[发明专利]管连接

说明书

技术领域

本发明提供了用于在井筒中连接管构件的设备和方法，并且具体提供了用于在井筒中将第一(内)管密封和/或固定到第二(外)管并且由此提供第一与第二管构件之间的环形密封的设备和方法。

背景技术

在钻井和完井时，各种管元件(在行业中通常也被称为“管”)需要相互连接。例如，在完井时，衬管柱(liner string)必须端部到端部连接，以便将井筒排列到所需深度。在一些情况下，一根管必须以如下方式设置在另一根管内部，即通过增加内管的直径直至它接触外管的内壁并与其产生过盈配合。管之间的连接通常必须能够抵抗轴向载荷(即固定)。连接还应当是液密的，以提供管之间的环形屏障(即密封)，从而防止外管的内孔与内管的外部之间的流体经过。

在WO2011/048426A2中描述了一种用于在井筒中连接管构件的装置，并且该装置包括套管井筒中的第一与第二管构件1、2之间金属到金属的密封，如在本申请的图1和2中示出的。第二(下)管构件2包括上端部分21，上端部分21具有比第一(上)管构件1的下端部分11的外直径更大的内直径。周向凹槽或沟槽22被形成在第二(下)管构件2的上端部分21的内表面或孔上。为了形成密封，首先，第一管构件1的下端部分11位于第二管构件2的上端部分21内。其次，液压膨胀工具3在第一管构件1内部从表面下降到预期的密封位置(参见本申请的图2)。工具3在一对轴向间隔开的密封件之间密封腔室7。液压膨胀工具3的致动引起腔室7在高压下充满流体，并且该高压流体作用在第一管构件1的下端部分11的内表面或孔上，首先弹性地膨胀然后塑性地膨胀，以便下端部分11沿着由密封件8限制的长度径向向外地膨胀到第二管构件2的内孔上的凹槽22内，使得周向突起12或脊被形成在第一管构件1的下端部分11的外侧上。这些突起12被接收在凹槽22中，直至密封形成在第一与第二管构件1、2之间。

与上述装置相关的问题是，管构件之间的界面处存在的井中流体可能会被困在凹槽中，这会导致液压锁闭(hydraulic lock)的形成，液压锁闭可能对管构件造成损伤和/或意味着没有形成有效的密封。此外，周向凹槽或沟槽必须预先形成或加工，并且在进行任何连接之前在合适的深度处设置在井筒中。

上述问题的方案在EP2013445B1中进行了描述，并且在本申请的图3中进行了图示说明。在EP2013445B1中，通过使用与图1与2中相同的膨胀工具3，第一(内)管构件4被膨胀到第二(外)管构件5内，该膨胀工具3用轴向间隔开的密封件8密封腔室7。第一管构件4具有可膨胀部分40，可膨胀部分40具有中心区段41和端部区域42。中心区段41的壁厚是相对均匀的，并且薄于端部区域42的壁厚。渐缩部分43提供中心区段41的较薄壁与较厚端部区域42之间的过渡区域。当工具3被致动时，中心区段41由于其更薄的侧壁厚度，在端部区域42之前膨胀，由此迫使第一管构件4的外表面与第二管构件5的内表面之间的环形界面处的任何流体沿相反方向轴向地超过端部区域42进入环形空间9。当可膨胀部分40已经被完全膨胀时，第一管构件4的外侧上的端部区域42处的密封件6提供管构件4、5之间的另外的流体屏障。由于密封件6仅在流体已经从管构件4、5之间的界面排出之后与第二管构件5接触，因此避免了液压锁闭的发生。

与EP2013445B1的上述装置相关的缺点是，在那些装置中其之间进行密封连接的管构件具有相对复杂的轮廓，特别是第一(内)管构件4，由于其变化的侧壁厚度，这会导致相对高的制造成本。此外，由于更改单件组件的有限手段，这类连接的性能是有限的。

因此，本发明的目的是提供这样的一种可膨胀管连接，该可膨胀管连接制造相对便宜，同时能够提供可靠的密封，和/或能够产生可以传递轴向力并且因此抵抗相对轴向移动发生的牢固连接。此外，本发明的目的是提供一种很容易地适合于不同应用的可膨胀管连接。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明提供一种用于在井筒中连接管构件的设备，该设备包含：

主管构件，其用于与第二管构件密封地连接，该主管构件包含：

可膨胀部分，其适合于放置在该第二管构件内，并且倚靠该第二管构件径向向外膨胀，直至一个或更多个密封接头形成在该可膨胀部分与该第二管构件之间；

该可膨胀部分包含围绕该可膨胀部分安装的一个或更多个增强环形构件；

所述或每个环形构件提供对径向载荷的抵抗，并且在该可膨胀部分上限定对径向载荷具有不同抵抗的环形区域，由此当该可膨胀部分经受径向向外膨胀时，具有更低抵抗的所述或每个区域在具有更大抵抗的所述或每个区域之前膨胀。