CN109154185A

CN109154185A - 井下跨隔组件

Info

Publication number: CN109154185A
Application number: CN201780030512.4A
Authority: CN
Inventors: P·黑泽尔
Original assignee: Weltek Oilfield Solutions Co Ltd
Current assignee: Weltek Oilfield Solutions Co Ltd; Welltec Oilfield Solutions AG
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2019-01-04
Also published as: US20170356267A1; AU2017277726A1; CA3025601A1; BR112018074344B1; SA518400521B1; BR112018074344A2; AU2020204498B2; MX2018014625A; US11208865B2; DK3469184T3; EP3469184A1; RU2744850C2; EP3255240A1; WO2017212004A1; RU2018145641A3; AU2020204498A1; MY195874A; EP3469184B1; RU2018145641A

Abstract

本发明涉及一种井下跨隔组件，所述井下跨隔组件用于跨隔在井中的井下区域上，该跨隔组件包括多个管状区段，所述多个管状区段相继端对端地安装以形成一个管状管道，该管状管道具有形成管状管道的第一开口端的第一端管状区段和形成管状管道的第二开口端的第二端管状区段，所述管状管道具有外径，其中安装到第一端管状区段的管状区段是比第一端管状区段更易弯曲的第一可膨胀金属套筒，并且与第二端管状区段安装的管状区段是比第二端管状区段更易弯曲的第二可膨胀金属套筒。此外，本发明涉及一种用于跨隔在井中的井下区域上的井下跨隔系统以及一种井下跨隔方法。

Description

井下跨隔组件

技术领域

本发明涉及一种井下跨隔组件，所述井下跨隔组件用于跨隔在井中的井下区域上。此外，本发明涉及一种井下跨隔系统和一种井下跨隔方法。

背景技术

当一个区域被破坏或产生过多的水时，该区域需要被密封。然而，当涉及长于100米的隔离区域时，已知的解决方案受到挑战，因为为能覆盖整个区域而从若干管结构安装的补丁组件的膨胀因管结构在该膨胀期间已显示出分离而无法提供适当的密封。另一种已知的解决方案是在现有生产油管中插入新的生产油管。然而，插入新的生产油管会减小内径，从而大大减小流动面积，从而降低产量。此外，小直径井的内径可能会减小到无法再进一步干预的程度。

与所有已知解决方案相关的问题是，长度不足以隔离整个区域，或者内径减小太多。因此，需要一种能够隔离大于50米的区域的解决方案，该解决方案在仍提供可靠的解决方案从而获得预期的区域分离的同时内径减小的比已知解决方案更少。

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井下解决方案，其能够隔离大于50米的区域，并且在仍提供可靠的解决方案从而获得预期的区域分离的同时内径减小的比已知解决方案更少。

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，即通过一种用于跨隔在井中的井下区域上的井下跨隔系统来实现，该井下跨隔系统包括跨隔组件，该跨隔组件包括:

-具有外径的多个管状区段，以及

-至少两个管状区段是环状屏障区段，每个环状屏障区段均具有可膨胀金属套筒，所述可膨胀金属套筒具有第一端部和第二端部，

其中每个环状屏障区段均具有第一管状区段部分和第二管状区段部分，并且可膨胀金属套筒布置在第一管状区段部分和第二管状区段部分之间，在第一管状区段部分和第二管状区段部分之间产生一距离，可膨胀金属套筒的第一端部连接到第一管状区段部分，可膨胀金属套筒的第二端部连接到第二管状区段部分。

本发明还涉及一种井下跨隔组件，所述井下跨隔组件用于跨隔在井中的井下区域上，该跨隔组件包括:

-多个管状区段，所述多个管状区段相继端对端地安装，从而形成一个管状管道，该管状管道具有形成管状管道的第一开口端的第一端管状区段和形成管状管道的第二开口端的第二端管状区段，所述管状管道具有外径，

其中安装到第一端管状区段的管状区段是比第一端管状区段更易弯曲(pliant)的第一可膨胀金属套筒，并且与第二端管状区段安装的管状区段是比第二端管状区段更易弯曲的第二可膨胀金属套筒。

管状区段可以是螺纹连接的。

此外，管状区段可以基本上不重叠的方式端对端地安装。

此外，除了管状区段的端部之间的连接之外，管状区段可以基本上不重叠的方式端对端地安装。

可膨胀金属套筒可比其它管状区段更易弯曲。

另外，可膨胀金属套筒可以在未膨胀状态下具有套筒外径，该套筒外径等于或小于形成管状管道的其它管状区段的外径。

另外，可膨胀金属套筒的套筒内径可以等于或大于形成管状管道的其它管状区段的内径。

此外，可膨胀金属套筒可以通过管状管道中的内部流体压力膨胀。

此外，跨隔组件可以主要由金属制成。

此外，管状区段部分可以由金属制成。

可膨胀金属套筒可以由屈服强度低于管状区段的金属材料制成。

另外，可膨胀金属套筒的端部可以焊接到形成管状管道的其它管状区段。

另外，可膨胀金属套筒的厚度可以小于形成管状管道的其它管状区段的部件厚度。

此外，可膨胀金属套筒可以具有第一端部和第二端部，该第一端部和第二端部至少部分地与形成管状管道的相邻管状区段的端部重叠。

此外，在可膨胀金属套筒之间可布置多个管状区段。

此外，可膨胀金属套筒之间的管状区段中的至少一个管状区段可以包括入流区段、传感器区段或气举阀。

入流区段可包括筛网。

另外，跨隔组件可具有形成跨隔组件中的流动路径的内跨隔表面。

另外，可膨胀金属套筒可具有形成内跨隔表面的一部分的套筒内表面。

此外，如上所述的井下跨隔系统还可包括井下工具，该井下工具被构造成封闭跨隔组件的端部。

本发明还涉及一种井下跨隔系统，所述井下跨隔系统用于跨隔在井中的井下区域上，所述井下跨隔系统包括:

-所述区域；

-井孔和/或金属井管结构；以及

-根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件。

该区域可以是井孔的塌陷部分、生产区域、水产生区域、金属井管结构中的阀或开口。

此外，该工具可构造成使环状屏障区段的可膨胀金属套筒膨胀。

此外，该工具可构造成对跨隔组件的一部分加压。

井可以包括具有壁的井孔。

另外，井可以包括金属井管结构，该金属井管结构具有带有内表面的壁，该金属井管结构布置在井孔中。

另外，可膨胀金属套筒的外表面可以面向井孔的壁，并且可以被构造成在膨胀之后抵靠/紧贴井孔或金属井管结构的壁。

本发明还涉及一种用于跨隔在至少50米长的区域上的井下跨隔方法，包括:

-将如上所述的井下跨隔系统的跨隔组件连接到井下工具，井下工具对着可膨胀金属套管而从内部封闭跨隔组件的至少一部分，

-将跨隔组件插入井孔或金属井管结构中，

-对着所述区域提供跨隔组件，

-对跨隔组件的内部加压，以及

-在所述区域两侧膨胀所述可膨胀金属套筒。

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示出了用于跨隔在井下区域上的、处于未设置状态的井下跨隔组件的剖面图，

图2示出了图1的井下跨隔组件在膨胀且设置状态下的剖视图，

图3示出了另一井下跨隔组件的一部分的剖视图，

图4示出了具有筛网的另一井下跨隔组件的剖视图，

图5示出了具有井下工具的另一井下跨隔组件的剖视图，

图6示出了具有气举阀的另一井下跨隔组件的剖视图，

图7示出了包括密封装置的环状屏障区段的可膨胀金属套筒的剖视图，以及

图8示出了包括另一密封装置的环状屏障区段的另一可膨胀金属套筒的剖视图。

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示出了用于跨隔在井1中的井下区域101上的井下跨隔系统100。该区域可以是产生太多的水、太多的沙子或其它不需要的地层流体的生产区域，因此该生产区域需要关闭。生产区域通常至少有50-300米长，普通的可膨胀补丁不能膨胀且不能用作覆盖50-300米长的区域的一个补丁。为了密封这种长区域，多个管状区段3被组装成跨隔组件2，因此管状区段3相继端对端地相连地安装以形成一个管状管道10。管状区段的至少两个管状区段3是具有第一端部14和第二端部15的可膨胀金属套筒11。跨隔组件100的管状管道10具有第一开口端4和第二开口端5。管状管道具有形成管状管道的第一开口端4的第一端管状区段16A和形成管状管道的第二开口端5的第二端管状区段16B。安装到第一端管状区段16A的管状区段是比第一端管状区段16A更易弯曲的第一可膨胀金属套筒11，并且与第二端管状区段16B安装的管状区段是比第二端管状区段16B更易弯曲的第二可膨胀金属套筒11。

每个可膨胀金属套筒11、3布置在第一管状区段3、16和第二管状区段3、17之间，在第一管状区段和第二管状区段之间产生距离d。该距离等于可膨胀金属套筒的沿跨隔组件2的纵向轴线29的长度。可膨胀金属套筒11的第一端部14连接到所述多个管状区段3中的形成管状管道10的、在图1中为第一管状区段16的相邻管状区段3，并且可膨胀金属套筒11的第二端部15连接到所述多个管状区段3中的形成管状管道10的、在图1中为第二管状区段3、17的相邻管状区段3。

通过连接所述多个管状区段(其中可膨胀金属套筒与相邻管状区段端对端地相连而形成跨隔管柱，而不将可膨胀金属套筒连接在管状管道的外表面上)，跨隔组件的内径可被制造的更大，因此内径不会像已知解决方案中那样减小的那么多。当在生产井1中的一个区域上跨接时，井的总内径非常重要，因为它限定了该区域隔离后井的产量如何。跨接组件的内径越小，井1的最终流动面积就越小。因此，可膨胀金属套筒具有形成跨隔组件2的内跨隔表面21的一部分的套筒内表面18，可膨胀金属套筒具有等于或大于管状区段的内径IDs的套筒内径ID_e。因此，相对于现有技术的跨隔组件，跨隔内径增加。

由于只有管状区段的可膨胀金属套管被膨胀，因此井下跨隔组件能够隔离非常长的区域，即比50米长得多的区域。此外，通过仅使管状区段3的可膨胀金属套筒膨胀，所有其它管状区段之间的连接保持在未膨胀的密封状态，提供了获得预期的区域分离的可靠解决方案。

管状区段3具有外径OD_s，并且可膨胀金属套筒具有套筒外径OD_e，在未膨胀状态下，所述套筒外径OD_e基本上等于其它管状区段的外径OD_s，尽管可膨胀金属套筒更易弯曲，如图1所示。因此，套筒外径等于或小于管状区段的外径，使得当跨隔组件2被送入井孔41中时，可膨胀金属套筒不会损坏。

在图2中，跨隔组件2示出为处于已膨胀状态，在该已膨胀状态下，管状管道10的可膨胀金属套筒膨胀，并且跨隔组件因此被设置为跨隔在区域101上，并且跨隔组件2因此密封区域101，使得不再在井1中从该区域生产流体。跨隔组件具有在跨隔组件中形成流动路径22的内跨隔表面21、第一开口端4和第二开口端5，使得来自其它区域的流体仍然流过跨隔组件并进一步向上到达井的顶部。可膨胀金属套筒比其它管状区段更易弯曲和更容易膨胀，使得可膨胀金属套筒膨胀而管状管道10的第一管状区段16和第二管状区段17不膨胀。因此，可膨胀金属套筒11由屈服强度低于相邻管状区段16、17的金属材料制成。相邻管状区段16、17也由金属制成，跨隔组件主要由金属制成。

在图1和2中，可膨胀金属套筒的端部4、5焊接到第一管状区段和第二管状区段。在图3中，可膨胀金属套筒的端部主要通过螺纹43螺纹连接到第一管状区段16，并且通过焊接连接部44进一步连接。管状区段16、17具有厚度减小的端部6，并且所述端部6与可膨胀金属套筒的端部至少部分地重叠/叠置。第一管状区段3、16的端部6的部分42与可膨胀金属套筒3、11重叠，该部分42充当限制部，该限制部用以防止可膨胀金属套筒自由膨胀，从而防止可膨胀金属套筒在膨胀过程期间变薄到这样一种程度，即当抵靠孔眼41的内壁45密封(如图2所示)时，可膨胀金属套筒失去其密封性的程度。因此，管状区段16、17具有部件厚度t_P，该部件厚度t_P大于可膨胀金属套筒的厚度t_e。

在图1中，多个管状区段3相继地彼此端对端布置以形成管状管道10。在图4-6中，这些管状区段3中的一些包括其它完井构件。在图4中，一个管状区段包括具有与开口38相对的筛网12的入流区段7。因此，图4中的跨隔组件2用于对着例如产生过多的沙子的区域101插入筛网12。在图5中，一个管状区段包括传感器区段8，所述传感器区段8用于测量地层流体的特性，例如压力或温度。当在井的裸眼部分中操作时，将传感器区段插入井孔的壁中可能非常困难，因此跨隔组件可用于此目的。在图6中，若干个管状区段包括气举阀9，所述气举阀9用于将气举提供到井的一部分中，以便井再次自生产。

图6的井下跨隔系统100还包括金属井管结构30，跨隔组件2插入金属井管结构30中。然后，跨隔组件2可用于密封金属井管结构中的受损区域，从而在金属井管结构的该部分即将坍塌时加强该部分，或者通过插入如图所示的新入流区段或气举阀来重建生产区域。使可膨胀金属套筒膨胀以抵靠金属井管结构的壁31密封，使得膨胀后可膨胀金属套筒的外表面19抵靠金属井管结构的壁31的内表面32。因此，跨隔组件2可以对着具有不能再关闭的损坏阀的区域101布置，或者对着金属井管结构中的开口或穿孔布置，并且跨隔组件的可膨胀金属套管在阀或开口/穿孔的任一侧膨胀。

管状管道10的可膨胀金属套筒11通过对跨隔组件的流动路径22加压并暂时封闭跨隔组件2的端部4、5而膨胀。膨胀过程可以通过井下工具20来执行，如图5中所示。井下工具20构造成通过第一工具部分28a和第二工具部分28b封闭跨隔组件2的端部4、5。第一工具部分28a和第二工具部分28b通过中空轴26连接，该中空轴26具有开口24以用于将加压流体提供到环形空间35中，从而从内部加压跨隔组件，以使易弯曲的可膨胀金属套筒相对于纵向轴线29径向向外膨胀。井下工具20可以包括用于产生加压流体的泵25，如图5中所示，或者经由管道或液压管线将工具连接到地面并在地面具有泵来产生加压流体。因此，由于可膨胀金属套筒同时膨胀，所以该工具被构造成使管状管道10的可膨胀金属套筒在一个步骤中膨胀。第一工具部分28a和第二工具部分28b可以布置在跨隔组件内部，使得工具仅加压跨隔组件的一部分。

在图7中，管状管道10的可膨胀金属套筒11包括密封装置47，该密封装置47设置在由突起51形成的凹槽46中，以便提供抵靠金属井管结构或井孔的内表面的非常可靠的密封。密封装置47包括周向密封元件48和周向弹性元件49。周向密封元件48用凹槽围出其中布置周向弹性元件49的空间。在可膨胀金属套筒11膨胀期间，当抵靠井孔或金属井管结构的内表面时，周向密封元件48的一部分被径向向内挤压，使得周向弹性元件49被夹在该部分与凹槽之间，从而增加周向弹性元件49的纵向延伸长度。在可膨胀金属套筒11膨胀之后，残余应力导致可膨胀金属套筒11朝向其原始位置回弹，从而回弹到稍微小一点的外径。当这种情况发生时，周向弹性元件49也将部分地(如果不是全部地)回复到其原始位置，并因此将周向密封元件48的所述一部分压向井孔或金属井管结构的内表面，从而保持周向密封元件48的密封效果。

在图8中，管状管件10的可膨胀金属套筒11包括另一密封装置47和环绕可膨胀金属套筒11布置的周向环28，使得当膨胀时，可膨胀金属套筒变成波纹状，从而加强可膨胀金属套筒的塌陷率。密封装置包括布置在两个周向环28之间的密封套筒27。密封套筒27具有形成凹槽的波纹形状，由例如弹性体或橡胶制成的密封元件37布置在凹槽中。密封套筒16具有开口17b，该开口17b在围绕可膨胀金属套筒的环形空间和密封套筒27下方的空间23b之间提供流体连通。因此，当环形空间中的压力增加时，空间23b暴露在相同的压力下，因此密封元件两端的压力平衡。

井下工具可以包括冲程工具，该冲程工具是为给跨隔组件加压提供轴向力的工具。冲程工具可以包括用于驱动泵的电动马达。泵将流体泵入活塞壳体以移动在其中动作的活塞。活塞布置在冲程轴上。泵可以在一侧将流体泵入活塞壳体，同时在活塞的另一侧将流体吸出。

流体、储层流体、地层流体或井筒流体是指可能存于油井或气井井下的任何类型的流体，例如天然气、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种类的气体组分，而油是指任何种类的油组分，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。

套管或金属井管结构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。

在该工具不是完全浸没入套管中的情况下，井下牵引器可用来推动所述工具完全进入井中的位置。井下牵引器可具有带轮子的可突伸的臂部，其中，轮子接触套管的内表面，用于在套管内推进该牵引器和该工具前进。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Well

虽然以上结合本发明的优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的情况下，可以想到若干修改。

Claims

1.井下跨隔组件(2)，其用于跨隔在井(1)中的井下区域(101)上，该跨隔组件包括:

-多个管状区段(3)，所述多个管状区段相继地端对端地安装以形成一个管状管道(10)，所述管状管道具有形成所述管状管道的第一开口端(4)的第一端管状区段(16A)和形成所述管状管道的第二开口端(5)的第二端管状区段(16B)，所述管状管道具有外径(OD_s)，

其中安装到所述第一端管状区段的管状区段是比所述第一端管状区段更易弯曲的第一可膨胀金属套筒(11)，和

与所述第二端管状区段安装的管状区段是比所述第二端管状区段更易弯曲的第二可膨胀金属套筒。

2.根据权利要求1所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒比其它管状区段更易弯曲。

3.根据权利要求1或2所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒具有在未膨胀状态下的套筒外径(Od_e)，所述套筒外径等于或小于形成所述管状管道的其它管状区段的外径。

4.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒具有套筒内径(Id_e)，所述套筒内径等于或大于形成所述管状管道的其它管状区段的内径(IS_s)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒通过所述管状管道中的内部流体压力膨胀。

6.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒的端部被焊接至形成所述管状管道的其它管状区段。

7.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒具有厚度(t_e)，所述厚度小于形成所述管状管道的其它管状区段的部件厚度(t_p)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒具有第一端部(14)和第二端部(15)，所述第一端部和所述第二端部与形成所述管状管道的相邻管状区段的端部至少部分地重叠。

9.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，在所述可膨胀金属套筒之间布置有多个管状区段。

10.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，在所述可膨胀金属套筒之间的至少一个管状区段包括入流区段(7)、传感器区段(8)或气举阀(9)。

11.根据权利要求10所述的井下跨隔组件，其中，所述入流区段包括筛网(12)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，其中，所述跨隔组件具有形成所述跨隔组件中的流动路径(22)的内跨隔表面(21)。

13.根据权利要求12所述的井下跨隔组件，其中，所述可膨胀金属套筒具有形成所述内跨隔表面的一部分的套筒内表面(18)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件，还包括构造成封闭所述跨隔组件的端部的井下工具(20)。

15.井下跨隔系统(100)，其用于跨隔在井(1)中的井下区域(101)上，所述井下跨隔系统包括:

-所述区域(101)；

-井孔(41)和/或金属井管结构(30)；以及

-根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔组件(2)。

16.根据权利要求15所述的井下跨隔系统，其中，所述区域(101)是所述井孔的塌陷部分、生产区域、水产生区域、所述金属井管结构中的阀或开口。

17.用于跨隔在至少50米长的区域上的井下跨隔方法，包括:

-将根据前述权利要求中任一项所述的井下跨隔系统(100)的跨隔组件(2)连接到井下工具(20)，所述井下工具对着所述可膨胀金属套筒从内部封闭所述跨隔组件的至少一部分；

-将所述跨隔组件插入井孔(41)或金属井管结构(30)中；

-对着所述区域设置所述跨隔组件；

-对所述跨隔组件的内部加压；以及

-使所述可膨胀金属套筒在所述区域的两侧膨胀。