[發明專利]具有補償機構的環狀屏障

無效

• 申請號: 201280039683.0
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN103732851A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: J·哈倫德巴克;P·黑澤爾;R·R·瓦斯克斯
• 申請（專利權）人: 韋爾泰克有限公司
• 主分類號: E21B33/127
• 分類號: E21B33/127;E21B23/06;E21B34/06
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 馬利蓉;吳鵬

技術領域

本發明涉及待在井管結構和井下井眼的內壁之間的環空中膨脹以在井眼的第一區域和第二區域之間提供區域隔離的環狀屏障。本發明還涉及一種井系統以及一種用于保持環狀屏障內的壓力的方法。

背景技術

在井筒中，環狀屏障用于不同的目的，諸如用于提供對內管結構與外管結構之間的流動或內管結構與井眼內壁之間的流動的隔離/屏障。環狀屏障作為井管結構的一部分安裝。環狀屏障具有由環形可膨脹套筒包圍的內壁。該可膨脹套筒通常由彈性體材料制成，但也可由金屬制成。套筒在其端部緊固到環狀屏障的內壁。

為了密封在內管結構和外管結構之間或者井管結構和井眼之間的區域，使用第二環狀屏障。第一環狀屏障在待密封區域的一側膨脹，第二環狀屏障在該區域的另一側膨脹，由此該區域被密封。

在膨脹時，環狀屏障會受到來自外部的連續壓力或周期性高壓，所述壓力或者呈在井環境中液壓的形式，或者呈地層壓力的形式。在一些情況下，這樣的壓力會導致環狀屏障坍塌/塌陷/毀滅，這對環狀屏障要密封的區域可能帶來嚴重后果，因為由于坍塌會造成密封性能喪失。當可膨脹套筒通過例如加壓流體膨脹時會出現類似的問題。如果流體從套筒泄漏，則背壓會逐漸消逝，并且套筒自身會因此坍塌。

環狀屏障的可膨脹套筒承受坍塌壓力的能力因此受到很多可變因素的影響，這些因素諸如材料強度、壁厚、暴露在坍塌壓力下的表面積、溫度、井筒流體等。

在某些井環境中目前通過可膨脹套筒實現的坍塌等級不足以用于所有的井應用場合。因此，期望增加坍塌等級以能夠在所有的井中使用環狀屏障，特別是在生產和消耗期間暴露于高生產壓差的井中。坍塌等級可通過增加壁厚或者材料強度來增加；然而，這將增加膨脹壓力，如所提到的，這是不期望的。

發明內容

本發明的一個目的是完全或部分地克服現有技術中的上述缺點和不足。更特別地，一個目的是提供一種改進的環狀屏障，其中環狀屏障的坍塌等級增加以承受所要暴露于其中的井下環境。

從下面的描述中將變得顯而易見的上述目的以及眾多的其它目的、優點和特征由根據本發明的方案來實現，即通過一種要在井管結構和井下井眼的內壁之間的環空中膨脹以在井眼的第一區域和第二區域之間提供區域隔離的環狀屏障，該環狀屏障包括：

–作為所述井管結構的一部分安裝的管狀部件，該管狀部件具有縱向軸線；

-圍繞該管狀部件并限定出與該管狀部件的內部流體連通的空間的可膨脹套筒，所述可膨脹套筒的每一端與該管狀部件相連接；和

-用于使流體進入所述空間以膨脹該可膨脹套筒的開孔，其中該環狀屏障還包括補償機構，該補償機構具有腔室，布置在該腔室中的活塞將該腔室分成第一腔室部和第二腔室部，該第一腔室部與所述空間流體連通，且該第二腔室部包含氣體。

所述氣體可以是氮氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣。

在一個實施例中，該補償機構可布置在可膨脹套筒和管狀部件之間的空間中。

通過在所述空間內設置補償機構，來自第二腔室的氣體的任何泄漏將導致氣體積聚在由可膨脹套筒限定的所述空間內。通過保持任何泄漏的氣體，所述氣體將仍具有膨脹能力并因此平衡在所述空間中的壓力以保持可膨脹套筒處于密封位置并確保環狀屏障的密封能力。

在另一個實施例中，補償機構可作為將可膨脹套筒與管狀部件相連接的連接部的一部分布置。

另外，環狀屏障可包括附加連接部，其中在該附加連接部中布置有第二補償機構。

并且，補償機構的腔室可以是環形的并圍繞該管狀部件。

補償機構可具有若干腔室，所述腔室中布置有活塞。

所述多個腔室可沿管狀部件的圓周間隔開。

另外，套筒的一端可固定地緊固到該管狀部件，且另一端可滑動地緊固到該管狀部件，并且含有氣體的第二腔室部可布置成離該套筒的固定的連接端最近。

此外，第二腔室部可包括閥，該閥可從管狀部件的內部接近，允許第二腔室部重新填充有氣體。

而且，該活塞可包括用于將第二腔室部與該第一腔室部密封隔開的密封裝置。

環狀屏障還可包括環空壓力補償器，該環空壓力補償器包括缸，活塞布置在該缸中，該缸的第一端與環空流體連通，該缸的第二端與由可膨脹套筒限定的所述空間流體連通。

在一個實施例中，環空壓力補償器可集成在所述連接部之一中或者布置成與可膨脹套筒的壁相聯接。

因此，由可膨脹套筒限定的空間內的壓力可至少基本等于環空內的壓力以保持該可膨脹套筒處于密封位置。

環狀屏障還可包括將環空與由可膨脹套筒限定的空間流體連接的止回閥。