[发明专利]活塞与环空相连通的液压坐封封隔器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于孔眼的液压坐封的封隔器以及将封隔器液压地坐封在井眼中的方法。

背景技术

在分段压裂操作中，需要将地层的多个区域按次序隔离以进行处理。为了实现该目的，操作者将如图1所示的压裂组件20安装在井眼10处。通常地，组件20具有将管柱12支撑于井眼10中的上部衬管封隔器(未示出)。裸眼封隔器50将井眼分隔成区域14，并且位于管柱12上的多个滑动套筒40可以选择性将管柱12与多个区域14相连通。当区域14在打开后不需要关闭时，操作者可以使用单开滑动套筒30来进行压裂处理。这些类型的套筒40通常为球致动的并且一旦被致动则锁定为打开。另一种类型的套筒40也是球致动的，但是可以在打开后变化成关闭。

最初，滑动套筒40全部是关闭的。之后，操作者施用坐封球，以关闭井眼隔离阀(未示出)，其中井眼隔离阀将管柱12的井底端密封。在此时，通过用连接至井眼钻机30的泵系统35泵送流体而液压地坐封封隔器50。管柱12中的管内压力将封隔器致动，以将环空隔离成多个区域14。在封隔器50坐封的情况下，操作者配备好压裂地面设备，并且沿管柱12向下泵送流体，以打开压力致动套筒(未示出)，因此能够处理第一区域。

随着操作的继续，操作者相继向管柱14投下更大的球，以打开相继的套筒40并泵送流体，从而分段处理单独的区域14。当投下的球遇到滑动套筒40中的与该球相匹配的支座时，泵系统35将流体沿管柱12向下泵送并且压靠座置的球。压靠座置的球的被泵送流体将套筒40移位为打开。相应地，座置的球将被泵送流体转向至套筒40中的端口外部，到达封隔器50之间的周围井眼10，并且进入相邻的区域14中，以防止流体流通到下方区域14。通过相继投下更大尺寸的球以致动相对应的套筒40，操作者可以精确地处理沿井眼10向上的每个区域14。

图2A至2B示出了根据现有技术的液压坐封的裸眼封隔器50A至50B的两个示例。首先参见图2A，封隔器50A具有连接在管柱(12：图1)上的心轴52，心轴52具有穿过心轴52的内孔53。心轴52的端部具有在外部设置于心轴52上的端环56和58，并且心轴52的内孔53具有用于与心轴52外部的流体相连通的一个或更多个流动端口54a、54b。

在外部设置于心轴52上的活塞60在一端具有诸如主体锁紧圈之类的棘轮机构66，以用于锁定活塞60的运动。当活塞60被致动时，活塞60的另一端61将封隔元件70靠着心轴52上的固定端环58进行压缩。

为了液压地致动封隔器50A，沿心轴的孔53向下连通的流体经由一个或更多个流动端口54a进入位于活塞60内部与心轴52之间的活塞腔64a。腔64a内部的管内压力的积聚使活塞60沿着心轴52运动并且迫使活塞的端部61压靠封隔元件70，封隔元件70在受压缩时朝向周围的井眼壁15向外延伸。当活塞腔64a的容积随着活塞60的运动而增加时，棘轮机构66靠着心轴52上的锯齿形表面锁定，并且防止活塞60的反向运动。此外，活塞60与心轴52之间的容积随着活塞60的运动而减小，并且流体能够经由外部端口63而逸至井眼环空16。

图2A中的封隔器50A可以如图所示地具有双活塞布置。在此情况下，第二活塞68也可以通过经由一个或更多个端口54b而积聚在另一活塞腔64b中的管内压力而运动。该第二活塞68也作用为压靠封隔元件70，从而使封隔元件70朝向周围的井眼壁15向外延伸。

图2B中的封隔器50B类似于以上参照图2A而描述的封隔器50A，因此在类似的部件之间使用相同的附图标记。图2B中的这种封隔器50B具有封隔元件70的两阶段致动。当管内压力沿心轴的孔53向下供应并且供应至活塞腔64中时，压力使第一阶段坐封心轴65在封隔元件70的下方运动并且增加了元件的外径。

一旦坐封心轴65在封隔元件70与心轴52之间完全伸展，使得心轴65的远端甚至到达了固定端环58内部，则由于现在活塞60通过相连通的压力而运动，使封隔器50B的第二阶段被启动。活塞60的端部61靠着固定端环58而压缩封隔元件70，这导致元件70向外延伸并且靠着井眼壁15密封。如前所述，棘轮机构66的主体锁紧圈将活塞60锁定在适当位置，因此封隔器50B能够保持为其上和其下具有不同的压力。

上文所公开的并且在图1的压裂系统20中使用的液压坐封封隔器50A至50B中的液压活塞60仅在以下情况下向封隔元件70施加坐封力：封隔器心轴52中存在管内压力并且围绕封隔器50A至50B的井上环空和井下环空中没有显著压力。

发明内容