CN101680282A - 包覆方法及膨胀工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用衬套(1)来密封套管(3)、管道、井眼或井下井孔中的漏洞(2)的包覆方法，衬套包括具有第一直径的管子(4)、多个周边凹槽(5)和凹槽中延伸超出第一直径的多个密封装置(6)。包覆方法包括以下步骤：将衬套固定在膨胀工具的固定装置(9)中，将具有第一部分(8)和第二部分(10)的衬套插入套管(3)中的漏洞(2)外侧，将膨胀工具的膨胀装置定位在衬套的第一部分处，使衬套的第一部分膨胀直到衬套第一部分的凹槽中的密封装置压靠套管并将第一部分固定在套管上，释放衬套使得衬套脱离工具并利用衬套第一部分中的密封装置将衬套保持就位，以及通过也将衬套的第二部分膨胀成抵靠套管而使整个衬套膨胀以密封漏洞。

Description

包覆方法及膨胀工具

技术领域

本发明涉及一种利用衬套来密封套管、管道、井眼或井下井孔中的漏洞的包覆方法。此外，本发明涉及一种膨胀工具。

背景技术

在井下套管具有漏洞的情况下，通常将具有比该套管小的直径、也称为衬套或包覆层的管道设置在漏洞外侧。然后从管道内部使衬套膨胀，以将管道的直径增加成与套管的直径配合，从而密封套管中的漏洞。

衬套通常由金属制成，且通常是与套管相同的金属。当衬套已经膨胀成与套管直径配合且膨胀工具从衬套中缩回时，由于金属的应力，衬套会略微收缩。这样，衬套的直径会比套管的直径稍小。因此，当辗压衬套时，衬套膨胀到比套管的最初直径更大的直径。这通过将衬套和套管辗压到稍大的直径来实现，使得当缩回膨胀工具时，衬套和套管收缩，且衬套能够密封套管中的漏洞。

但是，仅在套管也可膨胀的情况下才可能将衬套膨胀成比套管更大的直径。通常，使用水泥来固定套管，且因此套管被水泥包绕。在这种情况下，套管不能膨胀，且辗压衬套将导致衬套外侧和套管内侧之间产生小间隙，因此漏洞不被衬套密封。

解决该问题的已知方法是，使用由与玻璃纤维混合的环氧树脂制成的衬套，其中该衬套是卷曲的，因此衬套的横截面是类似花朵的形状。这样，当辗压衬套以抵靠套管内侧时，衬套可以展开，且由于环氧树脂不收缩，所以衬套能按照需要密封漏洞。

从US 2005/057005已知解决该问题的另一方法，其中，衬套具有伸出部，在衬套膨胀过程中，所述伸出部固定到套管内侧。这也可从US2006/0237188中获知。但是，这些伸出部会折断，导致衬套被释放且漏洞不被密封。

为了将衬套插入套管等，整个衬套需要具有大于套管的外径。当使衬套膨胀时，仅衬套的一部分膨胀，例如第一部分，但是第二部分不膨胀。这导致在衬套不膨胀的那些区域的套管直径的减小。这样，可密封套管中的漏洞，但套管或管道中的流体流量显著减小，从而使套管的效率低于产生漏洞之前。

发明内容

本发明的一方面是至少部分地克服上述包覆方法的缺点，且提供一种改进的包覆方法，利用该方法可以通过衬套密封套管中的漏洞而不减小套管的内径。

根据说明书而变得明显的这方面和优点通过一种利用衬套(1)来密封套管(3)、管道、井眼或井下井孔中的漏洞(2)的包覆方法实现，所述衬套包括具有第一直径的管子(4)和位于多个周边凹槽(5)中的多个密封装置(6)，所述方法包括以下步骤：

-将衬套固定在膨胀工具的固定装置中，

-将具有第一部分和第二部分的衬套插入套管中的漏洞外侧，

-将膨胀工具的膨胀装置定位在衬套的第一部分处，

-使衬套的第一部分膨胀，直到衬套第一部分的凹槽中的密封装置压靠套管并将第一部分固定在套管上，

-释放衬套，使得衬套脱离膨胀工具，并通过衬套第一部分中的密封装置将衬套保持就位，以及

-通过也将衬套的第二部分膨胀成抵靠套管而使整个衬套膨胀，以密封漏洞。

利用本发明的包覆方法，整个衬套从初始直径膨胀成与套管内表面配合的较大的第二直径。这样，当工具离开套管中衬套时，直径沿衬套的整个延伸范围是相同的，而且该直径仅比套管的内径稍小。由此，套管中的漏洞被密封而不会使套管的内径显著变狭窄，由此不会显著减小在套管内流动的流体的流量。

在一实施例中，所述包覆方法还包括在衬套第一部分和第二部分的膨胀之间缩回膨胀工具的步骤。此外，膨胀装置可以是芯轴。

在另一实施例中，膨胀装置可以是具有辊子的体部。

此外，膨胀装置可具有锥形部，其中，锥形部的一部分具有比未膨胀衬套的直径大的直径，以及锥形部的一部分在衬套膨胀之前在衬套外部延伸。

而且，该密封装置可以是具有环件直径和中心的环件，例如O形环。

在一实施例中，当沿环件直径朝中心看去时，密封装置是卷曲的，从而允许环件在膨胀时伸展到比初始的环件直径大的直径。

此外，密封装置可由硅树脂、天然或人造橡胶、聚合物等制成。

本发明还涉及一种用于使衬套膨胀以利用衬套从套管内密封套管中的漏洞的膨胀工具，包括：

-至少一个固定装置，该固定装置用于固定衬套的第一部分，并用于在膨胀过程中在漏洞外侧将衬套保持就位，

-膨胀装置，该膨胀装置用于从衬套的第二部分开始在整个衬套上将衬套膨胀成较大的直径。

在膨胀工具的一个实施例中，膨胀装置可以是芯轴。

在膨胀工具的另一实施例中，膨胀装置可以是具有辊子的体部。

此外，膨胀装置可具有锥形部，其中，锥形部的一部分具有比未膨胀衬套的直径大的直径，以及锥形部的一部分在衬套膨胀之前在衬套外部延伸，使得当将衬套插入套管时锥形部能支承衬套。

此外，膨胀装置可远离膨胀工具移动，以使衬套膨胀。

而且，膨胀装置可缩回膨胀工具，以使衬套膨胀。

最后，固定装置可连接到一轴杆，该轴杆在膨胀装置的中央穿过膨胀装置。

附图说明

下面将参考附图详细说明本发明，其中：

图1示出在膨胀之前利用工具保持在套管中的衬套；

图2示出其中衬套的第一部分已经膨胀的图1的衬套；

图3示出其中整个衬套已经膨胀的图1和图2的衬套；

图4示出围绕套管漏洞的图3的剖视图；

图5示出一些凹槽中的密封装置；

图6示出套管中已固定有衬套的膨胀工具；

图7示出正在膨胀衬套的图6的膨胀工具；

图8示出正在进一步膨胀衬套的图6和7的膨胀工具；

图9示出在衬套的其余部分被膨胀之前的图6、7和8的膨胀工具；以及

图10示出整个衬套已经被膨胀之后的图9的膨胀工具。

附图仅是示意性的且为了说明的目的而示出。

具体实施方式

图1中，衬套1示出为位于井下套管3中。套管3具有由箭头指示的漏洞2。在这里，套管3固结在地下地层中。根据本发明的衬套1可用于还未固结到地层中的全部种类的套管3或直接用在井眼中。

示出的衬套1用于套管3中，但是衬套1还可用于其他空腔例如管道、井眼或井下井孔。套管3设置在井眼中，以输送流体例如油、油水混合物、气体等。在用于形成井眼的多种钻井操作中，流体与滤液或其他添加剂混合，以改善钻井过程。此外，该流体可包含其他成份，例如切屑、细铁屑、沙子、管子涂料、之前爆破的残余物、井孔中套管的锈、或从井孔、套管或地层上脱离的分离物。下文中，将参考输送油流体的套管3说明本发明。

衬套1包括具有周边凹槽5的管子4。例如O形环的密封装置6设置在各个凹槽5中且略微延伸到凹槽5外侧，从而管子4具有较大的第二外径，具有密封装置6的凹槽5处于该较大的第二外径中。

在一端，利用固定装置或夹持装置9保持衬套1。固定装置或夹持装置9围绕衬套1的第二部分10中的管子4的周壁7夹持。在衬套1的另一端，示出膨胀衬套1之前的芯轴11。

在图2中，衬套1已经被部分辗压或膨胀。芯轴11已经向上运动，以将衬套1从第一直径膨胀成第二、膨胀的直径。如图2所示，在衬套1的第一、膨胀部8，密封装置6已经挤压在套管3的内壁和衬套1的外壁之间。这是由于衬套1已经被芯轴11膨胀，使得衬套1的外壁抵靠套管3的内壁。

由于固定装置或夹持装置9保持衬套1，所以衬套1的第二部分10还不能被膨胀。因此，当衬套1已经部分膨胀时，固定装置或夹持装置9释放衬套1，衬套1由密封装置6和套管3内壁之间的摩擦保持就位。随后，如图3所示，芯轴11能使衬套1的其余部分也就是第二部分10膨胀。这样，衬套1能将它自己支承在套管3中，同时利用膨胀装置膨胀衬套1的其余部分，其中膨胀装置使整个衬套1膨胀而不需要使套管3膨胀。

衬套1包覆在套管3中以密封套管3的漏洞2。首先，衬套的第二部分10被固定在膨胀工具的固定装置9或夹持装置9中，衬套1插入套管3中的漏洞2外侧。其次，使衬套1的第一部分8膨胀，直到衬套1的第一部分8的凹槽5中的密封装置6压靠在套管3上且将第一部分8固定在套管3上。然后，从固定装置9释放衬套1，这样衬套1的第二部分10不再被所述工具保持，且衬套1由该衬套第一部分中的密封装置6保持就位。最后，衬套1的第二部分10也膨胀，由此衬套1沿它的整个延伸范围膨胀，以抵靠套管3从而密封漏洞2。

由于密封装置6和套管3之间的摩擦，密封装置6固定在套管3上，这样，当膨胀衬套1的第二部分10时，衬套1能支承它自己且将它自己保持就位，这样不需要固定装置9。这样，膨胀装置能穿过并由此使整个衬套1膨胀而不需要也使套管膨胀。

通过利用本发明的包覆方法来密封漏洞2，由于整个衬套1而不仅仅是衬套的一部分被膨胀成较大的直径，所以套管3的漏洞2被密封但不会显著减小套管3的内径。

当芯轴11仍在衬套1中时，衬套1的外壁抵靠套管3的内壁。但是，当缩回芯轴11时，如果衬套1由某种金属制成，则由于金属的应力，衬套1将稍微收缩。在图4中示出套管3外的膨胀的衬套1的剖视图。芯轴11已经从衬套1内缩回，且衬套1已经稍微收缩，从而在衬套1和套管3之间形成小的间隙d。但是，密封装置6已经相应地膨胀以充满所述间隙并由此密封漏洞2。

如图5所示，密封装置6可成形为环件，当沿直径朝环件中心看时，该环件卷曲。这样，当衬套1膨胀成比衬套1初始直径更大的直径时，环件可膨胀。当衬套1膨胀时，环件将伸展。

密封装置6的数量取决于当固定装置或夹持装置9已经释放衬套1时膨胀衬套1的其余部分需要多少作用力。但是，密封装置6的直径可以变化且环件的横截面可以是卵形以及圆形。直径越大，密封装置6越膨胀，卵形可增加密封装置6和套管3内壁之间的摩擦面积。因此，密封装置6的数量也可部分地由密封装置6的尺寸和形状决定。

本发明还涉及用于使套管3中的衬套1膨胀以密封套管3的漏洞2的膨胀工具。该工具包括围绕衬套1的第二部分10夹持的两个固定装置或夹持装置9，如图1所示。该工具还包括膨胀装置，例如图2所示的芯轴11，该膨胀装置将衬套1从第一直径膨胀为第二、较大的直径。固定装置或夹持装置9连接到一轴杆，该轴杆在芯轴11的中央穿过芯轴。

在另一实施例中，膨胀装置是具有辊子的体部。在又一实施例中，膨胀装置具有如图6所示的锥形部。锥形部的第一部分具有比未膨胀的衬套1的直径更大的直径，以便在锥形部沿所述工具的方向运动时膨胀衬套1。在膨胀衬套1之前，锥形部的第一部分在衬套1外部延伸，使得衬套1固定在锥形部和膨胀工具的体部之间。这样，当将衬套1插入套管3中时，膨胀工具和锥形部能支承衬套1。

在已经固定衬套1之后，将衬套插入需密封的漏洞2外的套管3。在该实施例中，膨胀工具的定位与将衬套1固定在膨胀工具中是同时进行的。随后，如图7所示，通过将锥形部定位在其上的轴杆缩回至膨胀工具中，膨胀工具的膨胀装置使衬套1的第一部分8膨胀。膨胀装置的运动以箭头示出。

在图8中，所述轴杆缩回成使得锥形部抵靠膨胀工具的体部。然后，如图9所示，膨胀工具的体部移动离开衬套1从而释放衬套1，而锥形部停留在衬套1中，从而所述轴杆被再次从体部中拉出。最后，锥形部使衬套1的其余部分也就是衬套1的第二部分10膨胀。在图10中，整个衬套1已经被膨胀。

膨胀工具利用锚件、卡瓦或类似装置而在套管3内保持就位。这种装置可设置在膨胀工具中或另外的相连的工具中。还可利用井下牵引机将膨胀工具保持在套管3内的适当位置。

衬套1是指用于在套管3的内侧上覆盖或密封漏洞的任何形式的密封元件，例如衬垫、衬套、包覆层、密封件等。

在膨胀工具没有完全没入套管3中的情况下，井下牵引机还能用于将膨胀工具一直推入套管3或井孔中的适当位置。井下牵引机是能在井下井孔推动或拉动工具的任何种类的驱动工具，例如Well

Claims (15)

1.一种利用衬套(1)来密封套管(3)、管道、井眼或井下井孔中的漏洞(2)的包覆方法，所述衬套(1)包括具有第一直径的管子(4)和位于多个周边凹槽(5)中的多个密封装置(6)，所述方法包括以下步骤：

-将衬套固定在膨胀工具的固定装置(9)中，

-将具有第一部分(8)和第二部分(10)的衬套插入套管(3)中的漏洞(2)外侧，

-将膨胀工具的膨胀装置定位在衬套的第一部分处，

-使衬套的第一部分膨胀，直到衬套第一部分的凹槽中的密封装置压靠套管并将第一部分固定在套管上，

-释放衬套，使得衬套脱离膨胀工具，并通过衬套第一部分中的密封装置将衬套保持就位，以及

-通过也将衬套的第二部分膨胀成抵靠套管而使整个衬套膨胀，以密封漏洞。

2.如权利要求1所述的包覆方法，其特征在于，还包括在衬套第一部分和第二部分膨胀之间缩回膨胀工具的步骤。

3.如权利要求1或2所述的包覆方法，其特征在于，膨胀装置是芯轴。

4.如权利要求1或2所述的包覆方法，其特征在于，膨胀装置是具有辊子的体部。

5.如权利要求1或2所述的包覆方法，其特征在于，膨胀装置具有锥形部，其中，锥形部的一部分具有比未膨胀衬套的直径大的直径，以及锥形部的一部分在衬套膨胀之前在衬套外部延伸。

6.如前述权利要求中任一项所述的包覆方法，其特征在于，密封装置是具有环件直径和中心的环件，例如O形环。

7.如权利要求6所述的包覆方法，其特征在于，当沿环件直径朝中心看去时，密封装置是卷曲的，从而允许环件在膨胀时伸展到比初始的环件直径大的直径。

8.如前述权利要求中任一项所述的包覆方法，其特征在于，密封装置由硅树脂、天然或人造橡胶、聚合物等制成。

9.一种用于使衬套膨胀以利用衬套从套管(3)内密封套管中的漏洞(2)的膨胀工具，包括：

-至少一个固定装置(9)，该固定装置用于固定衬套的第一部分，并用于在膨胀过程中在漏洞外侧将衬套保持就位，

-膨胀装置，该膨胀装置用于从衬套的第二部分开始在整个衬套上将衬套膨胀成较大的直径。

10.如权利要求9所述的膨胀工具，其特征在于，膨胀装置是芯轴。

11.如权利要求9所述的膨胀工具，其特征在于，膨胀装置是具有辊子的体部。

12.如权利要求9或10所述的膨胀工具，其特征在于，膨胀装置具有锥形部，其中，锥形部的一部分具有比未膨胀衬套的直径大的直径，以及锥形部的一部分在衬套膨胀之前在衬套外部延伸，使得当将衬套插入套管时锥形部能支承衬套。

13.如权利要求9至12中任一项所述的膨胀工具，其特征在于，膨胀装置在使衬套膨胀时远离膨胀工具移动。

14.如权利要求9至12中任一项所述的膨胀工具，其特征在于，膨胀装置在使衬套膨胀时缩回膨胀工具中。

15.如权利要求9至14中任一项所述的膨胀工具，其特征在于，固定装置连接到一轴杆，该轴杆在膨胀装置的中央穿过膨胀装置。

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