專利名稱：降低從井眼中出砂的方法
技術領域：
本發明涉及一種減小巖石顆粒從地層(earth formation)流入到用于生產碳氫化合物流體的井眼內的方法。儲油巖石通常是松動地結合的，因此傾向于分解并且在流經孔隙的碳氫化合物流體的影響之下流入到井眼內。
背景技術：
這種巖石顆粒的流入一般是指出砂(sand production)，它在碳氫化合物流體生產工業中是頻繁出現的問題，由于產生的砂石顆粒易于腐蝕生產設備例如管道系統和閥。傳統的砂石控制方法包括安裝孔眼的支承襯里或篩網，他們允許碳氫化合物流體通過但是排除砂石顆粒。也在襯里或篩網與井眼壁之間安裝砂石過濾層以控制出砂。雖然這種襯里、篩網和砂石過濾層經常被成功地應用，但是存在潛在的缺陷，例如孔眼、篩網或砂石過濾層的堵塞，導致流體產品的減小。因此需要改進的砂石控制方法。
發明內容
因此本發明的目的是提供一種減小巖石顆粒流入到用于生產碳氫化合物流體的井眼內的方法，該方法克服了現有技術的缺陷。
按本發明，提供了一種用于減小巖石顆粒從地層流入到用于生產碳氫化合物流體的井眼內的方法，該方法包括通過從井眼的壁上除去巖石材料在井眼周圍產生一個抗壓剛度減小的區。
因此得到的是，在井眼壁或鄰近井眼壁的巖石材料內的應力集中被減輕了。這種應力集中歸因于井眼存在于巖層(rock formation)內，因此在巖層內原來未受干擾的應力變成受擾亂的。擾亂的應力包括在靠近井眼的區域內的高剪應力，該剪應力通常通常導致巖層的局部破壞，從而導致出砂。通過降低在井眼周圍的區內的抗壓剛度，在靠近井眼的區域內的相對較高的剪應力被釋放，因此降低了巖層的局部破壞的風險。
優選的是，從井眼壁上除去巖石材料的步驟在井眼的一個開放孔的(open-hole)區段內即井眼的無套管的區段內進行。
合適的是，從井眼壁上除去巖石材料的步驟包括從井眼壁的至少一個細長區段上除去巖石材料。
優選的是，每個細長區段具有一條沿著井眼的軸向延伸的縱向軸線。
可以理解的是，細長區段不必平行于井眼的縱軸線延伸，而是例如可以按沿著井眼壁的螺旋線的形式延伸。
包圍井眼的地層通常受到應力，這些應力包括第一、第二和第三主應力。優選的是，所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于其中選定的一個主應力的方向上延伸。
合適的是，所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于其中選定的最大主應力的方向上延伸。
在井眼基本上垂直地延伸的情況下，優選的是，所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于最大水平主應力的方向上延伸。
在井眼基本上水平地延伸的情況下，優選的是，所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于垂直主應力的方向上延伸。
優選的是，通過在井眼壁上產生多個孔眼，例如以一列孔眼的形式，從井眼壁上除去所述巖石材料。優選的是，所述孔眼靠近地隔開距離。可選定的是，通過在井眼壁上產生狹槽，例如沿井眼的軸向方向延伸的狹槽，從井眼壁上除去巖石材料。
合適的是，所述狹槽在井眼的橫截面內是楔形的，因此狹槽的寬度沿徑向朝外的方向減小。
狹槽或孔眼可以是開放的(例如填充氣體或液體)或者填充柔性材料。
下面借助于實施例參照附圖詳細解釋本發明，其中圖1A 示意示出井眼，其中采用本發明的方法的一種實施形式并且在該方法的初始階段；圖1B 示出圖1A的在該方法最終階段的井眼；
圖2 示意示出井眼的下部，其中已經采用本發明方法的另一實施形式；圖3 設有在基本上水平的平面內延伸的狹槽的水平井眼的橫截面的示意圖；圖4 設有與垂直平面成角度地延伸的狹槽的水平井眼的橫截面示意圖；圖5 以距井眼壁的徑向距離的函數形式表示井眼周圍的巖層內的剪應力的圖表的示意圖。
在附圖中，類似的附圖標記涉及類似的構件。
具體實施例方式
圖1A顯示一個用于生產碳氫化合物流體的井眼1，井眼1延伸到包括一個含有碳氫化合物流體的形成區3的地層2。井眼1設有一個從地面6上的井口5延伸至靠近形成區3的上端的套管4。套管4通過一個位于井眼壁與套管4之間的水泥層7固定在井眼內。用于注射切割流體的注水管柱(string)8從地面上的鉆探設備10延伸到井眼1內。注水管柱8在其下端設有一個具有一對彼此相對設置的噴嘴14的流體噴射式切割器12。流體噴射式切割器12位于形成區3的下端附近。流體射流16從噴嘴14噴向井眼1的壁，因此產生相對地設置在井眼壁上的狹槽16。
圖1B示出井眼1，注水管柱8已經上升到一個使得流體噴射式切割器12位于形成區3上端附近的位置。狹槽16沿著井眼1的軸向方向17延伸并且基本上在井眼1的穿過形成區3的區段的整個長度上延伸。
在圖2中，井眼20的下部在井眼20的壁上設有多個靠近地隔開距離的孔眼22。這些孔眼22設置成兩個相對的孔眼排24，各孔眼排24沿著井眼20的軸向方向延伸。
在圖3中顯示穿過形成區3的基本上水平的井眼區段30的橫截面圖。形成區3受到現場的應力，其中垂直的主應力σv具有最大幅值。井眼30在形成區3的存在導致應力集中，因此最大的剪應力τ發生在井眼壁附近，大約在水平井眼區段30的頂部與底部的半途中。狹槽32已經形成在井眼區段30的壁上，所述狹槽相對地設置并且在井眼區段30的軸向方向上延伸。
在圖4中顯示穿過形成區3的基本上水平的井眼區段40的橫截面圖。形成區3受到現場的應力，其中包括具有最大幅值的垂直主應力σv。由于井眼40存在于形成區3中，所以出現應力集中，導致在井眼壁附件的相對較高的剪應力τ。狹槽42已經形成在井眼區段40的壁上，狹槽42以這樣的方式形成在井眼壁的上半部，即每個狹槽42以相對于垂向大約45°的角度延伸。
在圖5中，以距井眼壁的徑向距離r的函數形式表示井眼周圍的形成區內的剪應力τ的圖表。曲線a表示，如果在井眼壁上沒有狹槽時產生在形成區內的剪應力τ；并且曲線b表示，如果在井眼壁上有狹槽時產生在形成區內的剪應力τ。該圖表僅用于比較曲線a和b，因此沿著軸線沒有表示刻度，并且也沒有表示變量τ和r的測量單位。
在正常使用時，井眼1被鉆到一個在包含形成區3的碳氫化合物流體附近的深度，安裝套管4，并且將水泥泵送到套管4與井眼壁之間以形成水泥層7。隨后，井眼1繼續鉆深穿過形成區3。在開始從形成區3生產碳氫化合物流體之前，注水管柱8下降到井眼1內，使得噴射式切割器12位于井眼1的底部附近(圖1A)。切割流體(例如水)然后泵送通過注水管柱8，以使得流體噴射式切割器向井眼壁噴射兩個相對的噴射流。結果在井眼壁上產生狹槽16。在泵送切割流體通過管柱8的同時，管柱在井眼1內逐漸上升直到噴射式切割器12位于形成區3的上端附近(圖1B)。因此基本上在井眼壁1的通過形成區3的區段的整個長度上形成狹槽16。
如果井眼1基本上水平地延伸通過形成區3(圖3、4)，那么注水管柱8上升通過井眼1，使得噴射式切割器12基本上在井眼1的穿過形成區3的區段的整個長度上切割狹槽32、42、52。
在圖3所示的實施形式中，噴射式切割器12在井眼1內保持定向，使得噴嘴14在切割過程期間定位在基本上水平的平面內。
在圖4所示的實施形式中，使用一個可選定的第一噴射式切割器(未示出)，它的噴嘴定位成彼此相對大約90°的角度，因此該可選定的噴射式切割器在井眼1內保持定向，使得噴嘴在切割過程期間相對于垂向成大約45°的角度定向。
狹槽16、32、42或孔眼排24的重要效果是，圍繞井眼1、30、40形成一個抗壓剛度降低的環形區60。環形區60的厚度大約等于狹槽16、32、42或孔眼排24的孔眼的深度。環形區60的抗壓剛度降低了，因為狹槽16、32、42在巖石62的各區段之間形成空地，該空地在調節的構造應力的影響下允許環形區60的一定的圓周壓縮。結果在環形區60內在狹槽16、32、42之間的巖石材料62的區段的應力略微減輕。通過減小環形區60內的應力，環形區60之外的巖石材料內的應力如圖5示意表示的那樣略微上升。但是，在環形區60之外的應力相對較低，因此應力的有限上升沒有不利的影響。
通過本發明的方法得到的是，釋放了井眼壁附近的相對較高的剪應力，因此在井眼壁附近的巖石材料的局部破壞的傾向被降低了。在井眼壁附近的巖石材料的破壞傾向的降低，導致了在生產碳氫化合物流體的期間巖石顆粒(砂石顆粒)從地層區流入井眼內的期望的降低，這是有利的。
取代在井眼的開放孔區段內產生狹槽或孔眼排，這種狹槽或孔眼排可以合適地形成在孔眼線或套管后面的巖層內。
取代上述的用噴射式切割器產生狹槽，狹槽可以通過機械裝置例如鏈鋸或通過炸藥產生。
取代平行于井眼縱軸線延伸的細長區段，或者按沿著井眼壁的螺旋線的形式，細長區段可以在一個基本上垂直于井眼縱軸線的平面內延伸。因此在這種實施形式中，細長區段有圓形形狀。
權利要求
1.一種降低巖石顆粒從地層流入到用于生產碳氫化合物流體的井眼內的方法，該方法包括通過從井眼的壁上除去巖石材料在井眼周圍產生一個抗壓剛度減小的區。
2.按權利要求1的方法，其特征在于在井眼的一個開放孔的部分內從井眼壁上除去巖石材料。
3.按權利要求1或2的方法，其特征在于從井眼壁上除去巖石材料的步驟包括從井眼壁的至少一個細長區段上除去巖石材料。
4.按權利要求3的方法，其特征在于每個所述細長區段具有一條沿著井眼的軸向延伸的縱向軸線。
5.按權利要求3或4的方法，其特征在于包圍井眼的地層受到應力，這些應力包括第一、第二和第三主應力，并且所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于其中選定的一個主應力的方向上延伸。
6.按權利要求5的方法，其特征在于所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于其中最大的主應力的方向上延伸。
7.按權利要求5或6的方法，其特征在于井眼基本上垂直地延伸，并且所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于最大水平主應力的方向上延伸。
8.按權利要求5或6的方法，其特征在于井眼基本上水平地延伸，并且所述細長區段沿徑向在一個基本上垂直于垂直主應力的方向上延伸。
9.按權利要求1至8之一的方法，其特征在于從井眼壁上除去巖石材料的步驟包括在井眼壁上產生多個孔眼。
10.按權利要求9的方法，其特征在于所述多個孔眼以一列孔眼的形式產生。
11.按權利要求1至8之一的方法，其特征在于從井眼壁上除去巖石材料的步驟包括在井眼壁上產生狹槽。
12.按權利要求11的方法，其特征在于所述狹槽基本上在井眼的軸向方向上延伸。
13.按權利要求11或12的方法，其特征在于所述狹槽在井眼的橫截面內是楔形的并且狹槽的寬度沿徑向朝外的方向減小。
14.按權利要求11至13之一的方法，其特征在于產生狹槽的步驟包括a)將設有流體噴射式切割器的管柱下降到井眼內；b)將流體泵送通過管柱，以使流體噴射式切割器向井眼的壁上噴射流體射流，因此在井眼壁上產生切割；和c)在步驟b的同時，沿軸向移動管柱穿過井眼。
15.基本上如上所述并參照附圖的方法。
全文摘要
本發明涉及一種降低巖石顆粒從地層流入到用于生產碳氫化合物流體的井眼內的方法，該方法包括通過從井眼的壁上除去巖石材料在井眼周圍產生一個抗壓剛度減小的區。
文檔編號E21B43/26GK1878928SQ200480033410
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月10日 優先權日2003年11月12日
發明者M·A·阿迪斯, V·A·杜納耶夫斯基, D·F·費爾勒, M·F·霍達維迪安, C·A·李 申請人:國際殼牌研究有限公司