井下完井系統的製作方法

2023-08-04 18:57:01 2

本發明涉及一種井下完井系統，其包括安裝在井孔中的生產套管和環狀屏障系統，該環狀屏障系統待在井下於生產套管與井孔壁部或另一井管結構之間的環空內膨脹以在井孔的具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間提供區域隔離。本發明還涉及一種用於檢驗區域隔離的檢驗方法以及一種用於監測井的狀況的監測方法。

背景技術：

在完井作業時，通過將具有環狀屏障的套管柱浸入井孔或井的套管內來提供生產區域。在套管柱位於井孔內或井孔中的另一套管內的正確位置時，使環狀屏障膨脹、隆起或擴張以隔離在井管結構與井孔或內井管結構或外井管結構之間的第一區域和第二區域。環狀屏障在一些完井中通過加壓流體膨脹，這需要一定量的附加能量。在其它完井中，環狀屏障內側的化合物被加熱以使所述化合物變為氣態，從而增大其體積並因此使可膨脹的金屬套筒膨脹。

然而，由於可能會很難控制環狀屏障是否已經正確地執行了膨脹，如果井未在完井後按計劃起作用，則可能出現與環狀屏障在第一區域與第二區域之間的隔離和密封性能有關的不確定性。

因此，使用兩個環狀屏障來隔離生產區域，並且通過在生產套管上的位於所述兩個環狀屏障之間的生產開口來測試壓力和溫度可藉助測試工具來容易地執行，如從US 2003/213591已知的。然而，環狀屏障的隔離和密封性能的測試無法通過這樣的工具來測試。

技術實現要素：

本發明的一個目的是完全或部分地克服現有技術中的上述缺點和不足。更特別地，一個目的是提供一種改進的具有環狀屏障的井下完井系統，能夠測試該環狀屏障的隔離和密封性能。

從下面的描述中將變得顯而易見的上述目的以及眾多的其它目的、優點和特徵由根據本發明的方案來實現，即通過一種井下完井來實現，該井下完井包括：

-安裝在井孔中的生產套管；以及

-環狀屏障系統，該環狀屏障系統待在井下於生產套管與井孔壁部或另一井管結構之間的環空中膨脹以用於在井孔的具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間提供區域隔離，該環狀屏障系統包括環狀屏障，該環狀屏障包括：

-適於作為所述生產套管的一部分安裝的管狀金屬部件，該管狀金屬部件具有外表面；

-可膨脹的金屬套筒，環繞該管狀金屬部件並具有面向所述管狀金屬部件的套筒內表面和面向所述井孔的壁部的套筒外表面，所述可膨脹的金屬套筒的每個端部與所述管狀金屬部件連接；以及

-在所述可膨脹的金屬套筒的套筒內表面與所述管狀金屬部件之間的環形空間，所述環形空間具有空間壓力，

其中，所述井下完井系統還包括傳感器裝置，該傳感器裝置分別與所述第一區域和/或所述第二區域連通，所述傳感器裝置適於測量所述第一區域的第一壓力和所述第二區域的第二壓力，以用於檢驗所述區域隔離。

通過布置與並非生產區域的第二區域連通的傳感器裝置來測量第二區域的第二壓力，能夠檢驗提供第一區域與第二區域之間的區域隔離的環狀屏障的區域隔離。如果環狀屏障提供了合適的隔離和密封性能，則當是第一區域的生產區域中的壓力改變時，第二區域中的壓力應當保持不變。當生產套管在環狀屏障的膨脹期間從內部加壓且當地層斷裂時，生產區域中的壓力改變。

所述第二區域可以是生產區域。

並且，所述傳感器裝置可以布置在所述第一區域中。

此外，所述傳感器裝置可以適於測量所述第一區域的所述第一壓力，以便檢驗所述區域隔離。

生產套管可安裝在該井中，用於從儲層生產含烴流體。

進一步地，所述傳感器裝置可布置在所述管狀金屬部件的外側上。

此外，所述傳感器裝置可包括聲換能器。

所述聲換能器可被構造成傳輸和/或接收機械振動。

此外，所述傳感器裝置可包括壓電元件。

所述壓電元件可被構造成傳輸和/或接收機械振動。

並且，所述傳感器裝置可至少包括用於測量所述第一壓力和所述第二壓力的第一壓力傳感器。

另外，所述傳感器裝置可包括用於在所述第一壓力傳感器與所述第一區域之間或所述第一壓力傳感器與所述第二區域之間提供連通的控制單元。

並且，所述傳感器裝置可與所述第一區域和/或所述第二區域流體連通。

此外，所述第一壓力傳感器可與所述第一區域和/或所述第二區域流體連通。

此外，所述第一壓力傳感器可藉助流體通道與所述第一區域連接。

進一步地，所述流體通道可被活動間隔件如活塞或隔膜分隔開。

所述控制單元可包括開關和/或螺線管。

此外，可布置與所述第一壓力傳感器連接的三通閥，所述三通閥通過所述螺線管控制。

並且，所述第一壓力傳感器可與所述第一區域連通而所述第二壓力傳感器可與所述第二區域連通。

進一步地，所述第一壓力傳感器可布置在所述第一區域中而所述第二壓力傳感器可布置在所述第二區域中。

所述可膨脹的金屬套筒的一個或兩個端部可藉助連接部件與所述管狀金屬部件連接。

所述傳感器裝置還可包括往復閥，所述往復閥具有至少能在第一位置與第二位置之間運動的元件，所述往復閥具有與所述第二區域流體連通的第一入口和與所述第一區域流體連通的第二入口，並且所述往復閥具有與所述環形空間流體連通的出口，並且在所述第一位置，所述第一入口與所述出口流體連通，以使所述第二區域的第二壓力與所述空間壓力平衡，而在所述第二位置，所述第二入口與所述出口流體連通，以使所述第一區域的第一壓力與所述空間壓力平衡。

此外，所述第一壓力傳感器可布置成與所述往復閥的所述第二入口連接，而所述第二壓力傳感器可布置成與所述往復閥的第一入口連接。

上述井下環狀屏障系統還可包括與所述環形空間流體連通的第三壓力傳感器。

所述第三壓力傳感器可布置成與所述往復閥的出口連接。

並且，所述第三壓力傳感器可布置在所述環形空間中。

此外，所述第三壓力傳感器可布置在所述第一區域中或第二區域中。

所述傳感器裝置可包括存儲模塊，如存儲器、記錄裝置或CPU。

進一步地，所述傳感器裝置可包括通信模塊。

所述通信模塊可包括發射器，優選無線發射器。

此外，所述通信模塊可包括聲換能器。

所述聲換能器可包括壓電元件。

此外，所述傳感器裝置可包括供電裝置。

並且，所述通信模塊可包括構造成經所述套管為所述供電裝置充電的感應單元。

此外，所述傳感器裝置可包括適於測量至少一種流體特性的附加的傳感器，所述流體特性例如為電容、電阻率、流量、含水量或溫度。

所述附加的傳感器可以是流量傳感器、電容傳感器、電阻率傳感器、聲傳感器、溫度傳感器或應變儀。

並且，所述無線傳輸可藉助天線、感應、電磁輻射或遙測技術來執行。

此外，所述可膨脹的套筒可由金屬製成。

此外，所述管狀部件可由金屬製成。

進一步地，可在所述管狀金屬部件上布置開口。

可在所述連接部件或所述可膨脹的金屬套筒的端部與所述管狀金屬部件之間布置密封機構。

此外，所述環形空間可包括第二套筒。

根據本發明的井下完井系統還可包括井下工具，該井下工具具有用於從所述環狀屏障系統讀取和/或載入測量值的工具通信模塊。

並且，上述井下完井系統還可包括用於增大所述第一區域的所述第一壓力或用於增大所述第二區域的所述第二壓力的壓力源。

此外，所述第一壓力可通過裂縫埠、滑動套筒、入流閥門或埠、或移動式卡箍(porter collar)或從地面來增大。

可布置與所述井管結構連接的多個環狀屏障系統。

進一步地，可沿所述井管結構布置多個通信單元。

本發明還涉及用於檢驗在井孔的具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間的區域隔離的檢驗方法，該方法包括以下步驟：

-使上述環狀屏障系統膨脹以用於在具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間提供區域隔離；

-增大所述第一壓力；

-測量增大後的第一壓力和所述第二壓力；以及

-通過將所述增大後的第一壓力與所述第二壓力比較來執行隔離檢查。

上述的檢驗方法還可包括將測得的壓力傳輸至井下工具和/或接收器。

並且，上述檢驗方法可包括藉助井下工具為所述環狀屏障系統的供電裝置再充電的步驟。

本發明還涉及一種用於對井的狀況進行監測的監測方法，該監測方法包括以下步驟：

-使上述環狀屏障系統膨脹以用於在具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間提供區域隔離；

-測量所述第一壓力；

-測量所述第二壓力；

-重複測量所述第一壓力和測量所述第二壓力的步驟；以及

-存儲和/或傳輸測得的壓力。

上述監測方法還可包括以下步驟：

當使所述環狀屏障的所述可膨脹的金屬套筒膨脹時，藉助第三壓力傳感器測量所述環形空間內部的第三壓力。

此外，上述監測方法還可包括以下步驟：

-測量所述環形空間內部的第三壓力；

-將所述第三壓力與所述第一壓力和/或所述第二壓力比較；以及

-使所述第三壓力與所述第一壓力或與所述第二壓力平衡。

最後，上述監測方法可包括藉助井下工具對所述環狀屏障系統的供電裝置進行再充電的步驟。

附圖說明

下面將參考後附的示意圖更詳細地描述本發明及其許多優點，所述示意圖出於示例目的僅示出了一些非限制性的實施例，其中：

圖1a示出了井下完井系統的截面圖；

圖1b示出了環狀屏障系統的截面圖；

圖2示出了具有通信模塊的另一環狀屏障系統的截面圖；

圖3示出了具有兩個壓力傳感器的環狀屏障系統的截面圖；

圖4示出了具有供電裝置的環狀屏障系統的截面圖；

圖5示出了具有兩個獨立的壓力傳感器的環狀屏障系統的截面圖；

圖6示出了另一環狀屏障系統的截面圖；

圖7示出了具有第三壓力傳感器的環狀屏障系統的截面圖；

圖8a示出了環狀屏障系統的透視圖；

圖8b示出了往復閥；

圖9示出了包括剪切銷組件的傳感器裝置；

圖10示出了另一環狀屏障系統的截面圖；

圖11示出了另一井下完井系統；以及

圖12示出了另一傳感器裝置。

所有的附圖是高度示意性的，未必按比例繪製，並且它們僅示出了闡明本發明所必需的那些部件，省略或僅暗示了其它部件。

具體實施方式

圖1a示出了井下完井系統200，該井下完井系統包括生產套管3和環狀屏障系統100，該生產套管3被永久性安裝在井孔6中以用於從井的地層中生產含烴流體，該環狀屏障系統100包括兩個環狀屏障1，所述兩個環狀屏障已在井下於生產套管3與井孔6的壁部5之間的環空2中膨脹以隔離出用於從儲層生產含烴流體的生產區域。因此，其中一個屏障在井孔的具有第一壓力P1的第一區域101與具有第二壓力P2的為生產區域的第二區域102之間提供區域隔離。每個環狀屏障系統100包括作為生產套管3的一部分安裝的管狀金屬部件7、環繞該管狀金屬部件7的可膨脹的金屬套筒8，該可膨脹的金屬套筒連接至該管狀金屬部件的外表面以限定出在該可膨脹的金屬套筒與該管狀金屬部件之間的環形空間15。該隔離通過使該可膨脹的金屬套筒膨脹來提供，該膨脹例如通過增大管狀金屬部件內側的壓力並允許加壓流體進入環形空間內來實現。環狀屏障1包括傳感器裝置16，該傳感器裝置與第一區域連通並適於至少測量所述第一區域的第一壓力，以用於檢驗所述區域隔離。傳感器裝置16在第一區域中布置在管狀金屬部件的外側並且與第一區域流體連通。

通過布置與並非生產區域的第一區域連通的傳感器裝置來測量第一區域的第一壓力，能夠檢驗在生產區域102與第一區域101之間提供區域隔離的環狀屏障的所述區域隔離。如果環狀屏障提供了合適的隔離和密封性能，則當生產區域102中的壓力改變時，第一區域中的壓力應當保持不變。當生產套管在環狀屏障的膨脹期間從內部加壓且當地層斷裂時，生產區域102中的壓力變化。在環狀屏障已膨脹並密封井孔之後，生產區域102中的壓力將連續增大，直至管狀金屬部件內側的壓力降低，但第一區域101中的壓力不會增大並且因此環狀屏障的隔離能力得到檢驗。隨後，在測量第一區域101中的壓力時，通過增大生產區域101中的壓力能夠容易地檢驗環狀屏障的隔離能力，如果環狀屏障正確工作，則在生產區域的增壓期間，第一區域101中的壓力應保持不變。

圖1b示出了井下環狀屏障系統100，其包括環狀屏障1，該環狀屏障待在井下於含烴流體生產井103中的、在生產套管3與井孔6的壁部5或另一井管結構3a(在圖2中示出)之間的環空2中膨脹以在井孔的具有第一壓力P1的第一區域101與具有第二壓力P2的第二區域102之間提供區域隔離，以便從一個區域而不從另一區域生產含烴流體。該第一區域最接近井孔的下部部分而第二區域最接近井孔的離井103的地面較近的頂部，第二區域是生產區域。

該環狀屏障包括管狀金屬部件7(在圖2中示出)，該管狀金屬部件7適於例如藉助常規的螺紋連接而作為井管結構3的一部分安裝，該井管結構3為用於生產含烴流體的套管柱或生產套管3。管狀金屬部件7具有被可膨脹的金屬套筒8環繞的外表面4。該可膨脹的金屬套筒具有面向管狀金屬部件的套筒內表面9和面向井孔壁部的套筒外表面10。該可膨脹的金屬套筒的每個端部12、13與管狀金屬部件連接以封閉出在可膨脹的金屬套筒8的套筒內表面與管狀金屬部件7之間的環形空間15。環形空間15具有空間壓力Ps，該空間壓力通過使管狀金屬部件7內部的加壓流體進入空間15或通過存在於環形空間15中的組分的化學反應或分解來增大以用於使可膨脹的金屬套筒8膨脹。可膨脹的金屬套筒8被膨脹，直至其與井孔6的壁部5或另一井管結構3a(在圖2中示出)接觸，並且當使套筒8膨脹時，該套筒將環空分隔成兩個區域，分別為第一區域101和第二區域102。為了檢驗這種區域隔離，環狀屏障系統100還包括傳感器裝置16，該傳感器裝置分別與第一區域101的流體和第二區域102的流體連通。傳感器裝置16適於測量第一區域101的第一壓力P1和第二區域102的第二壓力P2，以用於檢驗所述區域隔離。通常來說，最接近所述頂部的第二區域的壓力被增大以證實環狀屏障1提供了充分的區域隔離。在另一種情況下，第一區域101的壓力而非第二區域102中的壓力被增大。

為了測量所述壓力，傳感器裝置16至少包括用於測量第一和第二壓力的第一壓力傳感器17。在圖1b中，傳感器裝置16包括用於提供第一壓力傳感器17與第一區域101或第一壓力傳感器與第二區域102之間的連通的控制單元18。控制單元18在第一位置與第二位置之間轉換，在該第一位置，第一壓力傳感器17與第一區域101中的第一壓力P1連通，在第二位置，第一壓力傳感器17與第二區域102中的第二壓力P2連通。因此，控制單元18可包括用於在第一位置與第二位置之間或甚者在用於測量空間壓力的第三位置之間轉換的開關或螺線管。

在圖1b中，該傳感器裝置和因此第一壓力傳感器藉助第一流體通道21和第二流體通道22與第一區域和/或第二區域流體連通。該第一流體通道提供與第一區域的流體連通和/或第二流體通道提供與第二區域的流體連通。該第一流體通道布置在可膨脹的金屬套筒的第二端部13且該第一流體通道從可膨脹的金屬套筒8的第二端部13延伸出經環形空間進入可膨脹的金屬套筒8的第一端部12。因此，在第一區域101中的傳感器裝置16具有與在第二位置處的第二傳感器或通信單元無線通信的傳感器。

在圖2中，所述第二流體通道被活動間隔件如活塞或隔膜分隔開。以這種方式，所述第一壓力傳感器不與汙濁的井筒流體直接連通，並且儘管未示出，該第一通道也可通過這樣的活動間隔件23如活塞或隔膜分隔開。傳感器裝置16包括存儲模塊19如存儲器或記錄裝置或CPU。此外，傳感器裝置16包括通信模塊24，通信模塊24用於將測得的數據通信至井管結構3中的工具(如在圖11中所示)或通信至如圖1a所示的井中更高處的通信單元46。通信模塊24包括發射器，優選為無線發射器，從而可藉助天線、感應、電磁輻射、聲音或遙測技術來執行無線傳輸。該傳感器裝置還包括供電裝置35，該供電裝置可以是電池，例如可充電式電池。如果傳感器裝置16沒有供電裝置或者僅電源，則傳感器裝置還可通過工具50(在圖11中示出)臨時供電。則該工具到達傳感器裝置的位置並且該工具為該傳感器裝置提供足以執行所述測量並將數據加載至工具上的電力。

在圖3中，該第一壓力傳感器17與第一區域101連通而第二壓力傳感器36與第二區域102連通。第一和第二傳感器均布置在套筒8的第二端部13上。因此，該第一區域具有無線通信至所述第二傳感器位置的傳感器。

在圖2中，可膨脹的金屬套筒8的第一端部12藉助第一連接部件14與管狀金屬部件7連接，而可膨脹的金屬套筒8的第二端部13藉助第二連接部件15b與管狀金屬部件7連接。第二流體通道22延伸經過該第一和第二連接部件14、15b並且該傳感器裝置16布置在第二連接部件15b上。在另一實施例中，可膨脹的金屬套筒8的僅一個端部藉助連接部件與管狀金屬部件連接。

如在圖3中所示，該傳感器裝置16可以是可作為內插式模塊連接至環狀屏障1的單獨部件。傳感器裝置16圍繞該管狀金屬部件7布置並且與第二流體通道連接。通信模塊24最靠近管狀金屬部件7的外表面布置，從而通過該井管結構或生產套管的通信更容易並且通信品質更佳。

在圖4中，傳感器裝置16被集成在可膨脹的金屬套筒8的具有增大的厚度的第二端部13中，從而在膨脹期間，所述端部維持住它們的形狀並保持不變形並且因此能夠維持在可膨脹的金屬套筒8與管狀金屬部件7之間的密封。

在圖5中，該第二壓力傳感器36布置在第一連接部件14中並且測得的數據通過延伸經過環形空間15或在管狀金屬部件7中(未示出)延伸的電通信線37a記錄在存儲模塊19例如存儲器中。因此，第一壓力傳感器17布置在第一區域101中和/或第二壓力傳感36布置在第二區域102中。來自傳感器17、36的測得的數據可存儲在存儲模塊19中並通過通信模塊24連續地傳輸或者作為在某些間隔處的數據位，或者被注入井中的工具中。因此，所述數據可在不被存儲的情況下被傳輸並且因此可省掉存儲裝置。

如在圖6中所示，布置有與第二壓力傳感器36連接的第二通信模塊24a，以將來自第二壓力傳感器36的測得的數據傳輸至布置在第二連接部件15b中的通信模塊。該傳輸因此被無線地執行並且該通信模塊可以發送和接收數據和/或操作信號。傳感器裝置16還包括用於將來自一個傳感器的數據與來自另一個傳感器的數據進行比較的處理器38。以這種方式，僅在存儲模塊19中存儲測得的數據/值的變化，以便確保存儲容量不被不相干的數據佔用。此外，傳感器裝置16包括用於為傳感器以及傳感器裝置16中的其它電子模塊供電的供電裝置35。系統100還可被編程以存儲基於時間、壓力變化或剩餘可用內存的數據。

在圖7中，傳感器裝置16還包括適於測量至少一種流體特性如電容、電阻率、流量、含水量、溫度或噪音(聲音)的附加的傳感器41。所述附加的傳感器因此可以是流量傳感器、電容傳感器、電阻率傳感器、聲傳感器、溫度傳感器或應變儀。

傳感器裝置16形成用於在環狀屏障1已膨脹且隔離能力已檢驗之後再利用所述傳感器來監測井103的井數據模塊(WDM)。所述另外的傳感器可用於檢驗隔離能力和/或監測井，例如以便探測生產區域中的出水或者僅探測在生產區域即第一或第二區域中的降低的壓力。

在圖8a中，傳感器裝置16還包括形成具有元件20(在圖8b中示出)的抗塌縮單元11的往復閥11，該元件20根據在第一區域與第二區域內的壓力而在第一位置與第二位置之間往返移位。往復閥11布置在管狀金屬部件7的外表面上或者生產套管或井管結構3的外表面上，如在圖10中所示。往復閥11和因此傳感器裝置16毗鄰可膨脹的金屬套筒8的第二端部的連接部件地臨近可膨脹的金屬套筒8布置。在圖3中，傳感器裝置16布置成與可膨脹的金屬套筒8鄰接。在圖8a中，傳感器裝置16在環形空間外側布置在連接部件中。

往復閥11具有與第二區域流體連通的第一入口25和與第一區域流體連通的第二入口26，並且該往復閥具有與環形空間流體連通的出口，並且在第一位置，第一入口25與所述出口流體連通，以使所述第二區域的第二壓力與所述空間壓力平衡，並且在第二位置，第二入口26與所述出口流體連通，以使所述第一區域的第一壓力與所述空間壓力平衡。該第二壓力傳感器36布置成與所述往復閥的第一入口25連接，並且第一壓力傳感器17布置成與往復閥的第二入口26連接。此外，布置有第三壓力傳感器，該第三壓力傳感器與出口27連接以測量空間壓力並且因此能夠測量環狀屏障的膨脹期間的壓力。

在圖8b中，抗塌縮單元11的第一入口25經延伸貫穿環形空間15的管道45(在圖10中示出)與第二區域流體連通，如在圖10中所示。此外，在圖8a和10中示出的篩件44布置在管狀金屬部件7的外表面上並位於第二入口26的上遊。在圖10中，管道45被緊固至可膨脹的金屬套筒8的第一端部12並經在可膨脹的金屬套筒8的第一端部12中的通道並經靠近可膨脹的金屬套筒8布置在空間15的外側的篩件44或過濾器44與第二區域102流體連通。來自第二區域102的流體流動經過篩件44，從而僅允許非常小的顆粒隨流體流入管道45內並進一步流入布置在第一區域101內的往復閥11內。以相同的方式使來自第一區域101的流體在進入往復閥11之前經過篩件44或過濾器44。

在圖10中示出的管道45布置在空間15內並且繞管狀金屬部件7的外表面4螺旋延伸。因此，管道45還在將環狀屏障1插入井孔的過程中充當抗塌縮機構。在插入用於生產含烴流體的生產套管或井管結構3的過程中，可膨脹的金屬套筒8可能會撞擊井孔中的突起，如果不存在管道45，則這可能會導致可膨脹的金屬套筒8向內略微塌縮。管道45可以以不同於在圖10中所示的另一橫截面與往復閥11的第一入口25和傳感器裝置16連接。虛線示出了膨脹後的可膨脹的金屬套筒8的位置。

在圖8b中，往復閥的元件20是可在第一位置和第二位置之間在活塞殼體29內運動的活塞20a。活塞殼體29具有孔32，彈簧31布置在該孔32內。彈簧31在活塞20a沿第一方向朝第二入口26運動時被壓縮，並且第二壓力高於空間壓力和第一壓力。活塞20a運動直至提供通向出口27的通路，並且因此直至提供出與空間的流體連通。當空間壓力已與第二壓力平衡時，彈簧31迫壓活塞20a返回，從而切斷在第一入口25與出口27之間的流體連通，並且允許在第一區域與空間之間的流體連通。

如在圖9中所示，環狀屏障1還包括剪切銷組件37。剪切銷組件37具有經篩件44從井管結構的內部接收流體的埠A。埠A在膨脹過程中與埠D流體連接，導致井管結構內的膨脹流體使可膨脹的金屬套筒8膨脹。當可膨脹的金屬套筒8被膨脹以緊貼井孔壁部時，壓力增大並且在剪切銷組件內的剪切銷或盤剪切關閉與埠A的流體連接並打開在埠B與埠C之間的流體連接，從而來自第二入口的流體可被允許經剪切銷組件進入該空間內。當第二區域內的第二壓力增大時，來自與為第一入口25的埠I連接的埠E的流體推動往復閥中的所述元件運動，從而在埠I與為出口的埠H之間提供流體連通，並且因此進一步經埠B和C並經埠D進入空間內。當第一區域內的第一壓力增大時，該元件沿相反方向被迫壓，並且提供在埠G與埠H之間的流體連通，即在往復閥或抗塌縮單元11的第二入口與出口之間的流體連通，並且因此，使流體經埠B、C和D進入該空間內。

在圖12中，控制單元18包括布置成與第一壓力傳感器17連接的三通閥48。該三通閥通過螺線管42控制以分別在第一壓力傳感器17與第一或第二區域之間的流體連通之間轉換。

環狀屏障1可包括與環形空間流體連通的第三壓力傳感器43。在圖8a中，第三壓力傳感器43布置成與閥11的出口27連接，並且在圖7中，第三壓力傳感器43與第三通信模塊24b一起布置在環形空間15中，從而可傳輸數據。在圖8a中，該第三壓力傳感器布置在第一區域內，而傳感器裝置16和因此壓力傳感器也可布置在第二區域內。

環狀屏障1主要由金屬製成；因此，該可膨脹的金屬套筒由金屬製成並且該管狀金屬部件由金屬製成。該環狀屏障可包括布置在可膨脹的金屬套筒8的外表面上並且布置在該管狀金屬部件與可膨脹的金屬套筒8的端部或連接部件14、15b之間的密封元件。

如在圖10中所示，開口28布置在管狀部件43中，用以使加壓流體進入環形空間15中以便使可膨脹的套筒8膨脹。此外，儘管未示出，但環狀屏障可包括布置在環形空間15中的第二套筒，並且可在該可膨脹的金屬套筒中設置開口，從而來自其中一個區域的流體可進入該套筒中的開口並平衡該環形空間中的壓力，而不會損害環狀屏障1的密封能力，因為該第二套筒封閉了與井管結構的流體連通。

所述壓力傳感器的響應可用於評價環狀屏障1的膨脹。由於膨脹埠或開口的幾何結構是已知的，在膨脹期間的壓力和時間信息可用於通過估計用於環狀屏障的膨脹所用的總體積和因此膨脹後的環形空間的體積來驗證所述膨脹。

如在圖1a中所示，本發明還涉及一種井下完井系統200，該井下完井系統包括井管結構或生產套管3，和用於隔離出生產區域或第二區域102的兩個環狀屏障系統100。環狀屏障1與傳感器裝置16連接，從而在井中最低位置的傳感器裝置與更高位置或更靠近井的頂部47的傳感器裝置16例如無線地通信，該傳感器裝置16隨後與通信單元46通信。該井下完井系統還包括用於從井的頂部增大第二區域的第二壓力的壓力源53。該第一區域中的第一壓力或第二區域中的第二壓力也可通過裂縫埠54(在圖11中示出)、滑動套筒、入流閥門或埠或移動式卡箍增大。

在圖11中，井下完井系統200還包括井下工具50，該井下工具50具有用於從環狀屏障系統100的傳感器裝置16讀取和/或載入測量值的工具通信模塊51。

本發明還涉及用於檢驗在井孔的具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間的區域隔離的檢驗方法。在根據本發明的環狀屏障系統膨脹之後，應當提供在具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間的區域隔離。然而，驗證該區域隔離如預期那樣起作用是必要的。

該驗證通過增大第一區域中的第一壓力來執行。所述壓力的增大例如可以通過從井的地面加壓流體來執行，藉此確保第一壓力超過地層壓力並且藉此超過第二區域中的第二壓力。壓力的增大也可通過其它措施獲得。例如，水力壓裂壓力增大其所施加的區域中的壓力，藉此這種增大的壓力可用於驗證斷裂的區域與通過根據本發明的環狀屏障系統隔離的相鄰區域之間的區域隔離。

在第一壓力增大之後，測量該第一壓力並且也測量該第二壓力。之後將這兩個測得的壓力彼此比較。如果在比較時，該增大的第一壓力大於該第二壓力，則區域隔離是完好的。然而，如果該增大的第一壓力與第二壓力基本上相等，則最可能是損失了第一和第二區域之間的預期的區域隔離。因此，另一環狀屏障系統可被膨脹，以提供區域隔離，該區域隔離可再次以與上述相同的方式檢驗。

在該環狀屏障系統的每側上測得的第一和第二壓力可從該傳感器裝置被傳輸至井下工具和/或接收器，用於進一步處理。

該傳感器裝置包括供電裝置，例如電池組，其可隨時間推移被使用。因此，供電裝置優選是可充電的類型，從而其可以通過例如具有再充電單元的井下工具被再次充電。

有利地，在通過使用根據本發明的環狀屏障系統檢驗了區域隔離之後，該環狀屏障系統的傳感器裝置可隨後被用於監測井下。

因此，提供了通過根據本發明的環狀屏障系統對井的狀況進行監測的監測方法。該監測方法包括以下步驟：

-使所述環狀屏障系統膨脹以用於提供在具有第一壓力的第一區域與具有第二壓力的第二區域之間的區域隔離；

-測量所述第一壓力；

-測量所述第二壓力；

-重複所述測量所述第一壓力和所述測量所述第二壓力的步驟；以及

-存儲和/或傳輸測得的壓力。

通過重複測量所述第一和第二壓力，該井在環狀屏障系統的位置處的狀況可基於壓力來監測。例如，如果探測到壓力改變，則可能表示在該區域中的井筒流體的水含量在增加。

壓力的重複測量值可被存儲在存儲單元如記錄器或存儲器中，或者其可被無線傳輸至例如井數據模塊。該井數據模塊可從井中的許多不同位置接收測得的數據，從而可監測該井的總體狀況和狀態，並且因此該井的生產也可基於測得的數據尤其是測得的壓力進行優化。

此外，可布置與環形空間連接以用於測量在該環形空間內部的第三壓力的第三壓力傳感器。該第三壓力可連續與該第一壓力和/或該第二壓力進行比較，藉此可在第一壓力高於該第三壓力時使第三壓力與第一壓力平衡或者在第二壓力高於該第三壓力時，使該第三壓力與該第二壓力平衡。據此，獲得的是，即使是在第一區域或第二區域中的壓力增大的情況下也可維持區域隔離，並且此外，可明顯降低環狀屏障塌縮的風險。

所述壓力傳感器或另外的傳感器測量流體特性，結果是存儲和/或傳輸的響應或數據將被分析。所述傳感器的響應可因此為測得的數據。

衝程工具是就地提供增大的壓力以使可膨脹的金屬套筒膨脹或為區域加壓以檢驗環狀屏障系統100的隔離能力的工具。該衝程工具包括用於驅動泵的電動機。該泵將流體泵送至活塞殼體中以使在活塞殼體中作用的活塞運動。該活塞布置在衝程杆上。該泵可將流體在一側上泵送至活塞殼體中並且同時在活塞的另一側上將流體抽出。

流體或井筒流體是指存在於油井或氣井井下的任何類型的流體，如天然氣、石油、油基泥漿、原油、水等。氣體是指存在於井、完井、或裸井中的任何類型的氣體組分，並且油是指任何類型的油組分，例如原油，含油流體等。氣體、油和水流體可因此均分別包括除氣體、油和/或水之外的其它元素或物質。

井管結構或生產套管是指用於永久安裝在井下以用於生產油或天然氣的任何類型的管、管道、管結構、襯管、管柱等。該管狀金屬部件可由金屬製成並且可與井管結構採用相同的金屬。

在該工具不是完全浸沒入套管中的情況下，驅動單元52如井下牽引器可用來推動所述工具完全進入井中的位置。井下牽引器可具有帶輪子的可突伸的臂部，其中，輪子接觸套管的內表面，用於在套管內推進該牽引器和該工具前進。井下牽引器是能夠在井下推動或拉動工具的任何類型的驅動工具，例如Well

儘管上面已經結合本發明的優選實施例對本發明進行了描述，但在不背離如下面的權利要求所限定的本發明的情況下可想到的若干變型對本領域技術人員來說是顯而易見的。