专利名称：循环控制阀及相关的方法
技术领域：
本发明总体上涉及与地下井配合使用的设备和所执行的操作，并且在本文描述的实施例中，更具体地提供了一种循环控制阀及相关的方法。
背景技术：
通常，能够在井中选择性地允许和阻止经由管柱侧壁的循环流动是有利的。例如， 在将管柱固结在井中的固井作业结束时，有时需要使用水泥从管柱外的环空部分循环。又例如，在分阶段固井作业中，需要使水泥经由管柱中的侧壁开口流动。还有许多其它的例子。尽管在过去为了上述目的使用了循环控制阀，但其性能却不能完全令人满意。因此，有必要对循环控制阀及相关方法的技术进行改进。
发明内容
在本说明书中，提出了一种循环控制阀，该循环控制阀解决了本技术领域中的至少一个问题。在下文描述的一个实例中，响应于对其施加的压力，使用阀装置来控制阀的打开和关闭。在下文描述的另一实例中，在压力操作之后，该阀的关闭装置能够被机械地操作。在一个方面，提出了一种控制地下井中的管柱的内部流道与该管柱外的环空之间的流动的方法。该方法包括如下步骤构造连接在管柱中的阀，该阀包括至少一个开口，所述开口用于内部流道与环空之间的流体连通；允许内部流道与环空之间经由开口的流体连通；随后，响应于对该阀施加的压力，阻止内部流道与环空之间经由开口的流体连通；以及随后，机械地移位该阀的关闭装置，从而允许内部流道和环空之间经由开口的流体连通。在另一个方面，提出了一种控制地下井中的管柱的内部流道与该管柱外的环空之间的流动的方法，该方法包括如下步骤跨越连接在管柱中的阀的活塞施加压差，从而移位该阀的关闭装置；以及随后，将该关闭装置相对于该活塞移位，从而允许流道和环空之间经由该阀的至少一个开口的流体连通。在又一个方面，提出了一种在地下井中使用的阀。该阀包括至少一个开口，所述开口用于该阀的外部与贯穿该阀延伸的内部纵向流道之间的流体连通。关闭装置选择性地允许和阻止经由该开口的流动。活塞使关闭装置偏置移位，并且该关闭装置相对于该活塞是能机械地移位的。本领域一般技术人员在细致地考虑了下文中对本发明的示范性实施例的详细说明及附图之后，将易见本发明的这些和其它特征、优点、益处以及目的，其中，在各附图中使用相同的附图标记表示类似的部件。
图1为体现本发明的原理的井系统和相关方法的示意性局部剖视图2A至图2D为可在图1的井系统和方法中使用的循环控制阀的接续的轴向剖面的放大剖视图，图中示出的该阀处于插入关闭构型；图3A至图3D为图2A至图2D的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于打开循环构型；图4A至图4D为图2A至图2D的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于随后的关闭构型；图5A至图5D为图2A至图2D的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于另一关闭构型；图6为图2A至图2D的阀的位移限制装置的进一步放大的正视图；图7A至图7D为可在图1的井系统和方法中使用的循环控制阀的另一构造的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于插入关闭构型；图8A至图8D为图7A至图7D的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于打开循环构型；图9A至图9D为图7A至图7D的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于随后的关闭构型；图IOA至图IOC为可在图1的井系统和方法中使用的循环控制阀的另一构造的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于插入关闭构型；图IlA至图IlC为图IOA至图IOC的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于打开循环构型；图12A至图12C为图IOA至图IOC的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于随后的关闭构型；图13A至图13C为可在图1的井系统和方法中使用的循环控制阀的另一构造的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于插入关闭构型；图14为沿着图13B的线14_14截取的图13A至图13C的阀的剖视图；图15A至图15C为图13A至图13C的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于打开循环构型；图16为沿着图15B的线16_16截取的图15A至图15C的阀的剖视图；图17A至图17C为图13A至图13C的阀的接续的轴向剖面的剖视图，图中示出的该阀处于随后的关闭构型；图18为阀的另一构造的剖视图，图中示出的该阀处于压力打开构型；图19为图18的阀的剖视图，图中示出的该阀处于压力关闭构型；图20为图18和图19的阀的剖视图，图中示出的该阀处于机械地移位的打开构型；以及图21为图18至图20的阀的剖视图，图中示出的该阀处于机械地移位的关闭构型。
具体实施例方式应理解的是，本文描述的多个实施例可以在例如倾斜、倒置、水平、竖直等各种取向以及在各种配置下运用，而不背离本发明的原理。这些实施例仅作为有效地应用本公开的原理的示例来描述，本公开不受这些实施例的任何具体细节所限制。在下文对本发明的典型实施例的描述中，使用诸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部” 等方向性术语以方便参阅附图。通常，“上方”、“上部”、“向上”以及类似用语表示沿井筒朝向地面的方向，而“下方”、“下部”、“向下”以及类似用语表示沿井筒远离地面的方向。图1中典型地示出了体现本公开原理的井系统和方法10。在井系统10中，管柱 12安装在井筒14中，由此在该管柱外形成环空16。井筒14可加衬有套管或衬管，在这种情况下，该环空16可形成在管柱12与套管或衬管之间。管柱12可以是采油管柱，其被固结在井筒14中以形成本领域技术人员所公知的 “注水泥完井(cemented completion)”。该术语描述了将采油管固结在另一未加衬的井筒中的完井。然而，应清楚理解的是，本公开绝不局限于在注水泥完井中使用，也不局限于本文所描述的井系统10或方法的任何其它细节。如果将管柱12固结在井筒14中，则需要使水泥从环空16的上部循环。为此，在井系统10中设置循环控制阀18。在固井作业将近结束时，阀18中的开口 20打开，以允许环空16与管柱12的内部流道22之间的循环流动。当不再需要循环流动时，阀18中的开口 20关闭。现在另外参照图2A至图2D，其中以放大的比例更详细及典型地示出了阀18。阀 18可用于如上文所述的井系统10和相关的方法中，但作为选择，该阀也可用于符合本公开原理的其它系统和方法中。如图2A至图2D所示，阀18处于插入关闭构型，在该构型下，流道22与环空16之间经由开口 20的流动被阻止。当在注水泥完井中使用该阀时，在管柱12被安装在井筒14 中并且水泥流入环空16中时会使用阀18的这种构型。当在分阶段固井作业中使用阀18 时，该阀可在水泥流入环空16中时打开。大体为管状的、呈衬套形式的关闭装置M可在阀18的外部壳体组件沈内往复地移动，以便选择性地允许和阻止经由开口 20的流体流动。关闭装置M上携带有挠性或弹性的密封件观，用以跨越开口 20密封，但在图2A至图2D的实施例的一个重要特征中，还设有金属对金属密封件30，以确保能够在另一密封件观失效的情况下防止泄露。此外，设有另一内部衬套36和附加的密封件32，从而能够确实地封闭开口 20。利用例如与衬套内的内部移位轮廓件；34啮合的传统的移位工具(shifting tool)能够将衬套36从流道22中移出。在图5A至图5D中示出的衬套36处于其关闭位置。金属对金属密封件30通过对密封装置40的作用而被加强，所述密封装置包括活塞38、42和偏置装置44的配置。在密封装置40的一个重要特征中，无论是流道22中的压力大于环空16中的压力，还是该环空中的压力大于该流道中的压力，活塞38、42中的至少一个都会向金属对金属密封件30施加偏置力。密封装置40的这种特征是由于活塞38、42上的活塞面积差的独特构型而形成。正如本领域技术人员通过考虑如图2B所示的活塞38、42的配置而应领会到的，当流道22中的压力大于环空16中的压力时，活塞将被向下偏置(如图中所见)，从而向金属对金属密封件30施加向下偏置力。当环空16中的压力大于流道22中的压力时，活塞38将被向上偏置(如图中所见)，但活塞42将被向下偏置，从而仍向金属对金属密封件30施加向下的偏置力。因此，无论流道22与环空16之间的压差的方向如何，活塞42与关闭装置M之间的金属对金属密封件30始终通过密封装置40被加强。偏置装置44用于向金属对金属密封件30施加初始偏置力。安装在壳体组件沈中的卡环46限制关闭装置M的向上位移并且限制活塞38、40的向下位移。借助增压的内腔室48将关闭装置M向上偏置。腔室48例如可包含氮或其它惰性气体，该氮或其它惰性气体的压力超过井筒14中的阀18所预期经受的任何静水压力。如需要的话，也可在腔室48中使用其它可压缩的流体，例如硅树脂等。关闭装置M下端上的密封件观、32将腔室48的上端封隔。关闭装置M的上端暴露于流道22中的压力下。因此，如流道22中的压力充分地增大以至大于腔室48中的压力，则关闭装置M将被偏置而向下移位。通过移位限制装置M来限制关闭装置M相对于壳体组件沈的位移。装置M包括一个或多个固定到壳体组件26上的销或凸耳50以及可旋转地附连到关闭装置M上的衬套56，该衬套上形成有一个或多个用于与凸耳啮合的轮廓件52。现在另外参照图3A至图3D，其中典型地示出了阀18处于流道22中的压力已增大到大于腔室48中的压力水平下的构型。其结果是，关闭装置M相对于壳体组件沈向下移位，此时允许经由开口 20的流体流动。随后释放流道22中的增大的压力，允许壳体组件沈中的凸耳50与轮廓件52的凹入部52a啮合。这样就起到将关闭装置M固定在其打开位置的作用，而无需在流道22 中维持增大的压力。图6中典型地示出了衬套56和其上的轮廓件52的放大视图。在该视图中可看到， 凸耳50能够在轮廓件的多个部分52a-52f之间相对于轮廓件52移位。最初，在图2A至图2D的插入构型中，凸耳50啮合在大体笔直的、纵向延伸的轮廓件部52b中。当流道22中的压力增大以至大于腔室48中的压力时，凸耳50将啮合于轮廓部52d中(同时阀18打开)。随后释放流道22中的增大的压力，这将使凸耳50与轮廓部 52a啮合，从而使阀18维持在其打开构型下。向流道22施加另一个增大的压力(该另一个增大的压力大于腔室48中的压力)， 将使凸耳50与轮廓部52e啮合(同时阀18仍打开)。随后释放流道22中的增大的压力， 这将使凸耳50与轮廓部52c啮合，并且关闭装置M相应地移位到其关闭位置(如图4A至图4D所示)。流道22中的压力的进一步增大和减小将不会导致阀18的进一步打开和关闭。相反地，凸耳50将在轮廓部52c与52f之间前后移动。这在注水泥完井中是有利的，其中不期望经由阀18的进一步循环。然而，如需要时，通过例如使轮廓件52以传统的连续J槽的形式围绕衬套56连续，可进一步设置阀18的打开和关闭。现在另外参照图4A至图4D，其中典型地示出了对流道22的第二次施加增大的压力，并随后如上文所述地释放增大的压力之后的阀18。阀18此时处于关闭构型，在该构型下，环空16与流道22之间经由开口 20的流体连通被关闭装置M阻止。应注意到凸耳50此时与轮廓部52f啮合，如图4B所示。这表明流道22中的压力的进一步增大不会导致阀18打开，因为装置M限制了关闭装置M进一步向下的移位。然而，容易领会的是，轮廓件52也可构型成例如连续的J槽型轮廓件，以允许阀18的多次打开和关闭。因此，如果适当地构型轮廓件52，则能够使关闭装置M响应于流道22 中的多次压力施加和释放而反复地向上和向下移位，以关闭和打开阀18。现在另外参照图5A至图5D，其中典型地示出了处于关闭构型的阀18，在该构型中，内衬套36已向上移位，使得该内衬套此时阻止了环空16与流道22之间经由开口 20的流动。可通过多种装置中的任何一种来实现衬套36的移位，但优选的是使用传统的有线或管道传送移位工具。在密封件观、32中的一个或多个泄露、或者关闭装置M不能够阻止流道22与环空16之间经由开口 20的流通连通的情况下，作为应急措施，衬套36可以被移位。如需要， 还可以(或者可替代地)设置密封孔58和锁闭轮廓件60，用以安装传统的封隔衬套。现在另外参照图7A至图7D，其中典型地示出了循环控制阀18的可替代的构型。 图7A至图7D的构型在很多方面与上文所述的构型类似，最显著的是，这两个构型均响应于对流道22施加的压力增大的作用而打开，并响应于随后对该流道施加的压力增大的作用而关闭。然而，图7A至图7D的构型中利用阀装置62、64来控制关闭装置对的移动。阀装置62、64可以是例如传统的爆破片(rupture disk)、具有安全销的换向阀或任何其它类型的可响应于一定压力差的作用而打开的阀装置。阀装置62、64被选择为将相应的内腔室 66、68隔离使其不受井压力作用，直至跨越这些阀装置形成相应的预定压差的作用，此时该装置打开并允许经由这些阀装置的流体流通。关闭装置M上的径向扩大的活塞70的上侧暴露于腔室66，而该活塞的下侧暴露于另一个腔室72。位于关闭装置M下方的衬套78上的另一径向扩大的活塞74的下侧暴露于68，而该活塞的上侧暴露于另一个腔室76。优选的是，所有的腔室66、68、72、76初始包含有处于相对较低的压力(例如大气压)下的可压缩的流体(例如空气)。然而，如需要，可采用其它的流体(例如，惰性气体， 硅树脂流体等)和其它的压力。初始时，关闭装置M通过一个或多个安全销80而被保持在其关闭位置。然而，当流道22中的压力增大为达到预定的压力差(从流道到腔室66)时，则阀装置62将打开并允许井压力进入腔室66中。因而形成的跨越活塞70(腔室66、72之间)的压差将导致对关闭装置M施加向下的偏置力，从而剪断安全销80并使关闭装置向下移位。现在另外参照图8A至图8D，其中典型地示出了关闭装置M随着阀装置62的打开而向下移位之后的阀18。此时，允许流道22与环空16之间经由开口 20的流体连通。当需要关闭阀18时，流道22与环空16中的压力可增大到预定的压差(从环空到腔室68)以打开阀装置64。应注意到，阀装置64物理地暴露于环空16，而不是暴露于流道 22，因此该阀装置在关闭装置M向下移位以使阀18打开之前并不与该流道流体连通。因此，用于打开阀装置64的预定的压差不必大于用于打开阀装置62的预定的压差。当阀装置64打开时，将允许井压力进入腔室68中，并且因而形成的跨越活塞 74(腔室68、76之间)的压差将导致对衬套78施加向上的偏置力。衬套78将向上移位并接触关闭装置对。由于活塞74具有比活塞70更大的活塞面积差，因此由跨越活塞74的压差所产生的向上的偏置力将大于由活塞70上的压差所产生的向下的偏置力，而关闭装置 M将因此而向上移位。
现在另外参照图9A至图9D，其中典型地示出了关闭装置对在阀装置64打开之后向上移位之后的阀18。关闭装置M再次阻止了流道22与环空16之间经由开口 20的流体连通。此时，装在衬套78上的卡环82与形成在壳体组件沈中的内部轮廓件84啮合，以阻止关闭装置M随后的向下移位。应注意到，可设置内衬套36和/或锁闭轮廓件60以及密封孔58，用以作为应急措施、或者作为当不再需要阀18的操作时的必然选择而确保能够封闭开口 20。然而，在图7A至图9D的可替代的构型中，关闭装置M本身设有移位轮廓件86， 用以允许关闭装置在其不能被另外向上移位的情况下(例如，由于密封件泄露或阀装置故障，等等)从流道22的内部移位到其关闭位置(例如，使用传统的移位工具)。现在另外参照图IOA至图10B，其中典型地示出了处于插入关闭构型的循环控制阀18的另一构造。阀18的该实例有些类似于图7A至图9D中的阀，因为阀装置62被打开以打开阀18，并且另一阀装置64(见图12B)被打开以关闭阀18。然而，在图IOA至图IOC的实例中，多个较大直径的阀装置62被打开，其自身提供流道22和环空16之间的流体连通，而无需移位关闭装置24。相反的是，阀装置62响应于从流道22到环空16的预定压差而被打开，并且此后允许流道和环空之间经由阀装置的流体连通。在图IlA至图IlC中，典型地示出了在阀装置62被打开之后的阀18。应注意到， 阀18的该剖面是关于该阀的纵向轴旋转了 90度，使得该阀的多个其它特征(例如，阀装置 64)可清晰地看见。关闭装置M通过安全销80被维持在与图IOA至图IOC中位置相同的位置。还应注意，打开的阀装置62设置较大的流动面积，用于通道22和环空16之间的流体流动。在图12A至图12C中，示出了在压力被增大以至打开阀装置64之后的阀18。正如图9A至图9C中的阀18，阀装置64的打开使衬套78向上移位，从而剪断安全销80，并向上移位关闭装置M以封隔开口 20。此外，由于阀装置64在阀装置62的打开之前暴露于环空 16而不是通道22，所以阀装置64至阀装置62被打开之后不受通道22内压力的影响。防滑型棘齿锁定装置88将关闭装置M维持在如图12A所示的关闭位置。在任何时候期望关闭阀18，传统移位工具(未示出)可与轮廓件86啮合，从而施加向上的力以剪断安全销80并且将关闭装置M向上移位。现在另外参照图13A至图13C，典型地示出了处于其关闭插入构型的循环控制阀 18的另一构造。阀18的该实例在许多方面类似于图7A至图9C的实例，但是图13A至图 13C的实例中的关闭装置M向上移位，用以打开阀(暴露开口 20)，并且衬套74向下移位以将关闭装置向下移回，用以关闭该阀。除此之外，阀18的操作基本上是相同的。在图14中，可以更详细地看见关于关闭装置M的阀装置62的配置。腔室66、72 最初含有较低的压力(例如，大气压力)。当通道22中的压力大于预定值时，阀装置62打开，从而将腔室66暴露于增大的压力。在图15A至图15C中，典型地示出了在阀装置62打开后处于其打开构型的阀18。 形成的跨越活塞70的压差使关闭装置M向上移位，从而暴露开口 20。在图16中，可看见，腔室76延伸到装填/泄压口 90。腔室76中的压力最初是较低的(例如，大气压力)。在图17A至图17C中，示出了在阀装置64被打开之后处于其关闭构型的阀。阀装置64通过将环空16中的压力增大预定水平(S卩，达到从环空到腔室68的预定压差)而被打开，无论是通过对环空增压还是对通道22增压(因为其经由开口 20处于连通状态)。衬套78由于从腔室68到腔室76的压差已向下移位，从而剪断安全销92。衬套 78的向下移位还使得关闭装置M向下移位(因为活塞74上的活塞面积差大于活塞70上的活塞面积差)。现在另外参照图18，典型地示出了循环控制阀18的另一构造。图18中的阀18在许多方面类似于图IOA至图12C和图13A至图17C中的阀，因为可以通过对阀施加压力而打开和然后关闭。然而，图18中的阀18可随后(压力操作之后)机械地打开和关闭(例如，通过使用机械移位工具)。如图18所示，阀装置62响应于施加从通道22到环空16的预定压力差而已被打开。此时，允许通道22和环空16之间经由壳体组件沈的开口 20和关闭装置M的开口的相对不受限制的流体连通。在壳体组件26内形成的环空凹部102与在关闭装置M上形成的弹性筒夹100上的突起部98之间的结合阻止了阀装置62的插入和打开过程中关闭装置的非故意移位。为了用压力关闭阀18，可对阀装置64施加预定压力以打开阀装置并从而允许环空16和活塞74下方的腔室68之间的流体连通。由于阀装置62打开，通道22和环空16 的压力相同，但在打开阀装置62之前，阀装置64优选地与通道22中的压力隔离，并且因此用于打开阀装置62的压力不必大于用于打开阀装置64的压力。现在另外参照图19，典型地示出了处于关闭构型的阀18。阀装置64通过向环空 16和/或通道22施加压力已被打开，据此压力被连通至腔室68，并且活塞74由于从腔室 68到腔室76的压差而被向上偏置。此时，开口 20通过关闭装置M被封隔。此时，筒夹100上的突起部98与壳体组件26内的另一凹部104啮合，从而阻止了关闭装置M的非故意向下移位。应注意，活塞74是环绕着关闭装置M的衬套的形式。在活塞74由于从腔室68 到腔室76的压差而向上偏置时，该活塞抵着环106推动，环106通过关闭装置上形成的凹部110内的多个凸耳108(在图18至图21中仅一个是可见的)的啮合而被可释放地固定于关闭装置对。在关闭装置M处于其向下布置的打开位置(如图18所示)时，凸耳108通过壳体组件沈的内圆柱壁112而被维持与凹部110的啮合。壁112对应于腔室68的外径，其通过活塞74密封地啮合。然而，在关闭装置处于其向上布置的关闭位置(如图19所示)时，凸耳108不再保持与凹部110的啮合，因为此时凸耳能够径向向外移位进入在壳体组件沈内形成的径向扩大的凹部114。在该位置处，关闭装置M可独立于活塞74、环106和凸耳108而被移位。现在另外参照图20，典型地示出了处于机械地移位的打开构型的阀18。为了将关闭装置向下移位到其打开位置，移位工具116经由通道22已被传送到阀18，并且该工具上的移位凸出物118已啮合在关闭装置M内形成的轮廓件120，用以从而对该关闭装置施加向下的力。
因此，阀18在其通过压力被关闭后可机械地打开。筒夹100上的突起部98再次啮合凹部102，用以阻止关闭装置M的非故意移位。现在另外参照图21，典型地示出了处于机械地移位的关闭构型的阀18。移位工具 (例如，如上所述和图20所示的移位工具116)可用于啮合轮廓件86并将关闭装置M向上移位，使得关闭装置再次阻止通道22和环空16之间经由开口 20的流体连通。关闭装置M在如图20和图21所示其打开位置和关闭位置之间可机械地移位任何数量的次数。在关闭装置M移位到其各个打开位置和关闭位置时，突起部98将交替地啮合凹部102、104。应注意到，在每次其机械地操作的移位中，活塞74并未与关闭装置M 一起移位(由于凸耳108不再保持在凹部110)，而是通过从腔室68到腔室76的压差维持在其向上布置的位置。现在可完全领会，上述的循环控制阀18构型在本领域中提供了显著的改善。阀18 能够可靠地且方便地为流道22和环空16之间的循环提供大流动面积，并且在需要时，还能够可靠地且方便地阻止流道和环空之间的流体连通。图18至图21中的阀18在通过压力打开和关闭之后还可机械地打开和关闭。具体地，以上公开描述了一种控制地下井中的管柱12的内部流道22与该管柱外的环空16之间的流动的方法，该方法包括如下步骤构造连接在管柱12中的阀18，该阀18 包括至少一个开口 20，所述开口用于内部流道22与环空16之间的流体连通；允许内部流道22与环空16之间经由开口 20的流体连通；随后，响应于对阀18施加的压力，阻止内部流道22与环空16之间经由开口 20的流体连通；以及随后，机械地移位阀18的关闭装置对，从而允许内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通。流体连通允许步骤在对流体连通阻止步骤的阀18施加压力之前可响应于对阀18 施加的压力来执行。该方法可包括如下步骤在机械移位步骤之后，机械地移位关闭装置M，从而阻止内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通。机械移位步骤可包括移位工具116与阀18中的轮廓件120的啮合。流体连通阻止步骤可包括响应于跨越活塞74施加的压差而移位活塞74，并且机械移位步骤可包括相对于活塞74而移位关闭装置M。在内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通被阻止时，流体连通允许步骤可通过对内部流道22施加增大的压力来执行，从而打开至少一个阀装置62并允许内部流道22和环空16之间经由阀装置62和开口 20的流体连通。在内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通被允许时，流体连通阻止步骤可通过对内部流道22和环空16施加另一增大的压力来执行，从而使得内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通被阻止。控制地下井中的管柱12的内部流道和该管柱之外的环空16之间的流动的另一方法如上所述。该方法包括如下步骤施加跨越连接在管柱12中的阀18的活塞74的压差， 从而移位阀18的关闭装置M ；并且随后，相对于活塞74移位关闭装置M，从而允许流道22 和环空16之间经由阀18的至少一个开口 20的流体连通。压差施加步骤可包括阻止内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通。在流体连通阻止步骤之前，该方法还包括如下步骤允许内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通。流体连通允许步骤在压差施加步骤之前可响应于对阀18施加的压力来执行。在关闭装置M移位步骤之后，该方法可包括如下步骤相对于活塞74移位关闭装置对，从而阻止内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通。关闭装置M移位步骤可包括将阀18中的轮廓件120与移位工具116啮合。在内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通被阻止时，压差施加步骤可通过对内部流道22施加增大的压力来执行，从而打开至少一个阀装置62并允许内部流道 22和环空16之间经由阀装置62和开口 20的流体连通。该方法还包括，在内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通被允许时， 通过对内部流道22和环空16施加另一增大的压力阻止流道22和环空16之间经由开口 20 的流体连通的步骤，从而使得内部流道22和环空16之间经由开口 20的流体连通被阻止。上述公开还描述了在地下井中使用的阀18。阀18包括至少一个开口 20，该开口 20提供阀18的外部与贯穿阀18的内纵向流道22之间的流体连通。关闭装置M选择性地允许和阻止流经开口 20。活塞74使关闭装置M偏置移位，并且关闭装置M相对于活塞 74是能机械地移位的。阀18可包括至少一个阀装置62，其中响应于施加到阀装置62的压差而允许流经开口 20。阀18还可包括至少另一阀装置64，其中响应于施加到阀装置64的另一压差而阻止流经开口 20。在活塞74使关闭装置M偏置而移位到关闭位置(其中经由开口 20的流体连通被阻止)之后，关闭装置M相对于该活塞是可移位的。当然，本领域技术人员在仔细地考虑以上对本公开的典型实施例的说明之后将容易领会到的是，可对这些具体实施例进行各种修改、添加、替换、删除以及其它的变化，并且这些变化均涵盖于本发明的原理的范围内。因此，前文的详细说明仅是通过阐释和例举的方式给出以便于清楚地理解，本公开的原理和范围则仅由随附的权利要求及其等同形式所限定。
权利要求
1.一种控制地下井中的管柱的内部流道与所述管柱外的环空之间的流动的方法，所述方法包括如下步骤构造连接在所述管柱中的阀，所述阀包括至少一个开口，所述开口用于提供所述内部流道与所述环空之间的流体连通；允许所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通；随后，响应于对所述阀施加的压力，阻止所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通；以及随后，机械地移位所述阀的关闭装置，从而允许所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在流体连通阻止步骤中对所述阀施加压力之前， 响应于对所述阀施加的压力来执行流体连通允许步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤在机械移位步骤之后，机械地移位所述关闭装置，从而阻止所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通。
4.根据权利要求1所述的方法，其中机械移位步骤进一步包括将移位工具与所述阀中的轮廓件啮合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中流体连通阻止步骤进一步包括响应于跨越所述活塞施加的压差而移位所述活塞，并且机械移位步骤进一步包括相对于所述活塞移位所述关闭装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通被阻止时，通过对所述内部流道施加第一增大压力来执行流体连通允许步骤，从而打开至少一个第一阀装置并且允许所述内部流道与所述环空之间经由所述第一阀装置和所述开口的流体连通。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通被允许时，通过对所述内部流道与所述环空施加第二增大压力来执行流体连通阻止步骤，从而使得所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通被阻止。
8.—种控制地下井中的管柱的内部流道与所述管柱外的环空之间的流动的方法，所述方法包括如下步骤施加跨越连接在所述管柱中的阀的活塞的压差，从而移位所述阀的关闭装置；以及随后，相对于所述活塞移位所述关闭装置，从而允许所述流道与所述环空之间经由所述阀的至少一个开口的流体连通。
9.根据权利要求8所述的方法，其中压差施加步骤进一步包括阻止所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如下步骤在流体连通阻止步骤之前，允许所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在压差施加步骤之前响应于对所述阀施加的压力来执行流体允许步骤。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括如下步骤在关闭装置移位步骤之后，相对于所述活塞移位所述关闭装置，从而阻止所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通。
13.根据权利要求8所述的方法，其中关闭装置移位步骤进一步包括将移位工具与所述阀中的轮廓件啮合。
14.根据权利要求8所述的方法，其中在所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通被阻止时，通过对所述内部流道施加第一增大压力来执行压差施加步骤，从而打开至少一个第一阀装置并且允许所述内部流道与所述环空之间经由所述第一阀装置和所述开口的流体连通。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括如下步骤在所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通被允许时，通过对所述内部流道与所述环空施加第二增大压力来阻止所述流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通，从而使得所述内部流道与所述环空之间经由所述开口的流体连通被阻止。
16.一种在地下井中使用的阀，所述阀包括至少一个开口，所述开口提供所述阀的外部与贯穿所述阀延伸的内部纵向流道之间的流体连通；关闭装置，所述关闭装置选择性地允许和阻止经由所述开口的流动；以及活塞，所述活塞使所述关闭装置偏置而移位，并且所述关闭装置相对于所述活塞是能机械地移位的。
17.根据权利要求16所述的阀，进一步包括至少一个第一阀装置，响应于对所述第一阀装置施加的第一压差，允许经由所述开口的流动。
18.根据权利要求17所述的阀，进一步包括至少一个第二阀装置，响应于对所述第二阀装置施加的第二压差，阻止经由所述开口的流动。
19.根据权利要求16所述的阀，其中在所述活塞使所述关闭装置偏置而移位到关闭位置之后，所述关闭装置相对于所述活塞是能移位的，在所述关闭位置，经由所述开口的流体连通被阻止。
全文摘要
一种控制管柱的流道与环空之间的流动的方法，所述方法包括构造具有开口的阀，所述开口用于所述通道和环空之间的流动；允许经由所述开口的流动；随后，响应于对所述阀施加的压力，阻止经由所述开口的流动；以及随后，机械地移位关闭装置，从而允许经由所述开口的流动。另一方法包括施加跨越阀活塞的压差，从而移位关闭装置；以及随后，相对于所述活塞移位所述关闭装置，从而允许所述通道和所述环空之间的流动。阀包括开口、关闭装置和活塞，所述开口用于所述阀的内部和外部之间的流动；所述关闭装置用于允许和阻止经由所述开口的流动；所述活塞使所述关闭装置偏置移位；所述关闭装置相对于所述活塞是能机械地移位的。
文档编号E21B34/06GK102325957SQ201080008950
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年3月4日
发明者汤姆·斯旺 申请人:哈利伯顿能源服务公司