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多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:8531616閱讀:259來源:國知局
多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)
[0001]相關(guān)技術(shù)的交叉引用
[0002]本申請為于2012年11月6日提交的美國申請13/670,125的PCT專利申請,美國專利申請13/670,125為于2012年7月10日提交的美國申請13/545,908的部分繼續(xù)申請案,美國專利申請13/670,125要求于2011年7月12日提交的美國臨時申請61/506,897的優(yōu)先權(quán),美國申請13/545,908和美國臨時申請61/506,897通過參引并入本文并且要求其優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0003]某些儲層中的井需要以液壓的方式被壓裂以促進(jìn)生產(chǎn)率并使井在商業(yè)上可行。對該過程而言,井通過支撐劑(例如砂子等)被壓裂以處理地層并提高產(chǎn)量。在很多情況下,在單個井眼中執(zhí)行多次壓裂以處理地層中的感興趣的各個層。在這些儲層中的一些儲層中,需要壓裂的井處于深水區(qū),在深水區(qū)處,生產(chǎn)設(shè)備不能處理任何產(chǎn)生的固體,例如地層砂或壓裂支撐劑。
[0004]目前,用于這些儲層的完井使用單程多區(qū)域系統(tǒng),單程多區(qū)域系統(tǒng)允許操作者在井眼中以單次行程壓裂多個層,并且一些單程多區(qū)域壓裂系統(tǒng)使用井篩管來防止支撐劑在操作期間回流。不幸的是,目前的具有井篩管的單程多區(qū)域系統(tǒng)需要使用服務(wù)性跨接工具以進(jìn)行操作。這些系統(tǒng)中的跨接工具將流體流動路徑從工作管柱跨接至井篩管外的環(huán)空或者從井篩管外的環(huán)空跨接至工作管柱。
[0005]使用這些系統(tǒng)和跨接工具有多個缺點(diǎn)。例如,系統(tǒng)和跨接工具非常復(fù)雜且難以安裝并操作。由于粘在井中的可能性很大,因此系統(tǒng)和跨接工具還承受極大的風(fēng)險。
[0006]雖然迄今為止幾乎還沒有實(shí)現(xiàn)利用單程多區(qū)域壓裂系統(tǒng)進(jìn)行壓裂操作,但由于深水操作中的潛在的節(jié)約性,因此對這些系統(tǒng)具有很
[0007]大的興趣。所需的是一種能夠克服或者至少減小上述問題中的一個或更多個問題的影響的單程多區(qū)域壓裂系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]用于井眼的多區(qū)域地層處理組件具有設(shè)置在井眼中并且限定了通孔的管狀結(jié)構(gòu)。該組件可以用于諸如壓裂操作、壓裂充填操作、礫石充填操作或其他操作之類的地層處理。在管狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置有區(qū)段,并且每個區(qū)段均具有隔離元件、流量閥、篩管和封閉件。
[0009]隔離元件使圍繞區(qū)段的井眼環(huán)空與沿著井眼的其他區(qū)段隔離,該隔離元件可以為可膨脹式封隔器、液壓設(shè)定式封隔器或機(jī)械設(shè)定式封隔器。如果需要,可以在井眼環(huán)空中設(shè)置流動管,并且流動管可以穿過隔離元件在區(qū)段中的一個或更多個區(qū)段之間連通。例如,流動管可以在壓裂充填操作期間用于區(qū)段的井眼環(huán)空中的流體的脫水。
[0010]流量閥能夠在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間選擇性地操作,以允許或阻止通孔與井眼環(huán)空之間的流體連通。流量閥在被打開時主要用于將處理物通過第一流動路徑傳送到區(qū)段的井眼環(huán)空中。
[0011]設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)上的篩管與井眼環(huán)空連通并且可以通過第二流動路徑與組件的通孔連通。封閉件至少阻止從管狀結(jié)構(gòu)的通孔至篩管的流體連通。例如在一種情況下,封閉件阻止從通孔至篩管的流體連通。這種情況用于當(dāng)執(zhí)行地層處理時。然而,在另一種情況下,封閉件允許從篩管至通孔的流體連通。這種狀態(tài)用于在處理操作之后以使得生產(chǎn)流體可以通過篩管連通到通孔中。
[0012]在一種結(jié)構(gòu)中,流量閥為具有殼體和封閉元件的諸如內(nèi)套筒或內(nèi)嵌件之類的滑動套筒,其能夠在流量閥中相對于流動端口移動。內(nèi)套筒可以在關(guān)閉狀態(tài)或打開狀態(tài)之間移動,以阻止及允許穿過流動端口的流體連通。
[0013]在某些實(shí)施方式中,為了移動內(nèi)套筒,例如可以在管狀結(jié)構(gòu)中設(shè)置插塞或球以接合設(shè)置在內(nèi)套筒中的座。隨后,施加在坐置的插塞上的流體壓力隨后使內(nèi)套筒移動成打開以暴露流動端口。
[0014]在其他實(shí)施方式中,可以不使用插塞或球來移動內(nèi)套筒。代替地,除了球和座裝置或者作為球和座裝置的替代性方案,可以通過移位工具將流量閥的內(nèi)套筒移動成打開及關(guān)閉。特別地,工作管柱可以在管狀結(jié)構(gòu)的通孔中延伸,并且可以使用工作管柱上的致動工具來打開及關(guān)閉每個區(qū)段的流量閥。
[0015]在一種結(jié)構(gòu)中,封閉件也可以具有內(nèi)套筒,內(nèi)套筒可以至少通過工作管柱的移位工具被打開。在地層處理完成之后執(zhí)行封閉件的打開,使得組件可以用于生產(chǎn)操作。因此,作為內(nèi)套筒的封閉件可以選擇性地阻止及允許從篩管經(jīng)由第二流動路徑至組件的通孔的流體連通。
[0016]然而,為了防止在處理期間穿過篩管的流體損失,封閉件優(yōu)選地具有單向閥或止回閥,該單向閥或止回閥布置成使篩管與通孔之間流體連通。止回閥至少阻止從管狀結(jié)構(gòu)的通孔至篩管的流體連通。因此,止回閥可以僅阻止從組件的通孔經(jīng)由第二流動路徑至篩管的流體連通。
[0017]在一種結(jié)構(gòu)中,篩管具有第一篩管區(qū)段和第二篩管區(qū)段,第一篩管區(qū)段和第二篩管區(qū)段設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)上并且設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)中的流動端口的兩側(cè)上。這兩個篩管區(qū)段可以使來自井眼環(huán)空的過篩流體連通至流動端口。在該種結(jié)構(gòu)中,封閉件設(shè)置在管狀結(jié)構(gòu)上并且設(shè)置成使第一篩管區(qū)段和第二篩管區(qū)段與流動端口之間流體連通。
[0018]特別地,內(nèi)套筒可以相對于管狀結(jié)構(gòu)中的與篩管區(qū)段連通的流動端口選擇性地打開及關(guān)閉。然而,在流動端口與篩管區(qū)段之間插置有具有止回球和流動通道的止回閥。止回球能夠移動以允許或阻擋穿過流動通道的流體連通。例如,在一種情況下,止回球允許從篩管區(qū)段穿過流動通道至流動端口的流體連通,而在另一種情況下,止回球阻止從流動端口穿過流動通道至篩管區(qū)段的流體連通。
[0019]在用于井眼的多區(qū)域地層處理方法中,在井眼中設(shè)置有組件,并且井眼的圍繞該組件的環(huán)空被隔離成多個隔離層以對這些隔離層進(jìn)行處理。為了隔離環(huán)空,例如,該方法可以涉及將隔離元件靠著井眼接合在組件上。
[0020]工作管柱設(shè)置在組件的通孔中。用處理流體對隔離層中的每個隔離層進(jìn)行處理涉及用工作管柱選擇性地打開組件中的處于給定隔離層處的第一端口。隨后,處理流體沿著工作管柱向下流動穿過打開的第一端口至隔離層。同時選擇性地阻止了從井眼環(huán)空穿過組件上的處于該隔離層處的篩管至組件的通孔的流體連通。
[0021]在該隔離層處的處理之后,用工作管柱選擇性地關(guān)閉第一端口。當(dāng)完成對各個層的所有處理操作時,該組件被設(shè)置成用于生產(chǎn)。隨后,工作管柱在同一行程中打開封閉件,從而允許井眼環(huán)空中的流體流動穿過篩管并進(jìn)入組件的通孔中。隨后,可以用組件上的篩管將從隔離層的環(huán)空流通的流體過篩到組件的通孔中。然而,組件上的止回閥阻止了從通孔穿過篩管至隔離層的環(huán)空的流體連通。
[0022]前述
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意在概括本公開的每種可能的實(shí)施方式或每個方面。
【附圖說明】
[0023]圖1示出了根據(jù)本公開的設(shè)置在套管的井眼中并具有帶壓裂閥和流動裝置的區(qū)段的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0024]圖2A示出了具有脫水管的圖1的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0025]圖2B示出了具有可膨脹襯管的圖1的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0026]圖3示出了根據(jù)本公開的設(shè)置在裸井眼中并具有帶壓裂閥和流動裝置的區(qū)段的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0027]圖4示出了根據(jù)本公開的設(shè)置在未套管的井眼中并且利用了與壓裂閥和流動裝置結(jié)合的工作管柱的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0028]圖5示出了具有流動管的圖4的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0029]圖6A示出了用于所公開的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)的流動裝置的局部截面圖。
[0030]圖6B示出了用于圖6A的流動裝置的止回閥的細(xì)節(jié)圖。
[0031]圖6C示出了圖6A的流入流量控制裝置的單獨(dú)的局部截面圖。
[0032]圖7A至圖7B示出了用于所公開的多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)中的流量閥的處于關(guān)閉狀態(tài)及打開狀態(tài)的流量閥多選擇滑動套筒的局部截面圖。
[0033]圖8A至圖8B示出了用于在用于圖4至圖5的所公開的系統(tǒng)的工作管柱上使用的移位工具。
[0034]圖9A至圖9D示出了根據(jù)本公開的設(shè)置在未套管的井眼中并且利用了與壓裂閥和流動裝置結(jié)合的工作管柱的另一多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)。
[0035]圖1OA至圖1OB示出了用于所公開的系統(tǒng)的處于關(guān)閉位置及打開位置的另一壓裂閥的局部截面圖。
[0036]圖11示出了用于所公開的系統(tǒng)的另一流動裝置的局部截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]公開了多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)的各種實(shí)施方式。該系統(tǒng)不需要現(xiàn)有技術(shù)中所需的跨接工具。在某些實(shí)現(xiàn)中,系統(tǒng)的某些實(shí)施方式甚至不需要整套的服務(wù)性工具。為了在套管的井眼或裸井眼中的多個層上執(zhí)行壓裂操作,該系統(tǒng)包括:(I)具有一體的單向閥或止回閥的井篩管,(2)壓裂閥,以及(3)可選的用于漿液脫水的分流管。該系統(tǒng)還可以包括光纖技術(shù)。
[0038]在根據(jù)本公開的第一實(shí)施方式中,圖1示出了多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)10,多區(qū)域過篩壓裂系統(tǒng)10設(shè)置在套管的井眼中并且具有帶壓裂閥30和流動裝置40的區(qū)段28,流動裝置40包括井篩管46和封閉元件48。系統(tǒng)10包括設(shè)置在套管12中的上完井或工作管柱14。管柱14接合在壓裂組件20的生產(chǎn)管柱22的井口端24中,并且可以通過可選的封隔器16接合套管12。
[0039]在內(nèi)部,壓裂組件20的生產(chǎn)管柱22具有通孔25,通孔25沿著管柱22的長度連通并與完井管柱14連通。在外部,壓裂組件20具有隔離裝置18—一例如但不限于液壓式、機(jī)械式或可膨脹式封隔器,以密封套管12中的生產(chǎn)管柱22。封隔器18中的一個封離器設(shè)置在管柱22的井口端24處,而其他封隔器18沿著生產(chǎn)管柱22的長度設(shè)置。由封隔器18分開的壓裂組件20具有多個區(qū)段28,區(qū)段28以多種間隔設(shè)置或者設(shè)置在周圍地層中的感興趣的各個層處。在壓裂組件20的井下端26處,壓裂組件20具有用于在壓裂操作期間接合坐封球54的底部座50。
[0040]每個區(qū)段28均具有選擇性壓裂閥30和流動裝置40。給定的區(qū)段28中的選擇性壓裂閥30和流動裝置40中的每一者均通過封隔器18與其他區(qū)段28分開,封隔器18使井眼環(huán)空15與相應(yīng)的區(qū)段28隔離。如所示出的,選擇性壓裂閥30在各個區(qū)段28中都設(shè)置在流動裝置40的井口處。作為替代性方案,選擇性壓裂閥30在區(qū)段28中可以設(shè)置在流動裝置40的井下處。
[0041]選擇性壓裂閥30具有一個或更多個端口 32,所述一個或更多個端口 32在操作期間可以通過封閉元件34(例如內(nèi)套筒)選擇性地敞開或封閉。在這種
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