CN103299030A - 用于管柱的组合式压裂出口和生产孔 - Google Patents

Abstract

位于分布带中的一个或更多个孔具有相邻的筛装置，当油管中的压力以预定值超过环形空间压力时，该筛装置可远离所述孔轴向移动到合适位置上。一旦压差减小至低于预定值或环形空间压力超过油管压力时，所述筛装置移动至覆盖所述孔以防止地层中或井产流体的至少一些固体进入管柱。可借助于偏压力来帮助筛装置移动，可锁定这种移动以防止已移动到合适位置而置于所述孔上的筛装置从所述孔处移回。

Description

用于管柱的组合式压裂出口和生产孔

技术领域

本发明涉及压裂系统，可让压裂之后的产物通过用于压裂的孔口，更具体而言，涉及一种自动控制方法，用于在压裂操作和生产操作之间的过渡期间控制固体进入。

背景技术

已经出现各种系统可让用于压裂的孔打开以压裂分布带。这些系统中的一些系统也使用伸缩构件，伸缩构件伸出管柱之外、经过环形间隙，以接触井壁。在某些设计结构中，这些伸缩通道的伸出部分对井壁的撞击用于启动压裂过程，继续进行压裂操作而使流体在高速（由于高压作用所致）下被输送通过所述用于压裂的孔。该流体中通常含有高浓度压裂支撑剂。

用于压裂的孔优选不会因为用于处理随后的生产过程的筛而被阻塞。因此，一些设计结构已经配置有一组用于压裂的孔和另一组用于随后的生产过程的孔，滑动套筒或一些其他阀操纵器可用来在广口打开的管孔和具有筛网的生产孔之间移动。但是，在这种结构中，将各种滑动套筒从压裂模式转换到生产模式过程中存在过渡时间。在该过渡时间内，油管压力会下降至低于地层压力，一些固体或压裂支撑剂会进入管柱中，这样会让井上设备操作困难。将筛放置在压裂出口上可起到保护作用以免在完成压裂操作之后固体或压裂支撑剂逆向流回。与前述设计结构相关的一些例子为USP7,401,648、7,591,312，美国公开2010/0263871和2010/0282469。

发明内容

需要一种系统可让指定的孔广口打开以进行压裂，然后在完成压裂操作之后将筛材料移动就位而覆盖住孔。在优选实施例中，筛的移动是自动进行的，可通过减小管柱中的压力来引起筛继续移动。根据情况可使筛的移动与管柱压力和周围环形空间压力之间的压差相关联，从而移动筛。可对筛进行偏压以帮助这种移动，可锁定这种移动以免筛返回到先前的位置上。通过阅读优选实施例的描述以及相关附图，本领域普通技术人员将能更明显看出本发明的这些和其他优点，同时也能意识到本发明的全部范围由所附的权利要求书决定。

分布带上的一个或更多个孔具有相邻的筛装置，当油管内的压力超过环形空间压力预定值时，该筛装置可远离所述孔而轴向移动至合适位置。一旦压差降低至低于预定值或环形空间的压力超过油管压力时，筛装置移动至覆盖住孔，以防止地层中的至少一些固体或/和压裂支撑剂进入管柱。可借助于偏压力来辅助所述筛装置移动，可锁定这种移动以防止已经移动到合适位置而置于所述孔上的筛装置远离所述孔移回。

附图说明

图1是截面图，示出了压裂操作期间筛装置远离所述孔；

图2是图1所示构件的另一状态的视图，该图中，油管压力降低至一定值，通过地层压力和任选的偏压力推动筛装置以使其与压裂孔对准，此时压裂孔可用于生产。

具体实施方式

图1示出了管柱10的一部分，该部分穿过其相对端例如由封隔器12、14界定的分布带，图中示意性示出所述封隔器。尽管在分布带18中仅显示了一个孔16，但是，本领域的普通技术人员将能意识到，可使用多个孔16及其相关设备，下面将要对这些设备进行描述。管柱10的任一端或两端可伸出分布带18的范围之外，但是，为更清楚起见，图中省去了伸出或延伸部分。孔16根据情况可具有伸缩装置20，该伸缩装置穿过出口22而延伸至井壁，伸缩装置对井壁的撞击最初会在穿出部分上形成地层裂缝。箭头26表示从表面泵送到通道24中的流体，该流体也在活塞区域30施加推力，如箭头28所示。活塞区域30优选正好位于多行洞眼34下方。本领域的普通技术人员将能意识到，可在活塞区域30附近、通道24内部使用不同类型的筛，如绕线或荷兰斜纹织物（Dutch Twill）或仅为圆柱形的多孔板；或者，使圆形筛构件覆盖住套筒32上的洞眼34。

套筒32具有带O形密封圈38的外环36，O形密封圈抵靠管柱10的内壁40。管柱10具有带O形密封圈44的内环42，该O形密封圈抵靠套筒32的外壁46。因此，存在可变的环形容积48，该环形容积通过通路50通至地层。箭头52表示地层或周围环形空间作用在环形容积48中的压力。

偏压套筒52具有偏压构件如弹簧54，该弹簧支撑在相对于管柱10的内壁40突出的内部台肩56上。可采用其他的偏压技术，如采用一叠蝶型贝氏垫圈（Beelleville washer）或充满可压缩流体的加压腔。尽管图中示出套筒32和52是分离的套筒，但是，对于一个或一行孔16或轴向隔开的多行周向孔16而言，套筒32和52可以组合成一个套筒。

伸缩装置20最初由于流体速度的作用而可延伸穿过出口22，或通过破裂膜片（未示出）而可穿过出口22，在伸缩装置20完全伸展并且压力继续增加之后，破裂膜片在压力作用下破裂。

根据弹簧54的强度以及箭头26和52所示的压力，套筒32和52将位于图1或图2所示的位置上。在图2中，箭头58表示通过孔16和筛33的产出的流入物和井筒流体。由于弹簧54的偏压以及通过通路50作用在环形容积48中的压力（箭头60所示）之和大于通道24中的压力以及作用在活塞区域30上的相反力之和，因而筛33自动移动至与孔16对准。在图2中，通过箭头60所示的压力和弹簧54的作用力的共同作用，活塞区域62朝孔16推动筛33，从而克服通道24中的作用在相对表面30区域上的相反力，该相对表面30的区域优选与活塞区域62相同。如果在运行期间套筒32和52不受限制，当通道24中的压力等于或小于壳体10外侧的环形空间中的压力时，出现图2所示的位置。当油管压力相对于所述环形空间压力上升而克服弹簧54的作用力时（如开始压裂时），套筒32和52使筛33远离孔16移动。如果压裂压力丧失，筛33可朝孔16移回。除非受到限制，这种相对方向上的运动可重复。

作为一种选择，弹簧54可以是复式盘簧或叠置式螺旋弹簧。作为另一种选择，可去掉弹簧54，这样，仅在通道24中的油管压力与分布带18中的周围地层和井压之压差的作用下，筛可移动到图2所示的位置上。可供选择地，可通过易碎构件（未示出）保持图1所示的位置，当地层压力和油管压力之间的压差超过预定值时该易碎构件会破裂。作为另一种选择，套筒32或52可具有单向棘爪（未示出），从而，一旦筛到达图2所示位置就可保持在该位置上，或者，筛将仅在朝向孔16的方向上移动而不在相反方向上移动。

本领域的普通技术人员将能意识到，早期就已经采用让筛相对于孔移动到合适位置来进行压裂的方法具有许多优点。其中的一个优点是，可在不同时间和不同条件下使用相同孔来进行压裂，然后生产。另一优点是，该系统压力响应灵敏度高，油管压力一减小或降低至预定值，该压裂孔就能重新配置为过滤模式。

作为另一种选择，为了避免在压力发生任何改变时从孔完全打开的状态（如图1所示）自动转变成对孔进行完全遮掩的筛滤状态（如图2所示），在套筒32、52和管柱10的内壁40之间可设置j型槽（未示出）。如果在压裂期间产生任何的瞬时压力降低，这将不一定会移动筛32而使其与孔16对准。相反，在筛33完全移动到合适位置与孔16对准之前，需要使用j型槽来实施预订次数的压力施加和去除。即使有j型槽，筛33最终运动至与孔16对准这一过程仍然可以是单向运动过程，这种运动结束时通过使棘爪（未示出）接合来让筛33与孔16对准。

另一种结构是，如果压裂压力瞬时失去而引起筛33移动至与孔16对准，那么，在压裂过程还仍未完成的情况下，仅升高油管通道24中的压力就可让这种运动反向。

上面对优选实施例的描述是示例性的，在不违背本发明的情况下，本领域的普通技术人员可进行改进，本发明的范围由下面的权利要求书的文字及其等同范围决定。

Claims (20)

1.一种用于地下的完井装置，包括：

壳体，该壳体具有内部通道和用于流体流动的至少一个孔，该孔位于所述壳体的壁上且起始于所述内部通道，且所述孔可被自动重新配置成限制流体通过。

2.根据权利要求1的完井装置，其中，

所述孔具有不受限制的构造以及筛滤构造。

3.根据权利要求2的完井装置，其中，

响应于所述内部通道和所述壳体周围的地下压力之间的压差进行所述重新配置。

4.根据权利要求3的完井装置，还包括，

可移动地安装在所述内部通道中的筛装置。

5.根据权利要求4的完井装置，其中，

压力开口穿过所述壳体的所述壁，并通向位于所述壁和可动地安装的所述筛装置之间的密封的可变空间。

6.根据权利要求5的完井装置，其中，

筛装置包括相对的第一环形表面和第二环形表面，所述第二环形表面至少界定所述可变空间的一部分。

7.根据权利要求6的完井装置，其中，

所述筛装置上的所述第一环形表面响应于所述内部通道内的压力使所述筛装置移动，以减小所述可变空间的容积。

8.根据权利要求7的完井装置，其中，

所述筛装置被朝着一位置偏压，在该位置上所述孔处于所述筛滤构造。

9.根据权利要求8的完井装置，其中，

施加偏压的偏压构件包括盘簧、贝氏垫圈或容纳可压缩流体的腔室中的至少一种。

10.根据权利要求9的完井装置，其中，

所述筛装置包括位于所述内部通道内的套筒装置，套筒装置具有外表面；

所述可变空间和所述偏压构件布置在所述壳体内，且位于所述套筒装置和所述壁之间。

11.根据权利要求10的完井装置，其中，

所述套筒装置包括一组壁洞眼，它们被至少一个环形筛覆盖。

12.根据权利要求11的完井装置，其中，

所述至少一个环形筛可选择地与位于壳体壁上的、处于圆周方向上而用于流体流动的至少一行所述孔对准。

13.根据权利要求10的完井装置，其中，

所述套筒装置仅在朝向使所述孔处于筛滤构造的方向上移动。

14.根据权利要求10的完井装置，其中，

所述套筒装置在两相对方向上移动。

15.根据权利要求10的完井装置，其中，

通过易碎构件限制所述套筒装置。

16.根据权利要求14的完井装置，其中，

响应于在所述内部通道内施加压力和去除压力的至少一个循环过程，所述套筒装置使所述孔处于筛滤构造。

17.根据权利要求10的完井装置，其中，

所述孔还包括伸缩通道。

18.根据权利要求8的完井装置，其中，

通过所施加的偏压和所述可变空间中的作用在所述第二环形面上的压力而将所述筛装置推向使所述孔处于所述筛滤构造的位置。

19.根据权利要求18的完井装置，其中，

作用在所述第一环形表面上的通道压力与所施加的偏压力和作用在所述第二环形表面上的可变空间压力二者相对。

20.根据权利要求1的完井装置，其中，用于流体流动的所述至少一个孔包括位于隔离的地下分布带上的多个流动孔。

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