專利名稱：用于裸眼井的刺激技術的制作方法
技術領域：
描述的實施方式涉及針對裸眼井的刺激工具和應用。特別地，公開了允許在開采區域定位采油篩管的工具和技術。更具體地，公開了允許篩管與諸如水的污染物隔離同時允許刺激目的的連通和循環的定位方式。這里描述的實施方式還保護裸井眼壁并允許多帶
狀形式的這種刺激。
背景技術：
勘探、鉆探和完成油氣井和其他井通常是復雜、耗時和最終非常昂貴的任務。認識到這些代價，已經將更多的重點放在對井開采期間的井條件的測井、分析和監控上。隨著最準確和最新的可用信息，在管理井的開采中可以節省大量的時間和金錢。類似地，近些年來，更多的重點已放在其他節省時間的措施上，例如利用實際上盡可能少數量的物理干預來進行井應用。例如，在很多情況下，與將各個應用工具若干次單獨地部署到井中相反，可以通過工具串到井中的單次部署進行一系列相關應用。減少井干預數量的一個這樣的機會是在井刺激領域。這里使用的術語“井刺激(well stimulation) ”意指旨在刺激地層儲層以促進和保持對其的油氣開采的壓裂、碌石充填或者任何數量的井處理應用。例如，在很多情況下，下套管井可能在儲層處具有穿孔開采區域。也就是說，開口或者穿孔可能穿過套管并延伸到周圍的地層儲層中。但是，為了優化從該儲層的油氣開采，可在該區域執行刺激應用。實際上，如下文所述，可以利用適當構造的工具串到井中的單次起下作業在該區域執行多個刺激應用過程。這樣，將不同的應用工具多次部署到該區域所需的時間可以被壓縮為單次“刺激”起下作業，從而節省無數的小時和資金支出。如所述的，工具串可被構造成在下套管井的穿孔區域附近執行多個相關的刺激應用。例如，同一工具串可配備成在其被單次輸送到穿孔區域部位時執行壓裂應用、接著是礫石充填應用和油氣開采。更特別地，壓裂應用可以在含有漿的支撐劑從工具串的釋放機構朝著所述的穿孔引導時施加。這樣，穿孔可被刺激并被撐開。隨后礫石充填漿可從同一釋放機構或者其他地方朝著所述的篩管機構和地層的暴露部分(即穿孔區域)循環。這樣，地層可被支撐，且篩管機構可被牢固地固定就位。以此方式，可經過占據篩管機構和穿孔區域之間的空間的多孔礫石充填進行可靠的油氣采收。此外，通過篩管機構的壓裂、礫石充填和開采可通過單次部署工具串全部實現。實際上，在某些情形下，工具串甚至可配備射孔器以允許在描述的刺激應用前對地層穿孔。即，甚至穿孔也可以作為單次工具串部署的一部分實現。
遺憾的是，盡管上述的刺激技術可成本上經濟地應用在下套管井的單次起下作業上，但這種工具串在輸送到裸眼井時可能完全無效。不同于下套管井，裸眼井可包括多個暴露地層，其中一些可能會妨礙通過篩管機構的有效采收，甚至在開采區域已經采用了壓裂和/或礫石充填的地方。也就是說，如同下文的示例性情況，由于井的裸眼性質，開采區域外側的地層條件可能對采收有影響。通常，油氣采收工作針對的是主要為交替的砂層和頁巖層的油田地層。特別是薄砂層可以是用于穿孔、壓裂和油氣采收的良好對象。出于同樣的原因，地層的主要頁巖構成可允許井保持不被套管，不必過度擔心其結構穩固性對接下來的應用的影響。因此，省去了為井套管的成本。遺憾的是，即使適當定位在薄砂層處的篩管機構 也受到從諸如頁巖層的其他周圍層發出的水和其他污染物的影響。在存在水污染物的情況下，會使通過篩管的油氣開采變得無效。另外，由于沒有套管，礫石漿或其他處理物質會對裸眼井的周圍井眼壁產生實質的、負面的作用。因此，實際上，并不通過用在裸眼井的單次起下作業的單個工具串的使用來進行壓裂、礫石充填和隨后的油氣采收。
發明內容
提供了一種用于裸眼井的刺激技術。該刺激技術利用包括被定位成隔離裸眼井的希望區域的一個或多個隔離裝置的系統。至少一個釋放機構用來提供刺激物質到裸眼井的希望井眼區域的受控釋放。另外，保護機構與每個釋放機構相互配合以防止例如礫石漿的刺激物質和裸眼井的周圍井眼壁之間的不希望接觸。保護機構還可用來保護裸眼井不受不希望的脫砂壓力。在很多應用中，可在裸眼井的單次井下起下作業中部署整個系統和執行刺激技術。
圖I是裸眼刺激系統的一種實施方式的側視圖；圖2是從圖I的2-2取得的系統的井下組件的放大圖，其在刺激應用過程中定位在開采區域；圖3是從圖2的3-3取得的井下組件的隔離封隔器的放大圖，揭示了在刺激期間用于循環的分流管；圖4是具有容納圖I的刺激系統的裸眼井的油田的概圖；圖5是與圖2相比的系統的組件的一種替代實施方式的圖示；圖6是概括在井中采用裸眼刺激系統的一種實施方式的流程圖。
具體實施例方式參照在裸眼井中采用的特定刺激工具和技術來描述實施方式。例如，這里的實施方式集中在礫石充填應用。然而，多種刺激應用可受益于這里詳細公開的裸眼刺激系統的實施方式。例如，所述技術可采用在壓裂應用和非礫石充填處理中。井處理技術的例子包括無篩管技術，例如樹脂固結技術、樹脂涂覆礫石技術、利用固結物質的壓裂技術以及其他刺激技術。各種刺激/處理技術或者不同技術的組合可在同一井下起下作業中采用。然而，這里詳細描述的刺激系統的實施方式可特別構造用于裸眼井，甚至在很多環境下可以多帶狀形式采用。現在參照圖1，顯示了一種裸眼刺激系統100的一種實施方式的側視圖。還參照圖4，系統100被構造有多個刺激組件125、175，用以在井280內的不同位置處執行多個刺激應用，如下文詳細所述。盡管在圖I和圖4中繪出了兩個組件125、175，但根據例如待通過系統100穿過的開采區域225、425的數量，可以將任何實際數量的組件結合到同一系統100 中。系統100的每個刺激組件125、175在井口或者采油篩管124、174上方配備漿釋放機構120、170。每個篩管124、174的直徑可在約4英寸至約8英寸的范圍，根據附屬開采區域225、425的尺寸，長度可達幾英尺或更多(見圖4)。另外，由于系統的裸眼性質，隔離
封隔器122、172設置在釋放機構120、170和篩管124、174之間。以此方式，井280的井下區域382可與井口區域381隔離，如圖3所示。這樣，給定的篩管174和開采區域225可與諸如水的易于從裸眼井280的相鄰地層290發出的污染物隔離，如下面進一步詳細描述的(見圖2)。不同于常規的刺激系統，圖I的系統100被構造用于如所述那樣定位在裸眼井280中。因此，設置隔離封隔器122、172以及大量固定封隔器110、111、112、113、114，這些封隔器具有充分的膨脹可變性以有效使用在裸眼井中。這些封隔器(122、172和110-114)可以是機械的、液壓的或者是例如可膨脹彈性體的可膨脹物質，并且直徑根據井的尺寸在約5英寸至約15英寸的范圍。繼續參照圖I和圖4，每個組件125、175可以與間隔管150分離。管150可以是標準的2-5英寸直徑的采油管，并且具有基于如上所述的相鄰開采區域225、425之間的距離合適設定的長度。例如，根據井280的結構，管150的長度可以在10英尺到幾百英尺的任何范圍。系統100還配備有另外的工具，例如固結工具115、下沖管鞋190和其他工具。在所示的實施方式中，諸如球落接頭的測壓執行器可結合在下沖管鞋190上方。另外，鞋190本身可設置成促進系統100的井下安裝，如圖4所示。例如，鞋190可用來循環系統100下面的諸如膨脹流體或者濾餅破碎流體的流體，作為將系統100定位井下的幫助。上面描述的工具可各自選擇性且單獨地致動。例如，滑動套筒可構建到固結工具115以及每個采油篩管124、174中。類似地，內部移動裝置可用來單獨地引導每個漿釋放機構120、170。因此，在應用意義上，系統100能夠針對多個井帶的每個單獨井帶進行控制。也就是說，不論執行例如充填或樹脂固結的刺激技術，還是從特定開采區域225、425采油(見圖4)，每個這種位置可以單獨控制，例如根據需要保持其他位置隔離和/或封堵。因此，在到井280中的單次井下部署期間，可以在不同井帶采用不同的刺激技術。例如，一個井帶可以被礫石充填，同時另一個井帶通過樹脂固結注入技術進行處理。現在參照圖2，顯示了從圖I的2-2取得的系統100的井下組件175的放大圖。在該圖中，在刺激應用過程中，組件175在裸眼井280內定位在開采區域225處。更特別地，組件175被顯示為針對采油篩管174和區域225應用礫石充填。組件175通過如上所述的固定封隔器113、114固定在井280的壁285處。另外，設置隔離封隔器172，其在區域225處隔離采油篩管174。例如，在所示的實施方式中，開采區域225可定位在與另一頁巖地層290相鄰的特定砂基地層295處。由于與區域225相鄰的封隔器114、172的存在，篩管174可在砂基地層295處基本隔離。也就是說，篩管174可基本切斷與頁巖層290的連通。這種隔離可用來減少篩管174與來自開采區域225外側的諸如水的污染物接觸的可能性。例如，常常在相鄰的頁巖層290發現水。然而，如指出的，由于區域225處采用的隔離方式，可基本克服保護套管在開采區域225外側的井壁285處的缺失。繼續參照圖2，另外參照圖3 (所述的隔離封隔器172的放大圖)，采油篩管174在井下區域382處基本隔離在固定封隔器114和隔離封隔器172之間。然而，漿釋放機構170位于隔離封隔器172上方的井口區域381處。例如圖3所示的分流管的保護機構300可利用內部移動工具選擇性地致動，從而允許井口區域381和井下區域382之間暫時連通。隔離封隔器172圍繞分流管向外延伸。這樣，礫石充填應用(或者其他刺激應用)可有效地進行，其中礫石漿200從漿釋放機構170的端口 270朝著篩管174驅動。分流管300容納
漿200流，允許其到達篩管174的位置。接下來如圖4描述地完成充填應用，可利用所述的內部移動工具封堵分流管300的閥。實際上，被移動工具控制的這種打開和關閉可以如下文進一步描述地從油田400的表面致動。例如分流管的保護機構300還幫助限制例如離開交叉端口 270的流體的刺激物質在到達篩管174周圍的區域之前與裸井眼壁不當接觸。保護機構300還限制作用在井的裸眼部分上的脫砂壓力的影響。保護機構300的例子包括經分流管封隔器布置的分流管、可膨脹封隔器中的分流管或者下文參照圖5更詳細地討論的護罩。如圖2所示，來自先前壓裂應用的支撐劑250可能存在于開采區域225的穿孔處。因此，可向穿孔設置結構支撐。然而，如圖所示，可采用礫石充填形式的進一步刺激來幫助豎直地和徑向地加強區域225。因此，例如上述的礫石漿200可被引導到篩管174和砂層295之間的位置。漿200可包括礫石275和惰性流體201的組合。如圖所示，礫石充填應用可用來將礫石275從漿200輸送到篩管174和地層之間的區域。同時，篩管174可機械地構造成允許惰性流體201具有穿過其的返回路徑。因此礫石275可被有效地濾出漿200并充填在所示區域中，由此幫助加強地層295并將篩管174固定就位。在圖2所示的實施方式中，固定封隔器113、114用在頁巖層113的界面和砂層295的下部處。然而，定位限定組件175的總體邊界的這些封隔器113、114可以是各種設計選擇的事。例如，這種定位可取決于結構構成、滲透性以及與開采區域相鄰的層的其他性質。在這方面，固定封隔器113、114在兩個這種層都基本是不滲透的實施方式可以都位于相鄰的層中，由此確保整個組件175的隔離。現在參照圖4，描繪了定位上述的裸眼井280的油田400的概圖。實際上，井280被描繪成容納圖I的刺激系統100。系統100包括用于在多個開采區域225、425執行多個刺激應用的多個刺激組件125、175。如圖所示，應用為礫石充填。然而，可通過系統100在區域225、425處采用其他類型的刺激應用。一些其他類型的刺激包括無篩管刺激技術，例如樹脂固結技術、樹脂涂覆礫石刺激技術、利用固結物質的壓裂技術以及各種技術的組合。各種刺激/處理技術或者不同技術的組合可在同一井下起下作業中采用。另外，根據總體應用參數以及用于各個區域225、425的那些參數，可以同時或者連續地執行刺激應用。此夕卜，注意到每個隔離的組件125、175設有其自己的釋放機構120、170，例如以允許每種刺激應用各自適當地位于各個位置。例如，可在單次井下起下作業過程中在一個位置執行礫石充填刺激應用，在另一個位置執行非礫石充填刺激應用。繼續參照圖4，系統100被顯示為通過諸如盤管的運輸工具410部署在井280中。盤管410通過常規的盤管卡車435和卷筒437定位在井場處。在所示的實施方式中，盤管410從卷筒437延伸到由活動鉆機445支撐的標準鵝頸注入器465。這樣，盤管可被強制前進經過壓力控制設備465，其通常被稱為“圣誕樹”。這種部署可通過卡車435處的經卷筒437處的輪軸聯接到盤管410的控制單元415控制。盤管的使用使得刺激技術更加有效，因為盤管在最初的鉆機從井眼移走后有助于單次起下作業刺激應用。這種方法減少了否則會需要的裝配時間并簡化了總體刺激程序。上述的控制單元415還可用來控制井下系統100根據特定采油策略經過特定地層(即490)以及適當地穿過其他井下地層495、497、290、295的定位。因此，在所示的實施方
式中，刺激組件125、175定位成采油篩管124、174鄰近特定地層497、295的開采區域425、225。因此，裸眼封隔器111-113可以例如如地面控制單元415控制的那樣設定。實際上，盡管裸眼井280的直徑具有固有可變性，但一旦設定，裸眼封隔器111-113允許系統100在描述的位置充分地保留和穩定。隔離封隔器122、172也可設置成如上面詳細描述地基本隔離篩管124、174。因此，即使在開采地層497、295是由相鄰的易污染層495、290包圍的相對薄的砂層的情況下，篩管124、174也受到保護。例如，會保持篩管124、174不暴露于來自相鄰頁巖層495、290的水。同樣，隔離封隔器122、172的設定也可由地面處的控制單元415控制。一旦定位并且如上所述適當地隔離，就可以進行刺激應用。例如，在所示的實施方式中，已經如上所述完成礫石充填應用。如圖4所示，礫石275在篩管124、174和所述的開采區域425、255之間提供支撐性界面。內部滑動套筒可由地面控制單元415控制以允許包括礫石275的漿如圖所示從礫石釋放機構120、170沉積。完成了礫石充填，系統100可準備用于油氣開采。因此，盡管系統100的間隔管150可以是常規的采油管，但希望的是通過推進聯接管或者另外的采油管以使系統100接合在井280中來替換盤管410。在一些實施方式中，系統100可以被推進到如一開始的聯接管所示的位置。在另一些實施方式中，井280的結構可以被套管到一定深度，裸眼刺激系統100從這里懸置。也即，系統100可被特別構造以解決存在的超出套管井限制的狹窄采收設定問題。現在參照圖5，示出了特別是與圖2和圖3的情況相比的刺激組件500的一種替代實施方式。在該實施方式中，與圖3所示的分流管不同，漿釋放機構170和采油篩管174的位置之間的連通通過護罩500形式的保護機構300來實現。如圖5所示，護罩500設置在相鄰的固定封隔器113、114之間，隔離封隔器572圍繞護罩500定位并從護罩500向外延伸，以能夠與裸眼井眼的周圍井眼壁接合。因此，代替分流管300，釋放機構170和篩管174之間的所述連通通過護罩500的前面實現。護罩500還保護周圍裸眼井眼壁不受例如礫石充填漿和其他流體的刺激物質的影響。例如，護罩500幫助限制例如離開交叉端口 270的流體的刺激物質在到達篩管174周圍的區域前與裸眼井眼壁不當接觸。護罩500還限制作用在井的裸眼部分上的脫砂壓力的影響。
在圖5所示的實施方式中，護罩500的實體部分550位于隔離封隔器572上方。實體部分550是實體圓筒構造并密封在漿釋放機構170的端口 270上方的位置。在所示的實施方式中，實體部分550向下延伸經過篩管174的上端。因此，防止了篩管174和封隔器572上方的裸眼井280部分之間的連通。如同之前的實施方式，這種連通可以避免篩管174暴露于來自開采區域225外的例如水的污染物的方式來防止。在一些實施方式中，護罩500的穿孔部分525存在于隔離封隔器572下方。因此，如下文描述的，可以允許流出護罩500底部或者流經穿孔527的流動。如同之前的實施方式，可以進行諸如礫石充填的刺激應用，將礫石漿200從漿釋放機構朝著采油篩管174引導。如所述的，漿200可在護罩500下方或者穿過其穿孔527沉積礫石275。如上面指出的，應用可繼續，直到 篩管174和護罩500以及地層295本身充分穩定。此外，護罩500的結構支撐可為開采區域225提供很大的徑向加強。因此，在地層295易于崩潰和/或礫石充填變得脫水或者以其他方式變得不完善的情況下，護罩500可防止地層塌陷在篩管174上。這樣，一旦如上所述通過移動工具啟動，就能保持經篩管174進行采油。應當注意，利用采用護罩500或者采用其他合適的保護機構300的組件，可以在井的選擇區域進行非礫石充填刺激應用和其他類型的刺激應用。圖6是概括在井中采用裸眼刺激系統的實施方式的流程圖。如615所示，系統可最初定位井下。這可以通過盤管來實現，但在一些應用中可以使用聯接管或者其他合適的裝置。一旦被適當地定位，可如630所示在給定的開采區域隔離篩管。此外，如645所示，這可包括在多個區域隔離多個篩管。一旦適當地隔離，可如660所示使刺激漿循環穿過隔離封隔器。如這里描述的，這可通過流經保護機構，例如流經分流管或流經護罩的區間來實現。在護罩的情況下，還可以實現另外支撐地層的好處。此外，如675和690所示，當利用系統進行多種刺激隔離時，根據操作參數可同時或者連續進行這些刺激隔離。上述的實施方式提供針對裸眼油氣井的刺激系統和技術。這些實施方式可特別好地適用在具有砂和頁巖的居間層的油田地層。這些實施方式允許繞過遍及井的整個井套管，這意味著在完成操作方面巨大的成本節省。此外，盡管該系統具有裸眼性質，但可在沒有采油管篩暴露于水或其他污染物的過度風險下實現這種成本節省。另外，該系統可構造用于多個管篩的多帶布置，每個管篩具有其自己專用的漿傳輸機構。因此，可在多個井下開采區域同時或順序地進行多種刺激。這里描述的實施方式所屬的領域和技術的普通技術人員將明白，在不有意圖地脫離這些實施方式的原理和范圍的情況下，可以對描述的結構和操作方法實踐各種替代和改變。例如，這里的實施方式詳細說明了礫石充填形式的刺激。但是，其他刺激應用可利用這里詳細描述的裸眼刺激系統的實施方式來執行。實際上，壓裂、固結應用可利用這里公開的實施方式。此外，前面的描述不應被解讀為僅涉及描述的和附圖中所示的精確結構，而是應當被解讀為與具有最全面和最公平范圍的權利要求一致并支持權利要求。
權利要求
1.一種用于刺激井的系統，包括 釋放機構，其包括至少一個端口，井刺激物質經過所述端口引導到裸眼井眼中； 篩管，其被定位成促進油氣流體的采收；以及 保護機構，其延伸經過所述至少一個端口和所述篩管之間的距離的至少一部分，所述保護機構將所述井刺激物質引導到圍繞所述篩管的區域，同時在所述井刺激物質從所述至少一個端口行進到圍繞所述篩管的所述區域時限制所述井刺激物質和周圍裸眼井眼壁之間的接觸。
2.如權利要求I所述的系統，其中，所述保護機構限制否則會作用在所述裸眼井眼壁上的脫砂壓力。
3.如權利要求I所述的系統，其中，所述保護機構包括護罩，所述護罩具有包圍所述至少一個端口并延伸到與所述篩管的第一端重疊的位置的實體部分。
4.如權利要求3所述的系統，其中，所述護罩還包括從所述實體部分沿著所述篩管的外部延伸的穿孔部分。
5.如權利要求3所述的系統，還包括圍繞所述護罩定位以與周圍裸眼井眼壁接合從而隔離所述裸眼井眼的兩個區域的封隔器。
6.如權利要求I所述的系統，其中，所述保護機構包括延伸經過封隔器的分流管。
7.如權利要求I所述的系統，還包括定位在所述裸眼井眼的另一區域中以刺激另一井區域的第二釋放機構、第二篩管以及第二保護機構。
8.如權利要求I所述的系統，其中，所述釋放機構是能夠對圍繞篩管的區域進行礫石充填的漿釋放機構。
9.如權利要求7所述的系統，其中，所述釋放機構和第二釋放機構用來在到裸眼井眼中的單次井下起下作業過程中向不同井區域施加不同類型的井刺激。
10.一種用于刺激井的方法，包括 將多個刺激組件向井下輸送到井眼的裸眼部分； 借助所述多個刺激組件通過在所述裸眼部分執行不同類型的井刺激應用來處理所述井的不同區域；以及 在所述多個刺激組件的每個刺激組件中使用保護機構來在井刺激應用期間保護裸眼部分的周圍井眼壁不與井刺激物質不希望的接觸。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述處理包括在井的一個區域執行礫石充填處 理，在井的另一區域執行非礫石充填處理。
12.如權利要求10所述的方法，其中，所述處理包括在井的一個區域執行樹脂固結處理，在井的另一區域執行非樹脂固結處理。
13.如權利要求10所述的方法，其中，所述輸送包括在單次井下起下作業中輸送多個刺激組件以處理井的不同區域。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述使用包括使用定位成從井刺激物質釋放機構延伸到開采流體采收篩管的護罩。
15.如權利要求10所述的方法，其中，所述使用包括使用護罩，所述護罩具有從刺激物質釋放機構向下延伸到開采流體采收篩管的實體部分和圍繞開采流體采收篩管定位的穿孔部分。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述使用還包括圍繞所述護罩定位封隔器以分離裸眼部分的區域。
17.如權利要求10所述的方法，其中，所述使用包括采用經過封隔器以在井刺激物質釋放機構和開采流體采收篩管之間延伸的分流管。
18.一種用于刺激井的系統，包括 通過運輸工具井下部署在裸眼井眼中的井刺激組件，所述井刺激組件包括刺激物質釋放機構、篩管和從所述刺激物質釋放機構延伸到篩管的護罩，所述護罩被定位成在刺激物質從刺激物質釋放機構行進到圍繞篩管的區域時限制刺激物質和裸眼井眼的井眼壁之間的接觸。
19.如權利要求18所述的系統，其中，所述護罩被定位成保護裸眼井眼壁的周圍井眼壁不受到脫砂壓力。
20.如權利要求18所述的系統，其中，所述護罩包括從刺激物質釋放機構的出口至少延伸到篩管的最靠近刺激物質釋放機構的一端的實體部分。
21.如權利要求20所述的系統，其中，所述護罩還包括圍繞篩管設置的穿孔部分。
22.如權利要求21所述的系統，其中，所述井刺激組件還包括定位在護罩外部和裸眼井眼的周圍井眼壁之間的封隔器。
23.如權利要求18所述的系統，其中，所述運輸工具是盤管。
全文摘要
提供一種用于裸眼井的刺激技術。該刺激技術利用包括被定位成隔離裸眼井的希望區域的一個或多個隔離裝置的系統。至少一個釋放機構用來提供刺激物質到裸眼井的希望井眼區域的受控釋放。另外，保護機構與每個釋放機構相互配合以防止刺激物質和裸眼井的周圍井眼壁之間的不希望接觸。在很多應用中，整個系統在井中的單次井下起下作業過程中部署和操作。
文檔編號E21B43/14GK102803647SQ201080026817
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月7日 優先權日2009年6月16日
發明者R·G·西曼卡斯, B·施塔姆, G·沃森, T·桑德斯 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司