流入控制装置的隔离组件 |
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| 申请号 | CN201280074376.6 | 申请日 | 2012-06-29 | 公开(公告)号 | CN104395554A | 公开(公告)日 | 2015-03-04 |
| 申请人 | 哈利伯顿能源服务公司; | 发明人 | 卢克·威廉·霍尔德曼; 小特拉维斯·托马斯·黑利; 弗洛伊德·伦道夫·西蒙兹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的某些方案和特征针对一种隔离组件，这种隔离组件可设置在穿过 流体 产出 地层 的井眼中。该隔离组件可包括管部段的一个接合部、隔离元件以及至少两个流入控制装置。管部段的接合部可包括至少两个端口。每个流入控制装置可在一相应的端口处联接到管部段。该隔离元件可设置于这些流入控制装置之间。隔离元件可被配置为将这些端口彼此流体隔离。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种隔离组件，配置为用以设置在穿过流体产出地层的井眼中，所述隔离组件包括： |
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| 说明书全文 | 流入控制装置的隔离组件技术领域背景技术[0002] 通过贯穿含烃地层的井可产出多种不同的产出流体。来自地层的产出流体可包括所需要的例如油或其它烃类的产出流体，也可包括非需要的产出流体(例如水)。已经 生产很久的成年井(mature well，老井)所包括的水和其它非需要的产出流体的量可能 大于所需要的产出流体的量。因此，成年井中的烃类生产中所产出的非需要的流体(例如 水)的量会大于来自新井的烃类产出。此外，含烃地层可包括具有不同渗透特性的层理 (stratification，分层)的多个层。不同的层的渗透性的差异会导致每层中的水量随着井 眼钻穿的地层的层理的不同而变化。此外，水或其它非需要的流体的流动性可能会高于所 需要的产出流体的流动性，因此可能相对于地层中的油而言会占据优势。 [0003] 用于解决非需要的产出流体的产出的现有方案可以沿着井眼与地层的不同部段对应地隔离出不同的区带。这些区带的隔离可以减少非需要的流体的产出。这类方案可包 括流体区分工具，例如流入控制装置，其设置在长裸眼井间隔中(例如水平井眼，其中井眼 的长度远大于工具的长度)。这类设置在长裸眼井间隔中的隔离工具可能不足以隔离其它 的井中的层理，因为这些井的各产出区带之间可能隔得更近，从而限制了可用于将各工具 彼此隔离的空间。 [0004] 因此，存在着以模块化、紧凑化的方式来提供流体区分装置之间的隔离的需求。 发明内容[0005] 提供一种隔离组件，该隔离组件可被设置在穿过流体产出地层的井眼中。该隔离组件可包括管部段的一个接合部、隔离元件和至少两个流入控制装置。上述管部段的接合 部可包括至少两个端口。每个流入控制装置可在一相应端口处联接到该管部段。该隔离元 件可设置于这些流入控制装置之间。该隔离元件可被配置为将这些端口彼此流体隔离。 附图说明[0007] 图1是示出了根据本发明一个方案的具有流入控制装置的隔离组件的井系统的示意图。 [0008] 图2是根据本发明一个方案的具有流入控制装置的隔离组件的管柱的部段的纵向剖视图。 [0009] 图3是根据本发明一个方案的具有防挤压机构的隔离元件的纵向剖视图。 [0010] 图4是根据本发明的一个方案的具有防挤压机构接合部的俯视图。 具体实施方式[0011] 本发明的某些方案和特征针对一种流入控制装置的隔离组件，其可设置在穿过流体产出地层的井眼中。该隔离组件包括处于多个流入控制装置之间的多个短的部段，以及 在多个部段之间提供环形屏障的隔离元件。该隔离组件可包括管部段的一个接合部、至少 两个流入控制装置以及隔离元件。管部段的接合部可包括至少两个端口。 [0012] 在本文中，术语“接合部”可以指一段管道，例如(但不限于)钻管、套管或管。一个或多个接合部可形成管柱的管部段。接合部可具有任何合适的长度。接合部的长度的非 限制性示例可包括5英尺、30英尺、及40英尺。 [0013] 在本文中，术语“流入控制装置”可以指用于控制来自井的流体的流速的任何装置或设备，其用以从地层抽取流体。通过平衡或均衡化来自水平井的井眼的压力，流入控制装 置可用于平衡井系统的管柱的整个长度上的入流(inflow)。例如，多个流入控制装置设置 在沿井的管柱的多个不同位置，用以调节管柱中不同位置处的压力。除了用于流入控制之 外，还可以使用流动控制装置来促进井的流体产出。例如，可使用流动控制装置来将流体注 入井眼中，以促进来自地层的产出流体(例如石油烃类)的流动。这样的装置可起到流出 控制装置的作用，也可称作流入控制装置。 [0015] 隔离元件可设置于流入控制装置之间。该隔离元件可被配置为将上述端口彼此流体隔离。将两个端口彼此隔离可包括阻止产出流体流入井眼从地层中的邻近第一流入控制 装置的第一部分流到井眼的邻近第二流入控制装置的第二部分。 [0016] 隔离元件的一个非限制性示例是可膨胀橡胶元件，其可响应于井眼中的烃类的存在而膨胀。隔离元件的另一个非限制性示例是机械隔离元件，例如封隔器。隔离元件的再一 个非限制性示例是化学隔离元件，例如环氧树脂或其它化合物，其适合响应于压力而扩张， 该压力来自于井眼中的烃类或其它产出流体，或者与产出流体有关。 [0017] 井眼的每个部段可包括一个或多个流入控制装置，这些流入控制装置与其邻近的一个或多个流入控制装置隔离。随着水或其它非需要的流体从地层的一个部段产出，每个 隔离的流入控制装置或流入控制装置组可以限制水或其它非需要的产出流体的流动。在一 些方案中，这样的限制可以由自主式流入控制装置自主地执行，从而使得地层中的不产出 水的多个部段能够继续自由地产出。 [0018] 上述隔离组件可以使井系统减少从地层产出的水或其它非需要的流体，从而与非需要的流体的产出量相比，增加了油或其它所需要的烃类的来自地层的产出量，对于非需 要的流体的产出降低了10-20％的井系统来说，所需要的流体的产出将会增加，且会减少将 所需要的产出流体从非需要的产出流体相分离所耗费的资源。 [0019] 在多个附加的或备选的方案中，上述流入控制装置可以是自主式流入控制装置。该自主式流入控制装置无需操作员的介入就能够区分所需要的产出流体与非需要的产出 流体。自主地区分所需要的产出流体与非需要的产出流体可以使得流入控制装置能通过调 整来随时改变地层中的需要的产出流体与非需要的产出流体的比例。自主地区分所需要的 产出流体与非需要的产出流体还可使得流入控制装置能够对非需要的流体以及对所需要 的流体施加不同的限制程度。 [0020] 在多个附加的或备选的方案中，上述隔离组件可包括一个或多个过滤元件。每个过滤元件可以在一相应的流入控制装置处(或与之接近的位置)联接到管部段。过滤元件 可减少或阻止颗粒材料经由流入控制装置流入管部段的内径。过滤元件的一个非限制性示 例是联接到井系统的管柱的多个部段的防砂筛。通过允许产出流体流过防砂筛而阻止产出 流体中的颗粒材料经过防砂筛，该防砂筛可从产出流体中过滤出颗粒材料。防砂筛的一个 示例是围绕管道的穿透部件的螺旋绕线网(helically wrapped wire)。该螺旋绕线网基于 待过滤的颗粒的尺寸而被间隔和/或确定规格。防砂筛的另一个示例是网式过滤器。该网 式过滤器可包括一组纤维或其它材料，其可与另一组纤维或其它材料垂直地被编织，从而 形成允许流体流过网式过滤器的多个孔。过滤元件的另一个非限制性示例是多孔介质。该 多孔介质可以是具有一个或多个孔的材料，这些孔适于允许流体流过该多孔介质而阻止一 种或多种颗粒流过该多孔介质。 [0021] 该过滤元件的外径的每一端可联接一端部环。该端部环的联接可包括例如将端部环卷压到管部段上，或通过加热和冷却将端部环冷缩配合到管部段上。 [0022] 在多个附加的或备选的方案中，该隔离元件可包括防挤压机构。该防挤压机构可对隔离元件施加力，从而防止隔离元件的轴向扩张。隔离元件的轴向扩张会阻碍、损伤或干 扰流入控制装置和/或过滤元件的操作。该防挤压机构的非限制性示例可包括结合的钢环 或者上述端部环的金属突出部。 [0023] 在多个附加的或备选方案中，在管柱上可联接多个隔离组件，从而产生可安装在地层的井眼中的、具有成本效益的接合部。 [0024] 以上给出的多个示例性实例用于向读者介绍本文论述的概括性主题，而非旨在限制所公开的构思的范围。在下文中参照附图描述了多种附加方案和示例，附图中相似的附 图标记表示相似的元件，且使用方向性描述来描述示例性方案。下文中使用的方向性描述， 例如“上方”、“下方”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“左”、“右”、“井上”、“井下”等，均与其在附图中描绘的示例性方案相关，向上的方向为对应的图中的顶部，而向下的方向为对应的 图中的底部，井上方向朝向井的地表，而井下方向朝向井的底部。与示例性方案相似的是， 以下段落中包括的数字和方向性描述并非旨在限制本发明。 [0025] 图1示例性地描绘具有管柱108的井系统100的一部分，该管柱具有根据某些方案的多个隔离组件，隔离组件112。井系统100可包括延伸穿过多个地球层理(分层)的孔 眼，即井眼102。井眼102可包括浇注在大致竖直部段104的上部的管柱108。 [0026] 大致竖直的部段104延伸穿过含烃地层110。井眼102中的管柱108从地表延伸到地层110。 [0027] 地层110包括层理(分层)120a-122d和层理122a-122d。层理120a-120d可能储存有所需要的产出流体，例如油或其它烃类，由层理120a-120d中的阴影线描绘。层理 122a-120d可能储存有非需要的产出流体，例如水。 [0028] 管柱108可提供一个导管，用以使地层流体(例如从地层110产出的产出流体)从大致竖直的部段104行进到地表。来自地层中的孔眼的压力可以使地层流体(包括如气 体或石油的产出流体)流动到地表。 [0029] 井系统100还可包括一个或多个隔离组件，例如隔离组件112。管柱108中使用的隔离组件可以为任何数量。每个隔离组件112可联接到管柱108的管部段。每个隔离组件 112可包括隔离元件114和流入控制装置组件116。隔离元件可提供层理120a-120d与层 理122a-122d之间的隔离。流入控制装置组件116可包括两个或更多的流入控制装置，这 些流入控制装置被配置为用以将油和其它所需要的产出流体与水和其它非需要的产出流 体区分开。 [0030] 虽然图1描绘的隔离组件112位于大致竖直的部段104中，但附加地或备选地，任何一个或多个隔离组件可以设置在井眼的大致水平的部段中。隔离组件可设置在有套管的 井中(例如图1中描绘的)，或者可设置在裸井环境中。隔离组件可设置在其它构形的井系 统中，例如水平井、偏移井、倾斜井、分支井等。 [0031] 图2描绘了具有隔离组件112的管柱108的接合部201的纵向剖视图。隔离组件112可包括隔离元件114和流入控制装置组件116。流入控制装置组件116可包括流入控 制装置202a、202b和过滤元件204a、204b。 [0032] 每个流入控制装置202a、202b可将非需要的产出流体与从地层110提供端口205a、205b流入接合部201的内径中的所需要的产出流体区分开。 [0033] 流入控制装置可设置于接合部201的多个位置处。流入控制装置202a、202b可通过任何适当的机构联接到接合部201。流入控制装置202a、202b可位于接合部201的外表面 的内部或外部。图2的非限制性示例描绘了流入控制装置202a、202b通过衬套206a-206d 联接到接合部201。流入控制装置202a可穿入衬套206a、206b。流入控制装置202b可穿 入衬套206c、206d。衬套206a-206d可分别联接到每个端口205a、205b的螺纹部。其它方 案可包括将流入控制装置202a、202b螺接或联接到金属板。通过例如将金属板焊接到接合 部201的侧壁中的一个或多个开口，该金属板可联接到接合部201。 [0034] 在一些方案中，流入控制装置202a、202b对非需要的产出流体的限制可以大于对所需要的产出流体的限制。对非需要的产出流体的限制与对所需要的产出流体的限制两者 的差别可以将非需要的产出流体与所需要的产出流体区分开来。区分非需要的产出流体与 所需要的产出流体，可以使得能够从地层110产出所需要的产出流体，同时减少或阻止从 地层110产出非需要的产出流体。在多个附加的或备选的方案中，每个流入控制装置202a、 202b可以是自主式流入控制装置。流入控制装置可由任何合适的材料形成，例如(但不限 于)碳钨化合物。 [0035] 过滤元件204a、204b可为接合部201的端口205a、205b分别提供过滤。每个过滤元件204a、204b可以在流入控制装置202a、202b处(或与之接近的位置)联接到接合部 201。在一些实施例中，过滤元件204a、204b可沿轴向围绕接合部201。过滤元件204a、204b 可阻止颗粒物质进入流入控制装置202a、202b。在其它方案中，过滤元件204a、204b可设 置在接合部201的内径之中。过滤元件204a、204b的非限制性示例可以包括绕线筛(wire wrap screen)、网筛(mesh screen)、多孔介质等，该多孔介质的预定孔隙率被配置为能够 阻止大于预定尺寸的颗粒物质穿过该多孔介质。 [0036] 过滤元件204a、204b可联接到管部段或者通过任何合适的机构固定在稳固的位置。图2描绘了过滤元件204a通过端部环208a、208b联接到接合部201，而过滤元件204b 通过端部环208c、208d联接到接合部201。每个端部环可通过任何合适的机构或过程来固 定到接合部201。每个端部环固定到接合部201的非限制性示例为卷曲端部环。该端部环 可通过压缩工具(例如钳)或击打工具(例如锤)施加的力来压缩。 [0037] 隔离元件114可包括适合于提供流入控制装置202a、202b之间的环形屏障的任何装置、机构、化合物等。流入控制装置202a、202b之间的环形屏障可阻止或减少产出流体从 地层110的邻近流入控制装置202a的第一部分流到地层110的邻近流入控制装置202a的 第二部分，反之亦然。 [0038] 隔离元件可包括适合于在隔离组件之间形成环形屏障的任何材料或装置，使得产出流体被隔离在端口或其它流入点之间。形成隔离元件114的示例材料可包括(但不限于) 可膨胀元件，例如橡胶、化合物、机械隔离元件、充胀性(inflatable)隔离元件等。化学隔 离元件的非限制性示例可以是沿接合部201的外径注入端部环208b、208c之间的空隙的环 氧树脂。机械隔离元件的非限制性示例为封隔器。该封隔器可包括能够插入端部环208b、 208c之间的元件，例如可扩张性弹性元件或柔性弹性元件(如封隔杯)，以产生流体密封。 可使用任何数量(包括一个)的封隔器作为隔离元件114。充胀性隔离元件的非限制性示 例是充胀性囊。 [0039] 接合部201可以具有适合于安装在管柱108中的任何长度。一个非限制性示例可包括长度为5英尺的接合部。另一个非限制性示例可包括长度为40英尺的接合部。 [0040] 在接合部201的两个连接点之间可包括多个端口或其它流入点。接合部201中所包括的多个端口或其它流入点可被单独地隔离。 [0041] 虽然图2描绘了位于隔离元件的每一侧上的单个流入控制装置，但两个隔离元件之间可以附加地或备选地包括多个流入控制装置。 [0042] 在附加的或备选的多个方案中，该隔离元件可包括防挤压机构。该防挤压机构可对隔离元件施加力，从而防止隔离元件的轴向扩张。隔离元件的轴向扩张会阻碍、损伤或干 扰流入控制装置和/或过滤元件的操作。该防挤压机构的非限制性示例可包括结合的钢环 或者上述端部环的金属突出部。 [0043] 图3和图4描绘了防挤压机构304的一个示例。图3描绘了具有防挤压机构304的隔离元件114’的纵向剖视图。 [0044] 隔离元件114’可以是可膨胀的隔离元件，例如橡胶或化合物，其响应于井眼102中的压力或者响应于与来自地层110的烃类的接触或者井眼中存在的(或循环到井眼中 的)其它流体的接触而扩张。隔离元件114’可由保持结构302保持。保持结构302的一 个示例可包括在隔离元件114’的相对两侧沿周向围绕接合部201的多个端部环。 [0045] 保持结构302可包括防挤压机构304，该防挤压机构包括覆盖隔离元件114’的一个或多个金属突出部。该金属突出部可在隔离元件114’上延伸。隔离元件114’的径向扩 张可对金属突出部施加力。如防挤压机构304’的虚线所描绘，对金属突出部施加的力可致 使该金属突出部沿径向延伸。防挤压机构304’的金属突出部可接触刚性表面306。刚性表 面306的示例可包括地层110或沿周向围绕接合部201的外套管。防挤压机构304’的接 触刚性表面306的金属突出部可形成屏障，以阻止隔离元件114’沿接合部201的长度轴向 扩张。 [0046] 图4描绘了具有多个防挤压机构304的接合部201的外径的俯视图。如图4中所描绘的，每个隔离元件114’可由防挤压机构304的突出部覆盖。 [0047] 以上对本发明多个方案(包括多个说明性示例)的描述仅是作为例证和说明的目的之用，而非旨在以穷举方式限定本发明，或将其限制于所公开的具体形式。在不脱离本发 明的范围的前提下，其多种变型、适用方式及用涂对本领域技术人员而言是显而易见的。 |
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