專利名稱：可配置的井眼層隔離系統(tǒng)和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于隔離井眼中的一個(gè)或多個(gè)選定產(chǎn)層來(lái)防止流體遷 移的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在石油和天然氣工業(yè)中，井被鉆至地下碳?xì)浠衔飪?chǔ)層。然后將 套管柱下入井中并且用水泥將套管柱固定到位。然后可對(duì)套管柱射孔 和對(duì)儲(chǔ)層完井。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能很好理解，生產(chǎn)管柱可同心地 放置在套管柱內(nèi)而且可開(kāi)始碳?xì)浠衔锷a(chǎn)。
在鉆井、完井和生產(chǎn)階段期間，操作員發(fā)現(xiàn)有必要對(duì)井、套管柱 和生產(chǎn)管柱進(jìn)行各種修井作業(yè)、修理和維修。例如，可能在管狀部件 中偶然或故意地形成孔。替代地，操作員可能發(fā)現(xiàn)隔離某些產(chǎn)層是有 利的。不管具體的應(yīng)用如何，需要在管狀部件內(nèi)放置某些井下組件(例 如襯管補(bǔ)片)，然后將井下組件錨固并且密封在管狀部件內(nèi)。
很多裝置已經(jīng)嘗試形成用于這些井下組件的密封件和錨固件。例
如，Owen等人的名稱為"LINER AND REINFORCING SWAGE FOR CONDUIT IN A WELLBORE AND METHOD AND APPARATUS FOR SETTING SAME (井眼管道中的襯管和加強(qiáng)型模 以及其安裝方法和設(shè)備)"的美國(guó)專利No.3，948，321公開(kāi)了通過(guò)使用型 模裝置和安裝工具(setting tool)來(lái)將襯管安放在管道中的方法和設(shè) 備。Owen等人的發(fā)明是將襯管錨固并且密封在井眼內(nèi)。
雖然傳統(tǒng)的井眼密封裝置基本上是適當(dāng)?shù)?，但是這種傳統(tǒng)密封裝 置不能被有效配置的情況經(jīng)常發(fā)生。例如，地面裝備可能限制可運(yùn)送 到井中的密封裝置的長(zhǎng)度。在其他例子中，沒(méi)有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)送裝置來(lái)有 效地處理和配置傳統(tǒng)的密封裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的這些和其他缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面中，本發(fā)明提供了一種用于在井眼中提供層隔離的設(shè)備， 所述設(shè)備包括多個(gè)互鎖密封部件，在相對(duì)端部具有錨固部件。每一個(gè) 錨固部件密封地接合比如套管或襯管的井眼管形件。所述互鎖密封部 件不接合在相對(duì)端之間的井眼的任何部分。
在另一方面中，本發(fā)明提供了一種用于隔離具有處于壓力下的流 體的井眼的井段的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)在地面上包括位
于井眼上方的井口，位于井口上的防噴管(lubricator),和比如鋼絲 繩或鉆井用管的運(yùn)送裝置，其用于將裝備運(yùn)送到防噴管和井口中。在 井眼中，該系統(tǒng)包括至少兩個(gè)沿軸向間隔開(kāi)的錨固件和多個(gè)互鎖密封 部件，所述錨固件適于密封地接合井眼管形件，所述多個(gè)互鎖密封部 件將第一錨固件連接到第二錨固件上。第一錨固件、第二錨固件和多 個(gè)互鎖密封部件可用運(yùn)送裝置單獨(dú)運(yùn)送到井眼中。
應(yīng)該理解的是，為了可以更好地理解下面的詳細(xì)說(shuō)明，并且為了 可以領(lǐng)會(huì)對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域所做出的貢獻(xiàn)，已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概括了本發(fā)明 的更重要特征的實(shí)例。當(dāng)然，存在將在下文描述的本發(fā)明的其他特征， 它們將形成本文所附權(quán)利要求的主題。


為了詳細(xì)理解本發(fā)明，應(yīng)該結(jié)合附圖并參照下面優(yōu)選實(shí)施例的詳 細(xì)說(shuō)明，附圖中相同部件給出相同的附圖標(biāo)記，附圖中
圖1示意性說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其適用于在井中的選定 產(chǎn)層中提供流體隔離；
圖2示意性說(shuō)明了本發(fā)明的下部錨固密封部件的一個(gè)實(shí)施例；
圖3示意性說(shuō)明了本發(fā)明的跨裝(straddle )密封部件的一個(gè)實(shí)施
例；
圖4示意性說(shuō)明了本發(fā)明上部錨固密封部件的一個(gè)實(shí)施例；圖5示意性說(shuō)明了本發(fā)明的下送工具(running tool)的一個(gè)實(shí)施
例；
圖6以流程圖的形式說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例，其
適用于在井中的選定產(chǎn)層中提供流體隔離；和
圖7和8示意性說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明所做的連接布置的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于錨固一個(gè)或多個(gè)井下工具和/或用于密封井眼的 井段的裝置和方法。本發(fā)明易于具有不同形式的實(shí)施例。對(duì)于在附圖
是本發(fā)明原理的示例，并不旨在將本發(fā)明限制在此所示出和描述的內(nèi) 容。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，顯示了在地下地層12中形成的井眼10。井眼IO 包括可用水泥固定到位的套管14。在地面上，井口 16和比如防噴器 組(BOP ) 18的相關(guān)裝備和防噴管20設(shè)置在井眼10上方。眾所周知， 比如石油和天然氣的生產(chǎn)流體沿井眼10向上流到地面。在一些情況 下，井眼IO中的產(chǎn)層22可能需要隔離以防止比如生產(chǎn)流體的井眼流 體從井眼10滲出而進(jìn)入地層12和/或防止不希望的地層流體(例如水) 進(jìn)入井眼IO。該要求可能是由于人為射孔24、腐蝕26或一些其他原 因而造成的套管14中的不連續(xù)性而產(chǎn)生的。
在一些情況下，井眼10不處于壓力下，并且因此工具可運(yùn)送到井 眼10中而沒(méi)有在地面噴出井眼流體的風(fēng)險(xiǎn)。在其他情況下，該井被認(rèn) 為是"處于壓力下的井"，即井眼10充滿處于壓力下的流體。因而，為 了防止井噴，必須在加壓流體進(jìn)入井眼10時(shí)對(duì)其進(jìn)行限制。通常，比 如防噴管20的裝置用于控制在處于壓力下的井(live well)情況下的 壓力。眾所周知，防噴管是安裝到井口頂部的長(zhǎng)管。防噴管組件包括 高壓潤(rùn)滑脂注入部分和密封部件。在使用過(guò)程中，將工具插入并且密 封在防噴管的孔中，防噴管中的壓力增加到井眼壓力。當(dāng)釋放時(shí)，工 具移動(dòng)進(jìn)入井眼中。防噴管的長(zhǎng)度限制可運(yùn)送到處于壓力下的井中的工具的長(zhǎng)度。即，例如四十英尺長(zhǎng)的防噴管僅可容納長(zhǎng)度小于四十英 尺的工具。但是，如果需要隔離的產(chǎn)層長(zhǎng)度大于四十英尺，則適當(dāng)長(zhǎng) 度的傳統(tǒng)套管補(bǔ)片不可能容納在防噴管內(nèi)。
參照?qǐng)D1，適于這種應(yīng)用的井眼層隔離系統(tǒng)100的說(shuō)明性實(shí)施例
利用了多個(gè)節(jié)段或部分，其每一個(gè)可易于被傳統(tǒng)的防噴管容納。所述 節(jié)段或部分的每一個(gè)在井眼中互鎖或相互連接以在井眼中形成層隔離
屏障，在其組裝時(shí)比防噴管20的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，適于在 井眼10中提供流體隔離的可配置的井眼層隔離系統(tǒng)100包括錨固密封 件102和104,和多個(gè)中間密封件或跨裝密封件106。錨固密封件102， 104和跨裝密封件106配合從而形成橫跨產(chǎn)層22的流體屏障，以防止 井眼流體流出到地層中并且防止地層流體進(jìn)入井眼10。顯而易見(jiàn)，層 隔離系統(tǒng)100可容易地構(gòu)造成橫跨幾百以上或甚至超過(guò)一千英尺的跨 距。
在一個(gè)實(shí)施例中，錨固密封件102和104分別或協(xié)同地將系統(tǒng)100 錨固在井眼IO內(nèi)，并且用作密封件(即防止液體或氣體進(jìn)入或流出的 屏障)。用于密封件102和104的適當(dāng)錨固裝置包括封隔器、卡瓦(slip) 和可膨脹的金屬-金屬密封件。用于防止流體流出和流入的適當(dāng)裝置 包括彈性體密封件、金屬-金屬密封件、由復(fù)合材料制成的密封件和 適用于井眼環(huán)境的其他密封件。僅僅為了方便起見(jiàn)，錨固密封件102 將被稱為頂部錨固密封件102，錨固密封件104將被稱為底部錨固密 封件104。應(yīng)該理解的是，如果需要，錨固密封件也可設(shè)置在錨固密 封件102和錨固密封件104之間以提供額外的錨固。
在一個(gè)實(shí)施例中，跨裝密封件106橫跨錨固密封件102和104之 間的長(zhǎng)度并且其在組裝時(shí)在密封件102和104之間形成密封的流體通 道。出于示例目的，跨裝密封件106顯示為包括密封件106a、 106i、 106n，其中，密封件106a表示與頂部錨固密封件102連接的跨裝密封 件，密封件106n表示與底部錨固密封件104連接的跨裝密封件。密封 件106i表示插入密封件106a和106n之間的附加密封件。因而，系統(tǒng) IOO在最小的布置中可僅利用中間密封件106a和106n，或者在擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中包括數(shù)十或數(shù)百個(gè)密封部件106i。在一種布置中，密封件106形 成為互鎖部件。即，例如，密封件106a構(gòu)造成用于與密封件106i配 合，并且密封件106i構(gòu)造成用于與密封件106n配合。在密封件106 之間的接合處使用比如夾子、鋸齒形齒(wicker teeth )、螺紋、壓合 接頭的適當(dāng)鎖定部件和比如彈性體密封件或金屬密封件的適當(dāng)密封部 件。 一些跨裝密封件106可制成模塊式或可互換式的，但這不必是必 需的。術(shù)語(yǔ)"跨裝"僅用于描述位于頂部錨固密封件102和底部錨固密 封件104之間的相對(duì)中間位置的密封件106,并且不用于暗示任何特 定的材料、結(jié)構(gòu)或操作方法。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2-4,顯示了根據(jù)本發(fā)明制成的井眼隔離系統(tǒng)250的 一個(gè)實(shí)施例，其在一個(gè)實(shí)施例中包括下部錨固部件200、 一個(gè)或多個(gè) 跨裝部件300和上部錨固部件400。隔離系統(tǒng)250防止比如氣體或液 體的流體進(jìn)入井眼的選定部分。圖2示意性說(shuō)明了下部錨固部件200 的一個(gè)實(shí)施例，圖3示意性說(shuō)明了中間部件或跨裝部件300的一個(gè)實(shí) 施例，圖4示意性說(shuō)明了上部錨固部件400的一個(gè)實(shí)施例。 一般來(lái)講， 下部錨固部件200和上部錨固部件400將隔離系統(tǒng)250固定在井眼中， 跨裝部件300在錨固部件200和400之間形成流體屏障。下部錨固部 件200和上部錨固部件400可使用基本上將密封系統(tǒng)250錨固在井眼 內(nèi)并且在系統(tǒng)250和比如套管壁或襯管壁等相鄰壁之間形成流體屏障 的卡瓦、金屬-金屬密封件和/或彈性體密封件。在名稱為"Ribbed sealing element and method of use (帶肋密封件及其使用方法)"的美 國(guó)專利6,276,690中討論了用于在管狀部件內(nèi)密封和錨固的適當(dāng)裝置， 其在此并入本文以作參考。
參照?qǐng)D2，示例性的下部錨固部件200包括楔部件202，該楔部件 202與密封部件204協(xié)作以將下部錨固部件200錨固在井眼中并且在 下部錨固部件200和相鄰壁之間形成流體密封。下部錨固部件200還 包括密封孔部分206,所述密封孔部分206形成防止流體進(jìn)入井眼的 伸長(zhǎng)的長(zhǎng)屏障。在一個(gè)實(shí)施例中，密封部件204可包括可膨脹的金屬 -金屬密封件和/或彈 體密封件。在共同待審且具有共同專利權(quán)人的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 11/230,240中說(shuō)明了示例性的密封件和錨固件。密 封孔部分206包括內(nèi)密封表面210和與相鄰的跨裝密封部件300的互 補(bǔ)表面配合的連接表面212。在一種布置中，內(nèi)密封表面210具有大 致拋光的或光滑的表面，其在與互補(bǔ)表面接合時(shí)形成防止流體流入下 部錨固部件200的孔214中的屏障。所述屏障可由金屬-金屬接觸密 封件形成和/或可用比如彈性體密封件的密封件形成。連接表面212包 括一個(gè)或多個(gè)凹部、突出部或與配合表面上的互補(bǔ)特征接合的其他表 面特征。在一種布置中，突出部包括多個(gè)鋸齒形齒216，其允許在如 下詳述的單向齒合作用。
在一些實(shí)施例中，密封部件204可與密封孔部分206整體形成。 在其他實(shí)施例中，密封孔部分206形成為與密封部件204配合的單獨(dú) 部分。在一種布置中，密封孔部分206和密封部件204為通過(guò)螺紋連 接218或其他適當(dāng)連接裝置來(lái)相互連接的大致圓柱狀部件。由于幾個(gè) 原因，將密封孔部分206形成為單獨(dú)部件可能是有利的。首先，因?yàn)?下部錨固部件200可橫跨幾英尺，因此使用多個(gè)較小的相互連接部分 來(lái)構(gòu)造下部錨固部件200可有利于加工、存儲(chǔ)和操作。其次，某些應(yīng) 用可能要求具有氣密密封的密封部件204，這可能需要金屬-金屬密 封件及彈性體密封件，而其他應(yīng)用可能要求具有液密密封的密封部件 204,這可能需要金屬-金屬密封件或彈性體密封件。因而，下部錨固 部件200可通過(guò)將適當(dāng)結(jié)構(gòu)的密封部件204連接至密封孔部分206而 構(gòu)造成用于特定的應(yīng)用。
楔部件202以下述方式使密封部件204作用。在安裝過(guò)程中，將 楔部件202沿軸向推入密封部件204內(nèi)部。由于楔部件202具有比密 封部件204的內(nèi)孔直徑大的外部直徑，因此密封部件204沿徑向向外 膨脹并且與比如套管、襯管、生產(chǎn)油管等(未顯示)的井眼管形件的 內(nèi)表面接合。在一些實(shí)施例中，楔部件202和密封部件204之間的干 涉接合將保持這兩個(gè)部件的接合。在其他實(shí)施例中，鎖定部件或連接 部件205在安裝過(guò)程中將楔部件202和密封部件204機(jī)械連接。鎖定 部件205可包括夾指(collet finger )、花鍵、齒、螺紋或適用于將楔部件202與密封部件204連接的其他部件。
傳統(tǒng)的安裝工具可用于沿軸向移動(dòng)底部楔部件202和頂部楔部件 402 (圖2和4 )。在名稱為"Ribbed sealing element and method of use (帶肋密封件及其使用方法)"的美國(guó)專利No. 6，276，690和名稱為 "Liner and reinforcing swage for conduit in a wellbore and method and apparatus for setting same (襯管和用于井眼管道的加強(qiáng)型模及其 安裝方法和設(shè)備)，，的美國(guó)專利No. 3,948,321中公開(kāi)了適當(dāng)?shù)陌惭b工 具，將這兩個(gè)專利并入本文以作參考。安裝工具可被液壓致動(dòng)或使用 煙火或一些其他適當(dāng)?shù)难b置致動(dòng)。
參照?qǐng)D3，示例性的跨裝部件300包括插入部分(stringer portion ) 302、 一個(gè)或多個(gè)密封延伸部306和密封孔部分310。插入部分302與 下部錨固部件200的密封孔部分206共同作用來(lái)將跨裝部件300機(jī)械 連接到下部錨固部件200上并且在這兩個(gè)部件之間形成流體密封。為 了形成流體屏障，插入部分302包括滑動(dòng)進(jìn)入與內(nèi)密封表面210的套 筒式接合的外密封表面312。在一些實(shí)施例中，表面到表面的接合可 提供充分的密封，而在其他實(shí)施例中一個(gè)或多個(gè)密封件可插入兩個(gè)表 面312和210之間。為了形成機(jī)械連接，插入部分302包括一個(gè)或多 個(gè)凹部、突出部或與配合表面上的互補(bǔ)特征接合的其他特征。在一種 布置中，突出部包括多個(gè)與密封孔部分206的齒216接合的鋸齒狀齒 304。齒304和齒216以下述方式齒合，即在齒304和216中的一個(gè)或 多個(gè)接合和互鎖時(shí)允許插入部分302滑入密封孔部分206中，但不能 滑出密封孔部分206。因而，齒304和216提供了單向鎖定作用。在 一些實(shí)施例中，齒304和216形成為螺紋以使得插入部分302可旋出 密封孔部分206。因而，這樣的螺紋提供了用于將跨裝部件300從下 部錨固部件200分離的機(jī)構(gòu)。
為了便于接合，插入部分302可包括一個(gè)或多個(gè)弱化部分314， 該弱化部分允許插入部分302在進(jìn)入密封孔部分206時(shí)折曲或彎曲。 例如，形成在插入部分302中的一個(gè)或多個(gè)槽316可允許插入部分302 直徑減小或以一些其他期望的方式變形。應(yīng)該理解的是，齒304和216僅是一個(gè)示例性的互補(bǔ)的共同作用的特征，其提供了跨裝部件300和 下部錨固部件200之間的鎖定裝置或連接裝置。在其他實(shí)施例中，互 鎖外形也可用于使這些部件配合，例如具有突出頭部或螺紋連接的可 縮回夾頭(collet)。在其他實(shí)施例中，也可使用摩擦密封、鎖定環(huán)、 灌注混合物和其他鎖定裝置。
密封延伸部306是大致管狀部件，其在密封孔部分310和插入部 分302之間延伸。在一些實(shí)施例中，密封延伸部306形成為一個(gè)連續(xù) 管狀部件。在其他實(shí)施例中，密封延伸部306形成為具有預(yù)定長(zhǎng)度的 模塊式管狀部件。多個(gè)密封延伸部可使用螺紋連接318或其他適當(dāng)?shù)?連接裝置相互連接。應(yīng)該意識(shí)到，通過(guò)使用模塊式密封延伸部可改變 使插入部分302和密封孔部分310分隔開(kāi)的軸向距離以便適合特別情 況。
密封孔部分310包括內(nèi)密封表面312和與相鄰的跨裝密封部件 300的互補(bǔ)表面或頂部錨固部件400的互補(bǔ)表面配合的連接表面326。 在一種布置中，內(nèi)密封表面320具有大致拋光的或光滑的表面，其在 與互補(bǔ)表面接合時(shí)形成防止流體流入跨裝部件300的孔322中的屏障。 所述屏障可由金屬-金屬接觸形成和/或用比如彈性體密封件、復(fù)合密 封件或塑料密封件的密封件形成。連接表面324包括一個(gè)或多個(gè)凹部、 突出部或其他與配合表面的互補(bǔ)特征接合的表面特征。在一種布置中， 突出部包括多個(gè)鋸齒狀齒326，允許前面描述的單向齒合作用。
參照?qǐng)D4,示例性的頂部錨固部件400包括楔部件402，該楔部件 與密封部件404協(xié)作用于將頂部錨固部件400錨固在井眼中并且在頂 部錨固部件400和相鄰壁(未顯示)之間形成流體密封。頂部錨固部 件400還包括插入部分406，該插入部分與跨裝部件300的密封孔部 分310共同作用用于將跨裝部件300機(jī)械連接到頂部錨固部件400上 并且在這兩個(gè)部件之間形成液密密封。為了形成流體屏障，插入部分 406包括滑動(dòng)進(jìn)入與內(nèi)密封表面320的套筒式接合的外密封表面410。 在一些實(shí)施例中，表面到表面的接合可提供充分的密封，而在其他實(shí) 施例中一個(gè)或多個(gè)密封件可插入兩個(gè)表面410和320之間。為了形成機(jī)械連接，插入部分406包括一個(gè)或多個(gè)凹部、突出部或與配合表面 上的互補(bǔ)特征接合的其他特征。在一種布置中，突出部包括多個(gè)與密 封孔部分310的齒326接合的鋸齒狀齒408。齒408和齒326提供了 前面描述的單向鎖定作用。插入部分406也可包括弱化部分418,所 述弱化部分418允許插入部分406以利于連接的方式變形。頂部錨固 部件400也可包括類似于鎖定部件205的鎖定部件405，用于將楔部 件402連接到密封部件404上。
如參照下部錨固部件400所討論的，密封部件404可與插入部分 406整體形成或形成為單獨(dú)模塊式部件，該單獨(dú)模塊式部件通過(guò)螺紋 連接420或其他適當(dāng)?shù)倪B接裝置與插入部分406配合。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1和5，顯示了用于配置井眼隔離裝置100、 250的一 個(gè)或多個(gè)部件的下送工具500。下送工具500具有連接部件502，該連 接部件接合將要運(yùn)送到井眼中的選定井眼裝置或工具505的內(nèi)表面 503。在一個(gè)實(shí)施例中，連接部件502在地面連接到選定裝置上并且通 過(guò)作用在下送工具500上的向下撞擊而與選定裝置503分離。下送工 具500可在鉆桿、連續(xù)油管、鋼絲、鋼絲繩或任何其他適當(dāng)?shù)倪\(yùn)送系 統(tǒng)上下送。在一種特別適用于鋼絲繩或鋼絲應(yīng)用的布置中，連接部件 502具有外夾頭506和內(nèi)支撐桿508。外夾頭506包括多個(gè)徑向擴(kuò)張的 指形部件510，該指形部件510具有與形成在選定井眼工具505的內(nèi) 表面503上的表面外形509互補(bǔ)的外形。內(nèi)支撐桿508在夾頭506內(nèi) 軸向滑動(dòng)，這使指形部件510在兩個(gè)或多個(gè)徑向位置之間移動(dòng)。在一 種布置中，桿508包括徑向向外推動(dòng)指形部件510的臺(tái)階式表面或肩 部516。為了將指形部件510保持在徑向向外的位置中，比如剪切螺 釘518的可剪切或易碎部件用于將桿508連接和固定到下送工具500 的主體上。下送工具500在接收到足以將剪切螺釘518剪斷的撞擊力 或沖擊時(shí)釋放工具505。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3和5，跨裝部件300是可由下送工具500運(yùn)送的示 例性工具。為了接收下送工具500，跨裝部件300的內(nèi)表面350包括 與夾指510互補(bǔ)的外形352。在使用過(guò)程中，下送工具500插入跨裝部件300中，并且指形部件510鄰近外形352設(shè)置。接下來(lái)，支撐桿 508被滑動(dòng)或以其他方式被操縱，直到指形部件510接合外形352。在 剪切螺釘518安裝成用于將指形部件510鎖定在接合位置中之后，跨 裝部件300可準(zhǔn)備用于下入井眼中。在一個(gè)示例性配置中，跨裝部件 300落在已經(jīng)設(shè)在井眼中的下部錨固部件200上或跨裝部件300上。 在建立接合之后，工具500上方的重物(未顯示)被升高到一定距離 并下落。所施加的力剪斷剪切螺釘518，其而且允許支撐桿508的臺(tái) 階式肩部516從指形部件510的下面滑出。當(dāng)指形部件510徑向縮回 時(shí)，下送工具503釋放跨裝部件300。
應(yīng)該意識(shí)到，許多系統(tǒng)或方法可用于致動(dòng)下送工具500。例如， 可將電動(dòng)馬達(dá)通電來(lái)操縱(例如平移或旋轉(zhuǎn))支撐桿508或指形部件 510。在其他布置中，可施加液壓壓力來(lái)致動(dòng)使指形部件510在接合和 分離位置之間移動(dòng)的活塞。在其他實(shí)施例中，運(yùn)送裝置(例如鋼絲繩、 鋼絲、連續(xù)油管、鉆桿)的操縱可用于致動(dòng)支撐桿508或指形部件510。
在圖3和4中，連接裝置利用了插入部分302上的槽316和弱化 部分314。現(xiàn)在參照?qǐng)D7和8，顯示了可與井眼層隔離系統(tǒng)IOO—起使 用的另一種示例性連接布置。在圖7和8中所示的變型中，插入部分 700包括齒或鋸齒狀物(wicker )702，而密封孔部分704接收套筒706。 套筒706可使用螺紋連接、緊固件、鎖定環(huán)或其他適當(dāng)機(jī)構(gòu)而被連接 或固定到密封孔部分704上。套筒706包括允許套筒706彎曲的一個(gè) 或多個(gè)槽708。套筒還包括齒710，該齒在插入部分700插入密封孔部 分704時(shí)接合插入部分700的齒702。這樣的布置可用于例如為插入 部分700提供更大的剛度和/或可用于定制用于特別應(yīng)用的連接。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1和6，顯示了用于密封井眼中的選定產(chǎn)層的示例性 方法600。所述示例性方法600適用于"處于壓力下的井"，即其中地 層流體處于使生產(chǎn)流體流到地面的壓力下。眾所周知，例如井口、防 噴器組和防噴管的地面裝備設(shè)置在地面上用于保持對(duì)"處于壓力下的 井"的流動(dòng)和壓力控制。首先在步驟602，在地面裝配用于運(yùn)送底部錨 固密封件104的工具串。該工具串可以是生產(chǎn)油管、連續(xù)油管、鋼絲繩或鋼絲。在步驟604將工具串運(yùn)送或下入井眼。在設(shè)置在井眼中的 選定位置時(shí)，在步驟606安裝底部錨固密封件104。用于安裝底部錨 固密封件104的適當(dāng)方法包括液壓壓力、煙火裝置或機(jī)電裝置。在步 驟607，將跨裝密封件106n連接到比如圖5中所示的適當(dāng)配置工具上， 然后在步驟608，將跨裝密封件106n下入井眼，并且在步驟610將跨 裝密封件106n連接到底部錨固密封件104上。在步驟611，將跨裝密 封件106i連接到配置工具(圖5)上，然后在步驟612，將跨裝密封 件106i下入井眼并且在步驟614將跨裝密封件106i連接到跨裝密封 件106n上。根據(jù)所需使用的跨裝密封件106i的多少來(lái)重復(fù)執(zhí)行步驟 611到614。在步驟615，將跨裝密封件106a連接到配置工具(圖5) 上。在步驟616，將跨裝密封件106a下入井眼并且在步驟618將跨裝 密封106a連接到跨裝密封件106i上。在步驟620，在地面裝配用于運(yùn) 送頂部錨固密封件102的工具串。在步驟622，將頂部錨固密封件下 入孔眼中。在步驟624將頂部錨固密封件102連接到跨裝密封件106a 上并且在步驟626放置并且安裝頂部錨固密封件102。
應(yīng)該意識(shí)到，圖6的方法利用的錨固操作比下入井中的次數(shù)少。 這可能是有利的，因?yàn)殄^固操作(例如使用液壓或煙火來(lái)安裝錨固件) 可能比簡(jiǎn)單地將工具下入井中更耗費(fèi)時(shí)間并且成本高。如上所指出， 跨裝密封件或中間密封件106無(wú)需錨固操作來(lái)安裝。因而，使用本發(fā) 明的實(shí)施例的成本效益可能高于需要安裝操作來(lái)安裝密封裝置的每一 個(gè)或幾乎每一個(gè)部件的系統(tǒng)。還應(yīng)該意識(shí)到，在某些情況中，可利用 多于兩個(gè)密封件或錨固裝置。例如，由于特別的井眼隔離裝置的長(zhǎng)度 或由于套管或井眼村管的材料性能，對(duì)于在三個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處錨固井眼 隔離裝置可能是期望或有利的。因而，例如根據(jù)本發(fā)明制成的井眼隔 離裝置可利用頂部錨固密封件、中間密封件和底部錨固密封件，它們 都由兩個(gè)或多個(gè)跨裝密封件隔開(kāi)。甚至對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該意識(shí)到， 錨固操作的數(shù)量已經(jīng)通過(guò)使用中間密封件或跨裝密封件而被最小化。
返回來(lái)參照?qǐng)D2和4，在另一個(gè)實(shí)施例中，隔離系統(tǒng)250可包括 直接連接到上部錨固部件300上的下部錨固部件200。例如，下部部件200的密封孔部分206可構(gòu)造成用于機(jī)械且密封地連接到上部錨固 部件300的插入部分406。這樣的布置可能是有利的，例如，地面裝 備可能不能容納甚至較小的產(chǎn)層補(bǔ)片。
應(yīng)該理解的是，比如頂部、底部、上部和下部的術(shù)語(yǔ)并不暗示井 眼中的任何特別結(jié)構(gòu)或方位。而是，這些術(shù)語(yǔ)僅用于便于本發(fā)明實(shí)施 例的各方面的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的是，這樣的術(shù)語(yǔ)在例如 水平井眼的一些情況中不是必須應(yīng)用的。
前面的描述針對(duì)的是為了說(shuō)明和解釋本發(fā)明的特定實(shí)施例。但是， 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不偏離本發(fā)明范圍和精神 的情況下，可對(duì)上面提出的實(shí)施例進(jìn)行很多修改和改變。下面的權(quán)利 要求應(yīng)被解釋為包括所有這樣的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于在井眼中提供層隔離的設(shè)備，包括(a)第一錨固件，所述第一錨固件適于密封地接合井眼管形件；(b)第二錨固件，所述第二錨固件與所述第一錨固件沿軸向間隔開(kāi)，所述第二錨固件適于密封地接合所述井眼管形件的表面，和(c)多個(gè)互鎖密封部件，所述多個(gè)互鎖密封部件將所述第一錨固件連接至所述第二錨固件，所述多個(gè)互鎖密封部件不具有密封地接合所述井眼管形件的部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一錨固件和所述第二錨固件包括(i)金屬-金屬密封件和(ii)彈性體密封件中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述多個(gè)密封部件中的每一個(gè)包括拋光的座圈。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一錨固件和所述第二錨固件是可膨脹的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述第一錨固件和所述第二錨固件在配合到相關(guān)的型模時(shí)膨脹。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，每一個(gè)相關(guān)的型模包括接合所述第一和第二錨固件的夾頭。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括(a) 第三錨固件，所述第三錨固件與所述第二錨固件沿軸向間隔開(kāi)；和(b) 多個(gè)第二互鎖密封部件，其將所述第二錨固件連接至所述第三錨固件，所述多個(gè)第二互鎖密封部件不具有密封地接合所述井眼管形件的部分。
8. —種系統(tǒng)，用于隔離具有處于壓力下的流體的井眼的井段，所述系統(tǒng)包括(a) 井口，所述井口設(shè)置在所述井眼上方；(b) 防噴管，所述防噴管設(shè)置在所述井口上，所述防噴管控制所述井眼中的流體壓力；(c) 運(yùn)送裝置，所述運(yùn)送裝置經(jīng)由所述防噴管和所述井口運(yùn)送到 所述井眼中；(d) 第一錨固件，所述第一錨固件適于密封地接合井眼管形件；(e) 第二錨固件，所述第二錨固件與所述第一錨固件沿軸向間隔 開(kāi)，所述第二錨固件構(gòu)造用于密封地接合所述井眼管形件的表面；和(f) 多個(gè)互鎖密封部件，所述多個(gè)互鎖密封部件將所述第一錨固 件連接至所述第二錨固件，所述多個(gè)互鎖密封部件不具有密封地接合 所述井眼管形件的部分；和(g) 所述第一錨固件、所述第二錨固件和所述多個(gè)互鎖密封部件 通過(guò)所述運(yùn)送裝置單獨(dú)運(yùn)送到所述井眼中并且將流體限制在由所述第 一錨固部件、所述第二錨固件和所述多個(gè)互鎖密封部件所限定的環(huán)形 空間內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一錨固件和所述第 二錨固件包括(i)金屬-金屬密封件和(ii)彈性體密封件中的一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)密封部件中的 每一個(gè)包括拋光的座圏。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)被連接時(shí)，所述第一 錨固件、第二錨固件和多個(gè)互鎖密封部件具有比所述防噴管的軸向長(zhǎng) 度更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括第一和第二型模，所述 型模每一個(gè)分別適于膨脹所述第一錨固件和所述第二錨固件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括(a) 第三錨固件，所述第三錨固件與所述第二錨固件沿軸向間隔 開(kāi)；和(b) 多個(gè)第二互鎖密封部件，其將所述第二錨固件連接至所述第 三錨固件，所述多個(gè)第二互鎖密封部件不具有密封地接合所述井眼管 形件的部分。
14. 一種方法，用于隔離具有處于壓力下的流體的井眼的井段，所述方法包4舌(a) 致動(dòng)第一錨固件來(lái)密封地接合所述井眼；(b) 致動(dòng)第二錨固件來(lái)密封地接合所述井眼；和(c) 形成將所述第一錨固件連接到所述第二錨固件的跨裝密封件， 所述跨裝密封件具有多個(gè)不具有接合所述井眼的部分的密封部件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述多個(gè)密封部件包括 互連的管狀部件；并且所述方法還包括將每一個(gè)管狀部件單獨(dú)運(yùn)送到 所述井眼中和將每一個(gè)管狀部件以串接方式連接在一起的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述致動(dòng)步驟包括將所 述第一和第二型模分別推入所述第一錨固件和所述第二錨固件中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括使用防噴管控制井眼流 體壓力。
全文摘要
一種用于在井眼中提供層隔離的設(shè)備，包括多個(gè)互鎖密封部件，在相對(duì)端部具有錨固部件。每一個(gè)錨固部件密封地接合井眼管形件，而互鎖密封部件不接合其間的井眼的任何部分。在一個(gè)示例性應(yīng)用中，利用了設(shè)置在處于壓力下的井眼上方的井口和防噴管以及用于將裝備運(yùn)送到井口內(nèi)的運(yùn)送裝置。第一錨固件、第二錨固件和多個(gè)互鎖密封部件用運(yùn)送裝置分別運(yùn)送到井眼中，并且隨后在井眼中裝配以提供層隔離。
文檔編號(hào)E21B33/12GK101605963SQ200780025731
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者J·L·卡爾, J·M·斯隆, K·J·施耐德米勒, M·W·惠特曼, R·C·布賴恩特, T·D·瓦斯, T·E·拉格蘭奇 申請(qǐng)人:歐文石油工具有限合伙公司