温度启用的区域分隔封隔器装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种封隔器装置(1)，该封隔器装置用于对环绕管或套管柱(4)的内表面进行密封、优选地用于在油井中对区域或部段进行分隔，其中，所述封隔器装置包括管道本体(3)和至少一个密封元件(7a、7b)，其中，缸体/活塞装置(2)包括缸体(5)，该缸体具有包含例如气体或液体的流体的封闭容积，封闭容积设置成在暴露于热量时扩张从而在可移动元件(12)上施加机械压力，该可移动元件借助于至少一个固定元件、例如剪切构件(6)而在初始锁定在固定位置中，并且其中，可移动元件(12)适于在由缸体(5)中的封闭容积所施加的预定轴向力下释放成操作状态，从而导致至少一个密封元件(7a、7b)被径向向外按压，使得封隔器装置(1)对环绕管/套管柱(4)进行密封。本发明专利技术通过设置成覆盖内部活塞(11)的端盖(13)来实现，端盖使内部活塞(11)的暴露于井中的环绕压力(PW)的区域最小化，其中井中的环绕压力抵抗缸体(5)的内部流体压力(P1)。本发明专利技术还涉及一种启用封隔器装置(1)以对环绕管或套管柱(4)的表面进行密封的方法，并且本方还涉及该封隔器装置(1)的用途。

Zone separation packer device with temperature enabled

The invention relates to a packer device (1), the packer device used to surround the pipe or casing (4) of the inner surface of the seal, preferably used in the well of area or section were separated, among them, the packer device comprises a pipe body (3) and at least a sealing element (7a, 7b), wherein the cylinder / piston device (2) comprises a cylinder body (5), the cylinder contains such as fluid gas or liquid in the closed volume, arranged in a closed volume when exposed to heat expansion resulting in a movable element (12) is applied on the mechanical pressure. The movable element by means of at least one fixing element, such as the shear component (6) in the initial lock in a fixed position, and wherein the movable element (12) comprises a cylinder (5) is adapted to a predetermined axial force in the closed volume release under operation state, resulting in at least A sealing element (7a, 7b) is radially pushed outward so that the packer (1) seals the surround pipe / casing string (4). By setting the internal piston (11) to cover the end cap (13) to achieve the end cover of the internal piston (11) exposed to the pressure around the wells (PW) area minimization, which wells around the pressure resistance cylinder (5) of the internal fluid pressure (P1). The invention also relates to a method for enabling a packer (1) to seal a surface of a surround pipe or casing string (4), and also relates to the use of the packer device (1).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】温度启用的区域分隔封隔器装置
本专利技术涉及用于抵靠环绕套管对较小的生产管道进行密封的封隔器装置，并且具体地意在用于油井中带套管的井眼。使用封隔器装置的目的在于：为了封闭且分隔井的不同区域或部段、为了易于生产例如液体或气体的碳氢化合物、或者用于将例如热蒸汽注入井中、为了增加油具有较高密度的重油应用的产量。本专利技术还涉及用于当封隔器装置定位在井中时通过使用热效应而启用封隔器装置的方法。本专利技术还涉及封隔器装置在井眼中的用途，所述井眼用于生产例如液体或气体的碳氢化合物或者用于将例如热蒸汽注入井中。
技术介绍
常见的是将油井眼或气井眼钻入并穿过几个通常水平分层的不同的区域。在这种情况下，通常通过在井眼中在这些区域之间围绕管状元件——例如用于进入各个区域的生产管道——之间安装封隔器以将每个区域与其上方和下方的区域分隔。用于实现这种分隔的已知系统通常使用填充各种流体或水泥的可填充式封隔器或者可机械扩张式封隔器。这些类型的封隔器可能是昂贵的，并且将它们固定就位可能是复杂的，这是由于固定操作通常需要电气系统、液压系统或机械系统。还使用不需要进行任何额外固定操作的其他类型的封隔器系统，这些系统通常包括或者与碳氢化合物接触时反应且膨胀的可膨胀式弹性封隔器，或者安装至管道的弹性体皮碗式封隔器。这两种类型的封隔器由于弹性体中所使用的材料特性而在高温应用方面有局限性。因此，需要能够容易地安装、并承受高温、机械应变、磨损和腐蚀的封隔器装置，并且该封隔器装置可以以较低或合理的成本制造并安装。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是提供一种上述问题的解决方案并且提出一种改进的封隔器装置，该封隔器装置可以用于在井/带套管的孔中进行密封，以使得在井中产生一个或更多个分隔区域。根据本专利技术的另一目的是在井中的生产管道和/或注入管道与环绕套管之间产生密封。根据本专利技术的又一目的是提供下述封隔器装置：该封隔器装置在定位在井中时可以在不需要任何额外的启用设备或工序的情况下在一个单次行进中安装并且启用。根据本专利技术的再一目的是提供下述封隔器装置：该封隔器装置可以在环境温度升高时——例如在蒸汽注入井中时_自动启用。根据本专利技术的另一目的是提供下述封隔器装置：该封隔器装置在安装并启用时可以在管道中相对于套管进行例如由热膨胀引起的特定运动。根据本专利技术的又一目的是提供一种易于制造的可靠的封隔器装置，该封隔器装置可以在一次行进时安装并进入到井中，并且该封隔器装置使用起来实用、有效并安全。根据本专利技术的这些及其他目的将在下面进行描述。专利技术的概述和有益效果所提及的目的通过在独立权利要求1、21和22中限定的本专利技术来实现。本专利技术的其他实施方式在从属权利要求中示出。本专利技术总体上涉及井眼区域分隔工具领域以及井眼区域分隔工具在油井和气井操作中使用的方法。本专利技术特别地适用于高温应用，通常适用于重油开采操作，其中，高温以及通过管道注入并且进入地层(区域)中的蒸汽联合起来要求能够承受恶劣环境的密封材料。本专利技术特别地涉及一种密封装置、即“封隔器装置”，主要意在用于对特别是高温井中的井眼中的一个或更多个区域进行分隔，井眼中被注入例如蒸汽以提高重油的采收率。本专利技术的温度设定的区域分隔的封隔器装置可以作为单个单元或以位于多个限定位置的多个单元的形式安装至生产管道以将井中的不同区域进行分隔。当封隔器装置安装在井中时，该装置由于环境温度的升高而启用。整合在封隔器装置中的缸体填充有受热膨胀的流体，例如氮气。由于来自被加热的流体的压力的增大而产生的力经由内部活塞对例如剪切螺钉的一组剪切构件进行剪切，并且在剪切之后，内部活塞来回运动。连接至内部活塞的外部活塞和缸体移动分开并且使两个密封元件扩张，从而产生了朝向套管的内部的阻隔。密封元件通过整合在缸体和/或外部活塞中的锁定系统来保持扩张。因此，本专利技术的第一实施方式是提供下述封隔器装置：该封隔器装置包括基于使用增大的压力的启用机构，该增大的压力在封隔器装置内部的封闭容积中的介质——优选地为例如氮气的气体——被加热时而产生。本专利技术包括在每个端部处具有螺纹连接部的管状主体，该管状主体可以连接至井的生产/注入管道柱。具有活塞装置的缸体附接至主体。缸体和活塞两者均能够在固定的边界内沿着主体移动/滑动。缸体在地面处被填充例如气体的流体/介质以计算随着升高的温度而增大的压力。多个剪切构件防止该装置启用直至其在安装在井中时被加热为止。至少一个可扩张的密封元件附接至本体，并且定位在可移动的外部活塞与在本体上的固定位置处的止动元件之间。密封元件借助于锥形形状的活塞和/或具有锥形形状的外端部的缸体而向外扩张至环绕套管，从而在封隔器本体与套管之间产生可靠的密封。作用在活塞上的轴向力由缸体内部的膨胀介质/流体/气体的压力而产生。缸体内部的压力作用在内部活塞上，其中，相对较小的区域暴露于井中的环境压力。内部活塞连接至外部活塞，并且一旦剪切元件已经进行剪切，轴向力就被传递至密封元件。锁定系统保持外部活塞和缸体处于其扩张位置，从而确保封隔器装置(及其本体)与套管之间的密封。在装置的每个端部处使用一个或更多个柔性调整环以使该装置在套管中居中。制造得比位于初始位置的套管的最大内径略微更大的柔性调整环将用作挤压阻隔件，并且防止密封元件在套管与装置的外径之间被挤压。当在装置的安装期间进入套管时，由适合的钢制材料制成的柔性调整环将弹性地向内压缩，并且在RIH期间，柔性调整环总是保持与套管接触。柔性调整环的功能与发动机中活塞环的功能类似。装置的缸体保持了随着升高的温度而扩张的介质/流体/气体的限定容积。优选的介质是氮气，但根据应用和用途可以使用其他介质。缸体的容积由封隔器本体的外径、装置的最大外径、缸体的长度和装置的压力等级来确定。容积可以通过改变缸体的长度而适用于所使用的介质和应用。缸体在一个端部是封闭的而在另一端部处具有轴向可移动的活塞装置。缸体安装至本体，使得缸体/活塞装置的两个端部可以在流体膨胀时相对于本体并且相对于彼此轴向移动。通过将密封元件定位在可移动的缸体/活塞系统的一侧或两侧上并且定位在牢固地安装至本体的固定的止动元件(多个止动元件)或端部支承件(多个端部支撑件)之间，密封元件(多个密封元件)将在缸体/活塞系统扩张时变形并且被向外朝向套管推压/按压。为了使作用在密封元件(多个密封元件)上的、由缸体中的压力所产生的力最大化，使用内部活塞。该内部活塞通过位于缸体的一个端部处的密封的端盖连接至外部活塞。如此以来，由井中的环境压力产生的、朝向缸体中的压力所产生的力作用的负力减小。与缸体内部起积极作用区域相比，暴露于消极地作用在内部活塞上的井压的相对区域相对较小。缸体配装有两个带螺纹并且密封的塞部，塞部用于使缸体填充优选的介质/流体/气体。缸体在被安装在井中之前在地面处被填充至预限定压力。预限定压力针对每种应用计算，并且与所使用的介质、井中的环境温度和压力以及密封元件的所需的坐封力相关。为了防止缸体/活塞在装置被填充时移动，使用多个剪切构件。剪切构件配装至缸体的端盖中的螺纹孔，并且进入外部活塞中的凹槽，从而将两个部件锁定至彼此。剪切构件的数量和所使用的材料基于填充到缸体中的介质压力所产生的力乘以安全系数、以及缸体中在升高的温度处的压力所产生的力来选择。缸体中的在升高的温度处的增大压力将产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封隔器装置(1)，所述封隔器装置(1)用于对环绕管或套管柱(4)的内表面进行密封、优选地用于对油井中的区域或部段进行分隔，所述封隔器装置(1)包括管道本体(3)和至少一个密封元件(7a、7b)，其中，缸体/活塞装置(2)包括缸体(5)，所述缸体(5)具有包含流体的封闭容积，所述流体例如为气体或液体，所述流体设置成在暴露于热量时扩张，从而在借助于至少一个固定元件初始锁定在固定位置中的可移动元件(12)上施加机械压力，其中所述至少一个固定元件例如为剪切构件(6)，并且其中，所述可移动元件(12)适于在由所述缸体(5)中的所述封闭容积所施加的预定轴向力的作用下释放成操作状态，从而导致所述至少一个密封元件(7a、7b)径向向外按压，使得所述至少一个密封元件(7a、7b)使所述封隔器装置(1)对所述环绕管/套管柱(4)进行密封，其特征在于，设置有用以覆盖内部活塞(11)的端盖(13)，并且所述端盖(13)使所述内部活塞(11)的暴露于井中的环境压力(PW)的区域最小化，其中所述环境压力抵抗所述缸体(5)的内部气压(P1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.17 SE 1451379-01.一种封隔器装置(1)，所述封隔器装置(1)用于对环绕管或套管柱(4)的内表面进行密封、优选地用于对油井中的区域或部段进行分隔，所述封隔器装置(1)包括管道本体(3)和至少一个密封元件(7a、7b)，其中，缸体/活塞装置(2)包括缸体(5)，所述缸体(5)具有包含流体的封闭容积，所述流体例如为气体或液体，所述流体设置成在暴露于热量时扩张，从而在借助于至少一个固定元件初始锁定在固定位置中的可移动元件(12)上施加机械压力，其中所述至少一个固定元件例如为剪切构件(6)，并且其中，所述可移动元件(12)适于在由所述缸体(5)中的所述封闭容积所施加的预定轴向力的作用下释放成操作状态，从而导致所述至少一个密封元件(7a、7b)径向向外按压，使得所述至少一个密封元件(7a、7b)使所述封隔器装置(1)对所述环绕管/套管柱(4)进行密封，其特征在于，设置有用以覆盖内部活塞(11)的端盖(13)，并且所述端盖(13)使所述内部活塞(11)的暴露于井中的环境压力(PW)的区域最小化，其中所述环境压力抵抗所述缸体(5)的内部气压(P1)。2.根据权利要求1所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述封闭容积由所述缸体(5)和所述内部活塞(11)来限定。3.根据权利要求1或2所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述缸体/活塞装置(2)为环形或衬领形式，并且所述缸体/活塞装置(2)设置在所述管道本体(3)的外部上并围绕所述管道本体(3)。4.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，所述内部活塞(11)设置在所述缸体(5)的内部。5.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，所述流体是氮气。6.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述剪切构件(6)适于在由所述封闭容积(2)中扩张的流体所施加的轴向力(F)产生的压力(P1)达到超过所安装的剪切构件(6)的总剪切值的预定水平时进行剪切。7.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，绕所述封隔器装置(1)的所述本体(3)对称地设置有多个剪切构件(6)。8.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述至少一个剪切构件(6)是剪切螺钉。9.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述剪切构件(6)由金属制成，例如由黄铜制成。10.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述剪切构件由钢制成。11.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述密封元件(7a、7b)为环形形式的并且绕所述管道本体(3)定位。12.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，所述密封元件(7a、7b)在其内侧处是至少部分锥形形状的，以允许匹配的可移动元件(12)被按压到所述密封元件(7a、7b)中，从而使所述密封元件(7a、7b)径向向外移位。13.根据任一前述权利要求所述的封隔器装置(1)，其特征在于，在每个密封元件(7a、7b)的外侧上均设置有固定的端部止动件...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦·巴顿，马茨·约翰逊，博勒·洛维克内斯，
申请(专利权)人：万加德石油工具及服务有限责任公司，
类型：发明
国别省市：阿曼,OM