CN101432501B - 多层、一次起下作业的完井系统及其使用方法 - Google Patents

多层、一次起下作业的完井系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在一次井下起下作业期间在井眼中完成两个或更多个单独的生产层的改进的完井系统(100)。这种改进的完井系统包括具有两个或更多个生产层装置(108)的完井装置以及完井工具装置。各生产层装置(106)可包括自动系统定位装置以及用于对该工具装置进行密封的至少两个反向密封系统。

Description

多层、一次起下作业的完井系统及其使用方法
技术领域
此处所描述的发明总体上涉及烃完井系统（hydrocarbon wellcompletion system），更具体地涉及一种用于在一次起下作业中完成多个生产层的系统。
背景技术
与完成例如水下井的地下烃井相关的最大成本之一是从井眼移除工具或其他钻井设备所花费的时间。根据井深，起下作业时间可能占据了完井成本的绝大部分。对于有多个生产层的井来讲，如果每个层都必须与其他层分离地完成，则起下作业时间倍增。因此，期望减少在多层井中完成两个或更多个生产层所必需的起下作业次数。
美国专利No.6,464,006题为“Single Trip,Multiple Zone Isolation,WellFracturing System”，并公开了一种用于“利用一次井下起下作业（downholetrip）在单个井眼中完成多个生产层”的设备和方法。
美国专利No.4,401,158题为“One Trip Multi-Zone Gravel PackingApparatus”，并公开了一种用于“在地下井内砾石充填多个层……由此可通过连续移动仪器来砾石充填每个连续层”的设备和方法。
此处公开和教导的发明旨在用于在一次起下作业中在地下井中完成一个或更多个生产层的改进的系统和方法。
发明内容
发明的一种实现提供了一种在一次井下起下作业中用改进的完井系统完成两个或更多个生产层的方法，该方法可以包括以下步骤：组装多个生产层装置，使得每个装置都包括具有至少一个生产筛管阀的生产筛管装置。通过生产油管将这些生产层装置下入井中。在最下部生产层装置中定位一完井工具装置，其中该工具装置可具有停用的（deactivated）打开工具（opening tool），该打开工具在经过最后一个生产筛管阀的下面之后被启动。将包括坐封工具（setting tool）的生产封隔器装置组装到生产层装置上以形成完井装置。将完井装置和工具装置下入由沉砂封隔器创建的位置。使该工具装置在生产层装置内循环，以将该完井系统转位（index）到地层处理状况，并且处理该生产层。
发明的另一种实现提供了一种一次起下作业完井系统，该系统可以包括：包括多个生产层装置的完井装置，这多个生产层装置与井中的地层相对应；适于在该完井装置内操作的完井工具装置；自动完井系统定位装置，其可在生产装置与该工具系统之间操作以使该完井系统在多个作业状态之间循环；以及工具启动装置，其设置在最下部生产层装置中，用于启动该工具系统上的停用的打开工具或关闭工具。
本发明的另一方面包括：坐封（setting）沉砂封隔器；根据需要对一层或更多层进行射孔；在钻台上对每个生产层装置和施工工具（servicetool）进行组装和压力测试；通过工作管柱或生产油管将生产装置下入并将该装置定位在沉砂封隔器上；坐封顶部生产/砾石充填封隔器；如果是通过工作管柱将生产装置下入则释放施工工具，否则下入施工工具；打开下层绕丝筛管生产套筒并对该系统进行测试；定位压裂/砾石充填位置并坐封下层隔离封隔器；打开下层压裂充填套筒并定位压裂/砾石充填位置；压裂该下层；拉起并颠倒；关闭所有下层套筒；进行用于隔离的压力测试；通过打开下层绕丝筛管生产套筒并进行测试来开始下一层完井；重复完井过程直到完成最后一层；如果需要就将生产密封件下入上生产封隔器；以及根据需要打开套筒进行生产。
附图说明
图1示出了具有与改进的完井系统一起使用的两个或更多个生产层装置的完井装置的设置。
图2示出了与改进的完井系统一起使用的施工工具装置的设置。
图3示出了与改进的完井系统一起使用的自动定位装置的截面侧视图。
图4示出了与图3的自动定位装置一起使用的360度转位循环装置的平面图。
图5A示出了与改进的完井系统一起使用的第一反向密封系统的截面侧视图。
图5B示出了与改进的完井系统一起使用的安全剪切系统的截面侧视图。
图6A和6B示出了与改进的完井系统一起使用的施工工具装置中的另选转换组合件（subassembly）和生产层装置中的地层入口阀的截面侧视图。
图7示出了与改进的完井系统一起使用的液压坐封工具的截面侧视图。
图8示出了与改进的完井系统一起使用的第二反向密封系统的截面侧视图。
图9示出了与改进的完井系统一起使用的与生产层装置相关联的循环阀移位剖面（shifting profile）的截面侧视图。
图10A示出了与改进的完井系统一起使用的具有与施工工具装置相关联的循环阀的关闭工具装置的截面侧视图。
图10B示出了与改进的完井系统一起使用的与施工工具装置相关联的另选关闭工具装置的截面侧视图。
图11A和11B示出了与改进的完井系统一起使用的与施工工具装置相关联的另选副转位夹头（collet）的截面侧视图。
图11C示出了与改进的完井系统一起使用的与施工工具装置相关联的停用的打开工具的截面侧视图。
图12示出了与改进的完井系统一起使用的与最下部生产层装置相关联的打开工具启动装置的截面侧视图。
图13示出了与改进的完井系统一起使用的与最下部生产层装置相关联的液压打开工具启动装置的截面侧视图。
图14示出了与改进的完井系统一起使用的与最下部生产层装置相关联的压力测试装置和指示夹头装置。
图15示出了与改进的完井系统一起使用的与施工工具装置相关联的另选喷嘴（nose piece）。
图16示出了通过生产油管将生产装置下入井中的本发明实施方式。
图17示出了处理下生产层时的图16的实施方式。
图18示出了处理上生产层时的图16的实施方式。
图19示出了从下层进行选择性生产的图16的实施方式。
具体实施方式
上述附图和下面的具体结构和过程的书面描述并非要对申请人已发明的范围或这些发明的保护范围进行限制。提供附图和书面描述是为了教导本领域技术人员实施和使用寻求专利保护的本发明。本领域技术人员应当理解，出于清楚和便于理解的原因，未描述或示出发明的商业实现的所有特征。本领域技术人员也应当理解，结合了本发明的方面的实际商业实施方式的发展将需要大量的实现特有决定，以实现开发者的商业实施方式的最终目标。这种实现特有决定可以包括并可能不限于，遵从系统相关的、业务相关的、政府相关的和其他限制，这些限制可根据特定实现、位置和随时间而变化。尽管开发者的努力可能是绝对意义上复杂而耗时的，但是即便如此，这种努力也将是受益于本公开的本领域技术人员所采取的例程。此处公开和教导的发明容易得到大量和各种修改和可选形式。
单数术语的使用并非要限制项目的数量。而且，例如但不限于“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“侧”等的相对术语的使用在此是出于清楚目的而参照附图使用的，并非要限制落入所附权利要求的范围内的发明或实施方式。“井口（uphole）”通常是指从井中起出设备的方向。“井下”通常是指与特定井的井口相反的方向。此处公开和教导的改进的完井系统可用于直井、斜井和/或水平井。
申请人创造了一种用于在一次井下起下作业中完成由井眼横穿的一个或更多个含烃地层（生产层）的改进系统。这种改进的完井系统完成了一次井下起下作业中的多个任务并提供了井眼作业，井眼作业例如但不限于地层压裂和砾石充填作业、挤压和循环状况以及实时环空压力监控，所有这些作业均没有生产层长度限制。这种改进的完井系统可包括包含两个或更多个生产层装置和生产封隔器的完井装置，以及施工工具装置。
这种改进的完井系统可以在泵送作业开始之前进行压力测试。优选的是，在例如但不限于压裂或砾石充填作业的地层处理期间不需要冲管（wash pipe）。在完井、增产和生产作业期间提供确切的、选择性的生产层隔离，并且这种改进的完井系统为各层提供了不同的隔离密封。这种改进的完井系统提供了一些或所有系统位置或状况的物理指示，以及可选的液压检验。
常规的机械套阀可以从一个或更多个选择的生产层接触产烃。此外，多层生产控制系统可以与所述改进的完井系统结合以能够进行在一次井下起下作业中完成的两层或更多层的非混合生产，所述多层生产控制系统例如但不限于，共同所有的美国专利No.6,397,949、美国专利No.6,722,440以及待审的申请序号10/364,941和10/788,833（此处通过引用并入上述各申请的全部公开内容）中公开的那些。
通常，一旦已经建立了井眼并且准备好完井，就可以将常规或专有的沉砂封隔器下入井眼的预定深度并设置就位。典型地，沉砂封隔器将用于提供后续钻井作业的基准点，后续钻井作业例如但不限于，层射孔和完井。如果需要，就可以采用常规或专有的射孔作业来顺序地或同时地对由井眼横穿的一个或更多个目的生产层进行射孔。这种改进的完井系统对生产层长度或层之间的间距未施加任何限制。如果需要，就可以使用例如但不限于段塞（pill）的失水控制系统来控制射孔层。一旦已经建立了感兴趣的生产层，就可以组装采用本发明的一个或更多个方面的改进的完井系统。
改进的完井系统可包括完井装置，该完井装置可包括底部装置、两个或更多个生产层装置以及生产封隔器。该完井装置可被组装并从钻台吊离。底部装置可包括：用于指示沉砂封隔器的离开位置的指示夹头装置；允许进行内部加压以用于密封测试目的的压力测试装置；以及使用时启动停用的工具装置的工具启动装置。两个或更多个生产层装置可包括具有内部生产阀的生产筛管装置，所述内部生产阀例如但不限于，用于密封和开启生产筛管口的机械套筒、循环阀关闭剖面、地层入口阀装置、密封系统、隔离封隔器装置以及自动系统定位器装置。该底部装置可连接到第一或下生产层装置，上述两者都可从钻台吊离并且在组装期间进行压力测试。
通常，如果使用的话，各连续生产层装置都可包括与第一或下生产层装置基本相同的部件，或者按照井和生产层的细节的需要，连续生产层装置可包括与第一生产层装置或其他生产层装置不同的部件。优选的是，各生产层都包括优选地具有整体生产滑动套筒的隔离砾石充填筛管、用于放置砂或支撑剂的压裂充填/砾石充填套筒、密封系统、自动系统定位装置以及隔离封隔器。随着每个连续生产层装置被组装，将完井系统从钻台吊离并且进行用于密封性的压力测试。例如但不限于生产阀的所有系统阀都可以并且优选地被下入关闭位置，以提供确切的预处理层位隔离。一旦期望数量的生产层装置被组装并从钻台吊离，就可以在最下部筛管层段之下安装单个砾石充填施工工具并且通过同心内工作管柱连接到顶部生产封隔器之上的主工作管柱。另选的是，可通过生产油管将装置下入井中，之后可将工作管柱/施工工具安装在最下部筛管层段之下。在任何情况下，都可在一次起下作业中将整个装置下入井眼中。
与这种改进的完井系统一起使用的施工工具装置可包括喷嘴、打开工具装置、副转位夹头装置、包括循环阀的关闭工具装置、具有硬化密封面和主转位肩的转换装置、自动系统定位剖面以及液压坐封工具。对于利用生产阀的典型向下开口的惯例的完井装置而言，优选地将打开工具装置定位在关闭工具的远处。施工工具装置可包括诸如管子接头的硬化密封面，该硬化密封面与各生产层装置中的密封系统协作，为要完井的各层提供确切的密封系统。
在一些实施方式中，在改进的完井系统的最终组装之前，可将施工工具装置下入完井装置中，并定位成，使打开工具（如需要的话，和/或关闭工具）定位在第一或最下部生产层装置中的最下部生产套筒之下。一旦工具装置被定位在最下部生产装置内，就可进行完井系统压力测试来验证整个系统的密封性，包括验证所有系统阀都被关闭。为了确保通过生产层装置将施工工具装置下入的操作没有不经意地打开一个或更多个向下开口的阀，可以例如在下入期间将打开工具初始地停用。在优选实施方式中，一旦施工工具装置与完井装置相对定位，就可通过液压来启动打开工具。另选的是，将施工工具与完井装置相对定位的操作可机械地启动该打开工具。如果需要，可提供用于验证打开工具已被启动的设备，该设备例如但不限于假机械套筒。在完成了压力密封测试之后，可通过例如但不限于使用工具装置的喷嘴移除密封设备来停用最下部装置中的压力测试装置。
可通过工作管柱或生产油管将改进的完井系统（例如，包括两个或更多个生产层装置和施工工具装置）下入井眼中，并将其相对于沉砂封隔器或其他井眼假象（artifact）适当定位。在优选实施方式中，最下部生产层装置包括例如但不限于指示夹头装置的位置指示系统。例如，一旦确信将改进的完井系统相对于沉砂封隔器正确地定位，指示系统就可通过例如但不限于重复的提升或“卡合通过（snap through）”负载来提供确切的移位识别。一旦在位置指示系统的帮助下或在无需位置指示系统帮助的情况下将改进的完井系统正确地定位，就可根据生产封隔器的设计来坐封生产封隔器。例如，生产封隔器可包括BJ Services CompSet II HP封隔器，其可通过例如将球或其他加压设备下降到完井系统中并对该设备加压来液压地坐封。该加压过程可用于启动液压坐封工具以对封隔器进行坐封，并且随后从完井装置（例如，生产封隔器）释放施工工具装置和工作管柱。
在这种实施方式中，一旦将施工工具装置与完井装置分离，就可将用来启动坐封工具的任意阻压设备禁能。在CompSet II HP生产封隔器的情况下，对球的额外加压会使球从坐封工具启动位置移开，同时露出施工工具装置中的转向口并将球限制在不期望的向上行程中。另选的是，球可包括聚合物玻璃填充轻质球，该球可与系统反向行进，从而不再需要用于固定和保持坐封球的“捕鼠器”。
另选的是，当通过生产油管而不是工作管柱将生产装置下入时，可从BJ服务公司获得的TIP-PT封隔器适于与本发明一起使用。
不管是通过工作管柱还是生产油管将生产装置下入，施工工具装置都可相对于完井装置移动以将打开工具定位在生产阀之上，所述生产阀例如但不限于第一或最下部生产层装置中的向下打开的生产套筒。一旦打开工具被定位在生产阀之上，施工工具装置的向下移动就会使打开工具与生产阀上的相应打开剖面接合，并通过例如但不限于移动生产套筒来打开相关联的生产口。可通过沿井眼向下泵送并到达地层来液压地验证生产口的打开。
施工工具装置也可移动到与最下部生产层的隔离封隔器装置相邻的位置，以将生产装置的密封件与工具装置的硬化密封面接合。一旦密封面或管子接头处于密封设置，就可通过例如但不限于对工作管柱向下施压来坐封隔离封隔器。一旦建立了最下部隔离封隔器的压力密封，就可重新定位工具装置以使打开工具处于打开生产层装置的地层入口阀或压裂阀的位置（例如，位于其之上）。可将施工工具装置重新定位以打开地层入口阀并定位工具装置以进行井处理作业。在优选实施方式中，各生产层装置都包括自动定位装置或“自动定位器”，其可通过施工工具装置在例如但不限于“下入”、“下坐”和“拉起”的多个完井系统状况之间进行循环。
在优选实施方式中，一旦施工工具装置将自动定位器循环到“下坐”或压裂状况，下坐重量就可作用在完井系统上以在泵送处理期间保持施工工具装置与完井装置之间的相对位置（例如，保持口对准）。这种改进的完井系统还可提供在泵送作业期间通过环空而监控的实时泵送压力。通过仅仅重新定位井工具装置就可以在泵送作业期间的任何时间将完井系统设置在挤压位置上。
可通过沿工作管柱向下泵送并到达与生产筛管装置相邻的环空中来进行地层压裂和/或砾石充填作业。一旦完成该处理，就可以通过相对于生产层装置中的反向密封件来定位转换装置，将施工工具装置重新定位在反向位置。通过沿工具装置环空向下泵送并通过工作管柱返回，可将来自砾石充填处理的碎屑排出完井系统。排出过程中产生的压力将不会影响正在完成的层之上的地层，因为所述上层被完全隔离并且它们的生产口是关闭的。再次重新定位工具装置，以使工具装置的端部位于地层入口密封件之上以清除任何残留的碎屑。之后可监控地层的压力升高或降低。
可重新定位工具装置，以使关闭工具位于最下部打开的生产阀的远处或之下。工具装置贯穿该层的向上移动使得关闭工具上的关闭剖面与生产阀（例如，生产套筒）上的相应剖面接合，并且使所有的生产阀密封或关闭它们相关联的生产口，从而将完成的层隔离。可通过表面加压来验证层隔离。
随后可将施工工具装置重新定位在刚完成的层之上的层中。可将打开工具定位在该层中的生产套筒的上面或近端。可对各连续生产层重复上述过程。一旦完成了所有生产层，就可从井眼中移除施工工具装置和工作管柱，从而留下完成的、充分隔离的多层井。可通过机械地打开采用钢丝绳、连续油管或其他常规或专有方法的期望生产阀来实现从任何层生产烃。可通过打开多层中的生产阀来实现多层的混合生产。完井系统的优选实施方式考虑了具有四、五、六或更多的不同生产套筒剖面的选择性剖面系统以用于选择性层生产。例如，施工工具装置上的特定剖面可打开和/或关闭完井装置中的阀。与连续油管工具和/或钢丝绳工具相关联的其他特定剖面可用于选择性地打开和/或关闭这种阀。而且，在与例如但不限于上述引用的共有系统中的智能或无需干涉的生产控制系统相连接时，该改进的完井系统可从多个层同时进行非混合生产，而无需机械干涉或机械和液压干涉的组合。
利用本发明的一个或更多个方面的改进的完井系统可减少或消除对下入和/或收回封隔器塞和/或砾石充填装置的需要，并且可消除多个射孔操作。利用该改进的完井系统而公开和教导的本发明的一个或更多个方面可实现钻井时间和金钱以及负责的地层管理方面的显著节省。
图1示出了与并入有此处公开的一个或更多个本发明的改进的完井系统一起使用的完井装置100的许多实施方式之一。完井装置100的最上部可以包括生产封隔器装置102。优选的封隔器装置是由德州休斯顿市的BJ服务公司提供的CompSet II HP封隔器或TIP-PT封隔器。还给出了一个或更多个生产层装置108的第一个生产层装置。
生产层装置108可包括自动定位装置106，用于将完井系统确切地定位在其几种状况下，所述状况例如但不限于，“压裂/下坐”位置、“拉起”位置以及“下入”位置。自动定位装置或“自动定位器”106优选地包括位于自动定位器106之上、并与套管或井眼接合以避免或减少在自动定位器106中收集的碎屑量的碎屑阻挡层，所述碎屑阻挡层例如但不限于模制橡胶皮碗。此外，可以在生产封隔器装置102和最顶部的生产层装置108之间插设快速接头，从而完井装置100在工具装置200被置于其中之后不必旋转。而且，优选地在每个生产层装置108中放置剪切安全接头109（例如图5B），以防止完井系统被卡住。可以采用机械剪切安全接头或液压动力安全接头。优选地将安全接头定位在第一密封系统110之上，自动定位器106之下。还可以在每个生产层装置中设置传动槽（runninggroove）以便于将这些装置从钻台上吊离。
提供第一密封系统100来密封施工工具装置（图2）的所选部分。可提供隔离封隔器装置112来隔离感兴趣的生产层。可以在生产层装置108中形成地层入口阀装置114或压裂充填窗口，来控制生产层装置108内部与装置外部（或环空，未示出）之间的流体连通。提供第二密封系统116，使得地层入口阀装置114被设置在第一密封系统110与第二密封系统116之间。优选的密封系统包括此处描述的反向模制密封件。可提供循环阀关闭剖面118，以便例如当完井系统从压裂作业状况位置循环到反循环位置时，关闭完井工具装置中的循环阀。最后，可提供包括一个或更多个生产筛管（未示出）和相关生产筛管阀（未示出）的生产筛管装置120，所述相关生产筛管阀例如但不限于机械套筒。
第一或下生产层装置108a上连接有底部装置104。底部装置104可包括打开工具启动装置122，用于在该工具或这些工具被停用时启动施工工具装置上的打开工具和/或关闭工具。启动装置还可提供用于定位施工工具装置（图2）的正挡止（positive stop）。可提供压力测试装置124以便于完井装置100的预安装压力测试。最后，可提供指示夹头装置125和转位斜口管鞋126来完成完井装置100。在一些实施方式中，可通过实际生产油管将完井装置100下入井中。另选的是，如下面所述，可通过工作管柱/施工工具装置来下入完井装置100。
图2是可与图1的完井装置100一起使用的施工工具装置200的图示。施工工具装置200可包括常规或专有的液压坐封工具208以及自动定位剖面210，自动定位剖面210被构造成与完井装置100中的自动定位装置106界面连接。应当理解，如果通过生产油管来下入完井装置100，则可省略坐封工具208。可以提供包括位于转向口之上和之下的例如氮化管子接头209、213的密封面的转换装置212，以便于从工具装置200的内部到外部的流体连通，并且对每个生产层装置108a、108b等中的完井装置密封系统110、116进行密封。最顶部密封面的上端可包括用于与自动定位装置106相互作用的主转位肩。包括循环阀216的关闭工具装置214可以被设置为具有用于接合和关闭完井装置100中的各种阀上的相应结构的一种或更多种结构或剖面。循环阀216可控制沿工具装置200的内部的流体连通。可提供副转位夹头218以在特定条件下启动自动定位装置（“自动定位器”）106。打开工具装置220被设置为具有用于接合和打开完井装置100中的各种阀上的相应结构的一种或更多种结构或剖面。打开工具装置220优选地在初始下入时是停用的，随后一旦工具装置200位于完井装置100内的合适位置就通过打开工具启动装置122而启动。最后，喷嘴222可完成施工工具装置200。
现在转到改进的完井系统的实施方式和优选实施方式的更详细描述，图3示出了可与本发明的改进的完井系统一起使用的自动系统定位装置106或“自动定位器”的优选形式的截面侧视图。自动定位器106包括外壳150和内套152。外壳和内套适于彼此相对滑动，并且其间的界面包括转位循环154和随动件（follower）156。随动件156部分地容纳在轴承158内，以便于内套152和外壳150之间的滑动接触（轴向的和周向），轴承158优选是青铜轴承。图4中更详细地描述了转位循环154。
在图3所示的自动定位器的特定实施方式中，内套152的一部分包括多个夹头爪指170，优选为8个。各爪指170的大约中间长度处是适于与施工工具装置200上的自动定位器剖面210界面连接的自动定位器剖面或槽176。槽176优选地形成在与各夹头爪指170连接的嵌件（insert）178中。爪指170和自动定位器剖面210、176优选地被设计为需要通过沿井口方向的约12千磅负载的卡合。由于相对较高的通过负载，优选的是嵌件178由铍铜合金制成以提供较高的抗磨损特性。适用于嵌件178的一种这样的合金是CDA 172合金（ASTM B196）。也可以使用提供合适的抗磨损性和强度的其他材料体系。
内套152的近端处具有包括多个爪指的浮动挡止夹头160，所述多个爪指固定在肩与挡圈151之间的合适位置。优选的是，挡圈151由例如青铜的轴承材料制成。挡圈优选地包括碎屑护板以减小碎屑堵塞挡止夹头装置160的风险。各个爪指都有对应于外壳150中的一个或更多个槽的剖面162。优选地，外壳150具有与可放置完井系统的各种位置或状况相对应的多个挡止槽。例如，挡止槽164可对应于“下入”状况，槽166可对应于“拉起”状况，而槽168可对应于“压裂或下坐”状况。挡止夹头160和槽可被设计为通过约1千磅负载而卡合。
如图3所示，自动定位器106处于“下入”状况（即，挡止剖面162与槽164接合）。当工具装置200已与自动定位器106接合时（即，当剖面172与槽176接合时），根据转位循环154的状态，需要约1千磅的负载将完井系统100（或更精确地说是特定生产层装置108）转换到“拉起”或“下坐”状况。也需要相同的1千磅负载使其返回到“下入”状况。如图3所示，当自动定位器106处于下入或拉起状况时，夹头装置170能够偏转到凹部182中以使施工工具装置200卡合通过。使工具装置200沿井口方向通过自动定位器106需要约13千磅的负载。自动定位器106处于下坐或压裂状况，夹头170相对于外壳150向井下移位，而夹头表面171将与外壳表面173相邻。在该状况下，不存在夹头能扩展到的凹部，并且施工工具装置不能沿任意方向卡合通过自动定位器。在下坐或压裂状况下，下坐重量由自动定位器剖面210、176和下坐肩186来承担。优选的是，在下坐状况下，夹头爪指170总处于拉紧状态以避免扣住夹头170。
优选的是，自动定位器装置106还包括例如套筒的闭锁机构。闭锁套筒180具有关闭工具剖面181、182，从而完井工具装置200上的关闭工具214可与闭锁套筒180接合以使其相对于夹头装置170移动。当关闭工具装置214与剖面181接合时，闭锁机构180可向井口移动并且使夹头装置170向外偏转。因此，轴承嵌件178和剖面176被移开并移入凹部182中。
图4是自动定位器106的优选转位循环154的展开图。图4中示出了一个完整的循环，并且应当理解转位循环154可以是连续循环。转位循环154包括工程轨188，随动件156被约束沿着该工程轨行进。虽然随动件156在图4中被示为处于沿着轨的多个位置，但是应当理解，随动件156在任意时间点上仅位于沿着轨188的一个位置上。例如，当完井工具装置200接合在自动定位器106中时（例如图3所示），工作管柱的井下移动将使完井系统进入“压裂/下坐”状况，并且挡止环160将与挡止槽168接合。随后，工具装置200的井口移动将使完井系统进入“拉起”状况。随动件156可包括容纳在（carried in）青铜轴承158中的环，随动件156可以在该环中旋转。在优选实施方式中，随动件156在下坐或拉起状况中未被负载，而在下入状况中可以被负载。
在图3和4所描述的实施方式中，自动定位器与完井装置相关联，而自动定位器剖面与施工工具装置相关联。本领域技术人员应当理解，这种关联对于较小直径的完井系统可能是优选的。较大直径的完井系统可允许这种关联颠倒。换句话说，此处公开的发明也考虑了这样的情况，即，自动定位器剖面可与完井装置相关联，而自动定位器可与施工工具装置相关联。
图5A大体示出了与隔离封隔器装置112相邻定位的第一密封系统110。在优选实施方式中，第一密封系统位于封隔器坐封口之上。第一密封系统110的密封件190优选地是金属托架194上的模制合成橡胶密封件192，尽管也可以使用例如但不限于PTFE、PEEK和/或PEKK的其他密封技术。密封系统190可被描述为“反向的”，因为密封面192暴露在生产层装置108的内部。如图5A所示，可通过挡板198（可以是安全接头的一部分）将3个密封环的堆叠固定在密封凹部196中。密封系统190适于与工具装置200的一部分密封接合，工具装置200的一部分例如但不限于管子接头230或其他密封面。应当理解，每个生产层装置108优选地均具有第一密封系统100。
图5A还示出了隔离封隔器112滑移（slip）系统75，用以避免或减少在压裂或其他泵送作业期间封隔器的井口移动。滑移系统75优选地由压裂返回来启动，压裂返回使单独的滑块76、78与套管或井眼（未示出）夹紧地接合。这种启动可以被锁定，从而在启动压力被释放之后滑块继续夹紧接合，或者更优选地，一旦启动压力解除滑块就可与套管分离。例如图5A所描述的隔离封隔器滑移系统75可避免位于隔离封隔器（未示出）之下的安全接头或其他装置由于系统的压裂压力所引起的移动而被剪切。滑移系统还避免了例如相邻层的生产筛管装置的装置从封隔器向井口方向被扣住。
图5B示出了可与完井系统一起使用的优选剪切安全系统。图5B所示的剪切安全系统600包括第一和第二主体部分602、604。这些主体部分同心地对准，并且通过承载系统606和剪切系统608连接在一起。承载系统可包括位于第一和第二主体部分602、604之间的多个挡块（dog）或键610。套筒或活塞612位于安全系统600的外径表面上，并且优选地剪切销钉式614安装到第一和/或第二主体部分上，从而如图5B所示，套筒将挡块610推入到承载装置中。剪切系统608可包括位于第一和第二主体部分602、604之间的多个剪切销钉。
剪切安全系统的优选实施方式被设计为在下入作业期间承担约250,000磅（如图5B所示）。为了启动安全系统600，例如当完井系统100被设置为与沉砂封隔器相邻时，向安全系统600施加液压，从而套筒612沿轴向（例如，向井下）移动以露出或释放挡块610。应当理解，当挡块610未被套筒612约束时，其偏置到非承载方位。一旦挡块被释放，安全系统600的承载能力就由剪切系统608来决定。剪切系统608的优选实施方式包括多个单独的剪切销钉607和609，它们被设计为在启动安全系统600之后承担约100,000磅。
申请人更希望每个生产层装置108都包含剪切安全系统600。安全系统600的优选位置是在第一密封系统110和自动定位器106之间。每个生产层装置均可具有被设计成与系统设计所要求或期望的相同或不同的剪切负载的剪切安全系统600。因而，图5B示出了反向密封件190形式的第一密封系统110。安全系统600还可包括可扩展碎屑阻挡层620。在图5B所示的实施方式中，当启动套筒612并释放挡块610时，套筒612压缩碎屑阻挡层620并使其径向地和/或周向扩展，并且优选地接触套管。碎屑阻挡层620的优选实施方式包括ANSI 316不锈钢丝，如本领域所公知的，ANSI 316不锈钢丝被“鸟巢式相互套叠”或编织为约50％的密度。在图5B所示的实施方式中，四（4）个具有斜面的碎屑环622、624、626、628在主体周围被组装到碎屑阻挡层620上。
图6A示出了生产层装置108中的地层入口阀装置114或压裂窗口以及施工工具装置200中的转换装置212。工具装置200包括具有透壁口242的转换装置212，使液体能够从工具装置200的内表面连通到工具装置的外表面。在优选实施方式中，透壁口沿井下方向以相对于工具中心线呈约45度至150度之间的角，更优选地约120度的角形成。转换装置212还包括具有与口242相邻的座面246的内套筒244。在优选实施方式中，密封面246适于对与座246接合的球或其他基本球形物体进行密封。图6A示出了位于座246上适当位置的球248。与常规技术一样，这种球/座密封装置可用于启动坐封工具208并坐封生产封隔器102。位于座246之下的是循环口250，该循环口250使得能够在下入期间从工具装置200的环空循环到施工工具装置200的内导管。
内套筒244可相对于工具装置200滑动，并且通过具有约4,500psi总剪切强度的剪切销钉系统240被固定在图6A所示的位置上，所述总剪切强度应当大于在封隔器坐封和工作管柱分离期间产生的负载。通过弹簧或其他设备（未示出）使套筒244偏离开口242，优选地沿井下方向偏离。一旦销钉系统240被剪切，包括座246和球248的套筒244就从口242移开。套筒244还可包括在阻压设备248上延伸的多个爪指243。爪指243具有凸轮面，从而当套筒244向下移动以打开转换口242时，这些爪指被向内凸轮传动以将例如球248的阻压设备限制在合适位置。期望在后续钻井作业期间，球或其他设备248不能从其与座246相邻的位置移开。应当理解，在销钉系统被剪切之后，例如弹簧的偏置元件将套筒244保持在缩回位置，因此球248被限制在套筒中。因为当爪指243经过口242时球可以从座移到例如转换口242中，所以优选的是至少一个爪指总是向内偏转以将球限制在座的附近。而且，优选的是套筒244包括例如模制肋状密封件的碎屑环245，以避免碎屑堵塞套筒244的作业。
另选地并且优选地，如图6B所示，转换装置212不包括套筒244，并且口242总是暴露了其内表面。因而，不存在座246并且不需要向阻压设备248施加压力。如上所述，可将轻质球下落到系统和相对靠近生产封隔器102的结构上的座中。对该球加压可用于坐封生产封隔器102，随后可将轻质球反向移出系统。
更进一步地，图7示出了用于利用与图6B所示类似的转换装置来坐封生产封隔器102的液压坐封工具。液压坐封工具700包括单向流导管702。流导管702包括偏置到如图7a和7b所示的无流状况（例如，井口流）的套筒704。套筒704上的密封面706与密封件708相互作用以基本上密封流动路径702。当从流向（例如，井下流）对套筒704加压时，克服了偏置力704，并且套筒轴向移动从而露出或打开了流动路径702。当压力减小到低于偏置力时，单向阀关闭。应当理解，液压坐封工具的这个特征便于洗井作业。
返回到图6A和6B，在优选实施方式中，转换装置212的一部分包括位于转换口242之上和之下的例如但不限于氮化管子接头247、249的硬化密封面。这些管子接口247、249与第一和第二密封系统110、116界面连接以用于泵送和其他钻井作业的高压密封。在上管子接头247的远端，可形成主备用自动定位器肩（未示出），以便在自动定位器剖面210不在合适位置时启动自动定位器106。
对于生产层装置108，还示出了地层入口阀装置260或压裂窗口。地层入口阀装置260包括透壁流动口262和滑动密封套筒264。该滑动套筒具有位于近端附近的关闭剖面266和位于远端附近的打开剖面（未示出）。提供合适的密封件，从而当套筒264的主体阻挡了口262时，对口262进行密封以防止液体流动。口262优选地相对于转换口242延长，从而如果施工工具200上的自动定位器剖面210未接合在嵌件178（即，槽176）中而是位于嵌件178的顶部上，则在转换口242和压裂口262之间仍实现液体连通。
图6A和6B示出了“下入”状况的完井系统，其中工具口242未与充填口262对准，并且滑动套筒264已对充填口262进行了密封。在“压裂/下坐”状况下，应当理解，口242和262基本对准并且滑动套筒264不再对口262进行密封。
图8示出了远离地层入口阀装置260定位的生产层装置180上的第二密封系统270。在优选实施方式中，第二密封系统270与第一密封系统190基本相同。密封件270优选地是金属托架274上的模制合成橡胶密封件272，尽管也可以使用例如但不限于PTFE、PEEK和/或PEKK的其他密封技术。密封系统270可被描述为“反向的”，因为密封面272暴露在生产层装置108的内部。如图8所示，通过挡板278将3个密封环的堆叠固定在密封凹部276中。密封系统270适于与工具装置200的一部分密封地接合，工具装置200的一部分例如但不限于管子接头。应当理解，每个生产层装置108优选地均具有第二密封系统270。
图9示出了可并入到根据本发明的生产层装置108中的循环工具变换剖面280。指示剖面280具有关闭剖面282，当完井系统从“压裂/下坐”位置变化到相反状况时，关闭剖面282关闭施工工具装置200中的循环阀216。
图10A示出了包括关闭工具290的施工工具装置200的一部分。关闭工具290包括在工具装置200的外部周围间隔设置的多个夹头爪指292，优选的是6至8个夹头爪指。夹头爪指292具有位于大约中间长度的关闭剖面294，其适于与例如但不限于套筒覆盖口上的生产筛管阀上的相应结构接合，从而在需要时关闭该阀。关闭工具290还包括制动器296，该制动器在优选实施方式中需要约2千磅负载来使制动器沿井下方向移位，并且需要约600lbf负载来使制动器沿井口方向移位。图10A还示出了下行肩298和拉起肩300。
图10B示出了关闭工具290的另选实施方式。图10B所示的实施方式包括优选地由例如但不限于前述的铍铜合金的具有较高抗磨损特性的材料制成的剖面嵌件295。可以通过例如螺纹紧固件将嵌件295物理紧固到夹头爪指292上。另外并且优选地，整个夹头爪指/关闭剖面装置可由抗磨损材料制成。下面公开的开关工具剖面也将受益于抗磨损嵌件和/或由抗磨损材料制成的整个夹头爪指/打开剖面装置。
图10A还示出了具有流动口304和306的循环阀302。在图10A所示的“下入”位置中，循环阀302使得液体从阀下面开始，经过口306，连通到环空308，经过口304，再回到工具装置200内部。密封件314可将环空308密封到工具装置200。循环阀302还包括排出路径310和排出口312，以便在工具管柱上移关闭阀时避免形成液压锁定。应当理解，碎屑可能积累在排出路径310和排出口312外面的环形区域中。工具设计者应当理解，将口312设置在足够高的位置而不被碎屑阻挡是有益的。关闭工具292相对于循环阀302沿向下方向的移动（即，向井口移动工具管柱）关闭了口304从而限制流过阀302。在优选实施方式中，关闭工具剖面是选择性的，因为其不与自动定位器106接合或相互作用。
图11A示出了副备用自动定位器夹头装置320。与参照图6A和6B描述的主备用自动定位器肩相似，副备用自动定位器夹头320可被提供作为改进的完井系统的便利措施。例如，如果在“压裂/下坐”状况下工具装置200被拉到自动定位器106上，则主备用自动定位器肩或副备用自动定位器夹头320可使操作者将转位系统154循环回到“下入”状况。而且，在例如但不限于压裂或砾石充填处理的井处理之后，完井工具装置200，特别是关闭工具292可以被自动定位器106抬起，并且与自动定位器闭锁套筒180，特别是剖面181相接合。如上所述，闭锁套筒180将自动定位器轴承178移开并移动到凹部182中。如果关闭工具292未能接合并启动闭锁套筒180，则副备用自动定位器夹头320会在夹头320遇到轴承178时通过登记约5千磅的卡合通过负载（snap through load）来指示这一事件。
图11B示出了副备用自动定位器夹头装置320的优选实施方式。最左侧的图示出了“拉起”位置中的装置320；中间图示出了“下入”状况下的装置320；而最右侧的图示出了剪切后状况下的装置320。在“下入”状况，夹头未被备用321支撑并且能够偏转开。当系统处于“拉起”状况时，夹头320备用且不能偏转开。备用夹头320将承担由肩333的剪切强度所决定的负载。肩333可以是剪切螺钉、剪切环或类似系统的组。在优选实施方式中，备用夹头装置320可承担约60ksi。如果碎屑已堵塞了自动定位器系统106并且需要更多的负载来循环系统，则上述承载能力是有益的。如果不能通过60ksi的夹头装置320来循环自动定位器系统106，则肩333将剪切松弛，并且夹头320将再次不备用，而以其设计负载自由偏转。
图11A还示出了假滑动套筒340。假套筒340具有打开剖面342，并且通过具有约3.9千磅的总剪切强度的剪切销钉344被初始地销钉安装到最下部生产装置108上。一旦启动了打开工具330（如下所述），假套筒340就可用于检验是否实际启动了打开工具330。
图11C示出了设置在完井工具装置200上的打开工具装置330。与关闭工具292相似，打开工具330包括在工具装置200的外部周围间隔设置的多个夹头爪指332，优选的是6至8个夹头爪指。夹头爪指332具有位于大约中间长度的打开剖面334，优选的是选择性剖面，其适于与例如但不限于套筒覆盖口上的生产筛管阀上的相应结构接合，从而在需要时打开该阀。打开工具330在图11C中被示为处于“下入”状况，并且是停用的。更具体来讲，打开工具330连接到喷嘴378并可相对于工具部分339在止动块338和336之间滑动。打开剖面334向内销钉安装到工具部分339上。在这种停用状况下，打开工具330不会与相应剖面接合而打开阀。在优选实施方式中，打开工具330通过具有约4.6千磅的总剪切强度的剪切销钉337而销钉安装到工具装置200上。在下入状况下，由肩336而不是剪切销钉337来承担负载。
从这种改进的完井系统的概括讨论可以回想到，如果期望通过工作管柱来下入，则优选地在完井工具装置200从钻台吊离时，将其下入到最下部的生产装置108中。然而，不管何时下入工具装置200，如果在下入期间打开工具330不是停用的，则当工具200下降时可打开正常关闭的生产筛管阀。在各个阀都打开之后，操作者必须反向使用关闭工具292以重新关闭被打开的阀。因而，按这种方式停用打开工具330省了时间，进而省了钱。如下所述，当完井工具装置200与打开工具启动装置122接合，或优选地液压接合时，可以启动打开工具330。
图12示出了与改进的完井系统一起使用的包括打开工具启动装置122的底部装置104的一部分。启动装置可包括具有在近端底座圈354和远端底座圈356之间延伸的多个爪指352的止动夹头装置350。通过利用具有例如但不限于约24千磅的高强度的剪切销钉，近端底座圈可以并优选地被剪切销钉式安装到底部装置108中的套筒360上。远端底座圈可以类似地被剪切销钉式安装到生产装置108上，但优选地是以较低的剪切强度安装。例如，在优选实施方式中，以约2.6千磅的剪切强度销钉安装远端底座圈。在“下入”状况下，如截面图的右半部所示，止动夹头350通过环槽358而向内偏置。连接有止动夹头350的套筒360沿向上方向被弹簧363偏置。通过多个剪切销钉366将套筒360剪切销钉式安装到环364。环364通过与肩368相互作用来限制套筒360的向上行程量。位于套筒360的近端的是具有多个突缘（lug）371的扩展环370。在“下入”期间，通过凸轮面372将扩展环370向内凸轮传动到生产装置108的内部。
为了将施工工具装置正确地定位在完井装置中并启动打开工具200，施工工具220下降到完井装置中，从而喷嘴378接触突缘371并且将突缘向下驱动到由肩368形成的凹部中，以使喷嘴通过。施工工具装置200继续向井下下降，直到喷嘴378特别是部分377接触到止动夹头突缘351为止。随着套筒360相对于生产装置108向井下移动并压缩弹簧362，喷嘴378顶着止动突缘351的进一步向下移动将远端底座圈356自由剪切，如图12的最左侧截面图所示。一旦止动夹头350在远端底座圈356处被自由剪切，突缘351就移位到凹部353中并且使喷嘴通过止动突缘351。一旦喷嘴378通过止动突缘351，弹簧362就使套筒360向上移动，从而再次使扩展环370向内凸轮传动，并且从凹部353取回止动突缘。
施工工具装置缩回并且喷嘴部分379接触止动突缘351的底部。进一步的井口移动使得打开工具装置相对于工具装置滑动，并且通过剪切销钉337以约4.6千磅来停用打开工具。施工工具装置的进一步井口移动使得止动突缘移位到凹部355中并使喷嘴通过。随后喷嘴接触环突缘371的底面。进一步的井口移动使得环以约8千磅来自由剪切。一旦从环自由剪切了套筒360，弹簧362就将环突缘317和止动突缘351保持在其各自的凹部中。
图12还示出了包括如上所述的反向模制密封件的额外密封系统390。如果压力测试装置未能保持压力，则这些密封件是有用的。在该情况下，施工工具装置200上的最下部管子接头可下降到与该密封系统接合，从而对完井系统进行压力测试。而且，如下所述，这些密封件可用于液压启动打开工具。
图13示出了利用液压启动而不是上述机械启动的打开工具装置330的优选实施方式。对于上述类似的结构使用相同的标号。图13示出了液压启动之后的打开工具330。应当理解，在“下入”状况下，如上所述，利用剪切销钉337将打开工具330向内销钉安装到工具主体339上。为了启动装置300，施工工具上的管子接头被定位在一组反向密封件中，以便对装置300进行加压。在该特定实施方式中，工具主体包括具有多个球的座系统500，所述多个球例如六（6）个直径3/8”的不锈钢球轴承502。球可以固定在工具主体339中，从而球502的一部分延伸到工具主体339的通道中以形成承载座（load-bearing seat）。与座相邻的是密封系统540，例如合成橡胶模制密封系统。密封系统504之上的预定距离处是旁通/阻挡肩系统506。例如不锈钢球的阻压设备508可以在组装期间放置在工作管柱中，从而该阻压设备可以固定在由球502形成的座与阻挡肩510之间。应当理解，井下流动会使阻压设备508与球502相互作用并且对密封系统504进行密封。井口流动会使阻压设备508脱离座并与阻挡肩510相互作用。然而，旁通导管使得可以实现井口液体连通。
本领域技术人员应当理解，用于通过与压力设备508相互作用而启动打开工具330的液压应当小于在生产层装置中坐封隔离封隔器所需的压力，并且小于启动剪切安全系统（如果使用的话）的压力。对压力设备508的加压导致打开夹头330与工具主体399之间的相对移动，从而剪切销钉337被解除并且启动打开工具。在图13的特定实施方式中，打开工具330向井下相对移动并露出碎屑口514，并且被锁定元件516锁定到相对于工具主体339的合适位置。液压启动还露出了旁通窗口514，该旁通窗口514协助使沙屑远离打开夹头330。
图14示出了适合与改进的完井系统一起使用的压力测试装置400。测试装置400包括横穿完井装置100内部的阻压设备402。图12所示的阻压设备402可包括崩坏强度约2000psi，或者为用于在下入到井之前对完井系统的压力密封试验进行测试的压力的大约四倍的玻璃盘。压力测试装置400还包括止回阀404。止回阀的优选实施方式包括使液体能够从生产装置108外部的环空连通到测试装置400的内部的口406。然而，橡胶囊408避免测试装置400中的液体通过口406连通到外部。随着生产装置在组装期间从钻台吊离，止回阀使井液进入生产装置中。
图14还示出了可附接到测试装置400的远端的指示夹头装置125。指示夹头125可包括例如但不限于4个的多个爪指412，并且各爪指上都可具有指示剖面414。指示剖面414适于通过再入导向器416卡合在沉砂封隔器的底部上。再入导向器416和指示剖面414适于提供约10千磅的卡合通过向上负载，以明确地指示生产装置被正确地定位在井眼中。
图15示出了用于施工工具装置200（见图13）的优选喷嘴378。在图15所示的实施方式中，喷嘴包括便于使阻压设备402（图14）破裂的动态负载系统748。动态负载系统可包括具有用于接触阻压设备402的例如碳化的硬化尖头表面的销钉750。销钉750容纳在主体内，该主体可使销钉轴向移动或击打（stroke）例如2英寸的预定量。最初，销钉750被剪切销钉式安装到该主体上。在优选实施方式中，销钉750被剪切销钉752、754式安装到约4,000至5,000磅的负载上。应当理解，在期望使阻压设备402破裂时，向施工工具装置施加负载并且销钉750接触设备402。如果设备402未立即破裂，则负载将超过剪切销钉752、754的剪切强度并且销钉750将动态地击入主体内，导致冲击负载被分给设备402。如果设备402仍为破裂，则现在销钉750备用在主体中并且硬化点可用于向阻压设备402施加额外的负载。
回到改进的完井系统的使用和作业的概括讨论上，一旦完井系统被组装并进行了压力测试，并且例如通过用喷嘴378使玻璃盘破碎而使压力测试装置打开，完井系统就可放置在井眼中并且在一次井下下入作业中顺序或随机地完成每层。
如前所述，本发明的一些实施方式可包括通过实际生产油管下入完井装置100。应当理解，在可以消除生产封隔器处的复杂且有时成问题的控制接口的范围内，这些实施方式对于控制线路应用是有益的。此外，通过生产油管下入使得在完井活动的基本所有阶段中都能够实现充分的井眼隔离。图16示出了可以随着装置从钻台800吊离而通过生产油管810下入的完井装置100的实施方式。通过生产油管密封装置820将生产油管和任何相关的控制线路（未示出）优选可拆卸地连接到生产封隔器102。
图17示出了在被下入到生产油管810上的井中并相对于沉砂封隔器840定位之后的图16的完井装置100。已经通过例如控制线路启动对生产封隔器102进行了坐封。施工工具装置200被示出为下入到工作管柱830上的合适位置以例如通过对最下层进行压裂充填来处理井。地层入口阀装置114被示出为处于打开状况，并且那些口与施工工具200的口对准。液体流动被示出为从环空进入生产筛管装置120中。图18示出了图17所示的其中下层已被隔离且上层正在进行处理的系统。图19示出了对于图16－18所示的完井系统的下层的选择性生产。
应当理解，在例如当在完井系统100中使用一个或更多个控制线路部件的特定环境下，可能期望通过生产油管而不是工作管柱/施工工具将生产装置108的实施方式下入。生产油管下入实现了更容易和更可靠的控制线路连接，并且有效地消除了生产封隔器处的详细而复杂的控制线路连接。而且，这些实施方式有助于使地层暴露时间最小化。应当理解，整个完井系统100可与控制线路一起作业，从而不再需要用施工工具进行主要作业。如果需要，可以提供利用施工工具的控制线路完井系统的备用或紧急作业。
返回到并入了公开的发明的方面的各种实施方式的更概括的讨论上，受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以从原始施工工具尺寸分隔而得知原始施工工具位置。例如，对于采用向下开口的套阀设计的那些实施方式而言，仅打开变换剖面或工具例如可以位于最下面套筒之下约21至约23英尺处，而关闭剖面可以位于该套筒之下约3至约5英尺处。打开工具和关闭工具之间的优选距离是18英尺。因而，打开工具可以位于最下面套筒之下约18英尺加上约3至约5英尺。为了打开套筒，可以将转位工具升高到套筒之上的某一位置。转位工具通过套筒的向下移动将打开套筒。为了避免套筒关闭，操作者仅需保证关闭转位工具不移动到套筒之下。优选的间隔使得在关闭工具到达套筒之前可移动约18英尺。优选的操作包括将仅打开转位工具向上升高到套筒之上约3英尺至约5英尺处，并且将其向下降低到套筒之下约3至约5英尺处以将其打开。可通过关闭环空并且将油管向下泵送来获得已打开套阀的液压验证，从而保证与射孔的连通。
可以通过将附接在施工工具的顶部的自动定位器剖面定位在位于隔离封隔器正上方的自动定位器夹头中，来找到上砾石充填位置。优选地，自动定位器夹头在与自动定位器剖面接合时，提供了例如约15,000至约20,000lb的明显超载提升（overpull）指示。优选的是，通过该装置移动施工工具将登记表面上的显著重量增加是仅有的一点。随着指示器剖面与自动定位器夹头爪指上的相应剖面接合，这种重量增加就会出现。一旦超过了设计的超载提升值，剖面就会卡合通过并将继续向上移动。该工具位置可以，且优选地应当通过将指示点与管形做比较而进行验证。一旦剖面被拖过夹头，向下移动就会使剖面向下推动自动定位器夹头，将其移动到支撑位置。这样可以产生临时限制，使夹头剖面推挤（shoulder）夹头顶部并支撑下坐重量。再次拉起约2至3英尺并随后松开使自动定位器夹头转位到未支撑位置，使施工工具剖面经过。
为了将该系统放置在压裂位置上，可将工具拉起直到在表面上发现约5,000至约8,000lb的超载提升。这种超载提升可用于验证剖面与夹头的接合。随后可施加松开重量以保证夹头位于支撑位置。如果对于施工工具位置有疑问，则可向工具施加向上的拉力。如果工具位于正确位置，则应当需要约15,000至约20,000lb的超载提升。如果工具位于不正确位置，则在拉起时应当不需要超载提升。工具可以按需要循环使用以保证正确的定位。
一旦处于该位置，施工工具优选地横跨封隔器之上以及关闭套筒之下的反向密封件，从而有效地将砂浆口与压裂关闭套筒隔离。此时油管压力可用于对封隔器、反向砾石充填密封件、施工工具状况以及压裂套筒密封件进行测试。剖面和夹头可支撑超过约100,000lb的下坐重量，以使它们适合用在例如钻井船或半潜式平台的浮动工作平台上。
为了打开压裂套筒，仅打开工具可以在套筒之上拉起并向下回移通过该套筒。优选地通过垂直拉起和下坐移动来实现这个操作。从自动定位器剖面到自动定位器夹头的近似距离，以及从自动定位器夹头到关闭套筒的距离可以且优选地是已知的。例如，可以将施工工具拉起约48英尺以将仅打开工具放置在压裂套筒之上约3英尺至约5英尺处。工具随后被向下移回并循环回到压裂位置，从而打开套筒。可以通过向下泵送油管并返回到环空或者通过向下泵送油管并泵送到地层中来液压地验证该打开状况。
为了定位相反位置，可以将工具拉起约8英尺至约10英尺以将砂浆口放置在顶部反向密封件之上。施工工具的下部优选地保持穿过压裂套筒，以使其在反向作业期间保持隔离。可以通过向下泵送环空以及监控油管的返回来液压地验证该位置。
为了关闭套筒，应当将关闭转位工具向上拉动通过套筒剖面。施工工具可以向下返回，直到它位于关闭的最底部套筒顶部之下。通过简单地将施工工具缓慢移动通过套筒来实现关闭。为了液压地验证套筒关闭，可以关闭环空并且将液体向下泵送到油管以测试对于地层的系统压力密封性。
为了打开位于下一近源层中的下绕丝筛管套筒，可以使用自动定位器指示点作为确定施工工具位置的基准。优选地，下绕丝筛管套筒将定位在离自动定位器的顶部约3英尺至约5英尺的位置。将施工工具拉起约55英尺的操作应当将打开工具放置在套筒之上。施工工具随后可以向下移动优选地约10英尺，以打开套筒。随后可将施工工具拉起到下一便利连接中断以进行压力测试。尺寸分隔不是关键的，因为打开转位工具和关闭转位工具之间的优选18英尺的间隔允许大范围的移动，同时仍能正确地对套筒起作用。
采用公开的发明的一些或全部的实施方式可被设计用于简单的、用户友好的操作。例如，如上所述，可以容易地机械识别和液压地验证用于处理的工具定位。可通过简单地应用下坐重量来保持位置。优选的、简化的操作程序可包括：1）坐封沉砂封隔器；2）按需要对一层或更多层进行射孔；3）在钻台上组装每个生产层装置和施工工具并进行压力测试；4）通过工作管柱或生产油管将装置下入到底部并将其定位在沉砂封隔器上；5）坐封顶部生产/砾石充填封隔器；6）如果是通过工作管柱来使装置下入则释放施工工具，或者下入施工工具；7）打开下层绕丝筛管生产套筒并进行测试；8）确定压裂/砾石充填位置并坐封下层隔离封隔器；9）打开下层压裂充填套筒并确定压裂/砾石充填位置；10）压裂下层；11）拉起并颠倒；12）关闭所有下层套筒；13）进行用于隔离的压力测试；14）通过打开下层绕丝筛管生产套筒并进行测试而开始下一层；15）重复步骤8－13直到完成最后一层为止；16）如需要（例如，在通过工作管柱使生产装置下入时）就使生产密封件下入到上生产封隔器；以及17）根据需要打开套筒进行生产。
至此已公开了根据本发明的改进的完井系统的许多可能实施方式中的至少一个的实施方式的结构、功能和用途。在不脱离其一般公开内容的情况下可以设计其他和进一步的实施方式。例如，这种改进的完井系统可以与其他井处理作业一起使用，所述其他井处理作业包括压裂、砾石充填、酸化处理、充水以及其他处理。此外，这种改进的完井系统的各种方法和实施方式可以彼此组合，以产生所公开的方法和实施方式的变型。单数要素的讨论可以包括复数要素，反之亦然。
除非特别限定，否则可以按多种顺序来实现步骤的顺序。此处所描述的各种步骤可以与其他步骤组合、插入到所述步骤之间，和/或分为多个步骤。类似地，已对要素进行了功能性的描述，并且可以具体实施为单独的部件，或者可以结合到具有多种功能的部件当中。
已经在优选的和其他实施方式的上下文中描述了本发明，并未描述发明的每一个实施方式。本领域普通技术人员可以对所述实施方式进行明显的修改和改变。公开的和未公开的实施方式并不旨在限制或约束申请人所构思的发明的范围或适用性，相反，在符合专利法的情况下，申请人旨在最大程度地保护落入到以下权利要求的等同物的范围或范畴内的所有这种修改和改进。
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年12月22日提交的美国专利申请No.11/615,529的优先权，美国专利申请No.11/615,529要求2006年5月5日提交的美国专利申请No.11/418,765的优先权，美国专利申请No.11/418,765要求2006年1月30日提交的美国临时专利申请No.60/763,246的优先权以及2005年5月6日提交的美国临时专利申请No.60/678,689的优先权。此处以引用的方式并入上述各申请的全部内容。

Claims (13)

1.一种在一次井下起下作业中用完井系统完成两个或更多个生产层的方法，该方法包括以下步骤：
组装多个生产层装置，每个装置都包括具有至少一个生产筛管阀的生产筛管装置；
通过生产油管将这些生产层装置下入井中；
坐封与这些生产层装置相关联的生产封隔器；
在最下部生产层装置中定位一施工工具装置，该工具装置具有停用的打开工具，该打开工具在经过最后一个生产筛管阀的下面之后被启动；
使该工具装置循环的步骤，该步骤使该工具装置在生产层内循环，以将该完井系统转位到地层处理状况；以及
处理该生产层。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：在所述最下部生产层装置中设置用以启动所述工具装置上的停用的打开工具的止动夹头装置。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：验证所述打开工具的启动。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：液压地启动所述打开工具。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述使该工具装置循环的步骤包括：使所述工具装置向上拉起以使得所述打开工具在套筒之上拉起，其后使所述工具装置向下移动并循环回到压裂位置，从而打开所述套筒。
6.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括以下步骤：通过向下泵送油管并返回到环空或者通过向下泵送油管并泵送到地层中来液压地验证所述套筒的打开状况。
7.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括以下步骤：使用施工工具装置的特定剖面、连续油管工具的特定剖面或者钢丝绳工具的特定剖面来打开生产筛管阀。
8.根据权利要求5所述的方法，该方法还包括以下步骤：将所述工具装置重新定位，以使所述工具装置的关闭工具位于最下部打开的生产筛管阀的远处或之下，所述工具装置贯穿关联生产层的向上移动使得所述关闭工具上的关闭剖面与生产筛管阀上的相应剖面接合，并且使所述生产筛管阀密封，由此隔离所述关联生产层。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括以下步骤：通过表面加压来验证所述关联生产层的隔离。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述施工工具装置包括与所述完井系统中的自动定位装置进行了界面连接的自动定位剖面。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述完井系统包括与所述施工工具装置的自动定位装置进行了界面连接的自动定位剖面。
12.根据权利要求1所述的方法，其中处理该生产层的步骤包括压裂所述生产层。
13.根据权利要求1所述的方法，其中处理该生产层的步骤包括砾石充填所述生产层。
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