CN112513411A - 地下压裂方法 - Google Patents

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Abstract

一种井筒12操作的系统和方法，该系统在地层14压裂之前将凹口30在形成到环绕井筒12的地下地层14中。凹口30延伸超过围绕井筒12的环向应力区域34，使得通过压裂形成的裂缝在指定平面中取向。在一个示例中，使用流体射流28来形成凹口30，并且流体射流28从围绕井下工具旋转的喷嘴70排出。喷嘴70设定在可绕井下工具旋转的套筒68中，并且加压流体78被输送到布置在套筒64的内表面上的增压室84。喷嘴70相对于套筒64的半径倾斜地取向，使得从喷嘴70排出的流体产生使套筒64旋转的力。

Description

地下压裂方法
技术领域
本公开涉及地下地层中的压裂。更具体地，本公开涉及直接在从井筒(井眼)径向向外设定的地层中并且经过环绕(circumscribe)井筒的地层中的井筒影响应力的区域而引发裂缝。
背景技术
油气生产井筒延伸到地下，并与富集油气的地层相交。钻井系统通常用于挖掘井筒，钻井系统包括位于钻柱端部上的钻头和位于井筒开口上方的驱动系统，驱动系统使钻柱和钻头旋转。当钻头旋转时，钻头上的切削元件刮擦井筒的底部，并从地层挖掘岩石，从而使井筒加深。在钻井操作期间，钻井液通常沿着钻柱向下泵送并且从钻头排放到井筒中。钻井液在钻柱和井筒壁之间的环形空间中向上流回井筒。挖掘时产生的钻屑被循环的钻井液携带到井筒上。
在钻井之后，有时在井筒的壁中产生裂缝，这些裂缝从井筒延伸到地层中。裂缝意味着增加从地层到井筒中的排放体积，从而又增加来自地层的油气产量。通常通过将加压流体注入井筒中来进行压裂。通常当井筒中的压力在岩石上施加超过其在地层中的强度的力时，开始进行压裂。然而，在地层中产生的裂缝的取向受到由井筒地层引起的环向应力的影响，并且所述环向应力通常存在于井筒周围的地层中。即使在地层中沿最小应力方向钻探井筒，环向应力通常也会导致裂缝沿井筒的长度延伸。这种纵向裂缝有时延伸到相邻的地下区域，当这些区域处于不同的压力下并且可能存在横向流动时，这是特别不期望的。此外，尽管当径向经过井筒产生环向应力时，裂缝取向可旋转至垂直于最小应力方向的取向，但这可引起裂缝路径中的尖灭，以在压裂处理期间增加可能的过早脱砂(pre-maturedscreen-out)，并对流过裂缝的油气引入流动限制。
发明内容
公开了一种用于在井筒中操作的系统，在一个示例中，该系统包括将加压流体连通到环形心轴中的孔的加压流体源。心轴上的喷嘴也与加压流体连通，并将加压流体作为流体射流排出；该流体射流冲击并在井筒的侧壁中切出凹口。使心轴旋转以沿环绕侧壁的路径切割。压裂系统与心轴联接，并且被置于将加压流体保持在压裂系统中的闭合构造。将压裂系统置于打开构造从压裂系统释放加压流体。在示例中，喷嘴设置在围绕心轴的一部分安装的喷嘴套筒中。喷嘴中的通道是成角度的，这使得当加压流体流过通道时套筒旋转。使套筒旋转以沿围绕井筒的侧壁的圆形路径引导射流。凹口可径向延伸超过形成井筒时产生的环向应力区。可选地，包括环形喷嘴阀构件，其选择性地允许或阻止通过喷嘴的流动。加压流体可以被调节到不同的压力以用于切入侧壁和用于压裂。用于压裂的压力可选地处于指定用于压裂被凹口切入(intersect)的地下地层的值。可以包括环形壳体，该环形壳体具有环绕环形壳体的内表面的凹槽，其中开口环位于凹槽中。在该示例中，环形锚固套筒位于壳体中，该环形锚固套筒与加压流体选择性地连通。锚固套筒的端部上的唇部将环保持在凹槽中。可以通过使用加压流体使唇部沿轴向远离环移动来打开压裂系统。壳体中可选的环形阀套筒在压裂系统处于闭合构造时邻近壳体的侧壁中的开口，并且环形阀套筒在压裂系统处于打开构造时与开口间隔开。阀套筒的端部可以邻接开口环，使得远离开口环移动锚固套筒和唇部将开口环从凹槽释放，并且阀套筒可移动经过凹槽并远离开口。该系统可包括封隔器，该封隔器可经由流动回路利用加压流体而膨胀。移动阀套筒以选择性地允许加压流体填充封隔器，并且还允许通过喷嘴的流动以形成凹口。一个替代实施例具有多个喷嘴主体，每个喷嘴主体具有通道，所述通道的轮廓被设计成使得来自相邻喷嘴主体的射流基本上彼此接近。存在不同的实施例，其中加压流体包括对环绕井筒的地下地层具有腐蚀性的化合物，并且其中喷嘴由当暴露于该化合物时可溶解的材料形成。
还公开了一种井筒操作的方法，该方法包括从井下排放加压流体以沿井筒的内表面形成凹口，其中凹口延伸超过井筒周围的应力笼。通过从接触凹口的管柱排出额外的加压流体来压裂地下地层。流体通过喷嘴从管柱交替地排出，在该示例中，该方法还可以包括使喷嘴围绕管柱的轴线旋转，并且其中流体相对于管柱的轴线倾斜地排出。流体可具有溶解喷嘴并形成开口的腐蚀性化合物；然后，额外的流体可以被引导通过开口。在一个实施例中，球和球座与流体压力一起用于套筒阀从管柱排放流体。封隔器也可位于管柱上，通过将阀套筒移出使得流体可填充封隔器而使封隔器膨胀。
附图说明
在结合附图进行描述时，已经陈述的本公开中的一些特征和益处并且其它特征和益处将变得明显，其中：
图1是井筒12中的压裂管柱的示例的局部剖视图。
图2A是与图1的压裂管柱一起使用的喷射装置的实施例的侧剖视图。
图2B是图2A的喷射装置在井筒12中形成凹口30的示例的侧剖视图。
图2C是图2B的喷射装置的沿线2C-2C截取的轴向剖视图。
图3A是与图1的压裂管柱一起使用的封隔器20的膨胀器系统和压裂系统18的示例的侧剖视图。
图3B是图3A中封隔器20的膨胀器系统的操作的示例的侧剖视图。
图3C和图3D是图3A的压裂系统18的操作的示例的侧剖视图。
图4是在地下地层14中形成的裂缝的示例的侧剖视图。
图5A是与图1的压裂管柱一起使用的喷射装置的替代实施例的侧剖视图。
图5B是图5A的喷射装置沿线5B-5B截取的轴向剖视图。
图5C是与图5A的喷射装置一起使用的喷嘴70的示例的轴向剖视图。
图5D是图5C的喷嘴70沿线5D-5D截取的侧剖视图。
图5E和图5F是图5A的喷射装置在移除喷嘴主体72之前和之后的侧视图。
具体实施方式
现在将在参考示出了各实施例的附图之后更全面地描述本公开的方法和系统。本公开的方法和系统可以有许多不同的形式，并且不应被解释为限于所阐述的图示实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将其范围完全传达给本领域技术人员。相同的数字始终表示相同的元件。在实施例中，术语“约”的使用包括所引用量值的+/-5％。在实施例中，术语“基本上”包括所引用的量值、比较或描述的+/-5％。
还应当理解，本公开的范围不限于所示和所述的结构、操作、材料或实施例的确切细节。变型和等效物对于本领域技术人员将是显而易见的。在附图和说明书中公开了说明性示例。尽管使用了特定术语，但是它们仅以一般和描述性意义使用，而不是为了限制的目的。
图1中的侧剖视图示出了布置在被地层14环绕的井筒12中的压裂管柱10的示例。在所示示例中，管柱10由一段油管16构成，油管16具有沿油管16布置在不同轴向位置处的压裂组件181-n(其中“1-n”表示“1至n”，例如“1、2、3、……n”)。在该实施例中，压裂组件181-n中的每一个包括封隔器201-n，封隔器中的每一个以缩回构造示出并且与井筒12的壁间隔开。在该构造中，流体在管柱10和井筒12的壁之间是可流动的。组件181-n还包括封隔器20的膨胀器系统221-n，膨胀器系统221-n选择性地使封隔器201-n膨胀。在组件181-n中的每一个中还包括喷射装置241-n，并且在一个示例中，通过在地面处将球26插入管柱10内而致动喷射装置241-n。球26在图1中被描绘为已经坐落在喷射装置241中，并且管柱10被加压，这产生了被示出为从喷射装置241径向排放的流体射流28。流体射流28围绕管柱10的轴线AX旋转，以在环绕喷射装置24的地层14中形成环状凹口30。在该示例中，流体射流28以足够的速度从喷射装置241排出，以径向向外喷出而与井筒12的壁接触。
图1中示出的地层14的示例是通过挖掘井筒12而在地层14中产生环向应力的区域，该区域也被称为环向应力区域34。该环向应力区域34围绕井筒12并从轴线AX径向向外延伸一定距离并延伸到地层14中。在地面上示出有地面钻机36，在一个实例中，地面钻机36被提供用于井筒12中的井下操作。进一步示意性地示出了控制器38的一个实例，控制器38被可选地包括，以用于在井筒12操作期间进行监测、用于在井筒12操作期间提供指令，或用于以上两者。控制器38与井筒12内的装置(例如设置在管柱10内的装置)选择性地通信，并且图中示出了通信装置40，通信装置40提供控制器38和管柱10之间的通信。示例性的通信装置包括导电介质、光纤和无线装置，例如电磁波和/或声脉冲。压力源42的示例被示出为与地面上的控制硬件压力连通，并且压力源42以多于一个指定压力向压裂管柱10提供加压流体78。压力源42的示例包括泵(往复或离心式)、加压容器和管线。
图2A中示出了喷射装置24的示例的侧剖视图，并且在该示例中喷射装置24包括环形心轴44，环形心轴44联接到具有环形上游连接器46和环形下游连接器48的油管16。在该示例中，上游连接器46包括前端50，该前端50示出为具有与油管16一端的外表面上的螺纹匹配的螺纹的母螺纹连接部(box-type connection)。上游连接器46还包括远离前端50的后端52，该后端52也包括母螺纹连接部并且该母螺纹连接部接收心轴44的螺纹端。示出了在上游连接器46的内表面上的凹部中的O形环54，并且O形环54提供心轴44的外表面和上游连接器46的内表面之间的接口中的轴向密封。下游连接器48也包括前端56和后端58，其中前端56示出为母螺纹连接器并且该母螺纹连接器接收心轴44的远离上游连接器46的螺纹端。下游连接器48的后端58示出为具有外表面上的螺纹的公螺纹连接器(pin-typeconnector)，并且后端58插入到在示出的喷射装置24的示例的下游的一段油管16的螺纹连接部中。O形环60示出为布置在形成在下游连接器48的内表面上的凹部中，并且在一个示例中，O形环60限定心轴44和下游连接器48之间的轴向压力阻隔。
图2A的示例中还示出了沿轴向布置在心轴44内的套筒状喷嘴阀构件62。心轴44的内径突然变化以限定面向下游的肩部63。肩部63阻碍喷嘴阀构件62朝向上游连接器46的移动。喷嘴阀构件62的远离肩部63的轴向端具有向内成型并相对于轴线AX倾斜的内径，并且该内径限定了球座64。O形环66示出为设置在形成于喷嘴阀构件62的外表面上的凹部中，并且O形环66在喷嘴阀构件62和心轴44内表面之间轴向地形成压力阻隔。在喷射装置24的示例内示出有轴向孔67，并且轴向孔67与油管16的内部连通。在喷射装置24的该实施例中还设置了分别布置在上游连接器46和下游连接器48之间的轴向空间中的环形喷嘴套筒68的示例，并且环形喷嘴套筒68可绕心轴44旋转。喷嘴套筒68的所示示例中包括喷嘴70，喷嘴70被示出为沿径向形成为穿过喷嘴套筒68的侧壁。在该示例中的喷嘴70包括筒状主体72以及与径向横切主体72的通道74。在沿喷嘴套筒68的内表面形成的凹部中示出有O形环75，并且O形环75提供喷嘴套筒68和心轴44之间的轴向压力阻隔。
如前所述，在一个示例中，喷射装置24的致动包括将球插入管柱10内，在一个示例中，该球的尺寸被设计为使球适于坐落在喷射装置241-n中指定的一个中(图1)。在图2B的示例中，球76坐落在球座64中，并且加压流体78(例如来自压力源42)被施加到球76的上游侧。该示例中施加的压力在球76上产生压差，该压差在球76上沿所示方向施加力F1。力F1将球76和喷嘴阀构件62从图2A的位置(喷嘴阀构件62邻接肩部63)推到图2B的位置，在图2B位置阀构件62的下游端邻接肩部80。肩部80被限定在下游连接器48的内径突然变化以形成径向表面136的位置处。将喷嘴阀构件62定位在图2B所示的位置使得喷嘴阀构件62与径向穿过心轴44的侧壁所形成的端口82间隔开，从而打开端口82。打开端口82提供了孔67和增压室84之间的压力连通，如图所示，增压室由心轴44和喷嘴套筒68之间的径向和轴向空间限定。在图2B的示例中，通道74的入口与增压室84连通，因此打开端口82提供了孔67和通道74之间的连通。因此，在非限制性示例中，在增压室84中以大于井筒12内压力的压力提供流体78来产生流体射流28，流体射流28被示出为从通道74的出口排出。相信在本领域技术人员的能力范围内的是，提供指定压力的加压流体78，该指定压力产生这样的流体射流28：该流体射流28的动能足以在地层14中形成凹口30，并且流体射流28沿径向喷出的距离超过环向应力区域34。
现在参照图2C，其示出了喷射装置24的示例在操作期间的沿图2B的线2C-2C截取的轴向视图。此处示出的是喷嘴70在喷嘴套筒68内取向成使得通道74相对于喷射装置24的半径r成角度倾斜。喷嘴70相对于半径r的倾斜取向继而产生了也与半径r成倾斜角度的流体射流28。以倾斜角度重新定向流体在喷嘴套筒68上产生了切向力，从而使喷嘴套筒68沿箭头A所示的示例方向旋转。具有足够动能以形成凹口30(其延伸进地层14的距离超过环向应力区域34)的流体射流28与喷嘴70的倾斜取向的组合在地层14中产生环形凹口30，该环形凹口沿着环绕心轴44的路径P并且径向延伸超过环向应力区域34。
图3A中的侧剖视图示出了图1的封隔器20的膨胀器系统22的一个示例。系统22包括环形壳体86，该环形壳体在其上游端通过上游连接器88与油管16联接，该环形壳体在其下游端通过下游连接器90与油管16联接。上游连接器88的前端92具有母螺纹构造，该母螺纹构造具有接收油管16的螺纹端的螺纹。连接器88的后端94也是母螺纹配件，并且具有带螺纹的内表面以接收壳体86的螺纹端。下游连接器90的前端96具有母螺纹构造和带螺纹的内表面，该内表面构造成接收壳体86的下游端。下游连接器90的后端98示出为具有公螺纹构造，该公螺纹构造的外表面上具有插入油管16的螺纹端中的螺纹。环形阀套筒100被示出为大致同轴地布置在壳体86内，并且具有邻接肩部101的上游端，该肩部形成在壳体86的内径突然改变的位置处，以限定径向表面136。肩部101阻碍阀套筒100向上游的移动。阀套筒100的远离上游连接器88的内径沿轴向距离改变以形成相对于轴线AX倾斜的表面，并且该表面限定球座102。在该示例中，阀套筒100被示出为通过剪切销104固定在壳体86内，该剪切销插入彼此对准的壳体86的内表面和阀套筒100的外表面二者中的径向孔中。可选的O形环106、108、110示出为在凹槽128中，并且O形环106、108、110限定轴向压力阻隔。O形环106被示出为形成在阀套筒100的外表面中，O形环108被描绘为在上游连接器88的后端94的内表面中的凹槽128中，并且O形环110被显示为在下游连接器90的前端96的内表面上的凹部中。细长的腔室112由封隔器20的膨胀器系统22内的开放空间限定，并且大致平行于轴线AX延伸。
图3B中的局部侧剖视图示出了膨胀的封隔器20的非限制性示例。此处，具有与球座102相对应的直径的球114插入管柱10内，并坐落在球座102内。在该示例中，流体116例如通过压力源42(图1)被提供到腔室112内。流体116的压力在球114的上游表面和下游表面上产生压差，从而在球114上产生力F2。力F2经由球座102和阀套筒100被传递到剪切销104，并且在剪切销104上施加应力。当产生的应力超过剪切销104的屈服强度时，剪切销104失效，这将阀套筒100从壳体86释放。力F2保持施加到球114上，并将球114和解除锚定(unmoored)的阀套筒100从图3A中抵靠肩部101的位置移动。如图所示的对阀套筒100的重新定位还将阀套筒100与端口82间隔开，端口82如图所示径向地穿过壳体86的侧壁形成，这使腔室112和端口82连通。具有多个支腿的T形接头120的示例示出为安装在壳体86的外表面上，并且其中一个支腿与端口82连通。T形接头120的另一个支腿示出为与流动管线122的端部联接，流动管线122的远端联接到封隔器20。因此在所示的示例中，将阀套筒100远离端口82地移动使得流动管线122经由端口82与腔室112中的加压流体78连通。在替代方案中，通过在腔室112中提供处于一定压力下的流体116使得流体116从腔室112流动通过端口82和流动管线122并且进入封隔器20中以使封隔器20膨胀。在所示示例中，膨胀的封隔器20使封隔器20突出成与井筒12的侧壁124密封接触，以在工具10和侧壁124之间的环空(环形空间)125内产生轴向压力阻隔。相信在本领域技术人员的能力范围内的是，提供使封隔器20膨胀的指定压力的加压流体78，以在环空125中形成轴向压力阻隔。
图3B的示例中还示出了布置在围绕壳体86的内表面的凹部128中的开口C形环126。在该示例中，凹部128被策略性地定位，使得在阀套筒100轴向移动远离端口82之后，C形环126阻碍阀套筒100向下游的轴向移动。该阻碍发生在阀套筒100与锚固套筒130接触之前，锚固套筒130被示出为在凹部128的下游。该实施例的锚固套筒130是具有唇部132的环形构件，唇部132向上游轴向突出并且从C形环126的内表面径向向内地设置。在该示例中，唇部132将C形环126保持在凹部128中。锚固套筒130的外径突然改变并形成径向表面136以限定肩部134，肩部134示出为具有面向上游的表面。壳体86的内表面相应地成形为限定面向下游的肩部136，并且肩部136与肩部134相接。端口82被示出为径向地延伸穿过壳体86的侧壁并且邻近肩部134、136之间的界面。所示出的流动管线140的一端与端口82连通，流动管线140的相反端连接至T形接头120的一个支腿。与剪切销104类似，剪切销142被示出为布置在在壳体86和锚固套筒130内径向地延伸的孔中，并且剪切销142可释放地将锚固套筒130固定至壳体86并处于图3B的位置。
图3C的局部侧剖视图提供了井筒12中的操作的非限制性示例，其中流体116的压力被设定为大于产生力F2(图3B)的大小。流体116的压力通过T形接头120和流动管线140传递到肩部134、136之间的界面。在图3C的实施例中，流体116的压力导致肩部134和锚固套筒130的靠近下游连接器90的端部之间的压差，以产生施加在肩部130上的力F3。在替代方案中，由流体116的压力产生的力F3至少为将超过剪切销142屈服强度的应力施加到剪切销142上并导致剪切销142失效的值。剪切销142的失效将锚固套筒130从壳体86释放，并且继续施加的力F3朝向下游连接器90轴向地推动锚固套筒130；并且使肩部134、136轴向地移动分开以限定环状柱体143。将锚固套筒130重新定位在下游也使唇部132移动远离C形环126，以去除将C形环126保持在凹槽128中的径向向外的力。使唇部132与C形环126间隔开允许C形环126通过C形环126的弹性或阀套筒100的轴向移动而从凹部128移除。
在图3C的示例中，由球114的上游表面和下游表面上的压力差产生的力F2A施加在球114上，其中上游压力等于流体116的压力。力F2A具有大于力F2的大小，因为图3C的示例中的流体116中的压力大于图3B的产生力F2的示例中的压力。将锚固套筒130移动远离C形环126会去除将C形环126保持在凹部128中的力，并且由球114经由阀套筒100施加在C形环126上的力F2A足以使C形环126从凹部128移除。在从C形环126去除阻碍的情况下，力F2A足以将阀套筒100向下游朝向下游连接器90移动，并且与示出为穿过壳体86的侧壁径向形成的开口144间隔开。开口144具有大于端口82的横截面面积，并且开口144能够以指定的流量和压力使足量的流体116流过以压裂地层14。在一个示例中，阀套筒100、球114、锚固套筒130、C形环126、端口82、T形接头120和管线140的组合被统称为压裂系统18。在替代方案中，流体116的压力由压力源42(图1)控制。
现在参考图3D，其以侧剖视图示出了封隔器20的膨胀器系统22A和联接至油管16A的压裂系统18 146A的示例。还示出了喷射装置24A的示例，喷射装置24A联接至膨胀器系统22A的远离油管16A的端部。在一个示例中，凹口30A的示例示出为由喷射装置24A形成。此处，离开开口144A并进入环空32A的流体116A在管柱10A与井筒12A之间的环空125A内流动，并且邻近由喷射系统24A形成的凹口30A。如前所述，流体116A的压力处于指定为超过地层14A的屈服强度的压力，从而形成裂缝148A，裂缝148A从通过地层14A内的环向应力区域34A形成的凹口30A径向向外突出。
图4中以剖视透视图示出了利用管柱10B形成裂缝148B1、2的操作步骤的示例。此处，井筒12B被示出为沿最小应力σmin的轴线穿过地层14B而形成，并且裂缝148B1、2被布置在与井筒12B的轴线AX大致垂直的平面内。如前所述，添加径向突出超过环向应力区域34B的凹口30B1、30B2防止了可能平行于井筒12B的轴线AX突出的地层14的裂缝。此外，在图4的示例中，前述用于压裂的步骤已经在压裂组件18B1和18B2中进行。压力源42B被示出为与管柱10B连通，以选择性地提供用于井筒12操作的加压流体78。关于压裂组件18B3，喷射装置24B3被致动以在地层14B内形成凹口30B3。这样，球76B3被示出为布置在管柱10B内并坐落在喷射装置24B3内。球76B1和76B2分别被示出为在喷射装置24B1和24B2内。此外，部署球114B3，并且封隔器20B3膨胀成与井筒12B的侧壁接触；封隔器20B1和20B2也膨胀成与井筒12B接触。球还没有被部署用于致动组件18B4-n(其中“4-n”表示“4至n”，例如“4、5、6、……n”)，且相应的封隔器20B4-n被示出为处于缩回构造。在一个使用的示例中，组件18B1-n以从布置在井筒12B中最大深度处的组件18B1-n之一开始、并继续依次到布置在井筒12B中最浅深度处的组件18B1-n之一的顺序被致动。
图5A至图5D提供了用于在地层14C中形成凹口30C的喷射装置24C的替代示例，并且凹口30C示出为延伸超过围绕井筒12C的环向应力区域34C。如图5A中的侧剖视图所示的是喷射装置24C的示例，其中环形心轴44C在其上游端和下游端直接附接至油管16C。在该示例中，球76C被示出为坐落在阀构件62C的阀座64C上。以类似于前述的方式，在球76C上施加力F1C(其由孔67C中的加压流体78C产生的压差而产生)，使阀构件62C远离示出为径向通过心轴44C形成的通道74C而移动。通过如上所述地移动阀构件62C而使通道74C和孔67C连通，使得孔67C中的流体78C可流动通过通道74C。在替代方案中，诸如盐酸等苛性或腐蚀性流体是布置在油管16C内的流体78C。存在这样的实施例，其中通过利用由腐蚀性流体构成的流体射流28C来溶解或以其它方式化学分解地层14C中的岩石来形成凹口30C。
参照图5B，示出了喷射装置24C的轴向剖视图，该剖视图是沿图5A的线5B-5B截取的。在该示例中，示出了多个喷嘴70C周向地布置在心轴44C内，并且多个喷嘴70C具有形成在主体72C内的通道74C，通道74C从工具10C的轴线AX径向向外突出。图5B和图5C中示出的是，该示例的通道74C具有沿心轴44C的周部取向的宽度WP，并且宽度WP随着远离轴线AX而增加。沿图5C的线5D-5D截取的图5D中所示是具有高度H的通道74C的侧剖视图的示例，高度H沿通道74C的长度基本均匀。如图5A至5E的示例中所示，扩大每个通道74C的宽度WP形成流体射流28C，每个流体射流具有扇形喷出部并且每个流体射流与井筒12C的周部接触的百分比比用具有均匀直径或宽度的喷嘴70形成的射流28更大。图5C的示例中进一步描绘的是，射流28C的宽度WJ也随着远离轴线AX而增加，这至少部分地是由于如图5D所示的每个通道74C的增加的宽度WP和均匀的高度H。如图5B所示，尽管通道74C彼此成角度地偏置，但是来自这些通道74C的流体射流28C在距心轴44C的径向距离处彼此相交，以形成大致圆形且大约360°的凹口30C。
图5E中的侧视图示出了喷射装置24D的替代实施例，其中喷嘴70D具有喷嘴主体72D，喷嘴主体72D易于受到流过喷嘴主体72D的流体78C(图5A)的腐蚀。或者，流体78C包括例如通过反应或腐蚀去除喷嘴主体72D的物质(未示出)。流体78C中用于去除喷嘴主体72D的示例性物质包括酸性化合物、碱性化合物、研磨颗粒等，使得喷嘴主体72D在暴露于流体的情况下随着时间的推移而被侵蚀或溶解。现在参照图5F，喷嘴主体72D(以虚线轮廓示出)已经从喷射装置24D内被侵蚀掉，以形成开口150D，该开口150D径向地突出穿过喷射装置24D的侧壁并且提供喷射装置24D的内部与环空32D之间的连通。在一个实施例中，开口150D的横截面面积足以容纳足以在地层14D内生成裂缝148D的压裂流体116A(图3D)的流动。在非限制性示例中，压裂流体116A以足以形成所示的从凹口30D径向向外扩展的裂缝148D的压力和体积被输送到喷射装置24D中，并且从开口150D被引导到环空32D中。在替代方案中，用于喷射凹口30D的流体78C与用于产生裂缝148D的流体相同。
因此，本公开非常适于实现所述目的并获得所提及的结果和优点，以及其它固有的结果和优点。虽然为了公开的目的给出了本公开的各实施例，但是在用于实现期望结果的过程的细节中存在许多变化。这些和其它类似的修改对于本领域技术人员来说是明显的，并且旨在包括在本公开的要旨和所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于在井筒(12)中操作的系统，包括：
加压流体源(42)；
环形的心轴(44)，其具有与来自所述加压流体源(42)的加压流体(78)选择性连通的轴向孔(67)；
其特征在于，
喷嘴(70)，其设置于所述心轴(44)，所述喷嘴(70)与所述加压流体(78)连通，并且所述喷嘴(70)具有排放部，所述加压流体(78)在所述排放部处以流体射流(28)的形式离开所述喷嘴(70)，所述流体射流沿环绕所述心轴(44)的路径与所述井筒(12)的壁相交；并且
压裂系统(18)，其与所述心轴(44)联接，所述压裂系统(18)被选择性地定位在闭合构造和打开构造，在所述闭合构造中，所述加压流体(78)被保持在所述压裂系统(18)内，在所述打开构造中，所述加压流体(78)被从所述压裂系统(18)释放。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于，喷嘴套筒(68)，其环绕所述心轴(44)，并且所述喷嘴套筒(68)能够选择性地围绕所述心轴(44)旋转，并且其中所述喷嘴(70)在所述喷嘴套筒(68)中沿径向取向，所述喷嘴(70)包括：
通道(74)，其取向成相对于所述套筒(68)的半径倾斜，以及
所述通道(74)的入口，所述入口与所述心轴(44)中的所述轴向孔(67)选择性地连通，使得当所述加压流体(78)处于所述轴向孔(67)中时，所述加压流体(78)流动通过倾斜取向的所述通道(74)以在所述套筒上产生旋转力，并且所述加压流体(78)的所述射流从所述喷嘴(70)排出并且沿所述环绕路径被引导。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述射流(28)在所述井筒(12)的所述壁中形成凹口(30)，所述凹口延伸进入环绕所述井筒(12)的地下地层(14)的距离超过围绕所述井筒(12)的环向应力区域(34)。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征还在于，环形的喷嘴阀构件(62)，其布置在所述心轴(44)内，所述喷嘴阀构件(62)能够从邻近端口(82)的位置选择性地滑动到远离所述端口(82)的位置，所述端口(82)形成为径向地穿过所述心轴(44)的侧壁，其中当所述喷嘴阀构件(62)邻近所述端口(82)时，所述喷嘴阀构件(62)阻断所述轴向孔(67)与所述喷嘴(70)之间的连通，并且当所述喷嘴阀构件(62)远离所述端口(82)时，所述轴向孔(67)与所述喷嘴(70)连通。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述加压流体(78)包括处于第一压力的第一加压流体以及当所述压裂系统(18)处于所述打开构造时的处于大于所述第一压力的第二压力的第二加压流体，所述第二加压流体与所述凹口(30)连通。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二压力处于被指定为使被所述凹口(30)切入的地下地层(14)压裂的值。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压裂系统(18)包括：
环形的壳体(86)，其具有环绕所述壳体(86)的内表面的凹槽(128)，
开口环(126)，其布置在所述凹槽(128)中，以及
环形的锚固套筒(130)，其在所述壳体(86)中，所述锚固套筒(130)具有与所述加压流体源(42)选择性连通的径向表面(136)和从所述锚固套筒(130)的端部轴向延伸的唇部(132)，当所述压裂系统(18)处于所述闭合构造时，所述唇部(132)径向向内地与所述凹槽(128)间隔开并且将所述环(126)保持在所述凹槽(128)中。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，通过将处于指定压力的所述加压流体(78)与所述径向表面(136)连通以使所述锚固套筒(130)在所述壳体(86)内轴向移动并使所述唇部(132)远离所述环(126)轴向移动，所述压裂系统(18)被选择性地置于所述打开构造。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征还在于，环形的阀套筒(100)，其布置在所述壳体(86)中，当所述压裂系统(18)处于所述闭合构造时，所述阀套筒(100)邻近径向地穿过所述壳体(86)的侧壁形成的开口(144)，并且当所述压裂系统(18)处于所述打开构造时，所述阀套筒(100)与所述开口(144)轴向地间隔开。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述阀套筒(100)的端部邻接所述开口环(126)，使得当所述锚固套筒(130)在所述壳体(86)内轴向移动并且所述唇部(132)沿轴向远离所述开口环(126)时，所述开口环(126)从所述凹槽(128)释放，并且所述阀套筒(100)能够移动经过所述凹槽(128)并远离所述开口(144)。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的系统，其特征还在于，油管(16)，其与所述心轴(44)联接；封隔器(20)，其位于所述油管(16)的外表面上；端口(118)，其形成为径向地穿过所述心轴(44)的侧壁；开口(144)，其形成为沿径向穿过所述侧壁并且与所述端口(118)轴向地间隔开；环形的阀套筒(100)，其能滑动地布置在所述心轴(44)中；环形的锚固套筒(130)，其布置在所述心轴(44)中；以及流动回路(22)，其与所述端口(118)、所述封隔器(20)、以及所述锚固套筒(130)上的压力表面连通。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述阀套筒(100)能够在第一位置、第二位置以及第三位置之间移动，所述第一位置邻近所述端口(118)和所述开口(144)，所述第二位置远离所述端口(118)并且邻近所述开口(144)，所述第三位置远离所述端口(118)并且远离所述开口(144)，并且其中当所述阀套筒(100)处于所述第二位置时，加压流体(78)与所述封隔器(20)连通并且与所述压力表面连通，并且当所述阀套筒(100)处于所述第三位置时，加压流体(78)与由所述射流形成的凹口(30)连通，其中所述凹口(30)延伸到环绕所述井筒(12)的地下地层(14)中的距离超过围绕所述井筒(12)的环向应力区域(34)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其特征在于，所述喷嘴(70)包括多个喷嘴主体(72)，所述多个喷嘴主体中的每一个具有通道(74)，所述通道的轮廓被设计成使得来自相邻喷嘴主体(72)的射流(28)基本上彼此接近。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其特征在于，所述加压流体(78)包括对环绕所述井筒(12)的地下地层(14)具有腐蚀性的化合物，并且其中所述喷嘴(70)由当暴露于所述化合物时能溶解的材料形成。
15.一种井筒(12)操作的方法，包括：
从布置在井筒(12)中的管柱排放流体；
其特征在于，
利用所述流体形成凹口(30)，所述凹口环绕所述井筒(12)的内表面并且径向向外突出到地下地层(14)中、超过围绕所述井筒(12)的应力笼(34)；
将额外的流体提供到所述管柱中；并且
通过将所述额外的流体引导到所述凹口(30)中来压裂所述地下地层(14)。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述流体通过喷嘴(70)从所述管柱排出，所述方法还包括通过沿相对于所述管柱的轴线倾斜的路径引导所述流体通过所述喷嘴(70)而使所述喷嘴(70)围绕所述轴线旋转。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述流体包括对所述地下地层(14)和所述喷嘴(70)具有腐蚀性的化合物，使得所述喷嘴(70)在形成所述凹口(30)之后溶解，以限定所述管柱的一侧中的开口。
18.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述额外的流体被引导通过所述管柱的所述一侧中的所述开口(144)。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于，从所述管柱排出流体包括使球(76)坐落在布置在所述管柱中的喷射装置(24)中的球座(64)上，并且使用压力在所述管柱内轴向推动所述球(76)以打开与所述球座(64)联接的套筒阀(62)。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述管柱上具有封隔器(20)，沿径向穿过所述管柱的侧壁而形成端口(82)，所述端口(82)与所述封隔器(20)连通，在所述管柱中的第一位置处布置有阀套筒(100)，并且在所述第一位置处穿过所述管柱的所述侧壁形成开口，所述方法还包括使球(76)坐落在所述阀套筒(100)中；通过利用压力推动所述球(76)使所述阀套筒(100)移动到远离所述端口(82)的第二位置而使所述管柱上的封隔器(20)膨胀；使用加压流体(78)以使锚固套筒(130)移动而脱离与所述阀套筒(100)的干涉接触；以及利用额外的压力推动所述球(76)以使所述阀套筒(100)移动到第三位置，在所述第三位置处所述阀套筒(100)与所述开口(144)间隔开，并且在所述第三位置处所述额外的流体通过所述开口(144)离开所述管柱。
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