CN101421486B - 在井作业期间用于防砂和流入控制的井筒方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称是在井作业期间用于防砂和流入控制的井筒方法和装置。描述了与烃生产相关的方法、系统和装置。该系统包括井筒，其进入地下储层；油管柱，其被置于井筒内；和一个或多个防砂设备，其被连接到油管柱上并且被置于井筒内。至少一个防砂设备包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于第一管状构件内。第二管状构件具有多个开口和流入控制设备，其每个都提供到达第二管状构件内部的流动路程。另外，所述防砂设备中的至少一个包括密封机构，其被置于第一管状构件和第二管状构件之间。密封机构被配置以在砾石充填作业期间提供比在至少一些生产作业期间的压力损失小的压力损失。

Description

在井作业期间用于防砂和流入控制的井筒方法和装置
相关申请交叉参考
本申请要求在2006年4月3日提交的美国临时申请第60/788,795号的权益。
技术领域
本发明总体上涉及用于井筒中且与烃生产相关的装置和方法。更具体而言，本发明涉及用于提供可被用于至少提高井的砾石充填和生产作业的流量控制的井筒装置和方法。
背景技术
这部分意欲介绍现有技术的各个方面，其可以与本发明的示例性实施方式相关。该讨论被认为有助于提供有利于更好地理解本发明具体方面的框架。因此，应当理解，本部分应当以此角度来阅读，而不必认为是对现有技术的承认。
烃如油和气的生产已经进行许多年。然而，当从地下或地下地层中生产烃时，它由于某些地下地层的位置变得更具挑战性。例如，一些地下地层位于超深水中，所处深度超过钻井作业所达到的深度；高压/高温储层中；长层段中；高的生产速率下；以及偏僻位置。因此，地下地层的位置可能存在显著增加单个井成本的问题。也就是说，进入地下地层的成本可能导致完成更少的井，这是由于油田的经济学。因此，井的可靠性和寿命成为设计考虑因素，以避免这些井不期望的生产损失和昂贵的干预或修井工作。
为了提高烃生产，生产系统可以利用各种装置如防砂设备和其它工具，以完成井内的具体任务。通常这些装置被置于在下套管完井或裸眼完井中完成的井筒里。在下套管完井中，套管柱被置于井筒里，并且射孔形成穿过该套管柱进入地下地层里，以提供地层流体如烃进入井筒的流动路程。可选地，在裸眼完井中，生产套管被置于井筒内部，而没有套管柱。地层流体流经地层与生产套管之间的环空进入该生产套管。
无论完井类型如何，防砂设备典型地用于井内以控制固体物质如砂的产生。固体物质的产生可能导致地面上的砂产生、井下设备损坏、降低的井生产力和/或井的损耗。防砂设备——其可以具有割缝开口或者可以被筛管包裹——还可以在某些环境下与砾石充填一起被使用。砾石充填井涉及将砾石或其它颗粒物质放置在防砂设备周围。在裸眼完井中，砾石充填典型地位于井筒壁与环绕带眼中心管的防砂筛管之间。可选地，在下套管完井中，砾石充填位于具有射孔的套管柱与环绕带眼中心管的防砂筛管之间。无论如何，地层流体从地下地层流过砾石充填和防砂设备进入油管柱，同时某一尺寸以上的固体被阻挡。
作为砾石充填方法的改进，可选技术还可被用于在井筒内形成充分完成的砾石充填。例如，可选流动路程，如内部或外部分路管，可被用于疏通砂桥并且穿过层段均匀地分配砾石。关于进一步的细节，可选流动路程被进一步描述在美国专利号4,945,991；5,082,052；5,113,935；5,333,688和国际专利申请号PCT/US04/01599中，其在此被引入作为参考。
除了防止固体产生外，地层流体的流动也可以在井内被控制。例如，防砂设备可包括调节井下流动的技术，如流入控制技术或流入控制设备(ICDs)。参见如Reslink′s RESFLOWTM、Baker′sEQUALIZERTM或Weatherford′s FLOREGTM。这些设备典型地被用于长完井、水平完井、裸眼完井中以平衡穿过生产层段或地段进入完井的流入。平衡的流入增进了储层控制并且减少了早期水或气从高渗透性储层薄夹层或井的跟部穿透的危险。此外，通过流入控制技术的应用，更多的烃可以从井的钻孔底端捕获。
因为砾石充填作业一般涉及大量流体如携带液穿过防砂筛管和ICD，含有典型ICD的砾石充填是不可行的，因为砾石充填和生产作业使用同一个流动路程。具体地，由于ICDs而导致的携带液局部且减少的流入可能在砾石充填泵送期间引起早期桥堵、松散充填、空隙和/或增强的压力要求。因此，需要提供流入控制而不限制砾石充填形成的方法和装置。
其它相关材料可至少在美国专利号5,293,935；美国专利号5,435,393；美国专利号5,642,781；美国专利号5,803,179；美国专利号5,896,928；美国专利号6,112,815；美国专利号6,112,817；美国专利号6,237,683；美国专利号6,302,216；美国专利号6,308,783；美国专利号6,405,800；美国专利号6,464,261；美国专利号6,533,038；美国专利号6,622,794；美国专利号6,644,412；美国专利6,715,558；美国专利号6,745,843；美国专利号6,749,024；美国专利号6,786,285；美国专利号6,817,416；美国专利号6,851,560；美国专利号6,857,475；美国专利6,875,476；美国专利号6,860,330；美国专利号6,868,910；美国专利号6,883,613；美国专利号6,886,634；美国专利号6,892,816；美国专利号6,899,176；美国专利号6,978,840；美国专利申请公布号2003/0173075；美国专利申请公布号2004/0251020；美国专利申请公布号2004/0262011；美国专利申请公布号2005/0263287；美国专利申请公布号2006/0042795；美国专利申请号60/765,023；和美国专利申请号60/775,434中找到。
发明内容
在一种实施方式中，描述了一种与烃生产相关的系统。所述系统包括井筒，其用于从地下储层生产烃；油管柱，其被置于所述井筒内；和至少一个防砂设备，其与所述油管柱相连并且被置于所述井筒内。所述至少一种防砂设备的至少一种包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备，其中每个都提供到达所述第二管状构件内部的流动路程；和密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置来在砾石充填作业期间提供比在至少一部分生产作业期间的压力损失小的压力损失。
在第二种实施方式中，描述了从井中生产烃的方法。所述方法包括将至少一个防砂设备置于与地下地层接近的井筒内，其中至少一个所述至少一个防砂设备包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备，其中每个都提供到达所述第二管状构件内部的流动路程；和密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置来在砾石充填作业期间提供比在至少一部分生产作业期间的压力损失小的压力损失；将砾石充填到所述井筒内的所述至少一个防砂设备中；以及通过使烃穿过所述至少一个防砂设备而从所述至少一个防砂设备中生产烃。
在第三种实施方式中，描述了另一种与烃生产相关的系统。该系统包括油管柱，其被置于用于进入地下地层的井筒内；至少一个防砂设备，其与所述油管柱相连并且被置于所述井筒内。至少一个所述至少一个防砂设备包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备；和密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间。所述密封机构被配置来在砾石充填作业期间提供通过仅仅所述多个开口以及所述多个开口连同所述至少一个流入控制设备之一进入所述第二管状构件内部的第一流动路程，并且在一部分生产作业期间提供只通过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程。
在第四种实施方式中，描述了另一种与烃生产相关的方法。所述方法包括提供防砂设备，其含有第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备；和密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置来在砾石充填作业期间提供通过仅仅所述多个开口以及所述多个开口连同所述至少一个流入控制设备之一进入所述第二管状构件内部的第一流动路程；并且在至少一部分生产作业期间提供只通过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程；将所述防砂设备置于所述井筒内；使所述防砂设备啮合到转换工具上以至少部分在所述防砂设备周围形成砾石充填；使所述转换工具与所述防砂设备分开；以及将所述防砂设备与油管柱相连以通过所述至少一个流入控制设备生产烃。
在第五种实施方式中，描述了生产烃的装置。所述装置包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备；和密封元件，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间并且被置于所述多个开口和至少一个流入控制设备之间。所述密封元件被配置来在第一作业期间提供从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过所述多个开口进入所述第二管状构件内部的第一流动路程，以及从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程；以及在第二作业期间阻止流体流过所述第一流动路程。
在第六种实施方式中，描述了生产烃的第二装置。所述装置包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有提供进入所述第二管状构件内部的流体流动路程的多个开口；和阻挡元件，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间。阻挡元件被配置来将在所述第一管状构件与所述第二管状构件之间形成的第一室与第二室隔开，其中所述第一室包括所述第一管状构件的所述渗透部分并且所述第二室包括所述第二管状构件中的所述多个开口；和至少一个导管，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述至少一个导管提供穿过所述阻挡元件在所述第一室与所述第二室之间的至少一个流体流动路程。
在第七种实施方式中，描述了生产烃的第三装置。所述装置包括第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备；和套筒，其被置于所述第二管状构件的附近并且被配置为在多个位置之间移动。所述多个位置包括第一位置，其提供从所述第一管状构件的渗透部分穿过至少所述多个开口进入所述第二管状构件内部的第一流动路程；和第二位置，其提供从所述第一管状构件的渗透部分穿过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程，其中流体流动被防止穿过所述多个开口。
附图说明
阅读了下面的实施方式的非限定性实施例的的详述和附图后，本发明的前述优点和其它优点可以变得明显，其中：
图1是根据本发明的某些方面的示例性生产系统；
图2是根据本发明的方面涉及图1中带有流入控制机构的防砂设备的井作业的示例性流程图；
图3A-3G是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备实施方式的说明图，所述流入控制机构含有密封元件；
图4A-4G是根据本发明的方面图3A-3G的防砂设备的第一可选实施方式的说明图；
图5A-5F是根据本发明的方面图3A-3G的防砂设备的第二可选实施方式的说明图；
图6A-6G是根据本发明的方面图3A-3G的防砂设备的第三可选实施方式的说明图；
图7A-7B是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备的另一可选实施方式的说明图，所述流入控制机构含有密封元件；
图8A-8C是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备的一种实施方式的说明图，所述流入控制机构含有导管；
图9A-9E是根据本发明的方面图8A-8C的防砂设备的第一可选实施方式的说明图；
图10A-10C是根据本发明的方面图8A-8C的防砂设备的第二可选实施方式的说明图；
图11A-11F是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备的又一可选实施方式的说明图，所述流入控制机构含有套筒；和
图12是根据本发明的方面的可选示例性生产系统。
具体实施方式
在下面的详述部分中，本发明的具体实施方式结合优选的实施方式被描述。然而，就下面的描述特定于本发明的具体实施方式或具体应用来说，它意欲只是出于示例目的并且仅仅提供示例性实施方式的描述。因此，本发明不限于下面所述的具体实施方式，相反，它包括落在所附权利要求的真实精神和范围内的所有可选形式、改变和等价物。
本发明包括防砂设备的一种或多种实施方式，所述防砂设备可被用于完井、生产或注入系统中以改善井作业，所述井作业可包括砾石充填作业和生产作业，这在下面被描述。在本发明之下，描述了这样的装置、系统和方法，其被用于在完井如裸眼完井或下套管完井中运行和砾石充填具有流入控制机构的防砂设备。然后，防砂设备被用于从完井中生产地层流体如烃。防砂设备的实施方式可包括带有密封机构如膨胀材料、密封元件或可调套筒的防砂设备。因此，防砂设备的具体实施方式可包括带有密封元件、至少一个导管和/或至少一个套筒的防砂设备，以在井作业中提供灵活性。在本实施方式中，密封机构被配置来在某些作业如砾石充填作业中提供比在其它作业如生产作业期间的压力损失小的压力损失。压力损失是当流体从防砂设备外面流到中心管或主要管状构件内部时的流体压力变化。压力损失可以包括摩擦压力损失(frictional pressureloss)和形状压力降(form loss)。较高的压力损失导致增强的流入控制，这为不同作业提供期望的流体流动控制提供了灵活性。因此，本发明可被用于完井中以增强砾石充填、烃生产和/或地下地层的增产。应当注意，在完井中本发明的防砂设备可以与其它防砂设备组合使用。
现在转向附图并且首先参考图1，阐述的是根据本发明某些方面的示例性生产系统100。在该示例性生产系统100中，浮式采油设施102被连接到位于海底106的水下采油树104。通过该水下采油树104，浮式采油设施102进入一个或多个地下地层如地下地层107，其可以包括多个生产层段或地段108a-108n，其中数字“n”是任何整数。生产层段108a-108n可含有烃如油和气。有利地，设备如具有流入控制机构的防砂设备138a-138n可以被用于增强从生产层段108a-108n生产烃。然而，应当注意，该生产系统100是为了示例性目的被阐述，并且本发明可以用于从任意海底、平台或陆地位置生产或注入流体。
浮式采油设施102可以被配置以监控和生产来自地下地层107的生产层段108a-108n的烃。浮式采油设施102可以是能监控来自水下井的流体如烃的生产的浮式船。这些流体可以被储存在浮式采油设施102上和/或提供给油轮(未显示)。为了进入生产层段108a-108n，浮式采油设施102通过控制管缆112被连接到水下采油树104和控制阀110上。控制管缆112可以包括将来自水下采油树104的烃提供给浮式采油设施102的生产套管、水力或电力设备的控制管和与井筒114内其它设备通信的控制电缆。
为了进入生产层段108a-108n，井筒114穿透海底106进入在井筒114内不同深度处与生产层段108a-108n对接的深度。如可被了解的，生产层段108a-108n——其可以被称为生产层段108——可以包括各个岩石层或岩石层段，其可能包括烃或者可能不包括烃并且可以被称为地段。水下采油树104——其位于海底106处的井筒114上——提供井筒114内设备与浮式采油设施102之间的对接。因此，水下采油树104可以被连接到油管柱128上以提供流体流动路程，并且被连接到控制电缆(未显示)上以提供通信路程，其可以与水下采油树104处的控制管缆112对接。
在井筒114内，生产系统100还可以包括提供进入生产层段108a-108n的不同设备。举例来说，表层套管柱124可以从海底106被安装到海底106下面具体深度处某一位置上。在表层套管柱124内，中间或生产套管柱126——其可以向下延伸至靠近生产层段108a的某一深度——可被用于为井筒114的壁提供支撑。表层套管柱124和生产套管柱126可以被胶结到井筒114内的固定位置以进一步稳定井筒114。在表层套管柱124和生产套管柱126内，油管柱128可以被用于为烃和其它流体提供通过井筒114的流动路程。地下安全阀132可以被用于在地下安全阀132以上发生裂开或破裂的情况下阻断来自油管柱128部分的流体的流动。进一步，封隔器134和136可以被用于将井筒环空内的具体地带相互隔离。封隔器134和136可以被配置以在地表与防砂设备138a-138n之间提供流体连通路程，同时防止流体在一个或多个其它区域如井筒环空中的流动。
除了上述设备外，其它设备如防砂设备138a-138n和砾石充填140a-140n可被用于控制来自井筒内的流体流动。具体地，防砂设备138a-138n与砾石充填140a-140n一起可被用于控制流体和/或颗粒流入油管柱128中。防砂设备138a-138n可以包括割缝衬管、独立筛管(SAS)、预制滤砂管、绕丝筛管、薄膜筛管、可膨胀筛管和/或金属丝网筛，而砾石充填140a-140n可包括砾石或其它合适的固体物质。防砂设备138a-138n还可以包括流入控制机构如流入控制设备(即阀、导管、喷嘴或任何其它合适的机构)，其可以增加沿流体流动路程的压力损失。砾石充填140a-140n可以是完全砾石充填，其覆盖所有的各个防砂设备138a-138n，或者可以是部分置于防砂设备138a-138n周围。无论如何，防砂设备138a-138n可以包括为井的层段108a-108n提供流动控制的不同元件。下面在图2中显示了安装和使用这些防砂设备的方法。
图2是根据本发明的方面安装和使用图1的防砂设备的示例性流程图。该流程图——其通过参考数字200进行参考——可以通过同时查看图1得到最好的理解。在该流程图200中，描述的是通过沿着砾石充填在防砂设备中提供流动控制而提高来自井筒114的烃生产的方法。也就是说，本技术提供这样的机构，其用于在防砂设备周围有效地形成砾石充填并且形成砾石充填后为从层段生产的流体提供流动控制。因此，防砂设备可以提高来自地下地层107的层段108的烃的作业和生产。
该流程图开始于方框202。在方框204，可以钻出一个井。井可以被钻至具体的深度位置以穿过地下地层107的不同生产层段108。钻井可涉及钻井作业和用于具体油田的典型技术。然后，在方框206和208中可以进行砾石充填作业。砾石充填作业包括向井中安装一个或多个具有流入控制机构的防砂设备，如方框206所示。防砂设备可以包括不同的实施方式，诸如含有带有密封元件的流入控制机构的防砂设备(显示在图3A-3G、4A-4G、5A-5F、6A-6G和7A-7B)、含有为导管的流入控制机构的防砂设备(显示在图8A-8C、9A-9E和10A-10C)以及含有带有套筒的流入控制机构的防砂设备(显示在图11A-11F)。这些实施方式中每一个可以采用不同的技术如通过钻柱、钢丝绳和盘管以及本领域技术人员所知的其它类似技术进行安装。在方框208，砾石充填可以被安装在防砂设备周围的井筒内。砾石充填的安装可以包括将转换工具连接到防砂设备上和将含有砾石的携带液泵送穿过该转换工具。通过防砂设备与转换工具之间的啮合，砾石填充可以至少部分在防砂设备周围形成。形成砾石充填的具体方法在美国临时申请号60/778,434中被进一步讨论。然而，应当注意，砾石充填作业也包括其它可选途径的砾石充填或阿尔法贝它砾石充填技术和方法。
砾石充填作业完成后，在方框210-220中可以进行生产作业。在安装有防砂设备和砾石充填的情况下，可以将防砂设备调节至生产配置，如方框210所示。该调节可包括去除冲洗管，通过电缆或者水力传送信号以使套筒活动，通过化学激活或其它合适的技术调节防砂设备以进行生产作业。具体地，应当注意，防砂设备的调节可以通过刺激的存在自动激活，其在下面进一步讨论。在方框212，烃如油和气可以从井中生产。烃的生产可以包括使转换工具与防砂设备分开并且将防砂设备连接到油管柱上以通过至少一个所述流入控制设备生产烃。在生产期间，井的性能可以被监控，如方框214所示。井的监控可包括常规监视，如监控烃生产速率、含水量、气油比值、来自生产测井的生产剖面、砂产生，和/或其它类似技术。此外，监控可以包括检测器和传感器，其确定砂产生水平、井下压力、井下温度分布等。在方框216，确定是否使流体停止流入防砂设备。该确定可包括将从某一层段的生产与预定下限比较，或者从井筒内的监控器指示从某一层段如钻孔底层段生产了过量水。如果层段不需要被关闭，在方框214可以继续进行井监控。
然而，如果层段被关闭，要确定生产作业是否要继续，如方框218所示。如果要继续进行生产作业，在方框220可以进行维修作业。维修作业可包括使流入控制设备内的机构如套筒或阀激活以防止流体流入防砂设备；穿过具体层段安装跨式砂桥堵；用处理液处理层段和/或在防砂设备内部或上游安装桥塞。然后，在方框214继续对井进行监控。不管怎样，如果井生产完成，那么该过程就在方框222结束。
有利地，防砂设备的使用提供了用于增强砾石填充作业的机构以及在生产作业如维修作业中的灵活性。防砂设备提供了将砾石填充到井的带有多个射孔的机构，其可以用在烃生产中或可以不被用在烃生产中。同样，防砂设备可以被关闭以防止地层流体从具体层段进入井筒，用于控制井筒的具体部分。也就是说，防砂设备在分离和控制来自不同层段不需要的气体或水生产的流动方面提供灵活性。这些防砂设备还为安装提供灵活性以调节不同压力、生产力或渗透性的地层之间的流动。举例来说，同样类型的防砂设备可以被用于这样的井中，其中一个层段被砾石充填而其它的没有被砾石充填。也就是说，防砂设备可被用于将砾石充填到具体层段，而作为同一过程的部分的其它层段没有被砾石充填。进一步地，通过提供平衡流入，防砂设备可以限制环空流动以防止在高速流入位置的完井中出现热点，其典型地位于完井的跟部或者位于外部分离隔离器处。热点是高速流动的位置，其中如果在液流中有砂粒或细砂，那么很可能出现侵蚀。
为了示例性目的，在本文中下面的不同实施方式中描述了不同防砂设备138a-138n。在这些实施方式中，密封机构可包括在各自实施方式中的密封元件、阻挡元件和/或套筒。此外，流入控制机构可包括在各自实施方式中的导管或流入控制设备(即小孔板或节流器)。因此，每个实施方式的具体特征在图3A-3G、4A-4G、5A-5F、6A-6G、7A-7C、8A-8C、9A-9F、10A-10F、11A-11F和12中被讨论。
带有密封元件的防砂设备
图3A-3G是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的防砂设备的实施方式的说明图，所述防砂设备具有流入控制机构。每个防砂设备300a和300b包括管状构件或中心管302，其被含有筋条305的防砂筛管304包围。防砂筛管304可包括渗透部分如绕丝筛管或过滤介质以及不渗透部分如无眼管子部分。筋条305——为简单起见没有显示在图3A和3F中——被用于使防砂筛管304与中心管302保持特定的距离。中心管302与防砂筛管304之间的空间形成了流体从外部通过渗透部分可以进入防砂设备300a和300b的室。在图3A-3G中，防砂设备300a和300b——其可被总称为防砂设备300——是在不同作业阶段如在砾石充填和生产作业期间同样的防砂设备实施方式。有利地，在防砂设备300中，密封元件312被配置以在砾石充填作业期间提供进入开口310和/或流入控制设备308的一个或多个流动路程以及在生产作业之前或期间阻断进入开口310的流动路程。因此，防砂设备300可被用于提高井内的作业。
在图3A-3G中，防砂设备300a和300b——其可被总称为防砂设备300——可以包括各种用于控制进入井中的流体和固体的流动的元件。举例来说，防砂设备300包括主体部分320、流入部分322、第一连接部分324、带眼部分326和第二连接部分328，其可以由钢铁、金属合金或其它合适的材料制成。主体部分320可以是被防砂筛管304的一部分所包围的中心管302的一部分。主体部分320可以被配置成特定长度，如在10至50英尺(ft)之间(其中某些部分为6ft、8ft、14ft、38或40ft)，其具有特定内径和外径。流入部分322和带眼部分326可以是被防砂筛管304的其它部分所包围的中心管302的其它部分，如不渗透部分，其可以包括提供穿过中心管302的流动路程的元件。流入部分322和带眼部分326可以被配置为长度在0.5ft与4ft之间。第一连接部分324和第二连接部分328可以被用于将防砂设备300连接到其它防砂设备或管道上，并且可以在中心管302和防砂筛管304末端所形成的室的位置。第一连接部分324和第二连接部分328可以被配置成特定长度，如2英寸(in)至4ft或其它合适的距离，其具有特定的内径和外径。
在本发明的一些实施方式中，在第一和第二连接部分324和328内，连接机构可以被用于形成固定连接和密封连接。举例来说，第一连接330可以位于第一连接部分324内，并且第二连接332可以位于第二连接部分328内。这些连接330和332可以包括用于形成与其它装置连接的各种方法。举例来说，第一连接330可以具有内螺纹并且第二连接332可以具有与其它防砂设备或另一个管段形成密封的外螺纹。还应当注意，在其它实施方式中，防砂设备300的连接机构可以包括在如下文献中所描述的连接机构：例如美国专利号6,464,261；美国专利号60/775,434；国际专利申请号WO2004/046504；国际专利申请号WO2004/094769；国际专利申请号WO2005/031105；美国专利申请公布号2004/0140089；美国专利申请公布号2005/0028977；美国专利申请公布号2005/0061501；美国专利申请公布号2005/0082060；美国专利申请号60/765,023；和美国专利申请号60/775,434。
在本发明的一些实施方式中，在流入部分322和带眼部分326内，流入控制机构可被用于调节防砂设备内的流动路程或压力损失。作为具体实例，防砂设备300可以包括一个或多个流入控制设备308、一个或多个射孔或开口310以及密封元件312。流入控制设备308可以位于防砂设备300的一端，而沿着密封元件312的开口310则在防砂设备300的另一端。流入控制设备308可被用于在砾石充填和/或生产作业期间控制地层流体从室进入中心管302的流动。流入控制设备308可以包括喷嘴、阀、弯曲通道、成形物体或本领域已知的其它合适机构，用于产生压降或压力损失。具体地，流入控制设备308可以通过形状压力损失(如成形物体、喷嘴)或摩擦压力损失(如螺旋几何体/螺旋管)而节流。
形状压力损失——其基于相对于流体流动的物体的形状和排列——是由于在物体上流动的流体的分离所引起的，其在物体后面在不同压力下导致湍流束。开口310可被用于在砾石充填作业期间给流体如携带液提供另外的流动路程，因为流入控制设备308可以通过在砾石充填作业期间阻止携带液流入中心管302而限制砾石的放置。中心管302中开口数目可以进行选择以在砾石充填作业期间提供适当的流入，以实现部分或基本上完全的砾石充填。也就是说，中心管302中开口的数目和尺寸可以进行选择以提供从井筒穿过防砂筛管304的足够的流体流动，其被用于在井筒中沉积砾石和形成砾石充填。如本领域已知，穿过防砂筛管304具有适当的流体漏失的可选途径的砾石充填技术已经被证实在油田中能实现完全的砾石充填。
在本发明的一些实施方式中，密封元件或膨胀元件312可以包围中心管302并且可以水力起动膨胀元件(即弹性材料或热塑性材料)或膨胀材料(即膨胀橡胶元件或膨胀聚合物)。膨胀材料可以在刺激如水、调节钻井液、完井液、采出液(即烃)、其它化学品或其任意组合的存在下膨胀。作为实例，膨胀材料可以被置于防砂设备300中，其在烃存在下膨胀以在中心管302的壁与防砂筛管304的不渗透部分之间形成密封(参见，如Easy Well Solutions′CONSTRICTORTM、SwellFix′s E-ZIPTM或P-ZIPTM)。进一步地，密封元件312可以通过去除冲洗管和/或通过信号、电力或水力而被化学地、机械地激活，以在一些或全部生产作业期间将开口310与流体流动隔开。对于防砂设备300a和300b的可选视图，元件的横截面图在图3B中沿线AA显示，在图3C中沿线BB显示，在图3D中沿线CC显示，在图3E中沿线DD显示以及在图3F中沿线EE显示。
防砂设备300的作业的一些实施方式参考图3A和3F被进一步描述。在图3A中，防砂设备300a被移动至井筒内的特定位置。防砂设备300a——其可以与转换工具连接——在砾石填充作业期间提供给携带液穿过防砂筛管304和开口310进入中心管302的一个或多个流动路程314。携带液或砾石充填液可以包括XC凝胶(野生黄原胶或黄原酸胶)、具有非牛顿流变学性质的粘弹性流体、用羟乙基纤维素(HEC)聚合物增粘的流体、用精制黄原胶聚合物(如Kelco′s
Figure G200780011610XD00151
)增粘的流体、用粘弹性表面活性剂增粘的流体和/或具有有利的流变性和携砂容量的流体，其用于采用可选途径技术用所述至少一个防砂设备将砾石充填到井筒的地下底层。在砾石填充作业期间，密封元件312没有阻断流动路程314并且提供给携带液除流入控制设备308以外的可选流动路程。形成砾石充填后，生产作业可以开始，如图3F所示。在图3F中，密封元件312起动以阻断穿过开口310的流体流动。因此，防砂设备300b——其可以被连接到油管柱128或其它管子上——可以提供给地层流体穿过防砂筛管304和流入控制设备308进入中心管302的一个或多个流动路程316。因此，在该实施方式中，开口310被隔断以限定流体只流向流入控制设备308，其被设计来控制来自层段108的流体流动。
作为具体实例，防砂设备300可以在水基泥浆中运行，其中烃膨胀材料被用于密封元件312。在筛管运行和砾石充填期间，在中心管302与防砂筛管304之间的室对于穿过流入控制设备308和/或开口310的流体流动是开放的。然而，在生产作业如测井后的作业期间，包含烃膨胀材料的密封元件312膨胀以关闭带眼部分326内的室。因此，在包含烃膨胀材料的密封元件312隔断开口310后，流体流动被限定于流入控制设备308。
可选地，作为另一实例，如果防砂设备300在油基泥浆如非水流体(NAF)中运行，烃膨胀材料可以再次用于密封元件312。在该实例中，密封元件312膨胀过程被评价以确定与隔断开口以防止井中流体流动相关的时间。构成密封元件312的材料可以被配置使得密封元件312在NAF中以已知的速度膨胀。可选地，半渗透材料涂层或覆盖层——其可以防止密封元件312的早期膨胀——可以被施用到密封元件312上。在任一种情况下，膨胀过程可以被设计为以规定速度进行，使得某些作业得以在井筒内进行。密封元件312膨胀后，地层流体只能通过流入控制设备308进入中心管302的内部。
有利地，含有膨胀材料的防砂设备300可以是被动式系统，其可以自动调节以控制流体流入油管柱128。进一步地，该实施方式并不复杂，其降低了制造成本。此外，防砂设备300还提供了各种作业加强。举例来说，基于膨胀材料的膨胀，全井测试可以在流动仅转向流入控制设备308之前在地下地层内的层段上进行。此外，生产作业如维修作业或处理作业可以通过用化学品如酸进行，用于溶解或收缩膨胀材料以增加来自井内单个层段的流动。可选地，电力或水力信号还可被用于收缩材料。防砂设备300的另一可选实施方式被进一步描述在图4A-4G中。
图4A-4G是根据本发明的方面图3A-3G的防砂设备的第一可选实施方式的说明图。在图4A-4G中，防砂设备400a和400b——其被总称为防砂设备400——是在不同作业阶段如砾石填充和生产中防砂设备400的可选视图。因此，防砂设备400使用与图3上述那些元件相类似的元件的参考数字。具体地，防砂设备400可以包括主体部分410、流入部分412、第一连接部分414、带眼部分416和第二连接部分418，其用钢或金属合金制成。这些部分410-418中每一个都可包括类似特征，以类似方式运转并且包括与上面讨论的各个部分320-328类似的材料。
然而，在该可选实施方式中，分路管402已经被包含在防砂设备400中。分路管402可以包括充填管和/或运输管并且还可以与防砂筛管304一起使用以在井筒内进行砾石充填和其它作业。充填管可以具有一个或多个阀或喷嘴(未显示)，其提供给包含携带液和砾石的砾石泥浆进入在防砂筛管304与井筒壁之间形成的环空的流动路程。这些阀可以防止来自单独层段的流体流过所述至少一个分路管进入另一层段。这些分路管在本领域是已知的，如在美国专利号5,515,915、5,890,533、6,220,345和6,227,303中进一步所述。
因此，在该实施方式中，防砂设备400包括流入控制设备308、开口310、密封元件312和分路管402。在该实施方式中，密封元件312可以包括多个单独节段或部分(sections或者portions)，如位于相邻分路管402之间的多个密封元件312部分，或者含有分路管402的开口的单个密封元件312。多个密封元件部分312——其可以包括水力激活的膨胀元件或膨胀材料——可以阻断流体流向防砂设备400内的开口310。对于防砂设备400a和400b的可选视图，一些不同元件的横截面图在图4B中沿线FF显示，在图4C中沿线GG显示，在图4D中沿线HH显示，在图4E中沿线II显示以及在图4G中沿线JJ显示。
防砂设备400的作业的一些实施方式参考图4A和4F被进一步描述。在图4A中，防砂设备400a被移动至井筒内的特定位置。防砂设备400a——其可以与转换工具连接——在砾石填充作业期间提供给携带液穿过防砂筛管304和开口310进入中心管302的一个或多个流动路程404。在砾石填充作业期间，密封元件312没有阻断流动路程404并且提供给携带液除流入控制设备308以外的可选流动路程。形成砾石充填后，生产作业可以开始，如图4F所示。在图4F中，密封元件312的单个部分膨胀以阻断穿过开口310的流体流动。因此，防砂设备400b——其可以被连接到油管柱128或其它管子上——可以提供给地层流体穿过防砂筛管304和流入控制设备308进入中心管302的一个或多个流动路程408。因此，开口310被隔断以限定流经流入控制设备308，其控制来自层段108的流体流动。有利地，通过使用分路管402，较长部分的层段可以被填充而没有漏失进入地层。漏失进入地层典型地是不完全砾石充填的原因之一。因此，分路管402提供了一种沿着防砂筛管形成基本完全的砾石充填的机构，其绕过了砂和/或砾石桥堵。
图5A-5F是根据本发明的方面图3A-3G的防砂设备的又一可选实施方式的说明图。在图5A-5F中，防砂设备500a和500b——其被总称为防砂设备500——是在不同作业阶段如砾石填充和生产中防砂设备500的可选视图。防砂设备500以类似于流动控制设备400的方式运行并且使用与上面图3A-3G和4A-4G中所述的那些元件类似的元件。然而，在该实施方式中，密封元件312和分路管402被配置以与支撑构件502啮合，所述支撑构件502起着与筋条305类似的作用以将中心管302与防砂筛管304分开。在一种实施方式中，支撑构件502可以用分路管402密封并且支撑分路管402。可选地，支撑构件502可以通过焊接或螺纹连接而连接到分路管402上以提供给流体从每个分路管402穿过防砂设备500的这部分的独立流动路程。支撑构件502可以由钢、金属合金或其它合适材料制成。每个支撑构件502位于一个分路管402周围或者与之连接并且位于中心管302和防砂筛管304之间。密封元件312位于邻近的支撑构件502之间；这为密封元件312部分形成一定的空间以在支撑构件502、中心管302和防砂筛管304之间膨胀并且形成密封。对于防砂设备500a和500b的可选视图，一些不同元件的横截面图在图5B中沿线KK显示，在图5C中沿线LL显示，在图5E中沿线MM显示以及在图5F中沿线NN显示。
图6A-6G是根据本发明的方面图3A-3G的防砂设备的还有另一可选实施方式的说明图。在图6A-6G中，防砂设备600a和600b——其被总称为防砂设备600——是在不同作业阶段如砾石填充和生产中防砂设备的可选视图。因此，防砂设备600使用与图3A-3G4和4A-4G上述那些类似的元件的参考数字。具体地，防砂设备600可以包括主体部分610、流入部分612、第一连接部分614、带眼部分616和第二连接部分618，其用钢或金属合金制成。这些部分610-618中每一个都可包括类似特征，以类似方式运转并且包括与上面讨论的各个部分320-328类似的材料。
然而，在该实施方式中，分路管602位于防砂筛管304外部。类似于上面所示的分路管402，分路管602可以包括充填管、运输管、阀和用于砾石填充井筒内层段的其它元件。这些分路管——其可以包括任何数目的几何体——在本领域是已知的并且被进一步描述在美国专利号4,945,991和5,113,935中。
在本发明的一些实施方式中，防砂设备600包括流入控制设备308、开口310、密封元件312和分路管602，它们类似于上面的讨论运行。具体地，密封元件312——其可以是单个元件或多个密封部分——可以以类似于图4A-4G的讨论的方式运行。也就是说，图6A的防砂设备600a——其可以与转换工具连接——在砾石填充作业期间提供给携带液穿过防砂筛管304和开口310进入中心管302的一个或多个流动路程604。形成砾石充填后，防砂设备600b——其可以被连接到油管柱128或其它管子上——可以提供给地层流体穿过防砂筛管304和流入控制设备308进入中心管302的一个或多个流动路程608，如图4F所示。对于防砂设备600a和600b的可选视图，一些元件的横截面图在图6B中沿线OO显示，在图6C中沿线PP显示，在图6D中沿线QQ显示，在图6E中沿线RR显示以及在图6G中沿线SS显示。
作为另一实例，图7A-7B是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备的另一可选实施方式的说明图，所述防砂设备含有密封元件。类似于图3A-3G的讨论，防砂设备700a和700b——其被总称为防砂设备700——是在不同作业阶段如砾石填充和生产中防砂设备的可选视图。防砂设备700具有流入控制设备308、开口310和密封元件312，其类似于上面的讨论运行。然而，在防砂设备700的这种实施方式下，流入控制设备308、开口310和密封元件312位于防砂设备700的同一端。
在本发明的一些实施方式中，防砂设备700包括多个部分，如主体部分702、流入部分704、带眼部分706、第一连接部分708和第二连接部分710，它们用钢或金属合金制成，如上所示。主体部分702和连接部分708和710可以类似于部分320、324和328配置，这在上面被讨论。然而，在该实施方式中，尽管流入部分704和带眼部分706可以被配置为具有与322和326类似的长度，如图3A-3G的讨论，流入部分704和带眼部分706位于防砂设备700的同一端。
在本发明的一些实施方式中，防砂设备700被移动至井筒内的特定位置。在图7A中，防砂设备700——其可以与转换工具连接——提供给携带液穿过防砂筛管304和开口310进入中心管302的一个或多个流动路程712。此外，在砾石填充作业期间，密封元件312没有阻断流动路程712以提供给携带液可选流动路程。形成砾石充填后，生产作业可以开始，如图7B所示。在图7B中，密封元件312膨胀以阻断穿过开口310的流体流动。因此，防砂设备700b——其可以被连接到油管柱128或其它管子上——可以提供给地层流体穿过防砂筛管304和流入控制设备308进入中心管302的一个或多个流动路程714。因此，开口310被隔断以限定流经流入控制设备308，其控制来自层段108的流体流动。
带有导管的防砂设备
图8A-8C是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备的一种实施方式的说明图，所述流入控制机构含有导管。在图8A-8C中，防砂设备800使用与图3A-3G上述那些类似的元件的参考数字。然而，在该实施方式中，一个或多个导管——其为了简单起见被显示为单个导管802——和阻挡元件804代替流入控制设备308被用于为防砂设备提供摩擦压力损失。因此，导管802和阻挡元件804可以增强井筒内的砾石充填和生产作业，如本文所述。
在示例性实施方式800中，防砂设备800包括主体部分810、带眼部分812、第一连接部分814和第二连接部分816，其可以由钢或金属合金制成。类似于图3A-3G的部分320、324和326，部分810、814和816可以由类似材料制成，包括类似元件并且以类似方式配置，如上所示。带眼部分812可以由钢和/或金属合金制成并且被配置为在大约4in和大约4ft之间，其具有特定的内径和外径。
在示例性实施方式中，防砂设备800包括导管802和阻挡元件804，其被用于在砾石充填和生产作业期间控制流体流动。导管802可以包括一个或多个管(类似于图4的分路管402)、一个或多个管道或其它类似的流体通道。导管802在隔开的室之间延伸，所述隔开的室是在主体部分302和带眼部分812内的中心管302、防砂筛管304和阻挡元件804之间形成的。导管802具有预定的直径和长度以在砾石充填过程期间提供适当的漏失以实现完全或基本完全的充填。举例来说，在不同的实施方式中，导管802可具有1/4in至1in的直径，可以包括1至36个导管，并且具有约10英尺(ft)至约50ft的长度。此外，管的直径和长度可以进行选择以在生产作业期间通过摩擦压力损失提供足够的节流，以与流入控制设备类似地运行。导管802的直径和长度可以根据经验、流体性质、模拟和/或计算(即涉及不同作业的携带液和地层流体的计算流体力学计算或方程)进行确定。阻挡元件804可由钢、金属合金、膨胀材料(即密封元件312)和/或其它合适的材料制成，其形成以将主体部分810和带眼部分812内的室相互隔开。对于防砂设备800的可选视图，元件的横截面图在图8B中沿线TT显示并且在图8C中沿线UU显示。
在本发明作业的一些方法中，防砂设备800被移动至井筒的某一位置。在砾石充填和生产作业期间，沿流动路程806的流体流动——其通过防砂筛管304进入第一室——通过导管802流入第二室并且通过射孔310进入中心管302。对于砾石充填作业，携带液以允许砾石充填在防砂设备800周围形成的方式流过导管802。因此，用于砾石充填作业的携带液可以被设计得相对于水或烃具有降低的摩擦损失特性。举例来说，携带液可以包括用于可选途径砾石充填作业的流体，如上所述。通过选择具有低摩擦损失特性的携带液，携带液和砾石可以流过井以形成基本完全的砾石充填。然而，烃和水生产——其固有地具有更高的摩擦压降——受到更多的限制，导致流入控制作用。
作为具体的实例，导管的压力损失可以进行计算并且被用于选择管，这相比流入控制设备如喷嘴增强了作业。具体地，如果在生产作业期间的压力损失经过计算要使用两个4毫米(mm)的喷嘴，那么长度30ft且直径10mm的两个导管可在生产作业期间使用。喷嘴和导管的压力损失或节流在每个筛管节点550桶油/天(bopd)的情况下为约150psi。然而，喷嘴和导管可以在砾石充填作业期间起着不同的作用。举例来说，携带液可以是XC凝胶，其对于每个防砂设备以1/2桶/分钟(bpm)流动。喷嘴的最终压力损失——其可以为约500磅/平方英寸(psi)——是两个导管的压力损失——其可以为约100psi——的约5倍。
有利地，导管802和由阻挡元件804形成的室被用于阻止具有磨擦压力损失的烃和水的流动，这与来自流入控制设备或喷嘴的压力损失相对。尽管对于生产作业两项技术以相似的方式运行，导管802提供有效进行砾石充填作业的机构，而流入控制设备往往只是抑制携带液并且阻碍砾石充填形成。
防砂设备800另一可选实施方式被进一步描述在图9A-9E中。图9A-9E是根据本发明的方面图8A-8C的防砂设备的第一可选实施方式的说明图。图9A-9E显示在不同作业阶段如砾石充填和生产中添加有内部分路管402的防砂设备900的可选视图。因此，防砂设备900使用与上面图3A-3G、4A-4G和8A-8C中描述的那些相似的元件的参考数字。在该实施方式中，分路管402已经被包括在防砂设备900中以提供通过防砂设备900将砾石充填到井筒中的其它部分的机构，如下所述。此外，如上所示，分路管402可以包括填充管和/或运输管并且还可以与防砂筛管304一起用于在井筒内进行砾石充填。
在图9A-9G中，防砂设备900包括开口310、分路管402、导管802和阻挡元件804。阻挡元件804被定位在中心管302与防砂筛管304之间以将主体部分810和带眼部分812内的室相互隔开。因此，在该实施方式中，阻挡元件804可以包括位于相邻分路管402和/或导管802之间的多个单独部分如多个阻挡部分，或者可以是具有分路管402和/或导管802的开口的单个元件。来自层段的流体可以沿着用于砾石充填和生产作业的路径902流动。对于防砂设备900的可选视图，一些元件的横截面图在图9B中沿线VV显示，在图9C中沿线WW显示，在图9D中沿线XX显示并且在图9F中沿线YY显示。
作为另一实例，图10A-10C是根据本发明的方面图8A-8C的防砂设备的第二可选实施方式的说明图。图10A-10C显示在不同作业阶段如砾石充填和生产中添加有外部分路管602的防砂设备1000的可选视图。因此，防砂设备1000使用与上面图3A-3G、6A-6G和8A-8C中描述的那些相似的元件的参考数字。在该实施方式中，分路管602已经被包括在防砂设备1000中以提供通过防砂设备1000将砾石充填到井筒中的其它部分的机构，如下所述。此外，分路管602可以包括填充管和/或运输管以在井筒内将砾石充填到防砂设备1000。
在图10A-10C中，防砂设备1000包括开口310、分路管602、导管802并且阻挡元件804。阻挡元件804被定位在中心管302与防砂筛管304之间以将主体部分810和带眼部分812内的室相互隔开。因此，在该实施方式中，阻挡元件804可以是具有导管802的开口的单个元件。来自层段的流体可以沿着用于砾石充填和生产作业的路径1002流动。对于防砂设备1000的可选视图，各种元件中一些的横截面图在图10B中沿线ZZ显示并且在图10C中沿线A′A′显示。
带有滑动套筒的防砂设备
图11A-11F是根据本发明的方面在图1的生产系统中所用的带有流入控制机构的防砂设备的又一可选实施方式的说明图，所述流入控制机构含有套筒。图11A-11F显示在不同作业阶段中防砂设备1100a-1100f的可选视图，其使用与上面图3A-3G描述的那些类似的元件的参考数字。然而，在该实施方式中，套筒1102——其可以被调节进入多个位置中，如下入位置、砾石充填位置和生产位置——被用于控制穿过防砂设备1100a-1100f——其可被总称为防砂设备1100——的流动路程。举例来说，在图11A-11C中的套筒1102被配置以沿着箭头1104和1106所示的方向在中心管302的圆周周围旋转，而在图11D-11F中的套筒1102被配置以沿着箭头1107和1108所示的方向沿着中心管302的纵轴滑动。不管具体的套筒配置如何，套筒1102可被调节以控制不同井作业的压力损失并且可以紧邻中心管302在外部或内部放置。
在一个示例性实施方式中，防砂设备1100可以包括主体部分1110、带眼部分1112、第一连接部分1114和第二连接部分1116，其用钢或金属合金制成。类似于图3A-3G的部分320、324和326，部分1110、1114和部分1116可以由类似材料制成，包括类似元件并且以类似方式配置，如上所示。带眼部分1112可以由钢和/或金属合金制成并且被配置在约4in与约4ft之间，其具有特定的内径和外径。
在一些实施方式中，防砂设备1100可进一步包括流入控制设备308、开口310和套筒1102，它们被用于控制下入(running)、砾石充填和生产作业期间的流体流动。套筒1102可以包括钢或金属合金的壳体，其具有固定到壳体上的密封元件。尽管套筒1102显示位于中心管302周围的外部，但是在其它实施方式中套筒1102还可以被置于中心管302的内部。
在本发明作业的一些实施方式中，套筒1102被配置以在不同位置之间移动，如在图11A和11D中所示的下入位置(runningposition)、在图11B和11E中所示的砾石充填位置以及在图11C和11F中所示的生产位置。举例来说，如图11A和11D所示，套筒1102可以通过偏置部件(biasing member)(未显示)偏置进入下入位置。在下入位置，套筒1102可以通过形成覆盖这些元件的密封而阻止流体流到流入控制设备308和开口310中。然后，套筒1102可以通过移动冲洗管穿过防砂设备1100a而被移动到砾石充填位置中。冲洗管的移动可以折断偏置部件或使之脱离。在砾石充填位置，套筒1102可以阻断流体流到流入控制设备308中，但是提供穿过开口310的流体路程，如图11B和11E所示。以此种方式，携带液可以从井筒返回穿过防砂筛管304并且进入开口310。形成砾石填充后，冲洗管可以从防砂设备1100b中去除。冲洗管的去除可以将套筒1102移动进入生产位置，如图11C和11F所示。在生产位置，套筒1102可以阻断流体流入开口310，但是提供穿过流入控制设备308的流体路程。以此种方式，地层流体如烃可以从井筒流动穿过防砂筛管304和流入控制设备310进入中心管302。应当注意，如果检测到出水，套筒1102——其还可以被电力或水力控制——可以被移动到下入位置以阻断来自层段的流动。
有利地，具有多个位置的套筒1102可以被用于以有效的方式控制来自井筒的流体的流动。套筒1102为生产作业提供另外的灵活性，并且通过隔离与防砂设备1100相邻的层段或层段部分可以减少潜在的油井维修。然而应当注意，在其它配置中套筒旋转还可以包括螺旋状的或其它径向的移动或旋转。
如所示，关于水/气生产的问题可包括生产力损失、设备损坏和/或增加的处理、操作和处置成本(treating，handling and disposalcosts)。对于如下的井这些问题被进一步组合：所述井具有多个不同的完井层段如层段108a-108n并且其中地层强度可能在层段与层段之间不同。因此，在任何一个层段中的见水或见气可能威胁井内剩余的储量。因此，为了在井筒114内提供层位封隔或控制流体流动，封隔器可以与防砂设备138a-138n一起使用，所述防砂设备138a-138n可包括实施方式300、400、500、600、700和1100中—个或多个，如在下面图12中所述。
图12是根据本发明某些方面可选示例性生产系统1200。示例性生产系统1200使用了与上面图1中所述那些相似的元件的参考数字。然而，封隔器1202a-1202n，其中数字“n”是任何整数，被用于该实施方式中以将井筒114的不同层段108a-108n相互封隔。封隔器1202a-1202n可包括任何合适的封隔器，如在美国临时申请60/765,023中所述的封隔器。因此，在该实施方式中，防砂设备138与封隔器1202a-1202n一起的各种实施方式可被用于控制烃的流动或提供井内的层位封隔。
作为实例，为了控制烃的流动，防砂设备138a-138n可包括实施方式300、400、500、600、700和1100中一个或多个。如果防砂设备138包括作为密封元件312的水膨胀材料或者具有套筒1102，开口310可被用于砾石充填和生产作业以使生产流动最大化直至水从层段出现。出水之后，密封元件312可膨胀或者套筒可被调节至生产位置，以将开口310密封住地层流体。因此，流入控制设备308是从层段到中心管302内部的唯一路程。有利地，该实施方式可以限制来自地层层段之一的出水的影响。
为了在井筒114内提供层位封隔，封隔器1202a-1202n可以与防砂设备138a-138n一起使用，所述防砂设备138a-138n可至少包括实施方式1100。在该实例中，防砂设备138可包括套筒1102，其被配置以提供或阻断进入流入控制设备308和开口310的通路。开口310可被用于砾石充填，而流入控制设备308可被用于生产作业。出水之后，套筒1102可被移动至下入位置以将开口310和流入控制设备308密封住水。因此，至少一个防砂设备138和两个相邻的封隔器1202a-1202n可被用于将井筒114内的层段密封。可选地，水膨胀封隔器当与实施方式中任意一个结合时可被用于同样的功能。
作为可选实施方式，不同几何格局或任何数目的管如分路管402和602以及导管802可被用于不同的应用。这些管可被配置为在防砂设备138内提供冗余的流动路程或挡板(交错)。举例来说，尽管防砂设备400显示有九个分路管402，防砂设备可包括任意数目的分路管，如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多，这取决于具体的应用。同样，尽管防砂设备600显示有四个外部分路管402，防砂设备可包括任意数目的分路管，如一个、两个、三个、四个或更多，这再次取决于具体的应用。另外，尽管防砂设备800显示有一个导管802，防砂设备可包括任意数目的导管，如一个、两个、三个、四个或更多，这再次取决于具体的应用。此外，还应当注意，管可以包括各种形状并且可基于空间限制、压力损失和破裂/破坏能力进行选择。举例来说，对于不同应用来说，管可以是圆形、矩形、梯形、多边形或其它形状。
类似地，对于不同应用来说，管状构件如中心管302和防砂筛管304可以包括不同的几何形状，如对管的讨论。举例来说，对于不同应用来说，管状构件可包括形状如圆形、矩形、梯形、多边形或其它形状。此外，尽管这些管状构件以同心结构显示，偏心结构也可以使用，这取决于具体应用。
此外，这些实施方式可与砾石放置方法(即砾石充填作业)一起使用，其在美国专利号60/765,023中有所讨论。举例来说，井筒可用钻井液进行钻井以进入地下底层。钻井液可以通过振动筛和其它仪器进行调节以去除某一尺寸以上的材料。然后，一个或多个防砂设备可被置于或移动至在调节好的钻井泥浆中的靠近地下地层的井筒内。防砂设备可以是本文所公开的本发明实施方式中任意一个，和/或已经已知或未知的其它构造或其一些组合。防砂设备可以包括流入控制机构以在砾石充填作业期间提供比在一些生产作业期间的压力损失小的压力损失。转换工具可以被连接到防砂设备上或者与之啮合，并且封隔器可以被置于防砂设备上以隔开防砂设备上的井筒。放置之后，与防砂设备相邻的调节好的钻井液可以用携带液取代。然后，携带液与砾石一起可以循环穿过转换工具以在井筒内的防砂设备周围形成砾石充填。然后，转换工具可以脱离防砂设备，并且油管柱可以被连接到防砂设备上。然后，可以以上面讨论的不同方法对防砂设备进行调节以限制在生产作业期间的流体流动。然后，烃可以从砾石充填和防砂设备中生产出来。
应当注意，当用于描述井中设备的位置时术语“上面”应当作广泛解释并且不限于指“靠近所述地表”。如已知的，如果采取井的路程，一些井可以是水平的或者甚至具有稍微向上的角度，从而靠近所述地面的设备可能在油管柱“下面”更远处。在本文中，当用于油管布置的上下文中时“上面”或“下面”是指油管的路程，并非是针对地表的直线距离。
尽管本发明的技术可允许有各种改变和可选形式，但仅通过举例示出了上述示例性实施方式。然而，应再次理解，本发明并不意欲限于本文所公开的具体实施方式。事实上，本发明将覆盖落入所附权利要求书所限定的本发明精神和范围之内的所有可选形式、改变和等价物。

Claims (75)

1.与烃生产相关的系统，其包括：
井筒，其被用于从地下储层中生产烃；
油管柱，其被置于所述井筒内；
至少一个防砂设备，其与所述油管柱相连并且被置于所述井筒内，其中所述至少一个防砂设备的至少一个包括：
第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；
第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备的每个都提供到达所述第二管状构件内部的流动路程；和
密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置以在砾石充填作业期间提供比在生产作业期间的压力损失小的压力损失。
2.根据权利要求1所述的系统，其中压力损失是当流体在所述至少一个防砂设备的外面流入所述第二管状构件内部时的流体压力变化。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个防砂设备被置于所述井筒的裸眼部分内。
4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括至少一个分路管，其被固定到所述第一管状构件和所述第二管状构件中至少一个上。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述密封机构包括置于所述至少一个分路管中两个之间的多个部分。
6.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括至少一个支撑构件，其被置于至少一个所述多个分路管周围并且被固定到所述第一管状构件和所述第二管状构件中至少一个。
7.根据权利要求4所述的系统，其进一步包括至少一个筋条，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间以支撑所述第一管状构件的渗透部分。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述密封机构是对刺激的存在自动响应的膨胀材料。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述密封机构是水力激活的、电力激活的或化学激活的。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述密封机构被置于所述多个开口和所述至少一个流入控制设备之间，其中所述密封机构被配置以：
在所述砾石充填作业期间提供从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过所述多个开口和所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第一流动路程，以及从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程；以及
在所述至少一部分生产作业期间阻止流体流过所述第一流动路程。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备位于所述至少一个防砂设备中每一个的同一端。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备位于所述至少一个防砂设备中每一个的相对端。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述至少一个流入控制设备包括喷嘴、弯曲通道、管和其任意组合之一。
14.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述密封机构被配置以将在所述第一管状构件和第二管状构件之间形成的第一室和第二室隔开，其中所述第一室包括所述第一管状构件的所述渗透部分并且所述第二室包括在所述第二管状构件中的所述多个开口；和
所述至少一个流入控制设备是至少一个导管，其中所述至少一个导管提供在所述第一室和所述第二室之间穿过所述密封机构的至少一个流体流动路程。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述密封机构包括套筒，其被置于所述第二管状构件附近并且被配置以在多个位置之间移动，其中所述多个位置包括：
第一位置，其提供从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过至少所述多个开口进入所述第二管状构件内部的第一流动路程；和
第二位置，其提供从所述第一管状构件的所述渗透部分仅仅穿过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述套筒被配置以部分地在所述第二管状构件周围旋转。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述套筒被配置以沿着所述第二管状构件滑动。
18.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括在所述至少一个防砂设备周围形成的砾石充填。
19.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括采油树，其被连接到所述油管柱上并且被置于所述井筒上方，并且进一步包括浮式采油设施，其被连接到所述采油树上并且被用于从所述地下储层中生产烃。
20.根据权利要求1所述的系统，其中砾石充填作业包括多个活动，其被进行以至少部分在所述至少一个防砂设备周围形成砾石充填。
21.根据权利要求1所述的系统，其中生产作业包括多个活动，其被进行以在所述至少一个防砂设备周围形成至少部分砾石充填后从所述地下储层中生产烃。
22.从井中生产烃的方法，其包括：
将至少一个防砂设备置于与地下地层接近的井筒内，其中所述至少一个防砂设备中的至少一个包括：
第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；
第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备，其中每个都提供到达所述第二管状构件内部的流动路程；和
密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置以在砾石充填作业期间提供比在至少一部分生产作业期间的压力损失小的压力损失；
砾石充填所述井筒内的所述至少一个防砂设备；以及
通过使烃穿过所述至少一个防砂设备而从所述至少一个防砂设备中生产烃。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括调节所述至少一个防砂设备中所述至少一个以限制流体流过所述至少一个流入控制设备。
24.根据权利要求23所述的方法，其中调节所述至少一个防砂设备中所述至少一个包括在所述至少一个防砂设备中的密封元件对刺激的自动响应。
25.根据权利要求23所述的方法，其中调节所述至少一个防砂设备中所述至少一个包括调节在所述至少一个防砂设备中的套筒。
26.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括调节所述至少一个防砂设备中所述至少一个以阻断进入所述至少一个防砂设备内部的至少一个流体流动路程。
27.根据权利要求22所述的方法，其包括：
调节钻井液，其被用于通过井筒进入所述地下地层，其中所述至少一个防砂设备中所述至少一个被置于所述井筒中在所述调节好的钻井液中；
在所述至少一个防砂设备中所述至少一个上方放置封隔器后，用携带液取代与所述至少一个防砂设备中所述至少一个相邻的所述调节好的钻井液；和
使用具有砾石的携带液砾石充填所述至少一个防砂设备中所述至少一个。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述携带液包括用羟乙基纤维素(HEC)聚合物增粘的流体。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述携带液包括用黄原胶聚合物和粘弹性表面活性剂之一增粘的流体。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述携带液具有有利的流变性和携砂容量，其用于在所述至少一个防砂设备中所述至少一个中采用可选途径技术将砾石填充到所述井筒内的所述至少一个防砂设备中所述至少一个中。
31.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括放置多个封隔器以在所述井中提供层位封隔。
32.根据权利要求22所述的方法，其中压力损失是当流体在所述至少一个防砂设备中所述至少一个的外面流入到所述至少一个防砂设备中所述至少一个内的管状构件内部时的流体压力变化。
33.与烃生产相关的系统，其包括：
油管柱，其被置于用于进入地下地层的井筒内；
至少一个防砂设备，其与所述油管柱相连并且被置于所述井筒内，其中所述至少一个防砂设备中的至少一个包括：
第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；
第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备；和
密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置以：
在砾石充填作业期间提供通过仅仅所述多个开口以及所述多个开口连同所述至少一个流入控制设备之一进入所述第二管状构件内部的第一流动路程；
在至少一个生产作业期间提供仅仅通过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述至少一个防砂设备中所述至少一个被置于所述井筒的裸眼部分内。
35.根据权利要求33所述的系统，其进一步包括至少一个分路管，其被固定到所述第一管状构件和所述第二管状构件中至少一个上。
36.根据权利要求33所述的系统，其中所述密封机构是膨胀材料，其对刺激的存在响应而自动膨胀以阻断流体流入所述多个开口。
37.根据权利要求33所述的系统，其中所述密封机构是水力激活的、电力激活的或化学激活的。
38.根据权利要求33所述的系统，其中所述密封机构被置于所述多个开口和所述至少一个流入控制设备之间，其中所述密封机构被配置以在所述至少一个生产作业期间阻止流体流过所述多个开口。
39.根据权利要求33所述的系统，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备位于所述至少一个防砂设备中所述至少一个的每一个的同一端。
40.根据权利要求33所述的系统，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备位于所述至少一个防砂设备中所述至少一个的每一个的相对端。
41.根据权利要求33所述的系统，其中所述密封机构是套筒，其被置于所述第二管状构件附近并且被配置以在多个位置之间移动，其中所述多个位置包括：
第一位置，其提供从所述第一管状构件的所述渗透部分进入所述第二管状构件内部的第一流动路程；和
第二位置，其提供从所述第一管状构件的所述渗透部分进入所述第二管状构件内部的第二流动路程。
42.根据权利要求41所述的系统，其中所述套筒被配置以部分地在所述第二管状构件周围旋转。
43.根据权利要求41所述的系统，其中所述套筒被配置以沿着所述第二管状构件滑动。
44.根据权利要求33所述的系统，其进一步包括在所述至少一个防砂设备的所述至少一个周围形成的砾石充填。
45.根据权利要求33所述的系统，其进一步包括采油树，其被连接到所述油管柱上并且被置于所述井筒上方，并且进一步包括浮式采油设施，其被连接到所述采油树上并且被用于从所述地下储层中生产烃。
46.根据权利要求33所述的系统，其中砾石充填作业包括多个活动，其被进行以至少部分在所述至少一个防砂设备的所述至少一个周围形成砾石充填。
47.根据权利要求33所述的系统，其中至少一个生产作业包括这样的活动，其被进行以在所述至少一个防砂设备的所述至少一个周围形成至少部分砾石充填后从所述地下储层中生产烃。
48.与烃生产相关的方法，其包括：
提供防砂设备，其含有第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备，其中每个都提供到达所述第二管状构件内部的流动路程；和密封机构，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间，其中所述密封机构被配置以在砾石充填作业期间提供通过仅仅所述多个开口以及所述多个开口连同所述至少一个流入控制设备之一进入所述第二管状构件内部的第一流动路程；并且在至少一部分生产作业期间提供只通过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程；
将所述防砂设备置于井筒内；
使所述防砂设备啮合到转换工具上以至少部分在所述防砂设备周围形成砾石充填；
使所述转换工具与所述防砂设备分开；以及
将所述防砂设备与油管柱相连以通过所述至少一个流入控制设备生产烃。
49.根据权利要求48所述的方法，其进一步包括在所述生产作业之前调节所述防砂设备以限制流体流过所述至少一个流入控制设备。
50.根据权利要求49所述的方法，其中调节所述防砂设备基于所述防砂设备中所述密封机构的自动响应。
51.根据权利要求49所述的方法，其中所述密封机构包括套筒，并且其中调节所述防砂设备包括调节所述防砂设备中的所述套筒。
52.根据权利要求48所述的方法，其进一步包括调节所述防砂设备，以阻断进入所述第二管状构件内部的所述第一流动路程。
53.根据权利要求48所述的方法，其包括：
调节钻井液，其被用于通过井筒进入地下地层，其中所述防砂设备被置于所述井筒中在所述调节好的钻井液中；
在所述防砂设备上方放置封隔器；
用携带液取代与所述防砂设备相邻的所述调节好的钻井液；和
使用具有砾石的携带液将砾石充填到所述防砂设备。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述携带液包括用羟乙基纤维素(HEC)聚合物、黄原胶聚合物和粘弹性表面活性剂之一增粘的流体。
55.根据权利要求53所述的方法，其中所述携带液具有有利的流变性和携砂容量，其用于采用可选途径技术用所述至少一个防砂设备将砾石填充到所述井筒的地下地层。
56.根据权利要求48所述的方法，其包括向所述防砂设备中注入处理液，以去除所述密封机构并且使流体流经所述第一流动路程进入所述第二管状构件的内部。
57.生产烃的装置，其包括：
第一管状构件，其具有渗透部分和不渗透部分；
第二管状构件，其被置于所述第一管状构件内，其中所述第二管状构件具有多个开口和至少一个流入控制设备；和
密封元件，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间并且被置于所述多个开口和至少一个流入控制设备之间，其中所述密封元件被配置以：
在第一作业期间，提供从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过所述多个开口进入所述第二管状构件内部的第一流动路程，以及从所述第一管状构件的所述渗透部分穿过所述至少一个流入控制设备进入所述第二管状构件内部的第二流动路程；以及
在第二作业期间阻止流体流过所述第一流动路程同时保持流体流过所述第二流动路程。
58.根据权利要求57所述的装置，其中所述第一管状构件包括防砂筛管并且所述渗透部分包括过滤介质。
59.根据权利要求58所述的装置，其中所述过滤介质是阻止预定颗粒大小的介质。
60.根据权利要求57所述的装置，其中所述第二管状构件包括中心管。
61.根据权利要求57所述的装置，其进一步包括至少一个分路管，其被固定到所述第一管状构件和所述第二管状构件中至少一个上。
62.根据权利要求61所述的装置，其中所述至少一个分路管被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间。
63.根据权利要求62所述的装置，其中所述密封元件包括多个部分，所述部分被置于所述至少一个分路管的两个之间。
64.根据权利要求62所述的装置，其进一步包括支撑构件，其被置于所述至少一个分路管周围并且被固定到所述第一管状构件和所述第二管状构件中至少一个上。
65.根据权利要求57所述的装置，其进一步包括至少一个筋条，其被置于所述第一管状构件和所述第二管状构件之间以支撑所述第一管状构件的所述渗透部分。
66.根据权利要求57所述的装置，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备位于所述装置的同一端。
67.根据权利要求57所述的装置，其中所述多个开口和所述至少一个流入控制设备位于所述装置的相对端。
68.根据权利要求57所述的装置，其中所述至少一个流入控制设备包括喷嘴、弯曲通道、管和其任意组合之一。
69.根据权利要求57所述的装置，其中所述多个开口包括在所述第二管状构件中的射孔。
70.根据权利要求57所述的装置，其中所述密封元件是膨胀材料，所述膨胀材料在刺激存在下自动膨胀。
71.根据权利要求70所述的装置，其中所述刺激是水、调节好的钻井液、完井液、采出液或其任意组合之一。
72.根据权利要求57所述的装置，其中所述密封元件是水力、电力和化学激活的密封元件之一，以膨胀用于在所述第二作业期间阻断流体流过所述第一流动路程。
73.根据权利要求57所述的装置，其中所述第一作业是砾石充填作业。
74.根据权利要求57所述的装置，其中所述第二作业是生产作业。
75.根据权利要求59所述的装置，其中所述阻止预定颗粒大小的介质选自网筛、绕丝或其任何组合。
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