CN103261567A - 连接偏心流动路径至同心流动路径的转换接头 - Google Patents
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Abstract
井筒装置和方法，包括第一井筒工具和第二井筒工具，所述第一井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径，所述第二井筒工具具有主流动路径和副流动路径。第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心，其包括将第一井筒工具连接至第二井筒工具的转换接头，转换接头具有将第一井筒工具的主流动路径流体连接至第二井筒工具的主流动路径的主流动路径和将第一井筒工具的至少一个副流动路径流体连接至第二井筒工具的至少一个副流动路径的至少一个副流动路径。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年12月17日提交的美国临时申请61/424,427和2011年6月22日提交的美国临时申请61/499,865的权益。
背景技术
本部分旨在向读者介绍可能与本发明的实施方式相关的本领域各个方面。相信该讨论有助于给读者提供信息，以利于更好理解本发明的具体技术方面。因此，应当理解，应当从这一角度理解该部分，而不必理解是现有技术的承认。
技术领域
本公开涉及完井的领域。更具体地，本发明涉及使用砂滤器（砂筛管，sand screen）和砾石充填的井筒完井。本申请也涉及井下工具，其可用于连接偏心流动路径至同心流动路径以安装砾石充填。
技术讨论
在油井和气井的钻井中，利用在钻柱的下端向下推进的钻头形成井筒。在钻孔至预定深度后，移除钻柱和钻头并且将井筒用套管柱衬住。因此在套管柱和地层之间形成环形区。通常实施固井作业，以便用水泥填充或“挤压”环形区。水泥和套管的组合加固了井筒并且便于隔离套管后面的地层。
通常将数个具有逐渐变小的外径的套管柱放入井筒。将钻井和随后对逐渐变小的套管柱注水泥的过程重复数次，直到该井已经到达总深度。称为生产套管的最终套管柱被固结在合适的位置并且进行穿孔。在一些情况中，最终套管柱是衬管，即，不回接至地面的套管柱。
作为完井过程的一部分，在地面安装井口装置。井口装置控制采出液流动至地面或控制流体注入井筒。也提供流体聚集和处理设备诸如管、阀门和分离器。可随后开始生产作业。
在一些情况中，在松散的或“疏松的”地层中完井。这意味着随着采出液产生进入井筒，地层颗粒，例如砂和细粒，可也侵入井筒。这种颗粒对生产设备有害。更具体地，地层颗粒可对于井下泵以及地面的管、阀门和流体分离设备有腐蚀性。
疏松地层的问题的出现可能与下套管井筒的完井有关。在该情况中，地层颗粒可侵入穿过生产套管和周围水泥护层形成的穿孔。但是，当井筒作为“裸眼井”完井形成时，疏松地层的问题突出得多。
在裸眼井完井中，生产套管未延伸通过生产区域和未被穿孔；而是，保持生产区域未下套管，或是“敞开的”。生产套管或“油管”接着被放置在井筒内，向下延伸至最后套管柱下面并跨过地下地层。
裸眼井完井相对于下套管井完井具有某些优点。第一，因为裸眼井完井没有射孔孔道，所以地层流体可360度径向会聚在井筒上。这有益于消除与会聚的径向流动和随后的通过颗粒填充的射孔孔道的线性流动相关的额外的压降。与裸眼井完井相关的减少的压降实际上保证了它比在相同地层中未采取增产措施的下套管井更多产。第二，裸眼井技术通常没有下套管井完井昂贵。
裸眼井完井中的常见问题是井筒直接暴露于周围地层。如果该地层是疏松的或大量含砂的，则采出液流入井筒可携带地层颗粒，例如，砂和细粒。这样的颗粒可对井下生产设备和地面的管子、阀门和分离设备有腐蚀性。
为了控制砂和其他颗粒的侵入，可使用防砂设备。防砂设备通常穿过地层安装在井下，以截留大于某一直径的固体物质，同时允许流体采出。防砂设备通常包括称为中心管的细长管状体，其具有很多割缝开口。中心管随后通常用过滤介质诸如筛网或金属丝网包裹。
为了增强防砂设备，特别是在裸眼井完井中，通常安装砾石充填。砾石充填井涉及在防砂设备被悬挂或以其他方式被放置在井筒中后，在防砂设备周围放置砾石或其他颗粒物。为了安装砾石充填，颗粒材料通过携带液被传递至井下。携带液与砾石一起形成砾石砂浆。该浆在合适的位置干燥，留下圆周式砾石充填。砾石不仅有助于颗粒过滤，而且帮助保持地层完整。砾石充填的使用也消除了对注水泥、穿孔和穿孔后清理操作的需要。
在裸眼井砾石充填完井中，砾石被放置在包围穿孔的中心管的砂滤器和井筒的周围壁之间。在生产期间，地层流体从地下地层流动通过砾石、通过滤器并进入内部中心管。该中心管因此用作生产套管的一部分。
砾石充填在历史上遇到的问题是在传递过程期间携带液从浆中的无意损失可导致在沿裸眼井层段的不同位置上形成过早的砂桥或砾石桥。例如，在倾斜的生产层段或具有增大的或不规则的井筒的层段中，由于过早的携带液从砾石砂浆损失进入地层，可出现砾石的不良分布。过早的砂桥可阻断砾石砂浆的流动，造成沿着完井层段形成空隙。因此，不能实现从底部到顶部的完整的砾石充填，使得井筒暴露于砂和细粒渗入。
已经通过使用Alternate
技术或“APT”解决了砂桥的问题。Alternate
液流旁通技术使用分流管(或分流器)，其允许砾石砂浆沿井筒绕过选择区。例如，这种液流旁通技术描述在名称为“Tool forBlocking Axial Flow inGravel-Packed Well Annulus”的美国专利号5,588,487和名称为“Wellbore Method and Apparatus for Completion,Production,and Injection”的PCT公开号WO2008/060479中，其每一篇通过引用以其整体并入本文。讨论液流旁通技术的其他参考文献包括美国专利号4,945,991；美国专利号5,113,935；美国专利号7,661,476；和M.D.Barry等，“Open-hole Gravel Packing with Zonal Isolation,”SPE论文号110,460(2007年11月)。
已知使用偏心连接至砂滤器外的矩形分流管。斯伦贝谢(Schlumberger)的OptiPacTM液流旁通砾石充填系统是具有外部分流管和一个或多个外部输送管的砂滤器的例子。也见G.Hurst等，S.Tocalino，“Alternate Path Completions：A Critical Review and LessonsLearned From Case Histories With Recommended Practices for DeepwaterApplications,”SPE论文号86,532(2004)。与如果同心连接等同的分流管相比，偏心布置减少了工具的总体直径尺寸。
最近的技术发展已经导致开发了两个可用于安装砾石充填的新的井下工具。第一个是具有同心内部分流管的Alternate
砂滤器。这种砂滤器的实施方式显示和描述在M.T.Hecker等，“ExtendingOpenhole Gravel-Packing Capability:Initial Field Installation of InternalShunt Alternate Path Technology,”SPE论文号135,102(2010)；和2008年提交的并且名称为“Wellbore Method and Apparatus for Completion，Production and Injection”的美国专利公开号2008/0142227中。第二个是同心、内分流裸眼井封隔器。这种封隔器的实施方式显示和描述在2010年12月17日提交的共同未决的美国临时专利申请号61/424,427中。该申请的名称为“Packer for Alternate Path Gravel Packing，and MethodforCompleting a Wellbore”。这些工具的组合能够在砾石充填完井中实现真正油层隔离。
期望能够连接提供偏心流动路径的第一井筒工具(比如OptiPacTM砂滤器)与提供同心流动路径的第二井筒工具(比如内部分流网筛或内部分流裸眼井封隔器)。可选地，期望连接第一井筒工具(比如具有同心内部分流管的Alternate砂滤器)与具有偏心流动路径和分流管的不带眼的管子或封隔器。仍可选地，期望连接至砂滤器单根，其中一个单根具有同心主流动路径，而另一个具有偏心主流动路径。
已经公开了在同心流动路径之间或在偏心流动路径之间的各种连接器。这种连接器至少在例如美国专利号7,497,267；US7,886,819；US5,390,966，US5,868,200，US6,409,219，US6,520,254，US6,752,207，US6,789,621，US6,789,624，US6,814,139，US6,923,262，US7,048,061，US2008/0142227，US7,661,476，US7,828,056)中提到。它们提供偏心主流动路径之间、同心主流动路径之间、偏心副流动路径之间、或同心副流动路径之间的流体连通。但是，仍未开发将同心流动路径连接至偏心流动路径(或反之亦然)、在两个筛管单根之间或在筛管单根和封隔器之间的转换工具。
所以，需要改进的防砂系统，其使用转换接头，用于连接偏心砂滤器与同心封隔器，或反之亦然。进一步需要流体连接第一井筒工具与第二井筒工具的转换工具，所述第一井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径，所述第二井筒工具也具有主流动路径和至少一个副流动路径，其中第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心。
发明内容
本文首先提供防砂系统。防砂系统包括第一井筒工具，其具有主流动路径和至少一个副流动路径。防砂系统也包括第二井筒工具，第二井筒工具也具有主流动路径和至少一个副流动路径。第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心。
防砂系统也具有转换接头。转换接头将第一井筒工具连接至第二井筒工具。转换接头包括主流动路径，其将第一井筒工具的主流动路径流体连接至第二井筒工具的主流动路径。转换接头也具有至少一个副流动路径，其将第一井筒工具的至少一个副流动路径流体连接至第二井筒工具的至少一个副流动路径。
在防砂系统一种优选的实施方式中，第一井筒工具是砂滤器。砂滤器包括细长的中心管、沿圆周围绕中心管的过滤介质和沿着中心管的至少一个分流管。分流管用作备用流动通道。在这方面，分流管配置为当在井筒中的砾石充填操作期间任何过早的砂桥出现在砂滤器和井筒之间的周围环形区域时允许砾石砂浆至少部分绕过第一井筒工具。在这种情况下，中心管用作砂滤器的主流动路径，和至少一个分流管用作砂滤器的至少一个副流动路径。
砂滤器中，细长的中心管优选地与砂滤器偏心。至少一个分流管的每个则可具有圆形轮廓、正方形轮廓或矩形轮廓。
在防砂系统的另一优选的实施方式中，第二井筒工具是封隔器。封隔器包括细长的内心轴、内心轴外部的密封元件和用作备用流动通道的环状空间。该环状空间配置为允许砾石砂浆在封隔器已经坐封在井筒中之后在井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过第二井筒工具。在这种情况下，内心轴用作封隔器的主流动路径，和环状空间用作封隔器的至少一个副流动路径。
在封隔器中，内心轴优选地与封隔器同心。进一步，环状空间位于内心轴和周围的活塞罩之间。封隔器进一步具有一个或多个流动端口，其提供环状空间和活塞罩的承压面之间的流体连通。
本文也提供用于将第一井筒工具连接至第二井筒工具的转换接头。根据上述转换接头配置该转换接头。转换接头可用作防砂系统的一部分。但是，转换接头可用于连接具有主流动路径和副流动路径的任何两个管状工具，其中第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心。
在一种实施方式中，第一井筒工具的主流动路径与第一井筒工具偏心，而第二井筒工具的主流动路径与第二井筒工具同心。第一井筒工具优选地为砂滤器，而第二井筒工具优选地为机械坐封的封隔器。
中心管用作砂滤器的主流动路径，而细长的内心轴用作封隔器的主流动路径。砂滤器的副流动路径由用作备用流动通道的分流管构成。封隔器的副流动路径可以是分流管或可以是在内心轴和周围的可动活塞罩之间形成的环状空间。甚至在封隔器已经坐封在井筒中之后，备用流动通道允许砾石砂浆绕过砂滤器单根、转换接头和封隔器。
转换接头的至少一个副流动路径沿着转换接头的纵轴改变方向至少一次。在一个方面中，转换接头的主流动路径的内径大于(i)第一井筒工具的主流动路径的内径，(ii)第二井筒工具的主流动路径的内径，或(iii)二者的内径。
转换接头可任选地包括外防护罩。
本文也提供了在地下地层中完井的方法。在一个方面中，该方法包括提供第一井筒工具。第一井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径。方法也包括提供第二井筒工具。第二井筒工具也具有主流动路径和至少一个副流动路径。第一井筒工具的主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具的主流动路径的径向中心。
方法也包括提供转换接头。转换接头也包括主流动路径和副流动路径。方法然后包括在第一端将转换接头流体连接至第一井筒工具，和在第二端将转换接头流体连接至第二井筒工具。以此方式，第一井筒工具的主流动路径与第二井筒工具的主流动路径流体连通。进一步，第一井筒工具的至少一个副流动路径与第二井筒工具的至少一个副流动路径流体连通。
方法进一步包括使转换接头和连接的第一和第二井筒工具下入井筒至选择的地下位置。接着将流体注入在转换接头和周围井筒之间的环形区域。然后方法包括进一步从环状空间注入流体并且通过第一井筒工具的副流动路径、转换接头和第二井筒工具的副流动路径。
转换接头可用于连接具有主流动路径和副流动路径的任何两个管状工具，其中第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心。但是，优选的是转换接头用作防砂系统的一部分。在这种情况下，第一井筒工具优选地是砂滤器，而第二井筒工具优选地是可坐封的封隔器。
在一种实施方式中，第一井筒工具(比如砂滤器)的主流动路径与第一井筒工具偏心，而第二井筒工具(比如封隔器)的主流动路径与第二井筒工具同心。
中心管用作砂滤器的主流动路径，而细长的内心轴用作封隔器的主流动路径。砂滤器的副流动路径由用作备用流动通道的分流管构成。封隔器的副流动路径可以是分流管或可以是在内心轴和周围可动活塞罩之间形成的环形区域。在任何情况下，备用流动通道允许砾石砂浆绕过砂滤器单根、转换接头和封隔器，甚至在封隔器已经坐封在井筒中之后。
在一个方面中，方法进一步包括将封隔器坐封在井筒中。在这种情况下，进一步注入流体通过副流动路径的步骤在已经将封隔器坐封之后完成。
在另一方面中，方法进一步包括使坐封工具下入封隔器的内心轴，并且然后牵引坐封工具以沿着封隔器的内心轴从保持位置机械移动释放套(release sleeve)。这用于释放活塞罩以便轴向运动。方法接着包括通过一个或多个流动端口将静水压力连通至活塞罩，从而轴向移动释放的活塞罩和促使密封元件靠着周围井筒。
附图说明
将某些图解、图表和/或流程图附于此，以便可以更好理解本发明。但是，应当注意，附图仅仅图解所选择的本发明的实施方式，所以不应认为限制范围，因为本发明可承认其他等价有效实施方式和应用。
图1是说明性井筒的横截面视图。该井筒已经钻过三个不同的地下层段，每个层段处于地层压力下并且含有流体。
图2是图1井筒的裸眼井完井的放大横截面视图。在三个地下层段深度处的裸眼井完井更清楚地可见。
图3A是在一种实施方式中封隔器组合件的横截面侧视图。这里，显示具有周围封隔器元件的中心管。与中间可膨胀封隔器元件一起，示意性显示两个机械坐封的封隔器。
图3B是沿着图3A的线3B-3B截取的图3A的封隔器组合件的横截面视图。在可膨胀封隔器元件中可看见分流管。
图3C是在可选的实施方式中图3A的封隔器组合件的横截面视图。代替分流管，可见输送管在中心管周围集束(manifold)。
图4A是图3A的封隔器组合件的横截面侧视图。这里，防砂设备或砂滤器已经放置在封隔器组合件的相对端。防砂设备使用外部分流管。
图4B提供沿着图4A的线4B-4B截取的图4A的封隔器组合件的横截面视图。可看见分流管在砂滤器之外以提供颗粒浆的可选的流动路径。
图5A是图3A的封隔器组合件的另一横截面侧视图。这里，防砂设备或砂滤器已经再次放置在封隔器组合件的相对端。但是，防砂设备使用内部分流管。
图5B提供沿着图5A的线5B-5B截取的图5A封隔器组合件的横截面视图。可见分流管在砂滤器中，以提供颗粒浆的可选的流动路径。
图6A是图3A的一个机械坐封的封隔器的横截面侧视图。机械坐封的封隔器处于其下入位置。
图6B是图6A的机械坐封的封隔器的横截面侧视图。这里，机械坐封的封隔器元件处于其坐封位置。
图6C是图6A的机械坐封的封隔器的横截面视图。该视图沿着图6A的线6C-6C截取。
图6D是图6A的封隔器的横截面视图。该视图沿着图6B的线6D-6D截取。
图6E是图6A的封隔器的横截面视图。该视图沿着图6A的线6E-6E截取。
图6F是图6A的机械坐封的封隔器的横截面视图。该视图沿着图6B的线6F-6F截取。
图7A是图6A的释放键的放大视图。释放键处于沿着内心轴的其下入位置。剪切销钉还未剪切。
图7B是图6B的释放键的放大视图。剪切销钉已经被剪切，并且释放键已经从内心轴落下。
图7C是可用于闭锁在释放套上并且从而剪切释放键中的剪切销钉的坐封工具的透视图。
图8A至8C显示井筒工具的各种偏心设计。这里，井筒工具是砂滤器或不带眼的管子。每个说明性砂滤器或不带眼的管子包括中心管，其周围的一个或多个偏心备用流动通道提供副流动路径。
图9A至9C显示井筒工具的各种同心设计。这里，井筒工具是封隔器。每个说明性封隔器包括中心管，其周围的同心备用流动通道提供副流动路径。
图10A提供转换接头的横截面侧视图，所述转换接头连接两个管状体的内中心管，并且用于在偏心和同心副流动路径之间提供流体连通。转换接头操作为将第一井筒工具流体连接至第二井筒工具。
图10B是沿着图10A的线B-B截取的第一横剖面视图。在转换接头的第一端切割。
图10C是沿着图10A的线C-C截取的第二横剖面视图。在转换接头的第二相对端切割。
图11A是对于16英尺转换接头将轴偏离(第一y-轴)对转换接头的对称长度(x-轴)作图的笛卡尔图。图11A也对于16-英尺转换接头将曲率(第二y-轴)对转换接头的对称长度(x-轴)作图。
图11B是对于8-英尺转换接头将轴偏离(第一y-轴)对转换接头的对称长度(x-轴)作图的笛卡尔图。图11B也对于8-英尺转换接头将曲率(第二y-轴)对转换接头的对称长度(x-轴)作图。
图11C是对于8-英尺转换接头将轴偏离(y-轴)对转换接头的对称长度(x-轴)作图的笛卡尔图。这里，该图比较了具有曲线轮廓的转换接头与具有直线段的转换接头。
图12是显示在一种实施方式中用于在地下地层中完井的方法的步骤的流程图。
图13是另一流程图。图13显示在一种实施方式中在井筒中坐封封隔器的方法的步骤。
某些实施方式详述
定义
如本文所用，术语“烃”是指有机化合物，其主要包括——如果不排它地——元素氢和碳。烃一般分成两类：脂族烃或直链烃，以及环烃或闭合环烃，包括环萜烯。含烃材料的例子包括任何形式的天然气、油、煤和沥青，其可用作燃料或升级成燃料。
如本文所用，术语“烃流体”是指为气体或液体的烃或烃混合物。例如，烃流体可包括在地层条件下、在处理条件下或在环境条件下(15℃和1大气压压力)为气体或液体的烃或烃混合物。烃流体可包括例如油、天然气、煤床甲烷、页岩油、热解油、热解气、煤热解产物及其他处于气态或液态的烃。
如本文所用，术语“流体”是指气体、液体及气体和液体组合，以及气体和固体组合、及液体和固体组合。
如本文所用，术语“地下(subsurface)”是指出现在地球表面以下的地质地层。
术语“地下层段”是指地层或地层的一部分，地层流体可位于其中。流体可以是例如烃液、烃气、水性流体或者其组合。
如本文所用，术语“井筒”是指通过钻入地下或在地下插入管道而在地下形成的孔眼。井筒可具有基本上圆形的横截面或其他横截面形状。如本文所用，术语“井”在指地层中的开口时可与术语“井筒”交换使用。
术语“管状元件”是指任何管子，诸如一节套管、衬管一部分或短管。
术语“防砂设备”意思是任何细长的管状体，其允许流体流入内孔或中心管，同时过滤掉来自周围地层的预定尺寸的砂、细粒和粒状碎屑。砂滤器是防砂设备的一个例子。
术语“备用流动通道”意思是这样的歧管和/或分流管的任何集合，其提供通过或围绕封隔器的流体连通以允许砾石砂浆绕过封隔器元件或环形区域中任何过早的砂桥，并且进一步继续下游砾石充填。术语“备用流动通道”也可指这样的歧管和/或分流管的任何集合，其提供通过或围绕砂滤器或不带眼的管子(有或没有外防护罩)的流体连通，以允许砾石砂浆绕过环形区域中任何过早的砂桥并且继续在井下工具下方或上方并且下方进行砾石充填。
具体实施方式描述
本文结合某些具体的实施方式描述本发明。但是，就下列详细描述具体针对具体实施方式或具体应用的程度而言，这意欲仅仅是说明性的而不认为限制本发明的范围。
也结合各图描述本发明的某些方面。在某些图中，附图页的顶部意欲朝着地面，并且附图页的底部朝着井底。尽管井通常以基本上竖直的方向完井，但是应当理解井也可以是倾斜的和或甚至水平地完井。当说明性术语“上和下”或“上部”和“下部”或类似术语用于指附图或在权利要求中使用时，它们旨在表示附图页上或关于权利要求项的相对位置，而不必是在地面上的定向，因为无论井筒如何定向，本发明都具有效用。
图1是说明性井筒100的横截面视图。井筒100限定孔105，其从地面101延伸并且进入地球的地下110。完井井筒100，以在井筒100的下端具有裸眼井部分120。已经为了商业规模生产烃的目的形成了井筒100。生产油管130柱设置在孔105中，以从裸眼井部分120输送采出液到达地面101。
井筒100包括示意性在124显示的井采油树(well tree)。井采油树124包括关闭阀(shut-in valve)126。关闭阀126控制来自井筒100的采出液的流动。另外，提供地下安全阀132以在地下安全阀132上方发生破裂或灾难性事件的情况下阻止来自生产油管130的流体的流动。井筒100可任选地在裸眼井部分120中或就在其上方具有泵(未显示)，以从裸眼井部分120人工提升采出液到达井采油树124。
已经通过设置一系列管进入地下110对井筒100完井。这些管包括第一套管柱102，有时称为表面套管或导管。这些管也包括至少第二套管柱104和第三套管柱106。这些套管柱104、106是中间套管柱，其为井筒100的壁提供支撑。中间套管柱104、106可从地面悬挂，或它们可使用可膨胀的衬管或衬管吊钩从邻近的较高套管柱悬挂。应当理解，不延伸返回地面的管柱(比如套管柱106)通常称为“衬管”。
在图1的说明性井筒布置中，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。可采用另外的中间套管柱(未显示)。本发明不限于使用的套管布置类型。
每个套管柱102、104、106通过水泥108设置在适当的位置。水泥108将地下110的不同地层与井筒100彼此隔离。水泥108从地面101延伸至在套管柱106下端的深度“L”。应当理解，一些中间套管柱可能未充分用水泥胶结。
在生产油管130和套管柱106之间形成环形区域204。生产封隔器206在套管柱106的下端“L”附近密封环形区域204。
在许多井筒中，称为生产套管的最终套管柱用水泥胶结在存在地下生产层段的深度处的位置。但是，说明性井筒100完井为裸眼井筒。因此，井筒100不包括沿着裸眼井部分120的最终套管柱。
说明性井筒100中，裸眼井部分120横跨三个不同的地下层段。这些表示为上层段112、中间层段114和下层段116。上层段112和下层段116可以例如含有寻求生产的有价值的油藏，而中间层段114可在其孔容积中主要含有水或其他水性流体。这可能是由于天然水层、高渗透薄夹层或含水层中的天然裂缝的存在，或来自注入井的指进。在这种情况下，水可能将侵入井筒100。
可选地，上层段112和中间层段114可含有寻求生产、加工和售卖的烃流体，而下层段116可含有一些油连同不断增加量的水。这可能是由于锥进，其是近井烃水接触的上升。在这种情况下，水再次有可能将侵入井筒100。
仍可选地，上层段112和下层段116可以是来自砂或其他渗透性岩石基体的采出的烃流体，而中间层段114可表示非渗透性页岩或以其他方式对流体基本上不渗透。
在任何这些情况下，期望操作人员隔离所选择的层段。在第一种情况下，操作人员希望将中间层段114与生产套管130以及与上层段112和下层段116隔离，从而可通过井筒100主要地生产烃流体并且至地面101。在第二种情况下，操作人员最终希望将下层段116与生产套管130以及上层段112和中间层段114隔离，从而可通过井筒100主要地生产烃流体并且至地面101。在第三种情况下，操作人员希望将上层段112与下层段116隔离，但是不需要隔离中间层段114。本文提供了在裸眼井完井背景下这些需要的方案，并且结合下述附图更充分说明。
关于来自具有裸眼井完井的井筒的烃流体生产，不仅仅期望隔离所选择的层段，而且也期望限制砂颗粒和其他细粒的流入。为了防止在操作期间地层颗粒移动进入生产套管130，防砂设备200已经被下入井筒100。下面结合图2更充分地描述这些。
现参考图2，防砂设备200含有称为中心管205的细长的管状体。中心管205通常由多个管节构成。中心管205(或构成中心管205的每个管节)通常具有小的穿孔或狭缝以允许采出液的流入。
防砂设备200也含有缠绕或以其他方式径向围绕中心管205放置的过滤器介质207。过滤器介质207可以是围绕中心管205安装的金属丝筛网或金属绕丝。可选地，砂滤器的过滤介质包括薄膜滤器、可膨胀滤器、烧结金属滤器、由形状记忆聚合物制造的多孔介质、纤维材料填充的多孔介质、或预填充的固体颗粒床。过滤器介质207防止大于预定尺寸的砂或其他颗粒流入中心管205和生产油管130。
除了防砂设备200，井筒100还包括一个或多个封隔器组合件210。在图1和2的说明性布置中，井筒100具有上封隔器组合件210’和下封隔器组合件210’’。但是，可使用另外的封隔器组合件210或仅仅一个封隔器组合件210。封隔器组合件210’、210’’独特地配置为密封各防砂设备200和井筒100的裸眼井部分120的周围壁201之间的环形区域(见图2的202)。
封隔器组合件210’、210’’允许操作人员沿着井筒100的裸眼井部分隔离所选择的层段，以便控制地层流体的移动。例如，关于可冷凝烃的生产，水可能有时侵入层段。这可能是由于天然水层、锥进(近井烃水接触的上升)、高渗透薄夹层、天然裂缝的存在，或来自注入井的指进。取决于水产生的机制或原因，可在不同位置和井寿命的不同时间产生水。类似地，油层上方的气顶可膨胀和突破，造成气体与油一起生产。气体突破减小了气顶驱动并且抑制油生产。环形油层隔离也可期望用于生产分配、生产/注入流体剖面调整、选择性增产或水或气体控制。
图2是图1井筒100的裸眼井部分120的放大横截面视图。裸眼井部分120和三个层段112、114、116更清楚地可见。上封隔器组合件210’和下封隔器组合件210’’也更清楚可见地分别接近中间层段114的上和下边界。最后，显示沿着每个层段112、114、116的防砂设备200。
关注封隔器组合件本身，每个封隔器组合件210’、210’’可具有至少两个封隔器。两个封隔器优选地通过机械操作和液压力的组合坐封。封隔器组合件210表示上封隔器212和下封隔器214。每个封隔器212、214具有可膨胀部分或元件，其由能够提供对周围井筒壁201的至少临时流体密封的弹性或热塑性材料制造。
上封隔器212和下封隔器214的元件应当能够经受住与砾石充填过程相关的压力和负荷。典型地，这种压力从约2,000psi至3,000psi。封隔器212、214的元件应当也经受住由天然断层、枯竭、生产或注入引起的井筒和/或储层压差产生的压力负荷。生产作业可涉及选择性生产或生产分配以符合规章要求。注入作业可涉及选择性流体注入用于战略性储层压力维持。注入作业也可涉及酸压裂、基岩酸化或地层损害移除的选择性增产措施。
机械坐封的封隔器212、214的密封面或密封元件仅仅需要为英寸级别以实现合适的液封。在一个方面中，每个元件的长度为约6英寸(15.2cm)至约24英寸(61.0cm)。
封隔器212、214的元件优选地为杯型元件。已知杯型元件用于下套管井完井。但是，通常不知道它们用于裸眼井完井，因为它们未设计为膨胀至与裸眼井直径啮合。而且，这种可膨胀的杯型元件可能未保持生产作业寿命期间遇到的所需的压差，导致降低的功能。
优选地封隔器212、214能够膨胀至至少11英寸(约28cm)的外直径表面，椭圆度比不大于1.1。封隔器212、214的元件应当优选地能够处理8-1/2英寸(约21.6cm)或9-7/8英寸(约25.1cm)裸眼井部分120中的冲洗。封隔器元件212、214可膨胀部分优选的杯型性质将帮助随着砾石充填操作期间压力增加，维持对中间层段114(或其他层段)的壁201的至少临时密封。
在一种实施方式中，杯型元件不需要是不透液体的，它们也不必定级为处理多压力和温度循环。杯型元件仅仅需要设计为使用一次，即，在裸眼井筒完井的砾石充填过程期间。这是因为中间可膨胀封隔器元件216也优选地提供长期密封。
在砾石充填安装过程之前，坐封上封隔器212和下封隔器214。如下面更充分描述，可通过机械剪切剪切销钉和滑动释放套坐封封隔器212、214。这又释放释放键，其接着允许静水压力向下作用于活塞罩。活塞罩沿着内心轴(未显示)向下移动，并且接着沿着内心轴作用在对中装置和/或封隔器元件二者上。对中装置和封隔器元件向井筒壁201膨胀。上封隔器212和下封隔器214的可膨胀部分被膨胀与周围壁201接触，从而使环形区域202沿着裸眼井完井120在选择的深度上骑跨(straddle)。
作为上封隔器元件212和下封隔器元件214中杯型封隔器元件的“备用件”，封隔器组合件210’、210’’每个也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弹性体材料。可膨胀材料的合适例子可见Easy Well Solutions’CONSTRICTORTM或SWELLPACKERTM，和Swellfix’s E-ZIPTM。可膨胀封隔器216可包括可膨胀聚合物或可膨胀聚合物材料，其是本领域技术人员熟知的并且其可通过调节的钻井液、完井液、采出液、注入流体、增产流体或其任意组合的一种坐封。
可膨胀封隔器元件216优选地结合至心轴215的外表面。当接触烃流体、地层水或可用作驱动流体的上述任何化学品时，可膨胀封隔器元件216允许随着时间膨胀。随着封隔器元件216膨胀，其与周围区域如层段114形成流体密封。在一个方面中，可膨胀封隔器元件216的密封面的长度从约5英尺(1.5米)至50英尺(15.2米)；更优选地，长度约3英尺(0.9米)至40英尺(12.2米)。
可膨胀封隔器元件216必须能够膨胀至井筒壁201并且以该膨胀率提供需要的压力完整性。因为可膨胀封隔器通常坐封在可能不产生烃流体的页岩部分，其优选具有可在地层水或水性流体存在的情况下膨胀的膨胀弹性体或其他材料。在地层水或水性流体存在的情况下膨胀的材料的例子是膨润土和结合吸收水的颗粒的腈基聚合物。
可选地，可膨胀封隔器元件216可由分别在水和油存在的情况下膨胀的材料的组合制造。换句话说，可膨胀封隔器元件216可包括两种类型的膨胀弹性体，一种用于水和一种用于油。在该情况下，当暴露于水基砾石充填流体或接触地层水时，水可膨胀元件将膨胀，并且当暴露于烃产品时，油基元件将膨胀。在烃液体存在的情况下将膨胀的弹性体材料的例子是吸收烃进入其基体的亲脂聚合物。从烃的吸收发生膨胀，随着其膨胀这也润滑和降低聚合物链的机械强度。乙烯丙烯二烯单体(M级)橡胶或EPDM是这种材料的一个例子。
可膨胀封隔器216可由其他可膨胀的材料制造。一个例子是形状记忆聚合物。美国专利号7,243,732和美国专利号7,392,852公开了使用这种材料用于油层隔离。
机械坐封的封隔器元件212、214优选地坐封在围绕可膨胀封隔器元件216转向——比如通过分流管(图2中未显示)——的水基砾石充填流体中。如果仅仅使用烃膨胀弹性体，直到机械坐封的封隔器元件212、214之一破坏之后，才可能发生元件的膨胀。
上封隔器212和下封隔器214一般彼此为镜像，除了剪切各自剪切销钉或其他咬合机构的释放套以外。移动工具(结合图7A和7B显示和讨论)的单向运动将允许封隔器212、214顺序或同时启动。首先启动下封隔器214，随后当向上拉移动工具通过内心轴(结合图6A和6B显示和讨论)时启动上封隔器212。优选地在上封隔器212和下封隔器214之间提供短的间隔。
封隔器组合件210’、210’’帮助控制和操纵从不同区域产生的流体。在这方面，取决于井功能，封隔器组合件210’、210’’允许操作人员密封层段免于生产或注入。在最初完井中安装封隔器组合件210’、210’’允许操作人员在井寿命期间关闭从一个或多个区域的生产，以限制生产水，或在一些情况中，限制生产不期望的不可冷凝流体比如硫化氢。
因为在封隔器上方和下方形成完整砾石充填的困难，当使用裸眼井砾石充填时，历史上还未安装封隔器。例如，见名称为“WellboreMethod and Apparatus for Completion,Production and Injection”的专利申请。该申请于2007年8月16日公开，分别为WO 2007/092082和WO 2007/092083。这些申请公开了砾石充填裸眼井筒的装置和方法。PCT公开号WO 2007/092082和WO 2007/092083的每一篇通过引用以它们的整体并入本文。
就并入的PCT出版物而言，尤其关于封隔器，仍存在某些技术挑战。这些申请描述，封隔器可以是液压促动的可膨胀元件。这种可膨胀元件可由弹性体材料或热塑性材料制造。但是，从这种材料设计封隔器元件需要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存在高压和/或高温度和/或酸性流体的情况下，保持油层隔离数年时间。作为一种选择，这些申请描述封隔器可以是膨胀橡胶元件，其在烃、水或其他刺激存在的情况下膨胀。但是，已知的膨胀弹性体通常需要约30天或更长时间以充分膨胀与周围岩石地层成为密封的流体啮合。因此，本文提供了改进的封隔器和油层隔离装置。
图3A表示说明性封隔器组合件300，其为砾石砂浆提供备用流动路径。以横截面侧视图观察封隔器组合件300。封隔器组合件300包括多个组件，其可用于沿着裸眼井部分120密封环状空间。
封隔器组合件300首先包括主体部分302。主体部分302优选地由钢或由钢合金制造。主体部分302配置为具体的长度316，比如约40英尺(12.2米)。主体部分302包括长度将在约10英尺(3.0米)和50英尺(15.2米)之间的各个管节。根据长度316，管节通常螺纹头尾相连连接以形成主体部分302。
封隔器组合件300也包括相对的机械坐封的封隔器304。示意性显示机械坐封的封隔器304，并且大体与图2的机械坐封的封隔器元件212和214一致。封隔器304优选地包括长度小于1英尺(0.3米)的杯型弹性体元件。如下面进一步描述，封隔器304具有备用流动通道，其唯一地允许封隔器304在砾石砂浆循环进入井筒之前坐封。
封隔器组合件300也任选地包括可膨胀封隔器308。可膨胀封隔器308与图2的可膨胀封隔器元件216一致。优选地，可膨胀封隔器308长度为约3英尺(0.9米)至40英尺(12.2米)。机械坐封的封隔器304和中间可膨胀封隔器308一起围绕主体部分302。可选地，代替可膨胀封隔器308，可在机械坐封的封隔器304之间提供短的间隔。
封隔器组合件300也包括多个分流管。分流管在318处以虚线可见。分流管318也可称为输送管或跨接管。分流管318是具有沿着机械坐封的封隔器304和可膨胀封隔器308的长度316延伸的长度的管的不带眼的部分。封隔器组合件300上的分流管318配置为连接至所连接的砂滤器上的分流管并且与其形成密封，如下面进一步讨论的。
分流管318提供通过机械坐封的封隔器304和中间可膨胀封隔器308(或间隔)的备用流动路径。这使得分流管318能够输送携带液以及砾石至井筒100裸眼井部分120的不同层段112、114和116。
封隔器组合件300也包括连接元件。这些可表示传统的螺纹连接。首先，颈部306设置在封隔器组合件300的第一端。颈部306具有用于连接砂滤器或其他管的螺纹连接母接头的外螺纹。接着，锯齿状或外螺纹部分310设置在相对的第二端。螺纹部分310用作接收砂滤器或其他管状元件的外螺纹端的连接母接头。
颈部306和螺纹部分310可由钢或钢合金制造。颈部306和螺纹部分310每个配置为具体的长度314，比如4英寸(10.2cm)至4英尺(1.2米)(或其他合适的距离)。颈部306和螺纹部分310也具有具体的内径和外径。颈部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可用于在封隔器组合件300和防砂设备或其他管段之间形成密封。
封隔器组合件300的横截面视图显示在图3B中。图3B沿着图3A的线3B-3B截取。图3B中，可见可膨胀封隔器308沿圆周布置在中心管302周围。径向和等距围绕中心管302放置各分流管318。中心孔305显示在中心管302中。中心孔305在生产作业期间接收采出液并且将它们输送至生产油管130。
图4A呈现在一种实施方式中油层隔离装置400的横截面侧视图。油层隔离装置400包括图3A的封隔器组合件300。另外，防砂设备200已经在相对端分别连接至颈部306和锯齿部分310。可见封隔器组合件300的分流管318连接至防砂设备200上的分流管218。防砂设备200上的选择性分流管218包括端口或喷嘴或孔口209，这种分流管称为充填管，以允许砾石砂浆在井筒环状空间和充填管之间流动。防砂设备200上的分流管218可任选地包括209处的阀门，以控制砾石砂浆流动比如至充填管(未显示)。
图4B提供油层隔离装置400的横截面侧视图。图4B沿着图4A的线4B-4B截取。这穿过一个砂滤器200切出。图4B中，可见割缝的或穿孔的中心管205。这与图1和2的中心管205一致。中心孔105显示在中心管205中，用于在生产作业期间接收采出液。
外网丝220紧紧围绕中心管205放置。外网丝220优选地包括金属丝网或围绕中心管205螺旋缠绕的金属丝，并且用作滤网。另外，径向和等距围绕外网丝220放置分流管218。这意味着防砂设备200提供分流管218(或备用流动通道)的外部实施方式。
分流管218的构造优选地是同心的。这在图3B的横截面视图中可见。但是，分流管218可偏心地设计。例如，美国专利号7,661,476中的图2B呈现了防砂设备的“现有技术”布置，其中充填管208a和输送管208b放置在中心管202的外部并且围绕过滤器介质204。
同心流动通道砂滤器包括接收采出液的中心孔，和同心围绕中心孔布置的过滤介质。进一步，两个或更多个分流管径向围绕中心孔布置。偏心流动通道滤器也包括接收采出液的中心孔，但是过滤介质偏心地围绕中心孔布置。两个或更多个分流管邻近中心孔放置，典型地在中心孔和过滤介质二者的外部。外护罩可围绕代表充填管和输送管的分流管放置。
在图4A和4B的布置中，分流管218在过滤器介质或外网丝220的外部。但是，可改变防砂设备200的构造。在这方面，分流管218可移动至过滤器介质220的内部。
图5A呈现在可选的实施方式中油层隔离装置500的横截面侧视图。该实施方式中，防砂设备200再次分别在相对端连接至封隔器组合件300的颈部306和锯齿部分310。另外，可见封隔器组合件300上的分流管318连接至防砂组合件200上的分流管218。但是，图5A中，防砂组合件200使用内部分流管218，意味着分流管218布置在中心管205和周围过滤器介质220之间。
图5B提供油层隔离装置500的横截面侧视图。图5B沿着图5A的线B-B截取。这穿过一个砂滤器200切割。图5B中，再次可见割缝的或穿孔的中心管205。这与图1和2的中心管205一致。中心孔105显示在中心管205中用于在生产作业期间接收采出液。
径向和等距围绕中心管205放置分流管218。紧紧围绕中心管205放置分流管218，并且在周围过滤器介质220之内。这意味着图5A和5B的防砂设备200提供分流管218的内部实施方式。
在中心管205和周围外网丝或过滤器介质220之间形成环形区域225。环形区域225容许井筒中采出液的流入。外绕丝220由多个径向延伸的支撑肋222支撑。肋222延伸通过环形区域225。
图4A和5A呈现用于将防砂单根连接至封隔器组合件的布置。封隔器中的分流管318(或备用流动通道)流体连接至沿着砂滤器200的分流管218。但是，图4A-4B和5A-5B的油层隔离装置布置400、500仅仅是示意性的。在可选的布置中，歧管系统可用于提供分流管218和分流管318之间的流体连通。
图3C是在可选的实施方式中图3A封隔器组合件300的横截面视图。在该布置中，分流管218围绕中心管302集束。支撑环315设置在分流管318周围。壁222将可膨胀封隔器元件308中的分流管318分开。应当再次理解，本装置和方法不受限于分流管318的具体设计和布置，只要为封隔器组合件210提供浆的旁路。但是，优选地使用同心布置。
也应当注意，防砂设备200与封隔器组合件300的连接机构可包括密封机构(未显示)。密封机构防止由分流管形成的备用流动路径中浆的渗漏。这种密封机构的例子描述在下述中：美国专利号6,464,261；国际专利申请公开号WO 2004/094769；国际专利申请公开号WO 2005/031105；美国专利公开号2004/0140089；美国专利公开号2005/0028977；美国专利公开号2005/0061501；和美国专利公开号2005/0082060。
如所叙述，封隔器组合件300包括一对机械坐封的封隔器304。当使用封隔器组合件300时，有利地使封隔器304在浆注入和形成砾石充填之前坐封。这需要独特的封隔器布置，其中为备用流动通道提供分流管。
示意性显示图3A的封隔器304。但是，在一个实施方式中，图6A和6B提供可用于图3A的封隔器组合件的机械坐封的封隔器600的更详细视图。图6A和6B的视图提供横截面侧视图。图6A中，封隔器600处于其下入位置，而图6B中封隔器600处于其坐封位置。
防砂设备200的其他实施方式可与本文的装置和方法一起使用。例如，防砂设备可包括独立滤器(SAS)、预制滤砂管或薄膜滤器。单根可为滤器、不带眼的管子或油层隔离装置的任何组合。
封隔器600首先包括内心轴610。内心轴610限定形成中心孔605的细长的管状体。中心孔605提供了采出液通过封隔器600的主流动路径。在安装和开始生产后，中心孔605输送采出液至砂滤器200的孔105(见图4A和4B)和生产油管130(见图1和2)。
封隔器600也包括第一端602。螺纹604沿内心轴610位于第一端602上。说明性的螺纹604为外螺纹。在两个端上具有内螺纹的母连接器614被连接或拧到第一端602上的螺纹604上。具有母连接器614的内心轴610的第一端602被称为母接头端。内心轴610的第二端(未显示)具有外螺纹并被称为公接头端。内心轴610的公接头端(未显示)允许封隔器600连接至砂滤器或其他管状体诸如独立滤器、传感模块、生产油管或不带眼的管子的母接头端。
母接头端602上的母连接器614允许封隔器600连接至砂滤器或其他管状体诸如独立滤器、传感模块、生产油管或不带眼的管子的公接头端。
内心轴610沿封隔器600的长度延伸。内心轴610可由多个相连的段或节组成。内心轴610在接近第一端602处具有略微更小的内径。这是由于加工进入内心轴的坐封肩606。如将在下面更充分地说明的，响应由坐封工具施加的机械力，坐封肩606抓住释放套710。
封隔器600也包括活塞心轴620。活塞心轴620大体从封隔器600的第一端602延伸。活塞心轴620可由多个相连的段或节组成。活塞心轴620限定细长的管状体，其沿圆周位于内心轴610周围并基本上与其同心。在内心轴610和周围活塞心轴620之间形成环状空间625。环状空间625有益地为流体提供副流动路径或备用流动通道。
在图6A和6B的布置中，由环状空间625限定的备用流动通道位于内心轴610的外部。但是，封隔器可被重新设置，以便备用流动通道位于内心轴610的孔605内。在任一情况下，备用流动通道“沿着”内心轴610。
环状空间625与另一个井下工具(在图6A和6B中未显示)的副流动路径流体连通。这种单独的工具可为例如图4A和5A的砂滤器200，或不带眼的管子，可膨胀油层隔离封隔器，比如图3A的封隔器308，或其他管状体。管状体可以是或可以不是备用流动通道。
封隔器600也包括连接器630。连接器630在第一端602上连接和密封(例如，经弹性“o”环)至活塞心轴620。连接器630随后被拧到和销入(pin)母连接器614，其被螺纹连接至内心轴610，以防止内心轴610和连接器630之间的相对旋转移动。第一扭矩螺栓在632处显示，用于将连接器销入母连接器614。
在一方面，也使用NACA(国家航空咨询委员会)键(key)634。NACA键634被放置在连接器630内部，并在有螺纹的母连接器614外部。在632处提供第一扭矩螺栓，将连接器630连接至NACA键634并且随后连接至母连接器614。在636处提供第二扭矩螺栓，将连接器630连接至NACA键634。NACA形的键可(a)经母连接器614固定连接器630至内心轴610，(b)防止连接器630绕内心轴610旋转，和(c)使浆沿环状空间612的流动成流线型，以降低摩擦。
在封隔器600内，在内心轴610周围的环状空间625与主孔605隔离。另外，环状空间625与周围井筒环状空间(未显示)隔离。环状空间625能够实现砾石砂浆从备用流动通道(诸如分流管218)通过封隔器600的转移。因此，环状空间625成为封隔器600的备用流动通道(一个或多个)。
在操作中，环形空间612位于封隔器600的第一端602。环形空间612被放置在母连接器614和连接器630之间。环形空间612容纳来自相连的管状体的备用流动通道的浆，并传输浆至环状空间625。管状体可为例如邻近的砂滤器、不带眼的管子或油层隔离设备。
封隔器600也包括负载肩626。负载肩626放置在接近活塞心轴620的末端，在此连接和密封连接器630。活塞心轴620末端上的实心截面具有内径和外径。负载肩626沿外径放置。内径具有螺纹并螺纹连接至内心轴610。在内径和外径之间形成至少一个备用流动通道，以连接环形空间612和环状空间625之间的流动。
负载肩626提供了承载点。在钻机操作期间，负载环或装置(未显示)被放置在负载肩626周围，以允许封隔器600被抬起并用常规吊卡支持。随后，当被放置在钻机的旋转底板中时，负载肩626暂时用于支持封隔器600(和已经下入井的任何连接的完井设备，比如砂滤器单根)的重量。然后负载可从负载肩626转移至管螺纹连接器诸如母连接器614，随后转移至内心轴610或中心管205，其是被拧到母连接器614上的管子。
封隔器600也包括活塞壳640。活塞壳640位于活塞心轴620周围并基本上与活塞心轴620同心。封隔器600配置为使活塞壳640沿着活塞心轴620和相对于活塞心轴620轴向移动。具体地，活塞壳640由井下静水压力驱动。活塞壳640可由多个相连的段或节组成。
活塞壳640在下入期间沿着活塞心轴620保持在合适的位置上。活塞壳640利用释放套710和释放键715固定。释放套710和释放键715防止活塞壳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7B提供了封隔器600的释放套710和释放键715的放大视图。释放套710和释放键715通过剪切销钉720保持在合适的位置上。在图7A中，剪切销钉720没有被剪切，并且释放套710和释放键715沿内心轴610保持在合适的位置上。但是，在图7B中，剪切销钉720已经被剪切，并且释放套710已经沿内心轴610的内表面608平移。
在图7A和7B的每一个中，可见内心轴610和周围活塞心轴620。另外，活塞壳640在活塞心轴620的外部可见。代表内心轴610、活塞心轴620和活塞壳640的三个管状体通过四个释放键715固定在一起对抗相对平移或旋转移动。仅仅一个释放键715在图7A中可见；但是，四个单独的键715在下面描述的图6E的横截面视图中径向可见。
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中的肩凹处624内。肩凹处624足够大，以允许肩734径向向内移动。但是，这种运动在图7A中通过释放套710的存在被约束。
注意到内心轴610和活塞心轴620之间的环状空间625未见于图7A或7B中。这是因为环状空间625不延伸通过该横截面，或非常小。相反，环状空间625使用保持释放键715的支持的独立的径向隔开的通道，如图6E中最佳可见。换言之，组成环状空间625的大通道位于远离围绕键孔615的内心轴610材料的位置。
在每个释放键位置，键孔615被加工穿过内心轴610。键孔615被钻出以容纳各自的释放键715。如果有四个释放键715，将具有四个沿圆周隔开的分立的隆起，以显著减少环状空间625。邻近隆起之间的环状空间625的剩余面积允许在备用流动通道625中流动绕过释放键715。
隆起可被加工为内心轴610的主体的一部分。更具体地，构成内心轴610的材料可被加工以形成隆起。可选地，隆起可被加工为独立的短释放心轴(未显示)，其随后被拧到内心轴610上。仍然可选地，隆起可为通过焊接或其他手段固定在内心轴610和活塞心轴620之间的独立的间隔块。
这里也注意，在图6A中，活塞心轴620显示为一体主体。但是，放置键孔615的活塞心轴620的部分可为独立的短释放罩。该独立的罩随后被连接至主活塞心轴620。
每个释放键715都具有开口732。类似地，释放套710具有开口722。释放键715中的开口732和释放套710中的开口722的大小和构造适于接收剪切销钉。剪切销钉见720。在图7A中，剪切销钉720由释放套710保持在开口732、722内。但是，在图7B中，剪切销钉720已经被剪切，并且销钉720的仅一小部分保持可见。
释放键715的外缘具有凹凸不平的表面或齿。释放键715的齿在736处显示。释放键715的齿736的角度和构造适于匹配活塞罩640内的互补的凹凸不平的表面。活塞罩640的匹配的凹凸不平的表面(或齿)在646处显示。齿646位于活塞罩640的内表面上。当被啮合时，齿736、646防止活塞罩640相对于活塞心轴620或内心轴610移动。优选地，匹配的凹凸不平的表面或齿646位于独立的短外释放套的内表面上，其随后被拧到活塞罩640上。
现在返回图6A和6B，封隔器600包括对中元件650。对中元件650由活塞罩640的移动启动。对中元件650可为例如名称为“ImprovedCentraliser”的WO/2009/071874中描述。该申请代表Petrowell Ltd.申请，并且国际申请日为2008年11月28日。该国际申请以其整体并入本文。
封隔器600进一步包括密封元件655。当对中元件650启动并使封隔器600在周围井筒内居中时，活塞罩640继续启动密封元件655，如在名称为“Improved Packer”、国际申请日为2007年3月22日的WO/2007/107773中描述。该国际申请以其整体通过引用并入本文。
在图6A中，对中元件650和密封元件655处于它们的下入位置。在图6B中，对中元件650和连接的密封元件655已经被启动。这表示活塞罩640已经沿着活塞心轴620移动，使对中元件650和密封元件655两者与周围井筒壁啮合。
如WO2010/084353所述的锚系统可用于防止活塞罩640后退。这防止了杯型元件655的收缩。
如所述，响应来自包括砾石砂浆的井筒流体的静水压力，发生活塞罩640的移动。在封隔器600的下入位置(图6A所示)，活塞罩640由释放套710和相关联的活塞键715保持在合适的位置上。该位置在图7A中显示。为了坐封封隔器600(根据图6B)，释放套710必须移出释放键715的路线，以便释放键715的齿736不再与活塞罩640的齿646啮合。该位置在图7B中显示。
为了移动释放套710，使用坐封工具。示意性坐封工具在图7C中的750处显示。坐封工具750限定了短圆筒体755。优选地，坐封工具750与冲洗管柱(未显示)一起下入井筒中。可在地面上控制冲洗管柱沿着井筒的移动。
坐封工具750的上端752由数个径向弹性爪指760组成。当遭受足够的向内力时，弹性爪指760回缩。在操作中，弹性爪指760闭锁入沿释放套710形成的轮廓724。弹性爪指760包括凸起的表面762，其与释放键710的轮廓724匹配或闭锁入释放键710的轮廓724。在闭锁后，坐封工具750在井筒内被拉动或抬起。坐封工具750随后用足够的力拉动释放套710，以使剪切销钉720剪切。一旦剪切销钉720被剪切，释放套710沿着内心轴610的内表面608自由向上平移。
如所述，坐封工具750可与冲洗管一起下入井筒中。坐封工具750可简单地是冲洗管主体的有形部分。但是，优选地，坐封工具750为螺纹连接至冲洗管的独立的管状体755。在图7C中，连接工具提供在770处。连接工具770包括外螺纹775，用于连接至钻柱或其他下入管。连接工具770延伸入坐封工具750的主体755。连接工具770可一直延伸通过主体755，以连接至冲洗管或其他设备，或它可连接至坐封工具750的主体755内的内螺纹(未显示)。
返回图7A和7B，释放套710的行进受限。在这方面，释放套710的第一端或顶端726沿着内心轴610的内表面608停靠在肩606。释放套710的长度足够短，以允许释放套710脱离(clear)释放键715中的开口732。当完全移位后，释放键71径向向内移动，当存在静水压力时，其由活塞罩640中凹凸不平的轮廓推动。
销钉720的剪切和释放套710的移动也允许释放键715从活塞罩640上脱离。肩凹处624被制成一定尺寸，以便一旦释放套710脱离，其允许释放键715的肩734从活塞罩640的齿646脱落或脱离。静水压力随后作用在活塞罩640上，以将它相对于活塞心轴620向下平移。
在剪切销钉720已经被剪切后，活塞罩640沿着活塞心轴620的外表面自由滑动。为此，来自环状空间625的静水压力作用在活塞罩640中的肩642上。这在图6B最佳可见。肩642用作承压面。流体端口628穿过活塞心轴620提供，以允许流体进入肩642。有益地，流体端口628允许在砾石充填操作期间施加高于静水压力的压力。该压力被施加至活塞罩640，以确保封隔器元件655与周围井筒啮合。
封隔器600也包括计量设备。当活塞罩640沿活塞心轴620平移时，计量口664调节活塞罩沿活塞心轴平移的速率，因此减缓活塞罩的移动和调节封隔器600的坐封速度。
为了进一步理解说明性机械坐封的封隔器600的特征，提供了数个额外的横截面视图。这些见于图6C、6D、6E和6F。
首先，图6C为图6A的机械坐封的封隔器的横截面视图。该视图沿着图6A的线6C-6C截取。线6C-6C穿过扭矩螺栓636中的一个截取。扭矩螺栓636将连接器630连接至NACA键634。
图6D为图6A的机械坐封的封隔器的横截面视图。该视图沿着图6B的线6D-6D截取。线6D-6D穿过扭矩螺栓632中的另一个截取。扭矩螺栓632将连接器630连接至母连接器614，其被拧到内心轴610上。
图6E为图6A的机械坐封的封隔器600的横截面视图。该视图沿着图6A的线6E-6E截取。线6E-E穿过释放键715截取。可见释放键715穿过活塞心轴620并进入内心轴610。也可见备用流动通道625位于释放键715之间。
图6F为图6A的机械坐封的封隔器600的横截面视图。该视图沿着图6B的线6F-6F截取。线6F-6F穿过活塞心轴620内的流体端口628截取。当流体移动通过流体端口628并推动活塞罩640的肩642远离端口628时，环形间隙672在活塞心轴620和活塞罩640之间形成并延伸。
连接防砂设备200与封隔器组合件300需要封隔器组合件300中的分流管318与沿着防砂设备200的分流管218对准。在这方面，当啮合封隔器时防砂设备中分流管218的流动路径应当是未中断的。图4A(上述)显示防砂设备200连接至中间封隔器组合件300，分流管218、318对准。但是，形成该连接通常需要专用接头或跨接管，以联合型连接、同步连接对准多个管，或将圆筒形盖板置于连接管上。这些连接是昂贵的、耗时的和/或难以在钻台上操纵。
名称为“Gravel Packing Methods”的美国专利号7,661,476公开了使用一个或多个砂滤器单根的生产套管(称为单根组合件)。砂滤器单根放置在“负荷套组合件(load sleeve assembly)”和“扭矩套组合件(torquesleeve assembly)”之间。负荷套组合件限定伸长的主体，其包括外壁(用作外径)和内壁(提供内径)。内壁形成穿过负荷套组合件的孔。类似地，扭矩套组合件限定伸长的主体，其包括外壁(用作外径)和内壁(提供内径)。内壁也形成穿过扭矩套组合件的孔。
负荷套组合件包括至少一个输送导管和至少一个充填导管。至少一个输送导管和至少一个充填导管放置在内径之外和外径以内。类似地，扭矩套组合件包括至少一个导管。至少一个导管也布置在内径之外和外径以内。
负荷套组合件和扭矩套组合件可用于将生产套管连接至砂滤器的单根。生产套管包括“主体部分”，其放置为通过负荷套组合件和扭矩套组合件与砂滤器的中心管流体连通。负荷套组合件和扭矩套组合件以输送和充填导管流体连通的方式与中心管拼接(make up)或联接，从而提供砾石砂浆的备用流动通道。
连接组合件也可用于将负荷套组合件连接至砂滤器的单根。连接组合件具有歧管区域，其中歧管区域配置为在至少部分砾石充填操作期间与负荷套组合件的至少一个输送导管和至少一个充填导管流体流动连通。负荷套组合件、扭矩套组合件和连接组合件的好处是它们能够实现连接一系列砂滤器单根并且以更快和较便宜的方式下入井筒。
美国专利号7,661,476的负荷套和扭矩套假设砂滤器和连接的封隔器具有匹配的径向中心。这意味着下入井筒中的井筒工具每个具有同心流动路径，或它们每个具有偏心流动路径，并且流动路径匹配。但是，期望能够流体连接具有不同径向中心线的井筒工具。进一步，期望能够流体连接第一井筒工具与第二井筒工具，第一井筒工具具有相对于该第一工具同心的主流动路径，第二井筒工具具有相对于该第二工具偏心的主流动路径。因此，本文提供了转换接头。
图8A至8C显示井筒工具的各种偏心设计。这里，说明性井筒工具是防砂设备。防砂设备可以是砂滤器或不带眼的管子。每个井筒工具800A、800B、800C包括限定其中孔805的中心管810。孔805代表主流动路径。另外，每个井筒工具800A和800C包括围绕中心管810的过滤器介质820。最后，每个井筒工具800A、800B、800C包括砾石砂浆的备用流动通道。示意性砂滤器800A、800C的备用流动通道是矩形或圆形分流管；示意性不带眼的管子800B的备用流动通道是中心管810和外壳850之间的偏心环状空间。
图8A中，显示第一防砂设备800A。防砂设备800A包括中心管810。过滤器介质820同心布置在中心管810周围。外护罩840接着偏心布置在中心管810和过滤器介质820周围。罩840是穿孔的，意味着其允许砾石砂浆和井筒流体的流入。
在过滤器介质820和周围的罩840之间形成环形区域835。环形区域835中是多个备用流动通道。在图8A的布置中，这些代表输送管830A和充填管832A。输送管和充填管用作砾石砂浆的备用流动通道在本领域通常是已知的。输送管830A和充填管832A位于过滤器介质820周围。
图8B中，显示不带眼的管子800B。不带眼的管子800B同样包括中心管810。在该布置中，外壳850偏心布置在中心管810周围。在中心管810和周围壳850之间形成偏心环形区域835，用作备用流动通道830B。分流的不带眼的管子800B安装在滤器的顶部单根上方或横跨封隔器之间的隔离部分，如本领域已知。
图8C中，显示第二防砂设备800C。防砂设备800C同样包括中心管810。在该布置中，过滤器介质820同心布置在中心管810周围。外护罩840接着偏心布置在中心管810和过滤器介质820周围。罩840是穿孔的，意味着其允许砾石砂浆和井筒流体的流入。同样在过滤器介质820和围绕护罩840之间形成环形区域835。
图8C中，分流管830C设置在环形区域835中。分流管830C用作备用流动通道。
每个图8A、8B和8C中，各自备用流动通道830A、830B、830C代表副流动路径。这些副流动路径与井筒工具800A、800B、800C的径向中心偏心。在一种实施方式中，当与同心滤器中的分流管比较时，偏心滤器布置在副流动路径中提供更低的摩擦。认为偏心滤器用在水平完井的趾部将减少总摩擦或延长完井的最大砾石充填长度。
图9A至9C显示井筒工具的各种同心设计。这里，说明性井筒工具是封隔器。每个封隔器900A、900B、900C包括限定其中孔905的中心管910。孔905代表主流动路径。另外，每个封隔器900A、900B、900C包括围绕中心管910的外壳920。
图9A中，显示第一封隔器900A。封隔器900A包括中心管910。壳920同心布置在中心管910周围。在中心管910和周围壳920之间形成环形区域935。环形区域935任选地包含肋937，用于在中心管910周围支撑和间隔壳920。
环形区域935也包含多个备用流动通道。在图9A的布置中，这些代表输送管930A和充填管932A。输送管和充填管用作砾石砂浆的备用流动通道在本领域通常是已知的。
图9B中，显示第二封隔器900B。封隔器900B同样包括中心管910。壳920同心布置在中心管910周围。在中心管910和周围壳920之间形成环形区域935。在该布置中，没有使用输送管或充填管；而是，环形区域935本身用作备用流动通道930B。
图9C中，显示第三封隔器900C。封隔器900C同样包括中心管910和周围壳920。在该布置中，分流管930C偏心布置邻近中心管910。分流管830C位于环形区域935中并且用作备用流动通道。
每个图9A、9B和9C中，各自备用流动通道930A、930B、930C代表副流动路径。
上述图8系列使用防砂设备和不带眼的管子作为示意性偏心井筒工具，而图9系列使用封隔器作为示意性同心井筒工具。但是，应当理解这些系列的任一个可显示具有主流动路径和至少一个副流动路径的不带眼的管子。进一步，应当理解封隔器可具有偏心设计，和防砂设备可具有同心设计。在任何这些情况下，需要的是将主流动路径流体连通和副流动路径流体连通的转换接头。
图10A至10C提供转换接头1000的横截面视图。转换接头1000操作以将第一井筒工具流体连接至第二井筒工具。图10A中，显示转换接头1000的侧视图。可见转换接头1000限定细长的管状体。转换接头1000具有壁1010。壁1010限定其中的孔1005。孔1005用作弯曲的主流动路径。
壁1010具有第一端1012和第二相对端1014。孔1005从第一端1012至第二端1014行进通过转换接头1000的长度。转换接头1000也具有至少一个副流动路径1020。副流动路径1020行进穿过转换接头1000的主体1010，并且也从第一端1012行进至第二端1014。
图10B提供转换接头1000的第一横剖面视图。该视图沿着图10A的线B-B截取。线B-B位于转换接头1000的第一端1012，其是公接头端。从图10B的视图可见，转换接头1000的孔1005在第一端1012相对于接头1000偏心。延伸的连接元件1030可设置用于将副流动路径1020流体连接至砂滤器或其他相邻井筒工具中的备用流动通道。
图10C提供转换接头1000的第二横剖面视图。该视图沿着图10A的线C-C截取。线C-C是通过转换接头1000的第二端1014切出，其是图10A中的母接头端，尽管其可也以是公接头端。从图10C的视图可见，转换接头1000的孔1005在第二端1014相对于接头1000同心。
在图10A和10B的布置中，转换接头1000的第一端1012设计为螺纹连接至偏心的井筒工具或提供与偏心的井筒工具流体连通。这种井筒工具可具有例如图8A的防砂设备800A的轮廓。因此，第一端1012具有偏心副流动路径1020，其与砂滤器中的通过矩形端口(比如图8A的偏心分流管830A、832A)对准。
相反地，图10A和10C的布置中，转换接头1000的第二端1014设计为螺纹连接至同心的井筒工具或提供与同心的井筒工具的流体连通。这种井筒工具可具有例如图9C封隔器900C的轮廓。因此，第二端1014提供连接至封隔器的同心主流动路径1005，和连接至封隔器中圆形端口(比如图9C的分流管930C)的副流动路径1020。
应当注意，偏心井筒工具可直接通过螺纹连接，或间接通过歧管接头的使用连接至转换接头1000的第一端1012。类似地，同心井筒工具可直接通过螺纹连接，或间接通过使用连接器和扭矩套或负荷套连接至转换接头1000的第二端1014。连接器和扭矩套或负荷套的例子提供在美国专利号7,661,476和美国专利号7,938,184中。
应当进一步注意，偏心井筒工具或同心井筒工具可以是砂滤器、封隔器或不带眼的管子。需要的是每个井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径，其中第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心。
转换接头1000本身也具有主流动路径1005和副流动路径1020。副流动路径1020也是弯曲的。优选地，副流动路径1020包括多个分流管或分流环状空间，用于携带砾石砂浆。但是，副流动路径1020可具有任何轮廓。
图10B的布置中，副流动路径1030设计为在第一端1012与图8A的多边形充填管830A和输送管832A流体连通。类似地，在图10C的布置中，副流动路径1020设计为在第二端1014与图9C的分流管930C流体连通。但是，在第一端1012或第二端1014可采用其他流体连通轮廓。
如在图10A的布置中可见，转换接头1000可含有沿着其长度的至少一个拐点，提供“S”形周线。“S”形周线补偿从偏心流动路径至同心流动路径的轴偏离。具有最小曲率(或“双向折弯(dog leg)”)的连续轮廓或周线可易于井下工具通过，减少扭矩和阻力，使颗粒流动的腐蚀最小化，并且使流动摩擦最小化。“S”形周线的典型数学描述是S形函数。S形函数的例子包括但不限于双曲正切函数、反正切函数、逻辑函数、Rosin-Rammler函数和误差函数。尽管转换接头1000中的过渡可简化为一系列直线段(没有拐点)，但转折点处不连续的轮廓可产生高的局部曲率。
图11A是图解说明性转换接头的轴偏离(第一y-轴)对对称长度(x-轴)的笛卡尔图1100A。这针对16英尺转换接头。图11A的曲线1100A图解的转换接头在同心和偏心井筒工具之间具有0.54英寸轴偏离的轮廓。轴偏离代表曲率。因此，线1110A表示转换接头轮廓并且显示转换接头的孔的中心如何相对于工具的纵向中心线移动。可见，提供了弯曲的或S形的轮廓。
图11A也对于16英尺转换接头将曲率(第二y-轴)对对称长度(x-轴)作图。曲率表示转换接头的孔在沿着孔中央的任何给定位置如何急剧转向。数学上来说，曲率与曲线的导数相关，因为其反应沿着曲线1110A的方向改变速度。线1120A显示该方向改变速度。注意在沿着x-轴的0英寸标记处，孔具有拐点。
曲率1120A或轮廓基于双曲正切函数。曲率1120A由油田的常用单位——度每100英尺——表示。图11A中的例子表示沿着192英寸(16英尺)转换接头长度的9°/100ft最大曲率。曲率1120A在转换接头的中间或拐点处是零。
转换接头长度可减少一半至96英寸。这显示在图11B中。
图11B是将另一说明性转换接头的轴偏离(第一y-轴)对对称长度(x-轴)作图的笛卡尔图1100B。这针对8英尺转换接头。线1110B表示96英寸接头的转换接头轮廓，显示转换接头的孔的中心如何相对于工具的纵向中心线移动。可见，再次提供弯曲的轮廓。
图11B也将8英尺转换接头的曲率(第二y-轴)对转换接头的对称长度(x-轴)作图。线1120B表示转换接头的孔的曲率。这里，最大曲率变成四倍为36°/100ft。
如上述，一系列的直线段可用于代替弯曲的轮廓。当使用简化的几何形状如直线段时，可进一步减少转换接头长度，但是在转折(不连续)点(一个或多个)的曲率变高。因此，转换接头设计必须在长度和曲率之间平衡。
图11C是将转换接头的轴偏离(y-轴)对对称长度(x-轴)作图的笛卡尔图1100C。这也针对8英尺转换接头。这里，图1100C针对两个不同的孔轮廓比较转换接头的孔的中心相对于工具的纵向中心线如何移动。线1110B是与图11B的1110B相同的线。这同样针对弯曲的轮廓。提供线1115以显示具有直线段的轮廓。
转换接头1000的轴偏离和曲率是重要的考虑因素。转换接头1000的主流动路径应当能够适应工具比如图7C的坐封工具750移动通过孔1005。可见图11A中线1120A显示的曲率范围具有比图11B中线1120B的曲率范围更小的范围。这是可预期的，因为图11A的转换接头具有图11B的转换接头的两倍长度，从而减小了曲率的“方向改变速度”。
减轻曲率对主流动路径影响的另一方式是增加转换接头的内径。增加的直径使得其他井下工具容易行进穿过弯曲的转换接头。
当使用转换接头时，可考虑其他设计选项。例如，当副流动路径用作砾石充填的备用流动通道时，在副流动路径和主流动路径之间可出现高的压差。另外，在副流动路径和转换接头与周围井筒之间的环状空间即井筒环状空间之间可出现高压差。例如，当砾石充填5,000英尺水平完井层段时，在跟部附近预期有6,500psi压差。为了保持副流动路径的机械完整性(即，在爆破、弯曲和破裂等级内仍保持)，需要一定的周围壁厚度。这又限制了转换接头的内部直径。
其他考虑因素包括最小化长度，提供小于或等于相邻井筒工具的直径的总外径，最大化主流动路径的内径，以及提供等于或大于相邻工具的总体机械完整性。
图12是显示在一种实施方式中用于地下地层中完井的方法1200的步骤的流程图。方法1200适用于安装具有未对准的流动路径的井筒工具。
在一个方面，方法1200首先包括提供第一井筒工具。这显示在框1210中。第一井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径。第一井筒工具可以是砂滤器、封隔器或不带眼的管子。
方法1200也包括提供第二井筒工具。这表示在框1220处。第二井筒工具也具有主流动路径和至少一个副流动路径。第二井筒工具可以是砂滤器、封隔器或不带眼的管子。但是，第一井筒工具的主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具的主流动路径的径向中心。
方法1200也包括提供转换接头。这显示在框1230处。转换接头也包括主流动路径和至少一个副流动路径。方法1200接着包括在第一端将转换接头流体连接至第一井筒工具，和在第二端将转换接头流体连接至第二井筒工具。这些步骤分别提供在框1240和1250处。以此方式，第一井筒工具的主流动路径与第二井筒工具的主流动路径流体连通。进一步，第一井筒工具的至少一个副流动路径与第二井筒工具的至少一个副流动路径流体连通。
方法1200进一步包括将转换接头和连接的第一和第二井筒工具下入井筒。这见框1260。将转换接头下入至井筒中所选择的地下位置。接着将流体注入至井筒。这显示在框1270处。
方法1200接着包括进一步从井筒注入流体并且通过第一井筒工具的副流动路径、转换接头和第二井筒工具的副流动路径。这提供在框1280处。
转换接头可用于连接具有主流动路径和副流动路径的任何两个管状工具，其中第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心。但是，优选地转换接头用作防砂系统的一部分。在这种情况下，第一井筒工具优选地是砂滤器，而第二井筒工具优选地是机械坐封的封隔器，比如图6A和6B的封隔器600。
在一种实施方式中，第一井筒工具(比如砂滤器)的主流动路径与第一井筒工具偏心，而第二井筒工具(比如封隔器)的主流动路径与第二井筒工具同心。在这种情况下，中心管用作砂滤器的主流动路径，而细长的内心轴用作封隔器的主流动路径。砂滤器的副流动路径由用作备用流动通道的分流管构成。封隔器的副流动路径可以是分流管或可以是在内心轴和周围可动活塞罩之间形成的环形区域。在任何情况下，备用流动通道允许砾石砂浆绕过砂滤器单根、转换接头和封隔器，甚至在封隔器已经坐封在井筒中之后。
在一个方面中，方法1200进一步包括将封隔器坐封在井筒中。在这种情况下，进一步注入流体通过副流动路径的步骤在已经将封隔器坐封之后进行。
图13是显示在一种实施方式中在井筒中坐封封隔器的方法1300的步骤的流程图。根据图6A和6B的封隔器600设计该封隔器。方法1300首先包括将坐封工具下入封隔器的内心轴。这显示在框1310中。
坐封工具行进超过封隔器的深度。方法1300接着包括牵引坐封工具沿井筒向上返回。这见于框1320。坐封工具具有弹性爪指或抓牢释放套的其他凸起表面。随着坐封工具沿井筒向上拉出时，弹性爪指闭锁进入释放套。牵引坐封工具沿着封隔器的内心轴从保持位置机械地移动释放套。这又释放封隔器中的活塞罩以便轴向运动。
方法1300接着包括连通静水压力至活塞罩。这提供在框1330。静水压力的连通通过一个或多个流动端口进行。当释放套平移时，流动端口暴露于井筒流体。活塞罩具有静水压力作用的承压面。这引起释放的活塞罩的轴向运动，并且又促使密封元件靠着周围井筒。
使用转换接头的优选的实施方式提供下列工具顺序：
偏心滤器→转换工具→同心封隔器
该顺序的变型如下：
偏心滤器→转换工具→同心封隔器→转换工具→偏心滤器
但是，工具连接的顺序不限于使用偏心砂滤器和同心封隔器。如果同心封隔器不可用，则操作人员可选择使用下列工具顺序：
同心滤器→转换工具→偏心封隔器→转换工具→同心滤器
因此，转换接头允许沿着一系列的砂滤器改变中心管和偏心分流管的方向。在这种情况下，需要两个转换接头。第一转换接头优选地具有同心母接头端和偏心公接头端。第二转换接头优选地具有偏心母接头端和同心公接头端。
在一些情况下可能实际上期望某一类型的封隔器。例如，如果具体类型的封隔器在分流流动路径中允许更高的静水压力或更高的压力等级，则可选择该封隔器。
与转换接头一起使用的另一工具顺序是：
同心滤器→转换工具→偏心滤器
当砾石充填长的层段时，同心滤器的使用可能是有益的。同心砂滤器对于砾石充填长的层段可能更坚固。例如，相比商用偏心滤器的3,000英尺，已知的同心滤器能够砾石充填5,000英尺。新型的转换工具允许操作人员在砾石充填操作期间在层段的趾部或较低压力侧使用较便宜的偏心滤器，并且在砾石充填操作期间在层段的跟部或较高压力侧使用同心滤器。这降低了完井的总体费用，同时仍实现砾石充填目标。
可能难以获得延伸的水平完井需要的大量更复杂的同心砂滤器。所以，通过结合同心滤器与更容易获得的偏心滤器，转换接头允许水平完井继续而不耽搁。因此，转换接头的使用提供维持和管理砂滤器总量的灵活性。
转换接头也为操作人员提供对于具体层段使用最佳滤器，或对于油层隔离使用最佳性能封隔器的灵活性。操作人员不受限于匹配滤器与封隔器的流动路径，可利用可获得的最佳井筒工具进行该工作。
转换接头也允许操作人员创造性使用不带眼的管子。例如，转换接头允许在多层压裂充填应用中在偏心滤器上方的不带眼的管节上使用同心圆分流管。同心圆分流管允许更高的流体注入压力。转换接头能够实现偏心砂滤器单根和同心不带眼的管子之间的流体连接。
可见，本文提供了井筒装置。一般地，如在下列分段中可要求保护井筒装置：
1.井筒装置，包括：
第一井筒工具，其具有主流动路径和至少一个副流动路径；
第二井筒工具，其也具有主流动路径和至少一个副流动路径，其中第一井筒工具中主流动路径的径向中心偏离第二井筒工具中主流动路径的径向中心；和
转换接头，其用于将第一井筒工具连接至第二井筒工具，转换接头包括：
主流动路径，其将第一井筒工具的主流动路径流体连接至第二井筒工具的主流动路径；和
至少一个副流动路径，其将第一井筒工具的至少一个副流动路径流体连接至第二井筒工具的至少一个副流动路径。
2.分段1的井筒装置，其中：
转换接头中的主流动路径与转换接头在第一端偏心；和
转换接头中的主流动路径与转换接头在第二相对端同心。
3.分段2的井筒装置，其中转换接头中的主流动路径具有S形函数的轮廓。
4.分段2的井筒装置，其中转换接头中的主流动路径包括至少两个线性段。
5.分段1或分段2的井筒装置，其中：
井筒装置是防砂设备；
第一井筒工具是砂滤器，其包括细长的中心管、沿圆周围绕中心管的过滤介质和沿着中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，至少一个分流管配置为在井筒中的砾石充填操作期间允许砾石砂浆至少部分绕过第一井筒工具；
中心管用作砂滤器的主流动路径；和
至少一个分流管用作所述砂滤器的所述至少一个副流动路径。
6.分段5的井筒装置，其中：
至少一个分流管在过滤介质内部，或在过滤介质外部。
7.分段6的井筒装置，其中：
至少一个分流管的每个具有圆形轮廓、正方形轮廓或矩形轮廓；和
细长的中心管与砂滤器偏心。
8.分段7的井筒装置，其中第一井筒工具进一步包括围绕至少一个分流管的穿孔的外护罩。
9.分段1或分段2的井筒装置，其中：
第二井筒工具是封隔器，封隔器包括细长的内心轴、内心轴外部的密封元件和用作备用流动通道的环形区域，所述环形区域配置为允许砾石砂浆在封隔器已经坐封在井筒中之后，在井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过第二井筒工具；
内心轴用作封隔器的主流动路径；和
环形区域用作封隔器的至少一个副流动路径。
10.分段9的井筒装置，其中内心轴与封隔器同心。
11.分段9的井筒装置，其中主流动路径具有S形函数的轮廓。
12.分段1或分段2的井筒装置，其中：
第一井筒工具是不带眼的管子，其包括细长的中心管和沿着中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，所述至少一个分流管配置为在井筒中的砾石充填操作期间允许砾石砂浆至少部分绕过所述第一井筒工具；
中心管用作不带眼的管子的主流动路径；和
至少一个分流管用作不带眼的管子的至少一个副流动路径。
13.分段5的井筒装置，其中：
第二井筒工具是封隔器，封隔器包括细长的内心轴、内心轴外部的密封元件和用作备用流动通道的环形区域，所述环形区域配置为允许砾石砂浆在封隔器已经坐封在井筒中之后在井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过第二井筒工具；
内心轴用作封隔器的主流动路径；和
环形区域用作封隔器的至少一个副流动路径。
14.分段13的井筒装置，其中：
砂滤器的细长的中心管与砂滤器偏心；和
封隔器的内心轴与封隔器同心。
15.分段5的井筒装置，其中：
第二井筒工具也是砂滤器，其包括细长的中心管、沿圆周围绕中心管的过滤介质和沿着中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，至少一个分流管配置为允许砾石砂浆在井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过第二井筒工具；
代表第一井筒工具的砂滤器的细长的中心管与砂滤器同心；和
代表第二井筒工具的砂滤器的细长的中心管与砂滤器偏心。
尽管显然地本文描述的发明设计完好以实现上面指出的益处和优势，但是将理解，本发明易于进行改进、变化和改变，而不背离其精神。提供了完井裸眼井筒的改进方法，其使用转换工具以将偏心流动路径流体连接至同心流动路径。
Claims (53)
1.用于将第一井筒工具连接至第二井筒工具的转换接头，所述第一井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径，和所述第二井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径，其中所述第一井筒工具中所述主流动路径的径向中心偏离所述第二井筒工具中所述主流动路径的径向中心，所述转换接头包括：
主流动路径，其配置为将所述第一井筒工具的所述主流动路径流体连接至所述第二井筒工具的所述主流动路径；和
至少一个副流动路径，其配置为将所述第一井筒工具的所述至少一个副流动路径流体连接至所述第二井筒工具的所述至少一个副流动路径。
2.权利要求1所述的转换接头，其中：
所述转换接头中的所述主流动路径与所述转换接头在第一端偏心；和
所述转换接头中的所述主流动路径与所述转换接头在第二端同心。
3.权利要求2所述的转换接头，其中所述转换接头中的所述主流动路径具有S形函数的轮廓。
4.权利要求2所述的转换接头，其中所述转换接头中的所述主流动路径沿着所述转换接头的纵轴改变方向至少一次。
5.权利要求4所述的转换接头，其中所述转换接头中的所述主流动路径包括至少两个线性段。
6.权利要求4所述的转换接头，其中所述转换接头的所述至少一个副流动路径沿着所述转换接头的纵轴改变方向至少一次。
7.井筒装置，包括：
第一井筒工具，其具有主流动路径和至少一个副流动路径；
第二井筒工具，其也具有主流动路径和至少一个副流动路径，其中所述第一井筒工具中所述主流动路径的径向中心偏离所述第二井筒工具中所述主流动路径的径向中心；和
用于将所述第一井筒工具连接至所述第二井筒工具的转换接头，所述转换接头包括：
主流动路径，其将所述第一井筒工具的所述主流动路径流体连接至所述第二井筒工具的所述主流动路径；和
至少一个副流动路径，其将所述第一井筒工具的所述至少一个副流动路径流体连接至所述第二井筒工具的所述至少一个副流动路径。
8.权利要求7所述的井筒装置，其中：
所述转换接头中的所述主流动路径与所述转换接头在第一端偏心；和
所述转换接头中的所述主流动路径与所述转换接头在第二端同心。
9.权利要求8所述的井筒装置，其中所述转换接头中的所述主流动路径具有S形函数的轮廓。
10.权利要求8所述的井筒装置，其中所述转换接头中的主流动路径沿着所述转换接头的纵轴改变方向至少一次。
11.权利要求10所述的井筒装置，其中所述转换接头中的所述主流动路径包括至少两个线性段。
12.权利要求10所述的井筒装置，其中所述转换接头的所述至少一个副流动路径沿着所述转换接头的纵轴改变方向至少一次。
13.权利要求8所述的井筒装置，其中所述第一井筒工具的所述主流动路径与所述第一井筒工具偏心。
14.权利要求8所述的井筒装置，其中所述第二井筒工具的所述主流动路径与所述第二井筒工具同心。
15.权利要求8所述的井筒装置，其中所述第一井筒工具的所述至少一个副流动路径与所述第一井筒工具偏心。
16.权利要求7所述的井筒装置，其中：
所述井筒装置是防砂设备；
所述第一井筒工具是砂滤器，其包括细长的中心管、沿圆周围绕所述中心管的过滤介质和沿着所述中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，所述至少一个分流管配置为在井筒中的砾石充填操作期间允许砾石砂浆至少部分绕过所述第一井筒工具；
所述中心管用作所述砂滤器的所述主流动路径；和
所述至少一个分流管用作所述砂滤器的所述至少一个副流动路径。
17.权利要求16所述的井筒装置，其中：
所述至少一个分流管在所述过滤介质内部。
18.权利要求16所述的井筒装置，其中：
所述至少一个分流管在所述过滤介质外部。
19.权利要求18所述的井筒装置，其中：
所述至少一个分流管的每个具有圆形轮廓、正方形轮廓或矩形轮廓；和
所述细长的中心管与所述砂滤器偏心。
20.权利要求19所述的井筒装置，其中所述第一井筒工具进一步包括围绕所述至少一个分流管的穿孔的外护罩。
21.权利要求7所述的井筒装置，其中：
所述第二井筒工具是封隔器，所述封隔器包括细长的内心轴、内心轴外部的密封元件和用作备用流动通道的环形区域，所述环形区域配置为允许砾石砂浆在已经将所述封隔器坐封在所述井筒中之后在所述井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过所述第二井筒工具；
所述内心轴用作所述封隔器的所述主流动路径；和
所述环形区域用作所述封隔器的所述至少一个副流动路径。
22.权利要求21所述的井筒装置，其中所述内心轴与所述封隔器同心。
23.权利要求22所述的井筒装置，其中所述转换接头的所述第二端通过下述方式连接至所述封隔器：
在第一端或其附近的所述主流动路径外部的负荷套，其至少一个有孔通道穿过并且流体连接至所述至少一个副流动路径；或
在第二相对端或附近的所述主流动路径外部的扭矩套，其至少一个有孔通道穿过和流体连接至所述至少一个副流动路径。
24.权利要求21所述的井筒装置，其中所述环形区域与所述封隔器偏心。
25.权利要求8所述的井筒装置，其中所述主流动路径具有S形函数的轮廓。
26.权利要求8所述的井筒装置，其中所述转换接头的所述主流动路径的内径大于(i)所述第一井筒工具的所述主流动路径的内径，(ii)所述第二井筒工具的所述主流动路径的内径，或(iii)二者的内径。
27.权利要求7所述的井筒装置，其中：
所述第一井筒工具是不带眼的管子，其包括细长的中心管和沿着所述中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，所述至少一个分流管配置为在井筒中的砾石充填操作期间允许砾石砂浆至少部分绕过所述第一井筒工具；
所述中心管用作所述不带眼的管子的主流动路径；和
所述至少一个分流管用作所述不带眼的管子的至少一个副流动路径。
28.权利要求21所述的井筒装置，其中所述封隔器进一步包括：
沿着所述内心轴的内表面的释放套，所述封隔器配置为移动释放套剪切沿着所述内心轴的至少一个剪切销钉；
围绕所述内心轴保持的可动活塞罩，在所述内心轴和周围的活塞罩之间形成环形区域；和
一个或多个流动端口，其在所述释放套已经被移动之后在所述环形区域和所述活塞罩的承压面之间提供流体连通。
29.权利要求21所述的井筒装置，其中所述封隔器的所述密封元件是弹性杯型元件。
30.权利要求16所述的井筒装置，其中：
所述第二井筒工具是封隔器，所述封隔器包括细长的内心轴、内心轴外部的密封元件和用作备用流动通道的环形区域，所述环形区域配置为允许砾石砂浆在已经将所述封隔器坐封在所述井筒中之后在所述井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过所述第二井筒工具；
所述内心轴用作所述封隔器的所述主流动路径；和
所述环形区域用所述作封隔器的所述至少一个副流动路径。
31.权利要求30所述的井筒装置，其中：
所述砂滤器的所述细长的中心管与所述砂滤器偏心；和
所述封隔器的所述内心轴与所述封隔器同心。
32.权利要求30所述的井筒装置，其中：
所述砂滤器的所述细长的中心管与所述砂滤器同心；和
所述封隔器的所述内心轴与所述封隔器偏心。
33.权利要求16所述的井筒装置，其中：
所述第二井筒工具也是砂滤器，其包括细长的中心管、沿圆周围绕所述中心管的过滤介质和沿着所述中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，所述至少一个分流管配置为允许砾石砂浆在井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过所述第二井筒工具；
代表所述第一井筒工具的所述砂滤器的所述细长的中心管与所述砂滤器同心；和
代表所述第二井筒工具的所述砂滤器的所述细长的中心管与所述砂滤器偏心。
34.在地下地层中完井的方法，所述方法包括：
提供第一井筒工具，所述第一井筒工具具有主流动路径和至少一个副流动路径；
提供第二井筒工具，其也包括主流动路径和至少一个副流动路径，其中所述第一井筒工具中所述主流动路径的径向中心偏离所述第二井筒工具中所述主流动路径的径向中心；和
提供转换接头，所述转换接头也包括主流动路径和至少一个副流动路径；
在第一端将所述转换接头流体连接至所述第一井筒工具，和在第二端将所述转换接头流体连接至所述第二井筒工具，使得所述第一井筒工具的主流动路径与所述第二井筒工具的主流动路径流体连通，和所述第一井筒工具的所述至少一个副流动路径与所述第二井筒工具的所述至少一个副流动路径流体连通；
将所述转换接头和连接的第一和第二井筒工具下入井筒至选择的地下位置，从而在所述转换接头和周围的井筒之间形成所述井筒中的环状空间；
将流体注入所述井筒；和
进一步从所述井筒注入所述流体并且进入所述第一井筒工具的所述副流动路径、所述转换接头和所述第二井筒工具的所述副流动路径。
35.权利要求34所述的方法，其中：
所述流体是用于形成砾石充填的砾石砂浆；
所述第一井筒工具是砂滤器，其包括细长的中心管、沿圆周围绕所述中心管的过滤介质和沿着所述中心管的用作备用流动通道的至少一个分流管，所述至少一个分流管配置为在井筒中的砾石充填操作期间允许砾石砂浆至少部分绕过所述第一井筒工具；
所述中心管用作所述砂滤器的所述主流动路径；和
所述至少一个分流管用作所述砂滤器的所述至少一个副流动路径。
36.权利要求35所述的方法，其中所述砂滤器的所述中心管与所述砂滤器偏心。
37.权利要求35所述的方法，其中所述第二井筒工具的所述主流动路径与所述第二井筒工具同心。
38.权利要求35所述的方法，其中：
所述砂滤器的所述至少一个副流动路径与所述砂滤器偏心。
39.权利要求35所述的方法，其中所述至少一个分流管在所述过滤介质内部。
40.权利要求35所述的方法，其中所述至少一个分流管在所述过滤介质外部。
41.权利要求35所述的方法，其中：
所述至少一个分流管的每个具有圆形轮廓、正方形轮廓或矩形轮廓；和
所述细长的中心管与所述砂滤器偏心。
42.权利要求35所述的方法，其中：
所述第二井筒工具是封隔器，所述封隔器包括细长的内心轴、所述内心轴外部的密封元件和用作备用流动通道的环形区域，所述环形区域配置为允许砾石砂浆在已经将所述封隔器坐封在井筒中之后在所述井筒中的砾石充填操作期间至少部分绕过所述第二井筒工具；
所述内心轴用作所述封隔器的所述主流动路径；和
所述环形区域用作所述封隔器的所述至少一个副流动路径。
43.权利要求42所述的方法，进一步包括：
将所述封隔器坐封在所述井筒中；和
其中在已经将所述封隔器坐封之后进行进一步注入所述流体通过所述副流动路径。
44.权利要求43所述的方法，其中所述内心轴与所述封隔器同心。
45.权利要求44所述的方法，其中：
注入流体至井筒包括作为砾石充填操作的一部分注入砾石砂浆；和
进一步注入所述流体通过所述副流动路径包括注入所述砾石砂浆通过所述备用流动通道以允许所述砾石砂浆至少部分绕过所述密封元件，使得在所述封隔器已经坐封在所述井筒中之后在所述封隔器下方砾石充填所述井筒。
46.权利要求42所述的方法，其中所述环形区域与所述封隔器偏心。
47.权利要求43所述的方法，其中坐封所述封隔器包括：
将坐封工具下入所述封隔器的所述内心轴；
牵引所述坐封工具以沿着所述封隔器的所述内心轴从保持位置机械移动释放套，从而释放活塞罩以便轴向运动；和
通过一个或多个流动端口将静水压力连通至所述活塞罩，从而轴向移动所述释放的活塞罩和促使所述密封元件靠着周围的井筒。
48.权利要求47所述的方法，其中所述封隔器进一步包括：
沿着所述内心轴的内表面的释放套，所述封隔器配置为移动所述释放套剪切沿着所述内心轴的至少一个剪切销钉；
围绕所述内心轴保持的可动活塞罩，在所述内心轴和周围的活塞罩之间形成环形区域；和
一个或多个流动端口，其在所述释放套已经被移动之后在所述环形区域和所述活塞罩的承压面之间提供流体连通。
49.权利要求48所述的方法，其中：
将所述坐封工具下入包括将冲洗管下入所述封隔器的所述内心轴中的孔，所述冲洗管在其上具有所述坐封工具；和
从其保持位置释放所述可动活塞罩包括用所述坐封工具沿着所述内心轴牵引所述冲洗管，从而移动所述释放套和剪切所述至少一个剪切销钉，并且从而释放所述活塞罩以便沿着所述内心轴轴向运动。
50.权利要求35所述的方法，其中在所述注入步骤期间，所述转换接头中的所述至少一个副流动路径的流体压力大于所述转换接头的所述主流动路径中的流体压力。
51.权利要求34所述的方法，其中在所述注入步骤期间，所述转换接头中的所述至少一个副流动路径的流体压力大于所述井筒环状空间中的流体压力。
52.权利要求34所述的方法，其中所述第一井筒工具中的所述至少一个副流动路径通过歧管连接至所述转换接头中的所述至少一个副流动路径。
53.权利要求34所述的方法，其中完井所述井筒以沿着选择的地下位置具有裸眼井部分。
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