CN109072679A - 具有打开/关闭的轴向通路和侧向流体通路的井下工具 - Google Patents
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Abstract
一种与用于在人工举升应用中使用的井下泵(P)可操作地关联的井下工具(10)包括本体(12)，本体(12)具有形成轴向流动通路的通孔(14)和形成侧向流动通路的多个侧向端口(16)、用于与阀部件(22)协作的阀座(18)以及套筒部件(20)。在使用中，井下工具(10)作为管柱(S)的部分被放入到钻孔中，诸如油和/或气体生产井钻孔(B)，井下工具(10)构造成容许流体通过井下工具(10)的选择性轴向通行，而防止流体的侧向通行，井下工具(10)可操作成响应于激活事件从第一关闭的构造移动至第二打开的构造，以将通过侧向流动通路的流体转移到井下工具(10)与钻孔(B)之间的环状部(A)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下工具和方法。更具体地但非排他地，本发明的实施例涉及一种与用于在人工举升应用中使用的井下泵可操作地关联的井下工具。
背景技术
在从地下储层开采自然资源(可包括烃流体和/或水和/或气体)期间，在储层与地球的表面之间经常存在压力差(被称为静水压头)，其必须被克服，以便将流体资源开采至表面。在烃生产行业中，该过程通常被称为“人工举升”。
人工举升可通过使用多种手段来实现，包括诸如螺杆泵(PCP)的泵的使用。PCP为容积式泵，并且就此而言，在它们的组成压力诱导构件之间存在物理接触。典型的PCP包括螺旋钢转子和橡胶定子，橡胶定子具有与转子的轮廓紧密地匹配的内部偏心螺旋轮廓。定子典型地封装在钢管中，该钢管形成从储层延伸至表面的管柱的下部部分。转子典型地连接至也延伸至表面的杆柱的底部。转子和杆柱具有比前述管柱的内直径更小的外直径。转子和杆柱从表面穿过管柱的膛孔而进入并且定位成使得转子位于定子内。该布置导致沿着PCP的长度的一系列腔。在使用PCP时，杆柱在表面处连接至合适的旋转驱动器，该旋转驱动器向定子内的杆柱和转子组件的旋转提供动力。杆引导器或扶正器沿着杆柱的长度的使用典型为将杆柱维持在管柱内的相对中心位置。该旋转致使腔中的流体向上移动到管柱中，从而导致PCP入口和排出口之间的压力的逐渐增加。流体的该正位移克服了静水压头，并且提供必要的升力以将储层流体开采至表面。
PCP可用于将水或烃流体开采至表面，其可为轻且薄的或重且高粘度的，并且通常这些应用连同产生的流体开采了大量的砂和其它固体。PCP运行寿命很大程度上取决于通过泵开采的固体量。
通常，通过PCP开采的砂和其它固体将在管柱内悬浮，夹带在PCP上方的流体柱中。如果PCP的操作停止，这可由于多种原因(包括计划维护或计划外停电)而发生，则这些固体可沉积在PCP的顶部，从而在泵的顶部形成砂塞。在开采过量砂/固体的应用的情况下，固体还可进入泵的上部级(腔)。如果砂塞形成，则在PCP重新启动时，PCP最初干运行，因为压力逐渐地增加至砂塞被移出的点。由于转子与定子之间的紧密接触，这段干运行时间可严重地损坏橡胶定子，从而直接地破坏泵。
从历史上看，这一情况通过将转子从定子取出以移出砂塞并且允许其通过定子回落到储层中而避免。然而，此类“修井”操作需要专业设备，并且非常昂贵和耗时。在泵的操作停止时，管柱内的大量流体将倾向于朝向储层中的静态流体水平下降或“U型管”式地向下返回，以使系统中的压力平衡。在常规PCP完成的情况下，该“U型管”流体柱以非常高的压力作用在转子上。该压力将迫使转子/杆柱沿与PCP的正常操作模式相反的方向在定子内旋转，这状态被称为“回旋”。这为非合乎需要的，因为其可损坏杆柱或表面驱动设备，并且可需要很长时间才能平息。
此外，如果砂或其它固体进入PCP的上部级，除了将转子从定子取出以清除任何砂塞之外，还将存在对在转子被取出以冲出这些固体时使流体泵送通过定子的需要。这些程序通常被称为“反冲洗”或“冲洗”操作。为了完成这些操作，不仅必须使转子可容易伸缩，而且必须将管柱的整体性从表面一直维持至定子。这些操作的所有方面往往是昂贵且耗时的。
发明内容
本发明的方面涉及一种井下工具和方法，并且更具体地但不排他地，涉及一种与井下泵可操作地关联的井下工具以及用于在人工举升操作中使用的方法。
根据第一方面，提供有一种井下工具，其包括：
本体，其具有穿过其的轴向流动通路，井下工具构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通；以及
侧向流动通路，其设置成穿过本体，
其中井下工具可在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在该第一关闭的构造中，防止通过侧向流动通路的流体连通，在该第二打开的构造中，容许通过侧向流动通路的流体连通，井下工具构造成通常限定第一关闭的构造。
井下工具可包括阀布置，其构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通。在井下工具限定容许通过侧向流动通路的流体连通的第二打开的构造时，井下工具可防止通过轴向流动通路的流体连通。有益地，此类布置容许流体通过侧向流动通路转移，但是防止流体通过轴向流动通路的回流。
井下工具可包括套筒部件。套筒部件可与侧向流动通路可操作地关联。井下工具可构造成使得在第一关闭的构造中，套筒部件防止通过侧向流动通路的流体连通。井下工具可构造成使得在第二打开的构造中，套筒部件容许通过侧向流动通路的流体连通。
井下工具可能够操作成响应于激活事件从第一关闭的构造移动至第二打开的构造。
在使用中，井下工具可作为管柱的部分被放入钻孔(诸如油和/或气体生产井钻孔)中，井下工具构造成使得阀布置容许流体通过井下工具的选择性轴向通行，而防止流体的侧向通行，井下工具可操作成响应于激活事件从第一关闭的构造移动至第二打开的构造，以通过侧向流动通路转移流体。
激活事件可采取大量不同的形式。
激活事件可包括作用在套筒部件上的力。
激活事件可包括作用在套筒部件上的流体压力。流体压力可包括例如在套筒部件的井上流体与套筒部件的井下流体之间作用在套筒部件上的压差力。在特定实施例中，激活事件可包括由于井下泵的停机而作用在套筒部件上的流体压力，井下工具与该井下泵可操作地关联。
在使用中，井下工具可与井下泵可操作地关联，并且井下工具的阀布置可构造成容许流体经由轴向流动通路从井下泵朝向表面或其它井上地点通行，同时防止回流。在此类操作期间，井下工具构造有呈关闭构造的侧向流动通路，从而维持井下工具和相关的管柱的完整性。在泵操作中断的情况下，井下工具可能够操作成移动至第二打开的构造，以通过侧向流动通路转移阀布置的沿井身向上流体。
本发明的实施例提供了优于常规设备和技术的大量益处。
例如，在其中固体沉积并且/或者砂塞形成在井下泵上方的情形下，在井下泵重新启动时，该井下泵最初干运行，这是由于压力逐渐地增加至砂塞可被移出的点。然而，由于泵的转子与定子之间的紧密接触，该最初的干运行时段可对泵及相关的设备造成很大的损坏。
然而，在本发明的实施例中，通过侧向流动通路选择性地转移流体的能力通过避免损坏而有利于增加相关的井下泵的运行寿命，该损坏可本来在泵操作中断或不足以将此类固体材料提升至表面时由于固体的沉积和/或砂塞在井下泵的顶部上的形成而发生。
本发明的实施例还避免了对执行修井操作的需要，由此与常规技术和工艺相比，为操作人员提供了显著的成本和时间节省的益处。
例如，在试图移出砂塞时，常规技术在于执行修井操作，由此泵的转子从定子取出，允许砂和其它固体通过泵的定子落回到储层中。除了将转子从定子收回以清除固体/砂塞之外，还需要在转子被取出时通过定子冲出固体，这被称为“反冲洗”或“冲洗”操作。此类修井操作要求转子可容易伸缩，而且管柱的整体性从表面一直维持至定子。
在本发明的实施例中，在正常操作期间维持管柱完整性并且通过侧向流动通路选择性地转移流体的能力避免了对执行此类修井操作的需求。
本发明的实施例可备选地或另外提供大量其它益处。
例如，在井下泵的操作停止以执行修井操作时，管柱内的大量流体将倾向于朝向储层中的静态流体水平下降或“U型管”式地向下返回，以使压力平衡。在常规井下泵设备的情况下，该“U型管”流体柱以非常高的压力作用在泵的转子上，并且迫使转子沿与泵的正常操作模式相反的方向在定子内旋转，这状态被称为“回旋”。这为非合乎需要的，因为这可损坏杆柱或表面驱动设备，并且可需要很长时间才能平息。
然而，在本发明的实施例中，该高压作用在套筒部件上，以将井下工具从第一构造转变至第二打开的构造；将流体转移到环状部中。根据本发明的实施例的井下工具可因此通过避免或减轻泵的回旋而有利于增加泵的运行寿命，同时支持和简化反冲洗操作(在需要的情况下)。
更进一步，本发明的实施例可容许流体经由环状部转移回至地层，通过减少过度开采和停泵的影响来而有利于增加泵的运行寿命，在过度开采和停泵的情况下，井流体无法通过储层地层足够快速地渗透以更替已开采至表面的流体，并且这导致泵干运行，从而导致泵和相关设备的重大损坏。
此外，本发明的实施例可支持和简化井处理操作，以优化或刺激生产，这是由于环状部可经由侧向流动通路进入。
激活事件可备选地或另外包括由从表面或其它井上地点通过轴向流动通路导向的流体产生的流体压力。该流体可例如但不排他地包括井处理流体等。本发明的实施例因此支持化学处理或注射操作，而不需要执行诸如将泵的转子从以上描述的定子取出的修井操作。
如以上描述的，井下工具可构造成通常限定其中套筒部件防止通过侧向流动通路的流体连同第一关闭的构造。在使用中，井下工具可构造成在通过侧向流动通路转移流体之后自动地恢复至其正常情况，即，第一关闭的构造。井下工具的该正常情况可以大量不同的方式实现。在一些实施例中，井下工具可由与套筒部件可操作地关联的偏压部件而朝向第一关闭的构造偏压。在使用中，偏压部件可能够操作成作用在套筒部件上，以将套筒部件沿轴向推向阻挡侧向流动通路的位置(即，其正常状态/位置)，直到套筒部件受到足以克服由偏压部件施加的力(即，激活事件)的力的作用。偏压部件可包括弹簧元件(诸如螺旋弹簧)、弹性体元件、聚合物元件或构造成偏压套筒部件的其它元件。
备选地或另外，井下工具可由流体压力朝向第一关闭的构造偏压。例如，套筒部件可构造成使得暴露于井上流体压力/与该井上流体压力连通(并且这导致将套筒部件推向打开构造的力)的套筒部件的井上导向区域小于暴露于井下流体压力/与该井下流体压力连通的套筒部件的井下导向区域。有益地，在相等或基本上相等的压力条件之下，区域的差异使套筒部件朝关闭侧向流动通路的方向偏压或进一步偏压。
如以上描述的，套筒部件与侧向流动通路可操作地关联。
套筒部件可在结构方面大体上为管状。
在一些实施例中，套筒部件可包括一个或更多个侧向流动通路，诸如侧向流动端口。在此类实施例中，井下工具可构造成通过将套筒部件的侧向流动通路与井下工具的侧向流动通路对准来限定第二打开的构造。在特定实施例中，套筒部件可包括实心部件，即，不具有侧向流动通路。
套筒部件可包括整体式结构。
在特定实施例中，套筒部件可包括联接在一起的多个构件。例如，套筒部件可包括上部套筒部件部分和下部套筒部件部分。上部套筒部件部分和下部套筒部件部分可由机械联接布置(诸如螺纹连接件)、快速连接器、焊接连接件、粘合接头或其它合适的联接布置中的至少一个联接在一起。上部套筒部件部分和下部套筒部件部分可由相同材料构成，或者可由不同材料构成。
套筒部件可构造成定位在本体内。在包括偏压部件的实施例中，套筒部件可在其井下端部处联接至偏压部件。
井下工具可包括止动件(如止挡件(no-go))，其限制套筒部件沿井上方向的行程。
在使用中，套筒部件与侧向流动通路可操作地关联，并且通常采用阻挡侧向流动通路的位置，直到受到激活事件的作用，随后该套筒部件沿轴向移动，以容许流体经由侧向流动通路转移。
侧向流动通路可包括至少一个侧向端口。在使用中，侧向端口容许轴向流动通路与环状部之间的流体连通，该环在井下工具的外部与钻孔之间。
侧向流动通路可包括单个侧向端口。在特定实施例中，侧向流动通路可包括多个侧向端口。在侧向流动通路包括多个侧向端口的情况下，侧向端口中的两个或更多个可沿周向布置。备选地或另外，侧向端口中的两个或更多个可沿轴向布置。
至少一个侧向流动端口可具有任何合适的形式。至少一个侧向流动端口可在形状方面为圆形或椭圆形。在特定实施例中，至少一个侧向流动端口可在形状方面为矩形或基本上为矩形。
阀布置可包括阀座。阀座可形成在管状部件上或联接至该管状部件，该管状部件形成本体的部分或联接至本体。
管状部件可限定侧向流动通路。在使用中，管状部件的侧向流动通路可提供井下工具的轴向流动通路与套筒部件(特别是套筒部件的井下导向区域)之间的流体连通。井下工具可包括提供轴向流动通路与套筒部件之间的连通的一个或更多个流体通道。如以上描述的，在相等或基本上相等的压力条件之下，套筒部件的区域的差异使套筒部件朝向关闭侧向流动通路的方向偏压或进一步偏压，流体通道有利于流体至套筒部件的井下导向区域的连通，使得套筒部件的井下导向区域和井上导向区域两者都经受相同或基本上相同的压力。
管状部件的侧向流动通路可包括至少一个侧向端口。在使用中，管状部件的侧向端口容许轴向流动通路与流通道之间的流体连通。管状部件的侧向流动通路可包括单个侧向端口。在特定实施例中，管状部件的侧向流动通路可包括多个侧向端口。在管状部件的侧向流动通路包括多个侧向端口的情况下，侧向端口中的两个或更多个可沿周向布置。备选地或另外，侧向端口中的两个或更多个可沿轴向布置。
阀座可构造成最小化或减少侵蚀。例如，阀座可包括硬面材料或者提供用于该硬面材料的安装。硬面材料可包含碳化钨。备选地或另外，阀座的轮廓可使摩擦最小化或减小。
本体和阀座中的至少一个可构造成在使用中促进阀座周围的高流体速度。有益地，这进一步有助于防止或至少减轻固体(诸如井下工具中的砂)的积聚。
阀座可构造成接收阀部件，阀部件与阀座之间的密封接合防止通过轴向流动通路的流体连通。
在使用中，阀座与阀部件可操作地关联，阀座构造成与阀部件协作，以容许通过井下工具的选择性轴向流体连通。在人工举升或其它泵送操作期间，流体可作用在阀部件上，以将阀部件从阀座移开并且容许通过井下工具的轴向流体连通。在泵送操作中断的情况下或者在没有足够的压力使阀部件从阀座移开的情况下，阀部件将接合阀座并且防止反向流通过井下工具。
井下工具可包括阀部件或者可与该阀部件可操作地关联。
在一些实施例中，阀部件可联接至井下工具。然而，在特定实施例中，阀部件可设置在井下泵上或者联接至该井下泵。阀部件可设置在井下泵的转子上或者形成井下泵的转子的部分，并且在特定实施例中，阀部件可设置在井下泵的杆柱上。
阀部件可能够相对于井下泵沿轴向移动。例如，阀部件可沿轴向和/或以旋转方式可移动地联接至井下泵。在使用中，响应于从井下泵输出的流体流，阀部件可能够相对于井下泵沿轴向移动，特别是能够相对于杆柱沿轴向移动。
在特定实施例中，阀部件可包括浮动阀部件。阀部件可能够相对于井下工具的本体自由移动。阀部件可能够相对于井下工具的本体沿轴向自由移动。阀部件可能够相对于井下工具的本体以旋转的方式可自由移动。根据本发明实施例的阀部件具有大量益处。例如，由于阀部件可自由地移动并且不需要任何闩锁或解锁机构来操作，故阀布置可在关闭构造与打开构造之间重复地移动并且/或者不需要执行修井操作以闩锁/解锁阀部件。
阀部件可采取大量不同的形式。
阀部件可包括构造成接合阀座的本体部分。阀部件本体部分可在结构方面为管状的。
阀部件可包括扶正器部分。扶正器部分可形成在阀部件的本体部分上或者联接至该阀部件的本体部分。扶正器部分可构造成接合井下工具的管状部件。
在特定实施例中，阀部件可包括第一阀部件本体部分和第二阀部件本体部分。第一阀部件本体部分和第二阀部件本体部分可构造成联接在一起。第一阀部件本体部分和第二阀部件本体部分可构造成由机械联接布置(如螺纹连接件)、快速连接器、焊接连接件、粘合剂接头或其它合适的联接布置中的至少一个来联接。在使用中，第一阀部件本体部分可限定阀部件的上部本体部分。第一本体部分可构造成接合阀座。在使用中，第二阀部件本体部分可限定阀部件的下部本体部分。第二阀部件本体部分可包括阀部件的扶正器部分，或者在特定实施例中，可提供用于该阀部件的扶正器部分的安装。有益地，阀部件可用作用于杆柱的扶正器或引导件。
阀部件本体部分和阀部件扶正器部分中的至少一个可包括有利于流体的通行的通道。
本体可包括整体式构件。
备选地，本体可包括多个本体部分。
本体可包括第一本体部分。第一本体部分可限定井下工具的上部壳体。第一本体部分可为管状的。侧向流动通路可形成在第一本体部分中。
本体可包括第二本体部分。第二本体部分可限定井下工具的下部壳体。
井下工具可包括顶部接头，或者可构造成连接至该顶部接头。顶部接头可包括本体的第三本体部分。
井下工具可包括底部接头，或者可构造成联接至该底部接头。底部接头可包括本体的第四本体部分。
顶部接头、上部壳体部分、流管以及底部接头可一起形成井下工具的轴向流动通路。
如以上描述的，井下工具可与井下泵可操作地关联。
井下泵可采取大量不同的形式。在特定实施例中，井下泵可包括容积式泵，诸如螺杆泵(PCP)等。井下工具可形成包括井下泵的井下泵组件的部分。井下工具可构造成联接至井下泵。在特定实施例中，井下工具可构造成联接至井下泵的定子壳体。
井下工具可包括用于将井下工具联接至管柱的连接布置。连接布置可包括用于将井下工具联接至管柱的井上构件的连接器。在一些实施例中，用于将工具联接至管柱的井上构件的连接器可结合至本体。在特定实施例中，用于将工具联接至管柱的井上构件的连接器可包括单独的构件，特别是但不排他地为顶部接头等。
连接布置可包括用于将工具联接至管柱的井下构件的连接器。在一些实施例中，用于将工具联接至管柱的井下构件的连接器可结合至第二部件。在特定实施例中，用于将工具联接至管柱的井下构件的连接器可包括单独的构件，特别是但排他地为底部接头等。
井上连接器和井下连接器中的至少一个可包括螺纹连接器等。井上连接器和井下连接器中的至少一个可包括螺纹箱连接器。井上连接器和井下连接器中的至少一个可包括螺纹销连接器。
轴向流动通路可包括井下工具的通孔。
根据第二方面，提供一种方法，其包括：
提供井下工具，其包括：本体，该本体具有穿过其的轴向流动通路，井下工具构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通；以及侧向流动通路，其设置成穿过本体；以及
使井下工具在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在该第一关闭的构造中，井下工具防止通过侧向流动通路的流体连通，在该第二打开的构造中，井下工具容许通过侧向流动通路的流体连通。
井下工具可包括阀布置，其构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通。在井下工具限定容许通过侧向流动通路的流体连通的第二打开的构造时，井下工具可防止通过轴向流动通路的流体连通。有益地，此类布置容许流体通过侧向流动通路转移，但是防止流体通过轴向流动通路的回流。
井下工具可包括套筒部件。套筒部件可与侧向流动通路可操作地关联。井下工具可构造成使得在第一关闭的构造中，套筒部件防止通过侧向流动通路的流体连通。井下工具可构造成使得在第二打开的构造中，套筒部件容许通过侧向流动通路的流体连通。
该方法可包括将井下工具作为井下管柱的部分放入钻孔中。
井下工具的阀布置可包括阀部件或者可与该阀部件可操作地关联，并且该方法可包括将阀部件放入钻孔中。在一些实施例中，阀部件可与井下工具一起被放入钻孔中。在一些实施例中，阀部件可与井下工具分开地被放入钻孔中。例如，阀部件可在井下工具联接至其或者与其可操作地关联的井下泵的转子或杆柱上被放至钻孔中。
该方法可包括引导来自井下工具的井上表面或其它地点的处理流体。
根据第三方面，提供有一种井下工具，其包括：
本体，其具有穿过其的轴向流动通路，井下工具构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通；以及
侧向流动通路，其设置成穿过本体，
其中井下工具可在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在该第一关闭的构造中，井下工具防止通过侧向流动通路的流体连通，在该第二打开的构造中，井下工具容许通过侧向流动通路的流体连通，并且其中井下工具包括可相对于本体沿轴向自由移动的阀部件或者与该阀部件可操作地关联。
井下工具可包括阀布置，其构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通。在井下工具限定容许通过侧向流动通路的流体连通的第二打开的构造时，井下工具可防止通过轴向流动通路的流体连通。有益地，此类布置容许流体通过侧向流动通路转移，而防止流体通过轴向流动通路的回流。
井下工具可包括套筒部件。套筒部件可与侧向流动通路可操作地关联。井下工具可构造成使得在第一关闭的构造中，套筒部件防止通过侧向流动通路的流体连通。井下工具可构造成使得在第二打开的构造中，套筒部件容许通过侧向流动通路的流体连通。
根据第四方面，提供有一种方法，其包括：
提供井下工具，其包括：本体，该本体具有穿过其的轴向流动通路，井下工具构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通；以及侧向流动通路，其设置成穿过本体；以及
使井下工具在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在该第一关闭的构造中，井下工具防止通过侧向流动通路的流体连通，在该第二打开的构造中，井下工具容许通过侧向流动通路的流体连通，其中井下工具包括可相对于本体沿轴向自由移动的阀部件或者与该阀部件可操作地关联。
井下工具可包括阀布置，其构造成容许通过轴向流动通路的选择性流体连通。在井下工具限定容许通过侧向流动通路的流体连通的第二打开的构造时，井下工具可防止通过轴向流动通路的流体连通。有益地，此类布置容许流体通过侧向流动通路转移，而防止流体通过轴向流动通路的回流。
井下工具可包括套筒部件。套筒部件可与侧向流动通路可操作地关联。井下工具可构造成使得在第一关闭的构造中，套筒部件防止通过侧向流动通路的流体连通。井下工具可构造成使得在第二打开的构造中，套筒部件容许通过侧向流动通路的流体连通。
应当理解的是，以上关于任何方面、实施例或布置限定的或者以下关于任何特定实施例或布置描述的特征，可在本发明的任何其它方面或实施例中单独使用或与任何其它限定的特征组合使用。
附图说明
本发明的这些和其它方面现在将参照附图仅经由实例来描述，在该附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的井下工具，井下工具形成井下泵组件的部分；
图2示出了图1中示出的井下工具的侧视图；
图3为图2中示出的井下工具的纵向剖视图；
图4为图3中示出的井下工具的井上区段的放大视图；
图5为图3中示出的井下工具的井下区段的放大视图；
图6为井下工具的纵向截面视图；
图7为用于与图1至图6中示出的井下工具一起使用的阀部件的透视图；
图8为图7中示出的阀部件的侧视图；
图9为图7和图8中示出的阀部件的截面视图；
图10为呈第一构造并且其中轴向流动通路关闭的井下工具的纵向剖视图；
图11为图10中示出的呈第一构造并且其中轴向流动通路关闭的井下工具的部分的放大视图；
图12为呈第一构造并且其中轴向流动通路打开的井下工具的纵向剖视图；
图13为图12中示出的呈第一构造并且其中轴向流动通路打开的井下工具的部分的放大视图；
图14为呈第二构造的井下工具的纵向剖视图；且
图15为图13中示出的呈第二构造的井下工具的部分的放大视图。
具体实施方式
首先参照附图中的图1，示出了根据本发明的井下工具10的示意图。在使用中，井下工具10作为管柱S的部分被放入钻孔(诸如油和/或气体生产井钻孔B)中，井下工具10构造成容许流体通过井下工具10的选择性轴向通行，而防止流体的侧向通行，井下工具10可操作成响应于激活事件从第一关闭的构造移动至第二打开的构造，以使流体通过侧向流动通路转移到井下工具10与钻孔B之间的环状部A中。
如图1中示出的，井下工具10与井下泵P可操作地关联，在示出的实施例中泵P为具有泵定子PS和泵转子PR的螺杆泵，并且如将在下面进一步描述的，井下工具10构造成容许流体经由轴向流动通路从井下泵P朝向表面或其它井上地点通行，同时防止回流并且防止侧向流。在泵操作中断的情况下，井下工具10可操作成从第一关闭的构造移动至第二打开的构造，以将井下工具10的井上流体转移至环状部A。
现在参照附图中的图2至图6。图2和图3分别示出了图1中示出的井下工具10的侧视图和纵向剖视图，而图4和图5示出了井下工具10的井上区段和井下区段的放大视图。图6为了便于参照而单独地示出了井下工具10的纵向截面视图。
井下工具10具有本体12，本体12具有形成井下工具10的轴向流动通路的通孔14和形成井下工具10的侧向流动通路的多个沿周向布置的侧向端口16。井下工具10还包括阀座18和套筒部件20。
在使用中，井下工具10作为井下管柱S的部分被放入井钻孔B中，阀座18与阀部件22协作(如将在下面进一步描述的)，以提供穿过井下工具10的通孔14的选择性流体连通，并且套筒部件20可操作成提供穿过通孔14与环状部A之间的端口16的选择性流体连通，环状部A在井下工具10与钻孔B之间。
在示出的实施例中，井下工具10包括顶部接头24、包括上部壳体部分28和底部壳体部分30的本体26以及底部接头32。
附图中的图4示出了井下工具10的上部部分的放大视图。如图4中示出的，顶部接头24在结构方面大体上为管状的，并且在使用中形成井下工具10的井上端部(如图4中示出的左端)。顶部接头24在其上部端部处限定螺纹箱连接器34，用于将井下工具10联接至相邻的井上工具、管区段或柱S的构件S1。将理解的是，虽然在示出的实施例中，顶部接头24限定螺纹箱连接器34，但顶部接头24可备选地限定螺纹销连接器或任何其它合适的连接器。顶部接头24的下部端部部分36为凹入的，并且构造成经由螺纹连接件40接合上部壳体部分28的上部端部部分38，顶部接头24和上部壳体部分28经由大量沿周向布置的定位螺钉42装固。凹槽44也形成在下部端部部分36的外表面中，并且呈O型环密封件46的形式的密封元件设置在凹槽44中。
上部壳体部分28在结构方面也大体上为管状的，上部壳体部分28的上部端部部分38设置在顶部接头24的下部端部部分36上，而上部壳体部分28的下部端部部分46为凹入的，并且构造成经由螺纹连接件50接合下部壳体部分30的上部端部部分48，上部壳体部分28和下部壳体部分30经由大量沿周向布置的定位螺钉52装固。凹槽54也形成在上部壳体部分26的下部端部部分46的外表面中，并且呈O型环密封件56的形式的密封元件设置在凹槽54中。
附图中的图5示出了井下工具10的下部部分的放大视图。如图5中示出的，下部壳体部分30在结构方面也大体上为管状的，下部壳体部分30的下部端部部分58设置在底部接头32的凹入的上部端部部分60上，并且构造成经由螺纹连接件62接合底部接头32的上部端部部分58，下部壳体部分30和底部接头32经由大量沿周向布置的定位螺钉64装固。
底部接头32在结构方面大体上为管状的，并且在使用中形成井下工具10的井下端部(如图2至图6中示出的右端)。底部接头32在其下部端部处限定螺纹销连接器66，用于将井下工具10联接至相邻的井下工具、管区段或柱S的构件S2。将理解的是，虽然在示出的实施例中，底部接头32限定螺纹销连接器66，但底部接头32可备选地限定螺纹箱连接器或任何其它合适的连接器。凹槽68也形成在底部接头32的上部端部部分60的外表面中，并且呈O型环密封件70的形式的密封元件设置在凹槽68中。
如图5和图6中示出的并且再次参照附图中的图3，可看到，底部接头32的内表面为凹入的，并且提供用于呈流管72形式的管状部件的安装，流管72经由螺纹连接件73联接至底部接头32。如示出的，流管72沿井身向上的方向(向如图3中示出的左侧)延伸，并且流管72的上部端部形成或提供用于阀座18的安装。形成流管72的侧向流动通路的多个周向流端口74提供通孔14与流通道75之间的流体连通，其使流体通至套筒部件20。
套筒部件20设置在流管72的外侧与本体26的内侧之间。在示出的实施例中，套筒部件20包括经由螺纹连接件80联接在一起的上部套筒部件部分76和下部套筒部件部分78，然而将理解的是，套筒部件20可备选地包括整体式结构。凹槽82设置在套筒部件20的内表面中，并且衬套(在示出的实施例中，呈PTFE衬套84的形式)设置在凹槽82中。将理解的是，密封元件(诸如O型环密封件)可备选地或另外设在套筒部件20与流管72之间。在使用中，衬套84提供套筒部件20与流管72之间的密封和滑动接合。凹槽86也设在套筒部件20的外表面中，并且呈O型环密封件88的形式的密封元件设置在凹槽86中。在使用中，密封件88提供套筒部件20与本体26之间的密封。将理解的是，衬套(诸如PTFE衬套)可备选地或另外设在套筒部件20的外表面与本体26之间。
还提供了形成井下工具10的偏压部件的弹簧元件90，弹簧元件90(在示出的实施例中为螺旋弹簧)在其下部端部处装固于底部接头32，并且在其上部端部处装固于套筒部件20。在使用中，弹簧元件90将套筒部件20偏压至图2中示出的其中侧向流动端口16关闭的位置。
现在还参照附图中的图7、图8和图9，阀部件22采用浮动梭阀部件22的形式，浮动梭阀部件22具有阀部件顶部接头92(形成阀部件22的本体部分)和阀部件底部接头94(在使用中提供用于阀部件22的扶正器部分96的安装)。阀部件顶部接头92和阀部件底部接头94经由螺纹连接件98联接在一起。
阀部件顶部接头92在结构方面大体上为管状的，并且在示出的实施例中具有整体式硬面阀表面100，其具有构造成与设在流管72上的阀座18相匹配的轮廓。套环102围绕顶部接头90定位并且由固持帽104固持，固持帽104经由螺纹连接件106连接至顶部接头92，套环102自由旋转。提供两个管状杆衬套(杆引导件)108，衬套108由基部和固持帽104固持。
阀部件底部接头94在结构方面也大体上为管状的，并且如以上描述的，提供用于具有用于接合流管72的内侧的叶片110的扶正器部分96的安装。
在使用中，阀部件22设置在杆柱112上，在示出的实施例中，杆柱112包括抛光杆组件，该抛光杆组件包括经由螺纹连接件(未示出)连接至抽油杆联轴器114(在图3中示出)的顶部和底部的短长度的API抛光杆。
如将在下面进一步描述的，阀部件22和杆柱112部署并定位在井下泵P的转子PR上方。阀部件22自由地沿着杆柱112的抛光杆(远至相邻的联轴器)可旋转地和轴向地移动，杆柱112大小设置成使得一旦杆柱112被放至深处并且转子PR位于井下泵P的定子PS内，阀部件22和杆柱112就位于井下工具10的本体24内。
现在将参照所有附图并且具体参照图10至图15来描述井下工具10的操作。
如图10和图11中示出的，井下工具10与管柱S一起被放至钻孔B中，如以上论述的，在静态/平衡压力条件中和其之下投放期间，允许通孔14与环状部A之间的连通的侧向端部16保持关闭，从而维持柱S的完整性。这允许操作人员投放常规管柱取代阀部件22和杆柱112，并在需要这样的情况下开采井。
当泵P接通时，流压力将作用在阀部件22上，使阀部件22从图10和图11中示出的位置沿井身向上移动至图12和图13中示出的位置，以容许井流体沿管柱S向上的通行。然而，将认识的是，侧向端口16保持关闭。
如果泵P切断，则流压力将平衡，从而允许阀部件22从图12和图13中示出的位置沿井身向下移动回至图10和图11中示出的位置。阀部件22将复位，阻断通过泵P的任何回流。
将认识的是，阀部件22不需要任何闩锁机构，并且因此上述过程可每当需要时而经常重复。
在泵P不工作的情况下，管柱S中的不等压头使上部柱中的流体成为“U型管”，所产生的压力作用在套筒部件20上，套筒部件20将向下移动，打开侧向端口16并且将“U型管”流体连同任何夹带的固体转移到环状部A中，其中该任何夹带的固体可输送回至储层(未示出)。有益地，这防止任何固体堆积在泵P的顶部上，并且还防止回旋发生。
一旦管柱S中的不等压头与静态井压力达到平衡或者降至预定义水平以下，套筒部件20就将自动地向上移动，从而关闭侧向端口16并重新恢复管柱的完整性。如以上描述的，套筒部件的底部密封区域大于顶部密封区域，因此在套筒部件20上产生静态压力，套筒部件20由于静态压力而在“关闭的环形端口”位置被偏压，以及由螺旋弹簧机械地偏压。
在其中井存在过度开采的风险的情形下，一旦泵P处的流体流入中断，管柱S中所产生的压差就将起作用，以关掉通过泵P的回流并且打开侧向端口16。流体柱再次转移到环状部A中并且向下返回至储层，从而防止泵P干运行并减少停泵的状况。再一次，一旦压力达到了平衡，侧向端口16就自动地关闭，从而重新建立管柱S的完整性。
如果产生反冲洗需求，操作人员将停止泵P，并且接着将泵转子PR从泵定子PS取出。在泵转子PR通过阀部件22取出时，阀部件22接合阀座18并通过杆柱联轴器(未示出)从阀座18被举升，并且反冲洗操作可开始。
在完成反冲洗操作时，随着泵转子PR被放回至深处，阀部件22将复位从而使泵转子PR/泵定子PS与管柱S的上部部分分离。泵操作可接着照常重新开始。
如果产生化学品注入需求，操作人员只需沿着管柱S向下泵送注入的化学品，而无需取出泵转子PR。泵送的流体作用在井下工具10上，沿轴向移动套筒部件20，以打开侧向端口16，以容许注入流体泵送到环状部A中并且向下进入储层。一旦泵送完成，侧向端口16就自动地关闭，从而恢复管柱S的完整性。
应当理解的是，本文中描述的实施例仅仅为示例性的，并且可对其进行各种修改而不偏离本发明的范围。
该书面的描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何合并的方法。本发明的可专利性范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构要素，则这些其它实例意在权利要求的范围内。根据本申请的原理，根据描述的多个实施例的方面以及针对各个这些方面的其它已知的等同方案可由本领域技术人员混合及匹配，以创立附加的实施例和技术。
Claims (40)
1. 一种井下工具，包括：
本体，其具有穿过其的轴向流动通路，所述井下工具构造成容许通过所述轴向流动通路的选择性流体连通；以及
侧向流动通路，其设置成穿过所述本体，
其中所述井下工具可在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在所述第一关闭的构造中，防止通过所述侧向流动通路的流体连通，在所述第二打开的构造中，容许通过所述侧向流动通路的流体连通，所述井下工具构造成通常限定所述第一关闭的构造。
2.根据权利要求1所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具包括构造成容许通过所述轴向流动通路的选择性流体连通的阀布置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具包括与所述侧向流动通路可操作地关联的套筒部件，所述井下工具构造成使得在所述第一关闭的构造中，所述套筒部件防止通过所述侧向流动通路的流体连通，并且使得在所述第二打开的构造中，所述套筒部件容许通过所述侧向流动通路的流体连通。
4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具可操作成响应于激活事件从所述第一关闭的构造移动至所述第二打开的构造。
5.根据权利要求2、权利要求3或权利要求4所述的井下工具，其特征在于，所述激活事件包括作用在所述套筒部件上的流体压力。
6.根据权利要求2至权利要求5中的任一项所述的井下工具，其特征在于，所述流体压力包括在所述套筒部件的井上流体与所述套筒部件的井下流体之间作用在所述套筒部件上的压差力。
7.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述激活事件包括由从表面或其它井上地点被引导通过所述轴向流动通路的流体产生的流体压力。
8.根据权利要求7所述的井下工具，其特征在于，从表面或其它井上地点被引导通过所述轴向流动通路的所述流体包括井处理流体。
9.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具朝向所述第一关闭的构造偏压。
10.根据权利要求9所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具由与所述套筒部件可操作地关联的偏压部件而朝向所述第一关闭的构造偏压。
11.根据权利要求10所述的井下工具，其特征在于，所述偏压部件包括弹簧元件。
12.根据权利要求9、权利要求10或权利要求11所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具通过流体压力而朝向所述第一关闭的构造偏压。
13.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述套筒部件构造成使得所述套筒部件的井上导向区域小于所述套筒部件的井下导向区域。
14.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具与井下泵可操作地关联。
15.根据权利要求14所述的井下工具，其特征在于，所述井下泵包括容积式泵。
16.根据权利要求15所述的井下工具，其特征在于，所述井下泵包括螺杆泵。
17.根据权利要求14、权利要求15或权利要求16所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具构造成联接至所述井下泵。
18.根据权利要求14至权利要求17中的任一项所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具构造成联接至所述井下泵的定子壳体。
19.根据权利要求14至权利要求18中的任一项所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具形成包括所述井下泵的井下泵组件的部分。
20.根据在从属于权利要求4时的权利要求14至权利要求19中的任一项所述的井下工具，其特征在于，所述激活事件包括由于使所述井下泵停机或者减少从所述井下泵的输出而导致的作用在所述套筒部件上的流体压力。
21.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述阀布置构造成容许流体经由所述轴向流动通路朝向表面或其它井上地点通行，同时防止回流。
22.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述阀布置包括阀座。
23.根据权利要求22所述的井下工具，其特征在于，所述阀座形成在管状部件上或者联接至所述管状部件，所述管状部件形成所述井下工具的所述本体的部分或者联接至所述井下工具的所述本体。
24.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述阀布置包括阀部件或者与所述阀部件可操作地关联。
25.根据权利要求24所述的井下工具，其特征在于，所述阀部件设置在所述井下泵上或者联接至所述井下泵。
26.根据在从属于权利要求14时的权利要求24或权利要求25所述的井下工具，其特征在于，所述阀部件设置在所述井下泵的转子或杆柱上，并且其中所述阀部件可响应于从所述井下泵输出的流体流而相对于所述井下工具沿轴向移动。
27.根据权利要求24、权利要求25或权利要求26所述的井下工具，其特征在于，所述阀部件可相对于所述井下工具的所述本体沿轴向自由移动。
28.根据在从属于权利要求20或权利要求21时的权利要求24至权利要求27中的任一项所述的井下工具，其特征在于，所述阀部件包括构造成接合所述阀座的本体部分。
29.根据权利要求24至权利要求28中的任一项所述的井下工具，其特征在于，所述阀部件包括扶正器部分，所述扶正器部分形成在所述阀部件的所述本体部分上或者联接至所述阀部件的所述本体部分。
30.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述侧向流动通路包括至少一个侧向端口。
31.根据权利要求30所述的井下工具，其特征在于，所述侧向流动通路包括多个侧向端口。
32.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述井下工具的所述本体包括联接在一起的多个构件。
33.根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，所述本体包括限定所述井下工具的上部壳体的第一本体部分和限定所述井下工具的下部壳体的第二本体部分。
34.根据权利要求33所述的井下工具，其特征在于，所述侧向流动通路形成在所述第一本体部分中。
35. 根据任一前述权利要求所述的井下工具，其特征在于，为以下中的至少一者：
所述井下工具包括顶部接头或构造成联接至顶部接头，所述顶部接头用于联接至管柱的相邻的井上工具或构件；以及
所述井下工具包括底部接头或构造成联接至底部接头，所述底部接头用于联接至管柱的相邻的井下工具或构件。
36. 一种方法，包括：
提供井下工具，其包括：本体，所述本体具有穿过其的轴向流动通路，所述井下工具构造成容许通过所述轴向流动通路的选择性流体连通；以及侧向流动通路，其设置成穿过所述本体；以及
使所述井下工具在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在所述第一关闭的构造中，所述套筒部件防止通过所述侧向流动通路的流体连通，在所述第二打开的构造中，所述套筒部件容许通过所述侧向流动通路的流体连通。
37. 一种井下工具，包括：
本体，其具有穿过其的轴向流动通路，所述井下工具构造成容许通过所述轴向流动通路的选择性流体连通；以及
侧向流动通路，其设置成穿过所述本体，
其中所述井下工具可在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在所述第一关闭的构造中，所述井下工具防止通过所述侧向流动通路的流体连通，在所述第二打开的构造中，所述井下工具容许通过所述侧向流动通路的流体连通，并且其中所述井下工具包括可相对于所述本体沿轴向自由移动的阀部件或者与所述阀部件可操作地关联。
38. 一种方法，包括：
提供井下工具，其包括：本体，所述本体具有穿过其的轴向流动通路，所述井下工具构造成容许通过所述轴向流动通路的选择性流体连通；以及侧向流动通路，其设置成穿过所述本体；以及
使所述井下工具在第一关闭的构造与第二打开的构造之间操作，在所述第一关闭的构造中，所述井下工具防止通过所述侧向流动通路的流体连通，在所述第二打开的构造中，所述井下工具容许通过所述侧向流动通路的流体连通，其中所述井下工具包括可相对于所述本体沿轴向自由移动的阀部件或者与所述阀部件可操作地关联。
39.一种基本上如本文描述和/或如附图中示出的井下工具。
40.一种基本上如本文描述和/或如附图中示出的方法。
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