CN103261573A - 用于层位封隔和流量控制的井筒装置和方法 - Google Patents

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CN103261573A CN2011800606444A CN201180060644A CN103261573A CN 103261573 A CN103261573 A CN 103261573A CN 2011800606444 A CN2011800606444 A CN 2011800606444A CN 201180060644 A CN201180060644 A CN 201180060644A CN 103261573 A CN103261573 A CN 103261573A
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Abstract

用于在地下地层中完成井筒的方法包括提供代表砂筛管的一个或多个单根管的防砂设备，以及沿着所述单根管的封隔器组件，其具有至少一个机械坐封封隔器，所述机械坐封封隔器之中具有至少一个备用流动通道。将封隔器组件和连接的砂筛管下入井筒中，坐封机械坐封封隔器与周围的井筒接合，将砾石砂浆注入井筒中以形成砾石充填。细长封隔柱被下入防砂设备中，穿过封隔器组件，所述封隔柱具有用作流入控制设备的阀。其后，在封隔柱周围并且与封隔器组件相邻启动密封件。层位封隔装置允许在封隔器组件的上面和下面提供流量控制。

Description

用于层位封隔和流量控制的井筒装置和方法
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号61/424,427、2011年5月5日提交的美国临时申请号61/482,788和2011年11月17日提交的美国临时申请号61/561,116的权益。
发明背景
此章节意欲介绍可与本公开的示例性实施方式相关的本领域的各个方面。相信本讨论有助于提供促进更好理解本公开的具体方面的框架。因此，应当理解，应该以这个角度阅读本章节，而不必承认是现有技术。
发明领域
本公开涉及完井领域。更具体地，本发明涉及与利用砾石-充填已经完成的井筒相关的地层的封隔。本申请还涉及可在下套管井筒或裸眼井筒内坐封(set)的层位封隔装置，并且其并入备用流动通道技术。
技术探讨
在油井和气井的钻探过程中，利用钻柱下端向下推动的钻头形成井筒。在钻探至预定深度后，移除钻柱和钻头，并用套管柱对井筒加衬(line)。由此在套管柱与地层之间形成环形区域。一般进行固井作业(注水泥操作，cementing operation)，从而用水泥填充或“挤压”环形区域。水泥与套管的结合强化了井筒并有助于封隔套管后方的地层。
通常在井筒中布置若干外径逐渐减小的套管柱。钻探以及然后对逐渐减小的套管柱注水泥的过程被重复数次，直到井已达到总深度。最终的套管柱——被称为生产套管——在适当位置被固结并穿孔。在一些情况下，最终套管柱是衬管（liner），即，不回接至地表的套管柱。
作为完井过程的一部分，在地表安装井口装置。井口装置控制产出液流动至地表，或控制流体注入井筒。还提供流体收集和处理装置，如管、阀和分离器。然后可开始生产作业。
有时可期望使井筒底部敞开。在裸眼完井中，生产套管不延伸穿过生产层位并且不穿孔；相反，生产层位无套管，或“敞开”。然后在井筒内安置生产套管（production string）或“管道”，该井筒在最后的套管柱下方向下延伸并穿过地下地层。
裸眼完井相对于下套管完井存在某些优势。第一，由于裸眼完井没有射孔孔道，地层流体可360度径向会聚于井筒。这具有消除与会聚径向流动并然后线性流动穿过颗粒填充的射孔孔道相关的额外压降的益处。与裸眼完井相关的减少的压降实质上确保其在相同地层中比无增产措施的（unstimulated）下套管井更具生产力。
第二，裸眼井技术通常耗费低于下套管完井。例如，应用砾石充填消除了注水泥、射孔和射孔后清洁操作的需要。
裸眼完井的常见问题是井筒直接暴露于周围地层。如果地层是未固结的或重度沙质的，产出液流入井筒可随其携带地层颗粒，例如，砂和细粒。这种颗粒可对井下生产装置以及地表处的管、阀和分离装置具有侵蚀性。
为控制砂及其他颗粒的侵入，可应用防砂设备。防砂设备通常被跨过地层安装在井下，以保留大于一定直径的固体物质，同时允许流体生产。防砂设备一般包括细长的管体——被称为中心管，该中心管具有狭缝或开口。然后中心管一般被过滤介质如绕丝或金属丝网缠绕。
为增强防砂设备——特别是在裸眼完井中，通常安装砾石充填。砾石充填井包括，在将防砂设备悬挂或以其他方式布置在井筒中后，在防砂设备周围布置砾石或其他颗粒状物质。为安装砾石充填，通过携带液输送颗粒状材料到井下。携带液连同砾石一起形成砾石砂浆。砂浆在适当位置干燥，留下沿圆周的砾石充填。砾石不仅有助于颗粒过滤，而且有助于保持地层完整性。
在裸眼井砾石充填完井中，在包围带孔中心管的砂筛管与井筒周围壁之间布置砾石。在生产过程中，地层流体从地下地层穿过砾石、穿过筛管流入内部中心管。由此，中心管充当生产套管的一部分。
砾石充填在历史上遇到的问题是在输送过程期间携带液从砂浆中的无意损失可导致砂桥或砾石桥在沿裸眼井层段的不同位置处被过早形成。例如，在具有高度渗透性的层段或已被压裂的层段中，由于过早出现的携带液从砾石砂浆损失进入地层，可发生砾石的不良分布。过早出现的砂桥可阻断砾石砂浆的流动，造成沿完井层段形成空隙。类似地，在筛管和井筒之间的环带中用于层位封隔的封隔器也可阻断砾石砂浆的流动，造成沿完井层段形成空穴。因此，不能实现从底部到顶部的完整砾石充填，使井筒暴露于砂和细粒渗透。
砂桥和绕过层位封隔的问题已经通过使用Alternate PathTechnology
Figure BDA00003354137700031
(备用路径技术)得到解决。Alternate Path Technology
Figure BDA00003354137700032
使用分流管或流动通道，其允许砾石砂浆沿井筒绕过选择的区域，例如，过早出现的砂桥或封隔器。这种流体绕过技术在例如题目为“Tool forBlocking Axial Flow in Gravel-Packed Well Annulus”的美国专利号5,588,487和题目为“Wellbore Method and Apparatus for Completion,Production,and Injection”的PCT公开号WO2008/060479中进行了描述，其均通过引用以其整体并入本文。讨论备用流动通道技术的其他参考文献包括美国专利号8,011,437；美国专利号7,971,642；美国专利号7,938,184；美国专利号7,661,476；美国专利号5,113,935；美国专利号4,945,991；美国专利公开号2010/0032158；美国专利公开号2009/0294128；M.T.Hecker等“Extending Openhole Gravel-PackingCapability:Initial Field Installation of Internal Shunt Alternate PathTechnology”，SPE Annual Technical Conference and Exhibition，SPEPaper No.135,102(2010年9月)；和M.D.Barry等“Open-hole GravelPacking with Zonal Isolation”，SPE Paper No.110,460(2007年11月)。
砾石充填控制砂和细粒内流入井筒中的效力是众所周知的。然而，有时也期望裸眼完井沿井筒的裸眼部分封隔选择的层段，以便控制流体的流入。例如，与可冷凝烃的采出相关联，水有时可侵入层段。这可由于天然水层、锥进(近井烃-水接触上升)、高渗透性薄夹层(streak)、天然裂缝或从注入井指进的存在。取决于出水的机制或原因，可在井的使用期限中，在不同的位置和时期出水。类似地，储层上方的气顶可扩张并冲出，引起伴随油的产气。气体冲出降低了气顶驱动并抑制采油。
在这些和其它例子中，期望将层段封隔免于地层流体生产进入井筒。也可期望环形层位封隔用于生产分配、生产/注入流体剖面(profile)控制、选择性增产或气体控制。然而，由于管下扩眼区域、冲蚀区、较高的压力差、频繁的压力循环和不规则井眼大小，裸眼封隔器的设计和安装是非常有问题的。另外，因为由于压力下降和耗尽，水/气锥进潜力经常在油田寿命后期增加，所以层位封隔的寿命成为考虑因素。
因此，需要改善的防砂系统，其提供用于绕过封隔器的砾石放置的流体绕过技术。进一步需要封隔器组件，其提供沿裸眼井筒的选择的地下层段的封隔。而且，需要井筒装置，其能够在井筒内沿砾石充填进行层位封隔和流量控制。
发明内容
本文首先提供了用于井筒的砾石充填层位封隔装置。该层位封隔装置具有与在井筒的裸眼井部分内布置砾石充填相关联的特定应用。裸眼井部分延伸经过一个、两个或更多个地下层段。
在一个实施方式中，层位封隔装置首先包括油管柱。油管柱存在于井筒内并且配置为接收流体。所述流体可以是已经从一个或多个地下层段产生的产出液。可选地，所述流体可以是水或者注射到一个或多个地下层段中的注入流体。
层位封隔装置还包括防砂设备。防砂设备包括细长中心管。中心管限定具有第一端和第二端的管状构件。层位封隔装置进一步包括沿中心管的大部分在中心管周围的过滤介质。中心管和过滤介质一起形成砂筛管。
砂筛管被布置为具有备用流动路程技术。在这方面，砂筛管包括至少一个用于绕过中心管的备用流动通道。该通道沿中心管基本上从第一端延伸至第二端。
层位封隔装置还包括至少一个并且任选地至少两个封隔器组件。每个封隔器组件包括用作密封件(seal)的机械坐封封隔器(mechanically-setpacker)。更优选地，每个封隔器组件具有两个机械坐封封隔器或环形密封件。这些代表上部封隔器和下部封隔器。每个机械坐封封隔器具有密封元件，其长度可以，例如，从大约6英寸(15.2cm)至24英寸(61.0cm)。每个机械坐封封隔器还具有与砂筛管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任选为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为3英尺(0.91米)至40英尺(12.2米)。在一个方面中，可膨胀封隔器元件由弹性材料制造。可膨胀封隔器元件在流体比如水、气、油或化学品的存在下随着时间启动。例如，如果一个机械坐封封隔器元件失效，可发生膨胀。可选地，当可膨胀封隔器元件周围地层中的流体接触可膨胀封隔器元件时，膨胀可随着时间而发生。
可膨胀封隔器元件优选地在水性流体的存在下膨胀。在一个方面中，可膨胀封隔器元件可包括在烃液体或致动化学品(actuating chemical)的存在下膨胀的弹性材料。这可代替或附加于在水性流体的存在下膨胀的弹性材料。
作为备用流动路程技术的一部分，层位封隔装置还包括一个或多个经过并且沿着每个封隔器组件内各封隔器元件延伸的备用流动通道。备用流动通道用于在砾石充填作业期间，将砾石充填砂浆从上层段转移至一个或多个下层段。
在一个方面中，第一机械坐封封隔器和第二机械坐封封隔器被独特地设计为在砾石充填作业开始之前被坐封在井筒内。井下封隔器将心轴与周围井筒之间的环形区域密封。井筒已经优选地完井为裸眼井筒。可选地，井筒可用下套管井完成，表示生产套管柱已经被穿孔。可选地，井筒可通过一节无眼管完成，并且机械坐封封隔器沿该节无眼管坐封。
层位封隔装置还包括细长封隔柱。封隔柱包括管状体。管状体具有内径，其限定与油管柱流体连通的孔。管状体还具有外径，其配置为存在于筛管的中心管和封隔器组件的心轴内。
层位封隔装置进一步包括第一阀。第一阀置于封隔器组件上面或下面。第一阀限定至少一个口，其可打开和关闭(或者在之间的任何位置)以便选择性地将管状体的孔与周围中心管的孔流体连通放置。
层位封隔装置进一步包括一个或多个密封件。密封件可以是封隔器。该密封件沿管状体的外径存在。放置封隔柱使得密封件与封隔器组件相邻。当被启动时，密封件用于将在管状体外径和周围的坐封封隔器组件的心轴之间形成的环形区域密封。
优选地，层位封隔装置还包括第二阀。在该情况中，第一阀或第二阀在第一封隔器组件的上面，并且第一阀或第二阀中的另一个在第一封隔器组件的下面。
在一个实施方式中，第一阀中的至少一个口包括两个或更多个经过管状体的通孔(through-opening)，并且第二阀还包括两个或更多个经过管状体的通孔。在该情况中，可配置第一阀和第二阀每个使得两个或更多个通孔中的至少一个可选择性地关闭，从而部分地限制流体经过管状体的流动。以这种方式，提供了真实的流入控制设备。
在一个实施方式中，层位封隔装置包括上部密封件和下部密封件。上部密封件和下部密封件被沿着中心管的单根管(joint)间隔开，以便跨骑(straddle)井筒内选择的地下层段。在该实施方式中，封隔柱可进一步包括第三阀。在该情况中，第一阀可在第一封隔器组件的上面，第二阀在第一封隔器组件和第二封隔器组件中间，并且第三阀在第二封隔器组件的下面。
本文还提供了用于在地下地层中完成井筒的方法。井筒优选地包括完井为裸眼井的下部。在一个方面中，所述方法包括提供防砂设备。该防砂设备与上面描述的防砂设备一致。
所述方法还包括提供封隔器组件。该封隔器组件也与上面在其各实施方式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两个机械坐封封隔器。例如，每个封隔器将具有内心轴、内心轴周围的备用流动通道和内心轴外的密封元件。
所述方法还包括将封隔器组件连接到中心管的两个单根管中间的砂筛管。方法随后包括将封隔器组件和连接的砂筛管下入到井筒中。封隔器和连接的砂筛管沿井筒的裸眼井部分(或者其它生产层段)放置。
所述方法还包括坐封至少一个机械坐封封隔器。这通过启动封隔器的密封元件与周围井筒的裸眼井部分接合而完成。其后，所述方法包括将砾石砂浆注入在砂筛管和井筒的周围裸眼井部分之间形成的环形区域中，并且随后进一步经过备用流动通道注射砾石砂浆以允许砾石砂浆绕过封隔器。以这种方式，在封隔器已经坐封在井筒中之后，在封隔器的上面和下面，井筒的裸眼井部分被砾石充填。
在所述方法中，优选地，封隔器组件还包括第二机械坐封封隔器。第二机械坐封封隔器依据第一机械坐封封隔器构造，或者是其镜像。可膨胀封隔器可随后任选地提供在第一机械坐封封隔器和第二机械坐封封隔器中间。可膨胀封隔器具有与第一机械坐封封隔器和第二机械坐封封隔器的备用流动通道对齐的备用流动通道。可选地，封隔器组件可包括在第一封隔器和第二封隔器中间的基于砾石的层位封隔工具。
所述方法还包括将油管柱下入到井筒中，细长封隔柱连接在油管柱的下端。封隔柱包括：
具有内径和外径的管状体，所述内径限定与油管柱的孔流体连通的孔，并且外径配置为存在于防砂设备的中心管内和封隔器组件的内心轴内，
第一阀，和
一个或多个沿着管状体外径的密封件。
所述方法随后包括在中心管内并且穿过封隔器组件布置细长封隔柱。以这种方式，封隔柱的第一阀在封隔器组件上面或下面，并且封隔柱的密封件与坐封封隔器组件相邻。
所述方法进一步包括启动密封件以便将在管状体外径以及与坐封封隔器组件相邻的周围心轴之间形成的环形区域密封。
优选地，第一阀包括两个或更多个经过管状体的通孔。在该情况中，所述方法进一步包括将两个或更多个通孔中至少一个关闭，从而部分地限制流体经过管状体的流动。还优选地，封隔柱包括第二阀。在该情况中，第一阀或第二阀在封隔器的上面，并且第一阀或第二阀中的另一个在封隔器的下面。在该情况中，所述方法进一步包括关闭第一阀、第二阀或者其二者，或者可选地，打开第一阀、第二阀或者其二者，从而在选择的阀与中心管的孔之间建立流体连通。
所述方法还可包括从沿井筒的裸眼井部分的至少一个层段生产烃流体。可选地，所述方法还可包括将流体注入沿井筒的裸眼井部分的至少一个层段中。
附图简述
为使本发明可更好被理解，在此附加了某些示图、图表和/或流程图。但要注意，附图仅图解本发明的选定实施方式，因此不认为是限制范围，因为本发明可适于其他同等有效的实施方式和应用。
图1是说明性井筒的截面图。所述井筒已经钻穿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的井筒的裸眼完井的放大截面图。三个说明性层段的深度处的裸眼完井更清楚可见。
图3A是一个实施方式中的封隔器组件的截面侧视图。此处，显示了中心管，以及周围的封隔器组件。显示了两个机械坐封封隔器，连同中间的可膨胀封隔器元件。
图3B是穿过图3A的线3B-3B取的图3A的封隔器组件的截面图。可见分流管在可膨胀封隔器元件内。
图3C是可选实施方式中的图3A的封隔器组件的截面图。替代分流管，可见输送管会聚(manifold)在中心管周围。
图4A是图3A的封隔器组件的截面侧视图。此处，防砂设备或砂筛管已经置于封隔器组件相对的两端。防砂设备利用外部分流管。
图4B提供穿过图4A的线4B-4B取的图4A的封隔器组件的截面图。可见分流管在砂筛管的外部以便为颗粒砂浆提供可选的流动路程。
图5A是图3A的封隔器组件的另一个截面侧视图。此处，防砂设备或砂筛管已经同样置于封隔器组件相对的两端。然而，防砂设备利用内部分流管。
图5B提供穿过图5A的线5B-5B取的图5A的封隔器组件的截面图。可见分流管在砂筛管内以便为颗粒砂浆提供可选的流动路程。
图6A至6N呈现了在一个实施方式中使用本发明的封隔器组件之一的砾石充填过程的各阶段。提供备用流动路程通道经过封隔器组件的封隔器元件并且经过防砂设备。
图6O显示封隔器组件和砾石充填，其已经在图6A至6N的砾石充填过程完成之后坐封在裸眼井筒中。
图7A是图2的裸眼完井的中间层段的截面图。此处，跨式封隔器已经穿过中间层段置于防砂设备内以便防止地层流体的流入。
图7B是图2的裸眼完井的中间层段和下层段的截面图。此处，插塞已经在中间层段和下层段之间置于封隔器组件内以便防止地层流体从下层段沿井筒向上流动。
图8是井筒的侧示意图，其在一个实施方式中具有置于其中的本发明的封隔柱。
图9A是图2的裸眼完井的中间层段的另一个截面图。此处，层位封隔柱已经沿中间层段置于防砂设备内，关闭阀以便防止地层流体从中间层段流入。
图9B是图2的裸眼完井的中间层段和下层段的截面图。此处，层位封隔柱已经沿中间层段和下层段置于防砂设备内，关闭阀以便防止地层流体从下层段沿井筒向上流动。
图10是在一个实施方式中将井筒完井的方法的流程图。所述方法包括将防砂设备和封隔器组件下入到井筒中、将封隔器坐封、在井筒中安装砾石充填以及将层位封隔柱下入到防砂设备中。
具体实施方式
定义
如本文所用，术语"烃"是指有机化合物，主要——如果不是排它的——包括元素氢和碳。烃通常分为两类：脂肪族烃或直链烃；和环状烃或闭环烃，包括环状萜烯。含烃物质的实例包括可用作燃料或升级成燃料的任意形式的天然气、油、煤和沥青。
如本文所用，术语"烃流体"是指气体或液体烃或其混合物。例如，烃流体可包括在地层状态下、在处理状态下或在环境状态（15℃和1atm压力）下是气体或液体的烃或其混合物。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、煤热解产物及其他气态或液态烃。
如本文所用，术语"流体"是指气体、液体及气体和液体的组合、以及气体和固体的组合、及液体和固体的组合。
如本文所用，术语"地下"是指存在于地球表面下方的地质层。
术语“地下层段”是指地层流体可存在的地层或地层部分。流体可以是，例如，烃液体、烃气体、水性流体或其组合。
如本文所用，术语"井筒"是指通过钻探或将管路插入地下制成的地下孔穴。井筒可具有基本上圆形横截面或其他横截面形状。如本文所用，术语"井"，在涉及地层中开口时，可与术语"井筒"互换使用。
术语“管状构件”或“管状体”指任何管或管状设备，比如一节套管或中心管、一部分衬管或者短节。
术语“防砂设备”意思是任何细长管状体，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、细粒和粒状岩屑。绕丝筛管是防砂设备的实例。
术语“备用流动通道”意思是歧管和/或分流管的任何集合，其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者任何在环形区域中过早出现的砂桥并且在进一步的下游继续砾石充填。这些井筒工具的实例包括(i)具有密封元件的封隔器；(ii)砂筛管或割缝衬管；以及(iii)无眼管，具有或没有外部防护罩。
具体实施方式的描述
本文结合某些具体实施方式对本发明进行描述。但是，就以下详细描述针对于具体实施方式或具体应用而言，其仅意为是示例性的，而不被解释为限制本发明的范围。
本发明某些方面也结合各个附图进行描述。在某些附图中，图页上部表示朝向地表，图页下部表示朝向井底。虽然井通常以基本上垂直的定向完井，但要理解，井也可是倾斜或甚至水平完井的。虽然在参考附图时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，但其意为指示图页上或相对于权利要求术语的相对位置，而不一定是在地面上定向，因为无论井筒如何定向，本发明均具有应用性。
图1是示例性井筒100的横截面图。井筒100限定自地表101延伸并且进入地球地下110的孔（bore）105。井筒100完成，从而在井筒100下端具有裸眼井部分120。形成井筒100的目的是生产烃进行加工或商业销售。生产油管柱130被提供在孔105中，从而将生产流体从裸眼井部分120向上运输至地表101。
井筒100包括在124示意性显示的井采油树。井采油树124包括关井阀126。关井阀126控制生产流体自井筒100的流动。此外，提供地下安全阀132以在地下安全阀132上方出现破裂或灾难性事件时阻止流体自生产油管130流动。井筒100可任选地在裸眼井部分120中或正上方具有泵（未显示），以人工地使生产流体从裸眼井部分120向上提升至井采油树124。
井筒100通过在地下110设置一系列管而完成。这些管包括第一套管柱102，有时被称为地表套管或导管。这些管还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可自地表悬挂，或它们可利用可扩张衬管或衬管悬挂器自邻近的更高的套管柱悬挂。应当理解，不延伸回到地表的管柱(比如套管柱106)常被称为“衬管”。
在图1的示例性井筒布置中，中间套管柱104自地表101悬挂，而套管柱106自套管柱104的下端悬挂。可采用另外的中间套管柱(未显示)。本发明不限于使用类型的套管布置。
每个套管柱102,104,106通过水泥柱108设置在适当的位置。水泥柱108将地下110的不同地层与井筒100以及彼此封隔。水泥柱108从地表101延伸至在套管柱106下端处的深度“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136。生产封隔器138在套管柱106的下端“L”附近密封环形区域136。
在许多井筒中，称为生产套管的终套管柱用水泥胶结在地下生产层段存在的深度处的位置。但是，示例性井筒100完井为裸眼井筒。因此，井筒100不包括沿着裸眼井部分120的终套管柱。
示例性井筒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可例如含有寻求生产的有价值的石油矿床，而中间层段114可在其孔体积中主要含有水或其他水性流体。这可能是由于天然水层、含水层中的高渗透性薄夹层或天然裂缝、或从注入井的指进的存在。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，水同样有可能将侵入井筒100。
仍可选地，上层段112和下层段116可以正在从砂或其他渗透性岩石基体生产烃流体，而中间层段114可表示非渗透性页岩或另外为对流体基本上不渗透的。
在任何这些情况下，期望操作人员封隔所选择的层段。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以及将中间层段114与上层段112和下层段116封隔，从而主要可通过井筒100生产烃流体并且至地表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和上层段112和中间层段114封隔，从而主要可通过井筒100生产烃流体并且至地表101。在第三种情况下，操作人员希望将上层段112与下层段116封隔，但是不需要封隔中间层段114。本文提供了在裸眼完井背景下解决这些需要的方案，并且结合下述附图更充分地说明。
结合自具有裸眼完井的井筒生产烃流体，不仅仅期望封隔所选择的层段，而且也期望限制砂颗粒和其他细粒流入。为了防止在作业期间地层颗粒迁移进入生产套管130，防砂设备200已被下入井筒100。下面结合图2和图6A至6N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的细长管状体。中心管205通常由多个管节组成。中心管205(或组成中心管205的每个管节)通常具有小的射孔或狭缝以允许产出液流入。
防砂设备200也含有缠绕或以其他方式围绕中心管205径向放置的过滤器介质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绕丝。可选地，砂筛管的过滤介质包括薄膜筛管(membranescreen)、可扩张筛管、烧结金属筛管、由形状记忆聚合物制造的多孔介质(比如美国专利号7,926,565)、纤维质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件210。在图1和2的示例性布置中，井筒100具有上部封隔器组件210’和下部封隔器组件210’’。然而，可使用另外的封隔器组件210或仅仅一个封隔器组件210。封隔器组件210’,210’’独特地配置为密封各种防砂设备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)。
图2提供了图1井筒100的裸眼井部分120放大的横截面图。裸眼井部分120和三个层段112,114,116更清楚地可见。上部封隔器组件210’和下部封隔器组件210’’也更清楚可见地分别最接近中间层段114的上边界和下边界。砾石已经放置在环形区域202内。最后，显示沿着每个层段112,114,116的防砂设备200。
考虑封隔器组件本身，每个封隔器组件210’,210’’可具有两个分开的封隔器。封隔器优选地通过机械操作和水力的组合坐封。出于本公开内容的目的，封隔器被称作机械坐封封隔器。示例性的封隔器组件210表示上部封隔器212和下部封隔器214。每个封隔器212,214具有可扩张部分或元件，其由能够提供对周围井筒壁201至少临时流体密封的弹性体或热塑性材料制造。
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，这种压力从大约2,000psi至5,000psi。封隔器212,214的元件应当也经受住由天然断层、枯竭、生产或注入引起的不同的井筒和/或储层压力产生的压力负荷。生产操作可涉及选择性生产或生产分配以符合规章要求。注入操作可涉及选择性流体注入，用于战略上的储层压力维持。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。
机械坐封封隔器212,214的密封面或元件仅仅需要英寸级以实现合适的液体密封。在一个方面中，每个元件的长度为大约6英寸(15.2cm)至大约24英寸(61.0cm)。
封隔器212,214优选地能够扩张至少11英寸(大约28cm)的外径表面，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的可扩张部分将帮助随着砾石充填作业期间压力增加，维持对中间层段114(或其他层段)的壁201的至少临时密封。
上部封隔器212和下部封隔器214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的元件被扩张与周围壁201接触，从而将在沿着裸眼完井120的选择深度处骑跨环形区域202。
图2显示封隔器212,214中215中的心轴。心轴用作支撑可扩张弹性元件的中心管。
作为上部封隔器212和下部封隔器214中的可扩张封隔器元件的“备用件”，封隔器组件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由经调节的钻井液、完井液、产出液、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允许随着时间扩张。随着封隔器元件216扩张，其与周围层位例如层段114形成流体密封。在一个方面中，可膨胀封隔器元件216的密封面的长度从大约5英尺(1.5米)至50英尺(15.2米)；和更优选地，长度大约3英尺(0.9米)至40英尺(12.2米)。
可膨胀封隔器元件216必须能够扩张至井筒壁201并且以该扩张率提供需要的压力完善性。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。在水性流体存在的情况下膨胀的材料的例子是膨润土和并入吸收水颗粒的腈基聚合物。
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，并且当暴露于烃生产时，油基元件将扩张。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。由吸收烃发生膨胀，随着其扩张，也润滑和降低聚合物链的机械强度。乙烯丙烯二烯单体(M-类)橡胶，或EPDM是这种材料的一个例子。
可膨胀封隔器216可由其他可扩张的材料制造。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层位封隔。
机械坐封封隔器元件212,214优选地坐封在可膨胀封隔器元件216周围比如通过分流管(图2中未显示)转向的水基砾石充填流体中。如果仅仅使用烃膨胀弹性体，那么直到机械坐封封隔器元件212,214之一故障才可能发生元件的扩张。
上部封隔器212和下部封隔器214一般为彼此的镜像，除了剪切各自安全销或其他接合机构的分离套筒(release sleeve)。移位工具(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。首先启动下部封隔器214，随后当向上拉移位工具通过内心轴(结合图6A和6B显示和讨论)时启动上部封隔器212。优选地，在上212封隔器和下部封隔器214之间提供短的间隔。
封隔器组件210’,210’’帮助控制和操纵从不同层位产生的流体。在这方面，取决于井功能，封隔器组件210’,210’’允许操作人员将层段密封免于生产或注入。在最初完井中，封隔器组件210’,210’’的安装允许操作人员在井寿命期间关闭从一个或多个层位的生产，以限制生产水，或在一些情况中，不期望的非可冷凝流体比如硫化氢。封隔器组件210’,210’’在与跨式封隔器、插塞或下面描述的封隔柱的新颖结合中工作，以控制自地下层段的流动。
由于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。相关的专利申请美国公开号2009/0294128和2010/0032158公开了在封隔器已经坐封在完井层段之后砾石充填裸眼井筒的装置和方法。
就美国公开号2009/0294128和2010/0032158中公开的方法而言，尤其是结合封隔器方面，仍存在某些技术挑战。这些申请描述封隔器可以是液压启动的可膨胀元件。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达到特别高的性能水平。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，保持层位封隔数年的时间段。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扩张。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扩张成与周围岩层密封流体接合。因此，本文提供了改善的封隔器和层位封隔装置。
图3A呈现示例性封隔器组件300，其为砾石砂浆提供备用流动路径。通常以横截面侧视图观察封隔器组件300。封隔器组件300包括可用于沿着裸眼井部分120密封环状空间的各种组件。
封隔器组件300首先包括主体部分302。主体部分302优选地由钢或由钢合金制造。主体部分302配置为具体的长度316，比如大约40英尺(12.2米)。主体部分302包括长度在大约10英尺(3.0米)和50英尺(15.2米)之间的单独的管节。根据长度316，管节通常被端到端螺纹连接，以形成主体部分302。
封隔器组件300也包括相对的机械坐封封隔器304。示意性显示机械坐封封隔器304，并且通常与图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具有独特地允许封隔器304在砾石砂浆流通进入井筒之前坐封的备用流动通道。
封隔器组件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。可膨胀封隔器308长度优选为大约3英尺(0.9米)至40英尺(12.2米)。机械坐封封隔器304和中间可膨胀封隔器308一起围绕主体部分302。可选地，可代替可膨胀封隔器308在机械坐封封隔器304之间提供短的间隔。
封隔器组件300也包括多个分流管。分流管以虚像在318处可见。分流管318也可称为输送管或备用流动通道。分流管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延伸的长度的管的无眼部分(blank section)。封隔器组件300上的分流管318配置为结合连接的砂筛管上的分流管并与其形成密封，如下面进一步讨论。
分流管318提供通过机械坐封封隔器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的裸眼井部分120的不同层段112、114和116。
封隔器组件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设置在封隔器组件300的第一端。颈部306具有用于连接砂筛管或其他管的螺纹连接母接头的外螺纹。接着，带凹口的或带外螺纹的部分310设置在相对第二端。带螺纹的部分310用作连接母接头，用于接收砂筛管或其他管状元件的外螺纹端。
颈部306和带螺纹的部分310可由钢或钢合金制造。颈部306和带螺纹的部分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和带螺纹的部分310也具有具体的内径和外径。颈部306具有外螺纹307，而带螺纹的部分310具有内螺纹311。这些螺纹307和311可用于在封隔器组件300和防砂设备或其他管段之间形成密封。
封隔器组件300的横截面图显示在图3B中。图3B沿着图3A的线3B-3B选取。图3B中，可见可膨胀封隔器308围绕中心管302圆周布置。围绕中心管302径向且等距地放置各种分流管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产出液并将它们输送至生产油管130。
图4A呈现在一种实施方式中层位封隔装置400的横截面侧视图。层位封隔装置400包括图3A的封隔器组件300。另外，防砂设备200已经在相对端分别连接至颈部306和带凹口的部分310。可见封隔器组件300的分流管318连接至防砂设备200上的分流管218。分流管218代表允许砾石砂浆在井筒环带和管218之间流动的充填管。防砂设备200上的分流管218任选地包括阀209，以控制砾石砂浆流动，比如至充填管(未显示)。
图4B提供层位封隔装置400的横截面侧视图。图4B沿着图4A的线4B-4B选取。这通过一个砂筛管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产出液。
外网筛220紧邻中心管205周围放置。外网筛220优选地包括围绕中心管205螺旋缠绕的金属丝网或金属丝，并且用作筛管。另外，围绕外网筛205径向且等距地放置分流管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和4B的横截面图中可见。但是，分流管218可被偏心设计。例如，美国专利号7,661,476中的图2B表示防砂设备的“现有技术”布置，其中填充管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，形成偏心布置。
在图4A和4B的布置中，分流管218在过滤器介质或外网筛220的外部。但是，可改进防砂设备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表示在可选实施方式中层位封隔装置500的横截面侧视图。在该实施方式中，防砂设备200同样分别在相对端连接至封隔器组件300的颈部306和带凹口的部分310。另外，可见封隔器组件300上的分流管318连接至防砂组件200上的分流管218。但是，图5A中，防砂组件200使用内部分流管218，意思是分流管218布置在中心管205和周围过滤器介质220之间。
图5B提供层位封隔装置500的横截面侧视图。图5B沿着图5A的线B-B取得。这通过一个砂筛管200切出。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产出液。
围绕中心管205径向并等距地放置分流管218。分流管218紧紧围绕中心管205存在，并且在周围过滤器介质220中。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和周围外网筛或过滤器介质220之间形成环形区域225。环形区域225容许井筒中产出液的流入。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呈现用于将砂筛管200连接至封隔器组件的布置。封隔器组件300中的分流管318(或备用流动通道)沿着砂筛管200流体连接至分流管218。但是，图4A-4B和5A-5B的层位封隔装置布置400、500仅仅是示例性的。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是在可选实施方式中图3A封隔器组件300的横截面图。在该布置中，分流管218在中心管302周围会聚(manifold)。支撑环315设置在分流管318周围。应当再次理解，本装置和方法不被分流管318的具体设计和布置所限制，只要为封隔器组件210提供泥浆绕过。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砂浆的渗漏。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WO2005/031105；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。
将防砂设备200与封隔器组件300连接需要封隔器组件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，防砂设备中分流管218的流动路径当接合封隔器时，应当是不间断的。图4A(上述)显示连接至中间封隔器组件300的防砂设备200，分流管218,318对准。然而，形成该连接通常需要专用接头(sub)或跨接管，以联合型连接(union-type connection)、同步连接(timed connection)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（砾石充填方法）”的美国专利号7,661,476公开了使用一个或多个砂筛管单根的生产套管(称为单根管组件)。砂筛管单根放置在“负荷套组件”和“扭矩套组件”之间。负荷套组件限定伸长的主体，其包括外壁(用作外径)和内壁(提供内径)。内壁形成通过负荷套组件的孔。类似地，扭矩套组件限定伸长的主体，其包括外壁(用作外径)和内壁(提供内径)。内壁也形成通过扭矩套组件的孔。
负荷套组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且外径之内。类似地，扭矩套组件包括至少一个导管。至少一个导管也布置在内径之外且外径之内。
生产套管包括“主体部分”。这本质上是经过砂筛管下入的中心管。还可提供具有歧管区域的连接组件。歧管区域配置为在至少部分砾石充填作业期间与负荷套组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。连接组件可操作地附接到处于或靠近负载套组件的至少一个单根管组件的至少一部分。负载套组件和扭矩套组件以输送导管和充填导管流体连通的方式与中心管拼接或连接，从而提供用于砾石砂浆的备用流动通道。负荷套组件、扭矩套组件和连接组件的益处是它们能够连接一系列砂筛管单根并且以更快和较便宜的方式下入井筒。
如所叙述的，封隔器组件300包括一对机械坐封封隔器304。当使用封隔器组件300时，在注入砂浆和形成砾石充填之前有利地坐封封隔器304。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。
示意性地显示了图3A的封隔器304。然而，在先前的专利文件中描述了关于适合用于砾石充填层位封隔装置的封隔器的细节。例如，名称为“Tool for Blocking Axial Flow in Gravel-Packed Well Annulus”的美国专利号5,588,487描述了具有封隔器元件对的油井筛管。油井筛管包括分流管，其允许砾石砂浆在砾石充填过程期间绕过封隔器元件对。另外，名称为“Packer for Alternate Path Gravel Packing,and Methodfor Completing a Wellbore”的美国临时专利申请号61/424,427描述了机械坐封封隔器，其可与砂筛管一起下入到井筒中。封隔器包括允许砾石砂浆绕过相关联的封隔器元件的备用流动通道。封隔器优选地在进行砾石充填过程之前坐封。封隔器可额外地包括如上所述的可膨胀封隔器元件，只要其并入用于在砾石充填期间携带砾石砂浆越过可膨胀封隔器的分流管。
优选地是，封隔器为包括至少一个机械坐封封隔器的封隔器组件。每个机械坐封封隔器包括密封元件、内心轴和至少一个备用流动通道。备用流动通道与砂筛管中的备用流动通道流体连通。封隔器组件在下入(run-in)之前或之时连接到砂筛管。
在美国临时专利申请号61/424,427的优选布置中，封隔器分别具有活塞壳。活塞壳在下入期间沿活塞心轴保持在合适的位置。活塞壳利用分离套筒和释放键(release key)固定。分离套筒和释放键防止活塞壳和活塞心轴之间的相对平移运动。
在下入之后，通过机械地剪切安全销并且滑动分离套筒而将封隔器坐封。这之后松开释放键，其接着允许静水压力向下对活塞壳作用。活塞壳相对于活塞心轴移动。在一个方面中，在已经剪切安全销之后，活塞壳沿活塞心轴的外表面滑动。活塞壳随后作用在对中装置上。对中装置可以是例如名称为“Improved Centraliser”的WO 2009/071874中所述的。
随着活塞壳沿内心轴移动，其还对充填元件施加力。对中装置和封隔器的可扩张充填元件扩张到井筒壁。
封隔器可利用与冲洗管一起下入到井筒中的坐封工具进行坐封。坐封工具可简单地为用于砾石充填作业的冲洗管体的成形部分(profiledportion)。然而，优选地，坐封工具为被螺纹连接至冲洗管的单独的管状体。这种坐封工具与美国临时专利申请号61/424,427的图7C结合显示和描述。
就防砂设备200而言，防砂设备200的各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筛管(SAS)、预制滤砂管或薄膜筛管。单根管可以是筛管、无眼管或层位封隔装置的任意组合。
一旦封隔器304被坐封，则可开始砾石充填作业。图6A至6N呈现一个实施方式中砾石充填过程的阶段。砾石充填过程使用具有备用流动通道的封隔器组件。封隔器组件可与图3A的封隔器组件300一致。封隔器组件300将具有机械坐封封隔器304。这些机械坐封封隔器也可与例如2010年12月17日提交的美国临时专利申请号61/424,427中描述的封隔器一致。
在图6A至6N中，在经调节的(conditioned)钻井泥浆中，在说明性的砾石充填过程中利用防砂设备。经调节的钻井泥浆可以是非水流体(NAF)比如含固体的油基流体。任选地，也可使用含固体的水基流体。这种为双流体工艺的工艺可包括与国际专利申请号WO/2004/079145和相关的美国专利号7,373,978——其均通过引用并入本文——中讨论的工艺类似。然而，应当注意，该实例仅仅出于说明性的目的，也可利用其它合适的工艺和流体。
在图6A中，显示了井筒600。说明性的井筒600是水平的裸眼井筒。井筒600包括壁605。两个不同生产层段沿水平井筒600指出。这些显示在610和620。两个防砂设备650已经下入到井筒600中。在每个生产层段610，620中提供单独的防砂设备650。
每个防砂设备650由中心管654和周围砂筛管656组成。中心管654具有狭缝或穿孔以允许流体流入中心管654。中心管654以一系列单独的长度优选为大约30英尺(9.14米)的单根管提供。防砂设备650还分别包括备用流动路程。这些可与图4B或图5B中的分流管218一致。优选地，分流管是沿652处显示的环形区域布置在中心管654和砂筛管656之间的内部分流管。
防砂设备650经由中间封隔器组件300连接。在图6A的布置中，封隔器组件300被安装在生产层段610和620之间的界面上。超过一个的封隔器组件300可被并入。防砂设备650和封隔器组件300之间的连接可依照于上面讨论的美国专利号7,661,476。
除了防砂设备650之外，冲洗管640也已经被下降入井筒600中。冲洗管640下入到井筒600的被附接至钻杆635或其它工作柱末端的转换工具或砾石充填施工工具(未显示)下面。冲洗管640是延伸进入砂筛管656的细长管形构件。冲洗管640在砾石充填作业期间辅助砾石砂浆的流通，并且随后被移除。附接到冲洗管640的是移位工具655。移位工具655被放置在封隔器组件300的下面。移位工具用于启动封隔器304。
在图6A中，转换工具645被置于钻杆635的末端。转换工具645用于指引砾石砂浆的注入和流通，如在下面进一步详细讨论的。
单独的封隔器615被连接至转换工具645。封隔器615和连接的转换工具645被暂时放置在生产套管柱630内。封隔器615、转换工具645、细长冲洗管640、移位工具655和砾石充填筛管656共同下入到井筒800的下端。封隔器615被坐封在生产套管630中。转换工具645在向前和反向流通位置之间选择性地移动。
返回图6A，经调节的NAF(或其它钻井泥浆)614置于井筒600中。术语“经调节的(conditioned)”意思是钻井泥浆已被过滤或以其它方式清洁。钻井泥浆614在防砂设备650被下入到井筒600中之前可在网筛摇动器(mesh shaker)(未显示)上进行调节，以减少防砂设备650的任何潜在的堵塞。优选地，在钻柱635以及附接的砂筛管656和冲洗管640被下入到井筒600中之前，经调节的钻井泥浆614被沉积到井筒600中并且输送至裸眼井部分。
在图6B中，封隔器615被坐封在生产套管柱630中。这表示封隔器615被启动以将卡瓦(slips)和弹性体密封元件延伸到周围套管柱630。封隔器615被坐封在层段610和620的上面，其被砾石充填。封隔器615将层段610和620与在封隔器615以上的井筒600部分密封。
在封隔器615被坐封之后，如图6C所示，转换工具645被向上移位至反转位置。流通压力可被施加到该位置中。携带液612被沿钻杆635向下泵送并且被放置到封隔器615上方的钻杆635和周围生产套管630之间的环带中。携带液是砾石携带液，其为砾石充填砂浆的液体组分。携带液612在封隔器615上方转移经调节的钻井液614，其同样可以是油基流体比如经调节的NAF。携带液612在箭头“C”指示的方向上转移钻井液614。
之后，在图6D中，转换工具645被移位回到向前流通的位置中。这是用于将砾石充填砂浆流通到井筒的裸眼井部分中的位置，并且有时被称作砾石充填位置。早先放置的携带液612被沿钻杆635和生产套管630之间的环带向下泵送。携带液612被沿冲洗管640进一步向下泵送。这将经调节的钻井泥浆614向下推动到冲洗管640，离开筛管656，清扫砂筛管656和井筒600的裸眼井部分的周围壁605之间的裸眼井环带，经过转换工具645并且沿钻杆635向上返回。携带液612的流动路程再次通过箭头“C”指示。
在图6E至6G中，准备生产层610，620进行砾石充填。
在图6E中，一旦砂筛管656和周围壁605之间的裸眼井环带已经用携带液612清扫，转换工具645移位回到反向流通位置。经调节的钻井液614沿钻杆635和生产套管630之间的环带向下泵送，以迫使携带液612离开钻杆635，如箭头“D”所示。这些流体可从钻杆635移出。
之后，封隔器304被坐封，如图6F所示。这通过拉动位于冲洗管640上的封隔器组件300下面的移位工具655并向上越过封隔器组件300进行。更具体而言，封隔器组件300的机械坐封封隔器304被坐封。封隔器304可以是例如美国临时专利申请号61/424,427中描述的封隔器。封隔器304用于封隔在砂筛管656和井筒600的周围壁605之间形成的环带。
冲洗管640被降低至反向位置。当处于反向位置时，如图6G所示，含有砾石616的携带液可置于钻杆635内并且用于迫使携带液612沿在封隔器615上方钻杆635和生产套管630之间形成的环带向上。携带液的反向流通通过箭头“C”显示。
在图6H至6J中，转换工具645可移位至向前流通的位置(或者砾石充填位置)，以砾石充填第一地下层段610。
在图6H中，含有砾石616的携带液开始在砂筛管656和裸眼井筒600的壁605之间的环带中的封隔器组件300上方的生产层段610内产生砾石充填。流体流动到砂筛管656外部并且通过冲洗管640返回，如箭头“D”所示。井筒环带中的携带液612被迫使进入筛管中，经过冲洗管640，并且沿在封隔器615上方的钻杆635和生产套管630之间形成的环带向上。
在图6I中，第一砾石充填660开始在封隔器300的上面形成。砾石充填660在砂筛管656周围形成并朝向封隔器615。携带液612在封隔器组件300下面流通并到达井筒600的底部。不含砾石的携带液612沿冲洗管640向上流动，如箭头“C”所示。
在图6J中，砾石充填过程继续形成朝向封隔器615的砾石充填660。砂筛管656现在被封隔器组件300上方的砾石充填660完全覆盖。携带液612继续在封隔器组件300下面流通，并到达井筒600的底部。不含砾石的携带液612沿冲洗管640向上流动，再次如箭头“C”所示。
一旦砾石充填660在第一层段610中形成，并且封隔器组件300上方的砂筛管被砾石覆盖，含有砾石616的携带液被迫使通过分流管(比如图3B中的分流管318)。含有砾石616的携带液形成图6K至6N中的砾石充填660。
在图6K中含有砾石616的携带液现在在封隔器组件300下面的生产层段620内流动。携带液616流动通过分流管和封隔器组件300，并且随后流动到砂筛管656外部。携带液616随后在砂筛管656和井筒600的壁605之间的环带中流动，并通过冲洗管640返回。含有砾石616的携带液的流动由箭头“D”指示，而携带液在没有砾石的冲洗管640中的流动在612处指示，通过箭头“C”显示。
这里注意到砂浆仅沿封隔器截面流动通过旁路通道。此后，砂浆将在下一个邻近的筛管单根中进入备用流动通道中。备用流动通道具有在筛管单根的每一末端处会聚(manifold)在一起的输送和充填管。充填管沿砂筛管单根提供。充填管代表侧喷嘴，所述侧喷嘴允许砂浆填充环带中的任何空隙。输送管将携带砂浆至进一步的下游。
在图6L中，砾石充填660开始在封隔器组件300下面和砂筛管656周围形成。在图6M中，砾石充填660继续从井筒600的底部向上朝向封隔器组件300增长。在图6N中，砾石充填660已经从井筒600的底部向上至封隔器组件300形成。在封隔器组件300下面的砂筛管656已经被砾石充填660覆盖。表面处理压力增加以指示砂筛管656和井筒600的壁605之间的环形空间完全被砾石充填。
图6O显示图6A至6N的钻柱635和冲洗管640已经从井筒600移出。套管630、中心管654和砂筛管656沿上部生产层段610和下部生产层段620保持在井筒600中。在图6A至6J的砾石充填过程完成之后，封隔器组件300和砾石充填660保持在裸眼井筒600中。井筒600现准备生产作业。
如以上所提及的，一旦井筒已经经历砾石充填，则操作人员可选择封隔井筒中选择的层段，并且终止从该层段生产。为了说明井筒层段可如何被封隔，提供了图7A和7B。
首先，图7A为井筒700A的横截面视图。井筒700A通常依据图2的井筒100构造。在图7A中，井筒700A显示为交叉经过地下层段114。层段114代表中间层段。这表示也具有上层段112和下层段116(见图2，但在图7A中未示出)。
地下层段114可为地下地层的一部分，所述地下地层的一部分曾经生产了商业上可用量的烃，但现在已经受到显著的水或烃气体侵入。可选地，地下层段114可以是最初为水带或弱透水层的地层，或者以其它方式基本水性流体饱和的地层。在任一情况中，操作人员已经决定封堵从层段114进入井筒700A的地层流体的涌入。
砂筛管200已经被置于井筒700A中。砂筛管200与图2的防砂设备200一致。另外，可见中心管205延伸通过中间层段114。中心管205为砂筛管200的一部分。砂筛管200也包括网筛（mesh screen）、绕丝筛管或其它周边过滤介质207。中心管205和周围过滤介质207优选地包括一系列端到端相连的单根管。单根管长度理想地为大约5至45英尺。
井筒700A具有上部封隔器组件210′和下部封隔器组件210"。上部封隔器组件210′被放置在上层段112和中间层段114的界面附近的位置，而下部封隔器组件210"被放置在中间层段114和下层段116的界面附近的位置。每个封隔器组件210′,210"优选地与图3A和3B的封隔器组件300一致。在这方面，封隔器组件210′,210"将分别具有相对的机械坐封封隔器304。机械坐封封隔器在图7A中212和214处显示。机械坐封封隔器212,214中的每个可与美国临时专利申请号61/424,427中描述的封隔器一致。封隔器212,214如所示由间隔216间隔开。
井筒700A完井为裸眼完井。砾石充填已经被放置在井筒700A中以便协助保护避免粒状颗粒流入。砾石充填显示为砂筛管200的过滤介质207和井筒700A的周围壁201之间的环带202中的填泥料。
在图7A的布置中，操作人员期望继续从上层段112和下层段116生产地层流体，同时封堵中间层段114。上层段112和下层段116由砂或对流体流动可渗透的其它岩石基体形成。可选地，操作人员期望中断注入流体进入中间层段114。为了完成这一点，跨式封隔器705已经被放置在砂筛管200内。跨式封隔器705基本上穿过中间层段114放置以防止地层流体从中间层段114流入(或者流体注入中间层段114)。
跨式封隔器705包括心轴710。心轴710为细长管状体，其具有邻近上部封隔器组件210′的上端，和邻近下部封隔器组件210"的下端。跨式封隔器705也包括一对环形封隔器。这些代表邻近上部封隔器组件210′的上部封隔器712，和邻近下部封隔器组件210"的下部封隔器714。上部封隔器组件210′与上部封隔器712以及下部封隔器组件210"与下部封隔器714的新型组合允许操作人员成功封隔裸眼完井中的地下层段比如中间层段114。
沿裸眼井地层封隔层段的另一个技术在图7B中示出。图7B是井筒700B的侧视图。井筒700B可再次与图2的井筒100一致。此处，显示了裸眼完井的下层段116。下层段116基本上延伸至井筒700B的底部136，并且为感兴趣的最低层位。
在该情况中，地下层段116可为地下地层的一部分，所述地下地层的一部分曾经生产了商业上可用量的烃，但现在已经受到显著的水或烃气体侵入。可选地，地下层段116可以是最初为水带或弱透水层的地层，或者以其它方式基本水性流体饱和的地层。在任一情况中，操作员已经决定封堵从下层段116进入井筒700B的地层流体的涌入。
可选地，操作人员可期望不再将流体注入下层段116。在该情况中，操作人员可再次封堵下层段116与井筒700B。
为了完成这一点，插塞720已经被放置在井筒700B内。具体而言，插塞720已经被设置在支持下部封隔器组件210"的心轴215中。在两个封隔器组件210′,210"中，仅下部封隔器组件210"可见。通过与下部封隔器组件210"相邻放置插塞720，插塞720能够防止地层流体从下层段116沿井筒200向上流动，或者从井筒700B向下流入下层段116中。
注意到与图7B的布置相关联，中间层段114可包括页岩或基本上对流体流动不可渗透的其它岩石基体。在该情况下，插塞720不需邻近下部封隔器组件210"放置；相反，插塞720可被放置在下层段116上方并沿中间层段114的任何位置上。而且，在该情况中，上部封隔器组件210′不需被放置在中间层段114的顶部；相反，上部封隔器组件210′也可被放置在沿中间层段114的任何位置上。如果中间层段114由非生产性页岩组成，则操作人员可选择沿中间层段114放置无眼管穿过该区域，和备用流动通道，即输送管。
图7A和7B的布置提供了用于封隔选择的地层的一种手段。然而，图7A和7B的流入控制布置的任何修改将需要移出井下设备，即，跨式封隔器705或插塞720。这可能是技术上困难或昂贵的。因此，期望使用具有可从地表进行控制的井下阀的传统流入控制设备沿防砂设备封隔不同的地下层段。以这种方式，操作人员可选择性地非常快速地从选择的地下层段生产地层流体或者将地层流体注入选择的地下层段。换句话说，一旦井筒经历了砾石充填，操作人员可选择封隔井筒中选择的层段，并且终止从该层段生产。为了说明井筒层段可如何被封隔，提供了图8。
图8是井筒800的侧视示意图。井筒800一般依据图2的井筒100形成。在这方面，井筒800具有形成为经过裸眼井部分120的井筒壁201。裸眼井部分120包括说明性的地下层段112,114,116。
防砂设备200已经沿井筒800的裸眼井部分120放置。防砂设备200包括中心管205和过滤介质207。另外，上部封隔器组件210’和下部封隔器组件210’’已经放置在中心管205的多个单根管之间。如上所述，封隔器组件210’,210’’独特地配置为将各防砂设备200和井筒800的周围壁201之间的环形区域202密封。
为了控制井筒800和各地下层段112,114,116之间的流体流动，提供了封隔柱810。封隔柱810包括一系列沿其长度的流入控制阀802。过滤介质或砂筛管207的部分被切除以便暴露阀802。至少一个阀802置于上部封隔器组件210’的上面；至少一个阀802置于下部封隔器组件210’’的下面；并且至少一个阀802置于上部210’封隔器组件和下部封隔器组件210’’的中间。
封隔柱810优选地由一系列端到端螺纹连接的管状单根管805构成。管状单根管805形成具有内径的管状体，所述内径限定与油管柱130的孔流体连通的孔。管状单根管805还具有外径，所述外径配置为存在于防砂设备200的中心管205内和封隔器组件210的心轴215内。
一些单根管805将包含流量控制阀802。流量控制阀802代表一个或多个经过管状单根管805提供的通孔。从地表控制阀802以便可选择性地打开和关闭阀802。可响应机械力、响应电信号、响应声信号、响应射频识别(RFID)标记的经过、或响应经液压管路提供的流体压力而打开或关闭阀802。
在一个实施方式中，通过并入某些商业上可得的产品可促进封隔柱810的功能。这些可包括Halliburton’s
Figure BDA00003354137700291
或Halliburton’sSlimline Sliding Side-
Figure BDA00003354137700292
(SSD)。可选地，这些可包括Tendeka’sRefloTM或FloRightTM。在一个实施方式中，并且如图8所示，可沿每个地下层段112,114,116放置多个流量控制阀802。可关闭沿选择的层段的所有或部分流量控制阀802以便控制地层流体流入井筒800中。往复地，可打开沿选择的层段的所有或部分流量控制阀802以便控制流体注入层段。
图9A和9B展示了利用封隔柱810封隔选择的地下层位。图9A和9B大致复制了图7A和7B，除了封隔柱810布置在井筒中而不是跨式封隔器或桥塞。封隔柱810从由生产油管130固定(钉住)的闭锁密封设备142和抛光孔座(PBR)悬挂，而防砂设备200的最高中心管在井筒中从将环形区域与套管柱106密封的生产封隔器138悬挂。在连接到生产油管130之前，封隔柱的管状单根管805的直径可放大(在靠近145的区域中显示)。流量控制阀802(未显示)也可放置在更大直径油管部分(在靠近145的区域中显示)内，以增加自上部封隔层段112的流动能力。
首先，图9A是井筒900A的截面图。井筒900A大致依据图2的井筒100构造。而且，井筒900大致依据图7A的井筒700A构造。因此，关于井筒900A的细节将不再重复，除了注意封隔柱810已经下入到防砂设备200的中心管205中。同样，过滤介质或砂筛管207的部分被再次切除以便暴露阀802。
在图9A中，井筒900A显示为交叉经过地下层段114。层段114代表中间层段。这表示也具有上层段112和下层段116(见图2，但在图9A中未示出)。
如井筒700A一样，井筒900A被构造以将中间层段114与中心管205封隔。为了完成这一点，沿中间层段114的流量控制阀802已经关闭。另外，密封件804已经沿上部封隔器组件210’和下部封隔器组件210’’坐封。同时，流量控制阀802沿上层段112(部分显示)和下层段116(未显示)保持打开。以这种方式，操作人员可继续从上层段112和下层段116生产地层流体(或者将流体注入上层段112和下层段116)同时封堵中间层段114。
其次，图9B是井筒900B的截面图。井筒900B也大致依据图2的井筒100构造。而且，井筒900B大致依据图7B的井筒700B构造。因此，关于井筒900B的细节将不再重复，除了注意封隔柱810已经下入到防砂设备200的中心管205中。
在图9B中，井筒900B被构造以将下层段116与中心管205封隔。下层段116基本上延伸至井筒900B的底部136，并且为感兴趣的最低层位。为了完成这一点，沿下层段116的流量控制阀802已经关闭。另外，密封件804已经沿下部封隔器组件210’’坐封。同时，流量控制阀802沿上层段112(未显示)和中间层段114(部分显示)保持打开。以这种方式，操作人员可继续从上层段112和中间层段114生产地层流体(或者将流体注入上层段112和中间层段114)同时封堵下层段116。
对于井筒900A和900B注意，代替完全关掉中间地下层段114或下地下层段116中的所有阀802，操作人员可以可选地选择仅关闭与一个层段相关联的部分阀。可选地，操作人员可选择仅部分地关闭一些或所有与一个层段相关联的阀。
对于井筒900A和900B还注意，多个通孔或流动口被描绘用于阀802。然而，与打开或关闭沿一个层位的阀802相关联的流量控制设备可以仅为一个设备，使得由参考数字802指示的所有通孔在技术上为一个阀，或者可能仅为两个阀。
基于上面的描述，本文提供了用于完成裸眼井筒的方法。所述方法在图10中呈现。图10提供了流程图，其呈现在各实施方式中完成井筒的方法1000的步骤。
方法1000首先包括提供防砂设备。这显示在方框1010。防砂设备可以与图2的防砂设备200一致。在这方面，防砂设备一般包括具有至少两个单根管的细长中心管、至少一个基本上沿中心管延伸的备用流动通道、以及沿中心管的大部分径向围绕中心管的过滤介质。以这种方式形成砂筛管。
方法1000还包括提供封隔器组件。这在方框1020处提供。封隔器组件具有至少一个机械坐封封隔器，比如美国临时专利申请号61/424,427中描述的封隔器，或者可膨胀封隔器。因此，封隔器一般具有密封元件、内心轴以及与防砂设备中的至少一个备用流动通道流体连通的至少一个备用流动通道。
方法1000进一步包括将封隔器组件连接到在至少两个单根管中间的砂筛管。这在方框1030处指示。该方法随后包括将封隔器组件和连接的砂筛管下入到井筒中。这在方框1040处提供。沿井筒的裸眼井部分(或者其它生产层段)放置封隔器和连接的砂筛管。
方法1000还包括坐封至少一个机械坐封封隔器。这在方框1050中可见。通过启动封隔器的密封元件与井筒的周围裸眼井部分接合而进行方框1050的坐封步骤。其后，方法1000包括将砾石砂浆注入在砂筛管和井筒的周围裸眼井部分之间形成的环形区域，并且随后进一步通过备用流动通道注入砾石砂浆。这显示在方框1060处。
流动通道允许砾石砂浆绕过封隔器。以这种方式，在封隔器已经坐封在井筒中之后，井筒的裸眼井部分在封隔器的上面和下面被砾石充填。尤其地，流动通道还允许砾石砂浆绕过任何过早出现的砂桥和井眼塌陷的区域。
流动通道可以是位于砂筛管内部的圆形分流管。任选地，流动通道可以是偏心地附接到砂筛管外部的矩形分流管。这种分流管布置的实例见于Schlumberger’s OptiPacTM砂筛管中。当采用外部偏心布置时，单独的转换工具(未显示)将需要与同心内部分流裸眼井封隔器相连接。
在方法1000中，优选地，封隔器组件还包括第二机械坐封封隔器。第二机械坐封封隔器依据第一机械坐封封隔器构造，或者可基本上是其镜像。可膨胀封隔器可随后任选地在第一机械坐封封隔器和第二机械坐封封隔器中间提供。可膨胀封隔器具有与第一机械坐封封隔器和第二机械坐封封隔器的备用流动通道对齐的备用流动通道。名称为“Open-Hole Packer for Alternate Path Gravel Packing,and Method forCompleting an Open-Hole Wellbore”的WIPO公开号2011/062669中公开了可膨胀封隔器布置的实例。可选地，封隔器组件可包括基于砾石的层位封隔工具，表示砾石充填在细长无眼管周围。名称为“Systemsand Methods for Providing Zonal Isolation in Wells”的WO专利公开号2010/120419中描述了基于砾石的层位封隔工具的实例。
在一个方面中，每个机械坐封封隔器将具有内心轴以及内心轴周围的备用流动通道。封隔器可进一步具有可移动的活塞壳和弹性密封元件。密封元件可操作地连接至活塞壳。这表示将可移动的活塞壳沿每个封隔器(相对于内心轴)滑动将启动各自的密封元件与周围井筒接合。
方法1000可进一步包括将坐封工具下入到封隔器的内心轴中，并且将每个封隔器中可移动的活塞壳从其固定的位置释放。优选地，坐封工具是用于砾石充填的冲洗管的一部分或与冲洗管一起下入。将可移动的活塞壳从其固定的位置释放的步骤随后包括沿每个封隔器的内心轴拉动具有坐封工具的冲洗管。这用于剪切至少一个安全销并且将分离套筒在各自的封隔器中移位。剪切安全销允许活塞壳沿活塞心轴滑动并且施加坐封弹性封隔器元件的力。
方法1000还包括将油管柱下入到井筒中，在油管柱下端连接细长封隔柱。这显示在图10的方框1070处。封隔柱一般包括具有内径和外径的管状体，所述内径限定与油管柱的孔流体连通的孔，并且所述外径配置为存在于防砂设备的中心管和封隔器组件的心轴内。封隔柱进一步具有第一阀以及一个或多个沿管状体外径的密封件。
第一阀可以是单个通孔。更优选地，第一阀包括一组沿选择的地下层段提供的通孔或流动口。所述阀可操作以完全打开或仅部分地打开通孔。可选地，阀可操作以打开一些但非所有的沿选择层段的通孔。
方法1000随后包括将细长封隔柱放置在防砂设备的中心管内，并且穿过封隔器组件。这在图10的方框1080中可见。以这种方式，封隔柱的第一阀在封隔器组件的上面或下面，并且封隔柱的密封件与坐封封隔器组件相邻。
优选地，在机械坐封封隔器已经坐封之后，在所述壁已经被砾石充填之后，并且在冲洗管和附接的坐封工具已经被拉到地表之后，将封隔柱与生产油管柱一起下入。优选地，在机械坐封封隔器坐封之前，用砾石充填凝胶清扫井筒的裸眼井部分，或者调节钻井泥浆。
封隔柱被下入到井筒中抛光孔座和闭锁设备下方。抛光孔座当下入到井筒中时被固定到油管柱。闭锁设备用于将抛光孔座保持在砾石充填封隔器和/或生产封隔器上方的适当位置，但将具有切口特征。另外，封隔器可坐封在砂筛管上方，以将生产油管周围的环带与下部井筒封隔。棘齿斜口管(ratching muleshoe)可位于封隔柱的底部上，以辅助进入防砂设备的顶部。
方法1000进一步包括启动密封件以便将在管状体外径和与坐封封隔器组件相邻的周围心轴之间形成的环形区域密封。这在方框1090中提供。启动密封件允许操作人员将多个层位的每个或层位的组合彼此液压地封隔。密封件可以是构造的O-形环密封件。可选地，密封件可以是可充气的封隔器、杯形(cup-type)封隔器、机械封隔器或可膨胀封隔器。在一个实施方式中，6个Viton/Teflon/Ryton(“VTR”)的密封件叠围绕在总长度9英尺的18’’心轴周围。
优选地，第一阀包括两个或更多个经过管状体的通孔。在该情况中，所述方法进一步包括将两个或更多个通孔中至少一个关闭，从而限制流体经过管状体的流动。还优选的是封隔柱包括第二阀。在该情况中，第一阀或第二阀在封隔器的上面，并且第一阀或第二阀中的另一个在封隔器的下面。在该情况中，所述方法进一步包括关闭第一阀、第二阀或者其二者，或者可选地，打开第一阀、第二阀或者其二者，从而在选择的阀与中心管的孔之间形成流体连通。
普通的流量控制使用通过移位工具操作的滑套、电线(electrical line)或液压管路。任选地，可采用无线布置，比如通过声信号或射频识别(RFID)标记。还任选地，可对阀提供压力阈值系统。出于本公开内容的目的，术语“阀”包括通过任何这些手段操作的通孔或滑套。
上述方法在其各实施方式中的益处包括在各层位中的生产或注入分配、水/气关闭、选择性增产、从选择层位的延迟生产、延迟注入选择层位、或者防止或减轻选择层位之间的漫流。当结合井下多相流量测量或其它井下压力、温度、密度、示踪物或应变传感器时，地下控制在分析生产数据方面更加量化。
注意如果任何层位意欲为非生产层位或非注入层位，则不需沿该层位放置阀或通孔。相反地，可提供无眼管部分。无眼管将配备有作为流动通道的输送管，但不需要具有充填管。在该情况中，井筒环带不需要在封隔的层段上进行砾石充填。
上面的方法1000可用于选择性地从多个层位中生产或注入多个层位中。这在多层位完井井筒中提供了增强的地下生产或注入控制。
虽然将显而易见的是本文描述的发明被很好地设计以实现上面提出的益处和优点，但将理解本发明在不偏离其精神的情况下允许进行更改、变形和改变。提供用于完成裸眼井筒的改进的方法，以便封堵一个或多个经选择的地下层段。还提供了改进的层位封隔装置。本发明允许操作人员从选择的地下层段生产流体或将流体注入选择的地下层段。

Claims (40)

1.用于在地下地层中完成井筒的方法，所述方法包括：
提供防砂设备，其包括：
具有至少两个单根管的细长中心管，
至少一个基本上沿所述中心管延伸的备用流动通道，以及
过滤介质，其沿所述中心管的大部分径向围绕所述中心管以便形成砂筛管；
提供封隔器组件，其包括至少一个机械坐封封隔器，每个机械坐封封隔器包括：
密封元件，
内心轴，和
至少一个备用流动通道；
将所述封隔器连接到所述至少两个单根管中间的所述砂筛管，使得所述封隔器组件中的所述至少一个备用流动通道与所述防砂设备中的所述至少一个备用流动通道流体连通；
将所述防砂设备和连接的封隔器组件下入所述井筒中；
通过启动所述密封元件与周围井筒接合而将所述至少一个机械坐封封隔器坐封；
在所述至少一个机械坐封封隔器已经坐封之后，将砾石砂浆注入所述井筒中，以便在所述封隔器组件上面和下面形成砾石充填；
将油管柱下入所述井筒中，细长封隔柱连接在所述油管柱的下端，所述封隔柱包括：
管状体，其具有内径和外径，所述内径限定与所述油管柱的孔流体连通的孔，并且所述外径配置为容纳在所述中心管和所述内心轴内，
第一阀，其在所述管状体的孔以及在所述管状体的所述外径和周围中心管之间形成的环形区域之间提供流体连通，以及
沿着所述管状体的所述外径的一个或多个密封件；
在所述中心管内并且穿过所述封隔器组件放置所述细长封隔柱，使得：
所述第一阀在所述封隔器组件的上面或下面，并且
所述一个或多个密封件与所述坐封封隔器组件相邻；并且
启动所述一个或多个密封件，以便将在所述管状体的所述外径以及与坐封封隔器相邻的周围内心轴之间形成的环形区域密封。
2.权利要求1所述的方法，其中所述第一阀包括至少一个经过所述管状体的通孔，并且所述方法进一步包括：
关闭所述至少一个通孔中的至少一个，从而部分地限制流体沿选择层位经过所述管状体的流动。
3.权利要求1所述的方法，其中关闭所述至少一个通孔中的至少一个是响应(i)施加到所述第一阀的机械力，(ii)发送至所述第一阀的电信号，(iii)输送至所述第一阀的声信号，(iv)射频识别(RFID)标记穿过所述第一阀，或者(v)提供至所述第一阀的液压。
4.权利要求1所述的方法，其中所述封隔柱进一步包括第二阀，并且其中：
所述第一阀或所述第二阀在所述封隔器的上面；并且
所述第一阀或所述第二阀中的另一个在所述封隔器的下面。
5.权利要求4所述的方法，进一步包括：
关闭所述第一阀、所述第二阀或二者。
6.权利要求4所述的方法，进一步包括：
打开所述第一阀、所述第二阀或二者，从而在所选择的阀和所述中心管的孔之间形成流体连通。
7.权利要求1所述的方法，其中所述砂筛管的所述过滤介质包括绕丝筛管、薄膜筛管、可扩张筛管、烧结金属筛管、金属丝筛网、形状记忆聚合物或者预充填的固体颗粒床。
8.权利要求1所述的方法，其中：
所述井筒利用射孔的套管柱完井；并且
启动所述至少一个封隔器组件的所述密封元件与周围井筒接合意思是启动所述密封元件与周围射孔的套管接合。
9.权利要求1所述的方法，其中：
所述井筒利用一段未射孔的套管完成；并且
启动所述至少一个封隔器组件的所述密封元件与周围井筒接合意思是启动所述密封元件与周围未射孔的套管接合。
10.权利要求1所述的方法，其中：
所述井筒完井为裸眼完井；并且
启动所述至少一个封隔器组件的所述密封元件与周围井筒接合意思是启动所述密封元件与周围地下地层接合。
11.权利要求1所述的方法，其中所述至少一个机械坐封封隔器中的每个进一步包括：
可移动的活塞壳，其保持在所述内心轴周围；并且
一个或多个流动口，其在所述备用流动通道和所述活塞壳的承压表面之间提供流体连通。
12.权利要求11所述的方法，进一步包括：
在将所述细长封隔柱下入所述防砂设备之前，将坐封工具下入所述至少一个机械坐封封隔器的所述内心轴中；
操作所述坐封工具以便将所述可移动的活塞壳从其保持的位置机械地释放；
将静水压力经过所述一个或多个流动口传送至所述活塞壳，从而移动所释放的活塞壳并且对周围井筒启动所述密封元件。
13.权利要求11所述的方法，其中：
所述至少一个机械坐封封隔器中的每个包括第一机械坐封封隔器和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基本上是所述第一机械坐封封隔器的镜像或者基本上与所述第一机械坐封封隔器相同。
14.权利要求13所述的方法，进一步包括：
在将所述细长封隔柱下入所述防砂设备之前，将坐封工具下入所述第一封隔器和所述第二封隔器中每个的所述内心轴中；
操作所述坐封工具以将所述可移动的活塞壳沿着各第一封隔器和第二封隔器的每个从其保持的位置机械地释放；
将静水压力经过所述一个或多个流动口传送至所述活塞壳，从而移动所释放的活塞壳并且对周围井筒启动所述第一封隔器和所述第二封隔器中每个的所述密封元件。
15.权利要求13所述的方法，其中所述封隔器组件进一步包括在所述第一机械坐封封隔器和所述第二机械坐封封隔器中间的可膨胀封隔器元件。
16.权利要求1所述的方法，其中所述封隔器组件进一步包括：
所述第一机械坐封封隔器和所述第二机械坐封封隔器中间的无眼管部分；以及
放置在所述无眼管部分周围的砾石充填。
17.权利要求16所述的方法，其中所述砾石充填的长度在大约40英尺(12.19米)和100英尺(30.48米)之间。
18.权利要求1所述的方法，进一步包括：
在将所述防砂设备和连接的封隔器组件下入所述井筒中之前，调节存在于所述井筒中的钻井泥浆柱。
19.权利要求1所述的方法，进一步包括：
从所述地下地层并且经过所述防砂设备的所述中心管产生烃流体。
20.权利要求1所述的方法，进一步包括：
将流体注入所述防砂设备的所述中心管中和所述地下地层中。
21.权利要求13所述的方法，其中所述封隔柱进一步包括第二阀，并且其中：
所述第一阀在所述第一封隔器组件的上面；
所述第二阀在所述第一封隔器组件和所述第二封隔器组件的中间；并且
所述第三阀在所述第二封隔器组件的下面。
22.砾石充填层位封隔装置，包括：
油管柱，其包括用于接收流体的内孔；
防砂设备，其包括：
从第一端延伸至第二端的细长中心管，
沿着从所述第一端延伸至所述第二端的所述中心管的至少一个备用流动通道，以及
过滤介质，其沿所述中心管的大部分径向围绕所述中心管以便形成砂筛管；
沿所述防砂设备布置的第一封隔器组件，所述封隔器组件包括上部机械坐封封隔器，其具有：
密封元件，
内心轴，和
至少一个备用流动通道，其与所述防砂设备中的所述至少一个备用流动通道流体连通，以在砾石充填作业期间将砾石充填砂浆转移越过所述上部机械坐封封隔器；以及
横穿所述封隔器组件和至少一部分所述防砂设备的细长封隔柱，所述封隔柱包括：
管状体，其具有内径和外径，所述内径限定与所述油管柱流体连通的孔，并且所述外径配置为容纳在所述中心管和所述内心轴内，
在所述封隔器组件上面或下面的第一阀，所述第一阀限定至少一个可打开和关闭的流动口，以便选择性地放置与所述中心管的孔流体连通的所述管状体的所述孔，和
一个或多个沿所述管状体的所述外径的密封件，所述一个或多个密封件与所述封隔器组件相邻并且将在所述管状体的所述外径和周围内心轴之间形成的环形区域密封。
23.权利要求22所述的层位封隔装置，其中所述第一阀配置为响应(i)施加到所述第一阀的机械力，(ii)发送至所述第一阀的电信号，(iii)输送至所述第一阀的声信号，(iv)射频识别(RFID)标记穿过所述第一阀，或者(v)提供至所述第一阀的液压，关闭所述至少一个流动口。
24.权利要求22所述的层位封隔装置，其中所述封隔柱进一步包括第二阀，并且其中：
所述第一阀或所述第二阀在所述第一封隔器组件的上面；并且
所述第一阀或所述第二阀中的另一个在所述第一封隔器组件的下面。
25.权利要求24所述的层位封隔装置，其中：
配置所述第一阀和所述第二阀中的每个使得可选择性地关闭所述至少一个流动口中的至少一个，从而部分地限制流体经过所述管状体的流动。
26.权利要求22所述的层位封隔装置，其中所述砂筛管的所述过滤介质包括绕丝筛管、薄膜筛管、可膨胀筛管、烧结金属筛管、金属丝筛网、形状记忆聚合物或者预充填的固体颗粒床。
27.权利要求22所述的层位封隔装置，其中所述封隔器组件进一步包括：
下部机械坐封封隔器，其也具有：
密封元件，
内心轴，和
至少一个备用流动通道，其与所述防砂设备中的所述至少一个备用流动通道流体连通，以便在砾石充填作业期间，将砾石充填砂浆转移越过所述下部机械坐封封隔器。
28.权利要求27所述的层位封隔装置，进一步包括：
在所述上部机械坐封封隔器和所述下部机械坐封封隔器中间的可膨胀封隔器，所述可膨胀封隔器具有在流体的存在下随时间膨胀的元件；并且
其中所述可膨胀封隔器包括至少一个备用流动通道，其与所述上部机械坐封封隔器和所述下部机械坐封封隔器中的所述至少一个备用流动通道流体连通，以便在砾石充填作业期间，将砾石充填砂浆转移越过所述上部机械坐封封隔器、所述可膨胀封隔器以及所述下部机械坐封封隔器。
29.权利要求28所述的层位封隔装置，其中所述可膨胀封隔器元件至少部分地由弹性材料制造。
30.权利要求28所述的层位封隔装置，所述可膨胀弹性封隔器元件包括在(i)水性液体存在下、(ii)烃液体存在下、(iii)致动化学品存在下、或者(iv)它们的组合存在下膨胀的材料。
31.权利要求27所述的层位封隔装置，其中所述上部封隔器和所述下部封隔器中的每个进一步包括：
可移动的活塞壳，其保持在所述内心轴周围，
一个或多个流动口，其在所述备用流动通道和所述活塞壳的承压表面之间提供流体连通，以及
沿所述内心轴的内表面的分离套筒，所述分离套筒配置为响应所述内心轴内坐封工具的移动而移动，并且因此在所述砾石充填作业期间，将所述一个或多个流动口暴露于静水压力。
32.权利要求27所述的层位封隔装置，其中所述细长中心管包括端到端连接的多根管。
33.权利要求32所述的层位封隔装置，其中所述下部机械坐封封隔器基本上作为所述上部机械坐封封隔器的镜像布置在所述封隔器组件内。
34.权利要求22所述的层位封隔装置，进一步包括：
沿所述防砂设备布置的第二封隔器组件，其中所述第一封隔器组件和所述第二封隔器组件基本上沿井筒跨骑选择的地下层段。
35.权利要求34所述的层位封隔装置，其中所述封隔柱进一步包括第二阀，并且其中；
所述第一阀或所述第二阀在所述第一封隔器组件的上面；并且
所述第一阀或所述第二阀中的另一个在所述第一封隔器组件的下面。
36.权利要求35所述的层位封隔装置，其中所述封隔柱进一步包括第三阀，并且其中：
所述第一阀在所述第一封隔器组件的上面；
所述第二阀在所述第一封隔器组件和所述第二封隔器组件的中间；并且
所述第三阀在所述第二封隔器组件的下面。
37.权利要求22所述的层位封隔装置，其中：
所述井筒利用射孔的套管柱完成；并且
所述第一封隔器组件坐封在周围射孔的套管内。
38.权利要求22所述的层位封隔装置，其中：
所述井筒利用未射孔套管的部分完成；并且
所述第一封隔器组件坐封在周围未射孔的套管内。
39.权利要求22所述的层位封隔装置，其中：
所述井筒具有限定裸眼井部分的下端；并且
所述第一封隔器组件坐封在所述裸眼井部分内。
40.权利要求22所述的层位封隔装置，其中所述防砂设备进一步包括：
具有细长体的负荷套组件，其包括：
外管状体，
在所述外管状体内的内管状体
在所述内管状体内的孔，和
至少一个输送导管和至少一个充填导管，其布置在所述内管状体和周围外管状体之间提供的环形区域中；
也具有细长体的扭矩套组件，其包括
外管状体，
在所述外管状体内的内管状体
在所述内管状体内的孔，和
至少一个布置在所述内管状体和周围外管状体之间提供的环形区域中的输送导管；
其中所述负荷套可操作地附接到一节中心管的该节中心管的第一端，并且所述扭矩套组件可操作地附接到一节中心管的该节中心管的相对端。
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