[发明专利]改进的隔离屏障

说明书

技术领域

本发明涉及用于将管状物固定在另一个管状物或钻孔内、在井筒中的环状物两端形成密封、在井筒内集中或锚固管的装置和方法。具体地，虽然不是专有地，本发明涉及使套筒变形以将其固定到井筒并控制套筒内的压力以维持套筒和井筒之间的密封，从而形成隔离屏障。

背景技术

在油气井的勘探和生产中，封隔器通常用于使井下环形空间的一部分与井下环形空间的另一部分隔离。环形空间可以位于管状构件(例如，衬管、心轴、生产油管和套管)之间或管状构件(通常为套管)和开放的钻孔的壁之间。这些封隔器被保持到管上的孔内且处于期望位置，弹性密封件被促使径向向外或者弹性囊被膨胀以跨越环形空间并与大致外圆柱形结构(即，另一个管状构件或钻孔壁)形成密封。这些弹性体具有缺点，尤其是在使用化学注射技术时。

因此，开发了金属密封件，其中管状金属构件在井中行进(run)且处于期望位置，膨胀器工具行进通过该构件。膨胀器工具通常具有前向圆锥体，其主体的直径的尺寸被设置为大致圆柱形结构，使得金属构件被膨胀以接触并密封圆柱形结构。这些所谓的膨胀套筒具有内部表面，当膨胀时，该内表面是圆柱形的且匹配膨胀器工具的轮廓。这些套筒工件在管状构件之间形成密封，但在密封不规则表面的开放钻孔时存在问题。

本申请的发明人已经开发一种技术，其中通过使用直接作用于套筒的流体压力迫使金属套筒径向向外。足够的液压流体压力被施加以将套筒径向向外移动并使套筒本身变形到大致圆柱形结构。套筒经历塑性形变，且如果被变形为大致圆柱形金属结构，则金属结构将经历塑性形变，以在接触时膨胀小的百分比。当压力被释放时，金属结构返至其原始尺寸并且将对塑性形变套筒形成密封。在变形过程中，套筒的内表面和外表面两者将采用圆柱形结构的壁表面的形状。因此，变形的隔离屏障理论上适于对不规则的钻孔壁形成密封。

US7306033公开了这种变形的隔离屏障，其通过引用合并于此。US2012/0125619公开了用于FRAC操作的变形的隔离屏障的一种应用，其通过引用合并于此。通常，套筒围绕支撑管状主体安装，套筒的每端被密封，以在套筒的内表面和主体的外表面之间形成腔。端口被布置通过主体，使得流体能够从主体的通孔被泵入腔中。

使用时，通孔中的流体压力被充分增加以进入腔中并迫使套筒径向向外以变形为大致圆柱形结构。当无流体向上返回至环形空间时，已经施加足够的压力，这证实已经实现密封。虽然套筒已经被塑性形变并因此保持其新形状，如果在套筒壁的两端产生足够的压力差，则有可能发生断裂或坍塌且可能丧失密封。

在一种应用中，通孔中的流体压力被维持以保持腔中的高压力。事实上，通过对套筒施加最大压力来设置大多数套筒。不幸的是，存在压力可能足够高到使套筒断裂的风险。另外，如果压力差通过通孔中的压降或通过套筒下的环形空间中的流体压力增加而以相反方向作用，则可能迫使套筒远离圆柱形结构，从而丧失密封。

为了克服这种缺陷，在端口中使用止回阀。该止回阀被布置以阻止流体返至通孔。足够的流体压力的施加将使流体通过阀进入腔，并且套筒变形为圆柱形结构。当实现密封时，压力能够被排出以在腔内留下捕集压力。这允许产生隔离屏障，这不需要恒定的流体供应以将其维持在密封位置。该系统的已知缺点是如果腔内的压力增加，则主体或套筒可能坍塌或爆裂。压力的这种增加可能发生在捕集流体的温度增加(诸如，开始井中的生产)的情况下。为了避免这种情况，提供通过主体的泄压阀以允许流体穿过腔回到通孔中。

然而，虽然在腔中捕集压力时这种泄压阀释放过压力，但其不能够阻止过多压力被施加以开始变形套筒，因为腔和通孔之间的压力差将为零。

进一步的问题发生在温度降低的情况下。腔内侧的压降能够在腔和环形空间之间提供足以使套筒相对于圆柱形结构移动的压力差。这导致丧失密封，从而允许流体在套筒和圆柱形结构之间传递。

因而，本发明的至少一个实施例的目标是提供变形的隔离屏障，这消除或缓解现有技术的一个或更多个缺点。

本发明的至少一个实施例的进一步目标是提供一种在井筒中形成隔离屏障的方法，该方法消除或缓解现有技术的一个或更多个缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种组件，其包含：

管状主体，其被布置以在较大直径的大致圆柱形结构内运行并被密封在其中；

套筒构件，其定位在管状主体的外部上并被密封到管状主体的外部以在套筒构件和管状主体之间形成腔；

管状主体包括具有阀的端口以允许流体流至腔内，从而增加腔内的压力以使套筒向外移动并抵靠较大直径的结构的内表面变形；