用于壓裂石油和天然氣井的系統和方法
【專利說明】用于壓裂石油和天然氣井的系統和方法技術背景
[0001]本公開涉及用于獲取石油和天然氣的壓裂系統和方法。
[0002]這些年來，天然氣和石油的需求顯著增長，使生產效率低的石油和天然氣儲層經濟上可行，水力壓裂在全球范圍內的能源生產中扮演著重要角色。幾十年來，不同的技術已被用來改善從石油和天然氣中生產資源的方法。使長水平井眼具有多個裂縫是一種用于提高井中油氣開采的常用工藝。該工藝開始于井已被鉆好且完備件已安裝在井眼之后。多階段段壓裂方法涉及將大量加壓的水或凝膠、支撐劑和/或其它化學品泵入井眼，以在沿著井眼的儲層中產生多個離散裂縫。
[0003]目前正在使用的一種先進方法是在一次泵送操作中同時進行多達30個裂縫的支撐劑壓裂。該方法涉及用于阻止裂縫關閉的支撐劑的使用。然而，這種做法通常會導致裂縫之間支撐劑的不均勻分布，這將降低壓裂系統的效率。其結果是，這種做法也可能導致裂縫蔓延至遠離目標儲層的區域。因此，這樣的方法可能是低效而不安全的。
[0004]此外，支撐壓裂通常包括多個步驟且需要多個工具，才能成功地進行。這種做法將造成裂縫間支撐劑的不均勻分布，且高度依賴于在各壓裂階段之間設置塞或使用尺寸加大的壓裂球。在這些方法中，每個裂縫被穿孔或是泵入后可設置塞，或者壓裂球可從表面落入，以連續打開沿著井分布的壓裂閥中。對于每一階段，不同直徑的球落入對應于特定壓裂閥的閥座的井中。在油井的一點處，由于井眼直徑減小，該球將不能通過。一旦球在位，壓裂即可進行。壓裂后，塞必須被鉆出且球必須被回收。每個壓裂階段中，在設置塞時，過多的時間和精力被消耗在各階段之間離開孔和鉆出塞上。此外，陸上鉆機通常按天數來付租金，任何的延遲都可能使成本增加許多。另外，在球方法中，在由于小的球直徑因為大壓力損失而難以壓裂，使得流動區域受限制之前，僅可能約有12個不同壓裂階段。
[0005]因此，本領域急需一種改進的用于壓裂油氣井的系統和方法。
【發明內容】
[0006]本公開涉及一種改進的井壓裂系統和方法。在一個實施例中，該系統可包括基管和滑動套筒，所述基管包括能夠容納止動球的插入口，所述止動球部分在所述基管的室內。所述滑動套筒可包括具有內表面的第一套筒。所述內表面可包括空隙。所述第一套筒可被操作至兩個位置。在第一位置處，該空隙可位于所述基管的不包括插入口的表面上，這種定位可阻止所述止動球從所述基管的室離開。在第二位置處，該空隙可位于所述插入口上。這種定位可允許所述止動球從所述基管的室離開并進入所述空隙。
[0007]在另一個實施例中，所述方法可包括將基管連接在管柱內。所述基管可包括能夠容納止動球的插入口，所述止動球部分在所述基管的室內。該方法還可包括將滑動套筒從第一位置致動至第二位置的步驟。所述滑動套筒可包括具有內表面的第一套筒，其中所述內表面包括空隙。在所述第一位置處，所述空隙可位于所述基管的不包括所述插入口的表面上，以阻止所述止動球離開所述基管的室。在所述第二位置處，所述空隙可位于所述插入口上，所述止動球能夠從所述基管的室離開并進入所述空隙。
[0008]簡要
【附圖說明】
[0009]圖1A示出了基管的側視圖。
[0010]圖1B不出了基管的正視圖。
[0011]圖1C示出了基管的剖面圖。
[0012]圖2A示出了滑動套筒。
[0013]圖2B示出了滑動套筒的正視圖。
[0014]圖2C示出了滑動套筒的剖面圖。
[0015]圖2D示出了滑動套筒剖面圖，該滑動套筒還包括固定套筒和致動器。
[0016]圖3A示出了外環的外周圖。
[0017]圖3B示出了外環的正視圖。
[0018]圖4A示出了閥殼。
[0019]圖4B示出了閥殼的壓裂口。
[0020]圖4C示出了閥殼的生產槽。
[0021]圖5示出了壓裂狀態下的壓裂閥。
[0022]圖6示出了壓裂口中的阻抗裝置。
[0023]圖7示出了生產狀態下的壓裂閥。
【具體實施方式】
[0024]本文所述的是用于獲取石油和天然氣的改進的壓裂系統和方法。下文所呈的描述使得本領域的技術人員能夠制造和使用所要求保護的本發明并通過下面討論的具體實施例來提供，下文所述的具體實施例的變型對于本領域技術人員是顯而易見的。為了清楚起見，并不是實際實現的所有特征在本說明書中都進行了描述。應理解，在任何這種實際實施(如在任何開發項目中)的開發中，必須進行精確的設計來實現設計者的特定目標(例如符合系統和商業相關限制)，且這些目標對于不同的實施方式來說不同。還應當認識到，這種開發努力可能是復雜且費時的，但是對于得益于本公開的相應技術領域內的普通技術人員來說將只是常規任務而已。相應地，本文所附的權利要求并不旨在被所公開的實施例限制，而是應被賦予與本文中公開的原理和特征相一致的最廣范圍。
[0025]圖1A示出基管100的側視圖。基管100可被連接作為管柱的一部分。在一個實施方式中，基管100可為包括不同的壁開口和/或槽的圓柱狀材料。基管100的壁開口可包括插入口 101、壓裂口 102和/或生產口 103。插入口 101可由基管100上的一個或更多小開口組成。壓裂口 102也可由一個或更多開口形成。此外，生產口 103可為基管100上的多個開口。
[0026]圖1B示出了基管100的正視圖。基管100進一步包括室104。室104可以是圓柱形開口或形成于基管100內的空間。這樣，室104可以是能夠允許材料例(如壓裂流體或碳氫化合物)通過的開口。圖1C示出了基管100的剖視圖。上述的各個壁開口可圍繞基管100圓周布置。
[0027]圖2A示出一滑動套筒200。滑動套筒200通過致動器206連接至固定套筒205，且滑動套筒200與外環207相符。在一個實施例中，滑動套筒200可以是可包括壓裂口 102的圓筒形管。因此，壓裂口可具有在基管101內的第一部分和在滑動套筒200內的第二部分。圖2B示出滑動套筒200的正視圖。滑動套筒200可進一步包括外室201。在一個實施例中，外室201可以是比室104大的開口。這樣，室201可足夠大以容納基管100。
[0028]圖2C示出了滑動套筒200的剖視圖。滑動套筒200可包括第一套筒202和第二套筒203。第一套筒202和第二套筒203可通過一個或多個曲面片204連接，每個曲面片204之間的空間可界定壓裂口 102的一部分。第一套筒202的內表面可具有瓶頸空隙，或者任何其他在內表面內的角空隙。該空隙可圍繞基管101的整個內直徑(部分或局部地圍繞內直徑)徑向延伸。如果完全圍繞內徑，內表面的端部可具有小于該空隙的直徑。
[0029]圖2D示出了滑動套筒200的剖視圖，該滑動套筒200還包括固定套筒205和致動器206。在一個實施例中，致動器206可以是偏置裝置。在該實施例中，偏置裝置可以是彈簧。在另一個實施例中，致動器可以是雙向的和/或電動的。在一個實施例中，滑動套筒200的第二套筒203可通過致動器206附連至固定套筒205。在一個實施例中，滑動套筒200可被拉向固定套筒205，從而通過勢能壓縮或以其他方式加載致動器206。隨后，通過將滑動套筒200推離固定套筒205可釋放致動器206，或者以其他方式驅動致動器206。
[0030]圖3A示出了外環的周視圖207。如圖3B所示，在一個實施例中，外環207可以是形成環形室301的固體圓柱管。在一個實施例中，外環207可以是形成圓柱形的封閉固體材料。環形室301可以是形成于外環207內的空間。此外，環形室301可以足夠大以滑過基管100。
[0031]圖4A示出了閥殼400。在一個實施例中，閥殼400可以是可包括壓裂口 102和生產口 103的圓筒形材料。如圖4B所示，在一個實施例中，壓裂口 102可以是圍繞閥殼400圓周布置的多個開口。此外，如圖4C所示，生產口 103可以是圍繞閥殼400布置的一個或多個開口。
[0032]圖5示出了壓裂模式下的壓裂閥500。在一個實施例中，壓裂閥500可包括基管100、滑動套筒200、外環207和/或閥400。在該實施例中，基管100可以是壓裂閥500的最內層。圍繞基管100的