīng)性、選擇性和自我調(diào)節(jié)控制。
本發(fā)明稱之為“曲徑流動完井”系統(tǒng)或裝置，因為該裝置包括井筒內(nèi)的安裝(完井)。權(quán)利要求所要求保護(hù)的裝置可以用于完井、礫石充填、流動控制、提供烴和流體注入。本領(lǐng)域技術(shù)人員在這個公開的啟示下，將認(rèn)識到該裝置的多個應(yīng)用。所有使用該裝置的應(yīng)用和方法將落入權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
井筒中曲徑流動完井系統(tǒng)允許隔離流動損害物質(zhì)但仍然允許流體流過井筒的其它可用通道。曲徑流動完井系統(tǒng)包括流動接頭或三維表面(例如，圓柱表面)，該三維表面利用各種可滲透和不可滲透表面形成能夠輸送流體的流體流動通道或中空體，例如管狀或通道截面的管道?？蓾B透和不可滲透表面、壁和折流板或者流動分流器各種組合的使用，允許建立多種分隔的流體流動通道。分隔的流體流動通道確保從井筒內(nèi)或周圍連續(xù)生產(chǎn)流體。
折流板的使用可以包括把分隔室完全或部分分開以改變流體流動方向或改變流體流動速度的壁。折流板可用作流動接頭的可滲透或不可滲透的表面?？蓾B透的表面可以由多種材料和裝置制成?？蓾B透的表面裝置包括但不限于繞線篩管，膜片篩管，膨脹篩管，燒結(jié)金屬篩管，金屬絲網(wǎng)篩管，割縫襯管，射孔襯管或預(yù)充填固體顆粒床。
一個曲徑流動完井系統(tǒng)可以利用大量流動接頭的組合而制成，這些流動接頭形成包括分離和合并流體流動通道部分的不同的流動通道。制成流動接頭的例子包括同心地或者互相鄰接地并列放置或附著可滲透或不可滲透的材料。分隔室可以縱向地或者互相橫向的布置，或者可能在某些位置成束狀和總管狀。曲徑流動完井系統(tǒng)也可以被外罩容納或者由外罩保護(hù)著。依據(jù)流動損害的數(shù)量和具體的設(shè)計，分隔室可以用作冗余的流體流動通道(例如，第一、第二、第三等流動通道)。
附圖2(a)顯示了利用一個曲徑流動完井系統(tǒng)的實施例從地下儲層中的井筒10中流體的生產(chǎn)。在這個曲徑流動完井系統(tǒng)的實施例中，使用了許多第一或主要的和第二或次要的縱向圓柱狀可滲透管道接頭13和15。不可滲透接頭29或撓性接頭可用于連接該管道接頭。
術(shù)語“主要的”用來指那些操作人員相信剛開始將會出現(xiàn)最大數(shù)量的流體流動的接頭。次要的和第三位的流動接頭或第二和第三或者更高的流動接頭分別是備用流體流動通道，它們一般(但是不是總是)尺寸較小。事實上，流動的主要部分出現(xiàn)在第二或者，如果有的話，第三或更高編號的流動接頭內(nèi)。因此，主要和次要流動接頭的確定僅僅是說明性的。把流動接頭分為主要的、次要的、和第三位的有助于理解發(fā)明，因為很可能有首選的第一流動通道(或主要的流動接頭)、第二流動通道(或次要的流動接頭)和可能的第三流動通道(第三位的流動接頭)。因此，主要的、次要的和第三位的流動接頭的指定是任意的，并不想要限定發(fā)明的范圍。做為選擇，如上面所描述的，如果必要的話，流動接頭可以被標(biāo)記為第一、第二、第三和更高，而不是主要的、次要的和第三位的流動接頭，反之亦然。流體流動可以是生產(chǎn)流體(流體從井中抽出)或者注入流體(流體注入井中)。
在附圖2(a)顯示的實施例中，生產(chǎn)管柱11放置在井筒10內(nèi)。生產(chǎn)管柱外是至少兩個流動接頭或限定可以流動流體的中空體的三維圓柱狀表面。在附圖2(a)中，至少一組接頭是第一(或主要)流動接頭13。第一流動接頭13包括至少一個限定可以流動流體的中空體的三維圓柱狀表面，其中一部分表面可滲透(陰影部分)和一部分表面不可滲透(非陰影部分)。至少一個流動接頭是第二(或次要)流動接頭15。第二流動接頭15包括至少一個三維圓柱形表面，該三維圓柱形表面限定了一個流體能夠流動的中空體，其中一部分表面是可滲透的(陰影部分)，一部分表面是不可滲透的(未表示)?？蓾B透和不可滲透部分的長度可以根據(jù)流體流動動態(tài)特性和井筒條件而改變以獲得合適的流體流動。優(yōu)選地，可滲透和不可滲透部分的長度至少7.5厘米(3英寸)長，更優(yōu)選地，至少15厘米(6英寸)長。
第一流動接頭13的至少一部分可滲透部分與第二流動接頭15的至少一部分可滲透部分相連接，這樣在第一流動接頭和第二流動接頭之間提供了至少一個流體流動通道。在附圖2(a)的例子中，第一13和第二流動通道15的連接是通過井筒10的環(huán)空25實現(xiàn)的，該環(huán)空允許流體流動通過第一流動接頭13的可滲透壁進(jìn)入第二流體接頭15的可滲透壁。井筒10的環(huán)空25也可以用作第三或第三位流動接頭。連接第一流動通道13的可滲透部分和第二流動通道15的可滲透部分其它可能方式包括第一流動通道13和第二流動通道15共用同一可滲透表面或者用管道連接可滲透部分。根據(jù)這里公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其它連接第一流動通道13的可滲透部分和第二流動通道15的可滲透部分的方式。所有這樣的連接兩個可滲透部分的方法都包括在本發(fā)明內(nèi)。
箭頭19顯示了烴的流動方向，箭頭17示出了穿過主要13和次要15流動接頭可能的流動通道。在這個圖中，次要流動接頭15是通過機(jī)械連接器21與主要流動接頭13連接起來的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其它在井筒10內(nèi)牢固地固定主要13和次要15流動接頭的方法。如流體流動箭頭17所示，主要流動接頭13和次要流動接頭15的布置在生產(chǎn)設(shè)備中為至少兩個流動通道提供了至少一個能夠在兩個流動通道之間進(jìn)行流體流動的連接。這個實施例如果必要的話允許通過使用環(huán)空25、套管、井筒篩管或其它流動接頭增加附加的流動接頭。
附圖2(b)是一個顯示了從主要流動接頭13到次要15流動接頭再到環(huán)空25的流體流動的橫截面圖，其中與附圖2(a)類似的元件給出了相同的附圖標(biāo)記。環(huán)空25是主要13和次要15流動接頭與套管(未示出)之間或者與如附圖2(b)中未下套管井中的儲層砂27之間的空間。在這個例子中，環(huán)空25用作第三(或者第三位的)流動接頭以及主要13和次要15流動接頭可滲透壁之間的一個連接。此外，在這個例子中，生產(chǎn)管柱11是主要流動接頭13內(nèi)的一個連續(xù)管道。然而，生產(chǎn)管柱11可以是如附圖2(a)中的主要流動接頭13這樣的流動接頭內(nèi)的一個連續(xù)管道，或者它可以在流動接頭的內(nèi)側(cè)，可以是連續(xù)的也可是不連續(xù)的。如附圖2(a)所示，主要流動接頭13與作為一個連接器29的生產(chǎn)管柱11相連。流動接頭可以是如附圖2(a)所示帶有連接器的不連續(xù)管道，或者它可以是能夠進(jìn)行流體流動的連續(xù)的三維表面。
附圖2(a)和附圖2(b)中顯示的實施例有五種可能的流動模式的例子。第一種流動模式是通過主要接頭13、次要接頭15和環(huán)空25的正常流體流動。
第二種可能的流體流動模式出現(xiàn)在主要接頭13堵塞而流體通過次要流動接頭15和環(huán)空25但不通過主要流動接頭13的情形下。然而，除了主要流動接頭13堵塞的區(qū)域之外，流體流動將重新開始通過主要13和次要15流動接頭以及環(huán)空25的正常流動。同樣，當(dāng)次要流動接頭15或環(huán)空25堵塞時這種模式也出現(xiàn)。那么流動分流到未堵塞的流動接頭。
第三種流體流動模式出現(xiàn)在主要流動接頭13和該主要流動接頭周圍的環(huán)空25堵塞的情形下。那一點(diǎn)的流體將通過次要接頭15繞過堵塞區(qū)域流動，接著回到環(huán)空25和主要流動接頭，恢復(fù)到正常流動。
第四種流體流動模式出現(xiàn)在主要13和次要流動接頭15堵塞的情形下。在這種模式下，流體將通過環(huán)空25繞過主要13和次要15流動接頭堵塞區(qū)域流動，并恢復(fù)到通過主要13、次要流動接頭15以及通過井筒環(huán)空25的正常流動通道。
第五種流體流動模式出現(xiàn)在次要接頭15和環(huán)空25堵塞的情形下。在這種模式下，流體將通過主要接頭13繞過次要流動接頭15和環(huán)空25的堵塞區(qū)域流動，接著恢復(fù)到通過主要流動接頭13、次要流動接頭15以及環(huán)空25的正常流動。
包括曲徑流動完井系統(tǒng)的間隔折流板的特殊組合根據(jù)該井的期望的可靠性、生產(chǎn)率、生產(chǎn)剖面、可接近程度和其它功能性需要確定。間隔室和折流板的設(shè)計依賴于該井的例如制造、材料、安裝場所(例如，工廠或通過修井)或者其它期望的功能性需要等因素。這些其它功能性需要包括但不限于產(chǎn)出固體的除去(防砂)、改進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度或柔性、特定流體的流出或流入(井下分流和流體并流)、處理化學(xué)藥品的輸送(例如，防垢劑、防腐劑等)、特定儲層類型的隔離、生產(chǎn)率和/或壓力的控制和流體性質(zhì)的測量。根據(jù)這里公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于上面所討論的功能性需要針對有利的流體流動可以設(shè)計出包括間隔室和折流板的流動通道。曲徑流動完井系統(tǒng)可以用于套管完井和裸眼完井井筒，可是用于生產(chǎn)或注入。
附圖3(a)顯示了一個實施例，其中流動接頭是通過在井筒10內(nèi)安裝可滲透或部分可滲透表面31形成的。井筒10的表面31的一部分是可滲透的，一部分是不可滲透的。可滲透表面可以把來自如流體流動箭頭33所示的不同間隔室內(nèi)的流體流動混合。該壁的不可滲透或部分可滲透部分等效于前面定義的流動接頭，并允許流體繞過其它間隔室被堵塞的點(diǎn)流動。
附圖3(d)是用于說明井筒內(nèi)部該壁的附圖3(a)的側(cè)視圖。附圖3(a)和3(d)的壁可以是可滲透的、不可滲透的或者包括一些可滲透部分和一些不可滲透的部分。
附圖3(b)顯示了一個可替代的實施例，其中第一個圓形的間隔室39在井筒10內(nèi)，內(nèi)部圓形的間隔室39和外部圓形的間隔室(未示出)或者井筒10之間的空間可以通過在內(nèi)部圓形的間隔室39和井筒10之間設(shè)置額外的表面31進(jìn)行進(jìn)一步地分隔。在這個實施例中，圓形的間隔室39外面的較大區(qū)域?qū)⒈恢付榈谝涣鲃咏宇^34。其它外部圓形的間隔室和較小地內(nèi)部間隔室將被標(biāo)記為第二36、第三38和第四流動接頭，如附圖3(b)所示?？梢灾圃斐鲱~外的間隔室(未示出)并標(biāo)記為第五、第六和更高的流動接頭。
附圖3(c)顯示了一個不同結(jié)構(gòu)的實施例，其中兩個圓形的間隔室35安裝在井筒10內(nèi)，井筒10通過添加一個壁31進(jìn)一步分隔開。如上面所討論的，優(yōu)選地，這個壁具有可滲透和不可滲透區(qū)域，以在一些區(qū)域提供流動混合而在另一些區(qū)域分成不同的流動，允許流體流動繞過流動接頭堵塞的區(qū)域。附圖3(c)顯示的實施例將有五個流動接頭，如附圖3(c)所示，流動接頭標(biāo)為第一34、第二36、第三38、第四40和第五44。
附圖4(a)顯示了曲徑完井系統(tǒng)另外的一個實施例，它包括同心和縱向堆疊的多個流動接頭。如附圖4(a)所示，每個接頭裝有或者可滲透(虛線)55或者不可滲透(實線)57的介質(zhì)。
在這個例子中，每疊縱向間隔室可以作為一個流動接頭處理。在附圖4(a)中，兩個間隔室的例子標(biāo)為51和53。在這個例子中，主要間隔室或第一流動接頭54是井筒中間最大的同心間隔室。最外面的間隔室51和在最外面的間隔室和最里面的間隔室之間的間隔室53分別標(biāo)為第二和第三流動接頭或次要的或者第三位的流動接頭。如果最外面的流動接頭失效了，顆粒阻塞了流動接頭，間隔室53的外壁將防止砂的滲透但允許流體通過。連續(xù)的砂的侵入增加了第一流動接頭51內(nèi)砂的濃度并隨后增加了摩擦壓力損失，導(dǎo)致逐漸減少的流體/砂流入第一流動接頭51。接著流體生產(chǎn)分流到其它可滲透介質(zhì)沒有失效的流動接頭內(nèi)。
附圖4(b)、4(c)和4(d)是在附圖4(a)指定位置附圖4(a)的截面圖，其中來自附圖4(a)類似元件給出相同的附圖標(biāo)記。這些圖顯示了基于井筒內(nèi)的位置從可滲透壁(虛線)到不可滲透壁(實線)的變化。
附圖4(a)中的可滲透介質(zhì)55可以是繞絲篩管，其中兩個繞絲之間的間距足以留住井筒中產(chǎn)出的大部分儲層砂。在一個實施例中，與可滲透介質(zhì)55相鄰的不可滲透部分57可以由一個盲管、纏繞在可滲透介質(zhì)外面的不可滲透材料或者相鄰繞絲之間沒有間隙的繞絲篩管構(gòu)成。繞絲篩管的制造在本領(lǐng)域熟知并包括在現(xiàn)有的螺距水平內(nèi)繞絲以在兩個相鄰的繞絲內(nèi)達(dá)到特定的間距。一個實施例中的曲徑流動篩管可以通過改變用于制造常規(guī)繞絲篩管的間距來制造。例如，繞絲篩管的單個接頭的一部分可以以能滯留大部分儲層砂的期望的間距纏繞，如附圖4(a)中的55所示。篩管的下一部分可以以接近零或零間距(沒有間隙)纏繞以制造出基本上不滲透介質(zhì)部分，如附圖4(a)中57所示。篩管接頭的其它部分可以以不同的間距纏繞，以制造出不同程度的可滲透部分或不可滲透部分。
流動接頭內(nèi)的另外的間隔室50可以通過增加更多的壁59來制造。通過另外的壁59制造的間隔室50可以用作單獨(dú)的流動接頭以增加流動接頭的數(shù)目，這樣增加了冗余的數(shù)目。壁59可以由可滲透材料、不可滲透材料或一部分可滲透材料和一部分不可滲透材料制成。附圖4(b)、4(c)和4(d)顯示了由可滲透55和不可滲透57同心壁和通過增加更多的壁59進(jìn)一步分隔流動接頭形成的流動接頭51、53、50。
沿著周長的間隔室的數(shù)目依賴于井筒尺寸和可滲透介質(zhì)的類型。較少的間隔室將使間隔室尺寸較大，而且當(dāng)砂侵入第一個或最外端的間隔室51時導(dǎo)致更少的備用流動通道。最外端的間隔室可以部分或完全由防砂篩管構(gòu)成。過多數(shù)量的間隔室將減小間隔室的尺寸，增加摩擦壓降損失，并降低井的生產(chǎn)率。依賴于介質(zhì)類型，第二流動接頭53可以設(shè)計得比間隔室51更小或更大。不可滲透壁(沿著間隔室51和53的固體邊界)可以分別降低來自流體和砂對外部51和內(nèi)部53流動接頭之間的可滲透介質(zhì)的腐蝕沖擊。附圖4(a)中的多個間隔室也可以不均勻地劃分或在井筒內(nèi)偏心地安裝。
如附圖4(a)所示，優(yōu)選地，流動接頭的至少一個可滲透部分與不可滲透部分相鄰。更加優(yōu)選地，在曲徑流動的任何截面位置流動接頭的至少一個壁是不可滲透的。因此，在這個優(yōu)選實施例中，在曲徑流動裝置的任何一個截面位置，至少一個不可滲透的流動接頭與至少一個可滲透的流動接頭相鄰。這個優(yōu)選的實施例在附圖4(b)、4(c)和4(d)中表示，其中在任何給定截面位置，至少有一個不可滲透壁和至少一個可滲透壁。
如果必要，為了在礫石充填操作過程中可能的應(yīng)用可以增加另外的流動接頭。附圖5(a)是一個曲徑完井系統(tǒng)的例子，附圖5(b)、5(c)和5(d)是在附圖5(a)指定位置附圖5(a)的截面圖，其中類似元件給出如附圖4(a)、4(b)、4(c)和4(d)相同的附圖標(biāo)記。這些附圖顯示了利用分路管道和噴嘴部分的另外的流動接頭。分路管道61可以沿著選定的間隔室縱向布置以改進(jìn)礫石充填(如美國專利US4945991、5082052和5113935所公開的)。分支管道61延伸到間隔室邊界51之外進(jìn)入井筒環(huán)空68。選定的分支管道61可利用爆破膜(未示出)和噴嘴部分63，以允許礫石漿液分流到環(huán)空68內(nèi)。曲徑完井系統(tǒng)適合用于常規(guī)的和備用通道礫石充填操作。
例子附圖6(a)顯示了曲徑完井系統(tǒng)概念的流體流動在防砂篩管失效時改變方向的側(cè)視圖。大的基管標(biāo)記為第一或主要接頭13，而相鄰的較小基管標(biāo)記為第二或次要的流動接頭15。在附圖6(a)中有兩個防砂篩管45，防砂篩管在附圖中用虛線表示。防砂篩管將主要13和次要流動接頭15從環(huán)空中分出來，并還把環(huán)空分成兩個環(huán)空。一個環(huán)空在次要流動接頭15和外面的井筒篩管45之間，而另一個環(huán)空在外面的井筒篩管45和儲層砂27之間。在這個例子中，這兩個環(huán)空將用作第三47和第四49流動接頭。
附圖6(a)顯示的實施例使用了兩個相鄰的選擇性射孔的基管?；苁遣豢蓾B透的，但帶有選擇性射孔41以形成可滲透表面的區(qū)域。每個基管可以裝備有一些類型的商業(yè)上可獲得的防砂篩管?？梢栽谳^大管道內(nèi)設(shè)置一個額外的壁(可以滲透或可以不滲透的)或者折流板43，以使流動改變方向進(jìn)入兩個不同的流動區(qū)域，如附圖6(a)所示。在每個基管中射孔41的距離將決定流入三個間隔室內(nèi)及它們之間的流體相對數(shù)量。增設(shè)的折流板可以設(shè)置在不同的軸向位置，以便改變流動方向進(jìn)入不同的間隔室。
對于一個用可滲透和不可滲透介質(zhì)限定第一流動接頭的單獨(dú)的管道接頭(例如，長為9到12米(30或40英尺))，一個外部防砂篩管限定了第二流動接頭，井筒環(huán)空用作第三流動接頭，完井曲徑將包括如上面所討論的五個不同的流動模式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以配置管道，其中常規(guī)管狀連接可用于連接連續(xù)的管道的接頭。
附圖6(b)是帶有由防砂篩管45和壁43形成流動接頭的偏心的曲徑流動完井系統(tǒng)的端部示意圖。由防砂篩管45和壁43形成的流動接頭指定為第一流動接頭13、第二流動接頭15和第三流動接頭47，如附圖6(b)所示。
不可滲透間隔室的區(qū)域使流體流動繞過堵塞的區(qū)域進(jìn)入沒有堵塞的間隔室。這個混合允許從堵塞的間隔室流出進(jìn)入沒有堵塞的間隔室。根據(jù)這里公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以布置間隔室以提供充足的混合，以便繞過任何可能堵塞的間隔室，允許有效的流動。
附圖6(b)進(jìn)一步說明了防砂篩管的失效。實的箭頭17表明了可能的流動通道，虛線箭頭48表明了堵塞的流動通道。當(dāng)防砂篩管失效允許砂42的侵入，一個或更多間隔室可能被堵塞。然而，流體將繼續(xù)流入其它沒有堵塞的間隔室47，間隔室47由額外的壁43保護(hù)避免砂的侵入。因此，盡管防砂篩管的失效，流體生產(chǎn)將繼續(xù)。
曲徑流動完井的概念在一個實驗室井筒流動模型中演示。流動模型有一個25厘米(10英寸)外徑(OD)、7.6米(25英尺)有機(jī)玻璃管道以模擬一個裸眼井或套管。演示設(shè)備布置在有機(jī)玻璃管道內(nèi)并包括一系列的三個篩管部分。三篩管部分包括一個被沖蝕過的曲徑流動篩管、一個完好的曲徑流動篩管和一個被沖蝕過的常規(guī)篩管。每個篩管直徑為15厘米(6英寸)，1.8米(6英尺)長。曲徑流動裝置包括一個91厘米(3英尺)長的割縫襯管和一個91厘米(3英尺)長的盲管作為主要(外部)流動接頭。7.5厘米(3英寸)外徑、次要的(內(nèi)部)曲徑流動接頭包括一個1.2米(4英尺)長盲管和一個61厘米(2英尺)長的繞絲篩管。測試的曲徑流動裝置中主要和次要流動接頭是同心的。在測試中，帶有礫石砂的水被泵入篩管裝置(完井系統(tǒng))和有機(jī)玻璃管(裸眼井或套管)之間的環(huán)空中。
漿液(水和砂)首先流過環(huán)空并進(jìn)入被沖蝕的曲徑流動篩管。進(jìn)入被沖蝕的曲徑流動篩管的砂被滯留并充填在內(nèi)部(次要)流動接頭上。主要(外部)和次要(內(nèi)部)流動接頭之間增長的砂充填增加了流動阻力并減緩了砂進(jìn)入被沖蝕的曲徑流動篩管。隨著砂進(jìn)入腐蝕的曲徑流動篩管的減少，漿液(水和砂)被分流繼續(xù)向下游到達(dá)相鄰的完好的曲徑流動篩管。礫石砂充填在完好的曲徑流動篩管和有機(jī)玻璃管之間的環(huán)空中。由于這個曲徑流動篩管是完好的，砂被主要(外部)流動接頭滯留。隨著完好的曲徑流動篩管外部被充填，漿液被分流到下一個被沖蝕的常規(guī)篩管。砂繞流并流入被沖蝕的常規(guī)篩管。由于常規(guī)篩管沒有裝備任何次要的或多余的流動接頭，砂繼續(xù)進(jìn)入被沖蝕的篩管并不受控制。
該試驗說明了在完井操作期間的礫石充填部分曲徑流動的概念。如果防砂篩管介質(zhì)的部分在篩管安裝過程中被損害或在礫石充填操作過程中被沖蝕，曲徑流動篩管能通過次要(冗余)的流動接頭滯留礫石并使正常的礫石充填操作繼續(xù)。然而，常規(guī)的篩管不能控制礫石損失并潛在地引起礫石充填不完全。利用常規(guī)的篩管進(jìn)行的不完全礫石充填，以后將引起井筒生產(chǎn)過程中產(chǎn)砂。過多的產(chǎn)砂降低了井的生產(chǎn)率，損害了井下設(shè)備并對地面形成了安全風(fēng)險。
這個試驗也說明了在礫石充填完井或獨(dú)立完井的井筒生產(chǎn)中曲徑流動的概念。如果篩管介質(zhì)的部分在井筒生產(chǎn)過程中被損害或被沖蝕，一個曲徑流動篩管能通過次要(冗余)的流動接頭滯留礫石或自然的砂充填，維持了環(huán)空礫石充填或自然砂充填完整性，把流動分流到其它完好的篩管，并繼續(xù)無砂生產(chǎn)。相反，損害的常規(guī)篩管將引起礫石充填砂或自然砂充填的連續(xù)損失，并緊接著引起連續(xù)的儲層產(chǎn)砂。
權(quán)利要求
1.一種井筒裝置包括a)一個井筒內(nèi)的第一流動接頭，第一流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第一流體流動通道的三維表面，其中第一流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，且第一流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的；b)一個井筒內(nèi)的第二流動接頭，第二流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第二流體流動通道的三維表面，其中第二流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，且第二流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的；c)其中，第一流動接頭的至少一個可滲透部分與第二流動接頭的至少一個可滲透部分相連接，這樣在第一流動接頭和第二流動接頭之間提供了至少一個流體流動通道。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一和第二流動接頭是選擇性射孔的基管。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一流動接頭和第二流動接頭在井筒內(nèi)相鄰。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一流動接頭和第二流動接頭在井筒內(nèi)同心。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個流動接頭包括管道的接頭。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一流動接頭和第二流動接頭在井筒內(nèi)不同心。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中管道的接頭通過撓性接頭連接。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一和第二流動接頭的三維表面是圓柱形的。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個井筒環(huán)空用作流動接頭。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個流動接頭是防砂篩管。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中防砂篩管是繞絲篩管，篩管的繞絲以不同的間距纏繞，以制造出不同程度的可滲透部分或不可滲透部分。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，在至少一個流動接頭內(nèi)還包括至少一個分支管道。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置用于生產(chǎn)烴。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置用于對井進(jìn)行礫石充填。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個不可滲透和至少一個可滲透部分每一個至少7.5厘米長。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個不可滲透和至少一個可滲透部分每一個至少15厘米長。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中至少一個流動接頭的至少一個不可滲透部分與一個相鄰的流動接頭的至少一個可滲透部分相鄰。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中在該裝置的任何一個截面位置，至少一個流動接頭的至少一個壁是不可滲透的。
19.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中在任何一個截面位置，至少一個流動接頭的至少一個壁是不可滲透的而至少一個流動接頭的至少一個壁是可滲透的。
20.一種井筒裝置，包括a)一個井筒內(nèi)的第一選擇性射孔基管，它限定穿過井筒的第一流體流動通道，其中第一選擇性射孔基管的至少一部分是不可滲透的，且第一射孔基管的至少一部分是可滲透的；b)一個井筒內(nèi)的第二選擇性射孔基管，它限定穿過井筒的第二流體流動通道，其中第二選擇性射孔基管的至少一部分是不可滲透的，且第二射孔基管的至少一部分是可滲透的；c)其中，第一基管的至少一個可滲透部分與第二基管的至少一個可滲透部分相連接，以在第一和第二選擇性射孔基管之間提供了至少一個流動通道。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述基管是同心的。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述基管是不同心的。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述基管是相鄰的。
24.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中至少一個同心基管比至少一個同心基管大，還包括在較大基管內(nèi)一個附加的壁，以在外部基管內(nèi)提供至少一個附加的流動通道。
25.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中至少一個偏心基管比至少一個偏心基管大，還包括在較大基管內(nèi)一個附加的壁以在外部基管內(nèi)提供至少一個附加的流動通道。
26.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中射孔的選擇是基于將流過可滲透部分的流體的相對數(shù)量。
27.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中井筒環(huán)空用作一個附加的流動接頭。
28.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中至少一個流動接頭內(nèi)還包括至少一個分支管道。
29.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中通過井筒至少可獲得三個流動通道。
30.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中管道的相鄰接頭用撓性管相連。
31.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中至少一個不可滲透部分和至少一個可滲透部分每一個至少7.5厘米長。
32.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中至少一個不可滲透部分和至少一個可滲透部分每一個至少15厘米長。
33.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中至少一個流動接頭的至少一個不可滲透部分與一個相鄰的流動接頭的至少一個可滲透部分相鄰。
34.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中在該裝置的任何一個截面位置，至少一個流動接頭的至少一個壁是不可滲透的。
35.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中在任何一個截面位置，至少一個流動接頭的至少一個壁是不可滲透的而至少一個流動接頭的至少一個壁是可滲透的。
36.一種井筒的完井方法，包括a)提供一個用于生產(chǎn)烴的井筒裝置，所述裝置包括井筒內(nèi)的一個第一流動接頭，所述第一流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第一流體流動通道的三維表面，其中第一流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，且第一流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的；一個井筒內(nèi)的第二流動接頭，第二流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第二流體流動通道的三維表面，其中第一個第二流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，且第一個第二流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的，其中，第一流動接頭的至少一個可滲透部分與第二流動接頭的至少一個可滲透部分相連接，這樣在第一流動接頭和第二流動接頭之間提供了至少一個流體流動通道；b)在井筒內(nèi)安裝所述井筒裝置。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中井筒裝置的安裝為井筒內(nèi)的至少兩個單獨(dú)的流動通道提供了至少一個允許流體在流動通道之間流動的連接。
38.如權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述裝置用于生產(chǎn)烴。
39.如權(quán)利要求36所述的裝置，其中所述裝置用于對井進(jìn)行礫石充填。
40.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括從井筒中生產(chǎn)烴。
41.根據(jù)權(quán)利要求40生產(chǎn)的烴。
42.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括在至少一個流動接頭內(nèi)的至少一個分支管道，并利用流動接頭內(nèi)的分支管道對井筒進(jìn)行礫石充填。
43.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括在防砂篩管被機(jī)械損害后在礫石充填操作期間安裝一個完整的礫石充填。
44.一種在井筒內(nèi)流動流體的方法，包括a)提供一個井筒，所述井筒帶有的裝置包括在井筒內(nèi)的第一流動接頭，所述第一流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第一流體流動通道的三維表面，其中第一流動接頭表面的至少一部分是可滲透的，且第一流動接頭表面的至少一部分是不可滲透的；一個井筒內(nèi)的第二流動接頭，第二流動接頭包括至少一個限定穿過井筒的第二流體流動通道的三維表面，其中第二流動接頭表面的至少一部分可滲透的，且第二流動接頭表面的至少一部分不可滲透的；其中，第一流動接頭的至少一個可滲透部分與第二流動接頭的至少一個可滲透部分相連接，這樣在第一流動接頭和第二流動接頭之間提供了至少一個流體流動通道。
45.如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括通過該流動接頭生產(chǎn)烴。
46.如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括通過該流動接頭向井筒內(nèi)注入流體。
47.一種制造繞絲篩管的方法，其改進(jìn)包括以不同的間距繞絲，其中繞絲篩管的至少一部分是可滲透的且繞絲篩管的至少一部分是不可滲透的。
全文摘要
一種適合于井筒完井和生產(chǎn)的井筒的裝置和方法。完井和生產(chǎn)裝置包括至少一個主要流動接頭(13)，所述主要流動接頭包括至少一個限定了利用至少一個可滲透表面能進(jìn)行流體流動的本體的三維表面，至少一個次要流動接頭(15)，所述次要流動接頭包括至少一個限定了利用至少一個可滲透表面能進(jìn)行流體流動的本體的三維表面。所述方法提供包括至少一個主要流動接頭和至少一個次要流動接頭的完井生產(chǎn)裝置，其中可提供多個流體流動通道。所述完井生產(chǎn)裝置可以安裝在井筒(10)內(nèi)，以在完井、注入和生產(chǎn)過程中提供至少兩個在井筒內(nèi)的流動通道。
文檔編號E21B43/00GK1768191SQ200480008430
公開日2006年5月3日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者布魯斯·A·戴爾, 約翰·W·莫爾, 查爾斯·S·耶 申請人:埃克森美孚上游研究公司