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1、10申请公布号CN102859112A43申请公布日20130102CN102859112ACN102859112A21申请号201180008767322申请日2011020812/702,16920100208USE21B34/0820060171申请人三弥特井下动力有限责任公司地址美国得克萨斯州72发明人雷蒙德霍夫曼史蒂夫杰克逊74专利代理机构北京律盟知识产权代理有限责任公司11287代理人章蕾54发明名称具有可扩展阀座的井下工具57摘要一种井下工具包括具有至少一个流动口的外壳，所述至少一个流动口经安置以提供套管内部与外部之间的连通路径。套管组合件具有可扩展阀座和内套管，且可在所述外壳中。
2、第一位置与第二位置之间移动，其中在第一位置中，所述套管组合件径向定位在所述流动口与流动路径之间以实质上防止流体连通。可剪切口插入物定位在所述流动口内，其中每一口插入物具有延伸到所述外壳内部中的可剪切部分且当内套管处于所述第一位置时啮合所述套管组合件。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2012080886PCT申请的申请数据PCT/US2011/0240722011020887PCT申请的公布数据WO2011/097632EN2011081151INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页1/1页21一种用于在。
3、油气生产井中使用的井下工具，所述井下工具包括外壳，其界定流动路径且具有外部和至少一个流动口，所述至少一个流动口提供所述流动路径与所述外部之间的连通路径；套管组合件，其具有可扩展阀座和内套管，所述套管组合件可在所述外壳内在第一位置与第二位置之间移动，其中在所述第一位置中，所述套管组合件径向定位在所述至少一个流动口与所述流动路径之间以实质上防止流体连通经过其。2根据权利要求1所述的井下工具，其中所述可扩展阀座包括与至少一个弹性体部件互连的多个阀座扇段。3根据权利要求1所述的井下工具，其中所述至少一个流动口定位在所述外壳的第一区段内，所述第一区段具有第一内径；所述外壳进一步包括第二区段，其从所述第一。
4、区段入井且具有大于所述第一内径的第二内径；所述第一内径经设计大小以在所述可扩展套管定位在所述第一区段中时防止所述可扩展套管扩展；以及所述第二内径经设计大小以在所述可扩展套管定位在所述第二区段中时允许所述可扩展套管扩展。4根据权利要求9所述的井下工具，其中所述至少一个可剪切口插入物包括主体部分；可剪切部分；剪切接头，其可通过预定量的剪切力剪切从而将所述主体部分连接到所述可剪切部分；以及沟道，其经安置穿过所述主体部分且部分在所述可剪切部分内。5根据权利要求1所述的井下工具，其进一步包括棘轮环，其沿圆周安置在所述套管组合件周围且具有多个脊状物；至少一个环形脊状物，其在所述外壳的内表面上且可与所述棘轮。
5、环的所述脊状物啮合。6根据权利要求9所述的井下工具，进一步包括至少一个扣环，其啮合所述至少一个可剪切口插入物的一部分，所述至少一个扣环安置在形成于所述至少一个流动口的侧壁中的沟槽中。7根据权利要求9所述的井下工具，进一步包括至少一个沟槽，其形成在所述可扩展阀座的外表面中；且其中在所述第一位置中，所述至少一个口插入物的所述可剪切部分定位在所述至少一个沟槽中。8根据权利要求1所述的井下工具，其中所述可扩展阀座和所述内套管是一体的。9根据权利要求1所述的井下工具，进一步包括至少一个可剪切口插入物，其定位在所述至少一个流动口内，所述至少一个可剪切口插入物具有延伸到所述外壳的内部中的可剪切部分。10根据。
6、权利要求9所述的井下工具，其中当所述内套管处于所述第一位置时，所述至少一个可剪切口插入物与所述套管组合件啮合。权利要求书CN102859112A1/5页3具有可扩展阀座的井下工具0001本申请案主张2010年2月7日申请的第12/702,169号美国申请案的优先权技术领域0002本发明涉及用于石油和/或天然气生产的井下工具。更具体来说，本发明是具有供安置在油气井中的油管柱使用的可扩展阀座的良好增产工具。背景技术0003在油气井中，致裂或“压裂FRACING”是由井操作者用以产生和/或扩展从井身更深入到周围地层中的裂缝因此增加地层流体流动到井中的表面积的技术。压裂通常通过将流体以高压注入到地层中。
7、水力致裂或将混和圆粒材料支撑剂致裂的流体注入到地层中来完成。0004压裂多级生产井要求选择性启动井下工具例如压裂阀以控制从油管柱到地层的流体流动。举例来说，题为“固井裸眼选择性压裂系统CEMENTEDOPENHOLESELECTIVEFRACINGSYSTEM”且以引用的方式并入本文的第2008/0302538号美国公开申请案描述一种用于选择性启动并有转位工具的压裂套管的系统。所述工具运行到油管柱中且与阀内部里面的剖面啮合。可接着将内套管移动到打开位置以允许压裂或移动到关闭位置以防止流体流动到地层或从底层流出。0005同一申请案描述一种使用多个单流阀BALLANDSEAT工具的系统，每一工具具。
8、有不同大小的球阀座和对应的球。单流阀系统是比转位工具更简单的启动机构，且不需要使此些工具运行几千英尺到油管柱中。大多数单流阀系统允许套管与管柱内的阀的阀座内径之间存在四分之一英寸差异。举例来说，在45英寸衬管中，以四分之一英寸或八分之一英寸增量投下从125英寸直径到35英寸直径的多个球是常见的，其中最小的球阀座定位在油管柱的最后一个阀中。然而，这限制了可在给定油管柱中使用的阀的数目，这是因为每一球将仅能够启动单个阀，衬管的大小仅提供具有不同大小的球阀座的设置数目的阀。换句话说，因为球必须大于将启动的阀的球阀座且小于所有出井UPWELL阀的球阀座，所以每一球仅可启动一个工具。发明内容0006本发。
9、明允许井操作者增加地层的每一级中的到地层的流动口的数目，且以无限数目和多个定向来补充流动口的数目来增加示踪地层的能力。0007本发明是一种包括具有至少一个流动口的外壳的井下工具，所述至少一个流动口提供工具内部与外部之间的连通路径。含有内套管和可扩展阀座的套管组合件可在外壳内在第一位置与第二位置之间移动。如果在第一位置，那么套管组合件径向定位在流动口与流动路径之间以实质上防止流体在其间连通。可剪切口插入物最初定位在流动口内，其中每一口插入物具有延伸到外壳内部中的可剪切部分且当内套管处于第一位置时啮合套管组合件。说明书CN102859112A2/5页40008根据本发明的一个方面，可扩展阀座包括连。
10、接到多个弹性体部件的多个阀座扇段。在施加足够的压力后，球就啮合可扩展阀座而实质上防止流体流经可扩展阀座。当在所啮合球上方和下方引起足够的压力差时，所述压力差对套管组合件施力以剪切所述口插入物并移动到第二位置。其后，至少所述压力的持续压力差引起弹性体部件的径向扩展和阀座扇段相对于未受应力状态的可扩展阀座的分离，从而允许球继续前进经过可扩展阀座。以此方式，单个球可用以启动同一油管柱内的多个井下工具。附图说明0009图1是处于“关闭”状态的本发明的优选实施例的部分剖视图，其中实质上防止经过流动口的流体连通。0010图2是图1中展示的口插入物的放大剖视图。0011图3是处于“打开”状态的本发明的优选实。
11、施例的部分剖视图，其中准许经过流动口的流体连通。0012图4是图3中展示的口插入物的放大剖视图。0013图5是优选实施例的可扩展阀座的剖视图。0014图6是优选实施例的可扩展阀座的侧视图。0015图7是沿图6的剖面线77截取的可扩展阀座的剖视图。0016图8是可扩展阀座的替代实施例的剖视图。具体实施方式0017当参考诸图使用时，除非另有说明，否则术语“出井”、“上方”、“顶部”、“上部”、“入井”、“下方”、“底部”、“下部”和类似者是相对于经由工具和井身的正常生产的方向来使用。因此，油气的正常生产导致从入井方向到出井方向的经由井身和生产管柱的运移，而与油管柱是安置在垂直井身、水平井身还是两者。
12、的某组合中无关。类似地，在压裂过程期间，示踪流体在入井方向上从地表移动到地层内的油管柱的部分。0018图1描绘具有本发明的特征的井下工具20的优选实施例的部分剖视图。工具20包括外壳22，其在上部末端26附接到顶部连接件24且在下部末端30附接到底部连接件28。平头螺丝36紧固外壳22分别与顶部连接件24和底部连接件28之间的连接。环形上部密封元件38和下部密封元件40沿圆周分别定位在顶部连接件24和底部连接件28周围，且在外壳22内部。外壳22的内表面包含具有多个向下定向的环形脊状物的锁定区段57。0019多个流动口32沿圆周定位在外壳22的具有第一内径的第一区段周围且经过第一区段。流动口3。
13、2在工具20的内部与外部之间提供许多流体连通路径。套在外壳22内的套管组合件50包括可扩展阀座52和内套管54，且可在如图1中展示的第一位置与如图3中展示的第二位置之间移动。可扩展阀座52具有邻近顶部连接件24的环形上部肩部53和邻近内套管54的环形下部肩部56。两个环形密封元件51沿圆周安置在对应圆周沟槽中的可扩展阀座52周围。0020在第一位置，可扩展球阀座52定位在外壳22的第一区段中，其中上部肩部53接触顶部连接件24的下部环状肩部55。可扩展阀座52的外径在正常状态下仅稍微小于外壳22的第一区段的内径。说明书CN102859112A3/5页50021图2更详细展示可剪切口插入物42的。
14、剖视图，其中为清晰起见而去除阴影。在第一位置，口插入物42定位在流动口32中以关闭到外壳22外部的连通路径。可剪切口插入物42包括圆柱主体部分44，其具有与对应流动口32近似相同的周长；以及圆柱可剪切部分46，其延伸到外壳22的内部且具有比主体部分44小的周长。可剪切部分46与主体部分44的接面是通过剪切立管RISER切口产生且可在预定量的剪切力下剪切的剪切接头47，所述预定量的剪切力在优选实施例中可通过更改应力立管切口的深度而在八百磅/平方英寸PSI与四千磅/平方英寸之间调整。沟道48延伸穿过主体部分44且部分穿过可剪切部分46，使得一旦被剪切，沟道48即提供穿过外壳22的内部与外部之间的口。
15、插入物42的流体连通路径。0022在第一位置，每一口插入物42的可剪切部分46延伸到可扩展阀座52的外表面中的对应圆周插入物沟槽49中。两个环形密封元件51沿圆周安置在两个圆周沟槽中的可扩展阀座52周围。替代实施例预期多个凹座，所述多个凹座形成在可扩展阀座52的外表面中且关于所述可扩展阀座52径向间隔开，并与口插入物42对准。0023口插入物42保留在流动口32中，其中扣环70安置在形成于流动口32的侧壁65中的沟槽63中。扣环70在口插入物42的圆柱顶部部分67周围收缩。环形密封元件72位于口插入物42的环形肩部部分74中间，以防止流体连通到口插入物42外部周围的流动口32中或从所述流动口3。
16、2流出。示范性扣环70是斯莫利SMALLEY扣环XFHE0125S02。0024在优选实施例中，口插入物42由易蚀即，非抗蚀材料例如，6061T651或7075T651铝合金制造，使得压裂流体以典型压裂流动速率经过沟道48的流动侵蚀插入物42以增大沟道48的直径。当经剪切为系统时，口插入物42将由于入井流动而侵蚀到外壳22的内部侧壁或越过外壳22的内部侧壁，因此允许油管的全部开放流动区域将用于出井或入井流动。然而，在替代实施例中，当不需要外壳22的全部流动区域时，口插入物可由抗蚀材料构造。0025可扩展棘轮环59沿圆周定位在可扩展阀座52的外表面周围，在扣环沟槽61中从圆柱插入物沟槽49入井，。
17、且具有多个向上定向的脊状物，所述多个脊状物可与锁定区段57啮合以防止出井移动。将参看下文的图3和图5来更充分描述棘轮环59的操作。0026图3和图4更充分展示处于“打开”状态的井下工具20，其中套管组合件50处于第二位置。口插入物42在剪切接头47处经剪切以提供从工具20的内部经过沟道48到外部的连通路径。内套管54的下部末端56接触底部连接件28的下部环形肩部58。棘轮环59与外壳22的锁定区段57啮合以防止套管组合件50归因于补救完成操作期间的流动压力或摩擦负荷而导致的出井移动。球60抵靠可扩展阀座52安装以防止进一步入井流体流动。图3并未展示处于径向扩展状态的可扩展阀座52，且是在球60。
18、经由可扩展阀座52被施力之前的预兆阶段，如下文将论述。0027图5更充分展示处于径向扩展状态的可扩展阀座52，其在第二位置中套在外壳22的第二区段内。可扩展阀座52包括与弹性体部件64互连的多个阀座扇段62，所述弹性体部件64呈具有向外展开的上部和下部末端的大体管状形状。弹性体部件64通过合适粘合剂粘合到阀座扇段62。尽管在优选实施例中，可扩展阀座52附接到内套管54，但在替代实施例中，可扩展阀座52可在其末端与内套管54整体形成。弹性体部件64优选由HNBR橡胶形成。说明书CN102859112A4/5页60028图6是图5中展示的可扩展球阀座52和环形密封元件51的正视图。图7是沿图6的剖。
19、面线77截取的剖视图。可扩展阀座52由与弹性体部件64互连的八个阀座扇段62形成。环形密封元件51沿圆周安置在形成于阀座扇段62中和周围的沟槽中。沟槽中的每一者的一部分形成在每一阀座扇段的外表面中。阀座扇段62中的七者经相同定形，其中八个阀座扇段具有卡合剖面69，其与底部连接件的剖面啮合以防止在工具的磨铣期间旋转。弹性体部件64处于图1和图3中展示的未受应力配置中。当在第一位置中且在剪切之前时，口插入物与圆周插入物沟槽49啮合。棘轮环沟槽61收纳可扩展棘轮环以用于与外壳的锁定区段啮合。0029图8是沿与可扩展阀座152的替代实施例的纵轴100相交的平面的剖视图，可扩展阀座152的替代实施例仅包。
20、括与弹性体部件164互连的六个阀座扇段162。沟槽151形成在阀座扇段162周围以收纳环形密封元件。插入物沟槽149沿圆周形成在密封元件沟槽151之间的外表面中以用于在处于第一位置时与口插入物啮合。棘轮环沟槽161收纳可扩展棘轮环用于与外壳22的锁定区段57啮合。一连串凸片166在可扩展阀座152的下部末端周围间隔开且从可扩展阀座152纵向延伸以与底部连接件的替代实施例未展示的底部肩部啮合，因此防止阀座152在磨铣期间旋转。0030本发明的操作最初参看图1和图2来描述。当处于第一位置时，相关联球60未展示流下油管柱且抵靠构成可扩展阀座52的阀座扇段62和弹性体部件64而就座。以此方式，球60与。
21、可扩展阀座52啮合且抵靠可扩展阀座52密封以实质上防止流体流经可扩展阀座52和所连接内套管54，从而引起施加至球60和套管组合件50的压力相对于套管组合件50下方的压力而增加。当此压力差足以使套管组合件50对口插入物32施行大于剪切接口47的剪切强度的剪切力时，由可扩展阀座52施行的力使口插入物42的可剪切部分46分离且释放套管组合件50。所述压力差使套管组合件50其中球60啮合到可扩展阀座52向下移动到图3中展示的第二位置。0031如图3和4中展示，插入物套管54一旦与下部环形肩部58接触就被阻止进一步入井移动。在移动到第二位置后，球60被阻止进一步入井移动且最初保持与可扩展阀座52啮合，所。
22、述可扩展阀座52处于未受应力状态。棘轮环59与锁定区段57啮合以防止套管组合件50的出井移动。0032作为剪切的结果，口插入物42的沟道48提供到外壳22外部的流体连通路径。在这个“打开”状态下，压裂可经由沟道48开始。压裂材料以正常压裂速度的流动引起口插入物42的侵蚀且增大了沟道48的直径。0033如图5中展示，当套管组合件50处于第二位置时，球60可通过增加油管柱内的压力差而经由可扩展阀座52被施力，从而克服发展扇段62上的弹性体部件64所施行的径向向内收缩力。当球60被施力到可扩展阀座52中时，弹性体部件64扩展从而导致阀座扇段62之间的增大分离，且允许球60通过。而在第一位置，可扩展阀。
23、座的外径仅稍大于外壳的第一内径，在打开状态下，外壳22的第二内径足够大而准许弹性体部件64的向外扩展，使得阀座扇段62可分离以允许球60通过。0034在退出可扩展阀座52的下部末端后，外壳22内的压力降低且可扩展阀座52返回到其未受应力状态。球60继续入井行进到油管柱的下一井下工具如果存在。多级井的每一级的最远入井工具通常是标准即，不可扩展座阀，球60将就座于其上以允许油管说明书CN102859112A5/5页7柱压力升高以使所隔离的级破裂。0035上文关于特定描述的井下工具的优选说明性实施例来描述本发明。所属领域的技术人员将认识到此设备的替代构造可用于进行本发明。可通过学习本发明和附图连同随附权利要求书来获得本发明的其它方面、特征和优点。说明书CN102859112A1/4页8图1图2说明书附图CN102859112A2/4页9图3图4说明书附图CN102859112A3/4页10图5图6说明书附图CN102859112A104/4页11图7图8说明书附图CN102859112A11。