專利名稱：一體化的流動控制裝置和隔離元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有設置在工作筒(mandrel)上的一體化的流動控 制裝置和隔離元件的設備。
背景技術：
作為完成井的一部分，各種部件都設置到井眼中以執(zhí)行不同的任務。 兩種這種部件包括流動控制裝置和封隔器。流動控制裝置控制井的各種部 分之間的流動，例如，儲集層(reservoir)和流動導管(例如，生產管道、 噴射管道等)之間、或井的其它部分之間的流動。流動控制裝置和封隔器典型地作為單獨部件設置在下井儀器串(tool string)上。例如，如圖1所示，配置在井100中的傳統(tǒng)的下井儀器串包 括兩組設備102、 104。第一組102包括作為兩個單獨的模塊布置的封隔 器106和單獨的流動控制裝置108。所述兩個模塊典型地利用螺紋連接或 通過一些其它的連接機構彼此連接。第二組104同樣包括設置在彼此連接 的單獨的模塊上的封隔器ilO和流動控制裝置112。每個封隔器106、 110 都分別包括密封元件114、 116，所述密封元件可膨脹為接合井眼100的內 壁，使得井眼100的不同區(qū)域彼此隔離。作為單獨的模塊設置流動控制裝置和封隔器增加了下井儀器串的總 體的復雜性和成本。另外，因為流動控制裝置和封隔器為單獨的部件，所 以特別是當具有大量的流動控制裝置和封隔器設置在下井儀器串上時，增 加了下井儀器串的總長度。發(fā)明內容總體地，根據(jù)實施例， 一種在井中使用的設備包括工作筒、設置在工 作筒上的流動控制裝置、以及設置在相同的工作筒上以提供井的區(qū)域之間 的隔離的隔離元件。其它或可供選擇的特征將通過以下說明、附圖和權利要求變得清晰。


圖l說明根據(jù)一種實施例的包括單獨的流動控制裝置和封隔器的傳統(tǒng) 下井儀器串；圖2顯示根據(jù)一種實施例的包括具有一體化的流動控制裝置和封隔器的模塊的下井儀器串；圖3是包括一體化的流動控制裝置和封隔器的模塊的示意圖； 圖4說明具有一體化的雙流動控制裝置和封隔器的模塊的一種不同的實施例；圖5說明具有一體化的流動控制裝置、封隔器和儀器的模塊的進一步 的實施例；以及圖6說明具有一體化的流動控制裝置和封隔器的模塊的另一種實施具體實施方式
在以下說明中，闡述的許多細節(jié)是為了提供對本發(fā)明的理解。然而， 本領域的普通技術人員應該理解，本發(fā)明的實施可以不依賴于這些細節(jié)， 并且由說明的實施例產生的各種變更和修改都是可能的。在此所使用的術語"上方"和"下方"；"向上"和"向下"；"上部"和"下 部"；"向上地"和"向下地"；以及其它表示在給定點和元件的上方和下方的 相對位置的類似術語在此說明中使用是為了更清晰地說明本發(fā)明的一些 實施例。然而，當應用到在偏斜和水平的井中使用的設備和方法時，這種 術語可以適當?shù)乇硎咀蟮接一蛴业阶蟮年P系。圖2顯示根據(jù)一種實施例的包括一體化的流動控制裝置和隔離元件的 下井儀器串200 (智能完成的部件)。"隔離元件"是指用于提供井的不同 部分(例如，區(qū)域)之間的隔離的任何元件。這種隔離元件的一個實施例 為封隔器。隔離元件典型地包括可膨脹以接合一些井下結構(例如，井眼 的內壁或套管)的密封元件，以便提供密封隔離。如圖2所示，下井儀器串200配置在井眼100中，其中下井儀器串具有第一模塊202，所述第一模塊具有一體化的流動控制裝置206和隔離元件 208。模塊202包括工作筒210，隔離元件208和流動控制裝置206都設置在 所述工作筒上。隔離元件208包括可膨脹以接合井眼100的內壁或套管的密 封元件212。"工作筒"是指一體的支撐結構，例如，殼體或其它構件，所述支撐結 構可以支撐包括流動控制裝置和隔離元件的各種部件。 一體的工作筒不同 于傳統(tǒng)的解決方案，在傳統(tǒng)的解決方案中，流動控制裝置和封隔器典型地 設置在例如通過螺紋連接或一些其它的連接機構彼此連接的單獨的工作 筒上。另一模塊204同樣包括布置在共用工作筒218上的一體化的流動控制 裝置214和隔離元件216。隔離元件包括可膨脹的密封元件220。在圖2中，各隔離元件208和216的密封元件212和220在膨脹位置，使 得隔離設置在不同的區(qū)域222、 224和226之間。如圖2所示，射孔228形成 于與區(qū)域224相鄰的地層中，以使區(qū)域224和周圍地層之間能夠連通。同樣 地，射孔230設置在與區(qū)域222相鄰的地層中，以使區(qū)域222和周圍地層之 間能夠連通。圖3示意性地顯示使隔離元件208、 2i6和流動控制裝置206、 214形成 一體的一體化模塊(202、 204)的部件。隔離元件208、 216包括致動機構 300，流動控制裝置206、 214包括可沿工作筒210、 218的縱向移動的滑動 套筒302?；瑒犹淄?02具有阻擋流體流過形成于工作筒210、 218中的徑向 端口304的第一位置、以及使端口304完全打開以提供流體流動的第二位 置?；瑒犹淄?02還可以移動到--個或多個中間增加的位置，所述中間增 加的位置提供用于控制通過端口304的流體流量的部分打開位置?；瑒犹?筒302可通過流動控制裝置206、 214的致動機構306移動。作為圖3中進-步說明，共用控制管線308用于控制隔離元件致動機構 300和流動控制裝置致動機構306。控制管線308可以從地面位置延伸進井 眼中，并連接到延伸通過工作筒210、 218的控制管線部分310。工作筒210、 218中的控制管線部分310操作性地連接到隔離元件致動機構300和流動控 制裝置致動機構306。在一個實例中，控制管線308可以為用液壓啟動致動 機構300、 306的液壓控制管線。致動機構300和306可以設定為以不同的液壓進行致動，或可供選擇地，致動機構300、 306可以響應液壓的不同的循 環(huán)數(shù)。循環(huán)的液壓是指一系列升高的液壓和降低的液壓。多個液壓循環(huán)是 指多個系列的這種升高和降低的液壓。隔離元件致動機構300可以響應液 壓的第一循環(huán)數(shù)被致動，而流動控制裝置致動機構306可以響應液壓的第 二循環(huán)數(shù)被致動。在可供選擇的實施例中，控制管線308可以為電氣控制管線或纖維光 學控制管線。在這些情況下，致動機構300、 306設置有適合的控制電路， 以編碼電信號或光信號。此外，可供選擇的實施例可以采用多于--個的控制管線，以處理和致 動一體化模塊202的不同功能。液壓、電氣或纖維光學控制管線的組合可 以用于控制一體化模塊，并將反饋提供到地面。這些控制管線中的一些被 分派給井眼100中的其它一體化模塊(例如，204)共同使用并可以與所述 一體化模塊相連續(xù)，以使到地面上的控制管線的數(shù)量減至最少。圖4顯示一體化模塊400的一種可供選擇的實施例，所述一體化模塊包 括隔離元件208, 216、流動控制裝置206， 214以及儀器部分402。儀器部分 402包括可以為傳感器404和控制裝置406的一個或多個儀器。傳感器404用于測量一些井下狀態(tài)，例如，溫度、壓力、流量、密度、應變、電阻率 等?？刂蒲b置406用于提供關于一些井下部件的控制任務，例如，啟動測 井下井儀(downhole tool)。 一體化模塊400包括共用工作筒408，隔離元 件、流動控制裝置以及儀器部分設置在所述工作筒上。圖5顯示具有共用工作筒502的一體化模塊500的另一個實施例。在模 塊500中，兩個流動控制裝置504和506隨同隔離元件508—起設置。流動控 制裝置504、 506以及隔離元件508都設置在共用工作筒502上。模塊500提供結合隔離功能的雙流動控制功能。圖6顯示了結合多個隔離和流動控制功能的模塊的另一個實施例。模 塊600包括上部和下部隔離元件602和604，以沿井眼的軸線限定特定的流 動間隔。流動控制裝置606被放置在隔離元件602和604之間并與隔離元件 602和604在相同的工作筒上?？赡軐D6的一些結構特別引起注意的應用為隔離元件602和604由自 溶脹的隔離材料制造。這些材料(例如，BACEL硬泡沫或水凝膠聚合物)8設計為當暴露到各種流體環(huán)境吋溶脹并與套管或井眼壁形成密封。同樣 地，所述隔離元件不需要致動任何控制管線，并容易地加入到工作筒的外 部，且如果需要在幾個位置處加入。根據(jù)一些實施例，通過將多個功能結合到單一工作筒(模塊)上可以 實現(xiàn)井眼中空間的更有效的利用。 一體化允許部件的更緊湊(更短小)的 裝配，使得可以實現(xiàn)淺薄的分區(qū)隔離。另外， 一體化允許共用控制管線以 提高效率。此外，由于多個部件在一個模塊中的一體化可以消除或減少不 同部件在下井儀器串中的未對準問題。其它優(yōu)點包括由于消除了螺紋或其 它連接、減少了用于控制管線的連接和拼接數(shù)量所導致的較低的泄漏可能 性、以及由于預先一體化導致的施工現(xiàn)場的更快速的配置。雖然關于有限數(shù)量的實施例已經公開了本發(fā)明，但由此公開受益的本 領域的普通技術人員應該理解將可對所述實施例做出多種改進和變更。意 指附屬權利要求覆蓋落入本發(fā)明的真實本質和范圍內的這種改進和變更。
權利要求
1. 一種在井中使用的設備，包括工作筒；流動控制裝置，所述流動控制裝置設置在所述工作筒上；以及隔離元件，所述隔離元件設置在所述工作筒上，以提供井的區(qū)域之間的隔離。
2. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中所述隔離元件包括可膨脹的密封元件。
3. 根據(jù)權利要求l所述的設備，其中所述隔離元件包括封隔器。
4. 根據(jù)權利要求l所述的設備，還包括 第二工作筒；在所述第二工作筒上的第二流動控制裝置；以及第二隔離元件，所述第二隔離元件在所述第二工作筒上以提供井的區(qū) 域之間的隔離。
5. 根據(jù)權利要求l所述的設備，還包括在所述工作筒上的第二流動控制裝置，使得所述設備提供結合有隔離功能的雙流動控制功能。
6. 根據(jù)權利要求l所述的設備，還包括在所述工作筒上的第二隔離元件，使得所述設備提供結合有流動控制功能的雙隔離功能。
7. 根據(jù)權利要求l所述的設備，還包括安裝到所述工作筒上的至少一 個傳感器。
8. 根據(jù)權利要求7所述的設備，還包括安裝到所述工作筒上的至少一 個控制裝置，所述至少一-個控制裝置執(zhí)行井下控制任務。
9. 根據(jù)權利要求l所述的設備，還包括操作性地連接到所述流動控制 裝置和隔離元件上的共用控制管線，以便由所述共用控制管線操作所述流 動控制裝置和所述隔離元件。
10. 根據(jù)權利要求9所述的設備，其中所述控制管線包括液壓控制管線。
11. 根據(jù)權利要求10所述的設備，其中所述液壓控制管線利用液壓能 夠遙控設定或不設定所述隔離元件，并利用液壓遙控所述流動控制裝置的致動。
12. 根據(jù)權利要求ll所述的設備，其中所述隔離元件和流動控制裝置 響應不同的壓力。
13. 根據(jù)權利要求ll所述的設備，其中所述隔離元件和流動控制裝置 響應不同的壓力循環(huán)數(shù)。
14. 根據(jù)權利要求9所述的設備，其中所述控制管線包括電氣管線和纖維光學管線中的一種。
15. 根據(jù)權利要求9所述的設備，還包括至少另一個控制管線，其中所 述控制管線包括液壓管線、電氣管線和纖維光學管線中的至少兩種的組 合
16. 根據(jù)權利要求15所述的設備，其中所述控制管線分派給井眼中的 其它一體化模塊共同使用。
17. —種在井中使用的方法，包括步驟 設置共用的工作筒；將流動控制裝置安裝到所述共用工作筒上；以及 將隔離元件安裝到所述共用工作筒上，所述隔離元件提供井的區(qū)域的 隔離。
18. 根據(jù)權利要求n所述的方法，還包括步驟致動所述流動控制裝置以控制井中的流體流動；以及 致動所述隔離元件以隔離井中的兩個區(qū)。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述致動所述流動控制裝置和致動所述隔離元件的步驟利用共用的控制管線執(zhí)行。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述控制管線分派給井眼中的其它一體化模塊共同使用。
21. 根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述將所述隔離元件安裝到所述共用工作筒上的步驟包括步驟將封隔器安裝到所述共用工作筒上。
22. 根據(jù)權利要求17所述的方法，還包括步驟將儀器部分安裝到所述共用工作筒上。
23. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述安裝儀器部分的步驟包括步驟安裝包括至少一個傳感器的儀器部分。
24. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述安裝儀器部分的步驟包括 步驟安裝包括至少一個傳感器和控制裝置的儀器部分。
25. —種在井中使用的系統(tǒng)，包括 具有第一工作筒的下井儀器串；設置在所述第一工作筒上的第一流動控制裝置；以及 第一隔離元件，所述第-隔離元件設置在所述第一工作筒上，以提供 井的區(qū)域之間的隔離。
26. 根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述第一隔離元件包括封隔器。
27. 根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述下井儀器串還包括第二工 作筒、設置在所述第二工作筒上的第二流動控制裝置、以及設置在所述第 二工作筒上以提供井的區(qū)域之間的隔離的第二隔離元件。
28. 根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述下井儀器串還包括設置在所述第一工作筒上的儀器部分。
29. 根據(jù)權利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述儀器部分包括至少一個傳感器和控制裝置。
全文摘要
一種在井中使用的設備，所述設備包括工作筒、設置在工作筒上的流動控制裝置、以及設置在工作筒上以提供井的區(qū)域之間的隔離的隔離元件。
文檔編號E21B17/00GK101519950SQ20081008250
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權日2008年2月27日
發(fā)明者斯特凡娜·伊龍, 艾夫斯·D·洛雷特茲 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司