防碎屑的内部管柱测试系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201180073952.0 | 申请日 | 2011-10-04 | 公开(公告)号 | CN103890311B | 公开(公告)日 | 2015-07-29 |
| 申请人 | 哈里伯顿能源服务公司; | 发明人 | P·D·林根贝格; C·L·霍金斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于与具有纵向延伸的流动通道的管柱一起使用的管柱测试系统可包括： 阀 门 ，其选择性地允许和阻止在流动通道的各部段之间的 流体 连通；旁路通道，其在阀门关闭时在流动通道的各部段之间提供流体连通；以及 过滤器 ，其过滤流过旁路通道的流体。一种测试管柱的方法可包括：允许流体流过旁路通道，该旁路通道连接纵向延伸穿过管柱的流动通道的各部段，过滤器过滤流过旁路通道的流体；管柱测试系统的阀门阻止在流动通道的部段之间的流体流过阀门；以及响应于在过滤器上形成预定的压差而阻止通过旁路通道的流动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于与管柱一起使用的管柱测试系统，所述管柱具有纵向延伸穿过所述管柱的流动通道，所述测试系统包括： |
||||||
| 说明书全文 | 防碎屑的内部管柱测试系统技术领域[0001] 本发明公开大体上涉及结合地下井使用的设备和结合地下井进行的操作，并且在以下描述的示例中更具体地提供了一种防碎屑的内部管柱测试系统。 背景技术[0002] 在管柱被安装到井中时，能够对管柱进行压力测试是有益的。这样的压力测试可以防止时间和金钱被浪费在回收管柱以消除一个或多个泄漏上。因此，应当理解，在构造用于测试管柱的系统的领域一直需要改进。 发明内容[0003] 在以下公开内容中，提供了为本领域带来改进的管柱测试系统和方法。下面描述了一个示例，其中使用过滤器来防止碎屑对系统造成故障。下面描述了另一个示例，其中系统包括具有在过滤器下游的一个或多个止回阀的旁路通道。 [0004] 在一个方面，本发明公开为本领域提供了用于与具有流动通道的管柱一起使用的管柱测试系统，该流动通道纵向延伸穿过管柱。在一个示例中，测试系统可包括：阀门，其选择性地允许和阻止流动通道的各部段之间的流体连通；旁路通道，其在阀门关闭时在流动通道的各部段之间提供流体连通；以及过滤器，其过滤流过旁路通道的流体。 [0005] 在另一个方面，下面描述了一种测试管柱的方法。在一个示例中，该方法可包括允许流体流过旁路通道，该旁路通道连接纵向延伸穿过管柱的流动通道的各部段，其中过滤器过滤流过旁路通道的流体。管柱测试系统的阀门阻止在流动通道的各部段之间的流体流过阀门。响应于在过滤器上形成预定的压差而阻止通过旁路通道的流动。 附图说明[0007] 图1是可采用本发明公开的原理的井系统和相关方法的代表性的局部剖视图。 [0008] 图2A-F是可采用本公开的原理的管柱测试系统的一系列代表性剖视图，测试系统被描绘为处于进入构型。 [0009] 图3A-F是处于一种可能的致动构型的测试系统的一系列代表性剖视图。 具体实施方式[0010] 图1中代表性地示出的是用于井的系统10和相关方法。井系统10和方法可采用本公开的原理，但应当清楚地理解，该系统和方法仅仅是可以分别在本公开的范围内构造和实施的各种系统和方法的一个示例。 [0012] 在其它示例中，在流体22流入井筒的地方井筒14可以不衬有套管16和水泥18(例如，井筒可以是无套管的或裸眼，例如，在封隔器28以下，封隔器28将完井管柱26密封和固定在井筒中)，井筒可以是水平的或倾斜的，封隔器可包括衬管悬挂器，完井管柱、射孔枪(未示出)和管柱12可以在一次起下作业中作为单个管柱的各部件等而传送到井筒中。因此，应当理解，可以对图1中描绘的井系统10和方法做出许多改变，同时仍然保持在本公开的范围内。 [0013] 管柱12可以是本领域的技术人员已知的作为工作管柱的类型，并且可以由管段和/或连续的油管等构成。任何类型的管状材料都可以用于管柱，包括(但不限于)本领域的技术人员已知作为生产油管、连续油管、复合油管、有线油管等的管柱。 [0014] 图1的管柱12具有在其下端上的密封件30，用于在封隔器28的密封孔32内(或在连接到衬管悬挂器等的密封孔延伸部中)进行密封。以这种方式，纵向延伸穿过管柱12的流动通道34将被设置成与完井管柱26的内部密封流体连通，以使得流体22可以例如在地层24的测试期间流过通道34。 [0015] 管柱测试系统36互连在管柱12中。在该示例中，测试系统36允许在管柱12被下入井筒14时用井流体填充管柱12。 [0016] 而且，测试系统36允许将增加的压力施加到阀门38上方的流动通道34，以便在内部对管柱12进行压力测试。管柱12在被下入井筒14时可以被定期地测试压力，并且在每次压力测试成功时可以重新开始安装。 [0017] 管柱12也可具有互连在其中的测试阀40和循环阀42，用于测试地层24(例如，在压力恢复和压降测试中)，用于在测试之后建立通过管柱的循环，等等。用于在管柱12中使用的合适的测试阀包括由美国得克萨斯州休斯敦的哈里伯顿能源服务公司（Halliburton Energy Services,Inc.）销售的LPR-N(TM)和SELECT(TM)测试阀，并且合适的循环阀包括也由哈里伯顿能源服务公司销售的OMNI(TM),RTTS(TM)和VIPR(TM)循环阀。当然，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其它类型的测试阀和循环阀，并且测试阀和循环阀的使用不是必要的。 [0018] 测试系统36中的阀门38阻止通过通道34的流动，使得在管柱12压力测试期间，施加在阀门上的增加的压力不会漏出管柱的下端。然而，为了允许管柱12在被下入井筒14中时由井流体所填充，旁路通道围绕阀门38设置。具有这样的阀门38和旁路通道44的测试系统36的一个示例在图2A-F中代表性地示出。 [0019] 图2A-F中描绘的测试系统36可以在图1的井系统10和方法中使用，并且测试系统在本文中进一步描述为测试系统在图1的井系统和方法示例中使用。然而，应当清楚地理解，测试系统36可以在其它井系统和方法中使用，同时保持在本公开的范围内。 [0020] 虽然管柱12被安装在井筒14中，但测试系统36的阀门38被关闭(参见图2B)，使得增加的压力可被施加到阀门上方的流动通道34的部段34a。然而，当管柱12正被下入井筒14时，即使阀门被关闭，由旁路通道44(参见图2B-D)允许井流体46绕过阀门38流动。 [0022] 活塞52将两个气室56、58分离，这两个气室初始地均处于基本上相同的压力(例如，大气压)下。室56、58中的气体可以是空气或惰性气体，例如氮气等。 [0023] 爆破片60初始地将室58与测试系统36外部的压力隔离开。如果测试系统36在系统10使用，那么该压力将在径向地形成于管柱12和井筒14之间的环空62中。 [0024] 为了将阀门38从其关闭构型(如图2B中所描绘的)致动至其打开构型(如图3B中所描绘的)，环空62中的压力可以被增加至预定水平，从而使片60破裂并允许环空中的压力进入室58。这将形成从室58到室56的压差，从而偏置活塞52以向上移置阀门38(如在图中所示)并且将阀门38致动至其打开构型。 [0025] 代替爆破片60，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用临时隔离室58的其它装置(例如，阀门等)或可释放地固定活塞52以防止移置的其它装置(例如，剪切销等)。在一个示例中，一个或多个阀门或其它流动控制装置可以经由遥测技术(例如，由哈里伯顿能源服务公司销售的DYNALINK(TM)声学遥测系统)例如从地面处或附近地远程操作。 [0026] 优选地，直到管柱12被完全地安装，或者至少直到不存在对管柱进行压力测试的需求，阀门38才被从其关闭构型致动至其打开构型。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，阀门38可以在任何时间被致动。 [0027] 如图2C中所描绘的，多个止回阀64串联连接在纵向延伸穿过外壳组件54的多个旁路通道44中的每一个中。然而，在其它示例中，根据需要，可以使用单个旁路通道44和单个止回阀64。 [0028] 止回阀64允许流体46从通道部段34b流至通道部段34a，即使阀门38阻止这样的流通过阀门本身。因此，当管柱正被安装时，可以在阀门38处于其关闭构型的情况下用流体46填充管柱12。 [0029] 使用多个止回阀64允许止回阀中的一个（或多个）失效，同时止回阀中的其余止回阀可以继续阻止流体46从通道部段34a倒流至通道部段34b(例如，在管柱12的压力测试期间)。止回阀64可能失效，例如，由于碎屑阻止与止回阀中的阀座的密封接合。 [0030] 为了防止碎屑堵塞旁路通道44，或者造成球阀48或止回阀64故障等，使用过滤器66来在流体46进入旁路通道(参见图2D)时过滤该流体。过滤器66可以例如是丝网、烧结的、线材缠绕的、或其它类型的过滤器。应当注意，在该示例中，过滤器66被并入芯轴68的纵向部段中，芯轴68的外表面可由骑跨旁路通道44的密封件70、72密封地接合。 [0031] 如在图2D中所示，芯轴68的上端与密封件70密封地接合，使得从通道34流至旁路通道44的流体46必须流过过滤器66。然而，如果芯轴68被向上移置，那么过滤器66也将向上移置，并且密封件70、72将密封地接合芯轴的留空部分(blank portion)，从而防止流体46流入旁路通道(如图3D中所描绘的)。 [0032] 当过滤器66变得被碎屑不可接受地堵塞，使得流体46不再能充分地流过旁路通道44时，芯轴68向上移置。由于对经过过滤器的流动的限制，在过滤器66上将形成压差，并且该压差可用来移置过滤器，如下文更充分地描述的。 [0033] 在图2E中，可以看到，活塞74连接到芯轴68，并且被往复地接纳在外壳组件54中。活塞74暴露于由活塞分离的两个室76、78中的压力。室78暴露于流动通道34中的压力，并且室76暴露于芯轴68和外壳组件之间的环形区域中的压力，该环形区域也在过滤器66的下游且与旁路通道44流体连通。 [0034] 当然，旁路通道44与上部通道部段34a流体连通，如上文所讨论的。因此，室76与上部通道部段34a间接地流体连通，并且室78与下部通道部段34b流体连通，过滤器66则被夹在通道部段34a、34b之间。 [0035] 如果下部通道部段34b中的压力相对于上部通道部段34a中的压力增加，例如，如果过滤器66变得被碎屑堵塞时，那么活塞74将被压差偏置以向上移置，从而也向上移置芯轴68。当活塞74向上移置足够的距离时，密封件70、72两者均抵靠芯轴68的留空部分密封，从而防止流入旁路通道44(如在图3D中所描绘的)。 [0036] 因此，当管柱12正被安装到井筒14中时，过滤器66过滤从下部通道部段34b流至上部通道部段34a的流体46。然而，如果过滤器66变得被碎屑堵塞(或者出于不论什么原因通过过滤器的流动被不可接受地限制)，那么通过旁路通道44的流动可以被便利地阻止。管柱12的压力测试仍可以进行，例如通过在每次测试之前从地面填充管柱来进行。 [0037] 如在图2D中所描绘的，偏置装置80(例如，弹簧、压缩气室等)可用来向下移置芯轴68和过滤器66，例如如果在横跨过滤器66的压差减小时，从而再次允许流体46流过过滤器且进入旁路通道44。 [0038] 现在另外参看图3A-F，测试系统36代表性地示出为在过滤器66和芯轴68已向上偏移以关闭旁路通道44之后，并且在致动器50已被操作以打开阀门38之后。在该示例中，管柱12已被充分地安装在井筒14中，并且将随后进行使用测试阀40的地层测试，因此此时希望阀门38处于打开构型。 [0039] 应当注意，在图3A中，爆破片60已响应于施加到环空62的预定压力而破裂，从而在爆破片上形成对应的压差。活塞52已向上移置，从而打开阀门38，如图3B所示。 [0040] 在图3D中，可以看到，芯轴68已向上偏移，从而防止进入旁路通道44的流动。在该示例中，不使用偏置装置80。相反，呈弹性锁定套爪84形式的保持装置82被用来防止芯轴68在已向上移置之后向下移置。因此，在该示例中，一旦通过旁路通道44的流动被芯轴68的向上移置而阻止，这样的流动就不能再次被允许(不取回测试系统12并将其重置)。 [0041] 其它合适类型的保持装置82可包括扣环、闩锁、锁块等。一旦已实现一定的移置，保持装置82就可以固定芯轴68以防止进一步移置。 [0042] 应当注意，在操作测试系统36的过程中，不必要向上移置芯轴68或者阻止通过旁路通道44的流动。对通过旁路通道44的流动的阻止优选地是在通过过滤器66的流体46的流动不可接受地被限制的情况下所采取的应急措施。 [0043] 虽然阀门38在附图中被描绘为包括球阀48，但应当理解，如果需要，可以使用其它类型的阀门(例如，挡板式阀门、闸阀或套筒阀等)。球阀48的一个有益特征在于，它是防碎屑的、可靠的，并且它优选地可以对在任一纵向方向上通过流动通道34的流动进行密封。在使用浮式钻机将管柱12传送到井筒14中时，后一个特征可能是尤其有益的，因为升沉运动不会造成流体46向上流过球阀48。 [0044] 止回阀64可具有偏置装置86(例如，呈卸压阀的形式，参见图2C和图3C)，从而当从通道部段34b到通道部段34a形成预定压差时，止回阀打开。该压差可以被选择，使得对于一定密度的流体46来说，在通道34和环空62中的流体的对应的某个深度差产生该压差。 [0045] 例如，偏置装置86可以被设置，使得随着管柱12被下入井筒14中，在通道34和环空62之间保持流体46的一致的深度差。以这种方式，在进行压力测试之前，通道34将仅需要被填满该深度差。备选地，在进行压力测试之前，压力可以根据需要被施加到环空62以在止回阀64上形成预定的压差，从而打开止回阀并填充管柱12。 [0046] 如果需要，止回阀64可以被停用，从而允许流体46通过旁路通道44从通道部段34a流至通道部段34b。这可能是所需的，例如将在不打开阀门38的情况下进行阀门38下方的管柱12的压力测试时。 [0047] 实现该结果的一种方式将是由非磁性材料构造外壳组件54，至少是围绕止回阀64的那一部分。磁性装置88(例如，永久磁体、电磁体、磁致伸缩材料等，参见图3B)可接着被定位在通道34中(例如，由钢丝绳缆、连续油管传送的、自传送的等)，并且被操作以产生足以将止回阀64拉离其阀座的磁场，从而允许逆流通过旁路通道44。 [0048] 在又一个可选特征中，阀门(未示出)可用来提供与室56的选择性流通。在该示例中，室58中的压力可以相对于室56中的压力增加以打开阀门38(例如，以允许对阀门38下方的管柱12进行压力测试、以允许密封件30进入密封内孔32而不在密封件上产生有害的压差，等等)，或者室56中的压力可以相对于室58中的压力增加以关闭阀门(例如，以允许对阀门38上方的管柱12进行压力测试，等等)。 [0049] 现在可以完全理解的是，本公开对构造管柱测试系统的领域产生显著的进步。在上述一个示例中，过滤器66过滤流过旁路通道44的流体46，从而防止阀门38和止回阀64的故障。在对通过过滤器66的流动的不可接受的高阻力(例如，由于过滤器中的碎屑等)的情况中，旁路通道44可以被关闭，并且通过用来自地面的流体填充管柱且然后对着关闭的阀门38施加压力，仍然可以对管柱12进行压力测试。 [0050] 以上公开描述了用于与具有流动通道34的管柱12一起使用的管柱测试系统36，流动通道34纵向延伸穿过管柱12。在一个示例中，测试系统36可包括：阀门38，其选择性地允许和阻止在流动通道34的部段34a、34b之间提供流体连通；旁路通道44，其在阀门38关闭时在流动通道34的部段34a、34b之间提供流体连通；以及过滤器66，其过滤流过旁路通道44的流体46。 [0051] 响应于在过滤器66上形成预定的压差而阻止通过旁路通道44的流动。在一个示例中，偏置装置80可响应于过滤器66上的压差的减小而造成允许通过旁路通道44的流动。 [0052] 可以响应于对通过过滤器66的流的增加的限制和/或响应于在过滤器66上形成预定的压差来阻止通过旁路通道44的流动。 [0053] 测试系统36还可包括至少一个止回阀64，该止回阀允许沿一个方向上通过旁路通道44的流动，并且阻止沿相反方向通过旁路通道44的流动。该至少一个止回阀64可包括串联的多个止回阀64。止回阀64可以互连在过滤器66下游的旁路通道44中。 [0054] 阀门38可包括球阀48。阀门38在关闭时可以阻止在流动通道部段34a、34b之间、在两个纵向方向上通过阀门38的流动。 [0055] 以上还描述了一种测试管柱12的方法。在一个示例中，该方法可包括：允许流体46流过旁路通道44，旁路通道44连接纵向延伸穿过管柱12的流动通道34的部段34a、34b，过滤器66过滤流过旁路通道44的流体46；管柱测试系统36的阀门38阻止流体46在流动通道34的部段34a、34b之间通过阀门38的流动；以及响应于在过滤器66上形成预定的压差而阻止通过旁路通道44的流动。 [0056] 该方法还可包括在关闭阀门38的同时，增加流动通道部段的一个34a中的压力，从而对管柱12进行压力测试。压力测试可包括管柱测试系统36的至少一个止回阀64阻止从流动通道部段34a中的一个通过旁路通道44的流动。 [0057] 止回阀64可以定位在外壳组件54的非磁性部分中。该方法可包括操作磁性装置88，从而造成止回阀64允许在两个相反方向上通过止回阀64流动。 [0058] 应当理解，在不背离本公开的原理的情况下，以上描述的各种示例可以运用于各种取向，例如倾斜、倒置、水平、竖直等等，且可运用于和各种构型中。附图中示出的实施例仅作为本公开的原理的有效应用的示例来描绘和描述，本公开的原理不限于这些实施例的任何具体的细节。 [0059] 在对代表性示例的以上描述中，使用诸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等的方向性术语以方便参阅附图。通常，“上方”、“上部”、“向上”及类似的术语是指沿井筒朝向地面的方向，而“下方”、“下部”、“向下”及类似的术语是指沿井筒远离地面的方向，而不论井筒是水平的、竖直的、倾斜的、偏离的，等等。然而，应当清楚地理解，本公开的范围不限于本文所述的任何特定方向。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈