具有壓力放大的環狀屏障的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種環狀屏障，該環狀屏障待在介于井管狀結構和井筒的內壁之間的環空中膨脹以在所述井筒的第一區域和第二區域之間提供區域隔離，所述環狀屏障包括：管狀部件，該管狀部件安裝作為所述井管狀結構的一部分并具有膨脹開口；包圍所述管狀部件的可膨脹套筒，該可膨脹套筒的各端部與所述管狀部件連接在一起；以及在所述管狀部件和所述可膨脹套筒之間的環狀屏障空間；其中，所述環狀屏障還包括壓力增大裝置，該壓力增大裝置具有在第一端部處的與所述膨脹開口流體連通的進口并具有在第二端部處的與所述環狀屏障空間流體連通的出口。
【專利說明】具有壓力放大的環狀屏障
【技術領域】
[0001]本發明涉及被設置在井筒中、用于在第一區域和第二區域之間提供區域隔離的環狀屏障。此外，本發明涉及環狀屏障系統以及將環狀屏障放置在環空中的方法和將環狀屏障用在環空中以密封流入控制部段的方法。
【背景技術】
[0002]出于不同目的在井眼中使用環狀屏障，諸如為了提供隔離屏障。環狀屏障具有被安裝作為井管狀結構的一部分(諸如，生產套管)的管狀部件，所述管狀部件被環狀的可膨脹套筒包圍。可膨脹套筒通常由彈性體材料制成，但是也可以由金屬制成。套筒在其端部處被緊固至環狀屏障的管狀部件。
[0003]為了密封介于井管狀結構和井筒之間或者介于內部井管狀結構和外部井管狀結構之間的區域，使用第二環狀屏障。第一環狀屏障在待被密封的區域的一側膨脹，第二環狀屏障在所述區域的另一側膨脹，這樣，所述區域就被密封了。
[0004]井的壓力包絡線由在井構造內部使用的管狀結構和井裝置等的爆破/破裂額定值控制。在一些情況下，可以通過增大井中的壓力來使環狀屏障的可膨脹套筒膨脹，這是使套筒膨脹的最具成本效益的方式。井的破裂額定值限定可以施加至井以用于使套筒膨脹的最大壓力，并且希望使套筒膨脹所要求的膨脹壓力降至最小以將井在所述膨脹壓力中的暴露降至最低程度。
[0005]膨脹時，環狀屏障可能經受來自外部的、呈現為在井環境中的液壓的形式或者呈現為地層壓力形式的連續壓力或周期性高壓。在一些情況中，這樣的壓力可以造成環狀屏障壓潰(坍塌，破壞)，這對由屏障密封的區域而言會由于壓潰導致失去密封性能而具有嚴重的后果。
[0006]對壓潰/破壞額定值的當前要求導致使用越來越高的膨脹壓力。然而，不僅破裂額定值會受增大的膨脹壓力的影響，而且多種井下工具在高壓下也可能變得失效或者停止作用。因此，某些井已限制在井內使用的允許膨脹壓力，以保護存在于井內的工具和儀器。所述問題可以通過減小可膨脹套筒的厚度和長度來解決。然而，這降低了壓潰額定值。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是完全或部分地克服現有技術的上述缺點和缺陷。更具體地，本發明的目的是提供這樣的環狀屏障，即，該環狀屏障能在不損壞完井內的其它部件且不減小環狀屏障的壓潰額定值的情況下膨脹。
[0008]上述目的以及多個其它目的、優點和特征通過下述描述將變得顯而易見，并由根據本發明的解決方案來實現，即提供一種環狀屏障，該環狀屏障待在介于井管狀結構和井筒的內壁之間的環空中膨脹以用于在所述井筒的第一區域和第二區域之間提供區域隔離，所述環狀屏障包括:
[0009]-管狀部件，該管狀部件安裝作為所述井管狀結構的一部分并具有膨脹開口，[0010]-包圍所述管狀部件的可膨脹套筒，該可膨脹套筒的各端部與所述管狀部件相連接，以及
[0011]在所述管狀部件和所述可膨脹套筒之間的環狀屏障空間，
[0012]其中，所述環狀屏障還包括壓力增大裝置，該壓力增大裝置具有在第一端部處的與所述膨脹開口流體連通的進口并具有在第二端部處的與所述環狀屏障空間流體連通的出口 ；所述壓力增大裝置包括具有第一端部和第二端部的活塞，該活塞能滑動地設置在一活塞殼體中，該活塞殼體包括第一缸和第二缸，所述第一缸具有與所述活塞的第一端部適配的第一直徑并具有第一端部表面區域，所述第二缸具有與所述活塞的第二端部適配的第二直徑并具有第二端部表面區域，所述第一端部表面區域比所述第二端部表面區域大；所述壓力增大裝置還包括允許流體進入所述第二缸的供給流體連接結構；所述壓力增大裝置還包括被設置在供給流體連接結構內的第一單向止回閥，該第一單向止回閥用于在通過所述活塞壓縮流體期間阻止流體離開所述第二缸并用于在通過所述活塞使流體減壓期間允許流體進入所述第二缸。
[0013]所述壓力增大裝置還可包括被設置在供給流體連接結構和壓力增大裝置的出口之間的第二單向止回閥，該第二單向止回閥用于在通過活塞使流體減壓期間阻止增壓流體進入第二缸并用于在通過活塞壓縮流體期間允許增壓流體經出口離開壓力增大裝置。
[0014]在一個實施例中，壓力增大裝置可包括具有第一端部和第二端部的活塞，所述活塞可滑動地設置在活塞殼體內，活塞的第一端部的第一端部表面區域可以比活塞的第二端部的第二端部表面區域大。
[0015]在另一實施例中，壓力增大裝置可包括具有第一端部和第二端部的活塞，所述活塞可滑動地設置在活塞殼體內，活塞的第一端部的第一端部表面區域可以比活塞的第二端部的第二端部表面區域大，活塞殼體可以包括兩個缸:具有與活塞的第一端部適配的第一直徑的第一缸，和具有比第一直徑小的與活塞的第二端部適配的第二直徑的第二缸。
[0016]另外，壓力增大裝置可以包括多個壓力增大裝置。
[0017]另外，壓力增大裝置可以包括多個活塞。
[0018]此外，壓力增大裝置的出口可以包括一壓力聚集腔室，該聚集腔室與多個活塞的多個第二端部流體連通并與環狀屏障空間流體連通。
[0019]此外，介于壓力增大裝置和井筒之間的一過量流體連接結構可以允許流體自壓力增大裝置流到井筒中。
[0020]在一實施例中，壓力增大裝置可以包括在活塞殼體中、介于活塞的第一端部和第二端部之間的空隙。
[0021]所述空隙可以在以大氣壓力使用之前被加壓。
[0022]如上所述的環狀屏障還可以包括被設置成與壓力增大裝置的出口和環狀屏障空間流體連通的單向閥，該單向閥阻止流體自環狀屏障空間朝向壓力增大裝置流動。
[0023]如上所述的環狀屏障還可以包括被設置成與井筒和環狀屏障空間流體連通的單向閥，該單向閥允許流體自井筒流到環狀屏障空間中。
[0024]另外，根據本發明的環狀屏障可以包括串聯設置的第一壓力增大裝置和第二壓力增大裝置，該第一壓力增大裝置包括第一進口和第一出口，該第一進口與膨脹開口流體連通；第二壓力增大裝置包括第二進口和第二出口，該第二出口與環狀屏障空間流體連通。[0025]此外，環狀屏障可以包括串聯設置的第一壓力增大裝置和第二壓力增大裝置以及至少一個中間壓力增大裝置，所述第一壓力增大裝置包括第一進口和第一出口，該第一進口與膨脹開口流體連通；所述第二壓力增大裝置包括第二進口和第二出口，該第二出口與環狀屏障空間流體連通；其中所述至少一個中間壓力增大裝置可包括與所述第一出口流體連通的中間進口和與所述第二進口流體連通的中間出口。
[0026]若干中間壓力增大裝置可以被串聯地放置，相鄰的中間壓力增大裝置可以包括與中間進口流體連通的中間出口。
[0027]在一個實施例中，壓力增大裝置可以包括液壓增大器。
[0028]另外，液壓增大器可以包括具有第一內部截面面積、位于壓力增大裝置的第一端部處的第一缸，和具有第二內部截面面積、位于壓力增大裝置的第二端部的第二缸。
[0029]此外，液壓增大器可以包括用于控制第一缸、壓力增大裝置的進口以及過量流體連接結構之間的流體連通的先導控制閥，所述過量流體連接結構用于提供從壓力增大裝置到井筒的流體連通；先導控制閥具有兩個位置:第一位置和第二位置，在第一位置，提供在第一缸和壓力增大裝置的進口之間的流體連通，用以在增壓期間將膨脹流體供應到第一缸內，而在第二位置，在活塞縮回期間提供第一缸和過量流體連接結構之間的流體連通，使得膨脹流體能夠離開第一缸；其中，先導控制閥可以通過先導件在第一位置和第二位置之間切換。
[0030]此外，液壓增大器還可以包括第一單向止回閥和第二單向止回閥，第一單向止回閥允許膨脹流體從壓力增大裝置的進口流到第二缸中，但阻止壓力已增大的流體自第二缸朝向壓力增大裝置的進口回流；第二單向止回閥允許壓力已增大的膨脹流體自第二缸朝向壓力增大裝置的出口流動并流進環狀屏障空間中，但阻止壓力已增大的流體自環狀屏障空間朝向第二缸回流。
[0031 ] 在一實施例中，過量流體連接結構可以包括過濾器。
[0032]此外，壓力增大裝置可以包括雙動式活塞。
[0033]包括雙動式活塞的壓力增大裝置還可以包括:用于控制第一缸的第一端部和第二端部之間的流體連通的第一和第二先導控制閥；流體方向控制閥；以及提供從壓力增大裝置到井筒的流體連通的第一和第二過量流體連接結構；第一先導控制閥具有兩個位置:第一位置和第二位置，在第一位置，在第一缸的第一端部和流體方向控制閥之間形成流體連通，用于在第二缸的第二端部的增壓期間將膨脹流體供應到缸的第一端部中；在第二位置處，在第一缸和第一過量流體連接結構之間形成流體連通；第二先導控制閥具有兩個位置:第一位置和第二位置，在第一位置，在第一缸的第二端部和流體方向控制閥之間形成流體連通，用于在第二缸的第一端部的增壓期間將膨脹流體供應到第一缸的第二端部中；在第二位置處，在第一缸的第二端部和第二過量流體連接結構之間形成流體連通。
[0034]所述流體方向控制閥可以受控于第一和第二先導件，第一先導件決定活塞何時到達第一缸的第一端部中的停止位置，第二先導件決定活塞何時到達第一缸的第二端部中的停止位置。
[0035]另外，壓力增大裝置可以包括具有雙動式活塞的液壓增大器。
[0036]在一實施例中，壓力增大裝置可以包括增壓氣體，通過借由膨脹流體釋放氣體控制閥來將增壓氣體釋放到環狀屏障中。[0037]另外，可以將第二壓力增大裝置設置在環狀屏障的與壓力增大裝置相對的端部中。
[0038]本發明還涉及一種環狀屏障系統，該系統包括:
[0039]-井管狀結構，和
[0040]-根據前述權利要求中任一項所述的被設置成所述井管狀結構的一部分的至少一個環狀屏障。
[0041]本發明還涉及一種將如上所述的環狀屏障放置在環空中的方法，該方法包括以下步驟:
[0042]-連接所述環狀屏障與一井管狀結構，
[0043]-將未膨脹的環狀屏障放置在期望的井下位置，
[0044]-對位于管狀部件中的流體加壓，
[0045]-通過壓力增大裝置增大環狀屏障內的壓力，以及
[0046]-使可膨脹套筒膨脹。
[0047]最后，本發明涉及一種將如上所述的環狀屏障用在環空中以密封流入控制部段的方法，該方法包括以下步驟:
[0048]-連接兩個環狀屏障與井管狀結構，在所述兩個環狀屏障之間連接有流入控制部段，
[0049]-將所述兩個環狀屏障和所述流入控制部段放置在期望的井下位置，
[0050]-對所述管狀部件加壓并通過來自管狀部件內部的增壓膨脹流體使所述環狀屏障膨脹，用以在井筒的第一區域和第二區域之間提供區域隔離，所述第一區域具有第一流體壓力，所述第二區域具有第二流體壓力，
[0051]-停止對所述管狀部件加壓，以及
[0052]-激活所述流入控制部段，以進入到所述井管狀結構中開始生產/開采流體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0053]下面將參考示意性附圖詳細描述本發明及其許多優點，所述附圖出于說明目的示出一些非限制性實施例，其中:
[0054]圖1示出處于未膨脹狀態的環狀屏障的特寫圖；
[0055]圖2示出沿著處于未膨脹狀態的環狀屏障的縱向延伸長度的截面圖；
[0056]圖3示出液壓增大器(液壓增強器)的示意圖；
[0057]圖4示出圖1的環狀屏障處于膨脹狀態；
[0058]圖5示出具有單動式活塞的液壓增大器的示意圖；
[0059]圖6示出具有雙動式活塞的液壓增大器的示意圖；
[0060]圖7示出串聯設置的多個壓力增大裝置(pressure intensifying means,壓力增強裝置)，以及
[0061]圖8示出環狀屏障系統。
[0062]所有附圖都是高度示意性的且未必按比例，它們僅示出為了闡明本發明所必需的那些部分，其它部分省略或僅予以暗示。【具體實施方式】
[0063]圖2示出被設置在井筒100中的環狀屏障1，該環狀屏障包括安裝作為井管狀結構300的一部分的管狀部件2。管狀部件被可膨脹套筒3包圍，并且該可膨脹套筒借助連接裝置50在端部31、32兩者處與所述管狀部件連接，借此在管狀部件2和可膨脹套筒3之間提供環狀屏障空間30。管狀部件具有膨脹開口 13，該膨脹開口允許膨脹流體Fl進入環狀屏障以使可膨脹套筒3膨脹。環狀屏障還包括壓力增大裝置10，該壓力增大裝置在其第一端部IOa處具有與膨脹開口流體連通的進口 11，該壓力增大裝置在其第二端部IOb處具有與環狀屏障空間30流體連通的出口 12。圖1中示出的線22是環狀屏障I的中心線22。
[0064]通過將壓力增大裝置設置在膨脹開口和環狀屏障空間之間，可以將井內形成的壓力保持在完井的其它部件或部分可以承受的某一壓力水平下，這顯著地增大了環狀屏障空間內的膨脹壓力。在安裝根據本發明的環狀屏障的情況下，通過僅增加環狀屏障內的膨脹壓力，使得井的其余部分可以在一遠低于環狀屏障空間中的使可膨脹套筒膨脹所要求的膨脹壓力的壓力下被增壓。井內的低壓是出于安全考慮所希望的，因為井的某些部件或部分在一定壓力以上時將被破壞，并且在某些類型的井中提供高壓甚至是不可能的。因此，使環狀屏障在較低壓力下膨脹的能力可以提供適合于更多類型的井的更通用的環狀屏障，環狀屏障可以用在更多類型的井中。另外，因為壓力增大的膨脹流體F2可以使更強固的環狀屏障膨脹，所以環狀屏障可以在不要求井的額外的高破裂額定值的情況下被顯著加強，因此環狀屏障可以用在能夠承受高壓的井中。因此更強固的環狀屏障可以具有更高的抗壓潰性、較不易損失密封效果以及更高的耐腐蝕性。
[0065]在圖1中，設置與井筒和環狀屏障空間30流體連通的單向閥64，借此允許流體自井筒流到環狀屏障空間30中。為了確保在井筒內例如由于氣體爆炸而突然產生高壓，可以允許來自井筒的流體通過單向閥64進入環狀屏障空間30，用以避免屏障因為外部壓力而被破壞。此外，可以將額外的單向閥設置在環狀屏障的另一端部(未示出)中，以允許流體從井筒的第一區域102和第二區域103進入屏障。
[0066]活塞和柱塞兩者都可以用在本發明的各實施例中。然而，在下文中將僅使用術語活塞來描述被設置在缸中用以使流體移動的運動構件。本領域技術人員知曉使用活塞或柱塞的優點和缺點。
[0067]根據本發明的環狀屏障I典型地在將井管狀結構300放入井下井筒中以前被安裝以形成井管狀結構的一部分，諸如生產套管。井管狀結構300由井管狀結構部分構成,所述井管狀結構部分被組裝成為長的井管狀結構管柱。在安裝井管狀結構管柱時將環狀屏障I安裝在諸如流入控制部段、破裂口部段等的其它井管狀結構部分之間。管狀部件2可以例如借助螺紋連接件(未示出)與井管狀結構部分連接。
[0068]環狀屏障I被用于多種目的，所有目的都要求環狀屏障I的可膨脹套筒3膨脹以使套筒抵靠井筒的內壁200。未膨脹的套筒具有柱形形狀，在其端部處通過連接裝置50與管狀部件連接。通過使增壓流體經管狀部件的膨脹開口 9流入、流過壓力增大裝置并進入到可膨脹套筒3和管狀部件2之間的環狀屏障空間30中，使得可膨脹套筒3膨脹。
[0069]圖2示出沿著處于未膨脹狀態的環狀屏障的縱向延伸長度的截面視圖。正如通過沿環狀屏障的中間截取所示出的，與屏障的直徑相比，環狀屏障在該屏障的縱向上很長。屏障的長度可以高達幾米，諸如，至少5米或10米，而屏障的直徑被限制于井筒內非常有限的可用空間。
[0070]圖3示出壓力增大裝置10的一部段的截斷視圖，其中壓力增大裝置10包括被設置作為出口 12的一部分的聚集腔室72，該聚集腔室與多個活塞的多個第二端部流體連通并且與環狀屏障空間30流體連通。使用全都允許流體進入到聚集腔室中的多個活塞，可以防止堵塞影響，因為壓力增大裝置中的機械故障的風險被分散到了多個活塞上。如果一個或多個活塞例如因為流體中的大的顆粒而堵塞，則其余的活塞仍可以提供所要求的壓力。
[0071]圖4示出沿著處于已膨脹狀態的環狀屏障的縱向延伸長度的截面視圖。此外，環狀屏障I包括第二壓力增大裝置10e。出于構造原因，可以將第二壓力增大裝置IOe設置在環狀屏障的與壓力增大裝置10相對的端部中。環狀屏障在其兩個端部中具有壓力增大裝置10、10e，不會增大環狀屏障空間30內可以達到的壓力。然而，其可以增大環狀屏障膨脹的速度。
[0072]如上所解釋的，在井下操作時空間很受限。然而，速度是另一重要因素，速度可以減少井下操作時間并因此降低井下操作的成本。
[0073]圖5示出液壓增大器的一實施例的截面視圖。液壓增大器10包括具有第一端部601和第二端部602的活塞60，所述活塞可滑動地設置在活塞殼體61內。活塞的第一端部601的第一端部表面區域Al比活塞的第二端部602的第二端部表面區域A2大，以使得能夠將被施加至第一端部表面區域Al的壓力增大到一較高壓力，該較高壓力由第二端部表面區域A2施加至環狀屏障空間30內部的流體上。
[0074]活塞殼體可以包括兩個缸:具有與活塞的第一端部適配的第一直徑的第一缸65，和具有比與活塞的第二端部適配的第一直徑小的第二直徑的第二缸66。
[0075]圖5中示出的壓力增大裝置包括用于控制第一缸65、壓力增大裝置10的進口以及過量流體連接結構13之間的流體連通的先導控制閥67，所述過量流體連接結構在活塞縮回用于使新的流體進入具有最小直徑的第二缸66中時提供從壓力增大裝置到井筒100的流體連通。先導控制閥具有兩個位置。第一位置允許第一缸和壓力增大裝置的進口之間流體連通，用以在增壓期間將膨脹流體Fl供應到第一缸內；第二位置允許第一缸和過量流體連接結構之間在活塞縮回期間流體連通，使得膨脹流體Fl能夠離開第一缸。先導控制閥可以在活塞到達其在活塞殼體的各端處的極端位置時借助先導件68自動地在所述第一位置和第二位置之間切換。此外，壓力增大裝置可以包括第一單向止回閥69和第二單向止回閥63。第一單向止回閥69允許膨脹流體Fl從壓力增大裝置10的進口流到第二缸66中，但阻止壓力已增大的流體F2自第二缸66朝向壓力增大裝置的進口 11回流。這樣，在活塞縮回期間壓力增大裝置的高壓側可以由來自進口的膨脹流體供應。第二單向止回閥63允許壓力增大膨脹流體F2自第二缸朝向壓力增大裝置的出口 12流動并流入到環狀屏障空間30中，但阻止壓力增大流體F2自環狀屏障空間30朝向第二缸回流。這樣，壓力增大膨脹流體F2可以總是進入環狀屏障空間30，但在活塞縮回期間——當第二缸填充有低壓膨脹流體時，壓力增大膨脹流將不會自環狀屏障空間30回流。
[0076]為了阻止含有臟污顆粒的流體在壓力增大裝置的正常操作期間通過過量流體連接結構13進入壓力增大裝置，典型地會在過量流體連接結構中放置過濾器70。然而，僅有過量流體將離開過量流體連接結構進入到井筒中。然而，在特殊情況下，諸如在井筒內高壓波動的情況下，對壓力增大裝置內部的環境而言，過濾器會變得很重要。[0077]如圖5中所示，在活塞殼體內部介于活塞的第一端部和第二端部之間有一空隙62，空隙62可以通過第二過量流體連接結構13c連接至壓力增大裝置10的外部，典型地也在第二過量流體連接結構13c中放置第二過濾器70b，用以避免在移動的活塞60附近出現雜質。
[0078]圖6中示出的壓力增大裝置10包括雙動式活塞。為了相對于圖5中示出的壓力增大裝置增大壓力增大裝置的速度/體積-流量，可以將雙動式活塞的原理用在壓力增大裝置中。在圖5中示出的活塞的縮回期間，壓力增大裝置在增壓方面變得不活躍/停止。通過使用雙動式活塞，在活塞往復運動時向前運動和向后運動兩者都可以被用于增壓，借此避免了任何不活躍周期并且此外增加了壓力增大裝置的速度/體積流量，以允許環狀屏障在更短的時間內膨脹。由于在具有雙動式活塞的系統中需要如上解釋的附加技術特征，所以這些系統通常不那么強固，因此雙動式活塞和單動式活塞之間的選擇是速度和強固程度之間的權衡。
[0079]包括雙動式活塞的壓力增大裝置還可以包括:用于控制第一缸的第一端部和第二端部65a、65b之間的流體連通的第一和第二先導控制閥67a、67b ;流體方向控制閥71 ;以及提供從壓力增大裝置到井筒100的流體連通的第一和第二過量流體連接結構13a、13b。正如圖5中示出的壓力增大裝置的情況，至第一缸的流體流動受先導控制閥控制。只有在與雙動式活塞一起作業時，活塞的兩側才可以都被增壓，因此可能需要兩個先導控制閥，此外附加的流體方向控制閥決定來自進口 11的膨脹流體朝向第一先導控制閥67a或朝向第二先導控制閥67b流動。第一先導控制閥67a具有兩個位置，在第一位置，流體連通在第一缸的第一端部65a和流體方向控制閥71之間形成，用于在第二缸的第二端部的增壓期間將膨脹流體Fl供應到缸的第一端部65a中；此外，第一先導控制閥具有第二位置，在該位置在第一缸和第一過量流體連接結構13a之間形成流體連通。類似地，第二先導控制閥具有兩個位置。另外，包括雙動式活塞的壓力增大裝置可以包括流體方向控制閥71，該流體方向控制閥隨后受控于第一和第二先導件68a、68b，第一先導件68a決定活塞60何時到達第一缸的第一端部65a中的停止位置，第二先導件決定活塞60何時到達第一缸的第二端部65b中的停止位置；其中，流體方向在活塞到達停止位置時借助流體方向控制閥71從一個先導控制閥變化到另一個，借此接合第一或第二先導件68a、68b。另外，第一和第二止回閥63a、63b、69a、69b存在于兩個線路中，在雙動式活塞60的各側上形成壓力，具有與在圖5中示出的壓力增大裝置中相同的功能。
[0080]在一些實施例(未示出)中，壓力增大裝置可以包括增壓氣體，通過借助膨脹流體來釋放氣體控制閥可以將該增壓氣體釋放到環狀屏障中。
[0081]圖7示出包括串聯設置的第一和第二壓力增大裝置10c、10d的環狀屏障，第一壓力增大裝置IOc包括第一進口 Ila和第一出口 12c，第一進口 Ila與膨脹開口 9流體連通；其中，第二壓力增大裝置IOd包括第二進口 Ild和第二出口 12d，第二出口 12d與環狀屏障空間30流體連通。如可以看到的，環狀屏障還包括串聯設置的中間壓力增大裝置10f，其中該中間壓力增大裝置包括與第一出口 12c流體連通的中間進口 Ilf以及與第二進口 Ild流體連通的中間出口 12f。
[0082]通過串聯地放置壓力增大裝置，用于使可膨脹套筒3膨脹的壓力增大流體F2可以獲得更大的壓力。[0083]圖8示出密封位于井下環境中的流入控制部段600的兩個環狀屏障I。
[0084]根據本發明的環狀屏障系統包括井管狀結構和被設置作為管狀結構的一部分的至少一個環狀屏障。在完井期間，多個環狀屏障被安裝作為井管狀結構的一部分例如用于將井管狀結構固定在井筒中和用于提供區域隔離。可以應用其它環狀屏障以密封井筒中的特定容積——例如，如圖8中所示的流入控制區域600。
[0085]將環狀屏障I放置在環空中的方法包括步驟:將環狀屏障與井管狀結構300連接起來，然后將未膨脹的環狀屏障放置在期望的井下位置。當屏障就位時，膨脹流體可以在管狀部件內被增壓，借此迫壓流體進入膨脹開口。當膨脹流體進入膨脹開口 9并在這之后進入壓力增大裝置10時,環狀屏障空間30內的壓力開始借助壓力增大裝置增大,借此使可膨脹套筒膨脹。
[0086]此外，在環空中使用環狀屏障以密封流入控制部段的方法包括步驟:將兩個環狀屏障與其它井管狀結構部分連接起來，在所述兩個環狀屏障之間連接有流入控制部段600 ；然后，將兩個環狀屏障和流入控制部段放置在期望的井下位置。當所述兩個屏障和流入控制部段就位時，管狀部件2通過膨脹流體加壓，環狀屏障通過來自管狀部件內部、借助壓力增大裝置增壓的壓力增大膨脹流體F2而膨脹，借此在井筒的第一區域102和第二區域103之間提供區域隔離。現在第一區域具有第一流體壓力，第二區域具有第二流體壓力，可以停止對管狀部件加壓，并且可以激活流入控制部段以進入到井管狀結構中開始生產流體。
[0087]用于使環狀屏障膨脹的增壓流體可以在井筒100的頂部被增壓并被供應通過井管狀結構300，或者在井管狀結構中的一局部密封區域內被增壓。供應膨脹流體直到可膨脹套筒3抵靠井筒的內壁200，這在圖4中示出。當環狀屏障I利用增壓流體已經膨脹并抵靠井筒內壁200時，環狀屏障在井筒的第一區域102和第二區域103之間提供密封。這樣，第一區域102在環狀屏障I的一側，而第二區域103在環狀屏障I的另一側。
[0088]在環狀屏障I的可膨脹套筒3膨脹時，套筒的直徑從其初始未膨脹直徑膨脹至較大直徑。可膨脹套筒具有外徑D，并且能夠膨脹到比未膨脹套筒的直徑大至少10%的較大直徑、優選地大至少15%的較大直徑、更優選地大至少30%的較大直徑。
[0089]此外，可膨脹套筒3的壁厚t小于可膨脹套筒的長度L，所述壁厚優選比所述長度的25%小，更優選地比所述長度的15%小，甚至更優選地比所述長度的10%小。
[0090]環狀屏障I的可膨脹套筒3可以由金屬、聚合物、彈性體材料、硅樹脂或天然橡膠或合成橡膠制成。
[0091]為了增加套筒3的厚度，可以例如通過把焊接材料添加到外表面上來將額外的材料施加到可膨脹套筒上(未示出)。
[0092]在另一實施例中，通過將環形部件緊固到套筒上(未示出)來增加套筒3的厚度。
[0093]在又一實施例中，利用變化厚度的套筒3 (未示出)有助于增加套筒3的厚度。為了獲得具有變化厚度的套筒，可以使用諸如軋制、擠出或壓鑄的技術。
[0094]可以使用膨脹工具使環狀屏障膨脹，該膨脹工具可以包括一隔離裝置，該隔離裝置用于隔離介于工具的外壁和井管狀結構的內壁之間的通道或閥的外部的第一部段。通過增大在隔離裝置中的流體的壓力來獲得增壓流體。當井管狀結構的在管狀部件的通道外部的部段被隔離時，不必對整個井管狀結構中的流體加壓，正如在現有技術解決方案中的情況那樣不需要額外的封堵。當流體已經被注入到環狀屏障空間中時，通道或閥被關閉。[0095]所述工具還可以利用撓性管使環狀屏障I的可膨脹套筒3膨脹，或者同時使兩個環狀屏障的可膨脹套筒膨脹。具有撓性管的工具可以對井管狀結構中的流體加壓而無需隔離井管狀結構的一部段。然而，所述工具可能需要自待被操作的兩個或多個環狀屏障I沿著井筒更深地堵塞井管狀結構。本發明的環狀屏障系統還可以采用鉆桿或鋼絲繩起下工具來使套筒膨脹。
[0096]在一個實施例中，所述工具例如在用于使套筒3膨脹的流體是水泥、氣體或二元混合物/化合物時包括容納增壓流體的儲存器。
[0097]井管狀結構可以是生產管道或套管或井或井筒中相似類型的井下管道。環狀屏障I可以用在井筒中的內生產管道和外管道之間或者用在管道和井筒內壁之間。井可以具有若干種管道，并且本發明的環狀屏障I可以安裝用于所有這些管道。
[0098]閥可以是能夠控制流量的任何種類的閥，諸如，球閥、碟閥、節流閥、止回閥或單向閥、隔膜閥、膨脹閥、閘門閥、球形閥、刀型閥(knife valve)、針閥、活塞閥、夾管閥或旋塞閥。
[0099]可膨脹管狀金屬套筒3可以是冷拉或熱拉管狀結構。套筒可以是無縫的或焊接的。
[0100]可膨脹管狀金屬套筒3可以是擠出的、壓鑄的或軋制的——例如，熱軋、冷軋、滾彎的等——且隨后被焊接。
[0101]用于使可膨脹套筒3膨脹的流體可以是存在于環繞所述工具和/或井管狀結構的井筒中的任何種類的井流體。另外，所述流體可以是水泥、氣體、水、聚合物，或二元混合物/ 二元化合物，諸如，與粘合劑或固化劑(硬化劑)混合或反應的粉末或顆粒。所述流體的一部分，諸如所述固化劑，可以在后續流體被注入到環狀屏障空間中之前存在于所述環狀屏障空間中。
[0102]盡管已經結合本發明的優選實施例在上面描述了本發明，顯而易見的是，本領域技術人員在不超出由下述權利要求限定的本發明的情況下可以想到若干變型。
【權利要求】
1.一種環狀屏障(1)，該環狀屏障待在介于井管狀結構(300)和井筒(100)的內壁(4)之間的環空(101)中膨脹以在所述井筒的第一區域(102)和第二區域(103)之間提供區域隔離，所述環狀屏障包括: -管狀部件(2)，該管狀部件安裝作為所述井管狀結構(300)的一部分并具有膨脹開口(9)， -包圍所述管狀部件的可膨脹套筒(3)，該可膨脹套筒的各端部(31，32)與所述管狀部件相連接，以及 -在所述管狀部件(2)和所述可膨脹套筒(3)之間的環狀屏障空間(30)， 其中，所述環狀屏障還包括壓力增大裝置(10)，該壓力增大裝置具有在第一端部(IOa)處的與所述膨脹開口(9)流體連通的進口(11)并具有在第二端部(IOb)處的與所述環狀屏障空間流體連通的出口(12);所述壓力增大裝置(10)包括具有第一端部(601)和第二端部(602)的活塞(60)，該活塞能滑動地設置在一活塞殼體(61)中，該活塞殼體包括第一缸(65)和第二缸(66)，所述第一缸具有與所述活塞的第一端部的外徑對應的第一內徑并具有第一端部表面區域(Al )，所述第二缸具有與所述活塞的第二端部的外徑對應的第二直徑并具有第二端部表面區域(A2)，所述第一端部表面區域(Al)比所述第二端部表面區域(A2)大；所述壓力增大裝置(10)還包括允許流體進入所述第二缸(66)的供給流體連接結構(75);所述壓力增大裝置(10)還包括被設置在供給流體連接結構(75)內的第一單向止回閥(69)，該第一單向止回閥用于在通過所述活塞(60)壓縮流體期間阻止流體離開所述第二缸(66)并用于在通過所述活塞(60)使流體減壓期間允許流體進入所述第二缸(66) ο
2.根據權利要求1所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述壓力增大裝置(10)還包括被設置在所述供給流體連接結構(75)和所述壓力增大裝置(10)的出口(12)之間的第二單向止回閥(63)，該第二單向止回閥用于`在通過所述活塞(60)使流體減壓期間阻止增壓流體進入所述第二缸(66)并用于在通過所述活塞(60)壓縮流體期間允許增壓流體經所述出口(12)離開所述壓力增大裝置(10)。
3.根據權利要求1或2所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述壓力增大裝置(10)包括多個壓力增大裝置(10c，10d, 10e, 10f)。
4.根據權利要求3所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述壓力增大裝置(10)的出口(12)包括一壓力聚集腔室(72)，該聚集腔室與多個活塞(60)的多個第二端部(601)流體連通并與所述環狀屏障空間(30)流體連通。
5.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(1)，其特征在于，介于所述壓力增大裝置和所述井筒之間的一過量流體連接結構(13)允許流體自所述壓力增大裝置流到所述井筒中。
6.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述壓力增大裝置包括在所述活塞殼體中、介于所述活塞的第一端部和第二端部之間的空隙(62)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(1)，其特征在于，所述環狀屏障還包括被設置成與所述井筒和所述環狀屏障空間(30)流體連通的單向閥(64)，該單向閥允許流體自所述井筒流到所述環狀屏障空間(30)中。
8.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(1)，其特征在于，所述環狀屏障包括串聯設置的第一壓力增大裝置和第二壓力增大裝置(10c，10d)，該第一壓力增大裝置(IOc)包括第一進口(Ila)和第一出口(12c)，該第一進口與所述膨脹開口(9)流體連通；所述第二壓力增大裝置(IOd)包括第二進口(Ild)和第二出口(12d)，該第二出口(12d)與所述環狀屏障空間(30)流體連通。
9.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述環狀屏障(I)包括串聯設置的第一壓力增大裝置和第二壓力增大裝置(10c，IOd)以及至少一個中間壓力增大裝置(IOf),所述第一壓力增大裝置包括第一進口( Ila)和第一出口( 12c)，該第一進口與所述膨脹開口(9)流體連通；所述第二壓力增大裝置(IOd)包括第二進口(Ild)和第二出口( 12d)，該第二出口與所述環狀屏障空間(30)流體連通；其中所述至少一個中間壓力增大裝置(IOf)包括與所述第一出口(12c)流體連通的中間進口(Ilf)和與所述第二進口(Ild)流體連通的中間出口(12f)。
10.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述壓力增大裝置包括液壓增大器。
11.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(I)，其特征在于，所述壓力增大裝置包括具有雙動式活塞的液壓增大器。
12.根據前述權利要求中任一項所述的環狀屏障(1)，其特征在于，在所述環狀屏障的與所述壓力增大裝置(10)相對的端部處設置有第二壓力增大裝置(10e)。
13.一種環狀屏障系統(500)，包括: -井管狀結構(300),和` -至少一個根據前述權利要求中任一項所述的被設置成所述井管狀結構的一部分的環狀屏障(I)。
14.一種將根據權利要求1-12中任一項所述的環狀屏障(I)放置在環空中的方法，該方法包括以下步驟: -連接所述環狀屏障與一井管狀結構(300)， -將未膨脹的環狀屏障放置在期望的井下位置， -對位于管狀部件中的流體加壓， -通過壓力增大裝置增大環狀屏障空間(30)內的壓力，以及 -使可膨脹套筒膨脹。
15.一種將根據權利要求1所述的環狀屏障用在環空中以密封流入控制部段的方法，該方法包括以下步驟: -連接兩個環狀屏障與井管狀結構(300)，在所述兩個環狀屏障之間連接有流入控制部段(600)， -將所述兩個環狀屏障和所述流入控制部段放置在期望的井下位置， -對所述管狀部件(2 )加壓并通過來自管狀部件內部的增壓膨脹流體使所述環狀屏障膨脹，用以在井筒的第一區域(102)和第二區域(103)之間提供區域隔離，所述第一區域具有第一流體壓力，所述第二區域具有第二流體壓力， -停止對所述管狀部件加壓，以及 -激活所述流入控制部段，以進入到所述井管狀結構中開始生產流體。
【文檔編號】E21B33/124GK103732850SQ201280039694
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月30日 優先權日:2011年8月31日
【發明者】J·哈倫德巴克, P·黑澤爾, R·R·瓦斯克斯 申請人:韋爾泰克有限公司