[发明专利]改善的用于可变形的套筒的填充机构

说明书

本发明涉及在井筒中用在预定的压力下的流体填充和密封腔室的装置和方法，和尤其，尽管不是排他性的，涉及使管上的套筒液压变形，以将管紧固在井眼中，产生环形横跨井筒中环状面的密封或使管道系统在井筒中居中化，通过用流体填充套筒的腔室和在预定的流体压力下密封腔室。

在油气井的勘探和生产中，封隔器通常用于隔离井下环状面的一个截面与井下环状面的另一个截面。环状面可在管状元件之间，比如衬筒、心轴、生产管道系统和套管或在管状元件，通常套管，和裸井眼的壁之间。这些封隔器在管道系统上携带进入井并且在期望的位置，弹性体密封件被迫使径向向外或弹性体囊状物膨胀横跨环状面并且与外部大体上圆柱形结构即另一个管状元件或井眼壁产生环形密封。这些弹性体具有缺点，尤其当使用化学剂注入技术。

结果，已经开发了金属密封件，其中管状金属元件在井中和在期望的位置运行，通过元件运行膨胀工具。膨胀工具通常具有向前的圆锥体，其主体直径大小适于大体上圆柱形结构，从而金属元件膨胀接触圆柱形结构并且靠着圆柱形结构密封。这些所谓的膨胀的套筒具有内表面，其当膨胀时是圆柱形的并且与膨胀工具的轮廓匹配。这些套筒在管状元件之间产生环形密封时工作良好，但是在靠着裸井眼的不规则表面密封时可能具有问题。

本申请人已经开发了其中通过使用直接作用在套筒上的流体压力迫使金属套筒径向向外的技术。施加足够的液压流体压力，以使套筒向外移动和使得套筒本身变形至大体上圆柱形结构。套筒经历塑性变形，并且如果变形至圆柱形金属结构，当接触时金属结构经历弹性变形而膨胀较小的百分数。当压力释放时，金属结构返回至其初始尺寸并且靠着可塑性变形套筒产生环形密封在变形过程期间，套筒的内表面将采取圆柱形结构的壁的表面的形状。该变形的隔离屏障所以理想地适于靠着不规则井眼壁产生环形密封。

这样的变形的隔离屏障公开在US7,306,033中，其通过引用并入本文。变形的隔离屏障用于FRAC操作的应用公开在US2012/0125619中，其通过引用并入本文。典型地，套筒围绕支撑管状主体安装，在套筒的每个末端固定，以在套筒的内表面和主体的外表面之间产生腔室。端口设置为通过主体，从而流体可从主体的通孔泵入腔室。

使用时，通孔中流体的压力充分增加，以进入腔室并且迫使套筒向外，以变形至大体上圆柱形结构。当没有流体从环状面向上返回时，其确认已经实现了环形密封，已经施加足够的压力。尽管套筒已经可塑性变形并且所以保持其新的形状，如果横跨套筒壁产生足够的压力差，存在可能出现破裂的可能性并且可能丢失密封。

在一种应用中，保持通孔中流体的压力，以维持腔室中的高压。的确通过向套筒施加最大压力安装大部分套筒。不幸地，存在压力可能过高使得套筒破裂的可能性。另外，如果压力差通过通孔中的压降或通过在套筒下方环状面中增加流体压力在相反方向上作用，可迫使套筒远离圆柱形结构，造成环状密封的丢失。

为了克服这，止回阀用于端口中。该止回阀设置为阻止流体返回通孔。施加足够的流体压力将造成流体通过阀门进入腔室并且套筒变形至圆柱形结构。当实现环形密封时，可放空压力使得流体处在腔室中的捕获压力下。这使得产生隔离屏障而不需要恒定的流体供应，以维持其处在密封位置。

该系统已知的缺点是经球或片状物操作的典型止回阀当它们关闭时，可捕获密封表面之间的碎片。这防止了完全的密封并且因此流体可进入或离开腔室，导致如上文所描述的缺点。也必须记得，期望环形密封为井位提供隔离屏障。所以，当闭合时在止回阀处可能出现的微不足道或感知不到的渗漏在稍后日期随着时间的推移和井中操作当腔室和通孔之间的压力差改变时将造成环形套筒的故障。

为了克服这些缺点，滑动套筒可用于当已经达到预定的压力时，横跨端口产生密封。滑动套筒安装在通孔中并且致动机构用于使套筒纵向沿着通孔移动，直到套筒位于端口上方。尽管该设置通常提供用于清洁套筒的密封表面并且围绕端口产生密封的一个或多个O型环，但是该设置具有其自身的缺点。当设置安装在通孔中时，这可阻碍或至少限制流体流过管状主体，干扰了井的操作。另外，套筒必须被致动并且保持在密封位置。这可能在通孔中需要另外的装置和/或对可也能阻碍通孔的表面的控制装置并且增加了打井成本。

所以，本发明的至少一种实施方式的目的是提供具有填充机构的井下装置，其消除或缓解现有技术的一个或多个缺点。

本发明的至少一种实施方式的进一步目的是提供使可变形的套筒在井筒中膨胀的方法，其消除或缓解现有技术的一个或多个缺点。