[发明专利]环形屏障和环形屏障系统

说明书

本申请是申请日为2010年1月12日、申请号为201080004299.8、发明名称为“环形屏障和环形屏障系统”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种环形屏障系统，其用于使环形屏障在井管结构与井眼或井下井孔的内壁之间的环状空间中膨胀以例如密封环状空间。该环形屏障系统包括具有管状部——该管状部作为井管结构的一部分安装——的环形屏障，该环形屏障还包括包围管状部的可膨胀套管，可膨胀套管的至少一端通过各种紧固装置紧固在管状部上。

背景技术

在井眼中，环形屏障用于不同的目的——例如用于提供对内管结构与外管结构之间的流动或内管结构与井眼内壁之间的流动的屏障。环形屏障作为井管结构的一部分安装。环形屏障具有由环形可膨胀套管包围的内壁。该可膨胀套管典型地由弹性材料制成，但也可由金属制成。套管在其端部紧固到环形屏障的内壁。

为了密封内管结构与外管结构之间或井管结构与井眼之间的区域，使用第二环状屏障。第一环形屏障在待密封区域的一侧膨胀，而第二环形屏障在该区域的另一侧膨胀。因此，该区域被密封。

从US6,640,893B1已知一种具有可膨胀的金属套管的环形屏障。在其未膨胀的状态下，环形屏障的内壁和附装的可膨胀套管形成一腔室。当环形屏障被安装而形成井管结构管柱的一部分时，经环形屏障内壁中的开口对该腔室预填充硬化水泥。进行预填充的目的是防止在生产期间于井管结构内流动的流体进入开口并因此进入腔室。

通过经由所述开口将第二水泥复合物(compound)注入该腔室内、并因此通过碎裂硬化水泥而使套管膨胀，从而使得套管膨胀。如果该腔室已填充有流体而不是硬化水泥，则第二水泥复合物会被稀释并因此无法随后硬化。为了向第二水泥复合物提供足够的压力，在距离地表最远的一端封闭井管结构并对井管结构填充第二水泥复合物。

当安装井管结构管柱时，能以有规则的间隔插入环形屏障。一些环形屏障可用于将井管结构管柱紧固或对中在井眼中，而其它环形屏障等待后续使用——例如密封某一区域。预填充在腔室中的水泥因此可能必须等待膨胀，有在使用前丧失其性能的风险。

当US6,640,893B1的环形屏障用于对中或密封生产区域时，填充井管结构的第二水泥复合物必须被去除，且随后还必须去除堵头。这是一个在膨胀套管的步骤之后还需要数个步骤的高成本工序。

此外，第一水泥复合物可能封闭该开口，从而使得必须在注射第二水泥复合物之前对该开口进行清洁。该开口也可能被填充以包含在于生产期间在井管结构中流动的流体中的污物或碎屑。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分克服现有技术的以上劣势和缺点。更具体地，一个目的是提供一种改进的环形屏障系统，其能实现比现有技术的方案更容易和更可靠的环形屏障的膨胀。

此外，一个目的是提供一种更可靠的环形屏障。

以上目的连同将从以下说明变得显而易见的众多其它目的、优点和特征通过根据本发明的方案来实现，该方案涉及一种用于使环形屏障(1)在位于井管结构(3)与井下井眼的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀的环形屏障系统(100)，包括：

-环形屏障(1)，其具有用于作为所述井管结构的一部分安装的管状部(5)，所述环形屏障还包括包围所述管状部的可膨胀套管(6)，所述可膨胀套管的至少一端(7)借助所述管状部中的连接部(9)的紧固装置(8)紧固、或借助紧固装置(8)紧固在所述管状部中的连接部(9)上，并且

-所述可膨胀套管由金属制成，

其中，所述环形屏障具有阀(13)，所述阀(13)用于控制加压流体进入位于所述可膨胀套管与所述管状部之间的空间内。

通过设置阀，当阀在填充位于套管与井管结构之间的空间之后再次关闭时，金属套管可借助不同于水泥的流体从井管结构内膨胀。如果在包围套管的环状空间中的套管外侧压力增加，则借助工具重新打开阀，并且所述空间中的压力相应增加。通过借助工具或钻杆组件建立克服阀的压力或通过从上方对井加压来实现套管的膨胀。

在一个实施例中，所述环形屏障系统还可包括工具，所述工具用于通过使加压流体经由位于所述管状部中的通道中的阀进入所述位于可膨胀套管与管状部之间的空间而使所述可膨胀套管膨胀。