[发明专利]自主式井下输送系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年12月17提交的美国临时申请No.61/424,285和2011年 10月28日提交的美国临时申请No.61/552,747的权益。

发明背景

这部分旨在介绍与本公开的示例性实施方式有关的技术的各方面。该讨论相信有助于提供框架，便于更好地理解本公开的具体方面。因此，应当理解这部分应当以这种角度阅读，而不必作为对现有技术的承认。

技术领域

本发明总体上涉及井筒操作的领域。更具体地，本发明涉及用来激活(启动， activate)井筒中的井下工具的自主式输送系统。

背景技术

在油井和气井的钻井中，井筒用在钻柱下端的向下推进的钻头形成。在钻井到预定的深度之后，钻柱和钻头被移除并且用套管串(string of casing)对井筒加衬。因此在套管串和周围的地层之间形成环形区域。

通常进行注水泥操作以便用水泥柱填充或“挤压”该环形区域。水泥和套管的结合增强井筒并且促进该套管后面的地层的层位封隔。

通常将若干个具有逐渐变小的外径的套管柱放置在井筒中。第一个管串可以称作导体管或表层套管。这种套管串用来隔离并保护较浅的、含有新鲜水的含水层不被任何其他井筒流体污染。因此，这些套管串几乎总是被整个地注水泥，回到地面。钻井以及然后对逐渐变小的套管串注水泥的过程重复若干次直到该井达到总深度。在一些情况下，最后的套管串是衬管(liner)，即，不回接至地面的套管串。最后的套管串——被称为生产套管——通常也注水泥到适当位置。

作为完井(completion)过程的一部分，生产套管在希望的水平(level)射孔。这意味着横向孔射穿该套管和围绕该套管的水泥柱。该射孔允许烃流体流进该井筒中。其后该地层通常被压裂(fracture)。

水力压裂包括以高压力和速率将粘性流体(通常剪切稀化的非牛顿凝胶或乳液)注入到地层中，以致于使储层(reservoir)岩石分裂并形成裂缝网络。压裂液通常与粒状支撑剂材料诸如砂子、陶瓷珠或其他粒状材料混合。在液压释放之后该支撑剂用来保持裂缝敞开。裂缝和所注入的支撑剂的组合增加该处理过的储层的流动能力。

为了进一步刺激(stimulate)该地层并且清理井下的井筒附近区域，操作者可以选择“酸处理”该地层。这是通过沿着井筒向下注入酸溶液并穿过该射孔来进行。当地层包括碳酸盐岩时利用酸处理溶液是特别有益的。在操作中，钻井公司将浓缩的甲酸或其他酸性组成注入井筒中，并且将流体引入选择的目的层段中。酸帮助溶解碳酸盐物质，因而打通孔隙通道，通过这种孔隙通道烃流体可以流进井筒中。此外，酸帮助溶解可能已经侵入地层中的钻井泥浆。

如上面描述的水力压裂和酸刺激的应用是石油工业作业的常规部分，如应用于各个烃生产地层(或“产油层”)。这种产油层可占地下地层总垂直垂直厚度高达大约60米(100英尺)。当存在将要水力压裂的多个或分层的地层，或非常厚的含烃地层(大约40米，或131英尺以上)时，于是需要更复杂的处理技术以实现整个目标地层的处理。在这方面，作业的公司必须隔离各个层段或部分，以确保每个分开的层段不仅被穿孔，而且被适当地压裂并处理。以这种方式，操作者确保压裂液和/或刺激剂被注入通过每组射孔并且进入每个目的层段，以在每个希望的深度处有效地增加流动能力。

用于预生产处理的各个层段的隔离要求层段分阶段处理。这又涉及利用所谓的导流方法。在石油行业的术语中，“导流(diversion)”是指使进入一组射孔的注入流体转向，使得该流体主要只进入一个选择的目的层段。在多个目的层段要被射孔的情况下，这需要实行多个转向阶段。

为了隔离选择的目的层段，可以在井筒内采用各种导流技术。已知的导流技术包括利用：

-机械装置诸如桥塞、封隔器、井下阀、滑动套筒、和挡板/塞组合；

-球形密封器；

-颗粒物诸如砂子、陶瓷材料、支撑剂、盐、蜡、树脂或其他化合物；

-化学系统诸如增稠的流体、胶凝流体、泡沫或其他化学配制的流体；和

-有限的进入方法。

用于临时阻挡流体流进或流出给定的一组射孔的这些和其他方法更充分地描述在2002年授权的名称为“Method and Apparatus for Stimulation of Multiple Formation Intervals(用于刺激多个地层层段的方法和设备)”的美国专利号6,394,184中。