使用具有外部示踪剂涂层的生产管对发生故障的裸眼封隔器进行地表检测

摘要

将明显不同且经分析可区分开的水溶性和油溶性示踪剂组合物作为涂层施加到一段或多段生产管的外表面上，所述一段或多段生产管安装在水平井筒中并且在邻近一个或多个流入控制装置（ICD）的裸眼封隔器之间，由此接触相应示踪剂涂层中的一种或多种并且经过发生故障的裸眼封隔器密封件的水和/或油将溶解一种或多种示踪剂涂层，并且通过在地表处对产出的水和/或烃流体进行适当的测试可检测出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在地下烃生产井的没有安装套管的水平部段的完 井中使用的方法，具体地涉及一种技术，在该技术中，所谓的裸眼封 隔器用于在沿着一段水平管道或者生产管的储层岩石中形成隔室，所 述一段水平管道或生产管将产出的烃产品运送到地表。术语“裸眼” 指的是这样的事实，即，井套管没有如同其典型地安装在井筒的竖直 部分中那样地安装在水平部段中。

背景技术

预先完井的主要目的是对沿着井筒的水平部段的不同流入区域进 行流动控制。这种流动控制严重依赖于安装以形成隔离隔室的裸眼封 隔器的可靠性，所述隔室由生产管和作为井筒的周围储层岩石壁来限 定。安装裸眼封隔器的目的是隔离生产管的被穿孔以用于接收从介入 空间产出的油所流入的部段，“无孔”或未穿孔的生产管的其余部分经 过所述介入空间。如在此所使用的，术语无孔的生产管是指没有被穿 孔并且没有构成流入控制装置（ICD）的生产管，所述流入控制装置 用于允许烃流体进入生产管中以产出到地表。

即使在碳酸盐地层中，井筒中的岩石表面也可能是不规则的。这 种不规则性可干扰使用裸眼封隔器形成可靠的液密密封的能力。目前， 尚没有一种在地表处确认裸眼封隔器按照预期完全封闭隔室以及确认 预先完井的目标已经实现的方法。需要一种直接衡量在预先完井中形 成隔室的裸眼封隔器的可靠性的方法。从井管理的角度来看并且由于 安装裸眼封隔器的成本很高，这种确定尤为重要。

在本领域中已知了与完井结合使用的多种类型的示踪剂和示踪剂 组合物。下面所公开的若干项专利利用示踪剂来确定从储层产出的流 体的来源以及识别一种或多种流体进入钻孔所沿的具体位置或区段。

一种解决识别产出水的来源的大致区域的问题的有限解决方案是 利用水溶性磷光组合物涂敷水平生产管的趾部段中的至少一部分管道 的内部。进入那个隔室的水将溶解示踪剂。如果在地表处对随同油产 出的水进行的测试表明存在示踪剂化合物，则将知道至少趾部隔室正 在产出水。在邻近流入控制装置的封隔器发生故障的情况下，含示踪 剂的水将渗入生产隔室并且在地表处随同油被产出。因此，就水侵入 的一个或多个实际位置而言，地表测试仍没有确切结论。

已知了在完井中使用施加到生产管的相邻部段的一种或多种示踪 剂组合物。在美国专利5,892,147中描述了一种方法，所述方法通过定 位在套管中的封隔器将经过套管的生产管分成多个区段并且借助于与 射孔枪协作而引爆的射孔弹来部署易于区分开的示踪剂组合物。利用 随同产出的油和/或气而检测出的示踪剂组合物的量和类型来估计通 过各个隔离区段中的穿孔的流量。

在美国专利6,645,769中公开了一种用于监控来自储层中和/或注 入井中的不同生产区段/部段的烃和水的产量的方法。所述方法据说对 于区分来自各个区段/部段的地层水和/或注入水的产量有用，并且尤 其在用于水突破的“区域报警系统”中使用。所谓的“智能示踪剂” 用于将从每个区段/部段产出的注入水和地层水区分开。特定的一种或 多种示踪剂可固定或放置在例如套管上。如果当水或盐水流过示踪剂 组合物并且在下游处检测到释放出的成分时地层或位于地层中的堵塞 器释放可检测的示踪剂，则可检测到水突破的发生。本专利的主要焦 点在于公开了范围广泛的化学、生物、放射性和其它类型的示踪剂组 合物和化合物，以及它们的相应检测方法。对下述方法没有具体教导， 在所述方法中，示踪剂可用来指示用于形成或维持邻近生产管的生产 端部的液密隔室的裸眼封隔器发生故障。

在美国专利3,848,124中描述了一种确定存在不期望的通道的方 法，所述通道已经纵向地形成于钻孔壁与套管的内侧周壁之间。不期 望的通道的一个示例可以归因于先前注水泥作业中存在的缺陷。放射 性同位素被邻近套管放置在钻孔内间隔开的位置处并且在生产层的相 对侧上。所述方法似乎局限于一种钻孔，在所述钻孔中，通过填充环 形空间已经将套管用水泥固定到位。该检测方法看起来因对完井进行 测井而局限于伽马射线测量。

在美国专利4,008,763和美国专利5,392,850中描述了使用含明显 不同的示踪剂的砾石填料。在‘763专利中，使用一种或多种砾石填 料旨在防止固体渗入到生产流中并且可在地表处分析示踪剂的存在 性，以确定哪种砾石填料正在泄漏且需要返工。‘850专利包括添加辅 助物，根据在地表处分析的示踪剂样本可启动该辅助物以将减渗材料 释放到砾石填料中，从而恢复其初始功能。

应当理解的是，裸眼封隔器所承受的压力和温度相当大，并且应 当理解的是，如先前所指出的，即使在井筒钻透碳酸盐地层时，井筒 的周围储层岩石壁也可能是不规则的。

因此，本发明的目的是提供一种可靠并且价格低的方法和设备， 用于在地表处确定是否因用于形成一个或多个隔室的一个或多个裸眼 封隔器发生故障而使得产出的水随同烃流体从一个或多个相邻隔室进 入在完井端部处或者其它位于中间的流入控制装置位置处的流入控制 装置。

发明内容

通过本发明的方法和组件实现该目的和其它优点，本发明的方法 和组件包括将水溶性示踪剂组合物和油溶性示踪剂组合物作为涂层 施加到无孔的生产管的定位在一个或多个裸眼封隔器之间的一部段 的外表面的至少一部分上，所述一个或多个裸眼封隔器限定了不流动 隔室，所述不流动隔室靠近水平部段中的一个或多个流入控制装置。 如果在地表处检测出在产出的水油混合物中有水溶性示踪剂，则可推 断出裸眼封隔器将水泄漏到邻近的产油部段中。如果在地表处检测到 油溶性示踪剂，则可推断出邻近流入控制装置的裸眼封隔器已经发生 故障并且油已经接触涂层。

在一个实施例中，在完井时或者在钻孔的趾端处利用本发明的方 法和设备，以将从含烃储层伴同产出的水与来自先前已渗透的含水层 的水区分开。在伴同生产的情况中，在地表处分离出的水将没有任何 水溶性的示踪剂组合物。

如在描述本发明时所使用的，术语“不流动隔室”是指水平井筒 的由间隔开的裸眼封隔器所限定的部段，所述部段没有容纳流入控制 装置。术语“流动隔室”是指容纳流入控制装置并且包含生产管趾端 的部段。

本发明的实践并不局限于任何具体类型的示踪剂组合物或载体。 基本要求是包含示踪剂的组合物可被施加到一段生产管或一部分生产 管上，所述一段生产管或一部分生产管穿过井筒抵达其在水平钻孔的 完井端（completion end）的最终位置，与此同时保持其作为外部涂层 的完整性。术语“标记生产管”在此用于限定已经涂敷有水溶性和/ 或油溶性示踪剂化合物或组合物的一段生产管或一部分生产管。

因此，本发明针对使用包含水溶性示踪剂化合物的表面涂层并且 优选包含水溶性示踪剂化合物和油溶性示踪剂化合物两者，在将一段 管道或生产管定位在井筒中之前，所述水溶性示踪剂化合物和油溶性 示踪剂化合物被施加到所述一段管道或生产管（即，标记生产管）的 外表面。水溶性示踪剂化合物可溶解于产出的地层清水或盐水中和/ 或可溶解在被泵送到地层中以提高采收率的水中。类似地，油溶性示 踪剂化合物可溶解于烃流体。在完井中，在多个隔室要被监控的情况 中，不同的且可区分开的示踪剂化合物将被施加到标记生产管的每个 分隔开的部段中。

示踪剂的目的是识别裸眼封隔器的效力不足，所述裸眼封隔器用 于分隔邻近水平井筒中的一个或多个流入控制装置（ICD）的生产管 柱的各个部分。在地表处检测出产出的烃流体中有一种或多种示踪剂 化合物的情况下，其提供一种指示，该指示指明包含示踪剂涂层的那 些部分没有被完全隔离或分隔开并且水正被传递到流入控制装置。

本发明宽泛地包含一种方法，所述方法用于确定在生产管延伸到 地表的情况下在设置防水隔离物以隔离烃流入控制装置时一个或多个 分隔密封件的效力，该烃流入控制装置形成生产管的位于储层岩石的 地下裸眼井部段中的一部段的末端，所述方法包括以下步骤：

a.将第一段标记生产管固定到流入控制装置，标记生产管的外表 面涂敷有含水溶性和油溶性示踪剂组合物，每种所述示踪剂组合物均 具有一组已知的可区分开的特性；

b.围绕所述第一段标记生产管的外表面固定裸眼封隔器，所述裸 眼封隔器从所述外表面径向向外延伸，以接触周围的储层壁，从而产 生第一隔室和第二隔室，所述第一隔室容纳流入控制装置，所述第二 隔室由生产封隔器所限定，所述生产封隔器包括涂敷有示踪剂组合物 的所述第一段标记生产管的至少一部分；

c.将烃流体流从储层岩石通过流入装置和生产管抽取出，并且在 地表处产出烃流体流；

d.在地表测试烃流，用于测试所述示踪剂组合物的存在性，以确 定由裸眼封隔器分隔所述裸眼井部段的分隔效力。

在一个优选的实施例中，本发明的方法包括其它步骤：在第一封 隔器下游围绕生产管的外表面固定第二裸眼管封隔器，从而产生第三 隔室，该第三隔室包括与第一段标记生产管流体连通的第二段生产管； 将由一对不同的水溶性示踪剂组合物和油溶性示踪剂组合物组成的标 记涂层施加到第二段生产管的外表面的位于第三隔室内的至少一部分 上。

在另一优选的实施例中，将一个或多个另外的裸眼封隔器以间隔 开的关系安装，以限定出多个不流动隔室和流动隔室，生产管的外表 面的在不流动隔室中的至少一部分上涂敷有水溶性示踪剂组合物和油 溶性示踪剂组合物，它们中的每一种均可通过适当的测试与在完井中 使用的另一种示踪剂组合物的油区分开，由此对在地表处取样的产出 流体的分析识别出任何一种示踪剂组合物的存在性并且识别出分隔每 个这样的不流动隔室的分隔效力。

本发明的设备包含布置在储层岩石中的烃流体生产井内的组件， 所述组件用于在井的地表处确定放置在水平裸眼井部段中的一个或多 个分隔密封件对井部分的分隔效力，其中，裸眼井部段由大体圆筒形 的壁所限定，所述壁具有至少大致水平轴线，并且所述组件包括以下 装置：

第一流入控制装置，所述第一流入控制装置布置在裸眼井水平部 段中，用于接收烃流体的流入；

第一段生产管，所述第一段生产管联接到第一流入控制装置，其 中，第一段生产管的外表面的至少一部分涂敷有含水溶性示踪剂的组 合物；

开口管封隔器，所述开口管封隔器布置成围绕所述第一段生产管 的外表面并且径向向外延伸以接触储层壁，并且从而产生容纳流入控 制装置的第一隔室和容纳涂敷有示踪剂的生产管的至少一部分的第二 下游区域；

另外的多段生产管，所述另外的多段生产管联接到第一段生产管 并且延伸到地表；和

测试装置，所述测试装置在地表处可操作地与生产管相联，用于 确定任何示踪剂组合物在产出的烃流体中的存在性，由此可确定裸眼 封隔器分隔所述裸眼井部段的分隔效力。

在一个优选的实施例中，该设备包括：无孔的第二段生产管，所 述无孔的第二段生产管布置在裸眼井部段中并且联接到流入控制装置 的相对端部；和第二裸眼封隔器，所述第二裸眼封隔器布置成围绕第 二段生产管的外表面，其中第二段生产管的至少一部分涂敷有与第一 段生产管上的示踪剂均不同的含水溶性和油溶性示踪剂组合物。在这 个实施例中，限定了两个不流动隔室。

在另一个优选的实施例中，本发明的组件包括：至少第二流入控 制装置，所述第二流入控制装置布置在裸眼井部段中，所述裸眼井部 段联接到第一段生产管的与第一流入控制装置相对的端部；和第二裸 眼封隔器，所述第二裸眼封隔器布置成围绕所述外表面，用于产生容 纳第二流入控制装置的第二隔室，使得含示踪剂的组合物定位成邻近 第二流动隔室。

地表处的测试设备包括用于周期性或连续地取样或接触产出的烃 流体以用于确定一种或多种示踪剂化合物的存在性的装置。取样装置 可以是手动的和/或自动的，并且所述取样装置可包括插入到流动流体 中的探针。这种测试装置可商购获得并且不形成要求保护的本发明的 一部分。

如上文所指出的那样，示踪剂涂层组合物在本领域中是众所周知 的并且可商购获得。

附图说明

将参照以下描述和附图来进一步描述本发明，在所述附图中，相 同或相似的元件用相同的附图标记表示，并且附图中：

图1是利用多个裸眼封隔器的现有技术的典型水平井筒完井的示 意图；

图2是与图1类似的根据本发明的完井的一部分的示意图，所述 部分包括多个隔室和涂敷有不同的水溶性和油溶性示踪剂的生产管 段；

图3是根据本发明的带有多个流入控制装置和中间隔室的水平井 筒完井的示意图，示出了水溶性和油溶性外部示踪剂涂层的施加；和

图4是在图3中所示出的完井的一部分的放大图。

具体实施方式

参照图1，图解了根据现有技术的完井，所述完井包括竖直井筒 部段10，竖直井筒部段10从地表9延伸并且容纳生产管12和套管14 以及生产封隔器16，生产封隔器16密封位于套管与生产管之间的环 形空间。本领域中的一名普通技术人员应当理解的是，竖直井筒部段 10的长度可以是数千英尺。裸眼井筒的水平部段20也具有不确定的 长度并且由弯曲的过渡跟部部分22和完井端部或趾部24所限定。应 注意的是，套管14终止于区域15处，所述区域15限定了井的裸眼部 分的开始部分。在图1的图解中，生产管的水平部段被确定为元件40 并且在裸眼钻孔的趾部24中安装有单个流入控制装置48。

还如图1中所示，取样点80位于地表处，所述取样点80包括控 制阀82和合适的取样、测试、记录和报警设备84。示出了使用整体 用50表示的五个裸眼封隔器，根据现有技术中已知的方法和程序将所 述五个裸眼封隔器固定到水平生产管40上。如上所指出的那样，术语 “裸眼”指的是这样的事实，即，井套管14终止于位置15处，并且 井套管14没有如在井筒的竖直部分中那样安装在水平部段中。为了隔 离封隔器之间的隔室，必须形成与岩石表面的液密密封。生产管的容 纳流入控制装置的部段指的是流动隔室，而容纳无孔或未穿孔的生产 管的部段则为不流动隔室。

如将从图1的图解中理解的那样，裸眼封隔器中的任一个发生故 障都将导致存在于不流动隔室中的任何储层流体流入与发生故障的裸 眼封隔器邻近的隔室中。在图1所图解的现有技术的系统中，检测在 地表取样点80处取样的储层水和烃可以是一种指示，该指示表明水正 随同烃被直接从储层抽吸到流入控制装置中，或者该指示表明水正从 旨在作为不流动隔室的隔室泄漏到流动隔室中。如在现有技术的讨论 中所指出的那样，已知将水溶性示踪剂放置在位于趾端中的生产管上， 但即便如此，在第一裸眼封隔器50A已经发生故障并且水正从由封隔 器50A和50B所限定的不流动隔室流入的情况下，方法也是不确定的。

在通过在地表处测试产出的烃和水发现一种或多种示踪剂的情况 下，遵循相同的程序来确定在图2的预先完井（advance well completion）中的一个或多个隔室中的密封效力。

现在参照图2，说明性地示出了一对裸眼封隔器50，所述一对裸 眼封隔器50侧接一小段无孔的生产管或管道42，其在一个端部处附 接至流入控制装置48，所述流入控制装置48通常是一段穿孔的用于 准许烃流体进入的生产管。生产管部段42的下游端部联接到生产管 12的其余部分，所述其余部分延伸至位置9处的地表。在实际实践中， 一段无孔管道可以有数百英尺长，并且将由通过多个联接件（未示出） 联接起来的很多较短的部段组装而成。

本发明的方法可用来可靠地确定封隔器是否发挥其预期功能以将 流入控制装置与侧部空间隔离开，无孔管道的多个部段经过所述侧部 空间。例如，如果图2中的封隔器50A提供了不完全密封，则存在于 形成在封隔器50A和50B之间的不流动环形空间“C”中的水将渗入 生产区段24并且随同流入的油被产出到地表。

然而，根据本发明，部段42上的水溶性涂层60C进入到区段24 中并且进入流入控制装置48中，并且最终在地表的取样点80处被检 测到。因为对于水而言，由于其它本地条件，水从储层岩石与油伴同 地产出是常见的，因此可将在地表产出的不包含示踪剂化合物的水确 定为伴同产出的水。对于储层生产管理者而言重要的是知道在地表取 样点80处的产出流体测试中所观察的水是否随同来自邻近储层岩石 的油或来自邻近的不流动隔室的油进入生产区段24中。如果水正从邻 近隔室泄漏，则可采取步骤来调整这种状况并且减小水的流动。

在方法和系统的另一实施例中，具有明显不同特性的多种水溶性 和油溶性示踪剂组合物，例如，60A、60B等可被施加到生产管42的 不同分隔部段，并且它们相应的位置被保存在钻井记录中。以此种方 式，明显不同的示踪剂化合物中的一种或多种的存在性可与一个或多 个对应的隔室有关联。如果产出的水包含施加到远离流入控制装置48 的隔室中的生产管或管道的外表面的示踪剂，则可推断出中间的裸眼 封隔器中的一个或多个已经发生故障。

为了简便起见并且出于说明的目的，在附图中用一致的点 （stippling）显示出水溶性和油溶性涂层。应当理解的是，涂层组合 物可施加成分离带或部段并且根据要求按照它们的相应特性而固化。

所述方法的这个方面还可包括将含示踪剂的涂层施加到位于多个 裸眼封隔器中的任意一个之间的生产管部段的外部，以便随同油从储 层产出的任何水或油将溶解并且携带其自己的明显不同的示踪剂组合 物。

现在参照图3，示意性图解了本发明的另一个优选的实施例，在 所述优选的实施例中，另外的流入控制装置48在一系列间隔开的烃生 产区段中沿着水平生产管柱40定位。这些流入控制装置48被裸眼封 隔器50A、50B、50C、50D、50E和生产封隔器16隔离开，从而形成 生产流动隔室1、2、3和4。在水平井筒20经过大体对应于流动隔室 的一个或多个另外的烃生产区段的情况下，使用这种完井构造。这些 另外的生产区段可定位在距离水平井筒的趾端24一段距离且在流入 控制装置48所位于的位置处。邻近流动隔室的不流动隔室中的生产管 部段42的表面涂敷有水溶性和油溶性标记组合物，所述标记组合物中 的每一种均具有明显不同且可识别的特性，所述特性在地表测试站84 处可被分别识别出。

继续参照图3的预先完井，将描述根据本发明的方法来确定一个 或多个隔室的密封效力的方法。所述方法包括以下步骤：用水溶性和 油溶性示踪剂60A涂敷不流动隔室A中的生产管的外表面；用水溶性 和油溶性示踪剂60B涂敷不流动隔室B中的生产管的外表面；用水溶 性和油溶性示踪剂60C涂敷不流动隔室C中的生产管的外表面，其中 示踪剂A、示踪剂B和示踪剂C分别是三种不同的水溶性和油溶性示 踪剂，它们可在地表处产出并且经受本领域已知类型的测试时很容易 被分别辨别且区分开。

假定裸眼封隔器50A发生故障而裸眼封隔器50B发挥功能，则示 踪剂60C将随同进入到流动隔室3中的储层流体被产出。在地表处， 对于产出的储层流体，将检测到示踪剂60C。结果，将揭示出不流动 隔室C没有发挥功能。在这种情况中，流动隔室4和不流动隔室C被 认为是一个隔室。然而，在裸眼封隔器50A未密封的情况下，裸眼封 隔器50B的效力将是可以忽略的。因此，流动隔室4、不流动隔室C 和流动隔室3将被认为是一个隔室。

假定裸眼封隔器50B发生故障并且裸眼封隔器50A正在执行功 能，则示踪剂60C将随同进入到流动隔室3中的储层流体被产出。在 地表处，对于产出的储层流体，将检测到示踪剂60C。结果，通过位 置84处的测试结果将确定不流动隔室C没有发挥功能。在这种情况 中，流动隔室3和不流动隔室C被认为是一个隔室。然而，在裸眼封 隔器50B未密封的情况下，裸眼封隔器50A的效力将是可以忽略的。 因此，流动隔室4、不流动隔室C和流动隔室3将被认为是一个隔室。

取样站还可利用适当的软件来接受示踪剂化合物的预定的最低水 平，所述最低水平对应于在没有发出警报的情况下根据烃流体和水的 流速可确定的水的百分比。因此，将容许地下水发生某些预定量的泄 漏，但是当检测到的一种或多种示踪剂化合物的浓度或水平超过预定 值时，则发出警报。

在本发明的方法和设备的进一步详细解释中，参照图4，在封隔 器50B和50A失去它们的密封性并且隔室C中的水渗透到趾端隔室4 和流动隔室3中的情况下，将发生状况。水和油溶解涂层60C并且所 述水和油都随着烃流体从两个流入控制装置48产出到地表取样站80。 参照钻井记录，生产管理者易于确定发生故障的裸眼封隔器的位置并 且将发生故障的裸眼封隔器确定为50B和50A。

类似地，如果取样站84检测到示踪剂化合物60A和60B，则将 推断出封隔器50C、50D、50E和/或50F已经发生故障。这两种示踪 剂的相对浓度也可被确定并且用作用于估计从每个隔室进入的水的相 对量的依据。如以上所解释的，随同一种或多种烃流体通过流入控制 装置48从储层岩石伴同产出的水将不包含示踪剂化合物。

类似地，如果油将从流动隔室进入邻近或更远的不流动隔室，则 一种或多种油溶性示踪剂将被溶解并且在地表处随同烃被产出。由于 生产管理者已知了每种油溶性组合物的位置，所以也可以识别出发生 故障的裸眼封隔器的位置。利用现有技术的方法和组件，这种类型的 操作信息和控制是不可能的。

从以上描述中，应当理解的是本发明广泛包含使用示踪剂材料通 过将包含水溶性组合物的涂层施加到生产管的外表面上来指示定位在 水平油井筒中的一个或多个裸眼封隔器是否适当地发挥功能以隔离安 装有流入控制装置的生产部段。

以上已经详细描述了本发明并且在附图中图解了本发明。对于本 领域中的那些普通技术人员而言，其它实施例和变型将是显而易见的， 并且本发明的范围将由所附的权利要求来确定。