КОЛЬЦЕВАЯ ПЕРЕМЫЧКА Российский патент 2015 года по МПК E21B33/127 

Область техники

Изобретение относится к предназначенной для расширения кольцевой перемычке, установленной в кольцеобразном пространстве между трубной конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины. Кольцевая перемычка содержит трубный участок для установки в качестве части трубной конструкции скважины, разжимную муфту, охватывающую трубный участок и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубному участку, причем каждый конец разжимной муфты и сама разжимная муфта соединены с соединительным участком, соединенным с трубным участком, промежуток между внутренней поверхностью муфты и трубным участком и элемент, соединенный с муфтой, причем указанный элемент имеет первый участок и второй участок, которые расположены вблизи указанной внутренней поверхности, при этом первый участок элемента прикреплен к указанной внутренней поверхности.

Уровень техники

Кольцевые перемычки в стволах скважины используют для различных целей, например, для обеспечения перемычки для потока между внутренней и внешней трубными конструкциями или между внутренней трубной конструкцией и внутренней стенкой ствола скважины. Кольцевые перемычки устанавливают в виде участка трубной конструкции скважины. Кольцевая перемычка имеет внутреннюю стенку, окруженную кольцевой разжимной муфтой. Разжимная муфта обычно выполнена из эластомера, а также предусмотрено ее изготовление из металла. Своими торцами муфта прикреплена к внутренней стенке кольцевой перемычки.

Для того чтобы изолировать область между внутренней и внешней трубными конструкциями или трубной конструкцией скважины и стволом скважины, используют вторую кольцевую перемычку. Первую кольцевую перемычку расширяют с одной стороны подлежащей изоляции области, а вторую кольцевую перемычку - с другой стороны этой области, и таким образом осуществляют изоляцию этой области.

Диапазон безопасных рабочих давлений скважины определен характеристиками устойчивости к разрыву трубного оборудования, оборудования скважины и другого оборудования, предусмотренного в конструкции скважины. В некоторых ситуациях расширение разжимной муфты кольцевой перемычки выполнимо за счет повышения давления внутри скважины, что является наиболее эффективным в отношении затрат способом расширения муфты. Максимум давления, подаваемого к скважине для расширения муфты, ограничен характеристикой устойчивости скважины к разрыву, при этом желательно свести к минимуму подаваемое для расширения муфты давление с тем, чтобы свести к минимуму воздействие расширяющего давления на скважину.

После расширения кольцевых перемычек на них может оказывать воздействие постоянное давление или периодическое высокое наружное давление, например, гидравлическое давление в среде скважины или давление пласта. В некоторых ситуациях давление вызывает разрушение кольцевой перемычки, с серьезными последствиями для той области, которую перемычка должна изолировать, поскольку в результате разрушения происходит утрата уплотняющих свойств. Аналогичная проблема может возникнуть при расширении разжимной муфты посредством, например, находящейся под давлением текучей среды. При просачивании текучей среды сквозь муфту противодавление может снижаться, а следовательно, сама муфта - разрушаться.

Таким образом, способность расширенной муфты кольцевой перемычки выдерживать разрушающее давление зависит от ряда параметров, например от прочности материала, толщины стенки, площади поверхности, подвергаемой разрушающему давлению, температуры, текучих сред скважины и аналогичных параметров.

Обеспечиваемая уровнем техники способность расширенной муфты оказывать сопротивление разрушению в определенных рабочих условиях скважины не в полной мере удовлетворяет всем условиям эксплуатации в скважине. Следовательно, требуется повысить сопротивление разрушению для обеспечения возможности использования кольцевых перемычек во всех скважинах, особенно в скважинах, подвергающихся высокому перепаду давления в процессе добычи и при истощении скважины. Сопротивление разрушению можно повысить посредством увеличения толщины стенки или прочности материала, однако это повысит давление расширения, что, как указано выше, нежелательно.

Таким образом, необходимо предложить решение, обеспечивающее повышение сопротивления разрушению расширенной муфты.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является полное или частичное преодоление упомянутых выше недостатков и изъянов, присущих уровню техники, в частности, предложение усовершенствованной кольцевой перемычки с повышенным сопротивлением разрушению разжимной муфты.

Еще одной задачей изобретения является предложение кольцевой перемычки, имеющей повышенное сопротивление разрушению без повышения прочности материала и/или толщины стенки муфты.

Дополнительной задачей изобретения является предложение кольцевой перемычки, имеющей более высокое сопротивление разрушению при той же прочности материала и той же толщине стенки разжимной муфты, и/или то же сопротивление разрушению при более низкой прочности материала или более низкой толщине стенки разжимной муфты, обеспечивающей возможность использования более низкого значения расширяющего давления.

Упомянутые выше задачи, наряду с другими задачами, преимуществами, и признаками, изложенными в представленном ниже описании, реализованы посредством предложенного технического решения с помощью кольцевой перемычки, предназначенной для расширения в кольцеобразном пространстве между трубной конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины, содержащей

- трубный участок для установки в качестве участка трубной конструкции скважины,

- разжимную муфту, охватывающую трубный участок и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубному участку, причем каждый конец разжимной муфты соединен с соединительным участком, соединенным с трубным участком,

- промежуток между внутренней поверхностью муфты и трубным участком,

- и элемент, соединенный с муфтой, причем указанный элемент имеет первый участок и второй участок, которые расположены вблизи указанной внутренней поверхности, при этом первый участок элемента прикреплен к указанной внутренней поверхности,

причем второй участок выдается в указанный промежуток из первого участка.

При расширении муфты второй участок выдается наружу в указанный промежуток по существу в радиальном направлении или под углом до 45°. В нерасширенном состоянии муфты, второй участок расположен вплотную к внутренней поверхности муфты, выступая из первого участка, причем указанный элемент является по существу выпрямленным относительно первого участка. Таким образом, второй участок проходит по существу аксиально вдоль внутренней поверхности муфты, только с небольшим зазором между внутренней поверхностью муфты и вторым участком.

Следовательно, сопротивление разрушению разжимной муфты повышено без увеличения прочности материала, толщины стенки разжимной муфты или суммарного диаметра кольцевой перемычки. Помимо этого, благодаря изобретению, давление расширения, необходимое для расширения разжимной муфты, не только не повышено, но даже возможно его снижение.

Первый участок элемента, прикрепленный к внутренней поверхности муфты, при расширении муфты следует за муфтой в наружном направлении, при этом диаметр первого участка соответствующим образом увеличивается. Второй участок элемента не прикреплен к внутренней поверхности муфты. Во время расширения муфты второй участок следует в наружном направлении за первым участком в области, в которой они соединены, но не своим другим концом. Другой конец второго участка будет направлен вовнутрь трубного участка и, следовательно, выступать по существу в радиальном направлении вовнутрь муфты. Второй участок элемента будет, следовательно, выступать вовнутрь под углом, отличным от первого участка.

Таким образом, под тем, что второй участок выступает в указанный промежуток из первого участка, следует понимать, что при нерасширенном состоянии муфты второй участок выступает из первого участка под углом 0°-15°.

При нахождении муфты в расширенном состоянии, как первый, так и второй участки элемента обеспечивают расширенной муфте дополнительную прочность, а также высокую устойчивость к разрушению. Помимо этого, в этом состоянии второй участок элемента будет выполнять функцию внутренней несущей конструкции муфты, имеющей момент устойчивости, направленный по существу перпендикулярно к муфте и превышающий момент устойчивости первого участка.

Кроме того, участки расширенной муфты, прикрепленные к первому участку указанного элемента, будут иметь уменьшенный внешний диаметр, что как следствие, приведет к рифленой форме расширенной муфты. Рифления будут иметь кольцевую форму, что еще больше повысит прочность расширенной муфты.

Вследствие этого кольцевая перемычка согласно изобретению способна выдерживать более высокое разрушающее давление, чем кольцевые перемычки, известные из уровня техники, и, следовательно, также будет иметь повышенные уплотняющие свойства.

В одном из вариантов реализации до растяжения разжимной муфты второй участок образует угол относительно первого участка, причем угол изменяется при расширении разжимной муфты.

Кроме того, предусмотрена возможность того, что угол до расширения составляет 0-20°, предпочтительно 0-5°.

Дополнительно предусмотрена возможность того, что, угол после расширения составляет 45-120°, предпочтительно 45-100°, предпочтительнее 50-90°.

Кроме того, второй участок может быть расположен в указанном промежутке с возможностью движения, причем он может выдаваться вовнутрь в указанный промежуток при расширении муфты.

Дополнительно, предусмотрена возможность того, что второй участок свободен и не задерживается внутренней поверхностью.

Также возможно выполнение второго участка подвижным и с возможностью выступать в радиальном направлении вовнутрь трубного участка при расширении муфты.

Помимо этого предусмотрена возможность того, что при расширении муфты второй участок образует относительно первого участка угол, составляющий по меньшей мере 45°.

В одном из вариантов реализации муфта после расширения имеет два наклонных участка и промежуточный ненаклонный участок, если смотреть в разрезе в продольном направлении муфты, причем указанный элемент расположен на ненаклонном участке муфты.

Кроме того, предусмотрена возможность изготовления элемента из материала, способного сохранять свою форму после сгибания, например из металла.

Предусмотрена дополнительная возможность изготовления элемента из металла, например, стали или нержавеющей стали.

Кроме того, разжимная муфта может иметь внешнюю поверхность, на которой расположен по меньшей мере один уплотняющий элемент, противолежащий первому участку элемента.

В одном варианте реализации предложенной кольцевой перемычки предусмотрено размещение элемента вдоль по всему внутреннему контуру муфты, например в виде кольца, обеспечивающего внутреннюю несущую конструкцию в расширенном состоянии муфты по всему внутреннему контуру.

Также возможен вариант, когда с муфтой соединено множество указанных элементов. Эти элементы расположены на одинаковом или неодинаковом расстоянии друг от друга в продольном направлении муфты, вдоль указанного контура. Возможно их расположение в участках разжимной муфты, требующих более высокой прочности, чем другие участки, поскольку эти участки подвержены воздействию более высокого разрушающего давления, чем другие участки.

Множество указанных элементов могут быть соединены с муфтой и расположены на расстоянии друг от друга, причем они могут быть присоединены к ненаклонному участку муфты.

Уплотняющие элементы могут иметь в сечении конусообразную или треугольную форму.

В одном варианте изобретения элемент проходит в продольном направлении и вдоль по контуру муфты, образуя при этом винтовую траекторию вдоль внутренней поверхности муфты, если смотреть в продольном направлении муфты.

В дополнительном варианте предусмотрено, что элемент содержит третий участок, являющийся свободным и не задерживаемым внутренней поверхностью, причем он расположен напротив второго участка, так что первый участок находится между третьим и вторым участками.

Помимо этого предусмотрен вариант, в котором как второй, так и третий участки элемента выполнены с возможностью изменения их угла относительно первого участка во время расширения разжимной муфты.

Предпочтительно, второй и третий участки расположены по обеим сторонам первого участка, так что элемент при нахождении муфты в расширенном состоянии имеет в поперечном сечении по существу U-образную форму или С-образную форму, и, следовательно, обеспечивает внутреннюю несущую конструкцию для расширенной муфты.

Помимо этого, второй и/или третий участки элемента при нахождении муфты в расширенном состоянии, как вариант, могут иметь угол относительно внутренней поверхности, превышающий 5°.

Предусмотрены полное или частичное крепление первого участка к внутренней поверхности или внешней поверхности муфты. В одном варианте реализации первый участок прикреплен к внутренней поверхности на переходе между первым и вторым/третьим участками или по всей ширине первого участка, так что второй и третий участки, соответственно, свободны относительно внутренней муфты.

Кроме того, предусмотрена возможность того, что второй участок и/или третий участок элемента выполняют функцию несущей конструкции для расширенной муфты.

Предусмотрено, что элемент в поперечном сечении имеет V-образную, U-образную, С-образную, или L-образную форму при растяжении муфты.

Как вариант, первый участок приварен, или приклеен, или прикреплен болтами либо заклепками к внутренней поверхности.

В одном варианте реализации разжимная муфта изготовлена из металла или композитного материала. В другом варианте реализации она изготовлена из полимеров, например эластомера, силикона или натуральной или синтетической резины.

Предусмотрены также варианты изготовления элемента из металла или полимеров.

В одном варианте реализации первый участок имеет ширину между 0,005 м и 0,30 м, предпочтительно между 0,01 м и 0,10 м и предпочтительнее между 0,01 м и 0,05 м. Как вариант, второй участок имеет ширину между 0,01 м и 0,30 м, предпочтительно между 0,01 м и 0,1 м, предпочтительнее между 0,01 м и 0,05 м.

Разжимная муфта, как вариант, выполнена с возможностью расширения с увеличением диаметра по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 15%, предпочтительнее по меньшей мере на 30% по отношению к диаметру нерасширенной муфты, и как вариант, имеет толщину стенки меньше длины разжимной муфты, причем указанная толщина предпочтительно меньше, чем 25% длины муфты, предпочтительнее меньше, чем 15% длины муфты, и еще предпочтительнее меньше чем 10% длины муфты.

В одном варианте реализации разжимная муфта имеет переменную толщину вдоль по контуру и/или длине.

Как вариант, по меньшей мере один из соединительных участков выполнен с возможностью скольжения относительно трубного участка кольцевой перемычки, причем по меньшей мере один уплотняющий элемент, например Сообразное кольцо, расположен между выполненным с возможностью скольжения соединительным участком и трубным участком. В одном варианте реализации, более чем один уплотняющий элемент расположен между выполненным с возможностью скольжения крепежным приспособлением и трубным участком.

По меньшей мере один из соединительных участков, как вариант, жестко прикреплен к трубному участку или представляет собой участок трубного участка.

Предусмотрена возможность того, что соединительный участок имеет выступающую кромку, выступающую наружу из трубного участка.

В одном варианте реализации предложенной кольцевой перемычки элемент заменен по меньшей мере одним участком, имеющим повышенную толщину относительно другого участка муфты, если смотреть в разрезе в продольном направлении муфты, причем при расширении муфты участок, имеющий повышенную толщину, в меньшей степени подвержен расширению, чем другой участок.

Помимо этого, изобретение также относится к кольцевой перемычке, предназначенной для расширения в кольцеобразном пространстве между трубной конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины и содержащей:

- трубный участок для установки в качестве участка трубной конструкции скважины,

- разжимную муфту, вытянутую в продольном направлении, охватывающую трубный участок и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубному участку, причем каждый конец разжимной муфты соединен с соединительным участком, соединенным с трубным участком,

- и промежуток между внутренней поверхностью муфты и трубным участком,

причем муфта, если смотреть в разрезе в ее продольном направлении, содержит по меньшей мере один участок, имеющий повышенную толщину относительно другого участка муфты, так что при расширении муфты участок, имеющий повышенную толщину, в меньшей степени подвержен расширению, чем другой участок.

Участок, имеющий повышенную толщину, как вариант, расположен по окружности.

Кроме того, после расширения муфта, как вариант, имеет два наклонных участка и промежуточный ненаклонный участок, если смотреть в поперечном сечении, а участок, имеющий повышенную толщину, как вариант, расположен на ненаклонном участке муфты.

Участок муфты, имеющий повышенную толщину, как вариант, выполнен посредством прикрепления к муфте кольцеобразного участка.

Кольцеобразный участок, как вариант, прикреплен посредством сварки, в частности, в одном из вариантов реализации, кольцеобразный участок прикреплен к внешней поверхности муфты.

Как вариант, участок муфты, имеющий повышенную толщину, имеет два наклонных концевых участка, на которых толщина муфты возрастает.

Разжимная муфта, как вариант, имеет внешнюю поверхность, на которой расположен по меньшей мере один уплотняющий элемент, противолежащий участку муфты, имеющему повышенную толщину.

Кроме того, как вариант, предусмотрен по меньшей мере один уплотняющий элемент, прилегающий к участку муфты, имеющему повышенную толщину, причем участок муфты, имеющий повышенную толщину, имеет выступы.

В одном варианте реализации, муфта содержит множество участков, расположенных вдоль ненаклонного участка муфты на расстоянии друг от друга.

Уплотняющие элементы, как вариант, имеют в сечении конусообразную или треугольную форму.

Изобретение, кроме того, относится к системе кольцевой перемычки, содержащей средство для расширения и кольцевую перемычку, описанную выше. Средство для расширения, как вариант, содержит взрывчатые вещества, находящуюся под давлением текучую среду, цемент или их сочетание.

В другом варианте реализации, система кольцевой перемычки содержит

- трубный участок, имеющий отверстие,

- первый соединительный участок, охватывающий трубный участок и соединенный с указанным трубным участком,

- второй соединительный участок, охватывающий трубный участок и соединенный с указанным трубным участком,

- промежуточный соединительный участок, расположенный между первым и вторым соединительными участками,

- первую разжимную муфту, соединенную с первым соединительным участком и промежуточным соединительным участком, заключающим в себе первый внутренний промежуток, и

- вторую разжимную муфту, соединенную со вторым соединительным участком и промежуточным соединительным участком, заключающим в себе второй внутренний промежуток,

причем, по меньшей мере, промежуточный участок и первый соединительный участок соединены с трубным участком с возможностью скольжения.

В одном из вариантов реализации изобретения, система кольцевой перемычки содержит по меньшей мере две кольцевые перемычки, расположенные вдоль трубной конструкции скважины на определенном расстоянии друг от друга.

И наконец, изобретение относится к системе скважины, содержащей трубную конструкцию скважины и по меньшей мере одну кольцевую перемычку, описанную выше.

В одном варианте реализации системы скважины, вдоль трубной конструкции скважины на расстоянии друг от друга может быть расположено несколько кольцевых перемычек.

Краткое описание чертежей

Изобретение и ряд его преимуществ более подробно раскрыты ниже со ссылками на приложенные ниже схематические изображения, иллюстрирующие некоторые неограничивающие варианты реализации:

Фиг.1 - изображение кольцевой перемычки в нерасширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.2 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.1 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.3 - изображение кольцевой перемычки на виде в разрезе, проходящем в направлении, поперечном продольному направлению ствола скважины,

Фиг.4а - изображение предложенного элемента в нерасширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.4b - изображение элемента по Фиг.4а в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.5а - изображение другого варианта реализации элемента в нерасширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.5b - изображение элемента по Фиг.5а в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.6 - изображение другого варианта реализации кольцевой перемычки в нерасширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.7 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.6 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.8 - увеличенный частичный вид по Фиг.6,

Фиг.9 - изображение еще одной кольцевой перемычки в нерасширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.10 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.9 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.11 - изображение еще одного варианта реализации кольцевой перемычки, вид в разрезе,

Фиг.12 - изображение еще одного варианта реализации кольцевой перемычки, вид в разрезе,

Фиг.13 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.12 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.14 - изображение еще одного варианта реализации кольцевой перемычки, вид в разрезе,

Фиг.15 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.14 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.16 - изображение еще одного варианта реализации кольцевой перемычки, вид в разрезе,

Фиг.17 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.16 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.18 - изображение еще одного варианта реализации кольцевой перемычки, вид в разрезе,

Фиг.19 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.18 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.20 - изображение еще одного варианта реализации кольцевой перемычки, вид в разрезе,

Фиг.21 - изображение кольцевой перемычки по Фиг.20 в расширенном состоянии, вид в разрезе,

Фиг.22а-d - изображение других вариантов реализации кольцевой перемычки, в поперечном разрезе.

Все чертежи являются условными и выполнены без строгого соблюдения масштаба, и на них отображены только те участки, которые необходимы для раскрытия изобретения, при этом другие участки опущены или подразумеваются.

Подробное описание изобретения

Кольцевые перемычки 1 согласно изобретению обычно устанавливают в качестве участка колонны трубной конструкции скважины до погружения трубной конструкции 3 скважины в буровую скважину. Трубная конструкция 3 скважины образована участками трубной конструкции скважины, составленными вместе в виде длинной колонны трубной конструкции скважины. Часто кольцевые перемычки 1 устанавливают между участками трубной конструкции скважины, при сборке колонны трубной конструкции скважины.

Кольцевая перемычка 1 предназначена для использования в целом ряде случаев, в каждом из которых предусмотрено расширение разжимной муфты 7 кольцевой перемычки 1 вплоть до соприкосновения муфты с внутренней стенкой 4 ствола скважины. Кольцевая перемычка 1 содержит трубный участок 6, соединенный с трубной конструкцией 3 скважины, как изображено на Фиг.1, например, посредством резьбового соединения 18.

На Фиг.1 представлено изображение кольцевой перемычки 1 на виде в продольном разрезе кольцевой перемычки. Кольцевая перемычка 1 изображена в нерасширенном состоянии, то есть в ненапряженном положении, из которого она должна будет расширяться в кольцеобразное пространство 2 между трубной конструкцией 3 скважины и внутренней стенкой 4 ствола 5 скважины. Кольцевая перемычка 1 содержит трубный участок 6 для установки в качестве участка трубной конструкции 3 скважины и разжимную муфту 7. Разжимная муфта 7 охватывает трубный участок 6 и имеет внутреннюю поверхность 8, обращенную к трубному участку 6. Каждый из концов 9, 10 разжимной муфты 7 закреплен в соединительном участке 12 в трубном участке 6. Предусмотрена возможность того, что соединительный участок 11 содержит соответствующее зажимное приспособление любого типа, обеспечивающее плотное закрепление муфты 7.

Как показано на чертеже, между внутренней поверхностью 8 муфты 7 и трубным участком 6 образован промежуток или полость 13. Для расширения разжимной муфты 7 находящуюся под давлением текучую среду вводят в полость 13 сквозь средство 19 для расширения, например отверстие 19 или клапан 19, до тех пор, пока разжимная муфта 7 не войдет в соприкосновение с внутренней стенкой 4 ствола 5 скважины. Предусмотрена также возможность для расширения муфты 7 заполнять полость 13 цементом или аналогичным ему материалом. Средство для расширения, как вариант, является взрывчатым веществом.

При расширении кольцевых перемычек 1 они подвергаются воздействию определенного давления. Однако предусмотрено, что давление изменяется в процессе добычи. Таким образом, поскольку существует возможность повышения давления, кольцевая перемычка 1 должна быть способной выдерживать повышенное давление, также называемое "разрушающее давление", в частности, в своем расширенном состоянии, когда внешний диаметр кольцевой перемычки максимален, и толщина ее стенки, соответственно, минимальна. Для того чтобы выдерживать такое повышенное давление, разжимная муфта 7, как вариант, имеет по меньшей мере один элемент 14.

На Фиг.1 разжимная муфта 7 имеет три элемента 14, размещенных с интервалом в продольном направлении разжимной муфты. Каждый элемент 14 имеет первый участок 15, второй участок 16 и третий участок 17, которые расположены вблизи и вдоль внутренней поверхности 8 разжимной муфты. Второй участок 16 и третий участок 17 размещены на противолежащих сторонах первого участка 15, причем первый участок прикреплен к внутренней поверхности 8. Второй и третий участки 16, 17 прикреплены не непосредственно к разжимной муфте 7, а только опосредованно, через первый участок 15. Следовательно, второй и третий участки 16, 17 выдаются из первого участка 15 в промежуток 13 между разжимной муфтой 7 и трубным участком 6 и выполнены с возможностью свободного перемещения в пространстве во время расширения разжимной муфты.

В нерасширенном состоянии муфты 7, второй и третий участки 16, 17 одной из сторон вплотную примыкают к внутренней поверхности 8 муфты, продолжая первый участок 15, так что первый, второй и третий участки образуют прямую линию, а элемент 14 по существу выпрямлен относительно первого участка, прикрепленного к муфте. Следовательно, второй и третий участки 16, 17 расположены по существу в продольном направлении и вдоль внутренней поверхности 8 муфты, с оставлением только небольшого зазора между внутренней поверхностью муфты и вторым и третьим участками. В расширенном состоянии муфты 7 второй и третий участки 16, 17 выдаются по существу в радиальном направлении наружу в промежуток 13 или под углом к муфте, составляющим 45° и 135°.

На Фиг.2 кольцевая перемычка 1 по Фиг.1 изображена в расширенном состоянии. Первый участок 15 каждого элемента 14 раздвинут вместе с разжимной муфтой 7. Однако, второй и третий участки 16, 17 не раздвинуты настолько, насколько раздвинут элемент 14, и, следовательно, они изогнуты под углом относительно первого участка 15. Второй и третий участки 16, 17 выдаются в радиальном направлении вовнутрь относительно разжимной муфты 7 и выполняют армирующие функции, подобно балке в здании или корпусе корабля. В расширенном состоянии элементы 14 предотвращают разрушение кольцевой перемычки, когда она подвергается повышенному давлению со стороны кольцеобразного пространства 2 или стенки 4 ствола скважины. Как показано на чертеже, все три элемента 14 расположены на участке муфты 7, который в расширенном состоянии является по существу прямым, а не на наклонных участках концов кольцевой перемычки 1. Третий элемент расположен на среднем участке кольцевой перемычки, соприкасающемся со стенкой 4 ствола скважины.

На Фиг.3 представлено изображение элемента, соединенного с кольцевой перемычкой, на виде в разрезе, проходящем в направлении, поперечном продольному направлению ствола скважины. Элемент 14 прикреплен к внутренней поверхности 8 разжимной муфты 7 и, следовательно, повторяет изгиб разжимной муфты со стороны ее внутренней стенки. Как разжимная муфта 7, так и элемент 14 охватывают трубный участок 6. Элемент 14 размещен вдоль по всему внутреннему контуру муфты 7, образуя кольцо или внутреннюю муфту.

При расширении разжимной муфты 7 кольцевой перемычки 1 диаметр муфты возрастает от ее первоначального нерасширенного диаметра до большего диаметра. Разжимная муфта 7 имеет наружный диаметр D и выполнена с возможностью расширения до диаметра по меньшей мере на 10% большего, предпочтительно по меньшей мере до диаметра на 15% большего, предпочтительнее по меньшей мере до диаметра на 30% большего, чем диаметр нерасширенной муфты.

Помимо этого, разжимная муфта 7 имеет толщину стенки t, которая меньше, чем длина L разжимной муфты, причем эта толщина предпочтительно меньше, чем 25% указанной длины, предпочтительнее меньше, чем 15% указанной длины, и еще предпочтительнее меньше, чем 10% указанной длины.

В другом варианте реализации, элемент 14 проходит в продольном направлении разжимной муфты 7, а также вдоль по контуру муфты, образуя винтовую траекторию вдоль внутренней поверхности 8 муфты, если смотреть в продольном направлении муфты.

В варианте реализации, представленном на Фиг.1, первый участок 15 полностью прикреплен к внутренней поверхности 8. Однако предусмотрена возможность того, что первый участок 15 только частично прикреплен к внутренней поверхности 8. При расширении муфты 7 второй участок 16 и третий участок 17 элемента 14 выполняют функцию несущей конструкции для расширенной муфты благодаря U-образной форме сечения расширенного элемента.

Предусмотрено, что элемент 14 может иметь любую форму поперечного сечения, соответствующую расширенному состоянию муфты 7. Дополнительно к U-образной форме, следовательно, как вариант, предусмотрена V-образная форма или L-образная форма, если у элемента 14 имеются только первый и второй участки 16, 16.

Когда первый участок 15 прикреплен к внутренней поверхности 8, второй и третий участки 16, 17, соответственно, имеют возможность свободного перемещения относительно муфты 7. Предусмотрена возможность того, что первый участок 15 элемента прикреплен в зонах перехода между первым и вторым/третьим участками или по всей ширине первого участка. Первый участок, как вариант, прикреплен любым предусмотренным способом, например приварен, приклеен, прикреплен болтами или заклепками к внутренней поверхности 8.

Элемент 14, как вариант, выполнен из любого предусмотренного материала и/или композитного материала, способного к расширению с последующим добавлением прочности расширенному элементу. Примерами предусмотренных материалов являются металл или полимеры.

Разжимная муфта 7 кольцевой перемычки 1, как вариант, выполнена из металла или полимеров, например эластомера, силикона или натуральной или синтетической резины.

За счет оснащения кольцевой перемычки 1 клапаном 19 предусмотрена возможность использования отличных от цемента текучих сред, например текучей среды, присутствующей в скважине, или морской воды, для расширения разжимной муфты 7 кольцевой перемычки.

Согласно изобретению разжимная муфта 7 представляет собой тонкостенную трубную конструкцию, концы 9, 10 которой введены в соединительный участок 12. Затем посредством рифления соединительного участка 12 изменена конструкция крепежных средств и концов 9, 10 разжимной муфты и тем самым выполнено их механическое закрепление относительно друг друга. Для уплотнения соединения между разжимной муфтой 7 и соединительным участком 12 между ними, в частности, предусмотрен уплотняющий элемент 20.

На Фиг.4а представлено изображение элемента 14, подлежащего соединению с внутренней поверхностью 8 разжимной муфты 7, на виде в разрезе. У элемента 14 имеется первый участок 15, второй участок 16 и третий участок 17. Согласно изобретению первый участок 15 прикреплен к внутренней поверхности, не показанной на чертеже, в то время как второй и третий участки 16, 17 не прикреплены и, следовательно, размещены свободно относительно внутренней поверхности. Во время расширения разжимной муфты 7 первый участок 15 элемента 14 следует за расширяющейся муфтой в наружном направлении, с увеличением диаметра первого участка. Второй и третий участки 16, 17 следуют за первым участком 15 в области, в которой они соединены, но не своими другими концами. Второй и третий участки 16, 17 будут, следовательно, выдаваться вовнутрь под углом из первого участка 15, что изображено на Фиг.4b.

На Фиг.5а представлено изображение другого варианта реализации элемента 14, на виде в разрезе. В этом варианте реализации у элемента 14 имеется первый участок 15 и второй участок 16, причем второй участок расположен под углом относительно первого участка в нерасширенном состоянии. Как описано выше, второй участок 16 будет выдаваться вовнутрь во время расширения разжимной муфты 7, как изображено на Фиг.5b. В этом случае, там, где второй участок 16 в нерасширенном состоянии уже выдается вовнутрь, требуется меньшее расширяющее усилие.

Помимо этого, предусмотрена возможность размещения второго участка 16 и/или третьего участка 17 под углом относительно первого участка 15, вдали от внутренней поверхности 8. Второй участок 16 и/или третий участок 17, как вариант, содержат дополнительный буртик, размещенный на конце, наиболее удаленном от первого участка 15, обеспечивая этим участкам дополнительную прочность, тем самым еще больше повышая сопротивление разрушению расширенной муфты 7.

На Фиг.6 представлена другая кольцевая перемычка 1, в которой разжимная муфта 7 кольцевой перемычки 1 покрыта дополнительным материалом 30 в заданных областях, то есть в тех областях, где расширенная муфта 7 подвержена воздействию максимального гидравлического давления. Предпочтительно, дополнительный материал 30 является более прочным, чем материал, из которого изготовлена остальная часть разжимной муфты.

Как правило, более прочный материал является менее пластичным. Однако, при выполнении покрытия разжимной муфты 7 дополнительным более прочным материалом 30 только в определенных областях, повышенное сопротивление разрушению разжимной муфты можно обеспечить, не снижая способность муфты к расширению.

Предусмотрена возможность выполнения покрытия разжимной муфты 7 различными способами, например лазерной сваркой несходных металлов, плакированием и другими аналогичными им способами.

Когда более прочный, но менее пластичный материал 30 наносят на разжимную муфту 7, материал которой не настолько прочный, но более пластичный, образуется разжимная муфта, которая является все еще достаточно пластичной, но сопротивление разрушению которой повышено. В расширенном состоянии муфта 7 будет, следовательно, способной выдерживать более высокое давление вблизи участка покрытия или на участке покрытия.

При покрытии разжимной муфты 7 дополнительным материалом 30 в определенных областях, происходит увеличение толщины стенки муфты в этих областях. Такое увеличение толщины стенки подробнее показано на Фиг.8.

На Фиг.7 изображена кольцевая перемычка 1 по Фиг.6 в расширенном состоянии, на виде в разрезе. В этом варианте реализации дополнительный материал 30, которым покрыта муфта, обеспечивает повышенное сопротивление разрушению разжимной муфты и, следовательно, кольцевой перемычки 1.

В соответствии с другим аспектом изобретения разжимная муфта содержит по меньшей мере два различных материала, один из которых имеет более высокую прочность и тем самым более низкую пластичность, чем другой материал, имеющий более низкую прочность, но более высокую пластичность. При этом разжимная муфта, как вариант, содержит материал, имеющий более высокую прочность в тех областях муфты, к которым приложено высокое гидравлическое разрушающее давление при расширении муфты, и материал, имеющий более низкую прочность, в остальных областях муфты. Когда разжимная муфта содержит материал более высокой прочности с низкой пластичностью в определенных областях и материал более низкой прочности, но высокой пластичности в остальных областях, то разжимная муфта сохраняет достаточную пластичность, в то время как материал разжимной муфты, имеющий более низкую прочность, приобретает устойчивость к разрушению. В результате после расширения разжимная муфта имеет более высокую устойчивость к разрушению вблизи областей или в областях, где муфта содержит материал более высокой прочности.

На Фиг.9 представлен другой аспект изобретения, в котором оба конца 9, 10 разжимной муфты 7 прикреплены к трубной конструкции 3 скважины. Обычно, при диаметральном расширении разжимной муфты 7 в наружном направлении увеличение диаметра разжимной муфты приводит к сокращению длины муфты и отчасти к уменьшению толщины стенки муфты.

Если закрепить два конца 9, 10 муфты, не внося других изменений в конструкцию кольцевой перемычки, по сравнению с уровнем техники, то степень необходимого уменьшения толщины стенки для обеспечения высокого значения диаметрального расширения повышается, приводя к снижению сопротивления разрушению и возможному разрыву материала.

В дополнительном аспекте изобретения разжимная муфта 7 имеет ряд кольцевых волнистых образований 40, расположенных по длине разжимной муфты. Ряд кольцевых волнистых образований 40 обеспечивает возможность увеличения длины разжимной муфты 7 между двумя закрепленными концами 9, 10 без увеличения интервала между двумя закрепленными концами.

После формирования упомянутых выше волнистых образований 40, разжимную муфту 7, как вариант, подвергают обработке, например тепловой обработке, для возвращения материала муфты в ее первоначальное металлургическое состояние.

При расширении разжимной муфты 7 происходит выпрямление волнистых образований 40, что обеспечивает дополнительный материал, необходимый для большого диаметрального расширения, например 40% в диаметре, без чрезмерного уменьшения толщины стенки, и при этом оба конца 9, 10 все еще сохраняют свое закрепленное положение. Это проиллюстрировано на Фиг.10. Предотвращение избыточного уменьшения толщины стенки способствует сохранению сопротивляемости разрушению разжимной муфты 7, что очевидно специалисту в данной области техники.

Закрепление двух концов 9, 10 с одновременным обеспечением максимальной диаметральной расширяющей способности, например 40% в диаметре, является предпочтительным, поскольку оно исключает двигающиеся участки, а, следовательно, дорогостоящие и имеющие определенные риски уплотнения высокого давления, необходимые для этих двигающихся участков. Это еще более предпочтительно, если учесть высокие температуры или наличие коррозионных рабочих условий в скважине, например, наличия кислот, H₂S и аналогичных веществ.

В другом аспекте изобретения, толщина стенки разжимной муфты по длине муфты, как вариант, выполнена профилированной, что обеспечивает возможность регулирования расширения относительно того, где возникает утончение стенки разжимной муфты. Профилирование, как вариант, выполнено на разжимной муфте посредством покрытия тем же или другим материалом поверхности разжимной муфты или, как вариант, посредством машинной обработки или прокатки разжимной муфты с обеспечением переменной толщины.

При регулировании расширения, выполняемом посредством изменения толщины стенки, обеспечена возможность изменения сопротивления разрушению в определенных местах, расположенных по длине разжимной муфты.

Другой аспект кольцевой перемычки 1 представлен на Фиг.11. С одного конца кольцевой перемычки 1 соединительный участок 12, к которому прикреплена муфта 7, соединен с возможностью скольжения с трубным участком 6, показанным стрелкой, посредством выполненного с возможностью скольжения крепежного приспособления 22. При расширении разжимной муфты 7 в направлении, поперечном продольному направлению кольцевой перемычки 1, муфта, как указано выше, по возможности стремится к сокращению в своем продольном направлении. При наличии выполненного с возможностью скольжения крепежного приспособления 22 предусмотрена возможность уменьшения длины муфты 7, с обеспечением возможности расширения муфты в еще большей степени, поскольку муфта не удлиняется так сильно, как в случае, когда она жестко соединена с трубным участком 6.

Однако наличие выполненного с возможностью скольжения крепежного приспособления 22 повышает риск нарушения уплотнения 20 с течением времени. Поэтому гофрированная мембрана 21 прикреплена к выполненному с возможностью скольжения крепежному приспособлению 22 и жестко закреплена в соединительном участке 12. Таким образом, предусмотрена возможность жесткого соединения соединительных участков 12 с трубным участком 6. Разжимная муфта 7 прочно прикреплена к первому соединительному участку 12 и к выполненному с возможностью скольжения крепежному приспособлению 22, а гофрированная мембрана 21 прочно прикреплена к выполненному с возможностью скольжения крепежному приспособлению 22 и второму соединительному участку 12. Соответственно, соединительные участки 12, разжимная муфта 7, выполненное с возможностью скольжения крепежное приспособление 22 и гофрированная мембрана 21 вместе образуют плотное соединение, предотвращающее проникновение текучей среды скважины в трубную конструкцию 3.

Встраивание двух концов, закрепленных с максимальной возможностью диаметрального расширения, считается предпочтительным, поскольку это исключает двигающиеся участки, и не требуется дорогостоящее и имеющее определенные риски уплотнение высокого давления внутри этих двигающихся участков. Это еще более предпочтительно, если учесть высокие температуры или наличие коррозионных рабочих условий в скважине, например кислот, H₂S и т.д.

При наличии у кольцевой перемычки 1 выполненного с возможностью скольжения крепежного приспособления 22 между муфтой 7 и трубным участком 6, расширяющая способность муфты повышается на величину до 100% по сравнению с кольцевой перемычкой, не имеющей такого выполненного с возможностью скольжения крепежного приспособления.

На Фиг.12 и 13, кольцевая перемычка 1 имеет шесть элементов 14, три из которых размещены на одном конце муфты 7 и три размещены на другом. На Фиг.12, муфта 7 является еще не расширенной, но на Фиг.13 она представлена в расширенном состоянии. Муфта 7 имеет два наклонных участка 32 и один промежуточный ненаклонный участок 33. Элементы 14 расположены так, что ни один из них не прикреплен на участке муфты 7, являющимся наклонным после расширения, но все они расположены по существу на прямом ненаклонном после расширения участке 33 муфты. Первый участок 15 элементов 14 приварен к внутренней поверхности 8 муфты 7, образуя сварное соединение 42, а второй и третий участки 16, 17 элемента 14 не прикреплены к муфте, но имеют возможность свободного перемещения при расширении.

При размещении около наклонных участков, как изображено на Фиг.13, шесть элементов 14 повышают разрушающее давление еще больше, чем при размещении ближе к середине муфты 7.

На Фиг.14 муфта 7 имеет внешнюю поверхность 34, имеющую два уплотняющих элемента 35, противолежащих первому участку 15 каждого элемента 14. При расширении, как изображено на Фиг.15, уплотняющие элементы 35 входят в канавку 36, образованную посредством элемента благодаря повышенной толщине муфты 7 и первого участка 15 элемента.

Уплотняющие элементы 35 имеют внешнюю волнистую поверхность для повышения уплотняющей способности. Уплотняющие элементы 35 имеют в поперечном сечении треугольную форму, чтобы входить в канавку 36, возникающую в муфте 7 при расширении. Уплотняющие элементы 35 выполнены из эластомера или аналогичного ему материала, обладающего уплотняющей способностью и являющегося гибким.

На Фиг.16 и 17, внешняя поверхность трубного участка 6 кольцевой перемычки 1 имеет зубчатую форму, а элементы имеют соответствующие заострения 37 на своих концах, отвечающие зубчатой форме поверхности трубного участка. При расширении муфты 7, как изображено на Фиг.17, эти заострения элементов жестко зафиксированы в зубцах 38 трубного участка, и концы элементов сохраняют это положение, за счет чего обеспечено повышение разрушающего давления.

Элементы размещены на ненаклонном участке муфты 7, при этом второй и третий участки 16, 17 каждого элемента достаточно длинны, чтобы доставать до внешней поверхности трубного участка 6, с тем, чтобы войти в зубцы 38 и быть прикрепленными в этих зубцах. Трубный участок 6 имеет несколько зубцов, для обеспечения соответствия нескольким диаметрам расширения муфты 7. Благодаря наличию нескольких зубцов возможность соответствия кольцевой перемычки 1 обеспечена, даже если расширение муфты 7 происходит неравномерным образом, в результате чего один участок муфты расширяется меньше, чем другой участок.

Помимо этого, соединительные участки 12 кольцевой перемычки 1 с Фиг.16 и 17 выполнены из другого материала, чем материал разжимной муфты 7. Соединительные участки 12 приварены к муфте 7 при изготовлении кольцевой перемычки 1.

Под разрушающим давлением понимают величину внешнего давления, при которой внешнее давление разрушает расширенную муфту 7. Чем выше разрушающее давление, тем более высокое давление со стороны пласта и кольцеобразного пространства способна выдерживать расширенная муфта 7 до разрушения.

На Фиг.18 представлена двойная кольцевая перемычка. Кольцевая перемычка 1 имеет два концевых соединительных участка 12 и средний соединительный участок. Две разжимные муфты 7 прикреплены к одному конечному соединительному участку и среднему участку, как изображено на Фиг.18. Средний соединительный участок выполнен с возможностью скольжения, как и один из концевых соединительных участков 12. Другой концевой соединительный участок 12 плотно прикреплен к трубному участку 6. Кольцевая перемычка 1 имеет два отверстия для введения находящейся под давлением текучей среды для расширения муфт 7.

На Фиг.19 представлен другой вариант реализации двойной кольцевой перемычки, имеющей только одно отверстие для введения находящейся под давлением текучей среды для расширения муфт 7. Кольцевая перемычка 1 имеет две полости, а средний соединительный участок 12 имеет канал 40, соединяющий по текучей среде две указанные полости, так что текучая среда для расширения полости, имеющей отверстие, имеет возможность протекать сквозь канал для расширения другой муфты 7.

Для повышения разрушающего давления расположенный по окружности участок 41 промежуточного ненаклонного участка 33, как вариант, имеет повышенную толщину, как показано на Фиг.20, иллюстрирующей муфту 7 в продольном разрезе. При расширении муфты 7 указанный участок 41 муфты расширен меньше, чем другой участок вдоль ненаклонного участка 33, что приводит к возникновению волнистой формы муфты.

Для того чтобы повысить толщину участка 41 муфты 7, на внутреннюю поверхность 8 муфты нанесен дополнительный материал, например посредством добавления сварного материала на внутреннюю поверхность.

В другом варианте реализации толщина участка муфты 7 повышена посредством прикрепления к муфте кольцеобразного участка. Кольцеобразным участком является элемент 14, он и прикреплен на внутреннюю поверхность посредством сварки или аналогичным предусмотренным способом крепления.

Как изображено на Фиг.20, сечение 41 муфты 7, имеющее повышенную толщину, содержит два наклонных концевых участка, на которых толщина муфты повышена. Следовательно, добавленный материал, как вариант, нанесен на внутреннюю и/или внешнюю поверхность муфты, что повышает толщину концевых участков сечения в направлении центра сечения. Дополнительно, на прикрепленном кольцеобразном участке 14 после закрепления выполнена торцевая фаска.

Вдоль ненаклонного участка 33 муфта 7, как вариант, тоже имеет повышенную толщину с внешней стороны, а также предусмотрена возможность того, что муфта имеет кольцеобразный участок, прикрепленный к внешней поверхности 34 муфты.

На внешней поверхности 34 разжимной муфты размещены уплотняющие элементы 35, противолежащие участкам муфты, имеющим повышенную толщину. При расширении муфты 7, как изображено на Фиг.21, уплотняющие элементы 35 заполняют зазор, возникающий во время расширения. Для того чтобы лучше соответствовать зазору, уплотняющие элементы 35 имеют конусообразную или треугольную в сечении форму.

Кроме того, как изображено на Фиг.20, соединение 39 расположено между муфтой 7 и соединительным участком 12. Соединение 39, в частности, выполнено посредством сварки.

На Фиг.22а муфта 7 кольцевой перемычки 1 имеет три элемента 14, прикрепленные к внешней поверхности 34 муфты, повышающие толщину стенки муфты. Элемент представляет собой кольцо, прикрепленное посредством сварки. Во время расширения муфты 7 элементы 14, размещенные на внешней поверхности 34, предохраняют муфту от свободного расширения на этих участках. В результате, расширение муфты 7 происходит в более низкой степени на этих участках, чем на других участках, и в поперечном сечении муфта имеет волнистую форму.

На Фиг.22b показаны три элемента 14 с Фиг.22a, приваренные вдоль каждой из своих расположенных по окружности кромок. Привариваемый материал 43 нанесен на переход между элементом 14 и муфтой 7, придавая элементу конусообразную в поперечном сечении форму, приводящую к улучшенному регулированию изгиба муфты. Привариваемый материал 43, как вариант, может также обладать повышенной устойчивостью к коррозии или обеспечивать другое свойство. Во время расширения муфты 7 элементы 14, размещенные на внешней поверхности 34, предохраняют муфту от свободного расширения на этих участках. Следовательно, расширение муфты 7 происходит в более низкой степени на этих участках, чем на других участках, и в поперечном сечении муфта имеет волнистую форму.

На Фиг.22c муфта 7 имеет три участка 41 с повышенной толщиной стенки. Толщина стенки муфты увеличивается наружу в радиальном направлении, образуя на муфте выступы, направленные по окружности наружу. Следовательно, в данном варианте реализации элементы 14, размещенные на внешней поверхности 34, также предохраняют муфту от свободного расширения на этих участках. Таким образом, расширение муфты 7 происходит в более низкой степени на этих участках, чем на других участках, и в поперечном сечении муфта имеет волнистую форму.

На Фиг.22d участки 41, имеющие повышенную толщину, имеют выступы 44 в виде заостренных концов или нескольких пиков, обеспечивающих уплотнение типа металл-металл при расширении муфты 7. С одной или с обеих сторон заостренных концов или пиков вокруг муфты 7, как вариант, размещены 0-образные кольца, обеспечивающие лучшее уплотнение.

Волнистая в поперечном сечении форма, которую муфта 7 приобретает во время расширения, служит по существу для повышения разрушающего давления. Эта волнистая в поперечном сечении форма обеспечена за счет наличия элементов 14 на внутренней и/или внешней поверхности муфты 7 или посредством придания муфте повышенной толщины на определенных участках 41.

Муфта 7 вытянута вдоль своей центральной оси, изображенной на Фиг.2, 6, 7, и 9-22b в виде пунктирной линии. Представленные на этих чертежах виды в поперечном разрезе являются вращательно-симметричными вокруг центральной оси.

Изобретение также относится к системе кольцевой перемычки, содержащей кольцевую перемычку 1, описанную выше. Система кольцевой перемычки, кроме того, содержит расширяющее устройство для расширения разжимной муфты 7 кольцевой перемычки 1. Устройство расширяет разжимную муфту 7 за счет использования находящейся под давлением текучей среды, поступающей сквозь канал 19 в трубном участке 6 в промежуток 13 между разжимной муфтой и трубным участком.

Расширяющее устройство, как вариант, содержит изолирующее устройство для изоляции первого участка снаружи от канала или клапана 19 между наружной стенкой устройства и внутренней стенкой трубной конструкции 3 скважины. Находящуюся под давлением текучую среду получают путем повышения давления в текучей среде в изолирующем устройстве. Когда участок трубной конструкции 3 скважины снаружи от канала 19 трубного участка 6 изолирован, нет необходимости нагнетать давление в текучей среде во всей трубной конструкции скважины, и не требуется дополнительной заглушки, как в случае решений, известных из уровня техники. При вводе текучей среды в полость 13, канал или клапан 19 закрывается.

На тот случай, если устройство не может продвигаться дальше в трубной конструкции 3 скважины, в устройстве предусмотрен скважинный трактор, например Well Tractor®.

Устройство также предусматривает использование шлангокабеля для расширения разжимной муфты 7 кольцевой перемычки 1 или двух кольцевых перемычек одновременно. Посредством устройства, использующего шлангокабель, возможно поддерживать высокое давление в текучей среде в трубной конструкции 3 скважины без необходимости изоляции участка трубной конструкции скважины; однако для работы устройства, как вариант, необходимо заглушить трубную конструкцию скважины в направлении вниз по стволу скважины от двух кольцевых перемычек или перемычки 1. В предложенной системе кольцевой перемычки предусмотрено также использование буровой трубы или тросового инструмента для расширения муфты 7.

В одном варианте реализации, устройство имеет резервуар, содержащий находящуюся под давлением текучую среду, в частности для случаев, когда текучая среда, служащая для расширения муфты 6, является цементом, газом или двухкомпонентным соединением.

Кольцевая перемычка 1 может также иметь название пакер или название такого же разжимного устройства. Трубная конструкция 3 скважины, как вариант, представляет собой систему добывающих или обсадных труб или аналогичную систему труб скважины в резервуаре или стволе скважины. Предусмотрена возможность использования кольцевой перемычки 1 как в системе внутренних добывающих труб, так и в системе внешних труб ствола скважины, или между системой труб и внутренней стенкой ствола скважины. В скважине предусмотрена возможность использования нескольких типов трубных систем, с монтажом предложенной кольцевой перемычки 1 в любой из них.

В качестве клапана 19 можно использовать клапан любого типа, который способен регулировать поток, например шаровой клапан, дроссельный клапан, воздушный клапан, обратный клапан или невозвратный клапан, мембранный клапан, расширительный клапан, задвижка, шаровой вентиль, ножевая задвижка, игольчатый клапан, поршневой клапан, пережимной клапан или пробковый кран.

Разжимная трубная металлическая муфта 7, в частности, представляет собой холоднотянутую или горячетянутую трубную конструкцию.

Текучая среда, используемая для расширения разжимной муфты 7, в частности, может представлять собой любую текучую среду скважины, присутствующую в стволе скважины, охватывающем устройство и/или трубную конструкцию 3 скважины. Кроме того, текучая среда может представлять собой, например, цемент, газ, воду, полимеры или двухкомпонентное соединение, в частности, порошок или частицы, образующие смесь или реагирующие со связующим или отверждающим веществом. Предусмотрена возможность того, что часть текучей среды, например отверждающее вещество, находится в полости 13 до введения остальной текучей среды в полость.

Хотя изобретение описано выше в отношении предпочтительных вариантов реализации изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что возможны различные модификации, не выходящие из области патентной защиты изобретения, ограниченной пунктами приведенной ниже формулы изобретения.

Группа изобретений относится к системам кольцевой перемычки, предназначенной для расширения в кольцеобразном пространстве между трубной конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины. Кольцевая перемычка содержит трубный участок для установки в качестве участка трубной конструкции скважины, разжимную муфту, охватывающую трубный участок и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к трубному участку, причем каждый конец разжимной муфты соединен с соединительным участком, соединенным с трубным участком, а также промежуток между внутренней поверхностью муфты и трубным участком и элемент, соединенный с муфтой. При этом указанный элемент имеет первый участок и второй участок, которые расположены вблизи указанной внутренней поверхности, причем первый участок элемента прикреплен к указанной внутренней поверхности. Причем второй участок выдается в указанный промежуток из первого участка. Изобретение обеспечивает повышение сопротивления разрушению разжимной муфты. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Кольцевая перемычка (1), предназначенная для расширения в кольцеобразном пространстве (2) между трубной конструкцией (3) скважины и внутренней стенкой (4) ствола (5) скважины, содержащая
трубный участок (6) для установки в качестве участка трубной конструкции скважины,
разжимную муфту (7), охватывающую трубный участок и имеющую внутреннюю поверхность (8), обращенную к трубному участку, причем каждый конец (9, 10) разжимной муфты соединен с соединительным участком (12), соединенным с трубным участком,
промежуток (13) между внутренней поверхностью муфты и трубным участком,
и элемент (14), соединенный с муфтой, причем указанный элемент имеет первый участок (15) и второй участок (16), которые расположены вблизи указанной внутренней поверхности, при этом первый участок элемента прикреплен к указанной внутренней поверхности,
причем второй участок выдается в указанный промежуток из первого участка.

2. Перемычка по п. 1, в которой муфта после расширения имеет два наклонных участка (32) и промежуточный ненаклонный участок (33), если смотреть в разрезе в продольном направлении муфты, причем указанный элемент расположен на ненаклонном участке муфты.

3. Перемычка по п. 1, в которой элемент изготовлен из материала, способного сохранять свою форму после сгибания, например из металла.

4. Перемычка по любому из пп. 1-3, в которой разжимная муфта имеет внешнюю поверхность, на которой расположен по меньшей мере один уплотняющий элемент, противолежащий первому участку элемента.

5. Перемычка по п. 2, в которой с муфтой соединено множество указанных элементов, причем они расположены на расстоянии друг от друга и присоединены к ненаклонному участку муфты.

6. Перемычка по любому из пп. 1-3 или 5, в которой элемент содержит третий участок (17), являющийся свободным и незадерживаемым внутренней поверхностью, причем он расположен напротив второго участка, так что первый участок находится между третьим и вторым участками.

7. Перемычка по п. 6, в которой второй и/или третий участки элемента при нахождении муфты в расширенном состоянии имеют угол относительно внутренней поверхности, превышающий 5°.

8. Перемычка по любому из пп. 1-3, 5 или 7, в которой первый участок прикреплен полностью или частично к внутренней поверхности или внешней поверхности муфты.

9. Перемычка по любому из пп. 1-3, 5 или 7, в которой элемент в поперечном разрезе имеет V-образную форму, U-образную форму, С-образную форму или L-образную форму при растяжении муфты.

10. Перемычка (1), предназначенная для расширения в кольцеобразном пространстве (2) между трубной конструкцией (3) скважины и внутренней стенкой (4) ствола (5) скважины, содержащая
трубный участок (6) для установки в качестве участка трубной конструкции скважины,
разжимную муфту (7), охватывающую трубный участок и имеющую внутреннюю поверхность (8), обращенную к трубному участку, причем каждый конец (9, 10) разжимной муфты соединен с соединительным участком (12), соединенным с трубным участком,
промежуток (13) между внутренней поверхностью муфты и трубным участком,
и по меньшей мере один участок (41), имеющий повышенную толщину относительно другого участка муфты, если смотреть в разрезе в продольном направлении муфты, причем при расширении муфты участок (41), имеющий повышенную толщину, в меньшей степени подвержен расширению, чем другой участок.

11. Перемычка по п. 10, в которой участок муфты, имеющий повышенную толщину, выполнен посредством прикрепления к муфте кольцеобразного участка.

12. Перемычка по п. 10, в которой участок муфты, имеющий повышенную толщину, имеет два наклонных концевых участка, на которых толщина муфты возрастает.

13. Перемычка по п. 10, в которой разжимная муфта имеет внешнюю поверхность, на которой расположен по меньшей мере один уплотняющий элемент, противолежащий участку муфты, имеющему повышенную толщину.

14. Перемычка по п. 13, в которой уплотняющие элементы в сечении имеют конусообразную или треугольную форму.

15. Система кольцевой перемычки, содержащая средство для расширения и кольцевую перемычку по любому из пп. 1-3, 5 или 7 или по любому из пп. 10-14.

16. Система по п. 15, в которой средство для расширения содержит взрывчатые вещества, находящуюся под давлением текучую среду, цемент или их сочетание.

17. Система кольцевой перемычки, содержащая:
трубный участок, имеющий отверстие,
первый соединительный участок, охватывающий трубный участок и соединенный с указанным трубным участком,
второй соединительный участок, охватывающий трубный участок и соединенный с указанным трубным участком,
промежуточный соединительный участок, расположенный между первым и вторым соединительными участками,
первую разжимную муфту, соединенную с первым соединительным участком и промежуточным соединительным участком, заключающим в себе первый внутренний промежуток, и
вторую разжимную муфту, соединенную со вторым соединительным участком и промежуточным соединительным участком, заключающим в себе второй внутренний промежуток,
причем по меньшей мере промежуточный участок и первый соединительный участок соединены с трубным участком с возможностью скольжения.

18. Система скважины, содержащая трубную конструкцию скважины и по меньшей мере одну перемычку по любому из пп. 1-3, 5 или 7 или по любому из пп. 10-14.

19. Система по п. 18, в которой вдоль трубной конструкции скважины на расстоянии друг от друга расположено несколько кольцевых перемычек.