CN103688016B - 多区域筛选压裂系统 - Google Patents
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Abstract
一种多区域筛选压裂系统包括具有一体的止回阀的筛、压裂阀、以及用于砂浆脱水的可选分流管。该系统还能够包括光纤技术。具体地，该系统针对每个节段使用滑套和流动装置。用下落的球或者维修工具打开滑套，并且流动装置具有筛并且用作止回阀。还能够使用脱水管。该系统不需要转换工具，并且在一些实施过程中，该系统甚至不需要整套的维修工具。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是2011年7月12日提交的美国临时申请61/506,897的非临时申请并且要求该临时申请的优先权，该临时申请通过参引的方式并入本文。
技术领域
本申请涉及用于钻孔的多区域压裂组件和用于钻孔的多区域压裂方法。
背景技术
很多井由支撑剂(例如沙子等)进行压裂从而处理地层并且改进生产。在许多情形中，在单个井眼中执行多次压裂从而处理地层中感兴趣的不同区域。本领域中存在允许操作者在井眼中单程压裂多区域的系统。一些系统甚至使用井筛来防止支撑剂在操作过程中回流。
不幸地，包括井筛的现有系统使用维修转换工具来操作。转换工具横跨从工作管柱到井筛外侧的环状空间的流体流动路径，反之亦然。但是，使用转换工具具有多个劣势。
本公开的主题在于克服或者至少减小上述问题中的一个或者更多个的影响。
发明内容
用于钻孔的多区域压裂组件具有布置在钻孔中并且限定通孔的管状结构。布置在管状结构上的多个节段均具有隔离元件、流动阀、筛以及止回阀。能够是膨胀封隔器、液压坐封封隔器或者机械坐封封隔器的隔离元件沿钻孔将围绕该节段的钻孔环状空间与其它节段隔离开。如果需要，流动管能够布置在钻孔环状空间中并且能够穿过隔离元件在节段中的一个或者更多个之间连通。
流动阀可选择性地在打开状态与关闭状态之间操作。因此，处于打开状态的流动阀允许通孔与钻孔环状空间之间的流体流通，但是，处于关闭状态的流动阀防止通孔与钻孔环状空间之间的流体流通。
布置在管状结构上的筛与钻孔环状空间连通，并且止回阀在筛与通孔之间流体连通。止回阀允许从筛到通孔中的流体连通，但是防止从通孔到筛的流体连通。
在一个布置中，管状结构的关于节段中的给定一者的至少一部分包括基管，基管具有通孔并且限定将通孔连通到基管外侧的至少一个管口。当布置在基管上时，止回阀允许从筛到至少一个管口的流体连通并且防止从至少一个管口到筛的流体连通。
具体地，止回阀能够具有布置在基管上的壳体，并且筛能够具有与壳体流体连通的一个端部。壳体具有至少一个内部流动通道并且具有至少一个止回球。至少一个内部流动通道将筛与至少一个管口连通。为了控制流动，至少一个止回球可相对于至少一个内部流动通道移动。在一个状态下，至少一个止回球允许通过至少一个内部流动通道的流体流通，然而在另一个状态下，至少一个止回球防止通过至少一个内部流动通道的流体连通。
在一个布置中，流动阀是具有壳体和可在其中移动的插入件的滑套。壳体具有将通孔与壳体外侧连通的流动端口，并且插入件在壳体中可在关闭状态与打开状态之间移动，关闭状态防止通过流动端口的流体连通，打开状态允许通过流动端口的流体连通。
为了使座移动，插入件具有布置在插入件中的座，配置在管状结构中的塞安置在该座上并且响应于施加在就位的塞上的流体压力将插入件从关闭状态移动至打开状态。
在其它布置中，插入件能够由移位工具移动。具体地，组件能够具有布置在管状结构的通孔中的工作管柱。工作管柱具有致动工具并且限定通过工作管柱的流体通道。出口端口将流体通道连通到工作管柱外侧。在组件中，工作管柱可操作地利用致动工具打开和关闭每个节段的流动阀。工作管柱可操作地在组件内侧密封，并且当流动阀呈打开状态时，工作管柱可操作地将出口端口置于与钻孔环状空间密封流体连通。
如果需要，组件能够具有用于节段中的至少一者的旁通管。旁通管将通孔的位于工作管柱的在组件内侧密封的位置的一侧的第一部分连通至该位置的另一侧。
在用于钻孔的多区域压裂方法中，将组件布置在钻孔中，并且将钻孔的围绕组件的环状空间隔离成多个隔离区域。为了隔离环状空间，例如，该方法能够包括将组件上的封隔元件接合抵靠钻孔。
用组件上的筛将来自隔离区域的环状空间的流体连通筛选到组件的通孔中，并且防止通过筛从通孔到隔离区域的环状空间的流体连通。例如，筛选流体能够包括允许从筛通过组件中的与通孔连通的穿孔的流体连通，并且防止从通孔到环状空间的流体连通能够包括设置在筛与穿孔之间流体连通的止回阀。
在该方法中，用处理流体处理每个隔离区域通过下述步骤实现：选择性地打开组件中的位于每个隔离区域处的端口，并且使处理流体沿通孔向下通过打开的端口流动到每个隔离区域。例如，选择性地打开组件中的位于每个隔离区域处的端口包括通过使组件中的插入件从端口移开打开组件中的端口。另外，能够在每个隔离区域处实现选择性地关闭组件中的打开的端口。
在将组件中的插入件从端口移开的过程中，一个布置中的方法包括：将塞接合在插入件上；并且在施加于接合的塞上的流体压力的作用下将插入件从端口移开。然后，为了使处理流体沿通孔向下流动通过打开的端口到达每个隔离区域，当插入件从端口移开时，处理流体能够流动通过打开的端口。在此方式中，用处理流体处理每个隔离区域包括：对于隔离区域中的连续隔离区域通过沿组件向井上连续地接合塞并且移动插入件来沿组件向井上连续地处理隔离区域。一旦处理完成，能够除去接合的塞，并且插入件能够选择性地关闭在组件中的打开的端口上。
在使组件中的插入件从端口移开的另一布置中，插入件能够与布置在组件的通孔中的工作管柱接合，并且插入件能够随着接合的工作管柱的移动而从端口移开。在此布置中，使处理流体沿通孔向下通过打开的端口流动到每个隔离区域包括：当插入件从端口移开时，使处理流体流动通过工作管柱中的出口并且通过打开的端口。在此方式中，用处理流体处理每个隔离区域包括：在处理之后用工作管柱连续地关闭插入件中的给定的一者，并且在处理之前用工作管柱连续地打开插入件中的另一者。
附图说明
图1示出了根据本公开的多区域筛选压裂系统，该多区域筛选压裂系统布置在套管钻孔中并且具有带有压裂阀和流动装置的节段，流动装置包括井筛和止回阀装置。
图2A示出了具有脱水管的图1的多区域筛选压裂系统。
图2B示出了具有可膨胀衬管的图1的多区域筛选压裂系统。
图3示出了根据本公开的多区域筛选压裂系统，该多区域筛选压裂系统布置在裸眼钻孔中并且具有带有压裂阀和流动装置的节段，流动装置包括井筛和止回阀装置。
图4示出了根据本公开的多区域筛选压裂系统，该多区域筛选压裂系统布置在套管钻孔中并且使用工作管柱以及压裂阀和流动装置，流动装置包括井筛和止回阀装置。
图5示出了具有流动管的图4的多区域筛选压裂系统。
图6A示出了用于所公开的多区域筛选压裂系统的流动装置的部分截面。
图6B示出了用于图6A的流动装置的流入控制装置的详细图。
图6C示出了图6A的流入流动控制装置的隔离的、部分截面图。
图7A至7B示出了用于处于关闭状态和打开状态的所公开的多区域筛选压裂系统的多选滑套的部分截面。
图8A至8B示出了在用于图4至5的所公开系统的工作管柱上使用的移位工具。
具体实施方式
公开了多区域筛选压裂系统的各种实施方式。该系统不需要如现有技术中所需的转换工具。在一些实施过程中，该系统甚至不需要整套的维修工具。为了在套管钻孔或者裸眼钻孔中的多个区域上执行压裂操作，该系统包括：(1)具有一体的止回阀的井筛、(2)压裂阀、以及(3)用于砂浆脱水的可选分流管。该系统还能够包括光纤技术。
在根据本公开的第一实施方式中，图1示出了多区域筛选压裂系统10，该多区域筛选压裂系统10布置在套管钻孔中并且具有带有压裂阀和流动装置的节段，流动装置包括井筛和止回阀装置。系统10包括布置在套管12中的上完井或者工作管柱14。此管柱12接合到压裂组件20的生产管柱22的上井端24中并且能够将套管12与可选择的封隔器16接合。
压裂组件20的生产管柱22在内部具有沿管柱22的长度连通并且与完井管柱14连通的通孔25。压裂组件20在外部具有隔离装置18，例如但不限于液压、机械或者可膨胀的封隔器，从而将生产管柱22密封在套管12中。隔离装置18中的一者布置在管柱22的上井端24处，同时其它隔离装置18沿生产管柱22的长度布置。通过隔离装置18的分隔，压裂组件20具有布置在周围地层中感兴趣的不同间隔或区域处的多个节段28。压裂组件20在其井下端26处具有在压裂操作过程中用于接合坐封球54的底座50。
每个节段28具有选择性的压裂阀30和流动装置40。给定节段28中的选择性的压裂阀30和流动装置40中的每一者由于隔离相应节段28的钻孔环状空间15的隔离元件18而与其它节段28分隔。正如所示，在各个节段28中选择性的压裂阀30布置在流动装置40的上井部。如可替代地，在每个节段28中选择性的压裂阀30能够布置在流动装置40的井下部。
选择性的压裂阀30具有能够在操作过程中选择性地打开和关闭的一个或者更多个端口32。在此布置中并且如下文中更详细地描述，例如，在压裂操作过程中通过使用配置在井下部的压裂塞或者球34能够使选择性的压裂阀30中的每一者打开从而将它们的端口32与周围的环状空间15连通。随着在井中进行处理，这些下落的塞或者球34选择性地打开压裂阀30并且将下面的节段28隔离，因此选择性的压裂阀30能够将压裂处理连续地转移至沿压裂组件20向上的感兴趣的相邻区域。
用于每个节段28的流动装置40布置成邻近或者靠近套管12中的穿孔13。在文中公开的此组件和其它组件中，流动装置40使用具有一体的止回阀44的井筛42来控制通过装置44的流体流动。具体地，每个流动装置40专有地筛选通过第一流动路径的流体连通(即，通过流动装置40从钻孔环状空间15到组件20的通孔25的流动)。同时，流动装置40专有地防止沿此第一流动路径从组件20的通孔25到钻孔环状空间15的流体连通。因此，井筛42筛选从钻孔环状空间15向通孔25沿第一流动路径的流体流动。但是，流动装置40不允许顺着此相同流动路径沿相反方向——即从通孔25向钻孔环状空间15的相反方向——的流体流动。
具体地，流动装置40每个都能够包括井筛42和流入控制装置44，例如可从威德福国际有限公司(Weatherford International)获得的FloRegTM Deploy-Assist(DA)装置。优选地，流入控制装置44缺少喷嘴并且在系统中主要用作止回阀，但是在其它布置中能够使用喷嘴。下文中，在图6A至6C中提供了具有井筛42和流入控制装置44的适当的流动装置40——例如FloRegTM Depoly-Assist(DA)装置——的其它细节。另外，美国专利Nos.6,371,210和7,828,067中也公开了与井筛42一起使用的适当的流入控制装置44的细节，上述专利的全部内容通过参引的方式并入本文。
在文中公开的此组件和其它组件中，每个选择性的压裂阀30选择性地允许和防止通过第二流动路径(即，在组件20的通孔25与钻孔环状空间15之间)的流体连通。具体地，选择性的压裂阀30能够是滑套，例如可从可从威德福国际有限公司获得的ZoneSelectTM MultiShift压裂滑套。选择性的压裂阀30设计成当球34落在布置在选择性的压裂阀30中的着陆座(未示出)上时打开，并且施加油管压力以剪切打开选择性的压裂阀30从而将通孔25暴露于周围的环状空间15。一旦适当量的支撑剂被泵送到每个区域28中，球34则从地面投下。下文中，图7A至7B提供了适当的多次移位滑套——例如ZoneSelectTM MultiShift压裂滑套——的其它细节。
在文中公开的此组件和其它组件10中，压裂操作使用一组封隔器18和选择性的压裂阀30从而将井下地层的不同区域或者节段28连续地隔离。初始地，使用已知技术向井下下入并且构建具有封隔器18、选择性的压裂阀30以及流动装置40的组件20。最后，向井下泵送底塞或球54以关闭通过组件的底端50的流动路径。
接下来，操作者坐封封隔器18从而沿钻孔环状空间15向下产生多个隔离节段28。封隔器18如何坐封依赖于所使用的封隔器18的类型。例如，沿组件的通孔25向下泵送的液压能够用于坐封封隔器18。关闭的底端50、关闭的压裂阀30、以及一体的止回阀44防止组件20中的流体压力在坐封程序过程中逃离到环状空间15。不同类型的封隔器18的使用将需要其它已知的程序。
一旦封隔器18坐封，操作者则通过选择性地打开选择性的压裂阀30并且允许处理流体通过打开的端口32与地层的邻近区域相互作用而将压裂处理相继地施加至每个隔离节段28。为了打开每个压裂阀30，例如，操作者使特定尺寸的塞或球34下落到组件20中并且使它们下落在指定的压裂阀30上的相应座(未示出)上。通常，球34的尺寸沿钻孔向上而增大使得较小的球34在与其更深的井下的指定座接合之前能够穿过上井压裂阀30上的所有的座(未示出)。例如，当分别使用3.5英寸、4.5英寸以及5.5英寸的压裂阀30时，一系列塞或者球34可以允许压裂钻孔中的高达13、19以及21个节段。能够通过使用趾端衬套(未示出)来添加另外的节段。
一旦下落的球34落位，球34就会关闭刚刚处理过的下部节段28，并且落座的球34上的积聚压力迫使压裂阀30打开，因此压裂流体能够通过打开的流动端口32与地层的邻近区域相互作用。操作者沿组件20向上重复此过程从而通过相继使较大的球34下落在压裂阀30中的较大的座(未示出)上而对所有节段28进行处理。一旦压裂处理完成，组件20中的流能够使所有球34浮起至地面，或者操作者能够对来自压裂阀30的球34和球座(未示出)进行磨铣。最后，在压裂之后，系统10可能需要清理过程，在清理过程中，沿组件10向下泵送流体清洗剂从而清除过多或者残余的支撑剂和压裂流体。
图1的多区域压裂系统10能够实现更高的流速并且能够改进储层动态，同时仅需要单程上和下完井、使用标准封隔器而不需要转换工具、并且提供较低风险。系统10在节段28之间还能够具有任一适当的长度和间距。使用光纤不需要湿连接器，并且系统10允许使用基于光纤的传感器系统边监测边压裂。
在根据本公开的第二实施方式中，图2A的多区域筛选压裂系统10与图1的多区域筛选压裂系统10类似，使得用相同的附图标记示出类似的部件。但是，与先前的布置相比，此系统10具有脱水管(即，砂浆或者流动管)60，脱水管60沿组件20布置、从上井端24处的可选封隔器16向下井端26附近的最下封隔器18延伸。虽然脱水管60可能成为障碍物，然而这能够通过下入套管12中的上井生产封隔器(未示出)得以缓解。
脱水管60通过使用流动端口(未示出)等与每个节段28的钻孔环状空间15连通。另外，管60穿过隔离节段28的封隔器18。当执行压裂充填操作时，管60的使用是有利的，其中压裂充填操作包括压裂感兴趣的区域并且然后将砂砾充填井筛42周围的钻孔环状空间15。在此方式中，在系统10中使用管60允许当执行时对环状空间砂砾充填进行脱水。
在压裂操作之后，图2A中的系统10可能需要清理过程并且可能需要在下第三纪层中的3至4MM。图2A的多区域压裂系统10能够提供更高的速度并且改善储层动态同时不需要转换工具并且提供较低风险。系统10能够具有任一长度和间距，可以消除对用于光纤的湿连接器的需要，并且允许边监测边压裂。
如图1和2A中的上文所述，系统10能够用于具有带有穿孔13的套管12的套管钻孔。能够使用其它完井布置。例如，替代具有穿孔的套管12的钻孔，钻孔能够具有如图2B中的可膨胀预开槽或预穿孔的衬管17a。正如惯例，这种可膨胀衬管17a能够从布置在套管12中的衬管悬挂器和封隔器组件17b悬挂。在衬管悬挂器和封隔器组件17b下面，可膨胀衬管17a延伸到裸眼钻孔节段中。可膨胀衬管17a在地层的待生产的那些区域能够具有狭槽或者穿孔(未示出)。虽然未示出，可膨胀衬管17a通过使用模块部件能够构造成适合地层的区域，模块部件包括可膨胀衬管或者筛砂节段、无孔管节段、以及可膨胀的层间隔离结合部，例如，可在威德福的可膨胀储层完井系统中得到的。
本领域中的技术人员在受益于本公开的情况下将理解衬管悬挂器和封隔器组件17b以及可膨胀衬管17a如何安装在钻孔中，所以文中不提供具体细节。简单来说，衬管悬挂器和封隔器组件17b以及可膨胀衬管17a布置在下井处，并且悬挂器和封隔器组件17b通过使球下落并且施加压力进行坐封。然后，通过使用衬管膨胀工具执行衬管17a的膨胀。一旦衬管坐封，就能够通过配置如上所述的压裂组件20来执行压裂操作。
除了如上所述的套管钻孔或者衬管钻孔，多区域筛选压裂系统10还能够用于裸眼井完井。在根据本公开的第三实施方式中，例如，图3的多区域筛选压裂系统10用于裸眼井完井并且具有如前所述的多个相同部件，所以相似附图标记用于相似部件。与图1和2A至2B的套管井或者衬管井布置相比，裸眼井封隔器19用于图3中的此系统10。这些封隔器19能够是用于裸眼井的可膨胀和/或液压坐封封隔器。
在压裂操作之后，系统10可能需要清理操作。正如之前，压裂阀30布置在流动装置40的上井部，但是在每个节段28中它们可以布置在流动装置40的井下部。正如另一可替代地，沿组件10还可以使用砂浆脱水管(未示出)。
图3的多区域压裂系统10提供最高速度和改进的储层动态。系统10能够具有任一长度和任一间距。系统10不需要执行穿孔并且提供减小一个套管在其实施中的尺寸的选择，这能够提供大量节约潜力。最后，系统10不需要用于使用光纤的湿连接器，并且系统10允许边监测边压裂。
在根据本公开的第四实施方式中，如同图3的实施方式，图4中的多区域筛选压裂系统10还用于裸眼井完井。与前述布置相比，此系统10具有工作管柱70，工作管柱70布置在压裂组件20中以打开多个压裂阀30并且处理地层的多个部分。正如所示，工作管柱70具有布置在出口端口72附近的外部密封件76，并且下落的球74能够落坐在工作管柱70的远端座中从而使流体流沿工作管柱70向下转向到出口端口72外并且到达压裂阀30中的打开的端口32以处理周围的地层。
用于图4的系统10的压裂操作包括向井下下入组件20并且坐封封隔器19从而沿钻孔环状空间15向下产生多个隔离节段28。一旦封隔器19坐封，操作者由于未使用下落的球而利用工作管柱70上的移位工具78通过选择性地打开选择性的压裂阀30对隔离节段28中的每一个相继施加压裂处理。
下文参照图7A至7B和8A至8B提供关于打开压裂阀30的细节。通常地，移位工具78能够是用于使压裂阀30中的内衬套相对于阀的端口32移位的“B”移位工具。因此，打开给定的压裂阀30包括：使移位工具78接合在阀的内衬套的适当轮廓中，并且与工作管柱70一起将内衬套移至打开状态使得组件的通孔25通过正打开的端口32与钻孔环状空间15连通。
一旦给定的压裂阀30打开，工作管柱70上的密封件76能够紧靠压裂阀30中的位于打开的端口32的上井侧和下井侧的内座36、表面、密封件等或者组件20中的位于端口32的上井侧和下井侧的其它部分接合并且密封。密封件76能够使用布置在内工作管柱70上的弹性体或其它类型的密封件，并且座36能够是压裂阀30内部的抛光座或者组件30的用于与密封件76接合的其它部分。虽然示出为具有该构造，但是，能够使用相反的布置，即，密封件位于压裂阀30或者组件20的内侧而座位于工作管柱70上。
一旦工作管柱70安置，处理流体沿工作管柱70的通孔75向下流到压裂阀30中的密封和打开的端口32。处理流体通过工作管柱70中的出口端口72并且通过打开的端口32流动到周围的钻孔环状空间15，这允许处理流体与地层的邻近区域相互作用。
一旦完成对给定区域的处理，操作者操纵工作管柱70以使移位工具78接合在压裂阀30中从而关闭端口32。例如，移位工具78能够与压裂阀30的内衬套上的另一适当轮廓接合从而使衬套移动并且关闭端口32。在此观点上，工作管柱70能够在组件20中移动以打开压裂阀30中的另一者从而执行处理。操作者沿组件20向上重复此过程从而处理所有节段28。一旦压裂处理完成，系统10可以不需要清理过程。
图4的多区域压裂系统10与传统单程多区域系统相比能够具有更高速度并且能够改进储层动态。系统10能够具有任一适当的长度和间距，提供减小一个套管尺寸的选择，不需要穿孔，并且不需要清理过程。应当考虑的是在操作过程中潜在地卡住工作管柱70以及对于具体实施发生的环状空间充填。
如图4的先前实施方式一样，图5的多区域筛选压裂系统10的第五实施方式也具有工作管柱70。除了所有相同的部件，此系统10还具有沿各个节段28布置的砂浆脱水管80。
在与上文描述类似的压裂操作过程中，管80有助于使在压裂充填式操作过程中用于砂砾充填节段28的钻孔环状空间15的砂浆脱水。另外，管80能够用作用于在操作过程中流体返回的旁路。随着处理流体从安置在压裂阀30中的工作管柱70流动通过打开的端口32并且到钻孔环状空间15中，井筛42筛选来自环状空间15的流体返回，并且流体返回能够流动到组件20中、工作管柱70在组件20中的接合的下井部。因此，管80能够允许这些流体返回从组件20的下井节段流动至工作管柱70的与端口32密封接合的上井部、工作管柱70与组件20内侧之间的微环状空间。为此，流体返回随后能够流动至地面。
图5的多区域压裂系统10与传统单程多区域系统10相比能够具有更高速度并且能够改善储层动态。另外，系统10能够具有任一长度和间距，提供减小一个套管尺寸的选择，不需要穿孔，不需要清理过程，并且能够提供良好环状空间充填。应当考虑的是用于具体实施的工作管柱70的潜在卡住。
正如上文所述，图1至5中的多区压裂系统10的各个实施方式使用布置在压裂组件20上的流动装置40，并且流动装置40包括井筛42和止回阀44。现转到图6A至6B，能够用于公开的系统10的流动装置150分别在部分截面图和详细图中示出。流动装置150是具有布置在基管152上的筛套160(即井筛)和流入控制装置170(即止回阀)的筛管单根。(图6C在没有基管和筛套的情况下在隔离视图中示出了流入控制装置170。)
流动装置150布置在完井管柱(22：图1至5)上，其中，筛套160通常安装在流入控制装置70的上游，然而严格而言这可能不是必须的。基管152限定通孔155并且在一端处具有用于连接至另一单根等的耦接转换接头156。另一端154能够连接至完井管柱(22)上的另一单根的转换接头(未示出)。基管152在通孔155内侧限定管口158，其中，流入控制装置170布置在管口158处。
正如上面所述，流入控制装置170能够类似于从威德福国际有限公司获得的FloRegTM deploy-assist(DA)装置。如图6B中更清楚地示出，流入控制装置170具有在管口158的位置处绕基管152布置的外衬套172。第一端环174用密封元件175密封至基管152，并且第二端环176附接至筛套160的端部。总之，衬套172围绕基管152限定了将管口158与筛套160连通的环状空间。第二端环176具有流动端口180，流动端口180将衬套的环状空间分成与筛160连通的第一内部空间186和与管口158连通的第二内部空间188。
对于这部分，筛套160绕基管152的外侧布置。如所示，筛套160可以是绕丝筛，绕丝筛具有沿基管152纵向设置的杆或肋164，其中，丝线绕组162绕杆或肋164缠绕从而形成多种狭槽。流体能够从周围的钻孔环状空间流到筛套160与基管152之间的环状缝隙。虽然显示为绕丝筛，然而筛套160能够使用任何其它形式的筛组件，包括金属网筛、预充填筛、护壳式筛、膨胀防砂筛、或者其它构型的筛。
流入控制装置170在内部具有多个(例如十个)流动端口180。与通过使用多个打开或者关闭的喷嘴(未示出)沿筛套160提供预定压降不同，如图6A至6C中示出的流入控制装置170的内部流动端口180可以缺少典型地使用的限制性的喷嘴和关闭销。相反，流动端口180可以是相对非限制性的流动通道并且可以缺少典型的喷嘴，然而，如果从筛套160到基管152需要压降，那么给定的实施可以使用这样的喷嘴。
但是，流入控制装置170在内部包括端口隔离球182，端口隔离球182允许装置170如止回阀一样操作。依赖于内部空间186与188之间的流动方向或者压差，端口隔离球182可以移动至允许从筛的内部空间186到管的内部空间188的流体连通的打开状态(移动至图6B中的右侧)，或者可以移动至防止从管的内部空间188至筛的内部空间186的流体连通的关闭状态(移动至图6B中的左侧紧靠流动端口180的座端184)。
通常，流入控制装置170能够有利于在配置和井清理过程中的流体循环并且能够用于无干扰配置和裸眼井封隔器的坐封中。例如，在配置中，隔离球182使通过压裂组件(20)的完井引鞋(50：图1至5)的流动循环最大化从而有助于完井管柱(22)和组件(20)的有效配置。当壳体部件(172、174、175以及176)布置在基管150上时，隔离球182保持在适当位置。在最初安装和生产过程中，隔离球182能够防止地层涌动，由此减小对地层的损坏。在一些布置中，装置170内的隔离球182能够构造成在一段时间后侵蚀，这允许进入用于井维修行为——例如增产措施——的间隔。
如果从筛套160到基管152需要压降，流动端口180则能够包括喷嘴(未示出)，喷嘴限制从筛套160到管的内部空间188的筛选流体的流动(即流入)。例如，流入控制装置170能够具有十个喷嘴，然而喷嘴都可以不打开。操作者能够在地面处设定多个这些喷嘴处于打开从而构造在井下用于给定实施中的装置170。依赖于打开的喷嘴的数量，装置170由此能够产生沿筛套160的可构造的压降。
正如上文所示，图1至5中的多区域压裂系统10的各个实施方式使用布置在压裂组件20上的压裂阀30，压裂阀30能够打开从而将端口32与钻孔环状空间15连通并且能够关闭。现转到图7A至7B，用于所公开的多区域筛选压裂系统10的压裂阀210在关闭状态(图7A)和打开状态(图7B)下以部分横截面示出。如上所述，压裂阀210能够是与威德福的ZoneSelect MulitShift压裂滑套相似的滑套并且能够在多区域完井中安置在隔离封隔器之间。滑套210包括具有上接头222和下接头224的壳体220。可在壳体220内移动的内衬套或者插入件230基于内部衬套230的位置打开或者关闭通过壳体的流动端口226的流体流动。
当开始向井下下入时，内衬套230以关闭状态(图7A)定位在壳体220中。在此状态中，保持器234将内部衬套230保持朝向上接头222，并且锁定爪238配合到壳体220内的环状狭槽中。内部衬套230上的外部密封件236接合壳体220的位于流动端口226上面和下面的内壁从而将流动端口226密封。另外，流动端口226可以由保护套227覆盖从而防止碎片进入到滑套装置210中。此护套227能够由可破坏的材料——例如合成物——组成。
正如先前参照图1至3所述，滑套210设计成当球34落在着落座232上时打开，并且施加管道压力以将内部衬套230移动打开。为了在压裂操作中打开滑套210，例如，操作者向井下投下适当尺寸的球34，并且泵送球34直到球34到达布置在内部衬套230中的着落座232，如图7B中所示。一旦适当量的支撑剂已经泵送到下部地层区域中，则从地面投下用于此具体衬套210的着落座232的指定球34。
一旦球34就位，则积聚的压力压紧壳体220中的内部衬套230，由此剪切任何剪切销并且将爪238从壳体的环形狭槽释放，使得内部衬套230能够向下滑动。随着其滑动，内部衬套230露出流动端口226。优选地，随着内部衬套230移位通过流动端口226，压裂不再通过内部衬套230发生，这保护了内部衬套230不受侵蚀。
当内部衬套230向下移动时为了缓解对衬套210的潜在损坏，减振器240能够连接至内部衬套230的下端。如图7A中所示，此减振器240最初在内部衬套230内连接在由剪切销242延伸的位置。随着内部衬套230在打开过程中向下移动，减振器的末端唇缘245与壳体的下接头224上的肩部225接合，由此削弱移动的内部衬套230的向下能量。
在压裂作业之后，井通常进行流动清理，并且对球座232和剩下的球34进行磨铣。球座232能够由铸铁构成从而有利于磨铣，并且球能够由铝或非金属材料构成。一旦磨铣完成，则能够利用内部衬套230中的工具轮廓234和236上的标准“B”移位工具关闭或者打开内部衬套230，因此，滑套210能够随后如同由“B”工具移位的任一传统滑套一样起作用。在磨铣之后用“B”移位工具选择性地打开和关闭滑套210的能力使操作者能够隔离组件(20)的特定节段(28：图1至5)。
对于例如图4至5中的不使用球和座布置的所公开的多区域筛选压裂系统10的这些实施方式，滑套210可以完全地缺少座232。相反，如上所述，工作管柱(70：图4至5)具有移位工具(78)，例如标准“B”移位工具，移位工具(78)能够接合在内部衬套230中的工具轮廓234和236上，因此工作管柱70能够使内部衬套230选择性地移动并且打开和关闭端口226。
现转到图8A至8B，描述了图4至5的工作管柱70的移位工具78的细节。如图8A中所示，一个移位工具78包括布置在工作管柱70上的上移位工具310和下移位工具320，其中，心轴302布置在工作管柱70的上节段和下节段之间。因为心轴302是工作管柱70的一部分，所以心轴302具有用于流体流动的、穿过心轴302的孔(未示出)。
在本示例中，上部工具310设计成为关闭工具，关闭工具用于通过与上部轮廓(234)接合、使工作管柱70向上振动、并且在滑套(210)中向上移位内部衬套(230)来关闭滑套(例如210：图7A至7B)。同样在此示例中，下部工具320设计成为打开工具，打开工具用于通过与下部轮廓(236)接合、使工作管柱70向下振动、并且在滑套(210)中向下移位内部衬套(230)来打开滑套(210)。也能够使用相反的布置。
正如关闭移位工具310的细节示出偏压夹头312，偏压夹头312绕心轴302配合并且在两端处连接至心轴302上的止动部314和316。夹头312具有B轮廓318，B轮廓318包括面向上的肩部、上部(缩短)凸轮、以及下部(延长)凸轮。正如上面所述，B轮廓318使夹头312能够沿向上方向与滑套(210)中的凹进轮廓(234)接合并且沿向下方向绕开滑套(210)中的凹进轮廓(234和236)。移位工具的此类型通常被称作具有B轮廓的B移位工具。
移位工具78的另一布置使用如图8B中所示的两向移位工具330。在文中，两向移位工具330的偏压夹头332绕心轴302配合并且在两端处连接至在心轴302上的止动部334和336。夹头332具有双B轮廓328，双B轮廓328具有面向下的肩部340、上凸轮342、面向上的肩部345以及下凸轮347。依赖于滑套(210)的构造和其轮廓(234和236)以及工作管柱70正移动的方向，移位工具330能够通过向下/向上振动打开/关闭滑套(210)。
优选实施方式和其它实施方式的前述说明无意于限制或者约束由申请人设想的发明概念的范围或者适用性。在受益于本公开的情况下将可以理解，根据所公开主题的任一实施方式或方面的上述特征可以单独地使用或者与所公开主题的任一其它实施方式或方面中的任一其它所述特征联合使用。
作为对公开文中包括的发明概念的替换，申请人要求由随附权利要求所提供的所有专利权。因此，期望随附的权利要求最大程度地包括落入下列权利要求或权利要求的等同物的范围内的所有改型和变形。
Claims (28)
1.一种用于钻孔的多区域压裂组件，其包括：
管状结构，所述管状结构布置在所述钻孔中并且限定通孔；以及
多个节段，所述多个节段布置在所述管状结构上，所述节段中的每一个均包括：
隔离元件，所述隔离元件布置在所述管状结构上并且将所述节段周围的钻孔环状空间的区域与其它节段隔离，
流动阀，所述流动阀布置在所述管状结构上并且在打开状态与关闭状态之间可选择性地操作，处于所述打开状态的所述流动阀允许所述通孔与所述钻孔环状空间之间的流体流通，处于所述关闭状态的所述流动阀防止所述通孔与所述钻孔环状空间之间的流体连通，
筛，所述筛布置在所述管状结构上并且与所述钻孔环状空间连通，以及
止回阀，所述止回阀布置在所述管状结构上并且在所述筛与所述通孔之间流体连通，所述止回阀响应于所述钻孔环状空间与所述通孔之间的外压差而打开并且允许从所述筛到所述通孔中的流体连通，所述止回阀响应于所述通孔与所述钻孔环状空间之间的内压差而关闭并且防止从所述通孔到所述筛的流体连通，
其中，为了利用处理流体对所述钻孔环状空间的位于一个给定节段处的一个给定区域进行压裂，
用于所述给定节段的给定流动阀被操作至所述打开状态从而使处理流体流通至所述给定区域，
其他节段的所述流动阀在所述通孔中流体隔离并且/或者处于所述关闭状态，
所述其他节段的所述止回阀在所述通孔中流体隔离并且/或者响应于所述内压差而关闭，以及
所述给定节段的所述筛和所述止回阀在所述通孔中流体隔离。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述隔离元件包括可膨胀封隔器、液压坐封封隔器或者机械坐封封隔器。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管状结构的关于所述节段中的给定一者的至少一部分包括基管，所述基管具有所述通孔并且限定将所述通孔连通到所述基管外侧的至少一个管口。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述止回阀布置在所述管状结构上、邻近将所述通孔连通到所述管状结构外侧的至少一个管口，所述止回阀允许从所述筛到所述至少一个管口的流体连通并且防止从所述至少一个管口到所述筛的流体连通。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述止回阀包括布置在所述管状结构上的壳体，所述壳体具有至少一个内部流动通道并且具有至少一个止回球，所述至少一个内部流动通道将所述筛与所述至少一个管口连通，所述至少一个止回球可移动到允许通过所述至少一个内部流动通道的流体连通的一个状态并且可移动到防止通过所述至少一个内部流动通道的流体连通的另一状态。
6.根据权利要求4所述的组件，其中，所述筛布置在所述管状结构上并且具有与所述止回阀流体连通的一个端部。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述流动阀包括：
壳体，所述壳体具有将所述通孔连通到所述壳体外侧的流动端口；以及
插入件，所述插入件能够在防止通过所述流动端口的流体连通的所述关闭状态与允许通过所述流动端口的流体连通的所述打开状态之间在所述壳体中移动。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述插入件包括布置在所述插入件中的座，配置在所述管状结构中的塞安置在所述座上并且响应于施加在就位的所述塞上的流体压力将所述插入件从所述关闭状态移动至所述打开状态，
其中，为了利用处理流体对位于所述给定节段处的所述给定区域进行压裂，具有所述塞的所述座在所述通孔中使所述给定节段的所述筛和所述止回阀隔离并且使所述管状结构上的向下的其他流动阀隔离，所述管状结构上的向上的节段的所述流动阀处于所述关闭状态，并且所述管状结构上的向上的节段的所述止回阀响应于所述内压差而关闭。
9.根据权利要求1所述的组件，其还包括流动管，所述流动管布置在所述钻孔环状空间中并且穿过所述隔离元件在所述节段中的一个或者更多个之间连通。
10.根据权利要求1所述的组件，其还包括布置在所述管状结构的所述通孔中的工作管柱，所述工作管柱可操作地打开和关闭每个节段的所述流动阀、可操作地在所述组件内侧密封并且在所述流动阀呈所述打开状态时将所述工作管柱上的出口端口置于与所述钻孔环状空间密封连通，
其中，为了利用处理流体对位于所述给定节段处的所述给定区域进行压裂，所述给定节段的所述筛和所述止回阀在所述通孔中流体隔离，所述管状结构上的向上和向下的其他节段的所述流动阀在所述通孔中流体隔离和/或处于所述关闭状态，并且所述管状结构上的向上和向下的其他节段的所述止回阀在所述通孔中流体隔离和/或响应于所述内压差而关闭。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述工作管柱包括致动工具，所述致动工具可操作地沿一个方向接合所述流动阀且致使所述流动阀打开，并且所述致动工具可操作地沿另一方向接合所述流动阀且致使所述流动阀关闭。
12.根据权利要求10所述的组件，其中，所述组件包括布置在所述通孔中且位于所述流动阀中的流动端口的上井侧和下井侧的座，并且其中，所述工作管柱包括布置在所述出口端口的上井侧和下井侧的密封件，所述密封件构造成抵靠布置在所述通孔中的所述座进行密封。
13.根据权利要求10所述的组件，其还包括用于所述节段中的至少一者的旁通管，所述旁通管将所述通孔的位于所述工作管柱的在所述组件内侧密封的位置的一侧的第一部分连通至所述位置的另一侧。
14.一种用于钻孔的多区域压裂组件，其包括：
管状结构，所述管状结构布置在所述钻孔中并且限定通孔；以及
多个节段，所述多个节段布置在所述管状结构上，所述节段中的每一个均包括：
用于将所述节段周围的钻孔环状空间的区域与其它节段隔离的第一装置，
用于选择性地在打开状态下允许和在关闭状态下防止通过第一流动路径在所述通孔与所述钻孔环状空间之间的流体连通的第二装置，
用于筛选通过第二流动路径从所述钻孔环状空间到所述通孔的流体连通的第三装置，以及
用于响应于所述钻孔环状空间与所述通孔之间的外压差而允许通过所述第二流动路径从所述第三装置至所述通孔的流体连通的第四装置，所述第四装置还用于响应于所述通孔与所述钻孔环状空间之间的内压差而防止通过所述第二流动路径从所述通孔到所述钻孔环状空间的流体连通，
其中，为了利用处理流体对所述钻孔环状空间的位于所述节段中的一个给定节段处的一个给定区域进行压裂，
用于所述给定节段的所述第二装置被操作至所述打开状态从而连通处理流体，
其他节段的所述第二装置在所述通孔中流体隔离并且/或者处于所述关闭状态，同时所述其他节段的所述第四装置在所述通孔中流体隔离并且/或者响应于所述内压差而防止流体连通，以及
所述给定节段的所述第三装置和所述第四装置在所述通孔中流体隔离。
15.根据权利要求14所述的组件，其中，用于选择性地允许和防止通过所述第一流动路径在所述通孔与所述钻孔环状空间之间的流体连通的所述第二装置包括用于选择性地打开和关闭所述管状结构中的端口的装置。
16.一种用于钻孔的多区域压裂方法，所述方法包括：
将组件布置在所述钻孔中，所述组件具有流动阀、筛和止回阀；
将所述钻孔的围绕所述组件的环状空间隔离成多个隔离区域，所述隔离区域中的每个区域具有所述流动阀中的一个流动阀、所述筛中的一个筛以及所述止回阀中的一个止回阀；以及
所述筛中的每个筛用于筛选从所述隔离区域中的一个隔离区域的所述环状空间到所述组件的通孔中的流体连通；
所述止回阀中的每个止回阀用于允许从所述筛中的一个筛到所述组件的所述通孔的流体连通以及防止通过所述一个筛从所述通孔到所述一个隔离区域的所述环状空间的流体连通；并且
通过下述步骤用处理流体处理每个隔离区域：
选择性地打开所述组件中的位于所述每个隔离区域处的流动阀，
将其他隔离区域的其他流动阀置于在所述通孔中流体隔离和/或处于选择性关闭状态，
将所述其他隔离区域的其他止回阀置于在所述通孔中流体隔离和/或响应于所述通孔与所述钻孔环状空间之间的所述止回阀上的内压差而关闭，
将每个隔离区域的所述筛和所述止回阀置于在所述通孔中流体隔离，并且
使所述处理流体通过打开的所述流动阀流动到所述每个隔离区域。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述组件布置在所述钻孔中包括：将所述组件布置在具有穿孔的套管中、具有狭槽的膨胀衬管中、或者裸眼井中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述钻孔的围绕所述组件的所述环状空间隔离成所述隔离区域包括：将封隔元件接合在所述组件上并抵靠所述套管的壁、所述膨胀衬管的壁、或者所述裸眼井的壁。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，用所述组件上的筛筛选从所述隔离区域的所述环状空间到所述组件的所述通孔中的流体包括：允许从所述筛通过所述组件中的与所述通孔连通的穿孔的流体连通。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，选择性地打开所述组件中的位于所述每个隔离区域处的所述流动阀包括：通过将所述组件中的插入件从所述组件中的端口移开来打开所述端口。
21.根据权利要求20所述的方法，其还包括选择性地关闭所述组件中的位于所述隔离区域中的每一个处的打开的端口。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，将所述组件中的所述插入件从所述端口移开包括：
将塞接合在所述插入件上；并且
利用施加在接合的所述塞上的流体压力将所述插入件从所述端口移开。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，使所述处理流体沿所述通孔向下通过打开的所述端口流动到所述每个隔离区域包括：当所述插入件从所述端口移开时使所述处理流体流动通过打开的所述端口。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，用所述处理流体处理每个隔离区域包括：
对于所述隔离区域中的连续隔离区域通过沿所述组件向井上连续地接合塞并且移动所述插入件而沿所述组件向井上连续地处理所述隔离区域，
使用接合在所述插入件中的所述塞在所述通孔中隔离所述区域的所述筛和所述止回阀以及所述组件上的向下的其他流动阀，
将所述组件上的向上的其他流动阀置于所述关闭状态，以及
使所述组件上的向上的其他止回阀响应于所述内压差而关闭。
25.根据权利要求22所述的方法，其还包括：
除去接合的所述塞；并且
将所述插入件选择性地关闭在所述组件中的打开的所述端口上。
26.根据权利要求20所述的方法，其中，将所述组件中的所述插入件从所述端口移开包括：
将所述插入件与布置在所述组件的所述通孔中的工作管柱接合；并且
随着接合的所述工作管柱的移动将所述插入件从所述端口移开，
使用所述工作管柱在所述通孔中隔离所述区域的所述筛和所述止回阀，
使所述组件上的向上和向下的其他流动阀在所述通孔中流体隔离和/或处于所述关闭状态，以及
使所述组件上的向上和向下的其他止回阀在所述通孔中流体隔离和/或响应于所述内压差而关闭。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，使所述处理流体沿所述通孔向下通过打开的所述端口流动到所述每个隔离区域包括：当所述插入件从所述端口移开时，使所述处理流体流动通过所述工作管柱中的出口并且通过打开的所述端口。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，用所述处理流体处理每个隔离区域包括：
在处理之后用所述工作管柱连续地关闭所述插入件中的给定的一者；并且
在处理之前用所述工作管柱连续地打开所述插入件中的另一者。
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