[发明专利]用于多层井完井、采油和注入的井筒装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年12月17日提交的美国临时申请61/424,427和2011年10月19日提交的美国临时申请61/549,056的权益。

背景技术

本部分旨在向读者介绍可能与本发明的实施方式相关的本领域各个方面。相信该讨论有助于给读者提供信息，以利于更好理解本发明的具体技术方面。因此，应当理解，应当从这一角度理解该部分，而不必理解是现有技术的承认。

技术领域

本公开涉及完井的领域。更具体地，本发明涉及与已经使用砾石充填完井的井筒相关的地层的隔离。本申请也涉及井下封隔器，其可坐封在下套管井或裸眼井筒中并且其结合备用流动通道技术。

技术讨论

在油井和气井的钻井中，利用在钻柱的下端向下推进的钻头形成井筒。在钻孔至预定深度后，移除钻柱和钻头并且将井筒用套管柱衬住。因此在套管柱和地层之间形成环形区。通常实施固井作业，以便用水泥填充或“挤压”环形区。水泥和套管的组合加固了井筒并且便于隔离套管后面的地层。

通常将数个具有逐渐变小的外径的套管柱放入井筒。将钻井和随后对逐渐变小的套管柱注水泥的过程重复数次，直到该井已经到达总深度。称为生产套管的最终套管柱被固结在合适的位置并且进行穿孔。在一些情况中，最终套管柱是衬管，即，不回接至地面的套管柱。

作为完井过程的一部分，在地面安装井口装置。井口装置控制采出液流动至地面或控制流体注入井筒。也提供流体聚集和处理设备诸如管、阀门和分离器。可随后开始生产作业。

有时希望将井筒孔的底部敞开。在裸眼井完井中，生产套管不延伸通过生产区域和穿孔；而是，生产区域是未下套管的，或“敞开的”。生产套管或“油管”接着放置在最后套管柱下方向下延伸的井筒内部并且穿过地下地层。

裸眼井完井相对下套管井完井具有某些优势。首先，以因为裸眼井完井没有射孔孔道，地层流体可井筒径向360度会聚。这有益于消除与会聚径向流并且接着线性流通过填充颗粒的射孔孔道相关的另外压降。降低的与裸眼井完井相关的压降事实上确保了将比未增产的、下套管井在相同地层中更多产的。

第二种裸眼井技术通常比下套管井完井便宜。例如，砾石充填的使用消除了对注水泥、射孔和射孔后清理作业的需要。

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大量含砂的，则采出液流入井筒可携带地层颗粒，例如，砂和细粒。这样的颗粒可对井下生产设备和地面的管子、阀门和分离设备有腐蚀性。

为了控制砂和其他颗粒的侵入，可使用防砂设备。防砂设备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，同时允许流体采出。防砂设备通常包括称为中心管的细长管状体，其具有很多割缝开口。中心管随后通常用过滤介质诸如筛网或金属丝网包裹。

为增加防砂设备，尤其在裸眼井完井中，通常安装砾石充填。砾石充填井涉及在防砂设备悬挂或以其他方式布置在井筒中之后，将砾石或其他颗粒物围绕防砂设备布置。为了安装砾石充填，颗粒材料通过携带液输送至井下。携带液与砾石一起形成砾石砂浆。泥浆在适当的位置干燥，留下圆周的砾石充填。砾石不仅帮助颗粒过滤而且也有助于保持地层完整。

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筛管和井筒的周围壁之间。在采油期间，地层流体从地下地层流动通过砾石、通过筛管并进入内部中心管。该中心管因此用作生产套管的一部分。

砾石充填在历史上遇到的问题是在传递过程期间携带液从浆中的无意损失可导致在沿裸眼井层段的不同位置上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筒的层段中，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，不能实现从底部到顶部的完整的砾石充填，使得井筒暴露于砂和细粒渗入。