Пористые трубчатые структуры
Предложенная группа изобретений относится к оборудованию, которое можно использовать при бурении, завершении буровой скважины и при добыче текучих сред, в частности к расширяемому трубчатому изделию и способу его изготовления. Техническим результатом является повышение надежности работы устройства и снижение затрат времени на его установку в скважине. Расширяемое трубное изделие для использования в геологических структурах содержит элемент трубчатой формы с осью, проходящей через него, по меньшей мере, один спиральный элемент, выполненный в стенке элемента трубчатой формы, и множество удлиненных перфорационных отверстий. При этом элемент трубчатой формы выполнен с возможностью сжатия и создания запаса энергии расширения в стенке элемента трубчатой формы. В одном из вариантов выполнения расширяемое трубное изделие может быть выполнено из множества удлиненных деталей, расположенных параллельно оси изделия. При этом каждая из множества удлиненных деталей скреплена, по меньшей мере, с одним спиральным элементом с образованием множества удлиненных перфорационных отверстий между ними. 4 н. и 31 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники изобретения
Варианты осуществления, раскрытые в данном документе, в общем, относятся к расширяемым трубным изделиям. Более конкретно, варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к усовершенствованному пористому расширяемому трубному изделию, используемому в геологических структурах, при бурении, заканчивании и эксплуатации скважины.
Предшествующий уровень техники
При бурении скважины, такой как скважина для добычи нефти, воды и/или газа (то есть текучей среды), скважину может быть необходимо выполнять в неконсолидированном пласте. Такой неконсолидированный пласт может содержать твердые частицы, такие как песок, при этом песок часто выносится из скважины вместе с текучей средой. Песок и твердые частицы, поступающие в скважину, могут вызывать чрезмерный износ или абразивное воздействие на оборудование (например, насосно-компрессорные трубы, запорную арматуру, насосы), используемое для добычи текучих сред в скважине. Например, песок, проходящий через запорную арматуру оборудования добычи, может вызывать потерю способности уплотнения запорной арматуры, например, в результате захвата песка запорной арматурой или абразивного воздействия песка на уплотнения в запорной арматуре. Поэтому предпочтительно предотвращать или, по меньшей мере, минимизировать, поступление песка или любых других твердых частиц при добыче текучих сред в скважине.
Обычным способом минимизирования поступления твердых частиц и отфильтровывания песка является использование "установки гравийных фильтров" в скважины, добывающие текучую среду, например, во время заканчивания скважин. При установке гравийного фильтра в скважине стальной фильтр, общеизвестный как скважинный фильтр, размещают в стволе скважины. Кольцевое пространство, окружающее фильтр, затем набивают подготовленным гравием, разработанным для предотвращения прохода песка. Размер гравия часто является регулирующим признаком, предотвращающим проход песка внутрь скважинного фильтра, в котором гравий часто по размеру больше песка, найденного в пласте. Например, на фиг.1 показан ствол 100 скважины с пакером 102 гравийного фильтра. Пакер 102 гравийного фильтра можно установить в обсадной колонне 104 с гравийным фильтром 106 (то есть скважинным фильтром), размещенным в перфорированной зоне 108 пакера 102 гравийного фильтра. Затем гравий 110 размещают в обсадной колонне 104, и он может проходить в перфорационные отверстия 108 обсадной колонны 104, где гравий 110 может минимизировать или прекращать поступление песка. Хотя данный способ продолжают обычно использовать, способ установки гравийных фильтров может охватывать значительную площадь ствола скважины.
Также разработан другой способ, обеспечивающий возможность расширения трубного изделия, находящегося на забое скважины, с попыткой минимизировать тем самым площадь, которую необходимо использовать для предотвращения выноса песка. Данный способ обеспечивает спуск на забой ствола скважины трубного изделия уменьшенного диаметра с последующим расширением до увеличенного диаметра на месте работы. Данный способ реализован в трубчатых элементах, таких как скважинные фильтры и песчаные фильтры, допускающие сквозной проход добываемых текучих сред, но при этом блокирующие проход твердых частиц.
В одном варианте расширяемый песчаный фильтр можно спускать на забой ствола скважины на конце колонны трубных звеньев. Исходный внешний диаметр такого расширяемого песчаного фильтра может быть меньше внутреннего диаметра ствола скважины. Конус в форме клина, также в общем называемый трубным шаблоном, также спускают на забой скважины с песчаным фильтром на отдельной колонне трубных звеньев, при этом конус перемещается независимо от песчаного фильтра. Когда фильтр зафиксирован в стволе скважины в надлежащем месте, конус продавливают в песчаный фильтр, при этом через него конец конической поверхности конуса предпочтительно входит в трубное звено песчаного фильтра первым. Такое продавливание конуса через трубное звено песчаного фильтра пластично расширяет внутренний диаметр песчаного фильтра, в общем, до внешнего диаметра конуса.
Данный тип расширяемого фильтра является пригодным для использования в скважинах для увеличения близости песчаного фильтра к поверхности горизонта добычи на забое скважины. Вместе с тем, необходимость использования расширяющего конуса для расширения трубного звена добавляет этапы в заканчивание скважины, требуя, по меньшей мере, одного дополнительного рейса на забой скважины с конусом, прикрепленным к колонне трубных звеньев. При этом данные дополнительные этапы могут являться затратными по времени при использовании расширяемых песчаных фильтров. Дополнительно, применение данного типа расширяемого фильтра может быть ограничено только некоторыми условиями среды и использования, такими как степень расширения, размер удерживаемых частиц, гибкий контакт пласта, а также и характеристики предела разрушения данных расширяемых фильтров могут быть ограниченными. В настоящее время промышленный стандарт для степени расширения составляет в общем 115-150% для удержания частиц размерами 140-300 мкм (0,0055-0,012 дюймов), для гибкого контакта с пластом 0-100 фунт/дюйм2 (0-690 кПа), и для предела разрушения 270-1200 фунт/дюйм2 (1860-8270 кПа). При этом данные текущие стандарты могут быть ограничены для соответствия прогнозированию текущих и перспективных требований пользователя. Соответственно, существует необходимость создания расширяемого фильтра, усовершенствованного по сравнению с фильтрами предшествующего уровня техники, для продолжающегося развития и успеха в области добычи текучих сред.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к расширяемому трубному изделию для использования в геологических структурах. Расширяемое трубное изделие включает в себя элемент, по существу, трубчатой формы с осью, проходящей через него, с, по меньшей мере, одним спиральным элементом, выполненным в стенке и образованным вокруг оси элемента трубчатой формы, и с множеством удлиненных перфорационных отверстий, выполненных в стенке элемента трубчатой формы. Элемент трубчатой формы выполнен с возможностью сжиматься и запасать энергию расширения в стенке элемента трубчатой формы.
В другом аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к расширяемому трубному изделию для использования в геологических структурах. Расширяемое трубное изделие включает в себя элемент, по существу, трубчатой формы, с осью, проходящей через него, при этом элемент трубчатой формы включает в себя множество удлиненных деталей, расположенных параллельно оси элемента трубчатой формы и, по меньшей мере, один спиральный элемент, выполненный в стенке, по существу, трубчатого элемента. Каждая из множества удлиненных деталей скреплена, по меньшей мере, с одним спиральным элементом так, чтобы образовывать множество удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей, и первая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена на одной стороне спирального элемента, вторая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена на другой стороне спирального элемента, и первая и вторая удлиненные детали находятся на одной оси друг с другом. Дополнительно, элемент трубчатой формы выполнен с возможностью сжиматься и запасать энергию расширения во множестве удлиненных деталей элемента трубчатой формы.
В еще одном аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу расширения элемента трубчатой формы. Способ включает в себя создание элемента трубчатой формы, имеющего первый диаметр, в котором, по меньшей мере, один спиральный элемент выполнен в стенке элемента трубчатой формы и образован вокруг его продольной оси, при этом множество удлиненных перфорационных отверстий выполнено в стенке элемента трубчатой формы. Способ дополнительно включает в себя сжатие элемента трубчатой формы до второго меньшего диаметра для запаса энергии расширения в стенке элемента трубчатой формы.
Дополнительно, еще в одном аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, относятся к способу изготовления расширяемого трубного изделия для использования в геологических структурах. Способ включает в себя создание множества удлиненных деталей и скрепление множества удлиненных деталей друг с другом так, чтобы множество удлиненных деталей образовывали элемент, по существу, трубчатой формы, имеющий ось, проходящую через него. Средство крепления множества удлиненных деталей друг к другу образует множество удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей, и средство крепления множества удлиненных деталей друг к другу образует множество спиральных элементов в стенке, образованных вокруг оси элемента трубчатой формы.
Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения должны быть ясны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан вид сбоку пакера для создания известного гравийного фильтра предшествующего уровня техники.
На фиг.2 показан вид сбоку трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3A показан вид деталей трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3B показан вид деталей трубчатого элемента с фигуры 3A согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 показан вид деталей из множества удлиненных деталей согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 показан другой вид деталей сжатого трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 показан вид деталей трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 показан вид сбоку трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.8 показан вид деталей трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.9 показан вид деталей трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10A показан изометрический вид трубчатого элемента согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10B показан другой изометрический вид трубчатого элемента фиг.10A согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10C показан другой изометрический вид трубчатого элемента фиг.10A согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Одинаковые элементы на различных чертежах могут обозначаться одинаковыми ссылочными позициями для единообразия. Дополнительно, в следующем подробном описании вариантов осуществления настоящего изобретения многочисленные конкретные детали описаны для обеспечения более глубокого понимания изобретения. Вместе с тем, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, можно практически осуществлять без данных конкретных деталей. В других случаях общеизвестные признаки подробно не описаны, чтобы исключить ненужное усложнение описания.
В одном аспекте варианты осуществления, раскрытые в данном документе, в общем, относятся к расширяемому трубному изделию для использования в геологических структурах. Расширяемое трубное изделие имеет элемент, по существу, трубчатой формы с осью, проходящей через него. Трубчатый элемент имеет один или несколько спиральных элементов, выполненных в стенке трубчатого элемента, и спиральный элемент образован вокруг оси элемента трубчатой формы. Дополнительно, множество удлиненных перфорационных отверстий выполнены в стенке трубчатого элемента, и трубчатый элемент является сжимаемым от большего диаметра к меньшему диаметру. При сжатии трубчатый элемент запасает энергию расширения в стенке, при этом трубчатый элемент может затем расширяться обратно к большему диаметру, когда трубчатый элемент размещают на забое ствола скважины. Дополнительно, трубчатый элемент может быть выполнен или может включать в себя множество удлиненных деталей. Множество удлиненных деталей скреплены друг с другом на концах с образованием множества удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей.
Как описано в данном документе, настоящее изобретение можно использовать в добыче углеводородов, таких как нефть и газ. Например, настоящее изобретение можно использовать в расширяемых трубных изделиях, включающих в себя, без ограничения этим, песчаные фильтры, пористые хвостовики, изолирующие втулки, "преобразующиеся" (например, композитные) из сплошных в пористые трубные изделия, трубные изделия крепления горных пород, трубные изделия крепления ствола скважины, используемые для удержания материалов при потере циркуляции, цемента или других материалов, и любые другие скважинные трубные изделия и инструменты, известные в технике. Вместе с тем, настоящее изобретение можно также использовать в аналогичных скважинах и структурах, таких как водяные скважины, осушающие скважины, скважины мониторинга и рекультивации, туннели, шахты, трубопроводы и другие аналогичные известные области применения трубных изделий. Дополнительно, настоящее изобретение относится к трубчатым элементам. При использовании в данном документе "трубным изделием" называется любая структура, которая может являться, в общем, круглой, в общем, овальной или даже, в общем, эллиптической. Соответственно, данные структуры можно включать в состав вариантов осуществления, раскрытых в данном документе.
На фиг.2 показан вид сбоку трубчатого элемента 203 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Трубчатый элемент 203 имеет ось 201, проходящую через него, и включает в себя один или несколько спиральных элементов 205. Спиральные элементы 205 выполнены в стенке 207 трубчатого элемента 203 и образованы вокруг оси 201 трубчатого элемента 203. Соответственно, спиральные элементы 205 могут образовать спираль вокруг диаметра трубчатого элемента 203, такую как спираль вокруг оси 201 трубчатого элемента 203.
Трубчатый элемент 203 дополнительно включает в себя множество удлиненных перфорационных отверстий 209, выполненных в нем, конкретно, в стенке 207 трубчатого элемента 203. Данные удлиненные перфорационные отверстия 209 обеспечивают пористость трубчатого элемента 203. Таким образом, удлиненные перфорационные отверстия 209 являются достаточно большими для обеспечения прохода необходимых газов и жидкостей через стенку 207 трубчатого элемента 203, но достаточно малыми, чтобы препятствовать и предотвращать проход нежелательных твердых частиц, таких как песок, через стенку 207 трубчатого элемента 203. Дополнительно, трубчатый элемент 203 можно сжимать с переходом от большего диаметра к меньшему диаметру, с которым трубчатый элемент 203 запасает энергию расширения в стенке 207, при сжатии. Удлиненные перфорационные отверстия 209 обеспечивают пористость трубчатому элементу 203, вне зависимости от того, находится ли трубчатый элемент 203 в сжатом или расширенном состоянии.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения получают сплошной трубчатый элемент, такой как сплошная металлическая труба, без перфорационных отверстий, выполненных в нем. Затем, используя данный сплошной трубчатый элемент, можно выполнить трубчатый элемент 203 с удлиненными перфорационными отверстиями 209 с помощью различных способов. Например, для выполнения удлиненных перфорационных отверстий 209 можно использовать тонкое режущее лезвие или луч. Альтернативно, можно использовать режущий инструмент лазерного типа, водно-абразивного типа или электроискровой обработки для выполнения удлиненных перфорационных отверстий 209. В любом случае удлиненные перфорационные отверстия 209 являются, предпочтительно, весьма узкими, такими как около 0,002-0,250 дюймов (0,051-6,35 миллиметров) шириной на самом большом участке удлиненных перфорационных отверстий 209. Поэтому специалистам в данной области техники должно быть ясно, что данный размер удлиненных перфорационных отверстий 209 может изменяться в зависимости от размера твердых частиц, фильтруемых трубчатым элементом. Трубчатый элемент 203 может включать в себя сотни или, возможно, даже тысячи удлиненных перфорационных отверстий 209, выполненных в нем.
Как показано на фиг.2, удлиненные перфорационные отверстия 209 имеют, в общем, прямоугольную форму. Вместе с тем, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение этим не ограничено. Удлиненные перфорационные отверстия могут также иметь эллиптическую форму, трапецеидальную форму, ромбовидную форму, выпуклую или вогнутую форму, или любую другую форму, известную в технике. Удлиненные перфорационные отверстия 209 также показаны на фиг.2 как имеющие, в общем, одинаковые размеры. Специалистам в данной области техники, однако, должно быть ясно, что настоящее изобретение этим также не ограничено, поскольку размеры удлиненных перфорационных отверстий могут меняться.
На фиг.3A и 3B показаны виды деталей стенки 307 трубчатого элемента 303 согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. В данном варианте осуществления вместо выполнения трубчатого элемента 303 из исходного сплошного трубчатого элемента трубчатый элемент 303 выполняют из множества удлиненных деталей 311 (например, скважинных фильтров). На фиг.3A показан разобранный вид удлиненных деталей 311 трубчатого элемента 303. На фиг.3B показан вид в сборе удлиненных деталей 311 трубчатого элемента 303.
Удлиненные детали 311 могут иметь две стороны 313, 315 и два конца 317, 319. Для выполнения стенки 307 трубчатого элемента 303 удлиненные детали 311 можно скреплять друг с другом на концах 317, 319, располагая в шахматном порядке. Конкретно, скрепляя удлиненные детали 311 друг с другом, одну сторону 313A, примыкающую к одному концу 317A одной удлиненной детали 311A можно скреплять с одной стороной 315B, примыкающей к одному концу 319B другой удлиненной детали 311B. Таким образом, при скреплении удлиненных деталей 311 друг с другом удлиненные детали 311 могут иметь удлиненные перфорационные отверстия 309, образованные между ними. Дополнительно, при скреплении удлиненных деталей 311 друг с другом таким способом трубчатый элемент 303 также имеет спиральные элементы 305, образованные в стенке 307.
Удлиненные детали 311 можно скреплять друг с другом, используя различные способы, такие как процесс сборки, склеивающий материал (например, эластомерный клей) или любой другой способ, или материал, известный в технике (дополнительно описано ниже). Участки удлиненных деталей 311, скрепляемые друг с другом, могут затем образовывать спиральные элементы 305, образованные вокруг оси элемента 303.
После скрепления удлиненных деталей 311 друг с другом трубчатый элемент 303 можно плакировать или наносить на него покрытие для улучшения механических признаков трубчатого элемента 303. Например, трубчатый элемент 303 можно плакировать или наносить на него покрытие для увеличения прочности средств крепления между удлиненными деталями 311, индивидуально для увеличения прочности удлиненных деталей 303, для увеличения стойкости к коррозии трубчатого элемента 303, для улучшения прохождения потока по поверхности трубчатого элемента 303 (например, обеспечение более простого прохождения потока текучих сред и газов по поверхности и через стенку 307 трубчатого элемента 303), и/или для удаления или уменьшения дефектов изготовления трубчатого элемента 303 (например, регулируя размер слишком длинных или слишком коротких удлиненных деталей 303 или выпрямляя удлиненные детали 303, которые могли получить деформации во время изготовления).
На фиг.4 показан изометрический вид трех удлиненных деталей 411A-C согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. Аналогично описанному выше, каждая удлиненная деталь 411A-C имеет две стороны 413A-C, 415A-C и два конца 417A-C, 419A-C, которыми удлиненные детали 411A-C скрепляют друг с другом. Конкретно, в данном варианте осуществления сторона 413A, примыкающая к концу 417A удлиненной детали 411A, скреплена со стороной 415B, примыкающей к концу 419B удлиненной детали 411B, и также скреплена со стороной 413C, примыкающей к концу 419C удлиненной детали 411C.
Трубчатые элементы настоящего изобретения могут иметь широкий диапазон размеров. Например, удлиненные детали могут иметь длину около 2-12 дюймов (50-300 миллиметров), ширину или высоту около 0,01-0,08 дюймов (0,25-2,0 миллиметров) и могут иметь толщину или глубину около 0,1-1,0 дюймов (2,5-25 миллиметров). Спиральный элемент может также иметь толщину или глубину около 0,1-1,0 дюймов (2,5-25 миллиметров). Дополнительно, удлиненные перфорационные отверстия могут иметь ширину или высоту 0,001-0,04 дюймов (0,025-1,0 миллиметров) на точке с наибольшей шириной, такой как центр удлиненного перфорационного отверстия, и могут иметь радиус закругления, выполненного на концах удлиненного перфорационного отверстия, около 0,002-0,02 дюймов (0,051-0,51 миллиметров). Специалистам в данной области техники, при этом, должно быть ясно, что приведенные выше размеры даны только для примера, и настоящее изобретение включает в себя широкий диапазон размеров для выполнения трубчатого элемента. Соответственно, размеры трубчатого элемента и любых его деталей могут зависеть от условий применения трубчатого элемента, таких как размер фильтруемых твердых частиц.
Дополнительно, как показано в приведенных выше вариантах осуществления, удлиненные детали, в общем, имеют одинаковую толщину, сечение и размер. Вместе с тем, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что этим настоящее изобретение не ограничено. В одном варианте осуществления одна или несколько удлиненных деталей могут иметь толщину, изменяющуюся по отрезку длины удлиненной детали. В другом варианте осуществления вместо прямоугольного сечения одна или несколько удлиненных деталей могут иметь трапецеидальное сечение, эллиптическое сечение, выпуклое сечение или вогнутое сечение. В еще одном варианте осуществления вместо, по существу, плоских поверхностей сторон удлиненной детали, удлиненная деталь может иметь вогнутые или выпуклые поверхности. Соответственно, посредством изменения любых данных признаков удлиненной детали можно также изменять формы и размеры удлиненных перфорационных отверстий, соответственно изменениям удлиненных деталей. Удлиненные детали могут также иметь острые кромки или могут также вводить гидродинамическое оконтуривание (такое как при эллиптическом сечении), которое может улучшать проход потока газов и текучих сред через стенку трубчатого элемента при необходимом сокращении прохода потока любых твердых частиц. Дополнительно к этому, удлиненную деталь можно поворачивать вокруг оси трубчатого элемента для облегчения прохода потока через стенку трубчатого элемента.
На фиг.5 показаны виды деталей стенки 507 трубчатого элемента 503 согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. В данном варианте осуществления трубчатый элемент 503 включает в себя множество удлиненных деталей 511, скрепленных друг с другом с образованием между ними множества удлиненных перфорационных отверстий 509. Этот трубчатый элемент 503 сжат, в отличие от трубчатого элемента 303, показанного на фиг.3B, который не сжат и находится в ненапряженном состоянии.
На фиг.5 также показано, что трубчатый элемент 503 сжат так, что диаметр трубчатого элемента 503 уменьшен. При сжатии удлиненные детали 511 трубчатого элемента 503 могут деформироваться и удлиненные перфорационные отверстия 509 между удлиненными деталями 511 становятся уже, по меньшей мере, в некоторых областях. Конкретно, при сжатии удлиненные детали 511 трубчатого элемента 503 могут деформироваться, принимая волнообразную форму, как показано на фиг.5, в которой участки удлиненных перфорационных отверстий становятся уже от интерференции удлиненной детали 511. Волнообразная форма удлиненной детали 511 при деформации может создавать локальное скручивание в стенке 507 трубчатого элемента. Дополнительно, удлиненная деталь 511 может деформироваться так, что участки удлиненной детали 511 деформируются, проходя во внутренний диаметр трубчатого элемента 503 и/или наружу за пределы внешнего диаметра трубчатого элемента 503. Предпочтительно, чтобы удлиненные детали 511 деформировались только упруго, или, по существу, деформировались упруго, так, чтобы трубчатый элемент 503 избежал пластической деформации. Тогда при сжатии трубчатого элемента 503 стенка 507 трубчатого элемента 503 может запасать в себе энергию расширения.
Трубчатый элемент 503 можно затем, например, спустить на забой в ствол скважины, где трубчатый элемент 503 можно высвободить. При высвобождении энергия расширения, запасенная в стенке 507 трубчатого элемента 503, должна обеспечить трубчатому элементу обратное расширение к большему диаметру, чем при спуске на забой скважины. Предпочтительно расширение трубчатого элемента 503 до приблизительно исходного диаметра, имевшегося до сжатия, ограниченное только внутренним пространством ствола скважины. Вместе с тем, поскольку это часто бывает затруднительным или вообще невозможным совсем не потерять энергию в материалах трубчатого элемента 503, трубчатый элемент 503 может иметь ограниченный диаметр расширения, который больше диаметра при сжатии, но все равно меньше исходного диаметра до сжатия. В любом случае, предпочтительно, когда трубчатый элемент 503 расширяется на забое скважины, трубчатый элемент 503 прикладывает силу расширения, направленную наружу, к внутреннему диаметру ствола скважины (не показано).
Как описано выше, трубчатый элемент настоящего изобретения может сжиматься и расширяться аналогично пружине. Соответственно, также аналогично пружине, трубчатый элемент может иметь коэффициент k жесткости, пропорциональный силе, требуемой для сжатия трубчатого элемента. Чем выше коэффициент k жесткости трубчатого элемента, тем большее усилие требуется для сжатия трубчатого элемента. Это усилие сжатия может также быть равно силе расширения, когда трубчатому элементу предоставлена возможность расширения. Поэтому коэффициент k жесткости трубчатого элемента, который зависит от нескольких характеристик трубчатого элемента, может быть заложен в трубчатый элемент при проектировании.
Например, на фиг.6 показаны виды деталей трубчатого элемента 603, имеющего многочисленные спиральные элементы 605, выполненные в стенке 607 согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. Спиральные элементы 605 сориентированы в стенке 607 под углом θ, в которой θ определяет угол спирального элемента 605 относительно оси 601 трубчатого элемента 603. При увеличении θ и когда спиральный элемент 605 становится ближе к перпендикуляру к оси 601, коэффициент k жесткости трубчатого элемента 603 также увеличивается. Аналогично, когда θ уменьшается и спиральный элемент 605 становится ближе к прямой параллельной осевой линии 601, коэффициент k жесткости элемента 603 также уменьшается. В таблице, показанной ниже, даны многочисленные характеристики трубчатых элементов настоящего изобретения, которые можно изменять для увеличения или уменьшения коэффициента k жесткости трубчатых элементов.
| Таблица | ||
| Элементы трубчатого изделия | Более низкий коэффициент k жесткости | Более высокий коэффициент k жесткости |
| Угол спирального элемента | ближе к параллельному оси | ближе к перпендикулярному к оси |
| Шаг спирального элемента | более высокий шаг | более низкий шаг |
| Длина удлиненной детали | Длиннее | короче |
| Ширина удлиненной детали | Уже | шире |
| Толщина удлиненной детали | Тоньше | толще |
| Упругость материала | больше упругости | меньше упругости |
| Предел текучести материала | более низкий предел текучести | более высокий предел текучести |
| Способ скрепления удлиненных деталей | на клею | сборка, пайка, горячая штамповка, лазерная наплавка или порошковая |
Как показано выше, конкретные характеристики трубчатого элемента можно рассматривать при подготовке и изготовлении трубчатого элемента для каждого вида практического применения. Например, при спуске трубчатого элемента согласно настоящему изобретению на забой ствола скважины, имеющей жесткую самонесущую структуру, трубчатому элементу может быть необходимо расширяться только до внутреннего диаметра ствола скважины, без требуемого воздействия существенным количеством давления на ствол скважины от трубчатого элемента. В таком варианте осуществления может быть необходим трубчатый элемент с более низким коэффициентом k жесткости. С другой стороны, при спуске трубчатого элемента согласно настоящему изобретению на забой ствола скважины, имеющей рыхлую самонесущую структуру, трубчатому элементу может быть необходимо расширяться до внутреннего диаметра ствола скважины и затем воздействовать существенным количеством давления на ствол скважины. Посредством приложения такого давления на ствол скважины трубчатый элемент может предотвращать повреждение ствола скважины и, возможно, даже обрушение. В таком варианте осуществления может быть необходим трубчатый элемент с более высоким коэффициентом k жесткости.
В приведенных выше вариантах осуществления трубчатый элемент настоящего изобретения имеет множество удлиненных деталей и множество удлиненных перфорационных отверстий, параллельных оси ствола скважины. Вместе с тем, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение этим не ограничено. Например, как показано на фиг.7, трубчатый элемент 703 может иметь множество удлиненных перфорационных отверстий 709, расположенных под углом относительно оси 701 трубчатого элемента 703. Аналогично, удлиненные элементы (не показано) могут также быть расположены под углом относительно оси 701 трубчатого элемента 703. При этом посредством увеличения угла между удлиненными перфорационными отверстиями и/или удлиненными деталями и оси трубчатого элемента коэффициент k жесткости трубчатого элемента может быть также увеличен.
На фиг.8 показаны виды деталей стенки 807 трубчатого элемента 803 согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. В данном варианте осуществления трубчатый элемент 803 включает в себя множество удлиненных деталей 811, множество удлиненных перфорационных отверстий 809 и один или несколько спиральных элементов 805. Дополнительно, как показано, некоторые из множества удлиненных деталей 811 могут быть расположены по одной линии относительно друг друга. Например, на фиг.8 удлиненные детали 811C, 811D, 811E расположены выставленными по одной линии относительно друг друга, и удлиненные детали 811F, 811G, 811H расположены по одной линии относительно друг друга. С другой стороны, удлиненные детали 311A, 311B, показанные на фиг.3A и 3B, не расположены по одной осевой линии относительно друг друга, а расположены в шахматном порядке относительно друг друга. Дополнительно, на фиг.3A, 3B, и 8 множество удлиненных деталей 311, 811 являются параллельными друг другу.
На фиг.8 также показано, что удлиненные элементы 811C, 811D, 811E могут составлять единое целое друг с другом для образования единой удлиненной детали 811A или могут быть выполнены индивидуальными и скрепленными друг с другом на спиральном элементе 805. Аналогично, удлиненные детали 811F, 811G, 811H могут составлять единое целое друг с другом для образования единой удлиненной детали 811B или могут быть выполнены индивидуальными и скрепленными друг с другом на спиральном элементе 805. Предпочтительно, удлиненные детали 811A, 811B составляют единое целое друг с другом, что может облегчать изготовление трубчатого элемента 803 (описано дополнительно ниже).
Данные удлиненные детали 811A, 811B можно затем прикреплять к спиральному элементу 805, при этом спиральный элемент 805 может обеспечивать скрепление и взаимодействие между удлиненными деталями 811A, 811B. Дополнительно, скрепление между спиральным элементом 805 и удлиненными деталями 811A, 811B может задавать размер и форму удлиненных перфорационных отверстий 809, расположенных между ними. Например, как показано на фиг.8, удлиненные перфорационные отверстия 809 могут иметь длину, определенную осевой длиной, созданной между спиральными элементами 805. Дополнительно, удлиненные перфорационные отверстия 809 могут иметь ширину, определенную длиной по окружности периметра между средством крепления удлиненных деталей 811 со спиральными элементами 805.
Дополнительно к этому, как описано выше, удлиненные детали 811C, 811D, 811E могут быть расположены на одной линии друг с другом, и удлиненные детали 811F 811G, 811H могут также быть расположены на одной линии друг с другом. При этом удлиненные перфорационные отверстия 809, образованные между удлиненными деталями 811, могут также быть расположены на одной линии друг с другом. Например, удлиненные перфорационные отверстия 809A, 809B, 809C, расположенные между удлиненными деталями 811C, 811D, 811E, 811F, 811G, 811H, могут быть расположены на одной линии друг с другом.
На фиг.9 показаны виды деталей стенки 907 трубчатого элемента 903 согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. В данном варианте осуществления трубчатый элемент 903 включает в себя множество удлиненных деталей 911, скрепленных с одним или несколькими спиральными элементами 905. Дополнительно, удлиненные детали 911 скреплены со спиральными элементами 905 с образованием множества удлиненных перфорационных отверстий 909 между удлиненными деталями 911. Аналогично удлиненной детали 811, показанной на фиг.8, некоторые удлиненные детали 911 могут быть расположены на одной линии друг с другом. В таком варианте осуществления удлиненные перфорационные отверстия 909, расположенные между удлиненными деталями 911, могут также быть расположены на одной линии друг с другом.
Аналогично показанным выше вариантам осуществления трубчатые элементы 803, 903, показанные на фиг.8 и 9, соответственно, можно сжимать так, чтобы диаметр трубчатых элементов 803, 903 уменьшался. При этом при сжатии удлиненные детали 811, 911 трубчатых элементов 803, 903 могут деформироваться и удлиненные перфорационные отверстия 809, 909 между удлиненными деталями 811, 911, соответственно, становятся уже, по меньшей мере, в некоторых областях. После сжатия трубчатых элементов 803, 903 стенки 807, 907 трубчатых элементов 803, 903 могут запасать в себе энергию расширения. Данная энергия расширения может позже высвобождаться из трубчатого элемента 803, 903 так, чтобы трубчатый элемент 803, 903 увеличивался в диаметре от диаметра, до которого трубчатый элемент 803, 903 был ранее сжат. Это может быть достигнуто упругим деформированием трубчатого элемента 803, 903, при этом уменьшается количество пластической деформации, которой трубчатый элемент 803, 903 может быть подвергнут. Предпочтительно, что, когда трубчатые элементы настоящего изобретения сжимают, участки удлиненных перфорационных отверстий, примыкающие к спиральным элементам, не деформируются. Например, находится ли трубчатый элемент в сжатом или расширенном состоянии, участок удлиненного перфорационного отверстия, примыкающий к спиральному элементу, сохраняет одинаковый размер и форму.
Как описано выше, трубчатый элемент настоящего изобретения предпочтительно упруго деформируется так, что, когда трубчатый элемент сжимают до меньшего диаметра, трубчатый элемент может затем расширяться до большего диаметра без какой-либо существенной деформации трубчатого элемента. Вместе с тем, в других вариантах осуществления трубчатый элемент может иметь комбинацию упругой деформации с пластичной деформацией, или трубчатый элемент может, по существу, только пластично деформироваться. Когда трубчатый элемент пластично деформируется, материал трубчатого элемента может достигать предела текучести. Например, в одном варианте осуществления, когда трубчатый элемент сжимают, трубчатый элемент может, по существу, пластично деформироваться и имеет только минимальную упругую деформацию. При этом, когда трубчатый элемент затем расширяется, можно использовать трубный шаблон для пластичного деформирования трубчатого элемента к большему диаметру. Таким образом, трубчатый элемент настоящего изобретения можно использовать в оборудовании для упругой деформации, пластичной деформации или комбинации упругой и пластичной деформации.
На фиг.10A-10C показаны изометрические виды трубчатого элемента 1003 согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе. Трубчатый элемент 1003 включает в себя множество удлиненных деталей, скрепленных друг с другом. При этом множество удлиненных перфорационных отверстий образовано между удлиненными деталями, и множество спиральных элементов образовано из средств крепления множества удлиненных деталей друг с другом. На фиг.10A показан изометрический вид конца трубчатого элемента 1003, на фиг.10B показан вид в перспективе вдоль осевой линии и через внутреннее пространство трубчатого элемента 1003 и на фиг.10C показан увеличенный вид концевой секции трубчатого элемента 1003. Соответственно, на фиг.l0A-l0C показан трубчатый элемент 1003 в высвобожденном состоянии, до того как трубчатый элемент 1003 был сжат.
Как показано на фиг.10A-10C, спиральные элементы могут быть сплошными, такими, чтобы спиральный элемент проходил от внутреннего диаметра к внешнему диаметру трубчатого элемента. Вместе с тем, настоящее изобретение этим не ограничено, поскольку спиральный элемент может только проходить через участок трубчатого элемента или контактировать с ним. Например, в одном варианте осуществления спиральный элемент может быть выполнен заподлицо с одной стороной трубчатого элемента, например, заподлицо с внутренним диаметром трубчатого элемента, и спиральный элемент может тогда проходить только частично через толщину трубчатого элемента. В таком варианте осуществления спиральный элемент может быть утоплен в трубчатый элемент, чтобы не быть заподлицо с внешним диаметром трубчатого элемента. В другом варианте осуществления вместо того, чтобы быть выполненным заподлицо или утопленным в трубчатый элемент, спиральный элемент может выступать из одной стороны трубчатого элемента. Дополнительно, в еще одном варианте осуществления спиральный элемент может также быть полым. В таком варианте осуществления один или несколько участков спирального элемента могут контактировать с внутренним диаметром и/или внешним диаметром трубчатого элемента. Полый спиральный элемент (например, полый пружинный элемент) можно тогда выполнить как единое целое с трубчатым элементом или можно позже скреплять с трубчатым элементом, например, с использованием способов крепления, описанных ниже. Полый спиральный элемент можно использовать для транспортировки материалов и/или передачи данных на забой скважины. Например, через спиральный элемент можно транспортировать электрический сигнал или импульс или текучие среды и/или другие материалы.
Дополнительно к этому, спиральный элемент может иметь постоянный шаг, или спиральный элемент может иметь переменный шаг. Например, шаг спирального элемента вдоль трубчатого элемента может быть постоянным для образования правильной спирали, или шаг спирального элемента может быть переменным, чтобы спиральный элемент изменялся так, чтобы некоторые участки спирального элемента могли быть наиболее параллельными с осевой линией трубчатого элемента по сравнению с другими участками спирального элемента. Соответственно, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что один или все вышеупомянутые признаки можно комбинировать при выполнении спиральных элементов в трубчатом элементе согласно настоящему изобретению.
Как показано и описано в приведенных выше вариантах осуществления, спиральный элемент может быть выполнен в стенке в трубчатом элементе и может быть образован вокруг оси трубчатого элемента. Таким образом, спиральный элемент может образовывать спираль вокруг трубчатого элемента в некоторых вариантах осуществления. Специалистам в данной области техники при этом должно быть ясно, что настоящее изобретение этим не ограничено, поскольку спиральный элемент не ограничен выполнением вокруг оси трубчатого элемента. В другом варианте осуществления спиральный элемент могут вместо этого искривлять в одном или нескольких меняющихся направлениях при выполнении в стенке трубчатого элемента. Например, спиральный элемент может иметь волнообразную форму, при которой спиральный элемент может искривляться вперед и назад в меняющихся направлениях вдоль одной стороны трубчатого элемента. Дополнительно, данные признаки можно комбинировать, при этом спиральный элемент может быть образован и вокруг осевой линии трубчатого элемента и менять направления вдоль трубчатого элемента.
При изготовлении трубчатого элемента, имеющего множество удлиненных деталей, удлиненные детали можно сначала разместить в устройстве для закрепления, таком как стапель. Данное устройство для закрепления может держать удлиненные детали в необходимом положении, например, таком, в котором множество удлиненных деталей расположено параллельно друг другу. Для облегчения получения необходимого расположения удлиненных деталей между удлиненными деталями можно разместить разделяющие держатели. После изготовления данные разделяющие держатели можно удалить (например, удалить химически, удалить механически, удалить термически, удалить электрически или удалить магнитом), при этом пустоты, остающиеся от разделяющихся держателей, могут образовывать, по меньшей мере, участки удлиненных перфорационных отверстий.
После получения необходимого положения удлиненные детали можно скреплять друг с другом, например, сборкой, пайкой, применением склеивающего материала, с использованием крепежных элементов (например, механических зажимов), способами с использованием давления для скрепления удлиненных деталей, или другим способом, известным в технике. Удлиненные детали можно скреплять (например, сварным соединением) друг с другом на одной стороне или с двух сторон удлиненной детали. При скреплении друг с другом с двух сторон удлиненные детали можно разворачивать или переворачивать в устройстве для закрепления для сборки, спайки или применения склеивающего материала также на противоположной стороне удлиненных деталей.
После скрепления удлиненных деталей друг с другом с образованием при этом, по меньшей мере, участка стенки трубчатого элемента, данный участок трубчатого элемента может быть, по существу, плоским. В таком варианте осуществления участок трубчатого элемента можно помещать в машину механического гнутья, придающую кривизну участку трубчатого элемента. Одним общепринятым типом машины механического гнутья является роликовая гибочная машина, в общем, включающая в себя три или более роликов. Данные ролики могут быть отрегулированы так, что, когда участок трубчатого элемента пропускают через машину механической гибки, только минимальное количество кривизны образуется на участке трубчатого элемента. Затем участок трубчатого элемента можно пропускать через машину механической гибки многократно, до получения необходимой кривизны. Например, если получают необходимую кривизну около 180 градусов, тогда два одинаковых участка трубчатого элемента можно изготовить вышеупомянутым способом, при этом два одинаковых участка трубчатого элемента можно после этого скреплять друг с другом для создания трубчатого элемента в сборе. Дополнительно, если участок трубчатого элемента выполняют с кривизной более около 180 градусов, соответствующий участок трубчатого элемента можно выполнить для объединения с участком другого трубчатого элемента для создания сборки трубчатых элементов. В других вариантах осуществления как осевую, так и радиальную гибку можно реализовать в изготовлении трубчатого элемента настоящего изобретения, в зависимости от практического применения трубчатого элемента. Вместе с тем, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что другие типы способов можно использовать для выполнения трубчатых элементов настоящей заявки.
В одном примере, также показанном на фиг.8, удлиненные детали 811C, 811D, 811E могут находиться на одной линии друг с другом и быть выполненными как одно целое, образовывая удлиненную деталь 811A, и удлиненные детали 811F, 811G, 811H могут находиться на одной линии друг с другом и быть выполненными как одно целое, образовывая удлиненную деталь 811B. Данные удлиненные детали 811A, 811B могут быть расположены параллельно друг другу, и может быть выполнен спиральный элемент 805. Например, удлиненные детали 811A, 811B могут быть скреплены друг с другом, при этом средство крепления удлиненных деталей 811A, 811B может образовывать спиральный элемент 805. Хотя можно использовать многочисленные способы для создания спирального элемента 805, одним способом может являться сборка удлиненных деталей 811A, 811B друг с другом, при котором сборочный материал (например, материал сварного соединения) может создавать спиральный элемент 805.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения многочисленные другие способы можно использовать при изготовлении трубчатого элемента, имеющего множество удлиненных деталей с множеством удлиненных перфорационных отверстий, расположенных между ними. В одном варианте осуществления можно использовать осаждение твердых частиц, такое как осаждение частиц для образования участков или целых спиральных элементов. Осаждение частиц может включать в себя один или несколько различных способов или комбинации различных способов. Например, осаждение частиц может включать в себя осаждение с высокой плотностью энергии, такое как посредством использования луча для осаждения частиц. Способ может включать в себя лазерное осаждение, электронное осаждение, плазменное осаждение или любой другой способ с высокой плотностью энергии, известный в технике. Осажденные частицы могут иметь форму твердых частиц, жидкости или газа, такую как порошок, плазма или пар. Осаждение частиц может быть более точным и простым для регулирования по сравнению с обычными способами сборки и пайки. В другом варианте осуществления можно использовать такое осаждение частиц, как использование осаждения частиц металла, для выполнения трубчатого элемента в целом или его участков. Например, трубчатый элемент в целом, согласно настоящему изобретению, или только его участки, такие как спиральный элемент или участки спирального элемента, могут быть выполнены с использованием осаждения частиц. Дополнительно, в другом варианте осуществления, режущий инструмент (примеры приведены выше) можно использовать для выполнения трубчатого элемента в целом или его участков. Например, режущий инструмент можно использовать для выполнения, по меньшей мере, одного перфорационного отверстия в трубчатом элементе, или можно использовать для увеличения, по меньшей мере, одного перфорационного отверстия в трубчатом элементе.
Дополнительно, для облегчения изготовления трубчатого элемента, может быть выполнен паз в одном или нескольких удлиненных деталях, предваряющий выполнение спирального элемента. Например, во время изготовления множество удлиненных деталей могут быть выставлены по одной линии до выполнения спирального элемента и/или скрепления удлиненных деталей друг с другом посредством спирального элемента. Паз может быть выполнен вдоль кромок удлиненной детали в месте, где подлежит размещению, по меньшей мере, участок спирального элемента. Паз может быть выполнен во время изготовления удлиненной детали, когда удлиненным деталям придают форму, или паз может быть выполнен в удлиненной детали, резанием или фрезерованием паза в кромках удлиненной детали. Дополнительно, можно использовать другие известные способы для выполнения паза в удлиненной детали, такие как с использованием высокоэнергетических способов (например, лазерных) без отхода от объема настоящей заявки.
В любом случае, материал, такой как металл, можно затем осаждать в данный паз сборкой, пайкой или лазерным осаждением, при котором материал, осажденный в паз, должен образовать спиральный элемент. Дополнительно, паз может способствовать проникновению осаждаемого материала в трубчатый элемент. Это может обеспечить образование осажденным материалом спирального элемента большей радиальной толщины. Дополнительно к этому, вместо осаждения материала в паз, в пазу можно разместить предварительно изготовленный спиральный элемент. Например, пружину или множество пружин можно расположить в пазу, выполненном в удлиненной детали. Данные пружины можно затем скреплять с удлиненными деталями обычными способами скрепления или связывания, такими как пайка, горячая штамповка, сборка, склейка, или другими аналогичными способами, известными в технике.
В другом варианте осуществления трубчатый элемент настоящего изобретения может также иметь покрытие, нанесенное на него во время изготовления. Как описано выше, покрытие можно наносить на трубчатый элемент для улучшения механических свойств трубчатого элемента. Дополнительно, трубчатый элемент может иметь покрытие, нанесенное на него, для регулирования размера удлиненных перфорационных отверстий. Например, в варианте осуществления, в котором удлиненные перфорационные отверстия трубчатого элемента являются слишком большими, на них можно нанести покрытие. Данное покрытие можно использовать для уменьшения размера удлиненных перфорационных отверстий до необходимого размера.
Дополнительно к этому, в других вариантах осуществления многочисленные спиральные элементы можно расположить примыкающими друг к другу, например, с расположением бок о бок. В таком варианте осуществления спиральные элементы могут находиться в контакте друг с другом, или, по меньшей мере, участки спиральных элементов могут находиться в контакте друг с другом. Данное расположение многочисленных спиральных элементов, примыкающих друг к другу, по меньшей мере, на некоторых участках, можно использовать для увеличения коэффициента жесткости трубчатого элемента.
После сжатия трубчатого элемента настоящего изобретения и перед расположением трубчатого элемента на забое в стволе скважины трубчатый элемент можно удерживать в сжатом состоянии удерживающим устройством. Удерживающее устройство может включать в себя пояс, втулку или обмотки, расположенные около наружного диаметра трубчатого элемента, может включать в себя звенья, прихваточные сварные швы, пайку легкоплавким припоем или эпоксидный состав, скрепленные с трубчатым элементом, может включать в себя удаляемые, срезаемые или деформируемые пояса, покрытия или слои, расположенные вокруг наружной поверхности трубчатого элемента, может включать в себя химический склеивающий состав, скрепленный с трубчатым элементом, или может включать в себя любое другое удерживающее устройство, известное в технике. Данные удерживающие устройства могут удерживать энергию расширения в трубчатом элементе.
Затем, когда удерживающее устройство оказывается на забое и в необходимом месте, его можно высвобождать, чтобы энергия расширения стенок расширяла трубчатый элемент до большего диаметра. Это можно осуществлять растворением, разложением, срезом, деформированием или удалением внешней втулки, поясов или покрытий, расположенных вокруг наружного диаметра трубчатого элемента, или разрывом или растворением звеньев, сварных соединений, пайки легкоплавким припоем, эпоксидного состава или химического склеивающего состава, расположенного на трубчатом элементе. В других вариантах осуществления, однако, можно использовать механическое устройство, такое как трубный шаблон или конус, описанные выше, для расширения трубчатого элемента. В таком варианте осуществления энергию расширения трубчатого элемента можно использовать в комбинации с энергией расширения механического устройства. Посредством увеличения энергии расширения трубчатого элемента механическим устройством трубчатый элемент может увеличивать давление образования расширяемого трубного изделия на забое скважины.
Например, в одном варианте осуществления втулка может быть расположена, по меньшей мере, вокруг участка наружного диаметра трубчатого элемента. Данная втулка может быть выполнена из термореактивного и/или химически реагирующего материала. При этом, когда втулка расположена вокруг трубчатого элемента, втулка может охлаждаться, например, при этом втулка может сокращаться вокруг трубчатого элемента. При условии достаточно сильной реакции внутри втулки втулка может даже сжимать трубчатый элемент до необходимого диаметра. При этом, когда трубчатый элемент размещают на забое скважины, втулка может нагреваться, отчего втулка должна расширяться, тем самым давая возможность трубчатому элементу также расширяться.
Дополнительно, в другом варианте осуществления эластомерный материал можно интегрировать для использования в трубчатом элементе. Например, в одном варианте осуществления эластомерный материал или втулка с эластомерным материалом могут быть расположены вокруг трубчатого элемента. Данную втулку или эластомерный материал можно тогда использовать для изоляции среды внутри трубчатого элемента от среды снаружи трубчатого элемента. Например, в таком варианте осуществления втулка может быть водонепроницаемой, при этом втулка может предотвращать проход воды через трубчатый элемент. Таким образом, в таком варианте осуществления трубчатый элемент можно использовать для предотвращения прохода воды внутри ствола скважины на месте трубчатого элемента.
Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что ряд материалов можно использовать для выполнения трубчатого элемента или, по меньшей мере, участка трубчатого элемента согласно настоящему изобретению. Например, как металлические, так и неметаллические материалы можно использовать для выполнения трубчатого элемента. Примером некоторых металлических материалов, которые можно использовать, являются биметаллы или сплавы металлов. Примером некоторых неметаллических материалов, которые можно использовать, являются волоконные материалы, такие как углепластики, керамические, полимерные (например, высокопрочные пластики) или композитные материалы. Дополнительно, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что комбинации как металлических, так и неметаллических материалов можно использовать для трубчатого элемента настоящего изобретения.
Дополнительно к этому, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что трубчатые элементы настоящего изобретения можно выполнить для соединения друг с другом или с любыми другими трубчатыми элементами, известными в технике. В одном варианте осуществления трубчатый элемент может включать в себя резьбовое соединение, расположенное, по меньшей мере, на одном из концов трубчатого элемента. Данное резьбовое соединение может быть выполнено на конце трубчатого элемента, может быть добавлено к трубчатому элементу, или можно использовать любой другой способ, известный в технике, для расположения резьбового соединения на конце трубчатого элемента.
Дополнительно, другие способы, известные в технике, можно использовать для соединения трубчатых элементов, такие как запрессовка, гидравлическое обжатие, фрикционное сцепление, соединение впритык (например, механические соединения, такие как заершенные муфты, крючки или фиксаторы, соединяющие одну трубу с другой), упругий натяг, без отхода от настоящего изобретения. Дополнительно к этому, концы трубчатого элемента могут быть фиксируемыми, такими, какие могут быть выполнены в жесткой конструкции. Например, концы трубчатого элемента могут быть сборными, сварными, спаянными или использовать лазерное осаждение для предотвращения любого разрушения концов трубчатого элемента. В таком варианте осуществления концы трубчатого элемента могут быть выполнены с возможностью расширения и сжатия трубчатого элемента, но удлиненные элементы на концах трубчатого элемента могут скрепляться вместе, вместо независимого расположения. Это может обеспечивать жесткость концам трубчатого элемента, тем самым увеличивая прочность трубчатого элемента.
Один или несколько трубчатых элементов, выполненных согласно настоящему изобретению, можно создать для расширяемого трубного изделия, имеющего одно или несколько из следующих отличий. Расширяемое трубное изделие может иметь степень расширения, по меньшей мере, около 115-180% с возможностью задержания частиц размером около 25-250 микронов (0,0001-0,0098 дюймов), может иметь гибкий контакт с пластом, по меньшей мере, около 800-1000 фунт/дюйм2 (5520-6900 кПа) и может иметь расчетный уровень разрушения, по меньшей мере, около 8000 фунт/дюйм2 (55,200 кПа).
Варианты осуществления настоящего изобретения могут создавать одно или несколько следующих преимуществ. Первое - настоящее изобретение может создавать расширяемое трубное изделие, являющееся саморасширяющимся, тем самым исключая необходимость применения дополнительного инструмента расширения расширяемого трубного изделия. Этим можно исключить необходимость дополнительного спуска трубной колонны на забой скважины для расширения расширяемого трубного изделия, тем самым увеличивая производительность скважинных работ. Затем настоящее изобретение может создавать расширяемое трубное изделие, которое можно извлекать и использовать повторно. Трубчатые элементы, описанные в данном документе, предпочтительно являются упруго деформируемыми, а не пластично деформируемыми (то есть с остаточной деформацией). Поэтому, когда трубчатый элемент поднимают после одной операции в стволе скважины, его можно поднимать и использовать повторно в операции в другом стволе скважины. Дополнительно, настоящее изобретение может создавать расширяемое трубное изделие, которое можно приспособить для использования в различных скважинных работах. Посредством регулирования одной или нескольких характеристик расширяемого трубного изделия коэффициент жесткости расширяемого трубного изделия можно увеличивать или уменьшать, как необходимо.
Дополнительно к этому, настоящее изобретение может создавать расширяемое трубное изделие, обеспечивающее, по существу, постоянный коэффициент жесткости. Конкретно, когда расширяемое трубное изделие сжимается или расширяется, коэффициент жесткости расширяемого трубного изделия может оставаться, по существу, постоянным. Наконец, настоящее изобретение может создавать расширяемое трубное изделие, ограничивающее и/или регулирующее изменчивость осевой длины во время сжатия и расширения. Например, удлиненные перфорационные отверстия и удлиненные детали, расположенные в расширяемом трубном изделии могут регулировать осевую длину трубчатого элемента во время сжатия и расширения. При этом, когда расширяемое трубное изделие сжимается и расширяется, осевая длина расширяемого трубного изделия может оставаться, по существу, единообразной, может удлиняться или может укорачиваться. Дополнительно к этому, участки расширяемого трубного изделия могут быть выполнены так, чтобы участки расширяемого трубного изделие по-разному реагировали во время сжатия и расширения. Например, один участок расширяемого трубного изделия может удлиняться во время сжатия, тогда как другой участок расширяемого трубного изделия может укорачиваться во время сжатия.
Хотя настоящее изобретение описано относительно ограниченного числа вариантов осуществления, специалистам в данной области техники, использующим преимущества данного изобретения, должно быть ясно, что можно выработать другие варианты осуществления без отхода от объема изобретения, описанного в данном документе. Соответственно, объем изобретения должен быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
1. Расширяемое трубное изделие для использования в геологических структурах, содержащее элемент, по существу, трубчатой формы с осью, проходящей через него, по меньшей мере, один спиральный элемент, выполненный в стенке элемента трубчатой формы, множество удлиненных перфорационных отверстий, выполненных в стенке элемента трубчатой формы, при этом элемент трубчатой формы выполнен с возможностью сжатия и создания запаса энергии расширения в стенке элемента трубчатой формы.
2. Трубное изделие по п.1, которое содержит множество перфорационных отверстий, по существу, параллельных друг другу.
3. Трубное изделие по п.2, которое содержит множество перфорационных отверстий, по существу, параллельных оси элемента трубчатой формы.
4. Трубное изделие по п.2, в котором первое удлиненное перфорационное отверстие из множества удлиненных перфорационных отверстий расположено примыкающим к одной стороне, по меньшей мере, одного спирального элемента, и второе удлиненное перфорационное отверстие из множества удлиненных перфорационных отверстий расположено примыкающим к другой стороне, по меньшей мере, одного спирального элемента.
5. Трубное изделие по п.2, в котором первое удлиненное перфорационное отверстие и второе удлиненное перфорационное отверстие расположены на одной линии друг с другом.
6. Трубное изделие по п.1, в котором, по меньшей мере, участок элемента трубчатой формы содержит множество удлиненных деталей, скрепленных друг с другом.
7. Трубное изделие по п.6, в котором первая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена примыкающей к одной стороне, по меньшей мере, одного спирального элемента, и вторая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена примыкающей к другой стороне, по меньшей мере, одного спирального элемента.
8. Трубное изделие по п.7, в котором первая удлиненная деталь и вторая удлиненная деталь расположены на одной линии друг с другом.
9. Трубное изделие по п.6, в котором множество удлиненных деталей скреплены друг с другом на стороне, примыкающей к концу множества удлиненных деталей, с образованием множества удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей.
10. Трубное изделие по п.9, в котором средство крепления множества удлиненных деталей друг к другу образует, по меньшей мере, один спиральный элемент.
11. Трубное изделие по п.6, в котором множество удлиненных деталей, по существу, параллельны друг другу.
12. Трубное изделие по п.6, в котором множество удлиненных деталей, по существу, параллельны оси элемента трубчатой формы.
13. Трубное изделие по п.6, в котором, по меньшей мере, одна из множества удлиненных деталей имеет прямоугольное сечение, трапецеидальное сечение, выпуклое сечение и эллиптическое сечение.
14. Трубное изделие по п.6, в котором, по меньшей мере, одна из множества удлиненных деталей имеет, по существу, постоянную толщину.
15. Трубное изделие по п.6, в котором, по меньшей мере, одна из множества удлиненных деталей имеет, по меньшей мере, одно из следующего: по существу, плоскую поверхность, по существу, выпуклую поверхность и, по существу, вогнутую поверхность.
16. Трубное изделие по п.6, в котором удлиненные детали скреплены с использованием, по меньшей мере, одного из следующего: процесса пайки, процесса сборки, процесса сварки, склеивающего материала, процесса лазерного осаждения и процесса осаждения частиц.
17. Трубное изделие по п.1, в котором, по меньшей мере, один спиральный элемент содержит множество спиральных элементов, при этом шаг каждого из множества спиральных элементов, по существу, является одинаковым.
18. Трубное изделие по п.1, в котором, по меньшей мере, один спиральный элемент образован вокруг оси элемента трубчатой формы.
19. Трубное изделие по п.1, в котором, по меньшей мере, один спиральный элемент искривляется в чередующихся направлениях вдоль стенки элемента трубчатой формы.
20. Трубное изделие по п.1, дополнительно содержащее втулку, расположенную вокруг, по меньшей мере, участка элемента трубчатой формы.
21. Трубное изделие по п.20, в котором втулка содержит эластомерный материал.
22. Трубное изделие по п.1, в котором конец трубчатого элемента выполнен с возможностью соединения с другим трубчатым элементом.
23. Расширяемое трубное изделие для использования в геологических структурах, содержащее элемент, по существу, трубчатой формы с осью, проходящей через него, содержащий множество удлиненных деталей, расположенных параллельно оси элемента трубчатой формы, по меньшей мере, один спиральный элемент, выполненный в стенке элемента, по существу, трубчатой формы, при этом каждая из множества удлиненных деталей скреплена, по меньшей мере, с одним спиральным элементом с образованием множества удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей, при этом первая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена на одной стороне спирального элемента, вторая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена на другой стороне спирального элемента, и первая и вторая удлиненные детали находятся на одной линии друг с другом, и элемент трубчатой формы выполнен с возможностью сжатия и создания запаса энергии расширения во множестве удлиненных деталей элемента трубчатой формы.
24. Трубное изделие по п.23, в котором первое удлиненное перфорационное отверстие из множества удлиненных перфорационных отверстий расположено на одной стороне спирального элемента, второе удлиненное перфорационное отверстие из множества удлиненных перфорационных отверстий расположено на другой стороне спирального элемента, и первое и второе удлиненные перфорационные отверстия находятся на одной линии друг с другом.
25. Трубное изделие по п.23, в котором множество удлиненных деталей, по существу, параллельны друг другу и множество удлиненных деталей, и множество удлиненных перфорационных отверстий, по существу, параллельны оси элемента трубчатой формы.
26. Способ расширения элемента трубчатой формы, содержащий следующие стадии: обеспечение элемента трубчатой формы, имеющего первый диаметр, при этом, по меньшей мере, один спиральный элемент выполнен в стенке элемента трубчатой формы и образован вокруг его продольной оси, и множество удлиненных перфорационных отверстий выполнено в стенке элемента трубчатой формы; сжатие элемента трубчатой формы до второго диаметра, который меньше первого диаметра, для создания запаса энергии расширения в стенке элемента трубчатой формы.
27. Способ по п.26, в котором элемент трубчатой формы избирательно удерживают так, чтобы он имел второй диаметр с использованием удерживающего устройства.
28. Способ по п.26, в котором элемент трубчатой формы сжимают так, чтобы элемент трубчатой формы упруго деформировался между первым диаметром и вторым диаметром.
29. Способ по п.26, дополнительно содержащий расположение элемента трубчатой формы в геологической структуре в сжатом состоянии и высвобождение, по меньшей мере, части запаса энергии расширения, созданного в стенке элемента трубчатой формы, чтобы элемент трубчатой формы расширялся до третьего диаметра, который больше второго диаметра.
30. Способ по п.26, в котором элемент трубчатой формы содержит множество удлиненных деталей, скрепленных друг с другом, с образованием множества удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей.
31. Способ по п.30, в котором первая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена на одной стороне спирального элемента, вторая удлиненная деталь из множества удлиненных деталей расположена на другой стороне спирального элемента, и первая и вторая удлиненные детали находятся на одной линии друг с другом.
32. Способ по п.30, в котором множество удлиненных деталей имеет волнообразную форму после сжатия элемента трубчатой формы.
33. Способ изготовления расширяемого трубного изделия для использования в геологических структурах, содержащий следующие стадии: обеспечение множества удлиненных деталей и скрепление множества удлиненных деталей друг с другом с образованием элемента, по существу, трубчатой формы, имеющего ось, проходящую через него, при этом скрепление множества удлиненных деталей друг к другу образует множество удлиненных перфорационных отверстий между множеством удлиненных деталей и множество спиральных элементов, находящихся в стенке и образованных вокруг оси элемента трубчатой формы.
34. Способ по п.33, дополнительно содержащий сжатие элемента трубчатой формы от первого диаметра ко второму, меньшему диаметру для создания запаса энергии расширения в стенке элемента трубчатой формы и расположение удерживающего устройства, примыкающего к элементу трубчатой формы, для удержания элемента трубчатой формы со вторым диаметром.
35. Способ по п.34, в котором элемент трубчатой формы сжимают так, чтобы, по меньшей мере, участок элемента трубчатой формы деформировался упруго или пластично.
