具有计数系统的多级高压压裂系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多级高压压裂系统以及管式液压阀(THV)系统，其用于连接至完井管柱从而对油井内目的层进行隔离。具体而言，所述系统允许到达井下岩层从而压裂所述目的层并进行油气开采。所述系统大体上包含塞子计数系统、塞子捕获系统和阀系统，其中使一系列塞子在所述完井管柱中向下掉落允许连续捕获个别THV内的个别塞子，从而进行后续压裂操作。

Multi stage high pressure fracturing system with counting system

The present invention relates to a multi-stage high pressure fracturing system and a tubular hydraulic valve (THV) system for connecting to completion column to isolate the target layer in the oil well. Specifically, the system allows access to downhole rock formations to fracture the target layer and carry out oil and gas extraction. The system generally includes a plug, plug counting system capture system and valve system, in which a series of plug in the completion string in the drop down to allow continuous capture of individual plug within individual THV, and subsequent fracturing operation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有计数系统的多级高压压裂系统
本专利技术涉及一种多级高压压裂系统以及管式液压阀(THV)系统，其用于连接至完井管柱从而对油井内目的层进行隔离。具体而言，所述系统允许到达井下岩层从而压裂所述目的层并进行油气开采。所述系统大体上包含塞子计数系统、塞子捕获系统和阀系统，其中使一系列塞子在完井管柱中向下掉落允许连续捕获个别THV内的个别塞子，从而进行后续压裂操作。
技术介绍
在石油天然气工业中，完井操作期间经常需要在油井内的各种层进行不同操作以提高油井的产量。即，在特定的油井内有若干经济目的层，在钻孔和/或套管之后，操作人员可能会想要直接到达井内和/或打开套管以进行压裂操作从而促进油气从岩层迁移至油井内进行生产。过去有操作人员在套管井中利用的许多技术，从而隔离一个或多个目的层来允许到达岩层并进行压裂操作。在最简单的情形下，套管井可只需要在适当的位置打开以允许油气流入井内。在此情况下，油井的套管(以及任何相关联水泥)可在所需的位置被穿透，使得井套管内部暴露于岩层并且油气可以从岩层迁移至油井内部。在过去利用此基本技术时，普遍认为在所需的层穿透钢套管/水泥的复杂度更大，且比将套管的专门区段定位在目的层附近并接着在将井套管之后打开那一区段更为复杂。一般来说，如果将套管的专门区段定位在目的层附近，那么可以利用各种技术在套管的区段中有效地打开一个或多个端口而无需物理切通钢套管。在其它情形下，尤其是在需要压裂岩层的一个或多个层的情况下，已开发出多种系统和技术来将井的特定区段进行隔离，以允许选择性地打开套管中的专门端口并在单个层内进行压裂操作。一种这样的技术是将封隔器元件和各种专门块设备并入一个或多个油管柱中，使油管柱进入油井中并进行各种液压操作以在油管柱内打开端口。重要的是，在这些技术都已起效的情况下，需要系统以及最小化这些系统的复杂度的方法。即，涉及井下设备的任何操作在资金/租金成本以及完成这些操作所需的时间方面都是昂贵的。因此，在可以降低设备的复杂度和/或进行这些操作所需的时间/人力的程度上，这些系统可以向操作者提供明显的经济优势。在过去，这些用于隔离井的区段的技术包含利用油管柱内的球体将油管柱的连续区域进行隔离的系统。在这些系统中，球体向下掉落/泵吸进油管柱，在油管柱中，球体可与管柱内的专门座体啮合并由此将油井的下部区段与油井的上部区段隔绝开。在过去，为了确保下部区段在上部区段之前密封，使一系列具有不同直径的球体向下掉落进油管中，开始是直径最小的球体，接着向上逐渐使用较大的球体。通常，每个球体的直径可相差1/8英寸，且每个球体将与被设定大小仅与一个特定直径的球体相啮合的井下座体相啮合。起效时，此系统实际上被球体的直径范围所限制。即，为了隔离16个目的层，最小的球体与最大的球体相比直径可能会小2英寸。因而，对可以并入油管柱的层的数目有实际限制，这因此限制了可以压裂的层的数目。由于现代油井可能希望进行多达大约40个压裂操作且可能多于40个压裂，因此现有的球体掉落及捕获系统不能并入这些油井中。因此，需要一种系统，其不受掉落球体大小限制并且可允许明显更大数目的压裂窗口并入油管柱内。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种管式液压阀(THV)系统，其用于连接至完井管柱从而对油井内目的层进行隔离，允许到达井下岩层从而压裂所述目的层并进行油气开采，所述THV具有允许塞子穿过所述THV的内孔，所述THV包括：塞子计数系统，其具有用于连接至完井管柱的井上端，以及塞子啮合系统，其用于与穿过所述内孔的塞子啮合，所述塞子啮合系统用于对穿过所述塞子计数系统的连续塞子进行计数并用于在达到穿过所述内孔的塞子的预设数目时触发第一液压事件；塞子捕获系统，其可操作地连接至所述塞子计数系统，所述塞子计数系统响应于所述第一液压事件以在所述第一液压事件被触发时进行所述THV内的塞子捕获；以及阀系统，其可操作地连接至所述塞子计数系统以及塞子捕获系统，所述阀系统包含阀，其响应于塞子捕获而打开所述阀以允许流体从所述内孔流至所述THV外部。在一个实施例中，所述塞子啮合系统包含至少一个连接至齿式棘轮的插脚，和塞子活塞，其中穿过所述内孔的塞子与所述至少一个插脚的啮合将所述齿式棘轮向前移动一跨齿距。在另一实施例中，所述齿式棘轮可被预设以在触发所述对应于穿过所述内孔的塞子总数的第一液压事件之前行进多倍的所述跨齿距。在一个实施例中，当所述齿式棘轮已行进了预设距离时，所述塞子计数系统允许液压流体从所述内孔穿过以对所述塞子活塞加压并导致所述塞子活塞向井下运动。在另一实施例中，所述系统进一步包含在所述塞子计数系统和所述塞子捕获系统之间的第一液压通道，且其中所述塞子活塞向井下运动打开所述第一液压通道从而允许液压流体流至所述塞子捕获系统内的塞子捕获活塞，且其中所述塞子捕获活塞响应于穿过所述第一液压通道的液压流体的流动而导致所述塞子捕获活塞向井下运动。在一个实施例中，所述塞子捕获活塞向井下运动将所述塞子捕获系统内所述内孔的一部分变窄从而防止塞子穿过所述塞子捕获系统。在又一实施例中，所述系统进一步包含可操作地连接至所述塞子捕获系统的塞子捕获锁，所述塞子捕获锁用于与所述塞子捕获活塞啮合以防止所述塞子捕获活塞向井上大幅运动。在一个实施例中，所述系统还可包含阀活塞，且其中当所述塞子捕获系统已滞留住一个塞子时，所述阀活塞暴露于所述内孔内的液压流体使得所述阀系统向井下运动打开一个阀。在另一实施例中，所述塞子计数系统包含处理器以及电源系统，所述电源系统可操作地连接至塞子啮合系统并连接至电磁阀或电动马达以控制液压流体穿过液压通道的流动，其中所述处理器计数穿过所述内孔的塞子，且当计数到预设数目的塞子时，所述处理器打开所述电磁阀从而触发所述第一液压事件。在另一实施例中，所述塞子啮合系统包含至少一个活动插脚，其与电路可操作地啮合，其中塞子穿过所述内孔时，所述塞子与所述至少一个插脚的啮合将所述插脚进行移动且与所述电路连接或断开，并将信号发送至所述处理器即有塞子穿过。所述塞子啮合系统可包含两个活动插脚，其在所述内孔中纵向隔开，每个插脚与电路可操作地啮合，所述两个插脚允许所述处理器确定塞子在所述内孔中移动的方向。所述两个插脚可纵向隔开以允许穿过的塞子在啮合一个插脚之前与其中另一个所述插脚脱离。所述两个插脚可沿着所述内孔彼此异相。在进一步实施例中，所述处理器确定已计数所述预设数目的塞子和所述第一液压事件的所述触发之间的时间是可编程的。在另一实施例中，本专利技术提供一种管式液压阀系统，其用于连接至油管柱以隔离油井内的目的层，从而到达井下岩层来压裂所述目的层并进行油气开采，所述管式液压阀系统包括：外套筒，其具有井上和井下连接器用于将所述管式液压阀系统附接至油管柱，所述外套筒含有：位于所述外套筒内的塞子计数系统，所述塞子计数系统具有：至少一个塞子相互作用表面，其用于检测塞子经过所述塞子计数系统的运动；以及，液压激活系统，其可操作以在预设数目的塞子已移动经过所述塞子计数系统时激活塞子抓取系统；其中所述塞子抓取系统可操作地连接至所述塞子计数系统且响应于所述液压激活系统而激活塞子滞留表面并由此将塞子滞留在所述塞子抓取系统内并将所述油管柱的井下区段与所述油管柱的井上区段在所述塞子处密封；以及，阀系统，其可操作地连接至所述塞子抓取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管式液压阀(THV)系统，其用于连接至油管柱从而对油井内目的层进行隔离，允许到达井下岩层从而压裂所述目的层并进行油气开采，所述THV具有允许塞子穿过所述THV的内孔，所述THV包括：塞子计数系统，其具有用于连接至油管柱的井上端，以及塞子啮合系统，其用于与穿过所述内孔的塞子啮合，所述塞子啮合系统用于对穿过所述塞子计数系统的连续塞子进行计数并用于在达到穿过所述内孔的塞子的预设数目时触发第一液压事件；塞子捕获系统，其可操作地连接至所述塞子计数系统，所述塞子计数系统响应于所述第一液压事件以在所述第一液压事件被触发时进行所述THV内的塞子捕获；阀系统，其可操作地连接至所述塞子计数系统以及塞子捕获系统，所述阀系统包含阀，其响应于塞子捕获而打开所述阀以允许流体从所述内孔流至所述THV外部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.23 CA PCT/CA2015/0500461.一种管式液压阀(THV)系统，其用于连接至油管柱从而对油井内目的层进行隔离，允许到达井下岩层从而压裂所述目的层并进行油气开采，所述THV具有允许塞子穿过所述THV的内孔，所述THV包括：塞子计数系统，其具有用于连接至油管柱的井上端，以及塞子啮合系统，其用于与穿过所述内孔的塞子啮合，所述塞子啮合系统用于对穿过所述塞子计数系统的连续塞子进行计数并用于在达到穿过所述内孔的塞子的预设数目时触发第一液压事件；塞子捕获系统，其可操作地连接至所述塞子计数系统，所述塞子计数系统响应于所述第一液压事件以在所述第一液压事件被触发时进行所述THV内的塞子捕获；阀系统，其可操作地连接至所述塞子计数系统以及塞子捕获系统，所述阀系统包含阀，其响应于塞子捕获而打开所述阀以允许流体从所述内孔流至所述THV外部。2.如权利要求1所述的系统，其中所述塞子啮合系统包含至少一个连接至齿式棘轮的插脚，和塞子活塞，其中穿过所述内孔的塞子与所述至少一个插脚的啮合将所述齿式棘轮向前移动一跨齿距。3.如权利要求2所述的系统，其中所述齿式棘轮可被预设以在触发所述对应于穿过所述内孔的塞子总数的第一液压事件之前行进多倍的所述跨齿距。4.如权利要求3所述的系统，其中当所述齿式棘轮已行进了预设距离时，所述塞子计数系统允许液压流体从所述内孔穿过以对所述塞子活塞加压并导致所述塞子活塞向井下运动。5.如权利要求4所述的系统，其进一步包括在所述塞子计数系统和所述塞子捕获系统之间的第一液压通道，且其中所述塞子活塞向井下运动打开所述第一液压通道从而允许液压流体流至所述塞子捕获系统内的塞子捕获活塞，且其中所述塞子捕获活塞响应于穿过所述第一液压通道的液压流体的所述流动而导致所述塞子捕获活塞向井下运动。6.如权利要求5所述的系统，其中所述塞子捕获活塞向井下运动将所述塞子捕获系统内所述内孔的一部分变窄从而防止塞子穿过所述塞子捕获系统。7.如权利要求6所述的系统，其进一步包括可操作地连接至所述塞子捕获系统的塞子捕获锁，所述塞子捕获锁用于与所述塞子捕获活塞啮合以防止所述塞子捕获活塞向井上大幅运动。8.如权利要求7所述的系统，其进一步包括阀活塞，且其中当所述塞子捕获系统已滞留住一个塞子时，所述阀活塞暴露于所述内孔内的液压流体使得所述阀系统向井下运动打开一个阀。9.如权利要求1所述的系统，其中所述塞子计数系统包含处理器以及电源系统，所述电源系统可操作地连接至塞子啮合系统并连接至电磁阀和/或电动马达以控制液压流体穿过液压通道的流动，其中所述处理器计数穿过所述内孔的塞子，且当计数到预设数目的塞子时，所述处理器打开所述电磁阀和/或电动马达从而触发所述第一液压事件。10.如权利要求9所述的系统，其中所述塞子啮合系统包含至少一个活动插脚，其与电路可操作地啮合，其中塞子穿过所述内孔时，所述塞子与所述至少一个插脚的啮合将所述插脚进行移动且与所述电路连接或断开，并将信号发送至所述处理器即有塞子穿过。11.如权利要求10所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·格拉夫，R·S·斯莫尔卡，
申请(专利权)人：完井研究股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH