СКВАЖИННОЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Российский патент 2016 года по МПК E21B34/14 E21B43/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинному эксплуатационному оборудованию, включающему в себя эксплуатационную колонну и узел со скользящей муфтой, установленный в качестве части эксплуатационной колонны, состоящий из трубной части и трубной муфты.

Уровень техники

Во внутрискважинной колонне, во время оснащения или эксплуатации скважины нередко бывает необходимо нагнетать давление внутри колонны или ее частей.

Давление внутри колонны нагнетают, чтобы расширить один или несколько компонентов в определенных местах вдоль обсадной колонны. Этими компонентами могут быть расширяемые кольцеобразные перемычки, анкерные крепления и т.д.

Общим для этих компонентов является то, что для их расширения требуется высокое давление. Высокое давление может влиять на другие компоненты, а при неблагоприятных обстоятельствах, фактически может их повредить.

Поэтому эти компоненты защищены, например, скользящими элементами, располагающимися перед этими компонентами. Однако, поскольку подвергающимся расширению компонентам для расширения необходимо все более и более высокое давление, уплотняющих свойств скользящих элементов становится недостаточно для того, чтобы надежно защитить остальные компоненты от повреждения.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное преодоление указанных выше недостатков предшествующего уровня техники. Если говорить конкретнее, задача состоит в обеспечении усовершенствованного скважинного эксплуатационного оборудования, включающего в себя узел со скользящей муфтой, адаптированный для защиты и уплотнения отверстия в трубной секции и/или компонента, вставленного в отверстие, даже во время нагнетания высокого внутреннего давления.

Указанные выше задачи, вместе с множеством других задач, преимуществ и отличительных особенностей, которые станут очевидны при прочтении следующего ниже описания, решаются и достигаются с помощью технического решения согласно настоящему изобретению, посредством скважинного эксплуатационного оборудования, включающего в себя:

- эксплуатационную колонну;

- узел со скользящей муфтой, установленный в качестве части эксплуатационной колонны и включающий в себя:

- трубную часть, представляющую собой часть эксплуатационной колонны и имеющую углубление, внутреннюю поверхность, отверстие и осевую протяженность, и

- трубную муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри углубления, имеющую наружную поверхность, и выполненную с возможностью скольжения по осевой протяженности, вдоль внутренней поверхности, между первым положением, в котором обеспечивается возможность протекания текучей среды через отверстие, и вторым положением, в котором протекание текучей среды через отверстие блокируется,

причем обеспечен уплотняющий элемент, соединенный с муфтой со стороны ее наружной поверхности.

В одном из вариантов осуществления изобретения отверстие может иметь некоторую ширину в осевой протяженности, и уплотняющий элемент может иметь ширину, превосходящую указанную ширину отверстия.

Кроме того, у трубной муфты на ее наружной поверхности может иметься, по меньшей мере, одна круговая канавка.

При этом уплотняющий элемент может находиться в канавке.

В другом варианте у муфты может иметься, по меньшей мере, две круговых канавки, каждая со своим уплотняющим элементом.

Кроме того, в трубной части может иметься углубление, предназначенное для скольжения в нем муфты.

Еще в одном из вариантов осуществления изобретения отверстие может иметь некоторую ширину в осевой протяженности, а расстояние по оси между уплотняющими элементами может превосходить ширину отверстия.

Более того, в качестве уплотняющего элемента можно использовать шевронное уплотнение или уплотнительное кольцо.

Кроме того, у муфты может иметься внутренняя поверхность с выемками.

К тому же, отверстие может включать в себя клапан, такой как клапан регулировки притока, ограничительный клапан, дроссель или подобный ограничитель.

Кроме того, трубная часть может иметь резьбу для присоединения данной трубной части к другим трубным частям с целью формирования колонны.

Изобретение также относится к применению описанного выше скважинного эксплуатационного оборудования, соединенного с обсадной колонной, в буровой скважине.

Краткое описание чертежей

Изобретение и многие из его преимуществ более подробно будут описываться ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых с целью иллюстрации изображен ряд вариантов осуществления изобретения, не являющийся ограничивающим, где:

на Фиг.1 показан узел со скользящей муфтой, установленный в качестве части колонны в своем первом, открытом, положении;

на Фиг.2 показан узел со скользящей муфтой, представленный на Фиг.1, в своем втором, закрытом, положении;

на Фиг.3 показан другой вариант осуществления узла со скользящей муфтой;

на Фиг.4 показан другой вариант осуществления узла со скользящей муфтой;

на Фиг.5 показан еще один вариант осуществления узла со скользящей муфтой;

на Фиг.6 показана скважинная система в соответствии с настоящим изобретением.

Все Фигуры очень схематичны, и не обязательно выполнены в масштабе; на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, при этом другие части могут быть не показаны или могут просто подразумеваться.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показан частичный вид скважинного эксплуатационного оборудования 100 в виде узла 1 со скользящей муфтой, установленного в качестве части эксплуатационной колонны 4. Узел 1 со скользящей муфтой включает в себя трубную часть 2 с внутренней поверхностью 3, отверстие 5 и осевую протяженность 28. Трубная часть 2 выполнена с возможностью соединения с другими трубными частями для формирования эксплуатационной колонны или колонны обсадных труб. Соединение между трубной частью 2 и эксплуатационной колонной 4 чаще всего бывает резьбовым. Узел 1 со скользящей муфтой также включает в себя трубную скользящую муфту 26 с наружной поверхностью 8, выполненную с возможностью скольжения по осевой протяженности 28 вдоль внутренней поверхности 3 трубной части. На Фиг.1 узел 1 со скользящей муфтой показан в своем первом положении, в котором обеспечивается возможность протекания текучей среды через отверстие 5, а на Фиг.2 узел 1 со скользящей муфтой показан в своем втором положении, в котором протекание текучей среды через отверстие блокируется. Кроме того, узел 1 со скользящей муфтой включает в себя уплотняющий элемент 9, соединенный с муфтой в круговых канавках 10 на наружной поверхности 8 трубной муфты 26.

Вследствие наличия скользящей муфты 26 в эксплуатационной колонне скважинного оборудования 100 или системы 100, можно перекрыть производственную секцию, отвечающую за подачу воды. Помимо этого, такую скользящую муфту можно использовать для защиты компонента 50 эксплуатационного оборудования (показан на Фиг.4-6), нагнетающего давление в колонне для расширения, например, кольцеобразной перемычки.

Не все компоненты 50 способны выдерживать высокое давление, необходимое для расширения кольцеобразных перемычек, и потому, может возникнуть необходимость изолировать эти компоненты 50 в процессе эксплуатации оборудования и впоследствии открывать их в целях использования функциональных возможностей компонентов 50.

Скользящая муфта перемещается в углублении в трубной части 2 таким образом, что муфта 26 не ограничивает пространство внутри колонны, благодаря чему скользящая муфта в углублении 27 не уменьшает общий внутренний диаметр трубной части 2 и, соответственно, колонны 4. При сборке эксплуатационного оборудования, очень важно, чтобы внутренний диаметр без необходимости не уменьшался, так как через уже установленную колонну 4 будут проходить другие компоненты и трубные части.

Как показано на Фиг.1, отверстие 5 имеет ширину w_o в осевой протяженности трубной части, а уплотняющий элемент 9 имеет ширину w_s, которая больше, чем ширина отверстия. То, что ширина w_s уплотняющего элемента 9 больше ширины w_o отверстия 5, гарантирует, что уплотняющий элемент не застрянет, когда узел 1 со скользящей муфтой будет проходить в отверстие 5. Если ширина уплотняющего элемента 9 будет меньше ширины w_o отверстия, уплотняющий элемент может застрять на краю отверстия 5 и будет вытягиваться и сдавливаться между наружной поверхностью 8 трубной муфты 26 и внутренней поверхностью углубления 27. В этом случае уплотняющий элемент 9 не сможет больше изолировать отверстие 5.

У скользящей муфты 26 имеется внутренняя поверхность 15 с выемками 11 для перемещения муфты в углублении 27 посредством ключевого инструмента, вставляемого в выемки и заставляющего муфту 26 скользить вдоль по оси внутренней поверхности углубления 27.

На Фиг.1 и 2, уплотняющие элементы 9 расположены так, что расстояние по оси между ними превосходит ширину w_o отверстия 5, посредством чего уплотняющие элементы 9 во втором положении располагаются на противоположных сторонах отверстия 5, таким образом, изолируя отверстие 5.

На Фиг.3 узел 1 со скользящей муфтой включает в себя один уплотняющий элемент 9 и одну выемку 11. Узел 1 со скользящей муфтой показан в своем втором, т.е. закрытом, положении. Ширина w_s уплотняющего элемента 9 более чем в два раза превосходит ширину w_o отверстия 5, что означает, что уплотняющий элемент 9 закрывает отверстие 5 и часть внутренней поверхности углубления 27, окружающего отверстие 5, тем самым изолируя отверстие.

На Фиг.1-3 уплотняющий элемент 9 представляет собой шевронное уплотнение, а на Фиг.4 - уплотнительное кольцо. У шевронных уплотнений имеются V-образные части, кончики которых направлены или в сторону наружной поверхности 8 скользящей муфты 26, или в противоположную сторону. На Фиг.4 отверстие 5 включает в себя компонент 50 эксплуатационного оборудования, например, клапан 13, такой как клапан регулировки притока, ограничительный клапан, дроссель или подобный ограничитель. Узел 1 со скользящей муфтой показан в своем первом, открытом, положении, в котором обеспечивается возможность протекания текучей среды из окружающего кольцевого пространства или пласта внутрь трубной части 2.

Узел 1 со скользящей муфтой на Фиг.5 представлен в своем втором, закрытом, положении, в котором протекание текучей среды из окружающего кольцевого пространства или пласта внутрь эксплуатационной колонны 4 блокируется. Когда муфта смещается в открытое положение, появляется возможность протекания текучей среды внутрь трубной части 2 через клапан 13. V-образные части шевронного уплотнения ориентированы перпендикулярно направлению, показанному на Фиг.1-3, т.е. ориентированы в направлении вдоль осевой протяженности.

Скользящая муфта 26 показана в своем закрытом положении, в котором блокируется не только протекание текучей среды из клапана 13 в эксплуатационную колонну 4, но и вытекание из эксплуатационной колонны через клапан регулировки притока. Скользящие муфты 26 располагаются напротив клапанов 13 и выполнены с возможностью перемещения из открытого положения в закрытое, что вызывается скольжением муфт 26 вперед и назад в углублениях 27 в стенке эксплуатационной колонны 4, и входят в состав толщины стенки.

Присутствие скользящей муфты 26 напротив клапана 13 в качестве части стенки эксплуатационной колонны обеспечивает возможность закрытия скользящей муфты 26 при нагнетании давления в эксплуатационной колонне 4 изнутри, для выполнения работ, требующих подачи текучей среды под высоким давлением, например, при расширении кольцеобразных перемычек. По завершении работ, требующих высокого давления, скользящую муфту 26 можно открыть, после чего текучая среда из кольцевого пространства получит возможность протекать в эксплуатационную колонну 4 через клапан 13.

Наличие муфты, скользящей в углублении эксплуатационной колонны 4, гарантирует, что внутренний диаметр эксплуатационной колонны не уменьшится, что является преимуществом, поскольку подобное уменьшение диаметра может ограничить дальнейшие действия в скважине.

На Фиг.5 узел 1 со скользящей муфтой включает в себя клапан регулировки притока, такой, как клапан постоянного потока. Для регулировки потока клапан включает в себя пружинные элементы 12А и 12В. Пружинные элементы 12А, 12В пружинят вдоль по оси клапана, перпендикулярно осевой протяженности эксплуатационной колонны для обеспечения пружинящего усилия. У корпуса клапана имеется гнездо 35 и мембрана 31, а пружинный элемент представляет собой диафрагму, перемещающуюся к гнезду и закрывающему все отверстия 36 в клапане 13. Пружинные элементы 12А и 12В содержат две пружинные пластины, каждая из которых имеет форму звезды; размещенные одна над другой и смещающиеся в отношении друг друга таким образом, что концы звездообразных пластин 12А, 12В образуют между собой отверстия. Когда текучая среда под давлением из резервуара втекает через сетчатый фильтр 20, установленный на входном отверстии, текучая среда толкает пластины 12А и 12В вниз к гнезду 35 и мембране 31, таким образом, уменьшая до минимума проход через отверстия. В центре мембраны 31 имеется диафрагма, через которую текучая среда протекает после прохождения через отверстия, до попадания в выходное отверстие 7.

Трубная часть 2 узла 1 со скользящей муфтой имеет крепежное средство для крепления к эксплуатационной колонне 4, чтобы, таким образом, сформировать часть колонны обсадных труб. Крепежное средство может представлять собой резьбу для создания резьбового соединения с другими частями эксплуатационной колонны 4.

На Фиг.6 показана скважинная система 100, включающая в себя колонну обсадных труб или эксплуатационную колонну 4 и, по меньшей мере, один узел 1 со скользящей муфтой, соединенный с колонной обсадных труб 4. Скважинная система 100 включает в себя несколько узлов 1 со скользящей муфтой, расположенных вдоль колонны обсадных труб, называемой также эксплуатационной колонной. Таким образом, контроль поступления текучей среды из пласта может осуществляться посредством открытия и закрытия скользящих муфт. Кроме того, при выполнении действий, требующих текучей среды под высоким давлением для расширения расширяемых муфт кольцеобразных перемычек или такого крепежного устройства, как анкерное крепление, давление в колонне можно нагнетать изнутри посредством закрытия узлов 1 со скользящей муфтой.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любая текучая среда, которая может присутствовать внутри нефтяных или газовых скважин, например, природный газ, нефть, буровой раствор на нефтяной основе, вода и т.д. Под газом понимается любой газовый состав, присутствующий в скважине, обсадной колонне или необсаженной скважине, а под нефтью - любой нефтесодержащий состав, например, сырая нефть, нефтесодержащая жидкость и т.д. Газовые, нефтяные и водные текучие среды могут содержать любые другие элементы и вещества, помимо, соответственно, газа, нефти и/или воды.

Под эксплуатационными колоннами понимается любого рода трубы, обсадные трубы, трубные элементы, колонны, обсадные колонны, трубные комплексы и т.д., используемые в скважинах для добычи нефти или природного газа, а соответственно, эксплуатационная колонна - это колонна, по которой протекают углеводороды, такие как нефть и/или газ, для того, чтобы доставить нефть и/или газ наверх из коллектора. Эксплуатационная колонна может включать в себя первую обсадную колонну и подвесную колонну. Скользящую муфту используют для изоляции или открытия отверстия, через которое из пласта или коллектора может протекать нефть и/или газ или вода, причем, закрытие муфты изолирует отверстие так, что нефть и/или газ и/или вода не могут больше протекать в эксплуатационную колонну.

Несмотря на то, что изобретение было описано выше на примере предпочтительных вариантов осуществления изобретения, специалисту в данной области техники будет очевидно, что возможно внесение ряда изменений, не выходящих за рамки объема изобретения, определяемого следующей формулой изобретения.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в скважинном эксплуатационном оборудовании. Оборудование включает эксплуатационную колонну и узел со скользящей муфтой. При этом узел со скользящей муфтой содержит трубную часть, имеющую углубление и отверстие, а также трубную муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри углубления. На наружной поверхности муфты установлен уплотняющий элемент. При этом указанное отверстие содержит клапан, регулирующий приток. Технический результат заключается в повышении эффективности регулирования потока через скважинное оборудование. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Скважинное эксплуатационное оборудование (100), включающее в себя:
- эксплуатационную колонну (4), и
- узел (1) со скользящей муфтой, установленный в качестве части эксплуатационной колонны (4) и включающий в себя:
- трубную часть (2), формирующую часть эксплуатационной колонны и имеющую углубление (27), внутреннюю поверхность (3), отверстие (5) и осевую протяженность(28);
- трубную муфту (26), выполненную с возможностью скольжения внутри углубления, имеющую наружную поверхность (8), и выполненную с возможностью скольжения по осевой протяженности вдоль внутренней поверхности, между первым положением, в котором обеспечивается возможность протекания текучей среды через отверстие, и вторым положением, в котором протекание текучей среды через отверстие блокируется, и
- уплотняющий элемент (9), соединенный с муфтой со стороны ее наружной поверхности,
при этом указанное отверстие содержит клапан (13), такой, как клапан регулировки притока.

2. Скважинное эксплуатационное оборудование по п.1, в котором отверстие имеет некоторую ширину (w_o) в осевой протяженности, и уплотняющий элемент имеет ширину (w_s), превосходящую указанную ширину (w_o) отверстия.

3. Скважинное эксплуатационное оборудование по п.1 или 2, в котором у трубной муфты на ее наружной поверхности имеется, по меньшей мере, одна круговая канавка (10).

4. Скважинное эксплуатационное оборудование по п.3, в котором уплотняющий элемент находится в канавке.

5. Скважинное эксплуатационное оборудование по любому из пп.1-2 или 4, в котором у муфты имеется, по меньшей мере, две круговых канавки, каждая из которых содержит уплотняющий элемент.

6. Скважинное эксплуатационное оборудование по п.5, в котором отверстие имеет некоторую ширину (w_o) в осевой протяженности, и расстояние по оси между уплотняющими элементами превосходит указанную ширину отверстия.

7. Скважинное эксплуатационное оборудование по любому из пп.1, 2, 4 или 6, в котором уплотняющим элементом является шевронное уплотнение или уплотнительное кольцо.

8. Скважинное эксплуатационное оборудование по любому из пп.1, 2, 4 или 6, в котором у муфты имеется внутренняя поверхность (15), содержащая выемки (11).