专利名称：密封一环状空间的方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动一在一伸进一在一地层内形成的井眼的管状元件和一环绕着此管状元件的圆筒形壁之间形成的环状空间中配置的井下(downhole)系统的方法。此圆筒形可以是，例如，此井壁或伸进此井眼之一套管(casing)之壁。
在许多井筒用途上，需要这种向井下系统来进行一井下过程或启动这种过程。已试过借助从表面伸入井筒中的液压或电控制管线来驱动此井下系统。但是，这种控制管线易损坏且常妨碍井的构造。例如，如果此管状元件是一井筒(well bore)套管且电控线被用在此套管的外表面，就得在每个两部分邻接管接合部处加用电连接件。
本发明的一个目的正是提供一种得到改进的驱动一在一伸进一井眼的管状元件和一环绕着此管状元件的圆筒形壁之间形成的环状空间中配置的井下系统的方法。
按本发明提供的是一种驱动一在一伸进一穿入一地层形成的井眼的径向可扩张管状元件和一环绕着此管状元件的圆筒形壁之间形成的环状空间中配置的井下系统的方法，此井下系统被配置以便由一环状运动装置沿此管状元件的运动来驱动，本方法包括-环绕管状元件配置所述环状运动装置，此运动装置内径略大于管状元件保持原形未扩张时的外径；-借助一扩张器朝运动装置的方向通过管状元件的运动来逐渐扩张管状元件之一部，由此，管状元件一过渡区在管状元件的扩张部和未扩张部之间得到确定；-过渡区与运动装置接触时，继续扩张器通过管状元件的运动以便使运动装置沿管状元件轴向运动，由此，运动装置对井下系统进行驱动。
这样一来结果是，管状元件一扩张，井下系统就被运动装置触发进行一向下钻进过程。产生这种触发无需控制管线从表面伸入井内。
本发明将在下文更详细地通过例子参照附图加以描述，在附图中
图1A-1C概略示出一在本发明的方法中使用的一井筒系统的第一实施例，图中所示为处在使用该井筒系统的不同阶段；图2A-2B概略示出一在本发明的方法中使用的一井筒系统的第二实施例，图中所示为处在使用该井筒系统的不同阶段；图3A-3C概略示出一在本发明的方法中使用的一井筒系统的第三实施例，图中所示为处在使用该井筒系统的不同阶段；图4A-4C概略示出一在本发明的方法中使用的一井筒系统的第四实施例，图中所示为处在使用该井筒系统的不同阶段；图中相同代号与相同的部件有关。
参照图1A，图中示出一穿入一地层3形成的井眼1，井壁用代号4表示。一形式为有纵轴7的金属井筒套管6的管状元件基本同心地伸入井筒1中。这样，一环状空间8就在所述两圆筒形件之间形成。当然井筒壁4无需为完全圆筒形，因为它常因，例如，在钻井过程中发生的冲蚀而形状不规则。
套筒6装有一形式为一套环绕套管6配置、沿其轴向相互偏移的三个环状密封件10、12、14，并带有一个形式为被固定地连接至套管6并被配置在这套密封件一侧的环状止动件16的止动装置的井下系统。此外，套管装有一形式为被配置在这套密封件10、12、14另一侧的金属压缩套筒17的移动装置。挤压套筒17可相对套管6沿其轴向移动。
密封件10、12、14用柔性材料如橡胶制成，并可选择用嵌在柔性材料中的轴向延伸的加强筋(未示出)沿轴向强化。密封件10有一邻接密封件12的锥形边缘18，密封件12有一邻接密封件10的锥形边缘20和一邻接密封件14的锥形边缘22，同时密封件14有一邻接密封件12的锥形边缘24和一邻接止动件16的锥形边缘26。止动件16有一邻接密封件14的锥形边缘28。锥形边缘18、20的取向当密封件10被推向密封件12时可促使密封件10沿密封件12的径向外表面30滑动。同样，锥形边缘22、24的取向当密封件12被推向密封件14时可促使密封件12沿密封件14的径向外表面滑动。此外，锥形边缘26、28的取向当密封件14被推向止动件16时可促使密封件14沿止动件16的径向外表面34滑动。
套管6有一径向扩张部40、一径向未扩张部42和一过渡部44，后者位于扩张部和未扩张部40、42之间，其直径由未扩张直径变至扩张直径。
止动件19、密封件10、12、14和挤压套筒17均被配置环绕着套管的未扩张部分42，挨着套管挤压套筒17被配置得与套管的过渡部44相邻。
挤压套筒17有一与套管6扩张部邻近的边缘46，边缘46设有一确保此边缘与套管6过渡部44之间的低摩擦力的径向轴承。此轴承可为，例如，青铜或特氟隆(商标)衬套，推力轴承(例如，沿边缘圆周规则分布的轴承珠组)或流体静力轴承。
参看图2A、2B，图中示出一形式为一环绕着套管6配置的环状喷射装置51的井下系统，喷射装置51一经驱动即将一选用流体喷入环状空间8。喷射装置包括一环状泵52，环状泵被设置成以便一经挤压套筒17驱动即可经一导管54和多个圆周分布的环状喷嘴56将选用流体泵入环状空间8。选用流体是，例如，使存于环状空间8的水泥浆(未示出)体硬化的化学活化剂或触发存于环状空间8的树脂(未示出)体的化学反应的催化剂或化学品。若干所述环状喷射装置51沿套管6以选定轴向相互距离予以配置，但为了简化，仅示出一个喷射装置51。
参看图3A-3C，图中示出一形式为环绕套管6配置的套管定中心器60的井下系统，此定中心器与惯常弓式定中心器很相似。定中心器60有弹簧臂62，当定中心器60轴向压缩时弹簧臂62即弯曲并由此对着井筒壁径向扩张。定中心器60有一固定地连接至套管6的端部64(远离挤压套筒17)和一可沿套管6轴向滑动的端部66(与挤压套筒17相邻近)。
参看图4A-4C，图中示出一包括一环绕套管6配置的可滑动套筒70的井下系统，套筒70内径略大于套管6的外径。套管6壁装有在套管6内外间提供流体连通的多个开口72。
在第一实施例正常操作时，套管6被安装在井筒1中，止动件16、密封件10、12、14和挤压套筒17则环绕着套管6予以配置，如图1A所示。然后有一扩张器(未示出)被推或拉通过套管6以便径向扩张套管6，由此形成其初始扩张部40。适合的扩张器是，例如，锥形扩张器或沿与套管接触的表面装有辊子的锥形扩张器。由此扩张过程套管6得以塑性变形。
再参看图1B，扩张器受驱运动朝止动件16方向通过套管1，由此增加扩张部40的长度并使过渡部44朝止动件16方向移动。过渡部44与挤压套筒17的边缘46一接触，过渡部44的持续移动就使挤压套筒朝止动件16方向运动。挤压套筒17由此使密封件10迎着密封件12运动然后沿其径向外表面30滑动。当密封件10完全套在密封件12上时，过渡部44的持续移动使挤压套筒17迎着密封件14运动然后沿其径向外表面32滑动。当密封件10、12完全套在密封件14上时，过渡部44的持续运动使挤压套筒17让密封件14迎着止动件16运动然后沿其径向外表面34滑动。这样就形成一套径向堆叠的密封件50。
再参看图1C，扩张器的运动受驱继续进行从而使过渡部44的移动得以延续。由于止动件16阻止挤压套筒17和该套径向堆叠的密封件50再进行任何轴向运动，过渡部44的持续运动导致挤压套筒17、止动件16和该套径向堆叠的密封件50径向扩张。由此该套径向堆叠的密封件被牢固地挤压在止动件16和井壁4之间，从而形成这之间的一环状密封。
如此即可告成的是，一环状密封在套管6和井筒壁1之间产生，此间原存在着一相当大的环状空间，又，此间形成密封的各个单独的密封件相对是薄的，因而套管6在井中的安装不受此密封妨碍。
在第二实施例正常操作时，套管6被安装在井1中，伴随着挤压套筒17和喷射装置51环绕着它配置，由此，喷射装置51被固定地连接至套管6。水泥浆然后被泵入环状空间8，水泥浆当与所选化学活化剂接触时即硬化。喷射装置51含一适量这种化学活化剂，足以使在此喷射装置和轴向某距离处配置的另一喷射装置中间的水泥浆的一部分硬化。扩张器然后被推或拉通过套管6以便径向扩张套管6并由此形成初始扩张部40。如图2B所示，扩张器朝着喷射装置51的方向受驱运动通过套管1由此使过渡部44朝着喷射装置51的方向移动。过渡部44一与挤压套筒17的边缘46接触，过渡部44的持续移动便使挤压套筒迎着喷射装置51的环状泵52运动。由此泵52即将化学活化剂经导管54和喷嘴56泵入存于环状空间8中的水泥浆体。结果，在此喷射装置和另一喷射装置中间的那部分水泥浆即硬化并由此密封住环状空间8。扩张器通过喷射装置51接着运动使喷射装置51因其径向扩张而变扁。如此即可告成的是，水泥的硬化仅在套管6已被成功扩张处那些部分水泥浆上发生。万一扩张器在套管中堵住，未扩张的套管部可被取回(retrieved)至表面。作为一种选择，残留的水泥可能有如此之成分，水泥会在一延长的时间段(数量级为数天)后凝固，因此会形成一惯常凝结的环。
在第三实施例正常操作时，套管6被安装在井筒1中，伴随着挤压套筒17和套管定中心器60环绕套管6安装。扩张器然后被推或拉朝定中心器60的方向通过套管6以便径向扩张套管6从而形成初始扩张部40。如图3B所示，过渡部44的持续移动使挤压套筒17迎着定中心器60运动从而使端部66朝端部64的方向运动。结果，定中心器被挤压以致弹簧臂62迎着井筒壁径向扩张。如图3C所示，扩张器通过挤压套筒17和定中心器60接着运动使定中心器60的端部64、66径向扩张。由此弹簧臂62迎着井筒壁被挤压得更甚，这样套管6就适当地处于井1之中心。
在第四实施例正常操作时，套管6被安装在井筒1中，伴随着挤压套筒17和可滑动套筒70环绕套管6安装，开口72未被遮盖。开口72被用于将水泥从套管6内泵入环状空间8(此为一惯常操作)。
此后扩张器被推或拉通过套管6朝套筒70的方向以便径向扩张套管6从而形成初始扩张部40。如图4B所示，过渡部44的持续运动使挤压套筒17迎着套筒70运动，由此使套筒70在套管有开口72那部分滑动并由此遮盖住开口72。如图4C所示，扩张器通过可滑动套筒70的持续运动使挤压套筒17和可滑动套筒70径向扩张。如此即可告成的是，可滑动套筒70充分地遮盖了开口72并将套管外侧与套管内侧密封而隔绝。
权利要求
1.一种驱动一在一伸进一穿入一地层形成的井眼的径向可扩张管状元件和一环绕着此管状元件的圆筒形壁之间形成的环状空间中配置的井下系统的方法，此井下系统被配置以便由一环状运动装置沿此管状元件的运动来驱动，本方法包括-环绕管状元件配置所述环状运动装置，此运动装置内径略大于管状元件未扩张时的外径；-借助移动一扩张器朝运动装置的方向通过管状元件来逐渐扩张管状元件之一部分，由此，管状元件一过渡区在管状元件的扩张部和未扩张部之间被限定；-过渡区与运动装置接触时，继续扩张器通过管状元件的运动以便使运动装置沿管状元件轴向运动，由此，运动装置对井下系统进行驱动。
2.如权利要求1所述的方法，其中圆筒形壁为井筒壁，而井下系统包括一套以环状密封件沿轴向相互偏移的方式配置在环状空间的环状密封件，其中，在驱动井下系统的过程中，密封件以这样一种方式互相相对轴向移动，此方式是，密封件径向堆叠起来以便形成一套径向堆叠的密封件将环状空间密封住。
3.如权利要求2所述的方法，其中对每对相邻密封件来说，该对的第一密封件被促动沿该对的第二密封件的一径向外或内表面滑动。
4.如权利要求3所述的方法，其中每对相邻密封件中的第一密封件由一柔性材料制成，其中还有，第一密封件在沿所述径向外表面滑动时径向被延展，或，在沿所述径向内表面滑动时径向被压缩。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中每对相邻密封件中的第一密封件被促动沿所述该对中第二密封件的径向外表面滑动。
6.如权利要求1所述的方法，其中井下系统包括一在其驱动时将一选定流体喷入环状空间的环状喷射装置。
7.如权利要求6所述的方法，其中选定流体包括用来硬化环状空间中存在的水泥浆的化学活化剂或用来触发环状空间存在的树脂的化学反应的催化剂或化学品之中的一种。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中井下系统包括多个以所选相互间轴向距离在环状空间配置的所述环状喷射装置，由此这些喷射装置与扩张器通过管状元件的运动相一致地被顺序驱动。
9.如权利要求1所述的方法，其中管状元件为一井眼套管，其中还有，井下系统为一套管定中心器，套管定中心器有定中心器部件，一旦套管定中心器被运动装置驱动定中心器部件就径向扩张。
10.如权利要求9所述的方法，其中定中心器部件借助定中心器部件的弯曲而径向扩张。
11.如权利要求1所述的方法，其中管状元件设有至少一个开口在管内外间提供流体连通，其中还有，井下系统包括一可在套筒未盖住每个开口的第一位置和套筒遮盖每个开口的第二位置之间滑动的套筒。
12.此处所述方法实质上如同前面参照附图所述。
全文摘要
提供了一种驱动一在一伸进一穿入一地层形成的井眼的径向可扩张管状元件和一环绕着此管状元件的圆筒形壁之间形成的环状空间中配置的井下系统的方法。井下系统被配置以便由一环状运动装置沿此管状元件的运动加以驱动。本方法包括将所述环状运动装置环绕此管状元件配置，此运动装置有一略大于管状元件未扩张形状外径的内径，并用一扩张器通过此管状元件朝此运动装置的方向运动来逐渐扩张管状元件的一部分，由此管状元件之一过渡区在管状元件的扩张部和未扩张部之间被确定。过渡区与此运动装置一接触，扩张器通过管状元件的继续运动就使运动装置轴向沿管状元件运动，由此运动装置对井下系统进行驱动。
文档编号E21B33/12GK1630767SQ02814404
公开日2005年6月22日 申请日期2002年7月18日 优先权日2001年7月18日
发明者马丁·G·R·博斯马, 埃里克·K·科内利森 申请人:国际壳牌研究有限公司