CN106030025A - 无芯轴的发射杆趾启动套筒（tis） - Google Patents

无芯轴的发射杆趾启动套筒（tis） Download PDF

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Abstract

本发明是用于在不对水泥套管刺孔的情况下在油气井中液力压裂多个区域的阀工具。油/气井的完井方法涉及作为油气井的套管柱的一部分而安装的阀的使用。无芯轴套管在阀元件处于关闭位置时提供水泥在套管内的流动并且在套筒打开时允许压裂流体通过水泥套管轴向流动以压裂阀附近的构造。此处公开的发明是在此工序中使用的改进的阀。

Description

无芯轴的发射杆趾启动套筒(TIS)
相关申请的引用
本申请要求2013年9月16日递交的、名称为“Mandrel-less Launch ToeInitiation Sleeve(TIS)(无芯轴的发射杆趾启动套筒(TIS))”的美国临时申请No.61/878,115的权益，其通过引用而并入本文。
背景技术
本发明涉及用于在不对水泥套管(cement casing)刺孔的情况下在油气井中液力压裂多个区域的阀。油/气井的完井方法涉及作为油气井的套管柱的一部分而安装的阀的使用。无芯轴套管在阀元件处于关闭位置时提供水泥在套管内的流动并且在套筒打开时允许压裂流体通过水泥套管轴向流动以压裂阀附近的构造。此处公开的发明是在此工序中使用的改进的阀。
附图说明
图1是根据本发明的至少一方面的阀工具在套筒关闭的情况下的截面图。
图2是根据本发明的至少一方面的阀工具在套筒打开的情况下的截面图。
图3是根据本发明的至少一方面的阀工具的分解截面图。
图4至图8是阀工具的各部件的截面图。
图9至图11是顶子件、底子件和套筒的截面图。
图12是根据本发明的至少一个实施方式的阀工具的截面图。
所有附图中相同的附图标记一致地表示对应的特征。
发明内容
本发明涉及用于在不对水泥套管刺孔的情况下在油气井中液力压裂多个区域的阀。无芯轴套管在阀元件处于关闭位置时提供水泥在套管内的流动并且在套筒打开时允许压裂流体通过水泥套管轴向流动以压裂阀附近的构造。此处公开的发明是在此工序中使用的改进的阀。
因此，本发明的目的在于提供用于提供水泥在套管内流动的无芯轴套管。
本发明的目的在于提供在套管内具有套筒的套管，该套筒防止套管内的开口在水泥灌浆工序期间与水泥连通。
本发明的目的在于提供具有可移动的套筒的套管，该可移动的套筒能够通过压力或其他装置而移动，以使窗/开口/孔暴露在套管内以准备用于压裂工序。
具体实施方式
本发明是具有上子件(sub)12和下子件14的无芯轴的阀工具10。优选地，各子件具有延长的筒状部，该延长的筒状部用作水泥阻挡件，该延长的筒状部与套筒16结合，以从阀工具10的一端至另一端呈现平滑的、几乎连续的壁。
上主体18和下主体20围绕上子件和下子件设置。上主体和下主体螺纹接合在一起或可以通过销或螺钉19销接在一起，然后固定到子件，以通过定位螺钉21等使子件相对于彼此定位。可选择地，上主体18和下主体20可以形成为一个单元。预定尺寸的子件之间的间隙22提供窗或开口，该窗或开口与上主体内的开口24对准，使得在压裂期间流体可以选择性地在阀工具10的内部和阀工具附近的环境之间穿过。
套筒20的上端30抵压凸缘(collar)32(图3)，以在上端30、凸缘32和上主体16之间形成套筒腔。贯通上子件的开口被爆炸盘(burst disk)34选择性地阻塞。可选的进入孔36可以被管塞等阻塞，以在阀工具被组装好的情况下替换或维修爆炸盘34或允许套筒腔内的压力均衡。套筒腔初始处于大气压下，即未受压。如下面将进一步讨论的，在操作期间，上子件内的高压将使爆炸盘34爆裂，引起套筒的上端30的压力增大，从而向套筒施压以使套筒向下移动。优选地，通过可以在37或在其他位置(图3)处设置在下主体和套筒之间的剪切销或剪切环等防止套筒意外地移动。在相同的位置38、40、42的O型圈或其它密封件也可以设置成密封套筒腔。一旦套筒腔内的压力足以克服剪切销的力，则套筒将向下滑动(至腔13内)而使窗24暴露于阀工具10的内部。随着套筒的下端44撞击下子件14的凸缘46，套筒的移动将停止。可以使用棘轮、锁定环或其他装置来确保套筒不能在相反的方向上运动并且一旦开口打开就不能封闭开口。出于已知的目的，腔13可以在一端由活塞15限制。
在操作中，将阀工具安装在套管柱(casing string)上的期望位置。然后，套管柱下降到井眼内。当套管柱设定到期望的深度时，使用适当的工具或开口将水泥泵送通过套管并且泵送出至井眼内。然后，将塞子或其他装置下降通过套管而擦拭套管，以移除残留的水泥。因为内部的壁是光滑的(即，不包括在芯轴内暴露的窗或孔等)，因此塞子能够容易地移除任何水泥。当套筒20关闭时，上子件和下子件呈现延伸至塞子的筒状壁，并且套筒20提供了跨越(bridging across)上子件和下子件之间的间隙22的筒状盖。这与诸如于2012年9月18日授权给Sommers等人的美国专利8,267,178的芯轴开口23等的现有技术的装置是有区别的，该专利通过引用而并入于此。由于当水泥被泵送通过套管时，开口暴露于阀工具的内部，因此水泥可能慢移(creep)到现有技术的装置的芯轴中的开口内并且塞子可能无法将水泥从这些开口中移除，减小了开口的有效区域。
当期望打开阀工具10的窗时，增大套管内的压力。增大的压力引起爆炸盘34破坏(breach)，从而允许压力进入套筒腔。套筒腔内的压力向下作用于套筒20。期望的力级的向下压力剪切剪切销或剪切环37，从而允许套筒移动而不与间隙22对准。随着套筒缩回，间隙22暴露于上主体16的窗24。在对准开口并且套筒退回的情况下，阀工具10的内部和与阀工具相邻的外部基础流体连通。然后，压裂流体能够从阀工具10的内部施加至阀工具10的外部区域，以压裂与阀相邻的基础或需要时执行其它的这种操作。
虽然已经说明了具有优选设计的本发明，但是应当理解的是，在本发明所属领域内的已知或惯用实践的范围内，如可以应用于前文阐述的中心特征地，根据本发明的总的原理，从本公开出发，本发明的进一步变形、用途和/或适配是可能的，这些都落入本发明的范围和所附权利要求的限定内。因此，应当理解的是本发明不仅限于上述实施方式，而是包括在权利要求范围内的任何和所有实施方式。

Claims (8)

1.一种用于向井用阀工具周围的环境提供窗的井用阀工具，所述阀工具包括：
顶子件和底子件，其中，所述顶子件未直接连接于所述底子件；
外套筒，其连接在所述顶子件和所述底子件之间并具有至少一个窗；
内套筒，其在所述外套筒内、连接在所述顶子件和所述底子件之间，以限定选择性地防止所述顶子件、所述底子件和所述内套筒内的区域与所述外套筒之间在至少一个窗处流体连通的内通道。
2.根据权利要求1所述的井用阀工具，其特征在于，所述套筒能够沿着所述顶子件和所述底子件构成的组中的一个子件选择性地滑动，以选择性地提供所述内通道和所述外套筒之间在至少一个窗处的流体连通。
3.根据权利要求1所述的井用阀工具，其特征在于，所述套筒通过至少一个剪切销或剪切盘连接于所述顶子件和所述底子件构成的组中的一个子件。
4.根据权利要求1所述的井用阀工具，其特征在于，所述套筒包括压力爆炸阀，其用于加压所述套筒以引起所述套筒沿着所述顶子件和所述底子件构成的组中的一个子件滑动，以选择性地提供所述内通道和所述外套筒之间在至少一个窗处的流体连通。
5.一种操作井用阀工具的方法，其包括：
提供顶子件和底子件；
将外套筒连接在所述顶子件和所述底子件之间，其中，所述外套筒包括至少一个窗；
将内套筒在所述外套筒内、连接在所述顶子件和所述底子件之间，以相对于在所述顶子件、所述底子件和所述内套筒内限定的区域选择性地密封所述外套筒。
6.根据权利要求5所述的操作井用阀工具的方法，其特征在于，该方法还包括：
使所述阀工具在井内行进；
将水泥浇注到所述阀工具内；
通过使塞子移动通过所述阀工具来从所述阀工具移除所述水泥。
7.根据权利要求5所述的操作井用阀工具的方法，其特征在于，该方法还包括：
使所述阀工具在井内行进；
将水泥浇注到所述阀工具内；
通过使塞子移动通过所述阀工具来从所述阀工具移除所述水泥；
对所述阀工具的内通道加压；
所述压力用于使所述内套筒相对于所述外套筒移动，以允许所述内通道和所述外套筒之间流体连通；
泵送压裂流体通过所述外套筒的所述至少一个窗。
8.根据权利要求5所述的操作井用阀工具的方法，其特征在于，该方法还包括：
使所述阀工具在井内行进；
将水泥浇注到所述阀工具内；
通过使塞子移动通过所述阀工具来从所述阀工具移除所述水泥；
在所述内通道和内套筒致动腔之间提供压力爆炸阀；
对所述阀工具的所述内通道加压；
使所述压力上升直到所述压力使所述压力爆炸阀爆裂，从而允许对所述内套筒致动腔加压；
所述内套筒致动腔内的所述压力用于使所述内套筒相对于所述外套筒移动，以允许所述内通道和所述外套筒之间流体连通。
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