CN102770619A

CN102770619A - 管组件

Info

Publication number: CN102770619A
Application number: CN2011800105915A
Authority: CN
Inventors: J·哈伦德巴克; P·黑泽尔
Original assignee: Welltec AS
Current assignee: Welltec AS
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: RU2563520C2; WO2011101481A3; WO2011101481A2; ES2471400T3; EP2539537B1; RU2012139671A; US9194218B2; US20120312561A1; BR112012020770A2; CA2790647A1; DK2539537T3; EP2539537A2; CN102770619B; EP2362062A1

Abstract

本发明涉及一种用于密封井下井筒中的井管结构中的开口的井下管组件，该井下管组件包括第一管部和第二管部，所述第一管部由金属制成，具有内表面、内径、外径和在未膨胀状态下的第一长度，所述第二管部具有外表面、外径和第二长度，在未膨胀状态下布置在所述第一管部内侧。此外，本发明涉及一种用于密封井筒中的井管结构中的开口的井下系统。此外，本发明涉及一种密封井下井筒中的井管结构中的开口的方法和一种用于制造井下管组件的制造方法。

Description

管组件

技术领域

背景技术

在井眼中，补贴（patch）或跨贴（straddle）用于不同目的，诸如用于密封套管或类似的管结构中的泄漏，或者用于切断从穿孔产生不希望的水/气体。补贴被安置成与泄漏部位相对并膨胀而邻靠套管的内壁并从而密封泄漏部位。这些补贴通常必须延伸到井眼管道中并穿过井眼内受限的直径。这些受限的直径通常称为“接套（nipple）”。

补贴通常借助于锥（cone）膨胀。当使用具有固定直径的锥时，锥的直径通常受补贴在膨胀前必须穿过的接套节流部和补贴在其已膨胀后的内径支配。补贴在膨胀后的内径约为井管内径的大小减去补贴的壁厚的两倍。由于补贴在膨胀后的弹性弛豫，在膨胀和收缩期间必须考虑一定公差。

此外，存在许多的以后在井的寿命周期（可能是数年）中在已预先设定的补贴下方需要补贴的情况——所谓的补贴套补贴（patch throughpatch）方案。这些情况下，预先设定的补贴的内径可以大大小于井内的接套节流部。

此外，可以借助于井内内径比需要将补贴设定在其中的井管小的较浅的井管来完井。

在已存在的情形中，为了使用锥传送较早的补贴或节流部，该锥可以制成可膨胀的，这使得需要工具并提高了工具的复杂性并因此提高了成本以及工具失效的风险。

发明内容

本发明的一个目的是完全或部分地克服现有技术的以上缺点和弊端。更具体地，一个目的是提供一种管组件，该管组件易于插入穿过已存在的补贴——或使工具在管结构的套管中的通路变窄的类似特征。

上述目的以及将从下文的描述变得明显的许多其它目的、优点和特征由根据本发明的方案通过一种用于密封井下井筒中的井管结构中的开口的井下管组件来实现，该井下管组件包括：

-由金属制成的第一管部，其具有内表面、内径、外径和在未膨胀状态下的第一长度，以及

-第二管部，其具有外表面、外径和第二长度，在未膨胀状态下布置在第一管部内侧，其中第一管部的内表面可以在膨胀前被紧固在第二管部的外表面上并在膨胀后被释放，并且其中第一管部可以由具有比第二管部的材料高的弹性模量或杨氏模量的材料制成。

在一个实施例中，井下管组件也可以是井下管密封组件。

此外，第二管部可以在膨胀后从第一管部被释放使得第二管的外径在膨胀后小于第一管部的外径。

在另一个实施例中，第二管部的最大外径可以基本上等于第一管部的内径。

此外，第二管部的最大直径可以大大小于第一管部的外径。

此外，第二长度可以基本上等于或小于第一长度。

本发明还可以包括一种用于密封井下井筒的井管结构中的开口的井下管组件，该井下管组件包括：

-第二管部，其具有外表面、外径和第二长度，在未膨胀状态下布置在第一管部内侧，其中第一管部的内表面在膨胀前被紧固在第二管部的外表面上并在膨胀后被释放，并且其中第二长度可以基本上等于或小于第一长度。

此外，第一管部可以由在膨胀后具有第一回弹能力的材料制成，并且第二管部可以由在膨胀后具有第二回弹能力的材料制成，其中第一回弹能力可以小于第二回弹能力。

此外，本发明涉及一种用于密封井下井筒中的井管结构中的开口的井下管组件，该井下管组件包括：

-第二管部，其具有外表面、外径和第二长度，在未膨胀状态下布置在第一管部内侧，第一管部的内表面在膨胀前被紧固在第二管部的外表面上并在膨胀后被释放，

其中，第一管部可以由在膨胀后具有第一回弹能力的材料制成，并且第二管部可以由在膨胀后具有第二回弹能力的材料制成，其中第一回弹能力可以小于第二回弹能力。

此外，该井管结构可以具有在膨胀后基本上不变的内径。

此外，第一管部可以沿第一管部的整体长度或第二管部的的整体长度被紧固在第二管部上。

此外，第二管部可以具有为第一管部的厚度的至少10%、优选至少20%且更优选至少50%的厚度，或者反之。

此外，第二管部可以具有是第一管部的厚度最多10倍的厚度，或者反之。

在一个实施例中，第二管可以由金属制成，诸如铝、不锈钢、钛、包含超过40%的镍的金属、形状记忆合金、弹簧钢、钢或铁、或其任意结合。

此外，第一管部和第二管部可以在未膨胀状态下被紧固在一起，并且第一管部和第二管部可以在膨胀状态下彼此完全或部分地释放。

此外，第一管部和第二管部可以在未膨胀状态下以及在膨胀状态下被紧固在一起。

在另一个实施例中，第二管部可以由具有比第一管部的材料高的屈服强度的材料制成。

此外，第一管部可以由具有比第二管部的材料高的弹性模量的材料制成。

此外，第二管部可以由具有比第一管部的材料高或低的屈服强度的材料制成。

在一个实施例中，第二管部可以在膨胀状态下从组件被完全或部分地去除。

此外，第一管部和第二管部可以被机械地连接，诸如压配合、型锻、轧制、过盈配合或摩擦配合在一起。

在又一个实施例中，第一管部和第二管部可以被铸造或模制在一起。

此外，第一管部和第二管部可以被焊接或胶粘在一起。

此外，第二管部可以借助于中间层被紧固到第一管部的内表面上。

所述中间层可以由在遇到诸如酸之类的流体时可以分解的材料制成。

或者，第二管部可以由在遇到诸如酸之类的流体时可以分解的材料制成。

此外，可以通过碾磨、钻削、加工、锤击、腐蚀、推动、拉动或者通过拉动定位装置等来去除处于膨胀状态下的第二管部。

此外，第二管部可以在管组件的膨胀期间被去除。

在一个实施例中，第二管部可以具有径向向内突出的突出凸缘。

在另一个实施例中，第二管部的长度可以比第一管部的长度长，从而使第二管部在组件的一端轴向突出。

在又一个实施例中，第二管部可以包括多个周向环元件，各环元件在未膨胀状态下被紧固在第一管部上。

此外，轴向导向元件可以布置在环元件之间，所述导向元件具有与环元件相同的厚度。

此外，第二管部可以是网状物。

而且，第二管部可以被完全或部分地紧固在第一管部的内表面上。

此外，第二管部可以由天然或合成橡胶、玻璃纤维、塑料如聚酰胺、聚甲醛（POM）、聚缩醛、聚蚁醛、聚醚醚酮（PEEK）、聚氯乙烯（PVC）或聚四氟乙烯（PTFE）、或金属如铝、不锈钢、钛、形状记忆合金、弹簧钢、钢或铁、或其任意结合制成。

此外，本发明涉及一种井下系统，该井下系统包括：

-具有基本上不变的内径的井管结构，

-上述井下管组件，和

-用于使第一和第二管部在套管内侧膨胀的膨胀工具。

通过在井下系统中的井管结构中设置井下管组件，第二管部起到帮助的作用。因此，由于膨胀锥可以具有大大小于井管结构的内径的直径的事实，膨胀工具可以容易地通过节流部，诸如接套或预先膨胀的管部，例如补贴。当设置在也称为补贴的第一管部的膨胀前后既不改变内径也不改变外径的井管结构时，非常重要的是膨胀锥具有大大小于井管结构的内径的直径使得锥可以经过所有节流部穿过井到达待密封的开口的相对位置。

此外，本发明涉及一种用于密封井筒中的井管结构中的开口的井下系统，该井管结构具有内径，该井下系统包括：

-如上所述的井下管组件，以及

-用于使第一和第二管部在套管内侧膨胀的膨胀工具。

这种膨胀工具可以具有基本上等于井管结构的内径减去第二管的厚度的两倍的最大外径。

此外，该膨胀工具可以包括轴和膨胀装置，诸如锥或楔铁（drift）。

在一个实施例中，锥或楔铁可以是可膨胀的。

在另一个实施例中，膨胀装置可以包括适合于在膨胀期间加热第一管部和/或第二管部的加热装置。

此外，可去除的装置可以布置成完全或部分地去除第二管部。

此外，可去除的装置可以包括腐蚀混合物如酸、钻削、磨削或加工工具、锤工具、推动或拉动工具、或其结合。

在另一个实施例中，可去除的装置可以适合于接合第二部分的向内突出的凸缘使得可去除的装置将第二管部从第一管部推出。

在又一个实施例中，可去除的装置可以是膨胀装置。

此外，该系统可以借助于井下牵引机、振动器或其它井筒介入技术从井下去除。

本发明还涉及一种包括前述管组件的井管结构。

本发明还涉及一种用于密封井筒中的井管结构中的开口的井下系统，该井管结构具有内径，包括：

-用于在套管中膨胀的第一管部，该第一管部由金属制成并具有内表面、厚度和第一长度，

-具有外表面、厚度和第二长度的第二管部，其布置在第一管部内侧，和

-用于使第一和第二管部在套管内侧膨胀的膨胀工具，

其中，该膨胀工具可以包括与膨胀装置诸如锥或楔铁连接的轴。

此外，该膨胀装置可以具有外径，其中该膨胀装置的最大外径可以基本上等于井管结构的内径减去第二管的厚度的两倍。

此外，井管结构的内径在膨胀后可以基本不变。

此外，该膨胀装置可以是可径向膨胀的，以借助于可膨胀锥或楔铁或者通过在弹性体或橡胶元件的任一侧挤压来扩大膨胀装置的外径。

所述膨胀装置可以具有从膨胀装置径向突出以使第二管在膨胀后缩回的突出部或凸缘。

此外，该膨胀工具可以包括借助于金属丝或轴连接到膨胀装置的定位元件，并且回缩部件可以具有大于第二管的内径的外径。

根据本发明的系统可以包括用于井下运动的井下牵引机。

该系统还可以包括井管结构，该井管结构包括如上所述的管组件。

此外，本发明涉及一种密封井下井筒中的井管结构中的开口的方法，该方法包括以下步骤：

-确定泄漏部位，

-在未膨胀状态下将井下管组件布置成与泄漏部位相对，

-通过使膨胀装置移动通过管组件来使管组件膨胀直到第一管被压向井管结构的内表面，以及

-完全或部分地去除管组件的第二管部。

该方法还包括以下步骤：通过使膨胀装置移动脱离第二管使得第二管可以自行回缩成具有比第一管部的内径小的外径来使第二管从第一管释放。

在膨胀期间，管组件的第一管部的外表面根据本发明的方法可以比井管结构的内表面更加径向向外被迫压。

可以通过迫使具有比第二管部的内径大的直径的锥或楔铁穿过管组件，或者通过将具有比第二管部的直径小的直径的锥或楔铁布置在管组件内部并且随后使锥或楔铁径向膨胀从而使管组件膨胀，来执行所述方法的膨胀步骤。

此外，可以通过封闭管组件的端部，从而在管组件内部提供限制区域，且随后借助于流体或气体对该限制区域进行加压，来执行膨胀步骤。

此外，可以借助于炸药来执行膨胀步骤。

此外，可以通过磨削、钻削、加工、锤击、推动、拉动或通过拉动定位装置来执行去除步骤。

最后，可以通过添加腐蚀性混合物来执行去除步骤。

-将井下管组件布置成与开口如泄漏部位相对，

-通过使膨胀装置移动通过管组件来使第一和第二管部膨胀直到第一管被压向井管结构的内表面，以及

-由于第一和第二管部的不同回弹能力而使第二管部从第一管部释放。

材料的回弹能力是指当平轧金属合金冷加工或膨胀时发生的状况；在成型力释放后，材料由于材料的弹性回复而具有部分回到其原始形状的趋势。残余应力使材料朝其原始位置回弹。这称为回弹并受材料的屈服强度影响。

此外，上述方法还可以包括以下步骤：

-由在膨胀后具有第一回弹能力的材料形成第一管部，以及

-由在膨胀后具有第二回弹能力的材料形成第二管部，

其中第一回弹能力可以小于第二回弹能力。

此外，本发明涉及一种用于制造井下管组件的制造方法，该方法包括以下步骤：

-由在膨胀后具有第一回弹能力的材料形成第一管部，以及

-由在膨胀后具有第二回弹能力的材料形成第二管部，

其中第一回弹能力可以小于第二回弹能力。

在根据本发明的另一个实施例中，第一管部可以由金属如钢或铁制成。

此外，该膨胀装置可以包括炸药、加压流体、水泥、或其结合。

附图说明

下文将参考所附示意图更详细地描述本发明及其诸多优点，附图为了说明的目的而示出了一些非限制性的实施例，并且其中

图1示出了根据本发明的管组件的截面图，

图2示出了管结构如套管中的未膨胀管组件的截面图，

图3示出了图2的管组件处于其膨胀状态下的截面图，

图4示出了在第二管部去除后处于其膨胀状态下的图2的管组件的截面图，

图5示出了套管中的未膨胀管组件的另一个实施例的截面图，

图6示出了图5的管组件处于其膨胀状态下的截面图，

图7示出了套管中的未膨胀管组件的又一个实施例的截面图，

图8示出了图7的管组件处于其膨胀状态下的截面图，

图9示出了套管中的未膨胀管组件的又一个实施例的截面图，

图10示出了图9的管组件处于其膨胀状态下的截面图，

图11示出了包括管组件和用于使该组件膨胀的膨胀装置的井下系统，

图12示出了井下系统的另一个实施例，

图13示出了从管组件的一端看去的管组件，

图14A-14C示出了当第一和第二管部由不同材料制成时的应力-应变曲线，

图15示出了具有更有弹性的第二管部的井下系统的另一个实施例，以及

图16示出了第二管部被紧固在膨胀工具上的井下系统。

所有附图均为高度示意性的且不一定按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所需的那些部分，其它部分被省略或仅进行提示。

具体实施方式

图1示出了在井筒3中的井管结构2内侧膨胀前的管组件1。将使管组件1膨胀以密封井管结构2中的开口25而不改变膨胀后的井管结构的内径或外径。在其未膨胀状态下，管组件1包括第一管部5以及布置在第一管部内侧的第二管部7。第一管部5用作用于密封例如泄漏部位的补贴，而第二管部7帮助使第一管部膨胀。第一管部5具有内表面6，第二管部7具有外表面8，并且在其未膨胀状态下，第一管部的内表面被紧固在第二管部的外表面上。

如从图1和图13可以看到，管组件1具有圆筒形状和中心线4。第二管部7具有厚度t₂，该厚度t₂为第一管部5的厚度t₁的至少10%、优选至少20%且更优选至少50%或更大。在另一个实施例中，第一管部5具有一厚度，该厚度为第二管部7的厚度的至少10%、优选至少20%且更优选至少50%或更大。

如图13所示，第一管部具有内径ID₁和外径OD₁，且第二管部具有内径ID₂和外径OD₂。

图2示出了处于其未膨胀状态下的组件的截面图。第一管部5和第二管部7在未膨胀状态和膨胀状态下被紧固在一起，如图3所示。随后，第二管部7被从第一管部5去除，如图4所示。

可以通过将其钻掉、磨掉或加工掉去除第二管部7。在此实施例中，第二管部7由易于进行钻掉或磨掉而不损伤第一管部5的材料制成。第一管部5和第二管部7可以被铸造或者模制在一起。也可以采用其它方式，诸如通过仅将第二管部而不将金属的第一管部5酸分解，来去除第二管部7。

在另一个实施例中，管组件1的第一管部5和第二管部7在未膨胀状态下被紧固在一起，如图5所示。在膨胀后，第二7和内部从第一管部5被释放，从而在管部之间形成小的间隙，如图6所示。这是由于材料的回弹能力。材料的回弹能力是指当平轧金属合金冷加工或膨胀时发生的状况；在成型力释放后，材料由于材料的弹性回复而具有部分回到其原始形状的趋势。残余应力使材料朝其原始位置回弹。这称为回弹并受材料的屈服强度影响。

在图6中，第二和内管部回弹超过第一管部，并且这样两个管部彼此分开而形成小的间隙。

在未膨胀状态下，管部5、7被压配合、型锻、轧制、过盈配合或摩擦配合在一起。为了能够在膨胀后分开，第一管部5由具有比第二管部7的材料高的屈服强度的材料制成，和/或第二管部由具有比第一管部的材料高的弹性模量的材料制成。当第一管部5和第二管部7的材料以这种方式不同时，内部在膨胀后以比第一和外管部高的程度径向向内释放，如图14A-14C所示。这样，内部从第一管部5被释放，从而形成间隙，该间隙是由管部的应力应变曲线上的弹性弛豫差异Δε而导致的。

在图14中，第一和第二管部由具有相同的弹性模量的材料制成，但第二管部的材料具有比第一管部的材料高的屈服强度。通过迫使膨胀装置如锥或楔铁通过第二管部的空腔而使第一和第二管部膨胀到ε膨胀。当膨胀装置已通过时，第一和第二管部沿应力/应变曲线的斜坡回弹而形成第一和第二管部之间的间隙△ε。随后，可以容易地去除第二管部，并且第一管部保持被紧固在井管结构的内表面上以作为补贴密封至少一个开口25。

在图14B中，第一管部由具有比第二管部的材料高的弹性模量但具有比第二管部的材料低的屈服强度的材料制成。通过迫使膨胀装置通过管组件并释放来使第一和第二管部膨胀到ε_膨胀，第一和第二管部沿应力/应变曲线的斜坡回弹，从而形成第一和第二管部之间的间隙Δε。如可见的，第一和第二管部之间的间隙Δε已通过也使弹性模量有差异而增大。

第二管部的平均膨胀应变ε_2,膨胀可以与第一管部的平均膨胀应变ε_1，膨胀稍微不同。如从图14C可见，这使第一和第二管部之间的间隙Δε与图14B相比最小化。然而，该间隙在膨胀后仍由于回弹效应而发生。

如上所述，随后去除第二管部并且这可以借助于可去除的装置如定位元件22通过拖动第二部分7与第一部分5分离来完成。第二管部7可以不必释放成使得不需要牵引力。两个部分5、7之间仍可能存在一定摩擦，即使第二部分已被释放成使得它不再被压配合在第一管部5上。两个部分5、7之间的摩擦可以是局部的，意味着在预定位置两个部分之间仍保留了一定摩擦并且第二部分直到它被拖开才移动，从而留下第一管部作为密封开口25的补贴。

当第一管部5由具有比第二管部7的材料高的弹性模量E的材料制成和/或第二管部由具有比第一管部的材料高的屈服强度σ_y的材料制成时，提供了一种使第二管部在膨胀后从第一管部释放的轻松方式。这样，第二管部7起到使第一管部5膨胀的帮助工具的作用，并且易于在膨胀后去除。这是由于当在膨胀后无应力时各部分沿组件的径向挠曲返回（flex back）的事实。如图14A-14C所示，各部分的挠曲返回或回弹遵循以下方程式：

ε=σ_y/Ε

因此，第一管部可以由在膨胀后具有第一回弹能力的材料制成，第二管部可以由在膨胀后具有第二回弹能力的材料制成，其中第一回弹能力小于第二回弹能力。

如图1-10所示，第二管部的最大外径在管组件的未膨胀状态基本上等于第一管部的内径。这样，第二管部易于在膨胀后去除，即使它在膨胀后未从第一管部被释放，但需要被磨掉或钻掉。于是，磨削工具必须具有与第二管部的外径匹配的范围。

在图1-6中，第二管部的第二长度基本上等于或小于第一管部的第一长度，从而使插入工具比在第一和第二管部如图7-10所示具有不同长度时更简单。

如在图1-10中可见，第一管部沿第一管部或第二管部的全长被紧固在第二管部上。第一部分5和第二部分7也可以采用另一种方式如借助于粘合剂被彼此紧固。当存在剪应力时，例如，当借助于锥来使管组件膨胀时，这种粘合剂连接最适合作为紧固装置。然而，当两个部分5、7由于膨胀后的不均匀挠曲而分开时，粘合剂不够牢固以将这两个部分保持在一起。

第二管部7可以被完全或部分地紧固在第一管部5的内表面6上。

也可以借助于点焊将第一部分5和第二部分7彼此紧固。焊接点产生足够的紧固能力以将整个组件置于与泄漏部位相对的位置。随后，当将锥10朝向工具拉拽以使两个部分5、7膨胀时，通过膨胀工具12将第一部分5和第二部分7保持在适当位置。当使部分5、7膨胀时，焊接点开裂，当管部再次释放时，它们彼此分开。

也可以借助于中间层来将第一部分5和第二部分7彼此紧固。在组件膨胀后，使组件遭遇诸如酸之类的流体，该流体分解中间层。这样，管部5、7在膨胀后分开，且第二和内部部分可以易于被释放，从而留下第一部分作为密封泄漏部位的补贴。

通过能够去除第二管部7，锥或另一种膨胀工具可以具有比足以使第一管部单独膨胀的直径小的外径，因此，管组件1连同锥一起可以进入通过已存在的补贴——也称为补贴套补贴方案。此外，可膨胀的锥不必是可膨胀的锥，导致膨胀工具的设计更复杂并因此留有更多部分未正常工作的风险。

如上所述，第一管部5和第二管部7在组件的未膨胀状态下被紧固在一起并在膨胀状态下彼此完全或部分地释放。

在图7的管组件1中，第二管部7具有比第一管部5的长度l₁长的长度l₂。当使管组件1膨胀时，第二管部7的突出长度被向内牵拉成为径向向内突出的凸缘28，如图8所示。在膨胀后，可去除的装置拖动第二管部7释放并使它移动离开第一管部5。

在图9中，第二管部7具有在膨胀前向内突出的凸缘29和在组件膨胀后向内突出的凸缘。在膨胀后，可去除的装置拖动第二管部7释放并使它移动离开第一管部5。

在一个实施例中，第二管部7包括多个周向环元件，各环元件在未膨胀状态下被紧固在第一管部5上。为了能够在膨胀期间向外迫压第一管部5，第二管部不必是完全空心的圆筒。

在另一个实施例中，轴向导向元件布置在环元件之间，所述导向元件具有与环元件相同的厚度。

当轴向导向元件布置在环元件之间时，第二管部7形成格栅。然而，第二管部也可以采取网状物的形式。

图11示出了具有管组件1和膨胀工具12的井下系统，所述膨胀工具12具有形式为锥或楔铁的膨胀装置10。锥借助于轴11连接到膨胀工具12的其余部分。当插入管组件1时，该组件被紧固在锥与工具之间。当工具12位于与泄漏部位相对的位置时，它在套管内侧锚定，并且膨胀装置然后朝工具被牵拉，从而使轴11被牵拉到工具中，使管组件1膨胀。该膨胀装置具有外径，其中该膨胀装置的最大外径基本上等于井管结构的内径减去第二管的厚度的两倍。

如果管组件1包括突出的凸缘，则膨胀装置10可以被用作可去除的装置使得当与膨胀装置连接的轴11进一步回缩到工具中时，或者当工具移动离开第一管部时，膨胀装置从第一管部5去除第二管部7。在一个实施例中，锤或楔铁可以是可膨胀的。

在该井下系统中，膨胀装置10或膨胀工具12也可以包括炸药、加压流体、水泥、或其结合。在图12中，管组件1被紧固在保持装置14和该工具之间。保持装置14借助于具有开口的轴11连接到该工具。保持装置14、管组件1和工具封闭空间或区域21——该空间或区域充填有流经轴11中的开口以便使管组件1膨胀的加压流体。随后，保持装置14折叠或回缩。如果管组件1具有突出的凸缘，则保持装置14还可以被用于使第二管部7从第一管部5回缩。在另一个实施例中，保持装置14回缩并由可去除的装置替代，该可去除的装置适合于接合第二部分7的向内突出的凸缘使得可去除的装置将第二管部从第一管部5推出。

在膨胀后，图12中的空间也可以被充填诸如酸之类的腐蚀性混合物，以便去除第二管部7。

在图15中，井下系统的第二管部7更有弹性并且能够符合非圆形形式。第二管部7由仍能够传递锥的力以便使第一管部5膨胀的诸如橡胶之类的弹性材料制成。这样，可以使第一管部5膨胀成也压靠在一定程度上呈椭圆形或另一种非圆形的截面形状的套管上。

在图16中，井下系统包括借助于金属丝23或缆索紧固在膨胀工具12上的圆盘形式的定位元件22。该圆盘具有比第二管的内径大的外径，并且在与邻近膨胀工具12的一端27相对的一端布置在第二管部7的外侧，当使管组件膨胀时，膨胀锥被朝所述膨胀工具12被牵拉。金属丝在第二管部7内延伸，并且当管组件膨胀时，当膨胀工具12移动离开第一管部5时，圆盘将第二管部拉开。这样，第二管部7在膨胀后被拉离第一管部5并随同包括膨胀锥的膨胀工具12朝地表面（surface）被牵拉。

在图17和图18中，定位元件22的形式是突出部或凸缘26并从膨胀装置10径向突出以使第二管在膨胀后回缩。在图17中，膨胀锥保持管组件1被紧固在锥10和膨胀工具12在轴11不同于锥本身的另一端在锚13附近的其余部分之间。锚通过压靠在井管结构的内表面上来将工具锚定在井管结构内侧。在该位置，管组件1插在井管结构中与待密封的开口相对。随后，如图18所示，锥被迫使穿过管组件1并且凸缘26随同锥的回缩一起压迫第二管部，这样，第二管部从第一管部回缩并随同膨胀工具从井上升。

也可以通过钻削、磨削或加工工具、锤工具、推动或拉动工具、或其结合来去除第二管部7。

第二管部7由塑料、天然或合成橡胶、玻璃纤维、金属、或其结合制成。该金属可以是铝、钢、钛或铁，并且合适的钢材的一些示例可以是不锈钢、具有超过40%镍的金属、形状记忆合金或弹簧钢。该塑料可以是聚酰胺、聚甲醛（POM）、聚缩醛、多聚甲醛（polyformaldehyde，聚蚁醛）、聚醚醚酮（PEEK）、聚氯乙烯（PVC）或聚四氟乙烯（PTFE）。弹簧钢是指具有很高的屈服强度的中碳或高碳钢合金。第一管部5由诸如钢或铁之类的金属制成。第一管部5制成为具有所有已知品质的补贴——这些品质已经被证实可以用于井下。管部5、7可以是冷拔或热拔管状结构。

当第二管部7由玻璃纤维制成时，膨胀装置10包括适合于在膨胀期间加热第二管部7和/或第一管部5的加热装置。

当密封井下井筒3中的井管结构2内侧的开口25如泄漏部位时，确定开口25或泄漏部位，然后在未膨胀状态下将管组件1布置成与泄漏部位相对，最后，使管组件膨胀直到第一管被压向井管结构的内表面。随后，从第一管部5去除第二管部7。

在去除第二管的步骤前，该方法可以包括以下步骤：通过使膨胀装置移动通过管组件，径向向外迫压第一和第二管部，随后，使膨胀装置回缩脱离第二管使得第二管可以由于材料的回弹能力而自行回缩以具有比第一管部的内径小的外径，来使第二管从第一管释放。

在膨胀期间，管组件1的第一管部5比井管结构2的内表面6在一定程度上更加被径向向外迫压，这是因为第一管部5由于弹性弛豫（如早先提到的关于材料的回弹效应和能力）而挠曲返回。

可以通过迫使膨胀装置10如具有比第二管部的内径大的直径的锥或楔铁通过管组件，或者通过将锥或楔铁布置在具有比第二管部的直径小的直径的管组件内侧，随后使锥或楔铁径向膨胀，从而使管组件1膨胀，来执行膨胀步骤。通过设置可膨胀的锥或楔铁，补贴套补贴方案变得比在未设置可膨胀的锥或楔铁的情况下更容易。膨胀装置也可以借助于在弹性体或橡胶元件的任一侧挤压使得橡胶元件在膨胀工具12的轴向长度上缩短同时增大其在膨胀工具12的径向上的直径来扩大膨胀装置的外径。

也可以通过封闭管组件1的端部，从而在管组件内侧提供限制区域21，随后借助于流体或气体对该限制区域进行加压，来执行膨胀步骤。

用于使管组件1膨胀的流体可以是包围工具和/或井管结构2的井筒3中存在的任何类型的井流体。而且，该流体可以是水泥、气体、水、聚合物或二元复合物，例如与结合剂或硬化剂混合或反应的粉末或粒子。

通过形成在膨胀后具有第一回弹能力的材料的第一管部，并形成在膨胀后具有第二回弹能力的材料的第二管部，其中第一回弹能力小于第二回弹能力，来制造管组件。

在井下系统无法一直沉入套管中的情况下，可以使用井下牵引机来将井下系统一直牵拉或推动到井内的适当位置。井下牵引机是任何类型能够在井内推动或拉动工具的驱动工具，诸如Well

尽管上文已结合本发明的优选实施例描述了本发明，但对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不脱离如以下权利要求所限定的本发明的前提下，可以想到若干改型。

Claims

1.一种用于密封井下井筒（3）中的井管结构（2）中的开口的井下管组件（1），包括：

-由金属制成的第一管部（5），其具有内表面（6）、内径（ID₁）、外径（OD₁）和在未膨胀状态下的第一长度（l₁），以及

-第二管部（7），其具有外表面（8）、外径（OD₂）和第二长度（l₂），在未膨胀状态下布置在所述第一管部内侧，

其中，所述第一管部的内表面在膨胀前被紧固在所述第二管部的外表面上并在膨胀后被释放，并且

其中，所述第一管部由具有比所述第二管部的材料高的弹性模量或杨氏模量的材料制成。

2.根据权利要求1所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管部的最大外径基本上等于所述第一管部的内径。

3.根据权利要求1或2所述的井下管组件，其特征在于，所述第二长度基本上等于或小于所述第一长度。

4.一种用于密封井下井筒（3）中的井管结构（2）中的开口的井下管组件（1），包括：

其中，所述第二长度基本上等于或小于所述第一长度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，所述第一管部由在膨胀后具有第一回弹能力的材料制成，所述第二管部由在膨胀后具有第二回弹能力的材料制成，其中所述第一回弹能力小于所述第二回弹能力。

6.一种用于密封井下井筒（3）中的井管结构（2）中的开口的井下管组件（1），包括：-由金属制成的第一管部（5），其具有内表面（6）、内径（ID₁）、外径（OD₁）和在未膨胀状态下的第一长度（l₁），以及

所述第一管部的内表面在膨胀前被紧固在所述第二管部的外表面上并在膨胀后被释放，

其中，所述第一管部由在膨胀后具有第一回弹能力的材料制成，所述第二管部由在膨胀后具有第二回弹能力的材料制成，其中所述第一回弹能力小于所述第二回弹能力。

7.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第一管部沿所述第一管部或所述第二管部的全长被紧固在所述第二管部上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管部具有一厚度（t₂），所述厚度（t₂）是所述第一管部的厚度（t₁）的至少10%、优选至少20%且更优选至少50%，或者反之。

9.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管由金属如铝、不锈钢、钛、含有超过40%镍的金属、形状记忆合金、弹簧钢、钢或铁、或其任意结合制成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管部由具有比所述第一管部高的屈服强度的材料制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第一管部和所述第二管部被机械地连接，诸如被压配合、型锻、轧制、过盈配合或摩擦配合在一起。

12.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管部借助于中间层被紧固在所述第一管部的内表面上。

13.根据权利要求8所述的井下管组件，其特征在于，所述中间层由在遇到诸如酸之类的流体时能够分解的材料制成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管部由当遇到诸如酸之类的流体时能够分解的材料制成。

15.根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，其特征在于，所述第二管部由天然或合成橡胶、玻璃纤维、塑料如聚酰胺、聚甲醛（POM）、聚缩醛、聚蚁醛、聚醚醚酮（PEEK）、聚氯乙烯（PVC）或聚四氟乙烯（PTFE）、或金属如铝、不锈钢、钛、形状记忆合金、弹簧钢、钢或铁、或其任意结合制成。

16.一种井下系统，包括：

-具有内径的井管结构，

-根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，以及

-用于使所述第一和第二管部在套管内侧膨胀的膨胀工具。

17.一种用于密封井筒中的井管结构中的开口的井下系统，所述井管结构具有内径，所述井下系统包括：

-根据前述权利要求中任一项所述的井下管组件，以及

-用于使第一和第二管部在套管内侧膨胀的膨胀工具。

18.根据权利要求16或17所述的井下系统，其特征在于，所述膨胀工具具有基本上等于所述井管结构的内径减去所述第二管的厚度的两倍的最大外径。

19.根据权利要求16-19中任一项所述的井下系统，其特征在于，所述膨胀工具包括轴（11）和膨胀装置（10），诸如锥或楔铁。

20.一种用于密封井筒中的井管结构中的开口的井下系统，所述井管结构具有内径，所述井下系统包括：

-用于在套管中膨胀的第一管部（5），所述第一管部由金属制成并具有内表面（6）、厚度（t₁）和第一长度（l₁），

-第二管部（7），其具有外表面（8）、厚度（t₂）和第二长度（l₂），其布置在所述第一管部内侧，和

-用于使所述第一和第二管部在所述套管内侧膨胀的膨胀工具（12），

其中，所述膨胀工具包括与膨胀装置（10）如锥或楔铁连接的轴（11）。

21.根据权利要求20所述的井下系统，其特征在于，所述膨胀装置具有外径，其中所述膨胀装置的最大外径基本上等于所述井管结构的内径减去所述第二管的厚度的两倍。

22.根据权利要求16-21所述的井下系统，其特征在于，所述井管结构的内径在膨胀后基本上不变。

23.根据权利要求16-22中任一项所述的井下系统，其特征在于，所述膨胀装置具有从所述膨胀装置径向突出以使所述第二管在膨胀后回缩的突出部或凸缘（26）。

24.根据权利要求16-23中任一项所述的井下系统，其特征在于，所述膨胀工具包括借助于金属丝或轴连接到所述膨胀装置的定位元件（22），所述回缩部件具有比所述第二管的内径大的外径。

25.根据权利要求16-24中任一项所述的井下系统，其特征在于，所述系统包括用于井下运动的井下牵引机。

26.一种用于密封井下井筒中的井管结构中的开口的方法，所述方法包括以下步骤：

-确定泄漏部位，

-将根据权利要求1-15中任一项所述的井下管组件在未膨胀状态下布置成与所述泄漏部位相对，

-通过使膨胀装置移动通过所述管组件来使所述管组件膨胀直到所述第一管被压向所述井管结构的内表面，以及

-完全或部分地去除所述管组件的第二管部。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括以下步骤：通过使所述膨胀装置移动脱离所述第二管使得所述第二管能够自行回缩成具有比所述第一管部的内径小的外径来使所述第二管从所述第一管释放。

28.根据权利要求26或27中任一项所述的方法，其特征在于

-通过迫使具有比所述第二管部的内径大的直径的锥或楔铁通过所述管组件，或者通过使锥或楔铁布置在管组件内侧并具有比所述第二管部的直径小的直径，随后使所述锥或楔铁径向膨胀，从而使所述管组件膨胀，来执行所述膨胀步骤，

-通过封闭所述管组件的端部，从而在所述管组件内侧提供限制区域，随后借助于流体或气体来对所述限制区域进行加压，来执行所述膨胀步骤，或者

-借助于炸药来执行所述膨胀步骤。

29.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，其特征在于

-通过磨削、钻削、加工、锤击、推动、拉动或通过拉动定位装置来执行所述去除步骤，或者

-通过添加腐蚀性混合物来执行所述去除步骤。

30.一种用于密封井下井筒中的井管结构中的开口的方法，所述方法包括以下步骤：

-将根据权利要求1-15中任一项所述的井下管组件布置成与所述开口如泄漏部位相对，

-通过使膨胀装置移动通过所述管组件来使所述第一和第二管部膨胀直到所述第一管被压向所述井管结构的内表面，以及

-由于所述第一和第二管部的不同回弹能力而使所述第二管部从所述第一管部释放。

31.根据权利要求26-30中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

-由在膨胀后具有第一回弹能力的材料形成所述第一管部，以及

-由在膨胀后具有第二回弹能力的材料形成所述第二管部，

其中，所述第一回弹能力小于所述第二回弹能力。

32.一种用于制造根据权利要求1-15中任一项所述的井下管组件的制造方法，包括以下步骤：

-由在膨胀后具有第二回弹能力的材料形成所述第二管部，

其中，所述第一回弹能力小于所述第二回弹能力。