具有增压单元的环状屏障的制作方法

本发明涉及一种环状屏障，其待在井下于金属井管结构与井孔的内壁之间的环空中膨胀，用于在井孔的第一区域和第二区域之间提供区域隔离。本发明还涉及一种井下系统，其包括金属井管结构和环状屏障。

背景技术：

1、在井筒中，环状屏障用于不同的目的，例如提供隔离屏障。环状屏障具有安装为井管结构的一部分的管状部件，该井管结构例如为被环形可膨胀套筒围绕的生产套管。可膨胀套筒通常由金属制成，并且在其端部紧固到环状屏障的管状部件。

2、井的压力范围由金属井管结构(如生产套管)和井硬件(如井结构中使用的其他完井部件)的破坏额定值决定。在某些情况下，环状屏障的可膨胀套筒可通过增加井内的压力来膨胀，这是膨胀套筒和坐放这种金属封隔器的最具成本效益的方式。井的额定压力限定了在不损坏该井的其它部件的情况下可施加在井中用于膨胀套筒的最大压力，并且希望最小化膨胀套筒所需的膨胀压力，以便最小化井对膨胀压力的暴露，因为许多井的额定压力低于膨胀环状屏障的可膨胀金属套筒所需的压力。

3、当膨胀时，环状屏障可能受到来自外部的连续压力或周期性高压，其形式为井环境内的液压或地层压力。在某些情况下，这种压力可能导致环状屏障塌缩，由于密封性能因塌缩而导致损失，因此这种塌缩可能对被环状屏障密封的区域产生严重后果。

4、目前对环状屏障坍塌等级的要求已经导致使用越来越高的膨胀压力，因为可膨胀金属套筒必须做得更厚。然而，不仅完井的额定压力受到膨胀压力增加的影响；各种井下工具也可能在高压下失效或停止工作。因此，一些井具有较低的额定压力，即井内允许使用的膨胀压力，以保护井内的工具和设备免受损坏。这个问题可通过减小可膨胀套筒的厚度或强度来解决。然而，这削弱了塌缩等级。

技术实现思路

1、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环状屏障，其能在不损坏完井中的其它部件，并且不降低环状屏障的塌缩等级的情况下膨胀。

2、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，即通过一种环状屏障来实现，该环状屏障待在井下于金属井管结构与井孔内壁之间的环空中膨胀以在井孔的第一区域与第二区域之间提供区域隔离，该环状屏障包括：

3、-安装为金属井管结构的一部分的管状金属部件；

4、-围绕所述管状金属部件的可膨胀金属套筒，所述可膨胀金属套筒的每个端部均与管状金属部件连接；

5、-在所述可膨胀金属套筒和所述管状金属部件之间的可膨胀空间；以及

6、-在所述管状金属部件上的膨胀开口，流体经由该膨胀开口进入，以便使所述可膨胀金属套筒膨胀，

7、其中所述环状屏障还包括具有第一内孔和活塞单元的增压单元，所述第一内孔包括具有第一内径的第一内孔部分和具有第二内径的第二内孔部分，所述活塞单元包括具有对应于所述第一内径的第一外径的第一活塞和具有对应于所述第二内径的第二外径的第二活塞，所述第二活塞借助连接杆连接到所述第一活塞，所述连接杆具有比所述第二活塞小的外径，所述第一外径小于所述第二外径，所述第一内孔部分具有通过第一流体通道与所述膨胀开口流体连通的第一开口，在所述第一流体通道中布置有第一止回阀，所述第一止回阀允许流体进入所述第一开口，所述第一内孔具有与所述第一流体通道的位于所述第一止回阀上游的部分流体连接的第二开口，该第一内孔部分具有通过第二止回阀与所述可膨胀空间流体连通的第三开口，该第二内孔部分具有第四开口，所述第四开口用于流体进入以便允许所述第一活塞在第一方向上移动，从而通过所述第三开口将流体喷射到所述可膨胀空间中，并且所述第四开口用于排出流体，以便允许所述第一活塞在与所述第一方向相反的第二方向上移动，并且

8、其中所述第二内孔部分具有第五开口和定序活塞，所述第五开口通过第二流体通道与所述第四开口流体连通，所述定序活塞围绕所述连接杆并具有第一顺序位置和第二顺序位置，在所述第一顺序位置，所述定序活塞阻止所述第二开口和所述第五开口之间的流体连通，在所述第二顺序位置，所述定序活塞允许所述第二开口和所述第五开口之间的流体连通，以便使所述活塞单元在所述第一方向上移动。

9、此外，所述第一内孔可包括布置在所述第五开口和所述第三开口之间并与所述环空流体连通的第六开口。

10、此外，所述第六开口可通过过滤元件与所述环空流体连通。

11、此外，所述第二活塞可在所述第四开口和所述第五开口之间移动，使得流体经由所述第二流体通道在所述第四开口和所述第五开口之间流动。

12、此外，所述定序活塞可具有第一活塞部分和第二活塞部分以及连接所述第一活塞部分和所述第二活塞部分的中间活塞部分，所述中间活塞部分具有比所述第一活塞部分和所述第二活塞部分更小的外径，使得当所述定序活塞处于所述第二顺序位置时所述第二开口和所述第五开口流体连接。

13、此外，所述定序活塞可具有第一活塞部分和第二活塞部分以及连接第一活塞部分和第二活塞部分的中间活塞部分，所述中间活塞部分具有比所述第一活塞部分和所述第二活塞部分更小的外径，从而在所述第一内孔和所述定序活塞之间提供环形空腔，以使流体能够通过。

14、此外，所述定序活塞可具有贯通的内孔，所述贯通的内孔的孔径大于所述连接杆的外径，使得允许流体在所述连接杆和所述定序活塞之间通过。

15、此外，所述定序活塞的第一活塞部分和第二活塞部分的外径可对应于所述第二内孔部分的内径。

16、此外，所述定序活塞的第二活塞部分可设置有至少两个密封元件，所述密封元件之间的距离大于所述第五开口的直径。

17、此外，所述连接杆的外径可小于所述第一外径和所述第二外径。

18、此外，所述连接杆的外径可小于所述第一外径，并且基本上等于所述第二外径。

19、此外，所述第一活塞可在所述第二开口和所述第三开口之间移动。

20、此外，所述第一活塞和/或所述第二活塞可具有金属密封件、陶瓷密封件或类似的密封件，而不是弹性密封件或o形环。

21、此外，所述环状屏障可包括第二外径，该环状屏障的第二外径为所述第一外径的1.5倍多，优选为所述第一外径的2倍多，并且更优选为所述第一外径的2.5倍多。

22、此外，所述增压单元可包括第二内孔，该第二内孔具有与所述膨胀开口流体连接的第一孔和与所述第一流体通道流体连接的第二孔，在所述第二内孔中布置有借助第二连接杆连接的第三活塞和第四活塞，并且在部署位置，所述第三活塞和所述第四活塞布置在所述第二孔的两侧，从而防止流体进入所述可膨胀空间。

23、此外，所述第二内孔可包括与所述环空流体连通的第三孔和与所述可膨胀空间流体连通的第四孔。

24、此外，在所述部署位置，所述第三活塞和所述第四活塞可均布置在所述第三孔和所述第四孔的一侧上，从而在所述第三孔和所述第四孔之间提供流体连通。

25、此外，可设置剪切销，所述剪切销用于在于所述金属井管结构中获得用于作用在所述第三活塞上的预定压力之前，防止所述第三活塞和所述第四活塞移动。

26、此外，在部署和剪切销剪切之后，所述第三活塞和所述第四活塞可移动，从而在所述第一孔和所述第二孔之间提供流体连通。

27、此外，所述增压单元可包括第一腔室，该第一腔室具有第一腔室开口，所述第一腔室开口流体连接到所述第二内孔部分，用于蓄积来自所述第二内孔部分的流体。

28、此外，所述第一腔室可以是蓄积腔室。

29、此外，所述第一腔室可具有与所述第一流体通道流体连接的第二腔室开口，并且所述第一腔室可包括第一腔室活塞，所述第一腔室活塞借助于第一弹簧被弹簧加载，使得将所述第一腔室活塞朝向所述第一腔室开口推压，所述第一腔室活塞被允许在所述第一腔室开口和所述第二腔室开口之间移动。

30、此外，所述增压单元可包括经由所述第一腔室与所述第二内孔部分流体连接的第二腔室。

31、此外，所述第二腔室可包括与所述第一腔室流体连通的第三腔室开口，所述第二腔室包括与所述环空流体连接的第四腔室开口，所述第二腔室包括第二腔室活塞，该第二腔室活塞借助第二弹簧被弹簧加载，使得将所述第二腔室活塞朝向与所述第二内孔部分的流体连接推压，并且被推压在所述第三腔室开口和所述第四腔室开口之间移动。

32、最后，本发明涉及一种井下系统，包括金属井管结构和如上所述的环状屏障，其中所述管状金属部件安装为所述金属井管结构的一部分。