多区域过筛压裂系统.pdf

一种多区域地层处理组件，其具有设置在井眼中的管状结构上的区段。设置在管状结构上的隔离元件使围绕该区段的井眼环空与其他区段隔离，并且设置在管状结构上的流量阀能够在打开状态与关闭状态之间选择性地操作，从而允许及阻止通孔与井眼环空之间的流体连通。设置在管状结构上的筛管与井眼环空连通，并且设置在管状结构上的封闭件至少阻止从通孔至筛管的流体连通。组件的工作管柱在管状结构中在同一行程中相对于每个区段操纵成：打开流量阀、在通孔中相对于打开的流量阀定位、将处理物从出口穿过打开的流量阀传送至区段以及关闭流量阀。

1.  一种用于井眼的多区域地层处理组件，所述多区域地层处理组件包括：
管状结构，所述管状结构设置在所述井眼中并且限定通孔；
多个区段，所述多个区段设置在所述管状结构上，所述多个区段中的每个区段包括：
隔离元件，所述隔离元件设置在所述管状结构上并使围绕所述区段的井眼环空与其他区段相隔离，
流量阀，所述流量阀设置在所述管状结构上并且能够在打开状态与关闭状态之间选择性地操作，从而允许及阻止所述通孔与所述井眼环空之间的流体连通，
筛管，所述筛管设置在所述管状结构上并与所述井眼环空连通，以及
封闭件，所述封闭件设置在所述管状结构上并且至少阻止从所述通孔至所述筛管的流体连通；以及
工作管柱，所述工作管柱限定出口，并且所述工作管柱在所述管状结构中在同一行程中相对于每个区段被操纵成：打开所述流量阀、在所述通孔中相对于打开的所述流量阀定位、将处理物从所述出口穿过打开的所述流量阀传送至所述区段以及关闭所述流量阀。

2.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述隔离元件包括可膨胀式封隔器、液压设定式封隔器或机械设定式封隔器。

3.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述流量阀包括套筒，所述套筒能够在所述通孔中在(a)关闭状态与(b)打开状态之间移动，所述关闭状态阻止穿过所述管状结构中的至少一个流动端口的流体连通，所述打开状态允许穿过所述至少一个流动端口的流体连通。

4.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述封闭件能够在(a)关 闭状态与(b)打开状态之间选择性地操作，所述关闭状态阻止所述通孔与所述筛管之间的流体连通，所述打开状态允许所述通孔与所述筛管之间的流体连通。

5.  根据权利要求4所述的组件，其中，所述封闭件包括套筒，所述套筒能够在所述通孔中在(a)关闭状态与(b)打开状态之间移动，所述关闭状态阻止穿过所述管状结构中的至少一个流动端口的流体连通，所述打开状态允许穿过所述至少一个流动端口的流体连通。

6.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述封闭件包括单向阀，所述单向阀设置在所述管状结构上并且流体连通所述筛管与所述通孔，所述单向阀允许从所述筛管至所述通孔中的流体连通并阻止从所述通孔至所述筛管的流体连通。

7.  根据权利要求6所述的组件，其中，所述单向阀包括：
壳体，所述壳体设置在所述管状结构上并使所述筛管与所述管状结构中的至少一个流动端口连通；以及
止回球，所述止回球以可移动的方式设置在所述壳体中，所述止回球允许从所述筛管至所述至少一个流动端口的流体连通并阻止从所述至少一个流动端口至所述筛管的流体连通。

8.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述筛管包括第一筛管区段和第二筛管区段，所述第一筛管区段和所述第二筛管区段设置在所述管状结构上并且位于所述管状结构中的至少一个流动端口的两侧上，所述筛管区段与所述至少一个流动端口连通。

9.  根据权利要求8所述的组件，其中，所述封闭件能够在(a)关闭状态与(b)打开状态之间选择性地操作，所述关闭状态阻止穿过所述至少一个流动端口在所述通孔与所述筛管区段之间的流体连通，所述 打开状态允许穿过所述至少一个流动端口在所述通孔与所述筛管区段之间的流体连通。

10.  根据权利要求9所述的组件，其中，所述封闭件包括套筒，所述套筒能够在所述通孔中在所述关闭状态与所述打开状态之间移动。

11.  根据权利要求8所述的组件，其中，所述封闭件包括单向阀，所述单向阀设置在所述管状结构上并且流体连通所述第一筛管区段和所述第二筛管区段与所述至少一个流动端口，所述单向阀允许从所述第一筛管区段和所述第二筛管区段至所述至少一个流动端口中的流体连通并阻止从所述至少一个流动端口至所述第一筛管区段和所述第二筛管区段的流体连通。

12.  根据权利要求11所述的组件，其中，所述单向阀包括：
壳体，所述壳体设置在所述管状结构上并使所述筛管区段与所述至少一个流动端口连通；以及
第一止回球和第二止回球，所述第一止回球和第二止回球以可移动的方式设置在所述壳体中，所述第一止回球和所述第二止回球中的每一者均允许从所述筛管区段中的一个筛管区段至所述至少一个流动端口的流体连通并阻止从所述至少一个流动端口至所述一个筛管区段的流体连通。

13.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述工作管柱在同一行程中被操作成在所有所述区段的处理之后打开所述封闭件。

14.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述工作管柱包括致动工具，所述致动工具能够操作成在所述通孔中在同一行程中打开及关闭所述区段的所述流量阀。

15.  根据权利要求14所述的组件，其中，所述致动工具能够以液压的方式进行操作。

16.  根据权利要求14所述的组件，其中，所述致动工具能够操作成在所述通孔中在同一行程中至少打开所述区段的所述封闭件。

17.  根据权利要求1所述的组件，其中，所述工作管柱定位成在所述通孔中相对于打开的所述流量阀不被密封。

18.  一种用于井眼的多区域地层处理组件，所述多区域地层处理组件包括：
管状结构，所述管状结构设置在所述井眼中并且限定通孔；
多个区段，所述多个区段设置在所述管状结构上，所述多个区段中的每个区段包括：
用于使所述区段的井眼环空与其他区段相隔离的装置，
用于选择性地允许及阻止从所述通孔穿过第一流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置，
用于过筛从所述井眼环空穿过第二流动路径至所述通孔的流体连通的装置，以及
用于至少阻止从所述通孔穿过所述第二流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置；以及
工作管柱，所述工作管柱相对于所述区段中的每个区段定位在所述通孔中，并且所述工作管柱具有用于在同一行程中将处理物传送至所述区段中的每个区段的装置。

19.  根据权利要求18所述的组件，其中，所述工作管柱包括致动装置，所述致动装置用于致动所述用于选择性地允许及阻止从所述通孔穿过所述第一流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置。

20.  根据权利要求18所述的组件，其中，所述用于选择性地允许及阻止从所述通孔穿过所述第一流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置包括用于选择性地打开及关闭所述管状结构中的第一流动端口的装置，所述第一流动端口使所述通孔与所述井眼环空连通。

21.  根据权利要求18所述的组件，其中，所述用于至少阻止从所述通孔穿过所述第二流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置包括用于选择性地允许及阻止从所述通孔穿过所述第二流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置。

22.  根据权利要求21所述的组件，其中，所述用于选择性地允许及阻止从所述通孔穿过所述第二流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置包括用于选择性地打开及关闭所述管状结构中的第二流动端口的装置。

23.  根据权利要求22所述的组件，其中，所述工作管柱包括致动装置，所述致动装置用于致动所述用于选择性地打开及关闭所述管状结构中的所述第二流动端口的装置。

24.  根据权利要求18所述的组件，其中，所述用于至少阻止从所述通孔穿过所述第二流动路径至所述井眼环空的流体连通的装置包括用于专门地允许过筛流体穿过所述第二流体路径至所述通孔中的流体连通的装置。

25.  根据权利要求18所述的组件，其中，所述工作管柱定位成在所述通孔中相对于每个区段是未密封的。

26.  一种用于井眼的多区域地层处理方法，所述方法包括：
将所述井眼的围绕组件的井眼环空隔离成多个隔离区域，所述组件在每个隔离区域中均具有使所述组件的通孔与所述井眼环空连通的筛管和第一端口；
将工作管柱定位在所述组件的所述通孔中；以及
在未将所述工作管柱密封在所述通孔中的情况下，通过下述步骤对所述隔离区域中的每一者进行处理：
用所述工作管柱选择性地打开所述组件中的处于所述隔离区域处的所述第一端口，
使处理物沿所述工作管柱向下流动穿过打开的所述第一端口至所述隔离区域，
至少阻止从所述通孔穿过所述组件上的处于所述隔离区域处的所述筛管至所述井眼环空的流体连通，以及
在处理之后，用所述工作管柱选择性地关闭所述隔离区域处的所述第一端口。

27.  根据权利要求26所述的方法，其中，将所述组件定位在所述井眼中包括将所述组件定位在具有穿孔的套管中、定位在具有槽的可膨胀衬管中或者定位在裸眼井中。

28.  根据权利要求27所述的方法，其中，将所述井眼的围绕所述组件的所述井眼环空隔离成多个隔离区域包括将隔离元件靠着所述套管的壁、所述可膨胀衬管的壁或所述裸眼井的壁接合在所述组件上。

29.  根据权利要求26所述的方法，其中，将所述工作管柱定位在所述组件的所述通孔中包括将所述工作管柱定位成在所述组件的所述通孔中是未密封的。

30.  根据权利要求26所述的方法，其中，用所述工作管柱选择性地打开所述组件中的处于所述隔离区域处的所述第一端口包括用所述工 作管柱使所述组件中的套筒移位离开所述第一端口。

31.  根据权利要求30所述的方法，其中，使所述处理物沿所述通孔向下流动穿过打开的所述第一端口至所述隔离区域包括使所述处理物流动穿过所述工作管柱中的相对于所述打开的第一端口定位的出口。

32.  根据权利要求26所述的方法，其中，至少阻止从所述通孔穿过所述组件上的处于所述隔离区域处的所述筛管至所述井眼环空的流体连通包括选择性地阻止从所述通孔至所述井眼环空的流体连通。

33.  根据权利要求32所述的方法，还包括通过下述步骤准备所述隔离区域中的每一者以便用于生产：
用所述工作管柱选择性地打开所述组件中的处于所述隔离区域处的的第二端口，所述第二端口使所述通孔与所述筛管连通；以及
允许从所述井眼环空穿过所述隔离区域处的所述筛管和所述打开的第二端口至所述通孔中的流体连通。

34.  根据权利要求33所述的方法，还包括过筛从所述隔离区域的所述井眼环空穿过所述筛管和打开的所述第二端口至所述组件的所述通孔中的流体。

35.  根据权利要求33所述的方法，还包括在选择性地打开所述第二端口之后专门地阻止从所述通孔穿过所述筛管至所述隔离层的所述井眼环空的流体连通。

36.  根据权利要求33所述的方法，其中，用所述工作管柱选择性地打开所述组件中的处于所述隔离区域处的所述第二端口包括用所述工作管柱使所述组件中的套筒移位离开所述第二端口。

多区域过筛压裂系统
相关技术的交叉引用
本申请为于2012年11月6日提交的美国申请13/670,125的PCT专利申请，美国专利申请13/670,125为于2012年7月10日提交的美国申请13/545,908的部分继续申请案，美国专利申请13/670,125要求于2011年7月12日提交的美国临时申请61/506,897的优先权，美国申请13/545,908和美国临时申请61/506,897通过参引并入本文并且要求其优先权。
背景技术
某些储层中的井需要以液压的方式被压裂以促进生产率并使井在商业上可行。对该过程而言，井通过支撑剂(例如砂子等)被压裂以处理地层并提高产量。在很多情况下，在单个井眼中执行多次压裂以处理地层中的感兴趣的各个层。在这些储层中的一些储层中，需要压裂的井处于深水区，在深水区处，生产设备不能处理任何产生的固体，例如地层砂或压裂支撑剂。
目前，用于这些储层的完井使用单程多区域系统，单程多区域系统允许操作者在井眼中以单次行程压裂多个层，并且一些单程多区域压裂系统使用井筛管来防止支撑剂在操作期间回流。不幸的是，目前的具有井筛管的单程多区域系统需要使用服务性跨接工具以进行操作。这些系统中的跨接工具将流体流动路径从工作管柱跨接至井筛管外的环空或者从井筛管外的环空跨接至工作管柱。
使用这些系统和跨接工具有多个缺点。例如，系统和跨接工具非常复杂且难以安装并操作。由于粘在井中的可能性很大，因此系统和跨接工具还承受极大的风险。
虽然迄今为止几乎还没有实现利用单程多区域压裂系统进行压裂操作，但由于深水操作中的潜在的节约性，因此对这些系统具有很
大的兴趣。所需的是一种能够克服或者至少减小上述问题中的一个或更多个问题的影响的单程多区域压裂系统。
发明内容
用于井眼的多区域地层处理组件具有设置在井眼中并且限定了通孔的管状结构。该组件可以用于诸如压裂操作、压裂充填操作、砾石充填操作或其他操作之类的地层处理。在管状结构上设置有区段，并且每个区段均具有隔离元件、流量阀、筛管和封闭件。
隔离元件使围绕区段的井眼环空与沿着井眼的其他区段隔离，该隔离元件可以为可膨胀式封隔器、液压设定式封隔器或机械设定式封隔器。如果需要，可以在井眼环空中设置流动管，并且流动管可以穿过隔离元件在区段中的一个或更多个区段之间连通。例如，流动管可以在压裂充填操作期间用于区段的井眼环空中的流体的脱水。
流量阀能够在打开状态与关闭状态之间选择性地操作，以允许或阻止通孔与井眼环空之间的流体连通。流量阀在被打开时主要用于将处理物通过第一流动路径传送到区段的井眼环空中。
设置在管状结构上的筛管与井眼环空连通并且可以通过第二流动路径与组件的通孔连通。封闭件至少阻止从管状结构的通孔至筛管的流体连通。例如在一种情况下，封闭件阻止从通孔至筛管的流体连通。这种情况用于当执行地层处理时。然而，在另一种情况下，封闭件允许从筛管至通孔的流体连通。这种状态用于在处理操作之后以使得生产流体可以通过筛管连通到通孔中。
在一种结构中，流量阀为具有壳体和封闭元件的诸如内套筒或内嵌件之类的滑动套筒，其能够在流量阀中相对于流动端口移动。内套筒可以在关闭状态或打开状态之间移动，以阻止及允许穿过流动端口的流体连通。
在某些实施方式中，为了移动内套筒，例如可以在管状结构中设置插塞或球以接合设置在内套筒中的座。随后，施加在坐置的插塞上的流体压力随后使内套筒移动成打开以暴露流动端口。
在其他实施方式中，可以不使用插塞或球来移动内套筒。代替地， 除了球和座装置或者作为球和座装置的替代性方案，可以通过移位工具将流量阀的内套筒移动成打开及关闭。特别地，工作管柱可以在管状结构的通孔中延伸，并且可以使用工作管柱上的致动工具来打开及关闭每个区段的流量阀。
在一种结构中，封闭件也可以具有内套筒，内套筒可以至少通过工作管柱的移位工具被打开。在地层处理完成之后执行封闭件的打开，使得组件可以用于生产操作。因此，作为内套筒的封闭件可以选择性地阻止及允许从筛管经由第二流动路径至组件的通孔的流体连通。
然而，为了防止在处理期间穿过筛管的流体损失，封闭件优选地具有单向阀或止回阀，该单向阀或止回阀布置成使筛管与通孔之间流体连通。止回阀至少阻止从管状结构的通孔至筛管的流体连通。因此，止回阀可以仅阻止从组件的通孔经由第二流动路径至筛管的流体连通。
在一种结构中，筛管具有第一筛管区段和第二筛管区段，第一筛管区段和第二筛管区段设置在管状结构上并且设置在管状结构中的流动端口的两侧上。这两个筛管区段可以使来自井眼环空的过筛流体连通至流动端口。在该种结构中，封闭件设置在管状结构上并且设置成使第一筛管区段和第二筛管区段与流动端口之间流体连通。
特别地，内套筒可以相对于管状结构中的与筛管区段连通的流动端口选择性地打开及关闭。然而，在流动端口与筛管区段之间插置有具有止回球和流动通道的止回阀。止回球能够移动以允许或阻挡穿过流动通道的流体连通。例如，在一种情况下，止回球允许从筛管区段穿过流动通道至流动端口的流体连通，而在另一种情况下，止回球阻止从流动端口穿过流动通道至筛管区段的流体连通。
在用于井眼的多区域地层处理方法中，在井眼中设置有组件，并且井眼的围绕该组件的环空被隔离成多个隔离层以对这些隔离层进行处理。为了隔离环空，例如，该方法可以涉及将隔离元件靠着井眼接合在组件上。
工作管柱设置在组件的通孔中。用处理流体对隔离层中的每个隔离层进行处理涉及用工作管柱选择性地打开组件中的处于给定隔离 层处的第一端口。随后，处理流体沿着工作管柱向下流动穿过打开的第一端口至隔离层。同时选择性地阻止了从井眼环空穿过组件上的处于该隔离层处的筛管至组件的通孔的流体连通。
在该隔离层处的处理之后，用工作管柱选择性地关闭第一端口。当完成对各个层的所有处理操作时，该组件被设置成用于生产。随后，工作管柱在同一行程中打开封闭件，从而允许井眼环空中的流体流动穿过筛管并进入组件的通孔中。随后，可以用组件上的筛管将从隔离层的环空流通的流体过筛到组件的通孔中。然而，组件上的止回阀阻止了从通孔穿过筛管至隔离层的环空的流体连通。
前述发明内容并不意在概括本公开的每种可能的实施方式或每个方面。
附图说明
图1示出了根据本公开的设置在套管的井眼中并具有带压裂阀和流动装置的区段的多区域过筛压裂系统。
图2A示出了具有脱水管的图1的多区域过筛压裂系统。
图2B示出了具有可膨胀衬管的图1的多区域过筛压裂系统。
图3示出了根据本公开的设置在裸井眼中并具有带压裂阀和流动装置的区段的多区域过筛压裂系统。
图4示出了根据本公开的设置在未套管的井眼中并且利用了与压裂阀和流动装置结合的工作管柱的多区域过筛压裂系统。
图5示出了具有流动管的图4的多区域过筛压裂系统。
图6A示出了用于所公开的多区域过筛压裂系统的流动装置的局部截面图。
图6B示出了用于图6A的流动装置的止回阀的细节图。
图6C示出了图6A的流入流量控制装置的单独的局部截面图。
图7A至图7B示出了用于所公开的多区域过筛压裂系统中的流量阀的处于关闭状态及打开状态的流量阀多选择滑动套筒的局部截面图。
图8A至图8B示出了用于在用于图4至图5的所公开的系统的工作管柱上使用的移位工具。
图9A至图9D示出了根据本公开的设置在未套管的井眼中并且利用了与压裂阀和流动装置结合的工作管柱的另一多区域过筛压裂系统。
图10A至图10B示出了用于所公开的系统的处于关闭位置及打开位置的另一压裂阀的局部截面图。
图11示出了用于所公开的系统的另一流动装置的局部截面图。
具体实施方式
公开了多区域过筛压裂系统的各种实施方式。该系统不需要现有技术中所需的跨接工具。在某些实现中，系统的某些实施方式甚至不需要整套的服务性工具。为了在套管的井眼或裸井眼中的多个层上执行压裂操作，该系统包括：(1)具有一体的单向阀或止回阀的井筛管，(2)压裂阀，以及(3)可选的用于浆液脱水的分流管。该系统还可以包括光纤技术。
在根据本公开的第一实施方式中，图1示出了多区域过筛压裂系统10，多区域过筛压裂系统10设置在套管的井眼中并且具有带压裂阀30和流动装置40的区段28，流动装置40包括井筛管46和封闭元件48。系统10包括设置在套管12中的上完井或工作管柱14。管柱14接合在压裂组件20的生产管柱22的井口端24中，并且可以通过可选的封隔器16接合套管12。
在内部，压裂组件20的生产管柱22具有通孔25，通孔25沿着管柱22的长度连通并与完井管柱14连通。在外部，压裂组件20具有隔离装置18——例如但不限于液压式、机械式或可膨胀式封隔器，以密封套管12中的生产管柱22。封隔器18中的一个封离器设置在管柱22的井口端24处，而其他封隔器18沿着生产管柱22的长度设置。由封隔器18分开的压裂组件20具有多个区段28，区段28以多种间隔设置或者设置在周围地层中的感兴趣的各个层处。在压裂组件20的井下端26处，压裂组件20具有用于在压裂操作期间接合坐封 球54的底部座50。
每个区段28均具有选择性压裂阀30和流动装置40。给定的区段28中的选择性压裂阀30和流动装置40中的每一者均通过封隔器18与其他区段28分开，封隔器18使井眼环空15与相应的区段28隔离。如所示出的，选择性压裂阀30在各个区段28中都设置在流动装置40的井口处。作为替代性方案，选择性压裂阀30在区段28中可以设置在流动装置40的井下处。
选择性压裂阀30具有一个或更多个端口32，所述一个或更多个端口32在操作期间可以通过封闭元件34(例如内套筒)选择性地敞开或封闭。在这种结构中并且如以下更详细地讨论的，例如，选择性压裂阀30中的每个压裂阀在压裂操作期间可以通过利用部署在井底的压裂插塞或压裂球36来打开，以使压裂法30的端口32与周围的环空15连通。当在井中执行处理时，这些下放的插塞或球36选择性地打开压裂阀30并隔离下部的区段28，因此选择性压裂阀30可以将压裂处理沿压裂组件20向上顺序地转移至感兴趣的相邻层。
用于每个区段28的流动装置40与套管12中的穿孔13相邻地设置或者设置在穿孔13附近。在本文中所公开的组件和其他组件中，流动装置40使用具有一体的封闭元件48(例如单向阀或止回阀)的井筛管46来控制穿过流动装置40的流体流。特别地，每个流动装置40专门地过筛穿过第一流动路径(即，从井眼环空15穿过流动装置40至组件20的通孔25)的流体连通。同时，流动装置40专门地阻止从组件20的通孔25沿着该第一流动路径至井眼环空15的流体连通。因此，井筛管46过筛从井眼环空15沿着第一流动路径至通孔25的流体流。然而，流动装置40不允许沿着与该流动路径相反的方向的流体流，并且专门地阻止从通孔25穿过井筛管46至井眼环空15的流动。
特别地，流动装置40可以各自包括井筛管46和封闭元件48，流动装置40可以是诸如购自威德福国际的FloReg^TM Deploy-Assist(DA)装置之类的流入控制装置。优选地，封闭元件48不具有喷嘴并且在系统10中主要用作止回阀，但是在其他结构中可以使用喷嘴来获得产生流体中的压力差。以下，在图6A至图6C中提供了具有井筛管46和封闭元件48的适当的流动装置40的更多的细节，流动装置40 可以是诸如FloReg^TM Deploy-Assist(DA)装置之类的流入控制装置。此外，美国专利No.6,371,210和No.7,828,067中也公开了用于与井筛管46一起使用的封闭元件48的适当的流入控制装置的细节，上述美国专利通过参引全部并入本文。
在本文中所公开的组件和其他组件中，每个选择性压裂阀30均选择性地允许及阻止流体通过第二流动路径(即在组件20的通孔25与井眼环空15之间)连通。特别地，选择性压裂阀30可以为诸如购自威德福国际的ZoneSelect^TM的多次移位压裂滑动套筒之类的滑动套筒。选择性压裂阀30设计成在球36坐置在设置于选择性压裂阀30中的坐置件(未标记)上并且随后被施加有管压力以使选择性压裂阀30受剪切力而打开时打开，从而使通孔25暴露于周围的环空15。此外，一旦适量的支撑剂被泵送到先前处理过的区段28中，则用于区段28的球36从该表面下放。以下，在图7A至图7B中提供了诸如ZoneSelect^TM的多次移位压裂滑动套筒之类的适当的多次移位滑动套筒的其他细节。
在本文中所公开的组件和其他组件10中，压裂操作使用一系列封隔器18和选择性压裂阀30以顺序地隔离并处理井下地层的不同区域或区段28。首先，具有封隔器18、选择性压裂阀30和流动装置40的组件20延伸到井下并利用已知技术来设置。最后，底部插塞或球54被泵送到井下以切断通过组件的底部端50的流动路径。
接下来，操作者设定封隔器18以沿井眼环空15向下形成多个隔离区段28。封隔器18如何设定取决于所使用的封隔器18的类型。例如，可以使用沿组件的通孔25向下泵送的液压压力来设定封隔器18。封闭的底部端50、封闭的压裂阀30和一体的封闭元件48防止了在设定过程期间组件20中的流体压力逸出到环空15。不同类型的封隔器18的使用将需要其他已知过程。
一旦封隔器18被设定，操作者就通过选择性地打开选择性压裂阀30并允许处理流体穿过敞开端口32与地层的相邻层相互作用而将压裂处理顺序地应用至隔离区段28中的每个隔离区段。例如，为了打开每个压裂阀30，操作者将特定尺寸的插塞或球36下放到组件20中并使这些插塞或球36坐置到指定的压裂阀30上的相应的座(未示出)上。通常，球36的尺寸沿井眼从下到上增大，使得较小的球36在接合较远的井下的为其指定的座之前可以穿过所有的井上压裂阀30上的座(未示 出)。例如，在分别使用3.5英寸、4.5英寸和5.5英寸的压裂阀30时，一系列插塞或球36可以允许压裂井眼中的高达13、19和21个区段。可以通过利用管托套筒(未示出)来添加额外的区段。
一旦所下放的球36被安置，则球36封闭刚处理过的下部区段28，并且安置的球36上聚集的压力迫使压裂阀30打开，因此压裂流体可以穿过敞开的流动端口32与地层的相邻层相互作用。操作者沿组件20向上重复该过程以通过顺序地下放较大的球36靠住压裂阀30中的较大的座(未示出)的来处理所有的区段28。一旦压裂处理完成，则组件20中的流可以使所有的球36浮到表面，或者操作者可以从压裂阀30铣磨球36和球座(未示出)。最后，在压裂随后，系统10可能需要清洗行程，在该清洗行程中，流体冲洗剂沿组件10向下泵送以清理过量的或剩余的支撑剂和压裂流体。
图1的多区域压裂系统10可以实现更大的流量并且可以提高储层性能，同时：上下完井仅需要一次行程、使用标准的封隔器、不需要跨接工具并且提供了更小的风险。系统10还可以具有任何适当的长度以及区段28之间的间隔。在利用基于光纤的传感器系统(未示出)进行压裂时，由于使用光纤，因此不需要湿接头，并且系统10允许进行监测。
在根据本公开的第二实施方式中，图2A的多区域过筛压裂系统10与图1的多区域过筛压裂系统10类似，因此，相似的部件用相同的附图标记示出。然而，与先前的结构相比，该系统10具有脱水管(即浆料管或流动管)60，脱水管60沿着组件20从在井上端24处的可选的封隔器16延伸至井下端26附近的最下的封隔器18设置。尽管脱水管60可能存在障碍问题，但是任何潜在的问题都可以通过在套管12中在井口延伸生产封隔器(未示出)来缓解。
脱水管60利用流动端口(未示出)等与区段28的每个区段的井眼环空15连通。另外，管60穿过隔离区段28的封隔器18。管60的使用在实施压裂充填操作时是有益的，压裂充填操作涉及压裂感兴趣的层并且随后围绕井筛管46砾石充填井眼环空15。以这种方式，系统10中的管60允许系统10使在被执行时的环空砾石充填脱水。
在压裂操作随后，图2A中的系统10可能需要清洗行程并且在 下第三系中可能需要3毫米至4毫米。图2A的多区域压裂系统10可以在不需要跨接工具并提供了更小的风险的同时提供更高的速率并提高了储层性能。系统10可以为任何长度和间隔、可以因光纤而消除对湿接头的需要、并且允许在压裂的同时进行监测。
如以上在图1和图2A中指出的，可以在套管的井眼中使用系统10，套管的井眼具有带穿孔13的套管12。可以使用其他完井结构。例如，代替具有穿孔套管12的井眼，井眼可以具有可膨胀的预开槽或预穿孔的衬管17a，如图2B所示。按照惯例，这种可膨胀式衬管17a可以通过设置在套管12中的衬管挂钩和封隔器组件17b悬吊。在衬管挂钩和封隔器组件17b的下面，可膨胀式衬管17a延伸到裸井眼区段中。可膨胀式衬管17a在要开采的地层的这些层中可以具有槽或穿孔(未示出)。尽管未被示出，但是可膨胀式衬管17a可以构造成使用模块化部件来适应地层的层，所述模块化部件包括例如在威德福的可膨胀储层完井系统中使用的可膨胀式衬管或砂筛管区段、坯料管区段以及可膨胀的分区隔离接头。
通过本公开的益处，本领域中的技术人员将理解到衬管挂钩和封隔器组件17b以及可膨胀式衬管17a如何安装在井眼中，因此，此处不提供特定的细节。简而言之，衬管挂钩和封隔器组件17b以及可膨胀式衬管17a向井下设置，并且挂钩和封隔器组件17b通过下放球并施加压力来设定。随后利用衬管膨胀工具来执行衬管17a的膨胀。一旦衬管17a被设定，就可以通过如先前所描述的设置压裂组件20来执行压裂操作。
除了以上指出的套管的或衬管的井眼之外，多区域过筛压裂系统10还可以用于裸眼井的完井。在根据本公开的第三实施方式中，例如，图3的多区域过筛压裂系统10用于裸眼井的完井并且具有许多与相先前所描述相同的部件，因此相同的附图标记用于类似的部件。与图1和图2A至图2B的套管的或衬管的眼井结构相比，图3中的系统10使用裸眼井封隔器19。这些封隔器19可以是用于裸眼井的可膨胀式和/或液压设定式封隔器。
在压裂操作随后，系统10可能需要清洗操作。如前所述，压裂阀30设置在流动装置40的井上处，但是压裂阀30在每个区段28中可以设置在流动装置40的井下处。作为另一替代性方案，也可以 沿着组件10使用浆料脱水管(未示出)。
图3的多区域压裂系统10提供了最大的速率和提高的储层性能。系统10可以具有任何长度和任何间隔。系统10不需要执行穿孔并且使得在其实施中可以减小一个套管尺寸，这可以显著地节约成本。最后，系统10不必为了使用光纤而需要湿接头，并且系统10允许在压裂的同时进行监测。
在根据本公开的第四实施方式中，如同图3的实施方式那样，图4中的多区域过筛压裂系统10也用于裸眼井的完井。与先前的结构不同，该系统10具有工作管柱70，工作管柱70设置在压裂组件20中以打开各个压裂阀30并处理地层中的部分地层。如所示出的，工作管柱70具有设置在出口端口72附近的外密封件76。下放球74可以坐置在工作管柱70的远端座中以使从工作管柱70向下流动的流体转向离开出口端口72并且进入压裂阀30中的开口端口32，从而对周围地层进行处理。
用于图4的系统10的压裂操作涉及向井下延伸组件20并设定封隔器19以沿井眼环空15向下形成多个隔离区段28。一旦封隔器19被设定，由于没有使用下放球，因此操作者通过用工作管柱70上的移位工具78选择性地打开选择性压裂阀30而向隔离区段28的每个隔离区段顺序地应用压裂处理。
以下参照图7A至图7B以及图8A至图8B提供了关于打开压裂阀30的细节。通常，移位工具78可以为用于使压裂阀30中的内套筒34相对于阀端口32移位的“B”形移位工具。因此，打开给定的压裂阀30涉及用移位工具78接合阀的内套筒34的合适的轮廓并用工作管柱70将内套筒34移动到打开状态，以使得组件的通孔25经由此时敞开的端口32与井眼环空15连通。
一旦给定的压裂阀30被打开，则工作管柱70上的密封件76就可以在敞开端口32的井上侧和井下侧上接合该压裂阀30中的或组件20中的其他位置中的内座38、表面、密封件等并对上述内座38、表面、密封件等进行密封。密封件76可以使用设置在内工作管柱70上的弹性体密封件或其他类型的密封件，并且座38可以为位于该压裂阀30或组件20的其他部件内的被抛光的座或表面以接合密封件 76。尽管被示出为具有这种构型，但是可以使用相反的结构，在该相反的结构中，在压裂阀30或组件20的内侧上具有密封件，并且在工作管柱70上具有座。
一旦工作管柱70被安置，处理流体就沿工作管柱70的通孔75向下流动至压裂阀30中的密封且敞开的端口32。处理流体流动穿过工作管柱70中的出口端口72并穿过敞开端口32流向周围的井眼环空15，这允许处理流体与地层的相邻层相互作用。
一旦对给定层完成处理，操作者就操纵工作管柱70以使移位工具78接合在压裂阀30中从而关闭端口32。例如，移位工具78可以接合压裂阀30的内套筒34上的另一适当的轮廓以移动套筒34并关闭端口32。这时，工作管柱70可以在组件20中移动以打开压裂阀30中的另一压裂阀以执行处理。操作者沿组件20向上重复该过程以对所有的区段28进行处理。一旦压裂处理完成，则系统10可能不需要清洗行程。
与常规的单程多区域系统相比，图4的多区域压裂系统10能具有更高的速率，并且能提高储层性能。系统10可以具有任何适当的长度和间隔、使得可以减小套管尺寸、不需要穿孔，并且不需要清洗行程。对于特定的实现手段而言，应当考虑到在操作期间可能会粘住工作管柱70并且可能会发生环空充填。
在第五实施方式中，如同图4的先前实施方式那样，图5的多区域过筛压裂系统10也具有工作管柱70。除了所有这些相同的部件以外，该系统10还具有沿着各个区段28设置的浆料脱水管80。
在与上述压裂操作类似的压裂操作期间，管80帮助浆料脱水，浆料用于在压裂充填式操作期间砾石充填区段28的井眼环空15。另外，管80在操作期间可以用作流体回流物的旁路。当处理流体从坐置在压裂阀30中的工作管柱70穿过敞开端口32并进入到井眼环空15中时，井筛管46过筛来自环空15的流体回流物，并且流体回流物可以流向组件20中并流向工作管柱70在组件20中的接合部的井下处。因此，管80可以允许这些流体回流物从组件20的井下区段流向工作管柱70与组件20的内侧之间的微环空并流向工作管柱70与端口32的密封接合部的井上处。此后，流体回流物可以流向表面。
与常规的单程多区域系统10相比，图5的多区域压裂系统10可以具有更高的速率，并且可以提高储层性能。此外，系统10可以具有任何长度和间隔、使得可以减小套管尺寸、不需要穿孔、不需要清洗行程，并且可以进行良好的环空充填。对于特定的实现而言，应当考虑到工作管柱70可能粘住。
如上所述，图1至图5中的多层压裂系统10的各个实施方式都使用了设置在压裂组件20上的流动装置40，并且流动装置40包括井筛管46和封闭元件48(即单向阀或止回阀)。现在转到图6A至图6B，分别以局部截面图和细节图示出了可以用于所公开的系统10的流动装置150。该流动装置150为具有设置在基管152上的筛管套160(即井筛管)和流入控制装置170(即单向阀或止回阀)的筛管接头。(图6C以单独的视图示出了流入控制装置170而没有示出基管152和筛管套160。)
流动装置150设置在完井管柱(22：图1至图5)上，其中，筛管套160通常安装在流入控制装置170的上游处，但是这并非严格必需。基管152限定了通孔155并且在用于连接至另一接头等的一端上具有联接跨接件156。另一端154可以连接至完井管柱22上的另一接头的跨接件(未示出)。在通孔155内基管152限定了管端口158，流入控制装置170设置在管端口158处。
如上所述，流入控制装置170可以类似于购自威德福国际的FloReg部署-辅助(DA)装置。如图6B最佳地示出的，流入控制装置170具有外套筒172，外套筒172围绕基管152设置在管端口158的位置处。第一端环174通过密封元件175密封至基管152，并且第二端环176附接至筛管套160的一端。总体上，套筒172限定了围绕基管152的环空，该环空使管端口158与筛管套160连通。第二端环176具有流动端口180，流动端口180将套筒的环空分成与筛管160连通的第一内空间186以及与管端口158连通的第二内空间188。
对于这一部分，筛管套160围绕基管152的外侧设置。如所示出的，筛管套160可以为线材包缠的筛管，该线材包缠的筛管具有沿着基管152纵向地设置的杆或肋164，其中，线材162绕该杆或肋包缠的缠绕物形成各个狭槽。流体可以从周围的井眼环空传送至筛管套160与基管152之间的环形间隙。尽管被示出为线材包缠的筛管，但 是筛管套160可以使用任何其他形式的筛管组件，包括金属网状筛管、预充填筛管、保护壳筛管、可膨胀的砂筛管或其他结构的筛管。
在内部，流入控制装置170具有多个(例如十个)流动端口180。除通过利用多个打开或关闭的喷嘴(未示出)来提供沿着筛管套160的预定压降以外，如图6A至图6C中示出的流入控制装置170可以没有通常使用的用于内部流动端口180的限制性喷嘴和关闭销。代替地，在期望获得从筛管套160至基管152的压降的情况下，尽管给定的实现可以使用这种喷嘴，但是流动端口180也可以是相对不受限的流动通道并可以没有典型的喷嘴。
然而，在内部，流入控制装置170包括端口隔离球182，端口隔离球182允许装置170作为单向阀或止回阀操作。根据流动方向或内空间186与内空间188之间的压力差，端口隔离球182可以移动至打开状态(图6B中的右方)或者移动至关闭状态(图6B中的左方，靠住流动端口180的座端184)，打开状态允许从筛管的内空间186至管的内空间188的流体连通，关闭状态阻止从管的内空间188至筛管的内空间186的流体连通。
通常，流入控制装置170可以有利于在部署和井清洗期间的流体循环，并且可以用于裸眼井封隔器的非中止部署和设定中。例如，在部署中，隔离球182使穿过压裂组件20的完井靴状部(50：图1至图5)的流体循环最大化以辅助完井管柱22和组件20的有效部署。当容置部件172、174、175和176设置在基管150上时，隔离球182被保持就位。在初始安装和生产期间，隔离球182可以防止地层涌进，从而减小对地层的损坏。在一些结构中，装置170内的隔离球182可以构造成在一段时间内腐蚀，从而允许获得用于诸如增产措施之类的修井活动的间隔。
在期望获得从筛管套160至基管152的压降的情况下，流动端口180可以包括喷嘴(未示出)，喷嘴限制过筛流体(即流入的流体)从筛管套160向管的内空间188的流动。例如，流入控制装置170可以具有十个喷嘴，尽管其可能全部都未打开。在特定的实现中，操作者可以将多个这样的喷嘴设定成在表面处打开以构造用于在井下使用的装置170。根据打开的喷嘴的数目，装置170从而可以沿着这样的流动装置150的管柱产生可构造的压降。
如上所述，图1至图5中的多区域压裂系统10的各个实施方式都使用设置在压裂组件20上的压裂阀30，压裂阀30可以打开及关闭以使端口32与井眼环空15连通。现在转向图7A至图7B，以局部截面示出了用于所公开的多区域过筛压裂系统10的处于关闭状态(图7A)和打开状态(图7B)的压裂阀210。如上所述，压裂阀210可以为类似于威德福的ZoneSelect多次移位的压裂滑动套筒的滑动套筒，并且压裂阀210可以布置在多区域完井中的隔离封隔器之间。滑动套筒210包括具有上接头222和下接头224的壳体220。能够在壳体220内移动的诸如内套筒或内嵌件之类的封闭元件230基于内套筒230的位置来打开或关闭穿过壳体的流动端口226的流体流。
在开始向井下延伸时，内套筒230将壳体220定在成处于关闭状态(图7A)下。在该状态下，保持件235保持内套筒230朝向上接头222，并且锁定环或爪238装配到壳体220内的环形槽中。内套筒230上的外密封件236在流动端口226的上方和下方处接合壳体220的内壁以使流动端口226的上方与下方封离。另外，流动端口226可以由保护鞘227覆盖以防止碎屑进入到滑动套筒装置210中。这样的鞘227可以由诸如复合材料之类的易损材料构成。
如先前参照图1至图3所述的，滑动套筒210设计成在球36坐置在坐置件232上并且管压力被施加以移动内套筒230打开时打开。为了在压裂操作中打开滑动套筒210，例如，操作者将适当定尺寸的球36下放到井下，并将球36泵送至直到球36到达设置在内套筒230中的坐置件232为止，如图7B所示。一旦适量的支撑剂已被泵送到下地层的层中，为该特定的套筒210的坐置件232指定的球36就从表面被下放。
一旦球36被安置，就产生了在压力壳体220中压靠内套筒230的压力，从而使所述内套筒230受剪切力而离开保持件235并从壳体的环状槽释放爪238以使内套筒230可以向下滑动。随着内套筒230滑动，内套筒230去除对流动端口226的覆盖。优选地，当内套筒230移位经过流动端口226时，并没有穿过内套筒230产生压裂，这使内套筒230免于腐蚀。
为了减缓在内套筒230向下移动时对套筒210的可能的损坏，减震器240可以连接至内套筒230的下端。如图7A中所示，该减震器240首先通过剪切销242连接在内套筒230内的延伸位置中。当内套 筒230在打开期间向下移动时，减震器的远端唇状部245接合壳体的下接头224上的肩状部225，从而终止了向下移动内套筒230的能量。
在压裂作业之后，井通常被冲流干净，并且球座232和剩余的球36被铣磨。球座232可以由铸铁构造以有利于铣磨，并且球36可以由铝或非金属材料构成。一旦完成铣磨，内套筒230就可以通过使标准“B”形移位工具位于内套筒230中的工具轮廓234和236上来关闭或打开，因此滑动套筒210随后可以像用“B”形工具进行移位的任何常规滑动套筒那样作用。在铣磨之后用“B”形移位工具选择性地打开及关闭滑动套筒210的能力使得操作者能够隔离组件20的特定区段(28：图1至图5)。
对于所公开的不使用球和座装置的多区域过筛压裂系统10的这些实施方式而言，例如在图4至图5中，滑动套筒210可以完全没有座232。代替如上所述的，工作管柱(70：图4至图5)具有诸如标准“B”形移位工具之类的移位工具78，移位工具78可以接合在内套筒230中的工具廓形234和236上，因此工作管柱70可以选择性地移动内套筒230并打开及关闭端口226。
现在转向图8A至图8B，论述了用于图4至图5的工作管柱70的移位工具78的细节。如图8A中针对移位工具78所示出的，在工作管柱70的上区段和下区段之间设置有心轴302，并且心轴302具有上移位元件310和下移位元件320。由于心轴302为工作管柱70的一部分，因此心轴302可以具有流体流动穿过的孔(未示出)。
在本示例中，上元件310设计成用于通过接合上轮廓234、沿工作管柱70向上滑动并在滑动套筒210中向上移位内套筒230来关闭滑动套筒(例如210：图7A至图7B)的关闭工具。同样在该示例中，下元件320设计成用于通过接合下轮廓236、沿工作管柱70向下滑动并在滑动套筒210中向下移位内套筒230来打开滑动套筒210的打开工具。还可以使用相反的结构。
如详细的剖面图中所示，关闭的移位元件310具有偏置的夹件312，偏置的夹件312围绕心轴302配装并且在两端处连接至心轴302上的止动件314和316。夹件312具有B形轮廓318，B形轮廓318包括面朝上方的肩状部、上(缩短的)凸轮和下(伸长的)凸轮。如 上所述，B形轮廓318使夹件312能够沿向上方向接合滑动套筒210中的凹进轮廓234以及沿向下方向绕过滑动套筒210中的凹进轮廓234和236。这种类型的移位元件通常被称作具有B形轮廓的B形移位工具。
移位工具78的另一结构使用如图8B中示出的双向移位元件330。在此，双向移位元件330具有偏置的夹件332，偏置的夹件332围绕心轴302配装并且在两端处连接至心轴302上的止动件334和336。夹件332具有双B形轮廓328，所述双B形轮廓328具有面朝下方的肩状部340、上凸轮342、面朝上方的肩状部345以及下凸轮347。根据滑动套筒210及其轮廓234和236的构型以及工作管柱70移动的方向，移位工具330可以通过向上/向下滑动来打开/关闭滑动套筒210。
图9A至图9D示出了根据本公开的用于裸眼井的完井的另一多区域过筛压裂系统10。与先前的结构一样，系统10具有工作管柱70，工作管柱70设置在压裂组件20中以打开各个压裂阀30并处理地层的部分地层，但是在该结构中，当在地层的各个点处传送处理物时，工作管柱70在组件20内并没有密封。
如图所示，可以在工作管柱70与套管12之间使用隔离组件20的内部通孔25的服务性封隔器17。如另外所示出的，工作管柱70具有设置在衬管封隔器16上的服务性工具77。服务性工具77可以用于液压设定封隔器16。无论所使用的构型如何，系统10的井上部件都可以用于本领域中已知的循环、挤压和取出操作。
工作管柱具有一个或更多个出口端口72并具有液压致动的移位工具78a至7时对球(74：图9B)所施加的压力来致动。一个移位工具78b可以在工作管柱70在组件20中沿井下方向延伸时打开压裂阀30，而另一移位工具78a可以在工作管柱70在组件20中沿井上方向延伸时关闭压裂阀30。对于如下所述的用移位工具78a至78b来打开及关闭流动装置40亦是如此。因此，一个移位工具78b面朝下方延伸，而另一工具78a面朝上方延伸。可以使用其他结构，并且也可以使用其他类型的移位工具。
作为一个示例，移位工具78a至78b可以各自为液压致动类型的 工业标准的B形移位工具。在移位球74被下放到工作管柱70中时，沿工作管柱70向下施加的液压压力致动移位工具78a至78b，使得移位工具78a至78b暴露弹簧加载栓以使压裂阀30和流动装置40移位成打开或关闭。移位工具78a至78b可以根据该构型用同一球74一起致动或者用不同尺寸的球74单独地致动。
如前所述，压裂组件20具有通过封隔器16支承在套管12中的生产管柱22。管柱22沿着其长度具有隔离装置19、压裂阀30和流动装置40。可以为封隔器的隔离装置19密封围绕组件20的井眼环空15并将环空15分成不同的层或区段28A至28C。每个区段28A至28C具有至少一个压裂阀30和至少一个流动装置40，如以下详细地描述的，所述至少一个压裂阀30和所述至少一个流动装置40两者都可以选择性地使管柱的通孔25与井眼环空15连通。压裂组件20在其井下端处具有用于在压裂操作期间接合设定球54以封闭管托26的底部座50。
如图所示，选择性压裂阀30在各个区段28A至28C中的每一者中均设置流动装置40的井上处。作为替代性方案，选择性压裂阀30在每个区段28A至28C中都可以设置在流动装置40的井下处。此外，给定的区段28A至28C可以具有多于一个压裂阀30和/或流动装置40。
选择性压裂阀30具有一个或更多个端口32，所述一个或更多个端口32可以在操作期间被选择性地打开或关闭。在与上述的其他结构一样的该结构中，选择性压裂阀30中的每个压裂阀都可以通过利用工作管柱70上的移位工具78a来打开以来使选择性压裂阀30的端口32与周围的环空15连通。如前所述，压裂阀30可以为滑动套筒，滑动套筒具有诸如内套筒或内嵌件之类的可移动封闭元件34，可移动封闭元件34使端口32在滑动套筒的壳体中隔离或暴露。
与压裂阀30类似，流动装置40也具有一个或更多个端口42，所述一个或更多个端口42可以在操作期间被选择性地打开及关闭。流动装置40中的每个流动装置还包括封闭件和筛管46。在该结构中，封闭件包括选择性地打开及关闭穿过流动端口42的流动的第一封闭元件44，并且该封闭件包括至少阻止从通孔25穿过筛管46的流体流的第二封闭元件48。
如先前的实施方式中所述，组件10为单程多区域压裂系统。简单地说，组件20作为设置在井眼中的生产管柱22或衬管系统的一部件沿井下方向延伸，并且衬管封隔器16被液压地设定。随后，通过选择性地打开压裂阀30来对井眼环空15的各个层或区段28A至28B执行压裂处理。
在完成压裂之后，过量的支撑剂被清理出组件20，并且由于压裂阀30主要用于压裂处理的出口端口，因此压裂阀30被关闭。为了准备组件20以便用于生产，随后通过打开第一封闭元件44(例如内套筒)以暴露流动端口42而通过工作管柱70在井眼中在同一行程中在组件20中打开流动装置40。一旦打开，流动装置40就过筛从井眼环空15进入管柱的通孔25中的流体。同时，流动装置的第二封闭元件48起作用以阻止沿相反方向的流动。如以下更详细地论述的，例如，当从组件20拉出工作管柱70并执行生产时，流动装置的可以使用单向阀或止回阀的第二封闭元件48可以防止进入地层中的流体损失。
在基本上理解了如何使用组件20的情况下，现在转向更详细地论述如何执行压裂操作。首先，当组件20延伸到井眼中时，关闭组件20上的所有的压裂阀30和流动装置40。在设定衬管封隔器16并用设定球54封闭底部座50之后，操作者沿着组件20通过合适的过程设定封隔器19以沿井眼环空15向下产生多个隔离的区段28A至28C。一旦封隔器19被设定，操作者随后就可以通过用工作管柱70上的移位工具78a至78b选择性地打开以及随后关闭选择性压裂阀30来开始顺序地向隔离的区段28A至28C中的每一者顺序地应用压裂处理。
如图9A中所示，例如，用于下部区段28A的选择性压裂阀30被打开，但是其附带的流动装置40保持关闭。为了打开该下部压裂阀30，操作者将工作管柱70定位在该压裂阀30附近并将移位球74下放至工作管柱70上的移位工具78a至78b。随后，操作者沿工作管柱70加压，并且工作管柱的孔75中所施加的压力对坐置球74进行作用并致动移位工具78a至78b。利用打开工具(例如78b)，操作者打开(例如通过将阀30中的内套筒34移位而打开)压裂阀30。一旦压裂阀30打开，操作者随后就释放所施加的压力并使流动反向， 使得工作管柱70中的坐置球74可以穿过工作管柱的孔75到表面而被取出。
例如，流动装置40可以为滑动套筒，该滑动套筒具有诸如内套筒或内嵌件之类的可移动封闭元件44，可移动封闭元件44使端口42在滑动套筒的壳体中隔离或暴露。可以通过利用工作管柱70上的移位工具78a打开流动装置40以使流动装置40的端口42通过流动装置40的筛管46与周围的环空15连通。以这种方式，流动装置40在关闭时不能使管柱的通孔25通过筛管46与井眼环空15连通，但是流动装置40在被打开时允许来自环空15的过筛流体穿过装置40上的筛管46并进入通孔25中。
此时，操作者将工作管柱70定位在敞开的压裂阀30的井上处，如图9A中所示。当在组件20中操纵工作管柱70时，工作管柱70定位成在组件的通孔25中没有相对于压裂阀30中的开口端口32密封。换句话说，如在先前的实施方式中，工作管柱70在要被处理的区段28A处没有与组件的通孔25内的密封件或座接合。
在工作管柱70没有密封在组件的区段28A中的情况下，操作者沿工作管柱70向下应用压裂处理以对对应于该区段28A的井眼环空15进行处理。流体离开工作管柱70中的端口72并沿着第一流动路径穿过压裂阀30的开口端口32流动并流向敞开的区段的井眼环空15周围的地层中。为了在压裂操作期间保持组件20中的压力，系统10可以使用实时环空技术(live annulus technique)(在没有使用服务性封隔器17或者服务性封隔器17可能被移除的情况下，或者系统10在套管12中具有服务性封隔器17的情况下使用纯挤压技术)。
在压裂处理的同时，流动装置40上的封闭件至少阻止从通孔25穿过端口42和筛管46进入井眼环空15的流体流。可以通过或者第一封闭元件44或第二封闭元件48或者通过第一封闭元件44和第二封闭元件48两者来实现阻止流动离开筛管46。优选地，第一封闭元件44还阻止从井眼环空15经由筛管46进入通孔25中的流体流。
一旦完成第一区段28A的处理，操作者就从工作管柱70取出至少一些过量的浆料，因此可以开始下一区段28B的处理。随后如图9B中所示，操作者再次沿工作管柱70向下下放移位球74，并且沿 工作管柱70加压以用坐置球74来致动移位工具78a至78b。随着工具78a至78b被致动，操作者用关闭工具78a关闭用于下部区段28A的敞开的压裂阀30。在释放压力之后，工作管柱70上升至下一区段28B中的压裂阀30。此时，操作者再次在工作管柱70中在坐置移位球74上加压，并且用致动的打开工具78b来打开该压裂阀30。在释放在工作管柱70中施加的压力并取出坐置球74之后，随后对该新的区段28B重复之前的处理过程。
随后对组件20的所有随后的区段(即28C)重复类似的过程。随后如图9C中所示，一旦完成对所有的区段28A至28C的处理，就关闭组件20上的所有压裂阀30和流动装置40。操作者执行冲洗操作。为此，工作管柱70朝组件20的管托26向下下放，并且操作者沿套管12向下泵送冲洗流体以沿工作管柱70向上取出任何残留的压裂支撑剂或其他处理物。由于关闭了所有的压裂阀30，因此对于冲洗操作而言，操作者不用担心反向流动。
在完成冲洗时，操作者随后打开所有的流动装置40，因此流动装置40的端口42与管柱的通孔25连通以接收产品。工作管柱70朝向底部管托26定位，并且操作者再次下放移位球74。压力被施加至坐置球74以致动工作管柱70上的移位工具78a至78b，并且操作者上升工作管柱70并利用打开工具78b沿组件20向上打开流动装置40的第一封闭元件44(例如内套筒)。
当流动装置40被打开时，来自井眼环空15的流体可以沿着第二流动路径流动穿过筛管46、封闭元件48和敞开端口42。当沿组件20向上打开流动装置40时，流动装置40的第二封闭元件48(例如单向阀或止回阀)在该过程期间防止从管柱的通孔25至环空15的流体损失。如图9D所示，一旦所有的流动装置40打开，就将工作管柱70从组件20移除。此时，组件20预备接收经由第二流动路径穿过筛管46、封闭元件48和敞开端口42的产品。
可以观察到的，由于服务性工具在组件20中不需要进行密封，因此该系统10的操作可以减少执行处理所涉及的时间和风险。此外，减少了启动时间和操作时间。基本上，工作管柱70可以在衬管设定行程期间延伸，从而不需要额外的延伸。压裂阀30中的端口32以及流动装置40中的端口42的清洗和打开/关闭都在同一行程中完成。
系统10的该示例被描述成用于裸眼井，但是，用于套管的眼井的系统10除隔离封隔器19可能不同以外亦是如此。由于系统10在组件20中没有使用下放的球来打开压裂阀30或流动装置40，因此，在井下可以设置的级数不受球和座所需的减小的尺寸的限制。此外，在处理操作之后，没有球或座留在组件20中，因此操作者不需要单独的铣磨操作，单独的铣磨操作可能是耗时的并且可能会有其自身的问题。基本上，在压裂操作完成之后，井眼预备接收生产油管。
如上所述，图9A至图9D中的压裂阀30具有一个或更多个端口32，所述一个或更多个端口32可以选择性地打开/关闭以允许/防止从井眼环空15到管柱的通孔25中的流体连通。图10A至图10B示出了用于在所公开的系统10中用作压裂阀30的多次移位滑动套筒210。与上面公开的由坐置球致动的先前滑动套筒类似，滑动套筒210包括具有上接头222和下接头224的壳体220。作为内套筒或内嵌件的第一封闭元件230能够在壳体220内移动并基于内套筒230的位置来打开或关闭穿过壳体的流动端口226的流体流。除了使用球和座来移动内套筒230以外，内套筒具有用于接合工作管柱70上的移位工具78s至78b的轮廓234和236。如上所述，这些轮廓234和236可以为标准的B形轮廓，但是也可以使用其他可能的构型。
如上所述，图9A至图9D中的流动装置40也具有一个或更多个端口42，所述一个或更多个端口42可以通过第一封闭元件44(例如内套筒)选择性地打开/关闭以允许/防止从井眼环空15穿过装置的筛管46进入管柱的通孔25中的流体连通。另外，流动装置的第二封闭元件48(例如止回阀)防止通孔25中的流体流在打开过程期间进入井眼环空15的损失。图11示出了用于在图9A至图9D的系统10中使用的流动装置400。
流动装置400配装到系统10的生产管柱22上并具有基管410，基管410具有与管柱的通孔25连通的孔415。装置400具有设置在基管410的两端上的井筛管420A至420B。通常，井筛管420A至420B可以使用用于防砂(sand control)的任何形式的筛管组件，包括线材包缠的筛管、金属网状筛管、预充填筛管、保护壳筛管、可膨胀式沙筛管或具有其他构型的筛管。
如该实施方式中所示，井筛管420A至420B为具有缠绕在纵向 杆424上的线材422的线材包缠的筛管，纵向杆424沿着基管410的外侧长度延伸。井筛管420A至420B的远端(未示出)可以具有端环(未示出)，使得过筛的流体朝向装置400的位于井筛管420A与420B之间的中央区域流动。
在这两个井筛管420A与20B之间，装置400具有中央壳体430，中央壳体430接收来自井筛管420A至420B的过筛流。壳体430在每一端处均具有端环432，端环432之间连接有中央套筒434。来自井筛管420A至420B的流可以穿过端环432中的流动通道并且可以围绕基管410进入壳体430中的压力通风室(plenum)435。
为了控制流体穿过装置400、穿过第二流动路径、穿过基管的入口端口412进入基管的孔415中(并且最终流入组件的通孔中)的流动，基管410具有设置在孔415中并能够相对于入口端口412移动的第一封闭元件440，第一封闭元件440为内套筒或内嵌件。当处于关闭位置时(图11中未示出)，内套筒440移动成使得套筒的开口442不与入口端口412对准。在套筒440关闭的情况下，壳体的压力通风室435中的流不能进入基管的孔415中。在套筒440与基管的孔415的接合面之间设置有封离入口端口412的密封件(未标记)。
然而，当套筒440移位至图11中示出的打开位置时，套筒440移动成使得套筒的开口442与入口端口412对准。壳体的压力通风室435中的流此时可以进入基管的孔415中。对于内套筒440而言，可以使用其他构型，该内套筒440可以没有开口442并且可以代替地移动成完全离开端口412以使端口412暴露于孔415。
在如上所述的操作期间，为了防止基管的孔415中的流体进入装置400外的井眼环空的损失，壳体430具有诸如单向阀或止回阀之类的第二封闭元件，其阻止从壳体的压力通风室435至井筛管420A至420B的回流。在示出的结构中，这些封闭元件包括座450、止回球455和，座450形成在壳体430的流动通道内并且位于端环432与压力通风室435之间，止回球455以可移动的方式设置在壳体的压力通风室435中。
当发生从井筛管420A至420B沿着第二流动路径至入口端口412的常规流动时，止回球455移动离开座450，从而允许过筛的流体穿 过，但止回球455仍然保持在压力通风室435中。与之相比，当发生从压力通风室435朝向井筛管420A至420B的反向流动时，止回球455接合在座450中并阻挡沿该相反方向的流动。尽管球455被示出为完全自由地漂浮在压力通风室435中，但是，额外的特征可以将球的运动限制在靠近座450的区域。
如可以观察到的，当内套筒440被关闭以密封端口412时，可以切断装置400沿任一方向的流动。在内套筒440打开的情况下，由于止回阀(球455和座450)，流体被允许沿仅一个方向流动至孔415中。同时，井筛管420A至420B阻止从地层产生的固体进入孔415中。同样地，井筛管420A至420B在处理操作期间可以阻止压裂或砾石充填支撑剂流到孔415中。
最后，装置400中的座450可以构造成具有流量限制端口或喷嘴以根据需要产生压降。当装置400被打开时，这些限制允许将装置400用作流入控制装置。尽管图11中示出了两个井筛管或区段420A至420B，但是对比性流动装置400可以具有所有这些部件，但是只是在装置的流动端口412的一侧上可能具有仅一个井筛管以及一个止回球和座装置。
前述的优选的和其他的实施方式的描述并非意在限制或抑制申请人构想的发明概念的范围或应用。对于本公开的益处可理解的是，以上根据所公开的主题的任何实施方式或方面描述的特征可以或者单独地利用或者与在所公开的主题的任何其他实施方式或方面中的任何其他描述的特征相组合地利用。
此外，系统在本文中已被描述为单程、多区域压裂系统。将理解的是，除了压裂处理以外，所公开的系统的某些实施方式可以被构造并且用于诸如酸化处理之类的其他类型的地层处理，并且可以在构造成通过如本文所公开的一个或更多个流动管或其他特征来处理来自井眼环空15的流体回流物时用于砾石充填操作和压裂充填操作。
以公开本文中所包括的发明性概念为交换，申请人期望获得通过所附权利要求赋予的所有专利权。因此，所附权利要求意在最大限度地包括落入以下权利要求或其等同替代的范围内的所有的改型和变形。