[发明专利]具有安全金属套筒的环形屏障

说明书

技术领域

本发明涉及待在位于井管结构和井下井眼的内壁之间的环形空间中膨胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环形屏障。

背景技术

在井眼中，环形屏障用于不同的目的，诸如用于提供隔离屏障。环形屏障具有作为井管结构诸如生产套管的一部分安装的管部，该管部由环形可膨胀套筒围绕。该可膨胀套筒通常由弹性体材料或金属制成。所述套筒在其端部被紧固到环形屏障的该管部。

为了密封位于井管结构和井眼之间或者位于内管结构和外管结构之间的区域，使用第二环形屏障。第一环形屏障在待密封区域的一侧膨胀，第二环形屏障在该区域的另一侧膨胀，由此使该区域被密封。

井的压力包络由用在井结构内的管件和井硬件等的爆裂等级来控制。在一些情况下，可通过增加井内的压力来使环形屏障的可膨胀套筒膨胀，这是使所述套筒膨胀的成本效益最好的方式。

通过增加井内的压力使可膨胀套筒膨胀需要高的膨胀压力。使用这样的高膨胀压力会向可膨胀套筒施加大的应力，并且所述可膨胀套筒在膨胀过程中可能会破裂。可膨胀套筒的破裂是非常不期望的，因为井套筒的外部、即井眼环境变得与井套管的内部流体连接，从而使含有很少油的流体例如钻井泥浆污染生产流体例如原油。

膨胀的环形屏障可承受来自外部的连续压力或周期性高压力，所述压力或者呈在井环境中的液压的形式，或者呈地层压力的形式。在一些情况下，这样的压力会导致环形屏障坍塌，这会对待由屏障密封的区域造成影响，因为由于坍塌会造成密封性能丧失。因此，环形屏障设计成能承受大的压力以避免坍塌。环形屏障的可膨胀套筒承受所述坍塌压力的能力称为坍塌等级。

环形屏障的可膨胀套筒在环形屏障的膨胀过程中承受膨胀压力和在环形屏障的可容易地超过20年的使用寿命期间承受坍塌压力的能力因此受到很多因素的影响，这些因素诸如材料强度、壁厚、暴露在坍塌压力下的表面积、温度、井流体等。为了增加防止环形屏障破裂和坍塌的抵抗力，可膨胀套筒因此通常制得较厚并且甚至用支撑件支撑以避免坍塌。然而，由于材料的不规则导致在可膨胀套筒上形成“薄弱区”，通常发生可膨胀套筒的破裂，并且因此甚至由井内的可用膨胀压力膨胀的最结实的可膨胀套筒也会由于这些“薄弱区”而破裂。至少在生产大量用于石油生产行业的环形屏障的规模化生产设施中，即使使用现代高标准合成技术，生产没有任何“薄弱区”的“完美的”可膨胀套筒实际上也是不可能的。

因此期望提供一种方案，其中环形屏障如此改进，使得其在膨胀过程中不会破裂或者膨胀时不会坍塌，而无需将可膨胀套筒的厚度增加到使得可膨胀套筒不能被井中的可用膨胀压力充胀的水平。

发明内容

本发明的目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更具体地，目的是提供一种改进的环形屏障技术方案，其在膨胀过程中不会破裂，同时仍保持所需的坍塌等级。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的技术方案来实现，即通过一种待在位于井管结构和井下井眼的内壁之间的环形空间中膨胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环形屏障来实现，该环形屏障包括：

-作为所述井管结构的一部分安装的管部；

-围绕该管部并具有面向该管部的内表面和面向该井眼的内壁的外表面的可膨胀金属套筒，该可膨胀金属套筒的每一端与同所述管部连接的连接部相连接；

-位于该可膨胀金属套筒的内表面和该管部之间的空间；和

-在该管部中的膨胀开口，流体可通过该膨胀开口进入所述空间以使所述可膨胀金属套筒膨胀；

其中该环形屏障还包括围绕该管部和抵接该可膨胀金属套筒的第一安全金属套筒，所述第一安全金属套筒具有抵接该可膨胀金属套筒的表面的第一内表面，该第一安全金属套筒的每一端与同所述管部连接的所述连接部相连接。

在一个实施例中，所述套筒具有长度，并且该第一安全金属套筒的第一表面可沿着可膨胀金属套筒的整个长度抵接所述可膨胀金属套筒的表面。

此外，第一安全金属套筒可具有抵接该可膨胀金属套筒的外表面的第一内表面。

如上所述的环形屏障还可包括围绕管部、可膨胀金属套筒的第二安全金属套筒，所述第二安全金属套筒具有面向所述安全金属套筒的第二内表面，所述第二安全金属套筒的每一端与同该管部连接的连接部相连接。

另外，如上所述的环形屏障可包括第三安全金属套筒，所述第三安全金属套筒具有面向该第二安全金属套筒的第二外表面的第三内表面，该第三安全金属套筒的每一端与同该管部连接的连接部相连接。