[发明专利]井流动控制系统和方法

说明书

发明领域

本公开内容主要涉及从地下储层采收烃的系统和方法。更具体地，本公开内容涉及这样的系统和方法，其用于控制非目标颗粒从地下储层通过井设备到达地面的流动。

发明背景

这部分旨在向读者介绍与本发明的实施方式相关的此领域的各个方面。该讨论被认为有助于为读者提供信息以帮助其对本发明的具体技术有更好的理解。因此，应当理解这些陈述应当这样进行阅读，不一定作为对现有技术的承认。

从地下储层开采烃通常包括在下套管井或裸眼井条件下完成的井。在下套管井作业中，井套管被放入井中，套管与井之间的环形空间用水泥填充。在套管和水泥中穿孔并穿入生产层，以使地层流体(例如，烃)能从生产层流入套管内的导管。另外，或者可选地，流体可以从套管内的导管流入地下地层，例如在注入作业期间。尽管本文的讨论将主要涉及开采作业和流体沿开采方向的流动，但本文所讨论的原理和技术也可以类推应用于流体沿注入方向的流动。然后，一根主要由一根或多根管子组成的生产管柱(或注入管柱)被放入套管内，在套管和生产管柱之间产生一个环状空间。地层流体流入此环状空间，然后进入生产管柱并通过与生产管柱相连的管道到达地面。在裸眼井应用中，生产管柱被直接放入井中，而没有套管或水泥。地层流体流入地层和生产管柱之间的环状空间，然后进入生产管柱并到达地面。

现代的烃井通常经过或进入多种地层类型，并不断达到越来越大的深度和/或长度(例如扩展延伸的水平井)。此外，烃井在其使用期内延伸贯穿多个储层也很常见。在一些实施中，井可能在任意给定的开采作业过程中贯穿多个储层。另外，或者可选地，井可能延伸贯穿单个储层，该储层由于储层内地层性质和/或储层规模的变化，运转得更像多个储层。

现代烃开采作业持续增加的复杂性经常迫使建井和完井作业日趋复杂。烃井的建造通常包括对地下建模，以预测地层和储层的性质。建模通常包括录入地质和地震数据，以及来自探勘井和/或油气田内邻近的井的数据。这些建模工作能使科学家和工程师确定优选的井位置以及钻井时的优选钻井参数。例如，渗透速率，泥浆重量，以及几个与钻井作业有关的参数，能影响到井的长期运转。随着模型和构建模型所使用的技术不断演变，留给科学家和工程师的是根据以往所收集的数据得出的近似值。钻井作业是动态的多参数作业，其中任何一个参数的变化都可能影响井使用期间几个参数中的任意一个。

尽管钻井计划对井使用期间的运行具有显著的影响，但是完井通常被认为是给定井钻井后如何运行的决定性因素。如本文所用，完井一般用于指设计以使井安全有效地工作的程序和设备。完井过程开始的时间点可取决于井的类型和设计。然而，建井阶段有许多应用的选择和进行的操作能显著影响井的生产率。因此，完井计划通常在钻井作业开始之前就已经根据模型和所收集的数据准备好。完井计划通常根据钻井作业期间收集的数据进行修改，以进一步优化井的运行(注入或者生产)。

不论完井计划最终确定且在井中进行了完井时时可获得的数据精确性和完备性如何，井使用期间井的演变、储层的演变以及地层的演变都使得绝大部分完井不能满足井的长期使用。因此，已经开发了复杂的修井程序，以使操作者在生产和/或注入作业开始之后更改井的完井方式。此外，已经进行了几项努力以开发智能或灵活的完井方式，这些完井方式可以在井使用期间进行改变，而不用从井内撤出完井设备。这些智能完井方式中，有许多需要井下机械设备，这些设备可以从地面控制在两个或者更多配置之间。虽然可变完井理论是可靠的，但是井的苛刻条件和井的长期使用使得操作这些井深处的多配置设备的工作变得复杂。此外，这些系统要求从地面激活，这造成了时间延迟：井下条件改变的结果使其在地面日益显现并在地面被观测到，然后控制信号才被送到必须在配置之间转换的井下设备。

当从地下地层开采流体时，特别是地层固化度不高或者由于井挖掘和流体抽出导致井下压力升高，地层被削弱时，就可能在采集地层流体的同时采集到固体材料(例如砂)。这些固体产物会降低井生产率，损坏地下设备并增加地面处理成本。控制固体或颗粒的产生是完井设备和程序的目标的例子之一。几种井下固体，特别是砂的控制方法目前正被工业界所采用，并显示在图1(a)、1(b)、1(c)和1(d)中。在图1(a)中，生产管柱或管(未显示)通常包括围于其外周，与每个生产层相邻的砂滤网(筛管)或者防砂装置1。砂滤网阻止砂从生产层2进入位于砂滤网1内的生产管柱(未显示)。有槽或孔的衬管也可用作砂滤网或防砂装置。图1(a)是只有砂滤网，不存在砾石填充的完井的实例。