用于在前进时实施具有应用直径控制的可扩张裙部的设备

摘要

本发明涉及一种设备，用于在井中或在诸如井或者管道中铺设可扩张裙部，所述井的或管道的一部分将要借助于管状裙部或金属补片（1）进行修补和/或进行阻滞，所述裙部或补片（1）的初始直径小于所述井的或管道的直径，并且所述裙部或补片（1）能够通过径向扩张超过所述裙部或补片的弹性极限而进行变形，从而所述裙部可以牢固地且紧密地抵靠所述井的或管道的壁部（C），其中所述设备包括从所述补片（1）的一端到另一端在所述补片（1）内能够轴向运动的扩张工具（2），并且所述扩张工具（2）能够在所述补片（1）的整个长度上逐渐使得所述补片（1）进行径向扩张，其特征在于，所述设备具有邻近所述扩张工具（2）安装的控制构件（5），当在所述扩张工具（2）的运动方向上观察时，所述控制构件（5）恰好在所述扩张工具（2）的后方，并且对所述控制构件（5）的横截面进行校准，从而使所述控制构件（5）能够在所述补片（1）正确地扩张时自由地运动到所述补片（1）的内部，从而相伴地在此情况下使所述工具（2）前进，同时相反地，所述控制构件（5）在所述补片（1）不正确地扩张时不能运动到所述补片（1）的内部，从而阻滞了所述工具的前进。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在井中或管道中铺设可扩张衬套的设备，其 中在向下运动的过程中检查铺设的直径。

该设备应用于井或管道的衬套，例如套筒，其具有待处理的一部 分，以便使其防漏，特别是用于对其进行维修和/或对其进行堵塞。

本发明特别是应用于水或油产品的领域。

背景技术

例如，在水产品的领域中，在地面中打孔的贮水井通常包括连续 的衬套或套筒，这些衬套或套筒由首尾彼此焊接的长度相对短（例如， 大约6m至12m）的一系列圆柱形钢管制成。对于套筒，一旦其被胶结 抵靠井的自然壁部，就可以在井的整个高度上获得密封，从而避免在 各种土壤层之间发生任何污染。

随着时间的推移而会发生的是，套筒壁部的一部分甚至全部都必 须制成防漏的，特别是当其例如由于过早磨损和/或腐蚀而已经降解时 或者当必须堵塞意在让水通过的穿孔时更是如此，具体是因为其产生 了会渗透到套筒内侧的不希望存在的流体。

出于这一目的，公知的是将具有预期长度的直径略小的衬套（被 称为补片）设置在套筒内侧。

补片将覆盖待密封的区域。

其要么通过胶结要么通过径向扩张（其使得材料蠕变超过其弹性 变形极限）而被附接抵靠套筒的内部面，从而使补片的外表面展开并 紧密地抵靠套筒的内部表面。

这种扩张通常借助于称为刚性“锥体”的扩张件工具来实现，例 如具有多个辊子或具有多个周边指状物（其可以在径向上向外发生位 移）的心轴（可选地是旋转的），或者借助于称为“装填件”的可充气 气囊类型的工具来实现，其具有挠性的且可弹性变形的管状隔膜（以 橡胶或弹性材料制成）。

可以通过名为“Slim-line Re-lining（细薄衬套，重新加衬套）”的 澳大利亚公司IPI（Inflatable Packers International Pty Ltd）的2000年6 月30日的技术文献并通过专利申请EP-A1657365来呈现该内容下的 技术状态。

该设备“逐步地”利用如下连续的阶段进行操作：对装填件进行 充气从而使补片的一个截面扩张，放气，使被放气的装填件在轴向上 发生一个步长的位移，再次充气从而使补片的下一截面扩张，在补片 的整个长度上重复这样的步骤。

随后在轴向上撤回被放气的工具。

发明内容

本发明的主要目的是利用一种设备来改进现有技术，利用该设备 可以实现高质量的工作，即，通过防止工具在尚未正确实现先前的扩 张阶段（补片的不完全或不规则扩张）的时刻来进行前进，从而实现 高质量的工作。

本发明的第二目的是能够在井中或在管道中降低并定位补片，使 其面对待处理区域，同时装填件被放气（或被少量充气）。

根据公知技术，补片在其设定到位的过程中借助于预充气装填件 而通过摩擦被保持。因此，装填件的隔膜在其降低到井内时应当支撑 其重量。目前该重量是相对较高的。

作为表示，外径为200mm、壁厚为4mm的长12米的圆柱形钢补 片的重量为大约250kg。

因此，其通过装填件而被保持使得在后者的隔膜上产生了不可忽 略的轴向力，其需要提供适合且昂贵的结构，同时装填件主要设计用 于强化径向力而不是用于支撑轴向力。

因此，本发明的目的是提出一种设备，其允许所述补片在其下降 及其在独立于装填件的井或管道中进行轴向定位的过程中得到支撑， 从而一旦已经完成该定位，就赋予装填件限制补片径向扩张的功能。

另一方面，在出现问题的情况下还必须可以撤回该支撑设备，即 使这些装置位于补片下方也是如此。

事实上，重要的是，不会有机构元件降落到井的底部或者阻滞在 补片之下或补片内，这是因为这将会有阻碍随后操作并且/或者危及井 的正确开采的危险。

因此，本发明涉及一种用于在井中或在诸如套筒的管道中铺设可 扩张衬套的设备，所述井或管道的一部分将要借助于金属管状衬套或 补片进行修补和/或进行堵塞，所述衬套或补片的初始直径小于所述井 的或管道的直径，并且所述衬套或补片能够通过径向扩张超过所述衬 套或补片的弹性极限而进行变形，从而所述衬套或补片可以牢固地且 紧密地抵靠所述井的或管道的壁部，该设备包括从所述补片的一端到 另一端在所述补片内在轴向上能够发生位移的扩张件工具，并且所述 扩张件工具能够在所述补片的整个长度上逐渐使得所述补片进行径向 扩张。

值得注意的是，其具有邻近所述扩张件工具安装的检查构件，如 果考虑所述扩张件工具的位移方向的话，所述检查构件恰好在所述扩 张件工具的后方处，并且对所述检查构件的截面进行校准，从而所述 检查构件能够在所述补片正确地扩张时自由地穿入到所述补片的内 部，从而相伴地在此情况下使所述工具前进，同时相反地，所述检查 构件在所述补片不正确地扩张时不能穿入到所述补片的内部，这就随 后阻滞了所述工具的前进。

因此，在所述检查构件的行进发生中断的情况下，操作者立即被 告知发生的问题，并且可以采取适合于该情况的步骤，而不是继续以 不适合的方式进行工作。

例如，他/她将通过一个步骤或两个步骤继续使所述扩张件工具向 上运动，然后将再次形成扩张，以便使形成阻滞物的区域“重新扩张”。

如果故障依然存在，则可以继续撤去该设备以对其进行检查。

根据其它优点和非限制地特征：

-所述检查构件具有最大校准直径Ф的基本为圆饼形、圆锥形或 双锥形形状；

-所述直径Ф大于所述补片的初始内径，并且略小于已扩张的所 述补片的内径；

-所述检查构件由抗抽汲的孔隙穿过，这些孔隙优选地取向为轴 向；

-所述检查构件具有可变直径，并且可以在径向上缩回，从而在必 要时能够穿过所述补片的非扩张部分；

-所述扩张件工具为可充气气囊或“装填件”；

-所述装填件利用充气/放气/前进的连续阶段来“逐步地”进行操 作；

-所述装填件包括与所述补片的远侧边缘协作的支撑构件，以便在 所述补片进行位移的过程中对所述补片进行支撑；

-所述支撑构件还确保使所述补片的远侧端部居中；

-所述支撑构件具有可缩回的支撑指状物，所述指状物的缩回使得 所述支撑构件穿入到所述补片内，甚至穿入所述补片的尚未扩张的部 分中；

-所述构件通过连接系统连接到所述装填件，所述连接系统能够在 所述连接系统经受超过给定阈值的拉伸力时使得所述指状物缩回；

-所述连接系统包括具有经校准的机械强度的易碎销；

-所述控制构件、所述装填件和所述支撑构件由共同的操纵杆所承 载。

附图说明

参阅如下的实施方案的具体描述将会清楚本发明的其它特征和优 点。

该描述要参考所附附图来进行，在这些附图中：

-图1是在开始衬套操作之前插入到井内的设备的纵向轴截面图；

-图2是类似于上图的视图，该设备处于衬套操作的过程中；

-图3是支撑补片的构件的轴向纵截面细节图，其中其指状物处于 作用位置；

-图4是类似于图3的视图，指状物处于缩回位置，并且设备被撤 回。

具体实施方式

在所附的图1中，附图标记C表示井的或管道的壁部，其在此是 竖直的。

该情形并非强制性的：井（或管道）可以是倾斜的甚至水平的， 而且并不必然是直线的。

在本专利申请的全文中，术语“近侧”将用来表示“头部”井侧 （即，在其孔隙的方向上），并且术语“远侧”表示“底部”井侧。

壁部C是圆柱形的，直径为D。

附图标记1表示可扩张的衬套或补片，其是圆柱形的金属管，特 别是钢的，其中外径为d且壁厚为e。

金属将既耐用（机械上耐用且抗腐蚀）又具有足够的延展性，从 而能够适当地扩张。

附图标记2表示扩张件工具（装填件），其在此为具有远侧终端件 3a和近侧终端件3b的可充气圆柱形气囊。这些端件封闭并保持可充气 隔膜的端部。

装填件2由管状操纵杆4承载。

其以公知的方式供给有与所需变形程度（其主要取决于补片的金 属质量、取决于其壁厚及差值D－d）相容的高压液压液体。

至少一个端件，优选为远侧端件3a是活动的，其可以在杆4上自 由滑动。因此，其可以移动更靠近近侧端件3b，以便在对其充气时适 应装填件的轴向缩短。

在端件3b的紧上方安装有同样由杆4承载的检查构件5，并且使 其在该杆上固定不动。

其具有水平圆盘的形状（优选地具有倾斜面和/或圆整边缘），能够 便于其穿入并且便于其在已扩张的补片中滑动。

其由数个轴向孔隙50穿过，意在防止“抽汲”效应，如果井包含 有液体，该效应将能够阻碍其位移。

根据本发明的特征，其最大直径Ф大于补片的初始直径d，并且 略小于已扩张补片的内径D－（减）2e。

附图标记6表示补片1的支撑构件。

补片1经由特定的连接系统40（由具有其对角线的矩形标示）安 装在杆4的远侧端上，并且下面将参考图3和4来描述其操作。

支撑构件6具有一系列的径向指状物7，这些支持物7用作补片下 边缘处的支撑件。其具有外圆柱形壁部60，其直径对应于（具有轻微 的间隙）补片1的内径（d－2e）。

因此，构件6确保使补片1沿着井的或管道的纵向轴线居中，同 时借助于指状物7对其进行支撑。

这在对设备首尾相连地进行设置的过程中是令人感兴趣的，其中 其补片位于井或管道内。事实上，正如在审视图1时可以理解的，在 装填件2放气的同时完成了该组件的下降，而其隔膜并不接触补片的 内部表面；独自支撑补片重量的是指状物7。

然而，在特定情况下，对装填件进行略微充气也是令人感兴趣的， 以便确保补片相对于铺设设备的良好固定。

当组件已经适合地设置为面对壁部部分C时，如上所述，通过径 向扩张、通过逐步地且从顶部到底部地起作用，利用装填件的充气/放 气/前进的连续阶段，其以公知的方式来继续使得补片1变形。

随着第一步骤，即补片的上部分扩张并牢固地抵靠壁部C，补片 就被自然地保持并悬挂在该高度处，从而使支撑装置6/7（其与承载其 的杆同时向下运动，因此从补片的下边缘脱离）的随后的下降不会出 现问题。

在从顶部到底部的不同的连续工作阶段，圆饼形的控制构件5具 有轻微间隙地穿入到刚好扩张的补片1的部分10内，这是由于其直径 对此进行了校准。通过审视图2可理解这点。

另一方面，如果该部分的张开是不规则的（非圆形）或不充分的， 则元件6不能够穿过，因此设备的行进被阻滞。

这通常表示铺设设备的操作时存在的问题。

在这些条件下，可以希望随后撤回该设备（装填件被放气），以便 对其进行维修或将其替换掉。

但是操作者将首先并优选地通过一个步骤或两个步骤继续使该工 具向上运动，然后将再次形成扩张以使形成阻滞物的区域进行“重新 扩张”。

在撤回的情况下，通过在杆4上向上拖拽来实现后者。

但是这意味着支撑构件6还可以通过穿过尚未扩张的补片1的部 分11而向上运动。因此，这假定了缩回指状物7，这是因为后者被包 含在圆形封套中，其直径等于d或接近d，因此大于该部分11的内径 d－2e。

图3和4显示了可以实现该结果的布局。

构件6为具有圆柱形壁部60并具有截头圆锥形远侧面60a和近侧 面60b（形成能够便于设置并限制摩擦的倒角）的大块本体。其包含规 则地分布且沿着其自身轴线（由此垂直于圆柱形本体的轴线）可活动 的一系列径向指状物7。例如，存在彼此以90°的角度设置的四个指状 物，或者以60°设置的六个指状物。

这些指状物被容放在形成于本体6中的专门的接收孔62中。其是 具有凸起头部71（设置为向着本体6的内侧）并具有截头圆锥形端部 70（其通常突出到本体6外）的杆，以便维持补片的下边缘，如图3 所示。其是直径适合于此的杆4的圆柱形壁部，并且其通常完全地将 整个指状物7维持在该突出位置，其抵抗小的复位弹簧70（其抵抗头 部71而作用），相反地，趋向于将其推动回本体6内，以便使其缩回。

已经注意到，杆4的下（远侧）端部9的直径小于其将指状物维 持在图3中的指状物作用位置的主要部分的直径，两直径之差略大于 2e。在静止位置（图3）下，头部71抵靠较大直径的杆部4，但在直 径减小的该部分9的过渡区域的紧上方。

杆4具有环形凸缘41，该环形凸缘41充当以本体6的截头圆锥形 近侧（上）面60b为基础的肩部。施加在杆4上的轴向推力由此经由 该支撑区域而被从顶部到底部传递到本体6。

杆4具有另一个环形凸缘43，其在轴向形成在本体6内的圆柱形 壳体61中设置为低于第一个环形凸缘（41）。

位于凸缘41和43之间的杆部4具有附图标记42。

该凸缘43通过小的径向孔63而被穿透，例如数量为两个，彼此 直径相对（因此是共轴的），或者数量为四个且以90°分布。在每一个 孔43中容放有作为具有头部的小杆部的金属销8，其被完全推入到在 本体6中穿透的相对设置的孔内。

这些销8的杆部具有校准的截面，从而经受给定的剪切力，并且 在超过该值时断裂（易碎销）。

壳体61具有特定轴向长度，当所述销断裂时凸缘43可以在其中 从底部运动到顶部，直到其毗靠该壳体61的上底部610。

相反，在正常静止位置（图3），凸缘43抵靠壳体61的下底部611。

应当注意到，杆4的端部9的长度略大约凸缘43在壳体61中的 轴向行进长度。

该设备操作如下。

在操作时，设备处于图3的情形下（指状物7起作用），该条件适 合于在补片降低到井或管道内的过程中对补片进行支撑。

在操纵杆4上的顶部至底部的推力通过凸缘41而直接被传递到支 撑构件6。

易碎销具有充分的强度，使得当在操作过程中过早地引发拉伸力 时并不会断裂，其例如可以涉及到振动现象或者涉及到能够施加在构 件6上的浮力（如果井或导管包含液体）。

在存在如上所述的困难的情况下，在补片只是部分扩张的同时， 设备的撤回通过杆4上的底部至顶部的牵引力来完成，牵引力由图4 中的箭头F标示。

因此，本体6向上运动，直到其处于突出位置的指状物7与补片 的非扩张部分11的下边缘接触。

因此，该向上运动被阻滞，从而在销8处引起用于在其头部8’（其 保持在本体6中）处的基部处对其剪切的充分的力，

因此，操纵杆4从该本体6脱离，并且可以在本体6保持固定的 同时向上运动，然后使指状物7毗靠补片的下边缘。

包含已断裂的销的杆部8”的凸缘43由此在壳体61内从底部到顶 部轴向运动，直到其毗靠面610。

在该运动的过程中，直径小的端部9已经到达与指状物7相对的 位置，指状物7由此已经在弹簧70的驱动下向着内部（箭头j）而被 推回，并且缩回到缩回位置，包括该缩回位置的圆形截面的直径小于 补片的非扩张部分11的内径。

因此，穿过变得可行，并且组件可以被撤回。

支撑构件并非是严格必须的。

从装填件适合于在降低过程中支撑其重量的时刻起，或者当装填 件工作在水平井中或者略微倾斜（其中不会引起该重量问题或该重量 问题并不严重）时，可以不用支撑构件来进行。

对于装填件在图中所示的“竖直”井中行进的方向，存在两种方 案：

-要么从顶部至底部，通过在承载装填件的杆上进行推动；

-要么从底部至顶部，通过在该杆上进行拉动。

然而，优选的是第一方案（从顶部至底部发生位移）。

后者的优点在于，在铺设补片的过程中发生问题的情况下，特别 是在装填件发生爆裂或意外变形的情况下，可以容易地撤回工具。事 实上，当扩张的是补片的上部分时，工具从该加宽部分脱出比通过非 扩张部分（其将是从底部至顶部操作装填件的情况）会更为容易。

仅作为表示，根据本发明的某些参数的优选值按如下值给出：

直径D＝165mm；

d＝140mm；

补片长度＝12m；

厚度e＝6mm；

补片的有用长度（＝一个步长）＝1m；

在装填件中引发的用于扩张补片的压力＝500巴；

引起易碎销失效的轴向拉伸力＝1吨。