[发明专利]砾石充填方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是2007年11月9日提交的名称为“Gravel Packing Methods(砾石充填方法)”的序列号为11/983，445的美国专利申请的继续，这些申请中的每个的全部内容通过参考合并于此。

技术领域

本发明总的涉及用于在井筒中使用的并且与碳氢化合物的开采相关的设备和方法。更具体地说，本发明涉及接头组件和用于连接包括井筒工具的接头组件的相关系统和方法。

背景技术

这部分旨在介绍与本发明的示例性实施例相关的本领域的各方面。相信这种讨论有助于提供一个框架以便于更好地理解本发明的各具体方面。因此，应当理解，这部分就此而论来阅读，不必认为是现有技术。

诸如石油和天然气的碳氢化合物的开采已经进行了很多年。为了开采这些碳氢化合物，开采系统可以利用用于井内的特定作业的各种装置，例如控砂筛管和其他工具。通常，这些装置放置在套管井或裸眼完井中的井筒内。在套管井完井中，套管柱被放置在井筒中，并且通过套管柱向地下地层中钻孔，从而为诸如碳氢化合物的地层液体提供进入井筒中的流动通道。可选地，在裸眼完井(open-hole completion)中，开采管柱被设置在井筒里面且没有套管柱。地层液体通过在地表下地层和开采管柱之间的环形孔道流动，从而进入开采管柱。

但是，当从一些地下地层开采碳氢化合物时，其由于某些地下地层的位置而变得更具有挑战性。例如，一些地下地层位于在延伸到钻井作业够得着的范围深度处的极深的水中、在高压/高温的储层中、在长间距中、在具有高开采率的地层中以及在很远位置处。因此，地下地层的位置可能存在极大地增加单个井成本的问题。也就是，对于经济油田的开发来说进入地下地层的成本可能导致很少的井被完成。而且，损失对砂的控制可能导致在地面产生沙子、井下设备损坏、减少井开采率和/或井的损失。因此，井的可靠性和长寿命成为设计考虑的事项，以避免不希望的开采损失和昂贵的干预或翻新这些井。

通常，在井内利用控砂装置以管理诸如砂子的固体物料的开采。这些控砂装置可以具有开缝的口或可以用筛网包裹。作为一个例子，当从位于深水中的地下地层开采地层液体时，由于地层不坚固或由于钻井挖掘以及地层液体的抽出引起的井下应力而使地层变弱，可能伴随地层液体产生固体物料。因此，控砂装置通常穿过这些地层安装在井下，以保持固体物料，使得将被开采的地层液体没有特定尺寸以上的固体物料。

然而，在井筒中的苛刻环境下，由于高应力、腐蚀、堵塞、压实/下陷等，控砂装置容易损坏。结果，控砂装置一般与其他方法一同使用来控制从地下地层产生砂子。

最常用的一种控砂方法是砾石充填。砾石充填井包括围绕连接于开采管柱的控砂装置放置砾石或其他颗粒物质。例如，在裸眼完井中，砾石充填通常位于井筒壁和围绕有孔基管的控砂筛管之间。可替换地，在套管井完井中，砾石充填位于有孔套管柱和围绕该有孔基管的控砂筛管之间。不管完井的类型如何，地层液体均通过砾石充填和控砂装置从地下地层流进开采管柱中。

在砾石充填作业期间，由于疏忽引起的载液损失可能在砾石充填的层段中形成砂桥。例如，在厚的或倾斜的开采层中，由于过早地失去进入地层中的砾石砂浆中的液体，所以可能存在较差的砾石分布(即，在该层段中的不完全的充填导致砾石充填中的空隙)。这种液体损失使得在砾石充填完成之前使砂桥形成在环形孔道中。为了解决这个问题，可以利用诸如分流管的备用流动通道，以便为砂桥设旁路并且在该层段中均匀地分配砾石。这种备用流动通道的进一步的细节见美国专利No.4,945,991；5,082,052；5,113,935；5,333,688；5,515,915；5,868,200；5,890,533；6,059,032；6,588,506以及国际申请公布号为No.WO2004/094784的国际申请，它们的内容通过参考结合于此。

虽然分流管有助于形成砾石充填，但是利用分流管道可能限制用砾石充填来提供层间封隔的方法，因为分流管使得与控砂装置连接的充填器的使用变得复杂。例如，这样的组件当接合充填器时需要分流管的流动通道不被中断。如果分流管设置在充填器的外面，则当充填器扩张时它们可能被损坏，或者它们可能与该充填器的适当操作相干涉。分流管与井工具偏心的对齐可能需要充填器偏心对齐，这使得井工具的整体直径更大并且不一致。现有的设计利用管接头连接、定时连接以便对齐多个管子、接头组件之间的跨接分流管连接或者在连接上方的柱形盖板。这些连接是昂贵的、耗时的和/或当构成并安装开采油管管柱时在钻台上很难处理。