CN105143595B - 用于通过生产管道的井激励的可调整的隔离套筒组件 - Google Patents
用于通过生产管道的井激励的可调整的隔离套筒组件 Download PDFInfo
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Abstract
一种压裂系统(17)，包括压裂卷筒(18)，其安装到井口组件(10)上，用于将压裂流体注入到井口组件(10)下面的井(12)中。在压裂系统(17)中包含隔离套筒(42)，其联接在压裂卷筒(18)上，并延伸到井口(10)中，从而隔离和保护井口组件(10)的部分免于压裂流体。密封件(52)位于隔离套筒(42)和井口组件(10)的孔(49)之间，其螺纹接合到隔离套筒(42)上。操纵隔离套筒(42)和密封件(52)之间的螺纹连接将隔离套筒(42)选择性地定位到井口组件(10)中的指定的轴向位置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求要求享有于2012年7月17日提交的待审的美国临时申请序号No.61/672,565的优先权和权益，其整个公开通过引用而结合在本文中，用于所有目的。
发明背景
1. 技术领域
本公开总地涉及一种隔离套筒，其在通过生产管道进行水力压裂操作期间用于保护井口免于高的破裂压力，并且尤其涉及一种套筒组件，其在长度上是可调整的，以适应不同的井口叠层和公差方面的变化。
2. 现有技术的描述
一种用于油井或气井的处理类型被称为井压裂或井“破裂”。在典型的破裂操作中，适配器连接在井口部件的上端，并且将高压液体向下抽送到井中，以便在地层中产生压裂部。在压裂流体中时常包含支撑剂材料，其进入压裂部中，以便在除去高压之后保持压裂部打开。水力压裂对于具有低渗透性和恰当多孔性的承载碳氢化合物的地层是特别有用的，因为夹带的碳氢化合物可以更容易地流过地层中所产生的压裂部。
破裂流体压力时常在高达8,000至9,000psi的压力范围内；而正常的井口操作压力可能是几百至几千psi。因此，破裂压力通常超过了井口和其相关联的阀门的额定压力。此外，对压裂流体的添加剂，例如支撑剂对于井口部分可能是非常磨损性的和毁坏性的。隔离套筒有时用于解决过压和流体侵蚀的问题。总地说来，隔离套筒密封在井口上方的适配器和延伸到井中的外壳或管道之间。
发明内容
这里公开的是压裂井眼的示例。在一个示例中公开了用于与井口组件使用的压裂组件，其包括选择性地安装在井口组件上的压裂卷筒、设置于压裂卷筒的轴向孔的密封件、和隔离套筒。隔离套筒具有与压裂流体的供应部选择性连通的一个端部。隔离套筒的一部分延伸到井口组件的主孔中，并且在压裂流体和井口组件的构件之间限定了屏障。隔离套筒具有带螺纹部分的外表面，该螺纹部分与套筒内表面上的螺纹相接合，该螺纹具有一定的长度，使得隔离套筒相对主孔内的轴向位置是可调整的。可包含防旋转螺钉，其被径向设置以穿过压裂卷筒的侧壁，并且具有一个端部，其插入到密封件的外表面中所形成的凹槽中，使得密封件被旋转固定在压裂卷筒上。这个示例可选地包含了一种锁定螺钉，其被径向设置成穿过压裂卷筒的侧壁，并且与远离凹槽的密封件的端部相接触，并且将力施加至被引导朝向凹槽的密封件上。密封件可包括环形承载环、堆叠到承载环上的环形弹性的压缩密封件、堆叠到压缩环上的环形压缩环、轴向地形成于承载环的侧壁中的通道、压缩密封件、压缩环、和插入到通道中的紧固件，并且紧固件均具有螺纹接合到承载环中的下端以及与压缩环干涉接触的上端。在一个实施例中，井口组件是第一井口组件，其中压裂卷筒选择性地安装在第二井口组件上，第二井口组件具有轴向位置处的构件，该轴向位置不同于第一井口组件的构件的轴向位置，并且其中隔离套筒通过旋转而进行选择性地重新定位，并将第二井口组件中的构件与压裂流体隔离开。井口组件可包括安装在管道卷筒上的生产阀门，且其中隔离套筒延伸穿过生产阀门并延伸到管道卷筒中。在一个示例中，隔离套筒延伸经过管道卷筒中的螺纹，并从而在压裂流体和管道卷筒中的螺纹之间限定了屏障。
这里还公开了一种用于与井口组件使用的压裂组件，其由压裂卷筒以及位于压裂卷筒中的隔离套筒组成，压裂卷筒选择性地安装在井口组件上并具有与各个井口组件中的主孔对准的轴向孔，隔离套筒用于将隔离套筒中的压裂流体与位于其中一个井口组件的轴向位置处的所选构件隔离开。隔离套筒是可调整的，从而将压裂流体与另一井口组件中所选择的而且处于不同轴向位置的构件隔离开。隔离套筒的外表面上的螺纹提供了压裂卷筒中的隔离套筒的轴向调整。在压裂卷筒中可提供防旋转螺钉，用于将隔离套筒旋转地锚定在压裂卷筒上。密封件可设于隔离套筒和压裂卷筒中的轴向孔壁之间的环形空间中，其中隔离套筒上的螺纹与密封件上的螺纹相接合，使得隔离套筒的旋转将隔离套筒调整至安装有压裂卷筒的其中一个井口组件中的不同的高度。
这里公开了一种压裂井的方法，其包括对安装在井上的井口组件提供压裂流体的供应部，将隔离套筒插入到井口组件的主孔中，以使井口组件中的构件与压裂流体隔离开，并且调整在主孔内的隔离套筒的轴向位置。在一种示例性的方法中，隔离套筒被插入到第二井口组件中，其具有比第一井口组件中的构件更低的构件。在第二井口组件的主孔中调整隔离套筒的轴向位置，从而将第二井口组件中的构件与压裂流体隔离开。可选地，隔离套筒处于安装在井口组件上的压裂卷筒中，并且密封件处于隔离套筒和压裂卷筒之间。
附图说明
上面已经陈述了本发明的某些特征和好处，其它特征和好处将随着结合附图所做的说明而变得清晰明了，其中：
图1是根据本发明的一个实施例安装在井口组件上的压裂系统的一个示例性实施例的侧截面图。
图2是根据本发明的一个实施例的图1的压裂系统的上部部分的一个示例的截面图。
图3是根据本发明的一个实施例的图1的压裂系统的下部部分的一个示例的截面图。
图4是根据本发明的一个实施例安装在不同井口组件上的图1的压裂系统的侧截面图。
虽然本发明将结合优选实施例进行描述，但是应该懂得其并不意图将本发明局限于该实施例。相反，其意图覆盖所有包含在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的备选方案、变体和等效物。
具体实施方式
现在将在后文中参照附图更完整地描述本公开的方法和系统，在附图中显示了实施例。本公开的方法和系统可采用许多不同的形式，并且不应该认为局限于这里所阐述的例证性的实施例，相反提供这些实施例将使本公开更为彻底和完整，并将其范围完全传达给本领域中的技术人员。全文中相似的标号标识相似的元件。
应该懂得本公开的范围并不局限于结构、操作、精确材料或所示和所述实施例的精确细节，因为改型和等效物对于本领域中的技术人员将是清晰明了的。在附图和说明书中已经公开了例证性的实施例，并且虽然采用了特定的术语，但其只是从普通和描述性的意义上使用的，而不用于限制目的。
在图1的侧截面图中显示了井口组件10的一个示例。井口组件10定位在横穿地层14的井眼12的上方。图1的井口组件10结合压裂操作来使用，从而在地层14中可形成压裂部16，而且其开始于井眼12的壁中。图中显示了压裂系统17，其包括安装在井口组件10的上端的环形压裂卷筒18。供应部线20联接在压裂卷筒18上，其将压裂流体从流体源21传送给井口组件10。压裂卷筒18安装到生产阀体22上，其显示具有相对井口组件10的轴线AX横向延伸的横向孔24。横向孔24与主孔25相交，主孔25轴向穿过井口组件10。所示阀体22同轴地安装在具有轴向空间的管道卷筒26上，其中管道悬挂器28安装在该轴向空间中。图1的井口组件10还包含一系列生产管道30，其上端连接在管道悬挂器28上，并且延伸到井眼12中。管道卷筒26位于外壳卷筒32上，其具有用于支撑一系列外壳36的外壳悬挂器34，其还延伸到井眼12中，并界定管道30的界限。在图1的示例中，外壳卷筒32安装在下部卷筒38上，其显示搁置在层14的表面40上。
压裂系统17还包括环形隔离套筒42，其显示联接在压裂卷筒18中，并且向下悬挂且同轴地插入管道悬挂器28中。显示可选的集中环43同轴地插入在隔离套筒42和压裂卷筒18之间。在一个示例中，隔离套筒42屏蔽井口组件10的部分免于压裂流体的磨损和/或压力，其可能损伤那些部分中所选择的构件。所选择的构件的示例包括生产阀体22中的元件和井口组件10中的螺纹表面。另外，图中显示在通道45中提供了上部锁定螺钉44，通道45径向延伸穿过压裂卷筒18的本体。锁定螺钉44具有内部径向端部，其在压裂卷筒18的本体中突出来，并选择性地将轴向向下的力施加于隔离套筒42上，从而将隔离套筒42固定在主孔25中。在图1中还显示了防旋转螺钉46，其延伸穿过压裂卷筒18中的横向通道47。如下面将更详细所述，防旋转螺钉46的内部径向端部将隔离套筒42旋转地固定在压裂卷筒18中。
图2是压裂卷筒18的一部分和隔离套筒42的上端的放大图。在这个示例中，显示了运送工具48联接在隔离套筒42的上端，并且可选地作为用于在压裂卷筒18所形成的轴向孔49中插入隔离套筒42的装置来提供。J形-凸柄50径向向外从运送工具48突入到凹槽51中，凹槽形成于隔离套筒42的内圆周中，并且定制尺寸以接收J形-凸柄50。在J形-凸柄50不收缩的实施例中，凹槽51可沿着隔离套筒42的内表面圆周然后轴向沿着隔离套筒42的内表面延伸一部分。
环形密封组件52的一个示例同轴地设置在隔离套筒42和压裂卷筒18的内表面53之间的环形空间中。在所示的示例中，密封组件52包括环形压缩环54，其堆叠在上部压缩密封件56上。在一个示例中，上部压缩密封件56包括由弹性体制成的材料，所以当轴向压缩的密封件56径向膨胀时，在隔离套筒42和压裂卷筒18之间的环形空间中形成了流动和压力屏障。密封组件52还包括所示位于上部压缩密封件56下面的环形垫片58，以及位于远离上部压缩密封件56的垫片58的端部的下部压缩密封件60。位于密封组件52下端的是环形承载环62，其显示具有孔64，其中定位螺钉66的螺纹端部被螺纹插入到孔64中。定位螺钉66具有带放大的直径的头部部分68，其显示设于凹槽中，凹槽轴向地形成于压缩环54的上端中。凹槽的宽度减少，从而限定了肩部69，其与头部部分68的下表面形成干涉接触。因此，收紧或放松定位螺钉66可使上部和下部压缩密封件56,60径向膨胀或松弛，从而在隔离套筒42和压裂卷筒18的孔的内圆周之间可产生选择性的密封。
仍然参照图2，压缩环54的上端70以径向向外的距离向下悬挂，使得锁定螺钉44沿着倾斜的表面而与压缩环54相接合。可选地，调整锁定螺钉44的插入深度可轴向调整密封组件52在压裂卷筒18中的放置。类似地，凹槽71形成于承载环62的外圆周上，并且经过策略定位，以接受防旋转螺钉46的内端。在一个示例中，凹槽72经过选择性地定位和定制尺寸，从而与防旋转螺钉46的内端对准，并因此在与防旋转螺钉46的端部接合时将隔离套筒42旋转地固定到压裂卷筒18上。在指定的轴向位置，隔离套筒42的外表面径向向内突出来，从而限定向下面向的肩部72。图中显示沿着隔离套筒42的外圆周的一部分并且在肩部72的下面形成了螺纹74。在图2的示例中，螺纹74穿过承载环62的下端而突出来。远离孔64的承载环62的内圆周径向向内突出，并限定了向上面向的肩部76。在承载环62的内圆周上和穿过肩部76的区域中显示了螺纹78。
现在参照图3，其显示了同轴地插入在管道悬挂器28中隔离套筒42的下部部分的侧截面图。在这个示例中进一步显示了可选的密封件80，其设于管道悬挂器28的外圆周和阀体22的内表面之间。在这个示例中还显示了位于管道悬挂器28的内圆周上，并与隔离套筒42的外表面邻近的螺纹82。螺纹82还受到隔离套筒42的屏蔽，免于井口组件10的压裂流体的影响。在图3的示例中，隔离套筒42的外表面上的可选的密封件84在隔离套筒42和管道悬挂器28的内表面之间以及螺纹82的上面限定了流动屏障。
在一个操作示例中，隔离套筒42利用运送工具48而插入到压裂卷筒18中(图2)。密封组件52通过将螺钉44,46插入到相应的通道45,47中而被轴向且旋转地锚定在压裂卷筒18中。在图1的示例中，通过螺纹74,78之间的连接，隔离套筒42的下端定位在压裂卷筒18中的指定的轴向位置，其显示离压裂卷筒18的上端为距离Y1。在这个示例中进一步地，当螺纹74,78接合时，旋转隔离套筒42会选择性地调整其在压裂卷筒18中的轴向位置。因此，隔离套筒42可升高或降低，使其下端(图3)选择性地遮蔽井口组件10的部分。在图3的实施例中，隔离套筒42不与螺纹82相接合。
现在参照图4，其显示了位于井口组件86上的压裂系统17，井口组件86安装在井口88上，其中井口组件10和井口组件86具有位于不同轴向位置的构件。如图所示，隔离套筒42的下端离压裂卷筒18的上端为距离Y2，其中距离Y2不同于距离Y1。因而隔离套筒42的轴向可调整能力容许压裂组件17设于井口组件86上，其具有不同于井口组件10的轴向尺寸，并且仍然保护井口组件86中的构件。具有不容易调整的隔离套筒的压裂系统在井口组件中不是有效的，井口组件具有在不同的深度或轴向位置间隔开的构件。因而，当从图1的井口组件10中除去并定位在图4的井口组件86上时，隔离套筒42的轴向位置可容易调整，从而保护与井口组件10的构件处于不同轴向位置的构件。
因此，这里所述的本发明非常适合于实现这些目的，并且获得所提及的结果和优点，以及其它内在优势。虽然出于本公开的目的已经给出了目前本发明的优选实施例，但是在用于达成所需结果的程序细节方面存在许多变化。这些和其它相似的修改本身将很容易由本领域中的技术人员提出，并且意图包含在这里公开的本发明的精神和所附权利要求的范围内。
Claims (12)
1.一种用于与井口组件(10)使用的压裂组件(17)，包括：
压裂卷筒(18)，其选择性地安装在所述井口组件(10)上；其特征在于：
密封组件(52)，其轴向地支撑在所述压裂卷筒(18)中的轴向孔(49)内；且
隔离套筒(42)包括与压裂流体的供应部选择性连通的端部、延伸到所述井口组件(10)的主孔(25)中并在所述压裂流体和所述井口组件(10)中的构件之间限定屏障的部分、以及带螺纹部分的外表面，该螺纹部分与所述密封组件的承载环（62）的内表面上的螺纹(78)相接合，所述承载环（62）在所述井口组件内支撑所述隔离套筒，并且所述螺纹部分具有一定的长度，通过所述隔离套筒相对于所述承载环的旋转使得所述隔离套筒(42)相对所述主孔(25)内的轴向位置是可调整的。
2.根据权利要求1所述的压裂组件(17)，其特征在于，一种防旋转螺钉(46)，其径向设置成穿过所述压裂卷筒(18)的侧壁，并具有插入到凹槽(71)中的端部，所述凹槽(71)形成于所述密封组件(52)的外表面中，从而将所述密封组件(52)旋转地固定在所述压裂卷筒(18)上。
3.根据权利要求2所述的压裂组件(17)，其特征在于，一种锁定螺钉(44)，其径向设置成穿过所述压裂卷筒(18)的侧壁，并且与远离所述凹槽(71)的所述密封组件(52)的端部相接触，并且将力施加至被引导朝向所述凹槽(71)的所述密封组件(52)上。
4.根据权利要求1-3中的任一权项所述的压裂组件(17)，其特征在于，所述密封组件(52)进一步包括堆叠在所述承载环(62)上的环形弹性的压缩密封件(60)、堆叠在所述压缩密封件(60)上的环形压缩环(54)、轴向地形成于所述承载环(62)、压缩密封件(60)和压缩环(54)的侧壁中的通道(64)、插入所述通道(64)中的紧固件(66)，所述紧固件均具有螺纹接合到所述承载环(62)中的下端以及与所述压缩环(54)干涉接触的上端(68)。
5.根据权利要求1所述的压裂组件(17)，其特征在于，所述井口组件(10)包括第一井口组件，其中所述压裂卷筒(18)选择性地安装在第二井口组件上，所述第二井口组件具有处于与所述第一井口组件的构件的轴向位置不同的轴向位置的构件，并且所述隔离套筒(42)通过旋转而进行选择性地重新定位，并将所述第二井口组件中的构件与所述压裂流体隔离开。
6.根据权利要求1所述的压裂组件(17)，其特征在于，所述井口组件(10)包括生产阀门(24)，其安装在管道卷筒(26)上，并且其中所述隔离套筒(42)延伸穿过所述生产阀门(24)并延伸到所述管道卷筒(26)中。
7.根据权利要求6所述的压裂组件(17)，其特征在于，所述隔离套筒(42)延伸经过所述管道卷筒(26)中的螺纹，并因此在所述压裂流体和所述管道卷筒(26)中的螺纹之间限定了屏障。
8.一种用于与井口组件使用的压裂组件(17)，包括：
压裂卷筒(18)，其选择性地安装到所述井口组件(10)上，并且具有与各个所述井口组件(10)中的主孔(25)对准的轴向孔(49)；且
其特征在于：
一种隔离套筒(42)，其位于所述压裂卷筒(18)中，用于将所述隔离套筒(42)中的压裂流体与其中一个所述井口组件(10)中的轴向位置处的所选择的构件隔离开，而且是可调整的，从而将所述压裂流体与位于另一井口组件(10)中且处于不同轴向位置的所选择的构件隔离开；以及
布置在所述压裂卷筒的轴向孔内的密封组件，其中所述隔离套筒包括具有螺纹部分的外表面，所述螺纹部分与所述密封组件内表面上的螺纹(78)相接合，并且所述螺纹部分具有一定的长度，使得所述隔离套筒(42)相对所述主孔(25)内的轴向位置是可调整的，且其中所述密封组件进一步包括堆叠在承载环(62)上的环形弹性的压缩密封件(60)、堆叠在所述压缩密封件(60)上的环形压缩环(54)、轴向地形成于所述承载环(62)、压缩密封件(60)以及压缩环(54)的侧壁中的通道(64)、插入所述通道(64)中的紧固件(66)，所述紧固件均具有螺纹接合到所述承载环(62)中的下端以及与所述压缩环(54)干涉接触的上端(68)。
9.根据权利要求8所述的压裂组件(17)，其特征在于，一种防旋转螺钉(46)，其位于所述压裂卷筒(18)中，用于将所述隔离套筒(42)旋转地锚定到所述压裂卷筒(18)上。
10.一种压裂井(12)的方法，包括：
对安装在所述压裂井(12)上的井口组件(10)提供压裂流体的供应部；
其特征在于：
将密封组件放入所述压裂卷筒的轴向孔内，所述密封组件由所述压裂卷筒的肩部轴向支撑，且所述密封组件具有承载环，所述承载环在其内表面具有螺纹；
将隔离套筒(42)插入到所述井口组件(10)的主孔(25)中，从而将所述井口组件(10)中的构件与所述压裂流体隔离开，所述隔离套筒由所述承载环轴向支撑且包括外表面，所述外表面具有与所述承载环的所述螺纹接合的螺纹部分；且
通过所述隔离套筒相对于所述承载环的旋转来调整在所述主孔(25)内的所述隔离套筒(42)的轴向位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述井口组件(10)包括第一井口组件，所述方法还包括将所述隔离套筒(42)插入到第二井口组件中，其具有比所述第一井口组件中的构件更低的构件，并且调整在所述第二井口组件的主孔内的所述隔离套筒(42)的轴向位置，从而将所述第二井口组件中的构件与所述压裂流体隔离开。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述隔离套筒(42)处于压裂卷筒(18)中，其安装在所述井口组件(10)上，并且密封组件(52)位于所述隔离套筒(42)和所述压裂卷筒(18)之间。
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