用于流量控制的井下接头组件以及用于完成井筒的方法

摘要

本发明提出一种用于在地下地层中完成井筒的方法，所述方法包括提供第一中心管和第二中心管。每个中心管包括形成主流动通路的管状体并具有沿外直径的、用于作为次流动通路输送流体的输送导管。所述方法还包括使用联接组件连接这些中心管。所述联接组件具有歧管、以及靠近歧管并将主流动通路放置为与次流动通路流体连通的流动端口。所述方法还包括将中心管下入到井筒中，然后使流体在主流动通路与次流动通路之间移动。本发明还提出一种井筒完成装置，所述装置允许在主流动通路与次流动通路之间控制流体。

说明书

相关申请的陈述

本申请要求于2012年10月26日提交的美国临时专利申请 No.61/719,274和于2013年9月16日提交的美国临时专利申请 No.61/878,461的权益，上述专利申请都将通过引用而全部并入本发明 的说明书中。

技术领域

本公开涉及完井领域。更具体地，本发明涉及隔离与井筒相连的 地层，其中已穿过多油层完成所述井筒。本申请还涉及井筒完成装置， 该装置包含旁通技术但允许控制沿井筒通过主流动通路和次流动通路 的流体。

背景技术

本部分旨在介绍与本公开的示例性实施例相关的技术的多个方 面。相信这部分讨论有助于提供一个利于更好地理解本公开的特殊方 面的框架。相应地，应该理解的是，本部分应该从上述角度被理解， 而不必作为现有技术的认可。

在油气井的钻井过程中，使用在钻柱的下端被向下推动的钻头形 成井筒。当钻井到达到预定深度后，钻柱和钻头被移除且井筒利用套 管柱被加衬管。因此，在套管柱和地层之间形成环空区域。典型地进 行注水泥操作，以用水泥填满或“挤压”环空区域。水泥和套管的组合 加固了井筒并有助于套管之后的地层隔离。

将外直径逐渐减小的多个套管柱放置到井筒中是常见的。钻井、 然后向逐渐减小的套管柱注水泥的过程被重复数次直到井到达总深 度。被称为开采套管的最终套管柱就地被注水泥并且被射孔。在一些 情况中，最终套管柱是衬管，即，没有被连接回地表的套管柱。

作为完井过程的一部分，在地表处安装井口。井口控制产出流体 向地表的流动，或控制流体向井筒的注入。还提供有诸如管、阀或分 离器这样的流体收集和处理设备。随后可以开始开采操作。

有时，希望保留井筒的底部部分裸露。在裸眼完井中，开采套筒 不延伸通过开采层且不被射孔；反而，保留开采层为未加套管的、或“裸 露”的。开采柱或“油管”随后被定位在裸露的井筒内，向下延伸到最终 套管柱的下方。

与下套管完井相比，裸眼完井具有一些优点。第一，由于裸眼完 井没有射孔孔道，地层流体可以径向360度地汇聚在井筒上。这具有 消除额外的压降的好处，其中所述额外的压降与汇聚径向流动及随后 的线性流动通过充满颗粒的射孔孔道相关。与裸眼完井相关的减少的 压降实际上保证了在相同的地层中裸眼完井会比未被增产的下套管完 井更高产。

第二，裸眼技术通常比下套管完井便宜。例如，砾石充填的使用 消除了对注水泥、射孔和射孔后清扫的操作的需求。可替代地，沿裸 眼井筒使用射孔中心管在允许基本径向360度的地层暴露的同时帮助 保持井筒的完整性。

在一些裸眼完井中希望沿井筒隔离选定的油层。例如，有些时候 希望隔离层段(interval)以避免地层流体开采到井筒中。也会希望将 环空层间封隔用于配产、开采/注入流体剖面控制、选择性增产措施、 或气体控制。这可以通过使用具有旁通技术的封隔器(或者层间封隔 装置)完成。旁通技术可以采用流体输送导管，该流体输送导管允许 流体流经封隔器的密封元件并穿过被隔离的油层。

借助层间封隔装置的旁通技术的使用在砾石充填中得到发展。该 技术以可替通路为名来实施。技术采用 分流管、或可替流动通道，该分流管、或可替流动通道允许砾石砾浆 沿井筒旁通例如过早砂桥或封隔器的选定区域。这种流体旁通技术例 如在美国专利No.5,588,487和美国专利No.7,938,184中被描述。讨论 了可替流动通道技术的额外的参考包括美国专利No.8,215,406；美国 专利No.8,186,429；美国专利No.8,127,831；美国专利No.8,011,437； 美国专利No.7,971,642；美国专利No.7,938,184；美国专利 No.7,661,476；美国专利No.5,113,935；美国专利No.4,945,991；美国 专利公开No.2012/0217010；美国专利公开No.2009/0294128；国际石 油工程师协会年度技术会议和展览，国际石油工程师协会报告 No.135,102(2010年9月)：M.T.Hecker等人的“Extending Open hole  Gravel-Packing Capability:Initial Field Installation of Internal Shunt  Alternate Path Technology”；以及国际石油工程师协会报告 No.110,460(2007年11月)：M.D.Barry等人的“Open-hole Gravel  Packing with Zonal Isolation”。技术使得在多油层、裸眼砾 石充填完井中能够实现真正的层间封隔。

在一些裸眼完井中，不采用砾石充填。这可能是由于地层足够固 结，因此不需要防砂筛管和充填。可替代地，这可能是出于经济限制 的原因。无论在哪种情况，仍希望将管状体下入到井筒中以支撑封隔 器或其他工具，并且在主中心管和在中心管及周围的井筒之间形成的 环空之间提供流量控制。

因此，存在对使用流体旁通技术、在中心管和周围的环空区域之 间提供流量控制的接头组件的需求。这可以用于开采地层流体、将流 体注入地层、或用于沿地层放置井筒处理液。还存在对提供在中心管 内的主流动通路和流体输送导管的可替流动通路之间的流体连通的井 下流动控制系统的需求。此外，还存在对将接头组件沿在中心管和旁 通通道之间使用选定的流体连通的裸眼地层放置的完成井筒的方法的 需求。

发明内容

此处，首先提供一种接头组件。所述接头组件存在于井筒内。所 述接头组件对在中心管的内孔和中心管外的环空区域之间的流体流动 的控制尤其有用，其中所述内孔和环空区域均存在于周围的井筒的裸 眼部分内。裸眼部分延伸通过一个、两个或更多的地下层段。

接头组件包括第一中心管和第二中心管。两个中心管串联连接。 每个中心管包括管状体。每个管状体具有第一端、第二端以及在第一 端和第二端之间限定的孔。孔形成用于流体的主流动通路。

优选地，接头组件还包括负载套筒和扭矩套筒。负载套筒被机械 地连接到第二中心管的第一端附近，而扭矩套筒被机械地连接到第一 中心管的第二端附近。负载套筒和扭矩套筒则通过联接接头相连。优 选地，负载套筒和扭矩套筒用螺栓栓接到相应的中心管中以避免相对 转动运动。

负载套筒和扭矩套筒中的每一个包括拉长的圆筒体。每个套筒具 有外直径、第一端和第二端、以及从第一端延伸到第二端的孔。所述 孔在拉长的圆筒体中的每一个中形成内直径。负载套筒和扭矩套筒中 的每一个还包括至少一个输送导管，且输送导管中的每一个从第一端 到第二端延伸通过相应的套筒。

中间联接接头也包括在其中限定孔的圆筒体。所述孔与主流动通 路流体连通。同轴套筒围绕管状体的壁被同心地定位，因而在管状体 和同轴套筒之间形成环空区域。环空区域限定了歧管区域，且歧管区 域将负载套筒和扭矩套筒的输送导管放置为流体连通。优选地，同轴 套筒用螺栓栓接到管状体中，因而保持歧管区域的间隔。

负载套筒、扭矩套筒和中间联接接头形成联接组件，该组件沿井 筒的裸眼部分将第一中心管和第二中心管操作性地连接。在一方面， 负载套筒和扭矩套筒中的每一个具有接收联接接头的相对的端部的肩 部。沿所述肩部可以使用O形环，用以保持流体密封。同时，联接接 头具有用于连接第一中心管和第二中心管的相对的内螺纹。

在本发明中，联接接头还包括流动端口。该流动端口临近歧管存 在并且将主流动通路放置为与次流动通路流体连通。歧管区域还将多 个中心管的相应输送导管放置为流体连通。尽管流动端口可以靠近一 个或两个被螺纹连接的中心管的端部存在，优选地，流动端口在联接 接头的管状体中。

在一优选实施例中，管状体包括无眼管、或可替代地包括射孔中 心管。中心管例如可以是被螺纹连接的一系列接头，用以形成主流动 通路。可替代地，管状体可以是具有径向地围绕管且沿管的大部分的 过滤介质的割缝管，以便形成防砂筛管。

接头组件被布置为具有技术。就此方面而言，每个中心 管具有至少两个输送导管。所述输送导管沿中心管的外直径存在，并 且被构造用于作为次流动通路输送流体。

可以使用多种对输送导管的排布。优选地，所述至少两个输送导 管表现为围绕中心管径向地放置的六个导管。所述输送导管可以有不 同的直径和不同的长度。

在一方面，沿第二中心管的输送导管中的每一个基本沿第二中心 管的长度延伸。在另一方面，沿第一中心管的输送导管中的每一个基 本沿第一中心管的长度延伸，但输送导管中的一个具有在第一中心管 的第一端和第二端的中间的喷嘴。在又一方面，沿第一中心管的输送 导管中的至少一个具有在第一中心管的第一端和第二端的中间的出口 端。

在一实施例中，接头组件还包括流入控制设备。该流入控制设备 靠近流动端口中的开口存在，或者甚至可以限定流动端口。流入控制 设备被构造用于增加或减小通过流动端口的流体流量。

接头组件优选地还包括封隔器组件。该封隔器组件包括至少一个 密封元件。所述密封元件被构造用于被致动以接合周围的井筒壁。封 隔器组件还有内心轴。此外，封隔器组件具有至少一个输送导管。所 述输送导管沿内心轴延伸并与中心管的输送导管流体流通。

用于封隔器组件的密封元件可以包括机械坐封的封隔器。更优选 地，封隔器组件具有两个机械坐封的封隔器或环状密封件。其表现为 上封隔器和下封隔器。每个机械坐封的封隔器具有长度例如可以约为 6英寸(15.2厘米)到24英寸(61.0厘米)的密封元件。每个机械坐 封的封隔器还有与防砂筛管的中心管及接头组件的中心管流体流通的 内心轴。

在所述至少两个机械坐封的封隔器的中间可以可选地有至少一个 可膨胀封隔器元件。所述可膨胀封隔器元件的长度优选地约为3英尺 (0.91米)到40英尺(12.2米)。在一方面，可膨胀封隔器元件由弹 性材料制成。可膨胀封隔器元件在存在水、气体、油或化学品这样的 流体的情况下在一定时间内被致动。膨胀例如可以在机械坐封的封隔 器元件中的一个失灵时发生。可替代地，膨胀可以随在地层中围绕可 膨胀封隔器元件的流体与可膨胀封隔器元件接触在一定时间内发生。

此处，也提供一种用于在地下地层中完成井筒的方法。所述井筒 优选地包括作为裸眼被完成的下部部分。

在一方面，所述方法包括提供第一中心管和第二中心管。两个中 心管串联连接。每个中心管包括管状体。每个管状体具有第一端、第 二端以及在第一端和第二端之间限定的孔。孔形成用于流体的主流动 通路。在一优选实施例中，管状体包括射孔中心管。

中心管中的每一个还具有至少两个输送导管。所述输送导管沿中 心管的外直径存在，用于作为次流动通路输送流体。可以使用多种对 于输送导管的排布。如上所讨论的，输送导管可以具有不同的直径和 不同的长度。

所述方法还包括将第一中心管的第二端操作性地连接到第二中心 管的第一端。这通过联接组件完成。在一实施例中，联接组件包括负 载套筒、扭矩套筒、和中间联接接头。负载套筒、扭矩套筒和中间联 接接头形成如上所述的联接组件。应注意到，联接接头包括靠近歧管 区域存在的流动端口。流动端口将主流动通路放置为与次流动通路流 体连通。歧管区域也将多个中心管的相应输送导管放置为流体连通。

所述方法还包括将中心管下入到井筒中。所述方法随后包括使流 体在主流动通路和次流动通路之间移动。在一方面，所述方法还包括 沿井筒通过第一中心管和第二中心管的中心管从至少一个层段开采烃 流体。开采烃流体使烃流体从次流动通路移动到主流动通路。在另一 方面，所述方法还包括沿至少一个层段通过中心管将流体注入到井筒 中。注入流体使流体从主流动通路移动到次流动通路。

在一实施例中，接头组件还包括流入控制设备。所述流入控制设 备靠近流动端口中的开口存在。流入控制设备被构造用于增加或减小 通过流动端口的流体流量。流入控制设备例如可以是滑动套筒或阀。 所述方法随后还可以包括调节流入控制设备以增加或减小通过流动端 口的流体流量。这可以通过无线电频率信号、机械转位工具、或流体 静压力完成。

可选地，所述方法还包括提供封隔器组件。所述封隔器组件也与 在上文中各种实施例描述的封隔器组件一致。封隔器组件包括至少一 个、优选地包括两个机械坐封的封隔器。例如，每个封隔器具有内心 轴、围绕内心轴的可替流动通道、以及在内心轴的外部的密封元件。

附图说明

对本说明附加有一些图示、图表和/或流程图，以更好地理解本发 明。然而，应注意到，附图仅示出了本发明所选的实施例，因此不被 认为限定了发明范围，因为本发明可以允许有其他等效的实施例和应 用。

图1是说明性井筒的横截面图。井筒已被钻入通过三个不同的地 下层段，每个层段处于地层压力下并包含有流体。

图2是图1的井筒的裸眼完井的放大的横截面图。在三个说明性 层段的深度处的裸眼完井更为清晰可见。

图3A是在一实施例中的封隔器组件的横截面侧视图。此处，示 出中心管以及周围的封隔器元件。两个机械坐封的封隔器被示出。

图3B是图3A的封隔器组件沿图3A的剖面线3B-3B所得到的横 截面图。分流管在可膨胀封隔器元件内可见。

图4A是图3A的封隔器组件的横截面侧视图。此处，射孔中心管 被放置在封隔器组件的相对的端部处。中心管使用外分流管。

图4B提供了图4A的筛管组件沿图4A的剖面线4B-4B所得到的 横截面图。分流管在中心管外可见，用于为颗粒砾浆提供可替流动通 路。

图5A是图3A的机械坐封的封隔器中的一个的横截面图。此处， 机械坐封的封隔器处于其下入位置。

图5B是图5A的机械坐封的封隔器的横截面图。此处，机械坐封 的封隔器被激活且处于其坐封位置。

图6A是在一实施例中，可以在本发明的接头组件中使用的井筒 完井装置的侧视图。接头组件包括使用喷嘴环相连的一系列射孔中心 管。

图6B是图6A的井筒完井装置沿图6A的剖面线6B-6B所得到的 横截面图。它示出了接头组件中的一个。

图7A是在一实施例中，作为图6A的接头组件的一部分而使用的 负载套筒的轴测图。

图7B是图7A的负载套筒的端视图。

图8是在一实施例中，作为图6A的接头组件的一部分而使用的 扭矩套筒的透视图。

图9A是在一实施例中，本发明的接头组件的侧剖视图。

图9B是可以在图6A的接头组件中使用的联接接头的透视图。

图9C是图6A的联接接头沿图6A的剖面线9C－9C所得到的横 截面图。

图10是沿图6A的接头组件所使用的喷嘴环的端视图。

图11A和图11B是在可替实施例中，可以在本发明的接头组件中 使用的中心管的透视图。

图12A和图12B示出了在可替实施例中，本发明的接头组件的侧 视图。

图13A和图13B示出了在另一可替实施例中，本发明的接头组件 的侧视图。

图14是在一实施例中，完成井筒的方法的流程图。所述方法包括 将接头组件下入到井筒中，并使流体沿接头组件在主流动通路和次流 动通路之间流动。

具体实施方式

定义

如在本文中所使用的，术语“烃”(如果不是专有地)指的是主要 包括氢元素和碳元素的有机化合物。烃通常包括两类：脂族的或直链 烃，以及包括环萜的环状或闭环烃。含烃的材料的实例包括任何形式 的可作为燃料或被浓缩为燃料使用的天然气、油、煤和沥青。

如在本文中所使用的，术语“烃流体”指的是气体或液体的烃或烃 的混合物。例如，烃流体可以包括在地层条件、加工条件或环境条件 (15℃、1标准大气压压强)下的气体或液体的烃或烃的混合物。烃流 体例如可以包括油、天然气、煤层甲烷、页岩油、裂解油、裂解气、 煤的裂解产品以及其他气态或液态的烃。

如在本文中所使用的，术语“流体”指的是气体、液体、气体和液 体的组合、以及气体和固体的组合、液体和固体的组合。

如在本文中所使用的，术语“地下”指的是在地表下方的地层。

如在本文中所使用的，术语“地下层段”指的是可以存在有地层流 体的地层或地层的一部分。流体例如可以是烃液体、烃气体、水性流 体或上述流体的组合。

如在本文中所使用的，术语“井筒”指的是通过将导管钻入或插入 地下而制成的在地下的孔穴。井筒可以有基本圆形的横截面或其他的 横截面形状。如在本文中所使用的，当指代在地层中的开口时，术语 “井”可以与术语“井筒”可互换地使用。

术语“管状元件”或“管状体”指的是任何管或管状设备，例如套管 接头或中心管、衬管的一部分、或短节。

术语“防砂设备”或“防砂段”意味着任何在从周围的地层过滤掉预 定大小的砂、细粒且颗粒状的碎石的同时允许流体流入内孔或中心管 的拉长的管状体。围绕割缝的中心管的绕线筛管是防砂段的一个实例。

术语“输送导管”意味着任何在环状油层中提供通过或围绕井筒工 具的流体连通以允许砾石砾浆或其他流体旁通井筒工具或任何过早砂 桥的歧管和/或可替流动通路的集合。这种井筒工具的实例包括带有或 不带有外保护罩的(i)具有密封元件的封隔器、(ii)防砂筛管或割 缝管、和(iii)无眼管。

对具体实施例的描述

此处，结合一些具体的实施例对本发明进行描述。然而，由于下 文的详细的描述是针对特定的实施例或特定的用途，这种描述仅用于 说明本发明而不被理解为限制发明的范围。

还组合多幅附图，对本发明的一些方面进行描述。在一些附图中， 绘图页的顶部旨在朝向地表，绘图页的底部旨在朝向井底。尽管井通 常以基本竖直的取向被完成，应该理解的是，井也可以倾斜地或者甚 至水平地被完成。当参考附图时或在权利要求中使用说明性术语“上和 下”或“上部”和“下部”或类似的术语时，它们旨在表示在绘图页中或相 对于权利要求项的相对位置，而不一定表示在地下的取向，因为不论 井筒怎样取向都可以使用本发明。

图1是说明性井筒100的横截面图。井筒100限定了从地表101 延伸并进入地下110的孔105。井筒100被完成以在井筒100的下端 具有裸眼部分120。出于开采烃以加工或进行商业销售的目的形成井 筒100。在孔105中提供开采油管130柱，用于将产出液从裸眼部分 120向上输送到地表101。

井筒100包括在124处示意性地示出的井口装置。井口装置124 包括关井阀126。关井阀126控制产出液从井筒100的流动。此外， 提供有地下安全阀132，以便当在地下安全阀132的上方发生破裂或 灾难性事件时阻断流体从开采油管130的流动。井筒100可选地可以 在裸眼部分120内或紧上方有泵(未示出)，用于将产出液从裸眼部 分120人工地抬升到进口装置124。

通过将一系列管放置到地下110来完成井筒100。这些管包括有 时被称为地表套管或导管的第一套管柱102。这些管还至少包括第二 套管柱104和第三套管柱106。所述套管柱104、106是对井筒100的 壁提供支撑的中间套管柱。中间套管柱104、106可以从地表被悬挂， 或者可以通过使用可扩展衬管或衬管悬挂器从次高的套管柱被悬挂。 应理解的是，不延伸回地表的管柱(例如套管柱106)通常被称为“衬 管”。

在图1的说明性井筒排布中，中间套管柱104从地表101被悬挂， 而套管柱106从套管柱104的下端被悬挂。可以采用额外的中间套管 柱(未示出)。本发明不局限于所使用的套管排布类型。

每个套管柱102、104、106通过水泥浆液柱108被放置在合适的 位置。水泥浆液柱108使地下110的多种地层与井筒100隔离并使地 层彼此隔离。水泥浆液柱108从地表101延伸到在套管柱106下端处 的深度“L”。应理解的是，一些中间套管柱可以不被完全注水泥。

在开采油管130和套管柱106之间形成有环空区域204(在图2 中可见)。开采封隔器206在套管柱106的下端“L”附近密封环空区 域204。

在许多井筒中，被称为开采套管的最终套管柱被注水泥并下入到 存在地下开采层段的深度的位置。然而，说明性井筒100作为裸眼井 筒被完成。相应地，井筒100沿裸眼部分120不包括最终套管柱。

在说明性井筒100中，裸眼部分120穿过三个不同的地下层段。 这些被表示为上层段112、中间层段114、和下层段116。上层段112 和下层段116例如可以包含待开采的有价值的油田，而中间层段114 可以在其孔隙容积内主要包含水或其他水性流体。这可能是由于存在 天然含水带、高渗透性矿脉或含水层中的天然裂缝，或来自注入井的 指进的原因。在这种情况下，存在水侵入井筒100的可能性。

可替代地，上层段112和中间层段114可以包含待开采、加工和 销售的烃流体，而下层段116可以包含油以及不断增加的水量。这可 能是由锥进、即近井烃－水接触面的上升所引起。在这种情况中，也 存在水侵入井筒100的可能性。

还可替代地，上层段112和下层段116可以从砂或其他可渗透岩 体开采烃流体，而中间层段114可以代表不可渗透的页岩或者中间层 段对流体是基本不可渗透的。

在上述情况中的任何一种中，对于操作员，希望隔离所选的层段。 在第一种情况中，操作员希望使中间层段114与开采套管130隔离并 使其与上层段112和下层段116隔离(通过使用封隔器组件210’和 210”)，以便烃流体可以主要通过井筒100开采并到达地表101。在 第二种情况中，操作员最终希望使下层段116与开采套管130以及上 层段112和中间层段114隔离，以便烃流体可以主要通过井筒100开 采并到达地表101。在第三种情况中，操作员希望使上层段112与下 层段116隔离，但不需要隔离中间层段114。

在图1的说明性井筒100中，一系列中心管200延伸通过上层段 112、中间层段114、下层段116。在图2中更充分地示出了中心管200 和被连接的封隔器组件210’和210”。

现在参照图2，中心管200限定拉长的管状体205。每个中心管 200典型地由多个管接头组成。中心管200(或组成中心管200的每个 管接头)具有射孔或割缝203以允许产出液流入。

在另一实施例中，中心管200是具有过滤介质(未示出)的无眼 管，其中过滤介质围绕无眼管缠绕。在这种情况中，中心管200形成 防砂筛管。过滤介质可以是围绕管状体205安装的绕线或金属丝网筛 管。可替代地，防砂筛管的过滤介质可以包括薄膜筛管、可扩展筛管、 烧结金属筛管、由形状记忆聚合物制成的多孔介质(例如美国专利 No.7,926,565所描述的)、充填有纤维材料的多孔介质、或预充填的 固体颗粒床。过滤介质避免大于预定大小的砂或其他颗粒流入到中心 管200和开采油管130中。

除了中心管200之外，井筒100包括一个或更多个封隔器组件 210。在图1和图2的说明性排布中，井筒100具有上封隔器组件210’ 和下封隔器组件210”。然而，可以使用额外的封隔器组件210或只使 用一个封隔器组件210。封隔器组件210’、210”被特别地构造用于密 封在多种防砂设备200和井筒100的裸眼部分120的周围壁201之间 的环空区域(在图2的202处可见)。

图2提供了图1的井筒100的裸眼部分120的扩大的横截面图。 裸眼部分120和三个层段112、114、116被更清楚地看到。上封隔器 组件210’和下封隔器组件210”也分别靠近中间层段114的上边界和下 边界更清楚可见。

考虑封隔器组件本身，每个封隔器组件210’、210”可以有两个独 立的封隔器。封隔器优选地通过机械操作和液压力的组合被坐封。为 了本公开的目的，封隔器被称为机械坐封的封隔器。说明性封隔器组 件210表现为上封隔器212和下封隔器214。每个封隔器212、214具 有由弹性材料或热塑性材料制造的可扩展部分或元件，该可扩展部分 或元件由能够提供相对周围的井筒壁201的至少临时流体密封的弹性 或热塑性材料制造。

用于上封隔器212和下封隔器214的元件应该能够经受与开采过 程相关的压力和负载。用于上封隔器212和下封隔器214的元件还应 该经受由于天然断层、枯竭、采出或注入而引起的井筒和/或储层差压 引起的压力负载。开采操作可以涉及选择性开采或配产以满足规程要 求。注入操作可以涉及用于策略性储层压力保持的选择性流体注入。 注入操作还可以涉及在酸压裂、基岩酸化、或地层损害移除中的选择 性增产措施。

用于机械坐封的封隔器212、214的密封表面或元件只需要是英寸 级的，以便进行合适的液压密封。在一方面，每个元件的长度为6英 寸(15.2厘米)到24英寸(61.0厘米)。

优选地，封隔器212、214的元件能够扩展为外直径至少为11英 寸(约28厘米)、且椭圆度比不超过1.1的表面。封隔器212、214 的元件应该优选地能够应对在8又1/2英寸(约21.6厘米)或9又7/8 英寸(约25.1厘米)的裸眼部分120中的冲蚀。在砾石充填操作过程 中随压力增加，封隔器212、214的可扩展部分将帮助保持相对中间层 段114(或其他层段)的壁201的至少暂时的密封。

上封隔器212和下封隔器214在开采前被坐封。封隔器212、214 可以例如通过使分离套筒滑动而被坐封。而这又允许流体静压力相对 活塞心轴向下作用。活塞心轴向下作用在扶正器和/或封隔器元件上， 使其相对井筒壁201膨胀。使上封隔器212和下封隔器214的元件膨 胀到与周围的壁201接触，以便在沿裸眼完井120的选定的深度处横 跨环空区域202。PCT专利申请No.WO2012/082303描述了可以在裸 眼完井内被机械坐封的封隔器。

图2示出了封隔器212、214中的心轴215。这可以代表活塞心轴， 以及在封隔器212、214中使用的其它心轴，正如下文更完整地描述的 那样。

作为上封隔器212和下封隔器214内的可扩展封隔器元件的“后 备”，封隔器组件210’、210”还可以包括中间封隔器元件216。中间封 隔器元件216限定了由合成橡胶化合物制成的膨胀的弹性材料。可膨 胀材料的合适的实例可以在Easy Well Solutions的Constrictor^TM或 SwellPacker^TM、以及SwellFix的E-ZIP^TM中找到。可膨胀封隔器216 可以包括可膨胀聚合物或可膨胀聚合物材料，这对本领域技术人员是 已知的，并且可膨胀封隔器可以通过调节钻井液、完井液、产出液、 注入液、增产液、或上述液体的任何组合中的一个被坐封。

应注意到，可膨胀封隔器216可以代替上封隔器212和下封隔器 214使用。除非在权利要求中有清楚地阐述，本发明不受限制于任何 封隔器组件的存在或设计。

除了剪切相应的剪切销的分离套筒或其他接合机构，上封隔器 212和下封隔器214可以大体是彼此的镜像。坐封工具(未示出)的 单侧运动允许封隔器212、214被相继或同时激活。首先激活下封隔器 214，然后随转位工具通过内心轴被向上拉起而激活上封隔器212。

封隔器组件210’、210”帮助控制并管理从不同油层开采的流体。 就这方面而言，封隔器组件210’、210”允许操作员根据井的功能封堵 层段以阻止开采或注入。在初次完井中安装封隔器组件210’、210” 允许操作员在井的使用期内关闭从一个或多个油层的开采，用以限制 对水、或在一些情况中对硫化氢这种不被希望的不凝结液体的开采。

图3A示出了提供有用于砾石砾浆或其他注入液的可替流动通路 的封隔器组件300。封隔器组件300大体在横截面侧视图中看到。封 隔器组件300包括可以用于沿裸眼部分120密封环空的多个组件。

封隔器组件300首先包括主体区段302。主体区段302优选地由 钢或合金钢制成。主体区段302被构造为具有例如大约40英尺(12.2 米)的特定长度316。主体区段302包括长度约在10英尺(3.0米) 到50英尺(15.2米)之间的单独的管接头。管接头典型地被端对端螺 纹连接以形成根据长度316的主体区段302。

封隔器组件300还包括相对的机械坐封的封隔器304。机械坐封 的封隔器304被示意性地示出，并大体与图2的机械坐封的封隔器元 件212、214一致。封隔器304优选地包括长度小于1英尺(0.3米) 的杯类弹性元件。如下文中进一步描述的，封隔器304具有可替流动 通道，这特别地允许在砾石砾浆流通到井筒中之前坐封封隔器304。

封隔器组件300还可选地包括可膨胀封隔器。可替代地，可以在 机械坐封的封隔器304之间提供较短的间距308来代替可膨胀封隔器。 当封隔器304是彼此的镜像时，杯类元件能够抵抗来自上封隔器组件 或下封隔器组件的流体压力。

封隔器组件300还包括多个分流管318。分流管318也可被称为 输送管或可替流动通道或甚至为跨接管。输送管318是管的无眼区段， 且其长度沿机械坐封的封隔器304和可膨胀封隔器308的长度316延 伸。这使得分流管318能够将流体输送到井筒100的裸眼部分120的 不同层段112、114和116。

封隔器组件300还包括连接部件。所述连接部件可以是传统的螺 纹联接件。首先，在封隔器组件300的第一端提供有颈部区段306。 颈部区段306具有用于与防砂筛管或其他管的螺纹联接母接头相连的 外螺纹。然后，在相对的第二端处提供有带有凹口或攻有外螺纹的区 段310。螺纹区段310用作用于接收中心管的外螺纹端的联接母接头。 中心管可以是射孔管；可替代地，中心管可以是用于防砂筛管的无眼 管状体。

颈部区段306和螺纹区段310可以由钢或合金钢制成。颈部区段 306和螺纹区段310每个均被构造为具有例如4英寸(10.2厘米)到4 英尺(1.2米)(或其他合适的距离)的特定长度。颈部区段306和螺 纹区段310还具有特定的内直径和外直径。颈部区段306具有外螺纹 307，而螺纹区段310具有内螺纹311。外螺纹307和内螺纹311可以 用于形成在封隔器组件300和防砂设备或其他管段之间的密封。

图3B中示出了封隔器组件300的横截面图。图3B沿图3A的剖 面线3B－3B得到。在图3B中可以看到，可膨胀封隔器308围绕中心 管302周向地放置。围绕中心管302径向且等距地放置有多个分流管 318。在中心管302内示出了中心孔305。中心孔305在开采操作过程 中接收产出液并将其运送到开采油管130。

图4A示出了在一实施例中的层间封隔装置400的横截面侧视图。 层间封隔装置400包括来自图3A的封隔器组件300。此外，射孔中心 管200被放置在封隔器组件300的相对的端部处。中心管200使用外 分流管。可以看到，来自封隔器组件300的输送管318被连接到中心 管200上的输送导管218。

图4B提供了层间封隔装置400的横截面图。图4B沿图4A的剖 面线4B－4B得到。所述横截面图穿过防砂筛管200中的一个被切开。 在图4B中，可以看到割缝或射孔中心管205。该中心管与图1和图2 的中心管205一致。在中心管205内示出了中心孔105，用于在开采 操作过程中接收产出液。

输送导管218的构造优选的是同心的。这在图3B和图4B的横截 面图中可以看到。然而，输送导管218可以被设计为是偏心的。例如， 美国专利No.7,661,476中的图2B示出了对于防砂设备的“现有技术” 排布，其中充填管208a和输送管208b被放置在中心管202和周围的 过滤介质204的外部，从而形成了偏心的排布。

图3A的封隔器304被示意性地示出。然而，图5A和图5B提供 了在一实施例中，可以在图3A的封隔器组件中使用的合适的机械坐 封的封隔器500的更详细的视图。

图5A和图5B的视图提供了横截面视图。在图5A中，封隔器500 处于其下入位置，而在图5B中封隔器500处于其坐封位置。

封隔器500首先包括内心轴510。内心轴510限定了形成中心孔 505的拉长的管状体。中心孔505通过封隔器500提供了产出液的主 流动通路。在安装并开始开采后，中心孔505将产出液输送到中心管 200的孔105(在图2中可见)和开采油管130(在图1和图2中可见)。

封隔器500还包括第一端502。沿内心轴510在第一端502处放 置有螺纹504。说明性螺纹504是外螺纹。在两端均有内螺纹的母接 头连接件514被连接或拧到第一端502的螺纹504上。带有母接头连 接件514的内心轴510的第一端502被称为母接头端。内心轴510的 第二端(未示出)具有外螺纹并且被称为公接头端。内心轴510的公 接头端(未示出)允许封隔器500被连接到防砂筛管或诸如独立筛管、 传感模块、开采油管或无眼管这样的其他管状体的母接头端。

在母接头端502处的母接头连接件514允许封隔器500被连接到 防砂筛管或诸如射孔中心管200这样的其他管状体的公接头端。

内心轴510沿封隔器500的长度延伸。内心轴510可以由多个相 连的段或接头组成。内心轴510在第一端502附近有略小的内直径。 这是由被加工到内心轴中的坐封肩部506引起的。坐封肩部506响应 由坐封工具施加的机械力而挡住分离套筒(未示出)。

封隔器500还包括活塞心轴520。活塞心轴520大体上从封隔器 500的第一端502延伸。活塞心轴520可以由多个相连的段或接头组 成。活塞心轴520限定了周向地围绕内心轴510存在并与内心轴510 基本同心的拉长的管状体。在内心轴510和周围的活塞心轴520之间 形成环空525。环空525有益地提供了用于流体的次流动通路或可替 流动通道。

封隔器500还包括联接件530。联接件530在第一端502处被连 接并密封(例如通过弹性“o”形环)到活塞心轴520。联接件530随后 被拧到并销接到母接头连接件514，该母接头连接件被螺纹连接到内 心轴510以避免内心轴510和联接件530之间的相对转动运动。在532 处示出了用于将联接件销接到母接头连接件514的第一扭矩螺栓。

在一方面，还采用了NACA(美国国家航空咨询委员会标准)键 534。NACA键534位于联接件530的内部、并位于带螺纹的母接头 连接件514的外部。在532处提供有第一扭矩螺栓，该第一扭矩螺栓 将联接件530连接到NACA键534、随后连接到母接头连接件514。 在536处提供有第二扭矩螺栓，该第二扭矩螺栓将联接件530连接到 NACA键534。NACA形键可以(a)经由母接头连接件514将联接件 530紧固到内心轴510，(b)避免联接件530围绕内心轴510转动， 以及(c)沿环空512使砾浆的流动成流线型以减小摩擦。

在封隔器500内，围绕内心轴510的环空525与主孔505隔离。 此外，环空525与周围的井筒环空(未示出)隔离。环空525能够将 来自可替流动通道(例如输送导管218)的砾石砾浆或其他流体输送 通过封隔器500。因此，环空525成为用于封隔器500的一个或多个 可替流动通道。

在操作中，环空空间512存在于封隔器500的第一端502。环空 空间512被放置在母接头连接件514和联接件530之间。环空空间512 接收来自相连管状体的可替流动通道的砾浆，并将砾浆传递到环空 525。管状体可以例如是相邻的防砂筛管、无眼管、或层间封隔设备。

封隔器500还包括负载肩部526。负载肩部526靠近活塞心轴520 的联接件530被连接并密封的端部放置。在活塞心轴520的端部处的 实心区段具有内直径和外直径。负载肩部526沿外直径被放置。内直 径具有螺纹并且被螺纹连接到内心轴510。在内直径和外直径之间形 成至少一个可替流动通道，用于在环空空间512和环空525之间连接 流动。

负载肩部526提供有承载点。在钻机操作过程中，负载箍或装具 (未示出)围绕负载肩部526被放置，以允许封隔器500被传统升降机 举起并支撑。随后，当负载肩部526被放置在钻机的转动底盘上时， 负载肩部被临时用于支撑封隔器500(和任何已经下入井中的诸如防 砂筛管接头这样的相连的完井设备)的重量。负载随后可以从负载肩 部526被传递到诸如母接头连接件514这样的管状螺纹连接件、然后 被传递到作为被拧到母接头连接件514的管的内心轴510或中心管 205。

封隔器500还包括活塞套540。活塞套540围绕活塞心轴520存 在并且基本与活塞心轴520同心。封隔器500被构造用于使活塞套540 沿活塞心轴520且相对于活塞心轴520轴向地运动。具体地，活塞套 540由井下流体静压力驱动。活塞套540可以由多个相连的段或接头 组成。

活塞套540在下入过程中沿活塞心轴520被保持在合适的位置。 使用分离套筒和分离键固定活塞套540。分离套筒和分离键的操作在 美国专利公开No.2012/0217010中被详细地阐述并且通过引用而全部 并入本发明的说明书中。

在715处示出了分离键。如同时待审的申请的图7A和图7B所示， 分离键715的外缘具有起伏表面、或齿。在736处示出了用于分离键 的齿。分离键的齿成角度且被构造用于与活塞套540内的相逆的起伏 表面配合。在546处示出了用于活塞套540的相配合的起伏表面(或 齿)。相配合的齿存在于活塞套540的内面上。当接合时，齿736、 546避免活塞套540相对于活塞心轴520或内心轴510的运动。

封隔器500还优选地包括对中元件550。对中元件550由活塞套 540的运动致动。对中元件550可以例如是美国专利公开 No.2011/0042106所描述的对中元件。

封隔器500还包括密封元件555。随着对中元件550被致动并在 周围的井筒内对中封隔器500，活塞套540继续致动如美国专利公开 No.2009/0308592所描述的密封元件555。

在图5A中，对中元件550和密封元件555位于其下入位置。在 图5B中，对中元件550和相连的密封元件555已经被致动。这意味 着活塞套540已经沿活塞心轴520运动，使得对中元件550和密封元 件555均与周围的井筒壁接合。

正如所注意到的，活塞套540的运动响应来自包括砾石砾浆的井 筒流体的流体静压力而发生。在封隔器500的下入位置(在图5A中 示出)中，活塞套540由分离套筒710和相联接的活塞键715保持在 合适的位置。分离套筒和分离键的操作再次在美国专利公开 No.2012/0217010中、尤其结合图7A和图7B被详细地阐述。

为了使分离套筒运动，使用坐封工具。在同时待审的临时专利申 请的图7C的750处示出了说明性坐封工具。优选地，坐封工具与冲 洗管柱(未示出)一起下入到井筒中。冲洗管柱沿井筒的运动可以在 地表被控制。冲洗管柱的运动使销被剪切，因而产生分离套筒的运动， 因此允许分离键从活塞套540脱离。

在剪切销被剪切后，活塞套540可以沿活塞心轴520的外表面自 由地滑动。流体静压力随后作用在活塞套540上，以将其相对于活塞 心轴520向下平移。更具体地，来自环空525的流体静压力作用在活 塞套540的肩部542。这在图5B可以最清楚地看到。肩部542用作压 力承载面。通过活塞心轴520提供流体口528以允许流体到达肩部 542。对活塞套540施加压力，以保证封隔器元件655相对周围的井筒 接合。

为进一步理解说明性机械坐封的封隔器500的特点，再次参考美 国专利公开No.2012/0217010。该同时待审的申请具有额外的横截面 图，这些横截面图在所述申请的图6C、图6D、图6E和图6F中示出。 在此，不需要重复对横截面图的描述。

需要将封隔器500连接到中心管200。还需要将中心管接头的各 部分连接到一起以形成中心管200。可以使用采用负载套筒、扭矩套 筒、和中间联接接头的独特的联接组件完成上述操作。

图6A提供了在一实施例中，可以在本发明的井筒完成装置中使 用的接头组件600的侧视图。接头组件600包括多个中心管610a、 610b、…、610f。使用喷嘴环910a、910b、…、910n将中心管610a、 610b、…、610f串联连接。优选地，中心管是割缝管或射孔管。

图6B是图6A的接头组件600沿图6A的剖面线6B－6B得到的 横截面图。具体地，该视图穿过中心管610a得到。

参考回图6A，接头组件600具有第一端或上游端602和第二端或 下游端604。负载套筒700可操作地附接到第一端602或靠近第一端 602，而扭矩套筒800可操作地附接到第二端604或靠近第二端604。 套筒700、800优选地由具有能经受在下入操作过程中所达到的接触力 的足够强度的材料制成。一种优选的材料是诸如S165M这样的高屈服 点合金材料。

图7A是在一实施例中，用作图6A的接头组件的一部分的负载套 筒700的轴测图。图7B是图7A的负载套筒700的端视图。如可以看 到的，负载套筒700包括基本为圆筒形的拉长的主体720。负载套筒 700具有外直径和从第一端702延伸到第二端704的孔。

负载套筒700包括至少两个输送导管708a、708b、…708f。在图 7B的视图中，示出了六个独立的输送导管。输送导管被放置在内直径 的外部且在外直径的内部。

在本技术的一些实施例中，负载套筒700包括在下游端704处的 成斜面的边缘716，用于更容易地将输送导管708a、708b、…708i焊 接于其上。优选的实施例还在下游端或第二端704的表面部中包含多 个径向割缝或沟槽718。

优选地，负载套筒700在其下游端704和负载肩部712之间包括 径向孔714。径向孔714被定尺寸以接收螺纹连接件、或螺栓(未示 出)。连接件在负载套筒700和中心管610之间提供固定的取向。例 如，可以有基本等间距地围绕负载套筒700的外周的、三个一组共三 组的九个孔714，用于提供对从负载套筒700传递到中心管610的重 量的最均匀的分配。

接下来参考图8，图8是在一实施例中，用作图6A的接头组件 600的一部分的扭矩套筒800的透视图。扭矩套筒800在说明性接头 组件600的下游端或第二端604处被定位。

扭矩套筒800包括上游端或第一端802和下游端或第二端804。 扭矩套筒800还有内直径806。扭矩套筒800还有多个可替流动通道、 或输送导管808a－808i。输送导管808a－808f从第一端802延伸到第 二端804。如果扭矩套筒800与防砂筛管流体连通，通道还可以代表 充填导管808g－808i。充填导管808g－808i会在到达第二端804前终 止并且通过喷嘴818释放砾浆。

优选地，扭矩套筒800在上游端802和唇部810之间包括径向孔 814以在其中接受螺纹连接件、或螺栓。连接件在扭矩套筒800和中 心管610之间提供固定的取向。例如，可以有基本等间距地围绕扭矩 套筒800的外周的、三个一组共三组的九个孔814。在图8的实施例 中，扭矩套筒800在上游端802处具有成斜面的边缘816，用于更容 易地将输送导管808附接于其上。

负载套筒700和扭矩套筒800能够在对齐输送导管的同时利用封 隔器组件或其他拉长的井下工具进行中间连接。希望将负载套筒700 机械地连接到扭矩套筒800。这通过中间螺纹联接接头900完成。

图9A示出了在一实施例中，本发明的接头组件901的侧视图。 在图9A中，接头901包括负载套筒700和扭矩套筒800。负载套筒 700和扭矩套筒800通过联接接头900相连。

图9B是可以在图9A的接头组件901中使用的联接接头900的透 视图。联接接头900大体上是具有外壁910的筒形体。联接接头900 具有第一端902和第二端904。第一端902包含螺纹连接到扭矩套筒 800的外螺纹的内螺纹(未示出)。相似地，第二端904包含螺纹连 接到负载套筒700的外螺纹的内螺纹907。

在更优选的排布中，外壁910限定了共轴套筒。共轴套筒的相对 端部具有坐落在负载套筒700和扭矩套筒800上的相应的肩部。

在联接接头900的内部是主体905。主体905限定了具有相对的 端部的孔。相对的端部螺纹连接到相应的中心管610。在主体905的 外直径和外壁910(同轴套筒)的内直径之间形成有环空区域。这被 称为歧管915。

图9C是图6A和图9B的联接接头900沿图6A的剖面线9C－9C 所得到的横截面图。在图9C中，歧管915更清楚地被看到。在图9C 的排布中，歧管915没有打开，而是由独立的输送导管908组成。提 供有六个输送导管908。输送导管908使负载套筒700中的输送导管 708a、708b、…708f和扭矩套筒800中的输送导管808a、808b、…808f 能够被放置为流体连通。输送导管908是次流动通路的一部分。

在图9C中，还提供有可选的充填导管918。充填导管918与输送 导管908隔离。充填导管918将负载套筒700中的任何充填导管与扭 矩套筒800中的任何充填导管808g－808i放置在一起。只有在工具组 件901被用于砾石充填时才需要充填导管918。

联接接头900提供有多个扭矩隔离件909a、909b、…909e。扭矩 隔离件909a、909b、…909e支撑在主体905和周围的同轴套筒910 之间的环空区域915。换句话说，扭矩隔离件909a、909b、…909e为 同轴套筒910提供结构完整性，用于提供与主体910基本同心的对齐。 此外，扭矩隔离件909a、909b、…909e可以被构造用于避免弯曲的流 体流动。

在本发明中，联接接头900还包括一个或多个流动端口920。所 述流动端口在图9B和图9C中均可看到。流动端口920提供在由主体 905限定的内孔和输送导管908当中的至少两个之间的流体连通。在 图9C的视图中，提供有三个独立的流动端口920。

回到图9A，图9A示出了在618处的主流动通路和在620处的次 流动通路。主流动通路618代表通过中心管610a、610b、…610f的孔、 负载套筒700的孔、主体905的孔、和扭矩套筒800的孔的流动通路。 而次流动通路620则代表通过负载套筒700的输送导管708a、 708b、…708f、联接接头的歧管915和扭矩套筒800中的输送导管808a、 808b、…808f的流动通路。此外，次流动通路包括在中心管610的外 部的输送导管930。

回到图6A，可以看到说明性接头组件600包括多个中心管610a、 610b、…610f。中心管610a、610b、…610f代表独立的接头。为了在 保持与输送导管930对齐的同时将接头连接到一起，使用喷嘴环1000。

图10是用作图6A的接头组件600的一部分的喷嘴环1000的端 视图。喷嘴环1000被适配并构造用于围绕中心管610a、610b、…610e、 输送导管930以及(如果使用)充填导管安装。在图9A的侧视图中， 喷嘴环1000被示出为喷嘴环1010a、1010b、…1010n。每个喷嘴环1000 在与图8的标记812相似的沟槽处由绕线焊接部保持在合适的位置。 开口环(未示出)可以安装在每个喷嘴环1000和绕线之间的界面处。

喷嘴环1000包括多个通道1004a、1004b、…1004i以接受输送管 930，并且可选择地接受充填管608g、608h、608i。每个通道1004a、 1004b、…1004i从上游端或第一端到下游端或第二端延伸通过喷嘴环 1000。

在美国专利No.7,938,184中提供了关于负载套筒700、扭矩套筒 800、联接接头900和喷嘴环1000的额外细节。图3A、图3B、图3C、 图4A、图4B、图5A、图5B、图6和图7示出了在使用防砂筛管的 情况下，关于接头组件的零件的细节。这些附图和相关文字内容通过 引用并入本文。

每个中心管610a、610b、…610f有至少两个输送导管(在图9A 中的930处可见)。输送导管930将流体传递到由中心管610a、 610b、…610e的外直径和井筒中周围的裸眼地层限定的环空区域中。

图11A和图11B提供了在可替实施例中，可以在本发明的接头组 件中使用的中心管610的剖开透视图。中心管610提供了图6所示的 中心管610的展开图。中心管610旨在下入到井筒中并沿着裸眼地层 (未示出)。

在图11A和图11B中的每一个中，中心管610包括管状体615。 管状体615在内直径内限定了孔935。孔935是被提供用于流体在其 中流动的主流动通路的一部分。在一方面，中心管615的长度约为8 英尺到40英尺(2.4米到12.2米)。

在图11A和图11B的排布中，中心管610是射孔管。沿中心管 610的长度示出了多个割缝626。割缝626与图2的割缝203相当。

沿管状体615的外直径是多个导管932、934。导管932、934是 输送导管，并且是被提供用于流体在其中流动的次流动通路的一部分。 导管932、934优选的由诸如低屈服点、可焊接的钢这样的钢构成。

输送导管932、934旨在运载流体。如果井筒被形成用于开采井， 流体将会是烃流体。可替代地，流体可以是酸性溶液这样的用于调节 地层的处理液。如果井筒被形成用于注入，流体将会是水性流体。

在图11A中，示出了四个输送导管932、934。然而应理解的是， 只要至少有两个输送导管，可以采用多于或少于四个的输送导管932、 934。在图11A的排布中，输送导管932、934中的每一个沿管状体615 的整个长度延伸。然而，输送导管934沿管状体615包括喷嘴936， 用于将流体传输到环空中。优选地，喷嘴936以大约6英尺的间距相 隔。

在图11B中，再次示出了四个输送导管932、934。然而，在图 11B的排布中，输送导管934中的至少一个沿管状体615的长度终止。 在这种情况中，不需要喷嘴用于将流体传输到环空中。

正如所注意到的，中心管610旨在下入到井筒的裸眼部分中。中 心管610理想地使用诸如图10的喷嘴环1000这样的喷嘴环下入到预 连接的接头中。随后，预连接的接头段使用诸如图9A的组件901这 样的联接组件在钻机处被连接。联接组件优选地包括诸如图7A和图 7B的负载套筒700这样的负载套筒、诸如图8的扭矩套筒800这样的 扭矩套筒、以及诸如图9A和图9B的联接接头900这样的中间联接接 头。

图12A和图12B示出了在可替实施例中，本发明的接头组件1200 的侧剖视图。在图12A和图12B中的每一个中，可以看到中心管610。 中心管610包括与上述图11A和图11B的中心管610一致的输送导管 932、934。中心管610可以实际上是使用喷嘴环、螺纹串联连接的几 个中心管接头。

在中心管610的相对的端部处是联接组件1250。联接组件1250 中的每一个被构造为具有联接接头900。联接接头900包括与图9B一 致的主体905和周围的同轴套筒910。此外，联接接头900包括与图 9C一致的歧管区域915和至少一个流动端口920。

联接接头900的额外特征包括扭矩隔离件909和可选螺栓914。 扭矩隔离件909和螺栓914将主体905保持在相对于同轴套筒910的 固定的同心关系中。此外，示出了流入控制设备924。流入控制设备 924允许操作员选择性地打开、部分打开、闭合或部分闭合与流动端 口920相关联的阀。这可以例如通过在钢丝绳或电线上或在生成无线 电信号的盘管上将工具送到井下完成。信号例如可以是蓝牙信号或红 外(IR)信号。流入控制设备924例如可以是滑动套筒或阀。在一方 面，流动端口是流入控制设备。

每个联接组件1250还具有扭矩套筒800和负载套筒700。扭矩套 筒800和负载套筒700在对齐分流管的同时能够与中心管610相连。 美国专利No.7,661,476描述了采用一系列防砂筛管接头的采油管柱 (也被称为接头组件)。防砂筛管接头被放置在“负载套筒”和“扭矩套 筒”之间。专利No.7,661,476通过引用而全部并入本发明的说明书中。

在图12A中，输送导管934具有缩短的长度。在缩短的输送导管 的端部处是阀942。阀942允许操作员对流体流动选择性地打开或闭 合输送导管934的端部。这再次可以通过在钢丝绳或电线上或在生成 无线电信号的盘管上将工具送到井下而完成。

在图12B中，输送导管934具有完整的长度，但包括有喷嘴936。 阀942与相应的喷嘴关联。阀942允许对流体流动选择性地打开或闭 合输送导管934的端部。

图13A和图13B示出了在可替实施例中，本发明的接头组件 1300A、1300B的侧视图。在图13A和图13B中的每一个中，中心管 610以串联的方式被示出。中心管610可以是单独的中心管，或可以 是通过诸如图10的环1000这样的喷嘴环串联连接的中心管接头。不 论是哪种情况，中心管610使用联接组件1250在井筒中被连接。

联接组件1250可以与图9A、图12A和图12B所示的视图一致。 就这方面而言，联接组件包括扭矩套筒800、负载套筒700、和中间联 接接头900。有利地，联接接头900包括将通过中心管610提供的主 流动通路放置为与通过输送导管932、934提供的次流动通路流体连通 的一个或多个流动端口920。

在图13A的接头组件1300A中，示出了独立的组件部分“A”和 “B”。在部分“A”中，只提供输送导管932。因此，在主流动通路和输 送导管932所在的井筒环空之间没有流体连通。在部分“B”中，示出 了输送导管932和输送导管934。输送导管934提供了在主流动通路 和井筒环空之间的流体连通。因此，提供有固定程度的流动控制。

在图13B的接头组件1300B中,再次示出了独立的组件部分“A” 和“B”。实际上，提供有两对独立的部分“A”和“B”。有利地，沿接头 组件1300B可以看到封隔器组件1360。在图13A的说明性组件中， 封隔器组件采用可膨胀封隔器元件1365。然而，可以可替代地使用诸 如图5所示的封隔器500这样的机械坐封的封隔器。封隔器组件1360 被用于隔离位于密封元件1365的上方和下方的油层。

还有利地，在接头组件1300B中可以看到可选的塞1325。塞1325 被放置在中心管610的孔中。这使部分“A”和“B”与在组件1300B下方 的任何地层隔离。例如，塞可以隔离图2的裸眼部分120的层段116。

基于上述描述，在此提供一种用于完成裸眼井筒的方法。该方法 在图14中被示出。图14提供了流程图，该流程图示出了在一些实施 例中，在地下地层中完成井筒的方法1400的步骤。井筒包括作为裸眼 被完成的下部部分。

方法1400首先包括提供第一中心管和第二中心管。这在框1410 处示出。两个中心管串联连接。每个中心管包括管状体。每个管状体 具有第一端、第二端以及在第一端和第二端之间限定的孔。孔形成用 于流体的主流动通路。

在一优选实施例中，管状体包括射孔中心管。中心管例如可以是 螺纹连接的一系列接头用于形成主流动通路。可替代地，中心管可以 是无眼管，该无眼管具有径向地围绕管且沿管的大部分的过滤介质用 以形成防砂筛管。

中心管中的每一个还有至少两个输送导管。输送导管沿中心管的 外直径存在，作为次流动通路用于输送流体。

所述方法还包括将第一中心管的第二端操作性地连接到第二中心 管的第一端。该步骤在框1420中示出。连接步骤通过联接组件完成。 在一方面，联接组件包括负载套筒、扭矩套筒、和中间联接接头，且 负载套筒、扭矩套筒和联接接头如上所述、例如像图12A和图12B中 这样排布和连接。

应注意到，流动端口在联接接头中靠近歧管存在。流动端口将主 流动通路放置为与次流动通路流体连通。歧管区域也将多个中心管的 相应输送导管放置为流体连通。

可以使用对于输送导管的多种排布。优选地，所述至少两个输送 导管表现为围绕中心管径向地放置的六个导管。输送导管可以有不同 的直径和不同的长度。

在一方面，沿第二中心导管的输送导管中的每一个基本沿第二中 心管的长度延伸。在另一方面，沿第一中心导管的输送导管中的每一 个基本沿第一中心管的长度延伸，但输送导管中的一个在第一中心管 的第一端和第二端的中间有喷嘴。随后，所述方法还包括调节阀以增 加或减少通过阀的流体流量。还在另一方面，沿第一中心管的输送导 管中的至少一个在第一中心管的第一端和第二端的中间有出口端。

在一实施例中，接头组件还包括流入控制设备。流入控制设备靠 近流动端口中的开口存在。流入控制设备被构造用于增加或减小通过 流动端口的流体流量。流入控制设备例如可以是滑动套筒或阀。随后， 所述方法还可以包括调节流入控制设备以增加或减小通过流动端口的 流体流量。这可以通过无线电频率信号、机械转位工具、或流体静压 力完成。

方法1400还包括将中心管下入到井筒中。这在框1430处可以看 到。

可选地，方法1400还包括将封隔器组件与第一中心管和第二中心 管一起下入到井筒中。这在框1440处被示出。封隔器组件具有至少一 个密封元件。封隔器组件可以与参考图3A的上述封隔器组件300一 致。封隔器组件可以包括至少一个、优选地包括两个机械坐封的封隔 器。这表现为上封隔器和下封隔器。每个封隔器有内心轴、围绕内心 轴的可替流动通道、以及在内心轴外部的密封元件。每个机械坐封的 封隔器具有长度例如可以约从6英寸(15.2厘米)到24英寸(61.0 厘米)的密封元件。封隔器还可以有可动活塞套和弹性密封元件。密 封元件被操作性地连接到活塞套。这意味着沿每个封隔器(相对于内 心轴)滑动可动活塞套会致动相应的密封元件，使其与周围的井筒接 合。

方法1400还可以包括将坐封工具下入到封隔器的内心轴中，并将 每个封隔器中的可动活塞套从其固定位置释放。沿每个封隔器的内心 轴拉动带有坐封工具的工作线路。这用于在相应的封隔器中剪切所述 至少一个剪切销并使分离套筒移位。剪切剪切销允许活塞套沿活塞心 轴滑动并且施加使弹性封隔器元件坐封的力。

在一对机械坐封的封隔器的中间也可以采用可膨胀封隔器元件。 可膨胀封隔器元件的长度优选地约为3英尺(0.91米)到40英尺(12.2 米)。在一方面，可膨胀封隔器元件由弹性材料制成。可膨胀封隔器 元件在存在诸如水、气、油或化学品这样的流体的情况下在一定时间 内被致动。膨胀例如可以在机械坐封的封隔器元件中的一个失灵时发 生。可替代地，膨胀可以随在地层中围绕可膨胀封隔器元件的流体与 可膨胀封隔器元件接触而在一定时间内发生。

在任何情况中，方法1400随后还包括使所述至少一个密封元件坐 封。这在框1440处提供。

方法1400额外地包括使流体在主流动通路和次流动通路之间移 动。这在框1460处示出。使流体移动可以意味着开采烃流体。在这种 情况中，流体从环空中的输送导管中的至少一个移动到中心管中。可 替代地，使流体移动可以意味着将水溶液注入到围绕中心管的地层中。 在这种情况中，流体从中心管移动并进入到输送导管中的至少一个中。 依然可替代地，使流体移动可以意味着将处理液注入到地层中。在这 种情况中，诸如酸这样的流体从中心管移动并进入输送导管中的至少 一个中，然后进入到地层中。处理液例如可以是气体、水溶液、蒸汽、 稀释剂、溶剂、防流失材料、增粘凝胶、粘弹性流体、螯合剂、酸、 或化学固结剂。在所有情况中，流体沿联接接头流经所述至少一个流 动端口。

上述方法1400可以用于选择性地从多油层开采或向多油层注入。 这提供了在多油层完成井筒中的加强的地下开采或注入控制。此外， 方法1400可以用于在多油层完成井筒中沿裸眼地层注入处理液。

尽管显然在此处描述的发明被很好地计算以达到上述好处和优 点，应理解的是，本发明可以接受修改、变型和改变而不脱离本发明 的精神。提供有用于完成裸眼井筒的改善的方法，以封堵一个或多个 选定的地下层段。也提供有改善的层间封隔装置。本发明允许操作者 从选定的地下层段开采流体或将流体注入到选定的地下层段中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于在地下地层中完成井筒的方法，该方法包括：

提供第一中心管和第二中心管，且每个中心管包括：

管状体，所述管状体具有第一端、第二端以及在第一端和第 二端之间形成主流动通路的孔；

沿外直径的至少两个输送导管，所述两个输送导管作为次流 动通路用于输送流体；

通过联接组件将第一中心管的第二端操作性地连接到第二中心管 的第一端，所述联接组件包括接收这些中心管的相应输送导管的歧管， 以及将主流动通路放置为与次流动通路流体连通的靠近歧管的流动端 口；

将中心管下入到井筒中；以及

使流体在主流动通路与次流动通路之间移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述管状体包括射孔中心管。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述中心管中的每一个包括 螺纹连接的一系列射孔接头以形成主流动通路。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述联接组件还包括：

负载套筒，所述负载套筒被机械地连接到第二中心管的第一端附 近；

扭矩套筒，所述扭矩套筒被机械地连接到第一中心管的第二端附 近；

中间联接接头，所述中间联接接头包括限定与主流动通路流体连 通的孔的主管状体，所述主管状体具有第一端和第二端，其中主管状 体的第一端被螺纹连接到第一中心管的第二端，且主管状体的第二端 被螺纹连接到第二中心管的第一端。

5.根据权利要求4所述的方法，其中

所述负载套筒和所述扭矩套筒各自包括：

管状体，所述管状体在其中限定与主流动通路流体连通的内 孔；

输送导管，所述输送导管沿管状体被纵向地放置，且与次流 动通路流体连通；以及

所述联接接头还包括：

同轴套筒，所述同轴套筒围绕管状体被定位，所述套筒在管 状体和套筒之间形成环空区域，且所述环空区域限定所述歧管，并且 所述歧管将负载套筒的输送导管和扭矩套筒的输送导管放置为流体连 通。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述流动端口包括(i)在 联接接头的管状体中的通孔，(ii)在第一管状体的第二端中的通孔， (iii)在第二管状体的第一端中的通孔，或(iv)上述的组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述管状体包括无眼管、射 孔管或割缝管，所述无眼管、射孔管或割缝管具有径向地围绕管且沿 管的大部分的过滤介质，用以形成防砂筛管。

8.根据权利要求7所述的方法，其中每个防砂筛管的过滤介质包 括绕线筛管、割缝衬管、陶瓷筛管、薄膜筛管、可扩展筛管、烧结金 属筛管、金属丝网筛管、形状记忆聚合物、或预充填的固体颗粒床。

9.根据权利要求1所述的方法，其中沿第二中心管的至少两个输 送导管中的每一个基本沿第二中心管的长度延伸。

10.根据权利要求1所述的方法，其中沿第一中心管的至少两个 输送导管中的每一个基本沿第一中心管的长度延伸，但所述至少两个 输送导管中的一个在第一中心管的第一端和第二端的中间具有喷嘴。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

喷嘴包括阀；以及

所述方法还包括调节阀以增加或减小通过阀的流体流量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中沿第一中心管的至少两个 输送导管中的至少一个在第一中心管的第一端和第二端的中间具有出 口端。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个输送导管有 不同的内直径。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

沿井筒通过第一中心管和第二中心管的中心管从至少一个层段开 采烃流体，其中开采烃流体使烃流体从次流动通路移动到主流动通路。

15.根据权利要求1所述的方法，还包括：

沿至少一个层段通过中心管注入流体并将流体注入到井筒中，其 中注入流体使流体从主流动通路移动到次流动通路。

16.根据权利要求15所述的方法，其中流体包括气体、水溶液、 蒸汽、稀释剂、溶剂、防流失材料、增粘凝胶、粘弹性流体、螯合剂、 酸、或化学固结剂。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将塞放置到井筒中、位于第一中心管和第二中心管的下游。

18.根据权利要求1所述的方法，还包括：

提供封隔器组件，所述封隔器组件包括：

至少一个密封元件，

内心轴，以及

输送导管，所述输送导管基本沿内心轴延伸；以及

将封隔器组件操作性地连接到第一中心管的第一端，使得(i)封 隔器组件的内心轴与中心管的孔流体连通，(ii)封隔器组件的输送 导管与中心管的输送导管流体连通；

并且，其中将中心管和相连的接头组件下入到井筒中的步骤还包 括将封隔器组件下入到井筒中；以及

所述方法还包括将所述至少一个密封元件坐封为与周围的井筒接 合。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述封隔器组件包括机械坐封的封隔器；以及

坐封所述密封元件包括将所述机械坐封的封隔器坐封为与周围的 裸眼地层接合。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载套筒的输送导管 和所述扭矩套筒的输送导管各自限定大约六个输送导管，所述输送导 管被放置在相应的管状体内并且径向地围绕相应的管状体。

21.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述联接组件还包括流入控制设备，所述流入控制设备靠近流动 端口中的开口；以及

所述方法还包括调节流入控制设备以增加或减小通过流动端口的 流体流量。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述流入控制设备由无线 电频率信号、机械转位工具、或流体静压力控制。

23.一种存在于井筒内的接头组件，所述接头组件包括：

串联连接的第一中心管和第二中心管，每个中心管包括：

管状体，所述管状体具有第一端、第二端以及在第一端和第 二端之间形成用于流体的主流动通路的孔；以及

沿外直径的至少两个输送导管，所述至少两个输送导管被构 造用于作为次流动通路输送流体；以及

联接组件，所述联接组件将第一中心管的第二端操作性地连接到 第二中心管的第一端，其中所述联接组件包括将多个中心管的相应输 送导管放置为流体连通的歧管，以及沿井筒的一部分将主流动通路放 置为与次流动通路流体连通的、靠近歧管的流动端口。

24.根据权利要求23所述的接头组件，其中所述联接组件包括：

负载套筒，所述负载套筒被机械地连接到第二中心管的第一端附 近；

扭矩套筒，所述扭矩套筒被机械地连接到第一中心管的第二端附 近；

中间联接接头，所述中间联接接头包括限定与主流动通路流体连 通的孔的主管状体，所述主管状体具有第一端和第二端，其中所述主 管状体的第一端被螺纹连接到第一中心管的第二端，且所述主管状体 的第二端被螺纹连接到第二中心管的第一端。

25.根据权利要求24所述的接头组件，其中：

所述负载套筒和所述扭矩套筒各自包括：

管状体，所述管状体在其中限定与主流动通路流体连通的内 孔；

输送导管，所述输送导管沿管状体被纵向地放置，且与次流 动通路流体连通；以及

所述联接接头还包括：

同轴套筒，所述同轴套筒围绕管状体被定位，所述套筒在管 状体和套筒之间形成环空区域，且所述环空区域限定所述歧管，并且 所述歧管将负载套筒的输送导管和扭矩套筒的输送导管放置为流体连 通。

26.根据权利要求25所述的接头组件，其中所述流动端口包括(i) 在联接接头的管状体中的通孔，(ii)在第一管状体的第二端中的通 孔，(iii)在第二管状体的第一端中的通孔，或(iv)上述的组合。

27.根据权利要求26所述的接头组件，其中所述管状体包括射孔 中心管。

28.根据权利要求26所述的接头组件，其中所述中心管包括螺纹 连接的一系列接头，用以形成主流动通路。

29.根据权利要求26所述的接头组件，其中所述管状体包括无眼 管、射孔管或割缝管，所述无眼管、射孔管或割缝管具有径向地围绕 管且沿管的大部分的过滤介质，用以形成防砂筛管。

30.根据权利要求26所述的接头组件，其中每个防砂筛管的过滤 介质包括绕线筛管、割缝衬管、陶瓷筛管、薄膜筛管、可扩展筛管、 烧结金属筛管、金属丝网筛管、形状记忆聚合物、或预充填的固体颗 粒床。

31.根据权利要求26所述的接头组件，其中沿第二中心管的至少 两个输送导管中的每一个基本沿第二中心管的长度延伸。

32.根据权利要求26所述的接头组件，其中沿第一中心管的至少 两个输送导管中的每一个基本沿第一中心管的长度延伸，但所述至少 两个输送导管中的一个在第一中心管的第一端和第二端的中间具有喷 嘴。

33.根据权利要求32所述的接头组件，其中沿第一中心管的至少 两个输送导管中的至少一个在第一中心管的第一端和第二端的中间具 有出口端。

34.根据权利要求26所述的接头组件，还包括：

封隔器组件，所述封隔器组件包括：

至少一个密封元件，

内心轴，以及

输送导管，所述输送导管基本沿内心轴延伸；以及

其中封隔器组件被操作性地连接到第一中心管的第一端，使得(i) 封隔器组件的内心轴与中心管的孔流体连通，(ii)封隔器组件的输 送导管与中心管的输送导管流体连通。

35.根据权利要求34所述的接头组件，其中所述封隔器组件包括 机械坐封的封隔器、可膨胀封隔器、或上述的组合。

36.根据权利要求26所述的接头组件，其中：

所述联接组件还包括靠近流动端口中的开口的流入控制设备，所 述流入控制设备被构造用于增加或减小通过流动端口的流体流量。

37.根据权利要求26所述的接头组件，其中所述流动端口限定流 入控制设备。

38.根据权利要求26所述的接头组件，其中

所述同轴套筒的相对端部具有相应的肩部，所述肩部坐落在所述 负载套筒和所述扭矩套筒上；以及

所述接头组件还包括密封环，用于围绕相应的肩部提供环空区域 的流体密封。

39.根据权利要求38所述的接头组件，其中

所述负载套筒通过螺栓被机械地连接到所述第二中心管；

所述扭矩套筒通过螺栓被机械地连接到所述第一中心管；以及

所述同轴套筒通过螺栓被机械地连接到所述主管状体，使得所述 歧管位于固定位置。