液压延时趾阀系统及方法技术方案

一种用于在将加压流体注入地质层中时提供延时的设备及方法。一方面本发明专利技术为趾阀，其通过在预定的时间间隔之后使端口打开以允许流体从井筒套管流入地层的流体压力来致动。受控延时使得能够在流体流过端口之前进行套管完整性测试。该延时还允许在同一个井筒套管中使用多个阀并提供集中的喷射动作以更好地渗透混凝土套管内衬。

【技术实现步骤摘要】
对相关申请的交叉引用本专利技术要求2015年8月31日提交的美国实用专利申请No.14/840473的优先权，其中，美国实用专利申请No.14/840473是于2013年8月28日提交的美国非临时专利申请No.14/012089的部分继续申请并要求其优先权，美国非临时专利申请No.14/012089为2013年3月7日提交的美国非临时专利申请No.13/788068的部分继续申请并要求其优先权。
一种用于在将加压流体注入地质层中时提供延时的设备及方法。更具体地说，一种通过流体压力来激活的趾阀装置，在预设的时间间隔之后打开端口以允许流体从井套管流入地质层。现有技术和专利技术背景
技术介绍
在水平井筒或在一些垂直井筒的套管柱的底部或趾部安装感压打开设备已经成为惯例。这些设备构成并作为套管柱的不可或缺的部分运行。在对套管浇注水泥并且使之凝固后，所施加的表面压力与流体静压力结合并且使感压阀打开。流体静压力与施加的压力的结合通常用于克服若干剪切销或克服精密破裂盘。一旦实现与井筒[即，套管外面的区域]的联通，则能够对井进行水压压裂，或者能够将阀用作注射口以向下泵送额外的绳索射孔枪、塞或诸如井牵引器之类的其他传输工具。与浇注水泥并套管的井建立联通的其他已知方法包括油管传输射孔或者挠性油管传输射孔。这些都是实现注射点的一般方法，但都需要更多的时间和费用。本专利技术提供一种在流体注射通过套管时提供延时的改进的设备及方法。当前的即时打开型延时工具以不受控的方式运行，其中活塞以不受控的方式撞击。因此，需要一种以受控的方式即时打开的延时工具。当前的延时工具无法打开多个井下工具。例如，当存在需要向地层打开的两个工具时，一个工具可以由于破裂盘的致动压力的变化而向地质层打开，然而由于第一工具已经连接到地层，使得泵压无法到达第二工具以致动。因此，需要在短时间内打开多个工具而无需分别部署每个工具。由于工具以不受控的方式打开，所以现有技术的工具也不提供可重复的和可复制的延时。因此，需要一种用于以受控的方式打开到地层的连接的可靠、可重复和可复制的延时工具。题为“Slidingsleevevalveandmethodforassembly(滑动套筒阀及用于装配的方法)”的美国6763892号专利公开如下内容：“公开了一种滑动套筒阀及用于装配的方法。所述阀包括从顶段、中段和底段组装的分段的主体。中段具有流孔口。封闭套筒共轴地安装在组装的主体中。该封闭套筒具有旨在当阀打开时与中段的流孔口联通的流孔口。封闭套筒由密封装置密封在主体内以阻止不期望的流体流过阀。该密封装置包括以合作组合作用的第一、第二和第三密封件。该密封件包括位于阀的主体内部的O型-环和V型叠加式密封件。滑动套筒阀具有流体压力均衡装置，以允许在阀完全打开或完全闭合之前对通过阀的流体压力的均衡以便减少密封件上磨损。该均衡装置包括滑动套筒中的多个压力均衡端口，其旨在用于当阀打开时在与滑动套筒孔口联通之前先与主体孔口联通，并且当阀闭合时在与滑动套筒孔口联通之后再与主体孔口联通。”前述阀的现有技术的组装和制造包括用合适的密封件将若干个独立部件螺纹连接在一起。管状主体的部件可以包括耦接在一起并整合到井筒套管中的顶段、中段和底段、端部耦接件以及耦接适配器。然而，由于连接件的数量的原因，阀无法经受得住典型井筒套管的扭矩规范。此外，更多数量的分段和连接件增加了通过阀泄露的倾向性并因此导致阀不可靠。因此，需要一体式芯轴或管状主体以在阀螺纹旋入井筒套管时经受得住井筒套管的扭转和扭矩规范。需要由一体式芯轴制成的阀以提供更大的可靠性并且降低泄露的倾向性。现有技术的缺陷如上细述的现有技术存在如下缺陷：现有技术系统不提供具有简单的构造和比较便宜的延时元件的经济的延时工具。现有技术系统不提供在高压下打开以连接到地质层的可靠的延时工具。现有技术系统不提供打开具有抵抗来自井筒碎片和流体的堵塞的反作用破裂盘的延时工具。现有技术系统不提供以分阶段方式打开多个延时工具。现有技术系统不提供对操作者而言看上去是立即打开的短延时受控工具。现有技术系统不提供具有较大内径的延时工具。现有技术系统不提供在0.5秒至3分钟的范围内受控的短延时工具。现有技术系统不提供在60分钟至两周的范围内受控的长延时工具。现有技术系统不提供用大型蓄压器控制的长延时工具。现有技术系统不提供用非常高粘度的流体控制的长延时工具。现有技术系统不提供用堵塞剂控制的长延时工具。现有技术系统不提供用串联或并联连接的叠加延迟剂控制的长延时工具。现有技术系统不提供双致动控制的延时阀。现有技术系统不提供单致动控制的延时阀。现有技术系统不提供由单个芯轴制造的双致动控制的延时阀。现有技术系统不提供由单个芯轴制造的单致动控制的延时阀。现有技术系统不提供通过受控延时阀进行压裂。现有技术系统不提供用趾阀检测潮湿管托(wetshoe)。现有技术系统不提供用多个注射装置从井中移除碎片。现有技术不提供由单个芯轴制造受控延时装置，其中，该芯轴能够承载井筒套管的所有拉伸、压缩和扭转负荷。现有技术不提供为了较大的可靠性和减少泄露的倾向性由一体式芯轴制造的阀。虽然现有技术的一些可能教导了针对这些问题的几个的一些解决方案，但是现有技术仍未解决用于建立注入地层的受控延时装置的核心问题。专利技术目的因此，本专利技术的目的(尤其)在于规避现有技术的缺陷并影响以下目的：提供具有简单的构造和比较便宜的延时元件的经济的延时工具。提供在高压下打开以连接到地质层的可靠的延时工具。提供打开具有抵抗来自井筒碎片和流体的堵塞的反作用破裂盘的延时工具。提供以分阶段方式打开多个延时工具。提供对操作者而言看上去是立即打开的短延时受控工具。提供具有较大内径的延时工具。提供在0.5秒至3分钟的范围内受控的短延时工具。提供在60分钟至两周的范围内受控的长延时工具。提供用大型蓄压器控制的长延时工具。提供用非常高粘度的流体控制的长延时工具。提供用堵塞剂控制的长延时工具。提供用串联或并联连接的叠加延迟剂控制的长延时工具。提供双致动控制的延时阀。提供单致动控制的延时阀。提供由单个芯轴制造的双致动控制的延时阀。提供由单个芯轴制造的单致动控制的延时阀。提供通过受控延时阀进行压裂。提供用趾阀检测潮湿管托。提供用多个注射装置从井中移除碎片。提供由单个芯轴制造受控延时装置，其中，该芯轴能够承载井筒套管的所有拉伸、压缩和扭转负载。提供为了更大的可靠性和减少泄露的倾向性由一体式芯轴制造的阀。然而，这些目标不应理解为限制本专利技术的教导，这些目标基本上是通过在以下部分讨论的所公开的本专利技术而部分地或全部地实现的。本领域技术人员无疑能够选择如所公开的本专利技术的方案以影响上述目标的任意组合。
技术实现思路
系统概述本专利技术在不同实施例中以以下方式论述上述目标的一个或更多个。本专利技术包括集成在井筒套管中用于将加压流体注入地层的设备。该设备包括具有开口的外壳、活塞、叠加延迟限制器。致动装置和具有液压流体的高压腔体。叠加延迟限制器配置为与高压腔体压力连接，并且凭借该叠加延迟限制器，通过液压流体从高压腔体流通进入低压腔体来限制活塞的行进速率。基于通过致动设备的致动，活塞行进一段致动时间，在致动时间段过去后，活塞行程允许打开开口以便加压流体在端口打开时间间隔流过开口。方法概述本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受控延时设备，其集成到井筒套管中用于将加压流体注入地下地层，所述设备包括：具有开口的外壳、活塞、延时节流器、致动装置和具有液压流体的高压室；所述延时节流器配置为与所述高压室压力连通；所述活塞的行进速度由所述液压流体经由所述延时节流器从所述高压室进入低压室来限制；其中在由所述致动装置致动时，所述活塞在致动时间段期间行进，所述活塞的行进允许在所述致动时间段过去之后打开所述开口，使得所述加压流体在端口打开时间间隔期间流过所述开口。

【技术特征摘要】
2015.08.31 US 14/840,4731.一种受控延时设备，其集成到井筒套管中用于将加压流体注入地下地层，所述设备包括：具有开口的外壳、活塞、延时节流器、致动装置和具有液压流体的高压室；所述延时节流器配置为与所述高压室压力连通；所述活塞的行进速度由所述液压流体经由所述延时节流器从所述高压室进入低压室来限制；其中在由所述致动装置致动时，所述活塞在致动时间段期间行进，所述活塞的行进允许在所述致动时间段过去之后打开所述开口，使得所述加压流体在端口打开时间间隔期间流过所述开口。2.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述延时节流器为包括以串联链的方式连接的多个延时元件的盒。3.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述延时节流器为包括以串联链与并联链结合的方式连接的多个延时元件的盒。4.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述液压流体的黏度为3到10000厘沲。5.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述液压流体还具有被配置为进一步延缓所述活塞的行进速度的堵塞剂。6.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述液压流体配置为从固态改变状态至液态。7.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动时间段为长于60分钟至短于2周。8.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动时间段几乎为零秒，使得所述开口即时打开。9.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动时间段为0.5秒至60分钟。10.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述端口打开时间间隔为0.5秒至20分钟。11.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述端口打开时间间隔几乎为0秒。12.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述设备与内径和外径相关联；所述内径与所述外径的比值为0.4到0.9。13.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述设备与工具内径相关联，并且所述井筒套管与套管内径的比值相关联；工具内径与套管外径的比值为0.4到1.1。14.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动装置具有基本等于所述井筒套管的压力的额定压力。15.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述致动装置为反向作用破裂盘。16.如权利要求1所述的受控延时设备，其中芯轴还包括端口，所述端口配置为在所述端口打开时间间隔期间与所述外壳中的所述开口对齐。17.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述外壳中的所述开口的形状选自：圆形、椭圆形、三角形和矩形。18.如权利要求1所述的受控延时设备，其中所述芯轴中的所述端口的形状选自：圆形、椭圆形、三角形或矩形。19.如权利要求16所述的受控延时设备，其中在所述加压流体随着所述活塞缓慢地行进穿过以暴露所述芯轴中的所述端口和所述外壳中的所述开口而被注入所述地下地层时，产生所述加压流体的射流。20.如权利要求19所述的受控延时设备，其中所述射流的形状由所述端口的形状和所述开口的形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·R·乔治，J·A·罗林斯，J·T·哈德斯蒂，大卫·S·韦森，
申请(专利权)人：地球动力学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US