活塞与环空相连通的液压坐封封隔器制造技术

一种液压坐封封隔器，具有心轴，心轴具有内孔以及将内孔连通到心轴的外部的端口。设置在心轴上的封隔元件可以被活塞压缩以与井眼接合。活塞在封隔元件的第一侧设置于心轴上，并且在管内压力经由心轴的端口连通至第一活塞腔中时抵靠着封隔元件运动。为了增加坐封力，设置在封隔元件与心轴之间的套筒限定有将封隔元件的相反侧与活塞的第二压力腔相连通的空间。在高压力操作期间，封隔元件的第一侧的高压与活塞的第一侧的高压一起作用，以增强活塞从高压力区向低压力区的运动。本发明专利技术还涉及一种将封隔器液压地坐封在井眼中的方法。

【技术实现步骤摘要】
活塞与环空相连通的液压坐封封隔器
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
液压坐封封隔器具有心轴，心轴具有内孔和将内口连通到心轴的外部的端口。设置在心轴上的封隔元件能够由活塞压缩以与心轴接合。活塞在封隔元件的第一侧设置于心轴上，并且当管内压力经由心轴的端口而连通至第一活塞腔时抵靠着封隔元件运动。为了增加坐封力，设置在封隔元件与心轴之间的套筒限定出将封隔元件的相反侧与活塞的第二活塞腔相连通的空间。在高压力操作期间，来自封隔元件的相反侧(例如井上侧)的较低的环空压力能够压靠活塞的第二侧(背压侧)作用，同时较高的压裂压力压靠着活塞的第一侧(例如井下侧)而作用。在特别的应用中，压力能够压靠活塞的密封构件的两侧而作用。当发生这种情况时，作用的压力增加了活塞的从高压区域向低压区域的运动。此外，来自压裂操作或其它操作的环空压力也可以与连通的管内压力一起作用，从而将封隔元件压缩。以上概述无意于总结本公开的每个潜在实施方式或每个方面。附图说明图1示意性地示出了压裂系统的具有多个套筒和井眼封隔器的管柱。图2A示出了根据现有技术的液压坐封的裸眼封隔器的局部截面。图2B示出了另一个根据现有技术的液压坐封的裸眼封隔器的局部截面。图3A示出了根据本公开的处于未坐封状态的液压坐封的裸眼封隔器的局部截面。图3B示出了根据本公开的处于坐封状态的液压坐封的裸眼封隔器的局部截面。具体实施方式如前所述，在当前的诸如裸眼封隔器之类的液压坐封封隔器中，液压活塞仅当封隔器的心轴中存在压力并且井上环空和井下环空中没有显著压力时才对封隔元件施加坐封力。与这种常规的封隔器相对照，图3A至3B中示出的液压坐封裸眼封隔器在以下情况下允许来自封隔器的液压活塞150的坐封力施加至封隔器的封隔元件170：当存在管内压力(在封隔器的心轴110中)、并且在井上环空和井下环空中的一者中存在压力时。如下文还将详细描述的，所公开的封隔器100允许来自受压环空的压力向封隔元件170上添加坐封力。封隔器100具有连接在管柱(12：图1)上的心轴110，心轴110具有穿过心轴110的内孔。心轴110还具有一个或更多个端口114，如下所述，这一个或更多个端口114将内孔112连通到心轴110的外部。心轴110的端部具有在外部设置于心轴110上的端环120和130，并且设置在心轴110上的封隔元件170能够压缩以与周围的井眼壁15接合。活塞150在封隔元件170的第一侧上设置于心轴110上。如下文详细描述的，在本实施方式中活塞150具有连接在一起以形成活塞150的密封构件152、活塞筒156、以及筒端154，但也可以使用其它构型。活塞150与心轴110限定了第一活塞腔160和第二活塞腔164。第一活塞腔160与心轴110中的一个或更多个端口114相连通，以在封隔器坐封过程以及其它操作期间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于井眼的液压坐封的封隔器，包括：心轴，所述心轴具有内孔以及端口，所述端口将所述内孔连通到所述心轴的外部；封隔元件，所述封隔元件设置在所述心轴上并且能够压缩从而与所述井眼接合；活塞，所述活塞在所述封隔元件的第一侧设置于所述心轴上，并且与所述心轴限定出第一活塞腔和第二活塞腔，所述第一活塞腔与所述端口相连通；以及流体压力旁路，所述流体压力旁路将所述封隔元件的第二侧与所述活塞的所述第二活塞腔相连通。

【技术特征摘要】
2013.02.07 US 61/762,2631.一种用于井眼的液压坐封的封隔器，包括：心轴，所述心轴具有内孔以及端口，所述端口将所述内孔连通到所述心轴的外部；封隔元件，所述封隔元件设置在所述心轴上并且能够压缩从而与所述井眼接合；活塞，所述活塞在所述封隔元件的第一侧设置于所述心轴上，并且与所述心轴限定出第一活塞腔和第二活塞腔，所述第一活塞腔被密封并且经由所述端口单独地与所述内孔相连通；以及流体压力旁路，所述流体压力旁路将所述封隔元件的第二侧与所述活塞的所述第二活塞腔相连通，所述第二活塞腔被密封并且经由所述流体压力旁路单独地与所述封隔元件的所述第二侧相连通。2.根据权利要求1所述的封隔器，其中，在施加了经由所述端口而连通至所述第一活塞腔的第一流体压力、并且施加了经由所述流体压力旁路而连通至所述第二活塞腔的第二流体压力的情况下，所述活塞能够抵靠着所述封隔元件运动。3.根据权利要求2所述的封隔器，其中，在施加了与所述封隔元件的第一侧相连通的环空压力的情况下，所述封隔元件能够进一步压缩。4.根据权利要求2所述的封隔器，其中，所述流体压力旁路包括设置在所述心轴上的套筒，所述心轴的外部与所述套筒限定出用于将所述第二流体压力与所述第二活塞腔相连通的空间。5.根据权利要求4所述的封隔器，其中，所述心轴沿着所限定的空间在所述心轴的外部限定了沟槽。6.根据权利要求4所述的封隔器，其中，所述流体压力旁路包括端环，所述端环设置在所述心轴上并且至少部分地设置在所述套筒的端部上，所述端环具有将位于所述套筒与所述心轴之间的所限定的空间同所述井眼的环空相连通的至少一个端口。7.根据权利要求4所述的封隔器，其中，所述活塞包括密封部，所述密封部靠着所述套筒密封并且容纳所述第二活塞腔。8.根据权利要求1所述的封隔器，其中，所述活塞限定第一密封构件，所述第一密封构件设置在所述活塞上并且能够与所述活塞一起运动，所述第一密封构件靠着所述心轴的外表面密封并且将所述第一活塞腔与所述第二活塞腔分隔开。9.根据权利要求8所述的封隔器，其中，所述心轴包括设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·C·德尔比，
申请(专利权)人：韦特福特兰姆有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US