提高定点增产作业的可靠性的方法和设备 |
|||||||
| 申请号 | CN201080060509.5 | 申请日 | 2010-04-28 | 公开(公告)号 | CN102695846B | 公开(公告)日 | 2015-04-01 |
| 申请人 | 霍利贝顿能源服务公司; | 发明人 | G·A·迈尔; J·B·苏尔亚特玛德雅; F·麦克内尔; K·A·里斯普勒; | ||||
| 摘要 | 一种锚定工具，该锚定工具具有：壳体；与该壳体 流体 连通的单向节流器装置；和附连到该壳体的稳定器。单向节流器装置构造成允许在第一方向上受节制地流动，而允许在第二方向上流动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种锚定工具，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 提高定点增产作业的可靠性的方法和设备技术领域[0001] 本发明涉及井下增产作业，更特别地涉及用于提高定点增产作业的可靠性的方法和设备。 背景技术[0002] 为了从地下地层中生产出烃（例如油、气等等），可钻出穿入地下地层的含烃部分中的井眼。可产出烃的地层部分通常被称为“生产层段”。在某些情况下，井眼所穿入的地层可具有沿着井眼位于不同位置处的多个生产层段。 [0003] 通常，在井眼已经被钻到期望深度之后，进行完井作业。这样的完井作业可包括将衬管或套管插入井眼中，有时用水泥将套管或衬管固定到位。一旦已经如所期望地对井眼进行了完井（下衬管、下套管、裸井，或者任何其它已知的完井方式），就可以进行增产作业，以提高进入井眼中烃的产量。本发明方法提及的术语“增产”是指本领域已知的、用于增加来自靠近一部分井眼的地层的期望流体产量的任何增产技术。一些惯常的增产作业的例子包括水力压裂、酸化处理、压裂酸化和水力喷射。增产作业用来增大烃从环绕井眼的地层流入井眼自身中的流动，以使得烃可随后被向上产出到井口。 [0004] 传统的定点增产技术可能容易受到水力喷射工具运动的影响，这通常会降低工具的性能。这些运动可能由多种因素引起，这些因素包括井眼的几何形状以及由于热和压力效应所导致的生产管运动。由于湍流、振动、与压力相关的活塞效应以及射流推力的影响，在水力喷射工具的周围可能发生其它运动。较长的喷射时间可能补偿工具性能的这种降低。然而，喷射时间的增加可能不是令人期望的。 [0005] 由哈里伯顿能源服务公司提出的一种合适的水力喷射增产方法被称为手术刀压裂（SURGIFRAC），在美国专利US5,765,642中有描述。在对井眼下套管可能很困难和/或很昂贵的情况下，SURGIFRAC方法可特别好地适于沿着井眼的大偏斜部分使用。这种SURGIFRAC水力喷射技术可能产生一种或多种独立的、单平面水力压裂裂缝。而且，即使当大偏斜井或者水平井被下套管时，在这些井中进行水力喷射射孔和压裂通常使得该压裂方法比使用传统的射孔和压裂技术更有效。 [0006] 在SURGIFRAC方法中，使用伯努利原理来实现裂缝之间的流体换向，主流进入裂缝，而辅助泄漏流通过环形空间供应。在一些情况下，例如在长的水平井眼中，可能希望有大量的裂缝。每个裂缝的形成导致一些附加的泄漏。因此，随着裂缝数量的增加，辅助泄漏流的量增加，并且最终可能超过进入裂缝的主流的量。增加的流体损耗可能降低作业效率并且增加成本。 [0007] 由哈里伯顿能源服务公司提出的一种合适的水力喷射增产方法被称为眼镜蛇压裂（COBRAMAX），在美国专利US7,225,869中有描述，COBRAMAX方法能应用于竖直井、偏斜井和水平井，该专利通过引用整体结合于本文。该COBRAMAX方法可特别好地适于沿着井眼的大偏斜部分使用。COBRAMAX方法可能产生一个或多个独立的水力压裂裂缝而无需进行层段隔离，可用来在单个向下钻孔的行程中进行射孔和压裂，并且可以消除对通过使用砂堵来设置机械插塞的需要。 [0008] COBRAMAX方法包括将水力喷射增产层段与后续的钻井隔离开。在COBRAMAX方法中，先前区域中的主流换向通过将砂堵放置在要被隔离的层段中来实现。将砂堵尤其是放置在水平井眼中可能需要规定的流量，在使用地面泵送设备时可能难以实现。 [0009] 用于提高定点增产作业的其它方法在于2008年10月2日提交的美国专利申请No.12/244,547中有描述，该专利申请与被完全复制一样地通过引用完全结合到本文中。 发明内容[0010] 本发明涉及井下增产作业，更特别地涉及用于提高定点增产作业的可靠性的方法和设备。 [0011] 根据本发明的一个方面，提供一种锚定工具，该锚定工具包括壳体；与壳体流体连通的单向节流器装置；和附连到壳体的稳定器；其中单向节流器装置构造成允许在第一方向上受节制地流动，而允许在第二方向上流动。 [0012] 在另一个方面，提供一种使流动换向的方法，该方法包括：泵送流体通过增注工具；使来自增注工具的流体中的至少一部分通过锚定工具，其中使流体通过锚定工具包括使流体通过单向节流器装置；在期望的位置处引入来自锚定工具的流体；以及，在期望的位置处使流动换向。 [0013] 在另一个方面，提供一种提高增注工具的性能的方法，该方法包括：稳定连接到增注工具的锚定工具；将流体引入增注工具中；使流体的第一部分从增注工具流出并且进入地层中；以及使流体的第二部分通过增注工具到达锚定工具。 [0014] 在一些实施例中，锚定工具包括壳体，与该壳体流体连通的单向节流器装置，和附连至壳体的稳定器。单向节流器装置可构造成允许在第一方向上受节制地流动，而允许在第二方向上流动。 [0015] 在其他实施例中，一种使流动换向的方法可包括：使流体泵送通过增注工具；使来自增注工具的流体中的至少一部分通过锚定工具，在期望的位置处引入来自锚定工具的流体，和在期望的位置处使流动换向。使流体通过锚定工具可包括使流体通过单向节流器装置。 [0016] 在其他实施例中，一种提高增注工具的性能的方法可包括稳定连接到增注工具的锚定工具，将流体引入增注工具（stimulation tool）中，使流体的第一部分从增注工具流出并且进入地层中，以及使流体的第二部分通过增注工具到达锚定工具。 [0017] 在其他实施例中，水力喷射井下钻具组件可包括：水力喷射工具；和连接到水力喷射工具的水力喷射锚定工具（hydrajet anchor tool）。水力喷射锚定工具包括：壳体；与壳体流体连通的单向节流器装置；和附连到壳体的稳定器。单向节流器装置可构造成允许在第一方向上受节制地流动，而允许在第二方向上流动。 附图说明[0019] 下面的附图示出了本发明的一些实施例的某些方面，不应当用来限制或限定本发明。 [0020] 图1是根据本发明的一个示例性实施例与水力喷射工具连接的水力喷射锚定工具的侧视图。 [0021] 图2是根据本发明的一个示例性实施例的水力喷射锚定工具的局部剖视图。 [0022] 图3是根据本发明的一个示例性实施例的水力喷射锚定工具在喷射位置的侧剖视图。 [0023] 图4是根据本发明的一个示例性实施例的图3中的水力喷射锚定工具在反向流出位置的侧剖视图。 [0024] 虽然本公开的实施例已经被示出和描述，且参考本公开的示例性实施例进行了限定，但这些参考不意味着对本公开有限制，并且也不应推断出这样的限制。对本领域技术人员来说，所公开的主题能够作出相当大的更改、改变以及与本公开在形式和功能以及益处方面等同的等同方案。本公开所示出和描述的实施例仅仅是示例性的，并且没有穷举本公开的范围。 具体实施方式[0025] 本发明涉及地下增产作业，更特别地涉及用于提高定点增产作业的可靠性的方法和设备。 [0026] 参考图1，水力喷射锚定工具100可连接到工作管柱102且在水力喷射工具104下方，使得来自水力喷射工具104的流体可同时经过水力喷射工具104中的喷口进入地层中而且通过水力喷射工具104进入且流经水力喷射锚定工具100。现在参考图2，水力喷射锚定工具100具有壳体106、位于壳体106内的心轴108、大致环绕壳体106定位的扶正器112、大致环绕壳体106定位的锚定件114和单向节流器装置。水力喷射锚定工具100还可具有允许流体流动通过壳体106的一个或多个平衡口116，和/或具有一个或多个拖曳块118。 [0027] 壳体106可具有大致管状的结构，被构造成允许流体从其中经过并且允许水力喷射锚定工具100应付水力喷射压差。壳体106可在壳体106与心轴108之间包括密封件，并且由适于井下使用的任何材料构成，且可以经由螺纹、焊接或者其它方法连接到水力喷射工具104。心轴108可相对于壳体106滑动，从而允许平衡口116选择性地打开和关闭。心轴108也可以具有大致管状的结构，由适于井下使用的任何材料制成，并且可具有通道120以允许流体从通道中通过。 [0028] 单向节流器装置可以是任何用于节制在第一方向上的流动而允许在第二方向上不受节制地流动的装置。例如，单向节流器装置可包括可动主体121，该可动主体以部分、整体或以其它方式大致位于心轴108内。如图3和图4所示，主体121可相对于心轴108轴向运动，以便在一个方向上节制通过水力喷射锚定工具100的流动而允许在另一方向上的流动。在一些实施例中，在一个方向上的流动可以是不受节制的流动或自由流动。当主体121与心轴108内的底座124接触、联接或以其它方式接合时，在第一方向上的流动可以通过喷口122（例如口、调节器、喷嘴、节流孔、简单孔、固定节流口、可调节流口和/或任何其它允许在一侧保持有压力而允许流动从其中通过的装置）被节制（但不完全被堵塞）。喷口 122可构造成处理高速含砂流体，同时允许流体在水力喷射工具104内保持压力，以及同时允许流体用来在水力喷射工具104和水力喷射锚定工具100的井下区段中设置砂堵。在其它实施例中，单向节流器装置可以是口、调节器、喷嘴、节流孔、简单孔、固定节流口、可调节流口和/或任何其它装置。通常，单向节流器装置可以与壳体106流体连通，以使得单向节流器装置可以控制流体通过壳体106。在一些实施例中，单向节流器装置可大致位于壳体 106内。在其它实施例中，单向节流器装置可位于壳体106的任一端，或者位于壳体106的外侧，只要其能够节制在第一方向上的流动并且允许在第二方向上的流动即可。 [0029] 扶正器112可以使得水力喷射工具104和水力喷射锚定工具100在井眼126内都大致对中。扶正器112可保持水力喷射锚定工具100与井眼126的中心线处于一条直线上，或者扶正器112可通过其它方式引导水力喷射锚定工具100基本上朝向中心线，以使得水力喷射锚定工具100不会停靠在井眼126的一侧。在再一其他实施例中，扶正器可以引导水力喷射锚定工具100稍微朝向中心线。在某些实施例中，扶正器112包括一个或多个封隔元件，如可膨胀的封隔器（在一些情况下，可以通过一种或多种工艺流体而膨胀）、压缩的封隔器、可溶胀的封隔器等等。在一些实施例中，封隔元件是弹性体封隔元件。在一些实施例中，扶正器112可以在水力喷射锚定工具100与井眼126（该井眼可以是下套管的或未下套管的井眼）之间提供完全或部分密封，同时允许通过单向节流器装置的流动换向。扶正器112可以是主动隔开型装置或者可变的装置。在一些实施例中，扶正器112不提供密封，而是留出间隙，同时防止水力喷射工具104和水力喷射锚定工具100停靠在井眼126上。 [0030] 锚定件114可充分防止水力喷射工具104和水力喷射锚定工具100发生不期望的转动和轴向运动，从而使得水力喷射作业更有效。在一些实施例中，锚定件114允许水力喷射工具104和水力喷射锚定工具100在固定的位置保持一段期望的时间。在一些情况下，这段时间可涵盖水力喷射作业的持续时间。例如，锚定件114可构造成在必要时在大约十分钟到一小时或者更长的时间段内降低或防止转动和/或轴向运动。锚定件114包括卡瓦或者用来夹紧井眼126（不管是已下套管还是未下套管）的其它元件。在一些实施例中，锚定件114在扶正器112下方的井下内。锚定件114可以与扶正器112相结合，以使得一个或多个单独的稳定器元件具有将水力喷射锚定工具100对中和固定到位的功能。一个或多个稳定器可被直接或间接地附连到壳体106。例如，一个或多个稳定器可大致定位在壳体106的周围、壳体106的上方或者壳体106的下方，或者一个或多个稳定器可通过其他方式定位在壳体106附近，只要一个或多个稳定器能将壳体106和/或水力喷射锚定工具100对中或固定到位即可。 [0031] 在一些实施例中，水力喷射锚定工具100可用来提高水力喷射工具104的性能。特别地，由于管的延伸/收缩、温度和/或压力所导致的工具运动可通过接合水力喷射锚定工具100的锚定件114而最小化。如本领域技术人员将意识到的，就本公开的益处来说，锚定件114的强度要求是最小的。例如，在竖直井中，10000英尺、2-3/8英寸-4.7磅/英尺的生产管将仅需要3800磅的力来拉伸整1英尺；或者约319磅/英寸。如本领域技术人员将意识到的，对于本公开的益处来说，实际上，这个值将不得不被一些大的未知值来减去，从而表现为与井眼126的摩擦力。应注意的是，即使在“竖直”井中，这些井也不是完全竖直的；在钻井过程中会存在一些倾斜。在水平井中，由于系统的“急动”，运动有时候会很大。然而，管摩擦抵消了该运动中的一些。例如，如在上面的实例中，对于2000英尺的生产管来说，在水平井中，假设管和井眼壁之间的摩擦系数为0.35，则摩擦力可能接近3290磅，因此需要仅500磅的额外帮助来防止工具运动。类似地，喷射反作用力引起工具的一些很小侧向运动。例如，0.25英寸的喷口在5000磅/平方英寸的压力下可能产生400磅的推力。因而，一些小的附加力将足以防止水力喷射工具104在作业过程中运动。水力喷射锚定工具 100可以使水力喷射工具104的运动最小化并且提高水力喷射过程的效率。 [0032] 平衡口116可用于平衡通过水力喷射锚定工具100的流动，这在水力喷射锚定工具100的清洁或者使通过水力喷射锚定工具100的流动反向方面是有用的，或者平衡口可用于在下方平衡水力喷射锚定工具100。平衡口116的尺寸可设定用于减小腐蚀或者另外地使流动区域最大化但不损害强度。在工具运行时，根据具体条件，平衡口116可以处于打开位置或闭合位置，并且一般可包括在壳体106中的开口。在一些实施例中，平衡口116可以与心轴108中的开口对准以允许选择性地流动通过其中。如图4所示，平衡口116可以与心轴108中的开口对准或者以其它方式“打开”，使得流体进入水力喷射锚定工具，向上朝着主体121流动。主体121随后可向上运动并且离开座124，从而使得流体环绕主体121流动并且在上端部处流出水力喷射锚定工具100。根据具体的应用，对于平衡口116的尺寸和定向，可以使用多种配置。例如，在一些实施例中，多个平衡口可沿径向设置。在一些实施例中，多个平衡口可以沿径向设置成彼此隔开约60°、90°、120°或180°。 [0033] 喷口122可位于主体121的下端部处，并且可以是口、调节器、喷嘴、节流孔、简单孔、固定节流口、可调节流口和/或允许一侧保持有压力而允许通过其中的流受节制的任何其它装置。例如，喷口122可以是3/16的喷射喷嘴。喷口122的内直径尺寸可允许期望速度的含砂流体流动通过其中，并且可构造成随着适用于特定作业的其它喷口而改变，从而使得喷口122对于特定的砂堵设置过程来说最优。根据期望的流速减小，可以连续地使用多个喷嘴。 [0034] 座124可以是适合于接合主体121的具有减小的横截面的区域。座124可被密封在心轴108内，并且具有配合地接合主体121的开口。座124和主体121可构造用于进行密封，以使得通过座124的流动被节制成至少在一个方向上流动通过主体121。 [0035] 在一些实施例中，水力喷射锚定工具100可包含J-槽（未示出），其设计成允许工具通过往复运动进行操作。因此，在开始水力喷射作业之前，可设置锚定件114、扶正器112或者两者。该J-槽可位于心轴108上，心轴可随工作管柱102运动，并且相关联的突出部可位于牵引弹簧套筒上（或者反之亦然）。 [0036] 水力喷射锚定工具100可被下入井眼126中、位于水力喷射工具104下方。在下入过程中，流体可被泵送通过水力喷射锚定工具100且环绕水力喷射锚定工具100，或者流体可以绕过水力喷射锚定工具100。一旦到达期望的位置，则可通过设置锚定件114和/或扶正器来使水力喷射锚定工具100稳定。设置锚定件114可以锚固或以其它方式减小或防止不期望的转动和轴向运动。同样，设置扶正器112可以使水力喷射锚定工具100和水力喷射工具104在井眼126内对中。 [0037] 现在参考图3，在将水力喷射锚定工具100锚固和/或对中之后，可通过将流引导通过工作管柱102进入水力喷射工具104来开始水力喷射。第一部分流体可通过水力喷射工具104的喷口、喷嘴或其它出口从水力喷射工具104流出而进入地层中，以在岩层中形成洞穴。同时，第二部分流体可以流经水力喷射工具104并进入与水力喷射工具连接的水力喷射锚定工具100。当流体流动通过水力喷射工具104的通道120时，主体121可向下运动到座124中，使得受限量的流体可流经喷口122，从而在先前的层段中形成砂堵。水力喷射工具104和水力喷射锚定工具100可向上运动进入另外的层段，在这里可以重复进行该过程。因此，本发明的各个实施例可考虑到阿尔法砂堵设置处理的性能，同时在下一时间间隔（interval）进行水力喷射作业。同样地，水力喷射锚定工具100能够允许泵送到先前的层段中以减少在下一时间间隔进行水力喷射时的总泄露。 [0038] 现在参考图4，一旦完成水力喷射，心轴108可被牵拉成将平衡口116暴露于通道120中，以进行反循环。流体可被泵送通过平衡口116和布置在水力喷射锚定工具100底部的斜口管鞋。主体121可从座124移开并向上运动，从而允许流体通过并环绕单向节流器装置，以确保可获得足够大的流速来将砂带到地面。因此，反循环可露出较大的流动区域并允许较高的流速，这有助于移走喷口122处或周围任何堵塞的砂。如图所示出的，这种流动将主要环绕单向节流器装置，因为这个路径将提供比通过喷口122小的阻力。因此，单向节流器装置在喷射时可将流动转向到水力喷射工具104中的喷口，或者在反循环时将流动转向成通过较大的平衡口116。 [0039] 在此所描述的实施例对于提高各定点增产过程的效率来说是有用的。例如，水力喷射过程可通过对中和控制运动而得以改善，COBRAMAX方法可通过将阿尔法砂堵技术应用在竖直井、偏斜井和水平井中而得以改善，而SURGIFRAC方法可通过减少总泄露而得以改善。 [0040] 在一些实施例中，将水力喷射工具104放置在距离套管/衬管/裸眼壁一最优距离处进行水力喷射作业是有利的或者甚至是必要的。按照惯例，当没有实现最优间隙时，喷射过程的效率可能受到不利影响，导致喷射时间较长而且用于补偿的压差较高。此外，由于间隙增加，不能在岩层中形成设计好数目的空穴，而由于间隙减小所造成的溅回效应的增大，可能会出现更大的破坏。水力喷射锚定工具100因而可允许喷射时间缩短、压差较低而且破坏减小。 [0041] 在一些实施例中，水力喷射锚定工具100有助于减少水力喷射工具104的运动。如上所述，在水力喷射作业期间所引起的水力喷射工具104的运动通常可能降低过程的性能。按照惯例，可以用较长的喷射时间来在岩层中形成空穴。在水力喷射作业期间水力喷射工具104的运动可能由温度和/或压力所导致的管延伸或收缩引起，或者由水力喷射工具104周围极大的湍流引起。由温度和/或压力引起的运动可通过采取有效深度控制措施和流体循环来减小。然而，水力喷射锚定工具100可以对水力喷射工具104的运动提供附加的减小。因此，在定点作业期间，水力喷射锚定工具100可提供降低的作业成本和/或另外地提高水力喷射工具104的性能。 [0042] 在其它实施例中，水力喷射锚定工具100对水平井来说可能是有利的。按照惯例，在COBRAMAX技术中，先前区域中主流体的换向可以通过放置砂堵来完成。虽然这种操作对竖直井来说是方便的，但其可能不如在水平井中那样直接。将这些砂堵放置在水平井中可能需要非常低的流速，使用地面泵送设备可能难以控制。因此，希望有一种可产生低的流速但不会堵塞小孔的系统。如上所述，当采用高的喷射压力时，小孔可非常小以产生低流速，这可能使得小孔非常易于堵塞。喷口122可以用来将流速降低到例如每分钟一桶（bpm）或更低，而无需使用非常小的节流口，该非常小的节流口在暴露于砂子时将趋于发生堵塞。根据期望的流速降低，可以连续地使用多个喷嘴来防止堵塞。因此，水力喷射锚定工具100可允许将足够的砂堵放置在期望的位置处。根据本发明的一个示例性实施例，喷口122可以设计成能接收8目或者甚至更大的颗粒。因此，在COBRAMAX作业中，尤其是对于水平井应用来说，使用水力喷射锚定工具100可以允许用较少的时间来设置砂堵和/或以其它方式提高形成砂堵的能力。 [0043] 在其它示例性的实施例中，本发明可以与SURGIFRAC作业结合使用。如上所述，SURGIFRAC利用伯努利原理来实现裂缝之间的流体换向。特别地，一旦在SURGIFRAC作业期间产生第一裂缝，则将水力喷射工具104移动到第二位置来产生第二裂缝。主流流向裂缝，而泄露流通过环形空间供应，该泄露流通常被认为是“辅助”流。然而，被泵送到环形空间中的一些流体将泄露到已经存在的裂缝中。在长的水平井中，很多裂缝是令人期望的。然而，每个裂缝引起附加的泄露并且环形空间流快速地变成“主”流。水力喷射锚定工具100的扶正器112可以降低从水力喷射工具104流动通过环形空间到达已有裂缝的泄露流体的量。特别地，扶正器112可节制流体流泄露的路径，从而减少泄露流体的量。因而，水力喷射锚定工具100可降低环形空间流的需求同时保持孔隙压力和有限的流动通量以使裂缝缓慢闭合，而在流体喷射已经停止后不会将砂回填到井眼126中。水力喷射锚定工具100还可降低或消除对在每个后续阶段越来越难泵送的需要，从而减小流体损失、节省在流体方面的花费和/或另外地提高了在长的水平井中SURGIFRAC的性能。最后，水力喷射锚定工具100可以设计用于减轻内部腐蚀的影响。 [0044] 如本领域技术人员将意识到的，对于本公开的益处来说，术语“定点增产”不限于具体的尺寸。例如，根据要被隔离的层段，经受“定点增产”的区域的大小可以为若干英寸或者几十英尺左右。另外，尽管在“增产”方法的上下文中公开了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在此所公开的设备和方法可以与其它作业联合使用。例如，在此所公开的设备和方法可用于非增产过程（诸如固井）；尤其是挤压固井或者化学品、流体或泡沫的其它挤压应用。 [0045] 本领域普通技术人员将会认识到，虽然已经结合水力喷射工具104描述了本发明，但在希望使工具运动和/或流体泄露（例如口、阀、窗口等等）最小化的情况下，本发明可与任何增产或其它喷射工具一起使用。而且，本领域普通技术人员还将认识到，对于本公开的益处，术语“砂”不仅可以包括石英砂，而且还可以包括其它支撑剂和粒状固体（诸如小珠、长条、粘土、化学颗粒物、凝胶）和其它材料。另外，虽然公开了砂堵，但其它阻隔件也可以用来隔离地层和/或使流动换向，包括任何数目的隔离流体和/或材料。另外，本领域普通技术人员将会认识到，对于本公开的益处，尽管本发明被描述为使用一种水力喷射锚定工具，但在相同的应用中为了获得期望的结果，也可以同时或按顺序地使用两个或更多个水力喷射锚定工具，而不会背离本发明的范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈