专利名称：使用滑动套阀组件进行多层生产井完井的方法
使用滑动套阀组件进行多层生产井完井的方法相关申请的交叉引用本申请要求2010年8月31日提交的序列号为61/378，736的美国临时专利申请的权益及优先权，所述申请的全部内容以引用方式并入本文。
背景技术：
穿透地下岩层钻凿井眼来提取有用的流体，如烃。一旦钻穿，就可以将带有内置阀的尾管或套管下钻(RIH)并且固井到位。然后，可以进行水力压裂来产生从地下岩层中的一个层区穿过阀并进入到套管中的流体连通的路径。通常，单个井眼将贯穿多个要被压裂的层区。用于压裂多个层区的一个常规方法涉及一种自下而上(bottom-up)的方法，其中首先压裂最下方的层区，随后压裂更靠近地面的层区。为了实现这一点，使移位工具下降到最下方的层区中最接近阀的一个点。移位工具被适配成由向上运动来接合并打开阀。一旦阀打开，就可以在最下方的层区中进行压裂。然后，移位工具可以由向下运动重新接合并关闭所述阀。当移位工具提升到最下方的层区上方以在较高的层区中开始压裂方法时，移位工具的向上运动倾向于与最下方的层区中的阀接合并且再次打开所述阀。然而，这是不可取的，因为在压裂方法期间，应只有要被压裂的层区中的阀处于打开位置。因此，需要的是一种用于压裂一个井眼中多个层区的改进系统和方法。
发明内容
本文提供用于压裂一个井眼中多个层区的系统及方法。在一个方面中，所述方法如下进行:用移位工具打开第一阀组件中的第一出入口 ；使流体流过所述第一出入口以压裂第一层区；以及在所述第一层区已压裂后用所述移位工具关闭所述第一出入口。可以在第一出入口已关闭后用移位工具打开第二阀组件中的第二出入口，其中所述第二阀组件位于所述第一阀组件下方。流体可以流过第二出入口以压裂第二层区，并且可以在所述第二层区已压裂后用移位工具关闭所述第二出入口。在一个方面中，所述系统包括:第一阀组件，所述第一阀组件包括可在打开位置与关闭位置之间移动的第一滑动套；第一位置指示器，所述第一位置指示器位于所述第一阀组件下方；第二阀组件，所述第二阀组件位于所述第一位置指示器下方并且包括可在打开位置与关闭位置之间移动的第二滑动套；第二位置指示器，所述第二位置指示器位于所述第二阀组件下方；以及移位工具。移位工具被适配成将第一滑动套移动到打开位置以允许在第一层区中发生压裂并且然后将所述第一滑动套移动到关闭位置，并随后将第二滑动套移动到打开位置以允许在第二层区中发生压裂并且然后将所述第二滑动套移动到关闭位置。
为了能够详细理解所叙述的特征，可以通过参考一个或多个实施方案来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了典型的实施方案并且因此不应视为对发明范围的限制，因为本发明可以承认其它同等有效的实施方案。图1描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的说明性滑动套阀组件处于打开位置时的横截面图。图2描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的处于关闭位置的图1的滑动套阀组件。图3描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的图1的滑动套阀组件，所述滑动套阀组件带有遮盖出入口的筛砂器。图4描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的说明性移位工具。图5描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的在井眼中的说明性阀配置。图6描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的图5的阀配置，其中第一层区中的阀组件处于打开位置。图7描绘了根据所描述的一个或多个实施方案的图5的阀配置，其中第二层区中的阀组件处于打开位置。
具体实施例方式图1描绘了根据一个或多个实施方案的说明性滑动套阀组件100处于打开位置时的横截面图，并且图2描绘了处于关闭位置的滑动套阀组件100。阀组件100可以连接到布置于井眼中的套管/尾管上或与所述套管/尾管整合在一起。阀组件100可以包括绕所述阀组件圆周布置的一个或多个径向出入口 110。滑动套120可以连接到阀组件100并被适配成在打开位置(图1)与关闭位置(图2)之间滑动。当阀组件100处于打开位置时，滑动套120与出入口 110轴向偏移且不阻碍所述出入口，这样使得存在从阀组件100的外部140穿过出入口 110到阀组件100的内部150的流体连通的路径。处于打开位置时，滑动套120可以定位在出入口 110上方，如图1中所示，或替代地，滑动套120可以定位在出入口 110下方。当阀组件100处于关闭位置时，滑动套120被定位成与出入口 110轴向相邻并阻碍所述出入口，这样使得阀组件100的外部140与内部150之间的流体连通的路径被阻挡。图3描绘了根据一个或多个实施方案的图1的阀组件100，所述阀组件带有遮盖出入口 110的筛砂器130。筛砂器130可以被适配成在非过滤位置(图1和图2)与过滤位置(图3)之间滑动。处于非过滤位置时，筛砂器130与出入口 110轴向偏移并且可以定位在出入口 110下方，如图1和图2中所示，或替代地，筛砂器130可以定位在出入口 110上方。处于过滤位置时，筛砂器130被定位成与出入口 110轴向相邻。当处于过滤位置时，筛砂器130被适配成过滤从阀组件100的外部140流到阀组件100的内部150的流体(如烃流)，从而减少流过出入口 Iio的固体微粒的量。在至少一个实施方案中，可以从阀组件100中省去筛砂器130。图4描绘了根据一个或多个实施方案的说明性移位工具和/或处理工具400。移位工具400可以包括轴管或冲管410以及被适配成致动滑动套120的移位装置。所述移位装置可以是电气装置，例如，被适配成发送/接收无线信号的发射机，或所述移位装置可以是机械装置，例如，连接到轴管410上的打开夹头或楔块(opening collet or key)420以及关闭夹头或楔块430。所述夹头420、430的形状是说明性的且并不意图是限制性的。打开夹头420可能与阀组件100和/或滑动套120中的打开型面(opening profile)或凹槽(未示出)相对应。这样一来，打开夹头420可以与打开型面接合，并且移位工具400的向上移动可以将阀组件100移动成打开位置(图1)。关闭夹头430可能与阀组件100和/或滑动套120中的关闭型面或凹槽(未示出)相对应。这样一来，关闭夹头430可以与关闭型面接合，并且移位工具400的向下移动可以将阀组件100移动成关闭位置(图2)。如果阀组件100已处于关闭位置，那么移位工具400的向下移动将不会移动滑动套120，S卩，阀组件100将保持在关闭位置。在另一个实施方案中，阀组件100可以通过移位工具400的向上移动而打开，并且阀组件100可以通过移位工具400的另一次向上运动而关闭。在另一个实施方案中，阀组件100可以通过移位工具400的向下移动而打开，并且阀组件100可以通过移位工具400的另一次向下运动而关闭。在又一个实施方案中，移位工具400可以被旋转(如与轴向移动相对)以便打开和关闭阀组件100。尽管移位工具400被描绘成带有夹头420、430，所述夹头被适配成致动(即，打开和关闭)滑动套120，但可以理解的是，移位工具400可以包括本领域已知的能够致动滑动套120的任何装置，例如像弹簧加载楔块、摩擦块(drag block)、扣环约束型面等。另外，移位工具400可以被适配成产生、检测和/或发射信号。所述信号可用于检测或报告移位工具400在井眼中的位置、用于致动阀组件100和/或使移位工具400止动，如下文进一步的描述。图5至图7描绘了根据一个或多个实施方案的用于井眼510中多阶段压裂的说明性阀配置500。如所示，套管505延伸穿过井眼510的三个层区520、530、540。第一层区520包括两个阀组件521、524，第二层区530包括两个阀组件531、534，并且第三层区540包括两个阀组件541、544。阀组件521、524、531、534、541、544可能与图1至图3中所描绘的阀组件100类似，因此将不再进行详细论述。本领域技术人员将理解的是，层区520、530、540的数量和每个层区520、530、540中阀组件521、524、521、534、541、544的数量可能有所不同，这(例如)取决于井眼510的长度、穿过所述井眼的流体的容积流率。位置指示器527、537、547可以定位在每个层区520、530、540中或这些层区之间。虽然位置指示器527、537、547示出为在每个层区520、530、540中位于阀组件521、524、531、534、541、544下方，但可以理解的是，其它位置指示器527、537、547可以定位在层区520、530、540内的任何地方，包括:在阀组件521、524、531、534、541、544之间或这些阀组件上方。在操作中，移位工具400可以进入最接近井眼510的顶部550的套管505中，并且开始向下移动。移位工具400可以经由钻杆或在连续油管上传送到井下。如本文所使用，“往下”和“向下”包括移动离开井眼510的顶部550的任何方向，并且因此并不限于唯一的垂直方向。“往上”和“向上”包括移动朝向井眼550的顶部550的任何方向，并且也不唯一地限于的垂直方向。因此，井眼510并不限于单个垂直井眼510，而也可以是水平、偏斜或多分支(mult1-lateral)的井眼 510。在移位工具400进入套管505中之后，阀组件521、524、531、534、541、544可能均处于关闭位置，如图5中所示。当移位工具400向下移动经过第一层区520中的阀组件521、524时，阀组件521、524保持处于关闭位置，因为移位工具400被适配成在向下移动时将阀组件521、524移动到关闭位置(或使其保持在关闭位置)并且在向上移动时将阀组件521、524移动到打开位置。移位工具400可以继续向下移动直到第二关闭夹头430接触第一位置指示器527。或者，第一打开夹头420可以接触第一位置指示器527。第一位置指示器527可以包括肩部，所述肩部被适配成接纳夹头430并停止移位工具400的向下移动。当移位工具400停止向下移动时，这表明所述移位工具已移动经过要被处理的层区520中的阀组件521、524并且已到达第一位置指示器527，可以在地面上标注并记录下位置/深度。用于在移位工具400接触第一位置指示器527时进行监控的其它方法可以包括信号发射技术，例如，如本领域所已知的声学、电磁和射频技术。一旦标注出位置，移位工具400就可以向上移动经过第一层区520中的阀组件521、524。在向上运动的过程中，打开夹头420可以与滑动套523、526中的打开型面接合并且将阀组件521、524移动到打开位置，从而允许穿过出入口 522、525的流体连通，如图6中所示。此时，移位工具400位于第一层区520中阀组件521、524上方，阀组件521、524处于打开位置，并且阀组件531、534、541、544处于关闭位置。然后，支撑剂携带流体可以流过移位工具400和出入口 522、525以便开始压裂方法。压裂仅在第一层区520中发生，因为只有第一层区520带有处于打开位置的阀组件521、524。在已进行压裂方法和适当的冲刷后，移位工具400可以再次向下移动穿过第一层区520，并且关闭夹头430可以与滑动套523、526中的关闭型面接合并且将阀组件521、524移动到关闭位置，从而阻挡流体流过出入口522λ5250然后，移位工具400可以向下移动穿过第二层区530，所述第二层区位于第一层区520下方。如本文所使用，“下方”指的是井眼510中的一个位置(例如，第二层区530)，所述位置比另一个位置(例如，第一层区520)离顶部550更远。当移位工具400向下移动经过第二层区530中的阀组件531、534时，阀组件531、534保持处于关闭位置。移位工具400可以继续向下移动，直到第二关闭夹头430接触第二位置指示器537，此时，可以在地面上标注并记录下位置/深度。一旦标注出位置，移位工具400就可以向上移动经过第二层区530中的阀组件531、534。在向上运动的过程中，打开夹头420可以与滑动套533、536中的打开型面接合并且将阀组件531、534移动到打开位置，从而允许穿过出入口 532、535的流体连通，如图7中所示。当移位工具400向上移动以打开第二层区530中的阀组件531、534时，移位工具400不会再次进入第一层区520中，因此第一层区520中的阀组件521、524不受干扰并保持关闭。此时，移位工具400位于第二层区530中阀组件531、534上方，阀组件531、534处于打开位置，并且阀组件521、524、541、544处于关闭位置。然后，支撑剂携带流体可以流过移位工具400和出入口 532、535以便开始压裂方法。压裂仅在第二层区530中发生，因为只有第二层区530带有处于打开位置的阀组件531、534。在已进行压裂方法和适当的冲刷后，移位工具400可以再次向下移动穿过第二层区530，并且关闭夹头430可以与滑动套533、536中的关闭型面接合并且将阀组件531、534移动到关闭位置，从而阻挡流体流过出入口 532、535。然后，移位工具400可以向下移动穿过第三层区540，所述第三层区位于第二层区530下方。由于第三层区540和后续层区中的压裂方法与关于第一层区520和第二层区530所述的方法类似，因此所述方法将不再进行详细描述。尽管仅参考三个层区520、530、540来进行描述，但这种多阶段压裂方法可以应用于任何数量的层区，并且可以在移位工具400的单次下井(trip)中完成，即，无需将移位工具400拉回地面。例如，可以首先压裂第一上部层区520，并且可以随后且顺序地压裂下部层区530、540，而无需从套管505中移去移位工具400。在移位工具400向下移动经过最后的最下方位置指示器547，并且所有层区520、530、540都已压裂后，移位工具400可以接触连接到套管或尾管上的止动装置560。止动装置560可以被适配成消除移位工具400与阀组件521、524、531、534、541、544接合并改变它们的位置的能力。例如，打开夹头420可以包括最初由剪切环或剪切销保持到位的滑动套。在某个预定负载下，剪切环/剪切销可能会断裂，从而松开滑动套，所述滑动套又遮盖并禁用打开夹头420。或者，打开夹头420的指部在预定负载下将扣牢，从而使打开夹头420止动。因此，止动装置560可以使移位工具400能够被向上拉向井眼510的顶部550，而不会将阀组件521、524、531、534、541、544移动到打开位置。或者，止动装置560可以是与上述位置指示器527、537、547类似的位置指示器。因此，当地面上的操作员意识到移位工具400已到达止动装置560时，操作员就可以使移位工具400止动，例如经由水力学(例如，油管中落球伴生的压力)；电信号(例如，夹头型面的收起或移去)；磁信号等使移位工具止动。止动装置560也可以包括下放/上拉机构，所述下放/上拉机构与内置的J形狭槽结合；可以在多次下放/上拉后通过或不通过运转柱(service string)的旋转来使移位工具400止动。不同于使移位工具400止动,可以使滑动套523、526、533、536、543、546，这样使得移位工具400无法致动阀组件521、524、531、534,541,544ο在已使移位工具400止动后，可以将所述移位工具向上拉到地面，而不干扰阀521、524、531、534、541、544中的任何一个。一旦从井眼510中移去移位工具400，就可以将筛砂器130移动到过滤位置(图3)。这可以使用各种能量形式来实现，所述能量形式包括但不限于机械能(例如，移位工具)、水力能(例如，落球或落镖更换)、电能/磁能(例如，针对产生井下运动的电流进行有线连接的移位工具)、化学能(例如，用以移动筛砂器的包括溶胀的井下化学反应)等。尽管以上方法是对压裂并产生工作流进行参考来描述，但在井眼510用于注水/注气的情况下可以使用大致上相同的方法。另外，可以打开所选择的阀组件521、524、531、534、541、544中的任何一个并且可以对这些阀组件周围的岩层进行处理，而不是局限于需要处理所有层区520、530、540的方法。
权利要求
1.一种用于压裂一个井眼中多个层区的方法，所述方法包括: 用移位工具打开第一阀组件中的第一出入口； 使流体流过所述第一出入口以压裂第一层区； 在所述第一层区已压裂后用所述移位工具关闭所述第一出入口； 在所述第一出入口已关闭后用所述移位工具打开第二阀组件中的第二出入口，其中所述第二阀组件位于所述第一阀组件下方； 使所述流体流过所述第二出入口以压裂第二层区；以及 在所述第二层区已压裂后用所述移位工具关闭所述第二出入口。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阀组件包括定位在所述第一层区中的多个第一阀组件，并且其中所述第二阀组件包括定位在所述第二层区中的多个第二阀组件。
3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括使第一位置指示器与所述移位工具接触，其中所述第一位置指示器位于所述多个第一阀组件下方。
4.如权利要求1所述的方法，其中打开所述第一出入口进一步包括: 使连接到所述第一阀组件上的滑动套与所述移位工具接合；以及 向上移动所述移位工具，从而将所述滑动套移动到与所述第一出入口轴向偏移的打开位置。
5.如权利要求4所述的方法，其中关闭所述第一出入口进一步包括: 使所述滑动套与所述移 位工具接合；以及 向下移动所述移位工具，从而将所述滑动套移动到与所述第一出入口轴向相邻的关闭位置。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述第一层区和所述第二层区压裂后，使所述移位工具止动。
7.如权利要求6所述的方法，其中使所述移位工具止动进一步包括: 使止动装置与所述移位工具接触，其中所述止动装置位于所述第二阀组件下方；以及用所述止动装置禁用连接到所述移位工具上的一个或多个夹头，这样使得所述移位工具不再被适配成打开所述第一出入口和所述第二出入口。
8.如权利要求7所述的方法，其进一步包括在已使所述移位工具止动后，将所述移位工具向上拉动并拉出所述井眼。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一层区和所述第二层区在所述移位工具的单次下井过程中被压裂。
10.一种用于压裂一个井眼中多个层区的方法，所述方法包括: 向下移动移位工具穿过所述井眼中的第一层区，直到所述移位工具接触第一位置指示器； 向上移动所述移位工具穿过所述第一层区，从而打开布置于所述第一层区中的第一阀组件； 通过使流体流过所述第一阀组件中的第一出入口来压裂所述第一层区； 向下移动所述移位工具穿过所述第一层区，从而关闭所述第一阀组件； 向下移动所述移位工具穿过第二层区，直到所述移位工具接触第二位置指示器，其中所述第二层区位于所述第一层区下方；向上移动所述移位工具穿过所述第二层区，从而打开布置于所述第二层区中的第二阀组件； 通过使所述流体流过所述第二阀组件中的第二出入口来压裂所述第二层区；以及 向下移动所述移位工具穿过所述第二层区，从而关闭所述第二阀组件。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一阀组件包括布置于所述第一层区中的两个或更多个第一阀组件，并且其中所述第二阀组件包括布置于所述第二层区中的两个或更多个第二阀组件。
12.如权利要求10所述的方法，其进一步包括: 向下移动所述移位工具穿过第三层区，直到所述移位工具接触第三位置指示器，其中所述第三层区位于所述第二层区下方； 向上移动所述移位工具穿过所述第三层区，从而打开布置于所述第三层区中的第三阀组件； 通过使所述流体流过所述第三阀组件中的第三出入口来压裂所述第三层区；以及 向下移动所述移位工具穿过所述第三层区，从而关闭所述第三阀组件。
13.如权利要求10所述的方法，其中压裂所述第一层区和所述第二层区是在所述移位工具的单次下井中完成。
14.如权利要求10所述的方法，其中打开所述第一阀组件进一步包括: 使连接到所述第一阀组件上的滑动套与所述移位工具接合；以及 向上移动所述移位工具，从而将所述滑动套移动到与所述第一出入口轴向偏移的打开位置。
15.如权利要求10所述的方法，其进一步包括用定位在所述第二位置指示器和所述第二阀组件下方的止动装置来使所述移位工具止动。
16.一种用于压裂一个井眼中多个层区的系统，所述系统包括: 第一阀组件，所述第一阀组件包括可在打开位置与关闭位置之间移动的第一滑动套； 第一位置指示器，所述第一位置指示器位于所述第一阀组件下方； 第二阀组件，所述第二阀组件位于所述第一位置指示器下方并且包括可在打开位置与关闭位置之间移动的第二滑动套； 第二位置指示器，所述第二位置指示器位于所述第二阀组件下方；以及移位工具，所述移位工具被适配成将所述第一滑动套移动到打开位置，以允许在第一层区中发生压裂并且然后将所述第一滑动套移动到关闭位置，并且随后将所述第二滑动套移动到打开位置，以允许在第二层区中发生压裂并且然后将所述第二滑动套移动到关闭位置。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述第一阀组件包括多个第一阀组件，并且其中所述第一位置指示器定位在所述第一阀组件的每一个下方。
18.如权利要求16所述的系统，其中所述第一滑动套被定位成处于打开位置时与所述第一阀组件中的第一出入口轴向偏移，并且其中所述第一滑动套被定位成处于关闭位置时与所述第一出入口轴向 相邻。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述移位工具包括一个或多个夹头，所述一个或多个夹头连接到所述移位工具上并且被适配成与所述第一滑动套接合。
20.如权利要求19所述的系统，其进一步包括止动装置，所述止动装置定位在最下方层区中的最下方位置指示器的下方，其中所述止动装置包括第三滑动套，所述第三滑动套通过剪切销绕所述移位工具固定，并且其中所述剪切销被适配成在预定负荷下断裂，这样使得所述第三滑动套遮盖所述一个或多个夹头，从而阻止所述一个或多个夹头与所述第一滑动套接 合。
全文摘要
本文提供用于压裂一个井眼中多个层区的系统及方法。第一阀组件中的第一出入口可以用移位工具打开。流体流过所述第一出入口以压裂第一层区，并且所述第一出入口可以在所述第一层区已压裂后用所述移位工具关闭。第二阀组件中的第二出入口可以在所述第一出入口已关闭后用所述移位工具打开，其中所述第二阀组件位于所述第一阀组件下方。所述流体可以流过所述第二出入口以压裂第二层区，并且所述第二出入口可以在所述第二层区已压裂后用所述移位工具关闭。
文档编号E21B34/06GK103154426SQ201180041592
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月30日 优先权日2010年8月31日
发明者帕萨·甘古力, 迈克尔·胡, 扎克·丹努斯, 布瑞安·施塔姆 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司