驱移水平井或斜井中的支撑剂至液力压裂裂缝中的方法

驱移水平井或斜井中的支撑剂至液力压裂裂缝中的方法
【专利摘要】本申请公开了一种用于移走井筒中的压裂支撑剂的方法。该方法包括步骤，提供固定止动件，该固定止动件具有被构造成接收刮塞的通道。该方法还包括以下步骤：将固定止动件安装在井筒中；将支撑剂携带液注入井筒中，使它们穿过固定止动件的通道，穿过射孔，形成裂缝。该方法可包括步骤，提供刮塞；该刮塞被构造成被接收在固定止动件的通道中。该方法还可包括以下步骤：将刮塞插入井筒中；让刮塞擦刮掉一部分支撑剂携带液，让它们穿过固定止动件，进入裂缝中。另外，该方法可包括使固定止动件接收刮塞的步骤。
【专利说明】驱移水平井或斜井中的支撑剂至液力压裂裂缝中的方法
[0001]相关案卷
[0002]本专利申请请求享有美国临时申请N0.61/876296号的权益，该临时申请的申请日为2013年9月11日，其全部内容组合在文中作为参考。

【技术领域】
[0003]本专利申请涉及用于提高液力压裂作业效率的方法和设备。更具体而言，本专利申请涉及使井筒和地下裂缝之间的交界面处的支撑剂浓度达到最优的技术。

【背景技术】
[0004]在全球能源供应品中，石油和天然气是至关重要的产品。同样地，从地球表面下开采出这些产品是能源工业的一项重要工作。多家公司投入了大量时间和精力来高效地从地表下开采出石油和天然气。
[0005]为了从地表下获得烃，能源生产者使用复杂的操作和各种技术从不同源头获得烃。例如，地表下的地质层中的富含油的沙层和矿床中可发现烃。用于开采这些资源的可盈利的最近技术被本领域的技术人员称之为“液力压裂”，在本行业也称之为“压裂”。该方法通常包括以下步骤:钻地下井筒；在井筒中形成射孔；以及，将压裂液注入射孔孔眼中。压裂液在压力升高的情况下被泵入井筒中，从而引起裂隙或裂缝在地表下开启。石油和天然气等资源从裂缝流入井筒中，然后被转送到地表。美国专利3654992号(发明人为Harnsberger等)中公开了液力压裂方法的一种实例。
[0006]在许多情况下，加入一种称之为“支撑剂”的材料可改进裂缝形成过程。支撑剂是能与压裂液混合的任何一种材料。之所以称之为“支撑剂”是因为，构成支撑剂的颗粒能支撑液力压裂液所形成的新裂缝开启很长一段时间，让该裂缝耗尽储层。合适的支撑剂材料可包括砂、玻璃、砂浆或能容易地保持在开启的裂缝内的其他颗粒状固体。采用支撑剂是有益的，因为其倾向于保持开启的裂缝的稳定性，从而可开采出烃或其他流体。
[0007]在实际应用中，支撑剂集中在井筒和新形成的裂缝之间的空间界面处时能更有效地起作用。如果支撑剂在该区域中的浓度高，那么裂缝会覆盖更大的空间体积，更易保持稳定。支撑剂倾向于在其中最有效地起作用的该界面区域有时称之为“临界区”。


【发明内容】

[0008]根据本专利申请的优选实施例，提供了一种用于驱移井筒中的压裂支撑剂的方法。该方法包括步骤:提供固定止动件，该固定止动件具有被构造成接收刮塞的通道。该方法还包括以下步骤:将固定止动件安装在井筒中；将支撑剂携带液注入井筒中，使它们穿过固定止动件的通道，穿过射孔，形成裂缝。该方法可包括步骤:提供刮塞，该刮塞被构造成被接收在固定止动件的通道中。该方法还可包括以下步骤:将刮塞插入到井筒中；让刮塞擦刮一部分支撑剂携带液，使它们穿过固定止动件，进入裂缝中。另外，该方法可包括步骤，使固定止动件接收刮塞。
[0009]本申请还公开了一种装置。该装置可包括主体，主体具有从第一端延伸到第二端的通道，该通道被构造来固定阻塞器。该装置还可包括设置在所述主体上的多个擦刮器、以及破裂片；破裂片被构造成阻挡流体流经所述通道，并在使用者确定的压力下破裂。该装置可包括卡瓦止挡件，其设置在主体上，被构造成通过具有闩锁件的固定止动件而被固定。
[0010]使用在说明书和权利要求书中的下列术语的意义如下:
[0011]术语“上向孔眼”意为，位于所指出的井筒位置和井筒接触地球表面的位置之间并沿井筒布置的井筒部分。尽管术语“上向孔眼”暗含此位置比所指出的位置离地表要更近一些，但是，本领域的普通技术人员将能意识到，如果井筒包括U形部分(例如其可返回到更高的位置)，那么，该术语将表示离地球表面更远的位置。
[0012]涉及到的术语“下向孔眼”意为比所指出的位置更大程度地进入井眼中并沿井筒布置的井筒部分。尽管术语“下向孔眼”暗含位于地表下方的此位置比所指出的位置离地表更远；但是，本领域的普通技术人员将能意识到，如果井筒包括U形部分或类似部分，例如，井筒在其一部分穿过地下地层之后，会更靠近地表一些，那么该术语可表示更靠近地表的位置。
[0013]术语“机械连接”并不一定表示直接的机械连接，这种连接可以是不直接的连接，即，可将其他结构夹置在两部件之间，但是它们之间相互机械地联系或连接。
[0014]术语“导流能力”通常表示烃、油、天然气或地下地层中的其他能源(例如，通过穿过裂缝)从地层移到井筒中的容易程度。
[0015]前面已经粗略地概括了本专利申请的一些方面和特征，它们应解释为仅用于阐释本专利申请的各种可能的应用。通过以不同方式应用所公开的信息或组合所公开的实施例的不同方面，可获得其他有益效果。因此，下面结合附图对典型实施例进行了详细描述，通过参照下面的描述可理解其他方面，可更透彻地理解本发明，另外，本发明的范围由权利要求书界定。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]为了更详细地理解本专利申请，请参照附图，附图如下:
[0017]图1是井筒的竖直部分的示意图，所公开的装置和方法的一个实施例可使用在该竖直部分内；
[0018]图2是井筒的水平部分的示意图，所公开的装置和方法的一个实施例可使用在该水平部分中；
[0019]图3示出了使用在竖直井筒中的刮塞装置；
[0020]图4A示出了可用于竖直井和斜井(如，水平井)的刮塞装置；
[0021]图4B示出了可用于竖直井和斜井中的刮塞装置的替换结构；
[0022]图5示出了固定止动件，可操作该固定止动件用于斜井和竖直井；
[0023]图6A-6C表不一种能应用于竖直井中的方法；
[0024]图7A-7E表不一种能应用于竖直井和斜井中的方法；
[0025]图8A-8D示出了一种替换方法，其能应用于竖直井和斜井中。

【具体实施方式】
[0026]根据需要，文中公开了本发明的详细实施例。应该理解为，所公开的实施例仅是本发明的典范，可采用不同形式和替换形式、以及组合形式来实施。文中所使用的术语“典范”可广泛地用于表示一些起到例证、范例、典型或标本作用的实施例。这些附图并一定是按比例尺绘制的，某些特征的尺寸被放大或缩小，以示出特定部件的细节。在其他情况下，未详细描述公知的部件、系统、材料或方法，以避免让本发明难理解。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为是限制性的，仅用作为权利要求书的基础和指导本领域的普通技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。
[0027]本专利申请涉及一种装置和方法，用于在液力压裂过程中提高地下裂缝的临界区中的支撑剂浓度。该装置和方法可使用在任何液力压裂井筒中，无论其具有竖直部分还是倾斜部分，该装置和方法仅存在微小改动。所公开的技术可提高“临界区”或裂缝和井筒之间的分界面处的支撑剂材料浓度，该支撑剂材料用于保持液力裂缝开启。因此，执行液力压裂作业的工作人员能有意地驱移井筒内部的支撑剂。使用该方法及其相应装置时，如果这样做，那么，一些支撑剂能移到临界区。另外，可同时获得如下优点，即，井筒分界面处的支撑剂浓度高；并且，在固定止动件上方，井筒内的支撑剂量较少或被清除掉。移走井筒内部的支撑剂通常会导致代价大的机械问题，需要更多次执行起下钻作业来清洁井筒以继续顺利进行裂缝扩散压裂操作(如，堵塞和射孔操作)。所公开的技术提供了一种用于将支撑剂从井筒中移走的有效方法，可避免上述问题，从而能在井筒内的其他位置上执行液力压裂作业。
[0028]最适宜地，将提供足够的支撑剂来保持临界区中的支撑剂浓度高，维持裂缝开启。如果将高浓度支撑剂成功地补充到临界区，那么井筒附近地带的导流能力将能达到最优，从而，从裂缝中被开采出流到井筒中的物质流量将增加。
[0029]尽管支撑剂通常有助于液力压裂作业，但是也会引起难以解决的复杂情况。使用支撑剂所带来的一个问题称之为“聚缩效应”(pinching off effect)。携带支撑剂的压裂液形成新裂缝并进入其中时，通常会出现这种问题。已经处于裂缝内的支撑剂由于剩余流体的作用而进一步被“冲入”到裂缝中，降低了临界区内的支撑剂浓度，从而使裂缝表面全部或局部未被支撑。这种聚缩效应是由克服未被支撑的裂缝区域的裂缝压力的岩石应力引起的。出现这种情况时，更多的支撑剂集中在射孔外围处，这样，裂缝和井筒之间的分界面处的支撑剂量将比所需量要少。
[0030]解决该问题的一个办法是，开发和使用高级模型(其表示井筒中的支撑剂性能)来预测用于形成裂缝所需的流体和支撑剂量。这类模型通常能有效地保证临界区中的支撑剂浓度高，保证导流能力提高。但是，开发这种模型困难，代价高，需要有经验的技术人员的帮助。如果花费更多时间和精力来开发一种高级模型，技术专家就没有充足的时间处理其他项目。另外，在井结构和地质成分浓度明显不同的各种位置进行液力压裂作业。这些差异需要在每个位置或每组位置使用新模型。
[0031]已提出采用一种替换办法来解决这种问题，S卩，支撑剂在被注入井筒中时“被驱移”。“被驱移”是如下过程，即，支撑剂达到指定浓度时，将其从井筒内移走，使其奔涌到井筒外部，进入临界区中。当压裂液形成裂缝，最终渗入地质层中时，一些被驱移的支撑剂可与压裂液一起进入裂缝中。
[0032]但是，驱移支撑剂的过程通常会引起其他问题。一个问题是，被驱移的支撑剂在接近裂缝之前会滞留在井筒中。如果太多的支撑剂聚集在井筒中，通常会导致代价高的问题。例如，剩余支撑剂聚集在井筒内，引起井筒的一些部分堵塞，妨碍随后的裂缝扩散作业。如果地下部件和设备随后在缆索上移动，则聚集的支撑剂会阻碍缆索，从而妨碍使用者将设备从井筒中移走。如果支撑剂阻塞井筒，那么支撑剂通常必须被清除掉。这些清洁作业成本高昂，由于流体损耗而让裂缝生产率受到损失，降低了裂缝处的生产率。
[0033]当液力压裂作业使用斜井时，出现这些难以解决的复杂情况的风险增加。在本专利申请的情况下，如下面进一步解释，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，在许多情况下，可具有一个或更多个水平部分或局部水平部分。斜井造成一种技术挑战，这是因为重力不一定提供足够大的作用力使设备进一步朝“下向孔眼”移动。更确切地说，需要流体或一些其他原动力来将液力压裂设备安装在斜井中，尤其是安装在水平井中。由于斜井中执行的液力压裂作业数量增加，因此，这种技术挑战是巨大的，尤其在底端朝上的井(toe up well)(其被设计成用于更好地进行水处理)中。
[0034]阻碍划算的液力压裂作业的这些因素对资源生产和盈利能力带来了巨大风险。因此，如果专门的装置和方法可避免这些问题或其他问题(尤其是斜井中的问题)，通过液力压裂作业得到的资源利用率将大大提高。
[0035]本发明所公开的装置和方法带来的一个重要优点是，由于临界区中的支撑剂浓度增加，从而井筒导流能力增强。另一个可能的优点是，地下裂缝的上向孔眼中的井筒部分可被清洁，以准备用于另外的压裂操作。
[0036]参照图1，示出了竖直井筒的简图，该图示出了井筒2的竖直部分1，所公开的装置和方法的一个实施例可用于该竖直部分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层3中。如果对井筒2施加了套管，可使用射孔器、爆破或采用其他方法击穿套管4，以形成射孔5或至储层的连通部(如，注水泥孔中的滑套或裸井中的滑套)，从而可让流体在套管4的内部与地层3之间流通。无论是否执行穿孔作业，液力压裂液(未示出)被引入井筒2中，当压裂液流经射孔5时会逐渐形成裂缝6。
[0037]为了保持裂缝6开启，可将支撑剂7引入裂缝中。支撑剂可有助于形成一定尺寸大小的裂缝并保持裂缝尺寸，从而，当高浓度的支撑剂材料位于裂缝临界区时，可最优地生产烃。井筒2和裂缝6之间的分界面处的分界线8所指示的部分称之为临界区。根据一个实施例，当使用压裂液形成裂缝时，支撑剂7被引入井筒2中，奔涌到裂缝6中。在某些实施例中，竖直部分I是另一地带的下向孔眼、同一地带的某部分的下向孔眼、或在空间上与上向孔眼部分9分开的其他孔眼。
[0038]转向图2，图2是类似的简图，示出了用于液力压裂作业的水平井筒。在该实例中，井筒2的竖直部分I通过弯转部分20过渡到水平部分21。尽管简单地示出了水平部分21，但是，本专利申请同样可用于任何其他倾斜轨迹(蛇形、井底端朝上或朝下)中。在这类实施例中，水平部分21可由合适的倾斜部分代替，而不会明显改变设计结构。就前述井筒2来说，可对水平部分21施加套管，水平部分包括射孔5，从而可通过注入液力压裂液(未示出)形成裂缝6。支撑剂7可扩散到裂缝6内部，当临界区8中的支撑剂7的浓度高时，导流能力提高。临界区8通常位于水平部分21和地下裂缝6之间的分界面处。井筒2的上向孔眼部分9可被处理，在某些实施例中将对此做进一步描述。
[0039]在水平部分21中，仅使用重力不能将设备安装在上向孔眼部分9中。因此，安装液、压裂液、或这些流体的某些混合物可用于将设备泵送到井筒2的水平部分21中。设备在被安装时，优选被系栓到地面上或使其在缆索(未示出)上移动。这样，通过从井中拉出设备就可将其取出，从而，例如在其他钻井或压裂作业中可再使用该设备。
[0040]图3中示出了一种能执行文中所述的一些方法的装置100。尽管所示的装置100水平定位，但是，该装置100可用于竖直井筒中。装置100能刮擦掉存在于其在井筒2中的移动路径中的任何支撑剂。装置100还可被设计成基本上为圆柱形的刮塞101，其类似于地下固井施工中所使用的塞。刮塞101可包括主体102，主体102也可基本上为圆柱形。多个擦刮器103可设置在刮塞101的主体102上，其尺寸被设计成适于装配在井筒区域内(如，套管内或裸眼部分内)。擦刮器的合适尺寸将根据擦刮器的不同而变化，该尺寸被设计成适于相应井筒的区域，从而，刮塞101从地面移动到液力压裂位置的过程中，擦刮器103能将任何剩余的支撑剂从井筒内部清除掉。擦刮器103可由橡胶或有助于刮塞101擦刮的类似弹性材料制成。刮塞101的主体102上还可包括一个或更多个止挡卡瓦104，其可被固定止动件300 (图5中所示)挡住。当刮塞101到达固定止动件300处时，止挡卡瓦104可使刮塞101停止在井筒2中的移动(将参照图5对此进行详细描述)。一个或更多个密封件105也可布置在刮塞101上，以使刮塞101与固定止动件300、井筒2或设备的其他部件更大程度地连接。
[0041]装置100可被设计成，其在使用时与井筒2或其他设备相互作用。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让流体流通到地层3的裂缝6(支撑剂7被驱移到其中)中。当刮塞101向井底移动时，擦刮器103可将支撑剂7从井筒2中清除掉，刮塞101最终将到达固定止动件300处，该固定止动件300被设计成与刮塞101相互作用。下面将更详细描述固定止动件300。固定止动件300能阻止或阻碍刮塞101运动，刮塞101可将任何被去除掉的支撑剂7推到井底。在某些实施例中，该固定止动件300位于裂缝6的上向孔眼中。
[0042]图4A中所示的第二装置200可用于清除掉井筒2的水平部分21中的被驱移的支撑剂7。第二装置200是基本上为圆柱形的刮塞210，其具有主体102以及设置在主体102上的擦刮器103，第二装置200被调整成具有第一端202和第二端203。与前述刮塞101不同的是，该刮塞201可包括从第一端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还可包括联顶座205，其被设计成接收阻塞器502 (如图7A-7E所示)。也可通过卡瓦、销、密封件或能固定阻塞器502的类似机械固定机构(未示出)来实现此目的。当阻塞器502固定在通道204中时，支撑剂7和流体被阻挡或潜在地不能从刮塞201的第一端202流到第二端203。破裂片206可固定在通道204内侧，可选择地，破裂片206可更靠近刮塞201的第二端203。
[0043]破裂片206可被构造成阻挡流体经过通道204，但是，可通过选择特定材料让破裂片机械地破裂或在合适压力下破裂。当破裂片206破裂时，用于将刮塞201泵送到井筒2中的任何流体可流经刮塞201的通道204，从而进一步流入井筒2中。然后，通过将阻流器(如，阻塞器502)固定在通道204中，可再次关闭刮塞201。阻塞器502可停驻在通道204的第一端202附近，不可被设计成在任何预期条件下破裂。与前述刮塞101类似，止挡卡瓦104可布置在刮塞201的主体102上，从而可被固定和锁定到被放置在井筒2内的另一位置处的固定止动件300上。一个或更多个密封件105也可布置在刮塞201上，作为另一种方式将刮塞201连接到固定止动件300、井筒2或设备的其他部件上。在某些液力压裂设计中，刮塞201不能采用这种密封(例如，因为所使用的磨料流会腐蚀密封件105)，或者，例如可选择形成更坚固的压力保持点(两个阻挡部)。但是，在此所述的设计中，将工业泵井底塞放置在上向孔眼中，提供下一促产阶段所需的裂缝扩散压力，从而可解决上述问题。
[0044]图4B中示出了另一可供选择的刮塞装置，该可供选择的设计结构也能用于斜井中。刮塞250的设计结构可类似于刮塞201，具有包括第一端202和第二端203的主体102，多个擦刮器103可安装在主体102上。通道204还能使第一端202与第二端203相连，可选的破裂片206位于通道204中。该刮塞装置与前述刮塞的不同之处在于，通道204可包括球座251，球座251的尺寸适于固定住球252、阻塞器502或其他阻流装置。一些典型的球252包括压裂球、支撑球、陶瓷球、以及本领域中公知的等同部件。球252能在破裂片206已经破裂之后阻挡材料流经过通道204。
[0045]在另一种结构中，可避免将球座251和破裂片206—起使用，从而消除了擦刮器支座的压力扩散作用。在这种实施例中，球座251可由单向阀取代(例如，朝储层方向注入)，将工业泵井下塞布置在上向孔眼中，提供下一促产阶段所需的裂缝扩散压力，从而可增强密封作用。
[0046]刮塞250或刮塞201还可被设计成具有其他特征。扶正器254可布置在主体102外侧上，能有助于刮塞250接合固定止动件300、井筒2或井筒设备的其他部件。起其他作用的止挡卡瓦104、密封件105和突出部分253也有助于固定止动件300、井筒2或井筒设备的其他部件使刮塞250停止运动。
[0047]图5所示的固定止动装置与刮塞101、201、205以及下面的方法相关。固定止动件300可安装在井筒2内，可以位于任何井筒射孔5(其用于液力压裂裂缝形成部位)的上向孔眼中。固定止动件300可以基本上为环形，其外径小于井筒外径。选择这种尺寸可让固定止动件300在井筒2中畅通无阻地移动，直到到达合适目的地为止。为环形结构的固定止动件300还可具有通道301，支撑剂7等材料能穿过通道301。通道301还可被构造成接收刮塞。
[0048]至少一个封隔器302可位于固定止动件300外侧，但优选使用两个或更多个封隔器302。封隔器302包括可压缩材料(如，橡胶)，其进入时处于未被压缩状态，从而允许固定止动件300的直径穿过而到达合适位置。但是，固定止动件300到达其目的地之后，则强制剪切安全销303，从而，引起固定止动件300上的膨胀环304升高，迫使封隔器302处于压缩状态。此种情况出现时，封隔器302的变形引起其朝井筒2的壁向外延伸而接触井筒壁。封隔器302 (或几个封隔器)和井筒2之间的摩擦有助于将固定止动件300固定在合适位置上，封闭住固定止动件300周围的流体流。
[0049]为了进一步有助于安装固定止动件300，安全销303的剪切还能引起固定止动件300将止挡卡瓦305推动到井筒侧部，同时，膨胀环304引起封隔器302变形。止挡卡瓦305可咬合入井筒2的壁中，增加了固定止动件300和井筒2之间的静摩擦。固定止动件300的内部包括闩锁件306，其被设计成接收上述刮塞。在井筒2内的合适位置处，该闩锁件306可将刮塞固定在固定止动件300内部。
[0050]结合上述设备,现在将描述通过使用这些部件将被驱移(underdisplaced)的支撑剂从井筒中擦刮掉的两种方法的实施例。
[0051]图6A-6C中示出了一种通用的基本方法，用于驱移井筒2中的压裂支撑剂7以提高临界区8中的支撑剂浓度。尽管图中所示的方位是水平的，但是这些图中所示的方法适用于竖直井。该方法还适于任何其他斜井。
[0052]该方法的第一步骤是，通过将固定止动件300下入到井筒2中的合适位置上，从而将固定止动件300安装在井筒2内。该合适位置应该是还未用于形成裂缝6的任何井筒射孔5的上向孔眼位置。当固定止动件300在井筒2中移动时，封隔器302处于未被压缩状态，由于安全销303未被剪切，因此，止挡卡瓦305保持在合适位置上。在注入流体(未显示)的帮助下，或通过一些组合技术，固定止动件300在重力作用下可下入到合适位置上。如果使用注入流体，该流体可以是多种流体，如减阻水、柴油、稠化或未稠化的油基流体、丙烷、或稠化丙烷、线性凝胶液或瓜胶基凝胶、羟乙基纤维素(HEC)、或泡沫。固定止动件300还优选通过缆索(未示出)或等同连接装置被拴系到地表上。坐封工具(未示出，如贝克(Baker)坐封工具)可用于将固定止动件300下入到井筒2中。
[0053]前述固定止动件300可包括通道301和闩锁件306，闩锁件306被设计成附连到刮塞上，如前述刮塞101、201或250。一旦固定止动件300处于合适位置上,坐封工具(未不出)或其他安置设备可引起安全销303被剪切。被剪切的部分310可引起封隔器302 (图6A)压缩，从而变成被压缩的封隔器312 (图6B)。固定卡瓦305还可移动到与井筒2接合的位置上。图6B中示出了固定止动件300的这种布置结构。从而固定止动件300可安装在井筒2内，准备接收刮塞101、202、205。
[0054]接着，支撑剂携带液(未示出)可被注入井筒2中，该支撑剂携带液可以是与已被用来形成裂缝的流体类型相同的流体。使用在这种流体中的支撑剂7可包括各种材料，如，砂、砂浆、胡桃壳、玻璃珠、金属粒、陶瓷珠或这些材料的混合物。该流体通过流经固定止动件300的通道301而进入射孔5中。如果该流体含有用于压裂的成分，那么，该流体通过流经射孔5或接合地层3而产生地下裂缝6。支撑剂7可流入到新形成的裂缝6中，但是一些支撑剂作为剩余支撑剂保留在斜井2中。然后可将刮塞101、201、250插入井筒2中，通过使用另外的注入流体(未示出)可有助于其移动。这种另外的注入流体可以是与先前已经用来安装固定止动件或形成裂缝6的流体相同的同一种流体，相同类型的流体、或者可以与先前已经用来安装固定止动件或形成裂缝6的流体不同。
[0055]刮塞101的擦刮器103可将一部分支撑剂携带液或剩余支撑剂进一步擦刮或推入井筒2中，使它们最终穿过固定止动件300或固定止动件300的下向孔眼而进入裂缝6中。一些支撑剂携带液完全移动到裂缝中，而一些支撑剂携带液将留在裂缝/井筒分界面的任一侧上。优选地，在裂缝6的临界区8中将存在大量的支撑剂7。由于支撑剂7通过刮塞101、201、250而朝着沿井眼向下方向被擦刮，因此，支撑剂7能流到新形成的裂缝6中，进入临界区8，而不是保持在井筒2内(这样的话，支撑剂7将可能阻挡其他装置或设备部件)，从而，导流能力提高。参见图6C，刮塞101、201、250的侧部或止挡卡瓦104与固定止动件300的通道301内的至少一个闩锁件306接触或接合，从而刮塞101、201、205可被固定止动件300接收。刮塞101、201、250然后可密封抵接固定止动件300的通道301。可供选择地，如果固定止动件300的尺寸适于让刮塞101、201、250在重力作用下固定在合适位置上，那么，可省掉闩锁件306。之后，通过对井筒的多个部分、套管或刮塞101上方的管道穿孔，可重复执行上述过程。根据需要可重复该过程多次。
[0056]完成该过程之后，需要在井筒2内执行其他操作。为了移走已被安装的刮塞和固定止动件，可通过诸如钻制、化学分解或注入加压流体的方法强制移走这些设备。如果一些设备部件(如，固定止动件300)将被保存以用于以后的操作，那么，在完成该过程的步骤之后，它们可在缆索上移动，或通过使用井底收回工具将它们收回，然后将它们从井筒2中拖出。
[0057]可供选择的第二方法适于斜井部分，可达到相同结果，S卩，从井筒中擦刮掉被驱移的支撑剂，提高了临界区中的支撑剂浓度，从而增强近井地带的导流能力。
[0058]图7A-7E中所示的其他步骤显示了适于斜井的第二方法与第一方法的显著差异。这些图示出了该方法在五个不同阶段的实施例。
[0059]该方法的开始步骤类似于前述方法。通过将固定止动件300下入到合适位置上，从而将固定止动件300安装在井筒2内。固定止动件300可安装在还未用来形成地下裂缝6的井筒射孔5的上向孔眼中。安装之前，安全销303可设置在固定止动件300上，其未被剪切，从而封隔器302保持未被压缩状态。另外，或可供选择地，当固定止动件300下入时，固定卡瓦305不接触井筒2。图7A示出了该方法的某实施例中的此状态。如果该方法用于倾斜部分，可单独使用第一注入流体400或与其他技术结合使用第一注入流体400，以将固定止动件300安装在合适位置上。合适的注入流体可包括减阻水、柴油、油基流体、丙烷、线性凝胶液或瓜胶基凝胶、羟乙基纤维素(HEC)或泡沫。为了以后能容易移走固定止动件300，固定止动件300可通过缆索(未示出)或等同的地表连接件系栓到地表上。坐封工具(未示出，如，贝克(baker)坐封工具)可用于将固定止动件300下入到井筒2中，将其安装在合适位置上。从而，固定止动件300可与第一注入流体400 —起被泵送到井筒2中。
[0060]图7B中示出了固定止动件300，示出固定止动件300已经接合井筒2的侧部并已被安装。如前所述，可通过一个或更多个封隔器、止挡卡瓦、或被设计成一旦剪切安全销就驱动的其他设备来完成上述过程。如果安全销303设置在固定止动件300上，在下入固定止动件300之后坐封工具能剪切安全销303。优选地，可操作用于安装固定止动件300的第一注入流体400来形成液力裂缝，更优选地，该第一注入流体400携带有支撑剂。使用在该流体中的支撑剂包括如下材料，如砂、砂浆、胡桃壳、玻璃珠、金属粒、陶瓷珠、或这些材料的混合物。但是，一种单一流体或多种流体可用来形成裂缝，将支撑剂提供到新形成的裂缝中。需要一些支撑剂或所有支撑剂进入裂缝中，保留在临界区，但是，在许多情况下，将仍有一些支撑剂剩余在斜井2中。通过采用所公开的方法的实施例，将能减轻隐藏的支撑剂所带来的潜在困难或避免这种潜在困难。
[0061]此时，固定止动件300准备接收刮塞201、250。该方法中的刮塞是图4A和4B中所示的装置的实施例，前面已经对其进行了详细描述。通过第二注入流体401将刮塞201、250泵送到井筒2中，第二注入流体401可以与用于固定止动件300的注入流体相同或不同。第二注入流体401可用于泵送刮塞201、250，可不包含额外的支撑剂，但是如果需要，该流体可包括支撑剂。刮塞201、250在井筒2中移动时，第一注入流体400或先前流体中的剩余在井筒2内的一些支撑剂7被刮塞201、250朝井下刮擦而通过固定止动件300。如果被刮擦掉的支撑剂进入裂缝，裂缝临界区8中的支撑剂7的量增加，这样则可提高裂缝6的近井地带的导流能力。然后，刮塞201、250碰撞固定止动件300或接合固定止动件300上的部件，从而刮塞201、250被固定止动件300接收。例如，固定止动件300可具有闩锁件或密封件，其被设计成接合设置在刮塞201、250上的止挡卡瓦。图7B示出了在一个实施例中刮塞201、250被固定止动件300固定的状态。
[0062]如果需要进行进一步的压裂作业，那么，接下来在第三注入流体的帮助下将射孔组件500插入井筒中。该第三注入流体可与第一注入流体和第二注入流体相似或不同。射孔组件可包括射孔器501和阻塞器502，它们相互机械地连接。连接杆503和扶正器504可用于机械连接。如果使用连接杆503和扶正器504，它们将有助于平衡射孔组件500的载荷，但是也可以考虑在射孔器501和阻塞器502之间采用其他机械连接结构。射孔组件500可在缆索(未示出)上移动或被系栓到地球表面处或附近的位置上，这样，完成该方法的步骤之后，将可再使用的部件拉到地表，从而可重新利用该设备。
[0063]压裂片206可包括在该方法的使用者指定的压力下破裂的材料，也可设置在刮塞201、250上。如果使用破裂片206，破裂片在206在承受第二注入流体401和第三注入流体的压力之后可破裂。从而可将第二注入流体401和第三注入流体中的一些或全部从井筒中去除掉。图7C示出了该方法的某实施例，此时，破裂片206还未破裂，第二和第三注入流体的混合物403使破裂片206承受压力。
[0064]当破裂片处于已破裂状态207时，第二和第三注入流体混合物403通过新形成的通道(该通道经过刮塞201、250和固定止动件300)进入井筒2的井底部分。混合的注入流体流经射孔5，进入裂缝6，奔涌到井筒2外部；或者所述流体可流到井筒2的井底部分。图7D中示出了该方法中破裂片破裂之后的阶段。
[0065]为了封闭井筒2的井底部分，可让射孔组件500接触刮塞201、250。射孔组件500的阻塞器502可被刮塞201、250接收，刮塞201、250内侧通道中的联顶座205可有助于这种接收操作。用于将阻塞器502接收在刮塞201、250上的优选方法包括使用卡瓦止挡件、闩锁件、粘性材料以及将两个或更多部件机械连接在一起的其他合适机构。图7D示出了密封塞形式的阻塞器502被插入刮塞201中的状态。
[0066]使用者可采取其他的可选步骤来提高该方法的经济效率。刮塞201接收阻塞器502之后，射孔组件500可使阻塞器502与射孔器501分离。如果需要，可通过使用安全销(未示出)将扶正器504连接到阻塞器502上，来实现该分离步骤。安全销被剪切时，将会引起射孔组件500的扶正器504自行与阻塞器502分离。图7E示出了使用该可选步骤的方法的某实施例，示出了安全销已被剪切之后的状态。
[0067]之后，使用者能将射孔器501移到合适位置上。使用者能将射孔器501移到需要其他射孔和液力裂缝的位置上，能将射孔器501从井筒2中移走，或能将射孔器501移到不同位置上用于其他目的。如果射孔器501对准合适的压裂位置，其能射穿井筒2的另一部分以准备给井筒形成另外的液力裂缝。射孔组件500然后与任何其他可再使用的设备(如，固定止动件300) —起从井筒2中移走。可供选择地，使用在该方法中的部件(如，刮塞201、250和阻塞器502)可通过一些方法(如，钻制、注入加压流体或化学分解)被强制移走。
[0068]如果井筒2特别长，可周期性地重复该方法的步骤以从地球表面下的地层中开采出烃或其他能源。让该过程循环进行的划算方式是，首先在井筒的井底部分中应用该方法，然后在该第一位置的连续的上向孔眼部分中重复执行该方法的步骤。
[0069]在图8A-8D中，示出了用于将刮塞201、250安装在斜井中的步骤的另一可选的次序。本领域的普通技术人员将能意识到，如果合适，可单独执行这些步骤或组合地执行这些步骤。
[0070]在图8A中，刮塞250被构造成，其在被泵送到或插入井筒2中时被固定止动件300接收。刮塞201、250的特征在于具有安全销303，安全销303被构造成接触固定止动件300的窄部分，从而可使安全销303被剪切。安全销303还可防止密封件105接触井筒2或接触可处于刮塞201、250和固定止动件300之间的其他阻碍物。另外，刮塞201、250可包括突出部分253，突出部分253能接触固定止动件300的窄部分以使得刮塞201、250更大程度地被固定止动件300固定。类似地，扶正器可设置在刮塞201、250上；扶正器的尺寸被设计成使得扶正器一旦接触固定止动件300，固定止动件300就能阻止扶正器在井筒2中进一步移动。刮塞201、250可包括擦刮器103，当刮塞201、250进一步移动到井筒2中时，擦刮器103能从井筒2侧部擦刮掉支撑剂7。如果需要，在刮塞201、250上可设置破裂片206。
[0071]图8B示出了刮塞201、250接触固定止动件300的状态，如果具有安全销303，那么，此时安全销303可接触固定止动件300的边缘。当出现这种接触时，固定止动件300的质量将会促使作用力作用在安全销303上，引起安全销303被剪切，从而露出密封件105。
[0072]图8C示出了刮塞201、250在安全销303已经通过固定止动件300被剪切的状态，此时，示出安全销303为被剪切的部分310。在此，露出的密封件105 (如果存在该密封件)此时可接触并附接到固定止动件300的内侧上。止挡卡瓦104和突出部分253将有助于能使刮塞201、250坐靠在固定止动件300上。如果在刮塞250上设置扶着器，那么扶正器将有助于在刮塞250固定在固定止动件300上之后进一步限制刮塞250移动。如果在刮塞250上设置旁通口 208，扶正器还可防止抽吸液等流体经过刮塞250进一步进入井筒2中。旁通口 208可设置在主体102上，且被构造成可让流体在通道204与环形空间(其位于井筒2和刮塞250之间)之间流通。如果具有破裂片206，那么来自于流体(如，注入流体)的压力使破裂片206破裂，从而使得刮塞250可准备接收阻塞器。
[0073]在图8D中，示出了使用球252的另一步骤。如果需要在破裂片206破裂之后阻塞通道204，那么球252将通过注入流体被泵送到井筒2中。在合适尺寸的位置处或狭窄部分处或另一球座251处，球252可保持在刮塞201的通道204中。球252能带来的另一优点是，将球252泵送到井筒2之后，不需要设备来移走球252。球252仅保持在刮塞250内，可在上向孔眼中继续进行其他压裂作业。在这些其他作业中，可通过相同方法或其他方法安装刮塞，后来将其关闭。
[0074]在可供选择的某实施例中，固定止动件300可下入到井筒2中，被连接到射孔器501上。例如，固定止动件300和射孔器501可在缆索(未示出)上移动。当固定止动件300被固定时(例如，通过坐封工具、加压、或将固定止动件300固定的其他方法)，射孔器501可以位于相对于固定止动件300来说的上向孔眼中。固定步骤期间或之后，固定止动件300可与缆索和射孔器501分开或分离。然后，一旦固定止动件300被固定，射孔器501可蜿蜒地或以其他方式穿过固定止动件300的通道301，从而射孔器501位于相对于固定止动件300来说的下向孔眼中。为了让射孔器501穿过固定止动件300，需要固定止动件300或射孔器501或两者的轮廓能有助于这种穿过。
[0075]此时，射孔器501可用于形成射孔5。然后，通过缆索将射孔器501回拉而穿过固定止动件300，然后将射孔器501从井筒2中移走或可选地用于形成另外的射孔。一旦已经形成射孔5，由射孔5开始形成裂缝6时，引入支撑剂7，从而支撑剂7进入裂缝6中。接着，刮塞101、201、250之一可被下入到井筒2中，随后隔离液也被引入井筒2中。一旦刮塞101、201、250坐靠在固定止动件250上，先前被驱移的支撑剂将能合适地被移走。如果具有破裂片207，那么破裂片207将破裂，引入阻塞物或其他流体，以隔离裂缝6和/或流体通道，从而，射孔器501可再次被下入到井筒2中。一旦射孔器501和可选的另一固定止动件300移到上向孔眼区域并靠近第一固定止动件300的位置，那么球252会下降，停止在刮塞250的球座251上。可供选择地，球252被泵送之后立即泵送射孔器251。可供选择地，如果特定刮塞101、201、250中不具有球座251，那么阻塞器502可与射孔器501以及射孔组件500的其他可选元件一起移动。任何情况下，可在第一固定止动件300的上向孔眼位置形成射孔，可根据需要重复执行该过程多次。
[0076]尽管文中已经描述了本装置和方法的优选实施例，但是，上面的描述仅是阐释性的。相应领域的普通技术人员将能对文中所公开的方法和装置进行其他改进，所有的这些改进应认为落入所附权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种用于在井筒中形成裂缝的方法，该方法包括以下步骤: a)提供固定止动件，该固定止动件中具有被构造成接收刮塞的通道； b)将固定止动件安装在井筒中； c)将支撑剂携带液注入井筒中，使支撑剂携带液经过固定止动件的所述通道、穿过射孔，以形成裂缝； d)提供刮塞，刮塞被构造成将被接收在固定止动件的所述通道中； e)将刮塞插入到井筒中； i)使刮塞擦刮掉一部分支撑剂携带液，使所述一部分支撑剂携带液穿过固定止动件，进入裂缝中；以及 g)使固定止动件接收刮塞。
2.根据权利要求1的方法，其中，支撑剂携带液包括支撑剂，该支撑剂选自于砂、砂浆、胡桃壳、玻璃珠、金属粒、陶瓷珠、以及这些物质的混合物。
3.根据权利要求1的方法，其中，固定止动件包括闩锁件，刮塞包括止挡卡瓦，该方法还包括以下步骤:使闩锁件接合止挡卡瓦。
4.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤:将固定止动件和刮塞中的至少一个从井筒中强制移走。
5.根据权利要求1的方法，其中，所述安装步骤包括，使固定止动件在缆索上移动，该方法还包括步骤:拉动缆索以将固定止动件从井筒中移走。
6.根据权利要求1的方法，其中，固定止动件包括封隔器，所述安装步骤包括:使封隔器接触井筒。
7.根据权利要求1的方法，其中，支撑剂携带液包括注入流体，注入流体选自于减阻水、线性凝胶液或瓜胶基凝胶、羟乙基纤维素(HEC)、柴油、油基流体、丙烷和泡沫。
8.根据权利要求1的方法，其中， 将固定止动件安装在井筒中的步骤包括，通过第一注入流体将固定止动件泵送到井筒中； 将刮塞插入井筒中的步骤包括，通过第二注入流体将刮塞泵送到井筒中； 其中，刮塞包括破裂片，所述破裂片被构造成在使用者指定的压力下破裂； 该方法还包括以下步骤: h)提供射孔组件，该射孔组件包括连接到阻塞器上的射孔器； i)将射孔组件插入井筒中，将第三注入流体泵送到井筒中，其中，被泵送的第三注入流体使破裂片破裂，从而形成穿过刮塞的通道；以及 j)使所述穿过刮塞的通道接收阻塞器。
9.根据权利要求8的方法，还包括以下步骤: k)将阻塞器与射孔器分开； 1)使射孔器对准合适的射孔位置；以及 m)用射孔器对所述合适的射孔位置射孔。
10.根据权利要求9的方法，还包括以下步骤: η)对所述合适的射孔位置射孔之后，将射孔器移走；以及 ο)步骤k)至m)完成之后，重复步骤a)至j)。
11.根据权利要求9的方法，其中，阻塞器通过安全销连接到射孔器上，步骤k)包括剪切所述安全销。
12.根据权利要求8的方法，其中，所述射孔组件和固定止动件之一在缆索上移动，该方法还包括如下步骤:拉动缆索以将射孔器、阻塞器和固定止动件中的至少一个从井筒中移走。
13.根据权利要求8的方法，其中，第一注入流体、第二注入流体和第三注入流体中的至少一种流体流经刮塞的通道，并进入裂缝中。
14.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤: h)在步骤b)之前，使射孔器连接到固定止动件上； i)步骤b)之后，使射孔器与固定止动件分开；以及 j)步骤i)之后，通过射孔器形成射孔。
15.根据权利要求14的方法，还包括以下步骤； k)使射孔器移动穿过固定止动件的所述通道。
16.根据权利要求15的方法，其中，在步骤i)之后且在步骤j)之前执行步骤k)。
17.一种装置，其包括: 主体，该主体具有从第一端延伸到第二端的通道，该通道被构造来固定一阻塞器； 多个擦刮器，它们设置在所述主体上； 破裂片，该破裂片被构造成阻挡流体流经所述通道，且该破裂片被构造成在使用者指定压力下破裂；以及， 卡瓦止挡件，该卡瓦止挡件设置在所述主体上，且被构造成通过具有闩锁件的固定止动件而被固定。
18.根据权利要求17的装置，还包括旁通口，该旁通口设置在所述主体上，且被构造成允许流体在所述通道与位于井筒和该装置之间的环形空间之间流通。
19.根据权利要求17的装置，还包括固定突出部分，其设置在所述主体上。
【文档编号】E21B43/267GK104420859SQ201410460787
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】J·M·诺埃, D·P·布里斯科, B·莫厄德, R·D·史密斯, E·R·丰塞卡奥坎波斯, J·J·卡莱尔 申请人:国际壳牌研究有限公司