СКВАЖИННАЯ РАЗЖИМНАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ТРУБА Российский патент 2019 года по МПК E21B33/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинной разжимной металлической трубе, вытянутой в осевом направлении и предназначенной для разжимания в скважине таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность обсадной колонны или ствола скважины. Кроме того, настоящее изобретение относится к затрубному барьеру, эксплуатационному оборудованию скважины и способу разжимания уплотнения.

Уровень техники

При изоляции одной продуктивной зоны от другой одна из сложностей состоит в том, что стенка ствола скважины не является гладкой и ровной. В связи с этим было сделано несколько попыток создать затрубные барьеры, которые бы обеспечивали необходимое уплотнение с такими неровными поверхностями.

Один метод обеспечения изоляции зон заключается в использовании затрубных барьеров, содержащих разжимные муфты, расположенные снаружи скважинной трубчатой конструкции. После разжимания муфта упирается во внутреннюю поверхность ствола скважины, чтобы обеспечить изоляцию зон. Снаружи муфты расположены уплотняющие средства, предназначенные для того, чтобы упираться в стенку ствола скважины и улучшать изоляционную способность затрубного барьера. Однако уплотняющие средства не всегда обеспечивают достаточное уплотнение, и уплотняющие средства не могут быть увеличены, так как при этом будет также увеличен наружный диаметр затрубного барьера, и, поскольку затрубный барьер погружают в ствол скважины, такие увеличенные уплотняющие средства будут ударяться о ствол скважины и, как следствие, повреждаться.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном преодолении упомянутых выше недостатков уровня техники. Более конкретно, задача состоит в создании улучшенной скважинной разжимной металлической трубы, имеющей улучшенные уплотняющие свойства.

Вышеупомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из следующего далее описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению посредством скважинной разжимной металлической трубы, вытянутой в осевом направлении и предназначенной для разжимания в скважине таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность обсадной колонны или ствола скважины, содержащей:

- первую секцию, имеющую первый наружный диаметр;

- два периферических выступа, имеющих второй наружный диаметр, который больше первого наружного диаметра; и

- вторую секцию, расположенную между двумя выступами, при этом каждый выступ имеет наклонную поверхность, сходящую на конус от второго наружного диаметра ко второй секции;

причем вторая секция имеет третий наружный диаметр, который меньше первого наружного диаметра в неразжатом состоянии, и между выступами напротив второй секции расположен уплотняющий элемент таким образом, что в процессе разжимания обеспечена возможность выгибания второй секции в радиальном направлении наружу больше, чем первой секции, с обеспечением выдавливания уплотняющего элемента в радиальном направлении наружу.

Разжимная металлическая труба, описанная выше, может иметь внутренний диаметр, который остается неизменным в осевом направлении в неразжатом состоянии.

Кроме того, уплотняющий элемент может иметь кольцеобразную форму.

Помимо этого, уплотняющий элемент может иметь поперечное сечение трапециевидной формы.

Также, трапециевидная форма поперечного сечения может по существу совпадать с формой поперечного сечения второй секции и двух выступов.

Дополнительно, первая секция может иметь первую толщину, а вторая секция может иметь вторую толщину, причем вторая толщина по меньшей мере на 25% меньше первой толщины, предпочтительно по меньшей мере на 40% меньше первой толщины.

Наклонная поверхность выступов может образовывать угол по отношению к осевому направлению, причем указанный угол составляет по меньшей мере 110°, предпочтительно 135°.

Кроме того, скважинная разжимная металлическая труба, описанная выше, может дополнительно содержать множество вторых секций, разделенных первой секцией.

Помимо этого, поскольку уплотняющий элемент расположен во второй секции, вторая секция, содержащая уплотняющий элемент, может иметь наружный диаметр, по существу совпадающий со вторым наружным диаметром выступов.

Также, уплотняющий элемент может быть свободно расположен напротив второй секции.

Указанный уплотняющий элемент может быть изготовлен из эластомера, резины, политетрафторэтилена (PTFE) или другого полимера.

Дополнительно, скважинная разжимная металлическая труба может быть выполнена гофрированной с образованием выступов и канавок, при этом скважинная разжимная металлическая труба имеет по существу равномерную толщину.

Кроме того, по меньшей мере в одной из канавок может быть расположен уплотняющий элемент.

Также, канавки могут иметь меньшую протяженность в осевом направлении, чем выступы.

В одном из вариантов осуществления изобретения скважинная разжимная металлическая труба может оканчиваться выступами, представляющими собой конечные выступы.

Выступы между канавками могут быть меньше по протяженности, чем конечные выступы.

Помимо этого, выступы могут быть вытянуты в осевом направлении.

Дополнительно, выступы могут иметь прямую часть, по существу параллельную осевому направлению.

Кроме того, по меньшей мере в одной из канавок может быть расположен уплотняющий элемент.

Дополнительно, скважинная разжимная металлическая труба в поперечном сечении в осевом направлении может иметь гофрированную квадратную или трапециевидную форму.

Помимо этого, в каждой канавке может быть расположен уплотняющий элемент.

Кроме того, между выступами может быть расположен уплотняющий элемент и фиксирующий элемент в виде разрезных колец, причем фиксирующий элемент в виде разрезных колец образует упор для уплотняющего элемента.

Также, уплотняющий элемент и фиксирующий элемент в виде разрезных колец могут быть расположены по меньшей мере в одной из канавок, причем фиксирующий элемент в виде разрезных колец образует упор для уплотняющего элемента.

Также, фиксирующий элемент в виде разрезных колец может иметь более одного витка так, что, когда разжимную трубу разжимают от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра, фиксирующий элемент в виде разрезных колец частично разматывается.

Кроме того, фиксирующий элемент в виде разрезных колец может упираться в уплотняющий элемент.

Помимо этого, фиксирующий элемент в виде разрезных колец предпочтительно может быть изготовлен из материала, имеющего предел текучести, равный по меньшей мере 69 МПа, предпочтительно по меньшей мере 100 МПа.

Дополнительно, фиксирующий элемент в виде разрезных колец может разматываться меньше чем на один виток, когда разжимную трубу разжимают от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра.

Также, фиксирующий элемент в виде разрезных колец может иметь более одного кольца на втором наружном диаметре скважинной разжимной металлической трубы.

Кроме того, фиксирующий элемент в виде разрезных колец может иметь ширину в продольном измерении, причем ширина будет по существу одинаковой на первом наружном диаметре и втором наружном диаметре скважинной разжимной металлической трубы.

Помимо этого, фиксирующий элемент в виде разрезных колец может иметь множество витков.

Дополнительно, между фиксирующим элементом в виде разрезных колец и уплотняющим элементом может быть расположен промежуточный элемент.

Кроме того, каждый выступ может иметь наклонную поверхность, сходящую на конус от второй секции в направлении второго наружного диаметра или сходящую на конус от канавки в направлении уплотняющего элемента.

Помимо этого, скважинная разжимная металлическая труба может представлять собой ремонтную накладку, предназначенную для разжимания внутри обсадной колонны или скважинной трубчатой конструкции в скважине, подвеску хвостовика, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания внутри обсадной колонны или скважинной трубчатой конструкции в скважине, или обсадную колонну, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания внутри другой обсадной колонны.

Настоящее изобретение относится также к затрубному барьеру, предназначенному для разжимания в затрубном пространстве между скважинной трубчатой конструкцией и внутренней поверхностью ствола скважины или обсадной колонны в скважине для обеспечения изоляции зон между первой зоной и второй зоной ствола скважины, причем затрубный барьер содержит:

- трубчатую часть, предназначенную для установки как часть скважинной трубчатой конструкции;

- скважинную разжимную металлическую трубу по любому из предыдущих пунктов, окружающую трубчатую часть и имеющую наружную поверхность, обращенную к внутренней поверхности ствола скважины или обсадной колонны, причем каждый конец скважинной разжимной металлической трубы соединен с трубчатой частью; и

кольцевое пространство между скважинной разжимной металлической трубой и трубчатой частью.

Указанное кольцевое пространство может содержать состав, предназначенный для разжимания кольцевого пространства.

Кроме того, состав может содержать по меньшей мере один термически разлагаемый состав, предназначенный для генерации при разложении газа или сверхкритической текучей среды.

Также, состав может содержать азот.

Состав может быть выбран из группы, состоящей из: дихромата аммония, нитрата аммония, нитрита аммония, азида бария, нитрата натрия или их комбинации.

Помимо этого, состав может присутствовать в форме порошка, порошка, диспергированного в жидкости, или порошка, растворенного в жидкости.

Дополнительно в трубчатой части напротив разжимной металлической трубы может быть выполнено отверстие для впуска текучей среды под давлением в кольцевое пространство для разжимания металлической трубы.

В отверстии может быть расположен клапан.

Кроме того, клапан может представлять собой обратный клапан.

Один или оба конца разжимной металлической трубы могут быть соединены с трубчатой частью посредством соединительных частей.

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

Кроме того, разжимная металлическая труба может иметь вырез, обеспечивающий сообщение с возможностью передачи текучей среды между первой или второй зоной и одной из секций пространства.

Настоящее изобретение относится также к эксплуатационному оборудованию скважины, содержащему:

- скважинную трубчатую конструкцию; и

- скважинную разжимную металлическую трубу, описанную выше.

Помимо этого, настоящее изобретение относится к эксплуатационному оборудованию скважины, содержащему:

- скважинную трубчатую конструкцию; и

- затрубный барьер, описанный выше;

причем трубчатая часть затрубного барьера установлена как часть скважинной трубчатой конструкции.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу разжимания уплотнения, содержащему следующие этапы:

- расположение скважинной разжимной металлической трубы, описанной выше, напротив участка, предназначенного для уплотнения; и

- разжимание скважинной разжимной металлической трубы таким образом, чтобы она упиралась в участок и тем самым обеспечивала уплотнение участка.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу разжимания уплотнения, содержащему следующие этапы:

расположение эксплуатационного оборудования скважины, описанного выше; и

- разжимание скважинной разжимной металлической трубы затрубного барьера таким образом, чтобы она упиралась в обсадную колонну или ствол скважины, обеспечивая изоляцию зон между первой зоной и второй зоной обсадной колонны или ствола скважины.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых в иллюстративных целях показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:

- на фиг. 1 показан частичный вид в разрезе скважинной разжимной металлической трубы в неразжатом состоянии;

- на фиг. 2 показан частичный вид в разрезе скважинной разжимной металлической трубы, показанной на фиг.1, в разжатом состоянии;

- на фиг. 3 показан вид в разрезе затрубного барьера, установленного как часть скважинной трубчатой конструкции;

- на фиг. 4 показан вид в разрезе накладки, предназначенной для разжимания внутри скважинной трубчатой конструкции для уплотнения участка, например течи;

- на фиг. 5 показан частичный вид в разрезе скважинной разжимной металлической трубы, имеющей фиксирующий элемент в виде разрезных колец;

- на фиг. 6 показан частичный вид в разрезе гофрированной скважинной разжимной металлической трубы;

- на фиг. 7 показан частичный вид в разрезе другой гофрированной скважинной разжимной металлической трубы;

- на фиг. 8А показан частичный вид в разрезе гофрированной скважинной разжимной металлической трубы, имеющей фиксирующий элемент в виде разрезных колец;

- на фиг. 8B показан частичный вид в разрезе другой гофрированной скважинной разжимной металлической трубы, имеющей фиксирующий элемент в виде разрезных колец и промежуточный элемент;

- на фиг. 9 показан вид в разрезе еще одного затрубного барьера, установленного как часть скважинной трубчатой конструкции;

- на фиг. 10 показан частичный вид в разрезе еще одной гофрированной скважинной разжимной металлической трубы, имеющей фиксирующие элементы в виде разрезных колец;

- на фиг. 11 показан частичный вид в разрезе еще одной скважинной разжимной металлической трубы в неразжатом состоянии; и

- на фиг. 12 показан частичный вид в разрезе еще одной скважинной разжимной металлической трубы.

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

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана скважинная разжимная металлическая труба 1, предназначенная для разжимания в скважине 2 таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность 3 ствола 4 скважины. Скважинная разжимная металлическая труба 1 содержит первую секцию 6, имеющую первый наружный диаметр OD₁, и два периферических выступа 7, имеющих второй наружный диаметр OD₂, который больше первого наружного диаметра. Помимо этого, скважинная разжимная металлическая труба 1 содержит вторую секцию 8, расположенную между двумя выступами 7, причем каждый выступ имеет наклонную поверхность 9, сходящую на конус от второго наружного диаметра OD₂ в направлении второй секции 8. Вторая секция 8 имеет третий наружный диаметр OD₃, который меньше первого наружного диаметра OD₁ в неразжатом состоянии. Помимо этого, между выступами 7 напротив второй секции расположен уплотняющий элемент 10 таким образом, что во время разжимания обеспечена возможность выгибания второй секции 8 в радиальном направлении наружу больше, чем первой секции 6, с обеспечением выдавливания уплотняющего элемента в радиальном направлении наружу, как показано на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, скважинная разжимная металлическая труба 1 разжата таким образом, что уплотняющий элемент 10 выдавлен в направлении внутренней поверхности 3 ствола 4 скважины и тем самым обеспечивает прочное уплотнение таким образом, что предотвращено прохождение текучей среды из первой зоны 201 во вторую зону 202.

Благодаря тому, что вторая секция 8 имеет напротив уплотняющего элемента 10 по существу меньшую толщину, скважинная разжимная металлическая труба 1 обеспечивает возможность лучшего уплотнения с внутренней поверхностью 3 ствола 4 скважины. Это связано с тем, что вторая секция 8 больше выгибается наружу, когда скважинную разжимную металлическую трубу 1 разжимают за счет того, что текучая среда давит непосредственно или опосредованно на внутреннюю поверхность скважинной разжимной металлической трубы 1. Более тонкая секция поддастся воздействию скорее, чем более толстые первые секции 6 и выступы 7.

Как показано на фиг. 1, разжимная металлическая труба 1 имеет внутренний диаметр ID₁, который остается неизменным в осевом направлении в неразжатом состоянии, а как показано на фиг. 2, внутренний диаметр ID₁ напротив второй секции 8 увеличен по сравнению с первой секцией 6. Уплотняющий элемент 10 имеет кольцеобразную форму, и благодаря этому, если вторая секция 8 не выгибается наружу, уплотняющий элемент уменьшается по мере того, как разжимают скважинную разжимную металлическую трубу 1. Однако если вторая секция 8 выгибается, то обеспечивается выдавливание уплотняющего элемента 10 в радиальном направлении наружу, тем самым он по-прежнему может обеспечивать уплотнение, в том числе после разжимания скважинной разжимной металлической трубы 1.

Как показано на фиг. 1 и 2, уплотняющий элемент 10 имеет поперечное сечение трапециевидной формы, соответствующей форме, образованной выступами 7, и, таким образом, по существу соответствующей форме поперечного сечения второй секции 8 и двух выступов. Первые секции 6 имеют первую толщину t₁, а вторая секция 8 имеет вторую толщину t₂, которая по меньшей мере на 25% меньше первой толщины, предпочтительно по меньшей мере на 40% меньше первой толщины. Как показано на фиг. 1, наклонная поверхность 9 выступов 7 образует угол В по отношению к осевому направлению, причем указанный угол составляет по меньшей мере 110°, предпочтительно 135°.

Как показано на фиг. 3, скважинная разжимная металлическая труба 1 является частью затрубного барьера 20 и содержит три вторых секции 8, разделенных первой секцией 6. Затрубный барьер 20 предназначен для разжимания в затрубном пространстве 21 между скважинной трубчатой конструкцией 22 и внутренней поверхностью 3 ствола 4 скважины или обсадной колонны (не показана) в скважине для обеспечения изоляции зон между первой зоной и второй зоной ствола 4 скважины путем разделения затрубного пространства 21 на две части, т.е. на первую зону и вторую зону. Затрубный барьер 20 содержит трубчатую часть 23, выполненную с возможностью установки как часть скважинной трубчатой конструкции 22 и окружающую трубчатую часть, а также имеет наружную поверхность 29, обращенную к внутренней поверхности 3 ствола 4 скважины. Каждый конец 35 скважинной разжимной металлической трубы 1 соединен с трубчатой частью 23 посредством соединительных частей 24, образующих кольцевое пространство 25 между скважинной разжимной металлической трубой и трубчатой частью 23. Затрубный барьер 20 может быть разжат путем впуска текучей среды под давлением в пространство через отверстие 26 в трубчатой части 23 или за счет того, что кольцевое пространство 25 содержит состав, предназначенный для разжимания кольцевого пространства благодаря тому, что состав содержит по меньшей мере один термически разлагаемый состав или химический реагент, предназначенный для генерации при разложении газа или сверхкритической текучей среды.

Как показано на фиг. 1, уплотняющий элемент 10 расположен во второй секции 8, и вторая секция, содержащая уплотняющий элемент, имеет наружный диаметр, который по существу совпадает со вторым наружным диаметром выступов 7 в неразжатом состоянии скважинной разжимаемой металлической трубы 1. Уплотняющий элемент 10 расположен с возможностью скольжения вокруг второй секции 8 таким образом, что обеспечено свободное перемещение уплотняющего элемента и, таким образом, он не прикреплен ко второй секции посредством клея или аналогичных методов крепления. Уплотняющий элемент может быть изготовлен из эластомера, резины, политетрафторэтилена (PTFE) или другого полимера.

Как показано на фиг. 4, скважинная разжимная металлическая труба 1 представляет собой накладку, предназначенную для разжимания внутри обсадной колонны 5, уже находящейся в скважине. Скважинную разжимную металлическую трубу 1 разжимают внутри обсадной колонны 5 для уплотнения участка 28, например течи 27. Скважинная разжимная металлическая труба 1 содержит множество вторых секций 8, разделенных первыми секциями 6, причем каждая вторая секция 8 окружена выступами 7 таким образом, что выступ 7 расположен в каждом конце каждой второй секции 8. Скважинную разжимную металлическую трубу 1 разжимают посредством разжимающего инструмента (не показан), который может представлять собой разжимную оправку, протянутую через скважинную разжимную металлическую трубу, или гидравлическую надувную камеру, расположенную внутри скважинной разжимной металлической трубы 1. Камера изготовлена из эластомера и благодаря этому выполнена с возможностью адаптации к внутреннему пространству скважинной разжимной металлической трубы. Таким образом, текучая среда внутри камеры опосредованно давит на трубу, за счет чего вторая секция выдавливается наружу, выгибаясь.

Хотя это не показано, скважинная разжимная металлическая труба может также представлять собой подвеску хвостовика, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания внутри обсадной колонны или скважинной трубчатой конструкции в скважине, или обсадную колонну, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания внутри другой обсадной колонны.

Состав, заключенный в кольцевое пространство затрубного барьера, может представлять собой азот. Состав может быть выбран из группы, состоящей из: дихромата аммония, нитрата аммония, нитрита аммония, азида бария, нитрата натрия или их комбинации. Состав может присутствовать в форме порошка, порошка, диспергированного в жидкости, или порошка, растворенного в жидкости.

В отверстии в затрубном барьере 20 может быть расположен клапан, который может представлять собой обратный клапан и через который поступает текучая среда под давлением для разжимания затрубного барьера. Между скважинной разжимной металлической трубой 1 и трубчатой частью 23 может быть расположена муфта. Муфта соединена с трубчатой частью 23 и скважинной разжимной металлической трубой 1, разделяя тем самым кольцевое пространство 25 на первую секцию пространства и вторую секцию пространства. Кроме того, скважинная разжимная металлическая труба 1 может иметь вырез, обеспечивающий сообщение с возможностью передачи текучей среды между первой зоной 201 или второй зоной 202 и одной из секций пространства в целях выравнивания давления в пространстве, если после осуществления разжимания происходит увеличение давления пласта. За счет возможности выравнивать давление в скважинной разжимной металлической трубе 1 обеспечена возможность компенсации давления, например, во время последующего процесса гидроразрыва.

Изобретение относится также к эксплуатационному оборудованию 100 скважины, содержащему скважинную трубчатую конструкцию 5, показанную на фиг. 4, и скважинную разжимную металлическую трубу, образующую накладку, предназначенную для разжимания внутри нее.

Эксплуатационное оборудование 100 скважины может также содержать скважинную трубчатую конструкцию, имеющую затрубный барьер 20, как показано на фиг. 3, где скважинная разжимная металлическая труба 1 образует разжимную часть, окружающую трубчатую часть 23 затрубного барьера, которая установлена как часть скважинной трубчатой конструкции 22.

Как показано на фиг. 5, скважинная разжимная металлическая труба 1 имеет как уплотняющий элемент 10, так и два фиксирующих элемента 30 в виде разрезных колец, расположенных между выступами 7. Фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец образуют упор для уплотняющего элемента таким образом, что при разжимании фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец имеют более одного витка, что означает, что, когда скважинную разжимную металлическую трубу 1 разжимают от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра, витки фиксирующих элементов 30 в виде разрезных колец частично разматываются. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5, фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец имеют три витка. Однако в других вариантах осуществления изобретения они могут иметь два, четыре, пять, шесть или семь витков, и возможно даже большее количество витков. Фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец и уплотняющий элемент 10 занимают промежуток между выступами 7. Таким образом, фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец упираются в уплотняющий элемент. Это позволяет достичь того, что фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец обеспечивают удержание и опору для уплотняющего элемента 10 в продольном измерении скважинной разжимной металлической трубы 1 даже в процессе разжимания, благодаря чему уплотняющий элемент 10 сохраняет желаемое положение, и уплотняющие свойства скважинной разжимной металлической трубы 1 улучшаются. Кроме того, испытания показали, что уплотняющий элемент 10 может выдерживать более высокое давление с любой из сторон, где расположены фиксирующие элементы в виде разрезных колец, поскольку фиксирующие элементы в виде разрезных колец функционируют в качестве упора и опорной системы для уплотняющего элемента.

На фиг. 6 показана скважинная разжимная металлическая труба 1, предназначенная для разжимания в скважине 2 таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность 3 ствола 4 скважины. Скважинная разжимная металлическая труба 1 показана в неразжатом состоянии и вытянута в осевом направлении 38. Скважинная разжимная металлическая труба 1 выполнена гофрированной с образованием выступов 31 и канавок 32, причем скважинная разжимная металлическая труба имеет по существу равномерную толщину вдоль осевого направления. Благодаря наличию выступов 31 между канавками 32, содержащими уплотняющие элементы, обеспечено более равномерное разжимание скважинной разжимной металлической трубы 1, чем если бы скважинная разжимная металлическая труба 1 содержала также канавки между уплотняющими элементами 10.

В известных из уровня техники скважинных разжимных металлических трубах часть между канавками представляет собой выступы, за которыми следуют канавки, при этом материал, образующий эти промежуточные канавки без уплотняющих элементов, может свободно разжиматься и разжимается больше, чем остальная часть скважинной разжимной металлической трубы, и утончается, поэтому предел прочности на смятие скважинной разжимной металлической трубы существенно снижается. Более того, благодаря наличию по существу равномерной толщины в продольном измерении, в настоящем решении, показанном на фиг. 6, разжимание скважинной разжимной металлической трубы осуществляется более равномерно. Таким образом, предел прочности на смятие существенно повышается по сравнению с известными из уровня техники разжимными трубами.

При рассмотрении в поперечном сечении в осевом направлении, как показано на фиг. 6, скважинная разжимная металлическая труба 1 имеет канавки 32 квадратной формы. Выступы 31 вытянуты в осевом направлении и имеют прямую часть, по существу параллельную осевому направлению 38. Канавки 32 имеют меньшую протяженность в осевом направлении, чем выступы 31, и в канавках расположены уплотняющие элементы 10 таким образом, чтобы обеспечить улучшенную уплотняющую способность, когда скважинную разжимную металлическую трубу 1 разжимают для формирования уплотнения с внутренней поверхностью 3 ствола скважины.

Как показано на фиг. 7, скважинная разжимная металлическая труба 1 при рассмотрении в поперечном сечении в осевом направлении имеет гофрированную трапециевидную форму, похожую на пакет шпунтового профиля. При этом канавки имеют наклонную поверхность 9, расположенную под наклоном от выступов 31 в направлении канавки 32.

Как показано на фиг. 9, скважинная разжимная металлическая труба 1, показанная на фиг. 7, является частью затрубного барьера 20. Затрубный барьер 20 предназначен для разжимания в затрубном пространстве 21 между скважинной трубчатой конструкцией 22 и внутренней поверхностью 3 ствола 4 скважины или обсадной колонны (не показана) в скважине для обеспечения изоляции зон между первой зоной и второй зоной ствола 4 скважины путем разделения затрубного пространства 21 на две части, т.е. на первую зону и вторую зону. Затрубный барьер 20 содержит трубчатую часть 23, выполненную с возможностью установки как часть скважинной трубчатой конструкции 22, и окружает трубчатую часть, а также имеет наружную поверхность 29, обращенную к внутренней поверхности 3 ствола 4 скважины. Каждый конец 35 скважинной разжимной металлической трубы 1 соединен с трубчатой частью 23 посредством соединительных частей 24, образующих кольцевое пространство 25 между скважинной разжимной металлической трубой 1 и трубчатой частью 23. В другом варианте осуществления изобретения скважинная разжимная металлическая труба 1 может быть соединена с трубчатой частью 23 посредством сварки. Затрубный барьер 20 может быть разжат путем впуска текучей среды под давлением в пространство через отверстие 26 в трубчатой части 23 или за счет того, что кольцевое пространство 25 содержит состав, предназначенный для разжимания кольцевого пространства благодаря тому, что состав содержит по меньшей мере один термически разлагаемый состав или химический реагент, предназначенный для генерации при разложении газа или сверхкритической текучей среды.

Как показано на фиг. 9, скважинная разжимная металлическая труба 1 оканчивается выступами 31, которые являются конечными выступами, причем концы соединены с трубчатой частью 23 затрубного барьера 20. Выступы 31 упираются во внутреннюю поверхность 3 ствола 4 скважины почти одновременно с уплотняющими элементами 10, и материал выступов не разжимается до такой степени, что он становится тоньше, чем остальная часть скважинной разжимной металлической трубы. Таким образом, предел прочности на смятие повышается по сравнению с известными из уровня техники решениями, где часть скважинной разжимной металлической трубы между уплотняющими элементами находится дальше от внутренней поверхности ствола скважины и за счет этого может быть разжат в большей степени. Как показано на фиг. 9, выступы 31 между канавками 32 меньше по протяженности, чем конечные выступы.

Как показано на фиг. 8А, как уплотняющий элемент 10, так и фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец расположены по меньшей мере в одной из канавок 32, причем фиксирующий элемент в виде разрезных колец образует упор для уплотняющего элемента. Фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец имеет более одного витка, т.е. по меньшей мере два витка, как показано на фиг. 8А, так что, когда скважинную разжимную металлическую трубу 1 разжимают от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра, фиксирующий элемент в виде разрезных колец частично разматывается. Однако в других вариантах осуществления изобретения он может иметь два, четыре, пять, шесть или семь витков, и возможно даже большее количество витков. Фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец и уплотняющий элемент 10 занимают промежуток между выступами 31. Таким образом, фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец упирается в уплотняющий элемент 10. Это позволяет достичь того, что фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец обеспечивает удержание и опору для уплотняющего элемента 10 в продольном измерении скважинной разжимной металлической трубы 1 даже во время разжимания, благодаря чему уплотняющий элемент 10 сохраняет желаемое положение, и уплотняющие свойства скважинной разжимной металлической трубы 1 улучшаются. Кроме того, испытания показали, что уплотняющий элемент может выдерживать более высокое давление с той стороны, где расположен фиксирующий элемент в виде разрезных колец, поскольку фиксирующий элемент в виде разрезных колец функционирует в качестве упора и опорной системы для уплотняющего элемента.

Как показано на фиг. 8В, между фиксирующим элементом 30 в виде разрезных колец и уплотняющим элементом 10 расположен промежуточный элемент 41. В данном варианте осуществления изобретения фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец частично наложен на промежуточный элемент 41. Промежуточный элемент 41 может быть изготовлен из гибкого материала и выполнен с возможностью удерживать фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец в нужном положении и функционировать в качестве защиты и опоры для уплотняющего элемента 10. Фиксирующий элемент 30 в виде разрезных колец, промежуточный элемент 41 и уплотняющий элемент 10 расположены в канавке 32 между первым и вторым периферическими выступами 31. Промежуточный элемент 41 может быть изготовлен из тефлона или аналогичного материала, более твердого, чем материал уплотняющего элемента 10. Фиксирующие элементы 30 в виде разрезных колец могут быть также предусмотрены с обеих сторон уплотняющего элемента 10, как показано на фиг. 10.

Скважинная разжимная металлическая труба 1 выполнена гофрированной с образованием выступов 31 и канавок 32, и имеет гофрированное поперечное сечение, похожее на пакет шпунтового профиля на стройплощадке. Скважинной разжимной металлической трубе 1 придают форму, например, холодной обработкой с помощью роликов, вращающихся внутри скважинной разжимной металлической трубы и в то же время прижимаемых к скважинной разжимной металлической трубе для образования выступов. Таким образом, скважинная разжимная металлическая труба представляет собой муфту, которая имеет по существу равномерную толщину при рассмотрении в поперечном сечении, как показано на фиг. 7-9, причем скважинная разжимная металлическая труба образована выступами 31 и канавками 32. При рассмотрении в поперечном сечении выступы 31 имеют прямую часть и канавки имеют прямую часть.

Как показано на фиг. 11, скважинная разжимная металлическая труба 1 содержит вторую секцию 8, расположенную между двумя выступами 7, причем каждый выступ имеет наклонную поверхность 9, сходящую на конус от второй секции 8 в направлении второго наружного диаметра OD₂ и за счет этого расположенную под наклоном в направлении, противоположном направлению в скважинной разжимной металлической трубе 1, показанной на фиг. 1.

Как показано на фиг. 12, наклонная поверхность 9 также расположена под наклоном в направлении, противоположном направлению в скважинной разжимной металлической трубе 1, показанной на фиг. 1, причем скважинная разжимная металлическая труба 1 выполнена гофрированной в поперечном сечении, и похожа на пакет шпунтового профиля. Благодаря наклону наклонной поверхности 9 в противоположном направлении, что минимизирует пространство в радиальном направлении наружу, уплотняющий элемент 10 удерживается на своем месте даже во время разжимания, например, когда скважинная разжимная металлическая труба 1 функционирует как разжимная муфта затрубного барьера.

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, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, 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, эксплуатационной обсадной колонной или скважинной трубчатой конструкцией понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

В случаях, когда инструмент не может быть полностью погружен в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвижные рычаги с колесами, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для перемещения трактора и инструмента вперед в обсадной колонне. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например Well Tractor®.

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

Группа изобретений относится к скважинной разжимной металлической трубе, затрубному барьеру, эксплуатационному оборудованию скважины, способу разжимания уплотнения. Техническим результатом является улучшение уплотняющих свойств скважинной разжимной металлической трубы. Скважинная разжимная металлическая труба вытянута в осевом направлении и предназначена для разжимания в скважине таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность обсадной колонны или ствола скважины. Указанная труба содержит первую секцию, имеющую первый наружный диаметр, два периферических выступа, имеющих второй наружный диаметр, который больше первого наружного диаметра, и вторую секцию расположенную между двумя выступами. Каждый выступ имеет наклонную поверхность, сходящую на конус от второго наружного диаметра в направлении второй секции. Вторая секция имеет третий наружный диаметр, который меньше первого наружного диаметра в не разжатом состоянии. Между выступами напротив второй секции расположен уплотняющий элемент таким образом, что в процессе разжимания обеспечена возможность выгибания второй секции в радиальном направлении наружу больше, чем первой секции, с обеспечением выдавливания уплотняющего элемента в радиальном направлении наружу. 7 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Скважинная разжимная металлическая труба (1), вытянутая в осевом направлении и предназначенная для разжимания в скважине (2) таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность (3) обсадной колонны (5) или ствола (4) скважины, содержащая:

- первую секцию (6), имеющую первый наружный диаметр (OD₁);

- два периферических выступа (7), имеющих второй наружный диаметр (OD₂), который больше первого наружного диаметра; и

- вторую секцию (8), расположенную между двумя выступами, причем каждый выступ имеет наклонную поверхность (9), сходящую на конус от второго наружного диаметра в направлении второй секции;

причем вторая секция имеет третий наружный диаметр (OD₃), который меньше первого наружного диаметра в неразжатом состоянии, при этом между выступами напротив второй секции расположен уплотняющий элемент (10) таким образом, что в процессе разжимания обеспечена возможность выгибания второй секции в радиальном направлении наружу больше, чем первой секции, с обеспечением выдавливания уплотняющего элемента в радиальном направлении наружу.

2. Скважинная разжимная металлическая труба по п. 1, причем разжимная металлическая труба имеет внутренний диаметр (ID₁), который остается неизменным вдоль осевого направления в неразжатом состоянии.

3. Скважинная разжимная металлическая труба по п. 1 или 2, в которой первая секция имеет первую толщину, а вторая секция имеет вторую толщину, причем вторая толщина по меньшей мере на 25% меньше первой толщины, предпочтительно по меньшей мере на 40% меньше первой толщины.

4. Скважинная разжимная металлическая труба по любому из пп. 1-3, в которой наклонная поверхность выступов образует угол по отношению к осевому направлению, причем указанный угол составляет по меньшей мере 110°, предпочтительно 135°.

5. Скважинная разжимная металлическая труба по любому из пп. 1-4, в которой уплотняющий элемент расположен во второй секции, причем вторая секция, содержащая уплотняющий элемент, имеет наружный диаметр, по существу совпадающий со вторым наружным диаметром выступов.

6. Скважинная разжимная металлическая труба, вытянутая в осевом направлении и предназначенная для разжимания в скважине таким образом, чтобы она упиралась во внутреннюю поверхность обсадной колонны или ствола скважины, причем скважинная разжимная металлическая труба выполнена гофрированной с образованием выступов (31) и канавок (32), при этом скважинная разжимная металлическая труба имеет по существу равномерную толщину (t).

7. Скважинная разжимная металлическая труба по п. 6, в которой по меньшей мере в одной из канавок расположен уплотняющий элемент.

8. Скважинная разжимная металлическая труба по п. 6 или 7, в которой канавки имеют меньшую протяженность в осевом направлении, чем выступы.

9. Скважинная разжимная металлическая труба по любому из пп. 6-8, причем скважинная разжимная металлическая труба оканчивается выступами, представляющими собой конечные выступы.

10. Скважинная разжимная металлическая труба по п. 9, в которой выступы между канавками меньше по протяженности, чем конечные выступы.

11. Скважинная разжимная металлическая труба по любому из пп. 6-10, в которой выступы вытянуты в осевом направлении.

12. Скважинная разжимная металлическая труба по любому из пп. 6-11, в которой выступы имеют прямую часть, по существу параллельную осевому направлению.

13. Скважинная разжимная металлическая труба по любому из пп. 6-12, в которой по меньшей мере в одной из канавок расположен уплотняющий элемент.

14. Затрубный барьер (20), предназначенный для разжимания в затрубном пространстве (21) между скважинной трубчатой конструкцией (22) и внутренней поверхностью (3) ствола (5) скважины или обсадной колонны (4) в скважине для обеспечения изоляции зон между первой зоной (201) и второй зоной (202) ствола скважины, причем затрубный барьер содержит:

- трубчатую часть, предназначенную для установки как часть скважинной трубчатой конструкции;

- скважинную разжимную металлическую трубу по любому из пп. 1-13, окружающую трубчатую часть и имеющую наружную поверхность (29), обращенную к внутренней поверхности ствола скважины или обсадной колонны, причем каждый конец скважинной разжимной металлической трубы соединен с трубчатой частью; и

- кольцевое пространство (25) между скважинной разжимной металлической трубой и трубчатой частью.

15. Эксплуатационное оборудование скважины, содержащее:

- скважинную трубчатую конструкцию; и

- скважинную разжимную металлическую трубу по любому из пп. 1-13.

16. Эксплуатационное оборудование скважины, содержащее:

- скважинную трубчатую конструкцию; и

- затрубный барьер по п. 14;

причем трубчатая часть затрубного барьера установлена как часть скважинной трубчатой конструкции.

17. Способ разжимания уплотнения, содержащий:

- расположение скважинной разжимной металлической трубы по любому из пп. 1-13 напротив участка, предназначенного для уплотнения; и

- разжимание скважинной разжимной металлической трубы таким образом, чтобы она упиралась в участок и тем самым обеспечивала уплотнение участка.

18. Способ разжимания уплотнения, содержащий:

- расположение эксплуатационного оборудования скважины по п. 16; и

- разжимание скважинной разжимной металлической трубы затрубного барьера таким образом, чтобы она упиралась в обсадную колонну или ствол скважины, обеспечивая изоляцию зон между первой зоной и второй зоной обсадной колонны или ствола скважины.