[发明专利]防砂筛管组件及其使用方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及对从地层开采出颗粒材料进行控制，具体地涉及具有可溶胀材料(swellable material)层的防砂筛管组件，该可溶胀材料可操作以径向扩张从而使过滤介质接触地层。

背景技术

不限制本发明的范围，参照作为示例，经由一穿过未固结或松散固结的地层的井眼开采烃，来描述本发明的背景技术。

在地下钻井和完井的领域中公知的是，在从穿过未固结或松散固结的地层的井开采烃时，会开采出例如砂之类的颗粒材料。开采出这类颗粒材料可导致发生许多问题。例如，颗粒材料导致井内的部件例如油管、流动控制装置和安全装置磨损。另外，颗粒材料会部分或完全地阻塞油井，引起对昂贵的井大修(workover)的需要。还有，如果颗粒材料被开采到地表，则必须通过地表的处理设施将这些颗粒材料从烃流体中移除。

一种用于防止开采出这种颗粒材料的方法是以砾石充填邻近未固结或松散固结的开采层段的井。在典型的砾石充填完井中，将防砂筛管下降到工作管柱上的井眼中，到达最接近期望的开采层段的位置。然后，将包含液体载体和例如砾石之类的颗粒材料的流体浆沿工作管柱向下泵送，并进入防砂筛管与穿孔的井套管或裸眼开采区之间的井内环空(well annulus)。

流体载体通过流经防砂筛管而流入地层、返回地表，或者两者皆有。在任一种情况下，砾石沉积在防砂筛管周围，以形成砾石充填，这种砾石充填对于烃流体的流动来说是高度地可渗透的，但可阻挡烃流体中所携带的颗粒流动。这样，砾石充填能成功防止与从地层中开采出颗粒材料相关联的问题。

然而，已经发现期望开采层段的完整砾石充填难以实现；在延伸的或倾斜的井眼，包括具有长的水平开采层段的井眼中，尤其如此。这些不完整的充填通常是液体载体进入开采层段的渗透部而造成砾石脱水，并在环空中形成砂桥的结果。此后，砂桥防止浆流到环空的剩余部分，这样依次防止充足的砾石堆放在开采层段的剩余部分。

另外，已经发现砾石充填在某些裸眼完井中不可行。已经尝试在这种裸眼完井中使用可扩张的金属防砂筛管。这些可扩张的金属防砂筛管典型地安装在井眼中，然后使用穿过筛管的内部的液压冲模(hydraulic swage)或锥体或者其他金属成形技术，径向扩张这些可扩张的金属防砂筛管。除了从地层流体滤出颗粒材料之外，这些可扩张的防砂筛管的一个益处是它们为地层提供径向支撑，这帮助防止地层坍塌。然而，已经发现因为井眼的轮廓并不均匀，所以传统的可扩张的防砂筛管并不是在它们的整个长度上都接触到井眼的壁。更具体地，由于钻井眼的过程和井下岩层的异质性，通常发生冲蚀(washout)或其他不规则现象，这导致井眼内的某些位置具有比其他区域更大的直径，或者具有非圆形的横截面。因此，当可扩张的防砂筛管扩张时，在可扩张的防砂筛管与井眼的不规则区域之间生成孔隙，这已经导致可扩张的防砂筛管与井眼之间的不完全接触。另外，对于某些传统的可扩张的防砂筛管，螺接连接件是不可扩张的，这生成非常复杂的轮廓，至少其中一部分防砂筛管不接触井眼。进一步，当传统的可扩张的防砂筛管扩张时，扩张的筛管的径向强度急剧降低，导致对井眼的径向支撑力极小(如果还有的话)。

因此，需要这样一种防砂筛管组件，其防止从穿越含烃地层的井开采出颗粒材料而无需执行砾石充填操作。还需要这样一种防砂筛管组件，其对地层提供径向支撑而无需扩张金属管。进一步，需要这样一种防砂筛管，其适合在长的水平的裸眼完井中操作。

发明内容

在此公开的本发明包括一种防砂筛管组件，其防止从穿越含烃地层的井或作为注入井操作的井开采出颗粒材料。本发明的防砂筛管组件实现这个结果而无需执行砾石充填操作。另外，本发明的防砂筛管组件无妨碍地对地层提供径向支撑，而无需扩张金属管。进一步，本发明的防砂筛管组件适合用于裸眼完井中长的水平开采层段内的操作。

在一个方案中，本发明致力于一种可操作地置于井眼内的防砂筛管组件。该防砂筛管组件包括基管，该基管具有位于其侧壁部中的至少一个开口。过滤介质布置在基管的至少第一圆周部外。过滤介质与至少一个开口流体连通。可溶胀材料层布置在基管的第二圆周部外，由此响应于与活化流体(activating fluid)接触，可溶胀材料层径向扩张而引起过滤介质朝向井眼的表面移位并优选紧密地接近或接触井眼。

在一个实施例中，过滤介质在基管的第一圆周部和第二圆周部周围周向延伸。在另一实施例中，过滤介质仅在基管的第一圆周部周围周向延伸。在某些实施例中，第一圆周部在约10°与约180°之间，并可优选为约120°。