[发明专利]带被动压力补偿的环状屏障

说明书

技术领域

本发明涉及一种待在井下于井管结构与井眼内侧壁之间的环空内膨 胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环状屏障。此外， 本发明涉及一种井下系统和一种膨胀环状屏障的方法。

背景技术

在完井作业时，通过将具有环状屏障的套管柱浸入井眼或井的套管内 来提供生产区域。在套管柱位于井眼内的正确位置时，使环状屏障膨胀或 扩张。环状屏障在一些完井作业中通过加压流体膨胀，这需要一定量的附 加能量。

在其它完井作业中，环状屏障内侧的化合物被加热以使所述化合物变 为气态，从而增大其体积并因此使可膨胀套筒膨胀。然而，井眼或套管的 直径可能不同，并且如果井眼的直径小于所预期的，即出现膨胀能量的过 剩，则当套筒膨胀时，套筒可能会损坏地层或使套管坍缩。此外，如果膨 胀能量高于所需要的，则已知环状屏障的套筒还可能会破裂。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不 足。更特别地，一个目的是提供一种改进的环状屏障，该环状屏障在可膨 胀的空间内包含化合物，其中，所述环状屏障能够与其所位于的井眼的内 径的范围相适配，而不会使套筒破裂。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优 点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过待在井下于井管结构与井眼 的壁部之间的环空内膨胀以在井眼的第一区域与第二区域之间提供区域隔 离的环状屏障来实现，该环状屏障包括：

-作为所述井管结构的一部分安装的管状金属部件；

-可膨胀套筒，环绕该管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的内 表面和面向所述井眼的内侧壁的外表面，所述可膨胀套筒的每个端部与所 述管状金属部件连接；以及

-在所述可膨胀套筒的内表面与所述管状金属部件之间的环形空间

其中，所述管状部件与所述可膨胀套筒的内表面基本气密封地封闭所 述环形空间，所述环形空间包含适于使所述环形空间膨胀的化合物，并且 其中，所述可膨胀套筒包括邻近所述可膨胀套筒的端部的两个第一部段和 在所述两个第一部段之间的第二部段，所述可膨胀套筒的每个第一部段具 有在所述环状屏障的未膨胀状态下的第一内径，并且所述可膨胀套筒的第 二部段具有在所述未膨胀状态下的第二内径，在所述未膨胀状态下所述第 二内径大于所述第一内径，或者在所述未膨胀状态下，所述第一部段具有 第一厚度，所述第一厚度大于所述第二部段的第二厚度。

所述化合物可以适于在经受热时膨胀所述环形空间。

当使可膨胀套筒具有小于第二部段的第二内径的第一内径或者可膨 胀套筒具有大于第二部段的第二厚度的第一厚度时，用于使具有所述第一 内径或第一厚度的套筒部段膨胀的压力高于用于膨胀具有所述第二内径或 第二厚度的所述部段所需的压力。环形空间中的所述化合物产生一定量的 膨胀能，并且如果井眼的内径小于环状屏障待膨胀位置所期望的的内径， 则将会有多余的膨胀能。则这种多余的膨胀能还可被用于使具有较小内径 或较小厚度的套筒部段膨胀。因此，套筒的第一部段起到了被动压力补偿 的作用，因为该部段的膨胀在存在多余的膨胀能时发生。

所述第一部段可具有递增的厚度。

此外，所述第二内径可以比第一内径大至少0.5毫米，优选比第一内 径大至少1毫米，更优选比第一内径大至少2毫米。

所述化合物可包括适于在分解时生成气体或超临界流体的至少一种 可热分解的化合物，所述可热分解的化合物在低于400℃的温度下分解。

进一步地，所述可膨胀套筒的端部可被焊接至所述管状部件。

因此，进一步降低了泄漏的风险。

上述可膨胀套筒的所述端部可以通过连接部件被连接至所述管状部 件。

此外，所述可膨胀套筒的端部可以被压接在所述管状部件上。

另外，所述第一厚度可以比所述第二厚度大至少15％，优选比所述第 二厚度大25％，更优选比所述第二厚度大50％。

此外，所述可膨胀套筒可包括在所述第一部段与所述第二部段之间的 过渡部段，所述过渡部段具有自所述第二部段向所述第一部段递增的厚度。

所述可膨胀套筒还可包括在所述第一部段和第二部段之间的第三部 段，所述第三部段具有第三厚度，所述第三厚度可以小于所述第一厚度并 且大于所述第二厚度。