CN101351616B - 用于井筒中的修补操作的设备及改进射孔性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设置有传送工具、工具管柱和一个或多个射孔插入工具，该工具管柱包括一个或多个用于探测在装有套管的井筒中已经存在的射孔的性能的传感器或照相机，该射孔插入工具安装在工具管柱上并且能够执行最多对一个射孔及其最近的邻近射孔的修补动作。
Description
技术领域
本发明的主题涉及射孔(perforating)操作。更特别地，本发明涉及一种用于射孔的被传送的井筒插入工具(intervention tool)。
背景技术
在向含碳氢化合物地层钻好井筒之后，井就已完成了开采的准备。为了完成一口井，将通常是钢制的套管(衬套)插入到井筒中。一旦套管被插进井筒，则通过将水泥抽送到套管和井眼之间的缝隙(圆环)中而用水泥将其结合到适当位置。这样做的原因有很多，但最根本的是，套管有助于确保井筒的完整性，也就是使得井筒不会塌陷。使用井筒套管的另一个原因是隔绝不同的地质区域，例如使含油区域从不希望有的含水区域中隔绝。通过在井筒中放置套管并且将套管用水泥结合到井筒上，然后在套管上选择性的设置孔洞，可以有效地隔绝地下(subsurface)的某些部分，例如避免水和油的共同开采。
在套管和水泥中选择地设置孔洞的过程使得油和气可以从地层流进井筒中并最终到达地表，这就是一般所知的“射孔”。射孔的一种普遍方法是，用线缆式(wireline)缆线或滑线式(stickline)缆绳将射孔枪降低到井筒中的期望深度，然后引爆安装在枪的主体(main body)上的聚能弹(shapedcharge)。聚能弹在邻近的井筒套管和套管后面的地层上产生孔洞。这种孔洞就是公知的“射孔”。转让给Schlumberger Technology Corporation的美国专利No.5，816,343整体被参考并入，其讨论了现有技术的射孔系统。
为了优化射孔完井的性能，有必要了解完井特性的细节。例如，了解哪些射孔是自流的(flowing)以及哪些射孔由于诸如地层岩屑堵塞(debrisblockage)或孔道塌陷这样的条件而导致不是自流的是有利的。另外，了解从各个射孔流出的是何种液体以及哪些孔道产碳氢化合物的同时还产沙是有利的。如果各个射孔的特性细节是已知的，那么就可以适当地采取对有害状况的处理。
相关的油田技术存在于很多领域中。例如，对于井的敞开井眼(openhole)段，常使用诸如超声孔眼成像器(Ultrasonic Borehole Imager)(即声波脉冲)、地层微型扫描器(the Formation Microscanner)(即电阻率)或Geo Vision电阻率工具(the Geo Vision resistivity tool)这样的工具获得图像。然而，这些设备对于套管井环境是不可用的。
在下套管的井(cased hole)中，Kinley calipers或类似的工具用于通过使用机械探头作为传感元件来形成套管中的损坏或孔洞的测绘图(map)。井下摄像机也可用于在套管井中观察射孔，但井必须被关闭(或非常接近关闭)并且用能使摄像机有效的经过滤的液体填充。温度测井和生产测井工具可以在下套管的井中使用，但不具有方位(azimuthal)灵敏度，而且深度分辨率不足以探测各个射孔的问题。
2005年11月16日申请的国际专利申请PCT/GB2005/004416提出了一种技术，其使用带有推力块(pad)的线缆式工具，该线缆式工具包含流动、沙和液体类型传感器阵列，以测绘射孔完井中的入流(inflow)。原则上，该申请中所述的设备和方法可以实现各个非自流、产沙或出水的射孔的探测。这些不良(non-performing)射孔的位置因而可以被比较精确地确定，至少相对于工具主体。
在射孔完井遭受有限的产率或其他故障的情况下，不同的方法被提出并被应用于修补操作中。这些修补方法包括挤入(bullheading)酸、再次射孔(re-perforation)、压力喷射和超声激发。所有这些用于沙、水和低产率的修补方法，并不是选择性的并且至少处理整个完成的间隔。
因此，对井筒的射孔段中存在但不良的射孔需要优化修补操作。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种设备，其适于通过线缆、钻柱、连续油管或其他适当的传送方法被传送到井筒中，该设备能够
-探测射孔；
-确定射孔是否根据预定条件或参数运行；
-以及，仅在不良射孔上或至多在不良射孔及其最近的邻近射孔上运行适于执行现场修补操作的插入工具。
在射孔上的探测和性能检查优选地使用外观检查或光学检查或射孔特定流体探测工具(perforation specific flow detection tool)执行，该流体探测工具例如在前述在此被完全引用并入的国际专利申请PCT/GB2005/004416中有所描述。
插入工具优选地基于在美国专利5,692,565中出于在装有套管的井筒中钻射孔的目的而描述的设备和方法，该美国专利在此被完全引用并入。可以发现，其中所述的设备适于为与不良射孔单独接合提供工具。
优选的修补操作包括超声或喷射清理，诸如膨胀(swelling)聚合物、凝胶或酸这样的化学剂注入，例如使用丝线、聚合物或碳过滤器的过滤器安置，基于以上的化学制剂注射或机械密封件或阀或封隔器的安装的密封操作。
根据本发明的优选的工具具有深度控制，其用于在预先确定的不良射孔的深度上定位插入工具。
根据本发明的优选的工具具有方位控制，其用于在预先确定的不良射孔的大约或精确的方位角上定位插入工具。
根据本发明的更优选的工具具有深度控制和方位控制，其用于在预先确定的不良射孔的开口毗邻处定位插入工具。
本发明的这些和其他方面将通过下面的对非限定性的实例和附图详细的描述而显而易见。
附图说明
图1A示出了本发明的实施例；
图1B示出了图1A中的细节；以及
图2示出了本发明的进一步的变体。
具体实施方式
本发明的第一实施例在图1A中示出。在这个实施例中，一个或多个传感器16置于相同数量(仅有两个示出)的臂18上，该臂18在操作中从工具的主体11延伸。在传送工具111上的主体11在井筒中移动，该传送工具111可以是线缆、连续油管、钻柱或任何其他适当的传送设备。在这种配置中，延伸臂18使传感器16容易地折叠，从而易于穿过套管12并接近射孔的开口13。传感器16被示出是如此指向的，使得它们的敏感面朝向从射孔流出的流体而较少地暴露给主流(main flow)。箭头指示了相应的流体方向。
在为了清楚起见而未示出的变体中，传感器16置于保护笼中使得臂18在操作中可以抵住套管12的内壁延伸而不会对传感器产生损坏。
在工具主体的下部，示出了代表一组插入工具的两个射孔插入工具151、152，插入工具可以包括超声或喷射清理工具、化学剂注入(chemicalinjection)工具、用于过滤器的载体或安置工具、用于关闭或压缩射孔的机械密封件、阀或小型封隔器。
工具151、152安装在伸缩臂153上，该伸缩臂153从工具主体11延伸到射孔的开口13处，并且如果需要，可以进入射孔。
图中还显示有推力块17，其可以在操作中延伸抵住套管以提供反力和/或将工具主体锚定在井筒中。
可延伸装置臂153、17、18为了延伸、定位和缩回进工具主体，被液压操作或使用电致动器。
工具包括电子装置19来控制工具的井下操作且将测量结果传送到地表并接受来自地表操作者的指示。
在图1B中显示了用于控沙目的的射孔插入工具的更加详细的视图，图1B中保留了图1A中用于相同或相似元件的标号。插入工具将管151(示出了剖面)插入射孔孔道13，并且随后同轴活塞154随着管撤回将控沙塞155推进孔道。控沙塞由弹性丝网(mesh)制成，在该丝网从管释放后，丝网与弹性鱼骨(fishbone)结构一起弹开，该鱼骨结构对丝网提供某种支撑并且还将其锁在孔道内。
图2中显示了图1中的工具，再次保留了图1A中用于相同或相似元件的标号，该工具通过方位取向工具14得以增强，该方位取向工具14包括陀螺仪表和控制部分141、图示为弓形片弹簧的用来将工具顶端锚定在套管上的锚定器(anchor)142，和用于将插入工具旋入期望的方位取向上的马达143。这种取向部用于普通的井下应用，例如在此完全被引用并入的美国专利6,173,773有所描述。
在操作中，工具首先降低进入井筒然后被慢慢拉回表面，其臂18延伸并且传感器16放置为靠近或接触套管壁。
一旦定位到有问题的射孔，可以在探测推力块下面配备机械工具用来修理它。利用探测推力块16和插入工具151、152之间的已知深度差距，工具在适当的位置停住，并且锚定在那里；强有力的锚定是不需要的，对每个孔的预期的处理不会占用很多时间。随后可能采用的机械修理方式包括：
对于不自流或比邻近射孔洞自流得少得多的射孔洞-将工具锚定并将激励装置穿过射孔洞插入到孔道或任何阻止它的东西中。这种装置可以是超声源、机械钻或搅拌器、带点火器的推进器的弹丸(pellet ofpropellant)、井筒液体的高压喷射、或某些其他机械能量源。目的是破坏在射孔孔道周围的细屑堆积，或将任何堵住孔洞的东西震松。
对于自流很多水的孔道-将工具锚定，并且a)将管插入孔洞和孔道，管放置膨胀凝胶团粒以填充孔道并防止自流，或者b)工具本身用CHDT中使用的那种类型的金属对金属(metal-to-metal)密封塞堵住套管孔洞。不需要完全的密封。
对于自流沙的孔道-将工具锚定，并且a)将孔洞像关水那样堵住，或者b)将管插入孔道并将允许液体流出但阻挡沙粒移动的筛网过滤塞放置在孔道中，或者c)在射孔中插入管并放置小型砾石填充层，使用带树脂涂层的砾石，然后用紫外线源(UV source)或之后注入的化学活化剂将其凝固。
还存在其他插入的可能性。
在控沙的情况下，过滤塞的插入是永久的解决方案，直到储层或地下水位下降(drawdown)条件变化使得其他射孔开始失效，或者直到过滤塞损坏或被开采流体溶解。同样，在井的最初完井之后，它可以潜在地作为初始控沙的方法。它使得井筒完全没有阻碍，并且如果需要可使用相似的工具修复。
本发明连同上述示例性实施例得以描述，对于本领域的技术人员许多等效改动和变化在给出本公开后是显而易见的。因此，以上阐明的本发明示例性实施例可看作是说明性的而没有局限性。对所述实施例的不同改变可以在不偏离本发明精神和范围时做出。
Claims (8)
1.一种用于井筒中的修补操作的设备，包括传送工具、工具管柱和一个或多个射孔插入工具，所述工具管柱包括一个或多个用于探测在装有套管的井筒中已经存在的射孔的性能的传感器或照相机，所述射孔插入工具安装在所述工具管柱上并且能够执行最多对一个射孔及其最近的邻近射孔的修补动作。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述射孔插入工具适于执行对被探测为不良的单个射孔的修补动作。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述插入工具从由超声或喷射清理工具、化学剂注入工具、用于过滤器的载体或安置工具、用于关闭或压缩射孔的机械密封件、阀或小型封隔器所构成的组中选出。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述传感器是监测来自射孔的流体的流量传感器。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述插入工具在井筒中具有可控的方位取向。
6.一种改进在装有套管的井筒中存在的射孔的性能的方法，所述方法包括步骤：
将工具主体降低进入井筒中；
使用安装在所述工具主体上传感器或照相机来探测不良射孔；
定位所述工具主体使得安装在所述工具主体上的射孔插入工具可以与单个射孔接合；以及
对所述单个射孔执行修补操作。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述修补操作是从由超声或喷射清理，化学剂注入，使用丝线、聚合物或碳过滤器的过滤器安置，基于如上的化学剂注入或机械密封件或阀或封隔器的安装的密封操作所构成的组中选出的操作。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述化学剂为膨胀聚合物、凝胶或酸。
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