用于井下操作的带端口套管接箍以及用于进入地层的方法技术

一种带端口套管接箍。所述带端口套管接箍包括限定外套筒的管状本体。至少第一和第二入口沿着所述外套筒放置。所述套管接箍还包括内套筒。所述内套筒限定可旋转地驻留在所述外套筒内的圆柱形本体。所述内套筒包含多个内部入口。控制槽沿着所述内套筒的外径提供。另外，提供一对扭矩销，所述一对扭矩销被构造成沿着所述控制槽骑跨以便将所述内套筒的选定内部入口与所述外套筒的所述第一和第二入口放置在一起。优选地，所述坐封工具是被构造成接纳喷射软管和所连接的喷射喷嘴的造斜器。还提供一种进入地下地层中的岩石基质的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于井下操作的带端口套管接箍以及用于进入地层的方法关于联邦政府赞助的研究或开发的声明不适用。共同研究协议各方的名称不适用。相关申请的声明本申请要求于2018年1月12日提出申请的美国临时专利申请第62/617,108号的权益。该申请标题为“MethodofAvoidingFracHitsDuringFormationStimulation（在地层增产期间避免压裂冲击的方法）”。本申请也是于2016年1月28日提出申请的美国专利申请第15/009,623号的部分延续案。该申请标题为“MethodofFormingLateralBoreholesFromAParentWellbore（从母井筒形成支渠钻孔的方法）”。母申请要求于2015年7月29日提出申请的美国临时专利申请第62/198,575号的权益。所述申请标题为“DownholeHydraulicJettingAssembly,andMethodforFormingMini-LateralBoreholes（井下水力喷射组件和用于形成微型支渠钻孔的方法）”。母申请还要求于2015年2月24日提出申请的具有相同专利技术名称的美国临时专利申请第62/120,212号的权益。这些申请全部以全文引用方式并入本文中。本专利技术的背景该部分旨在介绍本领域的选定方面，其可以与本公开内容的各种实施例相关联。相信此论述有助于提供框架来促进对本公开内容的特定方面的更好理解。因此，应理解的是，此部分应该从这个角度阅读，而未必作为对现有技术的承认。
本公开内容涉及完井领域。更具体来说，本公开内容涉及产烃地层通过使用水力喷射组件从现有井筒产生小直径钻孔的完井和增产。本公开内容进一步涉及一种如下带端口套管接箍：其可以使用坐封工具选择性地打开和关闭以便控制对周围地层的进入。对技术的论述在石油和天然气井的钻探中，使用在钻柱的下端处向下推进的钻头穿过地面形成近竖直井筒。在钻探到预先确定的井底位置之后，移除钻柱和钻头，并且使井筒加衬有套管的管柱。因此，在套管的管柱与由井筒穿透的地层之间形成环状区域。特别是在竖直井筒或水平井的竖直区段中，进行固结操作以便沿着井筒的部分或全部长度用水泥填充或“挤压”环状体积。水泥和套管的组合加强井筒，并且促进套管后方的层位封隔。钻探技术的进步已经使得石油和天然气运营商能够经济地“造斜（kick-off）”，并且使井筒轨迹从大致竖直取向转向到大致水平取向。这些井筒中的每一者的水平“支腿”现在通常超过1英里、并且有时2英里或者甚至3英里的长度。这显著倍增至目标含烃地层（或“产油气带”）的井筒暴露。作为一实例，考虑具有100英尺的（竖直）厚度的目标产油气带。与常规竖直井筒的l00英尺暴露相比，1英里水平支腿向水平井筒暴露多达52.8倍产油气带。图1A提供已经在水平取向上完井的井筒4的横截面视图。可以看出，井筒4已经从地表1、穿过多个地层2a、2b、…2h并且下至产烃地层3而形成。地下地层3表示石油和天然气运营商的“产油气带”。井筒4包括在产油气带上方的竖直区段4a，以及水平区段4c。水平区段4c限定踵部4b和趾部4d以及在其之间延伸穿过产油气带3的细长支腿。结合井筒4的完井，具有逐步较小外径的套管的数个管柱已经固结到井筒4中。这些管柱包括表层套管6的管柱，并且可以包括中间套管9的一个或多个管柱，以及最后生产套管12。（未示出的是称为导管的最浅和最大直径套管，其是与表层套管分开并且紧接在表层套管上方的一小段管。）表层套管6的主要功能之一是封隔和保护较浅淡水含水层免受任何井筒流体的污染。因此，导管和表层套管6几乎总是完全固结7回到地表1。表层套管6示出为从表层套管靴8完全固结7回到地表1。中间套管管柱9仅从其靴11部分固结10。类似地，生产套管管柱12仅从其套管靴14部分固结13，但是充分封隔产油气带3。重复钻探并且然后固结套管的逐步较小管柱的过程数次，直到井已经达到总深度。在一些情况下，最后的套管管柱12是衬管（liner），即，套管的未系回到地表1的管柱。最后的套管管柱12（称为生产套管）也通常固结13到适当位置。在水平完井的情况下，生产套管12可以被固结，或者可以使用外部套管封隔器(“ECP”)、膨胀封隔器或其某一组合提供层位封隔。在完井中可以包括额外管状本体。这些额外管状本体包括放置在生产套管或衬管（图1A中未示出）内的生产油管的一个或多个管柱。在竖直完井中，每一油管管柱从地表1延伸到接近生产层段3的指定深度，并且可以附接到封隔器（未示出）。封隔器用于密封生产油管管柱与周围套管12之间的环状空间。在水平完井中，生产油管通常着落（有或没有封隔器）在井筒4的踵部4b处或附近。在一些情况下，产油气带3无法使流体有效地流到地表1。发生此情况时，操作者可以安装人工升举装备（图1A中未示出）作为井筒完井的一部分。人工升举装备可以包括经由在油管内伸展的抽油杆的管柱连接到地表泵送单元的井下泵。替代性地，可以将电力驱动的潜水泵放置在生产油管的底端处。作为完井过程的一部分，将井口5安装在地表1处。井口5用于容纳井筒压力，并且指引生产流体在地表1处的流动。在美国境内，现在主要地钻探许多井以从先前认为太不可渗透而不能按经济可行数量产生烃类的产油气带回采石油和/或天然气以及潜在地天然气液。此类“紧密”或“非常规”地层可以是砂岩、粉砂岩或者甚至页岩地层。替代性地，此类非常规地层可以包括煤层气。在任何情况下，“低渗透率”通常是指具有小于0.1毫达西的渗透率的岩石层段。为了增强烃类的回采、特别是在低渗透率地层中的回采，在产油气带的完井中可以采用后续（即，在对生产套管或衬管进行射孔之后）增产技术。此类技术包括水力压裂和/或酸化。另外，“造斜”井筒可以由主井筒形成以便产生一个或多个新的定向或水平完成的钻孔。这允许井沿着地下地层的沉积平面穿透以增加至产油气带的暴露。在地层的自然或水力引发的裂缝平面是竖直的情况下，水平完井的井筒允许生产套管交叉或“产生”多个裂缝平面。因此，尽管竖直取向的井筒通常被约束到每一产油气带的单个水力引发的裂缝平面，但是水平井筒可以沿着水平支腿4c在多个位置或“级”中射孔和水力压裂，从而产生多个裂缝平面。图1A展示沿着井筒4的水平区段4c的一系列裂缝半平面16。裂缝半平面16表示将结合已知射孔/压裂操作形成的裂缝的取向。所述裂缝通过穿过形成在水平区段4c中的射孔15注入压裂流体而形成。裂缝的大小和取向以及沿着裂缝平面分开岩石所需的液压的量取决于地层的原位应力场。此应力场可以由彼此垂直取向的三个主压应力限定。这些主压应力表示竖直应力、最小水平应力和最大水平应力。这三个主应力的量值和取向由该地区的地质力学以及孔隙压力、深度和岩石性质确定。根据地质力学的原理，裂缝平面将通常在垂直于岩石基质中的最小主应力的平面的方向上形成。更简单地说，在大多数井筒中，当井筒的水平区段驻留在地表以下3,000英尺以下、并且有时浅至1,500英尺时，岩石基质将沿着竖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带端口套管接箍，其包括：/n管状本体，所述管状本体具有上端和下端，并且限定外套筒；/n第一端口，所述第一端口设置在所述外套筒的第一侧上，从而限定“东部”入口；/n第二端口，所述第二端口设置在所述外套筒的第二相对侧上，从而限定“西部”入口；/n内套筒，所述内套筒限定可旋转地并且可平移地驻留在所述外套筒内的圆柱形本体；/n多个内部入口，所述多个内部入口沿着所述内套筒驻留；/n控制槽，所述控制槽沿着所述内套筒的外径驻留；以及/n一对相对扭矩销，所述一对相对扭矩销固定地驻留在所述外套筒内，并且突出到所述内套筒的所述控制槽中；/n其中所述内套筒被构造成由坐封工具操纵，使得：/n在第一位置中，所述内套筒的所述内部入口不与所述外套筒的所述“东部”入口和“西部”入口对准，/n在第二位置中，所述内套筒的所述内部入口中的一者与所述外套筒的所述“东部”入口对准，/n在第三位置中，所述内套筒的所述内部入口中的一者与所述外套筒的所述“西部”入口对准，并且/n在第四位置中，所述内套筒的内部入口共同与所述外套筒的相应“东部”入口和“西部”入口对准。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180112 US 62/617108;20190111 US 16/2460051.一种带端口套管接箍，其包括：
管状本体，所述管状本体具有上端和下端，并且限定外套筒；
第一端口，所述第一端口设置在所述外套筒的第一侧上，从而限定“东部”入口；
第二端口，所述第二端口设置在所述外套筒的第二相对侧上，从而限定“西部”入口；
内套筒，所述内套筒限定可旋转地并且可平移地驻留在所述外套筒内的圆柱形本体；
多个内部入口，所述多个内部入口沿着所述内套筒驻留；
控制槽，所述控制槽沿着所述内套筒的外径驻留；以及
一对相对扭矩销，所述一对相对扭矩销固定地驻留在所述外套筒内，并且突出到所述内套筒的所述控制槽中；
其中所述内套筒被构造成由坐封工具操纵，使得：
在第一位置中，所述内套筒的所述内部入口不与所述外套筒的所述“东部”入口和“西部”入口对准，
在第二位置中，所述内套筒的所述内部入口中的一者与所述外套筒的所述“东部”入口对准，
在第三位置中，所述内套筒的所述内部入口中的一者与所述外套筒的所述“西部”入口对准，并且
在第四位置中，所述内套筒的内部入口共同与所述外套筒的相应“东部”入口和“西部”入口对准。


2.根据权利要求1所述的带端口套管接箍，其进一步包括：
有斜面凸肩，所述有斜面凸肩沿着所述内套筒的内径、接近所述内径的上端，所述有斜面凸肩提供通向所述内套筒的相对侧上的对准槽的轮廓；
其中所述一对对准槽被构造成接纳沿着所述坐封工具的外径驻留的配合对准块。


3.根据权利要求2所述的带端口套管接箍，其中所述内套筒还被构造成由坐封工具操纵，使得：
在第五位置中，所述内套筒的所述内部入口再一次不与所述外套筒的所述“东部”入口和“西部”入口对准。


4.根据权利要求2所述的带端口套管接箍，其还包括：
移位卡爪凹槽，所述移位卡爪凹槽沿着所述内套筒的内径定位并且接近所述管状本体的上游端驻留；
其中所述移位卡爪凹槽被构造成接纳也沿着所述坐封工具的外径驻留的配合移位卡爪。


5.根据权利要求4所述的带端口套管接箍，其还包括：
至少两个剪切螺钉，所述至少两个剪切螺钉驻留在所述外套筒中并且延伸到所述内套筒中，其中所述剪切螺钉相对于所述外套筒固定所述内套筒的位置，直到被由所述坐封工具施加的旋转力剪切。


6.根据权利要求5所述的带端口套管接箍，其还包括：
第一转环，所述第一转环在所述上端处紧固到所述管状本体；以及
第二转环，所述第二转环在所述下端处紧固到所述管状本体；
其中每一转环被构造成螺纹地连接到生产套管的接头。


7.根据权利要求6所述的带端口套管接箍，其中：
所述外套筒包括对所述管状本体形成偏心轮廓的扩大壁部分；并且
所述扩大壁部分沿着一侧向所述管状本体提供增加的重量，使得当所述带端口套管接箍沿着井筒的水平支腿放置时，相对的第一转环和第二转环准许所述管状本体旋转，使得所述扩大壁部分通过重力旋转到所述水平支腿的真正竖直底部处或附近；
并且所述带端口套管接箍被构造成使得在这种旋转时，所述东部入口和相对的西部入口水平地定位在所述井筒内。


8.根据权利要求7所述的带端口套管接箍，其中：
在所述扩大壁部分通过重力旋转到真正竖直底部处或附近之后，所述带端口套管接箍被构造成使得所述东部入口已经定位成低于或高于真正水平面，并且所述相对的西部入口已经定位成低于或高于真正水平面，使得从所述东部入口的中心穿过所述西部入口的中心绘制的矢量包括平行于或接近平行于主产油气带的层理平面的直线。


9.根据权利要求7所述的带端口套管接箍，其中：
在所述扩大壁部分通过重力旋转到真正竖直底部处或附近之后，所述带端口套管接箍被构造成使得所述东部入口已经定位在真正竖直面的顶部处或附近，并且所述相对的西部入口已经定位在真正竖直面的底部处或附近，使得从所述东部入口的中心穿过所述西部入口的中心绘制的矢量将包括在真正竖直面处或附近的直线。


10.根据权利要求7所述的带端口套管接箍，其中：
所述第一转环螺纹地连接到生产套管的第一接头；
所述第二转环螺纹地连接到生产套管的第二接头；
第一扶正器沿着生产套管的所述第一接头设置；并且
第二扶正器沿着生产套管的所述第二接头设置。


11.根据权利要求7所述的带端口套管接箍，其中所述移位卡爪沿着所述坐封工具的所述外径定位在所述对准块的下游。


12.根据权利要求7所述的带端口套管接箍，其中：
所述坐封工具限定具有内径和外径的管状本体；
所述外径接纳所述移位卡爪和所述对准块；
所述内径限定被构造成接纳喷射软管和所连接的喷射喷嘴的弯曲造斜器面；并且
所述坐封工具包括出口，其中当所述对准块放置在相应对准槽内时，所述出口与所述内套筒的指定内部入口对准。


13.根据权利要求12所述的带端口套管接箍，其中：
所述坐封工具的所述内径包括用于接纳所述喷射软管和所连接的喷射喷嘴的弯折隧道；
所述弯折隧道的中心线沿着所述坐封工具的纵向轴线的中心线；并且
所述造斜器面驻留在所述弯折隧道的下端处并且横跨所述坐封工具的整个外径。


14.根据权利要求13所述的带端口套管接箍，其中：
所述造斜器面的踵部是打开的；
所述造斜器面的趾部是所述出口；并且
所述弯折隧道被构造成接纳所述喷射软管和所连接的喷射喷嘴，使得所述喷射软管以半径“R”跨越所述造斜器面行进到所述出口。


15.根据权利要求14所述的带端口套管接箍，其中：
所述踵部是打开的，使得当所述喷射软管行进跨越所述造斜器的所述面时，所述喷射软管在触碰点处与所述周围内套筒接触；并且
由所述造斜器面在所述套管出口处提供的弓形路径的切线垂直于所述坐封工具的所述纵向轴线。


16.根据权利要求14所述的带端口套管接箍，其中：
所述坐封设备被构造成在伸入管柱的端部处自由旋转；
所述对准块的外部面从所述坐封工具的所述外径突出；
每一对准块包括使单独块段向外偏置的多个弹簧；并且
当所述坐封工具接合所述带端口套管接箍的所述内径时，包括相应对准块的所述块段被构造成沿着所述有斜面凸肩骑跨，从而使所述坐封工具旋转，并且使所述对准块着落在所述对准槽中。


17.根据权利要求13所述的带端口套管接箍，其中所述转环中的每一者包括：
带有阴螺纹的盒端和带有阳螺纹的相对销端，所述盒端和所述相对销端各自用于与生产套管的邻接接头或邻接带端口套管接箍螺纹地连接；
顶部接头，所述顶部接头从所述盒端过渡；
底部接头；
轴承壳体，所述轴承壳体螺纹地连接到所述顶部接头；
上轴承，所述上轴承驻留在所述顶部接头的下端与所述底部接头的上端之间，并且在所述轴承壳体的内径内，并且所述轴承壳体包括准许所述顶部接头与所述底部接头之间的相对旋转移动的轴承；
下轴承，所述下轴承驻留在所述轴承壳体的上凸肩与所述底部接头的下凸肩之间，也在所述轴承壳体的内径内，并且促进所述轴承壳体与所述底部接头之间的相对旋转移动；
卡环；
离合器，所述离合器驻留在所述轴承壳体下方并且在所述底部接头的一部分周围；以及
剪切销，所述剪切销防止所述轴承壳体与所述底部接头之间的所述相对旋转移动；
其中：
所述顶部接头和所述底部接头沿顺时针方向或逆时针方向自由旋转；
所述底部接头包括有斜面的上凸肩，所述有斜面的上凸肩在接收到来自内部的液压压力时，远离所述轴承壳体向远侧推动所述离合器，从而减切所述剪切销；
所述离合器远离所述轴承壳体的继续移动允许所述卡环接合所述离合器，从而将所述离合器锁定在适当位置；并且
所述离合器远离所述轴承壳体的再进一步移动配合地接合所述轴承壳体的基底，从而防止所述底部接头和所连接的带端口套管接箍的任何进一步旋转。


18.一种进入地下地层中的岩石基质的方法，其包括：
提供带端口套管接箍，其中所述套管接箍包括：
管状本体，所述管状本体限定上端和下端，所述管状本体限定外套筒；
第一端口，所述第一端口设置在所述外套筒的第一侧上，从而限定“东部”入口；
第二端口，所述第二端口设置在所述外套筒的第二相对侧上，从而限定“西部”入口；
内套筒，所述内套筒限定可旋转地驻留在所述外套筒内的圆柱形本体；
多个内部入口，所述多个内部入口沿着所述内套筒驻留；
控制槽，所述控制槽沿着所述内套筒的外径驻留；以及
一对相对扭矩销，所述一对相对扭矩销固定地驻留在所述外套筒内，并且突出到所述内套筒的所述控制槽中；
将所述管状本体的所述上端螺纹地紧固到生产套管的第一接头；
将所述管状本体的所述下端螺纹地紧固到生产套管的第二接头；
使生产套管的所述接头和所述带端口套管接箍伸展到井筒的水平部分中；以及
使坐封工具伸展到所述井筒中；以及
操纵所述坐封工具以使所述内套筒相对于所述扭矩销移动，从而使所述内套筒的内部入口与所述外套筒的所述“东部”入口和“西部”入口选择性地对准。


19.根据权利要求18所述的方法，其中所述带端口套管接箍还包括：
当所述带端口套管接箍伸展到所述井筒中时，所述内套筒在第一位置中，其中所述内套筒的所述内部入口不与所述外套筒的所述“东部”入口和“西部”入口对准；并且
操纵所述坐封工具包括：
将所述内套筒放置在第二位置中，其中所述内套筒的所述内部入口中的一者与所述外套筒的所述“东部”入口对准，
将所述内套筒放置在第三位置中，其中所述内套筒的所述内部入口中的一者与所述外套筒的所述“西部”入口对准，以及
将所述内套筒放置在第四位置中，其中所述内套筒的内部入口共同与所述外套筒的相应“东部”入口和“西部”入口对准。


20.根据权利要求19所述的方法，其中所述带端口套管接箍还提供：
有斜面凸肩，所述有斜面凸肩沿着所述外套筒的内径、接近所述内径的上端，所述有斜面凸肩提供通向所述外套筒的相对侧上的对准槽的轮廓；
所述一对对准槽被构造成接纳沿着所述坐封工具的外径驻留的配合对准块。


21.根据权利要求20所述的方法，其中所述带端口套管接箍的所述内套筒还被构造成由所述坐封工具操纵，使得：
在第五位置中，所述内套筒的所述内部入口再一次不与所述外套筒的所述“东部”入口和“西部”入口对准。


22.根据权利要求17所述的方法，其中所述带端口套管接箍还包括：
移位卡爪凹槽，所述移位卡爪凹槽沿着所述内套筒的内径定位并且接近所述管状本体的上游端驻留；以及
至少两个剪切螺钉，所述至少两个剪切螺钉驻留在所述外套筒中并且延伸到所述内套筒中，其中所述剪切螺钉相对于所述外套...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·L·兰达尔，B·G·兰达尔，D·P·布里斯科，
申请(专利权)人：特种油管有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US