改進的隔離屏障的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于將管狀物固定在另一個管狀物或鉆孔內(nèi)、在井筒中的環(huán)狀物兩端形成密封、在井筒內(nèi)集中或錨固管的裝置和方法。具體地，雖然不是專有地，本發(fā)明涉及使套筒變形以將其固定到井筒并控制套筒內(nèi)的壓力以維持套筒和井筒之間的密封，從而形成隔離屏障。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣井的勘探和生產(chǎn)中，封隔器通常用于使井下環(huán)形空間的一部分與井下環(huán)形空間的另一部分隔離。環(huán)形空間可以位于管狀構(gòu)件(例如，襯管、心軸、生產(chǎn)油管和套管)之間或管狀構(gòu)件(通常為套管)和開放的鉆孔的壁之間。這些封隔器被保持到管上的孔內(nèi)且處于期望位置，彈性密封件被促使徑向向外或者彈性囊被膨脹以跨越環(huán)形空間并與大致外圓柱形結(jié)構(gòu)(即，另一個管狀構(gòu)件或鉆孔壁)形成密封。這些彈性體具有缺點，尤其是在使用化學(xué)注射技術(shù)時。
[0003]因此，開發(fā)了金屬密封件，其中管狀金屬構(gòu)件在井中行進(run)且處于期望位置，膨脹器工具行進通過該構(gòu)件。膨脹器工具通常具有前向圓錐體，其主體的直徑的尺寸被設(shè)置為大致圓柱形結(jié)構(gòu)，使得金屬構(gòu)件被膨脹以接觸并密封圓柱形結(jié)構(gòu)。這些所謂的膨脹套筒具有內(nèi)部表面，當(dāng)膨脹時，該內(nèi)表面是圓柱形的且匹配膨脹器工具的輪廓。這些套筒工件在管狀構(gòu)件之間形成密封，但在密封不規(guī)則表面的開放鉆孔時存在問題。
[0004]本申請的發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)一種技術(shù)，其中通過使用直接作用于套筒的流體壓力迫使金屬套筒徑向向外。足夠的液壓流體壓力被施加以將套筒徑向向外移動并使套筒本身變形到大致圓柱形結(jié)構(gòu)。套筒經(jīng)歷塑性形變，且如果被變形為大致圓柱形金屬結(jié)構(gòu)，則金屬結(jié)構(gòu)將經(jīng)歷塑性形變，以在接觸時膨脹小的百分比。當(dāng)壓力被釋放時，金屬結(jié)構(gòu)返至其原始尺寸并且將對塑性形變套筒形成密封。在變形過程中，套筒的內(nèi)表面和外表面兩者將采用圓柱形結(jié)構(gòu)的壁表面的形狀。因此，變形的隔離屏障理論上適于對不規(guī)則的鉆孔壁形成密封。
[0005]US7306033公開了這種變形的隔離屏障，其通過引用合并于此。US2012/0125619公開了用于FRAC操作的變形的隔離屏障的一種應(yīng)用，其通過引用合并于此。通常，套筒圍繞支撐管狀主體安裝，套筒的每端被密封，以在套筒的內(nèi)表面和主體的外表面之間形成腔。端口被布置通過主體，使得流體能夠從主體的通孔被栗入腔中。
[0006]使用時，通孔中的流體壓力被充分增加以進入腔中并迫使套筒徑向向外以變形為大致圓柱形結(jié)構(gòu)。當(dāng)無流體向上返回至環(huán)形空間時，已經(jīng)施加足夠的壓力，這證實已經(jīng)實現(xiàn)密封。雖然套筒已經(jīng)被塑性形變并因此保持其新形狀，如果在套筒壁的兩端產(chǎn)生足夠的壓力差，則有可能發(fā)生斷裂或坍塌且可能喪失密封。
[0007]在一種應(yīng)用中，通孔中的流體壓力被維持以保持腔中的高壓力。事實上，通過對套筒施加最大壓力來設(shè)置大多數(shù)套筒。不幸的是，存在壓力可能足夠高到使套筒斷裂的風(fēng)險。另外，如果壓力差通過通孔中的壓降或通過套筒下的環(huán)形空間中的流體壓力增加而以相反方向作用，則可能迫使套筒遠離圓柱形結(jié)構(gòu)，從而喪失密封。
[0008]為了克服這種缺陷，在端口中使用止回閥。該止回閥被布置以阻止流體返至通孔。足夠的流體壓力的施加將使流體通過閥進入腔，并且套筒變形為圓柱形結(jié)構(gòu)。當(dāng)實現(xiàn)密封時，壓力能夠被排出以在腔內(nèi)留下捕集壓力。這允許產(chǎn)生隔離屏障，這不需要恒定的流體供應(yīng)以將其維持在密封位置。該系統(tǒng)的已知缺點是如果腔內(nèi)的壓力增加，則主體或套筒可能坍塌或爆裂。壓力的這種增加可能發(fā)生在捕集流體的溫度增加(諸如，開始井中的生產(chǎn))的情況下。為了避免這種情況，提供通過主體的泄壓閥以允許流體穿過腔回到通孔中。
[0009]然而，雖然在腔中捕集壓力時這種泄壓閥釋放過壓力，但其不能夠阻止過多壓力被施加以開始變形套筒，因為腔和通孔之間的壓力差將為零。
[0010]進一步的問題發(fā)生在溫度降低的情況下。腔內(nèi)側(cè)的壓降能夠在腔和環(huán)形空間之間提供足以使套筒相對于圓柱形結(jié)構(gòu)移動的壓力差。這導(dǎo)致喪失密封，從而允許流體在套筒和圓柱形結(jié)構(gòu)之間傳遞。
[0011]因而，本發(fā)明的至少一個實施例的目標(biāo)是提供變形的隔離屏障，這消除或緩解現(xiàn)有技術(shù)的一個或更多個缺點。
[0012]本發(fā)明的至少一個實施例的進一步目標(biāo)是提供一種在井筒中形成隔離屏障的方法，該方法消除或緩解現(xiàn)有技術(shù)的一個或更多個缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種組件，其包含:
[0014]管狀主體，其被布置以在較大直徑的大致圓柱形結(jié)構(gòu)內(nèi)運行并被密封在其中；
[0015]套筒構(gòu)件，其定位在管狀主體的外部上并被密封到管狀主體的外部以在套筒構(gòu)件和管狀主體之間形成腔；
[0016]管狀主體包括具有閥的端口以允許流體流至腔內(nèi)，從而增加腔內(nèi)的壓力以使套筒向外移動并抵靠較大直徑的結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面變形；
[0017]其中閥捕集腔內(nèi)的壓力以在腔中提供變形壓力值；并且
[0018]該組件進一步包含壓力平衡裝置，其通過增加和減小捕集壓力以在腔中維持變形壓力值。
[0019]以此方式，能夠選擇變形壓力值(已知，其能夠在不破裂的情況下形成套筒的理想塑性形變)且該壓力能夠在套筒內(nèi)被維持以防止喪失對大致圓柱形結(jié)構(gòu)的固定或密封。
[0020]大直徑結(jié)構(gòu)可以是空心鉆孔、內(nèi)襯是套管或內(nèi)襯管柱的鉆孔(其可以被接合在井下合適的位置處)，或者可以是管道，在其中，另一較小直徑的管狀部分需要被固定或集中在該管道中。
[0021]管狀主體優(yōu)選被同軸定位在套筒內(nèi)并且是井筒內(nèi)使用的管狀管柱的部分，運行到開放或包封的油井、氣井或水井中。因而，本發(fā)明通過提供定位在套管或內(nèi)襯周圍的可變形套筒構(gòu)件，允許套管部分或內(nèi)襯集中在鉆孔或另一個地下鉆孔內(nèi)或地面管子上方。在壓力通過端口施加時，隨著套筒以均勻速率徑向向外膨脹，發(fā)生集中。附加地，本發(fā)明能夠用于將井下環(huán)形空間的一部分與井下環(huán)形空間的另一部分隔離，并因此還能夠用于將井下環(huán)形空間的一個或更多個部分與生產(chǎn)管道隔離。
[0022]優(yōu)選地，閥是單向止回閥。以此方式，流體被阻止退出腔。更優(yōu)選地，閥被設(shè)置為在腔中的壓力達到變形壓力值時閉合。有利地，閥包括可破裂屏障設(shè)備，諸如，爆裂盤設(shè)備等。優(yōu)選地，屏障設(shè)備被設(shè)置為在大約變形壓力值的壓力下破裂。以此方式，流體能夠被向下栗送從管柱到達井內(nèi)而沒有流體進入套筒，直到期望操作套筒。
[0023]優(yōu)選地，壓力平衡裝置包含布置在殼體內(nèi)的活塞，殼體流體耦接至腔。因而，活塞作用于腔內(nèi)的流體。以此方式，通過改變腔內(nèi)流體的體積，能夠增加、減小或維持壓力。優(yōu)選地，活塞被布置在套筒的端部處的管狀主體上。以此方式，壓力平衡裝置不干擾套筒的變形。在一個實施例中，活塞是環(huán)狀的且位于管狀主體周圍。在一個替代實施例中，主體周圍布置多個活塞，這種布置更容易制造和裝配。
[0024]優(yōu)選地，活塞包括釋放裝置，其在達到變形壓力值時操作活塞。釋放裝置可以是本領(lǐng)域已知的剪切銷。
[0025]優(yōu)選地，活塞的第一端作用于腔內(nèi)的流體，且相對端包括抵靠流體移動活塞的偏置裝置。該偏置裝置可以是包含在殼體內(nèi)的彈簧。替代地，該偏置裝置可以是保持在殼體內(nèi)的偏置流體。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種在井筒中設(shè)置變形套筒的方法，該方法包括以下步驟:
[0027](a)將套筒構(gòu)件定位在管狀主體的外部上并將其密封到管狀主體的外部以在套筒構(gòu)件和管狀主體之間形成腔；
[0028](b)將管狀構(gòu)件上的管狀主體運行至井筒內(nèi)并將套筒構(gòu)件定位在較大直徑的結(jié)構(gòu)內(nèi)的期望位置處；
[0029](C)將流體栗送通過管狀構(gòu)件并增加流體壓力以在套筒構(gòu)件處提供變形壓力值下的流體；
[0030](d)打開管狀主體中的閥以允許流體進入腔；
[0031](e)繼續(xù)將變形壓力值下的流體栗入腔內(nèi)，從而引起套筒徑向向外移動并抵靠較大直徑的結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面變形；
[0032](f)閉合管狀主體中的閥以在腔內(nèi)捕集壓力；以及
[0033](g)操作壓力平衡裝置以增加和減小捕集的流體壓力，從而將捕集的流體壓力維持在變形壓力值。
[0034]以此方式，受控壓力能夠被井下施加在套筒構(gòu)件處，以抵靠較大直徑的結(jié)構(gòu)設(shè)置套筒。這阻止套筒破裂并允許使用較低規(guī)格的套筒(即，壁較薄的套筒)，其將抵靠較大直徑的結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上的任何不規(guī)則體更好地變形。附加地，通過將腔中的壓力維持在固定壓力，能夠為套筒提供操作率，以便能夠知道維護隔離和/或錨固。
[0035]大直徑結(jié)構(gòu)可以是空心鉆孔、內(nèi)襯為套管或內(nèi)襯管柱的鉆孔(其可以被接合在井下合適的位置)，或者可以是管道，在其中，另一較小直徑的管狀部分需要被固定或集中。
[0036]優(yōu)選地，步驟(g)包括以下步驟:將腔中的流體暴露于活塞并改變腔中流體的體積以增加和減小捕集壓力，從而將捕集壓力維持在變形流體壓力值。