CN103764942A

CN103764942A - 具有轴向力机构的环形屏障

Info

Publication number: CN103764942A
Application number: CN201280041382.1A
Authority: CN
Inventors: J·哈伦德巴克; R·R·瓦斯克斯
Original assignee: Welltec AS
Current assignee: Welltec AS
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-04-30
Also published as: US9708862B2; CA2846794A1; RU2598002C2; AU2012307454A1; AU2012307454B2; RU2014111785A; EP2570588A1; DK2570588T3; US20140190708A1; MX2014002349A; MX344573B; BR112014004684A2; EP2570588B1; WO2013037817A1

Abstract

本发明涉及一种待在井管结构和井下井眼的内壁之间的环状空间中膨胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环形屏障。该环形屏障包括：沿纵向方向延伸以作为所述井管结构的一部分安装的管部；围绕该管部并限定出与该管部的内部流体连通的空间的可膨胀套筒；使流体进入该空间以膨胀该套筒的第一流体通道；和包括与该管状部件可滑动连接的连接部的连接单元，该可膨胀套筒的第一端与连接部相连接，其中该连接单元还包括与该管部固定地连接的固定部，和适用于产生作用在该可膨胀套筒的该第一端上的轴向力的致动机构。

Description

具有轴向力机构的环形屏障

技术领域

本发明涉及一种待在井管结构和井下井眼的内壁之间的环状空间中膨胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环形屏障(环形阻挡装置)，该环形屏障包括：沿纵向方向延伸以作为所述井管结构的一部分安装的管部；围绕该管部并限定出与该管部的内部流体连通的空间的可膨胀套筒；使流体进入该空间以膨胀该套筒的第一流体通道；和包括与该管部可滑动连接的连接部的连接单元。另外，本发明涉及包括环形屏障的系统和膨胀环形屏障的方法。

背景技术

在井筒中，环形屏障用于不同的目的，诸如用于提供对内管结构与外管结构之间的流动或内管结构与井眼内壁之间的流动的隔离。环形屏障作为井管结构的一部分安装。环形屏障具有由环形可膨胀套筒包围的内壁。该可膨胀套筒通常由弹性体材料制成，但也可由金属制成。套筒在其端部紧固到环形屏障的内壁。

多个环形屏障可用来密封在内管结构和外管结构之间或井管结构与井眼之间的区域。第一环形屏障在待密封区域的一侧膨胀，和第二环形屏障在该区域的另一侧膨胀，由此该区域被密封。

环形屏障可使用注入井中或注入井的有限部分的加压流体进行装定（安置）。以此方式，环形屏障的可膨胀套筒被膨胀到与外管结构或井眼的内壁相接合。井的压力包络由用在井结构内的管和井硬件等的爆裂等级来控制。当可膨胀套筒通过增加井内的压力来膨胀时，井的爆裂等级限定可施加的最大压力。期望将膨胀套筒所需的膨胀压力最小化来将井在膨胀压力中的暴露最小化。

为了降低环形屏障的膨胀压力，可减小可膨胀套筒的厚度。然而，这削弱了可膨胀套筒的尺寸和套筒的最大膨胀尺寸。另外，套筒会在达到套筒的期望膨胀尺寸之前发生坍塌或破裂。可膨胀套筒破裂往往存在的原因是在膨胀过程中套筒材料不恰当地变薄。套筒材料的变薄是可膨胀套筒的一个重要特性，但例如在套筒的局部区域变薄太多将导致环形屏障发生故障。

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形屏障，其中避免了套筒不适宜地变薄。

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，即通过一种待在井管结构和井下井眼的内壁之间的环状空间中膨胀以在井眼的第一区域和第二区域之间提供区域隔离的环形屏障，该环形屏障包括：

-沿纵向方向延伸以作为所述井管结构的一部分安装的管部；

-围绕该管部并限定出与该管部的内部流体连通的空间的可膨胀套筒；

-使流体进入该空间以膨胀该套筒的第一流体通道；

-和包括与该管部可滑动连接的连接部的连接单元；

其中该连接单元还包括与该管部固定地连接的固定部，和适用于产生作用在该可膨胀套筒的该第一端上的轴向力的致动机构，由此使该连接部沿纵向方向朝向该可膨胀套筒的与所述管部相连接的第二端移位。

在这方面的优点是同时通过将液压流体注入由可膨胀套筒限定的空间来膨胀可膨胀套筒和将该连接部移位以将该可膨胀套筒的一端朝向另一端移动来避免该可膨胀套筒不适宜地变薄。

在一个实施例中，连接部可构成致动机构的一部分。

上面描述的环形屏障还可包括两个连接单元，每个连接单元包括分别连接到可膨胀套筒的第一端和第二端的连接部。

另外，致动机构可包括至少部分限定在连接部的端面和固定部的端面之间的压力腔室。

此外，如上所述的环形屏障可包括用于使流体进入致动机构的压力腔室内以沿纵向方向推动该连接部的第二流体通道。

并且，该第二流体通道可设有止回阀。

如上所述的环形屏障还可包括流体旁路通道，用于当连接部已经沿纵向方向移位时提供在该压力腔室和由该可膨胀套筒限定的空间之间的流体连通。

此外，在连接部沿纵向方向移位之前该流体旁路通道可由该连接部阻断。

在一个实施例中，第一流体通道可设置在连接部中，从而流体连接由可膨胀套筒限定的空间和该致动机构的压力腔室。

通过将第一流体通道布置在连接部中，可调整通过第一流体通道的流量来控制压力腔室内的压力并因此控制作用在连接部和可膨胀套筒的第一端上的力。通过能够更好地控制作用在连接部上的力，可避免可膨胀套筒的不适宜变薄。

另外，第一流体通道可设有止回阀。

此外，第一流体通道可设有压力调节阀，防止当所述空间内的压力超过预定阈值时流体流入由可膨胀套筒限定的空间。

因此，通过压力调节阀可防止可膨胀套筒破裂，这是因为所述空间内的压力始终保持在可膨胀套筒的极限范围内。

而且，上面描述的致动机构可包括与压力腔室流体连接的液压泵，该液压泵适用于通过将液压流体泵送入压力腔室内来沿纵向方向推动该连接部。

另外，该致动机构可包括增压装置，该增压装置包括与该管部的内部流体连通的入口和与该压力腔室流体连通的出口，由此将液压流体供应到压力腔室来沿纵向方向推动该连接部。

通过使环形屏障包括液压增压器，可使用该管部内部的增压流体以将压力显著高于该管部内部的流体压力的加压流体供给到该压力腔室内部。由此，为了部署在井中的其它井硬件的利益，可减小注入该管部的内部的液压流体的膨胀压力。

此外，增压装置可进一步包括往复活塞和适用于改变液压流体的流动方向的先导控制阀。

并且，增压装置的往复活塞可具有第一端面和第二端面，该第一端面的表面积A1大于该第二端面的表面积A2。

另外，第一端的表面积可为第二端的表面积的2至6倍。

因此，活塞能够将施加到第一端面的压力增强到由第二端面施加在压力腔室内的流体上的较高压力。

而且，致动机构可包括含有压缩推进剂的压力容器，压缩推进剂适用于通过在启动（激活）时在压力腔室中提供超压力来沿纵向方向推动该连接部。

更特别地，推进剂可以是氮气、氖气、氩气、氪气、氙气、氧气或空气。

此外，当可膨胀套筒开始膨胀时，压力容器可通过传感器检测到所述连接部的运动来启动。

而且，传感器可包括由连接部的运动破坏的剪切销。

在一个实施例中，致动机构可包括与连接部相连接以沿纵向方向推动该连接部的杆。

更特别地，致动机构可包括液压泵，该液压泵适用于通过液压使该杆移位，由此该连接部被沿纵向方向推动。

另外，致动机构可包括包含电动机的线性致动器，该线性致动器适用于沿纵向方向推动该连接部。

上面描述的线性致动器可包括由电动机旋转的轴。

在一个实施例中，连接单元还可包括与管部可滑动地连接的活塞部，该活塞部布置在连接部和固定部之间，该压力腔室至少部分限定在活塞部的端面和固定部的端面之间，由此活塞部适用于沿纵向方向推动该连接部。

因此，活塞部可沿纵向方向移动离开连接部，而不会影响连接部的位置。

特别地，活塞部可与所述杆相连接。

另外，活塞部可与线性致动器相连接。

在另一个实施例中，环形屏障可包括适用于记录何时管部内的压力超过预定阈值的检测机构，以便随后启动该致动机构来产生作用在连接部上的轴向力。

这样的检测机构可包括爆破片。

此外，该检测机构可包括应变仪。

而且，环形屏障可包括传感器，该传感器适用于记录连接部的运动以启动该致动机构，由此在该连接部上产生轴向力。

此外，该传感器可包括剪切销。

或者，传感器可包括接触测量该连接部的运动的磁体。

另外，该传感器可适用于测量施加到该连接部的拉力。

本发明还涉及一种包括井管机构和如上所述的环形屏障的井系统。

最后，本发明涉及一种用于在位于井管结构和井眼的内壁之间的环状空间中膨胀如上面所述的环形屏障的方法，该方法包括以下步骤：

-通过使流体进入由该可膨胀套筒限定的该空间中来至少部分膨胀所述可膨胀套筒；

-在与所述可膨胀套筒的一端相连接的连接部上产生轴向力；和

-膨胀所述可膨胀套筒直至所述套筒抵靠该井眼的内壁密封。

另外，该方法可包括监控在由所述可膨胀套筒限定的该空间内积聚的压力的步骤。

而且，在可膨胀套筒膨胀期间轴向力可作用在该可膨胀套筒上。

附图说明

下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其优点，所述示意图处于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：

图1a示出了环形屏障，其中可膨胀套筒的一端连接到可滑动连接部且另一端连接到固定连接部；

图1b示出了环形屏障，其中可膨胀套筒的两端连接到与该管部可滑动地连接的连接部；

图2a示出了当环形屏障处于未装定状态时包括压力腔室的连接单元和可膨胀套筒；

图2b示出当环形屏障处于装定状态时前一图中的连接单元和可膨胀套筒；

图3a示出了当环形屏障处于未装定状态时包括连接部和活塞部的连接单元和可膨胀套筒；

图3b示出了当环形屏障处于装定状态时前一图中的连接单元和可膨胀套筒；

图4a示出了当环形屏障处于未装定状态时包括杆的连接单元和可膨胀套筒；

图4b示出了当环形屏障处于装定状态时前一图中的连接单元和可膨胀套筒；

图5示出了包括在压力腔室和由可膨胀套筒限定的空间之间提供流体连通的流体通道的连接单元；

图6示出了用于在压力腔室和由可膨胀套筒限定的空间之间提供流体连通的流体旁路通道；

图7示出了包括适用于将液压流体泵送入压力腔室的液压泵的连接单元；

图8示出了包括适用于将液压流体供应到压力腔室的增压器的连接单元；

图9示出了包括适用于沿纵向方向推动连接部的压力容器的连接单元；

图10示出了包括与管部可滑动地连接的连接部的连接单元的另一实施例；

图11示出了包括图8所示的增压器的连接单元的示意图；

图12示出了包括适用于使连接部沿纵向方向移位的液压活塞的连接（单元）的示意图；和

图13示出了包括井管结构和环形屏障的井系统。

所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本发明所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。

具体实施方式

图1a示出了待在井管结构3和井下井眼5的内壁4或另一种井管的内壁之间膨胀的环形屏障1。管结构3可以是生产套管。环形屏障1包括作为井管结构3的一部分安装的管部6。管部6具有与井管结构3的纵向轴线同轴的纵向轴线40。环形屏障1包括可膨胀套筒7，该可膨胀套筒7包围该管部6且限定出与该管部6的内部64流体连通的空间30。可膨胀套筒7的每端9,10与该管部6相连接，第一端9相对于该管部可滑动地紧固并且该第二端10通过固定连接部13相对于该管部固定地紧固。

环形屏障1具有用于让流体进入空间30以膨胀该可膨胀套筒7的第一流体通道61，该第一流体通道61如此设置在该管部6中，使得该流体直接进入该空间30。为简化目的，该第一流体通道61仅以截面示出，但被认为是环绕管部的圆周设置的一个或多个第一流体通道。阀诸如单向阀、流量控制阀、压力调节阀可布置在该第一流体通道61中。另外，环形屏障包括：连接单元120，该连接单元包括将可膨胀套筒的一端与管部滑动连接的连接部12；与该管部固定地连接的固定部16；和适用于引起作用在可膨胀套筒的第一端上的轴向力以防止套筒不必要地变薄的致动机构20。该致动机构将在下文中更详细地描述。可膨胀套筒的第一端9与该连接部12相连接，从而使得当连接部12移位时所述套筒的该部分沿纵向方向相应地移动。

图1b示出了环形屏障的另一个实施例，其中可膨胀套筒7的每一端9,10相对于管部6可滑动地紧固。这通过包括两个与上文所述的连接单元类似的连接单元120的环形屏障来实现。因此，可膨胀套筒的第一端9和第二端10与可滑动连接部12相连接。在下文中，将公开本发明的多个实施例，而不考虑可膨胀套筒7的每一端9,10如何与管部相连接。因此，不管可膨胀套筒的一端或两端是否与管部可滑动连接，均可以应用所公开的内容。

环形屏障可作为图13所示的井管结构3的一部分安装并通过将液压流体注入井管结构3来启动或装定。以此方式，可膨胀套筒通过液压流体的压力沿径向膨胀，而同时可膨胀套筒的一端或两端通过致动机构20产生的力沿纵向方向移动。

流体可在局部注入井管结构3的规定部段或通过对整个井管结构3加压注入。局部注入可通过本领域技术人员理解的多种方式进行。一种方式是将带有周向封隔器的钻杆下降入井管结构内并将封隔器布置在第一流体通道的相对侧以让流体进入空间30来膨胀该套筒。随后，流体通过钻杆注入封隔器之间的空间，由此流体通过第一流体通道进入该空间来启动和装定该环形屏障1。进行局部注入的另一种方式是通过使用井工具，例如井下牵引器，包括泵。这样的工具可通过缆线下降入井管结构3内与第一流体通道直接相连。井工具可注射已经存在于井中的流体或者由工具承载的流体。

图2a和2b示出了包括压力腔室21的致动机构。压力腔室位于连接部12和固定部16之间并至少部分由连接部的端面121和固定部的端面161限定。在图中仅示出了致动机构的截面，但连接部和固定部被认为是具有大致管状延伸长度并围绕该管部6的旋转部件。然而，本领域技术人员还应当理解，在本发明的范围内，连接部和固定部可被分成绕该管部的外周布置的多个单独的部件。因此，压力腔室21可以是一个连续的腔室或者被分成围绕该管部的若干个单独的腔室。在下文中，将仅参考一个压力腔室，即使环形屏障可包括以一致方式操作的若干个独立的压力腔室。

图2a和2b中的压力腔室21通过第二流体通道62与管部的内部64流体连通。当液压流体被注入压力腔室时，将力施加到连接部的端面121上，由此该连接部沿纵向方向移位离开该固定部16。为了在管部6和连接部之间提供不透流体密封，一个或多个密封件122诸如O型密封圈等等可布置在该连接部中的凹槽内。类似地，一个或多个密封件162可布置在固定部16的一个或多个凹槽内。在示出的实施例中，连接部12包括从连接部的与该可膨胀套筒相对的一端伸出的管状裙部123。该裙部延伸到至少部分覆盖该固定部16并构成压力腔室的壁。当连接部移位到拉长该压力腔室时该管状裙部123相对固定部滑动。在图2a中，环形屏障示出处于不起作用的、未装定状态，其中该连接部和可膨胀套筒的第一端还未发生移位。可膨胀套筒利用本领域技术人员理解的技术与连接部相连接，由于这个原因，将不对此进行进一步描述。

在图2b中，环形屏障示出处于激活的和装定状态，其中该连接部和可膨胀套筒的第一端已经沿纵向方向朝向可膨胀套筒的相对端且远离该固定部移位。压力腔室已经显著延长并且可膨胀套筒7的外表面71抵接井下井眼5的内侧壁4或者，作为替代，抵接另一井管结构的内侧壁。从而，管结构3周围的环状空间的一部段22与该环状空间2的其余部分隔离。井眼的第一区域221因此与井眼的第二区域222隔离，如图13所示。

通过同时将液压流体注入由可膨胀套筒限定的空间和使该连接部移位以将该可膨胀套筒的至少一端移位向另一端，避免了可膨胀套筒的不适宜变薄。该连接部的位移量根据可膨胀套筒的尺寸、材料性能和可膨胀套筒的期望膨胀直径等来平衡。

当环形屏障处于装定状态时，连接部12可通过本领域技术人员已知的锁定机构（未在图2b中示出）被永久地或暂时地锁定在移位位置，如图2b所示。

图3a示出了包括连接部12和活塞部14的连接单元120。在这个实施例中，可膨胀套筒与连接部相连接，并且该活塞的一端面141部分限定压力腔室21。另外，活塞部包括类似于上面所述的连接部12的管状裙部的管状裙部123。连接部和活塞部均包括用于提供到管部的流体密封连接的密封件122,142。压力腔室21的功能类似于上面描述的压力腔室的功能，且当压力流体通过第二流体通道62注入该压力腔室21时，将力施加到活塞部的端面141上。以此方式，活塞部沿纵向方向移离固定部16，从而该连接部也沿纵向方向移位。

如图3b所示，活塞部和连接部未相互连接。因此，活塞部仅可影响连接部沿纵向方向离开固定部的运动。通过使活塞部和连接部不连接，活塞部以及因此致动机构可在环形屏障已经装定后移位，而不会影响该连接部的位置和可膨胀套筒的膨胀。

在图4a和4b中，示出了包括连接到连接部12的杆23的连接单元120。从固定部16延伸出来的杆以使连接部12沿纵向方向移位。该杆可以是具有大体管状的延伸长度的围绕管部6的旋转部件。然而，作为替代地，环形屏障可包括环绕该管部的外周布置的数个单独的杆。在一个实施例中，用于使所述杆移位的致动机构由线性致动器90构成，并且所述杆23构造为由电动机91移位的轴。然而，本领域技术人员将会理解，杆可以多种其它方式移位，其被认为是落入本发明的范围内。

在一个替代实施例中，所述一个或多个杆使用一个或多个液压机构50可沿纵向方向移位，如图12所示。液压机构包括活塞腔室51、液压泵52和用于控制液压泵的运行的控制电子器件53。所述杆的、与杆的连接到该连接部（未在图12中示出）的一端相对的一端设有布置在活塞腔室51内的活塞231。该活塞231将活塞腔室分成第一腔室段51a和第二腔室段51b。在启动后，液压泵将流体从第二腔室段51b通过导管56泵送入第一腔室段51a。以此方式，杆23和附随的活塞231通过液压流体朝向在图12中看的左侧移位。当杆23移位时，连接部12和可膨胀套筒7的第一端沿纵向方向朝向可膨胀套筒7的另一端（图1a中示出）移位，从而可膨胀套筒被压缩。在由于某些原因必须收回连接部的情况下，可控制液压泵来使流体流反向并将液压流体从第一腔室段51a通过导管57泵送入第二腔室段51b。从而，该杆23以及伴随的活塞231通过液压流体向如图12所示的右侧移位。在示出的实施例中，液压机构50能够向前和向后移动。在一个替代实施例中，然而，液压机构可设计成仅考虑到向前运动，排除了沿两个方向移动的选项。液压泵由控制电子器件53来控制，所述控制电子器件包括检测机构54，诸如压力传感器、应变仪、爆破片等用于检测管部内的压力。检测机构与管部的内部相连通，并可布置在管部的壁中的凹槽或开口55中，或者通过本领域技术人员已知的任何其它手段来布置。当控制电子器件从检测机构接收到管部中的压力已经超过某一阈值的信号——标示液压流体正被注入井中以膨胀该可膨胀套筒时，控制电子器件启动所述泵来将流体从第二腔室段51b泵送入第一腔室段51a。可膨胀套筒因此同时通过注入空间30内的液压流体而膨胀和通过连接部的移动而压缩。

图5示出了类似于图2a和2b中所示实施例的实施例，区别仅在于第一流体通道11设置在连接部12中。第一流体通道11提供在压力腔室21和由可膨胀套筒限制的空间30之间的流体连通。由此，用于膨胀可膨胀套筒的液压流体通过压力腔室21来提供。为简要目的，第一流体通道11仅以截面示出，但被认为是在围绕管部的一个或多个连接部12中以基本圆形图案布置的一个或多个第一流体通道。通过将第一流体通道11布置在连接部中，可调整通过第一流体通道11的流量来控制压力腔室21内的压力并因此控制在连接部12和可膨胀套筒7的第一端上产生的力。通过第一流体通道的流量可通过改变第一流体通道的截面尺寸或通过在第一流体通道中设置本领域技术人员已知的流量调节装置来控制。

参考图6，示出了包括流体旁路通道63的实施例。在其初始位置，连接部12阻断流体旁路通道63直至在压力腔室内产生一定的压力，该压力足以将连接部12移动到图6所示的位置。在图6中，当连接部12已经移位离开固定部16一定距离时，流体旁路通道63提供在压力腔室和由可膨胀套筒限定的空间之间的流体连通。因此，注入压力腔室21内的液压流体将绕过连接部12，并且由液压流体在连接部的端面121上产生的力将减小，并且连接部的移位将停止。而且，如果可膨胀套筒的第一端应仅朝向所述相对端移位一定距离，结构止档(未示出)可设置在管部的外表面上以限制连接部的进一步移位。本领域技术人员将会理解，在不背离本发明范围的情况下，结构止档可以多种不同的方式构造。

图7示出了包括与管部的内部流体连接的液压泵152且包括用于控制液压泵的运行的控制电子器件153的环形屏障。液压泵和控制电子器件构成致动机构，并且在启动后，液压泵通过开口154从管部的内部抽吸流体并通过入口155将流体泵送入压力腔室21。因此，连接部12通过液压流体移位以沿纵向方向推动该可膨胀套筒7的第一端朝向该可膨胀套筒7的另一端（如图1a所示）。所述控制电子器件可以类似于如上所述的液压泵52控制的方式来控制液压泵152。

参考图8，示出了包括呈液压增压器70形式的增压装置的连接单元。通过使环形屏障包括液压增压器70，管部内部的增压流体可用于在压力腔室21内提供增压流体，该压力腔室的流体压力显著高于该管部内的流体压力。因此，在管部内注入的液压流体的膨胀压力可显著降低，以益于部署在井中的其它井硬件部件。液压增压器与管部的内部流体连通，如图11所示。

图11示出了液压增压器的一个实施例的示意图。液压增压器70包括可滑动地布置在活塞壳体75内的活塞74。活塞具有第一端面741和第二端面742，且该第一端面741的表面积A1大于第二端面742的第二端表面积A2。因此，活塞74能够将作用到第一端面741的压力增强到由第二端面742作用在活塞壳体75的第二空间75b内的流体上的较高压力。另外，液压增压器包括用于控制第一空间75a、增压器的入口72a和过量流体出口72b之间的流体连通的先导控制阀76，当缩回活塞以使新到量的流体进入第二空间75b时提供从增压器到井眼的流体连通。该先导控制阀具有两个位置。第一位置允许第一空间75a和入口72a之间的流体连通，以在加压期间供应流体进入第一空间75a。第二位置允许在活塞缩回期间第一空间75a和过量流体出口72b之间的流体连通。

当活塞到达其在活塞壳体的任一端中的极限位置时先导控制阀可通过导向轴761在所述第一位置和所述第二位置之间自动切换。另外，增压装置可包括第一单向止回阀77和第二单向止回阀78。第一单向止回阀77允许流体从入口72a流入第二空间75b，但阻止离开第二空间75b的压力增强的流体回流向入口72a。这样一来，在活塞缩回期间，可将来自入口的流体供应到增压器的高压侧。第二单向止回阀78允许压力增强的流体从第二空间75b流向增压器的出口72c并流入压力腔室21，但在活塞缩回期间阻止压力腔室21内的流体回流向第二空间75b，其中第二空间75b填充有较低压力流体。

为了防止含有肮脏颗粒的流体通过过量流体出口72b进入增压器，通常将在过量流体出口中布置过滤器73。在增压器正常运行期间，流体将仅离开过量流体连接（结构）进入井眼，但在特殊情况下，诸如井眼中发生高压波动的情况下，过滤器可以是应急有效的。

本领域技术人员将会理解液压增压器的多种不同设计和变型可应用在环形屏障中，这样的设计和变型被认为是在本发明的范围内。

图9示出了环形屏障，其中压力容器80包含在致动机构20中。压力容器80布置在连接单元120的固定部16中且含有压缩推进剂，该压缩推进剂适用于通过在压力腔室21中提供超压力以沿纵向方向推动连接部12。在压力容器80启动后，推进剂通过入口155供应到压力腔室21。当管部6中的压力已经超过某一阈值时，压力容器80被启动，表明液压流体正被注入井中以膨胀该可膨胀套筒7。压力容器80的启动可通过本领域技术人员理解的多种不同方式来控制。在一个实施例中，可设置剪切销125或触点来记录何时可膨胀套筒通过流体压力膨胀且连接部12收到来自可膨胀套筒的拉力的影响。当这种情况发生时，压力容器内的推进剂被释放以促进连接部和可膨胀套筒的第一端的纵向运动。或者，压力容器80可在接收到来自诸如前文实施例中描述的检测机构的信号时启动。

图10示出了包括与管部6可滑动地连接的连接部112的连接单元120。固定部16包括从连接部12的一端伸出的、围绕管部6的管状裙部163。该裙部和管部限定出一壳体，在该壳体中该连接部112可沿纵向方向滑动。管部6、固定部16和连接部112一起限定出压力腔室21，压力腔室21通过第二流体通道62流体连接到管部6的内部。当液压流体被注入压力腔室21时，连接部112和可膨胀套筒7的连接到该连接部112的第一端9在壳体内沿纵向方向滑动。

上面描述的环形屏障的多个实施例中的任一个可包括像图4a和9中所示的剪切销一样的一个或多个剪切销125。剪切销125限制连接部和可膨胀套筒7的第一端9的无意移位。当环形屏障被插入井内时，应当例如避免可膨胀套筒的无意膨胀，以便防止环形屏障卡在井中。剪切销仅作为示例性实施例示出，并且本领域技术人员将了解可提供剪切销的很多其它结构，而不背离本发明的范围。

参考图13，示出了包括井管结构3和环形屏障1的井系统100。环形屏障1的管部6与其它套管段相连接以构成井管结构3，当放置在井中时，环形屏障1被膨胀，如图13所示。因此，管结构3周围的环状空间段22与环状空间2的其余部分隔离开。井眼的第一区域221因此与井眼的第二区域222隔离开，如图13所示。

本发明容许多种不同形式的实施例。详细描述了且在附图中示出了多个特定的实施例，应当理解本公开内容要认为是本发明的原理的范例，并且不旨在将本发明限制到本文示出和描述的内容。应完全认识到上面讨论的不同实施例的不同教导可单独应用或以任何合适的组合方式应用以产生期望的结果。

环形屏障也称为封隔器或类似的可膨胀装置。井管结构可以是生产油管或套管，或者在井或井眼中的类似种类的井下管。如早先提到的，环形屏障可用在内生产管和井眼中的外管之间或者在管和井眼的内壁之间。井可具有若干种管，并且本发明的环形屏障可被安装用于所有的管。

可用来控制通过第一和第二流体通道的流的所述阀可以为能够控制流量的任何类型的阀，例如球闸门、蝶阀、节流阀、止回阀或单向阀、膜片阀、膨胀阀、闸阀、球形阀、刀阀、针阀、活塞阀、夹管阀或旋塞阀。

可膨胀管状金属套筒可以为冷拔或热拔管结构。

用于使可膨胀套管膨胀的流体可为在工具和/或井管结构3周围的存在于井眼内的任何类型的井流体。此外，流体可为水泥、气体、水、聚合物或双组分复合物，例如与结合剂或硬化剂混合或反应的粉末或颗粒。在将后续的流体注入空腔之前，部分流体诸如硬化剂可存在于管部分和可膨胀套筒之间的空腔内。

流体或井流体是指存在于油井或气井井眼中的任何类型的流体，如天然气、油、油基泥浆、原油、水等。气体是指存在于井、完井、或裸井中的任何类型的气体组分，并且油是指任何类型的油组分，例如原油，含油流体等。气体、油和水流体可因此均分别包括除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。

套管是指井下使用的与油或天然气生产有关的任何类型的管、管道、管结构、衬管、管柱等。

在该工具不是完全浸没入套管的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器是能够在井下推动或拉动工具的任何类型的驱动工具，例如

。

尽管上面已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但在不背离如下面的权利要求所限定的本发明的情况下可想到的若干变型对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims

1.一种待在井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀以在该井眼的第一区域(221)和第二区域(222)之间提供区域隔离的环形屏障(1)，该环形屏障包括：

-沿纵向方向延伸以作为所述井管结构(3)的一部分安装的管部(6)；

-环绕该管部并限定出与该管部的内部(64)流体连通的空间(30)的可膨胀套筒(7);

-用于使流体进入所述空间以膨胀所述可膨胀套筒的第一流体通道(11,61);和

-连接单元(120),包括：

-与所述管部可滑动地连接的连接部(12)，该可膨胀套筒的第一端(9)与该连接部相连接；

-与该管部固定地连接的固定部(16)，和

-适用于产生作用在该可膨胀套筒的该第一端上的轴向力的致动机构(20)，由此该连接部沿纵向方向朝向该可膨胀套筒的与所述管部相连接的第二端(10)移位；

其中该致动机构还包括至少部分限定在该连接部的端面(121)和该固定部的端面(161)之间的压力腔室(21)，和用于使流体进入该压力腔室以沿纵向方向推动该连接部的第二流体通道(62)；和

其中该第一流体通道设置在该连接部中，从而流体连接由该可膨胀套筒限定的所述空间和该压力腔室。

2.根据权利要求1所述的环形屏障，其中，该第一流体通道设有压力调节阀，防止当所述空间内的压力超过预定阈值时流体流入由该可膨胀套筒限定的该空间。

3.根据权利要求1或2所述的环形屏障，其中，包括两个连接单元，每个连接单元包括分别连接到该可膨胀套筒的第一端和第二端的所述连接部。

4.根据前述权利要求中任一项所述的环形屏障，其中，还包括流体旁路通道(63)，用于在该连接部已经沿纵向方向移位时提供在所述压力腔室和由该可膨胀套筒限定的空间之间的流体连通。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的环形屏障，其中，该致动机构还包括与该压力腔室流体连接的液压泵(152)，该液压泵适用于通过泵送液压流体进入该压力腔室来沿纵向方向推动所述连接部。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的环形屏障，其中，所述致动机构还包括增压装置(70),该增压装置包括与该管部的内部流体连通的入口(72a)和与该压力腔室流体连通的出口(72c),由此液压流体被供应到该液压腔室以沿纵向方向推动所述连接部。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的环形屏障，其中，所述致动机构还包括用于容纳压缩推进剂的压力容器(80)，所述压缩推进剂适用于通过在启动时在所述压力腔室内提供超压力来沿纵向方向推动所述连接部。

8.根据前述权利要求中任一项所述的环形屏障，其中，所述环形屏障包括检测机构(54)，该检测机构适用于记录何时所述管部中的压力超过预定阈值，以便随后启动所述致动机构以在该连接部上产生轴向力。

9.一种包括井管结构和根据权利要求1-8所述的环形屏障的井系统。

10.一种用于在位于井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀根据权利要求1-8中任一项所述的环形屏障的方法，该方法包括以下步骤：

-膨胀所述可膨胀套筒直至所述可膨胀套筒抵靠该井眼的内壁密封。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括在在所述连接部上施加轴向力之前和/或期间监控在由所述可膨胀套筒限定的该空间内积聚的压力的步骤。

12.一种待在井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀以在该井眼的第一区域(221)和第二区域(222)之间提供区域隔离的环形屏障(1)，该环形屏障包括：

-连接单元(120),包括：

-与该管部固定地连接的固定部(16)，和

其中该致动机构还包括至少部分限定在该连接部的端面(121)和该固定部的端面(161)之间的压力腔室(21)，和与该压力腔室流体连接的液压泵(152)，该液压泵适用于通过泵送液压流体进入该压力腔室以沿纵向方向推动该连接部。

13.一种待在井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀以在该井眼的第一区域(221)和第二区域(222)之间提供区域隔离的环形屏障(1)，该环形屏障包括：

-连接单元(120),包括：

-与该管部固定地连接的固定部(16)，和

其中该致动机构还包括至少部分限定在该连接部的端面(121)和该固定部的端面(161)之间的压力腔室(21)，和包括与该管部的内部流体连通的入口(72a)和与该压力腔室流体连通的出口(72c)的增压装置(70)，由此将液压流体供应入该压力腔室以沿纵向方向推动该连接部。

14.一种待在井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀以在该井眼的第一区域(221)和第二区域(222)之间提供区域隔离的环形屏障(1)，该环形屏障包括：

-连接单元(120),包括：

-与该管部固定地连接的固定部(16)，和

其中该致动机构还包括至少部分限定在该连接部的端面(121)和该固定部的端面(161)之间的压力腔室(21)，和容纳压缩推进剂的压力容器(80)，该压缩推进剂适用于通过在启动时在该压力腔室中提供超压力来沿纵向方向推动该连接部。

15.一种待在井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀以在该井眼的第一区域(221)和第二区域(222)之间提供区域隔离的环形屏障(1)，该环形屏障包括：

-连接单元(120),包括：

-与该管部固定地连接的固定部(16)，和

其中该致动机构包括与该连接部相连接以沿纵向方向推动该连接部的杆(23)。

16.根据权利要求12所述的环形屏障，其中，该致动机构包括液压泵(52)，该液压泵适用于通过液压使所述杆移位，由此所述连接部被沿纵向方向推动。

17.一种待在井管结构(3)和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环状空间(2)中膨胀以在该井眼的第一区域(221)和第二区域(222)之间提供区域隔离的环形屏障(1)，该环形屏障包括：

-连接单元(120),包括：

-与该管部固定地连接的固定部(16)，和

其中该连接单元还包括与所述管部可滑动地连接的活塞部(14)，该活塞部布置在该连接部和该固定部之间，该压力腔室至少部分限定在该活塞部的端面(141)和该固定部的所述端面之间，从而该活塞部适用于沿纵向方向推动所述连接部。