CN107306501A - 带有关闭机构的环状屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及待在井下于井管结构与井孔壁部或另一井管结构之间的环空中膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离的井下环状屏障，环状屏障包括适于安装为井管结构的一部分的管状部件，管状部件具有外表面和内侧；环绕管状部件并具有面向管状部件的套筒内表面和面向井孔壁部的套筒外表面的可膨胀金属套筒，可膨胀金属套筒的每个端部与管状部件连接；和在可膨胀金属套筒的套筒内表面与管状部件之间的环形空间；与内侧流体连通的第一开口；与环形空间流体连通的第二开口；具有孔延伸方向且包括具有第一内径的第一孔部段和具有比第一孔部段的内径更大的内径的第二孔部段的孔，其中，第一开口和第二开口布置在第一孔部段中且沿孔延伸方向间隔开，且环状屏障还包括：布置在孔中的活塞，活塞包括外径与第一孔部段的内径基本一致的第一活塞部分且包括外径与第二孔部段的内径基本一致的第二活塞部分；及断裂元件，其在孔内达到预定压力之前阻止活塞的移动。此外，本发明涉及环状屏障系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下环状屏障，其待在井下于井管结构与井孔壁部或另一井管结构之间的环空中膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离。此外，本发明涉及一种环状屏障系统。
背景技术
环状屏障常常在井下通过使加压流体经由环状屏障环绕其延伸的管上的开口进入而膨胀，然而，油井操作人员越来越多地要求永久关闭这一开口。
这一问题的一个解决方案是在开口中插入单向阀，但是，这种解决方案已证明是失败的，因为污物可能堵在阀座中，由此妨碍球正确关闭开口。此外，例如在压裂过程中，随着温度和压力增加和降低时，在环状屏障中被封住的流体的温度和压力也相应增加和降低。在压力增加期间，环状屏障的膨胀程度超过预期，而在降压期间，环状屏障相应收缩，并且随时间推移，这样的运动可能使环状屏障破裂。
发明内容
本发明的目的是完全或部分克服现有技术的以上缺点和不足。更具体的是，本发明的目的是提供一种能在环状屏障膨胀后简单关闭基础管上开口的改进的环状屏障。
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，即通过一种待在井下于井管结构与井孔壁部或另一井管结构之间的环空中膨胀以在井孔的具有第一压力的第一区域与具有第二压力的第二区域之间提供区域隔离的井下环状屏障来实现，该环状屏障包括：
-适于安装为井管结构的一部分的管状部件，该管状部件具有外表面和内侧；
-可膨胀金属套筒，该可膨胀金属套筒环绕该管状部件并具有面向该管状部件的套筒内表面和面向井孔壁部的套筒外表面，可膨胀金属套筒的每个端部都与该管状部件连接；以及
-在可膨胀金属套筒的套筒内表面与管状部件之间的环形空间；
-与所述内侧流体连通的第一开口；
-与所述环形空间流体连通的第二开口；以及
-孔，该孔具有孔延伸方向且包括具有第一内径的第一孔部段和具有比第一孔部段的内径更大的内径的第二孔部段，
其中，所述第一开口和所述第二开口布置在第一孔部段中且沿孔延伸方向间隔布置，并且该环状屏障还包括：
-布置在该孔中的活塞，该活塞包括外径与第一孔部段的内径基本一致的第一活塞部分且包括外径与第二孔部段的内径基本一致的第二活塞部分；以及
-断裂元件，该断裂元件在所述孔内达到预定压力之前阻止活塞的移动。
该活塞具有布置在圆形孔内的圆形横截面，且活塞和孔都不是环状的，这增加了匹配度以使得活塞和孔之间的空隙可被做得非常小，借此能避免不想要的泄露。
此外，活塞可具有中心轴线，该中心轴线位于管状部件的壁中或位于将可膨胀金属套筒与管状部件连接的连接部件的壁中。
在一个实施例中，井下环状屏障还可包括锁定元件，该锁定元件适于在活塞处于关闭位置时机械锁定活塞，从而堵塞第一开口。
此外，该锁定元件可构造成在活塞远离所述初始位置移动时至少部分地径向向外或径向向内移动以防止活塞返回至活塞的初始位置。
此外，该锁定元件可将活塞永久锁定在所述关闭位置。
此外，该锁定元件可构造成在活塞远离所述初始位置移动时径向向内移动。
此外，该锁定元件可构造成在活塞远离所述初始位置移动时径向向内移动并抵接活塞的第二活塞端面。
此外，该锁定元件可构造成在活塞远离所述初始位置移动时部分地径向向外移动。
此外，该锁定元件可防止活塞返回至其初始位置。
此外，该锁定元件可环绕活塞的一部分。
此外，该锁定元件可被弹性件朝向活塞迫压。
在一个实施例中，该环状屏障可包括与环空流体连通的第三开口。
此外，活塞可具有初始位置和关闭位置，在该初始位置，第一开口与第二开口流体连通，在该关闭位置，第二开口与第三开口流体连通以平衡环形空间与环空之间的压力。
在第二开口与第三开口流体连通的关闭位置，环形空间与环空之间的压力可被平衡。
活塞可包括为通孔的流体通道，该流体通道在第一孔部段与第二孔部段之间提供流体连通。
通过使活塞包括在第一孔部段与第二孔部段之间提供流体连通的、为通孔的流体通道，流体压力作用在背离第一开口的第二活塞端面上，并且因此，提供了使存在阻塞风险的流动路径最少化的非常简单的构造。
此外，通过使活塞具有流体通道，提供了在第一孔部段与第二孔部段之间的流体连通，从而当断裂元件断裂时活塞能够移动，从而导致与管状部件内侧的流体连通被切断。通过这种方式，便提供了一种无需其它流体通道的简单方案，并且由于第二活塞部分具有比第一活塞部分更大的外径的事实，施加有流体压力的表面积大于第一活塞部分的施加有流体压力的表面积。因此，当环状屏障膨胀且压力积累用于使断裂元件断裂(这使得活塞移动)时，该压力使活塞移动。
此外，该断裂元件可以是与活塞接合的剪切销。
此外，该断裂元件可以是布置在流体通道或第一孔部段中的剪切盘，用于阻止流动通过该盘。
此外，该盘可以堵塞流体通道或第一孔部段。
该孔可具有在第二孔部段中的第二孔端部和在第一孔部段中的第一孔端部，该盘布置在该第一开口与该第二孔部段之间。
此外，活塞可具有在第一活塞部分上的第一活塞端部和在第二活塞部分上的第二活塞端部，第一活塞端部具有第一活塞端面且第二活塞端部具有第二活塞端面，第二活塞端面具有比第一活塞端面的表面积更大的表面积以使活塞向第一孔端部移动。
活塞的移动可关闭第一开口和第二开口之间的流体连通。
此外，在活塞的初始位置，第一活塞部分可部分延伸进入第二孔部段中并在活塞和孔的内壁之间形成环状空间。
根据本发明的井下环状屏障还可包括在第二孔部段中的第三开口，所述第三开口可与环形空间和环空流体连通。
此外，可在第三开口与环空之间布置换向阀，因此在环形空间与环空之间提供流体连通。
所述换向阀可在第一位置处提供环形空间与环空的第一区域之间的流体连通并且可在第二位置处提供环形空间与环空的第二区域之间的流体连通。
此外，第一活塞部分可包括布置在第一活塞部分的环形槽中的两个环状密封元件。
两个环状密封元件可布置成间隔预定距离，意味着在活塞的关闭位置，所述两个密封元件布置在第一开口的相反两侧。
此外，第二活塞端面可布置成在所述初始位置与第二孔端部相距一定距离。
此外，第二活塞部分可包括布置在环形槽中的至少一个密封元件。
此外，根据本发明的井下环状屏障还可包括适于在活塞处于关闭位置时机械锁定所述活塞从而堵塞所述第一开口的锁定元件。
通过这种方式，永久切断了环形空间与井管结构的内侧之间的流体连通。在已知的方案中，单向阀如球阀，被用于同样的目的以使得流体进入环状屏障的空间内但阻止流体再次流出。通过使用这类单向阀，环状屏障内侧的流体被封住，并且在例如在一般使用温度更低的流体来压裂地层的地层压裂期间，让流体在例如300巴时进入环状屏障，该300巴为在可膨胀金属套筒不破裂的情况下所测得的环状屏障所能承受的最大压力。当使用具有300巴的压力的冷流体进行压裂时，环状屏障也同样填充了压力为300巴的冷流体。之后，当压裂结束时，环状屏障被加热，由于环状屏障内部的流体因单向阀而无法流出环形空间，使得环状屏障内的压力升高到高于最大压力，并且因此可膨胀金属套筒处于破裂或断裂的高风险中。因此，井下温度每次发生改变时，环状屏障内部的压力也随之改变，并且因此套筒也会相应发生膨胀或皱缩，这可能导致可膨胀金属套筒的破裂或断裂。通过永久阻断环形空间和井管结构内侧之间的流体连通，可膨胀金属套筒将不会经历这类巨大变化，这将大幅降低破裂风险。
此外，第二活塞部分可包括布置在活塞的第二活塞端部上的锁定元件，该锁定元件为弹性元件，当活塞移动以堵塞第一开口时，该弹性元件在被释放时向外突伸。
该锁定元件可以是在活塞第二活塞端部上形成的弹性夹头。
当使用机械锁定装置防止活塞反向移动时，当环状屏障内部压力升高时，不需要使用单向阀来防止活塞的反向移动。通过这种方式，消除了污物阻碍单向阀关闭的风险以及环状屏障的环形空间内压力增加迫使活塞反向移动并再次提供与管状部件的内侧的流体连通的风险。在使用单向阀的已知方案中，当使用较冷的流体如海水压裂地层时，可膨胀金属套筒具有破裂或断裂的潜在风险。通过永久切断环形空间与井管结构内侧之间的流体连通，可膨胀金属套筒将不会承受如此大的温度和压力改变，这显著降低了破裂的风险。
此外，该锁定元件可布置成环绕第二活塞部分。
此外，该孔可具有第三孔部段，第二孔部段布置在第一孔部段和第三孔部段之间，第三孔部段具有比第二孔部段内径更大的内径，该锁定元件布置在第三孔部段中。
此外，该锁定元件可以是围绕第二活塞端部布置在第三孔部段中的多个插入件。
该锁定元件还可包括布置在插入件的外表面上的周向槽中的至少一个弹性件，这样，当活塞移动以阻断与管状部件内侧的流体连通时，所述插入件被保持在一起并被径向向内迫压。
本发明还涉及一种包括压力源以及如上所述的井下环状屏障的井下环状屏障系统。
所述压力源可以布置在地面或海床处或者布置在井口或防喷器处。
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许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：
图1示出了环状屏障的横截面视图，
图2A示出了图1中的环状屏障的具有孔的部分的横截面视图，此时，活塞处于初始位置，
图2B示出了处于其关闭位置的图2A中的活塞，
图3A示出了处于其初始位置的活塞的另一实施例，
图3B示出了处于其关闭位置的图3A中的活塞，
图4示出了锁定元件的透视图，
图5示出了图3A中活塞的透视图，
图6示出了与第二井管结构抵接的环状屏障的横截面视图，
图7示出了换向阀的透视图，
图8示出了处于其初始位置的活塞的另一实施例，
图9示出了处于其初始位置的活塞的再一实施例，
图10示出了环状屏障系统的部分横截面视图，
图11A示出了处于其初始位置的活塞的另一实施例，以及
图11B示出了处于其关闭位置的图11A中的活塞。
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1示出了井下环状屏障1，该井下环状屏障将在井下于井管结构3与井孔6的壁部5之间的环空2中膨胀，以在井孔的具有第一压力P1的第一区域101与具有第二压力P2的第二区域102之间提供区域隔离。该环状屏障包括管状部件7，该管状部件适于安装为井管结构3的一部分并具有为该井管结构的内侧的内侧并且因此与井管结构的内侧流体连通。环状屏障1还包括可膨胀金属套筒8，该可膨胀金属套筒环绕管状部件7且具有面向管状部件的套筒内表面9和面向井孔6的壁部5的套筒外表面10，并且，在图1所示的已膨胀位置，该套筒外表面抵接所述壁部。可膨胀金属套筒8的每个端部12都与管状部件7相连接，从而在可膨胀金属套筒的套筒内表面9与管状部件之间形成环形空间15。环状屏障1具有与井管结构的内侧流体连通并因此与管状部件的内侧流体连通的第一开口16，并且，环状屏障的第二开口17与环形空间15流体连通。当在管状部件7的内侧加压时，流体流入环形空间15，借此将可膨胀金属套筒8膨胀至已膨胀位置，如图1所示。
环状屏障1还包括孔18，该孔具有孔延伸方向并且包括具有第一内径(图2A中的ID1)的第一孔部段19和具有比第一孔部段的内径大的内径(图2A中的ID2)的第二孔部段20。第一开口和第二开口布置在第一孔部段19中且沿该孔延伸方向相隔一定距离。环状屏障1还包括布置在孔18中的活塞21，该活塞包括具有与第一孔部段19的内径基本一致的外径(图2B中的ODP1)的第一活塞部分22，并且包括具有与第二孔部段20的内径基本一致的外径(图2B中的ODP2)的第二活塞部分23。该环状屏障1还包括断裂元件24，该断裂元件在孔18内达到预定压力之前阻止活塞21的移动。该断裂元件的强度基于作用于活塞端部区域上的预定压力而设定，并且因此，外径之间的差值导致在压力超过预定压力时的活塞的运动。活塞21包括为通孔的流体通道25，流体通道25在第一孔部段19和第二孔部段20之间提供流体连通。
通过使活塞具有流体通道，提供了第一孔部段和第二孔部段之间的流体连通，从而当断裂元件断裂时，活塞能够移动，从而导致与管状部件的内侧之间的流体连通被切断。通过这种方式，获得了不需要其它流体通道的简单的解决方案，并且由于第二活塞部分具有比第一活塞部分更大的外径这一事实，则施加有流体压力的表面积就大于第一活塞部分的施加有流体压力的表面积。因此，当环状屏障膨胀且压力积聚用于破坏断裂元件24(这允许活塞移动)时，压力使活塞移动。如图2A所示，环形空间15(示于图6)通过孔洞61与井孔流体连接，因此环形空间中的压力得以缓解。
在图1中，断裂元件24是剪切盘，在图2A、2B、11A和11B中，该断裂元件是剪切销。在图11A中，该剪切销是未受损坏的并且延伸贯穿活塞和插入件43，并且在图11B中，该剪切销被剪切且使得活塞移动，且插入件43已向孔18的中心移动。取决于提供井下隔离所需的隔离方案，断裂元件24基于膨胀压力被选择以使得断裂发生的压力高于膨胀压力但低于使可膨胀金属套筒破裂或破坏其他井下完井部件功能的压力。在图1中，孔18和活塞21布置在将可膨胀金属套筒8与管状部件7连接的连接部件26内。在图2A和2B中，孔18和活塞21布置在管状部件7内。
在图2A和2B中，活塞21具有在第一活塞部分22处的第一活塞端部27和在第二活塞部分23处的第二活塞端部28，第一活塞端部具有第一活塞端面29且第二活塞端部具有第二活塞端面30。此外，第二活塞端面30的表面积比第一活塞端面29的表面积大，以使活塞21朝向第一孔部段19移动。表面积之差使得作用在活塞21上的力存在差值，导致活塞移动以切断第一开口16和第二开口17之间的流体连通。
如图2A所示，在活塞21处于初始位置时，第一活塞部分22部分延伸进入第二孔部段20内并在活塞与孔的内壁32之间形成环状空间31。当第二活塞部分23到达第一孔部段19时，活塞21的在流体压在第二活塞端面30上时的移动停止，这导致第二活塞部分停靠到由第一孔部段19和第二孔部段20之间内径差所形成的环形表面33上，如图2B所示。环状空间31与在井管结构与井孔内壁之间的环空流体连接，因此通过孔洞61释放/缓解压力，借此使得活塞21移动。
第一活塞部分22包括两个环状密封元件34，每个环状密封元件都布置在第一活塞部分22上的环形槽35内。两个环状密封元件34布置成相隔预定距离并借此在活塞21处于关闭位置时布置在第一开口16的相对两侧，如图2B所示。此外，第二活塞部分23包括两个布置在环形槽35B内的密封元件34B。
在图2A和2B中，环状屏障还包括适于在活塞处于关闭位置时机械锁定活塞21的锁定元件38，从而阻塞第一开口16，如图2B所示。
在已知的方案中，单向阀如球阀，被用于相同目的，也即让流体流入环状屏障的空间内但阻止流体再次流出。通过使用这类单向阀，环状屏障内部的流体被封住，并且在例如一般使用温度更低的流体来压裂地层的地层压裂期间，让流体在例如300巴时流入环状屏障，300巴为在可膨胀金属套筒不破裂的情况下所测得的环状屏障所能承受的最大压力。当使用具有300巴的压力的冷流体进行压裂时，环状屏障也同样填充了压力为300巴的冷流体。之后，当压裂结束时，环状屏障被加热，由于环状屏障内部的流体因单向阀而无法流出环形空间，使得环状屏障内的压力升高到高于最大压力，并且因此可膨胀金属套筒处于破裂或断裂的高风险中。因此，井下温度每次发生改变时，环状屏障内部的压力也随之改变，并且因此套筒也会相应发生膨胀或皱缩。通过永久切断环形空间与井管结构的内侧之间的流体连通，可膨胀金属套筒将不会经历这类巨大的改变，这将会大幅降低破裂的风险。
在图2A中，第二活塞部分23包括布置在活塞21的第二活塞端部28处的锁定元件38。锁定元件38可以是这样的弹性元件39，即所述弹性元件在活塞21处于初始位置时向外突伸但被抑制在第三孔部段36内，并且所述弹性元件在活塞移动以阻塞第一开口16时被释放，因此所述弹性元件径向向外突伸，如图2B所示。因此，锁定元件38是在活塞21的第二活塞端部28处形成的弹性夹头。第二孔部段20布置在第一孔部段19和第三孔部段36之间，第三孔部段具有比第二孔部段更大的内径。
当使用机械锁定装置防止活塞反向移动时，当环状屏障内部压力升高时，不需要使用单向阀来防止活塞的反向移动。通过这种方式，消除了污物阻碍单向阀关闭的风险以及环状屏障的环形空间内压力增加迫使活塞反向移动并再次提供与管状部件的内侧的流体连通的风险。在使用单向阀的已知方案中，当使用较冷的流体如海水压裂地层时，可膨胀金属套筒具有破裂或断裂的潜在风险。通过永久切断环形空间与井管结构内侧之间的流体连通，可膨胀金属套筒将不会承受如此大的温度和压力改变，这显著降低了破裂的风险。
在图3A中，环状屏障1包括环绕第二活塞部分23布置的锁定元件38。该孔还包括在第二孔部段20中的第三开口37，该第三开口与环形空间15和环空2流体连通。第三开口37可布置成如此地与换向阀49(如图7所示)流体连通，以使得换向阀布置在第三开口与环空之间，从而在环形空间和环空之间提供流体连通。在第一位置处，换向阀49提供环形空间与环空的第一区域101(如图1所示)之间的流体连通，并且在第二位置处，换向阀提供环形空间与环空的第二区域102(如图1所示)之间的流体连通。
在图7中，具有带活塞的孔的组件51具有通过筛子54接收来自井管结构3的内侧的流体的第一开口16。在膨胀期间，第一开口16与第二开口17流体连接，导致井管结构3内的膨胀流体使可膨胀金属套筒8膨胀。当可膨胀金属套筒8膨胀至抵接井孔壁部时，压力积累并且组件内的断裂元件剪切从而切断与第一开口16的流体连接并经由第三开口37打开与换向阀49的流体连接37a。当第一区域101(见图1)的第一压力P1增加，来自第一区域的流体与换向阀连接并使得流体流入环形空间。当第二区域102(见图1)的第二压力P2增加时，换向阀移位并使流体从第二区域流入环形空间内。
当活塞21移动到关闭位置时，如图3B所示，在第二活塞部分23内的凹口48提供第二开口和第三开口之间的流体连通，从而在活塞21的关闭位置，在环形空间15与第三开口之间提供流体连通。在活塞21上的凹口48还在图5中示出。
在图3A中，断裂元件24是布置在流体通道内的剪切盘，但在另一个实施例中，剪切盘可布置在第一孔部段19中用于阻止流动通过该盘。剪切盘因此阻塞流体通道或第一孔部段19。在图3A中，该孔具有在第二孔部段20中的第二孔端部42和在第一孔部段19中的第一孔端部41，并且在初始位置，第二活塞端面30布置成与第二孔端部42相隔一定距离。在如图3B所示的关闭位置，第二活塞端面30与第二孔端部42之间的距离增加。
在图3A和3B中，锁定元件38是环绕第二活塞端部布置在第三孔部段中的多个插入件43。插入件43通过环45如O形环、簧环、开口环或键环(key ring)保持在一起。当活塞21从图3A所示的初始位置移动到图3B所示的关闭位置时，插入件43向内收拢并阻止活塞返回且确保永久切断第一开口16与环状屏障的环形空间15之间的流体连通。插入件43在图4中以透视图示出。
在图8中，锁定元件38还包括布置在插入件43的外表面的周向槽46中的至少一个弹性件45，从而当活塞21移动以切断与管状部件7的内侧的流体连通时，插入件被保持在一起并径向向内地被迫压。
在图9中，锁定元件38是弹性件47，如螺旋弹簧、键环(key ring)或卡环，该弹性件在初始处置膨胀，并且当活塞21移动时弹簧力被释放，从而弹性件收缩至较小的外径。
在图6中，环状屏障1被膨胀至抵接第二井管结构3a，剪切盘24布置在第一开口16和第二孔部段20之间。
图10示出了井下环状屏障系统100，其包括两个井下环状屏障1以及布置在地面或海床处或者在井口或防喷器处的压力源60。
可膨胀金属套筒由柔性材料如弹性体、橡胶或金属制成，从而该套筒可被膨胀并提供区域隔离。管状部件由金属制成。
因此环状屏障是金属环状屏障，其具有由金属制成的可膨胀套筒和由金属制成的管状部件两者。该环状屏障还可包括以抵接并环绕可膨胀金属套筒方式布置的环状密封元件。
流体或井筒流体是指存在于油井或气井井下的任何类型的流体，如天然气、石油、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石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。
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将是显而易见的。
Claims (20)
1.一种井下环状屏障(1)，其待在井下于井管结构(3)与井孔(6)的壁部(5)或另一井管结构(3a)之间的环空(2)中膨胀以在井孔的具有第一压力(P1)的第一区域(101)与具有第二压力(P2)的第二区域(102)之间提供区域隔离，该环状屏障包括：
-适于安装为井管结构的一部分的管状部件(7)，该管状部件具有外表面(4)和内侧(14)；
-可膨胀金属套筒(8)，该可膨胀金属套筒环绕该管状部件并具有面向该管状部件的套筒内表面(9)和面向井孔的壁部的套筒外表面(10)，可膨胀金属套筒的每个端部(12)都与该管状部件连接；以及
-在可膨胀金属套筒的套筒内表面与管状部件之间的环形空间(15)；
-与所述内侧流体连通的第一开口(16)；
-与所述环形空间流体连通的第二开口(17)；以及
-孔(18)，该孔具有孔延伸方向且包括具有第一内径(ID1)的第一孔部段(19)和具有比第一孔部段的内径更大的内径(ID2)的第二孔部段(20)，
其中，所述第一开口和所述第二开口布置在第一孔部段中且沿所述孔延伸方向间隔布置，并且该环状屏障还包括：
-布置在该孔中的活塞(21)，该活塞包括第一活塞部分(22)且包括第二活塞部分(23)，该第一活塞部分的外径(ODP1)与第一孔部段的内径基本一致，该第二活塞部分的外径(ODP2)与第二孔部段的内径基本一致；以及
-断裂元件(24)，该断裂元件在所述孔内达到预定压力之前阻止活塞的移动。
2.根据权利要求1所述的井下环状屏障，还包括锁定元件(38)，该锁定元件适于在活塞处于关闭位置时机械锁定该活塞，从而堵塞该第一开口。
3.根据权利要求2所述的井下环状屏障，其中，该锁定元件构造成在活塞远离所述初始位置移动时至少部分地径向向外或径向向内移动以防止活塞返回至活塞的初始位置。
4.根据权利要求2或3所述的井下环状屏障，其中，该锁定元件将所述活塞永久锁定在所述关闭位置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的井下环状屏障，其中，所述活塞包括为通孔的流体通道(25)，该通孔在第一孔部段与第二孔部段之间提供流体连通。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的井下环状屏障，其中，所述活塞具有中心轴线，该中心轴线位于管状部件的壁中或位于将可膨胀金属套筒与管状部件连接的连接部件的壁中。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的井下环状屏障，其中，该环状屏障包括与所述环空流体连通的第三开口。
8.根据井下环状屏障，其中，该活塞具有初始位置和关闭位置，在该初始位置，第一开口与第二开口流体连通，在该关闭位置，第二开口与第三开口流体连通以平衡环形空间与环空之间的压力。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的井下环状屏障，其中，该断裂元件是与活塞接合的剪切销。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的井下环状屏障，其中，该断裂元件是布置在流体通道或第一孔部段中的剪切盘，用于阻止流动通过该盘。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的井下环状屏障，其中，该活塞具有在第一活塞部分的第一活塞端部(27)和在第二活塞部分的第二活塞端部(28)，第一活塞端部具有第一活塞端面(29)且第二活塞端部具有第二活塞端面(30)，第二活塞端面具有比第一活塞端面的表面积更大的表面积以使活塞朝向第一孔端部移动。
12.根据前述权利要求中任一项所述的井下环状屏障，其中，在活塞的初始位置，第一活塞部分部分延伸进入第二孔部段中并在活塞和孔的内壁之间形成环状空间(15)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的井下环状屏障，还包括在第二孔部段中的第三开口(37)，所述第三开口与环形空间和环空流体连通。
14.根据前述权利要求中任一项所述的井下环状屏障，其中，第一活塞部分包括以预定间距布置在第一活塞部分的环形槽(35)中的两个环状密封元件(34)，使得在活塞的关闭位置，所述两个密封元件布置在第一开口的相反两侧。
15.根据权利要求2-4中任一项所述的井下环状屏障，其中，第二活塞部分包括布置在活塞的第二活塞端部的锁定元件，所述锁定元件为在活塞移动以堵塞第一开口而被释放时向外突伸的弹性元件。
16.根据权利要求2-4或15所述的井下环状屏障，其中，该锁定元件围绕第二活塞部分布置。
17.根据权利要求2-16中任一项所述的井下环状屏障，其中，该孔具有第三孔部段，该第二孔部段布置在该第一孔部段和该第三孔部段(36)之间，该第三孔部段具有比该第二孔部段内径更大的内径，并且该锁定元件布置在该第三孔部段中。
18.根据权利要求17所述的井下环状屏障，其中，所述锁定元件是围绕该第二活塞端部布置在该第三孔部段中的多个插入件(43)。
19.根据权利要求2-4、12和13中任一项所述的井下环状屏障，其中，所述锁定元件还包括布置在所述插入件的外表面的周向槽(46)中的至少一个弹性件(45)，从而当活塞移动以切断与管状部件的内侧的流体连通时，所述插入件被保持在一起并被径向向内迫压。
20.一种井下环状屏障系统(100)，包括压力源(60)和根据前述权利要求中任一项所述的井下环状屏障。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20181127 Address after: Swiss Swiss Applicant after: Vertex Oilfield Solutions JSC Address before: Al Rhodes of Denmark Applicant before: WELLTEC A/S |
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Granted publication date: 20200512 Termination date: 20211111 |