[发明专利]多功能隔离工具及使用方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及油气井的完成。更具体地说，本发明涉及一种在一个一次起下作业钻孔中对天然气、石油、或煤层甲烷井眼的多个层段进行穿孔、隔离和压裂时使用的工具组(tool string)。

背景技术

在完成井眼的过程中在井下使用的工具一般是众所周知的。例如，穿孔装置通常在井下被部署在钢丝绳、线缆或管柱上，并且通常使用桥塞和跨式封隔器等密封装置在流体处理过程中隔离井眼的多个部分。像这样，工具在使用过程中会暴露到不同的状况中，并且随着时间逐渐地演进出了许多改进措施以解决在井下典型地遇到的问题。

诸位申请人先前已经描述过一种在对多个井眼层段进行穿孔和处理时使用的工具和方法。该工具包括一个喷射穿孔装置和密封组件，这个组件中带有一个平衡阀，用于控制流体在该组件当中和周围的流动。沿着该井眼环形套筒向下应用流体处理以便对最上面的穿孔后的区域进行处理。

当要处理多个预先存在的穿孔时，不期望沿着该井眼环形套筒向下应用处理流体，因为用这种方法不能对穿孔进行选择性地处理。通常需要一种隔离装置。已知在跨式工具和其他隔离工具中使用杯式密封件，但是这种密封件不太适合那些需要在一次起下作业钻孔过程中反复使用的应用，原因在于工具组件若是在调整密封件时在井眼内发生滑动，可能会发生磨损和失效的风险。在井下存在砂石或者其他碎片的应用中，这种风险更大，因为在砂石或其他固体存在的情况下，杯式密封件可能无法抵靠着壳体充分进行密封，从而导致密封件发生滑动以及过早磨损。

在大量砂石或其他固体存在的情况下使用任何密封装置都增大了工具出现故障的风险。此外，若是处理期间发生固体阻塞，或者是在处理完成时释放该井眼环形套筒中的液压时地层排出固体的时候，该工具可能会卡在井下。典型的完成组件具有许多移动部件以便为各种井下功能提供致动，而这些致动机构内砂石或其他固体的存在，往往有着堵塞这些机构的风险，从而可能导致工具或井发生故障或者永久性损坏。要校正这种情况成本很高，而且给井的完成造成明显延迟。所以，井的运营方、压裂公司以及工具供应商/服务提供者在选择完成操作时使用的流体和工具的时候通常都非常谨慎。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种用于部署在一个井眼内的管柱上的完成工具，该组件包括：上部和下部密封构件，这些上部和下部密封构件在这些上部和下部密封构件之间限定了一个跨越区域；位于该跨越区域内的一个或多个处理端口，这些处理端口随管柱延续，从而允许流体从地表递送到该井眼；一个安装在该下部密封构件下面的阀外壳，该阀外壳限定了一个随该管柱和该下部密封构件下面的井眼环形套筒延续的流体通道，从而允许其间的压力平衡；一个可在该阀外壳内在打开位置与密封位置之间滑动的旁通塞，在该打开位置中准许流体穿过该外壳，而在该密封位置中防止流体通过该外壳，该塞可在向该管柱施加了机械压力时致动来打开或密封该通道；以及一个可重调的锚装置，该锚装置以操作方式安装在该下部密封构件下面以便抵靠着一个井眼的壳体进行调整，该锚装置可通过向该管柱施加机械力来进行操作。

在各种实施例中，这些密封构件可以是杯式密封件、可膨胀密封元件、可压缩密封元件，或其他机械或液压致动的密封构件。

在一个实施例中，该锚装置包括围绕该锚装置的心轴安置的一个或多个锚定卡瓦、和一个致动锥体，该致动锥体可相对于该锚装置的心轴滑动从而与这些向内偏置的卡瓦相接合并且将所述卡瓦向外驱动以与壳体相接合，从而抵靠着该壳体锚定该工具组件。可以通过向该管柱施加机械力来从地表对该锚进行致动。在该管柱是复绕管的情况下，该机械力是一个向井上的力或向井下的力。

在另一个实施例中，通过向该管柱施加机械力来从地表对该锚进行致动。例如，向该管柱施加机械力可以驱动一根销在一个自动J形轮廓内移动，该自动J形轮廓具有对应于该锚装置的至少两个可操作位置的销停止位置。

在另一个实施例中，该锚装置进一步包括一个机械壳体套环定位件，用于提供摩擦阻力，可以通过从地表向该管柱施加机械力对抗该摩擦阻力来操作该锚装置。

在一个实施例中，该完成工具进一步包括在该组件内该阀外壳下方形成的一个或多个喷射穿孔喷嘴。