CN106460481A - 井下完井系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下完井系统，包括安装在井孔中的生产套管和待在井下于生产套管与井孔壁部或另一井管结构之间的环空中膨胀以用于在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离的环状屏障系统，井下完井系统包括环状屏障，其包括适于作为生产套管的一部分安装的管状金属部件，管状金属部件具有外表面；可膨胀的金属套筒，环绕该管状金属部件并具有面向管状金属部件的套筒内表面和面向井孔壁部的套筒外表面，可膨胀的金属套筒的每个端部与管状金属部件连接；和在可膨胀的金属套筒的套筒内表面与管状金属部件之间的环形空间，环形空间具有空间压力，其中井下完井系统还包括传感器装置，其分别与第一区域和/或第二区域连通，传感器装置适于测量第一区域的第一压力和第二区域的第二压力，以检验区域隔离。本发明还涉及用于检验区域隔离的检验方法及用于监测井的状况的监测方法。

Description

井下完井系统

技术领域

本发明涉及一种井下完井系统，其包括安装在井孔中的生产套管和环状屏障系统，该环状屏障系统待在井下于生产套管与井孔壁部或另一井管结构之间的环空内膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离。本发明还涉及一种用于检验区域隔离的检验方法以及一种用于监测井的状况的监测方法。

背景技术

在完井作业时，通过将具有环状屏障的套管柱浸入井孔或井的套管内来提供生产区域。在套管柱位于井孔内或井孔中的另一套管内的正确位置时，使环状屏障膨胀、隆起或扩张以隔离在井管结构与井孔或内井管结构或外井管结构之间的第一区域和第二区域。环状屏障在一些完井中通过加压流体膨胀，这需要一定量的附加能量。在其它完井中，环状屏障内侧的化合物被加热以使所述化合物变为气态，从而增大其体积并因此使可膨胀的金属套筒膨胀。

然而，由于可能会很难控制环状屏障是否已经正确地执行了膨胀，如果井未在完井后按计划起作用，则可能出现与环状屏障在第一区域与第二区域之间的隔离和密封性能有关的不确定性。

因此，使用两个环状屏障来隔离生产区域，并且通过在生产套管上的位于所述两个环状屏障之间的生产开口来测试压力和温度可借助测试工具来容易地执行，如从US2003/213591已知的。然而，环状屏障的隔离和密封性能的测试无法通过这样的工具来测试。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的具有环状屏障的井下完井系统，能够测试该环状屏障的隔离和密封性能。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过一种井下完井来实现，该井下完井包括：

-安装在井孔中的生产套管；以及

-环状屏障系统，该环状屏障系统待在井下于生产套管与井孔壁部或另一井管结构之间的环空中膨胀以用于在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离，该环状屏障系统包括环状屏障，该环状屏障包括：

-适于作为所述生产套管的一部分安装的管状金属部件，该管状金属部件具有外表面；

-可膨胀的金属套筒，环绕该管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的套筒内表面和面向所述井孔的壁部的套筒外表面，所述可膨胀的金属套筒的每个端部与所述管状金属部件连接；以及

-在所述可膨胀的金属套筒的套筒内表面与所述管状金属部件之间的环形空间，所述环形空间具有空间压力，

其中，所述井下完井系统还包括传感器装置，该传感器装置分别与所述第一区域和/或所述第二区域连通，所述传感器装置适于测量所述第一区域的第一压力和所述第二区域的第二压力，以用于检验所述区域隔离。

通过布置与并非生产区域的第二区域连通的传感器装置来测量第二区域的第二压力，能够检验提供第一区域与第二区域之间的区域隔离的环状屏障的区域隔离。如果环状屏障提供了合适的隔离和密封性能，则当是第一区域的生产区域中的压力改变时，第二区域中的压力应当保持不变。当生产套管在环状屏障的膨胀期间从内部加压且当地层断裂时，生产区域中的压力改变。

所述第二区域可以是生产区域。

并且，所述传感器装置可以布置在所述第一区域中。

此外，所述传感器装置可以适于测量所述第一区域的所述第一压力，以便检验所述区域隔离。

生产套管可安装在该井中，用于从储层生产含烃流体。

进一步地，所述传感器装置可布置在所述管状金属部件的外侧上。

此外，所述传感器装置可包括声换能器。

所述声换能器可被构造成传输和/或接收机械振动。

此外，所述传感器装置可包括压电元件。

所述压电元件可被构造成传输和/或接收机械振动。

并且，所述传感器装置可至少包括用于测量所述第一压力和所述第二压力的第一压力传感器。

另外，所述传感器装置可包括用于在所述第一压力传感器与所述第一区域之间或所述第一压力传感器与所述第二区域之间提供连通的控制单元。

并且，所述传感器装置可与所述第一区域和/或所述第二区域流体连通。

此外，所述第一压力传感器可与所述第一区域和/或所述第二区域流体连通。

此外，所述第一压力传感器可借助流体通道与所述第一区域连接。

进一步地，所述流体通道可被活动间隔件如活塞或隔膜分隔开。

所述控制单元可包括开关和/或螺线管。

此外，可布置与所述第一压力传感器连接的三通阀，所述三通阀通过所述螺线管控制。

并且，所述第一压力传感器可与所述第一区域连通而所述第二压力传感器可与所述第二区域连通。

进一步地，所述第一压力传感器可布置在所述第一区域中而所述第二压力传感器可布置在所述第二区域中。

所述可膨胀的金属套筒的一个或两个端部可借助连接部件与所述管状金属部件连接。

所述传感器装置还可包括往复阀，所述往复阀具有至少能在第一位置与第二位置之间运动的元件，所述往复阀具有与所述第二区域流体连通的第一入口和与所述第一区域流体连通的第二入口，并且所述往复阀具有与所述环形空间流体连通的出口，并且在所述第一位置，所述第一入口与所述出口流体连通，以使所述第二区域的第二压力与所述空间压力平衡，而在所述第二位置，所述第二入口与所述出口流体连通，以使所述第一区域的第一压力与所述空间压力平衡。

此外，所述第一压力传感器可布置成与所述往复阀的所述第二入口连接，而所述第二压力传感器可布置成与所述往复阀的第一入口连接。

上述井下环状屏障系统还可包括与所述环形空间流体连通的第三压力传感器。

所述第三压力传感器可布置成与所述往复阀的出口连接。

并且，所述第三压力传感器可布置在所述环形空间中。

此外，所述第三压力传感器可布置在所述第一区域中或第二区域中。

所述传感器装置可包括存储模块，如存储器、记录装置或CPU。

进一步地，所述传感器装置可包括通信模块。

所述通信模块可包括发射器，优选无线发射器。

此外，所述通信模块可包括声换能器。

所述声换能器可包括压电元件。

此外，所述传感器装置可包括供电装置。

并且，所述通信模块可包括构造成经所述套管为所述供电装置充电的感应单元。

此外，所述传感器装置可包括适于测量至少一种流体特性的附加的传感器，所述流体特性例如为电容、电阻率、流量、含水量或温度。

所述附加的传感器可以是流量传感器、电容传感器、电阻率传感器、声传感器、温度传感器或应变仪。

并且，所述无线传输可借助天线、感应、电磁辐射或遥测技术来执行。

此外，所述可膨胀的套筒可由金属制成。

此外，所述管状部件可由金属制成。

进一步地，可在所述管状金属部件上布置开口。

可在所述连接部件或所述可膨胀的金属套筒的端部与所述管状金属部件之间布置密封机构。

此外，所述环形空间可包括第二套筒。

根据本发明的井下完井系统还可包括井下工具，该井下工具具有用于从所述环状屏障系统读取和/或载入测量值的工具通信模块。

并且，上述井下完井系统还可包括用于增大所述第一区域的所述第一压力或用于增大所述第二区域的所述第二压力的压力源。

此外，所述第一压力可通过裂缝端口、滑动套筒、入流阀门或端口、或移动式卡箍(porter collar)或从地面来增大。

可布置与所述井管结构连接的多个环状屏障系统。

进一步地，可沿所述井管结构布置多个通信单元。

本发明还涉及用于检验在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间的区域隔离的检验方法，该方法包括以下步骤：

-使上述环状屏障系统膨胀以用于在具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离；

-增大所述第一压力；

-测量增大后的第一压力和所述第二压力；以及

-通过将所述增大后的第一压力与所述第二压力比较来执行隔离检查。

上述的检验方法还可包括将测得的压力传输至井下工具和/或接收器。

并且，上述检验方法可包括借助井下工具为所述环状屏障系统的供电装置再充电的步骤。

本发明还涉及一种用于对井的状况进行监测的监测方法，该监测方法包括以下步骤：

-使上述环状屏障系统膨胀以用于在具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离；

-测量所述第一压力；

-测量所述第二压力；

-重复测量所述第一压力和测量所述第二压力的步骤；以及

-存储和/或传输测得的压力。

上述监测方法还可包括以下步骤：

当使所述环状屏障的所述可膨胀的金属套筒膨胀时，借助第三压力传感器测量所述环形空间内部的第三压力。

此外，上述监测方法还可包括以下步骤：

-测量所述环形空间内部的第三压力；

-将所述第三压力与所述第一压力和/或所述第二压力比较；以及

-使所述第三压力与所述第一压力或与所述第二压力平衡。

最后，上述监测方法可包括借助井下工具对所述环状屏障系统的供电装置进行再充电的步骤。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1a示出了井下完井系统的截面图；

图1b示出了环状屏障系统的截面图；

图2示出了具有通信模块的另一环状屏障系统的截面图；

图3示出了具有两个压力传感器的环状屏障系统的截面图；

图4示出了具有供电装置的环状屏障系统的截面图；

图5示出了具有两个独立的压力传感器的环状屏障系统的截面图；

图6示出了另一环状屏障系统的截面图；

图7示出了具有第三压力传感器的环状屏障系统的截面图；

图8a示出了环状屏障系统的透视图；

图8b示出了往复阀；

图9示出了包括剪切销组件的传感器装置；

图10示出了另一环状屏障系统的截面图；

图11示出了另一井下完井系统；以及

图12示出了另一传感器装置。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1a示出了井下完井系统200，该井下完井系统包括生产套管3和环状屏障系统100，该生产套管3被永久性安装在井孔6中以用于从井的地层中生产含烃流体，该环状屏障系统100包括两个环状屏障1，所述两个环状屏障已在井下于生产套管3与井孔6的壁部5之间的环空2中膨胀以隔离出用于从储层生产含烃流体的生产区域。因此，其中一个屏障在井孔的具有第一压力P₁的第一区域101与具有第二压力P₂的为生产区域的第二区域102之间提供区域隔离。每个环状屏障系统100包括作为生产套管3的一部分安装的管状金属部件7、环绕该管状金属部件7的可膨胀的金属套筒8，该可膨胀的金属套筒连接至该管状金属部件的外表面以限定出在该可膨胀的金属套筒与该管状金属部件之间的环形空间15。该隔离通过使该可膨胀的金属套筒膨胀来提供，该膨胀例如通过增大管状金属部件内侧的压力并允许加压流体进入环形空间内来实现。环状屏障1包括传感器装置16，该传感器装置与第一区域连通并适于至少测量所述第一区域的第一压力，以用于检验所述区域隔离。传感器装置16在第一区域中布置在管状金属部件的外侧并且与第一区域流体连通。

通过布置与并非生产区域的第一区域连通的传感器装置来测量第一区域的第一压力，能够检验在生产区域102与第一区域101之间提供区域隔离的环状屏障的所述区域隔离。如果环状屏障提供了合适的隔离和密封性能，则当生产区域102中的压力改变时，第一区域中的压力应当保持不变。当生产套管在环状屏障的膨胀期间从内部加压且当地层断裂时，生产区域102中的压力变化。在环状屏障已膨胀并密封井孔之后，生产区域102中的压力将连续增大，直至管状金属部件内侧的压力降低，但第一区域101中的压力不会增大并且因此环状屏障的隔离能力得到检验。随后，在测量第一区域101中的压力时，通过增大生产区域101中的压力能够容易地检验环状屏障的隔离能力，如果环状屏障正确工作，则在生产区域的增压期间，第一区域101中的压力应保持不变。

图1b示出了井下环状屏障系统100，其包括环状屏障1，该环状屏障待在井下于含烃流体生产井103中的、在生产套管3与井孔6的壁部5或另一井管结构3a(在图2中示出)之间的环空2中膨胀以在井孔的具有第一压力P₁的第一区域101与具有第二压力P₂的第二区域102之间提供区域隔离，以便从一个区域而不从另一区域生产含烃流体。该第一区域最接近井孔的下部部分而第二区域最接近井孔的离井103的地面较近的顶部，第二区域是生产区域。

该环状屏障包括管状金属部件7(在图2中示出)，该管状金属部件7适于例如借助常规的螺纹连接而作为井管结构3的一部分安装，该井管结构3为用于生产含烃流体的套管柱或生产套管3。管状金属部件7具有被可膨胀的金属套筒8环绕的外表面4。该可膨胀的金属套筒具有面向管状金属部件的套筒内表面9和面向井孔壁部的套筒外表面10。该可膨胀的金属套筒的每个端部12、13与管状金属部件连接以封闭出在可膨胀的金属套筒8的套筒内表面与管状金属部件7之间的环形空间15。环形空间15具有空间压力Ps，该空间压力通过使管状金属部件7内部的加压流体进入空间15或通过存在于环形空间15中的组分的化学反应或分解来增大以用于使可膨胀的金属套筒8膨胀。可膨胀的金属套筒8被膨胀，直至其与井孔6的壁部5或另一井管结构3a(在图2中示出)接触，并且当使套筒8膨胀时，该套筒将环空分隔成两个区域，分别为第一区域101和第二区域102。为了检验这种区域隔离，环状屏障系统100还包括传感器装置16，该传感器装置分别与第一区域101的流体和第二区域102的流体连通。传感器装置16适于测量第一区域101的第一压力P₁和第二区域102的第二压力P₂，以用于检验所述区域隔离。通常来说，最接近所述顶部的第二区域的压力被增大以证实环状屏障1提供了充分的区域隔离。在另一种情况下，第一区域101的压力而非第二区域102中的压力被增大。

为了测量所述压力，传感器装置16至少包括用于测量第一和第二压力的第一压力传感器17。在图1b中，传感器装置16包括用于提供第一压力传感器17与第一区域101或第一压力传感器与第二区域102之间的连通的控制单元18。控制单元18在第一位置与第二位置之间转换，在该第一位置，第一压力传感器17与第一区域101中的第一压力P₁连通，在第二位置，第一压力传感器17与第二区域102中的第二压力P₂连通。因此，控制单元18可包括用于在第一位置与第二位置之间或甚者在用于测量空间压力的第三位置之间转换的开关或螺线管。

在图1b中，该传感器装置和因此第一压力传感器借助第一流体通道21和第二流体通道22与第一区域和/或第二区域流体连通。该第一流体通道提供与第一区域的流体连通和/或第二流体通道提供与第二区域的流体连通。该第一流体通道布置在可膨胀的金属套筒的第二端部13且该第一流体通道从可膨胀的金属套筒8的第二端部13延伸出经环形空间进入可膨胀的金属套筒8的第一端部12。因此，在第一区域101中的传感器装置16具有与在第二位置处的第二传感器或通信单元无线通信的传感器。

在图2中，所述第二流体通道被活动间隔件如活塞或隔膜分隔开。以这种方式，所述第一压力传感器不与污浊的井筒流体直接连通，并且尽管未示出，该第一通道也可通过这样的活动间隔件23如活塞或隔膜分隔开。传感器装置16包括存储模块19如存储器或记录装置或CPU。此外，传感器装置16包括通信模块24，通信模块24用于将测得的数据通信至井管结构3中的工具(如在图11中所示)或通信至如图1a所示的井中更高处的通信单元46。通信模块24包括发射器，优选为无线发射器，从而可借助天线、感应、电磁辐射、声音或遥测技术来执行无线传输。该传感器装置还包括供电装置35，该供电装置可以是电池，例如可充电式电池。如果传感器装置16没有供电装置或者仅电源，则传感器装置还可通过工具50(在图11中示出)临时供电。则该工具到达传感器装置的位置并且该工具为该传感器装置提供足以执行所述测量并将数据加载至工具上的电力。

在图3中，该第一压力传感器17与第一区域101连通而第二压力传感器36与第二区域102连通。第一和第二传感器均布置在套筒8的第二端部13上。因此，该第一区域具有无线通信至所述第二传感器位置的传感器。

在图2中，可膨胀的金属套筒8的第一端部12借助第一连接部件14与管状金属部件7连接，而可膨胀的金属套筒8的第二端部13借助第二连接部件15b与管状金属部件7连接。第二流体通道22延伸经过该第一和第二连接部件14、15b并且该传感器装置16布置在第二连接部件15b上。在另一实施例中，可膨胀的金属套筒8的仅一个端部借助连接部件与管状金属部件连接。

如在图3中所示，该传感器装置16可以是可作为内插式模块连接至环状屏障1的单独部件。传感器装置16围绕该管状金属部件7布置并且与第二流体通道连接。通信模块24最靠近管状金属部件7的外表面布置，从而通过该井管结构或生产套管的通信更容易并且通信品质更佳。

在图4中，传感器装置16被集成在可膨胀的金属套筒8的具有增大的厚度的第二端部13中，从而在膨胀期间，所述端部维持住它们的形状并保持不变形并且因此能够维持在可膨胀的金属套筒8与管状金属部件7之间的密封。

在图5中，该第二压力传感器36布置在第一连接部件14中并且测得的数据通过延伸经过环形空间15或在管状金属部件7中(未示出)延伸的电通信线37a记录在存储模块19例如存储器中。因此，第一压力传感器17布置在第一区域101中和/或第二压力传感36布置在第二区域102中。来自传感器17、36的测得的数据可存储在存储模块19中并通过通信模块24连续地传输或者作为在某些间隔处的数据位，或者被注入井中的工具中。因此，所述数据可在不被存储的情况下被传输并且因此可省掉存储装置。

如在图6中所示，布置有与第二压力传感器36连接的第二通信模块24a，以将来自第二压力传感器36的测得的数据传输至布置在第二连接部件15b中的通信模块。该传输因此被无线地执行并且该通信模块可以发送和接收数据和/或操作信号。传感器装置16还包括用于将来自一个传感器的数据与来自另一个传感器的数据进行比较的处理器38。以这种方式，仅在存储模块19中存储测得的数据/值的变化，以便确保存储容量不被不相干的数据占用。此外，传感器装置16包括用于为传感器以及传感器装置16中的其它电子模块供电的供电装置35。系统100还可被编程以存储基于时间、压力变化或剩余可用内存的数据。

在图7中，传感器装置16还包括适于测量至少一种流体特性如电容、电阻率、流量、含水量、温度或噪音(声音)的附加的传感器41。所述附加的传感器因此可以是流量传感器、电容传感器、电阻率传感器、声传感器、温度传感器或应变仪。

传感器装置16形成用于在环状屏障1已膨胀且隔离能力已检验之后再利用所述传感器来监测井103的井数据模块(WDM)。所述另外的传感器可用于检验隔离能力和/或监测井，例如以便探测生产区域中的出水或者仅探测在生产区域即第一或第二区域中的降低的压力。

在图8a中，传感器装置16还包括形成具有元件20(在图8b中示出)的抗塌缩单元11的往复阀11，该元件20根据在第一区域与第二区域内的压力而在第一位置与第二位置之间往返移位。往复阀11布置在管状金属部件7的外表面上或者生产套管或井管结构3的外表面上，如在图10中所示。往复阀11和因此传感器装置16毗邻可膨胀的金属套筒8的第二端部的连接部件地临近可膨胀的金属套筒8布置。在图3中，传感器装置16布置成与可膨胀的金属套筒8邻接。在图8a中，传感器装置16在环形空间外侧布置在连接部件中。

往复阀11具有与第二区域流体连通的第一入口25和与第一区域流体连通的第二入口26，并且该往复阀具有与环形空间流体连通的出口，并且在第一位置，第一入口25与所述出口流体连通，以使所述第二区域的第二压力与所述空间压力平衡，并且在第二位置，第二入口26与所述出口流体连通，以使所述第一区域的第一压力与所述空间压力平衡。该第二压力传感器36布置成与所述往复阀的第一入口25连接，并且第一压力传感器17布置成与往复阀的第二入口26连接。此外，布置有第三压力传感器，该第三压力传感器与出口27连接以测量空间压力并且因此能够测量环状屏障的膨胀期间的压力。

在图8b中，抗塌缩单元11的第一入口25经延伸贯穿环形空间15的管道45(在图10中示出)与第二区域流体连通，如在图10中所示。此外，在图8a和10中示出的筛件44布置在管状金属部件7的外表面上并位于第二入口26的上游。在图10中，管道45被紧固至可膨胀的金属套筒8的第一端部12并经在可膨胀的金属套筒8的第一端部12中的通道并经靠近可膨胀的金属套筒8布置在空间15的外侧的筛件44或过滤器44与第二区域102流体连通。来自第二区域102的流体流动经过筛件44，从而仅允许非常小的颗粒随流体流入管道45内并进一步流入布置在第一区域101内的往复阀11内。以相同的方式使来自第一区域101的流体在进入往复阀11之前经过筛件44或过滤器44。

在图10中示出的管道45布置在空间15内并且绕管状金属部件7的外表面4螺旋延伸。因此，管道45还在将环状屏障1插入井孔的过程中充当抗塌缩机构。在插入用于生产含烃流体的生产套管或井管结构3的过程中，可膨胀的金属套筒8可能会撞击井孔中的突起，如果不存在管道45，则这可能会导致可膨胀的金属套筒8向内略微塌缩。管道45可以以不同于在图10中所示的另一横截面与往复阀11的第一入口25和传感器装置16连接。虚线示出了膨胀后的可膨胀的金属套筒8的位置。

在图8b中，往复阀的元件20是可在第一位置和第二位置之间在活塞壳体29内运动的活塞20a。活塞壳体29具有孔32，弹簧31布置在该孔32内。弹簧31在活塞20a沿第一方向朝第二入口26运动时被压缩，并且第二压力高于空间压力和第一压力。活塞20a运动直至提供通向出口27的通路，并且因此直至提供出与空间的流体连通。当空间压力已与第二压力平衡时，弹簧31迫压活塞20a返回，从而切断在第一入口25与出口27之间的流体连通，并且允许在第一区域与空间之间的流体连通。

如在图9中所示，环状屏障1还包括剪切销组件37。剪切销组件37具有经筛件44从井管结构的内部接收流体的端口A。端口A在膨胀过程中与端口D流体连接，导致井管结构内的膨胀流体使可膨胀的金属套筒8膨胀。当可膨胀的金属套筒8被膨胀以紧贴井孔壁部时，压力增大并且在剪切销组件内的剪切销或盘剪切关闭与端口A的流体连接并打开在端口B与端口C之间的流体连接，从而来自第二入口的流体可被允许经剪切销组件进入该空间内。当第二区域内的第二压力增大时，来自与为第一入口25的端口I连接的端口E的流体推动往复阀中的所述元件运动，从而在端口I与为出口的端口H之间提供流体连通，并且因此进一步经端口B和C并经端口D进入空间内。当第一区域内的第一压力增大时，该元件沿相反方向被迫压，并且提供在端口G与端口H之间的流体连通，即在往复阀或抗塌缩单元11的第二入口与出口之间的流体连通，并且因此，使流体经端口B、C和D进入该空间内。

在图12中，控制单元18包括布置成与第一压力传感器17连接的三通阀48。该三通阀通过螺线管42控制以分别在第一压力传感器17与第一或第二区域之间的流体连通之间转换。

环状屏障1可包括与环形空间流体连通的第三压力传感器43。在图8a中，第三压力传感器43布置成与阀11的出口27连接，并且在图7中，第三压力传感器43与第三通信模块24b一起布置在环形空间15中，从而可传输数据。在图8a中，该第三压力传感器布置在第一区域内，而传感器装置16和因此压力传感器也可布置在第二区域内。

环状屏障1主要由金属制成；因此，该可膨胀的金属套筒由金属制成并且该管状金属部件由金属制成。该环状屏障可包括布置在可膨胀的金属套筒8的外表面上并且布置在该管状金属部件与可膨胀的金属套筒8的端部或连接部件14、15b之间的密封元件。

如在图10中所示，开口28布置在管状部件43中，用以使加压流体进入环形空间15中以便使可膨胀的套筒8膨胀。此外，尽管未示出，但环状屏障可包括布置在环形空间15中的第二套筒，并且可在该可膨胀的金属套筒中设置开口，从而来自其中一个区域的流体可进入该套筒中的开口并平衡该环形空间中的压力，而不会损害环状屏障1的密封能力，因为该第二套筒封闭了与井管结构的流体连通。

所述压力传感器的响应可用于评价环状屏障1的膨胀。由于膨胀端口或开口的几何结构是已知的，在膨胀期间的压力和时间信息可用于通过估计用于环状屏障的膨胀所用的总体积和因此膨胀后的环形空间的体积来验证所述膨胀。

如在图1a中所示，本发明还涉及一种井下完井系统200，该井下完井系统包括井管结构或生产套管3，和用于隔离出生产区域或第二区域102的两个环状屏障系统100。环状屏障1与传感器装置16连接，从而在井中最低位置的传感器装置与更高位置或更靠近井的顶部47的传感器装置16例如无线地通信，该传感器装置16随后与通信单元46通信。该井下完井系统还包括用于从井的顶部增大第二区域的第二压力的压力源53。该第一区域中的第一压力或第二区域中的第二压力也可通过裂缝端口54(在图11中示出)、滑动套筒、入流阀门或端口或移动式卡箍增大。

在图11中，井下完井系统200还包括井下工具50，该井下工具50具有用于从环状屏障系统100的传感器装置16读取和/或载入测量值的工具通信模块51。

本发明还涉及用于检验在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间的区域隔离的检验方法。在根据本发明的环状屏障系统膨胀之后，应当提供在具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间的区域隔离。然而，验证该区域隔离如预期那样起作用是必要的。

该验证通过增大第一区域中的第一压力来执行。所述压力的增大例如可以通过从井的地面加压流体来执行，借此确保第一压力超过地层压力并且借此超过第二区域中的第二压力。压力的增大也可通过其它措施获得。例如，水力压裂压力增大其所施加的区域中的压力，借此这种增大的压力可用于验证断裂的区域与通过根据本发明的环状屏障系统隔离的相邻区域之间的区域隔离。

在第一压力增大之后，测量该第一压力并且也测量该第二压力。之后将这两个测得的压力彼此比较。如果在比较时，该增大的第一压力大于该第二压力，则区域隔离是完好的。然而，如果该增大的第一压力与第二压力基本上相等，则最可能是损失了第一和第二区域之间的预期的区域隔离。因此，另一环状屏障系统可被膨胀，以提供区域隔离，该区域隔离可再次以与上述相同的方式检验。

在该环状屏障系统的每侧上测得的第一和第二压力可从该传感器装置被传输至井下工具和/或接收器，用于进一步处理。

该传感器装置包括供电装置，例如电池组，其可随时间推移被使用。因此，供电装置优选是可充电的类型，从而其可以通过例如具有再充电单元的井下工具被再次充电。

有利地，在通过使用根据本发明的环状屏障系统检验了区域隔离之后，该环状屏障系统的传感器装置可随后被用于监测井下。

因此，提供了通过根据本发明的环状屏障系统对井的状况进行监测的监测方法。该监测方法包括以下步骤：

-使所述环状屏障系统膨胀以用于提供在具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间的区域隔离；

-测量所述第一压力；

-测量所述第二压力；

-重复所述测量所述第一压力和所述测量所述第二压力的步骤；以及

-存储和/或传输测得的压力。

通过重复测量所述第一和第二压力，该井在环状屏障系统的位置处的状况可基于压力来监测。例如，如果探测到压力改变，则可能表示在该区域中的井筒流体的水含量在增加。

压力的重复测量值可被存储在存储单元如记录器或存储器中，或者其可被无线传输至例如井数据模块。该井数据模块可从井中的许多不同位置接收测得的数据，从而可监测该井的总体状况和状态，并且因此该井的生产也可基于测得的数据尤其是测得的压力进行优化。

此外，可布置与环形空间连接以用于测量在该环形空间内部的第三压力的第三压力传感器。该第三压力可连续与该第一压力和/或该第二压力进行比较，借此可在第一压力高于该第三压力时使第三压力与第一压力平衡或者在第二压力高于该第三压力时，使该第三压力与该第二压力平衡。据此，获得的是，即使是在第一区域或第二区域中的压力增大的情况下也可维持区域隔离，并且此外，可明显降低环状屏障塌缩的风险。

所述压力传感器或另外的传感器测量流体特性，结果是存储和/或传输的响应或数据将被分析。所述传感器的响应可因此为测得的数据。

冲程工具是就地提供增大的压力以使可膨胀的金属套筒膨胀或为区域加压以检验环状屏障系统100的隔离能力的工具。该冲程工具包括用于驱动泵的电动机。该泵将流体泵送至活塞壳体中以使在活塞壳体中作用的活塞运动。该活塞布置在冲程杆上。该泵可将流体在一侧上泵送至活塞壳体中并且同时在活塞的另一侧上将流体抽出。

流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

井管结构或生产套管是指用于永久安装在井下以用于生产油或天然气的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。该管状金属部件可由金属制成并且可与井管结构采用相同的金属。

在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，驱动单元52如井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如Well

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (19)

1.一种井下完井系统(200)，其包括：

-安装在井孔(6)中的生产套管(3)；以及

-环状屏障系统(100)，该环状屏障系统待在井下于所述生产套管与井孔(6)的壁部(5)或另一井管结构(3a)之间的环空(2)中膨胀以用于在所述井孔的具有第一压力(P₁)的第一区域(101)与具有第二压力(P₂)的第二区域(102)之间提供区域隔离，该环状屏障系统包括环状屏障(1)，该环状屏障包括：

-适于作为所述生产套管的一部分安装的管状金属部件(7)，该管状金属部件具有外表面(4)；

-可膨胀的金属套筒(8)，其环绕该管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的套筒内表面(9)和面向所述井孔的壁部的套筒外表面(10)，所述可膨胀的金属套筒的每个端部(12、13)与所述管状金属部件连接；以及

-在所述可膨胀的金属套筒的套筒内表面与所述管状金属部件之间的环形空间(15)，所述环形空间具有空间压力(P_s)，

其中，所述环状屏障系统还包括传感器装置(16)，该传感器装置分别与所述第一区域和/或所述第二区域连通，所述传感器装置适于测量所述第一区域的第一压力和/或所述第二区域的第二压力，以用于检验所述区域隔离。

2.根据权利要求1所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括声换能器。

3.根据权利要求1所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括压电元件。

4.根据权利要求1所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置至少包括用于测量所述第一压力和所述第二压力的第一压力传感器(17)。

5.根据权利要求4所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括用于在所述第一压力传感器与所述第一区域之间或所述第一压力传感器与所述第二区域之间提供连通的控制单元(18)。

6.根据权利要求4所述的井下完井系统，其中，所述第一压力传感器与所述第一区域连通而所述第二压力传感器(36)与所述第二区域连通。

7.根据权利要求6所述的井下完井系统，其中，所述第一压力传感器布置在所述第一区域中而所述第二压力传感器布置在所述第二区域中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，还包括与所述环形空间流体连通的第三压力传感器(43)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括存储模块(19)，如存储器、记录装置或CPU。

10.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括通信模块(24)。

11.根据权利要求10所述的井下完井系统，其中，所述通信模块包括声换能器。

12.根据权利要求11所述的井下完井系统，其中，所述声换能器包括压电元件。

13.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括供电装置(35)。

14.根据权利要求13所述的井下完井系统，其中，所述通信模块包括构造成为所述供电装置充电的感应单元。

15.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，其中，所述传感器装置包括适于测量至少一种流体特性的附加的传感器(41)，所述流体特性例如为电容、电阻率、流量、含水量或温度。

16.根据权利要求15所述的井下完井系统，其中，所述附加的传感器是流量传感器、电容传感器、电阻率传感器、声传感器、温度传感器或应变仪。

17.一种检验方法，用于检验在井孔的具有第一压力(P₁)的第一区域(101)与具有第二压力(P₂)的第二区域(102)之间的区域隔离，该方法包括以下步骤：

-使根据权利要求1-11中任一项所述的环状屏障系统(100)膨胀，以用于在具有所述第一压力的所述第一区域与具有所述第二压力的所述第二区域之间提供区域隔离；

-增大所述第一压力；

-测量增大后的第一压力和所述第二压力；以及

-通过将所述增大后的第一压力与所述第二压力比较来执行隔离检查。

18.一种用于对井(103)的状况进行监测的监测方法，包括以下步骤：

-使根据权利要求1-11中任一项所述的环状屏障系统(100)膨胀，以用于在具有第一压力(P₁)的第一区域(101)与具有第二压力(P₂)的第二区域(102)之间提供区域隔离；

-测量所述第一压力；

-测量所述第二压力；

-重复测量所述第一压力和测量所述第二压力的步骤；以及

-存储和/或传输测得的压力。

19.根据权利要求15所述的监测方法，还包括以下步骤：

-测量所述环形空间内部的第三压力(P_s)；

-将所述第三压力与所述第一压力和/或所述第二压力比较；以及

-使所述第三压力与所述第一压力或与所述第二压力平衡。