用于井增产措施的穿过生产管道的高压隔离系统

摘要

一种压裂系统22，其包括压裂短管24，该压裂短管24安装到井口组件10上，以用于将压裂流体注入井口组件10下的井中。压裂系统22包括隔离套筒52和压裂短管24。隔离套筒52插入压裂短管24的轴向孔53中并且具有下端，该下端延伸到井口中来相对于压裂流体隔离并且保护井口组件10的部分。压裂短管24的内表面中的沟槽接收环形密封件以用于密封隔离套筒52与压裂短管24之间。将粘性流体注入沟槽中激起密封件，并且阻碍高压压裂流体在隔离套筒52与压裂短管24之间流动。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张对在2012年7月17日提交的共同未决的美国临时申请序列号No. 61/672,575的优先权和其权益，因此出于所有目的将其全部公开内容通过引用而并入本文中。

1. 技术领域

本公开大体涉及在通过生产油管的水力压裂操作期间采用来相对于高压裂压力保护井口的隔离套筒，并且具体而言涉及不需要锁紧螺钉的套筒组件。

2. 背景技术

用于油或气井的一种类型的处理称作井压裂法或井“破碎(frac)”。在典型的破损操作中，适配器连接至井口部件的上端，并且将高压液体泵入井下以在地层中形成裂缝。支撑剂材料通常包括在压裂流体中，其进入裂缝来在移除高压后使它们维持打开。水力压裂对具有低渗透性和适当多孔性的载烃地层尤其有效，因为夹带的烃可更容易地流动穿过在地层中形成的裂缝。

破碎流体压力通常范围直到8000至9000psi的压力；而正常的井口操作压力可为数百至数千psi。因而，破损压力通常超出井口的压力额定值及其相关值。而且，对破碎流体的添加剂(例如支撑剂)可非常具有磨蚀作用并且对井口的部分是有破坏性的。隔离套筒有时用于解决过压和流体腐蚀的问题。通常，隔离套筒密封井口上方的适配器与延伸到井中的外壳或管道之间。

发明内容

在本文中公开了用于压裂井孔的压裂系统的实例。在一个实施例中，系统包括：压裂短管(fracturing spool)，其选择性地联接至安装在井孔上的井口组件；压裂短管中的轴向孔，其与井孔连通并且限定压裂短管中的内表面；隔离套筒，其同轴地配置在轴向孔中并且其延伸到井口组件中的主孔中；和密封组件。密封组件包括：压裂短管的内表面中的沟槽，其围绕轴向孔；压裂短管中的端口，其横穿沟槽且其与流体供应源连通；和沟槽中的密封部件，以便当来自流体供应源的加压流体被引导到沟槽中时，密封部件被径向向内地推动成与隔离套筒密封接触。可包括用于监控轴向孔中和密封组件附近的压力的器件。密封组件可由上密封组件组成，其中沟槽是上沟槽，端口是上端口，并且密封部件是上密封部件；并且还包括下密封组件，其与上密封组件轴向地间隔开，并且其包括：压裂短管的内表面中的下沟槽，其围绕轴向孔；压裂短管中的下端口，其横穿下沟槽并且其与流体供应源连通；和下沟槽中的下密封部件。在本实例中还包括监控端口，该监控端口在上密封组件和下密封组件之间与轴向孔流体地连通。螺纹可以可选地包括在隔离套筒的下端上，其与在井口组件中的构件上形成的螺纹选择性地接合。在该实例中，井口组件中的构建是管道吊架。当加压流体被引导到沟槽中时，密封部件可从未激起构造(un-energized configuration)转变至激起构造(energized configuration)，并且其中，密封部件在处于未激起构造时具有内径，该内径至少为轴向孔的内径并且被阻碍干涉与插入轴向孔中的物品的接触。还可选地包括与压裂短管连通的压裂流体的供应源。

还公开了用于压裂井孔的压裂系统的实例，其包括压裂短管，压裂短管选择性地安装至井口组件上，该井口组件安装在井孔上方。压裂短管中的轴向孔与井口组件中的主孔连通，并且环形隔离套筒插入轴向孔中。隔离套筒具有与压裂流体的源连通的上端和紧固至井口组件的构件的下端。密封组件包括在压裂短管中的围绕轴向孔的沟槽中，并且从未激起构造选择性地转换成激起构造。当被激起时，密封部件形成隔离套筒与轴向孔的外表面之间的密封屏障。压裂系统还可包括注入通路，该注入通路用于将加压流体输送至沟槽，以激起密封部件。在该实例中，注入通路是上注入通路，密封部件是上密封部件，且沟槽是上沟槽，并且其中，压裂系统还包括设于下沟槽中的下密封部件和用于将加压流体输送至下沟槽的下注入通路。还可选地包括监控通路，该监控通路用于在上沟槽和下沟槽之间监控轴向孔中的压力。在实例中，当密封部件处于未激起构造时，具有直到轴向孔的直径的直径的物品能够选择性地插入轴向孔中。

还公开了利用压裂流体压裂井孔的方法的实例，其中，该方法包括：提供环形隔离套筒；将隔离套筒插入安装至井口组件上的压裂短管中的轴向孔中，以相对于压裂流体保护井口组件内的构件；将隔离套筒附接至井口组件内的构件；通过从压裂短管径向向内地推动密封部件，来密封隔离套筒与轴向孔的外周之间；和将压裂流体输送穿过隔离套筒并输送至井孔以压裂井孔。该实例方法的密封部件可容纳在沟槽中，并且可通过将加压流体引入沟槽中而被径向向内地推动。井口组件内的构件可为管道吊架，并且其中，将隔离附接至构件的步骤包括使隔离套筒的下端上的螺纹与管道吊架上的螺纹接合。

附图说明

已经陈述了本发明的一些特征和益处，其他特征和益处将随着结合附图作出的描述的展开而变得显而易见，在附图中：

图1是根据本公开的具有隔离套筒的井口组件的实例的侧截面图。

图2是根据本发明且图1的实例的隔离套筒的上部的放大侧截面图。

图3是根据本发明和图1的实例的隔离套筒的下部的放大侧截面图。

虽然将结合优选实施例描述本发明，但是应当理解的是，其不意图将本发明限制为该实施例。相反地，其意图覆盖可能包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替换、更改和等同。

具体实施方式

将在下文中参照附图(在其中示出实施例)而更充分地描述本公开的方法和系统。本公开的方法和系统可处于许多不同形式，并且不应解释为限于本文中示出的实施例；相反，提供这些实施例，以便本公开将是彻底和完整的，并且将充分地将本发明的范围传达至本领域技术人员。文中相同的标号意指相同的元件。

还应当理解的是，本公开的范围不限于显示和描述的构造的精确细节、操作、精确材料或实施例，因为修改和等同对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在附图和说明书中，已经有公开的例示实施例，并且尽管采用了具体术语，但是它们是以一般且描述的意义使用的并且不用于进行限制。

图1显示了安装在井孔12上方且安装在表面14上的井口组件10的实例的侧截面图。井孔12横穿示为在表面14下方的层16，且其与来自压裂流体源18的压裂流体连通。将流体输送到井孔12中在层16内形成裂缝20。压裂系统22安装在井口组件10上，井口组件10包括压裂短管24，压裂短管24与用于对井孔12传输压裂流体的管线26流体地连通。管线28显示为连接至压裂流体源18，并且还与管线26连通。为环形部件的压裂短管24安装到为井口组件10的部分的生产阀30上。生产阀30包括阀主体34，其示为具有用于容纳生产阀(未显示)的侧向地形成的腔34。腔34由轴向地形成的主孔36横穿，该主孔36延伸井口组件10的长度且与井孔12连通。在图1的实例中，生产阀主体32设于环形管道短管38上，环形管道短管38用于容纳显示为同轴地设置于短管38内的管道吊架40。生产管道42从管道吊架40向下悬垂并且进入井孔12中。外壳短管34在管道短管38下方，该外壳短管34装备有外壳吊架46，外壳吊架46用于支撑套管柱(string of casing)48，套管柱48也延伸到井孔12中并且围绕管道42。基座短管50提供支撑，外壳短管44安装在该支撑上并且示为设置于表面14上。

环形隔离套筒52插入压裂短管24的轴向孔53内，并且具有同轴地终止在管道吊架40内的下端。如将在下面进一步详细描述的，在一个实施例中，隔离套筒52的下端螺纹地联接至管道吊架40。压裂系统22还包括密封组件54，密封组件54选择性地在隔离套筒52与压裂短管24之间提供密封。

图2例示了压裂短管24的上部(其中隔离套筒52插入在其中)的实例的侧截面图。如所示，包括送入工具(running tool)56并且其用于将隔离套筒52插入轴向孔53内。送入工具56装备有J形突缘58，J形突缘58选择性地接合在隔离套筒52的内表面上形成的槽道60。上沟槽和下沟槽62、64示为形成到压裂短管24的内表面66中，并且其从轴向孔53径向地向外突出。注入密封件68、69提供在上沟槽和下沟槽62、64中的各个中，在此注入密封件68、69各自包括沿着外径向周缘行进的腔70、71。在图2的实例中，粘性流体72注入沟槽62、64中，这径向地向内推动注入密封件68、69并使其在隔离套筒52的外表面内密封接触。在图2的实例中，流体72可以可选地从流体源74提供，该流体源74与注入通路76、78流体地连通，注入通路76、78分别横穿上沟槽和下沟槽62、64。通路76、78径向地延伸穿过压裂短管24的主体；注入配件80、82显示为插入在通路76、78横穿压裂短管24的外表面的位置处。在一个实例中，可封闭配件80、82，从而将加压流体72捕集在沟槽62、64和通路76、78内，以便可移除与流体源74的连通。在图2的实例中还显示了监控通路86，其从压裂短管24的外表面延伸并延伸到内表面66中。在显示的实例中，监控通路86配置在上沟槽和下沟槽62、64之间。监控配件88显示为在监控通路86的外终止端处，并且压力传感器或其它监控元件可联接在该监控配件88上以用于监控沟槽62、64之间的压力。在一个实例中，监控沟槽62、64之间的压力对于指出跨过密封组件64的泄露是有用的。

图3是隔离套筒52的下端并且其邻近管道吊架40处的侧截面图。在该实例中，螺纹90显示为形成在隔离套筒52的下端的外表面上，并且其螺纹地接合螺纹92，螺纹92沿着管道吊架40的内表面的一部分形成。因而在该实例中，隔离套筒52与井口组件10内的构件联接(图1)，从而将隔离套筒52锚定在井口组件10内。与在压裂短管中采用突缘或其他螺栓的其他实例压裂系统不同，利用井口组件内的连接允许将较大直径的构件穿过压裂系统插入。如所公知的，隔离套筒52的存在相对于高压和具有磨损性的压裂流体的破坏影响保护井口组件10内的构件。

在一个操作实例中，送入工具56将隔离套筒52降低到轴向孔53(图2)中。隔离套筒52通过螺纹90、92之间的螺纹接合而锚定在井口组件内(图2)。将来自流体源74的加压流体注入通路76、78和沟槽62、64中形成压裂短管24与隔离套筒52的外表面之间的密封。在移除送入工具56之后，管线26可与压裂短管24联接，并且压裂流体可穿过管线26运送并进入井孔12中以用于与层16形成裂缝20。可包括泄放(bleed off)端口(未显示)，以允许空气在加压流体72引入沟槽62、64和通路76、78中时从其内逃逸。在一个实例中，粘性流体72包括纤维性材料以用于维持其中的压力。

因而，在本文中描述的本发明非常适于实现目的，并且获得提到的目标和优点，以及其中固有的其他。虽然出于公开的目的已经给出本发明的目前优选实施例，但是很多改变存在于用于实现期望结果的程序的细节中。这些和其他类似修改将由本领域技术人员容易地想到，并且它们不意图包括在本文中公开的本发明的精神和所附权利要求的范围内。