ЗАГЛУШКА ДЛЯ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B33/126 E21B23/06 

Изобретение касается заглушки для буровой скважины, в которой текучая среда, например нефть или газ, течет вверх.

Из уровня техники известны так называемые противовыбросовые превенторы. Противовыбросовыми превенторами называют ряд запорных клапанов, которые устанавливаются при бурении непосредственно над буровой скважиной. Противовыбросовые превенторы служат для того, чтобы препятствовать вытеканию текучей среды из скважины. Это, в частности, необходимо тогда, когда повреждены колонны бурильных труб или бурение попадает на зону избыточного давления.

Во время осуществления бурения колонна бурильных труб проходит через противовыбросовый превентор. Если при этом происходит выход текучей среды, который не может быть остановлен другими средствами, в противовыбросовом превенторе запускается двухступенчатый механизм. На первой ступени активируются уплотнения, которые закупоривают наружное пространство вокруг колонны бурильных труб. Если этого окажется недостаточно, чтобы остановить выход текучей среды, на второй ступени колонна бурильных труб внутри противовыбросового превентора разделяется. После этого возможно запечатывание противовыбросового превентора посредством запорных задвижек.

Впрочем, в отдельном случае возникает вопрос, достаточно ли выбранных размеров применяемого противовыбросового превентора для разделения бурильных труб. Исследование, сделанное по поручению американских федеральных служб в 2004 году, показало, что только 3 из 14 нефтяных платформ располагают достаточно сильными степенями сдвига для разделения бурильных труб.

Происшествие в Гольфе, Мехико, показало, что применяемые известные способы имеют значительные слабые стороны и очень ненадежны в отношении применения и эксплуатации.

Задачей изобретения является указать устройство для укрепления буровой скважины, обладающее потенциалом для закрытия буровой скважины, которое может применяться универсальным образом и при этом предотвращает вышеназванные недостатки известных противовыбросовых превенторов.

Эта задача решается изобретением с помощью признаков независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительно усовершенствования изобретения отмечены в зависимых пунктах формулы изобретения. Формулировка всех пунктов формулы изобретения настоящим путем ссылки включается в содержание этого описания. Изобретение включает в себя также все целесообразные и, в частности, все упомянутые комбинации независимых и/или зависимых пунктов формулы изобретения.

В основу изобретения положена идея снабдить бурильные трубы через задаваемые интервалы заглушкой, развертывающейся в случае необходимости, или, соответственно, ввести заглушку в дающую утечку буровую скважину, в которой текучая среда, такая как нефть или газ, течет вверх, чтобы закупорить эту буровую скважину ниже утечки. Первая предлагаемая изобретением заглушка для буровой скважины со стенками имеет для этого трубу, которая может вводиться в буровую скважину. Труба может состоять из одного или нескольких сегментов трубы.

Кроме того, заглушка имеет по меньшей мере одну диафрагму, которая состоит из непроницаемого для текучих сред материала и зафиксирована на трубе непроницаемо для текучих сред. Между трубой и указанной по меньшей мере одной диафрагмой не может, таким образом, проходить текучая среда. Указанная по меньшей мере одна диафрагма может посредством трубы вводиться в буровую скважину.

Указанная по меньшей мере одна диафрагма может принимать свернутое или, соответственно, нерасширенное состояние в направлении трубы, и развернутое или, соответственно, расширенное состояние в направлении от трубы и к стенкам. Труба и указанная по меньшей мере одна диафрагма выполнены таким образом, что в свернутом в направлении трубы состоянии указанной по меньшей мере одной диафрагмы имеется зазор между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками, когда труба вводится в буровую скважину. Через зазор между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками может тогда течь вверх текучая среда.

Чтобы закрыть этот зазор, заглушка имеет активируемые средства. Активирование активируемых средств приводит к тому, что указанная по меньшей мере одна диафрагма может принимать развернутое в направлении от трубы и к стенкам состояние. Активирование активируемых средств, когда труба была введена в буровую скважину, приводит к тому, что указанная по меньшей мере одна диафрагма принимает развернутое в направлении от трубы и к стенкам состояние, т.е. указанная по меньшей мере одна диафрагма переводится из свернутого в направлении трубы состояния в развернутое в направлении от трубы и к стенкам состояние. Активируемые средства могут, напр., представлять собой ригели, которые могут удерживать или высвобождать указанную по меньшей мере одну диафрагму.

Соединение с геометрическим замыканием между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками осуществляется, когда труба была введена в буровую скважину и указанная по меньшей мере одна диафрагма приняла развернутое в направлении от трубы и к стенкам состояние. Это соединение фиксирует заглушку внутри буровой скважины и препятствует выскальзыванию заглушки из буровой скважины.

Чтобы обеспечить возможность такого соединения между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками, указанная по меньшей мере одна диафрагма имеет по меньшей мере один фиксирующий элемент. Твердость указанного по меньшей мере одного фиксирующего элемента должна превосходить твердость стенок. Когда указанная по меньшей мере одна диафрагма из свернутого в направлении трубы состояния переводится в развернутое в направлении от трубы и к стенкам состояние и прижимается к стенкам, указанный по меньшей мере один фиксирующий элемент может вследствие этого проникать в стенки. Благодаря этому обеспечивается соединение с геометрическим замыканием между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками. Примерами фиксирующих элементов являются, например, крючки с заостренным в виде копья наконечником или направленная вверх колонна бурильных труб, которые при активировании развертываются и заклинивают.

Соединение между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками является непроницаемым для текучих сред. Так как указанная по меньшей мере одна диафрагма состоит из непроницаемого для текучих сред материала и зафиксирована на трубе непроницаемо для текучих сред, зазор закрывается, так что текучая среда не может вытекать через зазор, когда труба была введена в буровую скважину и указанная по меньшей мере одна диафрагма принимает развернутое в направлении от трубы и к стенкам состояние. При этом буровая скважина закупорена.

Указанная по меньшей мере одна диафрагма предпочтительно выполнена так, что соединение между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками может разъединяться путем потягивания за трубу. При потягивании за трубу заглушка может быть, таким образом, при необходимости извлечена из буровой скважины.

Предпочтительным оказалось, чтобы перевод из свернутого в направлении трубы состояния в развернутое состояние в направлении от трубы и к стенкам происходил пассивно, т.е. посредством давления, оказываемого текущей вверх в буровой скважине текучей средой на указанную по меньшей мере одну диафрагму. Для этого указанная по меньшей мере одна диафрагма в свернутом в направлении трубы состоянии образует с трубой карман в форме зазора, в который может проникать поднимающаяся текучая среда. Вследствие этого возникает давление, необходимое для перевода указанной по меньшей мере одной диафрагмы в развернутое состояние в направлении от трубы и к стенкам.

Активирование активируемых средств приводит теперь к тому, что давление прижимает указанную по меньшей мере одну диафрагму к стенкам, так что зазор закрывается и осуществляется соединение с силовым или геометрическим замыканием между указанной по меньшей мере одной диафрагмой и стенками.

Указанная по меньшей мере одна диафрагма предпочтительно выполнена в форме мешка или зонта. В качестве материала для указанной по меньшей мере одной диафрагмы пригоден гибкий материал, который обладает стойкостью по отношению к текучей среде, т.е. физические свойства которого не изменяются при контакте с текучей средой. Указанная по меньшей мере одна диафрагма может, в частности, также состоять из текстильного материала или из металлической плетенки, которая для уплотнения покрыта надлежащим веществом, в частности пластмассой, полимером на растительной основе или биополимером.

Кроме того, в качестве материала для указанной по меньшей мере одного диафрагмы пригодны определенные пластмассовые пленки или, соответственно, пленки из полимера на растительной основе и, в частности, биополимера. При этом оказалось предпочтительным напыление на пленку или, соответственно, текстильный материал для защиты от разрушения текучей средой, в частности, металлического слоя. При необходимости указанная по меньшей мере одна мембрана может быть снабжена ребрами жесткости, чтобы обеспечивать возможность надлежащей работоспособности указанной по меньшей мере одной мембраны и препятствовать повреждению. Альтернативно указанная по меньшей мере одна диафрагма может состоять из перекрывающихся пластмассовых или металлических пластин или из пластин из текстильного материала, как описано выше.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления указанная по меньшей мере одна труба представляет собой бурильные трубы, на которых смонтирована диафрагма, или, как поясняется ниже, капсула, чтобы в случае необходимости развертываться и блокировать беспрепятственное вытекание текучей среды.

Вместо колонны бурильны труб в другом варианте осуществления труба может представлять собой вспомогательные бурильные трубы. Под вспомогательными бурильными трубами следует понимать любую отличающуюся от бурильных труб трубу, которая служит для ввода заглушки в буровую скважину и последующего отвода текучей среды.

Поднимающаяся в буровой скважине текучая среда течет с определенной скоростью течения. При достижении некоторого порогового значения скорости течения указанная по меньшей мере одна диафрагма развертывается. Если скорость течения слишком велика, указанная по меньшей мере одна диафрагма при переходе из свернутого в направлении трубы состояния в развернутое состояние в направлении от трубы и к стенкам может разрушаться. Для предотвращения этого в одном из предпочтительных усовершенствований изобретения имеется несколько диафрагм. Эти диафрагмы расположены вдоль трубы друг за другом. По меньшей мере одна диафрагма из них предпочтительно снабжена пропускным отверстием для текучей среды. Это отверстие уменьшает кинетическую энергию поднимающейся текучей среды. Диафрагма, которая находится выше или, соответственно, позади диафрагмы, снабженной пропускным отверстием, может защищать ее от разрушения.

Другой вариант осуществления предлагаемой изобретением заглушки для буровой скважины включает в себя по меньшей мере одну капсулу из непроницаемого для текучих сред материала. Предпочтительно материал капсулы является пластически деформируемым для обеспечения стабильного закрепления заглушки. Подходящим был бы, например, металл. Но капсула может также состоять из надлежащего развертывающегося материала, например, одного из вышеназванных материалов диафрагмы.

Капсула может быть выполнена таким образом, чтобы между капсулой и стенками имелся зазор, когда заглушка вводится в буровую скважину.

Для закрепления в буровой скважине заглушка имеет по меньшей мере один запал. При активировании указанного по меньшей мере одного запала капсула развертывается или, соответственно, расширяется. В зависимости от выбранного материала, происходит пластическая деформация капсулы. Вследствие этого капсула прижимается к стенкам, так что возникает соединение с силовым и/или геометрическим замыканием между капсулой и стенками.

В качестве запала пригодны аккумуляторы энергии, такие как, например, сжатые газы, запалы из твердого вещества или же пиротехнические запалы. Высвободившаяся энергия развертывает или, соответственно, расширяет капсулу, так что она прижимается к стенкам.

Соединение между капсулой и стенками является непроницаемым для текучих сред соединением с геометрическим замыканием благодаря соответствующим свойствам наружных стенок капсулы. Так как капсула состоит из непроницаемого для текучих сред материала, текучая среда может вытекать через зазор, когда заглушка была введена в буровую скважину, и запал был активирован. При этом буровая скважина закупорена.

Кроме того, заглушка имеет муфту. Эта муфта служит для того, чтобы соединять трубопровод с заглушкой. Пропускное отверстие проходит через заглушку, так что текучая среда может течь через заглушку и отводиться по трубопроводу.

Когда, например, бурильные трубы вследствие какого-либо происшествия были выброшены из буровой скважины или по другой причине извлечены из нее, заглушка в другом предпочтительном усовершенствовании изобретения вместо указанной по меньшей мере одной трубы, на которой она была установлена и посредством которой она была введена в скважину, может иметь привод. Этот привод обеспечивает возможность поступательного движения заглушки в текучей среде. Предпочтительно привод выполнен в виде реактивного привода, например, в виде ракетного двигателя. В качестве привода может также применяться винтовой двигатель.

Чтобы привод был в состоянии вводить заглушку против текущей вверх текучей среды в буровую скважину, скорость напора привода должна превосходить скорость потока текучей среды в буровой скважине. Под скоростью напора привода следует понимать скорость, с которой привод движется поступательно относительно текущей вверх в буровой скважине текучей среды.

Вместо привода для ввода заглушки в буровую скважину может применяться труба. С этой целью заглушка установлена на трубе. Соединение между заглушкой и трубой является непроницаемым для текучих сред. Труба может представлять собой бурильные трубы или вспомогательные бурильные трубы.

Соединение между капсулой и стенками в одном из предпочтительных усовершенствований изобретения является непроницаемым для текучих сред соединением с геометрическим замыканием и/или с силовым замыканием. С этой целью наружная поверхность капсулы выполнена соответствующим образом. В одном из предпочтительных вариантов осуществления наружная поверхность капсулы имеет по меньшей мере один фиксирующий элемент. Твердость указанного по меньшей мере одного фиксирующего элемента должна превосходить твердость стенок, чтобы указанный по меньшей мере один фиксирующий элемент мог проникать в стенки, когда капсула после ввода заглушки в буровую скважину расширяется и наружная поверхность капсулы прижимается к стенкам. Благодаря этому обеспечивается соединение с геометрическим замыканием между капсулой и стенками буровой скважины. Примерами фиксирующих элементов являются здесь, например, крючки с заостренным в виде копья наконечником.

В одном из усовершенствований заглушки она может иметь фиксирующий штифт, установленный с возможностью перемещения относительно капсулы. Указанный по меньшей мере один запал может действовать непосредственно на указанный по меньшей мере один фиксирующий штифт. При активировании указанного по меньшей мере одного запала указанный по меньшей мере один фиксирующий штифт может по меньшей мере частично выдвигаться из капсулы. Если заглушка находится внутри буровой скважины и указанный по меньшей мере один фиксирующий штифт при активировании указанного по меньшей мере одного запала по меньшей мере частично выдвигается из капсулы, указанный по меньшей мере один фиксирующий штифт может проникать в стенки.

Для уплотнения заглушки относительно стенок заглушка имеет по меньшей мере один дополнительный запал. При активировании указанного по меньшей мере одного дополнительного запала капсула может развертываться или, соответственно, расширяться и прижиматься к стенкам.

Предпочтительно, кроме того, одно из усовершенствований изобретения, в котором заглушка может вводиться в буровую скважину баллистическим способом. При этом заглушка перед входом в буровую скважину ускоряется, то есть ей сообщается кинетическая энергия. Эта энергия способна ввести заглушку до определенной глубины в буровую скважину, где она развертывается с помощью соответствующих активируемых средств.

Другие подробности и признаки содержатся в последующем описании предпочтительных примеров осуществления в связи с зависимыми пунктами формулы изобретения. При этом соответствующие признаки могут осуществляться по одному самостоятельно или по нескольку в комбинации друг с другом. Возможности решения задачи не ограничены этими примерами осуществления. Так, например, данные диапазонов всегда включают в себя все не названные промежуточные значения и все возможные отдельные интервалы.

Примеры осуществления изображены схематично на фигурах. Одинаковые ссылочные обозначения на отдельных фигурах обозначают при этом одинаковые или выполняющие одинаковую функцию или, соответственно, соответствующие друг другу по своим функциям элементы. Отдельно показано:

фиг. 1A: заглушка для буровой скважины, снабженная диафрагмой в свернутом в направлении трубы состоянии;

фиг. 1B: заглушка для буровой скважины, снабженная диафрагмой в развернутом состоянии в направлении от трубы и к стенкам;

фиг. 2: заглушка для буровой скважины, снабженная диафрагмой в развернутом состоянии в направлении от трубы и к стенкам, с уплотнениями;

фиг. 3: заглушка для буровой скважины, снабженная ребрами жесткости и фиксирующими элементами;

фиг. 4: заглушка для буровой скважины, подобная торпеде; и

фиг. 5: перемещаемый фиксирующий элемент.

На фиг. 1A показана заглушка, которая введена в буровую скважину 102 со стенками 104. Заглушка имеет диафрагму 106. Между диафрагмой 106 и стенками 104 имеется зазор 108. Диафрагма 106 в верхней области закреплена на трубе 112 и находится в свернутом в направлении трубы состоянии.

Сенсоры 110 измеряют параметры, такие как, например, движение трубы 112, положение трубы 112 относительно стенок 104, гидростатическое давление текучей среды, которая охватывает буровую скважину, расстояние, которое прошла заглушка внутри буровой скважины 102, или скорость течения текучей среды.

Диафрагма 105 фиксируется активируемыми средствами в свернутом в направлении трубы 112 состоянии. При активировании активируемых средств сенсорами 110 диафрагма 106 высвобождается. Текучая среда, которая течет ниже диафрагмы 106, осуществляет после этого раскрытие диафрагмы 106.

Диафрагма 106 в развернутом состоянии в направлении от трубы 112 и к стенкам показана на фиг. 1B. Давление, которое оказывает текущая вверх текучая среда на диафрагму 106, прижимает диафрагму 106 к стенкам 104. Вследствие этого между диафрагмой 106 и стенками 104 возникает непроницаемое для текучих сред соединение с силовым замыканием и/или с геометрическим замыканием. Таким образом, диафрагма 106 закрывает зазор 108.

Для улучшения плотности соединения относительно текучей среды на диафрагме 106 могут быть установлены уплотнения 200, например, в виде круглых колец. Это изображено на фиг. 2в целом и в виде детали на фрагменте Z. За счет давления, которое оказывает на диафрагму 106 текущая вверх текучая среда, осуществляется непроницаемое для текучих сред соединение с геометрическим и/или с силовым замыканием между уплотнениями 200 и стенками 104.

Применение гибкой ткани или пленки в качестве диафрагмы 103 удобно, в частности, тогда, когда давление, которое оказывает текущая вверх текучая среда на диафрагму 106, мало. При более высоких давлениях, напротив, предпочтителен показанный на фиг. 3 пример осуществления. При этом ребра 300 жесткости поддерживают диафрагму 106. Диафрагма 106, которая на фиг. 3 для лучшей наглядности ребер 300 жесткости не изображена, расположена вверх по потоку от ребер жесткости, чтобы диафрагма 106 в развернутом состоянии прижималась к ребрам 300 жесткости. Конструкция ребер 300 жесткости похожа на конструкцию системы тяг зонта. Ребра 300 жесткости стабилизируют диафрагму 106, центрируют трубу 112 в буровой скважине 102 и препятствуют, кроме того, повреждению диафрагмы 106 давлением, которое оказывает текучая среда на диафрагму 106 в развернутом состоянии в направлении от трубы 112 и к стенкам 104.

Уплотнения 200, как изображено на фиг. 2, предпочтительны, в частности, тогда, когда стенки 104 буровой скважины 102 состоят из твердого материала. Мягкие стенки 104, напротив, позволяют применять показанные на фрагменте Z фиг. 3 фиксирующие элементы 302. Фиксирующие элементы 302 установлены на ребрах 300 жесткости и состоят из твердого материала. В частности, материал фиксирующих элементов 302 должен быть тверже, чем материал стенок 104. Предпочтительно фиксирующие элементы 302 имеют отформованные элементы, например, в форме крючков с заостренным в виде копья наконечником.

Когда диафрагма 106 в развернутом состоянии в направлении от трубы 112 и к стенкам 104 давлением, которое оказывает текучая среда на диафрагму 106, прижимается к стенкам 104, это приводит к тому, что отформованные элементы фиксирующих элементов 302 проникают в стенки 104. Благодаря этому осуществляется соединение с геометрическим замыканием со стенками 104.

Для сбережения материала и повышения надежности диафрагма 106 может открываться пошагово. В первом шаге фиксирующие элементы 302 прижимаются к стенкам 104, так что отформованные элементы фиксирующих элементов 302 проникают в стенки и осуществляется соединение с геометрическим замыканием со стенками 104. Во втором шаге зазор 108 закрывается путем перевода диафрагмы 106 из свернутого в направлении трубы 112 состояния в развернутое состояние в направлении от трубы 112 и к стенкам 104. Текучая среда течет теперь через трубу 112. В третьем шаге клапаны, которые находятся в трубе 112, закрываются. При этом буровая скважина 102 полностью закупорена.

В показанных на фиг. 1A, 1B, 2 и 3 примерах осуществления диафрагма 106 посредством трубы 112, в предпочтительном варианте осуществления в виде элемента оснащения бурильных труб, вводится в буровую скважину 102. Заглушка, показанная на фиг. 4, напротив, выполнена подобно торпеде. Реактивный привод 400 создает при этом достаточный напор, чтобы ввести заглушку против текущей вверх текучей среды в буровую скважину 102.

Вместо диафрагмы 106 изображенная на фиг. 4 заглушка имеет капсулу 401. Капсула 401 образует наружную оболочку выпуклости заглушки. Нижняя часть 401a капсулы 401 выполнена в полусферической форме и снабжена сенсорами 110.

К полусферической части капсулы 401 примыкает цилиндрическая часть 401b капсулы 401. Цилиндрическая часть 401b капсулы 401 соединяет полусферическую часть 401a капсулы 401 с ее верхней частью 401c. На верхней части 401c капсулы 401, в свою очередь, расположены направляющие элементы 402, а также муфта 404.

Капсула 404 охватывает запалы 408 и массивный несущий элемент 406, снабженный воронкообразными углублениями. Внутри этих углублений находятся пиротехнические запалы 408.

Через полусферическую часть 401a капсулы 401, через несущий элемент 406, через реактивный привод 400 и через верхнюю часть 401c капсулы 401 ведет пропускное отверстие 414. Пропускное отверстие 414 проходит в продольном направлении через заглушку и таким образом соединяет отверстие в сферической части 401a капсулы 401 с отверстием в верхней части 401c капсулы 401, чтобы текучая среда могла течь через заглушку.

Направляющие элементы 402 служат для стабилизации заглушки, когда она вводится в буровую скважину 102. Сенсоры 102 регистрируют в это время надлежащие параметры. Так, сенсоры 110 могут, например, измерять глубину проникновения заглушки в буровую скважину 102 или посредством оптических сигналов определять повреждения стенок 104.

В зависимости от зарегистрированных параметров сенсоры 110 инициируют активирование запалов 408. За счет высвобождающейся вследствие этого энергии капсула 401 развертывается или, соответственно, расширяется и прижимается к стенкам 104.

Капсула 401 снабжена фиксирующими элементами 302. Твердость фиксирующих элементов 302 должна превосходить твердость стенок 104 буровой скважины 102. Это обеспечивает фиксирующим элементам 302 возможность вследствие активирования пиротехнических запалов 408 проникать в стенки 104, так чтобы заглушка посредством соединения с геометрическим замыканием закреплялась в стенках 104. Как изображено на фрагменте Y фиг. 4, фиксирующие элементы 302 могут быть выполнены в виде крючков с заостренным в виде копья наконечником.

Энергия взрыва запалов 408 способствует увеличению диаметра по меньшей мере одной части капсулы 401. Чтобы при этом обеспечить заданную деформацию капсулы 401, капсула 401, как изображено на фрагменте X фиг. 4, может иметь заданное место 410 разрушения. Когда капсула 401 расширяется, нижняя часть капсулы 401, состоящая из полусферической части 401A капсулы 401 и цилиндрической части 401b капсулы 401, отсоединяется по заданному месту 410 разрушения от верхней части 401c капсулы 401. Это предотвращает повреждение остальных компонентов заглушки, таких как, например, пропускное отверстие 414 или муфта 404, при расширении капсулы 401.

Чем больше имеющийся между стенками 104 и капсулой 401 зазор, тем более высокие требования ставятся к возможности деформации капсулы 401. Для предотвращения превышения предела разрушения материала, применяемого для капсулы 401, при расширении капсулы 401 капсула 401 ниже заданного места 410 разрушения может иметь проходящие вертикально расширяющиеся складки.

В расширенном состоянии цилиндрическая часть капсулы 401 плоско прилегает к стенкам 104. Полусферическая часть капсулы 401 соединяет при этом цилиндрическую часть капсулы 401 с внутренней областью заглушки. Следовательно, между капсулой 401 и стенками 104 не может вытекать текучая среда. Буровая скважина теперь закупорена.

Чтобы иметь возможность последующего использования буровой скважины 102, заглушка, наряду с муфтой 404, как изображено на фрагменте Z фиг. 4, имеет клапан 412. Клапан 412 открывает и закрывает пропускное отверстие 414. Когда клапан 412 закрыт, текучая среда не может вытекать из бурильной скважины 102. Когда клапан 412, напротив, открыт, текучая среда направляется через пропускное отверстие 414 и вместе с тем через заглушку.

Кроме изображенного на чертеже тарельчатого клапана 412 могут также применяться другие виды клапанов, напр., конические клапаны или золотниковые клапаны. Последние обладали бы преимуществом меньшего усилия, необходимого для открытия.

Муфта 404 служит для того, чтобы соединять трубопровод с заглушкой. Это происходит после того, как заглушка путем активирования запалов 408 была закреплена в стенках 104. При открытом клапане 412 текучая среда может отводиться по трубопроводу и подвергаться дальнейшей переработке, как предусмотрено.

Клапан может быть также открыт во время ввода заглушки в буровую скважину, чтобы снизить давление на заглушку. Одна из возможностей заключается тогда также в том, чтобы закрывать клапан только тогда, когда трубопровод был подключен в муфте 404. Такой трубопровод 404 способен воспринимать доли повышенных усилий после закрытия клапана.

Возможен ввод нескольких заглушек в показанном на фиг. 4 варианте осуществления в буровую скважину 102.

Возможен также вариант осуществления в виде капсулы как элемента оснащения бурильных труб 112, монтируемой и вводимой в буровую скважину 102.

Разные варианты осуществления могут комбинироваться в соответствии с различными соображениями безопасности.

На фиг. 5 показан фрагмент заглушки, снабженной по меньшей мере одним фиксирующим штифтом 500. Для направления указанного по меньшей мере одного фиксирующего штифта 50 несущий элемент 406 имеет цилиндрическое сверление 502. В сверлении 502 фиксирующий штифт 500 установлен с возможностью перемещения.

Сверление 502 соединяет отверстие 504 в капсуле 401 со сферической запальной камерой 506. Так же, как и сверление 502, запальная камера 506 находится в несущем элементе 406, т.е. охвачена несущим элементом 406 или, соответственно, образуется несущим элементом 406.

Сверление 502 проходит не вертикально, а наклонено под некоторым углом относительно вертикали вниз. Таким образом, фиксирующий штифт 500 под действием своей силы тяжести скользит сначала вдоль сверления 502 в направлении внутренней области заглушки.

Запальная камера 506 содержит запал 408. Когда этот запал активируется, высвободившаяся энергия отгоняет фиксирующий штифт 500 от запальной камеры в направлении стенок 104 буровой скважины 102. Фиксирующий штифт 500 вследствие этого проходит насквозь через имеющийся между капсулой 401 и стенками 104 зазор 108 и проникает в стенки 104. Теперь заглушка зафиксирована на стенках 104.

Зазор 108 может закрываться, при этом капсула 401, как описано выше, развертывается или, соответственно, расширяется и прижимается к стенкам 104. По меньшей мере один запал 408 служит, таким образом, для развертывания или, соответственно, расширения капсулы, в то время как по меньшей мере один дополнительный запал 408 загоняет фиксирующий штифт 500 в стенки 104.

Для предотвращения повреждения сверления 502 и указанного по меньшей мере одного фиксирующего штифта 500 при развертывании или, соответственно, расширении капсулы 401, сверление 502 предпочтительно расположено так, что отверстие 504 в капсуле 401 находится над заданным местом 410 разрушения в верхней части 401c капсулы 401.

Список ссылочных обозначений

102 Буровая скважина

104 Стенки

106 Диафрагма

108 Зазор

110 Сенсор

112 Труба

200 Уплотнение

300 Ребро жесткости

302 Фиксирующий элемент

400 Реактивный привод

401 Капсула

401a Сферическая часть капсулы

401b Цилиндрическая часть капсулы

401c Верхняя часть капсулы

402 Направляющий элемент

404 Муфта

406 Несущий элемент

408 Запал

410 Заданное место разрушения

414 Пропускное отверстие

502 Сверление

504 Запальная камера

Изобретение относится к заглушкам для буровой скважины, в которой текучая среда течет вверх. Заглушка (102) со стенками (104) содержит трубу (112), которая может вводиться в буровую скважину (102), по меньшей мере одну диафрагму (106) из непроницаемого для текучих сред материала. Причем эта по меньшей мере одна диафрагма (106) непроницаемо для текучих сред зафиксирована на трубе (112). Причем эта по меньшей мере одна диафрагма (106) может принимать сложенное в направлении трубы (112) состояние и развернутое в направлении от трубы (112) и к стенкам (104) состояние. Причем труба (112) и указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) выполнены таким образом, что в сложенном в направлении трубы (112) состоянии указанной по меньшей мере одной диафрагмы (106) имеется зазор (108) между указанной по меньшей мере одной диафрагмой (106) и стенками (104), когда труба (112) вводится в буровую скважину (102). Причем указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) имеет по меньшей мере один фиксирующий элемент. При этом твердость указанного по меньшей мере одного фиксирующего элемента превосходит твердость стенок (104), так что указанный по меньшей мере один фиксирующий элемент (302) может проникать в стенки (104), когда указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) прижимается к стенкам (104). При этом может обеспечиваться соединение с геометрическим замыканием между указанной по меньшей мере одной диафрагмой (106) и стенками (104). Кроме того, заглушка содержит активируемые средства. Причем активирование активируемых средств приводит к тому, что указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) может принимать развернутое состояние в направлении от трубы (112) к стенкам (104). Техническим результатом является повышение эффективности перекрытия скважины при повреждениях. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Заглушка для буровой скважины (102) со стенками (104), причем текучая среда в буровой скважине (102) течет вверх, содержащая:
a) трубу (112), которая может вводиться в буровую скважину (102);
b) по меньшей мере одну диафрагму (106) из непроницаемого для текучих сред материала,
b1) причем эта по меньшей мере одна диафрагма (106) непроницаемо для текучих сред зафиксирована на трубе (112);
b2) причем эта по меньшей мере одна диафрагма (106) может принимать сложенное в направлении трубы (112) состояние и развернутое в направлении от трубы (112) и к стенкам (104) состояние;
b3) причем труба (112) и указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) выполнены таким образом, что в сложенном в направлении трубы (112) состоянии указанной по меньшей мере одной диафрагмы (106) имеется зазор (108) между указанной по меньшей мере одной диафрагмой (106) и стенками (104), когда труба (112) вводится в буровую скважину (102);
b4) причем указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) имеет по меньшей мере один фиксирующий элемент (302);
b5) при этом твердость указанного по меньшей мере одного фиксирующего элемента (302) превосходит твердость стенок (104);
b6) так что указанный по меньшей мере один фиксирующий элемент (302) может проникать в стенки (104), когда указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) прижимается к стенкам (104);
b7) так что может обеспечиваться соединение с геометрическим замыканием между указанной по меньшей мере одной диафрагмой (106) и стенками (104); и содержащая
с) активируемые средства,
c1) причем активирование активируемых средств приводит к тому, что указанная по меньшей мере одна диафрагма (106) может принимать развернутое состояние в направлении от трубы (112) к стенкам (104).

2. Заглушка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна труба (112) представляет собой колонну бурильных труб.

3. Заглушка по п. 1, отличающаяся тем, что указанная по меньшей мере одна труба (112) представляет собой вспомогательную колонну бурильных труб.

4. Заглушка по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что содержит несколько диафрагм (106), которые расположены вдоль трубы (112) друг за другом.