刮擦塞元件以及使油井环境增产的方法 |
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| 申请号 | CN201380007181.4 | 申请日 | 2013-01-10 | 公开(公告)号 | CN104204401A | 公开(公告)日 | 2014-12-10 |
| 申请人 | 贝克休斯公司; | 发明人 | J·C·凯尔纳; P·马德罗; C·C·约翰逊; | ||||
| 摘要 | 为了增产操作而制备井孔 套管 的方法，包括通过 水 泥将井孔套管固结在井孔中的步骤，所述井孔套管具有井下工具，所述井下工具具有 阀 和用于限制 流体 流过所述阀的装置，比如球座，该装置布置在所述阀上方。阀的致动将阀打开以在井孔套管与 地层 之间建立流体连通。将塞元件布置在球座的支座上并执行套管压 力 测试。然后在套管压力测试之后，随着时间的推移所述塞元件溶解或分解，从而增加井孔套管与地层之间的流体连通，从而为了增产操作而装备好井孔套管而不需要另外的井孔介入。在某些实施方式中，在塞元件溶解期间或之后，通过塞元件执行对所述阀的孔的清理。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种对井孔环境进行增产的方法，该方法包括步骤： |
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| 说明书全文 | 刮擦塞元件以及使油井环境增产的方法[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2012年2月3日申请的美国申请号13/366076的优先权，通过引用将其全文并入于此。 技术领域[0003] 本发明涉及为了增产操作而制作套管井的方法，尤其涉及为了增产操作而使用压力致动套筒制作套管井的无介入方法以及用于临时限制流体流过井孔套管以为了增产操作而制作井孔套管的装置，这与使用诸如油管输送射孔之类的另外的井孔介入方法形成对比。 背景技术[0004] 球座在本领域中一般是公知的。例如，典型的球座具有由支座限制的孔或通道。球或塞元件布置在支座上，防止或限制流体流过球座的所述孔，因此，将其中布置球座的管件或管道部隔离。当向所述球或塞元件施加力时，可以对所述管道增压，以用于比如在设定封隔器时要进行的管件测试或工具致动或操纵。球座用在套管孔完井、衬管悬挂器、偏流器、压裂系统、酸化增产系统和流量控制设备以及其他系统中。 [0005] 尽管这里使用了术语“球座”和“球”，但是应该理解的是掉落塞或其他形状的塞装置或元件可以与这里披露和讨论的“球座”一起使用。为了简单起见，应该理解的是术语“球”和“塞元件”包括并涵盖所有形状和尺寸的塞、球、飞镖或掉落塞，除非专门讨论“球”的特定形状或设计。 [0006] 正如这里使用的“增产”包括压裂，使用增产系统或工具的井孔在本领域中是公知的。一般地，增产系统或工具用在油气井中用来完井并增加井的开采速率。在斜井中，特别是那些具有较长长度的斜井，希望将诸如酸或压裂流体之类的流体引入到井的直线的或水平的端部中，以使开采区域增产来进一步打开开采裂隙以及穿过其中的孔。例如，液压压裂是是使用泵速和由压裂流体形成的液压力来对地下地层或井孔环境进行压裂或破裂的方法。 [0007] 在对井孔增产之前，将增产工具通过水泥接合到井孔中。此后，执行含有增产工具的井孔套管的压力测试。为了执行该步骤，必须封闭穿过增产工具的路径。在套管测试建立了井孔套管的完整性之后，重新建立穿过增产工具的路径的流体连通，以便于可以将增产流体向下泵送穿过增产工具并进入地层中。当前，重新建立通过增产工具的流体流所涉及的步骤需要额外的井孔介入，比如通过使用油管输送射孔。 发明内容[0008] 概括地，这里披露的为了增产操作而制备井孔的方法包括将井下工具通过水泥固结到井孔套管中的步骤，所述井下工具包括阀，所述井下工具具有布置在所述阀上方的用于限制流体流过所述阀的装置，比如球座。将所述阀致动到其打开位置来在套管孔与地层或井孔环境之间建立流体流。此后，将塞元件布置在所述球座的支座上并执行套管压力测试。然后随着时间的推移使所述塞元件溶解或分解，从而通过所述阀增加地层与井孔套管之间的流体连通，进而将井孔套管置于用于增产操作的状态中，而不需要在套管测试之后实施另外的井孔介入。 [0009] 在一个具体实施方式中，塞元件还起到了刮擦构件的作用，以便于在执行压力测试之后对所述阀的孔进行另外的清洁。塞元件溶解成预定的形状，当将其推过所述支座和所述阀的孔时，该塞元件刮擦掉所述阀的所述孔内的碎屑。附图说明 [0010] 图1是这里披露的井下工具的一个具体实施方式的横截面视图，示出了处于关闭位置上的示例性阀。 [0011] 图2是图1的井下工具的横截面视图，示出了所述阀处于其一个打开位置上。 [0012] 图3是图1的井下工具的横截面视图，示出了坐放在所述阀上方的支座上的塞元件以便于可以执行所述套管测试。 [0013] 图4是图1的井下工具的横截面视图，示出了在执行压力测试和图3中示出的塞元件溶解之后井下工具就位以用于增产操作。 [0014] 图5是正如这里披露的塞元件的具体实施方式的横截面视图。 [0015] 图6是图5中示出的刮擦构件的侧视图。 [0016] 虽然将结合优选实施方式对本发明进行描述，但是将会理解的是并不旨在将本发明限定到该实施方式。相反，其旨在覆盖所有的替代方式、修改和等价方式，正如可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精髓和范围内。 具体实施方式[0017] 现在参见图1-4，在一个具体实施方式中，井下工具30包括阀40和在图1-4中作为球座示出的孔限制装置70。图1示出了处于关闭位置上的阀40，图2-4示出了致动到打开位置上的阀40。 [0018] 阀40包括带端口的下壳体44和上本体48，所述壳体具有流体连通端口46。所述阀40的压力完整性是由本体密封件41保持的。本体定位螺钉47防止本体连接螺纹43在安装期间缩回。内部移动套筒50被约束在带端口的下壳体44与上本体48之间。内部移动套筒50具有多个直径，这些直径形成了产生打开阀40的移动力的活塞区域。位于内部移动套筒50的下端上的端口隔离密封件45和在流体连通端口46上方的下部内孔活塞密封件65在水泥固结期间和之后均起到隔离所述阀40内部的作用。端口隔离密封件45和下部内孔活塞密封件65在带端口的下壳体44内的它们各自的抛光孔55，57内操作。较大的中间内孔活塞密封件52用于在爆破隔膜42破裂之后在带端口的下壳体44内沿着上部内抛光孔53将内部移动套筒50向上驱动。 [0019] 位于上本体48内的上部外杆活塞密封件59用于防止水泥进入上部常压室62并在所述阀40打开期间刮擦上部套筒抛光孔61的外径。内部移动套筒50还具有肩部54，在内部移动套筒50打开移动期间所述肩部54剪断剪切螺钉56。外部套筒锁定环保持凹槽63位于内孔密封件52与上套筒抛光孔61直径之间。在所述阀40完全打开之后，锁定环保持凹槽63容纳由锁定环保持件67保持的套筒锁定环69。因此，在阀40打开之后(图2-4)，套筒锁定环69防止内部移动套筒50关闭。 [0020] 位于下部内孔活塞密封件65与中间孔活塞密封件52之间的是下部常压室58，所述下部常压室58含有可以通过下部压力测试端口60独立测试的空气。位于中间内孔活塞密封件52与上部外杆活塞密封件59之间的是上部常压室62，所述上部常压室也含有可以通过上部压力测试端口64独立测试的空气。破裂或爆裂隔膜42由负载环66和负载螺母68保持在位于内部移动套筒50外部上的端口内的适当位置上。爆裂隔膜的负载螺母68的尺寸设定为在内部移动套筒50安装在阀40内之前允许将大的扭矩和载荷传递到爆裂隔膜 42中。 [0021] 本领域技术人员将会意识到的是，使用爆裂隔膜作为活塞进出口只是优选的方式，并且一般比专门依靠对剪切销进行剪切更精确。还可以为这种选择性的出入口使用压力调节阀以及在井下存在例如预定物质或能量场、井下温度或者其他井条件的情况下消失、以使套筒移动的化学响应阻挡件。破裂或爆裂隔膜42还可以由本领域中公知的任何其他压力控制塞替代，比如在2011年11月1日申请的名称是“Frangible Pressure Control Plug,Actuatable Tool,Including Plug,and Method Thereof”的美国专利申请序列号13/286,775中披露并教导的那些，通过引用将其全文并入于此。 [0022] 在爆裂隔膜42破裂之后，下部腔室58处在绝对井下压力下，因此该位置处的壁挠曲最小化。甚至在爆裂隔膜42破裂之前，下部腔室58的尺寸也是足够小的，以避免在该区域中的套筒壁挠曲。使用大的凸台来支撑中间内孔活塞密封件52还增强了就在上部腔室62下方的内部移动套筒50，从而至少减小了在移动套筒50完全移动之前可能使其陷入困境的挠曲或弯曲。相比于在最开始将内部移动套筒50保持关闭的端口隔离密封件45，外杆活塞密封件59的稍大的尺寸还允许内部移动套筒50在上腔室62附近有更大的壁厚，以进一步至少减小挠曲或弯曲以使内部移动套筒50完全移动而不陷入困境。 [0023] 中间内孔活塞密封件52可以与内部移动套筒50成为一体或者是单独的结构。上部腔室62的初始压力是大气压力或者是小于内部移动套筒50内的预期流体静压力的预定值。当内部移动套筒50移动以打开端口46时上部腔室62的容积减小并且其内部压力升高。 [0024] 球座70通过本领域中任何已知的装置或方法固定到阀40的上端，比如螺纹连接。球座70包括上端71、固定到阀40的下端72和限定孔74的内壁表面73。支座75沿着内壁表面73布置，以用于容纳比如图3中示出的球80之类的塞元件。 [0025] 在操作中，井下工具30在其上端和下端处连接到套管并下送到就在浮动设备上方的可水泥固井的裸眼完井中。在布置在井孔内所需位置上之后，将井下工具30通过水泥固结到井内合适位置上。 [0026] 在水泥固结之后，执行清理操作，以从穿过阀40的流动路径中移除碎屑。清理操作可以通过将流体泵送通过井下工具30来执行，以清理掉从水泥固结操作中留下的碎屑。附加地或者替代性地，可以沿着套管的孔向下输送刮擦塞，使其通过支座75，穿过阀40的孔以将包括残余水泥的碎屑刮擦掉。 [0027] 在将水泥设置在阀40的外侧上之后，准备用高的流体静压力和施加的压力的组合来将其打开。在达到临界压力之后，爆裂隔膜42破裂并打开下常压室58获得绝对井下压力。该压力施加在由下部内孔活塞密封件65和较大的内孔活塞密封件52形成的活塞区域上并向上驱动内部移动套筒50，对上常压室62内的空气施压，同时打开带端口壳体44上的流体连通端口46。因此，当内部移动套筒50移动以打开端口46时，上部腔室62的容积减小并且其内部压力升高。 [0028] 在内部移动套筒50完全移动并与锁定环保持件67上的面向下的肩部接触之后，套筒锁定环69落入内部移动套筒50上的套筒锁定保持凹槽63中，以防止阀40随后关闭。 [0029] 在爆裂隔膜42破裂之后，绝对井下压力施加在活塞密封件52和活塞密封件65上，将套筒50连续地向上推，用作防止阀40后续关闭的冗余锁定特征。 [0030] 在打开阀40之后，在井下工具30的孔因此也是井孔套管管柱的孔与井孔地层或井孔环境之间建立流体连通。此后，可以执行套管的压力测试。为此，将塞元件80沿着套管管柱向下输送并坐放在球座70的支座75上(图3)。然后执行压力测试。假设压力测试是成功的，那井孔就能够执行增产操作。然而，塞元件80保留在支座75上。随着时间的推移将，由于塞元件80的至少一部分的溶解，塞元件80从支座75移除。在塞元件80充分溶解使得向下作用在塞元件80上的流体压力可以将塞元件80推过支座75和阀40的孔之后，增大套管管柱与地层之间的流体连通以便于可以执行增产操作。因此，在塞元件80坐放在支座75上并且执行压力测试之后，不需要另外的井孔介入来将套管管柱放置到适合于增产操作的状态中。 [0031] 在某些实施方式中，塞元件80完全溶解。在其他实施方式中，塞元件80在通过支座75和阀40的孔之前部分溶解。在其他实施方式中，塞元件80的一部分是由不可溶解的材料构成的。塞元件80的一部分或者全部的溶解可以通过使塞元件80至少部分地由可溶解材料构成来实现。“可溶解”意思是所述材料能够在布置在井孔套管内的流体或溶剂中溶解。“可溶解”应该理解为包括术语可降解和可分解。同样地，术语“使溶解”和“溶解”也解释为分别包括“使降解”和“使分解”以及“降解”和“分解”。可溶解材料可以是对本领域普通技术人员来说已知的任何如下材料：其在一定时间内由于温度或诸如水基钻井流体、碳氢化合物基钻井流体或天然气之类的流体而可溶解、降解或分解，并且可以被标定使得可溶解材料溶解所必要的时间量是已知的或者是不需要过多的实验就可容易确定。合适的可溶解材料包括受控电解金属纳米结构材料，比如在2009年12月8日申请那个的美国专利序列号12/633,682(美国专利公报号2011/0132143)、2009年12月8日申请的美国专利申请序列号12/633,686(美国专利公报号2011/0135953)、2009年12月8日申请的美国专利序列号12/633,678(美国专利公报号2011/0136707)、2009年12月8日申请的美国专利申请序列号12/633,683(美国专利公报号2011/0132612)、2009年12月8日申请的美国专利申请序列号12/633,668(美国专利公报号2011/0132620)、2009年12月8日申请的美国专利申请序列号12/633,677(美国专利公报号2011/0132621)和2009年12月8日申请的美国专利申请序列号12/633,662(美国专利公报号2011/0132619)中披露的那些，所有这些通过引用将其全文并入于此。 [0032] 另外的可溶解材料包括聚合物和可生物降解的聚合物，例如聚乙烯醇基聚合物，TM比如可以从位于意大利Altopascia的Idroplax,S.r.l获得的聚合物HYDROCENE 、从TM Cargill Dow LLC的分部的Nature-Works 获得的聚交酯(“PLA”)聚合物4060D；从DuPont Specialty Chemicals可获得的TLF-6267聚乙醇酸(“PGA”)；聚己内酰胺和PLA与PGA的混合物；固体酸，比如氨基磺酸、三氯乙酸和柠檬酸，其与蜡或其他合适的结合料保持在一起；聚乙烯均聚物和石蜡；聚烯氧化物，比如聚环氧乙烷；以及聚亚烷基二醇，比如聚乙二醇。这些聚合物在水基钻井流体中是优选的，因为它们可以在水中慢慢的溶解。 [0033] 在标定可溶解材料40的溶解速率时，一般地所述速率取决于聚合物的分子量。可接受的溶解速率可以利用范围为100,000到7,00,000的分子量实现。因此，温度范围为50℃到250℃的情况下的溶解速率可以利用合适的分子量或分子量混合物来设计。 [0034] 现在参见图5-6，在一个替代性实施方式中，塞元件180包括能够坐放在支座75上以限制流体流过支座75的初始形状(图5)以及在塞元件180的可溶解材料181部分或完全溶解之后当其通过支座75和/或通过阀40的孔和/或内部移动套筒50的孔时足以起到刮擦构件作用的新的或第二形状(图6)。在该实施方式中，塞元件180包括由可溶解材料181包封的刮擦构件190。刮擦构件190可以由可以是非溶解材料的材料191或相比于可溶解材料181以较慢速率溶解的第二可溶解材料构成。在可溶解材料181充分溶解之后，刮擦构件190能够被推过支座75和/或阀40的孔和/或内部移动套筒50的孔。这样，刮擦构件190将沿着这些表面布置的碎屑刮擦或清理掉。因此，可以在压力测试之后对阀执行机械清理而不需要另外的井孔介入操作。 [0035] 正如上面讨论的，塞元件80，180可以完全由一种或多种可溶解材料构成，或者塞元件80，180可以部分地由一种或多种可溶解材料构成。在完全由可溶解材料构成的实施方式中，塞元件80，180将会完全溶解并且在井孔环境中流过阀40的流体将会增加。在部分由可溶解材料构成的实施方式中，在溶解之后，塞元件80，180可以具有不同于限制流体流过支座75的塞元件80的初始形状的新的或第二形状。塞元件80的新形状可以作为碎屑通过阀40掉落，或者其通过塞元件80，180的余下部分可以便于阀40的孔的刮擦或清理。因此，当井孔套管与井孔环境之间的流体连通增加时，塞元件80，180可以移除布置在阀孔内的碎屑。在这些实施方式中，塞元件80，180移除之后井孔套管与井孔环境之间的流体连通的增加以及阀孔的机械清理可以在不需要进一步的井孔介入操作的情况下发生。 [0036] 应该理解的是本发明并不局限于结构、操作、确切材料的确切细节或者所示出并描述的实施方式，因为修改和等价方式对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，刮擦构件可以具有通过所述阀以移除布置在阀的孔和/或内部移动套筒内的碎屑所需或必要的任何形状。此外，刮擦构件可以由非溶解材料材料或者另一种可溶解材料构成。此外，所述阀不必一定要有这里所披露的结构，所述阀也不必一定要正如这里所披露的那样操作。此外，这里所披露的球座可以根据需要或在必要的情况下修改以限制流体流过井孔套筒。 另外，这里没有披露的可溶解材料可以替代这里披露的溶解材料使用。因此，本发明仅由所附权利要求的范围限定。 |
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