專利名稱：用于以減小的泵送壓力水力壓裂的多球-球座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的實施方案一般涉及井下隔離工具。更具體而言，本文中公開的實施方案涉及具有球座心軸的井下隔離工具，該球座心軸具有兩個或多個球座。此外，本文中公開的實施方案涉及具有兩個或多個井下隔離工具的井下隔離系統(tǒng)。此外，本文中公開的實施方案涉及將井下隔離系統(tǒng)運行到井中并用井下隔離系統(tǒng)隔離井區(qū)的方法。
背景技術(shù)：
在鉆井、完井或返工井中，隔離井內(nèi)的特定區(qū)通常變得有必要。在一些應(yīng)用中，井下隔離工具下降到井中以將井的一部分從另一部分隔離。井下工具通常包括耦接到球座的套筒。球可從表面下落并且就座于球座中，以從井在工具上方的一部分密封或隔離井在工具下方的一部分?？蓪⒍嘤谝粋€井下隔離工具運行到井中，使得井的多個區(qū)被隔離。

井下隔離工具可與其它井下工具結(jié)合運行，例如包括封隔器、致裂(或壓裂)塞、橋塞等等?？赏ㄟ^鉆通工具并將流體循環(huán)到表面以移除鉆井碎片來移除井下隔離工具和其它井下工具?？赏ㄟ^金屬線、螺線管或常規(guī)鉆柱而設(shè)定井下隔離工具。工具可在裸眼井、套管井或其它井下完井系統(tǒng)中運彳丁。安直在井下隔尚工具中的球座被構(gòu)造來各納球以隔尚井筒的區(qū)，并允許從井下隔離工具下方的區(qū)生產(chǎn)流體。當(dāng)跨座位從上方施加壓力差時，球就座在座位中。例如，隨著流體從表面向井下泵送到地層中以壓裂地層時，球就座在球座中以維持流體，且因此在井下隔離工具上方的區(qū)中提供地層的壓裂。換句話說，就座的球可防止流體流動到井下隔離工具下方隔離的區(qū)中。地層的壓裂允許增強地層流體流動到井筒中。球可從表面下落，或可安置在井下隔離工具內(nèi)，并在井下的工具內(nèi)運行。在高溫和高壓，S卩，高于約300° F和高于約10，OOOpsi時，井下球的通?？捎貌牧峡赡懿豢煽俊４送?，如圖1A和圖1B中所示，常規(guī)球座36包括錐形或漏斗形座表面40。球38與座表面40接觸，并形成初始密封?；谧砻?0和球38的幾何形狀，在座表面40的內(nèi)徑與球38的外徑之間具有較大徑向距離。因此，座表面40與球38之間的承載面積較小。隨著球38被相繼加載到更高負(fù)載，球38可能經(jīng)受超過其材料性質(zhì)限制的較高壓縮負(fù)載，從而導(dǎo)致球38故障。即使球38變形，球38無法足夠變形以接觸錐形座表面40，且因此球38的球座36的承載表面40保持較小。環(huán)境溫度上的增加也可以由于材料性質(zhì)降低而增加將球38通過座位36而擠出的可能性。球38材料的機械性質(zhì)可例如降低壓縮應(yīng)力限制和彈性，這可導(dǎo)致球破裂或通過球座36擠出的可能性增加。因此，在高溫和高壓環(huán)境中，常規(guī)井下隔離工具，即，井下隔離工具內(nèi)的球38和球座36可能漏出或故障。在將這種球和球下落裝置使用為用于水力壓裂處理以隔離不同區(qū)的構(gòu)件的裸眼井壓裂系統(tǒng)中，對于每個隔離區(qū)使用不同大小的球。具體而言，在隔離了多個區(qū)的井筒中，使用一系列球以隔離每個區(qū)。第一大小的球在第一區(qū)中密封第一座位，且第二大小的球在第二區(qū)中密封第二座位。最下面的區(qū)使用系列球的最小球，且最上面的區(qū)使用系列球的最大球。大小最小球的直徑通常是3/4英寸到I英寸。對應(yīng)球座和對應(yīng)通孔必須具有小于球的直徑以容納并支撐球。典型的水力壓裂流體速率是在20BPM(桶每分鐘)與40BPM之間。通過約束(即，小達(dá)3/4英寸的球座和對應(yīng)軸向通孔)的壓力降是較大的。這種壓力降增加了地點上完成隔離工作所需的總泵送馬力。因而，對于在高溫和高壓環(huán)境中有效密封或隔離塞上方和下方的區(qū)并提供通過系統(tǒng)的足夠通過流的井下隔離工具存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本文中公開的實施方案涉及井下隔離工具，其包括接頭、安置在接頭中的套筒和耦接到套筒的球座心軸，球座心軸具有與安置在球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的至少兩個球座。在另一方面，本文中公開的實施方案涉及井下隔離系統(tǒng)，系統(tǒng)包括第一井下隔離工具，其包括第一接頭、安置在第一接頭中的第一套筒，和耦接到第一套筒的第一球座心軸，第一球座心軸具有與安置在第一球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的至少兩個球座，和第二井下隔離工具，其包括第二接頭、安置在第二接頭中的第二套筒，和耦接到第二套筒的第二球座心軸，第二球座心軸具有與安置在第二球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的至少兩個球座。在又另一方面，本文中公開的實施方案涉及一種隔離井的方法，該方法包括將井下隔離系統(tǒng)運行到井中，其中井下隔離系統(tǒng)包括第一井下隔離工具，第一井下隔離工具包括第一接頭、安置在接頭中的第一套筒，和耦接到第一套筒的第一球座心軸，第一球座心軸具有與安置在第一球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的第一大小的至少兩個球座，將第一大小的至少兩個球下落到井中，并將第一大小的至少兩個球就座在第一球座心軸的至少兩個球座中。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將從以下描述和隨附權(quán)利要求而顯而易見。


圖1A不出常規(guī)球座和安置在球座中的球的橫截面圖。圖1B是圖1A的常規(guī)球座和球的詳細(xì)視圖。圖2A和圖2B示出根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具的橫截面圖。圖3A和圖3B分別示出根據(jù)本文中公開的井下隔離工具的球座心軸的透視圖和橫截面圖。圖4A和圖4B分別示出根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具的球座心軸的透視圖和橫截面圖。
圖5A示出根據(jù)本文中公開的實施方案的球座的橫截面圖。圖5B示出圖5A的詳細(xì)視圖。圖6A示出根據(jù)本文中公開的實施方案的球座的橫截面圖。圖6B示出圖6A的詳細(xì)視圖。圖7示出根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具的球座心軸的橫截面圖。圖8A和圖SB分別示出根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具的球座心軸的透視圖和俯視圖。
具體實施例方式本文中公開的實施方案一般涉及井下隔離工具。更具體而言，本文中公開的實施方案涉及具有球座心軸的井下隔離工具，球座心軸具有至少兩個或多個球座。此外，本文中公開的實施方案涉及具有兩個或多個井下隔離工具的井下隔離系統(tǒng)。此外，本文中公開的實施方案涉及將井下隔離系統(tǒng)運行到井中，并用井下隔離系統(tǒng)隔離井區(qū)。圖2A和圖2B示出根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具200。工具200包括可耦接到鉆柱、生產(chǎn)柱、螺線管或其它井下組件的接頭202。接頭202可以是單個管狀組件，或可包括兩個或多個組件。例如，如圖2A和圖2B中所示，接頭202可包括上外殼204和下外殼206。上外殼204和下外殼206可以螺紋地彼此耦接，或通過本領(lǐng)域中已知的任何其它方式而耦接，例如，焊接、壓配以及用機械扣件耦接。例如，一個或多個固定螺釘222可將下外殼206耦接到上外殼204。一個或多個埠口 221被安置在接頭202中，以允許接頭202的孔與在接頭202與井(未示出)之間形成的環(huán)形空間(未示出)之間的流體連通。工具200還包括安置在接頭202內(nèi)的套筒208。套筒208被構(gòu)造來當(dāng)從工具200上方施加預(yù)定壓力時在接頭202內(nèi)軸向向下滑動，如將在下文中更詳細(xì)描述。套筒208最初在最接近接頭202的主腔210的第一端或上端耦接到接頭202。剪切裝置212將套筒208耦接到接頭202的內(nèi)表面。在一個實施方案中，剪切裝置212可包括一個或多個剪切銷或剪切螺釘，其被構(gòu)造來將套筒208保持在初始位置中，直到從工具200上方施加預(yù)定壓力為止。工具200還包括耦接到套筒208的球座心軸218。在一個實施方案中，球座心軸218可安置在套筒208內(nèi)最接近套筒208的上端220處。然而，在其它實施方案中，球座心軸218可安置在最接近套筒208的中心或下端214處。球座心軸218可通過本領(lǐng)域中已知的任何方式而耦接到套筒。例如，在一個實施方案中，球座心軸218可與套筒208螺紋接合。在另一實施方案中，球座心軸218可焊接到球座心軸218?，F(xiàn)在參考圖3A和圖3B，分別示出根據(jù)本文中公開的實施方案的球座心軸218的透視圖和橫截面圖。如圖所不，在一個實施方案中，球座心軸218可包括在球座心軸218的上面226中形成的兩個球座224A、224B。每個球座224A、224B與延伸通過球座心軸218的兩個通孔228A、228B的一個軸向?qū)?zhǔn)。球座224A、224B和對應(yīng)通孔228A、228B的直徑被定大小，以使通過球座心軸218的流體流動面積最大化。球座心軸218的上面226被定輪廓以確保下落的球(未示出)適當(dāng)?shù)鼐妥诿總€座位224A、224B中。此外，上面226的輪廓可被構(gòu)造來增強球座心軸218的水動力，即，幫助直接流動通過通孔228A、228B，減少流體流動通過座位224A、224B和通孔228A、228B的摩擦力，并大致減少上面226和球座心軸218的磨損。雖然圖3A和圖3B示出具有兩個球座224A、224B和兩個對應(yīng)通孔228A、228B的球座心軸218，但是所屬領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)了解，可在球座心軸218的上面226中形成三個、四個或多個球座224。圖4A和圖4B分別示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的具有四個球座324A、324B、324C、324D的球座心軸318的透視圖和橫截面圖。如圖所示，每個球座324A、324B、324C、324D與延伸通過球座心軸318的四個通孔(這個圖中僅示出兩個)328A、328B的一個軸向?qū)?zhǔn)。球座324A、324B、324C、324D和對應(yīng)通孔328A、328B的直徑被定大小，以使通過球座心軸318的流體流動面積最大化。球座心軸318的上面326被定輪廓以確保下落的球(未示出)適當(dāng)就座在每個座位324A、324B、324C、324D中。此外，上面326的輪廓可被構(gòu)造來增強球座心軸318的水動力，即，幫助直接流動通過通孔328A、328B，減少流體流動通過座位324A、324B、324C、324D和通孔328A、328B的摩擦力，并大致減少上面326和球座心軸318的磨損。例如，如圖4A和圖4B中所示，球座心軸318的上面326可被定輪廓使得上面326的中心部分330高于最接近四個球座324A、324B、324C、324D的每個的圓周部分332。上面326的升高或凸起的中心部分330防止球(未示出)抵靠上面326的表面停留或就座，而不是就座在球座324A、324B、324C、324D的一個內(nèi)。一個或多個球座之間的上面326的部分可類似地凸起以確保球適當(dāng)?shù)鼐妥谇蜃?24A、324B、324C、324D內(nèi)。隨著流體流入井中，其中流體流內(nèi)含有球(未示出)，除流體壓力之外，上面326的輪廓幫助將每個球(未示出)就座在每個球座324A、324B、324C、324D 中。關(guān)于圖3A、圖3B、圖4A和圖4B的實施方案的一個或多個球座224A_B、324A_D可包括具有弓形剖面的座表面4015，如圖5A和圖5B中所示，且如美國申請案第61/327，509號中所公開，該案全部內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。如圖所示，座表面4015的剖面對應(yīng)于下落到井中并就座在球座224、324中的球4009的剖面。具體而言，座表面4015的剖面是彎曲的。弓形剖面可以是球形或橢圓形的。因此，弓形剖面的曲率半徑可以是恒定或可變的。座表面4015的曲率半徑可近似等于球4009的曲率半徑。因此，在一個實施方案中，座表面4015提供具有通過其內(nèi)的孔的倒圓頂形座位，其被構(gòu)造來容納球4009。在一個實施方案中，座位224A-B、324A-D可包括第一部分4017和第二部分4019，如圖5A中所示。第一部分4017軸向安置在第二部分4019上方。在這個實施方案中，第一部分4017可包括錐形剖面，使得形成圓錐表面。第二部分4019可包括對應(yīng)于球4009的剖面的剖面。當(dāng)從工具上方施加壓力差時，隨著球4009下落或隨著其在井下隔離工具內(nèi)向下移動，第一部分4017可幫助將球4009居中或?qū)虻阶恢校⑴c第二部分4019接觸。如圖6A和圖6B中所示，根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具的座位224A-B、324A-D可包括具有剖面的座表面5015。如圖所示，座表面5015的剖面大體上對應(yīng)于球5009的剖面。具體而言，座表面5015的剖面包括多個分離部分5015a、5015b、5015c、5015d，其共同形成對應(yīng)于球5009的剖面的連續(xù)剖面。在一些實施方案中，座表面5015的剖面可包括2個、3個、4個、5個或更多個分離部分。分離部分可以是直線的或弓形的。例如，在一個實施方案中，每個分離部分具有不同于每個其它分離部分的曲率半徑?；蛘撸總€分離部分可具有相同的曲率半徑，但是每個分離部分的曲率半徑都小于球5009的曲率半徑。在另一實例中，每個分離部分可以是直線的，且可包括相對于心軸5007或球座224A-B、324A-D的中心軸的不同于每個其它分離部分的角度的角度。座表面5015的整個剖面的平均提供了大體上對應(yīng)于球5009的剖面的剖面。在一個實施方案中，座位224A-B、324A-D可包括第一部分5017和第二部分5019，如圖6A中所示。第一部分5017軸向安置在第二部分5019上方。在這個實施方案中，第一部分5017可包括錐形剖面，使得形成圓錐表面。第二部分5019可包括大體上對應(yīng)于球5009的剖面的剖面。當(dāng)從工具上方施加壓力差時，隨著球5009下落或隨著其在井下隔離工具內(nèi)向下移動，第一部分5017可幫助將球5009居中或?qū)虻阶恢校⑴c第二部分5019接觸。參考圖5A至圖5B和圖6A至圖6B，座位224A_B、324A_D的幾何形狀(即，剖面)在球4009、5009與座位224A-B、324A-D之間提供足夠接觸以實現(xiàn)密封。由于壓力差，球上的負(fù)載增加可能使球4009、5009略微變形進(jìn)入球座224A-B、324A-D中，從而增強密封。因為球4009、5009的外徑與座位224A-B、324A-D之間的徑向間隙較小，所以在一些實施方案中，球4009、5009僅需要變形較小的量以提供與球座224A-B、324A-D的座表面4015、5015的完全接觸。如上文所述的座表面4015、5015的剖面允許就座的球4009、5009與座表面4015、5015之間的較大接觸表面。這個接觸表面對球4009、5009提供額外承載面積，從而防止球材料由于超過材料最大可允許壓縮應(yīng)力的壓縮應(yīng)力的故障。如果壓力差增加，那么球4009、5009可能變形，并(如上文所述)接觸球座224A-B、324A-D，以由座位224A-B、324A-D額外承載支撐。由于球4009、5009與座位剖面4015、5015之間的較小徑向間隙，球4009、5009的變形可以是最小的。返回參考圖3A和圖3B，球座心軸218還可以包括被構(gòu)造來與總成工具接合的切口、槽口或其它開口。具體而言，球座心軸218的上面226中可形成一個或多個切口 334以允許總成工具接合球座心軸218并在套筒208中組裝球座心軸218 (圖2A和圖2B)。例如，在一個實施方案中，總成工具(未示出)可接合切口 334，并且被旋轉(zhuǎn)以接合球座心軸218的外表面上的螺紋和套筒208的內(nèi)表面上的螺紋。所屬領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)了解，可使用各種總成工具，且可使用本領(lǐng)域中已知的用于將球座心軸218耦接到套筒208的各種方式?，F(xiàn)在參考圖7,不出根據(jù)本文中公開的實施方案的球座心軸518的橫截面圖。如圖所示，球座心軸518包括安置在定輪廓的上面526上的至少兩個球座524A、524B。在這個實施方案中，球座心軸518的下端515包括腔536。腔536形成于球座心軸518的下端514內(nèi)，以便提供具有外徑Dl和內(nèi)徑D2的球座心軸518的圓柱下部分。因此，根據(jù)圖6中所示的實施方案而形成的球座心軸518可包括兩個或多個通孔(圖6示出這些通孔528A中的一個)，其具有小于根據(jù)圖3和圖4中所示的實施方案而形成的通孔的軸長。一旦已完成壓裂處理或其它工作，這個腔536可減小將要鉆井的材料總體積。因此，可減少移除井下隔離工具所花費的時間。在一些井中，可能需要在井中隔離多個區(qū)。在這種應(yīng)用中，多個井下隔離工具可運行到井中以隔離井的每個部分。具體而言，可將多個井下隔離工具的系統(tǒng)運行到井中以提供每個隔離部分的壓裂，并允許從每個區(qū)生產(chǎn)流體。在一個實施方案中，可將兩個或多個井下隔離工具運行到井中。因為工具串聯(lián)運行，即，一個井下隔離工具安置在第二井下隔離工具的軸向向下，所以可使用一系列不同大小的球以就座或密封于每個工具內(nèi)。具體而言，與用于抵靠軸向定位在第一井下隔離工具上方的井下隔離工具而就座的球相比，使用更小的球以抵靠第一井下隔離工具而就座。因為將要就座的球在井下的流體中跑動，所以使用不同大小的球使得用于抵靠第一井下隔離工具(即，下面的工具)而就座的球足夠小以安全地經(jīng)過安置在第一井下隔離工具上方的井下隔離工具。類似地，一旦從下方恢復(fù)生產(chǎn)流體，球需要足夠小以安全地向上經(jīng)過定位在具有就座的球的工具上方的井下隔離工具，以允許球隨著生產(chǎn)流體而從系統(tǒng)移除。因而，在一個實施方案中，井下隔離系統(tǒng)可包括根據(jù)本發(fā)明的兩個或多個井下隔離工具。具體而言，第一井下隔離工具可類似于上文所描述的關(guān)于圖2A、圖2B、圖4A和圖4B的工具。第一井下隔離工具，即，最底下的井下隔離工具被構(gòu)造來容納將與井下隔離系統(tǒng)使用的一系列球的最小球，并使其就座。因此，在該實例中，第一井下隔離工具可包括球座心軸318，其包括四個球座324A、324B、324C、324D和四個對應(yīng)通孔(這個圖中僅示出兩個)328A、328B，如關(guān)于圖4A和圖4B所示和所描述的。四個球座可關(guān)于球座心軸318的內(nèi)部周界均等地間隔，且當(dāng)球尚未就座在一個或多個球座324A、324B、324C、324D中時，可以使通過球座心軸318的流體流動面積最大化。第二井下隔離工具可在第一井下隔離工具上方運行。第二井下隔離工具被構(gòu)造來在從下面的區(qū)生產(chǎn)流體期間允許下落的球經(jīng)過到第一井下隔離工具或從第一井下隔離工具到表面。因此，第二井下隔離工具被構(gòu)造來容納具有大于用于抵靠第一井下隔離工具而就座的球的大小(即，直徑)的球，并使其就座。因而，在一個實施方案中，可使用具有如圖3A和圖3B中所示的球座心軸218的如圖2A和圖2B中所示的第二井下隔離工具。具體而言，第二井下隔離工具可包括具有與兩個對應(yīng)通孔228A、228B軸向?qū)?zhǔn)的兩個球座224A、224B的球座心軸218。球座224A、224B可關(guān)于球座心軸318的內(nèi)部周界均等地間隔，且當(dāng)球沒有就座在一個或多個球座224A、224B中時，可允許使通過球座心軸218的流體流動面積最大化。因此，第二井下隔離工具的每個球座224A、224B的大小(即，直徑)大于第一井下工具的每個球座324A、324B、324C、324D的大小(即，直徑)。在其它實施方案中，額外井下隔離工具可與上文所述的第一和第二井下隔離工具運行，使得每個定位在下面的井下隔離工具被構(gòu)造來容納比定位在上方的井下隔離工具更小的球并使其就座。在一個實例中，如圖8A和圖8B中所示，可將具有球座心軸718的第三井下隔離工具定位在第一井下隔離工具上方和第二井下隔離工具下方，球座心軸718具有三個球座724A、724B、724C和三個軸向?qū)?zhǔn)的對應(yīng)通孔(未示出)。因此，第三井下隔離閥的每個球座724A、724B、724C大于第一井下隔離工具的每個球座324A、324B、324C、324D，但小于第二井下隔離工具的每個球座224A、224B。雖然在該實例中，球座的數(shù)量從最下面的工具到最上面的工具而減少，但是所屬領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)了解，每個井下隔離工具的球座數(shù)量可以是相同的，但球座的大小(即，直徑)從最下面的井下工具到最上面的井下工具而增加。在其它實施方案中，具有如本文中所述的至少兩個球座的井下隔離工具可與具有僅一個球座和一個對應(yīng)通孔的井下隔離工具一起運行。在這種系統(tǒng)中，具有一個球座的井下隔離工具可包括具有如本文中所述的定輪廓的上面的球座心軸，且球座的大小可基于當(dāng)在井中運行時具有一個座位的井下隔離工具相對于具有兩個或多個球座的其它井下隔離工具的軸向位置而定大小。現(xiàn)在討論如本文中所述的運行井下隔離系統(tǒng)的方法和如本文中所述的用井下隔離系統(tǒng)隔離井的方法。根據(jù)本文中公開的實施方案，隔離井的方法包括將井下隔離系統(tǒng)運行到井中，井下隔離系統(tǒng)包括第一井下隔離工具。第一井下隔離工具包括第一接頭、安置在接頭中的第一套筒，和耦接到第一套筒的第一球座心軸，第一球座心軸包括與安置在第一球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的第一大小的至少兩個球座。例如當(dāng)需要隔離井下隔離工具上方和下方的區(qū)時，在井下隔離工具上方可執(zhí)行這種水力壓裂，將第一大小的至少兩個球下落到井中。球可被放置于通過鉆柱泵向下送到井中的流體中。當(dāng)球到達(dá)第一井下隔離工具時，每個球移動到隔離工具的球座中。球座心軸的面的輪廓以及流體流的壓力幫助將球定位在球座中。抵靠就座的球從第一井下隔離工具上方的壓力(即，流體壓力)實現(xiàn)跨井下隔離工具的內(nèi)徑的密封，從而將工具下方的區(qū)從工具上方的區(qū)隔離。一旦實現(xiàn)這種密封，可執(zhí)行其它過程，例如，水力壓裂地層或套管井，如上文所討論?？稍诰哂袃蓚€或多個井下隔離工具的井下隔離系統(tǒng)中隔離額外的區(qū)。在該實施方案中，第二井下隔離工具在井中的第一井下隔離工具上方運行。第二井下隔離工具包括第二接頭、安置在接頭中的第二套筒和耦接到第二套筒的第二球座心軸。第二球座心軸包括與安置在第二球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的第二大小的至少兩個球座。例如當(dāng)需要隔離第二井下隔離工具上方和下方的區(qū)時，在井下隔離工具上方可執(zhí)行這種水力壓裂，將第二大小的至少兩個球下落到井中。球可被放置于通過鉆柱向下泵送到井中的流體中。當(dāng)球到達(dá)第二井下隔離工具時，每個球移動到第二井下隔離工具的球座中。球座心軸的面的輪廓以及流體流的壓力幫助將球定位在球座中。抵靠就座的球從第一井下隔離工具上方的壓力(即，流體壓力)實現(xiàn)跨井下隔離工具的內(nèi)徑的密封，從而將工具下方的區(qū)從工具上方的區(qū)隔離。一旦實現(xiàn)這種密封，可執(zhí)行其它過程，例如，水力壓裂地層或套管井，如上文所討論?？墒褂貌煌笮〉那蛞跃妥诰赂綦x系統(tǒng)的不同井下隔離工具中，并且將其密封。第一大小的球下落以抵靠第一井下隔離工具而就座。第一大小的球小于第二大小的球，第二大小的球下落以抵靠軸向定位在第一井下隔離工具上方的第二井下隔離工具而就座。第一大小的球足夠小以適當(dāng)安全地通過(即，沒有堵塞或密封)第二井下隔離工具的球座，但足夠小以抵靠第一井下隔離工具的球座而就座，并實現(xiàn)密封。第二大小的球大于第二井下隔離工具的球座，以便抵靠第二井下隔離工具而就座并將其密封。一旦已完成額外的過程，就可以開始或恢復(fù)下面區(qū)的生產(chǎn)。返回參考圖2A和圖2B，可通過移除由就座在球座中的球?qū)崿F(xiàn)的密封而開始或恢復(fù)下面區(qū)的生產(chǎn)。為實現(xiàn)此，通過增加作用在具有就座在每個球座(未示出)內(nèi)的球(未示出)的球座心軸218的上面226上的流體壓力而施加跨球座心軸218的壓力差。球座心軸218上方的壓力增加到高于預(yù)定值，其對應(yīng)于將套筒208耦接到接頭202的剪切裝置212的最大額定值。一旦超過預(yù)定值，剪切剪切裝置212，從而允許套筒208軸向向下移動，直到套筒208的下端214接觸接頭202中的內(nèi)部肩216。因為球座心軸218耦接到套筒208，所以球座心軸218隨著套筒208軸向向下移動。套筒208軸向向下移動足夠打開接頭202的一個或多個埠口 221的距離。一旦打開埠口 221，S卩，套筒208已向下移動，并且不再阻塞埠口 221，從井下隔離工具上方的流體流可流動到接頭202的外徑與井、套管或其它井下工具之間形成的環(huán)面(未示出)中。從井下隔離工具下方的區(qū)生產(chǎn)流體將提起就座在球座中的球，并將球載送到表面。因為定位在更高處的井下隔離工具的球座和對應(yīng)通孔比對于下面的井下隔離工具所下落的球具有更大直徑，如上文所討論，所以球可通過生產(chǎn)的流體通過其它井下隔離工具而向上載送，并返回到表面。本文中所述的實施方案有利地提供具有較大等效通孔的井下隔離工具，通過使用多個球座和多個球以實現(xiàn)跨每個井下隔離工具的密封。根據(jù)本發(fā)明的井下隔離系統(tǒng)有利地允許隔離、壓裂和生產(chǎn)多個不同的區(qū)，但減小所需泵送馬力的量。具體而言，因為通過每個井下隔離系統(tǒng)的流體流的面積隨著使用多個球座而最大化，所以與常規(guī)球座的IOOOpsi差相比，跨根據(jù)本文中公開的實施方案的井下隔離工具的球座的壓力降可以低達(dá)eoopsi或更低。因此，需要更低的泵送馬力來隔離工具，并將工具的套筒轉(zhuǎn)換到對于環(huán)面打開的埠口。降低所需的泵送馬力可有利地減小壓裂工作的總成本。此外，一些實施方案可有利地提供具有安置在心軸的下端內(nèi)的腔的球座心軸。這種腔可提供球座心軸的更容易的鉆井，以從井移除球座心軸。因此，本文中公開的實施方案可提供移除球座心軸的更短鉆井時間。雖然已關(guān)于有限數(shù)量的實施方案描述了本發(fā)明，但是具有本公開內(nèi)容的益處的所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，可設(shè)計不脫離如本文中公開的本發(fā)明的范疇的其它實施方案。因而，本發(fā)明的范疇?wèi)?yīng)僅受隨附權(quán)利要求所限制。
權(quán)利要求
1.一種井下隔離工具，其包括: 接頭; 安置在所述接頭中的 球座心軸，所述球座心軸包括: 至少兩個球座，每個具有安置在所述球座心軸內(nèi)的對應(yīng)通孔，其中所述至少兩個球座的至少一個包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半徑大體上等于下落球的剖面的曲率半徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下隔離工具，其還包括耦接到所述球座心軸的套筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下隔離工具，其中所述球座心軸的上面被定輪廓，使得所述上面的中心部分高于最接近所述至少兩個球座的每個的圓周部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下隔離工具，其還包括被構(gòu)造來將所述套筒耦接到所述接頭的剪切裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下隔離工具，其中所述接頭還包括安置于最接近所述接頭的上端的至少一個埠口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的井下隔離工具，其中所述接頭包括被構(gòu)造來在所述剪切裝置被剪切后接合所述套筒的內(nèi)部肩。
7.一種井下隔離系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一井下隔離工具，其包括: 第一接頭； 安置在所述第一接頭中的第一套筒；和 耦接到所述第一套筒的第一球座心軸，所述第一球座心軸包括: 與安置在所述第一球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的至少兩個球座，其中所述至少兩個球座的至少一個包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半徑大體上等于下落球的剖面的曲率半徑；和 第二井下隔離工具，其包括: 第二接頭； 安置在所述第二接頭中的第二套筒；和 耦接到所述第二套筒的第二球座心軸，所述第二球座心軸包括: 與安置在所述第二球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的至少兩個球座。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一球座心軸包括至少三個球座，且所述第二球座心軸包括至少兩個球座。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第二球座心軸的所述至少兩個球座的至少一個包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半徑大體上等于下落球的剖面的曲率半徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一球座心軸的每個所述至少兩個球座的直徑相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一球座心軸的所述至少兩個球座的每個的直徑不同于所述第二球座心軸的所述至少兩個球座的每個的直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一井下隔離工具的球座數(shù)量等于所述第二井下隔離工具的球座數(shù)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一井下隔離工具的每個球座的直徑不同于所述第二井下隔離工具的每個球座的直徑。
14.一種隔離井的方法，所述方法包括: 將井下隔離系統(tǒng)運行到井中，其中所述井下隔離系統(tǒng)包括第一井下隔離工具，所述第一井下隔離工具包括: 第一接頭； 安置在所述接頭中的第一套筒；和 耦接到所述第一套筒的第一球座心軸，所述第一球座心軸包括: 與安置在所述第一球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的第一大小的至少兩個球座，； 將第一大小的至少兩個球下落到所述井中；和 將所述第一大小的所述至少兩個球就座在所述第一球座心軸的所述至少兩個球座中，其中每個所述至少兩個球座包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半徑大體上等于所述球的剖面的曲率半徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其還包括增加跨所述球和所述球座的壓力差。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述井下隔離系統(tǒng)還包括第二井下隔離工具，所述第二井下隔離工具包括: 第二接頭； 安置在所述接頭中的第二套筒；和 耦接到所述第二套筒的第二球座心軸，所述第二球座心軸包括: 與安置在所述第二球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的第二大小的至少兩個球座。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其還包括: 將第二大小的至少兩個球下落到所述井中；以及 使所述第二大小的所述至少兩個球就座在所述第二球座心軸的至少兩個球座中。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一井下隔離工具軸向定位在所述井中的所述第二井下隔離工具下方，且其中所述第一球座心軸的所述球座的第一大小小于所述第二球座心軸的所述球座的第二大小。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其還包括: 增加跨所述至少兩個球座的壓力差； 剪切剪切裝置；以及 在所述接頭內(nèi)向下軸向移動所述第一套筒。
全文摘要
一種井下隔離工具，其包括接頭，安置在所述接頭中的套筒，和耦接到所述套筒的球座心軸，所述球座心軸具有與安置在所述球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的至少兩個球座。一種隔離井的方法，所述方法包括將井下隔離系統(tǒng)運行到井中，其中所述井下隔離系統(tǒng)包括第一井下隔離工具，所述第一井下隔離工具包括第一接頭、安置在所述接頭中的第一套筒，和耦接到所述第一套筒的第一球座心軸，所述第一球座心軸具有與安置在所述第一球座心軸內(nèi)的至少兩個通孔軸向?qū)?zhǔn)的第一大小的至少兩個球座，將第一大小的至少兩個球下落到所述井中，且使所述第一大小的所述兩個球就座在所述第一球座心軸的所述至少兩個球座中。
文檔編號E21B43/26GK103080470SQ201180041626
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
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