專(zhuān)利名稱(chēng)：可膨脹的井筒組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供在地層內(nèi)形成的井筒中使用的組件，該組件包含一可膨脹的管狀元件。在用于從地層開(kāi)采碳?xì)浠衔锪黧w的井筒建造的行業(yè)中，可膨脹管狀元件獲得日益增加的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的帶有嵌套式套管的井筒相比，在井筒內(nèi)可膨脹的管狀元件的主要優(yōu)點(diǎn)涉及用于流體生產(chǎn)或用于工具通過(guò)的井下的被增加的可用的內(nèi)徑。通常，可膨脹的管狀元件通過(guò)使未膨脹的管狀元件降到井筒內(nèi)然后擴(kuò)張器被推進(jìn)、被泵抽或被拉拔通過(guò)管狀元件來(lái)進(jìn)行安裝。膨脹率，即，膨脹之后的直徑與膨脹之前的直徑比，是由擴(kuò)張器的有效直徑來(lái)確定的。
背景技術(shù)：
在一些應(yīng)用中要求利用局部膨脹到大于由管狀元件的膨脹率確定的最終直徑的直徑的結(jié)構(gòu)。該局部增加的膨脹直徑可以被要求例如用來(lái)在可膨脹的管狀元件周?chē)a(chǎn)生一封隔器，用來(lái)產(chǎn)生用于把已膨脹的管狀元件固定到周?chē)鷰r層上的錨定，或用來(lái)釋放一種觸發(fā)流體。
因此，需要一種可膨脹的管狀元件系統(tǒng)，它提供相對(duì)于管狀元件的總膨脹率的局部增加的膨脹直徑。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供了一種供在地層中形成的井筒中使用的組件，它包括可膨脹的管狀元件和具有彼此以一定間距布置的第一部分和第二部分的外部結(jié)構(gòu)，上述第一部分和第二部分以這種方式被約束于管狀元件上，使得上述的間距由于管狀元件的徑向膨脹而變化，所述外部結(jié)構(gòu)還具有第三部分，該第三部分布置成在上述的第一部分和第二部分之間的間距變化時(shí)沿徑向向外移動(dòng)，其中，上述的第三部分沿徑向向外的移動(dòng)大于管狀元件的由于管狀元件的徑向膨脹引起的沿徑向向外的移動(dòng)。
通過(guò)這種方式可以達(dá)到，通過(guò)使管狀元件徑向膨脹，所述外部結(jié)構(gòu)的第三部分沿徑向向外移動(dòng)的距離大于管狀元件的壁，由此局部地提供了增加的膨脹直徑。
第三部分合適地被設(shè)置成當(dāng)?shù)谝徊糠趾偷诙糠种g的距離減小時(shí)沿徑向向外移動(dòng)。
通過(guò)允許第三部分經(jīng)由彎曲而沿徑向向外移動(dòng)，可以避免在外部結(jié)構(gòu)中使用鉸鏈裝置。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，管狀元件在其徑向膨脹時(shí)能經(jīng)受軸向縮短，并且上述外部結(jié)構(gòu)的第一部分和第二部分在軸向彼此間隔的相應(yīng)位置處被連接到管狀元件上。此外，所述外部結(jié)構(gòu)的第一部分和第二部分可以合適地在上述軸向彼此間隔開(kāi)的相應(yīng)位置處被焊接到管狀元件上。
上述管狀元件合適地是內(nèi)部管狀元件，而外部結(jié)構(gòu)是設(shè)置在內(nèi)部管狀元件周?chē)耐獠康目膳蛎浌軤钤⑶遗c內(nèi)部管狀元件相比，外部管狀元件當(dāng)不受內(nèi)部管狀元件約束時(shí)，易經(jīng)受更小的由于徑向膨脹引起的軸向縮短。為了產(chǎn)生井筒封隔器，在內(nèi)部管狀元件徑向膨脹時(shí)，在內(nèi)部管狀元件和外部管狀元件之間合適地形成一個(gè)環(huán)形空間，該空間充滿流體混合物，例如可硬化的流體混合物?？蛇x擇地，一層柔性的密封材料可以布置在外部管狀元件的周?chē)?br>

下面參照附圖通過(guò)實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1A示意地示出了按照本發(fā)明的組件的一個(gè)實(shí)施例；圖1B示意地示出了在圖1A的實(shí)施例的管狀元件的徑向膨脹期間的該實(shí)施例；圖2A示意地示出了圖1A的實(shí)施例的一種變型；圖2B示意地示出了在圖2A的變型的實(shí)施例的管狀元件的徑向膨脹期間的該實(shí)施例；圖3A示意地示出了按照本發(fā)明的組件的第一個(gè)可選擇的實(shí)施例；圖3B示意地示出了在第一個(gè)可選擇的實(shí)施例的管狀元件的徑向膨脹期間的該實(shí)施例；圖4A示意地示出了按照本發(fā)明的組件的第二個(gè)可選擇的實(shí)施例；圖4B示意地示出了在第二個(gè)可選擇的實(shí)施例的管狀元件的徑向膨脹期間的該實(shí)施例；圖5A示意地示出了按照本發(fā)明的組件的第三個(gè)可選擇的實(shí)施例；圖5B示意地示出了在第三個(gè)可選擇的實(shí)施例的管狀元件的徑向膨脹期間的該實(shí)施例；以及圖6-9示意地示出了一井筒，在井筒中，圖1A、1B的組件已經(jīng)被安裝成允許在管狀元件中設(shè)置封隔器。
在圖示中相同的附圖標(biāo)記涉及相同的部件。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1A、1B，示出了管狀組件1，它包含一個(gè)在其徑向膨脹時(shí)易經(jīng)受軸向縮短的可膨脹的管狀元件2和一個(gè)在管狀元件2周?chē)O(shè)置的外部的可膨脹管3。外部管3設(shè)有以列6樣式設(shè)置的許多軸向重疊的狹槽4，在此每列6的狹槽4軸向地排列對(duì)齊在一條線上，列6沿著外部管3的周?chē)幸?guī)則地間隔開(kāi)，并且相鄰的各列6彼此交錯(cuò)地布置。在下文中，外部管3被稱(chēng)作“可膨脹的帶狹槽的管”(EST)。由于軸向重疊的狹槽4的樣式，對(duì)于EST3和管狀元件2的相同的膨脹率，在徑向膨脹時(shí)EST3易經(jīng)受的軸向縮短的程度明顯地小于管狀元件2。EST3具有以EST各末端8、10形式的第一部分和第二部分，并且具有以EST中間部分12形式的第三部分。EST3在EST的兩個(gè)末端部分8、10通過(guò)各自的環(huán)形焊縫14、16被焊接到管狀元件2的外表面上。
在管狀組件1的徑向膨脹期間(圖1B)，使擴(kuò)張器(未示出)沿縱向移動(dòng)穿過(guò)管狀元件2的內(nèi)部。如圖所示，作為膨脹過(guò)程的結(jié)果是，EST3的中間部分12從管狀元件2沿徑向向外彎曲。該中間部分12的向外彎曲是在管狀組件1的徑向膨脹期間EST3與管狀元件2相比具有較小的軸向縮短的傾向的結(jié)果。
在圖2A、2B中示出了圖1A、1B的實(shí)施例的變型，在此最接近EST3的末端8、10的狹槽4完全延伸到末端8、10，由此在上述末端8、10處形成了許多軸向延伸的指狀部(Finger)18。指狀部18通過(guò)點(diǎn)焊19被點(diǎn)焊到管狀元件2上。這種點(diǎn)焊19代替圖1A、1B的實(shí)施例的環(huán)形焊縫14、16?？蛇x擇的實(shí)施例相對(duì)于圖1A、1B的實(shí)施例具有優(yōu)點(diǎn)，即在各自末端8、10的位置上要求較小的膨脹力，因?yàn)樵谂蛎涍^(guò)程期間，指狀部18被允許稍微偏轉(zhuǎn)。
在圖3A、3B中示出了在其徑向膨脹時(shí)易受到軸向縮短影響的可膨脹的管狀元件22的第一可選擇的組件20和以沿著管狀元件22的周?chē)幸?guī)則間隔開(kāi)的多個(gè)條24的形式的外部結(jié)構(gòu)，每個(gè)條24在縱向上延伸。每個(gè)條24具有通過(guò)各自的焊縫28、29被焊接到管狀元件22的外表面上的相對(duì)的末端部分26、27，以及位于末端28、29之間的中間部分30。每個(gè)條24適于由金屬制成，例如鋼(諸如不銹鋼或彈簧鋼)。
在第一可選擇的組件20(圖3B)的徑向膨脹期間，使擴(kuò)張器(未示出)沿縱向移動(dòng)穿過(guò)管狀元件22的內(nèi)部。作為膨脹過(guò)程的結(jié)果，每個(gè)條24的中間部分30從管狀元件22沿徑向向外彎曲。這種向外彎曲是在膨脹過(guò)程期間管狀元件22的軸向縮短的結(jié)果。
在圖3A、3B的實(shí)施例的變型(未示出)中，那些條被嵌入到彈性材料例如彈性體(elastomer)材料的層中。以這種方式，在管狀元件的徑向膨脹時(shí)，在可膨脹管狀元件和彈性材料層之間形成一個(gè)環(huán)形間隙。這種環(huán)形間隙可以被用于例如存儲(chǔ)流體。該流體可以是可硬化的流體，以便在液體硬化之后在可膨脹管狀元件周?chē)纬煞飧羝?packer)。
在圖4A、4B中示出了與圖3A、3B的組件20基本上相似的第二可選擇的組件31，其差別是焊縫28、29的取向，在圖3A、3B的情況中焊縫28、29沿環(huán)圈方向延伸，而在第二可選擇的組件31的情況中焊縫28、29與環(huán)圈方向成一角度地延伸。
在第二可選擇的組件31(圖4B)的徑向膨脹期間，使擴(kuò)張器(未示出)沿縱向移動(dòng)穿過(guò)管狀元件22的內(nèi)部。由于管狀元件22的軸向縮短，每個(gè)條24的中間部分從管狀元件22向外部彎曲。由于這種焊縫28、29與環(huán)圈方向成一角度延伸的布置形式，每個(gè)條24的中間部分30的向外彎曲的方向相對(duì)于條24的位置處的徑向是傾斜的。
圖4A、4B的實(shí)施例的變型(未示出)中，每個(gè)條的兩個(gè)焊縫中的僅僅一個(gè)焊縫與環(huán)圈方向成一角度延伸，另一個(gè)焊縫在環(huán)圈方向上延伸。
在圖5A、5B中示出了與圖3A、3B的組件20基本上相似的第三個(gè)可選擇的組件32，其差別是，在第二個(gè)可選擇組件32中每個(gè)條24在其各自的末端部分26、27處經(jīng)由在環(huán)圈方向上延伸的彎曲的末端元件33連接到管狀元件22上。每個(gè)彎曲的末端元件33在其相對(duì)端處通過(guò)各自的焊縫34、36焊接到管狀元件22上。
在第三組件32的徑向膨脹期間(圖5B)，使擴(kuò)張器(未示出)沿縱向移動(dòng)穿過(guò)管狀元件22的內(nèi)部。作為膨脹過(guò)程的結(jié)果，每個(gè)末端元件32從其最初的彎曲形狀伸展成基本上直的形狀，由此將相應(yīng)條24的末端部分27、28彼此推近，由此導(dǎo)致條24的中間部分30沿徑向向外彎曲。第三個(gè)可選擇的實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)條24的中間部分30的沿徑向向外的運(yùn)動(dòng)甚至在管狀元件22例如因?yàn)楣軤钤?2由井筒壁上的摩擦力沿軸向被限制在井筒中而沒(méi)有發(fā)生軸向縮短時(shí)就發(fā)生。
另外參考圖6，在那里示出了形成到地層42內(nèi)的井筒40，在此井筒40的上部設(shè)有一套管44。以上參照?qǐng)D1A、1B討論的管狀組件1被設(shè)置在井筒40內(nèi)，由此組件的可膨脹的管狀元件2形成可膨脹的襯套2。襯套2定位于井筒40內(nèi)，使得襯套2的上部延伸到套管44的下末端部分中，并且襯套2的下部延伸到套管44的下面。管狀組件1通過(guò)送入的管狀管柱46從表面懸掛下來(lái)，該送入的管狀管柱以其下端連接到膨脹組件48上。膨脹組件48包括下列元件，按向上的方向依次是-一設(shè)有短的連接管柱52的封隔器50，該封隔器50可通過(guò)封隔器的中心部分相對(duì)于封隔器的徑向外部的旋轉(zhuǎn)而沿徑向膨脹；
-一連接管柱，它將封隔器50可松開(kāi)地連接到下述的錐形擴(kuò)張器上；-一可在徑向收縮模式和徑向膨脹模式之間移動(dòng)的錐形擴(kuò)張器54；以及-一適合于把錐形擴(kuò)張器54拉到襯套2內(nèi)以使襯套徑向擴(kuò)張的液壓的膨脹工具56(通常被稱(chēng)作“力倍增器”)，液壓膨脹工具56設(shè)有用于把液壓膨脹工具56固定到襯套2的內(nèi)表面上的可伸縮的固定襯墊58。
液壓膨脹工具56和可收縮的錐形擴(kuò)張器54經(jīng)由送入的管狀管柱46與在表面上的液壓控制系統(tǒng)(未示出)處于流體連通狀態(tài)，使得允許該控制系統(tǒng)引起可伸縮的錐形擴(kuò)張器54的收縮或膨脹，以引起液壓膨脹工具56拉著錐形擴(kuò)張器54穿過(guò)襯套2，以及引起固定襯墊58的回縮。
在圖6中所示實(shí)施例的正常使用期間，在此進(jìn)一步參照?qǐng)D7-9來(lái)執(zhí)行下面的步驟。
參照?qǐng)D7，在正常使用的第一個(gè)步驟中，操作液壓控制系統(tǒng)來(lái)將錐形擴(kuò)張器54從徑向收縮模式移動(dòng)其徑向膨脹模式。
參照?qǐng)D8，在正常使用的第二個(gè)步驟中，液壓控制系統(tǒng)被操作，以把液壓膨脹工具56的固定襯墊58牢固地固定到襯套2的內(nèi)表面上，以及引起液壓膨脹工具56把錐形擴(kuò)張器54拉到襯套2的下端部?jī)?nèi)，以使其徑向擴(kuò)張。如參照?qǐng)D1A、1B所述，由于膨脹過(guò)程，EST3的中間部分12從管狀元件2沿徑向向外彎曲。由此EST3牢固地被擠壓到井筒壁上，使得襯套2被固定以防止轉(zhuǎn)動(dòng)并且懸掛在井筒壁上。
參照?qǐng)D9，在正常使用的第三個(gè)步驟中，液壓控制系統(tǒng)被操作，以便把錐形擴(kuò)張器54從徑向膨脹模式移動(dòng)到其徑向收縮模式，以及引起固定襯墊58從襯套2的內(nèi)表面收縮。其結(jié)果是，液壓膨脹工具56和錐形擴(kuò)張器54不再受限于襯套2的內(nèi)表面。接下來(lái)通過(guò)從表面轉(zhuǎn)動(dòng)送入的管狀管柱46，封隔器50的中間部分被轉(zhuǎn)動(dòng)。在該封隔器50的中間部分的這種轉(zhuǎn)動(dòng)期間，封隔器50的徑向外部受到沿襯套2的內(nèi)表面的摩擦力，這種摩擦力趨向于阻止該外部的轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)果是，封隔器50的中間部分轉(zhuǎn)動(dòng)量大于其徑向外部，使得封隔器50逐漸地朝襯套2的內(nèi)表面膨脹并且被牢固地固定在襯套2被膨脹的下端部?jī)?nèi)。在襯套2的設(shè)置期間，襯套2的轉(zhuǎn)動(dòng)由于EST3被牢固地壓靠到井筒壁上而得以防止。
此后，液壓控制系統(tǒng)被操作，使錐形擴(kuò)張器54返回到其徑向膨脹模式，并且從液壓膨脹工具56上釋放封隔器50。
最后，流體被泵送通過(guò)送入的管狀管柱46進(jìn)入到在封隔器50和錐形擴(kuò)張器54之間形成的空間內(nèi)，由此使錐形擴(kuò)張器54向上移動(dòng)通過(guò)襯套2，使得進(jìn)一步膨脹襯套2。
需要理解的是，在該詳細(xì)的實(shí)例中，按照本發(fā)明的組件通過(guò)以下特征使得在襯套2內(nèi)能夠設(shè)置封隔器50，即，EST3已經(jīng)被牢固地膨脹靠在井筒壁上，并且由此防止在封隔器50的設(shè)置期間襯套2的轉(zhuǎn)動(dòng)。
代替將組件1應(yīng)用井筒40中，在此前參照?qǐng)D2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、5B討論的組件20中的任何一個(gè)都可以被應(yīng)用在井筒40內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種供在地層內(nèi)形成的井筒中使用的組件，它包括可膨脹的管狀元件和具有彼此以一定間距布置的第一部分和第二部分的外部結(jié)構(gòu)，上述第一部分和第二部分以這種方式被約束于管狀元件上，使得上述的間距由于管狀元件的徑向膨脹而變化，所述外部結(jié)構(gòu)還具有第三部分，該第三部分被設(shè)置成在所述第一部分和第二部分之間的所述間距變化時(shí)沿徑向向外移動(dòng)，其中，上述第三部分的所述沿徑向向外的移動(dòng)大于由于管狀元件的徑向膨脹引起的所述管狀元件的沿徑向向外的移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述第三部分被設(shè)置成由于第一部分和第二部分之間的間距的減少而沿徑向向外移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組件，其特征在于，所述第三部分被設(shè)置成借助于第三部分沿徑向向外彎曲而沿徑向向外移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的組件，其特征在于，所述管狀元件在其徑向膨脹時(shí)易經(jīng)受軸向縮短，并且上述外部結(jié)構(gòu)的第一部分和第二部分在軸向彼此間隔開(kāi)的相應(yīng)位置處被連接到管狀元件上。
5.如權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，上述外部結(jié)構(gòu)的第一部分和第二部分在軸向彼此間隔的相應(yīng)位置處被焊接到管狀元件上。
6.如權(quán)利要求4或5所述的組件，其特征在于，上述管狀元件是內(nèi)部管狀元件，所述外部結(jié)構(gòu)是被設(shè)置在內(nèi)部管狀元件周?chē)耐獠康目膳蛎浌軤钤?，并且與內(nèi)部管狀元件相比，當(dāng)外部管狀元件未被內(nèi)部管狀元件約束時(shí)易經(jīng)受較小的由于徑向膨脹產(chǎn)生的軸向縮短。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其特征在于，外部管狀元件在其壁上設(shè)置有多個(gè)孔，上述孔在軸向上彼此重疊。
8.如權(quán)利要求7所述的組件，其特征在于，上述孔是設(shè)置在所述外部可膨脹管狀元件的壁上的狹槽，這些狹槽基本上沿軸向延伸。
9.如權(quán)利要求6-8之一所述的組件，其特征在于，上述的第一部分和第二部分是上述外部管狀元件的各末端部分。
10.如權(quán)利要求6-9之一所述的組件，其特征在于，在所述內(nèi)部管狀元件徑向膨脹時(shí)在所述內(nèi)部管狀元件和所述外部管狀元件之間形成一個(gè)環(huán)形空間，上述空間充滿流體混合物。
11.如權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，上述空間充滿可硬化的流體混合物。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其特征在于，一層柔性的密封材料設(shè)置在外部管狀元件周?chē)?br> 13.如權(quán)利要求4或5所述的組件，其特征在于，所述外部結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)在管狀元件的軸向上延伸的細(xì)長(zhǎng)部件。
14.如權(quán)利要求13所述的組件，其特征在于，所述外部結(jié)構(gòu)包括多個(gè)沿管狀元件周?chē)幸?guī)則地間隔開(kāi)的上述細(xì)長(zhǎng)部件。
15.如權(quán)利要求13或14所述的組件，其特征在于，每個(gè)上述細(xì)長(zhǎng)部件是一個(gè)金屬條。
16.基本上如上面參照附圖描述的組件。
全文摘要
一種供在地層內(nèi)形成的井筒使用的組件，它包含一可膨脹的管狀元件和一具有彼此以一定間距設(shè)置的第一部分和第二部分的外部結(jié)構(gòu)，上述部分一這種方式被約束于管狀元件上，使得上述的間距由于管狀元件的徑向膨脹而變化，所述外部結(jié)構(gòu)還具有一第三部分，該第三部分被設(shè)置成在上述的第一部分和第二部分之間的間距變化時(shí)沿徑向向外移動(dòng)，其中由于管狀元件的徑向膨脹，上述第三部分的沿徑向向外的移動(dòng)大于管狀元件的沿徑向向外的移動(dòng)。
文檔編號(hào)E21B23/01GK1860284SQ200480028621
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
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