[发明专利]从地层中产生流体的系统和方法

说明书

相关申请 

本发明要求2005年1月14日提交的第60/644385号美国专利申请的优先权。 

技术领域

本发明涉及用于从地层产生流体的设备和技术。更具体地讲，本发明涉及利用多口井以比如果从各个单口井开采流体更有效的方式来开采石油或者其它地层流体的改进的技术。 

背景技术

石油通常从单井中开采，所述单井包括用由抽油杆柱提供动力的井下泵来抽取的井。用于开采地下碳氢化合物的传统的技术的问题包括较小的且不均匀的透镜式可采区以及指向单个压裂级的相邻的砂透镜中储层质量变化很大的情况。因为指向多个透镜的压裂级会以具有最高损耗和最低压裂梯度的单个间隔传播，所以在一个区中的压力损耗会更高，并且压裂强化采油方法会变得效率低且很低。即使在指向单个压裂级的相邻的砂透镜中的储层质量和压力相似的情况下，由于对抽取速率和流体粘性的限制以避免过度的裂缝高度生长，所以当前方法在单个区中产生有限的压裂半长而使多个区强化采油不充分。由于岩性变化、易变的和极低的水盐度以及未知的流体侵入剖面而导致记录分析的岩石物理评价变化相当大。许多井遭遇平均厚度从5英尺到20英尺的薄产砂架(stinger)，在这种情况下，由于需要压裂强化采油，所以在所有区域完井是不实际的。许多薄区被认为太边缘而不能被射孔和强化采油。 

如果使用梁式泵提升系统，则井必须是基本上垂直的，使得具有困难的通路和定位问题的油田区不能被经济地开采。此外，当用梁式泵提升系统来生产时，没有有效的方法来检测每个区的油和水的产量。在生产过程 中，石蜡沉积是成问题的，并且需要降低开发和提升成本来有效地生产。地面限制不允许高密度的井开发的离岸或地面开发由于需要特制的梁式泵人工提升系统而不实用。使用联接管的压裂强化采油和捞油测试需要很多的完井次数。因为砂和页岩的岩石特性相似，所以在初始完井时压裂处理也会成为问题。 

已经采用各种技术来利用井之间的合作布置增加石油和其他地下流体的开采。在一些应用中，可以在一口井中注入水、天然气、氮气、二氧化碳、水蒸气或者其它流体，从而向与第一井隔开的生产井驱动石油。在次生水注入增强气动机构的情况下，在生产过程中普遍采用高容量手工提升系统。在这样的较小的、分区的储层中，溶解气驱是典型的主驱动机构。由于岩石特性的可变性和井之间未知的砂透镜连贯性，所以从一口井注入水并从用于压力保持和清洗的另一口井开采的二次开采一般效率低下。因为所有区被混合到一起并且只有总的水和水速率被测量，所以用于压力保持和石油清洗的指向特定区的偏移井中的水注入通常不允许操作者得知注入的水是否过早地穿透生产区。 

在其它的应用中，从地面钻出单井，从垂直井延伸出多口水平或侧向井，以从井中最大化地开采石油。然而，对于利用已有技术来开采地层流体的现有技术方法存在多种问题。通常孔被钻凿、记录并测量，以确定砂架，从而完井。也可以基于地质制图、截面以及岩石物理和流体分析来局部地选择开采区。通常，用水泥固定生产套管，以覆盖整个砂或页岩区，并且用套管枪对将要测试的所有区钻孔或压裂。使用具有合适的桥插销或塞组件的生产管来隔离用于捞油测试的特定区占用昂贵的钻机时间。水泥、水、或气区必须被挤压多次，井筒中的砂必须被清出，然后执行捞油测试，这也增加并消耗钻机时间。另外的钻机时间用于使用多压裂级压裂或强化采油单区或架组。如果水泥区显著降低其它井的产量，则通常挤压掉水泥区的过量的水。通常使用用于人工提升的大的梁式泵来将石油抽吸到地面，井通常通过包括捞油测试、挤压水泥的操作或者再次完井操作来工作。由于通常用梁式泵提升系统来混合并形成所有区，所以在生产模式下不能测试从特定区流入的产量也是问题。由于所生产的石油缓慢地移向地面并且随着在井中向上行进而冷却，所以沉积在生产井中的钻杆和管道 上的石蜡是重要的问题。因此，用现有技术和设备来开采地下地层流体导致高的操作成本。 

当使用当前的开采方法时共同地遭遇多个挑战，包括： 

·使用联接管的压裂强化采油和捞油测试需要很多的完井次数。 

·具有不同种类的岩石特性的透镜式开采区通常尺寸较小，因而开发这样的储层的公司需要在很小的井间隔上钻井。通常需要高的井密度来开采大量较小的砂透镜或储层分区，这成本会很高。从总量来看，多个堆叠的储层区在其位置可能含有大量的石油，但是当只在单个储层分区上完井以生产时，开发会是不经济的。地面限制不允许高密度井开发的离岸或地面开发由于需要特制的梁式泵人工提升系统而不实用。