环状屏障的制作方法

本发明涉及一种环状屏障，用于在井下于位于金属井管结构与另一金属井管结构或与井孔壁部之间的环空中提供区域隔离。本发明还涉及一种井下完井系统，其包括环状屏障和金属井管结构。

背景技术：

1、环状屏障在井下用于在金属井管结构和井孔壁部或另一金属井管结构之间的井孔中环空中提供一个区域与另一个区域的隔离。在将环状屏障插入到井孔中期间，或者在坐放环状屏障的过程期间，例如当可膨胀金属套筒已经膨胀时，密封元件中可能会产生裂缝或裂纹，并且测试已经表明，在膨胀后，这些裂缝或裂纹可能会导致流体穿过密封件泄漏，因为裂缝或裂纹在膨胀期间张开。

技术实现思路

1、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，该环状屏障具有改进的密封单元，该密封单元能抵抗插入和膨胀而不允许流体穿过密封单元泄露。

2、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，该环状屏障用于在井下在金属井管结构与另一金属井管结构或与井孔壁部之间的环空中提供区域隔离，该环状屏障包括：

3、-安装为金属井管结构的一部分的管状金属部件，该管状金属部件具有外表面、开口和沿着所述金属井管结构的轴向延伸方向；

4、-围绕所述管状金属部件的可膨胀金属套筒，所述可膨胀金属套筒具有周向凹槽、第一端部和第二端部，所述可膨胀金属套筒的每个端部均与所述管状金属部件的外表面连接；以及

5、-布置在周向凹槽中的密封单元，环形密封单元包括环形密封元件和抵接并支承环形密封元件的支撑密封元件，

6、其中环形密封元件在沿着轴向延伸方向的截面中具有第一宽度、第二宽度和第三宽度；第二宽度大于第一宽度和第三宽度，并位于第一宽度和第三宽度之间；支撑密封元件具有第一接触区域，环形密封元件具有第二接触区域，其中第一接触区域具有与第二接触区域匹配的形状。

7、此外，通过使支撑密封元件具有与具有大于第一宽度和第三宽度的第二宽度的环形密封元件相匹配的形状，支撑密封元件能够限制环形密封元件打开其中潜在的裂缝。因此，即使环形密封元件有裂缝，支撑密封元件也会压缩裂缝，从而不会丧失密封能力。

8、此外，第一接触区域和第二接触区域可以彼此抵接。

9、此外，支撑密封元件可抵接环形密封元件，从而形成支撑密封元件的第一接触区域和环形密封元件的第二接触区域。

10、此外，截面中的环形密封元件是指沿着轴向延伸方向延伸的截面平面并且径向延伸方向垂直于该截面平面延伸，并且环形密封元件沿轴向延伸方向可以具有延伸长度，该延伸长度为第一宽度。

11、此外，环形密封元件沿着垂直于轴向延伸方向的径向延伸方向具有第二厚度，并且第二宽度布置在距第一表面至少第二厚度的10％处并且距第一表面小于第二厚度的90％，并且优选地，第二宽度布置在距第一表面至少第二厚度的20％处，并且距第一表面小于第二厚度的80％，并且更优选地，第二宽度布置在距第一表面至少第二厚度的30％处，并且距第一表面小于第二厚度的70％。

12、此外，第一接触区域可以具有与第二接触区域匹配或对应的形状。第一接触区域可以是第二接触区域的相反形状，以便与第二接触区域配合。

13、此外，环形密封元件可包括面向周向凹槽的第一表面和背离周向凹槽的第二表面；第一宽度是第一表面处的宽度，第三宽度是第二表面处的宽度。

14、此外，第二表面可以面向所述另一井管金属结构和/或井孔的壁部。

15、此外，支撑密封元件可以具有形成支撑密封元件的第一接触区域的第一表面部分和第二表面部分；第一表面部分倾斜并背向周向凹槽，第二表面部分倾斜并朝向凹槽。

16、此外，通过使第一表面部分倾斜并背向周向凹槽，并且使第二表面部分倾斜并面向凹槽，支撑密封元件能够限制环形密封元件打开其中潜在的裂缝。因此，即使环形密封元件有裂缝，支撑密封元件也会压缩裂缝，从而不会丧失密封能力。

17、此外，第一表面部分可等于或大于第二表面部分。

18、此外，第一表面部分可小于第二表面部分。

19、此外，第一表面部分和/或第二表面部分可以形成为曲面的一部分。

20、此外，环形密封元件还可包括围绕支撑密封元件的至少一部分的钥匙圈形元件。

21、此外，环状屏障还可包括第二支撑密封元件，该第二支撑密封元件布置成使得当沿着轴向延伸方向看时，环形密封元件位于两个支撑密封元件之间。

22、此外，周向凹槽可以形成在两个突起之间。

23、此外，第一宽度可大于或等于第三宽度。

24、此外，第一宽度可小于第三宽度。

25、此外，周向凹槽可具有第一端面和第二端面，第一端面和第二端面垂直于所述轴向延伸方向地径向延伸。

26、同样，支撑密封元件的第一接触区域可具有面向环形密封元件的表面，并且每个支撑密封元件可具有分别面向并抵接第一端面和第二端面的、与环形密封元件相反的端面。

27、此外，支撑密封元件可在垂直于轴向延伸方向的径向方向上具有第一厚度，环形密封元件可在垂直于轴向延伸方向的径向方向上具有第二厚度，第一厚度基本上等于第二厚度或者小于第二厚度。

28、此外，周向凹槽可以具有对应于第一厚度和/或第二厚度的深度。

29、此外，所述环状屏障还包括布置在所述第二周向凹槽中的锚固件，所述锚固件包括第一锚固部件和第二锚固部件，第一锚固部件在垂直于所述轴向延伸方向的径向方向上与所述第二锚固部件至少部分地重叠，使得所述第一锚固部件的内表面至少部分地抵接所述第二锚固部件的外表面。

30、此外，所述第一锚固部件的内表面和所述第二锚固部件的外表面可相对于所述轴向延伸方向倾斜。

31、此外，所述第一锚固部件和所述第二锚固部件可以是一个一体件。

32、此外，所述第一锚固部件可形成为一个一体件，所述第二锚固部件形成为另一个一体件。

33、此外，所述第一锚固部件可形状确定成第一开口环，第二锚固部件形状确定成第二开口环。

34、此外，第一锚固部件还可包括外表面，第二锚固部件可包括内表面，所述第一锚固部件的外表面可包括摩擦增强机构并可面向另一金属井管结构或井孔壁部。

35、此外，摩擦增强机构可以是尖突部或凹槽。

36、此外，可膨胀金属套筒可包括至少两个密封单元，锚固件可布置在两个密封单元之间。

37、此外，支撑密封元件可由弹性体或聚合物制成。

38、此外，支撑密封元件可由聚四氟乙烯(ptfe)制成。

39、此外，钥匙圈形元件可由诸如弹簧钢的金属制成。

40、最后，本发明还涉及一种井下完井系统，其包括环状屏障和金属井管结构。

技术特征：

1.一种环状屏障(1)，其用于在井下在金属井管结构(3)与另一金属井管结构(3b)或与井孔(4)的壁部(5)之间的环空(2)中提供区域隔离，该环状屏障包括：

2.根据权利要求1所述的环状屏障，其中，所述环形密封元件包括面向所述周向凹槽的第一表面(31)和背向所述周向凹槽的第二表面(32)；所述第一宽度是所述第一表面处的宽度，所述第三宽度是所述第二表面处的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的环状屏障，其中，所述支撑密封元件具有第一表面部分(41)和第二表面部分(42)，所述第一表面部分和第二表面部分形成所述支撑密封元件的所述第一接触区域；所述第一表面部分倾斜并背向所述凹槽，所述第二表面部分倾斜并面向所述凹槽。

4.根据权利要求3所述的环状屏障，其中，所述第一表面部分等于或大于所述第二表面部分。

5.根据权利要求3所述的环状屏障，其中，所述第一表面部分小于所述第二表面部分。

6.根据权利要求3所述的环状屏障，其中，所述第一表面部分和/或所述第二表面部分形成曲面的一部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述环形密封元件还包括围绕所述支撑密封元件的至少一部分的钥匙圈形元件(27)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，还包括第二支撑密封元件(26，26”，26b)，所述第二支撑密封元件布置成使得当沿着轴向延伸方向看时，所述环形密封元件位于这两个支撑密封元件之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述周向凹槽形成在两个突起(44)之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述第一宽度大于或等于所述第三宽度。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的环状屏障，其中，所述第一宽度小于所述第三宽度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述周向凹槽具有第一端面(51)和第二端面(52)，所述第一端面和所述第二端面垂直于所述轴向延伸方向地径向延伸。

13.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，其中，所述支撑密封元件在垂直于所述轴向延伸方向的径向方向上具有第一厚度(t1)，所述环形密封元件在垂直于所述轴向延伸方向的径向方向上具有第二厚度(t2)，所述第一厚度基本上等于所述第二厚度或者小于所述第二厚度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的环状屏障，还包括布置在第二周向凹槽(10b)中的锚固件(14，14b)，所述锚固件包括第一锚固部件(15，15b)和第二锚固部件(16，16b)，所述第一锚固部件在垂直于所述轴向延伸方向的径向方向上与所述第二锚固部件至少部分地重叠，使得所述第一锚固部件的内表面(17，17b)至少部分地抵接所述第二锚固部件的外表面(18，18b)。

15.一种井下完井系统(100)，其包括金属井管结构(3)和根据权利要求1-14中任一项所述的环状屏障(1)。

技术总结
本发明涉及一种环状屏障，用于在井下在金属井管结构与另一金属井管结构或与井孔壁部之间的环空中提供区域隔离，其包括：安装为金属井管结构的一部分的管状金属部件，该管状金属部件具有外表面、开口和沿着金属井管结构的轴向延伸方向；围绕管状金属部件的可膨胀金属套筒，可膨胀金属套筒具有周向凹槽、第一端部和第二端部，可膨胀金属套筒的每个端部均与管状金属部件的外表面连接；以及布置在周向凹槽中的密封单元，环形密封单元包括环形密封元件和抵接并支承环形密封元件的支撑密封元件，其中环形密封元件在沿着轴向延伸方向的截面中具有第一宽度、第二宽度和第三宽度；第二宽度大于第一宽度和第三宽度，并位于第一宽度和第三宽度之间；支撑密封元件具有第一接触区域，并且环形密封元件具有第二接触区域，其中第一接触区域具有与第二接触区域匹配的形状。本发明还涉及一种井下完井系统，其包括环状屏障和金属井管结构。

技术研发人员：R·雷维斯瓦斯克斯
受保护的技术使用者：韦尔泰克油田解决方案股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8