CN104755697B - 利用砾石储备进行防砂的井筒装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在地下地层中完成井筒的方法，包括：提供代表防砂筛管的一个或多个接头的防砂筛管组件、接头组件和封隔器组件。封隔器组件包括具有至少一条更替流动通道的至少一个机械坐封封隔器。防砂筛管组件和接头组件也均包括用于运载砾石砂浆的运输导管和用于输送砾石砂浆的充填导管。所述方法还包括将防砂筛管组件、连接的接头组件和封隔器组件下入井筒中，并且将封隔器组件的密封元件坐封成与周围井筒接合。然后，所述方法包括将砾石砂浆注入井筒中以形成砾石充填，从而在防砂筛管组件的上方放置砾石充填材料的储备。还提供了一种允许放置砾石储备的井筒完井装置。

Description

利用砾石储备进行防砂的井筒装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月26日提交的申请号为61/719,272的美国临时申请和2013年8月22日提交的申请号为61/868,855的美国临时申请的权益。上述申请通过全文引用而并入本文。

本申请涉及名称为“用于更替路径砾石充填的裸眼封隔器，和用于完成裸眼井筒的方法(Open-Hole Packer for Alternate Path Gravel Packing,and Method forCompleting an Open-Hole Wellbore)”且公开号为US2012/0217010的待决美国专利申请。本申请还涉及名称为“用于更替流动通道砾石充填的封隔器和用于完成井筒的方法(Packer for Alternate Flow Channel Gravel Packing and Method for Completing aWellbore)”且公开号为WO2012/082303的国际申请。上述申请也通过全文引用而并入本文。

技术领域

本公开涉及完井领域。更具体地，本发明涉及与已利用砾石充填完成的井筒相结合的地层隔离。本申请还涉及一种井筒完成装置，所述井筒完成装置加入旁通技术以用于安装具有层间封隔的砾石充填。

背景技术

本部分是为了介绍可与本公开示范性实施例相关的领域的各个方面。相信这种讨论有助于提供框架以便于更好地理解本公开的特定方面。因此，应当理解的是，本部分应该以此为前提来进行阅读，并且不一定构成现有技术。

在油井和气井的钻井过程中，利用在钻具的下端处向下推进的钻头来形成井筒。在钻至预定深度后，移除钻具和钻头并且用套管柱内衬井筒。因此在套管柱和地层之间形成环空区域。通常进行注水泥固井(cementing)操作以便用水泥来填充或“塞挤”环空区域。水泥和套管的组合加强井筒并且便于在套管之后的地层隔离。

通常将外径逐渐减小的若干套管柱放入井筒中。多次重复钻井以及随后对逐渐减小的套管柱注水泥固井的过程，直至达到井的总深度。最终的套管柱(也被称为生产套管)被注水泥固井就位并且被射孔。在某些情况下，最终的套管柱是衬管，也就是未回接到地面的套管柱。

作为完井过程的一部分，井口被安装在地面处。井口控制采出流体到地面的流动或者流体向井筒中的注入。也提供流体收集和处理设备例如管、阀和分离器。然后可以开始生产操作。

有时期望让井筒的底部敞开。在裸眼完井中，生产套管不延伸通过生产层和被射孔；而是，保持生产层未下套管，或“敞开”。然后将生产管柱(production string)或“管道(tubing)”放置在裸眼井筒的内部，裸眼井筒在最终套管柱的下方向下延伸。

与下套管完井相比，裸眼完井具有一些优点。首先，因为裸眼完井没有射孔孔道，所以地层流体能够沿径向360度地汇聚在井筒上。这样具有的优点是消除与汇聚径向流动和随后的线性流动通过颗粒填充的射孔孔道相关联的额外压降。与裸眼完井相关联的减小的压降实际上保证了在相同的地层中比未采取增产措施的下套管井更多产。

其次，裸眼井技术通常比下套管完井更便宜。例如，使用砾石充填消除了对于注水泥固井、射孔和射孔后清井操作的需要。

裸眼完井中的常见问题是井筒直接暴露给周围地层。如果地层是疏松的或严重砂质的，则采出流体流入井筒可能会随之携带地层颗粒，例如，砂和细粒。这些颗粒可能对井下生产设备以及地面上的管道、阀和分离设备有侵蚀性。

为了控制砂和其它颗粒的侵入，可以使用防砂装置。防砂装置通常穿过地层安装在井下，以便在允许采出流体的同时截留大于一定直径的固体材料。防砂装置通常包括具有许多割缝或开口的长形管状体(被称为中心管)。随后，中心管通常用过滤介质例如绕丝或金属丝网缠绕。

为了加强防砂装置，通常安装砾石充填。砾石充填井涉及在防砂装置被悬挂或以其他方式被放置在井筒中之后，将砾石或其它颗粒物质放置在防砂装置周围。为了安装砾石充填，颗粒材料通过携带液被输送到井下。携带液与砾石一起形成砾石砂浆。砂浆在合适的位置干燥，留下砾石的环形充填。砾石不仅有助于颗粒过滤，而且有助于保持井筒完整。

在裸眼砾石充填完井中，砾石被放置在围绕射孔中心管的防砂筛管和井筒的周围壁之间。在采出期间，地层流体从地下地层流动通过砾石、通过筛管并且进入内部中心管。中心管因此而用作生产管柱的一部分。

砾石充填的一个历史问题是，在输送过程期间从砂浆中意外损失携带液能够导致在沿着裸眼井段的不同位置处形成过早的砂桥或砾石桥。例如，在具有高渗透性的井段中或者在已破裂的井段中，由于携带液从砾石砂浆过量地损失到地层中，因此会出现砾石的不良分布。过早的砂桥能够阻断砾石砂浆的流动，导致沿着完井井段形成空隙。类似地，在筛管和井筒之间的环空中用于层间封隔的封隔器也能阻断砾石砂浆的流动，导致沿着完井井段形成空隙。因此，未实现从底部到顶部的完全砾石充填，导致部分防砂筛管直接暴露给砂和细粒的渗透以及侵蚀的可能性。

砂桥和绕过层间封隔的问题已通过使用砾石旁通技术而得到解决。该技术以Alternate的名义实施。Alternate技术使用分流管或流动通道，其允许砾石砂浆沿着井筒绕过选定区域例如绕过过早的砂桥或封隔器。这样的流体旁通技术例如在名称为“用于阻断砾石充填井环空中的轴向流动的工具(Tool forBlocking Axial Flow in Gravel-Packed Well Annulus)”的美国专利US5588487和名称为“用于完井、生产和注入的井筒方法和装置(Wellbore Method and Apparatus forCompletion,Production,and Injection)”的美国专利US7938184中进行了描述，每一个上述专利都通过全文引用而并入本文。另外的论述更替流动通道技术的参考文献包括美国专利US8215406、美国专利US8186429、美国专利US8127831、美国专利US8011437、美国专利US7971642、美国专利US7938184、美国专利US7661476、美国专利US5113935、美国专利US4945991、公开号为US2012/0217010的美国专利申请、公开号为US2009/0294128的美国专利申请、M.T.Hecker等人的“Extending Openhole Gravel-Packing Capability:InitialField Installation of Internal Shunt Alternate Path Technology”，SPE AnnualTechnical Conference and Exhibition，SPE Paper No.135,102(2010年9月)、以及M.D.Barry等人的“Open-hole Gravel Packing with Zonal Isolation”，SPE PaperNo.110,460(2007年11月)。Alternate技术实现了多层、裸眼砾石充填完井中的真正的层间封隔。

砾石充填在控制砂和细粒流入井筒方面的效果是公知的。然而，有时也期望裸眼完井沿着井筒的裸眼部分封隔选定的井段以便控制流体的流入。例如，与可冷凝烃的采出相伴地，水有时可以侵入井段。这可能是由于天然水层、锥进(近井的烃-水接触面的上升)、高渗透性矿层、天然裂缝的存在或者来自注入井的指进(fingering)。取决于水产生的机制或原因，在井的寿命期间，水可能会在不同的位置和不同的时间产生。类似地，在石油储层上方的气顶可能会膨胀和突破，导致气体和石油一起采出。气体突破减小了气顶驱动并且抑制采油。

在各种情况下，期望封隔井段以免将地层流体开采到井筒中。也可以期望将环空层间封隔用于生产分配、生产/注入流体剖面调整(profile control)、选择性增产措施或气体控制。然而，使用环空层间封隔装置所存在的问题是在砾石充填操作完成之后砂可能并未完全将环空一直填充到层间封隔装置的底部。可选地，砾石充填可能由于储层流入而转位。进一步可选地，存在的问题是砂可能在重力作用下沉积在层间封隔装置下方。在任何一种这样的情况下，防砂筛管的一部分直接暴露给周围地层。

因此，对于改进的防砂系统存在需求，所述防砂系统提供流体旁通技术以用于放置绕过封隔器的砾石。对于层间封隔装置也存在需求，所述层间封隔装置不仅提供沿着裸眼井筒的选定地下井段的封隔，而且在下游的下一个防砂筛管组件上方提供砾石充填材料的储藏。换句话说，对于将砾石充填材料的储备放置在防砂筛管组件上游的井筒内的方法存在需求。

发明内容

首先在本文中提供一种井筒完井装置。井筒完井装置位于井筒内。井筒完井装置与将砾石充填放置在井筒的裸眼部分中相结合而具有特定的实用性。裸眼部分延伸通过一个、两个或更多个地下井段。

井筒完井装置首先包括防砂筛管组件。防砂筛管组件包括串联连接的一个或多个防砂段。一个或多个防砂段中的每一个包括中心管。防砂段的中心管限定射孔管(或割缝管)的接头。每一个防砂段还包括过滤介质。过滤介质沿着大部分的防砂段围绕中心管。防砂段的过滤介质包括例如绕丝筛管、膜式筛管、可膨胀筛管、烧结金属筛管、金属丝网筛管、形状记忆聚合物或预充填固体颗粒床。中心管和过滤介质一起形成防砂筛管。

防砂段布置成具有更替流动路径技术。在这方面，防砂筛管包括构造成绕过中心管的至少一个运输导管。运输导管大致沿着每一个防砂段的中心管延伸。每一个防砂段还包括至少一个充填导管。每一个充填导管具有喷嘴，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到过滤介质和周围地下地层之间的环空区域中。

井筒完井装置还包括接头组件。接头组件包括非射孔中心管，大致沿着非射孔中心管的长度延伸的至少一个运输导管，以及至少一个充填导管。运输导管运载砾石充填砂浆通过接头组件，而充填导管均具有喷嘴，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到非射孔中心管和周围地下地层之间的环空区域中。

井筒完井装置还包括封隔器组件。封隔器组件包括至少一个密封元件。密封元件构造成被致动以接合周围的井筒壁。封隔器组件还具有内心轴。封隔器组件还具有至少一个运输导管。运输导管沿着内心轴延伸并且运载砾石充填砂浆通过封隔器组件。

用于封隔器组件的密封元件可以包括机械坐封封隔器。更优选地，封隔器组件具有两个机械坐封封隔器或环空密封件。这两个机械坐封封隔器或环空密封件代表上部封隔器和下部封隔器。每一个机械坐封封隔器具有密封元件，所述密封元件在长度上例如可以是从大约6英寸(15.2cm)到24英寸(61.0cm)。每一个机械坐封封隔器还具有与防砂筛管的中心管和接头组件的中心管流体连通的内心轴。

在至少两个机械坐封封隔器中间可选地可以是至少一个可膨胀封隔器元件。可膨胀封隔器元件在长度上优选地是从大约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造。在存在流体例如水、气体、石油或化学物质的情况下，可膨胀封隔器元件在一定时间内而被致动。例如，如果机械坐封封隔器元件之一失效，则会发生膨胀。可选地，当可膨胀封隔器元件周围的地层中的流体接触可膨胀封隔器元件时，可以在一定时间内发生膨胀。

防砂筛管组件、接头组件和封隔器组件串联地连接。连接使得一个或多个防砂段的射孔中心管、接头组件的非射孔中心管和封隔器组件的内心轴流体连通。连接还使得一个或多个防砂段中的至少一个运输导管、接头组件中的至少一个运输导管和封隔器组件中的至少一个运输导管流体连通。运输导管提供用于砾石砂浆的更替流动路径，并且将砂浆输送到充填导管。因此，砾石充填材料可以沿着地下地层转送到不同的深度和井段。

在本文中还提供一种用于在地下地层中完成井筒的方法。井筒优选地包括作为裸眼完成的下部部分。在一方面，所述方法包括提供防砂筛管组件。防砂筛管组件可以与上面描述的防砂筛管组件一致。

所述方法还包括提供接头组件。接头组件可以与上面描述的接头组件一致。

所述方法还包括提供封隔器组件。封隔器组件也与上面在其各个实施例中描述的封隔器组件一致。封隔器组件包括至少一个、并且优选地包括两个机械坐封封隔器。例如，每一个封隔器将具有内心轴、围绕内心轴的更替流动通道以及在内心轴外部的密封元件。

所述方法还包括串联地连接防砂筛管组件、接头组件和封隔器组件。连接使得一个或多个防砂段的射孔中心管、接头组件的非射孔中心管和封隔器组件的内心轴流体连通。连接还使得一个或多个防砂段中的至少一个运输导管、接头组件中的至少一个运输导管和封隔器组件中的至少一个运输导管流体连通。

所述方法另外还包括将防砂筛管组件以及连接的接头组件和封隔器组件下入井筒中。另外，所述方法包括将封隔器组件的密封元件坐封成与周围的井筒接合。

接下来，所述方法包括将砾石砂浆注入井筒中。这样做是为了在已坐封至少一个密封元件之后在封隔器组件下方形成砾石充填。具体地，将砾石充填材料注入形成于防砂筛管和周围井筒之间的环空区域中。所述方法另外还包括将砾石砂浆注入井筒中以便在防砂筛管组件上方围绕接头组件的非射孔中心管淀积砾石充填材料的储备。优选地，淀积大约六英尺的储备充填材料。

所述方法还可以包括从沿着井筒的至少一个井段采出烃流体。所述方法还可以包括允许将储备砾石充填材料围绕上部防砂段安置。

附图说明

为了能够可以更好地理解本发明的方案，某些图示、图表和/或流程图被附于此。然而，应当注意，附图仅示出了本发明的选定实施例，因此不应当被视为范围的限制，原因在于本发明可以容许其它等价有效的实施例和应用。

图1是示范性井筒的横截面图。井筒已钻过三个不同的地下井段，每一个井段都处于地层压力下并且都包含流体。

图2是图1的井筒的裸眼完井的放大横截面图。更清楚地可见在三个示范性井段的深度处的裸眼完井。

图3A是一个实施例中的封隔器组件的横截面侧视图。在这里，示出的中心管具有周围封隔器元件。示出了两个机械坐封封隔器。

图3B是沿着图3A中的线3B-3B截取的、图3A的封隔器组件的横截面图。可见分流管在可膨胀封隔器元件内。

图3C是可选实施例中的图3A的封隔器组件的横截面图。代替分流管，可见运输管在中心管周围管汇(manifolded)。

图4A是图3A的封隔器组件的横截面侧视图。在这里，防砂装置或防砂筛管已放置在封隔器组件的相对端部处。防砂装置使用外部分流管。

图4B提供沿着图4A中的线4B-4B截取的、图4A的筛管组件的横截面图。可见分流管在防砂筛管的外部以提供用于颗粒砂浆的更替流动路径。

图5A是图3A的封隔器组件和防砂筛管组件的另一横截面侧视图。在这里，防砂装置或防砂筛管已再次放置在封隔器组件的相对端部处。然而，防砂装置使用内部分流管。

图5B提供沿着图5A中的线5B-5B截取的、图5A的封隔器组件的横截面图。可见分流管在防砂筛管内以提供用于颗粒砂浆的更替流动路径。

图6A是图3A的机械坐封封隔器之一的横截面图。在这里，机械坐封封隔器处于其下入(run-in)位置。

图6B是图6A的机械坐封封隔器的横截面图。在这里，机械坐封封隔器已被致动并且处于其坐封位置。

图7A是图6A的释放键部分的放大图。释放键处于其沿着内心轴的下入位置。剪切销还未被剪切。

图7B是图6A的释放键部分的另一放大图。在这里，剪切销已被剪切并且释放键已从内心轴落下。

图7C是可以用于闩锁到释放套筒上并且由此剪切释放键内的剪切销的坐封工具的透视图。

图8A至8J给出了在一个实施例中使用本发明的封隔器组件之一的砾石充填程序的各阶段。提供通过封隔器组件的封隔器元件且通过防砂段的更替流动路径通道。

图8K示出了在完成从图8A至图8J的砾石充填程序之后已被坐封在裸眼井筒中的封隔器组件和砾石充填。

图9A是在一个实施例中可以在本发明的井筒完井装置中使用的防砂筛管组件的侧视图。防砂筛管组件包括使用喷嘴环连接的多个防砂段或防砂筛管。

图9B是沿着图9A中的线9B-9B截取的、图9A的防砂筛管组件的横截面图。该图示出了防砂筛管段之一。

图9C是图9A的防砂筛管组件的另一横截面图，这次是沿着图9A中的线9C-9C截取的。该图示出了联接组件。

图10A是在一个实施例中用作图9A的防砂筛管组件的一部分的负载套筒的轴测图。

图10B是图10A的负载套筒的端视图。

图11是在一个实施例中用作图9A的防砂筛管组件的一部分的扭矩套筒的透视图。

图12是沿着图9A的防砂筛管组件使用的喷嘴环的端视图。

图13A是已经历砾石充填操作的井筒的侧视图。在该视图中，砾石充填已围绕封隔器组件上方和下方的防砂筛管放置。

图13B是图13A的井筒的另一侧视图。在这里，围绕下部防砂筛管的砾石充填中的砾石已安置，将防砂筛管的一部分直接暴露给周围地层。

图13C是图13A的井筒的另一侧视图。在这里，本发明的接头组件已放置在下部防砂筛管上方。接头组件允许将砾石储备放置在下部防砂筛管上方以备将来安置。

图14是在一个实施例中可以在本发明的井筒完井装置中使用的接头组件的透视剖视图。

图15是一个实施例中用于完成井筒的方法的流程图。所述方法包括将防砂装置、接头组件和封隔器组件下入井筒中，坐封封隔器，以及将砾石充填安置在井筒中。

图16是示意图，给出用于布置本发明的井筒完井装置的各种选择。

具体实施方式

定义

当在本文中使用时，术语“烃”指代主要而非排他性地包括元素氢和碳的有机化合物。烃一般分成两类：脂肪族或直链烃，以及环烃或闭环烃，包括环萜烯。含烃材料的示例包括能用作燃料或者能提高品质成为燃料的任何形式的天然气、石油、煤炭和沥青。

当在本文中使用时，术语“烃流体”指代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下、在处理条件下或在环境条件(15℃和1个大气压)下是气体或液体的烃或烃的混合物。例如，烃流体可以包括石油、天然气、煤床甲烷、页岩油、裂解油、裂解气、煤的裂解产物以及气态或液态的其它烃。

当在本文中使用时，术语“流体”指代气体、液体以及气体和液体的组合，也指代气体和固体的组合以及液体和固体的组合。

当在本文中使用时，术语“地下”指代在地球表面以下存在的地质层。

当在本文中使用时，术语“地下井段”指代地层流体可能驻留在其中的地层或地层的一部分。流体例如可以是烃液体、烃气体、水性流体或其组合。

当在本文中使用时，术语“井筒”指代通过将导管钻入地下或插入地下而在地下形成的孔眼。井筒可以具有大致圆形的横截面或其它的横截面形状。当在本文中使用时，术语“井”在指代地层中的开口时可以与术语“井筒”互换使用。

术语“管状构件”或“管状体”指代任何管或管状装置，例如套管或中心管的接头、衬管的一部分或短节。

术语“防砂装置”或“防砂段”表示允许流体流入内孔或中心管中、同时滤除来自周围地层的预定尺寸的砂、细粒和粒状碎屑的任何长形管状体。围绕割缝中心管的绕丝筛管是防砂段的一个示例。

术语“更替流动通道”表示提供经过或围绕管状井筒工具的流体连通以允许砾石砂浆绕过井筒工具或环空区域中的任何过早的砂桥并且继续向下游砾石充填的歧管和/或运输导管的任意集合。这样的井筒工具的示例包括：带有或不带有外部保护罩的(i)具有密封元件的封隔器、(ii)防砂筛管或割缝管、以及(iii)无眼管。

对具体实施例的说明

在本文中结合某些具体实施例描述本发明。然而，就以下的详细描述专门针对特定实施例或特定用途而言，其意图仅仅是示范性的，而不应当被解读为限制本发明的范围。

还结合各附图描述本发明的某些方面。在某些图中，图纸的顶部旨在朝向地面，并且图纸的底部旨在朝向井底。尽管井通常在大致竖直的取向上完成，但是应当理解井也可以倾斜和/或甚至水平地完成。当参考附图或在权利要求中使用描述性术语“上和下”或“上部”和“下部”或类似术语时，它们旨在指示图纸上或相对于权利要求项而言的相对位置，并且不一定是在地下的取向，原因在于无论井筒如何取向，本发明都具有实用性。

图1是示范性井筒100的横截面图。井筒100限定从地面101延伸到地球的地下110中的孔105。井筒100被完成为在井筒100的下端处具有裸眼部分120。井筒100已形成为用于采出烃以供处理或商业销售的目的。在孔105中设置生产管道130的管柱以便将采出流体从裸眼部分120一直运输到地面101。

井筒100包括示意性地图示为124的井口装置。井口装置124包括关井阀126。关井阀126控制来自井筒100的采出流体的流动。另外，地下安全阀132设置用于在地下安全阀132上方发生破裂或灾难性事件的情况下阻断流体从生产管道130流出。井筒100可选地可以在裸眼部分120内或者在裸眼部分120正上方具有泵(未示出)，以从裸眼部分120人工提升采出流体向上到达井口装置124。

已经通过将一系列管放置到地下110来完成井筒100。这些管包括第一套管柱102(有时被称为地面套管或导管)。这些管至少还包括第二套管柱104和第三套管柱106。这些套管柱104、106是为井筒100的壁提供支撑的中间套管柱。中间套管柱104、106可以从地面悬挂，或者它们也可以通过使用可膨胀的衬管或衬管悬挂器而从次高的套管柱悬挂。应当理解，未延伸回到地面的管柱(例如套管柱106)通常被称为“衬管”。

在图1的示范性井筒布置中，中间套管柱104从地面101悬挂，而套管柱106从套管柱104的下端悬挂。可以使用附加的中间套管柱(未示出)。本发明不限于所使用的套管布置的类型。

每一个套管柱102、104、106通过水泥浆液柱108坐封就位。水泥浆液柱108将地下110的各地层与井筒100封隔并且将各地层彼此封隔。水泥浆液柱108从地面101延伸到套管柱106的下端处的深度“L”。应当理解，一些中间套管柱可以被不完全地注水泥固井。

环空区域204(在图2中可见)形成于生产管道130和套管柱106之间。生产封隔器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，被称为生产套管的最终套管柱在地下生产井段所在的深度处被注水泥固井就位。然而，示范性井筒100被完成为裸眼井筒。因此，井筒100不包括沿着裸眼部分120的最终套管柱。

在示范性井筒100中，裸眼部分120横穿三个不同的地下井段。这些地下井段标注为上部井段112、中间井段114和下部井段116。例如，上部井段112和下部井段116可以包含寻求采出的有价值的石油矿床，而中间井段114可以在其孔隙体积内主要包含水或其它的水性流体。这可能是由于天然水层、含水层中的高渗透性矿层或天然裂缝的存在或者来自注入井的指进。在此情况下，存在水将侵入井筒100的可能性。

可选地，上部井段112和中间井段114可以包含寻求采出、处理和销售的烃流体，而下部井段116可以包含一些石油以及不断增加的水量。这可能是由于锥进，所述锥进是近井的烃-水接触面的上升。在此情况下，同样存在水将侵入井筒100的可能性。

进一步可选地，上部井段112和下部井段116可以从砂或其它渗透性的岩石基体中采出烃流体，而中间井段114可以代表非渗透性的页岩或者以其他方式是流体基本不可渗透的。

在这些情况中的任何一种情况下，操作员期望封隔选定的井段。在第一个实例中，操作员想要将中间井段114与生产管柱130以及与上部井段112和下部井段116封隔(通过使用封隔器组件210′和210″)，从而可以通过井筒100主要地采出烃流体并送达地面101。在第二个实例中，操作员最终想要将下部井段116与生产管柱130以及上部井段112和中间井段114封隔，从而可以通过井筒100主要地采出烃流体并送达地面101。在第三个实例中，操作员想要将上部井段112与下部井段116封隔，但是不需要封隔中间井段114。在本文中提供裸眼完井背景下的这些需求的解决方案，并且与附图结合更完整地进行说明。

关于从具有裸眼完井的井筒中采出烃流体，不仅期望封隔选定井段，而且期望限制砂粒和其它细粒的流入。为了在操作期间防止地层颗粒迁移到生产管柱130中，防砂装置200(或防砂段)已下入井筒100中。这些内容将在下文中结合图2并且结合图8A至8J进行更完整地描述。

现在参考图2，防砂装置200包含被称为中心管205的长形管状体。中心管205通常由多个管接头组成。中心管205(或组成中心管205的每一个管接头)通常具有允许采出流体流入的小射孔或割缝。

防砂装置200还包含缠绕或以另外方式径向地围绕中心管205放置的过滤介质207。过滤介质207可以是围绕中心管205装配的金属丝网筛管或绕丝。可选地，防砂筛管的过滤介质可以包括膜式筛管、可膨胀筛管、烧结金属筛管、由形状记忆聚合物制造的多孔介质(如美国专利US7926565中所述)、充填有纤维材料的多孔介质或者预充填固体颗粒床。过滤介质207防止超过预定尺寸的砂或其它颗粒流入到中心管205和生产管道130中。

除了防砂装置200以外，井筒100还包括一个或多个封隔器组件210。在图1和图2的示范性布置中，井筒100具有上部封隔器组件210′和下部封隔器组件210″。然而，可以使用附加的封隔器组件210或仅使用一个封隔器组件210。封隔器组件210′、210″独特地构造成密封各个防砂装置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提供图1的井筒100的裸眼部分120的放大横截面图。更清楚地可见裸眼部分120和三个井段112、114、116。分别在中间井段114的上部边界和下部边界附近，更清楚地可见上部封隔器组件210′和下部封隔器组件210″。砾石已放置在环空区域202内。最后，还示出了沿着每一个井段112、114、116的防砂装置或防砂段200。

关于封隔器组件本身，每一个封隔器组件210′、210″可以具有两个独立的封隔器。封隔器优选地通过机械操纵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封隔器。图示的封隔器组件210代表上部封隔器212和下部封隔器214。每一个封隔器212、214具有可膨胀部分或元件，所述可膨胀部分或元件由能够至少提供对周围井筒壁201的临时流体密封的弹性或热塑性材料制造。

上部封隔器212和下部封隔器214的元件应当能够承受与砾石充填过程相关联的压力和负载。通常，这样的压力约为2000psi到3000psi。封隔器212、214所用的元件也应当承受由于天然断层、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。生产操作可以包括选择性生产或生产分配以满足规程要求。注入操作可以包括用于策略性储层压力保持的选择性流体注入。注入操作也可以包括在酸化压裂、基岩酸化或地层损害消除方面的选择性增产措施。

机械坐封封隔器212、214的密封表面或元件仅需要大约几英寸的量级以用于实现合适的液压密封。在一方面，元件在长度上均为大约6英寸(15.2cm)到大约24英寸(61.0cm)。

优选的是封隔器212、214的元件能够膨胀成至少11英寸(大约28cm)外径的表面，具有不超过1.1的椭圆度比。封隔器212、214的元件应当优选地能够处理8又1/2英寸(大约21.6cm)或9又7/8英寸(大约25.1cm)的裸眼部分120中的冲蚀。在砾石充填操作期间，随着压力的增加，封隔器212、214的可膨胀部分将有助于至少保持对中间井段114(或其它井段)的壁201的临时密封。

在砾石充填安装过程之前，坐封上部封隔器212和下部封隔器214。正如下文更完整地描述的那样，可以通过滑动释放套筒来坐封封隔器212、214。这又允许流体静压力向下作用于活塞心轴。活塞心轴向下作用于扶正器和/或封隔器元件，导致扶正器和/或封隔器元件膨胀抵靠井筒壁201。上部封隔器212和下部封隔器214的元件膨胀成与周围壁201接触，从而沿着裸眼完井120在选定的深度处跨越环空区域202。

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。

作为上部封隔器212和下部封隔器214内的可膨胀封隔器元件的“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限定由合成橡胶化合物制造的膨胀性弹性材料。可膨胀材料的合适示例可以在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可以包括本领域技术人员已知的可膨胀聚合物或可膨胀聚合材料，并且可以通过经调节的钻井流体、完井流体、采出流体、注入流体、增产流体中的一种及其任意组合来坐封。

除了剪切相应的剪切销或其它接合机构的释放套筒以外，上部封隔器212和下部封隔器214可以大体上是彼此的镜像。坐封工具(在图7C中示出并且结合图7A和7B进行介绍)的单向运动将允许封隔器212、214按顺序启动或同时启动。首先启动下部封隔器214，然后然后随转位工具被向上拉动通过内心轴(在图6A和6B中示出并且结合图6A和6B进行介绍)而启动上部封隔器212。优选地，在上部封隔器212和下部封隔器214之间提供短间隔。

封隔器组件210′、210″帮助控制和管理从不同区域采出的流体。在这方面，取决于井的功能，封隔器组件210′、210″允许操作员密封井段以阻隔生产或注入。封隔器组件210′、210″在最初完井中的安装允许操作员在井的使用寿命期间关闭来自一个或多个区域的采出以限制水的产生，或者在某些情况下，限制不合需要的非可冷凝流体(如硫化氢)的产生。

因为在沿着裸眼部分形成密封上的困难，并且因为在封隔器上方和下方形成完全的砾石充填上的困难，在采用裸眼砾石充填时，历史上还未安装过封隔器。相关美国专利US8215406和US8517098公开了用于在完井井段处已坐封封隔器之后砾石充填裸眼井筒的装置和方法。可以通过使用封隔器元件和次级(或“更替”)流动路径来提供裸眼、砾石充填的完井中的层间封隔，以同时实现层间封隔和更替流动路径砾石充填。

对于在公开号为US2009/0294128和US2010/0032518的美国专利申请中特别地结合封隔器所公开的方法而言，仍然存在一些技术挑战。这些申请陈述了封隔器可以是液压致动的可膨胀元件。这样的可膨胀元件可以由弹性材料或热塑性材料制造。然而，通过这样的材料设计封隔器元件要求封隔器元件满足特别高的性能水平。在这方面，封隔器元件需要能够在有高压和/或高温和/或酸性流体存在的情况下保持层间封隔达到数年的时间。作为备选，这些申请陈述了封隔器可以是在存在烃、水或其它刺激物的情况下膨胀的膨胀橡胶元件。然而，已知的膨胀弹性体通常需要约30天或更长时间来完全膨胀成与周围岩层密封流体接合。所以，在本文中提供改进的封隔器和层间封隔装置。

图3A给出了为砾石砂浆提供更替流动路径的示范性封隔器组件300。大体上在横截面侧视图中可见封隔器组件300。封隔器组件300包括可以用于沿着裸眼部分120密封环空区域的各种部件。

封隔器组件300首先包括主体部分302。主体部分302优选地由钢或钢合金制造。主体部分302构造成特定长度316，例如大约40英尺(12.2米)。主体部分302包括具有的长度在约10英尺(3.0米)到50英尺(15.2米)之间的各个管接头。管接头通常端对端地螺纹地连接以根据长度316形成主体部分302。

封隔器组件300还包括相对的机械坐封封隔器304。机械坐封封隔器304被示意性地示出，并且大体上与图2的机械坐封封隔器元件212和214一致。封隔器304优选地包括在长度上小于1英尺(0.3米)杯型弹性元件。如下面进一步所述，封隔器304具有在砾石砂浆循环到井筒中之前唯一地允许坐封封隔器304的更替流动通道。

封隔器组件300可选地还包括可膨胀封隔器。可选地，可以在机械坐封封隔器304之间提供短间隔308以代替可膨胀封隔器。当封隔器304是彼此的镜像时，杯型元件能够承受来自封隔器组件的上方或下方的流体压力。

封隔器组件300还包括多个分流管。在标记318处以虚像可见分流管。分流管318也被称为运输管或更替流动通道或跨接管。运输管318是具有沿着机械坐封封隔器304和可膨胀封隔器308的长度316延伸的一定长度的管的无眼部分(blank section)。封隔器组件300上的运输管318构造成联接到相连的防砂筛管上的分流管并且与之形成密封。如下面进一步所述。

分流管318提供通过机械坐封封隔器304和中间间隔308的更替流动路径。这使分流管318能够将携带液与砾石一起运输到井筒100的裸眼部分120的不同井段112、114和116。

封隔器组件300还包括连接构件。这些连接构件可以代表传统的螺纹联接件。首先，颈部部分306设置在封隔器组件300的第一端部处。颈部部分306具有外螺纹以用于与防砂筛管或其它管的螺纹联接母接头连接。然后，开槽部分或外螺纹部分310设置在相对的第二端部处。螺纹部分310用作联接母接头以用于接收防砂筛管或其它管状构件的外螺纹端部。

颈部部分306和螺纹部分310可以由钢或钢合金制造。颈部部分306和螺纹部分310均构造成特定长度314，例如4英寸(10.2cm)到4英尺(1.2米)(或其它合适的距离)。颈部部分306和螺纹部分310也具有特定的内径和外径。颈部部分306具有外螺纹307，而螺纹部分310具有内螺纹311。这些螺纹307和311可以用于形成封隔器组件300和防砂装置或其它管段之间的密封。

在图3B中示出了封隔器组件300的横截面图。沿着图3A中的线3B-3B截取得到图3B。在图3B中，可见可膨胀封隔器308围绕中心管302沿周向布置。各分流管318围绕中心管302径向地和等距地放置。在中心管302内示出了中心孔305。中心孔305在生产操作期间接收采出流体并将采出流体运送到生产管道130。

图4A给出了一个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。另外，防砂装置200已在相对端部处分别连接到颈部部分306和开槽部分310。可见来自封隔器组件300的运输管318连接到防砂装置200上的分流管218。分流管218代表允许砾石砂浆在井筒环空和管218之间流动的充填管(或导管)。防砂装置200上的分流管218可选地包括喷嘴209以控制例如砾石砂浆到充填管的流动(在图5A中图示为218)。

图4B提供了层间封隔装置400的横截面侧视图。沿着图4A中的线4B-4B截取得到图4B。该图的截取穿过了一个防砂筛管200。在图4B中，可见割缝或射孔中心管205。这与图1和图2的中心管205一致。在中心管205内示出了中心孔105，其用于在生产操作期间接收采出流体。

外丝网220紧紧围绕中心管205布置。外丝网220优选地包括围绕中心管205螺旋地缠绕的金属丝网或金属丝，并且用作筛管。另外，分流管218围绕外丝网205径向地和等距地放置。这就意味着防砂装置200提供了用于分流管218(或更替流动通道)的外部实施例。

分流管218的构造优选地是同心的。这在图3B和4B的横截面图中可见。然而，可以偏心地设计分流管218。例如，美国专利US7661476中的图2B给出了一种防砂装置的“现有技术”的布置，其中充填管208a和运输管208b放置在中心管202的外部并且围绕过滤介质204，形成偏心布置。

在图4A和图4B的布置中，分流管218在过滤介质或外丝网220的外部。然而，防砂装置200的构造可以进行修改。在这方面，分流管218可以移动到过滤介质220的内部。

图5A给出了可选实施例中的层间封隔装置500的横截面侧视图。在该实施例中，防砂装置200同样在相对端部处分别连接到封隔器组件300的颈部部分306和开槽部分310。另外，可见封隔器组件300上的运输管318连接到防砂组件200上的分流管218。然而，在图5A中，防砂装置200使用内部分流管218，这就意味着分流管218布置在中心管205和周围过滤介质220之间。

图5B提供了层间封隔装置500的横截面侧视图。沿着图5A中的线B-B截取得到图5B。该图的截取穿过了一个防砂筛管200。在图5B中，同样可见割缝或射孔中心管205。这与图1和图2的中心管205一致。在中心管205内示出了中心孔105，其用于在生产操作期间接收采出流体。

分流管218围绕中心管205径向地和等距地放置。分流管218紧紧围绕中心管205安置，并且位于周围过滤介质220内。这就意味着图5A和图5B的防砂装置200提供了分流管218的内部实施例。

在中心管205和周围外丝网或过滤介质220之间产生环空区域225。环空区域225接纳井筒中的采出流体的流入。外绕丝220由多个径向延伸的支撑肋222支撑。肋222延伸通过环空区域225。喷嘴209将砂浆输送到防砂装置200的外部。

图4A和图5A给出了用于将防砂筛管200连接到图3A的封隔器组件300的布置。封隔器组件300内的运输管318(或更替流动通道)沿着防砂筛管200流体地连接到分流管218。应当理解，本装置和方法不受分流管318的特定设计和布置的限制，只要提供用于封隔器组件210的砂浆旁通即可。图3C是可选实施例中的图3A的封隔器组件300的横截面图。在该布置中，分流管318在中心管302周围管汇。提供围绕分流管318的支撑环315。

联接防砂装置200与封隔器组件300需要将封隔器组件300中的运输管318与分流管218沿着防砂装置200对准。在这方面，当接合封隔器的运输管318时，防砂装置中的分流管218的流动路径应当不中断。(上述的)图4A示出了连接到中间封隔器组件300的防砂装置200，其中管218、318已对准。为了迅速完成该连接，已经开发出专用套筒。

名称为“砾石充填方法(Gravel Packing Methods)”的美国专利US7661476公开了一种使用一系列防砂筛管接头的生产管柱(称为接头组件)。防砂筛管接头放置在“负载套筒”和“扭矩套筒”之间。负载套筒限定包括外壁(用作外径)和内壁(提供内径)的长形体。内壁形成通过负载套筒的孔。类似地，扭矩套筒限定包括外壁(用作外径)和内壁(提供内径)的长形体。内壁也形成通过扭矩套筒的孔。负载套筒和扭矩套筒可以用于完成与封隔器组件的连接，并且由此沿着封隔器提供与运输管的流体连通。

图9A提供了在一个实施例中可以在本发明的井筒完井装置中使用的防砂筛管组件900的侧视图。图示的防砂筛管组件900从上面的′476专利中获得。防砂筛管组件900包括多个防砂段或防砂筛管914a、914b、…914n。防砂筛管914a、914b、…914n使用喷嘴环910a、910b、…910n串联连接。防砂筛管组件900使用具有第一或上游端部和第二或下游端部的主体部分902。负载套筒1000操作性地附连在第一端部处或第一端部附近，而扭矩套筒1100操作性地附连在第二端部处或第二端部附近。

负载套筒1000包括至少一个运输导管和至少一个充填导管。至少一个运输导管和至少一个充填导管布置在内径的外部和外径的内部。类似地，扭矩套筒1100包括至少一个导管。至少一个导管也布置在内径的外部和外径的内部。联接接头910a、910b、…910n提供对准开口(在图12中的1204处可见)。负载套筒1000、扭矩套筒1100和喷嘴环910a、910b、…910n的优点在于它们使一系列防砂筛管接头914a、914b、…914n能够以更快速和更廉价的方式连接和下入井筒中。

图9A图示了负载套筒1000和扭矩套筒1100在防砂筛管组件900的相对端部处的安置。然而，这些组件1000、1100也可以在长形接头组件的相对端部处使用，正如下面结合图14更完整地介绍的那样。负载套筒1000和扭矩套筒1100中的每一个都具有运输管，正如下面分别结合图10A和图11更完整地图示和介绍的那样。

图9B是沿着图9A中的线9B-9B截取的图9A的防砂筛管组件900的横截面图。具体地，该图的截取穿过了防砂装置914a。过滤介质图示为914。图9C是图9A的防砂筛管组件900的另一横截面图，这一次是沿着图9A中的线9C-9C截取。在此，该图的截取穿过了联接组件911。

联接组件911操作性地附连到防砂筛管组件900的第一端部。联接组件911包括在图9C的横截面图中示出的歧管915。歧管915使负载套筒1000中的运输管和相连的接头组件(在图14中图示为1400)中的运输管能够布置成流体连通。

返回图3A，如上所述，封隔器组件300包括一对机械坐封封隔器304。在使用封隔器组件300时，有利地在注入砂浆并且形成砾石充填之前坐封封隔器304。这需要独特的封隔器布置，其中分流管被提供用于更替流动通道。

示意性地示出了图3A的封隔器304。然而，图6A和图6B提供了可以在一个实施例中在图3A的封隔器组件中使用的合适的机械坐封封隔器600的更详细视图。

图6A和图6B的视图提供了横截面图。在图6A中，封隔器600处于其下入位置，而在图6B中封隔器600处于其坐封位置。

封隔器600首先包括内心轴610。内心轴610限定形成中心孔605的长形管状体。中心孔605提供采出流体通过封隔器600的主要流动路径。在安装和开始生产之后，中心孔605将采出流体输送到防砂筛管200的孔105(在图4A和图4B中可见)和生产管道130的孔105(在图1和图2中可见)。

封隔器600还包括第一端部602。螺纹604在第一端部602处沿着内心轴610布置。图示的螺纹604是外螺纹。在两个端部处具有内螺纹的母接头连接件614连接或螺接在第一端部602处的螺纹604上。具有母接头连接件614的内心轴610的第一端部602被称为母接头端。内心轴610的第二端部(未示出)具有外螺纹并且被称为公接头端。内心轴610的公接头端(未示出)允许封隔器600连接到防砂筛管或其它管状体(例如独立筛管、感测模块、生产管道或无眼管)的母接头端。

母接头端602处的母接头连接件614允许封隔器600连接到防砂筛管或其它管状体(例如独立筛管、感测模块、生产管道或无眼管)的公接头端。

内心轴610沿着封隔器600的长度延伸。内心轴610可以由多个连接段或接头组成。内心轴610在第一端部602附近具有略小的内径。这是由于机械加工到内心轴中的坐封肩606。如下文中更完整地解释的那样，坐封肩606响应由坐封工具施加的机械力捕捉释放套筒710。

封隔器600还包括活塞心轴620。活塞心轴620大体上从封隔器600的第一端部602延伸。活塞心轴620可以由多个连接段或接头组成。活塞心轴620限定圆周地围绕内心轴610并且与其大致同心放置的长形管状体。环空625形成于内心轴610和周围活塞心轴620之间。环空625有利地提供用于流体的次级流动路径或更替流动通道。

环空625与另一井下工具(在图6A和6B中未示出)的次级流动路径流体连通。例如，这样的独立工具可以是图14的接头组件1400、或无眼管、或其它的管状体。

封隔器600还包括联接件630。联接件630在第一端部602处(例如经由弹性“O形”环)连接和密封到活塞心轴620。联接件630随后螺接和销接到母接头连接件614，所述母接头连接件614螺纹连接到内心轴610以防止内心轴610和联接件630之间的相对旋转运动。第一扭矩螺栓图示为632，用于将联接件销接到母接头连接件614。

在一方面，还使用NACA(美国国家航空航天局标准)键634。NACA键634放置在联接件630的内部和螺纹母接头连接件614的外部。第一扭矩螺栓设在632处，将联接件630连接到NACA键634并且随后连接到母接头连接件614。第二扭矩螺栓设在636处，将联接件630连接到NACA键634。NACA形键可以(a)将联接件630经由母接头连接件614紧固到内心轴610，(b)防止联接件630围绕内心轴610旋转，以及(c)使砂浆沿着环空612的流动成流线型以减小摩擦。

在封隔器600内，围绕内心轴610的环空625与主孔605封隔。另外，环空625与周围井筒的环空(未示出)封隔。环空625使砾石砂浆能够从通过封隔器600的更替流动通道(例如分流管218)转移。因此，环空625成为用于封隔器600的(一条或多条)更替流动通道。

在操作中，环形空间612位于封隔器600的第一端部602处。环空空间612布置在母接头连接件614和联接件630之间。环空空间612接收来自相连管状体的更替流动通道的砂浆，并且将砂浆输送到环空625。例如，管状体可以是相邻的防砂筛管、无眼管或层间封隔装置。

封隔器600还包括负载肩626。负载肩626靠近活塞心轴620的连接并且密封联接件630的端部放置。活塞心轴620的端部处的实心部分具有内径和外径。负载肩626沿着外径放置。内径具有螺纹并且螺纹地连接到内心轴610。至少一条更替流动通道形成于内径和外径之间以连接环形空间612和环空625之间的流动。

负载肩626提供承载点。在钻机操作期间，负载套环或吊带(未示出)围绕负载肩626放置以允许用常规吊卡提升和支撑封隔器600。当放置在钻机的旋转底板中时，负载肩626随后临时用于支撑封隔器600(和任何连接的完井装置例如已经下入井中的防砂筛管接头)的重量。负载随后即可从负载肩626转移到管螺接件(如母接头连接件614)，然后转移到内心轴610或中心管205(即螺接到母接头连接件614的管)。

封隔器600还包括活塞壳体640。活塞壳体640围绕活塞心轴620放置并且大致与其同心。封隔器600构造成促使活塞壳体640沿着活塞心轴620并且相对于活塞心轴620轴向移动。具体地，活塞壳体640通过井下流体静压力驱动。活塞壳体640可以由多个相连的段或接头组成。

活塞壳体640在下入期间沿着活塞心轴620保持就位。利用释放套筒710和释放键715来固定活塞壳体640。释放套筒710和释放键715防止活塞壳体640和活塞心轴620之间的相对平移运动。释放键715穿过活塞心轴620和内心轴610两者。

图7A和图7B提供了用于封隔器600的释放套筒710和释放键715的放大图。释放套筒710和释放键715通过剪切销720保持就位。在图7A中，剪切销720还未被剪切，并且释放套筒710和释放键715沿着内心轴610保持就位。然而，在图7B中，剪切销720已被剪切，并且释放套筒710已沿着内心轴610的内表面608平移。

在图7A和图7B的每一个中，可见内心轴610和周围活塞心轴620。另外，可见活塞壳体640在活塞心轴620的外部。代表内心轴610、活塞心轴620和活塞壳体640的三个管状体通过四个释放键715固定在一起以防止相对的平移或旋转运动。在图7A中仅可见释放键715中的一个；然而，四个独立的键715在下文所述的图6E的横截面图中径向可见。

释放键715位于键孔615内。键孔615延伸通过内心轴610和活塞心轴620。释放键715包括肩734。肩734位于活塞心轴620中的肩凹陷624内。肩凹陷624足够大以允许肩734径向向内移动。然而，这样的动作在图7A中由于释放套筒710的存在而受限。

应当注意，在图7A或图7B中看不到内心轴610和活塞心轴620之间的环空625。这是由于环空625不延伸通过该横截面或者非常小。相反地，环空625采用保持释放键715支撑的独立的径向间隔通道。换句话说，组成环空625的大通道的位置远离围绕键孔615的内心轴610的材料。

在每一个释放键的位置处，键孔615被机械加工成穿过内心轴610。键孔615被钻孔成容纳相应的释放键715。如果有四个释放键715，则将有四个分立的在圆周上间隔开的隆凸以明显地减小环空625。相邻隆凸之间的环空625的剩余区域允许更替流动通道625中的流动绕过释放键715。

隆凸可以被机械加工为内心轴610的主体的一部分。更具体地，组成内心轴610的材料可以被机械加工以形成隆凸。可选地，隆凸可以被机械加工为独立的、短的释放心轴(未示出)，所述释放心轴随后螺接到内心轴610。进一步可选地，隆凸可以是通过焊接或其它手段固定在内心轴610和活塞心轴620之间的独立的间隔块。

在这里还应当注意，在图6A中，活塞心轴620图示为一个整体。然而，活塞心轴620的键孔615所处的部分可以是独立的、短的释放壳体。该独立壳体随后连接到主活塞心轴620。

每一个释放键715都具有开口732。类似地，释放套筒710具有开口722。释放键715中的开口732和释放套筒710中的开口722被成形且构造成接收剪切销。在720处可见剪切销。在图7A中，剪切销720由释放套筒710保持在开口732、722内。然而，在图7B中，剪切销720已被剪切，并且仅销720的一小部分仍然可见。

释放键715的外缘具有起伏(ruggled)表面或齿。释放键715的齿图示为736。释放键715的齿736成一定角度并且构造成与活塞壳体640内相应的起伏表面相配合。用于活塞壳体640的配合起伏表面(或齿)图示为646。齿646位于活塞壳体640的内面上。在接合时，齿736、646防止活塞壳体640相对于活塞心轴620或内心轴610运动。优选地，配合起伏表面或齿646位于独立的、短的外释放套筒的内面上，所述外释放套筒随后螺接到活塞壳体640。

现在返回图6A和图6B，封隔器600包括扶正构件650。扶正构件650通过活塞壳体640的运动致动。扶正构件650可以是例如公开号为US2011/0042106的美国专利申请中所述。

封隔器600还包括密封元件655。当扶正构件650被致动并且在周围井筒内扶正封隔器600时，活塞壳体640继续致动密封元件655，如公开号为US2009/0308592的美国专利申请中所述。

在图6A中，扶正构件650和密封元件655处于它们的下入位置。在图6B中，扶正构件650和相连的密封元件655已被致动。这就意味着活塞壳体640已沿着活塞心轴620移动，导致扶正构件650和密封元件655两者接合周围井筒壁。

如上所述，活塞壳体640的运动响应于来自包括砾石砂浆的井筒流体的流体静压力而发生。在封隔器600的下入位置(在图6A中示出)，活塞壳体640通过释放套筒710和关联的活塞键715而保持就位。在图7A中示出了该位置。为了坐封封隔器600(根据图6B)，释放套筒710必须为释放键715让路，以使释放键715的齿736不再与活塞壳体640的齿646接合。在图7B中示出了该位置。

为了将释放套筒710释放而使用坐封工具。示范性的坐封工具在图7C中图示为750。坐封工具750限定短圆柱体755。优选地，坐封工具750随着冲洗管柱(未示出)而被下入井筒。可以在地面处控制冲洗管柱沿着井筒的运动。

坐封工具750的上端752由若干径向弹性爪指760组成。弹性爪指760在受到足够的向内力时收缩。在操作中，弹性爪指760闩锁到沿着释放套筒710形成的轮廓724中。弹性爪指760包括与释放键710的轮廓724配合或闩锁到其中的凸起表面762。在闩锁后，在井筒内拉动或提升坐封工具750。随后，坐封工具750用足够的力拉动释放套筒710以导致对剪切销720进行剪切。一旦剪切销720被剪切，释放套筒710就沿着内心轴610的内表面608自由地向上平移。

如上所述，坐封工具750可以随着冲洗管下入井筒中。坐封工具750可以简单地是冲洗管主体的异型部分(profiled portion)。然而，优选地，坐封工具750是螺纹地连接到冲洗管的独立管状体755。在图7C中，在770处提供连接工具。连接工具770包括外螺纹775以用于连接到钻具或其它下入管。连接工具770延伸到坐封工具750的主体755中。连接工具770可以一直延伸穿过主体755以连接到冲洗管或其它装置，或者它可以连接到坐封工具750的主体755内的内螺纹(不可见)。

返回图7A和图7B，释放套筒710的行进被限制。在这方面，释放套筒710的第一端部或顶端726沿着内心轴610的内表面608停靠在肩606上。释放套筒710的长度足够短，以允许释放套筒710离开释放键715中的开口732。在完全转位后，释放键715径向向内移动，在存在流体静压力时通过活塞壳体640中的起伏轮廓而被推动。

销720的剪切和释放套筒710的运动还允许释放键715从活塞壳体640脱离。肩凹陷624被成形为一旦释放套筒710离开，就允许释放键715的肩734从活塞壳体640的齿646下落或脱离。流体静压力随后作用于活塞壳体640以使其相对于活塞心轴620向下平移。

在剪切销720已被剪切之后，活塞壳体640沿着活塞心轴620的外表面自由滑动。为了完成该动作，来自环空625的流体静压力作用于活塞壳体640中的肩642。这在图6B中最佳地可见。肩642用作承压表面。流体端口628被设置为穿过活塞心轴620以允许流体进入肩642。有利地，流体端口628允许在砾石充填操作期间施加高于流体静压力的压力。压力施加到活塞壳体640以确保封隔器元件655抵靠周围井筒接合。

封隔器600还包括计量装置。当活塞壳体640沿着活塞心轴620平移时，计量孔664调节活塞壳体沿着活塞心轴平移的速度，因此减慢活塞壳体的运动并且调节封隔器600的坐封速度。

为了进一步理解示范性机械坐封封隔器600的特征，可参考公开号为WO2012/082303的国际申请。该共同待决申请给出了在本申请的图6C、6D、6E和6F中示出的附加横截面图。在本文中无需重复上述横截面图的描述。

一旦绕过封隔器600的流体被坐封，砾石充填操作即可开始。图8A至图8N给出了一个实施例中的砾石充填程序的各个阶段。砾石充填程序使用具有更替流动通道的封隔器组件。封隔器组件可以与图3A的封隔器组件300一致。封隔器组件300具有机械坐封封隔器304。这些机械坐封封隔器可以与图6A和图6B的封隔器600一致。

在图8A至图8J中，防砂装置与图示的砾石充填程序一起使用。在图8A中，示出了井筒800。井筒800包括壁。沿着可以是水平或竖直的水平井筒800注明了两个不同的生产井段。这些两个不同的生产井段图示为810和820。两个防砂装置850已下入井筒800中。在每一个生产井段810、820中提供独立的防砂装置850。

每一个防砂装置850都由中心管854和周围防砂筛管856组成。中心管854具有割缝或射孔以允许流体流动到中心管854中。防砂装置850也均包括更替流动路径。这些可以与来自图4B或图5B的分流管218一致。优选地，分流管是在图示为852的环空区域中布置在中心管854和防砂筛管856之间的内部同心分流管。

防砂装置850经由中间封隔器组件300而被连接。在图8A的布置中，封隔器组件300安装在生产井段810和820之间的界面处。可以包含一个以上的封隔器组件300。防砂装置850和封隔器组件300之间的连接可以与上述的美国专利US7661476一致。

除了防砂装置850以外，冲洗管840已降入井筒800中。冲洗管840在附连到钻管835或其它工作管柱的端部的转换工具或砾石充填施工工具(未示出)下方被下入井筒800中。冲洗管840是延伸到防砂筛管850中的长形管状构件。冲洗管840在砾石充填操作期间有助于砾石砂浆的循环，并且随后被去除。转位工具(例如在图7C中给出的转位工具750)附连到冲洗管840。转位工具750放置在封隔器300下方。

在图8A中，转换工具845放置在钻管835的端部处。转换工具845用于引导砾石砂浆的注入和循环，正如下文更详细地介绍的那样。

独立的封隔器815连接到转换工具845。封隔器815和相连的转换工具845临时放置在生产套管柱830内。封隔器815、转换工具845、长形冲洗管840、转位工具750和砾石充填筛管850一起下入井筒800的下端。然后在生产套管830中坐封封隔器815。转换工具845随后从封隔器815中释放并自由移动，如图8B所示。

在图8B中，在生产套管柱830中坐封封隔器815。这就意味着封隔器815被致动以使卡瓦(slips)和弹性密封元件延伸抵靠周围套管柱830。封隔器815被坐封在将被砾石充填的井段810和820的上方。封隔器815密封井段810和820以阻隔井筒800的在封隔器815上方的部分。

在沿着套管放置封隔器815之后，如图8B所示，转换工具845向上转位到反转位置。可以在该位置获得循环压力。携带液812沿着钻管835向下泵送并且放置到封隔器815上方的钻管835和周围生产套管830之间的环空中。携带液是作为砾石充填砂浆中的液体成分的砾石携带液。携带液812置换在封隔器815上方的经调节的钻井流体814，所述经调节的钻井流体同样可以是油基流体例如经调节的NAF。携带液812在由箭头“C”指示的方向上置换钻井流体814。

接下来，坐封封隔器，如图8C所示。这通过拉动位于冲洗管840上的封隔器组件300下方的转位工具并使其向上经过封隔器组件300而完成。更具体地，坐封封隔器组件300的机械坐封封隔器304。例如，封隔器304可以是图6A和图6B的封隔器600，正如申请号为61/424,427的美国临时专利申请中更完整地介绍的那样。如本文所述，封隔器600均具有活塞壳体。活塞壳体在下入期间沿着活塞心轴保持就位。使用释放套筒和释放键固定活塞壳体。释放套筒和释放键防止活塞壳体和活塞心轴之间的相对平移运动。

在坐封期间，当活塞壳体沿着内心轴行进时，它也对封隔元件施加力。扶正器和封隔器的可膨胀封隔元件抵靠井筒壁膨胀。

可以使用与冲洗管一起下入井筒中的坐封工具来坐封封隔器600。坐封工具可以简单地是用于砾石充填操作的冲洗管主体的异型部分。然而，优选地，坐封工具是螺纹地连接到冲洗管的独立管状体，如图7C所示。

封隔器600用于封隔形成于防砂筛管856和井筒800的周围壁805之间的环空区域。冲洗管840降低到反转位置。当处于反转位置时，如图8D所示，含有砾石的携带液可以放置在钻管835内并且用于迫使清洁的置换流体814通过冲洗管840并且沿着在封隔器上方形成于钻管835和生产套管830之间的环空向上，如箭头“C”所示。

在图8D至8F中，转换工具845可以被转位进入循环位置以砾石充填第一地下井段810。在图8D中，含有砾石的携带液816开始在防砂筛管856和裸眼井筒800的壁805之间的环空中的封隔器300上方的生产井段810内形成砾石充填。流体流动到防砂筛管856的外部并且通过冲洗管840返回，如箭头“D”所示。

在图8E中，第一砾石充填860开始形成于封隔器300上方。砾石充填860在防砂筛管856周围并且朝向封隔器815形成。携带液812在封隔器300下方循环并且到达井筒800的底部。不含砾石的携带液812沿着冲洗管840向上流动，如箭头“C”所示。

在图8F中，砾石充填过程继续朝向封隔器815形成砾石充填860。防砂筛管856现已被封隔器300上方的砾石充填860完全覆盖。携带液812继续在封隔器300下方循环并且到达井筒800的底部。不含砾石的携带液812沿着冲洗管840向上流动，同样如箭头“C”所示。

一旦砾石充填860形成于第一井段810中并且在封隔器300上方的防砂筛管被砾石覆盖，含有砾石的携带液816即被迫使通过运输管(在图3B中图示为318)。含有砾石的携带液816形成图8G至8J中的砾石充填860。

在图8G中，含有砾石的携带液816现正在封隔器300下方的生产井段820内流动。携带液816流动通过分流管和封隔器300，并随后到达防砂筛管856的外部。携带液816随后在防砂筛管856和井筒800的壁805之间的环空中流动，并且通过冲洗管840返回。含有砾石的携带液816的流动由箭头“D”指示，而不含砾石的冲洗管840中的携带液的流动在812处指示，如箭头“C”所示。

在这里应当注意，砂浆仅沿着封隔器部分流动通过旁通通道。在此之后，砂浆将进入下一个相邻的筛管接头中的更替流动通道。更替流动通道具有在筛管接头的每一个端部处管汇在一起的运输管和充填管。充填管沿着防砂筛管接头设置。充填管代表允许砂浆填充环空中的任何空隙的侧喷嘴。运输管将进一步向下游携带砂浆。

在图8H中，砾石充填860开始在封隔器300下方和防砂筛管856周围形成。在图8I中，砾石充填继续从井筒800的底部向上朝向封隔器300增加砾石充填860。在图8J中，砾石充填860已从井筒800的底部一直形成到封隔器300。在封隔器300下方的防砂筛管856已被砾石充填860覆盖。表面处理压力增加以指示防砂筛管856和井筒800的壁805之间的环空空间完全被砾石充填。

图8K示出了来自图8A至8N的钻具835和冲洗管840已从井筒800上去除。套管830、中心管854和防砂筛管856沿着上部生产井段810和下部生产井段820保持在井筒800中。在图8A至8J中的砾石充填程序完成之后，封隔器300和砾石充填860保持坐封在裸眼井筒800中。井筒800现已准备好进行生产操作。

返回到图9A，图9A再次示出了长形防砂筛管组件900，其可以放置在裸眼井筒100中以用于在生产操作期间限制砂和细粒的流入。组件900包括优选地沿着防砂筛管组件900的轴向长度延伸的中心管902。中心管902在中心管902的下游或第二端部处操作性地附连到扭矩套筒1100。防砂筛管组件900还包括沿其长度放置的至少一个喷嘴环910a、910b、…910e。防砂装置或防砂段914a、914b、…914f放置在喷嘴环910a、910b、…910f之间。可选地，至少一个扶正器916a、916b围绕选定的防砂段放置。

如图9B所示，沿着防砂装置914a、914b、…914f使用运输管908a、908b、…908f和充填管908g、908h、908i。在图9B的视图中，示出了九个独立管；然而，可以使用更多或更少数量的管。运输管908a、908b、…908f和充填管908g、908h、908i在防砂筛管组件900的整个长度上是连续的。运输管908a、908b、…908f和充填管908g、908h、908i优选地由钢(例如低屈服的可焊接钢)构成。

充填管908g、908h、908i以固定间隔(例如大约每隔六英尺)包括喷嘴开口，以便于将砾石砂浆从充填管908g、908h、908i输送到井筒环空。

防砂筛管组件900的优选实施例还包括多个轴向杆912。轴向杆可以是平行于管908a、908b、…908i延伸的任何整体。轴向杆912为防砂筛管组件900提供附加的结构完整性并且至少部分地支撑防砂筛管段914a、914b、…914f。在一方面，三个轴向杆912布置在每对管908a、908b、…908i之间。

在美国专利US7938184中提供了关于防砂筛管组件900的更多细节。具体地，图3A、3B、3C、4A、4B、5A、6和7给出了关于防砂筛管组件900的部件的细节。这些图和所附的文字内容通过引用而并入本文。

如上所述，防砂筛管组件900还包括负载套筒1000和扭矩套筒1100。负载套筒1000操作性地附连在第一端部处或第一端部附近，而扭矩套筒1100操作性地附连在第二端部处或第二端部附近。负载套筒1000和扭矩套筒1100可以利用将来自套筒1000、1100的力有效地传递到中心管902的任何机构(例如，通过焊接、夹紧、闩锁或本领域中已知的其它技术)操作性地附连到中心管902。用于将套筒1000、1100固定到中心管902的一个优选机构是通过套筒1000、1100驱动到中心管902中的螺接件例如扭矩螺栓。套筒1000、1100优选地由具有足够的强度以承受在筛管下入操作期间达到的接触力的材料制造。一种优选的材料是高屈服的合金材料例如S165M。

负载套筒1000和扭矩套筒1100能够在对准分流管的同时与封隔器组件或其它长形井下工具直接连接。

参考图10A和10B，图10A是在一个实施例中用作图9A的防砂筛管组件的一部分的负载套筒1000的轴测图。图10B是图10A的负载套筒的端视图。

负载套筒1000包括大致圆筒形的长形主体1020，具有外径和从第一端部1004延伸到第二端部1002的孔。负载套筒1000也可以包括至少一个运输导管1008a、1008b、…1008f和至少一个充填导管1008g、1008h、1008i(尽管示出了六个运输导管和三个充填导管，但是本发明可以包括更多或更少的这样的导管)，所述导管从第一端部1004延伸到第二端部1002以形成至少大致位于内径1006和外径之间的开口。

在本技术的一些实施例中，负载套筒1000包括在下游端部1002处的倾斜边缘1016以便于更容易将分流管1008a、1008b、…1008i焊接至此。优选实施例还包括在下游或第二端部1002的面中的多个径向割缝或凹槽1018以用于接收多个轴向杆。

优选地，负载套筒1000包括在其下游端部1002和负载肩1012之间的径向孔1014a-1014n以接收螺接件1006。例如，可以围绕负载套筒1000的外圆周大致等间距地分三组设置九个孔1014(每三个孔为一组)，从而提供从负载套筒1000到中心管902的重量传递的更加均匀的分布。

参考图11，图11是在一个实施例中用作图9A的防砂筛管组件900的一部分的扭矩套筒1100的透视图。扭矩套筒1100放置在防砂筛管组件900的下游端部或第二端部处。

扭矩套筒1100包括上游端部或第一端部1102、下游端部或第二端部1104、内径1106和各种更替路径通道或导管1108a-1108i。通道代表从第一端部1102延伸到第二端部1104的运输导管1108a-1108f，以及在到达第二端部1104之前终止并且通过喷嘴1118释放砂浆的充填导管1108g-1108i。

优选地，扭矩套筒1100包括在上游端部1102和唇缘部分1110之间的径向孔1114以在其中接收螺纹紧固件。例如，可以围绕扭矩套筒1100的外圆周等间距地分三组设置九个孔1114(每三个孔为一组)。

在图11的实施例中，扭矩套筒1100在上游端部1102处具有倾斜边缘1116以便于更容易将分流管1108附连至此。优选实施例也可以包含在上游端部1102的面中的多个径向割缝或凹槽1112以接收多个轴向杆912。例如，扭矩套筒1100可以在每对分流管1108之间具有三个轴向杆912，总共有27个轴向杆附连到每一个扭矩套筒1100。

图12是用作图9A的防砂筛管组件900的一部分的喷嘴环1200的端视图。喷嘴环1200适合于并且构造成围绕中心管902、运输管914a、914b、…914e和充填管908g、908h、908i装配。喷嘴环1200在图9A的侧视图中图示为喷嘴环910a、910b、…910n。喷嘴环在制造期间优选地是筛管组件的一部分，以使得不需要在现场组装喷嘴环。每一个喷嘴环1200都在与图11中的凹槽1112相类似的凹槽处通过绕丝焊接保持就位。开口环(未示出)可以安装在每一个喷嘴环1200和绕丝之间的界面处。

喷嘴环1200包括多条通道1204a、1204b、…1204i以接收运输管914a、914b、…914e和充填管908g、908h、908i。每一条通道1204a、1204b、…1204i从上游端部或第一端部通过喷嘴环1200延伸到下游端部或第二端部。对于每一个充填管908g、908h、908i，喷嘴环1200都包括开口或孔1202a、1202b、1202c。每一个孔1202a、1202b、1202c在径向方向上从喷嘴环1200的外表面朝向中心点延伸。每一个孔1202a、1202b、1202c至少部分地与至少一条通道1204g、1204h、1204i干涉或交叉以通过插件(未示出)将充填管道在其中保持就位。对于具有干涉孔1202a、1202b、1202c的每一条通道1204g、1204h、1204i，还设有从通道壁延伸通过喷嘴环1200的出口1206a、1206b、1206c。出口1206a、1206b、1206c具有垂直于孔1202a、1202b、1202c的中心轴线定向的中心轴线。通过具有孔1202a、1202b、1202c的通道插入的每一个充填管908g、908h、908i都包括与出口1206a、1206b、1206c流体流动连通的射孔。

在美国专利US7938184中提供了关于负载套筒1000、扭矩套筒1100和喷嘴环1200的更多细节。

返回图9A，在图9A的图示中，示出了水平取向的防砂筛管组件900及其部件。在水平取向上，砾石材料可以围绕防砂筛管段充填以便实现成功的砾石充填。然而，有时会发生安置砾石材料的问题，特别是在竖直或大体偏斜的井筒中。这会导致砾石的不一致充填，防砂筛管段的上部部分直接暴露给周围地层。

图13A是已经历具有层间封隔的砾石充填操作的井筒1300A的侧视图。井筒1300A具有井筒壁1305。

一系列部件在图13A中用括号表示。首先，括号1310表示第一或上部防砂段。防砂段1310包括射孔中心管1312和周围过滤介质1314。防砂段1310还包括一个或多个运输导管1316和一个或多个充填导管1318。在图13A的布置中，示出了一个运输导管1316和一个充填导管1318。然而，应当理解，可以使用任何数量的这样的导管1316、1318以便提供用于砾石砂浆的更替流动路径。

在图13A中，砾石充填已围绕第一防砂段1310放置。砾石材料图示为1315。砾石材料或“充填”1315为周围井筒壁1305提供支撑并且也用于滤除来自周围地层的颗粒。

还示出了括号1320和1340。这些括号表示相应的封隔器组件。封隔器组件1320、1340均包括密封元件1322、1342。此外，每一个封隔器组件1320、1340分别包括更替流动通道1326和1346。封隔器组件1320、1340优选地是机械坐封封隔器例如图6A和6B所示的封隔器600。在图13A的视图中，每一个封隔器组件1320、1340都坐封在井筒1300A的壁1305内。

接下来，示出了括号1330。括号1330代表在封隔器组件1320和1340之间的长形空间。长形空间1330包括无眼管1332的部分。无眼管1332可以是钢管的一个、两个或多个接头。长形空间1330可以横穿地下地层的非生产部分。可选地，长形空间1330可以简单地是封隔器600之间的短间隔。

还提供了括号1350。括号1350代表无眼管1352的另一部分。在此情况下，可以使用仅一个或两个短节或其它接头来组成管1352。可选地，括号1350还代表无眼管1352的延长长度。

应当注意，更替流动通道也沿着管1332和1352延伸。这些分别图示为1336和1356。更替流动通道1336、1356用作运输导管以便将砾石砂浆输送到下一个防砂段。

最后的括号图示为1360。括号1360表示另一防砂段。这是第二或下部防砂段。防砂段1360也包括割缝中心管1362和周围过滤介质1364。防砂段1360还包括一个或多个运输导管1366和一个或多个充填导管1368。在图13A的布置中，示出了一个运输导管1366和一个充填导管1368。然而，同样应当理解，可以使用任何数量的这样的导管1366、1368以便提供用于砾石砂浆的更替流动路径。

在图13A中，砾石充填已围绕第二防砂段1360放置。砾石材料图示为1365。砾石材料或“充填”1365为周围井筒壁1305提供支撑并且也用于滤除来自周围地层的颗粒。观察到砾石充填1365在防砂段1360的上端处见顶，这在多层完井中是惯例。

图13B是图13A的井筒1300A的另一侧视图。在这里，井筒图示为1300B。井筒1300B与井筒1300A相同；然而，在井筒1300B中，已安置围绕下部防砂筛管1360的砾石充填1365中的砾石。安置部分图示为1365′。结果是防砂筛管1364的上部部分直接地且不合需要地暴露给周围地层。

图13C是图13A的井筒1300A的另一侧视图。在这里，井筒图示为1300C。在该视图中，本发明的接头组件1400已放置在下部防砂段1360的上方。接头组件1400不仅包括无眼管1352和运输导管1356，而且包括一个或多个充填导管1358。该层中的充填导管1358是新颖的，并且允许将砾石储备放置在下部防砂段1360中的过滤介质1364的上方以备将来安置。

在图13C的视图中，可见砾石材料1355延伸到下部防砂段1360上方。该砾石材料1355用作未来安置的储备，由此防止在图13B中可见的暴露部分1365′。

图14是在一个实施例中可以在本发明的井筒完井装置中使用的接头组件1400的透视剖视图。井筒完井装置大体上包括图13C的封隔器组件1340、接头组件1400和下部防砂段1360。

在图14中，能够看到接头组件1400首先包括中心管1412。中心管1412限定无眼管的一个或多个接头。在一方面，中心管1412的长度在大约8英尺到40英尺(2.4米到12.2米)之间。中心管1412对应于图13C的无眼管1352。中心管1412形成大体沿着接头组件1400的长度延伸的长形孔1415。

接头组件1400也包括至少一个运输导管1420和至少一个充填导管1430。在图14的布置中，导管1420、1430沿着中心管1412的外径布置。运输导管1420和充填导管1430设计成在砾石充填操作期间运载砾石砂浆。

接头组件1400可选地还包括护罩1414。护罩1414限定环绕运输导管1420和充填导管1430的大体圆柱体。护罩1414代表薄的多孔介质或射孔或割缝管，其允许砾石砂浆自由地流动通过护罩1414，同时仍然为外部导管1420、1430提供少量的机械支撑或保护。

应当注意，接头组件1400的上游端部可以包括负载套筒例如图10A和10B的负载套筒1000。接头组件1400的相对的下游端部相应地包括扭矩套筒例如图11的扭矩套筒1100。

基于以上描述，在本文中提供一种用于完成裸眼井筒的方法。在图15中给出了该方法。图15提供的流程图给出了在某些实施例中用于完成井筒的方法1500的步骤。

方法1500首先包括提供第一防砂筛管组件。这在方框1510处示出。防砂筛管组件包括串联连接的一个或多个防砂段。一个或多个防砂段中的每一个都包括中心管。防砂段的中心管限定射孔或割缝管道的接头。每一个防砂段还包括过滤介质，所述过滤介质沿着大部分的中心管围绕中心管。过滤介质可以包括绕丝筛管、割缝衬管、膜式筛管、可膨胀筛管、烧结金属筛管、金属丝网筛管、形状记忆聚合物或预充填固体颗粒床。中心管和过滤介质一起形成防砂筛管。

防砂筛管布置成具有更替流动路径技术。在这方面，每一个防砂筛管包括构造成绕过中心管的至少一个运输导管。运输导管大致沿着中心管延伸。每一个防砂装置还包括至少一个充填导管。每一个充填导管具有喷嘴，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到过滤介质和周围地下地层之间的环空区域中。

方法1500还包括提供第一接头组件。这在方框1520处提供。接头组件包括非射孔中心管、大致沿着非射孔中心管延伸的至少一个运输导管、和至少一个充填导管。运输导管沿着接头组件运载砾石充填砂浆，而充填导管均具有喷嘴，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到非射孔中心管和周围地下地层之间的环空区域中。

方法1500还包括提供封隔器组件。这在方框1530处提供。封隔器组件包括至少一个密封元件。密封元件构造成被致动以接合周围井筒壁。封隔器组件也具有内心轴。封隔器组件还具有至少一个运输导管。运输导管沿着内心轴延伸并且运载砾石充填材料通过封隔器组件。

在一方面，封隔器组件代表机械坐封封隔器例如以上结合图6A和6B介绍的封隔器600。在另一方面，封隔器组件代表一对间隔开的机械坐封封隔器或环空密封件。这些代表上部封隔器和下部封隔器。每一个机械坐封封隔器具有密封元件，所述密封元件的长度例如可以为大约6英寸(15.2cm)到24英寸(61.0cm)。每一个机械坐封封隔器还具有与防砂段的中心管流体连通的内心轴。

在至少两个机械坐封封隔器中间，可选地可以设置至少一个可膨胀封隔器元件。可膨胀封隔器元件的长度优选地为大约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造。在存在流体(例如水、气体、石油或化学物质)的情况下，可膨胀封隔器元件在一定时间内被致动。例如，如果机械坐封封隔器元件之一失效，则会发生膨胀。可选地，当可膨胀封隔器元件周围的地层中的流体接触可膨胀封隔器元件时，可以在一定时间内发生膨胀。

方法1500还包括串联地连接防砂筛管组件、第一接头组件和封隔器组件。这在方框1540处示出。该连接使得一个或多个防砂段的射孔中心管、接头组件的非射孔中心管和封隔器组件的内心轴流体连通。该连接还使得一个或多个防砂段中的至少一个运输导管、接头组件中的至少一个运输导管和封隔器组件中的至少一个运输导管流体连通。运输导管提供用于砾石砂浆的更替流动路径，并且将砂浆输送到充填导管。因此，砾石充填材料可以沿着地下地层转送到不同深度和井段。

方法1500接下来包括将防砂筛管组件以及连接的接头组件和封隔器组件下入井筒中。这在方框1550处提供。防砂筛管组件和连接的封隔器组件沿着井筒的裸眼部分放置。

方法1500还包括坐封封隔器的至少一个密封元件。这在方框1560中可见。通过将封隔器的密封元件致动成与井筒的周围裸眼部分接合来完成方框1560的坐封步骤。随后，方法1500包括将砾石砂浆注入形成于防砂筛管和井筒的周围裸眼部分之间的环空区域中。这在方框1570处示出。

方法1500还包括通过接头组件的充填导管注入砾石砂浆。这在方框1580处示出。完成该附加注入以便围绕防砂筛管组件上方的非射孔中心管沉积砾石充填材料的储备。

应当注意，封隔器组件和接头组件的运输通道分别允许砾石砂浆绕过密封元件和非射孔中心管。以这种方式，在井筒中已坐封封隔器之后，在封隔器的上方和下方砾石充填井筒的裸眼部分。还应当注意，防砂段的运输导管允许砾石砂浆绕过任何过早的砂桥和井眼塌陷区域。

在一方面，每一个机械坐封封隔器都具有内心轴和围绕内心轴的更替流动通道。封隔器还可以具有可移动活塞壳体和弹性密封元件。密封元件操作性地连接到活塞壳体。这意味着沿每一个封隔器(相对于内心轴)滑动可移动活塞壳体将使相应的密封元件致动成与周围井筒接合。

方法1500还可以包括将坐封工具下入封隔器的内心轴中，并且将每一个封隔器中的可移动活塞壳体从其固定位置释放。优选地，坐封工具是用于砾石充填的冲洗管的一部分或随其下入。将可移动活塞壳体从其固定位置释放的步骤相应地包括沿着每一个封隔器的内心轴拉动装有坐封工具的冲洗管。这用于剪切至少一个剪切销并且转位相应的封隔器中的释放套筒。剪切销的剪切允许活塞壳体沿着活塞心轴滑动并且施加将弹性封隔器元件坐封的力。

方法1500还可以包括提供第二接头组件。第二接头组件大体上根据第一接头组件构造，但是不包括充填导管。第二接头组件放置在封隔器组件上方，例如放置在第二防砂筛管组件和封隔器组件中间。

第二防砂筛管组件具有与第一防砂筛管组件的一个或多个防砂段一致的一个或多个防砂段。第二接头组件放置成使得：(i)第二接头组件的非射孔中心管、第二防砂筛管组件的射孔中心管和封隔器组件的内心轴流体连通；并且(ii)第二接头组件中的至少一个运输导管、第二防砂筛管组件中的至少一个运输导管和封隔器组件中的至少一个运输导管流体连通。方法1500随后包括操作性地串联连接封隔器组件、第二接头组件和第二防砂筛管组件，由此将第二防砂筛管组件的射孔中心管放置成与第一防砂筛管组件的射孔中心管流体连通。

在一方面，第二接头组件和第三接头组件串联地放置在第二防砂筛管组件和封隔器组件之间。第三接头组件根据第一接头组件构造，也就是说，其包括充填导管。例如，第一和第三接头组件可以是15英尺的短节。可选地可以提供一个以上的第二接头组件并且可选地可以提供一个以上的第三接头组件，以延长接头组件的总长度。

在另一方面，第二接头组件与第一接头组件串联地放置。这在封隔器组件下方或者在封隔器组件和第一防砂筛管组件之间提供了附加的砾石充填长度。例如，第一和第二接头组件可以是15英尺的短节。可选地可以提供一个以上的第二接头组件并且可选地可以串联地提供一个以上的第一接头组件，以延长接头组件的总长度。

在另一方面，两个或更多个第一接头组件(也就是，具有运输导管和充填导管两者的接头组件)串联地放置在封隔器组件下方且不设置第二接头组件。可选地，一个或多个第二接头组件串联地放置在第一接头组件和第一防砂筛管组件之间。

图16是示意图，给出了用于布置本发明的井筒完井装置的各种选择。该图展示了上述的某些方面。

上述方法1500可以用于选择性地从多个油层采出或向多个油层中注入。该方法在多层完井井筒中提供了增强的地下采出或注入控制。

尽管显而易见的是本文中所述的发明很好地适合于获得上述的益处和优点，但是应该理解，本发明易于进行修改、变型和更改而不脱离其精神。提供了用于完成裸眼井筒的改进方法，以便密封一个或多个选定的地下井段。还提供了改进的层间封隔装置。本发明允许操作员从选定的地下井段采出流体或者将流体注入选定的地下井段中。

Claims (40)

1.一种用于在地下地层中完成井筒的方法，所述方法包括：

提供具有一个或多个防砂段的第一防砂筛管组件，每一个所述防砂段都包括：

具有一个或多个接头的射孔中心管，至少一个运输导管大致沿着所述中心管延伸以用于运输砾石充填砂浆，

过滤介质，所述过滤介质沿着大部分的所述中心管径向地围绕所述中心管从而形成防砂筛管，和

具有喷嘴的至少一个充填导管，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到所述过滤介质和周围地下地层之间的环空区域中；

提供第一接头组件，所述第一接头组件包括：

非射孔中心管，

大致沿着所述非射孔中心管延伸的至少一个运输导管，和

具有喷嘴的至少一个充填导管，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到所述非射孔中心管和周围地下地层之间的环空区域中；

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，和

大致沿着所述内心轴延伸的至少一个运输导管；

串联地连接所述第一防砂筛管组件、所述第一接头组件和所述封隔器组件，其中：(i)所述一个或多个防砂段的射孔中心管、所述第一接头组件的非射孔中心管和所述封隔器组件的内心轴流体连通；并且(ii)所述一个或多个防砂段中的至少一个运输导管、所述第一接头组件中的至少一个运输导管和所述封隔器组件中的至少一个运输导管流体连通；

将所述第一防砂筛管组件以及连接的第一接头组件和封隔器组件下入所述井筒中；

将所述至少一个密封元件坐封成与周围井筒接合；

在已坐封所述密封元件之后，将砾石砂浆注入所述井筒中，以便在所述封隔器组件下方形成砾石充填；以及

进一步将砾石砂浆注入所述井筒中，以便在所述第一防砂筛管组件上方围绕所述非射孔中心管淀积砾石充填材料的储备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每一个防砂筛管的所述过滤介质包括绕丝筛管、割缝衬管、陶瓷筛管、膜式筛管、可膨胀筛管、烧结金属筛管、金属丝网筛管、形状记忆聚合物或预充填固体颗粒床。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述封隔器组件包括机械坐封封隔器；并且

坐封所述密封元件包括将所述机械坐封封隔器坐封成与周围井筒接合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述封隔器组件包括可膨胀封隔器；并且

坐封所述密封元件包括允许所述可膨胀封隔器膨胀成与周围井筒接合。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述封隔器组件包括第一机械坐封封隔器以及与所述第一机械坐封封隔器间隔开的第二机械坐封封隔器，所述第二机械坐封封隔器大致是所述第一机械坐封封隔器的镜像或者与所述第一机械坐封封隔器大致相同；并且

坐封所述密封元件包括将每一个机械坐封封隔器坐封成与周围井筒接合。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

所述封隔器组件还包括位于间隔开的机械坐封封隔器之间的可膨胀封隔器；并且

坐封所述密封元件还包括允许所述可膨胀封隔器膨胀成与周围井筒接合。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述井筒用射孔套管柱完成；并且

将所述至少一个封隔器组件的密封元件致动成与周围井筒接合是指将所述密封元件致动成与周围的射孔套管接合。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述井筒作为裸眼完井完成；并且

将所述至少一个封隔器组件的密封元件致动成与周围井筒接合是指将所述密封元件致动成与周围的地下地层直接接合。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

提供第二接头组件，所述第二接头组件包括：

非射孔中心管，和

大致沿着所述非射孔中心管延伸的至少一个运输导管。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

连接所述封隔器组件上方的所述第二接头组件以使得：(i)所述第二接头组件的非射孔中心管和所述封隔器组件的内心轴流体连通；并且(ii)所述第二接头组件中的至少一个运输导管和所述封隔器组件中的至少一个运输导管流体连通。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

提供第二防砂筛管组件，所述第二防砂筛管组件具有与所述第一防砂筛管组件的一个或多个防砂段一致的一个或多个防砂段；并且

与所述封隔器组件相对地将所述第二防砂筛管组件操作性地连接到所述第二接头组件，由此将所述第二防砂筛管组件的射孔中心管放置成与所述封隔器组件的内心轴流体连通。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：

所述第一防砂筛管组件的一个或多个防砂段的至少一个运输导管包括围绕其对应的射孔中心管同心地放置的大约六个运输导管；

所述第二防砂筛管组件的一个或多个防砂段的至少一个运输导管也包括围绕其对应的射孔中心管同心地放置的大约六个运输导管；

所述第一防砂筛管组件的一个或多个防砂段的至少一个充填导管包括大约三个充填导管；并且

所述第二防砂筛管组件的一个或多个防砂段的至少一个充填导管也包括大约三个充填导管。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

提供根据所述第一接头组件构造的第三接头组件；并且

将所述第二接头组件操作性地连接到所述第三接头组件，由此：(i)将所述第二防砂筛管组件的射孔中心管以及所述第二接头组件的非射孔中心管和所述第三接头组件的非射孔中心管放置成与所述封隔器组件的内心轴流体连通，并且(ii)将所述第二接头组件的运输导管和所述第三接头组件的运输导管放置成与所述封隔器组件的运输导管流体连通。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述第二接头组件包括长度约为15英尺的一个或多个短节；并且

所述第三接头组件包括长度也约为15英尺的一个或多个短节。

15.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述第二接头组件位于所述第三接头组件和所述封隔器组件之间；或者

所述第二接头组件位于所述第三接头组件和所述第二防砂筛管组件之间。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将所述第二接头组件操作性地连接到所述封隔器组件下方的所述第一防砂筛管组件以使得：(i)所述第二接头组件的非射孔中心管和所述封隔器组件的内心轴流体连通；并且(ii)所述第二接头组件中的所述至少一个运输导管和所述封隔器组件中的所述至少一个运输导管流体连通。

17.根据权利要求16所述的方法，其中：

所述第二接头组件包括长度约为15英尺的一个或多个短节；并且

所述第一接头组件包括长度也约为15英尺的一个或多个短节。

18.根据权利要求16所述的方法，其中：

所述第二接头组件位于所述第一接头组件和所述封隔器组件之间；或者

所述第二接头组件位于所述第一接头组件和所述第一防砂筛管组件之间。

19.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一接头组件的至少一个运输导管包括围绕所述非射孔中心管同心地放置的大约六个运输导管，并且

所述第一接头组件的至少一个充填导管包括大约三个充填导管。

20.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一接头组件中的所述至少一个充填导管的每一个充填导管中的所述喷嘴位于离所述第一接头组件的顶部大约六英尺处。

21.根据权利要求1所述的方法，其中进一步将砾石砂浆注入所述井筒中以便淀积砾石充填材料的储备的步骤提供围绕所述非射孔中心管延伸到所述第一防砂筛管组件上方至少六英尺的砾石充填材料的长度。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一接头组件还包括：

具有内径的负载套筒，所述负载套筒在第一端部处或第一端部附近操作性地附连到所述非射孔中心管，所述负载套筒具有至少一个运输导管和至少一个充填导管；

操作性地附连到所述非射孔中心管的第一端部的至少一部分的联接组件，所述联接组件具有联接件和歧管区域，所述歧管区域位于所述联接件外部的环空中并且至少部分地由所述联接件的外表面限定，并且所述歧管区域构造成与所述负载套筒的至少一个运输导管和至少一个充填导管流体连通；以及

具有内径的扭矩套筒，所述扭矩套筒在第二端部处或第二端部附近操作性地附连到所述非射孔中心管，所述扭矩套筒具有至少一个运输导管。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一接头组件还包括：

径向地围绕所述至少一个运输导管和所述至少一个充填导管放置的保护罩，所述保护罩是多孔的，以便允许砾石砂浆穿过其中。

24.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从地下地层并且通过所述防砂段的中心管采出烃流体；以及

允许将所述第一防砂筛管组件上方的非射孔中心管周围的砾石充填材料的储备的至少一部分围绕所述第一防砂筛管组件安置。

25.根据权利要求3所述的方法，其中至少一个所述机械坐封封隔器中的每一个都还包括：

围绕所述内心轴保持的可移动活塞壳体；以及

一个或多个流动端口，所述一个或多个流动端口提供更替流动通道和所述活塞壳体的压力承载表面之间的流体连通。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括：

将坐封工具下入所述至少一个机械坐封封隔器的内心轴中；

操作所述坐封工具以将所述可移动活塞壳体从其保持位置机械地释放；以及

将流体静压力通过所述一个或多个流动端口传递到所述活塞壳体，由此移动释放的活塞壳体并且致动所述密封元件抵靠周围的井筒。

27.一种位于井筒内的井筒完井装置，包括：

具有串联连接的一个或多个防砂段的第一防砂筛管组件，每一个所述防砂段都包括：

具有一个或多个接头的射孔中心管，至少一个运输导管大致沿着所述中心管延伸以用于运输砾石充填砂浆，

过滤介质，所述过滤介质沿着大部分的所述中心管径向地围绕所述中心管从而形成防砂筛管，其中每一个防砂筛管的过滤介质都包括绕丝筛管、膜式筛管、可膨胀筛管、烧结金属筛管、金属丝网筛管、形状记忆聚合物或预充填固体颗粒床，和

具有喷嘴的至少一个充填导管，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到所述过滤介质和周围地下地层之间的环空区域中；

第一接头组件，所述第一接头组件包括：

非射孔中心管，

大致沿着所述非射孔中心管延伸的至少一个运输导管，和

具有喷嘴的至少一个充填导管，所述喷嘴构造成将砾石充填砂浆释放到所述非射孔中心管和周围地下地层之间的环空区域中；

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，和

大致沿着所述内心轴延伸的至少一个运输导管；

其中所述第一防砂筛管组件、所述第一接头组件和所述封隔器组件串联连接以使得：(i)所述一个或多个防砂段的射孔中心管、所述第一接头组件的非射孔中心管和所述封隔器组件的内心轴流体连通；并且(ii)所述一个或多个防砂段中的所述至少一个运输导管、所述第一接头组件中的所述至少一个运输导管和所述封隔器组件中的所述至少一个运输导管流体连通。

28.根据权利要求27所述的井筒完井装置，其中所述封隔器组件包括机械坐封封隔器。

29.根据权利要求27所述的井筒完井装置，其中所述封隔器组件包括可膨胀封隔器。

30.根据权利要求27所述的井筒完井装置，其中所述封隔器组件包括第一机械坐封封隔器以及与所述第一机械坐封封隔器间隔开的第二机械坐封封隔器，所述第二机械坐封封隔器大致是所述第一机械坐封封隔器的镜像或者与所述第一机械坐封封隔器大致相同。

31.根据权利要求27所述的井筒完井装置，其中所述井筒作为裸眼完井完成。

32.根据权利要求27所述的井筒完井装置，还包括：

第二接头组件，所述第二接头组件包括：

非射孔中心管，和

大致沿着所述非射孔中心管延伸的至少一个运输导管；并且其中，(i)所述第二接头组件的非射孔中心管和所述封隔器组件的内心轴流体连通；并且(ii)所述第二接头组件中的所述至少一个运输导管和所述封隔器组件中的所述至少一个运输导管流体连通。

33.根据权利要求32所述的井筒完井装置，其中所述第二接头组件布置在所述封隔器组件下方。

34.根据权利要求33所述的井筒完井装置，其中：

所述第二接头组件包括长度约为15英尺的一个或多个短节；并且所述第一接头组件包括长度也约为15英尺的一个或多个短节。

35.根据权利要求33所述的井筒完井装置，其中：

所述第二接头组件位于所述第一接头组件和所述封隔器组件之间；或者

所述第二接头组件位于所述第一接头组件和所述第一防砂筛管组件之间。

36.根据权利要求32所述的井筒完井装置，其中所述第二接头组件布置在所述封隔器组件上方。

37.根据权利要求36所述的井筒完井装置，还包括：

根据所述第一接头组件构造的第三接头组件，所述第三接头组件也位于所述封隔器组件上方。

38.根据权利要求37所述的井筒完井装置，其中：

所述第二接头组件包括长度约为15英尺的一个或多个短节；并且

所述第三接头组件包括长度也约为15英尺的一个或多个短节。

39.根据权利要求38所述的井筒完井装置，其中：

所述第二接头组件位于所述第三接头组件和所述封隔器组件之间；或者

所述第二接头组件位于所述第三接头组件和在所述封隔器组件上方的第二防砂筛管组件之间，所述第二防砂筛管组件根据所述第一防砂筛管组件构造。

40.根据权利要求27所述的井筒完井装置，其中：

所述第一防砂筛管组件的一个或多个防砂段的至少一个运输导管包括围绕其对应的射孔中心管同心地放置的大约六个运输导管；并且

所述第一防砂筛管组件的一个或多个防砂段的至少一个充填导管包括大约三个充填导管。