CN104662255A - 压力测试阀及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种井眼系统,包括套管和压力测试阀(100),压力测试阀被整合在套管中且包括位于壳体(120)中的套筒(126);套筒可从第一位置转换到第二位置并可从第二位置转换到第三位置,其中,当套筒处于第一位置和第二位置时,套筒阻挡通过一个或多个端口(122)的流体连通的通路,而当套筒处于第三位置时,套筒不阻挡流体连通,其中,压力测试阀被构造为,使得沿第二位置的方向对套筒施加的力引起套筒转换到第二位置,而且其中,压力测试阀被构造为,使得沿第二位置的方向对套筒施加的力减少,而引起套筒转换到第三位置。

Description

压力测试阀及其使用方法
背景技术
[0001] 烃类生产井经常通过液体压裂操作来激励(stimulated),其中,诸如压裂流体或穿透流体之类的服务流体可在足以在地层中产生一处压裂或增强至少一处压裂的压力条件下,被引入地层中的为井眼所穿透的部分。这样的地层激励处理可增加井的烃类生产。
[0002] 当准备井眼以进行油气生产时,通常在井眼中以混凝土浇注套管柱。通常期望的是按照多个单独的步骤在井眼中浇注套管。而且,激励设备可被整合在套管柱中以用于整个生产过程。套管和激励设备可被坐放到井眼中到达预定深度。地层中的各个“地段”可通过一个或多个封隔器的操作和/或通过混凝土来隔离,封隔器还可协助将套管柱和激励设备固定在原位。
[0003] 在将套管柱和激励设备放置于井眼中之后,会期望对套管柱和激励设备进行“压力测试”,以确保二者的完整性,举例来说,用以确保在套管柱和激励设备的放置期间没有形成孔洞或泄漏。压力测试大体涉及将流体泵送到套管柱的轴向流动孔中,使得压力被内部地施加至套管柱和激励设备并将液压维持足够长的时间,以确保二者的完整性,举例来说,确保没有形成孔洞或泄漏。为此,不能打开离开套管柱的流体路径,举例来说,压裂装备的所有端口或窗口、以及任何附加的流体连通的通路都必须被关闭或限制。
[0004] 在压力测试之后,会期望提供至少一个离开套管柱的流体连通的通路。传统上,被用于在压力测试的执行后提供离开套管柱的流体路径的方法和/或工具被构造为,一旦超过压力测试期间所达到的压力等级就打开,从而限制压力测试期间所能够达到的压力。举例来说,由于需要套管和/或其它各个井眼服务装备部件受到接近或超过这些套管柱和/或井眼服务部件可能的额定压力,所以打开套管柱所需的这样的过高压力等级会危害套管柱和/或激励设备的结构完整性。因此,需要改进现有的压力测试阀及其使用方法。
发明内容
[0005] 本发明公开了一种井眼服务系统,其包括套管柱和压力测试阀,压力测试阀被整合在套管柱中且包括:壳体和滑动套筒,壳体包括一个或多个端口以及一轴向流动孔,其中,滑动套筒被可滑动地放置于壳体中且能够从第一位置转换到第二位置,并能够从第二位置转换到第三位置,其中,当滑动套筒处于第一位置和第二位置时,滑动套筒阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路,而当滑动套筒处于第三位置时,滑动套筒不阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路,其中,压力测试阀被构造为,使得沿第二位置的方向对滑动套筒施加力而引起滑动套筒从第一位置转换到第二位置,而且其中,压力测试阀被构造为,使得沿第二位置的方向对滑动套筒施加的力减少,而引起滑动套筒从第二位置转换到第三位置。
[0006] 本发明还公开了一种井眼服务方法,其包括:将其中包含有压力测试阀的套管柱放置于穿透地层的井眼中,其中,压力测试阀包括壳体和滑动套筒,壳体包括一个或多个端口以及一轴向流动孔,其中,滑动套筒被可滑动地放置于壳体中,其中,滑动套筒被构造为,当套管柱被放置于井眼中时,阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路;对轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力,其中,当施加至少为上阈值的流体压力时,滑动套筒继续阻挡流体连通的通路;以及将流体压力减少到不高于下阈值,其中,一旦流体压力减少到不高于下阈值,滑动套筒就允许通过壳体的一个或多个端口的流体连通。
[0007] 本发明还公开了一种井眼服务方法,其包括:将其中整合有压力测试阀的套管柱放置于穿透地层的井眼中;对套管柱的轴向流动孔加压,其中,轴向流动孔中的压力至少达到上阈值;将轴向流动孔中的压力维持预定时间;允许轴向流动孔中的压力减弱到不高于下阈值,其中,一旦允许轴向流动孔中的压力减弱到不高于下阈值,压力测试阀就打开。
[0008] 本发明还公开了一种井眼服务方法,包括:以第一压力对被放置于穿透地层的井眼中的管柱进行压力测试;将管柱中的压力减少到低于第一压力的第二压力,其中,减少压力使得管柱的内部与井眼之间的流体路径打开;以及使流体沿管柱向下流动、流过流体路径、并流入井眼或地层中。
附图说明
[0009] 为了更完整地理解本发明及其多个优点,参考以下与附图和详细说明相关的简要说明:
[0010] 图1是压力测试阀的操作环境的部分剖视图,其示出了穿透地层的井眼和其中整合有压力测试阀的套管柱,压力测试阀位于井眼中;
[0011] 图2是压力测试阀的上部的剖视图;
[0012] 图3是压力测试阀的下部的剖视图;
[0013] 图4A是处于第一形态的压力测试阀的实施例的部分剖视图;
[0014] 图4B是处于第二形态的压力测试阀的实施例的部分剖视图;以及
[0015] 图4C是处于第三形态的压力测试阀的实施例的部分剖视图。
具体实施方式
[0016] 在附图和以下说明中,那些相似的部件通常在整个说明书和附图中分别以相同的附图标记来标识。此外,在本文公开的不同实施例中,相似的附图标记可表示相似的部件。附图不一定符合比例。本发明的某些特征可按照扩张的比例示出或在一定程度上以示意的形式示出,且为了清晰和简明,常用元件的一些细节不会被示出。本发明易于产生不同形式的多个实施例。一些特定实施例被详细描述且在附图中展示,应理解本说明书并非旨在将本发明限制于本文示出和描述的多个实施例。应充分认识到,本文公开的多个实施例的不同教导可被独立地采用或以任何适当组合,以产生所需结果。
[0017] 除非另有指定,否则用于描述多个元件之间的相互作用的术语“连接”、“接合”、“联接”、“附接”或任何类似术语并非意在将这种相互作用限制为这些元件之间的直接相互作用,而是还可包括所描述的这些元件之间的间接相互作用。
[0018] 除非另有指定,否则所用的术语“上”、“上方”、“向上”、“井上”、“上游”或类似术语应被解释为大体从地层朝向地面或朝向水体表面;类似地,所用术语“下”、“下方”、“向下”、“井下”、“下游”或类似术语应被解释为大体从地面或水体表面进入地层,而与井眼如何定向无关。所以使用了前述任何一个或多个术语不应被解读为表示沿完全竖直轴线的位置。
[0019] 除非另有指定,否则使用了术语“地层”应被解读为既包含处在外露地面之下的区域,也包含由海水或淡水覆盖的地面之下的区域。
[0020] 本文公开了压力测试阀(PTV)及其使用方法的多个实施例。具体来说,本文公开了被整合在管件(例如套管柱或衬管)中的PTV的一个或多个实施例,管件包括位于穿透地层的井眼中的一个或多个井眼服务工具。
[0021] 在套管柱已经被放置于井眼中之后,而且例如在激励(例如,压裂和/或穿透)操作开始之前,会需要对套管柱或衬管进行压力测试且由此证实其完整性和功能性。在本文公开的多个实施例中,PTV使得套管柱能够进行压力测试且随后允许从套管柱的流动孔到井眼形成流体连通的通路,且不使用过高的压力阈值等级。
[0022] 参照图1,其示出了其中可采用这类PTV操作环境的实施例。应注意,虽然一些附图可采用水平或竖直井眼为例,但本文公开的方法、设备、和系统可类似地应用于水平井眼构造、常用的竖直井眼构造、以及它们的结合。因此,任何水平或竖直性质的附图不应被解释为将井眼限制为任何特定构造。
[0023] 参照图1,该操作环境包括钻塔或服务塔106,钻塔或服务塔106位于地表104上且在井眼114上和井眼114周围延伸;井眼穿透地层102,用于回收烃类物质。井眼114可通过任何适当的钻井技术来钻入地层102中。在一个实施例中,钻塔或服务塔106包括井架108,井架108具有钻台110,套管柱150穿过钻台并大体限定轴向流动孔115,轴向流动孔115可位于井眼114中。钻塔或服务塔106可为通常的(设备)且可包括电机驱动式绞车以及其它用于将套管柱150下放到井眼114中(例如,用于将PTV100和/或其它井眼服务装备放置到所需深度)的相关装备。
[0024] 在一个实施例中,井眼114可从地表104大体竖直地在竖直井眼部上延伸,或可从地表104按照任何角度在偏转部或水平井眼部上偏转。在替代性的操作环境中,井眼114的多个部分或大致上全部可为竖直的、偏转的、水平的、和/或弯曲的。
[0025] 在一个实施例中,按照使用混凝土 116的通常方式,套管柱150的一部分可被固定在紧靠地层102的位置。在替代性实施例中,井眼114可被部分地设有套管并用混凝土浇注,因而使得井眼114的一部分为未浇注的。在一个实施例中,PTV100或其一些部件被整合在套管柱150中。PTV100可被下放到井眼中的预定深度。在一个替代性实施例中,PTV100或其一些部件可与衬管一同被包括和/或与衬管整合。
[0026] 应注意,虽然在一个或多个实施例中,所公开的PTV被整合在套管柱中,但本说明书不应被解释为局限于此。井眼服务工具可被简单地整合在其它适当管件中,例如工作柱、衬管、生产柱、一段长度的管道、或类似管件。
[0027] 参照图1,套管柱150和/或PTV100可额外地或替代性地利用一个或多个封隔器170而被固定在井眼114中。封隔器170可大体包括一种装置或设备,其能够被构造为通过同心地围绕套管柱、并在其自身与套管柱之间提供屏障,而将井眼中的两个或更多个深度的区段彼此密封或隔离。适合被用作封隔器170的封隔器的非限制性示例包括机械式封隔器或可溶胀式封隔器,例如,能够通过市场从哈里伯顿能源服务公司(Halliburton EnergyServices)获得的溶胀式封隔器SwellPackers™。
[0028] 虽然图1中示出的操作环境涉及用于将套管柱150下放和坐放到陆基井眼114中的固定式钻塔或服务塔106,但本领域普通技术人员将会容易地认识到,移动式修井机、井眼服务单元(例如盘管单元)、及类似装置可被用来将套管柱150下放到井眼114中。应理解的是,PTV可用于其它操作环境中,例如离岸井眼操作环境中。
[0029] 在一个实施例中,PTV100被选择性地构造,以允许或不允许形成从其(PTV的)流动孔124和/或套管流动孔115到地层102和/或到井眼114中的流体连通的通路。参照图4A至图4C,在一个实施例中,PTV100可大体包括壳体120、滑动套筒126、和一个或多个端口 122。在一个实施例中,PTV100可被构造为从第一形态转换到第二形态,并从第二形态转换到第三形态。
[0030] 在图4A示出的实施例中,PTV100被示出处于第一形态。在第一形态中,PTV100构造为不允许经由PTV100的一个或多个端口 122的流体连通。此外,如以下将公开的,在一个实施例中,当PTV100处于第一形态时,滑动套筒126被定位(例如被固定)在PTV100中的第一位置。
[0031] 在图4B示出的实施例中,PTV100被示出处于第二形态。在第二形态中,PTV100被构造为不允许经由PTV10的一个或多个端口 122的流体连通。在以下将公开的实施例中,PTV100可被构造为一旦对PTV100施加的压力至少为第一压力阈值或较高压力阈值,就从第一形态转换到第二形态。此外,如以下将公开的,在一个实施例中,当PTV10处于第二形态时,滑动套筒126处于第二位置且未被固定在PTV100中。
[0032] 在图4C示出的一个实施例中,PTV100被示出处于第三形态。在第三形态中,PTV100被构造为允许经由PTV100的一个或多个端口 122的流体连通。在以下将公开的一个实施例中,PTV可被构造为一旦允许对PTV100施加的压力下降到不高于第二压力阈值或较低阈值,就从第二形态转换到第三形态。此外,在一个实施例中,当PTV处于第三形态时,滑动套筒126被定位(例如被锁定)在PTV100中的第三位置。
[0033] 图2和图3共同示出PTV100的一个实施例。在一个实施例中,PTV100包括壳体120。在图2和图3的实施例中,PTV100的壳体120为大体圆柱状或管件状结构。壳体120可包括单件式结构;替代性地,壳体120可由两个或更多个被可操作地连接的部件(例如,上部件和下部件)组成。替代性地,PTV100的壳体可包括任何适当结构;借助本发明,本领域技术人员应认识到这些适当结构。
[0034] 在一个实施例中,PTV100可被构造为整合在套管柱150中(举例来说,如图1的实施例所示),或替代性地,被整合在任何适当的管柱(例如衬管或其它管件)中。在这样的实施例中,壳体120可包括对套管柱150(例如,对诸如套管接头之类的套管柱构件)的适当连接部。举例来说,壳体可包括内螺纹表面或外螺纹表面。额外地或替代性地,本领域技术人员会知晓对套管柱的多种适当连接。
[0035] 在图2和图3的实施例中,壳体120大体限定轴向流动孔124。参照图1,PTV100被整合在套管柱150中,使得PTV100的轴向流动孔124与套管柱150的轴向流动孔115流体连通。例如,流体可在套管柱150的轴向流动孔115与PTV100的轴向流动孔124之间连通。
[0036] 在图2的实施例中,壳体120包括一个或多个端口 122。在此实施例中,端口 122从轴向流动孔124径向地向外延伸、和/或朝向轴向流动孔径向地向内延伸。这样,当PTV100被如此构造时,这些端口 122可提供从轴向流动孔124通向壳体120的外部的流体连通的通路。例如,PTV100可被构造为当端口 122未被阻挡时(例如,如本文将公开的,被滑动套筒126所阻挡),使端口 122得以提供轴向流动孔124与井眼114和/或地层102之间的流体连通的通路。替代性地,PTVlOO可被构造为当端口 122被阻挡时(例如,如本文将公开的,被滑动套筒126所阻挡),使得流体不会经由端口 122在轴向流动孔124与井眼114和/或地层102之间连通。
[0037] 在图2和图3的实施例中,壳体120包括凹部138。在图2和图3的实施例中,凹部138大体由第一孔表面139a、第二孔表面139b、第三孔表面139c、和第四孔表面139d限定。在本实施例中,第一孔表面139a大体包括横跨在上肩台138a与第一中间肩台138e之间的柱形表面,第二孔表面139b大体包括横跨在第一中间肩台138e与第二中间肩台138c之间的柱形表面,第三孔表面139c大体包括横跨在第二中间肩台138c与第三中间肩台138d之间的柱形表面,而第四孔表面139d大体包括横跨在第三中间肩台138d与下肩台138b之间的柱形表面。
[0038] 在一个实施例中,第一孔表面139a的特征可在于其直径小于第二孔表面139b的直径。而且,在一个实施例中,第三孔表面139c的特征可在于其直径小于第一孔表面139a的直径、或者小于第二孔表面139b的直径。而且,在一个实施例中,第四孔表面139d的特征可在于其直径大于第三孔表面139c的直径。
[0039] 参照图2和图3,滑动套筒126大体包括圆柱形或管件式结构,该结构包括通过在其中延伸的轴向流动孔。在图2和图3的实施例中,滑动套筒126大体包括第一套筒段126a、第二套筒段126b、和第三套筒段126c。在这样的实施例中,第一套筒段126a、第二套筒段126b、和第三套筒段126c通过本领域技术人员会获知的任何适当方法(例如,通过螺纹连接)而被联接在一起。替代性地,滑动套筒126可包括单件式结构(例如,单个实体件)。
[0040] 在一个实施例中,滑动套筒可包括一个或多个肩台或类似结构,其大体限定出一个或多个不同直径的外侧柱形表面。参照图2和图3,滑动套筒126包括上表面126d、第一中间肩台126p、在上表面126d与第一中间肩台126p之间延伸的第一外侧柱形孔表面126e、第二中间肩台126f、和第二外侧柱形孔表面126m。在一个实施例中,第一外侧柱形孔表面126e的特征可在于其直径可小于第二外侧柱形孔表面126m的直径。而且,滑动套筒126可包括第三中间肩台126g、以及在第二中间肩台126f与第三中间肩台126g之间延伸的第三外侧柱形孔表面126q。在一个实施例中,第三外侧柱形孔表面的特征可在于其直径小于第一外孔表面126e的直径、或者小于第二外孔表面126m的直径。并且,滑动套筒126可包括第四中间肩台126k、以及在第三中间肩台126g与第四中间肩台126k之间延伸的第四外侧柱形孔表面126h。在一个实施例中,第四外侧柱形表面126h的特征可在于其直径大于第三外侧柱形表面126q的直径。并且,滑动套筒126可包括下表面126j、以及在第四中间肩台126k与下表面126 j之间延伸的第五外侧柱形表面126i。在一个实施例中,第五外侧柱形表面126i的特征可在于其直径小于第四外侧柱形表面126h的直径。
[0041] 在一个实施例中,滑动套筒126被可滑动地且同心地设置于壳体中。举例来说,在图2和图3的实施例中,滑动套筒126的第一柱形孔表面126e的至少一部分被可滑动地装配贴靠在凹部138的第一孔表面139a的至少一部分上。而且,滑动套筒126的第二外侧柱形孔表面126m的至少一部分被可滑动地装配贴靠在凹部138的第二孔表面139b的一部分上。并且,滑动套筒126的第三外侧柱形孔表面126q的至少一部分被可滑动地装配贴靠在凹部138的第三孔表面139c的至少一部分上。并且,滑动套筒126的第四外孔表面126h的至少一部分被可滑动地装配贴靠在滑动套筒138的第四孔表面139d的至少一部分上。并且,第五外侧柱形孔表面126i的至少一部分被可滑动地装配贴靠在限定轴向流动孔124的第五孔表面139e的至少一部分上。
[0042] 在一个实施例中,滑动套筒126与凹部138之间的一个或多个界面可为流体密封和/或基本流体密封。举例来说,在一个实施例中,凹部138和/或滑动套筒126可包括一个或多个适当的密封件,密封件位于这样的界面处的,举例来说,为了阻止或限制通过这样的界面的流体运动。适当的密封件包括但不限于T形密封件、O形环、垫圈、或其组合。在图2和图3的实施例中,PTV100包括:流体密封件136a(例如一个或多个O形环或类似部件),处于滑动套筒126的第一柱形孔表面126e与凹部138的第一孔表面139a之间的界面处;以及流体密封件136b,处于和/或接近滑动套筒126的第二外侧柱形孔表面126m与凹部138的第二孔表面139b之间的界面处。
[0043] 在一个实施例中,滑动套筒126能够相对于壳体120从第一位置移动到第二位置,且能够相对于壳体120从第二位置移动到第三位置。
[0044] 在一个实施例中,滑动套筒126可被设置成,根据滑动套筒126相对于壳体120的位置,而允许或不允许通过一个或多个端口 122的流体连通,这些端口位于壳体120的轴向流动孔124与壳体120的外部之间。参照图4A,滑动套筒126被示出处于第一位置。在第一位置,滑动套筒126阻挡壳体120的端口 122,且由此限制通过端口 122的流体连通。如上所述,当滑动套筒126处于第一位置时,PTV100可处于第一形态。参照图4B,滑动套筒126被示出处于第二位置。在第二位置,滑动套筒126阻挡壳体120的端口 122,且由此限制通过端口 122的流体连通。替代性地,参照图4C,滑动套筒126被示出处于第三位置。在第三位置,滑动套筒126未阻挡或阻碍壳体120的端口 122,且由此允许通过端口 122的流体连通。
[0045] 在一个实施例中,滑动套筒126可被构造为选择性地从第一位置转换到第二位置、和/或从第二位置转换到第三位置。
[0046] 举例来说,在一个实施例中,滑动套筒126可被构造为根据对轴向流动孔124施加的至少第一阈值的液压,而从第一位置转换到第二位置。在这样的实施例中,滑动套筒126可包括在面向上方的那些表面(这些表面流体暴露于轴向流动孔124)与面向下方的那些表面(这些表面流体暴露于轴向流动孔124)之间的面积差值。举例来说,在图2和3的实施例中,滑动套筒126的、会沿朝向第二位置的方向施加力(例如,液压力,例如,向上的力)的那些表面的面积,可大于滑动套筒126的、会沿离开第二位置的方向施加力(例如,液压力)的那些表面的面积。举例来说,在图2和3的实施例中且在不受理论约束的情况下,如上所述,因为滑动套筒126的第一柱形孔表面126e与凹部138的第一孔表面139a之间的界面、以及滑动套筒126的第二外侧柱形孔表面126m与凹部138的第二孔表面139b之间的界面是流体密封的(例如,通过流体密封件136a和136b),因此形成腔室142,该腔室不暴露于被施加至轴向流动孔的流体液压,因此引起沿朝向第二位置的方向被施加至滑动套筒的力(例如,向上的力)与沿离开第二位置的方向被施加至滑动套筒的力(例如,向下的力)之间的这样的差值。举例来说,滑动套筒126的第一中间肩台126p(例如,第一中间肩台位于腔室142中)不会暴露于轴向流动孔124,而其它所有能够施加力的表面都暴露于(轴向流动孔)。在额外的或替代性的实施例中,类似于PTV100的PTV还可包括一个或多个附加腔室(例如,类似于腔室142),这些腔室提供沿朝向第二位置的方向被施加至滑动套筒的力(例如,向上的力)与沿离开第二位置的方向被施加至滑动套筒的力(例如,向下的力)之间的这样的差值。
[0047] 而且,在一个实施例中,滑动套筒可被构造为通过偏置构件的操作而从第二位置转换到第三位置。举例来说,在图2和图3的实施例中,PTV100包括偏置构件128(例如,偏置弹簧),偏置构件被构造为沿第三位置的方向对滑动套筒126施加偏置力。适当的偏置构件的示例包括但不限于弹簧、气动装置、压缩流体装置、或它们的组合。
[0048] 在一个实施例中,滑动套筒126可由适当的维持机构来维持在第一位置、第二位置、第三位置、或它们的组合。
[0049] 举例来说,在图4A的实施例中,滑动套筒126可由一个或多个剪切销134保持在第一位置。这样的剪切销134可在壳体120与滑动套筒126之间延伸。剪切销134可被插入或放置于壳体120中的适当的孔洞中和滑动套筒126中的孔洞134a中。如本领域技术人员将会认识到的,剪切销134可被选定尺寸,以根据对滑动套筒126施加的所需量级的力(例如,如本文将公开的,通过施加诸如测试压力这样的流体液压而引起的力)而被剪切或破坏。在替代性实施例中,滑动套筒126可由适当的脆性构件(诸如剪切环或类似构件)保持在第一位置。
[0050] 而且,在图4C的实施例中,滑动套筒126可由锁定构件130 (例如,扣环、C形环、偏置销、棘齿、或它们的组合)维持在第三位置。在这样的实施例中,扣环(或类似构件)可被装入位于滑动套筒中(或替代性地位于壳体中)的适当的狭缝部、槽部、沟道部、孔部、或凹部内,且可膨胀到并被容纳在位于壳体中(或替代性地,位于滑动套筒中)的狭缝部、槽部、沟道部、孔部、或凹部内。举例来说,在图4C的实施例中,锁定构件可被装入位于滑动套筒126内的槽部或沟道部中,且可膨胀到位于壳体120内的锁定槽132中。
[0051] 在一个实施例中,本文公开了一种利用PTV100和/或包括PTV100的系统的井眼服务方法。在一个实施例中,井眼服务方法可大体包括以下步骤:将包括PTV100的套管柱150放置于穿透地层102的井眼114中;在套管柱150中施加至少为上阈值的流体压力;以及减少套管柱150中的流体压力。在另一个实施例中,井眼服务方法还可包括以下一个或多个步骤:允许流体从套管柱150流出;通过套管柱连通填塞构件(例如,球形件或梭形件);致动井眼服务工具(例如,井眼激励工具);激励地层(例如,压裂、穿透、酸化、或类似方式);和/或从地层产出地层流体。
[0052] 参照图1,在一个实施例中,井眼服务方法包括将包括PTV100的套管柱150放置于或“坐放到”例如井眼中。在一个实施例中,例如图1所示的实施例中,PTV100可被整合在套管柱150中,举例来说,使得PTV100和套管柱150包括共同的轴向流动孔。因此,被引入套管柱150的流体将会连通到PTV100。
[0053] 在该实施例中,PTV100在第一形态(例如,如图4A所示)中被引入和/或放置于井眼114内(例如,被整合在套管柱150中)。如本文公开的,在第一形态中,滑动套筒126由至少一个剪切销134保持在第一位置,由此阻挡通过壳体120的端口 122的流体连通。而且,偏置构件(例如,弹簧)128被至少部分地压缩,并且沿第三位置的方向对滑动套筒126的下中间面126g施加力(例如,向下的力)。
[0054] 在一个实施例中,放置PTV100可包括相对于地层固定套管柱。举例来说,在图1的实施例中,放置套管柱150(套管柱中整合有PTV100)可包括以混凝土浇注(从而提供混凝土护套116)套管柱150,和/或在井眼114中的给定深度或所需深度布置一个或多个封隔器(例如封隔器170)。
[0055] 在一个实施例中,井眼服务方法包括:通过经由通常位于地表的一个或多个泵将流体泵送到套管内,而在套管柱150中施加流体液压,使得套管柱150的压力达到上阈值。在一个实施例中,这样对套管柱150施加压力可包括实施压力测试。举例来说,在实施这样的压力测试期间,压力,例如至少为较高量级的压力,可被施加到套管柱150并持续给定的时间。这样的压力测试可被用来评价套管柱150和/或其中所整合的多个部件的完整性。
[0056] 在一个实施例中,施加这样的流体液压可有效地使滑动套筒从第一位置转换到第二位置。举例来说,流体液压可被施加为穿过轴向流动孔124,包括施加到PTV100的滑动套筒126。如本文公开的,举例来说,因为沿朝向第二位置的方向被施加至滑动套筒的力(例如,向上的力)与沿离开第二位置的方向被施加至滑动套筒的力(例如,向下的力)之间的差值,该差值例如由腔室142提供,所以被施加至PTV100的流体压力可产生沿第二位置的方向的力。
[0057] 在一个实施例中,流体液压的量级可足以沿第二位置的方向施加足够的力,以进一步压缩偏置构件128并剪切一个或多个剪切销134,因而引起滑动套筒126沿第一位置的方向相对于壳体120移动,由此使滑动套筒126从第一位置转换到第二位置。在一个实施例中,滑动套筒可沿第二位置的方向继续移动,直至滑动套筒126的上肩台面126d接触和/或抵靠凹部138的上肩台138a,因而阻止滑动套筒126继续滑动为止。
[0058] 在一个实施例中,上阈值压力可为至少大约8,OOOp.s.1.;替代性地为至少大约10,OOOp.s.1.;替代性地为至少大约12,OOOp.s.1.;替代性地为至少大约15,OOOp.s.1.;替代性地为至少大约18,OOOp.s.1.;替代性地为至少大约20,OOOp.s.1.;替代性地为大约等于或小于套管柱150的额定压力的任何适当压力。
[0059] 在一个实施例中,井眼服务方法包括允许在套管柱150中和/或PTV100中施加的压力下降到低于下阈值。举例来说,一旦压力测试完成,(举例来说,已评估套管柱150的完整性),被施加至套管柱150的压力就可以减弱。在一个实施例中,一旦允许套管柱中的压力下降到低于下阈值,由偏置构件128对滑动套筒施加的压力(例如,沿朝向第三位置的方向对第三中间面126g施加的压力)就会大于流体液压所导致的沿离开第三位置的方向的力(例如,由偏置弹簧128所施加的力克服任何摩擦力和流体液压所导致的任何力),因而引起滑动套筒126沿第三位置的方向移动,例如直到第四中间肩台126k靠在凹部138的下肩台138b上,因而使滑动套筒126从第二位置转换到第三位置为止。
[0060] 在一个实施例中,下阈值可为小于大约6,OOOp.s.1.;替代性地为小于大约5, OOOp.s.1.;替代性地为小于大约4,OOOp.s.1.;替代性地为小于大约3,OOOp.s.1.;替代性地为小于大约2,OOOp.s.1.;替代性地为小于大约1,OOOp.s.1.;替代性地为小于大约500p.s.1.;替代性地为大约Op.s.1.。
[0061] 在一个实施例中,滑动套筒沿第三位置的方向滑动,直至滑动套筒126的锁定构件130 (例如,扣环、锁环、棘齿、或类似构件)与壳体120的第四孔表面139d中的/沿第四孔表面的邻近的锁定槽132 (例如,槽部、沟道部、卡爪、抓钩、或类似部位)接合,因而阻止或限制滑动套筒126进一步移动(例如,阻止其离开第三位置)为止。因此,滑动套筒126被保持在第三位置;在第三位置,壳体120的端口 122不再受到阻挡,因而允许通过壳体120的端口 122离开套管柱150的流体连通(例如,对井眼114的流体连通、对地层102的流体连通、或对二者的流体连通)。
[0062] 在一个实施例中,在将滑动套筒126转换到第三位置之后,流体可被允许通过PTV100的端口 122来逸出套管150的轴向流动孔115和PTV100的轴向流动孔124。在这样的实施例中,允许流体从套管柱150逸出,就可使得填塞构件能够被引入套管柱150中并穿过套管柱而被传送,例如为了与被整合在套管柱150内的井眼服务工具中的适当的填塞构件保持件(例如,座形部)接合,由此允许这样的井眼服务工具致动(例如,打开压裂和/或穿透工具中的一个或多个端口、滑动套筒、窗口等)以实施地层服务操作,举例来说,实施诸如像压裂、穿透、酸化之类的地层激励操作、或类似的激励操作。
[0063] 在一个实施例中,井眼服务操作还可包括实施地层激励操作,举例来说,通过被整合在套管柱中的一个或多个井眼服务工具来实施地层激励操作。并且,在完成这样的地层激励操作之后,井眼服务方法还可包括通过井眼从地层产出地层流体(例如像油和/或气之类的烃类物质)。
[0064] 在一个实施例中,如本文或本文中某些部分所公开的PTV100、包括PTV100的系统、和/或采用这样的系统和/或PTVlOO的井眼服务方法,可被有益地应用于套管柱的压力测试。举例来说,在一个实施例中,类似于PTVlOO的PTV使得套管柱能够在所需压力被安全地加压(例如,被测试),而不需要在压力测试之后超过这样的测试压力以转换打开某阀。举例来说,如本文公开的,因为PTVlOO可被构造为根据任何适当的压力而从第一形态转换到第二形态,且因为PTVlOO在流体压力减弱之前不允许流体连通,所以本文公开的PTV可被打开而不需要超过压力测试的最大值。
[0065] 如本领域技术人员会认识到的,传统的在对套管柱进行压力测试之后提供流体连通的方法要求在压力测试之后,使套管柱受到过压(over-pressuring),以剪切一个或多个剪切销,并因此使得流体能够从套管柱的轴向流动孔连通到井眼地层。这样,传统的工具、系统、和/或方法不会提供某种方式来确保一个或多个端口打开而不使用大体超过压力测试期间所用的最大压力的压力等级。因此,本文公开的方法提供了使得套管柱的压力测试能够被实施且仅需要标准压力测试等级范围内的压力等级的手段。
[0066] 附加公开
[0067] 以下为根据本发明的多个非限制性具体实施例:
[0068] 第一实施例是包括套管柱、以及压力测试阀的井眼服务系统,压力测试阀被整合在套管柱中且包括壳体和滑动套筒,壳体包括一个或多个端口、以及一轴向流动孔,其中,滑动套筒被可滑动地放置于壳体中且可从第一位置转换到第二位置,并可从第二位置转换到第三位置;其中,当滑动套筒处于第一位置和第二位置时,滑动套筒阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路,而当滑动套筒处于第三位置时,滑动套筒不阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路;其中,压力测试阀被构造为,使得沿第二位置的方向对滑动套筒施加力而引起滑动套筒从第一位置转换到第二位置;而且其中,压力测试阀被构造为,使得沿第二位置的方向对滑动套筒施加的力减少,而引起滑动套筒从第二位置转换到第三位置。
[0069] 第二实施例是第一实施例的井眼服务系统,其中,压力测试阀被构造为,使得对轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力而引起滑动套筒从第一位置转换到第二位置。
[0070] 第三实施例是第二实施例的井眼服务系统,其中,压力测试阀被构造为,使得对轴向流动孔施加的流体压力减少到不高于下阈值,而引起滑动套筒从第二位置转换到第三位置。
[0071] 第四实施例是第一实施例至第三实施例其中之一的井眼服务系统,其中,滑动套筒沿第三位置的方向被偏置。
[0072] 第五实施例是第四实施例的井眼服务系统,其中,压力测试阀包括弹簧,其中,弹簧被构造为朝向第三位置偏置滑动套筒。
[0073] 第六实施例是第一实施例至第五实施例其中之一的井眼服务系统,其中,压力测试阀包括一个或多个脆性构件。
[0074] 第七实施例是第六实施例的井眼服务系统,其中,一个或多个脆性构件被构造为将滑动套筒保持在第一位置。
[0075] 第八实施例第一实施例至第七实施例其中之一的井眼服务系统,其中,压力测试阀包括锁定系统,该锁定系统包括锁定件和锁定槽。
[0076] 第九实施例是第八实施例的井眼服务系统,其中,锁定件与锁定槽结合,以将滑动套筒保持在第三位置。
[0077] 第十实施例是第一实施例至第九实施例其中之一的井眼服务系统,其中,压力测试阀包括差值面积腔室,其中,该差值面积腔室不流体暴露于轴向流动孔。
[0078] 第十一实施例是第十实施例的井眼服务系统,其中,差值面积包括一个或多个O形环。
[0079] 第十二实施例是第三实施例的井眼服务系统,其中,上阈值为至少大约15,OOOp.S ■ X ■ ο
[0080] 第十三实施例是第三实施例的井眼服务系统,其中,上阈值为至少大约18,OOOp.S ■ X ■ ο
[0081] 第十四实施例是第三实施例的井眼服务系统,其中,下阈值为不大于大约5,OOOp.S ■ X ■ ο
[0082] 第十五实施例是第三实施例的井眼服务系统,其中,下阈值为不大于大约4,OOOp.S ■ X ■ ο
[0083] 第十六实施例是井眼服务方法,包括:将其中整合有压力测试阀的套管柱放置于穿透地层的井眼中,其中,压力测试阀包括壳体和滑动套筒,壳体包括一个或多个端口和轴向流动孔,其中,滑动套筒被可滑动地放置于壳体中,其中,滑动套筒被构造为当套管柱被放置于井眼中时,阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路;对轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力,其中,在施加至少为上阈值的流体压力时,滑动套筒继续阻挡流体连通的通路;以及将流体压力减少到不高于下阈值,其中,一旦流体压力减少到不高于下阈值,滑动套筒就允许通过壳体的一个或多个端口的流体连通。
[0084] 第十七实施例是第十六实施例的方法,其中,在施加至少为上阈值的流体压力之前,滑动套筒由一个或多个剪切销保持就位,其中,施加至少为上阈值的流体压力引起一个或多个剪切销断裂、剪切、破坏、破裂、或它们的组合。
[0085] 第十八实施例是第十六至第十七实施例其中之一的方法,其中,滑动套筒还包括锁定系统,该锁定系统被构造在为在流体压力减少到不高于下阈值之后,使滑动套筒保持就位。
[0086] 第十九实施例是井眼服务方法,包括:将其中整合有压力测试阀的套管柱放置于穿透地层的井眼中;对套管柱的轴向流动孔加压,其中,该轴向流动孔中的压力至少达到上阈值;将轴向流动孔中的压力维持预定时间;允许轴向流动孔中的压力减弱到不高于下阈值,其中,一旦允许轴向流动孔中的压力减弱到不高于下阈值,压力测试阀就打开。
[0087] 第二十实施例是第十九实施例的井眼服务方法,其中,被施加至轴向流动孔的压力小于或大约等于上阈值。
[0088] 第二十一实施例是井眼服务方法,包括:以第一压力对被放置于穿透地层的井眼中的管柱进行压力测试;将管柱中的压力减少到低于第一压力的第二压力,其中,减少压力使得管柱的内部与井眼之间的流体路径打开;以及使流体沿管柱向下流动、流过流体路径、并流入井眼或地层中。
[0089] 第二十二实施例是第二十一实施例的方法,其中,使流体沿管柱向下流动还包括:使填塞构件沿管柱向下流动;将填塞构件停靠在与井眼工具相关的停靠结构上;以及通过停靠的填塞构件对井眼工具施加液压力,以将井眼工具构造为实施井眼服务。
[0090] 第二十三实施例是第二十二实施例的方法,其中,填塞构件为球形件或梭形件,且停靠结构为座形部,该座形部被构造为容纳球形件或梭形件,井眼服务工具是压裂或穿透工具,且井眼服务为压裂或穿透服务。
[0091] 第二十四实施例是井眼服务系统,包括套管柱、以及压力测试阀,压力测试阀被整合在套管柱中且包括壳体和滑动套筒,壳体包括一个或多个端口以及一轴向流动孔,其中,滑动套筒被可滑动地放置于壳体中且可从第一位置转换到第二位置,并可从第二位置转换到第三位置,其中,当滑动套筒处于第一位置和第二位置时,滑动套筒阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路,而当滑动套筒处于第三位置时,滑动套筒不阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路,其中,压力测试阀被构造为,使得对轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力而引起滑动套筒从第一位置转换到第二位置,而且其中,压力测试阀被构造为,使得对轴向流动孔施加的流体压力减少到不高于下阈值,而引起滑动套筒从第二位置转换到第三位置。
[0092] 虽然已示出和描述了本发明的多个实施例,但本领域技术人员在不违背本发明的精神和教导的前提下,可对这些实施例做出多种改型。本文描述的实施例仅是示例性的,而并非旨在限制。本文公开的本发明的多种变化和改型均是可行的且处在本发明的范围内。虽然多个数值范围和数值限定值被明确陈述,但这些明确的范围或限定值应被理解为包括落入被明确陈述的范围或限定值中的相似量级的重迭的范围或限定值(例如,从大约I至大约10包括2、3、4等;大于0.10包括0.11,0.12,0.13等)。举例来说,只要公开了具有下限Rl和上限Ru的数值范围,则任何落入该范围内的数值也被具体地公开。具体来说,该范围内的以下数值被具体地公开:R = Rl+kX (Ru-Rl),其中,k是处于1%至100%的范围内、以 1% 递增的变量,即 k 是 1%、2%、3%、4%、5%、…50%、51%、52%、…95%、96%、97%、98%、99%、或100%。而且,如以上限定的任何由两个R数值限定的数值范围也被具体地公开。涉及权利要求的任何元件所用的术语“可选地”旨在意指目标元件是必需的、或替代性的、或不必要的。两种选择均应被视为处在权利要求的范围内。对诸如“包括”、“包含”、“具有”等广义术语的使用应被理解为对诸如“由……组成”、“基本由……组成”、“基本包括”等狭义术语提供了支持。
[0093] 所以,保护范围不限于以上描述,而仅由所附权利要求书来限定,该范围包括各权利要求的主题的所有等效方案。每个权利要求和所有的权利要求均作为本发明的实施例而被包含在说明书中。因此,权利要求是本发明的多个实施例的进一步的描述和组合。在多个实施例的具体实施方式中援引的论述并非承认其为本发明的现有技术,对于公开日可能在本发明的优先权日之后的任何援引尤其如此。本文引用的所有专利、专利申请、以及公开文献的公开披露在此通过援引而被并入达到它们对本文提出的内容提供示例性、程序性或其它细节性补充的程度。

Claims (24)

1.一种井眼服务系统,包括: 套管柱;以及 压力测试阀,所述压力测试阀被整合在所述套管柱中且包括: 壳体,包括一个或多个端口以及一轴向流动孔;以及 滑动套筒,其中,所述滑动套筒被可滑动地放置于所述壳体中且能够: 从第一位置转换到第二位置,并从所述第二位置转换到第三位置; 其中,当所述滑动套筒处于所述第一位置和所述第二位置时,所述滑动套筒阻挡通过所述一个或多个端口的流体连通的通路,而当所述滑动套筒处于所述第三位置时,所述滑动套筒不阻挡通过所述一个或多个端口的流体连通的通路; 其中,所述压力测试阀被构造为,使得沿所述第二位置的方向对所述滑动套筒施加力而引起所述滑动套筒从所述第一位置转换到所述第二位置;而且 其中,所述压力测试阀被构造为,使得沿所述第二位置的方向对所述滑动套筒施加的力减少,而引起所述滑动套筒从所述第二位置转换到所述第三位置。
2.根据权利要求1所述的井眼服务系统,其中,所述压力测试阀被构造为,使得对所述轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力而引起所述滑动套筒从所述第一位置转换到所述第二位置。
3.根据权利要求2所述的井眼服务系统,其中,所述压力测试阀构造为,使得对所述轴向流动孔施加的流体压力减少到不高于下阈值而引起所述滑动套筒从所述第二位置转换到所述第三位置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的井眼服务系统,其中,所述滑动套筒沿所述第三位置的方向被偏置。
5.根据权利要求4所述的井眼服务系统,其中,所述压力测试阀包括弹簧,其中,所述弹簧被构造为朝向所述第三位置偏置所述滑动套筒。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的井眼服务系统,其中,所述压力测试阀包括一个或多个脆性构件。
7.根据权利要求6所述的井眼服务系统,其中,所述一个或多个脆性构件被构造为,将所述滑动套筒保持在所述第一位置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的井眼服务系统,其中,所述压力测试阀包括锁定系统,所述锁定系统包括锁定件和锁定槽。
9.根据权利要求8所述的井眼服务系统,其中,所述锁定件与所述锁定槽结合,以将所述滑动套筒保持在所述第三位置。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的井眼服务系统,其中,所述压力测试阀包括差值面积腔室,其中,所述差值面积腔室不流体暴露于所述轴向流动孔。
11.根据权利要求10所述的井眼服务系统,其中,所述差值面积包括一个或多个O形环。
12.根据权利要求3所述的井眼服务系统,其中,所述上阈值为至少大约15,OOOp.S ■ X ■ ο
13.根据权利要求3所述的井眼服务系统,其中,所述上阈值为至少大约18,OOOp.S ■ X ■ ο
14.根据权利要求3所述的井眼服务系统,其中,所述下阈值不大于大约5,OOOp.s.1.。
15.根据权利要求3所述的井眼服务系统,其中,所述下阈值不大于大约4,OOOp.s.1.。
16.—种井眼服务方法,包括: 将其中整合有压力测试阀的套管柱放置于穿透地层的井眼中,其中,所述压力测试阀包括: 壳体,包括一个或多个端口以及一轴向流动孔;以及 滑动套筒,其中,所述滑动套筒被可滑动地放置于所述壳体中,其中,所述滑动套筒被构造为,当所述套管柱被放置于所述井眼中时,阻挡通过一个或多个端口的流体连通的通路; 对所述轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力,其中,当施加至少为所述上阈值的流体压力时,所述滑动套筒继续阻挡流体连通的通路;以及 将流体压力减少到不高于下阈值,其中,一旦流体压力减少到不高于所述下阈值,所述滑动套筒就允许通过所述壳体的一个或多个端口的流体连通。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,在施加至少为所述上阈值的流体压力之前,所述滑动套筒由一个或多个剪切销保持就位,其中,施加至少为所述上阈值的流体压力引起所述一个或多个剪切销的断裂、剪切、破坏、破裂、或其组合。
18.根据权利要求16-17中任一项所述的方法,其中,所述滑动套筒还包括锁定系统,所述锁定系统被构造为,在流体压力减少到不高于所述下阈值之后,使所述滑动套筒保持就位。
19.一种井眼服务方法,包括: 将其中整合有压力测试阀的套管柱放置于穿透地层的井眼中; 对所述套管柱的轴向流动孔加压,其中,所述轴向流动孔中的压力至少达到上阈值; 将所述轴向流动孔中的压力维持预定时间; 允许所述轴向流动孔中的压力减弱到不高于下阈值,其中,一旦允许所述轴向流动孔中的压力减弱到不高于所述下阈值,所述压力测试阀就打开。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,被施加至所述轴向流动孔的压力大约等于或小于上阈值。
21.—种井眼服务方法,包括: 以第一压力对被放置于穿透地层的井眼中的管柱进行压力测试; 将所述管柱中的压力减少到低于所述第一压力的第二压力,其中,减少压力使得所述管柱的内部与所述井眼之间的流体路径打开;以及 使流体沿所述管柱向下流动、流过所述流体路径、并流入所述井眼或地层中。
22.根据权利要求21所述的方法,其中,使流体沿所述管柱向下流动还包括:使填塞构件沿所述管柱向下流动;将所述填塞构件停靠在与井眼工具相关的停靠结构上;以及通过停靠的所述填塞构件对所述井眼工具施加液压力,以将所述井眼工具构造为实施井眼服务。
23.根据权利要求22所述的方法,其中,所述填塞构件为球形件或梭形件,所述停靠结构被构造为容纳所述球形件或梭形件的座形部,所述井眼服务工具是压裂或穿透工具,且所述井眼服务是压裂或穿透服务。
24.—种井眼服务系统,包括: 套管柱;以及 压力测试阀,所述压力测试阀被整合在所述套管柱中且包括: 壳体,所述壳体包括一个或多个端口以及一轴向流动孔;以及 滑动套筒,其中,所述滑动套筒被可滑动地放置于所述壳体中且能够: 从第一位置转换到第二位置,并且从所述第二位置转换到第三位置; 其中,当所述滑动套筒处于所述第一位置和所述第二位置时,所述滑动套筒阻挡通过所述一个或多个端口的流体连通的通路,而当所述滑动套筒处于所述第三位置时,所述滑动套筒不阻挡通过所述一个或多个端口的流体连通的通路; 其中,所述压力测试阀被构造为,使得对所述轴向流动孔施加至少为上阈值的流体压力而引起所述滑动套筒从所述第一位置转换到所述第二位置;而且 其中,所述压力测试阀被构造为,使得对所述轴向流动孔施加的流体压力减少到不高于下阈值,而引起所述滑动套筒从所述第二位置转换到所述第三位置。
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