[发明专利]完井的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及完井的方法和装置，包括但不限于生产井或者注入井。更具体而言，本发明的一些实施例涉及用于减少在初次完井时或者在维修作业中研磨或者阻塞性固体颗粒例如来自地层的沙子进入井孔的量以改进初次完井的方法和装置。相似地，在本发明的其它实施例中，提供用于控制流体通过和井孔相关的可固化材料中的局部裂缝流入/流出井孔的系统和方法。这样，本发明可促进生产压差局部区域和生产井中的生产或者注入井中的选择性流出控制。

背景技术

在钻井例如油井和天然气井时遇到的某些地层有时在生产阶段易于出砂。伴随地层流体产生的沙子可由于所产生的固体的阻塞对井生产期望流体的能力造成严重问题以及由于这样的颗粒的磨损性质而对装置造成破坏。

可以以下套管井构造或者无套管井(裸井)构造完成在易于出砂的储层中钻出的井孔。对于下套管完井，通常由首尾相连的一系列钢管形成的套管柱被胶结在井孔中的合适位置。最简单的水泥充填是初次注水泥，其中，包括水泥浆的流体串通过套管柱从地面被泵送至井孔，沿着套管和地层之间的环形间隙返回至地面。水泥在套管后的环形空间中凝固以形成支承和保护套管并提供层间隔离的材料。

现在，易出砂储层的裸眼(未下套管)储层完井常常是复杂而昂贵的步骤，需要采用硬件以防止在生产阶段从储层中产生沙子。

当前常规的防止出砂的方法包括：

·将工具和筛管(screen)置于井眼内后砾石充填(gravel packing)；

·将预先充填的筛管安置(placement)在裸眼中；

·采用可膨胀筛管完井；以及

·例如采用树脂使储层的生产层表面胶结(consolidation)。

砾石充填过程需要采用专门工具，并且砾石的不完全充填特别是在水平储层中是众所周知的风险。预先充填(prepacked)的筛管消除了空隙的风险但是需要特别复杂的安置(placement)。

美国专利文献3 026 936提出了通过利用水泥中的裂缝促进井生产。提出通过射孔弹、机械锤、水力驱动活塞和通过增加的流体静压力使套管变形来破裂垂直井中的水泥。另外，提出通过化学处理提高渗透性。

在描述修补套管和水泥之间的通道的水泥充填方法的美国专利4 531583中提出了采用具有预先弱化(塞头孔)带的套管衬管。在美国公开的专利申请2005/0121203A1中描述了另一种采用具有预先切割的孔的套管衬管，作为有待与井壁直接接触的膨胀衬管。

发明内容

本发明旨在通过使水泥的破裂局部化改进先前提到的技术。特别是授予Teplitz的US3 026 936早先认识到了通过粉碎水泥套和射孔套管产生井的潜力。但是对于上述在井生产和防砂领域占主导的装置和技术，Teplitz的提议被很大程度地忽略了。

本发明改进了在应用根据Teplitz的方法时被认为是主要障碍的某些方面。例如Teplitz未能将裂缝的传播限制于水泥套，因而在地层之间产生潜在的不需要的交叉流动和产生层间隔离损失。尽管提到在将套管安置于井中之前对套管射孔，Teplitz还未能教导通过预先射孔的套管衬管填充水泥浆的方法。

本发明提供了将裂缝水泥带局部化的装置和方法，并且在另一个方面中提供了将水泥浆初步充填在套管和地层之间的环形空间中的改进的预先射孔的套管。

为局部化裂缝带，本发明沿着井孔对水泥(或者任何其它用于建立层间隔离的可固化材料)套施加局部的，优选为受控的力或者压力。优选地，该方法包括在目的层膨胀套管以通过力或者压力传递元件使目的层中的水泥破裂。

可选择地，由位于环形空间中的更有柔性因此不易碎的材料的区域或体积限制破裂的可固化材料的区域或者体积。套管或者衬管的射孔部分被设置为来自周围地层的通过裂缝带的流体可通过套管的射孔进入井。

将套管和生产地层隔开的碎片材料带或者层设计为防止沙和其它固体颗粒进入井。换言之，地层和套管之间的破裂的材料用作沙过滤器或者沙筛。

至少一部分套管具有多个开孔例如狭缝、筛孔、网孔等。在初次填充可固化材料期间优选以可移除填料或者塞子填充或者堵塞开孔。根据该变形形式的方法包括在井开采之前或者过程中去除目的层套管中的填料或者塞子的进一步的步骤。优选地，在使水泥破裂之前或者之后但是开采井之前去除填料或者塞子。但是，在该实施例的变形形式中，可采用采出的地层流体去除填充材料。可选择地，包括开孔的套管可被下至包括水泥的井中或者随后将水泥泵送入井。在这些方面，可将井孔中的水泥钻出井孔，使得井孔清洁以备其它操作例如进行破裂等。