具有计数系统的多级高压压裂系统技术领域
本发明涉及一种多级高压压裂系统以及管式液压阀(THV)系统,用
于连接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。所述系统通常包括塞
子计数系统,塞子捕获系统和阀系统,其中将一系列塞子在完井管柱中向
下掉落允许连续捕获个别THV中的个别塞子,从而进行后续压裂操作。
背景技术
在石油天然气工业中,完井操作期间经常需要在油井中的各种区域进
行不同操作以提高油井的产量。即,在特定的油井中有若干经济目的层,
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徙至油井内进行生产。
过去有许多操作人员在套管井中使用的技术,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。在最简单的情况下,套管可只需要
在适合的位置打开以允许油气流入井内。此时,油井的套管(以及任何相
关水泥)可在所需的位置被穿透使得井套管内部暴露在岩层中并且油气可
以从岩层迁移至油井内部。
在过去使用此基本技术时,普遍认为在需要的区域穿透钢套管/水泥的
复杂度更大,且比将套管的特定分节定位在目的层附近并接着在将井套管
之后打开那一分节更为复杂。通常来说,如果将套管的特定分节定位在目
的层附近,可以使用各种技术在套管的分节有效地打开一个或多个端口而
无需物理切通钢套管。
在其它情况下,尤其是在需要压裂岩层的一个或多个区域的情况下,
已开发出各种系统和技术来将井的特定分节进行隔离,从而允许选择性地
打开套管的特定端口并在单个区域中进行压裂操作。
一种这样的技术是将封隔器元件和各种专用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中打开端口。
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
系统复杂度的方法。即,任何涉及井下设备的操作在资金/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,这些系统可以为操作者提
供明显的经济优势。
在过去,这些用于隔离井内分节的技术包括利用油管柱中的球体将油
管柱中的连续区域进行隔离的系统。在这些系统中,球体向下掉落/泵进油
管柱,在油管柱中,球体可与管柱中的特定座体啮合并因此将油井的下半
段与油井的上半段隔绝开。在过去,为了确保下半段在上半段之前密封,
将一系列具有不同直径的球体向下掉落进油管柱中,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,每个球体的直径各相差1/8英
寸,且每个球体与尺寸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
入油管柱的区域的数量有实际限制,并因此限制了可以压裂的区域的数量。
现代油井可能希望进行多达大约40个压裂操作或多于40个压裂,现有的
球体掉落及捕获系统不能并入这些油井中。
因此,需要一种不受掉落球体尺寸限制的系统,其可允许明显更多数
量的压裂窗口并入油管柱。
发明内容
根据本发明,提供了一种管式液压阀(THV)系统,用于连接完井管
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
对连续穿过所述塞子计数系统的塞子进行计数并用于在达到穿过所述内孔
的塞子的预设数量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对所述THV内的塞子进行捕获;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,所述阀系统包括
阀,其响应于捕获塞子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括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穿过所述
内孔的塞子总数的第一液压事件之前行进多个跨齿距。
在一个实施例中,当所述齿式棘轮已行进了预设距离,所述塞子计数
系统允许液压流体穿过所述内孔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,所述系统还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塞子捕获系统中的塞子捕获活塞,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塞子捕获系统中内
孔的一部分变窄从而防止塞子穿过所述塞子捕获系统。
在又一个实施例中,所述系统进一步包括可操作地连接至塞子捕获系
统的塞子捕获锁,所述塞子捕获锁用于与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,所述阀活塞暴露于内孔中的液压流体使得所述
阀系统向井下运动打开一个阀。
在一个实施例中,所述塞子计数系统包括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,
且当计数到预设数量的塞子时,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括至少一个活动插脚,其与电
路可操作地啮合,其中塞子穿过所述内孔时,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括两个活动插脚,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
处理器确定在所述内孔中移动的塞子的方向。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量塞子和触发
所述第一液压事件之间的时间是可编程的。
在另一实施例中,本发明提供一种管式液压阀系统,其连接至油管柱
以隔离油井中的目的层,从而到达井下岩层来压裂目的层并进行油气开采,
所述管式液压阀系统包括:外套筒,具有井上和井下连接器用于将所述管
式液压阀系统附接于油管柱,所述外套筒包含: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:至少一个塞子接合面,其用于检测塞
子穿过所述塞子计数系统的运动;及液压激活系统,其可操作以在预设数
量的塞子已移动穿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因此将塞子滞留在所述塞子抓取系统中并将所述油
管柱的井下分段与所述油管柱的井上分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系统,所述阀系统包括可操作地连接至所
述外套筒中至少一个开口的阀,且其中所述阀系统响应于液压流体压力而
在塞子被滞留于所述塞子抓取系统中时打开所述阀。
另一方面,本发明提供一种用于激活完井管柱中液压阀的方法,所述
完井管柱具有复数个如权利要求1所述的管式液压阀(THV)以及并入其
中的对应的封隔器元件,包括以下步骤:a)将所述完井管柱加压至第一压
力以将所述封隔器元件设置在油井中;b)将所述完井管柱中的所述压力
增大至足以使THV中第一剪脚破裂的第二压力水平;c)将塞子掉落进所
述完井管柱,所述塞子用于与每个THV中的塞子计数系统连续啮合,且
其中一旦塞子与THV的啮合触发了第一液压事件,所述第一剪脚破裂以
进行THV中的塞子捕获和阀开启;以及d)将所述完井管柱中的所述压力
增大至第三压力水平以进行油井压裂。
在一个实施例中,针对所述完井管柱中的每个THV重复步骤b)-d)
中的每一个。
附图说明
参考附图对本发明进行了描述,其中:
图1为根据本发明部署的并入若干多级压裂设备的套管或完井油管柱
连同对应封隔器元件的示意图。
图2为根据本发明一个实施例的多级压裂设备(MFD)的示意图,其
中显示计数系统、阀系统和球体抓取系统的通常位置。
图3A-3D为根据本发明一个实施例的MFD的一系列剖面图,其中显
示球体在井上位置。图示上方和下方的顺序为MFD彼此呈90°的剖面图。
图4A-4E为根据本发明一个实施例的MFD的一系列剖面图,其中显
示球体在被捕获位置。图示上方和下方的顺序为MFD彼此呈90°的剖面
图。
图5为MFD的剖面图,其中显示阀套位于开启位置。
图6为根据本发明一个实施例的电子球体计数系统的示意图。
图7A-7E为根据本发明一个实施例的具有电子计数系统的MFD的井
上部分的剖面图,其中说明了球体移动穿过MFD的顺序。图7A显示球体
进入MFD不久之后。图7B显示球体按下电子计数系统的第一插脚。图
7C显示球体已经过第一插脚但并未接触第二插脚的。图7D显示球体按下
第二插脚。图7E显示球体已经过第二插脚之后。
图8A为根据本发明一个实施例的具有电子计数系统的MFD的井上部
分的剖面图,其中显示了一个二插脚系统。
图8B为图8A所示MFD的延续,是根据本发明一个实施例的具有电
子计数系统的MFD的中间部分的剖面图,其中显示了一个电磁阀系统。
具体实施方式
参看附图描述了多级压裂设备(MFD)或管式液压阀(THV)10以及操作
MFD或THV的方法。
为了进行本文的描述,所述MFD或THV10包括复数个子系统,其可
配置用于套管或完井管柱20,并与封隔器元件10a一起允许将岩层8a中
的特定区域进行隔离,如图1所示。在此说明的上下文中,套管或完井管
柱是同义的,并在下文中被称为完井管柱。完井油管柱20上MFD10和封
隔器元件10a的组合允许对油井8中的岩层8a进行压裂操作。
还应注意的是,在例如完井管柱由水泥就地浇注的情况下,可使用所
述系统而无需封隔器元件。以下描述假定使用了封隔器元件10a,但并不
限于此。
如下文详细描述的,所述MFD通常包括计数子系统12,球体抓取子
系统14以及阀子系统16,如图2示意性所示。
应注意,描述中使用了各种术语,其可与其它术语互换以实现功能性
描述和/或代表特定实施例的实例。重要的是,使用一个术语相比另一个术
语而言并不意在限制熟悉本领域技术者所能解释的范围。例如,本说明中
将系统称为一个多级压裂设备(MFD),其与管式液压阀(THV)同义,
“球体”与“塞子”也同义,其中球体只是塞子的一个例子。
操作简介
参看图1,若干MFD10连接至位于封隔器元件10a之间在对应油井
中目的层(岩层)8a的位置的完井油管柱20。通常而言,在将完井油管柱
20放置进油井8中后,组装的系统可在表面6由井口装置6a进行加压使
得封隔器元件10a密封住油井8。在油井中建立起循环之后,在完井油管
柱中的表面6释放球体18,所述球体掉落和/或被泵入穿过所述完井油管
柱以与每个MFD10连续啮合。管柱中的每个MFD10已被预先配置成在
每次球体穿过MFD时进行“计数”并在达到预定计数数量时触发对球体
18的捕获。在预定的计数数量(例如1-40),特定的MFD10将会捕获球
体18(见图1中最下方的MFD10)。当捕获到球体18时,所述球体18
将完井管柱的内部与完井油管柱的下方区域隔绝开,使得可以发起额外的
液压事件来打开MFD中的阀。也就是说,当球体已经被捕获并且MFD10
中的阀打开时,可以在邻近所述MFD10的目的层8a中完成压裂操作。
在目的层8a已被压裂后,更多的球体连续引入完井管柱使得连续的
MFD被打开并且在其它目的层中完成压裂操作。因而,油井8中的每个
目的层可以被连续地压裂。重要的是,球体被设计成在一段时间(通常是
几天)之后至少部分被溶解,使其直径被腐蚀且其掉落至油井的底部。因
此,在已完成所有压裂操作之后,油井的所有目的层对完井管柱的内部开
放使得可以通过完井管柱进行油井的开采。
应注意,完井管柱的最下方的区域并不需要MFD10,通常可在所述
最下方的区域(未图示)中使用在压力下打开的简单液压阀,以初步建立
起循环并允许压裂所述最下方的区域。
如图2所示,每个MFD10通常描述为具有三个主要子系统,包括位
于MFD10的井上端的计数系统12,位于MFD的井下端的球体抓取系统
14,以及位于计数系统12和球体抓取系统14之间的阀系统16。在完井油
管柱的表面处理过程中,每个MFD的计数系统设置为对球体的特定或预
设数量进行计数,其中管柱中最下方的MFD将计数1而最上方的MFD
将计数n(其中n通常在1和40之间)。操作中,如果计数系统12记录
的是并未达到预设数量,则球体将穿过MFD10并继续向井下行进。如果
MFD记录的是已达到预设数量,则计数系统12将触发球体抓取系统14
以捕获球体从而防止其进一步向井下行进。捕获球体的动作将导致阀系统
16中的阀打开。举例来说,最下方的MFD将被设置成计数1个球体,而
10个MFD形成的管柱中最上方的MFD将被设置成计数10个球体。
每个子系统的操作和组件将在下文更详细地描述,其中图3A通常显
示了允许通过连接器30a和油管柱连接的MFD的井上组件,图3B显示了
计数系统的细节,图3C显示了阀和球体抓取子系统的细节,而图3D则显
示了允许和油管柱井下部分连接的井下连接组件的细节。图3A-3D通常显
示了计数配置下的系统,其允许进入MFD的球体被计数。上图(I)和下
图(II)为MFD同一区域的剖面图,彼此相差90°。图4A-4E通常显示
球体被抓取之后的子系统。
计数系统12
如图3A所示,显示MFD的上半段具有位于计数系统12上方的球体
18。图3B显示具有插脚和棘齿系统的计数系统12,所述棘齿系统连续计
数穿过所述计数系统12的球体18。
如图所示,主要内壳体30支撑具有两个插脚对32a、32b的插脚系统
32,所述插脚对32a、32b通常被偏置朝向主要内壳体30的内部。每个插
脚对32a、32b相对于彼此呈90°关于所述内壳体30定位,且沿所述主要
内壳体隔开一个较短的距离A。所述较短的距离A足够使球体18与插脚
对32a充分啮合并在啮合插脚对32b之前脱离。
所述插脚对32的每一个包括复数个齿32c、32d,其与主要内壳体30
外表面上的棘齿计数器活塞34的齿32e相啮合。即,齿32c和32d与齿
32e相反且互相啮合。所述棘齿计数器活塞34滑动地啮合在主要内壳体30
上。
操作中,由于球体18与第一插脚对32a啮合,齿32c从棘齿计数器活
塞34上的齿32e脱离从而允许所述棘齿计数器活塞向井下移动一个齿位,
使得插脚对32b的齿32d变成与齿32e充分啮合。球体18移动经过第一
插脚对32a,则齿32c移动至抵靠棘齿计数器活塞34的一个中间位置。球
体18移动经过第二插脚对32b,则齿32d从齿32e脱离从而导致棘齿计数
器活塞34额外的向井下的运动以及插脚对23a的齿32c与齿32e的啮合。
因此,由于球体连续移动经过插脚对32,所述棘齿计数器活塞34将
逐步沿向井下移动。棘齿计数器活塞34移动的驱动力为压力端口(图3A)
作用于棘齿密封活塞38的内部液压压力。在组装管柱的过程中,由主要内
壳体30和主要外壳体42定义的腔室40设置为大气压,从而跨棘齿密封活
塞38存在压力差。棘齿密封活塞38包括合适的密封件38a从而在操作过
程中保持加压密封。
另外,棘齿计数器活塞34包括井上肩部34a,其在棘齿计数器活塞34
因为连续的球体穿过而逐步向井下移动时与插脚对32a相啮合。更具体而
言,在预设数量的球体已与插脚对啮合之后,所述上肩部34a将防止插脚
对32a与棘齿计数器活塞34重新啮合,使得棘齿计数器活塞将滑行从而与
位移活塞总成44相啮合。
棘齿计数器活塞34与位移活塞总成44的啮合将导致施加至所述位移
活塞总成44的高压力。即,作为流动通过端口36的高压液压流体的结果,
位移活塞总成44内的剪脚44a将进行剪切使得所述位移活塞总成44将向
井下移动。所述位移活塞总成44向井下的移动导致压力端口48与位移活
塞总成44中的液压通道50的对准,因而允许高压液压流体流至液压通道
50中(见图4B)。
另一液压通道52(图3B、3C)包含在阀套54内,其允许液压流体绕
开阀系统16至球体抓取系统14.
球体抓取系统14
所述球体抓取系统14通常包括套爪球座60,其具有可操作地包含在
座体活塞62中的套爪球座指60a。套爪球座60和座体活塞62保持在座体
外壳64中。所述座体外壳64的井上端锁固在所述主要外壳体42上,且其
井下端锁固在底部连接器套66(图3D)上。座体外壳64,底部连接器套
66以及座体活塞62保持复位弹簧68,其可被座体活塞62向井下的运动压
缩。
如以下更详细的解释,座体活塞62向井下移动,所述座体活塞62与
套爪球座60啮合,使得所述套爪球座指60a移动至一起定义球体挡缘60b
(图4C)的位置,所述球体挡缘60b将防止球体18经过所述套爪球座60。
在操作中,如上所述,高压液压流体穿过液压通道52,因此所述液压
流体对座体活塞62上方的压力腔62a进行加压。对腔室加压导致剪脚62b
进行剪切,从而导致座体活塞抵靠复位弹簧68向井下移动且所述套爪球座
指60a向内移动(图4C)。
重要的是,由于座体活塞62向井下移动,锁定机构63(见图4E)释
放至锁定位置,其防止座体活塞62部分后续向井上移动,此将在下文进行
更详细的描述。
在一个实施例中,所述套爪球座指60a具有外楔面60b,其将与内楔
面66a啮合以利于套爪球座指60a正向向内运动(图4C)。
因此,球体计数器系统12在正确的预设数量激活球体抓取系统14,
球体18被滞留在套爪球座,因此将球体下方的位置都进行了隔绝(见图
4C)。
另外,座体活塞62向井下移动,端口67变成暴露于腔室62a,使得
额外的高压流体被引入腔室62a以确保对腔室62a的加压(见图4C的箭
头)。
阀系统16
所述阀系统16包括阀套54。图3C和4C显示在闭合位置的阀套54,
而图5则显示在开启位置的阀套54。
在球体已经被套爪球座60滞留住以后,增加完井油管内的压力将导致
对所述阀套54井上表面54a的额外加压。阀套54被剪脚54b滞留在主要
外壳体42上,一旦达到阈值压力,所述剪脚54b将进行剪切从而允许阀
套54向井下移动,使得主要内壳体30和主要外壳体42中的开口30a打开
至岩层。
重要的是,如果球体未被捕获在球体捕获系统内,保持或增加油管柱
内的压力不会导致阀套54移动并会导致球体未被捕获的区域内的阀套54
过早开启。更具体而言,这由在未触发的MFD中的位移活塞44的位置进
行阻止,所述未触发的MFD防止液压流体通过液压端口48流进腔室54a。
因此,如果增加压力以打开阀套,这只会在液压流体可以流进腔室54a的
情况下发生,而这种情况只会在球体已被捕获的情况下发生。
在此之后,进一步增加压力从而允许进行压裂操作。
在特定区域内和局部松弛的压力下的压裂操作完成之后,可以通过掉
落另一个球体来重复这个过程,基于邻接的井上MFD10的预设计数设置,
其将在此井上位置捕获所述另一个球体。针对每个存在于完井油管柱中的
所述MFD重复这个过程。
在压裂操作完成之后,重要的是释放所有球体使其掉落至管柱的底部,
从而保证整个管柱对于所有区域的岩层都开放。
如已知的,球体可被溶解,从而经过几天之后,球体的外表面将被腐
蚀导致其从套爪球座臂60a掉落。
在一个实施例中,所述座体活塞62也具有可溶解O型环62d,其位
于座体活塞下端附近并与底部连接器套66啮合。随着时间过去,可溶解O
型环62d将失效,此将允许高压流体如图所示从MFD内部流至腔室68a
中。即,当座体活塞62已经向井下位移抓住球体时,这会打开液压通路
62e,接着允许高压流体与所述O型环62d接触。随着时间过去,所述O
型环会溶解失效,接着允许流体通过图4D所示的路径进入腔室68a。当流
体进入先前处于大气压的腔室68a时,座体活塞62则达到压力平衡,这允
许座体活塞62向井上回移,并因而使得球体(如果还未溶解)离座。重要
的是,无论球体是否已经溶解,工具的最小内径(ID)返回其原有ID。如
上所述,锁定机构63已被啮合从而防止向井上大幅移动至原有井上位置,
因此防止液压端口67被封闭。
系统的其它设计考量以及方面
所述棘齿计数器系统将通常允许1-40个区域单独隔离以进行处理。为
了确保合适的预设数量,在完井油管柱在表面进行组装时,每个MFD10
将被设置成基于油井中预期的MFD位置进行触发。即,如果管柱包括10
个MFD,则最下方的MFD将会被第一个球体触发,而最上方的MFD将
会被第10个球体触发。因而,每个计数器系统14将具有其棘齿计数器活
塞34,棘齿计数器活塞34定位于相对于插脚对齿的合适的齿圈中。
电子计数系统
在如图6所示的另一实施例中,所述计数系统包括电子计数系统100。
在本实施例中,所述系统包括处理器和电源系统100a,电源系统100a可
操作地连接至插脚系统100b以及电磁阀和/或电动马达100c。在本实施例
中,球体18移动经过插脚系统100b,因此处理器100a对经过的球体的数
量进行计数。当处理器已计数到预设数量的球体时,处理器100a激活电磁
阀100c允许液压流体流经液压通道100d流入空间40,从而啮合至活塞
100d并激活如上所述的球体抓取系统。液压流体通过端口36进入空间40.
在如图8A-8B所示的另一实施例中,MFD10包括电子计数系统100。
因为球体抓取系统和其它组件与上文所述的那些类似,所以仅说明和描述
了包括电子计数系统的MFD10的部分。所述电子计数系统包括第一和第
二插脚70、72,其在内孔中沿着纵轴彼此分隔。第一和第二插脚可分别单
独移动从而与第一和第二电路接触,以闭合或完整所述电路。第一和第二
偏置装置78、80将插脚在第一位置偏置,在第一位置中所述电路是完整的。
当球体移动经过一个所述插脚并与所述插脚接触时,插脚移动至第二位置,
在第二位置中所述电路是开路或者不完整的。在球体完全经过插脚之后,
偏置装置使得插脚返回第一位置。或者,在第一位置,电路位于不完整或
开路位置,而在第二位置,当球体接触插脚时电路是闭合的。
优选地,第一和第二插脚沿着内孔彼此异相(不成直线),并且优选
地,其彼此相位相差180度。第一和第二插脚可以彼此同相/成直线,但是
使他们异相会在球体经过插脚时对球体提供更多的磨损,并为偏置装置以
及其它与电子计数系统相关的零件在工具中提供空间。
图7A至7E显示球体移动经过两个插脚的顺序的特写镜头。在本实施
例中,第一和第二插脚被偏置至第一位置与第一和第二环或元件74、76
接触,以分别闭合第一和第二电路。偏置元件78、80显示为由紧固装置
82紧固在内壳体30上的梁弹簧。当球体经过一个所述插脚,其将插脚从
环或者元件74、76推出至开路位置,从而断开一个所述电路。图7B显示
球体经过第一插脚70并将插脚推出至开路位置。图7D显示球体经过第二
插脚72并将插脚推出至开路位置。图7C显示已完全经过第一插脚70后
但并未接触第二插脚72的球体,其中两个插脚都在闭合位置。所述插脚隔
开足够的距离以允许第一插脚在球体经过之后并在第二插脚形成开路之前
闭合。图7E显示已经过两个插脚之后的球体。
当第一或第二电路开路或闭合时,信号(经由有线或无线方式)传送
至使用电插脚84的工具中的电磁处理器(未显示)。在所示实施例中,当
表示第一电路已开路接着闭合紧接着第二电路开路并闭合的信号传送至处
理器时,处理器将此解读为有球体向井下经过此处。或者,如果插脚都被
偏置在开路位置,确定球体已向井下经过此处的信号则可为第一电路闭合
再开路接着是第二电路闭合再开路。所述处理器保持对经过球体的计数数
量。一旦达到预定的计数数量,处理器发出信号以打开电磁阀总成88,允
许流体进入空腔86,因而将工具设置成捕获球体,如使用前述非电子系统,
这允许MFD10中的阀开启以允许进行压裂操作。电子计数系统可包括不
止一个电磁阀总成用以备用并使得设置过程更快进行。
参看图8A,所述工具还可以包括一个或多个端口或塞子90,其提供
通向计数系统电子件的入口以用于对计数系统进行编程。优选地,所述工
具也包括用于电子计数系统的电源,诸如一个或多个电池(未显示)。
所述电子计数器系统并不限于球体计数的最大数量,并因此对可使用
MFD的压裂级数的数量并无限制。球体经过插脚之后到设置电磁阀系统
的响应时间也可以根据需要进行编程。在需要使用单个球体开启不止一个
MFD以同时压裂不止一个目的层时,这尤其有用。例如,球体经过上方
MFD与设置上方MFD电磁阀系统之间的时间可以被延迟以足够允许球体
经过而不会被捕获,在此之后,对MFD进行设置。当球体被下方MFD
捕获并且被施以向井下的压力时,上方和下方的MFD都将开启,从而允
许在邻近上方和下方MFD的区域同时进行压裂。
另外,电子计数器系统可以对球体向井下流动和球体向井上流动进行
区分。在由于筛阻(井筒内的流动忽然停止)或者未能启动压裂所以井筒
内的流动方向必须被颠倒时,这尤其有用。在两种情况下,油井被“打开”
并允许流体以相反的方向流动至表面。经过所需的时间之后,再次改变流
动方向以向井下流动以尝试开启或重启压裂处理。当流动被反转时,球体
通常跟随流体向井上流动,以相反的方向经过计数系统。由于第二插脚在
第一插脚之前被触发,计数系统将会知道已有球体向井上移动。处理器可
被编程为不对向井上流动的球体进行计数,或将其计数为负。即,当球体
向井下移动经过两个插脚时,计数为1,当球体向井上回流经过两个插脚
时,计数返回0,且当球体向井下返回流经两个插脚时,重新计数为1.不
管井筒内是否发生逆流,这确保了计数数量的准确性。
加压
整个操作过程将在不同的压力下进行从而进行每个封隔器坐封,球体
捕获,阀开启,和压裂操作。即,操作的每个级别可以具有一个阈值压力,
其将允许每个操作依次完成。例如,可在将球体向井下掉落之前将封隔器
元件10a设置在2500psi。在球体掉落之前,系统可进一步加压至3000psi,
在这个压力下,如果MDF中达到合适的计数数量,位移活塞总成44中的
剪脚46将进行剪切。类似地,如果球体抓取系统已经被激活,阀总成中的
剪脚54b将在这个压力水平(或更高)下进行剪切。在阀开启之后,可以
在更高的压力水平下进行岩层压裂,通常在4000psi的范围内。应注意,
用于封隔器坐封,阀开启和压裂操作的典型压力范围通常分别为1500-2500
psi,2500-4000psi和4000-10000psi。
尽管本发明已对优选实施例及其优选用法进行了描述和说明,本发明
并不限于此,熟悉本领域技术者应当理解可在本发明完全预定的范围内对
其进行各种修改或改变。