井下补丁安装工具的制作方法

本发明涉及一种用于在井中超过10米的距离上膨胀补丁的井下补丁安装工具。本发明还涉及一种井下完井系统和一种补丁安装方法。

技术背景

当井生产过多的水时，使补丁在井下膨胀以密封一部分的金属井管结构，从而减少水的生产。因此，当识别出井管结构中存在泄漏处、开口、阀或穿孔时，对着水生产部分插入补丁并使其膨胀。然而，在井管结构的水生产部分是延伸10米距离的穿孔区的情况下，不存在足够长的补丁和补丁安装系统，并且不得不一个挨一个地安装多个补丁。然而，一个挨一个地安装多个补丁耗费时间，因为需要在井中行进多次，并且补丁很难能够适当地密封所有的穿孔。

技术实现要素：

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井下补丁安装工具，其能够适当地为长于12米的区域安装补丁。

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，即通过用于在井中超过10米的距离上膨胀补丁的井下补丁安装工具来实现，该井下补丁安装工具具有顶部并且包括：

-工具本体，所述工具本体具有内孔、外表面、第一端部和第二端部，所述第二端部布置成比所述第一端部更靠近所述顶部；

-在所述第一端部处布置在所述外表面上的第一囊状件组件和在所述第二端部处布置在所述外表面上的第二囊状件组件，所述内孔至少从所述第一囊状件组件延伸至所述第二囊状件组件；以及

-环绕所述工具本体的可膨胀金属补丁，所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件在其间形成环形空间，所述可膨胀金属补丁具有在未膨胀状态下的内径，所述工具本体具有对着所述第一囊状件组件的第一开口和对着所述第二囊状件组件的第二开口，从而提供所述内孔与所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件之间的流体连通，以允许加压流体进入所述囊状件组件以使所述囊状件组件膨胀，

其中，所述工具本体具有布置在所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件之间的第三开口以及布置在所述第三开口中的用于控制来自内孔的加压流体进入环形空间的阀。

所述阀可以是压力控制阀或泄压阀。

此外，所述阀可以是压力启动阀。

此外，所述补丁可具有大于10米的长度。

此外，所述阀可具有其中不允许流体进入所述环形空间中的第一位置和其中允许流体进入所述环形空间中的第二位置。

此外，所述阀可在压力下被启动从而打开以允许流体进入所述环形空间。

此外，所述阀可以在特定的压力下打开。

所述阀可在特定的压力下从所述第一位置移动至所述第二位置。

此外，泵可被流体连接至所述内孔。

此外，所述泵可由工具中的马达驱动。

此外，所述泵可布置在工具中或地面处/井的顶部处。

此外，所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件可布置成具有至少15米，优选至少25米，更优选至少50米的相互距离。

此外，所述可膨胀金属补丁可以是一个管状管。

可膨胀金属补丁可以是连续的管状金属管。

此外，所述工具本体可从钻杆安装。

此外，所述工具本体可具有在所述第一囊状件组件与所述第二囊状件组件之间的多段钻杆。

此外，所述工具本体的所述第二端部可与所述钻杆连接以用于将加压流体供应至所述内孔。

此外，所述工具本体的所述第二端部可连接至电缆。

此外，所述工具本体的所述第二端部可连接至由马达驱动的泵，所述马达连接至电缆。

所述第一开口可具有阀。

此外，所述第二开口可具有阀。

此外，所述可膨胀金属补丁可通过所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件膨胀以抵靠所述可膨胀金属补丁的在未膨胀状态下的内径而被紧固至工具本体。

根据本发明的井下补丁安装工具还可包括用于沿所述工具本体的纵向延伸方向锁定处于未膨胀状态下的可膨胀金属补丁的锁定元件。

根据本发明的所述井下补丁安装工具还可包括在所述第一囊状件组件与所述第二囊状件组件之间布置在所述外表面上的第三囊状件组件和对着所述第三囊状件组件位于所述工具本体上的第四开口，所述第四开口用于提供所述内孔与所述第三囊状件组件之间的流体连通，并且所述工具可包括另一个第三开口，并且所述两个第三开口可布置在所述第三囊状件组件的两侧上，使得其中一个第三开口布置在所述第一囊状件组件与所述第三囊状件组件之间并且另一第三开口布置在所述第三囊状件组件与所述第二囊状件组件之间。

此外，所述工具本体的所述第一端部可以是封闭的或者可通过向所述内孔中投球来封闭或通过止回阀来封闭，从而允许来自井的流体进入内孔中但阻止内孔中的流体经该止回阀离开。

通过在封闭的端部中具有止回阀，该内孔可被加压以使囊状件组件膨胀，同时因井中的流体能进入内孔中而容易被布设。

此外，所述囊状件组件可具有囊状件和囊状件连接件，其中，所述囊状件由弹性材料制成。

此外，所述囊状件连接件可由金属制成。

所述囊状件连接件可被螺纹连接在所述外表面上。

此外，所述囊状件连接件可包括加强元件，所述加强元件构造成在膨胀期间加强所述囊状件。

此外，所述可膨胀金属补丁可在补丁外表面上包括密封元件。

所述井下补丁安装工具可包括第二可膨胀金属补丁。

本发明还涉及一种井下完井系统，包括：

-布置在井孔中的金属井管结构；以及

-通过根据本发明的井下补丁安装工具安装的可膨胀金属补丁，所述可膨胀金属补丁抵靠所述金属井管结构的内表面并通过摩擦力被紧固至所述金属井管结构的内表面。

此外，本发明涉及一种用于使非常长的补丁密封件膨胀以密封大于12米的区域的补丁安装方法，该方法包括：

-将根据本发明的井下补丁安装工具布置在井的井孔中或布置在位于井的井孔中的金属井管结构中；

-对内孔加压；

-使加压流体进入第一囊状件组件并进入第二囊状件组件中以使所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件膨胀以便使对着所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件的可膨胀金属补丁膨胀；

-借助流体打开第三开口中的阀，从而使加压流体进入环形空间中以使所述第一囊状件组件与所述第二囊状件组件之间的所述可膨胀金属补丁膨胀；以及

-降低所述内孔中的压力，从而使所述第一囊状件组件和所述第二囊状件组件瘪缩。

本发明还涉及根据本发明的补丁安装方法，其中，所述第三开口中的阀在加压流体达到预定压力时被打开。

最后，所述方法可包括同时地或循序地对这些囊状件组件进行加压。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1示出了具有位于金属井管结构中的补丁安装工具的井下补丁安装系统的局部剖视图；

图2示出了另一井下补丁安装工具以及处于其初始未膨胀状态下的可膨胀金属补丁的局部剖视图；

图3a示出了具有未膨胀的可膨胀金属补丁的又一井下补丁安装工具的局部剖视图；

图3b示出了其中可膨胀金属补丁被部分膨胀且部分未膨胀的图3a的井下补丁安装工具的局部剖视图；

图3c示出了其中可膨胀金属补丁的两个端部和中间部分被略微膨胀的图3a的井下补丁安装工具的局部剖视图；

图3d示出了其中可膨胀金属补丁的两个端部和中间部分膨胀的比图3c中更多并且在流体仍能通过端部的同时几乎抵靠金属井管结构的壁部的图3c的井下补丁安装工具的局部剖视图；

图3e示出了其中可膨胀金属补丁完全膨胀的图3a的井下补丁安装工具的局部剖视图；

图4示出了另一井下补丁安装工具的局部剖视图；以及

图5示出了具有第三囊状件组件的再一井下补丁安装工具的局部剖视图。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1示出了井下补丁安装工具1，其用于例如在生产区域生产过多的水的情况下，或者在金属井管结构中的开口磨损从而它们已变得过大的情况下，或者在金属井管结构52如图2所示地具有泄漏处57的情况下，使可膨胀金属补丁14在井50中超过50米的距离上膨胀以便能隔离出整个生产区域101、102。井下补丁安装工具1包括工具本体2，该工具本体具有内孔3(如图2所示)、外表面4、第一端部5和第二端部6。该第二端部布置成比第一端部更靠近井的顶部51。井下补丁安装工具1还包括在第一端部处布置在外表面上的第一囊状件组件11和在第二端部处布置在外表面上的第二囊状件组件12，所述内孔至少从第一囊状件组件延伸至第二囊状件组件。可膨胀金属补丁14环绕该工具本体2、该第一囊状件组件和第二囊状件组件，从而在其间形成环形空间15。可膨胀金属补丁14具有在未膨胀状态下的内径ide，如图1所示。工具本体2还具有对着第一囊状件组件11的第一开口16和对着第二囊状件组件12的第二开口17，从而提供内孔与第一和第二囊状件组件之间的流体连通，以允许加压流体进入囊状件组件以使囊状件组件膨胀。工具本体2具有第三开口18，该第三开口布置在第一囊状件组件与第二囊状件组件之间，并且阀19布置在第三开口中，以允许对加压流体从内孔进入环形空间中进行控制。

通过具有第三开口和布置在其内的阀，该井下补丁安装工具能够首先对可膨胀金属补丁的对着第一囊状件组件和第二囊状件组件的两个第一部分14a进行加压并且之后立即对可膨胀金属补丁的布置在第一囊状件组件和第二囊状件组件之间的其余部分14b进行加压，从而使该补丁在该加压步骤中膨胀。该阀提供了小的限制并且因此囊状件在流体进入所述空间中之前略微膨胀。然而，阀仅提供了小差异，从而可膨胀金属补丁的中间部分14b在径向上膨胀的比可膨胀金属补丁的端部部分14a略微小一些。以这种方式，整个可膨胀金属补丁在一个加压步骤中被膨胀并且中间部分14b在径向上膨胀的比端部部分要略微小一些，从而导致与可膨胀金属补丁的端部部分14a所邻接/抵靠的壁部之间的仅一小的间隙。归因于中间部分与端部部分同时膨胀的事实，位于可膨胀金属补丁的中间部分与金属井管结构的壁部之间的外侧空间31(在图3e中示出)中的流体在可膨胀金属补丁的中间部分膨胀时借助该中间部分而被向外挤压。流体之后通过两个端部部分并且因此流体中的许多流体并未被困在介于已膨胀的端部部分之间的外侧空间31中。井管结构的内径仅减小了可膨胀金属补丁的厚度和取决于可膨胀金属补丁的厚度和材料的额外的约0.5mm。此外，可膨胀金属补丁可以非常长并且比已知补丁长的多，这是因为环形空间被加压流体膨胀并且需要多长就能有多长。因此，可膨胀金属补丁的长度取决于管结构本体的长度。

如图3a所示，布置在第三开口18中的阀19是压力控制阀或者泄压阀，从而当第一和第二囊状件组件11、12已如图3b所示地略微膨胀时，此时流体被允许进入环形空间中并且可膨胀金属补丁的中间部分开始膨胀，如图3c所示。可膨胀金属补丁的端部部分和中间部分的这种同时膨胀如图3d所示地继续进行，直至可膨胀金属补丁14的端部部分14a抵靠金属井管结构52，如图3e所示。当第一囊状件组件11和第二囊状件组件12已略微膨胀时，内孔3中的压力增加并且阀打开。如图3e所示，外侧空间31因这种同时膨胀而是非常小的并且仅少量的在该可膨胀金属补丁周围的井筒流体被困在该外侧空间中。因此，当压力达到预定压力，则阀19打开，以使加压流体进入环形空间15中并且可膨胀金属补丁14的其余的中间部分14b如图3c所示地膨胀，并且以这种方式，整个可膨胀金属补丁膨胀。因此，第一囊状件组件和第二囊状件组件布置成具有至少15米优选至少25米更优选至少50米的相互距离。可膨胀金属补丁14是一个管状管并且是连续的管状金属管。该工具本体的第一端部是封闭的。

通过具有压力控制阀，该阀通过特定压力激活并且无需工具或球来打开该阀。因此，该可膨胀金属补丁的膨胀可在一个加压步骤中实现，从而避免了任何的变形硬化。当具有多个加压步骤时，可膨胀金属补丁将会在加压步骤之间的时间期间硬化并因此在这种硬化之后该补丁将需要更高的压力来再次开始膨胀。

为了使第一囊状件组件11和第二囊状件组件12膨胀，需要特定的力并且还需要额外的力来使可膨胀金属补丁膨胀。因此，在可膨胀金属补丁的端部部分开始膨胀之前，压力增大至使端部部分单独膨胀所需的压力以上的水平。该阀的尺寸被设定为在压力达到用于使囊状件组件和端部部分两者膨胀所需的压力时打开，以使中间部分在端部部分开始膨胀的几乎同时地或之后立即地开始膨胀。

在图1中，井下补丁安装工具具有从钻杆7安装的工具本体并且该工具本体具有在第一囊状件组件11与第二囊状件组件12之间的多段钻杆7。因此，这些钻杆形成第一和第二囊状件组件11、12之间的间隔件并且第一和第二囊状件组件之间的距离可根据用于为待被密封的泄漏处、穿孔、或类似开口提供补丁所需的可膨胀金属补丁14的长度而变化。井下补丁安装工具1的第二端部6连接至钻杆7的管柱，从而井下补丁安装工具1的内孔通过为安装至一个管柱中的钻杆加压而被加压。泵21布置在井50的顶部51并流体连接至所述内孔。

在图2中，泵21在井下补丁安装工具中布置在井下并且通过也在工具中的马达22驱动。工具本体2的第二端部6连接至电缆8，用于为马达供电。如能看到的，第一开口16具有阀19a并且第二开口具有阀19b，用于允许加压流体进入两个囊状件组件但阻止流体再次进入内孔3。在布设工具期间，可膨胀金属补丁14通过第一和第二囊状件组件膨胀以抵靠可膨胀金属补丁的在未膨胀状态下的内径而被紧固至工具本体，如图2所示。每个囊状件组件11、12均具有囊状件24和将囊状件连接至工具本体的外表面的囊状件连接件25。囊状件连接件可由金属制成并被螺纹连接在工具本体的外表面上，以便紧固囊状件24。囊状件优选由弹性材料制成。

在图4中，井下补丁安装工具1包括锁定元件9，所述锁定元件用于在将工具布设在井中期间沿工具本体的纵向延伸方向锁定处于未膨胀状态下的可膨胀金属补丁。随着可膨胀金属补丁的膨胀，可膨胀金属补丁的内径增大并且该补丁从锁定元件9被释放。锁定元件可以是布置在工具本体2的外表面4上的凹槽中的卡环或类似的止动环。

在图3a-e和图2中，工具本体2的第一端部5封闭，工具本体2的第一端部5能通过将球35投到内孔中而被封闭。在图4中，止回阀23被示出允许流体从井进入内孔，但阻止内孔中的流体经止回阀离开。通过在封闭端部5中具有止回阀，内孔3可被加压以使囊状件组件11、12膨胀，同时工具易于被布设，因为井中的流体能进入内孔中。井孔中的压力随工具向下移动而增加，并且因此，内孔中的压力随工具向下移动而经由止回阀平衡。

为了在膨胀期间加固该囊状件，囊状件连接件25包括加强元件26，如图4所示。所述加强元件构造成在囊状件膨胀期间加强该囊状件，从而使囊状件不会有意地向外凸起。可膨胀金属补丁14在补丁外表面28上包括密封元件27。通过具有密封元件，补丁提供了对着金属井管结构52的更好的密封。

在图5中，井下补丁安装工具1还包括在第一囊状件组件11与第二囊状件组件12之间布置在所述外表面上的第三囊状件组件33和对着第三囊状件组件33布置在工具本体中的第四开口34，该第四开口用于提供内孔与第三囊状件组件之间的流体连通。井下补丁安装工具1包括另一个第三开口18，并且所述两个第三开口18布置在第三囊状件组件33的两侧，从而一个第三开口布置在第一囊状件组件11与第三囊状件组件33之间，并且另一个第三开口18布置在第三囊状件组件33与第二囊状件组件12之间。

如图1所述，本发明还涉及一种井下完井系统100，该系统包括布置在井孔55中的金属井管结构52和通过其中一个上述井下补丁安装工具1安装的可膨胀金属补丁14。当囊状件组件已膨胀并且其间的环形空间15已被加压时，可膨胀金属补丁14正抵靠金属井管结构52的内表面56并借助摩擦力而被紧固至金属井管结构52的内表面56。

因此，可膨胀金属补丁通过下述补丁安装方法安装，该方法包括以下步骤：将井下补丁安装工具布置在井50的井孔55中或布置在位于井50的井孔55中的金属井管结构52中；对内孔3加压并允许加压流体进入第一和第二囊状件组件11、12中以使第一和第二囊状件组件的囊状件24膨胀，从而使可膨胀金属补丁14的对着第一囊状件组件和第二囊状件组件的部分14a膨胀。在囊状件组件已开始膨胀后，第三开口中的阀立即被打开，从而允许加压流体进入环形空间15，从而使第一和第二囊状件组件之间的可膨胀金属补丁膨胀，并且随后，内孔中的压力降低，从而使第一和第二囊状件组件瘪缩。第三开口中的阀19在加压流体达到预定压力时被打开。两个囊状件组件可同时地或循序地膨胀。

冲程工具可被用作泵并且因此被用作补丁安装工具的一部分。冲程工具包括用于驱动泵的电动马达。泵将流体泵送至活塞壳体中以使活塞在其内动作。活塞布置在冲程杆上。泵可以在一侧将流体泵送至活塞壳体中并且同时在活塞的另一侧将流体抽吸出去。

流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

如图1所示，金属井管结构可包括用于提供区域隔离的环状屏障60。环状屏障是指这样的环状屏障60，其包括安装为金属井管结构的一部分的管状金属部件61和围绕并连接至该管状部件从而限定出环状屏障空间63的可膨胀金属套筒62。

套管是指井下使用的与石油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。

在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如well

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说将是显而易见的。