CN1091833C - 井眼系统、在井眼系统中应用的设备的方法和开发井眼系统的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种方法和井眼系统，该方法和井眼系统允许在井下使用钻井设备、管理设备、维修设备或监测设备，并可使设备移入、移过或移出井眼系统，同时，在井眼系统中移动或使用设备的至少部分时间内可以继续进行油或天然气的生产。该井眼系统包括许多在地面上的入口点和在上述入口点之间形成地下连接的地下井孔系统，使得经上述入口点中的甚少一入口点继续进行油或天然气的生产，同时设备经另一个入口点移入井眼系统或在井眼系统中操作。

Description

井眼系统、在井眼系统中应用的设备的方法和开发井眼系统的方法

技术领域

本发明涉及在生产碳氢化合物流体的井眼系统中使用设备的方法以及可以应用这种方法的系统。

背景技术

从美国专利说明书No.4 532 986和5 450 902已知采用如 1和5的前序部分所述的其中可使设备移动的U形井。

从美国专利已知的U形井中，可使蒸汽阻挡件活动地配置在蒸汽注入井和烃类混合物生产井之间，以增加烃类混合物的产量。美国专利说明书No.5 450 902公开了在井中应用往复运动的活塞和对这种碳氢化合物为单向的阀，然后将这些碳氢化合物泵向生产井。因此已知的活动设备均是被动的流体传送装置，这些装置在生产操作开始之前便装在井下。

在很多情况下，需要将设备送入、送过油或天然气的生产井，或从井中取出来，以便在起动井之后在井下使用，例如安装或除去筛砂器或测量设备，或钻另外延伸部分井或分枝井。

一般这些活动均要求将高密度流体泵入井中，进行封井，随后从井口上除去所谓的采油树(X-max tree)，将设备移入、移过井或从井中取出来。不时地还可能应用欠平衡的钻井技术或修井技术，此时井中井底压力仍小于含流体层的压力，但是在任何情况下，这种活动需要特别小心，以防止井喷和在一段相当长的时间内发生产量显著降低。

本发明的一个目的是提供一种将钻井设备、辅助设备、维修设备和/或监测设备移入、移过和/或移出井眼系统的方法，以便生产碳氢化合物流体，该方法能够容易和安全地进入井眼系统，并可以在任何时间在井下使用这些设备进行钻井、管理、维修和/或监测操作，该方法只造成少量产量损失。本发明的另一目的是提供一种井眼系统，该系统可以在任何时间进行管理、维修、监测，并可以在该井眼系统进行碳氢化合物流体生产的整个期间持续进行这种操作。

发明内容

因此，按照本发明，提供了一种将钻井设备、管理设备、维修设备或监测设备移入、移过或移出井眼系统的方法，以便生产碳氢化合物流体，该井眼系统包括地面上或靠近地面的许多入口点，该井眼系统的一个或多个地下井孔系统在上述入口点之间形成地下连接，其中设备经上述入口点的第一入口点移入、移过或移出井眼系统，在使设备移动或起动而使其在井眼系统中进行井底钻进、管理、维修或监测操作的至少部分期间内，可以通过另一个入口点进行碳氢化合物流体的生产。

上述第一和任何其它入口点可选择地作为碳氢化合物流体生产井的井口。由于在上述入口点中的第一入口点和井下封口之间配置设备，所以将中断通过形成上述入口点中第一入口点的井口进行的碳氢化合物生产，或使这种生产大大地减小，该井下封口在设备于井眼系统中驱动或移入、移过或移出井眼系统的至少部分时间内可以防止或减小碳氢化合物流体从井眼系统流向上述井口中的第一井口。

或者，上述入口点中的第一入口点是专用的设备移入和收回点，它不用于正常的生产操作。

采用适当的运载装置将设备移过井眼系统，该运载装置通过穿过上述入口点中第一入口点的电缆、光纤、液压或其它脐形导管连接于地面动力源或控制装置。

在这种情况下，运载装置可选择地包括堵塞装置，在应用运载装置或其它设备，或将它们移入、移过或移出井眼系统的甚少部分时间内，该堵塞装置可暂时地堵塞或减小流体从井眼系统流向上述入口点中的第一入口点。

本发明的井眼系统包括在地面上或靠近地面的许多入口点，以及在上述入口点之间形成地面下连接的地下井孔，其中设备活动地配置在井眼系统中；该设备包括钻井设备、管理设备、维修设备或监测设备，该设备可以在井下驱动或在通过另一入口点进行碳氢化合物流体生产的同时经上述入口点中的第一入口点插入或移出井眼系统。

本发明还涉及分阶段开发这种井眼系统的方法。该方法包括：钻井和完成用地表上或靠近地面的井入口点生产碳氢化合物流体的生产井，并通过入口起动碳氢化合物流体的生产；随后钻另一口井，使得井的井孔相交于和形成可以移动设备的地下通道，其中，在钻另一口井或完成另一口井的至少部分时间内可以通过已完的井继续生产碳氢化合物流体。在完成上述另一口井之后在通过至少一个入口点继续进行生产的同时，可以继续钻再一井孔和分枝井的作业。

可以看到，美国专利说明书No 4 390 067公开了应用相互连接的水平井和垂直井的结构，在井中注入蒸汽，以便在稠的含油层中形成热的通道。在这种已知系统中，蒸汽经一些井口注入，而采用装在另一些井口上的摇臂泵生产油。

美国专利说明书No.4 283 088公开了应用地下工作通道和注入热量的巷道，并通过采矿人员的操作将油的生产井从通道和巷道钻到稠的含油层。该通道和巷道装有通风，形成地下工作区，从该工作区可以钻若干方向大体向上的注热井和生产油的井。因此通道和巷道不构成井眼系统自身的一部分。

另外，国际专利申请No.PCT/GB94/00515(公开号WO 94/21889)在其图2中公开，可以应用U形井来接通下层的地热能，以增加地下油层的流体产量。

下面参照附图更详细说明本发明，该附图示意示出本发明井眼系统的示意透视图。

井眼系统包括第一井口1和第二井口2。井口1、2位于地表面3上，并经地下井孔系统相互连接。该井孔系统包括第一和第二垂直井孔4和5、一对大体水平井孔6和7，该水平井孔在不同深度使垂直井孔4和5相互连接。另外从第一垂直井孔4钻出一对分枝井8和9，从上部水平井孔6钻出一对分枝井10和11。

该井眼系统横穿上部和下部含油和/或含天然气层12和13，在附图中该层12和13表示为阴影区域。在流入区域14和15油和/或天然气流入井眼系统，在附图中该流入区域表示为黑的阴影区。

可以看到，流入区域14和15分别是分开的贮油和/或贮天然气层。

井眼系统装有一系列阀16，在图中所示的阀是关闭的，因而可防止油和/或天然气流入第一垂直井孔4而流向第一井口1。管理设备的运载工具17已降至下部水平井孔7中。

工具17经脐形缆18连接于地面3的动力和控制装置，该脐形缆18已从卷筒19卷入井眼系统中。第一井口1具有润滑器20，该润滑器沿脐形缆18形成不渗透流体的密封。

在设备送载工具17和所载的设备通过第一井口移入、移过和移出井眼系统的同时，所示结构可以通过流入区域14和通向第二井口2的第二垂直管孔5继续进行油和/或天然气的生产，如图中的箭头21及井眼系统中的黑的阴影区所示。

由运载工具17运载的管理设备包括在用第二井口2继续进行生产的同时可以长期用在井下的测井装置、清理设备、维修设备、监测设备、钻井设备和/或其它装置。这些设备既可在完井期间又可在生产操作期间使用，例如用来监测和维修井、监控生产(包括测井)和控制井的流入、将部件送入和送出井眼系统、配置传感器和组装与折卸井下设备。

工具17具有轮子或其它推进装置(未示出)，还具有一个凸出部分，该凸出部分包括可膨胀的密封件并作为轴向滑动插塞固定在工具体上，使工具本身可以向前推进，像尺蠖一样进入还没被阀或其它流体塞子隔开的井部分。

另外运载工具17本身可以在需要临时或永久阻断分支点或其它位置时用来安装或设定阀16，或设定密封塞。

如果需要经第二井口进入井眼系统，例如如果需要在支管11内进行管理操作或其它操作，则可以将卷筒19和润滑器20装在第二井口2的顶点上，从而将工具降入到井眼系统中。

在这种情况下，可以经第一井口1用下部水平井口7和分枝井8、9进行生产。

应当明白，工具17可以包含自身用的动力源和无线数据传输线路，而不用将动力源传送到工具17的和将数据来回输送的脐形缆18及其设备。

另外，可以通过永久嵌入井中的井管、钻井导管或导筒传送电磁波和将作为活动电气触点的电感耦合器装在工具17上，由此达到动力和/或数据的传送。去掉脐形缆18可以省去卷筒19和润滑器20，在这种情况下，可利用井口1和2上的溜槽(未示出)将工具17下放到井眼系统中。

为避免应用脐形缆18和/或频繁地在井眼系统中插入和取出该工具17，井眼系统可具有若干井底区域(未示出)。这些井底区域是由这样的区域形成的，在此区域中，井孔或井孔中的生产导管具有放大的直径或侧面的腔，这种腔在不用工具17和/或其所载的设备时可用作它们的停靠站。

井底区域可以配有专用连接部件，以便与地面3进行动力连接和通信。如果工具17和设备用蓄电池供电，则蓄电池可以在井底的一个或多个区进行再充电。如果工具17和/或设备包括传感器和贮存收集数据的存贮器，则可以在底部区域取出收集数据，并将该数据传送到地面上的数据处理设备。在这种情况下，运载工具17本身可以用作为一种穿梭运输工具，该工具可以在靠近底部区域的地方为永久安装的传感器或其它设备再装上蓄电池，并取出收集的数据，随后将这些数据发送到地面上。另外，工具本身的蓄电池也可以形成井底动力，以便用来例如设定阀或驱动钻井设备或其它设备。

应用本发明的方法和井眼系统不限于具有两个井口1和2的井眼系统，在这种两个井口的井眼系统中，用一个井口2持续进行生产，而用另一个井口1进行管理操作。井眼系统还可以包括三个或多个井口，而其中只有一个井口具有运载装置和滑槽装置，以便将设备下放到井眼系统中。此井口可以位于例如海上平台的甲板上，作为将设备运载到井眼系统中和操作井下设备的专用进入点，而同时，在正常操作期间不用此进入点进行油或天然气的生产。这种井眼系统的其它井口可以位于海底，并向位于平台上的生产设备输送油或天然气。在这种情况下，化学试剂、蒸汽或其它注入流体可以通过设备进入点注射到井眼系统中，如果在平台上的处理装置偶然发生过载或出故障，则可使油和/或天然气通过设备进入点重新注入到井眼系统中。如果将工具17插入到海底的井口，则可以使用水下运输工具来实现这一点。

还应当明白，可以分阶段开发井眼系统。首先钻第二垂直井孔5和下部水平孔7，以这种方式开始开发附图所示的井眼系统。

根据钻出的孔5和7执行井底含油/气层的成像法，据此可以准确地将上部水平井孔和分枝井10和11钻到含油/气层。

随后用第二井口2开始生产油和/或天然气，并收集准确的生产和含油/气层数据。在计算这些数据以后，钻第一井孔4，并连接于水平井孔6和7，使这些部分构成垂直井孔4和5之间的可以移过设备的井下通道。

然后钻出和完成分枝井8和9，进一步扩大井眼系统，同时用第二井口2继续进行油或天然气的生产。

在用井口1和2两个井口开始生产油或天然气之后，可以采用再进入钻井技术进一步扩大井眼系统，在这种技术中，可使设备经井口1或2的一个井口进入和移出，同时经另一井口1或2继续进行生产。

因此可以在任何时间除去制约生产的因素并优化井口的流动特性。还可以增大开发的灵活性，方法是将具有多余垂直流动能力的一个井连接于其生产受垂直流动性制约的相邻井的工作面上。

另外，井口不一定如附图所示是间隔开的。井眼系统还可以包括在单个垂直井中的一对平行的或共轴的井管，该井管在井底通过井孔相互连接，该井孔构成一个封闭的环形，从垂直井开始到垂直井。在这种情况下，如果井具有共轴的井管，则一般希望用内管来传输运载工具和/或其设备，使其进、出井眼系统，而用包围的管或周围的若干管来生产油和/或天然气。

根据所附的权利要求书、摘要和附图可以明显看本发明的方法和系统的这些和其它特征、目的和优点，和/或这些和其它特征、目的和优点进一步公开在所附的权利要求书、摘要和附图中。

Claims (10)

1.一种在生产碳氢化合物流体的井眼系统中应用设备的方法，该井眼系统包括在地面(3)上或靠近地面(3)的许多入口点和构成上述入口点之间地下连接的一个或多个地下井孔系统，其特征在于，该方法包括将钻井设备、管理设备、维修设备或监测设备经上述入口点中的第一入口点移入、移过或移出该井眼系统；在该设备于井眼系统中移动或起动以执行井下钻井、管理、维修或监测操作的至少部分时间内，用另一个入口点进行碳氢化合物流体的生产。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述第一和任何一个其它入口点是生产碳氢化合物流体的井口，通过在上述入口点中的第一入口点和井下密封件之间配置设备，中断或降低了用构成上述入口点中第一入口点的井口进行的碳氢化合物流体的生产，在使设备在井眼系统中起动或使设备移入、移过或移出井眼系统的至少部分时间内，该井下密封件将阻止或减少碳氢化合物流体从井眼系统流向上述井口中的第一井口(1)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该设备由运载装置送入井内，该运载装置通过穿过上述入口点中的第一入口点的电气连接、光导纤维连接、液压连接或导管连接于地面动力源或控制装置。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，运载装置具有堵塞设备，该设备可以临时构成一个塞子，该塞子在运载装置或其它设备在井眼系统中起动或移入、移过或移出井眼系统的至少部分时间内可以堵住或减小流体从上述井眼系统流向上述入口点中的第一入口点。

5.一种生产碳氢化合物流体的井眼系统，该系统包括在地面上或靠近地面的许多入口点和在上述入口点之间形成地下连接的地下井孔系统，该设备活动配置在井眼系统中，其特征在于，该设备包括钻井设备、管理设备、维修设备或监测设备，该设备在井下驱动或经上述入口点中的第一入口点可以插入或移出井眼系统，同时通过另一入口点进行碳氢化合物的生产。

6.如权利要求5所述的井眼系统，其特征在于，入口点相互间隔开，地下井孔系统包括至少一个侧井孔和许多分枝井(8，9)，该侧井孔具有至少两个入口点之间的可以移过设备的地下连接，该分枝井连接于侧井孔。

7.如权利要求6所述的井眼系统，其特征在于，该系统包括许多井底区域，在通过井眼系统生产碳氢化合物的同时设备或运载装置可以停靠在该井底区域上，并且在该底部区域可以重新装上设备或运载装置的蓄电池组件，取出由设备或运载装置收集的数据，然后再将数据发送到地面上的数据处理设备。

8.如权利要求5所述的井眼系统，其特征在于，该设备配置在上述入口点中第一入口点和井下流体密封件之间，该流体密封件防止或减少碳氢化合物流体流向上述入口点中的第一入口点。

9.一种分阶段开发如权利要求5所述的井眼系统的方法，该方法包括经地面上或靠近地面的井入口钻出和完成一个碳氢化合物流体生产的井，和经该入口点起动碳氢化合物流体的生产；随后经地面(3)上或靠近地面(3)的另一入口点钻另一个井，使得井的井孔相交，形成地下通道，钻井设备可以在这些通道中移动，其中，在钻其它的井或完成井的甚少部分时间内可以通过已完成的井继续生产碳氢化合物流体。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，利用钻井设备在井眼系统中钻一个或多个分枝井(8，9)，该设备经第一入口点插入井眼系统，可以在井眼系统中进行操作或移出井眼系统，同时用另一入口点进行碳氢化合物流体的生产。

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