ДВУХКОМПОНЕНТНОЕ ЦЕЛЬНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ НЕПОДВИЖНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ СКВАЖИННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ Российский патент 2022 года по МПК E21B23/06 F16J15/46 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в целом к оборудованию, используемому в связи с операциями, осуществляемыми в подземных скважинах, и, в частности, к уплотнительным узлам кольцевого пространства. Более конкретно, настоящее изобретение относится к эластомерным уплотнительным элементам, развернутым на пакерах и другом скважинном оборудовании.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При бурении и добыче из стволов скважин в нефтегазовой отрасли часто возникает необходимость в установке уплотнения в кольцевом пространстве между двумя концентрическими конструкциями, например между стенкой ствола скважины и обсадной колонной, или между обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой, или между двумя концентрическими трубами, что таким образом препятствует потоку флюида вдоль кольцевого пространства.

Эластомерные уплотнительные элементы располагают в кольцевом пространстве, подлежащем герметизации, а затем их приводят в действие различными способами для радиального расширения с последующим контактом с соседней концентрической конструкцией. Одним распространенным способом приведения в действие уплотнительного элемента является приложение осевой нагрузки для сжатия уплотнительного элемента между двумя уплотнительными кольцами, заставляя боковые поверхности уплотнительного элемента выступать в радиальном направлении наружу. Как правило, осевая нагрузка прикладывается либо механически, либо гидравлически. Другим распространенным способом приведения в действие уплотнительного элемента, как это, в частности, раскрыто в документе US2014/0238694, опубл. 28.08.2014, МПК E21B33/127; E21B33/13, является закачка флюида под давлением в надувную камеру уплотнительного элемента, заставляющая элемент расширяться в радиальном направлении наружу.

Хотя описанные выше уплотнительные элементы можно использовать в любое время в ходе бурения или добычи из ствола скважины, эти уплотнительные элементы чаще всего включают в скважинные инструменты, такие как цементировочные пробки или пакеры, размещаемые внутри ствола скважины для изоляции добываемого флюида или управления потоком добываемого флюида, проходящим через скважину. В той мере, в которой такие уплотнительные элементы используют как часть компоновки для заканчивания в стволе скважины, уплотнительные элементы, как правило, являются постоянными, оставаясь на месте в течение всего периода эксплуатации, и могут быть удалены только путем их пробуривания или фрезерования.

Неустановленный инструмент, уплотнительные элементы которого еще не расширены, можно спускать в ствол скважины на определенную глубину в составе колонны для спуска инструментов с помощью насосно-компрессорной трубы или талевого каната.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ далее приведена ссылка на последующее краткое описание, рассматриваемое в связи с прилагаемыми графическими материалами и подробным описанием.

На фиг. 1 изображена система заканчивания морской скважины, содержащая узел изоляционного уплотнения, установленный с использованием инструмента для удаления выбуренной породы с обратной циркуляцией, согласно одному или более иллюстративным вариантам реализации.

На фиг. 2А показан вид в поперечном разрезе уплотнительного узла в несжатом состоянии.

На фиг. 2В показан вид в перспективе одного варианта реализации второй камеры.

На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе уплотнительного узла, показанного на фиг. 2, в первом сжатом состоянии.

На фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе уплотнительного узла, показанного на фиг. 2, во втором сжатом состоянии.

На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе уплотнительного узла, содержащего полые сферы.

На фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе другого варианта реализации уплотнительного узла в несжатом состоянии.

На фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе уплотнительного узла, показанного на фиг. 6, в первом сжатом состоянии.

На фиг. 8 показан вид в поперечном разрезе уплотнительного узла, развернутого между концентрическими муфтами скважинного инструмента.

На фиг. 9 показан вид в поперечном разрезе пакера, использующего узлы уплотнения согласно данному изобретению.

На фиг. 10 показан способ развертывания узлов уплотнения согласно данному изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данном раскрытии изобретения могут повторно приводиться номера и/или буквы позиций в различных примерах или на различных фигурах. Такое повторение предназначено для простоты и ясности изложения и само по себе не диктует отношения между различными вариантами реализации изобретения и/или конфигурациями, которые обсуждались. Кроме того, пространственно относительные термины, такие как под, ниже, нижний, выше, верхний, вверх по стволу скважины, в скважине, выше по потоку, ниже по потоку и т.п., могут использоваться в данном документе для простоты описания, чтобы описать отношение одного элемента или признака к другому(-им) элементу(-ам) или признаку(-ам), как показано, при этом направление вверх направлено к верхней части соответствующей фигуры, а направление вниз направлено к нижней части соответствующей фигуры, направление вверх - к поверхности ствола скважины, направление вниз - к призабойному участку ствола скважины. Если не указано иное, пространственно относительные термины предназначены для охвата различных ориентаций устройства при использовании или работе в дополнение к ориентации, изображенной на фигурах. Например, если устройство на фигурах перевернуто, элементы, описанные как находящиеся «ниже» или «под» другими элементами или признаками, будут тогда ориентированы «над» другими элементами или признаками. Таким образом, приведенный в качестве примера термин «ниже» может охватывать как ориентацию выше, так и ориентацию ниже. Устройство может быть ориентировано иным образом (повернуто на 90 градусов или в других ориентациях), и пространственно относительные описательные термины, используемые в данном документе, также могут интерпретироваться соответствующим образом.

Кроме того, даже если фигура может изображать горизонтальный ствол скважины или вертикальный ствол скважины, если не указано иное, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что устройство в соответствии с настоящим изобретением одинаково хорошо подходит для использования в стволах скважин, имеющих другие ориентации, включая наклонные стволы скважин, многоствольные стволы скважин или т.п. Аналогичным образом, если не указано иное, даже если фигура может изображать шельфовую операцию, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что устройство в соответствии с данным изобретением одинаково хорошо подходит для использования в наземных операциях и наоборот.

В данном документе раскрыты варианты реализации уплотнительного узла и способы использования, в которых уплотнительный узел образован из эластомерного кольцевого кожуха или корпуса, внутри которого определена первичная камера или полость. Внутри кожуха также обеспечена вторая камера или полость. Вторая полость может быть образована простым разделением первичной камеры разрушаемой стенкой или развертыванием разрушаемой емкости внутри первичной камеры. В любом случае эластомерное соединение размещено в одной камере, а эластомерное отверждающее вещество хранится в другой камере. При приложении внешней силы к эластомерному кожуху данный кожух упруго деформируется из первой формы во вторую форму, причем вторая форма устанавливает эластомерный кожух в уплотняющую конфигурацию между соседними поверхностями кольцевого пространства. В то же время внешнюю силу используют для разрушения стенки или емкости, тем самым обеспечивая смешивание эластомерной смеси с эластомерным отверждающим веществом. После смешивания компонентов сохраняется воздействие внешней силы, удерживая эластомерный кожух в деформированной форме до тех пор, пока эластомерное соединение не затвердеет и не сохранит форму после прекращения воздействия силы.

В соответствии с фиг. 1, показан вертикальный вид в частичном поперечном разрезе системы 10 заканчивания ствола скважины, используемой для заканчивания скважин, предназначенных для добычи углеводородов из ствола 12 скважины, проходящего через различные земляные слои в нефтегазоносном пласте 14, расположенном ниже поверхности 16 геологической среды. Ствол 12 скважины может быть образован одним или более стволами, проходящими в пласт 14 и расположенными в любой ориентации, например горизонтальным стволом 12а скважины, проиллюстрированным на фиг. 1.

Система 10 заканчивания содержит буровую установку или буровую вышку 20. Буровая установка 20 может содержать подъемное устройство 22, блок 24 перемещения и вертлюг 26 для подъема и спуска обсадной колонны, бурильной трубы, гибких насосно-компрессорных труб, эксплуатационной колонны, трубы или колонн насосно-компрессорных труб других типов или транспортировочных средств 30 других типов, таких как каротажный кабель, тросовый канат и т.п. На фиг. 1 транспортировочное средство 30 представляет собой по существу трубчатую, проходящую в осевом направлении рабочую колонну или эксплуатационную обсадную колонну, образованную совокупностью соединений труб, соединенных вместе встык, поддерживающих компоновку для заканчивания, как описано ниже.

Буровая установка 20 может быть расположена в непосредственной близости от устья 40 скважины или на некотором расстоянии от него, например, как в случае шельфовой конструкции, показанной на фиг. 1. Одно или более устройств 42 регулирования давления, таких как противовыбросовые превенторы (BOP; blowout preventer), и другое оборудование, связанное с бурением или добычей из ствола скважины, также могут быть обеспечены на устье 40 скважины или в другом месте системы 10.

Для шельфовых операций, как показано на фиг. 1, буровая установка 20 может быть установлена на нефтяной или газовой платформе 44, такой как шельфовая платформа, как проиллюстрировано, полупогружные буровые платформы, буровые суда и тому подобное (не показано). Хотя система 10, показанная на фиг. 1, проиллюстрирована как шельфовая система заканчивания, система 10, показанная на фиг. 1, может быть развернута на суше. В любом случае, для шельфовых систем один или более подводных трубопроводов или разделительных колонн 46 проходят от палубы 50 платформы 44 до подводного устья 40 скважины. Колонна 30 насосно-компрессорных труб проходит вниз от буровой установки 20 через подводный трубопровод 46 и BOP 42 в ствол 12 скважины.

Источник 52 рабочей или технической жидкости, такой как резервуар или емкость для хранения, может подавать через линии 64 для потока рабочую жидкость 54 (см. фиг. 5А и 5В), перекачиваемую к верхнему концу колонны 30 насосно-компрессорных труб, и протекать через колонну 30 насосно-компрессорных труб к оборудованию, расположенному в стволе 12 скважины, такому как подземное оборудование 56. Источник 52 рабочей жидкости может подавать любую жидкость, используемую в скважинных операциях, включая, помимо прочего, буровой раствор, цементный раствор, жидкость для гидроразрыва пласта, жидкость для кислотной обработки, жидкую воду, пар или жидкость другого типа.

Систему 10 заканчивания можно, как правило, охарактеризовать как содержащую систему 58 труб. Для целей данного изобретения система 58 труб может содержать обсадные трубы, разделительные колонны, насосно-компрессорные трубы, бурильные колонны, колонны для заканчивания или эксплуатационные колонны, переводники, трубные головки или любые другие трубы, насосно-компрессорные трубы или оборудование, которое присоединяется или прикрепляется к вышеизложенному, например колонне 30, трубопроводу 46, утяжеленным бурильным трубам и соединения, а также стволу 12 скважины и боковым стволам, в которых могут быть развернуты трубы, обсадные трубы и колонны труб. В этом отношении система 58 труб может содержать одну или более обсадных колонн 60, которые могут быть зацементированы в стволе 12 скважины, такие как поверхностные, промежуточные и эксплуатационные обсадные трубы 60, показанные на фиг. 1. Кольцевое пространство 62 образовано между стенками соседних трубчатых компонентов, таких как концентрические обсадные колонны 60 или внешняя часть колонны 30 насосно-компрессорных труб и внутренняя стенка ствола 12 скважины или обсадной колонны 60, в зависимости от обстоятельств.

Флюиды, буровой шлам и другая выбуренная порода, возвращающиеся на поверхность 16 из ствола 12 скважины, направляются по выкидной линии 64 в резервуары 54 для хранения и/или системы 66 обработки, такие как вибрационные сита, центробежные сепараторы и т.п.

Как показано на фиг. 1, подземное оборудование 56 проиллюстрировано как оборудование для заканчивания, а колонна 30 насосно-компрессорных труб, гидравлически соединенная с оборудованием 56 для заканчивания, проиллюстрирована как эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 30. Хотя оборудование 56 для заканчивания может быть расположено в стволе 12 скважины любой ориентации, в целях иллюстрации оборудование 56 для заканчивания показано расположенным по существу в горизонтальной части ствола 12 скважины и содержит компоновку 82 для нижнего заканчивания, содержащую различные инструменты, такие как центрирующий подузел 84, уплотнительный узел 86, компоновка 88 противопесочного фильтра, уплотнительный узел 90, компоновка 92 противопесочного фильтра, уплотнительный узел 94, компоновка 96 противопесочного фильтра и уплотнительный узел 98. В одном или более вариантах реализации уплотнительные узлы 86, 90, 94 и 98 представляют собой пакеры.

В стволе 12 скважины на нижнем конце колонны 30 насосно-компрессорных труб расположена компоновка 104 для верхнего заканчивания, которая содержит различные инструменты, такие как уплотнительный узел 106, компенсатор 108, уплотнительный узел 110 и модуль 112 управления потоком флюида.

Хотя различные уплотнительные узлы 86, 90, 94, 98, 106 и 110, как правило, показаны как пакеры, развернутые в кольцевом пространстве 62 между колонной 30 насосно-компрессорных труб и обсадной колонной 60, в других вариантах реализации уплотнительные узлы, описанные в данном документе, могут быть развернуты в кольцевом пространстве между другими концентрическими конструкциями.

В соответствии с фиг. 2A, уплотнительный узел, показанный на фиг. 1, как правило, показан как уплотнительный узел 200. Уплотнительный узел 200, как правило, образован из эластомерного кожуха или корпуса 202, в котором образована первая камера или полость 204. В одном или более вариантах реализации кожух 202 имеет кольцевую форму, образованную вокруг первичной оси 203. В одном или более вариантах реализации кожух 202 имеет кольцевую форму и прямоугольное поперечное сечение, как показано на фиг. 2. В таких вариантах реализации кожух 202 может содержать внутреннюю радиальную стенку 206, разнесенную от наружной радиальной стенки 208, и дополнительно содержать разнесенные друг от друга торцевые стенки 209, 211 для определения камеры 204. В несжатом состоянии, как показано на фиг. 2, кожух 202 может иметь первую длину L₁, измеренную между разнесенными друг от друга торцевыми стенками 209, 211, и первую ширину W₁, измеренную между разнесенными друг от друга радиальными стенками 206, 208. Хотя кожух 202, как правило, изображен как имеющий прямоугольную форму в поперечном сечении, в других вариантах реализации кожух 202 может иметь другие формы поперечного сечения, включая, среди прочего, квадратную, круглую или овальную форму. Во избежание неоднозначного толкования, несжатое состояние, используемое в данном документе, как правило, относится к уплотнительному узлу 200 без воздействия внешней силы, прикладываемой к эластомерному кожуху 202. В одном или более вариантах реализации эластомерный наружный кожух 202 может быть выполнен из материала, полученного формованием с раздувом. В одном или более вариантах реализации наружный кожух 202 может представлять собой изготовленный кожух, образованный из сваренного ультразвуковой сваркой корпуса. В одном или более вариантах реализации кожух 202 может быть образован из мягкого податливого пластика. Эластомерный кожух также может быть образован из материала, выбранного из группы, состоящей из гидрированного нитрилбутадиенового каучука (HNBR; hydrogenated nitrile butadiene rubber), тетрафторэтиленпропилена (TFE/P; hydrogenated nitrile butadiene rubber), перфторэластомера (FFKM; perfluoroelastomer) и политетрафторэтилена (PTFE; polytetrafluoroethylene).

Уплотнительный узел дополнительно содержит вторую камеру или полость 210 внутри кожуха 202. Вторая камера 210 может быть образована из части первой камеры 204 и отделена от нее стенкой 212. В некоторых вариантах реализации стенка 212 может образовывать отдельно определенную емкость 214. Без ограничения конкретной формой поперечного сечения, в одном или более вариантах реализации емкость 214 может иметь круглую форму поперечного сечения, образованную вокруг оси, которая объединена с осью 211, а в других вариантах реализации емкость 214 может иметь другие формы поперечного сечения. Аналогичным образом, хотя емкость 214, как правило, показана как одна кольцевая конструкция в форме полого тороида, в других вариантах реализации несколько емкостей 214 могут быть развернуты внутри кожуха 202. В некоторых вариантах реализации эти несколько емкостей могут приобретать форму полых сфер, развернутых внутри кожуха 202. В некоторых вариантах реализации стенка 212 может быть разрушаемой или разрывной под действием заданной силы. В этом отношении стенка 212 может быть образована из жесткого материала, который разрушается под действием такой силы, или может быть образована из гибкого материала, который разрывается под действием такой силы. В одном или более вариантах реализации стенка 212, образующая вторую камеру 210, такую как емкость 214, может быть образована из стекла или хрупкого пластика или металла. В одном или более вариантах реализации емкость 214 может представлять собой удлиненную тонкостенную трубку, образованную из стекла, металла или хрупкого пластика. В некоторых вариантах реализации емкость 214 может представлять собой удлиненную тонкостенную трубку, имеющую преимущественно кольцевую форму и развернутую внутри первой камеры 204 кольцевого пространства, хотя обе камеры 204, 210 не обязательно должны быть выровнены концентрически.

Первая жидкость 218 содержится или иным образом размещена внутри первичной камеры или полости 204, а вторая жидкость 220 содержится или иным образом размещена во второй камере или полости 210. В одном или более вариантах реализации первая жидкость 218 представляет собой эластомерный состав, а вторая жидкость 220 представляет собой эластомерное отверждающее вещество, в то время как в других вариантах реализации первая жидкость 218 представляет собой эластомерное отверждающее вещество, а вторая жидкость 220 представляет собой эластомерный состав, такой как эпоксидные смолы. В других вариантах реализации первая жидкость 218 и вторая жидкость 220 представляют собой эпоксидные смолы, такие как первая эпоксидная смола и вторая эпоксидная смола, которые вступают в химическую реакцию при смешивании. В других вариантах реализации одна жидкость представляет собой эпоксидную смолу, а другая жидкость представляет собой сореагент. Независимо от того, какая из жидкостей 218, 220 находится в какой из камер 204, 210, жидкости сохраняются отдельно друг от друга во время развертывания уплотнительного узла 220. Эластомерные соединения могут содержать дициклопентадиен (DCPD; dicyclopentadiene), низкотемпературный полиуретан или низковязкие эпоксидные смолы. Эластомерное соединение может быть в форме жидкости, геля, порошка или размягченного твердого эластомерного соединения, которое легко становится вязким под действием давления. Эластомерные отверждающие вещества могут содержать эпоксидные сореагенты.

В одном или более вариантах реализации частицы 222 добавки, такие как пластификаторы или наполнители, могут быть суспендированы или иным образом смешаны с одной из жидкостей 218, 220 для достижения требуемой химической реакции, обработки или конечных свойств. Частицы 222 могут быть выбраны в зависимости от среды, в которой развернут уплотнительный узел 200, такой как, например, среды с высоким давлением и высокой температурой. В некоторых вариантах реализации частицы 222 могут представлять собой гранулы, волокно или порошок, или любую их комбинацию. В некоторых вариантах реализации частицы 222 могут быть образованы из стекла, углеродного волокна или графита, или любой их комбинации.

И наконец, в то время как в большинстве вариантов реализации вторая камера 210 расположена внутри первой камеры 204, в других вариантах реализации вторая камера 210 может быть отделена от камеры 204, а вторую жидкость 220 вводят в первую камеру 204 для облегчения отверждения эластомерного соединения внутри кожуха 202.

На фиг. 2B показан один вариант реализации второй камеры 210. Стенка 212, образующая вторую камеру 210, такую как емкость 214, может иметь форму, позволяющую усилить разрыв, раздавливание или разрушение под действием внешней силы F₁. Таким образом, в одном или более вариантах реализации, независимо от общей формы второй камеры 210, по меньшей мере часть стенки 212 может содержать выступы или выступающие части 213, так что приложение силы F₁ к выступающей части быстрее приведет к разрыву второй камеры 210.

На фиг. 3 показан уплотнительный узел 200 с приложением исходных внешних сил F₁, вызывающих упругую деформацию кожуха 202 до исходной сжатой формы, причем кожух 202 характеризуется второй длиной L₂, измеренной между разнесенными друг от друга торцевыми стенками 201, и второй шириной W₂, измеренной между разнесенными друг от друга радиальными стенками 206, 208. В одном варианте реализации этой исходной сжатой формы внешние силы F₁ прикладываются к разнесенным друг от друга торцевым стенкам 201 таким образом, что L₂ меньше L₁, а W₂ больше W₁. В другом варианте этой исходной сжатой формы внешние силы F₁ прикладываются к разнесенным друг от друга радиальным стенкам 206, 208 таким образом, что L₂ больше L₁, а W₂ меньше W₁. В любом случае внешняя сила F₁ сжимает уплотнительный узел 200, приводя его в герметичное зацепление с уплотняющими поверхностями, преимущественно перпендикулярными направлению прикладываемой внешней силы. Например, внешняя сила F_1, прикладываемая к торцевым стенкам 201, деформирует кожух 202 в радиальном направлении, как показано на фиг. 3, таким образом, что радиальные стенки 206, 208 входят в герметичное зацепление с преимущественно концентрическими конструкциями (не показаны) рядом с радиальными стенками 206, 208. Аналогичным образом, внешняя сила F₁, прикладываемая к радиальным стенкам 206, 208, деформирует кожух 202 в продольном направлении таким образом, что торцевые стенки 201 входят в герметичное зацепление с конструкциями (не показаны), такими как заплечик или другая поверхность, рядом с каждой торцевой стенкой 201. В любом случае внешняя сила F₁ прикладывается для изменения формы уплотнительного узла 200, так что уплотнительный узел 200 деформируется, переходя из своей исходной формы в герметичный контакт между двумя поверхностями.

Хотя вторая камера 210 была описана как предназначенная для раздавливания или разрыва с последующим высвобождением второй жидкости 220, содержащейся в ней, в одном или более вариантах реализации стенка 212 может быть образована из материала, который разлагается при заданной температуре с высвобождением второй жидкости 220. В таких вариантах реализации внешняя раздавливающая сила не обязательно должна прикладываться к уплотнительному узлу 200 для разрыва второй камеры 210, а должна прикладываться лишь для деформации кожуха 202 до требуемой формы для создания уплотнения. Конечно, специалистам в данной области техники будет понятно, что температура разложения для второй камеры 210 должна быть выбрана ниже любой температуры, при которой в противном случае разложились бы любые другие компоненты уплотнительного узла 200. Таким образом, температура разложения может представлять собой предполагаемую температуру пласта или пластового флюида в том месте, где должен быть расположен и установлен уплотнительный узел.

На фиг. 4 внешнюю силу F₁ также используют для обеспечения смешивания между собой первой жидкости 218 и второй жидкости 220. В частности, внешнюю силу F₁ используют для раздавливания стенки 212 второй камеры 210 до такой степени, что стенка 212 второй камеры 210 разрывается, в результате чего вторая жидкость 220, расположенная во второй камере 210, высвобождаясь, попадает в первую камеру 204 и запускает реакцию между первой жидкостью 218 и второй жидкостью 220. Следует понимать, что форма и расположение второй камеры 210, а также материал, из которого изготовлена стенка 212 второй камеры, будут определять величину силы F₁ и сжатия кожуха 202, необходимую для разрыва второй камеры 210. Например, если вторая камера 210 образована из жесткого материала и преимущественно проходит между несжатыми торцевыми стенками 201, то для разрыва стенки 212 может потребоваться меньшая сила F₁, чем если бы вторая камера 210 имела круглую форму поперечного сечения и стенку 212, образованную из эластичного материала.

На фиг. 5 вторая камера 210 проиллюстрирована как одна или более полых форм 230. В одном или более вариантах реализации полые формы 230 могут представлять собой сферы. В любом случае, как описано выше, под действием внешней силы F₁ полые формы 230 разорвутся, высвободив вторую жидкость 220, содержащуюся в них.

На фиг. 6 проиллюстрирован уплотнительный узел 300, который, как правило, образован из эластомерного кожуха или корпуса 302, в котором определена первичная камера или полость 304. В одном или более вариантах реализации кожух 302 имеет кольцевую форму. В одном или более вариантах реализации кожух 302 имеет кольцевую форму и прямоугольное поперечное сечение, как показано на фиг. 6. В таких вариантах реализации кожух 302 может содержать внутреннюю радиальную стенку 306, разнесенную от наружной радиальной стенки 308, и дополнительно содержать разнесенные друг от друга торцевые стенки 309, 311 для определения камеры 304. В то время как кожух 302, как правило, изображен как имеющий прямоугольную форму поперечного сечения, в других вариантах реализации кожух 302 может иметь другие формы поперечного сечения, включая, среди прочего, квадратную, круглую или овальную форму.

Уплотнительный узел дополнительно содержит вторую камеру или полость 310 внутри корпуса 302. Вторая камера 302 образована путем разделения части первой камеры 304 стенкой 312. В некоторых вариантах реализации стенка 312 может быть разрушаемой или разрывной под действием заданной силы. В этом отношении стенка 312 может быть образована из жесткого материала, который разрушается под действием такой силы, или может быть образована из гибкого материала, который разрывается под действием такой силы. В проиллюстрированном варианте реализации стенка 312 образована из жесткого материала и герметично входит в зацепление с одной из стенок 306, 308, 309, 311 на первом конце 314 и герметично входит в зацепление с противоположной стенкой 306, 308, 309, 311 на втором конце 316 стенки 312. Один или оба конца 314, 316 могут быть прикреплены к находящейся в зацеплении стенке.

Первая жидкость 218 нагнетается или иным образом размещается внутри первичной камеры или полости 304, а вторая жидкость 220 нагнетается или иным образом размещается во второй камере или полости 310.

На фиг. 7 показана внешняя сила F₁, прилагаемая к кожуху 302, тем самым деформируя кожух 302 с его исходной формы. В этом варианте реализации первый конец 314 стенки 312 прикреплен к внутренней радиальной стенке 306. При приложении внешней силы F₁ к боковым стенкам 309, 311 внешняя радиальная стенка 308 отклоняется в радиальном направлении наружу, в результате чего вторые концы 316 стенки 312 выходят из зацепления с внешней радиальной стенкой 308, что обеспечивает смешение жидкостей 218, 220 внутри их соответствующих камер 304, 310.

На фиг. 8 показан вид в поперечном разрезе скважинного инструмента 400, на котором установлен по меньшей мере один уплотнительный узел 402, такой как уплотнительные узлы уплотнения, описанные в данном документе. Проиллюстрированный вариант реализации изображает два уплотнительных узла 402а, 402b. В этом отношении уплотнительный узел 402 может приобретать любую одну или более характеристик, связанных с другими уплотнительными узлами, описанными в раскрытии данного изобретения. В любом случае скважинный инструмент 400, как правило, содержит первый трубчатый элемент 404, имеющий цилиндрическую поверхность 406, определенную вокруг оси 408 инструмента. Трубчатый элемент 404 может представлять собой оправку, например, содержащую проходящий через нее проточный канал 409. Вдоль цилиндрической поверхности 406 расположен первый заплечик 410, который может быть выполнен как одно целое с трубчатым элементом 404 или отдельной конструкцией, такой как кольцевой элемент или муфта.

Уплотнительный узел 402 показан как содержащий эластомерный кожух 412, внутри которого определены первая камера 414 и вторая камера 416. Первая жидкость 418 размещена в первой камере 414, а вторая жидкость 420 размещена во второй камере 416. В одном варианте реализации первая жидкость 418 представляет собой эластомерное соединение, а вторая жидкость 420 представляет собой эластомерное отверждающее вещество, в то время как в других вариантах реализации первая жидкость 418 представляет собой эластомерное отверждающее вещество, а вторая жидкость 420 представляет собой эластомерное соединение.

Скважинный инструмент 400 может содержать совокупность последовательно развернутых уплотнительных узлов 402. В проиллюстрированном варианте реализации показаны первый уплотнительный узел 402а и второй уплотнительный узел 402b. Хотя уплотнительные узлы 402а, 402b могут примыкать друг к другу, в некоторых вариантах реализации они могут быть разнесены друг от друга прокладкой 422. Вокруг трубчатого элемента 404 проходит второй трубчатый элемент 424, тем самым образуя кольцевое пространство 426 между первым и вторым трубными элементами 404, 424. Как показано, уплотнительные узлы 402а и 402b расположены на первом трубчатом элементе 404 внутри кольцевого пространства 426. В проиллюстрированном варианте реализации прокладка 422 представляет собой скользящее кольцо, которое может быть развернуто вокруг поверхности 406 между уплотнительными узлами 402a, 402b.

Хотя для приложения внешнего давления к уплотнительным узлам 402а, 402b могут использовать любой тип механизма, в проиллюстрированном варианте реализации используют муфту 430, приводимую в действие давлением. Муфта 430 проходит в кольцевое пространство 426 рядом с уплотнительными узлами 402а, 402b и установлена с возможностью скольжения на первом трубчатом элементе 404. Муфта 430 содержит торцевую поверхность 432, которая, как правило, разнесена от уплотнительных узлов 402a, 402b, когда муфта 430 находится в первом положении, причем первое положение показано на фиг. 8.

Подача гидравлической жидкости под давлением (не показана) на муфту 430 через канал 434 гидравлического давления перемещает муфту 430 из первого положения (показано на фиг. 8) во второе положение (не показано), причем торцевая поверхность 432 входит в зацепление с уплотнительным узлом 402b для приложения к нему внешней силы. Следует понимать, что внешняя сила передается через уплотнительный узел 402b на прокладочное кольцо 422, а затем на уплотнительный узел 402а, который упирается в первый заплечик 410. Таким образом, внешняя сила сжимает каждый из уплотнительных узлов 402a и 402b между муфтой 430 и заплечиком 410 и заставляет часть кожуха 412 каждого из уплотнительных узлов 402a и 402b расширяться в радиальном направлении наружу, входя в зацепление со вторым трубчатым элементом 424 и герметизируя кольцевое пространство 426 между ними. Кроме того, внешняя сила раздавливает или иным образом разрывает вторую камеру 416 в каждом из уплотнительных узлов 402, заставляя первую и вторую жидкости 418, 420 смешиваться, вступать в реакцию и затвердевать в форме кожухов 412 сжатых уплотнительных узлов 402a, 402b. В этом отношении воздействие внешней силы сохраняется до тех пор, пока эластомерное соединение не затвердеет, чтобы поддержать форму сжатого эластомерного кожуха 412. Таким образом, следует понимать, что внешняя сила может быть использована для: i) деформации эластомерного кожуха 412 в требуемую форму для герметизации; ii) высвобождения второй жидкости 420, чтобы инициировать смешивание с первой жидкостью 418; и iii) сохранения деформированной формы во время отверждения или затвердевания эластомерного соединения.

В некоторых вариантах реализации первая внешняя сила может быть приложена для высвобождения второй жидкости 420, чтобы инициировать смешивание с первой жидкостью 418, а затем внешняя сила может быть уменьшена до второй внешней силы, используемой для удержания деформированного эластомерного кожуха 412 в требуемой форме во время отверждения. Например, муфта 430 может перемещаться из первого положения (показанного на фиг. 8) во второе положение, которое вызывает разрыв второй камеры 416, в третье положение, в котором муфта 430 остается в зацеплении (прямо или опосредованно) с кожухом 412 во время отверждения эластомерного соединения. Во втором положении муфта 430 смещается в сторону заплечика 410 до тех пор, пока не разорвется вторая камера 416, после чего муфта 430 смещается обратно от заплечика 410 в положение, в котором торцевая поверхность 432 по-прежнему находится в зацеплении с уплотнительным узлом 402 до тех пор, пока не завершится процесс отверждения/затвердевания. После завершения процесса отверждения/затвердевания муфта 430 может быть смещена, выйдя из зацепления с уплотнительным узлом 402, и уплотнительный узел 402 будет сохранять деформированную форму, находясь в герметичном зацеплении с первым и вторым трубчатыми элементами 404, 424.

Следует понимать, что хотя скважинный инструмент 400 был описан как содержащий гидравлически перемещаемую муфту 430 для приложения внешней силы, необходимой для установки и приведение в действие уплотнительного узла 402, для приложения внешней силы можно использовать механизм любого типа. Например, муфту 430 можно механически перемещать с помощью инструмента. Или муфту 430 можно заменить механизмом другого типа, который можно использовать для приложения внешней силы к уплотнительному узлу 402.

На фиг. 9 показан вид в поперечном разрезе части скважинного пакера 500. Пакер 500, как правило, содержит удлиненный трубчатый элемент или оправку 502, определенную вдоль оси 504 и содержащую внутренний проточный канал 506 и внешнюю цилиндрическую поверхность 508. Один или более уплотнительных узлов 510 размещены на трубчатом элементе 502 вокруг цилиндрической поверхности 508. Хотя данное изобретение не ограничено конкретным количеством уплотнительных узлов 510, в проиллюстрированном варианте реализации показаны три уплотнительных узла 510a, 510b, 510c.

Каждый уплотнительный узел 510, как правило, содержит эластомерный кожух 512, внутри которого определены первая камера 514 и вторая камера 516. Первая жидкость 518 расположена в первой камере 514, а вторая жидкость 520 расположена во второй камере 516. В одном варианте реализации первая жидкость 518 представляет собой эластомерное соединение, а вторая жидкость 520 представляет собой эластомерное отверждающее вещество, в то время как в других вариантах реализации первая жидкость 518 представляет собой эластомерное отверждающее вещество, а вторая жидкость 520 представляет собой эластомерное соединение. Хотя уплотнительные узлы 510a, 510b, 510c могут примыкать друг к другу, в некоторых вариантах реализации они могут быть разнесены друг от друга прокладкой 522. В одном или более вариантах реализации прокладка 522 представляет собой скользящее кольцо, расположенное на поверхности 508 трубчатого элемента 502.

В проиллюстрированном варианте реализации каждый эластомерный кожух 512 каждого уплотнительного узла 510 является кольцевым и имеет удлиненную прямоугольную форму поперечного сечения с внутренней радиальной стенкой 515, разнесенной от внешней радиальной стенки 516, и дополнительно содержит разнесенные друг от друга торцевые стенки 518, 519 для определения камеры 514. В несжатом состоянии, как показано на фиг. 9, кожух 512 может иметь первую длину L₁, измеренную между разнесенными друг от друга торцевыми стенками 518, 519, и первую ширину W₁, измеренную между разнесенными друг от друга радиальными стенками 515, 516. В то время как кожух 512, как правило, изображен как имеющий прямоугольную форму поперечного сечения, в других вариантах реализации кожух 512 может иметь другие формы поперечного сечения, включая, среди прочего, квадратную, круглую или овальную форму.

Уплотнительные узлы 510a, 510b, 510c ограничены парой разнесенных друг от друга заплечиков 520, а именно первым заплечиком 520a и вторым заплечиком 520b. В некоторых вариантах реализации заплечик 520 может представляет собой кольцо или клин кольцевого пространства. В проиллюстрированном варианте реализации каждый из заплечиков 520a, 520b показан как скользящий, хотя в других вариантах реализации по меньшей мере один заплечик 520 может быть зафиксирован или выполнен как одно целое с муфтой 502. Каждый заплечик 520 имеет торцевую поверхность 522, которая упирается в торцевую стенку 518 уплотнительного узла 510. В проиллюстрированном варианте реализации каждый скользящий заплечик первоначально закреплен на месте срезным крепежным элементом 524. Плечо 520 показано как имеющее внешнюю кулачковую поверхность 526, которая взаимодействует с внутренней кулачковой поверхностью 528 узла 530 скольжения. В частности, проиллюстрированы первый или верхний узел 530а клиновой плашки и второй или нижний узел 530b клиновой плашки. Как должно быть очевидно специалистам в данной области техники, заплечик 520 может иметь множество конфигураций, включая конфигурации, имеющие другие количества клиновых секций, причем такие конфигурации рассматриваются в пределах объема настоящего изобретения.

Узел 530 клиновой плашки может содержать зубья 532, расположенные вдоль его внешней поверхности, для обеспечения компоновки захвата с внутренней стороной скважинной обсадной трубы или стенкой ствола скважины, в зависимости от обстоятельств. Когда к узлу 530 клиновой плашки прикладывается осевая сила F, узел 530 клиновой плашки расширяется в радиальном направлении с приведением в контакт со скважинной обсадной трубой или стенкой ствола скважины. Кроме того, узел 530 клиновой плашки прикладывает силу ка заплечику 520, обеспечивая срезание срезного крепежного элемента 524 и приводя заплечик 520 к соседнему уплотнительному узлу 510. Эта сжимающая внешняя сила, прикладываемая к уплотнительному узлу 510, заставляет часть эластомерного кожуха 512 уплотнительного узла 510 деформироваться в радиальном направлении наружу, обеспечивая герметичное зацепление с соседней по кольцевому пространству обсадной колонной или стенкой ствола скважины (не показаны). Как описано выше, эта сжимающая внешняя сила, прикладываемая к уплотнительному узлу 510, также приводит к разрыву или раздавливанию второй камеры 516, тем самым обеспечивая смешивание первой жидкости 518 и второй жидкости 520. В этом конкретном варианте реализации, поскольку узлы 530 клиновой плашки установлены, заплечики 520 по-прежнему прилегают к торцевым стенкам 518, 519 даже после отверждения и затвердевания эластомерного соединения.

На фиг. 10 проиллюстрирован способ 600 установки уплотнительного узла в стволе скважины. На первом этапе 602 уплотнительный узел, такой как уплотнительные узлы, описанные в данном документе, располагают в стволе скважины. Как правило, уплотнительный узел располагается в кольцевом пространстве между соседними кольцевыми конструкциями, между которыми требуется уплотнение, например между трубным элементом и обсадной колонной или трубным элементом и стенкой ствола скважины. Тем не менее, уплотнительный узел можно расположить между любыми двумя разнесенными друг от друга поверхностями в стволе скважины, между которыми желательно установить уплотнение.

На этапе 604 к уплотнительному узлу прикладывают внешнюю силу. Внешняя сила упруго деформирует уплотнительный узел, чтобы изменить форму уплотнительного узла. В этом отношении уплотнительный узел может быть упруго деформирован путем изменения формы уплотнительного узла с первой формы, имеющей первую длину (L1) и первую ширину (W1), на вторую форму, вторая длина (L2) которой меньше, чем первая длина, и вторая ширина (W2) которой больше, чем первая ширина. Данная форма расширяется или вдавливается в герметичный контакт с соседней поверхностью, с которой требуется уплотнение. В той степени, в которой уплотнительная поверхность представляет собой трубчатый элемент, находящийся рядом с уплотнительным узлом, данная форма расширяется в радиальном направлении наружу до тех пор, пока уплотнительный узел не войдет в герметичное зацепление с поверхностью соседнего трубчатого элемента. В одном варианте реализации внешняя сила может быть приложена путем механического приведения в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу. В одном варианте реализации внешняя сила может быть приложена путем гидравлического приведения в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу. В одном варианте реализации внешняя сила может быть приложена путем электрического приведения в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу. В одном варианте реализации внешняя сила может быть приложена путем применения жидкости под давлением для приложения внешней силы к уплотнительному узлу. В любом случае уплотнительный узел упруго деформируется до такой степени, что уплотнительный узел вынужден войти в контакт с уплотнительной поверхностью для образования уплотнения между ними.

На этапе 606 внешнюю силу используют для установления гидравлического сообщения между первой камерой и второй камерой. В некоторых вариантах реализации это может включать в себя разрыв камеры внутри уплотнительного узла, что может быть выполнено путем раздавливания, разрушения или разрыва стенки, отделяющей первую камеру от второй камеры, или путем раздавливания, разрушения или разрыва стенки, образующей емкость, развернутую внутри первой камеры. Например, внешняя сила может быть приложена для раздавливания полых сфер внутри уплотнительного узла. В других вариантах реализации вторая камера может представлять собой эластичную емкость, которая разрывается под действием определенной сжимающей силы. В других вариантах реализации приложенная внешняя сила при изменении формы уплотнительного узла высвобождает стенку внутри уплотнительного узла.

На этапе 608 эластомерное соединение в одной из камер смешивается с эластомерным отверждающим веществом внутри другой камеры. Это происходит, когда жидкость внутри одной камеры высвобождается с вступлением в контакт с жидкостью внутри другой камеры, когда одна из камер разрывается или раздавливается. Смешанные жидкости вступают в реакцию и начинают отверждаться, обеспечивая затвердевание эластомерного соединения. Следует понимать, что эластомерный кожух расширяется перед отверждением и что эластомерное соединение смешивается и отверждается на месте только после того, как эластомерный кожух деформируется до требуемой формы. Это отличается от механического расширения эластомерных элементов после отверждения, а именно твердых резиновых элементов, включающего в себя значительную пластическую деформацию, которая может снизить целостность эластомерного элемента из-за разрыва эластомерных поперечных связей. По существу, эластомерные элементы, которые расширяются после отверждения, могут утратить прочность поперечных связей и вернуться к характеристикам базовой резины. При смешивании и отверждении уплотнительного элемента на месте уплотнительный элемент будет отвержден и будет демонстрировать более желательные характеристики материала. Кроме того, сила, необходимая для выдавливания отвержденных уплотнительных элементов в деформированную форму, существенно превышает силы, необходимые на этапах 604 и 606, описанных выше, для деформации пластикового кожуха и разрыва второй камеры с инициированием отверждения. В частности, для твердых резиновых элементов обычно могут требоваться установочные силы, составляющие более 18 тонн (30 000 фунтов). И напротив, для уплотнительного узла согласно данному изобретению требуются внешние установочные силы, которые намного меньше, что позволяет меньшей площади установочного поршня приводить в действие и запускать уплотнительный узел по сравнению с установочными механизмами, используемыми для установки отвержденных уплотнительных элементов.

На этапе 610 внешнюю силу используют для поддержания деформированной формы уплотнительного узла при одновременном отверждении и затвердевании смешанных между собой жидкостей. В частности, в то время, как эластомерное отверждающее вещество вступает в реакцию с эластомерным соединением, внешнюю силу используют для удержания уплотнительного узла в форме, требуемой для герметичного зацепления. После того как эластомерное соединение затвердеет до такой степени, что оно будет удерживать эластомерный кожух в деформированной форме, необходимой для герметичного зацепления, воздействие внешней силы может быть прекращено.

Уплотнительный узел, как описано, особенно желателен для постоянных уплотнений, например для использования с постоянными пакерами при использовании уплотнений неподвижных соединений. Уплотнительный узел особенно полезен, поскольку он может легко деформироваться (до отверждения) при низких внутренних напряжениях, обеспечивая герметизацию очень больших зазоров. Кроме того, кожух также будет действовать как экструзионный барьер, ограничивающий потребность во внешних вспомогательных средствах, таких как антиэкструзионные опорные башмаки. Кроме того, в отличие от твердых резиновых уплотнений, в случае которых может потребоваться расположение в соответствии с направлением давления, в уплотнительном узле согласно данному изобретению предложено двунаправленное уплотнение, независимо от направления, со стороны которого к уплотнительному узлу прикладывается давление жидкости. Дополнительным преимуществом уплотнительного узла является то, что исключаются проблемы с фрикционным износом или трением при перемещении уплотнительного узла в требуемое положение по сравнению с уплотнительными элементами из твердой резины, которые имеют большую площадь основания и более подвержены таким проблемам. Также следует понимать, что, поскольку уплотнение инициировано химическим путем, эластомерное соединение и эластомерное отверждающее вещество могут быть выбраны в зависимости от различных скважинных условий и совместимости с флюидами. Таким образом, если одно эластомерное соединение и эластомерное отверждающее вещество могут подходить для первой совокупности условий окружающей среды, другое эластомерное соединение и эластомерное отверждающее вещество могут подходить для второй совокупности условий окружающей среды, отличающейся от первой совокупности. И наконец, следует понимать, что уплотнительный узел особенно желателен для кольцевых пространств неправильной формы, поскольку кожух легко расширяется, чтобы соответствовать этой неправильной форме. Таким образом, уплотнительный узел может быть желательным, если два соседних кольцевых компонента не концентрические или если стенка ствола скважины имеет некруглую форму.

Таким образом, был описан уплотнительный узел для скважинного инструмента. Уплотнительный узел может содержать эластомерный кожух, внутри которого определены первая камера и вторая камера со стенкой, расположенной между двумя камерами; эластомерное соединение, размещенное в одной камере, и эластомерное отверждающее вещество, хранящееся в другой камере. Аналогичным образом был описан скважинный инструмент, содержащий уплотнительный узел. Скважинный инструмент может содержать цилиндрическую поверхность, определенную вокруг оси и имеющую первый заплечик, определенный вдоль цилиндрической поверхности, и эластомерный кожух, внутри которого определены первая камера и вторая камера со стенкой, расположенной между двумя камерами; эластомерное соединение, размещенное в одной камере, и эластомерное отверждающее вещество, хранящееся в другой камере, при этом эластомерный кожух расположен вокруг цилиндрической поверхности, так что ось эластомерного кожуха параллельна оси цилиндрической поверхности.

Любой один или более из следующих элементов могут быть включены в любой из вышеупомянутых вариантов реализации:

Эластомерный кожух представляет собой полый тороид прямоугольного сечения.

Вторая камера представляет собой раздавливаемую емкость, расположенную внутри первой камеры.

Вторая камера представляет собой округлый резервуар.

Раздавливаемая емкость выполнена из стекла.

Эластомерный кожух деформируется из первой формы, имеющей первую длину (L1) и первую ширину (W1), во вторую форму, вторая длина (L2) которой меньше, чем первая длина, и вторая ширина (W2) которой больше, чем первая ширина.

Вторая камера представляет собой полый тороид, расположенный с первой камерой с осью тороида, преимущественно соосной с осью тороида эластомерного кожуха.

Вторая камера представляет собой полый тороид круглого сечения.

Эластомерный кожух имеет противоположные торцевые поверхности, внутреннюю радиальную поверхность и внешнюю радиальную поверхность.

Одна торцевая поверхность эластомерного кожуха упирается в первый заплечик.

Вторая камера образована стенкой, имеющей форму образованных вдоль нее выступов.

Вторая камера образована из материала, который разлагается при выбранной температуре.

Второй заплечик разнесен от первого заплечика вокруг цилиндрической поверхности с эластомерной кожухом между ними, при этом второй заплечик может скользить по цилиндрической поверхности.

Второй скользящий заплечик представляет собой кольцо, расположенное вокруг цилиндрической поверхности.

Второй скользящий заплечик представляет собой муфту, расположенную вокруг цилиндрической поверхности.

Цилиндрическая поверхность содержит удлиненную оправку, проходящую между первым концом и вторым концом, со сквозным каналом, определенным между двумя концами.

Второй выступ упирается в другой конец эластомерного кожуха.

Первый заплечик представляет собой кольцо, расположенное вокруг цилиндрической поверхности и прикрепленное к нему с помощью срезного крепежного элемента.

Каждый из первого заплечика и второго заплечика представляет собой кольцо, расположенное вокруг цилиндрической поверхности и прикрепленное к ней с помощью срезного крепежного элемента.

Механизм клиновой плашки, упирающийся в первый заплечик.

Цилиндр, расположенный вокруг внешней радиальной поверхности.

По меньшей мере два разнесенных друг от друга эластомерных кожуха, причем в каждом кожухе определены первая камера и вторая камера с раздавливаемой стенкой, расположенной между двумя камерами; эластомерное соединение, развернутое в одной камере, и эластомерное отверждающее вещество, хранящееся в другой камере, при этом эластомерный кожух расположен вокруг цилиндрической поверхности, так что ось эластомерного кожуха параллельна оси цилиндрической поверхности.

Прокладка, расположенная вдоль цилиндрической поверхности между двумя эластомерными кожухами.

Верхняя клиновая плашка и нижняя клиновая плашка.

Скважинный инструмент представляет собой пакерную компоновку.

Эластомерный кожух образован из материала, выбранного из группы, состоящей из гидрированного нитрилбутадиенового каучука (HNBR), тетрафторэтиленпропилена (TFE/P), перфторэластомера (FFKM) и политетрафторэтилена (PTFE).

Эластомерное соединение представляет собой первую эпоксидную смолу.

Эластомерное отверждающее вещество представляет собой вторую эпоксидную смолу.

Эластомерное соединение представляет собой первую эпоксидную смолу, а эластомерное отверждающее вещество представляет собой вторую эпоксидную смолу, отличающуюся от первой эпоксидной смолы.

Эластомерное соединение представляет собой эпоксидную смолу, а эластомерное отверждающее вещество представляет собой сореагент эпоксидной смолы.

Эластомерное соединение выбрано из группы, состоящей из дициклопентадиена (DCPD), низкотемпературного полиуретана и низковязких эпоксидных смол.

Частицы, смешанные с эластомерным соединением, причем частицы выбраны из группы, состоящей из стекла, технического углерода/графита и графита.

Аналогично был описан способ установки уплотнения в стволе скважины. Способ может включать в себя расположение уплотнительного узла в стволе скважины; приложение внешней силы к уплотнительному узлу для упругой деформации уплотнительного узла; смешивание эластомерного отверждающего вещества внутри уплотнительного узла с эластомерным соединением внутри уплотнительного узла; и поддержание уплотнительного узла в упруго деформированной форме до тех пор, пока эластомерное отверждающее вещество не прореагирует с эластомерным соединением. В других вариантах реализации способ может включать в себя приложение внешней силы к уплотнительному узлу для изменения формы уплотнительного узла; применение внешней силы, приложенной к уплотнительному узлу, для обеспечения реакции эластомерного отверждающего вещества внутри уплотнительного узла с эластомерным соединением внутри уплотнительного узла; и удержание уплотнительного узла в измененной форме до затвердения эластомерного соединения. В других вариантах реализации способ может включать в себя приложение внешней силы к уплотнительному узлу для упругой деформации уплотнительного узла; применение внешней силы, приложенной к уплотнительному узлу, для обеспечения реакции эластомерного отверждающего вещества внутри уплотнительного узла с эластомерным соединением внутри уплотнительного узла; и удержание уплотнительного узла в упруго деформированной форме до затвердения эластомерного соединения.

Любой один или более из следующих элементов могут быть включены в любой из вышеупомянутых вариантов реализации:

Упругая деформация включает в себя вынужденное приведение уплотнительного узла в контакт с уплотнительной поверхностью для образования уплотнения между ними.

Уплотнительная поверхность представляет собой трубчатый элемент.

Уплотнительная поверхность представляет собой стенку ствола скважины.

Прекращение воздействия внешней силы и поддержание уплотнения между уплотнительным узлом и уплотнительной поверхностью.

Этап приложения внешней силы включает в себя механическое приведение в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу.

Этап приложения внешней силы включает в себя гидравлическое приведение в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу.

Этап приложения внешней силы включает в себя электрическое приведение в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу.

Этап приложения внешней силы включает в себя применение жидкости под давлением для приложения внешней силы к уплотнительному узлу.

Упругая деформация включает в себя изменение формы уплотнительного узла с первой формы, имеющей первую длину (L₁) и первую ширину (W₁), на вторую форму, вторая длина (L₂) которой меньше, чем первая длина, и вторая ширина (W₂) которой больше, чем первая ширина.

Хотя детально проиллюстрированы различные варианты реализации, данное изобретение не ограничено показанными вариантами реализации. Специалисты в данной области техники могут модифицировать и адаптировать вышеуказанные варианты реализации. Такие модификации и адаптации соответствуют сущности и подпадают под объем данного изобретения.

Предложено двухкомпонентное цельное уплотнение для неподвижных применений скважинных инструментов. Группа изобретений относится к способу установки уплотнения в кольцевом пространстве ствола скважины, уплотнительному узлу для скважинного инструмента, скважинному инструменту для уплотнения кольцевого пространства в стволе скважины. Техническим результатом является повышение целостности эластомерного элемента при отверждении, а также упрощение запуска уплотнительного узла, за счет применения меньшей установочной силы. Способ установки уплотнения включает приложение внешней силы к уплотнительному узлу для упругой деформации уплотнительного узла и для приведения его в сжатое состояние. Уплотнительный узел включает кольцевой кожух с эластомерным отверждающим веществом и эластомерным соединением в нем, отделенные друг от друга до приложения внешней силы. Также способ включает применение внешней сжимающей силы, приложенной к уплотнительному узлу, для обеспечения реакции эластомерного отверждающего вещества с эластомерным соединением внутри кольцевого кожуха уплотнительного узла. Также способ включат удержание уплотнительного узла в упруго деформированной форме до отверждения эластомерного соединения в форме сжатого уплотнительного узла. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ установки уплотнения в кольцевом пространстве ствола скважины, включающий:

приложение внешней силы к уплотнительному узлу для упругой деформации уплотнительного узла и для приведения его в сжатое состояние, при этом уплотнительный узел включает кольцевой кожух с эластомерным отверждающим веществом и эластомерным соединением в нем, отделенные друг от друга до приложения внешней силы;

применение внешней сжимающей силы, приложенной к уплотнительному узлу, для обеспечения реакции эластомерного отверждающего вещества с эластомерным соединением внутри кольцевого кожуха уплотнительного узла; и

удержание уплотнительного узла в упруго деформированной форме до отверждения эластомерного соединения в форме сжатого уплотнительного узла.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий прекращение воздействия внешней силы и поддержание уплотнения между уплотнительным узлом и уплотнительной поверхностью.

3. Способ по п. 1, в котором этап приложения внешней силы включает механическое приведение в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу; или при этом этап приложения внешней силы включает гидравлическое приведение в действие муфты для прижатия муфты к уплотнительному узлу.

4. Способ по п. 1, в котором упругая деформация включает принудительное приведение уплотнительного узла в контакт с уплотнительной поверхностью для образования уплотнения между ними; и/или при этом упругая деформация включает изменение формы уплотнительного узла с первой формы, имеющей первую длину (L₁) и первую ширину (W₁), на вторую форму, имеющей вторую длину (L₂), которая меньше, чем первая длина, и вторую ширину (W₂), которая больше, чем первая ширина.

5. Уплотнительный узел для скважинного инструмента, содержащий: выполненный с возможностью упругой деформации и сжатия эластомерный кольцевой кожух, внутри которого определены первая камера и вторая камера, представляющая собой разрушаемую емкость, расположенную в первой камере; эластомерное соединение, размещенное в одной камере, и эластомерное отверждающее вещество, хранящееся в другой камере, при этом уплотнительный узел выполнен с возможностью отверждения после деформации эластомерного кожуха в желаемую форму.

6. Уплотнительный узел по п. 5, в котором разрушаемая емкость выполнена из стекла.

7. Скважинный инструмент для уплотнения кольцевого пространства в стволе скважины, содержащий: цилиндрическую поверхность, определенную вокруг оси и имеющую первый заплечик, определенный вдоль цилиндрической поверхности, и уплотнительный узел, содержащий выполненный с возможностью упругой деформации и сжатия эластомерный кольцевой кожух, внутри которого определены первая камера и вторая камера, представляющая собой разрушаемую емкость, расположенную в первой камере; эластомерное соединение, размещенное в одной камере, и эластомерное отверждающее вещество, хранящееся в другой камере, при этом уплотнительный узел выполнен с возможностью отверждения после деформации эластомерного кожуха в желаемую форму, причем эластомерный кожух расположен вокруг цилиндрической поверхности, так что ось эластомерного кожуха параллельна оси цилиндрической поверхности.

8. Скважинный инструмент по п. 7, дополнительно содержащий второй заплечик, разнесенный от первого заплечика вокруг цилиндрической поверхности с эластомерным кожухом между ними, причем второй заплечик выполнен с возможностью скольжения вдоль цилиндрической поверхности;

необязательно при этом второй скользящий заплечик представляет собой кольцо, расположенное вокруг цилиндрической поверхности.

9. Скважинный инструмент по п. 7, в котором цилиндрическая поверхность содержит удлиненную оправку, проходящую между первым концом и вторым концом, со сквозным каналом, определенным между двумя концами.

10. Скважинный инструмент по п. 7, дополнительно содержащий по меньшей мере два разнесенных друг от друга эластомерных кожуха, причем внутри каждого кожуха определены первая камера и вторая камера; эластомерное соединение, размещенное в одной камере, и эластомерное отверждающее вещество, хранящееся в другой камере, причем эластомерный кожух расположен вокруг цилиндрической поверхности, так что ось эластомерного кожуха параллельна оси цилиндрической поверхности.

11. Скважинный инструмент по п. 8, дополнительно содержащий верхнюю клиновую плашку, прилегающую к одному заплечику, и нижнюю клиновую плашку, прилегающую к другому заплечику.

12. Скважинный инструмент по п. 7, в котором скважинный инструмент представляет собой пакерную компоновку.

13. Скважинный инструмент по п. 7, дополнительно содержащий частицы, смешанные с эластомерным соединением, причем частицы выбраны из группы, состоящей из стекла, технического углерода/графита и графита.

14. Скважинный инструмент по п. 7, в котором эластомерный кожух выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из гидрированного нитрилбутадиенового каучука (HNBR), тетрафторэтиленпропилена (TFE/P), перфторэластомера (FFKM) и политетрафторэтилена (PTFE).

15. Скважинный инструмент по п. 7, в котором эластомерное соединение представляет собой первую эпоксидную смолу, а эластомерное отверждающее вещество представляет собой вторую эпоксидную смолу, отличающуюся от первой эпоксидной смолы; и/или

при этом эластомерное соединение выбрано из группы, состоящей из дициклопентадиена (DCPD), низкотемпературного полиуретана и низковязких эпоксидных смол.