CN103080470B - 用于以减小的泵送压力水力压裂的多球-球座 - Google Patents

Abstract

一种井下隔离工具，其包括接头，安置在所述接头中的套筒，和耦接到所述套筒的球座心轴，所述球座心轴具有与安置在所述球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的至少两个球座。一种隔离井的方法，所述方法包括将井下隔离系统运行到井中，其中所述井下隔离系统包括第一井下隔离工具，所述第一井下隔离工具包括第一接头、安置在所述接头中的第一套筒，和耦接到所述第一套筒的第一球座心轴，所述第一球座心轴具有与安置在所述第一球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的第一大小的至少两个球座，将第一大小的至少两个球下落到所述井中，且使所述第一大小的所述两个球就座在所述第一球座心轴的所述至少两个球座中。

Description

用于以减小的泵送压力水力压裂的多球-球座

相关申请案

本申请案要求于2011年4月21日申请的美国专利申请案第13/091,988号的优先权，并且是其部分接续申请案，该案继而有权受益于2010年4月23日申请的美国临时专利申请案第61/327,509号，并主张其优先权，所述每个案的全部公开内容以引用的方式并入本文中。本申请案也根据35U.S.C.§119(e)要求于2010年7月1日申请的美国临时申请案第61/360,796号的优先权，其以引用的方式并入本文中。

技术领域

本文中公开的实施方案一般涉及井下隔离工具。更具体而言，本文中公开的实施方案涉及具有球座心轴的井下隔离工具，该球座心轴具有两个或多个球座。此外，本文中公开的实施方案涉及具有两个或多个井下隔离工具的井下隔离系统。此外，本文中公开的实施方案涉及将井下隔离系统运行到井中并用井下隔离系统隔离井区的方法。

背景技术

在钻井、完井或返工井中，隔离井内的特定区通常变得有必要。在一些应用中，井下隔离工具下降到井中以将井的一部分从另一部分隔离。井下工具通常包括耦接到球座的套筒。球可从表面下落并且就座于球座中，以从井在工具上方的一部分密封或隔离井在工具下方的一部分。可将多于一个井下隔离工具运行到井中，使得井的多个区被隔离。

井下隔离工具可与其它井下工具结合运行，例如包括封隔器、致裂(或压裂)塞、桥塞等等。可通过钻通工具并将流体循环到表面以移除钻井碎片来移除井下隔离工具和其它井下工具。

可通过金属线、螺线管或常规钻柱而设定井下隔离工具。工具可在裸眼井、套管井或其它井下完井系统中运行。安置在井下隔离工具中的球座被构造来容纳球以隔离井筒的区，并允许从井下隔离工具下方的区生产流体。当跨座位从上方施加压力差时，球就座在座位中。例如，随着流体从表面向井下泵送到地层中以压裂地层时，球就座在球座中以维持流体，且因此在井下隔离工具上方的区中提供地层的压裂。换句话说，就座的球可防止流体流动到井下隔离工具下方隔离的区中。地层的压裂允许增强地层流体流动到井筒中。球可从表面下落，或可安置在井下隔离工具内，并在井下的工具内运行。

在高温和高压，即，高于约300°F和高于约10,000psi时，井下球的通常可用材料可能不可靠。此外，如图1A和图1B中所示，常规球座36包括锥形或漏斗形座表面40。球38与座表面40接触，并形成初始密封。基于座表面40和球38的几何形状，在座表面40的内径与球38的外径之间具有较大径向距离。因此，座表面40与球38之间的承载面积较小。随着球38被相继加载到更高负载，球38可能经受超过其材料性质限制的较高压缩负载，从而导致球38故障。即使球38变形，球38无法足够变形以接触锥形座表面40，且因此球38的球座36的承载表面40保持较小。环境温度上的增加也可以由于材料性质降低而增加将球38通过座位36而挤出的可能性。球38材料的机械性质可例如降低压缩应力限制和弹性，这可导致球破裂或通过球座36挤出的可能性增加。因此，在高温和高压环境中，常规井下隔离工具，即，井下隔离工具内的球38和球座36可能漏出或故障。

在将这种球和球下落装置使用为用于水力压裂处理以隔离不同区的构件的裸眼井压裂系统中，对于每个隔离区使用不同大小的球。具体而言，在隔离了多个区的井筒中，使用一系列球以隔离每个区。第一大小的球在第一区中密封第一座位，且第二大小的球在第二区中密封第二座位。最下面的区使用系列球的最小球，且最上面的区使用系列球的最大球。大小最小球的直径通常是3/4英寸到1英寸。对应球座和对应通孔必须具有小于球的直径以容纳并支撑球。典型的水力压裂流体速率是在20BPM(桶每分钟)与40BPM之间。通过约束(即，小达3/4英寸的球座和对应轴向通孔)的压力降是较大的。这种压力降增加了地点上完成隔离工作所需的总泵送马力。

因而，对于在高温和高压环境中有效密封或隔离塞上方和下方的区并提供通过系统的足够通过流的井下隔离工具存在需求。

发明内容

在一个方面，本文中公开的实施方案涉及井下隔离工具，其包括接头、安置在接头中的套筒和耦接到套筒的球座心轴，球座心轴具有与安置在球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的至少两个球座。

在另一方面，本文中公开的实施方案涉及井下隔离系统，系统包括第一井下隔离工具，其包括第一接头、安置在第一接头中的第一套筒，和耦接到第一套筒的第一球座心轴，第一球座心轴具有与安置在第一球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的至少两个球座，和第二井下隔离工具，其包括第二接头、安置在第二接头中的第二套筒，和耦接到第二套筒的第二球座心轴，第二球座心轴具有与安置在第二球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的至少两个球座。

在又另一方面，本文中公开的实施方案涉及一种隔离井的方法，该方法包括将井下隔离系统运行到井中，其中井下隔离系统包括第一井下隔离工具，第一井下隔离工具包括第一接头、安置在接头中的第一套筒，和耦接到第一套筒的第一球座心轴，第一球座心轴具有与安置在第一球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的第一大小的至少两个球座，将第一大小的至少两个球下落到井中，并将第一大小的至少两个球就座在第一球座心轴的至少两个球座中。

本发明的其它方面和优点将从以下描述和随附权利要求而显而易见。

附图说明

图1A示出常规球座和安置在球座中的球的横截面图。

图1B是图1A的常规球座和球的详细视图。

图2A和图2B示出根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具的横截面图。

图3A和图3B分别示出根据本文中公开的井下隔离工具的球座心轴的透视图和横截面图。

图4A和图4B分别示出根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具的球座心轴的透视图和横截面图。

图5A示出根据本文中公开的实施方案的球座的横截面图。

图5B示出图5A的详细视图。

图6A示出根据本文中公开的实施方案的球座的横截面图。

图6B示出图6A的详细视图。

图7示出根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具的球座心轴的横截面图。

图8A和图8B分别示出根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具的球座心轴的透视图和俯视图。

具体实施方式

本文中公开的实施方案一般涉及井下隔离工具。更具体而言，本文中公开的实施方案涉及具有球座心轴的井下隔离工具，球座心轴具有至少两个或多个球座。此外，本文中公开的实施方案涉及具有两个或多个井下隔离工具的井下隔离系统。此外，本文中公开的实施方案涉及将井下隔离系统运行到井中，并用井下隔离系统隔离井区。

图2A和图2B示出根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具200。工具200包括可耦接到钻柱、生产柱、螺线管或其它井下组件的接头202。接头202可以是单个管状组件，或可包括两个或多个组件。例如，如图2A和图2B中所示，接头202可包括上外壳204和下外壳206。上外壳204和下外壳206可以螺纹地彼此耦接，或通过本领域中已知的任何其它方式而耦接，例如，焊接、压配以及用机械扣件耦接。例如，一个或多个固定螺钉222可将下外壳206耦接到上外壳204。一个或多个埠口221被安置在接头202中，以允许接头202的孔与在接头202与井(未示出)之间形成的环形空间(未示出)之间的流体连通。

工具200还包括安置在接头202内的套筒208。套筒208被构造来当从工具200上方施加预定压力时在接头202内轴向向下滑动，如将在下文中更详细描述。套筒208最初在最接近接头202的主腔210的第一端或上端耦接到接头202。剪切装置212将套筒208耦接到接头202的内表面。在一个实施方案中，剪切装置212可包括一个或多个剪切销或剪切螺钉，其被构造来将套筒208保持在初始位置中，直到从工具200上方施加预定压力为止。

工具200还包括耦接到套筒208的球座心轴218。在一个实施方案中，球座心轴218可安置在套筒208内最接近套筒208的上端220处。然而，在其它实施方案中，球座心轴218可安置在最接近套筒208的中心或下端214处。球座心轴218可通过本领域中已知的任何方式而耦接到套筒。例如，在一个实施方案中，球座心轴218可与套筒208螺纹接合。在另一实施方案中，球座心轴218可焊接到球座心轴218。

现在参考图3A和图3B，分别示出根据本文中公开的实施方案的球座心轴218的透视图和横截面图。如图所示，在一个实施方案中，球座心轴218可包括在球座心轴218的上面226中形成的两个球座224A、224B。每个球座224A、224B与延伸通过球座心轴218的两个通孔228A、228B的一个轴向对准。球座224A、224B和对应通孔228A、228B的直径被定大小，以使通过球座心轴218的流体流动面积最大化。

球座心轴218的上面226被定轮廓以确保下落的球(未示出)适当地就座在每个座位224A、224B中。此外，上面226的轮廓可被构造来增强球座心轴218的水动力，即，帮助直接流动通过通孔228A、228B，减少流体流动通过座位224A、224B和通孔228A、228B的摩擦力，并大致减少上面226和球座心轴218的磨损。

虽然图3A和图3B示出具有两个球座224A、224B和两个对应通孔228A、228B的球座心轴218，但是所属领域一般技术人员应了解，可在球座心轴218的上面226中形成三个、四个或多个球座224。图4A和图4B分别示出根据本发明的实施方案的具有四个球座324A、324B、324C、324D的球座心轴318的透视图和横截面图。如图所示，每个球座324A、324B、324C、324D与延伸通过球座心轴318的四个通孔(这个图中仅示出两个)328A、328B的一个轴向对准。球座324A、324B、324C、324D和对应通孔328A、328B的直径被定大小，以使通过球座心轴318的流体流动面积最大化。

球座心轴318的上面326被定轮廓以确保下落的球(未示出)适当就座在每个座位324A、324B、324C、324D中。此外，上面326的轮廓可被构造来增强球座心轴318的水动力，即，帮助直接流动通过通孔328A、328B，减少流体流动通过座位324A、324B、324C、324D和通孔328A、328B的摩擦力，并大致减少上面326和球座心轴318的磨损。例如，如图4A和图4B中所示，球座心轴318的上面326可被定轮廓使得上面326的中心部分330高于最接近四个球座324A、324B、324C、324D的每个的圆周部分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的一个内。一个或多个球座之间的上面326的部分可类似地凸起以确保球适当地就座在球座324A、324B、324C、324D内。随着流体流入井中，其中流体流内含有球(未示出)，除流体压力之外，上面326的轮廓帮助将每个球(未示出)就座在每个球座324A、324B、324C、324D中。

关于图3A、图3B、图4A和图4B的实施方案的一个或多个球座224A-B、324A-D可包括具有弓形剖面的座表面4015，如图5A和图5B中所示，且如美国申请案第61/327,509号中所公开，该案全部内容以全文引用的方式并入本文中。如图所示，座表面4015的剖面对应于下落到井中并就座在球座224、324中的球4009的剖面。具体而言，座表面4015的剖面是弯曲的。弓形剖面可以是球形或椭圆形的。因此，弓形剖面的曲率半径可以是恒定或可变的。座表面4015的曲率半径可近似等于球4009的曲率半径。因此，在一个实施方案中，座表面4015提供具有通过其内的孔的倒圆顶形座位，其被构造来容纳球4009。

在一个实施方案中，座位224A-B、324A-D可包括第一部分4017和第二部分4019，如图5A中所示。第一部分4017轴向安置在第二部分4019上方。在这个实施方案中，第一部分4017可包括锥形剖面，使得形成圆锥表面。第二部分4019可包括对应于球4009的剖面的剖面。当从工具上方施加压力差时，随着球4009下落或随着其在井下隔离工具内向下移动，第一部分4017可帮助将球4009居中或导向到座位中，并与第二部分4019接触。

如图6A和图6B中所示，根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具的座位224A-B、324A-D可包括具有剖面的座表面5015。如图所示，座表面5015的剖面大体上对应于球5009的剖面。具体而言，座表面5015的剖面包括多个分离部分5015a、5015b、5015c、5015d，其共同形成对应于球5009的剖面的连续剖面。在一些实施方案中，座表面5015的剖面可包括2个、3个、4个、5个或更多个分离部分。分离部分可以是直线的或弓形的。例如，在一个实施方案中，每个分离部分具有不同于每个其它分离部分的曲率半径。或者，每个分离部分可具有相同的曲率半径，但是每个分离部分的曲率半径都小于球5009的曲率半径。在另一实例中，每个分离部分可以是直线的，且可包括相对于心轴5007或球座224A-B、324A-D的中心轴的不同于每个其它分离部分的角度的角度。座表面5015的整个剖面的平均提供了大体上对应于球5009的剖面的剖面。

在一个实施方案中，座位224A-B、324A-D可包括第一部分5017和第二部分5019，如图6A中所示。第一部分5017轴向安置在第二部分5019上方。在这个实施方案中，第一部分5017可包括锥形剖面，使得形成圆锥表面。第二部分5019可包括大体上对应于球5009的剖面的剖面。当从工具上方施加压力差时，随着球5009下落或随着其在井下隔离工具内向下移动，第一部分5017可帮助将球5009居中或导向到座位中，并与第二部分5019接触。

参考图5A至图5B和图6A至图6B，座位224A-B、324A-D的几何形状(即，剖面)在球4009、5009与座位224A-B、324A-D之间提供足够接触以实现密封。由于压力差，球上的负载增加可能使球4009、5009略微变形进入球座224A-B、324A-D中，从而增强密封。因为球4009、5009的外径与座位224A-B、324A-D之间的径向间隙较小，所以在一些实施方案中，球4009、5009仅需要变形较小的量以提供与球座224A-B、324A-D的座表面4015、5015的完全接触。

如上文所述的座表面4015、5015的剖面允许就座的球4009、5009与座表面4015、5015之间的较大接触表面。这个接触表面对球4009、5009提供额外承载面积，从而防止球材料由于超过材料最大可允许压缩应力的压缩应力的故障。如果压力差增加，那么球4009、5009可能变形，并(如上文所述)接触球座224A-B、324A-D，以由座位224A-B、324A-D额外承载支撑。由于球4009、5009与座位剖面4015、5015之间的较小径向间隙，球4009、5009的变形可以是最小的。

返回参考图3A和图3B，球座心轴218还可以包括被构造来与总成工具接合的切口、槽口或其它开口。具体而言，球座心轴218的上面226中可形成一个或多个切口334以允许总成工具接合球座心轴218并在套筒208中组装球座心轴218(图2A和图2B)。例如，在一个实施方案中，总成工具(未示出)可接合切口334，并且被旋转以接合球座心轴218的外表面上的螺纹和套筒208的内表面上的螺纹。所属领域一般技术人员应了解，可使用各种总成工具，且可使用本领域中已知的用于将球座心轴218耦接到套筒208的各种方式。

现在参考图7，示出根据本文中公开的实施方案的球座心轴518的横截面图。如图所示，球座心轴518包括安置在定轮廓的上面526上的至少两个球座524A、524B。在这个实施方案中，球座心轴518的下端515包括腔536。腔536形成于球座心轴518的下端514内，以便提供具有外径D1和内径D2的球座心轴518的圆柱下部分。因此，根据图6中所示的实施方案而形成的球座心轴518可包括两个或多个通孔(图6示出这些通孔528A中的一个)，其具有小于根据图3和图4中所示的实施方案而形成的通孔的轴长。一旦已完成压裂处理或其它工作，这个腔536可减小将要钻井的材料总体积。因此，可减少移除井下隔离工具所花费的时间。

在一些井中，可能需要在井中隔离多个区。在这种应用中，多个井下隔离工具可运行到井中以隔离井的每个部分。具体而言，可将多个井下隔离工具的系统运行到井中以提供每个隔离部分的压裂，并允许从每个区生产流体。在一个实施方案中，可将两个或多个井下隔离工具运行到井中。因为工具串联运行，即，一个井下隔离工具安置在第二井下隔离工具的轴向向下，所以可使用一系列不同大小的球以就座或密封于每个工具内。具体而言，与用于抵靠轴向定位在第一井下隔离工具上方的井下隔离工具而就座的球相比，使用更小的球以抵靠第一井下隔离工具而就座。因为将要就座的球在井下的流体中跑动，所以使用不同大小的球使得用于抵靠第一井下隔离工具(即，下面的工具)而就座的球足够小以安全地经过安置在第一井下隔离工具上方的井下隔离工具。类似地，一旦从下方恢复生产流体，球需要足够小以安全地向上经过定位在具有就座的球的工具上方的井下隔离工具，以允许球随着生产流体而从系统移除。

因而，在一个实施方案中，井下隔离系统可包括根据本发明的两个或多个井下隔离工具。具体而言，第一井下隔离工具可类似于上文所描述的关于图2A、图2B、图4A和图4B的工具。第一井下隔离工具，即，最底下的井下隔离工具被构造来容纳将与井下隔离系统使用的一系列球的最小球，并使其就座。因此，在该实例中，第一井下隔离工具可包括球座心轴318，其包括四个球座324A、324B、324C、324D和四个对应通孔(这个图中仅示出两个)328A、328B，如关于图4A和图4B所示和所描述的。四个球座可关于球座心轴318的内部周界均等地间隔，且当球尚未就座在一个或多个球座324A、324B、324C、324D中时，可以使通过球座心轴318的流体流动面积最大化。

第二井下隔离工具可在第一井下隔离工具上方运行。第二井下隔离工具被构造来在从下面的区生产流体期间允许下落的球经过到第一井下隔离工具或从第一井下隔离工具到表面。因此，第二井下隔离工具被构造来容纳具有大于用于抵靠第一井下隔离工具而就座的球的大小(即，直径)的球，并使其就座。因而，在一个实施方案中，可使用具有如图3A和图3B中所示的球座心轴218的如图2A和图2B中所示的第二井下隔离工具。具体而言，第二井下隔离工具可包括具有与两个对应通孔228A、228B轴向对准的两个球座224A、224B的球座心轴218。球座224A、224B可关于球座心轴318的内部周界均等地间隔，且当球没有就座在一个或多个球座224A、224B中时，可允许使通过球座心轴218的流体流动面积最大化。因此，第二井下隔离工具的每个球座224A、224B的大小(即，直径)大于第一井下工具的每个球座324A、324B、324C、324D的大小(即，直径)。

在其它实施方案中，额外井下隔离工具可与上文所述的第一和第二井下隔离工具运行，使得每个定位在下面的井下隔离工具被构造来容纳比定位在上方的井下隔离工具更小的球并使其就座。在一个实例中，如图8A和图8B中所示，可将具有球座心轴718的第三井下隔离工具定位在第一井下隔离工具上方和第二井下隔离工具下方，球座心轴718具有三个球座724A、724B、724C和三个轴向对准的对应通孔(未示出)。因此，第三井下隔离阀的每个球座724A、724B、724C大于第一井下隔离工具的每个球座324A、324B、324C、324D，但小于第二井下隔离工具的每个球座224A、224B。虽然在该实例中，球座的数量从最下面的工具到最上面的工具而减少，但是所属领域一般技术人员应了解，每个井下隔离工具的球座数量可以是相同的，但球座的大小(即，直径)从最下面的井下工具到最上面的井下工具而增加。在其它实施方案中，具有如本文中所述的至少两个球座的井下隔离工具可与具有仅一个球座和一个对应通孔的井下隔离工具一起运行。在这种系统中，具有一个球座的井下隔离工具可包括具有如本文中所述的定轮廓的上面的球座心轴，且球座的大小可基于当在井中运行时具有一个座位的井下隔离工具相对于具有两个或多个球座的其它井下隔离工具的轴向位置而定大小。

现在讨论如本文中所述的运行井下隔离系统的方法和如本文中所述的用井下隔离系统隔离井的方法。根据本文中公开的实施方案，隔离井的方法包括将井下隔离系统运行到井中，井下隔离系统包括第一井下隔离工具。第一井下隔离工具包括第一接头、安置在接头中的第一套筒，和耦接到第一套筒的第一球座心轴，第一球座心轴包括与安置在第一球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的第一大小的至少两个球座。例如当需要隔离井下隔离工具上方和下方的区时，在井下隔离工具上方可执行这种水力压裂，将第一大小的至少两个球下落到井中。球可被放置于通过钻柱泵向下送到井中的流体中。当球到达第一井下隔离工具时，每个球移动到隔离工具的球座中。球座心轴的面的轮廓以及流体流的压力帮助将球定位在球座中。抵靠就座的球从第一井下隔离工具上方的压力(即，流体压力)实现跨井下隔离工具的内径的密封，从而将工具下方的区从工具上方的区隔离。一旦实现这种密封，可执行其它过程，例如，水力压裂地层或套管井，如上文所讨论。

可在具有两个或多个井下隔离工具的井下隔离系统中隔离额外的区。在该实施方案中，第二井下隔离工具在井中的第一井下隔离工具上方运行。第二井下隔离工具包括第二接头、安置在接头中的第二套筒和耦接到第二套筒的第二球座心轴。第二球座心轴包括与安置在第二球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的第二大小的至少两个球座。例如当需要隔离第二井下隔离工具上方和下方的区时，在井下隔离工具上方可执行这种水力压裂，将第二大小的至少两个球下落到井中。球可被放置于通过钻柱向下泵送到井中的流体中。当球到达第二井下隔离工具时，每个球移动到第二井下隔离工具的球座中。球座心轴的面的轮廓以及流体流的压力帮助将球定位在球座中。抵靠就座的球从第一井下隔离工具上方的压力(即，流体压力)实现跨井下隔离工具的内径的密封，从而将工具下方的区从工具上方的区隔离。一旦实现这种密封，可执行其它过程，例如，水力压裂地层或套管井，如上文所讨论。

可使用不同大小的球以就座在井下隔离系统的不同井下隔离工具中，并且将其密封。第一大小的球下落以抵靠第一井下隔离工具而就座。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轴向定位在第一井下隔离工具上方的第二井下隔离工具而就座。第一大小的球足够小以适当安全地通过(即，没有堵塞或密封)第二井下隔离工具的球座，但足够小以抵靠第一井下隔离工具的球座而就座，并实现密封。第二大小的球大于第二井下隔离工具的球座，以便抵靠第二井下隔离工具而就座并将其密封。

一旦已完成额外的过程，就可以开始或恢复下面区的生产。返回参考图2A和图2B，可通过移除由就座在球座中的球实现的密封而开始或恢复下面区的生产。为实现此，通过增加作用在具有就座在每个球座(未示出)内的球(未示出)的球座心轴218的上面226上的流体压力而施加跨球座心轴218的压力差。球座心轴218上方的压力增加到高于预定值，其对应于将套筒208耦接到接头202的剪切装置212的最大额定值。一旦超过预定值，剪切剪切装置212，从而允许套筒208轴向向下移动，直到套筒208的下端214接触接头202中的内部肩216。因为球座心轴218耦接到套筒208，所以球座心轴218随着套筒208轴向向下移动。套筒208轴向向下移动足够打开接头202的一个或多个埠口221的距离。一旦打开埠口221，即，套筒208已向下移动，并且不再阻塞埠口221，从井下隔离工具上方的流体流可流动到接头202的外径与井、套管或其它井下工具之间形成的环面(未示出)中。从井下隔离工具下方的区生产流体将提起就座在球座中的球，并将球载送到表面。因为定位在更高处的井下隔离工具的球座和对应通孔比对于下面的井下隔离工具所下落的球具有更大直径，如上文所讨论，所以球可通过生产的流体通过其它井下隔离工具而向上载送，并返回到表面。

本文中所述的实施方案有利地提供具有较大等效通孔的井下隔离工具，通过使用多个球座和多个球以实现跨每个井下隔离工具的密封。根据本发明的井下隔离系统有利地允许隔离、压裂和生产多个不同的区，但减小所需泵送马力的量。具体而言，因为通过每个井下隔离系统的流体流的面积随着使用多个球座而最大化，所以与常规球座的1000psi差相比，跨根据本文中公开的实施方案的井下隔离工具的球座的压力降可以低达600psi或更低。因此，需要更低的泵送马力来隔离工具，并将工具的套筒转换到对于环面打开的埠口。降低所需的泵送马力可有利地减小压裂工作的总成本。

此外，一些实施方案可有利地提供具有安置在心轴的下端内的腔的球座心轴。这种腔可提供球座心轴的更容易的钻井，以从井移除球座心轴。因此，本文中公开的实施方案可提供移除球座心轴的更短钻井时间。

虽然已关于有限数量的实施方案描述了本发明，但是具有本公开内容的益处的所属领域技术人员应了解，可设计不脱离如本文中公开的本发明的范畴的其它实施方案。因而，本发明的范畴应仅受随附权利要求所限制。

Claims (19)

1.一种井下隔离工具，其包括：

接头；

安置在所述接头中的球座心轴，所述球座心轴包括：

至少两个球座，每个具有安置在所述球座心轴内的对应通孔，其中所述至少两个球座的至少一个包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半径大体上等于下落球的剖面的曲率半径；和

凸起表面，所述至少两个球座延伸通过所述凸起表面，所述凸起表面包括升高的中心部分和下周界部分，所述下周界部分具有从凸起表面的顶点延伸对应于由所述至少两个球座限定的径向距离的径向距离的下部点。

2.根据权利要求1所述的井下隔离工具，其还包括耦接到所述球座心轴的套筒。

3.根据权利要求1所述的井下隔离工具，其中所述球座心轴的上面被定轮廓，使得所述上面的中心部分高于最接近所述至少两个球座的每个的圆周部分。

4.根据权利要求2所述的井下隔离工具，其还包括被构造来将所述套筒耦接到所述接头的剪切装置。

5.根据权利要求1所述的井下隔离工具，其中所述接头还包括安置于最接近所述接头的上端的至少一个埠口。

6.根据权利要求4所述的井下隔离工具，其中所述接头包括被构造来在所述剪切装置被剪切后接合所述套筒的内部肩。

7.一种井下隔离系统，所述系统包括：

第一井下隔离工具，其包括：

第一接头；

安置在所述第一接头中的第一套筒；和

耦接到所述第一套筒的第一球座心轴，所述第一球座心轴包括：

与安置在所述第一球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的至少两个球座，其中所述至少两个球座的至少一个包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半径大体上等于下落球的剖面的曲率半径；和

凸起表面，所述至少两个球座延伸通过所述凸起表面，所述凸起表面包括升高的中心部分和下周界部分，所述下周界部分具有从凸起表面的顶点延伸对应于由所述至少两个球座限定的径向距离的径向距离的下部点；和

第二井下隔离工具，其包括：

第二接头；

安置在所述第二接头中的第二套筒；和

耦接到所述第二套筒的第二球座心轴，所述第二球座心轴包括：

与安置在所述第二球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的至少两个球座。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一球座心轴包括至少三个球座，且所述第二球座心轴包括至少两个球座。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二球座心轴的所述至少两个球座的至少一个包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半径大体上等于下落球的剖面的曲率半径。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一球座心轴的每个所述至少两个球座的直径相同。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一球座心轴的所述至少两个球座的每个的直径不同于所述第二球座心轴的所述至少两个球座的每个的直径。

12.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一井下隔离工具的球座数量等于所述第二井下隔离工具的球座数量。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一井下隔离工具的每个球座的直径不同于所述第二井下隔离工具的每个球座的直径。

14.一种隔离井的方法，所述方法包括：

将井下隔离系统运行到井中，其中所述井下隔离系统包括第一井下隔离工具，所述第一井下隔离工具包括：

第一接头；

安置在所述第一接头中的第一套筒；和

耦接到所述第一套筒的第一球座心轴，所述第一球座心轴包括：

与安置在所述第一球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的第一大小的至少两个球座；

将第一大小的至少两个球下落到所述井中；和

将所述第一大小的所述至少两个球就座在所述第一球座心轴的所述至少两个球座中，

其中每个所述至少两个球座包括具有弓形剖面的座表面，其曲率半径大体上等于所述球的剖面的曲率半径，且

其中所述第一球座心轴包括凸起表面，所述至少两个球座延伸通过所述凸起表面，所述凸起表面包括升高的中心部分和下周界部分，所述下周界部分具有从凸起表面的顶点延伸对应于由所述至少两个球座限定的径向距离的径向距离的下部点。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括增加跨所述球和所述球座的压力差。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述井下隔离系统还包括第二井下隔离工具，所述第二井下隔离工具包括：

第二接头；

安置在所述第二接头中的第二套筒；和

耦接到所述第二套筒的第二球座心轴，所述第二球座心轴包括：

与安置在所述第二球座心轴内的至少两个通孔轴向对准的第二大小的至少两个球座。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：

将第二大小的至少两个球下落到所述井中；以及

使所述第二大小的所述至少两个球就座在所述第二球座心轴的至少两个球座中。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一井下隔离工具轴向定位在所述井中的所述第二井下隔离工具下方，且其中所述第一球座心轴的所述球座的第一大小小于所述第二球座心轴的所述球座的第二大小。

19.根据权利要求14所述的方法，其还包括：

增加跨所述至少两个球座的压力差；

剪切剪切装置；以及

在所述接头内向下轴向移动所述第一套筒。