СКВАЖИННАЯ РАЗЖИМНАЯ ТРУБА Российский патент 2017 года по МПК E21B29/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинной разжимной трубе, предназначенной для разжимания в скважине. Кроме того, настоящее изобретение относится к затрубному барьеру.

Уровень техники

Разжимные трубы используют в скважинах для выполнения различных задач, например для перекрывания отверстия в обсадной колонне в виде накладки или хвостовика, для образования барьера для потока между внутренней и внешней трубчатой конструкциями или между внутренней трубчатой конструкцией и внутренней стенкой ствола скважины в виде затрубного барьера, или для создания подвески хвостовика.

Когда разжимные трубы используют для перекрывания, например, отверстия или зоны, на наружной поверхности разжимной трубы часто предусматривают отдельные уплотняющие элементы для улучшения уплотнительных свойств. Однако опыт показывает, что положение уплотняющего элемента во время разжимания разжимных труб с трудом поддается контролю, из-за чего уплотняющий элемент может быть смещен из требуемого положения, что может вести к тому, что уплотнительные свойства будут отличаться от требуемых.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном преодолении упомянутых выше недостатков уровня техники. В частности, задача состоит в том, чтобы предложить скважинную разжимную трубу с улучшенными уплотнительными свойствами.

Вышеупомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из следующего далее описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению посредством скважинной разжимной трубы, предназначенной для разжимания в скважине от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра так, чтобы примыкать к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины, причем скважинная разжимная труба имеет наружную поверхность, вытянута в продольном направлении и содержит:

- по меньшей мере одну первую круговую кромку и по меньшей мере одну вторую круговую кромку, выполненные на наружной поверхности на расстоянии друг от друга в продольном направлении, причем между первой и второй круговыми кромками расположены уплотняющий элемент и удерживающий элемент в форме разрезного кольца, при этом удерживающий элемент в форме разрезного кольца образует упор для уплотняющего элемента, причем удерживающий элемент в форме разрезного кольца имеет более одного витка, так что при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра обеспечивается частичное раскручивание удерживающего элемента в виде разрезного кольца.

Это позволяет достичь того, что удерживающий элемент в виде разрезного кольца обеспечивает поддержание уплотняющего элемента в продольном направлении скважинной разжимной трубы даже при ее разжимании, так что уплотняющий элемент удерживается в требуемом положении, и уплотнительные свойства скважинной разжимной трубы улучшаются. Уплотняющий элемент может выдерживать более высокое давление с той стороны, где расположен удерживающий элемент в виде разрезного кольца, поскольку удерживающий элемент в виде разрезного кольца выполняет функцию упора и опорной системы для уплотняющего элемента.

Кроме того, удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть расположен с примыканием к уплотняющему элементу.

Также удерживающий элемент в виде разрезного кольца предпочтительно может быть выполнен из материала, имеющего предел текучести по меньшей мере 69 МПа, предпочтительно по меньшей мере 100 МПа.

В одном из вариантов осуществления изобретения удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть выполнен с возможностью раскручивания меньше чем на один виток при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра.

Более одного витка удерживающего элемента в виде разрезного кольца могут примыкать друг к другу вдоль удерживающего элемента в виде кольца.

Кроме того, более одного витка удерживающего элемента в виде разрезного кольца могут быть намотаны в виде спирали на скважинную разжимную трубу.

Также удерживающий элемент в виде разрезного кольца может иметь более одного витка при втором наружном диаметре скважинной разжимной трубы.

Кроме того, удерживающий элемент в виде разрезного кольца может иметь ширину в продольном направлении, причем указанная ширина является по существу одинаковой при первом наружном диаметре и втором наружном диаметре скважинной разжимной трубы.

В одном из вариантов осуществления изобретения удерживающий элемент в виде разрезного кольца может иметь множество витков.

Скважинная разжимная труба согласно настоящему изобретению может иметь первую толщину между первой и второй круговыми кромками и вторую толщину в смежных областях, причем первая толщина меньше второй толщины.

За счет этого достигается более легкое разжимание скважинной разжимной трубы между первой и второй фуговыми кромками, так что скважинная разжимная труба может быть разжата в этой области больше, чем в смежных областях, благодаря чему уплотняющий элемент может с большим усилием упираться во внутреннюю поверхность обсадной колонны или ствола скважины.

Кроме того, удерживающий элемент в виде разрезного кольца может при его частичном разжимании увеличиваться в наружном диаметре по меньшей мере у одного конца.

Помимо этого, удерживающий элемент в виде разрезного кольца и уплотняющий элемент могут по существу заполнять промежуток между первой и второй круговыми кромками.

В одном из вариантов осуществления изобретения удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть выполнен из металлического материала.

В другом варианте осуществления изобретения удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть выполнен из пружинного материала.

Также удерживающий элемент в виде разрезного кольца может иметь внутренний диаметр, причем внутренний диаметр является по существу равным наружному диаметру скважинной разжимной трубы между первой и второй круговыми кромками.

В одном из вариантов осуществления изобретения удерживающий элемент в виде разрезного кольца может иметь квадратное поперечное сечение.

В другом варианте осуществления изобретения удерживающий элемент в виде разрезного кольца может иметь круглое поперечное сечение.

Кроме того, уплотняющий элемент может иметь частично коническую форму.

Между первой и второй круговыми кромками может быть расположено множество уплотняющих элементов.

Кроме того, удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть расположен с первой стороны уплотняющего элемента, а с другой стороны уплотняющего элемента, противоположной первой стороне, может быть расположен второй удерживающий элемент в виде разрезного кольца.

Также удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть выполнен с возможностью удержания уплотняющего элемента в требуемом положении относительно продольного направления скважинной разжимной трубы при разжимании удерживающего элемента в виде разрезного кольца и уплотняющего элемента.

Кроме того, удерживающий элемент в виде кольца может представлять собой разрезное кольцо.

Дополнительно первая и вторая круговые кромки могут представлять собой часть канавки, выполненной на наружной поверхности скважинной разжимной трубы.

Скважинная разжимная труба согласно настоящему изобретению может содержать по меньшей мере два выступа, образующих круговые кромки.

Кроме того, первая и вторая круговые кромки могут выступать в радиальном направлении по отношению к скважинной разжимной трубе, причем указанное радиальное направление перпендикулярно продольному направлению скважинной разжимной трубы.

Помимо этого, между удерживающим элементом в виде разрезного кольца и уплотняющим элементом может быть расположен промежуточный элемент.

Указанный удерживающий элемент в виде разрезного кольца может частично накладываться на промежуточный элемент.

Дополнительно удерживающий элемент в виде разрезного кольца и промежуточный элемент могут быть расположены с примыканием к уплотняющему элементу, так что по меньшей мере один из удерживающего элемента в виде разрезного кольца и промежуточного элемента могут примыкать к уплотняющему элементу.

Кроме того, уплотняющий элемент может быть выполнен из эластомера, резины, политетрафторэтилена (ПТФЭ) или другого полимера.

Также промежуточный элемент может быть выполнен из гибкого материала. Гибкий материал может представлять собой политетрафторэтилен (ПТФЭ) в качестве основного материала с включением в него, например, латуни, углепластика и/или нержавеющей стали.

Кроме того, скважинная разжимная труба может быть выполнена из одной трубчатой металлической заготовки.

Заготовка может быть выполнена путем центробежного литья или вращательного литья.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая и вторая круговые кромки могут быть выполнены путем механической обработки заготовки.

Скважинная разжимная труба согласно настоящему изобретению может быть выполнена путем механической обработки из заготовки посредством шлифовки, фрезерования, резки или токарной обработки, или посредством аналогичных методов.

Кроме того, скважинная разжимная труба может содержать множество круговых кромок, выступов и/или канавок вдоль продольного направления скважинной разжимной трубы.

Дополнительно скважинная разжимная труба может представлять собой накладку, предназначенную для разжимания в обсадной колонне или скважинной трубчатой конструкции в скважине, подвеску хвостовика, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания в обсадной колонне или скважинной трубчатой конструкции в скважине, или обсадную колонну, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания в другой обсадной колонне.

Также скважинная разжимная труба может быть снабжена по меньшей мере одним круговым выступом.

Настоящее изобретение относится также к затрубному барьеру, предназначенному для разжимания в затрубном пространстве между скважинной трубчатой конструкцией и внутренней стенкой ствола скважины или обсадной трубы скважины для обеспечения изоляции зоны между первой зоной и второй зоной ствола скважины, содержащему:

- трубчатую часть, предназначенную для установки в качестве части скважинной трубчатой конструкции;

- упомянутую выше скважинную разжимную трубу, окружающую трубчатую часть и имеющую наружную поверхность, обращенную к внутренней стенке ствола скважины или обсадной колонны, причем каждый конец скважинной разжимной трубы соединен с трубчатой частью;

- пространство между скважинной разжимной трубой и трубчатой частью; и

- разжимное отверстие в трубчатой части, через которое текучая среда может поступать в пространство для разжимания скважинной разжимной трубы.

Также между скважинной разжимной трубой и трубчатой частью в затрубном барьере может быть расположена муфта, причем муфта соединена с трубчатой частью и скважинной разжимной трубой, разделяя тем самым пространство на первую секцию пространства и вторую секцию пространства.

Затрубный барьер согласно настоящему изобретению может содержать несколько муфт, зажатых между трубчатой частью и скважинной разжимной трубой.

Дополнительно, скважинная разжимная труба может иметь отверстие, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между первой или второй зоной и одной из секций пространства.

Помимо этого, выступ может представлять собой кольцеобразный выступ с толщиной, увеличенной относительно других частей скважинной разжимной трубы, причем кольцеобразный выступ обеспечивает усиление затрубного барьера при разжимании затрубного барьера.

Кроме того, настоящее изобретение относится к эксплуатационному оборудованию скважины, содержащему описанную выше скважинную разжимную трубу и обсадную колонну, имеющую внутреннюю поверхность, по направлению к которой может быть разжата по меньшей мере часть скважинной разжимной трубы.

Также настоящее изобретение относится к эксплуатационному оборудованию скважины, содержащему описанные выше скважинную трубчатую конструкцию и затрубный барьер, причем трубчатая часть затрубных барьеров может быть установлена как часть скважинной трубчатой конструкции.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу позиционирования и поддержания уплотняющего элемента на скважинной разжимной трубе при разжимании скважинной разжимной трубы от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра, содержащему следующие этапы:

- размещение уплотняющего элемента по окружности скважинной разжимной трубы между первой кромкой и второй кромками, выполненными на наружной поверхности скважинной разжимной трубы; и

- размещение удерживающего элемента в виде разрезного кольца вокруг скважинной разжимной трубы между первой кромкой и уплотняющим элементом таким образом, что удерживающий элемент в виде разрезного кольца и уплотняющий элемент по существу заполняют промежуток между первой и второй кромками.

В одном из вариантов осуществления изобретения между удерживающим элементом в виде разрезного кольца и уплотняющим элементом может быть расположен промежуточный элемент.

Удерживающий элемент в виде разрезного кольца может быть расположен с первой стороны уплотняющего элемента, а с другой стороны уплотняющего элемента, противоположной первой стороне, может быть расположен второй удерживающий элемент в виде разрезного кольца.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых показаны некоторые неограничительные варианты осуществления изобретения и на которых:

на фиг. 1 в поперечном разрезе показана часть скважинной разжимной трубы в неразжатом и разжатом состоянии соответственно;

на фиг. 2-7 в поперечном разрезе показаны различные варианты осуществления удерживающего элемента в виде разрезного кольца и уплотняющего элемента, расположенных между первой и второй круговыми кромками скважинной разжимной трубы;

на фиг. 8 на виде сбоку показана часть скважинной разжимной трубы;

на фиг. 9-10 показан удерживающий элемент в виде разрезного кольца;

на фиг. 11а-11b в аксонометрии показан удерживающий элемент в виде разрезного кольца;

на фиг. 12 в поперечном разрезе показана часть скважинной разжимной трубы;

на фиг. 13 в поперечном разрезе показан вариант осуществления скважинной разжимной трубы без удерживающего элемента в виде разрезного кольца и уплотняющего элемента;

на фиг. 14 в поперечном разрезе показана скважинная разжимная труба в виде накладки;

на фиг. 15 в поперечном разрезе показана скважинная разжимная труба в виде подвески хвостовика;

на фиг. 16 в поперечном разрезе показан затрубный барьер, содержащий скважинную разжимную трубу;

на фиг. 17 показано эксплуатационное оборудование скважины, имеющее затрубный барьер с скважинной разжимной трубой; и

на фиг. 18 показан другой затрубный барьер, имеющий промежуточную муфту для выравнивания давления на скважинной разжимной трубе.

Все чертежи выполнены схематически и без обязательного соблюдения масштаба, при этом на них показаны только те элементы, которые необходимы для разъяснения изобретения, тогда как другие элементы не показаны или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 в поперечном разрезе показана часть скважинной разжимной трубы 1 согласно настоящему изобретению в неразжатом (левая часть фиг. 1) и разжатом состоянии (правая часть фиг. 1) соответственно. Скважинная разжимная труба 1 предназначена для разжимания в скважине от первого наружного диаметра D₁ до второго наружного диаметра D₂ с примыканием в данном варианте осуществления изобретения к внутренней поверхности 2 ствола скважины.

Скважинная разжимная труба 1 вытянута в продольном направлении I и содержит по меньшей одну первую круговую кромку 3 и по меньшей мере одну вторую круговую кромку 4, выполненные на наружной поверхности 5 скважинной разжимной трубы 1 на расстоянии друг от друга в продольном направлении. Дополнительно между первой и второй круговыми кромками 3, 4 расположен уплотняющий элемент 6 и удерживающий элемент 7 в форме разрезного кольца. Удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца имеет более одного витка, так что при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра D₁ до второго наружного диаметра D₂ обеспечивается частичное раскручивание витков удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца имеет три витка. Однако в других вариантах осуществления изобретения он может иметь два, четыре, пять, шесть или семь витков и, возможно, даже большее количество витков. Удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца и уплотняющий элемент 6 заполняют промежуток между первой и второй круговыми кромками 3, 4. Таким образом, удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца расположен с примыканием к уплотняющему элементу. Это позволяет достичь того, что удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца обеспечивает удержание уплотняющего элемента 6 в продольном направлении скважинной разжимной трубы 1 даже после ее разжимания, так что уплотняющий элемент 6 сохраняет требуемое положение, и уплотнительные свойства скважинной разжимной трубы 1 улучшаются. Помимо этого, испытания показали, что уплотняющий элемент может выдерживать более высокое давление с той стороны, где расположен удерживающий элемент в виде разрезного кольца, поскольку удерживающий элемент в виде разрезного кольца выполняет функцию упора и опорной системы для уплотняющего элемента. Кроме того, удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца имеет ширину w в продольном направлении I, причем ширина w является по существу постоянной при первом наружном диаметре D₁ и втором наружном диаметре D₂ скважинной разжимной трубы 1.

На фиг. 2 в поперечном разрезе показан увеличенный вид скважинной разжимной трубы 1, показанной на фиг. 1. Уплотняющий элемент 6 примыкает к второй кромке 4, а удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца расположен между первой кромкой 3 и уплотняющим элементом 6. Удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца имеет три витка, и каждый виток имеет квадратное сечение. В данном варианте осуществления изобретения первая и вторая круговые кромки 3, 4 представляют собой часть канавки 8, выполненной на наружной поверхности 5 скважинной разжимной трубы 1. Первая и вторая круговые кромки 3, 4 выступают в радиальном направлении по отношению к скважинной разжимной трубе 1, причем указанное радиальное направление по существу перпендикулярно продольному направлению I скважинной разжимной трубы 1.

Скважинная разжимная труба 1 имеет первую толщину T₁ между первой и второй круговыми кромками 3, 4, то есть в канавке 8, и вторую толщину Т₂ в смежных областях, причем первая толщина T₁ меньше второй толщины Т₂. За счет этого достигается более легкое разжимание скважинной разжимной трубы 1 между первой и второй круговыми кромками 3, 4, так что скважинная разжимная труба 1 может быть разжата в этой области больше, чем в смежных областях, благодаря чему уплотняющий элемент 6 может с большим усилием упираться во внутреннюю поверхность обсадной колонны или ствола скважины (не показана).

На фиг. 3 показан другой вариант осуществления скважинной разжимной трубы 1, в котором между удерживающим элементом 7 в виде разрезного кольца и уплотняющим элементом 6 расположен промежуточный элемент 9. В данном варианте осуществления изобретения удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца частично наложен на промежуточный элемент 9. Промежуточный элемент 9 может быть выполнен из гибкого материала с возможностью поддержания удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца в требуемом положении, защищая и служа опорой для уплотняющего элемента 6. Удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца, промежуточный элемент 9 и уплотняющий элемент 6 расположены в канавке 8 между первой и второй круговыми кромками 3, 4.

На фиг. 4 показан вариант осуществления скважинной разжимной трубы 1, в котором удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца расположен с первой стороны уплотняющего элемента 6, а с другой стороны уплотняющего элемента 6, противоположной первой стороне, расположен второй удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца. Как второй удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца, так и уплотняющий элемент 6 расположены в канавке 8 между первой и второй круговыми кромками 3, 4.

На фиг. 5а показан вариант осуществления скважинной разжимной трубы 1, в котором между удерживающими элементами 7 в виде разрезного кольца и уплотняющим элементом 6 расположены первый и второй промежуточные элементы 9. В данном варианте осуществления изобретения витки удерживающих элементов 7 в виде разрезного кольца имеют круглое сечение и частично наложены на промежуточные элементы 9. Так же, как показано на предыдущих чертежах, элементы расположены в канавке 8 между первой и второй круговыми кромками 3, 4.

На фиг. 5b показан вариант осуществления скважинной разжимной трубы 1, показанной на фиг. 5а, в разжатом состоянии, когда она упирается во внутреннюю поверхность 2 ствола скважины или обсадной колонны. Промежуточный элемент 9 предпочтительно может быть выполнен из гибкого материала, например упрочненного тефлона, то есть политетрафторэтилена (ПТФЭ) в качестве основного материала с включенными в него элементами, например из латуни, углепластика и/или нержавеющей стали, например в виде волокон. Соответственно промежуточные элементы 9 могут изменять свою геометрическую форму во время разжимания под действием давления в затрубном пространстве, так что промежуточные элементы приобретают треугольную форму в поперечном сечении, как показано на фиг. 5b, в результате промежуточные элементы сужаются по направлению от уплотняющего элемента 6 к круговым кромкам 3, 4. Удерживающие элементы 7 в виде разрезного кольца наложены на промежуточные элементы 9 и за счет этого проходят наклонно в продольном направлении скважинной разжимной трубы. Благодаря этому удерживающие элементы 7 в виде разрезного кольца и промежуточные элементы 9 совместно выполняют функцию упора и опорной системы для уплотняющего элемента 6, обеспечивая уплотняющему элементу 6 возможность выдерживать давление с обеих сторон уплотняющего элемента 6 без потери уплотняющих свойств.

На фиг. 6 показан еще один вариант осуществления скважинной разжимной трубы 1, в котором между удерживающими элементами 7 в виде разрезного кольца и уплотняющим элементом 6 также расположены первый и второй промежуточные элементы 9. В данном варианте осуществления изобретения промежуточные элементы 9 имеют форму, отличную от показанной на фиг. 3 и 5, а витки удерживающих элементов 7 в виде разрезного кольца примыкают к промежуточным элементам с одной стороны, тогда как противоположная сторона удерживающих элементов 7 в виде разрезного кольца примыкает к первой и второй круговым кромкам 3, 4 соответственно. Все элементы расположены в канавке 8 между первой и второй круговыми кромками 3, 4.

На фиг. 7 показан другой вариант осуществления скважинной разжимной трубы 1, в котором скважинная разжимная труба 1 содержит по меньшей мере два выступа 10, образующие первую и вторую круговые кромки 3, 4. Уплотняющий элемент 6, промежуточные элементы 9 и удерживающие элементы 7 в виде разрезного кольца расположены между двумя выступами 10, то есть между первой и второй круговыми кромками 3, 4, так что промежуточные элементы 9 примыкают к уплотняющему элементу с обеих сторон, а удерживающие элементы 7 в виде разрезного кольца расположены снаружи промежуточных элементов 9.

В представленных вариантах осуществления изобретения показан только один уплотняющий элемент. В других, не представленных вариантах осуществления, между первой и второй круговыми кромками может быть расположено множество уплотняющих элементов. Уплотняющий элемент предпочтительно выполнен из уплотнительного материала, например резины или эластомерного материала, политетрафторэтилена (ПТФЭ) или другого полимера, поэтому является гибким и может быть прижат к внутренней поверхности. Уплотняющий элемент может иметь различную форму в поперечном сечении, например конусообразную или круглую, и может содержать несколько выступов.

На фиг. 8 показана часть скважинной разжимной трубы 1 на виде сбоку. Каждый удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца имеет три витка, проходящих вокруг скважинной разжимной трубы 1, и уплотняющий элемент 6 также проходит вокруг разжимной трубы. Первая и вторая круговые кромки 3, 4 также проходят по окружности вокруг разжимной трубы 1.

Удерживающий элемент в виде разрезного кольца предпочтительно выполнен из материала, имеющего предел текучести по меньшей мере 69 МПа, предпочтительно по меньшей мере 100 МПа. Удерживающий элемент в виде разрезного кольца предпочтительно выполнен из металлического материала, например пружинного материала, или полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) или аналогичного материала. Поскольку удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца содержит более одного витка и выполнен из металлического материала, при разжимании скважинной разжимной трубы 1 он также будет разжиматься. За счет этого удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца выполняет функцию эффективного разжимного стального упора и опорной системы для уплотняющего элемента. Например, при разжимании скважинной разжимной трубы на 30% удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца будет разжат приблизительно на 30% окружности удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца, таким образом, количество витков удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца уменьшается так, что при этом сохраняется способность заполнять промежутки в продольном направлении, в результате чего уплотняющий элемент, удерживающий элемент в виде разрезного кольца и промежуточные элементы (при их наличии), заполняют промежуток между первой и второй круговыми кромками 3, 4. На фиг. 9 и 10 показан удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца. Как описано выше, удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца содержит более одного витка, которые плотно примыкают друг к другу. При разжимании удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца его диаметр увеличивается от D до D_e, как описано выше и показано на фиг. 9 и 10. Благодаря наличию витков и использованию пружинного материала витки смещаются по отношению друг к другу, и конец 11 удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца перемещается из положения, показанного на фиг. 9, в положение, показанное на фиг. 10. На фиг. 11а и 11b в аксонометрии показан удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца в неразжатом и разжатом состоянии соответственно, причем можно установить, что количество витков 7', 7'', 7''' удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца в процессе разжимания уменьшается, поскольку периметр или длина окружности удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца в процессе разжимания увеличивается.

Как показано на фиг. 12, удерживающие элементы 7 в виде разрезного кольца расположены с противоположных сторон уплотняющего элемента 6 так, что уплотняющий элемент 6 расположен между их круговыми кромками и поддерживается ими. Удерживающие элементы 7 в виде разрезного кольца могут иметь приблизительно 3,5 витка, а после разжимания скважинной разжимной трубы удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца имеет приблизительно 2,7 витка, по существу сохраняя свою протяженность и ширину в продольном направлении скважинной разжимной трубы 1, несмотря на то, что удерживающий элемент 7 в виде разрезного кольца частично раскручен. Как показано на фиг. 11, витки 7', 7'', 7''' удерживающего элемента 7 в виде разрезного кольца намотаны в виде спирали на скважинную разжимную трубу 1.

На фиг. 13 показана скважинная разжимная труба 1 без удерживающих элементов в виде разрезного кольца и уплотняющих элементов. В данном варианте осуществления она включает в себя две пары первых и вторых круговых кромок 3, 4 и две канавки 8, находящиеся на наружной поверхности 5 скважинной разжимной трубы 1.

Скважинная разжимная труба может быть выполнена из одной трубчатой металлической заготовки, причем заготовка может быть выполнена центробежным литьем или вращательным литьем. При этом первая и вторая круговые кромки могут быть выполнены путем механической обработки заготовки.

На фиг. 14 скважинная разжимная труба 1 представляет собой накладку, которая разжимается внутри обсадной колонны 12, являющейся частью скважинной трубчатой конструкции в скважине. Накладка обычно используется для устранения течи или перекрывания перфорированной зоны с отверстиями 13 в обсадной колонне. Скважинную разжимную трубу 1 с первым диаметром вводят в обсадную колонну 12, и после расположения напротив отверстий 13 разжимную трубу разжимают до большего, второго диаметра, пока уплотняющие элементы 6 не будут зажаты между скважинной разжимной трубой 1 и внутренней поверхностью 2 обсадной колонны 12, как показано в увеличенной выноске. Поскольку уплотняющие элементы 6 расположены между первой и второй круговыми кромками 3, 4 с противоположных сторон перфорированной зоны с отверстиями 13, зона перекрывается, что не позволяет попадать в нее скважинной текучей среде из продуктивного пласта через отверстия 13.

На фиг. 15 показана скважинная разжимная труба 1, представляющая собой подвеску хвостовика, при этом скважинная разжимная труба 1 частично разжата внутри верхней обсадной колонны 12, представляющей собой часть скважинной трубчатой конструкции в скважине. Над верхней обсадной колонной 12 может быть расположено устьевое оборудование 75. Скважинная разжимная труба 1 имеет первую часть 36, расположенную напротив верхней обсадной колонны 12, и вторую часть 37, расположенную под верхней обсадной колонной. Первая часть 36 скважинной разжимной трубы 1 была разжата до тех пор, пока уплотняющие элементы 6 не оказались прижатыми к внутренней поверхности 2 обсадной колонны 12, а вторая часть 37 скважинной разжимной трубы 1 осталась неразжатой.

На фиг. 16 в поперечном разрезе показан вид затрубного барьера 100, разжатого в затрубном пространстве 101 между скважинной трубчатой конструкцией 300 и внутренней поверхностью 2 ствола скважины 200. Затрубный барьер 100 обеспечивает изоляцию зоны между первой зоной 102 и второй зоной 103 ствола скважины. Затрубный барьер 100 имеет протяженность в осевом направлении 22, совпадающим с продольным направлением обсадной колонны и скважинной трубчатой конструкции 300. Затрубный барьер 100 содержит трубчатую металлическую деталь 20, которая может быть отдельной трубчатой частью или частью обсадной колонны, предназначенной для установки на ней части скважинной трубчатой конструкции 300. Кроме того, затрубный барьер 100 содержит скважинную разжимную трубу 1, окружающую трубчатую часть, причем каждый конец 31, 32 скважинной разжимной трубы 1 соединен с трубчатой частью посредством соединительных частей 30. Скважинная разжимная труба 1 и трубчатая металлическая часть 20 ограничивают пространство 21 затрубного барьера, при этом в трубчатой части выполнено разжимное отверстие 23, через которое текучая среда может поступать в пространство 21, разжимая скважинную разжимную трубу 1, как показано на фиг. 15. Разжимание скважинной разжимной трубы 1 происходит до тех пор, пока уплотняющие элементы 6 или выступы или кромки не примкнут к внутренней поверхности 2 ствола 200 скважины, в результате чего свободное перетекание текучей среды из первой зоны 102 во вторую зону 103 будет предотвращено.

Как показано на фиг. 17, для изоляции продуктивной зоны 400 между затрубными барьерами 100 расположен клапан или секция 600 для гидроразрыва, называемый также фрак-портом, так что при разжатых затрубных барьерах 100 фрак-порт 600 открывается, пропуская текучую среду в продуктивный пласт для образования в продуктивном пласте трещин, облегчающих поступление углеводородсодержащей текучей среды, например нефти, в скважинную трубчатую конструкцию 300. Клапан или секция 600 для гидроразрыва может также содержать впускную секцию, которая может выполнять функцию фрак-порта. Может быть предусмотрен фильтр для фильтрации текучей среды перед поступлением в обсадную колонну.

Как показано на фиг. 18, затрубный барьер дополнительно содержит муфту 25, расположенную между скважинной разжимной трубой 1 и трубчатой частью 20. Муфта 25 соединена с трубчатой частью 20 и скважинной разжимной трубой 1, разделяя тем самым пространство на первую секцию 21а пространства и вторую секцию 21b пространства. Муфта зажата между трубчатой частью и скважинной разжимной трубой. Муфта 25 также может быть соединена с трубчатой частью иным образом, например она может быть насажена на трубчатую часть. Для выравнивания давления скважинная разжимная труба имеет отверстие 24, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между первой или второй зоной и одной из секций пространства, что обеспечивает выравнивание давления между пространством и этой зоной. Когда, например, при выполнении гидроразрыва пласта или другого вида обработки скважины, давление в одной из зон, где выполняется гидроразрыв пласта, возрастает, и для предотвращения разрушения разжимной трубы текучая среда пропускается через отверстие 24 в первую секцию 21а пространства. Под воздействием высокого давления муфта 25 перемещается к трубчатой части, поддаваясь действию высокого давления в первой секции 21а пространства, и первый отдел 21а пространства увеличивается, пока давление не выровняется или муфта не примкнет к трубчатой части.

Скважинная разжимная труба может быть также насажена на трубчатую часть, или, если затрубный барьер содержит муфту, насажена на концы муфты. Муфта является гибкой и выполнена из металла или полимера, например эластомера. Как показано на фиг. 18, выступ представляет собой кольцеобразный выступ, толщина которого увеличена относительно других частей скважинной разжимной трубы, при этом кольцеобразный выступ обеспечивает усиление затрубного барьера при его разжимании.

На фиг. 18 показан удерживающий элемент 10 в виде кольца в затрубном барьере, представляющий собой разрезное кольцо с тремя витками. В затрубных барьерах, показанных на фиг. 16 и 18, концы скважинной разжимной трубы могут быть приварены к трубчатой части, или же скважинная разжимная труба может быть насажена на трубчатую часть. Один конец скважинной разжимной трубы может быть выполнен с возможностью скольжения относительно трубчатой части.

Трубчатая заготовка может быть выполнена из любого металла, например чугуна, стали, нержавеющей стали, или из более пластичных материалов, например меди, алюминия, свинца, олова, никеля, полимеров, эластомеров, резины или их комбинации.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами; под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, в том числе сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.

Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

Хотя изобретение было описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к разжимным трубам, применяемым для перекрывания отверстия в обсадной колонне или для образования барьера для потока. Устройство предназначено для разжимания в скважине от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра так, чтобы примыкать к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины. Разжимная труба имеет наружную поверхность, вытянута в продольном направлении и содержит по меньшей мере одну первую круговую кромку и по меньшей мере одну вторую круговую кромку, выполненные на наружной поверхности на расстоянии друг от друга в продольном направлении. Между первой и второй круговыми кромками расположен уплотняющий элемент и удерживающий элемент в виде разрезного кольца, который образует упор для уплотняющего элемента, и имеет более одного витка, так что при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра обеспечивается частичное раскручивание удерживающего элемента в виде разрезного кольца. Повышается надежность герметизации и улучшаются уплотнительные свойства. 4 н. 16 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Скважинная разжимная труба (1), предназначенная для разжимания в скважине от первого наружного диаметра (D₁) до второго наружного диаметра (D₂) так, чтобы примыкать к внутренней поверхности (2) обсадной колонны или ствола скважины, причем скважинная разжимная труба (1) имеет наружную поверхность (5), вытянута в продольном направлении (I) и содержит:

по меньшей мере одну первую круговую кромку (3) и по меньшей мере одну вторую круговую кромку (4), выполненные на наружной поверхности на расстоянии друг от друга в продольном направлении;

причем между первой и второй круговыми кромками (3, 4) расположен уплотняющий элемент (6) и удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца, при этом удерживающий элемент в виде разрезного кольца образует упор для уплотняющего элемента;

причем удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца имеет более одного витка, так что при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра (D₁) до второго наружного диаметра (D₂) обеспечивается частичное раскручивание удерживающего элемента (7) в виде разрезного кольца.

2. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца расположен с примыканием к уплотняющему элементу.

3. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца выполнен с возможностью раскручивания менее чем на один виток при разжимании разжимной трубы от первого наружного диаметра (D₁) до второго наружного диаметра (D₂).

4. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца имеет более одного витка при втором наружном диаметре (D₂) скважинной разжимной трубы.

5. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца имеет множество витков.

6. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой скважинная разжимная труба (1) имеет первую толщину (Т₁) между первой и второй круговыми кромками (3, 4) и вторую толщину (Т₂) в смежных областях, причем первая толщина (T₁) меньше второй толщины (Т₂).

7. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца и уплотняющий элемент (6) по существу заполняют промежуток, образованный между первой и второй круговыми кромками (3, 4).

8. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца выполнен из пружинного материала.

9. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца расположен с первой стороны уплотняющего элемента (6), при этом с другой стороны уплотняющего элемента (6), противоположной первой стороне, расположен второй удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца.

10. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца выполнен с возможностью удержания уплотняющего элемента (6) в требуемом положении относительно продольного направления скважинной разжимной трубы при разжимании удерживающего элемента в виде разрезного кольца и уплотняющего элемента.

11. Скважинная разжимная труба по п. 1 или 2, в которой удерживающий элемент в виде кольца представляет собой разрезное кольцо.

12. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой первая и вторая круговые кромки (3, 4) представляют собой часть канавки (8), выполненной на наружной поверхности (5) скважинной разжимной трубы.

13. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой первая и вторая круговые кромки (3, 4) выступают в радиальном направлении относительно скважинной разжимной трубы, причем указанное радиальное направление по существу перпендикулярно продольному направлению (I) скважинной разжимной трубы.

14. Скважинная разжимная труба (1) по п. 1 или 2, в которой между удерживающим элементом (7) в виде разрезного кольца и уплотняющим элементом (6) расположен промежуточный элемент (9).

15. Скважинная разжимная труба по п. 14, в которой удерживающий элемент (7) в виде разрезного кольца и промежуточный элемент расположены с примыканием к уплотняющему элементу, так что по меньшей мере один элемент из удерживающего элемента (7) в виде разрезного кольца и промежуточного элемента примыкает к уплотняющему элементу.

16. Скважинная разжимная труба (1) по любому из пп. 1, 2 или 15, причем скважинная разжимная труба (1) представляет собой накладку, предназначенную для разжимания в обсадной колонне или скважинной трубчатой конструкции в скважине, подвеску хвостовика, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания в обсадной колонне или скважинной трубчатой конструкции в скважине, или обсадную колонну, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания в другой обсадной колонне.

17. Затрубный барьер (100), предназначенный для разжимания в затрубном пространстве (101) между скважинной трубчатой конструкцией (300) и внутренней стенкой ствола скважины или обсадной колонны скважины для обеспечения изоляции зоны между первой зоной (102) и второй зоной (103) ствола скважины, содержащий:

- трубчатую часть (20), предназначенную для установки в качестве части скважинной трубчатой конструкции (300);

- скважинную разжимную трубу (1) по любому из пп. 1-16, окружающую трубчатую часть (20) и имеющую наружную поверхность, обращенную к внутренней стенке ствола скважины или обсадной колонны, причем каждый конец скважинной разжимной трубы соединен с трубчатой частью;

- пространство (21) между скважинной разжимной трубой и трубчатой частью; и

- разжимное отверстие (23) в трубчатой части, через которое текучая среда может поступать в пространство для разжимания скважинной разжимной трубы.

18. Затрубный барьер по п. 17, в котором между скважинной разжимной трубой и трубчатой частью расположена муфта (25), причем муфта соединена с трубчатой частью и скважинной разжимной трубой, разделяя тем самым пространство на первую секцию пространства и вторую секцию пространства.

19. Эксплуатационное оборудование скважины, содержащее скважинную разжимную трубу по любому из пп. 1-16 и обсадную колонну, имеющую внутреннюю поверхность (2), по направлению к которой разжата по меньшей мере часть скважинной разжимной трубы.

20. Эксплуатационное оборудование скважины, содержащее скважинную трубчатую конструкцию и затрубный барьер по п. 17 или 18, причем трубчатая часть затрубных барьеров установлена как часть скважинной трубчатой конструкции.