CN111742110A - 膨胀封隔器组件的压力测试 - Google Patents

Abstract

一种可膨胀封隔器组件，包括第一固定套筒，其固定至心轴；第一滑动套筒，其沿所述心轴可移动；以及第一可膨胀构件，其连接至所述第一固定套筒和所述第一滑动套筒。第二滑动套筒沿心轴可移动，并且第二可膨胀构件连接至第一滑动套筒和第二滑动套筒。第二固定套筒固定到心轴并且可滑动地接合第二滑动套筒。布置在心轴内的膨胀流动管线与第一和第二可膨胀构件的内部流体连通，以膨胀第一和第二可膨胀构件来隔离穿透地下地层的一部分井眼。注入流动管线布置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入到隔离的井眼部分中，以在地下地层中产生微裂缝。

Description

膨胀封隔器组件的压力测试

背景技术

现场或井下应力的知识可以用于分析与岩石力学有关的各种参数。岩石力学可能会特别影响烃的生产率、井的稳定性、砂控制和/或水平井的规划。在地质地层勘探期间(例如，在线缆测试过程期间和/或随钻测井(LWD)过程期间)确定的井下地层应力信息可用于例如设计、选择和/或识别用于增加烃的产量的裂缝处理。

发明内容

提供该概述以介绍在以下详细描述中进一步描述的一些构思的选择。本概述既不旨在标识所要求保护的主题的必不可少的特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。

本公开内容介绍了一种装置，该装置包括用于在穿透地下地层的井眼中使用的可膨胀封隔器组件。该可膨胀封隔器组件包括：第一固定套筒，其固定至心轴；第一滑动套筒，其沿心轴可移动；以及第一可膨胀构件，其连接至第一固定套筒和第一滑动套筒。第二滑动套筒沿心轴可移动。第二可膨胀构件连接到第一滑动套筒和第二滑动套筒。第二固定套筒固定到心轴并且可滑动地接合第二滑动套筒。膨胀流动管线布置在心轴内并与第一和第二可膨胀构件的内部流体连通，以膨胀第一和第二可膨胀构件来隔离井眼的一部分。注入流动管线布置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入到隔离的井眼部分中，以在地下地层中产生微裂缝。

本公开还介绍了一种装置，该装置包括用于在穿透地下地层的井眼中使用的可膨胀封隔器组件。可膨胀封隔器组件包括：第一固定套筒，其固定至心轴；第一滑动套筒，其沿心轴可移动；以及第一可膨胀构件，其连接至第一固定套筒和第一滑动套筒。第二滑动套筒沿心轴可移动。第二可膨胀构件连接到第一滑动套筒和第二滑动套筒。第三滑动套筒沿心轴可移动。第三可膨胀构件连接到第二滑动套筒和第三滑动套筒。第二固定套筒固定到心轴并且可滑动地接合第三滑动套筒。第一膨胀流动管线布置在心轴内，用于将第一和第三可膨胀构件膨胀至第一压力。第二膨胀流动管线布置在心轴内，用于将第二可膨胀构件膨胀至大于第一压力的第二压力。膨胀的第一、第二和第三可膨胀构件隔离井眼的第一和第二部分。注入流动管线设置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入到第一和第二隔离井眼部分中的至少一个中，以扩大地下地层中的微裂缝。

本公开还介绍了一种方法，该方法包括在井眼中输送可膨胀封隔器组件(IPA)，以使IPA的第一和第二可膨胀构件跨过由井眼所穿透的地下地层的感兴趣区域的至少一部分。第一和第二可膨胀构件被膨胀以使第一和第二可膨胀构件径向扩张成与井眼的壁密封接合，从而隔离井眼的一部分。第一可膨胀构件在IPA的固定套筒和IPA的第一滑动套筒之间延伸。第二可膨胀构件在IPA的第一滑动套筒和第二滑动套筒之间延伸，从而膨胀第一和第二可膨胀构件使第一滑动套筒更靠近固定套筒移动并且使第二滑动套筒更靠近固定套筒和第一滑动套筒移动。流体通过第一滑动套筒的端口注入隔离的井眼部分中，以在感兴趣的地下地层中产生或扩大微裂缝。在停止流体注入之后，监视隔离的井眼部分中的压力以确定微裂缝的闭合压力。

本公开的这些和另外的方面在以下描述中阐述，和/或可以由本领域普通技术人员通过阅读本文的材料和/或实践本文描述的原理来学习。本公开的至少一些方面可以经由所附权利要求中记载的手段来实现。

附图说明

当与附图一起阅读时，从以下详细描述理解本公开。强调的是根据行业标准做法，不按比例绘制各种特征。事实上，为了讨论清楚起见，可以任意增大或减小各个特征的尺寸。

图1是根据本公开的一个或多个方面的装置的示例性实施方式的至少一部分的示意图；

图2是根据本公开的一个或多个方面的装置的示例性实施方式的至少一部分的示意图；

图3是根据本公开的一个或多个方面的装置的示例性实施方式的至少一部分的示意图；

图4是根据本公开的一个或多个方面的图3所示的装置的另一示例性实施方式的示意图；

图5是根据本公开的一个或多个方面的图3所示的装置的另一示例性实施方式的示意图；

图6是根据本公开的一个或多个方面的装置的示例性实施方式的至少一部分的示意图。

具体实施方式

应当理解，以下公开提供了许多不同的实施例或示例，用于实现各个实施例的不同特征。以下描述组件和布置的特定示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而无意于进行限制。另外，本公开可以在各个示例中重复附图数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚，并且其本身并不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，在下面的描述中在第二特征之上或上的第一特征的形成可以包括其中第一和第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可以包括其中附加特征可以形成为插入在第一特征和第二特征之间使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。

本公开的一个或多个方面涉及应力测试操作，其中小规模水力裂缝技术(诸如通常被称为“微裂缝”或“微型裂缝”的那些)可用于测量井下地质地层应力，例如用于测量地层的最小主应力。根据本公开的一个或多个方面的应力测试操作可以被用于分析流体泄漏行为、渗透率、孔隙率、孔隙压力、裂缝闭合压力、裂缝容积和/或也在本发明的范围内的其他示例储层性质。应力测试操作可以在钻井操作期间执行，或者可以去除钻井工具/钻柱，并且将线缆工具部署到井眼中以测试和/或测量地层。

在示例应力测试操作中，将流体注入限定的间隔中以在地质地层中产生测试裂缝。然后通过压力测量监视裂缝的地层。可以在裂缝液中使用很少或不使用支撑剂来执行应力测试操作。在注入裂缝液并使地层破裂之后，可以关闭井，并且可以观察到随时间变化的新形成的裂缝中的流体压力下降。这样获得的数据可以用于确定参数，以设计随后的全尺寸地层裂缝处理。在执行全尺寸处理之前进行压力测试操作可能会导致改进的裂缝处理设计，例如可以从裂缝地层以提高产量和改善的经济性产出。

应力测试操作与常规的全尺寸裂缝操作显著不同。例如，如上所述，仅注入少量的裂缝液用于压力测试操作，并且裂缝液可以携带很少或没有支撑剂。用于压力测试操作的裂缝液可以是与用于随后的全尺寸处理的裂缝液相同类型的。预期结果不是实际生产中的支撑裂缝，而是小裂缝，以便于收集压力数据，从中可以估计和/或以其他方式确定地层和裂缝参数。例如，可以利用压力下降数据来计算裂缝流体的有效流体损失系数、裂缝宽度、裂缝长度、裂缝流体的效率以及裂缝闭合时间。然后可以在例如裂缝设计模拟器中利用这些参数来建立用于执行全尺寸裂缝操作的参数。

在应力测试操作中使用的压力可能超过用于应力测试操作的常规井下工具的轴向力限制。本公开的一个或多个方面涉及一种井下工具，其包括能够承受高压应力测试操作的可膨胀封隔器组件。

图1是示例井场系统100的示意图，本公开的一个或多个方面可应用于该井场系统。井场系统100可以在陆上或海上。在图1所示的示例性井场系统100中，通过旋转钻井在一个或多个地下地层102中形成井眼104。在本公开范围内的其他示例系统也可以或替代地利用定向钻孔。尽管井场系统100的一些元件在图1中被描绘并在下面进行描述，但是应当理解，井场系统100可以包括除当前示出和描述的那些组件之外的其他组件或代替其的其他组件。

如图1所示，悬挂在井眼104内的钻柱112包括井底钻具组件(BHA)140，该井底钻具组件在其下端包括钻头142或与之联接。地面系统包括定位在井眼104上方的平台和井架组件110。平台和井架组件110可以包括旋转台114、方钻杆116、钩118和旋转转环120。钻柱112可以经由钩118从起重装置(未示出)悬挂。起重装置联接至在地面上方升起的桅杆(未示出)。示例的起重装置包括附接到桅杆的顶部的天车、钩118附接到其上的竖直游车，以及穿过天车和竖直游车的电缆。在这样的示例中，电缆的一端被固定到锚固点，而另一端被固定到绞盘以升高和降低钩118和联接至其的钻柱112。钻柱112包括一种或多种类型的管状构件，例如钻杆，其彼此螺纹附接，也许包括有线钻杆。

钻柱112可以由旋转台114旋转，该旋转台114与钻柱112的上端处的方钻杆116接合。钻柱112以允许钻柱112相对于钩118旋转的方式从钩118悬挂。在本公开的范围内的其他示例性井场系统可以利用顶部驱动系统来悬挂和旋转钻柱112，除了所示的旋转台系统之外或作为其替代。

地面系统还可包括存储在井场中形成的坑或其他容器128中的钻井液或泥浆126。钻井液126可以是油基泥浆(OBM)或水基泥浆(WBM)。泵130经由联接至旋转转环120中的端口的软管或其他导管122将钻井液126输送至钻柱112的内部，从而使钻井液向下流过钻柱112，如图1中的方向箭头132所示的。钻井液经由钻头142中的端口离开钻柱112，然后向上循环通过钻柱112的外侧与井眼104的壁106之间的环形区域，如图1的方向箭头134所示的。以这样的方式，钻井液126润滑钻头142，并在其返回到容器128进行再循环时将地层切削屑向上带到地面。

BHA 140可包括在钻头142附近的一个或多个特制的钻铤。每个这样的钻铤可包括允许测量井下钻井条件和/或由井眼104贯穿的地下岩层102的各种特征特性的一个或多个设备。例如，BHA 140可以包括一个或多个随钻测井(LWD)模块144、一个或多个随钻测井(MWD)模块146、旋转导向系统和马达148和可能的钻头142。其他BHA组件、模块和/或工具也在本公开的范围内，并且这样的其他BHA组件、模块和/或工具可以在BHA 140中不同地定位。

LWD模块144可以包括用于执行如上所述的压力测试操作的膨胀封隔器组件(IPA)。这样的IPA工具的示例方面如下所述。LWD模块144的其他示例也在本公开的范围内。

MWD模块146可包括一个或多个设备，用于测量钻柱112和/或钻头142的特性，例如用于由其测量钻压、扭矩、振动、冲击、粘滑、工具面方向和/或倾斜度等。MWD模块146可以进一步包括用于产生将由井下系统利用的电力的装置(未示出)。这可以包括由钻井液126的流动提供动力的泥浆涡轮发电机。也可以或替代地采用其他电力和/或电池系统。

井场系统100还包括数据处理系统，该数据处理系统可以包括以下中的一个或多个或其部分：地面设备190、BHA 140的一个或多个模块中的控制设备和电子设备(例如井下控制器150)、远程计算机系统(未示出)、通信设备和其他设备。数据处理系统可以包括一个或多个计算机系统或设备，和/或可以是分布式计算机系统。例如，所收集的数据或信息可以被存储、分发、传送给操作员和/或本地或远程地处理。

数据处理系统可以单独地或与其他系统组件组合地执行以下描述的方法和/或过程或其部分。例如，这样的数据处理系统可以包括处理器能力，用于结合LWD模块144的IPA工具来收集与在压力测试操作期间测量的压力衰减有关的数据。本公开范围内的方法和/或过程可以通过在例如位于BHA140和/或地面设备190的一个或多个模块中的处理器中运行的一个或多个计算机程序实现。这样的程序可以利用经由泥浆脉冲遥测和/或其他遥测器件从BHA 140接收的数据，和/或可以将控制信号发送到BHA 140的操作元件。程序可以存储在与BHA 140和/或地面设备190的一个或多个处理器关联的有形的、非暂时性的、计算机可用的存储介质上，或可以存储在电子联接到这样的处理器的外部的、有形的、非暂时性的、计算机可用存储介质上。该存储介质可以是一个或多个已知的或将来开发的存储介质，例如磁盘、光学可读磁盘、闪存或另一种类型的可读设备，包括通过通信链路联接的远程存储设备，以及其他示例。

图2是本公开的一个或多个方面可适用的另一示例井场系统200的示意图。井场系统200可以在陆上或海上。在图2所示的示例井场系统200中，工具柱204经由线缆和/或其他输送器件208被输送到井眼104中。与图1所示的井场系统100一样，图2所示的示例井场系统200也被用于根据本公开的一个或多个方面的压力测试操作。

工具柱204从线缆208的下端悬挂在井眼104中，线缆208可以是缠绕在绞盘(未示出)上的多导体测井电缆。线缆208可以包括至少一个导体，该导体有助于工具柱204与布置在表面上的表面设备290之间的数据通信。地面设备290可以具有与图1所示的地面设备190相同的一个或多个方面。

可以相对于井场处的服务车辆(未示出)来构造和布置工具柱204和线缆208。例如，线缆208可以在井场地面处连接至滚筒(未示出)，其中，滚筒的旋转使工具柱204在井眼104内升高和降低。该滚筒可以被布置在服务卡车或固定平台上。服务卡车或固定平台可进一步包含地面设备290。

工具柱204包括在图2中示意性表示的一个或多个工具和/或模块。例如，所示的工具柱204包括若干模块212，其中至少一个可以是或至少包括如下所述的IPA工具的一部分。相对于图2中描绘的示例性实施方式，本公开范围内的井下工具柱204的其他实施方式可以包括更多或更少的组件或模块。

井场系统200还包括数据处理系统，该数据处理系统可以包括以下中的一个或多个或其部分：地面设备290、工具柱204的一个或多个模块中的控制设备和电子设备(例如，井下控制器216)、远程计算机系统(未示出)、通信设备和其他设备。数据处理系统可以包括一个或多个计算机系统或设备，和/或可以是分布式计算机系统。例如，所收集的数据或信息可以被存储，分发，传达给操作员和/或本地或远程地处理。

数据处理系统可以单独地或与其他系统组件组合地执行以下描述的方法和/或过程或其部分。例如，根据本公开的一个或多个方面，这样的数据处理系统可以包括处理器能力，用于收集在压力测试操作期间相关的数据。本公开范围内的方法和/或过程可以由在例如位于工具柱204和/或地面设备290的一个或多个模块212中的处理器中运行的一个或多个计算机程序来实现。这样的程序可以利用经由线缆208从井下控制器216和/或其他模块212接收的数据，并且可以将控制信号传输到工具柱204的操作元件。程序可以存储在与井下控制器216、工具柱204的其他模块212和/或地面设备290的一个或多个处理器相关联的有形的、非暂时性的、计算机可用存储介质，或可以存储在电子地联接到这样的处理器的外部的、有形的、非暂时性的、计算机可用存储介质。该存储介质可以是一个或多个已知的或将来开发的存储介质，例如磁盘、光学可读磁盘、闪存或另一种类型的可读设备，包括通过通信链路联接的远程存储设备，以及其他示例。

尽管图1和图2分别示出了将井下工具/钻柱输送到井眼中的示例性井场系统100和200，但是与本公开的范围一致的其他示例性实施方式可以利用其他输送器件将工具输送到井眼中，包括连续油管、恶劣测井条件(TLC)、滑线(slickline)等。另外，在本公开的范围内的其他井下工具可以包括也与本公开的范围一致的非模块化结构的组件。

图3是根据本公开的一个或多个方面的可膨胀封隔器组件(可膨胀)(IPA)300的示例实施方式的至少一部分的示意图。IPA 30在图1中以“双重封隔器布置”示出，尽管其他实施方式也在本公开的范围内。IPA 300用于穿过地下地层102的井眼104中，不论经由图1所示的钻柱112、图2所示的线缆208和/或本公开范围内的其他输送器件。

IPA 300包括心轴304、井上(以下称为“上部”)可膨胀构件308以及井下(以下称为“下部”)可膨胀构件312，其沿心轴304的纵向轴线305与上部膨胀构件308间隔开。上部和下部可膨胀构件308，312围绕心轴304周向延伸。可膨胀构件308，312之间的轴向间隔可在约一米(m)至约30m之间的范围内。然而，其他距离也在本公开的范围内。可膨胀构件308，312可以由适于与井眼104的壁106形成密封的各种材料制成。例如，可膨胀构件308，312可以由橡胶和/或其他粘弹性材料制成。

如图3所示，可膨胀构件308，312膨胀以流体隔离横跨或以其他方式与地层102中的感兴趣区域103的至少一部分重合的井眼104的一部分105。为了将可膨胀构件308，312膨胀为与井眼壁106密封接合，可膨胀构件308，312可经由膨胀流动管线320填充有膨胀流体316，从而使可膨胀构件308，312径向膨胀，直到主要部分309，313接触并密封抵靠井眼壁106为止。膨胀流体316可以是或包括从井眼104获得的流体，随IPA 300携带或泵送到IPA300的液压流体和/或其他基本上不可压缩的流体。

当使可膨胀构件308，312膨胀时，IPA 300可以被操作以将来自注入流动管线328的流体324注入隔离的井眼部分105中，例如用于对感兴趣区域103内的地层102进行压力测试。注入的流体324可以在足够高以在地层102中产生微裂缝104的压力下注入到隔离的井眼部分105中。注入的流体324可以是或包括从井眼104获得的流体、裂缝流体和/或IPA 300携带或泵送给IPA 300的其他液压流体和/或其他基本上不可压缩的流体。

心轴304可以是单个、离散的构件或多个连接的构件，每个构件由诸如碳或合金钢的刚性材料形成。心轴304可以是大体圆柱形的形状，并且可以不包括内部移动的组件。心轴304可以是基本实心的，具有钻出或以其他方式形成的通道以形成膨胀流动管线320和注入流动管线328。然而，心轴304的至少一部分可以是基本中空的，并且流动管线320，328可以分别是或包括一个或多个用于传递膨胀和注入流体316，324的管和/或其他导管。

膨胀流动管线320可以包括或选择性地或恒定地流体连通于上部膨胀端口332和下部膨胀端口336，该上部膨胀端口332用于对上部可膨胀构件308加压和减压，该下部膨胀端口336用于对下部可膨胀构件312加压和减压。可以使用泵(未示出)将膨胀流体316引导到膨胀流动管线320和/或以其他方式对膨胀流动管线320加压，从而经由端口332，336独立地或同时地使上部和/或下部可膨胀构件308，312膨胀。例如，可以在具有约21.6厘米(cm)的直径的井眼中将上部可膨胀构件308和下部可膨胀构件312加压至每平方英寸约1,000磅(psi)。如本文所使用的术语“减压”可包括例如通过控制由泵(未示出)施加的压力来从膨胀流动管线320释放压力，并且还可包括从膨胀流动管线320主动地去除压力。

注入流动管线328可以包括或选择性地或恒定地流体连通于上部和下部可膨胀构件308，312之间的注入端口345，用于将流体324注入隔离的井眼部分105中，例如用于如本文所述的对地层102的压力测试。高压泵(未示出)可用于将注入流体324引导到注入流动管线328中和/或以其他方式对其加压，以将流体324注入隔离的井眼部分105中，压力可能足够高以产生上部和下部可膨胀构件308，312之间的感兴趣区域106中的微裂缝104。

例如，可以注入流体324直到感兴趣区域103中的液压压力增加以达到初始裂缝压力，使得在井眼壁106附近的地层102中形成微裂缝104。微裂缝104的长度的范围可以在约10cm至约100cm之间，并且可具有在约3mm至约15mm之间的范围内的开口(在井眼壁106附近)。当进一步注入注入的流体324时，微裂缝104逐渐加宽，从而降低了隔离的井眼部分105中的压力。当停止注入时，微裂缝104关闭并且压力达到裂缝闭合压力。裂缝闭合压力等于或略大于足以保持微裂缝104张开的压力，因此代表最小主应力，该最小主应力在垂直于裂缝表面的方向上起作用。也可以重复注入和排出过程，从而在裂缝重新张开压力下重新打开微裂缝104。最大水平主应力可以使用测得的裂缝重新张开压力来确定。

IPA 300的结构和构造可以允许在具有大约21.6cm的直径的井眼104中以大约12,000psi的液压将流体324注入到地层102中。然而，其他注入压力也在本公开的范围内。

上部可膨胀构件308的上端连接至上部固定套筒340，上部可膨胀构件308的下端连接至中间滑动套筒344。下部可膨胀构件312的上端连接到中间滑动套筒344，并且下部可膨胀构件312的下端连接到下部滑动套筒348。上部固定套筒340附接到心轴304或相对于心轴304以其他方式固定。中间滑动套筒344可沿着心轴304移动。下部滑动套筒348可沿着心轴304和下部固定套筒352移动。下部固定套筒352附接到心轴304或相对于心轴304以其他方式固定。

上部固定套筒340包括至少一个密封件341，其防止井眼104与上部可膨胀构件308的内部310之间的流体连通。中间滑动套筒344包括与隔离井眼部分105选择性地或连续地流体连通的端口345，用于将注入的流体324连通到隔离井眼部分105和感兴趣的地层区域103中。中间滑动套筒344还包括滑动密封件346，347，以防止隔离井眼部分105与上部和下部可膨胀构件308，312的内部310，314之间的流体连通。下部滑动套筒348包括滑动密封件349，防止下部可膨胀构件312的内部314与在下部滑动套筒348和下部固定套筒352之间限定的变化容积356之间的流体连通。下部固定套筒352包括至少一个密封件353(两个在图3中描绘)，防止容积356和井眼104之间的流体连通。

在操作中，当上部和下部可膨胀构件308，312收缩时，将IPA 300输送到井眼104内，直到IPA 300靠近地层102中的感兴趣区域103，例如到达一定深度为止，该深度处，上部和下部可膨胀构件308，312跨过感兴趣区域103并且注入端口345位于感兴趣区域31内。然后，如上所述，上部和下部可膨胀构件308，312被膨胀，使得上部和下部可膨胀构件308，312径向膨胀成与井眼壁106密封接合，并形成井眼104的隔离部分105。然后可以在足够高的压力下通过端口345注入流体324以产生地层102中的微裂缝104。然后停止注入，并且监视隔离的井眼部分105中随后降低的压力(例如，经由测量注入流动管线328中的压力)，以确定裂缝闭合压力和最小主应力。还可以重复注入和排出过程，以确定裂缝的重新张开压力和最大水平主应力。然后可对上部和下部可膨胀构件308，312进行收缩，以从井眼104移除IPA300或将其重新定位到另一个感兴趣的区域，以执行附加的压力测试操作。

在其中容积356被密封的实施方式中，下部滑动套筒348远离下部固定套筒352的移动可以在容积356中产生减小的压力。因此，随着上部和下部可膨胀构件308，312被减压，在容积356中减小的压力可以起到使下部滑动套筒348朝其初始位置向下移动的作用。因此，下部滑动套筒348和下部固定套筒352可以用作自动缩回机构，可操作以帮助将上部和下部可膨胀构件308，312缩回至更靠近心轴304，从而减小IPA 300的总直径以有助于在井眼104中输送IPA 300。

在图3中，膨胀流动管线320和注入流动管线328被示为不同的流路。然而，如图4所示，膨胀和注入流动管线320，328可以共享公共流动路径420。在这样的实施方式中，在本公开的范围内的其他实施方式中，阀460可以与公共流动管线420流体连通，以选择性地控制与井眼的流体连通。阀460可以允许用于使可膨胀构件308，312膨胀的流体也经由端口345被选择性地注入到隔离的井眼部分中。例如，阀460可以是打开预定压差设置的释放阀。阀460可被被动地、主动地或通过预设的释放压力控制。例如，在具有约21.6cm的直径的井眼中，释放压力可以被设定为约500psi。然而，其他设定压力也在本公开的范围内。

图5是图1所示的在图5中用附图标记500表示的IPA 300的另一种实施方式的示意图。IPA500示出为用于井眼104中的“三重封隔器装置”，以测试地层102。图5所示的IPA 500与图3所示的IPA基本相似。

IPA 500包括上部固定套筒504、上部滑动套筒508、中间滑动套筒512、下部滑动套筒516和下部固定套筒520。上部固定套筒504与图3所示的上部滑动套筒340基本相似。上部和中间滑动套筒508，512每个都基本上与图3所示的中间滑动套筒344相似。下部滑动套筒516和下部固定套筒520基本上分别与图3所示的下部滑动套筒348和下部固定套筒352相似。

上部可膨胀构件524连接到上部固定套筒504和上部滑动套筒508并在上部固定套筒504和上部滑动套筒508之间延伸。中间可膨胀构件528连接到上部滑动套筒508和中间滑动套筒512并在上部滑动套筒508和中间滑动套筒512之间延伸。当膨胀时，上部和中间可膨胀构件524，528流体隔离井眼104的一部分540。下部可膨胀构件532连接到中间滑动套筒512和下部滑动套筒516并在中间滑动套筒512和下部滑动套筒516之间延伸。当膨胀时，中间和下部可膨胀构件528，532流体隔离井眼104的一部分541。上部、中间和下部可膨胀构件524，528，532与图3所示的上部和下部可膨胀构件308，312基本相似。

上部固定套筒504附接到心轴304或相对于心轴304以其他方式固定，并且包括密封件505，防止井眼104与上部可膨胀构件524的内部526之间的流体连通。上部滑动套筒508沿着心轴304滑动，并且可以包括用于将流体注入到隔离的井眼部分540中的注入端口509。上部滑动套筒508还可以包括密封件510，其防止隔离的井眼部分540和上部可膨胀构件524的内部526之间的流体连通；以及密封件511，其防止隔离的井眼部分540与中间可膨胀构件528的内部530之间的流体连通。中间滑动套筒512也沿着心轴304滑动，并且可包括注入端口513，用于将流体注入隔离的井眼部分541中。上部滑动套筒508和中间滑动套筒512中的仅一个或两个可包括相应的注入端口509，513。中间滑动套筒512还可包括密封件514，其防止隔离的井眼部分541与中间可膨胀构件524的内部530之间的流体连通；以及密封件515，其防止隔离的井眼部分541和下部可膨胀构件532的内部534之间的流体连通。

下部滑动套筒516可沿着心轴304和下部固定套筒520是可移动的，并且下部固定套筒520附接到心轴304或相对于心轴304以其他方式固定。基本类似于图3所示的容积356的变化容积550可以限定在下部滑动套筒516、下部固定套筒520、心轴304以及可能的相应密封件之间的表面之间。例如，下部滑动套筒516可以包括密封件517，其防止容积550与下部可膨胀构件532的内部534之间的流体连通，以及下部固定套筒520可以包括一个或多个密封件521，522，其防止容积550和井眼104之间的流体连通。

上部和下部(“外部”)可膨胀构件524，532经由外部封隔器膨胀流动管线560进行膨胀和收缩，以及中间可膨胀构件528经由内部封隔器膨胀流动管线564进行膨胀和收缩。在其他实施方式中，上部、中间和下部可膨胀构件524，532可经由流动管线560膨胀和收缩，并且中间可膨胀构件528可经由流动管线564被进一步加压(超过外部可膨胀构件524，532的加压)。膨胀流体可以是如上文关于图3所述的。各种阀和其他电路(未示出)可以用于可膨胀构件524，528，532的膨胀和收缩。

当可膨胀构件524，528，532膨胀时，IPA 500可以被操作以经由相应的端口509，513将来自注入流动管线568的流体注入到隔离的井眼部分540，541中的仅一个或两个中，例如用于对感兴趣区域内的地层102进行压力测试。所注入的流体可以被注入仅一个或两个隔离的井眼部分540，541中，其压力可能足够高以在地层102中产生微裂缝，类似于图3所示。注入流体可以如上关于图3所描述的。各种阀和其他电路(未示出)可以仅通过一个或两个端口509，513进行注入操作。

在操作中，在可膨胀构件524，528，532收缩时，IPA500在井眼104内传送，直到IPA500接近地层102中的感兴趣区域。可膨胀构件524，528，532然后膨胀至如上所述的第一压力，以使可膨胀构件524，528，532径向扩张以与井眼壁106密封接合，并建立井眼104的隔离部分540，541。然后，中间可膨胀构件528可以被进一步加压，例如达到裂缝压力。然后可以在足够高的压力下通过仅一个或两个端口509，513注入流体，以在地层中产生微裂缝。然后停止注入，并且监视一个或两个隔离的井眼部分540，541中随后减小的压力(例如，通过测量注入流动管线568中的压力)，例如以便确定裂缝闭合压力和最小主应力。还可以重复注入和排出过程，以确定裂缝的重新张开压力和最大水平主应力。然后可收缩可膨胀构件524，528，532以从井眼104移除IPA 500或重新定位到另一感兴趣区域以执行附加的压力测试操作。

在其中容积550被密封的实施方式中，下部滑动套筒516远离下部固定套筒520的移动可以在容积550中产生减小的压力。因此，随着可膨胀构件524，528，532减压，在容积550中减小的压力可以起到使下部滑动套筒516向下朝其初始位置移动的作用。因此，下部滑动套筒516和下部固定套筒520可以用作自动缩回机构，其可操作以帮助将可膨胀构件524，528，532缩回至更靠近心轴304，从而减小IPA500的总直径，以有助于IPA 500在井眼104内的输送。

根据本公开的一个或多个方面的可膨胀封隔器组件和方法可以与控制器一起使用，该控制器用于控制泵、传感器、致动机构、阀和其他机构。图6是根据本公开的一个或多个方面的处理系统600的示例实施方式的至少一部分的示意图。处理系统600可以执行示例性机器可读指令，以实施本文所述的方法和/或过程中的一个或多个的至少一部分，和/或实施本文所述的示例性井下工具中的一个或多个的一部分。处理系统600可以是或包括例如一个或多个处理器、控制器、专用计算设备、服务器、个人计算机、个人数字助理(PDA)设备、智能电话、互联网设备和/或其他类型的计算设备。此外，尽管图6所示的处理系统600的整体可以在上述井下装置内实现，但是处理系统600的一个或多个组件或功能也可以或替代地在井场地面设备中实现，可能包括图1所示的地面设备190、图2所示的地面设备290和/或其他地面设备。

处理系统600可以包括处理器612，例如通用可编程处理器。处理器612可以包括本地存储器614，并且可以执行存在于本地存储器614和/或另一存储器设备中的程序代码指令632。处理器612可以尤其执行机器可读指令或程序以实施本文描述的方法和/或过程。存储在本地存储器614中的程序可以包括程序指令或计算机程序代码，其当由相关联的处理器执行时，使在地面设备和/或井下工具中实施的控制器和/或控制系统执行本文所述的任务。处理器612可以是、包括可以在本地应用程序环境中操作的各种类型的一个或多个处理器或由其实施，并且可以包括一个或多个通用处理器、专用处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、基于多核处理器架构的处理器和/或其他处理器。

处理器612可以例如经由总线622和/或其他通信器件与主存储器617通信。主存储器617可以包括易失性存储器618和非易失性存储器620。易失性存储器618可以是、包括以下各项或由以下各项实施：随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、同步动态随机访问存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或其他类型的随机存取存储器设备。非易失性存储器620可以是、包括以下各项或由以下各项实施：只读存储器、闪存和/或其他类型的存储设备。一个或多个存储器控制器(未示出)可以控制对易失性存储器618和/或非易失性存储器620的访问。

处理系统600还可以包括接口电路624。接口电路624可以是、包括以下各项或由以下各项实施：各种类型的标准接口，诸如以太网接口、通用串行总线(USB)、第三生成输入/输出(3GIO)接口、无线接口和/或蜂窝接口，以及其他示例。接口电路624也可以包括图形驱动器卡。接口电路624还可以包括通信设备，例如调制解调器或网络接口卡，以促进经由网络(例如，经由以太网连接、数字用户线(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统和/或卫星以及其他示例)与外部计算设备的数据交换。

一个或多个输入设备626可以连接到接口电路624。一个或多个输入设备626可以允许用户输入数据和/或命令以供处理器612使用。每个输入设备626可以是、包括以下各项或由以下各项实施：键盘、鼠标、触摸屏、触控板、轨迹球、图像/代码扫描仪和/或语音识别系统，以及其他示例。

一个或多个输出设备628也可以连接到接口电路624。一个或多个输出设备628可以是、包括以下各项或由以下各项实施：显示器设备，诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和/或阴极射线管(CRT)显示器，以及其他示例。输出设备628中的一个或多个也可以或代替地包括打印机、扬声器和/或其他示例，或者由其实施。

处理系统600还可包括用于存储机器可读指令和数据的大容量存储设备630。大容量存储设备630可以例如经由总线622连接到接口电路624。大容量存储设备630可以是或包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘(CD)驱动器和/或数字多功能磁盘(DVD)驱动器，以及其他示例。程序代码指令632可以存储在大容量存储设备630、易失性存储器618、非易失性存储器620、本地存储器614中，和/或存储在诸如CD或DVD的可移动存储介质634上。

大容量存储设备630、易失性存储器618、非易失性存储器620、本地存储器614和/或可移动存储介质634可以各自是有形的、非暂时性的存储介质。处理系统600的模块和/或其他组件可以根据硬件(例如在一个或多个集成电路芯片，例如ASIC中)来实施，或者可以被实施为用于由处理器执行的软件或固件。在固件或软件的情况下，该实施方式可以被提供为计算机程序产品，其包括计算机可读介质或包含用于由处理器执行的计算机程序代码(即，软件或固件)的存储结构。

穿透一个或多个地下地层102以及本文所述的其他地层的井眼104可以是裸眼井或套管井，包括其中套管井已经在感兴趣的特定区域处穿孔的实施方式。

鉴于本公开的整体，包括附图和权利要求，本领域普通技术人员将容易认识到，本公开引入了一种装置，包括用于在穿透地下地层的井眼中使用的可膨胀封隔器组件，该可膨胀封隔器组件包括：第一固定套筒，其固定到心轴；以及第一滑动套筒，沿心轴可移动；第一可膨胀构件，其连接到第一固定套筒和第一滑动套筒；第二滑动套筒，其沿心轴可移动；第二可膨胀构件，其连接到第一滑动套筒和第二滑动套筒；第二固定套筒，其固定到心轴并可滑动地接合第二滑动套筒；膨胀流动管线，其布置在心轴内并与第一和第二可膨胀构件的内部流体连通，以使第一和第二可膨胀构件膨胀以隔离井眼的一部分；注入流动管线，其设置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入到隔离的井眼部分中，以在地下地层中产生微裂缝。

第一滑动套筒可以响应于第一可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴移动，并且第二滑动套筒可以响应于第一和第二可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴和第二固定套筒移动。

膨胀流动管线和注入流动管线可形成分开的流路。

膨胀流动管线和注入流动管线可以共享共同的流路。在这样的实施方式中，由其在本公开的范围内，可膨胀封隔器组件还可以包括阀，该阀在注入流动管线与隔离井眼部分之间流体连通以控制将流体注入到隔离井眼部分中。该阀可以是具有约500磅/平方英寸的设定压力的减压阀。

流体可以每平方英寸大约12,000磅的压力注入隔离的井眼部分。在这样的实施方式中，由其在本公开的范围内，第一和第二可膨胀构件可以被膨胀至约每平方英寸1,000磅的压力。

本公开还引入了一种装置，包括用于在穿透地下地层的井眼中的可膨胀封隔器组件，该可膨胀封隔器组件包括：第一固定套筒，其固定至心轴；第一滑动套筒，其沿心轴可移动；第一可膨胀构件，其连接到第一固定套筒和第一滑动套筒；第二滑动套筒，其沿心轴可移动；第二可膨胀构件，其连接到第一滑动套筒和第二滑动套筒；第三滑动套筒，其沿心轴可移动；第三可膨胀构件，其连接到第二滑动套筒和第三滑动套筒；第二固定套筒，其固定到心轴并可滑动地接合第三滑动套筒；第一膨胀流动管线，其设置在心轴内，用于将第一和第三可膨胀构件膨胀至第一压力；第二膨胀流动管线，其设置在心轴内，用于将第二可膨胀构件膨胀到大于第一压力的第二压力，其中，膨胀的第一、第二和第三可膨胀构件隔离井眼的第一和第二部分；以及注入流动管线，其设置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入到第一和第二隔离井眼部分中的至少一个中，以扩大地下地层中的微裂缝。

第一滑动套筒可响应于第一可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴移动，第二滑动套筒可响应于第一和第二可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴移动，以及第三滑动套筒可响应于第一、第二和第三可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴和第二固定套筒移动。

第二压力可能足以产生微裂缝。

所注入的流体可以将第一和第二隔离井眼部分中的至少一个加压至每平方英寸约12,000磅。在这样的实施方式中，由其在本公开的范围内，第一压力可以是大约每平方英寸1,000磅。

本公开还介绍了一种方法，该方法包括：在井眼中输送可膨胀封隔器组件(IPA)，以使IPA的第一和第二可膨胀构件跨过由井眼所穿透的地下地层的感兴趣区域的至少一部分；使第一和第二可膨胀构件膨胀以使第一和第二可膨胀构件径向扩张成与井眼壁密封接合，从而隔离井眼的一部分，其中第一可膨胀构件在IPA的固定套筒和IPA的第一滑动套筒之间延伸，其中第二可膨胀构件在IPA的第一滑动套筒和IPA的第二滑动套筒之间延伸，从而膨胀第一和第二可膨胀构件使第一滑动套筒更靠近固定套筒移动并且使第二滑动套筒套更靠近固定套筒和第一滑动套筒移动；通过第一滑动套筒的端口将流体注入到隔离的井眼部分中，以在感兴趣的地下地层区域中产生或扩大微裂缝；以及在停止注入流体之后，监视隔离的井眼部分中的压力以确定微裂缝的闭合压力。

注入所述流体可以达到至少约每平方英寸12,000磅(psi)。在这样的实施方式中，由其在本公开的范围内，膨胀第一和第二可膨胀构件可以达到约1,000psi的压力。

膨胀第一和第二可膨胀构件以隔离井眼的一部分可以包括膨胀第一和第二可膨胀构件以及第三可膨胀构件以隔离井眼的第一和第二部分。第三可膨胀构件可以在IPA的第二滑动套筒和第三滑动套筒之间延伸，从而膨胀第一、第二和第三可膨胀构件可以使第一滑动套筒更靠近固定套筒移动，可以使第二滑动套筒更靠近固定套筒和第一滑动套筒移动，以及可以使第三滑动套筒更靠近固定套筒、第一滑动套筒和第二滑动套筒移动。在这样的实施方式中，由其在本公开的范围内，膨胀第一、第二和第三可膨胀构件可以包括：将第一和第三可膨胀构件膨胀到第一压力；以及将第二可膨胀构件膨胀至大于第一压力的第二压力。第二压力可以足以产生微裂缝，并且注入所述流体可以扩大由第二膨胀构件的膨胀所产生的微裂缝。注入所述流体可以达到至少约12,000磅/平方英寸(psi)的压力，并且第一压力可以为约1,000psi。

前述内容概述了若干实施例的特征，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域普通技术人员应该理解，他们可以容易地将本公开用作用于设计或修改其他过程和结构的基础，以实现本文介绍的实施例的相同功能和/或获得相同的益处。本领域普通技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，它们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

提供本公开内容结尾的摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)从而允许读者快速确定技术公开的性质。提交本文时应理解为不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义。

Claims (24)

1.一种装置，包括：

用于在穿透地下地层的井眼中使用的可膨胀封隔器组件，其包括：

第一固定套筒，固定到心轴；

第一滑动套筒，沿心轴可移动；

第一可膨胀构件，连接到第一固定套筒和第一滑动套筒；

第二滑动套筒，沿心轴可移动；

第二可膨胀构件，连接到第一滑动套筒和第二滑动套筒；

第二固定套筒，固定到心轴并可滑动地接合第二滑动套筒；

膨胀流动管线，布置在心轴内并与第一和第二可膨胀构件的内部流体连通，以膨胀第一和第二可膨胀构件来隔离井眼的一部分；和

注入流动管线，布置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入隔离的井眼部分中，以在地下地层中产生微裂缝。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，第一滑动套筒响应于第一可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着所述心轴移动，并且其中，第二滑动套筒响应于第一和第二可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴和第二固定套筒移动。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述膨胀流动管线和注入流动管线形成分开的流路。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述膨胀流动管线和注入流动管线共享公共的流路。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，可膨胀封隔器组件还包括阀，该阀在所述注入流动管线与隔离的井眼部分之间流体连通，以控制将流体注入到隔离的井眼部分中。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述阀是设定压力约为每平方英寸500磅的减压阀。

7.如权利要求1所述的装置，其中，流体以每平方英寸约12,000磅注入隔离的井眼部分中。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，第一和第二可膨胀构件被膨胀至每平方英寸约1,000磅的压力。

9.一种装置，包括：

用于在穿透地下地层的井眼中使用的可膨胀封隔器组件，其包括：

第一固定套筒，固定到心轴；

第一滑动套筒，沿心轴可移动；

第一可膨胀构件，连接到第一固定套筒和第一滑动套筒；

第二滑动套筒，沿心轴可移动；

第二可膨胀构件，连接到第一滑动套筒和第二滑动套筒；

第三滑动套筒，沿心轴可移动；

第三可膨胀构件，连接到第二滑动套筒和第三滑动套筒；

第二固定套筒，固定到心轴并可滑动地接合第三滑动套筒；

第一膨胀流动管线，布置在心轴内，用于将第一和第三可膨胀构件膨胀至第一压力；

第二膨胀流动管线，布置在心轴内，用于将第二可膨胀构件膨胀到大于第一压力的第二压力，其中，膨胀的第一、第二和第三可膨胀构件隔离井眼的第一和第二部分；和

注入流动管线，布置在心轴内，用于以足够高的压力将流体注入第一和第二隔离的井眼部分中的至少一个，以扩大地下地层中的微裂缝。

10.根据权利要求9所述的装置，其中：

第一滑动套筒响应于第一可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴移动；

第二滑动套筒响应于第一和第二可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴移动；和

第三滑动套筒响应于第一、第二和第三可膨胀构件的膨胀和收缩而沿着心轴和第二固定套筒移动。

11.根据权利要求9所述的装置，其中，第二压力足以产生所述微裂缝。

12.根据权利要求9所述的装置，其中，所注入的流体将第一和第二隔离的井眼部分中的至少一个加压至每平方英寸约12,000磅。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，第一压力为每平方英寸约1,000磅。

14.一种方法，包括：

在井眼中输送可膨胀封隔器组件(IPA)，以使IPA的第一和第二可膨胀构件跨过由井眼穿透的地下地层的感兴趣区域的至少一部分；

膨胀第一和第二可膨胀构件以使第一和第二可膨胀构件径向扩张成与井眼壁密封接合，从而隔离井眼的一部分，其中第一可膨胀构件在IPA的固定套筒和IPA的第一滑动套筒之间延伸，其中第二可膨胀构件在IPA的第一滑动套筒和第二滑动套筒之间延伸，从而膨胀第一和第二可膨胀构件使第一滑动套筒更靠近固定套筒移动并使第二滑动套筒更靠近固定套筒和第一滑动套筒移动；

通过第一滑动套筒的端口将流体注入到隔离的井眼部分中，以在感兴趣的地下地层区域中产生或扩大微裂缝；和

在停止流体注入之后，监视隔离的井眼部分中的压力以确定微裂缝的闭合压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，注入所述流体达到至少约12,000磅每平方英寸(psi)的压力。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，膨胀第一和第二可膨胀构件达到约1,000psi的压力。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，膨胀第一和第二可膨胀构件来隔离井眼的一部分包括膨胀所述第一和第二可膨胀构件以及第三可膨胀构件膨胀以隔离井眼的第一部分和第二部分，其中，第三可膨胀构件在IPA的第二滑动套筒和第三滑动套筒之间延伸，从而膨胀第一、第二和第三可膨胀构件使第一滑动套筒更靠近固定套筒移动，使第二滑动套筒更靠近固定套筒和第一滑动套筒移动以及使第三滑动套筒更靠近固定套筒、第一滑动套筒和第二滑动套筒移动。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，膨胀第一、第二和第三可膨胀构件膨胀包括：

使第一和第三可膨胀构件膨胀到第一压力；和

使第二可膨胀构件膨胀到大于第一压力的第二压力。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，第二压力足以产生所述微裂缝，并且其中，注入所述流体使由所述第二膨胀构件的膨胀所产生的微裂缝扩大。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，注入所述流体达到至少约12,000磅每平方英寸(psi)的压力，并且其中，第一压力为约1,000psi。

21.一种根据本公开的一个或多个方面的装置。

22.一种根据本公开的一个或多个方面的系统。

23.一种根据本公开的一个或多个方面的方法。

24.一种套件，包括特征在于本公开的一个或多个方面的一个或多个组件。

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