用于裸眼井的刺激技术 |
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| 申请号 | CN201080026817.6 | 申请日 | 2010-06-07 | 公开(公告)号 | CN102803647A | 公开(公告)日 | 2012-11-28 |
| 申请人 | 普拉德研究及开发股份有限公司; | 发明人 | R·G·西曼卡斯; B·施塔姆; G·沃森; T·桑德斯; | ||||
| 摘要 | 提供一种用于裸眼井的刺激技术。该刺激技术利用包括被 定位 成隔离裸眼井的希望区域的一个或多个隔离装置的系统。至少一个释放机构用来提供刺激物质到裸眼井的希望井眼区域的受 控释 放。另外，保护机构与每个释放机构相互配合以防止刺激物质和裸眼井的周围井 眼壁 之间的不希望 接触 。在很多应用中，整个系统在井中的单次井下起下作业过程中部署和操作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于刺激井的系统，包括： |
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| 说明书全文 | 用于裸眼井的刺激技术[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本文献是2010年2月15日提交的序列号为12/705885的专利申请的继续，本文献还按照35U.S.C.§119(e)要求2009年6月16日提交的序列号为61/187439的美国临时专利申请的优先权，这些专利申请的内容和公开全部通过引用结合在此。 技术领域[0003] 描述的实施方式涉及针对裸眼井的刺激工具和应用。特别地，公开了允许在开采区域定位采油筛管的工具和技术。更具体地，公开了允许筛管与诸如水的污染物隔离同时允许刺激目的的连通和循环的定位方式。这里描述的实施方式还保护裸井眼壁并允许多带状形式的这种刺激。 背景技术[0004] 勘探、钻探和完成油气井和其他井通常是复杂、耗时和最终非常昂贵的任务。认识到这些代价，已经将更多的重点放在对井开采期间的井条件的测井、分析和监控上。随着最准确和最新的可用信息，在管理井的开采中可以节省大量的时间和金钱。类似地，近些年来，更多的重点已放在其他节省时间的措施上，例如利用实际上尽可能少数量的物理干预来进行井应用。例如，在很多情况下，与将各个应用工具若干次单独地部署到井中相反，可以通过工具串到井中的单次部署进行一系列相关应用。 [0005] 减少井干预数量的一个这样的机会是在井刺激领域。这里使用的术语“井刺激(well stimulation)”意指旨在刺激地层储层以促进和保持对其的油气开采的压裂、砾石充填或者任何数量的井处理应用。例如，在很多情况下，下套管井可能在储层处具有穿孔开采区域。也就是说，开口或者穿孔可能穿过套管并延伸到周围的地层储层中。但是，为了优化从该储层的油气开采，可在该区域执行刺激应用。实际上，如下文所述，可以利用适当构造的工具串到井中的单次起下作业在该区域执行多个刺激应用过程。这样，将不同的应用工具多次部署到该区域所需的时间可以被压缩为单次“刺激”起下作业，从而节省无数的小时和资金支出。 [0006] 如所述的，工具串可被构造成在下套管井的穿孔区域附近执行多个相关的刺激应用。例如，同一工具串可配备成在其被单次输送到穿孔区域部位时执行压裂应用、接着是砾石充填应用和油气开采。更特别地，压裂应用可以在含有浆的支撑剂从工具串的释放机构朝着所述的穿孔引导时施加。这样，穿孔可被刺激并被撑开。 [0007] 随后砾石充填浆可从同一释放机构或者其他地方朝着所述的筛管机构和地层的暴露部分(即穿孔区域)循环。这样，地层可被支撑，且筛管机构可被牢固地固定就位。以此方式，可经过占据筛管机构和穿孔区域之间的空间的多孔砾石充填进行可靠的油气采收。此外，通过筛管机构的压裂、砾石充填和开采可通过单次部署工具串全部实现。实际上，在某些情形下，工具串甚至可配备射孔器以允许在描述的刺激应用前对地层穿孔。即，甚至穿孔也可以作为单次工具串部署的一部分实现。 [0008] 遗憾的是，尽管上述的刺激技术可成本上经济地应用在下套管井的单次起下作业上，但这种工具串在输送到裸眼井时可能完全无效。不同于下套管井，裸眼井可包括多个暴露地层，其中一些可能会妨碍通过筛管机构的有效采收，甚至在开采区域已经采用了压裂和/或砾石充填的地方。也就是说，如同下文的示例性情况，由于井的裸眼性质，开采区域外侧的地层条件可能对采收有影响。 [0009] 通常，油气采收工作针对的是主要为交替的砂层和页岩层的油田地层。特别是薄砂层可以是用于穿孔、压裂和油气采收的良好对象。出于同样的原因，地层的主要页岩构成可允许井保持不被套管，不必过度担心其结构稳固性对接下来的应用的影响。因此，省去了为井套管的成本。 [0010] 遗憾的是，即使适当定位在薄砂层处的筛管机构也受到从诸如页岩层的其他周围层发出的水和其他污染物的影响。在存在水污染物的情况下，会使通过筛管的油气开采变得无效。另外，由于没有套管，砾石浆或其他处理物质会对裸眼井的周围井眼壁产生实质的、负面的作用。因此，实际上，并不通过用在裸眼井的单次起下作业的单个工具串的使用来进行压裂、砾石充填和随后的油气采收。发明内容 [0011] 提供了一种用于裸眼井的刺激技术。该刺激技术利用包括被定位成隔离裸眼井的希望区域的一个或多个隔离装置的系统。至少一个释放机构用来提供刺激物质到裸眼井的希望井眼区域的受控释放。另外，保护机构与每个释放机构相互配合以防止例如砾石浆的刺激物质和裸眼井的周围井眼壁之间的不希望接触。保护机构还可用来保护裸眼井不受不希望的脱砂压力。在很多应用中，可在裸眼井的单次井下起下作业中部署整个系统和执行刺激技术。附图说明 [0012] 图1是裸眼刺激系统的一种实施方式的侧视图； [0013] 图2是从图1的2-2取得的系统的井下组件的放大图，其在刺激应用过程中定位在开采区域； [0014] 图3是从图2的3-3取得的井下组件的隔离封隔器的放大图，揭示了在刺激期间用于循环的分流管； [0015] 图4是具有容纳图1的刺激系统的裸眼井的油田的概图； [0016] 图5是与图2相比的系统的组件的一种替代实施方式的图示； [0017] 图6是概括在井中采用裸眼刺激系统的一种实施方式的流程图。 具体实施方式[0018] 参照在裸眼井中采用的特定刺激工具和技术来描述实施方式。例如，这里的实施方式集中在砾石充填应用。然而，多种刺激应用可受益于这里详细公开的裸眼刺激系统的实施方式。 [0019] 例如，所述技术可采用在压裂应用和非砾石充填处理中。井处理技术的例子包括无筛管技术，例如树脂固结技术、树脂涂覆砾石技术、利用固结物质的压裂技术以及其他刺激技术。各种刺激/处理技术或者不同技术的组合可在同一井下起下作业中采用。然而，这里详细描述的刺激系统的实施方式可特别构造用于裸眼井，甚至在很多环境下可以多带状形式采用。 [0020] 现在参照图1，显示了一种裸眼刺激系统100的一种实施方式的侧视图。还参照图4，系统100被构造有多个刺激组件125、175，用以在井280内的不同位置处执行多个刺激应用，如下文详细所述。尽管在图1和图4中绘出了两个组件125、175，但根据例如待通过系统100穿过的开采区域225、425的数量，可以将任何实际数量的组件结合到同一系统100中。 [0021] 系统100的每个刺激组件125、175在井口或者采油筛管124、174上方配备浆释放机构120、170。每个筛管124、174的直径可在约4英寸至约8英寸的范围，根据附属开采区域225、425的尺寸，长度可达几英尺或更多(见图4)。另外，由于系统的裸眼性质，隔离封隔器122、172设置在释放机构120、170和筛管124、174之间。以此方式，井280的井下区域382可与井口区域381隔离，如图3所示。这样，给定的筛管174和开采区域225可与诸如水的易于从裸眼井280的相邻地层290发出的污染物隔离，如下面进一步详细描述的(见图2)。 [0022] 不同于常规的刺激系统，图1的系统100被构造用于如所述那样定位在裸眼井280中。因此，设置隔离封隔器122、172以及大量固定封隔器110、111、112、113、114，这些封隔器具有充分的膨胀可变性以有效使用在裸眼井中。这些封隔器(122、172和110-114)可以是机械的、液压的或者是例如可膨胀弹性体的可膨胀物质，并且直径根据井的尺寸在约5英寸至约15英寸的范围。 [0023] 继续参照图1和图4，每个组件125、175可以与间隔管150分离。管150可以是标准的2-5英寸直径的采油管，并且具有基于如上所述的相邻开采区域225、425之间的距离合适设定的长度。例如，根据井280的结构，管150的长度可以在10英尺到几百英尺的任何范围。 [0024] 系统100还配备有另外的工具，例如固结工具115、下冲管鞋190和其他工具。在所示的实施方式中，诸如球落接头的测压执行器可结合在下冲管鞋190上方。另外，鞋190本身可设置成促进系统100的井下安装，如图4所示。例如，鞋190可用来循环系统100下面的诸如膨胀流体或者滤饼破碎流体的流体，作为将系统100定位井下的帮助。 [0025] 上面描述的工具可各自选择性且单独地致动。例如，滑动套筒可构建到固结工具115以及每个采油筛管124、174中。类似地，内部移动装置可用来单独地引导每个浆释放机构120、170。因此，在应用意义上，系统100能够针对多个井带的每个单独井带进行控制。也就是说，不论执行例如充填或树脂固结的刺激技术，还是从特定开采区域225、425采油(见图4)，每个这种位置可以单独控制，例如根据需要保持其他位置隔离和/或封堵。因此，在到井280中的单次井下部署期间，可以在不同井带采用不同的刺激技术。例如，一个井带可以被砾石充填，同时另一个井带通过树脂固结注入技术进行处理。 [0026] 现在参照图2，显示了从图1的2-2取得的系统100的井下组件175的放大图。在该图中，在刺激应用过程中，组件175在裸眼井280内定位在开采区域225处。更特别地，组件175被显示为针对采油筛管174和区域225应用砾石充填。 [0027] 组件175通过如上所述的固定封隔器113、114固定在井280的壁285处。另外，设置隔离封隔器172，其在区域225处隔离采油筛管174。例如，在所示的实施方式中，开采区域225可定位在与另一页岩地层290相邻的特定砂基地层295处。由于与区域225相邻的封隔器114、172的存在，筛管174可在砂基地层295处基本隔离。也就是说，筛管174可基本切断与页岩层290的连通。这种隔离可用来减少筛管174与来自开采区域225外侧的诸如水的污染物接触的可能性。例如，常常在相邻的页岩层290发现水。然而，如指出的，由于区域225处采用的隔离方式，可基本克服保护套管在开采区域225外侧的井壁285处的缺失。 [0028] 继续参照图2，另外参照图3(所述的隔离封隔器172的放大图)，采油筛管174在井下区域382处基本隔离在固定封隔器114和隔离封隔器172之间。然而，浆释放机构170位于隔离封隔器172上方的井口区域381处。例如图3所示的分流管的保护机构300可利用内部移动工具选择性地致动，从而允许井口区域381和井下区域382之间暂时连通。隔离封隔器172围绕分流管向外延伸。这样，砾石充填应用(或者其他刺激应用)可有效地进行，其中砾石浆200从浆释放机构170的端口270朝着筛管174驱动。分流管300容纳浆200流，允许其到达筛管174的位置。接下来如图4描述地完成充填应用，可利用所述的内部移动工具封堵分流管300的阀。实际上，被移动工具控制的这种打开和关闭可以如下文进一步描述地从油田400的表面致动。例如分流管的保护机构300还帮助限制例如离开交叉端口270的流体的刺激物质在到达筛管174周围的区域之前与裸井眼壁不当接触。保护机构300还限制作用在井的裸眼部分上的脱砂压力的影响。保护机构300的例子包括经分流管封隔器布置的分流管、可膨胀封隔器中的分流管或者下文参照图5更详细地讨论的护罩。 [0029] 如图2所示，来自先前压裂应用的支撑剂250可能存在于开采区域225的穿孔处。因此，可向穿孔设置结构支撑。然而，如图所示，可采用砾石充填形式的进一步刺激来帮助竖直地和径向地加强区域225。因此，例如上述的砾石浆200可被引导到筛管174和砂层 295之间的位置。浆200可包括砾石275和惰性流体201的组合。如图所示，砾石充填应用可用来将砾石275从浆200输送到筛管174和地层之间的区域。同时，筛管174可机械地构造成允许惰性流体201具有穿过其的返回路径。因此砾石275可被有效地滤出浆200并充填在所示区域中，由此帮助加强地层295并将筛管174固定就位。 [0030] 在图2所示的实施方式中，固定封隔器113、114用在页岩层113的界面和砂层295的下部处。然而，定位限定组件175的总体边界的这些封隔器113、114可以是各种设计选择的事。例如，这种定位可取决于结构构成、渗透性以及与开采区域相邻的层的其他性质。在这方面，固定封隔器113、114在两个这种层都基本是不渗透的实施方式可以都位于相邻的层中，由此确保整个组件175的隔离。 [0031] 现在参照图4，描绘了定位上述的裸眼井280的油田400的概图。实际上，井280被描绘成容纳图1的刺激系统100。系统100包括用于在多个开采区域225、425执行多个刺激应用的多个刺激组件125、175。如图所示，应用为砾石充填。然而，可通过系统100在区域225、425处采用其他类型的刺激应用。一些其他类型的刺激包括无筛管刺激技术，例如树脂固结技术、树脂涂覆砾石刺激技术、利用固结物质的压裂技术以及各种技术的组合。各种刺激/处理技术或者不同技术的组合可在同一井下起下作业中采用。另外，根据总体应用参数以及用于各个区域225、425的那些参数，可以同时或者连续地执行刺激应用。此外，注意到每个隔离的组件125、175设有其自己的释放机构120、170，例如以允许每种刺激应用各自适当地位于各个位置。例如，可在单次井下起下作业过程中在一个位置执行砾石充填刺激应用，在另一个位置执行非砾石充填刺激应用。 [0032] 继续参照图4，系统100被显示为通过诸如盘管的运输工具410部署在井280中。盘管410通过常规的盘管卡车435和卷筒437定位在井场处。在所示的实施方式中，盘管 410从卷筒437延伸到由活动钻机445支撑的标准鹅颈注入器465。这样，盘管可被强制前进经过压力控制设备465，其通常被称为“圣诞树”。这种部署可通过卡车435处的经卷筒 437处的轮轴联接到盘管410的控制单元415控制。盘管的使用使得刺激技术更加有效，因为盘管在最初的钻机从井眼移走后有助于单次起下作业刺激应用。这种方法减少了否则会需要的装配时间并简化了总体刺激程序。 [0033] 上述的控制单元415还可用来控制井下系统100根据特定采油策略经过特定地层(即490)以及适当地穿过其他井下地层495、497、290、295的定位。因此，在所示的实施方式中，刺激组件125、175定位成采油筛管124、174邻近特定地层497、295的开采区域425、225。因此，裸眼封隔器111-113可以例如如地面控制单元415控制的那样设定。实际上，尽管裸眼井280的直径具有固有可变性，但一旦设定，裸眼封隔器111-113允许系统100在描述的位置充分地保留和稳定。 [0034] 隔离封隔器122、172也可设置成如上面详细描述地基本隔离筛管124、174。因此，即使在开采地层497、295是由相邻的易污染层495、290包围的相对薄的砂层的情况下，筛管124、174也受到保护。例如，会保持筛管124、174不暴露于来自相邻页岩层495、290的水。同样，隔离封隔器122、172的设定也可由地面处的控制单元415控制。 [0035] 一旦定位并且如上所述适当地隔离，就可以进行刺激应用。例如，在所示的实施方式中，已经如上所述完成砾石充填应用。如图4所示，砾石275在筛管124、174和所述的开采区域425、255之间提供支撑性界面。内部滑动套筒可由地面控制单元415控制以允许包括砾石275的浆如图所示从砾石释放机构120、170沉积。 [0036] 完成了砾石充填，系统100可准备用于油气开采。因此，尽管系统100的间隔管150可以是常规的采油管，但希望的是通过推进联接管或者另外的采油管以使系统100接合在井280中来替换盘管410。在一些实施方式中，系统100可以被推进到如一开始的联接管所示的位置。在另一些实施方式中，井280的结构可以被套管到一定深度，裸眼刺激系统100从这里悬置。也即，系统100可被特别构造以解决存在的超出套管井限制的狭窄采收设定问题。 [0037] 现在参照图5，示出了特别是与图2和图3的情况相比的刺激组件500的一种替代实施方式。在该实施方式中，与图3所示的分流管不同，浆释放机构170和采油筛管174的位置之间的连通通过护罩500形式的保护机构300来实现。如图5所示，护罩500设置在相邻的固定封隔器113、114之间，隔离封隔器572围绕护罩500定位并从护罩500向外延伸，以能够与裸眼井眼的周围井眼壁接合。因此，代替分流管300，释放机构170和筛管174之间的所述连通通过护罩500的前面实现。护罩500还保护周围裸眼井眼壁不受例如砾石充填浆和其他流体的刺激物质的影响。例如，护罩500帮助限制例如离开交叉端口270的流体的刺激物质在到达筛管174周围的区域前与裸眼井眼壁不当接触。护罩500还限制作用在井的裸眼部分上的脱砂压力的影响。 [0038] 在图5所示的实施方式中，护罩500的实体部分550位于隔离封隔器572上方。实体部分550是实体圆筒构造并密封在浆释放机构170的端口270上方的位置。在所示的实施方式中，实体部分550向下延伸经过筛管174的上端。因此，防止了筛管174和封隔器 572上方的裸眼井280部分之间的连通。如同之前的实施方式，这种连通可以避免筛管174暴露于来自开采区域225外的例如水的污染物的方式来防止。在一些实施方式中，护罩500的穿孔部分525存在于隔离封隔器572下方。因此，如下文描述的，可以允许流出护罩500底部或者流经穿孔527的流动。 [0039] 如同之前的实施方式，可以进行诸如砾石充填的刺激应用，将砾石浆200从浆释放机构朝着采油筛管174引导。如所述的，浆200可在护罩500下方或者穿过其穿孔527沉积砾石275。如上面指出的，应用可继续，直到筛管174和护罩500以及地层295本身充分稳定。此外，护罩500的结构支撑可为开采区域225提供很大的径向加强。因此，在地层295易于崩溃和/或砾石充填变得脱水或者以其他方式变得不完善的情况下，护罩500可防止地层塌陷在筛管174上。这样，一旦如上所述通过移动工具启动，就能保持经筛管174进行采油。应当注意，利用采用护罩500或者采用其他合适的保护机构300的组件，可以在井的选择区域进行非砾石充填刺激应用和其他类型的刺激应用。 [0040] 图6是概括在井中采用裸眼刺激系统的实施方式的流程图。如615所示，系统可最初定位井下。这可以通过盘管来实现，但在一些应用中可以使用联接管或者其他合适的装置。一旦被适当地定位，可如630所示在给定的开采区域隔离筛管。此外，如645所示，这可包括在多个区域隔离多个筛管。 [0041] 一旦适当地隔离，可如660所示使刺激浆循环穿过隔离封隔器。如这里描述的，这可通过流经保护机构，例如流经分流管或流经护罩的区间来实现。在护罩的情况下，还可以实现另外支撑地层的好处。此外，如675和690所示，当利用系统进行多种刺激隔离时，根据操作参数可同时或者连续进行这些刺激隔离。 [0042] 上述的实施方式提供针对裸眼油气井的刺激系统和技术。这些实施方式可特别好地适用在具有砂和页岩的居间层的油田地层。这些实施方式允许绕过遍及井的整个井套管，这意味着在完成操作方面巨大的成本节省。此外，尽管该系统具有裸眼性质，但可在没有采油管筛暴露于水或其他污染物的过度风险下实现这种成本节省。另外，该系统可构造用于多个管筛的多带布置，每个管筛具有其自己专用的浆传输机构。因此，可在多个井下开采区域同时或顺序地进行多种刺激。 [0043] 这里描述的实施方式所属的领域和技术的普通技术人员将明白，在不有意图地脱离这些实施方式的原理和范围的情况下，可以对描述的结构和操作方法实践各种替代和改变。例如，这里的实施方式详细说明了砾石充填形式的刺激。但是，其他刺激应用可利用这里详细描述的裸眼刺激系统的实施方式来执行。实际上，压裂、固结应用可利用这里公开的实施方式。此外，前面的描述不应被解读为仅涉及描述的和附图中所示的精确结构，而是应当被解读为与具有最全面和最公平范围的权利要求一致并支持权利要求。 |
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