СКВАЖИННЫЙ РАЗЖИМНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2020 года по МПК E21B33/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинному разжимному металлическому трубчатому элементу, предназначенному для разжимания в скважине от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра с обеспечением примыкания к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины. Кроме того, настоящее изобретение относится к затрубному барьеру, скважинному оборудованию заканчивания скважины и способу уплотнения.

Уровень техники

При разжимании металлических трубчатых элементов остаточные напряжения приводят к тому, что скважинный разжимной металлический трубчатый элемент возвращается под действием упругих сил в первоначальное положение, так что его наружный диаметр несколько уменьшается, и при использовании такого металлического трубчатого элемента в качестве накладки или затрубного барьера в скважине способность упомянутого элемента уплотнять ствол скважины или обсадную колонну ухудшается вследствие такого эффекта упругого возврата. Многие уплотнения не способны выдерживать высокие и изменяющиеся давление и температуру и, следовательно, при разжимании накладки или затрубного барьера или с течением времени перестают выполнять свои функции.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей является создание усовершенствованного скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, обеспечивающего уплотнение ствола скважины или обсадной колонны в скважине и способного выдерживать высокие давление и температуру в скважине.

Вышеупомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные после изучения нижеследующего описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению, представляющем собой скважинный разжимной металлический трубчатый элемент, предназначенный для разжимания в скважине от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра с обеспечением примыкания к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины, причем скважинный разжимной металлический трубчатый элемент имеет наружную трубчатую поверхность, вытянут в продольном направлении и содержит:

- первую кольцевую кромку и вторую кольцевую кромку, предусмотренные на наружной трубчатой поверхности и расположенные на расстоянии вдоль продольного направления; и

- кольцевой уплотнительный элемент, расположенный между кольцевыми кромками;

причем скважинный разжимной металлический трубчатый элемент дополнительно содержит:

- кольцевой упругий элемент, имеющий часть наружной поверхности, обращенную в направлении от наружной трубчатой поверхности, и имеющий протяженность вдоль продольного направления, причем протяженность кольцевого упругого элемента меньше упомянутого расстояния;

- пространство, расположенное смежно с кольцевым упругим элементом в продольном направлении; и

- часть кольцевого уплотнительного элемента, по меньшей мере частично перекрывающую упомянутую часть наружной поверхности кольцевого упругого элемента, причем кольцевой упругий элемент расположен между упомянутой частью кольцевого уплотнительного элемента и наружной трубчатой поверхностью.

Кольцевой уплотнительный элемент может иметь одно или более углублений, в которых может быть расположен кольцевой упругий элемент.

Кроме того, кольцевой уплотнительный элемент может содержать вторую часть, причем упомянутая вторая часть и упомянутая часть образуют углубление, в котором может быть расположен кольцевой упругий элемент.

Дополнительно, упомянутая вторая часть может иметь первую толщину, причем первая толщина больше, чем высота кольцевого упругого элемента.

Более того, упомянутая часть кольцевого уплотнительного элемента может иметь вторую толщину, причем первая толщина второй части больше, чем вторая толщина упомянутой части.

Также, углубление может иметь протяженность вдоль продольного направления, и протяженность кольцевого упругого элемента может быть меньше, чем протяженность углубления.

Более того, кольцевой уплотнительный элемент может быть упругим.

Кроме того, кольцевой упругий элемент может быть более упругим, чем кольцевой уплотнительный элемент.

Дополнительно, кольцевой уплотнительный элемент может представлять собой первый кольцевой уплотнительный элемент, и скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может содержать второй кольцевой уплотнительный элемент.

Кроме того, кольцевой упругий элемент может представлять собой первый кольцевой упругий элемент, и скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может содержать второй кольцевой упругий элемент.

Кольцевой уплотнительный элемент может быть изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), политетрафторэтилена (PTFE), перфторалкоксиалкана (PFA) или материала, свойства которого аналогичны свойствам PEEK, PTFE или PFA.

Также, кольцевой уплотнительный элемент может быть изготовлен из материала, имеющего точку плавления выше 230°С, предпочтительно выше 250°С, и более предпочтительно выше 300°С.

Более того, кольцевой упругий элемент может быть спиральной пружиной.

Дополнительно, кольцевой упругий элемент может быть изготовлен из силикона или эластомера.

Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может иметь первую толщину между первой кольцевой кромкой и второй кольцевой кромкой и вторую толщину в примыкающих областях, причем первая толщина меньше второй толщины.

Кроме того, первая кольцевая кромка и вторая кольцевая кромка могут быть частью канавки, предусмотренной на наружной трубчатой поверхности скважинного разжимного металлического трубчатого элемента.

Также, первая кольцевая кромка и вторая кольцевая кромка могут проходить в радиальном направлении относительно скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, причем упомянутое радиальное направление перпендикулярно продольному направлению скважинного разжимного металлического трубчатого элемента.

Первая кольцевая кромка и вторая кольцевая кромка могут иметь кромочные поверхности, и эти кромочные поверхности могут быть наклонены с образованием угла относительно продольного направления скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, причем упомянутый угол составляет по меньшей мере 110°, предпочтительно 135°.

Более того, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может быть гофрированным, с образованием выступов и канавок, причем скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может иметь по существу постоянную толщину.

Дополнительно, протяженность канавок вдоль продольного направления может быть меньше, чем протяженность выступов.

Кроме того, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может оканчиваться выступами, которые являются концевыми выступами.

Упомянутые выступы между канавками могут быть меньшей протяженности, чем концевые выступы.

Кроме того, выступы могут иметь продольную протяженность.

Более того, выступы могут иметь прямую часть, по существу параллельную продольному направлению.

Кроме того, между первой кольцевой кромкой и/или второй кольцевой кромкой и кольцевым уплотнительным элементом может быть расположен разрезной кольцеобразный удерживающий элемент, причем разрезной кольцеобразный удерживающий элемент образует средство, дублирующее кольцевой уплотнительный элемент, причем разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может иметь более одного витка, так что при разжимании скважинного разжимного металлического трубчатого элемента от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра обеспечивается частичное раскручивание разрезного кольцеобразного удерживающего элемента.

Дополнительно, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может быть расположен с примыканием к кольцевому уплотнительному элементу.

Также, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может быть предпочтительно изготовлен из материала, имеющего предел текучести по меньшей мере 69 МПа, предпочтительно по меньшей мере 100 МПа.

Более того, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может быть выполнен с возможностью раскручивания менее чем на один виток при разжимании скважинного разжимного металлического трубчатого элемента от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра.

Разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может иметь более одного витка, когда скважинный разжимной металлический трубчатый элемент имеет второй наружный диаметр.

Дополнительно, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может иметь ширину в продольном направлении, причем эта ширина по существу одинакова при первом наружном диаметре и при втором наружном диаметре скважинного разжимного металлического трубчатого элемента.

Кроме того, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может иметь множество витков.

Также, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент и кольцевой уплотнительный элемент могут по существу заполнять промежуток, предусмотренный между первой кольцевой кромкой и второй кольцевой кромкой.

Более того, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может быть выполнен из пружинного материала.

Дополнительно, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может быть расположен с первой стороны кольцевого уплотнительного элемента, а с другой стороны кольцевого уплотнительного элемента, противоположной его первой стороне, может быть расположен второй разрезной кольцеобразный удерживающий элемент.

Кроме того, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент может удерживать кольцевой уплотнительный элемент в некотором положении вдоль продольного направления скважинного разжимного металлического трубчатого элемента при разжимании разрезного кольцеобразного удерживающего элемента и кольцевого уплотнительного элемента.

Кольцеобразный удерживающий элемент может быть разрезным кольцом.

Дополнительно, между разрезным кольцеобразным удерживающим элементом и кольцевым уплотнительным элементом может быть расположен промежуточный элемент.

Также, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент и промежуточный элемент могут быть расположены с примыканием к кольцевому уплотнительному элементу, так что по меньшей мере один из элементов, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент или промежуточный элемент, примыкает к кольцевому уплотнительному элементу.

Дополнительно, промежуточный элемент может быть изготовлен из политетрафторэтилена (PTFE) или полимера.

Кроме того, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может представлять собой накладку, предназначенную для разжимания в обсадной колонне или в скважинной трубчатой конструкции в скважине, подвес хвостовика, предназначенный для по меньшей мере частичного разжимания в обсадной колонне или в скважинной трубчатой конструкции в скважине, либо обсадную колонну, предназначенную для по меньшей мере частичного разжимания в другой обсадной колонне.

Дополнительно, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может быть снабжен по меньшей мере одним кольцевым выступом.

Настоящее изобретение также относится 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 зоны между первой зоной и второй зоной ствола скважины, причем затрубный барьер содержит:

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

- скважинный разжимной металлический трубчатый элемент, описанный выше, окружающий трубчатую металлическую часть и имеющий наружную трубчатую поверхность, обращенную к внутренней поверхности ствола скважины или обсадной колонны, причем каждый конец скважинного разжимного металлического трубчатого элемента соединен с трубчатой металлической частью; и

- разжимное пространство между скважинным разжимным металлическим трубчатым элементом и трубчатой металлической частью.

В трубчатой металлической части может быть расположено разжимное отверстие, через которое текучая среда может поступать в разжимное пространство для того, чтобы разжимать скважинный разжимной металлический трубчатый элемент.

Кроме того, между скважинным разжимным металлическим трубчатым элементом и трубчатой металлической частью может быть расположена муфта, соединенная с трубчатой металлической частью и скважинным разжимным металлическим трубчатым элементом, с разделением таким образом разжимного пространства на первую секцию пространства и вторую секцию пространства.

Также, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может иметь отверстие, обеспечивающее соединение с возможностью передачи текучей среды между первой зоной или второй зоной и одной из секций пространства.

Дополнительно, выступ может представлять собой кольцеобразный выступ увеличенной, по сравнению с другими частями скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, толщины, причем упомянутый кольцеобразный выступ обеспечивает усиление затрубного барьера при разжимании затрубного барьера.

Кроме того, настоящее изобретение относится к скважинному оборудованию заканчивания скважины, содержащему скважинный разжимной металлический трубчатый элемент, описанный выше, и обсадную колонну, имеющую внутреннюю поверхность, по направлению к которой обеспечено разжимание по меньшей мере части скважинного разжимного металлического трубчатого элемента.

Вышеупомянутое скважинное оборудование заканчивания скважины может дополнительно содержать скважинную трубчатую конструкцию и затрубный барьер, описанный выше, при этом трубчатая металлическая часть затрубных барьеров может быть установлена как часть скважинной трубчатой конструкции.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу уплотнения, содержащему этапы, на которых:

- обеспечивают наличие скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, описанного выше;

- разжимают скважинный разжимной металлический трубчатый элемент от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра с обеспечением примыкания к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины;

- поддерживают разжимание скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, так что часть кольцевого уплотнительного элемента, по меньшей мере частично перекрывающая кольцевой упругий элемент, нажимает на часть наружной поверхности кольцевого упругого элемента, так что он деформируется и выступает в пространство, примыкающее к кольцевому упругому элементу; и

- ослабляют разжимание таким образом, что пружины скважинного разжимного металлического трубчатого элемента слегка возвращаются назад, в результате чего происходит ослабление нажима на упомянутую часть, так что обеспечена возможность возврата кольцевого упругого элемента, благодаря его упругости, к его прежней форме и, тем самым, нажатия на часть кольцевого уплотнительного элемента для прижатия его к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины для улучшения уплотнения между упомянутыми компонентами.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, иллюстрирующие некоторые варианты осуществления изобретения, не имеющие ограничительного характера, при этом на чертежах показано следующее:

- на фиг. 1А показан вид в частичном поперечном разрезе неразжатого скважинного разжимного металлического трубчатого элемента;

- на фиг. 1B показан вид в частичном поперечном разрезе разжатого скважинного разжимного металлического трубчатого элемента;

- на фиг. 2-7 показаны виды в частичном поперечном разрезе различных разжатых скважинных разжимных металлических трубчатых элементов без каких-либо уплотнительных элементов;

- на фиг. 8-10 показаны виды в частичном поперечном разрезе различных разжатых скважинных разжимных металлических трубчатых элементов, имеющих наклонные и ненаклонные кромки;

- на фиг. 11-20 показаны виды в частичном поперечном разрезе различных кольцевых уплотнительных элементов и кольцевых упругих элементов в канавке скважинного разжимного металлического трубчатого элемента;

- на фиг. 21-27 показаны виды в поперечном разрезе различных кольцевых упругих элементов;

- на фиг. 28 показан вид в аксонометрии скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, имеющего спиральные металлические катушки;

- на фиг. 29 показан вид в поперечном разрезе неразжатого скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, образующего часть затрубного барьера;

- на фиг. 30 показан вид в поперечном разрезе другого неразжатого скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, образующего накладку;

- на фиг. 31 показан вид в частичном поперечном разрезе неразжатого скважинного разжимного металлического трубчатого элемента;

- на фиг. 32 показан вид в частичном поперечном разрезе другого неразжатого скважинного разжимного металлического трубчатого элемента.

Все чертежи выполнены весьма схематично и не обязательно с соблюдением масштаба, причем на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, другие части опущены или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1А и 1В показан скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1, предназначенный для разжимания в скважине 2 от первого наружного диаметра D₁, как показано на фиг. 1А, до второго наружного диаметра D₂ с примыканием к внутренней поверхности 12 обсадной колонны или ствола 4 скважины, как показано на фиг. 1В. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 имеет наружную трубчатую поверхность 5 и продольное направление L, проходящее вдоль продольного направления ствола скважины. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 содержит первую кольцевую кромку 6 и вторую кольцевую кромку 7, предусмотренные на наружной трубчатой поверхности 5. Как можно видеть, первая кольцевая кромка и вторая кольцевая кромка проходят по существу радиально наружу относительно продольного направления L в радиальном направлении, перпендикулярном упомянутому продольному направлению, и расположены на расстоянии d вдоль продольного направления с обеспечением наличия канавки 15 в скважинном разжимном металлическом трубчатом элементе 1. Между кольцевыми кромками 6, 7 расположен кольцевой уплотнительный элемент 8 для обеспечения уплотнения относительно внутренней поверхности 12 ствола 4 скважины. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 дополнительно содержит кольцевой упругий элемент 9, имеющий часть 10 наружной поверхности, обращенную в направлении от наружной трубчатой поверхности 5. Кольцевой упругий элемент 9 имеет протяженность Е₁, Е₂ вдоль продольного направления L, причем упомянутая протяженность кольцевого упругого элемента меньше упомянутого расстояния между кольцевыми кромками 6, 7. В соответствии с фиг. 1А, кольцевой упругий элемент 9 имеет протяженность E₁ в неразжатом состоянии, и эта протяженность меньше, чем протяженность Е₂ в разжатом состоянии кольцевого упругого элемента 9, как показано на фиг. 1В. Часть 14 кольцевого уплотнительного элемента 8, которая перекрывает часть 10 наружной поверхности кольцевого упругого элемента таким образом, что кольцевой упругий элемент расположен между частью 14 кольцевого уплотнительного элемента и наружной трубчатой поверхностью 5, является первой частью 14А. Между кольцевым уплотнительным элементом 8 и кольцевым упругим элементом 9 образовано пространство 11, расположенное в продольном направлении в канавке 15 смежно с кольцевым упругим элементом 9. При разжимании скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1 часть 14 кольцевого уплотнительного элемента 8 нажимает вниз при примыкании к внутренней поверхности 12 ствола 4 скважины, так что кольцевой упругий элемент 9 сжимается между упомянутой частью и наружной трубчатой поверхностью 5, тем самым увеличивая протяженность кольцевого упругого элемента 9. После разжимания скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1 остаточные напряжения вызывают возврат скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1 в первоначальное положение и, следовательно, имеет место некоторое уменьшение наружного диаметра. Когда это происходит, кольцевой упругий элемент 9 частично, если не полностью, возвращается в свое первоначальное состояние, показанное на фиг. 1А, и, таким образом, прижимает участок 14 кольцевого уплотнительного элемента 8 к внутренней поверхности 12 ствола 4 скважины, поддерживая уплотняющее действие кольцевого уплотнительного элемента 8.

Как показано на фиг. 1А, кольцевой уплотнительный элемент содержит вторую часть 14В, причем упомянутая вторая часть и первая часть 14, 14А ограничивают углубление 29, в котором расположен кольцевой упругий элемент. Вторая часть имеет первую толщину t₁, превышающую высоту Н кольцевого упругого элемента. Первая часть 14, 14А кольцевого уплотнительного элемента имеет вторую толщину t₂, причем первая толщина t₁ второй части 14В больше, чем вторая толщина t₂ первой части 14, 14А.

Кольцевой уплотнительный элемент 8 и кольцевой упругий элемент 9 видны на поперечном разрезе на фиг. 1А и 1В, и являются трубчатыми, как и скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 может иметь различные формы поперечного сечения, как показано на фиг. 2-7.

Как можно видеть на фиг. 5, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент имеет первую толщину T₁ между первой кольцевой кромкой 6 и второй кольцевой кромкой 7 и вторую толщину Т₂ в примыкающих областях, причем первая толщина T₁ меньше второй толщины Т₂. Таким образом, текучая среда для разжимания будет разжимать часть, имеющую наименьшую толщину T₁, в несколько большей мере, чем часть, имеющую большую толщину Т₂.

Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 имеет первую кольцевую кромку 6 и вторую кольцевую кромку 7, которые могут проходить радиально наружу, как показано на фиг. 1А, 1В и 10. Однако скважинный разжимной металлический трубчатый элемент может иметь также наклонные кромки, представляющие собой торцевые поверхности 32, 33, как показано на фиг. 8, на которой упомянутые кромки наклонены друг к другу, сводя к минимуму канавку 15 по сравнению с канавкой, изображенной на фиг. 10, и как показано на фиг. 9, на которой кромки наклонены друг от друга, увеличивая канавку 15 по сравнению с канавкой, изображенной на фиг. 10. Таким образом, первая кольцевая кромка 6 и вторая кольцевая кромка 7 имеют кромочные поверхности 32, 33 и, как показано на фиг. 8 и 9, эти кромочные поверхности являются наклонными, образуя угол β по отношению к продольному направлению скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1. Угол β, показанный на фиг. 8, меньше 90°, а угол β, показанный на фиг. 9, больше 90°.

Показанный на фиг. 2, 3, 7, 31 и 32 скважинный разжимной металлический трубчатый элемент является гофрированным, с профилем как у шпунтового соединения, с образованными выступами 31 и канавками 15, причем скважинный разжимной металлический трубчатый элемент имеет по существу равномерную толщину t. Протяженность канавок вдоль продольного направления может быть меньше, чем протяженность выступов. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент оканчивается выступами 31, которые являются концевыми выступами. Протяженность выступов 31, находящихся между канавками 15, может быть меньше, чем протяженность упомянутых концевых выступов. Кроме того, выступы имеют прямую часть, по существу параллельную продольному направлению.

Кольцевой уплотнительный элемент 8 и кольцевой упругий элемент 9 могут иметь различные формы. На фиг. 1А, 12, 13, 19 и 20 показано, что кольцевой уплотнительный элемент 8 имеет одно углубление 29, в котором расположен кольцевой упругий элемент 9. Как показано на фиг. 19, кольцевой уплотнительный элемент 8 окружает кольцевой упругий элемент 9, расположенный в сквозном углублении кольцевого уплотнительного элемента 8. В соответствии с фиг. 11, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 содержит два кольцевых уплотнительных элемента 8, первый кольцевой уплотнительный элемент 8А и второй кольцевой уплотнительный элемент 8В, причем оба упомянутых уплотнительных элемента имеют часть 14, перекрывающую кольцевой упругий элемент 9. На фиг. 18 показано, что кольцевой уплотнительный элемент 8 имеет три углубления 29, каждое из которых содержит кольцевой упругий элемент 9. Таким образом, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1, изображенный на фиг. 18, содержит первый кольцевой упругий элемент 9А, второй кольцевой упругий элемент 9В и третий кольцевой упругий элемент 9С. Кольцевой уплотнительный элемент 8 имеет три части 14, каждая из которых перекрывает кольцевой упругий элемент 9. На фиг. 14, 15, 16 и 17 показано, что скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 содержит два кольцевых уплотнительных элемента 8, а также два кольцевых упругих элемента 9. Как показано на фиг. 14 и 15, в неразжатом состоянии части 14 примыкают друг к другу, а в соответствии с фиг. 16 между соседними кольцевыми уплотнительными элементами 8 имеется соответствующее расстояние.

Кольцевой упругий элемент 9 может иметь различные формы поперечного сечения, как показано на фиг. 21-27, причем кольцевой упругий элемент 9 может представлять собой сплошное кольцо, как показано на фиг. 11-14, 19 и 21-26. Кроме того, кольцевой упругий элемент 9 может быть спиральной пружиной, как показано на фиг. 15-18, 20 и 27. Как показано на фиг. 28, на котором кольцевые уплотнительные элементы не изображены, спиральная металлическая катушка 9 расположена в виде кольца вокруг скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1 таким образом, что витки этой катушки проходят вокруг оси 34 катушки, параллельной окружному направлению скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1. Кроме того, помимо спиральной пружины, также называемой спиральной металлической катушкой, как показано на фиг. 18 и 28, кольцевой упругий элемент 9 может представлять собой полое кольцо, как показано на фиг. 15.

Углубление 29 в кольцевом уплотнительном элементе 8, показанном на фиг. 1А и 12-20, имеет протяженность E_r вдоль продольного направления. Протяженность кольцевого упругого элемента меньше протяженности упомянутого углубления, в связи с чем образуется пространство 11, так что кольцевой упругий элемент 9 может разжиматься в продольном направлении при его сжатии в ходе разжимания скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1.

Кольцевой упругий элемент является более упругим, чем кольцевой уплотнительный элемент, причем кольцевой уплотнительный элемент 8 защищает кольцевой упругий элемент 9, например, от высоких температур. В связи с этим, кольцевой уплотнительный элемент 8 изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), политетрафторэтилена (PTFE), перфторалкоксиалкана (PFA) или материала, свойства которого аналогичны свойствам PEEK, PTFE или PFA. Кольцевой уплотнительный элемент 8 изготовлен из материала, имеющего точку плавления выше 230°С, предпочтительно выше 250°С, и более предпочтительно выше 300°С. Кольцевой упругий элемент 9 может быть изготовлен из силикона или эластомера, обеспечивающего упругость кольцевого упругого элемента 9.

Как показано на фиг. 31 и 32, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 дополнительно содержит разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30, расположенный между первой кольцевой кромкой 6 и/или вторыми кольцевыми кромками 7 и кольцевым уплотнительным элементом 8. Разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 служит средством, дублирующим кольцевой уплотнительный элемент во время разжимания и при уплотнении относительно соседних зон с различными давлениями. Таким образом, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент удерживает кольцевой уплотнительный элемент в некотором положении вдоль продольного направления скважинного разжимного металлического трубчатого элемента при разжимании разрезного кольцеобразного удерживающего элемента и кольцевого уплотнительного элемента. Разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 имеет более одного витка и на фиг. 31 показан с тремя витками, так что, когда скважинный разжимной металлический трубчатый элемент разжимается от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30, например разрезное кольцо, частично раскручивается менее чем на один виток при разжимании скважинного разжимного металлического трубчатого элемента от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра. Разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 расположен таким образом, что он примыкает к кольцевому уплотнительному элементу 8. В связи с этим, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 и кольцевой уплотнительный элемент 8 по существу заполняют промежуток, предусмотренный между первой кольцевой кромкой 6 и второй кольцевой кромкой 7. Упомянутый разрезной кольцеобразный удерживающий элемент предпочтительно выполнен из материала, имеющего предел текучести по меньшей мере 69 МПа, предпочтительно по меньшей мере 100 МПа, и может быть изготовлен из пружинного материала.

Как показано на фиг. 32, упомянутый разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 расположен с первой стороны кольцевого уплотнительного элемента, а с другой стороны кольцевого уплотнительного элемента, противоположной его первой стороне, расположен второй разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30.

Как можно видеть на фиг. 32, между разрезным кольцеобразным удерживающим элементом и кольцевым уплотнительным элементом может быть расположен промежуточный элемент 41. Таким образом, разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 и промежуточный элемент 41 расположены таким образом, что они примыкают к кольцевому уплотнительному элементу 8, так что упомянутый промежуточный элемент упирается в кольцевой уплотнительный элемент, и разрезной кольцеобразный удерживающий элемент 30 упирается в промежуточный элемент 41. Промежуточный элемент может быть изготовлен из политетрафторэтилена (PTFE) или полимера.

Показанный на фиг. 30 скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 представляет собой накладку, предназначенную для разжимания в обсадной колонне 3 или в скважинной трубчатой конструкции в скважине 2. Кроме того, скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1 может представлять собой подвес хвостовика, предназначенный для разжимания по меньшей мере частично в обсадной колонне 3 или в скважинной трубчатой конструкции в скважине 2, либо может быть обсадной колонной, предназначенной для разжимания по меньшей мере частично в другой обсадной колонне.

На фиг. 29 показан затрубный барьер 20, предназначенный для разжимания в затрубном пространстве 21 скважины между скважинной трубчатой конструкцией 3 и внутренней поверхностью 12 ствола скважины 4 или обсадной колонны 3 для обеспечения изоляции зоны между первой зоной 101 и второй зоной 102 в скважине. Затрубный барьер 20 содержит трубчатую металлическую часть 27, установленную в качестве части скважинной трубчатой конструкции 3, и скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1, окружающий упомянутую трубчатую металлическую часть и имеющий наружную трубчатую поверхность 10, обращенную к внутренней поверхности ствола скважины или обсадной колонны. Каждый конец 35 скважинного разжимного металлического трубчатого элемента 1 соединен с трубчатой металлической частью 27 с образованием разжимного пространства 37 между скважинным разжимным металлическим трубчатым элементом и упомянутой трубчатой металлической частью.

Затрубный барьер 20 имеет разжимное отверстие 26, расположенное в трубчатой металлической части 27, через которое текучая среда может поступать в разжимное пространство для того, чтобы разжимать скважинный разжимной металлический трубчатый элемент, как показано пунктирными линиями на фиг. 29.

На фиг. 29 и 30 показано скважинное оборудование 100 заканчивания скважины, содержащее скважинный разжимной металлический трубчатый элемент и обсадную колонну 3, имеющую внутреннюю поверхность 12, по направлению к которой разжимается по меньшей мере часть скважинного разжимного металлического трубчатого элемента. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1, показанный на фиг. 30, представляет собой накладку для уплотнения места утечки 36, а скважинный разжимной металлический трубчатый элемент 1, показанный на фиг. 22, является частью затрубного барьера 20.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу уплотнения, включающему в себя этапы, на которых обеспечивают наличие скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, разжимают упомянутый скважинный разжимной металлический трубчатый элемент от первого наружного диаметра D₁ до второго наружного диаметра D₂ для обеспечения примыкания к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины, поддерживают разжимание скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, так что часть 14 кольцевого уплотнительного элемента, по меньшей мере частично перекрывающая кольцевой упругий элемент, нажимает на часть наружной поверхности кольцевого упругого элемента, так что он деформируется и выступает в пространство, примыкающее к кольцевому упругому элементу, и ослабляют разжимание таким образом, что пружины скважинного разжимного металлического трубчатого элемента слегка пружинят, что приводит к ослаблению нажима на упомянутую часть, так что кольцевой упругий элемент, благодаря своей упругости, может вернуться к своей прежней форме и, тем самым, нажать на часть кольцевого уплотнительного элемента для прижатия его к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины для улучшения уплотнения между упомянутыми компонентами.

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 для добычи нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную трубу, можно использовать скважинный трактор для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине. Скважинный трактор может иметь выступающие рычаги с колесами, контактирующими с внутренней поверхностью обсадной трубы для продвижения трактора и инструмента вперед в обсадной трубе. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

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

Группа изобретений относится к скважинному разжимному металлическому трубчатому элементу, затрубному барьеру, скважинному оборудованию заканчивания скважины и способу уплотнения. Техническим результатом является повышение способности уплотнения выдерживать высокие давление и температуру в скважине. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент предназначен для разжимания в скважине от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра с обеспечением примыкания к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины и имеет наружную трубчатую поверхность, вытянут в продольном направлении и содержит первую кольцевую кромку и вторую кольцевую кромку, предусмотренные на наружной трубчатой поверхности. Первая кольцевая кромка и вторая кольцевая кромка образуют часть канавки, предусмотренной на наружной трубчатой поверхности скважинного разжимного металлического трубчатого элемента. Канавка имеет длину вдоль продольного направления. Кольцевой уплотнительный элемент расположен в канавке между кольцевыми кромками. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент содержит кольцевой упругий элемент, имеющий часть наружной поверхности, обращенную в направлении от наружной трубчатой поверхности, и имеющий протяженность вдоль продольного удлинения. Протяженность кольцевого упругого элемента меньше упомянутой длины. Кольцевой уплотнительный элемент содержит пространство, расположенное смежно с кольцевым упругим элементом в продольном направлении. Кольцевой уплотнительный элемент также содержит первую часть кольцевого уплотнительного элемента, по меньшей мере частично перекрывающую упомянутую часть наружной поверхности кольцевого упругого элемента. Кольцевой упругий элемент расположен между упомянутой частью кольцевого уплотнительного элемента и наружной трубчатой поверхностью. Кольцевой уплотнительный элемент имеет по меньшей мере одно углубление, в котором расположен кольцевой упругий элемент. По меньшей мере одно углубление расположено в канавке. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 32 ил.

1. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент (1), предназначенный для разжимания в скважине (2) от первого наружного диаметра (D₁) до второго наружного диаметра (D₂) с обеспечением примыкания к внутренней поверхности (12) обсадной колонны (3) или ствола скважины (4), причем скважинный разжимной металлический трубчатый элемент имеет наружную трубчатую поверхность (5), вытянут в продольном направлении (L) и содержит:

- первую кольцевую кромку (6) и вторую кольцевую кромку (7), предусмотренные на наружной трубчатой поверхности, причем первая кольцевая кромка и вторая кольцевая кромка образуют часть канавки (15), предусмотренной на наружной трубчатой поверхности скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, причем канавка имеет длину вдоль продольного направления; и

- кольцевой уплотнительный элемент (8), расположенный в канавке между кольцевыми кромками; причем скважинный разжимной металлический трубчатый элемент дополнительно содержит:

- кольцевой упругий элемент (9), имеющий часть (10) наружной поверхности, обращенную в направлении от наружной трубчатой поверхности, и имеющий протяженность (E₁, E₂) вдоль продольного удлинения, причем протяженность кольцевого упругого элемента меньше упомянутой длины;

- пространство (11), расположенное смежно с кольцевым упругим элементом в продольном направлении; и

- первую часть (14, 14A) кольцевого уплотнительного элемента, по меньшей мере частично перекрывающую упомянутую часть наружной поверхности кольцевого упругого элемента, причем кольцевой упругий элемент расположен между упомянутой частью кольцевого уплотнительного элемента и наружной трубчатой поверхностью;

причем кольцевой уплотнительный элемент имеет по меньшей мере одно углубление (29), в котором расположен кольцевой упругий элемент, причем упомянутое по меньшей мере одно углубление расположено в канавке.

2. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по п.1, в котором кольцевой уплотнительный элемент содержит вторую часть (14B), причем упомянутая вторая часть и упомянутая первая часть образуют по меньшей мере одно углубление, в котором расположен кольцевой упругий элемент.

3. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по п.2, в котором упомянутая вторая часть имеет первую толщину (t₂), причем первая толщина больше, чем высота кольцевого упругого элемента.

4. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по п.3, в котором первая часть (14) кольцевого уплотнительного элемента имеет вторую толщину (t₂), причем первая толщина второй части больше, чем вторая толщина упомянутой части.

5. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-4, в котором по меньшей мере одно углубление имеет протяженность (E_r) углубления вдоль продольного направления, и протяженность кольцевого упругого элемента меньше, чем протяженность углубления.

6. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-5, в котором кольцевой упругий элемент является более упругим, чем кольцевой уплотнительный элемент.

7. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-6, в котором кольцевой уплотнительный элемент представляет собой первый кольцевой уплотнительный элемент, и скважинный разжимной металлический трубчатый элемент содержит второй кольцевой уплотнительный элемент (8, 8B).

8. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-7, в котором кольцевой упругий элемент представляет собой первый кольцевой упругий элемент, и скважинный разжимной металлический трубчатый элемент содержит второй кольцевой упругий элемент.

9. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-8, в котором кольцевой уплотнительный элемент изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), политетрафторэтилена (PTFE), перфторалкоксиалкана (PFA) или материала, свойства которого аналогичны свойствам PEEK, PTFE или PFA.

10. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-9, в котором кольцевой уплотнительный элемент изготовлен из материала, имеющего точку плавления выше 230°С, предпочтительно выше 250°С и более предпочтительно выше 300°С.

11. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-10, в котором кольцевой упругий элемент является спиральной пружиной.

12. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по любому из пп.1-11, в котором между первой кольцевой кромкой и/или второй кольцевой кромкой и кольцевым уплотнительным элементом (8) расположен разрезной кольцеобразный удерживающий элемент (30), причем разрезной кольцеобразный удерживающий элемент образует средство, дублирующее кольцевой уплотнительный элемент; причем разрезной кольцеобразный удерживающий элемент имеет более одного витка, так что при разжимании скважинного разжимного металлического трубчатого элемента от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра обеспечено частичное раскручивание разрезного кольцеобразного удерживающего элемента.

13. Скважинный разжимной металлический трубчатый элемент по п.12, в котором обеспечено раскручивание разрезного кольцеобразного удерживающего элемента менее чем на один виток при разжимании скважинного разжимного металлического трубчатого элемента от первого наружного диаметра до второго наружного диаметра.

14. Затрубный барьер (20), предназначенный для разжимания в затрубном пространстве (21) между скважинной трубчатой конструкцией (3) и внутренней поверхностью (12) ствола (4) скважины или обсадной колонны (3) в скважине для обеспечения изоляции зоны между первой зоной (101) и второй зоной (102) ствола скважины, причем затрубный барьер содержит:

- трубчатую металлическую часть (27) для установки в качестве части скважинной трубчатой конструкции;

- скважинный разжимной металлический трубчатый элемент (1) по любому из пп.1-13, окружающий трубчатую металлическую часть и имеющий наружную трубчатую поверхность (5), обращенную к внутренней поверхности (12) ствола скважины или обсадной колонны, причем каждый конец скважинного разжимного металлического трубчатого элемента соединен с трубчатой металлической частью; и

- разжимное пространство (37) между скважинным разжимным металлическим трубчатым элементом и трубчатой металлической частью.

15. Скважинное оборудование (100) заканчивания скважины, содержащее скважинный разжимной металлический трубчатый элемент (1) по любому из пп.1-13 и обсадную колонну (3), имеющую внутреннюю поверхность (12), по направлению к которой обеспечено разжимание по меньшей мере части скважинного разжимного металлического трубчатого элемента.

16. Скважинное оборудование (100) заканчивания скважины, содержащее скважинную трубчатую конструкцию и затрубный барьер (20) по п.14, причем трубчатая металлическая часть затрубного барьера установлена в качестве части скважинной трубчатой конструкции.

17. Способ уплотнения, содержащий этапы, на которых:

- обеспечивают наличие скважинного разжимного металлического трубчатого элемента (1) по любому из пп.1-13;

- разжимают упомянутый скважинный разжимной металлический трубчатый элемент от первого наружного диаметра (D₁) до второго наружного диаметра (D₂) с обеспечением примыкания к внутренней поверхности (12) обсадной колонны (3) или ствола скважины (4);

- поддерживают разжимание скважинного разжимного металлического трубчатого элемента, так что часть кольцевого уплотнительного элемента, по меньшей мере частично перекрывающая кольцевой упругий элемент, нажимает на часть наружной поверхности кольцевого упругого элемента, так что он деформируется и выступает в пространство, примыкающее к кольцевому упругому элементу; и

- ослабляют разжимание таким образом, что пружины скважинного разжимного металлического трубчатого элемента слегка возвращаются назад, в результате чего происходит ослабление нажима на упомянутую часть, так что обеспечена возможность возврата кольцевого упругого элемента благодаря его упругости к его прежней форме и, тем самым, нажатия на часть кольцевого уплотнительного элемента для прижатия его к внутренней поверхности обсадной колонны или ствола скважины для улучшения уплотнения между упомянутыми компонентами.