CN106481309B - 液压延时趾阀系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在将加压流体注入地质层中时提供延时的设备及方法。一方面本发明为趾阀，其通过在预定的时间间隔之后使端口打开以允许流体从井筒套管流入地层的流体压力来致动。受控延时使得能够在流体流过端口之前进行套管完整性测试。该延时还允许在同一个井筒套管中使用多个阀并提供集中的喷射动作以更好地渗透混凝土套管内衬。

Description

液压延时趾阀系统及方法

对相关申请的交叉引用

本发明要求2015年8月31日提交的美国实用专利申请No.14/840473的优先权，其中，美国实用专利申请No.14/840473是于2013年8月28日提交的美国非临时专利申请No.14/012089的部分继续申请并要求其优先权，美国非临时专利申请No.14/012089为2013年3月7日提交的美国非临时专利申请No.13/788068的部分继续申请并要求其优先权。

技术领域

一种用于在将加压流体注入地质层中时提供延时的设备及方法。更具体地说，一种通过流体压力来激活的趾阀装置，在预设的时间间隔之后打开端口以允许流体从井套管流入地质层。

现有技术和发明背景

背景技术

在水平井筒或在一些垂直井筒的套管柱的底部或趾部安装感压打开设备已经成为惯例。这些设备构成并作为套管柱的不可或缺的部分运行。在对套管浇注水泥并且使之凝固后，所施加的表面压力与流体静压力结合并且使感压阀打开。流体静压力与施加的压力的结合通常用于克服若干剪切销或克服精密破裂盘。一旦实现与井筒[即，套管外面的区域]的联通，则能够对井进行水压压裂，或者能够将阀用作注射口以向下泵送额外的绳索射孔枪、塞或诸如井牵引器之类的其他传输工具。与浇注水泥并套管的井建立联通的其他已知方法包括油管传输射孔或者挠性油管传输射孔。这些都是实现注射点的一般方法，但都需要更多的时间和费用。

本发明提供一种在流体注射通过套管时提供延时的改进的设备及方法。

当前的即时打开型延时工具以不受控的方式运行，其中活塞以不受控的方式撞击。因此，需要一种以受控的方式即时打开的延时工具。当前的延时工具无法打开多个井下工具。例如，当存在需要向地层打开的两个工具时，一个工具可以由于破裂盘的致动压力的变化而向地质层打开，然而由于第一工具已经连接到地层，使得泵压无法到达第二工具以致动。因此，需要在短时间内打开多个工具而无需分别部署每个工具。

由于工具以不受控的方式打开，所以现有技术的工具也不提供可重复的和可复制的延时。因此，需要一种用于以受控的方式打开到地层的连接的可靠、可重复和可复制的延时工具。

题为“Sliding sleeve valve and method for assembly(滑动套筒阀及用于装配的方法)”的美国6763892号专利公开如下内容：

“公开了一种滑动套筒阀及用于装配的方法。所述阀包括从顶段、中段和底段组装的分段的主体。中段具有流孔口。封闭套筒共轴地安装在组装的主体中。该封闭套筒具有旨在当阀打开时与中段的流孔口联通的流孔口。封闭套筒由密封装置密封在主体内以阻止不期望的流体流过阀。该密封装置包括以合作组合作用的第一、第二和第三密封件。该密封件包括位于阀的主体内部的O型-环和V型叠加式密封件。滑动套筒阀具有流体压力均衡装置，以允许在阀完全打开或完全闭合之前对通过阀的流体压力的均衡以便减少密封件上磨损。该均衡装置包括滑动套筒中的多个压力均衡端口，其旨在用于当阀打开时在与滑动套筒孔口联通之前先与主体孔口联通，并且当阀闭合时在与滑动套筒孔口联通之后再与主体孔口联通。”

前述阀的现有技术的组装和制造包括用合适的密封件将若干个独立部件螺纹连接在一起。管状主体的部件可以包括耦接在一起并整合到井筒套管中的顶段、中段和底段、端部耦接件以及耦接适配器。然而，由于连接件的数量的原因，阀无法经受得住典型井筒套管的扭矩规范。此外，更多数量的分段和连接件增加了通过阀泄露的倾向性并因此导致阀不可靠。因此，需要一体式芯轴或管状主体以在阀螺纹旋入井筒套管时经受得住井筒套管的扭转和扭矩规范。需要由一体式芯轴制成的阀以提供更大的可靠性并且降低泄露的倾向性。

现有技术的缺陷

如上细述的现有技术存在如下缺陷：

现有技术系统不提供具有简单的构造和比较便宜的延时元件的经济的延时工具。

现有技术系统不提供在高压下打开以连接到地质层的可靠的延时工具。

现有技术系统不提供打开具有抵抗来自井筒碎片和流体的堵塞的反作用破裂盘的延时工具。

现有技术系统不提供以分阶段方式打开多个延时工具。

现有技术系统不提供对操作者而言看上去是立即打开的短延时受控工具。

现有技术系统不提供具有较大内径的延时工具。

现有技术系统不提供在0.5秒至3分钟的范围内受控的短延时工具。

现有技术系统不提供在60分钟至两周的范围内受控的长延时工具。

现有技术系统不提供用大型蓄压器控制的长延时工具。

现有技术系统不提供用非常高粘度的流体控制的长延时工具。

现有技术系统不提供用堵塞剂控制的长延时工具。

现有技术系统不提供用串联或并联连接的叠加延迟剂控制的长延时工具。

现有技术系统不提供双致动控制的延时阀。

现有技术系统不提供单致动控制的延时阀。

现有技术系统不提供由单个芯轴制造的双致动控制的延时阀。

现有技术系统不提供由单个芯轴制造的单致动控制的延时阀。

现有技术系统不提供通过受控延时阀进行压裂。

现有技术系统不提供用趾阀检测潮湿管托(wet shoe)。

现有技术系统不提供用多个注射装置从井中移除碎片。

现有技术不提供由单个芯轴制造受控延时装置，其中，该芯轴能够承载井筒套管的所有拉伸、压缩和扭转负荷。

现有技术不提供为了较大的可靠性和减少泄露的倾向性由一体式芯轴制造的阀。

虽然现有技术的一些可能教导了针对这些问题的几个的一些解决方案，但是现有技术仍未解决用于建立注入地层的受控延时装置的核心问题。

发明目的

因此，本发明的目的(尤其)在于规避现有技术的缺陷并影响以下目的：

提供具有简单的构造和比较便宜的延时元件的经济的延时工具。

提供在高压下打开以连接到地质层的可靠的延时工具。

提供打开具有抵抗来自井筒碎片和流体的堵塞的反作用破裂盘的延时工具。

提供以分阶段方式打开多个延时工具。

提供对操作者而言看上去是立即打开的短延时受控工具。

提供具有较大内径的延时工具。

提供在0.5秒至3分钟的范围内受控的短延时工具。

提供在60分钟至两周的范围内受控的长延时工具。

提供用大型蓄压器控制的长延时工具。

提供用非常高粘度的流体控制的长延时工具。

提供用堵塞剂控制的长延时工具。

提供用串联或并联连接的叠加延迟剂控制的长延时工具。

提供双致动控制的延时阀。

提供单致动控制的延时阀。

提供由单个芯轴制造的双致动控制的延时阀。

提供由单个芯轴制造的单致动控制的延时阀。

提供通过受控延时阀进行压裂。

提供用趾阀检测潮湿管托。

提供用多个注射装置从井中移除碎片。

提供由单个芯轴制造受控延时装置，其中，该芯轴能够承载井筒套管的所有拉伸、压缩和扭转负载。

提供为了更大的可靠性和减少泄露的倾向性由一体式芯轴制造的阀。

然而，这些目标不应理解为限制本发明的教导，这些目标基本上是通过在以下部分讨论的所公开的本发明而部分地或全部地实现的。本领域技术人员无疑能够选择如所公开的本发明的方案以影响上述目标的任意组合。

发明内容

系统概述

本发明在不同实施例中以以下方式论述上述目标的一个或更多个。本发明包括集成在井筒套管中用于将加压流体注入地层的设备。该设备包括具有开口的外壳、活塞、叠加延迟限制器。致动装置和具有液压流体的高压腔体。叠加延迟限制器配置为与高压腔体压力连接，并且凭借该叠加延迟限制器，通过液压流体从高压腔体流通进入低压腔体来限制活塞的行进速率。基于通过致动设备的致动，活塞行进一段致动时间，在致动时间段过去后，活塞行程允许打开开口以便加压流体在端口打开时间间隔流过开口。

方法概述

本发明系统可用于受控延时方法的环境中，其中所述系统如前述通过具有以下步骤的方法来控制：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述装置；

(2)将流体注入井筒套管中以使压力增加至最大值；

(3)当最大压力超过致动装置的额定压力时，致动所述致动装置；

(4)允许活塞在致动时间段内行进；

(5)使得活塞行进以在端口打开时间间隔期间打开所述开口以便加压流体流入地层。

所述方法和其他优选示例性实施例方法的集合、连同本文描述的多个优选示例性实施例系统由本发明的整体范围预知。

附图说明

为了更完全地理解本发明提供的优点，应连同附图一起参考以下详细说明，附图中示出：

图1a是本发明实施例的装置的平面图。

图1b是本发明实施例的装置的横截面的平面图。

图2是图1a和图1b中显示的装置的分解截面视图，其中端口闭合。

图3是图1a和图1b中显示的装置的分解截面视图，其中端口打开。

图4是本发明实施例的装置的平面图。

图5是图4中显示的本发明实施例的装置的一部分的分解截面视图AE。

图6是图4中显示的部分的分解截面视图AC。

图7是图4中显示的本发明实施例的装置的一部分的分解截面视图AD。

图8是本发明实施例的装置的操作的测试结果的图示。

图9a和图9b示出根据本发明的优选实施例，具有串联设置在限制器中的叠加的延时元件的示例性受控延时装置。

图9c和图9d示出根据本发明的优选实施例，具有串联和并联组合地设置在限制器中的叠加的延时元件的受控延时装置。

图10a图10b、图10c是根据本发明的优选实施例，示出闭合时间、致动时间、端口打开时间的受控延时装置的示例性截面图。

图11a是根据本发明的优选实施例，用受控的趾阀装置进行套管压力测试的示例图，其中示出了延时的致动时间和端口打开时间。

图11b是根据本发明的优选实施例，用受控的趾阀装置进行套管压力测试的示例图，其中示出了即时的致动时间和端口打开时间。

图12a示出破裂盘的现有技术系统横截面。

图12b示出根据本发明的优选实施例，在受控延时装置中使用的反作用破裂盘的示例性系统横截面。

图13示出根据本发明的优选实施例，趾阀中产生喷射动作的圆形壳体开口和圆形芯轴端口的示例性系统截面图。

图14示出根据本发明的优选实施例，趾阀中产生喷射动作的椭圆形壳体开口和椭圆形芯轴端口的示例性系统截面图。

图15a示出根据本发明的优选实施例，趾阀中产生喷射动作的椭圆形壳体开口和圆形芯轴端口的示例性系统截面图。

图15b示出根据本发明的优选实施例，趾阀中产生喷射动作的圆形壳体开口和椭圆形芯轴端口的示例性系统截面图。

图16为示出根据本发明的优选实施例，使用延时趾阀装置的受控延时方法的示例性流程图。

图16a为示出根据本发明的优选实施例，使用延时趾阀装置的、具有受控延时的套管完整性测试方法的示例性流程图。

图17a示出根据本发明的优选实施例，包括双受控趾阀的示例性双致动受控延时装置。

图17b示出根据本发明的优选实施例，包括双受控趾阀的双致动受控延时装置的示例性横截面。

图18示出根据本发明的优选实施例，双致动受控延时装置的示例性立体图。

图19示出根据本发明的优选实施例，整合在井筒套管中的示例性双致动受控延时装置。

图20为示出根据本发明的优选实施例，使用双延时趾阀装置的受控延时方法的示例图。

图21a、21b、21c示出根据本发明的优选实施例的单致动受控延时装置的示例性横截面。

图22示出根据本发明的优选实施例的单致动受控延时装置的示例性立体图。

图23为示出根据本发明的优选实施例，使用单致动双延时趾阀装置的受控延时方法的示例性流程图。

图24为示出根据本发明的优选实施例，通过延时趾阀装置进行的压裂和射孔方法的示例性流程图。

图25示出根据本发明的优选实施例，具有球座的趾阀装置的示例性横截面。

图26示出根据本发明的优选实施例，具有球座的趾阀装置的示例性立体图。

图27为示出根据本发明的优选实施例，使用延时趾阀装置和限制塞元件检测潮湿管托的示例性流程图。

图28a、28b、28c为根据本发明的优选实施例，示出第一注射点、碎片收集和第二注射点的示例性双注射装置。

图29为示出根据本发明的优选实施例，使用受控双注射装置清除碎片的示例性流程图。

图30为示出根据本发明的优选实施例，使用受控双延时装置清除碎片的示例性流程图。

图31为示出根据本发明的优选实施例，使用受控延时装置和射孔枪清除碎片的示例性流程图。

图32为示出根据本发明的优选实施例，使用受控延时装置清除碎片的示例性流程图，所述受控延时装置包括第一工具、第二工具和第三工具。

图33为示出根据本发明的优选实施例，具有一体式芯轴的示例性滑动套筒装置。

图34为根据本发明的优选实施例，示出具有一体式芯轴的滑动套筒装置的组装的示例性流程图。

具体实施方式

虽然本发明内容允许有以许多不同形式的实施例，但是附图中示出的和本申请中将详细说明的本发明的优选实施例应理解的是：本公开内容应视为本发明的原则的范例，并且不旨在将本发明的宽泛的方面限制于所示实施例的范畴。

本申请的大量创造性教导将具体参照当前优选实施例来描述，其中这些创造性教导有利地适用于建立到烃地层的注射的特定问题。然而，应理解，该实施例仅是在此的创造性教导的许多有益应用的一个示例。总之，本申请的说明书中所做的陈述不一定限制所声明的多个发明的任意一个。此外，部分陈述可以应用于部分创造性特征却不可以应用于其他特征。

本发明是改进的“趾阀”装置和方法以允许以延时的方式将流体注射通过石油或天然气的井筒套管壁分段(以及套管水泥)的端口进入地质层。

从广义的方面看，所述装置提供延时注入加压流体通过井筒套管中的开口到达地质层，所述装置包括：

具有开口的壳体，其能够通过该装置壳体的壁中的端口联通到地层；

可移动的单个活塞或者多个活塞，其能够移动到一位置以提供对端口的覆盖和密封，并且能够移动到使端口暴露的位置；

用于将活塞移动至使端口暴露的最终位置的器件；和用于激活活塞的运动的器件。

本发明体现了完井领域的普通技术人员将会领会的对传统压力响应设备的改进。当前设备的最大局限在于：允许流体从套管流入地层(通过设备壁中的开口或端口)的该设备的套筒或动力活塞在达到致动压力后立即打开。这限制了在压力下的测试时间，并且在很多情况下，妨碍操作者达到期望的套管测试压力。本发明通过提供液压延时以提供充足的时间来在所需压力下测试套管，并且提供在允许与井筒和地质层的流体联通之前的持续时间来克服该局限。这通过将体积受限的流体缓慢地释放通过液压计量腔室来实现，所述液压计量腔室允许覆盖开口的活塞移动至使开口暴露的位置。由于联邦和州监管机构对套管测试压力的持续时间或停延时间的强制性要求，该特征将变得更佳有利。通过对流体类型和流体体积的操作，通过改变液压液体限流器的流速，并通过将压力阀适当地布置和设置在限流器的一侧或两侧，能够使计量时间增加或调整至特定的测试要求。

本发明的第二个优势在于：两个或更多个阀能够作为同一套管安装的一部分来安装(运行)。通过在打开两个或更多个阀的任何一个之前允许所有阀开始进行计量来使得能够实现运行两个或更多个阀的可选配置。在单个套管柱中运行两个或更多个阀的特征和选择增加了在没有任何井干预的情况下就能够使井的第一分段受到刺激压裂的可能性。由于第一个阀打开之后就无法再进一步施加或增加致动压力，所以其他已知的设备不允许多于单个阀在同一个井中操作。

第三个明显优势在于：在阀的操作中，端口被缓慢打开使得当端口被打开(被暴露)时，流体在高压射流下被注入套管外面的水泥(其由于端口初始小开口而导致)，从而建立到地层的更好的连接。当端口被暴露时，流体首先以高效精确切割射流喷射，并当端口打开时，其放大以产生之后被放大的引导孔效应。

参照附图，图1A示出包括直接插入套管柱中的内芯轴29的受控延时工具，并示出本发明的装置的实施例的总体外观图。开槽的端口28围绕着套管，流体将通过开槽的端口28输送到地质层中。图1B示出图1A的装置的截面图。芯轴的完整一体式设计承载装置所遭遇的所有拉伸、压缩和扭转载荷。整个趾阀装置由管道输入套管柱作为柱的整体的一部分，并且布置在期望地层射孔和流体注入地层的位置。该装置可以在不改变其功能的情况下安装在任意方向。

图2(图1B的一部分)示出本发明的实施例的装置的细节。压力激活打开设备23(优选为反作用盘而非传统的破裂盘)可以用于启动活塞。由于在进行水泥浇注期间，破裂盘位于套管柱中，所以具有不容易堵塞并且不需要额外的清理工作的反作用破裂盘是非常有利的。阀芯轴被加工成容纳对活塞5的致动进行最终控制的打开设备23(例如破裂盘)。打开的活塞5通过弹性体密封件(图2中的16、18和20与图6中的45、47和49)密封，以覆盖装置中的内端口和外端口25-27和28。

图2和图3中示出的开口25-27(以及未示出的第四端口)是打开的端口。在一个实施例中，端口25-27(以及其他内部端口)将具有用于限制流速的机构，诸如挡板(图7中的50)，例如具有包括限制端口或者螺纹的和弯曲的通道的挡板50。这会阻止井筒流体通过破裂盘(图2中的23和图7中的52)迅速涌入活塞腔室32。在图5中，芯轴壳体54相似于图2中的芯轴壳体5，并且52为对应于图2中的23的破裂盘。芯轴壳体51与芯轴壳体6相同。

在一个实施例中，活塞5具有双直径(46和48)(图6示出该活塞5)，其中，在一端的一部分46具有比另一端的48较小的直径。这种阶梯式直径活塞设计将降低当活塞经受套管压力时为抵消活塞上的压力所需的内部压力。这种压力降低会使特定限流器所提供总延时增加。对特定限流器的流动的阻力受到部件上的压差的影响。通过减小部件上的压差，能够巧妙且可预见地操控流速。该设计在不向装置添加较大的流体腔的情况下提供了增加的延时和压力测试间隔。该双直径活塞允许降低流体腔中的压力。这具有诸多优势，尤其是由于给定的限流器或计量设备上的压差将减小的事实而会使延时增加。在平衡的活塞面积的情况下，流体腔室中的压力将位于或接近井筒压力。在活塞的较低端46较小而接近流体腔室的一端48的活塞面积较大的情况下，力将与流体腔室中较低的压力相平衡。用这种方式，会易于将流体腔室压力减小25％或更多。

图1A、图1B和图2中所示的一系列外部分段4、6和8螺纹连接以形成装置的流体腔和压力腔。串联件3不仅耦接外部分段4和活塞5，还容纳液压限流器22。朝向活塞5的左侧的区域32为流体腔，而朝向串联件3的左侧的区域为当流体横穿液压限流器时容纳流体容积的低压腔。两个腔室都被上盖8覆盖。

破裂盘23或52为使阀打开操作启动的激活设备。当准备就绪进行操作时(即打开活塞)，套管压力增加至测试压力条件。该增加的压力使破裂盘23或52压裂，并且流体在套管压力下(施加的流体静压力或任意组合)进入直接在其下方的以及邻近活塞5的腔室(这在图2中示为活塞5的右端以及朝向阀14的左侧)。流体的进入导致活塞5开始移动(至图的左侧)。该流体运动允许活塞更接近打开位置而不可逆转地移动。在实际的实验室和现场测试中，大约4.5英寸的活塞运动开始暴露内部开口25至27和外部开口28。这些开口最初是闭合的并通过活塞5与套管流体密封。随着活塞移向开口和最终位置，槽28被暴露，从而允许流体通过槽28流过开口25、26和27。因此，活塞的受限运动允许从破裂盘23压裂直至槽被暴露以使流体通过的时间延时。该运动继续，直至活塞移动至端口完全打开的位置。活塞5围绕设备29的内壁。随着流体压力增加通过端口14，其将活塞5移入流体腔室32中。流体腔室的液压流体限制活塞的运动。存在液压流体限流器22，其允许流体从腔室32流至较低压力的腔室34。该流体限流器控制从腔室32至腔室34的流体的流速，从而当活塞移至全开位置时控制活塞的运动速度。在装置芯轴中的槽28是用于流体从套管流至地层的通道。图3示出当处于“打开”(移入腔室32)时活塞5的位置。初始时，该运动使流体腔室中的压力增加至密切反应流体静压力的附加量的、施加在阀上的套管压力。通过对流体类型，流体容积，低压腔室的初始充装压力和液压限流器的可变流速的经验操作，可以对延时进行可观的预定控制。延时能够按照需要设置，但基本会在5到60分钟。如果能够经受得住存在于井筒中的压力和温度条件的话，任何液压流体都会是合适的。本领域的技术人员将能够容易地选择例如Skydrol 500B-4^TM的合适的流体。

在另一个实施例中增加了对从活塞腔室32流至低压活塞腔室34的流体的流速的控制，以便于更精确地调节活塞移动以打开端口的速度。如图5(容纳允许流体从活塞腔室32向低压腔室34流动的限流器的工具分段的分段放大图)所示，存在放置在流量计量分段22的下游的背压阀或释压阀42以保持流体腔室中的预定压力。这通过减小存在于流体腔室34与活塞腔室32中的井筒压力之间的压差来提高工具可靠性。可以基于预期的流体静压力选择该背压阀或释压阀42。背压阀还可以串联布置以增加圈闭压力。另一个背压阀或释压阀44可以放置在流体计量分段22的下游以保证当部署在水平井筒中或当反转用于延长的时间期间时，在传输期间仅最小流体容积从流量计量分段22移动至低压腔室34。通过选择这些背压阀的合适的压力设置，流体控制阀的“撞击”(通过加压流体的突然撞击而有力地打开)减小。

在操作时，本发明的装置会在允许流体注入所需地层的位置通过管道输入套管柱。该装置可以以任意方向嵌入柱。本发明的优势在于，本发明的两个或更多个阀可以用在柱中。如所说明的，这些阀将打开以允许在地层中的多个位置的流体注射。本领域技术人员还能够领会，可以如何以不同的延时使用并程控本发明的两个或更多个阀，以根据需要在井操作的不同阶段期间打开(例如，一个或更多个阀为5分钟的延时，而一个或更多个阀为20分钟的延时)。例如，该装置可以配置为使得操作员可以在5分钟的延时后打开一个或更多个阀(启动滑盖)，在打开阀的位置压裂所述区域，然后针对一个或更多个阀并继续压裂所述区域。

通常，该装置会由具有与井筒套管相似特性的钢来构建。

原型设备具有约60英尺长的一般尺寸，其具有6.5英寸的标称外径和3.75英寸的标称内径。根据设备确定用于其中的井和操作酌情而定的其他尺寸意在包括于本发明中，并可以由本领域技术人员容易地确定。

图8示出装置原型的测试结果。如所示，5分钟测试示出当活塞运动以暴露设备中的开口时的5分钟的恒压。

在前述说明书中参照本发明的具体实施例对本发明加以说明。然而，显然，在不脱离如前所述的权利要求中提出的本发明的广阔思想和范围的情况下，能够对本发明做大量的修改和改变。因此本说明书视为图示性而非限制性的。因此本发明的范围应仅由所附权利要求来限制。

具有叠加延时限流器的受控延时装置的优选实施例(0900-0940)

本发明更详细地大体示出于图9a(0910)中，其中，具有叠加延时限流器的受控延时装置集成有井筒套管并通过其输送。叠加延时限流器(0920)的展开图进一步示出于图9b中。该装置可以包括致动时从高压腔室向低压腔室移动的活塞。该叠加延时限流器(0902)与高压腔室(0903)联通，其可以包括串联、并联或组合连接的多个叠加的延时元件。延时元件可以是常规的液压限流器，例如ViscoJetTM。叠加延时限流器允许流体从高压腔室(0903)流至低压腔室(0901)。该限流器控制从高压腔室(0903)至低压腔室(0901)的流速，从而当活塞(0904)移至全开位置时控制活塞(0904)的运动速度。可以定制延时元件的数量以实现用于活塞从闭合位置行进以打开装置的壳体中的开口所需的延时。根据另一个优选示例性实施例，延时元件如图9c所示(0930)以并联方式连接。具有并联延时元件(0902、0912)的叠加延时限流器的展开图(0940)进一步示出于图9d中。根据又一个优选示例性实施例，延时元件以串联和并联组合连接。根据一个优选示例性实施例，延时大于60分钟并小于2周。可以通过操控在延时元件中的流体类型、流体容积、低压腔室的初始充装压力和液压限流器的可变流速来控制延时。根据又一个示例性实施例，液压流体在表面是固态的，其当随着井筒套管中作为趾阀起效而改变物相为液态。能够经受得住存在于井筒中的压力和温度条件的任何液压流体都会是合适的。液压流体的粘度可以从3厘沲到10000厘沲。根据又一个示例性实施例，限流器中的延时可以通过增加堵塞剂而增加。可以设计堵塞剂的尺寸和形状以产生更长或更短的延时。例如，较大颗粒尺寸堵塞剂相比于较小尺寸堵塞剂可以拖延活塞的行进速度。

根据又一个示例性实施例，延时元件可以设计为可以滑入或滑出限流器的盒。该盒可以具有与限流器兼容的形状因数。根据又一个示例性实施例，可以对该盒进行定位并定制以实现所需的延时。

优选的示例性ID/OD受控延时比率

表1.0示出在示例性的受控延时装置中的内径(ID)与外径(OD)的示例性比率。根据优选的示例性实施例，ID/OD的比率为0.4到0.99。根据优选的示例性实施例，其中孔口的内径几乎等于井筒套管的内径的全孔型式使得在生产期间大体上有更多的流体流动。表2.0示出对应于表1.0的名称列的内套管ID和外套管ID。例如，名称4¹/₂指表2.0中的4.5的套管OD。

表1.0

名称	外径(in)	内径(in)
			4 1/2	5.65	3.34
5	5.65	3.34
			5 1/2	6.88	3.75
4<sup>1</sup>/<sub>2</sub>全孔	x	x
			5<sup>1</sup>/<sub>2</sub>全孔	7.38	4.6

表2.0

根据一个优选的示例性实施例，工具内径与套管内径的比率为0.4到1.1。

示出端口闭合时间、致动时间段和端口打开时间间隔的受控趾阀装置的优选的示 例性分段(1000-1030)端口闭合时间(1010)

如图10a(1010)中大体示出的，当准备就绪进行操作时，套管压力增加至测试压力条件。当活塞(1001)覆盖受控时间延时装置的壳体中的开口(1002)时，活塞保持在其位置。活塞(1001)保持在该位置直至致动事件发生。压力上升事件至致动事件刚要开始之前的活塞保持在静止位置的时间可以作为端口闭合时间。

端口致动时间段(1020)

如图10b(1020)所图示的，当准备就绪进行操作时，套管压力增加至测试压力条件，所述测试压力条件基本是设计井筒套管用于操作的最大压力。当套管压力增加至超过压力致动装置的致动压力时，增加的压力使例如破裂盘的压力致动装置压裂，并且流体在套管压力下进入直接在活塞(1001)下方并紧邻高压腔室中的活塞(1001)的腔室。该流体运动允许活塞更接近打开位置而不可逆转地移动。活塞移向装置的壳体中的开口。在致动事件后至暴露端口之前的活塞行进时间可以认为是致动时间段。因此，活塞(1001)受限运动允许从压力致动装置压裂直至开口(“槽”)(1002)被暴露以使流体通过的时间延时。该运动继续，直至活塞移动至端口几乎打开至完全打开的位置。流体腔室中的液压流体限制活塞的运动。例如ViscoJetTM的叠加延时限流器或者限流元件可以控制流体从高压腔室向低压腔室的流速，从而当活塞移至全开位置时控制活塞的速度。

端口打开时间间隔(1030)

如图10c(1030)所示，当活塞(1001)移向全开和最终位置时，壳体中的开口(1002)被暴露以允许流体流动通过芯轴中的端口。该运动继续，直至活塞移动至开口完全被暴露的位置。活塞从刚刚暴露开口(1002)之前的位置(1001)行进至完全暴露开口(1002)的位置的时间可以认为是端口打开时间间隔。

利用受控延时趾阀装置进行套管压力测试的优选示例图(1100-1190)

图11a(1140)示出利用受控的延时趾阀装置的示例性压力测试。该图示出以X轴上的时间所测绘出的Y轴上的套管中的压力。套管中的压力从初始压力(1101)增加至最大测试压力(1102)的80％。压力致动装置、例如反作用破裂盘可以在时间(1107)处在测试压力(1103)的80-90％时压裂。之后活塞可以致动并开始随着压力进一步增加至最大套管压力(1104)而移动。致动时间段可以限定为当活塞致动时活塞行进至活塞开始暴露壳体开口所用的时间。例如，如图11a(1140)所示，活塞从时间(1107)至时间(1108)的行进时间为致动时间(1105)。当活塞开始暴露壳体的开口时，随着活塞以受控的方式缓慢移动，芯轴中的端口与开口对齐。端口打开时间间隔可以限定为活塞开始打开开口至完全打开开口所用的时间。例如，如图11a(1140)所示，活塞从时间(1108)至时间(1109)的行进时间为端口打开时间(1106)。在端口打开时间期间，随着连接至地层的完成，套管中的压力可以降至烃地层压力。根据优选的示例性实施例，活塞以受控的方式缓慢地移过壳体开口导致使承压流体连接至地层的喷射动作。端口打开时间和致动时间可以通过各种因数来控制，其包括高压腔室和液压限流器的尺寸、液压限流器的长度、液压限流器的设计和堵塞剂。封堵剂的直径可以从1微米到50微米。

根据优选的示例性实施例，端口打开的时间间隔可以为1秒到1小时。根据更优选的示例性实施例，端口打开的时间间隔可以为0.5秒到20分钟。根据另一个优选的示例性实施例，端口打开的时间间隔几乎为0秒。

与图11a(1140)中的图类似，图11b(1160)中概括示出了即时打开的图，其中活塞以受控的方式即时地与地层建立连接。与图11a(1140)中的端口致动时间段(1105)相比，端口致动时间段(1115)相对较短并且受控。根据优选的示例性实施例，端口致动时间段为0.5秒到小于5分钟。根据更优选的示例性实施例，端口致动时间段几乎为0秒或即时。根据另一个优选的示例性实施例，端口致动时间段为60分到小于2周。可以通过例如更短的液压限流器的长度、更低的液压限流器流体速度和更短的高压腔室等因素来控制延时或致动时间段。对于控制来自表面的流体压力的操作员来说，会出现因为压力响应对于检测而言过快从而发生到地层的即时连接的情况。在这种情况下，相比于其中撞击活塞以使到地层的端口打开的现有技术方法，以受控的方式连接至地层是即时发生的。根据优选的示例性实施例，设备以受控的方式建立至地层的连接。

优选示例性反作用破裂盘(1200-1220)

如图12a(1210)所大体上示出的，现有技术的破裂盘易于被水泥或其他碎片(1201)堵塞。破裂盘(1210)的堵塞可能使破裂盘压裂的致动压力波动且可能阻止装置的致动。因此，需要一种无堵塞的起到规定作用破裂盘。如图12b(1220)所大体上示出的，在受控延时装置中可以使用反作用破裂盘作为压力致动装置。该反作用破裂盘(1202)具有在水泥浇注和其他井筒操作期间不堵塞的独特优势。该优势导致当与常规的易于堵塞的向前输送作用破裂盘比较时该破裂盘起到规定作用。

具有芯轴端口和壳体开口形状的优选示例性受控延时装置(1300-1500)

图13(1300)、14(1400)、15a(1510)和15b(1520)大体示出加压流体从井筒套管至烃地层的喷射动作。随着活塞缓慢移过趾阀的壳体的开口，暴露壳体开口，芯轴中的端口与开口对齐以产生加压流体穿过开口的导向孔射流效应。导向孔射流的形状取决于活塞中的端口形状和壳体中的开口形状。阀可以在最大压力下打开，并且当活塞缓慢移动时初始受限流动面积随着时间增加至最大设计流动面积。根据优选的示例性实施例，可以从包括圆形、椭圆形和正方形的组中选择芯轴中端口的形状。根据另一个优选的示例性实施例，可以从包括圆形、椭圆形和正方形的组中选择套管中开口的形状。

图13(1300)示出当活塞暴露壳体(1301)中的开口时可以由壳体中的圆形形状的开口(1303)和芯轴(1302)中的圆形形状的端口(1304)形成的喷嘴。类似地，图14(1400)示出当活塞暴露壳体(1401)中的开口时，可以由壳体中的椭圆形形状的开口(1403)和芯轴(1402)中的椭圆形形状的端口(1404)形成的喷嘴。类似地，图15a(1510)示出当活塞暴露壳体(1501)中的开口时，可以由壳体中的椭圆形形状的开口(1503)和芯轴(1502)中的圆形形状的端口(1504)形成的喷嘴。另外，图15b(1520)示出当活塞暴露壳体(1511)中的开口时，可以由壳体中的圆形形状的开口(1513)和芯轴(1512)中的椭圆形形状的端口(1514)形成的喷嘴。

恒定宽度的槽或可变宽度的槽，例如液滴槽也可以用作壳体中的开口或者芯轴中的端口。当活塞行进时，任意恒定宽度的形状可以用作壳体中的开口或者芯轴中的端口。类似地，当活塞移过开口和端口时，可能变宽或变窄的例如泪滴的形状可以用作壳体中的开口或者芯轴中的端口。内芯轴的流动面积可以设计用于有限的入口应用使得流动以足够高的流速转移至多个注射位置。

受控延时装置的优选示例性流程图(1600)

如大体上在流程图16(1600)中所见的，使用受控延时装置的优选的示例性受控延时方法可以依据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同趾阀装置(1601)；

(2)注射流体以使井压力增加至最大压力的80％至100％(1602)；

(3)当流体的压力超过致动装置的额定压力时，致动所述致动装置(1603)；

(4)允许趾阀中的活塞在致动时间段行进(1604)：和

(5)使得活塞行进以在端口打开时间间隔期间打开开口，以便加压的流体流入地质层(1605)。

受控延时装置的优选示例性流程图(1610)

如大体上在流程图16a(1610)所见，使用受控延时装置的优选示例性受控延时方法可以依据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述装置(1611)；

(2)注射流体以使井压力增加至最大压力的80％到100％(1612)；

(3)测试套管的完整性(1613)；

(4)增加加压的流体的压力以便使压力超过致动装置的额定压力(1614)；

(5)将加压的流体的压力增加至所述最大套管压力的约100％以允许活塞在所述致动时间段行进(1615)；

(6)在所述致动时间段内测试套管完整性(1616)；和

(7)使得活塞行进以在端口打开时间间隔期间打开所述开口以便加压的流体流入地质层(1617)。

优选示例性双致动受控延时装置(1700-1900)

如图17a(1710)和17b(1720)所基本图示的，双致动受控延时装置包括用于在井筒套管中使用的双受控趾阀(1701、1702)。双趾阀(1701、1702)的每个相似于前述图1A和图1B中的趾阀装置。趾阀(第一延时工具)(1701)可以包括当通过第一压力致动装置(1703)致动时活动的第一活塞(1704)、壳体中的第一开口(1705)和芯轴中的第一端口(1707)。类似地，趾阀(第二延时工具)(1702)可以包括当通过第二压力致动装置(1713)致动时活动的第二活塞(1714)、壳体中的第二开口(1715)和芯轴中的第二端口(1717)。第一延时工具(1701)可以在第一位置集成到井筒套管中并且第二延时工具(1702)可以在第二位置集成到井筒套管中。可以通过在套管放入井筒之前的裸眼井测井(open-hole log)、可以包括停留在区域中的所感兴趣的三维地质层的地震数据、以及泥浆录井来确定第一位置和第二位置。根据优选的示例性实施例，双致动受控延时装置还可以包括在第三位置集成在井筒套管中的第三延时工具。第三工具可以包括具有第三开口的第三壳体、第三活塞和第三致动设备。应注意，前述延时工具的数量不可以理解为限制。本领域的普通技术人员可以使用可以集成在井筒套管中的三个或更多个延时工具以在不同时间实现交错的延时开口。包括泵送工具、注射流体或堵塞的其他操作可以在延时工具打开的任意时间来执行。趾阀(1701、1702)中每个活塞(1704、1714)的行进速度彼此独立控制。根据优选的示例性实施例，双致动受控延时装置可以由承载设备所承受的所有拉伸、压缩和扭转载荷的一体式芯轴的设计来制造。整个双致动受控延时装置可以作为柱的整体部分通过管道输入套管柱，并且布置在需要地层射孔和流体注入地层的位置。该双致动受控延时装置可以在不改变其功能的情况下安装在任意方向。

现有技术系统不在单个系统中提供两个或更多个趾阀是由于这样的事实：至地层的第一连接释放了井筒套管中的所有压力，因此使得潜在的第二个趾阀失效。这是由致动装置内在的致动压力的公差导致的。根据优选的示例性实施例，各个趾阀的延时是独立控制的，使得能够创建至地层的多个连接点。多个连接点对地层的影响可以导致提高的连接效率和增大的至地层的流动面积。根据优选的示例性实施例，流动面积可以增加50％至多于1000％。根据优选的示例性实施例，各个趾阀的延时是相等的。根据另一个优选的示例性实施例，各个趾阀的延时是不相等的。根据又一个优选的示例性实施例，第一致动时间段和第二致动时间段的比率为0.01到100。根据进一步的优选示例性实施例，第一端口打开时间间隔和第二端口打开时间间隔的比率为0.01到100。根据又一个优选的示例性实施例，一个阀为连接至地层提供防故障机制。第一致动设备(1713)和第二致动设备(1703)的额定压力的差值可以在500PSI之内。由于例如破裂盘的致动装置的额定压力标定在+-500PSI，所以这是特别重要的。为了说明额定压力中的偏差，具有+-500PSI的额定压力偏差的两个延时工具可以用于使致动压力中的不确定性最小化。如果一个阀未能打开或起作用，另外的阀可以充当替代或防故障装置以提供至地层的连接。图18(1800)示出受控双延时受控设备的立体图。该受控双延时受控设备可以集成在井筒套管(1901)中，如图19(1900)所示。具有集成的双控制设备的套管可以用水泥来浇注(1902)。该设备可以包括两个单独的受控延时装置、第一延时工具(1903)和第二延时工具(1904)。根据优选的示例性实施例，受控双延时受控设备可以集成在套管的趾端。根据另一个优选的示例性实施例，受控双延时受控设备可以集成在套管的愈合端。

利用双致动趾阀的受控延时的优选示例性流程图(2000)

如大体上在流程图20(2000)中所见，使用图17a(1710)中的前述双致动受控设备的优选示例性受控延时方法可以根据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同双致动受控装置(2001)；

(2)注射流体以使井压力增加至最大压力的80％到100％(2002)；

(3)当最大压力超过第一致动设备的额定压力时，致动第一致动设备，并且当最大压力超过第二致动设备的额定压力时，致动第二致动设备(2003)；

(4)允许第一活塞在第一致动时间段内行进并允许第二活塞在第二致动时间段内行进(2004)；和

(5)使得第一活塞能够行进以在第一端口打开时间间隔期间打开第一开口，并使得第二活塞能够行进以在第二端口打开时间间隔期间打开第二开口，以便加压流体流入地层(2005)。

优选的示例性单致动受控双延时装置(2100-2200)

如图21a(2110)、21b(2120)和21c(2130)所大体示出的，单致动受控双延时装置包括具有活塞(2103、2113)的双延时阀、芯轴(2105)、开口(2101、2111)和用于在井筒套管中使用的端口(2102、2112)。该单致动受控双延时装置可以包括第一活塞(2103)和当通过压力致动装置(2104)致动时沿相反方向运动的第二活塞。第一延时阀可以在第一位置集成到井筒套管中，并且第二延时阀可以在第二位置集成到井筒套管中。可以通过在套管放入井筒之前的裸眼井测井、可以包括停留在区域中的所感兴趣的三维地质层的地震数据、以及泥浆录井来确定第一位置和第二位置。根据优选的示例性实施例，单致动受控延时装置还可以包括在第三位置集成在井筒套管中的第三延时工具。第三工具可以包括具有第三开口的第三壳体、第三活塞和致动装置。应注意，前述延时工具的数量不可以理解为限制。本领域的普通技术人员可以使用可以集成在井筒套管中的三个或更多个延时工具以在不同时间实现交错的延时开口。根据优选的示例性实施例，可以通过单一的致动装置致动两个或更多个延时阀。设备中活塞(2103、2113)的每个的行进速度可以彼此独立控制。根据优选的示例性实施例，单致动受控延时装置可以由承载设备所承受的所有拉伸、压缩和扭转载荷的一体式芯轴的设计来制造。整个单致动受控延时装置可以作为柱的整体部分通过管道输入套管柱，并且布置在需要地层射孔和流体注入地层的位置。该单致动受控延时装置可以在不改变其功能的情况下安装在任意方向。现有技术系统不在单个系统中提供两个或更多个趾阀是由于这样的事实：至地层的第一连接释放了井筒套管中的所有压力，因此使得潜在的第二个趾阀失效。根据优选的示例性实施例，各个趾阀的延时是独立控制的，使得能够创建至地层的多个连接点。多个连接点对地层的影响可以导致提高的连接效率和增大的至地层的流动面积。根据优选的示例性实施例，流动面积可以增加50％至多于1000％。根据优选的示例性实施例，各个趾阀的延时是相等的。根据另一个优选的示例性实施例，各个趾阀的延时是不相等的。根据又一个优选的示例性实施例，一个阀为连接至地层提供防故障机制。如果一个阀未能打开或起作用，另外的阀可以充当替代或防故障装置以提供至地层的连接。图22(2200)示出受控单致动双延时受控设备的立体图。该受控单致动双延时受控设备可以集成在井筒套管中。该单致动可以包括两个单独的受控延时装置、第一延时工具和第二延时工具。根据优选的示例性实施例，受控双延时受控设备可以集成在套管的趾端。根据另一个优选的示例性实施例，受控双延时受控设备可以集成在套管的愈合端。

利用单致动趾阀的受控延时的优选示例性流程图(2300)

如大体上在流程图23(2300)中所见，使用单致动受控双延时装置的优选示例性受控延时方法可以依据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同双趾阀装置(2301)；

(2)注射流体以使井压力增加至最大压力的80％到100％(2302)；

(3)当最大压力超过致动装置的额定压力时，对致动设备进行致动(2303)；

(4)允许第一活塞在第一致动时间段内行进并允许第二活塞在第二致动时间段内行进(2304)；和

(5)使得第一活塞能够行进以在第一端口打开时间间隔期间打开第一开口，并使得第二活塞能够行进以在第二端口打开时间间隔期间打开第二开口，以便加压流体流入地层(2305)。

通过受控的延时趾阀进行射孔和压裂的优选示例性流程图(2400)

如在流程图24(2400)中大体所见，使用受控的延时装置的优选示例性压裂方法可以依据以下步骤大体描述：

(1)将井筒套管连同所述设备一起安装在井筒中(2401)；

延时装置可以配备座表面以便节流塞元件可以坐落于该座表面

(2)将井筒压力泵压至最大压力(2402)；

(3)当最大压力超过致动装置的额定压力时，激活致动装置(2403)；

(4)在最大压力下，在致动时间段执行套管完整性测试(2404)；

(5)使得活塞能够行进以打开套管以便建立至地层的连接(2405)；

(6)通过延时装置泵送压裂流体(2406)；

可以先于或在泵送压裂流体期间利用HCL进行酸刺激以便创建至地层的改进的连接，并且进一步的压裂操作在创建压裂中更加有效。

(7)将射孔枪泵入井筒套管(2407)；和

可以与压裂塞一起泵送射孔枪，以便压裂塞隔离下一分段。可以将限流塞元件布置坐落于设备的座表面。

(8)通过射孔枪进行射孔(2408)。

受控的延时注射阀中的优选示例性装置球座(2500-2600)

在现今的水平井筒中使用的封隔塞设计最初开发用于垂直的井筒中。由于延伸的套管长度和仅在封隔塞一侧集中的摩擦，水平井筒对于设备来说展示了更具挑战的轨迹。因此，封隔塞的弹性鳍能够在一侧磨损并导致不能在常规管托的尺寸下适当地密封。这导致了称为“潮湿管托”的现象。在水泥浇注的井筒套管中具有潮湿管托的垮台包括可能的渗漏通道、缺少隔离、和缺乏套管的压力完善性。因此，当压力套管完整性测试失败时，失败的原因或者是潮湿管托或者是套管中的裂缝。根据优选的示例性实施例，具有球座的延时注射阀或趾阀使得当球或者节流塞元件落入球座中的井筒套管座时能够检测潮湿管托并且密封趾端以修复潮湿管托。另一方面，如果坐落于延时注射阀中的球仍然导致套管完整性测试失败，那么失败的原因就不是由于潮湿管托，这还表明失败的原因与套管完整性有关。在一些情况下，套管完整性失败可以是由于较差的连接或者由于套管中的孔。根据优选的示例性实施例，延时注射阀是液压控制延时阀。例如，延时注射阀可以是如图1A所图示的液压控制延时阀。额外的座可以位于阀的下方，提供测试趾、阀和井的工具。根据另一个优选的示例性实施例，延时注射阀是液压控制的双致动延时阀。例如，延时注射阀可以是如图17a所示的液压控制的双致动延时阀。根据又一个优选的示例性实施例，延时注射阀是液压控制的单致动延时阀。例如，延时注射阀可以是如图21a所示的液压控制的单致动延时阀。

图25(2500)大体示出坐落于受控延时装置(2501)的座表面(2502)的节流塞元件(2503)。受控的延时装置(2501)可以安装在井筒套管的趾端。节流塞元件(2503)可以是能够投放以落至阀(2501)中的座的球。坐落的节流塞元件(2503)可以沿趾方向经过节流塞元件(2503)的任意裂缝，从而使得能够检测井筒套管中的潮湿管托。根据优选的示例性实施例，具有球座的趾阀用于将潮湿管托故障与套管完整性故障隔离。根据优选的示例性实施例，坐落于受控延时装置中的节流塞元件可以用于创建射孔和压裂操作的第一阶段。图26(2600)大体描述了坐落于受控延时装置的座表面的节流塞元件的立体图。根据优选的示例性实施例，节流塞元件在井筒流体中是可降解的。

根据另一个优选的示例性实施例，节流塞元件在井筒流体中是不可降解的。根据优选的示例性实施例，节流塞元件具有可以从包括球形、飞镖形、椭圆形或柱形的组中选择的形状。

使用受控延时趾阀的潮湿管托检测的优选示例性流程图(2700)

如大体上在流程图27(2700)所见，通过具有球座的受控延时装置的优选示例性潮湿管托检测方法可以依据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述装置(2701)；

(2)在最大压力的80％到100％执行套管完整性测试(2702)；

套管完整性测试可以在最大压力的80％或100％执行。可以将流体注入以使井压力增加至最大压力的80％到100％

(3)检查套管完整性测试是否通过，如果通过继续步骤(9)(2703)；

(4)将节流塞元件部署在井筒套管之内(2704)；

(5)在装置的相符的座表面中安置节流塞元件(2705)；

(6)在最大压力执行套管完整性测试(2706)；

套管完整性测试可以在最大压力的80％或100％执行。

(7)检查套管完整性测试是否通过，如果通过继续步骤(9)(2707)；

(8)修补泄露源(2708)；和

(9)执行注射、射孔或压裂操作(2709)。

优选示例性的井筒套管中的碎片移除系统(2800)

在压裂处理应用中，井能够包括能够堵塞或者限制射孔或套管输送完成阀的功能的残留水泥或其他“碎片”。该堵塞可以在以低速率向下泵送下井仪器串的初始注射期间出现，或在压裂刺激处理期间当泵送速率增加时出现，或者在增加的泵送速率之后的某时刻出现。图28a(2810)、图28b(2820)、图28c(2830)示出具有延时机构的双注射系统，该系统可以用在具有多注射点的阶段式或连续延时的类型中。如图28a所示，第一工具(2801)和第二工具(2802)可以用井筒套管输送或者部署在井筒套管(2805)中。井筒套管可以内衬水泥(2803)或开孔。例如，注射点1是如图28b(2820)所示的开口，并且流速增加，从而携带碎片优先堵塞注射点1。之后如图28c(2830)所示，注射点2打开，从而允许至井筒的通畅流动。交错的连续延时工具(用于与已经打开的连接一起使用或者独自成套使用)使得来自水泥浇注、射孔或其他源的碎片优先地、无论是从第二工具的上孔还是下孔而引向首先连接到贮存器的工具，从而贮存器打开使得第二工具由于到贮存器的改进连接而免受碎片的影响。在第一工具(2801)中的第一注射点与第二工具(2802)中的第二注射点之间的间隔中，流体可以泵入井筒套管以将碎片(2804)移至第一注射点。根据优选的示例性实施例，第二注射点可以在第一注射点堵塞后打开。例如，如果第一工具是具有5分钟延时的受控延时阀而第二工具是具有30分钟延时的受控延时阀，第一工具在致动后5分钟打开，在第二工具打开前可以将流体泵送25分钟以收集第一工具中的碎片。根据优选的示例性实施例，双注射装置可以由承载设备所承受的所有拉伸、压缩和扭转载荷的一体式芯轴的设计来制造。整个双注射装置可以作为柱的整体的一部分通过管道输入套管柱，并且布置在需要地层射孔和流体注入地层的位置。该双注射装置可以在不改变其功能的情况下安装在任意方向。根据优选的示例性实施例，第一工具和第二工具是受控延时工具。根据另一个优选的示例性实施例，第一工具是受控延时工具而第二工具是射孔枪。根据又一个优选的示例性实施例，第一工具是可以通过球致动的阀而第二工具是受控延时工具。根据进一步优选的示例性实施例，第一工具和第二工具是可以通过球致动的阀。应注意，受控延时工具、射孔枪、通过球致动的阀的任意组合可以用作第一工具和第二工具以建立第一注射点和第二注射点。

在水泥浇注衬管的应用中，惯例是以20％-40％的水泥体积表面置换水泥以实现优质衬圈(用于压力完整性的穿过衬管顶部的良好的固井作业)。当送入工具从衬管悬挂系统分离时，表面置换的水泥回落到衬管顶部中,留下水泥纵梁或其他碎片。然后，这些纵梁和碎片下沉至井的踵部，随后当打开趾阀时，会将其从踵部泵送至趾部。已知的这些纵梁和碎片堵塞或锁死趾阀。

根据优选的示例性实施例，在交错型式中可以使用两个或更多个注射点以便在创建至地层的无阻挡连接之前收集碎片。这对于将衬管悬挂在套管的内表面的衬管悬挂工作而言尤其重要。如果套管没有充分清洁，衬管可能无法抓紧内表面。

使用受控双注射装置的碎片移除的优选示例性流程图(2900)

如大体上在流程图29(2900)中所见，使用受控双注射装置的碎片移除方法包括可以根据以下步骤大体描述的第一工具和第二工具：

(1)在井筒中安装井筒套管连同受控双注射装置(2901)；

(2)注射流体以使压力增加至最大压力的80％到100％(2902)；

(3)打开第一工具中的第一注射点(2903)；

(4)收集第一工具中的碎片(2904)；

(5)打开第二工具中的第二注射点(2905)；和

(6)通过第二注射点执行井下作业(2906)。

使用受控双延时装置的碎片移除的优选示例性流程图(3000)

如大体上在流程图30(3000)中所见，使用包括第一延时工具和第二延时工具的受控双注射装置的优选示例性碎片移除方法可以根据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同受控双延时装置(3001)；

(2)注射流体以使井筒压力增加至最大压力的80％到100％(3002)；

(3)允许第一延时工具中的第一活塞在第一致动时间段内行进，并允许第二延时工具中的第二活塞在第二致动时间段内行进(3003)；

(4)在经过第一致动时段后，打开第一延时工具中的第一注射点(3004)；

(5)收集第一工具中的碎片(3005)；

(6)在经过第二致动时段后，打开第二延时工具中的第二注射点(3006)；和

(7)通过第二注射点执行井下作业(3007)。

使用受控延时装置和射孔枪的碎片移除的优选示例性流程图(3100)

如大体上在流程图31(3100)中所见使用包括第一延时工具和射孔枪的受控设备的优选示例性碎片移除方法包括可以根据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述受控装置(3101)；

(2)注射流体以使压力增加至最大压力的80％到100％(3102)；

(3)允许延时工具中的活塞在致动时间段内行进(3103)：

(4)在经过第一致动时段后，打开延时工具中的第一注射点(3104)；

(5)收集第一工具中的碎片(3105)；

(6)在经过第二致动时段后，打开第二工具中的第二注射点(3106)；和

(7)通过第二注射点执行井下作业(3107)。

使用受控双注射装置的碎片移除的优选示例性流程图(3200)

如大体上在流程图32(3200)中所见，使用包括第一工具、第二工具和第三工具的分阶段延时系统的优选示例性碎片移除方法可以根据以下步骤大体描述：

(1)在井筒中安装井筒套管(3201)；

(2)将流体注入井筒套管中以使压力增加至最大压力(3202)；

(3)打开第一工具中的第一注射点(3203)；

(4)在预定时间内，在第一工具的第一注射点收集存在于井筒套管中的碎片(3204)；

(5)打开第二工具中的第二注射点和第三工具中的第三注射点(3205)；和

(6)通过第二注射点和第三注射点执行井下作业(3206)。

根据优选的示例性实施例，在预定时间期间第一工具被碎片堵塞。

根据另一个优选的示例性实施例，第二工具和第三工具是受控延时阀。

根据又一个优选的示例性实施例，第二工具和第三工具由加压流体的压力致动。

根据另一个优选的示例性实施例，第一工具和第二工具由第一致动设备致动而第三工具由第二致动设备致动。

根据更优选的示例性实施例，第一工具和第二工具由压力致动而第三工具由球致动。在第一工具从井筒套管中收集碎片后球部署在井筒套管内。

根据更优选的示例性实施例，系统还可以包括第四受控延时工具，其配置为通过与第一注射点一起的第四注射点收集碎片。

由一体式芯轴制造的优选示例性滑动套筒装置

如图33所大体图示的，滑动套筒阀可以通过将压力致动盘(23)、例如破裂盘或者反作用破裂盘压裂安装在一体式芯轴(29)上来制造。活塞(5)可以安装在芯轴(29)上以覆盖芯轴(29)中的开口(25)。活塞(5)可以从第一螺纹端(41)向第二螺纹端(51)安装并液压锁定在适当位置。第一外壳(6)可以从第一螺纹端(41)滑过活塞(5)并停止在第一肩部(40)上。第一外壳(6)可以从第一螺纹端(41)滑过或滑移过活塞(5)并停止在第一肩部(50)上。具有液压流体的高压腔室(32)可以从第一螺纹端(41)安装并停止在邻近所述活塞(5)处。节流组件(44)可以从第一螺纹端(41)安装并停止在邻近高压腔室(32)处。第二外壳(4)可以滑过或者滑移过邻近节流组件(44)的芯轴。端盖(43)附接至芯轴(29)并创建邻近节流组建(44)的低压腔室(34)。井筒套管(60)可以用螺纹(62)螺纹连接至芯轴(29)。应注意，虽然在图33中示出具有螺纹(62)的一个螺纹端(41)，但是第二螺纹在芯轴的第二螺纹端(51)上制造以定制用于插入井筒套管的那种螺纹。根据优选的示例性实施例，螺纹可以设计为套管扭矩规格。

根据优选的示例性实施例，用于在井筒套管中使用的滑动套筒阀包括具有第一螺纹端和第二螺纹端的芯轴。滑动套筒阀可以用所述井筒套管来输送。滑动套筒阀可以安装在所述井筒套管的趾端。芯轴可以是管状环形单件元件。芯轴可以由从包括钢、铸铁、陶瓷或复合材料的组中选出的材料制成。该一件集成件使得当第一螺纹端和第二螺纹端螺纹连接至井筒套管的端部时，芯轴能够承载井筒套管的10,000ft-lbs至30,000ft-lbs的所有扭矩载荷。第一螺纹端和第二螺纹端可以设计为承载井筒套管(60)规格。根据其他优选的示例性实施例，第一螺纹端和第二螺纹端配备有配置符合井筒套管扭矩规格的螺纹。

根据又一个优选的示例性实施例，滑动套筒阀仅从一端与部件装配。例如，破裂盘(23)、活塞(5)、第一外壳(6)、高压腔室(32)、节流组件(44)、第二外壳(4)和端盖(43)全都从第一螺纹端(41)向第二螺纹端(51)的方向滑动/滑移或者安装。根据另一个优选的示例性实施例，多个部件从芯轴的任一端纵向地安装。

根据优选的示例性实施例，多个部件安装在芯轴的外表面上。例如，破裂盘(23)、活塞(5)、第一外壳(6)、高压腔室(32)、节流组件(44)、第二外壳(4)和端盖(43)全都在芯轴(29)的外表面滑动/滑移或者安装。根据另一个优选的示例性实施例，多个部件安装在芯轴的内表面上。根据又一个优选的示例性实施例，多个部件安装在芯轴的内表面和芯轴的外表面。

根据优选的示例性实施例，所述滑动套筒阀是受控液压延时阀。根据另一个优选的示例性实施例，受控液压延时阀包括每个由双致动装置致动的双延时阀。根据另一个优选的示例性实施例，受控的液压延时阀包括两个都由单个致动设备致动的双延时阀。

装配具有一体式芯轴的滑动套筒阀的优选示例性流程图(3300)

如大体上在流程图34(3300)中所见，具有一体式芯轴的滑动套筒阀的组装的优选示例性方法依据以下步骤描述：

(1)将压力致动盘安装在所述芯轴上(3301)；

(2)将活塞安装在所述芯轴上，以从所述第一螺纹端向所述第二螺纹端覆盖所述芯轴中的多个开口，并将其液压锁定就位(3302)；

(3)从所述第一螺纹端在所述活塞之上滑动第一外壳，并使其停止在第一肩部(3303)；

(4)从所述第一螺纹端安装具有流体的高压腔室并使其停止在邻近所述活塞处(3304)。

(5)从所述第一端安装节流组件并使其停止在邻近所述高压腔室处(3305)；

(6)在邻近所述节流组件处，在所述芯轴上滑动第二外壳(3306)；

(7)在所述芯轴中安装端盖并创建邻近所述节流组件的低压腔室(3307)；和

(8)将所述井筒套管螺纹连接至具有所述芯轴的所述滑动套筒阀(3308)。

系统综述

本发明系统预期了延时阀的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种集成在井筒套管中的用于将加压流体注入地层的受控延时装置，所述设备包括：具有开口的壳体、活塞、延时限流器、致动装置和具有液压流体的高压腔室；所述延时限流器配置为与高压腔室压力联通；活塞的行进速度由通过延时限流器的一段从高压腔室进入低压腔室的液压流体来限制；

其中

基于通过致动设备的致动，活塞行进致动时间段，在致动时间段过去后，活塞的行进允许开口打开以便加压流体在端口打开的时间间隔流过开口。

该一般性系统综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的设计说明的大量的发明实施例。

方法综述

本发明方法预期了实施方式的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种受控延时方法，其中所述方法在集成在井筒套管中用于将加压流体注入地层的受控延时装置上执行，所述设备包括：具有开口的壳体、活塞、延时限流器、致动装置和具有液压流体的高压腔室；所述延时限流器配置为与高压腔室压力联通；活塞的行进速度由通过延时限流器的一段从高压腔室进入低压腔室的液压流体来限制。

其中

基于通过致动设备的致动，活塞行进致动时间段，在致动时间段过去后，活塞的行进允许开口打开以便加压流体在端口打开时间间隔流过开口。

其中所述方法包括步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述装置；

(2)将加压流体注入井筒套管中；

(3)当最大压力大于致动装置的额定压力时，致动所述致动装置；

(4)允许活塞在致动时间段内行进；和

(5)使得活塞行进以在端口打开时间间隔期间打开所述开口以便加压流体流入地层。

该一般性方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的涉及说明的大量的发明实施例。

套管完整性测试方法综述

本发明方法预期了实施方式的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种受控延时方法，其中所述方法在集成在井筒套管中用于将加压流体注入地层的受控延时装置上执行，所述设备包括：具有开口的壳体、活塞、延时限流器、致动装置和具有液压流体的高压腔室；所述延时限流器配置为与高压腔室压力联通；活塞的行进速度由通过延时限流器的一段从高压腔室进入低压腔室的液压流体来限制。

其中基于通过致动设备的致动，活塞行进致动时间段，在致动时间段过去后，活塞的行进允许开口打开以便加压流体在端口打开时间间隔流过开口。

其中所述方法包括步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述装置；

(2)将流体注入以到达到最大套管压力的约80％；

(3)测试套管完整性；

(4)增加加压流体的压力以便压力超过致动设备的额定压力；

(5)将加压流体的压力增加至最大套管压力的约100％以允许活塞在致动时间段内行进；

(6)在致动时间段内测试套管完整性；和

(7)使得活塞行进以在端口打开时间间隔期间打开所述开口以便所述加压流体流入地层。

该一般性方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的涉及说明的大量的发明实施例。

系统/方法变型

本发明预期了油气开采的基本主题中的大量变型。前面展示的示例不代表可能的应用的整个范围。它们意味着引用几乎无限可能的几个。

基本系统和方法可以用各种所附实施例来扩展，其包括但不限于：

实施例，其中延时限流器是包括连接为串联链的多个延时元件的盒状物。

实施例，其中延时限流器是包括以串联链和并联链连接的多个延时元件的盒状物。

实施例，其中液压流体具有从3至10000厘沲的粘度。

实施例，其中液压流体还具有配置为进一步减缓活塞行进速率的堵塞剂。

实施例，其中液压流体配置为从固态改变物相为液态。

实施例，其中致动时间段从大于60分钟到小于2周。

实施例，空气中致动时间段为近乎0秒使得开口即时打开。

实施例，其中致动时间段从大于0.5秒到小于60分钟。

实施例，其中致动时间段从2分钟到3分钟。

实施例，其中端口打开时间间隔从0.5秒到20分钟。

实施例，其中端口打开时间间隔为近乎0秒。

实施例，其中设备与内径和外径关联，内径对外径的比率为0.4到0.9。

实施例，其中设备与内部工具直径关联并且井筒套管与内套管直径比率关联，内部工具直径对外部套管直径的比率为0.4到1.1。

实施例，其中致动装置具有基本等于井筒套管的压力的额定压力。

实施例，其中，致动装置为反作用破裂盘。

实施例，其中致动装置为破裂盘。

实施例，其中芯轴还包括端口；所述端口配置为在端口打开时间间隔与套管中的开口对齐。

实施例，其中壳体中开口的形状从包括圆形、椭圆、三角形和矩形的组中选择。

实施例，其中芯轴中端口的形状从包括圆形、椭圆、三角形或矩形的组中选择。

实施例，其中当加压流体随着芯轴中的端口缓慢行进过壳体中的开口从而注入地层时产生加压流体的喷射。

实施例，其中喷嘴的形状由端口的形状和开口的形状确定。

本领域技术人员会理解：基于以上的发明说明书中教导的元件的组合，其他实施例是可能的。

受控双延时系统综述

本发明系统预期了延时阀的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于将加压流体通过井筒套管在多个位置注入地层的受控双延时系统，所述系统包括：

在第一位置集成在井筒套管中的第一延时工具；所述第一延时工具包括具有第一开口的第一壳体、第一活塞和第一致动设备；

在第二位置集成在井筒套管中的第二延时工具；所述第二延时工具包括具有第二开口的第二壳体、第二活塞和第二致动设备；

其中

基于通过第一致动设备的致动，第一活塞行进第一致动时间段，在第一致动时间段过去后，第一活塞的行进允许第一开口打开以便加压流体在第一端口打开时间间隔流过第一开口；和

基于通过第二致动设备的致动，第二活塞行进第二致动时间段，在第二致动时间段过去后，第二活塞的行进允许第二开口打开以便加压流体在第二端口打开时间间隔流过第二开口。

受控双延时方法综述

本发明方法预期了实施方式的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于在多个位置将加压流体受控地注入地层的受控双延时方法，所述方法与受控双延时系统共同操作，所述受控双延时系统包括：在第一位置集成在井筒套管中的第一延时工具；在第二位置集成在井筒套管中的第二延时工具；第一延时工具包括具有第一开口的第一壳体、第一活塞和第一致动设备；第二延时工具包括具有第二开口的第二壳体、第二活塞和第二致动设备；

其中

受控的双延时方法包括以下步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述双延时系统；

(2)以约最大压力注射加压流体；

(3)当最大压力超过第一致动设备的额定压力时，致动第一致动设备，并且当最大压力超过第二致动设备的额定压力时，致动第二致动设备；

(4)允许第一活塞在第一致动时间段内行进，并允许第二活塞在第二致动时间段内行进；

(5)使第一活塞能够行进以在第一端口打开时间间隔期间打开第一开口，并使第二活塞能够行进以在第二端口打开时间间隔期间打开第二开口，以便加压流体流入地层。

该一般方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的涉及说明的大量的发明实施例。

单致动受控延时系统综述

本发明系统预期了延时阀的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于将加压流体通过井筒套管注入地层的、集成进井筒套管中的单致动受控延时系统，其中双趾阀包括：具有第一开口和第二开口的壳体、第一活塞、第二活塞和致动装置；

其中

基于通过致动装置的致动，第一活塞在第一致动时间段内行进，在第一致动时间段过去后，第一活塞的行进允许第一开口打开以便加压流体在第一端口打开时间间隔期间流过第一开口；

基于通过致动装置的致动，第二活塞在第二致动时间段内行进，在第二致动时间段过去后，第二活塞的行进允许第二开口打开以便加压流体在第二端口打开时间间隔期间流过第二开口；和

基于通过致动装置的致动，第一活塞和第二活塞沿相反的方向行进。

单致动受控延时方法综述

本发明方法预期了实施方式的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于将加压流体在多个位置受控地注入地层的集成在井筒套管中的单致动受控延时方法，所述方法与用于将加压流体通过套管注入地层的集成在井筒套管中的受控单致动延时趾阀一起操作，所述单致动延时趾阀包括：具有第一开口和第二开口的壳体、第一活塞、第二活塞和致动装置；

其中

单致动延时方法包括以下步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管连同单致动双趾阀；

(2)以约最大压力注射加压流体；

(3)当最大压力超过致动装置的额定压力时，激活所述致动设备；

(4)允许第一活塞在第一致动时间段内行进，并允许第二活塞在第二致动时间段内行进；

(5)使第一活塞能够行进以在第一端口打开时间间隔期间打开第一开口，并使第二活塞能够行进以在第二端口打开时间间隔期间打开第二开口，以便加压流体流入地层。

该一般方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的涉及说明的大量的发明实施例。

潮湿管托检测系统综述

本发明方法预期了延时阀的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种集成在井筒套管中的设备，其中具有构建在阀中的座表面的延时注射阀；座表面配置为容纳节流塞元件；从而当在套管完整性测试期间检测到井筒套管中的渗漏时，将节流塞元件投落以坐落于相符的座表面以判断渗漏是否是出于潮湿管托的原因。

潮湿管托检测方法综述

本发明方法预期了实施例的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于检测井筒套管中的潮湿管托的方法，该方法与集成在井筒套管中的趾端的设备一同操作；所述设备为具有构建在阀中的座表面的延时注射阀；座表面配置为容纳节流塞元件；从而当在套管完整性测试期间检测到井筒套管中的渗漏时，将节流塞元件投落以坐落于相符的座表面以判断渗漏是否是出于潮湿管托的原因。其中所述方法包括步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管连同所述装置；

(2)在最大压力执行套管完整性测试；

(3)检查套管完整性测试是否通过，如果通过继续步骤(9)；

(4)将节流塞元件部署在井筒套管中；

(5)在所述装置的相符的座表面中布置就坐节流塞元件；

(6)在最大压力执行套管完整性测试；

(7)检查套管完整性测试是否通过，如果通过继续步骤(9)；

(8)修补渗漏的源；和

(9)进行射孔和压裂操作。

该一般方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的符合总体设计描述的大量的发明实施例。

压裂方法综述

本发明方法预期了实施例的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种通过受控延时装置将压裂流体泵送进地层的压裂方法，受控延时装置包括：具有开口的壳体、活塞、限流器、致动装置和具有液压流体的高压腔室；所述叠加延时限流器配置为与高压腔室压力联通；活塞的行进速度由通过叠加延时限流器的一段从高压腔室进入低压腔室的液压流体来限制；

其中所述压裂方法包括步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管连同延时装置；

(2)将井筒压力泵至最大压力；

(3)当最大压力超过致动装置的额定压力时激活所述致动装置；

(4)在最大压力，在致动时间段内执行套管完整性测试；

(5)使活塞行进以打开开口以便建立至地层的联结；和

(6)通过延时装置泵送压裂流体。

该一般方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的涉及说明的大量的发明实施例。

阶段式延时系统综述

本发明方法预期了实施例的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种移除井筒套管中的碎片的阶段式延时系统，该阶段式延时系统包括第一工具和第二工具；第一工具使用井筒套管进行输送；

其中，当加压流体在最大压力下注入井筒套管时，第一工具中的第一注射点打开；第一注射点以预定时间收集来自井筒套管的碎片；并且第二工具中的第二注射点在预定时间之后打开；第二注射点配置为使得第一工具中的碎片收集之后留下没有碎片的第二注射点从而能够进行井下作业。

阶段式注射方法综述

本发明方法预期了实施例的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于移除井筒套管中的碎片的阶段式注射方法，所述方法与阶段式延时系统共同操作，所述阶段式延时系统包括第一工具和第二工具；

其中所述阶段式注射方法包括步骤：

(1)在井筒中安装井筒套管；

(2)将加压流体以最大压力注入井筒套管中；

(3)打开第一工具中的第一注射点；

(4)在预定时间内，在第一工具的第一注射点收集存在于井筒套管中的碎片；

(5)打开第二工具中的第二注射点；和

(6)通过第二注射点执行井下作业。

该一般方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的涉及说明的大量的发明实施例。

滑动套筒阀系统综述

本发明方法预期了延时阀的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种用于在包括具有第一螺纹端和第二螺纹端的芯轴的井筒套管中使用的滑动套筒阀；芯轴由一个整体件制造使得当芯轴螺纹连接至井筒套管的端部时，芯轴承载井筒套管的额定扭矩。

滑动套筒阀方法综述

本发明方法预期了实施例的基本主题中的各种各样的变型，但是能够概括为一种制造在井筒套管中使用的滑动套筒阀的方法；所述滑动套筒阀包括具有第一螺纹端和第二螺纹端的芯轴；芯轴由一个整体件制造使得当芯轴螺纹连接至井筒套管的端部时，芯轴承载井筒套管的额定扭矩。

其中所述方法包括步骤：

(1)将压力致动盘安装在芯轴上；

(2)将活塞安装在芯轴上以从第一螺纹端向第二螺纹端覆盖芯轴中的多个开口并液压锁定就位；

(3)从第一螺纹端在活塞上滑动第一壳体并在第一肩部停止；

(4)从第一螺纹端安装具有流体的高压腔室并在邻近所述活塞处停止；

(5)从所述第一端安装节流组件并在邻近所述高压腔室处停止；

(6)在邻近节流组件处，在芯轴上滑动第二壳体；

(7)在芯轴中安装端盖并创建邻近所述节流组件的低压腔室；和

(8)将井筒套管螺纹连接至具有芯轴的滑动套筒阀；

该一般方法综述可以通过本文描述的不同元件来扩展以产生符合该总的设计说明的大量的发明实施例。

结论

公开了一种用于在将加压流体注入地质层中时提供延时的设备及方法。一方面，本发明为趾阀，其通过在预定的时间间隔之后使端口打开以允许流体从井筒套管流入地层的流体压力来致动。受控延时使得能够在流体流过端口之前进行套管完整性测试。该延时还允许在同一个井筒套管中使用多个阀并提供集中的喷射动作以更好地渗透混凝土套管衬套。

虽然已经在附图中图示并在前面详细的说明书中描述了本发明的优选实施例，但是应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而在不脱离提出并由权利要求所限定的发明精神的情况下能够有许多重新布置、修改和替换。

Claims (28)

1.一种受控延时设备，其集成到井筒套管中用于将加压流体注入地下地层，所述设备包括：

具有开口的外壳，

活塞，

延时节流器，

致动装置，和

具有液压流体的高压室；

所述延时节流器配置为与所述高压室压力连通；

所述活塞的行进速度由所述液压流体经由所述延时节流器从所述高压室进入低压室来限制；

所述延时节流器包括在其内叠加有多个延时元件的盒，并且所述盒滑动到受控延时设备中，并且

所述多个延时元件中的延时元件以串联链、并联链或串联链和并联链结合的方式连接；

其中

在由所述致动装置致动时，所述活塞在致动时间段期间行进，所述致动时间段通过叠加在盒中的延时元件的数量的选择来定制，所述活塞的行进允许在所述致动时间段过去之后打开所述开口，使得所述加压流体在端口打开时间间隔期间流过所述开口。

2.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述多个延时元件以串联链的方式连接。

3.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述液压流体的黏度为3到10000厘沲。

4.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述液压流体还具有被配置为进一步延缓所述活塞的行进速度的堵塞剂。

5.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述液压流体配置为从固态改变状态至液态。

6.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动时间段为长于60分钟至短于2周。

7.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动时间段几乎为零秒，使得所述开口即时打开。

8.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动时间段为0.5秒至60分钟。

9.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述端口打开时间间隔为0.5秒至20分钟。

10.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述端口打开时间间隔几乎为0秒。

11.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述设备具有内径和外径；所述内径与所述外径的比值为0.4到0.9。

12.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述设备具有内径，并且所述井筒套管具有套管内径；所述设备的内径与所述套管内径的比值为0.4到1.1。

13.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动装置具有基本等于所述井筒套管的压力的额定压力。

14.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动装置为反向作用破裂盘。

15.如权利要求1所述的受控延时设备，还包括芯轴，其中所述芯轴包括端口，所述端口配置为在所述端口打开时间间隔期间与所述外壳中的所述开口对齐。

16.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述外壳中的所述开口的形状选自：圆形、椭圆形、三角形和矩形。

17.如权利要求1所述的受控延时设备，还包括具有端口的芯轴，其中所述芯轴中的所述端口的形状选自：圆形、椭圆形、三角形或矩形。

18.如权利要求15所述的受控延时设备，其中在所述加压流体随着所述活塞缓慢地行进穿过以暴露所述芯轴中的所述端口和所述外壳中的所述开口而被注入所述地下地层时，产生所述加压流体的射流。

19.如权利要求18所述的受控延时设备，其中所述射流的形状由所述端口的形状和所述开口的形状来确定。

20.一种受控延时方法，用于与延时设备结合来将加压流体注入地下地层，所述延时设备包括：具有开口的外壳、活塞、延时节流器、致动装置和具有液压流体的高压室；所述延时节流器具有包括以串联链、并联链或串联链和并联链结合的方式连接的多个延时元件的盒，所述多个延时元件叠加在所述盒内，并且所述盒滑动到延时设备中；所述延时节流器配置为与所述高压室压力连通；所述活塞的行进速度由所述液压流体经由所述延时节流器从所述高压室进入低压室来限制；

其中，在由所述致动装置致动时，所述活塞在致动时间段期间行进，所述活塞的行进允许在所述致动时间段过去之后打开所述开口，使得所述加压流体在端口打开时间间隔期间流过所述开口；

其中，所述受控延时方法包括以下步骤：

将井筒套管与所述设备一起安装到井筒中；

将所述加压流体注入所述井筒套管；

在最大压力超过所述致动装置的额定压力时启动所述致动装置；

允许所述活塞在所述致动时间段期间行进，所述致动时间段通过叠加在盒中的延时元件的数量的选择来定制；和

使得所述活塞行进以在所述端口打开时间间隔期间打开所述开口，使得所述加压流体流入所述地下地层。

21.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述多个延时元件以串联链的方式连接。

22.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述致动时间段为长于60分钟至短于2周。

23.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述致动时间段几乎为0秒，使得所述开口即时打开。

24.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述端口打开时间间隔几乎为0秒。

25.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述设备具有内径和外径；所述内径与所述外径的比值为0.4到0.9。

26.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述设备具有内径，并且所述井筒套管具有套管内径；所述设备的内径与所述套管内径的比值为0.4到1.1。

27.如权利要求20所述的受控延时方法，其中所述致动装置为反向作用破裂盘。

28.一种利用延时设备检验井筒套管的完整性的测试方法，所述延时设备包括：具有开口的外壳、活塞、节流器、致动装置和具有液压流体的高压室；所述节流器配置为与所述高压室压力连通，并且配置为包括以串联链、并联链或串联链和并联链结合的方式连接的多个延时元件的盒，所述多个延时元件叠加在所述盒中，并且所述盒滑动到延时设备中；所述活塞的行进速度由所述液压流体经由所述节流器从所述高压室进入低压室来限制；

其中，在由所述致动装置致动时，所述活塞在致动时间段期间行进，所述活塞的行进允许在所述致动时间段过去之后打开开口，使得加压流体在端口打开时间间隔期间流过所述开口；

其中，所述测试方法包括以下步骤：

将井筒套管与所述设备一起安装到井筒中；

注射所述加压流体以使压力增加至最大套管压力的80％；

测试套管的完整性；

增加所述加压流体的压力，使得所述压力超过所述致动装置的额定压力；

将所述加压流体的压力增加至所述最大套管压力的约100％，允许所述活塞在所述致动时间段行进，其中叠加在盒中的延时元件的数量被定制以实现所述致动时间段；

在所述致动时间段期间测试套管的完整性；和

使得所述活塞行进以在所述端口打开时间间隔期间打开所述开口，使得所述加压流体流入地下地层。

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