具有膨胀检测装置的环状屏障的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种待在井管结构和井下井眼(5)的内壁(4)之间的环空(2)中膨胀的环状屏障(1)，该环状屏障包括：作为所述井管结构的一部分安装的管状部件，所述管状部件(6)具有纵向轴线；包围该管状部件并具有外表面(8)的可膨胀套筒(7)，该可膨胀套筒的每个端部(9，10)借助于连接部(12)被紧固至管状部件，其中连接部中的一个是当可膨胀套筒膨胀时相对于管状部件滑动的滑动连接部；管状部件和可膨胀套筒之间的环状屏障空间(13)；管状部分中的用于让流体进入环状屏障空间以膨胀套筒的孔口(11)；和具有打开和关闭位置并布置在所述孔口中的可致动的切断阀(14)，其特征在于，所述环状屏障还包括用于检测何时可膨胀套筒已经膨胀进入接触位置的检测装置(20)，以及其中所述检测装置适于提供信号以致动切断阀，从而在检测到可膨胀套筒位于接触位置时使切断阀从打开位置切换到关闭位置。此外，本发明涉及包含多个根据本发明的环状屏障的井下系统和用于膨胀环状屏障的方法。
【专利说明】具有膨胀检测装置的环状屏障
【技术领域】
[0001]本发明涉及待在井管结构与井下井眼的内壁之间的环空中膨胀的环状屏障。此夕卜，本发明涉及包含多个根据本发明的环状屏障的井下系统和用于膨胀环状屏障的方法。
【背景技术】
[0002]在井筒中，环状屏障用于不同的目的，诸如用于提供对内管结构与井眼内壁之间的流动的隔离/屏障。环状屏障作为井管结构的一部分安装。环状屏障具有由环形可膨胀套筒包围的内壁。该可膨胀套筒通常由金属材料制成，但也可由弹性体材料制成。套筒在其端部紧固到环状屏障的内壁。
[0003]为了密封井管结构和井眼之间的区域，使用第二环状屏障。第一环状屏障在待密封区域的一侧膨胀，第二环状屏障在该区域的另一侧膨胀。由此，整个区域被密封。
[0004]井的压力包络线由在井构造内部使用的管状结构和井装置等的爆破/破裂额定值控制。在一些情况下，可以通过增大井的管状结构中的压力来使环状屏障的可膨胀套筒膨胀，这是使套筒膨胀的最具成本效益的方式。
[0005]当通过从内部对管状结构加压来膨胀环状屏障的可膨胀套筒时，多个环状障碍同时膨胀。膨胀环状屏障所需的力，即压力取决于多个变量，例如与内管结构的尺寸有关的井眼的尺寸、可膨胀套筒的强度等。由于井眼的尺寸可以沿着井的长度而变化，内管结构与井眼内壁之间的距离在井中不是恒定的。因此，不同的环状屏障需要不同的压力水平以膨胀到接触位置。但是，如果环状屏障在已经膨胀到接触位置之后，在井中承受增大的压力，可能导致周围地层的不期望的破坏或其他不良影响。可膨胀套筒中的压力的不期望的增大可能会导致可膨胀套筒与井眼内壁之间过高的接触压力，因此周围地层可能破裂，并且由此损害环状屏障的密封效果。此外，可膨胀的套筒可能由于增大的压力而破裂或者爆破，从而对环状屏障的效果产生不利影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是完全或部分地克服现有技术的上述缺点和不足。更具体地，本发明的目的是提供一种改进的环状屏障，其中可膨胀套筒内的压力和/或可膨胀套筒与井眼内壁之间的接触压力是可控的。
[0007]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，即通过一种待在井管结构与井下井眼内壁之间的环空中膨胀的环状屏障，该环状屏障包括:
[0008]-作为所述井管结构的一部分安装的管状部件，所述管状部件具有纵向轴线，
[0009]-包围该管状部件并具有外表面的可膨胀套筒，该可膨胀套筒的每个端部借助于连接部紧固到管状部件，其中所述连接部中的一个是当可膨胀套筒膨胀时相对于管状部件滑动的滑动连接部，
[0010]-所述管状部件和所述可膨胀套筒之间的环状屏障空间，[0011]-所述管状部件中的用于让流体进入环状屏障空间以膨胀所述套筒的孔口，以及
[0012]-具有打开和关闭位置并布置在孔口中的切断阀，
[0013]其特征在于，所述环状屏障还包括用于检测何时可膨胀套筒已膨胀到与井眼接触并且接触力在预定值之内的检测装置，并且其中所述检测装置适于提供信号来致动切断阀以使切断阀在检测到可膨胀套筒处于接触位置时从打开位置切换到关闭位置。
[0014]在一个实施例中，切断阀可以是可致动的切断阀。
[0015]通过检测可膨胀套筒何时已膨胀到接触位置，即可膨胀套筒已膨胀到与井眼接触的位置，并且接触力在预定范围之内，切断阀可被致动以控制可膨胀套筒内的压力。在此，可以避免全部环状屏障同样地膨胀，与一个不必与另一环状屏障膨胀同样多的环状屏障对向的地层被损坏的风险也可以大大减少。
[0016]这样，通过本发明，实现了一种改进的环状屏障，其中，所述可膨胀套筒内的压力是可控的和/或其中可膨胀套筒与井眼内壁之间的接触压力是可控的。另外，在膨胀过程中，信息可以被记录并提供至地面。在此，实现的是环状屏障能够自动操作。
[0017]环状屏障还可包括装置以确认所述可膨胀套筒与井眼之间的密封已经实现，如下文所述，这也提供了能够对数据进行记录和供地面解释的能力。
[0018]在一个实施例中，检测装置可包括运动传感器，用于检测滑动连接部的运动，并且检测装置可适于提供信号以致动切断阀，从而当运动传感器检测到滑动连接部已经停止时使切断阀从打开位置切换到关闭位置。
[0019]通过检测所述滑动连接部是否首先移动然后停止，从而是否发生可膨胀套筒的材料膨胀，可以确定可膨胀套筒是否已膨胀到接触位置以关闭切断阀，从而控制可膨胀套筒内的压力。
[0020]在另一实施例中，运动传感器可包括用于检测所述滑动连接部的位置变化的线性电位计。
[0021 ] 此外，线性电位计可以是线性膜电位计。
[0022]在又一实施例中，检测装置可包括用于检测所述可膨胀套筒的材料膨胀的膨胀传感器，其中，所述检测装置可以适于提供信号来致动切断阀，从而当膨胀传感器检测到可膨胀套筒的材料膨胀已停止时使切断阀从打开位置切换到关闭位置。
[0023]此外，膨胀传感器可包括用于检测可膨胀套筒的材料的膨胀的应变仪。
[0024]此外，传感器可以是用于检测可膨胀套筒的外表面与地层之间的流体运动的加速度计或红外传感器。这样做的目的是为了确认该环状屏障已经抵靠井眼壁产生了密封。
[0025]所述传感器可以布置在可膨胀套筒的外表面上。
[0026]在一个实施例中，可致动的切断阀可以是适于在电磁阀断电时阻止流体流入环状屏障空间的电磁阀。
[0027]在另一实施例中，该检测装置可包括设置在可膨胀套筒的外表面处的接触压力传感器，所述压力传感器适于测量可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触力。
[0028]所述检测装置可包括用于测量环状屏障空间内的流体压力的流体压力传感器。
[0029]所述检测装置还可包括用于测量可膨胀套筒的最大内径的变化的距离传感器。
[0030]此外，当可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触压力在预定的范围内，例如，在IOOOpsi (69bar)-2000psi(138bar)的范围内时，切断阀可被致动。[0031]此外，检测装置可包括用于在检测到可膨胀套筒处于接触位置后的预定的时间段之后关闭切断阀的计时器。
[0032]当可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触压力处于
I,OOOpsi (69bar) -2000psi (138bar)的范围内时，所述切断阀可被致动。
[0033]此外，运动传感器可以是用于检测滑动连接部的运动的磁性传感器、加速度计、红外传感器、可变磁阻传感器或感应式磁传感器。
[0034]所述磁传感器或感应式磁传感器可以感测结合在管状部件的外表面的多个磁铁/磁体。
[0035]此外，该运动传感器可包括在管状部件的外表面上驱动/行进的跟踪轮，从而检测滑动连接部的运动。
[0036]此外，可膨胀套筒可以由金属制成。
[0037]本发明还涉及一种包括多个根据本发明的环状屏障的井下系统。
[0038]最后，本发明涉及一种用于膨胀根据本发明的环状屏障的方法，其包括以下步骤:
[0039]-将环状屏障作为井管结构的一部分定位在井下，
[0040]-从内部对管状结构加压以膨胀环状屏障的可膨胀套筒，和
[0041]-检测何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
[0042]在一个实施例中，可以检测滑动连接部的运动以确定何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
[0043]在另一实施例中，可以检测可膨胀套筒的材料膨胀以确定何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
[0044]在又一实施例中，可以检测可膨胀套筒的内径的变化以确定何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
[0045]此外，上述方法可包括当可膨胀套筒已膨胀到接触位置时致动切断阀以阻止流体流动到环状屏障空间内的步骤。
[0046]在所述方法中，可以测量可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触压力以检测何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
[0047]此外，当可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触压力在I，OOOpsi (69bar) -2000psi (138bar)的范围内时，切断阀可被致动。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]下面将参考后附的示意图更详细地描述本发明及其优点，所述示意图出于示例目的仅是出了一些非限制性的实施例，其中
[0049]图1示出了作为井管结构的一部分的环状屏障，以环状屏障的膨胀状态示出，
[0050]图2示出了图1的环状屏障，以未膨胀状态示出，
[0051]图3a_3d示出了包括用于检测何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置的检测装置的不同的环状屏障，和
[0052]图4示出了具有多个环状屏障的井下系统。
[0053]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】
[0054]图1示出了在位于井管结构3和井下井眼5的内壁4之间的环空2中膨胀的环状屏障I。环状屏障I包括已经借助于螺纹连接部19安装作为井管结构3的一部分的管状部件6。环状屏障I包括包围管状部件6并具有外表面8的可膨胀套筒7，在环状屏障I的膨胀状态下，所述外表面抵靠井眼5的内壁4。可膨胀套筒7的每个端部9、10借助于连接部12紧固至管状部件6。可膨胀套筒7包围管状部件6，在其之间形成环状屏障空间13。孔口 11布置在管状部件6中，流体通过该孔口进入空间13以膨胀套筒7。当膨胀所述可膨胀套筒7时，通过来自井的顶部的流体对井管结构3加压，和因此加压流体被迫进入所述空间以膨胀所述可膨胀套筒7。
[0055]一个或两个连接部12可相对于管状部件6滑动，而另一个可以与管状部件6固定地连接。滑动连接部12具有密封件60。环状屏障I—而不是另一种封隔器40—也可以布置成在两个管状结构3之间、例如中间套管18和生产套管31之间以提供密封。
[0056]环状屏障I还包括布置在所述孔口 11中的切断阀14。切断阀具有打开和关闭位置。当在打开位置时，流体被允许进入空间13，并且在关闭位置时，流体不能再经过阀14到达空间13。通过具有切断阀14，环状屏障I的管状部件6的孔口 11可以在可膨胀套筒7已膨胀到接触位置时关闭，如图1所示。
[0057]在图2中，环状屏障I被示出为膨胀之前。为了膨胀一个或多个环状屏障，通过注入流体对管状结构3加压。如图3a_3d所示，为了能够检测可膨胀套筒7何时已膨胀到接触位置，如图1所示，环状屏障I包括监测膨胀过程的检测装置20。该检测装置20适于在检测到可膨胀套筒7已经膨胀到接触位置时致动切断阀14使切断阀14从打开位置切换到关闭位置。
[0058]这样，图3a_3d中示出的检测装置20包括用于检测滑动套筒的运动或可膨胀套筒7的运动的运动传感器21。运动传感器21检测套筒7或滑动连接部12的运动，其启动对运动再次停止和接触位置的检测，此时可膨胀套筒7的外表面8与井眼内壁之间的接触已经达到。在接触位置，可膨胀套筒7被防止进一步径向膨胀，因此，滑动连接部12和套筒7的运动停止。
[0059]在一个实施例中，检测装置20包括用于检测可相对于管状部件6滑动的一个或两个连接部12的运动的运动传感器21。
[0060]在图3a所示的实施例中，运动传感器21是测量滑动连接部12在沿管状部件6的纵向方向的位置的线性电位计34。线性电位计34包括电阻元件22和在电阻元件22的纵向方向可移动的擦拭装置23。线性电位计可以是可从Spectra Symbols公司获得的线性膜电位计。如图3a所示，擦拭装置23布置在可相对于管状部件6滑动的连接部12中的一个上。该擦拭装置23抵接电阻元件22，并通过测量来自电阻元件22的电输出例如电压，可以确定擦拭装置23沿电阻元件22的确切位置。
[0061]如图3b所示，运动传感器21也可以替代地是测量所述可滑动连接部12与沿管状部件6的预定位置33之间距离的距离传感器24。距离传感器24可以结合激光器或本领域技术人员已知的适合测量可滑动连接部12与预定的位置33之间距离的任何其他装置。通过连续地测量所述距离，可以确定可滑动连接部的位置，并确定连接部是否移动。
[0062]如图3c所示，运动传感器21也可以是用于测量可滑动连接部12沿管状部件6的纵向方向的位置的可变磁阻传感器，例如感应式磁传感器26。感应式磁传感器检测结合在管状部件的外表面中的多个磁性元件25。为了检测可滑动连接部的运动，可以监测对所述磁性元件的检测频率。可替代地，可以检测磁性元件的数量以确定连接元件的位置。
[0063]运动传感器21还可包括布置在所述可滑动连接部上并在管状部件的外表面上驱动/行进的跟踪轮(未示出)。通过检测跟踪轮的转动，可以确定可滑动连接部是否移动。也可以使用转数来确定可滑动连接部12的位置。
[0064]运动传感器21连续检测可滑动连接部是否在移动并且还可以记录其在纵向方向的位置来确定可滑动连接部12的总位移。这样，运动传感器21可以被用来确定何时可滑动连接部12已停止运动。来自运动传感器21的输出被检测装置20使用以确定何时可膨胀套筒7已膨胀到接触位置和切断阀14应该被致动以阻止流体进入空间13内。
[0065]在另一个实施例中，检测装置20包括用于检测所述可膨胀套筒7的材料膨胀的膨胀传感器29。膨胀传感器29可包括设置于可膨胀套筒7的外表面8上的应变仪30，或适于测量材料膨胀的任何其他装置。
[0066]在又一实施例中，检测装置包括根据上述的运动传感器21和膨胀传感器29两者。
[0067]检测装置的实施例还可以结合各种能够确定何时可膨胀套筒7已膨胀到接触位置的其他传感器。如图3c所示，环状屏障I包括布置在可膨胀套筒7的外表面8处的一个或多个接触压力传感器27。当环状屏障已在井下膨胀时，压力传感器27测量可膨胀套筒7的外表面8与井眼内壁之间的接触压力，如图1所示。如图3d所示，检测装置20还可包括适于测量已膨胀的套筒的内径36的距离传感器28。此外，可以设置流体压力传感器35以测量空间13内的压力，如图3c所示。
[0068]检测装置20可以依赖于一个或多个检测到的参数，诸如可滑动连接部的运动、可膨胀套筒的材料膨胀、已膨胀套筒7的内径36和/或可膨胀套筒内的接触压力或压力，从而确定何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
[0069]当一个或多个可膨胀套筒7通过从内部对管状结构加压而膨胀时，检测装置20检测何时滑动连接部停止，即何时到达接触位置和/或到达接触位置后何时可膨胀套筒的材料不再膨胀。当滑动的连接部12已停止和/或当可膨胀套筒的材料不再膨胀时，检测装置20可确定可膨胀套筒7已充分膨胀，以提供可膨胀套筒7的外表面8与井眼内壁之间有足够的接触，从而进入接触位置。检测装置20也可以检测空间13中的压力，并在确定可膨胀套筒已充分膨胀之前等候压力存在一定的增大量。
[0070]当检测装置20确定可膨胀套筒7已充分膨胀，意味着已经到达接触位置时，检测装置20使切断阀14关闭以防止当井中的压力增大以使需要更高膨胀压力的其他环状屏障膨胀时空间13内进一步的压力累积。在一个实施例中，切断阀14通过中断保持所述阀打开所需的动力来关闭。这样，当可膨胀套筒7已充分膨胀时，断开电磁阀的电源，从而使阀14关闭，空间13被密封。如果，由于某种原因，需要切断阀重新打开，例如，为了均衡井眼与已膨胀的套筒内的空间13之间的压力，可以通过重新开始向电磁阀供电来完成。关于注入、增产(激励，stimulation)或断裂操作可以要求压力的均衡。
[0071]检测装置还可包括用于在检测到可膨胀套筒7处于接触位置后的预定时间段之后关闭切断阀14的计时器，其中，防止套筒和滑动连接部进一步运动。通过具有定时器，阀的关闭可以在一定的延迟后发生，从而确保套筒7完全膨胀，并使得阀14不会关闭得太早。
[0072]检测装置20还可包括用于检测孔口 11处的声音以便检测在膨胀过程中的任何声音变化的地震传感器或其它类型的声学传感器。流入空间13的流体产生一定的声音，当到达接触位置并且在不期望地继续和断裂地层之前膨胀过程中间停止时，流体不再流入空间13，因此，声音被相应地降低，指示了已到达接触位置。
[0073]本发明还涉及一种包括多个根据上面的描述和如图4中所示的环状屏障I的井下系统100。井下系统100包括具有布置在两个环状屏障之间以使含烃流体进入井管结构3并通过生产套管31向上的阀部50的井管结构3。阀部50具有流入控制阀51和压裂开口或压裂阀52。可以在阀的对面在井管结构3的外表面上的凹部中布置筛网54。在阀14的对面，多个滑动或转动的套筒53布置成当井管结构3被加压时关闭所述阀。
[0074]接触位置是指已膨胀的套筒的位置，在该位置中达到可膨胀套筒7的外表面8与井眼内壁4之间的接触，使得环状屏障提供了环空一部分与环空的另一部分的隔离。
[0075]流体或井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、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。
[0076]套管是指井下使用的与油或天然气生产有关的任何类型管、管道、管结构、衬管、管柱等。
[0077]在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 Tractor?.[0078]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是显而易见的。
【权利要求】
1.一种待在井管结构(3)与井下井眼(5)的内壁(4)之间的环空(2)中膨胀的环状屏障(1)，包括: -作为所述井管结构(3)的一部分安装的管状部件(6)，所述管状部件具有纵向轴线， -包围该管状部件并具有外表面(8)的可膨胀套筒(7)，该可膨胀套筒的每个端部(9，10)借助于连接部(12)紧固到所述管状部件，其中所述连接部中的一个是当可膨胀套筒膨胀时相对于管状部件滑动的滑动连接部， -所述管状部件与所述可膨胀套筒之间的环状屏障空间(13)， -所述管状部件中的用于让流体进入环状屏障空间以膨胀所述套筒的孔口(11)，以及 -具有打开和关闭位置并布置在所述孔口中的可致动的切断阀(14)， 其中，所述环状屏障还包括用于检测何时所述可膨胀套筒已膨胀到接触位置的检测装置(20)，以及其中所述检测装置适于提供信号来致动切断阀以便在检测到可膨胀套筒处于接触位置时使切断阀从打开位置切换到关闭位置。
2.根据权利要求1所述的环状屏障，其中，所述检测装置包括用于检测滑动连接部的运动的运动传感器(21)，并且其中所述检测装置适于提供信号来致动切断阀以便在运动传感器检测到滑动连接部已经停止时使切断阀从打开位置切换到关闭位置。
3.根据权利要求2所述的环状屏障，其中，所述运动传感器包括用于检测所述滑动连接部的位置变化的线性电位计(34)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述检测装置包括用于检测所述可膨胀套筒的材料膨胀的膨胀传感器(29)，其中，所述检测装置适于提供信号来致动切断阀以便在膨胀传感器检测到可膨胀套筒的材料膨胀已停止时使切断阀从打开位置切换到关闭位置。
5.根据权利要求4所述的环状屏障，其中，所述膨胀传感器包括用于检测所述可膨胀套筒的材料的膨胀的应变仪(30)。
6.根据权利要求2或3所述的环状屏障，其中，所述运动传感器是用于检测滑动连接部的运动的磁性传感器、加速度计、红外传感器、可变磁阻传感器或感应式磁传感器(26)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述可致动的切断阀是适于在电磁阀断电时阻止流体流入环状屏障空间的电磁阀。
8.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述检测装置包括设置在可膨胀套筒的外表面处的接触压力传感器(27)，所述压力传感器适于测量可膨胀套筒的外表面与井眼内壁(4)之间的接触力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述检测装置包括用于测量环状屏障空间内的流体压力的流体压力传感器(35)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述检测装置还包括用于测量可膨胀套筒的最大内径(36)的变化的距离传感器(28)。
11.一种井下系统(100)，包括多个根据权利要求1至10中任一项所述的环状屏障。
12.一种用于膨胀根据权利要求1至10中任一项所述的环状屏障的方法，包括以下步骤: -将环状屏障作为井管结构(3)的一部分定位在井下， -从内部对管状结构加压以膨胀环状屏障的可膨胀套筒，和-检测何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括当可膨胀套筒已膨胀到接触位置时致动切断阀以阻止流体流入环状屏障空间的步骤。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，测量可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触压力以检测何时可膨胀套筒已膨胀到接触位置。
15.根据权利 要求14所述的方法，其中，当可膨胀套筒的外表面与井眼内壁之间的接触压力在l，000ps1-2，OOOpsi的范围内时，切断阀被致动。
【文档编号】E21B47/08GK103975122SQ201280060274
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】J·哈伦德巴克, P·黑泽尔 申请人:韦尔泰克有限公司