CN103649455B - 远程致动阀的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种能够用在多层完井系统中的开采管柱，该开采管柱包括能够使开采流体从中通过的通道；转位工具，其包括能够与完井系统的开采衬套接合以使关闭的开采衬套打开的转位轮廓，该转位工具共用开采管柱的所述通道；以及远程控制液压开采阀，其控制在所述通道与所述开采衬套之间的流体流动。还包括一种能够用在井眼中的开采方法。

Description

远程致动阀的装置及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年6月30日申请的美国申请号13/173541的优先权，通过引用将其全文并入于此。

背景技术

形成用于诸如石油、天然气和水之类的天然资源的勘探或开采目的的井眼是有价值的但是是耗时又费财力的领域。井眼的完井包括形成准备开采或注入的井的过程。一些种类的完井系统包括支撑能够进行压裂充填操作、隔离充填和砾石充填操作的异径接头的管件以及具有用于将开采流体从井下带到地表的筛管的开采衬套。一旦使用这种完井系统实现完井，可以将开采管道和相连的井下工具下送到井眼中。

完井技术的发展已经导致出现了多层系统，其中地层内的各个层比如通过封隔器以及滤砂结构和操作分开，可以对每个层进行单独的处理、压裂或开采，这样节省了时间并且必然减少了开支。多层单次起下作业（multi-zone single trip，“MST”）完井系统甚至进一步通过单次起下作业完成多层完井而减少了时间和开支。

在图1A和1B中示出了一种多层单次起下作业（“MST”）完井系统。该MST系统包括可以连接在一起的多个异径接头以形成完井管柱10。应该理解的是仅示出了完井管柱10的一部分，因为完井管柱10可以根据需要包括用于横跨多个层的许多异径接头、管接头和衬套。如图1A中所示，该完井管柱10部分地包括自动定位组件或“自动定位器”12以在完井管柱10的各种条件下定位该完井管柱10，比如但不局限于提升、下送和坐放位置。在完井管柱10的内径内可以设置可以包括井口侧和井底侧的倒置密封件14的倒置密封件，其可用在压裂操作中。在该完井系统10中包括隔离封隔器18，该封隔器可以包括用于接合套管或井眼的卡瓦。该隔离封隔器18位于井口侧倒置密封件14与压裂衬套20之间。该完井管柱10的压裂衬套20位于隔离封隔器18与井底侧倒置密封件16之间。

用于多层应用的完井管柱10还包括多组图示出的特征，为了开采目的在中间用筛管接头和开采衬套将它们分开，如图1B中所示。如图1B中所示，在压裂衬套20和倒置密封件16的井底侧，MST系统还包括切开安全接头24、开采阀以及沿着开采层的长度延伸的筛管，所述开采阀也称做开采衬套26，其具有选择性的轮廓，能够根据用于开采的特定层是否应该被打开而打开和关闭。在一个示例性实施方式中，标准井是使用由（但不限于）压裂端口、打开工具和关闭工具（未示出）构成的维护管柱完井的。在最后层完井之后，可以从完井管柱10内移除维护管柱。在移除之后，维护管柱上的关闭工具在其沿井上行方向上穿过该完井管柱10时关闭所有的衬套。维护工具的移除在完井管柱10中留下孔22用于容纳开采管柱。然后将开采管件下送到井眼中并连接到完井管柱10，形成到地表的连续孔。然后可以将单独的打开/关闭工具（未示出）下送到完井管柱10中用于选择性地打开和关闭开采衬套26以通过开采管柱启动开采，其中这种判断是由操作人员或者通过感测装置做出的，然而这需要额外的时间，因为需要将所述打开/关闭工具从完井管柱10移除。因此，通过使用工作管柱选择性地打开和/或关闭选定的开采衬套26，比如通过钢丝绳、连续或标准油管，来启动开采。当利用该完井系统10到达多个层时，其他选定开采衬套26的后续的打开和/或关闭需要工作管柱的额外的移动。

发明内容

一种能够用在多层完井系统中的开采管柱，该开采管柱包括：能够使开采流体从中通过的通道；转位工具，其包括能够与完井系统的开采衬套接合以将关闭的开采衬套打开的转位轮廓，该转位工具共用开采管柱的所述通道；以及远程控制的液压开采阀，其控制所述通道与所述开采衬套之间的流体流。

一种能够用在井眼中的开采方法，该方法包括：提供具有用于完井系统的一个或多个层的转位工具和液压阀的开采管柱，每个转位工具具有开采管柱的通道；将开采管柱下放到完井系统中；使用开采管柱的相应的转位工具打开完井系统的一个或多个开采衬套；以及利用控制管线压力选择性打开所需的液压阀，其中从选定层的开采在相应的开采衬套与通道之间进行。

附图说明

如下的描述不应该认为是以任何方式的限定。参照附图，类似的元件附图标记类似：

图1A和1B示出了现有技术的标准完井系统的一些部分的截面视图；

图2A和2B示出了开采管柱的一个示例性实施方式的一些部分的截面视图；

图3A示出了用于图2A和2B的开采管柱的处于未致动状态（crippled condition）的转位工具的一个示例性实施方式的截面视图；

图3B示出了处于致动状态的图3A的转位工具的截面视图；

图3C示出了图3A和3B的转位工具的截面视图；

图4A示出了滑动接头组件的一个示例性实施方式的截面视图；

图4B示出了图4A的滑动接头组件的一部分的透视图；以及

图5示出了使用图2A和2B的开采管柱的操作的一个示例性实施方式的示意图。

具体实施方式

这里通过参照附图的示例和非限定方式给出披露的装置和方法的一个或多个实施方式的详细描述。

将井眼操作中的起下作业的次数减到最少减少了时间，这可以显著减小完井和/或开采成本。这里所述的系统的示例性实施方式包括可以下送到完井系统中的开采管柱100，比如图1A和1B中示出的MST完井系统，该开采管柱100包括一体的转位工具200以用于打开和/或关闭完井系统的开采衬套26，从而消除工作管柱为了打开和/或关闭开采衬套26而进行的额外移动。

现在参考图2A，示出了可以用在完井管柱10中的开采管柱100的一个示例性实施方式的一部分。对于每个完井层，示例性开采管柱100做成包括具有便于操纵的短节102的区段、具有用于相应开采衬套26的正确转位轮廓（shifting profile）的液压致动的带通孔转位工具200、带通孔滑动接头300、用于井监视目的的测量心轴104、远程操作的液压开采阀106和便于在钻台上组装而成的快速连接工具108，其中在从井口到井底的方向上，在每个区段中都可以如图所示的那样布置上述装置。图2B还示出了一部分空管112和开采管柱100的沉砂封隔器114。液压开采阀106保持关闭直到其被远程操作到打开状态，使得即便在所有开采衬套26都打开时，开采也只有到一个或多个开采阀106打开时才开始。除了开采设备的每个区域之外，开采管柱100还包括在井口端处的顶部封隔器（未示出）和在井底端处的锚定封隔器或沉砂封隔器114以及所需的开采管件或空管112。每个区段与开采管柱100的其他段合适地间隔开，以用于与地层中的油层和完井管柱10的开采衬套26对准。具有合适长度的标准开采管件或空管112可以根据需要将开采管柱100的相邻的区段分开。短节102、测量心轴104、液压开采阀106和快速连接工具108可以是以“即插即用”方法在钻台上添加到开采管柱100的标准元件，因此不再进一步描述这些元件的细节。一系列液压控制管线150沿着开采管柱100的长度延伸并且能够实现从地面对液压开采阀106永久监视的能力和选择性操作的能力。

图3A-3C示出了液压致动的带通孔转位工具200。该转位工具200包括第一端部202和第二端部204。第一端部202一般是井口端，第二端部204一般是井底端，但是该取向可以倒过来，只要完井管柱10上的相应特征一致即可。该转位工具200还包括带凹槽的第一异径接头206和带凹槽的第二异径接头208。带凹槽的第二异径接头208连接到心轴210的井口端。心轴210包括在其中加工出的槽口，这些槽口与第一异径接头206和第二异径接头208上的凹槽对准。这种对准使多个控制管线150能够穿过转位工具200延伸以便于在其中受到保护。因此，控制管线支路的几何形状不影响转位工具200的功能性或等级。如图3C中所示，示出了五个控制管线通孔212。因为每个控制管线150连接到开采管柱100的区段的液压开采阀106，所以在图示出的实施方式中可以包括总数高达五个的开采管柱100区段，然而控制管线支路的几何形状可以改变以适应任何数量的控制管线150。此外，如果包括五个控制管线通孔212，可以提供五个或更少的开采管柱100区段。

具有特定转位轮廓216的夹套214在该夹套214的第一端220处连接到第一保持螺母218，且在该夹套214的第二端224处连接到第二保持螺母222。夹套214围绕第二异径接头208。在一个示例性实施方式中，针对开采管柱的具体区段的转位轮廓216将仅针对完井管柱10（图1B中示出）的相应的开采衬套26起作用。所述夹套214包括携带所述转位轮廓216的径向可膨胀的部分226。该径向可膨胀部分226由所述夹套214的在该径向可膨胀部分226与第一保持螺母218之间的第一颈圈228支撑。该径向可膨胀部分226还由所述夹套214的在该径向可膨胀部分226与第二保持螺母222之间的第二颈圈230支撑。如图3A中所示，致动用衬套232经由剪切销234销接至第一颈圈228，且在转位工具200未致动状态中与第一保持螺母218相邻。在该未致动状态中，致动用衬套232的第一端部236位于所述夹套214的第一颈圈228的井口侧，致动用衬套232的第二端部238位于第一颈圈228的井底侧并且覆盖可膨胀部分226的至少一部分，使得可膨胀部分226被径向向内压缩，如图3A中所示。同样地，在该未致动状态中，第一颈圈228的井底端和第二颈圈230的井口端被朝着第二异径接头208径向向内压缩。所述夹套214开有槽口以允许可膨胀部分226的收缩和膨胀。第二异径接头208中的端口244将开采管柱100中的通道110连接到在致动用衬套232与第二异径接头208之间形成的封闭内部空间246。如图3B中所示，经由端口244的内部压力致动用于将致动用衬套232往回、远离夹套214的方向推，使得致动用衬套232的第二端部238不再倚靠在可膨胀部分226上，使致动用衬套232径向膨胀并且使得其转位轮廓216被向外推动超过致动用衬套232的外径。当如此致动时，保持帽240限制住在致动用衬套232的第一端部236处的锁定环242，以防止致动用衬套232在夹套214的可膨胀部分226上向后滑动，使得转位工具200的致动用特征被锁定并防止其再次与转位轮廓216接合。因为需要液压致动来致动转位工具200，所以当在孔中下送开采管柱100时转位工具200保持不起作用，从而防止开采衬套26的任何过早打开。应该指出的是，致动用衬套232根据操作人员的喜好和油井条件可以取向成面对井口或井底。因此，正如这里使用的用来描述转位工具200的特征以及开采管柱100和完井管柱10中的其他部件的特征的相对取向的术语“井口”或“井底”可以互换使用。

在一个替代的示例性实施方式中，转位工具200可以在没有组装液压致动用特征232的情况下下送到井中。这将减少转位工具200的成本，并且消除转位工具200任何被卡在未致动状态中的风险，同时还消除了对在操作中的任何点处下压管件以剪切致动用衬套232的需求。而另一方面，操作人员将失去在不会使开采衬套起作用的情况下根据需要的次数在井内操纵转位工具200的能力。

图4A示出了允许分层隔离的带通孔滑动接头组件300。例如，如果一个油层开始产生水，那操作人员可以远程地快速关闭相关联的液压开采阀106。不需要进行井中下送、将其机械关闭的操作——该操作根据深度可能会花费一整天或者更多时间。在每个油层中没有滑动接头组件300的情况下，来自于产生水的油层的流体将流入开采管柱100的外径与完井管柱10的内径之间的环形空间中并进入周围油层的液压开采阀106中。在开采管柱100中设置滑动接头组件300阻止该流体流离开被破坏的油层。

滑动接头组件300包括第一端部302，比如井口端，其更靠近转位工具200，以及第二端部304，比如井底端，其更靠近液压开采阀106。该滑动接头组件300是由双销第一异径接头306组成的，其具有带螺纹的端口308以允许连接外部压力可测试的控制管线安全螺母310。该安全螺母310可以是密封控制管线150、确认控制管线150的压力完整性并且一旦该组件在井中就位就能够完成油层隔离的标准元件。因为具有转位工具200，所以滑动接头300中的控制管线支路的几何形状不影响滑动接头300的功能或等级。平滑的外径滑动心轴312连接到第一异径接头306，比如经由螺纹连接，并且提供倒置密封件14，16可以在其上保持用于油层隔离的耐压密封的地方。内管件314也连接到第一异径接头306并在液压开采阀106打开之后提供耐压路径用于开采流体在通道110中从井眼流到地表。内管件314能够承受在油井开采寿命期间所预期到的压力。另外参见图4B，带端口的第二异径接头316，比如井底异径接头，连接内管件314和滑动心轴312。第二异径接头316可以滑动到内管件314上，同时滑入滑动心轴312上的指状件318中。在这种快速连接保持特征的构造中，第二异径接头316在组装期间不需要转动从而控制管线150可以首先垂直地通过通孔322，从而使开采管柱100的组装更简单。然后滑动接头300的组件可以与保持螺母320锁定在一起。

在一个替代的示例性实施方式中，对滑动接头300的较小的修改将使滑动接头300在传统的压裂/砾石充填完井（多油层或叠堆充填）中使用。作为具有用于密封的平滑外径的滑动接头300的替代，可以将该滑动接头300重新构造，以容纳传统的粘结密封件，然后将其戳入已经在传统压裂/砾石充填完井中就位的已经存在的密封孔中。该滑动接头300然后将如上所述起作用。

参见图5，在操作中，操作人员将运行MST完井系统比如图1A和1B中示出的完井管柱10穿过油井。然后使用维护工具（未示出）对该油井进行完井操作。然后将完井管柱10内的维护工具从油井中拉出，封闭完井管柱10上的所有开采衬套26。比如图2中示出的开采管柱100是由用于X数量的油层的足够的工具组成的。如图5中的部分1示出的，开采管柱100下送到最后的深度并将油井分段间隔开，同时转位工具200是未致动的，如图3A中所示。然后提升开采管柱100，正如在部分2中示出的，安装油管悬挂器400，再次将开采管柱100下降到预定深度，正如部分3中示出的，然后再提升到允许转位工具200放置在最长的间隔上方（井口侧）并利用坐放管柱402和封井器“BOP”404对油管悬挂器400进行定向的高度，正如部分4中示出的。可以使用远程操作车辆“ROV”406监视、控制和/或操纵这些井口侧部分。然后通过对管件向下施加压力来致动转位工具200——比如经由图2A中示出的开采管柱100的通道110。然后降下开采管柱100，正如部分5中示出的，在该过程中经由夹套214的转位轮廓216打开所有的开采衬套26，如图3B中所示，并且坐放油管悬挂器400。图4A中示出的滑动接头300然后将就位并在图1A中示出的完井管柱10内密封在已经存在的倒置密封件14或16上，隔离每个油层。图2B中示出的锚定封隔器或者沉砂封隔器114利用控制管线压力设定。一旦打开开采衬套26，则地面上的操作人员就可以根据需要利用来自于控制管线150的控制管线压力来选择打开图2A中示出的任何液压阀106，且从选定的油层开始开采，同时保持完全的油层隔离。每个液压阀106具有根据需要在任何时候打开和关闭的能力。在每次打开多于一个的液压阀的情况下，可以实现开采流体的多股合并。如上所述，在一些情况下，多油层油井可以完井成具有用于开采流体的多个流动路径，其中每个流动路径（管件）通向其自己的油层。

虽然已经参照示例性实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解的是可以做出多种变化并且其元件可以用等价方式替换，而不脱离本发明的范围。此外，根据本发明的教导可以做出多个修改以适应特定的情形或者材料而不脱离其实质范围。因此，本发明旨在并不局限于作为用于实施本发明而构想的最佳方式披露的特定实施方式，而是本发明将包括落入权利要求范围内的所有实施方式。还有，在附图和描述中，已经披露了本发明的示例性实施方式，尽管可以使用的特定的术语，但是除非另有指示它们仅以一般的和描述性的意思使用并且不是为了限制的目的，因此本发明的范围不是如此限定的。此外，术语第一、第二等的使用并不描述任何顺序或重要性，而是术语第一、第二等用于将元件彼此区分开。此外，术语一、一个等的使用并不表示数量的限定，而是表示存在所列项目的至少一个。

Claims (18)

1.一种能够用在多层完井系统中的开采管柱，该开采管柱包括：

能够使开采流体从中通过的通道；

转位工具，其包括能够与完井系统的开采衬套接合以将关闭的开采衬套打开的转位轮廓，所述转位工具包括在容纳所述转位轮廓的夹套与具有所述开采管柱的所述通道的一部分的内管件之间穿过的多个控制管线通孔；

远程控制的液压开采阀，其控制所述通道与所述开采衬套之间的流体流；以及

穿过其中一个控制管线通孔到达所述开采阀的控制管线。

2.根据权利要求1所述的开采管柱，还包括在转位工具与液压开采阀之间相互连接的滑动接头和测量心轴。

3.根据权利要求1所述的开采管柱，其中所述转位轮廓在第一状态下是未致动的，在第二状态下是被致动的。

4.根据权利要求3所述的开采管柱，其中所述转位工具包括轴向能够滑动的致动用衬套。

5.根据权利要求4所述的开采管柱，其中所述致动用衬套使转位轮廓在第一状态中径向收缩，且允许所述转位轮廓在第二状态中径向膨胀。

6.根据权利要求4所述的开采管柱，其中致动用衬套能够通过经由一端口的内部压力致动而运动，所述端口连接所述通道和部分地由该致动用衬套围绕的空间。

7.根据权利要求4所述的开采管柱，其中所述致动用衬套通过剪切销连接到容纳处于第一状态的所述转位轮廓的夹套。

8.根据权利要求1所述的开采管柱，还包括能够在完井系统内密封并且共用所述通道的滑动接头。

9.根据权利要求8所述的开采管柱，其中所述滑动接头包括用于相应层的多个控制管线通孔，这些通孔在滑动接头的外滑动心轴与内管之间穿过。

10.根据权利要求8所述的开采管柱，还包括从滑动接头的一端延伸的指状件，这些指状件将滑动接头轴向连接到相邻的异径接头。

11.根据权利要求1所述的开采管柱，包括多个区段，每个区段都包括转位工具和液压开采阀。

12.根据权利要求11所述的开采管柱，其中所述多个区段中的每个区段还包括在转位工具与液压开采阀之间的共用所述通道的滑动接头。

13.根据权利要求12所述的开采管柱，还包括用于所述多个区段中的每个区段的控制管线通孔，所述控制管线通孔在转位工具的管状部分之间穿过，并在滑动接头的管状部分之间穿过，且所述控制管线通孔支撑用于所述多个区段的液压开采阀的控制管线。

14.根据权利要求13所述的开采管柱，其中转位工具和滑动接头能够使用与相应的控制管线通孔对准的不可转动的连接件连接。

15.一种能够用在井眼中的开采方法，该方法包括：

针对完井系统的一个或多个层使用如权利要求1所述的开采管柱；

将开采管柱下放到完井系统中；

使用开采管柱的相应的转位工具打开完井系统的一个或多个开采衬套；以及

利用控制管线压力选择性打开所需的液压阀，其中从选定层的开采在相应的开采衬套与通道之间进行。

16.根据权利要求15所述的方法，其中打开一个或多个开采衬套包括基本上同时打开至少两个开采衬套。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括在将开采管柱下放到完井系统中之后通过显露出一个或多个相应的转位工具上的径向可膨胀段来致动未致动的转位轮廓。

18.根据权利要求15所述的开采方法，还包括通过在完井系统的倒置密封件上密封滑动接头来提供层隔离，所述滑动接头共用所述通道。