CN113383144A - 具有阀系统的环状屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环状屏障，其用于在井下于位于金属井管结构与另一金属井管结构或与井孔的壁部之间的环空中提供区域隔离，该环状屏障包括：管状金属部件，该管状金属部件构造成安装为该金属井管结构的一部分；可膨胀金属套筒，该可膨胀金属套筒与该管状金属部件连接并且围绕该管状金属部件，从而在该其间形成环形空间，该可膨胀金属套筒构造成在井下从第一外径膨胀至第二外径以抵紧该金属井管结构或该井孔的壁部；和在该管状金属部件上的膨胀开口，其中，该环状屏障还包括阀系统，该阀系统包括：隔离阀，该隔离阀具有第一位置和第二位置，该隔离阀包括：隔离内孔；布置在该隔离内孔中的隔离活塞，在第一位置，该隔离活塞将该内孔分隔成第一内孔部分和第二内孔部分，该隔离活塞通过剪切元件保持在该第一位置，该剪切元件构造成在该第一内孔部分与该第二内孔部分之间的预定压力差下断掉；第一孔洞，该第一孔洞布置在该第一内孔部分中并且与该环形空间流体连通；第二孔洞，该第二孔洞布置在该第一内孔部分中并且经由第一流体通道与该膨胀开口流体连通；第三孔洞，该第三孔洞布置在该第二内孔部分中并且经由第二流体通道与该膨胀开口流体连通，其中，在该第一位置，该第一孔洞与该第二孔洞流体连通，在该第二位置，该隔离阀阻止该第一孔洞与该第二孔洞流体连通。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在位于金属井管结构与另一金属井管结构或与井孔的壁部之间的环空中提供区域隔离的环状屏障。本发明还涉及一种井下系统。
背景技术
当进行完井时，一个重要的步骤是提供区域隔离，以便将水生产区域与烃生产区域隔离。区域隔离可通过使用膨胀封隔器来执行；然而，膨胀封隔器可能会膨胀的太过迅速以使得它们无法被坐放在正确的位置上，并且生产套管或衬管可能在到达其预定位置之前被卡在井孔中。金属环状屏障不会坐放的过快，因为围绕套管/衬管的金属套筒在金属环状屏障位于预期位置时通过从内部对套管加压并允许流体经由套管上的膨胀开口进入环状屏障而首先被膨胀。
当使环状屏障的可膨胀金属套筒膨胀时，可膨胀金属套筒膨胀直至它们抵紧井孔的壁部或另一金属井管结构的壁部。金属井管结构的内径是已知的；然而，井孔可能不知不觉地在其中发生所谓的冲刷/冲蚀处发生直径的变化，在发生所谓的冲刷处，井孔的直径大于预期。在环状屏障的可膨胀金属套筒对着冲刷处膨胀直至可膨胀金属套筒抵紧井孔的壁部的情况下，存在可膨胀金属套筒将在抵紧井之前发生爆裂的风险，因为可膨胀金属套筒是针对井孔的特定内径被预设计的。在可膨胀金属套筒破裂的情况下，井孔可能变得与套管的内部直接流体连通。金属环状屏障通常设置有阀；然而，如果可膨胀金属套筒在膨胀期间破裂，则阀不一定是关闭的。
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状屏障，该环状屏障具有可膨胀金属套筒，该可膨胀金属套筒能在可膨胀金属套筒应在膨胀期间破裂的情况下，将金属井管结构与井孔隔离。
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来实现，该环状屏障用于在井下于位于金属井管结构与另一金属井管结构或与井孔的壁部之间的环空中提供区域隔离，该环状屏障包括：
-管状金属部件，该管状金属部件构造成安装为该金属井管结构的一部分；
-可膨胀金属套筒，该可膨胀金属套筒与该管状金属部件连接并且围绕该管状金属部件，从而在该可膨胀金属套筒与该管状金属部件之间形成环形空间，该可膨胀金属套筒构造成在井下从第一外径膨胀至第二外径以抵紧该金属井管结构或该井孔的壁部；和
-在该管状金属部件上的膨胀开口，
其中，该环状屏障还包括阀系统，该阀系统包括：
-隔离阀，该隔离阀具有第一位置和第二位置，该隔离阀包括：
-隔离内孔；
-布置在该隔离内孔中的隔离活塞，在第一位置，该隔离活塞将该内孔分隔成第一内孔部分和第二内孔部分，该隔离活塞通过剪切元件保持在该第一位置，该剪切元件构造成在该第一内孔部分与该第二内孔部分之间的预定压力差下断掉；
-第一孔洞，该第一孔洞布置在该第一内孔部分中并且与该环形空间流体连通；
-第二孔洞，该第二孔洞布置在该第一内孔部分中并且经由第一流体通道与该膨胀开口流体连通；
-第三孔洞，该第三孔洞布置在该第二内孔部分中并且经由第二流体通道与该膨胀开口流体连通，
其中，在该第一位置，该第一孔洞与该第二孔洞流体连通，在该第二位置，该隔离阀阻止该第一孔洞与该第二孔洞流体连通。
因此，具有该第一位置和该第二位置的隔离阀构造成在该可膨胀金属套筒在膨胀期间破裂的情况下通过移动至该第二位置而将该环形空间与该膨胀开口隔离开。
此外，该第一流体通道可包括节流部。
此外，该第一流体通道可设置有节流部，该节流部在该可膨胀金属套筒破裂的情况下相比于该第二内孔部分而在该第一内孔部分中提供压降，从而提供导致该剪切元件断掉的预定压力差。
此外，如果该可膨胀金属套筒破裂，会发生经过该第一流体通道的流量的增大。
此外，增大的经过该第一通道的流量会导致该第一流体通道中的压力低于该第二流体通道，从而在该隔离活塞的两侧产生该预定的压力差。
此外，该隔离活塞可具有面向该第一内孔部分的第一活塞端部和面向该第二内孔部分的第二活塞端部，该第一活塞端部具有投影面积/横截面积，该投影面积具有与该第二活塞端部的投影面积基本上相同的大小。
此外，该隔离活塞可具有至少一个密封元件，该至少一个密封元件布置在该隔离活塞的外表面上，用于增强该隔离活塞与该隔离内孔的内表面之间的密封能力。
此外，该第一流体通道可通过在第一流体通道中具有减小的流动横截面积而提供该节流部。
此外，该第一流体通道可在该第二孔洞的上游具有增大的流动横截面积。
此外，该剪切元件可以是接合该隔离活塞的剪切销。
此外，该第一流体通道可通过包括拐弯部而提供该节流部，从而该第一流体通道形成小于90°的角。
此外，该隔离阀可包括第四孔洞，该第四孔洞与该环空流体连通。
此外，该隔离阀还可包括锁定元件，该锁定元件适于在该隔离活塞处于关闭位置从而阻塞该第二孔洞时机械地锁定该隔离活塞。
此外，该锁定元件可构造成在该隔离活塞移动远离该初始位置后至少部分地径向向外或径向向内移动，以阻止该隔离活塞返回至该隔离活塞的初始位置。
此外，该锁定元件可将该隔离活塞永久地锁定在关闭位置。
此外，该阀系统还可包括与该膨胀开口流体连通的分流单元，该分流单元将来自该膨胀开口的流体分流至该第一流体通道和该第二流体通道。
此外，该分流单元可包括单元腔室，该单元腔室接收来自该膨胀开口的流体并且可与该第一流体通道和该第二流体通道流体连通。
此外，该单元腔室可呈在该管状金属部件的外侧上延伸的环形。
此外，该第一流体通道可通过具有比该单元腔室的流动横截面积小的流动横截面积而提供该节流部。
此外，该分流单元可包括过滤单元，该过滤单元用于在来自该膨胀开口的流体被分流至该第一流体通道和该第二流体通道中之前过滤该流体。
此外，该第一流体通道的该节流部可布置在该分流单元中。
此外，该阀系统还可包括关闭阀，该关闭阀包括：
-与该膨胀开口流体连通的第一开口；
-与该环形空间流体连通的第二开口；和
-阀内孔，该阀内孔具有内孔延伸方向并且包括具有第一内径的第一内孔部分和具有大于该第一内孔部分的第一内径的第二内径的第二内孔部分，
其中，该第一开口和该第二开口布置在该第一内孔部分中并且沿该内孔延伸方向错开，该关闭阀还包括：
-布置在该内孔中的阀活塞，该阀活塞包括第一活塞部分并且包括第二活塞部分，该第一活塞部分具有基本上对应于该第一内孔部分的内径的外径，该第二活塞部分具有基本上对应于该第二内孔部分的内径的外径；和
-断裂元件，该断裂元件阻止该阀活塞移动，直至在该阀内孔中达到预定压力。
此外，该第一流体通道可经由该第一开口、该关闭阀的该第一内孔部分和该第二开口而延伸至该第二孔洞。
此外，该关闭阀还可包括锁定元件，该关闭阀的锁定元件适于在该阀活塞处于该关闭位置从而阻塞该第一开口时机械地锁定该阀活塞。
此外，该锁定元件可构造成在该活塞移动远离该初始位置后至少部分地径向向外或径向向内移动以阻止该阀活塞返回至该阀活塞的初始位置。
此外，锁定元件可将阀活塞永久地锁定在关闭位置。
此外，所述阀活塞可包括为通孔的活塞流体通道，该流体通道在所述第一内孔部分与所述第二内孔部分之间提供流体连通。
此外，所述阀活塞可具有布置在所述管状部件的壁部中的或布置在将所述可膨胀金属套筒的端部与所述管状部件连接的连接部件的壁部中的中心轴线。
此外，所述环状屏障可包括第三开口，该第三开口与该环空流体连通。
此外，所述阀活塞可具有其中所述第一开口与所述第二开口流体连通的初始位置和其中所述第二开口与所述第三开口流体连通以便使所述环形空间与所述环空之间压力平衡的关闭位置。
此外，所述断裂元件可以是接合所述活塞的剪切销。
此外，环状屏障在膨胀时可将环空分成第一区域和第二区域，所述环状屏障还包括抗塌缩单元，该抗塌缩单元具有与所述第一区域流体连通的第一入口和与所述第二区域流体连通的第二入口，并且所述抗塌缩单元具有与环形空间流体连通的出口，并且在第一位置，该第一入口与该出口流体连通，从而使第一区域的第一压力与环形空间的空间压力平衡，并且在第二位置，该第二入口与该出口流体连通，从而使第二区域的第二压力与空间压力平衡。
此外，该出口可经由该第三开口和/或该第四孔洞与该环形空间流体连通。
此外，该出口可经由连接流体通道和该第三开口与该第四孔洞流体连接。
此外，该抗塌缩单元可包括至少能在第一位置与第二位置之间移动的元件。
此外，该隔离活塞可包括沿该隔离活塞的外表面布置的三个密封元件，其中，第一密封元件与第二密封元件之间以及该第二密封元件与第三密封元件之间具有相互距离。
此外，该隔离活塞可包括三个密封元件，所述三个密封元件以一相互距离沿该隔离活塞的外表面布置，使得当跨隔在该第二开口上时，第一密封元件与第三密封元件密封地接合内表面。
此外，该隔离活塞可包括以一相互距离沿该隔离活塞的外表面布置的第一密封元件、第二密封元件和第三密封元件，当移动通过该第二开口时，该第一密封元件布置成使得在第三密封元件移动通过该第二开口之前，已通过该第二开口的第一密封元件与该隔离内孔的内表面接合，使得即使是在该第二密封元件在已经通过该第二开口并接合了该内表面后，该第一密封元件也会由于该第一密封元件和该第二密封元件在它们之间隔离了膨胀压力从而使该第一密封元件在其两侧上均经历膨胀压力而达到压力平衡。
此外，本发明涉及一种井下系统，该井下系统包括该环状屏障和该金属井管结构。
最后，该金属井管结构可包括入流控制区段。
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示出了具有阀系统的环状屏障的剖视图；
图2示出了阀系统的剖视图；
图3示出了从一个端部看的隔离活塞，并且图4示出了从另一个端部看的图3的隔离活塞；
图5以透视图和剖视图示出了分流单元的一部分；
图6A示出了图5的分流单元的单元腔室的横截面；
图6B示出了节流部的流动横截面积；
图7示出了另一阀系统的剖视图；
图8示出了抗塌缩单元的局部剖视图；和
图9以透视图示出了环状屏障的具有另一阀系统的部分。
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示出了环状屏障1，该环状屏障用于在位于金属井管结构3与井孔4的壁部5或在另一实施例中与另一金属井管结构(未示出)之间的环空2中提供区域隔离。图1示出了处于其已膨胀状态的环状屏障，在该已膨胀状态下，可膨胀金属套筒8的外表面10B抵紧井孔的壁部5。环状屏障1包括管状金属部件7，该管状金属部件构造成安装为金属井管结构3的一部分，并且可膨胀金属套筒8与管状金属部件7连接并且围绕该管状金属部件，从而在该可膨胀金属套筒与该管状金属部件之间形成环形空间9。可膨胀金属套筒8构造成待在井下从第一外径D1(在图1中以虚线示出)膨胀至第二外径D2，以抵紧井孔的壁部，如图所示。环状屏障1还包括在管状金属部件7上的膨胀开口12，该膨胀开口与阀系统20流体连通。该阀系统包括隔离阀21，该隔离阀具有第一位置和第二位置，并且该隔离阀构造成在可膨胀金属套筒在膨胀期间破裂的情况下通过从第一位置移动至第二位置而将环形空间与膨胀开口隔离。
在膨胀结束时，可膨胀金属套筒8的外表面10B的一部分抵紧井孔的壁部，以便在其间提供密封。然而，如果在该位置处井孔比所预期的大，则可膨胀金属套筒不得不拉伸的更多以便外表面10B能抵紧井孔4的壁部5。在这样的情况下，可膨胀金属套筒可能会损失其强度并且破裂，从而导致膨胀流体从该破裂处流出。如果多个环状屏障待在同一次下入井中期间并且使用同样的膨胀流体膨胀，则其他环状屏障会由于膨胀流体从裂开处流出而无法膨胀。然而，通过具有能关闭至已破裂的可膨胀金属套筒的流体连通的隔离阀21，可继续进行膨胀程序，因为膨胀流体不会再从已破裂的环状屏障流出并且能建立压力以继续使其他环状屏障膨胀，而无需下行并密封已破裂的环状屏障的管状金属部件上的开口。
如图2所示，隔离阀21包括隔离内孔22和布置再该隔离内孔中的隔离活塞23，该隔离活塞将该内孔分成第一内孔部分24和第二内孔部分25。该隔离阀21的隔离活塞23被剪切元件26保持在第一位置，该剪切元件构造成在第一内孔部分与第二内孔部分之间的预定压力差下(即在隔离活塞两侧产生预定压力差下)断掉。该隔离阀包括布置在第一内孔部分24中的第一孔洞27，并且该第一孔洞与环形空间流体连通。该隔离阀还包括布置在第一内孔部分24中并且经由第一流体通道29与膨胀开口12流体连通的第二孔洞28，并且该隔离阀21包括布置在第二内孔部分中并且经由第二流体通道31与膨胀开口12流体连通的第三孔洞30。该第一流体通道设置有节流部32(在图5中示出)，该节流部在可膨胀金属套筒随着流体流动而破裂并且于是相比于第二流体通道使在第一流体通道流量增大的情况下相比于第二内孔部分中的压力使第一内孔部分中的压力降低。因此，当可膨胀金属套筒破裂时，流量增大，从而在隔离活塞两侧在第一内孔部分24与第二内孔部分25之间提供预定压力差，从而导致剪切元件断掉并允许第二内孔部分25中的较高的压力将隔离活塞23推动至第二位置，在该第二位置，第一孔洞27与第二孔洞28隔离开。因此，如果可膨胀金属套筒破裂，经过第一流体通道29的流量增大，并且由于第一流体通道提供的节流部，沿第一流体通道形成降低的压力，即压降，其中，在该第一流体通道中的压力低于第二流体通道中的压力，从而在隔离活塞两侧形成预定压力差。在可膨胀金属套筒破裂之前，第二流体通道中的压力与该第一流体通道中的压力基本上相同，这是因为，在这两个通道中均建立了膨胀压力。当可膨胀金属套筒破裂/破坏，在第一流动通道中的压力将忽然下降。
在第一流体通道设置有节流部的情况下，通过由于破裂的可膨胀金属套筒而发生的增大的流量可产生用于使可断裂元件断掉的足够的压力差。可膨胀金属套筒的破裂导致流量的忽然变化，这种忽然的变化用于切断膨胀开口12至环形空间的流体连通。
在图2中，隔离活塞23具有面向第一内孔部分24的第一活塞端部33和面向第二内孔部分25的第二活塞端部34，该第一活塞端部33具有投影面积A1，其具有与第二活塞端部的投影面积A2基本上相同的大小。在图3中，是从第一活塞端部33观看的隔离活塞23，从而能看到投影面积A1，并且在图4中，是从第二活塞端部34观看的隔离活塞23，从而能看到投影面积A2。通过使第一和第二活塞端部具有相同大小的投影面积，隔离活塞23两侧的压力差仅必须要克服可断裂元件的强度，以便使隔离活塞移动至关闭的第二位置，从而将第一孔洞与第二孔洞隔离开，使得将井孔与金属井管结构的内部隔离开。
如在图2中所示，隔离活塞23具有四个密封元件35，所述四个密封元件布置在隔离活塞的外表面36上，用于增强隔离活塞与隔离内孔22的内表面37之间的密封能力。隔离活塞23具有第一活塞部分122和第二活塞部分123，并且每个部分均具有这四个密封元件中的两个。
在图2中，隔离阀21还包括锁定元件46，所述锁定元件适于在隔离活塞处于关闭的第二位置即已从第一位置移动至第二位置从而堵塞第二孔洞28时机械地锁定隔离活塞23。锁定元件46构造成在隔离活塞移动远离初始的第一位置后至少部分地径向向外或径向向内移动，以阻止隔离活塞23返回至隔离活塞的第一位置。因此，锁定元件将隔离活塞永久地锁定在关闭的第二位置中。剪切元件26是接合隔离活塞23的剪切销并且因此保持该隔离活塞直至在活塞23的两侧达到预定压力差，在该预定压力差下剪切销断掉。
在图5中，阀系统还包括分流单元40，该分流单元与膨胀开口12流体连通。该分流单元将来自膨胀开口12的流体分流到第一流体通道29和第二流体通道31中。分流单元包括单元腔室41，该单元腔室接收来自膨胀开口12的流体并且与第一流体通道29和第二流体通道31流体连通。单元腔室41在管状金属部件7的外侧上呈环状地延伸。第一流体通道29通过具有小于单元腔室41的流动横截面积A4的流动横截面积A3而提供节流部32。节流部32的流动横截面积A3在图6A中示出，并且环形单元腔室41的流动横截面积A4在图6B中示出。通过将流动横截面积A3与流动横截面积A4进行比较，明显地，流动横截面积A3小于流动横截面积A4，从而在第一流体通道29与第二流体通道31之间产生压力差，如图5所示。如能看到的，第一流体通道29的节流部32布置在转向单元40中。
在图5中，第一流体通道29通过包括拐弯部44而提供另一节流部，从而第一流体通道形成小于90°的角v。
在另一实施例中，第一流体通道29通过在第一流体通道中具有减小的流动横截面积A3而提供节流部。据此，流速增大导致压降，并且流速越高，压降越大。
在又一实施例中，第一流体通道29在第二孔洞28的上游具有增大的流动横截面积A3，用于提供节流部，从而在第二孔洞28处产生压降。
在又一实施例中，第一流体通道长于第二流体通道，导致在第一流体通道中的节流程度比在第二流体通道中更高。此外，第一流体通道的内径可略微小于第二流体通道的内径，从而导致在第一流体通道中的节流程度高于在第二流体通道中的节流程度。
在图7中，阀系统还包括关闭阀10，该关闭阀包括与膨胀开口12流体连通的第一开口16、与环形空间9流体连通的第二开口17、和阀内孔18，该阀内孔具有内孔延伸方向20C并且包括具有第一内径ID1的第一内孔部分19和具有第二内径ID2的第二内孔部分20B，该第二内径大于该第一内孔部分的内径。第一开口16和第二开口17布置在第一内孔部分19中并且沿内孔延伸方向错开/移位。关闭阀10还包括布置在内孔18中的阀活塞121。阀活塞包括第一活塞部分122并且包括第二活塞部分123，该第一活塞部分具有基本上对应于第一内孔部分19的内径ID1的外径OD1，该第二活塞部分具有基本上对应于第二内孔部分20B的内径ID2的外径OD2。该关闭阀10还包括断裂元件124，该断裂元件阻止阀活塞121移动，直至在阀内孔18中达到预定压力。当可膨胀金属套筒8抵紧井孔的壁部或另一金属井管结构时，阀内孔中达到该预定压力，并且因此，压力建立直至断裂元件124断掉/断开，并且允许活塞移动，从而关闭该第一开口16。
第一流体通道29延伸穿过关闭阀10的第一开口16、关闭阀10的第一内孔部分19、和第二开口17以延伸至隔离阀21的第二孔洞28。可膨胀金属套筒通过至少对金属井管结构的对着膨胀开口12的部分加压并使流体从膨胀开口12、经过第一流体通道29并经由与和环形空间9流体连接的第一孔洞27离开并流入环形空间中而被膨胀。在可膨胀金属套筒抵紧井孔的壁部后，建立压力从而由于压力经由阀活塞中的活塞流体通道125从阀活塞121的后方作用在第二活塞部分123上而使关闭阀10的断裂元件124断掉。之后，阀活塞121从初始的第一位置移动至第二位置，从而关闭第一活塞通道29和第一开口16，该移动开通了第二开口17、环形空间9和第三开口39之间的流体连通。该第三开口39与环空流体连通。当环形空间9变得与环空(井孔)流体连通时，第二孔洞28和第一内孔部分24经历压降，并且第二内孔部分25仍暴露于来自膨胀开口12的高膨胀压力，从而在隔离活塞两侧产生压力差，从而使剪切元件26断掉，并且因此隔离活塞23移动至隔离阀21的第二位置。在隔离活塞的第二位置，第二孔洞28和环形空间9再次变得经由第四孔洞38和与关闭阀10的第三开口39流体连接的连接流体通道51与环空(井孔)流体连通。第四孔洞38经由阀内孔18与关闭阀上的第三开口39连接，该第三开口39与环空流体连通。
因此，环状屏障的可膨胀金属套筒的破裂导致经由该破裂处向外的流量的增大，使得在隔离阀23两侧产生压力差进而剪切该剪切元件，这可使得隔离阀被关闭，即移动至第二位置。然而，隔离阀也可在关闭阀10已关闭之后关闭，即移动至第二位置，因为关闭阀之后导致隔离阀23两侧产生压力差从而剪切所述剪切元件。
关闭阀10还包括锁定元件43，所述锁定元件适于在阀活塞处于关闭位置从而堵塞第一开口16时机械地锁定阀活塞121。锁定元件构造成在阀活塞移动远离初始位置后至少部分地径向向外或径向向内移动，以阻止阀活塞返回至阀活塞的初始位置。锁定元件将阀活塞永久地锁定在关闭位置中。
关闭阀的锁定元件43和隔离阀21可以是通过在锁定元件外侧上的环形弹性件被径向向内迫压的筒夹。活塞流体通道125是提供第一和第二内孔部分之间的流体连通的通孔。阀活塞具有中心轴线111，该中心轴线布置在管状部件的壁部上或将可膨胀金属套筒的端部14与管状部件连接的连接部件26B(在图1中示出)的壁部中。断裂元件是接合阀活塞的剪切销。
如在图1中所示，环状屏障1在膨胀时将环空分隔成第一区域101和第二区域102。环状屏障还包括抗塌缩单元60，如图8中所示。该抗塌缩单元具有与所述第一区域101流体连通的第一入口61和与所述第二区域102流体连通的第二入口62。抗塌缩单元60具有与环形空间9流体连通的出口63。在第一位置，该第一入口与该出口流体连通，从而使第一区域的第一压力P1(在图1中示出)与环形空间的空间压力Ps(在图1中示出)平衡，并且在第二位置，该第二入口与该出口流体连通，从而使第二区域的第二压力P2(在图1中示出)与空间压力平衡。出口63经由第三开口39和第四孔洞38与环形空间9流体连通。出口经由连接流体通道51和第三开口39与第四孔洞38流体连接。抗塌缩单元60包括至少能在第一位置与第二位置之间移动的元件64。
在图9中，环状屏障1的具有阀系统20的部分被示出，该阀系统经由过滤元件42接收来自分流单元40的流体。流体进入第一开口16并经由第一孔洞27离开而进入在可膨胀金属套筒8下方的环形空间中。抗塌缩单元60与第三开口39连接。该阀系统和该抗塌缩单元借助于在管状金属部件7的外表面上延伸的流体管道/通道连接。
在图5中，分流单元40包括过滤元件42，该过滤元件用于在来自膨胀开口12的流体被分流到第一流体通道29和第二流体通道31中之前过滤该流体或用于在来自环空的流体进入阀系统20或抗塌缩单元60之前过滤该流体。
在另一实施例中，隔离活塞23包括第一活塞部分122和第二活塞部分123，该第一活塞部分延伸到第一开口16中，用于密封接合第一开口16的内表面37。该第一活塞部分具有三个密封元件，这三个密封元件以第一和第二密封元件之间的相互距离和第二和第三密封元件之间的相互距离沿该隔离活塞的外表面布置。该相互距离等于或大于该第二开口17。所述三个密封元件以一相互距离沿隔离活塞的外表面布置，使得当跨隔在第二开口17上时，第一密封元件接合第一开口的内表面，并且第三密封元件密封地接合第一内孔部分的内表面。
因此，隔离活塞23包括第一、第二和第三密封元件，它们以一相互距离沿隔离活塞的外表面布置，并且当移动通过该第二开口17时，该第一密封元件布置成使得在第三/第二密封元件移动通过第二开口17之前，已经通过该第二开口17的第一密封元件与隔离内孔22的内表面接合，从而即使是在第二密封元件在已经通过第二开口17并接合了该内表面后，第一密封元件也会因以下原因而达到压力平衡：该第一和第二密封元件在它们之间隔离了膨胀压力从而第一密封元件在其两侧上均经历了膨胀压力。
图1示出一种井下系统100，该井下系统包括环状屏障1和金属井管结构3。该金属井管结构可具有多个环状屏障和在两个环状屏障之间的入流区段，该入流区段用于使来自被隔离的区域的流体进入金属井管结构。
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、生产套管、衬管或金属井管结构、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 (15)
1.一种环状屏障(1)，其用于在井(6)的井下于位于金属井管结构(3)与另一金属井管结构或与井孔(4)的壁部(5)之间的环空(2)中提供区域隔离，该环状屏障包括：
-管状金属部件(7)，该管状金属部件构造成安装为该金属井管结构的一部分；
-可膨胀金属套筒(8)，该可膨胀金属套筒与该管状金属部件连接并且围绕该管状金属部件，从而在该可膨胀金属套筒与该管状金属部件之间形成环形空间(9)，该可膨胀金属套筒构造成在井下从第一外径(D1)膨胀至第二外径(D2)以抵紧该金属井管结构或该井孔的壁部；和
-在该管状金属部件上的膨胀开口(12)，
其中，该环状屏障还包括阀系统(20)，该阀系统包括：
-隔离阀(21)，该隔离阀具有第一位置和第二位置，该隔离阀包括：
-隔离内孔(22)；
-布置在该隔离内孔中的隔离活塞(23)，在第一位置，该隔离活塞将该内孔分隔成第一内孔部分(24)和第二内孔部分(25)，该隔离活塞通过剪切元件(26)保持在该第一位置，该剪切元件构造成在该第一内孔部分与该第二内孔部分之间的预定压力差下断掉；
-第一孔洞(27)，该第一孔洞布置在该第一内孔部分中并且与该环形空间流体连通；
-第二孔洞(28)，该第二孔洞布置在该第一内孔部分中并且经由第一流体通道(29)与该膨胀开口流体连通；
-第三孔洞(30)，该第三孔洞布置在该第二内孔部分中并且经由第二流体通道(31)与该膨胀开口流体连通，
其中，在该第一位置，该第一孔洞(27)与该第二孔洞(28)流体连通，在该第二位置，该隔离阀阻止该第一孔洞与该第二孔洞流体连通。
2.根据权利要求1所述的环状屏障，其中，该第一流体通道包括节流部(32)。
3.根据权利要求1所述的环状屏障，其中，该隔离活塞具有面向该第一内孔部分的第一活塞端部(33)和面向该第二内孔部分的第二活塞端部(34)，该第一活塞端部具有投影面积(A1)，该投影面积具有与该第二活塞端部的投影面积(A2)基本上相同的大小。
4.根据权利要求1或2所述的环状屏障，其中，该第一流体通道通过在该第一流体通道中具有减小的流动横截面积(A3)而提供该节流部。
5.根据权利要求1或2所述的环状屏障，其中，该第一流体通道通过包括拐弯部(44)而提供该节流部，从而该第一流体通道形成小于90°的角(v)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，该隔离阀包括第四孔洞(38)，该第四孔洞与该环空流体连通。
7.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，该阀系统还包括与该膨胀开口流体连通的分流单元(40)，该分流单元将来自该膨胀开口的流体分流至该第一流体通道和该第二流体通道。
8.根据权利要求7所述的环状屏障，其中，该分流单元包括单元腔室(41)，该单元腔室接收来自该膨胀开口的流体并且与该第一流体通道和该第二流体通道流体连通。
9.根据权利要求8所述的环状屏障，其中，该第一流体通道通过具有比该单元腔室的流动横截面积(A4)小的流动横截面积(A3)而提供该节流部。
10.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，该阀系统还包括关闭阀(10)，该关闭阀包括：
-与该膨胀开口流体连通的第一开口(16)；
-与该环形空间流体连通的第二开口(17)；和
-阀内孔(18)，该阀内孔具有内孔延伸方向并且包括具有第一内径(ID1)的第一内孔部分(19)和具有比该第一内孔部分的第一内径大的第二内径(ID2)的第二内孔部分(20)，
其中，该第一开口和该第二开口布置在该第一内孔部分中并且沿该内孔延伸方向错开，该关闭阀还包括：
-布置在该内孔中的阀活塞(121)，该阀活塞包括第一活塞部分(122)并且包括第二活塞部分(123)，该第一活塞部分具有基本上对应于该第一内孔部分的内径的外径(ODP1)，该第二活塞部分具有基本上对应于该第二内孔部分的内径的外径(ODP2)；和
-断裂元件(124)，该断裂元件阻止该阀活塞移动，直至在该阀内孔中达到预定压力。
11.根据权利要求10所述的环状屏障，其中，该关闭阀还包括锁定元件(43)，该关闭阀的锁定元件适于在该阀活塞处于该关闭位置从而阻塞该第一开口时机械地锁定该阀活塞。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的环状屏障，其中，该阀活塞包括为通孔的活塞流体通道(125)，该活塞流体通道在该第一内孔部分与该第二内孔部分之间提供流体连通。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的环状屏障，其中，该环状屏障包括第三开口(39)，该第三开口与该环空流体连通。
14.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，该环状屏障在已膨胀时将该环空分隔成第一区域(101)和第二区域(102)，所述环状屏障还包括抗塌缩单元(60)，该抗塌缩单元具有与所述第一区域流体连通的第一入口(61)和与该第二区域流体连通的第二入口(62)，该抗塌缩单元具有与该环形空间流体连通的出口(63)，在第一位置，该第一入口与该出口流体连通，从而使第一区域的第一压力(P1)与该环形空间的空间压力(Ps)平衡，在第二位置，该第二入口与该出口流体连通，从而使该第二区域的第二压力(P2)与该空间压力平衡。
15.一种井下系统，其包括金属井管结构(3)和根据权利要求1-14中任一项所述的环状屏障(1)。
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