專利名稱：通過(guò)液壓成形管狀金屬補(bǔ)片來(lái)修補(bǔ)井的方法和裝置，及用于此目的的補(bǔ)片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)諸如套管(casing)這樣的井或者管進(jìn)行修補(bǔ)的方法 和裝置，所述套管具有需要進(jìn)行處理以使其防漏的部分，這特別是出 于修理和/或堵塞(plugging)目的。
背景技術(shù)：
本發(fā)明特別地(但并非必須地)應(yīng)用于生產(chǎn)水或者生產(chǎn)油。 在以下的描述中，本發(fā)明以生產(chǎn)油的上下文為例進(jìn)行描述。 套管由金屬管構(gòu)成，所述金屬管在很大長(zhǎng)度上為油井的內(nèi)部加襯。 作為指標(biāo)，該長(zhǎng)度可以例如處于2000米(m)至4500 m的范圍內(nèi)，
其內(nèi)徑處于120毫米(mm)至200mm的范圍內(nèi)。
在其底部部分，套管被穿孔，在該處其通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)礦床 (deposits)，以使得油或者氣態(tài)烴類能夠穿透進(jìn)入并中。
在井的頂端具有井口 (wellhead)，井口安裝著各種系統(tǒng)的，特別
是出于保護(hù)、懸掛以及密封的目的的系統(tǒng)。
在井的頂部部分的較長(zhǎng)長(zhǎng)度上，例如處于1500 m至4000 m的范
圍中，套管在整體上具有完井裝備(completion equipment)，所述完
井裝備包括管道設(shè)備和用于操作井的各種設(shè)備，例如，諸如臨時(shí)封閉
構(gòu)件(封隔器(packers))和安全閥。
隨著時(shí)間的過(guò)去，會(huì)需要將套管的壁的一部分做成防漏的，特別
是當(dāng)其品質(zhì)已經(jīng)降低的時(shí)候，例如由于過(guò)早磨損和域由于破裂，或者
在用于通過(guò)油的穿孔需要被堵塞的時(shí)候，特別是因?yàn)樗趨^(qū)域礦床已
經(jīng)被抽完并且具有不需要的流體(特別是水或者氣體)通過(guò)套管的壁
并穿透進(jìn)入其內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)。
為了這么做，所述部分通過(guò)在內(nèi)部覆蓋保護(hù)材料進(jìn)行處理，所述
保護(hù)材料特別是水泥、凝膠或基于可聚合樹(shù)脂的復(fù)合材料。為了執(zhí)行這種處理，能夠?qū)嵤﹥煞N不同的技術(shù)
要么完井裝備在開(kāi)始時(shí)被回收，從而給予待處理的套管的所述
部分直接通路(access);
要么使用于粘結(jié)的工具和材料通過(guò)完井裝備。
第一種技術(shù)消耗時(shí)間且昂貴，并且會(huì)導(dǎo)致操作困難，特別是因?yàn)?在采取任何行動(dòng)之前必須使得井完全停用。
第二種技術(shù)復(fù)雜、昂貴，并且僅能用于有限數(shù)量的構(gòu)造，因?yàn)橥?井裝備通常具有比待處理的部分所在的套管的底部區(qū)域的直徑小得多 的直徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供一種方法和裝置來(lái)尋求減輕這些缺點(diǎn)，所述方法 和裝置使得套管的底部區(qū)域能夠被加襯，但要通過(guò)經(jīng)由具有較小直徑 的完井裝備來(lái)進(jìn)行。
本發(fā)明不僅應(yīng)用于如上面所述的套管，而且應(yīng)用于地面上挖掘的 任何井或者應(yīng)用于任何選擇性埋入的管，這就是以下的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利 要求參考為井或者管加襯的原因，其中管可以由套管或可以為豎直、 水平或者傾斜的任何其它管道所構(gòu)成。
從而，本發(fā)明提供一種對(duì)井或者管進(jìn)行修補(bǔ)的方法，例如具有需 要處理(特別是需要修理和/或堵塞)的部分的套管。
根據(jù)本發(fā)明，所述方法執(zhí)行對(duì)最初直徑顯著地小于井或者管的直 徑的管狀金屬補(bǔ)片的液壓成形，所述方法包括如下步驟
在所述補(bǔ)片之內(nèi)軸向地插入包括心軸的工具，在所述心軸上安 裝有能夠在內(nèi)部液壓的作用下徑向膨脹的兩個(gè)可膨脹封隔器，這兩個(gè) 封隔器彼此之間軸向間隔開(kāi)一段大致等于或者稍微小于補(bǔ)片長(zhǎng)度的距 離；
將所述工具放置在補(bǔ)片之內(nèi)，這種方式使得封隔器與其端部部 分對(duì)準(zhǔn)；
將由工具和補(bǔ)片構(gòu)成的組件軸向插入井或者管中，并且將組件 放置為與待修補(bǔ)的區(qū)域?qū)?zhǔn)；
在高壓下對(duì)所述封隔器進(jìn)行膨脹，所述高壓對(duì)于它們來(lái)說(shuō)足夠使得補(bǔ)片的兩個(gè)端部部分徑向膨脹并且使得它們以不漏的方式按壓靠 在井或者管的內(nèi)壁上；以及
使得所述封隔器收縮并從井或者管回收工具。
應(yīng)該理解的是， 一旦由工具(及其未膨脹的封隔器)和由此承載 的補(bǔ)片組成的組件具有比完井裝備的直徑更小的直徑，就能使其穿過(guò) 完井裝備以對(duì)位于超越所述裝備的區(qū)域進(jìn)行處理。
相反地， 一旦所述區(qū)域已經(jīng)被修補(bǔ)完畢，收縮后的工具能夠沿相 反的方向穿過(guò)完井裝備而被回收。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)所述方法的一個(gè)可能的附加特征，在所述封隔器至少部 分被膨脹之后，為了使得補(bǔ)片的兩個(gè)端部部分以不漏的方式按壓靠在 所述井或者管的內(nèi)壁上的目的，處于壓力下的第二流體被引入兩個(gè)封 隔器之間的補(bǔ)片的內(nèi)部，從而使得位于其兩個(gè)端部部分之間的補(bǔ)片的 中央部分也通過(guò)液壓成形而徑向膨脹，封隔器的膨脹壓力充分大于所 述第二流體的壓力。
這里自然地假定封隔器的膨脹壓力大于由液壓成形導(dǎo)致補(bǔ)片的中 央部分膨脹的第二流體的壓力。為了這么做，它能夠機(jī)械地增強(qiáng)補(bǔ)片 的端部部分，例如通過(guò)增大其壁厚或者通過(guò)增加用作箍的環(huán)。
因此，這些端部部分的徑向膨脹需要施加一個(gè)壓力，所述壓力比 補(bǔ)片的中央部分的徑向膨脹所需的壓力強(qiáng)得多。
所述方法優(yōu)選地在多個(gè)時(shí)期(stages)中實(shí)施。 每個(gè)時(shí)期包括兩個(gè)連續(xù)的階段(phases)。
在第一階段中，使得端部部分部分地徑向膨脹，以獲得所述部分 直徑的確定增長(zhǎng)，這是通過(guò)將封隔器膨脹至給定的壓力進(jìn)行的，所述 給定的壓力直接是所需的直徑增加量的函數(shù)。在第二階段中，使得補(bǔ) 片的余下部分徑向膨脹，即使得其中央部分膨脹，這是通過(guò)來(lái)自較小 壓力值的驅(qū)動(dòng)的液壓成形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，選擇所述較小壓力值以獲得直徑 的給定增加量。
所述操作被重復(fù)一次或者多次，直到獲得補(bǔ)片的中央部分所需的 膨脹直徑。
最后，所述端部部分承受最終膨脹，從而使得它們以不漏的方式 達(dá)到靠壓在所述井或者管的壁上。
8在連續(xù)時(shí)期中的這種操作使得給予補(bǔ)片最初圓柱形或充分上圓柱 形的形狀成為可能；否則由于邊界效應(yīng)，其中央部分會(huì)具有呈現(xiàn)凸起 的凸出或者"桶狀"形狀，或者相反地呈凹入的"沙漏"形狀的風(fēng)險(xiǎn)。 自然地，所執(zhí)行的時(shí)期的數(shù)量取決于所需的膨脹率。時(shí)期的數(shù)量 隨著所需膨脹率的增加而增加。
在每一個(gè)時(shí)期，用于對(duì)端部封隔器進(jìn)行膨脹的流體和液壓成形流 體之間的壓力差使得液壓成形流體能夠被限制在位于兩個(gè)封隔器之間 的補(bǔ)片之內(nèi)。
根據(jù)另一個(gè)可能的附加特征， 一旦工具已經(jīng)被放置在補(bǔ)片之內(nèi)， 就使得封隔器膨脹一點(diǎn)。然后封隔器以一定量的壓縮按壓靠在所述端 部部分的內(nèi)壁上，從而使得工具相對(duì)于補(bǔ)片通過(guò)摩擦而緊固，然后這 兩個(gè)元件臨時(shí)構(gòu)成易于處理并放置到位的單一組件。
根據(jù)所述方法的另一個(gè)特征，其能用來(lái)將一個(gè)或多個(gè)傳感器在所 述區(qū)域中放置到位，這要么是在除了對(duì)井的區(qū)域進(jìn)行修理或者堵塞之 外，要么是僅僅出于這個(gè)目的；為了這么做，在操作之前，傳感器被 緊固靠在補(bǔ)片的中央部分的壁上，在所述壁之外。
因此，在操作的結(jié)束時(shí)，傳感器被放置在補(bǔ)片的中央部分和井或 者管的壁之間的環(huán)狀空間中，從而保護(hù)其免受任何工具的影響，所述 工具可能在未來(lái)良好管理的操作中穿過(guò)補(bǔ)片。
如本發(fā)明所提出的用于對(duì)具有待處理(特別是待修理和/或待堵塞) 的部分的井或者管(例如套管)進(jìn)行修補(bǔ)的裝置，是用于液壓成形管 狀金屬補(bǔ)片的裝置，所述管狀金屬補(bǔ)片的初始直徑充分地小于所述井 或者管的直徑。
所述裝置的特征在于以下事實(shí)首先，其包括適合于軸向地插入 補(bǔ)片之內(nèi)的工具，所述工具包括心軸，所述心軸具有安裝在其上的可 在內(nèi)部液壓的作用下徑向膨脹的兩個(gè)可膨脹封隔器，這兩個(gè)封隔器在 收縮狀態(tài)下具有小于或者等于補(bǔ)片內(nèi)徑的直徑，并且彼此之間軸向間 隔開(kāi)一段基本上等于或者稍微小于補(bǔ)片長(zhǎng)度的距離，所述工具適合于 放置在補(bǔ)片之內(nèi)從而使得封隔器與其端部部分對(duì)準(zhǔn)；以及其次，在由 工具和補(bǔ)片構(gòu)成的組件已經(jīng)被插入井或者管中并且所述組件已經(jīng)放置 為與待修補(bǔ)的區(qū)域?qū)?zhǔn)之后，提供液壓裝置以在高壓下對(duì)所述封隔器
9進(jìn)行膨脹，所述高壓對(duì)于它們來(lái)說(shuō)足夠使得補(bǔ)片的兩個(gè)端部部分徑向 膨脹并且以不漏的方式按壓靠在井或者管的內(nèi)壁上。
此外，根據(jù)該裝置的特定特征，有利但并非限制的是 所述工具具有適合于被選擇性地連接至高壓液壓源或者連接至 低壓源的軸向管子，所述管子具有向著所述封隔器的內(nèi)部開(kāi)放的傳送 和抽吸孔；以及
所述工具具有適合于連接至高壓液壓源的附加管子或者通道， 并且在所述封隔器之間具有向著工具的心軸的外部開(kāi)放的傳送孔。
本發(fā)明還提供用于與具有上述特征的裝置一起使用的管狀金屬補(bǔ)片。
根據(jù)該補(bǔ)片的可能的有益特征
其端部部分得到機(jī)械增強(qiáng)，其厚度大于補(bǔ)片的中央部分的厚度; 在其端部部分中，其通過(guò)用作箍并且接合在其壁上的外環(huán)得到
增強(qiáng)；
其端部部分具有外覆蓋物，例如天然的或者合成的橡膠，適合
于改善與井或者管的內(nèi)壁進(jìn)行接觸的密封；
所述外覆蓋物是膨脹材料，適合于在與液體(特別是水或者與 油)接觸時(shí)膨脹；
所述補(bǔ)片具有縱向折疊的壁，從而通過(guò)在內(nèi)部壓力的作用下展 開(kāi)其褶皺而促進(jìn)其徑向膨脹；
所述補(bǔ)片用于將一個(gè)或多個(gè)傳感器放置到位并且其具有緊固至 其壁的外側(cè)的中央部分的至少一個(gè)傳感器；以及
，所述傳感器被收納(house)在所述中央部分的壁的凹陷(setback)
中。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)出現(xiàn)在以附圖為參考給出的以下描述
中7 其中
圖1和圖8分別是對(duì)受損區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)之前和之后的油井的一
部分的高度示意的軸向剖視 圖2和圖3分別是構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的裝置的工具以及用于修補(bǔ)
10井的受損區(qū)域的圓柱金屬管狀補(bǔ)片的示意的軸向剖視 圖4禾卩圖5分別是圖2和圖3中的標(biāo)記為Wl和W2的有條帶 的部分(bandedportions)的具體 圖6是工具和補(bǔ)片的立體圖，所述補(bǔ)片用于容納如箭頭Q所示 軸向接合在那里的工具；
圖7是顯示在待修補(bǔ)的套管之內(nèi)放置到位的工具和補(bǔ)片組件的 軸向剖視'圖7A至圖7' E是類似于圖7的圖，其顯示了修補(bǔ)操作中各個(gè) 連續(xù)時(shí)期；
圖9是顯示具有折疊壁的變體補(bǔ)片的立體 圖10、圖10A以及圖10B是徑向膨脹發(fā)生時(shí)通過(guò)補(bǔ)片的壁的剖
面；
，圖ll和圖IIA是安裝有傳感器的補(bǔ)片的立體圖，分別顯示為徑 向膨脹之前和之后；
圖12和圖12A分別是類似于圖11和圖IIA的圖，補(bǔ)片顯示為 套管之內(nèi)的軸向剖面；
圖13是補(bǔ)片的變體的立體圖，其中其壁具有用于包圍傳感器的 凹陷；以及
圖14和圖15分別是在縱向剖面中和在橫向剖面中(并且以較 大的比例)該變體的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了油鉆井(oil borehole well)的一部分，其襯有套管C 并且具有以豎直軸線X-X'為軸線的圓柱壁。套管的一段Z具有穿孔 (perforation) ￡，其正在產(chǎn)生水并且需要通過(guò)修補(bǔ)使其堵塞。
附圖標(biāo)記EC表示完井裝備，所述完井裝備通過(guò)環(huán)狀中央構(gòu)件A 支持到位并且具有比套管直徑DQ小得多的內(nèi)徑d。
舉例來(lái)說(shuō)，直徑塵為大約100mm，而直徑Do為約155mm。
圖8顯示了在補(bǔ)片4已經(jīng)在部分Z中放置到位以使得該區(qū)域防漏 之后井的相同部分，通過(guò)插入圓柱金屬壁40使得穿孔2_與井的內(nèi)部隔為了避免干擾井的操作，所述壁的內(nèi)徑D大于或者等于i是重要 的，以使得在通過(guò)已經(jīng)能夠穿過(guò)完井直徑丄的工具進(jìn)行處理之后能夠 到達(dá)井的底部部分。
根據(jù)下面的解釋，本發(fā)明使得這種做法變得簡(jiǎn)單。
圖2至圖6中所示的本發(fā)明的裝置包括管狀工具1，所述管狀工具
1本質(zhì)上由例如由鋼制成的具有軸線X-X'的圓柱心軸2構(gòu)成，并且被 同樣呈圓柱形的一對(duì)可膨脹封隔器3包圍，每一個(gè)封隔器都具有隔膜
形式的壁，所述隔膜為能夠承受壓力和腐蝕的撓性和彈性材料，例如 為橡膠或者為彈性體。
兩個(gè)封隔器3與心軸同軸，由心軸2承載，并且放置為在軸向方 向間隔開(kāi)一定距離。
構(gòu)成每個(gè)封隔器的隔膜在其端部密封地緊固至端片30、 30'，端 片之一可在軸向移動(dòng)，從而適應(yīng)與其徑向膨脹相關(guān)的封隔器長(zhǎng)度的減 少量以及相反地收縮時(shí)其長(zhǎng)度的增加量。
在所示的實(shí)施方式中，外端片30'(最頂部和最底部)是可移動(dòng)的， 而內(nèi)端片30緊固至心軸2。自然地，這種布置不是必須的，特別地其 可以反過(guò)來(lái)布置。
心軸在其自由底端承載蓋子62,蓋子62形成有底部端片30'的支 座(abutment)。
在其相反端，緊固至心軸的環(huán)20形成頂部端片30'的支座。
心軸具有縱向通道6，所述縱向通道6用于連接至處于高壓下的液 體源，并且通過(guò)一徑向孔或者多個(gè)徑向孔60開(kāi)放至每個(gè)封隔器3的內(nèi) 部。
類似地，心軸2具有用于連接至處于高壓下的液體源的另一縱向 通道7。通道7通過(guò)一徑向孔或者多個(gè)徑向孔70在心軸2的中央?yún)^(qū)域 中開(kāi)放至外部。
這些連接通過(guò)合適的分布器閥門而建立，類似于處于高壓下的液 體源，所述分布器閥門能夠被放置在井口。這些閥門(未示出)分別 用于選擇性地將通道6和7連接至可變且受控的高壓液壓源，或者相 反地連接至低壓。
通道7在兩個(gè)可膨脹封隔器3之間通過(guò)徑向孔70開(kāi)放至心軸2的外部。
工具1及其可膨脹封隔器3具有與通常在石油工業(yè)中使用的這類 雙可膨脹封隔器設(shè)備相同的結(jié)構(gòu)。
用于修補(bǔ)目的的補(bǔ)片4包括由金屬(優(yōu)選地為鋼)制成的并且具 有相對(duì)精細(xì)壁厚的圓柱管子。
其長(zhǎng)度基本上與工具的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)，其內(nèi)徑比工具1及其封隔器3 要大。
因此，工具1能夠在管狀補(bǔ)片4之內(nèi)軸向接合，如圖6中的箭頭Q所示。
在接合之后，每個(gè)封隔器3與補(bǔ)片4的兩個(gè)端部部分5之一對(duì)準(zhǔn)。 所述部分5被機(jī)械增強(qiáng)，從而使得其對(duì)于徑向膨脹中變形的阻力比補(bǔ) 片的中央部分40的阻力要大得多。更加準(zhǔn)確地并且可以在圖5中特別 地看出，在該區(qū)域中補(bǔ)片的壁(標(biāo)記為41)被圓柱金屬環(huán)51所圍繞， 從而增加了壁的總厚度。
用作箍的這些環(huán)在其端部區(qū)域可觀地增強(qiáng)了補(bǔ)片的壁的機(jī)械強(qiáng)度。
此外，環(huán)51在其外部具有密封覆蓋物52。
舉例來(lái)說(shuō)，所述覆蓋物為撓性和彈性材料(例如彈性體或者橡膠) 的環(huán)狀層，其有利地為鋸齒形，從而在固體部分之間顯著地(inrelief) 具有圓周溝槽，從而使得在部分5徑向膨脹并被力按壓靠在套管上的 時(shí)候這些部分中的每一個(gè)都能夠適當(dāng)?shù)刈冃巍?br> 在一變體中，覆蓋層能夠被一系列相鄰的O型環(huán)所代替，所述O 型環(huán)容納在形成于環(huán)51的外圍中的溝槽中。
作為制造覆蓋物或者O型環(huán)的材料，使用適合于與液體(特別是 井中現(xiàn)有的液體(特別是水，泥或者油))接觸時(shí)膨大的材料是有好 處的，以進(jìn)一步改善密封。
作為例子，具有這種性質(zhì)的材料在專利文件US 2004/0261990 Al 中被提及，在需要的情況下可以進(jìn)行參考。
在工具已經(jīng)接合并且合適地放置在補(bǔ)片4中之后，經(jīng)由通道6和 孔61，通過(guò)傳遞處于適度壓力下的流體，封隔器3被膨脹一點(diǎn)，壓力 足夠通過(guò)摩擦將工具1報(bào)持靠在補(bǔ)片4上。因此，這兩個(gè)元件形成適合于被插入井中并沿井移動(dòng)以進(jìn)行處理 的單一組件。出于這個(gè)目的，該組件被懸掛于安裝及引導(dǎo)構(gòu)^牛，例如， 用于放置到位并拆卸傳統(tǒng)封隔器的已知類型的中空桿。處于壓力下的 液體的供應(yīng)(未示出)通過(guò)懸掛桿的內(nèi)部來(lái)進(jìn)行。
使用懸掛于電纜的工具也是可能的，該工具安裝有用于供應(yīng)處于 壓力下的液體的電泵。
由工具和封隔器組成的組件的外徑選擇為比完井裝備EC的內(nèi)徑^
要小，從而使其能夠沿著那個(gè)方向軸向行進(jìn)。
其長(zhǎng)度選擇為比待處理的區(qū)域8的長(zhǎng)度長(zhǎng)一點(diǎn)；例如，為幾米長(zhǎng)。 圖7顯示了向著待修補(bǔ)的穿孔區(qū)域Z通過(guò)完井裝備EC被降低(箭
頭F)的組件。
一旦處于與該區(qū)域?qū)?zhǔn)的位置，該組件被保持固定，如圖7A中所示。
然后，高壓液體LHP經(jīng)由通道6 (箭頭I)和孔6 (箭頭i)被送 入每個(gè)可膨脹封隔器3。這種壓力值選擇為足夠使得封隔器與補(bǔ)片的端 部部分5—起徑向膨脹，封隔器靠在其上。
這種情況在圖7B中顯示。
在所述端部部分5的直徑的增加到給定值的時(shí)候，所述直徑仍然 保持為小于D。，第二高壓流體lhp經(jīng)由通道7和孔70 (箭頭i)在兩個(gè) 可膨脹封隔器3之間被送入補(bǔ)片4的內(nèi)部。在這種操作的過(guò)程中，液 體LHP在每個(gè)可膨脹封隔器3中保持在高壓。
第二流體lhp的壓力比第一流體LHP的壓力小得多，然而也足夠 使得其壁未被增強(qiáng)的補(bǔ)片的中央部分40徑向膨脹。
壓力差，例如大約5兆帕(MPa)或者50巴，被選擇為足夠防止 流體lhp在封隔器的外壁和補(bǔ)片的內(nèi)壁之間以不需要的方式泄露至補(bǔ) 片的外部。
因此，補(bǔ)片的中央部分40通過(guò)液壓成形而徑向膨脹。 當(dāng)其直徑達(dá)到充分給定的直徑時(shí)，其稍微小于部分5的最大直徑，
如圖7'B中所示，該操作停止。
這兩個(gè)階段被重復(fù)一次或者多次，直到中央部分40達(dá)到所需的直
徑，在此之后封隔器再次在高壓下被膨脹，從而將端部部分密封地按
14壓靠在直徑為D。的套管C的內(nèi)壁上。
能夠?qū)γ糠N液體的壓力進(jìn)行控制，以獲得端部部分5和中央部分 40的所需變形。
自然地，補(bǔ)片每個(gè)部分的徑向膨脹自動(dòng)地導(dǎo)致所述部分壁厚的減小。
圖7C顯示了和與套管C的內(nèi)壁開(kāi)始接觸的部分5相對(duì)應(yīng)的中間時(shí)期。
如圖7D中所示，端部部分5以一種帶有圓柱部分的"郁金香"形 狀結(jié)束，所述圓柱部分緊密且牢固地以不漏方式按壓靠在套管3的內(nèi) 壁上。
在那以后，封隔器3被收縮，從而使得它們由于壓力的減小而回 到最初的圓柱形狀，從而使得液體能夠經(jīng)由孔60 (箭頭i')和通道6 (箭頭r)泄露，如圖7E中所示。然后，困在補(bǔ)片內(nèi)部膨脹的封隔器 3之間的液體lhp能夠自由泄露進(jìn)入井中。
然后，通過(guò)向后穿過(guò)完井裝備EC，能夠從井中回收工具(箭頭F')， 如圖7'E中所示。
這就留下了圖S中所示的構(gòu)造，其中區(qū)域Z被管狀金屬補(bǔ)片4加 襯，所述管狀金屬補(bǔ)片4膨脹并且緊固至套管C。由于部分5和套管 的壁之間的不漏連接，穿孔^完全被隔離并且不會(huì)對(duì)井產(chǎn)生有害操作。
補(bǔ)片4的最小直徑D大于完井裝備EC的直徑^，從而使其也不妨 礙井的操作。限制中央部分40的膨脹可以是有利的，從而使得繞其外 圍存在相對(duì)較大的有角度的空間，所述空間可以用于例如容納裝備的 特定部分，例如傳感器，如下面所述。
圖9和圖10中所示的補(bǔ)片8具有通常為圓柱形的壁，但該壁在縱 向方向上折疊。
這種折疊在補(bǔ)片的整個(gè)長(zhǎng)度上進(jìn)行。
如同在上述實(shí)施方式中那樣，端部部分81相對(duì)于中央部分80被 增強(qiáng)，并且端部部分81被密封覆蓋物所加襯。
在圖10中可以看出，補(bǔ)片的壁具有褶皺9，所述褶皺使其具有一
種類似"雛菊"的形狀。
這些折疊位于圓柱封套90之外，且在收縮狀態(tài)下，所用工具的封隔器必須自然地具有小于或者等于所述封套直徑的直徑，從而使得工 具能夠近似地接合在補(bǔ)片之內(nèi)。
這種折疊形狀使得中央部分8能夠膨脹至相對(duì)較大的程度。
在內(nèi)部流體lhp的壓力的作用下，最初觀察到中央部分8a的褶鈹 9a隨著壁變"圓"而逐漸展開(kāi)(圖10A)，通過(guò)變?yōu)閳A柱形(標(biāo)記9'a) 而結(jié)束，此后觀察到它在保持其圓柱形狀(標(biāo)記％)的同時(shí)徑向膨脹 (圖10B)。
在膨脹結(jié)束時(shí)，補(bǔ)片的中央部分80為嚴(yán)格的圓柱形，沿其整個(gè)長(zhǎng) 度具有恒定的直徑。
其端部部分也是圓柱形的，具有較大的直徑。
能夠?qū)⒔o定的工具使用若干次，以在單個(gè)井中或者在不同的井中 將多個(gè)補(bǔ)片放置到位。
補(bǔ)片能夠通過(guò)使其經(jīng)由已經(jīng)被放置到位的補(bǔ)片而被放置到位。
所使用的金屬的性質(zhì)及其機(jī)械特征，特別是其延展性及其壁厚， 被自然地選擇為補(bǔ)片所要承受的應(yīng)力(特別是所需的徑向膨脹的程度) 的函數(shù)。類似地，所采用的液壓的值與這些條件相適應(yīng)。
純粹作為指示的方式，根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)片的尺寸的特定可能范圍 如下。
中央部分40的長(zhǎng)度處于2m至12m的范圍內(nèi)，例如10m。 端部部分5的長(zhǎng)度處于0.3m至lm的范圍內(nèi)，例如0.5 m。 膨脹前的直徑處于80mm至120 mm的范圍內(nèi)(例如100 mm)。 膨脹完成后的直徑對(duì)于中央部分40來(lái)說(shuō)處于100 mm至150 mm
的范圍內(nèi)(例如130 mm)，在端部部分5中處于120 mm至180 mm
的范圍內(nèi)(例如155 mm)。
在石油工業(yè)中，經(jīng)常需要在井中靠近其壁放置傳感器，例如溫度
傳感器、壓力傳感器、用于感測(cè)氣體或其它一些給定物質(zhì)的壓力的傳
感器等等。 一旦安裝到位，這種傳感器需要被保護(hù)，被掩蔽以免受工
具或者可能沿井通過(guò)的其它元件的影響。
本發(fā)明提供了將這種傳感器放置到位的一種方便并且可靠的方
法，并且使得它們一旦被放置到位就能夠在井之內(nèi)被徹底隔離。
圖11顯示了補(bǔ)片4，其圓柱部分40承載傳感器100;其可以為圓
16柱形狀，并且可以具有比補(bǔ)片直徑小得多的直徑。其沿補(bǔ)片的母線縱 向放置，并且接近其中央部分40。
適當(dāng)?shù)木o固件裝置，例如一對(duì)彈性環(huán)狀帶Ll和L2起到將其保持 到位的作用。
這些帶并不妨礙部分40的徑向膨脹(圖11A)。 補(bǔ)片4如上所述被放置到位。
觀察圖12A能夠理解的是，在補(bǔ)片被放置到位以后，傳感器100 在包圍中央部分40的外圍空間中在套管C之內(nèi)被徹底隔離，所述空間 通過(guò)膨脹部分5在兩端被隔絕密封。
自然地，多個(gè)傳感器在補(bǔ)片放置到位之前能夠圍繞補(bǔ)片放置。 在圖13至圖15所示的變體中，中央部分具有通過(guò)壓印形成并用 于最初包圍傳感器的較小的縱向下陷400。通過(guò)這種布置，傳感器并不 突出到補(bǔ)片的圓柱封套之外，從而避免了在工具和補(bǔ)片組件被沿著井 (特別是通過(guò)其完井設(shè)備)降低時(shí)傳感器被碰到以及可能被損壞的任 何風(fēng)險(xiǎn)。
在補(bǔ)片的膨脹過(guò)程中，壁400中的凹陷展開(kāi)，就像圖9和圖10中 所示的折疊補(bǔ)片中的褶皺一樣，從而使得中央部分40成為圓柱形狀。
自然地，如果準(zhǔn)備將多個(gè)傳感器放置到位，在壁中提供多個(gè)凹陷 是可能的，其形狀和尺寸使得它們中的每一個(gè)都適合于容納傳感器。
權(quán)利要求
1、一種修補(bǔ)井或者管的方法，所述井或管為例如套管(C)，其具有需要處理，特別是需要修理和/或堵塞的部分，該方法是通過(guò)使得最初直徑比井或者管的直徑小得多的管狀金屬補(bǔ)片液壓成形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述方法包括如下步驟·在所述補(bǔ)片(4)之內(nèi)軸向地插入包括心軸(2)的工具(1)，在所述心軸上安裝有能夠在內(nèi)部液壓的作用下徑向膨脹的兩個(gè)可膨脹封隔器(3)，所述兩個(gè)封隔器(3)彼此之間軸向間隔開(kāi)一段基本上等于或者稍微小于補(bǔ)片長(zhǎng)度的距離；·將所述工具(1)放置在補(bǔ)片之內(nèi)，這種方式使得封隔器(3)與其端部部分(5)對(duì)準(zhǔn)；·將由工具(1)和補(bǔ)片(4)構(gòu)成的組件軸向插入井或者管中，并且將組件放置為與待修補(bǔ)的區(qū)域(Z)對(duì)準(zhǔn)；·在高壓下對(duì)所述封隔器(3)進(jìn)行膨脹，所述高壓對(duì)于它們來(lái)說(shuō)足夠使得補(bǔ)片的兩個(gè)端部部分(5)徑向膨脹并且以不漏的方式按壓靠在所述井或者管的內(nèi)壁上；以及·使得所述封隔器(3)收縮并從所述井或者管回收工具(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述封隔器(3) 至少部分被膨脹之后，為了使得補(bǔ)片(4)的兩個(gè)端部部分(5)以不 漏的方式按壓靠在所述井或者管的內(nèi)壁上的目的，處于壓力下的第二 流體被引入兩個(gè)封隔器(3)之間的補(bǔ)片(4)的內(nèi)部，從而使得位于 其兩個(gè)端部部分(5)之間的補(bǔ)片的中央部分(40)也通過(guò)液壓成形而 徑向膨脹，封隔器(3)的膨脹壓力基本上大于所述第二流體的壓力。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其在多個(gè)時(shí)期中執(zhí) 行，每個(gè)時(shí)期包括兩個(gè)連續(xù)的階段，其中.-a)在第一階段中，通過(guò)將封隔器(3)膨脹至給定的壓力，使得 端部部分(5)部分地徑向膨脹以獲得所述部分直徑的確定增加量，所 述給定的壓力直接是所需的直徑增加量的函數(shù)；以及b)在第二階段中，通過(guò)在較小壓力的作用下液壓成形，使得補(bǔ)片 的余下部分被部分地徑向膨脹，即，使得其中央部分(40)被膨脹， 所述較小壓力被選擇以獲得其直徑增加至所需值；所述操作被重復(fù)一次或者多次，直到補(bǔ)片的中央部分達(dá)到所需的膨脹直徑，并且最后，所述端部部分(5)膨脹至其最終值，從而使得它們以不漏的方式緊密地按壓靠在所述井或者管的內(nèi)壁上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)所 述工具(1)已經(jīng)被放置在補(bǔ)片(4)之內(nèi)時(shí)，使得封隔器(3)膨脹一 點(diǎn)，從而使得工具相對(duì)于補(bǔ)片(4)通過(guò)摩擦緊固。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少 一個(gè)傳感器(100)在補(bǔ)片的中央部分(40)和所述井或者管的內(nèi)壁之 間被放置到位，在操作之前所述傳感器(100)被緊固至補(bǔ)片的中央部 分(40)的外側(cè)。
6、 一種修補(bǔ)井或者管的裝置，所述井或管為例如例如套管(C)， 其具有需要處理，特別是需要修理和/或需要堵塞的部分(Z)，所述 處理是通過(guò)使得最初直徑比井或者管的直徑小得多的管狀金屬補(bǔ)片(4)液壓成形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述裝置的特征在于，首先其包括適合于軸 向地插入補(bǔ)片(4)之內(nèi)的工具(1)，所述工具(1)包括心軸(2)， 所述心軸具有安裝在其上的可在內(nèi)部液壓的作用下徑向膨脹的兩個(gè)可 膨脹封隔器(3)，這兩個(gè)封隔器(3)在收縮狀態(tài)下具有小于或者等 于補(bǔ)片內(nèi)徑的直徑，并且彼此之間軸向間隔開(kāi)一段基本上等于或者稍 微小于補(bǔ)片長(zhǎng)度的距離，所述工具(1)適合于放置在補(bǔ)片(4)之內(nèi) 從而使得封隔器(3)與其端部部分(5)對(duì)準(zhǔn)；以及其次，在由工具(1)和補(bǔ)片(4)構(gòu)成的組件已經(jīng)被插入所述井或者管中并且所述組 件已經(jīng)放置為與待修補(bǔ)的區(qū)域(Z)對(duì)準(zhǔn)之后，提供液壓裝置以在高壓 下對(duì)所述封隔器(3)進(jìn)行膨脹，所述高壓對(duì)于它們來(lái)說(shuō)足夠使得補(bǔ)片 的兩個(gè)端部部分(5)徑向膨脹并且以不漏的方式按壓靠在所述井或者 管的內(nèi)壁上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述工具(1)具 有適合于被選擇性地連接至高壓液壓源或者連接至低壓源的軸向管子(6)，所述管子(6)具有向著所述封隔器(3)的內(nèi)部開(kāi)放的傳送和 抽吸孔(61)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或者權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所 述工具(1)具有適合于連接至高壓液壓源的附加的管子或者通道(7、 70)，并且在所述封隔器(3)之間具有向著工具的心軸(2)的外部 開(kāi)放的傳送孔(70)。
9、 一種管狀金屬補(bǔ)片(4)，其適合于與根據(jù)權(quán)利要求6至8中 任一項(xiàng)所述的裝置一起使用。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的補(bǔ)片，其特征在于，其端部部分(5) 得到機(jī)械增強(qiáng)，其厚度大于補(bǔ)片的中央部分(40)的厚度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或者權(quán)利要求10所述的補(bǔ)片，其特征在于， 在其端部部分(5)中，其通過(guò)用作箍并且接合在其壁(41)上的外環(huán)(51)得到增強(qiáng)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)片，其特征在于，其 端部部分(5)具有諸如天然或者合成橡膠的外覆蓋物(52)，適合于 改善與所述井或者管的內(nèi)壁進(jìn)行接觸的密封。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的補(bǔ)片，其特征在于，所述外覆蓋物(52) 是膨脹材料，適合于在與液體，特別是與水或者與油進(jìn)行接觸時(shí)膨脹。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)片，其特征在于，位 于其端部部分(81)之間的其中央部分(80)具有縱向折疊的壁，從 而通過(guò)在內(nèi)部壓力的作用下展開(kāi)其褶皺(9)而促進(jìn)徑向膨脹。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的補(bǔ)片，其用于實(shí)施根據(jù) 權(quán)利要求5所述的方法，所述補(bǔ)片的特征在于，在其壁的外部，其具 有緊固至其中央部分(8)的至少一個(gè)傳感器(100)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的補(bǔ)片，其特征在于，所述傳感器(100) 在所述中央部分(40)的壁中被容納在凹陷中。
全文摘要
一種修補(bǔ)井或者管的方法，該方法是通過(guò)使得管狀金屬補(bǔ)片液壓成形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述方法包括如下步驟-在補(bǔ)片(4)之內(nèi)插入具有一對(duì)可膨脹封隔器(3)的工具(1)，所述可膨脹封隔器彼此之間軸向間隔開(kāi)一段基本上等于補(bǔ)片長(zhǎng)度的距離；-將工具(1)放置在補(bǔ)片之內(nèi)，從而使得封隔器(3)與補(bǔ)片的端部部分(5)對(duì)準(zhǔn)；-將由工具(1)和補(bǔ)片(4)構(gòu)成的組件軸向插入井或者管之內(nèi)，并且將所述組件放置為與修補(bǔ)區(qū)域?qū)?zhǔn)；-將封隔器(3)膨脹至高壓，足夠使得補(bǔ)片的端部部分(5)徑向膨脹并且使得它們以不漏的方式按壓靠在所述井或者管的壁上；以及-使得封隔器(3)收縮并回收工具(D)-所述方法可應(yīng)用于石油工業(yè)。
文檔編號(hào)E21B47/01GK101460699SQ200680054860
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
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