Трубчатая система для ствола скважины, выполненная с возможностью сжатия и расширения

Изобретение относится к устройствам для крепления ствола скважины. Обеспечивает повышение сопротивления трубчатой системы смятию. Сущность изобретения: трубчатая система содержит наружную трубу, проходящую в ствол скважины и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир. Шарнир обеспечивает возможность перехода наружной трубы из сжатого состояния в расширенное состояние и из расширенного состояния в сжатое состояние. Трубчатая система содержит также внутреннюю трубу, проходящую в наружную трубу и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир. Шарнир обеспечивает возможность перехода внутренней трубы из сжатого состояния в расширенное состояние и из расширенного состояния в сжатое состояние. При этом, когда наружная и внутренняя трубы находятся в их соответствующих расширенных состояниях, внутренняя труба служит опорой наружной трубе и ориентирована в наружной трубе таким образом, что каждый шарнир внутренней трубы смещен в окружном направлении от каждого шарнира наружной трубы. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к трубчатой системе, расположенной в стволе скважины, включающей трубу, проходящую в ствол скважины и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир, обеспечивающий возможность перехода трубы из сжатого состояния, в котором труба имеет сравнительно небольшой размер поперечного сечения, в расширенное состояние, в котором труба имеет сравнительно большой размер поперечного сечения, и из расширенного состояния в сжатое состояние.

В международной публикации WO 99/55999 описана подобная система, при этом труба образует обсадную трубу, которая придает устойчивость стенке ствола скважины и предотвращает разрушение ствола скважины.

Недостаток известной системы состоит в том, что сопротивление трубы смятию, когда она находится в расширенном состоянии, меньше по сравнению с обычными трубчатыми элементами без шарниров.

Цель изобретения заключается в создании усовершенствованной трубчатой системы, которая позволяет преодолеть вышеуказанный недостаток.

В соответствии с изобретением создана трубчатая система, расположенная в стволе скважины, содержащая наружную трубу, проходящую в ствол скважины и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир, обеспечивающий возможность перехода наружной трубы из сжатого состояния, в котором наружная труба имеет сравнительно небольшой размер поперечного сечения, в расширенное состояние, в котором наружная труба имеет сравнительно большой размер поперечного сечения, и из расширенного состояния в сжатое состояние; внутреннюю трубу, проходящую в наружную трубу и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир, обеспечивающий возможность перехода внутренней трубы из сжатого состояния, в котором внутренняя труба имеет сравнительно небольшой размер поперечного сечения, в расширенное состояние, в котором внутренняя труба имеет сравнительно большой размер поперечного сечения, и из расширенного состояния в сжатое состояние; при этом, когда наружная и внутренняя трубы находятся в их соответствующих расширенных состояниях, внутренняя труба служит опорой наружной трубе и ориентирована в наружной трубе таким образом, что каждый шарнир внутренней трубы смещен в окружном направлении от каждого шарнира наружной трубы.

За счет размещения соответствующих групп шарниров со смещением относительно друг друга достигается то, что каждый шарнир наружной трубы будет расположен напротив участка внутренней трубы, имеющего полную толщину стенки, так что предотвращается самопроизвольный/непреднамеренный изгиб шарниров наружной трубы (когда она находится в расширенном состоянии).

Изобретение будет описано ниже более подробно и в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 схематично показывает поперечное сечение наружной трубы в ее расширенном состоянии;

фиг.2 схематично показывает наружную трубу в ее сжатом состоянии;

фиг.3 схематично показывает наружную трубу и внутреннюю трубу в их соответствующих расширенных состояниях;

фиг.4 схематично показывает наружную трубу в ее расширенном состоянии и внутреннюю трубу в сжатом состоянии.

На фиг.1 показана обсадная труба в виде трубчатого элемента 1, который подлежит установке в стволе скважины (не показан), пробуренном в пласте земли, при этом трубчатый элемент 1 в его конечном положении непосредственно окружен пластом горной породы (не показан), возможно, но необязательно, с цементным связующим веществом или резиновым рукавом (резиновой трубкой) между ними, или окружен другим скважинным трубчатым элементом. Трубчатый элемент 1 далее называют "наружной трубой 1", чтобы отличить его от "внутренней трубы", упоминаемой ниже.

Наружная труба 1 имеет пять дугообразных участков 2, 3, 4, 5, 6, имеющих стенку относительно большой толщины, и пять коротких участков 7, 8, 9, 10, 11, соединяющих дугообразные участки друг с другом и имеющих стенку относительно малой толщины. Короткие участки 7, 8, 9, 10, 11 проходят в продольном или почти продольном направлении наружной трубы 1. Вследствие уменьшенной толщины стенки короткие участки 7, 8, 9, 10, 11 имеют уменьшенную изгибную жесткость и, следовательно, образуют пластически деформируемые шарниры. Далее наружная труба 1, имеющая скругленную (округлую) форму поперечного сечения, подобную показанной на фиг.1, будет называться наружной трубой 1, находящейся в расширенном состоянии.

На фиг.2 показана наружная труба 1, когда она находится в сжатом состоянии, при этом наружная труба 1 согнута у пластичных шарниров 7, 8, 9, 10, 11 так, что дугообразная часть 5 оказывается смещенной радиально внутрь. В сжатом состоянии наружная труба 1 имеет меньший размер поперечного сечения, чем в расширенном состоянии, при этом указанный меньший размер поперечного сечения позволяет перемещать наружную трубу 1 через ствол скважины до заданного места.

На фиг.3 показана внутренняя труба 14, установленная концентрично внутри наружной трубы 1 и поджатая к наружной трубе 1 так, чтобы обеспечивать опору для наружной трубы 1. Внутренняя труба 14 имеет пять дугообразных участков 15, 16, 17, 18, 19, имеющих стенку относительно большой толщины, и пять коротких участков 20, 21, 22, 23, 24, соединяющих дугообразные участки 15, 16, 17, 18, 19 друг с другом и имеющих стенку относительно малой толщины. Короткие участки 20, 21, 22, 23, 24 проходят в продольном направлении наружной трубы 1. Вследствие уменьшенной толщины стенки короткие участки 20, 21, 22, 23, 24 имеют уменьшенную изгибную жесткость и, следовательно, образуют пластичные шарниры. Далее внутренняя труба 14, имеющая скругленную (округлую) форму поперечного сечения, подобную показанной на фиг.3, будет называться внутренней трубой 14, находящейся в расширенном состоянии.

Как показано на фиг.3, трубы 1, 14 размещены таким образом, что каждый шарнир 20, 21, 22, 23, 24 внутренней трубы 14 смещен в окружном направлении от каждого шарнира 7, 8, 9, 10, 11 наружной трубы 1. Другими словами, шарниры 20, 21, 22, 23, 24 внутренней трубы 14 расположены со смещением относительно шарниров 7, 8, 9, 10, 11 наружной трубы 1.

На фиг.4 показана внутренняя труба 14, когда она находится в сжатом состоянии, при этом внутренняя труба 14 согнута у пластичных шарниров 20, 21, 22, 23, 24 так, что дугообразная часть 17 оказывается смещенной радиально внутрь. В сжатом состоянии внутренняя труба 14 имеет меньший размер поперечного сечения, чем в расширенном состоянии, при этом указанный меньший размер поперечного сечения позволяет перемещать внутреннюю трубу 14 через наружную трубу 1.

Во время нормальной работы бурят верхнюю часть ствола скважины и крепят ее верхней обсадной трубой (не показана) для обеспечения опоры для стенки ствола скважины и, тем самым, для предотвращения разрушения ствола скважины. Затем бурят нижнюю часть ствола скважины путем использования бурильной колонны (не показана), проходящей через верхнюю обсадную трубу, а затем расширяют ствол скважины ниже башмака верхней обсадной трубы до большего диаметра. Диаметр расширенного ствола скважины равен наружному диаметру наружной трубы 1 или немного превышает наружный диаметр наружной трубы 1, находящейся в ее расширенном состоянии.

После этого наружную трубу 1 переводят в ее сжатое состояние путем пластического деформирования наружной трубы 1 у шарниров 7, 8, 9, 10, 11 до формы, показанной на фиг.2. Затем наружную трубу 1 спускают через верхнюю обсадную трубу до нижней части ствола скважины, где наружную трубу 1 подвешивают с помощью любых пригодных средств. Впоследствии наружную трубу 1 переводят в ее расширенное состояние посредством, например, расширителя или надувного устройства.

После этого внутреннюю трубу 14 переводят в ее сжатое состояние путем пластического деформирования внутренней трубы 14 у шарниров 20, 21, 22, 23, 24 до формы, показанной на фиг.4. Затем внутреннюю трубу 14 спускают через верхнюю обсадную трубу в наружную трубу 1.

На следующей операции внутреннюю трубу 14 устанавливают в наружной трубе 1 в определенном положении так, чтобы после расширения внутренней трубы 14 шарниры 20, 21, 22, 23, 24 внутренней трубы 14 были расположены со смещением относительно шарниров 7, 8, 9, 10, 11 наружной трубы 1 (как показано на фиг.3). Впоследствии внутреннюю трубу 14 переводят в ее расширенное состояние посредством, например, соответствующего расширителя (который может представлять собой такой же расширитель, какой используется для расширения наружной трубы 1) или надувного устройства.

Когда внутренняя труба 14 расширена до наружной трубы 1, и при этом соответствующие группы шарниров расположены со смещением относительно друг друга (в шахматном порядке), каждый шарнир 7, 8, 9, 10, 11 наружной трубы 1 будет располагаться напротив соответствующего дугообразного участка 15, 16, 17, 18, 19 внутренней трубы 14. Таким образом, достигается то, что шарниры 7, 8, 9, 10, 11 будут "зафиксированы", так что предотвращается непреднамеренное смятие наружной трубы 1 вследствие воздействия внешнего давления со стороны пласта горной породы или скважинной (пластовой) текучей среды (например, воды, газа или нефти).

При желании для внутренней и наружной труб могут быть использованы настоящие шарниры вместо пластичных шарниров или в дополнение к пластичным шарнирам.

Для обеспечения возможности использования труб с некоторым отклонением диаметров труб сжимаемый слой может быть размещен между трубами. Кроме того, один или несколько шарниров могут быть образованы с помощью небольшого трубчатого элемента, который имеет уменьшенную изгибную жесткость и который выполнен с возможностью приспосабливания к отклонениям диаметра за счет расплющивания данного элемента при изгибе.

1. Трубчатая система, расположенная в стволе скважины и содержащая наружную трубу, проходящую в ствол скважины и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир, обеспечивающий возможность перехода наружной трубы из сжатого состояния, в котором наружная труба имеет сравнительно небольшой размер поперечного сечения, в расширенное состояние, в котором наружная труба имеет сравнительно большой размер поперечного сечения, и из расширенного состояния в сжатое состояние, внутреннюю трубу, проходящую в наружную трубу и имеющую стенку с, по меньшей мере, одним участком с уменьшенной изгибной жесткостью, образующим шарнир, обеспечивающий возможность перехода внутренней трубы из сжатого состояния, в котором внутренняя труба имеет сравнительно небольшой размер поперечного сечения, в расширенное состояние, в котором внутренняя труба имеет сравнительно большой размер поперечного сечения, и из расширенного состояния в сжатое состояние, при этом, когда наружная и внутренняя трубы находятся в их соответствующих расширенных состояниях, внутренняя труба служит опорой наружной трубе и ориентирована в наружной трубе таким образом, что каждый шарнир внутренней трубы смещен в окружном направлении от каждого шарнира наружной трубы.

2. Трубчатая система по п.1, которая образует обсадную колонну ствола скважины, выполненную с возможностью обеспечения опоры для стенки ствола скважины.

3. Трубчатая система по п.1, в которой наружная и внутренняя трубы каждая имеет, по меньшей мере, три указанных шарнира.

4. Трубчатая система по п.3, в которой наружная и внутренняя трубы каждая имеет, по меньшей мере, четыре указанных шарнира.

5. Трубчатая система по любому из пп.1-4, в которой каждый шарнир проходит по существу в продольном направлении соответствующей трубы.

6. Трубчатая система по любому из пп.1-4, в которой при нахождении наружной и внутренней труб в их соответствующих расширенных состояниях внутренняя труба расширена до наружной трубы.

7. Трубчатая система по любому из пп.1-4, в которой при нахождении наружной и внутренней труб в их соответствующих расширенных состояниях наружная труба расширена до стенки ствола скважины.