[发明专利]用于低压区域的环状屏障和井下系统

说明书

本发明涉及一种环状屏障(1)，用于在井下于井管结构(3)与井孔(5)的壁部(4)之间的环空(2)内膨胀以将井管结构与井孔的壁部之间的环空内的第一区域(101)与第二区域(102)隔离，环空具有环空压力，环状屏障包括：用于安装为井管结构的一部分的管状部件，管状部件包括开口(7)和具有内部压力的内部(8)；环绕管状部件并具有面向管状部件的内表面和面向井孔的壁部的外表面的可膨胀金属套筒(9)；可膨胀金属套筒的每个端部均与管状部件连接，在可膨胀金属套筒的内表面与管状部件之间的环形空间，环形空间具有空间压力，和包括第一阀(16)和第二阀(17)的阀系统(15)，第二阀允许加压流体进入环形空间以使可膨胀金属套筒膨胀并防止流体从环形空间流向管状部件的内部，其中，第一阀具有第一位置和第二位置，第一位置允许管状部件的内部与第二阀之间流体连通以便在内部压力升高时使可膨胀金属套筒膨胀，第二位置提供环形空间与环空之间的流体连通，其中第一阀构造成在空间压力高于内部压力时从第一位置移位到第二位置。本发明还涉及一种井下系统，并且最后本发明涉及一种用于钻进通过地层中的低压区域的钻进方法。

技术领域

本发明涉及一种用于在井下于井管结构与井孔的壁部之间的环空内膨胀以将井管结构与井孔的壁部之间的环空内的第一区域与第二区域隔离的环状屏障，所述环空具有环空压力。本发明还涉及一种井下系统，并且最后，本发明涉及一种用于钻进通过地层中的低压区域的钻进方法。

背景技术

当在已有的井内钻设新井孔或侧井时，钻头可能钻进到极低压力区域中，从而引起井孔内的压力损失。因此，在钻孔时进入孔内以防止井喷的泥浆在低压区域中被损失，并且在继续钻井的情况下井喷的风险相当大。注水泥并因此密封环空的位于低压区域上方的部分也是不可能的，因为注入的水泥在它消失到低压区域中时以与泥浆相同的方式被损失，然后该部分地钻出的井孔被废弃并从上方被堵塞，并且钻设新井。

通过将井管结构的与环状屏障相对的内侧加压来使环状屏障膨胀并由此将其安置在这种极低压力区域中可能不会成功。这归咎于以下事实：井管结构中的膨胀开口在膨胀之后需要封闭，而现有技术封闭机构要么在环状屏障膨胀之前封闭，要么由于环空中的压力的缺乏而根本不可能封闭。现有技术封闭机构依赖于环空压力来变换阀位置并封闭膨胀开口和开启与环空的流体连通，并且当环空压力与钻进到极低压力区域中时的情况一样突然变得过低时，环空内的压力无法积累至足够高以变换封闭机构的位置的水平，封闭机构的位置变换通常刚好在膨胀之后完成或至少在需要环空与环状屏障的内侧之间的压力均衡时完成。另一风险在于，封闭机构在膨胀已结束之前封闭，因为一些封闭机构依赖于剪切销来在膨胀之后制动，并且由于这种剪切销被选择为使得其在特定差压下而不是在一个绝对压力下制动，并且剪切销被选择为使得其在井管结构内部的压力高于预定的膨胀压力时制动，所以当环空压力很低时剪切销可以在膨胀过程的初始阶段中制动，从而在剪切销两端形成高压力差，使得它将过早剪切并因此在膨胀开始之前封闭膨胀开口。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的用于完井或钻井系统的环状屏障，其使得可以继续钻进通过上述极低压力区域。

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方案来实现，即通过一种环状屏障来实现，该环状屏障用于在井下于井管结构与井孔的壁部之间的环空中膨胀以将井管结构与井孔的壁部之间的环空中的第一区域与第二区域隔离，该环空具有环空压力，该环状屏障包括：

-用于安装为所述井管结构的一部分的管状部件，该管状部件包括开口和具有内部压力的内部，

-可膨胀套筒，该可膨胀套筒环绕该管状部件并具有面向所述管状部件的内表面和面向所述井孔的壁部的外表面，

-所述可膨胀套筒的每个端部均与所述管状部件连接，

-在所述可膨胀套筒的内表面与所述管状部件之间的环形空间，所述环形空间具有空间压力，和