Расширяющееся кольцевое изолирующее устройство
Группа изобретений относится к способам заканчивания скважин. Техническим результатом является повышение надежности работы уплотнительного элемента. Способ заканчивания скважины, согласно которому закрепляют существующее трубное изделие в стволе скважины, образованном стенкой буровой скважины; подают дополнительное трубное изделие, имеющее начальный проходной диаметр, через существующее трубное изделие в положение с таким перекрыванием с существующим трубным изделием, что участок дополнительного трубного изделия проходит за нижний конец существующего трубного изделия; устанавливают, по меньшей мере, одно наружное уплотнение в выемке стенки дополнительного трубного изделия; продлевают, по меньшей мере, одно наружное уплотнение за указанную выемку перед расширением; расширяют существенный отрезок длины трубного изделия в направлении стенки буровой скважины; вводят во взаимодействие уплотнение с окружающим необсаженным стволом скважины для уплотнения с ним. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[1] Областью техники изобретения являются пакеры, приводимые в действие расширением внутреннего шпинделя, в которых уплотнительный элемент вначале расположен в наружной выемке шпинделя с одним или несколькими острыми выступами в уплотнительном элементе, противодействующими экструзии, когда пакер встает в рабочее положение, упираясь в окружающее трубное изделие, и подвергается воздействию перепадов давления.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[2] Для получения адекватного уплотнения в окружающей среде, где шпиндель для пакера или подвеска или другое кольцевое уплотнение подлежит расширению, имеются различные подходы. В некоторых случаях применяют внутренне сужающееся расклинивающееся кольцо, которое расширяется под действием давления клина, входящего в него. Кольцо увеличивается в диаметре, но его внешняя конфигурация остается неизменной, и уплотнительный элемент и острые выступы, выходящие из кольца перемещаются в контакт с окружающим трубным изделием для противодействия экструзии уплотнения. Данное конструктивное решение показано в патенте USP 7784797.
[3] В других конструктивных решениях просто выдвигается короткий участок трубной колонны с уплотнением и барьерами против экструзии сверху и снизу, как показано в патенте USP 6959759, Фиг. 1 и 2.
[4] В других конструктивных решениях комбинируют расширение с наружным сообщением энергии уплотнительному элементу, как в патенте USP 6854522, Фиг. 17-19.
[5] Кольцевые или в виде острых выступов элементы, удерживающие уплотнение на месте после установки с расширением, применяются в патенте USP 5511620, Фиг. 4. Концевые барьеры от экструзии более традиционного вида, не связанные с расширением шпинделя, устанавливаются на концах встающего в рабочее положение при сжатии уплотнительного элемента в патенте USP 5215145 и 5961123.
[6] В патентной публикации US Publication 2010/0314130 показано на Фиг. 3 и 4 применение внутренних вставок 40, некоторым образом смонтированных в трубном изделии, которое подлежит расширению только в зонах, где имеются наружные уплотнения 34 в выемках, встроенные в стенку 36. Оправка некоторым образом установлена в нижнем конце трубного изделия, причем наружный диаметр оправки приблизительно равен проходному диаметру трубного изделия, как показано снизу на Фиг. 3. Способ установки вставки 40 и ее прочного удержания на месте не рассмотрен. После расширения вся труба имеет проходное сечение расширителя 46, но только участки трубы расширяются и начальное проходное сечение трубы не увеличивается, поскольку имеются кольца 40, применяемые под уплотнениями 34, имеющие одинаковое проходное сечение с остальной трубой, которая не расширяется.
[7] В настоящем изобретении расширяется трубное изделие для увеличения его проходного сечения, при этом начальные наружные выемки, удерживающие уплотнительный материал, расширяются, совпадая с новым размером трубного изделия. Кольца или острые выступы, которые проходят, в общем, радиально от выемок перед расширением, перемещаются радиально в направлении наружу с уплотнением и могут пробивать уплотнение на пути к входу в контакт с окружающим трубным изделием. Кольца или острые выступы функционируют в качестве барьеров против экструзии под действием нагрузки от перепадов давления после расширения. Кольца или острые выступы могут также вдавливаться в стенку окружающего трубного изделия для уплотнения металла к металлу или для закрепления компоновки вследствие вдавливания в стенку окружающего трубного изделия. Специалисту в данной области техники дополнительные аспекты изобретения должны стать понятными при рассмотрении подробного описания предпочтительного варианта осуществления и прилагаемых чертежей, также понятно, что полный объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[8] Трубное изделие имеет наружный уплотнительный элемент, расположенный в выемке. Оправка проходит через трубное изделие для увеличения его проходного размера от места над уплотнением до места под уплотнением. Внутренний выступ, который вначале образует наружную стенку выемки, где расположено уплотнение, расширяется до нового проходного размера баланса трубного изделия. Выступающие элементы, которые вначале втоплены в уплотнение и проходят от стенки трубного изделия, образующей выемку, перемещаются наружу во время расширения для соединения с окружающим трубным изделием и действия в качестве барьеров против экструзии и содействия закреплению уплотнения, и выполнены с возможностью вдавливаться в стенку окружающего трубного изделия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[9] На Фиг. 1 показано сечение на момент начала расширения, когда оправка достигает наружной выемки, где расположено уплотнение.
[10] На Фиг. 2 показано сечение трубного изделия с уплотнением до начала расширения.
[11] На Фиг. 3 показано сечение Фиг. 2 после завершения расширения.
[12] На Фиг. 4 показана альтернатива варианту осуществления Фиг. 2 с несколькими кольцами или острыми выступами в уплотнительном элементе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[13] Показанное на Фиг. 1 трубное изделие 10 имеет наружный диаметр 12 до расширения и внутренний диаметр 14 до расширения с переходами 16 и 18, ведущими к заглубленной поверхности 20. Уплотнение 22 находится в контакте с поверхностями 16, 18 и 20 и проходит радиально за диаметр 12 до расширения по переходным поверхностям 24 и 26, ведущим к наружной поверхности 28. Возможно выполнение поверхности 28 с диаметром одинаковым с наружным диаметром 12 до продвижения оправки 30 дальше положения, показанного на Фиг. 1. Выемка, образованная поверхностью 20, обеспечивает применение более толстого уплотнения 22, которое в варианте применения для необсаженного ствола скважины с неправильной формой стенки 32 обеспечивает улучшенный контакт со стенкой и требуемое внутреннее давление в уплотнении 22 для удержания перепада давления при установке в рабочее положение. Поверхность 20 можно текстурировать для содействия связыванию уплотнения 22, что может также предотвращать образование путей утечки вдоль поверхности 20.
[14] Уплотнение 22 можно изготавливать из бутадиен-акрилонитрильного каучука или гидрированного бутадиен-нитрильного каучука или Alfas для вариантов применения с повышенной температурой. Материал может набухать в некоторых вариантах применения и может иметь съемную крышку для задержки начала набухания до установки в нужное место.
[15] На Фиг. 1 показано, что максимальный размер 38 высадки на оправке 30 дает наружный размер 34 и внутренний размер 36 после расширения. При перемещении оправки в направлении стрелки 40 средством известным в технике поверхность 20 должна подниматься, располагаясь на одной линии с поверхностью 34, и поверхность 42 должна располагаться на одной линии с поверхностью 36, как показано на Фиг. 3. Возможны некоторые незначительные локальные вариации, зависящие от формы ствола скважины, окружающей трубное изделие 10, природы пласта 32 необсаженного ствола и материала трубного изделия 10, а также конструктивного решения оправки 30. Расширение оправкой 30 продолжается к нижнему концу трубного изделия 10 где можно получить раструб 44, либо изменяя конфигурацию оправки 30 до увеличенного размера или активируя вспомогательную оправку большего размера, как в способе, описанном в US 7607486. Например, высадку можно продолжать в направлении сверху вниз через нижний конец колонны, которая включает в себя трубное изделие 10, в такой точке оправка 30, которая может иметь изменяющийся диаметр с неоднократным увеличением до размера больше размера высадки, увеличивается до размера больше, чем у поверхности 42 для образования раструба 44 на нижнем конце. При этом можно добавить другую колонну и скрепить с раструбом 44 для выполнения единого канала, если требуется. Верхний конец 46 можно расширить в раструб 41 на нижнем конце трубной колонны 43, расположенной сверху, для улучшения закрепления для продвижения оправки в направлении сверху вниз и для освобождения от спускоподъемного инструмента, когда такое закрепление выполняется, известным в технике способом. Таким способом можно выполнять заканчивание с единым каналом для скважины.
[16] Выдвигающиеся элементы 48 могут отличаться большим разнообразием и служить нескольким целям. Как показано на Фиг. 3, после расширения выдвигающиеся элементы 48 могут все еще оставаться втопленными в уплотнение 22 и не иметь контакта со стенкой 32 ствола скважины. Расширение трубного изделия 10, которое схематично представляет всю трубную колонну с одной или несколькими компоновками уплотнения, такими как показанная позицией 22, может также приводить к прорыву элементов 48 через уплотнение 22 и даже их вдавливанию в окружающий необсаженный ствол 32 или обсадную колонну или другое окружающее трубное изделие, которое не показано. Выдвигающиеся элементы 48 могут иметь текстурированные поверхности или твердосплавные вставки для улучшения контакта или вдавливания в окружающую стенку ствола скважины. Элементы 48 показаны направленными под углом 90 градусов к оси трубного изделия 10, при этом предлагаются различные варианты ориентации, такие как с направлением к устью или направлением к забою. Функцией элементов 48 может являться противодействие экструзии уплотнения 22, которое может, например, являться резиновой муфтой, связанной с поверхностью 20, и наружными поверхностями элементов 48. Элементы 48 при вдавливании в ствол 32 скважины или стенку окружающего трубного изделия, которые не показаны, могут также содействовать закреплению уплотнения 22 и в данном случае всей колонны, частью которой трубное изделие 10 является. Элементы 48 могут являться наружными кольцевыми конструкциями, непрерывными, сегментированными или в виде небольших заостренных выступов в расстановке параллельными рядами 50 и 52, как показано на Фиг. 4 или даже со случайным распределением по поверхности 20, образующей выемку, в которой уплотнение 22 расположено.
[17] Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение включает в себя одно или несколько уплотнений в наружной выемке в контексте, где колонна расширяется по длине для увеличения диаметра проходного сечения и уменьшения размера окружающего кольцевого пространства, где уплотнение перекрывает кольцевое пространство, входя в контакт с необсаженным или обсаженным стволом скважины. Толщину уплотнения можно увеличивать вследствие наличия выемки, обеспечивающей отсутствие воздействия на уплотнение во время спуска в скважину. Наличие выемки также увеличивает радиус действия уплотнения, поскольку выемка выдвигается до исходного проходного размера колонны и затем за его пределы при дополнительном расширении всей колонны. С применением изменяющейся оправки, которая может затем дополнительно расширять нижний конец колонны для создания раструба, можно получать заканчивание с единым каналом. Верхний конец вначале подается в нужное положение со спускаемой колонной и анкером и регулятором хода известным способом, и верхний конец можно вначале закреплять к раструбу на нижнем конце существующего трубного изделия, в данной точке спускающий инструмент можно высвободить, и компоновка анкера и регулятора хода может продвигаться каждым ходом и расширять трубное изделие с выемкой или выемками в стенке в направлении сверху вниз. Расширение снизу вверх можно также выполнять, оперев колонну на оправку, расположенную ниже колонны, при этом оправку несет спускающаяся колонна. Оправку можно затем удерживать в нужном положении, когда раструб выполняется на нижнем конце с помощью оправки и затем перестраивается на уменьшенный размер для оставшегося расширения до достижения перекрывания расположенного выше трубного изделия и высвобождения спускающейся колонны.
[18] Уплотнение 22 приспосабливается к форме окружающего ствола скважины или трубного изделия после расширения отрезка длины колонны в котором трубное изделие 10 должно находиться. Элементы 48 затем улучшают показатели работы уплотнения 22 описанным выше способом. Зона трубного изделия 10 на месте уплотнения 22 расширяется больше смежных зон, но в пределах возможности трубного изделия удерживать требуемое расчетное давление, несмотря на некоторое уменьшение толщины стенки вследствие расширения в расчетной степени.
[19] Приведенное выше описание является иллюстрацией предпочтительного варианта осуществления и многие его модификации могут выполняться специалистом в данной области техники без отхода от изобретения, объем которого определяется объемом формулы изобретения, приведенной ниже, и эквивалентов.
1. Способ заканчивания скважины, согласно которому закрепляют существующее трубное изделие в стволе скважины, образованном стенкой буровой скважины; подают дополнительное трубное изделие, имеющее начальный проходной диаметр, через существующее трубное изделие в положение с таким перекрыванием с существующим трубным изделием, что участок дополнительного трубного изделия проходит за нижний конец существующего трубного изделия; устанавливают, по меньшей мере, одно наружное уплотнение в выемке стенки дополнительного трубного изделия; продлевают, по меньшей мере, одно наружное уплотнение за указанную выемку перед расширением; расширяют существенный отрезок длины трубного изделия в направлении стенки буровой скважины; вводят во взаимодействие уплотнение с окружающим необсаженным стволом скважины для уплотнения с ним.
2. Способ по п. 1, согласно которому ликвидируют выемку стенки вследствие расширения.
3. Способ по п. 1, согласно которому определяют начальный проходной диаметр в дополнительном трубном изделии с помощью выемки стенки.
4. Способ по п. 3, согласно которому участки дополнительного трубного изделия, смежные с начальным проходным диаметром, расширяют от исходного внутреннего размера, который больше проходного диаметра, до большего размера.
5. Способ по п. 4, согласно которому расширяют исходный проходной диаметр до большего размера.
6. Способ по п. 1, согласно которому участок дополнительного трубного изделия расширяют до большего внутреннего размера, чем у другого участка дополнительного трубного изделия.
7. Способ по п. 6, согласно которому больший внутренний размер создают на нижнем конце дополнительного трубного изделия.
8. Способ по п. 7, согласно которому создают раструб на нижнем конце в существующем трубном изделии; расширяют верхний конец дополнительного трубного изделия в раструб в существующем трубном изделии; получают единый канал между существующим и дополнительным трубными изделиями.
9. Способ заканчивания скважины, согласно которому закрепляют существующее трубное изделие в стволе скважины, образованном стенкой буровой скважины; подают дополнительное трубное изделие, имеющее начальный проходной диаметр, через существующее трубное изделие в положение с таким перекрыванием с существующим трубным изделием, что участок дополнительного трубного изделия проходит за нижний конец существующего трубного изделия; устанавливают, по меньшей мере, одно наружное уплотнение в выемке стенки дополнительного трубного изделия; расширяют существенный отрезок длины трубного изделия в направлении стенки буровой скважины; вводят во взаимодействие уплотнение с окружающим стволом скважины или трубным изделием для уплотнения с ним, обеспечивают, по меньшей мере, один элемент в уплотнении, проходящий от стенки выемки.
10. Способ по п. 9, согласно которому в качестве, по меньшей мере, одного элемента обеспечивают множество элементов, проходящих в общем радиально от стенки выемки.
11. Способ по п. 10, согласно которому выполняют упомянутый элемент в форме непрерывных или прерывающихся колец или последовательности острых выступов, расположенных рядами или расположенных произвольно в стенке выемки.
12. Способ по п. 11, согласно которому некоторые из колец или острых выступов ориентируют в направлении к устью и забою скважины.
13. Способ по п. 11, согласно которому кольца или острые выступы продавливают через уплотнение в результате расширения.
14. Способ по п. 11, согласно которому расширение выполняют в направлении к устью или забою скважины.
15. Способ по п. 11, согласно которому для расширения применяют оправку изменяющегося диаметра.
16. Способ заканчивания скважины, согласно которому закрепляют существующее трубное изделие в стволе скважины, образованном стенкой буровой скважины; подают дополнительное трубное изделие, имеющее начальный проходной диаметр, через существующее трубное изделие в положение с таким перекрыванием с существующим трубным изделием, что участок дополнительного трубного изделия проходит за нижний конец существующего трубного изделия; устанавливают, по меньшей мере, одно наружное уплотнение в выемке стенки дополнительного трубного изделия; расширяют существенный отрезок длины трубного изделия в направлении стенки буровой скважины; вводят во взаимодействие уплотнение с окружающим стволом скважины или трубным изделием для уплотнения с ним; расширяют участок дополнительного трубного изделия до большего внутреннего размера, чем у другого участка дополнительного трубного изделия; создают больший внутренний размер на нижнем конце дополнительного трубного изделия; создают раструб на нижнем конце в существующем трубном изделии; расширяют верхний конец дополнительного трубного изделия в упомянутый раструб в существующем трубном изделии; получают единый канал между существующим и дополнительным трубными изделиями; обеспечивают, по меньшей мере, один элемент в уплотнении, проходящий от стенки выемки.
17. Способ по п. 16, согласно которому обеспечивают в качестве, по меньшей мере, одного элемента множество элементов, проходящих, в основном, радиально от стенки выемки.
18. Способ по п. 17, согласно которому элемент выполняют в форме непрерывных или прерывающихся колец или последовательности острых выступов, расположенных рядами или расположенных произвольно в стенке выемки.
19. Способ по п. 18, согласно которому некоторые из колец или острых выступов ориентируют в направлении к устью и забою скважины.
20. Способ по п. 18, согласно которому кольца или острые выступы продавливают через уплотнение в результате расширения.
