[发明专利]用于替代流动通道砾石充填的封隔器和用于完成井筒的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月17日提交的美国临时申请61/424,427的权益。

背景技术

此章节意欲介绍可与本公开的示例性实施方式有关的本领域的各个方面。相信本讨论有助于对促进本公开的具体方面的更好理解提供框架。因此，应当理解，应该以这个角度阅读本章节，并且不必承认是现有技术。

技术领域

本公开涉及完井领域。更具体地，本发明涉及与利用砾石充填已经完成的井筒有关的地层的隔离。本申请也涉及井下封隔器，其可在下套管井或裸眼井筒的任一个内被坐封（set），并且其合并Alternate技术。

技术讨论

在油井和气井的钻孔中，利用在钻柱的下端处被向下推进的钻头形成井筒。在钻至预定深度后，钻柱和钻头被去除并且用套管柱对井筒衬住。因而，环形区域在套管柱和地层之间形成。通常进行注水泥操作，以便用水泥填充或“挤压”环形区。水泥和套管的组合增强了井筒并便于隔离套管后的地层。

将几个具有逐渐变小的外径的套管柱放入井筒是常见的。在钻孔以及随后将逐渐变小的套管柱注水泥的过程被重复几次，直到该井已经到达总深度。被称为生产套管的最终的套管柱在合适的位置被固结并被穿孔。在一些例子中，最终的套管柱是衬管（liner），即，不回接至地面的套管柱。

作为完井过程的一部分，井口装置被安装在地面上。井口装置控制采出液至地面的流动或流体至井筒的注入。也提供了流体收集和处理设备诸如管、阀门和分离器。随后可开始生产操作。

有时期望使井筒的底部敞开。在裸眼井完井中，生产套管未延伸通过生产层并穿孔；而是，保持生产层未下套管，或“敞开”。生产套管（production string）或“管道（tubing）”随后被放置在井筒内部，所述井筒在最后的套管柱下方向下延伸并跨过地下地层。

裸眼井完井与下套管完井相比具有一些优点。第一，因为裸眼井完井没有射孔孔道，所以地层流体可360度径向会聚在井筒上。这有助于消除与会聚径向流动和随后的通过颗粒填充的射孔孔道的线性流动相关的额外压降。与裸眼井完井相关的降低的压降实际上保证了它将比在相同地层中未采取增产措施的下套管井更多产。

第二，裸眼井技术通常没有下套管完井昂贵。例如，使用砾石充填消除了对于注水泥、穿孔和穿孔后清井操作的需要。

裸眼井完井中的常见问题是井筒直接暴露于周围地层。如果该地层是疏松的或严重砂质的，则采出液进入井筒的流动可随着它携带地层砂粒，例如，砂和细粒。这些颗粒可对井下生产设备以及地面上的管子、阀门和分离设备有腐蚀性。

为了控制砂和其它颗粒的侵入，可使用防砂装置。防砂装置通常穿过地层安装在井下，以截留大于某一直径的固体物质，同时允许流体被采出。防砂装置通常包括细长管状体，其称为中心管，具有很多割缝开口。随后，中心管通常用过滤介质诸如筛网或金属丝网缠绕。

为了放大防砂装置，特别是在裸眼井完井中，通常安装砾石充填。砾石充填井涉及在防砂装置被悬挂或以其它方式被放置在井筒内之后，在防砂装置周围放置砾石或其它颗粒物。为了安装砾石充填，颗粒材料通过携带液被输送至井下。含有砾石的携带液一起形成砾石砂浆。该砂浆在合适的位置干燥，留下砾石的环形充填。砾石不仅有助于颗粒过滤，而且帮助保持地层完整。

在裸眼井砾石充填完井中，砾石被放置在包围穿孔的中心管的砂滤器和井筒的周围壁之间。在采出期间，地层流体从地下地层流动通过砾石、通过滤器，并进入内部中心管。因此，该中心管用作生产套管的一部分。

在历史上砾石-充填遇到的问题是在传输过程中携带液从砂浆中的无意损失可导致在沿裸眼井层段的不同位置形成过早的砂桥或砾石桥。例如，在倾斜的生产层段或具有增大的或不规则的井眼的层段中，由于过早的携带液从砾石砂浆损失进入地层，可出现砾石的不良分布。过早的砂桥可阻断砾石砂浆的流动，造成沿着完井层段形成空隙。因此，未实现从底部到顶部的完全砾石充填，使得井筒受到砂和细粒渗入。