壓力測(cè)試閥及其使用方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]烴類生產(chǎn)井經(jīng)常通過(guò)液體壓裂操作來(lái)激勵(lì)(stimulated)，其中，諸如壓裂流體或穿透流體之類的服務(wù)流體可在足以在地層中產(chǎn)生一處壓裂或增強(qiáng)至少一處壓裂的壓力條件下，被引入地層中的為井眼所穿透的部分。這樣的地層激勵(lì)處理可增加井的烴類生產(chǎn)。
[0002]當(dāng)準(zhǔn)備井眼以進(jìn)行油氣生產(chǎn)時(shí)，通常在井眼中以混凝土澆注套管柱。通常期望的是按照多個(gè)單獨(dú)的步驟在井眼中澆注套管。而且，激勵(lì)設(shè)備可被整合在套管柱中以用于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。套管和激勵(lì)設(shè)備可被坐放到井眼中到達(dá)預(yù)定深度。地層中的各個(gè)“地段”可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)封隔器的操作和/或通過(guò)混凝土來(lái)隔離，封隔器還可協(xié)助將套管柱和激勵(lì)設(shè)備固定在原位。
[0003]在將套管柱和激勵(lì)設(shè)備放置于井眼中之后，會(huì)期望對(duì)套管柱和激勵(lì)設(shè)備進(jìn)行“壓力測(cè)試”，以確保二者的完整性，舉例來(lái)說(shuō)，用以確保在套管柱和激勵(lì)設(shè)備的放置期間沒(méi)有形成孔洞或泄漏。壓力測(cè)試大體涉及將流體泵送到套管柱的軸向流動(dòng)孔中，使得壓力被內(nèi)部地施加至套管柱和激勵(lì)設(shè)備并將液壓維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以確保二者的完整性，舉例來(lái)說(shuō)，確保沒(méi)有形成孔洞或泄漏。為此，不能打開(kāi)離開(kāi)套管柱的流體路徑，舉例來(lái)說(shuō)，壓裂裝備的所有端口或窗口、以及任何附加的流體連通的通路都必須被關(guān)閉或限制。
[0004]在壓力測(cè)試之后，會(huì)期望提供至少一個(gè)離開(kāi)套管柱的流體連通的通路。傳統(tǒng)上，被用于在壓力測(cè)試的執(zhí)行后提供離開(kāi)套管柱的流體路徑的方法和/或工具被構(gòu)造為，一旦超過(guò)壓力測(cè)試期間所達(dá)到的壓力等級(jí)就打開(kāi)，從而限制壓力測(cè)試期間所能夠達(dá)到的壓力。舉例來(lái)說(shuō)，由于需要套管和/或其它各個(gè)井眼服務(wù)裝備部件受到接近或超過(guò)這些套管柱和/或井眼服務(wù)部件可能的額定壓力，所以打開(kāi)套管柱所需的這樣的過(guò)高壓力等級(jí)會(huì)危害套管柱和/或激勵(lì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性。因此，需要改進(jìn)現(xiàn)有的壓力測(cè)試閥及其使用方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開(kāi)了一種井眼服務(wù)系統(tǒng)，其包括套管柱和壓力測(cè)試閥，壓力測(cè)試閥被整合在套管柱中且包括:殼體和滑動(dòng)套筒，殼體包括一個(gè)或多個(gè)端口以及一軸向流動(dòng)孔，其中，滑動(dòng)套筒被可滑動(dòng)地放置于殼體中且能夠從第一位置轉(zhuǎn)換到第二位置，并能夠從第二位置轉(zhuǎn)換到第三位置，其中，當(dāng)滑動(dòng)套筒處于第一位置和第二位置時(shí)，滑動(dòng)套筒阻擋通過(guò)一個(gè)或多個(gè)端口的流體連通的通路，而當(dāng)滑動(dòng)套筒處于第三位置時(shí)，滑動(dòng)套筒不阻擋通過(guò)一個(gè)或多個(gè)端口的流體連通的通路，其中，壓力測(cè)試閥被構(gòu)造為，使得沿第二位置的方向?qū)瑒?dòng)套筒施加力而引起滑動(dòng)套筒從第一位置轉(zhuǎn)換到第二位置，而且其中，壓力測(cè)試閥被構(gòu)造為，使得沿第二位置的方向?qū)瑒?dòng)套筒施加的力減少，而引起滑動(dòng)套筒從第二位置轉(zhuǎn)換到第三位置。
[0006]本發(fā)明還公開(kāi)了一種井眼服務(wù)方法，其包括:將其中包含有壓力測(cè)試閥的套管柱放置于穿透地層的井眼中，其中，壓力測(cè)試閥包括殼體和滑動(dòng)套筒，殼體包括一個(gè)或多個(gè)端口以及一軸向流動(dòng)孔，其中，滑動(dòng)套筒被可滑動(dòng)地放置于殼體中，其中，滑動(dòng)套筒被構(gòu)造為，當(dāng)套管柱被放置于井眼中時(shí)，阻擋通過(guò)一個(gè)或多個(gè)端口的流體連通的通路；對(duì)軸向流動(dòng)孔施加至少為上閾值的流體壓力，其中，當(dāng)施加至少為上閾值的流體壓力時(shí)，滑動(dòng)套筒繼續(xù)阻擋流體連通的通路；以及將流體壓力減少到不高于下閾值，其中，一旦流體壓力減少到不高于下閾值，滑動(dòng)套筒就允許通過(guò)殼體的一個(gè)或多個(gè)端口的流體連通。
[0007]本發(fā)明還公開(kāi)了一種井眼服務(wù)方法，其包括:將其中整合有壓力測(cè)試閥的套管柱放置于穿透地層的井眼中；對(duì)套管柱的軸向流動(dòng)孔加壓，其中，軸向流動(dòng)孔中的壓力至少達(dá)到上閾值；將軸向流動(dòng)孔中的壓力維持預(yù)定時(shí)間；允許軸向流動(dòng)孔中的壓力減弱到不高于下閾值，其中，一旦允許軸向流動(dòng)孔中的壓力減弱到不高于下閾值，壓力測(cè)試閥就打開(kāi)。
[0008]本發(fā)明還公開(kāi)了一種井眼服務(wù)方法，包括:以第一壓力對(duì)被放置于穿透地層的井眼中的管柱進(jìn)行壓力測(cè)試；將管柱中的壓力減少到低于第一壓力的第二壓力，其中，減少壓力使得管柱的內(nèi)部與井眼之間的流體路徑打開(kāi)；以及使流體沿管柱向下流動(dòng)、流過(guò)流體路徑、并流入井眼或地層中。
【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更完整地理解本發(fā)明及其多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，參考以下與附圖和詳細(xì)說(shuō)明相關(guān)的簡(jiǎn)要說(shuō)明:
[0010]圖1是壓力測(cè)試閥的操作環(huán)境的部分剖視圖，其示出了穿透地層的井眼和其中整合有壓力測(cè)試閥的套管柱，壓力測(cè)試閥位于井眼中；
[0011]圖2是壓力測(cè)試閥的上部的剖視圖；
[0012]圖3是壓力測(cè)試閥的下部的剖視圖；
[0013]圖4A是處于第一形態(tài)的壓力測(cè)試閥的實(shí)施例的部分剖視圖；
[0014]圖4B是處于第二形態(tài)的壓力測(cè)試閥的實(shí)施例的部分剖視圖；以及
[0015]圖4C是處于第三形態(tài)的壓力測(cè)試閥的實(shí)施例的部分剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在附圖和以下說(shuō)明中，那些相似的部件通常在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和附圖中分別以相同的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)。此外，在本文公開(kāi)的不同實(shí)施例中，相似的附圖標(biāo)記可表示相似的部件。附圖不一定符合比例。本發(fā)明的某些特征可按照擴(kuò)張的比例示出或在一定程度上以示意的形式示出，且為了清晰和簡(jiǎn)明，常用元件的一些細(xì)節(jié)不會(huì)被示出。本發(fā)明易于產(chǎn)生不同形式的多個(gè)實(shí)施例。一些特定實(shí)施例被詳細(xì)描述且在附圖中展示，應(yīng)理解本說(shuō)明書(shū)并非旨在將本發(fā)明限制于本文示出和描述的多個(gè)實(shí)施例。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到，本文公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例的不同教導(dǎo)可被獨(dú)立地采用或以任何適當(dāng)組合，以產(chǎn)生所需結(jié)果。
[0017]除非另有指定，否則用于描述多個(gè)元件之間的相互作用的術(shù)語(yǔ)“連接”、“接合”、“聯(lián)接”、“附接”或任何類似術(shù)語(yǔ)并非意在將這種相互作用限制為這些元件之間的直接相互作用，而是還可包括所描述的這些元件之間的間接相互作用。
[0018]除非另有指定，否則所用的術(shù)語(yǔ)“上”、“上方”、“向上”、“井上”、“上游”或類似術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋為大體從地層朝向地面或朝向水體表面；類似地，所用術(shù)語(yǔ)“下”、“下方”、“向下”、“井下”、“下游”或類似術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋為大體從地面或水體表面進(jìn)入地層，而與井眼如何定向無(wú)關(guān)。所以使用了前述任何一個(gè)或多個(gè)術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解讀為表示沿完全豎直軸線的位置。
[0019]除非另有指定，否則使用了術(shù)語(yǔ)“地層”應(yīng)被解讀為既包含處在外露地面之下的區(qū)域，也包含由海水或淡水覆蓋的地面之下的區(qū)域。
[0020]本文公開(kāi)了壓力測(cè)試閥(PTV)及其使用方法的多個(gè)實(shí)施例。具體來(lái)說(shuō)，本文公開(kāi)了被整合在管件(例如套管柱或襯管)中的PTV的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，管件包括位于穿透地層的井眼中的一個(gè)或多個(gè)井眼服務(wù)工具。
[0021]在套管柱已經(jīng)被放置于井眼中之后，而且例如在激勵(lì)(例如，壓裂和/或穿透)操作開(kāi)始之前，會(huì)需要對(duì)套管柱或襯管進(jìn)行壓力測(cè)試且由此證實(shí)其完整性和功能性。在本文公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例中，PTV使得套管柱能夠進(jìn)行壓力測(cè)試且隨后允許從套管柱的流動(dòng)孔到井眼形成流體連通的通路，且不使用過(guò)高的壓力閾值等級(jí)。
[0022]參照?qǐng)D1，其示出了其中可采用這類PTV操作環(huán)境的實(shí)施例。應(yīng)注意，雖然一些附圖可采用水平或豎直井眼為例，但本文公開(kāi)的方法、設(shè)備、和系統(tǒng)可類似地應(yīng)用于水平井眼構(gòu)造、常用的豎直井眼構(gòu)造、以及它們的結(jié)合。因此，任何水平或豎直性質(zhì)的附圖不應(yīng)被解釋為將井眼限制為任何特定構(gòu)造。
[0023]參照?qǐng)D1，該操作環(huán)境包括鉆塔或服務(wù)塔106，鉆塔或服務(wù)塔106位于地表104上且在井眼114上和井眼114周圍延伸；井眼穿透地層102，用于回收烴類物質(zhì)。井眼114可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)你@井技術(shù)來(lái)鉆入地層102中。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆塔或服務(wù)塔106包括井架108，井架108具有鉆臺(tái)110，套管柱150穿過(guò)鉆臺(tái)并大體限定軸向流動(dòng)孔115，軸向流動(dòng)孔115可位于井眼114中。鉆塔或服務(wù)塔106可為通常的(設(shè)備)且可包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)式絞車以及其它用于將套管柱150下放到井眼114中(例如，用于將PTV100和/或其它井眼服務(wù)裝備放置到所需深度)的相關(guān)裝備。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，井眼114可從地表104大體豎直地在豎直井眼部上延伸，或可從地表104按照任何角度在偏轉(zhuǎn)部或水平井眼部上偏轉(zhuǎn)。在替代性的操作環(huán)境中，井眼114的多個(gè)部分或大致上全部可為豎直的、偏轉(zhuǎn)的、水平的、和/或彎曲的。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，按照使用混凝土 116的通常方式，套管柱150的一部分可被固定在緊靠地層102的位置。在替代性實(shí)施例中，井眼114可被部分地設(shè)有套管并用混凝土澆注，因而使得井眼114的一部分為未澆注的。在一個(gè)實(shí)施例中，PTV100或其一些部件被整合在套管柱150中。PTV100可被下放到井眼中的預(yù)定深度。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，PTV100或其一些部件可與襯管一同被包括和/或與襯管整合。
[0026]應(yīng)注意，雖然在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所公開(kāi)的PTV被整合在套管柱中，但本說(shuō)明書(shū)不應(yīng)被解釋為局限于此。井眼服務(wù)工具可被簡(jiǎn)單地整合在其它適當(dāng)管件中，例如工作柱、襯管、生產(chǎn)柱、一段長(zhǎng)度的管道、或類似管件。
[0027]參照?qǐng)D1，套管柱150和/或PTV100可額外地或替代性地利用一個(gè)或多個(gè)封隔器170而被固定在井眼114中。封隔器170可大體包括一種裝置或設(shè)備，其能夠被構(gòu)造為通過(guò)同心地圍繞套管柱、并在其自身與套管柱之間提供屏障，而將井眼中的兩個(gè)或更多個(gè)深度的區(qū)段彼此密封或隔離。適合被用作封隔器170的封隔器的非限制性