專利名稱：用于壓裂和防砂的多位閥及相關(guān)完井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域涉及完井技術(shù)，包括壓裂，更特別地，能夠按照希望的順序通過專用的設(shè)有閥的端口進(jìn)行礫石充填和壓裂不連續(xù)的地層部分，其后配置用于過濾防砂的另一閥以開始開采。在壓裂操作之后不需要用于防砂篩管的轉(zhuǎn)換工具和單獨下送。
背景技術(shù)：
在過去，典型的完井工序包括下送具有轉(zhuǎn)換工具的篩管組件和位于轉(zhuǎn)換工具上方的隔離封隔器。轉(zhuǎn)換工具具有擠壓位置，在該擠壓位置，消除了返回通路以允許沿工作鉆柱 向下泵送并流過封隔器的流體轉(zhuǎn)移到位于篩管段以外的環(huán)形空間并通過例如加注水泥的套管和帶孔套管流入地層或流到裸井中?？蛇x地，套管可以具有伸縮構(gòu)件，其可延伸到地層中，并且管子(所述伸縮構(gòu)件由此延伸)可以加注水泥或不加注水泥。在任何情況下，壓裂液流入篩管以外的環(huán)形空間內(nèi)并擠壓到由轉(zhuǎn)換工具上方的封隔器和另一井下封隔器或井眼底部隔離的地層中。當(dāng)層帶的特殊部位以這樣的方式壓裂時，轉(zhuǎn)換工具復(fù)位以允許產(chǎn)生返回通路，通常是通過位于隔離封隔器上方和工作鉆柱以外的環(huán)形空間，使得隨后可以開始礫石充填操作。在礫石充填操作中，砂礫從轉(zhuǎn)換工具排出到篩管以外的環(huán)形空間內(nèi)。載流流體流過篩管并流回轉(zhuǎn)換工具以流過位于上方的封隔器、流入工作鉆柱以外的環(huán)形空間并返回地面。如果井內(nèi)的另一層帶在其可以開采之前需要壓裂和礫石充填的話，整個步驟重復(fù)進(jìn)行。當(dāng)給定層帶進(jìn)行礫石充填時，開采鉆柱伸入封隔器中并且對層帶進(jìn)行開采。利用這種方法存在許多問題，最主要的是用于下鉆和進(jìn)行不連續(xù)操作的鉆井時間。其它問題涉及礫石充填步驟中的礫石沉積期間的礫石砂漿的腐蝕性。如果層帶特別長的話，轉(zhuǎn)換工具的一部分在井底刻痕(fracking)操作或隨后的礫石充填操作期間會發(fā)生磨損。如果一個以上的層帶需要壓裂和礫石充填的話，需要將與轉(zhuǎn)換工具和隔離封隔器相關(guān)的多個篩管在井內(nèi)進(jìn)行額外的起下鉆，并且重復(fù)該工藝。利用這種方法的操作順序通常受限于從下到上加工井孔。可選地，已經(jīng)研發(fā)了一次起下鉆多層帶系統(tǒng)，其需要流過轉(zhuǎn)換工具的大量支撐劑泥漿，增大了腐蝕風(fēng)險。本發(fā)明使操作優(yōu)化以減少鉆井時間并且提高可供發(fā)生壓裂的位置層序的選擇。此夕卜，通過獨特的閥系統(tǒng)，在操作另一個閥以將過濾介質(zhì)放在孔眼位置之后可以在多個層帶中以任何希望的順序進(jìn)行壓裂，從而在不必將篩管或轉(zhuǎn)換工具下送到井中的情況下利用開采鉆柱進(jìn)行開采。通過下文結(jié)合附圖對各個實施例的描述，本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說變得更加顯而易見，同時認(rèn)識到權(quán)利要求限定了本發(fā)明的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
完井管放置在與要進(jìn)行壓裂和開采的層帶鄰近的位置。優(yōu)選地，它的特征在于滑動套閥，滑動套閥中的一部分可以在下送到礫石充填和壓裂層帶之后一次一個或以任何希望的順序達(dá)到最大打開位置。這些閥隨后關(guān)閉，另一組閥可以最大程度地打開，但是在流動通道內(nèi)具有并置的篩管材料，以便從一個或多個壓裂層帶中進(jìn)行開采。通過偏置篩管而提供位于礫石后面的環(huán)形通道，從而有助于流體流向過濾開采端口。所述通道可以是未達(dá)到開采端口或越過它的封閉環(huán)形空間。簡而言之，為具有可以串聯(lián)打開的多個過濾端口的滑動套筒而取消了下送外部篩管或管套。


圖I是支撐劑控制管套處于下送位置的實施例的剖視圖；圖2是圖I中的閥為了支撐劑沉積和壓裂而打開的視圖； 圖3是圖2中的壓裂閥關(guān)閉、開采閥打開并且篩管位于開采閥的流動通路中的視圖；圖4是圖I中的支撐劑管套覆蓋開采閥的可選實施例的視圖；圖5是圖4中的壓裂和支撐劑沉積閥打開的視圖；圖6是圖5中的壓裂和支撐劑沉積閥關(guān)閉、開采閥打開并且篩管位于流動通路中的視圖；圖7是沒有支撐劑管套的可選實施例，作為代替，具有套管以打開多個開采端口，其中，篩孔和壓裂閥全部顯示為用于下送的關(guān)閉位置；圖8是圖7中的壓裂閥處于最大打開壓裂位置的視圖；圖9是圖8中的壓裂閥關(guān)閉，開采滑動套筒處于打開位置的視圖；圖10是壓裂閥處于關(guān)閉位置的視圖；圖11是圖10中的壓裂閥處于打開位置的視圖；圖12是圖11中的壓裂閥處于打開位置，可插入篩管處于開采位置的視圖；圖13是圖12所示可插入篩管的視圖。
具體實施例方式圖I是可以加套管或位于裸井中的井眼10的示意圖。具有通入地層14的穿孔12。在圖I中部分地顯示了鉆柱16，達(dá)到其跨過限定于密封件或封隔器18和20之間的生產(chǎn)層段(production interval)的程度。這些密封位置可以是套管井中的拋光孔或任何類型的封隔器。兩個隔離件18和20限定了生產(chǎn)層段22。盡管只顯示了一個層段，但是鉆柱16可以穿過優(yōu)選地具有類似設(shè)備的多個層段，從而可以按任何希望的順序存在通向它們的通路，并且通路可以是一次通向一個層段或者多個層段。用于附圖所示層段22的管柱16具有壓裂閥24，其優(yōu)選的為滑動套筒，在圖I中顯示為處于用于下送的閉合位置。閥24調(diào)節(jié)開口 25并且在兩個位置使用。圖I顯示了閉合位置，圖2顯示了最大打開位置。在圖2所示位置，礫石砂漿可以擠壓到地層14中，將礫石28留在剛好位于支撐劑篩管或管套29外面的環(huán)形層段22中。管套29在相對的端部30和32上密封，并在其間限定環(huán)形流動區(qū)域34。盡管管套29顯示為一個連續(xù)的裝置，它也可以分段，具有分離或相互連接的區(qū)段。支撐劑28保留在層段22中，載流流體泵入地層14中以完成壓裂操作。此時，閥24閉合并且仍然位于鉆柱16中的過量支撐劑28可以利用如盤管36向外循環(huán)到地面。這時，優(yōu)選地為滑動套筒的開采閥26 (在其端口內(nèi)或端口上具有篩管材料38)與端口 40對準(zhǔn)并且開始從地層14進(jìn)行開采。可選地，篩管材料38可以固定到鉆柱16的任一側(cè)上。簡單地說，開采閥26的開啟位置產(chǎn)生被過濾的開采流，與篩管位置和篩管類型無關(guān)。流體可以利用阻力較小的通路流過流動區(qū)域34，到達(dá)端口 40。這種流體通過設(shè)計避開了大部分充填礫石28，通道34的存在允許更多的流體到達(dá)端口 40，從而不會妨礙開采。端口 40處的篩管材料38用于排除可能通過管套29中的粗孔進(jìn)入通道34的固體。篩管材料38可以具有各種設(shè)計,例如織物、聯(lián)合清管球(conjoined spheres)、多孔燒結(jié)金屬或等效設(shè)計，其起到篩管作用以將礫石28保持在通過鉆柱16的流動通道之外。應(yīng)注意到，盡管只顯示了單個端口 25和40，但是可以具有通過閥24、26的操作而分別露出的多個端口。盡管閥24和26優(yōu)選地為可以利用移位工具、液壓或氣壓或者各種電機(jī)驅(qū)動裝置操作的可縱向移動的滑動套筒，但是也可以使用其它類型的閥。例如，閥可以 是旋轉(zhuǎn)而非軸向移動的套筒。盡管就閥24、26及其相關(guān)端口而言顯示了位于隔離件18和20之間層段中的單個閥組件，但是也可以使用多個組件，其具有用于相關(guān)開口的給定排的分離套筒或者可以服務(wù)于軸向隔開的多排相關(guān)開口的較長套筒。圖4-6對應(yīng)于圖1-3，其中，差別僅在于具有超過開口 40的端部32的管套29，使得通道34直接通向端口 40。這里，與圖1-3相反，當(dāng)來自地層14的流體流過管套29時，它不必再次流過管套29。該方法的所有其它方面相同，在圖4中，閥24和26關(guān)閉以便下送。當(dāng)鉆柱16處于適當(dāng)位置并且隔離件18和20致動時，閥24打開，如圖5所示，支撐劑泥漿28通過端口 25輸送。不存在必要的轉(zhuǎn)換。當(dāng)適當(dāng)數(shù)量的支撐劑沉積在層段22中時，閥24關(guān)閉，閥26打開，以使篩管材料38覆蓋開口 40以開始開米。如前所述，利用圖1-3的設(shè)計以及這些附圖所述的變形，相同的選擇可用于圖4-6的可選設(shè)計。圖4-6所示設(shè)計的優(yōu)點之一在于，因為避免了再次流過管套29以到達(dá)端口 40，在通道34中具有很小的流動阻力。另一方面，圖1-3所示設(shè)計的優(yōu)點之一在于，因為管套29終止在端口 40以下的端部32處，鉆柱16位于靠近閥26的區(qū)域中的內(nèi)部尺寸可以更大。在兩個設(shè)計中，管套29的長度可以覆蓋多個管接頭并且根據(jù)層段22的長度，如果沒有幾千英尺的話，也可以超過幾百英尺。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以使用短跨接管段以在裝配之后覆蓋接頭，使得通道34連續(xù)卷起。圖7-9與圖1-3作用類似，設(shè)計差異僅在于不使用管套29，因為這種設(shè)計具有過小間隔，其中，不必需要圍繞管套29的例如附圖標(biāo)記34指示的旁路以獲得希望的開采流量。作為替代，閥26具有可以與軸向隔開的多排開口 40對準(zhǔn)的多個篩管段38。在這種情況下，如其他設(shè)計一樣，閥24和26可以位于管狀鉆柱16里面或外面。就所有其它方面而言，圖7-9的實施例的操作與圖1-3相同。在圖7中，為了下送，閥24和26關(guān)閉。鉆柱16放置在適當(dāng)位置并且隔離件18和20限定了開采層帶22。在圖8中，閥24打開，礫石砂漿28壓入地層14中，使層段22中的礫石留在開口 40以外。在圖9中，礫石充填和壓裂完成，閥24關(guān)閉。隨后，閥26打開，篩管材料38位于開口 40前面，可以開始進(jìn)行開采。實質(zhì)上，具有篩管段38和開口 40的閥26起到篩管作用，其在下送、礫石沉積和壓裂時關(guān)閉，隨后在開采時起到篩管作用。同樣，可以使用閥24和26的多個組件，使得如果一個失效的話，還可以使用另一個作為備用。同樣，如果一組篩管段38堵塞的話，可以放入另一篩管段以繼續(xù)開采。圖10顯示了作為滑動套筒52使用以有選擇地覆蓋端口 54的閥50。端口 54在圖10中關(guān)閉，在圖11中開啟。鄰近每個套管52設(shè)置掣爪輪廓部56?？梢詷?gòu)思一列閥50和相關(guān)端口 54。掣爪輪廓部56的構(gòu)造優(yōu)選地為獨特的，從而接收特定的篩管組件58，圖13顯示了其中之一。每個篩管組件具有與輪廓部56唯一匹配的掣爪60。圖12顯示了篩管組件58，其具有接合在匹配輪廓部56中的掣爪60。在該位置，篩管62具有跨過端口 54的端部密封件64、66，其中，套筒52布置成未覆蓋端口 54?？梢韵氲?，按照先前所述的方式，在隔離器18和20之間的層段22上可以設(shè)置一個或多個這種組件。在操作中，端口 54關(guān)閉以進(jìn)行下送，如圖10所示。在鉆柱16到達(dá)正確位置并且設(shè)定隔離件(圖10未顯示)以限定層段22之后，如前所述，端口 54露出，礫石砂漿在地層壓裂時壓入地層。此時，篩管組 件58不位于鉆柱16中。當(dāng)該步驟完成并且過量泥漿向外循環(huán)時，在開采中使用的閥50打開。具有掣爪60 (其與剛剛打開的閥50匹配)的篩管組件58輸送到鉆柱16中并固定到其相關(guān)輪廓部56上。這樣，目前打開的端口 54均接收篩管組件58，并且可以開始開采?？梢园凑杖魏雾樞蜷_采多個層段。篩管段58可以利用繩纜或其他裝置進(jìn)行下落或下降。它們設(shè)計成利用向上拉力松開，因此，如果它們在開采期間卡住的話，它們可以與掣爪56松開并且進(jìn)行拆卸和更換以恢復(fù)開采。篩管組件可以具有與已知打撈工具一起使用的打撈頸68以將篩管段58回收到地面。一個篩管段可以根據(jù)其長度和密封件64和66之間的間隔覆蓋一排或多排端口 54。選擇性地，其它實施例的管套29可以結(jié)合到圖10-13所示實施例中，并且如前所述和出于相同的理由，管套可以定位成未達(dá)到端口 54或跨過它們。以上描述舉例說明了優(yōu)選實施例，在不脫離由下列權(quán)利要求的文字和等效范圍確定的本發(fā)明范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行許多改動。
權(quán)利要求
1.一種完井組件，包括 適于容納在管柱中以放置于井下的管狀殼體，所述殼體包括至少一個設(shè)有閥的端口和鄰近所述設(shè)有閥的端口的一對部件中的至少一個部件； 篩管組件，該篩管組件包括需要相互作用的所述一對部件中的另一個，以將所述篩管支撐在所述管狀殼體中覆蓋所述設(shè)有閥的端口的位置處，所述篩管在所述管柱位于井眼中之后能夠通過所述管柱插入到所述殼體中。
2.如權(quán)利要求I所述的組件，其中 所述殼體包括輪廓部，所述篩管包括掣爪以與所述輪廓部接合。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其中 不管所述篩管下降還是松開以通過管柱落入所述管狀殼體中，所述掣爪和輪廓部唯一匹配以彼此接合。
4.如權(quán)利要求I所述的組件，其中 所述殼體包括多個設(shè)有閥的端口，每個端口具有鄰近所述設(shè)有閥的端口的一對部件中的一個部件，每個所述部件與另一個不同； 所述篩管組件包括多個篩管，每個篩管具有將所述篩管支撐在所述管狀殼體中覆蓋所述設(shè)有閥的端口的位置處所需相互作用的一對部件中的另一個，與所述篩管相關(guān)的所述另一部件進(jìn)行獨特地配置以與所述殼體上的特定匹配部件相接合。
5.如權(quán)利要求4所述的組件，其中 所述設(shè)有閥的端口利用滑動套筒有選擇地開啟和關(guān)閉； 所述篩管均覆蓋至少一個設(shè)有閥的端口及其相關(guān)的滑動套筒，并且還包括靠近每個所述篩管的相對端部的密封件。
6.如權(quán)利要求I所述的組件，其中 所述設(shè)有閥的端口利用滑動套筒有選擇地開啟和關(guān)閉； 所述篩管覆蓋所述設(shè)有閥的端口和所述滑動套筒，并且還包括靠近所述篩管的相對端部的密封件。
7.一種完井方法，包括 將具有至少一個設(shè)有閥的端口的殼體輸送到井下預(yù)定位置； 在設(shè)有閥的端口開啟時通過所述設(shè)有閥的端口進(jìn)行井下作業(yè)； 在執(zhí)行所述井下作業(yè)之后將篩管插入所述殼體中； 在所述篩管覆蓋所述設(shè)有閥的端口時支撐該篩管；和 使流體通過所述篩管流入所述殼體中。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，包括 執(zhí)行礫石充填和地層壓裂作為所述井下作業(yè)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，包括 在所述殼體和所述篩管上設(shè)置相互作用部件，所述部件相結(jié)合以使所述篩管覆蓋所述設(shè)有閥的端口。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，包括 通過使所述篩管下降到或沉入所述殼體中以執(zhí)行所述插入。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，包括設(shè)置多個設(shè)有閥的端ロ，其中，每個設(shè)有閥的端ロ在所述殼體上具有獨特的相互作用部件，其設(shè)計成接收所述篩管上的匹配部件，以便將每個篩管定位在所述殼體中的特定位置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，包括 在所述殼體上設(shè)置獨特輪廓部，在每個篩管上設(shè)置匹配掣爪，從而將每個所述篩管特定地定位和支撐在所述殼體中。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，包括 隔離所述殼體周圍的多個開采層帶，其中，每個開采層帶具有能夠在執(zhí)行所述礫石充填和壓裂之后接收插入的篩管的設(shè)有閥的端ロ。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，包括 設(shè)置圍繞所述殼體的至少ー個帶孔管套； 使礫石沉積在所述管套外面； 使開采流體流過所述管套中的通道，以便在到達(dá)所述篩管之前繞過一部分礫石充填物。
全文摘要
完井管放置在與要進(jìn)行壓裂和開采的層帶相鄰的位置。優(yōu)選地，它的特征在于滑動套閥，一組滑動套閥可以在下送到礫石充填和壓裂層帶之后一次一個或以任何希望的順序達(dá)到最大打開位置。這些閥隨后關(guān)閉，另一組閥可以最大程度地打開，但是在流動通道內(nèi)具有并置的篩管材料，以便從一個或多個壓裂層帶中進(jìn)行選擇性開采。通過偏置篩管提供位于礫石后面的環(huán)形通道，從而有助于流體流向過濾開采端口。所述通道可以是未達(dá)到開采端口或越過它的封閉環(huán)形空間。簡而言之，為具有可以串聯(lián)打開的多個過濾端口的滑動套筒而取消了下送外部篩管或管套。
文檔編號E21B34/06GK102817583SQ201210344178
公開日2012年12月12日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者B·理查德, M·H·約翰遜, P·J·費伊 申請人:貝克休斯公司