井下安装工具.pdf

本发明涉及用于在井的裸眼部分中安装环形密封结构的井下安装工具，包括：具有工具轴线(6)的工具主体(5)；具有第一端和第二端的轴(7)，该轴在第二端连接至工具主体；具有输送位和扩张位的可扩张管道(10)，在输送位可扩张管道具有未扩张的直径，在扩张位可扩张管道具有扩张的直径；环形密封元件(11)；和设置于轴的第一端的用于扩张至少所述管道的管道扩张元件(12)，其中可扩张管道和环形密封元件沿着工具轴线以不重叠的方式相继设置。所述工具还包括具有倾斜表面(15)的第二扩张元件(14)，当环形密封元件被扩张元件(12)推送至可扩张管道(10)的外侧上时，环形密封元件在所述倾斜表面上滑动。

1.  用于在井(4)的裸眼部分(3)中安装环形基础结构(2)的井下安装工具(1)，包括：
–具有工具轴线(6)的工具主体(5)，
–具有第一端(8)和第二端(9)的轴(7)，该轴在第二端连接至工具主体，
–具有输送位和扩张位的可扩张管道(10)，在输送位所述可扩张管道具有未扩张的直径(d_u)，在扩张位所述可扩张管道具有扩张的直径(d_e)，
–环形密封元件(11)，和
–设置于轴的第一端的用于扩张至少所述管道的管道扩张元件(12)，
其中所述可扩张管道和所述环形密封元件沿着工具轴线以不重叠的方式相继设置。

2.  根据权利要求1所述的井下安装工具，其中所述环形密封元件在所述管道扩张元件和所述可扩张管道之间设置。

3.  根据权利要求1和2所述的井下安装工具，其还包括具有倾斜外表面(15)的第二扩张元件(14)，所述环形密封元件在该倾斜外表面上滑动以用于给环形密封元件提供大于所述可扩张管道的未扩张外直径的内直径(d_i)。

4.  根据权利要求3所述的井下安装工具，其中所述第二扩张元件为中空的并且环绕着所述轴延伸。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的井下安装工具，还包括推压元件(18)，其中所述环形密封元件具有第一端(16)和第二端(17)，所述推压元件设置于所述环形密封元件的第二端，所述第二扩张元件设置于所述环形密封元件的第一端。

6.  根据权利要求5所述的井下安装工具，其中所述推压元件为所述可扩张管道元件。

7.  井下安装工具，还包括用于将所述轴拉入所述工具主体中的液压缸 (19)。

8.  根据权利要求7所述的井下安装工具，其中所述液压缸包括缸壳体(24)和活塞(23)，所述轴包括所述活塞或所述缸壳体。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的井下安装工具，其中可扩张环(21)设置在所述环形密封元件的第一端和第二端。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的井下安装工具，还包括在所述工具主体和所述可扩张管道之间环绕所述轴设置的可扩张管子。

11.  根据前述权利要求中任一项所述的井下安装工具，其中所述管道扩张元件包括能够在径向上移动的数个锥形区段(20)。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的井下安装工具，其中所述环形密封元件具有面向所述第二扩张元件的倾斜外表面的倾斜表面。

13.  根据前述权利要求中任一项所述的井下安装工具，包括：
–由弹性体材料或天然或合成橡胶制成的所述环形密封元件，和
–设置于所述环形密封元件内的金属制的所述可扩张管道，当在扩张位时，所述可扩张管道径向向外挤压所述环形密封元件。

14.  用于在井的裸眼部分中密封一生产区域的井下密封系统(100)，包括：
–通过根据权利要求1-12中任一项所述的井下安装工具安装的第一和第二环形基础结构(2)，
–具有第一管子端(53)和第二管子端(54)的管子(31)，所述管子设置在两个所述环形基础结构之间，使得第一管子端与第一环形基础结构重叠，第二管子端与第二环形基础结构重叠，和
–设置在环形基础结构和管子之间的两个封隔器(32)。

15.  在井的裸眼部分中扩张环形基础结构的方法，包括步骤：
–将根据权利要求1-12中任一项所述的井下工具插入至井的所述裸眼部分中，
–移动所述第二扩张元件以用于扩张所述环形密封元件并使所述环形密封元件在所述可扩张管道的外侧滑动，
–通过所述管道扩张元件扩张所述可扩张管道和所述环形密封元件，和
–从所述可扩张管道中缩回所述工具。

井下安装工具
技术领域
本发明涉及用于在井的裸眼(无套管)部分中安装环形基础结构的井下安装工具。本发明还涉及一种环形基础结构、一种井下密封系统和在井的裸眼部分中扩张环形基础结构的方法。
背景技术
井可部分地设置有套管并且部分地无套管，指的是最远离井顶的井部分为井的裸眼部分。通常来说，其中含烃流体流出储层的生产区域设置在井的裸眼部分。当在井的裸眼部分中发生水窜时，生产区域需要密封。由于井的裸眼部分具有大于带套管部分的直径，可能难以设置环形密封结构。
发明内容
本发明的目的是全部或者部分地克服已有技术的上述劣势和缺点。更为具体地，目的在于提供能够在能沉入通过井的带套管部分的同时在井的裸眼部分中设置环形密封结构的改进井下工具。
上述目的以及从下面描述中显现的多个其他目的、优点和特征，通过根据本发明的技术方案通过用于在井的裸眼部分中安装环形基础结构的井下安装工具来实现，所述井下安装工具包括：
–具有工具轴线的工具主体，
–具有第一端和第二端的轴，轴的第二端连接至工具主体，
–具有输送位和扩张位的可扩张管道，在输送位可扩张管道具有未扩张的直径，在扩张位可扩张管道具有可扩张的直径，
–环形密封元件，和
–设置于轴的第一端以用于扩张至少所述管道的管道扩张元件，
其中所述可扩张管道和所述环形密封元件沿着工具轴线以不重叠的方式相继设置。
在一个实施例中，所述环形密封元件在所述管道扩张元件和所述可扩张管道之间设置。
同样，上述的井下工具还可以包括具有倾斜外表面的第二扩张元件，所述环形密封元件在所述倾斜外表面上滑动，以用于给所述环形密封元件提供大于所述可扩张管道的未扩张外直径的内直径。
第二扩张元件可以为中空的并且环绕着所述轴延伸。
另外，上述的井下安装工具还可包括推压元件，其中所述环形密封元件可具有第一端和第二端，推压元件设置于所述环形密封元件的第二端，所述第二扩张元件设置于所述环形密封元件的第一端。
所述的推压元件可以为所述可扩张管道元件。
另外，上述的井下安装工具还可包括用于将所述轴拉入到工具主体中的液压缸。
另外，液压缸为冲击工具，例如Well
另外，液压缸可包括缸壳体和活塞，所述轴可包括所述活塞或者所述缸壳体。
在一个实施例中，工具可包括两个液压缸，一个用于移动所述第二扩张元件，一个用于移动所述轴。
所述的推压元件可包括数个臂，所述第二扩张元件可具有用于与所述推压元件的臂接合的紧固装置。
此外，所述可扩张环可设置在所述环形密封元件的第一端和第二端。
另外，上述的井下安装工具还可包括在所述工具主体和所述可扩张管道之间环绕所述轴设置的可扩张管子。
所述第二扩张元件可包括径向腔，接合装置在该径向腔中延伸以用于与管道扩张元件接合。
另外，所述第二扩张元件可包括延伸穿过所述环形密封元件进入到所 述管道扩张元件内的细长部分，使得接合装置能够与所述管道扩张元件接合。
另外，所述井下安装工具还可包括工具壳体，所述第二扩张元件可从所述工具壳体伸出。
另外，所述管道扩张元件可包括可以在径向移动的数个锥形区段。
在一个实施例中，所述可扩张管道可由金属制成。
另外，所述环形密封元件可具有面向所述第二扩张元件的倾斜面的倾斜表面。
同样，所述环形密封元件可由弹性体材料或天然或合成橡胶制成。
本发明还涉及上述的环形基础结构，包括：
–由弹性体材料或天然或合成橡胶制成的环形密封元件，和
–设置于所述环形密封元件内的金属制的所述可扩张管道，当在扩张位时，所述可扩张管道径向向外地挤压所述环形密封元件。
另外，本发明涉及用于在井的裸眼部分中密封生产区域的井下密封系统，包括：
–通过上述的井下安装工具安装的第一和第二基础结构，
–具有第一管子端和第二管子端的管子，管子设置在两个环形基础结构之间，使得第一管子端与第一环形基础结构重叠，第二管子端与第二环形基础结构重叠，和
–设置在环形基础结构和管子之间的两个封隔器。
最后，本发明涉及在井的裸眼部分中扩张环形基础结构的方法，包括步骤：
–将上述的井下工具插入至井的裸眼部分中，
–移动所述第二扩张元件以用于扩张所述环形密封元件并使所述环形密封元件在所述可扩张管道的外侧滑动，
–通过所述管道扩张元件扩张所述可扩张管道和所述环形密封元件，和
–从所述可扩张管道缩回所述工具。
附图说明
下面参考附图更详细的描述本发明和它的很多优点，附图出于说明的目的示出一些非限制性的实施例，其中
图1示出了通过两个基础结构和在它们之间设置的管子密封的生产区域，
图2示出了根据本发明的井下安装工具(downhole setting tool)在其初始位置的截面视图，
图3示出了图2的井下安装工具的截面视图，其中环形密封元件已被部分地推压在可扩张管道的外侧，
图4示出了图2的井下安装工具的截面视图，其中管道扩张元件扩张可扩张管道和环形密封元件，
图5示出了图2的井下安装工具的截面视图，其中管道扩张元件完全扩张可扩张管道和环形密封元件，
图6示出了另一个实施例的井下安装工具在其初始位置的截面视图，
图7示出了图6的井下安装工具的截面视图，其中第二扩张元件与轴接合，以备用于推压环形密封元件，
图8示出了图6的井下安装工具的截面视图，其中环形密封元件已压在可扩张管道的外侧，
图9示出了图6的井下安装工具的截面视图，其中环形密封元件已被挤压，和
图10示出了图6的井下安装工具的截面视图，其中管道扩张元件扩张可扩张管道和环形密封元件，
所有附图为高度示意并且不必然成比例，并且它们仅仅显示那些为了阐释本发明的必要部分，其他部分被省略或仅仅是提及。
具体实施方式
图1示出了用于在井4的裸眼部分3中密封生产水61的生产区域30的井下密封系统100。井下密封系统100包括第一和第二环形基础结构2 和设置在两个环形基础结构之间的管子31，以使得管子的第一管子端53重叠于第一环形基础结构并且管子的第二管子端54重叠于第二环形基础结构。系统100还包括设置在环形基础结构2和管子31之间的两个封隔器32。环形基础结构2压在井的裸眼部分的壁3a上，并且因而与封隔器一起在管子31的外侧提供环形屏障，所述环形屏障密封生产区域30。每一环形基础结构2包括围绕可扩张管道10的环形密封元件11，可扩张管道10将环形密封元件压向井4的裸眼部分3的壁3a。
环形基础结构通过井下安装工具1安装，如图2-10所示。井下安装工具1包括具有工具轴线6的工具主体5和轴7，在轴的第二端9轴连接至工具主体。轴7的第一端8通过位于输送位的可扩张管道10从工具壳体29中伸出，在输送位可扩张管道具有未扩张的直径d_u。在图1中，可扩张管道10具有扩张位，在扩张位扩张管道具有扩张的直径d_e。如图2-10所示，轴7还通过环形密封元件11延伸并且进入设置在轴7的第一端用于扩张管道10和环形密封元件11的管道扩张元件12。因而，可扩张管道10和环形密封元件11沿着工具轴线6相继布置，因此最小化了安装工具1的外径。安装工具1因此能够向下穿过井的带套管部分(未示出)至井4的裸眼部分3。
如图2所示，井下安装工具1还包括具有倾斜外表面15的第二扩张元件14，环形密封元件11在倾斜外表面15上滑动，如图3所示，以给环形密封元件提供大于可扩张管道10的未扩张外直径d_u的内直径d_i。环形密封元件11具有面向扩张元件14的外表面15的倾斜表面34，并且在轴7缩回至工具主体5中时，具有更宽部分27的轴的第一端8压在环形密封元件11上并且因而推压环形密封元件以在第二扩张元件14的倾斜表面34上滑动。第二扩张元件14为空心，环绕轴7延伸，放置为部分在可扩张管道10内并且通过例如剪切销的可断裂部件35紧固至可扩张管道。通过这种方式，环形密封元件11被推入至可扩张管道10的外侧36，如图3所示。可扩张管道元件12因而是推压元件。
为了收回轴7，井下安装工具1还包括液压缸19，如图2所示。液压 缸19包括缸壳体24和活塞23，形成轴7的第二端9的一部分。活塞23将缸壳体24分成第一壳体部分37和第二壳体部分38，并且当加压流体注入至第一壳体部分时，轴7上的活塞移动，轴缩回至工具主体5中。
当环形密封元件11已经一路被推压至可扩张管道10上时，轴7进一步被缩回至工具主体5中，如图4所示。管道扩张元件12包括可在半径方向移动的数个锥形区段20，并且在这个阶段，锥形区段20已经径向向外移动，并且因而爬过更宽部分27上的阶梯式半径增加的表面28。通过这种方式，轴7的第一端8的外直径增加，并且当轴被进一步缩回时，可扩张管道10和环形密封元件11被扩张。当轴7的第一端8的更宽部分27向工具主体5运动时，第二扩张元件14的可断裂部件断裂，第二扩张元件被允许移动至可扩张管道10内。
随着管道扩张元件12向着工具主体5进一步移动，可扩张管道10完全扩张，如图5所示，第二扩张元件也被推压至工具壳体29中。为了能够完全扩张可扩张管道10，井下安装工具1还包括在工具主体5和可扩张管道10之间围绕轴7布置的割缝衬管25的形式的可扩张管子。当管道扩张元件12进一步向工具主体5移动时，割缝衬管25通过管道扩张元件12扩张，因而使得管道扩张元件12能够在割缝衬管25内穿过。通过这种方式，工具能够完全扩张可扩张管道10和环形密封元件11以压靠在井的裸眼部分3的壁上，如图1示出，即使井的裸眼部分具有大于井的带套管部分的直径，因为环形密封元件11在可扩张管道10的外侧被挤压，管道10保持环形密封元件11压向井的裸眼部分3的壁。
在图7中，第二扩张元件14包括设置在工具壳体内的细长部分50。第二扩张元件14在可扩张管道10内围绕轴7可滑动地布置。轴7从其在工具壳体29内的液压缸内的第二端延伸通过第二扩张元件14和可扩张管道10。轴7还延伸通过环形密封元件11和通过独立推压装置18，以使得，在其第一端，穿过第一和第二管道扩张元件12，如图6所示出的。在该实施例中，扩张元件12因而包括两个扩张部分。第一和第二管道扩张元件12包括数个可在径向上移动的锥形区段20。当锥形区段20在第一管道扩 张元件12中径向向外移动时，在两个相邻锥形区段之间产生间隙，并且通过将第二扩张元件14设置成相对于第一扩张元件在后面并且有角度地移位，由第一扩张元件引起的间隙由第二扩张元件的锥形区段覆盖。
如图10示出的，第二扩张元件14可从工具壳体伸出，延伸通过环形密封元件11进入至管道扩张元件12，使得接合装置44与管道扩张元件12中的腔41接合。当接合装置44与腔41相对设置时，接合装置44由弹簧(未示出)向外推并且进入至腔41中。
如图6和7所示，环形密封元件11具有第一端16和第二端17，推压元件18设置在环形密封元件11的第二端17，第二扩张元件14设置在环形密封元件的第一端。可扩张环21设置在环形密封元件11的第一和第二端，使得推压元件18压在于它们之间布置的可扩张环21中的一个上。
在图7中，第二扩张元件14已经移动通过环形密封元件11，扩张可扩张环21和环形密封元件11的内直径d_i。第二扩张元件14包括径向腔，在径向腔中接合装置45借助于弹簧向外压与推压元件18中的腔42接合。推压元件18包括数个臂52，臂52由于当第二扩张元件14穿过环形密封元件11伸出时的第二扩张元件14的倾斜外表面15而被径向向外挤压。推压元件18的臂52通过穿过臂中的开口的柔性环被保持在一起。柔性环由弹簧材料(弹性材料)制成，并且因而会径向向内迫压所述臂。
当第二扩张元件14已与推压元件18的臂接合时，第二扩张元件14被缩回，推压环形密封元件11和可扩张环21至可扩张管道10上，于可扩张管道10的外侧，如图8所示。当可扩张环21到达设置在可扩张管道10外侧的止动件47时，第二扩张元件14继续缩回，以用于挤压环形密封元件11，如图9所示。通过这种方式，可扩张管道10被压在臂52的腔中，释放紧固装置45，并且随着轴7和第二扩张元件14更进一步缩回，臂向下滑过第二扩张元件14的倾斜外表面15，如图10所示。
在图10中，第一和第二管道扩张元件12已被拉着部分通过可扩张管道10，因而，管道10和环形密封元件11已被扩张。可扩张管道10的扩张过程继续直到管道已完全扩张，可扩张管道和环形密封元件11已安装成 使得环形密封元件11压在井4的裸眼部分3的壁3a上。
图6-10的井下安装工具1包括第一液压缸和第二液压缸。第一液压缸在第二扩张元件14的伸出和缩回位置之间移动第二扩张元件14，第二液压缸移动轴7。
为了保持环形密封元件11在其扩张位压在井的裸眼部分的壁上，可扩张管道10由金属制成。环形密封元件11由例如弹性体材料或天然或合成橡胶的柔性材料制成以使得其与井的裸眼部分的壁的凹槽形状一致。
安装工具1因而能够给井的裸眼部分提供环形基础结构，环形基础结构包括由弹性体材料或天然或合成橡胶制成的密封元件11和由设置在环形密封元件11内的金属制成的可扩张管道10，可扩张管道10在扩张位径向向外压环形密封元件。由于可扩张管道10和环形密封元件11沿着工具轴线相继配置，工具1可设计为具有用于工具能穿过井的带套管部分的足够小的外径。另外，通过将环形密封元件设置成与可扩张管道10相对并且随后扩张管道，基础结构的外径增加，使得密封元件11能够到达井的裸眼部分的壁并且压在其上。
液压缸可以为冲击工具，例如Well冲击工具为提供轴向力的工具。冲击工具包括用于驱动泵的电动马达。泵泵送流体进入活塞壳体以移动在其中工作的活塞。活塞设置在冲击轴上，冲击轴为上述的轴。泵可以在一侧泵送流体至活塞壳体中，并且同时在活塞的另一侧将流体抽出。
流体或者井流体指能在井下油气井中存在的任何种类的流体，例如天然气、油、油基泥浆、原油、水等。气体指能够在井、完井、裸井中存在的任何种类的气体成分，油指任何种类的油成分，例如原油、含油流体等。分别地，气体、油和水流体可以因而都包括除了气体、油和/或水外的其他元素或物质。
套管指与石油或天然气生产相关的井下使用的任何种类的管道、管形结构、管子、衬管、管柱等。
在工具没有一路没入套管中的情况下，井下牵引机可以用来一路推动工具进入井中的位置。井下牵引机可以具有设置有轮子的可伸出臂，其中 轮子接触套管的内壁以用于推进牵引机和工具在套管中前进。井下牵引机为任何种类的能够在井下在井中推或拉工具的驱动工具，例如Well
尽管上面与本发明的优选实施例关联对本发明进行了描述。对于本领域的技术人员是显而易见的是在不背离下述权利要求所限定的本发明的情况下可以想到数种修改。