使用指状阀来控制管道内流动的系统和方法.pdf

本文描述了一种使用指状阀来控制管道内流动的系统和方法。具体地，本文公开了一种指状阀，该指状阀包括基管和滑动套筒。该基管可以包括手指口、一个或多个手指件以及一个或多个铰链，每一铰链将一个手指件连接到基管。滑动套筒可以包括滑动套筒，具有内表面的第一套筒，该内表面包括空隙和下压体。第一套筒可操作地位于第一位置和第二位置。在第一位置，该下压体将一个或多个手指件推入关闭位置。在第二位置，该空隙环绕一个或多个手指件之一，允许该一个或多个手指件处于打开位置。

1.  一种指状阀，其特征在于，所述指状阀包括：
基管，所述基管包括：
手指口；
一个或多个手指件；以及
一个或多个铰链，每一所述铰链将一个所述手指件连接到所述基管；以及
滑动套筒，所述滑动套筒包括：
具有内表面的第一套筒，所述内表面包括空隙和下压体，所述第一套筒可操作地位于
第一位置，其中所述下压体将所述一个或多个手指件推入关闭位置；以及
第二位置，其中所述空隙环绕所述一个或多个手指件之一，允许所述一个或多个手指件处于打开位置。

2.  根据权利要求1所述的指状阀，其特征在于，所述一个或多个指状阀包括两个或多个手指件。

3.  根据权利要求1所述的指状阀，其特征在于，所述指状阀还包括一个或多个第一偏压装置，每一个所述第一偏压装置将一个或多个所述手指件偏压到打开位置。

4.  根据权利要求3所述的指状阀，其特征在于，至少一个所述偏压装置是所述铰链之一的结构部件。

5.  根据权利要求3所述的指状阀，其特征在于，至少一个所述偏压装置是弹簧。

6.  根据权利要求3所述的指状阀，其特征在于，至少一个所述偏压装置是所述手指件之一的磁化部分。

7.  根据权利要求3所述的指状阀，其特征在于，至少一个所述偏压装置是所述第一套筒的磁化部分。

8.  根据权利要求1所述的指状阀，其特征在于，所述空隙包括多个坑，每 一个坑允许一个或多个所述一个或多个手指件移动到所述打开位置。

9.  根据权利要求1所述的指状阀，其特征在于，所述指状阀还包括：
固定套筒，所述固定套筒环绕所述基管固定并邻近所述滑动套筒的第一侧；以及
致动器，所述致动器将所述固定套筒连接到所述滑动套筒，所述致动器能够将所述滑动套筒从所述第一位置移动到所述第二位置。

10.  根据权利要求9所述的指状阀，其特征在于：
所述基管还包括压裂口第一部分；
所述滑动套筒还包括：
第二套筒；
压裂口第二部分；以及
一个或多个弧形片，所述一个或多个弧形片将所述第一套筒连接到所述第二套筒，其中，所述一个或多个弧形片之间的空间限定出所述压裂口第二部分。

11.  根据权利要求10所述的指状阀，其特征在于，当所述滑动套筒位于，
所述第一位置，所述压裂口第一部分与所述压裂口第二部分对齐，以及
所述第二位置，所述压裂口第一部分不与所述压裂口第二部分对齐。

12.  根据权利要求9所述的指状阀，其特征在于，所述基管还包括生产口。

13.  根据权利要求12所述的指状阀，其特征在于，当所述滑动套筒位于
所述第一位置，所述滑动套筒堵塞所述生产口；以及
所述第二位置，所述滑动套筒不堵塞所述生产口。

14.  根据权利要求11所述的指状阀，其特征在于，所述基管还包括生产口。

15.  根据权利要求14所述的指状阀，其特征在于，当所述滑动套筒位于
所述第一位置，所述滑动套筒堵塞所述生产口；以及
所述第二位置，所述滑动套筒不堵塞所述生产口。

16.  根据权利要求所述的指状阀，其特征在于，所述致动器为第二偏压装置。

17.  根据权利要求17所述的指状阀，其特征在于，所述偏压装置是弹簧。

18.  一种控制通过管柱的流动的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤：
在管柱内连接基管，所述基管包括：
手指口；
一个或多个手指件；以及
一个或多个铰链，每一个所述铰链将一个所述手指件连接到所述基管；以及
驱动滑动套筒从第一位置到第二位置，所述滑动套筒包括第一套筒，所述第一套筒包括内表面，所述内表面包括空隙和下压体，其中
所述第一位置，所述下压体将所述一个或多个手指件推入关闭位置；以及
所述第二位置，所述空隙围绕所述一个或多个手指件之一，允许所述一个或多个手指件处于打开位置。

19.  根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括压裂井的步骤。

20.  根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括从打开位置生产烃类物质的后续步骤。

使用指状阀来控制管道内流动的系统和方法
背景技术
本发明涉及一种使用指状阀来控制管柱内流动的系统和方法。
这些年来，天然气和石油的需求显著增长，使生产效率低的石油和天然气储层经济上可行，水力压裂在全球范围内的能源生产中扮演着重要角色。几十年来，不同的技术已被用来改善从石油和天然气中生产资源的方法。使长水平井眼具有多个裂缝是一种用于提高井中油气开采的常用工艺。该工艺开始于井已被钻好且完备件已安装在井眼之后。多阶段压裂方法涉及将大量加压的水或凝胶、支撑剂和/或其它化学品泵入井眼，以在沿着井眼的储层中产生多个离散裂缝。
目前正在使用的一种先进方法是在一次泵送操作中同时进行多达30个裂缝的支撑剂压裂。该方法涉及用于阻止裂缝关闭的支撑剂的使用。然而，这种做法通常会导致裂缝之间支撑剂的不均匀分布，这将降低压裂系统的效率。其结果是，这种做法也可能导致裂缝蔓延至远离目标储层的区域。因此，这样的方法可能是低效而不安全的。
此外，支撑压裂通常包括多个步骤且需要多个工具，才能成功地进行。这种做法将造成裂缝间支撑剂的不均匀分布，且高度依赖于在各压裂阶段之间设置塞或使用尺寸加大的压裂球。在这些方法中，每个裂缝被穿孔或是泵入后可设置塞，或者压裂球可从表面落入以连续打开沿着井分布的压裂阀。对于每一阶段，不同直径的球落入对应于特定压裂阀的阀座的井中。在油井的一点处，由于井眼直径减小，该球将不能通过。一旦球在位，压裂即可进行。压裂后，塞必须被钻出且球必须被回收。每个压裂阶段中，在设置塞时，过多的时间和精力被消耗在各阶段之间离开孔和钻出塞上。此外，陆上钻机通常按天数来付租金，任何的延迟都可能使成本增加许多。另外，在球方法中，在由于小的球直径因为大压力损失而难以压裂，使得流动区域受限制之前，仅可能约有12个不同压裂阶段。
因此，提供一种使用指状阀来控制管柱内流动的系统和方法是有用的。
发明内容
本文描述了一种利用指状阀来控制管柱内流动的系统和方法。具体地，本发明描述了一种指状阀，所述指状阀包括基管以及滑动套筒。所述基管包括：手指口、一个或多个手指件以及一个或多个铰链，每一所述铰链将一个所述手指件连接到所述基管。所述滑动套筒可以包括：具有内表面的第一套筒，所述内表面包括空隙和下压体。所述第一套筒可操作地位于第一位置和第二位置。在所述第一位置，所述下压体将所述一个或多个手指件推入关闭位置。在所述第二位置，所述空隙围绕所述一个或多个手指件之一，允许所述一个或多个手指件处于打开位置。
本发明还描述了一种使用指状阀控制通过管柱的流动的方法，包括在管柱内连接的基管和驱动滑动套筒从第一位置到第二位置的步骤。所述基管可以包括手指口、一个或多个手指件以及一个或多个铰链，每一个所述铰链将一个所述手指件连接到所述基管。所述滑动套筒可以包括第一套筒，所述第一套筒包括内表面，所述内表面包括空隙和下压体。在所述第一位置，所述下压体将所述一个或多个手指件推入关闭位置。在所述第二位置，所述空隙围绕所述一个或多个手指件之一，允许所述一个或多个手指件处于打开位置。
附图说明
图1A示出基管的侧视图。
图1B示出基管的正视图。
图1C示出基管的剖视图。
图2A示出滑动套筒，其通过致动器连接到固定套筒并与固定套筒对齐。
图2B示出滑动套筒的正视图。
图2C示出滑动套筒的剖视图。
图2D示出滑动套筒的剖视图，其还包括有致动器和固定套筒。
图3A示出外环的外周图。
图3B示出外环的正视图。
图4A示出阀壳。
图4B示出阀壳的压裂口。
图4C示出阀壳的生产槽。
图5示出处于关闭模式的指状阀。
图6示出处于打开模式的指状阀。
具体实施方式
本文描述了一种利用指状阀来控制管柱内流体的系统和方法。下文所呈的描述使得本领域的技术人员能够制造和使用所要求保护的本发明并通过下面讨论的具体实施例来提供，下文所述的具体实施例的变型对于本领域技术人员是显而易见的。为了清楚起见，并不是实际实现的所有特征在本说明书中都进行了描述。应理解，在任何这种实际实施(如在任何开发项目中)的开发中，必须进行精确的设计来实现设计者的特定目标(例如符合系统和商业相关限制)，且这些目标对于不同的实施方式来说不同。还应当认识到，这种开发努力可能是复杂且费时的，但是对于得益于本公开的相应技术领域内的普通技术人员来说将只是常规任务而已。相应地，本文所附的权利要求并不旨在被所公开的实施例限制，而是应被赋予与本文中公开的原理和特征相一致的最广范围。
图1A示出基管100的侧视图。基管可以连接作为管柱的一部分。在一个实施例中，基管100可以是圆筒状，并包括手指件101和手指口102。图1B示出手指件101，手指件101能够通过铰链103连接到基管100。在一个实施例中，第一偏压装置104也可以将基管100连接到手指件101。在另一个实施例中，第一偏压装置104能够可操作地作为铰链103的一部分。通过将第一偏压装置连接到手指件101和基管102，手指件能够被偏压到一个打开或关闭的位置。出于示例性目的，本发明示出偏压到打开位置的手指件101。在一个实施例中，基管100还可以包括压裂口105的第一部分和/或生产口106。压裂口105的第一部分可以由一个或多个开口形成，以及生产口106也可以由基管100的一个或多个开口形成。
图1C示出基管100的正视图。基管100还可以包括腔107。当手指件101处于打开位置时，腔107可以是允许材料通过的空腔或开口。然而，当手指件101处于关闭位置时，手指件101一起对腔107形成一个显著的或完全的堵塞，基本上地或完全地阻止材料通过基管100。
图1D示出还包括有基环108的基管100的截面。在一个实施例中，手指口102可以是环绕基管100径向隔开的多个孔。在另一个实施例中，手指口102可以是基管100缺少的圆筒段。压裂口105的第一部分可以环绕基管100的中部环形布置。生产口106可以环绕基管100的尾部环形布置。
图2A示出滑动套筒200，其通过致动器208连接到固定套筒并与外环209对齐。在一个实施例中，滑动套筒200可以是圆筒形材料，其可以包括压裂口105的第二部分。在一个实施例中，滑动套筒200可以具有大到足以安装基管100的开口。图2B示出滑动套筒200的正视图。滑动套筒200还可以包括套筒腔201。套筒腔201可以是大到足以容纳基管100的开口。
图2C示出滑动套筒200的剖视图。滑动套筒200可以包括第一套筒202和第二套筒203。此外，第一套筒202和第二套筒203可以通过一个或多个弧形片204连接，弧形片204之间的空间限定出压裂口105的一部分。第一套筒202的内表面可以包括表面特征，这些表面特征与一个或多个手指件101相互作用。表面特征可以包括第一特征和第二特征。第一特征可以是一个或多个空隙205，以及第二特征可以是能够将手指件101移动到关闭位置的下压体(depressor)206。空隙205可以环绕基管100的整个内径、环绕部分内径径向延伸、或定位于单个径向位置。如果完全环绕内径，则内表面的端部可以具有比该空隙更小的直径。如果是定位，空隙205可以包括多个定位坑，该多个定位坑定位成径向环绕滑动套筒200的内表面。
图2D示出进一步包括固定套筒207的滑动套筒200的剖视图，固定套筒207通过致动器208连接到固定套筒207上，并与外环209对齐。在一个实施例中，致动器208可以是诸如弹簧的偏压装置。滑动套筒200的第二套筒203可以利用致动器208连接到固定套筒205。在一个实施例中，致动器208是偏压装置，滑动套筒200可以被朝向固定套筒205拉动，从而压缩或以其他方式承载具有势能的偏压装置208。然后偏压装置208可以被释放或激发，推动滑动套筒200离开固定套筒205。在另一个实施例中，致动器208可以将滑动套筒200返回到最初位置。虽然固定套筒205在以上各图中被描述成圆筒，但是实践中其可能并不是连续环。相反，固定套筒可以是连接到基管100的任何设备，其给予致动器208支点以推近或推离滑动套筒从而驱动滑动套筒205。在一个实施例中，固定套筒205可以是致动器208的一个组件。
图3A示出外环209的外周图。如图3B所示，在一个实施例中，外环209可以是形成有环腔301的固体圆筒管。在另一个实施例中，外环209可以连接至基管100的基环108。在一个实施例中，外环209可以是形成圆筒状的封闭固体材料。环腔301可以是形成于外环209内部的空间。环腔301大到足以滑过基管100。外环300可以固定到基管100。在一个实施例中，外环209可以用来阻止滑动套筒200在驱动过程中向前移动。
图4A示出阀壳400。在一实施例中，阀壳400可以是圆筒材料，该材料可以包括压裂口105的第三部分和生产口106。如图4B所示，压裂口105的第三部分可以是环绕阀壳400环形布置的多个开口。此外，如图4C所示，生产口106可以是环绕阀壳400布置的一个或多个开口。
图5示出处于关闭模式的指状阀500。在一个实施例中(其中压裂阀500可以用于压裂井)，压裂阀500可以包括基管100、滑动套筒200、外环300和/或阀壳400。在这样的实施例中，基管100可以是指状阀500的最内层。环绕基管100的中间层可以包括滑动套筒200和固定到基管100的外环300，其中固定套筒207被固定到基管100。指状阀500可以包括作为外层的阀壳400。在一个实施例中，阀壳400可以连接到基环108、外环209以及固定套筒207。在压裂位置，压裂口105可以根据基管100和滑动套筒200的相对位置而对齐和打开。
在打开状态，偏压装置208可以处于负载状态，其进一步移动铰链并将手指件101推入腔107中。在这样的状态，手指件101可以处于关闭形式，堵住腔107内流体的路径。指状阀500可用于压裂井，例如，如图5所示，在关闭状态，压裂口105将打开，允许支撑剂从腔107流过压裂口105并进入地层，从而使得压裂发生。
图6示出处于打开模式的指状阀500。当偏压装置208将滑动套筒200朝向外环209推动时，手指件101可以被推竖起来。当在压裂井中使用时，滑动套筒200可以同时关闭压裂口105和打开生产口106，允许材料流过基管100。一旦生产口106被打开，就可以开始油和汽的抽取了。在一个实施例中，在一个井内可以放置多个指状阀500。当一个指状阀被用来压裂井时，另一个可以在下游使用。在这样的实施例中，每一个生产口可以具有止回阀，从而允许下游连续压裂而不将压裂流体推过生产口。
上文所述的操作方法的细节可发生各种改变，而不脱离以下权利要求的范围。一些实施例可结合本文中作为独立步骤所描述的操作。同样地，所描述步骤中的一个或多个可以被省略，这取决于实现该方法的具体操作环境。应理解的是，上述的实施例是说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施例可彼此组合使用。阅读了上文的描述，许多其它实施例对于本领域中的技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应结合所附的权利要求，连同这些权利要求权利覆盖的所有等效物来确定。在所附的权利要求中，“包括”和“其中”等术语被用作“包含”和“其中”等相应术语的纯语言等同物。