井筒塞隔离系统和方法技术方案

公开了一种用于设置塞以隔离水平、竖直或者倾斜井筒中的压裂区域的井筒塞隔离系统和方法。所述系统/方法包括横向钻入含烃地层的井筒套管、对大内径(ID)的节流套筒构件(RSM)进行坐封的井筒坐封工具(WST)、以及节流塞元件(RPE)。WST连同RSM一起定位在期望的井筒位置处。在WST对RSM进行坐封和密封后，在RSM中形成符合安置表面(CSS)。CSS成型为接合/接收被布置到井筒套管中的RPE。所接合/安置的RPE隔离RSM的跟向和趾向流体连通以创建压裂区域。在不需要铣削工序的情况下，在开始井生产之前移除或者留下RPE。大ID的RSM减少了石油生产期间的流收缩。

Wellbore plug isolation system and method

A wellbore plug system and method for setting a plug to isolate a fractured zone in a horizontal, vertical, or inclined wellbore are disclosed. The system / method includes a wellbore casing laterally drilled into a hydrocarbon generating stratum, a wellbore seating tool (WST) for a throttling sleeve member (RSM) of a large bore (ID), and a throttling plug element (RPE). The WST, together with the RSM, is positioned at the desired wellbore position. After the WST is seated and sealed on the RSM, a consistent placement surface (CSS) is formed in the RSM. The CSS is formed to engage / receive the RPE that is arranged into the wellbore casing. The joined / placed RPE isolation RSM is connected with the toe and the fluid to create a fractured zone. Remove or leave the RPE before the production of the well, without the need for a milling operation. The large ID RSM reduces the flow contraction during oil production.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井筒塞隔离系统和方法对相关申请的交叉引用本申请要求专利技术人为PhilipM.Snider、KevinR.George、JohnT.Hardesty、MichaelD.Wroblicky、NathanG.Clark、JamesA.Rollins和DavidS.Wesson、于2014年8月13日向USPTO递交的、案件号为AGEOD.0120的美国专利申请第14/459,042号“井筒塞隔离系统和方法”的权益并且通过引用将其并入本文。版权的部分豁免本专利申请的所有材料均受美国及其他国家版权法的版权保护。自本申请的首次有效申请日起，该材料作为未发表的材料而受到保护。然而，当专利文件或专利公开内容出现在美国专利商标局的专利文档或记录中时，在版权所有者不反对专利文件或专利公开内容的任一的传真复制的程度上允许复制该材料，否则将一概保留所有版权的权利。关于受联邦资助的研究或开发的声明不适用对缩微胶片附录的引用不适用
本专利技术总体涉及石油和天然气的提取。具体而言，本专利技术尝试通过将节流元件选择性定位在井筒套管内而隔离压裂区域。现有技术和专利技术背景现有技术背景提取石油和天然气的过程通常由包括准备、钻井、完井、生产和弃井的操作组成。准备钻井场涉及确保其能够被正确地接近并且待放置钻机和其他设备的区域已经被适当地分级。必须建造和维护钻井平台和道路，包括在不透水的衬砌上铺石头以免受任何溢出的影响并且仍允许任何雨水能够适当地排出。在石油和天然气井的钻井中，使用钻头形成井筒，该钻头在钻柱的下端被向下推进。钻井后，井筒衬有套管柱。因此，在套管柱和井筒之间形成环形区域。然后进行固井操作，以便用水泥填充环形区域。水泥和套管的结合加固了井筒，并且便于对套管后面的地层的某些区域进行隔离以生产烃。完井的第一步是在最终的套管和储存石油和天然气的岩石之间建立连接。存在各种操作，在这些操作中可能有必要隔离井内的特定区域。这通常通过在一个或多个给定点处用塞暂时封堵井套管来完成。称为射孔枪的特殊工具被下降到岩石层。然后发射该射孔枪，创建穿过套管和水泥并且进入目标岩石的孔。这些射孔连接储存石油和天然气的岩石和井筒。由于这些射孔只有几英寸长并且在地下超过一英里处执行，因此在地表上不能检测到任何活动。然后在进行下一步骤——水力压裂之前，移除所述射孔枪。激励流体(超过90％的水和沙子的混合物)加上一些化学添加剂在受控条件下被泵送入深层地下储藏地层中。这些化学物质用于润滑、防止形成细菌并携带沙子。这些化学物质通常是无害的，体积浓度为0.1％到0.5％，并且是帮助改进水力压裂的性能和效率所需要的。该激励流体通过由射孔枪形成的射孔以高压泵出。该过程在含有石油和天然气的页岩中产生裂缝。在许多情况下，单个井筒可以贯穿原本在地球内部彼此隔离的多个含烃地层。还经常期望在从这些含烃地层生产之前利用加压处理流体对这些地层进行处理。为了确保对期望的地层进行适当的处理，该地层在处理期间通常是与被井筒贯穿的其他地层隔离的。为了实现对多个地层的顺序处理，与水平、竖直或者倾斜的井筒的趾部相邻的套管首先被射孔，而剩下该套管的其他部分未被射孔。然后通过经由射孔将受压的流体泵入射孔区域中而对该区域进行处理。处理之后将塞放置为与射孔区域相邻。重复进行该过程直到所有区域都被射孔。对于完成诸如使井的一部分中的射孔与另一部分中的射孔隔离或者使井的底部与井口隔离之类的操作而言，塞是特别有用的。塞的目的在于使井的某一部分与井的另一部分隔离。随后，从这些区域生产烃需要从井中移除顺序坐封的塞。为了重建经过现有塞的流动，操作者必须通过铣削、钻孔或者溶解塞而移除和/或破坏所述塞。现有技术系统的综述(0100)如在图1的系统图(0100)中大体看到的，与石油和天然气提取相关联的现有技术系统可以包括横向钻进井筒的井筒套管(0120)。多个压裂塞(0110、0111、0112、0113)可以被坐封以隔离多个水力压裂区域(0101、0102、0103)。每个压裂塞都定位为使水力压裂区域与其他未射孔区域隔离。压裂塞的位置可以由井筒套管中的预设套筒来限定。例如，压裂塞(0111)定位为使得将水力压裂区域(0101)与下游(注入或趾端)水力压裂区域(0102、0103)隔离。然后，使用射孔枪对水力压裂区域(0101)进行射孔并进行压裂。在套管中的预设塞/套筒位置阻止在井筒套管已被安装后压裂区域的位置变化。因此，有必要在不依赖与井筒套管一体的预先限定的套筒位置来定位塞的情况下，在井筒套管已安装后将塞定位在期望位置处。此外，在完井之后，用于坐封压裂塞的套筒可以具有较小的内径，限制井生产开始时的流体流动。因此，在完井之后需要较大内径的套筒，其允许不受限的井生产流体流动。而且，压裂塞可能无意中被坐封在井筒套管中的不期望的位置处，从而产生不希望的收缩。所述收缩可能会锁住为了进一步的操作而运行的井筒工具并且导致不希望的移除过程。因此，需要防止由于常规压裂塞导致的过早坐封的情况。现有技术方法的综述(0200)如在图2的方法(0200)中大体看到的，与石油和天然气的提取相关联的现有技术包括准备场地和安装井筒套管(0120)(0201)。预设套筒可以作为井筒套管(0120)的一体部分安装以定位用于隔离的压裂塞。于在步骤(0202)中坐封压裂塞和隔离水力压裂区域之后，在步骤(0203)中将射孔枪定位在隔离区域中。随后，触发射孔枪并且对井筒套管和水泥进行射孔进入含烃地层。射孔枪接着移到相邻位置，以进行下一次射孔，直到水力压裂区域全部被射孔为止。在步骤(0204)中，在高压下将水力压裂流体泵送到射孔中。重复进行包括设置塞(0202)、隔离水力压裂区域、对水力压裂区域进行射孔(0203)和将水力压裂流体泵送到射孔中(0204)的步骤，直到井筒套管中的所有水力压裂区域都被处理为止。在步骤(0205)中，如果所有水力压裂区域都被处理，那么利用铣削工具铣削掉塞并且将产生的碎片泵送出井筒套管或者从其中移除(0206)。在步骤(0207)中，通过从水力压裂区段泵送出以生产烃。步骤(0206)需要移除/铣削设备在传送线(conveyancestring)上移动至井中，所述传送线通常可以是缆线、挠性管道或者接合管。射孔过程和塞的坐封步骤表现为利用所需设备进出井筒的单独的“行程”。每次行程都耗时且昂贵。此外，钻孔和铣削的过程产生了需要在另一操作中移除的碎片。因此，需要在无需铣削操作的情况下隔离多个水力压裂区域。此外，需要定位能够在天然气的生产之前以可行的、经济的且省时的方式移除的节流塞元件。现有技术的缺陷以上详述的现有技术具有以下缺陷：·现有技术的系统不提供在不依赖与井筒套管一体的预先限定的套管位置来定位塞的情况下，在井筒套管已安装后将球座定位到期望位置处。·现有技术的系统不提供在不需要铣削操作的情况下隔离多个水力压裂区域。·现有技术的系统不提供定位能够以可行的、经济的且省时的方式移除的节流元件。·现有技术的系统不提供坐封较大内径的套筒以实现不受限的井生产流体流动。·现有技术的系统导致妨碍进一步的井筒操作的不期望的过早预设条件。虽然现有技术中的一些可能教导了针对这些问题中的几个的一些解决方案，但是现有技术没有解决在不需要铣削操作的情况下隔离液压压裂区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井筒塞隔离系统，包括：(a)节流套筒构件(RSM)；和(b)节流塞元件(RPE)；其中所述节流套筒构件配置为装入井筒套管；所述节流套筒构件配置为通过井筒坐封工具(WST)定位在期望井筒位置处；所述井筒坐封工具配置为将所述节流套筒构件坐封到所述井筒套管的内表面；所述节流塞元件被配置以定位为安靠到所述节流套筒构件；并且在生产时，如果所述节流塞元件在所述井筒套管中保持在所述节流套筒构件和另一节流套筒构件之间，那么允许沿生产方向经过所述节流套筒构件中的流动通道的流体流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.13 US 14/459,0421.虽然已经在附图中图示并在前面详述的说明书中描述了本发明的优选实施例，但是应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是在不脱离所提出并由以下权利要求所限定的发明精神的情况下能够进行许多重新设置、修改和替换。一种井筒塞隔离系统，包括：(a)节流套筒构件(RSM)；和(b)节流塞元件(RPE)；其中所述节流套筒构件配置为装入井筒套管；所述节流套筒构件配置为通过井筒坐封工具(WST)定位在期望井筒位置处；所述井筒坐封工具配置为将所述节流套筒构件坐封到所述井筒套管的内表面；所述节流塞元件被配置以定位为安靠到所述节流套筒构件；并且在生产时，如果所述节流塞元件在所述井筒套管中保持在所述节流套筒构件和另一节流套筒构件之间，那么允许沿生产方向经过所述节流套筒构件中的流动通道的流体流动。2.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述井筒坐封工具进一步配置为在所述节流套筒构件中形成符合安置表面(CSS)；并且所述节流塞元件配置为与所述符合安置表面的形状互补的形状以安置在所述CSS符合安置表面中。3.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中在所述节流套筒构件中机加工出符合安置表面(CSS)；并且所述节流塞元件配置为与所述符合安置表面的形状互补的形状以安置在所述符合安置表面中。4.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中，所述井筒坐封工具利用选自弹性体、碳化物扣和柳编形式的紧固元件将所述节流套筒构件紧固到所述套管的内侧。5.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述节流套筒构件是可降解的。6.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述节流塞元件是可降解的。7.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述节流套筒构件的材料选自：铝、铁、钢、钛、钨、铜、青铜、黄铜、塑料、复合材料、天然纤维和碳化物。8.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述节流塞元件的材料选自：金属、非金属和陶瓷。9.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述节流塞元件的形状选自：球形、柱形和镖形。10.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中，所述井筒套管包括与套管内径(ICD)相关联的套管内表面(ICS)；所述节流套筒构件包括与套筒内径(ISD)相关联的套筒内表面(ISS)；和所述套筒内径与所述套管内径的比值为0.5到0.99。11.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中所述期望井筒位置配置为使得创建不均匀分隔的水力压裂区段。12.如权利要求1所述的井筒塞隔离系统，其中，所述井筒坐封工具在所述节流套筒构件的多个点处将所述节流套筒构件坐封到所述井筒套管的所述内表面。13.一种井筒塞隔离方法，所述方法与所述井筒塞隔离系统结合使用，所述系统包括：(a)节流套筒构件(RSM)；和(b)节流塞元件(RPE)；其中，所述节流套筒构件配置为装入井筒套管；所述节流套筒构件配置为通过井筒坐封工具(WST)定位在期望井筒位置处；所述井筒坐封工具配置为将所述节流套筒构件坐封到所述井筒套管的内表面；所述节流塞元件被配置以定位为安靠到所述节流套筒构件；并且在生产时，如果所述节流塞元件在所述井筒套管中保持在所述节流套筒构件和另一节流套筒构件之间，那么允许沿生产方向经过所述节流套筒构件中的流动通道的流体流动；其中所述方法包括以下步骤：(1)安装所述井筒套管；(2)将所述井筒坐封工具连同所述节流套筒构件和射孔枪串组件(GSA)一起布置到所述井筒套管中的期望井筒位置；(3)利用所述井筒坐封工具将所述节流套筒构件坐封到所述期望井筒位置处并且形成密封；(4)利用所述射孔枪串组件对含烃地层进行射孔；(5)将所述井筒坐封工具和所述射孔枪串组件从所述井筒套管中移除；(6)将所述节流塞元件布置到所述井筒套管中，以安置在所述节流套筒构件中并且创建水力压裂区段；(7)利用压裂流体对所述区段进行压裂；(8)检查所述井筒套管中的所有水力压裂区段是否都已经完成，如果不是，则继续进行步骤(2)；(9)允许沿生产方向的流体流动；以及(10)从所述水力压裂区段开始石油和天然气的生产。14.如权利要求13所述的井筒塞隔离方法，其中所述井筒坐封工具进一步配置为在所述节流套筒构件中形成符合安置表面(CSS)；并且所述节流塞元件配置为与所述CSS符合安置...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·M·斯奈德，凯文·R·乔治，J·T·哈德斯蒂，迈克尔·D·沃尔伯利茨基，南森·G·克拉克，J·A·罗林斯，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