СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА СО СКОЛЬЗЯЩЕЙ МУФТОЙ Российский патент 2023 года по МПК E21B34/14 E21B43/12 

Настоящее изобретение относится к скважинной системе для заканчивания скважины, содержащей скважинную трубчатую металлическую конструкцию, расположенную в стволе скважины, имеющем давление ствола скважины, причем скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит внутренний объем, имеющий давление внутреннего объема, отверстие и осевую протяженность, и скользящую муфту, выполненную с возможностью перемещения вдоль осевой протяженности между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, и вторым положением, в котором обеспечена возможность передачи текучей среды между стволом скважины и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции, причем скользящая муфта содержит первый уплотнительный элемент, расположенный с одной стороны отверстия, и второй уплотнительный элемент, расположенный с другой стороны отверстия в первом положении.

При выполнении операций в скважине важно, чтобы отверстия в трубах могли быть надлежащим образом закупорены либо в процессе заканчивания скважины, либо в процессе добычи. Такое закрывание часто выполняют благодаря наличию скользящей муфты напротив отверстия, причем скользящая муфта содержит несколько уплотнительных элементов для улучшения качества уплотнения. Из-за наличия агрессивной среды уплотнительные элементы подвергаются воздействию высоких температур и изменяющихся в широком диапазоне давлений, а также больших разностей давления на уплотнительных элементах. При многократном перемещении скользящей муфты между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, и вторым положением, в котором обеспечена возможность передачи текучей среды в ствол скважины, уплотнительные элементы теряют свои уплотнительные свойства, вследствие чего возникает вероятность того, что отверстия не будут должным образом закупорены.

Например, US 2005/139362 A1 раскрывает инструмент для использования в скважине, содержащий трубчатый корпус, имеющий проходящее сквозь него сквозное отверстие и по меньшей мере один проточный порт, проходящий через его стенку; муфту, установленную с возможностью скольжения в корпусе, причем муфта имеет проходящее сквозь нее сквозное отверстие и по меньшей мере одну проточную прорезь, проходящую через ее стенку, причем по меньшей мере одна прорезь выполнена с возможностью выборочного выравнивания с по меньшей мере одним портом; и уплотнительный узел, расположенный между корпусом и муфтой, причем уплотнительный узел выполнен так, что первая часть уплотнительного узла обеспечивает защиту второй части уплотнительного узла от существенного повреждения в процессе работы инструмента.

Однако в указанном инструменте, тем не менее, не обеспечивается надлежащей защиты уплотнительного узла от воздействия высоких температур и изменяющихся в широком диапазоне давлений, присутствующих в скважине.

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное преодоление вышеуказанных недостатков и недочетов уровня техники. Более конкретно, задачей является создание улучшенной скважинной системы, имеющей скользящую муфту, которая может перемещаться относительно отверстия без ухудшения уплотнительных свойств скользящей муфты.

Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и отличительные признаки, очевидные из прочтения нижеследующего описания, реализованы в решении согласно настоящему изобретению посредством скважинной системы для заканчивания скважины, содержащей:

- скважинную трубчатую металлическую конструкцию, расположенную в стволе скважины, имеющем давление ствола скважины, причем скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит внутреннюю поверхность и внутренний объем, имеющий давление внутреннего объема, отверстие и осевую протяженность, и

- скользящую муфту, имеющую наружную поверхность и выполненную с возможностью перемещения внутри скважинной трубчатой металлической конструкции и вдоль осевой протяженности между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, и вторым положением, в котором обеспечена возможность передачи текучей среды между стволом скважины и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции, причем скользящая муфта содержит первый уплотнительный элемент, расположенный на наружной поверхности с одной стороны отверстия, и второй уплотнительный элемент, расположенный на наружной поверхности с другой стороны отверстия в первом положении,

причем предусмотрен уменьшающий давление механизм, связанный с первым уплотнительным элементом для уменьшения давления, оказываемого на первый уплотнительный элемент при перемещении скользящей муфты из первого положения во второе положение,

причем уменьшающий давление механизм представляет собой лабиринтное уплотнение.

Благодаря наличию уменьшающего давление механизма, содержащего лабиринтное уплотнение, высокое давление снижается до того, как оно начнет воздействовать на первый уплотнительный элемент, следовательно, на первый уплотнительный элемент не будет воздействовать высокая разность давления при открывании скользящей муфты, т.е. при ее перемещении из первого положения во второе положение.

Кроме того, благодаря наличию первого уплотнительного элемента и второго уплотнительного элемента, которые расположены на наружной поверхности скользящей муфты, уплотнительные элементы перемещаются вместе со скользящей муфтой и не остаются подверженными риску падения радиально внутрь или отрыва посредством скважинной текучей среды в процессе добычи. Если уплотнительные элементы перемещаются вместе со скользящей муфтой, то уплотнительные элементы расположены между внутренней поверхностью скважинной трубчатой металлической конструкции и наружной поверхностью скользящей муфты в процессе добычи или гидроразрыва, и не подвержены воздействию «грязной» скважинной текучей среды и высокого давления. Также, уплотнительные элементы, при их расположении вокруг скользящей муфты, имеют небольшое предварительное натяжение, обеспечивающее удержание уплотнительных элементов в заданном положении, и препятствующее их выпячиванию, как в известных из уровня техники решениях, внутрь в канавку в скользящей муфте, приводящему к нежелательному смещению положения там, где уплотнительные элементы расположены в неподвижной скважинной трубчатой металлической конструкции.

Кроме того, скользящая муфта может иметь наружную поверхность, имеющую по меньшей мере две канавки и обращенную к внутренней поверхности скважинной трубчатой металлической конструкции, причем первый уплотнительный элемент расположен в одной из канавок, а второй уплотнительный элемент расположен в другой из канавок.

Дополнительно, расстояние между наружной поверхностью скользящей муфты и внутренней поверхностью скважинной трубчатой металлической конструкции может быть меньше расстояния, на которое уплотнительный элемент выдвигается радиально из наружной поверхности скользящей муфты.

Дополнительно, внутренний диаметр уплотнительных элементов может быть меньше наружного диаметра части наружной поверхности скользящей муфты, с обеспечением тем самым предварительного натяжения уплотнительных элементов при их размещении на указанной части наружной поверхности.

Кроме того, наклонная часть может образовывать часть углубления или канавки в скважинной трубчатой металлической конструкции.

Также, углубление может оканчиваться в отверстии.

Кроме того, углубление может иметь сужающуюся часть, наиболее удаленную от отверстия.

Дополнительно, давление внутреннего объема может быть существенно выше давление ствола скважины.

Также, уменьшающий давление механизм может уменьшать давление, оказываемое на первый уплотнительный элемент.

Кроме того, первый уплотнительный элемент и второй уплотнительный элемент могут быть расположены с одной стороны отверстия во втором положении.

Дополнительно, скважинная трубчатая металлическая конструкция может иметь полость, в которой муфта перемещается между первым положением и вторым положением.

Также, уменьшающий давление механизм может быть расположен между отверстием и первым уплотнительным элементом в первом положении.

Дополнительно, по меньшей мере первый уплотнительный элемент может содержать первую часть элемента и вторую часть элемента, причем вторая часть элемента выполнена из материала более жесткого, чем материал первой части элемента.

Дополнительно, по меньшей мере первый уплотнительный элемент может содержать третью часть элемента, расположенную в канавке в первой части элемента, обращенной к наружной поверхности, так что третья часть элемента может передавать энергию первой части элемента.

Также, скользящая муфта может содержать второе лабиринтное уплотнение.

Кроме того, уменьшающий давление механизм может представлять собой по меньшей мере одну прорезь, проходящую сквозь скважинную трубчатую металлическую конструкцию и проходящую вдоль осевой протяженности от отверстия в направлении первого уплотнительного элемента в первом положении.

Дополнительно, прорезь может формировать часть отверстия.

Также, уменьшающий давление механизм может содержать обратный клапан, расположенный в сквозном отверстии скользящей муфты, причем в скважинной трубчатой металлической конструкции выполнена наклонная часть, соединенная с возможностью передачи текучей среды с отверстием, так что обратный клапан перемещается из закрытого положения в открытое положение, когда обратный клапан находится напротив наклонной части, позволяя текучей среде протекать из внутреннего объема в ствол скважины.

Дополнительно, первый уплотнительный элемент может быть расположен между уменьшающим давление механизмом и отверстием в первом положении, с созданием кольцевого объема между скважинной трубчатой металлической конструкцией, скользящей муфтой, первым уплотнительным элементом и уменьшающим давление механизмом.

Уменьшающий давление механизм может представлять собой лабиринтное уплотнение.

Также, скважинная трубчатая металлическая конструкция может содержать большее количество отверстий, чем одно, выполненных по окружности скважинной трубчатой металлической конструкции.

Кроме того, скважинная трубчатая металлическая конструкция может содержать большее количество отверстий, чем одно, выполненных на расстоянии друг от друга вдоль осевой протяженности, причем скользящая муфта перемещается напротив каждого отверстия.

Скважинная система может дополнительно содержать зацепляющий элемент для зацепления с профилем в скользящей муфте и для перемещения скользящей муфты между первым и вторым положениями, причем зацепляющие элементы представляют собой части инструмента для внутрискважинных работ или внутренней скважинной трубчатой металлической конструкции.

Дополнительно, скважинная система может содержать третий уплотнительный элемент, расположенный между уменьшающим давление механизмом и отверстием в первом положении.

Первый уплотнительный элемент и второй уплотнительный элемент могут представлять собой шевронные уплотнения.

Скважинная система может дополнительно содержать затрубный барьер, имеющий трубчатую часть, предназначенную для установки в качестве части скважинной трубчатой металлической конструкции, причем трубчатая часть окружена разжимной металлической муфтой, выполненной с возможностью разжимания посредством текучей среды под давлением, поступающей из внутреннего объема скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел в затрубное пространство между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой.

Дополнительно, первый затрубный барьер и второй затрубный барьер могут вместе изолировать эксплуатационную зону между ними.

Кроме того, множество затрубных барьеров могут быть выполнены с возможностью изолировать множество зон вдоль осевой протяженности.

Отверстие и скользящая муфта могут быть расположены напротив эксплуатационной зоны.

Скважинная система может дополнительно содержать множество отверстий, расположенных на расстоянии вдоль осевой протяженности, и множество скользящих муфт, причем каждая скользящая муфта расположена напротив одного из отверстий.

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

- на фиг. 1 показан вид в частичном поперечном разрезе скважинной системы;

- на фиг. 2А показан вид в поперечном разрезе скважинной системы, имеющей скользящую муфту в ее первом положении;

- на фиг. 2В показана скважинная система с фиг. 2А, имеющая скользящую муфту в ее втором положении;

- на фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе другой скважинной системы, имеющей скользящую муфту в ее первом положении;

- на фиг. 3А показан вид в поперечном разрезе части скважинной системы с фиг. 3;

- на фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе части другой скважинной системы;

- на фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе части другой скважинной системы;

- на фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе части другой скважинной системы;

- на фиг 7 показана часть скважинной трубчатой металлической конструкции, имеющей отверстия и наклонные части; и

- на фиг. 8 показан вид в поперечном разрезе части еще одной скважинной системы.

Все чертежи являются очень схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, тогда как другие части не показаны или показаны без объяснения.

На фиг. 1 показана скважинная система 100 для заканчивания скважины 2, имеющей устье 51 и ствол 3 скважины, имеющий давление Р_В ствола скважины. Скважинная система 100 содержит скважинную трубчатую металлическую конструкцию 1, содержащую внутренний объем 4, имеющий давление P_I внутреннего объема, отверстие 5 и осевую протяженность 6. Скважинная система 100 дополнительно содержит скользящую муфту 7, выполненную с возможностью перемещения вдоль осевой протяженности. Скользящая муфта 7 выполнена с возможностью перемещения между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, как показано на фиг. 2А, и вторым положением, в котором обеспечена возможность передачи текучей среды между стволом 3 скважины и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции 1, как показано на фиг. 2В. Скользящая муфта имеет наружную поверхность 43 (показана на фиг. 6) и содержит первый уплотнительный элемент 8, расположенный на наружной поверхности с одной стороны отверстия 5, и второй уплотнительный элемент 9, расположенный на наружной поверхности с другой стороны отверстия 5 в первом положении, как показано на фиг. 2А. Таким образом, первый уплотнительный элемент 8 и второй уплотнительный элемент перемещаются вместе со скользящей муфтой при ее перемещении между первым и вторым положением вдоль внутренней поверхности 45 (показана на фиг. 6) скважинной трубчатой металлической конструкции. Скважинная система 100 дополнительно содержит уменьшающий давление механизм 10, расположенный смежно с первым уплотнительным элементом 8 для уменьшения давления, оказываемого на первый уплотнительный элемент 8 при перемещении скользящей муфты 7 из первого положения во второе положение. Первый уплотнительный элемент 8 является уплотнительным элементом, перемещающимся мимо отверстия. Второй уплотнительный элемент может не иметь уменьшающего давление механизма.

Скважинная система 100 особенно полезна, когда давление внутреннего объема существенно превышает давление ствола скважины, например, когда имеется риск достижения/прохождения через зоны очень низкого давления, что также называется испытать потерю давления. Когда давление в стволе скважине настолько мало, разность давления на уплотнениях скользящей муфты очень велико. В процессе перемещения скользящей муфты из первого закрытого положения во второе открытое положение существует большой риск повреждения уплотнительного элемента, проходящего мимо отверстия. Это особенно актуально, когда разность давления очень велика, поскольку уплотнительный элемент в этом случае имеет много энергии, т.е. выталкивается радиально наружу. Это происходит благодаря тому, что, когда первый уплотнительный элемент достигает отверстия, давление внутреннего объема, которое очень велико по сравнению с давлением ствола скважины, вдавливает первый уплотнительный элемент наружу в отверстие, и когда первый уплотнительный элемент затем достигает края на другой стороне отверстия, уплотнительный элемент сжимается и повреждается. Кроме того, в случае использования внутренней колонны для открывания скользящей муфты, скользящая муфта 7 перемещается с большой скоростью из-за сжимающего усилия, имеющегося во внутренней колонне благодаря толкающему усилию, оказываемому на внутреннюю колонну с устья скважины, и когда скользящая муфта 7 начинает перемещаться, внутренняя колонна начинает разжиматься, увеличивая скорость перемещения. Внутренняя колонна может быть сжата, например, на 40-50 см при прижатии к скользящей муфте 7, и когда скользящая муфта 7 начинает перемещаться, сжимающее усилие, имеющееся во внутренней колонне, высвобождается, увеличивая скорость. Благодаря наличию уменьшающего давление механизма 10, давление на первом уплотнительном элементе 8 уменьшается до того, как уплотнительный элемент достигает отверстия, и давление, оказываемое на первый уплотнительный элемент, уменьшается и не приводит к деформации уплотнительного элемента, и первый уплотнительный элемент теряет энергию и перемещается мимо отверстия в его расслабленном состоянии, так что уплотнительный элемент не повреждается при достижении края отверстия.

Как показано на фиг. 2А, уменьшающий давление механизм 10 расположен между отверстием 5 и первым уплотнительным элементом 8 в первом положении. Уменьшающий давление механизм 10 представляет собой по меньшей мере одну прорезь 12, проходящую сквозь скважинную трубчатую металлическую конструкцию 1 и проходящую вдоль осевой протяженности 6 от отверстия в направлении первого уплотнительного элемента 8 в первом положении. Уменьшающий давление механизм 10 уменьшает давление внутреннего пространства, оказываемое на первый уплотнительный элемент 8, когда скользящая муфта 7 перемещается из первого положения во второе положение, поскольку, когда первый уплотнительный элемент 8 проходит мимо прорези, давление в скважинной трубчатой металлической конструкции выравнивается относительно давления в стволе 3 скважины методом отвода, и чем больше прорезь подвергается воздействию давления внутреннего пространства, тем больше возрастает выравнивание. Когда первый уплотнительный элемент 8 достигает отверстия 5, давление в скважинной трубчатой металлической конструкции 1 практически выравнивается относительно давления в стволе 3 скважины, и на первый уплотнительный элемент не действует никакого усилия, и первый уплотнительный элемент 8 не повреждается из-за разности давления. Прорезь образует часть отверстия в виде «хвоста», но может быть также выполнена отдельно от отверстия 5.

Как показано на фиг. 2В, первый уплотнительный элемент 8 и второй уплотнительный элемент 9 расположены на одной стороне отверстия 5 во втором положении. Скважинная трубчатая металлическая конструкция 1 имеет полость 11, в которой скользящая муфта 7 перемещается между первым положением и вторым положением. Полость 11 образована двумя частями 25А, 25В скважинной трубчатой металлической конструкции, которые свинчены друг с другом в одну скважинную трубчатую металлическую конструкцию 1.

Как показано на фиг. 3, уменьшающий давление механизм 10 содержит обратный клапан 14, расположенный в сквозном отверстии 26 скользящей муфты. Уменьшающий давление механизм дополнительно содержит наклонную часть 15, как показано на увеличенном виде с фиг. 3А, причем наклонная часть 15 расположена в скважинной трубчатой металлической конструкции 1 и соединена с возможностью передачи текучей среды с отверстием 5. Обратный клапан 14 перемещается из закрытого положения в открытое положение при достижении наклонной части 15 и, когда скользящая муфта и обратный клапан перемещаются дальше, обратный клапан открывается, обеспечивая протекание текучей среды из внутреннего объема в ствол скважины. Обратный клапан 14 показан в его закрытом положении на фиг. 3А. Как показано на фиг. 3А, наклонная часть образует часть углубления 16 или также может образовывать часть канавки в скважинной трубчатой металлической конструкции 1. Скользящая муфта 7 имеет третий уплотнительный элемент 22, расположенный между уменьшающим давление механизмом 10 и отверстием в первом положении, однако в другом варианте осуществления изобретения, показном на фиг. 4, скользящая муфта не имеет третьего уплотнительного элемента 22. Третий уплотнительный элемент 22 с фиг. 3А находится в расслабленном состоянии уплотнительного элемента, для которого отсутствует риск повреждения при прохождении противоположного края 27 (показан на фиг. 3) отверстия 5. Уплотнительные элементы представлены в виде шевронных уплотнений, но могут также представлять собой другой подходящий уплотнительный элемент.

Как показано на фиг. 5, первый уплотнительный элемент 8 расположен между уменьшающим давление механизмом 10 и отверстием 5, когда скользящая муфта 7 находится в первом положении, и такое расположение создает кольцевой объем V между скважинной трубчатой металлической конструкцией 1, скользящей муфтой 7, первым уплотнительным элементом 8 и уменьшающим давление механизмом 10. Уменьшающий давление механизм 10 представляет собой лабиринтное уплотнение 17, которое препятствует свободному выравниванию давления P_I внутреннего объема относительно давления P_V внутри кольцевого объема V, поскольку текучей среде необходимо проходить через лабиринт. При прохождении скользящей муфты 7 первого уплотнения в положении, в котором первый уплотнительный элемент частично перекрывает отверстие, давление P_V объема оказывает незначительное воздействие на другую сторону первого уплотнительного элемента 8, и объем увеличивается, однако, поскольку в объеме V не происходит напрямую выравнивания давления относительно давления внутреннего объема, давление объема падает в результате увеличения объема, и давление, оказываемое на первый уплотнительный элемент, соответствующим образом уменьшается, чтобы быть значительно меньше, чем давление внутреннего объема перед тем, как первый уплотнительный элемент проходит отверстие 5. Первый уплотнительный элемент 8 удерживается на месте посредством разрезных колец 36.

На фиг. 6 показан вид в поперечном сечении части скважинной системы с фиг. 1, в которой скользящая муфта 7 выполнена с возможностью перемещения во внутреннем объеме скважинной трубчатой металлической конструкции и вдоль осевой протяженности между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, и вторым положением, в котором обеспечено соединение с возможностью передачи текучей среды между стволом скважины и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции. Скользящая муфта имеет наружную поверхность 43, имеющую по меньшей мере одну канавку 44, причем наружная поверхность обращена к внутренней поверхности 45 скважинной трубчатой металлической конструкции, первый уплотнительный элемент 8, расположенный в канавке на одной стороне отверстия, и второй уплотнительный элемент 9, расположенный на другой стороне отверстия в первом положении. Первый уплотнительный элемент 8 расположен между уменьшающим давление механизмом 10 и отверстием, и уменьшающий давление механизм представляет собой лабиринтное уплотнение 17 для уменьшения давления, оказываемого на первый уплотнительный элемент при перемещении скользящей муфты из первого положения во второе положение. Уплотнительные элементы и уменьшающий давление механизм 10 расположены на скользящей муфте и скользят вместе со скользящей муфтой. Таким образом, уплотнительные элементы не остаются на месте и не подвергаются воздействию скважинной текучей среды, как это происходит в известных из уровня техники решениях, где уплотнительные элементы расположены в скважинной трубчатой металлической конструкции, и когда скользящая муфта перемещается, то больше не удерживает их на месте в сжатом состоянии между уплотнительной муфтой и скважинной трубчатой металлической конструкцией. Кроме того, уплотнительные элементы 8, 9 согласно настоящему изобретению расположены между скользящей муфтой и скважинной трубчатой конструкцией также и во втором положении, так что они не подвергаются воздействию скважинной текучей среды в процессе добычи и с большей вероятностью будут функционировать должным образом, чем в известных из уровня техники решениях, где уплотнения расположены в неподвижной скважинной трубчатой конструкции.

Первый уплотнительный элемент 8 с фиг. 6 содержит первую часть 37 элемента и две вторые части 38 элемента, причем вторая часть 38 элемента выполнена из материала более жесткого, чем материал первой части 37 элемента, так что вторая часть элемента выполнена с возможностью очищать внутреннюю поверхность скважинной трубчатой металлической конструкции, когда скользящая муфта перемещает первый уплотнительный элемент мимо отверстия в положение между скважинной трубчатой металлической конструкцией и скользящей муфтой.

Вторая часть 38 элемента может быть выполнена из полиэфирэфиркетона (РЕЕК), а первая часть 37 элемента может быть выполнена из полимера более пластичного, чем полимер РЕЕК. Первая часть 37 элемента имеет канавку 42 элемента, обращенную к наружной поверхности 43 скользящей муфты и образующую между ними полость. Первый уплотнительный элемент 8 дополнительно содержит третью часть 41 элемента, расположенную в канавке 42 элемента и выполненную с возможностью подпружинивать третью часть 41 элемента или передавать энергию третьей части 41 элемента. Третья часть 41 элемента может представлять собой уплотнительное кольцо или материал, подходящий для обеспечения подпружинивания или передачи энергии третьей части 41 элемента.

Хотя это не показано на фиг. 6, второй уплотнительный элемент 9 может иметь такую же конфигурацию, как и первый уплотнительный элемент.

На фиг. 7 часть скважинной трубчатой металлической конструкции видна изнутри и показаны отверстия 5 и углубления 16 на краю отверстия ближе всего к первому уплотнительному элементу при размещении в первом положении. Углубление 16 начинается с сужающейся части 29А и заканчивается во второй части 29В и посередине имеет более широкую секцию 28. Сужающаяся часть 29 сужается со средней секции 28 в направлении от отверстия. Когда первый уплотнительный элемент скользит мимо углубления 16, уплотнительный элемент сначала проходит сужающуюся часть 29А, так что выравнивание давления происходит медленнее, чем если бы отверстие не было «продолжено» углублением. Если углубление расположено на наклонной части, сужающаяся часть 29 сужается со средней секции 28 в направлении от отверстия вдоль наклонной части. Углубление также может быть выполнено без наклонной части во внутренней поверхности скважинной трубчатой металлической конструкции.

Благодаря наличию лабиринтного уплотнения 17 первый уплотнительный элемент 8 не подвергается воздействию полного давления внутреннего объема и, следовательно, не подвергается воздействию полной разности давления между давлением P_B ствола скважины и давлению P_I внутреннего объема, а давление P_I внутреннего объема ограничивается лабиринтным уплотнением. Благодаря наличию лабиринтного уплотнения 17 и размещению первого уплотнительного элемента между лабиринтным уплотнением 17 и отверстием 5 и углублением, первый уплотнительный элемент не повреждается при открывании скользящей муфты, даже если имеется значительная разность давления между давлением P_B ствола скважины и давлением P_I внутреннего объема. Благодаря дополнительному наличию первого уплотнительного элемента 8 и лабиринтного уплотнения, расположенного на наружной поверхности скользящей муфты и перемещающегося вместе со скользящей муфтой, первый уплотнительный элемент расположен так, что давит на наружную поверхность скользящей муфты. В известных из уровня техники решениях, в которых уплотнения расположены во внутренней поверхности скважинной трубчатой металлической конструкции и при прохождении мимо канавки в наружной поверхности скользящей муфты ненамеренно выпячиваются внутрь и незначительно смещаются от их углубленного положения, они, таким образом, повреждаются при прохождении мимо такой канавки. Этого не происходит в настоящем изобретении, так как уплотнительные элементы расположены растянутыми вокруг наружной поверхности скользящей муфты, так что обеспечено предварительное натяжение уплотнительных элементов, из-за чего уплотнительные элементы давят на наружную поверхность и не оказываются незначительно смещенными при прохождении углубления.

Как показано на фиг. 8, первый уплотнительный элемент 8 содержит первую часть 37 элемента и вторые части 38 элемента, а также третью часть 41 элемента для передачи энергии первой части 37 элемента. Дополнительно, первый уплотнительный элемент 8 содержит две четвертые части 39 элемента, имеющие С-образную форму, чтобы обеспечивать еще более надежное уплотнение, при этом четвертый элемент 39, ближайший к отверстию 5, будет также обеспечивать очищающий эффект, когда уплотнительный элемент прошел мимо отверстия и переместился вдоль внутренней поверхности скважинной трубчатой металлической конструкции на другую сторону отверстия. Между другим четвертым элементом 39 и одной из вторых частей 38 элемента расположено второе лабиринтное уплотнение 17, так что протекание текучей среды ограничено дважды перед прохождением первой части 37 элемента и вторых частей 38 элемента.

Как показано на фиг. 2В, скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит большее количество отверстий, чем одно, выполненных по окружности скважинной трубчатой металлической конструкции 1. Хотя это не показано, скважинная трубчатая металлическая конструкция 1 содержит большее количество отверстий, чем одно, выполненных на расстоянии друг от друга вдоль осевой протяженности 11, при этом скользящая муфта 7 перемещается напротив каждого отверстия.

Как показано на фиг. 1, скважинная система 100 дополнительно содержит зацепляющий элемент 18 для зацепления с профилем 19 (показан на фиг. 3А) в скользящей муфте 7 и для перемещения скользящей муфты 7 между первым положением и вторым положением. Зацепляющие элементы 18 представляют собой части инструмента 20 для внутрискважинных работ, но могут также представлять собой часть внутренней скважинной трубчатой металлической конструкции 21, если она используется для открывания или закрывания скользящих муфт.

Скважинная система 100 дополнительно содержит три затрубных барьера 30, каждый из которых имеет трубчатую часть 31, установленную как часть скважинной трубчатой металлической конструкции 1. Трубчатая часть 31 окружена разжимной металлической муфтой 32, которая разжимается посредством текучей среды под давлением, поступающей из внутреннего объема скважинной трубчатой металлической конструкции 1 через клапанный узел 34 в кольцевое пространство 35 между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой, для примыкания к стенке ствола скважины, как показано в нижней части скважинной трубчатой металлической конструкции с фиг. 1, или для примыкания к верхней скважинной трубчатой металлической конструкции, как показано в верхней части скважинной трубчатой металлической конструкции 1. Первый затрубный барьер и второй затрубный барьер, примыкающие к стенке ствола скважины, вместе изолируют эксплуатационную зону 101 между ними, и когда скользящая муфта находится в своем втором положении, пластовая текучая среда может протекать в скважинную трубчатую металлическую конструкцию 1 через отверстие 5 и мимо скользящей муфты и далее вверх по внутренней колонне. Внутренняя колонна может проходить по всей длине до низа 54 скважинной трубчатой металлической конструкции 1. Хотя это не показано, скважинная система может дополнительно содержать множество отверстий 5, расположенных на расстоянии вдоль осевой протяженности 6, и множество скользящих муфт, так что каждая скользящая муфта расположена напротив одного из отверстий.

Инструмент для внутрискважинных работ может содержать толкающий инструмент, представляющий собой инструмент, обеспечивающий осевое усилие. Толкающий инструмент содержит электрический двигатель для приведения в действие насоса. Насос закачивает текучую среду в корпус поршня, чтобы привести поршень в движение в корпусе. Поршень расположен на ходовой штанге. Насос может закачивать текучую среду в корпус поршня с одной стороны и одновременно откачивать текучую среду с другой стороны поршня.

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 или скважинной трубчатой металлической конструкцией понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент для внутрискважинных работ в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвигающиеся рычаги, имеющие колеса, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения трактора и инструмента вперед в обсадной колонне. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

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

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к инструментам для заканчивания скважин. Скважинная система для заканчивания скважины содержит скважинную трубчатую металлическую конструкцию, расположенную в стволе скважины, имеющем давление ствола скважины. Скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит внутреннюю поверхность и внутренний объем, имеющий давление внутреннего объема, отверстие и осевую протяженность. Скользящая муфта выполнена с возможностью перемещения внутри скважинной трубчатой металлической конструкции и вдоль осевой протяженности между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, и вторым положением, в котором обеспечена возможность передачи текучей среды между стволом скважины и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции. Скользящая муфта содержит первый уплотнительный элемент, расположенный на наружной поверхности с одной стороны отверстия, и второй уплотнительный элемент, расположенный на наружной поверхности с другой стороны отверстия в первом положении. Уменьшающий давление механизм связан с первым уплотнительным элементом для уменьшения давления, оказываемого на первый уплотнительный элемент при перемещении скользящей муфты из первого положения во второе положение. Уменьшающий давление механизм представляет собой лабиринтное уплотнение. Уменьшающий давление механизм представляет собой по меньшей мере одну прорезь, проходящую сквозь скважинную трубчатую металлическую конструкцию и проходящую вдоль осевой протяженности от отверстия в направлении первого уплотнительного элемента в первом положении. Достигается технический результат – уменьшение воздействия высокого давления на уплотнительный элемент скользящей муфты. 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Скважинная система (100) для заканчивания скважины (2), содержащая:

- скважинную трубчатую металлическую конструкцию (1), расположенную в стволе (3) скважины, имеющем давление (Р_В) ствола скважины, причем скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит внутреннюю поверхность (45) и внутренний объем (4), имеющий давление (P_I) внутреннего объема, отверстие (5) и осевую протяженность (6), и

- скользящую муфту (7), имеющую наружную поверхность (43) и выполненную с возможностью перемещения внутри скважинной трубчатой металлической конструкции и вдоль осевой протяженности между первым положением, в котором скользящая муфта закупоривает отверстие, и вторым положением, в котором обеспечена возможность передачи текучей среды между стволом скважины и внутренним объемом скважинной трубчатой металлической конструкции, причем скользящая муфта содержит первый уплотнительный элемент (8), расположенный на наружной поверхности с одной стороны отверстия, и второй уплотнительный элемент (9), расположенный на наружной поверхности с другой стороны отверстия в первом положении,

причем предусмотрен уменьшающий давление механизм (10), связанный с первым уплотнительным элементом для уменьшения давления, оказываемого на первый уплотнительный элемент при перемещении скользящей муфты из первого положения во второе положение,

причем уменьшающий давление механизм представляет собой лабиринтное уплотнение (17),

причем уменьшающий давление механизм представляет собой по меньшей мере одну прорезь (12), проходящую сквозь скважинную трубчатую металлическую конструкцию и проходящую вдоль осевой протяженности от отверстия в направлении первого уплотнительного элемента в первом положении.

2. Скважинная система по п. 1, в которой скользящая муфта имеет наружную поверхность, имеющую по меньшей мере две канавки и обращенную к внутренней поверхности скважинной трубчатой металлической конструкции, причем первый уплотнительный элемент расположен в одной из канавок, а второй уплотнительный элемент расположен в другой из канавок.

3. Скважинная система по п. 1 или 2, в которой внутренний диаметр уплотнительных элементов выполнен меньше наружного диаметра части наружной поверхности скользящей муфты, с обеспечением тем самым предварительного натяжения уплотнительных элементов при их размещении на указанной части наружной поверхности.

4. Скважинная система по любому из пп. 1-3, в которой наклонная часть образует часть углубления (16) или канавки в скважинной трубчатой металлической конструкции.

5. Скважинная система по п. 4, в которой углубление оканчивается в отверстии.

6. Скважинная система по п. 5, в которой углубление имеет сужающуюся часть (29А), наиболее удаленную от отверстия.

7. Скважинная система по любому из пп. 1-6, в которой скважинная трубчатая металлическая конструкция имеет полость (11), в которой муфта перемещается между первым положением и вторым положением.

8. Скважинная система по любому из пп. 1-3, в которой уменьшающий давление механизм расположен между отверстием и первым уплотнительным элементом в первом положении.

9. Скважинная система по любому из пп. 1-8, в которой по меньшей мере первый уплотнительный элемент содержит первую часть (37) элемента и вторую часть (38) элемента, причем вторая часть элемента выполнена из материала более жесткого, чем материал первой части элемента.

10. Скважинная система по любому из пп. 1-9, в которой скользящая муфта содержит второе лабиринтное уплотнение (17).

11. Скважинная система по п. 4, в которой уменьшающий давление механизм содержит обратный клапан (14), расположенный в скользящей муфте, причем в скважинной трубчатой металлической конструкции выполнена наклонная часть (15), соединенная с возможностью передачи текучей среды с отверстием, так что обратный клапан перемещается из закрытого положения в открытое положение, когда обратный клапан находится напротив наклонной части, позволяя текучей среде протекать из внутреннего объема в ствол скважины.

12. Скважинная система по любому из пп. 1-3, в которой первый уплотнительный элемент расположен между уменьшающим давление механизмом, отверстием и отверстием в первом положении, с созданием кольцевого объема (V) между скважинной трубчатой металлической конструкцией, скользящей муфтой, первым уплотнительным элементом и уменьшающим давление механизмом.

13. Скважинная система по любому из пп. 1-12, дополнительно содержащая зацепляющий элемент (18) для зацепления с профилем (19) в скользящей муфте и для перемещения скользящей муфты между первым положением и вторым положением, причем зацепляющие элементы представляют собой части инструмента (20) для внутрискважинных работ или внутренней скважинной трубчатой металлической конструкции (21).

14. Скважинная система по любому из пп. 1-13, дополнительно содержащая третий уплотнительный элемент (22), расположенный между уменьшающим давление механизмом и отверстием в первом положении.

15. Скважинная система по любому из пп. 1-14, дополнительно содержащая затрубный барьер (30), имеющий трубчатую часть (31), предназначенную для установки в качестве части скважинной трубчатой металлической конструкции, причем трубчатая часть окружена разжимной металлической муфтой (32), выполненной с возможностью разжимания посредством текучей среды под давлением, поступающей из внутреннего объема скважинной трубчатой металлической конструкции через клапанный узел (34) в затрубное пространство (35) между трубчатой частью и разжимной металлической муфтой.

16. Скважинная система по п. 13, дополнительно содержащая первый затрубный барьер и второй затрубный барьер, вместе изолирующие эксплуатационную зону (101) между ними.

17. Скважинная система по п. 14, в которой отверстие и скользящая муфта расположены напротив эксплуатационной зоны.

18. Скважинная система по любому из пп. 1-17, дополнительно содержащая множество отверстий, расположенных на расстоянии вдоль осевой протяженности, и множество скользящих муфт, причем каждая скользящая муфта расположена напротив одного из отверстий.