CN108884710A - 用于驱动井下套筒及其他装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种井下平衡组件(100)允许选择性地和远程地打开至少一个井下孔口(21)或通道，以允许从压力包含系统(例如，管状管道或其他压力包含系统)内侧到所述包含系统外侧的压力和/或流体的连通，或反之亦然。将产生磁场的控制装置插入井中并传送到井下平衡组件。当控制装置经过平衡组件时，触发电子计数器。当达到预定计数器数目时，滑动套筒被移动从而暴露在平衡组件内外延伸的孔口和/或通道。控制装置与任何其他部件之间不需要物理接触或机械干预来驱动平衡组件。

Description

用于驱动井下套筒及其他装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种具有流动孔口的组件，这些孔口能够选择性被非机械干预驱动或打开以允许在第一区域和第二区域之间的流体和压力的连通。更具体地说，本发明涉及一种井下套筒组件，可有利地包括在管柱或其他工具组件中，该井下套筒组件具有孔口，这些孔口能够选择性地打开以允许流体压力连通以及流体经过所述孔口。

背景技术

在对具有内侧和外侧的系统中的流体流动和/或流体压力进行控制时，有利地，可以选择性打开所述系统以允许所述系统内侧和外侧之间的流体流动和压力取得平衡。虽然还可以应用在其他地方，但对于应用这种选择性的开口能特别有利的一种情景是与油井和/或天然气井有关的，更具体地说，应用于油井和/或天然气井的增产、完井和生产。

水平井和/或非垂直定向井已经是常见的，特别是随着用于在页岩层和/或其他低渗透储层中对此类井进行钻探、完井和增产的技术的改进。然而，即使随着钻井技术的进步，也存在着某些限制使得无法对此类水平井和/或延伸井的完井和增产进行优化。值得注意的是，尽管目前的钻井技术增加了非垂直或水平井段的可钻探长度，但这种钻井技术的速度通常已经超过了从这种延伸的井段增产和生产石油和天然气的能力。

限制或约束该延伸井的采收率的一个重要因素是增产阶段或增产点的数目，增产阶段或增产点可以有效地布置以便对这类井的各个部分进行处理和增产。如果没有一种可行的方法来充分地对一口延伸井的整个长度进行增产，那么这种更深(或更长)的井的全部潜力就不可能实现。换句话说，如果不能沿着这种延伸井的整个长度进行充分增产的话，则通常无法实现这种井的全部效益。

目前利用几种方法在井筒管状物上形成开口，以便平衡所述管状物内侧和外侧之间的压力并允许流体在所述管状物的内侧和外侧之间流动。在大多数情况下，所述开口是设计用于允许：(1)增产(例如水力压裂)材料从井筒管状物的内侧流向该管状物外表面周围的储层，以及(或)(2)产生从周围储层进入该井筒管状物的流体。

在井筒管状物中制造这种开口的一种现有方法是使用射孔枪，通过钢缆或油管将射孔枪降低到井内所期望的位置。这种射孔枪通常采用定向炸药，且是远程触发对这种管状物的墙壁进行穿孔。不幸的是，进行这种操作对井筒内的深度/长度有实际的限制，例如，用于将所述射孔枪输送到井中的钢缆或油管上的摩擦限制。

另一种在井筒管状物的内侧和外侧之间建立连通的传统方法是使用装有专用切割装置的连续或多节型油管。将该装置下降至井中所期望位置，并将砂浆或其他研磨流体泵送至连续或多节型油管的底部；该研磨流体离开该装置，并利用该流体的研磨效应在周围的井筒管中侵蚀开口。然而，这种方法也受到这种连续或其他同心油管可以在井内输送的实际长度的限制，主要是由于在这种连续/多节型油管和所述周围的井筒管状物之间产生的壁面摩擦力。

通常用于在井筒管状物中形成这种井下开口的另一种方法包括在井下的期望位置(例如，在生产套筒柱上或作为生产套筒柱上的一部分)安装至少一个具有孔口的滑动套筒和/或其他类似装置。在需要时，可以通过机械操作这些装置来选择性打开该套筒，通常使用一些通过连续油管或钢缆输送到井中的工具，从而使这些孔口暴露。然而，这种滑动套筒或其他类似装置的使用也受到很大的操作限制。与上述油管射孔操作一样，摩擦力也限制了可用于对这种井下滑动套筒进行移位或驱动的钢缆或油管的长度。

某些其他传统的井下组件可以选择性使用可下放的或所谓的“抽空”物体(例如，球体或镖体)。这些传统的组件通常是按顺序操作的，首先将一个小球体或镖体下放至井下。所述第一球体或镖体落在相应的阀座组件上，从而堵塞流体流动孔。流体压力施加在所述阻塞的孔上，促使所述套筒组件的驱动。随后，一个稍大的球体或镖体可以下放并落在相应大小的阀座上，以驱动位于在另一个孔上的不同套筒组件。

这个过程可以重复进行(通常从井的最深端或最远端向表面移动)，每个接着的球体或镖体的外径都比前面的球体或镖体大。值得注意的是，以这种方式使用的球体或镖体的总数量受到周围管的内径的限制。因此，可以使用的选择性驱动的滑动套筒组件的总数也是有限的。

某些其他装置利用一致大小的可下放物体(例如，多个具有均匀外径的球)来接合和操作选择性驱动的井下装置。然而，这类装置通常需要复杂的机械组件来操作。在固井和增产操作中使用这种机械组件是特别有问题的，因为固井和增产支撑剂材料(例如在水力压裂作业中使用的“压裂砂”)可能侵入这种机械组件并对它们的运作产生不利影响。

本发明的平衡组件克服了现有方法的局限性，允许使用更长的延伸段来钻井，并优化增产以获得更高的产量。

发明内容

本发明包括一种孔口组件，允许选择性地和远程地打开至少一个井下孔口或通道，以允许在压力包含系统(例如，管状管道或其他分离的压力包含系统)的内侧和所述包含系统的外侧之间的压力和/或流体的连通。虽然还可以应用在其他地方，但本发明的孔口组件能够应用于与油井和/或天然气井有关的地方，更具体地说，应用于油井和/或天然气井的增产、完井和生产。

在优选的实施例中，本发明包括阀门组件，有时本文也称为“平衡组件”，可以在井筒内的期望位置处安装在井下。虽然还可以想到用于许多不同的应用，但本发明的孔口平衡组件是安装在垂直、定向或水平的井筒内的生产管(例如生产套管等)上，并被传送至所述井筒内期望的深度。通常，可以按顺序安装多个平衡组件，并沿所述井筒长度按期望的间隔分开。此外，所述生产管既可在适合的地方粘结，也可是未粘结的，使用封隔器或其他密封装置在各个平衡组件之间隔离环形空隙。

每个平衡组件具有至少一个从所述组件的内侧延伸到外侧的横向孔口或通道。当打开时，所述至少一个孔口和/或通道提供流动路径以允许流体在所述管的内侧和外侧之间流动和平衡所述管的内侧和外侧之间的压力。此外，当打开时，所述孔口和/或通道为增产介质(诸如液体、气体和支撑剂等)提供了一条流动路径，以穿过所述井筒并进入周围地层(通常在井的完井阶段期间)，同时也为从地层注入所述管内侧的流体提供了流动路径(通常是在井的生产阶段期间)。

在优选的实施例中，可将控制装置(包括但不限于镖体、球体、罐或螺纹装置)插入地表面的井中，并通过多种方法(包括但不限于通过流动流体、钢索、连续油管和连接管)传送到所述至少一个井下平衡组件处。所述控制装置包括至少产生期望磁场的磁铁或其他装置，并且可以可选地包含电池或其他电源。

本发明的平衡组件还包括压力平衡滑动套筒。不可压缩的流体将所述滑动套筒保持在关闭和锁定位置；在所述关闭位置，所述滑动套筒将所述组件的横向孔口阻塞。

每个平衡组件可以优选地预设一个期望的计数器数目。当达到期望的计数时，滑动套筒变得不平衡。所述管内侧的内部压力使现在不平衡的滑动套筒移位，从而暴露出穿过平衡组件在管内外之间延伸的孔口和/或通道。在一种配置中，内部阀门可以关闭以防止流体流过所选择的平衡组件。在第二种配置中，所述滑动套筒可以在不关闭内部阀门的情况下滑动打开，允许流体流过打开的组件。

随着期望的孔口和/或通道被打开，支撑剂和/或增产介质可通过所述管状物的内孔泵出平衡组件中暴露的孔口或通道，并进入所述平衡组件周围的区域。所述打开的孔口/通道还允许生产流体(例如，石油和/或天然气)在生产阶段从周围储层流入所述管的内孔，以便最终从所述井中采收。

上述发明具有许多能优选地结合使用的特殊特征，尽管每个特征都是在不偏离本发明范围情况下单独起作用的。本发明的优选实施例在本文中示出和描述，同时应当理解，本发明可以在本文中未特别说明或描述的情况下加以体现，并且可以在本发明的基本思想或原则范围内对零件的形式和布置以及实施本发明的特定方式进行某些更改。

附图说明

当结合本文所包含的图纸和附图，能更好地理解上述发明内容以及对优选实施例的详细描述。为了说明本发明，图纸和附图示出了某些优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于在这种图纸和附图中公开的具体方法和装置。

图1示出了布置在井筒内的本发明的多个平衡组件的侧视图。

图2示出了本发明的平衡组件的侧面透视图。

图3示出了本发明的平衡组件的侧视图。

图4示出了本发明的平衡组件的透视爆炸图。

图5示出了图4中突出显示的区域的详细视图。

图6示出了本发明的驱动器的透视爆炸图。

图7A示出了本发明的平衡组件的阀门子组件的侧面剖视图。

图7B示出了本发明的平衡组件的驱动子组件的侧面剖视图。

图8A示出了本发明的平衡组件的阀门子组件的侧面剖视图。

图8B示出了本发明的平衡组件的驱动子组件的侧面剖视图。

图9示出了图7B中突出显示的区域的详细视图。

图10示出了图8B中突出显示的区域的详细视图。

图11示出了本发明的平衡组件的某些隔离驱动部件和电子部件的侧视图。

图12示出了本发明的平衡组件的某些隔离驱动部件和电子部件的透视图。

图13示出了安装在本发明的平衡组件内的某些驱动和电子部件的透视图。

图14示出了安装在本发明的平衡组件内的某些驱动和电子部件的侧视图。

具体实施方式

参考附图，图1示出了按顺序布置在井筒300内的本发明的多个平衡组件100的侧视图。虽然在不偏离本发明范围的情况下可以想到其他应用，在一个优选实施例中，图1所示的平衡组件100被用在井筒300的增产阶段和随后的生产阶段，井筒300的钻取目的是从周围的地下地层处生产碳氢化合物。如图1所示的井筒300，是具有延伸水平部分的大幅度斜井；然而，要注意的是，本发明的平衡装置100同样可以用于垂直的或非水平定向的井筒。

在将井(如井筒300)钻取到所需的测量深度后，管道或其他管状物在所述井内安装并粘结。此后，必须在井筒管状物中设置开口或流动孔口，以平衡流体压力，并允许流体在所述管状物的内流动孔口和外侧之间流动(反之亦然)。所述开口可有利地允许增产(例如，水力压裂)材料从井筒管状物的内侧流动到该管状物的外表面周围的储层。例如，在生产阶段，所述开口还可以允许流体从这样的周围储层流入所述井筒管状物。因此，平衡组件100一般包括具有流动孔口的组件，这些流动孔口可选择性地被非机械干预所驱动或打开以允许在第一区域和第二区域之间的流体和压力的连通。

如图1所示，在一个优选的实施例中，多个平衡组件100在管柱310内以间隔关系进行螺纹连接，并通过所述管柱310传送；所述平衡组件100中的每一个被传送到井筒300中预定的期望位置。管柱310在井筒300内正确定位后，可根据所述井的设计参数和相关操作在适当位置粘结或未粘结。平衡组件100可以串联配置，其中所述组件预设为单独驱动、全部驱动或分成两个或两个以上的不同组驱动。

图2示出了本发明的平衡组件100的侧面透视图，图3示出了本发明的平衡组件100的侧视图。在一个优选的实施例中，可以使用上(母)箱端螺纹连接构件111将平衡组件100第一端螺纹连接到管状构件。类似地，可以使用下(公)螺纹销端连接构件174将平衡组件100第二端螺纹连接到管状构件。再参考图1，管状构件311和312包括管柱310的部件，每个管状构件具有中心通孔，该中心通孔限定了穿过所述管状构件311和312的内部通道。

参考图2和图3，平衡组件100通常包括本文更详细描述的驱动子组件10和阀门子组件20。如本文更详细描述的那样，多个横向平衡孔口21穿所述阀门子组件20延伸。所述平衡孔口21可装配可选的螺纹喷嘴或压制喷嘴，该喷嘴能够在最初或永久地限制流体的流动，该流体能够穿过所述平衡孔口21。

根据常见油田的实践，箱端螺纹连接构件111位于平衡组件100的上端，而所述销端螺纹连接构件174位于所述平衡组件100的下端。然而，所述螺纹连接的配置111和174在不偏离本发明范围的情况下是可倒转或改变的。

图4示出了本发明的平衡组件100的透视爆炸图。在一个优选的实施例中，可以使用跨接构件110将平衡组件100一端螺纹连接到管状构件(例如，图1中所示的管状构件311)或井底组件的一部分。所述跨接构件110具有上螺纹母箱端连接件111、穿过所述上跨接构件110延伸的中心通孔112、以及下螺纹113。

阀门主体构件120具有上螺纹连接构件121、穿过所述阀门主体构件120延伸的中心通孔122和下螺纹连接构件123。在一个优选的实施例中，多个横向孔或平衡孔口21通过所述阀门主体构件120延伸到中心通过孔122。平衡孔口21可装配可选的螺纹喷嘴或压制喷嘴，该喷嘴能够在最初或永久地限制液体和气体的流动，该液体和气体能够穿过所述平衡孔口21。外螺纹124沿所述阀门主体构件120的外表面设置。

孔或开口125穿过所述阀门主体构件120的一侧延伸。使用挡板枢轴销127将弧形挡板部件126可枢转地配置在所述开口125内；所述挡板部件126可围绕所述枢轴销127在第一打开位置和第二关闭位置之间枢转地移动，其中在第一打开位置所述挡板部件126在开口125内与阀门主体构件120基本对齐，以及其中在第二关闭位置所述挡板被定向为基本上垂直于所述中心通孔122的纵轴。在所述第一打开位置，所述挡板构件126不延伸进入中心孔122内。在所述第二关闭位置，挡板部件126基本上阻塞并阻止流体通过所述中心通孔122。弹簧128在所述第二关闭位置对所述挡板进行偏压。

外壳体套筒130部分地接收于阀门主体构件120上，并使用外部螺纹124和固定螺钉131固定到所述阀门主体构件120。上跨接构件110的螺纹连接件113与阀门主体构件120的内部上螺纹121相连接。弹性O形环或橡胶O形环114在上述上跨接构件110和阀门主体构件120之间提供流体压力密封。

内套筒构件140具有限定内表面145的中心通孔144，和外槽141，外槽141用于接收围绕所述套筒构件140的外圆周的弹性O形环或橡胶O形环187和密封环142。所述套筒构件140的一部分可滑动地设置在阀门主体构件120的中心通孔122内。弹性O形环或橡胶O形环185和密封圈115在内套筒构件140、阀门主体构件120和平衡孔口21之间提供流体压力密封。弹性O形环或橡胶O形环189和密封环188也在内套筒构件140和驱动器子主体构件150之间提供了流体压力密封。

平衡组件100还包括具有上螺纹连接构件152的驱动子主体部件150和穿过所述驱动器子主体构件150延伸的中心通孔151。套筒构件140的一部分延伸进入所述通孔153。下螺纹连接件123与驱动子主体构件150的上螺纹连接件152连接，并使用固定螺钉153进一步固定在一起；弹性O形环或橡胶O形环143在所述部件之间提供流体压力密封。

驱动子主体构件150包括中央凹部154，由侧翼凸缘构件155分开。在一个优选的实施例中，所述驱动子主体构件150包括两个侧翼凸缘构件155，两个侧翼凸缘构件围绕所述主体构件150的外圆周间隔约180度。在该配置中，所述侧翼凸缘构件155在同一平面内对齐。

保持架构件160与所述凹部154对齐，并使用螺纹螺栓164或其他有效的紧固装置将其固定在侧翼凸缘构件155上。所述保持架构件160中的每一个都有一个中心窗口状开口161。开槽槽口162设置在所述开口161周围的期望位置。阀杆孔163穿过每个保持架构件160的上部延伸。阀座插入件158与所述阀杆孔163对齐。弹性O形环或橡胶O形环159在阀座插入件158和驱动子主体构件150之间提供流体压力密封。阀门主体构件120与驱动子主体构件150连接时，阀座插入件158被固定到适当的位置处。

线性驱动器组件200附接到驱动器支撑支架220，并且可以使用螺钉或其他紧固装置进行固定。在一个优选的实施例中，所述驱动器支撑支架220布置在基本平行的方向上，并且在保持架构件160中对齐的开槽槽口162内被接收。此外，外壳套筒支撑构件230还可以在所述槽口内被接收。

平衡组件100还包括具有上螺纹连接构件171的下跨接构件170和穿过所述子主体构件170延伸的中心通孔172。上螺纹连接构件171通过内螺纹连接接入驱动子主体构件150的孔151内，并使用固定螺钉153进一步固定在一起；弹性O形环或橡胶O形环190在所述部件之间提供流体压力密封。

外壳套筒180具有中心通孔183，部分接收于驱动主体构件150和下跨接构件170上。弹性O形环或橡胶O形环165在外壳套筒180和驱动子主体构件150之间提供流体压力密封。具有内连接螺纹184的保持环181设置在下跨接构件170的下部，并将所述外壳套筒180固定在适当的位置；所述保持环181与下跨接构件170的外部螺纹173连接在一起，并用固定螺钉182固定在适当的位置。

图5示出了图4中突出显示的区域的详细视图。保持架构件160具有中心窗口状开口161，并且可以使用紧固件164附接到驱动主体构件150(未在图5中示出)。开槽槽口162位于所述开口161周围的期望位置；如图5所示，所述槽口沿开口161的上、下边缘以间隔的关系布置。阀杆孔163穿过保持架构件160的上横梁延伸。

线性驱动器组件200附加到驱动器支撑支架220，并且可以使用螺钉221或其他紧固装置将其固定到所述支架220上。在一个优选的实施例中，所述驱动器支撑支架220设置在基本平行的方向上，并在保持架构件160中的对齐开槽槽口162内被接收。此外，还可以在所述槽口162中接收壳体套筒支撑构件230，并为图4中所示的外壳套筒构件180提供内部支撑。

图6示出了本发明的线性驱动器组件200的透视爆炸图。线性驱动器组件200包括具有旋转传动轴202的电力(通常是电池)驱动的微型电机201。螺纹杆构件具有基底构件203和圆柱形的螺纹部分204(通过例证，可以包括10-32圈螺纹的杆)。基底构件203具有孔(未在图6中示出)，用于接收驱动轴202，并且可以使用固定螺钉205将基底构件203安全地附接到所述轴202。微型电机201的驱动产生从驱动轴202到基底构件203和螺纹部分204的转动扭矩。

连接头206有中心孔207。参考图5，所述连接头206是固定在驱动器支撑支架220之间，防止发生移动(轴向移动和旋转移动)。螺纹部分204在所述中心孔207内被接收。

滑块联轴器210具有螺纹纵向孔211。配件209、平垫圈244、推力轴承245和垫圈轴承208在所述螺纹部分204的远端被接收，所述螺纹部分204是在所述螺纹孔211内螺纹接收的；杆204的外表面上的螺纹与孔211的内表面上的相对螺纹相匹配并与其接合。

滑块联轴器210不会随着螺纹杆构件204旋转而旋转。再参考图5，滑块联轴器通过横向导杆223来防止发生旋转，横向导杆223设置在驱动器支撑支架220中的细长平行槽222内。当所述滑块联轴器210旋进或旋出螺纹部分204时，该导杆223和细长槽配合以允许滑块联轴器210仅进行轴向移动。

针状阀轴构件240在其近端具有螺纹部分241，在其远端具有形成点243的锥形部分242。针状阀轴构件240的螺纹部分241在滑块联轴器210的螺纹孔211内被接收。再参考图4，每个阀座插入构件158被定位成与针状阀轴构件240轴向对准，并能够接收针状阀轴构件240的远端。每个阀座插入构件158限定了一个内部偏移角轮廓，该内部偏移角轮廓通常与针状阀轴构件240的锥形部分242的形状相一致。

图7A示出了本发明的平衡组件100的阀门子组件20位于关闭位置的侧面剖视图，图7B示出了本发明的平衡组件100的驱动子组件10位于关闭位置的侧面剖视图。图9示出了图7B中突出显示的区域的详细视图，其大体上与驱动子组件10对应。

图8A示出了本发明的平衡组件100的阀门子组件20位于打开位置的侧面剖视图，而图8B示出本发明的平衡组件100的驱动子组件10位于打开位置的侧面剖视图。图10示出了图8B中突出显示的区域的详细视图，其大体上与驱动子组件10对应。

在图7A中所示的“关闭”配置中，套筒构件140阻塞平衡孔口21。因此，在所述关闭位置，套筒构件140使流体压力以及通过所述平衡孔口21的流动隔离。

参考图7A，阀门主体构件120具有限定内表面129的中心通孔。套筒构件140可滑动地设置在所述阀门主体构件120的所述中心通孔内。挡板126使用挡板铰链销127铰链连接到所述阀门主体构件120。如图7A所示，挡板126通过套筒构件140保持在“打开”或缩回的位置。

在操作中，在管柱上传送期望数量的平衡组件100，并布置在井筒内的适当位置，如图1所示。随后，参考图8B，驱动控制装置90可以被引入到所述管柱的内部通孔中，通常是在地表。所述驱动控制装置90可包括可泵送的镖体、球体、罐或容器，并可通过流体流动或通过盘管、连接管或钢索机械地被传送到所述井。所述驱动控制装置90可包括至少一个被包住或部分被包住的磁体或能够产生磁场的其他装置。

驱动控制装置90的特定配置可以在不偏离本发明范围的情况下进行改变。例如，驱动控制装置90可以包括：具有特定外径(OD)的复合球体，复合球体内有特定OD的球形磁铁；具有特定OD的可生物降解的球体，该球体内有特定OD的球形磁铁；具有特定OD的复合球体，该球体内有圆柱形磁体；具有特定OD的可生物降解的球体，该球体内具有圆柱形磁体；内有圆柱形磁铁的水泥封隔塞；内嵌有磁性元件的金属塞，具有多种形状，通过机械装置将其推进井下；内有磁铁或磁芯的穿孔丁腈橡胶球；含有不可溶解复合涂层的磁铁球；含有具有可溶解复合涂层的磁铁球；和/或带有磁芯的橡胶封隔塞。

每个已布置的平衡组件100预先设定计数器数目。如果作为一个系列来布置，其中每个平衡组件100将单独操作，则每个组件将被预设为响应它自己唯一的计数器数目。相反，如果作为一个组来布置，其中两个或多个平衡组件100将基本上同时驱动，则所述组中的每个平衡组件可以预设为响应预定的共享计数器数目。

图11示出了本发明的平衡组件的某些隔离驱动部件和电子部件的侧视图，而图12示出了本发明的平衡组件的某些隔离驱动部件和电子部件的透视图。为了说明清楚，图11和12所示的这些部件与本发明的平衡组件的其他部件分开和分离。参考图11和12，一个或多个簧片开关194各包括适于感测磁场的灯泡，灯泡电连接到微控制器板195，例如通过导线198进行电连接。所述微控制器板195还使用导线198电连接到电池196和197以及线性驱动组件200的微型电机201。通过举例说明，但不限于，微控制器板195通常提供用于一个或多个控制任务操作所需的电路，这些控制任务操作包括(但不限于)微处理器、用于记录计数事件的计数器、输入/输出电路、时钟发生器、RAM、数据存储器、存储程序存储器和支持集成电路。

图13示出了安装在本发明的平衡组件内的某些驱动部件和电子部件的透视图，而图14示出了安装在所述平衡组件内的某些驱动部件和电子部件的侧视图。参考图13和14，簧片开关194使用电线198电连接到微控制器板195。所述微控制器板还使用导线198电连接到电池196和197(电池可以包括多个独立包装的电池)以及线性驱动组件200的微型电机201。如图13和14所示，可使用驱动器支撑支架220和套筒支撑构件230将所述部件安装在保持架构件160内。如上文所述，所述保持架构件160按顺序固定在适当的位置，并在操作上是附接到侧翼凸缘构件155。

参考图8B，当驱动控制装置90经过平衡组件100时，至少一个簧片开关194感测由所述驱动控制装置90产生的磁场。所述簧片开关194均包括常开的部件，包括感测磁场的灯泡。当感测到来自驱动控制装置90的所述磁场时，簧片开关194关闭，并且该关闭信号作为计数发送到微控制器板195。另外，所述簧片开关194可能由于剩磁而关闭并保持关闭状态。在这种情况下，当感测到来自驱动控制装置90的所述磁场时，所述簧片开关将经历打开/关闭/打开的次序。

所述微控制器板通过所述簧片开关从打开到关闭或从关闭到打开的状态变化来感测。当簧片开关194感测到期望的磁场数目时，由电池组197供电的所述微控制器板关闭电子开关，以允许电流从电池组196流到线性驱动组件200的微型电机201。在一个优选的实施例中，所述电池组196和197包括至少一个高耐热锂电池。

每个簧片开关组件194都有一个正向和反向传感器。正向传感器跟踪经过它的磁场数量以进行计数，而反向传感器将跟踪来自相反方向或在回流情况下的磁场。当且如果感测到来自相反方向(即与驱动控制装置发起的方向相反的方向)的磁场时，微控制器板195将检测方向，而不接受这种情况为有效计数。在一个优选的实施例中，每个平衡组件100有多个簧片开关194，这些簧片开关被分成多组(其中每组优选地包括大约相距90度的四个(4)簧片开关组件)。

微控制器板195控制激活线性驱动器组件(200)到打开的针状阀门组件。该次序或特定计数可以使用特殊可编程手持设备或通过无线装置(发射器和接收器)来预编程到所述微控制器板195中。在一个优选的实施例中，所述计数是一个数值-例如，所述计数可以从1开始计数，并且上升到一个更大的数字。每个平衡组件可以具有分配给它的特定的预定计数号。

在驱动控制装置90经过平衡组件100(平衡组件预设为在达到特定的计数器数目时进行驱动)并且达到预定的计数器数目时，则特定的平衡组件100将进行驱动。

当微型电机201处于正向或左转方向时，线性驱动器组件200促使针状阀轴240的锥形部分242进入针状阀座插入件158。当进行这种接触时，线性驱动器组件200将所述阀轴240向着阀座插入件158压缩，从而形成金属-金属的流体压力密封，直到微型电机201接收到信号旋转到右侧并将线性驱动器从其压缩状态释放出来。在接合时，该密封在图7B中所示的第一腔室191中保持具有一定压力的流体，并且不允许这种流体流入较低压力的第二腔室192(除非和直到所述阀门被打开)。当所述阀门组件打开时，针尖243移动远离阀座插入件158，从而打开针状阀门组件。

当所述阀门组件关闭时，不可压缩的流体被限制在腔室191内，防止套筒140移位或移动。然而，在打开所述阀门组件并形成穿过所述阀门组件的流体流动路径之后，包含在腔室191内的不可压缩的流体离开腔室191并流到所述室192(其维持较低的流体压力)中。由于所述不可压缩的流体不再被限制在腔室191内，升高的井筒流体压力作用于图7A中所示的区域193并能使滑动套筒140移位。此外，包含在腔室192中的不可压缩流体被阻止向相反方向流动，反过来，由于作用在滑动套筒140的区域193上的较高压力，防止滑动套筒140向相反方向移动。此外，在滑动套筒向相反方向移动时，锁定环186将不允许它关闭平衡孔口21。

如图8A和8B所示，在套筒140移位后，平衡孔口21被暴露出来，与管柱310的内部通孔形成流体连通。此外，随着所述套筒140的移动，挡板126能够围绕铰链销127旋转以移动到关闭位置。在所述挡板126位于关闭位置的情况下，通过管柱310的内部通孔从地表泵出的流体被阻止流过关闭的挡板126，并重新向暴露的平衡孔口21流出。虽然所述的阀门机构被描述为挡板126，但要注意的是，其他阀门配置(包括但不限于挡板阀、闸阀或滑动阀)也可用于实现该目的。此外，在另一实施例中，挡板126可以被移除；在滑动套筒140移位后，暴露出平衡孔口21，但也存在穿过平衡组件100的中心通孔的流体流动路径。

在一个优选的实施例中，在驱动控制装置90与平衡组件100中的任何其他部件(包括但不限于套筒构件140)之间不需要物理接触或机械干预来驱动平衡组件100和移位套筒构件140以暴露出横向流动孔口21。

上述发明具有许多能优选地结合使用的特殊特征，尽管每个特征都是在不偏离本发明范围情况下单独起作用的。本发明的优选实施例在本文中示出和描述，同时应当理解，本发明可以在本文中未特别说明或描述的情况下加以体现，并且可以在本发明的基本思想或原则范围内对零件的形式和布置以及实施本发明的特定方式进行某些更改。

Claims (20)

1.一种用于选择性打开多条井下通道的设备，包括：

a)壳体构件，所述壳体构件具有中心通孔、内表面、外表面和从所述内表面延伸到所述外表面的多个孔；

b)套筒构件，所述套筒构件滑动地设置在所述通孔内，并且联接用于在第一锁定位置和第二位置之间移动，其中所述套筒构件在所述第一位置与所述孔基本对齐，并且在所述第二位置基本脱离所述孔；及

c)驱动组件，用于控制所述套筒构件在所述第一和第二位置之间的移动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动组件还包括：

a)至少一个驱动控制装置，所述驱动控制装置适于穿过所述壳体构件的通孔；

b)传感器，用于感测所述驱动控制装置的经过；

c)计数器，用于每次驱动控制装置经过所述传感器时记录计数；以及

d)针状阀门组件，用于当所述计数器记录了预定数量的计数时对所述套筒构件进行解锁。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述传感器包括簧片开关。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述至少一个驱动控制装置产生磁场。

5.根据权利要求1所述的设备，还包括铰链连接到所述壳体构件的挡板，其中当所述套筒构件位于所述第一位置时，所述挡板被设置在所述壳体构件与所述套筒构件之间，以及当所述套筒位于所述第二位置时所述挡板阻塞所述通孔。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述套筒构件在所述至少一个驱动控制装置与所述设备的任何其他部件之间没有物理接触的情况下从所述第一位置移位到所述第二位置。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动控制装置包括含有磁铁的复合球体、含有磁铁的可生物降解球体、含有磁铁的水泥封隔塞、含有磁铁的穿孔丁腈橡胶球体或其中嵌有至少一个磁铁的金属塞，并且适于被推进穿过所述壳体构件的通孔。

8.一种用于选择性打开多条井下通道的方法，包括：

a)在井筒中布置至少一个平衡组件，所述平衡组件包括：

i)壳体构件，所述壳体构件具有中心通孔、内表面、外表面和从所述内表面延伸到所述外表面的多个孔；

ii)套筒构件，所述套筒构件滑动地设置在所述通孔内，并且联接用于在第一锁定位置和第二位置之间移动，其中所述套筒构件在所述第一位置与所述孔基本对齐，并且在所述第二位置基本脱离所述孔；

iii)计数器，用于每次驱动控制装置经过所述平衡组件时记录计数；

b)穿过所述壳体构件的所述通孔传送驱动控制装置；

c)当所述计数器记录了预定数量的计数时，将所述套筒构件从所述第一位置移位至所述第二位置。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个驱动控制装置产生磁场。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述平衡组件还包括簧片开关。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述平衡组件还包括：

a)第一流体腔室；

b)第二流体腔室；和

c)针状阀门组件，所述针状阀门组件具有开启位置和关闭位置，所述阀门组件设置在所述第一和第二流体腔室之间。

12.根据权利要求11所述的方法，其中当所述针状阀门组件位于关闭位置时，所述针状阀门组件在所述第一流体腔室中形成用于容纳不可压缩流体的屏障，并且所述不可压缩流体阻止所述套筒构件从所述第一位置移动到所述第二位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中当所述针状阀门组件位于打开位置时，所述不可压缩流体从所述第一流体腔室流到所述第二流体腔室，从而允许所述套筒构件从所述第一位置移动到所述第二位置。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述套筒构件在所述至少一个驱动控制装置与所述设备的任何其他部件之间没有物理接触情况下从所述第一位置移动到所述第二位置。

15.根据权利要求8所述的方法，其中所述驱动控制装置包括含有磁铁的复合球体、含有磁铁的可生物降解球体、含有磁铁的水泥封隔塞、含有磁铁的穿孔丁腈橡胶球体或其中嵌有至少一个磁铁的金属塞，并且适于被推进穿过所述壳体构件的通孔。

16.根据权利要求8所述的方法，还包括铰链连接到所述壳体构件的挡板，其中当所述套筒构件位于所述第一位置时，所述挡板被设置在所述壳体构件与所述套筒构件之间，以及当所述套筒位于所述第二位置时所述挡板阻塞所述通孔。

17.一种用于选择性打开多条井下通道的方法，包括：

a)在井筒中布置至少一个平衡组件，所述平衡组件包括：

i)壳体构件，所述壳体构件具有中心通孔、内表面、外表面和从所述内表面延伸到所述外表面的多个孔；

ii)套筒构件，所述套筒构件滑动地设置在所述通孔内，并且联接用于在第一锁定位置和第二位置之间移动，其中所述套筒构件在所述第一位置与所述孔基本对齐，并且在所述第二位置基本脱离所述孔；

iii)驱动组件，包括：

aa)至少一个簧片开关；

bb)至少一个电池；

cc)至少一个线性驱动器；

dd)至少一个微型控制器，所述微型控制器适于在每次驱动控制装置经过所述至少一个簧片开关时记录计数；

ee)包含不可压缩流体的第一流体腔室；

ff)第二流体腔室；

gg)具有打开位置和关闭位置的针状阀门组件，其中所述针状阀门组件设置在所述第一和第二流体腔室之间；

b)穿过所述壳体构件的所述通孔传送驱动控制装置，其中所述驱动控制装置产生磁场；

c)通过所述至少一个簧片开关感测所述磁场的经过；

d)使用所述微型控制器记录计数；

e)当所述微型控制器记录了预定数量的计数时，驱动所述线性驱动器；

f)打开所述针状阀门组件，从而允许所述不可压缩流体从所述第一流体腔室转移到所述第二流体腔室；

g)将所述套筒构件从所述第一位置移位至所述第二位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述套筒构件在所述至少一个驱动控制装置与所述设备的任何其他部件之间没有物理接触的情况下从所述第一位置移动到所述第二位置。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述驱动控制装置包括含有磁铁的复合球体、含有磁铁的可生物降解球体、含有磁铁的水泥封隔塞、含有磁铁的穿孔丁腈橡胶球体或其中嵌有至少一个磁铁的金属塞，所述金属塞适于被推进穿过所述壳体构件的通孔。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括铰链连接到所述壳体构件的挡板，其中当所述套筒构件位于所述第一位置时，所述挡板被设置在所述壳体构件与所述套筒构件之间，以及当所述套筒位于所述第二位置时所述挡板阻塞所述通孔。