CN103930645B - 环状屏障系统及利用该系统测试井的压力完整性的方法 - Google Patents

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CN103930645B CN201280055889.2A CN201280055889A CN103930645B CN 103930645 B CN103930645 B CN 103930645B CN 201280055889 A CN201280055889 A CN 201280055889A CN 103930645 B CN103930645 B CN 103930645B
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Abstract

本发明涉及一种用于检验布置于第一金属套管(2)或井眼与第二金属套管(3)之间的可测试的环状屏障的环状屏障系统(1),所述第二金属套管具有外表面。所述环状屏障系统包括第一环状屏障(4)和第二环状屏障(5),每个屏障包括:在纵向方向上延伸用于作为第二金属套管的一部分安装的、由金属制成的管状部件(6);环绕该管状部件并与所述管状部件相连接且限定出环状屏障空间(13)的可膨胀金属套筒(7);和管状部件中的用于让流体进入环状屏障空间以膨胀套筒的第一流体通道(11)。环状屏障系统还包括传感器(9),并且当可膨胀套筒膨胀至抵靠所述第一金属套管或井眼时,在所述环状屏障之间限定出第一环状空间(12),其中,所述传感器布置成确定环状空间的状况以便测试所述环形屏障中的至少一个的隔离能力。本发明还涉及使用上述环状屏障系统测试井的压力完整性的方法。

Description

环状屏障系统及利用该系统测试井的压力完整性的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于检验布置于第一金属套管或井眼与第二金属套管之间的可 测试的环状屏障的环状屏障系统,所述第二金属套管具有外表面。本发明还涉及一种使用 上述环状屏障系统测试井的压力完整性的方法。
背景技术
[0002] 当在导管中布置中间套管时,或者当在中间套管中布置生产套管时,环状隔离封 隔器设置在环状空间中以防止来自周围地层的流体流入环状空间内。两个管柱之间的压力 完整性是非常重要的,并且它们之间的环空被定期测试。如果压力完整性被破坏,那么操作 者不能再检验井的控制,并且该井将被关闭。
[0003] 因此,这些环状封隔器能封隔地层压力是非常重要的。然而,很难在对封隔器进行 泄漏测试的同时不破坏压力完整性,这是因为地层或水泥位于一侧,并且因此,注入地层流 体中的示踪剂将由于套管也随后被射孔而破坏完整性。
发明内容
[0004] 本发明的目的是完全或部分地克服现有技术的上述缺点和不足。更具体地,本发 明的目的是提供一种改进的环状封隔器系统,该系统可在进行泄漏测试的同时不破坏压力 完整性。
[0005] 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,即通过一种环状屏障系统,该系统用于检验布置于第一金属套 管或井眼与第二金属套管之间的可测试的环状屏障,所述第二金属套管具有外表面,所述 环状屏障系统包括:
[0006] -第一环状屏障和第二环状屏障,每个环状屏障包括:
[0007] -在纵向方向上延伸用于作为第二金属套管的一部分安装的、由金属制成的管状 部件,
[0008] -环绕管状部件并与该管状部件相连接且限定出环状屏障空间的可膨胀金属套 筒,和
[0009] -管状部件中的用于使流体进入环状屏障空间以膨胀套筒的第一流体通道,并且
[0010] 该环状屏障系统还包括布置成与所述管状部件连接的传感器,当可膨胀套筒膨胀 至抵靠所述第一金属套管或井眼时,第一环状空间限定在所述环状屏障之间,其中,所述传 感器布置成确定环状空间的情况以便测试至少一个所述环状屏障的隔离能力。
[0011] 环状屏障可以布置成彼此相邻。
[0012] 此外,传感器可以测量流体的性质来确定环状空间的状况,该性质是温度、压力、 存在气体、或存在化学示踪剂。
[0013] 在一个实施例中,所述传感器可布置在环状空间中。
[0014] 在另一个实施例中,所述传感器可布置在至少一个环状屏障中或与至少一个环状 屏障相连接。
[0015] 在第三实施例中,所述传感器可布置在设置成与所述第二金属套管内的环状空间 相对的工具中。
[0016] 在另一个实施例中,所述传感器可布置在可膨胀套筒的外表面上。
[0017] 在又一个实施例中,所述传感器可布置在可膨胀套筒的外侧上。
[0018] 此外,所述传感器可以是应变计或压电晶体。
[0019] 这种应变计可以被紧固至所述可膨胀套筒的外侧,测量所述可膨胀套筒的伸长。
[0020] 此外,应变计可以借助于电线与读出单元和/或通信单元电连接,该电线以蜿蜒形 式附着于可膨胀套筒的外表面,使得电线足够长以便从应变计延伸到所述单元而不会断 开,以及在可膨胀套筒已膨胀后也不断开。
[0021] 压电晶体可以被嵌入在可膨胀套筒中。
[0022] 上述环状屏障系统还可包括布置在管状部件的外表面并与传感器电连通的读出 单元。
[0023] 此外,上述环状屏障系统还可包括布置在管状部件的外表面,用于从传感器向读 取器传送数据的通信单元。
[0024] 这种读取器可布置在与环状空间相对的工具中。
[0025] 此外,通信单元可与读出单元相连接。
[0026] 而且,通信单元可与处理器相连接。
[0027]所述传感器可与放大器相连接。
[0028] 此外,所述传感器可以是流体静压开关。
[0029] 在另一个实施例中,环状屏障系统还可包括具有出口的气体腔室,当布置在该出 口中的阀打开以使气体进入气体腔室内并进入环状空间时该出口与环状空间流体连通。
[0030] 通过将气体腔室布置在两个环状屏障之间,环状屏障中的一个可以进行压力测 试,即测试整个环状屏障的任何泄漏,并因此测试井的压力完整性是否令人满意和完好。 [0031 ]在一个实施例中,第一通信单元可以布置在位于第二金属套管和第一金属套管或 井眼之间的第一环空中。
[0032]在另一个实施例中,第一环状屏障的可膨胀套筒可借助于两个连接件与所述管状 部件连接。
[0033]另外,气体腔室可以是环状腔室。
[0034] 此外,气体腔室可布置在所述连接件中。
[0035] 而且,气体腔室可布置成环绕第二金属套管。
[0036] 此外,气体腔室可包括含有化学示踪剂的气体。
[0037] 此外,所述阀可例如借助于磁体远程控制。
[0038] 上述环状屏障系统还可以包括可沉入第二金属套管内的泄漏检测工具。
[0039] 所述泄漏检测工具可包括气体检测单元。
[0040] 并且,泄漏检测工具可包括压力测量单元。压力测量单元可使用声学如超声,或 电磁福射。
[0041] 此外,泄漏检测工具可以包括温度单元,诸如激光器。
[0042] 此外,每个环状屏障的可膨胀套筒可具有与管状部件固定连接的两个端部。
[0043] 通过使两个端部固定连接,与在管状部件和可膨胀套筒之间的连接中设置通常为 人字形密封或〇型密封圈的密封件用于提供可滑动连接的情况相比,可膨胀套筒和管状部 件之间的密封连接可制成非常紧密。
[0044] 此外,通信单元可以包括借助于电感、无线局域网(Wlan)、紫蜂(zigbee)、无线电 频率等从通信单元向读取器发送数据的无线发送单元。
[0045]此外,第一流体通道可以布置在管状部件中,提供与管状部件内部和可膨胀空间 的流体连通。
[0046] 在一个实施例中,第一流体通道可以布置在将可膨胀套筒与管状部件相连接的连 接件中。
[0047] 环状空间可至少部分地填充有水泥。
[0048] 此外,可膨胀套筒可以借助于连接件与管状部件相连接,所述连接件包括具有与 所述管状部件的内部流体连通的开口的压力放大单元,以及第一腔室和当管状部件中的压 力增大时在第一腔室中运动的第一活塞,所述第一活塞被连接到在气体腔室中运动的第二 活塞,当第一活塞运动时迫使气体进入环状空间。
[0049] 上述环状屏障系统还可包括:第二金属套管;布置在所述第二金属套管内的第三 金属套管;第三环状屏障和第四环状屏障,所述第三和第四环状屏障的在纵向方向上延伸 的管状部件用于作为第三金属套管的一部分安装;布置成与管状部件连接的第二传感器, 当所述第三和第四环状屏障的可膨胀套筒膨胀到抵接所述第二金属套管时,在所述第三和 第四环状屏障之间限定出第二环状空间,其中,第二传感器可布置成确定第二环状空间的 状况以便测试第三或第四环状屏障中的至少一个的隔离能力。
[0050] 环状屏障系统还可以包括与第三金属套管和/或第二传感器相连接的第二通信单 元以接收来自布置于第一环状空间中的传感器的信息。
[0051] 该通信单元也可以从第二传感器向井的顶部或向布置于第三金属套管中的工具 传递信息。
[0052] 在一个实施例中,第二通信单元可以布置在位于第二金属套管和第三金属套管之 间的第二环空中。
[0053] 此外,第五传感器可以布置在位于第二金属套管和第三金属套管之间的第二环空 中。
[0054] 环状屏障系统还可以包括布置在位于第一金属套管和第二金属套管之间的第一 环空中的第四传感器。
[0055] 而且,环状屏障系统还可以包括:布置在第三金属套管内的第四金属套管;第五环 状屏障和第六环状屏障,所述第五和第六环状屏障的在纵向方向上延伸的管状部件用于作 为第四金属套管的一部分安装;和布置成与所述管状部件连接的第三传感器,当第五和第 六环状屏障的可膨胀套筒膨胀到抵接所述第三金属套管时,在所述第五和第六环状屏障之 间限定出第三环状空间,其中,第三传感器可布置成确定第三环状空间的状况以便测试第 五或第六环状屏障中的至少一个的隔离能力。
[0056]此外,环状屏障系统还可以包括与第四金属套管和/或第三传感器连接的第三通 信单元以接收来自布置于第二环状空间中的第二传感器的信息。
[0057]在一实施例中,第三通信单元可以布置在位于第二金属套管和第三金属套管之间 的第三环空中。
[0058] 环状屏障系统还可以包括布置在位于第二金属套管和第三金属套管之间的第三 环空中的第六传感器。
[0059] 本发明还涉及一种使用上述系统测试井的压力完整性的方法,所述方法包括下列 步骤:
[0060] -膨胀所述第一和第二环状屏障的可膨胀套筒,从而提供环状空间,
[0061 ]-在环状空间中产生增大的流体性质,并
[0062]-通过传感器测量所述性质。
[0063] 这种增大的流体性质可通过当膨胀所述可膨胀套筒时流体在环状空间内部的截 留而产生。
[0064] 所述方法还可以包括将包括传感器的工具下降至井内以测量环状空间中的流体 的性质的步骤。
[0065] 此外,所述方法可包括使气体进入环状空间和测试来自套管内的气体腔室的气体 的步骤。
[0066] 最后,所述方法还可以包括打开阀的步骤。
附图说明
[0067] 下面将参考示意性附图详细描述本发明及其许多优点,所述附图出于说明目的示 出一些非限制性实施例,其中:
[0068] 图1示出了布置在完井中的环状屏障系统,
[0069] 图2示出了环状屏障系统的一个实施例的截面图,
[0070] 图3示出了环状屏障系统的另一个实施例的截面图,
[0071]图4示出了环状屏障系统的又一个实施例的截面图,
[0072]图5示出了环状屏障系统的再一个实施例的视图,
[0073]图6示出了环状屏障系统的截面图,
[0074]图7示出了环状屏障系统的另一个实施例的截面图,
[0075] 图8示出了环状屏障系统的又一个实施例的截面图,
[0076] 图9示出了环状屏障系统的再一个实施例的截面图,
[0077] 图10示出了环状屏障系统的一部分的截面图,
[0078] 图11示出了环状屏障系统的又一个实施例的截面图,该系统具有四个环状屏障, 和
[0079] 图12示出了环状屏障系统的再一个实施例的截面图,该系统具有六个环状屏障。 [0080]所有附图都是高度示意性的且未必按比例,它们仅示出为了阐明本发明所必需的 那些部分,其它部分省略或仅予以暗示。
具体实施方式
[0081]图1示出了用于检验布置于第一金属套管2与第二金属套管3之间的可测试的环 状屏障的环状屏障系统1。环状屏障系统1包括间隔开地布置的第一环状屏障4和第二环状 屏障5。如图2所示,每个屏障包括管状部件6和环绕管状部件6并与该管状部件相连接的由 金属制成的可膨胀套筒7,可膨胀套筒7限定出屏障空间13,环状屏障4、5还包括用于让流体 进入屏障空间13以膨胀金属套筒7的第一流体通道11。管状部件6在纵向方向上延伸用于作 为第二金属套管3的一部分安装,并且所述环状屏障4、5布置成彼此相邻。当可膨胀套筒7膨 胀至抵接第一金属套管2时,套筒在环状屏障、第一金属套筒2和第二金属套筒3之间形成环 状空间12。环状屏障系统1还包括与所述管状部件连接用于测试至少一个环状屏障的隔离 能力的传感器9。当膨胀所述环状屏障以提供第一套管2和第二套管3之间的隔离时,如图1 所示,需要确认该环状屏障的密封性能。因此,传感器设置成测量所述环状空间的状况,例 如环状空间内的流体的压力。当膨胀所述环状屏障时,环状空间中的压力增大,并且如果所 述环状屏障是紧密的,这种压力增大在从膨胀所述环状屏障开始的一段时间内由传感器测 量。如果传感器测量到套筒膨胀之后环状空间中的压力快速下降,那么环状屏障不能将流 体保持在环状空间内,并且因此,至少一个环状屏障是不够紧密的。
[0082]图1的传感器9布置在第一环状空间12中并测量流体的性质例如压力,以确定至少 一个环状屏障的状况,从而测试至少一个环状屏障的隔离能力。该压力传感器被紧固在一 个环状屏障的管状部件的外表面18上。所述传感器是当膨胀所述环状屏障的套筒时和在膨 胀之后的预定时间段中在一段时间内测量压力的换能器(transducer)。该传感器由电池供 电,并且由于测量在环状屏障进入到井眼内不久之后发生,电池可以是小型市售电池。 [0083]在另一实施例中,传感器9是测量环状空间中存在的流体的温度的温度传感器。当 压力增大时温度短暂地升高,并且因此,通过测量该温度,可以测试至少一个环状屏障的隔 离能力。如果在膨胀套筒时温度不升高,则环状屏障不紧密。该温度传感器布置在管状部件 的外表面上。
[0084]在另一个实施例中,所述传感器是紧固在可膨胀套筒的外表面上或嵌入在可膨 胀套筒中并测量可膨胀套筒的伸长的应变计或压电晶体。由于第一套管与第二套管之间的 距离是明确的和预定的,可膨胀套筒的膨胀可以精确地计算出,并且通过测量可膨胀套筒 的伸长,可以确定可膨胀套筒是否已经充分膨胀以提供足够的密封。
[0085]在图2和3中,传感器9与图3中的读出单元34和/或图2中的通信单元分别借助于电 线电连接。如果传感器9是应变计或压电晶体,那么电线以蜿蜒形式附着在可膨胀套筒的外 表面上,使得电线足够长以便从应变计延伸到所述单元而不会断开,而且在可膨胀套筒的 膨胀过程中也不会断开。
[0086]为了获取来自传感器的测量数据,所述通信单元布置在管状部件6的外表面18上, 用于从传感器9向读取器26传递数据,如图2所示,所述读取器布置于沉入井内的工具33中, 如图3所示。在另一个实施例中,所述通信单元与布置在井的顶部的处理器19经由无线链接 的中间通信单元(未显示)进行通信,如图1所示。读出单元34还可以与通信单元17连接从而 将通过读出单元接收的数据传递至例如布置成与第二套管2中的通信单元17对置的工具。 [0087]如图4所示,通信单元17与布置在管状部件的外表面18上的处理器35连接。测量例 如流体性质的传感器9将测量数据发送至读出单元34,读出单元34将数据进一步发送至处 理器35,并进一步发送至通信单元17。处理器35将数据转换成表示该环状屏障是否紧密的 信号,并且不表示由传感器测得的实际数据。
[0088] 在图5中,传感器9布置在工具33中,如果环状屏障在膨胀后足够紧密,则传感器9 测量到环状空间中的压力或温度增大。工具33布置在第二金属套管3内与环状空间相对,以 便感测所述流体的性质。该传感器是发射声信号如超声波的声学收发器,并且该收发器接 收跳跃的高频声波以便确定流体的性质,因而确定环状屏障是否提供足够的隔离区域。工 具33包括锚定件36以按压工具壁,因而传感器9压靠第二套管的壁以获得对环状空间中的 流体的性质如压力或温度的改进测量。
[0089] 布置在工具中的传感器也可以发射电子辐射,如激光,以确定环状屏障的隔离能 力。
[0090] 这样,传感器能够确定两个环状屏障是否都能够将流体保持在环状空间内以提供 第一和第二金属套管之间的隔离。
[0091 ] 在图6中,环状屏障系统1还包括具有出口 15的气体腔室14,当布置于出口 15中的 阀16打开以使气体腔室14内的气体进入环状空间12时,所述出口与环状空间流体连通。当 气体从气体腔室14放出并进入环状空间12时,可以通过研究分析在井中流动的流体中能否 识别出来自气体腔室的任何气体而对第一屏障4进行泄漏测试。该气体可含有某种化学示 踪剂,以便更容易地识别第一屏障是否有泄漏。通过在井口布置附加的传感器或将传感器 插入第一环状屏障上方的第一环空中,该传感器能够检测到第一环状屏障上方的环状空间 中的流体中的任何化学品,主要是气体。如果传感器未检测到化学品,那么第一环状屏障具 有足够的隔离能力以维持两个已膨胀套筒之间的环状空间内的流体,并且因此,该环状屏 障系统提供了第一和第二套管之间的隔离屏障。通过在由可膨胀套筒提供的环状空间内设 置气体腔室,能够测试第一环状屏障的隔离能力。
[0092]包括布置于由可膨胀套筒提供的环状空间内的气体腔室和传感器两者的环状屏 障系统能够测试第一环状屏障是否足够紧密,即使环状空间内的传感器已经测试过环状空 间是否泄漏。这样,环状空间内的气体腔室和传感器的组合使得可以测试第一环状屏障是 否足够紧密,即使第二环状屏障不紧密。
[0093]如图6中可见,第二屏障5抵接套筒7的一侧的水泥部分中的水泥20,和第二屏障5 在另一侧抵接第一环状空间12。这样,第二环状屏障不能通过识别在第二金属套管中流动 的流体中的气体来进行泄漏测试,因为在第二环状屏障上方泄漏的气体将进入水泥部分。
[0094] 第一环状屏障的可膨胀套筒与所述管状部件借助于两个连接件8连接。在图6中, 连接件8将可膨胀套筒固定地连接至环状屏障的管状部件。以这种方式,压力完整性不会被 位于连接件和管状部件之间的泄漏密封件损害。第一环状屏障上的唯一潜在的泄漏可能 在可膨胀套筒不能完全密封第一金属套管的内表面的情况下发生。
[0095] 气体腔室是环绕第二金属套管的环状腔室。腔室的出口布置在所述腔室壳体的壁 中,并且阀借助于螺纹连接或类似的连接紧固在出口中。当膨胀环状屏障的可膨胀套筒时, 环状空间中的压力增大到高于金属套管内压力的压力。阀可以是压力致动的,以便在该压 力增大的情况下打开,或者阀可以由来自地面的信号或其它可远程控制的方式无线致动, 而不穿透第二金属套管,因此不破坏压力完整性。在另一实施例中,阀包括磁体,当在套管 内产生磁场时,磁体可以移动以打开所述阀。
[0096] 在图7中,气体腔室布置在所述环状屏障中的一个的连接件中的一个中,在该情况 下,所述连接件中的一个是面向环状空间12的第一环状屏障的连接件之一是。因此,该连接 件被延长以包括气体腔室,如图所示,并且出口 15面向第二屏障。当阀打开时,气体进入环 状空间。
[0097] 环状空间也可以基本上充满水泥或类似的材料,使得第二环状屏障的套筒在水泥 中膨胀。如果这本身不提供密封连接,气体仍可以进入所述空间和穿过水泥,因而对第一环 状屏障进行了泄漏测试。
[0098] 环状屏障系统还包括泄漏检测工具21,如图9所示,该泄漏检测工具借助于缆线22 沉入第二金属套管内用于测试气体是否已能通过环状屏障中的一个。泄漏检测工具包括气 体检测单元23、压力测量单元24和/或温度单元41,例如激光器。压力检测单元使用声波如 超声波,或电磁辐射。当环状屏障的可膨胀套筒膨胀时,环状空间中的压力增大并变得比井 压力或地层压力略高。具有压力测量单元24的泄漏检测工具因而随时间推移测量环状空间 内的压力,如果环状空间内的压力下降到井或地层中的环境压力,那么环状屏障中的至少 一个在泄漏。如果在套管中的流体中没有识别出来自气体腔室的气体40,那么该泄漏来自 第二环状屏障的泄漏,而不是第一环状屏障的泄漏。在这种情况下,压力完整性仍被保持完 整,但是,如果在流体中识别出来自气体腔室的气体,那么第一环状屏障在泄漏并且压力完 整性不能得到保证。
[0099]泄漏检测工具可以仅包括气体检测单元23,这样,能检测到通过第一环状屏障泄 漏出的气体,从而能对第一环状屏障进行泄漏测试。
[0100]这样,所述性质可以是温度、压力、存在气体或存在化学示踪剂。如果要测量的性 质的变化不大,则传感器与放大器连接。
[0101]该传感器也可以是流体静压开关,当达到预定的压力增大时切换。
[0102] 在图6-8中,第一流体通道11布置在管状部件6中,提供与所述管状部件的内部25 和屏障空间13的流体连通。在另一个实施例中,第一流体通道也布置在将可膨胀套筒与管 状部件连接的连接件中,并且用于膨胀套筒的流体因而从管状部件的内部25通过连接件进 入屏障空间13。
[0103] 如图10所示,连接件8包括具有与所述管状部件6的内部25流体连通的开口 28的压 力放大单元27,以及第一腔室29和当管状部件6中的压力增大时在第一腔室29中移动的第 一活塞30,所述第一活塞30借助于在气体腔室14中运动的轴32连接到第二活塞31,当第一 活塞运动时迫使气体进入环状空间12。这样,套管内的压力可以用于将气体腔室中的气体 压入环状空间12中以对环状屏障进行泄漏测试。
[0104] 在完井过程中,泥、水、砂、气体或泥浆可进入第一环空61,并且在继续完井之前, 知道第一环空中存在哪种类型的流体是非常有用的。因此,如图1所示,第四传感器57布置 在设置于第一金属套管2和第二金属套管3之间的第一环空61中。该传感器可以与井的顶部 连续地通信。
[0105] 代替通过对第一环空61加压以验证所述第一和第二环状屏障4、5是否在提供屏 障,也可以为此目的使用第四传感器57。
[0106] 在图11中,环状屏障系统还包括布置在第二金属套管3内的第三金属套管51。第三 环状屏障53和第四环状屏障54布置成使得它们的在纵向方向上延伸的管状部件作为第三 金属套管的一部分安装。第三环状屏障53和第四环状屏障54的可膨胀套筒膨胀至抵接所述 第二金属套管3。该系统还包括与所述管状部件的外表面连接的第二传感器55,并且当可膨 胀套筒已膨胀时,第二环状空间52限定于第三和第四环状屏障53、54与第二和第三金属套 管3、51之间。第二传感器55布置在该空间中以确定第二环状空间52的状况,以便测试第三 或第四环状屏障53、54中的至少一个的隔离能力。通过提供第三金属套管51,第二环空58设 置成能被测试以验证第三和第四环状屏障53、54提供了第二屏障5。该测试通过在井的顶部 的井口进行的从上方对第二环空58加压来执行,并且如果环空能维持一定的压力,则第三 和第四环状屏障提供第二屏障。
[0107] 环状屏障系统还包括与第三金属套管51连接并且还与第二传感器55连接以接收 来自布置于第一环状空间12中的传感器的信息的第二通信单元56。通过设置这种中间通信 单元,工具可以被下降到第三套管51内并在一次运行中从第一传感器9和第二传感器55两 者加载信息。第二通信单元还可以从第二传感器55向井的顶部传递信息。
[0108] 如图12所示,第二通信单元56也可以布置在位于第二金属套管3和第三金属套管 51之间的第二环空58中。这样,通信单元更靠近第一传感器。
[0109] 图11所示的环状屏障系统还包括布置在位于第二金属套管3和第三金属套管51之 间的第二环空58中的第五传感器59。该第五传感器59可以用来验证环状屏障的完整性和/ 或第二环空58中存在哪种流体。
[0110] 在图12所示的另一个实施例中,环状屏障系统还包括布置于第三金属套管51内的 第四金属套管,在第三和第四金属套管之间形成第三环空68。第五环状屏障65和第六环状 屏障66布置成使得它们的管状部件在纵向方向上延伸并作为第四金属套管的一部分安装。 该系统还包括与管状部件连接的第三传感器63,当第五和第六环状屏障65、66的可膨胀套 筒膨胀至抵接所述第三金属套管51时,在它们之间限定出第三环状空间64。第三传感器63 以类似的方式布置成来确定第三环状空间64的状况,以便测试第五和第六环状屏障65、66 中的至少一个的隔离能力。可以测试第三环空58以验证所述第五和第六环状屏障提供了第 二屏障。该测试是通过在井的顶部处的井口进行的从上方对第三环空68加压来执行,并且 如果第三环空68能维持一定的压力,则第五和第六环状屏障提供第三屏障。 如图所示,所述环状屏障系统还包括布置在位于第二金属套管3和第三金属套管 51之间的第三环空68中的第三通信单元67。第三通信单元与第四金属套管和第六传感器62 相连接以接收来自布置于第二环状空间52中的第二传感器55的信息。第六传感器62也可以 被布置成与第三环状空间64中的第三传感器63连接。
[0112]第六传感器62也可用于确认第五和第六环状屏障65、66在所述屏障的套筒膨胀之 后的完整性。第六传感器62还可以用于检测完井期间第三环空中存在哪种流体。
[0113] 如图6中可见,可膨胀套筒可由密封机构10环绕以提供相对第一金属套管2的更好 密封。
[0114] 如图6-9中可见,环状屏障的管状部件借助于螺纹连接来连接,并通过中间管件分 隔开,它们全部形成第二金属套管3的组成部件。
[0115] 用于膨胀环状屏障的加压流体既可以从井的顶部加压并通过套管2供给,也可以 在井管结构中的局部封闭区域加压。施加膨胀流体直到可膨胀套筒7抵接第一套管2的内 壁。
[0116] 当环状屏障4、5的可膨胀套筒7膨胀时,该套筒的直径从它的初始未膨胀直径膨胀 至较大直径。可膨胀套筒7具有外部直径D并且能够膨胀至比未膨胀套筒的直径大至少 10%,优选地大至少15%,更优选地大至少30%的较大直径。
[0117] 此外,可膨胀套筒7具有比该可膨胀套筒的长度L小的壁厚t,该厚度优选地小于所 述长度的25%,更优选地小于所述长度的15%,和甚至更优选地小于所述长度的10%。
[0118] 环状屏障4、5的可膨胀套筒7可以由金属、聚合物、弹性体材料、硅树脂、天然或合 成橡胶制成。
[0119] 为了增加套筒7的厚度,附加的材料可以施用在可膨胀套筒上(未示出),例如,通 过在外表面上添加焊接材料。在另一个实施例中,通过将环形部件紧固到套筒上而增加套 筒的厚度(未示出)。在又一个实施例中,使用可变厚度的套筒7来辅助增加套筒7的厚度(未 示出)。为了获得可变厚度的套筒,也可以使用诸如乳制,挤出或压模技术。
[0120] 膨胀工具可以用于膨胀环状屏障并且可以包括隔离装置,所述隔离装置用于介于 所述工具的外壁和井管结构的内壁之间的通道或阀外侧的第一部段。通过增加隔离装置中 的流体的压力获得加压流体。当井管结构的位于管状部件的通道外侧的部段被隔离时,没 有必要对整个井管结构中的流体加压,就如现有技术解决方案中不需要附加的栓塞的情况 一样。当流体已经注入到空间中时,所述通道或阀关闭。
[0121] 该工具还可使用挠性管用于膨胀一个环状屏障的可膨胀套筒或同时膨胀两个环 状屏障的可膨胀套筒。具有挠性管的工具可对井管结构内的流体加压,而无需将井管结构 的一段隔离。然而,所述工具需要沿着井眼更深地堵塞井管结构以用于待操作的两个环状 屏障。本发明的环状屏障系统也可以采用钻杆或缆线工具以膨胀套筒。
[0122] 在一个实施例中,所述工具包括含有加压流体的储存器,例如当用于膨胀所述可 膨胀套筒7的流体是水泥、气体或双组份复合物时。
[0123] 所述阀可以为能够控制流量的任何类型的阀,例如球阀、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。
[0124] 可膨胀的管状金属套筒7可以是冷拉或热拉管状结构。该套筒可以是无缝的或焊 接的。
[0125] 可膨胀的管状金属套筒7可以被挤出、压铸或乳制,例如,热乳、冷乳、滚弯等,并随 后焊接。
[0126] 用于使可膨胀套管7膨胀的流体可为在工具和/或井管结构3周围存在于井眼内的 任何类型的井筒流体。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。在将后来的流体注入管状部件和可膨胀套筒之间的 空间之前,部分流体诸如硬化剂可存在于该空间内。
[0127] 流体或者井流体指的是任意类型的可存在于油井或气井中的流体,诸如天然气、 石油、油基泥浆、原油、水等。气体指的是任意类型的在井、完井或者裸井中存在的气体成 分,油指的是任意类型的油成分,诸如原油、含油流体等。因此,气体、油以及水流体均可分 别包含除气体、油和/或水之外的其它元素或物质。
[0128] 套管指的是用在井下的与石油或天然气生产有关的任意类型的管道、管件、管状 体、衬垫、环等。
[0129] 在工具未被全部没入套管的情况下,可使用井下牵引器在井中将工具推至正确位 置。井下牵引器是任意类型的能够在井中推进或牵拉工具的驱动工具,诸如We 11 Tractor®»
[0130] 尽管已经结合本发明的优选实施例在上面描述了本发明,显而易见的是,本领域 技术人员在不超出由下述权利要求限定的本发明的情况下可以想到若干变型。

Claims (19)

1. 一种用于检验布置于第一金属套管(2)或井眼与第二金属套管(3)之间的可测试的 环状屏障的环状屏障系统(1),所述第二金属套管具有外表面,所述环状屏障系统包括: -第一环状屏障(4)和第二环状屏障(5),每个环状屏障包括: -在纵向方向上延伸用于作为所述第二金属套管(3)的一部分安装的、由金属制成的管 状部件(6), -环绕该管状部件并与该管状部件连接且限定出环状屏障空间(13)的可膨胀金属套筒 ⑴,和 -在所述管状部件中的、用于让流体进入该环状屏障空间以膨胀所述套筒的第一流体 通道(11),并且 所述环状屏障系统还包括布置成与所述管状部件连接的传感器(9),当所述可膨胀套 筒膨胀至抵靠所述第一金属套管或井眼时,在所述环状屏障之间限定出第一环状空间 (12),其中,所述传感器(9)布置成确定所述环状空间的状况以便测试所述环状屏障中的至 少一个的隔离能力。
2. 根据权利要求1所述的环状屏障系统,其中,所述传感器测量流体的性质来确定该环 状空间的状况,该性质为温度、压力、气体的存在或化学示踪剂的存在。
3. 根据权利要求1或2所述的环状屏障系统,其中,所述传感器布置在所述环状空间中。
4. 根据权利要求1或2所述的环状的屏障系统,其中,所述传感器布置在所述环状屏障 中的至少一个中或与所述环状屏障中的至少一个相连接。
5. 根据权利要求1或2所述的环状的屏障系统,其中,所述传感器布置在所述可膨胀套 筒的外表面上。
6. 根据权利要求1或2所述的环状屏障系统,还包括布置在所述管状部件的外表面并与 所述传感器电连通的读出单元(34)。
7. 根据权利要求1或2所述的环状屏障系统,还包括布置在所述管状部件的外表面的用 于从传感器向读取器(26)传递数据的第一通信单元(17)。
8. 根据权利要求1或2所述的环状屏障系统,还包括具有出口(15)的气体腔室(14),当 布置于所述出口中的阀(16)打开以使该气体腔室内的气体进入环状空间时,所述出口与所 述环状空间流体连通。
9. 根据权利要求7所述的环状屏障系统,其中,所述第一通信单元(17)布置在位于该第 二金属套管和该第一金属套管或井眼之间的第一环空(61)中。
10. 根据权利要求7所述的环状屏障系统,其中,所述通信单元包括借助于电感、无线局 域网、紫蜂或无线电频率从该通信单元向读取器发送数据的无线发送单元。
11. 根据权利要求1或2所述的环状屏障系统,其中,所述环状空间至少部分地填充有水 泥(20)〇
12. 根据权利要求1所述的环状屏障系统,还包括: -第二金属套管, -布置在所述第二金属套管内的第三金属套管(51), -第三环状屏障(53)和第四环状屏障(54),所述第三和第四环状屏障的管状部件在纵 向方向上延伸用于作为该第三金属套管的一部分安装,和 -布置成与所述管状部件连接的第二传感器(55),当所述第三和第四环状屏障的可膨 胀套筒膨胀至抵靠所述第二金属套管时,在所述第三和第四环状屏障之间限定出第二环状 空间(52),其中,所述第二传感器布置成确定第二环状空间的状况以便测试所述第三或第 四环状屏障中的至少一个的隔离能力。
13. 根据权利要求12所述的环状屏障系统,还包括与所述第三金属套管和/或所述第二 传感器连接以接收来自布置于该第一环状空间中的传感器的信息的第二通信单元(56)。
14. 根据权利要求13所述的环状屏障系统,其特征在于,所述第二通信单元(56)布置在 位于所述第二金属套管和所述第三金属套管之间的第二环空(58)中。
15. 根据权利要求12至14中任一项所述的环状屏障系统,还包括: -布置在所述第三金属套管内的第四金属套管, -第五环状屏障(65)和第六环状屏障(66),所述第五和第六环状屏障的管状部件在纵 向方向上延伸用于作为第四金属套管的一部分安装,和 -布置成与所述管状部件连接的第三传感器(63),当所述第五和第六环状屏障的可膨 胀套筒膨胀到抵靠所述第三金属套管时,在所述第五和第六环状屏障之间限定出第三环状 空间(64),其中,所述第三传感器(63)布置成确定该第三环状空间的状况以便测试所述第 五和第六环状屏障中的至少一个的隔离能力。
16. 根据权利要求15所述的环状屏障系统,还包括与所述第四金属套管和/或第三传感 器连接以接收来自布置于所述第二环状空间中的第二传感器的信息的第三通信单元(67)。
17. 根据权利要求16所述的环状屏障系统,其中,所述第三通信单元(67)设置于所述第 二金属套管和所述第三金属套管之间的第三环空(68)中。
18. -种使用根据前述权利要求中任一项所述的系统测试井的压力完整性的方法,所 述方法包括下列步骤: -膨胀所述第一和第二环状屏障的可膨胀套筒,从而提供环状空间, -在环状空间中产生增大的流体性质,和 -通过传感器测量该性质。
19. 根据权利要求18所述的方法,还包括将包括传感器的工具下降至井内以测量该环 状空间中流体的性质的步骤。
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