[发明专利]具有伸缩式装配系统的井筒隔离装置

说明书

一种井筒隔离装置，其被引入井筒中并且包括细长主体，所述细长主体限定内部并且包括上部接头、下部接头和在它们之间延伸的芯轴。密封元件围绕所述芯轴设置，并且上部滑动组件和下部滑动组件位于所述密封元件的相对的轴向端部上。装配活塞位于由所述下部接头和所述芯轴限定的活塞腔室内，并且芯轴堵塞装置位于所述芯轴内。所述芯轴堵塞装置堵住所述内部并且在封闭所述芯轴中限定的装配端口与暴露所述装配端口以便于所述内部和所述活塞腔室之间的流体连通之间转变。所述内部被加压以致动所述装配活塞并装配所述下部滑动组件，并进一步加压以移动所述芯轴并装配所述上部滑动组件。

技术领域

本发明涉及一种井筒隔离装置，特别涉及一种具有伸缩式装配系统的井筒隔离装置。

背景技术

在产烃井的钻井、完井和增产中，使用了多种井下工具。例如，在水力压裂操作期间，需要密封井筒的多个部分以允许流体被泵送到井筒中并且在压力下被迫流出到周围的地下地层中。井筒隔离装置，诸如封隔器、桥塞和压裂塞(又称为“frac”塞)是为此目的而设计的。

典型的井筒隔离装置包括主体和密封元件，该密封元件围绕主体设置以在井筒内生成流体密封。在到达井筒内的期望位置时，井筒隔离装置被致动，这使得密封元件径向向外膨胀并与井筒的内壁密封接合，或者可替代地与套管或者内衬或以其他方式位于井筒中的其他井筒油管密封接合。在装配密封元件时，基本防止流体迁移穿过井筒隔离装置，这使得井筒的轴向相邻的上段和下段流体地隔离。

一些液压致动的井筒隔离装置包括可与密封元件轴向地接合并且可操作地联接到装配活塞和芯轴的上部滑动件和下部滑动件。在装配这样的井筒隔离装置时，液压压力作用于装配活塞，这迫使滑动件与密封元件轴向接合，以使密封元件压缩并径向地膨胀。然而，如果装配活塞具有小的活塞面积，则可能很难生成足够的装配力来完全装配滑动件并压缩密封元件。由于小的活塞面积而引起的这种装配力限制通常是井筒隔离装置的主体、在井下运输井筒隔离装置的工作管柱的内部压力限制的结果，或者它可能受到井筒隔离装置的井上设备(诸如安全阀或井口)的压力限制的限制。

对于大多数液压致动的井筒隔离装置，通过允许井筒隔离装置的堵塞内径的活塞面积作用于芯轴并帮助将上部滑动件和下部滑动件朝向彼此驱动，可以实现额外的滑动件和密封元件装配。然而，芯轴的这种轴向移动通常将井筒隔离装置上方的工作管柱置于显著的张力或拉伸状态，这可能会对密封元件的长期性能和/或井筒隔离装置的未来操作产生不利影响。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供一种引入井筒隔离装置的方法，其可包括：将井筒隔离装置引入衬有套管的井筒中，该井筒隔离装置包括：细长主体，所述细长主体限定内部并且包括上部接头、下部接头和在所述上部接头和下部接头之间延伸的芯轴；密封元件，所述密封元件围绕所述芯轴设置；位于所述密封元件的第一轴向端部上的上部滑动组件和位于所述密封元件的第二轴向端部上的下部滑动组件；装配活塞，所述装配活塞位于由所述下部接头和所述芯轴协同限定的活塞腔室内；以及芯轴堵塞装置，所述芯轴堵塞装置位于所述芯轴内。本发明的方法进一步包括：用所述芯轴堵塞装置堵住所述内部；将所述芯轴堵塞装置从其中所述芯轴堵塞装置封闭所述芯轴中限定的装配端口的第一状态转变到其中所述装配端口暴露以便于所述内部和所述活塞腔室之间的流体连通的第二状态；将所述内部加压到第一压力，从而致动所述装配活塞，以将所述下部滑动组件在所述第二轴向端部上装配在所述套管内；以及将所述内部加压到等于或大于所述第一压力的第二压力，从而使所述芯轴相对于所述上部接头移动，并将所述上部滑动组件在所述第一轴向端部上装配在所述套管内。

上述芯轴堵塞装置可包括装配套筒和井筒射弹，并且用所述芯轴堵塞装置堵住所述内部可包括：运输所述井筒弹射到所述装配套筒；以及使所述井筒射弹落在设置在所述装配套筒上的座上，从而在所述内部形成液压密封。

根据本发明，将所述芯轴堵塞装置从所述第一状态转变到所述第二状态可包括：通过所述第一压力在所述井筒射弹上施加液压载荷，从而在所述装配套筒上施加对应的第一轴向载荷；以及将所述芯轴内的所述装配套筒随着受到所述对应的第一轴向载荷的作用而轴向地转变到所述第二状态。