專利名稱：封閉穿過井管壁的孔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來封閉穿過井管壁的孔的裝置，所述井管是生產(chǎn)油管、套管或者襯管。這樣的裝置也稱為滑動套筒，或者，用于注水泥時，稱為注水泥接箍。
眾所周知，從地下產(chǎn)油層開采碳?xì)浠衔锏木梢r有套管或襯管形式的井管的井眼構(gòu)成。井管外表面和井眼內(nèi)表面之間的環(huán)形空間注以水泥，水泥是在將套管下入井眼中后注入的。注水泥是這樣進(jìn)行的將一定體積的水泥通過井管泵入，使之在所述環(huán)形空間中從井眼的底部上升到所需的高度。當(dāng)井眼很深，從而套管非常長的時候，單階段注水泥是不可能的，這是由于套管靴處產(chǎn)生的高壓。因此，注水泥是分階段進(jìn)行的。第一階段從底部注水泥到一個預(yù)定的高度。第二階段使用一個作為套管的一部分的注水泥接箍或者滑動套筒。該注水泥接箍允許通過在注水泥接箍的高度打開井管壁上的孔而選擇性地注水泥。為了能夠?qū)⑺啾眠^所述孔，緊接著所述孔的下方布置有一個塞子。然后將水泥通過這些孔注入所述環(huán)形空間。完成所述第二階段后，通過調(diào)節(jié)所述注水泥接箍的滑動套筒的位置而關(guān)閉所述孔。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用來封閉穿過井管壁的孔的裝置，該裝置容易設(shè)置，并具有良好的封閉性能。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用來封閉穿過井管壁的孔的裝置，該裝置包括一個管狀隔離器，該隔離器的外徑允許該隔離器被設(shè)置在所述井管中；安裝在所述管狀隔離器的相對兩端的一個第一密封圈組件和一個第二密封圈組件，每個密封圈組件包括一個致動環(huán)和一個環(huán)形的密封圈，所述致動環(huán)由一個形狀記憶合金圓柱形裝置相互連接起來，當(dāng)所述圓柱形裝置的溫度達(dá)到所述形狀記憶合金轉(zhuǎn)變溫度時，該圓柱形裝置就收縮；其中，每一個環(huán)形密封圈這樣安裝，使得當(dāng)所述形狀記憶合金圓柱形裝置收縮時，該密封圈被壓向所述井管的內(nèi)壁。
在本說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“形狀記憶合金”是指具有形狀記憶效應(yīng)的合金，當(dāng)加熱時，在某個特定的溫度下發(fā)生的變形會完全恢復(fù)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠選擇合金材料的組成，使之在井眼的溫度下表現(xiàn)出所需的特性。
本發(fā)明的裝置的一個優(yōu)點(diǎn)是該裝置不構(gòu)成井管的一部分。因此，該裝置可以設(shè)置到這樣的地方從運(yùn)行的角度來看，在該處的井管壁上需要一個在用后必須關(guān)閉的孔。
本發(fā)明的裝置也可以用來封閉射孔套管壁上的孔。在這種情況下，套管壁上射有孔，以允許從地下產(chǎn)油層進(jìn)行開采。在這種情況下可以進(jìn)行生產(chǎn)管理。
該裝置還可以用于維修工作。在這種維修工作中，在井管上因?yàn)楦g和磨損而形成的孔必須被封閉。
合適的是，每個環(huán)形密封圈安裝在相應(yīng)密封圈組件的致動環(huán)和所述管狀隔離器之間。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述圓柱形裝置基本上同軸地安裝在所述隔離器內(nèi)。這樣，就在井管中留有一個供鉆具或者流體通過的中央通道。
所述圓柱形裝置例如可以包括一個形狀記憶合金管狀件。
或者，該裝置可以包括一組形狀記憶合金桿，這些桿沿著該圓柱形裝置在圓周上間隔開。
下面參照附圖更詳細(xì)地對本發(fā)明加以描述。附圖中

圖1簡要圖示了本發(fā)明第一個實(shí)施例的橫剖面圖，圖2簡要圖示了本發(fā)明第二個實(shí)施例的上部的橫剖面圖。
現(xiàn)在看圖1。該圖簡要圖示了本發(fā)明的裝置1在一個第一位置和一個第二位置的一個橫剖面圖。在所述第一位置(在圖1的左側(cè))，該裝置被下到一個井管2中；在所述第二位置(在圖1的右側(cè))，該裝置被固定到所述井管2中。為了說明本發(fā)明的目的，所述井管2的壁上有兩個孔5和6。
所述裝置1包括一個管狀隔離器10，后者的外徑小于井管2的內(nèi)徑。該裝置1還包括安裝在所述管狀隔離器10的相對兩端的一個第一密封圈組件11和一個第二密封圈組件12。每個密封圈組件11、12包括一個致動環(huán)15和16和一個位于所述致動環(huán)15、16和所述管狀隔離器10之間的環(huán)形密封圈17、18。所述致動環(huán)15和16具有一個楔形橫截面，楔形的銳端相對。所述環(huán)形密封圈17由合適的彈性材料制成。
該裝置還包括一組形狀記憶合金、連接所述致動環(huán)15和16的桿20。為此，所述桿20的端部被固定到所述致動環(huán)15和16上。所述桿20沿著所述致動環(huán)15和16的圓周均勻地布置。
這樣選擇所述形狀記憶合金，使得在正常操作時，當(dāng)桿的溫度超過某個預(yù)定溫度時，桿20就收縮。
在正常操作中，通過在環(huán)境溫度下向所述致動環(huán)15和16施加張力，所述裝置1被擴(kuò)張。在此運(yùn)行位置，見圖1的左半部，所述裝置1被下入井管中的希望位置，在這里，井管壁上有孔需要被關(guān)閉。來自井眼周圍的地層或者來自外部熱源的熱量使所述桿20收縮，這樣所述致動環(huán)15和16被相向拉動。這使得所述環(huán)形密封圈17和18變形，從而被壓向所述井管2的壁的內(nèi)表面，從而封住所述孔6，見圖1的右半部。
本發(fā)明的所述裝置的一個優(yōu)點(diǎn)是，由于所述桿20均勻地沿著所述致動環(huán)15和16的圓周布置，所述拉力也是均勻分布的。因此，本發(fā)明的所述裝置具有良好的封閉能力。另外，由于井眼中的溫度可以是致動因素，因此，在大多數(shù)條件下，所述裝置都易于設(shè)置。
為了能在井眼中移動所述裝置1，所述致動環(huán)15和16適宜設(shè)置一個環(huán)形凹槽25和26，一個合適的下降工具(landing tool)(圖中未示出)能夠被鎖在所述凹槽中。在兩個致動環(huán)15和16上都設(shè)置一個環(huán)形凹槽25和26的好處是這樣的話所述裝置就是對稱的。
示于圖1的實(shí)施例尤其適合開采控制或者維修工作。
合適的是，在井管中可以設(shè)置一個以上的本發(fā)明的裝置，以便更有效地進(jìn)行開采管理或者進(jìn)行更多的維修工作。
現(xiàn)在看圖2。所述裝置的已經(jīng)參照圖1描述過的特征以與圖1中相同的標(biāo)號來表示。圖2的實(shí)施例尤其適合注水泥操作和更為繁重的維修工作，因?yàn)樵撗b置在軸向上可以抗更高的荷載。
所述裝置1還包括用來固定所述裝置1在所述井管2中的位置的可釋放的裝置。該可釋放的固定裝置30包括一個楔形環(huán)31和一組卡瓦34，所述卡瓦上有齒(圖中未示出)，以便卡瓦34能夠牢牢抓住井管2的內(nèi)表面。所述楔形環(huán)31通過一組形狀記憶合金桿36連接到所述致動環(huán)15。在正常操作中，當(dāng)所述桿36的溫度高于某個預(yù)定溫度時，所述桿就收縮。
所述裝置1的另一面(圖中未示出)設(shè)有用來固定所述裝置1在所述井管2中的位置的類似的可釋放的裝置。
在正常操作中，通過在環(huán)境溫度下向所述環(huán)31和在另一端的環(huán)(圖中未示出)施加張力，所述裝置1被擴(kuò)張。在此運(yùn)行位置，見圖2的左半部，所述裝置1被下入井管中的希望位置，在這里，井管壁上有孔需要被封閉。來自地層或者外部熱源的熱量使所述桿20和36收縮，這樣所述致動環(huán)15和16被相向拉動。這樣，所述卡瓦34被壓向所述井管2的內(nèi)表面，所述環(huán)形密封圈17和18變形，從而被壓向所述井管2的壁的內(nèi)表面，從而封住所述孔6，見圖2的右半部。
當(dāng)本發(fā)明的裝置用于注水泥操作時，該實(shí)施例是適合的。
所述楔形環(huán)31可以有一個環(huán)形凹槽(圖中未示出)，一個合適的下降工具(圖中未示出)可以被鎖在所述凹槽中，以便下降或收回所述裝置。
通過施加張力使所述裝置返回到所述運(yùn)行位置，本發(fā)明的所述裝置可以容易地從所述井管中收回。
權(quán)利要求
1.一種用來封閉穿過井管壁的孔的裝置，該裝置包括一個管狀隔離器，該隔離器的外徑允許該隔離器被設(shè)置在所述井管中；安裝在所述管狀隔離器的相對兩端的一個第一密封圈組件和一個第二密封圈組件，每個密封圈組件包括一個致動環(huán)和一個環(huán)形的密封圈，所述致動環(huán)由一個形狀記憶合金圓柱形裝置相互連接起來，當(dāng)所述圓柱形裝置的溫度達(dá)到所述形狀記憶合金轉(zhuǎn)變溫度時，該圓柱形裝置就收縮；其中，每一個環(huán)形密封圈這樣安裝，使得當(dāng)所述形狀記憶合金圓柱形裝置收縮時，該密封圈被壓向所述井管的內(nèi)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個環(huán)形密封圈安裝在相應(yīng)密封圈組件的致動環(huán)和所述管狀隔離器之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述圓柱形裝置基本上同軸地安裝在所述隔離器內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1到3之一所述的裝置，其特征在于，所述圓柱形裝置包括一個形狀記憶合金管狀件。
5.如權(quán)利要求1到4之一所述的裝置，其特征在于，所述圓柱形裝置包括一組形狀記憶合金桿，這些桿沿著該圓柱形裝置在圓周上間隔開。
6.如權(quán)利要求1到5之一所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括用來固定該裝置的位置的可釋放裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述可釋放裝置包括一組卡瓦、一個楔形環(huán)和一組將所述環(huán)連接到所述致動環(huán)的形狀記憶合金桿，在正常操作中，當(dāng)所述桿的溫度高于某個預(yù)定溫度時，所述桿就收縮。
8.基本如此前參照附圖所描述的設(shè)備。
全文摘要
一種用來封閉穿過井管壁的孔的裝置，該裝置包括一個管狀隔離器，該隔離器的外徑允許該隔離器被設(shè)置在所述井管中；安裝在所述管狀隔離器的相對兩端的一個第一密封圈組件和一個第二密封圈組件，每個密封圈組件包括一個致動環(huán)和一個環(huán)形的密封圈，所述致動環(huán)由一個形狀記憶合金圓柱形裝置相互連接起來，當(dāng)所述圓柱形裝置的溫度達(dá)到所述形狀記憶合金轉(zhuǎn)變溫度時，該圓柱形裝置就收縮；其中，每一個環(huán)形密封圈這樣安裝，使得當(dāng)所述形狀記憶合金圓柱形裝置收縮時，該密封圈被壓向所述井管的內(nèi)壁。
文檔編號E21B33/14GK1399705SQ00816108
公開日2003年2月26日 申請日期2000年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月24日
發(fā)明者斯蒂芬·理查德·布雷斯韋特, 威廉默斯·許貝特斯·海耶寧, 彼得·卡雷爾·安東·卡普泰恩 申請人:國際殼牌研究有限公司