CN102959181B

CN102959181B - 破裂系统

Info

Publication number: CN102959181B
Application number: CN201180032240.4A
Authority: CN
Inventors: J·哈伦德巴克; P·黑泽尔
Original assignee: Welltec AS
Current assignee: Weltek Oilfield Solutions Co Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: DK2588713T3; US20130098621A1; CA2803714A1; CN102959181A; BR112012033293B1; EP2588713A1; RU2572631C2; RU2013103498A; WO2012001118A1; EP2402554A1; US9163495B2; BR112012033293A2; EP2588713B1; CA2803714C

Abstract

本发明涉及一种用于使包围井眼管状结构的地层破裂的破裂系统，所述破裂系统包括：管状部件，其待被作为所述井眼管状结构的一部分安装，所述管状部件由金属制成；由金属制成的可膨胀套筒，所述套筒具有壁厚并且包围所述管状部件；紧固装置，其将所述套筒与所述管状部件连接；以及开口，其位于所述管状部件或者所述紧固装置中。此外，本发明还涉及一种用于使包围井眼管状结构的地层破裂的破裂方法。

Description

破裂系统

技术领域

本发明涉及一种用于使包围井眼管状结构的地层破裂的破裂系统，所述破裂系统包括：管状部件，其待被作为所述井眼管状结构的一部分安装，所述管状部件由金属制成；由金属制成的可膨胀套筒，所述套筒具有壁厚并且包围所述管状部件；紧固装置，其将所述套筒与所述管状部件连接，以及开口，其位于所述管状部件或者所述紧固装置中。此外，本发明还涉及一种用于使包围井眼管状结构的地层破裂的破裂方法。

背景技术

在井眼中，地层被破裂以便油流进井眼并且进一步流入到生产套管中。当破裂地层时，期望获得大致垂直于井眼的延伸方向以及因此横向于套管延伸的裂缝。然而，这些裂缝通常情况下由于地层中天然层的原因而基本上沿着套管延伸。

垂直于套管延伸的裂缝更长地延伸到地层中。以此方式，该裂缝将揭开面积更大的饱含含油流体的地层，这将导致比利用纵向裂缝更加优化的生产。

发明内容

本发明的目的是完全地或者部分地克服现有技术中的上述的缺点和缺陷。更具体地，目的是提供一种改进的破裂系统，该系统能够大致垂直于生产套管形成裂缝。

通过根据本发明的借助于用于使包围井眼管状结构的地层破裂的破裂系统的解决方案能够实现上述目的以及从以下的说明中将变得明显的多个其他目的、优点和特征，所述破裂系统包括：

-管状部件，其待被作为所述井眼管状结构的一部分安装，所述管状部件由金属制成，

-由金属制成的可膨胀套筒，所述套筒具有壁厚并且包围所述管状部件，

-紧固装置，其用于将所述套筒与所述管状部件连接起来，以及

-开口，其位于所述管状部件或者所述紧固装置中，

其中，所述套筒具有破裂初始元件。

在一个实施例中，所述破裂初始元件可以从套筒的表面突出。

通过从套筒的表面突出的破裂初始元件，指的是沿着表面的一位置——在此位置处，表面的切线斜率变化并且为了再次变化而变成0，该元件在此位置处向地层突出。

此外，所述破裂初始元件可以在可膨胀套筒的膨胀状态下至少部分地刺穿地层的一部分。

此外，所述可膨胀套筒可以具有膨胀状态和未膨胀状态，在所述膨胀状态下所述套筒的接触面与地层接触，所述破裂初始元件至少在膨胀位置从所述接触面突出到所述地层中以使地层破裂。

在本发明的一实施例中，所述破裂初始元件可以被设置在所述紧固装置之间。

此外，所述破裂初始元件可以包括所述套筒的相对于所述套筒的另一部分而言具有减小的壁厚的中心部分。

此外，所述破裂初始元件可以包括沿着所述套筒的周缘分布的若干个区域，其中所述套筒的这些区域相对于套筒的其他区域而言可具有减小的壁厚。

此外，所述破裂初始元件可包括突起部。

此外，所述破裂初始元件可以包括剪切塞、弹簧阀或者破裂片。

在一个实施例中，所述突起部可以远离所述管状部件朝向所述地层变尖。

此外，所述突起部可以是周向突起部。

此外，所述套筒沿着该套筒的周缘可以具有多个突起部，以确保所述突起部设置在所述套筒的同一周向横截面中。

在另一实施例中，所述破裂初始元件可包括至少一个区域，所述区域具有减小的壁厚并且在到达预定的压力时爆炸。

如上所述的破裂系统还可以包括一工具，该工具用于通过使加压流体经由所述管状部件中的开口流进所述可膨胀套筒和所述管状部件之间的空间中来膨胀所述可膨胀套筒。

此外，在所述开口中设置一阀，以控制加压流体到所述可膨胀套筒和所述管状部件之间的空间的流通。

此外，所述套筒可以具有由与套筒的中心部分的材料不同的材料制成的两端。

该两端可以被焊接到中心部分，并且可以具有与套筒的中心部分的倾斜表面对应的倾斜表面。

在一实施例中，所述阀可以是单向阀或双向阀。

在另一实施例中，至少一个所述紧固装置可相对于环形障碍物的管状部件的连接部件滑动。

此外，至少一个所述紧固装置可以被固定地紧固到所述管状部件。

在另一实施例中，所述工具可具有用于将所述阀从一个位置移动到另一个位置的装置。

此外，所述工具可以具有隔离设备，该隔离设备用于在所述管状部件的开口外侧在所述工具的外侧壁和所述井眼管状结构的内侧壁之间隔离第一区段。

此外，所述工具的所述隔离设备可具有至少一个密封装置，该至少一个密封装置用于在所述阀的任一侧密封所述井眼管状结构的内侧壁，以在所述井眼管状结构内侧隔离所述第一区段。

此外，所述工具可以具有压力分配装置，该压力分配装置用于从井眼中抽吸流体并且将加压流体输送到所述第一区段。

此外，所述工具可以具有将所述工具连接到钻杆的装置。同时，所述工具可以具有用于闭合环形区域的封隔器。

本发明还涉及如上所述的破裂系统在井眼管状结构中用于将所述井眼管状结构插入到井眼中的应用。

最后，本发明涉及一种通过在井眼内部膨胀如上所述的破裂系统中的可膨胀套筒来使包围井眼管状结构的地层破裂的破裂方法，所述方法包括如下的步骤：

-将一工具放置在所述管状部件的所述开口外侧，

-将流体注入所述管状部件和所述可膨胀套筒之间的空间中以膨胀所述套筒，

-通过使所述套筒膨胀直到所述套筒在所述地层上施加预定的压力来破裂所述地层。

此外，所述破裂方法还可以包括使所述套筒膨胀直到所述破裂初始元件爆炸的步骤。

附图说明

下面将参考随附的示意图对本发明和它的很多优点进行更详细的描述，其中随附的示意图为了说明的目的示出一些非限制性的实施例，附图中：

图1示出了具有水平部分的井眼中的套管的截面图，

图2示出了竖直井中的套管的截面图，

图3示出在地层中形成裂缝的膨胀套筒的截面图，

图4示出了未膨胀的破裂系统的截面图，

图5示出了图4的破裂系统在膨胀状态下的截面图，

图6示出了未膨胀破裂系统的实施例的截面图，

图7示出了图6的破裂系统在膨胀状态下的截面图，

图8示出了未膨胀破裂系统的另一实施例的截面图，

图9示出了图8的破裂系统在膨胀状态下的截面图，

图10示出了未膨胀破裂系统的另一实施例的截面图，

图11示出了图10的破裂系统在其几乎完全膨胀状态下的截面图，

图12示出了图10的破裂系统在其完全膨胀状态下的截面图，其中破裂初始元件爆炸以使流体将地层破裂，

图13示出了图9的破裂初始元件的横贯截面图，

图14示出了未膨胀破裂系统的另一实施例的截面图，

图15示出了图14的破裂系统在膨胀状态下的截面图，

图16示出了图14的破裂系统在其完全膨胀状态下的截面图，其中已经从套筒中释放出破裂初始元件以使流体将地层破裂。

所有的附图都是示意性的，不一定按比例画出，并且只示出了对于解释本发明来说必要的部件，其他的部件被省略或者仅仅加以暗示。

具体实施方式

图1示出了一具有竖直部分和水平部分的井。在水平部分中，示出了垂直于生产套管延伸的地层裂缝11。生产套管借助于环形障碍物紧固到地层，并且在水平部分中该裂缝位于膨胀的环形障碍物之间。在此类井中，裂缝11是竖直的并且也可垂直于地层的天然层。在图2中示出了仅是竖直的井。该井具有环形障碍物和水平裂缝，所有的裂缝也都垂直且横向于生产套管。在下文中，在图1和图2中示出的与生产套管垂直的两种类型的裂缝11将被称为横向裂缝。

图3示出了已膨胀的套筒4的示意图，该套筒在其上方的地层中形成横向裂缝11，并且在其下方的地层中形成纵向裂缝。如图所示，纵向裂缝是沿着生产套管的延伸方向延伸的裂缝。在石油工业中估计显示与具有纵向裂缝的水平井相比具有横向地层裂缝的水平井将生产效率提高直至60%。

通过在环形障碍物中使套筒4膨胀以在地层中形成裂缝，该膨胀的套筒压靠地层，使所述裂缝变得一致/同步。

图4示出了包括带有破裂初始元件7的套筒4的破裂系统1。破裂初始元件7在该实施例中是套筒4的具有减小的壁厚的一部分，从而使得当套筒膨胀时，如图5所示，破裂初始元件7突出并且当压向地层时起切刃（notch，切口、刻痕）的作用。以此方式，控制破裂过程以保证裂缝是横向的而非纵向的。

破裂系统1包括可膨胀套筒4和管状金属部件3，当将生产套管插入到井眼中时，可膨胀套筒4和管状金属部件3都作为井眼管状结构2的一部分安装。如图4所示，可膨胀套筒4在未膨胀状态下具有壁厚t，并包围管状部件3并且借助于紧固装置5被以密封的方式紧固到管状部件3。管状部件3具有至少一个开口6，该开口6用作用于允许流体进入套筒4和管状部件之间的空间以便膨胀套筒的通道。

在图6的破裂系统1中，可膨胀套筒4具有破裂初始元件7，如图4所示，该破裂初始元件7是套筒的壁厚减小的一部分。此外，破裂初始元件7包括突起部9，该突起部变细以成为一周向外缘。图6的套筒4在图7中示出为处于膨胀状态，在膨胀状态下，套筒的壁厚减小的部分作为突起部件向地层突出，并且设置在具有减小的厚度的突起部件上的外缘压向地层并且增加突起部件的切刃效应。

因此，在图5至图9、图11和图14至图16中，破裂初始元件从套筒的表面突出。通过从套筒的表面突出的破裂初始元件，指的是沿着表面的一位置——在此位置处，表面切线的斜率变化并且为了再次变化而变成0，该元件在此位置处从套筒的表面向地层突出。

在图5、图7、图11和图15中，破裂初始元件在可膨胀套筒的膨胀状态下至少部分地刺穿地层的一部分。在破裂初始元件的一部分刺穿之后，作为套筒另一部分的接触表面30与地层接触。

在另一实施例中，可膨胀套筒4具有多个破裂初始元件7，该破裂初始元件7表现为套筒的具有减小的壁厚的部分。套筒4具有若干厚度减小的圆形区域，并且在套筒的外侧，各个破裂初始元件包括朝向一点变细的突起部9。

图8的套筒4包括多个表现为突起部9的破裂初始元件7，该突起部9设置在所述套筒的外侧、位于套筒的横向于套管纵向的同一横截面中。如图9所示，各个突起部9朝向点16变尖，该点16当套筒4膨胀时压入到地层中，并且各个突起部9的点16起切刃的作用，当套筒膨胀时，该切刃开始形成横向于套管纵向的裂缝。

如图8所示，开口6可具有阀10，该阀必须在加压流体12可被注入到套筒4和管状部件3之间的空间中之前打开，以便膨胀套筒。

在图10至图12中，破裂系统1具有多个表现为具有减小的壁厚的区域的破裂初始元件7。如图11所示，当套筒4膨胀时，具有减小的壁厚的区域从套筒的外侧向地层突出，并且当套筒进一步膨胀时，如图12所示，该区域爆炸。因此，破裂初始元件7用作在地层中形成裂缝11的切刃，当它们爆炸时，流体15可被高压注入到地层壁中，因此进一步使地层破裂。如果流体15包含酸，那么借助于酸来扩大裂缝11。

如上所述，期望具有横向裂缝，并且通过具有位于横向于生产套管纵向的同一横截面中的多个破裂初始元件7，很容易在该同一横截面中形成受控的横向裂缝。因此，设置更加有效的破裂系统1，以控制裂缝的破裂方向。在图13中，示出了横贯套筒的、横向于破裂系统的纵向延伸的截面图，以及破裂初始元件，以及在同一横截面中的横向裂缝。此外，示出多个破裂元件沿着套筒的周缘间隔开。

在图14的横截面视图中，示出了如下的未膨胀破裂系统：破裂初始元件7是紧固在套筒壁中的剪切塞（shearplug）。如图15所示，破裂初始元件局部刺穿地层，并且当一定的压力注入到开口6中时该破裂初始元件能够从套筒上释放，从而使得破裂初始元件在套筒壁上留下一敞开的洞。在图16中，破裂用流体进入该套筒壁上的洞并且进一步进入到地层中的裂缝。

破裂初始元件可以是弹簧阀或者破裂片，而不是如图14至图16所示的剪切塞。破裂初始元件还可以是被焊接为套筒壁的一部分的带有尖头的元件，并且因此在通过开口6注入的一定流体压力下，该焊接连接断开。

井眼管状结构2可以使是生产油管或者生产套管、或者井或井眼中类似类型的井下管件。

阀10可以是任意类型的能够控制流动的阀，诸如球阀、蝶形阀、阻气阀门、止回阀或者单向阀、隔膜阀、膨胀阀、闸式阀、球形阀、刀闸阀、针阀、活塞阀、夹管阀或者旋塞阀。

可膨胀管状金属套筒4可以是冷拔管状结构或者热拔管状结构。

用于膨胀可膨胀套筒4的流体可以是在包围工具20和/或井眼管状结构3的井眼中存在的任意类型的井筒流体。此外，流体可以是水泥、气体、水、聚合物或二元混合物，诸如与粘合剂或者硬化剂混合或者反应的粉体或颗粒。

虽然以上已经结合本发明的优选的实施例对本发明进行了说明，但是对于本领域的技术人员而言，在不偏离所附权利要求限定的发明的情况下，很明显地可以想到若干修改。

Claims

1.一种用于使包围井眼管状结构(2)的地层破裂的破裂系统(1)，所述破裂系统包括：

-管状部件(3)，其待被作为所述井眼管状结构的一部分安装，所述管状部件由金属制成，

-由金属制成的可膨胀套筒(4)，所述套筒具有壁厚(t)并且包围所述管状部件，

-紧固装置(5)，其将所述可膨胀套筒与所述管状部件连接，以及

-开口(6)，其位于所述管状部件或者所述紧固装置中，

其中，所述可膨胀套筒具有破裂初始元件(7)，所述破裂初始元件包括具有减小的壁厚的至少一个区域，所述区域在到达预定的压力时爆炸。

2.根据权利要求1所述的破裂系统，其中，所述可膨胀套筒具有膨胀状态和未膨胀状态，在膨胀状态下所述可膨胀套筒的接触面(30)与地层接触，所述破裂初始元件至少在膨胀位置从所述接触面突出到所述地层中以使所述地层破裂。

3.如权利要求1或2所述的破裂系统，其中，所述破裂初始元件包括所述可膨胀套筒的相对于所述可膨胀套筒的另一部分而言具有减小的壁厚的中心部分(8)。

4.如权利要求1或2所述的破裂系统，其中，所述破裂初始元件包括沿着所述可膨胀套筒的周缘分布的若干个区域，其中所述可膨胀套筒的这些区域相对于所述可膨胀套筒的其他区域而言具有减小的壁厚。

5.如权利要求1所述的破裂系统，其中，所述破裂初始元件包括一突起部(9)。

6.如权利要求5所述的破裂系统，其中，所述破裂初始元件包括剪切塞、弹簧阀或者破裂片。

7.如权利要求5或6所述的破裂系统，其中，所述突起部远离所述管状部件朝向所述地层变尖。

8.如权利要求5或6所述的破裂系统，其中，所述突起部是周向突起部。

9.如权利要求5或6所述的破裂系统，其中，所述可膨胀套筒沿着该可膨胀套筒的周缘具有多个突起部，以确保所述突起部设置在所述可膨胀套筒的同一周向横截面中。

10.如权利要求1或2所述的破裂系统，所述破裂系统还包括一工具，该工具用于通过使加压流体经由所述管状部件中的开口流入到所述可膨胀套筒和所述管状部件之间的空间中来膨胀所述可膨胀套筒。

11.如权利要求1或2所述的破裂系统，其中，在所述开口处设置一阀以控制加压流体到所述可膨胀套筒和所述管状部件之间的空间的流通。

12.如权利要求1至11中的任一项所述的破裂系统在井眼管状结构中以用于将所述井眼管状结构插入到井眼中的应用。

13.一种用于通过在井眼内部膨胀如权利要求1至11中的任一项所述的破裂系统中的可膨胀套筒来使包围井眼管状结构(2)的地层破裂的破裂方法，所述方法包括如下的步骤：

-将一工具放置在所述管状部件的所述开口外侧，

-将流体注入所述管状部件和所述可膨胀套筒之间的空间中以膨胀所述可膨胀套筒，

-通过使所述可膨胀套筒膨胀直到所述可膨胀套筒在所述地层上施加预定的压力来使所述地层破裂。

14.根据权利要求13所述的破裂方法，所述方法还包括使所述可膨胀套筒膨胀直到所述破裂初始元件爆炸的步骤。