專利名稱：具有一個或更多個可收回型元件的流動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于選擇性控制井眼管件和地下巖層之間的流體流動的系統(tǒng)和方法，所述井眼管件例如為生產(chǎn)管柱。
背景技術(shù)：
利用鉆入地層中的井眼從地下巖層中開采例如油和氣的烴。這種井通常通過沿著井眼長度放置套管并對與每個這類開采區(qū)相鄰的套管進行穿孔以將地層流體(例如烴)抽入井眼中而完成。從每個開采區(qū)進入井眼的流體被吸入延伸至地面的油管中。人們希望沿著開采區(qū)具有大體上均勻的排放。不均勻的排放會引起不希望的情況，例如侵入性氣錐或水錐。在采油井的情況下，例如，氣錐會導(dǎo)致氣體流入井眼中，這會顯著減少石油開采。以類似的方式，水錐會導(dǎo)致水流入石油開采流中，從而減少采出石油的數(shù)量和質(zhì)量。因此，人們希望在開采區(qū)上提供受控制的排放和/或提供有選擇地截止或減少流入開采區(qū)(水和/ 氣體不希望地流入其中)的能力。另外，人們希望將流體注入地層中以便提高開采率或排放型式。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的這些及其他需要。

發(fā)明內(nèi)容
在一些方面，本發(fā)明提供了用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的設(shè)備。在一個實施例中，該設(shè)備包括位于井眼管件外面的顆?？刂蒲b置；和可收回型流動控制元件， 其配置為控制在顆?？刂蒲b置和井眼管件的孔之間流動的流體的流動參數(shù)。在進一步的方面，本發(fā)明提供了控制井眼管件和地層之間的流體流動的方法。該方法可包括將流動控制裝置和顆?？刂蒲b置定位在橫穿地下地層的井眼中；利用輸送至井眼中的下送工具調(diào)節(jié)井眼中的流動控制裝置的流動特性；將流體經(jīng)由井眼管件輸送至井眼中；和利用流動控制元件將流體注入顆?？刂蒲b置中。在再一方面中，本發(fā)明提供了用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的方法。 該方法可包括利用流動控制裝置將第一流體注入地層中；利用輸送至井中的調(diào)節(jié)用具調(diào)節(jié)井眼中的流動控制裝置的至少一個流動特性；和利用流動控制裝置將第二流體注入地層中。應(yīng)當理解，上文已經(jīng)對本發(fā)明更重要特征的實例進行了廣義的概括，從而可以更好地理解下面的詳細說明和認識到對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻。當然，本發(fā)明還存在附加特征，其將在下文進行描述并且形成所附權(quán)利要求的主題。


在結(jié)合附圖閱讀下列詳細說明的情況下，本發(fā)明的優(yōu)點和進一步的方面可以被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易地認識到并且變得更好理解，在附圖中，相同的參考符號表示相同或類似的元件，其中
圖1是示例性多區(qū)井眼和開采組件的示意性立面圖，所述開采組件包含根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的入流控制系統(tǒng)；圖2是包含根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的入流控制系統(tǒng)的示例性裸孔開采組件的示意性立面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造的示例性開采控制裝置的示意性截面視圖；圖4是在兩個或更多個井中使用的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造的示例性開采控制裝置的示意性立面圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及用于控制井中的流體流動的裝置和方法。本發(fā)明具有不同形式的實施例。附圖顯示并詳細描述了本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當理解，所給出的內(nèi)容是本發(fā)明原理的舉例說明，而不用于將本發(fā)明限制到所示和所述情形。首先參考圖1，顯示了已經(jīng)穿過土壤12并鉆入希望從其開采烴的一對地層14、16 的示例性井眼10。井眼10由金屬套管加套，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，許多穿孔18穿過所述金屬套管并延伸到地層14、16中，使得采出流體可以從地層14、16流入井眼10中。井眼10具有偏斜的或大體上水平的分支19。井眼10具有在后階段(late-stage)開采組件， 總體上以附圖標記20表示，在其中布置有從位于井眼10的地表沈處的井口 M向下延伸的管柱22。開采組件20限定了沿著其長度的內(nèi)部軸向流動孔觀。在開采組件20和井眼套管之間限定環(huán)形空間30。開采組件20具有偏斜的大體上水平的部分32，該大體上水平的部分沿著井眼10的偏斜分支19延伸。開采裝置34定位在沿著開采組件20的選定位置處?？蛇x地，每個開采裝置34通過一對封隔器裝置36在井眼10中隔離。盡管在圖1中只顯示了兩個開采裝置34，但實際上可以具有沿著所述水平的部分32按照串聯(lián)方式布置的多個此類開采裝置。每個開采裝置34以開采控制裝置38為特征，所述開采控制裝置用于控制進入開采組件20的一種或多種流體的一個或多個流動特性。當在此使用時，術(shù)語"流體"包括液體、氣體、烴、多相流體、兩種或多種流體的混合物、水、鹽水、工程流體(例如鉆井泥漿)、從地面注入的流體(例如水)、以及天然存在的流體(例如油和氣)。另外，水應(yīng)當理解為還包括水基流體；例如，鹽水或咸水。根據(jù)本發(fā)明的實施例，開采控制裝置38可以具有多種可替換的結(jié)構(gòu)，其確保有選擇的操作和受控流體從中流過。圖2顯示了其中可使用本發(fā)明的開采裝置的示例性裸孔井眼11的結(jié)構(gòu)。裸孔井眼11的結(jié)構(gòu)和操作在大部分方面與先前所述的井眼10類似。然而，裸孔井眼11具有直接通向地層14、16的未下套管的鉆孔。因此，采出流體從地層14、16直接流入限定在開采組件21和裸孔井眼11的壁部之間限定的環(huán)形空間30中。此種情況下沒有穿孔且可以使用裸眼封隔器36隔離開采控制裝置38。開采控制裝置的性質(zhì)使得流體流從地層16直接被引導(dǎo)至最近的開采裝置34，從而產(chǎn)生平衡流。在一些情況下，裸眼完井可以省略封隔器?，F(xiàn)在參考圖3，顯示了用于控制從儲層到生產(chǎn)管柱中的流體流動(或稱為"入流")和/或從生產(chǎn)管柱到儲層中(或稱為"注入")的流動控制的開采控制裝置100的一個實施例。開采控制裝置100可以沿著一段開采井分布以在多個位置提供流體控制和/ 或注入。下面討論示例性開采控制裝置。
在一個實施例中，開采控制裝置100包括顆?？刂蒲b置110和流動控制裝置120， 所述顆?？刂蒲b置用于減少夾帶在流體中的顆粒數(shù)量和尺寸，所述流動控制裝置則控制與環(huán)形空間50和生產(chǎn)管柱20的流動孔52之間的流體流動相關(guān)的一個或更多個流動參數(shù)或特性。示例性流動參數(shù)或特性包括但不限于流動方向、流量、壓差、層流度或紊流度等。顆?？刂蒲b置110可以包括流體能夠透過但顆粒不能透過的隔膜。說明性裝置可以包括但不限于繞絲、燒結(jié)珠(sintered beads)、防砂篩管和相關(guān)的砂礫封隔器等。在一種配置中，可將金屬絲網(wǎng)112卷繞到未穿孔的中心管114上。在實施例中，流動控制裝置120與顆?？刂蒲b置100軸向相鄰地定位并且該流動控制裝置可包括有外殼122，該外殼配置為接收流動控制元件124。外殼122可以形成為具有徑向偏離的凹窩126的管形構(gòu)件，所述凹窩成形為接收節(jié)流元件124。凹窩1 可以是內(nèi)部空間，其提供井眼10的環(huán)形空間50和開采組件20的流動孔52之間的流體連通的路徑。在一種配置中，外殼122可以包括裙部128，該裙部給流體提供在凹窩1 和顆?？刂蒲b置110之間的通道。例如，裙部1 可以是形成圍繞中心管114的環(huán)形流動路徑132的環(huán)或套筒。在一種配置中，流體可以大體上軸向流過顆?？刂蒲b置112、流動路徑132和流動控制裝置124。在實施例中，節(jié)流元件1 可以是配置為在一個或更多個給定條件(例如，流量、 流體粘性等)下提供指定局部流量的裝置。對于注入操作而言，在給定壓差或地面注入流體泵送流量的情況下，流動控制元件IM可以提供指定的局部流體注入流量或者注入流量的范圍。流動控制元件IM可以形成為就地(即，在開采控制裝置100已經(jīng)位于井眼中之后)插入凹窩126中以及從中收回。就地是指井眼中的位置。流動控制元件124的插入和 /或取回可以通過下送工具140進行，所述下送工具通常是指造斜工具?？梢允褂眠m當?shù)某休d體142 (例如鋼絲繩或盤管)沿著流動孔52輸送所述下送工具140。示例性節(jié)流元件IM可以包括但不限于閥、扼流閥、孔板、采用彎曲流動路徑的裝置等等。節(jié)流元件IM可以去除。因此，節(jié)流元件IM可以包括多個可互換的或模塊式元件。例如，第一模塊式元件可以完全阻止流動，第二元件可以部分地阻止流動，第三元件可以允許全流。同樣，全流可以通過簡單地拆卸節(jié)流元件IM實現(xiàn)。因此，某些實施例可以提供可變流量，即，流量可以從零變到最大流量和任何中間流量。在一些實施例中，節(jié)流元件 IM保持在流動控制裝置120中的適當位置處并且包括多個不同的流動路徑，每個流動路徑提供不同的流動特性。例如，節(jié)流元件1 可以是具有多個不同尺寸的孔的盤。該盤可以旋轉(zhuǎn)到使特定孔與流動路徑對準。美國專利Nos. 3891032,3741299,4031955中描述了說明性的側(cè)部凹窩心軸、下送工具和相關(guān)的流動控制元件，其內(nèi)容在此弓I入作為參考。應(yīng)當理解，流動控制裝置120可具有各種構(gòu)造，使用徑向偏離凹窩1 是一個非限制性實例。例如，流動控制元件1 可以位于流動孔52中。此外，流動控制裝置120可以與開采組件20形成整體或者為模塊式部件或獨立部件。通常參考圖1-3，在一種配置模式中，儲層14、16可以通過適當?shù)臏y試和已知儲層工程技術(shù)進行表征以估計或確定希望的流體通量或排放型式?？梢酝ㄟ^適當?shù)卣{(diào)節(jié)流動控制裝置120而獲得希望的型式，從而產(chǎn)生規(guī)定的壓降。對于沿著開采組件20定位的每個流動控制裝置120而言，壓降可以相同或不同。在插入井眼10之前，可以利用諸如地層壓力、溫度、流體成分、井眼幾何尺寸等的地層評價信息來估計用于每一流動控制裝置140的希望壓降?？梢愿鶕?jù)這種估算和基礎(chǔ)分析選擇用于每一裝置的流動控制元件124。在以開采模式操作期間，來自地層14、16的流體流入顆粒控制裝置110中，隨后軸向通過裙部1 流入流動控制裝置120中。當流體流過凹窩126時，流動控制元件IM產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致流動流體的速度降低。應(yīng)當認識到，流體流動通常與流動孔的長軸152相平行 (alignedwith)。也就是說，橫向于流動孔的軸向軸線的大量流體流動只發(fā)生在流動控制元件124的上游或下游。因此，橫向流體流動不會發(fā)生在流體中產(chǎn)生壓降的位置。在以注入模式操作中，地層中的特定部分或位置被選擇并作為目標以用流體進行充注或處理。注入模式可以包括選擇流體穿入地層中的預(yù)定距離。在操作期間，流體被泵送流過開采組件20并橫穿開采控制裝置100。當流體流過所述流動控制元件122時，產(chǎn)生壓降，其導(dǎo)致流過顆粒控制裝置110并進入環(huán)形空間50的流體流速降低(圖幻。同樣，流體流動通常與流動孔或中心管的軸線相平行。流體可被充分加壓以透過地層。例如，流體可被加壓到高于地層孔隙壓力的壓力以流到地層中預(yù)定的距離或希望的距離。另外，流體可被加壓到高于地層破裂壓力的壓力以在地層中產(chǎn)生壓裂，從而改進或提高地層滲透率。因此，注入到地層中的流體可以執(zhí)行多種功能。例如，流體可以是通過在地層中產(chǎn)生裂縫而增大地層滲透率的壓裂流體。流體還可以包括使裂縫或通道保持向流體流開放的支撐劑。流體還可以調(diào)節(jié)地層和/或地層中的流體的一種或多種重要的性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)。流體還可以引入熱能(例如，蒸汽)以增大流體在地層中的流動性或者形成水前緣，所述水前緣推動或以其他方式導(dǎo)致烴沉積物以希望的方式遷移或移動。流體可以基本上是液體、基本上是氣體或混合物?；旧鲜侵阁w積比超過大約50 %。注入模式可以以多種變型來實現(xiàn)。在一種變型中，可以使用開采控制裝置100從地層排放流體和將流體注入地層。因此，例如，可以使用圖1所示生產(chǎn)管柱22進行注入和開采?，F(xiàn)在參考圖4，可以使用兩個或多個井進行烴開采?？梢允褂玫谝痪?60經(jīng)由多個開采裝置164從地層162開采流體，可以使用第二井166經(jīng)由一個或更多個開采裝置168將流體注入地層162中。例如，諸如水或鹽水的流體可以經(jīng)由開采裝置168進行注入以形成提高第一井160開采的水前緣170。應(yīng)當理解，開采模式和注入模式僅為說明性的，本發(fā)明不限于任何特定的操作模式。在將開采控制裝置100安裝于井中時可以使用多種方法。在一個實施例中，可以使用儲層模型、歷史模型和/或其它信息估算或確定用于一個或更多個開采控制裝置100 的希望注入流量。用于一個或更多個開采裝置100的說明性注入方式可以包括最低注入流量、均勻注入流量、根據(jù)實際位置改變的注入流量(例如，井的"踵部"、井的"腳趾部" 或末端等)等等。在一種配置中，每個流動控制裝置120的流動控制元件IM是在地面安裝的，然后將生產(chǎn)管柱安裝到井中。在其它配置中，在油管柱22安裝在井中之后配置沿著生產(chǎn)管柱的局部注入流量。 該構(gòu)造可以通過地面人員進行控制。例如，阻礙橫向于凹窩126的流動的"假"流動控制元件可以安裝在一個或更多個開采控制裝置100中。在將生產(chǎn)管柱20設(shè)置在井眼中之后， 操作人員可以將下送工具140輸送到井眼中以取回"假"流動控制元件并安裝提供規(guī)定注入動作的有效流動控制元件。在實施方式中，可以在"假"流動控制元件去除之前或之后對井進行測試，以便選擇具有適當流動特性的流動控制元件。在其它布置中，可以在將油管柱22安裝在井中之后重新配置沿著油管柱22的局部注入流量。例如，局部儲層參數(shù)或條件的改變會使用于一個或更多個開采控制裝置100 的注入流量的改變成為必需。在這種情況下，可將下送工具140輸送到井眼中以收回具有一個注入動作的有效流動控制元件，然后安裝提供不同的注入動作的另一流動控制元件。 新安裝的流動控制元件可以是"假"流動控制元件。因此，配置過程可以從地面開始或以其他方式進行控制。通過上文應(yīng)當認識到，已經(jīng)描述過的內(nèi)容部分地包括用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的設(shè)備。在一個實施例中，該設(shè)備包括位于井眼管件外面的顆?？刂蒲b置；和可收回型流動控制元件，該可收回型流動控制元件對在顆?？刂蒲b置和井眼管件的孔之間流動的流體的流動參數(shù)進行控制。具有內(nèi)部空間的外殼可以接收流動控制元件。所述內(nèi)部空間可以形成與井眼管件的縱向軸線平行的流動路徑。在特定實施方式中，流動控制元件可以使液體充分流動。通過上文應(yīng)當認識到，已經(jīng)描述過的內(nèi)容還部分地包括用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的方法。該方法可包括將流動控制裝置和顆?？刂蒲b置定位在橫穿地下地層的井眼中；利用輸送至井眼中的下送工具調(diào)節(jié)井眼中的流動控制裝置的流動特性；將流體經(jīng)由井眼管件輸送至井眼中；和利用流動控制元件將流體注入顆粒控制裝置中。在一種配置中，該方法可以包括給流體加壓，使得流體穿透到地層中預(yù)定距離處。同樣，流體可以大體上是液體。一種說明性流體可以是設(shè)計成改變地層滲透率的壓裂液。在實施方式中，該方法可以包括利用流體在地層中產(chǎn)生水前緣。該方法還可以包括利用與流動控制裝置相關(guān)的流動控制元件控制至少一個流動特性；和替換流動控制元件以調(diào)節(jié)所述至少一個流動特性。另外，該方法可以包括收回所述流動控制元件；將第二流動控制元件安裝在井眼中，所述第二流動控制元件具有至少一個與所收回的流動控制元件不同的流動特性；和利用所述第二流動控制元件將流體注入地層中。在實施方式中，該方法可以包括使儲層流體流過所述流動控制元件。在其它實施方式中，該方法可以包括使多個流動控制裝置和相關(guān)的顆粒控制裝置定位在井眼中；和通過使用輸送至井眼中的下送工具調(diào)節(jié)所述多個流動控制裝置中的至少一個流動控制裝置的流動特性以平衡采出流體沿著井眼的至少一部分的通量。通過上文應(yīng)當認識到，已經(jīng)描述過的內(nèi)容還部分地包括用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的方法。該方法可以包括利用流動控制裝置將第一流體注入地層中；利用輸送至井中的調(diào)節(jié)用具就地調(diào)節(jié)流動控制裝置的至少一個流動特性；和利用流動控制裝置將第二流體注入地層中。在實施例中，該方法可包括使儲層流體流過流動控制元件。該方法還可包括利用下列至少之一增大地層滲透率(i)第一流體，和(ii)第二流體。該方法還可包括利用流體在地層中產(chǎn)生水前緣和/或通過調(diào)節(jié)至少一個流動特性而平衡沿著井眼一部分的采出流體的通量。應(yīng)當理解，圖1和2僅用于舉例說明可以應(yīng)用本發(fā)明教導(dǎo)的開采系統(tǒng)。例如，在特定開采系統(tǒng)中，井眼10、11可以僅使用套管或襯管將采出流體輸送至地面。本發(fā)明的教導(dǎo)可以適用于控制流入那些井眼管件和其它井眼管件中的流體。為了清楚和簡明的目的，在上面的說明中省略了對管狀元件之間的大部分螺紋接頭、例如0型圈的合成橡膠密封、以及其它易懂技術(shù)的描述。另外，例如"閥"的術(shù)語是指它們最廣義的含義并且不限于任何特定類型或構(gòu)造。為了說明和解釋的目的，上面的說明涉及本發(fā)明的特定實施例。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以對上文所述的實施例進行許多變型和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的設(shè)備，包括 位于井眼管件外面的顆粒控制裝置；和能夠收回型流動控制元件，該能夠收回型流動控制元件配置為對在顆粒控制裝置和井眼管件的孔之間流動的流體的流動參數(shù)進行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括沿著井眼管件定位的外殼，所述外殼具有配置為接收所述流動控制元件的內(nèi)部空間。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述內(nèi)部空間形成與井眼管件的縱向軸線相平行的流動路徑。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述流動控制元件配置為使液體充分流動。
5.一種控制井眼管件和地層之間的流體流動的方法，包括 將流動控制裝置和顆粒控制裝置定位在橫穿地下地層的井眼中；利用輸送至井眼中的下送工具調(diào)節(jié)位于井眼中的所述流動控制裝置的流動特性； 將流體經(jīng)由井眼管件輸送至井眼中；和利用流動控制元件將流體注入顆?？刂蒲b置中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，給流體加壓，使得流體滲透到地層中預(yù)定距離處。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述流體基本上是液體。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述流體包括設(shè)置成改變地層滲透性的壓裂液。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括利用所述流體在地層中產(chǎn)生水前緣。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括利用與流動控制裝置相關(guān)的流動控制元件控制至少一個流動特性；和更換所述流動控制元件以調(diào)節(jié)所述至少一個流動特性。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述更換包括 收回所述流動控制元件；將第二流動控制元件安裝在井眼中，所述第二流動控制元件具有與所收回的流動控制元件不同的至少一個流動特性；和利用所述第二流動控制元件將流體注入地層中。
12.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括使儲層流體流過所述流動控制元件。
13.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括將多個流動控制裝置和相關(guān)的顆粒控制裝置定位在井眼中；和通過使用輸送至井眼中的下送工具調(diào)節(jié)所述多個流動控制裝置中的至少一個流動控制裝置的流動特性以平衡采出流體沿著井眼的至少一部分的通量。
14.一種用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的方法，包括 利用位于井眼中的流動控制裝置將第一流體注入地層中；利用輸送至井眼中的調(diào)節(jié)用具調(diào)節(jié)位于井眼中的流動控制裝置的至少一個流動特性；禾口利用流動控制裝置將第二流體注入地層中。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括使儲層流體流過流動控制元件。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括利用下列至少之一增大地層滲透率(i)第一流體，和(ii)第二流體。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括利用所述流體在地層中產(chǎn)生水前緣。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括通過調(diào)節(jié)所述至少一個流動特性而平衡沿著井眼一部分的采出流體的通量。
全文摘要
用于控制井眼管件和地層之間的流體流動的設(shè)備和相關(guān)方法，可以使用位于井眼管件外面的顆?？刂蒲b置和對在顆?？刂蒲b置和井眼管件的孔之間流動的流體流動參數(shù)進行控制的可收回型流動控制元件。流動控制元件可以在井眼中重新配置和/或用于將流體注入地層中。
文檔編號E21B34/08GK102472091SQ201080029172
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者B·A·沃爾, E·G·鮑恩, J·E·查爾斯, M·S·克盧斯 申請人:貝克休斯公司