帶被動(dòng)壓力補(bǔ)償?shù)沫h(huán)狀屏障的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種待在井下于井管結(jié)構(gòu)與井眼內(nèi)側(cè)壁之間的環(huán)空內(nèi)膨脹W在井眼 的第一區(qū)域和第二區(qū)域之間提供區(qū)域隔離的環(huán)狀屏障。此外，本發(fā)明設(shè)及一種井下系統(tǒng)和 一種膨脹環(huán)狀屏障的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在完井作業(yè)時(shí)，通過將具有環(huán)狀屏障的套管柱浸入井眼或井的套管內(nèi)來提供生產(chǎn) 區(qū)域。在套管柱位于井眼內(nèi)的正確位置時(shí)，使環(huán)狀屏障膨脹或擴(kuò)張。環(huán)狀屏障在一些完井作 業(yè)中通過加壓流體膨脹，運(yùn)需要一定量的附加能量。
[0003] 在其它完井作業(yè)中，環(huán)狀屏障內(nèi)側(cè)的化合物被加熱W使所述化合物變?yōu)闅鈶B(tài)，從 而增大其體積并因此使可膨脹套筒膨脹。然而，井眼或套管的直徑可能不同，并且如果井眼 的直徑小于所預(yù)期的，即出現(xiàn)膨脹能量的過剩，則當(dāng)套筒膨脹時(shí)，套筒可能會(huì)損壞地層或使 套管巧縮。此外，如果膨脹能量高于所需要的，則已知環(huán)狀屏障的套筒還可能會(huì)破裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)和不足。更特別 地，一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的環(huán)狀屏障，該環(huán)狀屏障在可膨脹的空間內(nèi)包含化合物，其 中，所述環(huán)狀屏障能夠與其所位于的井眼的內(nèi)徑的范圍相適配，而不會(huì)使套筒破裂。
[0005] 從下面的描述中將變得顯而易見的上述目的W及眾多的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征由 根據(jù)本發(fā)明的方案來實(shí)現(xiàn)，即通過待在井下于井管結(jié)構(gòu)與井眼的壁部之間的環(huán)空內(nèi)膨脹W 在井眼的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間提供區(qū)域隔離的環(huán)狀屏障來實(shí)現(xiàn)，該環(huán)狀屏障包括：
[0006] -作為所述井管結(jié)構(gòu)的一部分安裝的管狀金屬部件；
[0007] -可膨脹套筒，環(huán)繞該管狀金屬部件并具有面向所述管狀金屬部件的內(nèi)表面和面 向所述井眼的內(nèi)側(cè)壁的外表面，所述可膨脹套筒的每個(gè)端部與所述管狀金屬部件連接；W 及
[000引-在所述可膨脹套筒的內(nèi)表面與所述管狀金屬部件之間的環(huán)形空間
[0009] 其中，所述管狀部件與所述可膨脹套筒的內(nèi)表面基本氣密封地封閉所述環(huán)形空 間，所述環(huán)形空間包含適于使所述環(huán)形空間膨脹的化合物，并且其中，所述可膨脹套筒包括 鄰近所述可膨脹套筒的端部的兩個(gè)第一部段和在所述兩個(gè)第一部段之間的第二部段，所述 可膨脹套筒的每個(gè)第一部段具有在所述環(huán)狀屏障的未膨脹狀態(tài)下的第一內(nèi)徑，并且所述可 膨脹套筒的第二部段具有在所述未膨脹狀態(tài)下的第二內(nèi)徑，在所述未膨脹狀態(tài)下所述第二 內(nèi)徑大于所述第一內(nèi)徑，或者在所述未膨脹狀態(tài)下，所述第一部段具有第一厚度，所述第一 厚度大于所述第二部段的第二厚度。
[0010] 所述化合物可W適于在經(jīng)受熱時(shí)膨脹所述環(huán)形空間。
[0011] 當(dāng)使可膨脹套筒具有小于第二部段的第二內(nèi)徑的第一內(nèi)徑或者可膨脹套筒具有 大于第二部段的第二厚度的第一厚度時(shí)，用于使具有所述第一內(nèi)徑或第一厚度的套筒部段 膨脹的壓力高于用于膨脹具有所述第二內(nèi)徑或第二厚度的所述部段所需的壓力。環(huán)形空間 中的所述化合物產(chǎn)生一定量的膨脹能，并且如果井眼的內(nèi)徑小于環(huán)狀屏障待膨脹位置所期 望的的內(nèi)徑，則將會(huì)有多余的膨脹能。則運(yùn)種多余的膨脹能還可被用于使具有較小內(nèi)徑或 較小厚度的套筒部段膨脹。因此，套筒的第一部段起到了被動(dòng)壓力補(bǔ)償?shù)淖饔?，因?yàn)樵摬慷?的膨脹在存在多余的膨脹能時(shí)發(fā)生。
[0012]所述第一部段可具有遞增的厚度。
[001引此外，所述第二內(nèi)徑可W比第一內(nèi)徑大至少0.5毫米，優(yōu)選比第一內(nèi)徑大至少1毫 米，更優(yōu)選比第一內(nèi)徑大至少2毫米。
[0014] 所述化合物可包括適于在分解時(shí)生成氣體或超臨界流體的至少一種可熱分解的 化合物，所述可熱分解的化合物在低于400°C的溫度下分解。
[0015] 進(jìn)一步地，所述可膨脹套筒的端部可被焊接至所述管狀部件。
[0016] 因此，進(jìn)一步降低了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
[0017] 上述可膨脹套筒的所述端部可W通過連接部件被連接至所述管狀部件。
[0018] 此外，所述可膨脹套筒的端部可W被壓接在所述管狀部件上。
[0019] 另外，所述第一厚度可W比所述第二厚度大至少15%，優(yōu)選比所述第二厚度大 25%，更優(yōu)選比所述第二厚度大50%。
[0020] 此外，所述可膨脹套筒可包括在所述第一部段與所述第二部段之間的過渡部段， 所述過渡部段具有自所述第二部段向所述第一部段遞增的厚度。
[0021] 所述可膨脹套筒還可包括在所述第一部段和第二部段之間的第Ξ部段，所述第Ξ 部段具有第=厚度，所述第=厚度可W小于所述第一厚度并且大于所述第二厚度。
[0022] 進(jìn)一步地，所述可膨脹套筒可包括在所述第二部段與所述第Ξ部段之間的過渡部 段和在所述第Ξ部段與所述第一部段之間的過渡部段。
[0023] 所述可膨脹套筒的所有部段可W由相同的材料制成。
[0024] 并且，所述可膨脹套筒的所述部段可W在制造所述可膨脹套筒時(shí)制造。
[0025] 除此之外，所述可膨脹套筒的所述部段可進(jìn)一步地被制造為一個(gè)件。
[0026] 可在所述可膨脹套筒的外表面上布置密封元件。
[0027] 此外，所述可膨脹套筒的所述端部可W夾在所述連接部件與所述管狀部件之間。 [00%]此外，所述第二部段可W適于在第一壓力下膨脹，所述第一壓力高于300己，優(yōu)選 高于325己，更優(yōu)選處于約345己的壓力下，并且所述第一部段可W適于在第二壓力下膨脹， 所述第二壓力可W高于所述第一壓力。
[0029] 因此，所述第一壓力可W是至少65己，優(yōu)選是至少100己，更優(yōu)選是至少150己，最 優(yōu)選是至少250己。
[0030] 上述的第二壓力可W是至少100己，更優(yōu)選是至少250己，最優(yōu)選是至少350己。
[0031] 所述第Ξ部段可W適于在第Ξ壓力下膨脹，所述第Ξ壓力可W高于所述第一壓力 并且小于所述第二壓力。
[0032 ]并且，可在所述管狀部件中布置單向閥。
[0033] 進(jìn)一步地，所述管狀部件可W不具有任何的通向所述環(huán)形空間的開口、孔桐或開 孔。
[0034] 此外，所述管狀部件可W包括外表面，所述外表面是連續(xù)的。
[0035] 此外，所述化合物可W包含氮。
[0036] 所述化合物可W選自重銘酸錠、硝酸錠、亞硝酸錠、疊氮化領(lǐng)、硝酸鋼或其組合。
[0037] 此外，所述化合物可W在高于10(TC，優(yōu)選高于180°C的溫度下分解。
[0038] 并且，所述環(huán)形空間可W被預(yù)加壓至高于5己，優(yōu)選高于50己并且更優(yōu)選高于100 己，甚至更優(yōu)選高于250己的壓力。
[0039] 上述化合物可粉末、分散在液體中的粉末或溶解在液體中的粉末的形式存 在。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的環(huán)狀屏障還可包括布置在所述管狀金屬部件內(nèi)或布置在所述管狀 金屬部件附近的加熱線。
[0041] 并且，所述環(huán)狀屏障可W包括與所述空間流體連接的壓力補(bǔ)償單元。
[0042] 所述壓力補(bǔ)償單元可W是中空管，其一端封閉并且沿所述管狀部件布置并且與所 述管狀部件連接。
[0043] 此外，所述環(huán)狀屏障可包括布置在所述空間內(nèi)的抗巧縮元件。
[0044] 所述抗巧縮元件可W圍繞所述管狀部件卷繞。
[0045] 上述抗巧縮元件可W是螺旋彈黃。
[0046] 本發(fā)明還設(shè)及一種井下系統(tǒng)，該井下系統(tǒng)包括：
[0047] -井管結(jié)構(gòu)；W及
[004引-根據(jù)本發(fā)明的環(huán)狀屏障。
[0049] 上述井下系統(tǒng)進(jìn)一步包括多個(gè)環(huán)狀屏障。
[0050] 此外，所述井管結(jié)構(gòu)可W填充有溫度在llOrW上，優(yōu)選溫度在18(TCW上，并且更 優(yōu)選地溫度在250°C W上的流體。
[0051] 上述井下系統(tǒng)還可包括工具，所述工具包括用于從所述井管結(jié)構(gòu)內(nèi)加熱所述環(huán)狀 屏障的管狀金屬部件的加熱單元。
[0052] 進(jìn)一步地，所述工具可包括用于在所述井管結(jié)構(gòu)中隔離出在所述環(huán)狀屏障的可膨 脹的空間對面的區(qū)域的隔離機(jī)構(gòu)。
[0053] 此外，所述工具的加熱單元可包括適于布置在所述管狀金屬部件附近的加熱線。
[0054] 此外，所述工具可包括定位裝置，如電磁輪廓儀(profiler)或套管接髓定位器。
[0055] 并且，所述工具可W適于鄰近所述管狀金屬部件中的單向閥W經(jīng)過所述單向閥向 所述環(huán)形空間供熱。
[0056] 所述井管結(jié)構(gòu)可W與在地面或海底的加熱裝置連接。
[0057] 此外，所述井管結(jié)構(gòu)可W被連接至管道如鉆管W浸入所述井管結(jié)構(gòu)，所述管道與 地面或海底的加熱裝置連接。
[005引本發(fā)明還設(shè)及一種使根據(jù)本發(fā)明的