CN103797211A - 用于替代流动通道砾石充填的封隔器和用于完成井筒的方法 - Google Patents

Abstract

用于完成井筒的设备和方法，其包括提供具有内心轴、沿内心轴的替代流动通道以及内心轴外部的密封元件的封隔器，包括将封隔器连接至管状体，随后将封隔器和连接的管状体下入井筒。在一方面，封隔器和连接的管状体可沿井筒的裸眼井部分被放置。管状体可以为砂滤器，砂滤器包括中心管、周围过滤介质和替代流动通道。该方法包括坐封封隔器并将砾石砂浆注入在管状体和周围井筒之间形成的环形区域，并且随后进一步通过替代流动通道注入砾石砂浆，以允许砾石砂浆至少部分地绕过封隔器的密封元件。

Description

用于替代流动通道砾石充填的封隔器和用于完成井筒的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月17日提交的美国临时申请61/424,427的权益。

背景技术

此章节意欲介绍可与本公开的示例性实施方式有关的本领域的各个方面。相信本讨论有助于对促进本公开的具体方面的更好理解提供框架。因此，应当理解，应该以这个角度阅读本章节，并且不必承认是现有技术。

技术领域

本公开涉及完井领域。更具体地，本发明涉及与利用砾石充填已经完成的井筒有关的地层的隔离。本申请也涉及井下封隔器，其可在下套管井或裸眼井筒的任一个内被坐封（set），并且其合并Alternate技术。

技术讨论

在油井和气井的钻孔中，利用在钻柱的下端处被向下推进的钻头形成井筒。在钻至预定深度后，钻柱和钻头被去除并且用套管柱对井筒衬住。因而，环形区域在套管柱和地层之间形成。通常进行注水泥操作，以便用水泥填充或“挤压”环形区。水泥和套管的组合增强了井筒并便于隔离套管后的地层。

将几个具有逐渐变小的外径的套管柱放入井筒是常见的。在钻孔以及随后将逐渐变小的套管柱注水泥的过程被重复几次，直到该井已经到达总深度。被称为生产套管的最终的套管柱在合适的位置被固结并被穿孔。在一些例子中，最终的套管柱是衬管（liner），即，不回接至地面的套管柱。

作为完井过程的一部分，井口装置被安装在地面上。井口装置控制采出液至地面的流动或流体至井筒的注入。也提供了流体收集和处理设备诸如管、阀门和分离器。随后可开始生产操作。

有时期望使井筒的底部敞开。在裸眼井完井中，生产套管未延伸通过生产层并穿孔；而是，保持生产层未下套管，或“敞开”。生产套管（production string）或“管道（tubing）”随后被放置在井筒内部，所述井筒在最后的套管柱下方向下延伸并跨过地下地层。

裸眼井完井与下套管完井相比具有一些优点。第一，因为裸眼井完井没有射孔孔道，所以地层流体可360度径向会聚在井筒上。这有助于消除与会聚径向流动和随后的通过颗粒填充的射孔孔道的线性流动相关的额外压降。与裸眼井完井相关的降低的压降实际上保证了它将比在相同地层中未采取增产措施的下套管井更多产。

第二，裸眼井技术通常没有下套管完井昂贵。例如，使用砾石充填消除了对于注水泥、穿孔和穿孔后清井操作的需要。

裸眼井完井中的常见问题是井筒直接暴露于周围地层。如果该地层是疏松的或严重砂质的，则采出液进入井筒的流动可随着它携带地层砂粒，例如，砂和细粒。这些颗粒可对井下生产设备以及地面上的管子、阀门和分离设备有腐蚀性。

为了控制砂和其它颗粒的侵入，可使用防砂装置。防砂装置通常穿过地层安装在井下，以截留大于某一直径的固体物质，同时允许流体被采出。防砂装置通常包括细长管状体，其称为中心管，具有很多割缝开口。随后，中心管通常用过滤介质诸如筛网或金属丝网缠绕。

为了放大防砂装置，特别是在裸眼井完井中，通常安装砾石充填。砾石充填井涉及在防砂装置被悬挂或以其它方式被放置在井筒内之后，在防砂装置周围放置砾石或其它颗粒物。为了安装砾石充填，颗粒材料通过携带液被输送至井下。含有砾石的携带液一起形成砾石砂浆。该砂浆在合适的位置干燥，留下砾石的环形充填。砾石不仅有助于颗粒过滤，而且帮助保持地层完整。

在裸眼井砾石充填完井中，砾石被放置在包围穿孔的中心管的砂滤器和井筒的周围壁之间。在采出期间，地层流体从地下地层流动通过砾石、通过滤器，并进入内部中心管。因此，该中心管用作生产套管的一部分。

在历史上砾石-充填遇到的问题是在传输过程中携带液从砂浆中的无意损失可导致在沿裸眼井层段的不同位置形成过早的砂桥或砾石桥。例如，在倾斜的生产层段或具有增大的或不规则的井眼的层段中，由于过早的携带液从砾石砂浆损失进入地层，可出现砾石的不良分布。过早的砂桥可阻断砾石砂浆的流动，造成沿着完井层段形成空隙。因此，未实现从底部到顶部的完全砾石充填，使得井筒受到砂和细粒渗入。

砂桥的问题已经通过使用Alternate

技术或“APT”得到解决。Alternate

技术使用分流管(或分流器)，其允许砾石砂浆沿井筒绕过选择区。这种Alternate Path技术在例如名称为“Tool for BlockingAxial Flow in Gravel-Packed Well Annulus”的美国专利号5,588,487和名称为“Wellbore Method and Apparatus for Completion,Production,andInjection”的美国专利号7,938,184中进行了描述。讨论旁通技术的其它参考文献包括美国专利号4,945,991；美国专利号5,113,935；美国专利号7,661,476；和M.D.Barry等，“Open-hole Gravel Packing with ZonalIsolation”，SPE Paper No110,460(2007年11月)。

控制砂和细粒流入井筒中的砾石充填的效果是众所周知的。但是，有时也期望裸眼井完井沿井筒的裸眼井部分隔离所选择的层段，以便控制流体的流入。例如，关于可冷凝烃的采出，水有时可侵入层段。这可能由于天然水层、锥进(近井的烃-水接触的上升)、高渗透薄夹层（streak）、天然裂缝的存在或来自注入井的指进。取决于水产生的机制或目标，可在井的使用期限中，在不同的位置和时期中产生水。类似地，油储层上方的气顶可膨胀和突破，造成气体与油一起产生。气体突破减小了气顶驱动并抑制油生产。

在这些和其它例子中，期望将层段封隔免于地层流体进入井筒的生产。也可期望环形层位封隔用于生产分配、生产/注入流体剖面(profile)调整、选择性增产或水或气体控制。但是，由于管下扩眼井区、冲蚀区、较高的压力差、频繁的压力循环和不规则井眼大小，裸眼封隔器的设计和安装是非常有问题的。另外，因为由于压力下降和损耗，水/气锥进潜力经常在油田的开采期限后期增加，所以层位封隔的寿命是考虑因素。

因此，对于改进的防砂系统存在需要，所述防砂系统提供用于绕过封隔器的砾石放置的绕过技术。进一步对于封隔器组合件存在需要，所述封隔器组合件提供沿裸眼井筒的所选择的地下层段的隔离。进一步地，对于这样的封隔器存在需要，所述封隔器利用替代通道，并且在任何砾石被放置在密封元件周围前，对裸眼井筒提供液压密封。

发明内容

本文首先提供特别设计的井下封隔器。井下封隔器可用于密封管状体和周围裸眼井筒之间的环形区域。井下封隔器可沿一系列防砂装置放置，并在砾石充填操作开始前坐封。

在一个实施方式中，井下封隔器包括内心轴。内心轴限定细长管状体。另外，井下封隔器具有至少一个沿内心轴的替代流动通道。进一步地，井下封隔器具有在内心轴外部的密封元件。密封元件在内心轴周围圆周上存在。

井下封隔器进一步包括可移动的活塞壳。活塞壳最初保持在内心轴周围。活塞壳在第一端处具有承压面，并被可操作地连接至密封元件。活塞壳可被释放并被引起沿内心轴移动。活塞壳的移动促使密封元件与周围裸眼井筒接合。

优选地，井下封隔器进一步包括活塞心轴。活塞心轴被放置在内心轴和周围活塞壳之间。环带被保持在内心轴和活塞心轴之间。环带有益地用作通过封隔器的至少一个替代流动通道。

井下封隔器也可包括一个或多个流动孔。流动孔在替代流动通道和活塞壳的承压面之间提供流体连通。流动孔对井筒内的流体静压力力敏感。

在一个实施方式中，井下封隔器也包括分离套筒。分离套筒沿内心轴的内表面存在。进一步地，井下封隔器包括释放键（release key）。释放键被连接至分离套筒。释放键在其中释放键接合并保持可移动的活塞壳在合适位置的保持位置至其中释放键脱离活塞壳的释放位置之间是可移动的。当被脱离时，绝对压力对抗活塞壳的承压面并移动活塞壳，以启动密封元件。

在一方面，井下封隔器也具有至少一个剪切销钉。所述至少一个剪切销钉可以为一个或多个调节螺钉。剪切销钉或多个剪切销钉可释放地将分离套筒连接至释放键。当坐封工具沿内心轴向上被拉动并且滑动分离套筒时，剪切销钉或多个剪切销钉被剪切。

在一个实施方式中，井下封隔器也具有对中装置。对中装置可响应封隔器或密封机构的操纵为可操作的，或在其它实施方式中独立于操作封隔器或密封机构为可操作的。

在本文中也提供了用于完成井筒的方法。井筒可包括作为裸眼井完成的下部部分。在一方面，方法包括提供封隔器。封隔器可与上述封隔器一致。例如，封隔器将具有内心轴、在内心轴周围的替代流动通道，和在内心轴外部的密封元件。密封元件优选为弹性杯型元件。

方法也包括将封隔器连接至管状体，并随后将封隔器和连接的管状体下入井筒。封隔器和连接的管状体沿井筒的裸眼井部分放置。优选地，管状体为砂滤器，砂滤器包括中心管、周围过滤介质和替代流动通道。可选地，管状体可以是包括替代流动通道的无眼管。替代流动通道可在过滤介质或无眼管的内部或外部，根据具体情况而定。

砂滤器的中心管可由多个单根管组成。例如，封隔器可在中心管的多个单根管中的两个之间被连接。

该方法也包括坐封封隔器。这通过促使封隔器的密封元件与井筒的周围裸眼井部分接合完成。作为可选的，封隔器可沿套管的非穿透单根管坐封。此后，该方法包括将砾石砂浆注入在管状体和周围井筒之间形成的环形区域，并且随后通过替代流动通道进一步注入砾石砂浆，以允许砾石砂浆绕过密封元件。以此方式，井筒的裸眼井部分在封隔器下方被砾石充填。在一方面，在封隔器已经被完全坐封在裸眼井筒中之后，井筒在封隔器的上方和下方被砾石充填。

在本文的一个实施方式中，封隔器为第一机械坐封封隔器，其为封隔器组合件的一部分。在该例子中，封隔器组合件可包括根据第一封隔器构造的第二机械坐封封隔器。通过替代流动通道进一步注入砾石砂浆的步骤允许砾石砂浆绕过封隔器组合件的密封元件，以使在第一和第二机械坐封封隔器已经被坐封在井筒内之后，井筒的裸眼井部分在封隔器组合件的上方和下方被砾石充填。

该方法可进一步包括将坐封工具下入封隔器的内心轴，并将可移动的活塞壳从它的保持位置释放。随后，该方法包括通过一个或多个流动孔将流体静压力传递至活塞壳。传递流体静压力移动释放的活塞壳并促使密封元件抵靠周围井筒。

优选坐封工具是用于砾石充填的冲洗管的一部分。在该例子中，下入坐封工具包括将冲洗管下入封隔器的内心轴内的孔，冲洗管在其上具有坐封工具。随后，将可移动的活塞壳从它的保持位置释放的步骤包括沿内心轴拉动具有坐封工具的冲洗管。分离套筒移动以剪切至少一个剪切销钉并使分离套筒移位。这进一步用来解除至少一个释放键，并释放活塞壳。

该方法也可包括沿井筒的裸眼井部分的至少一个层段采出烃流体。

附图说明

为了其中本发明可以被更好理解的方式，某些图解、图表和/或流程图被附于此。但是，应该注意，附图仅图示了所选择的本发明的实施方式，并且因此不应认为限制范围，因为本发明可允许其它等价有效的实施方式和应用。

图1为例证性井筒的横截面视图。该井筒已经钻过三个不同的地下层段，每个层段处于地层压力下并且含有流体。

图2为图1的井筒的裸眼井完井的放大横截面视图。更清楚地可见在三个例证性层段的深度处的裸眼井完井。

图3A为在一个实施方式中的封隔器组合件的横截面侧视图。在这里，显示具有周围封隔器元件的中心管。两个机械坐封封隔器以间隔开的关系显示。

图3B为图3A的封隔器组合件的横截面视图，其沿图3A的线3B-3B截取。分流管见于封隔器组合件内。

图3C为在可选实施方式中的图3A的封隔器组合件的横截面视图。代替分流管，可见输送管在中心管周围汇聚（manifolded）。

图4A为图3A的封隔器组合件的横截面侧视图。这里，防砂装置或砂滤器已经被放置在封隔器组合件的相对端上。防砂装置使用外部分流管。

图4B提供了图4A的封隔器组合件的横截面视图，其沿图4A的线4B-4B截取。看到分流管在砂滤器的外部，以为颗粒砂浆提供可选的流动路径。

图5A为图3A的封隔器组合件的另一个横截面侧视图。这里，防砂装置或砂滤器已经被再次放置在封隔器组合件的相对端上。但是，防砂装置利用内部分流管。

图5B提供了图5A的封隔器组合件的横截面视图，其沿图5A的线5B-5B截取。分流管见于砂滤器内，以为颗粒砂浆提供可选的流动路径。

图6A为图3A的机械坐封封隔器之一的横截面侧视图。机械坐封封隔器位于其下入位置。

图6B为图3A的机械坐封封隔器的横截面侧视图。这里，机械坐封封隔器元件位于其坐封位置。

图6C为图6A的机械坐封封隔器的横截面视图。该视图沿图6A的线6C-6C截取。

图6D为图6A的机械坐封封隔器的横截面视图。该视图沿图6B的线6D-6D截取。

图6E为图6A的机械坐封封隔器的横截面视图。该视图沿图6A的线6E-6E截取。

图6F为图6A的机械坐封封隔器的横截面视图。该视图沿图6B的线6F-6F截取。

图7A为图6A的释放键的放大视图。释放键位于沿内心轴的其下入位置。剪切销钉还未被剪切。

图7B为图6B的释放键的放大视图。剪切销钉已经被剪切，并且释放键已经从内心轴落下。

图7C为可用于闭锁分离套筒上并且从而剪切释放键内的剪切销钉的坐封工具的透视图。

图8A至8J显示了在一个实施方式中利用本发明的封隔器组合件之一的砾石充填过程的阶段。提供通过封隔器组合件的封隔器元件并通过防砂装置的替代流动路径通道。

图8K显示了在完成图8A至8N的砾石充填过程后已经被坐封在裸眼井筒中的封隔器组合件和砾石充填。

图9A为图2的裸眼井完井的中间层段的横截面视图。这里，跨式双封隔器（straddle packer）已经被放置在跨过中间层段的防砂装置中，以防止地层流体的流入。

图9B为图2的裸眼井完井的中间和下部层段的横截面视图。这里，堵塞器已经被放置在中间和下部层段之间的封隔器组合件内，以防止地层流体从下部层段向上流动至井筒。

图10为流程图，其显示了在一个实施方式中可与完成裸眼井筒的方法一起实施的步骤。

图11为流程图，其提供了在一个实施方式中坐封封隔器的方法的步骤。封隔器被坐封在裸眼井筒中，并包括替代流动通道。

一些实施方式的详述

定义

如本文使用，术语“烃”指主要包括——如果不是排它地——元素氢和碳的有机化合物。烃通常分为两类：脂肪族或直链烃和环状的或闭环烃，包括环萜。含烃物质的实例包括天然气、油、煤和可用作燃料或提高品质为燃料的沥青的任意形式。

如本文使用，术语“烃流体”指气体或液体的烃或烃的混合物。例如，烃流体可包括在形成条件下、在处理条件下或在环境条件下（15°C和1个大气压）气体或液体的烃或烃的混合物。烃流体可包括例如油、天然气、煤床甲烷、页岩油、热解油、裂解气、煤的热解产物和气态或液态的其它烃。

如本文使用，术语“流体”指气体、液体和气体的组合，也指气体和固体的组合以及液体和固体的组合。

如本文使用，术语“地下”指地球表面以下存在的地质层。

术语“地下层段”是指地层或地层的一部分，其中地层流体可存在。流体可以是例如烃液、烃气、水性流体或者其组合。

如本文所用，术语“井筒”是指通过钻入地下或将管道插入地下而在地下形成的孔眼。井筒可具有基本上圆形的横截面或其它横截面形状。如本文所用，术语“井”当指地层中的开口时可与术语“井筒”互换使用。

术语“管状元件”是指任何管子，诸如一节套管、衬管的一部分或短节。

术语“防砂装置”意指任何细长管状体，其允许流体流入内孔或中心管，同时过滤掉来自周围地层的预定尺寸的砂、细粒和粒状碎屑。

术语“替代流动通道”意指这样的歧管和/或分流管的任何集合，其提供经过或围绕井下工具诸如封隔器的流体连通，以允许砂浆绕过封隔器或者环形区域内任何过早的砂桥，并且在工具的下方，或工具的上方以及下方继续砾石充填。

具体实施方式描述

在本文中，连同一些具体实施方式描述本发明。但是，就以下详述针对具体实施方式或具体使用而言，这意欲仅为例证性的，并且不应该解释为限制本发明的范围。

也连同各个图描述本发明的某些方面。在一些图中，附图页的顶部打算朝向地面，并且附图页的底部朝向井底。尽管井通常以基本上竖直的方向完成，但是应当理解其也可以是倾斜的和/或甚至水平地完成。当说明性术语“上和下”或“上部”和“下部”或类似术语用于提及附图或用于权利要求中时，它们意欲指示附图页或就权利要求而言的相对位置，而不一定在地面上定向，因为无论井筒如何定向，本发明都具有实用性。

图1为例证性井筒100的横截面视图。井筒100限定孔105，其从地面101延伸，并且进入地球的地下110。完成井筒100，在井筒100的下端具有裸眼井部分120。为了商业销售采出烃的目的，已经形成井筒100。生产油管130柱设置在孔105中，以从裸眼井部分120输送采出液到达地面101。

井筒100包括井采油树(well tree)，其在124处示意性地显示。井采油树124包括关井阀（shut-in valve）126。关井阀126控制来自井筒100的采出液的流动。另外，提供地下安全阀132，以便如果在地下安全阀132上方发生破裂或灾难性事件阻止来自生产油管130的流体的流动。井筒100可任选地在裸眼井部分120内部或正上方具有泵(未示出)，以从裸眼井部分120人工提升采出液向上到达井采油树124。

已经通过安装一系列管进入地下110对井筒100完成。这些管包括第一套管柱102，有时称为表面套管或导管。这些管也至少包括第二套管柱104和第三套管柱106。这些套管柱104、106是中间套管柱，其为井筒100的壁提供支撑。中间套管柱104、106可从地面悬挂，或它们可使用可膨胀的衬垫或衬垫吊钩从邻近的更高的套管柱被悬挂。应当理解，未延伸返回地面的管柱(比如套管柱106)通常被称为“衬管”。

在图1的例证性井筒布置中，中间套管柱104从地面101被悬挂，而套管柱106从套管柱104的下端被悬挂。可使用另外的中间套管柱(未示出)。本发明不限于所使用的套管布置的类型。

每个套管柱102、104、106通过水泥108设置在适当的位置。水泥108将地下110的不同地层与井筒100相互隔离。水泥108从地面101延伸至套管柱106下端的深度“L”。应当理解，一些中间套管柱可以被不完全地胶结。

在生产油管130和套管柱106之间形成环形区域204。生产封隔器206在套管柱106的下端“L”附近密封环形区域204。

在许多井筒中，称为生产套管的最终套管柱被胶结在地下生产层段存在的深度的位置。但是，例证性井筒100被作为裸眼井筒完成。因此，井筒100不包括沿着裸眼井部分120的最终套管柱。

在例证性井筒100中，裸眼井部分120横跨三个不同的地下层段。这些被表示为上部层段112、中间层段114和下部层段116。上部层段112和下部层段116可例如含有寻求被生产的有价值的石油矿床，而中间层段114可在其孔容积中主要含有水或其它水性流体。这可能是由于天然水层、含水层中的高渗透薄夹层或天然裂缝的存在，或来自注入井的指进。在这种情况下，存在水将侵入井筒100的可能性。

可选地，上部层段112和中间层段114可包含寻求采出、加工和售出的烃流体，而下部层段116可连同不断增加的水量包含一些油。这可能是由于锥进，其为近井的烃-水接触的上升。在这种情况下，又存在水将侵入井筒100的可能性。

仍然可选地，上部层段112和下部层段116可从砂或其它可渗透的岩石基体中采出烃流体，而中间层段114可表示非渗透性页岩或以其它方式对流体基本上不能渗透。

在任何这些情况下，操作员期望隔离所选择的层段。在第一个例子中，操作员将希望将中间层段114与生产套管130以及与上部层段112和下部层段116隔离，从而可通过井筒100主要地生产烃流体并到达地面101。在第二个例子中，操作员将最终希望将下部层段116与生产套管130以及与上部层段112和中间层段114隔离，从而可通过井筒100主要地生产烃流体并到达地面101。在第三个例子中，操作员将希望将上部层段112与下部层段116隔离，但是不需要隔离中间层段114。对于裸眼井完井背景中的这些需要的解决方案在本文中被提供，并且结合下述附图被更充分地证明。

关于从具有裸眼井完井的井筒中烃流体的生产，不仅仅期望隔离所选择的层段，而且也期望限制砂粒以及其它细粒的流入。为了防止在操作期间地层砂粒迁移进入生产套管130，防砂装置200已经被下入井筒100。下面结合图2以及图8A至8J更全面地描述这些。

现在参考图2，防砂装置200包含被称为中心管205的细长管状体。中心管205通常由多个管节组成。中心管205(或组成中心管205的每个管节)通常具有小的穿孔或狭缝以允许采出液的流入。

防砂装置200还包括缠绕或以其它方式径向围绕中心管205放置的过滤介质207。过滤介质207可以是围绕中心管205安装的金属丝筛网或绕丝。过滤介质207防止预定尺寸以上的砂或其它颗粒流入中心管205和生产油管130。

除了防砂装置200，井筒100包括一个或更多个封隔器组合件210。在图1和2的例证性布置中，井筒100具有上部封隔器组合件210′和下部封隔器组合件210″。但是，可使用另外的封隔器组合件210或仅仅一个封隔器组合件210。封隔器组合件210′、210″被独特配置为密封各个防砂装置200和井筒100的裸眼井部分120的周围壁201之间的环形区域(见图2的202)。

图2是图1的井筒100的裸眼井部分120的放大横截面视图。更清楚地看到裸眼井部分120和三个层段112、114、116。分别接近中间层段114的上边界和下边界，上部封隔器组合件210′和下部封隔器组合件210″也是更清楚可见的。最后，显示沿着层段112、114、116中的每一个的防砂装置200。

考虑封隔器组合件本身，每个封隔器组合件210′、210″可具有至少两个封隔器。优选地，封隔器通过机械操纵和水力的组合被坐封。封隔器组合件210表示上部封隔器212和下部封隔器214。每个封隔器212、214具有可膨胀部分或元件，其由能够提供至少暂时的抵靠周围井筒壁201的液封的弹性或热塑性材料制造。

上部封隔器212和下部封隔器214的元件应当能够经受住与砾石充填过程相关的压力和负载。一般地，这种压力为约2,000psi至3,000psi。封隔器212、214的元件也应当经受住因为由天然断层、枯竭、采出或注入引起的差别的井筒和/或储层压力产生的压力载荷。生产操作可包括选择性生产或生产分配以达到调整要求。注入操作可包括用于战略上的储层压力保持的选择性流体注入。注入操作也可包括酸压裂、基岩酸化或地层损害去除上的选择性增产措施。

机械坐封封隔器212、214的密封面或元件仅需要大约几英寸以影响合适的液压密封。在一方面，元件各自长度为约6英寸(15.2cm)至约24英寸(70.0cm)。

封隔器212、214的元件优选为杯型元件。众所周知杯型元件用于下套管完井。但是，它们通常不被知道用于裸眼井完井，因为它们未被设计以膨胀为与裸眼井直径接合。封隔器元件212、214的密封面的优选杯型类型将有助于保持抵靠中间层段114(或其它层段)的壁201的至少暂时密封，因为压力在砾石充填操作期间增加。

上部封隔器212和下部封隔器214在砾石充填安装过程前被坐封。如以下更全面地描述的，封隔器212、214可通过滑动分离套筒进行坐封。这又允许流体静压力向下作用抵靠活塞心轴。活塞心轴向下对对中装置和/或封隔器元件起作用，同样引起膨胀抵靠井筒壁201。上部封隔器212和下部封隔器214的可膨胀部分被膨胀为与周围壁201接触，以便沿裸眼井完井120在所选择的深度上跨过环形区域202。

图2显示了215处的心轴。这可以是活塞心轴和用于封隔器212、214的其它心轴的表示，如在以下更全面描述的。

除了分离套筒或其它接合机构，上部封隔器212和下部封隔器214可通常为彼此的镜像。移动工具(在图7A和7B中显示并结合图7A和7B讨论)的单向移动将允许封隔器212、214顺序或同时被启动。下部封隔器214首先被启动，随后当移动工具被向上拉动通过内心轴(在图6A和6B中显示并结合图6A和6B讨论)时启动上部封隔器212。优选地，在上部封隔器212和下部封隔器214之间提供短的间隔。

封隔器组合件210′、210″帮助控制和管理从不同区域产生的流体。在这方面，封隔器组合件210′、210″允许操作员封堵来自生产或注入的层段，这取决于井功能。在最初完井中，封隔器组合件210′、210″的安装允许操作员在井使用期限中关闭来自一个或更多个地带的生产，以限制水的产生，或在一些例子中不期望的非可冷凝流体诸如硫化氢的产生。

因为沿裸眼井部分形成密封上的困难，并且因为在封隔器上方和下方形成完全的砾石充填上的困难，当使用裸眼井砾石充填时，历史上还没有安装封隔器。相关专利申请，美国公开号2009/0294128和2010/0032158公开了用于在封隔器已经在完井层段被坐封后砾石-充填裸眼井筒的设备和方法。裸眼井中的层位封隔、砾石充填的完井可通过使用封隔器元件和副(或“替代”)流动路径提供，以使能够进行层位封隔和替代流动路径砾石充填。

就美国公开号2009/0294128和2010/0032158公开的方法而言，一些技术挑战已经存在，特别是与封隔器有关的技术挑战。这些申请陈述了封隔器可以是液压启动的可膨胀元件。这种可膨胀元件可由弹性材料或热塑性材料制造。但是，由这样的材料设计封隔器元件要求封隔器元件满足特别高的性能水平。在这方面，封隔器元件需要能够在高压和/或高温和/或酸性流体的存在下，保持层位封隔数年的时间段。作为可选的方案，这些申请陈述了封隔器可以是膨胀橡胶元件，其在烃、水或其它刺激的存在下膨胀。但是，已知的膨胀弹性体通常需要大约30天或更长时间以完全膨胀为与周围岩层的密封的流体接合。因此，本文提供了改进的封隔器和层位封隔设备。

图3A显示了例证性封隔器组合件300，其为砾石砂浆提供替代流动路径。以横截面侧视图观察封隔器组合件300。封隔器组合件300包括多个部件，其可用于沿裸眼井部分120密封环带。

封隔器组合件300首先包括主体部分302。优选地，主体部分302由钢或由钢合金制造。主体部分302被配置为具体的长度316，比如约40英尺(12.2米)。主体部分302包括将具有约10英尺(3.0米)和50英尺(15.2米)之间的长度的各个管节。根据长度316，管节通常被首尾螺纹连接，以形成主体部分302。

封隔器组合件300还包括相对的机械坐封封隔器304。机械坐封封隔器304被示意性显示，并且大体上与图2的机械坐封封隔器元件212和214一致。优选地，封隔器304包括长度小于1英尺(0.3米)的杯型弹性体元件。如下面进一步描述的，封隔器304具有唯一允许封隔器304在砾石砂浆循环至井筒之前被坐封的替代流动通道。

在机械坐封封隔器304之间提供短的间隔308。该间隔见于308处。当封隔器304为彼此的镜像时，杯型元件能够经受来自封隔器组合件上方或下面的流体压力。

封隔器组合件300也包括多个分流管。分流管在318处以虚线可见。分流管318也可被称为输送管或跨接管。分流管318是具有沿机械坐封封隔器304和间隔308的长度316延伸的长度的管的无眼部分（blank section）。封隔器组合件300上的分流管318被配置以连接至所连接的砂滤器上的分流管并与连接的砂滤器上的分流管形成密封，如下面进一步讨论的。

分流管318提供了通过机械坐封封隔器304和中间间隔308的替代流动路径。这使得分流管318能够输送携带液连同砾石至井筒100的裸眼井部分120的不同层段112、114和116。

封隔器组合件300还包括连接元件。这些可表示传统的螺纹连接。首先，颈部306被设置在封隔器组合件300的第一端。颈部306具有用于连接砂滤器或其它管子的螺纹连接母接头的外螺纹。随后，有凹槽的或外部有螺纹的部分310被设置在相对的第二端。螺纹部分310用作连接母接头，用于接受砂滤器或其它管状元件的外螺纹端。

颈部306和螺纹部分310可由钢或钢合金制造。颈部306和螺纹部分310各自被配置为具体的长度314，比如4英寸(10.2cm)至4英尺(1.2米)(或其它合适的距离)。颈部306和螺纹部分310也具有具体的内径和外径。颈部306具有外螺纹307，而螺纹部分310具有内螺纹311。这些螺纹307和311可用于在封隔器组合件300和防砂装置或其它管段之间形成密封。

封隔器组合件300的横截面视图在图3B中显示。图3B沿着图3A的线3B-3B截取。各个分流管318围绕中心管302被径向并且等距放置。中心孔305在中心管302内显示。中心孔305在生产操作期间接收采出液并将它们运送至生产油管130。

图4A呈现在一种实施方式中的层位封隔设备400的横截面侧视图。层位封隔设备400包括图3A的封隔器组合件300。另外，防砂装置200已经在相对端被分别连接至颈部306和凹槽部分310。示出封隔器组合件300的分流管318被连接至防砂装置200上的分流管218。分流管218表示充填管，其允许井筒环带和管218之间的砾石砂浆的流动。防砂装置200上的分流管218任选地包括阀门209，以控制砾石砂浆诸如至充填管(未示出)的流动。

图4B提供了层位封隔设备400的横截面侧视图。图4B沿着图4A的线4B-4B截取。这穿过砂滤器200中的一个切割。在图4B中，看到割缝的或穿孔的中心管205。这与图1和2的中心管205一致。中心孔105在中心管205内显示，用于在生产操作期间接收采出液。

外网丝220紧紧围绕中心管205放置。外网丝220优选地包括金属丝网或围绕中心管205螺旋缠绕的金属丝，并且用作滤器。另外，分流管218围绕外网丝205被径向和等距放置。这意味着防砂装置200提供了分流管218(或替代流动通道)的外部实施方式。

分流管218的构造优选地为同心的。这见于图3B的横截面视图。但是，分流管218可被偏心设计。例如，美国专利号7,661,476中的图2B显示了防砂装置的“现有技术”布置，其中充填管208A和输送管208b被放置在中心管202的外部并且围绕过滤介质204。

在图4A和4B的布置中，分流管218在过滤介质或外网丝220的外部。可改进防砂装置200的构造。在这方面，分流管218可移动至过滤介质220内部。

图5A显示了在可选实施方式中的层位封隔设备500的横截面侧视图。该实施方式中，防砂装置200再次分别在相对端被连接至封隔器组合件300的颈部306和凹槽部分310。另外，可见封隔器组合件300上的分流管318连接至防砂组合件200上的分流管218。但是，在图5A中，防砂组合件200使用内部分流管218，其意味着分流管218被布置在中心管205和周围过滤介质220之间。

图5B提供了层位封隔设备500的横截面侧视图。图5B沿着图5A的线B-B截取。这通过砂滤器200中的一个切割。在图5B中，再次看见割缝的或穿孔的中心管205。这与图1和2的中心管205一致。中心孔105在中心管205内显示，用于在生产操作期间接收采出液。

分流管218围绕中心管205被径向和等距放置。分流管218紧紧围绕中心管205存在，并位于周围过滤介质220内。这意味着图5A和5B的防砂装置200提供了分流管218的内部实施方式。

在中心管205和周围外网丝或过滤介质220之间形成环形区域225。环形区域225容纳井筒中采出液的流入。外绕丝220由多个径向延伸的支撑肋222支撑。肋222延伸通过环形区域225。

图4A和5A显示用于将防砂接头连接至封隔器组合件的布置。封隔器内的分流管318(或替代流动通道)沿砂滤器200流体连接至分流管218。但是，图4A-4B和5A-5B的层位封隔设备布置400、500仅仅是例证性的。在可选的布置中，歧管装置系统可用于提供分流管218和分流管318之间的流体连通。

图3C是在可选的实施方式中图3A的封隔器组合件300的横截面视图。在该布置中，分流管218在中心管302周围汇聚。支撑环315设置在分流管318周围。还应当理解，本装置和方法不局限于分流管318的具体设计和布置，只要为封隔器组合件210提供砂浆的旁路。但是，优选地使用同心布置。

也应当注意，用于具有封隔器组合件300的防砂装置200的连接机构可包括密封机构(未示出)。密封机构防止由分流管形成的替代流动路径中的砂浆泄露。这种密封机构的实例在美国专利号6,464,261；国际专利申请公开号WO 2004/094769；国际专利申请公开号WO 2005/031105；美国专利公开号2004/0140089；美国专利公开号2005/0028977；美国专利公开号2005/0061501；和美国专利公开号2005/0082060中描述。

如注意到的，封隔器组合件300包括一对机械坐封封隔器304。当使用封隔器组合件300时，有利地使封隔器304在砂浆被注入和砾石充填被形成之前被坐封。这要求独特的封隔器布置，其中为替代流动通道提供分流管。

示意性地显示图3A的封隔器304。但是，图6A和6B提供了在一个实施方式中可用于图3A的封隔器组合件的机械坐封封隔器600的更详细视图。图6A和6B的视图提供横截面侧视图。在图6A中，封隔器600位于其下入位置，而在图6B中，封隔器600位于其坐封位置。

首先，封隔器600包括内心轴610。内心轴610限定形成中心孔605的细长管状体。中心孔605提供了采出液通过封隔器600的主流动路径。在安装和生产开始后，中心孔605输送采出液至砂滤器200(见图4A和4B)和生产油管130(见图1和2)的孔105。

封隔器600还包括第一端602。螺纹604位于沿第一端602处的内心轴610上。例证性螺纹604为外螺纹。在两端上具有内螺纹的母连接器614被连接或拧到第一端602处的螺纹604上。具有母连接器614的内心轴610的第一端602被称为母接头端。内心轴610的第二端(未示出)具有外螺纹并被称为公接头端。内心轴610的公接头端(未示出)允许封隔器600被连接至砂滤器或其它管状体诸如独立滤器、传感模块、生产油管或无眼管的母接头端。

母接头端602上的母连接器614允许封隔器600被连接至砂滤器或其它管状体诸如独立滤器、传感模块、生产油管或无眼管的公接头端。

内心轴610沿封隔器600的长度延伸。内心轴610可由多个相连的段或节组成。内心轴610在接近第一端602处具有略微更小的内径。这是由于机器加工至内心轴的坐封肩606。如将在以下更充分地说明的，坐封肩606响应由坐封工具施加的机械力抓住分离套筒710。

封隔器600还包括活塞心轴620。活塞心轴620大体从封隔器600的第一端602延伸。活塞心轴620可由多个相连的段或节组成。活塞心轴620限定细长管状体，所述管状体圆周上围绕内心轴610存在并基本上同心于内心轴610存在。环带625在内心轴610和周围活塞心轴620之间形成。环带625有益地为流体提供副流动路径或替代流动通道。

在图6A和6B的布置中，由环带625限定的替代流动通道位于内心轴610的外部。但是，封隔器可被重新设置，以便替代流动通道位于内心轴610的孔605内。在任一个例子中，替代流动通道“沿着”内心轴610。

环带625与另一井下工具(在图6A和6B中未示出)的副流动路径流体连通。这种独立的工具可以为例如图4A和5A的砂滤器200、或无眼管、或其它管状体。管状体可具有替代流动通道，或可不具有替代流动通道。

封隔器600还包括连接器630。连接器630在第一端602上被连接和密封(例如，经弹性“o”环)至活塞心轴620。连接器630随后被拧至和销入（pin）母连接器614，其被螺纹连接至内心轴610，以防止内心轴610和连接器630之间的相对旋转移动。第一扭矩螺栓在632处显示，用于将连接器钉到母连接器614上。

在一方面，也使用NACA(国家航空咨询委员会)键(key)634。NACA键634被放置在连接器630内部，并在有螺纹的母连接器614外部。第一扭矩螺栓被设于632处，将连接器630连接至NACA键634并且随后连接至母连接器614。第二扭矩螺栓被设于636处，其将连接器630连接至NACA键634。NACA键可(a)经母连接器614将连接器630固定至内心轴610，(b)防止连接器630围绕内心轴610旋转，和(c)使沿环带612的砂浆的流动成流线型，以降低摩擦。

在封隔器600内，围绕内心轴610的环带625与主孔605隔离。另外，环带625与周围井筒环带(未示出)隔离。环带625使砾石砂浆从可选的流动通道(诸如分流管218)能够转移通过封隔器600。因此，环带625称为封隔器600的可选的流动通道(一个或多个)。

在操作中，环形空间612在封隔器600的第一端602处存在。环形空间612被置于母连接器614和连接器630之间。环形空间612接收来自连接的管状体的替代流动通道的砂浆，并将砂浆输送至环带625。管状体可以为例如邻近的砂滤器、无眼管或层位封隔装置。

封隔器600还包括负载肩626。负载肩626被放置在接近其中连接器630被连接和密封的活塞心轴620的末端。活塞心轴620末端上的实心部分具有内径和外径。负载肩626沿外径被放置。内径具有螺纹并被螺纹连接至内心轴610。至少一个替代流动通道在内径和外径之间形成，以连接环形空间612和环带625之间的流动。

负载肩626提供了承载点。在钻机操作期间，负载环或装具(未示出)被放置在负载肩626周围，以允许封隔器600被提升并用常规吊卡支撑。当被放置在钻机的旋转底板中时，负载肩626随后暂时用于支撑封隔器600(和已经下入井中的任何连接的完井装置诸如砂滤器单根)的重量。负载可随后从负载肩626转移至管螺纹连接器诸如母连接器614，随后转移至内心轴610或中心管205，其为被拧到母连接器614上的管子。

封隔器600还包括活塞壳640。活塞壳640在活塞心轴620周围存在并基本上同心于活塞心轴620。封隔器600被设置以引起活塞壳640沿活塞心轴620并相对于活塞心轴620轴向移动。具体地，活塞壳640通过井下流体静压力驱动。活塞壳640可由多个相连的段或节组成。

活塞壳640在工具下入期间沿活塞心轴620保持在合适的位置。活塞壳640利用分离套筒710和释放键715被固定。分离套筒710和释放键715防止活塞壳640和活塞心轴620之间的相对平移运动。释放键715穿过活塞心轴620和内心轴610。

图7A和7B提供了封隔器600的分离套筒710和释放键715的放大视图。分离套筒710和释放键715通过剪切销钉720保持在合适的位置上。在图7A中，剪切销钉720还未被剪切，并且分离套筒710和释放键715沿内心轴610被保持在合适的位置。但是，在图7B中，剪切销钉720已经被剪切，并且分离套筒710沿内心轴610的内表面608已经被平移。

在图7A和7B的每一个中，看到内心轴610和周围活塞心轴620。另外，活塞壳640见于活塞心轴620的外部。代表内心轴610、活塞心轴620和活塞壳640的三个管状体通过四个释放键715被固定在一起对抗相对平移运动或旋转运动。仅释放键715中的一个见于图7A中；但是，四个单独的键715在图6E的横截面视图中径向可见，在以下进行描述。

释放键715存在于键孔615内。键孔615延伸通过内心轴610和活塞心轴620。释放键715包括肩734。肩734存在于活塞心轴620中的肩凹处624内。肩凹处624足够大，以允许肩734径向向内移动。但是，这种运动在图7A中由于分离套筒710的存在被限制。

注意到内心轴610和活塞心轴620之间的环带625未见于图7A或7B中。这是因为环带625不延伸通过该横截面，或者是非常小。相反，环带625采用保持对释放键715的支持的单独的径向隔开的通路，如图6E中最佳可见。换言之，组成环带625的大通路位于远离围绕键孔615的内心轴610的材料的位置。

在每个释放键位置，键孔615被机械加工通过内心轴610。键孔615被钻孔以容纳各自的释放键715。如果具有四个释放键715，则将具有四个圆周上隔开的分立的凸起，以显著减少环带625。邻近的凸起之间的环带625的剩余面积允许替代流动通道625中的流动绕过释放键715。

凸起可被机器加工为内心轴610的主体的一部分。更具体地，构成内心轴610的材料可被机器加工以形成凸起。可选地，凸起可被机器加工为独立的、短释放心轴(未示出)，其随后被拧到内心轴610上。仍然可选地，凸起可以为通过焊接或以其它方式在内心轴610和活塞心轴620之间固定的独立的间隔块。

这里也注意到在图6A中，活塞心轴620被显示为一体主体。但是，其中放置键孔615的活塞心轴620的部分可以为独立的短释放壳。该独立的壳随后被连接至主活塞心轴620。

每个释放键715都具有开口732。类似地，分离套筒710具有开口722。释放键715中的开口732和分离套筒710中的开口722被制成一定尺寸并且被设置以容纳剪切销钉。剪切销钉见于720。在图7A中，剪切销钉720由分离套筒710保持在开口732、722内。但是，在图7B中，剪切销钉720已经被剪切，并且销钉720的仅一小部分保持可见的。

释放键715的外缘具有不平的(ruggled)表面或齿。释放键715的齿在736处显示。释放键715的齿736被制成一定角度并被设置以与活塞壳640内的相应的不平表面匹配。活塞壳640的匹配的不平表面(或齿)在646处显示。齿646存在于活塞壳640的内面上。当被接合时，齿736、646防止相对于活塞心轴620或内心轴610的活塞壳640的移动。优选地，匹配的不平表面或齿646存在于独立的短外分离套筒的内面，其随后被拧到活塞壳640上。

现在返回图6A和6B，封隔器600包括对中元件650。对中元件650通过活塞壳640的移动被启动。对中元件650可以是例如美国专利公开号2011/0042106中描述的。

封隔器600进一步包括密封元件655。当对中元件650被启动并在周围井筒内将封隔器600对中时，活塞壳640继续启动密封元件655，如美国专利公开号2009/0308592中所述。

在图6A中，对中元件650和密封元件655位于它们的下入位置。在图6B中，对中元件650和连接的密封元件655已经被启动。这意味着活塞壳640已经沿活塞心轴620移动，使对中元件650和密封元件655两者接合周围井筒壁。

如WO 2010/084353所述的锚系统可用于防止活塞壳640倒退。这防止了杯型元件655的收缩。

如注意到的，响应来自包括砾石砂浆的井筒流体的流体静压力，发生活塞壳640的移动。在封隔器600(图6A中所示)的下入位置中，活塞壳640通过分离套筒710和相关联的活塞键715被保持在合适的位置。该位置在图7A中显示。为了坐封封隔器600(根据图6B)，分离套筒710必须移出释放键715的路线，以便释放键715的齿736不再与活塞壳640的齿646接合。该位置在图7B中显示。

为了移动分离套筒710，使用坐封工具。例证性坐封工具在图7C中的750处显示。坐封工具750限定了短圆筒体755。优选地，坐封工具750被下入具有冲洗管柱(未示出)的井筒。冲洗管柱沿井筒的移动可在地面上被控制。

坐封工具750的上端752由几个径向弹性爪指760组成。当受到足够的向内力时，弹性爪指760收缩。在操作中，弹性爪指760闭锁至沿分离套筒710形成的轮廓724。弹性爪指760包括凸起的表面762，其与释放键710的轮廓724匹配或闭锁至释放键710的轮廓724。在闭锁后，坐封工具750在井筒内被拉动或提升。随后，坐封工具750用足够的力拉动分离套筒710，以使剪切销钉720剪切。在剪切销钉720被剪切后，则分离套筒710沿内心轴610的内表面608自由向上平移。

如注意到的，坐封工具750可用冲洗管下入井筒。坐封工具750可简单地为冲洗管体的成形部分（profiled portion）。但是，优选地，坐封工具750为被螺纹连接至冲洗管的独立的管状体755。在图7C中，连接工具提供在770处。连接工具770包括外螺纹775，用于连接至钻柱或其它工具下入管。连接工具770延伸进入坐封工具750的主体755。连接工具770可完全延伸通过主体755，以连接至冲洗管或其它装置，或它可连接至坐封工具750的主体755内的内螺纹(未见)。

返回图7A和7B，分离套筒710的行进被限制。在这方面，分离套筒710的第一端或顶端726沿内心轴610的内表面608停靠在肩606。分离套筒710的长度足够短，以允许分离套筒710脱离（clear）释放键715内的开口732。当完全移位后，释放键71径向向内移动，当流体静压力存在时，通过活塞壳640内不平的轮廓被推动。

销钉720的剪切以及分离套筒710的移动还允许释放键715从活塞壳640上脱离。肩凹处624被制成一定尺寸，以便一旦分离套筒710被脱离，允许释放键715的肩734从活塞壳640的齿646落下或脱离。随后，流体静压力作用于活塞壳640，以将它相对于活塞心轴620向下平移。

在剪切销钉720已经被剪切后，活塞壳640沿活塞心轴620的外表面自由滑动。为了完成这个，来自环带625的流体静压力作用于活塞壳640中的肩642上。这在图6B中最佳可见。肩642用作承压面。流体口628被设置通过活塞心轴620，以允许流体达到肩642。有益地，流体口628允许高于砾石充填操作期间施加的流体静压力的压力。压力被施加至活塞壳640，以确保封隔器元件655与周围井筒接合。

封隔器600还包括计量装置。当活塞壳640沿活塞心轴620平移时，计量口664调节活塞壳沿活塞心轴平移的速度，因此减缓活塞壳的移动并调节封隔器600的坐封速度。为了进一步理解例证性机械坐封封隔器600的特征，提供了几个其它横截面视图。这些见于图6C、6D、6E和6F。

首先，图6C为图6A的机械坐封封隔器的横截面视图。该视图沿图6A的线6C-6C截取。线6C-6C通过扭矩螺栓636中的一个截取。扭矩螺栓636将连接器630连接至NACA键634。

图6D为图6A的机械坐封封隔器的横截面视图。该视图沿图6B的线6D-6D截取。线6D-6D通过扭矩螺栓632中的另一个截取。扭矩螺栓632将连接器630连接至母连接器614，其被拧到内心轴610上。

图6E为图6A的机械坐封封隔器600的横截面视图。该视图沿图6A的线6E-6E截取。线6E-E通过释放键715截取。可见释放键715通过活塞心轴620并进入内心轴610。也可见替代流动通道625在释放键715之间存在。

图6F为图6A的机械坐封封隔器600的横截面视图。该视图沿图6B的线6F-6F截取。线6F-6F通过活塞心轴620内的流体口628截取。当流体移动通过流体口628并推动活塞壳640的肩642远离口628时，环形间隙672在活塞心轴620和活塞壳640之间产生并延长。

旁路封隔器600被坐封后，砾石充填操作可开始。图8A至8J表示在一个实施方式中的砾石充填过程的阶段。砾石充填过程使用具有替代流动通道的封隔器组合件。封隔器组合件可与图3A的封隔器组合件300一致。封隔器组合件300将具有机械坐封封隔器304。这些机械坐封封隔器304可与图6A和6B的封隔器600一致。

在图8A至8J中，防砂装置以例证性的砾石充填过程使用。在图8A中，显示了井筒800。例证性的井筒800是水平的裸眼井筒。井筒800包括壁805。两个不同的生产层段沿水平的井筒800被指示。这些在810和820处显示。两个防砂装置850已经下入井筒800。独立的防砂装置850设置于每个生产层段810、820中。井筒800中的流体已经用清洁流体814替代。

防砂装置850中的每一个都由中心管854和周围砂滤器856组成。中心管854具有狭缝或穿孔，以允许流体流入中心管854。防砂装置850还各自包括替代流动路径。这些可与来自图4B或图5B中任一个的分流管218一致。优选地，分流管为位于852处显示的环形区域内的中心管854和砂滤器856之间的内部分流管。

防砂装置850经由中间封隔器组合件300被连接。在图8A的布置中，封隔器组合件300被安装在生产层段810和820之间的界面上。可并入多于一个的封隔器组合件300。

除了防砂装置850，冲洗管840已经被降低进入井筒800。冲洗管840在被附接至钻杆835或其它工作管柱末端的转换工具或砾石充填施工工具(未示出)下方被下入井筒800。冲洗管840为延伸进入砂滤器850的细长管状元件。冲洗管840有助于在砾石充填操作期间砾石砂浆的循环，并且随后被去除。附接至冲洗管840的是移动工具，诸如图7C中呈现的移动工具750。移动工具750被放置在封隔器300下方。

在图8A中，转换工具845被置于钻杆835的末端处。转换工具845用于指引砾石砂浆的注入和循环，如以下进一步详细讨论的。

独立的封隔器815被连接至转换工具845。封隔器815和连接的转换工具845被暂时定位在生产套管830柱内。封隔器815、转换工具845、细长的冲洗管840、移动工具750和砾石充填滤器850被一起下入井筒800的下端。封隔器815随后被坐封在生产套管830中。转换工具845随后从封隔器815中释放并自由移动，如图8B中显示的。

在图8B中，封隔器815被坐封在生产套管柱830中。这意味着封隔器815被启动以延伸卡瓦（slips）和弹性密封元件抵靠周围套管柱830。封隔器815被坐封在待被砾石充填的层段810和820上方。封隔器815密封来自封隔器815上方的井筒800的部分的层段810和820。

在封隔器815被坐封后，如图8B所示，转换工具845被向上移位至反转位置。循环压力可被带入该位置中。携带液812从钻杆835中抽下来并被置于封隔器815上方的钻杆835和周围生产套管830之间的环带中。携带液为砾石携带液，其为砾石充填砂浆的的液体组分。携带液812替代封隔器815上方的清洁的顶替液814，其可以为基于油的流体诸如经调节的(conditioned)NAF。携带液812在箭头“C”指示的方向上替代顶替液814。

接下来，封隔器304被坐封，如图8C所示。这通过拉动位于冲洗管840上的封隔器组合件300下方的移动工具，并向上经过封隔器组合件300完成。更具体地，封隔器组合件300的机械坐封封隔器304被坐封。封隔器304可以为例如图6A和6B的封隔器600。封隔器600用于隔离井筒800的砂滤器856和周围壁805之间形成的环带。冲洗管840被降低至反转位置。当处于反转位置时，如图8D所示，含有砾石的携带液812可被置于钻杆835内并用于迫使清洁的顶替液814通过冲洗管840并沿封隔器815上方的钻杆835和生产套管830之间形成的环带向上，如箭头“C”所示。

在图8D至8F中，转换工具845可被移位进入循环位置以便砾石充填第一地下层段810。在图8D中，含有砾石816的携带液开始在砂滤器856和裸眼井筒800的壁805之间的环带中的封隔器300上方的生产层段810内形成砾石充填。流体流动到砂滤器856外部并通过冲洗管840返回，如箭头“D”指示的。

在图8E中，第一砾石充填860开始在封隔器300上方形成。砾石充填860在砂滤器856周围并朝向封隔器815正在形成。携带液812在封隔器300下方循环并到达井筒800底部。不含砾石的携带液812从冲洗管840向上流，如箭头“C”指示的。

在图8F中，砾石充填过程继续朝向封隔器815形成砾石充填860。砂滤器856现在被封隔器300上方的砾石充填860完全覆盖。携带液812继续在封隔器300下方循环并到达井筒800的底部。没有砾石的携带液812从冲洗管840向上流，再次如箭头“C”指示的。

在砾石充填860在第一层段810中形成并且封隔器300上方的砂滤器被覆盖有砾石后，含有砾石816的携带液被迫使通过分流管(在图3B中的318处显示)。含有砾石816的携带液形成图8G至8J中的砾石充填860。

在图8G中，含有砾石816的携带液现在在封隔器300下方的生产层段820内流动。携带液816流动通过分流管和封隔器300，并且随后流动到砂滤器856外部。携带液816随后在砂滤器856和井筒800的壁805之间的环带中流动，并通过冲洗管840返回。含有砾石816的携带液的流动由箭头“D”指示，而不含砾石的冲洗管840中的携带液的流动在812处指示，由箭头“C”显示。

这里注意到砂浆仅沿封隔器截面流动通过绕过通路。此后，砂浆将在下一个邻近的筛管单根中进入替代流动通道。替代流动通道具有在筛管单根的每一末端上管汇在一起的输送管和充填管。充填管沿砂滤器单根被设置。充填管代表侧喷嘴，其允许浆填充环带中的任何空隙。输送管将进一步向下游携带砂浆。

在图8H中，砾石充填860开始在封隔器300下方和砂滤器856周围形成。在图8I中，砾石充填继续从井筒800的底部向上朝向封隔器300增加砾石充填860。在图8J中，已经从井筒800的底部上至封隔器300形成砾石充填860。在封隔器300下方的砂滤器856已经被砾石充填860覆盖。表面处理压力增加以指示砂滤器856和井筒800的壁805之间的环形空间被完全砾石充填。

图8K显示了来自图8A至8J的钻柱835和冲洗管840已经从井筒800上去除。套管830、中心管854和砂滤器856沿上部810和下部820生产层段保持在井筒800中。在图8A至8J的砾石充填过程完成后，封隔器300和砾石充填860保持坐封在裸眼井筒800中。井筒800现在准备生产操作。

如以上所提及的，在井筒已经经历砾石充填后，操作员可选择隔离井筒中选择的层段，并终止从那个层段的采出。为了说明可怎样隔离井筒层段，提供了图9A和9B。

首先，图9A为井筒900A的横截面视图。井筒900A通常根据图2的井筒100构造。在图9A中，井筒900A显示交叉通过地下层段114。层段114代表中间层段。这意味着也存在上部层段112和下部层段116(见于图2中，但未在图9A中示出)。

地下层段114可以为曾经生产了商业上可行量的烃，但现在已经受到显著的水或烃气侵入的地下地层的一部分。可选地，地下层段114可以为起初是水层或弱透水层或以其它方式基本上以水性流体饱和的地层。在任一个例子中，操作员已经决定封堵从层段114进入井筒900A的地层流体的流入。

砂滤器200已经被放置在井筒900A中。砂滤器200与图2的防砂装置200一致。另外，可见中心管205延伸通过中间层段114。中心管205为砂滤器200的一部分。砂滤器200还包括网筛、绕丝滤器或其它径向过滤介质207。中心管205和周围过滤介质207优选地包括一系列首尾相连的单根管。单根管长度理想地为大约5至45英尺。

井筒900A具有上部封隔器组合件210′和下部封隔器组合件210″。上部封隔器组合件210′被放置在上部层段112和中间层段114的界面附近，而下部封隔器组合件210″被放置在中间层段114和下部层段116的界面附近。每个封隔器组合件210′、210″优选地与图3A和3B的封隔器组合件300一致。在这方面，封隔器组合件210′、210″将各种具有相对的机械坐封封隔器304。机械坐封封隔器在图9A中在212和214处显示。机械坐封封隔器212、214可与图6A和6B的封隔器600一致。封隔器212、214如所示由间隔216间隔开。

除了分离套筒(例如，分离套筒710和相关的剪切销钉720)，双封隔器212、214为彼此的镜像。如以上注意到的，移动工具(诸如移动工具750)的单向移动剪切剪切销钉720并移动分离套筒710。这允许封隔器元件655顺序地启动，首先是下部的，并且随后是上部的。

井筒900A作为裸眼井完井被完成。砾石充填已经被置于井筒900A中，以帮助防止粒状颗粒流入。砾石充填显示为砂滤器200的过滤介质207和井筒900A的周围壁201之间的环带202中的填泥料(spackle)。

在图9A的布置中，操作员期望继续从上部112和下部116层段采出地层流体，同时封堵中间层段114。上部112和下部116层段由对流体流是可渗透的砂或其它岩石基体形成。为了完成这个，跨式双封隔器905已经被置于砂滤器200内。跨式双封隔器905基本上跨过中间层段114被放置，以防止地层流体从中间层段114的流入。

跨式双封隔器905包括心轴910。心轴910为细长管状体，其具有邻近上部封隔器组合件210′的上端和邻近下部封隔器组合件210″的下端。跨式双封隔器905还包括一对环形封隔器。这些表示邻近上部封隔器组合件210′的上部封隔器912和邻近下部封隔器组合件210″的下部封隔器914。上部封隔器组合件210′与上部封隔器912和下部封隔器组合件210″与下部封隔器914的新型组合，允许操作员成功地隔离地下层段诸如裸眼井完井中的中间层段114。

用于沿裸眼井地层隔离层段的另一技术在图9B中示出。图9B是井筒900B的侧视图。井筒900B可又与图2的井筒100一致。这里，显示了裸眼井完井的下部层段116。下部层段116基本上延伸至井筒900B的底部136，并且为目标的最低地带。

在该例子中，地下层段116可以是曾经生产了商业上可行量的烃，但现在已经受到显著的水或烃气侵入的地下地层的一部分。可选地，地下层段116可以为起初是水层或弱透水层或以其它方式基本上以水性流体饱和的地层。在任一个例子中，操作员已经决定封堵从下部层段116进入井筒100的地层流体的流入。

为了完成这个，堵塞器920已经被放置在井筒100内。具体地，堵塞器920已经被安装在支撑下部封隔器组合件210″的心轴215中。在两个封隔器组合件210′、210″中，仅看见下部封隔器组合件210″。通过在下部封隔器组合件210″中放置堵塞器920，堵塞器920能够防止地层流体从下部层段116沿井筒200向上的流动。

注意到与图9B的布置有关，中间层段114可包括基本上对流体流不可渗透的页岩或其它岩石基体。在该情况下，堵塞器920不需要邻近下部封隔器组合件210″放置；而是，堵塞器920可被放置在下部层段116上方以及沿中间层段114的任何位置。进一步地，在该例子中，上部封隔器组合件210′不需要被放置在中间层段114的顶部；而是，上部封隔器组合件210′也可放置在沿中间层段114的任何位置。如果中间层段114由非生产性页岩组成，则操作员可选择沿中间层段114穿过该区域放置无眼管和替代流动通道即输送管。

本文还提供了完成井筒的方法1000。该方法1000在图10中呈现。图10提供了呈现在不同实施方式中完成井筒的方法1000的步骤的流程图。优选地，该井筒为裸眼井筒。

该方法1000包括提供层位封隔设备。这在图10的框1010中显示。层位封隔设备优选地与上述与图2有关的所述部件一致。在这方面，层位封隔设备可首先包括砂滤器。砂滤器将代表中心管和周围筛孔或缠绕的金属线。层位封隔设备还将具有至少一个封隔器组合件。封隔器组合件将具有至少一个机械坐封封隔器，机械坐封封隔器具有替代流动通道。

优选地，封隔器组合件将具有至少两个机械坐封封隔器。替代流动通道将行进通过机械坐封封隔器中的每一个。优选地，层位封隔设备将包括由砂滤器单根或无眼节或它们的某一组合分开的至少两个封隔器组合件。

该方法1000还包括将层位封隔设备下入井筒。将层位封隔设备下入井筒的步骤在框1020显示。层位封隔设备被下入井筒的下部部分，其优选地作为为裸眼井完成。

井筒的裸眼井部分可被基本上垂直完成。可选地，裸眼井部分可以为偏斜的，或甚至水平的。

该方法1000还包括在井筒中放置层位封隔设备。这在图10中框1030处显示。放置层位封隔设备的步骤优选地通过从生产套管柱的下部部分悬挂层位封隔设备进行。以使砂滤器邻近沿井筒的裸眼井部分的一个或多个所选择的生产层段，放置设备。进一步地，至少一个封隔器组合件中的第一个在所选择的地下层段的顶部上方或接近所选择的地下层段的顶部被放置。

在一个实施方式中，井筒横贯通过三个单独的层段。这些包括从其中采出烃的上部层段和从其中烃不再以经济上可行的量被采出的下部层段。这样的层段可由砂或其它可渗透的岩石基体形成。层段还可包括从其中未采出烃的中间层段。沿中间层段的地层可由页岩或其它基本上不可渗透的材料形成。操作员可选择在下部层段的顶部附近或沿不可渗透的中间层段的任何位置放置至少一个封隔器组合件中的第一个。

在一方面，至少一个封隔器组合件接近中间层段的顶部被放置。任选地，第二封隔器组合件接近所选择的层段诸如中间层段的底部被放置。这在框1035处显示。

该方法1000接下来包括在至少一个封隔器组合件中的每一个中坐封机械坐封封隔器元件。这在框1040处提供。机械地坐封上部和下部封隔器元件意指弹性的(或其它)密封元件接合周围井筒壁。封隔器元件隔离在封隔器组合件上方和下方的砂滤器和周围地下地层之间形成的环形区域。

有益地，在砂浆被注入环形区域前，提供框1040的坐封封隔器的步骤。在任何砾石被放置在弹性体元件周围前，坐封封隔器提供了对于井筒的液压密封和机械密封。这在砾石充填操作期间提供了更好的密封。

框1040的步骤可通过使用图6A和6B的封隔器600完成。裸眼井、机械坐封封隔器600使砾石充填完井能够通过提供不需要流体的进一步层位封隔同时享受替代路径砾石充填完井的可靠性的益处，获得目前独立滤器(SAS)应用的灵活性。

图11为流程图，其提供了可在一个实施方式中用于坐封封隔器的方法1100的步骤。该方法110首先包括提供封隔器。这在框1110处显示。封隔器可与图6A和6B的封隔器600一致。因此，封隔器为抵靠裸眼井筒被坐封以密封环带的机械坐封封隔器。

根本地，封隔器将具有内心轴和在内心轴周围的替代流动通道。封隔器可进一步具有可移动的活塞壳和弹性密封元件。密封元件被可操作地连接至活塞壳。这意味着沿封隔器滑动可移动的活塞壳(相对于内心轴)将促使密封元件与周围井筒接合。

封隔器还可具有口。该口与活塞壳流体连通。井筒内的流体静压力与该口连通。这又将流体压力施加至活塞壳。响应流体静压力沿封隔器的活塞壳的移动引起弹性密封元件膨胀为与周围井筒接合。

优选地，封隔器还具有对中系统。一个实施例是图6A和6B的对中装置660。还优选地，用于促使密封元件的机械力经由对中系统通过活塞壳被施加。以此方式，对中装置和密封元件两者都通过相同的静水压力被安装。

该方法1100还包括将封隔器连接至管状体。这在框1120处提供。管状体可以为装备有替代流动通道的无眼管或井下传感工具。但是，优选地，管状体为装备有替代流动通道的砂滤器。

优选地，封隔器为具有杯型密封元件的两个机械坐封封隔器之一。封隔器组合件被放置在装备有替代流动通道的一系列砂滤器或无眼件(blank)中。

不论什么布置，方法1100还包括将封隔器和连接的管状体下入井筒。这在框1130处显示。另外，方法1100包括将坐封工具下入井筒。这在框1140处提供。优选地，封隔器和连接的砂滤器首先被下入，随后是坐封工具。坐封工具可与图7C的示例性坐封工具750一致。优选地，坐封工具是冲洗管的一部分，或者与冲洗管一起被下入。

该方法1100接下来包括移动坐封工具通过封隔器的内心轴。这在框1150处显示。坐封工具在井筒内通过机械力被平移。优选地，坐封工具位于工作管柱诸如挠性管的末端上。

坐封工具通过内心轴的移动使坐封工具将套筒沿内心轴移位。在一方面，将套筒移位将剪切一个或多个剪切销钉。在任何方面中，将套筒移位释放活塞壳，允许活塞壳沿封隔器相对于内心轴移位或滑动。如以上注意到的，活塞壳的该移动允许密封元件被启动抵靠周围裸眼井筒的壁。

与框1150的移动步骤有关，方法1100还包括连通流体静压力至该口。这见于框1160。连通流体静压力意指井筒具有储存在流体柱中的足够能量来产生静压头，其中静压头作用于活塞壳的表面或肩。流体静压力包括来自井筒中的流体的压力，无论这种流体是完井流体还是储层流体，并且还可包括通过储层在井下贡献的压力。因为剪切销钉(包括调节螺钉)已经被剪切，所以活塞壳自由移动。

返回图10，用于完成裸眼井筒的方法1000还包括将颗粒砂浆注入环形区域。这在框1050中说明。颗粒砂浆由携带液和砂(和/或其它)颗粒组成。一个或多个替代流动通道允许颗粒砂浆绕过机械坐封封隔器的密封元件。以此方式，井筒的裸眼井部分在机械坐封封隔器元件的下方或在机械坐封封隔器元件的上方和下方(但不是之间)被砾石充填。

注意，环带隔绝的顺序可改变。例如，如果砂桥在砾石充填期间过早形成，则桥上方的环带将由于替代流动通道继续通过经由砂滤器漏泄的流体被砾石充填。在这方面，一些砂浆将流入并通过替代流动通道，以绕过过早出现的砂桥并沉积砾石充填物。当过早出现的砂桥上方的环带几乎被完全充填时，砂浆越来越多地被转移进入并通过替代流动通道。这里，过早出现的砂桥和封隔器两者都将被绕过，以使环带在封隔器下方被砾石充填。

过早出现的砂桥可在封隔器下方形成也是可能的。在封隔器上方或下方的任何空隙将最终通过替代流动通道被充填，直到整个环带完全被砾石充填。

在抽取操作期间，在砾石覆盖封隔器上方的滤器后，砂浆被转移进入分流管，随后通过封隔器，并继续在封隔器下方经分流管(或替代流动通道)充填，侧口允许砂浆离开进入井筒环带。装备提供了封堵底水、选择性完成或砾石充填目标层段、实施堆叠的裸眼井完井或在采出后隔离含气体/水的砂岩的能力。装备进一步允许选择性增产、选择性水或气体注入或用于损害去除或地层砂胶结的选择性化学处理。

方法1000进一步包括沿井筒的裸眼井部分从层段采出采出液。这在框1060处提供。生产进行一段时期。

在方法1000的一个实施方式中，来自所选择的层段的流动可被密封以免流入井筒。例如，可在所选择的地下层段的顶部上方或附近在砂滤器的中心管内安装堵塞器。这在框1070处显示。这样的堵塞器可在最低的封隔器组合件位置或下方被使用，诸如来自步骤1035的第二封隔器组合件。

在另一实例中，跨式双封隔器顺着待被密封的所选择的地下层段沿中心管被放置。这在框1075处显示。这种跨立可包括沿心轴在邻近上部和下部封隔器组合件(诸如图2或图9A的封隔器组合件210′、210″)的密封元件的放置。

防砂装置200的其它实施方式可与本文的设备和方法一起使用。例如，防砂装置可包括独立滤器(SAS)、预制滤砂管或薄膜滤器。单根管可以为滤器、无眼管或层位封隔设备的任何组合。

井下封隔器可在除了生产的背景下用于地层隔离。例如，方法可进一步包括从地面将溶液注入通过封隔器下方的内心轴并进入地下地层。溶液可以为例如水性溶液、酸性溶液或化学处理品。该方法可随后进一步包括循环水性溶液、酸性溶液或化学处理品以沿井筒的裸眼井部分清洁近井筒区域。这可在生产操作开始之前或之后进行。可选地，溶液可以为水性溶液，并且方法可进一步包括继续将水性溶液注入地下地层，作为提高采收率法采油操作的一部分。这将优选地代替从井筒的生产。

尽管明显的是本文描述的发明被很好地考虑以实现以上阐述的益处和优点，但将理解本发明可在不脱离其精神的情况下被改进、变化和改变。用于完成裸眼井筒的改进的方法被提供，以便封堵一个或多个所选择的地下层段。还提供了改进的层位封隔设备。本发明允许操作员从所选择的地下层段采出采出液，或将流体注入所选择的地下层段。

Claims (44)

1.用于在地下地层中完成井筒的方法，所述方法包括：

提供封隔器，所述封隔器包括：

内心轴，

沿所述内心轴的替代流动通道，和

所述内心轴外部的密封元件；

将所述封隔器连接至管状体；

将所述封隔器和连接的管状体下入所述井筒；

通过促使所述密封元件与所述周围地下地层接合，坐封所述封隔器；

将砾石砂浆注入在所述管状体和所述周围地层之间形成的环形区域；和

通过所述替代流动通道注入所述砾石砂浆，以允许所述砾石砂浆至少部分地绕过所述密封元件，以使所述井筒在所述封隔器下方的所述环形区域内被砾石充填。

2.权利要求1所述的方法，其中所述注入步骤在所述封隔器已经被坐封在所述井筒中之后进行。

3.权利要求2所述的方法，其中：

所述井筒具有限定裸眼井部分的下端；

所述封隔器和管状体沿所述裸眼井部分被下入所述井筒；

所述封隔器被坐封在所述井筒的所述裸眼井部分内；

所述管状体为(i)砂滤器，其包括中心管、替代流动通道和周围过滤介质，或(ii)无眼管，其具有替代流动通道；和

所述中心管或所述无眼管由多个单根管组成。

4.权利要求3所述的方法，进一步包括：

连接所述中心管的所述多个单根管中的两个之间的所述封隔器。

5.权利要求2所述的方法，其中通过所述替代流动通道注入所述砾石砂浆的步骤包括绕过所述密封元件，以使所述封隔器已被坐封在所述井筒内之后，所述井筒的所述裸眼井部分在所述封隔器的上方和下方被砾石充填。

6.权利要求3所述的方法，其中所述封隔器进一步包括：

可移动的活塞壳，其保持在所述内心轴周围；和

一个或多个流动孔，其在所述替代流动通道和所述活塞壳的承压面之间提供流体连通。

7.权利要求6所述的方法，进一步包括：

将坐封工具下入所述封隔器的所述内心轴；

操作所述坐封工具，以将所述可移动的活塞壳从它的保持位置机械地释放；和

通过所述一个或多个流动孔连通流体静压力至所述活塞壳，从而移动所述释放的活塞壳并促使所述密封元件抵靠所述周围井筒。

8.权利要求7所述的方法，其中：

所述封隔器进一步包括沿所述内心轴的内表面的分离套筒；和

操作所述坐封工具包括通过所述内心轴拉动所述坐封工具，以将所述分离套筒移位。

9.权利要求8所述的方法，其中将所述分离套筒移位剪切至少一个剪切销钉。

10.权利要求9所述的方法，其中：

下入所述坐封工具包括将冲洗管下入所述封隔器的所述内心轴内的孔中，所述冲洗管在其上具有所述坐封工具；和

将所述可移动的活塞壳从它的保持位置释放包括沿所述内心轴拉动具有所述坐封工具的所述冲洗管，从而将所述分离套筒移位并且剪切所述至少一个剪切销钉。

11.权利要求10所述的方法，其中所述密封元件为弹性杯型元件。

12.权利要求10所述的方法，其中：

所述封隔器进一步包括对中装置；和

释放所述活塞壳进一步促使所述对中装置与所述井筒的所述周围裸眼井部分接合。

13.权利要求12所述的方法，其中连通流体静压力至所述活塞壳移动所述活塞壳以启动所述对中装置，其又促使所述密封元件抵靠所述周围井筒。

14.权利要求3所述的方法，其中所述封隔器为第一机械坐封封隔器，其是封隔器组合件的一部分。

15.权利要求14所述的方法，其中所述封隔器组合件包括：

所述第一机械坐封封隔器；和

与所述第一机械坐封封隔器间隔开的第二机械坐封封隔器，所述第二机械坐封封隔器基本上是所述第一机械坐封封隔器的镜像，或基本上与所述第一机械坐封封隔器相同。

16.权利要求15所述的方法，其中所述第一封隔器和所述第二封隔器中的每一个都进一步包括：

在所述内心轴周围保持的可移动的活塞壳；和

一个或多个流动孔，其在所述替代流动通道和所述活塞壳的承压面之间提供流体连通。

17.权利要求16所述的方法，进一步包括：

将坐封工具下入所述封隔器中每一个的所述内心轴；

操作所述坐封工具，以沿所述各自的第一封隔器和第二封隔器中的每一个将所述可移动的活塞壳从它的保持位置机械地释放；和

通过所述一个或多个流动孔连通流体静压力至所述活塞壳，从而移动所述释放的活塞壳并促使所述第一封隔器和所述第二封隔器中的每一个的所述密封元件抵靠所述周围井筒。

18.权利要求17所述的方法，其中：

下入所述坐封工具包括将冲洗管下入所述各自的第一封隔器和第二封隔器的所述内心轴内的孔中，所述冲洗管在其上具有所述坐封工具；和

将所述可移动的活塞壳从它的保持位置释放包括沿所述各自的第一封隔器和第二封隔器的所述内心轴拉动具有所述坐封工具的所述冲洗管，从而将在所述第一封隔器和所述第二封隔器中的每一个的分离套筒移位，并且剪切各自的剪切销钉。

19.权利要求3所述的方法，进一步包括：

沿所述井筒的所述裸眼井部分从至少一个层段中采出烃流体。

20.权利要求3所述的方法，其中：

所述封隔器进一步包括对中装置；和

坐封所述封隔器进一步包括促使所述对中装置与所述井筒的所述周围裸眼井部分接合。

21.权利要求21所述的方法，其中坐封所述封隔器包括沿非穿透的一节套管或裸眼井部分中的任一个坐封所述封隔器。

22.用于密封管状体和周围井筒之间的环形区域的井下封隔器，其包括：

内心轴；

沿所述内心轴的替代流动通道；

在所述内心轴外部并围绕所述内心轴圆周上存在的密封元件；和

保持在所述内心轴周围的可移动的活塞壳，所述可移动的活塞壳在第一端上具有承压面，并被可操作地连接至所述密封元件，其中所述活塞壳响应流体静压力作用于所述密封元件。

23.权利要求22所述的井下封隔器，进一步包括：

一个或多个流动孔，其在所述替代流动通道和所述活塞壳的所述承压面之间提供流体连通；

沿所述内心轴的内表面的分离套筒；和

被连接至所述分离套筒的释放键，所述释放键在其中所述释放键接合并保持所述可移动的活塞壳在合适的位置的保持位置至其中所述释放键脱离所述活塞壳的释放位置之间是可移动的，因而允许所述流体静压力作用于所述活塞壳的所述承压面，并沿所述内心轴移动所述活塞壳以启动所述密封元件。

24.权利要求23所述的井下封隔器，进一步包括：

至少一个剪切销钉，其将所述分离套筒可释放地连接至所述释放键。

25.权利要求22所述的井下封隔器，其中所述密封元件为弹性杯型元件。

26.权利要求22所述的井下封隔器，其中所述密封元件长度为大约6英寸(15.2cm)至24英寸(61cm)。

27.权利要求26所述的井下封隔器，进一步包括：

具有可延伸的爪指的对中装置，所述爪指响应所述活塞壳的移动延伸。

28.权利要求27所述的井下封隔器，其中：

所述对中装置被置于所述活塞壳和所述密封元件之间的所述内心轴周围；和

所述井下封隔器被设置，以便由所述活塞壳施加的对所述对中装置的力促使所述密封元件抵靠所述周围井筒。

29.权利要求23所述的井下封隔器，进一步包括：

在所述内心轴周围圆周上放置的活塞心轴；

提供在所述内心轴和所述周围活塞心轴之间的环带，其中所述环带限定所述替代流动通道；和

其中所述一个或多个流动孔被布置于所述活塞心轴内。

30.权利要求29所述的井下封隔器，其中所述活塞壳和所述密封元件圆周上围绕所述活塞心轴存在。

31.权利要求29所述的井下封隔器，进一步包括：

计量口，其被设置以调节速度，在所述速度下，所述活塞壳沿所述活塞心轴平移，从而减缓所述活塞壳的移动并调节所述封隔器的坐封速度。

32.权利要求29所述的井下封隔器，进一步包括：

负载肩，其围绕上端的所述活塞心轴被布置并被设置以在用工作管柱配装期间支撑所述封隔器。

33.权利要求29所述的井下封隔器，进一步包括：

连接器，其被连接至所述上端的所述活塞心轴，所述连接器限定管状体，所述管状体被设置以容纳所述内心轴，并形成所述内心轴和所述周围连接器之间的所述替代流动通道的一部分。

34.用于坐封井筒内的封隔器的方法，其包括：

提供封隔器，所述封隔器包括：

内心轴，

沿所述内心轴的替代流动通道，和

所述内心轴外部的密封元件；

将所述封隔器连接至管状体；

将所述封隔器和连接的管状体下入所述井筒；

将坐封工具下入所述封隔器的所述内心轴；

拉动所述坐封工具以将分离套筒沿所述封隔器的所述内心轴从保持位置机械地移位，从而释放所述活塞壳以进行轴向移动；和

通过所述一个或多个流动孔连通流体静压力至所述活塞壳，从而轴向移动所述释放的活塞壳并促使所述密封元件抵靠所述周围井筒。

35.权利要求34所述的方法，其中：

所述井筒具有限定裸眼井部分的下端；

将所述封隔器下入所述井筒包括将所述封隔器下入所述井筒的所述裸眼井部分；

所述管状体为(i)砂滤器，其包括中心管、替代流动通道和周围过滤介质，或(ii)无眼管，其包括替代流动通道；并且所述方法进一步包括：

将砾石砂浆注入在所述管状体和所述井筒的所述周围裸眼井部分之间形成的环形区域，和

通过所述替代流动通道进一步注入所述砾石砂浆，以允许所述砾石砂浆绕过所述密封元件，以使在所述封隔器已经被坐封在所述井筒中之后，所述井筒的所述裸眼井部分在所述封隔器下方被砾石充填。

36.权利要求35所述的方法，其中通过所述替代流动通道进一步注入所述砾石砂浆的所述步骤包括绕过所述密封元件，以使在所述封隔器已经被坐封在所述井筒中之后，所述井筒的所述裸眼井部分在所述封隔器上方和下方被砾石充填。

37.权利要求35所述的方法，其中：

移位所述分离套筒剪切至少一个剪切销钉；

下入所述坐封工具包括将冲洗管下入所述封隔器的所述内心轴内的孔，所述冲洗管在其上具有所述坐封工具；和

将所述可移动的活塞壳从它的保持位置释放包括沿所述内心轴拉动具有所述坐封工具的所述冲洗管，从而将所述分离套筒移位并剪切所述至少一个剪切销钉。

38.权利要求35所述的方法，其中通过所述替代流动通道进一步注入所述砾石砂浆的所述步骤包括绕过所述密封元件，以使在封隔器已经被坐封在所述井筒中之后，所述井筒的所述裸眼井部分在所述封隔器的上方和下方被砾石充填。

39.权利要求37所述的方法，其中所述封隔器进一步包括一个或多个流动孔，其在所述替代流动通道和所述活塞壳的承压面之间提供流体连通。

40.权利要求39所述的方法，其中：

所述封隔器进一步包括对中装置；和

释放所述活塞壳进一步促使所述对中装置与所述井筒的所述周围裸眼井部分接合。

41.权利要求35所述的方法，进一步包括：

在所述封隔器下方从地下地层采出地层流体，并向上通过所述封隔器的所述内心轴到达地面。

42.权利要求35所述的方法，进一步包括：

从地面注入溶液，通过所述封隔器下方的所述内心轴，并进入地下地层。

43.权利要求42所述的方法，其中：

所述溶液为水性溶液、酸性溶液或化学处理品；和

所述方法进一步包括循环所述水性溶液、所述酸性溶液或所述化学处理，以沿所述井筒清洁近井筒区域。

44.权利要求42所述的方法，其中：

所述溶液为水性溶液；和

所述方法进一步包括继续注入所述水性溶液进入所述地下地层，作为提高采收率法采油操作的一部分。

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