CN111373118A

CN111373118A - 井下入流生产限制装置

Info

Publication number: CN111373118A
Application number: CN201880075471.5A
Authority: CN
Inventors: S·库玛
Original assignee: Welltec AS
Current assignee: Welltec Oilfield Solutions AG; Welltec AS
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-07-03
Also published as: US20190169959A1; AU2018379154A1; US11795779B2; RU2756805C1; AU2018379154B2; US11346180B2; CA3083712A1; BR112020009169A2; EP4223977A2; WO2019110517A1; US20220136367A1; EP4223977A3; EP3721046A1; EP3492693A1; MX2020005154A

Abstract

本发明涉及一种井下入流生产限制装置(1)，其用于安装在金属井管结构(3)上的开口(2)中，所述金属井管结构布置在井孔中，所述井下入流生产限制装置(1)包括装置开口(5)，和盐水可溶性元件(6)，该盐水可溶性元件构造成在被至少部分地溶解至盐水中之前阻止流体从所述金属井管结构(3)内经由所述装置开口(5)流至所述金属井管结构的外部，其中，所述盐水可溶性元件至少部分地由镁合金制成。

Description

井下入流生产限制装置

技术领域

本发明涉及一种井下入流生产限制装置，其用于安装在布置于井孔中的金属井管结构上的开口中。本发明还涉及一种井下完井系统和一种完井方法。

背景技术

当进行完井作业时，目前存在对用于井清洁的冲洗管的需求，或者，需要随后通过经由工具或管的干预而操作已知的入流控制阀。对冲洗管和/或干预工具的这种使用推迟了完井过程，因为在组装和下入冲洗管和工具时浪费了时间。

为了避免通过干预来准备对井进行生产，已经尝试用可溶于酸的塞子堵塞套管中的开口。然而，酸对套管和部件的腐蚀性很强，并且仅少数非常贵重的完井部件才能耐受这样的酸处理。此外，一些地层也无法耐受这样的酸，并且因此可溶于酸的塞子无法在这样地层中使用。

此外，在下入井中(RIH)操作期间循环的泥浆倾向于被卡在筛件和基础管下方的环形空间中，该空间围绕该管延伸。被卡在筛件下方的泥浆很难后续去除，并且因此，泥浆倾向于填充部分的筛件，从而导致筛件功效的显著降低。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的井下完井系统，其能在无需后续干预并且不会显著损害地层和/或完井部件的情况下更容易地部署。

本发明的另一目的是提供一种井下完井系统，其使得能够从筛件去除泥浆并因此在生产期间提高筛件的效力。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种用于安装在布置于井孔中的金属井管结构上的开口中的井下入流生产限制装置来实现，该井下入流生产限制装置包括：

-装置开口；和

-盐水可溶性元件，其构造成在被至少部分地溶解至盐水中之前阻止流体从所述金属井管结构内经由所述装置开口流至所述金属井管结构的外部，

其中，所述盐水可溶性元件至少部分由镁合金制成。

所述盐水可溶性元件可以是阀的一部分，所述阀具有第一位置和第二位置，并且所述阀可包括阀壳体和可移动部件。

此外，所述盐水可溶性元件可以是阀的可移动部件，所述盐水可溶性元件能在该第一位置与该第二位置之间移动。

此外，在所述第一位置，所述阀可允许流体流入所述金属井管结构中，并且在所述第二位置，所述阀可阻止流体从所述金属井管结构流出。

此外，所述盐水可溶性元件可包括所述阀壳体的至少一部分以及所述可移动部件两者。

此外，所述可移动部件可以至少部分地布置在所述装置开口中。

所述阀壳体可包括第一壳体部件和第二壳体部件，所述第一壳体部件固定地布置在所述金属井管结构的开口中并且所述第二壳体部件是所述盐水可溶性元件的一部分。

此外，所述盐水可溶性元件的主部件和/或所述阀的主部件可以从所述金属井管结构中的开口延伸到所述金属井管结构中。

此外，所述盐水可溶性元件可包括杆部、布置在所述杆部的第一端部的第一凸缘和布置在所述杆部的第二端部的第二凸缘，所述杆部延伸穿过所述装置开口，使得所述第一凸缘在所述限制装置的一侧布置在所述装置开口的外部并且具有大于所述装置开口的内径的外径，并且使得所述第二凸缘在所述限制装置的另一侧布置在所述装置开口的外部并且具有大于所述装置开口的内径的外径。

此外，所述第二凸缘可面向金属井管结构的内部，所述第一凸缘可具有凸缘开口，所述凸缘开口允许在所述阀处于所述第一位置时使流体从所述金属井管结构的外部流至所述金属井管结构的内部。

此外，所述杆部可包括具有减小的外径的部分。

此外，盐水可溶性元件可以是塞子。

所述盐水可溶性元件可被固定布置在所述装置开口中。

此外，所述盐水可溶性元件可包括弹性元件，如螺旋弹簧或碟形弹簧/垫圈。

根据本发明的所述井下入流生产限制装置还可包括限定所述装置开口的插入件。

此外，所述插入件可由陶瓷材料制成。

此外，所述盐水可溶性元件可包括形成薄弱点的凹部，使得所述金属井管结构中的压力增加会导致所述盐水可溶性元件在该薄弱点处断裂。

根据本发明的所述井下入流生产限制装置还可包括卡环，所述卡环用于将所述井下入流生产限制装置紧固在所述金属井管结构的开口中。

本发明还涉及一种井下完井系统，其包括金属井管结构和根据本发明的井下入流生产限制装置。

所述井管结构可包括至少一个筛件，所述至少一个筛件被对着所述井下入流生产限制装置安装在所述金属井管结构的外表面上。

此外，金属井管结构可包括用于提供区域隔离的至少一个环状屏障。

此外，所述环状屏障可具有可膨胀金属套筒，所述可膨胀金属套筒围绕所述金属井管结构，从而在其与所述金属井管结构之间形成环形空间，所述金属井管结构具有膨胀开口，流体能经由所述膨胀开口进入以使所述可膨胀金属套筒膨胀。

所述环状屏障还可具有阀系统，所述阀系统可具有第一位置和第二位置，在所述第一位置，允许来自所述金属井管结构的流体流入所述环形空间，在所述第二位置，提供所述井孔与所述环形空间之间的流体连通以平衡所述井孔与所述环形空间之间的压力。

此外，所述环状屏障可以是可隆起的封隔器、机械封隔器或弹性封隔器。

在另一实施例中，所述井下完井系统还可包括滑动套筒，所述滑动套筒具有用于破坏所述阀的部件的套筒边缘。

本发明还涉及一种完井方法，该完井方法用于准备井以获得优化生产，所述完井方法包括：

-在使泥浆循环的同时将金属井管结构下入井孔中，所述金属井管结构具有开口，上述井下入流生产限制装置安装在该开口中；

-以使盐水从所述金属井管结构的内部经由所述金属井管结构的底部离开并沿所述金属井管结构上行的方式来使盐水循环；

-降低所述金属井管结构中的压力；和

-通过使所述装置开口中的盐水可溶性元件溶解而使流体经由所述装置开口流入所述金属井管结构中从而使泥浆随流体沿井孔向上输送的方式开始生产流体。

根据本发明的完井方法可进一步包括：

-使球体下沉以坐落在所述金属井管结构的底部附近以便从金属井管结构的内部对所述金属井管结构进行加压；和

-通过允许所述金属井管结构中的具有升高的压力的流体经由所述金属井管结构中的膨胀开口进入可膨胀金属套筒与所述金属井管结构之间的环形空间而使环状屏障的可膨胀金属套筒膨胀。

所述完井方法可进一步包括通过所述金属井管结构中的增大的压力来破坏所述薄弱点。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1示出了井下完井系统的具有处于其第二位置的井下入流生产限制装置的部分的剖视图；

图2示出了处于其第二位置的另一井下入流生产限制装置的剖视图；

图3示出了处于其第二位置的又一井下入流生产限制装置的剖视图；

图4示出了处于其第一位置的图3的井下入流生产限制装置；

图5示出了井下完井系统的具有井下入流生产限制装置和筛件的部分的剖视图；和

图6示出了井下完井系统的具有布置在两个环状屏障之间的井下入流生产限制装置的部分的剖视图。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1示出了井下完井系统100的包括用于安装在金属井管结构3中的开口2中的井下入流生产限制装置1的部分，该金属井管结构布置在井孔4中。井下入流生产限制装置1包括装置开口5和盐水可溶性元件6，该盐水可溶性元件构造成在盐水可溶性元件6被至少部分地溶解于盐水中之前阻止流从金属井管结构3的内部35经由装置开口5流至金属井管结构的外部，即井孔4中。该盐水可溶性元件至少部分地由可溶于盐水中的镁合金制成，从而溶解过程在清洁期间开始，即通过如此地使盐水循环来将泥浆从井被冲出，即通过使盐水穿过金属井管结构3下降并经由金属井管结构的底部离开并且沿金属井管结构上升的方式使盐水循环。

通过具有构造成阻止从金属井管结构的内部35经由装置开口5流至所述外部的盐水可溶性元件6，该金属井管结构能容易地被清洁，并且该装置开口在盐水可溶性元件6溶解的同时打开，从而无需后续对井进行干预。该井下完井系统100因此可以在井下入流生产限制装置1处于“打开”位置时被下入，因为该井下入流生产限制装置不用在后续通过例如移动井下入流生产限制装置来打开。泥浆往往随盐水移位，并且通过使用盐水可溶性元件6来阻塞装置开口5，装置的打开和清洁在一个操作中执行。此外，由于盐水的腐蚀性不像在现有技术中用来溶解塞子的酸那么强，金属井管结构和其他完井部件不会像使用酸时损坏的那么严重。

盐水可溶性元件6是包括阀壳体8和可移动部件9的阀7的一部分。该阀具有第一位置和第二位置，其中，在第一位置中，该阀允许流体流入金属井管结构中，并且在该第二位置处，该阀阻止流体从金属井管结构流出。

通过具有作为阀的一部分的盐水可溶性元件6，该盐水可溶性元件在用盐水清洁期间被至少部分地溶解。然而，在盐水已将盐水可溶性元件溶解至足以使其从阀的剩余部分分离之前，该阀允许在压力释放后立即使流体从井孔进入金属井管结构，并且因此，筛件内的泥浆在其在筛件中凝固并硬化之前被冲洗出来。通过具有替代塞子的阀，在压力释放后立即开始流体的生产，并且之后的清洁更加高效，从而使筛件更高效，因为泥浆不再在筛件下方占据那么多的流动区域。

在图1中，盐水可溶性元件6是阀的可移动部件9，从而该盐水可溶性元件能在第一位置与第二位置之间移动。该可移动部件被部分地布置在装置开口5中并且部分地布置在装置开口5的外部。盐水可溶性元件6包括杆部14、第一凸缘15和第二凸缘17。第一凸缘15布置在杆部的第一端部16并且第二凸缘17布置在杆部的第二端部18。杆部14延伸穿过装置开口5，使得该第一凸缘15在该井下入流生产限制装置的一侧位于该装置开口的外部而第二凸缘17在该限制装置1的另一侧位于该装置开口中。该第一凸缘具有外径OD₁(在图3中示出)，该外径大于装置开口5的内径ID_D(在图3中示出)，并且该第二凸缘17具有大于装置开口的内径的外径OD₂(在图3中示出)。

图1的阀7还包括弹性元件34，即碟形弹簧/垫圈，以迫使可移动部件9关闭装置开口并因此将可移动部件维持在第二位置。此外，第二凸缘17包括形成薄弱点21的凹部20并且第二凸缘固定地连接至金属井管结构。当金属井管结构的内部被加压时，压力作用在第一凸缘15上并且可移动部件9被径向向外地移动，从而压缩弹簧元件并使第二凸缘17断裂，从而当压力被释放时，在未被溶解的情况下，杆部从第二凸缘17释放并且径向向内移动并离开装置开口。

因此，如果盐水可溶性元件6未被溶解或至少未被溶解至其可被释放以打开装置开口5的足够程度，则形成薄弱点21的凹部20可以作为备用方案。

在图2中，阀壳体8包括第一壳体部件11和第二壳体部件12。第一壳体部件被固定地布置在金属井管结构的开口中并且第二壳体部件为盐水可溶性元件的一部分。因此，盐水可溶性元件6包括阀壳体8的第二部件12和可移动部件9两者。在另一实施例中，盐水可溶性元件是第二壳体部件12，从而当第二壳体部件溶解时，并且球体被释放以随金属井管结构3中的流体一起流动。

当具有盐水可溶性元件6时，阀7可充分地延伸到金属井管结构的内部，因为当溶解了盐水可溶性元件6之后，金属井管结构便获得了其整个内孔，而不会有任何的阀组成部件延伸到金属井管结构的内部中。在图2中，盐水可溶性元件6的主部件从金属井管结构的开口延伸到金属井管结构中，但在盐水可溶性元件已至少部分溶解之后，该主部件便不会再延伸到金属井管结构中，因为该部件被溶解或从井下入流生产限制装置1的其余部分被释放了。

在图3中，阀7具有杆部14以及第一凸缘15和第二凸缘17。第一凸缘15面向金属井管结构3的内部并且第二凸缘17具有凸缘开口19，当阀7处于第一位置时，该凸缘开口允许流体从金属井管结构的外部流至金属井管结构的内部。在图3中，阀7处于其关闭的第二位置。在图4中，阀处于其打开的第一位置，在该位置，允许流体从金属井管结构的外部经由凸缘开口19沿杆部14的具有减小的外径的部分流动并进入金属井管结构的内部。

在另一实施例中，盐水可溶性元件6可以是布置在装置开口中的塞子。该盐水可溶性元件因此可以被固定地布置在该装置开口中。该塞子可具有如图1中所示的凹部20，从而形成薄弱点21，并且因此，该塞子在被释放之前无需被完全地溶解，因为，盐水可将该塞子溶解至足够使具有薄弱点的凸缘破裂的程度。因此，盐水可溶性塞子和至少一个凹部的组合能够提供装置开口的可靠的关闭，该关闭也可通过后续用工具干预该井而被打开。

在另一实施例中，该盐水可溶性元件可包括弹性元件如螺旋弹簧、碟形弹簧/垫圈或类似的弹性元件/弹簧元件。

如能在图1-4中看到的，该井下入流生产限制装置1还包括限定装置开口5的插入件33。该插入件可由稳定材料形成，如陶瓷材料，其不容易磨损。该插入件因此可被制成为具有尺寸非常精确的开口，其能够在许多年内耐受来自进入金属井管结构的流体的摩擦。

该井下入流生产限制装置1还包括一些类型的紧固机构如卡环22，以用于将井下入流生产限制装置紧固在金属井管结构3的开口中。

在图5中，井下完井系统100包括金属井管结构3和插设在金属井管结构中的开口中的井下入流生产限制装置1。该金属井管结构还包括安装在金属井管结构的外表面上的一个筛件23，从而提供出环形空间36并且该筛件对着该井下入流生产限制装置1安装。

在图6中，井下完井系统100的金属井管结构3包括用于提供区域隔离的两个环状屏障24。井下入流生产限制装置1布置在该两个环状屏障之间，使得用于使环状屏障膨胀的流体在盐水可溶性元件被溶解之前无法经由该井下入流生产限制装置1而从金属井管结构流出。以这种方式，环状屏障可被膨胀，同时仍无需干预井来打开井下入流生产限制装置1。每个环状屏障均具有围绕金属井管结构3的可膨胀金属套筒25，从而在可膨胀金属套筒与金属井管结构之间形成环形空间26。该金属井管结构具有膨胀开口27，流体经由该膨胀开口进入以使可膨胀金属套筒膨胀。该环状屏障还可具有阀系统28，该阀系统具有第一位置和第二位置，在该第一位置，允许来自金属井管结构的流体流入环形空间中，在该第二位置，提供井孔与环形空间之间的流体连通，以在二者之间--即在可膨胀金属套筒25的两边--形成压力平衡。

替代环状屏障的是这样的金属封隔器，该环状屏障可以是可隆起的封隔器、机械封隔器或弹性封隔器。

井下完井系统100还可包括滑动套筒31，该滑动套筒具有用于破坏阀7的部件的套筒边缘32，如图1所示。该滑动套筒因此可用于通过利用例如工具拉动套筒来切割第一凸缘并且因此可在盐水可溶性元件因某些原因而无法充分溶解至排空装置开口的情况下的备选方案。

准备该井以用于通过这样的方式来优化生产，即，在使泥浆循环的同时将金属井管结构下入井孔中，以使盐水从金属井管结构的内部经由金属井管结构的底部离开并沿金属井管结构上行的方式使盐水循环，并且之后降低金属井管结构中的压力，以便以通过使流体例如经由筛件流入而后进入装置开口并进而流入金属井管结构中从而使泥浆随流体沿井孔向上输送并清洁筛件上的泥浆的方式开始生产流体。

也可以准备井，以用于通过这样的方式来优化生产，即，在使泥浆循环的同时将金属井管结构下入井孔中，以使盐水从金属井管结构的内部经由金属井管结构的底部离开并沿金属井管结构上行的方式使盐水循环，并且然后使球体下沉以坐落在金属井管结构的底部附近以便从金属井管结构的内部对金属井管结构进行加压。当压力已明显增大时，通过允许金属井管结构中的升高了压力的流体经由金属井管结构中的膨胀开口进入可膨胀金属套筒与金属井管结构之间的环形空间而使环状屏障的可膨胀金属套筒膨胀。随后，释放压力并开始生产。

用于拉动滑动套筒的工具可以是冲程工具，冲程工具是提供轴向力的工具。冲程工具包括用于驱动泵的电动马达。该泵将流体泵送至活塞壳体中以使在其中作用的活塞移动。该活塞布置在冲程杆上。该泵可在一侧上将流体泵送到活塞壳体中并且同时在活塞的另一侧上抽吸流体。

流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

套管或金属井管结构是指井下使用的与石油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。

在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如Well

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims

1.一种井下入流生产限制装置(1)，其用于安装在金属井管结构(3)上的开口(2)中，所述金属井管结构布置在井孔(4)中，所述井下入流生产限制装置包括：

-装置开口(5)；和

-盐水可溶性元件(6)，该盐水可溶性元件配置成在其被至少部分地溶解于盐水中之前阻止流体从所述金属井管结构内经由所述装置开口流至所述金属井管结构的外部，

其中，所述盐水可溶性元件至少部分地由镁合金制成。

2.根据权利要求1所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述盐水可溶性元件是阀(7)的一部分，所述阀具有第一位置和第二位置，所述阀包括阀壳体(8)和可移动部件(9)。

3.根据权利要求2所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述盐水可溶性元件是该阀的所述可移动部件，所述盐水可溶性元件能在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

4.根据权利要求2或3所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，在所述第一位置，所述阀允许流体流入所述金属井管结构中，在所述第二位置，所述阀阻止流体从所述金属井管结构流出。

5.根据权利要求2所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述盐水可溶性元件包括阀壳体的至少一部分以及所述可移动部件两者。

6.根据权利要求3所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述可移动部件至少部分地布置在所述装置开口中。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述阀壳体包括第一壳体部件(11)和第二壳体部件(12)，所述第一壳体部件固定地布置在所述金属井管结构的开口中，所述第二壳体部件是所述盐水可溶性元件的一部分。

8.根据权利要求1或2所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述盐水可溶性元件的主部件和/或所述阀的主部件从所述金属井管结构上的所述开口延伸进入所述金属井管结构内。

9.根据权利要求1或2所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述盐水可溶性元件包括杆部(14)、布置在所述杆部的第一端部(16)的第一凸缘(15)和布置在所述杆部的第二端部(18)的第二凸缘(17)，所述杆部延伸穿过所述装置开口，使得所述第一凸缘在所述限制装置的一侧布置在所述装置开口的外部并且具有大于所述装置开口的内径(ID_D)的外径(OD₁)，并且使得所述第二凸缘在所述限制装置的另一侧布置在所述装置开口的外部并且具有大于所述装置开口的内径的外径(OD₂)。

10.根据权利要求9所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述第二凸缘面向所述金属井管结构的内部，所述第一凸缘具有凸缘开口(19)，所述凸缘开口允许在所述阀处于所述第一位置时使流体从所述金属井管结构的外部流至所述金属井管结构的内部。

11.根据前述权利要求中任一项所述的井下入流生产限制装置(1)，其中，所述盐水可溶性元件包括形成薄弱点(21)的凹部(20)，使得所述金属井管结构中的压力增加会导致所述盐水可溶性元件在所述薄弱点处断裂。

12.根据前述权利要求中任一项所述的井下入流生产限制装置(1)，还包括卡环(22)，所述卡环用于将所述井下入流生产限制装置紧固在所述金属井管结构的开口中。

13.一种井下完井系统(100)，其包括金属井管结构和根据权利要求1-12中任一项所述的井下入流生产限制装置(1)。

14.根据权利要求13所述的井下完井系统(100)，其中，所述金属井管结构包括至少一个筛件(23)，所述至少一个筛件被对着所述井下入流生产限制装置(1)安装在所述金属井管结构的外表面上。

15.根据权利要求13或14所述的井下完井系统(100)，其中，所述金属井管结构包括用于提供区域隔离的至少一个环状屏障(24)。

16.一种完井方法，该完井方法用于准备井(102)以获得优化生产，所述完井方法包括：

-在使泥浆循环的同时将金属井管结构下入井孔中，所述金属井管结构具有开口(2)，根据权利要求1-12中任一项所述的井下入流生产限制装置(1)安装在所述开口中；

-降低所述金属井管结构中的压力；和

-通过使装置开口中的盐水可溶性元件溶解而使流体经由所述装置开口流入所述金属井管结构中从而使泥浆随流体沿井孔向上输送的方式开始生产流体。

17.根据权利要求16所述的完井方法，进一步包括：

-使球体下沉以坐落在所述金属井管结构的底部附近以便从所述金属井管结构的内部对所述金属井管结构进行加压；和

-通过允许所述金属井管结构中的具有升高压力的流体经由所述金属井管结构中的膨胀开口(27)进入环状屏障(24)的可膨胀金属套筒(25)与所述金属井管结构之间的环形空间(26)而使所述可膨胀金属套筒膨胀。