CN111386381A - 井下修补系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下修补系统，其用于修补具有顶部和轴向轴线的井的井下区域，井下修补系统包括：用于跨隔在井中井下的区域上的井下跨隔组件，跨隔组件包括：多个管状区段，多个管状区段端对端地依次安装以形成一个管状管，该管状管具有形成该管状管的第一开口端部的最靠近该顶部的第一端部管状区段，并具有形成该管状管的第二开口端部的第二端部管状区段，该第一端部管状区段具有第一端部内径且该第二端部管状区段具有第二端部内径，其中安装至该第一端部管状区段的管状区段是比第一端部管状区段更易弯曲的第一可膨胀金属套筒，并且安装至第二端部管状区段的管状区段是比第二端部管状区段更易弯曲的第二可膨胀金属套筒；和包括管状工具部件的井下坐放工具管柱，管状工具部件布置在井下跨隔组件的管状管中并具有膨胀开口，膨胀开口允许来自井下坐放工具管柱的加压流体从膨胀开口流出以使可膨胀金属套筒膨胀，管状工具部件具有对着第一端部管状区段布置的具有第一工具外径的第一工具部件和对着该第二端部管状区段布置的具有第二工具外径的第二工具部件，其中，第一端部管状区段具有凹槽，该凹槽用于接纳井下坐放工具管柱的连接工具的至少一个可伸缩的接合部件，并且其中第二工具外径小于第二端部内径，从而形成小于2mm的第一距离，并且其中，在该距离中布置有至少一个密封元件。本发明还涉及一种用于在区域上进行跨隔的修补方法，该区域是井孔的塌陷部分、已损坏的生产区域或水生产区域。

Description

井下修补系统

技术领域

本发明涉及一种用于修补井下的区域的井下修补系统。此外，本发明涉及一种用于跨隔区域的修补方法，该区域是井孔塌陷部分、已损坏的生产区域或水生产区域。

背景技术

当区域被损坏或者区域生产过多的水时，该区域需要被密封。然而，已知方案在遇到超过100米的隔离区域时是受到挑战的，因为使由多个管结构安装而成的补丁组件膨胀以能够覆盖整个区域的方式无法提供适当的密封，这是因为，这些管结构已显示出在这样的膨胀期间分离。另一种已知方案是在已有生产管中插入新的生产管。然而，插入新的生产管减小了内径并且因此流动面积显著减小并且因此劣化了生产。此外，小直径井的内径可能被减小至其中无法在进一步干预的程度。

与所有已知方案相关联的问题要么是所述方案能隔离的长度不足以隔离整个区域，要么是生产管的内径被减小的太多。因此，存在对这样一种方案的需求，该方案能对长度超过50米的区域进行隔离并且能使得对内径的减小小于已知方案，同时仍能提供可靠的方案，以便获得期望的区域隔离/分离。

此外，当坐放跨隔组件时，已证明释放坐放工具是困难的，并且因此存在对更简单的井下修补系统的需求，该井下修补系统能以快速的方式充分隔离区域，而不存在坐放工具被卡住和/或跨隔组件被损坏的风险。

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修补系统，其能够以有利且可靠的方式帮助在井下坐放跨隔组件。

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，即通过一种井下修补系统来实现，该井下修补系统用于修补具有顶部和轴向轴线的井的井下区域，该井下修补系统包括：

-用于跨隔在井中井下的区域上的井下跨隔组件，该跨隔组件包括：

-多个管状区段，所述多个管状区段端对端地依次安装以形成一个管状管，所述管状管具有形成所述管状管的第一开口端部的最靠近所述顶部的第一端部管状区段、和形成该管状管的第二开口端部的第二端部管状区段，所述第一端部管状区段具有第一端部内径且该第二端部管状区段具有第二端部内径，其中，安装至所述第一端部管状区段的管状区段是第一可膨胀金属套筒，所述第一可膨胀金属套筒比所述第一端部管状区段更顺从/易弯曲，并且与所述第二端部管状区段安装在一起的管状区段是第二可膨胀金属套筒，所述第二可膨胀金属套筒比所述第二端部管状区段更顺从/易弯曲；和

-井下坐放工具管柱，其包括管状工具部件，所述管状工具部件布置在所述井下跨隔组件的管状管中并具有膨胀开口，该膨胀开口允许来自所述井下坐放工具管柱的加压流体从所述膨胀开口流出以使所述可膨胀金属套筒膨胀，所述管状工具部件具有对着所述第一端部管状区段布置的具有第一工具外径的第一工具部件和对着所述第二端部管状区段布置的具有第二工具外径的第二工具部件，

其中，所述第一端部管状区段具有凹槽，所述凹槽用于接纳所述井下坐放工具管柱的连接工具的至少一个可伸缩的接合部件，并且所述第二工具外径小于所述第二端部内径，从而形成小于2mm的第一距离，并且其中，在所述距离中布置有至少一个密封元件。

此外，所述井下跨隔组件可从所述井下坐放工具管柱悬挂。

此外，所述第一距离可小于1.5mm，优选小于2mm。

此外，所述井下坐放工具管柱从所述第一端部管状区段至所述第二端部管状区段地延伸到所述井下跨隔组件中。

此外，所述井下坐放工具管柱可仅在所述井下跨隔组件的所述第一端部管状区段中被紧固。

所述连接工具可沿所述轴向轴线机械地锁定所述第一端部管状区段。

此外，所述连接工具可包括用于在所述至少一个可伸缩的接合部件上提供向外的径向力的芯轴。

此外，所述至少一个可伸缩的接合部件可借助加压流体伸缩。

此外，所述至少一个可伸缩的接合部件可与活塞套筒连接，所述活塞套筒沿所述轴向轴线上下移动以使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述第一端部管状区段脱离接合。

此外，所述芯轴可被移动以相对于所述至少一个可伸缩的接合部件偏移，使得所述至少一个可伸缩的接合部件能径向向内移动并与所述第一端部管状区段脱离接合。

所述连接工具可以是标准连接工具，如GS工具或下入工具。

此外，所述连接工具可包括可断裂元件如剪切销，所述可断裂元件用于维持所述至少一个可伸缩的接合部件与所述凹槽接合，直至达到预定的力，例如在所述井下坐放工具管柱上提供的轴向拉力或推力或来自所述加压流体的特定流体压力的预定力。

此外，所述至少一个可伸缩的接合部件可以是钩、棘爪或臂。

此外，所述至少一个可伸缩的接合部件可以是可膨胀的/可鼓起的元件。

所述第二工具部件可具有单向阀，该单向阀允许流体从井进入所述井下坐放工具管柱并且阻止流体从所述井下坐放工具管柱进入井。

此外，所述第二工具部件可借助于投放入所述管状工具部件中的球体来封闭。

此外，所述第一工具外径可小于所述第一端部内径，从而形成第二距离，该第二距离小于4mm和/或等于所述第一距离，并且其中，在该第二距离中布置有至少一个密封机构。

此外，所述井下坐放工具管柱可包括连接至连接工具以提供用于使所述可膨胀金属套筒膨胀的加压流体的连续油管、修井管或者钻管。

此外，所述井下坐放工具管柱可包括泵和用于驱动所述泵的马达，所述马达通过电缆供电，从而所述井下坐放工具管柱是电缆操作坐放工具管柱。

所述井下跨隔组件可仅在所述第一端部管状区段处沿所述轴向轴线被机械地锁定。据此，将能容易地分离并因此将不会被卡住。

本发明还涉及一种用于跨隔在区域上的修补方法，所述区域是已损坏的生产区域、水生产区域或井孔的塌陷部分，所述方法包括：

-提供根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统；

-将所述井下修补系统插入到井孔或金属井管结构中；

-对着待密封的区域设置所述井下修补系统；

-封闭第二工具部件；

-对所述管状工具部件的内部加压；

-使在所述区域两侧上的所述可膨胀金属套筒膨胀；

-使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述凹槽分离；和

-将所述工具管柱从井拉出。

在根据本发明的修补方法中，提供所述井下修补系统可包括将工具管柱布置在所述井下跨隔组件的内部，和使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述第一端部管状区段的凹槽接合。

此外，在根据本发明的修补方法中，使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述凹槽接合可通过使芯轴移动至与所述至少一个可伸缩的接合部件相对，从而使芯轴径向向外地推动所述至少一个可伸缩的接合部件来执行。

此外，在根据本发明的修补方法中，使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述凹槽脱离接合可通过增大所述工具管柱内部的压力以使可断裂元件断裂来执行，可断裂元件例如为剪切销。

此外，所述可膨胀金属套筒可以比其它管状区段更易弯曲/更顺从。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有在未膨胀状态下的套筒外径，所述套筒外径等于或小于形成所述管状管的其它管状区段的外径。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有套筒内径，所述套筒内径等于或大于形成所述管状管的其它管状区段的内径。

此外，所述可膨胀金属套筒可通过所述管状管中的内部流体压力而被膨胀。

此外，所述可膨胀金属套筒的端部可被焊接至形成所述管状管的其它管状区段。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有小于形成管状管的其它管状区段的部件厚度的厚度。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有第一端部和第二端部，所述第一端部和第二端部与形成管状管的相邻管状区段的端部至少部分地重叠/叠置。

此外，可在所述可膨胀金属套筒之间布置多个管状区段。

此外，在所述可膨胀金属套筒之间的至少一个管状区段可包括入流区段、传感器区段或气举阀。

所述入流区段可包括筛件。

此外，所述跨隔组件可具有形成所述跨隔组件中的流动路径的跨隔组件内表面。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有套筒内表面，所述套筒内表面形成一部分的所述跨隔组件内表面。

所述井下跨隔组件还可包括：

-第一端部部件，所述第一端部部件具有连接至所述可膨胀金属套筒的第一端部的第一端部和安装为所述管状管的一部分的第二端部；和

-第二端部部件，所述第二端部部件具有连接至所述可膨胀金属套筒的第二端部的第一端部和安装为所述管状管的一部分的第二端部，

其中，所述第一端部部件的第一端部端对端地连接至所述可膨胀金属套筒的第一端部，并且所述第二端部部件的第一端部端对端地连接至所述可膨胀金属套筒的第二端部，其中，所述端部部件的第二端部设置有公或母螺纹连接部，所述公或母螺纹连接部用于安装至所述管状管的相应的公或母螺纹连接部。

所述第一和第二端部部件可借助于标准连接部如短齿爱克姆梯形螺纹连接部连接至所述可膨胀金属套筒的第一端部和第二端部。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有：

-第一区段，所述第一区段具有第一外径和第一厚度；和

-至少两个周向凸起，所述周向凸起具有比第一厚度大的厚度并具有大于所述第一外径的第二外径，从而当所述可膨胀金属套筒膨胀时，所述第一区段径向向外鼓起的比所述第一区段多，从而导致所述可膨胀金属套筒被加强。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有长度，沿所述可膨胀金属套筒的整个长度都没有管结构布置在所述可膨胀金属套筒内。

所述区域可以是井孔的塌陷部分、生产区域、水生产区域、金属井管结构中的阀或开口。

此外，所述工具管柱可配置成对所述跨隔组件的一部分加压。

所述井可包括具有壁的井孔。

此外，所述井可包括金属井管结构，该金属井管结构具有带内表面的壁，该金属井管结构布置在该井孔中。

此外，所述可膨胀金属套筒的外表面可面向井孔的壁并且可配置成在膨胀后紧贴井孔的壁或金属井管结构的壁。

本发明还涉及一种用于在至少50米长的区域上进行跨隔的井下修补方法。

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示出了具有位于准备用于插入井中以跨隔在已损坏区域上的井下跨隔组件中的井下坐放工具管柱的井下修补系统的剖视图。

图2示出了处于其已膨胀状态的图1的井下跨隔组件的剖视图；

图3示出了图1的井下坐放工具管柱的剖视图；

图4示出了另一井下修补系统的剖视图；

图5示出了处于接合位置的、图1的井下坐放工具管柱的连接工具的剖视图；

图6示出了处于中间位置的、图5的连接工具的剖视图，其中，可伸缩的接合部件能自由地径向向内移动；

图7示出了处于分离/脱离接合的位置的图5的连接工具的剖视图；

图8示出了在对管状管加压并使可膨胀金属套筒膨胀期间的图4的井下修补系统的剖视图，在该状态下，可伸缩的接合部件处于其接合位置；

图9示出了图4的井下修补系统的剖视图，其中，可伸缩的接合部件处于其分离位置；

图10示出了图4的井下修补系统的剖视图，其中，井下坐放工具管柱正从井中被拉出；

图11示出了具有电缆操作坐放工具管柱的另一井下修补系统的剖视图；

图12示出了处于未坐放状态下的用于跨隔在井下区域上的井下跨隔组件的剖视图；

图13示出了处于已膨胀且坐放状态下的图1的井下跨隔组件的剖视图；

图14示出了另一井下跨隔组件的一部分的剖视图；

图15示出了具有筛件的另一井下跨隔组件的剖视图；

图16示出了具有气举阀的另一井下跨隔组件的剖视图；

图17示出了环状屏障区段的包括密封布置结构的可膨胀金属套筒的剖视图；

图18示出了环状屏障区段的包括另一密封布置结构的另一可膨胀金属套筒的剖视图；

图19示出了具有用于作为井下跨隔组件的管状管的一部分安装在小直径井孔中的可膨胀金属套筒的管状区段的剖视图；

图20示出了具有作为管状管的一部分安装在小直径井孔中的可膨胀金属套筒的管状区段的剖视图；

图21示出了具有用于作为管状管的一部分安装在小直径井孔中的可膨胀金属套筒的又一管状区段的剖视图；

图22示出了用于跨隔在已损坏区域上的具有多个可膨胀金属套筒的井下跨隔组件；和

图23示出了还包括基础管的井下跨隔系统的剖视图。

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示出了井下修补系统100，其用于修补井1的井下的例如已损坏的或生产过多水的区域101。该井从顶部110沿被部分地或完全地下套管的井孔的轴向轴线29延伸。井下修补系统100包括用于在井1的井下跨隔在区域101上的井下跨隔组件2。该井下跨隔组件2包括多个管状区段3，所述多个管状区段端对端地依次安装以形成一个管状管10，该管状管10具有第一端部管状区域16A，其最靠近顶部，从而形成该管状管的第一开口端部4。该井下跨隔组件2具有第二端部管状区域16B，其形成管状管的第二开口端部5。该第一端部管状区段16A具有第一端部内径ID_E1并且第二端部管状区段16B具有第二端部内径ID_E2。在图1中，第一端部内径ID_E1基本上等于第二端部内径ID_E2。安装至第一端部管状区段(最靠近所述顶部)的管状区段是第一可膨胀金属套筒11、11A，第一可膨胀金属套筒比第一端部管状区段更加易弯曲。与第二端部管状区段一起安装的管状区段是第二可膨胀金属套筒11、11B，第二可膨胀金属套筒比第二端部管状区段更容易弯曲。该井下修补系统100还包括井下坐放工具管柱20，井下坐放工具管柱包括管状工具部件26，该管状工具部件布置在井下跨隔组件2的管状管中。管状工具部件26具有膨胀开口24，该膨胀开口允许来自井下坐放工具管柱内部的加压流体从膨胀开口流出以使可膨胀金属套筒11膨胀。管状工具部件26具有对着第一端部管状区段16A布置的第一工具部件28A和对着第二端部管状区段16B布置的第二工具部件28B，该第一工具部件具有第一工具外径OD_T1，该第二工具部件具有第二工具外径OD_T2。该第一端部管状区段16A具有凹槽83，该凹槽用于接纳井下坐放工具管柱的连接工具72的至少一个可伸缩的接合部件71。以这种方式，井下跨隔组件2在井下跨隔组件2被悬置/悬挂在井下坐放工具管柱上时沿该轴向轴线被锁定。在第二工具部件28B处，第二工具外径小于第二端部内径，从而形成小于2mm的第一距离d₁，并且其中，至少一个密封元件48布置在该距离中。

通过具有这样的小距离，可在第二端部管状区段处，在工具管柱与跨隔组件之间提供简单的密封，并且该密封在工具管柱与该组件之间提供环形空间35，该环形空间能被加压。环形空间35经由开口24与工具管柱的内部流体连通，并且通过对该工具管柱进行加压，该环形空间被加压并且因此以简单的方式并且采用简单的工具管柱设计而使可膨胀金属套筒11膨胀。

图1和3中的井下坐放工具管柱仅在第一端部管状区段16A处连接至井下跨隔组件2，以用于承受来自井下跨隔组件2的轴向载荷。在第二端部管状区段16B中，图3的井下坐放工具管柱20仅相对于井下跨隔组件密封并且不承受来自该组件的轴向载荷并且因此不会如现有技术方案那样地被卡住。因此，工具管柱在与组件的凹槽83脱离接合时能容易被缩回，并且标准连接工具能用于将工具管柱如此地连接至该跨隔组件。因此，显著降低了该工具管柱被卡在井中的风险，因为工具管柱不是要在跨隔组件的最远离顶部的第二端部被释放，并且在出现并非按计划进行的一些情况时该第二端部是不可接近的。

如图1所示，连接工具72沿轴向轴线机械地锁定该第一端部管状区段。该连接工具包括芯轴73，其用于在所述至少一个可伸缩的接合部件上提供向外的径向力，以保持将该可伸缩的接合部件与凹槽83接合。该可伸缩的接合部件可借助于加压流体伸缩，其中，该可伸缩的接合部件与活塞套筒74连接，该活塞套筒沿该轴向轴线向上或向下移动以使该可伸缩的接合部件与该凹槽脱离接合并且因此和该第一端部管状区段16A脱离接合。当通过在可膨胀金属套筒已膨胀之后将流体加压至例如高于使可膨胀金属套筒膨胀所需的压力而移动该活塞套筒74时，该可伸缩的接合部件沿远离芯轴的方向在凹槽中移动远离。

在图8的井下修补系统中，芯轴73对着该可伸缩的接合部件，并且在图9中，该芯轴被移动至相对于该可伸缩的接合部件偏移，使得该可伸缩的接合部件能径向向内移动并与该第一端部管状区段16A脱离接合，如在图10中所示。这可以通过简单地在工具管柱上施加向下的力便能执行。

在另一实施例中，芯轴可通过在可膨胀金属套筒已膨胀后增加压力而借助于加压流体被移动。该连接工具包括可断裂元件75如在图5中示出的剪切销，该可断裂元件用于维持该可伸缩的接合部件与凹槽83的接合直至达到预定的力，例如来自加压流体的特定流体压力的预定的力。之后，剪切销被剪切(如图6所示)，并且该可伸缩的接合部件被在如图7所示地拉动工具管柱时能自由地径向向内移动，其中，工具管柱的连接工具从该井下跨隔组件释放。

在另一实施例中，可破碎元件75可通过提供在井下坐放工具管柱上的轴向的拉力或推力而断裂，并且然后，该可伸缩的接合部件能自由地径向向内移动并与井下跨隔组件脱离接合。

连接工具可以是标准的连接工具，例如如图1所示的GS工具，或者可以是下入工具。该可伸缩的接合部件可以是钩、棘爪或者是在脱离接合时枢转以径向向内移动的臂。该可伸缩的接合部件也可以是可膨胀/可鼓起的元件，其可以借助于加压流体鼓起。

在图11中，井下修补系统100的第二端部管状区段16B具有单向阀76，该单向阀允许流体从井进入井下坐放工具管柱并且阻止流体从井下坐放工具管柱进入井中。该井下坐放工具管柱包括泵25和用于驱动该泵的马达79，并且该井下坐放工具管柱连接至用于为驱动泵的马达供电的电缆81，并且因此该井下坐放工具管柱是电缆操作坐放工具管柱。

在图8-10中，该井下坐放工具管柱与提供来自地面的加压流体的管连接。该管可以是连接至连接工具以提供用于使可膨胀金属套筒膨胀的加压流体的连续油管78(如图所示)，或者修井管或者钻管。

该井下坐放工具管柱在下入时已经是整体贯通的，从而井中的流体能贯穿该井下坐放工具管柱流动。

如图4所示，第二工具部件可以借助于将球体投放入管状工具部件中并且使球体沿加压流体流动至坐落在第二端部管状区段16B中而被封闭，并且之后，可对该管状工具部件加压以使可膨胀金属套筒膨胀。

在图8中，该第一工具外径小于该第一端部内径，从而形成第二距离d₂，该第二距离小于4mm，优选小于2mm，并且在另一实施例中等于该第一距离。两个密封机构48B布置在第二距离中，用于密封井下跨隔组件2与井下坐放工具管柱之间的环形空间35。

如果区域101是井孔的塌陷部分、不生产的生产区域、水生产区域、一个或多个阀未按预期起作用或者金属井管结构中的开口磨损，则该区域可能需要被修补。这样的区域的修补通过如下方式执行：提供上述井下修补系统；将井下修补系统插入到井孔41或金属井管结构30中；对着待密封的区域提供该井下修补系统；和封闭该第二工具部件28B。之后，对管状工具部件的内部加压，使可膨胀金属套筒在该区域的两侧上膨胀，使所述至少一个可伸缩的接合部件与凹槽分离，并且将该工具管柱从井中拉出。

提供井下修补系统包括将工具管柱布置在井下跨隔组件的内部，并且使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述第一端部管状区段16A的凹槽接合。使所述至少一个可伸缩的接合部件与凹槽83接合通过使芯轴移动至与所述至少一个可伸缩的接合部件相对，从而该芯轴径向向外地推动该至少一个可伸缩的接合部件。在另一实施例中，使所述至少一个可伸缩的接合部件与凹槽接合通过沿轴向轴线移动与可伸缩的接合部件连接的活塞套筒74并且同样地通过沿相反方向移动该套筒而脱离接合。将可伸缩的接合部件与凹槽分离通过增大工具管柱内部的压力以使可断裂元件如剪切销断裂来执行，或者通过在工具管柱上施加轴向力来执行。

如能从图22中看到的，该可膨胀金属套筒具有长度L，并且沿可膨胀金属套筒的整个长度都没有管结构布置在可膨胀金属套筒11内。在图23所示的另一实施例中，该井下跨隔组件还包括基础管87，该基础管为安装为管状管10的一部分的管状区段，并且可膨胀金属套筒11、11A围绕该基础管延伸并且连接至该基础管。

图12示出了用于跨隔井1中的井下的区域101的井下修补系统100。该区域可以是生产过多水、过多砂或其它不期望的地层流体的生产区域，并且因此，该区域需要被切断。该生产区域往往至少50-300米长，并且普通的多个可膨胀补丁无法膨胀并用作一个补丁来覆盖50-300米长的区域。为了密封如此长的区域，多个管状区段3被组装成井下跨隔组件2，并且因此管状区段3被端对端地依次安装以形成一个管状管10。这些管状区段中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。井下跨隔组件100的管状管10具有第一开口端部4和第二开口端部5。管状管10具有形成管状管10的第一开口端部4的第一端部管状区段16A和形成管状管的第二开口端部5的第二端部管状区段16B。安装至第一端部管状区段16A的管状区段是第一可膨胀金属套筒11，其比第一端部管状区段16A更易弯曲，并且与第二端部管状区段16B一起安装的管状区段是第二可膨胀金属套筒11，其比第二端部管状区段16B更易弯曲。

每个可膨胀金属套筒11、3均布置在第一管状区段3、16与第二管状区段3、17之间，从而在第一管状区段与第二管状区段之间形成距离d。该距离等于该可膨胀金属套筒沿跨隔组件2的纵向轴线29的长度。可膨胀金属套筒11的第一端部14连接至形成管状管10的这些管状区段3中的相邻的管状区段3，该相邻的管状区段在图12中为第一管状区段16，并且可膨胀金属套筒11的第二端部15连接至形成管状管10的这些管状区段3中的相邻的管状区段3，该相邻的管状区段在图12中为第二管状区段3、17。

通过将这些管状区段连接(其中，可膨胀金属套筒11与相邻管状区段端对端连接从而形成井下跨隔组件而不将可膨胀金属套筒连接在管状管的外表面上)，该跨隔组件的内径可被制造的较大，并且因此，例如生产套管的内径不会像现有技术方案中那样减小的那么多。当在生产井1中的区域上跨隔时，井的整体内径非常重要，因为它限定在该区域被隔离之后井的生产能力。跨隔组件的内径越小，则井1的最终流动面积便越小。因此，可膨胀金属套筒具有形成井下跨隔组件2的跨隔组件内表面21的一部分的套筒内表面18，并且可膨胀金属套筒具有在可膨胀金属套筒处于未膨胀状态下时的套筒内径ID_e，该套筒内径等于或大于的管状区段的内径ID_s。以此方式，跨隔组件内径相对于现有技术的跨隔组件增大。

由于仅管状区段的可膨胀金属套筒能膨胀，因此，该井下跨隔组件2能隔离非常长的区域，即远长于50米的区域。此外，通过仅使管状区段3中的可膨胀金属套筒11膨胀，所有其它管状区段之间的连接被维持在未膨胀的密封状态下，从而提供了能获得期望的区域隔离/分离的可靠的方案。

管状区段3具有外径OD_s，并且可膨胀金属套筒11具有在未膨胀状态下的套筒外径OD_e，该套筒外径OD_e基本上等于其它管状区段的外径OD_s，即使该可膨胀金属套筒是更容易弯曲的，如图12所示。因此，套筒外径等于或小于管状区段的外径，使得该可膨胀金属套筒不会在井下跨隔组件2被下入井孔41中时被损坏。

在图13中，井下跨隔组件2被示出处于已膨胀状态下，在该状态下，管状管10的可膨胀金属套筒已膨胀，并且因此该跨隔组件被跨区域101坐放，并且因此，该井下跨隔组件2密封整个区域101，从而再也无法在井1的该区域生产流体。该井下跨隔组件具有第一端部开口4、第二端部开口5和形成该跨隔组件中的流动路径22的跨隔组件内表面21，使得来自其它区域的流体仍能流过该井下跨隔组件并进一步上行至井的顶部。可膨胀金属套筒11比其它管状区段3更易弯曲并且更容易被膨胀，从而该可膨胀金属套筒在管状管10的第一管状区段16和第二管状区段17不发生膨胀的情况下膨胀。可膨胀金属套筒11因此由具有比相邻的管状区段16、17更低的屈服强度的金属材料制成。相邻的管状区段16、17也由金属制成并且该井下跨隔组件主要由金属制成。

在图12和13中，可膨胀金属套筒的端部4、5被焊接至第一管状区段和第二管状区段。在图14中，可膨胀金属套筒的端部主要通过螺纹部43被螺纹连接至第一管状区段16并且通过焊接连接部44被进一步连接。管状区段16、17具有厚度减小的端部部分6并且所述端部部分至少部分地与可膨胀金属套筒的端部重叠/叠置。第一管状区段3、16的端部部分6的部段42与可膨胀金属套筒3、11重叠，从而该部段42充当防止可膨胀金属套筒自由膨胀并因此防止可膨胀金属套筒在膨胀期间变薄到损失其在抵靠井孔41的内壁45(在图13中示出)密封时的密封性能的程度的限制部。因此，管状区段16、17具有部件厚度，该部件厚度t_p大于可膨胀金属套筒的厚度t_e。

在图12中，多个管状区段3端对端地彼此依次布置以形成管状管10。在图15-16中，这些管状区段3中的一些管状区段包括其它完井部件。在图15中，一个管状区段包括入口区段7，该入口区段具有对着开口38布置的筛件12。图15中的跨隔组件2因此用于对着区域101插入筛件12，该区域例如生产过多的砂。在另一实施例中，一个管状区段可包括传感器区段8，该传感器区段用于测量地层流体的特性，例如压力或温度。当在井的裸井部分中运行时，将传感器区段插入到井孔的壁中可能会非常困难，并且因此井下跨隔组件可用于这样的目的。在图16中，管状区段中的多个管状区段包括气举阀9，用于向井的一部分中提供气举，以使井能再次自生产。

在图16中，井下跨隔组件100被插入到金属井管结构30中，并且井下跨隔组件2膨胀并留在井中。井下跨隔组件2因此可用于密封金属井管结构中的损坏的区域并因此加固金属井管结构的将要塌缩的部分，或者可用于通过插入新的入流区段或如所示出的气举阀来重建生产区域。可膨胀金属套筒11膨胀以抵靠金属井管结构的壁31密封，以使得膨胀后的可膨胀金属套筒的外表面19贴紧金属井管结构的壁31的内表面32。因此，井下跨隔组件2可对着具有再无法关闭的已损坏的阀的区域101布置、或对着金属井管结构中的开口或穿孔布置，并且该跨隔组件的可膨胀金属套筒在该阀或开口/穿孔的两侧上膨胀。

在图17中，管状管10的可膨胀金属套筒11包括密封布置结构47，该密封布置结构47设置在通过凸起51形成的凹槽46中以抵靠金属井管结构的内表面或井孔的内表面提供非常可靠的密封。密封布置结构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与凹槽一起围成周向弹性元件49布置在其内的空间。在可膨胀金属套筒11膨胀期间，周向密封元件48的一部分在抵靠井孔的内表面或金属井管结构的内表面时被径向向内地挤压，从而将周向弹性元件49挤压在该部分与凹槽之间，从而增大周向弹性元件49的纵向延伸长度。在可膨胀金属套筒11膨胀之后，残留应力导致可膨胀金属套筒11朝向其初始位置回弹并且因此导致稍微较小的外径。当这发生时，周向弹性元件49也将部分地(如果不是整个地)返回其原始位置，并且因此朝向井孔的内表面或金属井管结构的内表面挤压周向密封元件48的该部分，从而维持周向密封元件48的密封效果。

在图18中，管状管10的可膨胀金属套筒11包括另一密封布置结构47和沿可膨胀金属套筒11的周向布置的周向环28，从而当膨胀时，该可膨胀金属套筒变成波纹状，因此增强可膨胀金属套筒的塌缩等级。密封布置结构包括布置在两个周向环28之间的密封套筒27。密封套筒27具有波纹形状，从而形成例如由弹性体或橡胶制成的密封元件48布置在其中的凹槽。密封套筒16具有开口17b，该开口提供围绕可膨胀金属套筒的环形空间与密封套筒27下方的空间23b之间的流体连通。因此，当环形空间中的压力增大时，空间23b暴露于相等的压力，并且因此，密封元件两边的压力平衡。

图19示出了井下跨隔组件的一部分，其具有可膨胀金属套筒11和用于将可膨胀金属套筒安装至井下跨隔组件2的其它管状区段3的第一端部部件206和第二端部部件209。井下跨隔组件2的管状区段在图19中用虚线示出。可膨胀金属套筒2示出处于其未膨胀状态，并且为了提供区域隔离，该可膨胀金属套筒通过来自内部的液压使可膨胀金属套筒塑性变形直至外表面朝向井孔的壁挤压而被膨胀至更大的外径。第一端部部件206具有连接至可膨胀金属套筒的第一端部的第一端部207和用于安装为管状管10的一部分的第二端部208，并且第二端部部件209具有连接至可膨胀金属套筒的第二端部的第一端部210和用于安装为管状管10的一部分的第二端部211。第一端部部件206的第一端部207被“端对端”地连接至可膨胀金属套筒的第一端部3，并且第二端部部件209的第一端部210被“端对端”地连接至可膨胀金属套筒的第二端部4，从而它们形成一个管状管10。因此，沿可膨胀金属套筒的整个长度L(在图21中示出)均没有基础管存在于可膨胀金属套筒内，并且该井下跨隔组件因此是“无基础管的”。端部部件的第二端部208、211设置有外螺纹部(公螺纹部)20b或内螺纹部(母螺纹部)20b，用于安装至金属井管结构的相应外螺纹部或内螺纹部。

在小直径井中，可膨胀金属套筒无需膨胀到在较大直径井/井孔中那么多，并且因此，可能的是，“无基础管”环状屏障的可膨胀金属套筒在无基础管的情况下维持屏障功能。

此外，在可膨胀金属套筒未膨胀至多于小直径井/井孔中所需的程度时，周向凸起227增强了已膨胀的可膨胀金属套筒2的强度，从而可膨胀金属套筒可用作基础管和屏障两者。

在图19中，第一端部部件206的第二端部208设置有母螺纹连接部，即内螺纹部，并且第二端部部件209的第二端部211设置有公螺纹连接部，即外螺纹部。第一和第二端部部件206、209借助于标准连接部14如所示出的短齿爱克姆梯形螺纹连接部连接至可膨胀金属套筒2的第一和第二端部3、4。可膨胀金属套筒2的第一和第二端部3、4设置有与第一端部部件206和第二端部部件209的内螺纹部匹配的外螺纹部，内螺纹部和外螺纹部形成所述短齿爱克姆梯形螺纹连接部。可采用在石油行业中的其它标准连接部。密封元件48布置在可膨胀金属套筒2的外表面上的凹槽16中，用于在于井下膨胀时增强至井孔的壁的密封能力。凹槽16可通过周向凸起227提供，并且当可膨胀金属套筒膨胀时，凸起之间的第一区段径向向外鼓起的比凸起更多，从而径向向外地迫压密封元件48。可膨胀金属套筒2具有在未膨胀状态下的套筒外径Od_e，该未膨胀时的套筒外径等于或略小于第一和第二端部部件的外径OD_P，从而在下入井中时端部部件保护所述密封元件。

在图20中，井下修补系统100具有第一外径OD_W1，并且在图20中，该井下修补系统100具有第二外径OD_W2，该第二外径小于该第一外径。如果在将该井下修补系统下入小直径井孔中期间，流体循环因井孔的不期望的窄小而差，则该井下修补系统之后可被撤回，并且该井下跨隔组件的多个管状区段的一部分可被拆卸并更换为具有较小外径OD_W2的管状区段，如图20所示。这可通过将第一和第二端部部件206、209替换为在螺纹连接部处的外径较小的其它第一和第二端部部件并且安装具有较小外径的其它管状区段而容易地执行。因此，通过具有可拆卸的端部部件206、209，端部部件6、9可容易地被替换为匹配较小(或较大)外径的管状区段的其它端部部件，从而可能的是，减小井下修补系统在特定区段处的外径以增强特定区域中的循环。

如图20所示，第一和第二端部部件206、209是管状的并且具有最大壁厚T_P1，该最大壁厚大于可膨胀金属套筒2的最大壁厚T₂。

在图21中，可膨胀金属套筒连接至其它端部部件206、209并且密封元件48布置在可膨胀金属套筒的凹槽中。

如图22所示，该井下跨隔组件可具有多个可膨胀金属套筒，从而跨越在已损坏区域上的井下跨隔组件由中间可膨胀金属套筒支承，从而该井下跨隔组件不会沿其跨越在其上的区域弯曲或鼓起。或者，该井下跨隔组件可以跨越在两个已损坏区域或水生产区域上，即第一区域101和第二区域102。

可膨胀金属套筒由比第一和第二端部部件、比第一端部管状区段、比第二端部管状区段、和比其它管状区段3的材料更易弯曲的材料制成。为了确定可膨胀金属套筒的材料是否比第一和第二端部部件更易弯曲并且更易变长，可采用ASTM D1457标准试验。

井下坐放工具管柱可包括冲程工具，该冲程工具是提供轴向力以对跨隔组件进行加压的工具。冲程工具可包括用于驱动泵的电动马达。泵将流体泵送至活塞壳体，以使活塞在其内运动。活塞布置在冲程杆上。泵可在活塞的一侧上将流体泵送至活塞壳体中，并且同时在活塞的另一侧上抽吸流体。

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

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 (16)

1.一种井下修补系统(100)，该井下修补系统用于修补具有顶部(110)和轴向轴线(29)的井(1)的井下的区域(101)，该井下修补系统包括：

-用于跨隔在井(1)中井下的区域(101)上的井下跨隔组件(2)，该跨隔组件包括：

-多个管状区段(3)，所述多个管状区段端对端地依次安装以形成一个管状管(10)，所述管状管具有形成所述管状管的第一开口端部(4)的最靠近所述顶部的第一端部管状区段(16A)并且具有形成该管状管的第二开口端部(5)的第二端部管状区段(16B)，所述第一端部管状区段具有第一端部内径(ID_E1)且该第二端部管状区段具有第二端部内径(ID_E2)，

其中，安装至所述第一端部管状区段的管状区段是第一可膨胀金属套筒(11,11A)，所述第一可膨胀金属套筒比所述第一端部管状区段更易弯曲，和

安装至所述第二端部管状区段的管状区段是第二可膨胀金属套筒(11,11B)，所述第二可膨胀金属套筒比所述第二端部管状区段更易弯曲；和

-井下坐放工具管柱(20)，其包括管状工具部件(26)，所述管状工具部件布置在所述井下跨隔组件的管状管中并具有膨胀开口(24)，该膨胀开口允许来自所述井下坐放工具管柱的加压流体从所述膨胀开口流出以使所述可膨胀金属套筒膨胀，所述管状工具部件(26)具有对着所述第一端部管状区段(16A)布置的具有第一工具外径(OD_T1)的第一工具部件(28A)和对着所述第二端部管状区段(16B)布置的具有第二工具外径(OD_T2)的第二工具部件(28B)，

其中，所述第一端部管状区段(16A)具有凹槽(83)，所述凹槽用于接纳所述井下坐放工具管柱的连接工具(72)的至少一个可伸缩的接合部件(71)，所述第二工具外径小于所述第二端部内径，从而形成小于2mm的第一距离(d₁)，其中，在所述距离中布置有至少一个密封元件(48)。

2.根据权利要求1所述的井下修补系统，其中，所述连接工具(20)沿所述轴向轴线机械地锁定所述第一端部管状区段。

3.根据权利要求1或2所述的井下修补系统，其中，所述连接工具包括用于在所述至少一个可伸缩的接合部件上提供向外的径向力的芯轴(73)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述至少一个可伸缩的接合部件借助于加压流体伸缩。

5.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述至少一个可伸缩的接合部件与活塞套筒(74)连接，所述活塞套筒沿所述轴向轴线上下移动以使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述第一端部管状区段(16A)脱离接合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述芯轴被移动以相对于所述至少一个可伸缩的接合部件偏移，使得所述至少一个可伸缩的接合部件能径向向内移动并与所述第一端部管状区段(16A)脱离接合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述连接工具包括可断裂元件(75)如剪切销，所述可断裂元件用于维持所述至少一个可伸缩的接合部件与所述凹槽接合，直至达到预定的力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述第二端部管状区段具有单向阀(76)，所述单向阀允许流体从井进入所述井下坐放工具管柱并且阻止流体从所述井下坐放工具管柱进入井。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的井下修补系统，其中，所述第二工具部件能借助于投放入所述管状工具部件中的球体(77)封闭。

10.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述第一工具外径小于所述第一端部内径，从而形成第二距离(d₂)，该第二距离小于4mm和/或等于所述第一距离，其中，在该第二距离中布置有至少一个密封机构(48)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述井下坐放工具管柱包括连接至所述连接工具以提供用于使所述可膨胀金属套筒膨胀的加压流体的连续油管(78)、修井管或者钻管。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的井下修补系统，其中，所述井下坐放工具管柱包括泵(25)和用于驱动所述泵的马达(79)，所述马达通过电缆(81)供电，从而所述井下坐放工具管柱是电缆操作坐放工具管柱。

13.根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统，其中，所述井下跨隔组件仅在所述第一端部管状区段处沿所述轴向轴线被机械地锁定。

14.一种用于在区域(101)上进行跨隔的修补方法，所述区域是井孔的塌陷部分、已损坏的生产区域或水生产区域，所述方法包括：

-提供根据前述权利要求中任一项所述的井下修补系统；

-将所述井下修补系统插入到井孔(41)或金属井管结构(30)中；

-对着待密封的所述区域设置所述井下修补系统；

-封闭第二工具部件(28B)；

-对管状工具部件的内部加压；

-使在所述区域两侧上的可膨胀金属套筒膨胀；

-使至少一个可伸缩的接合部件与凹槽分离；和

-将工具管柱从井拉出。

15.根据权利要求14所述的修补方法，其中，提供所述井下修补系统包括将所述工具管柱布置在井下跨隔组件的内部，和使所述至少一个可伸缩的接合部件与第一端部管状区段(16A)的凹槽接合。

16.根据权利要求14或15所述的修补方法，其中，使所述至少一个可伸缩的接合部件与所述凹槽接合通过使芯轴移动至与所述至少一个可伸缩的接合部件相对，从而使所述芯轴径向向外地推动所述至少一个可伸缩的接合部件来执行。

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