CN1768191A - 用于完井、生产和注入的井筒装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种适合于井筒完井和生产的井筒的装置和方法。完井和生产装置包括至少一个主要流动接头(13)，所述主要流动接头包括至少一个限定了利用至少一个可渗透表面能进行流体流动的本体的三维表面，至少一个次要流动接头(15)，所述次要流动接头包括至少一个限定了利用至少一个可渗透表面能进行流体流动的本体的三维表面。所述方法提供包括至少一个主要流动接头和至少一个次要流动接头的完井生产装置，其中可提供多个流体流动通道。所述完井生产装置可以安装在井筒(10)内，以在完井、注入和生产过程中提供至少两个在井筒内的流动通道。

Description

用于完井、生产和注入的井筒装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于井筒的装置和方法。更具体地，本发明涉及适合于流体生产和砾石充填的井筒生产完井曲径装置。

背景技术

从地下储层中生产烃通常包括套管完井或者裸眼完井状态下的井筒。在套管完井应用中，井筒套管放置在井筒内，套管和井筒之间的环空充填了水泥。穿过套管和水泥进入生产层进行射孔以允许储层流体(例如烃)从生产层进入套管。接着在套管内部布置一个生产管柱在套管和生产管柱之间形成一个环空。储层流体流入环空中，接着进入生产管柱并通过与生产管柱相连的管道到达地面。在裸眼完井应用中，生产管柱直接布置在没有套管或水泥的井筒内。储层流体流入储层和生产管柱之间的环空中，接着进入生产管柱到达地面。

当从地下储层中生产流体时，尤其是胶结很差的储层或者是由于井筒挖掘和流体退回而增加井下压力导致的弱化的储层，与储层流体一起产出固体物质(例如砂)是可能的。这种固体的生产可以降低井的生产能力，损害地下设备，增加地面上的处理成本。几种井下固体，尤其是砂的，在工业上的控制方法在图1(a)、1(b)、1(c)和1(d)中示出。在图1(a)中，生产管柱或管道(未示出)典型地包括一个沿着它外围的防砂筛管或防砂装置1，它放置在与每个生产层相邻的地方。防砂筛管阻止砂从生产层2流入防砂筛管1内的生产管柱(未示出)。割缝或射孔筛管也可以用作防砂筛管或防砂装置，附图1(a)是一个现有的只用筛管完井而没有进行砾石充填的例子。

控制产砂的最常用的技术之一是砾石充填，其中沿着生产管柱或井筒筛管堆积砂或其它微粒物质以形成一个井下过滤器。附图1(b)和附图1(c)分别是套管和裸眼砾石充填的例子。附图1(b)显示了筛管1外的砾石充填3，井筒套管5围绕着砾石充填3，水泥8围绕着井筒套管5。典型地，孔眼7射穿井筒套管5和水泥8进入环绕井筒的地下储层的生产层2。附图1(c)显示了一个裸眼砾石充填的例子，其中井筒没有套管，砾石充填材料3沿着井筒防砂筛管1堆积。

砾石充填的变化包括在足够高以致能超过地层破裂压力的压力下泵送砾石浆液(压裂充填)。附图1(d)是一个压裂充填的例子。井筒筛管1由砾石充填3环绕，在井筒套管5和水泥8包含在砾石充填3内。井筒套管上的孔眼6允许砾石在井筒外分布到期望的层段。选择孔眼的数量和布置以利于砾石充填在井筒外到达用砾石浆液处理的层段的良好分布。

从地下储层中生产过程中的流动损害可以导致井筒效率的降低或者井筒生产的完全停止。这种功能损失的发生可以有许多原因，包括但不限于颗粒、页岩或者储层砂的运移，不想要的流体(例如，水或气，有机或无机石蜡的形成，乳化液或污泥的生成)的流入或锥进，钻井残渣的聚集(例如，泥浆添加剂和滤饼)，防砂筛管的机械损害，不完全的砾石充填，由于井眼坍塌引起的机械损害，油藏压实或下沉，或者其它地质力学的运动。

美国专利US6622794公开了一种装备有包括螺旋状管道的流动控制装置的筛管。通过筛管的流体流动可以通过螺旋状路径减弱，通过从地面上控制井下孔径而充分打开或完全关闭。美国专利US6619397公开了一种在水平井中进行层间隔离和流动控制的装置。该装置由盲基管、在基管上带有封闭部分的筛管和以交替的方式安放的常规筛管组成。封闭部分允许在盲基管部分进行完全的砾石充填、隔离区域的流动切断和选择性的流动控制。美国专利US5896928公开了一种放置在井下的带有或不带有筛管的流动控制装置。该装置有一个曲径来提供弯曲的流动路径或螺旋状限制。每个曲径的流动限制程度通过一个滑动的套筒来控制，以便来自每个射孔区域(例如水层，油层)的流动可以进行调整。美国专利US5642781公开了一种由相互重叠的螺旋状元件构成的井筒筛管套，其中孔口允许流体通过交替的收缩、膨胀而流动，并在井筒(或者多通道)内提供流体流动方向的改变。这样的设计通过形成过滤和流体流动动量的优点，减轻了筛管套上孔口的固体阻塞。

目前工业上井筒的设计在导致流动损害的问题或失败发生时几乎不包括冗余，如果有的话也很少。在很多情况下，井在其设计容量或附近的设计生产能力是通过对损害机理唯一的“单独”屏障来维持(例如，在非胶结储层内保证防砂的筛管)。在很多情况下，井筒的使用由发生在单独屏障的损害而受到威胁。因此，整个系统的可靠性非常过低。井筒的流动损害经常导致昂贵的钻井更换或修井作业。

目前工业上标准的实践使用一些类型的防砂筛管，或者单独使用或者与人为布置的砾石充填(砂或支撑剂)一起使用以保持储层的砂。所有现有技术中完井类型是“单独屏障”完井，防砂筛管是防止砂从井筒向生产管柱运移的“最后一道防线”。对安装的砾石充填或筛管的任何伤害将导致防砂完井的失败和以后的储层砂的产出。同样，防砂完井任何部分的阻塞将导致井筒生产率部分或全部的损失。

在发生机械损害或生产损害时，缺少备用导致来自单独屏障完井设计的井筒效率的损失。相应地，需要一种井筒完井装置和方法在井筒内来提供多个流动通道，这样在发生机械损害或生产损害时提供了冗余的流动通道。

发明内容

公开了一种井筒装置。该装置包括了一个井筒内的第一流动接头，第一流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第一流体流动通道的三维表面，其中第一流动接头表面的至少一部分是可渗透的，以及第一流动接头表面的至少一部分是不可渗透的；井筒内的第二流动接头，第二流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第二流体流动通道的三维表面，其中第二流动接头表面的至少一部分是可渗透的，以及第二流动接头表面的至少一部分是不可渗透的；第一流动接头的至少可渗透部分与第二流动接头的至少可渗透部分相连接，这样在第一流动接头和第二流动接头之间提供了至少一个流体流动通道。在一个实施例中，至少一个流动接头包括一个分流管，以提供一个用于砾石充填的通向环空的流动通道。

也公开了一种井筒完井、生产和注入方法。该方法包括提供了一种用于砾石充填的和在井筒内生产烃的井筒完井装置。井筒完井装置包括井筒内的第一和第二流动接头。第一流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第一流体流动通道的三维表面，其中第一流动接头表面的至少一部分是可渗透的，以及第一流动接头表面的至少一部分是不可渗透的。井筒内的第二流动接头，第二流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第二流体流动通道的三维表面，其中第二流动接头表面的至少一部分是可渗透的，以及第二流动接头表面的至少一部分是不可渗透的。第一流动接头的至少可渗透部分与第二流动接头的至少可渗透部分相连接，这样在第一流动接头和第二流动接头之间提供了至少一个流体流动通道。把生产装置安装在井筒内，以便在井筒内提供多个流动通道。那么，利用安装的生产装置就可以从井中生产烃了。

附图说明

附图1(a)是一个裸眼防砂筛管完井的示意图；

附图1(b)是一个套管砾石充填防砂完井的示意图；

附图1(c)是一个裸眼砾石充填防砂完井的示意图；

附图1(d)是一个压裂充填防砂完井的示意图；

附图2(a)是一个利用一个实施例中的曲径流动(Mazeflo)完井系统从地下储层中生产流体的示意图；

附图2(b)是一个利用附图2(a)中的曲径流动完井系统从地下储层中生产流体的截面图；

附图3(a)是一个利用可渗透的或者部分可渗透的表面，可能的流动接头结构截面图；

附图3(b)是一个利用连接在井筒内的同心管道上的可渗透的或者部分可渗透的表面，可能的流动接头结构截面图；

附图3(c)是一个利用在井筒内带有多个偏心管道的可渗透的或者部分可渗透的表面，可能的流动接头结构截面图；

附图3(d)是一个利用可渗透的或者部分可渗透的表面的流动接头结构侧视图；

附图4(a)是一个井筒内同心的多个流动接头纵向视图；

附图4(b)、附图4(c)和附图4(d)是附图4(a)在井筒指定位置的截面视图；

附图5(a)是同心的多个流动接头纵向视图，它进一步示出了分流管和喷嘴部分可能的布置；

附图5(b)、附图5(c)和附图5(d)是附图5(a)在井筒指定位置的截面视图；

附图6(a)是利用一个实施例中的曲径流动完井系统的井筒的侧视图，它示出了在砂渗透入井筒内过程中可能的流体流动通道；

附图6(b)是利用一个实施例中的曲径流动完井系统的井筒的端视图，它阐述了在砂渗透入井筒内过程中可能的流体流动通道；

具体实施方式

在下面的详细的描述中，本发明将与它的优选实施例一起描述。然而，下面的描述具体到一个特定的实施例或本发明的一个特定应用，在一定程度上，这只是用于说明。相应地，本发明不限于下面所描述的具体实施例，而是，本发明包括所有落在所附的权利要求保护范围内的变型、修改和等同物。

本发明描述了实现一种完井设计的装置，该设计为了解决井筒中机械损害和流动损害问题而提供大量的备用流动通道。本发明称之为“曲径流动完井”系统或井筒完井装置或系统，因为它在完井设计时使用了曲径的概念。曲径设计在井筒中发生机械损害或生产流动损害问题时允许更大的适应性、选择性和自我调节控制。

本发明称之为“曲径流动完井”系统或装置，因为该装置包括井筒内的安装(完井)。权利要求所要求保护的装置可以用于完井、砾石充填、流动控制、提供烃和流体注入。本领域技术人员在这个公开的启示下，将认识到该装置的多个应用。所有使用该装置的应用和方法将落入权利要求的保护范围内。

井筒中曲径流动完井系统允许隔离流动损害物质但仍然允许流体流过井筒的其它可用通道。曲径流动完井系统包括流动接头或三维表面(例如，圆柱表面)，该三维表面利用各种可渗透和不可渗透表面形成能够输送流体的流体流动通道或中空体，例如管状或通道截面的管道。可渗透和不可渗透表面、壁和折流板或者流动分流器各种组合的使用，允许建立多种分隔的流体流动通道。分隔的流体流动通道确保从井筒内或周围连续生产流体。

折流板的使用可以包括把分隔室完全或部分分开以改变流体流动方向或改变流体流动速度的壁。折流板可用作流动接头的可渗透或不可渗透的表面。可渗透的表面可以由多种材料和装置制成。可渗透的表面装置包括但不限于：绕线筛管，膜片筛管，膨胀筛管，烧结金属筛管，金属丝网筛管，割缝衬管，射孔衬管或预充填固体颗粒床。

一个曲径流动完井系统可以利用大量流动接头的组合而制成，这些流动接头形成包括分离和合并流体流动通道部分的不同的流动通道。制成流动接头的例子包括同心地或者互相邻接地并列放置或附着可渗透或不可渗透的材料。分隔室可以纵向地或者互相横向的布置，或者可能在某些位置成束状和总管状。曲径流动完井系统也可以被外罩容纳或者由外罩保护着。依据流动损害的数量和具体的设计，分隔室可以用作冗余的流体流动通道(例如，第一、第二、第三等流动通道)。

附图2(a)显示了利用一个曲径流动完井系统的实施例从地下储层中的井筒10中流体的生产。在这个曲径流动完井系统的实施例中，使用了许多第一或主要的和第二或次要的纵向圆柱状可渗透管道接头13和15。不可渗透接头29或挠性接头可用于连接该管道接头。

术语“主要的”用来指那些操作人员相信刚开始将会出现最大数量的流体流动的接头。次要的和第三位的流动接头或第二和第三或者更高的流动接头分别是备用流体流动通道，它们一般(但是不是总是)尺寸较小。事实上，流动的主要部分出现在第二或者，如果有的话，第三或更高编号的流动接头内。因此，主要和次要流动接头的确定仅仅是说明性的。把流动接头分为主要的、次要的、和第三位的有助于理解发明，因为很可能有首选的第一流动通道(或主要的流动接头)、第二流动通道(或次要的流动接头)和可能的第三流动通道(第三位的流动接头)。因此，主要的、次要的和第三位的流动接头的指定是任意的，并不想要限定发明的范围。做为选择，如上面所描述的，如果必要的话，流动接头可以被标记为第一、第二、第三和更高，而不是主要的、次要的和第三位的流动接头，反之亦然。流体流动可以是生产流体(流体从井中抽出)或者注入流体(流体注入井中)。

在附图2(a)显示的实施例中，生产管柱11放置在井筒10内。生产管柱外是至少两个流动接头或限定可以流动流体的中空体的三维圆柱状表面。在附图2(a)中，至少一组接头是第一(或主要)流动接头13。第一流动接头13包括至少一个限定可以流动流体的中空体的三维圆柱状表面，其中一部分表面可渗透(阴影部分)和一部分表面不可渗透(非阴影部分)。至少一个流动接头是第二(或次要)流动接头15。第二流动接头15包括至少一个三维圆柱形表面，该三维圆柱形表面限定了一个流体能够流动的中空体，其中一部分表面是可渗透的(阴影部分)，一部分表面是不可渗透的(未表示)。可渗透和不可渗透部分的长度可以根据流体流动动态特性和井筒条件而改变以获得合适的流体流动。优选地，可渗透和不可渗透部分的长度至少7.5厘米(3英寸)长，更优选地，至少15厘米(6英寸)长。

第一流动接头13的至少一部分可渗透部分与第二流动接头15的至少一部分可渗透部分相连接，这样在第一流动接头和第二流动接头之间提供了至少一个流体流动通道。在附图2(a)的例子中，第一13和第二流动通道15的连接是通过井筒10的环空25实现的，该环空允许流体流动通过第一流动接头13的可渗透壁进入第二流体接头15的可渗透壁。井筒10的环空25也可以用作第三或第三位流动接头。连接第一流动通道13的可渗透部分和第二流动通道15的可渗透部分其它可能方式包括第一流动通道13和第二流动通道15共用同一可渗透表面或者用管道连接可渗透部分。根据这里公开的内容，本领域技术人员可以想到其它连接第一流动通道13的可渗透部分和第二流动通道15的可渗透部分的方式。所有这样的连接两个可渗透部分的方法都包括在本发明内。

箭头19显示了烃的流动方向，箭头17示出了穿过主要13和次要15流动接头可能的流动通道。在这个图中，次要流动接头15是通过机械连接器21与主要流动接头13连接起来的。本领域技术人员可以想到其它在井筒10内牢固地固定主要13和次要15流动接头的方法。如流体流动箭头17所示，主要流动接头13和次要流动接头15的布置在生产设备中为至少两个流动通道提供了至少一个能够在两个流动通道之间进行流体流动的连接。这个实施例如果必要的话允许通过使用环空25、套管、井筒筛管或其它流动接头增加附加的流动接头。

附图2(b)是一个显示了从主要流动接头13到次要15流动接头再到环空25的流体流动的横截面图，其中与附图2(a)类似的元件给出了相同的附图标记。环空25是主要13和次要15流动接头与套管(未示出)之间或者与如附图2(b)中未下套管井中的储层砂27之间的空间。在这个例子中，环空25用作第三(或者第三位的)流动接头以及主要13和次要15流动接头可渗透壁之间的一个连接。此外，在这个例子中，生产管柱11是主要流动接头13内的一个连续管道。然而，生产管柱11可以是如附图2(a)中的主要流动接头13这样的流动接头内的一个连续管道，或者它可以在流动接头的内侧，可以是连续的也可是不连续的。如附图2(a)所示，主要流动接头13与作为一个连接器29的生产管柱11相连。流动接头可以是如附图2(a)所示带有连接器的不连续管道，或者它可以是能够进行流体流动的连续的三维表面。

附图2(a)和附图2(b)中显示的实施例有五种可能的流动模式的例子。第一种流动模式是通过主要接头13、次要接头15和环空25的正常流体流动。

第二种可能的流体流动模式出现在主要接头13堵塞而流体通过次要流动接头15和环空25但不通过主要流动接头13的情形下。然而，除了主要流动接头13堵塞的区域之外，流体流动将重新开始通过主要13和次要15流动接头以及环空25的正常流动。同样，当次要流动接头15或环空25堵塞时这种模式也出现。那么流动分流到未堵塞的流动接头。

第三种流体流动模式出现在主要流动接头13和该主要流动接头周围的环空25堵塞的情形下。那一点的流体将通过次要接头15绕过堵塞区域流动，接着回到环空25和主要流动接头，恢复到正常流动。

第四种流体流动模式出现在主要13和次要流动接头15堵塞的情形下。在这种模式下，流体将通过环空25绕过主要13和次要15流动接头堵塞区域流动，并恢复到通过主要13、次要流动接头15以及通过井筒环空25的正常流动通道。

第五种流体流动模式出现在次要接头15和环空25堵塞的情形下。在这种模式下，流体将通过主要接头13绕过次要流动接头15和环空25的堵塞区域流动，接着恢复到通过主要流动接头13、次要流动接头15以及环空25的正常流动。

包括曲径流动完井系统的间隔折流板的特殊组合根据该井的期望的可靠性、生产率、生产剖面、可接近程度和其它功能性需要确定。间隔室和折流板的设计依赖于该井的例如制造、材料、安装场所(例如，工厂或通过修井)或者其它期望的功能性需要等因素。这些其它功能性需要包括但不限于：产出固体的除去(防砂)、改进的机械强度或柔性、特定流体的流出或流入(井下分流和流体并流)、处理化学药品的输送(例如，防垢剂、防腐剂等)、特定储层类型的隔离、生产率和/或压力的控制和流体性质的测量。根据这里公开的内容，本领域技术人员基于上面所讨论的功能性需要针对有利的流体流动可以设计出包括间隔室和折流板的流动通道。曲径流动完井系统可以用于套管完井和裸眼完井井筒，可是用于生产或注入。

附图3(a)显示了一个实施例，其中流动接头是通过在井筒10内安装可渗透或部分可渗透表面31形成的。井筒10的表面31的一部分是可渗透的，一部分是不可渗透的。可渗透表面可以把来自如流体流动箭头33所示的不同间隔室内的流体流动混合。该壁的不可渗透或部分可渗透部分等效于前面定义的流动接头，并允许流体绕过其它间隔室被堵塞的点流动。

附图3(d)是用于说明井筒内部该壁的附图3(a)的侧视图。附图3(a)和3(d)的壁可以是可渗透的、不可渗透的或者包括一些可渗透部分和一些不可渗透的部分。

附图3(b)显示了一个可替代的实施例，其中第一个圆形的间隔室39在井筒10内，内部圆形的间隔室39和外部圆形的间隔室(未示出)或者井筒10之间的空间可以通过在内部圆形的间隔室39和井筒10之间设置额外的表面31进行进一步地分隔。在这个实施例中，圆形的间隔室39外面的较大区域将被指定为第一流动接头34。其它外部圆形的间隔室和较小地内部间隔室将被标记为第二36、第三38和第四流动接头，如附图3(b)所示。可以制造出额外的间隔室(未示出)并标记为第五、第六和更高的流动接头。

附图3(c)显示了一个不同结构的实施例，其中两个圆形的间隔室35安装在井筒10内，井筒10通过添加一个壁31进一步分隔开。如上面所讨论的，优选地，这个壁具有可渗透和不可渗透区域，以在一些区域提供流动混合而在另一些区域分成不同的流动，允许流体流动绕过流动接头堵塞的区域。附图3(c)显示的实施例将有五个流动接头，如附图3(c)所示，流动接头标为第一34、第二36、第三38、第四40和第五44。

附图4(a)显示了曲径完井系统另外的一个实施例，它包括同心和纵向堆叠的多个流动接头。如附图4(a)所示，每个接头装有或者可渗透(虚线)55或者不可渗透(实线)57的介质。

在这个例子中，每叠纵向间隔室可以作为一个流动接头处理。在附图4(a)中，两个间隔室的例子标为51和53。在这个例子中，主要间隔室或第一流动接头54是井筒中间最大的同心间隔室。最外面的间隔室51和在最外面的间隔室和最里面的间隔室之间的间隔室53分别标为第二和第三流动接头或次要的或者第三位的流动接头。如果最外面的流动接头失效了，颗粒阻塞了流动接头，间隔室53的外壁将防止砂的渗透但允许流体通过。连续的砂的侵入增加了第一流动接头51内砂的浓度并随后增加了摩擦压力损失，导致逐渐减少的流体/砂流入第一流动接头51。接着流体生产分流到其它可渗透介质没有失效的流动接头内。

附图4(b)、4(c)和4(d)是在附图4(a)指定位置附图4(a)的截面图，其中来自附图4(a)类似元件给出相同的附图标记。这些图显示了基于井筒内的位置从可渗透壁(虚线)到不可渗透壁(实线)的变化。

附图4(a)中的可渗透介质55可以是绕丝筛管，其中两个绕丝之间的间距足以留住井筒中产出的大部分储层砂。在一个实施例中，与可渗透介质55相邻的不可渗透部分57可以由一个盲管、缠绕在可渗透介质外面的不可渗透材料或者相邻绕丝之间没有间隙的绕丝筛管构成。绕丝筛管的制造在本领域熟知并包括在现有的螺距水平内绕丝以在两个相邻的绕丝内达到特定的间距。一个实施例中的曲径流动筛管可以通过改变用于制造常规绕丝筛管的间距来制造。例如，绕丝筛管的单个接头的一部分可以以能滞留大部分储层砂的期望的间距缠绕，如附图4(a)中的55所示。筛管的下一部分可以以接近零或零间距(没有间隙)缠绕以制造出基本上不渗透介质部分，如附图4(a)中57所示。筛管接头的其它部分可以以不同的间距缠绕，以制造出不同程度的可渗透部分或不可渗透部分。

流动接头内的另外的间隔室50可以通过增加更多的壁59来制造。通过另外的壁59制造的间隔室50可以用作单独的流动接头以增加流动接头的数目，这样增加了冗余的数目。壁59可以由可渗透材料、不可渗透材料或一部分可渗透材料和一部分不可渗透材料制成。附图4(b)、4(c)和4(d)显示了由可渗透55和不可渗透57同心壁和通过增加更多的壁59进一步分隔流动接头形成的流动接头51、53、50。

沿着周长的间隔室的数目依赖于井筒尺寸和可渗透介质的类型。较少的间隔室将使间隔室尺寸较大，而且当砂侵入第一个或最外端的间隔室51时导致更少的备用流动通道。最外端的间隔室可以部分或完全由防砂筛管构成。过多数量的间隔室将减小间隔室的尺寸，增加摩擦压降损失，并降低井的生产率。依赖于介质类型，第二流动接头53可以设计得比间隔室51更小或更大。不可渗透壁(沿着间隔室51和53的固体边界)可以分别降低来自流体和砂对外部51和内部53流动接头之间的可渗透介质的腐蚀冲击。附图4(a)中的多个间隔室也可以不均匀地划分或在井筒内偏心地安装。

如附图4(a)所示，优选地，流动接头的至少一个可渗透部分与不可渗透部分相邻。更加优选地，在曲径流动的任何截面位置流动接头的至少一个壁是不可渗透的。因此，在这个优选实施例中，在曲径流动装置的任何一个截面位置，至少一个不可渗透的流动接头与至少一个可渗透的流动接头相邻。这个优选的实施例在附图4(b)、4(c)和4(d)中表示，其中在任何给定截面位置，至少有一个不可渗透壁和至少一个可渗透壁。

如果必要，为了在砾石充填操作过程中可能的应用可以增加另外的流动接头。附图5(a)是一个曲径完井系统的例子，附图5(b)、5(c)和5(d)是在附图5(a)指定位置附图5(a)的截面图，其中类似元件给出如附图4(a)、4(b)、4(c)和4(d)相同的附图标记。这些附图显示了利用分路管道和喷嘴部分的另外的流动接头。分路管道61可以沿着选定的间隔室纵向布置以改进砾石充填(如美国专利US4945991、5082052和5113935所公开的)。分支管道61延伸到间隔室边界51之外进入井筒环空68。选定的分支管道61可利用爆破膜(未示出)和喷嘴部分63，以允许砾石浆液分流到环空68内。曲径完井系统适合用于常规的和备用通道砾石充填操作。

例子

附图6(a)显示了曲径完井系统概念的流体流动在防砂筛管失效时改变方向的侧视图。大的基管标记为第一或主要接头13，而相邻的较小基管标记为第二或次要的流动接头15。在附图6(a)中有两个防砂筛管45，防砂筛管在附图中用虚线表示。防砂筛管将主要13和次要流动接头15从环空中分出来，并还把环空分成两个环空。一个环空在次要流动接头15和外面的井筒筛管45之间，而另一个环空在外面的井筒筛管45和储层砂27之间。在这个例子中，这两个环空将用作第三47和第四49流动接头。

附图6(a)显示的实施例使用了两个相邻的选择性射孔的基管。基管是不可渗透的，但带有选择性射孔41以形成可渗透表面的区域。每个基管可以装备有一些类型的商业上可获得的防砂筛管。可以在较大管道内设置一个额外的壁(可以渗透或可以不渗透的)或者折流板43，以使流动改变方向进入两个不同的流动区域，如附图6(a)所示。在每个基管中射孔41的距离将决定流入三个间隔室内及它们之间的流体相对数量。增设的折流板可以设置在不同的轴向位置，以便改变流动方向进入不同的间隔室。

对于一个用可渗透和不可渗透介质限定第一流动接头的单独的管道接头(例如，长为9到12米(30或40英尺))，一个外部防砂筛管限定了第二流动接头，井筒环空用作第三流动接头，完井曲径将包括如上面所讨论的五个不同的流动模式。本领域技术人员可以配置管道，其中常规管状连接可用于连接连续的管道的接头。

附图6(b)是带有由防砂筛管45和壁43形成流动接头的偏心的曲径流动完井系统的端部示意图。由防砂筛管45和壁43形成的流动接头指定为第一流动接头13、第二流动接头15和第三流动接头47，如附图6(b)所示。

不可渗透间隔室的区域使流体流动绕过堵塞的区域进入没有堵塞的间隔室。这个混合允许从堵塞的间隔室流出进入没有堵塞的间隔室。根据这里公开的内容，本领域的技术人员可以布置间隔室以提供充足的混合，以便绕过任何可能堵塞的间隔室，允许有效的流动。

附图6(b)进一步说明了防砂筛管的失效。实的箭头17表明了可能的流动通道，虚线箭头48表明了堵塞的流动通道。当防砂筛管失效允许砂42的侵入，一个或更多间隔室可能被堵塞。然而，流体将继续流入其它没有堵塞的间隔室47，间隔室47由额外的壁43保护避免砂的侵入。因此，尽管防砂筛管的失效，流体生产将继续。

曲径流动完井的概念在一个实验室井筒流动模型中演示。流动模型有一个25厘米(10英寸)外径(OD)、7.6米(25英尺)有机玻璃管道以模拟一个裸眼井或套管。演示设备布置在有机玻璃管道内并包括一系列的三个筛管部分。三筛管部分包括一个被冲蚀过的曲径流动筛管、一个完好的曲径流动筛管和一个被冲蚀过的常规筛管。每个筛管直径为15厘米(6英寸)，1.8米(6英尺)长。曲径流动装置包括一个91厘米(3英尺)长的割缝衬管和一个91厘米(3英尺)长的盲管作为主要(外部)流动接头。7.5厘米(3英寸)外径、次要的(内部)曲径流动接头包括一个1.2米(4英尺)长盲管和一个61厘米(2英尺)长的绕丝筛管。测试的曲径流动装置中主要和次要流动接头是同心的。在测试中，带有砾石砂的水被泵入筛管装置(完井系统)和有机玻璃管(裸眼井或套管)之间的环空中。

浆液(水和砂)首先流过环空并进入被冲蚀的曲径流动筛管。进入被冲蚀的曲径流动筛管的砂被滞留并充填在内部(次要)流动接头上。主要(外部)和次要(内部)流动接头之间增长的砂充填增加了流动阻力并减缓了砂进入被冲蚀的曲径流动筛管。随着砂进入腐蚀的曲径流动筛管的减少，浆液(水和砂)被分流继续向下游到达相邻的完好的曲径流动筛管。砾石砂充填在完好的曲径流动筛管和有机玻璃管之间的环空中。由于这个曲径流动筛管是完好的，砂被主要(外部)流动接头滞留。随着完好的曲径流动筛管外部被充填，浆液被分流到下一个被冲蚀的常规筛管。砂绕流并流入被冲蚀的常规筛管。由于常规筛管没有装备任何次要的或多余的流动接头，砂继续进入被冲蚀的筛管并不受控制。

该试验说明了在完井操作期间的砾石充填部分曲径流动的概念。如果防砂筛管介质的部分在筛管安装过程中被损害或在砾石充填操作过程中被冲蚀，曲径流动筛管能通过次要(冗余)的流动接头滞留砾石并使正常的砾石充填操作继续。然而，常规的筛管不能控制砾石损失并潜在地引起砾石充填不完全。利用常规的筛管进行的不完全砾石充填，以后将引起井筒生产过程中产砂。过多的产砂降低了井的生产率，损害了井下设备并对地面形成了安全风险。

这个试验也说明了在砾石充填完井或独立完井的井筒生产中曲径流动的概念。如果筛管介质的部分在井筒生产过程中被损害或被冲蚀，一个曲径流动筛管能通过次要(冗余)的流动接头滞留砾石或自然的砂充填，维持了环空砾石充填或自然砂充填完整性，把流动分流到其它完好的筛管，并继续无砂生产。相反，损害的常规筛管将引起砾石充填砂或自然砂充填的连续损失，并紧接着引起连续的储层产砂。

Claims (47)

1.一种井筒装置包括：

a)一个井筒内的第一流动接头，第一流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第一流体流动通道的三维表面，其中第一流动接头表面的至少一部分是可渗透的，且第一流动接头表面的至少一部分是不可渗透的；

b)一个井筒内的第二流动接头，第二流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第二流体流动通道的三维表面，其中第二流动接头表面的至少一部分是可渗透的，且第二流动接头表面的至少一部分是不可渗透的；

c)其中，第一流动接头的至少一个可渗透部分与第二流动接头的至少一个可渗透部分相连接，这样在第一流动接头和第二流动接头之间提供了至少一个流体流动通道。

2.如权利要求1所述的装置，其中第一和第二流动接头是选择性射孔的基管。

3.如权利要求1所述的装置，其中第一流动接头和第二流动接头在井筒内相邻。

4.如权利要求1所述的装置，其中第一流动接头和第二流动接头在井筒内同心。

5.如权利要求1所述的装置，其中至少一个流动接头包括管道的接头。

6.如权利要求1所述的装置，其中第一流动接头和第二流动接头在井筒内不同心。

7.如权利要求5所述的装置，其中管道的接头通过挠性接头连接。

8.如权利要求1所述的装置，其中第一和第二流动接头的三维表面是圆柱形的。

9.如权利要求1所述的装置，其中至少一个井筒环空用作流动接头。

10.如权利要求1所述的装置，其中至少一个流动接头是防砂筛管。

11.如权利要求10所述的装置，其中防砂筛管是绕丝筛管，筛管的绕丝以不同的间距缠绕，以制造出不同程度的可渗透部分或不可渗透部分。

12.如权利要求1所述的装置，在至少一个流动接头内还包括至少一个分支管道。

13.如权利要求1所述的装置，其中所述装置用于生产烃。

14.如权利要求1所述的装置，其中所述装置用于对井进行砾石充填。

15.如权利要求1所述的装置，其中至少一个不可渗透和至少一个可渗透部分每一个至少7.5厘米长。

16.如权利要求1所述的装置，其中至少一个不可渗透和至少一个可渗透部分每一个至少15厘米长。

17.如权利要求1所述的装置，其中至少一个流动接头的至少一个不可渗透部分与一个相邻的流动接头的至少一个可渗透部分相邻。

18.如权利要求1所述的装置，其中在该装置的任何一个截面位置，至少一个流动接头的至少一个壁是不可渗透的。

19.如权利要求1所述的装置，其中在任何一个截面位置，至少一个流动接头的至少一个壁是不可渗透的而至少一个流动接头的至少一个壁是可渗透的。

20.一种井筒装置，包括：

a)一个井筒内的第一选择性射孔基管，它限定穿过井筒的第一流体流动通道，其中第一选择性射孔基管的至少一部分是不可渗透的，且第一射孔基管的至少一部分是可渗透的；

b)一个井筒内的第二选择性射孔基管，它限定穿过井筒的第二流体流动通道，其中第二选择性射孔基管的至少一部分是不可渗透的，且第二射孔基管的至少一部分是可渗透的；

c)其中，第一基管的至少一个可渗透部分与第二基管的至少一个可渗透部分相连接，以在第一和第二选择性射孔基管之间提供了至少一个流动通道。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述基管是同心的。

22.如权利要求20所述的装置，其中所述基管是不同心的。

23.如权利要求20所述的装置，其中所述基管是相邻的。

24.如权利要求20所述的装置，其中至少一个同心基管比至少一个同心基管大，还包括在较大基管内一个附加的壁，以在外部基管内提供至少一个附加的流动通道。

25.如权利要求20所述的装置，其中至少一个偏心基管比至少一个偏心基管大，还包括在较大基管内一个附加的壁以在外部基管内提供至少一个附加的流动通道。

26.如权利要求20所述的装置，其中射孔的选择是基于将流过可渗透部分的流体的相对数量。

27.如权利要求20所述的装置，其中井筒环空用作一个附加的流动接头。

28.如权利要求20所述的装置，其中至少一个流动接头内还包括至少一个分支管道。

29.如权利要求20所述的装置，其中通过井筒至少可获得三个流动通道。

30.如权利要求23所述的装置，其中管道的相邻接头用挠性管相连。

31.如权利要求20所述的装置，其中至少一个不可渗透部分和至少一个可渗透部分每一个至少7.5厘米长。

32.如权利要求20所述的装置，其中至少一个不可渗透部分和至少一个可渗透部分每一个至少15厘米长。

33.如权利要求20所述的装置，其中至少一个流动接头的至少一个不可渗透部分与一个相邻的流动接头的至少一个可渗透部分相邻。

34.如权利要求20所述的装置，其中在该装置的任何一个截面位置，至少一个流动接头的至少一个壁是不可渗透的。

35.如权利要求20所述的装置，其中在任何一个截面位置，至少一个流动接头的至少一个壁是不可渗透的而至少一个流动接头的至少一个壁是可渗透的。

36.一种井筒的完井方法，包括：

a)提供一个用于生产烃的井筒装置，所述装置包括井筒内的一个第一流动接头，所述第一流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第一流体流动通道的三维表面，其中第一流动接头表面的至少一部分是可渗透的，且第一流动接头表面的至少一部分是不可渗透的；一个井筒内的第二流动接头，第二流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第二流体流动通道的三维表面，其中第一个第二流动接头表面的至少一部分是可渗透的，且第一个第二流动接头表面的至少一部分是不可渗透的，其中，第一流动接头的至少一个可渗透部分与第二流动接头的至少一个可渗透部分相连接，这样在第一流动接头和第二流动接头之间提供了至少一个流体流动通道；

b)在井筒内安装所述井筒装置。

37.如权利要求36所述的方法，其中井筒装置的安装为井筒内的至少两个单独的流动通道提供了至少一个允许流体在流动通道之间流动的连接。

38.如权利要求36所述的装置，其中所述装置用于生产烃。

39.如权利要求36所述的装置，其中所述装置用于对井进行砾石充填。

40.如权利要求36所述的方法，还包括从井筒中生产烃。

41.根据权利要求40生产的烃。

42.如权利要求36所述的方法，还包括在至少一个流动接头内的至少一个分支管道，并利用流动接头内的分支管道对井筒进行砾石充填。

43.如权利要求36所述的方法，还包括在防砂筛管被机械损害后在砾石充填操作期间安装一个完整的砾石充填。

44.一种在井筒内流动流体的方法，包括：

a)提供一个井筒，所述井筒带有的装置包括在井筒内的第一流动接头，所述第一流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第一流体流动通道的三维表面，其中第一流动接头表面的至少一部分是可渗透的，且第一流动接头表面的至少一部分是不可渗透的；一个井筒内的第二流动接头，第二流动接头包括至少一个限定穿过井筒的第二流体流动通道的三维表面，其中第二流动接头表面的至少一部分可渗透的，且第二流动接头表面的至少一部分不可渗透的；其中，第一流动接头的至少一个可渗透部分与第二流动接头的至少一个可渗透部分相连接，这样在第一流动接头和第二流动接头之间提供了至少一个流体流动通道。

45.如权利要求44所述的装置，还包括通过该流动接头生产烃。

46.如权利要求44所述的装置，还包括通过该流动接头向井筒内注入流体。

47.一种制造绕丝筛管的方法，其改进包括：

以不同的间距绕丝，其中绕丝筛管的至少一部分是可渗透的且绕丝筛管的至少一部分是不可渗透的。

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