[发明专利]防砂筛组件及其使用方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及控制从含烃地层(hydrocarbon formation)中产出颗粒物质，尤其涉及一种具有可膨胀材料层的防砂筛组件，该可膨胀材料层可用于使多个具有过滤颗粒能力的伸缩射孔沿径向伸展至与地层接触。

背景技术

在不限制本发明的范围的情况下，根据例如烃通过横贯疏松或松散的固结地层(consolidated formation)的井筒的产出描述本发明的背景。

在地下井钻井和完井技术中众所周知的是，在从横贯疏松或松散的固结地层的井中产出烃的过程中可能产出颗粒物质，例如，沙。此类颗粒物质的产出可能引起许多问题。例如，颗粒物质对井内的组件(例如管道、泵和阀)产生磨蚀。另外，颗粒物质可能会部分地或完全地堵塞井，造成需要昂贵的油井维修。而且，如果颗粒物质被产出到表面，则必须在表面上通过处理设备从烃流体中去除这些颗粒物质。

用于防止此类颗粒物质产出到表面的一种方法是，邻近疏松或松散的固结的生产层段(interval)将砾石充填到井中。在典型的砾石充填完井中，防砂筛被下入工作管柱上的井筒中，到达最接近的所需的生产层段的位置。随后，包括液体载体和颗粒物质(例如，砾石)的流体浆被向下泵送到工作管柱，并进入在防砂筛与有孔的井套管或裸眼生产区之间形成的井环带中。

液体载体或流入地层中，或通过流经防砂筛返回至表面，或即流入地层中也通过流经防砂筛返回至表面。在任一情况下，砾石积聚在防砂筛周围，从而形成砾石充填(gravel pack)，其对烃流体流是高度可透过的，但却阻挡了烃流体中携带的颗粒的流动。这样，砾石充填能够成功地防止与从地层中产出颗粒物质相关联的问题。

然而，已证明：难以实现所需生产层段的完全的砾石充填，在长的或倾斜的/水平的生产层段中尤其如此。这些不完全的充填通常是液体载体进入生产层段的可透过部分导致砾石在环带中形成砂桥的结果。之后，砂桥阻止流体浆流入环带的剩余部分，这又阻止了将充足的砾石置于环带的剩余部分。

在砾石充填不可行的某些裸眼完井中，已经尝试使用可膨胀的防砂筛。通常，可膨胀的防砂筛设计成不仅从地层流体中滤出颗粒物质，还提供对地层的径向支撑，以防止地层坍塌到井筒中。然而，已证明：由于井筒的轮廓不均匀，所以传统的可膨胀的防砂筛不能沿它们的整个长度接触井筒的壁。更具体地，由于钻井筒的过程和井下岩石层的非均匀性，通常发生冲刷(washout)或其它不合常规的情况，导致井筒内的某些部位具有比其它区域更大的直径或具有非圆形的截面。因此，当可膨胀的防砂筛膨胀时，在可膨胀的防砂筛与井筒的不规则区域之间会产生间隙。另外，已证明：膨胀过程不合需要地削弱了这种防砂筛。

更近来，已经尝试安装包括伸缩筛构件的防砂筛。通常，使用液压使伸缩筛构件朝向井筒沿径向向外伸展。该过程要求提供作用于伸缩构件上的遍及整个工作管柱的流体压力，使这些构件从部分伸展到生产管柱中的位置移动到沿径向伸展的位置。然而，已证明：在基本上水平的生产层段中，伸缩筛构件可能不能适当地展开，沿位于井筒底面的生产管柱部分尤其如此。所有的伸缩筛构件不能完全伸展，导致形成不均匀的内孔腔，这可能阻止工具从中穿过。

因此，就需要一种防止从横贯含烃地层的井中产出颗粒物质而不需要执行砾石充填操作的防砂筛组件。还需要一种对地层提供径向支撑而不需要使金属管膨胀的防砂筛组件。此外，需要一种适合于在裸眼完井和水平生产层段中进行操作的防砂筛组件。

发明内容

在此披露的本发明包括一种防止从横贯含烃地层的井中产出颗粒物质的防砂筛组件。本发明的防砂筛组件实现这个目的，而不需要执行砾石充填操作。另外，本发明的防砂筛组件对地层提供径向支撑而不需要使金属管膨胀，并适合于在裸眼完井和水平生产层段中进行操作。

一方面，本发明的目的在于一种防砂筛组件，其包括：具有允许流体从其中通过的多个开口的基管；以及设置在基管外部并围绕多个开口的可膨胀过滤介质。可膨胀过滤介质响应于与活化流体的接触，可在第一构型与第二构型之间沿径向伸展。可膨胀过滤介质是可操作的，允许流体从其中穿过并阻止预定尺寸的颗粒流从中穿过。