[发明专利]用于完井、生产和注入的井筒装置和方法

说明书

                  相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年9月30日提交的美国临时申请 60/722,801的权益。

                        发明领域

本发明一般地涉及用于井筒的装置和方法。更具体地，本发明 涉及这样的井筒装置和方法，其适合于通过在单次绕丝工艺(single wrapping process)中的冗余防砂(redundant sand control)进行流体生 产和砾石充填。

                          背景

本部分意图向读者介绍本领域的各个方面，这可能与下面描述 的和/或要求保护的本发明的示例性实施方式有关。该讨论被认为有助 于为读者提供有助于更好理解本发明具体技术的信息。因此，应当理 解，这些陈述将按此阅读，而不必被理解为对现有技术的承认。

烃的生产，例如油和气，已进行了许多年。为生产这些烃，生 产系统可利用各种装置，例如滤砂管和其它工具，用于具体的井内任 务。通常，这些装置被放入以下套管完井或裸眼完井进行完井的井筒 中。在下套管完井中，将井筒套管置于井筒中，并进行射孔，穿过套 管进入地层，以提供地层流体例如烃进入井筒的流动路程。可选地， 在裸井完井中，生产套管被置于无井筒套管的井筒内。地层流体流经 井下地层和生产套管之间的环空，进入生产套管。

然而，当从地层生产烃时，正变得越来越有挑战性，原因在于 某些地层的位置。例如，一些地层位于超深水中、深度超出钻井作业 的范围、在高压/高温储集层中、处于长的层段中、在高生产速率下以 及处于边远地区。如此，地层的位置可能带来问题，其急剧增加了单 口井成本。也就是说，对于经济的油田开发而言，进入地层的成本可 能导致更少的井被完井。因此，井的可靠性和寿命成为设计考虑因素， 以避免这些井的不期望的生产损失和昂贵的各种采油修理或修井作 业。

作为例子，当从位于深水中的地层生产地层流体时，与地层流 体一起产生固体物质例如砂是可能的，因为地层是不良固结的或者地 层被由于井筒挖掘和地层流体采出而产生的井下应力所削弱。防砂装 置通常沿着这些地层安装于井下，以保持固体物质，而允许流体产生。 防砂失败可能导致在地表产生砂、井下设备损坏、降低的井产能和/或 井的损失。在愈加苛刻的环境下，防砂装置更易于受到由于高应力、 侵蚀、堵塞、挤压/下沉等导致的损坏。这类损坏可能在运输、安装、 完井、注入、生产或增产期间发生于防砂装置。事实上，对防砂装置 的损坏难以预测或预防。因此，防砂装置一般与其它方法一起使用， 以控制来自地层的砂的产生。

防砂的最常用方法之一是砾石充填。对井进行砾石充填包括将 砾石或其它颗粒物放在连接到生产套管的防砂装置的周围。防砂装置 可具有孔或可用筛管(或滤管)缠绕。例如，在裸井完井中，砾石充 填通常位于井筒壁和围绕带眼中心管的筛管之间。可选地，在下套管 完井中，砾石充填通常位于具有射孔的套管柱和围绕带眼中心管的油 井筛管之间。无论完井的类型，地层流体经过砾石充填和防砂装置从 地层流入生产套管。

其它防砂方法设备可包括独立的筛管和压裂充填，以解决产生 砂的问题。近来防砂方面的技术进展已经集中于监测井下条件、改善 挡砂、增加流动特征以及降低侵蚀潜力。例如，筛管可被设计来增强 挡砂效率和流动特征。类似地，筛管中的孔可被调节，以降低侵蚀。 同样，传感器可被安装在滤砂管中的空心金属线或空心抽油杆中，以 监测压力、温度、密度等，提供与防砂性能有关的信息。

目前，防砂设备包括很小的——如果有的话——冗余度 (redundancy)，这种冗余解决导致流动能力下降的失败带来的问题。 在许多情况下，井以其设计容量或接近设计容量进行生产的能力仅通 过对破坏机制的“单一”屏障来维持。也就是说，滤砂管可以是用于 在未固结地层中防砂的唯一装置。结果，任何对安装的滤砂管的损坏 可能导致砂连同烃一起产生。如果砾石充填被安装，则筛管损坏可能 导致砾石和砂的产生。固体的产生可导致井下设备侵蚀、产能下降、 在地面砂处理遇到挑战和/或井产能的部分或全部丧失。结果，最终需 要修井或另钻新孔。因此，完井的总体系统可靠性具有大的不确定性。