CN113167106B - 具有可变形阀座的电子阀及方法 - Google Patents

Abstract

一种电子阀(300)，其在井(704)中被放置为与套管(702)相配合。电子阀(300)包含：外壳(301)，其具有封堵的多个端口(314)；阀(360)，其被配置为启动多个端口(314)的解封以允许在外壳(301)的孔(304A)与外壳(301)的外侧之间进行流体连通；以及可变形阀座装置(330)，其具有放置在外壳(301)的孔(304A)的内侧的主体(332)。可变形阀座装置(330)被配置为当多个端口(314)封堵时，主体(332)的第一端和第二端(332A、332B)中至少之一具有给定的直径D3，并且当多个端口(314)解封时具有更小的直径。

Description

具有可变形阀座的电子阀及方法

背景技术

技术领域

本文所公开的主题的实施例大体上涉及与油气勘探相关联的井作业，并且更具体地涉及用于使用具有可变形阀座的电子阀压裂井的技术和工艺。

背景技术讨论

在井钻入到油气储层中之后，将套管安装在该井中。套管需要连接到来自储层的油以使得能够将油带到地表。如图1中所示，井勘探系统100具有炮柱102，该炮柱利用电缆106或等效工具来下降到套管104中。炮柱可以附接到用于设置塞112的设置工具110，以在期望的位置处封闭套管104。然后，发射炮柱102的聚能射孔弹114A和114B以在套管中打孔，来将油气储层的地层120与套管104的内侧相连接。此时，来自地层的油气可以自由流入到套管中。

随着时间流逝并且随着更多的油气从储层中抽出，油的压力降低，从而油无法在其自身压力下到达井104的头部122。当发生这种情况时，利用泵130来将流体泵送到套管中，以打开分别由聚能射孔弹114A和114B所形成的进入地层120的通道126A和126B。

然而，现有的水平井的问题在于，井的长度较大，并且因此在调动炮柱时炮柱与套管内部之间的摩擦较大，这使得将炮柱放置在水平井的趾部处的操作即使可能实现有时也是很困难的。即使能够将炮柱一直调动到水平井的趾部，此操作所需的时间和资源(例如，能源)量也相当可观，这会减慢整个采油过程并使得回收油气更加昂贵。

因此，致力于解决该问题，可以使用集成在套管104中的阀200，如图2中所示。本质上，这种阀200具有与地层120相连通的外部端口202以及与套管104的孔105相连通的内部端口204。运动的活塞或套筒206放置在两个端口202与204之间以防止流体连通。套筒206可以具有其自己的端口208，该端口最初与两个端口202和204未对准。当需要将地层120连接到套管104的孔105时，将套筒206移动为将三个端口202、204和208对准，或者将套筒在端口202与204之间移出，从而在地层120与套管104的孔105之间实现流体连通。然而，现有的阀需要复杂的机构来打开和关闭端口，并且尤其是不能使用这种阀的群组以使得来自该群组的不同阀在不同的时间打开，这将导致不同的地层在不同的时间压裂。

因此，需要一种克服了上述问题的阀，其适用于压裂长的水平套管、能够与其他类似的阀一起在群组中使用以在不同的时间打开、并且还能够提供一种在阀打开且其相关联的地层压裂后用于隔绝该阀的机构。

发明内容

根据一个实施例，存在一种在井中放置为与套管相配合的电子阀。该电子阀包含：外壳，其具有封堵的多个端口；阀，其被配置为启动多个端口的解封以允许在外壳的孔与外壳的外侧之间进行流体连通；以及可变形阀座装置，其具有放置在外壳的孔的内侧的主体。可变形阀座装置被配置为当多个端口封堵时其主体的第一端和第二端中至少之一具有给定的直径D3，并且当多个端口解封时具有更小的直径。

根据另一实施例，存在一种用于压裂井的井压裂系统，并且该系统包含具有多个管状模块的套管以及与该多个管状模块相集成的一个或更多个电子阀。该一个或更多个电子阀中的电子阀具有套筒和可变形阀座装置，该套筒封堵多个端口，该可变形阀座装置在由活塞来致动时改变第一端和第二端中至少之一的直径。

根据又一实施例，存在一种用于利用电子阀来压裂井的方法，该方法包含将电子阀附接到井的套管；泵送流体使其经过电子阀的孔以压裂与另一电子阀相关联的地层；将球释放到套管中以封堵另一电子阀；在球经过电子阀时检测该球；打开电子阀的多个端口以压裂与电子阀相关联的地层；以及改变电子阀的可变形阀座装置的几何形状。

附图说明

附图合并在说明书中并构成说明书的一部分，其示出了一个或更多个实施例，并与描述一起解释了这些实施例。在附图中：

图1示出了用于压裂井的炮基系统；

图2示出了用于压裂井的阀基系统；

图3示出了一种电子阀，其被配置为在一端处打开端口并且在另一端处使阀座装置变形；

图4A和图4B示出了作为电子阀一部分的可变形阀座装置的细节；

图5示出了定位在电子阀内侧的电子设备；

图6示出了电子阀的泄流阀；

图7示出了具有可变形阀座装置的电子阀的群组；

图8是利用电子阀的群组来压裂井的方法的流程图；

图9示出了端口打开并且可变形阀座装置形成第一阀座和第二阀座的电子阀；

图10示出了经过电子阀的孔的球；

图11示出了与定位在电子阀中的球计数装置相互作用的球；

图12示出了在回流操作期间与电子阀相互作用的球；

图13示出了定位在电子阀中并用于支持另一电子阀的压力传感器；

图14A和14B示出了可以用于向压力传感器发送信号的压力模式；以及

图15是利用电子阀的群组来压裂井的方法的流程图。

具体实施方式

实施例的以下描述参考附图。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求书来限定。为了简单起见，参照具有可变形阀座装置的电子阀来讨论以下实施例，该可变形阀座装置送至井的趾部处以用于实现在套管的孔与外侧地层之间的流体连接。然而，本文所讨论的实施例不限于仅在井的内侧使用该具有可变形阀座装置的电子阀，而是该阀还可以用在需要在外壳的内侧与外侧之间建立流体连接的其他环境中。

在整个说明书中提到的“一个实施例”或者“实施例”，是指结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中多个地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都是指同一实施例。另外，特定特征、结构或者特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多个实施例中。

根据一个实施例，具有可变形阀座装置的电子阀(在本文中简称为电子阀)被配置为电子地致动，以用于将电子阀的孔流体连接到电子阀外侧的地下地层。术语“可变形”应理解为是指元件能够塑性地或弹性地弯曲以改变其几何形状和/或元件能够由能够相对于彼此运动的多个部件制成，使得尽管该元件的物理部件没有变形，但元件也可以改变其几何形状。电子阀还包含阀座装置，该阀座装置用于在第一端处容纳并安置第一封堵装置(例如，球)并且在与第一端相对的第二端处容纳并安置第二封堵装置。阀座装置是可变形的，以使得最初不存在阀座，但在致动电子阀之后，阀座装置的几何形状发生变化(例如，阀座装置弯曲)从而形成了第一阀座和第二阀座。电子阀被配置为集成到套管中，以使得在将套管安装在井中之后，电子阀与套管一起固结在适当的位置中。电子阀可以与其他电子阀一起在群组中使用，也可以集成到套管中，以使得与第一封堵装置和第二封堵装置相结合，级能够与下一个级进行隔绝。现在参照附图来更详细地讨论电子阀。

图3示出了电子阀300的概览图，其包含附接到内芯轴304的上部主体302。这两个元件可以通过使用螺纹306来连接到彼此。然而，这两个元件也可以以其他方式来附接到彼此。外盖308定位在内芯轴304上以用于形成腔室310。上部主体302、内芯轴304和外盖308形成外壳301。在一个应用中，外壳301还包含直接附接到套管的相应部件(未示出)的上部连接件301A和下部连接件301B。腔室310具有形成在外盖308中的一个或更多个端口312。多个相应端口314形成在内芯轴304中。滑动套筒320放置在腔室310内侧，以防止在处于关闭位置时在外盖308中的端口312与内芯轴304中的相应端口314之间的流体连通。如果套筒320运动到腔室310的另一端以处于打开位置，则在端口312与端口314之间实现了流体连通，以使得来自阀300外侧的流体能够进入内芯轴304的孔304A内侧。一个或更多个O形圈322可以放置在套筒320上以面向外盖308和/或内芯轴304，以防止来自阀外侧或阀内侧的流体沿着套筒310泄漏。

在阀300的另一端处，在上部主体302中提供有可变形阀座装置330。可变形阀座装置330由例如铝的材料制成，该材料是可延展的并且在弯曲力的影响下能够弯曲。在一个应用中，即使在移除了弯曲力之后，用于制造可变形阀座装置的材料也维持变形状态。在图4A中更详细地示出了可变形阀座装置330，其具有圆柱形的主体332，该主体被配置为紧密地装配在上部主体302的孔302A内侧。此外，图4A示出了主体332具有沿着纵向轴线X来延伸的多个狭槽334，其限定了指状区域336。由于这些狭槽，如稍后所讨论的，指状区域336可以相对于彼此弯曲并形成阀座，该阀座的外径小于可变形阀座装置330的当前外径d。在这方面，应当注意，在图4A中所示的未变形位置中，主体332的外径d与上部主体302的孔302A的直径D1相匹配。

然而，图4A还示出了上部主体302的内部孔302A具有弯曲部分303，该弯曲部分的内径D2小于主体302的孔302A的直径D1。弯曲部分303用于弯曲可变形阀座装置330的主体332的上部端332A以形成第一阀座340，如图4B中所示。当主体332如稍后所讨论的在向上方向上运动时会发生这种情况，并且指部区域336沿着纵向轴线X的负方向运动，并且由于弯曲部分303，它们朝向主体332的内部弯曲。应当注意，第一阀座340的内径d1小于主体332的孔的直径D3。

返回到图4A，主体332在主体的下部端332B处具有多个凸片344。应当注意，在本专利中，术语“上部”和“下部”是指井的方向，其中术语“上部”指示元件中最接近井的头部的一端，并且术语“下部”指示元件中最接近井的趾部的一端。凸片344最初分布在直径为D3的圆上，该直径为主体332的孔的直径。这些凸片344被配置为通过阀300的内活塞350的楔形部分352来弯曲。在这方面，应当注意，图3示出了内活塞350主要定位在上部主体302的内侧。以上所讨论的元件(即，内芯轴、可变形阀座装置和内活塞)被制造为具有相同的内径以形成在图3中所示的光滑孔304A。然而，在一个实施例中，可以使这些元件具有不同的内径。

返回到图4A，应当注意，可变形阀座装置330的主体332和活塞350均为中空结构，该中空结构允许流体400经过其孔流向下一个电子阀。实际上，在一个实施例中，主体332和活塞350的孔都与内芯轴304的孔304A一样大。

图3还示出了形成在内芯轴304的壁中的阀360。当阀360打开时(稍后将讨论)，在压力下来自孔304A的流体400经过阀360并进入到第一通道362中，该第一通道在内芯轴304与外盖308之间的界面处延伸。第一通道362与套筒312流体连通。在压力下的流体400也进入第二通道364，该第二通道在内芯轴304与外盖308的内部之间的界面处延伸。第二通道364与活塞350的一端相连通。

因此，当来自孔304A的高压流体400进入第一通道362时，套筒312移位到腔室310的相对端，以使得端口312和314直接流体连通。同时，高压流体400也进入第二通道364，由此激活了活塞350，并且活塞的楔形部分352接合了相应凸片344(如图4A中所示)并使凸片344弯曲(如图4B中所示)以形成第二阀座370，该第二阀座的内径d4小于凸片344最初分布在其上的圆的直径D3(参见图4A)。以这种方式，通过打开阀360，使端口312和314流体连通，并且形成第一阀座340和第二阀座370。换句话说，可变形阀座装置330被配置为当多个端口314被套筒320封堵时，在主体332的第一端和第二端332A、332B处具有给定的直径D3，并且当多个端口314未封堵时具有不同(更小)的直径。

在图5中示出了穿过电子阀300和阀360的截面A-A。在该图中，示出了将各个电子模块放置在形成于内芯轴304的主体中的空腔500中。电子模块中的一些包含电源502(例如，干电池)、微处理器504、启动开关组件506、泄流阀360和球检测开关510。在该实施例中，球检测开关510具有在腔500中在直径方向上相对定位的两个部件510A和510B。每个部件都具有物理上突出到孔304A内侧的活塞。微处理器504被用软件编程为或者硬接线为具有计时器508，该计时器被编程为用于使第一阀(最接近井的趾部的阀)具有给定值，例如30分钟。其他值也是可以的。对于定位在井中的其余电子阀而言，它们的计时器已禁用或不存在。

启动开关组件506具有爆破盘507，该爆破盘直接暴露于存在于孔304A中的流体400的压力。启动开关组件506被配置为通过从电源502向其他部件提供电力来激活腔500内侧的电子设备。应当注意，该开关防止了在真正必须使用电子设备来打开泄流阀360之前耗尽电源。当盘507的压力增加到超过盘的额定破裂压力时，该盘能够被孔304A内侧的流体所破坏。

阀360可以以各种方式来实现。例如，图6示出了阀的一种可能配置，其包含电连接到电子电路504的熔线602、分体式线轴装置605以及围绕该线轴的弹簧604。熔线到电子电路的电气连接未示出。分体式线轴装置605具有中心销组件610，该中心销组件由线轴来保持在限制位置中，并且弹簧604围绕该线轴。电子电路504中的计时器可以由压力开关或球检测开关510来致动。在由操作者将工具下降至井下之前在计时器中设置的预确定时间延迟之后，该计时器生成信号以启动熔线602的燃烧。在机械上限制弹簧604的熔线断裂，由此破坏了熔线602与弹簧604之间的限制连接609。结果，中心销610与柱塞607一起向上移动，以导致爆破盘612的爆破盘膜603向上偏转并由此破裂以打开滑动阀的端口606来允许流体流动。当然，在另一实施例中，爆破盘的破裂能够用来激活井下工具中完全不同的活动。在一个应用中，泄流阀360可以实现为电磁控制阀或其他类型的已知电子阀。

球检测开关510电连接到处理器504，并在每次球经过时向处理器提供信息。球计数器(其在处理器的软件中或通过硬线连接来实现)被配置为针对群组中的每个电子阀具有递增的值，即，针对距离井的头部最远端电子阀的值为0、针对下一个电子阀的值为1并且依此类推。

现在讨论一种利用电子阀300的群组来压裂井的方法。图7示出了井压裂系统700，其包含沿着套管702分布的多个电子阀300-1至300-3(为了简单起见仅示出了三个，但是该系统能够具有任意数量的阀，数量可以为1至数十个(如果不是数百个的话))。这意味着套管702包含连接到彼此或者连接到一个或两个电子阀的多个模块702-i(图7中仅标记了一个)。应当注意，阀300被配置为具有螺纹或等效机构以直接附接到套管702的一个或两个模块702-j。套管定位在井704内侧并且具有头部702A和趾部702B。头部702A可以连接到泵710以用于压裂地下地层712。

根据用于操作这些电子阀的方法，如图8所示，在步骤800中，将套管与电子阀一起下降到井中。在步骤802中，泵送水泥714使其经过套管的趾部阀716，以填充套管与井的孔之间的空间。在水泥硬化之前，刮塞经过套管以移除任何残留的水泥，在步骤804中，利用阈值压力(例如，10,000psi)对套管进行压力测试。该压力大于启动开关组件506的爆破盘507的破裂压力(例如，9,000psi)。因此，在步骤806中，所有电子阀300-1至300-3的所有启动开关组件506的所有爆破盘507都破裂并且它们的相关联的处理器和电子设备得以激活，即，从每个电子阀的电源502向这些电子部件供应电力。

在步骤808中，最远端电子阀300-3的计时器508启动其倒计时。该电子阀的计时器的倒计时时间先前已经由电子阀的操作者来设定。应当注意，其他电子阀不具有定时器或者定时器已禁用。在步骤810中，当处理器确定计时器的倒计时时间已经流逝时，最远端电子阀300-3的泄流阀360由处理器来进行致动。存在于套管304的孔304A中的压力下的流体经过阀300-3进入，并沿着第一通道和第二通道362和364前进。进入第一通道362的流体使得套筒320在腔室310内侧运动，直到端口312与314之间的流体通道打开(参见图9)并且来自套管304的高压流体进入到地层712中，以在步骤812中产生裂缝730。在步骤814中，进入第二通道364的流体将活塞350朝向套管的头部(远离套管的趾部)推动，从而使可变形阀座装置330的主体332在两个相对端处变形，以创建第一阀座340和第二阀座370(参见图9)。应当注意，第一阀座和第二阀座的内径小于内芯轴304的内径。还应注意，活塞350具有肩部354，来自套管304的流体400的压力作用在该肩部上以使得活塞在与纵向轴线X相反的向上方向上运动。

现在已经打开了电子阀300-3，在步骤816中使用泵710(参见图7)来泵送浆液使其经过打开的电子阀以形成裂缝730。在压裂步骤结束处，第一封堵装置900(为简单起见，其是球)在步骤818中从套管的头部掉落到井中。如图9中所示，当球900到达电子阀300-3的上部端处时，球安置在第一阀座340处并封堵了流过电子阀300-3的流体。因此，阻止了与图7中的最远端电子阀300-3相关联的级的压裂，并且该级也与下一级相隔绝。

在到达电子阀300-3的第一阀座340之前，球900经过图7的实施例中的其他电子阀300-1和300-2。如针对阀300-2在图10中所示，在经过这些电子阀中任一个时，球900都与该阀的球检测开关510相互作用。图10示出，尽管球检测开关510定位在内芯轴304中，但其具有从内芯轴304的内表面305突出到孔304A中的开关活塞512。换句话说，在两个相对的开关活塞512之间所测得的球检测开关510的内径d5小于球900的外径d6。

此外，当球900沿着孔304A经过时，开关活塞512能够例如由球900来推动到球检测开关510的内侧。开关活塞512与相应的内部活塞514机械接触，该内部活塞被配置为定位在球检测开关510内侧并具有受限的移动路径。偏置装置516(例如弹簧)在开关活塞512与内部活塞514之间提供分离力，并将两个活塞保持在永久张力下，从而当开关活塞512被球900压住时，内部活塞514朝向电开关518运动并闭合该开关。因此，当球900经过电子阀300-2(参见图11)时，球检测开关510闭合电开关518，该电开关向处理器504发送电信号。处理器504将该信号解释为有一个球900经过，并且以这种方式，处理器对正经过占用该处理器的电子阀的球数量进行计数。

当计数值等于预指定值(在井中调动电子阀之前由电子阀的操作员将该预指定值加载到处理器中)时，处理器指示相关联泄流阀360打开并允许套管流体400激活套筒320和活塞350，如先前所讨论的那样。换句话说，处理器对经过其主机电子阀的球的数量进行计数，并且当预确定的计数器达到零时，控制器指示泄流阀打开。以这种方式，每个电子阀都配置为一旦预期数量的球900已经经过电子阀，则打开其相应的泄流阀360。

应当注意，该机构的优点在于，在球900安置在其电子阀的群组中的当前电子阀的阀座340中之前的短时间内即可打开电子阀的群组中的下一个电子阀的泄流阀。这是期望的，因为一旦当前电子阀中的井流体的流动被球900阻止，则下一个电子阀就需要打开其通向地层的端口，以使得井流体的流动继续而不会中断。在这方面，地表泵710以连续的方式来操作，并且期望该操作不发生改变。因此，在预期数量的球经过之后，下一个区域的压裂自动启动。该过程从一个电子阀自动前进到另一电子阀，直到整个电子阀群组都已打开。

当流体在套管中反向流动(即，从套管的趾部流动到头部)时，安置在群组中的电子阀300-i的第一阀座340处的球会运动到前一个电子阀300-(i-1)的第二阀座370，其中量度i以针对最远端电子阀(图7中的300-1)的值1启始并针对下一个电子阀增加一。在图12中示出了该过程，其中示出了球900现在安置在电子阀300-3的第二阀座370中，该第二基座处于图10和11中所示的电子阀300-2的上游。因为第二阀座370具有凸片344(例如参见图4A和4B)，流体400在上游方向上经过球900和第二阀座370，即球900以及其第二阀座370不密封孔304A。这是期望的并且是有利的，因为没有安置在任何电子阀的第二阀座中的球会封堵流体在套管中的回流，这意味着来自所压裂的地层的油和/或气能够在套管中自由地向上游运动。

以上所讨论的实施例已经使用了球检测开关510(参见图5)以用于对经过每个电子阀的球进行计数。在一个实施例中，可以利用压力传感器1310来代替球检测开关510，该压力传感器放置空腔500中，其中如图13所示放置有其他电子部件。对于该实施例而言，泄流阀360的开口如现在所讨论地来实现。

利用水和沙子来压裂井。水和沙子的泵送速率应当在最小速率以上，以防止沙子沉降在套管内侧并封堵电子阀300的孔304A。泵710的该最小速率防止了井发生“出砂”并堵塞井。流动速率导致了由具有压力传感器1310的所有电子阀所感测到的流体压力增加。因此，可以通过向每个压力传感器分配唯一的压力变化模式来实现与每个电子阀的通信协议。以这种方式，根据一定的模式，通过增加和减少流动速率并且然后将其返回到最小速率，能够通过控制器504基于来自压力传感器1310的压力读数来进行识别。例如，图14A示出了第一模式1402并且图14B示出了第二模式1410。第一模式1402包含具有相同幅度的两个高点1404和1406，其后跟随有参考压力1408，而第二模式1410包含第一高点1412，其后跟随有幅度大于第一高点的第二高点1414，并且然后跟随有参考压力1408。每个模式(能够定义许多其他模式以使得每个压力传感器都具有唯一的压力模式)是唯一的，并且因此只能通过一个压力传感器及其关联的处理器来进行识别。当发生这种情况时，与该压力传感器相关联的处理器会支持泄流阀。当压力传感器确定了套管中的突变高压时，打开当前的电子阀并且在地层与套管内部之间存在流体连通，即压裂操作开始了。

在分配为压裂当前区域的时间接近结束时，使球掉落。球如先前参照图9所讨论的落在电子阀300-1的第一阀座340上并密封第一区域。在套管中在第一球900后面出现压力尖峰。由下一个电子阀300-2的压力传感器检测压力的突然增加，并且其处理器使用此信号来打开泄流阀，因此打开第二电子阀中的端口并形成第一阀座和第二阀座。现在重新引导流体流过现在为打开状态的第二电子阀。现在，该新区域已压裂。球下游的流动速率得到隔绝并因此其速度变为零。沙子会掉落出来，但沙子的量仅受当时流体中的含量所限制。

如在先前的方法中一样，能够连续地执行压裂而无需停止和启动泵710，这是因为给定电子阀300-i的每个球的阀座都会自动打开电子阀群组中的下一个电子阀300-(i-1)。重复该过程，直到所有电子阀都打开并且压裂其相应的区域为止。由于第一阀座和第二阀座的形成，球中的每个都困在电子阀之间。当流体反向流动时，球能够从下一个电子阀滚动为抵抗相应的阀座，但是其凸片设计为允许流体围绕球来流动，如以上参照图12所讨论的。在该实施例中，压力传感器用于两种不同的功能：1)唯一的压力模式用于支持电子阀中的每个，以及2)由于球阀座所引起的突然压力升高，向电子设备发出信号以打开端口(仅用于所支持的电子阀)。

在一个实施例中，可以配置电子阀的电子设备以进行学习。例如，可以将初始流动速率保持在最小值持续几分钟，然后电子设备将这个压力值用作“低值”或“参考值”。然后，压力值逐渐上升到更高的值并保持几分钟，然后将该值用作“高值”。

以上所讨论的不间断压裂处理减少了“出沙”的机会，并且可变速率泵送产生了更好的压裂。如果在球安置之前无法识别出唯一模式1402，则压力将因为井发生堵塞而增加。在这种情况下，可以利用泵710来输送唯一模式而没有任何流动来支持电子阀，并且然后施加突然的高压以命令所支持的电子阀打开。

在一个应用中，可以由声学设备、RFID检测器、磁感测器或其他感测设备来代替球计数器。在另一应用中，静水压力可以用于推开套筒320。在又一应用中，可以实现泄流阀来释放止动件。当流体流动或球推动来抵抗止动件时，它将打开套筒。在又一应用中，变形的阀座装置可以利用挡板阀来代替。

现在参照图15讨论用于利用电子阀300来压裂井的方法。该方法包含将电子阀300附接到井704的套管702的步骤1500、泵送流体使其经过电子阀300的孔304A以压裂与另一电子阀相关联的地层的步骤1502、将球900释放到套管中以封堵另一电子阀的步骤1504、在球900经过电子阀300时检测球900的步骤1506、打开电子阀300的多个端口314以压裂与电子阀相关联的地层的步骤1508、以及使电子阀300的可变形阀座装置330发生变形(或如果阀座装置本身不变形则改变几何形状)的步骤1510。

该方法还可以包含以下步骤：致动泄流阀以(1)允许流体进入电子阀的第一通道来推动套筒以打开多个端口，以及(2)允许流体进入电子阀的第二通道来推动活塞以使可变形阀座装置发生变形。在一个应用中，该方法还可以包含利用球检测开关来对经过电子阀的球的数量进行计数的步骤，或者向套管中的流体施加压力模式的步骤，以及利用电子阀的压力传感器来检测压力模式以致动阀的步骤。

以上所讨论的阀中的至少之一，由于其变形的阀座，因此不需要稍后使塞下降。在完成所有压裂之后，塞通常将钻出。该阀的变形阀座铣出的材料比普通塞子要少得多。

所公开的实施例提供了一种用于压裂的电子阀。应当理解，该描述并非旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求书进行限定的本发明精神和范围内的替代、修改和等同形式。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所要求保护的发明的全面理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有这种具体细节的情况下实践各种实施例。

尽管在实施例中以特定组合来描述了本实施例的特征和元件，但是每个特征或元件能够在没有实施例中其他特征和元件的情况下单独使用，或者在具有或不具有本文所公开的其他特征和元件的各种组合中使用。

该书面描述使用了所公开主题的示例，以使得本领域技术人员能够实践该主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合方法。该主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员可以想到的其他示例。这种其他示例旨在包括在权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种在井(704)中被放置为与套管(702)相配合的电子阀系统(300)，所述电子阀系统(300)包括：

外壳(301)，其具有多个端口(314)；

套筒(320)，其被配置为封堵所述多个端口，

阀(360)，其被配置为启动所述多个端口(314)的解封以允许在所述外壳(301)的孔(304A)与所述外壳(301)的外侧之间进行流体连通；

可变形阀座装置(330)，其具有放置在所述外壳(301)的孔(304A)的内侧的主体(332)，以及

中空活塞(350)，其定位在所述外壳的孔中，

其中，所述可变形阀座装置(330)被配置为当所述多个端口(314)封堵时，所述主体(332)的第一端和第二端(332A、332B)中至少之一具有给定的直径D3，并且当所述多个端口(314)解封时其具有更小的直径，并且

其中，所述阀被配置为：(1)沿纵向轴线X与所述套筒流体连通，以使所述套筒滑动以解封所述多个端口，以及(2)沿与所述纵向轴线X相反的向上方向与所述中空活塞流体连通，以推动所述中空活塞以使所述可变形阀座装置发生变形。

2.根据权利要求1所述的电子阀系统，

其中，所述中空活塞被配置为将所述可变形阀座装置向上游推动，并且被配置为使所述可变形阀座装置的主体的第一端弯曲以形成第一阀座(340)并使所述可变形阀座装置的主体的第二端(332B)弯曲以形成第二阀座(370)。

3.根据权利要求2所述的电子阀系统，其中，所述外壳包含连接到上部主体(302)的内芯轴(304)，并且所述上部主体的孔(302A)具有变化的直径。

4.根据权利要求3所述的电子阀系统，其中，所述可变形阀座装置在沿着上部主体的孔的变化的直径前进时弯曲所述第一端以形成所述第一阀座。

5.根据权利要求3所述的电子阀系统，其中，所述阀被配置为在所述外壳的孔的内侧的流体与所述中空活塞之间建立流体连通，以使得所述中空活塞由所述流体的压力来致动。

6.根据权利要求5所述的电子阀系统，其中，所述阀被配置为在(1)所述外壳的孔的内侧的流体与(2)定位在(a)所述内芯轴与(b)所述内芯轴的外盖之间的套筒之间建立流体连通，以使得通过平移所述套筒来解封多个端口。

7.根据权利要求1所述的电子阀系统，还包括：

形成在所述外壳的腔中的处理器，其中，所述处理器连接到所述阀并且被配置为致动所述阀。

8.根据权利要求7所述的电子阀系统，还包括：

形成在所述外壳的腔中的球检测装置，所述球检测装置电连接到所述处理器，以用于提供关于经过所述外壳的孔的球的存在的信息。

9.根据权利要求8所述的电子阀系统，其中，所述球检测装置是与所经过的球进行物理相互作用的开关。

10.根据权利要求8所述的电子阀系统，还包括：

电源(502)，其定位在所述腔中并且被配置为向所述处理器和所述球检测装置供应电力；以及

启动开关组件(506)，其将所述电源电连接到所述处理器，

其中，所述启动开关组件被配置为由所述外壳的孔的内侧的压力来致动。

11.根据权利要求1所述的电子阀系统，其中，所述阀形成在所述外壳(301)的壁内。

12.根据权利要求1所述的电子阀系统，其中，所述外壳包含内芯轴(304)和定位在所述内芯轴(304)上以形成腔室(310)的外盖(308)，所述套筒(320)定位在所述腔室中并且封堵了形成在所述内芯轴中的多个端口(314)与形成在所述外盖中的多个端口之间的流体连通。

13.根据权利要求12所述的电子阀系统，其中，在所述内芯轴与所述外盖之间延伸有第一通道(362)，以流体联接所述阀和所述套筒，并且在所述内芯轴与所述外盖之间延伸有第二通道(364)，以流体联接所述阀和使所述可变形阀座装置弯曲的中空活塞。

14.根据权利要求13所述的电子阀系统，其中，所述中空活塞在一端处具有凸片，当球安置在所述凸片上时，所述凸片允许流体经过所述中空活塞。

15.一种用于压裂井的井压裂系统(700)，所述系统包括：

具有多个管状模块(704-j)的套管(702)；以及

与所述多个管状模块(704-j)相集成的一个或更多个电子阀系统(300)，

其中，所述一个或更多个电子阀系统中的电子阀系统(300)具有，

套筒(320)，其被配置为封堵多个端口(314)，以及

可变形阀座装置(330)，其在由中空活塞(350)致动时减小所述可变形阀座装置的主体的第一端和第二端(332A、332B)中每一个的直径。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述电子阀系统(300)包括：

外壳(301)，其具有封堵的多个端口(314)；

阀(360)，其形成在所述外壳(301)的壁内并且被配置为启动所述多个端口(314)的解封以允许在所述外壳(301)的孔(304A)与所述外壳(301)的外侧之间进行流体连通；以及

可变形阀座装置(330)，其具有放置在所述外壳(301)的孔(304A)的内侧的主体(332)。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述中空活塞(350)定位在所述外壳的孔(304A)中，并且所述中空活塞被配置为将所述可变形阀座装置向上游推动，并且使所述可变形阀座装置的主体的第一端弯曲以形成相应的第一阀座并使所述可变形阀座装置的主体的第二端(332B)弯曲以形成相应的第二阀座。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述外壳包含连接到上部主体(302)的内芯轴(304)，并且所述上部主体的孔(302A)具有变化的直径。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述可变形阀座装置在沿着所述上部主体的孔的变化的直径前进时改变所述第一端的几何形状以形成所述相应的第一阀座。

20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述阀被配置为在所述外壳的孔的内侧的流体与中空活塞之间以及在所述外壳的孔的内侧的流体与所述套筒之间建立流体连通，以使得通过流体的压力，使所述套筒沿纵向轴线X滑动并沿与所述纵向轴线X相反的向上方向推动所述中空活塞。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述阀被配置为在所述外壳的孔的内侧的流体与定位在所述内芯轴与所述内芯轴的外盖之间的套筒之间建立流体连通，以使得通过平移所述套筒来解封端口。

22.一种用于利用电子阀系统(300)来压裂井的方法，所述方法包括：

将电子阀系统(300)附接(1500)到井(704)的套管(702)；

泵送(1502)流体使其经过所述电子阀系统(300)的孔(304A)以压裂与另一电子阀系统相关联的地层；

将球(900)释放(1504)到所述套管中以封堵另一电子阀系统；

在所述球(900)经过所述电子阀系统(300)时检测(1506)所述球；

打开(1508)所述电子阀系统(300)的多个端口(314)以压裂与所述电子阀系统相关联的地层；以及

改变所述电子阀系统(300)的可变形阀座装置(330)的几何形状(1510)，

其中，所述多个端口的打开是通过由所述电子阀系统的孔中的流体使套筒沿纵向轴线X滑动来实现的，

其中，所述可变形阀座装置的几何形状的改变是通过由所述电子阀系统的孔中的流体沿与所述纵向轴线X相反的向上方向推动中空活塞来实现的，并且

其中所述电子阀系统的阀在所述电子阀系统的孔与(1)所述套筒之间以及在所述电子阀系统的孔与(2)所述中空活塞之间建立流体连通。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：

致动泄流阀以(1)允许所述流体进入所述电子阀系统的第一通道来推动所述套筒以打开多个端口，以及(2)允许所述流体进入所述电子阀系统的第二通道来推动所述中空活塞以使所述可变形阀座装置发生变形。

24.根据权利要求22所述的方法，还包括：

利用球检测开关来对经过所述电子阀系统的球的数量进行计数。

25.根据权利要求22所述的方法，还包括：

向所述套管中的所述流体施加压力模式；以及

利用所述电子阀系统的压力传感器来检测所述压力模式以致动所述阀。

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