专利名称：在井或管道内装套管或将其封闭的可膨胀管状套筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可膨胀的管状套筒，它可以径向变形，用于在井或管道内装套管或将其封闭。
已经有一种可现场固化的预成形软管，用于在采油井中装套管或进行类似的工作；它们在放入时处于径向折叠状态，或者处于未膨胀状态，这时它的直径较小，然后将通过内部的压力径向膨胀，随后通过聚合在现场使其硬化。
文献WO-91/18180、WO-94/21887和WO-94/25655中描述了这种预制件。
“径向可变形”是指可以用简单打开的方法使套筒径向展开(如WO-91/18180中所述的情况)，或者是在内部压力下使其径向膨胀(无展开)，还可以相继使用打开和膨胀方法(如文献WO-94/25655所述的模子和预制件)。
本发明涉及一种套筒，它被用作使预制件膨胀的工具，该工具与上述WO-9425655中称为模子的使预制件膨胀的工具为同一类型。该模子开始时牢固地安装在预制件的内部。在模子/预制件组件膨胀，预制件固化之后，模子将被取出。
本发明还应用于封闭井壁以防止液体泄漏的套筒，这种工具用行话说是“包装机”。
在可能的实例中，本发明的管状套筒可以构成预制件本身。
当这种套筒在油井或管道内径向变形时(通过打开和/或膨胀)，如果预制件的膨胀没有得到控制，在套筒和井壁或管道壁之间将有形成封闭液囊的危险。而实际上，在油井或类似的矿井中，井或管道内是经常充满着水、泥浆或其它液体。
很容易明白，这种情况将会产生一个问题，因为套筒或其周围的预制件不能正确地靠在井壁或管道壁上，使得这样获得的导管不是严格的圆柱形，不能很好地固定。
对于具有可膨胀膜的封闭工具(包装机)，解决这个问题的方法是使得构成膜(或套筒)的材料(合成橡胶基)成份从一端到另一端逐渐变化，使得径向膨胀的抗力逐渐变化。这样，在工具中加入压力流体时，膜从工具的一端到另一端逐渐径向膨胀。这样封闭在膜和井壁或管道壁之间的液体将在操作过程中逐渐有序地向扩张阻力最大的一端排出，这一端将最后扩张。
既使该技术在原理上可行，但是它的实施将是困难和昂贵的，这是由于套筒材料的成份在整个套筒上是不同的。这个成份变化很难控制，特别是对于大长度套筒，是无法实现的。
因此，本发明的目的是要提出一种与前面所述类似的套筒，用于在井或管道内装套管，特别用于石油工业，该套筒的结构可以保证其由一端向另一端逐渐径向膨胀，这种膨胀将得到很好的控制，而与其长度无关。
根据本发明，这种功能是这样实现的，在套筒壁上有一系列相同的脆性约束环，它们在轴向错开排列，当套筒在内部流体压力的作用下膨胀时，这些环将沿套筒纵向依次断开。
此外，根据本发明的其它一些非限制性的特点-环规则地排列，相互之间的距离是常数；-套筒上有一段没有设置环；-套筒的一段上设置的环的断裂极限明显低于其它环的断裂极限；-没有环或环的断裂极限低的一段处于套筒的端部；-没有环或环的断裂极限低的一段处于套筒的中部；-环是圆环形的；-环埋在套筒壁内；-套筒在弹性聚合材料中成形；-套筒构成一个工具，用于使可径向膨胀的软预制件膨胀，并现场固化，构成井或管道的套管；-套筒在开始的时候连在预制件上，操作完成后可以从中取出；-套筒构成一个封闭井或管道的工具(包装机)；-套筒构成可径向变形的软预制件，它可以现场硬化，固化后本身构成井或管道的套管。
通过下面对非限制性实例的描述及其有关附图，将说明本发明的其它特征和优点。
在附图中-
图1为由可现场固化的软预制件和位于预制件中的本发明可膨胀管状套筒构成的组件的纵向剖视图，-图2和图3分别为图1中预制件在膨胀前和膨胀后的横向剖视图；-图4到图8示出图1和图2中组件在井中装套管的不同阶段；-图9和图10示出图1中套筒的变型实施例(没有示出相应的预制件)。
在图1中，用标号1示出了使软预制件膨胀的工具，预制件在井或管道内可以通过聚合反应现场固化。
该工具1(或模子)是一个管状的套筒，其形状为伸长的圆筒，圆筒壁的标号为10。套筒的两端用横向隔板11、12堵住，一个接管4密封地穿过其中一个隔板(这里是隔板11)，上面连接导管40，以便向套筒内导入压力流体、例如水，使套筒径向膨胀。
构成套筒的材料可以是合成橡胶(弹胶体)、或弹胶体基的材料。材料在套筒的整个长度上是相同的，具有同样的机械性能；因此，可以制造大长度的套筒。
套筒1放在同样也是管状的预制件3内，预制件3最初为软的，可以通过聚合反应现场固化。
预制件有一个树脂30构成的壁，它在最初的状态为流体(可塑的)，可以通过聚合过程热固化。树脂封闭在软弹性材料构成的外壁31和套筒壁10之间，套筒壁起内壁的作用。
组件的轴线为XX′。
该组件基本上与文献WO-94/25655所述的类似(特别看图9到图12)。
未示出的连接装置在初始时刻将套筒1与包在其外面的预制件3固定在一起。这些装置能够在操作过程之后(预制件固化之后)断开，使得内套筒可以取出，后面将进一步说明。
根据本发明的一个主要特点，套筒1壁上有一系列脆性的约束环，它们轴向分布，当在径向膨胀压力的作用下，产生的张力大于其断裂极限时，环将断裂。
所有环2的断裂极限基本上相同。
这些环均匀分布，间距为常数e。
如在图1中看到的，并不是套筒的全部长度上都设有环。环只分布在套筒长度L的主要部分1A上，该部分位于接管4或上游一端。
根据习惯，称井的向外开口的一端为上游，膨胀流体从该井端输入。
长度为1(远小于长度L)的另一段位于相反的一端(下游)，没有环。
环2最好是圆环状的，也就是说，其形状是圆环的，横截面也是圆的，但这不是必须的。
每个环最好由丝构成，例如塑料或金属丝，自己缠绕几圈构成环。
环上最好涂有涂料，以便于环在弹胶体材料中滑动，环就埋在该弹胶体中。涂料可以是硅油。
这将减少环断裂时套筒撕破的危险，并使得环在套筒壁10上更容易滑动，这种滑动在膨胀时必然发生。
作为非限制性的提示，在这里给出以下参考尺寸-套筒总长度L+1为20米；-具有环的一段1A的长度L为18米；-没有环的一段1B的长度1为2米；-环之间的距离e为10毫米；-模子壁10厚(沿径向方向)为10毫米；-预制件壁30厚(沿径向方向)为10毫米；-套筒/预制件组件在膨胀之前(图2状态)的直径为100毫米；-组件在膨胀之后(图3)的直径为160毫米；图4为初始状态的油井套筒，油井壁基本上为圆柱形，标号为P。
在图中，井是水平的，但是它可以是任意方向的，特别地，可以是竖直的，本发明也可以用于这种情况。
预制件/套筒组件的直径的选择使得膨胀后的预制件紧贴在井壁P上，构成井的套管。
预制件/套筒组件借助适当的已知工具放入井中，如果看图4，将从左端向右端插入，在该图中，预制件/套筒组件处于所希望的位置，也就是说，在要装套管的管壁区P处。
该组件浸在井中的液体(例如泥浆)中，液体的标号为B。
可以从井口通过导管40和接管4向套筒1内通入压力液体，例如水。
众所周知，这种压力流体将使套筒1以及包在外面的预制件膨胀，组件径向膨胀，靠在井壁P上。
如果没有环3，该膨胀将不能控制，将有可能在模子、预制件组件外面产生封闭一定量液体B的囊，阻碍装套管的操作。
由于本发明的装置，在套筒内压力流体压力p的作用下(图5中箭头F)，套筒没有约束环的下游部分1B将首先膨胀，使得其变形大于套筒的其它部分1A。该膨胀同时使这一部分1B的轴向尺寸减少，这一部分1B将通过包在其外的预制件部分靠紧在井壁P上。在该膨胀过程中，在该区域外面的泥浆将向上游和下游两个方向排出，如同图5中箭头i所示。
由于段1B的长度有限，在其外面产生囊的危险减少了。
如果继续增加位于套筒内液体的压力，使其超过大于p的值p1，在某一时刻将导致位于最下游的环2断裂。实际上，很容易用计算证明，是该环承受的张力最大，一旦该环断裂，挨着它上游的环将随之断裂。
这样，将看到环2如图5和图6所示，从下游向上游(从右至左)一个接一个地逐渐断裂。
由于膨胀区前缘的受控扩展，位于预制件和井壁P之间的液体B同样从下游向上游沿箭头j方向逐渐排出。这种排出避免了液囊的产生，液囊的害处已经在前面提到。
所有环断裂之后，预制件将全部靠在壁P上，用加热的方法使其聚合；可以通过向模子中输入热液体和/或利用埋在模子或预制件中的电热丝产生的焦耳效应加热来实现聚合。
作为一个例子，膨胀压力p和p1分别为5巴和15巴。
图3示出在膨胀过程中环2破碎为三段2a、2b、2c。它也可以仅在一处断裂，也可以相反断成更多段。不管怎样，环必须是软的，以便环断裂之后其弧度能够随套筒的弧度变化。如前所述，环上有涂料，以便于环断裂后，环或环的碎片相对于套筒壁的材料滑动。
预制件固化之后将变成一个刚性的套管3′(图7)，模子将按图8所示沿箭头G方向抽出。
在前面所述的例子中，假设模子/预制件组件的扩展只是靠径向膨胀。本发明也可以用于初始状态为纵向折叠(U形或蜗牛形)的组件，就象文献WO-91/18180或WO-94/25655中(图6a，6b)所述的那样。
图9示出了另一种套筒5，它有一个长度为L的主段5A，上面有与图1和图2中环2类似的环6。这些环具有相同的较高断裂极限。
标为5B的下游端中也有一些类似的环7，但其断裂极限比环6要小。但是该断裂极限并不是可以忽略的。
因此，套筒5可以容纳一定压力的液体，而不发生径向膨胀。
由于有这种结构，可以在套筒输入压力液体，使其具有一定的刚性，而不产生径向膨胀。该特性有助于将套筒插入不是直的井或管道，套筒的刚性有助于导向。
一旦套筒达到正确的位置，增加内部压力，使得套筒分两步膨胀，首先环7相继断裂，使端部5B膨胀，然后，在更高的压力作用下，由于环6相继断裂，部分5A逐渐膨胀。
套筒5和前面实例中套筒1一样，也与一个预制件连接，但是，为了简化起见在图9中没有示出。
同样，图10中示出的套筒8也有一个未示出的预制件。
在这种套筒中，长度Lb不大的中间端8B中没有约束环。相反，长度较大的两端段8A、8C中具有与第一实例中环2类似的环9，段8A和8B的长度分别为La和Lc。
根据这种变化，是中间段8B首先径向膨胀并靠在井壁或管道壁上，套筒的扩展是从这一段分别向套筒两端发展，同时将油井或管道内的液体向两端排出。
当然，中间段8B也可以具有与图9中环7类似的环，其断裂极限低于环9。
装在可径向膨胀套筒内的本发明约束环不一定要埋在套筒壁中，它们也可以位于套筒壁的外面。
本发明的套筒不一定只能作为使起初柔软、而后现场固化的预制件膨胀的工具。
本发明套筒也可以作为“包装机”这样的封闭工具。
套筒本身可以构成预制件，约束环可以埋在位于两层弹性壁之间的预制件的可聚合树脂中。
权利要求
1.径向可变形的可膨胀管状套筒(1；5；8)，用于在井(P)或管道中装套管或将其封闭，其特征为套筒壁上有一系列脆性约束环(2；6；9)，它们相互轴向错开，当套筒在内部流体压力作用下膨胀时，环沿套筒的纵向依次断裂。
2.根据权利要求1所述的套筒，其特征为所述环(2；6；9)有规律地分布，间距为常数(e)。
3.根据权利要求1或2所述的套筒，其特征为它具有一段不设环的部分(1B；8B)。
4.根据权利要求1或2所述的套筒，其特征为它有一段(5B)，其上的环(7)的断裂极限明显低于其它环(6)。
5.根据权利要求3或4所述的套筒，其特征为未设环或具有断裂极限较低的环(7)的区域(1B，5B)位于套筒的端部。
6 .根据权利要求3或4所述的套筒，其特征为未设环或具有断裂极限较低的环的区域(8B)位于套筒的中部。
7.根据权利要求1到6中任意一项所述的套筒，其特征为所述环(2；6；7；9)为圆环状。
8.根据权利要求1到7中任意一项所述的套筒，其特征为所述环(2；6；7；9)埋在套筒壁中。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的套筒，其特征为套筒由弹性聚合材料制成。
10.根据权利要求1到9中任意一项所述的套筒，其特征为它构成使初始状态是软的预制件(3)膨胀的工具，预制件可以在现场固化，以便构成井(P)或管道的套管(3′)。
11.根据权利要求10所述的套筒，其特征为在初始状态，它连在预制件(3)上，在操作完成之后将从中抽出。
12.根据权利要求1到9中任意一项所述的套筒，其特征为它构成封闭井(P)或管道的工具。
13.根据权利要求1到9中任意一项所述的套筒，其特征为它构成一个软的可径向变形的预制件(3)，可以在现场硬化，以形成井(P)或管道的套管。
全文摘要
用于在井(P)或管道中装套管或将其封闭的径向可变形的可膨胀管状套筒。套筒(1)壁上有一系列脆性约束环(2),相互轴向错开,当套筒在内部流体压力(p)作用下膨胀时,环沿套筒的纵向依次断裂。这样,井内的液体(B)被逐渐排除,避免在套管的外面形成液囊。应用于石油工业。
文档编号E21B43/10GK1195389SQ9619673
公开日1998年10月7日 申请日期1996年8月2日 优先权日1995年8月4日
发明者让－路易斯·萨尔特尔 申请人:德里弗莱克斯公司