CN104854301A

CN104854301A - 用于压裂石油和天然气井的系统和方法

Info

Publication number: CN104854301A
Application number: CN201380065690.2A
Authority: CN
Inventors: K·布莱克
Original assignee: Fu Luo Moors Weir Technology Co
Current assignee: Fu Luo Moors Weir Technology Co
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: AU2013394347A1; MX2015000912A; EA029721B1; BR112015011565A2; CA2886434C; EP2877683A1; EP2877683B1; CA2886434A1; CN104854301B; AU2017232094B2; EA201590099A1; AU2017232094A1; WO2015039698A1

Abstract

本公开涉及一种改进的井压裂系统和方法。在一个实施例中，该系统可包括基管(100)和滑动套筒(200)，基管(100)包括能够容纳止动球的插入口(101)，止动球部分在基管的室内。滑动套筒可包括具有内表面的第一套筒(202)。该内表面可包括空隙。第一套筒可被操作至两个位置。在第一位置处，该空隙可位于基管的不包括插入口的表面上。这种定位可阻止止动球(502)从基管的室离开。在第二位置处，该空隙可位于插入口上。这种定位可允许止动球从基管的室离开并进入空隙。

Description

用于压裂石油和天然气井的系统和方法

技术背景

本公开涉及用于获取石油和天然气的压裂系统和方法。

这些年来，天然气和石油的需求显著增长，使生产效率低的石油和天然气储层经济上可行，水力压裂在全球范围内的能源生产中扮演着重要角色。几十年来，不同的技术已被用来改善从石油和天然气中生产资源的方法。使长水平井眼具有多个裂缝是一种用于提高井中油气开采的常用工艺。该工艺开始于井已被钻好且完备件已安装在井眼之后。多阶段段压裂方法涉及将大量加压的水或凝胶、支撑剂和/或其它化学品泵入井眼，以在沿着井眼的储层中产生多个离散裂缝。

目前正在使用的一种先进方法是在一次泵送操作中同时进行多达30个裂缝的支撑剂压裂。该方法涉及用于阻止裂缝关闭的支撑剂的使用。然而，这种做法通常会导致裂缝之间支撑剂的不均匀分布，这将降低压裂系统的效率。其结果是，这种做法也可能导致裂缝蔓延至远离目标储层的区域。因此，这样的方法可能是低效而不安全的。

此外，支撑压裂通常包括多个步骤且需要多个工具，才能成功地进行。这种做法将造成裂缝间支撑剂的不均匀分布，且高度依赖于在各压裂阶段之间设置塞或使用尺寸加大的压裂球。在这些方法中，每个裂缝被穿孔或是泵入后可设置塞，或者压裂球可从表面落入，以连续打开沿着井分布的压裂阀中。对于每一阶段，不同直径的球落入对应于特定压裂阀的阀座的井中。在油井的一点处，由于井眼直径减小，该球将不能通过。一旦球在位，压裂即可进行。压裂后，塞必须被钻出且球必须被回收。每个压裂阶段中，在设置塞时，过多的时间和精力被消耗在各阶段之间离开孔和钻出塞上。此外，陆上钻机通常按天数来付租金，任何的延迟都可能使成本增加许多。另外，在球方法中，在由于小的球直径因为大压力损失而难以压裂，使得流动区域受限制之前，仅可能约有12个不同压裂阶段。

因此，本领域急需一种改进的用于压裂油气井的系统和方法。

发明内容

本公开涉及一种改进的井压裂系统和方法。在一个实施例中，该系统可包括基管和滑动套筒，所述基管包括能够容纳止动球的插入口，所述止动球部分在所述基管的室内。所述滑动套筒可包括具有内表面的第一套筒。所述内表面可包括空隙。所述第一套筒可被操作至两个位置。在第一位置处，该空隙可位于所述基管的不包括插入口的表面上，这种定位可阻止所述止动球从所述基管的室离开。在第二位置处，该空隙可位于所述插入口上。这种定位可允许所述止动球从所述基管的室离开并进入所述空隙。

在另一个实施例中，所述方法可包括将基管连接在管柱内。所述基管可包括能够容纳止动球的插入口，所述止动球部分在所述基管的室内。该方法还可包括将滑动套筒从第一位置致动至第二位置的步骤。所述滑动套筒可包括具有内表面的第一套筒，其中所述内表面包括空隙。在所述第一位置处，所述空隙可位于所述基管的不包括所述插入口的表面上，以阻止所述止动球离开所述基管的室。在所述第二位置处，所述空隙可位于所述插入口上，所述止动球能够从所述基管的室离开并进入所述空隙。

简要附图说明

图1A示出了基管的侧视图。

图1B示出了基管的正视图。

图1C示出了基管的剖面图。

图2A示出了滑动套筒。

图2B示出了滑动套筒的正视图。

图2C示出了滑动套筒的剖面图。

图2D示出了滑动套筒剖面图，该滑动套筒还包括固定套筒和致动器。

图3A示出了外环的外周图。

图3B示出了外环的正视图。

图4A示出了阀壳。

图4B示出了阀壳的压裂口。

图4C示出了阀壳的生产槽。

图5示出了压裂状态下的压裂阀。

图6示出了压裂口中的阻抗装置。

图7示出了生产状态下的压裂阀。

具体实施方式

本文所述的是用于获取石油和天然气的改进的压裂系统和方法。下文所呈的描述使得本领域的技术人员能够制造和使用所要求保护的本发明并通过下面讨论的具体实施例来提供，下文所述的具体实施例的变型对于本领域技术人员是显而易见的。为了清楚起见，并不是实际实现的所有特征在本说明书中都进行了描述。应理解，在任何这种实际实施(如在任何开发项目中)的开发中，必须进行精确的设计来实现设计者的特定目标(例如符合系统和商业相关限制)，且这些目标对于不同的实施方式来说不同。还应当认识到，这种开发努力可能是复杂且费时的，但是对于得益于本公开的相应技术领域内的普通技术人员来说将只是常规任务而已。相应地，本文所附的权利要求并不旨在被所公开的实施例限制，而是应被赋予与本文中公开的原理和特征相一致的最广范围。

图1A示出基管100的侧视图。基管100可被连接作为管柱的一部分。在一个实施方式中，基管100可为包括不同的壁开口和/或槽的圆柱状材料。基管100的壁开口可包括插入口101、压裂口102和/或生产口103。插入口101可由基管100上的一个或更多小开口组成。压裂口102也可由一个或更多开口形成。此外，生产口103可为基管100上的多个开口。

图1B示出了基管100的正视图。基管100进一步包括室104。室104可以是圆柱形开口或形成于基管100内的空间。这样，室104可以是能够允许材料例(如压裂流体或碳氢化合物)通过的开口。图1C示出了基管100的剖视图。上述的各个壁开口可围绕基管100圆周布置。

图2A示出一滑动套筒200。滑动套筒200通过致动器206连接至固定套筒205，且滑动套筒200与外环207相符。在一个实施例中，滑动套筒200可以是可包括压裂口102的圆筒形管。因此，压裂口可具有在基管101内的第一部分和在滑动套筒200内的第二部分。图2B示出滑动套筒200的正视图。滑动套筒200可进一步包括外室201。在一个实施例中，外室201可以是比室104大的开口。这样，室201可足够大以容纳基管100。

图2C示出了滑动套筒200的剖视图。滑动套筒200可包括第一套筒202和第二套筒203。第一套筒202和第二套筒203可通过一个或多个曲面片204连接，每个曲面片204之间的空间可界定压裂口102的一部分。第一套筒202的内表面可具有瓶颈空隙，或者任何其他在内表面内的角空隙。该空隙可围绕基管101的整个内直径(部分或局部地围绕内直径)径向延伸。如果完全围绕内径，内表面的端部可具有小于该空隙的直径。

图2D示出了滑动套筒200的剖视图，该滑动套筒200还包括固定套筒205和致动器206。在一个实施例中，致动器206可以是偏置装置。在该实施例中，偏置装置可以是弹簧。在另一个实施例中，致动器可以是双向的和/或电动的。在一个实施例中，滑动套筒200的第二套筒203可通过致动器206附连至固定套筒205。在一个实施例中，滑动套筒200可被拉向固定套筒205，从而通过势能压缩或以其他方式加载致动器206。随后，通过将滑动套筒200推离固定套筒205可释放致动器206，或者以其他方式驱动致动器206。

图3A示出了外环的周视图207。如图3B所示，在一个实施例中，外环207可以是形成环形室301的固体圆柱管。在一个实施例中，外环207可以是形成圆柱形的封闭固体材料。环形室301可以是形成于外环207内的空间。此外，环形室301可以足够大以滑过基管100。

图4A示出了阀壳400。在一个实施例中，阀壳400可以是可包括压裂口102和生产口103的圆筒形材料。如图4B所示，在一个实施例中，压裂口102可以是围绕阀壳400圆周布置的多个开口。此外，如图4C所示，生产口103可以是围绕阀壳400布置的一个或多个开口。

图5示出了压裂模式下的压裂阀500。在一个实施例中，压裂阀500可包括基管100、滑动套筒200、外环207和/或阀400。在该实施例中，基管100可以是压裂阀500的最内层。围绕基管100的中间层可包括滑动套筒200和固定于基管100的外环207，其中固定套筒205被固定到基管100。压裂阀500可包括阀壳400(在以后作为外部件)。在一个实施例中，阀壳400可连接到外环207和固定套筒205。在压裂位置处，由于基管100和滑动套筒200的相对位置，压裂口102可对准并打开。

压裂阀500还可包括压裂球501以及一个或多个止动球502。在一个实施例中，止动球502可停留在插入口101中。在压裂状态下，致动器206可处于封闭的状态，将止动球502部分推压进入室104。在这样的状态下，压裂球501可以从表面释放并下行至井中。当压裂阀500处于压裂模式时，压裂球501可以被任何的突出止动球502停止在插入口101。这样，止动球502的突出部分可以使压裂球501停止。在该状态下，压裂口102将打开，从而允许支撑剂从室104通过压裂口102流入地层，从而允许压裂发生。

图6示出了阻抗装置抵抗致动器206的一个示例，在一实施例中，致动器206是诸如弹簧的偏置装置。在一实施例中，阻抗装置可以是系带601形式的腐蚀装置。系带601可将滑动套筒200与基管100连接。系带待用时，可阻止致动器206释放。一旦系带断裂了，致动器206可以推动滑动套筒601。破坏系带601的一种方法是通过压裂口推送与系带反应的腐蚀材料，腐蚀系带601直到致动器可克服其阻抗。

图7示出了生产模式下的压裂阀500。当滑动套筒200被致动器206推向外环207时，压裂口102可以关闭，且生产口103可以打开。同时，压裂球501可以将止动球502推回入第一套筒202的内端，从而可以进一步允许压裂球501通过基管101滑动到另一压裂阀500。一旦生产口103被打开，就可以开始石油和天然气的提取。在一个实施例中，生产口可具有止回阀，以允许压裂继续下行而不将压裂液推过生产口。

上文所述的操作方法的细节可发生各种改变，而不脱离以下权利要求的范围。一些实施例可结合本文中作为独立步骤所描述的操作。同样地，所描述步骤中的一个或多个可以被省略，这取决于实现该方法的具体操作环境。应理解的是，上述的实施例是说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施例可彼此组合使用。阅读了上文的描述，许多其它实施例对于本领域中的技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应结合所附的权利要求，连同这些权利要求权利覆盖的所有等效物来确定。在所附的权利要求中，“包括”和“其中”等术语被用作“包含”和“其中”等相应术语的纯语言等同物。

Claims

1.一种井压裂系统，包括：

基管，所述基管包括能够容纳止动球的插入口，所述止动球部分在所述基管的室内；

滑动套筒，所述滑动套筒包括第一套筒，所述第一套筒包括内表面，所述内表面包括空隙，所述第一套筒可被操作至

第一位置，其中所述空隙位于所述基管的不包括所述插入口的表面上，以阻止所述止动球从所述基管的室离开；和

第二位置，其中所述空隙位于所述插入口上，所述止动球能够从所述基管的室离开，进入所述空隙。

2.根据权利要求1所述的井压裂系统，其特征在于，所述井压裂系统还包括：

固定套筒，所述固定套筒围绕所述基管在所述滑动套筒的第一侧附近固定；和

致动器，所述致动器将所述固定套筒连接至所述滑动套筒，所述致动器能够将滑动套筒从所述第一位置移动到所述第二位置。

3.根据权利要求1所述的井压裂系统，其特征在于，

所述基管还包括

压裂口第一部分且

所述滑动套筒进一步包括

第二套筒；

压裂口第二部分；以及

一个或多个弯曲片，所述一个或多个弯曲片将所述第一套筒连接至所述第二套筒，且所述一个或多个弯曲片之间的空间界定所述压裂口第二部分。

4.根据权利要求3所述的井压裂系统，其特征在于，所述基管进一步包括生产口。

5.根据权利要求3所述的井压裂系统，其特征在于，

当所述滑动套筒位于所述第一位置时，所述压裂口第一部分与所述压裂口第二部分对准；且

当所述滑动套筒位于所述第二位置时，所述压裂口第一部分与所述压裂口第二部分不对准。

6.根据权利要求1所述的井压裂系统，其特征在于，

当所述滑动套筒位于所述第一位置时，所述第二套筒阻挡所述生产口；且

当所述滑动套筒位于所述第二位置时，所述第二套筒并不阻挡所述生产口。

7.根据权利要求4所述的井压裂系统，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的井压裂系统，其特征在于，所述插入口在接近所述基管的室处更狭窄，以阻止所述止动球完全进入所述室。

9.根据权利要求1所述的井压裂系统，其特征在于，所述基管包括第二插入口。

10.根据权利要求9所述的井压裂系统，其特征在于，所述空隙围绕所述基管的内径径向延伸，使得

当偏置装置在第一位置时，所述空隙位于所述基管的不包括所述第二插入口的表面上；且

当偏置装置在第二位置时，所述空隙位于所述第二插入口上。

11.根据权利要求9所述的井压裂系统，其特征在于，所述基管包括位于所述基管的内表面上的第二空隙，使得

当偏置装置位于所述第一位置时，所述第二空隙位于所述基管的不包括所述第二插入口的表面上；且

当偏置装置位于所述第二位置时，所述第二空隙位于所述第二插入口上。

12.根据权利要求2所述的井压裂系统，其特征在于，所述致动器是弹簧。

13.根据权利要求2所述的井压裂系统，其特征在于，所述井压裂系统还包括阻抗装置，所述阻抗装置阻止偏置装置从第一位置移动至第二位置。

14.根据权利要求13所述的井压裂系统，其特征在于，所述阻抗装置是系带，所述系带的第一端连接至所述基管，所述系带的第二端连接至所述滑动套筒，所述系带在所述压裂口第一部分和所述压裂口第二部分之内。

15.根据权利要求2所述的井压裂系统，其特征在于，所述井压裂系统进一步包括围绕所述基管在所述滑动套筒的第一侧附近处固定的外环。

16.根据权利要求1所述的井压裂系统，其特征在于，所述井压裂系统进一步包括在所述生产口处的单向阀，以阻止压裂流体在所述生产口处从所述基管离开。

17.一种压裂井的方法，包括步骤：

将基管连接在管柱内，所述基管包括能够容纳止动球的插入口，所述止动球部分在所述基管的室内；

将所述滑动套筒从第一位置致动至第二位置，所述滑动套筒包括第一套筒，所述第一套筒包括内表面，所述内表面包括空隙，所述第一套筒可定位至

所述第一位置，其中所述空隙位于所述基管的不包括所述插入口的表面上，以阻止所述止动球离开所述基管的室；和

所述第二位置，其中所述空隙位于所述插入口上，所述止动球能够从所述基管的室离开并进入所述空隙。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括压裂井的在先步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括将压裂球通过所述管柱推至所述止动球的在先步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述压裂球推过所述基管推至在第二个基管处的第二个或更多个止动球的步骤。