具有阀单元的环状屏障制造技术

本发明专利技术涉及环状屏障，其待在井中于金属井管结构与井孔的壁部或另一金属井管结构之间的环空中膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离，环状屏障包括：适于安装为金属井管结构的一部分的管状金属部件；围绕管状金属部件的可膨胀金属套筒，可膨胀金属套筒的每端与管状金属部件连接，以在可膨胀金属套筒与管状金属部件之间限定环形空间。环状屏障还包括具有初始位置和最终位置的阀单元，阀单元包括与内部流体连通的第一穿孔、与环形空间流体连通的第二穿孔、与环空流体连通的第三穿孔。本发明专利技术还涉及井下系统，包括金属井管结构和环状屏障，其中环状屏障的管状金属部件安装为井管金属井管结构的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有阀单元的环状屏障
本专利技术涉及一种环状屏障，该环状屏障待在井中于金属井管结构与另一金属井管结构或井孔的壁部之间的环空中膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离。本专利技术还涉及一种井下系统。
技术介绍
在井孔中，环状屏障如扩张封隔器(SwellPacker)、膨胀封隔器(SWELLPACKER)、STEELSEAL(钢密封件)或区域密封件(ZONESEAL)被用于提供位于套管与另一套管的壁部或井孔的壁部之间的环空的区域隔离，或用于提供衬管悬挂器。当具有可膨胀金属套筒的环状屏障膨胀时，通过对位于可膨胀金属套筒与基础管之间的环形空间进行加压而使该套筒从第一直径膨胀至较大的第二直径。在一些已知的屏障中，在将安装在金属井管结构上的环状屏障下入井孔中时，至环形空间的流体连通被切断，并且为了使可膨胀金属套筒膨胀，需要在提供至环形空间的流体连通并且开始膨胀之前使剪切盘被剪切。以这种方式，避免了在将环状屏障下入井孔中时发生过早的和不期望的膨胀。从SwellPacker、SWELLPACKER或类似的ZONESEAL已知环状屏障的过早膨胀，其中，在将环状屏障下入井孔中期间，可能导致金属井管结构在布置到预期位置之前被卡住。在其他已知的屏障中，避免使用这种剪切盘，因为在高压井中存在这样的大的风险，即可膨胀金属套筒将被径向向内推动到塌缩位置，在该塌缩位置中，可膨胀金属套筒的用于坐放环状屏障而进行的后续的预期膨胀会因以下原因而无法完成：由于可膨胀金属套筒的塌缩导致用于使可膨胀金属套筒膨胀所需的压力大大增加到超出用于该完井作业所允许的压力，或者使套筒被弱化并且无法膨胀到所需要的那么多，从而导致套筒在膨胀期间破裂。
技术实现思路
本专利技术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，其能在不过早膨胀的情况下在高压井中膨胀。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专利技术的方案来实现，即通过一种环状屏障来实现，该环状屏障待在井中于金属井管结构与另一金属井管结构或井孔的壁部之间的环空中膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离，该环状屏障包括：-适于安装为所述金属井管结构的一部分的管状金属部件，所述管状金属部件具有外表面和内部；-可膨胀金属套筒，其围绕所述管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的套筒内表面和面向所述井孔的壁部的套筒外表面，可膨胀金属套筒的每个端部均与该管状金属部件连接；和-在所述可膨胀金属套筒的套筒内表面与所述管状金属部件之间的环形空间，其中，所述环状屏障还包括具有初始位置和最终位置的阀单元，所述阀单元包括：-与所述内部流体连通的第一穿孔；-与所述环形空间流体连通的第二穿孔；-与所述环空流体连通的第三穿孔；-单元膛孔，该单元膛孔具有膛孔延伸方向并且包括具有第一内径的第一膛孔部分和具有内径的第二膛孔部分，该第二膛孔部分的内径大于所述第一膛孔部分的第一内径，该第一穿孔布置在该第二膛孔部分中，并且该第二穿孔和该第三穿孔布置在该第一膛孔部分中并且沿所述膛孔延伸方向移位/错开，-布置在该单元镗孔中的单元活塞，该单元活塞包括第一活塞部分，该第一活塞部分在初始位置布置在该第一镗孔部分中并且具有与所述第一膛孔部分的内径基本上对应的外径，并且该单元活塞包括第二活塞部分，该第二活塞部分在所述初始位置布置在所述第二镗孔部分中并且具有与所述第二膛孔部分的内径基本上对应的外径；和-剪切销，该剪切销阻止所述单元活塞移动，直至在所述镗孔中达到预定压力并且允许所述单元活塞移动至所述最终位置，从而在所述第一穿孔与所述第二穿孔之间提供流体连通，和其中，在所述初始位置，所述第二穿孔与所述第三穿孔流体连通，从而在将所述环状屏障下入井中时使所述环形空间与所述环空之间实现压力平衡。此外，所述阀单元还可包括弹性件，该弹性件配置成待在所述剪切销断裂之后通过作用于所述第二活塞部分上的压力而被压缩，从而当释放所述压力时，被压缩的所述弹性件迫使所述单元活塞移动至该最终位置。此外，可据此获得的是：压力需要被释放以使单元活塞移动至最终位置，并且因此为能剪切该剪切销而建立的高压力不是作为冲击压力直接转移至环状屏障的空间中。据此，确保以基本上连续增加的压力膨胀该环状屏障。此外，该弹性件可布置在第三膛孔部分中，该第三膛孔部分具有比第二镗孔部分的内径更大的内径。此外，所述单元活塞可具有布置在该第三镗孔部分中的第三活塞部分，该第三活塞部分具有比第二活塞部分更大的外径。此外，所述第三活塞可对应于所述弹性件的外径。此外，所述单元活塞可具有位于所述第一活塞部分、第二活塞部分之间的中间部分，该中间部分的外径小于所述活塞部分和所述第二活塞部分的外径。此外，所述阀单元还可包括锁定元件，其适于在所述单元活塞处于关最终位置从而堵塞该第三穿孔时机械地锁定该单元活塞。此外，所述锁定元件可构造成在所述单元活塞移动远离所述初始位置后至少部分地径向向外或径向向内移动以阻止所述活塞返回所述单元活塞的所述初始位置。此外，所述锁定元件可布置在所述第二活塞部分与所述第三活塞部分之间。此外，所述锁定元件可将所述活塞永久地锁定在关闭位置。此外，所述单元活塞可具有位于所述第一活塞部分处的第一活塞端部处的第一活塞端面和位于所述第二活塞部分处的第二活塞端面，所述第二活塞端面的端面面积大于所述第一活塞端面的端面面积，以便使所述单元活塞朝向所述第一膛孔端部移动。此外，所述井下环状屏障还可包括剪切销组件，该剪切销组件具有与阀单元的第二穿孔流体连通的第一开口、与所述环状屏障的环形空间流体连通的第二开口和与所述环空流体连通的第三开口，该剪切销组件具有第一位置和第二位置，在该第一位置，允许来自所述阀单元的所述第二穿孔的膨胀流体流入所述环形空间，在该第二位置，至所述第二穿孔的流体连接被阻断，从而阻止膨胀流体进入该空间。此外，该剪切销组件可具有镗孔，该剪切销组件的镗孔具有镗孔延伸方向并且包括具有第一内径的第一镗孔部分和具有大于所述第一镗孔部分的内径的内径的第二镗孔部分。此外，所述第一开口和所述第二开口可布置在所述第一镗孔部分中并且沿所述镗孔延伸方向移位/错开，所述剪切销组件还包括：布置在所述镗孔中的组件活塞，所述组件活塞包括第一活塞部分并且包括第二活塞部分，该第一活塞部分具有与所述第一膛孔部分的内径基本上对应的外径，该第二活塞部分具有与所述第二膛孔部分的内径基本上对应的外径；和断裂元件，所述断裂元件阻止所述组件活塞移动，直至在所述镗孔中达到预定压力。此外，所述剪切销组件还可包括锁定元件，所述锁定元件适于在所述组件活塞处于关闭位置从而堵塞所述第一开口时机械地锁定所述组件活塞。此外，所述锁定元件可构造成在所述组件活塞移动远离所述初始位置后至少部分地径向向外或径向向内移动，以阻止所述组件活塞返本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下环状屏障(1)，其待在井中于金属井管结构(3)与另一金属井管结构(3a)或井孔(6)的壁部(5)之间的环空(2)中膨胀以在所述井孔的具有第一压力(P

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181204 EP 18210212.91.一种井下环状屏障(1)，其待在井中于金属井管结构(3)与另一金属井管结构(3a)或井孔(6)的壁部(5)之间的环空(2)中膨胀以在所述井孔的具有第一压力(P1)的第一区域(101)与具有第二压力(P2)的第二区域(102)之间提供区域隔离，该环状屏障包括：
-适于安装为所述金属井管结构的一部分的管状金属部件(7)，所述管状金属部件具有外表面(4)和内部(14)；
-可膨胀金属套筒(8)，其围绕所述管状金属部件并具有面向所述管状金属部件的套筒内表面(9)和面向所述井孔的壁部的套筒外表面(10)，所述可膨胀金属套筒的每个端部(12)均与该管状金属部件连接；和
-在所述可膨胀金属套筒的套筒内表面与所述管状金属部件之间的环形空间(15)，
其中，所述环状屏障还包括具有初始位置和最终位置的阀单元(40)，所述阀单元包括：
-与所述内部流体连通的第一穿孔(41)；
-与所述环形空间流体连通的第二穿孔(42)；
-与所述环空流体连通的第三穿孔(43)；
-单元膛孔(44)，该单元膛孔具有膛孔延伸方向并且包括具有第一内径(ID1)的第一膛孔部分(45)和具有内径(ID2)的第二膛孔部分(46)，该第二膛孔部分的内径大于所述第一膛孔部分的第一内径，该第一穿孔布置在该第二膛孔部分中，并且该第二穿孔和该第三穿孔布置在该第一膛孔部分中并且沿所述膛孔延伸方向错开，
-布置在该单元镗孔中的单元活塞(47)，该单元活塞包括第一活塞部分(48)，该第一活塞部分在初始位置布置在该第一镗孔部分中并且具有与所述第一膛孔部分的内径基本上对应的外径(OD1)，并且该单元活塞包括第二活塞部分(49)，该第二活塞部分在所述初始位置布置在所述第二镗孔部分中并且具有与所述第二膛孔部分的内径基本上对应的外径(OD2)；和
-剪切销(50)，该剪切销阻止所述单元活塞移动，直至在所述镗孔中达到预定压力，并且允许所述单元活塞移动至所述最终位置，从而在所述第一穿孔(41)与所述第二穿孔(42)之间提供流体连通，并且
其中，在所述初始位置，所述第二穿孔与所述第三穿孔(43)流体连通，从而在将所述环状屏障下入井中时使所述环形空间与所述环空之间实现压力平衡。


2.根据权利要求1所述的井下环状屏障(1)，其中，所述阀单元还包括弹性件(51)，该弹性件配置成待在所述剪切销断裂之后通过作用于所述第二活塞部分上的压力而被压缩。


3.根据权利要求2所述的井下环状屏障，其中，所述弹性件布置在第三膛孔部分(53)中，该第三膛孔部分具有比所述第二镗孔部分的内径更大的内径。


4.根据权利要求3所述的井下环状屏障，其中，所述单元活塞具有布置在该第三镗孔部分中的第三活塞部分(62)，与所述第二活塞部分相比，所述第三活塞部分具有更大的外径。


5.根据权利要求1或2所述的井下环状屏障，其中，所述阀单元还包括锁定元件(52)，所述锁定元件适于在所述单元活塞处于最终位置而堵塞所述第三穿孔时机械地锁定所述单元活塞。


6.根据权利要求5所述的井下环状屏障，其中，所述锁定元件构造成在所述单元活塞移动远离所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·R·瓦斯克斯，B·普拉萨德，
申请(专利权)人：韦尔泰克油田解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH