改进的隔离屏障的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于将管状物固定在另一个管状物或钻孔内、在井筒中的环状物两端形成密封、在井筒内集中或锚固管的装置和方法。具体地，虽然不是专有地，本发明涉及使套筒变形以将其固定到井筒并控制套筒内的压力以维持套筒和井筒之间的密封，从而形成隔离屏障。
【背景技术】
[0002]在油气井的勘探和生产中，封隔器通常用于使井下环形空间的一部分与井下环形空间的另一部分隔离。环形空间可以位于管状构件(例如，衬管、心轴、生产油管和套管)之间或管状构件(通常为套管)和开放的钻孔的壁之间。这些封隔器被保持到管上的孔内且处于期望位置，弹性密封件被促使径向向外或者弹性囊被膨胀以跨越环形空间并与大致外圆柱形结构(即，另一个管状构件或钻孔壁)形成密封。这些弹性体具有缺点，尤其是在使用化学注射技术时。
[0003]因此，开发了金属密封件，其中管状金属构件在井中行进(run)且处于期望位置，膨胀器工具行进通过该构件。膨胀器工具通常具有前向圆锥体，其主体的直径的尺寸被设置为大致圆柱形结构，使得金属构件被膨胀以接触并密封圆柱形结构。这些所谓的膨胀套筒具有内部表面，当膨胀时，该内表面是圆柱形的且匹配膨胀器工具的轮廓。这些套筒工件在管状构件之间形成密封，但在密封不规则表面的开放钻孔时存在问题。
[0004]本申请的发明人已经开发一种技术，其中通过使用直接作用于套筒的流体压力迫使金属套筒径向向外。足够的液压流体压力被施加以将套筒径向向外移动并使套筒本身变形到大致圆柱形结构。套筒经历塑性形变，且如果被变形为大致圆柱形金属结构，则金属结构将经历塑性形变，以在接触时膨胀小的百分比。当压力被释放时，金属结构返至其原始尺寸并且将对塑性形变套筒形成密封。在变形过程中，套筒的内表面和外表面两者将采用圆柱形结构的壁表面的形状。因此，变形的隔离屏障理论上适于对不规则的钻孔壁形成密封。
[0005]US7306033公开了这种变形的隔离屏障，其通过引用合并于此。US2012/0125619公开了用于FRAC操作的变形的隔离屏障的一种应用，其通过引用合并于此。通常，套筒围绕支撑管状主体安装，套筒的每端被密封，以在套筒的内表面和主体的外表面之间形成腔。端口被布置通过主体，使得流体能够从主体的通孔被栗入腔中。
[0006]使用时，通孔中的流体压力被充分增加以进入腔中并迫使套筒径向向外以变形为大致圆柱形结构。当无流体向上返回至环形空间时，已经施加足够的压力，这证实已经实现密封。虽然套筒已经被塑性形变并因此保持其新形状，如果在套筒壁的两端产生足够的压力差，则有可能发生断裂或坍塌且可能丧失密封。
[0007]在一种应用中，通孔中的流体压力被维持以保持腔中的高压力。事实上，通过对套筒施加最大压力来设置大多数套筒。不幸的是，存在压力可能足够高到使套筒断裂的风险。另外，如果压力差通过通孔中的压降或通过套筒下的环形空间中的流体压力增加而以相反方向作用，则可能迫使套筒远离圆柱形结构，从而丧失密封。
[0008]为了克服这种缺陷，在端口中使用止回阀。该止回阀被布置以阻止流体返至通孔。足够的流体压力的施加将使流体通过阀进入腔，并且套筒变形为圆柱形结构。当实现密封时，压力能够被排出以在腔内留下捕集压力。这允许产生隔离屏障，这不需要恒定的流体供应以将其维持在密封位置。该系统的已知缺点是如果腔内的压力增加，则主体或套筒可能坍塌或爆裂。压力的这种增加可能发生在捕集流体的温度增加(诸如，开始井中的生产)的情况下。为了避免这种情况，提供通过主体的泄压阀以允许流体穿过腔回到通孔中。
[0009]然而，虽然在腔中捕集压力时这种泄压阀释放过压力，但其不能够阻止过多压力被施加以开始变形套筒，因为腔和通孔之间的压力差将为零。
[0010]进一步的问题发生在温度降低的情况下。腔内侧的压降能够在腔和环形空间之间提供足以使套筒相对于圆柱形结构移动的压力差。这导致丧失密封，从而允许流体在套筒和圆柱形结构之间传递。
[0011]因而，本发明的至少一个实施例的目标是提供变形的隔离屏障，这消除或缓解现有技术的一个或更多个缺点。
[0012]本发明的至少一个实施例的进一步目标是提供一种在井筒中形成隔离屏障的方法，该方法消除或缓解现有技术的一个或更多个缺点。
【发明内容】
[0013]根据本发明的第一方面，提供一种组件，其包含:
[0014]管状主体，其被布置以在较大直径的大致圆柱形结构内运行并被密封在其中；
[0015]套筒构件，其定位在管状主体的外部上并被密封到管状主体的外部以在套筒构件和管状主体之间形成腔；
[0016]管状主体包括具有阀的端口以允许流体流至腔内，从而增加腔内的压力以使套筒向外移动并抵靠较大直径的结构的内表面变形；
[0017]其中阀捕集腔内的压力以在腔中提供变形压力值；并且
[0018]该组件进一步包含压力平衡装置，其通过增加和减小捕集压力以在腔中维持变形压力值。
[0019]以此方式，能够选择变形压力值(已知，其能够在不破裂的情况下形成套筒的理想塑性形变)且该压力能够在套筒内被维持以防止丧失对大致圆柱形结构的固定或密封。
[0020]大直径结构可以是空心钻孔、内衬是套管或内衬管柱的钻孔(其可以被接合在井下合适的位置处)，或者可以是管道，在其中，另一较小直径的管状部分需要被固定或集中在该管道中。
[0021]管状主体优选被同轴定位在套筒内并且是井筒内使用的管状管柱的部分，运行到开放或包封的油井、气井或水井中。因而，本发明通过提供定位在套管或内衬周围的可变形套筒构件，允许套管部分或内衬集中在钻孔或另一个地下钻孔内或地面管子上方。在压力通过端口施加时，随着套筒以均匀速率径向向外膨胀，发生集中。附加地，本发明能够用于将井下环形空间的一部分与井下环形空间的另一部分隔离，并因此还能够用于将井下环形空间的一个或更多个部分与生产管道隔离。
[0022]优选地，阀是单向止回阀。以此方式，流体被阻止退出腔。更优选地，阀被设置为在腔中的压力达到变形压力值时闭合。有利地，阀包括可破裂屏障设备，诸如，爆裂盘设备等。优选地，屏障设备被设置为在大约变形压力值的压力下破裂。以此方式，流体能够被向下栗送从管柱到达井内而没有流体进入套筒，直到期望操作套筒。
[0023]优选地，压力平衡装置包含布置在壳体内的活塞，壳体流体耦接至腔。因而，活塞作用于腔内的流体。以此方式，通过改变腔内流体的体积，能够增加、减小或维持压力。优选地，活塞被布置在套筒的端部处的管状主体上。以此方式，压力平衡装置不干扰套筒的变形。在一个实施例中，活塞是环状的且位于管状主体周围。在一个替代实施例中，主体周围布置多个活塞，这种布置更容易制造和装配。
[0024]优选地，活塞包括释放装置，其在达到变形压力值时操作活塞。释放装置可以是本领域已知的剪切销。
[0025]优选地，活塞的第一端作用于腔内的流体，且相对端包括抵靠流体移动活塞的偏置装置。该偏置装置可以是包含在壳体内的弹簧。替代地，该偏置装置可以是保持在壳体内的偏置流体。
[0026]根据本发明的第二方面，提供一种在井筒中设置变形套筒的方法，该方法包括以下步骤:
[0027](a)将套筒构件定位在管状主体的外部上并将其密封到管状主体的外部以在套筒构件和管状主体之间形成腔；
[0028](b)将管状构件上的管状主体运行至井筒内并将套筒构件定位在较大直径的结构内的期望位置处；
[0029](C)将流体栗送通过管状构件并增加流体压力以在套筒构件处提供变形压力值下的流体；
[0030](d)打开管状主体中的阀以允许流体进入腔；
[0031](e)继续将变形压力值下的流体栗入腔内，从而引起套筒径向向外移动并抵靠较大直径的结构的内表面变形；
[0032](f)闭合管状主体中的阀以在腔内捕集压力；以及
[0033](g)操作压力平衡装置以增加和减小捕集的流体压力，从而将捕集的流体压力维持在变形压力值。
[0034]以此方式，受控压力能够被井下施加在套筒构件处，以抵靠较大直径的结构设置套筒。这阻止套筒破裂并允许使用较低规格的套筒(即，壁较薄的套筒)，其将抵靠较大直径的结构的内表面上的任何不规则体更好地变形。附加地，通过将腔中的压力维持在固定压力，能够为套筒提供操作率，以便能够知道维护隔离和/或锚固。
[0035]大直径结构可以是空心钻孔、内衬为套管或内衬管柱的钻孔(其可以被接合在井下合适的位置)，或者可以是管道，在其中，另一较小直径的管状部分需要被固定或集中。
[0036]优选地，步骤(g)包括以下步骤:将腔中的流体暴露于活塞并改变腔中流体的体积以增加和减小捕集压力，从而将捕集压力维持在变形流体压力值。