專利名稱：礫石充填方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及用于在井筒中使用的并且與碳氫化合物的開采相關的設備和方 法。更具體地說，本發(fā)明涉及接頭組件和用于連接包括井筒工具的接頭組件的相關系統(tǒng)和 方法。
背景技術：
這部分旨在介紹與本發(fā)明的示例性實施例相關的本領域的各方面。相信這種討論 有助于提供一個框架以便于更好地理解本發(fā)明的各具體方面。因此，應當理解，這部分就此 而論來閱讀，不必認為是現(xiàn)有技術。諸如石油和天然氣的碳氫化合物的開采已經進行了很多年。為了開采這些碳氫化 合物，開采系統(tǒng)可以利用用于井內的特定作業(yè)的各種裝置，例如控砂篩管和其他工具。通 常，這些裝置放置在套管井或裸眼完井中的井筒內。在套管井完井中，套管柱被放置在井筒 中，并且通過套管柱向地下地層中鉆孔，從而為諸如碳氫化合物的地層液體提供進入井筒 中的流動通道?？蛇x地，在裸眼完井(open-hole completion)中，開采管柱被設置在井筒 里面且沒有套管柱。地層液體通過在地表下地層和開采管柱之間的環(huán)形孔道流動，從而進 入開采管柱。但是，當從一些地下地層開采碳氫化合物時，其由于某些地下地層的位置而變得 更具有挑戰(zhàn)性。例如，一些地下地層位于在延伸到鉆井作業(yè)夠得著的范圍深度處的極深的 水中、在高壓/高溫的儲層中、在長間距中、在具有高開采率的地層中以及在很遠位置處。 因此，地下地層的位置可能存在極大地增加單個井成本的問題。也就是，對于經濟油田的開 發(fā)來說進入地下地層的成本可能導致很少的井被完成。而且，損失對砂的控制可能導致在 地面產生沙子、井下設備損壞、減少井開采率和/或井的損失。因此，井的可靠性和長壽命 成為設計考慮的事項，以避免不希望的開采損失和昂貴的干預或翻新這些井。通常，在井內利用控砂裝置以管理諸如砂子的固體物料的開采。這些控砂裝置可 以具有開縫的口或可以用篩網包裹。作為一個例子，當從位于深水中的地下地層開采地層 液體時，由于地層不堅固或由于鉆井挖掘以及地層液體的抽出引起的井下應力而使地層變 弱，可能伴隨地層液體產生固體物料。因此，控砂裝置通常穿過這些地層安裝在井下，以保 持固體物料，使得將被開采的地層液體沒有特定尺寸以上的固體物料。然而，在井筒中的苛刻環(huán)境下，由于高應力、腐蝕、堵塞、壓實/下陷等，控砂裝置 容易損壞。結果，控砂裝置一般與其他方法一同使用來控制從地下地層產生砂子。最常用的一種控砂方法是礫石充填。礫石充填井包括圍繞連接于開采管柱的控砂裝置放置礫石或其他顆粒物質。例如，在裸眼完井中，礫石充填通常位于井筒壁和圍繞有孔 基管的控砂篩管之間?？商鎿Q地，在套管井完井中，礫石充填位于有孔套管柱和圍繞該有孔 基管的控砂篩管之間。不管完井的類型如何，地層液體均通過礫石充填和控砂裝置從地下 地層流進開采管柱中。在礫石充填作業(yè)期間，由于疏忽引起的載液損失可能在礫石充填的層段中形成砂 橋。例如，在厚的或傾斜的開采層中，由于過早地失去進入地層中的礫石砂漿中的液體，所 以可能存在較差的礫石分布(即，在該層段中的不完全的充填導致礫石充填中的空隙)。 這種液體損失使得在礫石充填完成之前使砂橋形成在環(huán)形孔道中。為了解決這個問題， 可以利用諸如分流管的備用流動通道，以便為砂橋設旁路并且在該層段中均勻地分配礫 石。這種備用流動通道的進一步的細節(jié)見美國專利No. 4，945，991 ；5, 082，052 ；5, 113，935 ； 5，333，688 ；5，515，915 ；5，868，200 ；5，890，533 ；6，059，032 ；6，588，506 以及國際申請公布 號為No. W02004/094784的國際申請，它們的內容通過參考結合于此。雖然分流管有助于形成礫石充填，但是利用分流管道可能限制用礫石充填來提供 層間封隔的方法，因為分流管使得與控砂裝置連接的充填器的使用變得復雜。例如，這樣 的組件當接合充填器時需要分流管的流動通道不被中斷。如果分流管設置在充填器的外 面，則當充填器擴張時它們可能被損壞，或者它們可能與該充填器的適當操作相干涉。分流 管與井工具偏心的對齊可能需要充填器偏心對齊，這使得井工具的整體直徑更大并且不一 致。現(xiàn)有的設計利用管接頭連接、定時連接以便對齊多個管子、接頭組件之間的跨接分流管 連接或者在連接上方的柱形蓋 板。這些連接是昂貴的、耗時的和/或當構成并安裝開采油 管管柱時在鉆臺上很難處理。利用較小直徑的圓形分流管的同心的備用流動通道是優(yōu)選的，但是具有其他的設 計困難。由于需要充填器的內部分流管和基礎管與控砂裝置的分流管和基礎管非常精確的 對齊，所以同心的分流管設計非常復雜。如果分流管設置在控砂篩管的外面，則該管子暴露 在苛刻的井筒環(huán)境下，并且在安裝或操作期間可能被損壞。需要高精度地對齊分流管道使 井筒工具的制造和組裝成本更高并且費時。有些裝置已經在研制以簡化其構成，但是一般 而言沒有效。內部分流裝置的一些例子是美國專利申請公開號為2005/0082060、 2005/0061501、2005/0028977和2004/0140089的美國專利申請的主題。這些專利申請廣泛
地描述了具有設置在基礎管和控砂篩管之間的分流管的控砂裝置，其中分流管與用于分配 礫石充填的交叉工具直接液體連通。這些申請描述了使用在構成接頭和沿著該分流管間歇 地間隔的噴嘴之上的歧管區(qū)。但是這些裝置對于長于大約3500英尺的完井沒有效。因此，需要提供用于各種井工具的備用流動通道的方法和設備，以及用于高效地 連接井工具的系統(tǒng)和方法，其中該井筒工具包括但不限于控砂裝置、控砂篩管和礫石充填 井內的不同層段的充填器。其他的相關材料可以至少在美國專利No. 5，476，143 ；美國專利No. 5，588，487 ； 美國專禾Ij No. 5，934，376 ；美國專利No. 6，227，303 ；美國專利No. 6，298，916 ；美國專利 No. 6，464，261 ；美國專利No. 6，516，882 ；美國專利No. 6，588，506 ；美國專利No. 6，749，023 ； 美國專禾Ij No. 6，752，207 ；美國專利No. 6，789，624 ；美國專利No. 6，814，139 ；美國專利 No. 6，817，410 ；美國專利 No. 6，883，608 ；國際申請公開 No. W02004/094769 ；美國專利申請公開No. 2004/0003922 ；美國專利申請公開No. 2005/0284643 ；美國專利申請公開 No. 2005/0205269 ； L^i,^ "Alternate Path Completion :A CriticalReview and Lessons From Case Histories With Recommended Practice forDeepwater App1ication，，G. Hurst et al. SEP Paper No. 86523-MS 中找到。本申請包含與2007年11月9日提交的、名稱為‘‘Wellbore Method andApparatus for Completion, Production and Injection (用于完井、開采和注入的井筒方法和設 備)”、代理號為2006EM170/2的美國專利申請11，983，447，以及2007年11月9日提交 的名稱為名稱為"Wellbore Methodand Apparatus for Completion, Production and Injection(用于完井、開采和注入的井筒方法和設備)”、代理號為2006EM170的國際專利 申請No.PCT/US07/23672(相關申請)相關的主題。本申請與該相關申請屬于相同的申請 人并且具有至少一個共同的發(fā)明人。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個實施例中，提出一種礫石充填井的方法。該方法包括用鉆井液體 (drilling fluid)通過地下地層鉆一個井筒；調節(jié)該鉆井液體；使得開采管柱延伸到具有 調節(jié)過的鉆井液體的井筒中的一定深度，其中該開采管柱包括多個接頭組件 ，并且其中至 少一個接頭組件設置在該調節(jié)過的鉆井液體內。至少一個接頭組件包括載荷襯套組件，該 載荷襯套組件具有內直徑、至少一個運輸導管和至少一個充填導管，其中該至少一個運輸 導管和該至少一個充填導管兩者均設置在所述內直徑的外部，該載荷襯套可操作地連接于 該多個接頭組件其中之一的主體部分；扭矩襯套組件，該扭矩襯套組件具有內直徑和至少 一個導管，其中該至少一個導管設置在該內直徑的外部，該扭矩襯套可操作地連接于該多 個接頭組件其中之一的主體部分；連接組件，該連接組件具有歧管區(qū)，其中該歧管區(qū)構造成 與該載荷襯套組件的至少一個運輸導管和至少一個充填導管液體地連通，其中該連接組件 在載荷襯套組件處或在其附近可操作連接于該接頭組件的至少一部分；以及在該載荷襯套 和扭矩襯套之間沿著該接頭組件的至少一部分并且圍繞該接頭組件的外直徑設置的控砂 篩管；以及用攜帶液來礫石充填該井筒的層段。


當審查下面的詳細描述和附圖時本發(fā)明的前述和其他優(yōu)點將變得很清楚，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一些方面的示例性開采系統(tǒng)；圖2A-2B是用在井筒內的常規(guī)的控砂裝置的示例性實施例；圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用在圖1的開采系統(tǒng)中的接頭組件的示例性實 施例的側視圖、剖視圖和端視圖；圖4A-4B是根據(jù)本發(fā)明的一些方面與圖3A-3C的接頭組件以及圖1的開采系統(tǒng)一 起使用的連接組件的示例性實施例的兩個剖視側視圖；圖5A-5B是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用作圖3A-3C的接頭組件、圖4A-4B的連接組 件和圖1中的開采系統(tǒng)的一部分的載荷襯套組件的示例性實施例的等軸測圖和端視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用作圖3A-3C的接頭組件、圖4A-4B的連接組件和 圖1中的開采系統(tǒng)的一部分的扭矩襯套組件的示例性實施例的等軸測圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用在圖3A-3C的接頭組件中的噴嘴環(huán)的示例性實施 例的端視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些方面圖3A-3C的接頭組件的組裝方法的示例性流程圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些方面利用圖3A-3C的接頭組件和圖1的開采系統(tǒng)從地下 地層開采碳氫化合物的方法的示例性流程圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些方面利用圖3A-3C的接頭組件礫石充填地下地層中的 井的方法的示例性流程圖；圖11A-11J是根據(jù)本發(fā)明的一些方面示出利用圖3A-3C的接頭組件的圖10的方 法的示例性實施例；圖12A-12C是根據(jù)本發(fā)明的一些方面利用圖10和圖11A-11J的方法以及圖3A-3C 的接頭組件的示例性裸眼完井的例圖。
具體實施方式

在下面的詳細描述部分中，結合優(yōu)選實施例描述本發(fā)明的具體實施例。但是，下面 的描述是針對本發(fā)明的具體實施例或具體應用，旨在僅僅用于示例性的目的并且簡單地提 供示例性實施例的描述。因此，本發(fā)明不限于下面描述的具體實施例，而是包括屬于權利要 求的精神實質和范圍的所有的可選方案、修改和等同物。雖然井筒被描述為豎直井筒，但是應當指出，本發(fā)明旨在用于豎直的、水平的、偏 斜的或其他類型的井筒。而且，任何方向的描述，例如“上游”、“下游”、“軸向”、“徑向”等應 當根據(jù)上下文理解，而不是想要限制井筒、接頭組件或本發(fā)明的任何其他部件的取向。本發(fā)明的一些實施例可以包括一個或更多個接頭組件，用在完井、開采、或注入系 統(tǒng)中，以增強完井(例如，礫石充填)，和/或增強從井中開采碳氫化合物，和/或增強液體 或氣體注入到井中。接頭組件的一些實施例可以包括井工具，例如控砂裝置、充填器、交叉 工具、滑動襯套、分流空管(blanks)或本領域熟知的其他裝置。在本發(fā)明的一些實施例中， 接頭組件可以包括備用通道機構，用于在井中的礫石充填內提供層間封隔。此外，井設備被 描述為可以用在裸眼完井或套管孔完井中。本發(fā)明的接頭組件的一些實施例可以包括通用 的歧管或歧管區(qū)，其通過連接組件提供與接頭組件的液體連通，該接頭組件可以包括基礎 管、分流管、充填器、控砂裝置、智能井設備、交叉流動裝置、流入控制裝置和其他工具。因 此，本發(fā)明的一些實施例可以用來設計和制造用于流動控制、監(jiān)控和管理井筒環(huán)境、碳氫化 合物開采和/或液體注入處理的井工具、完井。本發(fā)明的一些實施例的連接組件可以與任何類型的井工具(包括充填器和控砂 裝置)一起使用。本發(fā)明的連接組件還可以與其他井技術結合使用，所述其他井技術例如 智能井裝置、交叉連接流動技術和流入控制裝置。本發(fā)明的連接組件的一些實施例可以提 供與各種井工具一起使用的同心的備用流動通道和簡化的連接接口。連接組件還可以形成 歧管區(qū)，并且可以經由單個螺紋連接與第二井工具連接。而且，連接組件的一些實施例可以 與提供間歇的礫石充填和層間封隔的技術結合使用。這些技術中的一些公開在序列號為 60/765，023和60/775，434的美國專利申請中，這些專利申請通過參考結合于此?，F(xiàn)在參考附圖，起初參考圖1，圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一些方面的開采系統(tǒng)100。 在這個示例性的開采系統(tǒng)100中，浮動的開采設施102連接于設置在海底106上的海底樁(subsea tree) 104。通過該海底樁104，浮動開采設施102進入一個或更多個地表下地層， 例如地表下地層107，該地表下地層可以包括多個具有諸如石油和天然氣的碳氫化合物的 開采層段或區(qū)108a-108n，其中數(shù)字“η”是任意整數(shù)。有利地，例如控砂裝置138a-138n的 井工具可以被用于增強從開采層段IOSa-IOgn開采碳氫化合物。但是，應當指出，該開采系 統(tǒng)100是為了示例性的目的而示出，并且本發(fā)明可以用于從任何海底、平臺或陸地部位開 采或注射液體。該浮動開采設施102可以構造成監(jiān)控來自該地表下地層107的開采層段 108a-108n的碳氫化合物并且從該開采層段108a-108n開采碳氫化合物。該浮動開采設施 102可以是能夠管理從海底井開采諸如碳氫化合物的液體的浮動船只。這些液體可以儲存 在浮動開采設施102上和/或提供給油船(未示出)。為了進入開采層段108a-108n，該浮 動開采設施102經由控制管纜(umbilical) 112連接于海底樁104和控制閥110。該控制 管纜112可以可操作地連接于用于從海底樁104向浮動開采設施102提供碳氫化合物的開 采管道、用于水力裝置或電氣裝置的控制管道以及與井筒114內的其他裝置通信的控制電 纜。為了進入開采層段108a-108n，井筒114穿入海底106到達與該井筒114內的不同 深度處的開采層段108a-108n交界的深度。正如可以理解的，可以稱作開采層段108的開 采層段108a-108n可以包括各種巖層或層段，這些巖層或層段可以包含或可以不包含碳氫 化合物，并且可以叫做區(qū)。在海底106處被設置在井筒114之上的海底樁104提供了在該 井筒114內的各種裝置與浮動開采設施102之間的交接。因此，海底樁104可以連接于開 采管道管柱128以便提供液體流動通道，并且被連接于控制電纜(未示出)以便提供通信 路徑，該控制電纜在海底樁104可以與 控制管纜112連接。在井筒114內，開采系統(tǒng)100還可以包括不同器械以便提供進入開采層段18a-18n 的通路。例如，表面套管柱124可以從海底106安裝在該海底106下面特定深度的位置。在 該表面套管柱124內，可以向下延伸到接近開采層段108的深度的中間或開采套管柱126 可以用來為井筒114的井壁提供支撐。該表面套管柱124和開采套管柱126可以水泥接合 到井筒114內的固定位置，以進一步使井筒114穩(wěn)定。在表面套管柱124和開采套管柱126 內，開采管道管柱128可以用來提供用于碳氫化合物和其他液體的通過井筒114的流動通 道。沿著這個流動通道，在地表下安全閥132上方裂開或破裂的情況下，地表下安全閥132 可以用來堵塞來自開采管道管柱128的液體的流動。而且，控砂裝置138a-138n用來利用礫 石充填140a-140n管理進入開采管道管柱128的顆粒物的流動。控砂裝置138a-138n可以 包括開槽襯管、單獨的篩管(SAS)、預濾砂管、繞絲篩管、燒結金屬濾管、隔膜篩管、可膨脹篩 管和/或絲網篩管，而礫石充填140a-140n可以包括礫石、砂子、不可壓縮的顆粒物或其他 合適的固體、粒狀材料。本發(fā)明的接頭組件的一些實施例可以包括諸如控砂裝置138a-138n 中的一個和充填器134a-134n中的一個的井工具。控砂裝置138a-138n可以連接于在這里可以被稱做充填器134的一個或更多個 充填器134a-134n或其他井工具。優(yōu)選地，在這里可以被稱作控砂裝置138的控砂裝置 138a-138n和其他井工具之間的連接組件應當容易組裝到浮動開采設施102上。而且，控 砂裝置138可以構造成通過基礎管提供相對不中斷的液體流動通道，并且提供輔助流動通 道，例如分流管道或雙層壁管子。
該系統(tǒng)可以利用充填器134使井筒環(huán)形孔道內的特定區(qū)彼此隔離。接頭組件包 括充填器134、控砂裝置138或其他井工具，并且可以構造成在不同層段108a-108n中的各 種井工具之間提供液體連通通道，同時防止液體在一個或更多個其他區(qū)域內(例如在井筒 環(huán)形孔道內)流動。該液體連通通道可以包括通常的歧管區(qū)。無論如何，充填器134可以 用來提供層間封隔和用于提供每個層段108a-108n內的基本完全的礫石充填的機構。為 了示例性的目的，充填器134的某些實施例公開在美國專利申請序列號為60/765,023和 60/775，434的美國專利申請中，其中描述充填器的部分通過參考結合于此。圖2A-2B是用在井筒內連結在一起的常規(guī)的控砂裝置的實施例的局部圖。每個控 砂裝置200a和200b可以包括被過濾介質或濾砂篩管204圍繞的管狀部件或基礎管202。 肋206可以用來將濾砂篩管204保持在與基礎管202相距特定距離。濾砂篩管可以包括多 個繞絲段、絲網屏、繞絲、介質和其任何組合，以阻止預定尺寸的顆粒物。可以統(tǒng)稱為分流管 208的分流管208a和208b可以包括充填管208a或運輸管208b，并且還可以與濾砂篩管204 一起使用，用于在井筒內的礫石充填。充填管208a可以具有一個或更多個閥或噴嘴212，從 而為礫石充填砂漿提供到達在濾砂篩管204和井筒壁之間形成的環(huán)形孔道的流動通道，該 礫石充填砂漿包括攜帶液體和礫石。所述閥可以阻止來自隔離的層段的液體通過至少一個 跨接管流動到另一個層段。對于控砂裝置200a的局部視圖的另一個透視圖而言，在圖2B中 示出了沿著AA線的各個部件的剖視圖示。應當指出，除了公開在美國專利號為4，945，991 和5，113,935的美國專利中的圖2A和圖2B所示的外部分流管之外，也可以使用公開在美 國專利號為5，515，915和6，227，303的美國專利中的內部分流管。雖然這種類型的控砂裝置對于某些井有用，但是其不能隔離井筒內的不同層段。 正如上面所指出的，與水/氣開采有關的問題可能包含損失開采率、設備損壞和/或增加處 置、處理和清理成本。這些問題使具有許多不同完井層段并且地層強度隨層段變化的井復 雜化。因此，穿透任何一個層段的水或氣可能威脅井內的剩余儲量。本發(fā)明的連接便于在 開采管柱內128內的高效備用通道液體流動技術。本發(fā)明的一些實施例在第一井工具的下 游端和第二井工具的上游端之間提供單個的固定連接。這種做法在省去偏心的備用流動通 道的同時也省去對齊分流管或其他備用流動通道裝置的高成本并且費時的操作。本發(fā)明的 一些實施例也不需要進行主要流動通道和輔助流動通道的定時連接。因此，下面將參考圖 3-圖9描述在井筒114內提供層間封隔、控砂裝置138的各種實施例、用于將控砂裝置138 連接于其他井工具的連接組件和方法。圖3A-3C是用在圖1的開采系統(tǒng)100中的接頭組件300的示例性實施例的側視圖、 剖視圖和端視圖。因此，可以通過同時參考圖1最好地理解圖3A-3C。接頭組件300可以由 具有第一或上游端和第二或下游端的主體部分組成，該主體部分包括可操作地連接于第一 端處或第一端附近的載荷襯套組件303、可操作地連接于第二端處或第二端附近的扭矩襯 套組件305、可操作地連接于第一端的連接組件301，該連接組件301包括連接件307和歧 管區(qū)315。因此，載荷襯套組件303包括至少一個運輸導管和至少一個充填導管(見圖5)， 而扭矩襯套組件包括至少一個導管(未示出)。本發(fā)明的接頭組件300的一些實施例可以經由連接組件301連接于另一個接頭組 件，該接頭組件可以包括充填器、控砂裝置、分流空管或其他井工具。這只需要單個螺紋連 接并且構造成在被連接的井工具之間形成自適應的歧管區(qū)315。該歧管區(qū)315可以構造成圍繞該連接件307形成環(huán)形孔道。該接頭組件300可以包括通過該主體部分且通過該連接件307的內直徑的主液體流動組件或通道318。該載荷襯套組件303可以包括至少一個充 填導管和至少一個運輸導管，而該扭矩襯套組件305可以包括至少一個導管不過可以不包 括充填導管(見運輸導管和充填導管的示例性實施例圖5和圖6)。這些導管可通過接頭 組件300的備用液體流動組件或通道320而彼此液體流動連通，不過液體流動組件320與 載荷襯套組件303的充填導管液體流動連通的部分可以在進入扭矩襯套組件之前終止，或 者可以在扭矩襯套組件305內部終止。歧管段315可以便于連續(xù)的液體流動通過接頭組 件300的備用液體流動組件或通道320，而不需要在構成開采管道管柱128期間定時連接 以對直載荷襯套組件303和扭矩襯套組件305的開口與備用液體流動組件320。單個螺紋 連接構成接頭組件300之間的連接組件301，因此，減少復雜性和構成時間。本發(fā)明便于備 用流動通道通過各種井工具，并且使操作者能夠設計和操作開采管道管柱128，以提供井筒 114中的層間封隔，正如在序列號為60/765，023和60/775，434的美國專利申請中所公開 的。本發(fā)明也可以與美國專利公開NO.US2007/0068675所公開的用于安裝裸眼礫石充填完 井的方法和工具以及其他的井筒處理和過程相結合使用，其中所述專利公開通過參考結合 于此。本發(fā)明接頭組件的一些實施例包括在第一端的載荷襯套組件303、在第二端的扭 矩襯套組件305、形成該主體部分的至少一部分的基礎管302、連接件307、通過該連接件 307的主流動通道320、同軸電纜(coax)襯套311以及在連接件307和同軸電纜襯套311 之間、沿著該基礎管302的外直徑通過該載荷襯套組件303并且通過扭矩襯套組件305的 備用流動通道320。一個接頭組件300的扭矩襯套組件305構造成通過連接組件301連接 于第二(接頭)組件的載荷襯套組件303，無論該接頭組件300是否包括控砂裝置、充填器 或其他井工具。接頭組件300的一些實施例優(yōu)選包括基礎管302，該基礎管302具有位于該基礎 管302的上游或第一端附近的載荷襯套組件303?；A管302可以包括孔隙或槽縫，其中 該孔隙或槽縫可以成組地沿著該基礎管302或者是其一部分，以便提供液體或其他應用的 路線。優(yōu)選該基礎管302延伸了該接頭組件的軸向長度，并且在該基礎管302下游或第二 端可操作地連接于扭矩襯套305。接頭組件300還可以包括沿著其長度設置的至少一個 噴嘴環(huán)310a-310e、至少一個控砂篩管節(jié)段314a_314f以及至少一個定中心器316a_316b。 正如這里所用的，術語“控砂篩管”是指構造成防止具有一定尺寸的粒狀物質通過而允許 氣體、液體和小顆粒流動的任何過濾機構。過濾器的尺寸通常在60至120目的范圍內，但 是根據(jù)具體環(huán)境可以更大或更小。許多控砂篩管類型在本領域通常是已知的，并且包括繞 絲、網材、織網、燒結網、包繞的多孔或開槽的板，Schlumberger的MESHRITE 和Reslink的 LINESL0T 產品。優(yōu)選地，控砂篩管節(jié)段314a-314f設置在多個噴嘴環(huán)310a-310e中的一 個和扭矩襯套組件305之間、多個噴嘴環(huán)310a-310e的其中兩個之間、或者在載荷襯套組件 303和多個噴嘴環(huán)310a-310e中的一個之間。該至少一個定中心器316a_316b可以圍繞該 載荷襯套組件303的至少一部分或該多個噴嘴環(huán)310a-310e其中之一的至少一部分設置。如圖3B所示，在本發(fā)明的一些實施例中，運輸和充填管308a_308i (雖然示出9個 管，但是本發(fā)明可以包括多于或少于9個管)優(yōu)選具有環(huán)形截面，以經受與較大深度的井相 關的較高壓力。運輸和充填管308a-308i也可以連續(xù)了該接頭組件300的整個長度。而且，管308a-308i優(yōu)選可以用鋼構成，更優(yōu)選地由較低屈服的可焊鋼構成。一個例子是316L。 載荷襯套組件303的一個實施例是由高屈服鋼、較不可焊的材料構成。載荷襯套組件303 的一個優(yōu)選實施例在機器加工之前結合較高可焊性材料與高強度材料。這種結合可以是焊 接或熱處理。充填管308g-308i(雖然只有三個充填管被示出，但是本發(fā)明可以包括多于 或少于三個充填管)包括以固定間距間隔的噴嘴口 310，例如，每個間距近似六英尺，以方 便諸如礫石砂漿的可流動物質從充填管308g-308i通到井筒114環(huán)形孔道，以充填開采層 段108a-108n，向層段輸送處 理液體、開采碳氫化合物、監(jiān)控或管理井筒?？梢岳贸涮詈?運輸管308a-308i的多種組合。示例性的組合包括六個運輸管308a_308f和三個充填管 308g-308i。接頭組件300的優(yōu)選實施例還可以包括平行于分流管308a-308n延伸鄰近基礎管 302的長度的多個軸向桿312a-312n，其中“η”可以是任何整數(shù)。該軸向桿312a-312n為接 頭組件300提供附加的結構整體性，并且至少部分地支撐控砂篩管節(jié)段314a-314f。接頭組 件300的一些實施例中每個分流管308a-308n可以包含一到六個軸向桿312a_312n。一個 示例性的組合中每對分流管308之間包括三個軸向桿312。在本發(fā)明的一些實施例中，控砂篩管節(jié)段314a_314f可以連接于該控砂篩管節(jié)段 314a-314f與載荷襯套組件303、噴嘴環(huán)310或扭矩襯套組件305會合處的焊接環(huán)(未示 出)。示例性的焊接環(huán)包括沿著至少一個軸向長度由鉸鏈接合并且通過一個裂片、夾子、其 他連接結構或其組合在相對軸向長度處接合的兩件。而且，定中心器316可以適配在載荷 襯套組件303的主體部分(未示出)上，并且在接頭組件300的近似中點處。在一個優(yōu)選 實施例中，噴嘴環(huán)310a-310e中的一個包括延伸的軸向長度，以接納其上的定中心器316。 如圖3C所示，歧管區(qū)315也可以包括多個扭矩墊片或型條(prOfile)309a-309e。圖4A-4B是與圖3A-3C的接頭組件300和圖1的開采系統(tǒng)100組合使用的連接組 件301的兩個示例性實施例的局部視圖。因此，通過同時參考圖1和圖3A-3B能夠最好地 理解圖4A-4B。連接組件301由第一井工具300a、第二井工具300b、同軸電纜襯套311、連 接件307和至少一個扭矩墊片309a(雖然在這個圖中只有一個被示出，但是可以多于一個， 如圖3C所示)組成。參考圖4A，連接組件301的一個優(yōu)選實施例可以包括具有主體部分、主液體流動 通道318和備用液體流動通道320的第一接頭組件300a，其中井工具300a或300b的一端 可操作地連接于連接件307。該實施例還可以包括具有主液體流動通道318和備用液體流 動通道320的第二井工具300b，其中該井工具300的一端可操作地連接于連接件307。優(yōu) 選地，第一和第二井工具300a和300b的主液體流動通道318經由連接件307的內直徑基 本上液體流動連通，并且第一和第二井工具300a和300b的備用液體流動通道320通過圍 繞該連接件307外直徑的歧管區(qū)315基本上液體流動連通。該實施例還包括至少部分地固 定在歧管區(qū)315中的至少一個扭矩墊片309a。該至少一個扭矩墊片309a構造成防止迂回 流動并為連接組件301提供附加的結構整體性。歧管區(qū)315是至少部分地與至少一個扭矩 墊片309a干涉的環(huán)形體積。其中歧管區(qū)315的內直徑由連接件307的外直徑限定，而歧管 區(qū)315的外直徑由井工具300或由與連接件307基本同心地對齊的襯套(被稱作同軸電纜 襯套311)限定。在一個示例性實施例中，歧管區(qū)315可以具有從約8英寸到約18英寸的 長度317，優(yōu)選地，長度317從約2英寸到約16英寸，或更優(yōu)選地約14. 4英寸。
參考圖4B，本發(fā)明的連接組件301的一些實施例可以包括至少一個備用液體流動 通道320，該備用液體流動通道320在同軸電纜襯套311和連接件307之間從該連接組件 301的上游或第一端延伸出并通過載荷襯套組件303的一部分。優(yōu)選地，連接件307通過螺 紋連接可操作地連接于基礎管302的上游端。同軸電纜襯套311位于圍繞該連接件307， 從而形成歧管區(qū)315。連接機構可以包括螺紋連接器410，該螺紋連接器410通過同軸電 纜襯套311、通過至少一個扭矩型片或墊片309a其中之一并且進入連接件307中。對于每 個扭矩型片309a-309e可以有兩個螺紋連接器410a-410n，其中“η”可以是任何整數(shù)，其中 螺紋連接器410a-410n中的一個延伸通過扭矩型片309a-309e而另一個終止在扭矩型片 309a-309e的主體中。在本發(fā)明的一些實施例中，同軸電纜襯套311和連接件307之間的體積形成連接 組件301的歧管區(qū)315。該歧管區(qū)315在第一和第二接頭組件300a和300b之間可以有益 地提供備用液體流動連接，該接頭組件可以包括充填器、控砂裝置或其他井工具。在一個優(yōu) 選實施例中，流進歧管區(qū)315中的液體當進入第二接頭組件300b時可以沿著具有最小阻力 的通道行進。扭矩型片或墊片309a-309e可以至少部分地設置在同軸電纜襯套311和連接 件307之間，并且至少部分地設置在歧管區(qū)315中。該連接件307將第一接頭組件300a的 載荷襯套組件303連接于第二井工具300b的扭矩襯套組件305。有益地，這提供更簡化地 構成并改進了可以包括各種井工具的接頭組件300a和300b之間的兼容性。優(yōu)選的是，連接件307用螺紋連接可操作地連接于基礎管302，而同軸電纜襯套 311用螺紋連接器可操作地連接于連接件307。螺紋連接器410a-410n穿過扭矩墊片或型 片309a-309e，其中“η”可以是任何整數(shù)。該扭矩型片309a-309e優(yōu)選具有空氣動力學形 狀，更優(yōu)選地基于 NACA (National Advisory Committee for Aeronautics (國家航空咨詢 委員會))標準。所用的扭矩型片309a-309e的數(shù)目根據(jù)連接組件301的尺寸、預計從中通 過的液體的種類和其他因素而變。一個示例性實施例包括圍繞歧管區(qū)315的環(huán)形孔道等距 離間隔開的五個扭矩型片309a-309e。但是應當指出，各種數(shù)目的扭矩型片309a-309e和連 接器可以用來實施本發(fā)明。在本發(fā)明的一些實施例中，扭矩型片309a-309e可以用延伸通過同軸電纜襯 套311進入扭矩型片309a-309e中的螺紋連接器410a-410n固定。于是，該螺紋連接器 410a-410n可以伸進該連接件307中的機加工孔中。作為一個例子，一個優(yōu)選實施例可 以包括十個(10)螺紋連接器410a-410e，其中兩個連接器穿入每個空氣動力學扭矩型片 309a-309e。此外，螺紋連接器410a-410e之一可以穿過扭矩型片309a-309e，而兩個螺紋連 接器410a-410i中的另一個可以終止在扭矩型片309a-309e的主體中。但是，螺紋連接器 的其他數(shù)目和組合可以用來實施本發(fā)明。此外，扭矩墊片或型片309a-309e可以設置成使得比較圓形的端部沿著上游方向取向，以便對穿過該歧管區(qū)315的液體產生較小的阻力，同時至少部分地阻止液體沿蜿蜒 路徑流過。在一個優(yōu)選實施例中，諸如0型環(huán)和支承環(huán)412的密封環(huán)可以配合在同軸電纜 襯套311的內唇緣(Iip)與每個扭矩襯套組件305和載荷襯套組件303的唇緣部分之間。圖5A-5B是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用在圖1的開采系統(tǒng)100、圖3A-3C的接頭組 件300以及圖4A-4B的連接組件301中的載荷襯套組件303的示例性實施例的等軸測圖和 端視圖。因此，同時參考圖1、圖3A-3C和圖4A-4B能夠最好地理解圖5A-5B。載荷襯套組件303包括基本柱形的細長主體520，該主體具有外直徑和從第一端504延伸到第二端502 的孔。載荷襯套組件303還可以包括從第一端504延伸到第二端502的至少一個運輸導管 508a-508f和至少一個充填導管508g_508i (雖然示出六個運輸導管和三個充填導管，但是 本發(fā)明可以包括更多或更少的這些導管)，以形成至少基本位于內直徑506和外直徑之間 的開口，其中該至少一個運輸導管508a-508f的開口構造在第一端，以減少進入壓力損失 (未示出)。本發(fā)明的載荷襯套組件的一些實施例還可以包括在該載荷襯套組件的第二端502 的至少一個開口，該開口構造成與分流管308a-308i、雙層壁基礎管或其他備用通道液體流 動機構液體連通。載荷襯套組件303的第一端504包括唇緣部分510，該唇緣部分適于并 構造成接納支承環(huán)和/或0形環(huán)412。載荷襯套組件303還可以包括載荷凸肩512，以允許 在浮動開采設施或鉆架102上的標準的井工具插入器械在篩管行進操作期間調整載荷襯 套組件303。此外，載荷襯套組件303還可以附加地包括主體部分520和用于將基礎管302 可操作地連接于載荷襯套組件303的機構。在本發(fā)明的一些實施例中，運輸和充填導管508a_508i適于在載荷襯套組件303 的第二端502，以便可操作地連接于(優(yōu)選焊接于)分流管308a-308i。分流管308a_308i 可以用本領域已知的任何方法焊接，包括直接焊接或通過套管焊接。分流管308a-308i優(yōu) 選具有圓形截面并且圍繞基礎管302以基本等間隔設置，從而形成同心的截面。運輸導 管508a-508f在其上游開口處也可以具有減少進入 壓力損失或平滑輪廓的設計，以促進液 體流進運輸導管508a-508f中。該平滑輪廓的設計優(yōu)選包括“喇叭”或“微笑面(smiley face)，，結構。作為一個例子，一個優(yōu)選實施例可以包括六個運輸導管508a-508f和三個充 填導管508g-508i。但是，應當指出，任何數(shù)目的充填和運輸導管可以用來實施本發(fā)明。在載荷襯套組件303的一些實施例中，載荷環(huán)(未示出)用來與載荷襯套組件 303連接。該載荷環(huán)鄰近并在載荷襯套組件303的上游側適配在基礎管302上。在一個 優(yōu)選實施例中，載荷襯套組件303包括至少一個運輸導管508a-508f和至少一個充填導管 508g-508i，其中該載荷環(huán)的入口構造成與運輸和充填導管508a-508i液體流動連通。作為 一個例子，可以包括對齊銷或槽(未示出)，以確保載荷環(huán)和載荷襯套組件303的適當對齊。 該載荷環(huán)的入口的一部分形狀做成像喇叭口，以減少進入壓力損失或提供平滑輪廓。優(yōu)選 地，與運輸導管508a-508f對齊的入口包括“喇叭”形狀，而與充填導管508g_508i對齊的 入口不包括“喇叭”形狀。雖然載荷環(huán)和載荷襯套組件303為了液體流動目的被用作單個單元，但是優(yōu)選可 以用兩個單獨部件，以便使基礎管密封件被設置在基礎管302和載荷襯套組件303之間，以 便當適當?shù)嘏浜嫌诨A管302時，載荷環(huán)能夠用作密封保持器。在一個可選實施例中，載荷 襯套組件303和載荷環(huán)包括在基礎管302上焊接在位的單個單元，以便焊接基本上約束或 阻止液體在載荷襯套組件303和基礎管302之間流動。在本發(fā)明的一些實施例中，載荷襯套組件303在下游端502包括傾斜(斜角)邊 緣516，用于使分流管308a-308i更容易焊接在其上。優(yōu)選實施例在下游或第二端502的 面上還包括多個徑向槽縫或槽518a-518n，以接納多個軸向桿312a-312n，其中“η”可以是 任何整數(shù)。示例性實施例中在每對分流管308a-308i之間包括連接于每個載荷襯套組件 303的三個軸向桿312a-312n。其他實施例在每對分流管308a_308i之間可以不包括軸向桿312a-312n，包括一個、兩個或各種數(shù)目的軸向桿312a-312n。載荷襯套組件303優(yōu)選地由具有足夠強度以經受在篩管行進操作期間實現(xiàn)的接 觸力的材料制造。一種優(yōu)選材料是高屈服合金材料，例如S165M?？梢岳媚軌驈妮d荷襯套 組件303向基礎管302由效地傳輸力的任何結構，例如，通過焊接、夾持、栓鎖或本領域已知 的其他技術，使得載荷襯套組件303可操作地連接于基礎管302。用于將載荷襯套組件303 固定到基礎管302的一種優(yōu)選機構是被驅動通過載荷襯套組件303進入基礎管302內的螺 紋連接器，例如扭矩螺栓。優(yōu)選地，載荷襯套組件303在其下游端502和載荷凸肩512之間 包括徑向孔514a-514n，以接納螺紋連接器，其中“η”可以是任何整數(shù)。例如，圍繞載荷襯套 組件303的外周邊有九個孔514a-514i，分成三組，每組為基本等距離間隔的三個，以提供 從載荷襯套組件303向基礎管302傳輸?shù)闹亓孔罹鶆虻姆植?。但是應當指出，可以利用?何數(shù)目的孔來實施本發(fā)明。優(yōu)選地，載荷襯套組件303包括唇緣部分510、載荷凸肩512以及至少一個運輸和 一 個充填導管508a-508i，該至少一個運輸和一個充填導管508a-508i在載荷襯套組件303 的內直徑和外直徑之間延伸通過該載荷襯套組件303的軸向長度?；A管302延伸通過載 荷襯套組件303，并且至少一個備用液體流動通道320從運輸和充填導管508a-508i中的至 少一個延伸出、沿著基礎管302的長度向下。基礎管302可操作地連接于載荷襯套組件303， 以便從載荷襯套組件303向基礎管302傳輸軸向力、旋轉力或其他力。噴嘴開口 310a-310e 沿著備用液體流動通道320的長度以等距離間隔設置，以便有助于井筒114環(huán)形孔道和備 用液體流動通道320的至少一部分的內部之間的液體流動連接。備用液體流動通道320終 止在扭矩襯套組件305的運輸或充填導管(見圖6)，并且該扭矩襯套組件305適配在基礎 管302上方。多個軸向桿312a-312n設置在備用液體流動通道320中，并且沿著基礎管302 的長度延伸。控砂篩管314a-314f圍繞接頭組件300設置，以便過濾從井筒114環(huán)形孔道 向基礎管302的礫石、砂粒和/或其他碎片的通過?？厣昂Y管可以包括開槽篩管、單獨的篩 管(SAS)、預制濾砂管、繞絲篩管、燒結金屬篩管、隔膜篩管、可膨脹篩管和/或絲網篩管。參考圖4B，在本發(fā)明的一些實施例中，接頭組件300可以包括連接件307和同軸電 纜襯套311，其中連接件307可操作地連接于(例如，螺紋連接、焊接連接、緊固連接或本領 域已知類型的其他連接)基礎管302，并且具有與基礎管302近似相同的內直徑，以有助于 液體流動通過連接組件301。同軸電纜襯套311圍繞該連接件307基本同心地設置，并且可 操作地連接于(例如，螺紋連接、焊接連接、緊固連接或本領域已知類型的其他連接)連接 件307。同軸電纜襯套311優(yōu)選在其下游端或第二端還包括第一內唇緣，該第一內唇緣與載 荷襯套組件303的唇緣部分510配合，以防止液體在同軸電纜襯套311和載荷襯套組件303 之間流動。但是，載荷在載荷襯套組件303和同軸電纜襯套311之間的傳輸不是必要的。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用在圖1中的開采系統(tǒng)100、圖3A-3C的接頭組件 300以及圖4A-4B的連接組件301中的扭矩襯套組件305的示例性實施例的等軸測圖。因 此，同時參考圖1、圖3A-3C和圖4A-4B能夠最好地理解圖6。扭矩襯套組件305可以設置在 接頭組件300的下游或第二端，并且包括上游或第一端602、下游或第二端604、內直徑606、 至少一個運輸導管608a-608i，該至少一個運輸導管608a-608i基本圍繞該內直徑606設置 并且在該內直徑606的外面但是基本在外直徑里面。該至少一個運輸導管608a-608f從第 一端602向第二端604延伸，而至少一個充填導管608g-608i可以在到達第二端604之前終止。在一些實施例中，扭矩襯套組件305在上游端602具有傾斜邊緣616，用于更容易地將分流管308連接在其上。優(yōu)選實施例在上游端602的面上可以包括多個徑向槽縫或槽 612a-612n，其中“η”可以是任何整數(shù)，以便接納多個軸向桿312a-312n，其中“η”可以是任 何整數(shù)。例如，扭矩襯套在每對分流管308a-308i之間可以具有連接于每個扭矩襯套組件 305的三個軸向桿312a-312c，其總共為27個軸向桿。其他實施例在每對分流管308a_308i 之間可以不包括軸向桿312a-312n，或包括一個、兩個或各種數(shù)目的軸向桿312a-312n。在本發(fā)明的一些實施例中，扭矩襯套組件305可以用將力從一個主體傳輸?shù)搅硪?個主體的任何機構(例如，用焊接、夾持、壓緊裝置或本領域已知的其他方式)可操作地連 接于基礎管302。用于完成這種連接的一種優(yōu)選機構是通過扭矩襯套組件305進入基礎管 302內的螺紋緊固件，例如扭矩螺栓。優(yōu)選地，扭矩襯套組件305在上游端602和唇緣部分 610之間包括徑向孔614a-614n，以便將螺紋緊固件接納在其中，其中“η”可以是任何整數(shù)。 例如，圍繞扭矩襯套組件305的外周邊可以具有九個孔614a-614i，其基本等距離間隔，分 為三組，每組三個。但是應當指出，可以利用任何數(shù)目和結構的孔614a-614n可以用來實施 本發(fā)明。在本發(fā)明的一些實施例中，運輸和充填導管608a_608i適于在扭矩襯套組件305 的上游端602從而可操作地連接于，優(yōu)選焊接于，分流管308a-308i。分流管308a-308i優(yōu)選 具有圓形截面并且圍繞基礎管302以基本相等的間隔設置，以形成接頭組件300的平衡、同 心的截面。導管608a-608i構造成可操作地連接于分流管308a-308i的下游端，其尺寸和形 狀可以根據(jù)本發(fā)明變化。作為一個例子，一個優(yōu)選實施例可以包括六個運輸導管608a-608f 和三個充填導管608g-608i。但是，應當指出，任何數(shù)目的充填和運輸導管可以用來實現(xiàn)本 發(fā)明的優(yōu)點。在本發(fā)明的一些實施例中，扭矩襯套組件305可以只包括運輸導管608a_608f，而 充填導管308g-308i可以終止在扭矩襯套組件305的第二端604或者在它們到達扭矩襯套 組件305的第二端604之前終止。在一個優(yōu)選實施例中，充填導管608g-608i可以終止在扭 矩襯套組件305的主體中。在這種結構中，充填導管608g-608i可以經由至少一個孔618與 扭矩襯套組件305的外部液體連通?？?18可以與噴嘴插入件和回流防止裝置(未示出) 配合。在使用中，這允許諸如砂漿的液體流動，從而通過孔618離開充填導管608g-608i，同 時阻止液體經過孔618回流到充填導管608g-608i中。在一些實施例中，扭矩襯套組件305還可以由唇緣部分610和多個液體流動溝道 608a-608i構成。當本發(fā)明的第一和第二接頭組件300a和300b (其可以包括井工具)被連 接時，第一接頭組件300a的基礎管302的下游端可以可操作地連接于(例如，螺紋連接、焊 接連接、緊固連接或其他連接類型)第二接頭組件300b的連接件307。而且，第二接頭組 件300b的同軸電纜襯套311的內唇緣與第一接頭組件300a的扭矩襯套組件305的唇緣部 分610匹配成如下方式，即阻止由于在同軸電纜襯套311和扭矩襯套組件305之間流動而 引起液體從接頭組件300內部流向井筒環(huán)形孔道114。但是，應當指出，載荷在扭矩襯套組 件305和同軸電纜襯套311之間的傳輸不是必要的。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些方面用在圖1的開采系統(tǒng)100和圖3A-3C的接頭組件 300中的多個噴嘴環(huán)310a-310e中的一個的示例性實施例的端視圖。因此，同時參考圖1和圖3A-3C能夠最好地理解圖7。這個實施例涉及多個噴嘴環(huán)310a-310e中的任一或全部噴 嘴環(huán)，但是其后將被稱為噴嘴環(huán)310。噴嘴環(huán)310適于并構造成圍繞基礎管302和分流管 308a-308i安裝。優(yōu)選地，噴嘴環(huán)310包括至少一個溝道704a-704i，以接納至少一個分流 管308a-308i。每個溝道704a-704i從上游或第一端向下游或第二端延伸通過噴嘴環(huán)310。 對于每個充填管308g-308i，噴嘴環(huán)310包括開口或孔702a_702c。每個孔702a_702c沿著 徑向從噴嘴環(huán)的外表面朝著噴嘴環(huán)310的中心點延伸。每個孔702a-702c至少部分地與所 述至少一個溝道704a-704c相干涉或相交，使得它們液體流動連通。楔(未示出)可以被 插入每個孔702a-702c中，使得力被施加在分流管308g_308i上，從而將分流管308g_308i 壓抵于溝道壁的相對側上。對于具有干涉孔702a-702c的每個溝道704a_704i，也具有從 溝道壁延伸通過噴嘴環(huán)310的出口 706a-706c。出口 706a_706c具有垂直于孔702a_702c 的中心軸線取向的中心軸線。穿過具有孔702a-702e的溝道插入的每個分流管308a_308i 包括與出口 706a-706c液體流動連通的孔，并且每個出口 706a-706c優(yōu)選包括噴嘴插入件 (未示出)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些方面，制造3A-3C的接頭組件300的方法的示例性流程 圖，該接頭組件包括圖4A-4B的連接組件301、圖5A-5B的載荷襯套組件303和圖6的扭 矩襯套組件305并用在圖1的開采系統(tǒng)100中。因此，同時參考圖1、圖3A-3C、圖4A-4B、 圖5A-5B和圖6能夠最好地理解流程圖800。應當理解，示例性實施例的步驟可以以任何 順序來實現(xiàn)，除非另有規(guī)定。該方法包括將具有運輸和充填導管508a-508i的載荷襯套組 件303可操作地連接于接頭組件300的主體部分的第一端處或第一端的附近；將具有至少 一個導管608a-608i的扭矩襯套組件305可操作地連接于該接頭組件300的主體部分的 第二端處或第二端的附近；以及將連接組件301可操作地連接于該接頭組件300的主體部 分的第一端的至少一部分，其中該連接組件301包括與載荷襯套組件303的運輸和充填導 管508a-508i以及該扭矩襯套組件305的至少一個導管608a_608i液體流動連通的歧管區(qū) 315。在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟802提供單個的部件，并且在步驟804將部件 預先安裝成在基礎管302上或圍繞該基礎管302。在步驟816連接連接件307，而在步 驟817安裝密封件。在步驟818載荷襯套組件303固定于基礎管302，并且安裝控砂篩管 節(jié)段314a-314n。在步驟828扭矩襯套組件305被安裝于基礎管302，在步驟830組裝連 接組件301，并且在步驟834完成噴嘴開口 310a-310e。扭矩襯套組件可以具有運輸導管 608a-608f,并且可以具有或可以沒有充填導管608g_608i在制造接頭組件300的優(yōu)選方法中，在步驟803組裝之前，對基礎管302每端的密 封表面和螺紋進行刻痕、標記或壓痕。然后在步驟804，載荷襯套組件303、扭矩襯套組件 305、噴嘴環(huán)310a-310e、定中心器316a_316d和焊接環(huán)(未示出)被設置在基礎管302上， 優(yōu)選地通過滑動方式。應當指出，分流管308a-308i在基礎管302的上游或 第一端處適配 于載荷襯套組件303，在基礎管302的下游或第二端處適配于扭矩襯套組件305。一旦這些 部件到位之后，在步驟806分流管308a-308i被預焊(tack weld)或點焊在載荷襯套組件 303和扭矩襯套組件305每個上。在步驟808進行非破壞性壓力試驗，并且在步驟810如果 組裝通過，則繼續(xù)制造過程。如果組裝出現(xiàn)故障，則在步驟812修復出故障的焊接處，并且 在步驟808重新試驗。
一旦焊接已經通過壓力試驗，則基礎管302設置成暴露上游端，且通過清潔、涂潤滑油以及本領域已知的其他合適的準備工作來準備上游端以便在步驟814安裝。其次，諸 如支承環(huán)和0形環(huán)的密封裝置在步驟814被滑動到基礎管302上。然后，載荷環(huán)可以設置 在基礎管302上方，使得它在步驟814保持密封裝置的位置。一旦載荷環(huán)放置到位，在步驟 815可以將連接件307螺紋連接到基礎管302的上游端上，并且在步驟816導向銷子(未示 出)被插入載荷襯套組件303的上游端中從而使得載荷環(huán)與其對齊。于是，在步驟817制造 者可以在支承環(huán)和0形環(huán)上方滑動載荷襯套組件303 (包括組件的其余部分)，使得載荷襯 套組件303抵靠載荷環(huán)，該載荷環(huán)抵靠連接件307。在步驟818，制造者然后可以在基礎管 302內鉆孔通過載荷襯套組件303的孔隙514a-514n，其中“η”可以是任何整數(shù)，并且安裝扭 矩螺栓，以便將該載荷襯套組件303固定于基礎管302。然后在步驟819，軸向桿312a-312n 可以與分流管308a-308i平行地對齊，并且被焊接到在載荷襯套組件303的下游端處預先 形成的槽縫中。一旦軸向桿312a-312n適當?shù)毓潭ㄖ?，然后在步驟820可以利用控砂篩管，例如 Reslink的LineSlot 繞絲控砂篩管，來安裝篩管段314a-314f?？厣昂Y管將從載荷襯套 組件303向第一噴嘴環(huán)310a延伸，然后從第一噴嘴環(huán)310a向第二噴嘴環(huán)310b延伸、從第 二噴嘴環(huán)310b向定中心器316a和第三噴嘴環(huán)310c延伸，如此等等，延伸到扭矩襯套組件 305，直到分流管308a-308i沿著接頭組件300的長度基本上被包圍。然后可以將焊接環(huán)焊 接就位，以便將控砂篩管314a-314f保持就位。在步驟822，制造者可以檢查篩管，以確保合 適的安裝和結構。如果使用繞絲篩管，則可以檢查槽縫開口的尺寸，但是該步驟可以在焊接 該焊接環(huán)之前進行。如果在步驟824控砂篩管314a-314f檢查通過，則過程繼續(xù)，否則在步 驟826修理篩管或刮擦接頭組件300。在步驟827通過清洗、潤滑和本領域已知的其他適當 的準備工作來準備基礎管302的下游端以便安裝。其次，諸如支承環(huán)和0形環(huán)的密封裝置 可以滑動到基礎管302上。然后在步驟828扭矩襯套組件305可以用類似于載荷襯套組件 303的方式被固定地連接于基礎管302。一旦扭矩襯套組件305被連接之后，可以將密封裝 置安裝在基礎管302和扭矩襯套組件305之間，并且密封保持件(未示出)可以被安裝并 預焊就位。應當指出，固定扭矩襯套組件305和安裝密封件的步驟可以在將軸向桿312焊 接就位的步驟819之前進行。在步驟830同軸電纜襯套311可以被安裝在這個接合處，盡管這些步驟可以在載 荷襯套組件303固定于基礎管302之后的任何時候進行。在同軸電纜襯套311的每端處將 0形環(huán)和支承環(huán)(未示出)插入同軸電纜襯套311的內唇緣部分，并且利用短內六角螺釘將 扭矩墊片309a-309e安裝在同軸電纜襯套311的內表面上，其中扭矩墊片309a-309e的平 頭端指向接頭組件300的上游端。然后，制造者可以在連接件307上方滑動同軸電纜襯套 311，并且用具有0形環(huán)的扭矩螺栓410替換內六角螺釘，其中該扭矩螺栓410的至少一部 分延伸通過該同軸電纜襯套311、扭矩墊片309a-309e并進入連接件307中。但是，在一個 優(yōu)選的實施例中，一部分扭矩螺栓410終止在扭矩墊片309a-309e內，而其他的延伸通過扭 矩墊片309a-309e進入連接件307中。在控砂篩網314a_314f安裝之后的任何時候，制造者可以準備噴嘴環(huán)310a-310e。 對于每個充填分流管308g-308i，楔(未示出)被插入圍繞噴嘴環(huán)310a-310e的外直徑設 置的每個孔702a-702c中，產生作用在每個充填分流管308g_308i上的力。然后該楔被焊接就位。可以在步驟832進行壓力試驗，并且如果壓力試驗在步驟834通過，則在步驟838 通過出口 706a-706c向管中鉆孔，從而為充填分流管308g_308i打孔。在一個示例性的實 施例中，20mm的管可以用8mm的鉆頭打孔。然后在步驟840將噴嘴插入件和噴嘴插入件殼 體(未示出)安裝在每個出口 706a-706c中。在出貨之前，適當?shù)匕b控砂篩管并且該過 程完成。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些方面利用圖1的開采系統(tǒng)100和圖3A-3C的接頭組件 300開采碳氫化合物的方法的示例性流程圖。因此，同時參考圖1和圖3A-3C能夠最好地理 解用參考數(shù)字900標記的流程圖。該過程通常包括在步驟908根據(jù)這里公開的本發(fā)明用多 個接頭組件300構成開采管道管柱，在步驟910將該管柱放置在井筒中的開采層段，并且在 步驟916通過該開采管道管柱開采碳氫化合物。在優(yōu)選實施例中，操作者可以利用連接組件301和接頭組件33與各種井工具組 合，該各種井工具例如是充填器134、控砂裝置138或分流空管。在步驟912操作者可以礫 石充填地層或在步驟914利用本領域已知的各種充填技術對地層施加液體處理，例如美國 臨時申請?zhí)?0/765，023和60/775，434所公開的技術。雖然本發(fā)明可以與備用通道技術一 起使用，但是它們不限于這種充填、處理或從地下地層開采碳氫化合物的方法。在用于開采碳氫化合物的方法的另一個優(yōu)選實施例中，接頭組件300可以用在專 利公開US2007/0068675C 675申請)所公開的鉆井或完成礫石充填井的方法中，該申請通 過參考整個結合于此。圖10是示出利用接頭組件300的'675申請的方法的示例性流程 圖。因此，參考圖3能夠最好地理解圖10。該流程圖1001在步驟1002開始，然后在步驟 1004利用鉆井液體通過地下地層鉆井筒，在步驟1006調節(jié)(過濾)鉆井液體，在步驟1008 使得礫石充填組件工具行進到具有調節(jié)過的鉆井液體的井筒內一定深度，并且在步驟1010 用攜帶液體來礫石充填井筒的層段。該過程在步驟1012結束。應當指出，礫石充填組件工 具除了諸如裸眼充填器、流入控制裝置、分流空管等的其他工具之外還可以包括本發(fā)明的 接頭組件300。攜帶液體可以是具有固料的油基液體、具有固料的非水性液體和具有固料的水基 液體其中之一。此外，鉆井液體的調節(jié)可以除去大于控砂裝置的開口尺寸近似三分之一，或 大于礫石充填顆粒尺寸直徑的六分之一的固體顆粒。而且，攜帶液體可以被選擇成具有用 于高效地移動被調節(jié)過液體的良好的液流學，并且可以是用HEC聚合物、黃原膠(xanthan) 聚合物、粘滯彈性表面活化劑和其組合來增粘的任何一種液體。利用粘滯彈性表面活化劑 (VES)作為礫石充填的攜帶液體已經公開在美國專利6，883，608中，其中涉及用VES來礫石 充填的部分通過參考結合于此。圖11A-11J示出圖10方法與圖3的接頭組件300結合。因此通過參考圖3和圖 10能夠最好地理解圖11A-11J。圖IlA示出具有設置在井筒1102中的接頭組件300的系 統(tǒng)1100，該接頭組件300具有帶備用通道技術1106 (例如，分流管)的篩管(screen) 1104。 該系統(tǒng)1100由井篩管1104、分流管1106、充填器1110 (該方法可以與裸眼或 套管井的充填 器一起使用)以及具有液體端口 1114的交叉工具1112構成，該交叉工具1112連接鉆桿 (drillpipe) 1116、沖洗管1118和在該充填器1110的上方和下方的井筒1102的環(huán)形孔道。 這個井筒1102由套管段1120和下部裸眼段1122構成。通常，礫石充填組件下降并設置在 井筒中的鉆桿1116上。在井筒1102中的NAF 1124已經在310目振動器(未示出)上預先被調節(jié)，并且穿過比井筒1102中的礫石充填篩管1104小2-3個規(guī)格尺寸的篩管樣品。如圖IlB所示，充填器1110設置在井筒1102中直接在將要被礫石充填的層段 1130上方。充填器1110將層段與井筒1102的其余部分密封隔離。在設定充填器1110之 后，交叉工具1112移動到相反位置，并且凈礫石充填液體1132被泵送沿著鉆桿1116向下并被置于套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道中，從而移動調節(jié)過的油基液體1124。箭 頭1134表示液體的流動路徑。凈液體1132可以是無固體水基彈或其他的平衡的粘滯水基 彈。其次，如圖IlC所示，交叉工具1112被移動到循環(huán)礫石充填位置。調節(jié)過的NAF 1124然后被泵送沿著套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道向下，從而推動凈礫石充填液 體1132通過沖洗管1118，離開篩管1104，掃過接頭組件300和裸眼井1122之間的裸眼井 環(huán)形孔道1136，并且通過交叉工具1112進入鉆桿1116中。箭頭1138表示通過井筒1102 中的裸眼井1122和備用通道工具1106的流動路徑。圖IlC所示的步驟可以如圖IlC'所示用另一種方式進行，其可以叫做圖IlC的 “反向”。在圖IlC'，調節(jié)過的NAF 1124被泵送沿著鉆桿1116向下，通過交叉工具1112并 且離開進入在接頭組件300和套管1120之間的井筒1102的環(huán)形孔道中，如箭頭1140所示。 NAF 1124的流動迫使凈液體1132流動沿著井筒1102向下并且沿著沖洗管1118向上，通過 交叉工具1112并進入鉆桿1116和套管1120之間的環(huán)形孔道，如箭頭1142所示。如圖IlD所示，一旦接頭組件300和裸眼井1122之間的裸眼井環(huán)形孔道1136已 經被凈礫石充填液體1132掃過，則交叉工具1112被移動到相反位置。調節(jié)過的NAF 1124 被泵送沿著套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道向下，從而通過推動NAF 1124和臟的礫 石充填液體1144使其流出鉆桿1116而導致反向離開(reverse out)。應當指出，圖IlD所 示的步驟可以以與圖IlC和IlC'的步驟以類似的方式反向。例如，NAF 1124可以被泵送 沿著鉆桿1116向下、通過交叉工具1112，從而推動NAF 1124和臟的礫石充填液體1144通 過使其掃過鉆桿1116和套管1120之間的環(huán)形孔道而使其沿著井筒1102向上。其次，如圖IlE所示，當交叉工具1112保持在相反位置時，粘滯隔離物 (spacer) 1146、凈礫石充填液體1132和礫石充填砂漿1148被泵送沿著鉆桿1116向下。箭 頭1150表示當交叉工具1112保持在相反位置時液體的液體流動方向。在粘滯隔離物1146 和50 %的凈礫石充填液體1132處于套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道中之后，交叉工 具1112被移動到循環(huán)礫石充填位置。之后，如圖IlF所示，充填在接頭組件300和裸眼井1122之間的裸眼井環(huán)形孔道 1136的適當數(shù)量礫石充填沙漿1148被泵送沿著鉆桿1116向下，其中交叉工具1112在循環(huán) 礫石充填位置。箭頭1155表示當交叉工具1112在礫石充填位置時液體的液體流動方向。 泵送礫石充填沙漿1148沿著鉆桿1116向下，迫使凈礫石充填液體1132通過篩管1104漏 出，沿著沖洗管1118向上，并且進入套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道內。這留下了 礫石充填1160。當凈礫石充填液體1132進入套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道時，迫 使調節(jié)過的NAF1124回流通過套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道向上。如圖IlG所示，于是通過引進完井液1165進入鉆桿1116內，從而使得礫石充填沙 漿1148被泵送沿著鉆桿1116向下。礫石充填砂漿1148使得調節(jié)過的NAF(未示出)運動 離開套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形孔道。之后，更多的礫石充填1160被沉積在接頭組件工具300和裸眼井1122之間的裸眼井環(huán)形孔道1136中。如圖IlG所示，如果在礫石充填中(例如，在砂橋1160之下)形成孔眼1170，則使得礫石充填砂漿1148轉向進入接頭組 件工具300的分流管1106中，并且重新充填備用通道工具300和裸眼井1122之間并且在 砂橋1170之下的裸眼井環(huán)形孔道1136。箭頭1175表示礫石充填沙漿沿著鉆桿1116向下、 通過交叉工具1112、進入在充填器1110下面的井筒的環(huán)形孔道中的液體流動。然后礫石 充填沙漿1148流動通過接頭組件工具300的分流管1106，并且填滿裸眼井環(huán)形孔道1136 中的任何孔眼1170。箭頭1175還示出凈礫石充填液體1132通過篩管1104并沿著沖洗管 1116向上、通過套管1120和鉆桿1116之間的環(huán)形通道中的交叉工具1112的液體流動。圖IlH示出恰在完全充填充填器下面的、在篩管1104和套管1120之間的環(huán)形孔 道之后的鉆井1102。一旦篩管1104被礫石充填1160覆蓋，并且接頭組件300的分流管 1106充滿砂子，則鉆桿1116的液體壓力增加，這就是通常所說的篩出(screenout)。箭頭 1180表示當?shù)[石充填沙漿1148和凈礫石充填液體1132被完井液1165移置時的液體流動 路徑。如圖IlI所示，在篩出發(fā)生之后，交叉工具1112移動到相反位置。粘滯隔離物1146 被泵送沿著鉆桿1116和套管1120之間的環(huán)形孔道向下，之后的完井液沿著鉆桿1116和套 管1120之間的環(huán)形孔道向下。因此，通過將剩余的礫石充填沙漿1148和凈礫石充填液體 1132推出鉆桿1116而形成反向離開(reverse-out)。如圖IlJ所示，在套管1120和鉆桿1116(未示出)之間的環(huán)形孔道中的液體已經 被完井液1165移置，并且交叉工具1112 (未示出)、沖洗管1118 (未示出)和鉆桿1116 (未 示出)被拉出井筒1102，從而在充填器1110下面留下了完全充填的井層段。在一個示例性實施例中，智能井系統(tǒng)或裝置可以沿著基礎管302向下行進，以便 在取出沖洗管1118之后在開采期間使用。例如，智能井組件可以在基礎管302內行進，并 且通過智能井裝置和充填器組件的孔之間的密封件被連接于接頭組件300。這種智能井系 統(tǒng)在本領域是已知的。這種系統(tǒng)可以包括智能井系統(tǒng)、柔性輪廓完井或其他系統(tǒng)或其組合?；剡^來參考圖IlF和圖IlG的步驟，當?shù)[石充填液體1132漏進篩管1104中并且 沿著沖洗管1118向上時，希望能控制液體漏泄的輪廓。在裸眼井完井中，由于在鉆井階段 1004期間形成在井筒1102上的泥餅(mudfilter cake)，而限制了漏泄到地層中的液體。在 套管井完井中，當射孔孔道(perforation tunnel)(未示出)被礫石1160充填時，漏泄到 地層中的液體快速減少。希望保持沙漿1148沿著井筒1102和篩管1104之間的環(huán)形孔道向下流動，并且礫 石1160以倒置方式充填。已經提出控制漏泄到篩管1104中的液體輪廓的各種方法，包括 控制沖洗管1118和基礎管302之間的環(huán)形孔道(例如，沖洗管外直徑(OD)與基礎管內直 徑(ID)之比大于0. 8)以及沖洗管1118上的擋板(未示出)(美國專利號3，741，301和美 國專利號3，637，010的美國專利)。在常規(guī)的礫石充填篩管中，篩管1104和基礎管302之間的空間大約在2_5毫米 (mm)的范圍內，這個尺寸小于沖洗管1118和基礎管302之間的環(huán)形孔道(例如6_16mm)。 因此，沖洗管1118和基礎管302之間的環(huán)形孔道在以前的設計中重點放在控制液體漏泄。 在較長間距中(例如，大于3500英尺)，在沖洗管1118和基礎管302之間的限制性環(huán)形孔 道可以對于液體漏泄施加更明顯的摩擦損失，這對于在井筒1102中形成礫石充填1160是必需的。在一些應用中，沖洗管1118裝有附加的裝置，例如，釋放夾頭，以便移動用于設置 充填器的襯套。根據(jù)這些附加裝置的類型和數(shù)目，沿著環(huán)形液體漏泄路徑，它們可以導致額 外的摩擦損失。將分流管1106或308a-308n放置在篩管1104或314a_314f里面將增加篩管1104 和基礎管302之間的間隔，例如從約2-5mm增加到約20mm?？偼庵睆娇梢耘c具有外分流管 的備用通道篩管具有可比性?；A管302的尺寸保持相同。但是，篩管1104和基礎管302 之間的額外的間隔將減少液體漏泄的總摩擦損失，并且通過分流管1106而促進倒置的礫 石充填序列?，F(xiàn)在參考圖3A-3C和圖9，在繞絲篩管1104的下面具有分流管1106的另一個好處 是在開采916期間增加了進入篩管1104的流動面積。與具有常規(guī)分流管(篩管外直徑約 5. 58英寸)的相同尺寸的基礎管相比，篩管1104的OD可以增加到約7.35英寸。換句話 說，本發(fā)明的篩管OD增加了約百分之25(%)。利用根據(jù)本發(fā)明的具有增大OD的篩管1104 還有利于通過篩管環(huán)形孔道減少充填裸眼井的礫石和液體的量。在如圖12A-12C所示的各種應用場合，接頭組件300還可以與開采管柱中的其他 工具有益地組合，通過參考圖3A-3C可以最好地理解。圖12A-12C是層間封隔技術的示例性 實施例，例如這些公開在國際申請?zhí)朠CT/US06/47997中，該申請通過參考結合于此。圖12A 是圖示說明隔離底部水的示例性應用中接頭組件300。在具有層段1202a-1202c (類似于開 采層段108a-108n)的地下地層1200中包括水區(qū)1202c。在這種情況下，隔離充填器1204a 可以設置在水區(qū)1202c之上并且空管1205可以被置于水區(qū)1202c內，以便隔離環(huán)形孔道。 然后，可以利用接頭組件300a-300b和另一個裸眼井充填器1204b用礫石1206a_1206b來 充填開采層段1202a-1202b。這種方法允許操作者能夠鉆孔整個儲層段，并且避免高成本填 井或側鉆作業(yè)。圖12B示出接頭組件300和分流空管的使用，以有益地隔離中間水區(qū)。具有層段 1222a-1222c的地下地層1220包括水或氣區(qū)1222b。接頭組件300a和300b與隔離充填器 1224a-1224b和分流空管(shunted blank pipe) 1226 —同可以構造成并且延伸跨過水或 氣區(qū)1222b。然后可以設置充填器1224a-1224b并且礫石充填1228a可以被沉積在頂部區(qū) 1222a內，然后礫石充填1222b可以被沉積在底部區(qū)1222c內。具體參考分流空管1226，這種接頭可以被安裝在接頭組件300上方，以提供緩沖 并且確保在礫石充填作業(yè)期間形成的任何砂橋在分流充填完成之前保持在分流入口以下。 空管分流接頭1226可以包括無孔基礎管302、軸向桿312、分流管308 (通常與在接頭組件 300中的分流空管1226中的分流管308有相同的數(shù)目，但是分流空管1226只包括運輸管， 沒有充填管)以及圍繞軸向桿312和分流管308的周邊繞絲314。為了阻擋砂橋生長，希望 砂橋在空管分流接頭1226中填滿圍繞基礎管302和分流管308的整個環(huán)形孔道。如果使 用和礫石充填篩管相同的繞絲314，那么在基礎管302和繞絲314之間的環(huán)形孔道可以不被 充填，并且將提供液體漏泄“短路”，以加速砂橋形成。如果繞絲314被拆去，則需要支撐分 流管308的其他器件以便保持接頭1226的整體性。一種示例性的方法包括具有尺寸大于 礫石尺寸的槽縫的繞絲314，以使礫石或砂橋被充填在基礎管302和繞絲314之間。一個例 子是槽縫的尺寸為礫石尺寸的3-5倍。因此，砂橋形成速率被抑制并且需要的空管分流 接 頭1226的數(shù)量被最小化同時保持了整體性。
圖12C示出使用本發(fā)明的接頭組件300與分流空管1226以完成堆積(stacked pay)應用，例如在墨西哥灣中的那些應用。地下地層1250可以包括層段或區(qū)1252a_1252e， 其包括多個水或氣區(qū)1252b和1252d。接頭組件300a-300c與隔離充填器1254a_1254d和 分流空管節(jié)段1226a-1226b可以根據(jù)需要被構造或分隔開，并且延伸以隔離或跨過該水或 氣區(qū)1252b和1252d。然后，可以設置沖填器1254a_1254d，并且礫石充填1256a可以被沉 積在頂部區(qū)1252a，另一個礫石充填1256b被沉積在區(qū)1252c，并且又一個礫石充填1256c 可以被沉積在底部區(qū)1252e。這種操作可以有利地完成而不需要為井筒裝套管或加水泥，并 且能夠以單次操作而不是分開地完成各層段來進行完井操作。有益地，在礫石充填中使用充填器與接頭組件300在將各層段隔離于不想要的水或氣的開采中提供了靈活性，同時還能夠防止產生砂。隔離還能夠使用流入控制裝置 (Reslink' s ResFlow 和Baker ‘ sEQUALIZER )，從而為單個層段提供壓力控制。安裝 流動控制裝置(即，扼流器)也具有靈活性，該流動控制裝置可以調節(jié)具有不同開采率或透 過性的地層之間的流動。而且，可以礫石充填單個層段而不礫石充填不需要礫石充填的層 段。也就是，礫石充填作業(yè)可以用來礫石充填特定的層段，而作為同一個過程一部分，其他 層段不進行礫石充填。最后，可以用與其他區(qū)不同尺寸的礫石來充填單個層段，以提高井開 采率。因此，可以針對特定的層段來選擇礫石。本發(fā)明的附加的優(yōu)點包括增加備用通道系統(tǒng)的可處理長度的能力，該增加是從現(xiàn) 有技術裝置的大約3500英尺增加到至少大約5000英尺，并且本發(fā)明可能超過6000英尺。 通過至少增加壓力容量和流過該裝置的摩擦壓力降使得這成為可能。試驗證明，與常規(guī)的 備用通道裝置的大約3000psi的工作壓力相比，本發(fā)明的接頭組件能夠處理高達大約每平 方英寸6500磅(psi)的工作壓力。本發(fā)明還在安裝現(xiàn)場有益地允許更簡化的連接構成，并 且減少與由于偏心篩管設計而引起的在篩管組件內包括裸眼井層間封隔充填器相關的挑 戰(zhàn)，同時在篩管延伸作業(yè)期間限制了由于暴露而損壞分流管、基礎管。此外，與具有更小直 徑的篩管相比更大篩管尺寸允許利用更少的液體使得有效的礫石充填被沉積，并且在開采 期間，外部設置的較大篩管使具有較大輪廓的碳氫化合物能夠流進管柱中。測試結果測試本發(fā)明的至少一個實施例，以確保滿足或優(yōu)于順應性和性能資格。對部件和 全尺寸比例的樣機進行重要的測試以驗證篩管功能性。測試以流動能力、腐蝕、壓力整體 性、機械整體性、礫石充填和安裝處理為目標。在資格測試的結論中，接頭組件300(例如， 內部分流備用通道裝置)滿足或優(yōu)于所有的設計要求。流動能力進行初始測試以確定以4-5bbl/min的流率通過分流管308來完全填充5000英尺 的裸眼井段所需要的圓形分流管308的尺寸和數(shù)量。泵送適合于Alternate Path 礫石充 填的已知的流變學的基礎凝膠通過100英尺長的各種尺寸的圓形分流管308，以確定通過 每個管的摩擦損失。六個20mmX 16mm(0DX ID)的分流管產生的摩擦響應可相當于當前的 “二乘二”備用通道系統(tǒng)中的兩個1. 5X0. 75英寸的運輸管。雖然較大的分流管308減少了 壓降，并且因此減少了接頭組件300的壓力需求，但是接頭組件300的外直徑對于所需應用 而言變得太大。腐蝕
建立物理模型，以確定泵送陶瓷(泥土)支撐劑(proppant)通過位于每個連接處 的歧管315的腐蝕效果。泥漿以每分鐘5桶(bbl/min)的計劃油田泵送速率被泵送。當兩 個接頭組件300a-300b連接在一起時，歧管315入口和出口未被對齊，從而表示最壞情況的 油田情況。十五萬兩千(152000)磅30/50陶瓷支撐劑(通過篩管環(huán)形孔道來完全填充5000 英尺9-7/8英寸裸眼井所需的支撐劑的量，其中50%過剩)以2-4PPA(添加的支撐劑的磅 數(shù))和5bbl/min被泵送通過該系統(tǒng)。在歧管315中未見腐蝕，但是測量到通過歧管315具 有不合格的壓降。利用來自物理測試的試驗數(shù)據(jù)來校正計算的液體動態(tài)(CFD)模型，并且 其被用來優(yōu)化歧管315的再設計。根據(jù)該模型的結果，歧管317的長度被延長并且后來的測 試發(fā)現(xiàn)壓降減少百分之50。十二萬七千(127000)磅30/50陶瓷支撐劑以4PPA和4-5bbl/ min被泵送通過重新設計的系統(tǒng)，證明沒有與新設計相關的腐蝕。當通過分流管308a-308i填充時，礫石通過充填管308g_308i被沉積在篩管314 周圍。進行試驗以確定泵送泥漿通過噴嘴出口 706的腐蝕效果。由具有六個噴嘴出口 706的單個充填管308g構成的物理模型模擬了，用每個噴嘴環(huán)310已被插入的三個噴嘴 出口 706其中之一，以5bbl/min泵送全部礫石充填通過分流篩管的頂部兩個或三個接頭 300a-300co三萬八千六百(38600)磅30/50陶瓷支撐劑被泵送通過該設備。測量通過每 個噴嘴出口 706的流動速率和支撐劑濃度。發(fā)現(xiàn)碳化鎢噴嘴的腐蝕最小。壓力整體性貫穿所有的物理試驗，通過分流系統(tǒng)308a_308i和歧管段315測量摩擦壓降，以便 建立通過每個接頭組件300的基線摩擦壓力。試驗揭示了，以4bbl/min泵送通過全部5000 英尺的分流管需要6000psi，因此，分流系統(tǒng)的壓力整體性必須高于6000psi。焊接于端環(huán) 的單個分流管被設計并且測試壓力到lOOOOpsi。需要特別設計的歧管密封環(huán)來密封堆積以 經受IOOOOpsi的試驗壓力。在大氣溫度和180° F下整個系統(tǒng)壓力試驗到lOOOOpsi。在 170° F，六千五百(6500)psi保持8小時，模擬泵送整個礫石充填工作通過分流管。機械整體性需要進行控砂篩管314的爆裂和坍塌試驗，以評估新的更高的軸向肋鋼絲312 (繞 絲的支撐結構)的情況。在完井或修井(workover)期間當篩管內部的防濾失彈(fluid loss pill)被置于過平衡條件時存在爆裂條件。爆裂試驗在9-規(guī)格(gauge)控砂篩管314 的樣品上進行。沿著組件的長度放置應力計。篩管314安裝在試驗固定件上并且碳酸鹽彈 被放置在篩管314內部。對篩管314內部施加壓力直到在篩管314中觀察到過大應力。最 終爆裂壓力超過2400psi，并且當檢查篩管314時，在樣品上沒有發(fā)現(xiàn)大于12-規(guī)格的縫隙。 在所有的情況下維持了砂控，并且在每個測試最后彈仍然保持完好。雖然篩管314完全塞滿的真實的坍塌條件是不可能的，但測試篩管314以確保 當泵送通過分流系統(tǒng)時并且在最終篩出時頂部篩管接頭能夠經受升高的壓力。通過圍繞 9-規(guī)格接頭組件300的周邊放置1/4英寸厚的30/50陶瓷支撐劑層來進行坍塌試驗。用粘 結在該接頭組件300的不滲透隔板將支撐劑保持就位。接頭組件300被設置在試驗固定件 內部，并且對篩管314外部施加壓力。初始坍塌試驗導致扭矩襯套305的修改并且將軸向 絲312的數(shù)目從18個增加到27個。在包括所有增強結構的最終坍塌試驗得到的坍塌壓力 是5785psi。坍塌導致篩管凹陷，但是仍然能夠控砂。進行有限元分析(FEA)以評估物理測 試并規(guī)定分流管308和繞絲314所需要的機械性 質。
礫石充填水平試驗固定件(10英寸ID)用來測試接頭組件300的充填功能。樣機由兩個 接頭組件300a和300b (分別11. 3和14. 5英尺)和歧管段315—起構成。每個篩管接頭 300a-300b包含兩個噴嘴環(huán)310a-310d，每個噴嘴環(huán)310中有意地插入三個噴嘴706a_706c 之一。試驗固定件的上孔端被堵住，模擬砂橋或裸眼井充填器，迫使所有的砂漿通過分流管 308。砂漿由具有4PPA 30/50陶瓷支撐劑的基礎凝膠構成。在試驗期間由于試驗固定件壓 力約束，在篩出時流率限制在lbbl/min。礫石充填試驗利用樣機篩管進行，在基礎管302內部具有或不具有3-1/2英寸沖 洗管。實現(xiàn)百分之百礫石充填。然后，液體通過25.8英尺的篩管以15.78&1/!^11的流率通 過礫石充填流回，相當于25000B/D通過1200英尺篩管。礫石充填保持完好，不留下暴露的
篩管。 安裝處理全長的樣機接頭組件300被運送到安裝現(xiàn)場，以評估在篩管接頭300下面的具有 14000磅漂浮重量的篩管接頭300的處理和構成的容易度。在安全簡要情況介紹和短暫的 設備定向之后，與用于當前的“2乘2”Alternate path 系統(tǒng)的通常每小時5個接頭相比， 以前沒有見過該篩管的安裝人員以每小時12個接頭的速率操作篩管。篩管的一個測試接 頭被軸向加載到408000磅，模擬具有230000磅過拉力(overpull)的5000英尺篩管。試 驗后槽縫的尺寸檢查顯示出槽縫寬度變化小于0. 5規(guī)格。應當指出，用于這些充填器和控砂裝置的連接機構可以包括如下述相關專利文 獻中所公開的密封機構美國專利NO. 6，464，261 ；國際專利申請公開NO. W02004/046504 ； 國際專利申請公開NO. W02004/094769 ；國際專利申請公開NO. W02005/031105 ；國際專 利申請公開NO. W02005/042909 ；美國專利申請公開No. 2004/0140089 ；美國專利申請 公開No. 2005/0028977 ；美國專利申請公開No. 2005/0061501 ；以及美國專利申請公開 No.2005/0082060。此外，還應當指出，上述實施例中的所用的分流管可以具有各種幾何形狀。分流管 幾何形狀的選擇根據(jù)空間限制、壓力損失和/或爆裂/坍塌容量。例如，分流管可以是圓 形、長方形、梯形、多邊形或其他形狀以用于不同用途。分流管的一個例子是ExxonMobil的 AIIPAC 和AIIFRAC 。而且，應當理解，本發(fā)明還可以用于氣體漏出(天然氣井)。雖然本發(fā)明的技術可以容許用于各種修改和變化形式，但是上面所討論的示例性 實施例僅僅以舉例的方式被示出。但是，還應當理解，本發(fā)明不是想要限制在這里描述的具 體實施例。而是本發(fā)明的技術包括屬于權利要求所限定的本發(fā)明的精神實質和范圍內的所 有的可選方案、修改和等同物。
權利要求
一種用于從地下地層開采碳氫化合物的方法，該方法包括用鉆井液體通過所述地下地層鉆井筒；調節(jié)該鉆井液體；使得開采管柱行進到具有所述調節(jié)過的鉆井液體的所述井筒中的一定深度，其中該開采管柱包括多個接頭組件，其中至少一個接頭組件被設置在該調節(jié)過的鉆井液體內，該至少一個接頭組件包括載荷襯套組件，其具有內直徑、至少一個運輸導管和至少一個充填導管，其中該至少一個運輸導管和該至少一個充填導管兩者均被設置在該內直徑的外面，該載荷襯套可操作地連接于該多個接頭組件其中之一的主體部分；扭矩襯套組件，其具有內直徑和至少一個導管，其中該至少一個導管設置在該內直徑外面，該扭矩襯套可操作地連接于該多個接頭組件其中之一的主體部分；具有歧管區(qū)的連接組件，其中該歧管區(qū)構造成與該載荷襯套組件的所述至少一個運輸導管和所述至少一個充填導管液體流動連通，其中該連接組件在該載荷襯套組件處或附近可操作地連接于該接頭組件的至少一部分；以及在該載荷襯套和該扭矩襯套之間沿著該接頭組件的至少一部分并且圍繞該接頭組件的外直徑設置的控砂篩管；以及用攜帶液體來礫石充填所述井筒的層段。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在使得該開采管柱行進之后用所述攜帶液體移 置該鉆井液體。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中該移置是向前循環(huán)和向后循環(huán)其中之一。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該鉆井液體是具有固料的油基液體、具有固料的 非水性液體和具有固料的水基液體其中之一。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該攜帶液體是該鉆井液體。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中調節(jié)該鉆井液體是除去比所述控砂篩管的開口尺 寸近似三分之一更大的固體顆粒。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該攜帶液體被選擇成具有用于高效地移置被調節(jié) 過液體的良好的流變能力，并且該攜帶液體是具有HEC聚合物、黃原膠聚合物、粘滯彈性表 面活化劑和其任一組合的增粘的液體之一。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該歧管區(qū)的長度至少是約12英寸到至少約16英 寸長。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該接頭組件還包括沿著該接頭組件的軸向長度間 隔開約6英尺的出口噴嘴。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該多個接頭組件至少其中之一可以可操作地連 接于開采工具，該開采工具選自由下述構成的組充填器、流入控制裝置、分流空管、智能井 裝置、跨立組件、滑動套管、交叉工具以及交叉連接流動裝置。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該控砂篩管是開槽襯管、單獨篩管即SAS、預制篩 管、繞絲篩管、隔膜篩管、燒結金屬篩管、膨脹篩管和絲網篩管其中之一。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該層段至少約四千英尺長。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該層段至少約五千英尺長。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該接頭組件被構造成經受至少每平方英寸約六千磅的摩擦壓力。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該接頭組件的所述主體部分包括基礎管，該基礎 管具有外直徑，并且在所述控砂篩管和所述基礎管之間的間隔是從約18毫米到約22毫米。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，利用位于所述基礎管內部的沖洗管，其中該沖洗管 和該基礎管之間的間隔是從約6毫米到約16毫米。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括具有圓形截面并且沿著該基礎管軸向延伸的 分流管，該基礎管沿著該接頭組件的所述主體部分，其中該分流管沿著該接頭組件的軸向 長度從所述載荷襯套到所述扭矩襯套基本上連續(xù)。
18.一種從井開采碳氫化合物的方法，包括將具有至少兩個接頭組件和至少一個充填器的開采管柱設置在鄰近地表下儲層的井 筒的裸眼井段內，其中該至少兩個接頭組件包括載荷襯套組件，該載荷襯套組件具有內直徑、至少一個運輸導管和至少一個充填導管， 其中該至少一個運輸導管和該至少一個充填導管兩者均設置在該內直徑的外部，該載荷襯 套可操作地連接于該多個接頭組件其中之一的主體部分；扭矩襯套組件，該扭矩襯套組件具有內直徑和至少一個導管，其中該至少一個導管設 置在該內直徑的外部，該扭矩襯套可操作地連接于該多個接頭組件其中之一的主體部分；連接組件，該連接組件具有歧管區(qū)，其中該歧管區(qū)構造成與該載荷襯套組件的所述至 少一個運輸導管和所述至少一個充填導管液體流動連通，其中該連接組件在該載荷襯套組 件處或附近可操作地連接于該接頭組件的至少一部分；以及控砂篩管，該控砂篩管被置于在所述載荷襯套和所述扭矩襯套之間沿著該接頭組件的 至少一部分并且圍繞該接頭組件的外直徑；以及 在該裸眼井段內設置至少一個充填器；礫石充填在該至少一個充填器之上、在所述地表下儲層的第一層段中的該至少兩個接 頭組件至少其中之一；通過使具有礫石的攜帶液體經過該至少一個充填器，從而使得礫石充填在該至少一個 充填器之下、在所述地表下儲層的第二層段中的該至少兩個接頭組件的至少另一個；以及 通過使碳氫化合物穿過該至少兩個接頭組件從該井筒中開采碳氫化合物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種與開采碳氫化合物相關的方法。該方法包括用鉆井液體鉆井眼，調節(jié)該鉆井液體，操縱(延伸)該鉆井中的開采管柱，并且用載液礫石充填該鉆井的層段。該開采管柱包括具有主體部分的接頭組件，該主體部分具有主液體流動通道和輔助液體流動通道，其中該主體部分在其一端連接于載荷襯套組件，而在其相對的端連接于扭矩襯套組件，該載荷襯套組件具有設置成通過它的至少一個運輸導管和至少一個充填導管。該主體部分可以包括控砂裝置、充填器或用于井下環(huán)境的其他井工具。該接頭組件包括具有歧管區(qū)的連接組件，該連接組件與主體部分的第二液體流動通道液體流動連通，并且方便用單個連接構成第一和第二接頭組件。
文檔編號E21B41/02GK101849082SQ200880114745
公開日2010年9月29日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權日2007年11月9日
發(fā)明者C·S·葉, D·C·海伯勒, M·D·巴瑞, M·T·海科爾, T·A·朗 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>