БУРИЛЬНАЯ ТРУБА
DRILL PIPE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству расширения, помещаемому в обсадную колонну или в трубчатую конструкцию скважины для расширения кольцевой перегородки внутри скважины. Кольцевая перегородка содержит трубчатую конструкцию, устанавливаемую в составе трубчатой конструкции скважины, расширяемую гильзу, охватывающую трубчатую конструкцию, и соединительную часть, соединяющую расширяемую гильзу с трубчатой конструкцией. Кроме того, изобретение относится к бурильной трубе и колтюбингу, содержащим предлагаемое устройство расширения, к способу расширения кольцевой перегородки снаружи обсадной колонны внутри скважины, а также к способу помещения устройства расширения в обсадную колонну внутри скважины.
Уровень техники
В стволах скважин кольцевые перегородки используют для различных целей, например в качестве барьера для потока между внутренней и внешней трубчатыми конструкциями или между внутренней трубчатой конструкцией и внутренней стенкой скважины. Кольцевые перегородки устанавливают как часть трубчатой конструкции скважины. Кольцевая перегородка имеет внутреннюю стенку, охваченную кольцевой расширяемой гильзой. В общем случае расширяемая гильза изготовлена из эластомерного материала, однако может изготавливаться и из металла. Концы гильзы закрепляют на внутренней стенке кольцевой перегородки.
Для герметизации области между внутренней и внешней трубчатыми конструкциями или между трубчатой конструкцией и скважиной, используют вторую кольцевую перегородку. С одной стороны герметизируемой области выполняют расширение первой кольцевой перегородки, а с другой стороны - расширение второй кольцевой перегородки, обеспечивая тем самым герметизацию указанной области.
Расширение кольцевой перегородки выполняется посредством устройств расширения, нагнетающих давление в пространстве снаружи расширяемой кольцевой перегородки. При этом зачастую известные устройства расширения имеют сложную конструкцию, что может затруднять их использование.
По этой причине существует потребность в устройстве для расширения кольцевой перегородки, имеющем простую и надежную конструкцию.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном преодолении вышеуказанных недостатков, присущих решениям, известным из уровня техники. В частности, задачей изобретения является создание усовершенствованного устройства для расширения кольцевой перегородки снаружи обсадной колонны внутри скважины.
Для решения указанных и различных других задач, а также получения преимуществ и возможностей, раскрытых в настоящем описании, предлагается устройство расширения, помещаемое в обсадную колонну или в трубчатую конструкцию скважины для расширения кольцевой перегородки внутри скважины, причем кольцевая перегородка содержит трубчатую конструкцию, устанавливаемую в составе трубчатой конструкции скважины, расширяемую гильзу, охватывающую трубчатую конструкцию, и соединительную часть, соединяющую расширяемую гильзу с трубчатой конструкцией, причем трубчатая конструкция снабжена отверстием и двумя выступающими элементами, уменьшающими внутренний диаметр трубчатой конструкции, при этом предлагаемое устройство расширения содержит:
трубчатую часть, проходящую между первой и второй концевыми частями и содержащую:
- по меньшей мере одно отверстие между первым и вторым концами,
- внутреннюю поверхность, охватывающую внутреннее пространство,
- внешнюю поверхность;
по меньшей мере первый и второй уплотнительные элементы, герметично соединенные с внешней поверхностью трубчатой части,
причем каждый уплотнительный элемент установлен на расстоянии, соответствующем расстоянию между выступающими элементами, так, чтобы иметь герметичное соединение с выступающими частями, образуя между ними внешнее пространство.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, трубчатая часть может представлять собой смыв.
Кроме того, изобретение относится к устройству расширения, помещаемому в обсадную колонну или в трубчатую конструкцию скважины для расширения кольцевой перегородки внутри скважины, причем кольцевая перегородка содержит трубчатую конструкцию, устанавливаемую в составе трубчатой конструкции скважины, расширяемую гильзу, охватывающую трубчатую конструкцию, и соединительную часть, соединяющую расширяемую гильзу с трубчатой конструкцией, причем трубчатая конструкция снабжена отверстием, при этом устройство расширения содержит:
трубчатую часть, проходящую между первой концевой частью (4) и второй концевой частью (5) и содержащую:
- по меньшей мере одно отверстие между первой и второй концевыми частями,
- внутреннюю поверхность, охватывающую внутреннее пространство,
- внешнюю поверхность;
по меньшей мере первый и второй уплотнительные элементы, герметично соединенные с внешней поверхностью трубчатой части с противоположных сторон и на расстоянии от отверстия в трубчатой конструкции,
при этом каждый уплотнительный элемент имеет кольцевую часть и кольцевой фланец, частично выступающий в направлении отверстия, причем кольцевой фланец первого уплотнительного элемента выступает в направлении отверстия и кольцевой фланец второго уплотнительного элемента выступает в направлении отверстия так, что вместе первый и второй уплотнительные элементы, внешняя поверхность трубчатой части и внутренняя поверхность трубчатой конструкции ограничивают внешнее пространство (14).
Устройство расширения может также содержать сдвижную гильзу с отверстием подвижной гильзы, соединенную с трубчатой частью на внешней поверхности с возможностью смещения из закрытого положения в открытое положение, в котором отверстие сдвижной гильзы выровнено с трубчатым отверстием.
При этом смещение сдвижной гильзы из закрытого положения в открытое положение можно обеспечить посредством шара, запирающего отверстие в сдвижной гильзе.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, кольцевой фланец может выступать из кольцевой части под углом, причем угол составляет менее 60°, предпочтительно менее 45°.
Согласно другому варианту, уплотнительный элемент может иметь V-образное, U-образное, L-образное, M-образное или S-образное поперечное сечение или другое подобное поперечное сечение.
Кроме того, уплотнительный элемент может представлять собой кольцевое манжетное уплотнение.
Между первым и вторым концами трубчатой части можно разместить группу уплотнительных элементов.
При этом уплотнительные элементы можно разместить на заданном расстоянии друг от друга.
По меньшей мере кольцевой фланец можно изготовить из гибкого/упругого материала. Кроме того, кольцевой фланец может обладать внутренней упругостью.
При этом указанный материал может представлять собой эластомер.
Кроме того, по меньшей мере кольцевой фланец может содержать усиливающий элемент.
Усиливающий элемент может представлять собой вделанную в гибкий материал решетку или сетку.
При этом гибкий/упругий материал может представлять собой металл с памятью формы.
Устройство расширения содержит удерживающие средства для удержания кольцевого фланца у кольцевой части с целью уменьшения наружного диаметра кольцевой части.
Удерживающие средства могут представлять собой пружинное устройство, резиновую ленту, рвущуюся нить или другие аналогичные средства.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, трубчатая часть может содержать группу отверстий.
Кроме того, предусмотрена возможность герметизации трубчатой части по меньшей мере с одного конца.
При этом герметизацию одной из концевых частей трубчатой части можно обеспечить посредством запорного шара.
Внутреннее пространство можно выполнить с возможностью нагнетания в нем давления.
Устройство расширения может содержать устройство повышения давления и нагревательное устройство для нагрева жидкой среды.
Во внутреннем пространстве можно обеспечить нагнетание давления путем повышения давления в жидкой или газообразной среде.
Кроме того, изобретение относится к внутрискважинной системе, содержащей описанное выше устройство расширения и приводное устройство, например скважинный трактор.
Изобретение относится также к бурильной трубе, содержащей описанное выше устройство расширения.
Изобретение относится также к колтюбингу, содержащему описанное выше устройство расширения.
Кроме того, изобретение относится к способу расширения кольцевой перегородки, расположенной снаружи обсадной колонны внутри скважины, содержащему следующие этапы:
размещение описанного выше устройства расширения напротив отверстия в обсадной колонне, напротив которого установлена кольцевая перегородка; нагнетание давления во внутреннем пространстве устройства расширения, вследствие чего давление через отверстие прижимает первый и второй уплотнительные элементы к внутренней поверхности стенки обсадной колонны, создавая тем самым внешнее пространство с избыточным давлением; расширение кольцевой перегородки путем нагнетания давления во внутреннем пространстве кольцевой перегородки через отверстие в обсадной колонне.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, внутреннее пространство устройства расширения можно герметизировать на одной концевой части перед нагнетанием давления и/или во время нагнетания давления.
Кроме того, устройство расширения можно на одном конце герметизировать посредством запорного шара.
Наконец, изобретение относится к способу помещения описанного выше устройства расширения в обсадную колонну внутри скважины, содержащему следующие этапы:
уменьшение наружного диаметра кольцевого фланца уплотнительного элемента устройства расширения путем прижатия кольцевого фланца к кольцевой части;
поддержание уменьшенного диаметра кольцевого фланца с помощью удерживающих средств;
помещение устройства расширения в обсадную колонну;
смещение устройства расширения в положение напротив отверстия в обсадной колонне, напротив которого установлена кольцевая перегородка, разблокировка удерживающих средств с целью восстановления кольцевым фланцем своего первоначального диаметра, обеспечивая тем самым готовность устройства расширения к расширению.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, предусмотрена возможность разблокировки удерживающих средств при нагнетании давления во внутренней области устройства расширения.
Кроме того, предусмотрена возможность уменьшения внешнего диаметра кольцевой перегородки после расширения кольцевой перегородки и до этапа извлечения устройства расширения из обсадной колонны.
Наконец, предусмотрена возможность уменьшения внешнего диаметра при нагнетании давления во внутренней области устройства расширения.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже со ссылками на сопроводительные схематические чертежи, на которых изображены некоторые варианты осуществления изобретения, приводимые исключительной с целью иллюстрации и не ограничивающие объем патентных притязаний по настоящей заявке.
На чертежах:
фиг.1 - устройство расширения, помещенное в обсадную колонну внутри скважины;
фиг.2 - устройство расширения с фиг.1 с одним закрытым концом,
фиг.3 - устройство расширения с фиг.1 с расширенной кольцевой перегородкой;
фиг.4 - другой вариант осуществления устройства расширения;
фиг.5 - еще один вариант осуществления устройства расширения;
фиг.6 - уплотнительный элемент;
фиг.7 - другой вариант осуществления уплотнительного элемента;
фиг.8A и 8B - уплотнительный элемент с усиливающим элементом;
фиг.9A и 9B - другой вариант осуществления уплотнительного элемента;
фиг.10A и 10B - другой вариант осуществления устройства расширения;
фиг.11 - часть поперечного разреза устройства расширения.
Все чертежи выполнены очень схематично и необязательно в масштабе, с показом деталей лишь в степени, необходимой для пояснения сущности изобретения, при этом наличие других деталей либо не отображено, либо лишь предполагается.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показано устройство 1 расширения, помещенное в обсадную колонну 2 внутри скважины напротив кольцевой перегородки 15 до расширения кольцевой перегородки. Кольцевая перегородка содержит трубчатую конструкцию 2а, устанавливаемую в составе трубчатой конструкции скважины, называемой также обсадной колонной. Кольцевая перегородка содержит расширяемую гильзу 17, охватывающую трубчатую конструкцию, и соединительную часть 23, соединяющую расширяемую гильзу с трубчатой конструкцией. Трубчатая конструкция имеет отверстие 16 для нагнетания давления в кольцевой перегородке и расширения тем самым расширяемой гильзы.
Устройство 1 расширения содержит трубчатую часть 3, внутренняя поверхность 7 которой ограничивает собой внутреннее пространство 8 и на внешней поверхности 9 которой герметично закреплены два уплотнительных элемента 10, 11. Трубчатая конструкция 3 имеет отверстие 6, размещенное напротив отверстия 16 в кольцевой перегородке 15. Отверстие 6 может иметь и смещение относительно отверстия 16, однако лишь в степени, при которой между отверстиями 6 и 16 поддерживается жидкостная связь. Первый из двух уплотнительных элементов, элемент 10, расположен с первого конца 4 трубчатой части 3, а второй уплотнительный элемент 11 расположен со второго конца 5 трубчатой части, поэтому между ними имеется некоторое расстояние. Каждый из элементов 10, 11 имеет кольцевую часть 12 с кольцевым фланцем 13. Кольцевой фланец 13 выступает из кольцевой части 12 в направлении отверстия 16. Таким образом, первый и второй уплотнительные элементы 10, 11, внешняя поверхность 9 трубчатой части 3 и внутренняя поверхность 24 обсадной колонны 2 образуют совместно внешнее пространство 14, в котором нагнетают давление с целью расширения кольцевой перегородки 15.
Устройство 1 расширения содержит также запорный элемент 20 в виде шара, взаимодействующего с седлом шара. Шар 20 движется во внутреннем пространстве 8 трубчатой части 3 с потоком нагнетаемой жидкой среды, и при контакте шара с указанным седлом происходит запирание трубчатой части 3 - как показано на фиг.2.
Устройство 1 расширения соединено с обычной бурильной трубой 25 или колтюбингом посредством резьбового соединения 26 так, что трубчатая часть 3 образует собой часть бурильной трубы 25.
Как показано на фиг.1-3, кольцевые фланцы 13 уплотнительных элементов 10, 11 представляют собой выступы, направленные внутрь в отверстие 16, и после запирания шаром 20 одного из концов бурильной трубы 25 увеличивается давление во внутреннем пространстве 8 и, соответственно, во внешнем пространстве 14. При этом давление смещает фланцы 13 вплотную к внутренней поверхности 7 обсадной колонны 2 с образованием герметичного соединения между поверхностью 7 и фланцами 13, что приводит к росту давления и внутри внешнего пространства 14. При этом, как показано на фиг.3, нагнетаемая жидкая среда продолжает поступать во внутреннее пространство 8 кольцевой перегородки 15, и давление увеличивается до тех пор, пока не произойдет расширение расширяемой гильзы 17 кольцевой перегородки.
На фиг.4 трубчатая часть 3 устройства 1 расширения закрыта с одного конца, поэтому для нагнетания давления в устройстве 1 расширения дополнительный запорный элемент 20 не нужен. В этом виде устройство 1 расширения представляет собой концевую часть бурильной трубы 25.
Устройство 1 расширения с фиг.5 содержит два первых уплотнительных элемента 10 с первого конца 4 трубчатой части 3 и два вторых уплотнительных элемента 11 со второго конца 5 трубчатой части. Благодаря тому, что на каждом конце имеется по два уплотнительных элемента 10, 11, создается двойной барьер безопасности.
Вместо соединения с бурильной трубой 25, устройство 1 расширения можно соединить с приводным устройством, таким как скважинный трактор.
Уплотнительный элемент 10, 11 имеет основание в виде кольцевой части 12, герметично охватывающей трубчатую часть 3. Кольцевая часть 12 выступает в радиальном направлении трубчатой части 3. Как показано на фиг.6, из кольцевой части 12 выступает кольцевой фланец 13 под углом α к радиальному направлению. Угол α меньше 60°, предпочтительно меньше 45°. Уплотнительный элемент 10, 11 представляет собой манжетное уплотнение из твердого и гибкого, упругого материала, такого как эластомерный полимер.
Уплотнительный элемент 10, 11 с фиг.7 имеет V-образную форму поперечного сечения, то есть в поперечном разрезе выступающий фланец 13 и кольцевая часть 12 образуют V-образный профиль. В других вариантах уплотнительный элемент 10, 11 может иметь V-образное, U-образное, L-образное, M-образное или S-образное поперечное сечение.
Как показано на фиг.8A и 8B, уплотнительный элемент 10, 11 может также содержать усиливающий элемент 18. Усиливающий элемент 18 выполнен в виде цилиндрической пружины из сплава с памятью формы, диаметр которой увеличивается под воздействием тепла, как показано на фиг.8B. Нагрев можно получить путем подачи по бурильной трубе нагретой жидкой среды.
На фиг.9A и 9B усиливающий элемент 18 выполнен в виде штырей, упругая сила которых высвобождается после снятия удерживающих средств 19. До этого момента удерживающие средства 19 позволяют сохранять уменьшенный диаметр фланца 13 уплотнительного элемента 10, 11 - как показано на фиг.9A.
На фиг.8A-9B усиливающий элемент 18 вделан в уплотнительную деталь 10, 11, однако другими вариантами предусмотрено, что усиливающий элемент может находиться снаружи фланца 13. Можно использовать усиливающий элемент 18 в виде решетки, сетки, штырей или поперечин, вделанный в гибкий материал или размещенный снаружи уплотнительного элемента 10, 11.
Удерживающие средства 19 могут иметь любую подходящую конструкцию, например представленную на фиг.10A и 10B. Удерживающие средства 19 соединены с седлом шара запорного элемента 20, и при перемещении и входе шара в контакт с указанным седлом происходит смещение указанного седла до тех пор, пока его не остановит осевая канавка 21. Результатом такого осевого перемещения является осевое перемещение удерживающих средств 19, при котором удерживающие средства выходят из сцепления с фланцем 13 уплотнительного элемента 10, 11. После отвода удерживающих средств 19 от фланца 13 указанный фланец под действием упругой силы распрямляется в наружном направлении.
Удерживающие средства 19 могут иметь любую подходящую конструкцию.
Как показано на фиг.9A, они могут разрушаться, когда под действием давления происходит смещение фланца 13 к внутренней поверхности 7 обсадной колонны 2. В качестве удерживающих средств 19 можно использовать и резиновую ленту, скатывающуюся по наклонной поверхности задней стороны фланца 13, когда увеличение давления спереди разворачивает фланец наружу. Удерживающие средства 19 могут представлять собой и рвущуюся нить, разрываемую, когда нагнетаемое давление отжимает фланец 13 в наружном направлении.
На фиг.11 устройство 1 расширения, помещаемое в обсадную колонну для расширения кольцевой перегородки 15 внутри скважины, взаимодействует с кольцевой перегородкой с получением двух герметичных соединений между указанным устройством и кольцевой перегородкой с целью наращивания давления внутри устройства расширения, внутри кольцевого пространства вокруг устройства расширения и внутри пространства между расширяемой гильзой и трубчатой конструкцией 2а кольцевой перегородки. Кольцевая перегородка 15 содержит трубчатую конструкцию, устанавливаемую в составе трубчатой конструкции скважины 2. Расширяемая гильза 17 охватывает трубчатую конструкцию, а соединительная часть 23 соединяет расширяемую гильзу с трубчатой конструкцией. Трубчатая конструкция имеет отверстие 16 и два выступающих элемента 22, уменьшающих внутренний диаметр трубчатой конструкции и тем самым толщину трубчатой конструкции в двух местах по противоположным сторонам отверстия в трубчатой части 3. Трубчатая часть 3 устройства 1 расширения проходит между первой и второй концевыми частями 4, 5, при этом по меньшей мере первый и второй уплотнительные элементы 10 и 11 имеют герметичное соединение с наружной поверхностью 9 трубчатой части 3. Каждый уплотнительный элемент 10, 11 установлен на расстоянии, соответствующем расстоянию между выступающими элементами 22, так, чтобы иметь герметичное соединение с выступающими элементами 22. Таким образом, уплотнительные элементы 10, 11 устройства 1 расширения герметично примыкают к выступающим элементам 22 трубчатой части 3, образуя между собой внешнее пространство 14.
Устройство 1 расширения содержит сдвижную гильзу 34, внутри которой имеется седло, в котором находится шар 20, опущенный в поток жидкой среды в трубчатой части 3 с целью запирания отверстия в указанном седле внутри сдвижной гильзы. Когда шар 20 запирает сдвижную гильзу 34, давление во внутреннем пространстве 8 растет до тех пор, пока давление на шар не станет достаточным для смещения гильзы из закрытого положения в открытое положение. В открытом положении отверстие сдвижной гильзы 34 и отверстие в трубчатой конструкции выровнены друг с другом, и давление продолжает увеличиваться, расширяя расширяемую гильзу 7.
В рассматриваемом варианте осуществления трубчатая часть 3 может представлять собой смыв, бурильную трубу или другой трубопровод.
Трубчатую часть 3 устройства 1 расширения соединяют со смывом, бурильной трубой или аналогичным компонентом как его часть, после чего опускают в скважину.
Выступающие элементы 22 могут иметь уплотнительные кольца 25 или схожие средства уплотнения, помещенные в канавки с целью получения лучшей герметизации. Кроме того, соединительные части, соединяющие расширяемую гильзу с трубчатой конструкцией, могут иметь уплотнительные кольца 25 или схожие средства уплотнения, помещенные в канавки с целью получения лучшей герметизации.
Кроме того, устройство 1 расширения может содержать устройство повышения давления, например насос, установленный на поверхности на буровой вышке или на судне.
Под жидкой средой или скважинным флюидом подразумеваются любые виды жидких сред, которые могут присутствовать в нефтяных и газовых скважинах, такие как природный газ, нефть, нефтяной шлам, неочищенная нефть, вода или другая жидкая среда. Под газообразной средой подразумевается газ любого состава, присутствующий в скважине, освоенной скважине или необсаженной скважине. Под нефтью подразумевается нефть любого состава, например сырая нефть, нефть, содержащая жидкость, или другая нефть. Таким образом, и газообразная, и нефтяная, и водная жидкая среда может содержать в себе другие компоненты или вещества помимо газа, нефти и/или воды.
Под обсадной колонной подразумеваются любого вида трубы, трубопроводы, трубные изделия, внутренние трубы, колонны или аналогичные, используемые внутри скважин при добыче нефти или газа.
В случае, если инструмент погружается не на всю глубину обсадной колонны, для продвижения его до конца скважины можно использовать скважинный трактор. Скважинный трактор представляет собой приводное устройство любого вида, обеспечивающее продвижение инструмента вдоль скважины, например Well Tractor.
Несмотря на то, что приведенное выше описание относится к предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого технического решения, специалисту в данной области техники будут очевидны различные варианты его модификации без отступления от сущности предлагаемого решения, определяемого формулой изобретения.