用于在生产管柱的安装和调试期间使用的压力致动阀的制作方法

本发明涉及一种用于在井身(wellbore)的生产管柱的安装和调试期间防止流体流经流入控制装置的压力致动阀。

背景技术：

1、用于从地下储层开采碳氢化合物的井可以在多个取向上延伸通过储层。传统上，通过钻竖直井进入储层。这是简单的且直接的技术，但是每口井的储层接触有限。因此，为了每口井能进入更多的储层，开发了钻水平井的技术和装置，即在地表下方一预定深度处将井从竖直转成水平。所谓的多分支井能更好地进入储层并与储层接触。

2、为了提高回收存在于储层中的油的能力，在生产管柱壁中放置流入控制装置(icd)。通常，水平井中的生产管柱包括沿其整个长度以恒定间隔布置的多个icd。icd充当油从储层(通常经由生产管柱和井层之间的环空)流入生产管柱中的流入口，并且是具有固定流动面积的口。所谓的自动式icd(aicd和aicv)具有可变的流动面积，并且包括一个或多个阀元件，并且通常在油流经装置时打开而在水和/或油进入生产管柱时阻塞流动。生产管柱和套管之间的环空通常由区域隔离封隔器(例如本领域中已知的环空充气封隔器、机械封隔器或可膨胀封隔器)分成多个区域。然后，在每个区域中放置一个或多个icd或自动式icd。

3、在生产管柱的安装和调试期间，重要的是控制生产管柱内的流体和静水压力，以避免地层流体(例如地层气体)进入生产管柱。

4、然而，一些自动式icd即使在处于阻塞/关闭位置中时也允许至少少量的流体通过自动式icd。这可能是由于自动式icd的调节阀元件的导向/二次流动路径，因为该路径总是打开的。因此，生产管柱内的流体和压力未得到完全控制。因此，需要一个封闭的系统。

5、本发明的目的是克服现有技术的缺点并获得进一步的优点。

技术实现思路

1、本发明在独立权利要求中进行阐述和表征，而从属权利要求描述了本发明的其他特性。

2、本发明系统包括一种安装在防砂筛管和icd或自动式icd之间的压力致动阀(pav)。pav优选地在生产管柱的安装和调试期间关闭以确保没有流体流经icd或自动式icd。pav将两个方向上的压力(即来自储层的外部压力以及来自生产管柱的内部压力)保持在设定值/设计压力以下。当内部压力高于设定值时pav将致动，并且然后在压力释放时打开以供流动。一旦pav致动/打开，该pav就可以根据构造而永久地或临时地打开以用于在两个方向上流动。pav不必限制或干扰基础管道标准全内径并且可以与不同型号的管道和防砂筛管构造进行适配。

3、因此，本发明的pav构造成至少在井身的生产管道的安装和调试期间防止流体通过icd或自动式icd。

4、本发明的pav包括：缸体，在第一纵向端和第二纵向端二者中是敞开的；以及柱状的活塞，能移动地布置在缸体内。活塞是中空的以允许流体进入第一纵向端区段中，并且该活塞在第二纵向端区段处是封闭的以阻止流体通过。活塞还包括布置成邻近或邻接第二纵向端区段的至少一个径向布置的开口。pav还包括布置成与活塞和缸体相互作用的密封件。

5、此外，缸体包括用于接收并引导固定到活塞的止动件的槽，或者活塞包括用于接收并引导固定到缸体的止动件的槽。该槽构造成引导止动件，使得活塞从

6、i)第一位置p1，其中，活塞通过弹簧定位在预张紧位置中，其中，止动件邻接槽的第一端，并且其中，活塞布置成使得至少一个径向布置的开口和密封件位于缸体内，从而阻止任何流体流经压力致动阀；

7、引导向

8、ii)第二位置p2，通过由于施加在活塞上的内部压力而压缩弹簧而引导，其中，活塞由于槽和止动件之间的相互作用而沿至少部分螺旋的路径朝向缸体的第一端移动，直至止动件邻接槽的第二端；

9、并且然后引导向

10、iii)第三位置p3，通过释放施加在活塞上的内部压力而引导，其中，活塞由于槽和止动件之间的相互作用而沿一路径朝向缸体的第二端移动，直至止动件邻接槽的第三端，使得至少在向pav施加外部压力时，密封件允许流体通过pav。

11、在第二位置p2中，径向布置的开口和密封件布置在缸体内。

12、活塞在其中从第一位置p1移动到第二位置p2的槽的至少部分螺旋的路径可以比活塞在其中从第二位置p2移动到第三位置p3的槽的路径短。

13、优选地，从第一位置p1到第二位置p2的路径的纵向长度是从第二位置p2到第三位置p3的路径的纵向长度的5％至70％，更优选地为10％至50％，甚至更优选地为10％至40％。

14、活塞的至少一个径向布置的开口可以具有任何形状，以允许来自井层的流体通过。在一优选实施方式中，至少一个开口具有一纵向开口，该纵向开口可以具有在活塞的纵向方向上延伸的长形的、卵形的和圆角矩形的形状中的一者，从而增加在打开时通过pav的流体的量。这种形状使从第一端到第二端的流动理想化而无停滞，并且使压降最小化。

15、至少一个径向布置的开口可以具有的纵向长度延伸为活塞的最大纵向长度的5％至60％或10％至50％或10％至40％中的任一者。

16、此外，至少一个径向布置的开口可以周向延伸为20°至90o或30o至80o或40o至70o中的任一者。

17、为了在打开时允许尽可能多的流体通过活塞，活塞可以具有在活塞的周向方向上彼此相邻布置的至少三个径向布置的开口。这些开口优选地彼此等距地间隔开。

18、活塞还包括布置在第二纵向端区段处的环状密封件。当活塞处于第一位置p1中时和处于第二位置p2中时或处于第一位置和第二位置之间时，密封件可以将活塞密封地布置在缸体内，从而阻止任何流体流经pav。密封件例如可以是o型环。

19、活塞的第二端区段可以包括活塞的第二末端。

20、密封件可以布置成比径向布置的开口更靠近活塞的第二末端。

21、活塞的第一端区段呈现为活塞的第一打开末端，以允许流体进入活塞。

22、槽构造成当活塞在缸体内移动时在槽中引导止动件。槽在布置于缸体上时可以是狭缝开口或凹槽的形式，并且在布置于活塞上时可以是凹槽的形式。

23、止动件可以包括多个部件，并且与槽相互作用的部分可以自由旋转。

24、在根据本发明的pav的第一示例性方面中，缸体可以包括槽，而止动件固定到活塞的外表面。

25、缸体可以包括两个相同的槽，并且活塞可以包括两个止动件。两个槽和两个止动件分别可以进一步布置在缸体和活塞的相面对的侧部上。

26、止动件例如可以是螺钉或螺栓，该螺钉或螺栓具有布置在缸体的槽内以与槽相互作用的销部分以及布置在缸体外侧的头部部分。销部分例如可以模制到活塞上，或者通过布置在销的插入到活塞的螺纹孔中的端部处的螺纹而拧到活塞上。销的插入到活塞中的端部与销的头部部分相对。因此，槽是狭缝开口，其中布置有止动件。此外，止动件可以是装载弹簧的以允许沿活塞的径向方向的移动。

27、槽的使活塞的止动件从第一位置p1移动到第二位置p2的路径的纵向距离优选地可以比槽的从第二位置p2到第三位置p3的路径的纵向距离短，从而允许活塞在布置于第三位置p3中时延伸超过缸体的内表面。因此，当活塞在第一位置p1和第二位置p2处布置于缸体内时，缸体可以充当密封件以禁止流体离开活塞的径向开口。诸如o型环的密封件布置在活塞上，以在pav关闭时将活塞密封地布置在缸体内。优选地，密封件可以布置在活塞的第二末端区段上。

28、在本发明的第二示例性方面中，pav的活塞包括槽，而止动件固定到缸体。

29、槽可以是布置在pav的活塞的外表面上的凹槽的形式。活塞的外表面应视为面向缸体的内表面的表面。因此，在该示例性方面中，止动件布置在缸体上。通过移动活塞，在由活塞上的凹槽形成的路径内引导止动件。

30、因此，根据第二方面的pav在一示例性实施方式中的功能可以与上面的第一示例性方面所公开的功能相同，但是具有相反的止动件和凹槽位置。因此，第二方面的pav的工作原理/操作可以非常类似于第一示例性方面的工作原理。

31、由凹槽形成的路径在另一示例性实施方式中可以允许pav在再增压时可逆，并且可以由于两个方向上的压力(即内部压力和外部压力二者)而形成交替的完全打开和完全关闭的位置。

32、在该第二方面中，止动件应当具有允许止动件通过滑动或滚动而在凹槽的路径内相互作用的几何形状。

33、此外，凹槽可以具有仅允许止动件在一个方向被引导的构造，例如斜面。

34、本发明还涉及一种用于在井身中安装和调试生产管柱期间防止流体通过流入控制装置的系统。

35、该系统包括：

36、-生产管柱或生产管柱接头，

37、-流入控制装置，布置在生产管柱或生产管柱接头的壁内，

38、-pav，布置在生产管柱外侧，pav构造成在pav关闭时阻碍流体从储层进入流入控制装置并且在pav打开时允许流体从储层进入。

39、优选地，该系统的流入控制装置是自动式流入控制装置。

40、本发明还涉及一种用于根据以上所公开的系统的使用pav来防止流体流经布置在生产管柱的壁内的icd或自动式icd的方法。

41、该方法包括以下步骤：

42、-将pav的活塞安装在关闭的第一位置中，其中，活塞通过具有设定值的弹簧力而承受压力；

43、-施加高于设定值的内部压力，其中，内部压力是从生产管柱朝向pav施加的，使得活塞移动到关闭的第二位置中；

44、-释放内部压力以迫使活塞到达打开的第三位置p3。

45、应当理解，缸体的纵向方向可以与生产管柱的纵向方向相同。

46、此外，术语“纵向方向”应理解为沿着pav的缸体的纵向长度的方向。

47、术语“纵向距离”应理解为沿着缸体的纵向方向的距离。

48、术语“设定值/设计压力”是在pav由致动压力致动之前活塞在其第一位置中所承受的弹簧力。因此，设计压力可以理解为当活塞位于预张紧的第一位置中时，产生等于弹簧的预张紧力的力的压力，其中，止动件是预先装载的。因此，低于设计压力的压力将不能使活塞移动，而高于设计压力的压力将使活塞移动。

49、术语“致动压力”应理解为将活塞从第一位置移动到第二位置需要施加在活塞上的内部压力。

50、应当理解，活塞在缸体内的移动取决于槽的路径。与施加在/未施加在活塞上的压力一起，槽和止动件之间的相互作用决定了活塞在缸体内的移动。

51、本领域中的技术人员应当理解，致动pav所需的致动压力不是某个值的内部压力，而是高于某个值(设定值/设计压力)的内部压力以致动pav，从而使活塞从第一位置移动到第二位置。

52、本领域中的技术人员应当理解，pav的活塞在布置于第三位置p3处之后可以例如通过使用流量差或压差的附加机构(诸如附加弹簧)移回到第二位置p2，使得活塞并因此使得密封件可以重新接合并临时关闭。

53、例如，在pav制成为使得活塞被偏置以在中间位置中关闭开口的情况下，pav的活塞可以在布置于第三位置p3处之后，例如通过缩短弹簧的行程并添加第二个反向弹簧移回第二位置p2。在该设计中，pav将在致动后获得止回阀功能。pav将在流体通过外部压力流入井中时打开，但是在压力相反的情况下关闭。生产管道的内部压力的增加将首先使密封件位于第二位置p2和第三位置p3之间的中间位置中，然后活塞将在缸体内部移动到位置p2，在该位置处，压力可以在活塞不移动的情况下进一步增加。当压力再次释放时，活塞将回到中间止回阀状态，即活塞将移动到中间位置中。

54、通过使用具有不同特性/刚度的弹簧可以在较大的范围内改变特定的设计压力和内部致动压力。

55、以上所讨论的每个方面的优选的和/或可选的特征可以单独地或者以适当的组合用于本发明的其他方面中。