[發明專利]具有伸縮式裝配系統的井筒隔離裝置

有效

• 申請號: 201680088222.0
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN109563734B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: M·D·埃澤爾;B·S·馬洛里
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B34/06
• 分類號: E21B34/06;E21B43/26;E21B43/17;E21B17/00
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;聶慧荃

一種井筒隔離裝置，其被引入井筒中并且包括細長主體，所述細長主體限定內部并且包括上部接頭、下部接頭和在它們之間延伸的芯軸。密封元件圍繞所述芯軸設置，并且上部滑動組件和下部滑動組件位于所述密封元件的相對的軸向端部上。裝配活塞位于由所述下部接頭和所述芯軸限定的活塞腔室內，并且芯軸堵塞裝置位于所述芯軸內。所述芯軸堵塞裝置堵住所述內部并且在封閉所述芯軸中限定的裝配端口與暴露所述裝配端口以便于所述內部和所述活塞腔室之間的流體連通之間轉變。所述內部被加壓以致動所述裝配活塞并裝配所述下部滑動組件，并進一步加壓以移動所述芯軸并裝配所述上部滑動組件。

技術領域

本發明涉及一種井筒隔離裝置，特別涉及一種具有伸縮式裝配系統的井筒隔離裝置。

背景技術

在產烴井的鉆井、完井和增產中，使用了多種井下工具。例如，在水力壓裂操作期間，需要密封井筒的多個部分以允許流體被泵送到井筒中并且在壓力下被迫流出到周圍的地下地層中。井筒隔離裝置，諸如封隔器、橋塞和壓裂塞(又稱為“frac”塞)是為此目的而設計的。

典型的井筒隔離裝置包括主體和密封元件，該密封元件圍繞主體設置以在井筒內生成流體密封。在到達井筒內的期望位置時，井筒隔離裝置被致動，這使得密封元件徑向向外膨脹并與井筒的內壁密封接合，或者可替代地與套管或者內襯或以其他方式位于井筒中的其他井筒油管密封接合。在裝配密封元件時，基本防止流體遷移穿過井筒隔離裝置，這使得井筒的軸向相鄰的上段和下段流體地隔離。

一些液壓致動的井筒隔離裝置包括可與密封元件軸向地接合并且可操作地聯接到裝配活塞和芯軸的上部滑動件和下部滑動件。在裝配這樣的井筒隔離裝置時，液壓壓力作用于裝配活塞，這迫使滑動件與密封元件軸向接合，以使密封元件壓縮并徑向地膨脹。然而，如果裝配活塞具有小的活塞面積，則可能很難生成足夠的裝配力來完全裝配滑動件并壓縮密封元件。由于小的活塞面積而引起的這種裝配力限制通常是井筒隔離裝置的主體、在井下運輸井筒隔離裝置的工作管柱的內部壓力限制的結果，或者它可能受到井筒隔離裝置的井上設備(諸如安全閥或井口)的壓力限制的限制。

對于大多數液壓致動的井筒隔離裝置，通過允許井筒隔離裝置的堵塞內徑的活塞面積作用于芯軸并幫助將上部滑動件和下部滑動件朝向彼此驅動，可以實現額外的滑動件和密封元件裝配。然而，芯軸的這種軸向移動通常將井筒隔離裝置上方的工作管柱置于顯著的張力或拉伸狀態，這可能會對密封元件的長期性能和/或井筒隔離裝置的未來操作產生不利影響。

發明內容

為解決現有技術的問題，本發明提供一種引入井筒隔離裝置的方法，其可包括：將井筒隔離裝置引入襯有套管的井筒中，該井筒隔離裝置包括：細長主體，所述細長主體限定內部并且包括上部接頭、下部接頭和在所述上部接頭和下部接頭之間延伸的芯軸；密封元件，所述密封元件圍繞所述芯軸設置；位于所述密封元件的第一軸向端部上的上部滑動組件和位于所述密封元件的第二軸向端部上的下部滑動組件；裝配活塞，所述裝配活塞位于由所述下部接頭和所述芯軸協同限定的活塞腔室內；以及芯軸堵塞裝置，所述芯軸堵塞裝置位于所述芯軸內。本發明的方法進一步包括：用所述芯軸堵塞裝置堵住所述內部；將所述芯軸堵塞裝置從其中所述芯軸堵塞裝置封閉所述芯軸中限定的裝配端口的第一狀態轉變到其中所述裝配端口暴露以便于所述內部和所述活塞腔室之間的流體連通的第二狀態；將所述內部加壓到第一壓力，從而致動所述裝配活塞，以將所述下部滑動組件在所述第二軸向端部上裝配在所述套管內；以及將所述內部加壓到等于或大于所述第一壓力的第二壓力，從而使所述芯軸相對于所述上部接頭移動，并將所述上部滑動組件在所述第一軸向端部上裝配在所述套管內。

上述芯軸堵塞裝置可包括裝配套筒和井筒射彈，并且用所述芯軸堵塞裝置堵住所述內部可包括：運輸所述井筒彈射到所述裝配套筒；以及使所述井筒射彈落在設置在所述裝配套筒上的座上，從而在所述內部形成液壓密封。

根據本發明，將所述芯軸堵塞裝置從所述第一狀態轉變到所述第二狀態可包括：通過所述第一壓力在所述井筒射彈上施加液壓載荷，從而在所述裝配套筒上施加對應的第一軸向載荷；以及將所述芯軸內的所述裝配套筒隨著受到所述對應的第一軸向載荷的作用而軸向地轉變到所述第二狀態。