CN1878928A - 降低从井眼中出砂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低岩石颗粒从地层流入到用于生产碳氢化合物流体的井眼内的方法，该方法包括：通过从井眼的壁上除去岩石材料在井眼周围产生一个抗压刚度减小的区。
Description
技术领域
本发明涉及一种减小岩石颗粒从地层(earth formation)流入到用于生产碳氢化合物流体的井眼内的方法。储油岩石通常是松动地结合的，因此倾向于分解并且在流经孔隙的碳氢化合物流体的影响之下流入到井眼内。
背景技术
这种岩石颗粒的流入一般是指出砂(sand production)，它在碳氢化合物流体生产工业中是频繁出现的问题，由于产生的砂石颗粒易于腐蚀生产设备例如管道系统和阀。传统的砂石控制方法包括安装孔眼的支承衬里或筛网，他们允许碳氢化合物流体通过但是排除砂石颗粒。也在衬里或筛网与井眼壁之间安装砂石过滤层以控制出砂。虽然这种衬里、筛网和砂石过滤层经常被成功地应用，但是存在潜在的缺陷，例如孔眼、筛网或砂石过滤层的堵塞，导致流体产品的减小。因此需要改进的砂石控制方法。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种减小岩石颗粒流入到用于生产碳氢化合物流体的井眼内的方法，该方法克服了现有技术的缺陷。
按本发明，提供了一种用于减小岩石颗粒从地层流入到用于生产碳氢化合物流体的井眼内的方法，该方法包括：通过从井眼的壁上除去岩石材料在井眼周围产生一个抗压刚度减小的区。
因此得到的是，在井眼壁或邻近井眼壁的岩石材料内的应力集中被减轻了。这种应力集中归因于井眼存在于岩层(rock formation)内，因此在岩层内原来未受干扰的应力变成受扰乱的。扰乱的应力包括在靠近井眼的区域内的高剪应力，该剪应力通常通常导致岩层的局部破坏，从而导致出砂。通过降低在井眼周围的区内的抗压刚度，在靠近井眼的区域内的相对较高的剪应力被释放，因此降低了岩层的局部破坏的风险。
优选的是，从井眼壁上除去岩石材料的步骤在井眼的一个开放孔的(open-hole)区段内即井眼的无套管的区段内进行。
合适的是，从井眼壁上除去岩石材料的步骤包括从井眼壁的至少一个细长区段上除去岩石材料。
优选的是，每个细长区段具有一条沿着井眼的轴向延伸的纵向轴线。
可以理解的是，细长区段不必平行于井眼的纵轴线延伸，而是例如可以按沿着井眼壁的螺旋线的形式延伸。
包围井眼的地层通常受到应力，这些应力包括第一、第二和第三主应力。优选的是，所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于其中选定的一个主应力的方向上延伸。
合适的是，所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于其中选定的最大主应力的方向上延伸。
在井眼基本上垂直地延伸的情况下，优选的是，所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于最大水平主应力的方向上延伸。
在井眼基本上水平地延伸的情况下，优选的是，所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于垂直主应力的方向上延伸。
优选的是，通过在井眼壁上产生多个孔眼，例如以一列孔眼的形式，从井眼壁上除去所述岩石材料。优选的是，所述孔眼靠近地隔开距离。可选定的是，通过在井眼壁上产生狭槽，例如沿井眼的轴向方向延伸的狭槽，从井眼壁上除去岩石材料。
合适的是，所述狭槽在井眼的横截面内是楔形的，因此狭槽的宽度沿径向朝外的方向减小。
狭槽或孔眼可以是开放的(例如填充气体或液体)或者填充柔性材料。
附图说明
下面借助于实施例参照附图详细解释本发明，其中：
图1A 示意示出井眼，其中采用本发明的方法的一种实施形式并且
在该方法的初始阶段；
图1B 示出图1A的在该方法最终阶段的井眼；
图2 示意示出井眼的下部，其中已经采用本发明方法的另一实施
形式；
图3 设有在基本上水平的平面内延伸的狭槽的水平井眼的横截
面的示意图；
图4 设有与垂直平面成角度地延伸的狭槽的水平井眼的横截面
示意图；
图5 以距井眼壁的径向距离的函数形式表示井眼周围的岩层内
的剪应力的图表的示意图。
在附图中，类似的附图标记涉及类似的构件。
具体实施方式
图1A显示一个用于生产碳氢化合物流体的井眼1，井眼1延伸到包括一个含有碳氢化合物流体的形成区3的地层2。井眼1设有一个从地面6上的井口5延伸至靠近形成区3的上端的套管4。套管4通过一个位于井眼壁与套管4之间的水泥层7固定在井眼内。用于注射切割流体的注水管柱(string)8从地面上的钻探设备10延伸到井眼1内。注水管柱8在其下端设有一个具有一对彼此相对设置的喷嘴14的流体喷射式切割器12。流体喷射式切割器12位于形成区3的下端附近。流体射流16从喷嘴14喷向井眼1的壁，因此产生相对地设置在井眼壁上的狭槽16。
图1B示出井眼1，注水管柱8已经上升到一个使得流体喷射式切割器12位于形成区3上端附近的位置。狭槽16沿着井眼1的轴向方向17延伸并且基本上在井眼1的穿过形成区3的区段的整个长度上延伸。
在图2中，井眼20的下部在井眼20的壁上设有多个靠近地隔开距离的孔眼22。这些孔眼22设置成两个相对的孔眼排24，各孔眼排24沿着井眼20的轴向方向延伸。
在图3中显示穿过形成区3的基本上水平的井眼区段30的横截面图。形成区3受到现场的应力，其中垂直的主应力σv具有最大幅值。井眼30在形成区3的存在导致应力集中，因此最大的剪应力τ发生在井眼壁附近，大约在水平井眼区段30的顶部与底部的半途中。狭槽32已经形成在井眼区段30的壁上，所述狭槽相对地设置并且在井眼区段30的轴向方向上延伸。
在图4中显示穿过形成区3的基本上水平的井眼区段40的横截面图。形成区3受到现场的应力，其中包括具有最大幅值的垂直主应力σv。由于井眼40存在于形成区3中，所以出现应力集中，导致在井眼壁附件的相对较高的剪应力τ。狭槽42已经形成在井眼区段40的壁上，狭槽42以这样的方式形成在井眼壁的上半部，即每个狭槽42以相对于垂向大约45°的角度延伸。
在图5中，以距井眼壁的径向距离r的函数形式表示井眼周围的形成区内的剪应力τ的图表。曲线a表示，如果在井眼壁上没有狭槽时产生在形成区内的剪应力τ；并且曲线b表示，如果在井眼壁上有狭槽时产生在形成区内的剪应力τ。该图表仅用于比较曲线a和b，因此沿着轴线没有表示刻度，并且也没有表示变量τ和r的测量单位。
在正常使用时，井眼1被钻到一个在包含形成区3的碳氢化合物流体附近的深度，安装套管4，并且将水泥泵送到套管4与井眼壁之间以形成水泥层7。随后，井眼1继续钻深穿过形成区3。在开始从形成区3生产碳氢化合物流体之前，注水管柱8下降到井眼1内，使得喷射式切割器12位于井眼1的底部附近(图1A)。切割流体(例如水)然后泵送通过注水管柱8，以使得流体喷射式切割器向井眼壁喷射两个相对的喷射流。结果在井眼壁上产生狭槽16。在泵送切割流体通过管柱8的同时，管柱在井眼1内逐渐上升直到喷射式切割器12位于形成区3的上端附近(图1B)。因此基本上在井眼壁1的通过形成区3的区段的整个长度上形成狭槽16。
如果井眼1基本上水平地延伸通过形成区3(图3、4)，那么注水管柱8上升通过井眼1，使得喷射式切割器12基本上在井眼1的穿过形成区3的区段的整个长度上切割狭槽32、42、52。
在图3所示的实施形式中，喷射式切割器12在井眼1内保持定向，使得喷嘴14在切割过程期间定位在基本上水平的平面内。
在图4所示的实施形式中，使用一个可选定的第一喷射式切割器(未示出)，它的喷嘴定位成彼此相对大约90°的角度，因此该可选定的喷射式切割器在井眼1内保持定向，使得喷嘴在切割过程期间相对于垂向成大约45°的角度定向。
狭槽16、32、42或孔眼排24的重要效果是，围绕井眼1、30、40形成一个抗压刚度降低的环形区60。环形区60的厚度大约等于狭槽16、32、42或孔眼排24的孔眼的深度。环形区60的抗压刚度降低了，因为狭槽16、32、42在岩石62的各区段之间形成空地，该空地在调节的构造应力的影响下允许环形区60的一定的圆周压缩。结果在环形区60内在狭槽16、32、42之间的岩石材料62的区段的应力略微减轻。通过减小环形区60内的应力，环形区60之外的岩石材料内的应力如图5示意表示的那样略微上升。但是，在环形区60之外的应力相对较低，因此应力的有限上升没有不利的影响。
通过本发明的方法得到的是，释放了井眼壁附近的相对较高的剪应力，因此在井眼壁附近的岩石材料的局部破坏的倾向被降低了。在井眼壁附近的岩石材料的破坏倾向的降低，导致了在生产碳氢化合物流体的期间岩石颗粒(砂石颗粒)从地层区流入井眼内的期望的降低，这是有利的。
取代在井眼的开放孔区段内产生狭槽或孔眼排，这种狭槽或孔眼排可以合适地形成在孔眼线或套管后面的岩层内。
取代上述的用喷射式切割器产生狭槽，狭槽可以通过机械装置例如链锯或通过炸药产生。
取代平行于井眼纵轴线延伸的细长区段，或者按沿着井眼壁的螺旋线的形式，细长区段可以在一个基本上垂直于井眼纵轴线的平面内延伸。因此在这种实施形式中，细长区段有圆形形状。
Claims (15)
1.一种降低岩石颗粒从地层流入到用于生产碳氢化合物流体的井眼内的方法，该方法包括：通过从井眼的壁上除去岩石材料在井眼周围产生一个抗压刚度减小的区。
2.按权利要求1的方法，其特征在于：在井眼的一个开放孔的部分内从井眼壁上除去岩石材料。
3.按权利要求1或2的方法，其特征在于：从井眼壁上除去岩石材料的步骤包括从井眼壁的至少一个细长区段上除去岩石材料。
4.按权利要求3的方法，其特征在于：每个所述细长区段具有一条沿着井眼的轴向延伸的纵向轴线。
5.按权利要求3或4的方法，其特征在于：包围井眼的地层受到应力，这些应力包括第一、第二和第三主应力，并且所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于其中选定的一个主应力的方向上延伸。
6.按权利要求5的方法，其特征在于：所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于其中最大的主应力的方向上延伸。
7.按权利要求5或6的方法，其特征在于：井眼基本上垂直地延伸，并且所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于最大水平主应力的方向上延伸。
8.按权利要求5或6的方法，其特征在于：井眼基本上水平地延伸，并且所述细长区段沿径向在一个基本上垂直于垂直主应力的方向上延伸。
9.按权利要求1至8之一的方法，其特征在于：从井眼壁上除去岩石材料的步骤包括在井眼壁上产生多个孔眼。
10.按权利要求9的方法，其特征在于：所述多个孔眼以一列孔眼的形式产生。
11.按权利要求1至8之一的方法，其特征在于：从井眼壁上除去岩石材料的步骤包括在井眼壁上产生狭槽。
12.按权利要求11的方法，其特征在于：所述狭槽基本上在井眼的轴向方向上延伸。
13.按权利要求11或12的方法，其特征在于：所述狭槽在井眼的横截面内是楔形的并且狭槽的宽度沿径向朝外的方向减小。
14.按权利要求11至13之一的方法，其特征在于：产生狭槽的步骤包括：
a)将设有流体喷射式切割器的管柱下降到井眼内；
b)将流体泵送通过管柱，以使流体喷射式切割器向井眼的壁上喷射流体射流，因此在井眼壁上产生切割；和
c)在步骤b的同时，沿轴向移动管柱穿过井眼。
15.基本上如上所述并参照附图的方法。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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