CN101368479A - 高速砾石充填 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种通过使用挠性管使砾石充填接近射孔的装有套管的井筒的一部分的方法。将含有射孔的井筒部分与所述射孔以下的井筒部分隔离。将连接设备安装在井底组件与挠性管之间并且所述连接设备包括转换工具。将所述井底组件放低进入井筒中直到井底组件接近射孔。然后,将包括砾石和携砂液的浆料沿所述挠性管向下泵送进入所述挠性管与所述套管之间的环状空间。当所述浆料在井底组件与挠性管之间的连接件上方时,将与浆料相容的第二流体沿所述挠性管与所述套管之间的环状空间向下泵送。在到达所述射孔之前,第二液体和所述浆料混合从而降低了浆料浓度的溶液。
Description
相关申请的交叉参考
本发明要求2007年6月11日提交的美国临时专利申请No.60/943114的申请日和2008年4月18日提交的美国非临时专利申请No.12/106007的申请日的权益。
技术领域
本发明基本上涉及在开采地层中的碳氢化合物,尤其涉及用于在井筒内执行砾石充填操作的工具、系统和方法。
背景技术
当从地层中产出井产流体(well fluid)时,所述井产流体典型地包括通常被称为“砂”的颗粒。必须控制井的出砂量从而延长井的寿命。完成这个控制的一项技术包括引导井产流体通过井下过滤器,所述井下过滤器由围绕防砂筛管(sand screen)的砾石形成。典型的防砂筛管包括插入有待产出井产流体的井的钻孔中并且基本上与有待产出井产流体的井的钻孔同心的圆柱形网格。将砾石充填在地层与所述防砂筛管之间的区域内,所述区域被称作“环状空间”。生产的井产流体通过所述砾石,进入所述防砂筛管,且通过连接到所述防砂筛管的管子沿井孔向上流动。
在砾石充填操作中典型地将围绕防砂筛管的砾石引入到所述井中。在传统的砾石充填操作中,所述砾石通过浆料(slurry)沿井孔向下流动,所述浆料是携砂液(carrier fluid)与砾石的混合物。在所述井中的砾石充填系统将浆料引导到环状空间内,并且所述携砂液分散到地层内或流经防砂筛管返回到地表。另一方面,所述砾石保持充填在防砂筛管与地层之间。
当使用连续挠性管(或任何相对小型的管子)执行过油管砾石充填(Thru Tubing Gravel Pack,TTGP)操作时,通常充足的射孔充填是一个问题,由此导致高表皮(high skin)。由于通过挠性管可以实现有限的泵送率,所以不可以获得好的射孔充填并且不可以压裂地层,而压裂地层是实现高速水流填砂工艺(HRWP)或砾石充填所必须的。
可选解决办法是将浆料(包括携砂液和支撑剂)泵送通过环状空间或同时泵送通过环状空间和挠性管以便达到所述高速率。然而,在泵送浆料的同时使得挠性管仍然在井孔内可以导致在挠性管上方脱砂(screen out)(即,其中支撑剂在挠性管连接到井底组件(bottom hole assembly(BHA):或下部钻具组合)上方的水平位置沉淀(settle)),由此使得挠性管卡在井孔内。
另一个可选解决方法是使用防砂筛管操作,其中,回收挠性管并且沿挠性管向下(down tubing)执行砾石充填/压裂充填泵送操作。当应用此操作时,在使油井恢复生产之前实施挠性管下行操作,以便清除支撑剂。但是此方法在目的区(zone of interest)处下降和偏移方面存在限制。
在SPE(石油工程师协会)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技术。那篇论文描述了两种TTGP技术,包括:(1)封隔法TTGP(TTGPwith Packoff Method);和(2)排气滤砂法TTGP(TTGP with Vent ScreenMethod)。
所述封隔法使用具有无眼隔离管(blank spacer pipe)的TTGP防砂筛管并封隔能够放置在套管内或现有的砾石作用防砂筛管内、并在开采管内被隔开和封隔。此技术的一个潜在问题是因为通过挠性管执行泵送,所以有可能以低速率执行泵送,并且由此可以产生不良的射孔充填,产生令人不满意的工作效果。
所述排气滤砂法TTGP使用两个防砂筛管部分,该两个防砂筛管部分由无眼管分离并且封隔在套管内,其中产品进入防砂筛管的下部并从防砂筛管的上部排出。此技术的一个潜在问题是具有有限的应用领域并且大体上不可以用于在管内的操作或在具有高偏移角的储层内的操作。
因此,需要出现一种执行TTGP操作的改进方法。通过本发明实现此目的。
发明内容
根据本发明,提供了一种通过使用挠性管使砾石充填接近射孔的装有套管的井筒的一部分的方法,所述方法包括步骤:将含有射孔的井筒部分与所述射孔以下的井筒部分隔离;然后将连接设备安装在井底组件与挠性管之间,接着使用挠性管将所述井底组件放低进入井筒中直到井底组件接近所述射孔。
本发明的方法进一步包括步骤:将浆料沿所述挠性管向下泵送进入所述挠性管与所述套管之间的环状空间,其中所述浆料包括砾石和携砂液;当所述浆料在井底组件与挠性管之间的连接件上方时,将与浆料相容的第二流体沿所述挠性管与所述套管之间的环状空间向下泵送;在所述浆料和第二流体到达所述射孔之前,第二液体和所述浆料混合以便形成具有降低的浆料浓度的均匀溶液。
在本发明的一个实施例中,在井底组件与挠性管之间的连接设备包括具有泵送位置和非泵送位置的转换工具。将所述浆料沿所述挠性管向下泵送的步骤包括所述转换工具从所述非泵送位置转换到所述泵送位置的步骤。在一个实施例中,将所述转换工具从所述非泵送位置转换到所述泵送位置的步骤包括在地表上将球沿所述挠性管向下坠落。
在本发明的一个实施例中,所述浆料和第二液体被设计成足以使所述射孔附近地层破裂的速率流动。在此实施例中,所述浆料可以包括支撑剂。
根据本发明的方法进一步包括一旦实现了井筒脱砂,就将所述挠性管与所述连接装置移除的步骤。此后,根据本发明的方法包括将密封设备安装在所述砾石充填井底组件上方的步骤。在一个实施例中,安装密封设备的步骤包括将封隔器安装在砾石充填井底组件上方的步骤。在另一个实施例中,安装密封设备的步骤包括将封隔组件安装在砾石充填井底组件上方。
附图说明
在附图中:
图1—3、3A-B和图4—6是图示根据本发明的用于砾石充填装有套管的井筒的方法的各个步骤的正视图。
具体实施方式
应该理解的是,本发明可以采取很多形式和实施例。在以下的描述中,描述了本发明的一些实施例并且阐述了许多细节以便更好地理解本发明。然而,在本领域的普通技术人员应该理解的是,在没有上述细节的情况下可以实现本发明,并且可以具有所述实施例的很多变型和修正。由此下面的描述是为了说明本发明而不是限制本发明。
首先参照图1,井筒10包括使用水泥13已经被固定在适当位置的套管11。射孔12穿过套管11和水泥13进入开采地层。通过使用包括例如桥塞(bridge plug)或封隔器(packer)的隔离装置14将含有射孔12的井筒10的区域与在射孔12以下的井筒10的区域隔离开来。
通过使用挠性管(coiled cubing)16将包括防砂筛管(sand screen)的井底组件(bottom hole assembly(BHA):或下部钻具组合)15放低进入井筒10中。通过例如可以包括具有转换装置的钩装螺纹接套(hook-upnipple)的连接装置17将挠性管16操作性地连接到井底组件15。然而,所述连接装置17可以包括具有转换装置的任何适当的管连接件或管分离件。
参照图1—3,将井底组件15放低进入套管11内直到到达隔离装置14。设置扶正件(centralizing element)18用于确保井底组件15保持与套管11同心。如图3A所示,当将井底组件15放低进入井筒10内的套管11内时,连接装置17内的转换工具(crossover tool)处于关闭位置或非泵送位置。
参照图2和3,一旦井底组件15到达其最大深度,就通过使用从地表向下射入挠性管16的落锤(或坠球)19将连接装置17从所述非泵送位置(图3A)移位至泵送位置(图3B)。在落锤19落入连接装置17之后,可以按压挠性管16直到连接装置17转换至泵送位置。所述挠性管16受力向下从而避免释放连接装置17并且避免在砾石充填井底组件内泵送。
在本发明的一些实施例中,这里,在将砾石充填携砂液装运到环状空间的后侧上之前可以进行注入实验以便测量地层破裂和裂缝延伸。此后此液体可以作为用于高速水流填砂工艺(HRWP)或压裂充填(Frac Pack)(或其它的水力压裂或压裂操作)的前置液(pad fluid)。一个空间可以泵送液体,然后使用破碎机(breaker),所述破碎机在携砂液之前被挤压进入地层。有时,水力压裂操作包括将不由支撑剂(proppant)组成的粘性流体(有时被称为“前置液”)以高于液体可以逸入地层的速率泵送进入地层,从而在地层内的压力上升并且地层制动产生新裂缝或扩大自然裂缝。
现在参照图4,将浆料20沿挠性管16向下泵送,其中浆料20可以具有例如0.5ppa至4ppa的浓度。在浆料20处于连接装置17内的转换工具上方的情况下,将清洗液或无砂溶液21沿挠性管16与套管11之间的环状空间向下泵送。这种清洗液或无砂溶液21可以例如包括砾石充填携砂液或相容的盐水。在一些实施例中,可以将两种液体流,即,沿挠性管16向下的一支液体流和在挠性管16与套管11之间的环状空间内的一支液体流,设计成以足以压裂地层的速率流动从而实现高速水流填砂工艺(HRWP)或压裂充填(Frac Pack)。
浆料20在图4中椭圆形22所指示的区域内的连接装置17的转换端口排出。一旦排出,浆料20将与沿环状空间向下泵送的相容的溶液21混合并且有效地降低了浆料浓度,例如从0.5至4.0ppa降低到0.2至2.0ppa。然后浆料20与相容的溶液21的混合物27将进入图4中箭头23所图示的射孔12。在一个实施例中,混合物27是一种均匀溶液。然后,用正常的砾石充填操作充填井底组件15的防砂筛管之间的环状空间29。
一旦出现井筒脱砂(screenout)(如图5所图示),通过将其沿挠性管16向下泵送然后通过套管11与挠性管16区域之间的环状空间使其沿返回路线24返回,剩余的浆料将流出井筒。
现在参照图6,一旦井筒将剩余的支撑剂清洗掉,挠性管16和具有转换端口的连接装置17被拉出套管11而将安装的砾石充填的井底组件15留在井下。在一些实施例中,可以执行滑线(slickline)下行操作以便确保在安装可以包括例如封隔器或封隔组件(pack-off assembly)的密封机构26之前,连接装置17能够将支撑剂清洗掉。密封机构26确保围绕井底组件15内的防砂筛管放置的支撑剂不会与碳氢化合物一起被开采而返回至地表。
在本发明的一些方面,在实施本发明的方法的时候,不要超过挠性管16的坍塌压力从而避免潜在问题。同时,应该保持挠性管在适当的位置上,从而避免将转换接头泵送出连接装置17。需要计算相对于套管11的运动以便避免这些,这将导致将支撑剂放置在井底组件15内的所述防砂筛管内部。
Claims (20)
1.一种通过使用挠性管使砾石充填接近射孔的装有套管的井筒的一部分的方法,所述方法包括以下步骤:
将含有射孔的井筒部分与所述射孔以下的井筒部分隔离;
将连接设备安装在井底组件与挠性管之间;
使用挠性管将所述井底组件放低进入井筒中直到井底组件接近所述射孔;
将包括砾石和携砂液的浆料沿所述挠性管向下泵送进入所述挠性管与所述套管之间的环状空间;和
当所述浆料在井底组件与挠性管之间的连接件上方时,将与浆料相容的第二流体沿所述挠性管与所述套管之间的环状空间向下泵送,从而在到达所述射孔之前,所述第二液体和所述浆料混合以便形成具有降低的浆料浓度的溶液。
2.根据权利要求1中所述的方法,其中所述井底组件与挠性管之间的连接件包括具有泵送位置和非泵送位置的转换工具,且将浆料沿挠性管向下泵送的步骤包括将所述转换工具从非泵送位置转换到泵送位置的步骤。
3.根据权利要求2中所述的方法,其中将所述转换工具从所述非泵送位置转换到所述泵送位置的步骤包括在地表上将球沿所述挠性管向下坠落。
4.根据权利要求1中所述的方法,其中所述浆料和所述第二液体被设计成以足以压裂所述射孔附近地层的速率流动。
5.根据权利要求4中所述的方法,其中所述浆料包括支撑剂。
6.根据权利要求1中所述的方法,其中所述浆料包括大约为0.5ppa至4.0ppa的浓度,且所述浆料和所述第二液体的混合物包括大约为0.2ppa至2.0ppa的浓度。
7.根据权利要求1中所述的方法,进一步包括步骤:一旦已经获得了井筒脱砂,就通过将所述浆料沿挠性管向下泵送和通过套管与挠性管区域之间的环状空间使所述浆料沿返回路线返回从而使得所述浆料流出。
8.根据权利要求1中所述的方法,进一步包括将所述挠性管和所述连接装置从井筒中移除的步骤。
9.根据权利要求8中所述的方法,进一步包括在砾石充填井底组件上方安装密封设备的步骤。
10.根据权利要求9中所述的方法,其中安装密封设备的步骤包括在砾石充填井底组件上方安装封隔器。
11.根据权利要求9中所述的方法,其中安装密封设备的步骤包括在砾石充填井底组件上方安装封隔组件。
12.一种通过使用挠性管使砾石充填接近射孔的装有套管的井筒的一部分的方法,所述方法包括以下步骤:
将密封装置安装在井筒内以便使包含射孔的井筒部分与所述射孔之下的井筒部分隔离;
在井底组件与挠性管之间安装连接设备,其中所述连接设备包括具有泵送位置和非泵送位置的转换工具;
使用所述挠性管将所述井底组件放低进入井筒中直到所述井底组件接近所述射孔;
将所述转换工具从所述非泵送位置转换到所述泵送位置;
将包括砾石和携砂液的浆料沿所述挠性管向下泵送进入所述挠性管与所述套管之间的环状空间;和
当所述浆料在井底组件与挠性管之间的连接设备上方时,将与浆料相容的第二流体沿所述挠性管与所述套管之间的环状空间向下泵送,从而在到达所述射孔之前,所述第二液体和所述浆料混合以便形成具有降低的浆料浓度的溶液。
13.根据权利要求12中所述的方法,其中所述浆料和所述第二液体被设计成以足以压裂所述射孔附近地层的速率流动。
14.根据权利要求12中所述的方法,其中将所述转换工具从非泵送位置转换到泵送位置的步骤包括在地表上将球沿所述挠性管向下坠落。
15.根据权利要求12中所述的方法,其中所述浆料包括大约为0.5ppa至4.0ppa的浓度,所述浆料和所述第二液体的混合物包括大约为0.2ppa至2.0ppa的浓度。
16.根据权利要求12中所述的方法,进一步包括步骤:一旦已经获得了井筒脱砂,就通过将所述浆料沿挠性管向下泵送和通过套管与挠性管区域之间的环状空间使其沿返回路线返回从而使得浆料流出。
17.根据权利要求12中所述的方法,进一步包括将所述挠性管和所述连接装置从井筒中移除的步骤。
18.根据权利要求17中所述的方法,进一步包括在砾石充填井底组件上方安装密封设备的步骤。
19.根据权利要求18中所述的方法,其中安装密封设备的步骤包括在砾石充填井底组件上方安装封隔器。
20.根据权利要求18中所述的方法,其中安装密封设备的步骤包括在砾石充填井底组件上方安装封隔组件。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090218 |