CN101338652B - 在井眼中执行清洗操作的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在井眼中执行清洗操作的装置及方法。为了在井眼中执行清洗操作，将一种具有连续油管和电动泵组件的清洁工具运行到井眼中。起动位于井眼中的电动泵组件。响应于由电动泵组件产生的流体流动，通过引导含有岩屑的流体进入连续油管中以输送到地面，从而使岩屑从井眼中去除。

Description

在井眼中执行清洗操作的装置及方法

技术领域

本发明总地涉及提供一种具有连续油管(coiled tubing)和电动泵组件的用于从井眼中清除岩屑的清洁工具。

背景技术

在此部分的陈述仅仅提供涉及本公开的背景信息，并且不构成现有技术。

在井眼中的各操作阶段，例如在钻井之后、在完井之后、在采油修理操作(intervention operation)之后等，在井眼中可能产生岩屑。岩屑的例子包括沙砾颗粒或其它颗粒物，和/或其它固体岩屑。井清洗操作可作为修井操作被执行，以从井眼中清除这类岩屑。典型地，稠化水基流体(gelled water-basedfluid)沿连续油管供应，返回流体容纳在连续油管外的环状区域内，在这里返回流体包含悬浮的岩屑材料。

当油井储层处于足够高的压力下时，传统的清洗操作可很好地工作。然而，在一些油井中，油井储层可具有相当低的压力，使得油井储层不能够支撑整个水基流体的水柱。用于在欠压油井(under-pressure well)中执行清洗的一种技术是使用氮基泡沫作为维修液。泡沫具有低密度使得即使在低压油井中返回流体仍可循环到地表，并且泡沫具有相当好的固体悬浮特性。然而，氮基泡沫相对昂贵，并且偏远的区域不容易得到。

在欠压油井中进行油井清洗的另外的传统技术是使用连续油管的同心管柱，其中两个连续油管同心地设置并部署到油井中。稠化水基流体(其中已经添加粘性材料的流体，以增加流体的粘度)可沿两连续油管组件的一个管道供应，并且具有悬浮岩屑的返回流体流过两连续油管组件的另一管道循环回到地面。然而，包括两连续油管的组件的运行涉及各种问题，包括增加的重量，增加的传输困难以及增加的成本。

发明内容

通常，根据实施例，在井眼中的使用方法包括使具有连续油管和电动泵组件的清洁工具进入井眼，并且起动位于井眼内的泵组件。响应于由位于井眼内的泵组件产生的流动，通过引导含有岩屑的流体进入连续油管以流向地面而从井眼中去除岩屑。

其它的或替换的特征将从随后的描述、附图和权利要求中变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据实施例的具有可部署到井眼的连续油管和泵组件的清洗工具(或清洁工具)。

图2-4示出了根据其它实施例的清洗工具(或清洁工具)。

具体实施方式

首先，应注意到在任何这样的实际实施例的开发中，必须做出大量的与实现相关(implementation-specific)的决定，以实现开发者的具体目标，例如符合系统相关和商业相关的限制，其从一种实现到另一种实现变化。在随后的说明中，提出了大量的细节以提供对本发明的理解。然而，本领域技术人员可理解本发明可被实施而不用这些细节，并且对于描述的实施例的大量的变形或修改是可能的，此外，应意识到该开发工作可能是复杂的和费时的，然而对于从此公开受益的本领域普通技术人员而言不过是常规工作。

如在此使用，术语“上面”和“下面”；“向上”和“向下”；“上”和“下”；“井上”和“井下”；以及表明在给定点或元件上方或下方的相对位置的其它类似术语在本描述中使用，以更加清楚地描述本发明的一些实施例。然而，当这些术语应用到用于倾斜或水平油井的设备和方法中时，这些术语可能涉及左到右、右到左、或适当的倾斜关系。

根据一些实施例，清洗工具(也称为“清洁工具”)被部署到井眼中，以通过从井眼中去除岩屑而完成清洗操作。井眼可以是单井眼油井的一部分，或者是分支井(multilateral well)的一部分。作为在井眼中被执行的各种油井操作，在井眼内可能产生岩屑。岩屑的例子包括诸如沙子或其它颗粒物这样的岩层颗粒、由运行进入井眼的工具导致的固定岩屑颗粒(debrisparticle)、和/或其它岩屑。如果这些岩屑遗留在井眼中，那么岩屑可能对未来的包括生产或注入操作的油井操作产生不利影响。

根据一些实施例的用于完成清洗操作的清洁工具包括连续油管和连接到连续油管的电动泵组件。连续油管指通常为管状的运输结构，其可例如从卷筒(spool)连续地部署到井眼内。连续油管不同于分段连接在一起而部署到井眼内的油管或管道。

电动泵组件指一种具有可电操作以移动在一个或多个流体通道内的流体的装置(通过井下电源或经由电缆从地面输送的电源而供应电力)的组件。在一些实施例中，该泵组件连接到连续油管的最远端，其中连续油管的“远端”是指在连续油管部署到井眼中时连续油管的设置成离地面最远的端部。

位于井眼内的泵组件被起动从而导致含有将在井眼内产生的悬浮岩屑颗粒的流体流动。在一些实施例中，含有岩屑颗粒的流体的流动可通过电动泵组件被引导到连续油管的内管中。于是含有岩屑颗粒的流体可在连续油管内管中朝向地面向上流动。

通过使用具有连续油管和连接到连续油管的电动泵组件的清洁工具，在具有相对较低压力的储层的欠压油井内可完成清洗操作。

在一个实施例中，电动泵组件包括潜油电泵(electrical submersible pump，ESP)。ESP是一种可沉入流体(例如井眼流体)内的泵，以提供用于使井眼内的流体流到井上的提升力。电动泵组件的另外的例子包括螺杆泵(progressive cavity pump)。螺杆泵是一种当该螺杆泵的转子转动时，通过使流体流过一连串的腔而输送流体的泵。在其它实施中，也可使用其它类型的泵。

图1示出了根据第一实施例的清洁工具100，其具有连续油管102和连接到连续油管102的端部的电动泵组件1020。清洁工具100部署在井眼120内。电动泵组件1020电连接到在连续油管102的内管107中延伸的电缆104。在替换的实施中，电缆104可在连续油管102外面延伸。在再一实施中，连续油管可以是有线管(wired tubing)，其具有一个或多个在连续油管的壁内形成的管道，穿过连续油管电缆104的电导线可沿连续油管的长度延伸。

电缆104从电动泵组件1020穿过连续油管102延伸到地面。电缆104的上端连接到电力和信号发生器106，该电力和信号发生器106用于向泵组件1020提供电力和控制向泵组件1020发出信号(用于起动(activation)或停止(deactivation))。

泵组件1020包括泵103、电动马达112和使马达112电连接到电缆104的电缆段(electrical cable segment)105。泵组件1020还具有用于接收含有悬浮岩屑颗粒的流体的入口108。当马达112起动时，含有岩屑颗粒的流体被抽取通过入口108进入泵103，承载岩屑的流体被引入到连续油管102的内管107中。含有岩屑的流体在连续油管102内通过泵103被朝向地面提升，在地面流体离开连续油管102作为返回流体110。

马达112受到电起动并可由地面上的电力发生器106提供电力。替换地，代替从地面提供电力，替换实施方式使用在泵组件1020处的井下电源，以允许提供电力给马达112。

操作中，清洁工具100进入井眼120。在某些点处，例如当清洁工具100已经降低到井眼120内期望深度时，泵组件1020被起动(例如，通过经由电缆104提供电力和控制信号)以使流体的流动开始。起动泵组件1020导致含有悬浮岩屑颗粒的流体被抽取流过入口108进入连续油管102的内管107以流到地面。在一些实施中，稠化流体可注入连续油管102和井眼120(其在一些情况下可衬有套筒)的内壁之间的环状区域122内。“稠化流体”指一种其中添加有用于增加流体的粘度的粘性材料的流体。粘性材料有助于使岩屑颗粒悬浮在流体中，以允许岩屑颗粒被运载到地面，即使在相对缓慢的流体流动速度下。

当泵组件120抽取含有岩屑材料的流体进入连续油管内管107时，清洁工具100可在井眼120中沿向下方向或向上方向连续地移动。这样，随着清洁工具100在井眼120内连续地移动，岩屑颗粒可被去除。替换地，清洁工具100可在井眼120中保持不动以完成清洗操作。

尽管没有描述，但应注意到在一些示例性的实施中，清洁工具100可实际通过在井眼120内的生产油管而被运行。在其它实施中可省略生产油管。清洁工具100被认为是一种采油修理工具，其运行进入井眼120内用于完成采油修理或油井维修操作，在此情况下是清洗操作。在该任务完成之后，清洁工具100从井眼120内去除以允许井眼的正常操作(例如，通过储层内的穿孔124生产来自周围储层的碳氢化合物，或通过井眼120注入流体到周围储层中)。

通过使用根据一些实施例的清洁工具，例如图1中的清洁工具100，可获得各种益处。例如，可使用相对廉价的稠化水基流体，而不会导致大量流体流失到岩层。此外，可使用单连续油管管柱(single-coiled tubing string)以引导流体返回到地面。

图2示出了清洁工具200的替换实施例，其包括连续油管102和具有两个泵206和209的电动泵组件204。第一(上)泵206用于提供吸力，以抽取含有岩屑的流体(在图2中表示为“填充物”210)进入连续油管102的内管107内。泵组件204包括电动马达208以开动泵206和209。在一实施中，马达208可具有操作地耦合到泵206和208两者的贯穿轴(through shaft)，以给两个泵提供动力。电动马达208电连接到连续油管102内的电缆104。

泵组件204还包括交叉端口部(crossover port sub)212，其定位在上泵206的正下方。交叉端口部212具有彼此可交叉的流动路径。如图2所示，穿过交叉端口部212的交叉流动路径表示为向上流动路径220和向下流动路径221。外护罩214和内护罩216从交叉端口部212悬垂，外护罩214的直径比内护罩216的直径大。外护罩214和内护罩216限定护罩之间的环状流动管道218，以允许由上泵206提供的吸力吸取流体通过环状流动管道218，进入连续油管202的内管107中，如箭头220所示。

下泵209定位在马达208的下方，且设置成通过喷射头224的喷射口222排放喷射流体。通过喷射头224的喷射口排放的流体被提供以搅动填充物210，使得填充物210中的岩屑颗粒悬浮在流体中。于是含有悬浮岩屑颗粒的流体被抽取通过泵组件204的环状流动路径218，流入连续油管内管107中。

在一些实施中，喷射头224可以是旋转喷射头，其绕清洁工具200的纵向轴线旋转。在不同的实施中，喷射头224是不旋转的固定喷射头。

喷射头224是搅拌器组件的一个示例性的类型，其可连接到泵组件。搅拌器组件的目的是搅动搅拌器组件周围的填充物，以增强岩屑颗粒在流体中的悬浮。

下泵209沿向下方向提供吸力，使得在井眼环状区域226(在连续油管202和井眼120的内壁之间)内的流体被吸取，通过交叉端口部212(沿路径221)进入内护罩216内的内环状流动管道228内。吸入到内环状流动路径228内的流体可以是在井眼环状区域226内提供的相对干净的流体。替换地，吸入到内环状管道228内的流体可以是从地面上注入井眼环状区域226内的稠化流体。进入内环状管道228的流体向下流动，并被吸取进入在下泵209的进口处的入口230，在此处通过入口230被吸取的流体通过喷射头224排放，用于搅拌填充物210。

图3示出了根据再一实施例的清洁工具300，其包括连续油管102，连续油管在其下端连接到泵组件302。泵组件302包括泵304和电动马达306，该马达电连接到电缆104。

泵组件302具有排放部(discharge sub)308，该排放部308下面连接泵304。排放部308连接到排放管道310，其通常从排放部308纵向延伸到流动控制部312，该流动控制部312定位在泵组件302的下部。排放部308允许通过泵304被泵浦并引导到连续油管内管107的流体的一部分转向进入排放管道310。流过排放管道310的转向流体被提供回到流动控制部312。流动控制部312具有流动控制阀，该控制阀可打开或关闭，或设置在中间位置，以控制流过排放管道310的流体的量。如果流动控制部312关闭，那么没有流过排放管道310的排放流动发生。

护罩头314连接在泵304的下面。护罩316从护罩头314处悬垂。马达306连接在护罩头314的下面。此外，在一些实施中，传感器组件318可连接在马达306的下面。流动控制部312连接在传感器组件318的下面。另外，喷射头320连接到泵组件304的流动控制部312。喷射头320具有喷射端口322，当流动控制部312设置在打开位置并且马达306已经被起动以开动泵304时，流体可通过该喷射端口被排放进入填充物324中，以搅拌填充物324。

应注意到泵组件302的各种部件的相对位置被设置用于示例目的。在其它实施中，可使用泵组件302的部件的其它配置。

在操作中，清洁工具300运行进入井眼120中，并且泵组件302通过经由电缆104提供电力和信号而被起动。马达306被起动，其导致泵304抽取含有岩屑颗粒的流体进入护罩316内部的环状流动管道317内。在环状管道317内流动的流体被抽取进入泵304，并被引导流过排放部308进入连续油管内管107。流动控制部312可被打开，或被设置到中间位置，以允许被泵304朝向连续油管102泵抽的流体的一部分转向到排放管道310。转向流体向下流过排放管道310，并通过流动控制部312提供到喷射头320，该喷射头产生通过喷射端口322的排放流体喷射以搅拌填充物324。

如果设置了传感器组件318，那么压力可在包括点A、点B和点C的不同点处受到监控。在点A处的压力监控在泵304的输出处的压力。在点B处的压力表示在泵304的输入处的压力。在点C处的压力表示在喷射头320处的压力。在点A、B和C处的压力可被使用以确定流动控制部312是否应该打开或关闭或设置在某一中间位置。

图4示出了根据再一实施例的清洁工具400，其包括连续油管102和泵组件402。泵组件402包括泵404、电连接到电缆104的电动马达406和连接到护罩414的护罩部412。泵组件402在其下端连接到旋转搅拌器部件408。马达406开动泵404和旋转搅拌器部件408两者。在一实施中，旋转搅拌器部件408可包括叶片式磨(bladed mill)，或一些能够用于搅拌位于井眼120中的填充物410的其它类型的结构。

护罩部412连接在泵404的下面，并且护罩414从护罩部412处悬垂。环状流动管道416限定在护罩414和马达406的外壳之间。当泵404受到起动时，流体被抽取通过环状流动管道416进入泵404，并被引导到连续油管内管107以流动到地面。马达406的起动还导致旋转搅拌器部件408被开动，以导致填充物410的搅拌，从而使被抽取到环状路径416中的流体内的岩屑颗粒悬浮。

在其它实施中，可使用清洁工具的其它配置。来自图1-4中示出的各种工具的各个部件可以以各种不同方式结合。例如，在图3的实施例中使用的传感器组件318可设置在图1、2和4的其它实施例中。同样，图1、2和4的实施例可使用图4中的旋转搅拌器部件408(代替在图2和3的实施例中使用的喷射头)。替换地，图4的实施例可使用喷射头代替旋转搅拌器部件408。还可获得大量的其它修改。

虽然本发明关于有限数量的实施例已经被公开，但是从此公开受益的本领域技术人员将从此公开中意识到大量的修改和变化。因而，本发明欲以权利要求书覆盖落入本发明的精神和范围内的这些修改和变化。

Claims (23)

1.一种在井眼中使用的方法，包括：

使具有连续油管和电动泵组件的清洁工具进入到所述井眼中；

起动位于所述井眼中的所述电动泵组件；

起动搅拌器组件，以对所述电动泵组件井下的井眼内的固体岩屑进行搅拌，从而搅动搅拌器组件周围的流体中的固体岩屑，

在井眼中移动清洁工具，并且

响应于由位于所述井眼中的所述电动泵组件产生的流体流动，通过引导含有固体岩屑的流体进入所述连续油管中以流到地面，从而使所述固体岩屑从所述井眼中去除。

2.如权利要求1所述的方法，其中起动所述电动泵组件包括起动具有潜油电泵和螺杆泵中的一个的电动泵组件。

3.如权利要求1所述的方法，其中起动所述搅拌器组件包括通过喷射头排放喷射流体进入井眼内的井下填充物中。

4.如权利要求3所述的方法，其中通过所述喷射头排放喷射流体包括使用所述电动泵组件中的泵。

5.如权利要求4所述的方法，其中用于通过所述喷射头排放喷射流体的所述泵包括第一泵，所述方法还包括起动所述电动泵组件中的第二泵，以使得含有固体岩屑的流体流入到所述连续油管中。

6.如权利要求4所述的方法，还包括提供排放部，以使被引导到所述连续油管的流体的一部分被转向到通向所述喷射头的排放管道内。

7.如权利要求6所述的方法，其中，该转向包括控制流动控制部，以控制喷射流体通过所述喷射头的排放。

8.如权利要求1所述的方法，其中起动所述搅拌器组件包括起动旋转搅拌器组件。

9.如权利要求8所述的方法，其中起动所述电动泵组件包括起动电动马达以开动泵，从而引导流体流入所述连续油管，并且其中所述旋转搅拌器组件也由所述电动马达开动。

10.如权利要求1所述的方法，还包括提供稠化流体进入所述井眼，以增强在被所述电动泵组件抽入到所述连续油管中的流体内的固体岩屑的悬浮。

11.如权利要求1所述的方法，还包括提供电力和信号发生器，以给所述电动泵组件提供电力和控制信号。

12.一种用于在井眼中执行清洗操作的装置，包括：

具有内管的连续油管；

连接到所述连续油管的下部的电动泵组件，其中所述电动泵组件可被起动，以抽取含有固体岩屑颗粒的流体进入所述连续油管内管中以流向地面；

所述电动泵组件具有电动马达和由所述电动马达开动的泵；

由所述电动马达开动的搅拌器组件，所述搅拌机组件搅拌电动泵组件井下的固体岩屑颗粒以使得固体岩屑颗粒悬浮在所述流体内，其中所述搅拌器组件包括喷射头，用于排放流体进入布置在所述井眼中的填充物中以搅拌固体岩屑颗粒，以使得固体岩屑颗粒能够悬浮在由所述泵抽到所述连续油管内的流体中；以及

排放部和接收来自所述排放部的转向流体的排放管道，其中所述排放部将由所述泵吸取的流体的一部分转向进入所述排放管道，并且其中所述排放管道引导所述转向流体到所述喷射头。

13.如权利要求12所述的装置，其中所述电动泵组件包括潜油电泵和螺杆泵中的一个。

14.如权利要求12所述的装置，还包括第二泵以通过所述喷射头泵浦排放流体，其中所述第二泵也由所述电动马达开动。

15.如权利要求12所述的装置，其中所述搅拌器组件包括通过所述电动马达而被旋转的旋转搅拌器部件，用于搅拌所述电动泵组件井下的井眼内的岩屑。

16.如权利要求12所述的装置，其中所述连续油管是单连续油管管柱的一部分。

17.如权利要求12所述的装置，其中所述电动泵组件具有护罩以限定内部环状流动管道，所述电动泵组件通过所述内部环状流动管道抽取含有固体岩屑颗粒的流体。

18.如权利要求12所述的装置，还包括沿所述连续油管的长度铺设的电缆。

19.如权利要求12所述的装置，其中所述电缆设置在所述连续油管的内管中。

20.一种用于在井眼中执行清洗操作的装置，包括：

连续油管；

连接到所述连续油管的泵组件，其中所述泵组件可被起动，以在所述井眼中抽取含有固体岩屑颗粒的流体，并将所述含有固体岩屑颗粒的流体引导流向井上；和

连接到所述泵组件的搅拌器组件，用于引导通过喷射头的喷射流体进入布置在喷射头下的井眼中的填充物中并搅拌在所述填充物中的固体岩屑颗粒，以使固体岩屑颗粒悬浮在由所述泵组件抽取到井上的流体内。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述泵组件包括电动泵组件，该电动泵组件具有泵和开动所述泵的电动马达。

22.如权利要求20所述的装置，其中所述搅拌器组件包括喷射头。

23.如权利要求20所述的装置，其中所述搅拌器组件包括旋转搅拌器部件。

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