專利名稱：破裂系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)的地層破裂的破裂系統(tǒng)，所述破裂系統(tǒng)包括管狀部件，其待被作為所述井眼管狀結(jié)構(gòu)的一部分安裝，所述管狀部件由金屬制成；由金屬制成的可膨脹套筒，所述套筒具有壁厚并且包圍所述管狀部件；緊固裝置，其將所述套筒與所述管狀部件連接，以及開口，其位于所述管狀部件或者所述緊固裝置中。此外，本發(fā)明還涉及一種用于使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)的地層破裂的破裂方法。
背景技術(shù)：
在井眼中，地層被破裂以便油流進(jìn)井眼并且進(jìn)一步流入到生產(chǎn)套管中。當(dāng)破裂地層時(shí)，期望獲得大致垂直于井眼的延伸方向以及因此橫向于套管延伸的裂縫。然而，這些裂縫通常情況下由于地層中天然層的原因而基本上沿著套管延伸。 垂直于套管延伸的裂縫更長(zhǎng)地延伸到地層中。以此方式，該裂縫將揭開面積更大的飽含含油流體的地層，這將導(dǎo)致比利用縱向裂縫更加優(yōu)化的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是完全地或者部分地克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述的缺點(diǎn)和缺陷。更具體地，目的是提供一種改進(jìn)的破裂系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠大致垂直于生產(chǎn)套管形成裂縫。通過根據(jù)本發(fā)明的借助于用于使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)的地層破裂的破裂系統(tǒng)的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的以及從以下的說明中將變得明顯的多個(gè)其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征，所述破裂系統(tǒng)包括-管狀部件，其待被作為所述井眼管狀結(jié)構(gòu)的一部分安裝，所述管狀部件由金屬制成，-由金屬制成的可膨脹套筒，所述套筒具有壁厚并且包圍所述管狀部件，-緊固裝置，其用于將所述套筒與所述管狀部件連接起來，以及-開口，其位于所述管狀部件或者所述緊固裝置中，其中，所述套筒具有破裂初始元件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述破裂初始元件可以從套筒的表面突出。通過從套筒的表面突出的破裂初始元件，指的是沿著表面的一位置——在此位置處，表面的切線斜率變化并且為了再次變化而變成0，該元件在此位置處向地層突出。此外，所述破裂初始元件可以在可膨脹套筒的膨脹狀態(tài)下至少部分地刺穿地層的一部分。此外，所述可膨脹套筒可以具有膨脹狀態(tài)和未膨脹狀態(tài)，在所述膨脹狀態(tài)下所述套筒的接觸面與地層接觸，所述破裂初始元件至少在膨脹位置從所述接觸面突出到所述地層中以使地層破裂。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述破裂初始元件可以被設(shè)置在所述緊固裝置之間。此外，所述破裂初始元件可以包括所述套筒的相對(duì)于所述套筒的另一部分而言具有減小的壁厚的中心部分。此外，所述破裂初始元件可以包括沿著所述套筒的周緣分布的若干個(gè)區(qū)域，其中所述套筒的這些區(qū)域相對(duì)于套筒的其他區(qū)域而言可具有減小的壁厚。此外，所述破裂初始元件可包括突起部。此外，所述破裂初始元件可以包括剪切塞、彈簧閥或者破裂片。在一個(gè)實(shí)施例中，所述突起部可以遠(yuǎn)離所述管狀部件朝向所述地層變尖。此外，所述突起部可以是周向突起部。此外，所述套筒沿著該套筒的周緣可以具有多個(gè)突起部，以確保所述突起部設(shè)置
在所述套筒的同一周向橫截面中。在另一實(shí)施例中，所述破裂初始元件可包括至少一個(gè)區(qū)域，所述區(qū)域具有減小的壁厚并且在到達(dá)預(yù)定的壓力時(shí)爆炸。如上所述的破裂系統(tǒng)還可以包括一工具，該工具用于通過使加壓流體經(jīng)由所述管狀部件中的開口流進(jìn)所述可膨脹套筒和所述管狀部件之間的空間中來膨脹所述可膨脹套筒。此外，在所述開口中設(shè)置一閥，以控制加壓流體到所述可膨脹套筒和所述管狀部件之間的空間的流通。此外，所述套筒可以具有由與套筒的中心部分的材料不同的材料制成的兩端。該兩端可以被焊接到中心部分，并且可以具有與套筒的中心部分的傾斜表面對(duì)應(yīng)的傾斜表面。在一實(shí)施例中，所述閥可以是單向閥或雙向閥。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)所述緊固裝置可相對(duì)于環(huán)形障礙物的管狀部件的連接部件滑動(dòng)。此外，至少一個(gè)所述緊固裝置可以被固定地緊固到所述管狀部件。在另一實(shí)施例中，所述工具可具有用于將所述閥從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的
>J-U ρ α裝直。此外，所述工具可以具有隔離設(shè)備，該隔離設(shè)備用于在所述管狀部件的開口外側(cè)在所述工具的外側(cè)壁和所述井眼管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁之間隔離第一區(qū)段。此外，所述工具的所述隔離設(shè)備可具有至少一個(gè)密封裝置，該至少一個(gè)密封裝置用于在所述閥的任一側(cè)密封所述井眼管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁，以在所述井眼管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)隔離所述第一區(qū)段。此外，所述工具可以具有壓力分配裝置，該壓力分配裝置用于從井眼中抽吸流體并且將加壓流體輸送到所述第一區(qū)段。此外，所述工具可以具有將所述工具連接到鉆桿的裝置。同時(shí)，所述工具可以具有用于閉合環(huán)形區(qū)域的封隔器。本發(fā)明還涉及如上所述的破裂系統(tǒng)在井眼管狀結(jié)構(gòu)中用于將所述井眼管狀結(jié)構(gòu)插入到井眼中的應(yīng)用。最后，本發(fā)明涉及一種通過在井眼內(nèi)部膨脹如上所述的破裂系統(tǒng)中的可膨脹套筒來使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)的地層破裂的破裂方法，所述方法包括如下的步驟-將一工具放置在所述管狀部件的所述開口外側(cè)，
-將流體注入所述管狀部件和所述可膨脹套筒之間的空間中以膨脹所述套筒，-通過使所述套筒膨脹直到所述套筒在所述地層上施加預(yù)定的壓力來破裂所述地層。此外，所述破裂方法還可以包括使所述套筒膨脹直到所述破裂初始元件爆炸的步驟。


下面將參考隨附的示意圖對(duì)本發(fā)明和它的很多優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中隨附的示意圖為了說明的目的示出一些非限制性的實(shí)施例，附圖中·
圖I示出了具有水平部分的井眼中的套管的截面圖，圖2示出了豎直井中的套管的截面圖，圖3示出在地層中形成裂縫的膨脹套筒的截面圖，圖4不出了未膨脹的破裂系統(tǒng)的截面圖，圖5示出了圖4的破裂系統(tǒng)在膨脹狀態(tài)下的截面圖，圖6不出了未膨脹破裂系統(tǒng)的實(shí)施例的截面圖，圖7示出了圖6的破裂系統(tǒng)在膨脹狀態(tài)下的截面圖，圖8不出了未膨脹破裂系統(tǒng)的另一實(shí)施例的截面圖，圖9示出了圖8的破裂系統(tǒng)在膨脹狀態(tài)下的截面圖，圖10不出了未膨脹破裂系統(tǒng)的另一實(shí)施例的截面圖，圖11示出了圖10的破裂系統(tǒng)在其幾乎完全膨脹狀態(tài)下的截面圖，圖12示出了圖10的破裂系統(tǒng)在其完全膨脹狀態(tài)下的截面圖，其中破裂初始元件爆炸以使流體將地層破裂，圖13示出了圖9的破裂初始元件的橫貫截面圖，圖14不出了未膨脹破裂系統(tǒng)的另一實(shí)施例的截面圖，圖15示出了圖14的破裂系統(tǒng)在膨脹狀態(tài)下的截面圖，圖16示出了圖14的破裂系統(tǒng)在其完全膨脹狀態(tài)下的截面圖，其中已經(jīng)從套筒中釋放出破裂初始元件以使流體將地層破裂。所有的附圖都是示意性的，不一定按比例畫出，并且只示出了對(duì)于解釋本發(fā)明來說必要的部件，其他的部件被省略或者僅僅加以暗示。
具體實(shí)施例方式圖I示出了一具有豎直部分和水平部分的井。在水平部分中，示出了垂直于生產(chǎn)套管延伸的地層裂縫11。生產(chǎn)套管借助于環(huán)形障礙物緊固到地層，并且在水平部分中該裂縫位于膨脹的環(huán)形障礙物之間。在此類井中，裂縫11是豎直的并且也可垂直于地層的天然層。在圖2中示出了僅是豎直的井。該井具有環(huán)形障礙物和水平裂縫，所有的裂縫也都垂直且橫向于生產(chǎn)套管。在下文中，在圖I和圖2中示出的與生產(chǎn)套管垂直的兩種類型的裂縫11將被稱為橫向裂縫。圖3示出了已膨脹的套筒4的示意圖，該套筒在其上方的地層中形成橫向裂縫11，并且在其下方的地層中形成縱向裂縫。如圖所示，縱向裂縫是沿著生產(chǎn)套管的延伸方向延伸的裂縫。在石油工業(yè)中估計(jì)顯示與具有縱向裂縫的水平井相比具有橫向地層裂縫的水平井將生產(chǎn)效率提高直至60%。通過在環(huán)形障礙物中使套筒4膨脹以在地層中形成裂縫，該膨脹的套筒壓靠地層，使所述裂縫變得一致/同步。圖4不出了包括帶有破裂初始兀件7的套筒4的破裂系統(tǒng)I。破裂初始兀件7在該實(shí)施例中是套筒4的具有減小的壁厚的一部分，從而使得當(dāng)套筒膨脹時(shí)，如圖5所示，破裂初始元件7突出并且當(dāng)壓向地層時(shí)起切刃(notch，切口、刻痕)的作用。以此方式，控制破裂過程以保證裂縫是橫向的而非縱向的。破裂系統(tǒng)I包括可膨脹套筒4和管狀金屬部件3，當(dāng)將生產(chǎn)套管插入到井眼中時(shí)，可膨脹套筒4和管狀金屬部件3都作為井眼管狀結(jié)構(gòu)2的一部分安裝。如圖4所示，可膨脹套筒4在未膨脹狀態(tài)下具有壁厚t，并包圍管狀部件3并且借助于緊固裝置5被以密封的方式緊固到管狀部件3。管狀部件3具有至少一個(gè)開口 6，該開口 6用作用于允許流體進(jìn)入套筒4和管狀部件之間的空間以便膨脹套筒的通道。 在圖6的破裂系統(tǒng)I中，可膨脹套筒4具有破裂初始元件7，如圖4所示，該破裂初始元件7是套筒的壁厚減小的一部分。此外，破裂初始元件7包括突起部9，該突起部變細(xì)以成為一周向外緣。圖6的套筒4在圖7中示出為處于膨脹狀態(tài)，在膨脹狀態(tài)下，套筒的壁厚減小的部分作為突起部件向地層突出，并且設(shè)置在具有減小的厚度的突起部件上的外緣壓向地層并且增加突起部件的切刃效應(yīng)。因此，在圖5至圖9、圖11和圖14至圖16中，破裂初始元件從套筒的表面突出。通過從套筒的表面突出的破裂初始元件，指的是沿著表面的一位置——在此位置處，表面切線的斜率變化并且為了再次變化而變成0，該元件在此位置處從套筒的表面向地層突出。在圖5、圖7、圖11和圖15中，破裂初始元件在可膨脹套筒的膨脹狀態(tài)下至少部分地刺穿地層的一部分。在破裂初始元件的一部分刺穿之后，作為套筒另一部分的接觸表面30與地層接觸。在另一實(shí)施例中，可膨脹套筒4具有多個(gè)破裂初始元件7，該破裂初始元件7表現(xiàn)為套筒的具有減小的壁厚的部分。套筒4具有若干厚度減小的圓形區(qū)域，并且在套筒的外側(cè)，各個(gè)破裂初始元件包括朝向一點(diǎn)變細(xì)的突起部9。圖8的套筒4包括多個(gè)表現(xiàn)為突起部9的破裂初始元件7，該突起部9設(shè)置在所述套筒的外側(cè)、位于套筒的橫向于套管縱向的同一橫截面中。如圖9所示，各個(gè)突起部9朝向點(diǎn)16變尖，該點(diǎn)16當(dāng)套筒4膨脹時(shí)壓入到地層中，并且各個(gè)突起部9的點(diǎn)16起切刃的作用，當(dāng)套筒膨脹時(shí)，該切刃開始形成橫向于套管縱向的裂縫。如圖8所示，開口 6可具有閥10，該閥必須在加壓流體12可被注入到套筒4和管狀部件3之間的空間中之前打開，以便膨脹套筒。在圖10至圖12中，破裂系統(tǒng)I具有多個(gè)表現(xiàn)為具有減小的壁厚的區(qū)域的破裂初始元件7。如圖11所示，當(dāng)套筒4膨脹時(shí)，具有減小的壁厚的區(qū)域從套筒的外側(cè)向地層突出，并且當(dāng)套筒進(jìn)一步膨脹時(shí)，如圖12所示，該區(qū)域爆炸。因此，破裂初始元件7用作在地層中形成裂縫11的切刃，當(dāng)它們爆炸時(shí)，流體15可被高壓注入到地層壁中，因此進(jìn)一步使地層破裂。如果流體15包含酸，那么借助于酸來擴(kuò)大裂縫11。如上所述,期望具有橫向裂縫，并且通過具有位于橫向于生產(chǎn)套管縱向的同一橫截面中的多個(gè)破裂初始元件7，很容易在該同一橫截面中形成受控的橫向裂縫。因此，設(shè)置更加有效的破裂系統(tǒng)1，以控制裂縫的破裂方向。在圖13中，示出了橫貫套筒的、橫向于破裂系統(tǒng)的縱向延伸的截面圖，以及破裂初始元件，以及在同一橫截面中的橫向裂縫。此外，示出多個(gè)破裂元件沿著套筒的周緣間隔開。在圖14的橫截面視圖中，示出了如下的未膨脹破裂系統(tǒng)破裂初始元件7是緊固在套筒壁中的剪切塞(shear plug)。如圖15所示,破裂初始元件局部刺穿地層,并且當(dāng)一定的壓力注入到開口 6中時(shí)該破裂初始元件能夠從套筒上釋放，從而使得破裂初始元件在套筒壁上留下一敞開的洞。在圖16中，破裂用流體進(jìn)入該套筒壁上的洞并且進(jìn)一步進(jìn)入到地層中的裂縫。破裂初始元件可以是彈簧閥或者破裂片，而不是如圖14至圖16所示的剪切塞。破裂初始元件還可以是被焊接為套筒壁的一部分的帶有尖頭的元件，并且因此在通過開口6注入的一定流體壓力下，該焊接連接斷開。 井眼管狀結(jié)構(gòu)2可以使是生產(chǎn)油管或者生產(chǎn)套管、或者井或井眼中類似類型的井下管件。閥10可以是任意類型的能夠控制流動(dòng)的閥，諸如球閥、蝶形閥、阻氣閥門、止回閥或者單向閥、隔膜閥、膨脹閥、閘式閥、球形閥、刀閘閥、針閥、活塞閥、夾管閥或者旋塞閥?？膳蛎浌軤罱饘偬淄?可以是冷拔管狀結(jié)構(gòu)或者熱拔管狀結(jié)構(gòu)。用于膨脹可膨脹套筒4的流體可以是在包圍工具20和/或井眼管狀結(jié)構(gòu)3的井眼中存在的任意類型的井筒流體。此外，流體可以是水泥、氣體、水、聚合物或二元混合物，諸如與粘合劑或者硬化劑混合或者反應(yīng)的粉體或顆粒。雖然以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不偏離所附權(quán)利要求限定的發(fā)明的情況下，很明顯地可以想到若干修改。
權(quán)利要求
1.一種用于使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)(2)的地層破裂的破裂系統(tǒng)(I )，所述破裂系統(tǒng)包括 -管狀部件(3)，其待被作為所述井眼管狀結(jié)構(gòu)的一部分安裝，所述管狀部件由金屬制成， -由金屬制成的可膨脹套筒(4)，所述套筒具有壁厚(t)并且包圍所述管狀部件， -緊固裝置(5)，其將所述套筒與所述管狀部件連接，以及 -開口(6)，其位于所述管狀部件或者所述緊固裝置中， 其中，所述套筒具有破裂初始元件(7 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述可膨脹套筒具有膨脹狀態(tài)和未膨脹狀態(tài)，在膨脹狀態(tài)下所述套筒的接觸面(30)與地層接觸，所述破裂初始元件至少在膨脹位置從所述接觸面突出到所述地層中以使所述地層破裂。
3.如權(quán)利要求I或2所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述破裂初始元件包括所述套筒的相對(duì)于所述套筒的另一部分而言具有減小的壁厚的中心部分(8)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述破裂初始元件包括沿著所述套筒的周緣分布的若干個(gè)區(qū)域，其中所述套筒的這些區(qū)域相對(duì)于所述套筒的其他區(qū)域而言具有減小的壁厚。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述破裂初始元件包括一突起部(9)。
6.如權(quán)利要求5所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述破裂初始元件包括剪切塞、彈簧閥或者破裂片。
7.如權(quán)利要求5或6所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述突起部遠(yuǎn)離所述管狀部件朝向所述地層變尖。
8.如權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述突起部是周向突起部。
9.如權(quán)利要求5至8中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述套筒沿著該套筒的周緣具有多個(gè)突起部，以確保所述突起部設(shè)置在所述套筒的同一周向橫截面中。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)，其中，所述破裂初始元件包括具有減小的壁厚的至少一個(gè)區(qū)域，所述區(qū)域在到達(dá)預(yù)定的壓力時(shí)爆炸。
11.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)，所述破裂系統(tǒng)還包括一工具，該工具用于通過使加壓流體經(jīng)由所述管狀部件中的開口流入到所述可膨脹套筒和所述管狀部件之間的空間中來膨脹所述可膨脹套筒。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)，其中，在所述開口處設(shè)置一閥以控制加壓流體到所述可膨脹套筒和所述管狀部件之間的空間的流通。
13.如權(quán)利要求I至12中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)在井眼管狀結(jié)構(gòu)中以用于將所述井眼管狀結(jié)構(gòu)插入到井眼中的應(yīng)用。
14.一種用于通過在井眼內(nèi)部膨脹如權(quán)利要求I至12中的任一項(xiàng)所述的破裂系統(tǒng)中的可膨脹套筒來使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)(2)的地層破裂的破裂方法，所述方法包括如下的步驟 -將一工具放置在所述管狀部件的所述開口外側(cè)， -將流體注入所述管狀部件和所述可膨脹套筒之間的空間中以膨脹所述套筒， -通過使所述套筒膨脹直到所述套筒在所述地層上施加預(yù)定的壓力來使所述地層破
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的破裂方法，所述方法還包括使所述套筒膨脹直到所述破裂初始元件爆炸的步驟?！?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)的地層破裂的破裂系統(tǒng)，所述破裂系統(tǒng)包括管狀部件，其待被作為所述井眼管狀結(jié)構(gòu)的一部分安裝，所述管狀部件由金屬制成；由金屬制成的可膨脹套筒，所述套筒具有壁厚并且包圍所述管狀部件；緊固裝置，其將所述套筒與所述管狀部件連接；以及開口，其位于所述管狀部件或者所述緊固裝置中。此外，本發(fā)明還涉及一種用于使包圍井眼管狀結(jié)構(gòu)的地層破裂的破裂方法。
文檔編號(hào)E21B43/26GK102959181SQ201180032240
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者J·哈倫德巴克, P·黑澤爾 申請(qǐng)人:韋爾泰克有限公司