[發明專利]使用緩和用壓裂閥探測脫砂的系統和方法

有效

• 申請號: 201380048173.4
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN104641073B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: K·布萊克
• 申請（專利權）人: 弗洛泊威爾技術公司
• 主分類號: E21B43/12
• 分類號: E21B43/12;E21B43/26;E21B34/06
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司31266
• 代理人: 須一平,蔡繼清

背景

本公開涉及使用緩和用壓裂閥(fracturing valve for mitigation)探測脫砂(screen-out)的系統和方法。

多年來，具有多裂縫的水力壓裂是由水平井生產天然氣和石油的常用方法。水力壓裂包括通過井眼注入高度加壓的壓裂液，這會導致巖層斷裂。一旦裂縫形成，支撐劑會被引入到注入液體以防止裂縫閉合。支撐劑使用滲透性足夠好的微粒(例如谷物砂或陶瓷)以允許地層液體流入到通道或井中。

然而，在壓裂操作期間，可能發生主要的問題(例如脫砂)。當向裂縫連續注入液體需要高于井眼和地面設備的安全限制的壓力時，會發生脫砂。這個條件發生，是由于高液體泄漏，支撐劑的濃度過高，以及阻礙支撐劑流動的不足的墊尺寸。其結果是，壓力迅速積聚。脫砂會破壞壓裂操作且恢復操作之前需要清洗井眼。壓裂操作延遲可能會導致后續裂縫完井和生產的中斷。

脫砂的結果可取決于在壓裂中使用的完井類型。用于水平井的常見完井之一是裸眼襯管完井。這涉及將套管直接運行進入地層，使得沒有套管或襯管被放置在整個生產區。這種壓裂方法可以是快捷和廉價的。裸眼襯管完井還可包括使用球致動滑動套筒系統，通常用于多級壓裂。然而，如果脫砂在水平井眼的下端附近處發生，球座的開口會使得使用連續油管或修井梁將支撐劑洗出去變得困難。初始方案可包括打開井和等待壓裂液流回來。然而，如果液體回流不發生，唯一的解決辦法是鉆出完井并對井眼實施不同的完井方案。其結果是，整個操作可導致延遲和更高的費用。

另一種已知的完井方法是插件和穿孔系統，這與裸眼襯管系統非常類似。此方法涉及粘牢水平井眼的襯管，且這通常在井的下端附近處在給定的水平位置處實現。這種插件和穿孔方法涉及在不同的處理間隔射孔多個群集的重復過程，將其從孔拉出，泵送高速率激活處理劑，并設置插件以隔離間隔，直到所有的間隔被激活。與球致動滑動套筒系統相比，這種方法中脫砂的結果可能不會那么嚴重，因為井可以與連續油管接通以洗出支撐劑。

此外，使用的另一種方法包括進入受限的粘牢襯管完井。進入受限的粘牢襯管完井涉及控制流體進入井眼。此方法提供了粘牢的襯管或套管，其包括可允許井眼區域和地層之間的流體連通的多個限定開口。然而，井和地層之間的不良連接通常導致脫砂。因此，各種完井方法中遇到的脫砂問題增加了成本并導致壓裂作業和生產的中斷。

因此，本領域急需一種改進的使用緩和用壓裂閥探測脫砂的系統和方法。

發明內容

本公開涉及使用緩和用壓裂閥來探測脫砂的系統和方法。壓裂方法可包括當井下壓力小于預定閾值時，使用壓裂閥壓裂井。該方法還可包括當井眼中的壓力傳感器探測到井眼壓力已達到所述預定閾值時，通過自動化過程將所述壓裂閥從壓裂位置致動至非壓裂位置。

壓裂閥系統包括基管，所述基管包括能夠容納止動球的插入口，所述止動球可部分插入所述基管的室之內。此外，該系統可包括滑動套筒，所述滑動套筒包括第一套筒，所述第一套筒包括內表面，所述內表面包括一個角空隙和大空隙。所述第一套筒可操縱至多個位置，處于第一位置時，所述角空隙停留在所述插入口上方，防止所述止動球離開所述基管的室。所述第一套筒處于第二位置時，所述大空隙停留在述插入口上方，所述止動球能夠離開所述基管的室，進入所述大空隙。

此外，本發明公開了一種使用壓裂閥探測脫砂的方法。具體地，該方法包括向所述壓裂閥注入壓裂液，所述壓裂閥包括基管和滑動套筒。所述基管可包括一個或多個插入口，各個所述插入口能夠容納止動球。所述滑動套筒可包括內表面，所述內表面包括角空隙和大空隙，所述滑動套筒初始位于第一位置，其中所述角空隙停留在所述插入口上方。該方法可進一步包括通過所述壓裂液向壓裂球施加第一力，通過所述壓裂球向一個或多個止動球施加第二力，并通過所述止動球向所述角空隙施加第三力。此外，該方法可包括至少部分通過所述第三力，將所述滑動套筒偏置向第二位置，所述第二位置中，所述大空隙停留在所述插入口上方。因此，所述止動球能夠離開所述基管的室，進入所述大空隙。

簡要附圖說明

圖1A示出了基管的側視圖。

圖1B示出了基管的橫截面圖。

圖1C示出了基管的剖面圖。

圖2A示出了滑動套筒。

圖2B示出了滑動套筒的橫截面圖。

圖2C示出了滑動套筒的剖面圖。

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。

圖3A示出了外圈的外周圖。

圖3B示出了外圈的橫截面圖。

圖4A示出了閥殼。