具有倾斜密封唇的管状元件以及将其应用至井壁的方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种可径向扩张的管状金属元件，其设有一串的环形密封唇。[0002]本发明还涉及一种将这种类型的元件紧密地应用至井或者井套管的方法。【
背景技术：
】[0003]本发明应用的
技术领域：
是将井的某些部分相对其它部分密封的
技术领域：
，例如，在内部界定后来可能会起作用的密封区域。举个简单的例子，可以在这种区域内实施水力裂解工艺。[0004]为了说明在这方面的现有技术，随附的图1和图2示意出管状金属管道I的置于井内(更具体来说是置于井的水平部分)的一部分。[0005]实际上，该管道I还包括截止在井表面的竖直的上游端部，以及用于连接竖直部分和水平部分的弯曲的中间部分(为了清楚起见，在此未示出弯曲的中间部分)。[0006]由多个首尾连置的部分形成管状的管道，从而形成成品。[0007]在以上两幅图中，管道置于金属管(套管)A内，金属管(套管)A已经预先置于井内，例如用以加强井壁。[0008]然而，可以由A表示井壁的原始表面，该井中预计要进行施工。[0009]如本身已知的那样，管道I包括至少一个开口10，开口10能够使其内部的空间与外部连通。[0010]随附的附图示出仅仅一个开口10。然而，可以使用更多数目的开口，例如四个或者六个。[0011]筒状的或者近似为筒状的套筒2在该管道的外表面延伸并跨过管道的一部分，该套筒的相对的端部20连接至该管道的外表面，并且与该管道的外表面牢固固定。该套筒优选为由金属制成。[0012]仍然已知地，全部套筒2或者套筒2的一部分长度由可弹性变形材料层(例如弹性体)包裹，其构成几毫米厚的环形的密封“层”3。[0013]图1示出套筒2处于初始状态，具体地说，套筒的壁面还没有变形。在这个阶段，套筒2整体为圆柱形。该图的表现形式仅仅为假定的和说明性的，其中中央部分相对于端部在径向上有所偏移。[0014]正如图2中显现的，由于在管道I内部施加充足的流体压力Pl(例如，优选的流体为水)，该压力经过开口10与套筒2的内部连通，套筒2在径向上扩张而超出其弹性变形范围。[0015]在这个过程中，弹性体材料层3产生与套管A的内壁或者井的内壁的接触。[0016]之后，由于施加附加压力ΔP，从而总的压力变为Pl+ΔP，因而弹性体3相对壁面压缩，并且因此密闭地隔开布置在套筒2的两侧的环形空间EAl和环形空间EA2。[0017]然后，当管道I内部的内部承受降低而回落到初始压力时，由于微小的回弹，套筒2的直径趋于轻微地减小。这种几何变形一定要由密封层3来弥补，从而在上述的环形空间之间维持适当的隔离。[0018]在图2中，Z代表在图3和图4中放大示出的区域。[0019]套筒2的壁面附图标记为21，并且其相对的内表面和外表面的附图标记分别为210和211。[0020]对于材料层3，其内表面标记为30，而其外表面标记为31。[0021]图3示出了处于套筒扩张期间的装置，而图4示出扩张压力消失之后的装置。由于材料3形成的弹性体相对而言是不可压缩的，因而，即使在施加了强大的附加压力并且与井A的壁面接触之后，材料3形成的弹性体也压缩得非常少。[0022]该附加压力可以大约为50至100巴。[0023]在撤销压力并且套筒2回弹之后，井的内壁可能与材料层3之间不再接触，从而形成在上述的环形空间EAl和环形空间EA2之间连通的空间j。[0024]这种情况并不形成令人满意的密封。[0025]也已经不提倡使用连续的密封材料层，而是使用一串互相分离的环形密封绑带，正如文献US6640893中所描述的一样。[0026]在想象这些密封绑带的横截面(横断面)时，这就理解为由环形空间4彼此分隔的一串“狭缝”3，正如图5中所示的一样。[0027]大多数时候，当水填充井时，套筒2扩张，从而这种流体被封闭在密封绑带之间的空间4内。[0028]由于这种流体不怎么可压缩，因而能够在绑带3之间储存压力ΔP，并且流体不再流走。[0029]由于这些原因，在此也存在图3和图4中的明显密封缺陷。[0030]也提出了其它的可扩张套筒变形技术。[0031]文献US7370708公开了一种装置，其包括直接与可扩张套筒一体成型的金属唇。[0032]在套筒利用心轴的纵向滑动而扩张的过程中，这些唇紧靠着壁面逐步地塑性变形。这些唇微小的回弹不足以补偿塑性变形和套筒自身的直径减少，这在两个环形空间EAl和EA2之间形成连通空间。[0033]此外，文献US7070001公开了具有可扩张套筒的密封唇体，其通过轮系来变形。[0034]这些唇与可膨胀弹性体的端层结合，并且还用作为抗挤压构件。【
发明内容】[0035]本发明的目的是纠正本文以上所描述的现有技术中的问题，并且提供一种径向可扩张的管状元件，当将其应用至井或者套管的壁面时，其环形的密封唇能够恰当地实现其功能。[0036]因此根据本发明的第一个方面，其涉及径向可扩张的管状金属元件，所述管状金属元件包括在其外表面上的至少一串由可弹性变形材料制成的环形的密封唇，这些唇两两隔开，每个唇的横截面具有端面和两个侧向壁面，其特征在于，所述唇为非金属材料，并且相对于所述外表面朝相同的方向倾斜，也就是说，每一唇的每一侧向壁面相对于所述元件的径向平面形成非零的角度。[0037]根据单独形成的具有优势的且非限制性的特征，或者根据任意的组合:[0038]所述侧向壁面是平行的；[0039]所述壁面是不平行的，所述壁面在端面平面处的跨越长度小于它们在其底部平面处的跨越长度。[0040]所述角度在20°和70°之间；[0041]所述唇固定在所述外表面上；[0042]各所述唇通过结合层在其底部平面处连接在一起，从而使得所述唇和所述层形成统一的整体；[0043]其包括至少一个在第一方向上倾斜的第一唇串，以及至少一个在第二方向上倾斜的第二唇串，所述第二方向与所述第一方向相对。[0044]本发明的另一方面涉及紧密地应用径向可扩张的管状元件的方法，该管状元件包括在其外表面上的、至少一串由可弹性变性材料制成的环形密封唇，这些唇两两隔开，每一唇的横截面具有与井壁或者置于井内套管的壁面相对的一个端面和两个侧向壁面，该元件预先置于所述井内部。该方法显著特点在于，其采用的元件的的唇由非金属材料制成，并且相对于所述外表面在相同的方向上倾斜，也就是说，每一唇的每一侧向壁面相对于所述元件的径向平面形成非零角度，并且，所述方法包括以下步骤，包括以下步骤:[0045]a)所述元件在第一压力Pl下径向扩张，直到各所述唇同时或者几乎同时与所述壁面接触为止；[0046]b)在预定的时间段内施加大于第一压力的第二压力P2，而使得唇被紧紧地挤靠在所述壁面上；[0047]c)释放所述压力。[0048]根据优选的但非限制性的特征:[0049]通过液压成形或者用可膨胀工具实施径向扩张；[0050]采用具有平行壁面的元件；[0051]采用具有不平行侧向壁面的元件，所述侧向壁面在端面平面处的跨越长度小于它们在其底部平面处的跨越长度。[0052]采用具有在20°和70°之间角度的元件；[0053]采用具有固定至所述外表面的唇的元件；[0054]采用具有如下唇的元件，所述唇通过结合层在其底部平面处连接在一起，从而所述唇和所述层形成统一的整体。[0055]采用这样的元件，其包括至少一个在第一方向上倾斜的第一唇串，以及至少一个在第二方向上倾斜的第二唇串，所述第二方向与所述第一方向相对。[0056]优选为通过液压成形或者用可膨胀元件(inflatableelement或者inflatablepacker)来实施径向扩张。【附图说明】[0057]将通过一些优选的实施方式的详细描述来呈现本发明的其它的特征和优势。[0058]将参考随附的附图来进行这种描述，其中:[0059]图6是根据本发明的管状元件沿竖直面纵向剖面的局部剖面图；[0060]图7也是剖面图，其局限于在壁面的上部部分，其示出了与图6不同的实施方式；[0061]图8和图9是高度示意性的视图，其示出在施加的压力的作用下与元件密封唇平面相关的现象；[0062]图1OA到1D是示意图，其图解了根据本发明的方法的不同步骤；[0063]图11是对应于图1OC的步骤的放大视图；[0064]图12是密封唇的另一实施方式的放大视图；[0065]最后，图13和图14以图示的方式示出密封唇在管状元件上的不同的可能布置形式。【具体实施方式】[0066]参考图6和公知技术本身，在此部分不出并标记为2的管状兀件，包括在其外表面211上的一串由可弹性变形材料(例如合成橡胶)形成的环形的密封唇5。[0067]这些唇通过例如粘附或者任何其它由技术人员所已知的方式固定到元件2的外表面211上。[0068]在此，仅仅示意出五个所述唇。然而，这是可能的示例性实施方式，并且明显地，可以使用数量多得多的密封唇。[0069]根据在此示出的直(横)截面(也就是说，根据横剖部分的平面)，这些唇具有自由端面51和两个侧向壁面52和53，这些唇以基本与其宽度相等的、大小为数值d的距离两两隔开。它们的底表面(或者底部)标记为50。[0070]根据本发明的本质的特征，这些唇相对于元件2的外表面211倾斜，也即，上述的侧向壁面52和53在相同的方向上定向，并且，当前第1页1 2