專(zhuān)利名稱(chēng)：多層、一次起下作業(yè)的完井系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此處所描述的發(fā)明總體上涉及烴完井系統(tǒng)(hydrocarbon well completion system),更具體地涉及一種用于在一次起下作業(yè)中完成多個(gè) 生產(chǎn)層的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與完成例如水下井的地下烴井相關(guān)的最大成本之一是從井眼移除工 具或其他鉆井設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間。根據(jù)井深，起下作業(yè)時(shí)間可能占據(jù)了 完井成本的絕大部分。對(duì)于有多個(gè)生產(chǎn)層的井來(lái)講，如果每個(gè)層都必須 與其他層分離地完成，則起下作業(yè)時(shí)間倍增。因此，期望減少在多層井 中完成兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層所必需的起下作業(yè)次數(shù)。
美國(guó)專(zhuān)利No.6，464，006題為"Single Trip, Multiple Zone Isolation, Well Fracturing System",并公開(kāi)了一種用于"利用一次井下起下作業(yè)(downhole trip)在單個(gè)井眼中完成多個(gè)生產(chǎn)層"的設(shè)備和方法。
美國(guó)專(zhuān)利No.4，401,158題為"One Trip Multi-Zone Gravel Packing Apparatus",并公開(kāi)了一種用于"在地下井內(nèi)礫石充填多個(gè)層......由此可
通過(guò)連續(xù)移動(dòng)儀器來(lái)礫石充填每個(gè)連續(xù)層"的設(shè)備和方法。
此處公開(kāi)和教導(dǎo)的發(fā)明旨在用于在一次起下作業(yè)中在地下井中完成 一個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)提供了一種在一次井下起下作業(yè)中用改進(jìn)的完井系 統(tǒng)完成兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層的方法，該方法可以包括以下步驟組裝多 個(gè)生產(chǎn)層裝置，使得每個(gè)裝置都包括具有至少一個(gè)生產(chǎn)篩管閥的生產(chǎn)篩 管裝置。通過(guò)生產(chǎn)油管將這些生產(chǎn)層裝置下入井中。在最下部生產(chǎn)層裝置中定位一完井工具裝置，其中該工具裝置可具有解除(deactivated)的 打開(kāi)工具(openingtool),該打開(kāi)工具在經(jīng)過(guò)最后一個(gè)生產(chǎn)篩管閥的下面 之后被啟動(dòng)。將包括坐封工具(setting tool)的生產(chǎn)封隔器裝置組裝到生 產(chǎn)層裝置上以形成完井裝置。將完井裝置和工具裝置下入由沉砂封隔器 創(chuàng)建的位置。使該工具裝置在生產(chǎn)層裝置內(nèi)循環(huán)，以將該完井系統(tǒng)轉(zhuǎn)位 (index)到地層處理狀況，并且處理該生產(chǎn)層。
發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)提供了一種一次起下作業(yè)完井系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以 包括包括多個(gè)生產(chǎn)層裝置的完井裝置，這多個(gè)生產(chǎn)層裝置與井中的地 層相對(duì)應(yīng)；適于在該完井裝置內(nèi)操作的完井工具裝置；自動(dòng)完井系統(tǒng)定 位裝置，其可在生產(chǎn)裝置與該工具系統(tǒng)之間操作以使該完井系統(tǒng)在多個(gè) 作業(yè)狀態(tài)之間循環(huán)；以及工具啟動(dòng)裝置，其設(shè)置在最下部生產(chǎn)層裝置中， 用于啟動(dòng)該工具系統(tǒng)上的解除打開(kāi)工具或關(guān)閉工具。
本發(fā)明的另一方面包括坐封(setting)沉砂封隔器；根據(jù)需要對(duì)一 層或更多層進(jìn)行射孔；在鉆臺(tái)上對(duì)每個(gè)生產(chǎn)層裝置和施工工具(service tool)進(jìn)行組裝和壓力測(cè)試；通過(guò)工作管柱或生產(chǎn)油管將生產(chǎn)裝置下入并 將該裝置定位在沉砂封隔器上；坐封頂部生產(chǎn)/礫石充填封隔器；如果是 通過(guò)工作管柱將生產(chǎn)裝置下入則釋放施工工具，否則下入施工工具；打 開(kāi)下層繞絲篩管生產(chǎn)套筒并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試；定位壓裂/礫石充填位置 并坐封下層隔離封隔器；打開(kāi)下層壓裂充填套筒并定位壓裂/礫石充填位 置；壓裂該下層；拉起并顛倒；關(guān)閉所有下層套筒；進(jìn)行用于隔離的壓 力測(cè)試；通過(guò)打開(kāi)下層繞絲篩管生產(chǎn)套筒并進(jìn)行測(cè)試來(lái)開(kāi)始下一層完井; 重復(fù)完井過(guò)程直到完成最后一層；如果需要就將生產(chǎn)密封件下入上生產(chǎn) 封隔器；以及根據(jù)需要打開(kāi)套筒進(jìn)行生產(chǎn)。


圖1示出了具有與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層 裝置的完井裝置的設(shè)置。
圖2示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的施工工具裝置的設(shè)置。
圖3示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的自動(dòng)定位裝置的截面?zhèn)纫晥D。
圖4示出了與圖3的自動(dòng)定位裝置一起使用的360度轉(zhuǎn)位循環(huán)裝置 的平面圖。
圖5A示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的第一反向密封系統(tǒng)的截 面?zhèn)纫晥D。
圖5B示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的安全剪切系統(tǒng)的截面?zhèn)?視圖。
圖6A和6B示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的施工工具裝置中的 另選轉(zhuǎn)換組合件(subassembly)和生產(chǎn)層裝置中的地層入口閥的截面?zhèn)?視圖。
圖7示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的液壓坐封工具的截面?zhèn)纫晥D。
圖8示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的第二反向密封系統(tǒng)的截面 側(cè)視圖。
圖9示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與生產(chǎn)層裝置相關(guān)聯(lián)的循 環(huán)閥移位剖面(shiftingprofile)的截面?zhèn)纫晥D。
圖IOA示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的具有與施工工具裝置相 關(guān)聯(lián)的循環(huán)閥的關(guān)閉工具裝置的截面?zhèn)纫晥D。
圖10B示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與施工工具裝置相關(guān)聯(lián) 的另選關(guān)閉工具裝置的截面?zhèn)纫晥D。
圖IIA和IIB示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與施工工具裝置 相關(guān)聯(lián)的另選副轉(zhuǎn)位夾頭(collet)的截面?zhèn)纫晥D。
圖11C示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與施工工具裝置相關(guān)聯(lián) 的解除的打開(kāi)工具的截面?zhèn)纫晥D。
圖12示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與最下部生產(chǎn)層裝置相 關(guān)聯(lián)的打開(kāi)工具啟動(dòng)裝置的截面?zhèn)纫晥D。
圖13示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與最下部生產(chǎn)層裝置相 關(guān)聯(lián)的液壓打開(kāi)工具啟動(dòng)裝置的截面?zhèn)纫晥D。
圖14示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與最下部生產(chǎn)層裝置相關(guān)聯(lián)的壓力測(cè)試裝置和指示夾頭裝置。
圖15示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的與施工工具裝置相關(guān)聯(lián) 的另選噴嘴(nosepiece)。
圖16示出了通過(guò)生產(chǎn)油管將生產(chǎn)裝置下入井中的本發(fā)明實(shí)施方式。
圖17示出了處理下生產(chǎn)層時(shí)的圖16的實(shí)施方式。
圖18示出了處理上生產(chǎn)層時(shí)的圖16的實(shí)施方式。
圖19示出了從下層進(jìn)行選擇性生產(chǎn)的圖16的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
上述附圖和下面的具體結(jié)構(gòu)和過(guò)程的書(shū)面描述并非要對(duì)申請(qǐng)人已發(fā) 明的范圍或這些發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制。提供附圖和書(shū)面描述是為了 教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施和使用尋求專(zhuān)利保護(hù)的本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，出于清楚和便于理解的原因，未描述或示出發(fā)明的商業(yè)實(shí) 現(xiàn)的所有特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)合了本發(fā)明的方面的實(shí) 際商業(yè)實(shí)施方式的發(fā)展將需要大量的實(shí)現(xiàn)特有決定，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的商 業(yè)實(shí)施方式的最終目標(biāo)。這種實(shí)現(xiàn)特有決定可以包括并可能不限于，遵 從系統(tǒng)相關(guān)的、業(yè)務(wù)相關(guān)的、政府相關(guān)的和其他限制，這些限制可根據(jù) 特定實(shí)現(xiàn)、位置和隨時(shí)間而變化。盡管開(kāi)發(fā)者的努力可能是絕對(duì)意義上 復(fù)雜而耗時(shí)的，但是即便如此，這種努力也將是受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域 技術(shù)人員所采取的例程。此處公開(kāi)和教導(dǎo)的發(fā)明容易得到大量和各種修 改和可選形式。
單數(shù)術(shù)語(yǔ)的使用并非要限制項(xiàng)目的數(shù)量。而且，例如但不限于"頂 部"、"底部"、"左"、"右"、"上"、"下"、"向下"、"向上"、"側(cè)"等的相對(duì) 術(shù)語(yǔ)的使用在此是出于清楚目的而參照附圖使用的，并非要限制落入所 附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的發(fā)明或?qū)嵤┓绞健?井口 (uphole)"通常是指從井 中起出設(shè)備的方向。"井下"通常是指與特定井的井口相反的方向。此處 公開(kāi)和教導(dǎo)的改進(jìn)的完井系統(tǒng)可用于直井、斜井和/或水平井。
申請(qǐng)人創(chuàng)造了一種用于在一次井下起下作業(yè)中完成由井眼橫穿的一 個(gè)或更多個(gè)含烴地層(生產(chǎn)層)的改進(jìn)系統(tǒng)。這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)完成了一次井下起下作業(yè)中的多個(gè)任務(wù)并提供了井眼作業(yè)，井眼作業(yè)例如但 不限于地層壓裂和礫石充填作業(yè)、擠壓和循環(huán)狀況以及實(shí)時(shí)環(huán)空壓力監(jiān) 控，所有這些作業(yè)均沒(méi)有生產(chǎn)層長(zhǎng)度限制。這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)可包括 包含兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層裝置和生產(chǎn)封隔器的完井裝置，以及施工工具 裝置。
這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)可以在泵送作業(yè)開(kāi)始之前進(jìn)行壓力測(cè)試。優(yōu)選 的是，在例如但不限于壓裂或礫石充填作業(yè)的地層處理期間不需要沖管
(washpipe)。在完井、增產(chǎn)和生產(chǎn)作業(yè)期間提供確切的、選擇性的生產(chǎn) 層隔離，并且這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)為各層提供了不同的隔離密封。這種 改進(jìn)的完井系統(tǒng)提供了一些或所有系統(tǒng)位置或狀況的物理指示，以及可 選的液壓檢驗(yàn)。
常規(guī)的機(jī)械套閥可以從一個(gè)或更多個(gè)選擇的生產(chǎn)層接觸產(chǎn)烴。此外， 多層生產(chǎn)控制系統(tǒng)可以與所述改進(jìn)的完井系統(tǒng)結(jié)合以能夠進(jìn)行在一次井 下起下作業(yè)中完成的兩層或更多層的非混合生產(chǎn)，所述多層生產(chǎn)控制系 統(tǒng)例如但不限于，共同所有的美國(guó)專(zhuān)利No.6,397，949 、美國(guó)專(zhuān)利 No.6,722,440以及待審的申請(qǐng)序號(hào)10/364,941和10/788,833 (此處通過(guò)引 用并入上述各申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容)中公開(kāi)的那些。
通常， 一旦已經(jīng)建立了井眼并且準(zhǔn)備好完井，就可以將常規(guī)或?qū)Ｓ?的沉砂封隔器下入井眼的預(yù)定深度并設(shè)置就位。典型地，沉砂封隔器將 用于提供后續(xù)鉆井作業(yè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，后續(xù)鉆井作業(yè)例如但不限于，層射孔 和完井。如果需要，就可以采用常規(guī)或?qū)Ｓ械纳淇鬃鳂I(yè)來(lái)順序地或同時(shí) 地對(duì)由井眼橫穿的一個(gè)或更多個(gè)目的生產(chǎn)層進(jìn)行射孔。這種改進(jìn)的完井 系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)層長(zhǎng)度或?qū)又g的間距未施加任何限制。如果需要，就可以 使用例如但不限于段塞(pill)的失水控制系統(tǒng)來(lái)控制射孔層。 一旦己經(jīng) 建立了感興趣的生產(chǎn)層，就可以組裝采用本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方面的 改進(jìn)的完井系統(tǒng)。
改進(jìn)的完井系統(tǒng)可包括完井裝置，該完井裝置可包括底部裝置、兩 個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層裝置以及生產(chǎn)封隔器。該完井裝置可被組裝并從鉆臺(tái) 吊離。底部裝置可包括用于指示沉砂封隔器的離開(kāi)位置的指示夾頭裝置；允許進(jìn)行內(nèi)部加壓以用于密封測(cè)試目的的壓力測(cè)試裝置；以及使用
時(shí)啟動(dòng)解除的工具裝置的工具啟動(dòng)裝置。兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層裝置可包 括具有內(nèi)部生產(chǎn)閥的生產(chǎn)篩管裝置，所述內(nèi)部生產(chǎn)閥例如但不限于，用
于密封和開(kāi)啟生產(chǎn)篩管口的機(jī)械套筒、循環(huán)閥關(guān)閉剖面、地層入口閥裝 置、密封系統(tǒng)、隔離封隔器裝置以及自動(dòng)系統(tǒng)定位器裝置。該底部裝置 可連接到第一或下生產(chǎn)層裝置，上述兩者都可從鉆臺(tái)吊離并且在組裝期 間進(jìn)行壓力測(cè)試。
通常，如果使用的話，各連續(xù)生產(chǎn)層裝置都可包括與第一或下生產(chǎn) 層裝置基本相同的部件，或者按照井和生產(chǎn)層的細(xì)節(jié)的需要，連續(xù)生產(chǎn) 層裝置可包括與第一生產(chǎn)層裝置或其他生產(chǎn)層裝置不同的部件。優(yōu)選的 是，各生產(chǎn)層都包括優(yōu)選地具有整體生產(chǎn)滑動(dòng)套筒的隔離礫石充填篩管、 用于放置砂或支撐劑的壓裂充填/礫石充填套筒、密封系統(tǒng)、自動(dòng)系統(tǒng)定 位裝置以及隔離封隔器。隨著每個(gè)連續(xù)生產(chǎn)層裝置被組裝，將完井系統(tǒng) 從鉆臺(tái)吊離并且進(jìn)行用于密封性的壓力測(cè)試。例如但不限于生產(chǎn)閥的所 有系統(tǒng)閥都可以并且優(yōu)選地被下入關(guān)閉位置，以提供確切的預(yù)處理層位 隔離。 一旦期望數(shù)量的生產(chǎn)層裝置被組裝并從鉆臺(tái)吊離，就可以在最下 部篩管層段之下安裝單個(gè)礫石充填施工工具并且通過(guò)同心內(nèi)工作管柱連 接到頂部生產(chǎn)封隔器之上的主工作管柱。另選的是，可通過(guò)生產(chǎn)油管將 裝置下入井中，之后可將工作管柱/施工工具安裝在最下部篩管層段之下。 在任何情況下，都可在一次起下作業(yè)中將整個(gè)裝置下入井眼中。
與這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的施工工具裝置可包括噴嘴、打開(kāi) 工具裝置、副轉(zhuǎn)位夾頭裝置、包括循環(huán)閥的關(guān)閉工具裝置、具有硬化密 封面和主轉(zhuǎn)位肩的轉(zhuǎn)換裝置、自動(dòng)系統(tǒng)定位剖面以及液壓坐封工具。對(duì) 于利用生產(chǎn)閥的典型向下開(kāi)口的慣例的完井裝置而言，優(yōu)選地將打開(kāi)工 具裝置定位在關(guān)閉工具的遠(yuǎn)處。施工工具裝置可包括諸如管子接頭的硬 化密封面，該硬化密封面與各生產(chǎn)層裝置中的密封系統(tǒng)協(xié)作，為要完井 的各層提供確切的密封系統(tǒng)。
在一些實(shí)施方式中，在改進(jìn)的完井系統(tǒng)的最終組裝之前，可將施工 工具裝置下入完井裝置中，并定位成，使打開(kāi)工具(如需要的話，和/或關(guān)閉工具)定位在第一或最下部生產(chǎn)層裝置中的最下部生產(chǎn)套筒之下。 一旦工具裝置被定位在最下部生產(chǎn)裝置內(nèi)，就可進(jìn)行完井系統(tǒng)壓力測(cè)試 來(lái)驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的密封性，包括驗(yàn)證所有系統(tǒng)閥都被關(guān)閉。為了確保通 過(guò)生產(chǎn)層裝置將施工工具裝置下入的操作沒(méi)有不經(jīng)意地打開(kāi)一個(gè)或更多 個(gè)向下開(kāi)口的閥，可以例如在下入期間將打開(kāi)工具初始地解除。在優(yōu)選 實(shí)施方式中， 一旦施工工具裝置與完井裝置相對(duì)定位，就可通過(guò)液壓來(lái) 啟動(dòng)打開(kāi)工具。另選的是，將施工工具與完井裝置相對(duì)定位的操作可機(jī) 械地啟動(dòng)該打開(kāi)工具。如果需要，可提供用于驗(yàn)證打開(kāi)工具已被啟動(dòng)的 設(shè)備，該設(shè)備例如但不限于假機(jī)械套筒。在完成了壓力密封測(cè)試之后， 可通過(guò)例如但不限于使用工具裝置的噴嘴移除密封設(shè)備來(lái)解除最下部裝 置中的壓力測(cè)試裝置。
可通過(guò)工作管柱或生產(chǎn)油管將改進(jìn)的完井系統(tǒng)(例如，包括兩個(gè)或 更多個(gè)生產(chǎn)層裝置和施工工具裝置)下入井眼中，并將其相對(duì)于沉砂封
隔器或其他井眼假象(artifact)適當(dāng)定位。在優(yōu)選實(shí)施方式中，最下部生 產(chǎn)層裝置包括例如但不限于指示夾頭裝置的位置指示系統(tǒng)。例如， 一旦 確信將改進(jìn)的完井系統(tǒng)相對(duì)于沉砂封隔器正確地定位，指示系統(tǒng)就可通 過(guò)例如但不限于重復(fù)的提升或"卡合通過(guò)(snap through)"負(fù)載來(lái)提供確 切的移位識(shí)別。 一旦在位置指示系統(tǒng)的幫助下或在無(wú)需位置指示系統(tǒng)幫 助的情況下將改進(jìn)的完井系統(tǒng)正確地定位，就可根據(jù)生產(chǎn)封隔器的設(shè)計(jì) 來(lái)坐封生產(chǎn)封隔器。例如，生產(chǎn)封隔器可包括BJ Services CompSet II HP 封隔器，其可通過(guò)例如將球或其他加壓設(shè)備下降到完井系統(tǒng)中并對(duì)該設(shè)
備加壓來(lái)液壓地坐封。該加壓過(guò)程可用于啟動(dòng)液壓坐封工具以對(duì)封隔器 進(jìn)行坐封，并且隨后從完井裝置(例如，生產(chǎn)封隔器)釋放施工工具裝 置和工作管柱。
在這種實(shí)施方式中， 一旦將施工工具裝置與完井裝置分離，就可將 用來(lái)啟動(dòng)坐封工具的任意阻壓設(shè)備禁能。在CompSetIIHP生產(chǎn)封隔器的 情況下，對(duì)球的額外加壓會(huì)使球從坐封工具啟動(dòng)位置移開(kāi)，同時(shí)露出施 工工具裝置中的轉(zhuǎn)向口并將球限制在不期望的向上行程中。另選的是， 球可包括聚合物玻璃填充輕質(zhì)球，該球可與系統(tǒng)反向行進(jìn)，從而不再需要用于固定和保持坐封球的"捕鼠器"。
另選的是，當(dāng)通過(guò)生產(chǎn)油管而不是工作管柱將生產(chǎn)裝置下入時(shí)，可
從BJ服務(wù)公司獲得的TIP-PT封隔器適于與本發(fā)明一起使用。
不管是通過(guò)工作管柱還是生產(chǎn)油管將生產(chǎn)裝置下入，施工工具裝置 都可相對(duì)于完井裝置移動(dòng)以將打開(kāi)工具定位在生產(chǎn)閥之上，所述生產(chǎn)閥 例如但不限于第一或最下部生產(chǎn)層裝置中的向下打開(kāi)的生產(chǎn)套筒。 一旦 打開(kāi)工具被定位在生產(chǎn)閥之上，施工工具裝置的向下移動(dòng)就會(huì)使打開(kāi)工 具與生產(chǎn)閥上的相應(yīng)打開(kāi)剖面接合，并通過(guò)例如但不限于移動(dòng)生產(chǎn)套筒 來(lái)打開(kāi)相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)口?？赏ㄟ^(guò)沿井眼向下泵送并到達(dá)地層來(lái)液壓地驗(yàn) 證生產(chǎn)口的打開(kāi)。
施工工具裝置也可移動(dòng)到與最下部生產(chǎn)層的隔離封隔器裝置相鄰的 位置，以將生產(chǎn)裝置的密封件與工具裝置的硬化密封面接合。 一旦密封 面或管子接頭處于密封設(shè)置，就可通過(guò)例如但不限于對(duì)工作管柱向下施 壓來(lái)坐封隔離封隔器。 一旦建立了最下部隔離封隔器的壓力密封，就可 重新定位工具裝置以使打開(kāi)工具處于打開(kāi)生產(chǎn)層裝置的地層入口閥或壓 裂閥的位置(例如，位于其之上)?？蓪⑹┕すぞ哐b置重新定位以打開(kāi)地 層入口閥并定位工具裝置以進(jìn)行井處理作業(yè)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，各生 產(chǎn)層裝置都包括自動(dòng)定位裝置或"自動(dòng)定位器"，其可通過(guò)施工工具裝置 在例如但不限于"下入"、"下坐"和"拉起"的多個(gè)完井系統(tǒng)狀況之間進(jìn)行循 環(huán)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中， 一旦施工工具裝置將自動(dòng)定位器循環(huán)到"下坐" 或壓裂狀況，下坐重量就可作用在完井系統(tǒng)上以在泵送處理期間保持施 工工具裝置與完井裝置之間的相對(duì)位置(例如，保持口對(duì)準(zhǔn))。這種改進(jìn) 的完井系統(tǒng)還可提供在泵送作業(yè)期間通過(guò)環(huán)空而監(jiān)控的實(shí)時(shí)泵送壓力。 通過(guò)僅僅重新定位井工具裝置就可以在泵送作業(yè)期間的任何時(shí)間將完井 系統(tǒng)設(shè)置在擠壓位置上。
可通過(guò)沿工作管柱向下泵送并到達(dá)與生產(chǎn)篩管裝置相鄰的環(huán)空中來(lái) 進(jìn)行地層壓裂和/或礫石充填作業(yè)。 一旦完成該處理，就可以通過(guò)相對(duì)于 生產(chǎn)層裝置中的反向密封件來(lái)定位轉(zhuǎn)換裝置，將施工工具裝置重新定位在反向位置。通過(guò)沿工具裝置環(huán)空向下泵送并通過(guò)工作管柱返回，可將 來(lái)自礫石充填處理的碎屑排出完井系統(tǒng)。排出過(guò)程中產(chǎn)生的壓力將不會(huì) 影響正在完成的層之上的地層，因?yàn)樗錾蠈颖煌耆綦x并且它們的生 產(chǎn)口是關(guān)閉的。再次重新定位工具裝置，以使工具裝置的端部位于地層 入口密封件之上以清除任何殘留的碎屑。之后可監(jiān)控地層的壓力升高或 降低。
可重新定位工具裝置，以使關(guān)閉工具位于最下部打開(kāi)的生產(chǎn)閥的遠(yuǎn) 處或之下。工具裝置貫穿該層的向上移動(dòng)使得關(guān)閉工具上的關(guān)閉剖面與 生產(chǎn)閥(例如，生產(chǎn)套筒)上的相應(yīng)剖面接合，并且使所有的生產(chǎn)閥密 封或關(guān)閉它們相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)口，從而將完成的層隔離?？赏ㄟ^(guò)表面加壓 來(lái)驗(yàn)證層隔離。
隨后可將施工工具裝置重新定位在剛完成的層之上的層中?？蓪⒋?開(kāi)工具定位在該層中的生產(chǎn)套筒的上面或近端。可對(duì)各連續(xù)生產(chǎn)層重復(fù) 上述過(guò)程。 一旦完成了所有生產(chǎn)層，就可從井眼中移除施工工具裝置和 工作管柱，從而留下完成的、充分隔離的多層井?？赏ㄟ^(guò)機(jī)械地打開(kāi)采 用鋼絲繩、連續(xù)油管或其他常規(guī)或?qū)Ｓ蟹椒ǖ钠谕a(chǎn)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)從任何 層生產(chǎn)烴?？赏ㄟ^(guò)打開(kāi)多層中的生產(chǎn)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)多層的混合生產(chǎn)。完井系 統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式考慮了具有四、五、六或更多的不同生產(chǎn)套筒剖面的 選擇性剖面系統(tǒng)以用于選擇性層生產(chǎn)。例如，施工工具裝置上的特定剖 面可打開(kāi)和/或關(guān)閉完井裝置中的閥。與連續(xù)油管工具和/或鋼絲繩工具相 關(guān)聯(lián)的其他特定剖面可用于選擇性地打開(kāi)和/或關(guān)閉這種閥。而且，在與 例如但不限于上述引用的共有系統(tǒng)中的智能或無(wú)需干涉的生產(chǎn)控制系統(tǒng) 相連接時(shí)，該改進(jìn)的完井系統(tǒng)可從多個(gè)層同時(shí)進(jìn)行非混合生產(chǎn)，而無(wú)需 機(jī)械干涉或機(jī)械和液壓干涉的組合。
利用本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方面的改進(jìn)的完井系統(tǒng)可減少或消除對(duì) 下入和/或收回封隔器塞和/或礫石充填裝置的需要，并且可消除多個(gè)射孔 操作。利用該改進(jìn)的完井系統(tǒng)而公開(kāi)和教導(dǎo)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方 面可實(shí)現(xiàn)鉆井時(shí)間和金錢(qián)以及負(fù)責(zé)的地層管理方面的顯著節(jié)省。
圖1示出了與并入有此處公開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)本發(fā)明的改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的完井裝置100的許多實(shí)施方式之一。完井裝置100的最 上部可以包括生產(chǎn)封隔器裝置102。優(yōu)選的封隔器裝置是由德州休斯頓市 的BJ服務(wù)公司提供的CompSet II HP封隔器或TIP-PT封隔器。還給出了 一個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層裝置108的第一個(gè)生產(chǎn)層裝置。
生產(chǎn)層裝置108可包括自動(dòng)定位裝置106，用于將完井系統(tǒng)確切地 定位在其幾種狀況下，所述狀況例如但不限于，"壓裂/下坐"位置、"拉起" 位置以及"下入"位置。自動(dòng)定位裝置或"自動(dòng)定位器"106優(yōu)選地包括位于 自動(dòng)定位器106之上、并與套管或井眼接合以避免或減少在自動(dòng)定位器 106中收集的碎屑量的碎屑阻擋層，所述碎屑阻擋層例如但不限于模制橡 膠皮碗。此外，可以在生產(chǎn)封隔器裝置102和最頂部的生產(chǎn)層裝置108 之間插設(shè)快速接頭，從而完井裝置100在工具裝置200被置于其中之后 不必旋轉(zhuǎn)。而且，優(yōu)選地在每個(gè)生產(chǎn)層裝置108中放置剪切安全接頭109 (例如圖5B)，以防止完井系統(tǒng)被卡住?？梢圆捎脵C(jī)械剪切安全接頭或 液壓動(dòng)力安全接頭。優(yōu)選地將安全接頭定位在第一密封系統(tǒng)110之上， 自動(dòng)定位器106之下。還可以在每個(gè)生產(chǎn)層裝置中設(shè)置傳動(dòng)槽(running groove)以便于將這些裝置從鉆臺(tái)上吊離。
提供第一密封系統(tǒng)100來(lái)密封施工工具裝置(圖2)的所選部分。 可提供隔離封隔器裝置112來(lái)隔離感興趣的生產(chǎn)層?？梢栽谏a(chǎn)層裝置 108中形成地層入口閥裝置114或壓裂充填窗口，來(lái)控制生產(chǎn)層裝置108 內(nèi)部與裝置外部(或環(huán)空，未示出)之間的流體連通。提供第二密封系 統(tǒng)116，使得地層入口閥裝置114被設(shè)置在第一密封系統(tǒng)110與第二密封 系統(tǒng)116之間。優(yōu)選的密封系統(tǒng)包括此處描述的反向模制密封件?？商?供循環(huán)閥關(guān)閉剖面118，以便例如當(dāng)完井系統(tǒng)從壓裂作業(yè)狀況位置循環(huán)到 反循環(huán)位置時(shí)，關(guān)閉完井工具裝置中的循環(huán)閥。最后，可提供包括一個(gè) 或更多個(gè)生產(chǎn)篩管(未示出)和相關(guān)生產(chǎn)篩管閥(未示出)的生產(chǎn)篩管 裝置120，所述相關(guān)生產(chǎn)篩管閥例如但不限于機(jī)械套筒。
第一或下生產(chǎn)層裝置108a上連接有底部裝置104。底部裝置104可 包括打開(kāi)工具啟動(dòng)裝置122，用于在該工具或這些工具被解除時(shí)啟動(dòng)施工 工具裝置上的打開(kāi)工具和/或關(guān)閉工具。啟動(dòng)裝置還可提供用于定位施工工具裝置(圖2)的正擋止(positive stop)?？商峁毫y(cè)試裝置124以 便于完井裝置100的預(yù)安裝壓力測(cè)試。最后，可提供指示夾頭裝置125 和轉(zhuǎn)位斜口管鞋126來(lái)完成完井裝置100。在一些實(shí)施方式中，可通過(guò)實(shí) 際生產(chǎn)油管將完井裝置100下入井中。另選的是，如下面所述，可通過(guò) 工作管柱/施工工具裝置來(lái)下入完井裝置100。
圖2是可與圖1的完井裝置100 —起使用的施工工具裝置200的圖 示。施工工具裝置200可包括常規(guī)或?qū)Ｓ械囊簤鹤夤ぞ?08以及自動(dòng) 定位剖面210，自動(dòng)定位剖面210被構(gòu)造成與完井裝置100中的自動(dòng)定位 裝置106界面連接。應(yīng)當(dāng)理解，如果通過(guò)生產(chǎn)油管來(lái)下入完井裝置100， 則可省略坐封工具208?？梢蕴峁┌ㄎ挥谵D(zhuǎn)向口之上和之下的例如氮化 管子接頭209、 213的密封面的轉(zhuǎn)換裝置212，以便于從工具裝置200的 內(nèi)部到外部的流體連通，并且對(duì)每個(gè)生產(chǎn)層裝置108a、 108b等中的完井 裝置密封系統(tǒng)110、 116進(jìn)行密封。最頂部密封面的上端可包括用于與自 動(dòng)定位裝置106相互作用的主轉(zhuǎn)位肩。包括循環(huán)閥216的關(guān)閉工具裝置 214可以被設(shè)置為具有用于接合和關(guān)閉完井裝置100中的各種閥上的相應(yīng) 結(jié)構(gòu)的一種或更多種結(jié)構(gòu)或剖面。循環(huán)閥216可控制沿工具裝置200的 內(nèi)部的流體連通?？商峁└鞭D(zhuǎn)位夾頭218以在特定條件下啟動(dòng)自動(dòng)定位 裝置("自動(dòng)定位器")106。打開(kāi)工具裝置220被設(shè)置為具有用于接合和 打開(kāi)完井裝置100中的各種閥上的相應(yīng)結(jié)構(gòu)的一種或更多種結(jié)構(gòu)或剖面。 打開(kāi)工具裝置220優(yōu)選地在初始下入時(shí)是解除的，隨后一旦工具裝置200 位于完井裝置100內(nèi)的合適位置就通過(guò)打開(kāi)工具啟動(dòng)裝置122而啟動(dòng)。 最后，噴嘴222可完成施工工具裝置200。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到改進(jìn)的完井系統(tǒng)的實(shí)施方式和優(yōu)選實(shí)施方式的更詳細(xì)描 述，圖3示出了可與本發(fā)明的改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的自動(dòng)系統(tǒng)定位 裝置106或"自動(dòng)定位器"的優(yōu)選形式的截面?zhèn)纫晥D。自動(dòng)定位器106包 括外殼150和內(nèi)套152。外殼和內(nèi)套適于彼此相對(duì)滑動(dòng)，并且其間的界面 包括轉(zhuǎn)位循環(huán)154和隨動(dòng)件(follower) 156。隨動(dòng)件156部分地容納在 軸承158內(nèi)，以便于內(nèi)套152和外殼150之間的滑動(dòng)接觸(軸向的和周 向)，軸承158優(yōu)選是青銅軸承。圖4中更詳細(xì)地描述了轉(zhuǎn)位循環(huán)154。
14在圖3所示的自動(dòng)定位器的特定實(shí)施方式中，內(nèi)套152的一部分包 括多個(gè)夾頭爪指170，優(yōu)選為8個(gè)。各爪指170的大約中間長(zhǎng)度處是適于 與施工工具裝置200上的自動(dòng)定位器剖面210界面連接的自動(dòng)定位器剖 面或槽176。槽176優(yōu)選地形成在與各夾頭爪指170連接的嵌件(insert) 178中。爪指170和自動(dòng)定位器剖面210、 176優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為需要通過(guò) 沿井口方向的約12千磅負(fù)載的卡合。由于相對(duì)較高的通過(guò)負(fù)載，優(yōu)選的 是嵌件178由鈹銅合金制成以提供較高的抗磨損特性。適用于嵌件178 的一種這樣的合金是CDA 172合金(ASTMB196)。也可以使用提供合 適的抗磨損性和強(qiáng)度的其他材料體系。
內(nèi)套152的近端處具有包括多個(gè)爪指的浮動(dòng)擋止夾頭160，所述多 個(gè)爪指固定在肩與擋圈151之間的合適位置。優(yōu)選的是，擋圈151由例 如青銅的軸承材料制成。擋圈優(yōu)選地包括碎屑護(hù)板以減小碎屑堵塞擋止 夾頭裝置160的風(fēng)險(xiǎn)。各個(gè)爪指都有對(duì)應(yīng)于外殼150中的一個(gè)或更多個(gè) 槽的剖面162。優(yōu)選地，外殼150具有與可放置完井系統(tǒng)的各種位置或狀 況相對(duì)應(yīng)的多個(gè)擋止槽。例如，擋止槽164可對(duì)應(yīng)于"下入"狀況，槽166 可對(duì)應(yīng)于"拉起"狀況，而槽168可對(duì)應(yīng)于"壓裂或下坐"狀況。擋止夾頭 160和槽可被設(shè)計(jì)為通過(guò)約1千磅負(fù)載而卡合。
如圖3所示，自動(dòng)定位器106處于"下入"狀況(即，擋止剖面162 與槽164接合)。當(dāng)工具裝置200已與自動(dòng)定位器106接合時(shí)(即，當(dāng)剖 面172與槽176接合時(shí))，根據(jù)轉(zhuǎn)位循環(huán)154的狀態(tài)，需要約l千磅的負(fù) 載將完井系統(tǒng)IOO (或更精確地說(shuō)是特定生產(chǎn)層裝置108)轉(zhuǎn)換到"拉起" 或"下坐"狀況。也需要相同的1千磅負(fù)載使其返回到"下入"狀況。如圖3 所示，當(dāng)自動(dòng)定位器106處于下入或拉起狀況時(shí)，夾頭裝置170能夠偏 轉(zhuǎn)到凹部182中以使施工工具裝置200卡合通過(guò)。使工具裝置200沿井 口方向通過(guò)自動(dòng)定位器106需要約13千磅的負(fù)載。自動(dòng)定位器106處于 下坐或壓裂狀況，夾頭170相對(duì)于外殼150向井下移位，而夾頭表面171 將與外殼表面173相鄰。在該狀況下，不存在夾頭能擴(kuò)展到的凹部，并 且施工工具裝置不能沿任意方向卡合通過(guò)自動(dòng)定位器。在下坐或壓裂狀 況下，下坐重量由自動(dòng)定位器剖面210、 176和下坐肩186來(lái)承擔(dān)。優(yōu)選的是，在下坐狀況下，夾頭爪指170總處于拉緊狀態(tài)以避免扣住夾頭170。 優(yōu)選的是，自動(dòng)定位器裝置106還包括例如套筒的閉鎖機(jī)構(gòu)。閉鎖 套筒180具有關(guān)閉工具剖面181、 182，從而完井工具裝置200上的關(guān)閉 工具214可與閉鎖套筒180接合以使其相對(duì)于夾頭裝置170移動(dòng)。當(dāng)關(guān) 閉工具裝置214與剖面181接合時(shí)，閉鎖機(jī)構(gòu)180可向井口移動(dòng)并且使 夾頭裝置170向外偏轉(zhuǎn)。因此，軸承嵌件178和剖面176被移開(kāi)并移入 凹部182中。
圖4是自動(dòng)定位器106的優(yōu)選轉(zhuǎn)位循環(huán)154的展開(kāi)圖。圖4中示出 了一個(gè)完整的循環(huán)，并且應(yīng)當(dāng)理解轉(zhuǎn)位循環(huán)154可以是連續(xù)循環(huán)。轉(zhuǎn)位 循環(huán)154包括工程軌188，隨動(dòng)件156被約束沿著該工程軌行進(jìn)。雖然隨 動(dòng)件156在圖4中被示為處于沿著軌的多個(gè)位置，但是應(yīng)當(dāng)理解，隨動(dòng) 件156在任意時(shí)間點(diǎn)上僅位于沿著軌188的一個(gè)位置上。例如，當(dāng)完井 工具裝置200接合在自動(dòng)定位器106中時(shí)(例如圖3所示)，工作管柱的 井下移動(dòng)將使完井系統(tǒng)進(jìn)入"壓裂/下坐"狀況，并且擋止環(huán)160將與擋止 槽168接合。隨后，工具裝置200的井口移動(dòng)將使完井系統(tǒng)進(jìn)入"拉起" 狀況。隨動(dòng)件156可包括容納在(carried in)青銅軸承158中的環(huán)，隨動(dòng) 件156可以在該環(huán)中旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，隨動(dòng)件156在下坐或拉 起狀況中未被負(fù)載，而在下入狀況中可以被負(fù)載。
在圖3和4所描述的實(shí)施方式中，自動(dòng)定位器與完井裝置相關(guān)聯(lián)， 而自動(dòng)定位器剖面與施工工具裝置相關(guān)聯(lián)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 這種關(guān)聯(lián)對(duì)于較小直徑的完井系統(tǒng)可能是優(yōu)選的。較大直徑的完井系統(tǒng) 可允許這種關(guān)聯(lián)顛倒。換句話說(shuō)，此處公開(kāi)的發(fā)明也考慮了這樣的情況， 即，自動(dòng)定位器剖面可與完井裝置相關(guān)聯(lián)，而自動(dòng)定位器可與施工工具 裝置相關(guān)聯(lián)。
圖5A大體示出了與隔離封隔器裝置112相鄰定位的第一密封系統(tǒng) 110。在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一密封系統(tǒng)位于封隔器坐封口之上。第一密 封系統(tǒng)110的密封件190優(yōu)選地是金屬托架194上的模制合成橡膠密封 件192，盡管也可以使用例如但不限于PTFE、 PEEK和/或PEKK的其他 密封技術(shù)。密封系統(tǒng)190可被描述為"反向的"，因?yàn)槊芊饷?92暴露在生產(chǎn)層裝置108的內(nèi)部。如圖5A所示，可通過(guò)擋板198 (可以是安全接 頭的一部分)將3個(gè)密封環(huán)的堆疊固定在密封凹部196中。密封系統(tǒng)190 適于與工具裝置200的一部分密封接合，工具裝置200的一部分例如但 不限于管子接頭230或其他密封面。應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)生產(chǎn)層裝置108優(yōu) 選地均具有第一密封系統(tǒng)100。
圖5A還示出了隔離封隔器112滑移(slip)系統(tǒng)75，用以避免或減 少在壓裂或其他泵送作業(yè)期間封隔器的井口移動(dòng)?；葡到y(tǒng)75優(yōu)選地由 壓裂返回來(lái)啟動(dòng)，壓裂返回使單獨(dú)的滑塊76、 78與套管或井眼(未示出) 夾緊地接合。這種啟動(dòng)可以被鎖定，從而在啟動(dòng)壓力被釋放之后滑塊繼 續(xù)夾緊接合，或者更優(yōu)選地， 一旦啟動(dòng)壓力解除滑塊就可與套管分離。 例如圖5A所描述的隔離封隔器滑移系統(tǒng)75可避免位于隔離封隔器(未 示出)之下的安全接頭或其他裝置由于系統(tǒng)的壓裂壓力所引起的移動(dòng)而
被剪切?；葡到y(tǒng)還避免了例如相鄰層的生產(chǎn)篩管裝置的裝置從封隔器 向井口方向被扣住。
圖5B示出了可與完井系統(tǒng)一起使用的優(yōu)選剪切安全系統(tǒng)。圖5B所 示的剪切安全系統(tǒng)600包括第一和第二主體部分602、 604。這些主體部 分同心地對(duì)準(zhǔn)，并且通過(guò)承載系統(tǒng)606和剪切系統(tǒng)608連接在一起。承 載系統(tǒng)可包括位于第一和第二主體部分602、 604之間的多個(gè)擋塊(dog) 或鍵610。套筒或活塞612位于安全系統(tǒng)600的外徑表面上，并且優(yōu)選地 剪切銷(xiāo)釘式614安裝到第一和/或第二主體部分上，從而如圖5B所示， 套筒將擋塊610推入到承載裝置中。剪切系統(tǒng)608可包括位于第一和第 二主體部分602、 604之間的多個(gè)剪切銷(xiāo)釘。
剪切安全系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式被設(shè)計(jì)為在下入作業(yè)期間承擔(dān)約 250,000磅(如圖5B所示)。為了啟動(dòng)安全系統(tǒng)600，例如當(dāng)完井系統(tǒng)100 被設(shè)置為與沉砂封隔器相鄰時(shí)，向安全系統(tǒng)600施加液壓，從而套筒612 沿軸向(例如，向井下)移動(dòng)以露出或釋放擋塊610。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)擋塊 610未被套筒612約束時(shí)，其偏置到非承載方位。 一旦擋塊被釋放，安全 系統(tǒng)600的承載能力就由剪切系統(tǒng)608來(lái)決定。剪切系統(tǒng)608的優(yōu)選實(shí) 施方式包括多個(gè)單獨(dú)的剪切銷(xiāo)釘607和609，它們被設(shè)計(jì)為在啟動(dòng)安全系統(tǒng)600之后承擔(dān)約IOO，OOO磅。
申請(qǐng)人更希望每個(gè)生產(chǎn)層裝置108都包含剪切安全系統(tǒng)600。安全 系統(tǒng)600的優(yōu)選位置是在第一密封系統(tǒng)110和自動(dòng)定位器106之間。每
個(gè)生產(chǎn)層裝置均可具有被設(shè)計(jì)成與系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要求或期望的相同或不同 的剪切負(fù)載的剪切安全系統(tǒng)600。因而，圖5B示出了反向密封件190形 式的第一密封系統(tǒng)110。安全系統(tǒng)600還可包括可擴(kuò)展碎屑阻擋層620。 在圖5B所示的實(shí)施方式中，當(dāng)啟動(dòng)套筒612并釋放擋塊610時(shí)，套筒 612壓縮碎屑阻擋層620并使其徑向地和/或周向擴(kuò)展，并且優(yōu)選地接觸 套管。碎屑阻擋層620的優(yōu)選實(shí)施方式包括ANSI 316不銹鋼絲，如本領(lǐng) 域所公知的，ANSI 316不銹鋼絲被"鳥(niǎo)巢式相互套疊"或編織為約50%的 密度。在圖5B所示的實(shí)施方式中，四(4)個(gè)具有斜面的碎屑環(huán)622、 624、 626、 628在主體周?chē)唤M裝到碎屑阻擋層620上。
圖6A示出了生產(chǎn)層裝置108中的地層入口閥裝置114或壓裂窗口以 及施工工具裝置200中的轉(zhuǎn)換裝置212。工具裝置200包括具有透壁口 242的轉(zhuǎn)換裝置212，使液體能夠從工具裝置200的內(nèi)表面連通到工具裝 置的外表面。在優(yōu)選實(shí)施方式中，透壁口沿井下方向以相對(duì)于工具中心 線呈約45度至150度之間的角，更優(yōu)選地約120度的角形成。轉(zhuǎn)換裝置 212還包括具有與口 242相鄰的座面246的內(nèi)套筒244。在優(yōu)選實(shí)施方式 中，密封面246適于對(duì)與座246接合的球或其他基本球形物體進(jìn)行密封。 圖6A示出了位于座246上適當(dāng)位置的球248。與常規(guī)技術(shù)一樣，這種球 /座密封裝置可用于啟動(dòng)坐封工具208并坐封生產(chǎn)封隔器102。位于座246 之下的是循環(huán)口 250，該循環(huán)口 250使得能夠在下入期間從工具裝置200 的環(huán)空循環(huán)到施工工具裝置200的內(nèi)導(dǎo)管。
內(nèi)套筒244可相對(duì)于工具裝置200滑動(dòng)，并且通過(guò)具有約4，500psi 總剪切強(qiáng)度的剪切銷(xiāo)釘系統(tǒng)240被固定在圖6A所示的位置上，所述總剪 切強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)大于在封隔器坐封和工作管柱分離期間產(chǎn)生的負(fù)載。通過(guò)彈 簧或其他設(shè)備(未示出)使套筒244偏離開(kāi)口 242，優(yōu)選地沿井下方向偏 離。 一旦銷(xiāo)釘系統(tǒng)240被剪切，包括座246和球248的套筒244就從口 242移開(kāi)。套筒244還可包括在阻壓設(shè)備248上延伸的多個(gè)爪指243。爪指243具有凸輪面，從而當(dāng)套筒244向下移動(dòng)以打開(kāi)轉(zhuǎn)換口 242時(shí)，這 些爪指被向內(nèi)凸輪傳動(dòng)以將例如球248的阻壓設(shè)備限制在合適位置。期 望在后續(xù)鉆井作業(yè)期間，球或其他設(shè)備248不能從其與座246相鄰的位 置移開(kāi)。應(yīng)當(dāng)理解，在銷(xiāo)釘系統(tǒng)被剪切之后，例如彈簧的偏置元件將套 筒244保持在縮回位置，因此球248被限制在套筒中。因?yàn)楫?dāng)爪指243 經(jīng)過(guò)口 242時(shí)球可以從座移到例如轉(zhuǎn)換口 242中，所以?xún)?yōu)選的是至少一 個(gè)爪指總是向內(nèi)偏轉(zhuǎn)以將球限制在座的附近。而且，優(yōu)選的是套筒244 包括例如模制肋狀密封件的碎屑環(huán)245，以避免碎屑堵塞套筒244的作業(yè)。
另選地并且優(yōu)選地，如圖6B所示，轉(zhuǎn)換裝置212不包括套筒244， 并且口 242總是暴露了其內(nèi)表面。因而，不存在座246并且不需要向阻 壓設(shè)備248施加壓力。如上所述，可將輕質(zhì)球下落到系統(tǒng)和相對(duì)靠近生 產(chǎn)封隔器102的結(jié)構(gòu)上的座中。對(duì)該球加壓可用于坐封生產(chǎn)封隔器102， 隨后可將輕質(zhì)球反向移出系統(tǒng)。
更進(jìn)一步地，圖7示出了用于利用與圖6B所示類(lèi)似的轉(zhuǎn)換裝置來(lái)坐 封生產(chǎn)封隔器102的液壓坐封工具。液壓坐封工具700包括單向流導(dǎo)管 702。流導(dǎo)管702包括偏置到如圖7a和7b所示的無(wú)流狀況(例如，井口 流)的套筒704。套筒704上的密封面706與密封件708相互作用以基本 上密封流動(dòng)路徑702。當(dāng)從流向(例如，井下流)對(duì)套筒704加壓時(shí)，克 服了偏置力704，并且套筒軸向移動(dòng)從而露出或打開(kāi)了流動(dòng)路徑702。當(dāng) 壓力減小到低于偏置力時(shí)，單向閥關(guān)閉。應(yīng)當(dāng)理解，液壓坐封工具的這 個(gè)特征便于洗井作業(yè)。
返回到圖6A和6B，在優(yōu)選實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)換裝置212的一部分包 括位于轉(zhuǎn)換口 242之上和之下的例如但不限于氮化管子接頭247、 249的 硬化密封面。這些管子接口 247、 249與第一和第二密封系統(tǒng)110、 116 界面連接以用于泵送和其他鉆井作業(yè)的高壓密封。在上管子接頭247的 遠(yuǎn)端，可形成主備用自動(dòng)定位器肩(未示出)，以便在自動(dòng)定位器剖面210 不在合適位置時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)定位器106。
對(duì)于生產(chǎn)層裝置108，還示出了地層入口閥裝置260或壓裂窗口。 地層入口閥裝置260包括透壁流動(dòng)口 262和滑動(dòng)密封套筒264。該滑動(dòng)套筒具有位于近端附近的關(guān)閉剖面266和位于遠(yuǎn)端附近的打開(kāi)剖面(未示 出)。提供合適的密封件，從而當(dāng)套筒264的主體阻擋了口 262時(shí)，對(duì)口 262進(jìn)行密封以防止液體流動(dòng)?？?262優(yōu)選地相對(duì)于轉(zhuǎn)換口 242延長(zhǎng)，從 而如果施工工具200上的自動(dòng)定位器剖面210未接合在嵌件178 (即，槽 176)中而是位于嵌件178的頂部上，則在轉(zhuǎn)換口 242和壓裂口 262之間 仍實(shí)現(xiàn)液體連通。
圖6A和6B示出了"下入"狀況的完井系統(tǒng)，其中工具口 242未與充 填口 262對(duì)準(zhǔn)，并且滑動(dòng)套筒264己對(duì)充填口 262進(jìn)行了密封。在"壓裂 /下坐"狀況下，應(yīng)當(dāng)理解，口 242和262基本對(duì)準(zhǔn)并且滑動(dòng)套筒264不再 對(duì)口 262進(jìn)行密封。
圖8示出了遠(yuǎn)離地層入口閥裝置260定位的生產(chǎn)層裝置180上的第 二密封系統(tǒng)270。在優(yōu)選實(shí)施方式中，第二密封系統(tǒng)270與第一密封系統(tǒng) 190基本相同。密封件270優(yōu)選地是金屬托架274上的模制合成橡膠密封 件272，盡管也可以使用例如但不限于PTFE、 PEEK禾B/或PEKK的其他 密封技術(shù)。密封系統(tǒng)270可被描述為"反向的"，因?yàn)槊芊饷?72暴露在 生產(chǎn)層裝置108的內(nèi)部。如圖8所示，通過(guò)擋板278將3個(gè)密封環(huán)的堆 疊固定在密封凹部276中。密封系統(tǒng)270適于與工具裝置200的一部分 密封地接合，工具裝置200的一部分例如但不限于管子接頭。應(yīng)當(dāng)理解， 每個(gè)生產(chǎn)層裝置108優(yōu)選地均具有第二密封系統(tǒng)270。
圖9示出了可并入到根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)層裝置108中的循環(huán)工具變 換剖面280。指示剖面280具有關(guān)閉剖面282，當(dāng)完井系統(tǒng)從"壓裂/下坐" 位置變化到相反狀況時(shí)，關(guān)閉剖面282關(guān)閉施工工具裝置200中的循環(huán) 閥216。
圖10A示出了包括關(guān)閉工具290的施工工具裝置200的一部分。關(guān) 閉工具290包括在工具裝置200的外部周?chē)g隔設(shè)置的多個(gè)夾頭爪指 292，優(yōu)選的是6至8個(gè)夾頭爪指。夾頭爪指292具有位于大約中間長(zhǎng)度 的關(guān)閉剖面294，其適于與例如但不限于套筒覆蓋口上的生產(chǎn)篩管閥上的 相應(yīng)結(jié)構(gòu)接合，從而在需要時(shí)關(guān)閉該閥。關(guān)閉工具290還包括制動(dòng)器296， 該制動(dòng)器在優(yōu)選實(shí)施方式中需要約2千磅負(fù)載來(lái)使制動(dòng)器沿井下方向移位，并且需要約6001bf負(fù)載來(lái)使制動(dòng)器沿井口方向移位。圖10A還示出 了下行肩298和拉起肩300。
圖10B示出了關(guān)閉工具2卯的另選實(shí)施方式。圖IOB所示的實(shí)施方 式包括優(yōu)選地由例如但不限于前述的鈹銅合金的具有較高抗磨損特性的 材料制成的剖面嵌件295?？梢酝ㄟ^(guò)例如螺紋緊固件將嵌件295物理緊固 到夾頭爪指292上。另外并且優(yōu)選地，整個(gè)夾頭爪指/關(guān)閉剖面裝置可由 抗磨損材料制成。下面公開(kāi)的開(kāi)關(guān)工具剖面也將受益于抗磨損嵌件和/或 由抗磨損材料制成的整個(gè)夾頭爪指/打開(kāi)剖面裝置。
圖IOA還示出了具有流動(dòng)口 304和306的循環(huán)閥302。在圖IOA所 示的"下入"位置中，循環(huán)閥302使得液體從閥下面開(kāi)始，經(jīng)過(guò)口 306，連 通到環(huán)空308，經(jīng)過(guò)口 304，再回到工具裝置200內(nèi)部。密封件314可將 環(huán)空308密封到工具裝置200。循環(huán)閥302還包括排出路徑310和排出口 312，以便在工具管柱上移關(guān)閉閥時(shí)避免形成液壓鎖定。應(yīng)當(dāng)理解，碎屑 可能積累在排出路徑310和排出口 312外面的環(huán)形區(qū)域中。工具設(shè)計(jì)者 應(yīng)當(dāng)理解，將口 312設(shè)置在足夠高的位置而不被碎屑阻擋是有益的。關(guān) 閉工具292相對(duì)于循環(huán)閥302沿向下方向的移動(dòng)(即，向井口移動(dòng)工具 管柱)關(guān)閉了口 304從而限制流過(guò)閥302。在優(yōu)選實(shí)施方式中，關(guān)閉工具 剖面是選擇性的，因?yàn)槠洳慌c自動(dòng)定位器106接合或相互作用。
圖11A示出了副備用自動(dòng)定位器夾頭裝置320。與參照?qǐng)D6A和6B 描述的主備用自動(dòng)定位器肩相似，副備用自動(dòng)定位器夾頭320可被提供 作為改進(jìn)的完井系統(tǒng)的便利措施。例如，如果在"壓裂/下坐"狀況下工具 裝置200被拉到自動(dòng)定位器106上，則主備用自動(dòng)定位器肩或副備用自 動(dòng)定位器夾頭320可使操作者將轉(zhuǎn)位系統(tǒng)154循環(huán)回到"下入"狀況。而 且，在例如但不限于壓裂或礫石充填處理的井處理之后，完井工具裝置 200，特別是關(guān)閉工具292可以被自動(dòng)定位器106抬起，并且與自動(dòng)定位 器閉鎖套筒180，特別是剖面181相接合。如上所述，閉鎖套筒180將自 動(dòng)定位器軸承178移開(kāi)并移動(dòng)到凹部182中。如果關(guān)閉工具292未能接 合并啟動(dòng)閉鎖套筒180，則副備用自動(dòng)定位器夾頭320會(huì)在夾頭320遇到 軸承178時(shí)通過(guò)登記約5千磅的卡合通過(guò)負(fù)載(snap through load)來(lái)指
21示這一事件。
圖11B示出了副備用自動(dòng)定位器夾頭裝置320的優(yōu)選實(shí)施方式。最 左側(cè)的圖示出了"拉起"位置中的裝置320;中間圖示出了"下入"狀況下的 裝置320;而最右側(cè)的圖示出了剪切后狀況下的裝置320。在"下入"狀況， 夾頭未被備用321支撐并且能夠偏轉(zhuǎn)開(kāi)。當(dāng)系統(tǒng)處于"拉起"狀況時(shí)，夾 頭320備用且不能偏轉(zhuǎn)開(kāi)。備用夾頭320將承擔(dān)由肩333的剪切強(qiáng)度所 決定的負(fù)載。肩333可以是剪切螺釘、剪切環(huán)或類(lèi)似系統(tǒng)的組。在優(yōu)選 實(shí)施方式中，備用夾頭裝置320可承擔(dān)約60ksi。如果碎屑已堵塞了自動(dòng) 定位器系統(tǒng)106并且需要更多的負(fù)載來(lái)循環(huán)系統(tǒng)，則上述承載能力是有 益的。如果不能通過(guò)60ksi的夾頭裝置320來(lái)循環(huán)自動(dòng)定位器系統(tǒng)106， 則肩333將剪切松弛，并且?jiàn)A頭320將再次不備用，而以其設(shè)計(jì)負(fù)載自 由偏轉(zhuǎn)。
圖11A還示出了假滑動(dòng)套筒340。假套筒340具有打開(kāi)剖面342，并 且通過(guò)具有約3.9千磅的總剪切強(qiáng)度的剪切銷(xiāo)釘344被初始地銷(xiāo)釘安裝到 最下部生產(chǎn)裝置108上。 一旦啟動(dòng)了打開(kāi)工具330 (如下所述)，假套筒 340就可用于檢驗(yàn)是否實(shí)際啟動(dòng)了打開(kāi)工具330。
圖11C示出了設(shè)置在完井工具裝置200上的打開(kāi)工具裝置330。與 關(guān)閉工具292相似，打開(kāi)工具330包括在工具裝置200的外部周?chē)g隔 設(shè)置的多個(gè)夾頭爪指332，優(yōu)選的是6至8個(gè)夾頭爪指。夾頭爪指332具 有位于大約中間長(zhǎng)度的打開(kāi)剖面334，優(yōu)選的是選擇性剖面，其適于與例 如但不限于套筒覆蓋口上的生產(chǎn)篩管閥上的相應(yīng)結(jié)構(gòu)接合，從而在需要 時(shí)打開(kāi)該閥。打開(kāi)工具330在圖IIC中被示為處于"下入"狀況，并且是 解除的。更具體來(lái)講，打開(kāi)工具330連接到噴嘴378并可相對(duì)于工具部 分339在止動(dòng)塊338和336之間滑動(dòng)。打開(kāi)剖面334向內(nèi)銷(xiāo)釘安裝到工 具部分339上。在這種解除狀況下，打開(kāi)工具330不會(huì)與相應(yīng)剖面接合 而打開(kāi)閥。在優(yōu)選實(shí)施方式中，打開(kāi)工具330通過(guò)具有約4.6千磅的總剪 切強(qiáng)度的剪切銷(xiāo)釘337而銷(xiāo)釘安裝到工具裝置200上。在下入狀況下， 由肩336而不是剪切銷(xiāo)釘337來(lái)承擔(dān)負(fù)載。
從這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)的概括討論可以回想到，如果期望通過(guò)工作管柱來(lái)下入，則優(yōu)選地在完井工具裝置200從鉆臺(tái)吊離時(shí)，將其下入到 最下部的生產(chǎn)裝置108中。然而，不管何時(shí)下入工具裝置200，如果在下 入期間打開(kāi)工具330不是解除的，則當(dāng)工具200下降時(shí)可打開(kāi)正常關(guān)閉 的生產(chǎn)篩管閥。在各個(gè)閥都打開(kāi)之后，操作者必須反向使用關(guān)閉工具292 以重新關(guān)閉被打開(kāi)的閥。因而，按這種方式解除打開(kāi)工具330省了時(shí)間， 進(jìn)而省了錢(qián)。如下所述，當(dāng)完井工具裝置200與打開(kāi)工具啟動(dòng)裝置122 接合，或優(yōu)選地液壓接合時(shí)，可以啟動(dòng)打開(kāi)工具330。
圖12示出了與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的包括打開(kāi)工具啟動(dòng)裝置 122的底部裝置104的一部分。啟動(dòng)裝置可包括具有在近端底座圈354和 遠(yuǎn)端底座圈356之間延伸的多個(gè)爪指352的止動(dòng)夾頭裝置350。通過(guò)利用 具有例如但不限于約24千磅的高強(qiáng)度的剪切銷(xiāo)釘，近端底座圈可以并優(yōu) 選地被剪切銷(xiāo)釘式安裝到底部裝置108中的套筒360上。遠(yuǎn)端底座圈可 以類(lèi)似地被剪切銷(xiāo)釘式安裝到生產(chǎn)裝置108上，但優(yōu)選地是以較低的剪 切強(qiáng)度安裝。例如，在優(yōu)選實(shí)施方式中，以約2.6千磅的剪切強(qiáng)度銷(xiāo)釘安 裝遠(yuǎn)端底座圈。在"下入"狀況下，如截面圖的右半部所示，止動(dòng)夾頭350 通過(guò)環(huán)槽358而向內(nèi)偏置。連接有止動(dòng)夾頭350的套筒360沿向上方向 被彈簧363偏置。通過(guò)多個(gè)剪切銷(xiāo)釘366將套筒360剪切銷(xiāo)釘式安裝到 環(huán)364。環(huán)364通過(guò)與肩368相互作用來(lái)限制套筒360的向上行程量。位 于套筒360的近端的是具有多個(gè)突緣(lug) 371的擴(kuò)展環(huán)370。在"下入" 期間，通過(guò)凸輪面372將擴(kuò)展環(huán)370向內(nèi)凸輪傳動(dòng)到生產(chǎn)裝置108的內(nèi) 部。
為了將施工工具裝置正確地定位在完井裝置中并啟動(dòng)打開(kāi)工具200， 施工工具220下降到完井裝置中，從而噴嘴378接觸突緣371并且將突 緣向下驅(qū)動(dòng)到由肩368形成的凹部中，以使噴嘴通過(guò)。施工工具裝置200 繼續(xù)向井下下降，直到噴嘴378特別是部分377接觸到止動(dòng)夾頭突緣351 為止。隨著套筒360相對(duì)于生產(chǎn)裝置108向井下移動(dòng)并壓縮彈簧362，噴 嘴378頂著止動(dòng)突緣351的進(jìn)一步向下移動(dòng)將遠(yuǎn)端底座圈356自由剪切， 如圖12的最左側(cè)截面圖所示。 一旦止動(dòng)夾頭350在遠(yuǎn)端底座圈356處被 自由剪切，突緣351就移位到凹部353中并且使噴嘴通過(guò)止動(dòng)突緣351。一旦噴嘴378通過(guò)止動(dòng)突緣351，彈簧362就使套筒360向上移動(dòng)，從而 再次使擴(kuò)展環(huán)370向內(nèi)凸輪傳動(dòng)，并且從凹部353取回止動(dòng)突緣。
施工工具裝置縮回并且噴嘴部分379接觸止動(dòng)突緣351的底部。進(jìn)
一步的井口移動(dòng)使得打開(kāi)工具裝置相對(duì)于工具裝置滑動(dòng)，并且通過(guò)剪切 銷(xiāo)釘337以約4.6千磅來(lái)解除打開(kāi)工具。施工工具裝置的進(jìn)一步井口移動(dòng) 使得止動(dòng)突緣移位到凹部355中并使噴嘴通過(guò)。隨后噴嘴接觸環(huán)突緣371 的底面。進(jìn)一步的井口移動(dòng)使得環(huán)以約8千磅來(lái)自由剪切。 一旦從環(huán)自 由剪切了套筒360，彈簧362就將環(huán)突緣317和止動(dòng)突緣351保持在其各 自的凹部中。
圖12還示出了包括如上所述的反向模制密封件的額外密封系統(tǒng) 390。如果壓力測(cè)試裝置未能保持壓力，則這些密封件是有用的。在該情 況下，施工工具裝置200上的最下部管子接頭可下降到與該密封系統(tǒng)接 合，從而對(duì)完井系統(tǒng)進(jìn)行壓力測(cè)試。而且，如下所述，這些密封件可用 于液壓?jiǎn)?dòng)打開(kāi)工具。
圖13示出了利用液壓?jiǎn)?dòng)而不是上述機(jī)械啟動(dòng)的打開(kāi)工具裝置330 的優(yōu)選實(shí)施方式。對(duì)于上述類(lèi)似的結(jié)構(gòu)使用相同的標(biāo)號(hào)。圖13示出了液 壓?jiǎn)?dòng)之后的打開(kāi)工具330。應(yīng)當(dāng)理解，在"下入"狀況下，如上所述，利 用剪切銷(xiāo)釘337將打開(kāi)工具330向內(nèi)銷(xiāo)釘安裝到工具主體339上。為了 啟動(dòng)裝置300，施工工具上的管子接頭被定位在一組反向密封件中，以便 對(duì)裝置300進(jìn)行加壓。在該特定實(shí)施方式中，工具主體包括具有多個(gè)球 的座系統(tǒng)500，所述多個(gè)球例如六(6)個(gè)直徑3/8"的不銹鋼球軸承502。 球可以固定在工具主體339中，從而球502的一部分延伸到工具主體339 的通道中以形成承載座(load-bearing seat)。與座相鄰的是密封系統(tǒng)540， 例如合成橡膠模制密封系統(tǒng)。密封系統(tǒng)504之上的預(yù)定距離處是旁通/阻 擋肩系統(tǒng)506。例如不銹鋼球的阻壓設(shè)備508可以在組裝期間放置在工作 管柱中，從而該阻壓設(shè)備可以固定在由球502形成的座與阻擋肩510之 間。應(yīng)當(dāng)理解，井下流動(dòng)會(huì)使阻壓設(shè)備508與球502相互作用并且對(duì)密 封系統(tǒng)504進(jìn)行密封。井口流動(dòng)會(huì)使阻壓設(shè)備508脫離座并與阻擋肩510 相互作用。然而，旁通導(dǎo)管使得可以實(shí)現(xiàn)井口液體連通。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，用于通過(guò)與壓力設(shè)備508相互作用而啟 動(dòng)打開(kāi)工具330的液壓應(yīng)當(dāng)小于在生產(chǎn)層裝置中坐封隔離封隔器所需的 壓力，并且小于啟動(dòng)剪切安全系統(tǒng)(如果使用的話)的壓力。對(duì)壓力設(shè) 備508的加壓導(dǎo)致打開(kāi)夾頭330與工具主體399之間的相對(duì)移動(dòng)，從而 剪切銷(xiāo)釘337被解除并且啟動(dòng)打開(kāi)工具。在圖13的特定實(shí)施方式中，打 開(kāi)工具330向井下相對(duì)移動(dòng)并露出碎屑口 514，并且被鎖定元件516鎖定 到相對(duì)于工具主體339的合適位置。液壓?jiǎn)?dòng)還露出了旁通窗口 514，該 旁通窗口 514協(xié)助使沙屑遠(yuǎn)離打開(kāi)夾頭330。
圖14示出了適合與改進(jìn)的完井系統(tǒng)一起使用的壓力測(cè)試裝置400。 測(cè)試裝置400包括橫穿完井裝置100內(nèi)部的阻壓設(shè)備402。圖12所示的 阻壓設(shè)備402可包括崩壞強(qiáng)度約2000 psi，或者為用于在下入到井之前對(duì) 完井系統(tǒng)的壓力密封試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試的壓力的大約四倍的玻璃盤(pán)。壓力測(cè) 試裝置400還包括止回閥404。止回閥的優(yōu)選實(shí)施方式包括使液體能夠從 生產(chǎn)裝置108外部的環(huán)空連通到測(cè)試裝置400的內(nèi)部的口 406。然而，橡 膠囊408避免測(cè)試裝置400中的液體通過(guò)口 406連通到外部。隨著生產(chǎn) 裝置在組裝期間從鉆臺(tái)吊離，止回閥使井液進(jìn)入生產(chǎn)裝置中。
圖14還示出了可附接到測(cè)試裝置400的遠(yuǎn)端的指示夾頭裝置125。 指示夾頭125可包括例如但不限于4個(gè)的多個(gè)爪指412，并且各爪指上都 可具有指示剖面414。指示剖面414適于通過(guò)再入導(dǎo)向器416卡合在沉砂 封隔器的底部上。再入導(dǎo)向器416和指示剖面414適于提供約IO千磅的 卡合通過(guò)向上負(fù)載，以明確地指示生產(chǎn)裝置被正確地定位在井眼中。
圖15示出了用于施工工具裝置200 (見(jiàn)圖13)的優(yōu)選噴嘴378。在 圖15所示的實(shí)施方式中，噴嘴包括便于使阻壓設(shè)備402 (圖14)破裂的 動(dòng)態(tài)負(fù)載系統(tǒng)748。動(dòng)態(tài)負(fù)載系統(tǒng)可包括具有用于接觸阻壓設(shè)備402的例 如碳化的硬化尖頭表面的銷(xiāo)釘750。銷(xiāo)釘750容納在主體內(nèi)，該主體可使 銷(xiāo)釘軸向移動(dòng)或擊打(stroke)例如2英寸的預(yù)定量。最初，銷(xiāo)釘750被 剪切銷(xiāo)釘式安裝到該主體上。在優(yōu)選實(shí)施方式中，銷(xiāo)釘750被剪切銷(xiāo)釘 752、 754式安裝到約4，000至5,000磅的負(fù)載上。應(yīng)當(dāng)理解，在期望使阻 壓設(shè)備402破裂時(shí)，向施工工具裝置施加負(fù)載并且銷(xiāo)釘750接觸設(shè)備402。如果設(shè)備402未立即破裂，則負(fù)載將超過(guò)剪切銷(xiāo)釘752、 754的剪切強(qiáng)度 并且銷(xiāo)釘750將動(dòng)態(tài)地?fù)羧胫黧w內(nèi)，導(dǎo)致沖擊負(fù)載被分給設(shè)備402。如果 設(shè)備402仍為破裂，則現(xiàn)在銷(xiāo)釘750備用在主體中并且硬化點(diǎn)可用于向 阻壓設(shè)備402施加額外的負(fù)載。
回到改進(jìn)的完井系統(tǒng)的使用和作業(yè)的概括討論上， 一旦完井系統(tǒng)被 組裝并進(jìn)行了壓力測(cè)試，并且例如通過(guò)用噴嘴378使玻璃盤(pán)破碎而使壓 力測(cè)試裝置打開(kāi)，完井系統(tǒng)就可放置在井眼中并且在一次井下下入作業(yè) 中順序或隨機(jī)地完成每層。
如前所述，本發(fā)明的一些實(shí)施方式可包括通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)油管下入完 井裝置100。應(yīng)當(dāng)理解，在可以消除生產(chǎn)封隔器處的復(fù)雜且有時(shí)成問(wèn)題的 控制接口的范圍內(nèi)，這些實(shí)施方式對(duì)于控制線路應(yīng)用是有益的。此外， 通過(guò)生產(chǎn)油管下入使得在完井活動(dòng)的基本所有階段中都能夠?qū)崿F(xiàn)充分的 井眼隔離。圖16示出了可以隨著裝置從鉆臺(tái)800吊離而通過(guò)生產(chǎn)油管810 下入的完井裝置100的實(shí)施方式。通過(guò)生產(chǎn)油管密封裝置820將生產(chǎn)油 管和任何相關(guān)的控制線路(未示出)優(yōu)選可拆卸地連接到生產(chǎn)封隔器102。
圖17示出了在被下入到生產(chǎn)油管810上的井中并相對(duì)于沉砂封隔器 840定位之后的圖16的完井裝置100。已經(jīng)通過(guò)例如控制線路啟動(dòng)對(duì)生 產(chǎn)封隔器102進(jìn)行了坐封。施工工具裝置200被示出為下入到工作管柱 830上的合適位置以例如通過(guò)對(duì)最下層進(jìn)行壓裂充填來(lái)處理井。地層入口 閥裝置114被示出為處于打開(kāi)狀況，并且那些口與施工工具200的口對(duì) 準(zhǔn)。液體流動(dòng)被示出為從環(huán)空進(jìn)入生產(chǎn)篩管裝置120中。圖18示出了圖 17所示的其中下層已被隔離且上層正在進(jìn)行處理的系統(tǒng)。圖19示出了對(duì) 于圖16—18所示的完井系統(tǒng)的下層的選擇性生產(chǎn)。
應(yīng)當(dāng)理解，在例如當(dāng)在完井系統(tǒng)100中使用一個(gè)或更多個(gè)控制線路 部件的特定環(huán)境下，可能期望通過(guò)生產(chǎn)油管而不是工作管柱/施工工具將 生產(chǎn)裝置108的實(shí)施方式下入。生產(chǎn)油管下入實(shí)現(xiàn)了更容易和更可靠的 控制線路連接，并且有效地消除了生產(chǎn)封隔器處的詳細(xì)而復(fù)雜的控制線 路連接。而且，這些實(shí)施方式有助于使地層暴露時(shí)間最小化。應(yīng)當(dāng)理解， 整個(gè)完井系統(tǒng)100可與控制線路一起作業(yè)，從而不再需要用施工工具進(jìn)行主要作業(yè)。如果需要，可以提供利用施工工具的控制線路完井系統(tǒng)的 備用或緊急作業(yè)。
返回到并入了公開(kāi)的發(fā)明的方面的各種實(shí)施方式的更概括的討論 上，受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以從原始施工工具尺寸 分隔而得知原始施工工具位置。例如，對(duì)于采用向下開(kāi)口的套閥設(shè)計(jì)的 那些實(shí)施方式而言，僅打開(kāi)變換剖面或工具例如可以位于最下面套筒之
下約21至約23英尺處，而關(guān)閉剖面可以位于該套筒之下約3至約5英 尺處。打開(kāi)工具和關(guān)閉工具之間的優(yōu)選距離是18英尺。因而，打開(kāi)工具 可以位于最下面套筒之下約18英尺加上約3至約5英尺。為了打開(kāi)套筒， 可以將轉(zhuǎn)位工具升高到套筒之上的某一位置。轉(zhuǎn)位工具通過(guò)套筒的向下 移動(dòng)將打開(kāi)套筒。為了避免套筒關(guān)閉，操作者僅需保證關(guān)閉轉(zhuǎn)位工具不 移動(dòng)到套筒之下。優(yōu)選的間隔使得在關(guān)閉工具到達(dá)套筒之前可移動(dòng)約18 英尺。優(yōu)選的操作包括將僅打開(kāi)轉(zhuǎn)位工具向上升高到套筒之上約3英尺 至約5英尺處，并且將其向下降低到套筒之下約3至約5英尺處以將其 打開(kāi)?？赏ㄟ^(guò)關(guān)閉環(huán)空并且將油管向下泵送來(lái)獲得己打開(kāi)套閥的液壓驗(yàn) 證，從而保證與射孔的連通。
可以通過(guò)將附接在施工工具的頂部的自動(dòng)定位器剖面定位在位于隔 離封隔器正上方的自動(dòng)定位器夾頭中，來(lái)找到上礫石充填位置。優(yōu)選地， 自動(dòng)定位器夾頭在與自動(dòng)定位器剖面接合時(shí)，提供了例如約15，000至約 20,000 lb的明顯超載提升(overpull)指示。優(yōu)選的是，通過(guò)該裝置移動(dòng) 施工工具將登記表面上的顯著重量增加是僅有的一點(diǎn)。隨著指示器剖面 與自動(dòng)定位器夾頭爪指上的相應(yīng)剖面接合，這種重量增加就會(huì)出現(xiàn)。一 旦超過(guò)了設(shè)計(jì)的超載提升值，剖面就會(huì)卡合通過(guò)并將繼續(xù)向上移動(dòng)。該 工具位置可以，且優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)通過(guò)將指示點(diǎn)與管形做比較而進(jìn)行驗(yàn)證。 一旦剖面被拖過(guò)夾頭，向下移動(dòng)就會(huì)使剖面向下推動(dòng)自動(dòng)定位器夾頭， 將其移動(dòng)到支撐位置。這樣可以產(chǎn)生臨時(shí)限制，使夾頭剖面推擠 (shoulder)夾頭頂部并支撐下坐重量。再次拉起約2至3英尺并隨后松 開(kāi)使自動(dòng)定位器夾頭轉(zhuǎn)位到未支撐位置，使施工工具剖面經(jīng)過(guò)。
為了將該系統(tǒng)放置在壓裂位置上，可將工具拉起直到在表面上發(fā)現(xiàn)約5,000至約8,000 lb的超載提升。這種超載提升可用于驗(yàn)證剖面與夾頭 的接合。隨后可施加松開(kāi)重量以保證夾頭位于支撐位置。如果對(duì)于施工 工具位置有疑問(wèn)，則可向工具施加向上的拉力。如果工具位于正確位置， 則應(yīng)當(dāng)需要約15,000至約20,000 lb的超載提升。如果工具位于不正確位 置，則在拉起時(shí)應(yīng)當(dāng)不需要超載提升。工具可以按需要循環(huán)使用以保證 正確的定位。
一旦處于該位置，施工工具優(yōu)選地橫跨封隔器之上以及關(guān)閉套筒之 下的反向密封件，從而有效地將砂漿口與壓裂關(guān)閉套筒隔離。此時(shí)油管 壓力可用于對(duì)封隔器、反向礫石充填密封件、施工工具狀況以及壓裂套 筒密封件進(jìn)行測(cè)試。剖面和夾頭可支撐超過(guò)約100,000 lb的下坐重量，以 使它們適合用在例如鉆井船或半潛式平臺(tái)的浮動(dòng)工作平臺(tái)上。
為了打開(kāi)壓裂套筒，僅打開(kāi)工具可以在套筒之上拉起并向下回移通 過(guò)該套筒。優(yōu)選地通過(guò)垂直拉起和下坐移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作。從自動(dòng)定 位器剖面到自動(dòng)定位器夾頭的近似距離，以及從自動(dòng)定位器夾頭到關(guān)閉 套筒的距離可以且優(yōu)選地是已知的。例如，可以將施工工具拉起約48英 尺以將僅打開(kāi)工具放置在壓裂套筒之上約3英尺至約5英尺處。工具隨 后被向下移回并循環(huán)回到壓裂位置，從而打開(kāi)套筒?？梢酝ㄟ^(guò)向下泵送 油管以及返回到環(huán)空或泵送到地層中來(lái)液壓地驗(yàn)證該打開(kāi)狀況。
為了定位相反位置，可以將工具拉起約8英尺至約10英尺以將砂漿 口放置在頂部反向密封件之上。施工工具的下部?jī)?yōu)選地保持穿過(guò)壓裂套 筒，以使其在反向作業(yè)期間保持隔離。可以通過(guò)向下泵送環(huán)空以及監(jiān)控 油管的返回來(lái)液壓地驗(yàn)證該位置。
為了關(guān)閉套筒，應(yīng)當(dāng)將關(guān)閉轉(zhuǎn)位工具向上拉動(dòng)通過(guò)套筒剖面。施工 工具可以向下返回，直到它位于關(guān)閉的最底部套筒頂部之下。通過(guò)簡(jiǎn)單 地將施工工具緩慢移動(dòng)通過(guò)套筒來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。為了液壓地驗(yàn)證套筒關(guān)閉， 可以關(guān)閉環(huán)空并且將液體向下泵送到油管以測(cè)試對(duì)于地層的系統(tǒng)壓力密 封性。
為了打開(kāi)位于下一近源層中的下繞絲篩管套筒，可以使用自動(dòng)定位 器指示點(diǎn)作為確定施工工具位置的基準(zhǔn)。優(yōu)選地，下繞絲篩管套筒將定位在離自動(dòng)定位器的頂部約3英尺至約5英尺的位置。將施工工具拉起 約55英尺的操作應(yīng)當(dāng)將打開(kāi)工具放置在套筒之上。施工工具隨后可以向 下移動(dòng)優(yōu)選地約10英尺，以打開(kāi)套筒。隨后可將施工工具拉起到下一便 利連接中斷以進(jìn)行壓力測(cè)試。尺寸分隔不是關(guān)鍵的，因?yàn)榇蜷_(kāi)轉(zhuǎn)位工具 和關(guān)閉轉(zhuǎn)位工具之間的優(yōu)選18英尺的間隔允許大范圍的移動(dòng)，同時(shí)仍能 正確地對(duì)套筒起作用。
采用公開(kāi)的發(fā)明的一些或全部的實(shí)施方式可被設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)單的、用 戶友好的操作。例如，如上所述，可以容易地機(jī)械識(shí)別和液壓地驗(yàn)證用 于處理的工具定位?？赏ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單地應(yīng)用下坐重量來(lái)保持位置。優(yōu)選的、 簡(jiǎn)化的操作程序可包括1)坐封沉砂封隔器；2)按需要對(duì)一層或更多 層進(jìn)行射孔；3)在鉆臺(tái)上組裝每個(gè)生產(chǎn)層裝置和施工工具并進(jìn)行壓力測(cè) 試；4)通過(guò)工作管柱或生產(chǎn)油管將裝置下入到底部并將其定位在沉砂封 隔器上；5)坐封頂部生產(chǎn)/礫石充填封隔器；6)如果是通過(guò)工作管柱來(lái) 使裝置下入則釋放施工工具，或者下入施工工具；7)打開(kāi)下層繞絲篩管 生產(chǎn)套筒并進(jìn)行測(cè)試;8)確定壓裂/礫石充填位置并坐封下層隔離封隔器; 9)打開(kāi)下層壓裂充填套筒并確定壓裂/礫石充填位置；IO)壓裂下層；11) 拉起并顛倒；12)關(guān)閉所有下層套筒；13)進(jìn)行用于隔離的壓力測(cè)試； 14)通過(guò)打開(kāi)下層繞絲篩管生產(chǎn)套筒并進(jìn)行測(cè)試而開(kāi)始下一層；15)重
復(fù)步驟8_13直到完成最后一層為止；16)如需要(例如，在通過(guò)工作 管柱使生產(chǎn)裝置下入時(shí))就使生產(chǎn)密封件下入到上生產(chǎn)封隔器；以及17) 根據(jù)需要打開(kāi)套筒進(jìn)行生產(chǎn)。
至此己公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的完井系統(tǒng)的許多可能實(shí)施方式中 的至少一個(gè)的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)、功能和用途。在不脫離其一般公開(kāi)內(nèi)容 的情況下可以設(shè)計(jì)其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式。例如，這種改進(jìn)的完井系 統(tǒng)可以與其他井處理作業(yè)一起使用，所述其他井處理作業(yè)包括壓裂、礫 石充填、酸化處理、充水以及其他處理。此外，這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)的 各種方法和實(shí)施方式可以彼此組合，以產(chǎn)生所公開(kāi)的方法和實(shí)施方式的 變型。單數(shù)要素的討論可以包括復(fù)數(shù)要素，反之亦然。
除非特別限定，否則可以按多種順序來(lái)實(shí)現(xiàn)步驟的順序。此處所描述的各種步驟可以與其他步驟組合、插入到所述步驟之間，和/或分為多 個(gè)步驟。類(lèi)似地，已對(duì)要素進(jìn)行了功能性的描述，并且可以具體實(shí)施為 單獨(dú)的部件，或者可以結(jié)合到具有多種功能的部件當(dāng)中。
已經(jīng)在優(yōu)選的和其他實(shí)施方式的上下文中描述了本發(fā)明，并未描述 發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施方式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)所述實(shí)施方式進(jìn)行 明顯的修改和改變。公開(kāi)的和未公開(kāi)的實(shí)施方式并不旨在限制或約束申 請(qǐng)人所構(gòu)思的發(fā)明的范圍或適用性，相反，在符合專(zhuān)利法的情況下，申 請(qǐng)人旨在最大程度地保護(hù)落入到以下權(quán)利要求的等同物的范圍或范疇內(nèi) 的所有這種修改和改進(jìn)。
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2006年12月22日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.l 1/615,529 的優(yōu)先權(quán)，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.ll/615,529要求2006年5月5日提交的美 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/418，765的優(yōu)先權(quán)，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/418，765要求 2006年1月30日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/763,246的優(yōu)先權(quán)以及 2005年5月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/678,689的優(yōu)先權(quán)。此處 以引用的方式并入上述各申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種在一次井下起下作業(yè)中用完井系統(tǒng)完成兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層的方法，該方法包括以下步驟組裝多個(gè)生產(chǎn)層裝置，每個(gè)裝置都包括具有至少一個(gè)生產(chǎn)篩管閥的生產(chǎn)篩管裝置；通過(guò)生產(chǎn)油管將這些生產(chǎn)層裝置下入井中；坐封與這些生產(chǎn)裝置相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)封隔器；在最下部生產(chǎn)層裝置中定位一完井工具裝置，該工具裝置具有解除的打開(kāi)工具，該打開(kāi)工具在經(jīng)過(guò)最后一個(gè)生產(chǎn)篩管閥的下面之后被啟動(dòng)；使該工具裝置在生產(chǎn)層內(nèi)循環(huán)，以將該完井系統(tǒng)轉(zhuǎn)位到地層處理狀況；以及處理該生產(chǎn)層。
2、 一種一次起下作業(yè)完井系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括包括多個(gè)生產(chǎn)層裝置的完井裝置，這多個(gè)生產(chǎn)層裝置與井眼中的地 層相對(duì)應(yīng)，并適于通過(guò)生產(chǎn)油管被下入；適于在該完井裝置內(nèi)操作的完井工具裝置；以及自動(dòng)完井系統(tǒng)定位裝置，其可在該完成裝置與該工具系統(tǒng)之間操作 以使該完井系統(tǒng)在多個(gè)作業(yè)狀態(tài)之間循環(huán)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在最下部生產(chǎn)層 裝置中用以啟動(dòng)該工具系統(tǒng)上的解除的打開(kāi)工具的止動(dòng)夾頭裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括位于最下部生產(chǎn)層裝 置中用以啟動(dòng)該工具系統(tǒng)上的解除的打開(kāi)工具的液壓?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在該完井裝置中 的液壓?jiǎn)?dòng)剪切安全系統(tǒng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中各生產(chǎn)層裝置均包括剪切安全 系統(tǒng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括與該剪切安全系統(tǒng)相 關(guān)聯(lián)的碎屑阻擋層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在各生產(chǎn)層裝置 中的機(jī)械套閥。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中這些機(jī)械套閥中的一個(gè)或更多 個(gè)具有用于通過(guò)該施工工具裝置、連續(xù)油管工具或鋼絲繩工具選擇性地 打開(kāi)和/或關(guān)閉的多個(gè)打開(kāi)和/或關(guān)閉剖面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中該自動(dòng)完井系統(tǒng)定位裝置包 括與該完井裝置相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)位系統(tǒng)以及與該完井工具裝置相關(guān)聯(lián)的自動(dòng) 完井系統(tǒng)定位裝置剖面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在一次井下起下作業(yè)期間在井眼中完成兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的生產(chǎn)層的改進(jìn)的完井系統(tǒng)(100)。這種改進(jìn)的完井系統(tǒng)包括具有兩個(gè)或更多個(gè)生產(chǎn)層裝置(108)的完井裝置以及完井工具裝置。各生產(chǎn)層裝置(106)可包括自動(dòng)系統(tǒng)定位裝置以及用于對(duì)該工具裝置進(jìn)行密封的至少兩個(gè)反向密封系統(tǒng)。
文檔編號(hào)E21B43/04GK101432501SQ200780015251
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者大衛(wèi)·J·沃克 申請(qǐng)人:Bj服務(wù)公司