專利名稱：高速礫石充填的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本上涉及在開采地層中的碳?xì)浠衔?，尤其涉及用于在井?內(nèi)執(zhí)行礫石充填操作的工具、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)從地層中產(chǎn)出井產(chǎn)流體(well fluid)時，所述井產(chǎn)流體典型地 包括通常被稱為"砂"的顆粒。必須控制井的出砂量從而延長井的壽命。 完成這個控制的一項技術(shù)包括引導(dǎo)井產(chǎn)流體通過井下過濾器，所述井下過 濾器由圍繞防砂篩管(sand screen)的礫石形成。典型的防砂篩管包括 插入有待產(chǎn)出井產(chǎn)流體的井的鉆孔中并且基本上與有待產(chǎn)出井產(chǎn)流體的 井的鉆孔同心的圓柱形網(wǎng)格。將礫石充填在地層與所述防砂篩管之間的區(qū) 域內(nèi)，所述區(qū)域被稱作"環(huán)狀空間"。生產(chǎn)的井產(chǎn)流體通過所述礫石，進(jìn) 入所述防砂篩管，且通過連接到所述防砂篩管的管子沿井孔向上流動。
在礫石充填操作中典型地將圍繞防砂篩管的礫石引入到所述井中。在 傳統(tǒng)的礫石充填操作中，所述礫石通過漿料(slurry)沿井孔向下流動， 所述漿料是攜砂液(carrier fluid)與礫石的混合物。在所述井中的礫 石充填系統(tǒng)將漿料引導(dǎo)到環(huán)狀空間內(nèi)，并且所述攜砂液分散到地層內(nèi)或流 經(jīng)防砂篩管返回到地表。另一方面，所述礫石保持充填在防砂篩管與地層 之間。
當(dāng)使用連續(xù)撓性管(或任何相對小型的管子)執(zhí)行過油管礫石充填 (Thru Tubing Gravel Pack, TTGP)操作時，通常充足的射孔充填是一 個問題，由此導(dǎo)致高表皮(high skin)。由于通過撓性管可以實現(xiàn)有限的 泵送率，所以不可以獲得好的射孔充填并且不可以壓裂地層，而壓裂地層 是實現(xiàn)高速水流填砂工藝(HRWP)或礫石充填所必須的。
可選解決辦法是將漿料(包括攜砂液和支撐劑)泵送通過環(huán)狀空間或 同時泵送通過環(huán)狀空間和撓性管以便達(dá)到所述高速率。然而，在泵送漿料 的同時使得撓性管仍然在井孔內(nèi)可以導(dǎo)致在撓性管上方脫砂(screen out) (即，其中支撐劑在撓性管連接到井底組件(bottom hole assembly (BHA): 或下部鉆具組合)上方的水平位置沉淀(settle)),由此使得撓性管卡在 井孔內(nèi)。
另一個可選解決方法是使用防砂篩管操作，其中，回收撓性管并且沿 撓性管向下(down tubing)執(zhí)行礫石充填/壓裂充填泵送操作。當(dāng)應(yīng)用此 操作時，在使油井恢復(fù)生產(chǎn)之前實施撓性管下行操作，以便清除支撐劑。 但是此方法在目的區(qū)(zone of interest)處下降和偏移方面存在限制。
在SPE (石油工程師協(xié)會)72132中由C.C.Lee等人于2001年10月提出 的"Effective Thru Tubing Gravel Pack Methods in Attaka Field"描 述了TTGP技術(shù)。那篇論文描述了兩種TTGP技術(shù)，包括(l)封隔法TTGP(TTGP with Packoff Method);和(2)排氣濾砂法TTGP (TTGP with Vent Screen Method)。
所述封隔法使用具有無眼隔離管(blank spacer pipe)的TTGP防砂 篩管并封隔能夠放置在套管內(nèi)或現(xiàn)有的礫石作用防砂篩管內(nèi)、并在開采管 內(nèi)被隔開和封隔。此技術(shù)的一個潛在問題是因為通過撓性管執(zhí)行泵送，所 以有可能以低速率執(zhí)行泵送，并且由此可以產(chǎn)生不良的射孔充填，產(chǎn)生令 人不滿意的工作效果。
所述排氣濾砂法TTGP使用兩個防砂篩管部分，該兩個防砂篩管部分由 無眼管分離并且封隔在套管內(nèi)，其中產(chǎn)品進(jìn)入防砂篩管的下部并從防砂篩 管的上部排出。此技術(shù)的一個潛在問題是具有有限的應(yīng)用領(lǐng)域并且大體上
不可以用于在管內(nèi)的操作或在具有高偏移角的儲層內(nèi)的操作。
因此，需要出現(xiàn)一種執(zhí)行TTGP操作的改進(jìn)方法。通過本發(fā)明實現(xiàn)此目的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種通過使用撓性管使礫石充填接近射孔的裝有 套管的井筒的一部分的方法，所述方法包括步驟將含有射孔的井筒部分 與所述射孔以下的井筒部分隔離；然后將連接設(shè)備安裝在井底組件與撓性 管之間，接著使用撓性管將所述井底組件放低進(jìn)入井筒中直到井底組件接 近所述射孔。
本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括步驟將漿料沿所述撓性管向下泵送進(jìn)入所 述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間，其中所述漿料包括礫石和攜砂液； 當(dāng)所述漿料在井底組件與撓性管之間的連接件上方時，將與漿料相容的第 二流體沿所述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間向下泵送；在所述漿料和 第二流體到達(dá)所述射孔之前，第二液體和所述漿料混合以便形成具有降低 的漿料濃度的均勻溶液。
在本發(fā)明的一個實施例中，在井底組件與撓性管之間的連接設(shè)備包括 具有泵送位置和非泵送位置的轉(zhuǎn)換工具。將所述漿料沿所述撓性管向下泵 送的步驟包括所述轉(zhuǎn)換工具從所述非泵送位置轉(zhuǎn)換到所述泵送位置的步 驟。在一個實施例中，將所述轉(zhuǎn)換工具從所述非泵送位置轉(zhuǎn)換到所述泵送 位置的步驟包括在地表上將球沿所述撓性管向下墜落。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述漿料和第二液體被設(shè)計成足以使所述 射孔附近地層破裂的速率流動。在此實施例中，所述漿料可以包括支撐劑。
根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括一旦實現(xiàn)了并筒脫砂，就將所述撓性管 與所述連接裝置移除的步驟。此后，根據(jù)本發(fā)明的方法包括將密封設(shè)備安 裝在所述礫石充填井底組件上方的步驟。在一個實施例中，安裝密封設(shè)備 的步驟包括將封隔器安裝在礫石充填井底組件上方的步驟。在另一個實施 例中，安裝密封設(shè)備的步驟包括將封隔組件安裝在礫石充填井底組件上 方。


在附圖中
圖1一3、 3A-B和圖4一6是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于礫石充填裝有套管的 井筒的方法的各個步驟的正視圖。
具體實施例方式
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以采取很多形式和實施例。在以下的描述中， 描述了本發(fā)明的一些實施例并且闡述了許多細(xì)節(jié)以便更好地理解本發(fā)明。 然而，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在沒有上述細(xì)節(jié)的情況下 可以實現(xiàn)本發(fā)明，并且可以具有所述實施例的很多變型和修正。由此下面 的描述是為了說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。
首先參照圖l,井筒10包括使用水泥13已經(jīng)被固定在適當(dāng)位置的套管 11。射孔12穿過套管11和水泥13進(jìn)入開采地層。通過使用包括例如橋塞 (bridge plug)或封隔器(packer)的隔離裝置14將含有射孔12的井筒 10的區(qū)域與在射孔12以下的井筒10的區(qū)域隔離開來。
通過使用撓性管(coiled cubing) 16將包括防砂篩管(sand screen) 的井底組件(bottom hole assembly (BHA):或下部鉆具組合)15放低進(jìn) 入井筒10中。通過例如可以包括具有轉(zhuǎn)換裝置的鉤裝螺紋接套(hook-up nipple)的連接裝置17將撓性管16操作性地連接到井底組件15。然而， 所述連接裝置17可以包括具有轉(zhuǎn)換裝置的任何適當(dāng)?shù)墓苓B接件或管分離 件。
參照圖l一3，將井底組件15放低進(jìn)入套管11內(nèi)直到到達(dá)隔離裝置 14。設(shè)置扶正件(centralizing element) 18用于確保井底組件15保持 與套管ll同心。如圖3A所示，當(dāng)將井底組件15放低進(jìn)入井筒10內(nèi)的套 管11內(nèi)時，連接裝置17內(nèi)的轉(zhuǎn)換工具(crossover tool)處于關(guān)閉位置 或非泵送位置。
參照圖2和3， 一旦井底組件15到達(dá)其最大深度，就通過使用從地表 向下射入撓性管16的落錘(或墜球)19將連接裝置17從所述非泵送位置 (圖3A)移位至泵送位置(圖3B)。在落錘19落入連接裝置17之后，可 以按壓撓性管16直到連接裝置17轉(zhuǎn)換至泵送位置。所述撓性管16受力 向下從而避免釋放連接裝置17并且避免在礫石充填井底組件內(nèi)泵送。
在本發(fā)明的一些實施例中，這里，在將礫石充填攜砂液裝運到環(huán)狀空 間的后側(cè)上之前可以進(jìn)行注入實驗以便測量地層破裂和裂縫延伸。此后此 液體可以作為用于高速水流填砂工藝(HRWP)或壓裂充填(Frac Pack)(或
其它的水力壓裂或壓裂操作)的前置液(pad fluid)。 一個空間可以泵送 液體，然后使用破碎機(breaker),所述破碎機在攜砂液之前被擠壓進(jìn)入 地層。有時，水力壓裂操作包括將不由支撐劑(proppant)組成的粘性流 體(有時被稱為"前置液")以高于液體可以逸入地層的速率泵送進(jìn)入地 層，從而在地層內(nèi)的壓力上升并且地層制動產(chǎn)生新裂縫或擴大自然裂縫。
現(xiàn)在參照圖4，將漿料20沿?fù)闲怨?6向下泵送，其中漿料20可以具 有例如0. 5ppa至4ppa的濃度。在漿料20處于連接裝置17內(nèi)的轉(zhuǎn)換工具 上方的情況下，將清洗液或無砂溶液21沿?fù)闲怨?6與套管11之間的環(huán) 狀空間向下泵送。這種清洗液或無砂溶液21可以例如包括礫石充填攜砂 液或相容的鹽水。在一些實施例中，可以將兩種液體流，即，沿?fù)闲怨?6 向下的一支液體流和在撓性管16與套管11之間的環(huán)狀空間內(nèi)的一支液體 流，設(shè)計成以足以壓裂地層的速率流動從而實現(xiàn)高速水流填砂工藝(服WP) 或壓裂充填(Frac Pack)。
漿料20在圖4中橢圓形22所指示的區(qū)域內(nèi)的連接裝置17的轉(zhuǎn)換端 口排出。 一旦排出，漿料20將與沿環(huán)狀空間向下泵送的相容的溶液21混 合并且有效地降低了漿料濃度，例如從0.5至4.0ppa降低到0.2至 2. Oppa。然后漿料20與相容的溶液21的混合物27將進(jìn)入圖4中箭頭23 所圖示的射孔12。在一個實施例中，混合物27是一種均勻溶液。然后， 用正常的礫石充填操作充填井底組件15的防砂篩管之間的環(huán)狀空間29。
一旦出現(xiàn)井筒脫砂(screenout)(如圖5所圖示)，通過將其沿?fù)闲?管16向下泵送然后通過套管11與撓性管16區(qū)域之間的環(huán)狀空間使其沿 返回路線24返回，剩余的漿料將流出井筒。
現(xiàn)在參照圖6， 一旦井筒將剩余的支撐劑清洗掉，撓性管16和具有轉(zhuǎn) 換端口的連接裝置17被拉出套管11而將安裝的礫石充填的井底組件15 留在井下。在一些實施例中，可以執(zhí)行滑線(slickline)下行操作以便 確保在安裝可以包括例如封隔器或封隔組件(pack-off assembly)的密 封機構(gòu)26之前，連接裝置17能夠?qū)⒅蝿┣逑吹?。密封機構(gòu)26確保圍 繞井底組件15內(nèi)的防砂篩管放置的支撐劑不會與碳?xì)浠衔镆黄鸨粠圆?而返回至地表。
在本發(fā)明的一些方面，在實施本發(fā)明的方法的時候，不要超過撓性管 16的坍塌壓力從而避免潛在問題。同時，應(yīng)該保持撓性管在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希?從而避免將轉(zhuǎn)換接頭泵送出連接裝置17。需要計算相對于套管11的運動 以便避免這些，這將導(dǎo)致將支撐劑放置在井底組件15內(nèi)的所述防砂篩管內(nèi)部。
權(quán)利要求
1.一種通過使用撓性管使礫石充填接近射孔的裝有套管的井筒的一部分的方法，所述方法包括以下步驟將含有射孔的井筒部分與所述射孔以下的井筒部分隔離；將連接設(shè)備安裝在井底組件與撓性管之間；使用撓性管將所述井底組件放低進(jìn)入井筒中直到井底組件接近所述射孔；將包括礫石和攜砂液的漿料沿所述撓性管向下泵送進(jìn)入所述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間；和當(dāng)所述漿料在井底組件與撓性管之間的連接件上方時，將與漿料相容的第二流體沿所述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間向下泵送，從而在到達(dá)所述射孔之前，所述第二液體和所述漿料混合以便形成具有降低的漿料濃度的溶液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述井底組件與撓性管之間 的連接件包括具有泵送位置和非泵送位置的轉(zhuǎn)換工具，且將漿料沿?fù)闲怨?向下泵送的步驟包括將所述轉(zhuǎn)換工具從非泵送位置轉(zhuǎn)換到泵送位置的步 驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的方法，其中將所述轉(zhuǎn)換工具從所述非泵 送位置轉(zhuǎn)換到所述泵送位置的步驟包括在地表上將球沿所述撓性管向下 墜落。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述漿料和所述第二液體被 設(shè)計成以足以壓裂所述射孔附近地層的速率流動。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4中所述的方法，其中所述漿料包括支撐劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述槳料包括大約為0. 5ppa 至4.0ppa的濃度，且所述漿料和所述第二液體的混合物包括大約為 0. 2ppa至2. Oppa的濃度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，進(jìn)一步包括步驟 一旦已經(jīng)獲得 了井筒脫砂，就通過將所述漿料沿?fù)闲怨芟蛳卤盟秃屯ㄟ^套管與撓性管區(qū) 域之間的環(huán)狀空間使所述漿料沿返回路線返回從而使得所述漿料流出。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，進(jìn)一步包括將所述撓性管和所述 連接裝置從井筒中移除的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8中所述的方法，進(jìn)一步包括在礫石充填井底組件 上方安裝密封設(shè)備的步驟。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9中所述的方法，其中安裝密封設(shè)備的步驟包括在 礫石充填井底組件上方安裝封隔器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9中所述的方法，其中安裝密封設(shè)備的步驟包括在 礫石充填井底組件上方安裝封隔組件。
12、 一種通過使用撓性管使礫石充填接近射孔的裝有套管的井筒的一 部分的方法，所述方法包括以下步驟將密封裝置安裝在井筒內(nèi)以便使包含射孔的井筒部分與所述射孔之 下的井筒部分隔離；在井底組件與撓性管之間安裝連接設(shè)備，其中所述連接設(shè)備包括具有 泵送位置和非泵送位置的轉(zhuǎn)換工具；使用所述撓性管將所述井底組件放低進(jìn)入井筒中直到所述井底組件 接近所述射孔；將所述轉(zhuǎn)換工具從所述非泵送位置轉(zhuǎn)換到所述泵送位置；將包括礫石和攜砂液的漿料沿所述撓性管向下泵送進(jìn)入所述撓性管 與所述套管之間的環(huán)狀空間；和當(dāng)所述漿料在井底組件與撓性管之間的連接設(shè)備上方時，將與漿料相 容的第二流體沿所述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間向下泵送，從而在 到達(dá)所述射孔之前，所述第二液體和所述漿料混合以便形成具有降低的漿 料濃度的溶液。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，其中所述漿料和所述第二液體被設(shè)計成以足以壓裂所述射孔附近地層的速率流動。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，其中將所述轉(zhuǎn)換工具從非泵送位置轉(zhuǎn)換到泵送位置的步驟包括在地表上將球沿所述撓性管向下墜落。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，其中所述漿料包括大約為0. 5ppa 至4.0ppa的濃度,所述漿料和所述第二液體的混合物包括大約為0.2ppa 至2.0ppa的濃度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，進(jìn)一步包括步驟 一旦己經(jīng)獲 得了井筒脫砂，就通過將所述漿料沿?fù)闲怨芟蛳卤盟秃屯ㄟ^套管與撓性管 區(qū)域之間的環(huán)狀空間使其沿返回路線返回從而使得漿料流出。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，進(jìn)一步包括將所述撓性管和所 述連接裝置從井筒中移除的步驟。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17中所述的方法，進(jìn)一步包括在礫石充填井底組 件上方安裝密封設(shè)備的步驟。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18中所述的方法，其中安裝密封設(shè)備的步驟包括在礫石充填井底組件上方安裝封隔器。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18中所述的方法，其中安裝密封設(shè)備的步驟包括 在礫石充填井底組件上方安裝封隔組件。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種通過使用撓性管使礫石充填接近射孔的裝有套管的井筒的一部分的方法。將含有射孔的井筒部分與所述射孔以下的井筒部分隔離。將連接設(shè)備安裝在井底組件與撓性管之間并且所述連接設(shè)備包括轉(zhuǎn)換工具。將所述井底組件放低進(jìn)入井筒中直到井底組件接近射孔。然后，將包括礫石和攜砂液的漿料沿所述撓性管向下泵送進(jìn)入所述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間。當(dāng)所述漿料在井底組件與撓性管之間的連接件上方時，將與漿料相容的第二流體沿所述撓性管與所述套管之間的環(huán)狀空間向下泵送。在到達(dá)所述射孔之前，第二液體和所述漿料混合從而降低了漿料濃度的溶液。
文檔編號E21B43/02GK101368479SQ200810109959
公開日2009年2月18日 申請日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者岡瑟·路青格, 哈森·查保尼 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司