專利名稱：用于井頭的雙重阻隔塞系統(tǒng)的制作方法
用于井頭的雙重阻隔塞系統(tǒng)置量I.相關(guān)申請本申請要求2009年8月12日提交的名稱為“DUAL BARRIER PLUG SYSTEM FOR AWELLHEAD (用于井頭的雙重阻隔塞系統(tǒng))”的序列號為No. 61/233，382的美國專利申請的益處和優(yōu)先權(quán)。2.公開的領(lǐng)域本公開涉及在井壓裂期間用于井頭的雙重阻隔塞系統(tǒng)。3.發(fā)明背景 在高壓天然氣田中，井操作者可使用井壓裂或“破裂”操作或技術(shù)來打碎地層中的頁巖，以釋放待從井中生產(chǎn)的天然氣。壓裂流體或破裂流體典型地是水和支撐劑的混合物，混合物通過“壓裂樹”或安裝在井的井頭的頂部上的一系列大型孔閥而被泵送下井孔。典型地，壓裂樹將包括在壓裂樹的底部處的下部主閥(“LMV”)。簡要概沭根據(jù)后文描述的說明性實施例，用于具有帶有第一內(nèi)部孔的第一管狀部件的井頭的本雙重阻隔塞系統(tǒng)可包括具有第二內(nèi)部孔的第二管狀部件；具有第三內(nèi)部孔的雙重阻隔塞，雙重阻隔塞接收在第二管狀部件的第二內(nèi)部孔內(nèi)；閥選擇器部件，其接收在雙重阻隔塞的第三內(nèi)部孔內(nèi)且能夠在其內(nèi)選擇性地運動；與雙重阻隔塞的下部端相關(guān)聯(lián)的下部密封件，其適于在雙重阻隔塞的外壁表面和第一管狀部件的第一內(nèi)部孔之間提供密封；以及與雙重阻隔塞的上部端相關(guān)聯(lián)的上部密封件，其設(shè)置在雙重阻隔塞的外壁表面和第二管狀部件的第二內(nèi)部孔之間，以及設(shè)置在閥選擇器部件的外壁表面和雙重阻隔塞的第三內(nèi)部孔之間，借此上部密封件和下部密封件可阻止來自雙重阻隔塞的下部端的下面的向上的流體流。附圖簡沭可通過參照結(jié)合附圖得到的以下描述來理解本雙重阻隔塞系統(tǒng)，其中圖I是雙重阻隔塞系統(tǒng)的說明性實施例的透視剖面圖；圖2是包括雙重阻隔塞送入工具的圖I的雙重阻隔塞系統(tǒng)的沿著圖I的線2-2得到的局部橫截面圖，其中，設(shè)置在雙重阻隔塞中的閥設(shè)置成處于其打開的流體輸送關(guān)系；圖3-4是包括雙重阻隔塞送入工具的圖I的雙重阻隔塞系統(tǒng)的沿著圖I的線2-2得到的局部橫截面圖，其中，設(shè)置在雙重阻隔塞中的閥設(shè)置成處于其關(guān)閉構(gòu)造；以及圖5是圖I的雙重阻隔塞系統(tǒng)的沿著線2-2得到的局部橫截面圖，并且示出了本雙重阻隔塞系統(tǒng)提供的兩個密封阻隔。雖然將結(jié)合本文所顯示的優(yōu)選的說明性實施例來描述本雙重阻隔塞系統(tǒng)的某些實施例，但是將理解，不意圖將本發(fā)明限于那些實施例。相反，意圖的是覆蓋可包括在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有備選方案、修改和等效方案。在圖(未按比例繪制)中，在整個描述中和在圖中對具有相同結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和元件使用相同參考標號，并且對與具有相同的不帶撇的參考標號的那些構(gòu)件和元件具有類似功能和構(gòu)造的構(gòu)件和元件使用帶撇的參考標號。具體實施例的詳細描述參照

圖1-4，示出了雙重阻隔塞系統(tǒng)100的說明性實施例，其預(yù)期用于壓裂樹或“破裂樹”，壓裂樹具有設(shè)置在壓裂樹的下部端(未顯示)的附近的下部主閥101 (圖2)。雙重阻隔塞系統(tǒng)100大體包括雙重阻隔樹轉(zhuǎn)接器或壓裂筒管110 ;雙重阻隔塞或塞部件130 ;以及閥選擇器部件或端口選擇器閥部件180 (圖2-4)。如圖2中所顯示的那樣，下部主閥101 (在圖2中示意性地顯示)與傳統(tǒng)壓裂樹(未顯示)的下部端相關(guān)聯(lián)，并且下部主閥101以傳統(tǒng)的方式與管狀部件或雙重阻隔樹轉(zhuǎn)接器或壓裂筒管110相關(guān)聯(lián)。在壓裂筒管110的下面設(shè)置有井頭(未顯示)的管狀部件或傳統(tǒng)的管道筒管或管道頭160。優(yōu)選地，壓裂筒管110和管道筒管160的內(nèi)徑是基本相同的?？捎脗鹘y(tǒng)的方式將管道筒管160的上部凸緣161栓接到壓裂筒管110的下部凸緣部件111上，例如用多個螺母162和螺栓163。壓裂筒管110優(yōu)選包括多個鎖定螺釘或鎖定螺栓112，它們設(shè)置在下部凸緣111內(nèi)與壓裂筒管110的具有內(nèi)壁表面的內(nèi)部孔113連通。 鎖定螺釘112如后文將描述的那樣適于以傳統(tǒng)的方式與雙重阻隔塞130接合。類似地，管道筒管160也設(shè)有多個鎖定螺釘或鎖定螺栓164，它們設(shè)置在管道筒管160的上部凸緣161中，該多個鎖定螺釘或鎖定螺栓164穿到管道筒管160的內(nèi)部(或內(nèi))孔或管道頭凹部165中。內(nèi)部孔165也具有內(nèi)壁表面。鎖定螺釘164也適于以傳統(tǒng)的方式接合雙重阻隔塞130，借此鎖定螺釘112和164將雙重阻隔塞130可釋放地固定在雙重阻隔塞系統(tǒng)100內(nèi)。鎖定螺釘定位成接合在雙重阻隔塞130的外表面上形成的適當?shù)陌疾刍蛐鼻邪疾?31。仍然參照圖1-4，雙重阻隔塞系統(tǒng)優(yōu)選包括多個傳統(tǒng)的測試端口，例如設(shè)置在壓裂筒管110的下部凸緣111內(nèi)的測試端口 120-123，并且測試端口 120-123與壓裂筒管110的具有內(nèi)壁表面的內(nèi)部孔113處于流體連通，如后文將描述的那樣。參照圖2-4，端口選擇器閥部件180設(shè)置在雙重阻隔塞130的具有內(nèi)壁表面的內(nèi)孔或內(nèi)部孔132內(nèi)，并且閥部件180適于在雙重阻隔塞130的內(nèi)孔132內(nèi)向上或向下地相對運動?？衫秒p重阻隔塞送入工具或送入工具102來提供端口選擇器閥部件180相對于雙重阻隔塞130的期望的相對運動，以及提供雙重阻隔塞130在雙重阻隔系統(tǒng)100內(nèi)的初始布置，如后文將描述的那樣。送入部件102可用任何傳統(tǒng)的方式與雙重阻隔塞130的端口選擇器閥部件180的上部端可釋放地接合，借此送入工具102可接合在雙重阻隔塞130內(nèi)，以及與雙重阻隔塞130脫開。如在圖5中看到的那樣，送入工具102已經(jīng)與雙重阻隔塞130的上部端脫開。參照圖1-4，示出了雙重阻隔塞130包括提升閥135，提升閥135在雙重阻隔塞130的下部端中設(shè)置在環(huán)形孔136內(nèi)。在圖2中，提升閥135設(shè)置成處于其打開構(gòu)造，這通過端口選擇器閥部件180的向下運動來促成，通過使送入工具102向下運動而使端口選擇器閥180運動成與提升閥135的頂部接合來使端口選擇器閥部件180向下運動，借此流體可如箭頭137所顯示的那樣輸送或傳送通過設(shè)置在端口選擇器閥部件180內(nèi)的各種流體通路138以及在雙重阻隔塞130內(nèi)形成的流體通路139。優(yōu)選地，設(shè)置在端口選擇器閥部件180的下部端上的閥促動器部件或刺激部件或突起140接合或抵靠提升閥135的上部端，以向下促動提升閥135，或者使提升閥135向下運動，以打開提升閥135。因而，在送入工具102向下運動且導致端口選擇器閥180向下運動而通過刺激部件140來接合提升閥135之后，在雙重阻隔塞系統(tǒng)100的下面的井頭內(nèi)的內(nèi)部壓力可得到減輕，并且在期望的時候，通過雙重阻隔系統(tǒng)100向上傳送。如在圖2中看到的那樣，當提升閥135由于端口選擇器閥部件180向下運動而在其打開位置上時，流體通路138和139以及它們的有關(guān)端口成配合式流體輸送關(guān)系。參照圖3-5，在設(shè)置在端口選擇器閥部件180的下部端上的刺激部件或突起140不接合或抵靠提升閥135的上部端以及不使該上部端運動時，提升閥135被關(guān)閉。因而提升閥135相對于孔136成密封的配合式非流體輸送關(guān)系。由于已經(jīng)向上運動,送入工具102使端口選擇器閥部件180呈圖3-5中示出的構(gòu)造，借此流體通路138和139不成配合式流體輸送關(guān)系。雖然示出了提升閥135，但是可在塞部件130中使用其它類型的閥。參照圖1-4，雙重阻隔塞130具有設(shè)置在其外壁表面或外周邊上的下部密封圈組或主體密封件145。密封件145適于在雙重阻隔塞130的下部端的外壁表面和管道筒管或管道頭凹部160的內(nèi)壁表面或內(nèi)部孔165之間成密封關(guān)系。下部密封圈組145可為多個單獨的密封件或密封圈，或者可為單個密封部件。雙重阻隔塞130還優(yōu)選設(shè)有上部密封件或上部密封圈組146，其包括設(shè)置在雙重阻隔塞130的外壁表面的周圍的多個密封件147-150， 以在雙重阻隔塞130的外壁表面與壓裂筒管110的內(nèi)部孔113之間提供額外的密封。上部密封圈組146還優(yōu)選包括設(shè)置在端口選擇器閥部件180的外壁表面和雙重阻隔塞130的內(nèi)部孔132之間的多個密封件151-155。雖然顯示了上部密封圈組146包括四個外部密封件147-150和五個內(nèi)部密封件151-155，但是可使用任何期望數(shù)量的單獨的密封件，而且這樣的密封件可為任何適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)和材料，只要它們具有必要的強度和密封特性來在用于井頭和壓裂樹(兩者均未顯示)的雙重阻隔塞系統(tǒng)100中提供期望的密封。如在圖2中看到的那樣，測試端口 122可打開且連接到傳統(tǒng)的壓力計(未顯示)上，如通過以傳統(tǒng)的方式將管道129附連成與壓力計(未顯示)處于流體連通，以測試下部密封圈組145的密封件的密封完整性。在主密封件145的上方，在測試端口 122與雙重阻隔塞130和管道筒管160之間的環(huán)形空間處于流體連通時，密封件145不提供恰當?shù)拿芊鈦砀綦x來自管道筒管160的下面的井頭的井孔壓力，可根據(jù)連接到測試端口 122上的壓力計(未顯示)來確定這種泄漏。參照圖3，可利用測試端口 121來監(jiān)測提升閥135相對于孔136的密封的完整性，因為測試端口 121與端口選擇器閥部件180和設(shè)置在密封件155的下面的雙重阻隔塞130的內(nèi)孔132之間的環(huán)形空間處于流體連通，借此如果提升閥135泄漏，將以傳統(tǒng)的方式檢測到這種泄漏。參照圖4，可利用測試端口 123來測試密封件148、149和密封件153、154的完整性?？衫脺y試端口 120來監(jiān)測密封件147和148之間的泄漏?？衫脺y試端口 121來監(jiān)測密封件149、150之間的泄漏。還可利用測試端口 120以傳統(tǒng)的方式來測試密封件147和148以及密封件151、152的完整性。參照圖5，其中，提升閥135設(shè)置成處于其關(guān)閉關(guān)系，示出了雙重阻隔塞系統(tǒng)100的雙重密封阻隔200、201。第一密封阻隔200由下部密封圈組或主體密封件145提供，如前面論述的那樣。第二密封阻隔201由上部密封圈組146的至少一些密封件和優(yōu)選全部密封件提供，或者由在雙重阻隔塞130的外壁表面上進行密封以及在端口選擇器閥部件180和雙重阻隔塞130的內(nèi)孔132之間進行密封的上部密封圈組146的密封件147-155(圖2_4)提供。如果例如泄漏的下部主閥101(圖2)導致在壓裂樹(未顯示)中發(fā)生密封失效，則可使存在于管道筒管160的下面的井中的井孔壓力與壓裂樹隔離，以在需要在壓力下移除壓裂樹的情況下，容許進行這種移除。在確定必須移除壓裂樹之后，例如以便能夠移除泄漏的主閥101，則通過在傳統(tǒng)的潤滑器(未顯示)內(nèi)使用送入工具102來將雙重阻隔塞130及其相關(guān)聯(lián)的端口選擇器閥部件180傳送通過壓裂樹，直到雙重阻隔塞130如圖3-4中示出的那樣設(shè)置在壓裂筒管110和管道筒管160內(nèi)為止。鎖定螺釘112和164將如前面描述的那樣與雙重阻隔塞130接合。之后，將移除送入工具102及其相關(guān)聯(lián)的潤滑器(未顯示)，因而雙重阻隔塞130如圖5中所顯示的那樣將井孔壓力隔離在壓裂樹的下面。然后可移除壓裂樹，例如，借此可安全地移除和更換泄漏的主閥101。當不如前面描述的那樣與雙重阻隔塞130 —起使用時，可在正常的壓裂操作中利用雙重阻隔樹轉(zhuǎn)接器或壓裂筒管110，以將壓裂套管(未顯示)可釋放地固定在孔113和165內(nèi)，以保護管道筒管或管道頭凹部160不受壓裂流體引起的腐蝕和磨損傷害的影響。
已經(jīng)描述和示出了本雙重阻隔塞系統(tǒng)的具體實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種雙重阻隔塞系統(tǒng)，其用于具有帶有第一內(nèi)部孔的第一管狀部件的井頭，所述雙重阻隔塞系統(tǒng)包括 具有上部端和下部端的、與所述第一管狀部件相關(guān)聯(lián)的第二管狀部件，所述第二管狀部件具有第二內(nèi)部孔； 雙重阻隔塞，其具有上部端和下部端、外壁表面、第三內(nèi)部孔以及與所述雙重阻隔塞的所述下部端相關(guān)聯(lián)的閥，在促動之后，所述閥對所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔提供選擇性流體流，并且所述雙重阻隔塞接收在所述第二管狀部件的所述第二內(nèi)部孔內(nèi)； 閥選擇器部件，其具有上部端和下部端以及外壁表面，所述閥選擇器部件接收在所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔內(nèi)且能夠在其內(nèi)選擇性地運動，所述閥選擇器部件包括閥促動器部件，以促動與所述雙重阻隔塞相關(guān)聯(lián)的所述閥； 與所述雙重阻隔塞的所述下部端相關(guān)聯(lián)的下部密封件，其適于在所述雙重阻隔塞的所述外壁表面和所述第一管狀部件的所述第一內(nèi)部孔之間提供密封；以及 與所述雙重阻隔塞的所述上部端相關(guān)聯(lián)的上部密封件，其設(shè)置在所述雙重阻隔塞的所述外壁表面和所述第二管狀部件的所述第二內(nèi)部孔之間，以及設(shè)置在所述閥選擇器部件的所述外壁表面和所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔之間，借此所述上部密封件和所述下部密封件能夠阻止來自所述雙重阻隔塞的所述下部端的下面的向上的流體流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管狀部件是與所述井頭相關(guān)聯(lián)的管道筒管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述第二管狀部件是壓裂筒管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述第一管狀部件具有第一直徑，而所述第二管狀部件具有第二直徑，并且所述第一直徑和所述第二直徑彼此基本相坐寸o
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述第二管狀部件包括與所述第二管狀部件的所述第二內(nèi)部孔處于流體連通的至少一個測試端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述第二管狀部件包括與所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔處于流體連通的至少一個測試端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述雙重阻隔塞系統(tǒng)包括送入工具，所述送入工具使所述雙重阻隔塞和所述閥選擇器部件運動到所述第二管狀部件中，以及使所述閥選擇器部件在所述雙重阻隔塞內(nèi)運動，以打開與所述雙重阻隔塞相關(guān)聯(lián)的所述閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述雙重阻隔塞系統(tǒng)包括與所述第二管狀部件相關(guān)聯(lián)的多個鎖定螺釘，以將所述雙重阻隔塞可釋放地固定在所述第二管狀部件內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述上部密封件包括多個單獨的密封件。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述閥是設(shè)置在所述雙重阻隔塞的所述下部端中的提升閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重阻隔塞系統(tǒng)，其特征在于，所述雙重阻隔塞包括在所述第二管狀部件的所述第二內(nèi)部孔和雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔之間處于流體連通的至少一個流體通路；并且所述閥選擇器部件具有在所述雙重阻隔塞和所述閥選擇器部件之間有相對運動之后與所述雙重阻隔塞的所述至少一個流體通路選擇性地流體連通的至少一個流體通路。
12.一種用于提供兩個阻隔來阻止來自井頭的向上的流體流通過壓裂樹的方法，所述壓裂樹具有下部主閥和設(shè)置在所述下部主閥的下方的管道筒管，所述管道筒管具有第一內(nèi)部孔，所述方法包括 在所述下部主閥和所述管道筒管之間提供具有上部端和下部端以及第二內(nèi)部孔的管狀部件； 將雙重阻隔塞設(shè)置在所述管狀部件的所述第二內(nèi)部孔內(nèi)； 將閥選擇器部件設(shè)置在所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔內(nèi)，所述閥選擇器部件具有上部端和下部端以及外壁表面； 使下部密封件與所述雙重阻隔塞的所述下部端相關(guān)聯(lián)，以在所述雙重阻隔塞的所述外壁表面和所述管道筒管的所述第一內(nèi)部孔之間提供密封； 在所述雙重阻隔塞的所述外壁表面和所述管狀部件的所述第二內(nèi)部孔之間，以及在所述閥選擇器部件的所述外壁表面和所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔之間，使上部密封件與所述雙重阻隔塞的所述上部端相關(guān)聯(lián)；以及 通過使所述上部密封件和下部密封件密封在所述雙重阻隔塞的所述外壁表面的周圍以及在所述閥選擇器部件的所述外壁表面的周圍來阻止來自所述雙重阻隔塞的所述下部端的下面的向上的流體流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括將壓裂筒管用作所述管狀部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括為所述管狀部件提供與所述管狀部件的所述第二內(nèi)部孔處于流體連通的至少一個測試端口，以及測試所述上部密封件的密封完整性。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括為所述管狀部件提供與所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔處于流體連通的至少一個測試端口，以及測試所述上部密封件的密封完整性。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用送入工具來使所述雙重阻隔塞和所述閥選擇器部件運動到所述管狀部件中。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括利用與所述管狀部件相關(guān)聯(lián)的多個鎖定螺釘，以將所述雙重阻隔塞可釋放地固定在所述管狀部件內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括將多個單獨的密封件用作所述上部密封件。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括為所述雙重阻隔塞提供與所述雙重阻隔塞的所述下部端相關(guān)聯(lián)的閥；以及通過使所述閥選擇器部件運動以促動所述閥來選擇性地促動所述閥，以對所述雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔提供選擇性流體流。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括為所述雙重阻隔塞提供在所述管狀部件的所述第二內(nèi)部孔和雙重阻隔塞的所述第三內(nèi)部孔之間處于流體連通的至少一個流體通路；為所述閥選擇器部件提供至少一個流體通路，以及通過提供所述雙重 阻隔塞和所述閥選擇器部件之間的相對運動來選擇性地使所述至少一個流體通路彼此處于流體連通。
全文摘要
一種雙重阻隔塞系統(tǒng)(100)包括壓裂筒管(110)，其具有設(shè)置在壓裂筒管的內(nèi)部內(nèi)的雙重阻隔塞(130)；設(shè)置在雙重阻隔塞的內(nèi)部內(nèi)的閥選擇器部件(180)；以及使用多個密封件(45，46)來密封來自壓裂筒管的下面的流體流，并且密封件對各個流體流提供兩個阻隔。
文檔編號E21B33/03GK102713135SQ201080046864
公開日2012年10月3日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者K·V·阮, M·A·特倫布爾 申請人:通用電氣石油和天然氣壓力控制有限公司