具有可止回端口的高速注入筛组件的制作方法

具有可止回端口的高速注入筛组件的制作方法
【专利说明】具有可止回端口的高速注入筛组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年I月3日提交的美国临时申请61/923，419的优先权，该申请的全部内容通过参弓I合并入本文中。
【背景技术】
[0003]安装在生产井、注入井和储存井中的储层完井系统通常结合有穿过储层区段定位的筛，以防止超过一定尺寸的砂和其它固体颗粒进入该储层完井。常规的砂筛接合件通常通过将过滤介质绕穿孔基管包缠来组装，使得从井眼进入砂筛的流体必须首先穿过过滤介质。超过一定尺寸的固体颗粒不会穿过过滤介质从而将被防止进入储层完井中。
[0004]例如，图1中的储层完井系统10具有部署在井眼12中的完井管柱14上的完井筛接合件20。通常，这些筛接合件20用于穿入到疏松地层中的竖向的、水平的或倾斜的井目艮，可以在各个完井筛接合件20之间使用封隔器16或其它隔离元件以隔离地层的各个区域30A至30C。在生产期间，从井眼12产生的流体引导通过筛接合件20并沿着完井管柱14向上到达地表钻机18。筛接合件20挡住产出流体中的细肩和其它颗粒。以此方式，筛接合件20能够防止储层固体的产生、进而减轻对井和地表部件二者的侵蚀损坏，并且能够防止与存在于产出流体中的细肩和颗粒相关联的其它问题。
[0005]除了裸眼井，筛接合件20还可用于已下套管井中。另外，筛接合件20可被用于砾石充填操作，在该砾石充填操作中，砾石(例如，砂子)被置于井眼的围绕筛接合件20的环形空间中以支撑开放的井眼12的疏松地层。
[0006]过去已经设计出具有可选择套筒、流入控制装置、阀等的筛接合件。和其它筛接合件一样，这些类型的筛接合件用于对流入筛接合件中的产出流体进行过滤并且用于防止流体从筛接合件流出至井眼中。
[0007]与现有技术中的筛接合件相比，存在对于能够用于“压裂充填”操作并且能够承受高速注入而不发生回流的筛组件的需求。

【发明内容】

[0008]在本文中公开的筛组件可被用于“砾石充填”操作或“压裂充填”操作并且随后可承受高速注入。所公开的筛组件通过不允许流体从环形空间穿过到达筛组件的内部而能够承受充填操作的流。另外，对于井的寿命而言，所公开的筛组件能够被打开并便于高速注入。为实现这一点，所公开的筛组件不允许在充填操作期间泥浆流进入筛组件。然后，在充填完成之后，筛组件提供足够的无阻流动区域使得具有固体内含物的高速注入物能够被引入到环形空间中而不会侵蚀筛。
[0009]在本文中公开的一个实施方式中，一种用于对井眼中的流体流进行控制的设备。本文中也公开了用于对井眼中的流体流进行控制的方法。该设备包括基管、至少一个第一流出阀以及第一过滤器。基管具有内部并且限定至少一个第一孔口。该内部输送所述流体流，并且该至少一个第一孔口将该内部与井眼连通。
[0010]该至少一个第一流出阀布置在该至少一个第一孔口处。在操作期间，该至少一个第一流出阀允许流体流沿流出方向从该内部连通至井眼并且防止流体流沿流入方向从井眼连通至内部中。对于这一部分，第一过滤器邻近该至少一个第一流出阀布置在基管上。在操作期间，第一过滤器对在内部与井眼之间连通的流体流进行过滤。
[0011]该至少一个第一流出阀可包括能够相对于该至少一个第一孔口的一部分在接合状态与脱开状态之间移动的球，这可将或可不将插入件固定在该至少一个第一孔口中。第一过滤器在该至少一个孔口外部布置在基管上，于是可以将该球保持为邻近该至少一个第一孔口。
[0012]例如，该第一过滤器可包括在基管的外部上彼此相邻地堆叠的多个环。为便于组装，所述环可具有将所述环中的相邻的环彼此对准的对准特征。然而，为保持止回球，所述环中的至少一些环限定能够将所述至少一个第一流入阀的球捕获的凹穴。
[0013]总体上，在例砾石充填操作、压裂充填操作和生产操作期间，第一过滤器对沿流入方向从井眼连通至内部的流体流进行过滤并防止颗粒穿过第一过滤器。然而，在流体损失操作期间，第一过滤器能够用沿流出方向从该内部连通至井眼的加重流体的流体流中的颗粒进行桥堵(bridge off) ο替代性地，可邻近该至少一个第一孔口布置第二过滤器，以用沿流出方向从该内部连通至井眼的加重流体的流体流中的颗粒进行桥堵。此外，该至少一个第一流出阀能够用沿流出方向从该内部连通至井眼的加重流体的流体流中的颗粒进行桥堵。例如，可以围绕流出阀的由第一过滤器的凹穴捕获在第一孔口中的球来聚集颗粒。
[0014]在本文中公开的另一实施方式中，第一过滤器和基管在二者之间限定连通所述流体流的间隙，并且与该间隙流体连通的流动装置将该间隙与基管的内部连通。流动装置可具有流动抑制部，该流动抑制部抑制来自间隙的流体流进入基管的内部中。另外或者替代性地，流动装置可具有至少一个流入阀，该至少一个流入阀允许流体流沿流入方向从间隙连通至该内部并且防止流体流沿流出方向从该内部连通至间隙。
[0015]作为该设备的一部分，跨接组件在第一操作中能够操作成将流体流连通至井眼。该第一操作例如可以为压裂充填操作或砾石充填操作。在第一操作中，至少一个第一流出阀防止来自第一操作的流体流的回流物沿流入方向连通至该内部中，而该流动装置允许回流物沿流入方向进入该内部。
[0016]该设备可具有布置在基管上的至少一个第二孔口处、比如井眼的另一隔离的区域处的至少一个第二流出阀。该至少一个第二流出阀允许流体流沿流出方向从内部连通至井眼并且防止流体流沿流入方向从井眼连通至该内部。在这种情况下，跨接组件可通过使用封隔器、密封件等防止该内部中的来自流动装置的回流物与至少一个第二流出阀连通。替代性地，布置在基管上的套筒可用于选择性地防止该内部中的来自流动装置的回流物与该至少一个第二流出阀连通。
[0017]作为设备的一部分，注入组件在第二操作中能够操作为将流体流连通至基管的内部中。该第二操作可以是例如通常在井眼中进行的注入操作或处理操作。在这种情形下，该至少一个第一流出阀允许来自第二操作的流体流沿流出方向从该内部连通至井眼以实现期望的注入或处理。
[0018]前述概要并非意在概述每个潜在的实施方式或本公开的每个方面。
【附图说明】
[0019]图1示出了具有根据现有技术的部署在井眼中的筛接合件的完井系统。
[0020]图2A至图2B示出了根据本公开的、在压裂充填操作和注入操作期间的筛组件。
[0021]图2C至图2D示出了在操作期间位于另外区域处且与下部区域隔离的筛组件。
[0022]图3A以局部截面示出了所公开的筛组件的一部分。
[0023]图3B示出了所公开的筛组件的堆叠的环上的对准特征的细节。
[0024]图3C示出了布置在基管穿孔中并且由堆叠的环捕获的止回球的细节。
[0025]图4A以局部截面示出了另一筛组件的一部分；
[0026]图4B示出了所公开的筛组件的堆叠的环上的对准特征的细节。
[0027]图4C示出了布置在基管穿孔中并且由堆叠环和插入件捕获的止回球的细节。
[0028]图5A以局部截面示出了根据本公开的、具有布置在与流入控制装置相结合的基管上的筛的另一筛组件。
[0029]图5B以详细截面示出了能够与所公开的筛组件结合使用的另一流入控制装置。
[0030]图6A至图6C示出了在流体损失防止操作中在所公开的筛组件的一部分中进行桥堵的颗粒状物质的详细视图。
【具体实施方式】
[0031]如之前所提到的，存在对于一种能够用于“压裂充填”操作并且能够随后承受高速注入的筛组件的需求。压裂充填为一种将压裂地层和对环形空间进行砾石充填相结合的操作。本文中所公开的这种筛组件通过不允许流体从环形空间穿过到达筛组件内部而能够承受压裂充填操作的流。另外，对于井的寿命而言，所公开的筛组件能够被打开并便于高速注入。为实现这一点，所公开的筛组件不允许在压裂充填操作期间泥浆流进入筛组件。然后，在压裂充填完成后，筛组件提供了足够的无阻流动区域，使得具有固体内含物的高速注入物能够被引入到环形空间中而不侵蚀筛。
[0032]图2A至图2B示出了根据本公开的、在压裂充填操作和注入操作期间的筛组件100。筛组件100包括基管110，基管110上布置有防砂套、过滤器或筛120。基管110限定通孔或内部112并可具有位于端部处(未示出)的联接部、螺纹等以连接至另一组件或连接至生产管柱或工作管柱14的管。在通孔112内部，基管110在布置有套120之处限定穿孔、狭缝、端口或孔口 114。
[0033]对于这一部分，围绕基管110外侧布置的防砂套120覆盖穿孔114并与基管110的外部一起限定环形间隙或排放层125。套120可使用允许流体从其中流过但防止足够大尺寸的颗粒状材料从其中流过的任何适当类型的过滤介质，比如线材包缠的筛、烧结金属、穿孔的管等。例如，套120可以是线材包缠的筛，该线材包缠的筛具有沿着基管110纵向地布置的杆或肋(未示出)使线材围绕该杆或肋包缠的缠绕物(未示出)形成各种用于使流体通过并防止颗粒通过的狭缝。替代性地，套120可具有多个堆叠的环(未示出)，所述多个堆叠的环之间具有用于使流体通过但防止颗粒通过的间隙。可使用本领域已知的其它类型的过滤介质，因此，提到“套”或“筛”意在表达任何适当类型的过滤介质。
[0034]多个流出阀或注入阀130在基管的孔112与套管的环形间隙125之间连通(通常，注入阀130可以是单向阀、止回阀或球阀。特别是，下文讨论的阀130可使用截留止回球。尽管在本文中公开的阀130可使用这种止回球，但也可以使用其它类型的止回阀、提升阀、单向阀等)。注入阀130允许流体从基管的孔1 12流动至套管的间隙125使得这种流动能够从套120通出。然而，阀130防止流体流从间隙125进入基管的孔112。
[0035]为了开始压裂充填操作或砾石充填操作，可使用上封隔器16和下封隔器(未示出)以隔离井眼12的间隔。在图2A至图2B中示出了一个隔离区域30A的一部分。在组件100的井下，管柱14可具有任何其它适当的装置(未示出)，比如，常规的砾石充填筛、滑动套筒、完井部件等。
[0036]具有冲洗管64和跨接工具62的跨接组件60可邻近跨接端口 19定位，跨接组件60可布置在筛组件100中或布置在沿着隔离间隔的其它地方。包含砾石、支撑剂、颗粒或其它处理材料的流体泥浆经由跨接工具62和跨接端口 19从管道14中的井下泵送到隔离的井眼环形空间中。
[0037]流体泥浆离开跨接端口 19对隔离区域30A的周围地层进行处理。例如，流体泥浆可以以升高的、压裂压力泵送以在周围地层中形成裂缝17(图2B)。泵送的泥浆中的支撑剂随后可以将这些裂缝17支撑开。支撑剂也可以充填在围绕筛组件100的井眼环形空间的内部。
[0038]在此过程期间，不允许流体回流物穿过套120和注入阀130回到组件100中。以此方式，以压裂压力泵送的泥浆可积聚在环形空间中并且靠着周围地层积聚。
[0039]在该过程期间的某一时刻可能会需要最终允许流体回流物进入筛组件100。因此，筛组件100可具有一个或更多个回流端口 140，用于使流体回流物进入基管的孔112中。回流端口 140可以为开放的端口或可具有流入阀、可移动套筒、破裂片等。一旦被打开或启用，这种回流端口 140可允许位于套120与基管110之间的间隙125中的流体进入基管的孔112中，从而其能够行进到冲洗管的入口 65中并沿冲洗管64向上到达地表。回流端口140的打开可以选择性地操作为使得能够首先实现压裂处理然后一旦回流端口 140打开即可开始用流体回流物进行砾石充填。一旦跨接组件60被移除，回流端口 140甚至可以用于后续的生产操作，使得具有筛组件100的管柱14在随后操作期间可被用作生产筛。
[0040]在一些情况下，可能有必要将流体回流物从回流端口 140至冲洗管64的流动隔离，使得流体回流物不会打开位于该筛组件100上或位于沿着管柱14的任何其他筛组件
(100)上的注入阀130。因此，可以通过使用冲洗管64上的跨式封隔器(未示出)、使用基管110内部的套筒(未示出)、使用冲洗管64与基管110内部的孔112之间的密封件和座(未示出)或使用一些其他形式的隔离件将冲洗管的入口 65与筛组件的注入阀130隔离从而将流体回流物的流动隔离到冲洗管64中。与出于这些目的的隔离相关的进一步细节在下文中联系例如图2C来讨论。
[0041]如在图2B中所示，一旦完成了压裂充填操作并且形成了裂缝17，就可以移除跨接组件60，使得可以执行注入处理。具有工作管柱70的注入组件可以布置在筛组件100中以将处理流体注入基管的孔112中。替代性地，替代工作管柱70，注入组件可将处理物沿着基管110的孔112向下直接地泵送，并且可具有在基管110中延伸的用于注入处理流体的毛细管线，或可使用用于注入处理流体的一些其他的可接受的步骤和部件。处理物可包括要被应用至井眼的任何适当类型的处理物，包括酸、刺激剂、蒸汽、杀生物剂、化学物质等。
[0042]在泵送处理物时，注入阀130允许处理物从基管的孔112穿过、进入排放层125中、穿过套120离开、并且进入井眼12中以处理地层。处理物可穿过环形空间中的任何充填的砾石并且能够进入地层的被支撑的裂缝17中。在处理操作期间通常不允许回流。因此，可以例如通过使用工作管柱70上的跨式封隔器(未示出)、使用基管110内部的处于回流端口处的可动套筒(未示出)、使用工作管柱70与基管110内部的孔112之间的密封件和座(未示出)或使用一些其他形式的隔离件将回流端口 140(如果存在的话)封闭或密封。替代性地，取决于所执行的处理的类型和其它情况可以在不会对处理操作带来过多损害的情况下简单地保持回流端口 140开放。
[0043]在一些实现方式中，可沿着管柱14使用数个筛组件100以用于多个区域。在操作期间，压裂压力的流体连通能够在管柱14内部在相邻的组件100之间连通，这会使位于相邻组件100上的注入阀130打开并冲掉任何先前的砾石充填物。因此，在这些实现方式中，可能有必要在对一个区域30B进行压裂充填时隔离另一区域30A的这些筛组件100上的注入阀130。
[0044]如在图2C中所示，在已经对下部区域30A执行了先前的操作、比如图2A至图2B中的操作之后，上部区域30B的筛组件100B被压裂充填。这里，在该上部区域30B中，流体回流物被允许通过位于上部筛组件100B上的一个或更多个回流端口 140。如果允许在管柱14的内部连通至下部区域30A的筛组件100A，则管柱14中的流体压力会打开下组件的注入阀130并潜在性地损害下部区域30A中的任何砾石充填。因此，在管柱14内部在上部区域30B与下部区域30A之间提供隔离，使得在上组件100B中的流体回流物将不会抵达下组件100A的注入阀130。
[0045]可使用各种形式的隔离。如这里示出的，例如，冲洗管64可具有入口端口 65以接收来自上部区域30B中的上组件100B的回流端口 140等的流体回流物。然而，冲洗管64可具有跨式封隔器、可膨胀式封隔器或其他的隔离元件66以封隔位于下部区域30A中的下组件100A。以此方式，可以防止位于上部区域的组件100B内部的流体回流物影响下部区域30A。
[0046]代替使用图2C中示出的位于冲洗管62上的隔离元件66，可使用其他形式的隔离件。可在冲洗管62与位于上部区域30B处的组件100B或管柱14的内尺寸之间设置内密封件、外密封件和座(未示出)以防止来自上部区域的回流端口 140等的流体回流物到达下部区域的组件100A。替代性地，如在图2D中所示，下部区域的组件100A可具有可动套筒68，该可动套筒68能够在组件100A内部选择性地移位以打开或关闭通过穿孔114和注入阀130的流体连通。由此，随着套筒68如图2D中所示地封闭在下部区域的组件100A上，任何来自上组件100B的回流端口 140等的流体回流物将不能作用于下组件100A中的注入阀 130。
[0047]对筛组件100及其如何使用有了理解，现在将转至讨论所公开的筛组件100的套120及注入阀130的【具体实施方式】。
[0048]图3A以局部截面不出了根据一个实施方式的筛组件100的一部分。图3B和图3C示出了图3A中的组件100的各部分的单独视图。对于套120，本实施方式中的筛组件100使用了由抗蚀材料制成(或涂覆有抗蚀材料)的多个环122。所述环122堆叠在基管110的外部上从而布置成使得在所述环之间保持有足够用于在所述环122之间防砂(S卩，允许流体流穿过但防止某些颗粒穿过)的间隔或狭缝(S)。
[0049]可在基管110上在套120的一个端部或两个端部处布置有端环或其它部件，以将所述环122在基管110上固定就位。例如，在图3A中示出了布置在基管110上的一个这种端环128。替代性地，可将所述环122中的一个或更多个环固定(例如，焊接、钎焊等)至基管110以将套120保持就位。所述环122也可以围绕其内周限定脚部或突出部(未示出)以将所述环122保持在与基管110的外部间隔开的距离处从而形成用于排放层125的环形间隙。
[0050]如在图3B的细节中最佳示出的，所述环122可以具有对准特征124，比如位于所述环122的侧部上的齿部和止动部。当套120被制造好时，当多个环122沿着基管110的长度以限定的间隔(S)堆叠时，对准特征124将多个环122相对于彼此对准和间隔开。
[0051]如在图3C中最佳示出的，多个环122中的至少一些环122还具有围绕其内周限定的凹穴特征126。这些凹穴特征126与基管穿孔114的图案对准或定位在基管穿孔114的图案之上。当所述环122在制造期间堆叠在基管110上时，抗蚀止回球134布置在穿孔114的加宽的座116中，并且止回球134被所述环的凹穴特征126包围。
[0052]如之前讨论的，所捕获的止回球134在压裂充填过程或回流过程期间用作用于穿孔114的单向止回阀。因此，在注入操作期间允许离开基管110的流经由穿孔114、经过止回球134并离开堆叠的环122的筛。然而，在压裂充填或回流操作期间，止回球134坐置在穿孔114中并且防止流体流动通过堆叠的环122并经由穿孔114进入基管110中。
[0053]因此，取决于流动方向，止回球134可在由凹穴特征126和座116限定的空间中移动。排放层125的围绕套120内周的环形间隙允许流体沿着基管110的外侧流动。当止回球134在注入期间未坐置并且抵靠相邻环122的凹穴特征126移动时，流体能够沿着排放层125流动并且还能流动通过所述环122之间的狭缝(S)。
[0054]相比之下，当止回球134在压裂充填期间或回流期间被坐置并抵靠相邻的穿孔114的座116移动时，至少大部分的流体不能够穿过进入基管110中。流会被允许穿过多个环122之间的狭缝(S)，并且筛过的流体然后可沿着排放层125的环形间隙流动。如以上提到过的，筛过的流体的沿着环形层125的流可最终被允许经由回流端口、阀、套筒、破裂片或其他特征(140:图2A和图2B)进入基管110中。下面参照图5A和图5B公开用于这种回流的一些布置的另外的细节。
[0055]在图4A中示出了筛组件100的另一实施方式，图4A以局部横截面示出了筛组件100的一部分。此外，本实施方式中的组件的套120使用了由抗蚀材料制成(或涂覆有抗蚀材料)的多个 环122。所述环122堆叠在基管110的外部上从而布置成使得在所述环122之间保持有足够用于防砂的间隔或狭缝(S)。如在图4B的细节中最佳地示出的，所述环122可具有位于侧部上的对准特征124，比如齿部和止动部，当所述环122被沿着基管110的长度堆叠时，所述对准特征124将所述环122相对于彼此对准和间隔开。
[0056]如在图4C中最佳地示出的，所述环122还具有围绕其内周限定的凹穴特征126，所述凹穴特征126与基管穿孔114的图案对准。当所述环122在制造期间堆叠在基管110上时，在穿孔114中布置被所述环的凹穴特征126包围的抗蚀止回球134。
[0057]代替之前布置中的抵靠形成在穿孔114中的座接合，止回球134抵靠固定在穿孔114内部的插入件118接合。例如，插入件118可由抗蚀材料组成并且可以螺纹接合、点焊或以其他方式固定在基管110的穿孔114中。所捕获的球134可相对于插入件118移动为开放或关闭以在压裂充填操作或回流操作期间用作止回阀。因此，在注入操作期间，允许离开基管I1的流经由穿孔112和插入件118、经过止回球134并离开堆叠的环122的筛。然而，在压裂充填操作期间或回流操作期间，止回球134防止流体经由穿孔114和插入件118流入基管110中。
[0058]使用插入件118可具有多个优点。例如，可改变制造顺序。在这种情况下，代替当套120形成时将止回球134安装在穿孔114中，可在将套120定位在基管110的外侧之后将止回球134从基管的孔112内侧插入。然后，可安装插入件118以捕获止回球118。
[0059]在另一优点中，插入件118可构造为具有特定的孔口尺寸——如球134可具有的尺寸一一使得能够选择性地将具有统一尺寸的穿孔114的标准基管110构造为具有一种或更多种尺寸的插入件118和止回球134。另外，插入件118能够防止或减少会在注入期间发生的腐蚀，使得止回球134在穿孔114受到腐蚀的情况下不容易脱离其圈闭。
[0060]如在本文中所公开的，筛组件100自身可被用作注入筛。在其他布置中，组件100可以与允许筛过的流体流回到组件100中的回流端口、阀、套筒、破裂片或其它这种特征(140:图2A至图2B) —起使用。以类似的方式，在图5A中以局部截面示出的筛组件100为注入组件与生产组件的组合。图5A中示出的筛组件100使用了之前描述的筛套120和注入阀130的特征与流入控制装置150的组合，这可以允许筛过的流体以与之前讨论的回流端口(140)相类似的方式流回。
[0061]再次如图5A中所示，组件100包括由筛套120围绕的基管110，该筛套120可以由过滤介质、线材包缠的筛、堆叠的环等组成。另外，基管110具有带注入阀130的穿孔114。在筛套120的一个端部处可布置有端环121以封隔沿着套120与基管110之间的环形排放层125的流体流。筛套120的另一端部与流入控制装置150连接，使得沿着排放层125行进的流体流能够进入到流入控制装置150中。
[0062]流入控制装置150包括外壳或套筒152并且在内部具有一个或更多个管口或流动抑制部154，这在从环形间隙125至基管110中另外的端口或穿孔115的流体流中产生压降。流入控制装置150的目的在于控制流体流进入筛组件100—一特别是控制生产操作期间生产流体流进入筛组件100。
[0063]例如在生产期间，储层流体行进通过套120并进入套120与基管110之间的排放层125中。注入阀130防止流体流经由穿孔114直接进入基管110中。反而，产出的流体沿着排放层125行进到达流入控制装置150。流体流进入壳体152、在穿过基管110中的端口 115之前经过流动抑制部154 (例如，碳化钨管口 )。流动抑制部154在流体中产生压降，并且流动抑制部154的尺寸和/或数目可以构造为用于给定的实现方式。
[0064]有时在生产之前或生产期间，可能进行处理操作以处理围绕组件100的地层。例如，图5A的筛组件100可以用于与以上描述的压裂充填操作相类似的压裂充填操作。在这种情况下，压裂处理物可从跨接件等引入到围绕筛组件100的环形空间中。注入阀130防止回流物、生产流体等的流在不穿过流入控制装置150的情况下从筛套120穿过到达基管IlOo可以通过以之前讨论的方式隔离或覆盖基管110的内端口 115来防止流体经由流入控制装置150回流。替代性地，可允许流体经由流入控制装置150回流并且不会负面地影响处理。
[0065]和之前一样，图5A的筛组件100也可用于注入操作。在这种情况下，可以允许泵送或引入到基管I1中的注入流体穿过穿孔114和注入阀130。然而，还可以允许注入流体穿过端口 115和流入控制装置150到达筛套120。尽管这对于一些注入操作而言是有效的，但端口 115、流动抑制部154等的布置会限制所能够实现的注入速度。在任何情况下，位于筛套120下方的注入阀130允许用所公开的组件100实现增大的注入速度。
[0066]图5B示出了所公开的筛组件100的具有另一种类型的流入控制装置160的端部，该流入控制装置160可以以与之前讨论的回流端口(140)相类似的方式使用。该流入控制装置160包括布置在基管110上的壳体或套筒162。壳体162中布置有抑制部、管口或座164，并且止回球形式的流入阀166可以允许从筛套120、经由流入控制装置160并进入基管的端口 115中的流动。然而，止回球166防止从基管100经由流入控制装置160的逆流。与所公开的筛组件100的筛套120和注入阀(130) —起使用的这种类型的流入控制装置160可具有多种类似的优点和用途。
[0067]例如在生产期间，储层流体行进通过筛套120并进入套120与基管110之间的排放层125中。注入阀(130)防止流体流经由穿孔(114)直接进入基管110。反而，生产流体沿着排放层125行进到达流入控制装置160。流体流进入流入控制装置的壳体162、在穿过基管110中的端口 115之前穿过流动抑制部或座164并经过止回球166 (尽管本文中所公开的阀使用了止回球166和座164，但也可以使用其他类型的止回阀、支撑阀、单向阀等)。流动抑制部154在流体中产生压降，并且抑制部154的尺寸和/或数目可以构造成用于给定的实现方式。
[0068]有时在生产之前或生产期间，可执行处理操作以处理围绕组件100的地层。例如，图5B的筛组件100可用于与以上描述的压裂充填操作相类似的压裂充填操作。在这种情况下，压裂处理物可从跨接件等被引入到围绕筛组件100的环形空间中。注入阀(130)防止回流物、生产流体等的流在不穿过流入控制装置160的情况下从筛套120穿过到达基管IlOo可通过用布置在孔112内部的插塞或工具隔离或覆盖基管110的内端口 115来防止流体经由流入控制装置160回流。替代性地，可允许流体经由流入控制装置160回流并且不会负面地影响处理。
[0069]和之前一样，图5B的筛组件100也可用于注入操作。在这种情况下，可以允许泵送或引入到基管110中的注入流体穿过穿孔(114)和注入阀(130)。然而，因由止回球166形成的内部注入阀和流动抑制部164，不允许注入流体穿过端口 115和流入控制装置160到达筛套120。
[0070]如以上提到的，在本文中公开的组件100可单独用于注入操作或用于注入和生产操作。另外，所公开的组件100可用于压力控制和压井操作。例如，井的储层区段通常保持在作用为迫使储层流体进入储层完井中的正压力下。在完井、修井、中止以及不对井进行生产时的其它工作周期期间，必须控制储层压力以防止储层流体移动至储层完井中并到达地表。这通常通过用会抵消储层压力的加重流体充填该井来实现。所公开的、具有注入阀130的组件100将容易地使得这种加重流体能够流入环形空间中并抵消储层压力。
[0071]有时，由于流体损失到地层中会需要在储层完井中执行压井操作。在压井操作中，使用损失防止流体来防止流体流损失到周围地层中。例如，会产生流体重量与储层压力之间的平衡丧失的情形，并且流体以非受控的方式开始流入到储层中或者流出储层。在这些情形下，有必要通过称为“压井”的处理重新获得对流体平衡的控制。
[0072]压井通常通过将加重流体循环到井中来实现，这将相当高的足够的压力安置到井眼上以克服储层压力。也可能有必要防止该加重流体继续泄漏到储层区段中。这通过在加重流体中混入控失材料(LCM)来实现。该控失材料可以由设计为靠置在流体泄漏到储层区段中的区域上的特定尺寸的固体颗粒制成。随着流体泄漏经过该区域，固体颗粒桥堵在该区域处并且暂时地堵住该泄漏。
[0073]所公开的组件100可用于这些情形。特别地，加重流体中的颗粒状材料可在压井操作中与井下连通。如果流体正泄漏到邻近组件100的储层区段中，那么加重流体中的颗粒状材料能够行进到基管的穿孔114。如果组件100与图3A或图4A中的组件100 —样被专门地用于注入，则基管的穿孔114或插入件118可使过滤介质布置到面向孔112的开口处，颗粒状材料能够抵靠所述开口进行桥堵(bridge)(例如，图6A示出具有过滤器119的插入件118，加重流体中的颗粒状材料可以抵靠该过滤器119进行桥堵以防止在操作期间的流体损失)。一旦重新建立起井眼中的流体与储层压力之间的平衡，则来自井的流体能够以受控的方式生产至地表，这将抬升颗粒材料远离位于穿孔114或插入件118处的任何过滤介质(例如，过滤器119)并重新建立流动路径。
[0074]如果组件100被用于与图5A或图5B的组件100 —样地进行注入和生产，则加重流体中的颗粒状材料可以随后抵靠筛套120的内直径进行桥堵。另外(或替代性地)，颗粒状材料可以收集在止回球134处 (例如，图6B与图6C示出加重流体中的颗粒状材料抵靠筛套120和注入阀130进行桥堵以防止操作期间的流体损失。对于图6B中的布置，抵靠筛套120进行桥堵的颗粒材料的回流会需要经由组件100上的回流端口、流入控制装置(ICD)等(未示出)，这是由于阀130会封隔流体经由穿孔114流回)。
[0075]—旦重新建立起井眼中的流体与储层压力之间的平衡，来自井的流体可以以受控的方式被生产至地表，这将抬升颗粒状材料远离筛接合件120的内部、并离开流入控制装置150/160以重新建立流动路径。在任何情况下，用于这些双重目的的组件100的基管的穿孔114或插入件118可以使过滤介质布置在面向孔112的开口处，加重流体中的颗粒状材料能够抵靠该孔112进行桥堵。
[0076]在一些实施方式中，止回球134可由诸如抗蚀金属之类抗蚀材料组成。在这种情况下，止回球134使用期间可被期望永久地保持以阻挡流回。如果止回球134中的一个止回球134失效、腐蚀等，那么经由当前开放的穿孔114流回的回流流体将至少通过筛套120将颗粒筛掉。
[0077]作为永久性止回球100的替代，球134可从穿孔114被移除(例如，由最终溶解、腐蚀或裂开的材料组成)使得注入组件100在一段时期之后变成一种生产筛。在没有止回球134的情况下，组件100将允许流体流经由套120和穿孔114进入到基管110中。在另一替代方案中，球134可以是或可以不是永久类型的材料，但在图4A和图4C中使用的插入件118可以是可移除的(S卩，由最终分解、腐蚀或以其它方式从穿孔114移除的材料组成)，从而允许球134从穿孔114脱离并移除。
[0078]前述优选的描述和其它实施方式并非意在限制或抑制申请人构想的发明概念的范围或应用。对于本公开的益处可理解的是以上根据本公开的主题的任何实施方式或方面描述的特征可以单独地利用或者与在所公开的主题的任何其他实施方式或方面中的任何其他描述的特征相组合地利用。
[0079]以公开本文中所包括的发明性概念为交换，申请人期望通过所附权利要求赋予的所有专利权。因此，所附权利要求意在最大限度地包括落入以下权利要求或其等同物的范围内的所有的改型和变形。
【主权项】
1.一种用于对井眼中的流体流进行控制的设备，所述设备包括: 基管，所述基管具有内部并且限定至少一个第一孔口，所述内部输送所述流体流，所述至少一个第一孔口将所述内部与所述井眼连通； 第一过滤器，所述第一过滤器邻近所述至少一个第一孔口布置在所述基管上并且对在所述内部与所述井眼之间连通的所述流体流进行过滤；以及 至少一个第一流出阀，所述至少一个第一流出阀布置在所述至少一个第一孔口处，所述至少一个第一流出阀允许所述流体流沿流出方向从所述内部连通至所述井眼并且防止所述流体流沿流入方向从所述井眼连通至所述内部。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个第一流出阀包括能够相对于所述至少一个第一孔口的一部分在接合状态与脱开状态之间移动的球。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个第一流出阀包括固定在所述至少一个第一孔口中的插入件，所述球能够抵靠所述插入件接合。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一过滤器在所述至少一个第一孔口的外部布置在所述基管上并且将所述球保持为邻近所述至少一个第一孔口。
5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述球能够从所述至少一个第一孔口移除。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一过滤器包括多个环，所述多个环在所述基管的外部上彼此相邻地堆叠。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个环中的至少一些环限定布置在所述至少一个第一孔口的外部的至少一个凹穴，所述至少一些环的所述至少一个凹穴捕获布置在所述至少一个第一孔口处的所述至少一个第一流出阀的一部分。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一过滤器和所述基管限定位于所述第一过滤器与所述基管之间的连通所述流体流的间隙。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括流动装置，所述流动装置与所述间隙处于流体连通并且将所述间隙与所述基管的所述内部连通。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括跨接组件，所述跨接组件在第一操作中能够操作为将所述流体流连通至所述井眼，所述至少一个第一流出阀防止来自所述第一操作的所述流体流的回流物沿所述流入方向连通至所述内部中，所述流动装置允许所述回流物沿所述流入方向进入所述内部。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括至少一个第二流出阀，所述至少一个第二流出阀布置在所述基管上的至少一个第二孔口处，所述至少一个第二流出阀允许所述流体流沿所述流出方向从所述内部连通至所述井眼并且防止所述流体流沿所述流入方向从所述井眼连通至所述内部中，其中，所述跨接组件防止所述内部中的来自所述流动装置的所述回流物与所述至少一个第二流出阀连通。
12.根据权利要求10所述的设备，还包括至少一个第二流出阀，所述至少一个第二流出阀布置在所述基管上的至少一个第二孔口处，所述至少一个第二流出阀允许所述流体流沿所述流出方向从所述内部连通至所述井眼并且防止所述流体流沿所述流入方向从所述井眼连通至所述内部，其中，布置在所述基管上的套筒选择性地防止所述内部中的来自所述流动装置的所述回流物与所述至少一个第二流出阀连通。
13.根据权利要求9所述的设备，还包括注入组件，所述注入组件在第二操作中能够操作为将所述流体流连通至所述基管的所述内部中，所述至少一个第一流出阀允许来自所述第二操作的所述流体流沿所述流出方向从所述内部连通至所述井眼。
14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述流动装置包括流动抑制部，所述流动抑制部抑制所述流体流从所述间隙进入所述基管的所述内部。
15.根据权利要求9所述的设备，其中，所述流动装置包括至少一个流入阀，所述至少一个流入阀允许所述流体流沿所述流入方向从所述间隙连通至所述内部并且防止所述流体流沿所述流出方向从所述内部连通至所述间隙。
16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一过滤器对沿所述流入方向从所述井眼连通至所述内部的所述流体流进行过滤并且防止颗粒穿过所述第一过滤器。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一过滤器用沿所述流出方向从所述内部连通至所述井眼的所述流体流中的颗粒进行桥堵。
18.根据权利要求1所述的设备，还包括第二过滤器，所述第二过滤器布置为邻近所述至少一个第一孔口并且用沿所述流出方向从所述内部连通至所述井眼的所述流体流中的颗粒进行桥堵。
19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个第一流出阀用沿所述流出方向从所述内部连通至所述井眼的所述流体流中的颗粒进行桥堵。
20.一种用于对井眼中的流体流进行控制的方法，所述方法包括: 通过基管中的至少一个第一孔口将所述流体流连通在所述基管的内部与所述井眼之间； 通过位于所述至少一个第一孔口处的第一过滤器对在所述内部与所述井眼之间连通的所述流体流进行过滤； 通过位于所述至少一个第一孔口处的至少一个第一流出阀允许所述流体流沿流出方向从所述内部连通至所述井眼；以及 通过位于所述至少一个第一孔口处的所述至少一个第一流出阀防止所述流体流沿流入方向从所述井眼连通至所述内部。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，允许所述流体流沿所述流出方向连通包括使所述至少一个第一流出阀的球相对于所述至少一个第一孔口的一部分脱开。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，防止所述流体流沿所述流入方向连通包括使所述至少一个第一流出阀的所述球相对于所述至少一个第一孔口的所述一部分接合。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述至少一个第一流出阀的所述球相对于所述至少一个第一孔口的所述一部分脱开包括用位于所述至少一个第一孔口处的所述第一过滤器保持所述球。
24.根据权利要求20所述的方法，还包括允许所述流体流在所述第一过滤器与所述基管之间的间隙中连通。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括抑制所述流体流从所述间隙进入所述内部。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括通过至少一个流入阀允许所述流体流从所述间隙连通至所述内部并且通过所述至少一个流入阀防止所述流体流从所述内部连通至所述间隙。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，对在所述内部与所述井眼之间连通的所述流体流进行过滤包括用所述第一过滤器对从所述井眼连通至所述内部的所述流体流进行过滤并且防止颗粒穿过所述第一过滤器。
28.根据权利要求20所述的方法，还包括在流体损失操作中用从所述内部至所述井眼的所述流体流中的颗粒进行桥堵。
【专利摘要】一种可以用于“砾石充填”操作或“压裂充填”操作并且随后可以承受高速注入的筛组件。所公开的筛组件通过不允许流体从环形空间穿过到达筛组件内部而能够承受充填操作的流。另外，对于井的寿命而言，筛组件能够被打开并便于高速注入。为实现这一点，所公开的筛组件不允许在充填操作期间泥浆流进入筛组件。然后，在充填完成之后，筛组件提供足够的无阻流动区域使得具有固体内含物的高速注入物能够被引入到环形空间中而不侵蚀筛。
【IPC分类】E21B43-08, E21B34-02, E21B43-26, E21B43-04
【公开号】CN104763389
【申请号】CN201510002258
【发明人】克里斯托弗·A·哈尔
【申请人】韦特福特/兰姆有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年1月4日
【公告号】CA2876278A1, EP2891763A2, US20150192001