專利名稱：通過水泥外套管進行液力壓裂所使用的閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不對水泥套管打孔的情況下對油氣井中的多個區(qū)域進行液力壓裂所使用的一種閥。一種較新的油/氣井完井方法涉及一種閥的使用，所述閥被安裝為使其作為井的套管管柱的一部分，該方法使得在閥元件處于關(guān)閉位置時，在套管內(nèi)提供水泥流，并且該方法使得壓裂流體能軸向流過水泥套管以壓裂所述閥附近的地層。本發(fā)明在此公開的是用于這一過程的一種改進的閥。
背景技術(shù)：
由于在水泥灌注過程完成后，閥的開口會受水泥或其它碎屑的影響，因此上面公開的完井方法中所使用的閥的現(xiàn)有設(shè)計容易失效。通常所使用的滑動套筒或活塞的一部分 暴露在上述水泥的流動中或暴露至在井筒和套管管柱之間流動的水泥。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的閥通過將滑動套筒隔離在外部殼體和內(nèi)部心軸之間而克服了上面描述的難題。內(nèi)部心軸中的可破裂盤在選定壓力下發(fā)生破裂。壓力隨后將作用在滑動套筒的一端并使滑動套筒移動到打開位置從而使得壓裂流體直接作用于水泥套管?；瑒犹淄舶ㄦi定環(huán)形螺母以防止所述滑動套筒滑回關(guān)閉位置。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的閥的側(cè)視圖；圖2是沿圖I中的2-2線剖開的處于關(guān)閉位置的閥的截面圖；圖3是沿圖2中的3-3線剖開的閥的截面圖；圖4是滑動套筒的截面圖；圖5是鎖定環(huán)保持部的截面圖；圖6是鎖定環(huán)的截面圖；圖7是鎖定環(huán)的端部視圖；圖8是處于打開位置的閥的截面圖；圖9是圖8中圈出的區(qū)域的放大圖。
具體實施例方式如圖I中所示，本發(fā)明的閥10的一個實施例包括主殼體13和兩個相似的端部連接件部分11、12。主殼體13是在每個端部都具有螺紋部61的中空圓筒件，各所述螺紋部61接收各端部連接件的螺紋部18。端部連接件11和12可具有內(nèi)螺紋或外螺紋以連接到套管管柱。如圖2中所示，主殼體13包括一個或更多個開口 19，所述開口 19由環(huán)形保護套40環(huán)繞。環(huán)形保護套40由具有耐高沖擊強度的材料制成。
閥10包括心軸30，所述心軸30形成為在端部連接件11、12之間延伸的中空圓筒形管(如圖2中所示)。心軸30包括一個或更多個穿過心軸的外壁延伸的孔口 23。心軸30還具有處于其外部的中間螺紋部51。一個或更多個可破裂盤41、42位于心軸內(nèi)(如圖3中所示)?？善屏驯P41、42位于在心軸30的內(nèi)表面和外表面之間延伸的通路內(nèi)。心軸的外表面中設(shè)置有環(huán)形凹部17和27以容納合適的密封件。通過將心軸的肩部15接合在端部連接件的內(nèi)表面中，使得心軸30被限定在端部連接件11和12之間。端部連接件11和12包括縱向延伸部18，所述縱向延伸部18使主殼體13與心軸30間隔開并從而形成了腔室36?？v向延伸部18具有用于容納合適的密封件的環(huán)形凹部32?；瑒犹淄膊考?0位于所述腔室36內(nèi)并且大體上是中空圓筒狀結(jié)構(gòu)(如圖4所示)?；瑒犹淄膊考?0包括具有螺紋部66的直徑較小的部分24?；瑒犹淄膊考?0還設(shè)置有用于容納剪切銷21的端部的凹槽43?；瑒犹淄膊考?0還包括容納合適的環(huán)形密封件的環(huán)形槽16和22。如圖9中所示，鎖定環(huán)保持部25具有棘齒61且該鎖定環(huán)保持部25保持鎖定環(huán)50， 鎖定環(huán)50在其外表面具有棘齒51且在其內(nèi)表面具有棘齒55。鎖定環(huán)50包括開口 91 (如圖7中所示)，隨著滑動套筒從關(guān)閉位置運動到打開位置，所述開口 91能使所述鎖定環(huán)直徑增加。鎖定環(huán)保持部25具有足夠的直徑裕度，從而使得鎖定環(huán)50能嚙合到心軸的棘齒63而決不會使鎖定環(huán)50與鎖定環(huán)保持部25的螺紋連接松脫。鎖定環(huán)保持部25具有螺紋部26以便與滑動套筒部件上的螺紋部24相嚙合。鎖定環(huán)保持部25還具有多個用于設(shè)置螺桿(未不出)的孔46和62。在使用中，閥10可以通過端部連接件11、12連接到套管管柱。一個或更多個閥10可以被結(jié)合到套管管柱內(nèi)。在套管管柱已被配置在井內(nèi)以后，如現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的方式那樣，水泥被向下泵送從而經(jīng)過套管并從套管底部流出而進入到井筒和套管之間的環(huán)空內(nèi)。在水泥流動終止后，將塞子或其它裝置向下泵送以擦拭套管和閥從而清除殘留的水泥。當(dāng)所述塞子或其它裝置被鎖定或密封在井底組件中時，增加壓力以在預(yù)定壓力下使得可破裂盤發(fā)生破裂。流體壓力將作用在滑動套筒部件20上以導(dǎo)致剪切銷折斷并繼而使滑動套筒部件20向下游或向右運動(如圖8中所示)。此運動將使得壓裂流體能通過心軸中的孔口23以及外殼中的開口 19流出。壓力下的壓裂流體將移除環(huán)形保護套40并使水泥套管破裂并且還將壓裂所述閥10附近的地層。由于滑動套筒部件20大部分與水泥的流動隔離，因此滑動套筒部件20不容易受到堵塞或不需要更高的驅(qū)動用壓力。在打開位置，鎖定環(huán)50與心軸上的螺紋部63嚙合以防止滑動套筒移回關(guān)閉位置。主殼體13中設(shè)有通風(fēng)孔37以便在閥正在裝配時允許空氣流出。通風(fēng)孔37在裝配后通過適當(dāng)?shù)娜雨P(guān)閉。雖然本發(fā)明對具體細節(jié)進行了描述，但這并不意味著這些細節(jié)應(yīng)該被當(dāng)作對本發(fā)明范圍的限制，除非它們被包括在了隨附的權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種閥,包括 具有開口的殼體； 心軸，所述心軸定位在殼體內(nèi)并且具有開口； 滑動套筒，所述滑動套筒設(shè)置在所述殼體和所述心軸之間，當(dāng)閥處于關(guān)閉位置時，所述滑動套筒阻斷殼體中的開口與心軸中的開口之間的流體連通，當(dāng)閥處于打開位置時，所述滑動套筒允許流體在心軸中的開口與殼體中的開口之間流動；以及 能夠破裂的盤，所述能夠破裂的盤一旦破裂，則允許利用流體壓力而在所述打開位置和關(guān)閉位置之間驅(qū)動滑動套筒。
2.如權(quán)利要求I所述的閥，其中所述能夠破裂的盤設(shè)置在所述心軸的壁中。
3.如權(quán)利要求I所述的閥，所述閥包括所述殼體的每個端部上的端部連接件以便將所述閥連接到油井或氣井中的套管管柱中。
4.如權(quán)利要求I所述的閥，所述閥還包括遮蓋所述殼體中的開口的保護套。
5.如權(quán)利要求I所述的閥，其中所述殼體和所述心軸限定了位于所述殼體和所述心軸之間的腔室，所述滑動套筒設(shè)置在所述腔室中。
6.—種驅(qū)動閥的方法，所述方法包括 使流體流過閥，所述閥包括 具有一個或更多個開口的殼體； 具有一個或更多個開口的心軸； 滑動套筒，所述滑動套筒設(shè)置在所述殼體和所述心軸之間，當(dāng)閥處于關(guān)閉位置時，所述滑動套筒阻斷殼體中的開口與心軸中的開口之間的流體連通，當(dāng)閥處于打開位置時，所述滑動套筒允許流體在心軸中的開口與殼體中的開口之間流動；以及 能夠破裂的盤，所述能夠破裂的盤一旦破裂，則施加流體壓力以使所述滑動套筒在所述打開位置和關(guān)閉位置之間移動； 在選定的流體壓力下使所述能夠破裂盤破裂； 使流體流過所述能夠破裂盤；響應(yīng)于所述流體壓力，使滑動套筒在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間移動；以及使流體通過所述殼體的一個或更多個開口以及所述心軸的一個或更多個開口流出。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括利用所述流體使水泥套管破裂。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括使水泥經(jīng)過所述閥而被泵送到井筒內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括:利用塞子擦拭所述閥。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述滑動套筒被隔離在所述殼體和所述心軸之間。
11.一種在壓裂操作中使用的套管管柱閥，所述套管管柱閥包括殼體，所述殼體中具有將所述殼體的內(nèi)部與所述殼體的外部流體連通的第一開口 ；心軸，所述心軸具有穿過所述心軸并限定了水泥流動路徑的通孔，所述心軸還具有第二開口，所述第二開口與所述第一開口一起在所述通孔和所述殼體的外部之間限定了壓裂流體的流動路徑，所述心軸設(shè)置在所述殼體內(nèi)以與所述殼體一起限定了與水泥流動路徑相隔離的腔室。
滑動套筒，所述滑動套筒阻斷以及不阻斷壓裂流體的流動路徑，所述滑動套筒設(shè)置在所述殼體和所述心軸之間的所述腔室內(nèi)且至少部分地與所述水泥流動路徑相隔離，并且所述滑動套筒在通過所述通孔和第三開口而施加的流體壓力下而被驅(qū)動。
12.如權(quán)利要求11所述的套管管柱閥，所述套管管柱閥還包括設(shè)置在所述第三開口內(nèi)的能夠破裂的盤，以對通過所述第三開口而施加的流體壓力進行選擇性地控制。
13.如權(quán)利要求11所述的套管管柱閥，所述套管管柱閥包括在所述殼體的每個端部上的端部連接件以便將所述套管管柱閥連接到油井或氣井中的套管管柱中。
14.如權(quán)利要求11所述的套管管柱閥，所述套管管柱閥還包括遮蓋所述殼體中的開口的保護套。
15.一種對井進行液力壓裂中所使用的方法，所述方法包括 將套管管柱設(shè)置在井筒中，所述套管管柱包括閥，所述閥限定了穿過所述閥的水泥流動路徑以及穿過所述閥的壓裂流體流動路徑，所述壓裂流體流動路徑通過所述閥的滑動套筒而被阻斷以及解除阻斷，所述閥的滑動套筒至少部分地與所述水泥流動路徑隔離； 當(dāng)壓裂流體流動路徑被阻斷時，在井筒中通過所述水泥流動路徑對所述套管管柱灌注水泥； 通過所述閥的通孔施加流體壓力來驅(qū)動所述滑動套筒并解除對壓裂流體流動路徑的阻斷；以及 通過壓裂流體流動路徑將壓裂流體引入井筒內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中通過將所述滑動套筒設(shè)置在所述心軸和所述殼體之間的、由所述心軸和所述殼體限定的且與所述水泥流動路徑相隔離的腔室內(nèi)，所述滑動套筒至少部分地與水泥流動路徑隔離。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括利用引入的壓裂流體使水泥套管破m^lPC O
18.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括在灌注水泥之后且在施加流體壓力之前，利用塞子對所述閥進行擦拭。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中施加流體壓力包括使能夠破裂的盤破裂。
全文摘要
一種在通過井中水泥套管進行壓裂中所使用的閥，所述閥在水泥灌注過程中允許水泥流到井下，所述閥在打開位置中允許壓裂流體能被引導(dǎo)流過水泥套管以壓裂所述閥附近的地層。所述閥被構(gòu)造為使所述閥由水泥或其它外物所導(dǎo)致的堵塞的可能性降低。
文檔編號E21B34/10GK102966331SQ201210317309
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者M·T·索莫斯, S·L·杰克遜 申請人:蒂姆石油工具有限公司