[发明专利]用于完井、生产和注入的井身方法和设备

说明书

本申请要求于2006年2月3日提交的编号为60/765,023的美国临时申请的权益和于2006年2月22日提交的编号为60/775,434的美国临时申请的权益。 

本发明一般涉及用于井身(井筒)并且与碳氢化合物的生产相关的设备和方法。本发明具体地但不唯一地涉及用于向井内的层间分隔(油层隔离)提供砾石填充的井身设备和方法。 

这一部分意图介绍本技术领域的各种方面，这些方面可能和本技术的示例性实施例相关。相信这种论述有助于提供一个框架以促进对本技术具体方面的更好理解。因此，应该理解的是：这一部分应该从这一角度来阅读，而不必作为对现有技术的说明。 

碳氢化合物(如油和气)的生产已经进行了很多年。为了生产这些碳氢化合物，生产系统可以在井内为特殊任务利用各种装置，如滤砂管以及其它工具。通常，这些装置被放入如通过下套管完井或裸眼完井方法完成的井身内。在下套管完井方法中，一个套管柱被放在井身内并且从套管柱到地下地层穿孔来为地层流体(如碳氢化合物)提供进入井身的流动通道。替代地，在裸眼完井方法中，放入井身的是生产管柱而没有套管柱。地层流体流动通过地下地层和生产管柱之间的环状空间(或环空)，从而流入生产管柱。 

然而，当从地下地层生产碳氢化合物时，因为某些地下地层的位置，操作变得更具挑战性。例如，一些地下地层位于超深水中的具有高含砂量的层段中，在超出钻井操作可及的深度处，处于高 产出率和遥远位置的长层段内的高压/高温储油层中。像这样的情况，地下地层的位置可能造成问题，如砂控失败，这会显著增加单个油井的成本。也就是说，对于经济油田开发，进入地下地层的成本会造成更少的井被完井。例如，砂控失败会造成表层产砂，井下设备损坏，减少井产量和/或油井损失。因此，井的可靠性和寿命成为设计考虑因素以避免不希望的生产损失和对这些井的昂贵干预或修井工作。 

防砂装置或砂控装置(sand control device)是用于井中以增加井可靠性和寿命的示例装置。砂控装置通常安装在穿过地层的井下以保留固体物质并允许生产不带有大于一定尺寸的固体物质的地层流体。通常，砂控装置被用于井内以控制固体物质如砂子的产生。这种砂控装置可以具有开槽的开孔也可以被滤网包围。例如，当从位于深水中的地下地层生产地层流体时，因为由井身挖掘和地层流体退出造成的井下压力引起地层加固不良或地层弱化，所以可能连同地层流体一起生产出固体物质。 

然而，在日益恶劣的环境下，由于高压、腐蚀、堵塞、压实/沉淀等原因，砂控装置更加容易被损坏。因此，一般通过其它方法利用砂控装置，如砾石填充或流体处理，以控制从地层产出砂。 

最常用的一种用于控砂的方法是砾石填充。砾石填充井包括在连接到生产管柱的砂控装置周围放置砾石或其它颗粒物质以增强砂滤和地层完整性。例如，在裸眼完井方法中，砾石填充通常布置在井身壁和环绕穿孔中心管的滤砂管之间。而在下套管完井方法中，砾石填充通常布置在具有穿孔的套管柱和环绕穿孔中心管的滤砂管之间。无论完井的类型是什么，地层流体通过至少两个过滤装置从地下地层流入生产管柱：砾石填充和砂控装置。 

通过砾石填充，携带液的无意损失会在被砾石填充的层段内形成砂桥。例如，在一个厚的或倾斜的生产层段中，砾石的不良分布(即层段的不完全填充导致砾石填充内的空隙)会出现，伴随着从砾石泥浆到地层中的液体过早损失。这种流体损失会在砾石填充完成之前导致在环状空间内形成砂桥。为应对这一问题，如分流管的替代流动通道可以被用于绕过砂桥并在层段内均匀分布砾石。对于这种 替代流动通道的更多细节，见编号为5,515,915、5,868,200、5,890,533、6,059,032、6,588,506、4,945,991、5,082,052、5,113,935、5,333,688的美国专利以及公开号为WO2004/094784的国际申请；这些材料以引用方式并入本文。 

利用替代流动通道非常有益，但引起制造生产管柱的设计挑战，如把封隔器连接到砂控装置或其它井工具。封隔器防止通过围绕替代流动通道的井身的流动，但允许替代流动通道内的流动并且在很多情况下允许另外通过主流动通道的流动。