专利名称：用于井头的双重阻隔塞系统的制作方法
用于井头的双重阻隔塞系统置量I.相关申请本申请要求2009年8月12日提交的名称为“DUAL BARRIER PLUG SYSTEM FOR AWELLHEAD (用于井头的双重阻隔塞系统)”的序列号为No. 61/233，382的美国专利申请的益处和优先权。2.公开的领域本公开涉及在井压裂期间用于井头的双重阻隔塞系统。3.发明背景 在高压天然气田中，井操作者可使用井压裂或“破裂”操作或技术来打碎地层中的页岩，以释放待从井中生产的天然气。压裂流体或破裂流体典型地是水和支撑剂的混合物，混合物通过“压裂树”或安装在井的井头的顶部上的一系列大型孔阀而被泵送下井孔。典型地，压裂树将包括在压裂树的底部处的下部主阀(“LMV”)。简要概沭根据后文描述的说明性实施例，用于具有带有第一内部孔的第一管状部件的井头的本双重阻隔塞系统可包括具有第二内部孔的第二管状部件；具有第三内部孔的双重阻隔塞，双重阻隔塞接收在第二管状部件的第二内部孔内；阀选择器部件，其接收在双重阻隔塞的第三内部孔内且能够在其内选择性地运动；与双重阻隔塞的下部端相关联的下部密封件，其适于在双重阻隔塞的外壁表面和第一管状部件的第一内部孔之间提供密封；以及与双重阻隔塞的上部端相关联的上部密封件，其设置在双重阻隔塞的外壁表面和第二管状部件的第二内部孔之间，以及设置在阀选择器部件的外壁表面和双重阻隔塞的第三内部孔之间，借此上部密封件和下部密封件可阻止来自双重阻隔塞的下部端的下面的向上的流体流。附图简沭可通过参照结合附图得到的以下描述来理解本双重阻隔塞系统，其中图I是双重阻隔塞系统的说明性实施例的透视剖面图；图2是包括双重阻隔塞送入工具的图I的双重阻隔塞系统的沿着图I的线2-2得到的局部横截面图，其中，设置在双重阻隔塞中的阀设置成处于其打开的流体输送关系；图3-4是包括双重阻隔塞送入工具的图I的双重阻隔塞系统的沿着图I的线2-2得到的局部横截面图，其中，设置在双重阻隔塞中的阀设置成处于其关闭构造；以及图5是图I的双重阻隔塞系统的沿着线2-2得到的局部横截面图，并且示出了本双重阻隔塞系统提供的两个密封阻隔。虽然将结合本文所显示的优选的说明性实施例来描述本双重阻隔塞系统的某些实施例，但是将理解，不意图将本发明限于那些实施例。相反，意图的是覆盖可包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有备选方案、修改和等效方案。在图(未按比例绘制)中，在整个描述中和在图中对具有相同结构的构件和元件使用相同参考标号，并且对与具有相同的不带撇的参考标号的那些构件和元件具有类似功能和构造的构件和元件使用带撇的参考标号。具体实施例的详细描述参照
图1-4，示出了双重阻隔塞系统100的说明性实施例，其预期用于压裂树或“破裂树”，压裂树具有设置在压裂树的下部端(未显示)的附近的下部主阀101 (图2)。双重阻隔塞系统100大体包括双重阻隔树转接器或压裂筒管110 ;双重阻隔塞或塞部件130 ;以及阀选择器部件或端口选择器阀部件180 (图2-4)。如图2中所显示的那样，下部主阀101 (在图2中示意性地显示)与传统压裂树(未显示)的下部端相关联，并且下部主阀101以传统的方式与管状部件或双重阻隔树转接器或压裂筒管110相关联。在压裂筒管110的下面设置有井头(未显示)的管状部件或传统的管道筒管或管道头160。优选地，压裂筒管110和管道筒管160的内径是基本相同的。可用传统的方式将管道筒管160的上部凸缘161栓接到压裂筒管110的下部凸缘部件111上，例如用多个螺母162和螺栓163。压裂筒管110优选包括多个锁定螺钉或锁定螺栓112，它们设置在下部凸缘111内与压裂筒管110的具有内壁表面的内部孔113连通。 锁定螺钉112如后文将描述的那样适于以传统的方式与双重阻隔塞130接合。类似地，管道筒管160也设有多个锁定螺钉或锁定螺栓164，它们设置在管道筒管160的上部凸缘161中，该多个锁定螺钉或锁定螺栓164穿到管道筒管160的内部(或内)孔或管道头凹部165中。内部孔165也具有内壁表面。锁定螺钉164也适于以传统的方式接合双重阻隔塞130，借此锁定螺钉112和164将双重阻隔塞130可释放地固定在双重阻隔塞系统100内。锁定螺钉定位成接合在双重阻隔塞130的外表面上形成的适当的凹槽或斜切凹槽131。仍然参照图1-4，双重阻隔塞系统优选包括多个传统的测试端口，例如设置在压裂筒管110的下部凸缘111内的测试端口 120-123，并且测试端口 120-123与压裂筒管110的具有内壁表面的内部孔113处于流体连通，如后文将描述的那样。参照图2-4，端口选择器阀部件180设置在双重阻隔塞130的具有内壁表面的内孔或内部孔132内，并且阀部件180适于在双重阻隔塞130的内孔132内向上或向下地相对运动。可利用双重阻隔塞送入工具或送入工具102来提供端口选择器阀部件180相对于双重阻隔塞130的期望的相对运动，以及提供双重阻隔塞130在双重阻隔系统100内的初始布置，如后文将描述的那样。送入部件102可用任何传统的方式与双重阻隔塞130的端口选择器阀部件180的上部端可释放地接合，借此送入工具102可接合在双重阻隔塞130内，以及与双重阻隔塞130脱开。如在图5中看到的那样，送入工具102已经与双重阻隔塞130的上部端脱开。参照图1-4，示出了双重阻隔塞130包括提升阀135，提升阀135在双重阻隔塞130的下部端中设置在环形孔136内。在图2中，提升阀135设置成处于其打开构造，这通过端口选择器阀部件180的向下运动来促成，通过使送入工具102向下运动而使端口选择器阀180运动成与提升阀135的顶部接合来使端口选择器阀部件180向下运动，借此流体可如箭头137所显示的那样输送或传送通过设置在端口选择器阀部件180内的各种流体通路138以及在双重阻隔塞130内形成的流体通路139。优选地，设置在端口选择器阀部件180的下部端上的阀促动器部件或刺激部件或突起140接合或抵靠提升阀135的上部端，以向下促动提升阀135，或者使提升阀135向下运动，以打开提升阀135。因而，在送入工具102向下运动且导致端口选择器阀180向下运动而通过刺激部件140来接合提升阀135之后，在双重阻隔塞系统100的下面的井头内的内部压力可得到减轻，并且在期望的时候，通过双重阻隔系统100向上传送。如在图2中看到的那样，当提升阀135由于端口选择器阀部件180向下运动而在其打开位置上时，流体通路138和139以及它们的有关端口成配合式流体输送关系。参照图3-5，在设置在端口选择器阀部件180的下部端上的刺激部件或突起140不接合或抵靠提升阀135的上部端以及不使该上部端运动时，提升阀135被关闭。因而提升阀135相对于孔136成密封的配合式非流体输送关系。由于已经向上运动,送入工具102使端口选择器阀部件180呈图3-5中示出的构造，借此流体通路138和139不成配合式流体输送关系。虽然示出了提升阀135，但是可在塞部件130中使用其它类型的阀。参照图1-4，双重阻隔塞130具有设置在其外壁表面或外周边上的下部密封圈组或主体密封件145。密封件145适于在双重阻隔塞130的下部端的外壁表面和管道筒管或管道头凹部160的内壁表面或内部孔165之间成密封关系。下部密封圈组145可为多个单独的密封件或密封圈，或者可为单个密封部件。双重阻隔塞130还优选设有上部密封件或上部密封圈组146，其包括设置在双重阻隔塞130的外壁表面的周围的多个密封件147-150， 以在双重阻隔塞130的外壁表面与压裂筒管110的内部孔113之间提供额外的密封。上部密封圈组146还优选包括设置在端口选择器阀部件180的外壁表面和双重阻隔塞130的内部孔132之间的多个密封件151-155。虽然显示了上部密封圈组146包括四个外部密封件147-150和五个内部密封件151-155，但是可使用任何期望数量的单独的密封件，而且这样的密封件可为任何适当的结构和材料，只要它们具有必要的强度和密封特性来在用于井头和压裂树(两者均未显示)的双重阻隔塞系统100中提供期望的密封。如在图2中看到的那样，测试端口 122可打开且连接到传统的压力计(未显示)上，如通过以传统的方式将管道129附连成与压力计(未显示)处于流体连通，以测试下部密封圈组145的密封件的密封完整性。在主密封件145的上方，在测试端口 122与双重阻隔塞130和管道筒管160之间的环形空间处于流体连通时，密封件145不提供恰当的密封来隔离来自管道筒管160的下面的井头的井孔压力，可根据连接到测试端口 122上的压力计(未显示)来确定这种泄漏。参照图3，可利用测试端口 121来监测提升阀135相对于孔136的密封的完整性，因为测试端口 121与端口选择器阀部件180和设置在密封件155的下面的双重阻隔塞130的内孔132之间的环形空间处于流体连通，借此如果提升阀135泄漏，将以传统的方式检测到这种泄漏。参照图4，可利用测试端口 123来测试密封件148、149和密封件153、154的完整性。可利用测试端口 120来监测密封件147和148之间的泄漏。可利用测试端口 121来监测密封件149、150之间的泄漏。还可利用测试端口 120以传统的方式来测试密封件147和148以及密封件151、152的完整性。参照图5，其中，提升阀135设置成处于其关闭关系，示出了双重阻隔塞系统100的双重密封阻隔200、201。第一密封阻隔200由下部密封圈组或主体密封件145提供，如前面论述的那样。第二密封阻隔201由上部密封圈组146的至少一些密封件和优选全部密封件提供，或者由在双重阻隔塞130的外壁表面上进行密封以及在端口选择器阀部件180和双重阻隔塞130的内孔132之间进行密封的上部密封圈组146的密封件147-155(图2_4)提供。如果例如泄漏的下部主阀101(图2)导致在压裂树(未显示)中发生密封失效，则可使存在于管道筒管160的下面的井中的井孔压力与压裂树隔离，以在需要在压力下移除压裂树的情况下，容许进行这种移除。在确定必须移除压裂树之后，例如以便能够移除泄漏的主阀101，则通过在传统的润滑器(未显示)内使用送入工具102来将双重阻隔塞130及其相关联的端口选择器阀部件180传送通过压裂树，直到双重阻隔塞130如图3-4中示出的那样设置在压裂筒管110和管道筒管160内为止。锁定螺钉112和164将如前面描述的那样与双重阻隔塞130接合。之后，将移除送入工具102及其相关联的润滑器(未显示)，因而双重阻隔塞130如图5中所显示的那样将井孔压力隔离在压裂树的下面。然后可移除压裂树，例如，借此可安全地移除和更换泄漏的主阀101。当不如前面描述的那样与双重阻隔塞130 —起使用时，可在正常的压裂操作中利用双重阻隔树转接器或压裂筒管110，以将压裂套管(未显示)可释放地固定在孔113和165内，以保护管道筒管或管道头凹部160不受压裂流体引起的腐蚀和磨损伤害的影响。
已经描述和示出了本双重阻隔塞系统的具体实施例。本领域技术人员将理解，可在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下作出改变和修改。
权利要求
1.一种双重阻隔塞系统，其用于具有带有第一内部孔的第一管状部件的井头，所述双重阻隔塞系统包括 具有上部端和下部端的、与所述第一管状部件相关联的第二管状部件，所述第二管状部件具有第二内部孔； 双重阻隔塞，其具有上部端和下部端、外壁表面、第三内部孔以及与所述双重阻隔塞的所述下部端相关联的阀，在促动之后，所述阀对所述双重阻隔塞的所述第三内部孔提供选择性流体流，并且所述双重阻隔塞接收在所述第二管状部件的所述第二内部孔内； 阀选择器部件，其具有上部端和下部端以及外壁表面，所述阀选择器部件接收在所述双重阻隔塞的所述第三内部孔内且能够在其内选择性地运动，所述阀选择器部件包括阀促动器部件，以促动与所述双重阻隔塞相关联的所述阀； 与所述双重阻隔塞的所述下部端相关联的下部密封件，其适于在所述双重阻隔塞的所述外壁表面和所述第一管状部件的所述第一内部孔之间提供密封；以及 与所述双重阻隔塞的所述上部端相关联的上部密封件，其设置在所述双重阻隔塞的所述外壁表面和所述第二管状部件的所述第二内部孔之间，以及设置在所述阀选择器部件的所述外壁表面和所述双重阻隔塞的所述第三内部孔之间，借此所述上部密封件和所述下部密封件能够阻止来自所述双重阻隔塞的所述下部端的下面的向上的流体流。
2.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述第一管状部件是与所述井头相关联的管道筒管。
3.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述第二管状部件是压裂筒管。
4.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述第一管状部件具有第一直径，而所述第二管状部件具有第二直径，并且所述第一直径和所述第二直径彼此基本相坐寸o
5.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述第二管状部件包括与所述第二管状部件的所述第二内部孔处于流体连通的至少一个测试端口。
6.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述第二管状部件包括与所述双重阻隔塞的所述第三内部孔处于流体连通的至少一个测试端口。
7.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述双重阻隔塞系统包括送入工具，所述送入工具使所述双重阻隔塞和所述阀选择器部件运动到所述第二管状部件中，以及使所述阀选择器部件在所述双重阻隔塞内运动，以打开与所述双重阻隔塞相关联的所述阀。
8.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述双重阻隔塞系统包括与所述第二管状部件相关联的多个锁定螺钉，以将所述双重阻隔塞可释放地固定在所述第二管状部件内。
9.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述上部密封件包括多个单独的密封件。
10.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述阀是设置在所述双重阻隔塞的所述下部端中的提升阀。
11.根据权利要求I所述的双重阻隔塞系统，其特征在于，所述双重阻隔塞包括在所述第二管状部件的所述第二内部孔和双重阻隔塞的所述第三内部孔之间处于流体连通的至少一个流体通路；并且所述阀选择器部件具有在所述双重阻隔塞和所述阀选择器部件之间有相对运动之后与所述双重阻隔塞的所述至少一个流体通路选择性地流体连通的至少一个流体通路。
12.一种用于提供两个阻隔来阻止来自井头的向上的流体流通过压裂树的方法，所述压裂树具有下部主阀和设置在所述下部主阀的下方的管道筒管，所述管道筒管具有第一内部孔，所述方法包括 在所述下部主阀和所述管道筒管之间提供具有上部端和下部端以及第二内部孔的管状部件； 将双重阻隔塞设置在所述管状部件的所述第二内部孔内； 将阀选择器部件设置在所述双重阻隔塞的所述第三内部孔内，所述阀选择器部件具有上部端和下部端以及外壁表面； 使下部密封件与所述双重阻隔塞的所述下部端相关联，以在所述双重阻隔塞的所述外壁表面和所述管道筒管的所述第一内部孔之间提供密封； 在所述双重阻隔塞的所述外壁表面和所述管状部件的所述第二内部孔之间，以及在所述阀选择器部件的所述外壁表面和所述双重阻隔塞的所述第三内部孔之间，使上部密封件与所述双重阻隔塞的所述上部端相关联；以及 通过使所述上部密封件和下部密封件密封在所述双重阻隔塞的所述外壁表面的周围以及在所述阀选择器部件的所述外壁表面的周围来阻止来自所述双重阻隔塞的所述下部端的下面的向上的流体流。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括将压裂筒管用作所述管状部件。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括为所述管状部件提供与所述管状部件的所述第二内部孔处于流体连通的至少一个测试端口，以及测试所述上部密封件的密封完整性。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括为所述管状部件提供与所述双重阻隔塞的所述第三内部孔处于流体连通的至少一个测试端口，以及测试所述上部密封件的密封完整性。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用送入工具来使所述双重阻隔塞和所述阀选择器部件运动到所述管状部件中。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用与所述管状部件相关联的多个锁定螺钉，以将所述双重阻隔塞可释放地固定在所述管状部件内。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括将多个单独的密封件用作所述上部密封件。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括为所述双重阻隔塞提供与所述双重阻隔塞的所述下部端相关联的阀；以及通过使所述阀选择器部件运动以促动所述阀来选择性地促动所述阀，以对所述双重阻隔塞的所述第三内部孔提供选择性流体流。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括为所述双重阻隔塞提供在所述管状部件的所述第二内部孔和双重阻隔塞的所述第三内部孔之间处于流体连通的至少一个流体通路；为所述阀选择器部件提供至少一个流体通路，以及通过提供所述双重 阻隔塞和所述阀选择器部件之间的相对运动来选择性地使所述至少一个流体通路彼此处于流体连通。
全文摘要
一种双重阻隔塞系统(100)包括压裂筒管(110)，其具有设置在压裂筒管的内部内的双重阻隔塞(130)；设置在双重阻隔塞的内部内的阀选择器部件(180)；以及使用多个密封件(45，46)来密封来自压裂筒管的下面的流体流，并且密封件对各个流体流提供两个阻隔。
文档编号E21B33/03GK102713135SQ201080046864
公开日2012年10月3日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月12日
发明者K·V·阮, M·A·特伦布尔 申请人:通用电气石油和天然气压力控制有限公司