CN108505970A - 井下设备及流动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下设备及流动控制方法。该井下设备包括：管状主体；在所述主体的壁内的第一端口和第二端口；以及流体压力响应阀装置，所述流体压力响应阀装置具有与第一压力相关联的锁定的第一配置，其中所述第一端口被打开并且所述第二端口被关闭；与高于所述第一压力的第二压力相关联的解锁的第二配置，其中所述第一端口被打开并且所述第二端口被关闭；以及与低于所述第二压力的第三压力相关联的第三配置，其中所述第二端口被打开并且所述第一端口被关闭；其中所述第一端口提供与第一工具或第一装置的流体连通；其中所述第一装置包括流体可变形的装置。

Description

井下设备及流动控制方法

本申请是国际申请日为2013年3月7日、国际申请号为PCT/GB2013/050562、进入中国国家阶段的申请号为201380023121.1、名称为“井下设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及井下设备，并且具体地但非排他性地，本发明涉及诸如砂筛的流动控制设备以及相关联的设备和方法。

背景技术

WO2009/001089和WO2009/001073描述了用于支撑井眼壁以及用于将预定的压力施加到井眼壁的装置，其公开内容以其全文引用并入本文。可膨胀的腔室安装于中心管上，这样腔室的膨胀增加组合件的直径。腔室可支撑砂控制元件。

发明内容

根据本发明，提供一种井下设备，该设备包括：

管状主体；

在主体壁内的第一端口和第二端口；以及

流体压力响应阀装置，该流体压力响应阀装置具有与第一压力相关联的锁定的第一配置，其中第一端口被打开并且第二端口被关闭；与高于第一压力的第二压力相关联的解锁的第二配置，其中第一端口被打开并且第二端口被关闭；以及与低于第二压力的第三压力相关联的第三配置，其中第二端口被打开。

根据本发明的另一方面，提供一种流动控制方法，该方法包括：

将第一压力施加到控制管状主体的壁中的第一端口和第二端口配置的流体压力响应阀装置，由此阀装置保持锁定的第一配置，其中第一端口被打开并且第二端口被关闭；

施加高于第一压力的第二压力，由此阀装置呈现解锁的第二配置，其中第一端口被打开并且第二端口被关闭；以及

施加低于第二压力的第三压力，由此阀装置呈现第三配置，其中第二端口被打开。

阀装置的配置可以任何合适的顺序改变，例如先是第一配置，随后第二配置，然后是第三配置。可替换地，可先是第三配置，随后是第二配置，然后是第一配置。

锁定的第一配置可为适于阀装置的初始配置。从而，例如，在第一配置下设备可进入到井眼内。

在第三配置下第一端口可被关闭。

第一端口可包括止回阀，其在阀两端之间不存在正压力差的情况下关闭第一端口。

阀装置可包括阀构件，在第一配置和第二配置下阀构件关闭第二端口。在第三配置下阀构件可关闭第一端口。阀构件可采取任何适当的形式，并且可以是套筒。阀构件可朝向打开第二端口的位置偏置。

阀装置可通过锁定装置锁定在第一配置下，锁定装置可包括可释放的保持构件，诸如剪切销。保持构件可保持阀构件处于相对于主体的第一配置下。

阀装置可包括一个以上的锁定装置，例如当阀装置处于第三配置下时，阀装置的元件可被锁定在位。

阀装置可限定差动活塞。一个活塞面可暴露于管内压力下并且第二活塞面可暴露于外部压力下，例如环空压力。因此，管和环之间的正压力差将导致作用于活塞上的流体压力。

活塞可被容纳在腔室内，所述腔室具有一个提供与外部压力流体连通的端口。该端口可定尺寸成或以其它方式配置成在穿过端口的流体中引起压力降。

泄压装置可与活塞相关联，由此，如果外部压力超过管内压力，即管和环之间存在负压力差，则外部压力可被泄放，从而避免活塞的无意或反向激活。外部压力可经由止回阀或泄放阀而被泄放，止回阀或泄放阀允许较高的外部压力从活塞外侧到活塞内侧之间泄放。阀可定尺寸成或以其它方式配置成在穿过阀的流体中引起压力降。阀的形式和所提供的阀的数量可视情况进行选择。在一个实施例中，端口延伸通过活塞并容纳球体，所述球体通过弹簧被迫进入到与阀座密封接合的状态。当然，本领域的那些技术人员将认识到这种泄压装置可在其它形式的井下设备(尤其是利用差动活塞的那些)中用于调节反向压力差，否则反向压力差可能会对压力致动的工具操作产生不利影响。

第一端口可提供与第一工具或装置的流体连通，例如一种流体可变形的装置，诸如安装于主体上的腔室。流体可变形的装置可支撑砂筛，使得该设备可用于促进砂筛的流体压力激活。在一个实施例中，所述第一端口提供主体内部和沿着主体外部轴向延伸的腔室之间的连通。

第二端口可提供管状主体的内部和管状主体的外部之间的流体连通且配置成例如允许生产流体从地层流入到主体内，或允许流体(诸如注入流体、水力压裂流体或处理流体)从主体流入到地层内。在一些实施例中，第二端口可用于使得流体从管状主体流入到地层内，在其它时间内使得流体从地层流入到管状主体内。第二端口可配置有流入控制装置(ICD)，因此设备可用于促进ICD的流体压力激活。

在一个实施例中，第二端口包括为嵌入件形式的ICD，例如抗腐蚀材料(诸如碳化钨)的嵌入件。盘状物或其它构件可设有嵌入件，且盘状物可适于定位在第二端口内。嵌入件的形式可选择成在流动通过端口的流体中提供预定压力降。在一些盘状物中，可设置坯件嵌入件(blankinsert)，以防止流体流动通过第二端口。

一个或多个阀装置可并入到完井设备内并提供设有ICD的一个或多个第二端口。因此，基于调查或其它的井分析信息，操作人员可将ICD配置成提供来自周围地层并流入到井内的所需流态。

设备可包括两个或多个阀装置以及相关联的第一端口和第二端口。每一阀装置可与相应的工具或装置相关联，例如每一设备可与相应的井眼壁支撑设备、封隔器、悬吊器或砂筛相关联。阀装置和相关联的工具或装置可沿着管状主体轴向间隔开。可替换地，或另外地，阀装置和相关联的工具或装置可围绕管状主体周向间隔开。因此，多个阀装置可同时被激活。

阀装置可布置成第四配置，其中第二端口被关闭。阀装置可适于被机械地致动到第四配置。因此，例如在第四配置下，设备可防止生产流体或其它流体从地层流入到完井设备内，或防止流体从完井设备或其它主体流入到地层内。

设备可包括安装在中心管上的流体可变形的构件或腔室，所述构件可适于由流动通过第一端口的流体激活。被激活的构件可为过滤介质提供支撑，并且可用于将诸如砂筛的过滤介质定位成与井眼壁接触，或增加由过滤介质所描绘的直径。被激活的构件可适于为井眼壁提供支撑，或在设有或未设有过滤介质的情况下对处于构件和井眼壁之间的材料进行加载或压缩，从而提供如WO2009/001069和WO2009/001073中所述的有益效果。止回阀或类似物可与第一端口相关联以便保持在流体可变形构件中的流体。可替换地，或另外地，泄放阀或类似物可与流体可变形的构件相关联，阀配置成从所述构件释放压力以避免过度膨胀。此外，设备可配置成允许通过提供适当的阀使得构件放气或停用，从而便于将设备从井眼移除或收回，但是在大多数情况下设备很可能将意旨永久地安装。

本发明的一个方面涉及提供形成完井设备一部分的管状主体，该完井设备包括一个或多个砂筛，每一砂筛结合根据本发明所述的设备。第一端口与安装在中心管上的流体可变形的构件或腔室连通，该腔室支撑过滤器构件。在阀装置处于锁定配置的情况下，砂筛可进入到钻孔内达到所需深度。然后将第一压力施加到完井设备的内侧，流体可流动通过第一端口以便同时并至少部分地使得腔室膨胀，增加砂筛的直径以便将过滤器构件定位成抵靠周围的井眼壁或套管。然后将所施加的压力增加到更高的第二压力并且阀装置呈现解锁的第二配置。这可通过提供形式为套筒且结合差动活塞的阀构件的来实现上述，所述阀构件最初由剪切销锁定在位。更高的第二压力可剪切销并克服弹簧的作用使得套筒移动小的距离，保持第一端口被打开以及第二端口被关闭。然后压力可进一步增加以便使得腔室充分膨胀并被激活；导致销被剪切所需的压力可小于完全激活腔室的压力。将压力保持在该升高的水平下持续一段时间确保所有的销被剪切以及所有的砂筛被完全激活抵靠井眼。从而被激活的砂筛可顺应于井眼壁，即砂筛将趋向于遵循井眼表面并保持井眼表面接触，即使表面是非圆柱形的或其它不规则的形状。然后将压力从完井设备泄放掉，与第一端口相关联的止回阀锁定腔室内部的升高压力并保持套筒被完全激活。随着压力继续被泄放掉，由弹簧使得套筒移动，以呈现第三配置，其中第一端口被关闭并且第二端口被打开。可提供额外的挡板来关闭第一端口，例如梭子阀可设置于第一端口和阀套筒之间，并且可定位成关闭第一端口。然后生产流体可从地层流动通过过滤器构件和第二端口进入到完井设备内，然后流动到表面。在其它实施例中，所述设备可用于控制在相反方向上流体的流动，例如注入流体、水力压裂流体或处理流体流动到地层内。

从而通过调节施加到完井设备内侧的压力可完全激活砂筛。如果需要，整个完井设备或完井设备的一部段可被加压以同时激活设置于加压部段内的所有砂筛或多个砂筛，在大多数情况下将无需提供专门的设备或技术就能实现上述。此外，无需介入，增加运行速度和操作的可靠性。可替换地，砂筛可以单独或成组的方式被激活，例如通过使用适当的工具或装置来分离单个砂筛或成组的砂筛。这允许针对所选定的砂筛以及针对在井内的选定位置利用不同的激活压力。

完井设备将通常意旨永久地安装。然而，完井设备或者实际上本发明的其它实施例可配置成通常通过允许腔室放气和停用而可收回或可移除。

在设备包括安装在中心管上的通过流动通过第一端口的流体激活的流体可变形构件或腔室的情况下，被激活的设备可提供具有改进的抗压碎和抗坍塌性的结构。

根据本发明的另一方面，提供形式为适于设置在基部构件上的流体压力可变形的腔室的井下设备，腔室具有主体，所述主体具有具有第一长度、第一宽度和第一深度的第一部分，具有第二深度和第二宽度的第二部分，第二深度和第二宽度中的至少一个小于第一部分，以及过渡部分，该过渡部分将第一部分和第二部分联接且配置成提供第一部分的变形特性和第二部分的变形特性之间的连续性。

第二部分可用于将腔室设置或固定到基部构件上。

第二部分可形成腔室的端部，第二部分和相关联的过渡部分可设置于腔室的一个或两个端部处。在用流体填充腔室时，可增加腔室的深度。用于使得腔室变形的流体压力可基于一些标准来选择。例如，可使用在1.4和5.5Mpa(200和800psi)之间的压力来完全激活腔室，但是当然在其它实施例中其它压力范围也会是有效的。

多个腔室可围绕基部构件设置。腔室可沿着基部构件的轴向延伸且一个挨一个地布置，以便提供基部构件的基本完整的圆周覆盖。腔室可支撑构件或装置，例如过滤器构件，诸如砂筛。

腔室可具有形成为与相关联的基部构件的轮廓相匹配的壁。在腔室意旨安装到圆柱形基部构件的外部的情况下，腔室通常将具有弧形内壁。当用流体填充腔室时，外壁径向向外移动，从而增加腔室的深度和组合件的直径。腔室可具有意旨与周围的井眼壁表面相匹配的弧形外壁。

腔室可包括激活端口，以便为腔室变形的流体提供通路。该端口可设置于腔室上的任何合适位置处。该端口可设置于第二部分内，在腔室的端部处，其可形成连接头。激活端口可位于腔室的主轴线上。相关联的连接头至少最初可具有与主体相同的深度。

第一宽度和第一深度可沿着主体的长度大致恒定。

流体端口可设置于腔室的另一端部处。可替换地，腔室的另一端部可封闭或密封，并且可主要用于相对于基部构件定位腔室的端部。在腔室端部处的端口可被打开，例如以便促进在制造或组装过程中填充腔室以便将空气从腔室移除，以便容纳泄压阀，或者以便提供与另一个腔室(例如位于相邻装置上的腔室)的连通，该装置可以是砂筛。

过渡部分的边缘可以内半径和外半径为特征。当腔室变形时内半径减小过渡部分内的应力。当腔室变形时外半径也减小过渡部分内的应力。此外，当腔室变形时，外半径减小腔室长度收缩和宽度收缩。外半径还减小损坏延伸超过腔室的过滤器构件的可能性且倾向于在变形后的腔室内提供更平滑的轮廓。

过渡部分可配置成与限定流体通路的腔室块段配合。腔室块段可配置成在腔室变形的同时保持其形状。该块段可限定配置成接纳过渡部分的凹形端口。过渡部分例如可通过焊接而结合到该块段上，以提供腔室与块段之间的压封。该块段可配置成固定到基部构件上。在块段被固定到基部构件之前，腔室可结合到块段上。相应地，在组合件被安装到基部构件上之前，过渡部分和块段例如可围绕完整的圆周焊接以确保压力完整性。该块段可包括在内壁中的入口端口。入口端口可包括止回阀。入口端口可配置成与本发明第一方面的第一端口连通。

根据本发明的另一方面，提供用于将在腔室端部处具有激活端口的流体压力可变形的腔室连接到基部构件的方法，所述方法包括：在激活端口和腔室块段之间形成密封连接，然后将腔室块段安装到基部构件上。

该块段可采取任何适当的形式，并且相对于腔室可以是相对刚性的，这样当腔室变形时，该块段基本上保持其形状。该块段可包括阀。

如上所述，激活端口可设置于过渡部分内。

根据本发明的另一方面，提供用于在井下过滤器构件和相关联的基部构件之间定位的支撑层，支撑层包括材料片材，所述片材被穿孔且形成为提供流体路径。

本发明的该方面允许支撑层用作排放层。

支撑层可由弯曲片材形成。

支撑层可以表面突起部为特征，以便将片材与相邻的构件间隔开。可替换地，或另外地，层可具有波状形式，例如，层可是起皱的或以其它方式限定峰和谷，或层可由重叠构件形成，或可设置多个层以及相邻的层重叠。

支撑层可用在砂筛内，如从地下地层生产烃类中所使用的那样。

支撑层可包括多个构件。

支撑层可由任何合适的材料形成。该层可包括实心片材，例如实心钢板，但是也可以使用其它材料。

开孔可采取任何合适的形式、图案、形状或尺寸。例如，可从片材冲压或压制成排的开口。在使用中，开孔可允许石油或天然气通过。

开孔在整个支撑层上可为一致的形式。可替换地，开孔的形式可以改变，以控制通过该层的流体通路，且具体是使在层的整个长度上通过该层的流动相等。例如，取决于开孔与在基部支撑件内的阀或流动端口之间的距离，开孔的数量或尺寸可沿着层的长度增加或减小。通常，开孔与流动端口进一步间隔开，将提供更大的流动面积以补偿当流体从开孔流动到流动端口时将产生的压力降。

如果支撑层设有突起部，则这些突起部可采取任何适当的形式、图案、形状、尺寸或深度。突起部可将支撑层从基部构件抬起或间隔开，从而允许石油或气体在层与基体之间的下方流动。突起部可布置成允许流体在轴向和周向的一者或两者上流动。

突起部可通过在材料片材中压印图案来在内表面上形成突起部而形成。

支撑层可形成为匹配过滤器构件和基部构件的一者或两者的轮廓或形式。支撑层可设置成与流体压力可变形的基部构件或激活腔室相结合，诸如关于本发明其它方面所述的那样，支撑层构件可配置成提供相邻激活腔室之间的桥接，以确保支撑过滤器构件，特别是当腔室被激活以及间隙在腔室之间打开时，且给周围井眼壁提供径向支撑。支撑层还可有助于当砂筛被激活时保持砂筛的圆形形状。在本发明的其它方面，激活腔室可具有形成为沿着支撑构件的表面提供流动路径的表面。

根据本发明的另一方面，提供适于砂筛过滤器构件的保持器，该保持器包括夹持构件，所述夹持构件配置成抵靠夹持主体夹持过滤器构件的至少端部部分，所述夹持主体配置成固定到基部构件。

此外根据本发明的另一方面，提供用于将过滤器构件保持在砂筛上的方法，所述方法包括：

围绕基部构件定位过滤器构件；以及

抵靠基部构件夹持过滤器构件的至少端部部分。

过滤器构件可为编织物的形式。过滤器构件可包绕基部构件。

夹持构件可包括轴向可平移的保持器，其具有配置成与夹持主体上的相对夹持表面配合的夹持表面，由此过滤器构件的一部分可固定于表面之间。夹持表面可限定渐缩形。

夹持构件可为夹持环且可通过螺纹或以其它方式固定到夹持主体。在设置螺纹夹持环的情况下，夹持环和夹持主体的相对旋转可导致夹持环在夹持主体上的轴向移动。

夹持主体可与基部构件是一体的。可替换地，所述夹持主体可与基部构件分离，并且可相对于基部构件至少轴向地浮动。如果过滤器构件经受膨胀时，这种布置有利于适应过滤器构件的轴向收缩。

夹持主体可凹入超过夹持主体的夹持表面，以容纳过滤器构件的端部。如果有必要或是所需的，过滤器构件可在组装过程中点焊到凹部内，以便在夹持构件固定到夹持主体上之前将过滤器构件保持在位。

本发明还涉及结合有保持器的砂筛以及组装砂筛的方法。

在一个实施例中，可为编织物形式的过滤介质包绕基部构件，基部构件具有在每一端部处固定的夹持主体。编织物可保持在位，以便于使用棘轮带、点焊或类似物进行组装。点焊可沿着编织物的长度提供，编织物可被焊接到基部构件或在基部构件和过滤器构件之间的支撑层或排放层。编织物的端部紧密地包绕夹持主体中的凹部。然后将夹持环或保持器环旋拧到夹持主体上。编织物被捕获在夹持环和夹持主体上的渐缩部之间，从而将编织物围绕基部构件固定在位。

此外根据本发明的另一方面，提供限制井内区域之间流动的方法，所述方法包括：在砂筛上设置一层可变形材料制成的层；以及激活砂筛，使得可变形材料接触井壁且抵靠井壁密封。

可变形材料可设置于砂筛的一部分上，例如设置于砂筛的一个或两个端部处。

可变形材料可布置于砂筛上，这样流体可在材料的下方通过，例如通过砂筛或在砂筛的下方通过。

井壁可衬有例如套管或衬层，或可以是不加衬的。

可变形材料可以是弹性体，以及可以是由水、油、或一些其它材料激活的可溶胀材料。

增加基部构件强度的方法，包括将腔室安装到基部构件上以及使得腔室膨胀。

构件可采取任何适当的形式，并且可以是中空或实心构件，例如管或梁。

腔室可围绕构件的表面布置，并且可沿着构件的轴向延伸。腔室可设置在基部部件的外表面上，或基部构件的内表面上。

构件可保持或包含在井眼内或其它周围壁内。施加到腔室且其趋于使得腔室壁变形的外部点载荷将趋于增加腔室内的内部流体压力，从而导致载荷沿着腔室长度分布。此外，当载荷施加到构件的一侧上时，构件另一侧上的腔室可在构件和井眼壁之间压缩，且将反作用力径向分布于构件的相对表面上。从而对于诸如井下结构的管状构件而言，提供腔室将由此增强构件的抗坍塌性。

根据本发明一个方面的形成抗压碎性结构的方法，所述方法包括：

将中心管定位在井眼内；以及

用流体使得位于中心管与井眼之间的腔室膨胀，由此提供具有高的抗压碎性的结构。

该结构可顺应于井眼，即所述结构的外表面大致遵循井眼壁。

该结构可包括砂筛。

该结构可位于溶胀地层或具有地质力学运动的地层内。

根据本发明的另一方面，提供一种适于砂控制设备的护罩，护罩具有细长的槽且所述护罩配置成定位于砂控制设备上，其中槽相对于设备的纵向轴线倾斜。

护罩可设置成与砂控制设备(例如砂筛)结合。护罩可定位在设备的外部上，邻近砂控制元件。砂控制设备可为径向可膨胀的，即该设备的至少一部分可被激活成限定较大的直径。

槽可相对于纵向轴线以任何合适的角度(例如为15度)倾斜。

槽的倾斜度趋于增大用于使得护罩延伸或激活护罩所需的力或压力。因此，护罩可用于控制该设备的激活。例如，当通过使得在砂控制元件下方的压力可变形腔室膨胀而实现激活时，该护罩可用于控制用于触发激活所需的压力。当砂筛被激活时，槽的倾斜度也可用于减小护罩和砂控制元件之间的摩擦力。

根据本发明的另一方面，提供用于控制砂筛被激活的方法，所述砂筛具有围绕砂控制元件的护罩，所述方法包括选择护罩的激活特性，使得护罩控制启动激活砂筛时的径向力。

本发明的这一方面在利用流体压力来激活砂筛的砂筛中具有特定的功效。通过选择护罩特性，操作人员可以选择启动激活时的压力。因此，在其它操作中导致不意旨激活砂筛的压力增加，较低的压力将不会导致砂筛过早激活。

本发明如上所述的各个方面可根据需要与彼此适当地结合。此外，参照特定方面描述的各个特征根据需要可以单独或共同的方式与其它方面相结合。

附图说明

现在将通过实例的方式参照附图对本发明的这些和其它方面进行描述，其中：

图1是包括三个根据本发明实施例的砂筛的完井设备的一部分的示意图；

图2是图1所示砂筛之一的一部分的局部剖视图；

图3对应于图2，但示出处于激活配置下的砂筛；

图4、图5、图6和图7是图1所示砂筛之一的阀装置的截面视图，分别示出处于第一配置、第二配置、第三配置和第四配置下的阀装置；

图4a和图4b是ICD嵌入组合件的视图；

图4c是止回阀的示意图；

图8和图9是图1所示砂筛之一的激活腔室端部的视图；

图10和图11是图1所示砂筛之一的激活腔室和腔室块段的视图；

图12a和图12b是图1所示砂筛之一的排放层元件的视图；

图13是图1所示砂筛之一的夹持装置的截面视图；

图14是将形成为砂筛护罩的片材的平面视图；

图15是图14所示片材一部分的放大视图；

图16和图17是根据本发明另一实施例的砂筛的视图；以及

图18、图19、图20和图21是根据本发明实施例的结构的示意截面视图。

具体实施方式

首先参照附图的图1，其是包括根据本发明实施例的三个砂筛10的井眼完井设备一部分的示意图。当然完井设备将包括未在图中示出的许多其它元件和装置，诸如在完井设备前端上的靴形件、用于区域隔离的封隔器、悬吊器、阀等。通常，完井设备将并入三个以上的砂筛，砂筛的数量可视情况来选择。

如将在下面进一步详细描述的那样，砂筛10以缩进或更小直径的配置进入到孔内，随后被激活以呈现较大直径的配置，在较大直径的配置下，砂筛的外表面接合井眼壁，不管井眼壁是由套管、衬管还是未加衬的井眼部段形成。

附图中的图2示出图1所示砂筛之一的一部分的局部剖视图，其中砂筛10示出为处于初始配置。砂筛10包括中心管12，其为六个激活腔室14提供安装，所述激活腔室14沿着中心管12的外表面轴向延伸。腔室14围绕中心管12一个挨一个地布置，且如将要描述的那样，可通过用高压流体填充腔室14膨胀或变形，使得腔室14呈现如附图的图3中所示的激活配置。

排放层位于腔室14的外部，所述层包括六个开孔钢板条带18。如同腔室14，条带18一个挨一个地布置且沿着砂筛10轴向延伸，但相对于腔室14在周向上偏移，如附图中所示，这样当扩展腔室14时，条带18桥接腔室14之间形成的间隙20。下文将提供有关排放层的进一步细节。

排放层支撑形式为编织物22的过滤介质，编织物的形式选择成使得当编织物22被延伸以适应激活腔室14的变形时，编织物22的开孔尺寸不变化。编织物22可包括单一长度的材料，其以纵向边缘重叠的方式包绕排放层，或者编织物22可包括两个或更多长度的材料条带。保护性护罩24设置于编织物22的上方。

现在还参照附图的图4、图5、图6和图7，其是图1所示砂筛10的阀装置30的截面视图，分别示出处于第一配置、第二配置、第三配置和第四配置下的阀装置。在使用中，阀装置30将设置于每个砂筛10的下端部处，在激活腔室14的下端部与在砂筛10端部处的短梯形连接部32和特殊扣接部(未示出)之间。应该注意到图4、图5、图6和图7省略了排放层16、编织物22和护罩24。

阀装置30包括主体34，该主体34包括若干相互连接的圆柱形部分34a和34b，圆柱形部分34a和34b也形成砂筛主体的下端部。如将要描述的那样，阀装置30还包括若干大致圆柱形的内部部件，所述内部部件可配置成控制流体通过主体部分34a中的第一和第二端口36和38的通路。第一端口36经由相应的腔室块段40提供与激活腔室14的连通，每一腔室块段40并入包括球体44的止回阀42。球体44可由任何合适的材料形成，例如PTFE，陶瓷，钢，橡胶，黄铜或铝。第二端口38也延伸通过主体部分34a，并且当打开时，允许生产流体从砂筛10的外部流入到中心管12内，随后流动到表面。

第二端口38可定尺寸成或以其它方式配置成在流入到中心管内的生产流体中提供预定的压力降。因此，在完井设备的整个长度上，操作人员可考虑当地的地层条件将第二端口配置成提供所需的流态。在一个实施例中，每一第二端口38设有流入控制装置(ICD)组合件，其为盘状物39的形式，用于定位在端口38内，所述盘状物具有中心流动端口，其容纳适当大小的碳化钨嵌入件41，如附图的图4a和图4b中所示(本领域的技术人员将注意到如图中所示的端口38是非圆形的，从而形式为盘状物39的ICD意旨与以圆形的第二端口为特征的替代实施例组合使用)。嵌入件41选择成提供所期望的流动面积或压力降，且被压入到盘状物39内，然后其从主体部分34a的外侧拧入到端口38内，盘状物的外表面设有螺纹，其配置成与设置于端口38上的相应螺纹啮合。盘状物39还设有O形-环密封件。如果需要的话，阀装置30的一些端口38可配有包括坯件嵌入件的盘状物，防止通过选定端口的流动。

阀装置30包括初级阀套筒46。套筒46的中心部分限定生产端口48，当阀装置30处于第三配置下时，生产端口48与第二端口38对准。在第一配置下，如图4中所示，生产端口48从第二端口38偏移，并通过密封件50，51与阀套筒46的外部隔离。另一密封件52还用于隔离第二端口38。阀套筒46的下部部分限定用于接合介入工具的内部轮廓55，如将要描述的那样。阀套筒46的上端部包括夹套爪指49，其具有用于与形成在主体34内径中的定位凹部45接合的外部轮廓。夹套爪指49还限定轮廓43，当需要时所述轮廓43允许与介入工具机械接合，如将要描述的那样。

次级阀套筒或梭子套筒47位于初级阀套筒46的外部并承载外部密封件54，以便当阀装置处于第三和第四配置中时用于第一端口36的隔离，如图6和图7中所示。套筒46，47最初由剪切销59固定在一起。在第一和第二配置下，梭子套筒47位于第一端口36的下方且远离第一端口36，可包括过滤器构件57的初级阀套筒46中的激活端口56与第一端口36对准，从而提供砂筛10的内部和激活腔室14之间的流体连通。

阀致动套筒58也位于主体34内，并以外台肩60为特征，外台肩60提供与主体部分34b的密封接触。剪切销62最初相对于套筒主体克服压缩弹簧63的作用将套筒58锁定，所述压缩弹簧63包含于在套筒58和主体部分34b之间的腔室67内。当台肩60的上表面暴露于内部压力或管压力下时，台肩60的下表面经由套筒主体中的端口61暴露于外部压力或环空压力下，使得台肩60用作差动活塞。

为了防止套筒58由于例如环空压力相对于内部压力的升高而导致的反向压力差而意外解锁，止回阀65(示出一个)延伸通过台肩60，允许流体从套筒58和主体部分34b之间的腔室泄放并进入到阀内，从而释放任何多余的反向压力。附图的图4c中示出止回阀65的示意图。相应地，例如如果在安装完井设备或收回完井设备的过程中，流体向下循环通过完井设备且沿着周围环形件向上流动，可存在下述情况，其中环空压力(P1)上升到高于内部压力(P3)。在这种情况下，来自环形件的流体可泄放通过端口61并进入到弹簧腔室67内，在过程中发生压力下降到较低压力(P2)。这减小了台肩60两端之间的压力差。然而，如果足够的话，则在腔室6和完井设备内部之间的剩余压力差将克服弹簧73的作用将止回阀球体69抬离其阀座71，允许流体从腔室67泄放并进入到完井设备内。因此，操作人员在知晓环形件中的更高压力也不会导致销62的过早剪切的情况下，可采用相对较高的循环速率，安全且过早地释放套筒58，46，47。可根据需要选择止回阀65的数量和配置以便适于完井设备配置和预期的操作条件。

套筒58的上端部在初级阀套筒46下端部的外部延伸，并抵接梭子套筒47的下端部。

如上面所指出的那样，在第一配置下，激活端口56与第一端口36对准，而第二端口38由于端口38和生产端口48之间的错位而被关闭；在该配置下砂筛10进入到孔内。砂筛10的内部和腔室14之间的正压力差将打开止回阀42并允许流体经由腔室块段40从完井装置的内部流入到激活腔室14内。因此，在使用中，当完井设备被加压高达至第一压力时，阀装置30处于该第一配置下，腔室14将经受初始程度的膨胀或变形。管压力可保持在该第一压力下持续一段时间以便提供腔室14的初始程度的膨胀。当然，不是对整个完井设备加压，而是操作人员可运行完井设备内的冲洗管或类似物来将压力从表面连通到砂筛10。

在预定的时间间隔之后，管内压力可增大到较高的第二水平，使得在台肩60两端之间经受的压力差到达的水平为足以剪切销62的足够水平，如图5中所示。该压力差导致止回阀球体69抵达阀座，确保止回阀65保持关闭。这导致套筒58克服弹簧63的作用向下进行少量移动，直到套筒58的下端部接合停止部64。然而，该运动不会被传递到初级阀套筒46或梭子套筒47。因此，第一端口36保持打开状态，同时较高的第二压力使得腔室14充分膨胀并激活腔室14。

在另一预定的时间间隔之后，操作人员随后会确信所有的砂筛10已被完全激活，压力可从完井设备泄放掉，允许弹簧63使得套筒58相对于主体34向上移动，如图6中所示。在初始程度的移动之后，套筒58的这种移动也被传递到阀套筒46，47，使得套筒46，47向上移动，从而关闭第一端口36并打开第二端口38，具体将端口38与套筒46中的生产端口48对准。这需要夹套爪指49从下部凹部45a松脱出来，并移动成与上部凹部45b接合。此外，通过提供正时销31来确保端口38，48的对准，其防止主体部分34a和套筒46，47的相对旋转。

在该第三阀配置下，高压流体通过止回阀42和梭子套筒47被锁定在膨胀腔室14内，同时生产流体可通过对准的端口38，48流入到砂筛内。

如果当压力被泄放掉时阀套筒46，47任何一个不移动到第三配置，则可采用介入工具来接合夹套轮廓43且机械地使得套筒46向上偏移。此外，如果在将来的任何点处，操作人员希望关断从特定砂筛10的生产，则机械介入工具可进入到井眼内以便接合套筒轮廓55。从而初级阀套筒46被向下推动，使得夹套爪指49从上部凹部45b松脱出来到达下部凹部45a，这样端口38，48移离对准状态，如附图的图7中所示。然而，位于主体部分34a的凹部68中的开口部环(split ring)66与致动套筒58上端部上的外部台肩70接合，防止套筒58向下移动，此外将梭子套筒47锁定在端口关闭的位置下；如果由介入工具施加足够的力，套筒46，47之间的连接剪切销59将失效，从而允许套筒46，47的相对运动，使得第一端口36保持隔离。

现在参照附图的图8、图9、图10和图11，其示出激活腔室14和腔室块段40的细节。具体地，图8示出激活腔室14的下端部，而图9中示出激活腔室14的上端部。激活腔室14是细长的，并具有宽度W和深度D。在一个实施例中，腔室14通过以一系列的步骤折叠狭长的金属片形成，以提供所需的轮廓，然后通过合适的方法(例如通过激光或高频焊接)接合会合的边缘。然而，腔室的两端部被切掉以提供窄的突片或接头72。焊接限定下部接头72a的切割金属边缘以便留下适于流体通过的开口部，同时上部接头72b被焊接封闭。因此，下部接头72a上的开口部74具有的宽度w小于腔室的宽度W。此外，限定从整个宽度的腔室到接头72的过渡部分的边缘切成圆角，具体形成有外半径76和内半径78。在腔室14膨胀或变形时，外半径76减小在腔室14端部处的应力，降低在激活过程中长度上的收缩，降低损坏编织物22的可能性，并对变形后的腔室14的端部轮廓进行平滑。内半径78降低在激活过程中过渡区域内的应力。

打开的接头72a允许流体经由腔室块段40在激活腔室14和完井设备内部之间的连通，所述腔室块段40包括在端面内的开口部80，以便接纳接头72a。接头72a和腔室块段40在与砂筛主体分离时组装，然后将组件围绕开口部80的整个周边结合到一起，以便提供压力完整性，结合处82也许在附图的图11中可最清楚地看到。结合处82可通过任何合适的方法来提供，通常是焊接，例如TIG、激光或机器人焊接。

在腔室块段40内具有钻孔84(图7)，其延伸成截断容纳止回阀42的径向凹部85。

关闭的接头72b由替代性的夹持主体(未示出)制约。腔室14的上端部可固定到相应的上部夹持主体或安装成允许一定程度的轴向移动，例如以便允许腔室14在膨胀时轴向收缩。在其它实施例中，接头72b可设有泄压阀，以防止腔室14中的过压，或者可提供与在相同或相邻组合件中的其它激活腔室的流体连通。

腔室块段40通过夹具88(图7)在砂筛主体34a上保持在位，夹具88用螺栓固定到主体34a上且与形成于块段40边缘上的台肩90接合。

如上所述，排放条带18安装在已安装腔室14的外部，且附图的图12a和图12b中示出排放层条带18的一部分。在使用中，由条带18形成的排放层将编织物22从激活腔室14抬起，使通过砂筛以及砂筛周围的流入最大化。条带18为设有穿孔92的实心钢板，穿孔92允许油或气体流动通过编织物22且流入到砂筛10内。条带在辊轧成形为所需半径之前通过冲压和压印平坦的板材以提供所需的图案、然后切成一定的长度来制成。穿孔92可为任何适当的形状或尺寸，并且在所示的实施例中，每一条带18包括四排在轴向上成排的圆形孔。如上所述，条带18也被压印以便在条带18的内表面上形成突起部，以将排放层从激活腔室14向上抬起，以便允许在所述层之下以及激活腔室14和条带18之间的流动。同样，压印部94可为任何合适的形状、尺寸或深度，并且在所示的实施例中，压印部94形成为四排轴向排，在轴向和周向上从穿孔92偏移。这些条带18形成有匹配激活腔室14外半径的内半径，以确保使砂筛10的外直径最小化，并且通过条带18所形成的排放层提供跨越激活腔室14的最佳支撑。

条带18的端部是渐缩的，并通过焊接到设置于腔室块段夹具88上的台肩91(图7)而固定到砂筛10上。条带的端部也被开槽以便于变形；条带的端部必须弯曲并延伸以便适应腔室14的激活。

在腔室14激活和变形之后，当激活腔室14之间的间隙20(图3)增加时，排放层条带18为编织物22提供支撑。此外，切成圆角的条带18有助于在激活过程中保持大致圆形的形状。在缺乏这种支撑的情况下，由于编织物22和外部护罩24在每一致动腔室的外径之间形成直线，因此砂筛将呈现六边形的形状。

此外现在参照附图的图13，其示出用于将编织物22在砂筛上固定在位的夹具装置。附图示出用作夹持主体的主体部分34a以及可旋拧到主体34a的保持环96。夹持主体34a限定螺纹97以上的凹部100，和向下通入到凹部100内的渐缩表面98。环96包括在其上端部上的相应的渐缩表面102，使得当环96紧固到主体34a上时，表面98、102聚集到一起，并在将编织物22的一部分夹持在他们之间。

在制造过程中，编织物22包绕砂筛主体，在由条带18所形成的排放层的上方，其中编织物22的上端部和下端部设置在凹部100内(类似的夹持装置设置于砂筛的上端部处)。

编织物22可利用棘轮带、点焊等保持在位，并且如果需要的话，编织物22可点焊在凹部100内。点焊也可沿着砂筛10的长度设置以将编织物22固定到条带18上。然后将夹持环98旋拧到夹持主体34a上，并且渐缩表面98、102夹持并固定编织物22。然后将护罩24定位在所夹持的编织物22的上方。

现在参照附图的图14和图15，其示出用于形成护罩24的开孔片材或板材23的细节。常规的护罩形成有细长的纵向延伸的重叠槽，且在砂筛扩展时，所述槽打开以适应由护罩所描绘的周长的增加；护罩虽然意旨给编织物提供一定程度的保护，但意旨容易扩展，使得编织物的扩展不受限制。砂筛10可设有这种常规的护罩。然而，本发明所示实施例的护罩24以30毫米长沿着板材的长度倾斜15度的槽25为特征。这导致将需要更大压力来扩展的护罩24，从而对用于启动砂筛10扩展所需的激活压力提供更大的控制。当槽25打开以及编织物22在护罩24的下方滑动时，成角度的槽25也导致编织物22的外表面和护罩24的内表面之间的更小的摩擦。

对于大多数应用而言，可以设想护罩24将构成砂筛的外表面。然而，在一些实施例中，砂筛的一部分可覆盖有弹性体，如附图的图16和图17中所示。在该实施例中，氯丁橡胶的弹性体涂层104已经包绕砂筛外径的一部分。一旦这种砂筛被激活，则橡胶涂层104将被推出抵靠周围的套管或地层，且将给区域之间的生产流体的流动提供限制或阻碍；涂层104可为穿过砂筛的流体提供低压力的密封或限制，但可允许流体在涂层104的下方流动且流入到砂筛内或沿着砂筛流动。当然，在其它实施例中，可使用不同品质的材料来提供更高的压力密封。

现在参照附图的图18、图19、图20和图21，其是根据本发明各种另外实施例的结构的示意性截面视图。在上面所述的砂筛中，并且如图18中所示，激活腔室14布置于圆形中心管12的周围。测试已经表明在包含于井眼内的中心管12的外径上提供膨胀的激活腔室14形成当与仅大致由中心管12构成的结构相比时具有显著增强的抗压碎性的结构。据信这至少部分地是由于激活腔室14的缓冲效果，通过外部施加的机械载荷对膨胀的激活腔室14的压缩导致内部流体压力的增加，这导致载荷沿着腔室14的长度且围绕砂筛径向地分布。此外，当这种结构经受施加到结构一侧上的较高载荷时，在腔室内作用于结构另一侧上的压力增加。例如，如果较高的载荷施加到腔室14(6)的区域中，在相对的腔室14(3)内测量到升高的压力，以及在相邻的腔室14(4)和14(2)中升高的程度较小。测试还进一步表明腔室14趋于至少吸收结构的初始变形，这样中心管12的内径基本上保持通畅。此外，当施加的压力减小时，变形的腔室14趋于恢复通常约50％。

测试还发现结合如本文所述的当经受挤压或挤捏的载荷时的膨胀腔室14的砂筛的砂的完整性保持在非常高的载荷下，如同腔室14的完整性一样。在一项测试中，腔室14中的压力从初始1000psi增至近1200psi，对应于具有8^1/2英寸的激活外径的砂筛的1英寸的变形。因此，根据本发明实施例的砂筛能够承受显著的压碎载荷，例如来自溶胀或部分地坍塌的地层，并且将适应一定程度的变形，而不对中心管12造成不良影响。当然这种效果不限于砂筛，且可膨胀腔室可被安装到完井设备的预期与非生产问题的地层相交的不可渗透的部分上。因此，操作人员能够利用显著更轻和更便宜的中心管12，且可以能够钻孔然后保持井眼通过困难地层，例如否则将期望压碎位于井眼中的井眼衬管的溶胀的地层。

图19、图20和图21示出该原理可用于增加其它管状形式的抗坍塌和压碎性，其它管状形式诸如图19和图20的矩形和三角形中心管106，108，并且还提供保护防止受到内部载荷的影响，如图21中所示。

对于本领域内的那些技术人员显而易见的是上述实施例仅仅是本发明的示例性实施例，且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可对这些实施例进行各种变型和改进。

Claims (20)

1.井下设备，包括：

管状主体；

在所述主体的壁内的第一端口和第二端口；以及

流体压力响应阀装置，所述流体压力响应阀装置具有与第一压力相关联的锁定的第一配置，其中所述第一端口被打开并且所述第二端口被关闭；与高于所述第一压力的第二压力相关联的解锁的第二配置，其中所述第一端口被打开并且所述第二端口被关闭；以及与低于所述第二压力的第三压力相关联的第三配置，其中所述第二端口被打开并且所述第一端口被关闭；

其中所述第一端口提供与第一工具或第一装置的流体连通；

其中所述第一装置包括流体可变形的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体可变形的装置包括安装于所述主体上的腔室。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体可变形的装置支撑砂筛，使得所述设备可用于促进砂筛的流体压力激活。

4.根据权利要求1所述的设备，包括安装在中心管上的流体可变形的腔室，所述腔室适于由流动通过所述第一端口的流体激活。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述被激活的构件适于对处于所述构件和井眼壁之间的材料进行加载或压缩。

6.流动控制方法，包括：

将第一压力施加到控制管状主体的壁中的第一端口和第二端口配置的流体压力响应阀装置，由此所述阀装置保持锁定的第一配置，其中所述第一端口被打开并且所述第二端口被关闭；

施加高于所述第一压力的第二压力，由此所述阀装置呈现解锁的第二配置，其中所述第一端口被打开并且所述第二端口被关闭；以及

施加低于所述第二压力的第三压力，由此所述阀装置呈现第三配置，其中所述第二端口被打开；

将流体通过所述第一端口连通到第一装置；以及

将流体通过所述第一端口连通到流体可变形的装置。

7.根据权利要求6所述的方法，包括将砂控制元件支撑于流体可变形的装置上且将流体连通到所述装置以便激活所述元件。

8.根据权利要求6所述的方法，包括用穿过所述第一端口的流体来激活安装在中心管上的流体可变形的腔室。

9.根据权利要求6所述的方法，包括将一个或多个阀装置设置在形成包括一个或多个砂筛的完井设备的一部分的管状主体上，每一砂筛与相应的阀装置相关联，所述第一端口与安装在中心管上的流体可变形腔室连通，以及所述腔室支撑过滤器构件。

10.根据权利要求9所述的方法，包括在所述阀装置处于所述第一锁定配置的情况下，使得所述砂筛进入到钻孔内达到所需深度。

11.根据权利要求10所述的方法，包括将第一压力施加到所述完井设备的内部以及使得流体穿过所述第一端口，以便同时并至少部分地使得所述腔室膨胀，增加所述砂筛的直径，以便将所述过滤器构件定位成抵靠周围的井眼壁或套管。

12.根据权利要求11所述的方法，包括将所施加的压力增加到更高的第二压力以及使得所述阀装置呈现所述第二配置。

13.根据权利要求12所述的方法，包括提供形式为套筒且结合差动活塞的阀构件，所述阀构件最初由剪切销锁定在位，所述更高的第二压力剪切所述销并克服弹簧的作用使得所述套筒移动小的距离，保持所述第一端口被打开以及所述第二端口被关闭。

14.根据权利要求13所述的方法，包括进一步增加压力以便使得所述腔室充分膨胀并被激活。

15.根据权利要求14所述的方法，其中剪切所述销所需的压力小于完全激活所述腔室所需的压力50-70％。

16.根据权利要求14所述的方法，包括将压力保持在进一步增加的压力水平下持续一段时间，足以确保所有的销被剪切以及所有的砂筛被完全激活抵靠周围的井眼壁或套管壁。

17.根据权利要求14所述的方法，包括将压力从所述完井设备泄放掉，由此与所述第一端口相关联的止回阀锁定所述腔室内侧的升高压力并保持所述套筒被完全激活。

18.根据权利要求17所述的方法，包括进一步将压力泄放掉，使得所述套筒移动到所述第三配置，以便关闭所述第一端口以及打开所述第二端口。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括设置额外的挡板，以关闭所述第一端口。

20.根据权利要求18所述的方法，包括使得生产流体从地层流动通过所述第二端口并进入到所述完井设备内，然后流动到表面，或使得流体从所述完井设备流动通过所述第二端口并进入到地层内。