RU2773609C1

RU2773609C1 - Method for gravel packing of openhole wells

Info

Publication number: RU2773609C1
Application number: RU2021116171A
Authority: RU
Inventors: Мехмет Парлар; Балкришна Гадияр; Жюльен ДЕБАР
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2022-06-06

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry, in particular to gravel packing of wells. The method includes the installation of at least one anti-sand filter placed around a pipe element in an openhole well, ensuring the circulation of pulp containing expanding gravel and a carrier fluid, the deposition of pulp in the annular space of the wellbore surrounding at least one sand filter in an alpha wave starting at the near-wellbore section of the annular space of the wellbore, detecting at least one of the following: the entry of an alpha wave at the bottom-hole section of the annular space of the wellbore and the beginning of a beta wave at the bottom-hole section of the annular space of the wellbore, the cessation of pulp circulation and the initiation of the expansion of expanding gravel to fill the annular space of the wellbore surrounding at least one sand filter above the alpha wave.

EFFECT: efficiency of gravel deposition increases due to the exclusion of voids, damage to filters is eliminated.

15 cl, 4 dwg

Description

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИCROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS

[1] Настоящий документ основан на предварительной заявке США № 62/757,120, поданной 7 ноября 2018 г., и испрашивает приоритет по указанной заявке, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.[1] This document is based on U.S. Provisional Application No. 62/757,120, filed November 7, 2018, and claims priority over said application, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

[2] Многие скважины на нефтегазовых месторождениях в глубоководных/подводных средах заканчиваются в виде необсаженных скважин. Из-за чрезвычайно высокой стоимости проведения операций и высоких темпов добычи эти скважины требуют надежной методики заканчивания, которая предотвращает вынос песка и максимально повышает продуктивность на протяжении всего срока службы скважины. Одним из таких методов является гравийная набивка необсаженной скважины.[2] Many wells in oil and gas fields in deep/submarine environments are completed as open wells. Due to the extremely high cost of operations and high production rates, these wells require a robust completion technique that prevents sand production and maximizes productivity throughout the life of the well. One such method is open hole gravel packing.

[3] Гравийная набивка представляет собой способ, обычно применяемый для заканчивания скважины, в котором продуктивные пласты являются рыхлыми или слабо сцементированными. В таких пластах небольшие частицы (например, пластовый песок или мелкие частицы) могут быть добыты вместе с желаемыми пластовыми флюидами, что может привести к нескольким проблемам, таким как закупоривание пути добываемого потока, эрозия ствола скважины и повреждение дорогостоящего оборудования для заканчивания. Добыча частиц, таких как мелкие частицы, может быть существенно уменьшена за счет применения стального фильтра ствола скважины в сочетании с дисперсным материалом, размер которого предотвращает прохождение пластового песка через фильтр. Такой дисперсный материал, называемый «гравием», закачивается в виде гравийной пульпы и осаждается в кольцевую область между стволом скважины и фильтром. Гравий, если он правильно уложен, образует барьер для предотвращения попадания мелких частиц в фильтр, но позволяет пластовому флюиду свободно проходить через него и добываться.[3] Gravel packing is a method commonly used for well completions in which reservoirs are loose or poorly cemented. In such formations, small particles (eg, formation sand or fine particles) can be produced along with the desired formation fluids, which can lead to several problems such as plugging the produced flow path, eroding the wellbore, and damaging expensive completion equipment. The production of particulates, such as fines, can be substantially reduced by using a wellbore steel screen in combination with a particulate material that is sized to prevent formation sand from passing through the screen. This particulate material, referred to as "gravel", is injected as a gravel slurry and is deposited in the annular region between the wellbore and the screen. The gravel, if properly placed, forms a barrier to prevent small particles from entering the screen, but allows formation fluid to freely pass through and be produced.

[4] Гидроразрыв - это другая операция, в которой может применяться осаждение дисперсного материала для получения преимущества. Пласты для добычи нефти могут быть подвергнуты интенсификации притока за счет разрывов в эксплуатационных зонах для открытия путей, через которые добываемые флюиды могут течь к стволу скважины. Дисперсный материал, известный как пропанты, может быть осажден из пульпы в открытые разрывы для поддержания их в открытом положении.[4] Hydraulic fracturing is another operation in which particulate material settling can be used to advantage. Oil formations may be stimulated by fractures in production zones to open pathways through which produced fluids can flow to the wellbore. Particulate material, known as proppants, can be deposited from the pulp into open fractures to keep them open.

[5] Для эффективного выполнения своей функции гравийная набивка должна быть завершена и лишена пустот. Пустоты образуются, когда текучая среда-носитель, применяемая для переноса гравия, уходит или вытекает слишком быстро. Текучая среда-носитель может уходить либо из-за прохождения в пласт, или из-за прохождения через фильтры, где она собирается конечной частью инструмента для обслуживания, применяемого для гравийной набивки, широко известного как промывочная труба, и возвращается на поверхность. Ожидается и является необходимым, чтобы с некоторой скоростью происходила дегидратация, чтобы позволить гравию оседать в желаемом месте. Однако, когда гравийная пульпа дегидратирует слишком быстро, гравий может выпасть в осадок и образовать «перемычку», в результате чего он блокирует поток пульпы за пределами этой точки, даже если под или за ним находятся пустые участки. Это может лишить смысла применение гравийной набивки, поскольку отсутствие гравия в пустотах позволяет добывать песок или мелкие частицы через эти пустоты. Таким образом, в применениях гравийной набивки необсаженной скважины важно добиться полной гравийной набивки, которая лишена пустот.[5] To effectively perform its function, a gravel pack must be complete and void-free. Voids are formed when the carrier fluid used to carry the gravel leaves or flows out too quickly. The carrier fluid may escape either by passing into the formation or by passing through screens, where it is collected by the end of a gravel pack maintenance tool, commonly known as a washpipe, and returned to the surface. It is expected and necessary that some rate of dehydration occur to allow the gravel to settle in the desired location. However, when the gravel slurry dehydrates too quickly, the gravel can precipitate and form a "bridging" causing it to block the flow of the slurry beyond this point, even if there are voids below or behind it. This can make gravel packing useless, since the absence of gravel in the voids allows sand or fines to be mined through the voids. Thus, in open hole gravel pack applications, it is important to achieve a complete gravel pack that is devoid of voids.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[6] Способ установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, включает установку по меньшей мере одного противопесочного фильтра в необсаженной скважине, причем по меньшей мере один противопесочный фильтр располагают над трубным элементом; обеспечение циркуляции пульпы, содержащей расширяющийся гравий и текучую среду-носитель; осаждение пульпы в кольцевом пространстве ствола скважины, окружающем по меньшей мере один противопесочный фильтр, в альфа-волне, начинающейся на приствольном участке кольцевого пространства ствола скважины; обнаружение по меньшей мере одного из следующего: вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины; прекращение циркуляции пульпы и инициирование расширения расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной.[6] A method for installing gravel packs in an annulus of a wellbore in an open hole penetrating a subterranean formation includes installing at least one sand screen in an open hole, the at least one sand screen being positioned above a tubular member; circulating the pulp containing the expanding gravel and the carrier fluid; settling the slurry in the wellbore annulus surrounding the at least one sand screen in an alpha wave originating at a near-wellbore section of the wellbore annulus; detecting at least one of the following: the arrival of an alpha wave at the bottomhole portion of the wellbore annulus and the start of a beta wave at the bottomhole portion of the wellbore annulus; stopping the slurry circulation and causing expansion of the expanding gravel to pack the wellbore annulus surrounding the at least one sand screen above the alpha wave.

[7] Тем не менее, возможны многие модификации без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения. [7] However, many modifications are possible without substantially departing from the teachings of the present invention. Accordingly, such modifications are within the scope of the present invention as defined in the claims.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[8] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения далее в данном документе будут описаны со ссылкой на сопровождающие графические материалы, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы. Однако следует понимать, что сопровождающие фигуры иллюстрируют различные варианты осуществления, описанные в настоящем документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в настоящем документе. [8] Some embodiments of the present invention will be described hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like elements. However, it should be understood that the accompanying figures illustrate various embodiments described herein and are not intended to limit the scope of the various technologies described herein.

[9] На фиг. 1A-1C показаны виды в разрезе интервала заканчивания, изображающие различные стадии операции гравийной набивки, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[9] FIG. 1A-1C are sectional views of a completion interval depicting various stages of a gravel pack operation, in accordance with one or more embodiments of the present invention.

[10] На фиг. 2 показана блок-схема способа установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения.[10] FIG. 2 is a flow diagram of a method for installing a gravel pack in the annulus of a wellbore in an open hole penetrating a subterranean formation, in accordance with one or more embodiments of the present invention.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

[11] В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что указанная система и/или методология могут быть реализованы на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления.[11] In the following description, numerous details are set forth in order to provide an understanding of certain embodiments of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the system and/or methodology may be practiced without these details and that numerous variations or modifications to the described embodiments are possible.

[12] В описании и приложенной формуле изобретения: термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «вверху» и внизу», «вверх по потоку» и «вниз по потоку», «выше по стволу скважины» и «ниже по стволу скважины», «выше» и «ниже» и другие подобные термины, указывающие на относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, применяются в настоящем документе для более четкого описания некоторых вариантов осуществления изобретения.[12] In the description and appended claims: the terms "up" and "down", "up" and "low", "up" and "down", "upstream" and "downstream", "upstream wells" and "down the wellbore", "above" and "below" and other similar terms indicating relative positions above or below a given point or feature are used herein to more clearly describe certain embodiments of the invention.

[13] Настоящее изобретение в целом относится к гравийной набивке необсаженной скважины. В частности, варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, относятся к применениям гравийной набивки необсаженной скважины, в которых инициируется расширение расширяющегося гравия для полной набивки кольцевого пространства над альфа-волной для достижения полной гравийной набивки, которая лишена пустот.[13] The present invention relates generally to an open hole gravel pack. In particular, the embodiments disclosed herein relate to open hole gravel pack applications in which expanding expanding gravel is initiated to fully pack the annulus above the alpha wave to achieve a full gravel pack that is free of voids.

[14] При строительстве скважины обсадная колонна может быть расположена внутри части пробуренного ствола скважины и зацементирована на месте. Часть ствола скважины, которая не скреплена обсадной колонной, образует открытую или необсаженную секцию скважины, в которой размещается противопесочный фильтр в сборе для упрощения гравийной набивки, чтобы управлять прохождением и выносом пластового песка и стабилизировать пласт, в котором находится необсаженная секция скважины.[14] During well construction, the casing may be positioned within a portion of the drilled wellbore and cemented in place. The portion of the wellbore that is uncased forms an open or open hole section that houses the sand screen assembly to facilitate gravel packing to control the passage and flow of formation sand and stabilize the formation containing the open hole section.

[15] После пробуривания ствола скважины и цементирования обсадной колонны на месте, скважина может быть закончена посредством установки противопесочных фильтров и гравийной набивки необсаженной секции скважины, вследствие чего добываемые флюиды из пласта могут проходить через гравийную набивку и противопесочный фильтр и могут извлекаться через ствол скважины. Необсаженная секция скважины может иметь любую ориентацию, включая вертикальные и горизонтальные секции ствола.[15] After drilling the wellbore and cementing the casing in place, the well can be completed by installing sand screens and open hole gravel pack, whereby produced fluids from the formation can pass through the gravel pack and sand screen and can be recovered through the wellbore. The open hole section may be in any orientation, including vertical and horizontal sections of the wellbore.

[16] При установке гравийной набивки противопесочный фильтр в сборе может быть спущен или опущен на выбранную глубину в необсаженной секции скважины в стволе скважины. Противопесочный фильтр в сборе может быть спущен или опущен в ствол скважины на трубном элементе или промывочной трубе, которая применяется для переноса флюидов между противопесочным фильтром и поверхностью. Спуск противопесочного фильтра в сборе на выбранную глубину может включать размещение противопесочного фильтра в вертикальной или невертикальной (горизонтальной) секциях скважины. Пакер может быть расположен и установлен в обсадной колонне над противопесочным фильтром для изоляции отделяемого интервала. Инструмент для обслуживания с переходником также может быть оснащен узлом для избирательного обеспечения прохождения флюидов между кольцевым пространством, образованным необсаженной скважиной и фильтром в сборе, и внутренней частью трубного элемента или промывочной трубы.[16] When installing the gravel pack, the sand screen assembly can be run or lowered to a selected depth in an open hole section of the wellbore. The sandscreen assembly may be run or lowered into the wellbore on a tubular or washpipe that is used to transfer fluids between the sandscreen and the surface. Running the sand screen assembly to a selected depth may include placing the sand screen in vertical or non-vertical (horizontal) sections of the well. A packer may be located and installed in the casing above the sand screen to isolate the separation interval. The adapter service tool may also be provided with an assembly to selectively allow fluids to pass between the annulus formed by the open hole and screen assembly and the interior of the tubular or washpipe.

[17] Когда противопесочный фильтр в сборе находится на месте, пульпу гравийной набивки, содержащую гравий для образования гравийной набивки и текучую среду-носитель, вводят в ствол скважины для упрощения гравийной набивки необсаженной секции скважины в стволе скважины в кольцевом пространстве, окружающем противопесочный фильтр. Пульпа гравийной набивки может быть введена в трубный элемент, где она протекает к инструменту для обслуживания с переходником в кольцевое пространство необсаженной секции скважины ниже пакера и во внешнюю часть противопесочного фильтра. Когда гравий оседает внутри необсаженной секции скважины, окружающей фильтр, текучая среда-носитель проходит через фильтр и входит во внутреннюю часть трубного элемента. Текучая среда-носитель перемещается в инструмент с переходником и входит в кольцевое пространство между обсадной колонной и трубным элементом над пакером.[17] When the sand screen assembly is in place, a gravel pack slurry containing gravel to form the gravel pack and a carrier fluid is introduced into the wellbore to facilitate gravel packing of the open hole section in the wellbore in the annulus surrounding the sand screen. The gravel pack slurry may be introduced into the tubular where it flows to a service tool with an adapter into the open hole annulus below the packer and into the outer portion of the sand screen. As the gravel settles within the open hole section surrounding the screen, the carrier fluid passes through the screen and enters the interior of the tubular. The carrier fluid moves into the adapter tool and enters the annulus between the casing and tubular above the packer.

[18] Существует два принципиальных метода, применяемых для гравийной набивки горизонтальных скважины с необсаженным стволом: (1) метод водяного уплотнения (или «альфа-бета» уплотнения); и (2) метод уплотнения альтернативного пути. В методе водяного уплотнения применяют текучие среды-носители с низкой вязкостью, такие как жидкости заканчивания скважин, для переноса гравия с поверхности и осаждения его в кольцевое пространство между противопесочным фильтром и стволом скважины. В методе альтернативного пути, с другой стороны, применяют вязкие текучие среды-носители. Таким образом, механизмы уплотнения этих двух методов существенно отличаются, когда вязкость и/или упругость текучей среды-носителя является такой, что оседание гравия минимизируется. Метод альтернативного пути позволяет обойти любые перемычки, которые могут образоваться в кольцевом пространстве, вызванные, например, превышением давления гидроразрыва, или осыпанием/набуханием глины или локальным обвалом пласта на противопесочных фильтрах.[18] There are two principal methods used for gravel packing of openhole horizontal wells: (1) water sealing (or "alpha-beta" sealing); and (2) an alternative path compaction method. The water compaction method uses low viscosity carrier fluids, such as well completion fluids, to carry gravel from the surface and deposit it in the annulus between the sand screen and the wellbore. The alternate route method, on the other hand, uses viscous carrier fluids. Thus, the compaction mechanisms of the two methods differ substantially when the viscosity and/or elasticity of the carrier fluid is such that gravel settling is minimized. The alternate path method bypasses any bridges that may form in the annulus, caused, for example, by excess fracturing pressure, or by clay sloughing/swelling or localized formation failure on sand screens.

[19] Операторы все чаще переходят к бурению и заканчиванию все более длинных скважин для получения доступа к резервам в различных зонах через один ствол скважины для повышения эффективности и снижения затрат. Достижение целевых темпов добычи в таких скважинах требует заканчивания необсаженных скважин с большим наклоном и часто требует применения зональной изоляции посредством пакеров для необсаженных скважин и устройств регулирования притока (ICD - англ.: inflow control device). Гравийная набивка этих скважин связана с серьезными проблемами, которые еще не были в полной мере решены. Поскольку ICD приводят к значительному падению давления для входа текучей среды-носителя в кольцевое пространство между промывочной трубой и фильтром на скоростях, при которых выполняется обработка с гравийной набивкой, давление, которому подвергается пласт, превысит давление гидроразрыва, что приведет к немедленному прекращению обработки. Чтобы решить эту проблему, обычной практикой в методе водяного уплотнения является включение нескольких узлов из фильтров без ICD (обычных фильтров) и выполнение обработки с альфа/альфа гравийной набивкой, уменьшая скорость закачки во время обработки, что часто приводит к одиночной альфа-волне и почти всегда приводит к неполной гравийной набивке.[19] Operators are increasingly moving to drill and complete ever longer wells to access reserves in different zones through a single wellbore to increase efficiency and reduce costs. Achieving target production rates in such wells requires highly deviated openhole completions and often requires the use of zonal isolation through openhole packers and inflow control devices (ICDs). The gravel packing of these wells presents significant challenges that have not yet been fully resolved. Since ICDs result in a significant pressure drop for carrier fluid to enter the annulus between the washpipe and the screen at the speeds at which gravel pack treatments are being performed, the pressure to which the formation is subjected will exceed the fracturing pressure, resulting in immediate termination of the treatment. To solve this problem, a common practice in the water compaction method is to include several nodes from the non-ICD filters (conventional filters) and perform the treatment with alpha/alpha gravel pack, reducing the pumping rate during the treatment, which often results in a single alpha wave and almost always results in an incomplete gravel pack.

[20] Гидроразрыв пласта аналогично является основной проблемой при заканчивании длинных необсаженных скважин с небольшим окном гидроразрыва, особенно посредством текучих сред с низкой вязкостью, даже когда ICD не применяются во всем фильтре в сборе. В таких случаях нижняя часть скважины с большим наклоном/горизонтальной скважины подвергается операции гравийной набивки посредством оседания гравия, причем высота этой набивки (называемой «альфа-волна», которая проходит от приствольного участка до призабойного участка) достигает равновесия на основании геометрических факторов и скорости закачки, пока альфа-волна не достигнет призабойного участка скважины, и оставшееся кольцевое пространство над намытым барьером, образовавшимся во время альфа-волны, затем заполняют от призабойного участка до приствольного участка (называется «бета-волна»). Во время бета-волны текучая среда-носитель обеспечивает осаждение гравия снаружи фильтра, и избыточная текучая среда-носитель входит в кольцевое пространство между фильтром и промывочной трубой (трубой внутри фильтра). Поскольку давление трения в кольцевом пространстве между фильтром и промывочной трубой выше, чем в других областях при заканчивании, давление, которое воздействует на пласт, начинает повышаться, и может в некоторый момент превысить давление гидроразрыва пласта, что приведет к неполной гравийной набивке.[20] Fracturing is similarly a major problem in long openhole completions with small fracturing windows, especially with low viscosity fluids, even when ICDs are not applied to the entire screen assembly. In such cases, the lower part of the highly deviated/horizontal well is gravel packed by gravel settling, with the height of the gravel pack (referred to as the “alpha wave” that extends from the wellbore to the wellbore) reaching equilibrium based on geometric factors and pumping rate. until the alpha wave reaches the wellbore, and the remaining annulus above the reclaimed barrier formed during the alpha wave is then filled from the wellbore to the wellbore (referred to as the "beta wave"). During the beta wave, the carrier fluid causes the gravel to settle outside the filter and excess carrier fluid enters the annulus between the filter and the wash pipe (pipe inside the filter). Because the friction pressure in the annulus between the screen and the washpipe is higher than in other areas of the completion, the pressure that is acting on the formation begins to rise and may at some point exceed the fracturing pressure, resulting in an incomplete gravel pack.

[21] При применении вязких текучих сред, в которых гравий не находится в идеально взвешенном состоянии, все еще наблюдается оседание гравия (и, таким образом, альфа-волна) в скважинах с большим наклоном, с равновесной высотой альфа-волны, которая меньше, чем при применении текучих сред с низкой вязкостью, таких как рассол. В зависимости от характеристик вязкой текучей среды, различные механизмы могут приводить к потере способности суспендирования гравия у текучей среды. Например, многие вязкоупругие текучие среды с добавками поверхностно-активных веществ могут терять свою вязкость и/или упругость, когда они подвергаются действию некоторых загрязнителей, которые включают любые невытесняемые нефтяные текучие среды, взаимные растворители и т. д. Высокие скорости сдвига на пути закачки могут привести к ухудшению загустителя, что вызывает временную или постоянную потерю свойств суспендирования гравия у текучие среды-носителя. Таким образом, один или более вариантов осуществления настоящего изобретения также могут быть применимы в случаях, где с такими проблемами можно столкнуться при применении вязких текучих сред.[21] When using viscous fluids in which the gravel is not in perfect suspension, gravel settling (and thus an alpha wave) is still observed in highly deviated wells, with an equilibrium alpha wave height that is less than than with low viscosity fluids such as brine. Depending on the characteristics of the viscous fluid, various mechanisms can cause the fluid to lose its ability to suspend gravel. For example, many surfactant-added viscoelastic fluids can lose their viscosity and/or resiliency when they are exposed to certain contaminants, which include any undisplaced petroleum fluids, mutual solvents, etc. High shear rates along the injection path can result in a deterioration of the thickener, which causes a temporary or permanent loss of the gravel suspension properties of the carrier fluid. Thus, one or more embodiments of the present invention may also be applicable in cases where such problems may be encountered when using viscous fluids.

[22] На фиг. 1A-1B показано схематическое изображение интервала заканчивания горизонтальной необсаженной скважины, который в целом обозначен позицией 50, заполняемого альфа-бета набивкой. Как показано на фиг. 1A, обсадную колонну 52 цементируют в части скважины 54 рядом с приствольным участком или ближним концом горизонтальной части скважины 54. Рабочая колонна 56 проходит через обсадную колонну 52 и входит в интервал 58 заканчивания необсаженной скважины. Пакер в сборе 60 расположен между рабочей колонной 56 и обсадной колонной 52 на переходнике в сборе 62. Рабочая колонна 56 содержит один или более противопесочных фильтров в сборе, таких как противопесочный фильтр в сборе 64. Противопесочный фильтр в сборе 64 содержит противопесочный фильтр, имеющий множество отверстий, через которые могут протекать флюиды. Противопесочный фильтр может быть расположен вокруг трубного элемента, который может представлять собой промывочную трубу промывочной трубы в сборе согласно одному или более вариантам осуществления.[22] FIG. 1A-1B show a schematic representation of a horizontal openhole completion interval, generally indicated at 50, being filled with alpha-beta packing. As shown in FIG. 1A, casing 52 is cemented in a portion of the wellbore 54 near the wellbore or proximal end of the horizontal portion of the wellbore 54. The workstring 56 passes through the casing string 52 and enters the interval 58 of an open hole completion. Packer assembly 60 is positioned between workstring 56 and casing 52 on adapter assembly 62. Workstring 56 includes one or more sand screen assemblies, such as sand screen assembly 64. Sand screen assembly 64 includes a sand screen having a plurality of openings through which fluids can flow. The sand filter may be positioned around a tubular member, which may be a wash pipe of a wash pipe assembly according to one or more embodiments.

[23] Как показано на фиг. 1A-1B, в ходе операции гравийной набивки текучая пульпа 84 доставляется вниз по рабочей колонне 56 в переходник в сборе 62. Текучая пульпа 84 выходит из переходника в сборе 62 через отверстия 90 переходника и выпускается в интервал 58 заканчивания необсаженной скважины, как указано стрелками 92. В изображенном варианте осуществления альфа-бета набивки текучая пульпа 84 затем перемещается в интервале 58 заканчивания необсаженной скважины так, что части гравия выпадают из пульпы и скапливаются на нижней стороне ствола 54 скважины от приствольного участка до призабойного участка ствола 54 скважины, как указано фронтом 94 альфа-волны части альфа-волны гравийной набивки. В то же время части текучей среды-носителя проходят через противопесочный фильтр в сборе 64 и перемещаются через кольцевое пространство между внутренней частью промывочной трубы в сборе и внутренней частью противопесочного фильтра в сборе 64. Эти возвратные текучие среды входят в дальний конец промывочной трубы в сборе, текут назад через промывочную трубу в сборе к переходнику в сборе 62, как указано стрелками 98, и текут в кольцевое пространство 88 через отверстия 100 переходника для возврата на поверхность.[23] As shown in FIG. 1A-1B, during the gravel pack operation, fluid slurry 84 is delivered down the workstring 56 to sub assembly 62. Fluid slurry 84 exits sub assembly 62 through adapter ports 90 and is discharged into open hole completion interval 58 as indicated by arrows 92. In the illustrated alpha-beta pack embodiment, the fluid slurry 84 then travels through the interval 58 of an open hole completion such that portions of the gravel fall out of the slurry and accumulate on the underside of the wellbore 54 from the wellbore to the wellbore 54 as indicated by front 94 alpha waves are part of a gravel pack alpha wave. At the same time, portions of the carrier fluid pass through the sand filter assembly 64 and move through the annulus between the interior of the wash pipe assembly and the interior of the sand screen assembly 64. These return fluids enter the distal end of the wash pipe assembly, flow back through the flush tube assembly to the adapter assembly 62 as indicated by arrows 98 and flow into the annulus 88 through the holes 100 of the return to the surface adapter.

[24] Как показано за счет развития ситуации на фиг. 1A-1B, операция альфа-бета набивки начинается с альфа-волна осаждения гравия в кольцевом пространстве на нижней стороне ствола 54 скважины с прохождением от ближнего конца (приствольный участок) к дальнему концу (призабойный участок) кольцевого пространства ствола скважины. Гравитационные силы преобладают на этой «альфа» волной, вследствие чего гравий оседает при достижении равновесной высоты. Если поток текучей среды остается выше критической скорости для транспортировки частиц, гравий будет перемещаться вниз по горизонтальной секции от приствольного участка к призабойному участку кольцевого пространства ствола скважины. [24] As shown by the development of the situation in FIG. 1A-1B, the alpha-beta packing operation begins with an alpha wave of gravel settling in the annulus on the underside of the wellbore 54 from the near end (wellbore) to the far end (bottomhole) of the wellbore annulus. Gravitational forces predominate on this "alpha" wave, causing the gravel to settle when the equilibrium height is reached. If the fluid flow remains above the critical particle transport velocity, the gravel will move down the horizontal section from the wellbore to the near-wellbore annulus of the wellbore.

[25] В частности, на фиг. 1B показана альфа-волна, начинающая прибывать на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Согласно методу альфа-бета набивки после достижения альфа-волной призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины, вторая фаза «бета» волны, как указано фронтом 118 бета-волны (фиг. 1C), начинает обеспечивать осаждение гравия поверх осаждения альфа-волны, с прохождением от дальнего конца (призабойный участок) к ближнему концу (приствольный участок) кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения и как дополнительно описано ниже, при обнаружении по меньшей мере одного из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины, циркуляцию текучей пульпы 84 прекращают, что приводит к прекращению осаждения гравия в кольцевом пространстве ствола скважины. В соответствии с одним или более вариантам осуществления вступление альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начало бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины могут происходить на стадии, которая происходит между снимками операции альфа-бета набивки, показанными на фиг. 1B и 1C.[25] In particular, in FIG. 1B shows an alpha wave beginning to arrive at the bottomhole portion of a wellbore annulus, in accordance with one or more embodiments of the present invention. According to the alpha-beta packing method, after the alpha wave reaches the bottom hole of the wellbore annulus, the second phase of the "beta" wave, as indicated by the beta wave front 118 (FIG. 1C), begins to provide gravel settling on top of the alpha wave settling, with the passage from the far end (bottomhole section) to the near end (wellbore section) of the annular space of the wellbore. According to one or more embodiments of the present invention, and as further described below, upon detection of at least one of an alpha wave arrival at the wellbore annulus bottom hole and a beta wave start at the wellbore annulus bottom hole, circulation of fluid slurry 84 is stopped. , which leads to the termination of the deposition of gravel in the annulus of the wellbore. In accordance with one or more embodiments, the arrival of the alpha wave at the bottomhole section of the wellbore annulus and the start of the beta wave at the bottomhole section of the wellbore annulus may occur at a stage that occurs between the shots of the alpha-beta packing operation shown in FIG. 1B and 1C.

[26] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения текучая пульпа 84 может содержать расширяющийся гравий и текучую среду-носитель. В состоянии до расширения гравий имеет такой размер, что он не может проходить через отверстия противопесочного фильтра во время операции гравийной набивки. В одном или более вариантах осуществления расширяющийся гравий содержит по меньшей мере один реактивный элемент, который срабатывает под воздействием по меньшей мере одного из минерализации, температуры, pH или другого свойства в стволе скважины или окружающей среде для обеспечения расширения и увеличения в объеме расширяющегося гравия. После прекращения осаждения посредством альфа-волны расширяющегося гравия в кольцевом пространстве ствола скважины, как описано выше, инициируют расширение расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего противопесочный фильтр, над осаждением альфа-волны, в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Преимущественно расширяющийся гравий может расширяться так, чтобы полностью заполнить кольцевое пространство ствола скважины для достижений полной гравийной набивки для эффективной борьбы с выносом песка во время добычи. Более того, расширение гравия не приводит к воздействию чрезмерного давления на пласт. То есть, когда гравий расширяется, давление, воздействующее на пласт, может составлять только 13790 кПа (2000 фунтов/кв. дюйм) или менее, в отличие от 48263 -68948 кПа (7000-10000 фунтов/кв. дюйм) (т. е. возможное давление, воздействующее на пласт, возникающее из-за обычной бета-волны, осаждаемой поверх осаждения альфа-волны), что может привести к смятию фильтров. Иными словами, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения давление, воздействующее на подземный пласт и противопесочный фильтр после расширения расширяющегося гравия, меньше, чем номинальное давление смятия противопесочного фильтра.[26] According to one or more embodiments of the present invention, the fluid slurry 84 may comprise expanding gravel and a carrier fluid. In the pre-expanded state, the gravel is of such a size that it cannot pass through the holes of the sand screen during the gravel packing operation. In one or more embodiments, the expandable gravel comprises at least one reactive element that is actuated by at least one of salinity, temperature, pH, or other property in the wellbore or environment to cause expansion and expansion of the expandable gravel. After the deposition of the expanding gravel annulus alpha wave is terminated, as described above, the expansion of the expanding gravel is initiated to pack the wellbore annulus surrounding the sand screen over alpha wave deposition, in accordance with one or more embodiments of the present invention. . Advantageously, the expandable gravel may expand to completely fill the wellbore annulus to achieve a full gravel pack for effective sand control during production. Moreover, the expansion of the gravel does not result in excessive pressure being applied to the formation. That is, when the gravel expands, the pressure acting on the formation can only be 13790 kPa (2000 psi) or less, as opposed to 48263 -68948 kPa (7000-10000 psi) (i.e. possible formation pressure due to conventional beta wave deposited on top of alpha wave settling), which can lead to collapse of the filters. In other words, according to one or more embodiments of the present invention, the pressure exerted on the subterranean formation and the sand screen after expansion of the expanding gravel is less than the rated collapse pressure of the sand screen.

[27] Как описано выше, противопесочный фильтр может быть расположен вокруг трубного элемента, который может представлять собой промывочную трубу согласно одному или более вариантам осуществления. Кроме того, механизм обнаружения может быть установлен на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы согласно одному или более вариантам осуществления. При установке на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы механизм обнаружения может обнаруживать по меньшей мере одно из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения, установленный на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы, может представлять собой датчик, который идентифицирует компонент расширяющегося гравия, по меньшей мере один скважинный манометр, работающий в режиме реального времени, который может измерять повышение давления, указывающее на конец альфа-волны и начало бета-волны, плотномер, который измеряет плотность гравия возле призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины, другой тип датчика или разрывную мембрану.[27] As described above, the sand filter may be located around the tubular element, which may be a wash pipe according to one or more embodiments. In addition, the detection mechanism may be installed at the bottomhole section of the tubular or washpipe according to one or more embodiments. When a tubular element or flushing pipe is installed at the wellbore, the detection mechanism may detect at least one of an alpha wave arrival at the wellbore annulus and a beta wave beginning at the wellbore annulus. According to one or more embodiments of the present invention, the detection mechanism installed at the bottomhole section of the tubular or washpipe may be a sensor that identifies an expanding gravel component, at least one real-time downhole pressure gauge that can measure pressure rise , indicating the end of the alpha wave and the beginning of the beta wave, a density meter that measures the density of gravel near the bottomhole annulus, another type of sensor, or a bursting disc.

[28] В других вариантах осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения, который измеряет давление на поверхности ствола скважины, может обнаруживать по меньшей мере одно из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. Например, изменение давления может быть зарегистрировано на поверхности подходящим устройством, расположенным на линии нагнетания, проходящей от призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины до поверхности. Более того, предусмотрены другие типы поверхностных датчиков, и они находятся в пределах объема настоящего изобретения. Например, может быть предусмотрен один или более поверхностных датчиков давления для обнаружения изменений давления, которые происходят во время прохождения альфа-волны от приствольного участка к призабойному участку кольцевого пространства ствола скважины, или обнаружения существенного повышения давления (трения), которое происходит при переходе операции гравийной набивки от конца альфа-волны к началу бета-волны.[28] In other embodiments of the present invention, a detection mechanism that measures pressure at the wellbore surface can detect at least one of an alpha wave arrival at the wellbore annulus bottom hole and a beta wave start at the wellbore annulus bottom hole. . For example, a change in pressure may be detected at the surface by a suitable device located in the injection line extending from the bottomhole portion of the wellbore annulus to the surface. Moreover, other types of surface sensors are contemplated and are within the scope of the present invention. For example, one or more surface pressure sensors may be provided to detect pressure changes that occur during the passage of the alpha wave from the near-wellbore to the near-wellbore annulus of the wellbore, or to detect a significant increase in pressure (friction) that occurs during the transition of a gravel operation. padding from the end of the alpha wave to the beginning of the beta wave.

[29] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения противопесочный фильтр противопесочного фильтра в сборе 64 может содержать по меньшей мере одно устройство регулирования притока (ICD) или другой тип устройства ограничения потока. В одном или более вариантах осуществления ICD ограничивает поток снаружи противопесочного фильтра в сборе 64 внутрь противопесочного фильтра в сборе 64. Например, ICD может применяться во время операций добычи для обеспечения притока добываемых флюидов внутрь основной трубы противопесочного фильтра в сборе 64. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения ICD также может применяться во время операций гравийной набивки для получения части возвращающейся текучей среды-носителя из текучей пульпы.[29] According to one or more embodiments of the present invention, the sand filter of the sand filter assembly 64 may comprise at least one inflow control device (ICD) or other type of flow restriction device. In one or more embodiments, the ICD restricts flow from outside the sand screen assembly 64 to the inside of the sand screen assembly 64. For example, the ICD may be used during production operations to allow production fluids to flow into the main sand screen assembly 64 tube. In one or more embodiments, embodiment of the present invention, the ICD may also be used during gravel packing operations to obtain a portion of the returning carrier fluid from the fluid slurry.

[30] Как описано выше, рабочая колонна 56 может содержать более одного противопесочного фильтра в сборе 64, каждый из которых содержит противопесочный фильтр. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения операция гравийной набивки может предусматривать несколько противопесочных фильтров, в том числе по меньшей мере один расходный фильтр и по меньшей мере один нерасходный фильтр. Согласно одному или более вариантам осуществления, например, нерасходный фильтр может содержать ICD, а расходный фильтр может быть выполнен без ICD.[30] As described above, the workstring 56 may include more than one sand filter assembly 64, each containing a sand filter. According to one or more embodiments of the present invention, the gravel packing operation may include multiple sand filters, including at least one feed filter and at least one non-consumable filter. According to one or more embodiments, for example, a non-consumable filter may comprise an ICD, and a consumable filter may be configured without an ICD.

[31] Другая проблема, общая для горизонтальных скважин с гравийной набивкой, заключается во внезапном повышении давления внутри ствола скважины, когда альфа-волна достигает призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины. Обычно обратная или бета-волна переносит гравий обратно, вверх по стволу скважины, заполняя верхнюю часть, которая осталась незаполненной альфа-волной. По мере продвижения бета-волны вверх по стволу скважины, давление в стволе скважины увеличивается из-за сопротивления трению потока текучей среды-носителя. Текучая среда-носитель, не ушедшая в пласт, обычно должна течь в призабойный участок, поскольку промывочная труба заканчивается в этом участке. Когда пульпа достигает верхнего конца бета-волны, текучая среда-носитель должна пройти расстояние до призабойного участка в небольшом кольцевом пространстве между фильтром и промывочной трубой. По мере увеличения этого расстояния повышается давление трения, что приводит к повышению давления в стволе скважины. Более того, повышение давления трения может контролироваться, например, за счет меньшего внутреннего диаметра фильтра, большего наружного диаметра промывочной трубы, длины соединений фильтра возле призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины или любой их комбинации. Однако, поскольку один или более вариантов осуществления настоящего изобретения инициируют расширение расширяющегося гравия, осажденного во время альфа-волны, для полной набивки кольцевого пространства ствола скважины вместо осаждения гравия в обычной бета-волне поверх альфа-волны, повышение давления во время фазы «бета-волны» операции альфа-бета набивки не превышает давление трения на по меньшей мере одном расходном фильтре противопесочного фильтра в сборе 64 или по меньшей мере одном соединении по меньшей мере одного нерасходного фильтра противопесочного фильтра в сборе 64.[31] Another problem common to gravel-packed horizontal wells is the sudden increase in pressure within the wellbore when the alpha wave reaches the bottom hole portion of the wellbore annulus. Typically, the back or beta wave carries the gravel back up the wellbore, filling the upper part that was left unfilled by the alpha wave. As the beta wave travels up the wellbore, the pressure in the wellbore increases due to the frictional resistance of the carrier fluid flow. The carrier fluid that has not gone into the formation will normally have to flow to the bottomhole area, since the washpipe terminates in this area. When the slurry reaches the upper end of the beta wave, the carrier fluid must travel to the bottom hole in the small annulus between the screen and the washpipe. As this distance increases, the friction pressure increases, which leads to an increase in pressure in the wellbore. Moreover, the increase in friction pressure can be controlled, for example, by a smaller filter ID, larger washpipe OD, length of filter connections near the wellbore annulus, or any combination thereof. However, since one or more embodiments of the present invention initiate the expansion of the expanding gravel deposited during the alpha wave to fully pack the wellbore annulus, instead of the gravel settling in a conventional beta wave on top of the alpha wave, the increase in pressure during the "beta" phase wave" of the alpha-beta packing operation does not exceed the friction pressure on at least one consumable sand filter assembly 64 or at least one connection of at least one non-consumable sand filter assembly 64.

[32] Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения операция гравийной набивки может предусматривать по меньшей мере один противопесочный фильтр, который представляет собой фильтр альтернативного пути с шунтирующими трубами. В таких вариантах осуществления поток текучей пульпы 84 будет перенаправлен через шунтирующие трубы, расположенные снаружи противопесочного фильтра в сборе 64, которые обеспечивают альтернативный путь для текучей пульпы 84. В таких вариантах осуществления шунтирующие трубы могут действовать как трубопровод для протекания текучей пульпы 84 через пакер или сдавленный глинистый интервал. Таким образом, перемычки, которые могут образоваться в кольцевом пространстве ствола скважины во время гравийной набивки, можно обойти, что упрощает образование более полной гравийной набивки. Более конкретно, фильтр альтернативного пути с шунтирующими трубами расположен только в секциях заканчивания, которые изолированы посредством по меньшей мере одного из пакера и глинистого интервала согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. Таким образом, любые перемычки, образовавшиеся в результате превышения давления гидроразрыва или осыпания/набухания глины, или локального обвала пласта на противопесочных фильтрах, например, можно обойти посредством шунтирующих труб.[32] According to one or more embodiments of the present invention, the gravel pack operation may include at least one sand screen, which is an alternative path screen with shunt tubes. In such embodiments, the flow of fluid slurry 84 will be redirected through shunt tubes located outside the sand screen assembly 64, which provide an alternative path for fluid slurry 84. In such embodiments, the shunt tubes may act as a conduit for fluid slurry 84 to flow through a packer or squeezed clay interval. Thus, bridges that may form in the wellbore annulus during gravel packing can be bypassed, making it easier to form a more complete gravel pack. More specifically, the bypass alternative path filter is located only in completions that are isolated by at least one of the packer and shale interval according to one or more embodiments of the present invention. Thus, any bridges formed as a result of exceeding the hydraulic fracturing pressure or shedding/swelling of clay, or local collapse of the formation on sand filters, for example, can be bypassed by means of shunt pipes.

[33] Обратимся теперь к фиг. 2, на которой показана блок-схема способа установки гравийной набивки в кольцевом пространстве ствола скважины в необсаженной скважине, проходящей через подземный пласт, согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения. В одном или более вариантах осуществления способ начинается на этапе S10, на котором по меньшей мере один противопесочный фильтр устанавливают в необсаженной скважине. Для установки по меньшей мере один противопесочный фильтр можно спустить или опустить до выбранной глубины внутри необсаженной секции скважины в стволе скважины, например, на трубном элементе или промывочной трубе. В одном или более вариантах осуществления пакер может быть размещен или установлен над по меньшей мере одним противопесочным фильтром для изоляции интервала, подлежащего набивке, и инструмент для обслуживания с переходником может быть предоставлен для избирательного обеспечения прохождения флюидов между кольцевым пространством, образованным необсаженной скважиной и по меньшей мере одним противопесочным фильтром, и внутренней частью трубного элемента или промывочной трубы. [33] Referring now to FIG. 2 is a flow diagram of a method for installing gravel packs in the annulus of a wellbore in an open hole through a subterranean formation, in accordance with one or more embodiments of the present invention. In one or more embodiments, the method begins at step S10, wherein at least one sand screen is installed in an open hole. For installation, at least one sand screen can be run or lowered to a selected depth within an open section of the wellbore in the wellbore, such as on a tubular or washpipe. In one or more embodiments, a packer may be placed or installed over at least one sand screen to isolate the interval to be packed, and a service tool with an adapter may be provided to selectively allow fluids to pass between the open hole annulus and at least at least one sand filter, and the inside of the tubing or flush pipe.

[34] На этапе S12, показанном на фиг. 2, операция гравийной набивки начинается с обеспечения циркуляции пульпы, которая содержит расширяющийся гравий и текучую среду-носитель. В одном или более вариантах осуществления текучая пульпа может быть введена в трубный элемент, где она протекает к инструменту для обслуживания с переходником в кольцевое пространство необсаженной секции скважины ниже пакера и внешней части по меньшей мере одного противопесочного фильтра. [34] In step S12 shown in FIG. 2, the gravel packing operation begins by circulating a slurry that contains expanding gravel and carrier fluid. In one or more embodiments, fluid slurry may be introduced into the tubular where it flows to a service tool with an adapter into the open hole annulus below the packer and the outer portion of the at least one sand screen.

[35] На этапе S14, показанном на фиг. 2, происходит осаждение текучей пульпы в кольцевом пространстве ствола скважины в альфа-волне, начинающейся на приствольном участке кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения альфа-волна обеспечивает осаждение расширяющегося гравия пульпы в кольцевом пространстве на нижней стороне ствола скважины с прохождением от заднего конца (приствольный участок) к дальнему концу (призабойный участок) кольцевого пространства ствола скважины. В одном или более вариантах осуществления, когда расширяющийся гравий оседает внутри необсаженной секции скважины, окружающей по меньшей мере один противопесочный фильтр, текучая среда-носитель проходит через фильтр и входит во внутреннюю часть трубного элемента. Текучая среда-носитель перемещается в инструмент с переходником и входит в кольцевое пространство между обсадной колонной и трубным элементом над пакером.[35] In step S14 shown in FIG. 2, the fluid slurry is deposited in the wellbore annulus in an alpha wave starting at the near-well section of the wellbore annulus. According to one or more embodiments of the present invention, the alpha wave causes the expanding gravel slurry to settle in the annulus on the underside of the wellbore from the rear end (wellbore) to the far end (bottomhole) of the wellbore annulus. In one or more embodiments, when expanding gravel settles within an open hole section surrounding at least one sand screen, carrier fluid passes through the screen and enters the interior of the tubular. The carrier fluid moves into the adapter tool and enters the annulus between the casing and tubular above the packer.

[36] На этапе S16, показанном на фиг. 2, обнаруживают по меньшей мере одно из вступления альфа-волны и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. Согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения может быть установлен на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы для обнаружения по меньшей мере одного из вступления альфа-волны и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. В одном или более вариантах осуществления механизм обнаружения, установленный на призабойном участке трубного элемента или промывочной трубы, может представлять собой датчик, который идентифицирует компонент расширяющегося гравия, по меньшей мере один скважинный манометр, работающий в режиме реального времени, который может измерять повышение давления, указывающее на конец альфа-волны и начало бета-волны, плотномер, который измеряет плотность гравия возле призабойного участка кольцевого пространства ствола скважины, другой тип датчика или разрывную мембрану. В других вариантах осуществления настоящего изобретения механизм обнаружения, который измеряет давление на поверхности ствола скважины, может быть способен обнаруживать по меньшей мере одно из вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.[36] In step S16 shown in FIG. 2 detect at least one of an alpha wave arrival and a beta wave start at the bottomhole portion of the wellbore annulus. According to one or more embodiments of the present invention, a detection mechanism may be installed downhole in the tubular or washpipe to detect at least one of the arrival of an alpha wave and the start of a beta wave in the downhole section of the wellbore annulus. In one or more embodiments, the detection mechanism installed at the bottom hole of the tubular or washpipe may be a sensor that identifies an expanding gravel component, at least one real-time downhole pressure gauge that can measure pressure rise indicative of at the end of the alpha wave and the beginning of the beta wave, a densitometer that measures the density of gravel near the bottomhole annulus of the wellbore, another type of sensor, or a bursting disc. In other embodiments of the present invention, a detection mechanism that measures pressure at the wellbore surface may be capable of detecting at least one of an alpha wave arrival at the wellbore annulus bottom hole and a beta wave start at the wellbore annulus bottom hole.

[37] Способ согласно одному или более вариантам осуществления настоящего изобретения также может включать применение численного моделирования для прогнозирования вступления альфа-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины или начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины. [37] The method according to one or more embodiments of the present invention may also include the use of numerical simulation to predict the arrival of an alpha wave at the bottomhole annulus or the start of a beta wave at the bottomhole annulus of the wellbore.

[38] На этапе S18, показанном на фиг. 2, циркуляцию текучей пульпы прекращают после обнаружения по меньшей мере одного из вступления альфа-волны и начала бета-волны на призабойном участке кольцевого пространства ствола скважины.[38] In step S18 shown in FIG. 2, fluid slurry circulation is stopped upon detection of at least one of the arrival of an alpha wave and the onset of a beta wave at the bottomhole portion of the wellbore annulus.

[39] На этапе S20, показанном на фиг. 2, инициируют расширение расширяющегося гравия для набивки кольцевого пространства ствола скважины, окружающего по меньшей мере один противопесочный фильтр, над альфа-волной. В одном или более вариантах осуществления расширяющийся гравий содержит по меньшей мере один реактивный элемент, который срабатывает под воздействием по меньшей мере одного из минерализации, температуры, pH или другого свойства в стволе скважины для обеспечения расширения и увеличения в объеме расширяющегося гравия. Преимущественно расширяющийся гравий может расширяться так, чтобы полностью заполнить кольцевое пространство ствола скважины для достижений полной гравийной набивки, которая лишена пустот, для эффективной борьбы с выносом песка во время добычи без воздействия чрезмерного давления на пласт.[39] In step S20 shown in FIG. 2, the expanding gravel is initiated to pack the wellbore annulus surrounding the at least one sand screen above the alpha wave. In one or more embodiments, the expandable gravel comprises at least one reactive element that is actuated by at least one of salinity, temperature, pH, or other property in the wellbore to cause expansion and expansion of the expandable gravel. Advantageously, the expandable gravel can expand to completely fill the wellbore annulus to achieve a complete gravel pack that is free of voids to effectively control sand production during production without undue pressure on the formation.

[40] Несмотря на то, что несколько вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны выше, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможно множество модификаций без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации входят в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.[40] Although several embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible without substantially departing from the teachings of the present invention. Accordingly, such modifications are within the scope of the present invention as defined in the claims.

Claims

1. A method for installing a gravel pack in the annulus of a wellbore in an open hole penetrating a subterranean formation, comprising the steps of:

installing at least one sand screen in an open hole, the at least one sand screen being placed around the tubular;

circulating a slurry containing expanding gravel and a carrier fluid;

settling the slurry in the wellbore annulus surrounding the at least one sand screen in an alpha wave originating at a near-wellbore section of the wellbore annulus;

detecting at least one of the following: the arrival of an alpha wave at the bottomhole portion of the wellbore annulus and the start of a beta wave at the bottomhole portion of the wellbore annulus;

cessation of pulp circulation; and

causing expansion of the expanding gravel to pack the wellbore annulus surrounding the at least one sand screen above the alpha wave,

wherein the pressure exerted on the subterranean formation and the at least one sand screen after expansion of the expanding gravel is less than the nominal collapse pressure of the at least one sand screen.

2. The method of claim. 1, characterized in that the stage of detection includes the use of a detection mechanism installed at the bottomhole section of the tubular element.

3. The method according to claim 2, characterized in that the tubular element is a flushing pipe.

4. The method of claim 3, wherein the detection mechanism is a sensor that identifies a component of the expanding gravel.

5. The method of claim. 3, characterized in that the detection mechanism contains at least one borehole pressure gauge operating in real time.

6. The method of claim. 1, characterized in that the stage of detection includes the use of a detection mechanism that measures the pressure on the surface.

7. The method according to claim. 1, characterized in that at least one sand filter contains at least one inflow control device.

8. The method according to claim. 1, characterized in that at least one anti-sand filter contains at least one consumable filter and at least one non-consumable filter.

9. The method according to claim 8, characterized in that the pressure increase during the beta wave does not exceed the friction pressure either on at least one flow filter or on at least one connection of at least one non-consumable filter.

10. The method according to p. 1, characterized in that the stage of initiation includes the use of at least one initiation mechanism selected from the group consisting of mineralization; temperature and pH, to expand expanding gravel.

11. The method of claim. 1, characterized in that at least one sand filter is an alternative path filter with shunt pipes.

12. The method of claim. 11, characterized in that at least one sand screen contains shunt pipes only in the completion sections, which are isolated by at least one of the packer and shale interval.

13. The method of claim 1, wherein the expanding gravel is initiated to fully pack the wellbore annulus surrounding the at least one sand screen above the alpha wave, whereby the wellbore annulus is devoid of voids.

14. The method of claim 1, further comprising predicting the arrival of an alpha wave at the bottomhole portion of the wellbore annulus.

15. The method of claim 1, further comprising predicting the onset of a beta wave at the bottomhole section of the wellbore annulus.