環形屏障和環形屏障系統的製作方法

2024-02-10 23:57:15

環形屏障和環形屏障系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於使環形屏障(1)在位於井管結構(3)與井下井眼的內壁(4)之間的環狀空間(2)中膨脹的環形屏障系統(100)。該環形屏障系統包括具有用於作為井管結構(3)的一部分安裝的管狀部(5)的環形屏障(1)，該環形屏障還包括包圍管狀部(5)的可膨脹套管(6)，可膨脹套管的至少一端(7)被緊固在管狀部中的連接部(9)的緊固裝置(8)中。該環形屏障系統還包括工具(20)，該工具用於通過使加壓流體經由管狀部中的通道(11、21)進入位於可膨脹套管與管狀部之間的空間(12)來使可膨脹套管膨脹。
【專利說明】環形屏障和環形屏障系統
[0001] 本申請是申請日為2010年1月12日、申請號為201080004299. 8、發明名稱為"環 形屏障和環形屏障系統"的申請的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種環形屏障系統，其用於使環形屏障在井管結構與井眼或井下井孔 的內壁之間的環狀空間中膨脹以例如密封環狀空間。該環形屏障系統包括具有管狀部-- 該管狀部作為井管結構的一部分安裝--的環形屏障，該環形屏障還包括包圍管狀部的可 膨脹套管，可膨脹套管的至少一端通過各種緊固裝置緊固在管狀部上。

【背景技術】
[0003] 在井眼中，環形屏障用於不同的目的--例如用於提供對內管結構與外管結構之 間的流動或內管結構與井眼內壁之間的流動的屏障。環形屏障作為井管結構的一部分安 裝。環形屏障具有由環形可膨脹套管包圍的內壁。該可膨脹套管典型地由彈性材料製成， 但也可由金屬製成。套管在其端部緊固到環形屏障的內壁。
[0004] 為了密封內管結構與外管結構之間或井管結構與井眼之間的區域，使用第二環狀 屏障。第一環形屏障在待密封區域的一側膨脹，而第二環形屏障在該區域的另一側膨脹。因 此，該區域被密封。
[0005] 從US6, 640, 893B1已知一種具有可膨脹的金屬套管的環形屏障。在其未膨脹的狀 態下，環形屏障的內壁和附裝的可膨脹套管形成一腔室。當環形屏障被安裝而形成井管結 構管柱的一部分時，經環形屏障內壁中的開口對該腔室預填充硬化水泥。進行預填充的目 的是防止在生產期間於井管結構內流動的流體進入開口並因此進入腔室。
[0006] 通過經由所述開口將第二水泥複合物（compound)注入該腔室內、並因此通過碎 裂硬化水泥而使套管膨脹，從而使得套管膨脹。如果該腔室已填充有流體而不是硬化水泥， 則第二水泥複合物會被稀釋並因此無法隨後硬化。為了向第二水泥複合物提供足夠的壓 力，在距離地表最遠的一端封閉井管結構並對井管結構填充第二水泥複合物。
[0007] 當安裝井管結構管柱時，能以有規則的間隔插入環形屏障。一些環形屏障可用於 將井管結構管柱緊固或對中在井眼中，而其它環形屏障等待後續使用一例如密封某一區 域。預填充在腔室中的水泥因此可能必須等待膨脹，有在使用前喪失其性能的風險。
[0008] 當US6, 640, 893B1的環形屏障用於對中或密封生產區域時，填充井管結構的第二 水泥複合物必須被去除，且隨後還必須去除堵頭。這是一個在膨脹套管的步驟之後還需要 數個步驟的高成本工序。
[0009] 此外，第一水泥複合物可能封閉該開口，從而使得必須在注射第二水泥複合物之 前對該開口進行清潔。該開口也可能被填充以包含在於生產期間在井管結構中流動的流體 中的汙物或碎屑。


【發明內容】

[0010] 本發明的一個目的是完全或部分克服現有技術的以上劣勢和缺點。更具體地，一 個目的是提供一種改進的環形屏障系統，其能實現比現有技術的方案更容易和更可靠的環 形屏障的膨脹。
[0011] 此外，一個目的是提供一種更可靠的環形屏障。
[0012] 以上目的連同將從以下說明變得顯而易見的眾多其它目的、優點和特徵通過根據 本發明的方案來實現，該方案涉及一種用於使環形屏障（1)在位於井管結構（3)與井下井 眼的內壁（4)之間的環狀空間（2)中膨脹的環形屏障系統（100)，包括：
[0013] -環形屏障（1)，其具有用於作為所述井管結構的一部分安裝的管狀部（5)，所述 環形屏障還包括包圍所述管狀部的可膨脹套管（6)，所述可膨脹套管的至少一端（7)藉助 所述管狀部中的連接部（9)的緊固裝置（8)緊固、或藉助緊固裝置（8)緊固在所述管狀部 中的連接部（9)上，並且
[0014] -所述可膨脹套管由金屬製成，
[0015] 其中，所述環形屏障具有閥（13)，所述閥（13)用於控制加壓流體進入位於所述可 膨脹套管與所述管狀部之間的空間內。
[0016] 通過設置閥，當閥在填充位於套管與井管結構之間的空間之後再次關閉時，金屬 套管可藉助不同於水泥的流體從井管結構內膨脹。如果在包圍套管的環狀空間中的套管外 側壓力增加，則藉助工具重新打開閥，並且所述空間中的壓力相應增加。通過藉助工具或鑽 杆組件建立克服閥的壓力或通過從上方對井加壓來實現套管的膨脹。
[0017] 在一個實施例中，所述環形屏障系統還可包括工具，所述工具用於通過使加壓流 體經由位於所述管狀部中的通道中的閥進入所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空間而 使所述可膨脹套管膨脹。
[0018] 在另一個實施例中，用於使環形屏障在位於井管結構與井下井眼之間的環狀空間 中膨脹的環形屏障系統可包括：環形屏障，其具有用於作為所述井管結構的一部分安裝的 管狀部，所述環形屏障還包括包圍所述管狀部的可膨脹套管，所述可膨脹套管的至少一端 緊固在所述管狀部中的連接部的緊固裝置中，並且一工具用於通過使加壓流體經由所述管 狀部中的通道進入位於可膨脹套管與管狀部之間的空間而使所述可膨脹套管膨脹。
[0019] 環形屏障可具有用於控制加壓流體進入所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空 間的閥。此外，管狀部可具有一壁厚，並且所述連接部從所述管狀部向外突出而增加了所述 壁厚。
[0020] 另外，管狀部可具有一壁厚，並且所述連接部在其面對所述套管的表面上可包括 一個層而增加了其壁厚。
[0021] 該層可由與所述管狀部和/或所述連接部不同的材料製成。
[0022] 在一個實施例中，套管可具有由與所述套管的中心部不同的材料製成的兩個端 部。
[0023] 這兩個端部可被焊接在中間部上。
[0024] 此外，這兩個端部可具有與所述套管的中心部的傾斜表面對應的傾斜表面。
[0025] 在一個實施例中，環形屏障系統可包括至少兩個環形屏障，其沿井管結構彼此相 隔一定距離定位。
[0026] 根據本發明，該至少兩個環形屏障可經由流體連接裝置流體連接。
[0027] 在一個實施例中，該流體連接裝置可為沿井眼的縱長延伸的管道。
[0028] 在另一個實施例中，該流體連接裝置可為井管結構內的鑽孔。
[0029] 該工具可具有用於將閥從一個位置調節到另一個位置的裝置。
[0030] 此外，所述工具可具有隔離裝置，所述隔離裝置用於在所述工具的外壁與所述井 管結構的內壁之間、於所述管狀部的通道外部隔離出第一區段。
[0031] 當在管狀部的通道外部隔離出一個區段時，不再需要如現有技術方案中那樣填滿 整個井管結構或提供附加堵頭。
[0032] 該工具的隔離裝置可具有至少一個密封裝置，所述密封裝置用於在所述閥的每一 側抵靠所述井管結構的內壁密封，以便在所述井管結構的內部隔離出所述第一區段。
[0033] 另外，該工具可具有用於從所述井眼抽取流體並將加壓流體傳送至所述第一區段 的壓力傳送裝置。該壓力傳送裝置可為衝擊工具。
[0034] 因此，工具周圍的流體可被用於注入第一區段內。
[0035] 該工具可具有用於連接到鑽杆上的裝置，並可具有用於封閉環形區域的封隔器 (packer)〇
[0036] 在一個實施例中，該工具可具有超過一個隔離裝置。
[0037] 設置超過一個隔離裝置的優點在於可以使兩個套管同時膨脹或可同時在兩個位 置進行測量。
[0038] 也可通過簡單地經由鑽杆或撓性管從地表對井管結構施加壓力而利於加壓流體 傳送。
[0039] 而且，該工具可具有用於連接到鑽杆或撓性管以使得工具利用來自鑽杆或撓性管 的加壓流體的裝置。
[0040] 另外，該工具可具有用於將工具錨定在井管結構內的錨定工具。
[0041] 此外，該工具可具有用於測量套管的流量、溫度、壓力、密度、持水率（water hold-up)和/或膨脹的裝置。
[0042] 在一個實施例中，該工具還可具有記錄和/或傳輸裝置，其用於記錄和/或傳輸由 工具執行的測量所獲得的數據。
[0043] 另外，該工具可連接到井下牽引機上，以便在井管結構內移動工具。
[0044] 加壓流體可為來自井管結構的流體或井管結構周圍的流體、水泥或聚合物或其組 合。
[0045] 在一個實施例中，該工具可包括具有加壓流體的貯存器。
[0046] 本發明還涉及一種環形屏障，其包括用於作為井管結構的一部分安裝在井眼內的 管狀部，所述環形屏障還包括包圍所述管狀部的可膨脹套管，所述可膨脹套管的每一端緊 固在所述管狀部中的連接部的緊固裝置中，其中，所述環形屏障可包括閥，所述閥用於控制 加壓流體進入位於所述可膨脹套管與所述管狀部之間的空間內。
[0047] 在該環形屏障或環形屏障系統的一個實施例中，該閥可定位在至少一個連接部 中。
[0048] 在該環形屏障或環形屏障系統的另一個實施例中，該閥可為單向閥或雙向閥。 [0049] 此外，該閥可為三向閥，以用於在第一位置允許流體進入所述位於可膨脹套管與 管狀部之間的空間，在第二位置允許流體進入位於所述井管結構與所述井眼之間的環狀空 間，並在第三位置阻止流體流動。
[0050] 在該環形屏障或環形屏障系統的又一個實施例中，該閥在第一位置允許流體進入 所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空間，在第二位置允許流體進入位於所述井管結構與 所述井眼之間的環狀空間，在第三位置阻止流體流動，並在第四位置允許流體在所述環狀 空間與所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空間之間流動。
[0051] 此外，所述緊固裝置中的至少一個能夠相對於所述環形屏障的管狀部的連接部滑 動。
[0052] 另外，至少一個密封元件如0形圈可配設在可滑動的緊固裝置與連接部之間。
[0053] 在該環形屏障或環形屏障系統的一個實施例中，可在可滑動的緊固裝置與連接部 之間配設超過一個密封元件。
[0054] 緊固裝置中的至少一個可被固定地緊固在所述連接部上，或者，所述緊固裝置中 的至少一個是所述連接部的一部分。
[0055] 在該環形屏障或環形屏障系統的另一個實施例中，兩個緊固裝置均可通過其連接 部被固定地緊固或為其連接部的一部分。
[0056] 在該環形屏障或環形屏障的一個實施例中，緊固裝置可具有從連接部向外突出的 突出邊緣部分。
[0057] 使緊固裝置的一部分向外彎曲意味著緊固裝置不具有當膨脹時可能導致套管靠 近緊固裝置開裂的鋒利邊緣。
[0058] 在該環形屏障或環形屏障系統的一個實施例中，可膨脹套管可由金屬製成。
[0059] 在該環形屏障或環形屏障系統的另一個實施例中，可膨脹套管可由聚合物如彈性 體材料、有機娃或天然或合成橡膠製成。
[0060] 可膨脹套管的厚度可小於其長度的10%。
[0061] 另外，可膨脹套管能夠膨脹至比未膨脹套管的直徑大至少10 %、優選大至少 15%、更優選大至少30%的直徑。
[0062] 此外，可膨脹套管的壁厚可比可膨脹套管的長度薄，其中可膨脹套管的厚度可小 於其長度的25%、優選小於其長度的15%、更優選小於其長度的10%。
[0063] 在該環形屏障或環形屏障系統的一個實施例中，可膨脹套管可具有變化的厚度。
[0064] 本發明還涉及在用於插入井眼的井管結構中使用如上所述的環形屏障。
[0065] 此外，本發明涉及如上所述的工具。
[0066] 本發明還涉及一種用於使如上所述的環形屏障在井眼內膨脹的膨脹方法，所述井 眼包括具有壓力的井產流體，所述方法包括以下步驟：
[0067]-將工具安放在所述環形屏障的管狀部的通道外部，
[0068]-藉助所述工具的隔離裝置隔離所述通道，以及
[0069]-增加所述隔離裝置內的井產流體的壓力，以便使所述環形屏障的套管膨脹。
[0070] 另外，本發明涉及一種用於使如上所述的環形屏障膨脹的膨脹方法，所述方法包 括以下步驟：
[0071] -將工具安放在所述環形屏障的管狀部的通道外部，以及
[0072] -打開所述環形屏障的連接部中的閥，從而允許撓性管、所述工具中的腔室內、或 位於所述工具的外壁與所述井管結構的內壁之間的隔離區段中的加壓流體進入位於所述 管狀部與所述環形屏障的可膨脹套管之間的空間，以便使所述套管膨脹。
[0073] 本發明還涉及一種用於通過具有生產區的井管結構生產油或類似流體的生產方 法，其中所述井管結構具有穿孔、網片等和至少兩個如上所述的環形屏障，所述生產方法包 括以下步驟：
[0074] -使位於所述井管結構的生產區的一側的第一環形屏障膨脹，
[0075] -使位於所述井管結構的生產區的另一側的第二環形屏障膨脹，以及
[0076] -允許流體經所述生產區進入所述井管結構。
[0077] 另外，該生產方法可包括以下步驟：打開每個環形屏障中的閥，從而允許加壓流體 從鄰近生產區的環形區域流入環形屏障的空腔內。
[0078] 此外，本發明涉及一種用於碎裂井眼周圍的地層以便通過具有生產區和至少一個 如上所述的環形屏障的井管結構生產油或類似流體的碎裂方法，包括以下步驟：
[0079] -使位於所述井管結構的生產區的一側的第一環形屏障膨脹，
[0080] -使位於所述井管結構的生產區的另一側的第二環形屏障膨脹，
[0081] -通過環形屏障的管狀部中的開口將加壓流體注入生產區，以及
[0082]-打開每個環形屏障中的閥，從而允許加壓流體從生產區流入環形屏障的空腔內。 [0083] 最後，本發明涉及一種用於測量由兩個如上所述的環形屏障密封的生產區中的壓 力的測試方法，包括以下步驟：
[0084] -將工具安放在環形屏障的閥的外部，
[0085] -調節閥以使得生產區中的流體能夠經通道流入，以及
[0086] -測量來自生產區的流體的壓力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0087] 下面將參考所附示意圖更詳細地說明本發明及其眾多優點，附圖基於圖示的目的 示出了一些非限制性的實施例，並且其中
[0088] 圖1示出了處於其未膨脹的位置的環形屏障的一個實施例，
[0089] 圖2示出了處於其未膨脹的位置的環形屏障的另一個實施例，
[0090] 圖3示出了處於其未膨脹的位置的環形屏障的再一個實施例，
[0091] 圖4示出了處於其未膨脹的位置的環形屏障的又一個實施例，
[0092] 圖5示出了根據本發明的環形屏障系統，
[0093] 圖6示出了本發明環形屏障系統的另一個實施例，
[0094] 圖7示出了處於生產狀態的具有根據本發明的環形屏障的井管結構，
[0095] 圖8示出了處於碎裂狀態的具有根據本發明的環形屏障的井管結構，
[0096] 圖9示出了從環形屏障外部觀察的環形屏障的一個實施例，
[0097] 圖10示出了從環形屏障外部觀察的環形屏障的另一個實施例，
[0098] 圖11示出了本發明的環形屏障中的閥可具有的四個位置，
[0099] 圖12示出了環形屏障的截面圖，
[0100] 圖13示出了環形屏障的另一個實施例的截面圖，
[0101] 圖14示出了環形屏障的再一個實施例的截面圖，以及
[0102] 圖15示出了環形屏障的再一個實施例的截面圖。
[0103] 所有的附圖均是極為示意性的且不一定成比例，並且它們僅示出了闡明本發明必 要的那些部分，其它部分被省略或僅進行提示。

【具體實施方式】
[0104] 根據本發明的環形屏障1典型地在將井管結構3下降到井下井眼內之前被安裝在 井管結構的管柱中。該井管結構3由井管結構部件構成，所述井管結構部件作為一長的井 管結構管柱放置在一起。通常，環形屏障1在安裝井管結構管柱時被安裝在井管結構部件 之間。
[0105] 環形屏障1用於各種各樣的目的，所有目的均要求使環形屏障1的可膨脹套管6 膨脹以使得套管抵接井眼的內壁4。環形屏障1包括管狀部5,該管狀部例如藉助螺紋連接 裝置15連接到如圖1所示的井管結構3上。因此，管狀部5和井管結構部件3共同形成井 管結構的內壁16。圖1的環形屏障1被示為處於其未膨脹和放鬆的位置，在可膨脹套管6 與環形屏障1的管狀部5之間形成空腔12。為了使可膨脹套管6膨脹，將加壓流體注入空 腔12內，直到可膨脹套管抵接井眼的內壁4。
[0106] 在該實施例中，環形屏障1具有被示為處於其關閉位置的閥13。閥13的該實施例 具有如圖11所示的四個位置。在位置A，閥13具有一從井管結構3的內部至可膨脹套管6 與管狀部5之間的空間12的開啟通道11，同時具有一從井管結構的內部至井管結構外壁 17與井眼內壁4或地層之間的環狀空間2的封閉通道21。在位置B，從井管結構3的內部 至可膨脹套管6與管狀部5之間的空間12的通道11封閉，而從井管結構的內部至井管結 構外壁17與井眼內壁4或地層之間的環狀空間2的通道21開啟。在其封閉位置C，閥13 還封閉從井管結構3的內部至井管結構外壁17與井眼內壁4或地層之間的環狀空間2的 通道21。在位置D，閥13具有從井管結構3的內部至可膨脹套管6與管狀部5之間的空間 12的開啟通道11，同時還具有從井管結構的內部至井管結構外壁17與井眼內壁4或地層 之間的環狀空間2的開啟通道21。因此，位置D實現從環狀空間2至空間12的流體連接。
[0107] 在環形屏障1中設置閥13使得除水泥外的流體--如存在於井內的流體或海 水--可被用於膨脹環形屏障的可膨脹套管6。
[0108] 可膨脹套管6被緊固在環形屏障1的連接部9的緊固裝置8中。可膨脹套管6被 固定地緊固在緊固裝置中，從而使得可膨脹套管的端部7不會相對於緊固裝置8移動。此 夕卜，在該實施例中，緊固裝置8是連接部9的一部分。在另一個實施例中，緊固裝置9固定 地連接到連接部9上。因此，兩個緊固裝置8均可被固定地緊固在其連接部9上或為其連 接部的一部分。
[0109] 如可以觀察到的那樣，可膨脹套管6是插入緊固裝置8的薄壁管結構。隨後，模壓 加工緊固裝置9,改變緊固裝置和可膨脹套管的端部7的形式，因此使它們相對於彼此機械 地緊固。為了密封可膨脹套管6與緊固裝置8之間的連接，密封元件14配設在兩者之間。
[0110] 通過已藉助螺紋結合的兩個端部件22和中間部23安裝環形屏障1的管狀部5。 在本實施例中，端部件22與連接部9相同。然而，在另一個實施例中，端部件22固定地連 接到連接部9上。
[0111] 環形屏障1的另一個實施例在圖2中示出。在環形屏障1的一端中，套管6被緊 固在其中的緊固裝置8可滑動地連接到連接部9上（通過箭頭示出）。當可膨脹套管6沿 橫向膨脹時，套管將趨於沿其縱向縮短一如果可能的話。通過設置可滑動的連接，允許套 管6減少其縱向延伸長度，從而由於套管沒有拉伸當其固定地連接到連接部9上時那麼多 而實現可能更大的膨脹。
[0112] 為了在任何滑移運動期間也密封可滑動的連接，密封元件14配設在滑動的緊固 裝置8與連接部9之間。
[0113] 在圖2中，環形屏障1具有於空腔12與環狀空間3之間的過渡區中配設在環形屏 障的連接部9中的一個閥13。在另一個實施例中，滑動連接的連接部9也可設有閥13。因 此，通道11、21可能必須是長形的以便補償由於連接裝置的滑動能力而必須具有的長度。
[0114] 具有位於套管6與連接部9之間的可滑動連接的環形屏障1導致套管的膨脹能力 相對於不具有任何可滑動連接的環形屏障增加高達100%。
[0115] 在另一個實施例中，環形屏障1具有兩個可滑動的連接裝置，從而進一步增加了 套管6的膨脹能力。
[0116] 在圖3中，本發明的環形屏障1具有閥13,該閥可在其中從井管結構3內部至空 腔12的第一通道11開啟且從井管結構內部至環狀空間2的第二通道21封閉的位置與其 中第一通道封閉且第二通道開啟的另一位置之間滑動。如圖所示，閥13還具有其中兩個通 道11、21均封閉的第三位置。
[0117] 在圖3中，可膨脹套管6處於其膨脹狀態，並且可膨脹套管的未膨脹狀態通過虛線 示出。如可以觀察到的那樣，在其未膨脹的位置，可膨脹套管6沿循管狀部5的表面，從而 使得僅在這兩者之間形成一狹窄的空間12。管狀部5因此不具有任何凹口，並且空腔12僅 通過套管6的膨脹形成。
[0118] 如從圖4可以觀察到的那樣，環形屏障1也可具有安放在兩個連接部9之間的部 分中的閥13。這種閥可為單向閥或雙向閥。
[0119] 此外，環形屏障1的閥13可為三向閥，其在第一位置允許流體進入位於可膨脹套 管6與管狀部5之間的空間12,在第二位置允許流體進入位於井管結構3與井眼之間的環 狀空間2,而在第三位置停止流體流動。
[0120] 環形屏障1的可膨脹套管6具有沿著井管結構3的縱向延伸範圍延伸的長度。可 膨脹套管6的壁厚比其長度薄。在一個實施例中，可膨脹套管6的厚度小於其長度的25 %、 優選小於其長度的15%、更優選小於其長度的10%。
[0121] 當環形屏障1的可膨脹套管6膨脹時，套管的直徑從其未膨脹的初始直徑膨脹至 更大的直徑。在本發明的一個實施例中，可膨脹套管6能夠膨脹至比其初始直徑大至少 10%、優選大至少15%、更優選大至少30%的直徑。
[0122] 在環形屏障1的一個實施例中，緊固裝置8可具有從連接部9向外突出的突出邊 緣部分。突出邊緣部分也可呈如圖9或10所示的舌狀部32的形式。使緊固裝置8的一部 分向外彎曲意味著緊固裝置不具有鋒利邊緣一一其在膨脹時可能導致套管6靠近緊固裝置 開裂。
[0123] 環形屏障1的可膨脹套管6可由金屬或聚合物--如彈性體材料、有機矽或天然 或合成橡膠--製成。
[0124] 當使可膨脹套管6膨脹時，可膨脹套管通常以不均勻的方式膨脹，並因此被製造 成具有變化的壁厚以對不均勻的膨脹進行補償。
[0125] 可膨脹套管6常常由金屬製成，並且為了改善可膨脹套管朝井眼內壁的密封性 能，可膨脹套管可設有密封環33,例如由聚合物、橡膠、有機矽或類似密封材料製成的環。
[0126] 此外，可膨脹套管6可如圖10所示包括網片（mesh)，以保護套管免於在隨同井管 結構3進入井內時損壞。
[0127] 在圖12中，環形屏障的截面圖被示為具有可滑動以便開啟和/或封閉開口 11、21 的閥。環形屏障的套管具有焊接在中心套管部分的每一端上的兩個端部件。該兩個端部件 具有對應於位於中心部分的每一端上的傾斜表面的、朝中心部分傾斜的表面。由於該傾斜 的表面，焊接面積增加，並且由於三部分式的套管，該兩個端部可由塑性高於中心部分的不 同材料製成，意味著當套管膨脹時其易於伸展。因此，可膨脹套管的中心部分可由強度更高 的材料製成，當套管膨脹時，該材料能夠承受高的液壓壓潰壓力。
[0128] 在圖13的環形屏障中，緊固裝置是使得環形屏障的套管能夠被擰緊在管狀部的 連接部上的螺紋連接裝置。
[0129] 圖12-15所示的管狀部在與套管端部相面對的管狀部連接部中具有增加的壁厚。 通過提供增加的壁厚，外徑相應增加。通過提供增加的厚度，可對表面進行加工以使表面更 光滑並使外徑更精確而不減小獲得的管狀部的外徑。套管被緊固在管狀部連接部的一端 中，而在另一端，套管可滑動地連接到管狀部的另一連接部上。配設密封裝置以便在套管與 連接部之間形成密封連接。
[0130] 在圖12、14和15的環形屏障中，緊固裝置為焊縫，這是因為套管被焊接在形成井 管結構的一部分的管狀部的連接部上。
[0131] 從管狀部突出的、增加了井管結構的厚度的連接部可為焊接在連接部上的一個 層，或通過其它手段作為一個層施加在連接部上、例如噴塗在表面上。在另一個實施例中， 連接裝置最初模製有增加的厚度。施加在連接部上的層可由不同的材料製成，該材料比通 常用於製造井管結構的材料更容易加工到一精確的直徑和更光滑的表面。
[0132] 此外，本發明涉及一包括上述環形屏障1的環形屏障系統100。這種環形屏障系統 100在圖5中示出，其中環形屏障系統包括用於使環形屏障1的可膨脹套管6膨脹的工具 20。工具20通過經由管狀部5中的通道11將加壓流體施加入可膨脹套管與管狀部之間的 空間12內而使可膨脹套管6膨脹。
[0133] 在該實施例中，工具20包括一用於在通道11、21外部隔離出第一區段24的隔離 裝置18,該隔離裝置18位於工具的外壁與井管結構11的內壁之間。通過增加隔離裝置18 中的流體的壓力形成加壓流體。通過在管狀部5通道11、21的外部隔離出井管結構3的區 段24,不再必須加壓整個井管結構中的流體，並且不與現有技術方案中一樣需要附加堵頭。
[0134] 為了隔離該隔離區段24,工具20包括至少一個密封裝置25,該密封裝置用於在閥 13的每一側上貼靠在井管結構3的內壁上密封，以便在井管結構內部隔離出第一區段24。 密封裝置25示為兩個單獨的密封裝置，但也可僅為一個可在兩個位置膨脹的裝置。密封裝 置25可由可膨脹的聚合物製成，其通過包含於工具20的貯存器內的氣體或井產流體而膨 脹。當不再需要隔離裝置18時，密封裝置25塌縮並且工具20可縮回。
[0135] 由於能夠在井管結構3中隔離區段24,該工具20可用於將水泥注入已知環形屏障 中的空腔內，以使已知的環形屏障的可膨脹套管膨脹。在該情況下，由於水泥硬化並且空腔 因此不必為了將水泥保持在空腔內部而封閉，所以不需要閥。
[0136] 在另一個實施例中，加壓流體是井產流體--即存在於井管結構3中的流體，並且 工具20具有用於將流體抽吸到工具中並抽出進入隔離區段24或直接抽吸到通道11、21中 的抽吸裝置。
[0137] 當工具20已通過將流體壓到位於可膨脹套管與環形屏障1的管狀部5之間的空 間或空腔12內而使可膨脹套管6膨脹時，必須封閉通道11，以便在工具縮回時阻止流體回 流到井管結構3。在該實施例中，藉助閥13來控制通道11。
[0138] 為了控制閥13,工具20具有用於將閥從一個位置調節到另一個位置、例如從打開 位置調節到關閉位置的裝置。在一個實施例中，用於調節閥13的裝置是閥中的鍵接合缺口 34以便移動閥。
[0139] 在圖5中，工具20被示為具有用於使加壓流體進入第一區段的衝擊工具27。
[0140] 圖5的環形屏障系統100包括沿井管結構3中的生產區29彼此相隔一定距離定 位的兩個環形屏障1。已使一個環形屏障1、31膨脹，以例如將井管結構3對中在井眼中或 在前一次運行中與第二環形屏障1、41 一起隔離生產區。當使第二環形屏障41的可膨脹套 管6膨脹時，第一環形屏障31的閥13關閉（通過帶十字的圓示出）。
[0141] 在一個實施例中，系統100包括多個環形屏障1，其藉助流體連接裝置一例如在 井管結構3的外部延伸的管--流體連接，從而，通過使一個環形屏障膨脹，可使多個環形 屏障依次膨脹。這樣，工具20可通過將加壓流體注入到第一環形屏障中而使所有後續的屏 障1膨脹。因而，工具20隻需被下降到井的頂部內而不是一直進入井內。
[0142] 當生產時，井管結構3通常被穿孔以允許油液流入井管結構並進一步流到井的表 面。因此，不能通過例如藉助於撓性管在井管結構3內建立壓力而使環形屏障1膨脹。通 過藉助於流體連接裝置聯結環形屏障1，配設在穿孔下方的環形屏障也能夠膨脹而不用密 封每個環形屏障周圍的區域。
[0143] 當如上所述經由流體連通將環形屏障1聯結在一起時，第一環形屏障膨脹，以便 使後續的屏障也膨脹。可藉助隔離裝置18通過工具20、或通過暫時堵住第一屏障下方的井 並從地表施加流體壓力來使第一屏障1膨脹。
[0144] 在工具20不能在井管結構3內向前移動的情況下，工具可包括井下牽引機，例如 Well Tractor?。
[0145] 工具20可具有數個衝擊工具27以便使數個可膨脹的管狀套管6同時膨脹。工具 20可具有超過一個的隔離裝置18、並因此能夠同時操作數個環形屏障1，例如，使數個套管 6膨脹或測量生產區29、環狀空間2的狀態和/或膨脹的環形屏障的內部壓力。
[0146] 該工具也可以是作為鑽杆的一部分配設的鑽杆組件，例如配設在鑽杆的端部中。 在該實施例中，該工具同樣地與套管相面對地配設並由此藉助密封裝置25隔離一個區域。 通過使滾球進入鑽杆、從而當落入已知的滾球收集器時封閉底部，由此在底部封閉鑽杆。隨 後，對鑽杆並由此對該區域加壓以便使套管膨脹。
[0147] 連接到鑽杆上的工具也可被插入井管結構內，並且封隔器在井管結構的內壁與鑽 杆的外壁之間膨脹。該工具還包括用於封閉井管結構或井的頂部的裝置。隨後，對鑽杆與 井管結構之間的環形區域加壓以便使套管膨脹。鑽杆也可稱為內衝洗管柱。
[0148] 在另一個實施例中，該工具具有用於在井管結構的內側上封閉一個區域的裝置。 該裝置在井的頂部、以及在待膨脹套管的另一側上的一個位置處封閉井管結構。然後，對井 管結構內部的區域加壓以便使套管膨脹。
[0149] 工具20可具有用於測量套管6的流量、溫度、壓力、密度、持水率和/或膨脹的裝 置。當測量流量、溫度、壓力、密度和/或持水率時，可對生產區29的狀態進行評估。
[0150] 為了評估測量數據，工具20具有用於記錄和/或傳輸由工具執行測量所獲得的數 據的記錄和/或傳輸裝置。
[0151] 也可以使膨脹的環形屏障1的一側上的壓力大於環形屏障空腔12內的壓力。來 自高壓區HP的流體因此可能傾向於破壞可膨脹套管6與井眼內壁之間的連接以便平衡壓 差。在該情況下，工具30打開環形屏障1的閥13,允許流體如圖7所示從高壓區流入環形 屏障。這樣，確保了來自高壓區的流體不會破壞膨脹的環形屏障1與井眼內壁之間的密封。
[0152] 圖6的工具20使用撓性管來使兩個環形屏障1的可膨脹套管6同時膨脹。帶有 撓性管的工具20可對井管結構3中的流體進行加壓而無需隔離井管結構的區段24 ;然而， 該工具可能需要在比待操作的兩個環形屏障1更靠下的井眼處堵住井管結構。
[0153] 本發明的環形屏障系統100也可藉助如圖5所示的鑽杆或鋼絲繩工具來膨脹套管 6〇
[0154] 環形屏障系統100也可包括錨定工具26,其用於在操作環形屏障1時將工具20錨 定在井管結構3內部，如圖5所示。
[0155] 在一個實施例中，工具20包括容納加壓流體的貯存器，例如當用於使套管6膨脹 的流體為水泥、氣體或雙組分的複合物時。
[0156] 在圖6中，使兩個環形屏障1同時膨脹為具有比環狀空間2要高的壓力。由此，確 保環形屏障1恰當地密封抵靠井眼的內壁。通過箭頭示出加壓流體流。當環形屏障1已膨 脹時，井管結構3對中在井眼中並準備好用於生產油。
[0157] 生產期間的環形屏障1在圖7中示出，其中環形屏障的閥13已關閉並且生產閥35 與採油篩管並因此與地層的生產區29流體連通。在生產期間，控制從環狀空間2的非生產 區至空腔12的通道的閥13打開，以使得空腔中的井產流體的壓力與非生產區中的井產流 體的壓力相同。井管結構3內的箭頭示出油的流動。這確保了在空腔12內維持相對於地 層壓力的最高壓力，由此減小可膨脹套管6兩側的差壓。
[0158] 當碎裂地層時，也可使用本發明的環形屏障1，以便使油能以更高的速度從地層流 出。環形屏障1在未來生產區29的每一側上膨脹。通過生產閥35、並因此通過採油篩管 29注射加壓井產流體或水，以便裂開並穿透地層。在碎裂時，調節每個環形屏障1中的閥 13中的一個，以使得碎裂區中的加壓流體也流入環形屏障1的空腔12,從而降低流體破壞 套管6與井眼內壁之間的密封的風險，而且還降低了可膨脹套管向內塌縮的風險。每個環 形屏障1中的另一個閥13保持關閉。
[0159] 環形屏障1也可稱為封隔器或類似的可膨脹裝置。井管結構3可以是井或井眼內 的生產管道或套管或相似類型的井下管道。可在井眼中的外管道與內生產管道之間、或井 眼的內壁與管道之間使用環形屏障1。井可具有數種類型的管道，並且本發明的環形屏障1 可安裝用於所有這些管道中。
[0160] 閥13可為能夠控制流量的任何類型的閥，例如球閥、蝶閥、節流閥、止回閥或單向 閥、膜片閥、膨脹閥、閘閥、球形閥、刀閥、針閥、活塞閥、夾管閥或塞閥。
[0161] 可膨脹的管狀金屬套管6可為冷拔或熱拔管結構。
[0162] 用於使可膨脹套管6膨脹的流體可為位於工具20和/或井管結構3周圍、存在於 井眼內的任何類型的井產流體。此外，流體可為水泥、氣體、水、聚合物或雙組分複合物，例 如與結合劑或硬化劑混合或反應的粉末或顆粒。
[0163] 用於測量套管6的流量、溫度、壓力、密度、持水率和/或膨脹的裝置可為任何類型 的傳感器。用於測量套管6的膨脹的傳感器可例如為應變儀。
[0164] 記錄裝置可具有存儲器。傳輸裝置可藉助無線通信、光纖、線纜或流體遙測裝置傳 輸數據。
[0165] 儘管以上已結合本發明的優選實施例說明了本發明，但對於本領域的技術人員來 說將顯而易見的是，在不脫離如權利要求所限定的本發明的前提下，可以設想數個改型。
【權利要求】
1. 一種用於使環形屏障（1)在位於井管結構（3)與井下井眼的內壁（4)之間的環狀空 間（2)中膨脹的環形屏障系統（100)，包括： -環形屏障（1)，其具有用於作為所述井管結構的一部分安裝的管狀部（5)，所述環形 屏障還包括包圍所述管狀部的可膨脹套管（6)，所述可膨脹套管的至少一端（7)藉助所述 管狀部中的連接部（9)的緊固裝置（8)緊固、或藉助緊固裝置（8)緊固在所述管狀部中的 連接部（9)上，並且 -工具（20)，所述工具用於通過使加壓流體經由位於所述管狀部中的通道（11、21)進 入位於可膨脹套管與管狀部之間的空間（12)而使所述可膨脹套管膨脹， 其中，所述工具具有壓力傳送裝置（27)，該壓力傳送裝置用於從所述井眼抽取流體並 將加壓流體傳送到第一區段。
2. 根據權利要求2所述的環形屏障系統，其中，所述環形屏障具有閥（13)，所述閥（13) 用於控制加壓流體進入位於所述可膨脹套管與所述管狀部之間的空間內。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述管狀部具有一壁厚，並 且所述連接部從所述管狀部向外突出而增加了所述壁厚。
4. 根據權利要求3所述的環形屏障系統，其中，所述管狀部具有一壁厚，並且所述連接 部在其面對所述套管的表面上包括一個層而增加了其壁厚，該層由與所述管狀部和/或所 述連接部不同的材料製成。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述套管具有由與所述套 管的中心部不同的材料製成的兩個端部。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述閥定位在所述連接部 中的至少一個中。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述閥為三向閥，以用於在 第一位置允許流體進入所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空間，在第二位置允許流體進 入位於所述井管結構與所述井眼之間的環狀空間，並在第三位置阻止流體流動。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述閥在第一位置允許流 體進入所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空間，在第二位置允許流體進入位於所述井管 結構與所述井眼之間的環狀空間，在第三位置阻止流體流動，並在第四位置允許流體在所 述環狀空間與所述位於可膨脹套管與管狀部之間的空間之間流動。
9. 根據權利要求5所述的環形屏障系統，其中，所述兩個端部已被焊接在所述中心部 上，所述至少兩個環形屏障經由流體連接裝置流體連接。
10. 根據權利要求1-9中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述工具具有用於將所述 閥從一個位置調節到另一個位置的裝置。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的環形屏障系統，其中，所述工具具有用於封閉環 形區域的封隔器。
12. 根據權利要求1或10-11中任一項所述的工具。
13. -種用於使根據權利要求1所述的環形屏障在井眼內膨脹的膨脹方法，所述井眼 包括具有壓力的井產流體，所述方法包括以下步驟： -將工具安放在所述環形屏障的管狀部的通道外部， -藉助所述工具的隔離裝置隔離所述通道，以及 -增加所述隔離裝置內的井產流體的壓力，以便使所述環形屏障的套管膨脹， 或者包括以下步驟： -將工具安放在所述環形屏障的管狀部的通道外部，以及 -打開所述環形屏障的連接部中的閥，從而允許撓性管、所述工具中的腔室內、或位於 所述工具的外壁與所述井管結構的內壁之間的隔離區段中的加壓流體進入位於所述管狀 部與所述環形屏障的可膨脹套管之間的空間，以便使所述套管膨脹。
14. 一種用於通過具有生產區（29)的井管結構生產油或類似流體的生產方法，其中所 述井管結構具有穿孔、網片等和至少兩個根據權利要求25所述的環形屏障，所述生產方法 包括以下步驟： -使位於所述井管結構的生產區的一側的第一環形屏障（31)膨脹， -使位於所述井管結構的生產區的另一側的第二環形屏障（41)膨脹，以及 -允許流體經所述生產區進入所述井管結構。
【文檔編號】E21B33/128GK104100225SQ201410244850
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2010年1月12日 優先權日:2009年1月12日
【發明者】J·哈倫德巴克, P·黑澤爾 申請人:韋爾泰克有限公司