[发明专利]具有外部密封的环状屏障

说明书

技术领域

本发明涉及一种待在含有井流体并且设置在井管状结构和井下井筒的内壁之间的环隙中膨胀的环状屏障，该环状屏障包括：用于安装作为所述井管状结构的一部分的管状部件，该管状部件具有纵向轴线；环绕所述管状部件且具有外表面的可膨胀套筒，该可膨胀套筒的各端部借助连接部件紧固至所述管状部件；在所述管状部件或所述连接部件中的孔。

背景技术

出于不同目的在井眼中使用环状屏障，诸如为了提供用于内部管状结构和外部管状结构之间或内部管状结构和井筒的内壁之间的流动的屏障。环状屏障被安装作为井管状结构的一部分。环状屏障具有被环状的可膨胀套筒环绕的内壁。可膨胀套筒通常由弹性体材料制成，但是也可以由金属制成。套筒在其端部处被紧固至环状屏障的内壁。

第二环状屏障用于密封内部管状结构和外部管状结构之间或井管状结构和井筒之间的区域。第一环状屏障在待被密封的区域的一侧上膨胀，并且第二环状屏障在该区域的另一侧上膨胀。因此，该整个区域被密封。

井的压力包络线由在井构造内部使用的管和井装置等的爆破额定值控制。在一些情况下，可以通过增大井中的压力来使环状屏障的可膨胀套筒膨胀，这是使套筒膨胀的最具成本效益的方式。井的爆破额定值限定为可以施加至井用于套筒的膨胀的最大压力，并且希望使套筒膨胀所要求的膨胀压力降至最小以将井在所述膨胀压力中的暴露降至最低程度。

膨胀时，环状屏障可能经受环隙内的持续的压差或者周期性地高压。屏障的一个目的是克服这种压差并阻止通过屏障的泄漏。

环状屏障的膨胀套筒的承受这种压差并密封井眼（或外部管道）的能力因此受到许多变量诸如材料强度、壁厚度、暴露至破坏压力的表面面积、温度、井流体等等的影响。

在某些井环境中通过膨胀套筒来对抗环隙内部的压差来密封的能力对于一些井应用来说是不足的。因此，希望增强对抗环隙内的压差进行密封的能力以能够在所有的井——特别是在生产和消耗期间经历高水位下降压力的井中使用环状屏障。可以通过增加壁厚度或者材料强度或者通过改变安装在膨胀套筒上的外部弹性体的类型来提高密封能力。然而，这会增大膨胀压力，而这正如已经提到的并不是期望的。

因此希望提供一种增强膨胀套筒的密封能力的解决方案。

发明内容

本发明的目的是完全地或部分地克服现有技术的上述缺点和缺陷。更具体地，本发明的目的是提供一种改进的具有已膨胀套筒的增强的环形密封能力的环状屏障。

上述目的以及多个其它目的、优点和特征通过下述描述将变得显而易见，并由根据本发明的解决方案来实现，即提供一种待在含有井流体并且设置在井管状结构和井下井筒的内壁之间的环隙中膨胀的环状屏障，该环状屏障包括：

-用于安装作为所述井管状结构的一部分的管状部件，该管状部件具有纵向轴线，

-环绕所述管状部件且具有外表面的可膨胀套筒，该可膨胀套筒的各端部借助连接部件紧固至所述管状部件，

-在所述管状部件或所述连接部件中的孔，和

-安全套筒，该安全套筒具有用于将该安全套筒紧固在所述可膨胀套筒的外表面上的第一连接件和第二连接件以及与该安全套筒相关联的开口，该安全套筒和所述可膨胀套筒限定出通过所述开口与所述环隙流体连通的空间，

其中，所述安全套筒具有设置在所述的两个连接件之间的中间部件，所述开口设置成比该中间部件更靠近所述连接件中的一者，使得所述空间和与所述连接件中的一者对置的所述环隙之间能够通过所述开口流体连通。

在本发明的一实施例中，与所述空间流体连通的环隙可以远离所述安全套筒延伸。

此外，所述安全套筒的沿着所述管状部件的纵向轴线的延伸长度可以比所述可膨胀套筒沿着该管状部件的纵向轴线的延伸长度的30%短、优选地比该可膨胀套筒的延伸长度的20%短、更优选地比该可膨胀套筒的延伸长度的10%短。

另外，所述安全套筒可以具有沿着所述管状部件的纵向轴线的轴向长度，该轴向长度比所述可膨胀套筒的沿着所述管状部件的纵向轴线的长度的50%短，沿着所述管状部件的纵向轴线的该轴向长度比所述可膨胀套筒的沿着该管状部件的纵向轴线的长度的30%、优选地比该可膨胀套筒的沿着该管状部件的纵向轴线的长度的20%、更优选的比该可膨胀套筒的沿着该管状部件的纵向轴线的长度的15%短。

另外，所述环状屏障可以包括多个安全套筒。

在一实施例中，所述安全套筒可以包括套筒部件，该套筒部件借助至少一个所述第二连接件紧固至所述可膨胀套筒并且可具有比所述可膨胀套筒的厚度小的厚度。

所述安全套筒可以是环形的并且沿着其整个圆周紧固至各连接件。