CN101328793A - 在井处理过程中控制部件侵蚀的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在井处理过程中控制部件侵蚀的系统和方法。本发明提供一种技术，用于通过使处理流体向下引导流过输送管、再向外流过一个或多个喷嘴进入所需井区而处理一个或多个井区。处理流体向井下输送到所需井区，至少一部分流体通过一个或多个喷嘴从井处理完井组件被横向向外引导。每个喷嘴包括保护喷嘴和输送管近端部分免受处理流体流过产生的不利侵蚀的材料。
Description
技术领域
本发明涉及在井处理过程中控制部件侵蚀的系统和方法。
背景技术
很多类型的井处理是通过多种完井进行的。井处理可能涉及砂控制操作，其中将含砾石的浆体向井下输入到需要充填砾石的井区。在很多应用中，砾石浆体对浆体沿着或通过其流到所需井区的完井部件产生显著侵蚀。在一些砾石充填作业中，浆体向下输送到诸如分流管的管中，并通过横向定向的喷嘴向外排出。流动的浆体可以沿管和喷嘴在不同接触点产生部件侵蚀。如果喷嘴或管被充分侵蚀，则流出的浆体不能被合适地远离诸如砂筛的完井部件被导向，从而不能形成合适功能的砾石充填。
流出喷嘴通常制成不锈钢管，但快速流动的浆体能侵蚀不锈钢管以及浆体通过其流到喷嘴的输送管的流出口。通过以较低速率泵送以保证砾石速度低于引起部件侵蚀的临界速度可以使侵蚀目前达到最小。也尝试通过在不锈钢管内安装硬质合金管来减小侵蚀。但是，硬质合金管不能防止在喷嘴底部以及在靠近喷嘴入口的输送管壁处的侵蚀。如果侵蚀导致浆体绕过喷嘴，则浆体不再合适地被远离完井引导，例如被远离过滤表面引导，这将导致过滤表面的侵蚀以及完井的失效。
发明内容
一般地，本发明提供一种使用完井组件处理一个或多个井区的系统和方法。所述处理涉及使处理流体向下流过输送管、然后通过一个或多个喷嘴向外流入所需井区。浆体或其它处理流体向井下输送到所需井区，并且使至少一部分所述流体从井处理完井组件经过一个或多个喷嘴被横向向外引导。每个喷嘴被独特设计成保护喷嘴和输送管的近端部分免受不利地影响井处理操作的侵蚀。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的某些实施例，附图中的类似参考标号表示类似的部件，其中：
图1是根据本发明实施例的应用于井处理操作中的完井组件的正视图；
图2是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的实施例的剖视图；
图3是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图4是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图5是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图6是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图7是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图8是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图9是根据本发明实施例的连接到流体输送管并具有嵌入板的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图10是根据本发明实施例的连接到流体输送管并具有嵌入板的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图11是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图12是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图13是根据本发明实施例的连接到流体输送管内表面的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图14是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图15是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图16是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图17是根据本发明实施例的连接到流体输送管内表面的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图18是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；
图19是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图；以及
图20是根据本发明实施例的连接到流体输送管的喷嘴的另一实施例的剖视图。
具体实施方式
在下面的描述中，为了理解本发明给出了很多细节。但是，本领域一般技术人员应该理解的是，可以在没有这些细节的情况下实施本发明，并且对这里所述实施例的很多变化或修改也可以实现。
本发明大体涉及一种可用于诸如砂控制操作的井处理操作的井系统。井系统设计成将诸如砾石浆体的井处理流体向井下输送到所需的井区。井处理流体通过诸如分流管的管输送，然后通过一个或多个喷嘴横向向外流出。每个喷嘴包括形成井处理流体的流动通道的嵌入部(insert region)。嵌入部设计成控制与喷嘴以及靠近喷嘴的管部分相关的侵蚀。
大体参看图1，显示了井系统30的一个实施例。在此实施例中，井系统30包括部署在井眼34中的完井组件32。井眼34钻到地表下的地层36中，其中具有至少一个例如需要充填砾石的待处理井区38。井眼34从诸如地面或海底表面位置的表面位置40向下延伸。
完井组件32包括可以用于处理井区38的处理柱42。井处理流体通过完井组件32并通过一个或多个输送管或管状件44沿处理柱42向井下输送。处理流体通过一个或多个喷嘴46从管状件44径向或横向向外流出。在图示的例子中，管状件44包括沿处理柱42输送处理流体的一个或多个分流管(shunt tube)48。如果井处理是砂控制处理，例如砾石充填处理，则处理柱42包括一个或多个筛子50，并且处理流体包括如本领域一般技术人员公知的砾石浆体。而且，一个或多个井区38可以通过适当放置的封隔器52隔开。
喷嘴46设计成使流过管状件44的井处理流体改变方向，并且通常容易磨损，特别是被诸如砾石浆体的磨损处理流体磨损。这里给出了用于消除或至少控制处理流体造成的侵蚀的喷嘴46的几个实施例。一个实施例表示在图2中，它安装在管状件44中的一个上，例如安装到用于如箭头54所示向井下输送井处理流体的分流管48上。至少一部分井处理流体通过喷嘴46横向向外改变方向。
在此实施例中，喷嘴46包括嵌入部56，嵌入部具有使井处理流体从管状件44的内部60横向向外流出的流动通道58。嵌入部56是由耐侵蚀材料制成，耐侵蚀材料可以是诸如硬质合金材料的坚硬材料。例如，嵌入部56可以由碳化钨、陶瓷材料或钨铬钴合金制成。井处理流体的向外流出通过穿过管状件44的壁64形成的开口62进行。嵌入部56包括相应的末端区66，其尺寸选择成能装配在开口62内并穿过壁64。通过使嵌入部56的材料穿过壁64，可以对喷嘴46和在井处理流体流入喷嘴46的区域的管状件44提供保护。在图示的实施例中，嵌入部56伸入开口62，直到其大体与管状件44的内表面68平齐。
如图所示，嵌入部56还包括肩部70，肩部70设置成抵靠壁64并防止嵌入部56向内移动到管状件44内。保持壳体72在管状件44外侧位于嵌入部56上，以相对管状件44固定嵌入部56和整个喷嘴46。作为例子，保持壳体72可以由诸如钢材的传统喷嘴材料制成，它焊接或以其它方法固定在管状件44的壁64上。在此实施例中，保持壳体72包括开口74，井处理流体通过流动通道58从其排出。需要注意的是，嵌入部56可以制成单独的部件或者制成粘接或以其它方式与保持壳体72组合的部件。嵌入部56也可以涂覆或以其它方式施加到保持壳体72上。
图3表示喷嘴46的另一实施例。在此实施例中，除了相应的末端区66向内延伸超过与内表面68平齐的位置并伸入管状件44的内部60以外，该部件类似于参考图2所述的部件。通过将嵌入部56伸入内部60，喷嘴46能“抓取”流过管状件44的井处理流体，并使流体改变方向进入到喷嘴46内。通过将嵌入部56的耐侵蚀材料伸入内部60，可防止喷嘴46和靠近开口62的管状件44的材料侵蚀。
嵌入部56的结构可以调节成在最容易侵蚀和负载的区域抵抗材料侵蚀。如图4所示，例如，嵌入部56可以偏心地形成，使相应末端区66的下壁部分76增厚，至少在其伸入内部60的位置增厚。增厚的抗侵蚀材料位于此特定喷嘴结构中经受最大侵蚀和负载的一侧。
在另一实施例中，嵌入部56包括横向向外的末端78，其尺寸选择成穿过保持壳体72的开口74。嵌入部56的向外末端78还保护保持壳体72在井处理流体从喷嘴46排出的位置避免侵蚀。此类型的横向向外末端78可以应用到这里所述的很多喷嘴实施例。例如，使向外末端78穿过外壳体开口74可以应用于具有同心(与偏心相对)的相应末端区66的喷嘴嵌入部，这在图6中更好地表示。
控制喷嘴尖端可能出现的侵蚀的另一种可选方法表示在图7的实施例中。在此实施例中，向外末端78不穿过外壳体开口74，但是嵌入部56通过外肩部80被阻止相对保持壳体72向外移动。外肩部80形成在嵌入部56上，以抵靠保持壳体72的相应肩部82。因此，即使保持壳体72在开口74侵蚀，外肩部80也能防止嵌入部56向外移动。
通过适当的紧固机构84将嵌入部56紧固到保持壳体72的内部，也可以将嵌入部56保持在保持壳体72内，如图8所示。紧固机构84的例子包括粘结剂、螺纹、焊接、铜焊接合、压配合、或者适于将嵌入部56固定到环绕的保持壳体72的其它适当机构。这使保持壳体72结构简单，例如图示的管状壳体。紧固机构84还以嵌入部56的抗侵蚀材料嵌入部56形成不同的喷嘴出口86。
在一些应用中，还通过将嵌入部56形成两部分构件进一步防止管状件44侵蚀，如图9所示。两部分嵌入部56包括位于保持壳体72内的壳体部分88、以及替代管状件44的壁64的一部分的板部分90。两部分嵌入可以形成完全分开的构件、或者组装或组合的构件。在图示的实施例中，板90通过内侧管壁以及外侧的保持壳体板92自然保持在位。外壳体板92可以通过焊接或其它适当的永久附着机构附着并密封在壁64上。板90包括开口94，开口94形成井处理流体流动的流动通道58的起始部分。在此实施例中，壳体部分88形成为被限制在保持壳体72内的简单中空轴。
图10表示一个类似的实施例。在图10的实施例中，板90是沿管状件44的周向延伸的周向板，它将管状件44有效地分隔成上部96和下部98。保持壳体板92沿管状件44周向延伸使得将环状板90保持在部分96和98之间的位置上。这种板90在喷嘴46附近的整个管状件上提供侵蚀防护。
图11表示另一实施例的喷嘴46。在此实施例中，嵌入部56包括扩大块体100，其中具有流动通道58。将管壁64的相应区去除，以便容纳扩大块体100，扩大块体100穿过壁64至少达到块体大体与管状件44的内表面68平齐的位置。扩大块体100可以通过适合的粘结剂、焊接或其它适合的紧固件固定在壁64内。由于块体100的尺寸扩大，块体可以设计成经受受控的侵蚀，其中，在侵蚀掉临界量的喷嘴材料之前完成砾石充填或其它井处理。因此，这种喷嘴46由于具有允许受控侵蚀的能力而可以由较便宜的材料制成。例如，受控侵蚀可用诸如不锈钢等的钢材、塑料、或其它能进行受控侵蚀的适合材料实现。
如图12所示，扩大块体100还可以通过诸如例如焊接、粘结、铜焊或其它适合的紧固件的适合附着机构附着到管状件44的外部。在此实施例中，管壁开口62受到一定尺寸的块体100保护。即，即使管状件44的壁被侵蚀，侵蚀也不会在砾石充填或其它井处理结束之前扩展到块体100以外。有效地是，喷嘴46的扩大块体100的尺寸和位置控制侵蚀、并消除或减小形成浆体或其它处理流体通过其流出的不想要的开口的可能性。
在另一个可选的实施例中，通过沿管状件44内表面68设置的内法兰102限制嵌入部56移离管状件44，如图13所示。通过保持壳体或其它适合的紧固机构，可以防止该嵌入部56向管状件44内部移动。紧固方法的例子包括粘接、焊接、铜焊，以及使用外螺纹和限制螺母。
喷嘴46的其它实施例设计成在浆体或其它处理流体流出喷嘴时控制其流动，如图14和15所示。例如，流动通道58的形状和尺寸可以调节成改变处理流体内的颗粒的速度。在图14所示的实施例中，例如，流动通道58设计成减慢流出喷嘴46的颗粒速度，从而减小侵蚀喷嘴46附近的过滤器或其它硬件的可能性。如图所示，流动通道58的高度随流动通道从入口104过渡到出口106而增大。在此特定的例子中，流动通道58的宽度大体不变，但其它流动通道的设计可以用于进一步控制处理流体的流动。此外，图示的扩大流动通道58形成在穿过壁64(图14)或沿壁64外部附着(图15)的扩大块体100中。但是，流动通道58的结构可以改变成实现喷嘴46其它实施例的所需流动特性。
在一些应用中，喷嘴46可以通过将嵌入部56形成为穿过壁64的开口62并进入管状件44内部16的简单管108而制成，如图16所示。再者，这种简单类型的嵌入保护喷嘴46和管壁64免受侵蚀，因为耐侵蚀的嵌入部穿过管状件壁。喷嘴管108可以通过适当的紧固方法附着到管状件44上，紧固方法包括粘接、压配合、螺纹、焊接和铜焊。另外，流动通道58可以制成大体直线方向，如图16所示；或者沿曲线路径，如图17所示。曲线流动路径也可以结合在喷嘴46的其它实施例中。
喷嘴46也可以设计成随着时间而改变其喷射图案，如图18和19所示的实施例。喷嘴设计和材料选择成需要承受对喷嘴或管状件44没有干扰所需井处理的不利影响的受控侵蚀。在图18所示的实施例中，喷嘴46通过诸如粘接、焊接、铜焊的适当紧固方法附着到开口62上的管状件44外部。流动通道58大体是弧形的，经过外唇110向下弯曲。开始时，砾石浆体或其它处理流体沿向下方向喷射。但是，随着唇110以所需的受控方式被侵蚀时，喷射角度向上和向外扇形展开，提供从下到上的更好充填。在很多应用中，唇110设计成使喷射角度向上不超过所需的角度，例如45度。
使用经历受控侵蚀以便选择性改变喷射图案的喷嘴可以结合在这里所述的很多喷嘴实施例中。另一个例子表示在图19中，其中喷嘴46包括尺寸选择成装配在壁开口62内的末端区112。末端区112可以设计成延伸到与内表面68平齐的位置、或者进一步延伸到管状件44内部60。
喷嘴46的另一实施例具有间隔环114，如图20所示。间隔环114允许嵌入部56的坚硬材料形成有大体垂直的肩部116。垂直肩部116设计成在外端抵靠间隔环114，而间隔环114的相反末端抵靠管状件44的壁64。因此，肩部116和间隔环114防止嵌入部56向内移动到管状件44内部。保持壳体72位于嵌入部56和间隔环114上。在图示的实施例中，嵌入部56还包括装配在间隔环114内的直径减小部分118。流动通道58大体沿轴向穿过直径减小部分118并越过肩部114，直到其遇到保持壳体72的开口74。
独特喷嘴46可以应用于需要或希望控制或消除由井处理流体引起的侵蚀的各种完井组件和维修工具。此外，喷嘴可以应用于在不同环境中实施的很多沙控制/砾石充填作业。但是，喷嘴也可以应用于其它处理作业。每个喷嘴46的尺寸、形状和位置可以根据具体的井处理作业的需要而调节。同样，用于形成每个喷嘴46的材料可以根据环境、井处理流体类型、消除或控制井处理流体的侵蚀作用的需要、以及其它操作参数进行选择。分流管或其它流体输送管也可以根据作业中所用的处理操作和处理设备进行设计和使用。
因此，尽管上面详细地描述了本发明的仅仅几个实施例，但本领域一般技术人员容易认识到，在本质上不偏离本发明原理的情况下可以进行很多修改。这些修改包括在权利要求限定的本发明范围内。
Claims (29)
1.一种有助于砾石充填操作的系统，包括：
引导砾石浆体的分流管；以及
连接到分流管以从分流管横向向外引导一部分砾石浆体的喷嘴，喷嘴具有坚硬嵌入部，所述嵌入部形成流动通道并穿过分流管的壁。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部穿过所述壁，直到它与分流管的内径平齐。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部穿过所述壁并伸入分流管的内部。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，喷嘴还包括将坚硬嵌入部保持在分流管壁上的保持壳体。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部包括肩部，所述肩部设置成防止坚硬嵌入部移动到分流管内。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部包括外肩部，所述外肩部设置成防止坚硬嵌入部从保持壳体移出。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部直接固定到分流管的壁上。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部包括单独的板，所述板位于形成在分流管的壁上的相应开口中。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述开口包括在分流管的两部分之间的纵向间隙。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，坚硬嵌入部相对于分流管从分流管内部被保持。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，喷嘴内的流动通道是曲线形的。
12.一种有助于井处理的方法，包括：
通过输送管使浆体流入井眼区；
通过喷嘴使至少一部分浆体横向转向；以及
通过沿着进入并穿过喷嘴的流动通道设置的嵌入，保护喷嘴和输送管免受侵蚀。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述保护包括使嵌入穿过输送管的壁并伸入输送管的内部。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述保护包括使嵌入延伸，直到嵌入大体与形成输送管内径的壁表面平齐。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在所需位置通过保持壳体保持嵌入。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括通过形成在保持壳体中的肩部防止嵌入移动。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括通过形成在嵌入中的肩部防止嵌入移动。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括将喷嘴固定到输送管的内表面上。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括将喷嘴固定在穿过输送管形成的开口处。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述保护包括使嵌入的一部分形成为板，所述板装配在形成于输送管上的开口内。
21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括形成以预定方式侵蚀的喷嘴。
22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括使喷嘴具有曲线形流动路径。
23.一种方法，包括：
以一种材料形成喷嘴，所述材料限制砾石浆体流过喷嘴的过程中出现的正常侵蚀；以及
将喷嘴固定在输送砾石浆体的管状件的侧部开口上，使所述材料也保护在所述侧部开口附近的管状件免受侵蚀。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述形成包括形成具有保持壳体、和至少部分地保持在保持壳体中的嵌入的喷嘴，所述嵌入由所述材料形成。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述形成包括形成穿过侧部开口并伸入管状件内部的喷嘴。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述形成包括形成具有尺寸选择成装配在侧部开口内的单独板的喷嘴。
27.一种系统，包括：
喷嘴，所述喷嘴用于将侵蚀流体从输送管引导到井眼区，所述喷嘴具有由控制喷嘴和输送管侵蚀的材料形成的嵌入，在将喷嘴附着到输送管上时，嵌入定位成穿过输送管的壁至少到达输送管的内径。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，喷嘴包括环绕嵌入的保持壳体。
29.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，喷嘴由以受控方式侵蚀的材料形成，以改变喷嘴喷射图案。
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