專(zhuān)利名稱(chēng)：包括可膨脹元件的礫石充填裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及礫石充填裝置及方法，該礫石充填裝置包括可膨脹元 件，可膨脹元件根據(jù)輸入激勵(lì)膨脹以密封井眼。
背景技術(shù)：
為了完井，要在井眼附近的一個(gè)或多個(gè)地層區(qū)域射孔，以便讓來(lái)自地 層區(qū)域的流體流進(jìn)用于往地面采油的井里?？籽鄣湫偷氖峭ㄟ^(guò)在井眼中下 降至期望井段的射孔槍形成。當(dāng)射孔時(shí)，射孔槍把孔眼擴(kuò)展至周邊的地層。
在從地層的儲(chǔ)層區(qū)開(kāi)采流體時(shí)，諸如砂粒的微粒可能會(huì)隨著儲(chǔ)層流體 被開(kāi)采。這些微?？赡軙?huì)破壞井并且會(huì)明顯降低產(chǎn)量和井的壽命。包含微 粒的地層流體就會(huì)像磨蝕劑一樣磨損和腐蝕井下部件，如管道。另外，諸 如砂粒的微粒的開(kāi)采可能會(huì)在地層中鉆柱后面形成空隙，空隙會(huì)導(dǎo)致鉆柱 彎曲或其它傷害。此外，開(kāi)采到表面的微粒是需要處理的廢物，處理廢物 可能很昂貴。
減少或消除砂粒和其它微粒的方法和裝置已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多種。地層的 礫石充填是控制砂粒開(kāi)采的流行技術(shù)。盡管有很多變型，但是礫石充填大 體上是在包括開(kāi)采入口的開(kāi)采鉆柱段周?chē)胖梅郎昂Y。開(kāi)采鉆柱的該段與 射孔對(duì)齊。將粘性傳輸流體中的礫石漿泵入到砂篩與鉆柱之間的環(huán)狀區(qū)域。 沉積的礫石阻塞了地層微粒如砂粒流進(jìn)采油管。但是，地層流體被允許進(jìn) 入開(kāi)采鉆柱以流到井面。
在一些情況，例如當(dāng)相對(duì)長(zhǎng)的地層被礫石填充，可能就要使用帶狀的 隔離帶來(lái)形成相互隔離的多個(gè)區(qū)域。按照慣例，使用砂?？刂蒲b置的隔離 物包括鉆柱井應(yīng)用中的皮碗封隔器。但是皮碗封隔器的使用降低了區(qū)域如何隔離的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
大體上，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在井眼中使用的礫石充填裝置包括過(guò)濾微 粒的篩組件，以及用于承載礫石漿的至少一個(gè)分流管道。在該至少一個(gè)分 流管道的一部分周?chē)目膳蛎浽鶕?jù)輸入激勵(lì)膨脹以密封井眼，當(dāng)膨脹 時(shí)可膨脹元件徑向擴(kuò)展。
從下面的描述、附圖和權(quán)利要求中可以顯而易見(jiàn)其他或選擇性的特征。


圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括篩組件和可膨脹元件的完井鉆柱。
圖2A和2B示出了圖1的完井鉆柱的一部分，圖2A顯示了膨脹之前的 可膨脹元件，圖2B顯示了膨脹之后的可膨脹元件。
圖3是圖2A-2B的完井鉆柱部分的一段的局部縱向剖視圖。 圖4是圖3的完井鉆柱段的截面圖。
圖5是圖2A-2B完井鉆柱部分的另一個(gè)實(shí)施例的一段的局部縱向剖視圖。
圖6是圖5的完井鉆柱段的截面圖。
圖7示出了帶有閥的分流管道，分流管道可用于圖1的完井鉆柱。
具體實(shí)施例方式
在以下的描述中，會(huì)提出大量的細(xì)節(jié)來(lái)解釋此發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)理解的是在不需這些細(xì)節(jié)的情況下就可以實(shí)施此發(fā)明，這些被描 述的實(shí)施例的許多變體或改型都是可能的。
圖1示出了位于井眼100中的完井鉆柱，該完井鉆柱包括篩組件102 和可膨脹元件104。篩組件102包括過(guò)濾微粒的篩子(或其它類(lèi)型的過(guò)濾結(jié) 構(gòu))，以使微粒不會(huì)被開(kāi)采進(jìn)入到完井鉆柱。在不同的實(shí)施過(guò)程中，替代開(kāi) 采，完井鉆柱可以用來(lái)向周?chē)鷥?chǔ)層中注入流體。設(shè)置可膨脹元件(也稱(chēng)作 可膨脹封堵器)104以響應(yīng)一些類(lèi)型的輸入激勵(lì)膨脹，使得可膨脹元件104 擴(kuò)張(從第一直徑到更大的第二直徑)以便與井眼104的內(nèi)表面106密封 地接合。引起可膨脹元件膨脹的輸入激勵(lì)可以包括因暴露于井下環(huán)境的激勵(lì) (如井流體、升高的溫度、和/或升高的壓力)。暴露于井下環(huán)境引起可膨
脹元件的擴(kuò)張。在一些實(shí)施過(guò)程中，可膨脹元件104由一旦暴露于高溫或 高壓的井流體而擴(kuò)張的彈性體構(gòu)成?？膳蛎浽?04的膨脹是化學(xué)膨脹過(guò) 程，可以使可膨脹元件104徑向擴(kuò)張以施加徑向力在井眼100的內(nèi)表面106 上，以提供密封障礙物來(lái)隔離成井眼100的不同區(qū)域。 一旦可膨脹元件104 膨脹，形成三個(gè)區(qū)域108、 110和112。
注意如果使用不同數(shù)目(一個(gè)或多于兩個(gè))的可膨脹元件104，將會(huì)形 成不同數(shù)目的區(qū)域。
在不同的實(shí)施過(guò)程中，可膨脹元件104的化學(xué)膨脹可以響應(yīng)活化劑的 釋放。例如，活化劑可以?xún)?chǔ)存在某個(gè)容器中，在活化之前容器是密封的。 當(dāng)活化時(shí)，打開(kāi)容器以允許活化劑與可膨脹元件104連通，以使可膨脹元 件104產(chǎn)生化學(xué)膨脹。例如，完井鉆柱中的移位工具可以用來(lái)打開(kāi)容器以 釋放活化劑。
在另一實(shí)施過(guò)程中，可膨脹元件104可以是可擴(kuò)張的囊狀物，其中可 以裝滿(mǎn)流體(如氣體或液體)以使可膨脹元件104擴(kuò)張，從而與井眼100 的內(nèi)表面106接合。
使用可膨脹元件104的好處在于完井鉆柱的下插過(guò)程中，可膨脹元件 104的外徑小于井眼100的內(nèi)徑?？膳蛎浽?04周?chē)沫h(huán)狀間隙容許在下 插過(guò)程中在可膨脹元件104周?chē)牧黧w移動(dòng)。并且，每個(gè)可膨脹元件104 可具有相對(duì)較長(zhǎng)的密封長(zhǎng)度，例如幾英尺數(shù)量級(jí)。在有滲透性的地層中， 可膨脹元件104可提供合理的隔離區(qū)，因?yàn)閴毫ο陆凳桥c長(zhǎng)度相關(guān)的。而 且，每個(gè)可膨脹元件104的膨脹提供了與井眼100的內(nèi)表面106很好的配 合(并且在將要密封的區(qū)域里提供任何礫石材料)，因此提供了很好的密封。 并且，因?yàn)榭膳蛎浽?04可以擴(kuò)張超出下插部分的外徑，所以可膨脹元 件可以密封更大范圍的井眼尺寸。例如，可膨脹元件可以用于正在底擴(kuò)的 裸孔。此外，可膨脹元件104提供了更大的靈活性，因此它可以用于下套 井眼或裸孔(未下套且未襯里的井眼)。
圖2A和2B顯示了圖1所示的完井鉆柱的一部分(一個(gè)可膨脹元件104 和在可膨脹元件104兩側(cè)的兩個(gè)篩組件102A和102B)。圖2A顯示了膨脹之 前的可膨脹元件104,而圖2B顯示了膨脹之后的可膨脹元件104。可膨脹元件104安裝在連接副202上，連接副202在連接副202 —側(cè)連接第一篩 組件102A,在連接副202另一側(cè)連接第二篩組件102B。連接副202將篩組 件102A與102B相互連接。
篩組件102A包括篩204A和環(huán)繞篩204A的外罩205A。外罩205A上有 很多孔可以讓流體流過(guò)。篩204A用于過(guò)濾微粒，使得這樣的微粒不會(huì)被開(kāi) 采進(jìn)到完井鉆柱的內(nèi)孔中。
圖2A還顯示了分流導(dǎo)管206和208，在一些實(shí)施例中分流導(dǎo)管可以為 分流管。分流管206， 208位于外罩205A與篩204A之間。分流管206， 208 用于運(yùn)載礫石漿以實(shí)現(xiàn)更好的礫石充填。雖然圖2A和2B中沒(méi)有顯示，但 是分流管206, 208具有側(cè)口，以允許礫石漿在沿著分流管206， 208的一 些間隔位置流出導(dǎo)管。在不同的實(shí)施過(guò)程中，可以使用不同數(shù)量(一個(gè)或 多于兩個(gè))的分流管。
分流管206， 208用于解決礫石形成砂橋的問(wèn)題，礫石砂橋是在礫石充 填作業(yè)過(guò)程中在(完井鉆柱與井眼表面之間的)環(huán)形區(qū)域中形成。這些礫 石砂橋阻礙了礫石漿流動(dòng)穿過(guò)環(huán)形區(qū)域，以防止或減少了通過(guò)砂橋的礫石 分布。分流管可以用來(lái)運(yùn)載礫石漿以繞過(guò)礫石砂橋，使得在整個(gè)井眼井段 中可以得到很好的礫石填充。
圖2A中進(jìn)一步顯示了，分流管206， 208通過(guò)連接副202 (在可膨脹元 件104內(nèi))，這樣可膨脹元件104在分流管206， 208周?chē)由臁?br> 篩組件102B包括與篩組件102A同樣的部件，包括外罩205B和篩204B。 分流管206， 208延伸穿過(guò)外罩205B和篩204B之間的區(qū)域。
圖2B顯示了礫石填充執(zhí)行后使得在完井鉆柱與井眼內(nèi)表面之間的目標(biāo) 環(huán)形區(qū)域已經(jīng)填滿(mǎn)了礫石封堵的狀態(tài)。圖2B也顯示了可膨脹元件104在其 膨脹狀態(tài)下以在不同區(qū)域之間提供區(qū)域隔離。
圖3提供了圖2A、2B中圖示的完井鉆柱部分的一段的局部縱向剖視圖。 圖4為包括可膨脹元件104的完井鉆柱的一段的截面圖。如圖3和4所示， 連接副202包括內(nèi)管部分302 (或內(nèi)心軸)，它限定了穿過(guò)連接副202的內(nèi) 部軸向孔304。連接副202還有環(huán)繞內(nèi)管部分302的外殼或套筒306。可膨 脹元件104安裝在外殼306的外表面上。分流管206， 208位于外殼306與 內(nèi)管部分302之間。內(nèi)管部分302與外殼306限定了穿過(guò)連接副202的環(huán) 形路徑308，以允許分流管206， 208通過(guò)連接副202。連接副202的第一接頭310將連接副202連接到第一篩組件102A，第 二接頭312將連接副202連接到第二篩組件102B。
連接副202的內(nèi)管部分302分別與篩組件102A和102B的管道部分320A 和320B連接(如螺紋地連接)。管道部分302， 302A， 302B的內(nèi)孔軸向?qū)?齊以允許流體連續(xù)軸向流過(guò)完井鉆柱。
圖5和6顯示了連接副的變體(202A)。圖5是圖2A所示的完井鉆柱 的一段的局部縱向剖視圖，圖6是連接副202A的剖視圖。連接副202A不 包括圖4實(shí)施例顯示的外套筒或外殼。取而代之的是，圖5中的可膨脹元 件104A附在管道(或內(nèi)心軸)302的外表面上。可膨脹元件104A限定了分 流管206， 208可以延伸穿過(guò)的軸向路徑402。
在另一個(gè)實(shí)施過(guò)程中，代替分流管206， 208穿過(guò)可膨脹元件104A,穿 過(guò)可膨脹元件104A的軸向路徑402可以形成分流管的一部分，換句話(huà)說(shuō)， 可膨脹元件104A中的軸向路徑402與分流管206， 208的內(nèi)孔流體連通， 使得軸向路徑和分流管一起形成分流導(dǎo)管。在這個(gè)實(shí)施過(guò)程中，分流管206， 208部分插入到可膨脹元件104A的軸向路徑402中。
在一些實(shí)施例中，如圖7所示，在分流管206， 208中提供閥502。當(dāng) 打開(kāi)時(shí)，閥502使得礫石漿流過(guò)分流管206， 208的內(nèi)孔504。當(dāng)關(guān)閉時(shí)， 閥502阻止流體通過(guò)分流管206， 208的內(nèi)孔504。閥502可以在礫石填充 作業(yè)之后關(guān)閉以防止井的不同區(qū)域之間流體流通。閥502的致動(dòng)可以由在 完井鉆柱里移動(dòng)工具506實(shí)現(xiàn)，這個(gè)移動(dòng)工具與閥502機(jī)械地相互作用以 開(kāi)啟或關(guān)閉閥502。
在操作中，包含圖1所示部件的完井鉆柱進(jìn)入到井眼100，可膨脹元件 104處于縮回位置，使得在可膨脹元件104與井眼100的內(nèi)表面106之間存 在徑向間隙。當(dāng)完井鉆柱位置固定后，就可以進(jìn)行礫石填充作業(yè)。礫石漿 從地表泵送，或者向下到完井鉆柱的內(nèi)孔或通過(guò)完井鉆柱與井眼100之間 的上部環(huán)形區(qū)域。礫石漿流過(guò)轉(zhuǎn)換裝置(未圖示)以進(jìn)入到將要礫石填充 的目標(biāo)環(huán)形區(qū)域114(圖1)。如果形成礫石橋接，礫石漿可以在分流管206， 208內(nèi)流動(dòng)以填充因礫石橋接導(dǎo)致的目標(biāo)環(huán)形區(qū)域114中的空隙。當(dāng)完成礫 石填充作業(yè)時(shí)，可膨脹元件104使用化學(xué)膨脹過(guò)程開(kāi)始膨脹。膨脹可能會(huì) 花相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，例如大約幾個(gè)小時(shí)、幾天、甚至幾周。在不同的實(shí)施 過(guò)程中，膨脹可以很快。 一旦可膨脹元件104與井眼100的內(nèi)表面106接合，就實(shí)現(xiàn)了區(qū)域隔離。
在完井鉆柱中使用可膨脹元件104的好處在于可膨脹元件104可以在 不使用機(jī)械致動(dòng)元件的情況下完成膨脹。由于分流管的存在所以不需要使 用機(jī)械致動(dòng)元件。
由于在礫石填充作業(yè)過(guò)程中可膨脹元件104處于縮回狀態(tài)，目標(biāo)環(huán)形 區(qū)域114的多個(gè)區(qū)域可以用相同的礫石填充處理進(jìn)行礫石填充；換句話(huà)說(shuō)， 可以避免多個(gè)相應(yīng)區(qū)域的多重處理。而且，沿著每個(gè)密封元件104的長(zhǎng)度 沒(méi)有放泄設(shè)備，所以礫石漿就不會(huì)在密封元件104與井眼100的內(nèi)表面106 之間的環(huán)形部分105 (圖l)中脫水。這就在將要礫石充填的區(qū)域之間提供 了干凈的部分(沒(méi)有礫石材料)，所以密封元件104可以在這樣的部分105 擴(kuò)張以緊靠井眼100的內(nèi)表面106密封。
此外，在進(jìn)行礫石填充作業(yè)期間，每個(gè)可膨脹元件104的外徑可以增 大以稍大于周?chē)暮Y組件。密封元件104的增大外徑允許每個(gè)可膨脹元件 104周?chē)牡[石漿的局部速度增大，以防止礫石從在可膨脹元件104與井眼 表面106之間的相應(yīng)環(huán)形部分105中的攜帶流體脫出。
注意，可在最接近井底部(井最遠(yuǎn)離地表的部分)的可膨脹封隔器的 上部(或接近)選擇性地添加分流器(例如可以是皮碗封隔器的形式)，以 使礫石漿轉(zhuǎn)向進(jìn)入分流管，并且避免或減少礫石槳經(jīng)過(guò)或在最接近井底部 的可膨脹封隔器周?chē)鲃?dòng)的幾率。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照上述有限數(shù)量的實(shí)施例被公開(kāi)，但是了解上述公 開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到許多修改和變體。因此附加的權(quán)利要 求覆蓋在本發(fā)明的真正意圖和范圍內(nèi)的這些修改和變體。
權(quán)利要求
1、一種在井眼中使用的礫石充填裝置，包括過(guò)濾微粒的篩組件；運(yùn)送礫石漿的至少一個(gè)分流導(dǎo)管；和在所述至少一個(gè)分流導(dǎo)管的一部分周?chē)目膳蛎浽?，所述可膨脹元件響?yīng)輸入激勵(lì)膨脹以密封井眼，其中，所述可膨脹元件膨脹時(shí)徑向向外地?cái)U(kuò)張。
2、 如權(quán)利要求1所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述篩組件包括 篩和外罩，并且所述至少一個(gè)分流導(dǎo)管設(shè)置在所述篩與所述外罩之間。
3、 如權(quán)利要求1所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述可膨脹元件 由響應(yīng)暴露于井下環(huán)境而膨脹的彈性體形成。
4、 如權(quán)利要求l所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述可膨脹元件 包括可膨脹的囊狀物。
5、 如權(quán)利要求1所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述可膨脹元件 在膨脹之前具有第一直徑，并且在膨脹之后具有更大的第二直徑。
6、 如權(quán)利要求1所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述分流導(dǎo)管具 有流動(dòng)控制裝置，以控制流體流過(guò)所述分流導(dǎo)管的內(nèi)孔。
7、 如權(quán)利要求6所述的礫石充填裝置，其特征在于，還包括施工工具， 所述施工工具可移動(dòng)以在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間致動(dòng)所述分流導(dǎo)管的流 動(dòng)控制裝置。
8、 如權(quán)利要求1所述的礫石充填裝置，其特征在于，還包括 另一篩組件；和在所述篩組件之間以將所述篩組件相互連接的連接副，其中，所述連 接副包括管道部分以及在管道部分周?chē)耐鈿?，其中所述至少一個(gè)分流導(dǎo) 管位于所述管道部分與所述外殼之間。
9、 如權(quán)利要求8所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述可膨脹元件 被安裝在所述外殼的外表面上。
10、 如權(quán)利要求8所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述篩組件包 括管道部分，所述篩組件的管道部分與連接副的管道部分軸向?qū)R，使得 流體流動(dòng)路徑連續(xù)延伸穿過(guò)所述篩組件和所述連接副的管道部分。
11、 如權(quán)利要求l所述的礫石充填裝置，其特征在于，還包括-另一篩組件；和在所述篩組件之間以將所述篩組件相互連接的連接副，其中，所述連 接副具有管道部分，所述可膨脹元件被安裝在所述管道部分上，以及所述 可膨脹元件限定了用于分流導(dǎo)管的至少一個(gè)軸向路徑。
12、 如權(quán)利要求ll所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述分流導(dǎo)管包括穿過(guò)所述可膨脹元件中的軸向路徑延伸的分流管。
13、 如權(quán)利要求ll所述的礫石充填裝置，其特征在于，還包括與可膨 脹元件中的軸向路徑流體流通的分流管，所述分流管與所述軸向路線一起 形成所述分流導(dǎo)管。
14、 如權(quán)利要求1所述的礫石充填裝置，其特征在于，所述可膨脹元 件被化學(xué)活化以便膨脹。
15、 如權(quán)利要求14所述的礫石充填裝置，其特征在于，還包括釋放活 化劑以化學(xué)活化所述可膨脹元件的機(jī)構(gòu)。
16、 一種在井眼中使用的方法，包括將工具鉆柱延伸到井眼中，其中，所述工具鉆柱具有篩組件、至少一 個(gè)分流導(dǎo)管、和在所述至少一個(gè)分流導(dǎo)管周?chē)目膳蛎浽?；通過(guò)所述至少一個(gè)分流導(dǎo)管輸送礫石漿，以便在井眼中進(jìn)行礫石填充；和弓I起可膨脹元件膨脹以密封井眼。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述可膨脹元件的直徑 小于所述工具鉆柱被延伸到井眼時(shí)的井眼內(nèi)徑。
18、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述可膨脹元件徑向向 外擴(kuò)張，以便在膨脹后與井眼接合。
19、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述引起可膨脹元件膨 脹包括使所述可膨脹元件暴露于井下環(huán)境。
20、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括釋放活化劑以使 所述可膨脹元件化學(xué)膨脹。
21、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括在礫石填充之后 關(guān)閉所述分流導(dǎo)管中的流動(dòng)控制裝置。
22、 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述引起可膨脹元件膨脹是在所述可膨脹元件沒(méi)有機(jī)械活化的情況下實(shí)現(xiàn)的。
23、如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述工具鉆柱具有多個(gè)可膨脹元件，所述方法還包括在井底接近所述可膨脹元件設(shè)置分流器，用于使礫石漿分流到所述至 少一個(gè)分流導(dǎo)管。
全文摘要
在井眼中使用的礫石充填裝置包括過(guò)濾微粒的篩組件；運(yùn)送礫石漿的至少一個(gè)分流導(dǎo)管；和在至少一個(gè)分流導(dǎo)管的一部分周?chē)目膳蛎浽??？膳蛎浽梢愿鶕?jù)輸入激勵(lì)膨脹且徑向向外擴(kuò)張以密封井眼。
文檔編號(hào)E21B43/04GK101517194SQ200780034562
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者E·托法寧, R·J·蒂貝斯, S·塞比 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司