CN116829809A

CN116829809A - 环状屏障和井下系统

Info

Publication number: CN116829809A
Application number: CN202280012288.7A
Authority: CN
Inventors: R·R·瓦斯克斯
Original assignee: Vertex Oilfield Solutions Jsc
Current assignee: Vertex Oilfield Solutions Jsc
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2022-02-11
Publication date: 2023-09-29
Also published as: US11761294B2; EP4291751A1; US20220259940A1; WO2022171774A1; EP4043691A1; AU2022219244A1

Abstract

本发明涉及一种环状屏障，其能在井下于金属井管结构与井孔的内壁之间的环空中膨胀到环状屏障的已膨胀状态，从而在井孔的第一区域和第二区域之间提供区域隔离，环状屏障具有未膨胀状态和已膨胀状态，环状屏障包括：用于安装为金属井管结构的一部分的管状金属部件；围绕管状金属部件的可膨胀金属套筒，可膨胀金属套筒的每个端部均与管状金属部件连接，从而限定出可膨胀空间，可膨胀金属套筒具有第一厚度；在管状金属部件上的膨胀开口，流体经由膨胀开口进入，以便使可膨胀金属套筒膨胀；以及阀组件，其具有在环状屏障的已膨胀状态下与第一区域流体连接的第一开口、经由在管状金属部件和可膨胀金属套筒之间的流体通道与第二区域流体连接的第二开口、以及与可膨胀空间流体连接的第三开口，其中流体通道具有沿管状金属部件的圆周的为管状金属部件的周长的至少5％的延伸长度。本发明还涉及一种包括至少一个环状屏障和金属井管结构的井下系统。

Description

环状屏障和井下系统

技术领域

本发明涉及一种环状屏障，其能在井下于金属井管结构和井孔的内壁之间的环空中膨胀至环状屏障的已膨胀状态。本发明还涉及一种井下系统，其包括金属井管结构和至少一个环状屏障。

背景技术

环状屏障在井下用于在井孔中的位于金属井管结构与井孔壁部或与另一金属井管结构之间的环空中提供第一区域与第二区域的隔离。

当膨胀时，环状屏障可能受到来自外部的连续压力或周期性高压力，这些压力或者是井环境内的液压形式，或者是地层压力形式。在某些情况下，这种压力可能导致环状屏障的已膨胀的金属套筒塌缩，这可能对由屏障提供的区域隔离产生严重后果，因为密封性能由于所述塌缩而损失。

因此，环状屏障的已膨胀的套筒承受塌缩压力的能力受到许多变量的影响，例如材料强度、壁厚、暴露于塌缩压力的表面积、温度、井筒流体等。然而，可膨胀金属套筒越厚，膨胀套筒所需的膨胀压力就越大，而其它完井部件无法耐受如此高的膨胀压力。因此，环状屏障设置有阀系统，该阀系统与第一区域、第二区域以及环状屏障的已膨胀的金属套筒下方的空间流体连接，使得该空间总是与第一和第二区域中的较高压力压力平衡。为了使阀系统与第一区域和第二区域都流体连接，液压管T布置在可膨胀金属套筒和可膨胀金属套筒围绕其延伸的金属井管结构之间。然而，这种液压管T对于一些井的应用是不够的，在这些井的应用中，井孔和金属井管结构之间的间隙非常小，并且没有用于液压管的空间。在这种应用中，两个环状屏障“背对背”布置，即在彼此旁边/彼此相邻，使得一个环状屏障将其空间压力与第一区域中的压力压力平衡，并且另一个环状屏障将其空间压力与第二区域中的压力压力平衡，并且没有一个环状屏障与环状屏障之间的区域压力平衡。然而，这种“背对背”的方案是昂贵的，因为需要两个环状屏障。

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，其在无需增加可膨胀金属套筒的厚度的情况下也不会塌缩，并且其足以用于所有的井应用，即与井孔和金属井管结构之间的间隙大小无关。

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，该环状屏障能在井下于金属井管结构与井孔的内壁之间的环空中膨胀到环状屏障的已膨胀状态，从而在井孔的第一区域和第二区域之间提供区域隔离，该环状屏障具有未膨胀状态和所述已膨胀状态，该环状屏障包括：

-管状金属部件，其安装为金属井管结构的一部分；

-围绕管状金属部件的可膨胀金属套筒，所述可膨胀金属套筒的每个端部均与所述管状金属部件连接，从而限定出可膨胀空间，所述可膨胀金属套筒具有第一厚度；

-在所述管状金属部件上的膨胀开口，流体经由该膨胀开口进入，以便使所述可膨胀金属套筒膨胀；以及

-阀组件，其具有在环状屏障的已膨胀状态下与第一区域流体连接的第一开口、经由在管状金属部件和可膨胀金属套筒之间的流体通道与第二区域流体连接的第二开口、以及与可膨胀空间流体连接的第三开口，

其中所述流体通道具有沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度，该沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少5％。

此外，所述流体通道可由布置在所述可膨胀金属套筒和所述管状金属部件之间的壁提供。

此外，所述壁可呈板状。

此外，所述流体通道可由布置在所述管状金属部件和所述可膨胀金属套筒之间的壁提供，所述壁的每个端部各自布置在所述管状金属部件与所述可膨胀金属套筒的端部之一之间。

因此，所述流体通道可由布置在所述管状金属部件和所述可膨胀金属套筒之间的板状壁提供，所述壁的每个端部各自布置在所述管状金属部件与所述可膨胀金属套筒的端部之一之间。

此外，所述可膨胀金属套筒可具有沿所述纵向延伸方向的第一长度，所述壁具有沿所述纵向延伸方向的第二长度，所述第二长度大于等于所述第一长度。

此外，所述壁可具有沿所述纵向延伸方向的轴向延伸长度，该轴向延伸长度大于所述管状金属部件的周长。

此外，所述壁可具有周向延伸长度，该周向延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少10％、优选为所述管状金属部件的周长的至少25％。

此外，所述壁的每个端部可布置在所述可膨胀金属套筒的端部之一与所述管状金属部件之间，使得所述壁的一个端部布置在所述可膨胀金属套筒的一个端部与所述管状金属部件之间，并且所述壁的另一个端部布置在所述可膨胀金属套筒的另一个端部与所述管状金属部件之间。

此外，所述壁可在所述可膨胀金属套筒的下方从一个端部延伸到另一个端部，所述流体通道在所述壁的下方。

此外，所述流体通道可具有沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度，该沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少10％、优选为所述管状金属部件的周长的至少25％、更优选为所述管状金属部件的周长的至少50％。

通过具有至少部分环形的流体通道，不再需要液压管来提供流体通道，以使环状屏障中的空间中的压力与第一和第二区域中的压力平衡。液压管在径向方向上比部分环形的流体通道占据更多的空间，因此，与使用在管状金属部件和可膨胀金属套筒之间延伸的液压管相比，环状屏障的总外径显著减小。

此外，所述阀组件可包括与所述膨胀开口流体连接的第四开口。

此外，所述壁可具有小于所述第一厚度的第二厚度。

此外，所述流体通道可由具有小于所述第一厚度的第二厚度的壁提供。

此外，所述流体通道可由呈至少部分管状并围绕管状金属部件的壁提供。

通过在可膨胀金属套筒和管状金属部件之间具有壁，当在环状屏障的径向方向上观察时，简单的部分环形流体通道仅由一个壁厚提供，而与此相比，液压管则需通过将该壁厚增大到两倍来提供流体通道。

此外，该壁可沿着管状金属部件的圆周的至少一部分延伸并且沿着管状金属部件的轴向延伸方向延伸。

此外，流体通道可由管状套筒提供，该管状套筒具有壁，该管状套筒的壁围绕管状金属部件并且位于可膨胀金属套筒内，从而提供出所述流体通道。

这样，与已知的液压管相比，该壁仅用一个壁厚而不是两倍的壁厚围成至少部分环形的流体通道。

此外，环状屏障在可膨胀金属套筒和管状金属部件之间可仅具有一个壁厚。

此外，环状屏障在可膨胀金属套筒和管状金属部件之间可仅具有一个壁，该壁围绕管状金属部件整圈地延伸。

此外，管状套筒至少在可膨胀金属套筒膨胀后可以是不动的。

此外，在膨胀期间，所述管状套筒可不随着可膨胀金属套筒一起膨胀。

此外，流体通道可布置在管状套筒和管状金属部件之间，并且可膨胀金属套筒可围绕管状套筒，从而在可膨胀金属套筒和管状套筒之间限定可膨胀空间，并且阀组件可控制可膨胀空间中的压力。

此外，第二厚度可在1mm至5mm的范围内、优选地在1mm至3mm的范围内。

此外，所述第二厚度可比所述第一厚度小50％。

此外，所述壁可具有外表面和内表面，并且所述壁的内表面可布置在与管状金属部件的外表面相距0.5-3mm的距离处。

此外，所述壁可具有间隔部，所述间隔部确保所述壁的内表面和所述管状金属部件的外表面之间的距离。

此外，所述壁可具有间隔部，所述间隔部即使是在通过对所述壁和所述可膨胀金属套筒之间的空间加压而使所述可膨胀金属套筒膨胀时也能确保所述壁的内表面和所述管状金属部件的外表面之间的距离。

此外，间隔部可以是焊缝。

此外，间隔部可以是一个或多个凹陷部。

此外，凹陷部可通过冲压形成。

此外，凹陷部可至少沿着管状金属部件的纵向延伸方向分布。

此外，流体通道可以是环形流体通道。

此外，当在横截面中看时，所述流体通道可以是环形流体通道。

此外，该壁可仅部分地围绕管状金属部件，并且可沿着管状金属部件的纵向延伸方向连接到管状金属部件。

此外，流体通道可具有月形横截面。

此外，流体通道中的压力等于第二区域中的压力。

此外，可膨胀金属套筒和壁之间的可膨胀空间中的压力总是大于或等于流体通道中的压力。

此外，环状屏障可包括将可膨胀金属套筒连接到管状金属部件的第一连接部件，所述第一连接部件包括将所述阀组件的第三开口与所述可膨胀空间流体连接的第一通路，并且所述第一连接部件包括将所述阀组件的第二开口与所述流体通道流体连接的第二通路。

此外，所述第一连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述壁连接到所述管状金属部件。

此外，所述第二连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述壁连接到所述管状金属部件。

此外，所述第一连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述管状套筒连接到所述管状金属部件。

此外，所述第二连接部件可将所述可膨胀金属套筒和所述管状套筒连接到所述管状金属部件。

此外，所述环状屏障可包括将所述可膨胀金属套筒连接到所述管状金属部件的第二连接部件，所述第二连接部件包括将所述流体通道与所述第二区域流体连接的第三通路。

此外，所述第三通路可在一端与所述第二区域流体连通，并且在另一端与所述流体通道流体连接，所述流体通道流体连接到所述第二通路，并且所述第二通路流体连接到所述阀组件的第二开口。

此外，在所述可膨胀金属套筒和所述管状金属部件之间的所述可膨胀空间可流体连接到所述第一通路，所述第一通路流体连接到所述第一开口，所述第一开口在所述环状屏障的已膨胀状态下与所述第一区域流体连接。

此外，所述第四开口可在所述可膨胀金属套筒的膨胀期间与所述可膨胀空间流体连接，并且所述第四开口可在膨胀之后与所述可膨胀空间流体断开。

此外，所述阀组件可包括第一位置和第二位置，在所述第一位置，所述第一开口与所述可膨胀空间流体连接，在所述第二位置，所述第二开口与所述可膨胀空间流体连接。

此外，在第一位置，第一区域中的压力可高于第二区域中的压力，并且在第二位置，第二区域中的压力可高于第一区域中的压力。

此外，在第一位置和第二位置，第四开口可与膨胀开口流体断开。

此外，阀组件可以是压力补偿阀组件。

此外，环状屏障可包括第一筛和/或第二筛，所述第一筛用于在来自所述第一区域的流体进入所述阀组件之前对流体进行过滤，所述第二筛用于在来自所述第二区域的流体进入所述阀组件之前对流体进行过滤。

最后，本发明涉及包括金属井管结构和至少一个环状屏障的井下系统。

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示出了根据本发明一个方面的环状屏障在其未膨胀状态下的剖视图；

图2示出了处于其已膨胀状态的图1的环状屏障的剖视图；

图3示出了另一个环状屏障的剖视图；

图4示出了环状屏障的端部部分的剖视图；

图5示出了图4的端部部分的另一个剖视图；

图6示出了环状屏障的另一端部部分的剖视图；

图7A示出了现有技术环状屏障的剖视图，该环状屏障具有穿过可膨胀空间的液压管；

图7B示出了根据本发明的环状屏障的剖视图，该环状屏障具有由管状套筒提供的环形流体通道；

图8示出了根据本发明的另一环状屏障的剖视图，该环状屏障具有由壁提供的部分环形的流体通道；

图9示出了具有呈焊缝形式的间隔部的管状套筒的透视图；

图10示出了具有间隔部的管状套筒的剖视图；以及

图11示出了具有呈凹陷部形式的间隔部的管状套筒的透视图。

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示出了处于其未膨胀状态的环状屏障1，该环状屏障1将在井下于金属井管结构3和井孔5的内壁4之间的环空2中膨胀至环状屏障1的已膨胀状态，从而在井孔的第一区域101和第二区域102之间提供区域隔离，如图2所示。环状屏障1包括安装为金属井管结构3的一部分的管状金属部件7和围绕管状金属部件7的可膨胀金属套筒8。可膨胀金属套筒8的每个端部9均与管状金属部件7连接，从而在可膨胀金属套筒与管状金属部件之间提供可膨胀空间。可膨胀金属套筒8具有第一厚度t₁，并且管状金属部件7具有膨胀开口11，流体通过该膨胀开口进入，以便通过让流体进入可膨胀空间来膨胀可膨胀金属套筒8。环状屏障1还包括阀组件10，该阀组件具有在环状屏障1的已膨胀状态下与第一区域101流体连接的第一开口14，以及通过管状金属部件7和可膨胀金属套筒8之间的流体通道12与第二区域102流体连接的第二开口15。流体通道12由具有小于第一厚度t₁的第二厚度t₂的板状壁16提供。板状壁16沿着管状金属部件7的圆周的至少一部分并且沿着管状金属部件7的轴向延伸方向L延伸。板状壁因此形成管结构。板状壁具有沿所述纵向延伸方向的轴向延伸方向L_A，其长于管状金属部件7的周长。流体通道12设置在板状壁16和管状金属部件7之间。板状壁16的每个端部37、38均布置在可膨胀金属套筒8的每个端部9、9A、9B之间，使得板状壁16的端部37布置在可膨胀金属套筒的端部9A和管状金属部件之间，并且板状壁16的端部38布置在可膨胀金属套筒的端部9B和管状金属部件之间。因此，板状壁16在可膨胀金属套筒下方从一个端部延伸到另一端部，并且板状壁16下方的流体通道流体连接阀组件10的第二开口15和第二区域102。

流体通道12由管状套筒17提供，管状套筒17具有板状壁16并围绕管状金属部件7，并且管状套筒布置在可膨胀金属套筒8内，从而提供流体通道12。因此，流体通道12布置在管状套筒17和管状金属部件7之间，并且可膨胀金属套筒8围绕管状套筒17，从而在可膨胀金属套筒8和管状套筒17之间限定可膨胀空间18。阀组件10控制可膨胀空间18中的压力，使得在膨胀位置，阀组件将膨胀开口11和可膨胀空间流体连接。

可以看出，对于提供流体通道12，仅需要一个壁和因此一个壁厚，即第二厚度t₂，因此如图7B所示，当从横截面看时，环状屏障1的总直径比具有液压管T(图7A所示，现有技术)时小得多。该壁不必能够膨胀，因为它在膨胀期间和膨胀之后是不动的。流体通道12中的压力等于第二区域102中的压力。可膨胀金属套筒8和壁之间的可膨胀空间18中的压力总是高于或等于流体通道12中的压力。

因此，流体通道12具有沿着管状金属部件7的圆周延伸了管状金属部件7的圆周的至少5％的延伸，并且因此提供了部分环形/弧形的流体通道。因此，流体通道12在该横截面中的高度可以非常小，并且流体通道12的横截面积仍然大于如图7A所示的液压管T的横截面积。图7A的管状金属部件7和图7B的管状金属部件7具有相同的尺寸，并且当比较图7A中的可膨胀金属套筒8的总外径和图7B中的可膨胀金属套筒8的总外径时，图7A中的可膨胀金属套筒8的外径远大于图7B中的可膨胀金属套筒8的外径，以便图7A中的可膨胀金属套筒8为液压管T提供空间。然而，图7A中的液压管T的横截面流动面积远小于图7B中的流体通道12的流动面积。如图7B所示，当从横截面看时，流体通道12是环形流体通道。即使流体通道12仅制成如图8所示的部分环形/弧形，图8中流体通道12的流动面积仍然大于图7A中液压管T的流动面积。当比较图7A和图7B时，可膨胀金属套筒8的厚度t₁保持不变。

因此，已经实现了一种可适配几乎所有的井应用的改进的环状屏障1，该环状屏障在无需增加可膨胀金属套筒8的厚度的情况下也不会塌缩，并且其足以用于所有的井应用，即与井孔5和金属井管结构3之间的间隙无关，其能适合几乎所有的井应用是因为环状屏障从两侧(第一区域101和第二区域102)压力平衡，所以不需要更昂贵的“背对背”(两个环状屏障)方案。

如图3所示，阀组件10还包括第四开口23，所述第四开口与膨胀开口11流体连接，使得在可膨胀金属套筒8膨胀期间，来自金属井管结构3和管状金属部件7内的流体通过膨胀开口11、阀组件中的第四开口23和第三开口6流到可膨胀空间18。管状套筒17至少在可膨胀金属套筒8膨胀后是不动的。在膨胀期间，管状套筒17不与可膨胀金属套筒8一起膨胀。

在图3中，可膨胀金属套筒沿纵向延伸方向L具有第一长度L₁，板状壁沿纵向延伸方向L具有第二长度L₂，第二长度L₂等于第一长度L₁，在图4-6中，第二长度L₂大于第一长度L₁。

流体通道12由壁16提供，壁16具有小于可膨胀金属套筒8的第一厚度t₁的第二厚度t₂。第二厚度t₂在1-5mm的范围内，优选地在1-3mm的范围内。第二厚度t₂比第一厚度t₁小50％。

在图8中，壁16围绕管状金属部件7仅部分地延伸，因此流体通道12具有沿纵向延伸方向L的延伸长度和沿管状金属部件7的圆周C的延伸长度，该沿管状金属部件7的圆周C的延伸长度是管状金属部件7的周长的至少5％(即图8中，沿管状金属部件7的圆周延伸了大约30％)的延伸。在其他方面，流体通道12具有沿管状金属部件7的圆周C的延伸长度，该沿管状金属部件7的圆周C的延伸长度是管状金属部件7的周长的至少10％、优选是管状金属部件7的周长的至少25％、更优选是管状金属部件7的周长的至少50％。在图8中，当从横截面看时，流体通道12是部分环形/弧形的流体通道，因此流体通道12具有月形的横截面。壁16仅部分地围绕管状金属部件7，并且沿着管状金属部件7的纵向延伸方向连接到管状金属部件7，例如通过焊接连接。

在图4中，壁16具有外表面19和内表面20，并且壁16的内表面20布置在与管状金属部件7的外表面21相距0.5-3.0mm的距离d处，从而提供流体通道12。

当膨胀可膨胀金属套筒8时，加压流体进入可膨胀空间18，从而在壁16/管状套筒17上提供压力，并且壁16/管状套筒17可稍微向内弯曲，这可能会引起壁16/管状套筒17的永久变形，从而阻塞流体通道12。为了防止流体通道12被堵塞，环状屏障1的壁16具有间隔部22，如图9-11所示，从而即使是在通过对壁16和可膨胀金属套筒8之间的空间加压而使可膨胀金属套筒8膨胀时也能确保壁16的内表面20和管状金属部件7的外表面21之间的距离d。在图9中，间隔部22是沿着管状金属部件7的轴向延伸方向的焊缝28，该焊缝形成为向内朝向管状金属部件的突起29，以便将金属板的侧面连接到管状套筒17中。在图10中，间隔部22是可通过冲压形成的多个凹陷部27。可以看出，凹陷部27至少沿着管状金属部件7的纵向延伸方向分布，例如如图11所示以四排分布，或者如图10所示以八排分布。沿着管状金属部件7的轴向延伸方向可能只需要一排凹陷部，以便在已经通过对壁16和可膨胀金属套筒8之间的空间加压而膨胀可膨胀金属套筒8之后也保持流体通道12开着。

如图4所示，环状屏障1还包括将可膨胀金属套筒8连接到管状金属部件7的第一连接部件30。第一连接部件30包括第一通路31，其将阀组件10的第三开口6与可膨胀金属套筒8内的可膨胀空间18流体连接，以便膨胀可膨胀金属套筒，并且如图5所示(示出了环状屏障的一部分的另一剖视图)，第一连接部件30还包括第二通路32，其将阀组件10与流体通道12流体连接，以便将第二区域和阀组件连接。第一连接部件30将可膨胀金属套筒8和板状壁16连接到管状金属部件7。可膨胀金属套筒8焊接到第一连接部件30，并且壁16也焊接到第一连接部件30。在图6中，环状屏障1还包括将可膨胀金属套筒8和壁16连接到管状金属部件7的第二连接部件33，并且第二连接部件包括将流体通道12和第二区域102流体连接的第三通路34。因此，第三通路34在一端与第二区域102流体连通，并且在另一端与流体通道12流体连接，并且流体通道12与第二通路32流体连接。第二通路32还流体连接到阀组件10的第二开口15。可膨胀金属套筒8和壁16之间的可膨胀空间18流体连接到第一通路31，并且在环状屏障1的已膨胀状态下，第一通路31与和第一区域101流体连接的第一开口14流体连接，或者与和第二区域102流体连接的第二开口15流体连接，无论第一或第二区域中的压力是否更高。

在可膨胀金属套筒8膨胀期间，阀组件10的第四开口23与可膨胀空间18流体连接，并且在膨胀之后，第四开口23与可膨胀空间18流体断开。阀组件10包括第一位置和第二位置，在第一位置，第一开口14与可膨胀空间18流体连接，在第二位置，第二开口15与可膨胀空间18流体连接。在第一位置，第一区域101中的压力高于第二区域102中的压力，而在第二位置，第二区域102中的压力高于第一区域101中的压力。在第一位置和第二位置，第四开口23与膨胀开口11流体断开。在膨胀位置，阀组件流体连接膨胀开口11和可膨胀空间。当将环状屏障和金属井管结构下入井孔中时，阀组件可以定位在膨胀位置，或者当下入井孔中时，阀组件可以定位在第一或第二位置，以便确保在下入井孔中期间可膨胀空间与环空压力平衡。在膨胀位置，来自管状金属部件内的加压流体进入膨胀开口11，并通过第一通路31进一步进入第四开口23。

如图5所示，环状屏障1还包括第一筛35，用于在流体进入阀组件10的第一开口14之前过滤来自第一区域101的流体，并且如图6所示，环状屏障1还包括第二筛36，用于在流体进入第三通路34、流体通道12以及然后的阀组件10之前过滤来自第二区域102的流体。

当安装到金属井管结构3时，环状屏障1形成为井下系统100。井下系统100可包括多于一个的环状屏障1。

“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。

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

1.一种环状屏障(1)，其能在井下于金属井管结构(3)与井孔(5)的内壁(4)之间的环空(2)中膨胀到环状屏障的已膨胀状态，从而在井孔的第一区域(101)和第二区域(102)之间提供区域隔离，该环状屏障具有未膨胀状态和所述已膨胀状态，该环状屏障包括：

-管状金属部件(7)，其安装为所述金属井管结构的一部分；

-围绕所述管状金属部件的可膨胀金属套筒(8)，所述可膨胀金属套筒的每个端部(9)均与所述管状金属部件连接，从而限定出可膨胀空间(18)，所述可膨胀金属套筒具有第一厚度(t₁)；

-在所述管状金属部件上的膨胀开口(11)，流体经由所述膨胀开口进入，以便使所述可膨胀金属套筒膨胀；以及

-阀组件(10)，其具有在所述环状屏障的已膨胀状态下与所述第一区域流体连接的第一开口(14)、经由在所述管状金属部件和所述可膨胀金属套筒之间的流体通道(12)与所述第二区域流体连接的第二开口(15)、以及与所述可膨胀空间流体连接的第三开口(6)，

其中所述流体通道具有沿所述管状金属部件的圆周的延伸长度，该延伸长度为所述管状金属部件的周长的至少5％。

2.根据权利要求1所述的环状屏障，其中，所述流体通道由布置在所述管状金属部件和所述可膨胀金属套筒之间的板状壁(16)提供，所述板状壁的每个端部各自布置在所述管状金属部件与所述可膨胀金属套筒的端部(9)之一之间。

3.根据权利要求2所述的环状屏障，其中，所述壁(16)具有小于所述第一厚度的第二厚度(t₂)。

4.根据权利要求3所述的环状屏障，其中，所述壁沿着所述管状金属部件(7)的圆周的至少一部分延伸并且沿着所述管状金属部件(7)的轴向延伸方向(L)延伸。

5.根据权利要求3或4所述的环状屏障，其中，所述流体通道由管状套筒(17)提供，所述管状套筒具有所述壁并围绕所述管状金属部件并且布置在所述可膨胀金属套筒内，从而提供出所述流体通道。

6.根据权利要求5所述的环状屏障，其中，所述管状套筒至少在所述可膨胀金属套筒膨胀后是不动的。

7.根据权利要求5或6所述的环状屏障，其中，所述流体通道布置在所述管状套筒和所述管状金属部件之间，并且所述可膨胀金属套筒围绕所述管状套筒，从而在所述可膨胀金属套筒和所述管状套筒之间限定所述可膨胀空间(18)，并且所述阀组件控制所述可膨胀空间中的压力。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的环状屏障，其中，所述第二厚度在1-5mm的范围内、优选地在1-3mm的范围内。

9.根据权利要求3-7中任一项所述的环状屏障，其中，所述第二厚度比所述第一厚度小50％。

10.根据权利要求2-9中任一项所述的环状屏障，其中，所述壁具有外表面(19)和内表面(20)，并且所述壁的内表面布置在与所述管状金属部件的外表面(21)相距0.5-3mm的距离(d)处。

11.根据权利要求2-10中任一项所述的环状屏障，其中，所述壁具有间隔部(22)，所述间隔部确保所述壁的内表面(20)与所述管状金属部件的外表面(21)之间的距离(d)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，当在垂直于所述纵向延伸方向(L)的横截面中看时，所述流体通道是环形流体通道。

13.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，还包括将所述可膨胀金属套筒连接到所述管状金属部件的第一连接部件(30)，所述第一连接部件包括将所述阀组件的第三开口与所述可膨胀空间(18)流体连接的第一通路(31)，并且所述第一连接部件包括将所述阀组件的第二开口与所述流体通道流体连接的第二通路(32)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，还包括将所述可膨胀金属套筒连接到所述管状金属部件的第二连接部件(33)，所述第二连接部件包括将所述流体通道与所述第二区域流体连接的第三通路(34)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，还包括第一筛(35)和/或第二筛(36)，所述第一筛用于在来自所述第一区域的流体进入所述阀组件之前对流体进行过滤，所述第二筛用于在来自所述第二区域的流体进入所述阀组件之前对流体进行过滤。

16.一种井下系统(100)，其包括金属井管结构和至少一个根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障。