專利名稱：在井或管道內(nèi)裝套管或?qū)⑵浞忾]的可膨脹管狀套筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可膨脹的管狀套筒，它可以徑向變形，用于在井或管道內(nèi)裝套管或?qū)⑵浞忾]。
已經(jīng)有一種可現(xiàn)場固化的預(yù)成形軟管，用于在采油井中裝套管或進行類似的工作；它們在放入時處于徑向折疊狀態(tài)，或者處于未膨脹狀態(tài)，這時它的直徑較小，然后將通過內(nèi)部的壓力徑向膨脹，隨后通過聚合在現(xiàn)場使其硬化。
文獻WO-91/18180、WO-94/21887和WO-94/25655中描述了這種預(yù)制件。
“徑向可變形”是指可以用簡單打開的方法使套筒徑向展開(如WO-91/18180中所述的情況)，或者是在內(nèi)部壓力下使其徑向膨脹(無展開)，還可以相繼使用打開和膨脹方法(如文獻WO-94/25655所述的模子和預(yù)制件)。
本發(fā)明涉及一種套筒，它被用作使預(yù)制件膨脹的工具，該工具與上述WO-9425655中稱為模子的使預(yù)制件膨脹的工具為同一類型。該模子開始時牢固地安裝在預(yù)制件的內(nèi)部。在模子/預(yù)制件組件膨脹，預(yù)制件固化之后，模子將被取出。
本發(fā)明還應(yīng)用于封閉井壁以防止液體泄漏的套筒，這種工具用行話說是“包裝機”。
在可能的實例中，本發(fā)明的管狀套筒可以構(gòu)成預(yù)制件本身。
當這種套筒在油井或管道內(nèi)徑向變形時(通過打開和/或膨脹)，如果預(yù)制件的膨脹沒有得到控制，在套筒和井壁或管道壁之間將有形成封閉液囊的危險。而實際上，在油井或類似的礦井中，井或管道內(nèi)是經(jīng)常充滿著水、泥漿或其它液體。
很容易明白，這種情況將會產(chǎn)生一個問題，因為套筒或其周圍的預(yù)制件不能正確地靠在井壁或管道壁上，使得這樣獲得的導(dǎo)管不是嚴格的圓柱形，不能很好地固定。
對于具有可膨脹膜的封閉工具(包裝機)，解決這個問題的方法是使得構(gòu)成膜(或套筒)的材料(合成橡膠基)成份從一端到另一端逐漸變化，使得徑向膨脹的抗力逐漸變化。這樣，在工具中加入壓力流體時，膜從工具的一端到另一端逐漸徑向膨脹。這樣封閉在膜和井壁或管道壁之間的液體將在操作過程中逐漸有序地向擴張阻力最大的一端排出，這一端將最后擴張。
既使該技術(shù)在原理上可行，但是它的實施將是困難和昂貴的，這是由于套筒材料的成份在整個套筒上是不同的。這個成份變化很難控制，特別是對于大長度套筒，是無法實現(xiàn)的。
因此，本發(fā)明的目的是要提出一種與前面所述類似的套筒，用于在井或管道內(nèi)裝套管，特別用于石油工業(yè)，該套筒的結(jié)構(gòu)可以保證其由一端向另一端逐漸徑向膨脹，這種膨脹將得到很好的控制，而與其長度無關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明，這種功能是這樣實現(xiàn)的，在套筒壁上有一系列相同的脆性約束環(huán)，它們在軸向錯開排列，當套筒在內(nèi)部流體壓力的作用下膨脹時，這些環(huán)將沿套筒縱向依次斷開。
此外，根據(jù)本發(fā)明的其它一些非限制性的特點-環(huán)規(guī)則地排列，相互之間的距離是常數(shù)；-套筒上有一段沒有設(shè)置環(huán)；-套筒的一段上設(shè)置的環(huán)的斷裂極限明顯低于其它環(huán)的斷裂極限；-沒有環(huán)或環(huán)的斷裂極限低的一段處于套筒的端部；-沒有環(huán)或環(huán)的斷裂極限低的一段處于套筒的中部；-環(huán)是圓環(huán)形的；-環(huán)埋在套筒壁內(nèi)；-套筒在彈性聚合材料中成形；-套筒構(gòu)成一個工具，用于使可徑向膨脹的軟預(yù)制件膨脹，并現(xiàn)場固化，構(gòu)成井或管道的套管；-套筒在開始的時候連在預(yù)制件上，操作完成后可以從中取出；-套筒構(gòu)成一個封閉井或管道的工具(包裝機)；-套筒構(gòu)成可徑向變形的軟預(yù)制件，它可以現(xiàn)場硬化，固化后本身構(gòu)成井或管道的套管。
通過下面對非限制性實例的描述及其有關(guān)附圖，將說明本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。
在附圖中-

圖1為由可現(xiàn)場固化的軟預(yù)制件和位于預(yù)制件中的本發(fā)明可膨脹管狀套筒構(gòu)成的組件的縱向剖視圖，-圖2和圖3分別為圖1中預(yù)制件在膨脹前和膨脹后的橫向剖視圖；-圖4到圖8示出圖1和圖2中組件在井中裝套管的不同階段；-圖9和圖10示出圖1中套筒的變型實施例(沒有示出相應(yīng)的預(yù)制件)。
在圖1中，用標號1示出了使軟預(yù)制件膨脹的工具，預(yù)制件在井或管道內(nèi)可以通過聚合反應(yīng)現(xiàn)場固化。
該工具1(或模子)是一個管狀的套筒，其形狀為伸長的圓筒，圓筒壁的標號為10。套筒的兩端用橫向隔板11、12堵住，一個接管4密封地穿過其中一個隔板(這里是隔板11)，上面連接導(dǎo)管40，以便向套筒內(nèi)導(dǎo)入壓力流體、例如水，使套筒徑向膨脹。
構(gòu)成套筒的材料可以是合成橡膠(彈膠體)、或彈膠體基的材料。材料在套筒的整個長度上是相同的，具有同樣的機械性能；因此，可以制造大長度的套筒。
套筒1放在同樣也是管狀的預(yù)制件3內(nèi)，預(yù)制件3最初為軟的，可以通過聚合反應(yīng)現(xiàn)場固化。
預(yù)制件有一個樹脂30構(gòu)成的壁，它在最初的狀態(tài)為流體(可塑的)，可以通過聚合過程熱固化。樹脂封閉在軟彈性材料構(gòu)成的外壁31和套筒壁10之間，套筒壁起內(nèi)壁的作用。
組件的軸線為XX′。
該組件基本上與文獻WO-94/25655所述的類似(特別看圖9到圖12)。
未示出的連接裝置在初始時刻將套筒1與包在其外面的預(yù)制件3固定在一起。這些裝置能夠在操作過程之后(預(yù)制件固化之后)斷開，使得內(nèi)套筒可以取出，后面將進一步說明。
根據(jù)本發(fā)明的一個主要特點，套筒1壁上有一系列脆性的約束環(huán)，它們軸向分布，當在徑向膨脹壓力的作用下，產(chǎn)生的張力大于其斷裂極限時，環(huán)將斷裂。
所有環(huán)2的斷裂極限基本上相同。
這些環(huán)均勻分布，間距為常數(shù)e。
如在圖1中看到的，并不是套筒的全部長度上都設(shè)有環(huán)。環(huán)只分布在套筒長度L的主要部分1A上，該部分位于接管4或上游一端。
根據(jù)習(xí)慣，稱井的向外開口的一端為上游，膨脹流體從該井端輸入。
長度為1(遠小于長度L)的另一段位于相反的一端(下游)，沒有環(huán)。
環(huán)2最好是圓環(huán)狀的，也就是說，其形狀是圓環(huán)的，橫截面也是圓的，但這不是必須的。
每個環(huán)最好由絲構(gòu)成，例如塑料或金屬絲，自己纏繞幾圈構(gòu)成環(huán)。
環(huán)上最好涂有涂料，以便于環(huán)在彈膠體材料中滑動，環(huán)就埋在該彈膠體中。涂料可以是硅油。
這將減少環(huán)斷裂時套筒撕破的危險，并使得環(huán)在套筒壁10上更容易滑動，這種滑動在膨脹時必然發(fā)生。
作為非限制性的提示，在這里給出以下參考尺寸-套筒總長度L+1為20米；-具有環(huán)的一段1A的長度L為18米；-沒有環(huán)的一段1B的長度1為2米；-環(huán)之間的距離e為10毫米；-模子壁10厚(沿徑向方向)為10毫米；-預(yù)制件壁30厚(沿徑向方向)為10毫米；-套筒/預(yù)制件組件在膨脹之前(圖2狀態(tài))的直徑為100毫米；-組件在膨脹之后(圖3)的直徑為160毫米；圖4為初始狀態(tài)的油井套筒，油井壁基本上為圓柱形，標號為P。
在圖中，井是水平的，但是它可以是任意方向的，特別地，可以是豎直的，本發(fā)明也可以用于這種情況。
預(yù)制件/套筒組件的直徑的選擇使得膨脹后的預(yù)制件緊貼在井壁P上，構(gòu)成井的套管。
預(yù)制件/套筒組件借助適當?shù)囊阎ぞ叻湃刖校绻磮D4，將從左端向右端插入，在該圖中，預(yù)制件/套筒組件處于所希望的位置，也就是說，在要裝套管的管壁區(qū)P處。
該組件浸在井中的液體(例如泥漿)中，液體的標號為B。
可以從井口通過導(dǎo)管40和接管4向套筒1內(nèi)通入壓力液體，例如水。
眾所周知，這種壓力流體將使套筒1以及包在外面的預(yù)制件膨脹，組件徑向膨脹，靠在井壁P上。
如果沒有環(huán)3，該膨脹將不能控制，將有可能在模子、預(yù)制件組件外面產(chǎn)生封閉一定量液體B的囊，阻礙裝套管的操作。
由于本發(fā)明的裝置，在套筒內(nèi)壓力流體壓力p的作用下(圖5中箭頭F)，套筒沒有約束環(huán)的下游部分1B將首先膨脹，使得其變形大于套筒的其它部分1A。該膨脹同時使這一部分1B的軸向尺寸減少，這一部分1B將通過包在其外的預(yù)制件部分靠緊在井壁P上。在該膨脹過程中，在該區(qū)域外面的泥漿將向上游和下游兩個方向排出，如同圖5中箭頭i所示。
由于段1B的長度有限，在其外面產(chǎn)生囊的危險減少了。
如果繼續(xù)增加位于套筒內(nèi)液體的壓力，使其超過大于p的值p1，在某一時刻將導(dǎo)致位于最下游的環(huán)2斷裂。實際上，很容易用計算證明，是該環(huán)承受的張力最大，一旦該環(huán)斷裂，挨著它上游的環(huán)將隨之斷裂。
這樣，將看到環(huán)2如圖5和圖6所示，從下游向上游(從右至左)一個接一個地逐漸斷裂。
由于膨脹區(qū)前緣的受控擴展，位于預(yù)制件和井壁P之間的液體B同樣從下游向上游沿箭頭j方向逐漸排出。這種排出避免了液囊的產(chǎn)生，液囊的害處已經(jīng)在前面提到。
所有環(huán)斷裂之后，預(yù)制件將全部靠在壁P上，用加熱的方法使其聚合；可以通過向模子中輸入熱液體和/或利用埋在模子或預(yù)制件中的電熱絲產(chǎn)生的焦耳效應(yīng)加熱來實現(xiàn)聚合。
作為一個例子，膨脹壓力p和p1分別為5巴和15巴。
圖3示出在膨脹過程中環(huán)2破碎為三段2a、2b、2c。它也可以僅在一處斷裂，也可以相反斷成更多段。不管怎樣，環(huán)必須是軟的，以便環(huán)斷裂之后其弧度能夠隨套筒的弧度變化。如前所述，環(huán)上有涂料，以便于環(huán)斷裂后，環(huán)或環(huán)的碎片相對于套筒壁的材料滑動。
預(yù)制件固化之后將變成一個剛性的套管3′(圖7)，模子將按圖8所示沿箭頭G方向抽出。
在前面所述的例子中，假設(shè)模子/預(yù)制件組件的擴展只是靠徑向膨脹。本發(fā)明也可以用于初始狀態(tài)為縱向折疊(U形或蝸牛形)的組件，就象文獻WO-91/18180或WO-94/25655中(圖6a，6b)所述的那樣。
圖9示出了另一種套筒5，它有一個長度為L的主段5A，上面有與圖1和圖2中環(huán)2類似的環(huán)6。這些環(huán)具有相同的較高斷裂極限。
標為5B的下游端中也有一些類似的環(huán)7，但其斷裂極限比環(huán)6要小。但是該斷裂極限并不是可以忽略的。
因此，套筒5可以容納一定壓力的液體，而不發(fā)生徑向膨脹。
由于有這種結(jié)構(gòu)，可以在套筒輸入壓力液體，使其具有一定的剛性，而不產(chǎn)生徑向膨脹。該特性有助于將套筒插入不是直的井或管道，套筒的剛性有助于導(dǎo)向。
一旦套筒達到正確的位置，增加內(nèi)部壓力，使得套筒分兩步膨脹，首先環(huán)7相繼斷裂，使端部5B膨脹，然后，在更高的壓力作用下，由于環(huán)6相繼斷裂，部分5A逐漸膨脹。
套筒5和前面實例中套筒1一樣，也與一個預(yù)制件連接，但是，為了簡化起見在圖9中沒有示出。
同樣，圖10中示出的套筒8也有一個未示出的預(yù)制件。
在這種套筒中，長度Lb不大的中間端8B中沒有約束環(huán)。相反，長度較大的兩端段8A、8C中具有與第一實例中環(huán)2類似的環(huán)9，段8A和8B的長度分別為La和Lc。
根據(jù)這種變化，是中間段8B首先徑向膨脹并靠在井壁或管道壁上，套筒的擴展是從這一段分別向套筒兩端發(fā)展，同時將油井或管道內(nèi)的液體向兩端排出。
當然，中間段8B也可以具有與圖9中環(huán)7類似的環(huán)，其斷裂極限低于環(huán)9。
裝在可徑向膨脹套筒內(nèi)的本發(fā)明約束環(huán)不一定要埋在套筒壁中，它們也可以位于套筒壁的外面。
本發(fā)明的套筒不一定只能作為使起初柔軟、而后現(xiàn)場固化的預(yù)制件膨脹的工具。
本發(fā)明套筒也可以作為“包裝機”這樣的封閉工具。
套筒本身可以構(gòu)成預(yù)制件，約束環(huán)可以埋在位于兩層彈性壁之間的預(yù)制件的可聚合樹脂中。
權(quán)利要求
1.徑向可變形的可膨脹管狀套筒(1；5；8)，用于在井(P)或管道中裝套管或?qū)⑵浞忾]，其特征為套筒壁上有一系列脆性約束環(huán)(2；6；9)，它們相互軸向錯開，當套筒在內(nèi)部流體壓力作用下膨脹時，環(huán)沿套筒的縱向依次斷裂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套筒，其特征為所述環(huán)(2；6；9)有規(guī)律地分布，間距為常數(shù)(e)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的套筒，其特征為它具有一段不設(shè)環(huán)的部分(1B；8B)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的套筒，其特征為它有一段(5B)，其上的環(huán)(7)的斷裂極限明顯低于其它環(huán)(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的套筒，其特征為未設(shè)環(huán)或具有斷裂極限較低的環(huán)(7)的區(qū)域(1B，5B)位于套筒的端部。
6 .根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的套筒，其特征為未設(shè)環(huán)或具有斷裂極限較低的環(huán)的區(qū)域(8B)位于套筒的中部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項所述的套筒，其特征為所述環(huán)(2；6；7；9)為圓環(huán)狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任意一項所述的套筒，其特征為所述環(huán)(2；6；7；9)埋在套筒壁中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任意一項所述的套筒，其特征為套筒由彈性聚合材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任意一項所述的套筒，其特征為它構(gòu)成使初始狀態(tài)是軟的預(yù)制件(3)膨脹的工具，預(yù)制件可以在現(xiàn)場固化，以便構(gòu)成井(P)或管道的套管(3′)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的套筒，其特征為在初始狀態(tài)，它連在預(yù)制件(3)上，在操作完成之后將從中抽出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任意一項所述的套筒，其特征為它構(gòu)成封閉井(P)或管道的工具。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任意一項所述的套筒，其特征為它構(gòu)成一個軟的可徑向變形的預(yù)制件(3)，可以在現(xiàn)場硬化，以形成井(P)或管道的套管。
全文摘要
用于在井(P)或管道中裝套管或?qū)⑵浞忾]的徑向可變形的可膨脹管狀套筒。套筒(1)壁上有一系列脆性約束環(huán)(2),相互軸向錯開,當套筒在內(nèi)部流體壓力(p)作用下膨脹時,環(huán)沿套筒的縱向依次斷裂。這樣,井內(nèi)的液體(B)被逐漸排除,避免在套管的外面形成液囊。應(yīng)用于石油工業(yè)。
文檔編號E21B43/10GK1195389SQ9619673
公開日1998年10月7日 申請日期1996年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月4日
發(fā)明者讓－路易斯·薩爾特爾 申請人:德里弗萊克斯公司