专利名称：具有内部替补流动路径的井筛的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种井筛，在其一个方面涉及了一种破裂/砂石填塞一个井的井筛，井筛具有一个内部的替补流动路径，它形成在两个管对准的无孔扇区之间。
破裂/砂石填塞一个井的一个主要问题(特别是要完成长的或倾斜的区段时)在于在整个完井区段上适当地分布破裂流体/砂石浆(以下称为“砂石浆”)。也就是说，为了保证长的完井和/或倾斜区段的适当“破裂-填塞”，需要使砂石浆达到该区段内的所有高度上。通过整个区段(即沿井筛的整个长度)的砂石浆的不良分布通常会造成(a)岩层仅部分破裂，以及(b)砂石填塞物中具有明显的空穴。
当砂石浆的载运流体过早流失到岩层的较易渗透部分中和/或井筛本身中时，往往引起砂石浆的不良分布，由此在岩层适当破裂和所有砂石到位之前，使得在环绕井筛的井环隙中形成“砂桥”。这些砂桥有效地阻止了砂石浆进一步流动通过井环隙，由此妨碍把砂石送到完井区段内的所有高度上。
为了减轻这个问题，已经提出和目前应用了“替补路径”钻井工具(如井筛)，它提供了沿整个完井区段的良好砂石分布，即使在所有砂石到位之前形成砂桥时也是如此。这种工具通常包括了穿孔的分流或旁通管道，管道沿工具长度延伸，并且适于在砂石浆进入环绕工具的井环隙时容纳砂石浆。如果在操作完成之前形成砂桥，砂石浆仍能够通过穿孔分流管(即“替补路径”)送到环隙内砂桥之上和/或之下的不同高度上。有关典型替补路径井筛的完整描述和操作，可以参见美国专利号4,945,991，引入这里作为参考。
在许多先前技术的上述类型的替补路径井筛中，个别分流管装在井筛外表面之外；可以参见美国专利号4,945,991；5,082,052；5,113,935；5,417,284以及5,419,394。尽管这种构造已证明很成功，但外部安装的分流管具有一些缺点。例如，在外面把分流管安装在井筛上，增加了井筛的有效总外径。特别是当井筛在较小直径的钻井中运行时这可能是非常重要的，此时即使外径的几分之一英寸可能会使井筛不稳定，或者至少使井筛难以安装在井中。
在外部安装分流管的另一个缺点在于在装配和安装井筛时井筛面临着受损危险。如果在安装期间分流管卷曲或受损，则可能变得完全无法把砂石送到完井区段中的所有高度上，从而可能造成区段的不完全破裂/填塞。已经提出了几种技术，把分流管放在井筛内来保护这些分流管；可以参见美国专利号5,341,880；5,476,143和5,515,915。但是，这使得这些井筛即使不是更难做，也可能使构造更复杂，通常又造成明显的生产成本增高。
近来，在1999年4月1 3日提出申请的同在审理和授权的美国专利申请系列号09/290,605中，公布和申请了另一种替补路径的井筛，它简化了井筛的构造，具有一个内部替补流动路径。所公布的井筛包括两个同心管，即一个内部基管和一个外管。在两个同心管之间形成的环隙的一部分提供了替补流动路径，用于把砂石浆传送到完井区段内的不同高度上。
分隔件(即肋条)在管间环隙内沿纵向延伸，把环隙的替补流动路径区与环隙的穿孔生产区分开。用线之类缠绕外管的外表面，以防止砂流入环隙的生产区。许多开孔沿外管纵向间隔，提供了替补流动路径的出口，由此能够把砂石浆从替补流动路径送到完井区段内的不同高度上。
发明概述本发明提供了另一种井筛，它具有一个内部的替补流动路径，用于在破裂/砂石填塞或“破裂-填塞”操作时把破裂流体/砂石浆送到井环隙内的不同高度上。把砂石直接送到井环隙内的几个不同高度上，提供了砂石沿整个完井区段的更好分布，特别是当所有砂石到位之前在环隙中形成砂桥时。由于把替补流动路径设在井筛内，防护在井筛操作和安装时免受损伤和误用，并且不增加井筛的有效直径。
更确切地说，本发明的井筛包括一个较大直径的外管，它位于一个基管上面，由此在两个管之间形成一个环隙(例如，最好宽度小于约一英寸)。最好是，两管基本上同心，但在某些情形下，它们可以设成稍有偏心，其中环隙在一侧稍大于另一侧。每个管的周边具有一个对着中心角“α”的穿孔扇区(即具有开孔的扇区)，以及一个沿相关管的长度延伸的无孔扇区(即没有开孔的扇区)。当井筛已装配和基管位于外管之内时，相关的穿孔扇区沿径向对准，在两管间的环隙内形成一个穿孔的生产扇区，相关无孔扇区沿径向对准，在环隙内形成一个无孔的替补流动路径。
用线缠绕基管以容许流体通过开孔流入基管，而同时阻止固体通过开孔流入。通过环隙的上端设有一个入口，容许砂石浆流入管间环隙。砂石浆流入环隙的无孔替补流动路径扇区，但因为该扇区没有开孔，砂石浆不能直接排入井环隙。因此，砂石浆必须首先向下流入无孔扇区，然后沿周向流入环隙的穿孔扇区，从那里能够排入井环隙，用于破裂岩层和/或形成砂石填塞物。
当砂石浆直接流入穿孔扇区或从无孔扇区流入穿孔扇区时，载运流体从砂石浆到岩层和/或通过基管的开孔开始泄漏。由此使得穿孔扇区开始被砂石浆的砂填充。当发生这种情形时，在井环隙中将很可能已经形成一个“砂桥”，在没有替补流动路径时，它将阻止砂石浆进一步通过井环隙的流动，很可能造成一个不成功的完井。
当本发明井筛的穿孔扇区中砂填塞物开始堆积到环隙的无孔替补流动路径扇区时，砂石浆载运流体的高粘性(如不小于约20厘泊)大大阻滞了通过环隙内的堆积砂填塞物的进一步周向泄漏。砂石浆的连续泵压现在将迫使砂石浆向下通过环隙的无孔替补流动路径扇区到达环隙内还没有形成砂填塞物的不同高度上。由于环隙内砂填塞物沿周向的缓慢增长和由于在环隙的其余敞开扇区中较高的流体粘性，替补流动路径扇区保持敞开。
一旦完井区段已经破裂和/或被砂石填塞，以及井已经投入生产，现在生产流体能够流经新设置的砂石填塞物，通过井筛的生产穿孔扇区，并进入基管被生产到地面。由于能够通过本发明井筛的无孔替补流动路径直接把破裂流体/砂石浆送到完井区段内的不同高度上，砂石沿整个完井区段将更好分布，特别是当在所有砂石到位之前在井环隙中形成砂桥时。另外，因为替补流动路径在内部形成在两管之间，本发明井筛构造比较简单，制造比较省钱，在井筛操作和安装时流动路径被保护不受损伤和误用。
附图简述参照附图将更好地理解本发明的实际构造、操作和明显的优点，附图不需要按比例，图中相同的编号表示相同的部分，其中
图1是一个处于井内工作位置的本发明钻井工具视图，部分为剖视和被切除；图2是图1工具一部分的透视图，部分被切除；图3是沿图2中3-3线的剖视图。
实现本发明的最熟知模式更具体地参照附图，图1说明了处于工作位置的本发明钻井工具10，位于生产和/或喷射钻井11的下端。钻井11从地面(图中未示)延伸，并伸入或通过岩层12。如在现有技术中可理解到，图示钻井11被套以具有穿孔14的井套13。尽管钻井11被表示为一个基本上垂直的包套的井，应该认识到，本发明同样也可以用于“敞开洞孔”和/或扩孔不足的完井以及水平和/或倾斜钻井。钻井工具10(如砂石填塞井筛)可以是单个长度，或者可以包括几节(图中仅表示了上节的一部分)，用带螺纹和/或无螺纹接头之类连接在一起，如在现有技术中可理解到。
如图所示，砂石填塞井筛10的一个典型节15包括一个基管17，它位于较大直径的外管或罩18内。最好是，两个管的位置相互同心，但在某些情形中基管可以相对于外管稍有偏心。当已装配好来生产时，基管17将与一个延伸到地面(图中未示)的工作管组16的下端在流体上连通。基管17和外管18的相关直径的尺寸提供了它们之间的一个环隙19，其宽度最好是小的，如小于约1英寸，对大多数典型的完井，更好为约1/8英寸到约1/4英寸。
基管17具有一个穿孔扇区(即对着中心角“α”的基管17周边的扇区，参见图3)和一个无孔扇区(对着中心角“β”的基管17周边的余下扇区)，这两个扇区基本上沿着基管17的有效长度延伸。仅穿孔扇区具有开孔(即17a)，而无孔扇区完全没有开孔。尽管根据有关的特定完井，中心角“α”可以变化很大，但最好“α”小于基管17总周边的180°左右。也就是说，基管17被穿孔小于其周边的180°左右。但是，在采用较大直径管(如具有4英寸或更大外径的外管18)的某些完井中，“α”可能需要超过180°。
在大多数典型的完井中，“α”将基本上小于180°(如小于45°左右)，在某些完井中，基管17的穿孔扇区可以由单排开孔17a组成，它们沿着基管17的长度一个在另一个之上沿纵向隔开。另外，基管17周边的余下无孔扇区(对着角“β”，参见图3)沿着其长度为实心，没有穿孔或开孔。
外管18相似于基管17，也具有一个穿孔扇区(即对着中心角“α”的外管18周边的扇区，参见图3)和一个无孔扇区(对着中心角“β”的外管18周边的余下扇区)，这两个扇区基本上沿着外管18的有效长度延伸。另外，仅外管18的穿孔扇区具有开孔(即18a)，而无孔扇区没有任何开孔。开孔18a大到足以容许流体和颗粒(如砂)均可无约束地流过；因此，砂石浆能够容易地流过外管18中的开孔18a。
如在图3中最清楚看到，当基管17装配在外管18之内时，基管17的开孔17a将有效地沿径向对准外管18中的开孔18a，由此提供了一个“穿孔的生产扇区”，在完井操作期间，砂石浆可以通过它排入井环隙中，以及在井区段完成之后所生产的流体可以通过它流入井筛10，这将在以下作更充分讨论。同时，对着角“β”的外管18的余下无孔扇区与基管17的无孔扇区对准，提供了一个“无孔的替补流动路径”，砂石浆可以通过它送到完井区段内的不同高度上。
环隙19的上、下端有效地敞开，容许砂石容易地流入环隙。最好是，具有开口23的帽或板22(仅图示了顶板)之类同时固定到内、外管上，起到隔套的作用，由此保持各管处于其隔开的同心关系。在无孔扇区上通过顶板22的开口23为破裂流体/砂石浆进入环隙19的无孔扇区(即井筛的“替补流动路径”)提供了一个直接的入口。另外，基管17和外管18的上面部分可以在环隙19的穿孔扇区上端之上分别延伸一个长度17b，18b，其中两个管的整个周边均不穿孔；也就是说，在穿孔扇区之上的上端，环隙19不穿孔或无孔。即使在工具10的井筛区顶部附近的井环隙35中迅速形成一个砂桥，这仍容许砂石浆自由地流入环隙19。
在装配钻井工具10时，基管1 7和外管18分别穿孔，提供了对着上述中心角“α”的它们相关穿孔扇区上的开孔。另外，中心角“α”的大小与要完成的特定区段有关。例如，如果从一个特定区段预计有大的生产量，则与估计较小生产量情形相比，相关管的较大扇区(因而较大的角“α”)需要被穿孔。另外，为了在破裂/砂石填塞操作期间减轻这些开孔的磨损，可以把硬的插入件(图中未示)固定在适当的开孔中；参见1998年12月1日发布的美国专利号5,842,516，引入这里作为参考。
一旦在基管17的穿孔扇区中已经提供了开孔17a，环绕其外表面缠绕一条连续长度的缠绕线30。如在商用线缠绕井筛中，例如在得克萨斯州Houston的Baker Sand Control公司的BAKERWELD砂石填塞井筛中通常采用的那样，缠绕线30的每一圈与相邻圈稍微隔开，在相关线圈之间形成间隙或流体通道(图中未示)。这容许流体易于通过开孔17a从环隙19流入基管17，而同时有效地阻止固体(如砂)流过开孔。尽管已经把基管表示为一个被线缠绕的管，但应该理解到，可以采用容许流体流动而同时阻止固体流动的其他已知构件作为基管，如具有适当大小狭缝的有缝衬套，覆盖开孔17a的非线的筛材料，等等。
外管18位于基管17之上，由穿孔板22(仅图示了顶板)之类把两个管保持成相隔开的关系。至少对准一个入口23，从而提供一个入口进入环隙19的无孔扇区或“替补流动路径”扇区。将可以理解到，如果在一个特定的完井中采用一个以上的井筛10长度或节15，则从上面一节环隙的出口将与下面相邻一节的入口23在流体上连通，使得替补流动路径沿井筛10的整个长度为连续。
如在现有技术中可理解到，在操作中，井筛10在工作管组16上被装配和降低到钻井11中，直到井筛位于岩层12附近和设置了装填器28为止。把破裂/砂石浆(箭头33)沿工作管组16向下泵压并且从“转换管”34中的开口32压出。砂石浆33将通过入口23流入板22，直接进入环隙19的无孔替补流动路径扇区“β”。在某些情形下，可以通过管线37之类把整个砂石浆流导入环隙19的顶部(如入口23)。在其他完井中，也可以同时把砂石浆33导入环绕井筛10的井环隙35中，如通常在先前技术的这类完井中那样。
当砂石浆33(例如，具有如悬浮砂颗粒的载运流体)流入环隙19时，砂石浆不能从无孔的替补流动路径扇区直接排入井环隙35，因为外管18在该扇区中没有开孔。因此，为了使环隙19的无孔扇区有效地作为砂石浆的一个替补流动路径，当砂石浆在环隙19的无孔扇区中和当砂石浆沿周边从无孔扇区流入环隙19的穿孔扇区时，需要阻滞从砂石浆的载运流体的损失速率。这最好采用粘性载运流体(即在100秒分之一的剪切速率下具有不小于20厘泊粘性的流体)形成砂石浆来达到。当然，当需要阻滞从砂石浆的流体损失速率时，载运流体的粘性可以高得多(即几百或甚至几千厘泊)。
当砂石浆直接从转换管34或者沿周向从环隙19的替补流动路径流入环隙19的穿孔扇区时，砂石浆将从外管18中的开口18a流出，并且流入井环隙35，在那里砂石浆破裂岩层12，其中的砂支撑岩层和/或沉积在井环隙35中，形成环绕工具10的砂石填塞物。另外，当砂石浆流入环隙19的穿孔扇区时，载运流体开始泄漏到到岩层中或者通过基管17中的开孔17a。这使得环隙19的穿孔扇区开始充满来自砂石浆的砂。当发生这种情形时，在井环隙35中很可能已经形成一个“砂桥”。
当在穿孔扇区中的砂填塞物开始堆积到环隙19的无孔扇区时，砂石浆中载运流体的高粘性大大阻滞了通过环隙19中已堆积砂填塞物沿周向的进一步泄漏。现在，继续把砂石浆泵压到环隙19的无孔扇区中，迫使砂石浆向下到环隙19穿孔扇区内还未形成砂填塞物的地方，由此有效地在井环隙35内延长完井区段的长度。
由于环隙19内砂填塞物的缓慢周向增长，以及由于环隙19余下敞开扇区中较高的流体速度，环隙19的替补流动路径扇区保持敞开。因此由液压系统在环隙19内形成和保持一个替补流动路径，液压系统连续地使砂石浆转向环隙19内的下游，几乎相同于先前技术的这类替补路径井筛中由穿孔分流管机械地进行的情形。
应该注意到，在某些情形中，砂石浆载运流体可能沿着环隙的无孔替补流动路径扇区继续泄漏，替补流动路径扇区最终会封闭或成砂桥，由此阻止砂石浆通过它的进一步流动。因此，与采用分流管来形成砂石浆替补路径的井筛能够完成的区段相比，本发明很可能更多应用于完成较短的区段。但是，依靠以下方法可以延长本发明井筛能够完成的实际长度(a)提高用于砂石浆的载运流体的粘性；(b)降低砂石浆中砂的尺寸和渗透性；(c)增加砂石浆的泵压速率；(d)降低环隙19的宽度，等等。
此外，基管17的穿孔扇区构造也可能影响到本发明能够完成的区段长度。也就是说，如果能够限制通过基管17中开孔的载运流体的泄漏，则可以增加完井区段的长度。例如，线卷30最好如这里表示的那样直接缠绕在基管17上，而不是缠绕在先前技术中这类井筛通常采用的隔套上。这防止了环隙19无孔扇区中的载运流体在线圈之间和基管17周围的泄漏而流失到环隙的穿孔扇区中。
即使线30直接缠绕在基管17的表面上，由于采用密封剂(如环氧、沥青等)来填充在无孔扇区中线圈30之间的间隙(即流动通道)，由此阻止了线圈之间和基管周围载运流体的任何偶然流入环隙19的穿孔扇区，还可以进一步阻滞在环隙19无孔扇区中的砂石浆载运流体的泄漏。还有，可以限制基管17中的开孔17a或者有缝衬套(当这种衬套用作基管时)中的狭缝的尺寸和数目到一旦井完成和投入生产时处理预计流体生产量所需的最小值。
一旦已经完成井的区段，去除转换管34和工作管组16，并且用一组生产管(图中未示)来置换。从岩层12来的流体将流过井套13中的穿孔14、流过新放置的砂石填塞物(图中未示)、流过外管18中的开孔18a、在线圈30之间流过开孔17a和流入基管17，然后通过生产管道被生产到地面。可以认识到，此时管间环隙19也充满了砂，但这不成会一个问题，因为环隙19内的填塞物将容许井筛10的作用几乎相同于一个“预填塞”井筛的方式，其中环隙19中的砂将容许所生产流体容易地流过，而同时有助于阻止任何不希望的颗粒流入基管17。
权利要求
1.一个井筛包括一个基管，它具有(a)一个穿孔扇区，其周边对着中心角α和基本上沿着基管的长度延伸，上述基管的上述穿孔扇区具有开孔，以及(b)一个无孔扇区，其周边对着中心角β和基本上沿着上述基管的长度延伸，上述第二扇扇区为无孔和没有开孔；一个位于上述基管上面的较大直径的外管，由此在两管之间形成一个环隙，上述外管具有(a)一个穿孔扇区，其周边基本上对着上述中心角α和基本上沿着上述外管的长度延伸，上述外管的上述穿孔扇区具有开孔，以及(b)一个无孔扇区，其周边基本上对着上述中心角β和基本上沿着上述外管的长度延伸，上述外管的上述无孔扇区为无孔和没有开孔；当上述各管装配后，上述外管的上述穿孔扇区和上述无孔扇区分别与上述基管的上述穿孔扇区和上述无孔扇区沿径向对准，由此在上述环隙内提供了一个穿孔的生产扇区和一个无孔的替补流动路径扇区；一个装置，它容许流体流过上述基管的上述穿孔扇区中的开孔，而同时阻止固体流过上述开孔；一个入口，它位于上述环隙的上端，容许含固体的砂石浆流入上述环隙，其中上述砂石浆从上述无孔替补流动路径扇区沿周向流入上述环隙的上述穿孔生产扇区，并且沿着上述外管的上述穿孔扇区长度从上述开孔排出。
2.权利要求1的井筛，其中上述中心角α小于180°。
3.权利要求1的井筛，其中上述中心角α小于45°。
4.权利要求1的井筛，其中上述环隙的宽度小于约1英寸。
5.权利要求4的井筛，其中上述环隙的宽度在约1/8英寸和约1/4英寸之间。
6.权利要求1的井筛，其中上述各管被设置成相互同心。
7.权利要求1的井筛，其中容许流体流过上述基管中上述开孔的上述装置包括一条缠绕在上述基管周边上的连续长度的线，上述线的每一圈与相邻圈隔开，由此提供了线圈之间的流体通道。
8.权利要求7的井筛包括密封上述线圈之间的上述流体通道部分的装置，上述流体通道部分位于上述环隙的上述无孔替补流动路径扇区内。
9.权利要求1的井筛，其中上述砂石浆包括粘性不小于约20厘泊的液体；以及颗粒。
全文摘要
一个具有内部无孔替补流动路径的井筛,用于把破裂流体/砂石浆送到井环隙内的不同高度上。井筛包括一个位于基管(17)上面的外管(18),由此在两管之间形成一个环隙(19)。每个管的周边具有一个穿孔扇区和一个无孔扇区,两个扇区均沿着其相关长度延伸。当装配后,相关的穿孔扇区被对准而形成一个穿孔的生产扇区,相关的无孔扇区被对准而形成一个无孔的替补流动路径。用线(30)缠绕基管,以防止固体流过基管中的开孔。把砂石浆泵压到环隙中,在那里砂石浆从无孔替补流动路径沿周向(33)流动,通过环隙的穿孔扇区中的开孔排入井环隙。
文档编号E21B43/04GK1375036SQ00812949
公开日2002年10月16日 申请日期2000年8月17日 优先权日1999年8月19日
发明者劳埃德·G·琼斯, 雷蒙·J·蒂布莱斯, 加里·D·赫斯特 申请人:埃克森美孚石油公司, 施鲁姆伯格技术公司