[发明专利]提高井管形件的密封的系统和方法

说明书

发明人：K·施奈德米勒、T·E·拉格兰奇、B·瓦斯

本发明的背景技术

1.技术领域

本发明涉及用于隔离井筒中的一个或多个选定区域的装置和方法。

2.背景技术

在石油和天然气行业中，井钻入地下烃储层中。套管柱再延伸至井中，且该套管柱用水泥粘结就位。然后，套管柱能够穿孔，且井完成至储层。生产管柱可以同心地布置在套管柱中。在钻井、完成和生产阶段中，操作人员需要进行多种修补工作，对井、套管柱和生产管柱进行修理和维护。例如，可能意外或故意在管形部件中产生孔。也可选择，操作人员可能发现隔离某些区域将很有利。不管特殊用途如何，都需要将某些井下组件(例如衬垫补片)置于管形部件内，再将井下组件锚固和密封在管形部件内。

已经有多种装置试图来产生用于这些井下组件的密封和锚固。例如，美国专利No.3948321(标题为“LINER AND REINFORCING SWAGE FOR CONDUIT IN A WELLBORE AND METHOD AND APPARATUS FOR SETTING SAME”，授予Owen等)公开了一种用于使用模锻装置和设置工具来将衬垫安置在导管内的方法和装置。Owen等公开了将衬垫锚固和密封在井筒中。

尽管普通的井筒密封装置通常已经很充分，但是很可能产生这样的情况，其中，这种普通的密封装置不能高效地使用。例如，井管形件的内径可能使得普通密封装置的插入复杂。在多个方面，本发明解决了现有技术的这些和其它缺陷。

发明内容

在多个方面，本发明提供了一种在井筒中使用的井隔离装置。该装置可以包括：可径向膨胀的膨胀密封元件，该膨胀密封元件设置成与井筒管形件的内壁接合；可径向膨胀的圆锥件，该圆锥件与密封元件成伸缩关系，膨胀圆锥件设置成使得密封元件膨胀；以及模锻件，该模锻件设置成与膨胀圆锥件伸缩接合和使得该膨胀圆锥件膨胀。

上面已经相当广义地概括了本发明的特征实例，以便可以更好地理解下面的本发明详细说明，并有助于本领域技术人员可以理解。当然，还有后面将介绍的本发明附加特征，这些附加特征将形成附加权利要求的主题。

附图说明

为了详细理解本发明，下面将结合附图详细介绍优选实施例，附图中，相同元件给出相同标号，且附图中：

图1是当定位在井筒中时本发明装置的一个实施例的示意剖视图，该井筒形成于地下岩层；

图2A-C表示了在多个安装阶段的本发明井隔离器的一个实施例；以及

图3A-C表示了用于部署图2A-C的井隔离器的本发明井隔离系统的一个实施例。

具体实施方式

本发明涉及用于锚固一个或多个井下工具和/或隔离井筒的一部分的装置和方法。本发明容易有不同形式的实施例。图中表示了本发明的特殊实施例，并将详细说明，且应当知道，本说明书应当认为是本发明原理的示例说明，而并不是将本发明限制为这里所示和所述的内容。

下面参考图1，图中表示了井，该井有形成于地下岩层12中的井筒10。井可以水平、多边形、细长孔、单孔或地热的。井筒10包括套管14，该套管14可以水泥粘接就位。在地面上，井头部16和相关设备定位在井筒10上面。已经知道，生产流体例如石油和天然气沿井筒10向上流向地面。在一些情况下，在井筒10中的区域18可能需要隔离，以防止井筒流体(例如侵入生产区域的钻井液、形成的液体(例如水))进入井筒10，和/或使得井筒管形件稳定。这种不合适的流体流或管形件不稳定性可能由于不连续部分20(例如人造孔、腐蚀等)而产生。在一些情况下，将修补工具送至区域18可能由于一个或多个减小直径部分22而变复杂，该减小直径部分22限制了能够传送至区域18的工具的外径。

本发明的实施例包括径向紧凑的井隔离系统26，该井隔离系统26可以用于在这些情况下提供在井筒管形件(例如套管、衬垫、生产管等)中的穿孔、裂口、腐蚀和/或泄露处的长期隔离/强度。井隔离系统26可以包括隔离器30，该隔离器30由设置工具28来驱动。井隔离系统26可以通过合适的传送装置29(例如电线/金属线、光滑线、管、钻管或盘管)而送入井筒中。

设置工具28可以是产生轴向负载的已知工具。设置工具28可以利用电力、增压流体、能量材料或任意其它已知方法来提供能量。如后面更详细所述，井筒隔离系统26的尺寸可以设置成穿过井下限制部分，但是具有一定范围的径向膨胀，该径向膨胀能够与套管14或其它的井下井管形件的内径接合。另外，井筒隔离系统26可以利用多个膨胀部件来提供逐渐堆垛的密封组件。