多区域过筛压裂系统的制作方法
【专利说明】多区域过筛压裂系统
[0001]相关技术的交叉引用
[0002]本申请为于2012年11月6日提交的美国申请13/670，125的PCT专利申请，美国专利申请13/670，125为于2012年7月10日提交的美国申请13/545，908的部分继续申请案，美国专利申请13/670，125要求于2011年7月12日提交的美国临时申请61/506，897的优先权，美国申请13/545，908和美国临时申请61/506，897通过参引并入本文并且要求其优先权。
【背景技术】
[0003]某些储层中的井需要以液压的方式被压裂以促进生产率并使井在商业上可行。对该过程而言，井通过支撑剂(例如砂子等)被压裂以处理地层并提高产量。在很多情况下，在单个井眼中执行多次压裂以处理地层中的感兴趣的各个层。在这些储层中的一些储层中，需要压裂的井处于深水区，在深水区处，生产设备不能处理任何产生的固体，例如地层砂或压裂支撑剂。
[0004]目前，用于这些储层的完井使用单程多区域系统，单程多区域系统允许操作者在井眼中以单次行程压裂多个层，并且一些单程多区域压裂系统使用井筛管来防止支撑剂在操作期间回流。不幸的是，目前的具有井筛管的单程多区域系统需要使用服务性跨接工具以进行操作。这些系统中的跨接工具将流体流动路径从工作管柱跨接至井筛管外的环空或者从井筛管外的环空跨接至工作管柱。
[0005]使用这些系统和跨接工具有多个缺点。例如，系统和跨接工具非常复杂且难以安装并操作。由于粘在井中的可能性很大，因此系统和跨接工具还承受极大的风险。
[0006]虽然迄今为止几乎还没有实现利用单程多区域压裂系统进行压裂操作，但由于深水操作中的潜在的节约性，因此对这些系统具有很
[0007]大的兴趣。所需的是一种能够克服或者至少减小上述问题中的一个或更多个问题的影响的单程多区域压裂系统。
【发明内容】
[0008]用于井眼的多区域地层处理组件具有设置在井眼中并且限定了通孔的管状结构。该组件可以用于诸如压裂操作、压裂充填操作、砾石充填操作或其他操作之类的地层处理。在管状结构上设置有区段，并且每个区段均具有隔离元件、流量阀、筛管和封闭件。
[0009]隔离元件使围绕区段的井眼环空与沿着井眼的其他区段隔离，该隔离元件可以为可膨胀式封隔器、液压设定式封隔器或机械设定式封隔器。如果需要，可以在井眼环空中设置流动管，并且流动管可以穿过隔离元件在区段中的一个或更多个区段之间连通。例如，流动管可以在压裂充填操作期间用于区段的井眼环空中的流体的脱水。
[0010]流量阀能够在打开状态与关闭状态之间选择性地操作，以允许或阻止通孔与井眼环空之间的流体连通。流量阀在被打开时主要用于将处理物通过第一流动路径传送到区段的井眼环空中。
[0011]设置在管状结构上的筛管与井眼环空连通并且可以通过第二流动路径与组件的通孔连通。封闭件至少阻止从管状结构的通孔至筛管的流体连通。例如在一种情况下，封闭件阻止从通孔至筛管的流体连通。这种情况用于当执行地层处理时。然而，在另一种情况下，封闭件允许从筛管至通孔的流体连通。这种状态用于在处理操作之后以使得生产流体可以通过筛管连通到通孔中。
[0012]在一种结构中，流量阀为具有壳体和封闭元件的诸如内套筒或内嵌件之类的滑动套筒，其能够在流量阀中相对于流动端口移动。内套筒可以在关闭状态或打开状态之间移动，以阻止及允许穿过流动端口的流体连通。
[0013]在某些实施方式中，为了移动内套筒，例如可以在管状结构中设置插塞或球以接合设置在内套筒中的座。随后，施加在坐置的插塞上的流体压力随后使内套筒移动成打开以暴露流动端口。
[0014]在其他实施方式中，可以不使用插塞或球来移动内套筒。代替地，除了球和座装置或者作为球和座装置的替代性方案，可以通过移位工具将流量阀的内套筒移动成打开及关闭。特别地，工作管柱可以在管状结构的通孔中延伸，并且可以使用工作管柱上的致动工具来打开及关闭每个区段的流量阀。
[0015]在一种结构中，封闭件也可以具有内套筒，内套筒可以至少通过工作管柱的移位工具被打开。在地层处理完成之后执行封闭件的打开，使得组件可以用于生产操作。因此，作为内套筒的封闭件可以选择性地阻止及允许从筛管经由第二流动路径至组件的通孔的流体连通。
[0016]然而，为了防止在处理期间穿过筛管的流体损失，封闭件优选地具有单向阀或止回阀，该单向阀或止回阀布置成使筛管与通孔之间流体连通。止回阀至少阻止从管状结构的通孔至筛管的流体连通。因此，止回阀可以仅阻止从组件的通孔经由第二流动路径至筛管的流体连通。
[0017]在一种结构中，筛管具有第一筛管区段和第二筛管区段，第一筛管区段和第二筛管区段设置在管状结构上并且设置在管状结构中的流动端口的两侧上。这两个筛管区段可以使来自井眼环空的过筛流体连通至流动端口。在该种结构中，封闭件设置在管状结构上并且设置成使第一筛管区段和第二筛管区段与流动端口之间流体连通。
[0018]特别地，内套筒可以相对于管状结构中的与筛管区段连通的流动端口选择性地打开及关闭。然而，在流动端口与筛管区段之间插置有具有止回球和流动通道的止回阀。止回球能够移动以允许或阻挡穿过流动通道的流体连通。例如，在一种情况下，止回球允许从筛管区段穿过流动通道至流动端口的流体连通，而在另一种情况下，止回球阻止从流动端口穿过流动通道至筛管区段的流体连通。
[0019]在用于井眼的多区域地层处理方法中，在井眼中设置有组件，并且井眼的围绕该组件的环空被隔离成多个隔离层以对这些隔离层进行处理。为了隔离环空，例如，该方法可以涉及将隔离元件靠着井眼接合在组件上。
[0020]工作管柱设置在组件的通孔中。用处理流体对隔离层中的每个隔离层进行处理涉及用工作管柱选择性地打开组件中的处于给定隔离层处的第一端口。随后，处理流体沿着工作管柱向下流动穿过打开的第一端口至隔离层。同时选择性地阻止了从井眼环空穿过组件上的处于该隔离层处的筛管至组件的通孔的流体连通。
[0021]在该隔离层处的处理之后，用工作管柱选择性地关闭第一端口。当完成对各个层的所有处理操作时，该组件被设置成用于生产。随后，工作管柱在同一行程中打开封闭件，从而允许井眼环空中的流体流动穿过筛管并进入组件的通孔中。随后，可以用组件上的筛管将从隔离层的环空流通的流体过筛到组件的通孔中。然而，组件上的止回阀阻止了从通孔穿过筛管至隔离层的环空的流体连通。
[0022]前述
【发明内容】
并不意在概括本公开的每种可能的实施方式或每个方面。
【附图说明】
[0023]图1示出了根据本公开的设置在套管的井眼中并具有带压裂阀和流动装置的区段的多区域过筛压裂系统。
[0024]图2A示出了具有脱水管的图1的多区域过筛压裂系统。
[0025]图2B示出了具有可膨胀衬管的图1的多区域过筛压裂系统。
[0026]图3示出了根据本公开的设置在裸井眼中并具有带压裂阀和流动装置的区段的多区域过筛压裂系统。
[0027]图4示出了根据本公开的设置在未套管的井眼中并且利用了与压裂阀和流动装置结合的工作管柱的多区域过筛压裂系统。
[0028]图5示出了具有流动管的图4的多区域过筛压裂系统。
[0029]图6A示出了用于所公开的多区域过筛压裂系统的流动装置的局部截面图。
[0030]图6B示出了用于图6A的流动装置的止回阀的细节图。
[0031]图6C示出了图6A的流入流量控制装置的单独的局部截面图。
[0032]图7A至图7B示出了用于所公开的多区域过筛压裂系统中的流量阀的处于关闭状态及打开状态的流量阀多选择滑动套筒的局部截面图。
[0033]图8A至图8B示出了用于在用于图4至图5的所公开的系统的工作管柱上使用的移位工具。
[0034]图9A至图9D示出了根据本公开的设置在未套管的井眼中并且利用了与压裂阀和流动装置结合的工作管柱的另一多区域过筛压裂系统。
[0035]图1OA至图1OB示出了用于所公开的系统的处于关闭位置及打开位置的另一压裂阀的局部截面图。
[0036]图11示出了用于所公开的系统的另一流动装置的局部截面图。
【具体实施方式】
[0037]公开了多区域过筛压裂系统的各种实施方式。该系统不需要现有技术中所需的跨接工具。在某些实现中，系统的某些实施方式甚至不需要整套的服务性工具。为了在套管的井眼或裸井眼中的多个层上执行压裂操作，该系统包括:(I)具有一体的单向阀或止回阀的井筛管，(2)压裂阀，以及(3)可选的用于浆液脱水的分流管。该系统还可以包括光纤技术。
[0038]在根据本公开的第一实施方式中，图1示出了多区域过筛压裂系统10，多区域过筛压裂系统10设置在套管的井眼中并且具有带压裂阀30和流动装置40的区段28，流动装置40包括井筛管46和封闭元件48。系统10包括设置在套管12中的上完井或工作管柱14。管柱14接合在压裂组件20的生产管柱22的井口端24中，并且可以通过可选的封隔器16接合套管12。
[0039]在内部，压裂组件20的生产管柱22具有通孔25，通孔25沿着管柱22的长度连通并与完井管柱14连通。在外部，压裂组件20具有隔离装置18—一例如但不限于液压式、机械式或可膨胀式封隔器，以密封套管12中的生产管柱22。封隔器18中的一个封离器设置在管柱22的井口端24处，而其他封隔器18沿着生产管柱22的长度设置。由封隔器18分开的压裂组件20具有多个区段28，区段28以多种间隔设置或者设置在周围地层中的感兴趣的各个层处。在压裂组件20的井下端26处，压裂组件20具有用于在压裂操作期间接合坐封球54的底部座50。
[0040]每个区段28均具有选择性压裂阀30和流动装置40。给定的区段28中的选择性压裂阀30和流动装置40中的每一者均通过封隔器18与其他区段28分开，封隔器18使井眼环空15与相应的区段28隔离。如所示出的，选择性压裂阀30在各个区段28中都设置在流动装置40的井口处。作为替代性方案，选择性压裂阀30在区段28中可以设置在流动装置40的井下处。
[0041]选择性压裂阀30具有一个或更多个端口 32，所述一个或更多个端口 32在操作期间可以通过封闭元件34(例如内套筒)选择性地敞开或封闭。在这种