专利名称：一体化的流动控制装置和隔离元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有设置在工作筒(mandrel)上的一体化的流动控 制装置和隔离元件的设备。
背景技术：
作为完成井的一部分，各种部件都设置到井眼中以执行不同的任务。 两种这种部件包括流动控制装置和封隔器。流动控制装置控制井的各种部 分之间的流动，例如，储集层(reservoir)和流动导管(例如，生产管道、 喷射管道等)之间、或井的其它部分之间的流动。流动控制装置和封隔器典型地作为单独部件设置在下井仪器串(tool string)上。例如，如图1所示，配置在井100中的传统的下井仪器串包 括两组设备102、 104。第一组102包括作为两个单独的模块布置的封隔 器106和单独的流动控制装置108。所述两个模块典型地利用螺纹连接或 通过一些其它的连接机构彼此连接。第二组104同样包括设置在彼此连接 的单独的模块上的封隔器ilO和流动控制装置112。每个封隔器106、 110 都分别包括密封元件114、 116，所述密封元件可膨胀为接合井眼100的内 壁，使得井眼100的不同区域彼此隔离。作为单独的模块设置流动控制装置和封隔器增加了下井仪器串的总 体的复杂性和成本。另外，因为流动控制装置和封隔器为单独的部件，所 以特别是当具有大量的流动控制装置和封隔器设置在下井仪器串上时，增 加了下井仪器串的总长度。发明内容总体地，根据实施例， 一种在井中使用的设备包括工作筒、设置在工 作筒上的流动控制装置、以及设置在相同的工作筒上以提供井的区域之间 的隔离的隔离元件。其它或可供选择的特征将通过以下说明、附图和权利要求变得清晰。
图l说明根据一种实施例的包括单独的流动控制装置和封隔器的传统 下井仪器串；图2显示根据一种实施例的包括具有一体化的流动控制装置和封隔器的模块的下井仪器串；图3是包括一体化的流动控制装置和封隔器的模块的示意图； 图4说明具有一体化的双流动控制装置和封隔器的模块的一种不同的实施例；图5说明具有一体化的流动控制装置、封隔器和仪器的模块的进一步 的实施例；以及图6说明具有一体化的流动控制装置和封隔器的模块的另一种实施具体实施方式
在以下说明中，阐述的许多细节是为了提供对本发明的理解。然而， 本领域的普通技术人员应该理解，本发明的实施可以不依赖于这些细节， 并且由说明的实施例产生的各种变更和修改都是可能的。在此所使用的术语"上方"和"下方"；"向上"和"向下"；"上部"和"下 部"；"向上地"和"向下地"；以及其它表示在给定点和元件的上方和下方的 相对位置的类似术语在此说明中使用是为了更清晰地说明本发明的一些 实施例。然而，当应用到在偏斜和水平的井中使用的设备和方法时，这种 术语可以适当地表示左到右或右到左的关系。图2显示根据一种实施例的包括一体化的流动控制装置和隔离元件的 下井仪器串200 (智能完成的部件)。"隔离元件"是指用于提供井的不同 部分(例如，区域)之间的隔离的任何元件。这种隔离元件的一个实施例 为封隔器。隔离元件典型地包括可膨胀以接合一些井下结构(例如，井眼 的内壁或套管)的密封元件，以便提供密封隔离。如图2所示，下井仪器串200配置在井眼100中，其中下井仪器串具有第一模块202，所述第一模块具有一体化的流动控制装置206和隔离元件 208。模块202包括工作筒210，隔离元件208和流动控制装置206都设置在 所述工作筒上。隔离元件208包括可膨胀以接合井眼100的内壁或套管的密 封元件212。"工作筒"是指一体的支撑结构，例如，壳体或其它构件，所述支撑结 构可以支撑包括流动控制装置和隔离元件的各种部件。 一体的工作筒不同 于传统的解决方案，在传统的解决方案中，流动控制装置和封隔器典型地 设置在例如通过螺纹连接或一些其它的连接机构彼此连接的单独的工作 筒上。另一模块204同样包括布置在共用工作筒218上的一体化的流动控制 装置214和隔离元件216。隔离元件包括可膨胀的密封元件220。在图2中，各隔离元件208和216的密封元件212和220在膨胀位置，使 得隔离设置在不同的区域222、 224和226之间。如图2所示，射孔228形成 于与区域224相邻的地层中，以使区域224和周围地层之间能够连通。同样 地，射孔230设置在与区域222相邻的地层中，以使区域222和周围地层之 间能够连通。图3示意性地显示使隔离元件208、 2i6和流动控制装置206、 214形成 一体的一体化模块(202、 204)的部件。隔离元件208、 216包括致动机构 300，流动控制装置206、 214包括可沿工作筒210、 218的纵向移动的滑动 套筒302。滑动套筒302具有阻挡流体流过形成于工作筒210、 218中的径向 端口304的第一位置、以及使端口304完全打开以提供流体流动的第二位 置。滑动套筒302还可以移动到--个或多个中间增加的位置，所述中间增 加的位置提供用于控制通过端口304的流体流量的部分打开位置。滑动套 筒302可通过流动控制装置206、 214的致动机构306移动。作为图3中进-步说明，共用控制管线308用于控制隔离元件致动机构 300和流动控制装置致动机构306。控制管线308可以从地面位置延伸进井 眼中，并连接到延伸通过工作筒210、 218的控制管线部分310。工作筒210、 218中的控制管线部分310操作性地连接到隔离元件致动机构300和流动控 制装置致动机构306。在一个实例中，控制管线308可以为用液压启动致动 机构300、 306的液压控制管线。致动机构300和306可以设定为以不同的液压进行致动，或可供选择地，致动机构300、 306可以响应液压的不同的循 环数。循环的液压是指一系列升高的液压和降低的液压。多个液压循环是 指多个系列的这种升高和降低的液压。隔离元件致动机构300可以响应液 压的第一循环数被致动，而流动控制装置致动机构306可以响应液压的第 二循环数被致动。在可供选择的实施例中，控制管线308可以为电气控制管线或纤维光 学控制管线。在这些情况下，致动机构300、 306设置有适合的控制电路， 以编码电信号或光信号。此外，可供选择的实施例可以采用多于--个的控制管线，以处理和致 动一体化模块202的不同功能。液压、电气或纤维光学控制管线的组合可 以用于控制一体化模块，并将反馈提供到地面。这些控制管线中的一些被 分派给井眼100中的其它一体化模块(例如，204)共同使用并可以与所述 一体化模块相连续，以使到地面上的控制管线的数量减至最少。图4显示一体化模块400的一种可供选择的实施例，所述一体化模块包 括隔离元件208, 216、流动控制装置206， 214以及仪器部分402。仪器部分 402包括可以为传感器404和控制装置406的一个或多个仪器。传感器404用于测量一些井下状态，例如，温度、压力、流量、密度、应变、电阻率 等。控制装置406用于提供关于一些井下部件的控制任务，例如，启动测 井下井仪(downhole tool)。 一体化模块400包括共用工作筒408，隔离元 件、流动控制装置以及仪器部分设置在所述工作筒上。图5显示具有共用工作筒502的一体化模块500的另一个实施例。在模 块500中，两个流动控制装置504和506随同隔离元件508—起设置。流动控 制装置504、 506以及隔离元件508都设置在共用工作筒502上。模块500提供结合隔离功能的双流动控制功能。图6显示了结合多个隔离和流动控制功能的模块的另一个实施例。模 块600包括上部和下部隔离元件602和604，以沿井眼的轴线限定特定的流 动间隔。流动控制装置606被放置在隔离元件602和604之间并与隔离元件 602和604在相同的工作筒上。可能对图6的一些结构特别引起注意的应用为隔离元件602和604由自 溶胀的隔离材料制造。这些材料(例如，BACEL硬泡沫或水凝胶聚合物)8设计为当暴露到各种流体环境吋溶胀并与套管或井眼壁形成密封。同样 地，所述隔离元件不需要致动任何控制管线，并容易地加入到工作筒的外 部，且如果需要在几个位置处加入。根据一些实施例，通过将多个功能结合到单一工作筒(模块)上可以 实现井眼中空间的更有效的利用。 一体化允许部件的更紧凑(更短小)的 装配，使得可以实现浅薄的分区隔离。另外， 一体化允许共用控制管线以 提高效率。此外，由于多个部件在一个模块中的一体化可以消除或减少不 同部件在下井仪器串中的未对准问题。其它优点包括由于消除了螺纹或其 它连接、减少了用于控制管线的连接和拼接数量所导致的较低的泄漏可能 性、以及由于预先一体化导致的施工现场的更快速的配置。虽然关于有限数量的实施例已经公开了本发明，但由此公开受益的本 领域的普通技术人员应该理解将可对所述实施例做出多种改进和变更。意 指附属权利要求覆盖落入本发明的真实本质和范围内的这种改进和变更。
权利要求
1. 一种在井中使用的设备，包括工作筒；流动控制装置，所述流动控制装置设置在所述工作筒上；以及隔离元件，所述隔离元件设置在所述工作筒上，以提供井的区域之间的隔离。
2. 根据权利要求l所述的设备，其中所述隔离元件包括可膨胀的密封元件。
3. 根据权利要求l所述的设备，其中所述隔离元件包括封隔器。
4. 根据权利要求l所述的设备，还包括 第二工作筒；在所述第二工作筒上的第二流动控制装置；以及第二隔离元件，所述第二隔离元件在所述第二工作筒上以提供井的区 域之间的隔离。
5. 根据权利要求l所述的设备，还包括在所述工作筒上的第二流动控制装置，使得所述设备提供结合有隔离功能的双流动控制功能。
6. 根据权利要求l所述的设备，还包括在所述工作筒上的第二隔离元件，使得所述设备提供结合有流动控制功能的双隔离功能。
7. 根据权利要求l所述的设备，还包括安装到所述工作筒上的至少一 个传感器。
8. 根据权利要求7所述的设备，还包括安装到所述工作筒上的至少一 个控制装置，所述至少一-个控制装置执行井下控制任务。
9. 根据权利要求l所述的设备，还包括操作性地连接到所述流动控制 装置和隔离元件上的共用控制管线，以便由所述共用控制管线操作所述流 动控制装置和所述隔离元件。
10. 根据权利要求9所述的设备，其中所述控制管线包括液压控制管线。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中所述液压控制管线利用液压能 够遥控设定或不设定所述隔离元件，并利用液压遥控所述流动控制装置的致动。
12. 根据权利要求ll所述的设备，其中所述隔离元件和流动控制装置 响应不同的压力。
13. 根据权利要求ll所述的设备，其中所述隔离元件和流动控制装置 响应不同的压力循环数。
14. 根据权利要求9所述的设备，其中所述控制管线包括电气管线和纤维光学管线中的一种。
15. 根据权利要求9所述的设备，还包括至少另一个控制管线，其中所 述控制管线包括液压管线、电气管线和纤维光学管线中的至少两种的组 合
16. 根据权利要求15所述的设备，其中所述控制管线分派给井眼中的 其它一体化模块共同使用。
17. —种在井中使用的方法，包括步骤 设置共用的工作筒；将流动控制装置安装到所述共用工作筒上；以及 将隔离元件安装到所述共用工作筒上，所述隔离元件提供井的区域的 隔离。
18. 根据权利要求n所述的方法，还包括步骤致动所述流动控制装置以控制井中的流体流动；以及 致动所述隔离元件以隔离井中的两个区。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述致动所述流动控制装置和致动所述隔离元件的步骤利用共用的控制管线执行。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述控制管线分派给井眼中的其它一体化模块共同使用。
21. 根据权利要求17所述的方法，其中所述将所述隔离元件安装到所述共用工作筒上的步骤包括步骤将封隔器安装到所述共用工作筒上。
22. 根据权利要求17所述的方法，还包括步骤将仪器部分安装到所述共用工作筒上。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述安装仪器部分的步骤包括步骤安装包括至少一个传感器的仪器部分。
24. 根据权利要求22所述的方法，其中所述安装仪器部分的步骤包括 步骤安装包括至少一个传感器和控制装置的仪器部分。
25. —种在井中使用的系统，包括 具有第一工作筒的下井仪器串；设置在所述第一工作筒上的第一流动控制装置；以及 第一隔离元件，所述第-隔离元件设置在所述第一工作筒上，以提供 井的区域之间的隔离。
26. 根据权利要求25所述的系统，其中所述第一隔离元件包括封隔器。
27. 根据权利要求25所述的系统，其中所述下井仪器串还包括第二工 作筒、设置在所述第二工作筒上的第二流动控制装置、以及设置在所述第 二工作筒上以提供井的区域之间的隔离的第二隔离元件。
28. 根据权利要求25所述的系统，其中所述下井仪器串还包括设置在所述第一工作筒上的仪器部分。
29. 根据权利要求28所述的系统，其中所述仪器部分包括至少一个传感器和控制装置。
全文摘要
一种在井中使用的设备，所述设备包括工作筒、设置在工作筒上的流动控制装置、以及设置在工作筒上以提供井的区域之间的隔离的隔离元件。
文档编号E21B17/00GK101519950SQ20081008250
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者斯特凡娜·伊龙, 艾夫斯·D·洛雷特兹 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司