环状屏障和井下系统的制作方法

本发明涉及一种环状屏障，其能在井下于金属井管结构和井孔的内壁之间的环空中膨胀至环状屏障的已膨胀状态。本发明还涉及一种井下系统，其包括金属井管结构和至少一个环状屏障。

背景技术：

1、环状屏障在井下用于在井孔中的位于金属井管结构与井孔壁部或与另一金属井管结构之间的环空中提供第一区域与第二区域的隔离。

2、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力，这些压力或者是井环境内的液压形式，或者是地层压力形式。在某些情况下，这种压力可能导致环状屏障的已膨胀的金属套筒塌缩，这可能对由屏障提供的区域隔离产生严重后果，因为密封性能由于所述塌缩而损失。

3、因此，环状屏障的已膨胀的套筒承受塌缩压力的能力受到许多变量的影响，例如材料强度、壁厚、暴露于塌缩压力的表面积、温度、井筒流体等。然而，可膨胀金属套筒越厚，膨胀套筒所需的膨胀压力就越大，而其它完井部件无法耐受如此高的膨胀压力。因此，环状屏障设置有阀系统，该阀系统与第一区域、第二区域以及环状屏障的已膨胀的金属套筒下方的空间流体连接，使得该空间总是与第一和第二区域中的较高压力压力平衡。为了使阀系统与第一区域和第二区域都流体连接，液压管t布置在可膨胀金属套筒和可膨胀金属套筒围绕其延伸的金属井管结构之间。然而，这种液压管t对于一些井的应用是不够的，在这些井的应用中，井孔和金属井管结构之间的间隙非常小，并且没有用于液压管的空间。在这种应用中，两个环状屏障“背对背”布置，即在彼此旁边/彼此相邻，使得一个环状屏障将其空间压力与第一区域中的压力压力平衡，并且另一个环状屏障将其空间压力与第二区域中的压力压力平衡，并且没有一个环状屏障与环状屏障之间的区域压力平衡。然而，这种“背对背”的方案是昂贵的，因为需要两个环状屏障。

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改进的环状屏障，其在无需增加可膨胀金属套筒的厚度的情况下也不会塌缩，并且其足以用于所有的井应用，即与井孔和金属井管结构之间的间隙大小无关。

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，该环状屏障能在井下于金属井管结构与井孔的内壁之间的环空中膨胀到环状屏障的已膨胀状态，从而在井孔的第一区域和第二区域之间提供区域隔离，该环状屏障具有未膨胀状态和所述已膨胀状态，该环状屏障包括：

3、-管状金属部件，其安装为金属井管结构的一部分；

4、-围绕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所述管状金属部件连接，从而限定出可膨胀空间，所述可膨胀金属套筒具有第一厚度；

5、-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；以及

6、-阀组件，其具有在环状屏障的已膨胀状态下与第一区域流体连接的第一开口、经由在管状金属部件和可膨胀金属套筒之间的流体通道与第二区域流体连接的第二开口、以及与可膨胀空间流体连接的第三开口，

7、其中所述流体通道具有沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度，该沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少5％。

8、此外，所述流体通道可由布置在所述可膨胀金属套筒和所述管状金属部件之间的壁提供。

9、此外，所述壁可呈板状。

10、此外，所述流体通道可由布置在所述管状金属部件和所述可膨胀金属套筒之间的壁提供，所述壁的每个端部各自布置在所述管状金属部件与所述可膨胀金属套筒的端部之一之间。

11、因此，所述流体通道可由布置在所述管状金属部件和所述可膨胀金属套筒之间的板状壁提供，所述壁的每个端部各自布置在所述管状金属部件与所述可膨胀金属套筒的端部之一之间。

12、此外，所述可膨胀金属套筒可具有沿所述纵向延伸方向的第一长度，所述壁具有沿所述纵向延伸方向的第二长度，所述第二长度大于等于所述第一长度。

13、此外，所述壁可具有沿所述纵向延伸方向的轴向延伸长度，该轴向延伸长度大于所述管状金属部件的周长。

14、此外，所述壁可具有周向延伸长度，该周向延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少10％、优选为所述管状金属部件的周长的至少25％。

15、此外，所述壁的每个端部可布置在所述可膨胀金属套筒的端部之一与所述管状金属部件之间，使得所述壁的一个端部布置在所述可膨胀金属套筒的一个端部与所述管状金属部件之间，并且所述壁的另一个端部布置在所述可膨胀金属套筒的另一个端部与所述管状金属部件之间。

16、此外，所述壁可在所述可膨胀金属套筒的下方从一个端部延伸到另一个端部，所述流体通道在所述壁的下方。

17、此外，所述流体通道可具有沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度，该沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少10％、优选为所述管状金属部件的周长的至少25％、更优选为所述管状金属部件的周长的至少50％。

18、通过具有至少部分环形的流体通道，不再需要液压管来提供流体通道，以使环状屏障中的空间中的压力与第一和第二区域中的压力平衡。液压管在径向方向上比部分环形的流体通道占据更多的空间，因此，与使用在管状金属部件和可膨胀金属套筒之间延伸的液压管相比，环状屏障的总外径显著减小。

19、此外，所述阀组件可包括与所述膨胀开口流体连接的第四开口。

20、此外，所述壁可具有小于所述第一厚度的第二厚度。

21、此外，所述流体通道可由具有小于所述第一厚度的第二厚度的壁提供。

22、此外，所述流体通道可由呈至少部分管状并围绕管状金属部件的壁提供。

23、通过在可膨胀金属套筒和管状金属部件之间具有壁，当在环状屏障的径向方向上观察时，简单的部分环形流体通道仅由一个壁厚提供，而与此相比，液压管则需通过将该壁厚增大到两倍来提供流体通道。

24、此外，该壁可沿着管状金属部件的圆周的至少一部分延伸并且沿着管状金属部件的轴向延伸方向延伸。

25、此外，流体通道可由管状套筒提供，该管状套筒具有壁，该管状套筒的壁围绕管状金属部件并且位于可膨胀金属套筒内，从而提供出所述流体通道。

26、这样，与已知的液压管相比，该壁仅用一个壁厚而不是两倍的壁厚围成至少部分环形的流体通道。

27、此外，环状屏障在可膨胀金属套筒和管状金属部件之间可仅具有一个壁厚。

28、此外，环状屏障在可膨胀金属套筒和管状金属部件之间可仅具有一个壁，该壁围绕管状金属部件整圈地延伸。

29、此外，管状套筒至少在可膨胀金属套筒膨胀后可以是不动的。

30、此外，在膨胀期间，所述管状套筒可不随着可膨胀金属套筒一起膨胀。

31、此外，流体通道可布置在管状套筒和管状金属部件之间，并且可膨胀金属套筒可围绕管状套筒，从而在可膨胀金属套筒和管状套筒之间限定可膨胀空间，并且阀组件可控制可膨胀空间中的压力。

32、此外，第二厚度可在1mm至5mm的范围内、优选地在1mm至3mm的范围内。

33、此外，所述第二厚度可比所述第一厚度小50％。

34、此外，所述壁可具有外表面和内表面，并且所述壁的内表面可布置在与管状金属部件的外表面相距0.5-3mm的距离处。

35、此外，所述壁可具有间隔部，所述间隔部确保所述壁的内表面和所述管状金属部件的外表面之间的距离。

36、此外，所述壁可具有间隔部，所述间隔部即使是在通过对所述壁和所述可膨胀金属套筒之间的空间加压而使所述可膨胀金属套筒膨胀时也能确保所述壁的内表面和所述管状金属部件的外表面之间的距离。

37、此外，间隔部可以是焊缝。

38、此外，间隔部可以是一个或多个凹陷部。

39、此外，凹陷部可通过冲压形成。

40、此外，凹陷部可至少沿着管状金属部件的纵向延伸方向分布。

41、此外，流体通道可以是环形流体通道。

42、此外，当在横截面中看时，所述流体通道可以是环形流体通道。

43、此外，该壁可仅部分地围绕管状金属部件，并且可沿着管状金属部件的纵向延伸方向连接到管状金属部件。

44、此外，流体通道可具有月形横截面。

45、此外，流体通道中的压力等于第二区域中的压力。

46、此外，可膨胀金属套筒和壁之间的可膨胀空间中的压力总是大于或等于流体通道中的压力。

47、此外，环状屏障可包括将可膨胀金属套筒连接到管状金属部件的第一连接部件，所述第一连接部件包括将所述阀组件的第三开口与所述可膨胀空间流体连接的第一通路，并且所述第一连接部件包括将所述阀组件的第二开口与所述流体通道流体连接的第二通路。

48、此外，所述第一连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述壁连接到所述管状金属部件。

49、此外，所述第二连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述壁连接到所述管状金属部件。

50、此外，所述第一连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述管状套筒连接到所述管状金属部件。

51、此外，所述第二连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述管状套筒连接到所述管状金属部件。

52、此外，所述环状屏障可包括将所述可膨胀金属套筒连接到所述管状金属部件的第二连接部件，所述第二连接部件包括将所述流体通道与所述第二区域流体连接的第三通路。

53、此外，所述第三通路可在一端与所述第二区域流体连通，并且在另一端与所述流体通道流体连接，所述流体通道流体连接到所述第二通路，并且所述第二通路流体连接到所述阀组件的第二开口。

54、此外，在所述可膨胀金属套筒和所述管状金属部件之间的所述可膨胀空间可流体连接到所述第一通路，所述第一通路流体连接到所述第一开口，所述第一开口在所述环状屏障的已膨胀状态下与所述第一区域流体连接。

55、此外，所述第四开口可在所述可膨胀金属套筒的膨胀期间与所述可膨胀空间流体连接，并且所述第四开口可在膨胀之后与所述可膨胀空间流体断开。

56、此外，所述阀组件可包括第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述第一开口与所述可膨胀空间流体连接，在所述第二位置，所述第二开口与所述可膨胀空间流体连接。

57、此外，在第一位置，第一区域中的压力可高于第二区域中的压力，并且在第二位置，第二区域中的压力可高于第一区域中的压力。

58、此外，在第一位置和第二位置，第四开口可与膨胀开口流体断开。

59、此外，阀组件可以是压力补偿阀组件。

60、此外，环状屏障可包括第一筛和/或第二筛，所述第一筛用于在来自所述第一区域的流体进入所述阀组件之前对流体进行过滤，所述第二筛用于在来自所述第二区域的流体进入所述阀组件之前对流体进行过滤。

61、最后，本发明涉及包括金属井管结构和至少一个环状屏障的井下系统。