井内方法和装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201180055311.2 | 申请日 | 2011-11-16 | 公开(公告)号 | CN103249908A | 公开(公告)日 | 2013-08-14 |
| 申请人 | 达西科技有限公司; | 发明人 | S·E·布鲁斯; S·肯特; D·P·J·麦克肯; D·A·诺布莱特; D·格兰特; | ||||
| 摘要 | 一种向层中注入 流体 的方法，该方法包括向孔壁施加机械 力 ，所述孔延伸穿过层以改变所述层的渗透率；和将流体注入改变后的所述层。可以通过对安装在 基础 件上的至少一个压力 变形 件充气来施加所述机械力。所述基础件可以是基管。所述压力变形件可以是安装在所述基管的外部的中空件或管状件。可以设置多个压力变形件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种向层内注入流体的方法，该方法包括： |
||||||
| 说明书全文 | 井内方法和装置技术领域背景技术[0002] WO 2009/001073和WO 2009/001069（其中公开的内容将以引用的方式整体结合于此）描述了用于调节孔的方法和装置，所述孔用于进入油气层或含水层（hydrocarbon or water-bearing formation）。例如，随着环绕所述孔壁的岩石的孔隙压力下降，可以利用此处描述的装置保持孔壁的多孔性。 发明内容[0004] 根据本发明，提供一种向层（formation）内注入流体的方法，该方法包括： [0005] 向延伸穿过层的孔的孔壁施加机械力，以改变所述层的渗透率；和 [0006] 将流体注入改变后的所述层。 [0007] 可以通过安装在基础件上的至少一个压力变形件的膨胀来施加所述机械力。所述基础件可以为基管。所述压力变形件可以为安装在所示基管的外部的中空件或管状件。可以设置多个压力变形件。所述压力变形件可以不与所述基管同心，即，所述压力变形件和所述基管并不共用同一个中心，并且所述基管并不安装在所述压力变形件内。 [0008] 可以选择所述机械力以改变岩石的强度。 [0009] 可以利用所述机械力增加或减小所述层的渗透率。例如，如果低渗透率的岩石承受高于岩石失效强度的应力，将因脆性断裂而初始地产生渗透率的增加。可选地，如果承受应力，高渗透率的岩石可以承受渗透率的减小。所述方法可以包括增加层的一部分的渗透率而降低层的另一部分的渗透率。因此，操作者可以改变孔的渗透面（permeability profile），以能够对流体的注入导向。当然，还可以在操作时而非流体注入时利用本发明的这个方面，例如，出于产量的目的改变孔的渗透面。 [0010] 注入所述流体时可以保持所述层上的机械力，该机械力可以随时间保持恒定，或者所述里可以随时间变化。施加的力因此持续支撑所述层，并将所述层保持在所需状态，该状态可以随所述层的工作期限而变化。 [0011] 注入的所述流体可以采取任意合适的形式，或者注入的所述流体可以包括任意合适的材料，例如，产品水、气体、蒸汽、工作液和支撑剂中的一种或多种。因此，可以在注入过程中使用所述方法以增强来自所述层中的碳氢化合物的获取。可以利用流体的注入保持所述层中的压力，或将碳氢化合物替换至所述层的上部。 [0012] 所述方法可以形成压裂操作的一部分。例如，可以利用所述方法提供所述层环绕所述孔壁以及邻近所述孔壁的所述层产生初始断裂，然后将所述流体注入所述层的裂口中超过所述孔壁。所述方法可以包括在所述流体注入步骤中或在所述流体注入步骤后维持所述孔壁上的力。 [0013] 当地下层用作其它地方产生的气体的存储容器时，本发明还可以包括所述层用作气体存储。在这种情况下，在本地需求低的阶段，并且对从所述层中的提取物需求高的阶段，可以将来自其他地理区的气体注入所述层中。本发明可以包括当向所述层中注入气体时，保持所述孔壁上的预定力，和当气体从所述层通过时进一步保持所述孔壁上的预定力，该过程或循环可以在所述设备的寿命内的多种场合中重复。因此，本发明可以使得能够将所述层保持在所需状态，并且延迟或防止所述层的恶化或坍塌。所述方法还可以用于生成存储层，所述方法可以涉及向层（例如，盐层）内注入水或盐水，以移除可溶性材料并产生多孔结构，并且其后移除所述水。在某些或所有步骤中，可以保持在所述孔壁上的力。 [0014] 本发明可以用于例如在获取和存储二氧化碳或其他流体时的长期气体存储。在这种情况中，所述方法可以用于增加或保持层的渗透率，以使得能够向所述层中注入所述气体。因此，可以利用所述方法使得能够通过例如向所述孔壁施加力而降低层的渗透率实现在所述层中（或者选定的层段中）保存所述气体。 [0015] 根据本发明，提供一种砾石填充方法，该砾石填充方法包括将砾石定位在孔壁与包括至少一个压力变形件的装置之间的环形空间中，并且向所述压力变形件充气，以压迫所述砾石。 [0016] 对所述压力变形件充气也可以压迫所述孔壁。 [0017] 所述压力变形件可以安装在基础件（例如，基管）的外部，并且所述装置可以采取完井的形式。可以设置一个或多个压力变形件，并且所述装置可以安排为提供大致圆周或圆柱形的外挤压面，以向位于所述装置和所述孔壁之间的填充有砾石的环形空间施加挤压力。 [0018] 在所述装置中存在所述压力变形件允许挤压所述砾石而不需要插入额外的或独立的膨胀装置。所述压力变形件可以与合适的流体源相通，例如，基管的孔。可以通过单向阀相通，因此可以通过例如利用地表泵向所述基管施压而对所述压力变形件充气。 [0019] 可以利用所述方法确保所述砾石隔离层（gravel pack）的质量和一致性。不管砾石密度或孔壁的形状的初始不一致，可以选择用于使所述压力变形件变形的压力以及该压力变形件的形状，以确保所述砾石堆积成一致的水平。 [0020] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括向孔壁施加机械力以使与所述孔壁邻近的岩石断裂。 [0021] 可以通过至少一个不同心的压力变形件的充气施加所述机械力。 [0022] 出于很多原因（例如，增加所述孔壁的渗透率，促进流体注入岩石中，或者使得能够从所述岩石中产生流体），本发明的这个方面都可以是有用的。 [0023] 根据本发明，提供一种用于调节孔的方法，该方法包括降低与所述孔壁邻近的岩石的强度。 [0024] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括向孔壁施加力，以降低与所述孔壁邻近的岩石的渗透率。 [0025] 本发明的这个方面可以是有用的，以降低从中的流体产量（例如，降低水产量）。可选地，所述方法可以用于平衡来自孔段的油或气的产量，例如减缓从水平井段的跟部的碳氢化合物的产量。在其他情况中，本发明可以用于降低低压段的渗透率，以降低进入所述低压段的损失或将进入所述低压段的损失最小化。 [0026] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括在孔壁上施加力，以降低颗粒的产量。 [0027] 所述方法尤其可以用于防止产生沙。 [0028] 可以通过至少一个非同心的压力变形件（即，安装在基础件（例如，基管）上的压力变形件，并且该压力变形件不与所述基础件同心，即，所述压力变形件不与所述基础件共用一个公共中心，并且所述基础件不位于所述压力变形件内）的充气施加所述力。 [0029] 根据本发明，提供一种从孔中生产流体的方法，该方法包括： [0030] 将装置放入衬里孔中，所述装置包括安装在至少一个压力变形腔上的控沙元件（sand control element）； [0031] 向所述压力变形腔充气，以增加由所述控沙元件限定的直径；和 [0032] 通过所述控沙元件生产流体。 [0033] 所述控沙元件的直径可以增加，以使得所述控沙元件邻近所述孔的衬里的内表面或与所述孔的衬里的内表面接触，所述孔的衬里可以是有孔的壳体或衬垫（liner）。利用可充气的件使得所述控沙元件的膨胀能够与所述孔的衬里的内径相匹配。 [0034] 可以保持所述压力变形腔的充气，以保持所述孔沙元件膨胀的直径。 [0035] 在控制沙的产量时，本发明的这个方面是有用的，本发明的这个方面允许滤沙网（sand screen）穿过已有的管并且所述滤沙网膨胀至最小化或降低沙产量的位置。 [0036] 所述压力变形腔可以安装在基础件（例如，基管）上。所述腔可以不同心地安装所述基管上，即所述压力变形腔和基管并未共用同一个中心。 [0037] 所述压力变形腔可以采用任意合适的形式，并且可以采用任意合适的方法向所述压力变形腔充气。可以从合适的流体源中将充气流体供应至所述压力变形腔。所述压力变形腔可以通过阀与所述支撑基管的内部连通，允许流体压力从所述基管连通至所述压力变形腔，当排出所述基管中的压力时，所述阀将所述流体保留在所述压力变形腔中。 [0038] 根据本发明，提供一种方法，该方法包括： [0039] 操作装置穿过具有第一直径的有衬底的管部并进入具有较大的第二直径的管部，所述装置包括安装在至少一个压力变形腔上的控沙元件； [0040] 向所述压力变形腔充气，以增加由所述控沙元件限定的直径；和 [0041] 通过所述控沙元件生产流体。 [0042] 可以向所述压力变形腔充气，以将由所述控沙元件限定的直径增加至大于所述第一直径。所可以向所述压力变形腔充气以将由所述控沙元件限定的直径增加至所述第二直径。 [0043] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括：提供件，该件具有多个用于控制所述件的外径的元件；将所述件设置在孔中；和控制所述元件，以增加由所述件限定的直径，以向所述孔壁施加力。 [0044] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括：提供具有多个件，该件具有多个用于控制所述件的外径的元件；将所述件设置在孔中；增加由所述件限定的直径，以向所述孔壁施加力；和然后控制所述元件，以降低所述件的外径，以控制由所述件施加至所述壁上的力。 [0045] 通过利用所述件控制施加至所述孔壁的力，可以控制所述孔壁的渗透率。 [0046] 所述元件可以包括压力变形腔，并且通过对所述压力变形腔充气和排气控制所述件的直径。所述压力变形腔可以安装在基管上。所述压力变形腔可以支撑控沙元件。 [0047] 所述元件可以沿所述件的轴向或周向延伸。 [0048] 可以控制所述元件，以使得外径均匀增加或均匀减少。可选地，可以控制所述元件，以使得所述件的一部分的外径的增加或减小的速率不同于所述件的另一部分的外径的增加或减小的速率。例如，所述件可以是油管柱，该油管柱包括多个管段或管接头，并且一个管接头的直径的增加或减小的速率不同于另一个管接头的直径的增加或减小的速率。因此，可以利用所述装置为所述孔的不同段提供不同的力，这可以与不同的岩石层一致。可选地，或者此外，可以控制所述元件，以使得所述件的一部分的圆周的外径的增加或减小的速率不同于所述件的另一部分的圆周的外径的增加或减小的速率。因此，例如，所述件在一个横向轴线上的宽度的增加或减小的速率可以不同于所述件在另一个横向轴线上的宽度的增加或减小的速率。 [0049] 由所述件施加在所述孔壁上的力可以是恒定的，或者可以随时间变化。由所述件施加在所述孔壁上的力是根据在例如流体注入或流体产生时对所述孔或岩石调查或研究，以及根据对所述岩石的预测性能或模拟性能预先确定的。可选地，或此外，可以根据测量的参数确定由所述件施加在所述孔壁上的力。所述件施加在所述孔壁上的力可以沿所述件的轴线变化，或环绕所述件的轴线变化。可以根据一个或多个地质力学应力、对所述孔建模（例如，应力建模），或根据应力场中的变量，孔隙压力或层的其他性能（例如，岩石强度）选择施加在任意点的力。 [0050] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括件放入倾斜的或水平的孔中，该孔具有上壁部、下壁部和侧壁部；和操作所述件以向所述上壁部、所述下壁部和所述侧壁部施加力，其中向所述上壁部和所述下壁部施加较大的力。 [0051] 根据本发明，提供一种调节孔的方法，该方法包括将件放入倾斜的或水平的孔中，该孔具有上壁部、下壁部和侧壁部；和操作所述件以向所述上壁部、所述下壁部和所述侧壁部施加力，并且改变分别施加在所述上壁部、所述下壁部和所述侧壁部上的力，以维持所需的孔形。 [0052] 因此，可以利用这些方面使得能够维持倾斜的或水平的孔的所需孔形，尤其是当从层中移除材料和所述层的抗压碎性能减小时，使得所述件的顶面和底面可能必须超负荷支撑，以至少部分地防止所述孔坍塌。 [0053] 根据本发明，提供一种钻孔方法，该钻孔方法包括将包括至少一个压力变形腔的装置放入钻孔中，并且向所述压力变形腔充气以与所述孔壁接合；和超出所述压力变形腔继续钻所述孔。 [0054] 可以将所述压力变形腔非同心地安装在基管上。 [0055] 所述压力变形腔可以用于使得不稳定的层或涨水的层稳定，以减少或防止进入低压层中的流体损失，或阻止流体从高压层流入孔中。 [0056] 所述装置可以安装在钻柱上，或者可以独立于所述钻柱运行。 [0057] 当情况稳定或采取了其他措施后，可以从所述孔中移除所述装置。可以通过对所述压力变形腔排气，以允许所述孔中的环境压力将所述压力变形腔压平而使得能够移除所述装置，或者通过利用弹性壁的所述压力变形腔使得能够移除所述装置。可选地，所述装置可以保留在所示孔中。在其他实施方式中，可以将所述装置的部分保留在所述孔中，而将所述装置的其他部分移除。例如，所述装置可以装载有可膨胀的或可扩展的不渗透流体元件，并且所述流体可变形腔可以向所述孔壁抵靠来定位所述元件。可以将所述不渗透流体的元件构造为当所述压力变形腔排气时仍然与所述孔壁接触，或者可以利用压差将所述元件保持在正确位置。因此，所述元件可以用于防止进入低压层的损失或将进入低压层的损失最小化，或者所述元件可以用于将因压差卡钻而造成的问题最小化。 [0058] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括基管、安装在该基管外部的至少一个压力变形腔和安装在所述基管外部的流体导管，所述压力变形腔构造为用于膨胀以向孔壁施加力，所述流体导管构造为向所述压力变形腔提供流体。 [0059] 因此，在此方面，所述压力变形腔可被充气，而不需要存在内管柱以向所述压力变形腔传递流体压力。 [0060] 也可以不需要内管柱而操作本发明的其他方面。 [0061] 所述流体导管可以构造为延伸至地表。 [0062] 所述压力变形腔可限定所述流体导管。 [0063] 根据本发明，提供一种向孔壁施加力的方法，该方法包括将至少一个压力变形件定位在基管与孔壁之间的环形空间中，和利用来自所述环形空间的流体向所述压力变形腔充气。 [0064] 根据本发明，提供一种向孔壁施加力的方法，该方法包括将将至少一个压力变形件定位在基管与孔壁之间的环形空间中，和利用来自井内源（downhole source）的流体向所述压力变形腔充气。 [0065] 所述井内源可以为所述环形空间、压力容器（例如，气瓶）、流体产生源，（例如，化学激活的气体产生装置），或高压层中的一个或多个。 [0066] 可以通过隔离器（packer）将高压层隔离，并且所述高压层可以通过控制线（control line）等将高压流体与所述压力变形腔连通。 [0067] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括基管、安装在该基管上的至少一个压力变形腔和远程操作的阀组，该阀组用于控制流体进入所述压力变形腔。 [0068] 所述阀可构造为仅在驱动或收到指令时打开。 [0069] 可设置有多个压力变形腔，并且通过相应的阀组控制流体进入所述腔，使得能够控制所述压力变形腔的充气。 [0070] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括基管和安装在该基管外部的至少一个压力变形腔，该压力变形腔构造为用于膨胀以向孔壁施加力，并且因此所述压力变形腔的第一部在该压力变形腔的第二部膨胀之前膨胀。 [0071] 可以利用本发明的这个方面使得所述压力变形腔以预定的方式膨胀，例如使得所述压力变形腔从一段开始膨胀，或者所述压力变形腔的第一部构造为在所述压力变形腔的其余部分膨胀之前膨胀以驱动或形成隔离器。 [0072] 所述压力变形腔可以具有物理性质不同（例如壁厚不同或壁结构不同）的多个部分，或者所述压力变形腔可以由不同的材料形成。可选地，或此外，所述压力变形腔可以包括依次充气的独立的单元，例如，所述单元通过阀或安全隔膜相连，或者通过独立的控制阀将所述单元连接至流体源。 [0073] 根据本发明的一个方面，提供一种调节孔壁的方法，该方法包括：提供包括压力变形腔的件；将所述件设置在孔中；和利用可凝固的材料对所述压力变形腔充气。 [0074] 在这个方面的一种实施方式中，所述可凝固的材料可以在停止继续提供内部流体压力时保持所述压力变形腔的充气形状。 [0075] 所述可凝固的材料可以凝固或硬化，以提供具有预定强度或预定抗压溃性能的固体材料。因此可以利用所述凝固的材料控制所述压力变形腔的强度或抗压溃性能。 [0076] 所述凝固的材料可以是柔性的或柔顺的，或者可以是基本上刚性的并且是非柔性的。 [0077] 可以以足够的压力向所述压力变形腔供应所述可凝固的材料，直至所需的程度。可选地，或此外，可以选择所述可凝固的材料，以增加所述压力变形腔的体积，例如所述材料可以趋向于在该材料固化或凝固时膨胀。可以利用该性能将所述压力变形腔内的压力增加至超过最大的流体供应压力。 [0078] 所述可凝固的材料可以为多部分材料（multipart material），例如，所述多部分材料可以为两部分材料（two-part material），该两部分材料在混合时膨胀或凝固，或者否则在该两部分材料接触时膨胀或凝固。在一种实施方式中，可以将所述材料的一部分设置在所述压力变形腔内，并且将所述材料的另一部分可设置在充气材料中。 [0079] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括控沙元件，该控沙元件具有第一边缘和第二边缘，该第一边缘和第二边缘互相重叠，并且因此所述控沙元件可以构造为具有较小直径的结构和具有较大直径的结构。 [0080] 所述控沙元件可以安装在包括至少一个压力变形腔的装置上方，因此所述压力变形腔的充气增加所述控沙元件限定的直径。 [0081] 所述井内装置可以具有纵向轴线，并且所述控沙元件的边缘可以倾斜于所述纵向轴线。可选地，或此外，所述控沙元件的所述边缘的周向位置可以沿所述井内装置的长度变化。这些特征有助于避免重叠的边缘或特定的边缘位于孔内的某些位置，例如，夹点（pinch point），从而阻止所述边缘的相对运动。例如，如果重叠部分位于水平孔的下侧，所述井内装置的重量可以使得所述边缘的相对运动更加困难。然而，如果边缘的位置随所述井内装置的长度变化，在受限制的部分，所述重叠可以仅在所述孔的下侧。这有助于避免利用具有相对较大的初始重叠的单个控沙元件（而非传统的滤沙网结构中出现的多个小重叠，所述传统的滤沙网的特征为具有多个重叠的过滤元件）时的潜在缺点。 [0082] 还可以在包括多个控沙元件的装置中利用本发明的这个方面，其中所述控沙元件的相邻的倾斜边缘重叠。 [0083] 所述控沙元件可以机械地安装或固定至支撑件，例如，通过焊接或通过紧固件（例如，螺栓）安装或固定至支撑件。可选地，所述控沙元件可以不固定至所述支撑件，而是漂浮的。即，可以允许所述支撑件与所述控沙元件之间的一定程度的圆周运动。 [0084] 可以在所述控沙元件下方设置排水层。 [0085] 所述控沙元件可以为编织的，并且所述控沙元件可以安装在具有纵向轴线的支撑件上，其中编织的所述控沙元件具有经线和纬线，该经线和纬线设置为倾斜于所述支撑件的纵向轴线。所述经线和纬线相对于所述支撑件的纵向的轴线的倾斜（该倾斜可能涉及所述控沙元件的轴线的取向的偏斜）提供较大的柔性，并且使得所述控沙元件能够延伸或膨胀。 [0086] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括基管、安装在该基管外部的至少一个压力变形腔和与该压力变形腔可操作地连接的桥接件，所述压力变形腔构造为用于膨胀以向孔壁施加力，所述桥接件构造为向所述压力变形腔的间隔部分之间的所述孔壁上施加力。 [0087] 当所述至少一个压力变形腔膨胀时，所述压力变形腔的外部可以具有间隔或间隙。桥接件可以延伸跨过所述间隔或间隙，并且所述桥接件用于确保所述孔壁上位于所述压力变形腔的外部之间施加了合适的力。 [0088] 所述桥接件可以采取任意合适的形式，例如，可以设置多个轴向延伸的桥接件，并且可以在轴向延伸的压力变形腔之间延伸。所述桥接件可以用于确保当所述压力变形腔膨胀时，所述井内装置保持大致圆柱形。 [0089] 所述压力变形腔和所述桥接件构造为允许流体径向地穿过所述压力变形腔和所述桥接件之间。 [0090] 所述桥接件可以用作排水件，并且可以位于滤沙网下方，用于将所述滤沙网保持大致圆柱形。 [0091] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括至少一个压力变形腔，该压力变形腔包括金属件，该金属件的一端由锥形焊缝或圆形焊缝封闭。 [0092] 利用锥形的或圆形的焊缝降低在所述压力变形腔膨胀时所述压力变形腔的端部的累积应力。 [0093] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括基管、多个轴向延伸的压力变形件和至少一个周向的保持环，所述压力变形件环绕所述基管安装，所述保持环位于所述压力变形件的外部。 [0094] 所述压力变形件可以初始以展平结构或排气结构位于所述基管上，并且所述保持环位于展平的所述压力变形件上方。可以设置多个保持环，例如，可以在管接头的每段都设置保持环。 [0095] 根据本发明，提供一种将中空件固定至基管的方法，该方法包括提供具有限定有第一孔和第二孔的壁的中空件，将该中空件在所述第一孔处焊接至基管，以及然后将所述第二孔封闭。 [0096] 设置所述孔允许操作者利用所述第二孔获得进入所述第一孔的入口，并且将所述中空件在所述第一孔处焊接在所述基管上。焊接操作可以在所述第一孔处产生不渗透流体的密封，或者可以进行独立的操作以密封所述第一孔。可以通过在所述第二孔上焊接贴片（patch）封闭所述第二孔，以将所述中空件密封。 [0097] 根据本发明，提供一种井内装置，该井内装置包括基管和多个安装在该基管上的压力变形腔，该压力变形腔设置为多层。 [0098] 所述压力变形腔的第一层设置在第一圆周上，并且所述压力变形腔的第二层设置在较大的第二圆周上。 [0099] 本发明的这个方面使得能够设置有高膨胀度的装置。所述压力变形腔的相邻的层可以嵌套，或者可以径向对齐。 [0100] 所述压力变形腔用在各种实施方式中，可以利用任意合适的方法形成本发明。可以利用大致圆柱形的管形成所述压力变形腔，并且将所述管再成型为适于充气的平的或其他形状。可以通过多种方法实现所述再成型：可以将原始的管拉动穿过一组轧辊，以逐渐形成所需的形状；可以通过一组成型模具拉拔所述原始的管，以逐渐形成所述形状；可以在机械成型压力机中挤压所述原始管，以形成或逐渐形成所述形状；可以将所述原始的管设置在具有成型的形状的压力腔内，并且可以以高压水压注入形成所需的形状。可选地，所述压力变形腔可以初始地形成平的或低轮廓形状（lower profile form），并且可以利用平板形成所述压力变形腔，所述平板形成为所需的形状并且焊接至所述基管或焊接以形成不渗透流体的腔。 [0101] 对于本领域技术人员而言明显的是，本发明的多种特征可以组合，并且还可以单独应用上述各方面的特征以及下文中描述的实施方式的特征，或者于此处描述的不同组合使用，并且可以形成本发明的其他方面。附图说明 [0102] 将仅以示例的方式参照附图描述本发明的这些和其他方面，其中： [0103] 图1是根据本发明的一种实施方式的流体注入操作（fluid injection operation）的剖面示意图； [0104] 图2是根据本发明的另一种实施方式的通管控沙操作（through tubing sand control）的剖面示意图； [0105] 图3是图2的装置的一部分的剖视图； [0106] 图4是根据本发明的再一种实施方式的砾石隔离操作的剖面示意图； [0107] 图5是包括根据本发明的一种实施方式的装置的完井（completion）的剖视图； [0108] 图6是图5中的装置的一部分的剖视图； [0109] 图7是本发明一种实施方式的装置在与插入两层的孔中的剖视图； [0110] 图8是根据本发明的一种实施方式的控沙装置（sand control apparatus）的剖视图； [0111] 图9是图8中的装置延伸结构视图； [0112] 图10是图8中的装置的外部视图； [0113] 图11是本发明的一种实施方式装置的视图，所述装置包括定位环；和[0114] 图12本发明的一种实施方式的腔室固定装置（chamber-fixing feature）的视图。 具体实施方式[0115] 首先参照附图中的图1，该图1展示了根据本发明的一种实施方式的装置10。以展开结构和安装结构展示了所述装置，该装置位在插入于层14的孔12中。装置10包括基管16，该基管16形成油管柱（例如，完井）的一部分，基管16提供与地表的连通。多个中空件18安装在所示基管的一部分上，限定了流体压力变形腔（fluid pressure-deformation chamber）。基管16的壁限定了流动口20，该流动口20允许流体在所述层与基管16的内部之间流动，并且流动至地表。可以设置阀（例如流入控制装置（ICDs））以控制通过流动口20的流体流。 [0116] 滤沙网形式的控沙元件22包覆中空件18，并且排水层24设置在元件22的下方。在滤沙网22的上端和下端还设置有环绕基管16和中空件18的端部的隔离元件（packing element）26、28。 [0117] 中空件18并排安装在基管16上。通过冷轧平板形成中空件18，但是还可以利用已经被展平的金属管形成中空件18。中空件18可以大致沿基管16的轴向延伸，但是在本实施方式中，中空件18为螺旋结构。如图1所示，中空件18通过适当的控制线20连接至地表的加压流体源。该加压流体源可以用于向中空件18充气，使得充气的中空件18共同限定较大的外径。如下文中参照图2的描述，在另一种实施方式中，加压活化腔（pressurized activation chamber）可以形成装置10的一部分，并且所述加压活化腔可以进入孔中。在任何情况中，装置10构造为使得中空件18的充气促使滤沙网22和隔离元件26、28与所述孔壁接触。如下文中将要描述的，也需要选定中空件18的结构、组成和充气压力，以向所述孔壁施加并保持预定的径向力。如此处所描述的，可以根据WO 2009/001073和WO2009/001069中的教授来制造中空件18，或者根据本发明的实施方式的其他方面制造中空件18，其中WO 2009/001073和WO 2009/001069公开的内容整体结合于此。 [0118] 使用时，具有处于初始展平结构的中空件18的装置10进入所述油管柱上的孔12中，并且被定位于所述孔中合适的点处。在图1中，装置10被定位在管16上承载中空件18的部分，该中空件18横跨（straddling）层14，孔12插入层14中。 [0119] 如图1所示，从地表供应流体，增加压力以向中空件18充气，并且推动滤沙网22以及隔离元件26、28与所述孔壁接触。如下所述，可以控制所述流体的压力以向所述孔壁提供预定载荷或预定力。由中空件18提供的载荷或力可以大致恒定，或者可以随时间变化。 [0120] 如果所述层由相对低的渗透率的岩石形成，可以利用足够的高压流体向中空件18充注，以使与所述孔壁相邻的岩石承受高于该岩石失效强度的应力。这导致所述岩石脆性断裂，并增强岩石的渗透性。然后，操作者可以通过油管柱泵送高压流体，以进一步破碎所述岩石。所述流体可以包括化学物质或处理剂（treatment agent）（例如，稳定剂或支撑剂）。可选地，操作者可以向所述层中注入流体，以例如维持或增加所述层另一部分的产量。 [0121] 其后，操作者可以降低所述油管柱中的流体压力，并允许流体从层14中流入油管柱中，并流向地表。 [0122] 在向所述层中注入流体或从层14中产出流体的过程中，可以改变中空件18内的压力，以改变装置10施加给所述孔壁的力，以将该孔壁渗透率最大化，并因此保持尽可能高的注入速率或产出速率。 [0123] 可选地，或此外，可以选择或改变中空件18内的压力，以降低所述岩石的渗透率，并因此降低或最小化流入层14或从层14中流出的流体流。如果层14处于相对较低的压力，并且产出流体来自较高压力层并流向层14时，或者处理或预定用于其他层或者预定留在孔壁中以提供压力障碍的流体流向层14时，这可以是有利的。并且，如果需要减少来自所述层的产量（例如，当层14产生过多水时），可以降低所述岩石的渗透率。降低岩石渗透率的方法形成本发明一个独立的方面。 [0124] 在另一种实施方式中，可以选择由中空件18产生的力，以控制层14中颗粒的产生。还一种实施方式可以利用在预定时间后凝固的充注流体。这可以限制操作者在初始充气后控制中空件18施加的力的能力，但是可以避免件18漏气的风险。 [0125] 完井或其他油管柱中可以设置任意数量的装置10，并且可以同时控制多个装置10，或者单独控制每个装置10。可以同时或分别向各个装置充气。各个装置可以向所述孔壁施加相同的力，或者各个装置可以单独施加预定的力。每个所述装置施加的力都可以是恒定的，或者可以随时间变化。 [0126] 附图中的图2展示了根据本发明的一种实施方式的穿管控沙装置50。展示的装置50在孔52内处于展开延伸结构，孔52插入层54中，所述孔中预先排列有多孔衬垫56。所述装置包括基管58，环绕基管58安装有两层可充气的中空件60。中空件60以展平状态初始设置在基管58上，并且限定相对小的外径，允许装置50穿过现有的管62进入孔中。中空件60与合适的压力流体源连接，在本实施例中，基管58的末端安装有多个气瓶或压力氮气腔64。利用阀66控制从瓶64中流入中空件60的流体流，可以利用任意合适的机构（例如，从地表落下或泵送的RFID标签）激活阀66。 [0127] 如图3中所呈现的，件60沿基管58轴向延伸，并且嵌套地为滤沙网68和排水层70提供大致整周的支撑。 [0128] 使用时，只要当从层54中穿过有孔衬垫56的产品沙达不到理想的水平时，装置50将典型地被有效利用。然后装置50穿过已有的管62进入孔52中，以将装置50与层54邻近设置。其后将阀66打开，以允许流体从瓶64中流出以对中空件60充气。中空件60限定的直径显著增加，并且使滤沙网68与衬垫56的内表面接触。因此，来自层54的流体现在需要在流动进入孔52中之前流动穿过滤沙网68，因此将大体上减少进入孔52中的颗粒流。 [0129] 附图中的图4展示了根据本发明的一种实施方式的装置100，该装置100在孔102内展开，孔102包括砾石隔离层104。如同上文中描述的实施方式，所述装置包括多个压力变形件106，该压力变形件106环绕基管108安装并且支撑滤沙网110。滤沙网110可以采取任意合适的形式，并且可以是可膨胀的编织件。压力变形件106通过单向阀与基管108的内部相通，因此可以简单地通过向基管108的内部加压来向件106充气。 [0130] 装置100以初始较小直径的状态进入所述孔中。然后砾石隔离层104环绕进入滤沙网110和孔壁114之间的环形空间112中。其后，向压力变形件106充气，砾石隔离层104被挤压和压迫。此外，所述孔壁同样也被挤压。压力变形件106受到一定程度的过度膨胀，即，压力变形件106将延伸以压迫砾石隔离层104和孔壁，纵使环状空间112的部分并未被填满，或者孔壁114是不规则的。因此，装置100是柔顺的（compliant），并且为对砾石104提供可靠程度的压缩。这有助于提供连续的砾石隔离层，该连续的砾石隔离层提供一致的沙滞留（sand consistent）特性和流动特性。 [0131] 一旦制成了井，层流体（formation fluid）将从周围的层中流出，穿过砾石隔离层104和滤沙网110，在流动至地表前，所述层流体环绕件106流动并流动进入基管108中。砾石隔离层104用作稳定所述井的孔壁，并且防止或限制细屑从孔壁迁移或与层流体结合而进入基管108中。滤沙网110还将用于防止颗粒进入管108中，并且将用于保持砾石隔离层104。 [0132] 附图中的图5和图6展示了根据本发明一种实施方式的设有装置152a、152b、152c的完井（completion）150。该完井150设置在水平孔段154中。装置152a、152b、152c中的每一个都包括基管156、压力变形件158和滤沙网160。 [0133] 使用时，完井150装配为：当该完井进入所述孔中时，装置152a、152b、152c中的每一个都定位为邻近选定的层或产品区162a、162b、162c。其后，向件158充气，使得滤沙网160与相对的孔壁接触，并向所述孔壁施加合适的力，以例如增加岩石渗透率。如WO2009/001073和WO 2009/001069中更加详细公开的，施加在所述孔壁上的力可以随时间变化，以补偿岩孔压力（rock pore pressure）的降低。 [0134] 装置152a、152b、152c中的每一个可产生不同的孔壁应力。例如，在跟部（heel）164处的装置152a可以施加较大的力，选择该较大的力以降低来自弹性多孔层的流体产出，并且将产生过量水的风险最小化。如果产生过量水的风险减弱，可以对装置152a排气，并且所述孔壁应力减小，增加层的多孔性。 [0135] 此外，可以独立地控制供应给件158的流体的充入或排出，例如，位于装置152的上下表面的件158a、158b的排气速度可以不同于位于所述装置的侧面的件158c、158d的排气速度。 [0136] 现在参照附图中的图7，该图7展示了根据本发明一种实施方式的装置200a、200b，上装置200a跨过低压层202a，并且下装置200b跨过高压层202b。 [0137] 两个装置200都包括基管204，该基管204装载有多个压力变形腔206。每个装置200的端部都设置有隔离元件208，并且每组压力变形腔206都包覆有控沙元件210。 [0138] 压力变形腔206的端部由比中部更易变形的材料形成，因此，当向压力变形腔206充气时，压力变形腔206的端部趋向于在压力变形腔206的中段延伸和变形之前延伸和变形。因此，隔离元件208在装载有控沙元件的中段延伸之前延伸并与孔壁接合。 [0139] 如同其他实施方式，所述油管柱包括所述装置。该装置由处于初始展平结构的压力变形腔206组成。当所述油管柱已经进入所述孔中，并且装置200a、200b穿过层202a、202b定位时，通过激活安装在油管柱上的流体压力源211来驱动下装置200b或为下装置 200b充气。所述激活可以包括向流体压力源211上的传感器发送信号，所述信号可以包括压力特征等。流体压力源211包括两种液体成分，该两种液体成分混合作为排进压力变形腔206b中的成分。如上所述，压力变形腔206b的端部首先膨胀，其后所述压力变形腔的其他部分膨胀。流体压力源211构造为提供预定压力的流体，以在孔壁上产生预定的力。 [0140] 混合液体成分在压力变形腔206b中反应并固化，以形成固体填充物，该固体填充物防止所述压力变形腔漏气，因此维持充气的压力变形腔的形状，并且也维持所述孔壁上的压力。 [0141] 现在高压层202b是隔离的，并且现在可以通过操作设置在装置200b上的ICDs来控制从层202b中流入基管204的流体流。 [0142] 来自层202b的高压流体还通过远程激活的阀214与控制线212连通，该控制线212从下装置200a延伸至上装置200b。因此，当下装置200b被驱动，并且层202b被隔离后，可以打开阀214，并且利用来自层202b的高压流体驱动上装置200a。 [0143] 现在参照附图中的图8、图9和图10，图8、图9和图10是根据本发明一种实施方式的装置250的细节示意图。图8展示了处于初始结构的装置250，在该初始结构中，一组轴向延伸的流体压力变形腔252环绕基管254安装。每个流体压力变形腔252上初始安装有展平的排气结构。每个流体压力变形腔252上都安装有轴向延伸的有孔的桥接件（bridging member）256，分别地，所述桥接件的一端固定至相应的流体压力变形腔252，桥接件256的另一端延伸至搭靠在相邻的流体压力变形腔252上。单件控沙元件258环绕包覆流体压力变形腔252和桥接件256，并且元件260和元件262的边缘重叠。从图10中可以看出，重叠的边缘沿装置250螺旋地延伸，并因此朝向所述装置的主轴倾斜。 [0144] 控沙元件258的特征为涂覆有坚硬材料，例如，金刚石膜（diamond coating）。这种涂层防止控沙元件258受腐蚀，并且促进重叠的边缘206、262与装置250的其他元件之间发生相对滑动，并且将在膨胀过程中对边缘260、262造成损害的风险最小化。在其他实施方式中，整个控沙元件258可以由相对硬的材料制成。 [0145] 如图9中所示，在利用高压流体填充流体压力变形腔252时，该流体压力变形腔252变形，并且径向延伸，因此由装置250限定的直径增加。特别地，如果装置250位于孔中，将推动控沙元件258与周围的孔壁接触。控沙元件258浮在桥接件256上，并且随着向所述流体压力变形腔充气，所述控沙元件在边缘处的重叠减少。并且，桥接件256彼此滑动，共同维持充气的流体压力变形腔252的大致圆柱形形状，并且桥接充气的流体压力变形腔 252之间形成的间隙。因此，桥接件256确保控沙元件258完全地支撑在装置250的周围，并且元件258向所述孔壁提供大致恒定的力。 [0146] 现在参照附图中的图11，该图11展示了根据本发明的一种实施方式的装置300。在本实施方式中，压力变形腔302被设置在临近管端部的保持环306保持在由单根管形成的基管304上。 [0147] 保持环306可以位于展平的排气的压力变形腔302上方，当压力变形腔302充气变形时，保持环306保持压力变形腔302的形状，并且限制压力变形腔302的位于保持环306下面的部分。如图11中间断的轮廓线所示，压力变形腔302的临近保持环306的部分将延伸，并且因此在保持环306径向保持压力变形腔302时，该压力变形腔302的部分用于轴向保持所述保持环306。 [0148] 压力变形腔302由管形成，其中，所述管的端部被圆形焊缝（rounded weld）焊接封闭。利用锥形焊缝或圆形焊缝降低在压力变形腔302充气过程中在所述压力变形腔的端部累积的应力。 [0149] 现在参照附图中的图12，该图12展示了将压力变形腔350固定至基管352的方法。利用中空的钢制件354形成压力变形腔350，中空的钢制件354具有限定第一孔358和第二孔360的壁356。操作者利用第二孔360获得进入第一孔358的入口并且在第一孔358处将件354焊接在基管352上。焊接操作在第一孔358处作产生液体防护密封。然后利用贴片362封闭所述第二孔，以将中空件354密封。 [0150] 虽然参照流体注入或产出操作描述了上述实施方式，但是本发明的装置还可以用于钻井操作，例如根据本发明一种实施方式的装置可以进入孔中，并且可以被激活以使得不稳定层或涨水层稳定，以降低或防止流体流失进入低压层，或者阻止流体从高压层流入孔中。所述装置可以安装在钻柱上，或者所述装置可以独立于所述钻柱运行。当环境稳定后，或者采取了其他措施后，可以将所述装置从所述孔中移除。通过对压力变形腔/元件排气并允许所述孔中的环境压力将所述压力变形腔展平而将所述装置从所述孔中移除，或者通过利用弹性壁的压力变形腔而将所述装置从所述孔中移除。可选地，所述装置可以保留在所述孔中。在其他实施方式中，当所述装置的一部分取出后，所述装置的其他部分可以保留在所述孔中。例如，所述装置可以装载有可膨胀的或可延伸的不渗透流体的元件，并且所述流体可变形腔可以朝向所述孔壁定位所述元件。所述不渗透流体的元件可以构造为当所述压力变形腔排气时保留较大的直径，或者可以利用压差将所述元件保持在恰当的位置。所述元件可以因此用于防止进入低压层中的损失，或者将进入低压层中的损失最小化，或者可以利用所述元件将因压差卡钻（differential sticking）造成的问题最小化。 |
||||||
