驅移水平井或斜井中的支撐劑至液力壓裂裂縫中的方法
【專利摘要】本申請公開了一種用于移走井筒中的壓裂支撐劑的方法。該方法包括步驟，提供固定止動件，該固定止動件具有被構造成接收刮塞的通道。該方法還包括以下步驟：將固定止動件安裝在井筒中；將支撐劑攜帶液注入井筒中，使它們穿過固定止動件的通道，穿過射孔，形成裂縫。該方法可包括步驟，提供刮塞；該刮塞被構造成被接收在固定止動件的通道中。該方法還可包括以下步驟：將刮塞插入井筒中；讓刮塞擦刮掉一部分支撐劑攜帶液，讓它們穿過固定止動件，進入裂縫中。另外，該方法可包括使固定止動件接收刮塞的步驟。
【專利說明】驅移水平井或斜井中的支撐劑至液力壓裂裂縫中的方法
[0001]相關案卷
[0002]本專利申請請求享有美國臨時申請N0.61/876296號的權益，該臨時申請的申請日為2013年9月11日，其全部內容組合在文中作為參考。

【技術領域】
[0003]本專利申請涉及用于提高液力壓裂作業(yè)效率的方法和設備。更具體而言，本專利申請涉及使井筒和地下裂縫之間的交界面處的支撐劑濃度達到最優(yōu)的技術。

【背景技術】
[0004]在全球能源供應品中，石油和天然氣是至關重要的產品。同樣地，從地球表面下開采出這些產品是能源工業(yè)的一項重要工作。多家公司投入了大量時間和精力來高效地從地表下開采出石油和天然氣。
[0005]為了從地表下獲得烴，能源生產者使用復雜的操作和各種技術從不同源頭獲得烴。例如，地表下的地質層中的富含油的沙層和礦床中可發(fā)現烴。用于開采這些資源的可盈利的最近技術被本領域的技術人員稱之為“液力壓裂”，在本行業(yè)也稱之為“壓裂”。該方法通常包括以下步驟:鉆地下井筒；在井筒中形成射孔；以及，將壓裂液注入射孔孔眼中。壓裂液在壓力升高的情況下被泵入井筒中，從而引起裂隙或裂縫在地表下開啟。石油和天然氣等資源從裂縫流入井筒中，然后被轉送到地表。美國專利3654992號(發(fā)明人為Harnsberger等)中公開了液力壓裂方法的一種實例。
[0006]在許多情況下，加入一種稱之為“支撐劑”的材料可改進裂縫形成過程。支撐劑是能與壓裂液混合的任何一種材料。之所以稱之為“支撐劑”是因為，構成支撐劑的顆粒能支撐液力壓裂液所形成的新裂縫開啟很長一段時間，讓該裂縫耗盡儲層。合適的支撐劑材料可包括砂、玻璃、砂漿或能容易地保持在開啟的裂縫內的其他顆粒狀固體。采用支撐劑是有益的，因為其傾向于保持開啟的裂縫的穩(wěn)定性，從而可開采出烴或其他流體。
[0007]在實際應用中，支撐劑集中在井筒和新形成的裂縫之間的空間界面處時能更有效地起作用。如果支撐劑在該區(qū)域中的濃度高，那么裂縫會覆蓋更大的空間體積，更易保持穩(wěn)定。支撐劑傾向于在其中最有效地起作用的該界面區(qū)域有時稱之為“臨界區(qū)”。


【發(fā)明內容】

[0008]根據本專利申請的優(yōu)選實施例，提供了一種用于驅移井筒中的壓裂支撐劑的方法。該方法包括步驟:提供固定止動件，該固定止動件具有被構造成接收刮塞的通道。該方法還包括以下步驟:將固定止動件安裝在井筒中；將支撐劑攜帶液注入井筒中，使它們穿過固定止動件的通道，穿過射孔，形成裂縫。該方法可包括步驟:提供刮塞，該刮塞被構造成被接收在固定止動件的通道中。該方法還可包括以下步驟:將刮塞插入到井筒中；讓刮塞擦刮一部分支撐劑攜帶液，使它們穿過固定止動件，進入裂縫中。另外，該方法可包括步驟，使固定止動件接收刮塞。
[0009]本申請還公開了一種裝置。該裝置可包括主體，主體具有從第一端延伸到第二端的通道，該通道被構造來固定阻塞器。該裝置還可包括設置在所述主體上的多個擦刮器、以及破裂片；破裂片被構造成阻擋流體流經所述通道，并在使用者確定的壓力下破裂。該裝置可包括卡瓦止擋件，其設置在主體上，被構造成通過具有閂鎖件的固定止動件而被固定。
[0010]使用在說明書和權利要求書中的下列術語的意義如下:
[0011]術語“上向孔眼”意為，位于所指出的井筒位置和井筒接觸地球表面的位置之間并沿井筒布置的井筒部分。盡管術語“上向孔眼”暗含此位置比所指出的位置離地表要更近一些，但是，本領域的普通技術人員將能意識到，如果井筒包括U形部分(例如其可返回到更高的位置)，那么，該術語將表示離地球表面更遠的位置。
[0012]涉及到的術語“下向孔眼”意為比所指出的位置更大程度地進入井眼中并沿井筒布置的井筒部分。盡管術語“下向孔眼”暗含位于地表下方的此位置比所指出的位置離地表更遠；但是，本領域的普通技術人員將能意識到，如果井筒包括U形部分或類似部分，例如，井筒在其一部分穿過地下地層之后，會更靠近地表一些，那么該術語可表示更靠近地表的位置。
[0013]術語“機械連接”并不一定表示直接的機械連接，這種連接可以是不直接的連接，即，可將其他結構夾置在兩部件之間，但是它們之間相互機械地聯系或連接。
[0014]術語“導流能力”通常表示烴、油、天然氣或地下地層中的其他能源(例如，通過穿過裂縫)從地層移到井筒中的容易程度。
[0015]前面已經粗略地概括了本專利申請的一些方面和特征，它們應解釋為僅用于闡釋本專利申請的各種可能的應用。通過以不同方式應用所公開的信息或組合所公開的實施例的不同方面，可獲得其他有益效果。因此，下面結合附圖對典型實施例進行了詳細描述，通過參照下面的描述可理解其他方面，可更透徹地理解本發(fā)明，另外，本發(fā)明的范圍由權利要求書界定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更詳細地理解本專利申請，請參照附圖，附圖如下:
[0017]圖1是井筒的豎直部分的示意圖，所公開的裝置和方法的一個實施例可使用在該豎直部分內；
[0018]圖2是井筒的水平部分的示意圖，所公開的裝置和方法的一個實施例可使用在該水平部分中；
[0019]圖3示出了使用在豎直井筒中的刮塞裝置；
[0020]圖4A示出了可用于豎直井和斜井(如，水平井)的刮塞裝置；
[0021]圖4B示出了可用于豎直井和斜井中的刮塞裝置的替換結構；
[0022]圖5示出了固定止動件，可操作該固定止動件用于斜井和豎直井；
[0023]圖6A-6C表不一種能應用于豎直井中的方法；
[0024]圖7A-7E表不一種能應用于豎直井和斜井中的方法；
[0025]圖8A-8D示出了一種替換方法，其能應用于豎直井和斜井中。

【具體實施方式】
[0026]根據需要，文中公開了本發(fā)明的詳細實施例。應該理解為，所公開的實施例僅是本發(fā)明的典范，可采用不同形式和替換形式、以及組合形式來實施。文中所使用的術語“典范”可廣泛地用于表示一些起到例證、范例、典型或標本作用的實施例。這些附圖并一定是按比例尺繪制的，某些特征的尺寸被放大或縮小，以示出特定部件的細節(jié)。在其他情況下，未詳細描述公知的部件、系統(tǒng)、材料或方法，以避免讓本發(fā)明難理解。因此，在此公開的具體結構和功能細節(jié)不應解釋為是限制性的，僅用作為權利要求書的基礎和指導本領域的普通技術人員以不同方式使用本發(fā)明的代表性基礎。
[0027]本專利申請涉及一種裝置和方法，用于在液力壓裂過程中提高地下裂縫的臨界區(qū)中的支撐劑濃度。該裝置和方法可使用在任何液力壓裂井筒中，無論其具有豎直部分還是傾斜部分，該裝置和方法僅存在微小改動。所公開的技術可提高“臨界區(qū)”或裂縫和井筒之間的分界面處的支撐劑材料濃度，該支撐劑材料用于保持液力裂縫開啟。因此，執(zhí)行液力壓裂作業(yè)的工作人員能有意地驅移井筒內部的支撐劑。使用該方法及其相應裝置時，如果這樣做，那么，一些支撐劑能移到臨界區(qū)。另外，可同時獲得如下優(yōu)點，即，井筒分界面處的支撐劑濃度高；并且，在固定止動件上方，井筒內的支撐劑量較少或被清除掉。移走井筒內部的支撐劑通常會導致代價大的機械問題，需要更多次執(zhí)行起下鉆作業(yè)來清潔井筒以繼續(xù)順利進行裂縫擴散壓裂操作(如，堵塞和射孔操作)。所公開的技術提供了一種用于將支撐劑從井筒中移走的有效方法，可避免上述問題，從而能在井筒內的其他位置上執(zhí)行液力壓裂作業(yè)。
[0028]最適宜地，將提供足夠的支撐劑來保持臨界區(qū)中的支撐劑濃度高，維持裂縫開啟。如果將高濃度支撐劑成功地補充到臨界區(qū)，那么井筒附近地帶的導流能力將能達到最優(yōu)，從而，從裂縫中被開采出流到井筒中的物質流量將增加。
[0029]盡管支撐劑通常有助于液力壓裂作業(yè)，但是也會引起難以解決的復雜情況。使用支撐劑所帶來的一個問題稱之為“聚縮效應”(pinching off effect)。攜帶支撐劑的壓裂液形成新裂縫并進入其中時，通常會出現這種問題。已經處于裂縫內的支撐劑由于剩余流體的作用而進一步被“沖入”到裂縫中，降低了臨界區(qū)內的支撐劑濃度，從而使裂縫表面全部或局部未被支撐。這種聚縮效應是由克服未被支撐的裂縫區(qū)域的裂縫壓力的巖石應力引起的。出現這種情況時，更多的支撐劑集中在射孔外圍處，這樣，裂縫和井筒之間的分界面處的支撐劑量將比所需量要少。
[0030]解決該問題的一個辦法是，開發(fā)和使用高級模型(其表示井筒中的支撐劑性能)來預測用于形成裂縫所需的流體和支撐劑量。這類模型通常能有效地保證臨界區(qū)中的支撐劑濃度高，保證導流能力提高。但是，開發(fā)這種模型困難，代價高，需要有經驗的技術人員的幫助。如果花費更多時間和精力來開發(fā)一種高級模型，技術專家就沒有充足的時間處理其他項目。另外，在井結構和地質成分濃度明顯不同的各種位置進行液力壓裂作業(yè)。這些差異需要在每個位置或每組位置使用新模型。
[0031]已提出采用一種替換辦法來解決這種問題，S卩，支撐劑在被注入井筒中時“被驅移”?！氨或屢啤笔侨缦逻^程，即，支撐劑達到指定濃度時，將其從井筒內移走，使其奔涌到井筒外部，進入臨界區(qū)中。當壓裂液形成裂縫，最終滲入地質層中時，一些被驅移的支撐劑可與壓裂液一起進入裂縫中。
[0032]但是，驅移支撐劑的過程通常會引起其他問題。一個問題是，被驅移的支撐劑在接近裂縫之前會滯留在井筒中。如果太多的支撐劑聚集在井筒中，通常會導致代價高的問題。例如，剩余支撐劑聚集在井筒內，引起井筒的一些部分堵塞，妨礙隨后的裂縫擴散作業(yè)。如果地下部件和設備隨后在纜索上移動，則聚集的支撐劑會阻礙纜索，從而妨礙使用者將設備從井筒中移走。如果支撐劑阻塞井筒，那么支撐劑通常必須被清除掉。這些清潔作業(yè)成本高昂，由于流體損耗而讓裂縫生產率受到損失，降低了裂縫處的生產率。
[0033]當液力壓裂作業(yè)使用斜井時，出現這些難以解決的復雜情況的風險增加。在本專利申請的情況下，如下面進一步解釋，斜井是其至少一部分的延伸方向不垂直于地表的任何地下井筒。斜井不需要完全水平，但是，在許多情況下，可具有一個或更多個水平部分或局部水平部分。斜井造成一種技術挑戰(zhàn)，這是因為重力不一定提供足夠大的作用力使設備進一步朝“下向孔眼”移動。更確切地說，需要流體或一些其他原動力來將液力壓裂設備安裝在斜井中，尤其是安裝在水平井中。由于斜井中執(zhí)行的液力壓裂作業(yè)數量增加，因此，這種技術挑戰(zhàn)是巨大的，尤其在底端朝上的井(toe up well)(其被設計成用于更好地進行水處理)中。
[0034]阻礙劃算的液力壓裂作業(yè)的這些因素對資源生產和盈利能力帶來了巨大風險。因此，如果專門的裝置和方法可避免這些問題或其他問題(尤其是斜井中的問題)，通過液力壓裂作業(yè)得到的資源利用率將大大提高。
[0035]本發(fā)明所公開的裝置和方法帶來的一個重要優(yōu)點是，由于臨界區(qū)中的支撐劑濃度增加，從而井筒導流能力增強。另一個可能的優(yōu)點是，地下裂縫的上向孔眼中的井筒部分可被清潔，以準備用于另外的壓裂操作。
[0036]參照圖1，示出了豎直井筒的簡圖，該圖示出了井筒2的豎直部分1，所公開的裝置和方法的一個實施例可用于該豎直部分I中。井筒2在地球表面下方延伸到含有富含石油和其他能源的材料的地層3中。如果對井筒2施加了套管，可使用射孔器、爆破或采用其他方法擊穿套管4，以形成射孔5或至儲層的連通部(如，注水泥孔中的滑套或裸井中的滑套)，從而可讓流體在套管4的內部與地層3之間流通。無論是否執(zhí)行穿孔作業(yè)，液力壓裂液(未示出)被引入井筒2中，當壓裂液流經射孔5時會逐漸形成裂縫6。
[0037]為了保持裂縫6開啟，可將支撐劑7引入裂縫中。支撐劑可有助于形成一定尺寸大小的裂縫并保持裂縫尺寸，從而，當高濃度的支撐劑材料位于裂縫臨界區(qū)時，可最優(yōu)地生產烴。井筒2和裂縫6之間的分界面處的分界線8所指示的部分稱之為臨界區(qū)。根據一個實施例，當使用壓裂液形成裂縫時，支撐劑7被引入井筒2中，奔涌到裂縫6中。在某些實施例中，豎直部分I是另一地帶的下向孔眼、同一地帶的某部分的下向孔眼、或在空間上與上向孔眼部分9分開的其他孔眼。
[0038]轉向圖2，圖2是類似的簡圖，示出了用于液力壓裂作業(yè)的水平井筒。在該實例中，井筒2的豎直部分I通過彎轉部分20過渡到水平部分21。盡管簡單地示出了水平部分21，但是，本專利申請同樣可用于任何其他傾斜軌跡(蛇形、井底端朝上或朝下)中。在這類實施例中，水平部分21可由合適的傾斜部分代替，而不會明顯改變設計結構。就前述井筒2來說，可對水平部分21施加套管，水平部分包括射孔5，從而可通過注入液力壓裂液(未示出)形成裂縫6。支撐劑7可擴散到裂縫6內部，當臨界區(qū)8中的支撐劑7的濃度高時，導流能力提高。臨界區(qū)8通常位于水平部分21和地下裂縫6之間的分界面處。井筒2的上向孔眼部分9可被處理，在某些實施例中將對此做進一步描述。
[0039]在水平部分21中，僅使用重力不能將設備安裝在上向孔眼部分9中。因此，安裝液、壓裂液、或這些流體的某些混合物可用于將設備泵送到井筒2的水平部分21中。設備在被安裝時，優(yōu)選被系栓到地面上或使其在纜索(未示出)上移動。這樣，通過從井中拉出設備就可將其取出，從而，例如在其他鉆井或壓裂作業(yè)中可再使用該設備。
[0040]圖3中示出了一種能執(zhí)行文中所述的一些方法的裝置100。盡管所示的裝置100水平定位，但是，該裝置100可用于豎直井筒中。裝置100能刮擦掉存在于其在井筒2中的移動路徑中的任何支撐劑。裝置100還可被設計成基本上為圓柱形的刮塞101，其類似于地下固井施工中所使用的塞。刮塞101可包括主體102，主體102也可基本上為圓柱形。多個擦刮器103可設置在刮塞101的主體102上，其尺寸被設計成適于裝配在井筒區(qū)域內(如，套管內或裸眼部分內)。擦刮器的合適尺寸將根據擦刮器的不同而變化，該尺寸被設計成適于相應井筒的區(qū)域，從而，刮塞101從地面移動到液力壓裂位置的過程中，擦刮器103能將任何剩余的支撐劑從井筒內部清除掉。擦刮器103可由橡膠或有助于刮塞101擦刮的類似彈性材料制成。刮塞101的主體102上還可包括一個或更多個止擋卡瓦104，其可被固定止動件300 (圖5中所示)擋住。當刮塞101到達固定止動件300處時，止擋卡瓦104可使刮塞101停止在井筒2中的移動(將參照圖5對此進行詳細描述)。一個或更多個密封件105也可布置在刮塞101上，以使刮塞101與固定止動件300、井筒2或設備的其他部件更大程度地連接。
[0041]裝置100可被設計成，其在使用時與井筒2或其他設備相互作用。刮塞101插入井筒2中，井筒2可具有射孔套管4或以其他方式被布置成能讓流體流通到地層3的裂縫6(支撐劑7被驅移到其中)中。當刮塞101向井底移動時，擦刮器103可將支撐劑7從井筒2中清除掉，刮塞101最終將到達固定止動件300處，該固定止動件300被設計成與刮塞101相互作用。下面將更詳細描述固定止動件300。固定止動件300能阻止或阻礙刮塞101運動，刮塞101可將任何被去除掉的支撐劑7推到井底。在某些實施例中，該固定止動件300位于裂縫6的上向孔眼中。
[0042]圖4A中所示的第二裝置200可用于清除掉井筒2的水平部分21中的被驅移的支撐劑7。第二裝置200是基本上為圓柱形的刮塞210，其具有主體102以及設置在主體102上的擦刮器103，第二裝置200被調整成具有第一端202和第二端203。與前述刮塞101不同的是，該刮塞201可包括從第一端202延伸到刮塞201的第二端203的中空通道204。通道204的第一端202還可包括聯頂座205，其被設計成接收阻塞器502 (如圖7A-7E所示)。也可通過卡瓦、銷、密封件或能固定阻塞器502的類似機械固定機構(未示出)來實現此目的。當阻塞器502固定在通道204中時，支撐劑7和流體被阻擋或潛在地不能從刮塞201的第一端202流到第二端203。破裂片206可固定在通道204內側，可選擇地，破裂片206可更靠近刮塞201的第二端203。
[0043]破裂片206可被構造成阻擋流體經過通道204，但是，可通過選擇特定材料讓破裂片機械地破裂或在合適壓力下破裂。當破裂片206破裂時，用于將刮塞201泵送到井筒2中的任何流體可流經刮塞201的通道204，從而進一步流入井筒2中。然后，通過將阻流器(如，阻塞器502)固定在通道204中，可再次關閉刮塞201。阻塞器502可停駐在通道204的第一端202附近，不可被設計成在任何預期條件下破裂。與前述刮塞101類似，止擋卡瓦104可布置在刮塞201的主體102上，從而可被固定和鎖定到被放置在井筒2內的另一位置處的固定止動件300上。一個或更多個密封件105也可布置在刮塞201上，作為另一種方式將刮塞201連接到固定止動件300、井筒2或設備的其他部件上。在某些液力壓裂設計中，刮塞201不能采用這種密封(例如，因為所使用的磨料流會腐蝕密封件105)，或者，例如可選擇形成更堅固的壓力保持點(兩個阻擋部)。但是，在此所述的設計中，將工業(yè)泵井底塞放置在上向孔眼中，提供下一促產階段所需的裂縫擴散壓力，從而可解決上述問題。
[0044]圖4B中示出了另一可供選擇的刮塞裝置，該可供選擇的設計結構也能用于斜井中。刮塞250的設計結構可類似于刮塞201，具有包括第一端202和第二端203的主體102，多個擦刮器103可安裝在主體102上。通道204還能使第一端202與第二端203相連，可選的破裂片206位于通道204中。該刮塞裝置與前述刮塞的不同之處在于，通道204可包括球座251，球座251的尺寸適于固定住球252、阻塞器502或其他阻流裝置。一些典型的球252包括壓裂球、支撐球、陶瓷球、以及本領域中公知的等同部件。球252能在破裂片206已經破裂之后阻擋材料流經過通道204。
[0045]在另一種結構中，可避免將球座251和破裂片206—起使用，從而消除了擦刮器支座的壓力擴散作用。在這種實施例中，球座251可由單向閥取代(例如，朝儲層方向注入)，將工業(yè)泵井下塞布置在上向孔眼中，提供下一促產階段所需的裂縫擴散壓力，從而可增強密封作用。
[0046]刮塞250或刮塞201還可被設計成具有其他特征。扶正器254可布置在主體102外側上，能有助于刮塞250接合固定止動件300、井筒2或井筒設備的其他部件。起其他作用的止擋卡瓦104、密封件105和突出部分253也有助于固定止動件300、井筒2或井筒設備的其他部件使刮塞250停止運動。
[0047]圖5所示的固定止動裝置與刮塞101、201、205以及下面的方法相關。固定止動件300可安裝在井筒2內，可以位于任何井筒射孔5(其用于液力壓裂裂縫形成部位)的上向孔眼中。固定止動件300可以基本上為環(huán)形，其外徑小于井筒外徑。選擇這種尺寸可讓固定止動件300在井筒2中暢通無阻地移動，直到到達合適目的地為止。為環(huán)形結構的固定止動件300還可具有通道301，支撐劑7等材料能穿過通道301。通道301還可被構造成接收刮塞。
[0048]至少一個封隔器302可位于固定止動件300外側，但優(yōu)選使用兩個或更多個封隔器302。封隔器302包括可壓縮材料(如，橡膠)，其進入時處于未被壓縮狀態(tài)，從而允許固定止動件300的直徑穿過而到達合適位置。但是，固定止動件300到達其目的地之后，則強制剪切安全銷303，從而，引起固定止動件300上的膨脹環(huán)304升高，迫使封隔器302處于壓縮狀態(tài)。此種情況出現時，封隔器302的變形引起其朝井筒2的壁向外延伸而接觸井筒壁。封隔器302 (或幾個封隔器)和井筒2之間的摩擦有助于將固定止動件300固定在合適位置上，封閉住固定止動件300周圍的流體流。
[0049]為了進一步有助于安裝固定止動件300，安全銷303的剪切還能引起固定止動件300將止擋卡瓦305推動到井筒側部，同時，膨脹環(huán)304引起封隔器302變形。止擋卡瓦305可咬合入井筒2的壁中，增加了固定止動件300和井筒2之間的靜摩擦。固定止動件300的內部包括閂鎖件306，其被設計成接收上述刮塞。在井筒2內的合適位置處，該閂鎖件306可將刮塞固定在固定止動件300內部。
[0050]結合上述設備,現在將描述通過使用這些部件將被驅移(underdisplaced)的支撐劑從井筒中擦刮掉的兩種方法的實施例。
[0051]圖6A-6C中示出了一種通用的基本方法，用于驅移井筒2中的壓裂支撐劑7以提高臨界區(qū)8中的支撐劑濃度。盡管圖中所示的方位是水平的，但是這些圖中所示的方法適用于豎直井。該方法還適于任何其他斜井。
[0052]該方法的第一步驟是，通過將固定止動件300下入到井筒2中的合適位置上，從而將固定止動件300安裝在井筒2內。該合適位置應該是還未用于形成裂縫6的任何井筒射孔5的上向孔眼位置。當固定止動件300在井筒2中移動時，封隔器302處于未被壓縮狀態(tài)，由于安全銷303未被剪切，因此，止擋卡瓦305保持在合適位置上。在注入流體(未顯示)的幫助下，或通過一些組合技術，固定止動件300在重力作用下可下入到合適位置上。如果使用注入流體，該流體可以是多種流體，如減阻水、柴油、稠化或未稠化的油基流體、丙烷、或稠化丙烷、線性凝膠液或瓜膠基凝膠、羥乙基纖維素(HEC)、或泡沫。固定止動件300還優(yōu)選通過纜索(未示出)或等同連接裝置被拴系到地表上。坐封工具(未示出，如貝克(Baker)坐封工具)可用于將固定止動件300下入到井筒2中。
[0053]前述固定止動件300可包括通道301和閂鎖件306，閂鎖件306被設計成附連到刮塞上，如前述刮塞101、201或250。一旦固定止動件300處于合適位置上,坐封工具(未不出)或其他安置設備可引起安全銷303被剪切。被剪切的部分310可引起封隔器302 (圖6A)壓縮，從而變成被壓縮的封隔器312 (圖6B)。固定卡瓦305還可移動到與井筒2接合的位置上。圖6B中示出了固定止動件300的這種布置結構。從而固定止動件300可安裝在井筒2內，準備接收刮塞101、202、205。
[0054]接著，支撐劑攜帶液(未示出)可被注入井筒2中，該支撐劑攜帶液可以是與已被用來形成裂縫的流體類型相同的流體。使用在這種流體中的支撐劑7可包括各種材料，如，砂、砂漿、胡桃殼、玻璃珠、金屬粒、陶瓷珠或這些材料的混合物。該流體通過流經固定止動件300的通道301而進入射孔5中。如果該流體含有用于壓裂的成分，那么，該流體通過流經射孔5或接合地層3而產生地下裂縫6。支撐劑7可流入到新形成的裂縫6中，但是一些支撐劑作為剩余支撐劑保留在斜井2中。然后可將刮塞101、201、250插入井筒2中，通過使用另外的注入流體(未示出)可有助于其移動。這種另外的注入流體可以是與先前已經用來安裝固定止動件或形成裂縫6的流體相同的同一種流體，相同類型的流體、或者可以與先前已經用來安裝固定止動件或形成裂縫6的流體不同。
[0055]刮塞101的擦刮器103可將一部分支撐劑攜帶液或剩余支撐劑進一步擦刮或推入井筒2中，使它們最終穿過固定止動件300或固定止動件300的下向孔眼而進入裂縫6中。一些支撐劑攜帶液完全移動到裂縫中，而一些支撐劑攜帶液將留在裂縫/井筒分界面的任一側上。優(yōu)選地，在裂縫6的臨界區(qū)8中將存在大量的支撐劑7。由于支撐劑7通過刮塞101、201、250而朝著沿井眼向下方向被擦刮，因此，支撐劑7能流到新形成的裂縫6中，進入臨界區(qū)8，而不是保持在井筒2內(這樣的話，支撐劑7將可能阻擋其他裝置或設備部件)，從而，導流能力提高。參見圖6C，刮塞101、201、250的側部或止擋卡瓦104與固定止動件300的通道301內的至少一個閂鎖件306接觸或接合，從而刮塞101、201、205可被固定止動件300接收。刮塞101、201、250然后可密封抵接固定止動件300的通道301?？晒┻x擇地，如果固定止動件300的尺寸適于讓刮塞101、201、250在重力作用下固定在合適位置上，那么，可省掉閂鎖件306。之后，通過對井筒的多個部分、套管或刮塞101上方的管道穿孔，可重復執(zhí)行上述過程。根據需要可重復該過程多次。
[0056]完成該過程之后，需要在井筒2內執(zhí)行其他操作。為了移走已被安裝的刮塞和固定止動件，可通過諸如鉆制、化學分解或注入加壓流體的方法強制移走這些設備。如果一些設備部件(如，固定止動件300)將被保存以用于以后的操作，那么，在完成該過程的步驟之后，它們可在纜索上移動，或通過使用井底收回工具將它們收回，然后將它們從井筒2中拖出。
[0057]可供選擇的第二方法適于斜井部分，可達到相同結果，S卩，從井筒中擦刮掉被驅移的支撐劑，提高了臨界區(qū)中的支撐劑濃度，從而增強近井地帶的導流能力。
[0058]圖7A-7E中所示的其他步驟顯示了適于斜井的第二方法與第一方法的顯著差異。這些圖示出了該方法在五個不同階段的實施例。
[0059]該方法的開始步驟類似于前述方法。通過將固定止動件300下入到合適位置上，從而將固定止動件300安裝在井筒2內。固定止動件300可安裝在還未用來形成地下裂縫6的井筒射孔5的上向孔眼中。安裝之前，安全銷303可設置在固定止動件300上，其未被剪切，從而封隔器302保持未被壓縮狀態(tài)。另外，或可供選擇地，當固定止動件300下入時，固定卡瓦305不接觸井筒2。圖7A示出了該方法的某實施例中的此狀態(tài)。如果該方法用于傾斜部分，可單獨使用第一注入流體400或與其他技術結合使用第一注入流體400，以將固定止動件300安裝在合適位置上。合適的注入流體可包括減阻水、柴油、油基流體、丙烷、線性凝膠液或瓜膠基凝膠、羥乙基纖維素(HEC)或泡沫。為了以后能容易移走固定止動件300，固定止動件300可通過纜索(未示出)或等同的地表連接件系栓到地表上。坐封工具(未示出，如，貝克(baker)坐封工具)可用于將固定止動件300下入到井筒2中，將其安裝在合適位置上。從而，固定止動件300可與第一注入流體400 —起被泵送到井筒2中。
[0060]圖7B中示出了固定止動件300，示出固定止動件300已經接合井筒2的側部并已被安裝。如前所述，可通過一個或更多個封隔器、止擋卡瓦、或被設計成一旦剪切安全銷就驅動的其他設備來完成上述過程。如果安全銷303設置在固定止動件300上，在下入固定止動件300之后坐封工具能剪切安全銷303。優(yōu)選地，可操作用于安裝固定止動件300的第一注入流體400來形成液力裂縫，更優(yōu)選地，該第一注入流體400攜帶有支撐劑。使用在該流體中的支撐劑包括如下材料，如砂、砂漿、胡桃殼、玻璃珠、金屬粒、陶瓷珠、或這些材料的混合物。但是，一種單一流體或多種流體可用來形成裂縫，將支撐劑提供到新形成的裂縫中。需要一些支撐劑或所有支撐劑進入裂縫中，保留在臨界區(qū)，但是，在許多情況下，將仍有一些支撐劑剩余在斜井2中。通過采用所公開的方法的實施例，將能減輕隱藏的支撐劑所帶來的潛在困難或避免這種潛在困難。
[0061]此時，固定止動件300準備接收刮塞201、250。該方法中的刮塞是圖4A和4B中所示的裝置的實施例，前面已經對其進行了詳細描述。通過第二注入流體401將刮塞201、250泵送到井筒2中，第二注入流體401可以與用于固定止動件300的注入流體相同或不同。第二注入流體401可用于泵送刮塞201、250，可不包含額外的支撐劑，但是如果需要，該流體可包括支撐劑。刮塞201、250在井筒2中移動時，第一注入流體400或先前流體中的剩余在井筒2內的一些支撐劑7被刮塞201、250朝井下刮擦而通過固定止動件300。如果被刮擦掉的支撐劑進入裂縫，裂縫臨界區(qū)8中的支撐劑7的量增加，這樣則可提高裂縫6的近井地帶的導流能力。然后，刮塞201、250碰撞固定止動件300或接合固定止動件300上的部件，從而刮塞201、250被固定止動件300接收。例如，固定止動件300可具有閂鎖件或密封件，其被設計成接合設置在刮塞201、250上的止擋卡瓦。圖7B示出了在一個實施例中刮塞201、250被固定止動件300固定的狀態(tài)。
[0062]如果需要進行進一步的壓裂作業(yè)，那么，接下來在第三注入流體的幫助下將射孔組件500插入井筒中。該第三注入流體可與第一注入流體和第二注入流體相似或不同。射孔組件可包括射孔器501和阻塞器502，它們相互機械地連接。連接桿503和扶正器504可用于機械連接。如果使用連接桿503和扶正器504，它們將有助于平衡射孔組件500的載荷，但是也可以考慮在射孔器501和阻塞器502之間采用其他機械連接結構。射孔組件500可在纜索(未示出)上移動或被系栓到地球表面處或附近的位置上，這樣，完成該方法的步驟之后，將可再使用的部件拉到地表，從而可重新利用該設備。
[0063]壓裂片206可包括在該方法的使用者指定的壓力下破裂的材料，也可設置在刮塞201、250上。如果使用破裂片206，破裂片在206在承受第二注入流體401和第三注入流體的壓力之后可破裂。從而可將第二注入流體401和第三注入流體中的一些或全部從井筒中去除掉。圖7C示出了該方法的某實施例，此時，破裂片206還未破裂，第二和第三注入流體的混合物403使破裂片206承受壓力。
[0064]當破裂片處于已破裂狀態(tài)207時，第二和第三注入流體混合物403通過新形成的通道(該通道經過刮塞201、250和固定止動件300)進入井筒2的井底部分?；旌系淖⑷肓黧w流經射孔5，進入裂縫6，奔涌到井筒2外部；或者所述流體可流到井筒2的井底部分。圖7D中示出了該方法中破裂片破裂之后的階段。
[0065]為了封閉井筒2的井底部分，可讓射孔組件500接觸刮塞201、250。射孔組件500的阻塞器502可被刮塞201、250接收，刮塞201、250內側通道中的聯頂座205可有助于這種接收操作。用于將阻塞器502接收在刮塞201、250上的優(yōu)選方法包括使用卡瓦止擋件、閂鎖件、粘性材料以及將兩個或更多部件機械連接在一起的其他合適機構。圖7D示出了密封塞形式的阻塞器502被插入刮塞201中的狀態(tài)。
[0066]使用者可采取其他的可選步驟來提高該方法的經濟效率。刮塞201接收阻塞器502之后，射孔組件500可使阻塞器502與射孔器501分離。如果需要，可通過使用安全銷(未示出)將扶正器504連接到阻塞器502上，來實現該分離步驟。安全銷被剪切時，將會引起射孔組件500的扶正器504自行與阻塞器502分離。圖7E示出了使用該可選步驟的方法的某實施例，示出了安全銷已被剪切之后的狀態(tài)。
[0067]之后，使用者能將射孔器501移到合適位置上。使用者能將射孔器501移到需要其他射孔和液力裂縫的位置上，能將射孔器501從井筒2中移走，或能將射孔器501移到不同位置上用于其他目的。如果射孔器501對準合適的壓裂位置，其能射穿井筒2的另一部分以準備給井筒形成另外的液力裂縫。射孔組件500然后與任何其他可再使用的設備(如，固定止動件300) —起從井筒2中移走?？晒┻x擇地，使用在該方法中的部件(如，刮塞201、250和阻塞器502)可通過一些方法(如，鉆制、注入加壓流體或化學分解)被強制移走。
[0068]如果井筒2特別長，可周期性地重復該方法的步驟以從地球表面下的地層中開采出烴或其他能源。讓該過程循環(huán)進行的劃算方式是，首先在井筒的井底部分中應用該方法，然后在該第一位置的連續(xù)的上向孔眼部分中重復執(zhí)行該方法的步驟。
[0069]在圖8A-8D中，示出了用于將刮塞201、250安裝在斜井中的步驟的另一可選的次序。本領域的普通技術人員將能意識到，如果合適，可單獨執(zhí)行這些步驟或組合地執(zhí)行這些步驟。
[0070]在圖8A中，刮塞250被構造成，其在被泵送到或插入井筒2中時被固定止動件300接收。刮塞201、250的特征在于具有安全銷303，安全銷303被構造成接觸固定止動件300的窄部分，從而可使安全銷303被剪切。安全銷303還可防止密封件105接觸井筒2或接觸可處于刮塞201、250和固定止動件300之間的其他阻礙物。另外，刮塞201、250可包括突出部分253，突出部分253能接觸固定止動件300的窄部分以使得刮塞201、250更大程度地被固定止動件300固定。類似地，扶正器可設置在刮塞201、250上；扶正器的尺寸被設計成使得扶正器一旦接觸固定止動件300，固定止動件300就能阻止扶正器在井筒2中進一步移動。刮塞201、250可包括擦刮器103，當刮塞201、250進一步移動到井筒2中時，擦刮器103能從井筒2側部擦刮掉支撐劑7。如果需要，在刮塞201、250上可設置破裂片206。
[0071]圖8B示出了刮塞201、250接觸固定止動件300的狀態(tài)，如果具有安全銷303，那么，此時安全銷303可接觸固定止動件300的邊緣。當出現這種接觸時，固定止動件300的質量將會促使作用力作用在安全銷303上，引起安全銷303被剪切，從而露出密封件105。
[0072]圖8C示出了刮塞201、250在安全銷303已經通過固定止動件300被剪切的狀態(tài)，此時，示出安全銷303為被剪切的部分310。在此，露出的密封件105 (如果存在該密封件)此時可接觸并附接到固定止動件300的內側上。止擋卡瓦104和突出部分253將有助于能使刮塞201、250坐靠在固定止動件300上。如果在刮塞250上設置扶著器，那么扶正器將有助于在刮塞250固定在固定止動件300上之后進一步限制刮塞250移動。如果在刮塞250上設置旁通口 208，扶正器還可防止抽吸液等流體經過刮塞250進一步進入井筒2中。旁通口 208可設置在主體102上，且被構造成可讓流體在通道204與環(huán)形空間(其位于井筒2和刮塞250之間)之間流通。如果具有破裂片206，那么來自于流體(如，注入流體)的壓力使破裂片206破裂，從而使得刮塞250可準備接收阻塞器。
[0073]在圖8D中，示出了使用球252的另一步驟。如果需要在破裂片206破裂之后阻塞通道204，那么球252將通過注入流體被泵送到井筒2中。在合適尺寸的位置處或狹窄部分處或另一球座251處，球252可保持在刮塞201的通道204中。球252能帶來的另一優(yōu)點是，將球252泵送到井筒2之后，不需要設備來移走球252。球252僅保持在刮塞250內，可在上向孔眼中繼續(xù)進行其他壓裂作業(yè)。在這些其他作業(yè)中，可通過相同方法或其他方法安裝刮塞，后來將其關閉。
[0074]在可供選擇的某實施例中，固定止動件300可下入到井筒2中，被連接到射孔器501上。例如，固定止動件300和射孔器501可在纜索(未示出)上移動。當固定止動件300被固定時(例如，通過坐封工具、加壓、或將固定止動件300固定的其他方法)，射孔器501可以位于相對于固定止動件300來說的上向孔眼中。固定步驟期間或之后，固定止動件300可與纜索和射孔器501分開或分離。然后，一旦固定止動件300被固定，射孔器501可蜿蜒地或以其他方式穿過固定止動件300的通道301，從而射孔器501位于相對于固定止動件300來說的下向孔眼中。為了讓射孔器501穿過固定止動件300，需要固定止動件300或射孔器501或兩者的輪廓能有助于這種穿過。
[0075]此時，射孔器501可用于形成射孔5。然后，通過纜索將射孔器501回拉而穿過固定止動件300，然后將射孔器501從井筒2中移走或可選地用于形成另外的射孔。一旦已經形成射孔5，由射孔5開始形成裂縫6時，引入支撐劑7，從而支撐劑7進入裂縫6中。接著，刮塞101、201、250之一可被下入到井筒2中，隨后隔離液也被引入井筒2中。一旦刮塞101、201、250坐靠在固定止動件250上，先前被驅移的支撐劑將能合適地被移走。如果具有破裂片207，那么破裂片207將破裂，引入阻塞物或其他流體，以隔離裂縫6和/或流體通道，從而，射孔器501可再次被下入到井筒2中。一旦射孔器501和可選的另一固定止動件300移到上向孔眼區(qū)域并靠近第一固定止動件300的位置，那么球252會下降，停止在刮塞250的球座251上。可供選擇地，球252被泵送之后立即泵送射孔器251?？晒┻x擇地，如果特定刮塞101、201、250中不具有球座251，那么阻塞器502可與射孔器501以及射孔組件500的其他可選元件一起移動。任何情況下，可在第一固定止動件300的上向孔眼位置形成射孔，可根據需要重復執(zhí)行該過程多次。
[0076]盡管文中已經描述了本裝置和方法的優(yōu)選實施例，但是，上面的描述僅是闡釋性的。相應領域的普通技術人員將能對文中所公開的方法和裝置進行其他改進，所有的這些改進應認為落入所附權利要求書的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于在井筒中形成裂縫的方法，該方法包括以下步驟: a)提供固定止動件，該固定止動件中具有被構造成接收刮塞的通道； b)將固定止動件安裝在井筒中； c)將支撐劑攜帶液注入井筒中，使支撐劑攜帶液經過固定止動件的所述通道、穿過射孔，以形成裂縫； d)提供刮塞，刮塞被構造成將被接收在固定止動件的所述通道中； e)將刮塞插入到井筒中； i)使刮塞擦刮掉一部分支撐劑攜帶液，使所述一部分支撐劑攜帶液穿過固定止動件，進入裂縫中；以及 g)使固定止動件接收刮塞。
2.根據權利要求1的方法，其中，支撐劑攜帶液包括支撐劑，該支撐劑選自于砂、砂漿、胡桃殼、玻璃珠、金屬粒、陶瓷珠、以及這些物質的混合物。
3.根據權利要求1的方法，其中，固定止動件包括閂鎖件，刮塞包括止擋卡瓦，該方法還包括以下步驟:使閂鎖件接合止擋卡瓦。
4.根據權利要求1的方法，還包括以下步驟:將固定止動件和刮塞中的至少一個從井筒中強制移走。
5.根據權利要求1的方法，其中，所述安裝步驟包括，使固定止動件在纜索上移動，該方法還包括步驟:拉動纜索以將固定止動件從井筒中移走。
6.根據權利要求1的方法，其中，固定止動件包括封隔器，所述安裝步驟包括:使封隔器接觸井筒。
7.根據權利要求1的方法，其中，支撐劑攜帶液包括注入流體，注入流體選自于減阻水、線性凝膠液或瓜膠基凝膠、羥乙基纖維素(HEC)、柴油、油基流體、丙烷和泡沫。
8.根據權利要求1的方法，其中， 將固定止動件安裝在井筒中的步驟包括，通過第一注入流體將固定止動件泵送到井筒中； 將刮塞插入井筒中的步驟包括，通過第二注入流體將刮塞泵送到井筒中； 其中，刮塞包括破裂片，所述破裂片被構造成在使用者指定的壓力下破裂； 該方法還包括以下步驟: h)提供射孔組件，該射孔組件包括連接到阻塞器上的射孔器； i)將射孔組件插入井筒中，將第三注入流體泵送到井筒中，其中，被泵送的第三注入流體使破裂片破裂，從而形成穿過刮塞的通道；以及 j)使所述穿過刮塞的通道接收阻塞器。
9.根據權利要求8的方法，還包括以下步驟: k)將阻塞器與射孔器分開； 1)使射孔器對準合適的射孔位置；以及 m)用射孔器對所述合適的射孔位置射孔。
10.根據權利要求9的方法，還包括以下步驟: η)對所述合適的射孔位置射孔之后，將射孔器移走；以及 ο)步驟k)至m)完成之后，重復步驟a)至j)。
11.根據權利要求9的方法，其中，阻塞器通過安全銷連接到射孔器上，步驟k)包括剪切所述安全銷。
12.根據權利要求8的方法，其中，所述射孔組件和固定止動件之一在纜索上移動，該方法還包括如下步驟:拉動纜索以將射孔器、阻塞器和固定止動件中的至少一個從井筒中移走。
13.根據權利要求8的方法，其中，第一注入流體、第二注入流體和第三注入流體中的至少一種流體流經刮塞的通道，并進入裂縫中。
14.根據權利要求1的方法，還包括以下步驟: h)在步驟b)之前，使射孔器連接到固定止動件上； i)步驟b)之后，使射孔器與固定止動件分開；以及 j)步驟i)之后，通過射孔器形成射孔。
15.根據權利要求14的方法，還包括以下步驟； k)使射孔器移動穿過固定止動件的所述通道。
16.根據權利要求15的方法，其中，在步驟i)之后且在步驟j)之前執(zhí)行步驟k)。
17.一種裝置，其包括: 主體，該主體具有從第一端延伸到第二端的通道，該通道被構造來固定一阻塞器； 多個擦刮器，它們設置在所述主體上； 破裂片，該破裂片被構造成阻擋流體流經所述通道，且該破裂片被構造成在使用者指定壓力下破裂；以及， 卡瓦止擋件，該卡瓦止擋件設置在所述主體上，且被構造成通過具有閂鎖件的固定止動件而被固定。
18.根據權利要求17的裝置，還包括旁通口，該旁通口設置在所述主體上，且被構造成允許流體在所述通道與位于井筒和該裝置之間的環(huán)形空間之間流通。
19.根據權利要求17的裝置，還包括固定突出部分，其設置在所述主體上。
【文檔編號】E21B43/267GK104420859SQ201410460787
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】J·M·諾埃, D·P·布里斯科, B·莫厄德, R·D·史密斯, E·R·豐塞卡奧坎波斯, J·J·卡萊爾 申請人:國際殼牌研究有限公司