CN1596331A - 具有交叠端部的可膨胀管 - Google Patents

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Abstract

一种用于形成在地层中的井孔的可膨胀管形元件，该管形元件包括第一可径向膨胀管和第二可径向膨胀管。该管布置成这样，即第二管的端部伸入第一管的端部，其中，选定的一个所述端部与包含该选定端部的管的其余部分相比具有减小的单位长度的径向膨胀阻力。这些端部可以包括狭缝(36)、铰链(42)、细管(24)或折叠部分(28)。

Description

具有交叠端部的可膨胀管
本发明涉及一种用于形成在地层中的井孔的可膨胀管形元件，该管形元件包括第一可径向膨胀管和第二可径向膨胀管，所述管布置成这样，即第二管的端部伸入第一管的端部。例如，该管形元件可以是安装在井孔内以便增强井孔壁和防止井孔塌陷的套管。在普通井中，几个套管柱在钻进时伸入井孔中，从而使各个随后的套管必须经过前面的套管，因此直径必须小于前面的套管。这样配置的结果是，工具或流体可以经过的可用井孔的直径成阶梯状减小。
已经提出这样解决该问题，即通过将各个后面的套管安装成使得它的相对较短上端部分伸入前面的套管中，然后使该后面的套管径向膨胀至内径基本等于前面的套管。因为后面的套管的上端部分伸入前面的套管的底端部分中，这两个交叠部分必须同时膨胀。因此，使该交叠部分膨胀所需的膨胀力/压力明显高于底部套管的其余部分所需的膨胀力/压力，因此，有膨胀器卡在套管的交叠部分处的危险。还有，当液压膨胀时有这样的危险，即使膨胀器通过交叠部分所需的流体压力升高至不能接受的水平，从而使得已经膨胀的套管部分失效(例如连接器失效或管破裂)。
本发明的目的是提供一种改进的、用于井孔中的可膨胀管形元件，从而需要较低的膨胀力来使管形元件的各管的交叠部分膨胀。
根据本发明，提供了一种用于形成在地层中的井孔的可膨胀管形元件，该管形元件包括第一可径向膨胀管和第二可径向膨胀管，所述管布置成这样，即第二管的端部伸入第一管的端部，其中，选定的一个所述端部与包含该选定端部的管的其余部分相比具有减小的单位长度的径向膨胀阻力。
利用选定端部具有减小的径向膨胀阻力的特征，可以减小同时膨胀交叠部分所需的总膨胀力/压力。
对于大部分用途，优选是该选定端部是第一管的端部，即环绕第二管的端部延伸的端部。
具有减小的径向膨胀阻力的端部可以与包含该端部的管形成一体。也可选择，所述端部可以为一轴套的一部分，该轴套与形成管形元件的一部分的第三管轴向交叠。在该用途中，优选是整个轴套具有减小的径向膨胀阻力。优选是，第一和第二管中的一个在该轴套的一侧伸入该轴套中，而第三管在另一侧伸入该轴套中。
优选是，径向膨胀阻力减小的所述端部包括至少一个部分，该部分与管的所述其余部分相比在周向方向上的拉伸阻力减小。拉伸阻力减小的各个部分例如可以包括可折叠部件，该可折叠部件布置成通过选定端部的径向膨胀而在折叠状态和展开状态之间变形。在优选实施例中，可折叠部件包括折叠壁部分，该折叠壁部分有至少一个狭缝，该狭缝基本平行于壁部分的外表面延伸，从而将该壁部分分成多个壁层。优选是，各个狭槽沿选定端部的整个周边延伸，在该情况下，优选是该端部为波纹管形状。
下面将参考附图并通过实例更详细地介绍本发明，附图中：
图1是示意表示本发明的可膨胀管形元件实施例在膨胀处理之前的纵剖图；
图2示意表示了图1的实施例在膨胀处理之后的情况；
图3示意表示了凸轮1的剖面3-3；
图4A示意表示了图3的零件的第一实施例在径向膨胀之前的情况；
图4B示意表示了该零件的第一实施例在径向膨胀之后的情况；
图5A示意表示了图3的零件的第二实施例在径向膨胀之前的情况；
图5B示意表示了该零件的第二实施例在径向膨胀之后的情况；
图6A示意表示了图3的零件的第三实施例在径向膨胀之前的情况；
图6B示意表示了该零件的第三实施例在径向膨胀之后的情况；
图7A示意表示了图3的零件的第四实施例在径向膨胀之前的情况；以及
图7B示意表示了该零件的第四实施例在径向膨胀之后的情况。
附图中，相同的参考标号表示相同部件。
参考图1，图中表示了延伸入形成于地层4中的井孔3内的可膨胀管形元件1。该管形元件包括已经径向膨胀的第一管8和将要径向膨胀的第二管6。第二管6的端部10伸入第一管8的端部12内。第二管6的外径稍微小于(膨胀的)第一管8的内径。
在图2中表示了在膨胀处理过程中的管形元件1，通过膨胀处理过程使第二管6膨胀至内径基本等于已经膨胀的第一管8的内径。为了使该第二管6膨胀，具有锥形前端部16的膨胀器14沿纵向方向通过该管形元件1。该膨胀器14具有纵向通孔17，该通孔17提供了管形元件1中的、在膨胀器14下面的空间18与空心柱20之间的流体连通，该空心柱20与地面的流体泵(未示出)连接。
在图3中表示了管形元件1在管6、8的交叠端部10、12的高度处的剖面。管8的端部12具有多个部分22，与管8的其余部分相比，这些部分22减小了沿周向拉伸的阻力。
在图4A、4B中表示了部分22的第一实施例，它包括基本沿可膨胀管形元件1的纵向方向延伸的细管24。细管24布置成当由于端部的径向膨胀而沿端部12的周向方向26拉伸时从相对圆形形状(图4A)变形为相对扁平形状(图4B)。
在图5A、5B中表示了部分22的第二实施例，它包括基本沿可膨胀管形元件1的纵向方向延伸的细管28。细管28沿周向方向30被压缩，并布置成当由于端部12的径向膨胀而沿周向方向30拉伸时从压缩构形(图5A)变形为较少压缩的构形(图5B)。
在图6A、6B中表示了部分22的第三实施例，它包括可折叠部件32，该可折叠部件32布置成当由于端部12的径向膨胀而沿周向方向33拉伸时在折叠状态(图6A)和展开状态(图6B)之间变形。该可折叠部件32包括折叠壁部分34，该折叠壁部分34有至少一个狭缝36，该狭缝36基本平行于壁部分34的外表面延伸，从而将该壁部分34分成多个壁层38、39。该可折叠部件32在焊缝35a、35b处焊接在壁部分12上。
在图7A、7B中表示了部分22的第四实施例，它包括铰接壁部分40，该铰接壁部分40具有塑性铰链42。在端部12径向膨胀之前，该铰接壁部分40在铰链42处径向向内折叠(图7A)。在通过沿端部12的周向方向44拉伸而径向膨胀之后，壁部分40的形状比以前更圆(图7B)。
在正常操作过程中，第一管8安装在井孔3中，并以任意合适方式径向膨胀和固定，例如通过环绕该管8提供一层水泥。随后使第二管6通过第一管8放低，直到该第二管6到达图1中所示的位置。在管6放低过程中，膨胀器14位于管6的底端部分(未示出)中，该底端部分内径增大以便容纳该膨胀器14。也可选择，膨胀器14可以首先位于管6的底端下面，然后拉入管6内。在放低第二管6之后，空心柱20(例如可以是钻杆柱)与膨胀器14的上端连接，且第二管的底部例如通过合适的塞子(未示出)密封。也可选择，柱20在放低管6之前就已经与膨胀器14连接，因此，管6和膨胀器14的组件可以在柱20上放低。
在下一步骤中，操作流体泵以便将流体泵入管形元件1的空间18内，以便使得膨胀器14通过第二管6向上运动，从而使该第二管6径向膨胀。当膨胀器14通过交叠端部10、12时，两端部10、12径向膨胀，从而使端部12的部分22沿周向方向被拉伸。通过减小部分22的拉伸阻力，与使管6的其余部分膨胀所需的径向力相比，使端部12膨胀所需的径向力明显降低。因此，使端部10、12同时膨胀所需的总力/压力基本等于(或者只是稍微大于)使管6的其余部分膨胀所需的力。因此，膨胀器14在交叠部分10、12的高度处卡在管形元件1中的危险将大大减小。而且，几乎不牺牲破裂压力减去膨胀压力的安全余量。
下面将更详细地介绍部分22的各个实施例沿周向方向的拉伸。
图4A、4B中所示的细管24由于细管的局部弯曲而从基本圆形截面变形成基本椭圆形或扁平的截面。
图5A、5B中所示的细管28通过由于端部12的径向膨胀引起的、沿周向方向的拉伸而从压缩构形变形成较少压缩的构形(图5B)。
图6A、6B中所示的可折叠部件32通过由于端部12的径向膨胀引起的、沿周向方向的拉伸而在折叠状态(图6A)和展开状态(图6B)之间变形。在该变形过程中，壁层38、39能够在由狭缝36形成的、它们的公共交界面处相互滑动。通过该滑动，使部件32展开所需的力明显小于当管部分的厚度为单个壁层厚度的两倍但没有狭缝时展开该管部分所需的力。
图7A、7B中所示的铰接壁部分40通过在塑性铰链42处使管部分12的壁弯曲而变形。因此，壁部分40由壁部分40在铰链42处径向向内弯曲的位置变化成使得壁部分40的截面形状更圆的位置。
也可选择，前面所述的细管中充满流体密封化合物，且该细管具有小开口(未示出)，该小开口布置成使得密封化合物能够在各管的端部中间流动，以在所述端部之间形成密封。还有，该密封化合物可以通过由于径向膨胀处理引起的细管局部剪切/破裂而从细管中释放。在后一种情况，并不必须在细管中设置用于释放流体的开口。
在细管的可选结构中，选定端部由多个彼此相邻布置且相互连接的细管而形成。在该结构中，不需要单独的管部分来使这些细管相互连接。
也可以不同时使管的交叠端部膨胀，而是，周向拉伸阻力减小的端部可以首先膨胀，即在其它端部与它交叠之前。这例如通过向周向拉伸阻力减小的端部的内表面施加足够高的流体压力而实现。该方法允许施加可膨胀的膨胀器，该膨胀器在周向拉伸阻力减小的径向未膨胀端部中处于未膨胀状态，然后膨胀至膨胀状态。然后，通过包含该周向拉伸阻力减小的端部的管的其余部分来拉出或推出该膨胀器。

Claims (16)

1.一种用于在地层中形成的井孔的可膨胀管形元件，该管形元件包括第一可径向膨胀管和第二可径向膨胀管，所述管布置成这样，即第二管的端部伸入第一管的端部，其中，选定的一个所述端部与包含该选定端部的管的其余部分相比具有减小的单位长度径向膨胀阻力。
2.根据权利要求1所述的可膨胀管形元件，其中：所述径向膨胀阻力减小的端部是第一管的端部。
3.根据权利要求1或2所述的可膨胀管形元件，其中：径向膨胀阻力减小的所述端部包括至少一个部分，该部分与管的所述其余部分相比周向方向拉伸阻力减小。
4.根据权利要求3所述的可膨胀管形元件，其中：拉伸阻力减小的所述至少一个部分包括细管，该细管基本沿可膨胀管形元件的纵向方向延伸，该细管布置成通过选定端部的径向膨胀而变形。
5.根据权利要求4所述的可膨胀管形元件，其中：该细管布置成通过选定端部的径向膨胀而从基本圆形形状变形成相对扁平形状。
6.根据权利要求4所述的可膨胀管形元件，其中：该细管沿所述选定端部的周向方向压缩，且该细管布置成通过选定端部的径向膨胀而从压缩结构变形成较少压缩的结构。
7.根据权利要求4-6中任意一个所述的可膨胀管形元件，其中：具有减小的径向膨胀阻力的细管包含流体密封化合物，且该细管提供有小开口，该小开口布置成允许密封化合物在所述端部中间流动，以便在端部之间形成密封。
8.根据权利要求4-7中任意一个所述的可膨胀管形元件，其中：所述选定端部包括沿选定端部的周边间隔开的多个所述细管。
9.根据权利要求3所述的可膨胀管形元件，其中：拉伸阻力减小的所述至少一个部分包括可折叠部件，该可折叠部件布置成通过选定端部的径向膨胀而在折叠状态和展开状态之间变形。
10.根据权利要求9所述的可膨胀管形元件，其中：可折叠部件包括折叠壁部分，该折叠壁部分有至少一个狭缝，该狭缝基本平行于壁部分的外表面延伸，从而将该壁部分分成多个壁层。
11.根据权利要求10所述的可膨胀管形元件，其中：所述至少一个狭槽沿选定端部的整个周边延伸。
12.根据权利要求9或10所述的可膨胀管形元件，其中：该可折叠部件包括提供有至少一个铰链的壁部分。
13.根据权利要求11所述的可膨胀管形元件，其中：各铰链是塑性铰链。
14.根据权利要求1-13中任意一个所述的可膨胀管形元件，其中：径向膨胀阻力减小的所述端部是轴套的一部分，该轴套与形成管形元件的一部分的第三管轴向交叠。
15.根据权利要求14所述的可膨胀管形元件，其中：第一和第二管中的一个在该轴套的一侧伸入该轴套中，而第三管在该轴套另一侧伸入该轴套中。
16.一种可膨胀管形元件，基本如前面参考附图所述。
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