СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДУЛЬНЫХ ГРАВИЙНЫХ ФИЛЬТРОВ
CONNECTING DEVICE FOR MODULAR GRAVEL-PACKED FILTERS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к компоновкам гравийных фильтров для заканчивания нефтяных и газовых скважин и, в частности, к фиксирующим или соединительным устройствам для соединения каркаса фильтра с основной трубой компоновки гравийного фильтра.
Уровень техники
При заканчивании скважин с продуктивными зонами, которые прилегают к слабосцементированным пластам, состоящим из рыхлых материалов, таких как сыпучий песчаник, или прилегают к пластам, в которых был выполнен гидроразрыв и заполнение проппантом при разрыве породы, следует учитывать часто возникающие проблемы борьбы с пескопроявлениями на протяжении всего срока эксплуатации скважины. Эти проблемы пескопроявления возникают, когда большие объемы песка и/или другого зернистого материала, такого как частицы проппанта в пласте, в котором был выполнен гидроразрыв, вымываются из пласта, захватываются потоком пластового флюида и вместе с ним поступают в скважину. Эти материалы, поступающие в скважину, отрицательно влияют на работу скважины, поскольку они могут вызывать эрозию оборудования и его забивание, в результате чего существенно возрастают расходы на техническое обслуживание и увеличивается время простоев скважины.
Одним из видов технических средств борьбы с пескопроявлениями в скважинах являются гравийные фильтры, создаваемые при заканчивании скважин. В общем случае компоновка гравийного фильтра содержит каркас фильтра, такой как оболочка, проницаемая для флюида, перфорированная труба, труба с прорезями, каркас-фильтр с набивкой, который размещается в обсаженной или в необсаженной части скважины, прилегающей к зоне рыхлой породы или породы, подвергнутой гидроразрыву, и окружен слоем зернистого материал, который может иметь различную природу, но в общем называется специалистами "гравием". Каркас фильтра охватывает основную (обсадную) трубу, которая может иметь перфорации, или же перфорации в трубе отсутствуют. Как это известно специалистам, размеры частиц гравия выбираются таким образом, чтобы они препятствовали прохождению или отфильтровывали частицы пласта, которые могут быть захвачены добываемыми флюидами, в то время как размеры отверстий в каркасе фильтра должны быть такими, чтобы исключалось прохождение гравия внутрь фильтра. Во многих случаях гравийный фильтр содержит одну секцию каркаса, присоединенную к прилегающему соединительному элементу фильтра или к другому компоненту, такому как устройство регулирования притока, по длине основной трубы.
Краткое изложение сущности изобретения
Предлагаемое в изобретении фиксирующее или соединительное устройство (соединитель) для присоединения каркаса компоновки гравийного фильтра к основной трубе указанной компоновки содержит кольцевой элемент, имеющий внешнюю поверхность стенки и внутреннюю поверхность стенки, причем на внутренней поверхности стенки имеется полка, снабженная по меньшей мере одной захватывающей поверхностью, выступающей внутрь от внутренней поверхности стенки. Кольцевой элемент содержит по меньшей мере одну деформируемую часть, которая может быть деформирована для обеспечения соединения между соединителем и секцией каркаса фильтра или другим компонентом, таким как, например, устройство регулирования притока, и основной трубой.
Соединитель может быть установлен таким образом, чтобы он охватывал один конец (концевую часть) нижней секции каркаса фильтра и один конец (концевую часть) верхней секции каркаса фильтра, или конец другого компонента компоновки гравийного фильтра, или просто может быть установлен для взаимодействия с основной трубой. После сборки соединителя с секцией(ями) каркаса фильтра или другим компонентом по внешней поверхности стенки кольцевого элемента перемещают обжимное устройство, обеспечивающее деформацию деформируемых частей кольцевого элемента. При этом деформированные части кольцевого элемента прикрепляют соединитель к концам двух секций каркаса фильтра и к основной трубе, конец одной секции каркаса фильтра и конец другого компонента компоновки гравийного фильтра к основной трубе, или конец одной секции каркаса фильтра к основной трубе.
Хотя термины "верхний" и "нижний", а также "выше" и "ниже" могут использоваться в настоящем описании для указания ориентации одного компонента относительно другого компонента, и на фигурах различные компоненты устройства показаны как "нижние" или "верхние", однако следует понимать, что компоновка гравийного фильтра может быть ориентирована в горизонтальном направлении. Таким образом, необходимо понимать, что используемые в настоящем описании термины "верхний" и "нижний", а также "выше" и "ниже" не ограничивают изобретение только вертикальными компоновками гравийных фильтров.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 - частичный вид в перспективе одного из конкретных вариантов предлагаемого в изобретении фиксирующего или соединительного устройства;
на фиг.2 - частичный вид в перспективе другого конкретного варианта предлагаемого в изобретении фиксирующего или соединительного устройства;
на фиг.3 - вид сечения соединительного устройства фиг.2, расположенного между концами двух прилегающих секций каркаса фильтра и охватывающего основную трубу, перед прессованием;
на фиг.4 - вид сечения соединительного устройства фиг.2, расположенного между концами двух прилегающих секций каркаса фильтра и охватывающего основную трубу, после прессования, так что две секции каркаса соединяются между собой;
на фиг.5 - вид сечения соединительного устройства фиг.2, расположенного между одним концом секции каркаса фильтра и прилегающим устройством регулирования притока, охватывающего основную трубу, после прессования, так что секция каркаса и устройство регулирования притока соединяются между собой;
на фиг.6 - частичный вид в перспективе другого конкретного варианта предлагаемого в изобретении фиксирующего или соединительного устройства;
на фиг.7 - вид сечения соединительного устройства фиг.6, прижатого к внешней поверхности стенки основной трубы как оконечная часть одного конца секции каркаса фильтра, так что конец секции каркаса фильтра прикреплен к основной трубе.
В то время как настоящее изобретение описывается на примерах предпочтительных вариантов, необходимо понимать, что объем изобретения никоим образом не ограничивается этими вариантами. Напротив, изобретение охватывает все альтернативные варианты, их модификации и эквиваленты, которые могут быть предложены в рамках сущности и объема изобретения, как это определяется прилагаемой формулой.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1, фиксирующее или соединительное устройство (соединитель) 20 содержит кольцевой элемент 22, имеющий верхний конец 23, нижний конец 25, внутреннюю поверхность 24 стенки, внешнюю поверхность 26 стенки, деформируемые части 28, 30, проход 23 и ось 34. Между верхним концом 23 и нижним концом 25 вдоль внутренней поверхности 24 стенки расположена кольцевая полка 40, отходящая от кольцевого элемента 22 внутрь в направлении оси 34. Как можно видеть на фиг.1, кольцевая полка 40 расположена посередине между верхним концом 23 и нижним концом 25 вдоль внутренней поверхности 24 стенки. Однако необходимо понимать, что кольцевая полка 40 может быть расположена в любом месте между верхним концом 23 и нижним концом 25, как это будет необходимо или желательно, для облегчения соединения компонента компоновки гравийного фильтра к основной трубе (на фиг.1 не показана, однако рассматривается ниже).
Кольцевая полка 40 содержит внутренний край 42, который определяет внутренний диаметр кольцевого элемента 22. В варианте, представленном на фиг.1, внутренний край 42 имеет захватывающую часть 44. Как можно видеть, захватывающая часть 44 представляет собой фланец 45, образующий внутренний диаметр, или основание, прикрепленное к полке 40 или сформированное с ней как единое целое, определяя проход 32. Фланец 45 имеет дугообразную форму, которая концентрична с кольцевым компонентом 22 и может соответствовать форме внешней поверхности стенки трубчатого компонента, такого как основная труба (на фиг.1 не показана, однако рассматривается ниже), проходящая в проходе 32 соединителя 20. Захватывающая часть 44 обеспечивает захват основной трубы, проходящей в проходе 32. Вдоль захватывающей части 44 могут быть расположены прутья 47, нитки резьбы (не показаны) или другие захватывающие элементы, обеспечивающие усиление захвата основной трубы захватывающей частью 44.
В варианте, представленном на фиг.1, полка 40 представляет собой цельную часть, так что захватывающая часть 44 формирует кольцо. В другом варианте, представленном на фиг.2, полка 40 состоит из сегментов 50, 52 и 54 (показанных на фиг.3-4), расположенных радиально вдоль внутренней поверхности 24 стенки. Каждый сегмент 50, 52 полки 40 отделен от соседнего сегмента вырезом 55. Сегменты 50, 52, 54 содержат захватывающие части 56, 58, 60, соответственно, которые совместно формируют проход 32. Центральная часть с сегментами 50, 52, 54 кольцевого элемента 22 улучшает передачу сил от обжимного устройства (не показано), используемого для вдавливания деформируемых частей 28, 30 внутрь, как это описано ниже, через внутреннюю поверхность 24 стенки кольцевой части 22 и на захватывающие сегменты 56, 58, 60 для захвата основной трубы (на фиг.2 не показана, однако рассматривается ниже). Центральная часть с сегментами кольцевого элемента 22 также обеспечивает прохождение кольцевого потока через соединитель 20 в тех вариантах, в которых основная труба не имеет перфораций.
Как уже указывалось, кольцевой элемент 22 содержит деформируемые части 28, 30 для обеспечения прикрепления одной или нескольких секций каркаса фильтра или секции каркаса фильтра и прилегающего компонента компоновки гравийного фильтра, такого как устройство регулирования притока, к основной трубе компоновки гравийного фильтра. Хотя деформируемые части 28, 30 показаны на фигурах как отдельные части кольцевого элемента 22, однако необходимо понимать, что кольцевой элемент 22 может быть цельной деформируемой частью. Иначе говоря, кольцевой элемент 22 может быть выполнен из деформируемого материала. Более того, весь соединитель 20 может быть выполнен из деформируемого материала. В другом варианте одна или несколько частей соединителя 20 может быть выполнена из недеформируемого материала, в то время как деформируемые части 28, 30 могут быть выполнены из деформируемого материала. Кроме того, одна или несколько частей соединителя 20 может быть выполнена из одного деформируемого материала, в то время как деформируемые части 28, 30 могут быть выполнены из другого деформируемого материала. В одном из вариантов соединитель 20 может быть выполнен целиком из металла, такого как, например, сталь.
Как показано на фиг.3-4, компоновка 200 гравийного фильтра содержит верхнюю секцию 80 каркаса фильтра, содержащую внешний кожух 82, основную трубу 84 и концевую заглушку 86. Внутри кольцевого пространства 88 между внешним кожухом 82 и основной трубой 84 может быть размещен пористый материал (не показан), сетка из тканого материала или из намотанной проволоки (не показана). На внешней поверхности стенки концевой заглушки 86 имеется выемка 89.
В варианте, представленном на фиг.3-4, компоновка 20 гравийного фильтра содержит также нижнюю секцию 90 каркаса фильтра, которая содержит внешний кожух 92, основную трубу 84 и концевую заглушку 96 с выемкой 98 на внешней поверхности стенки заглушки. Внутри кольцевого пространства 99 между внешним кожухом 82 и основной трубой 84 может быть размещен пористый материал (не показан), сетка из тканого материала или из намотанной проволоки (не показана).
Концевые заглушки 86, 96 могут быть прикреплены к основной трубе 84 с использованием любого способа или устройства, известного специалистам в данной области техники.
После сборки, как показано на фиг.3, по внешней поверхности 28 стенки кольцевого элемента 22 перемещают обжимное устройство (не показано) от верхнего конца 23 к нижнему концу 25 или наоборот. При перемещении обжимного устройства вдоль внешней поверхности 28 стенки кольцевого элемента 22 деформируемые части 28, 30 толкаются внутрь в направлении оси 34. Таким образом, деформируемые части 28, 30 вдавливают деформируемые части 87, 97, соответственно, верхней и нижней секций 80, 90 каркаса фильтра в выемки 89, 98, соответственно (фиг.4). После прохождения обжимного устройства по внешней поверхности 28 стенки соединитель 20 будет прикреплен к верхней и нижней секциям 80, 90 каркаса фильтра и к основной трубе 84. В некоторых вариантах вдавливание деформируемых частей 28, 30 и деформируемых частей 87, 97 верхней и нижней секций 80, 90, соответственно, каркаса фильтра в выемки 89, 98, соответственно, обеспечивает уплотнение соединяемых металлических частей.
В другом варианте, представленном на фиг.5, компоновка 300 гравийного фильтра содержит основную трубу 84 и соединитель 20, расположенный вдоль одного конца секции 80 каркаса фильтра, имеющего такие же элементы, как и вышеописанная верхняя секция 80, показанная на фиг.2-4 в предыдущем варианте, и вдоль одного конца прилегающего компонента 110 компоновки гравийного фильтра. Как показано на фиг.7, компонент 110 компоновки гравийного фильтра является устройством регулирования притока, однако следует понимать, что такой компонент может быть и другой частью компоновки 300 гравийного фильтра, которая необходима для его работы. Компонент 110 компоновки гравийного фильтра содержит выемку 112 для введения в нее деформируемой части 30, как это было описано выше, например, путем надвигания обжимного устройства по внешней поверхности 28 стенки кольцевого элемента 22. Одновременно с вдавливанием обжимным устройством деформируемой части 30 в выемку 112 компонента 110 компоновки гравийного фильтра обжимное устройство вдавливает деформируемую часть 28 соединителя 20 и деформируемую часть 87 верхней секции 80 каркаса фильтра в выемку 89 концевой заглушки 86. Соответственно, верхняя секция 80 каркаса фильтра и компонент 110 компоновки гравийного фильтра прикрепляются к основной трубе 84.
В другом варианте, показанном на фиг.6-7, соединитель 20 содержит кольцевой элемент 22, имеющий концевую полку 70 вместе с другими элементами, описанными со ссылками на фиг.2. Концевая полка 70 может использоваться для прикрепления соединителя 20 к другому компоненту (не показан) в компоновке гравийного фильтра. Поэтому концевая полка 70 может содержать витки резьбы (не показаны) или другие крепежные устройства, которые необходимы для прикрепления концевой полки 70 к другому компоненту скважинного оборудования.
В другом варианте, представленном на фиг.7, концевая полка 70 может служить концевым элементом, обеспечивающим прикрепление верхнего конца секции 90 каркаса фильтра к основной трубе 84, имеющей перфорации, в компоновке 400 гравийного фильтра, в которой возле конца секции каркаса фильтра нет других компонентов. Для прикрепления концевой полки 70 к основной трубе 84 обжимное устройство перемещают по внешней поверхности 26 стенки кольцевого элемента 22, как это было описано выше со ссылками на фиг.3-4. В этом случае деформируемая часть 30 деформируется для прикрепления верхнего конца секции 90 каркаса фильтра аналогично тому, как это было описано со ссылками на фиг.3-4, и деформируемая часть 28 деформируется, в результате чего концевая полка 70 прижимается к внешней поверхности стенки основной трубы 84.
Необходимо понимать, что изобретение не ограничивается указанными в описании деталями конструкции и работы устройства, а также указанными материалами или конкретными описанными вариантами осуществления изобретения, поскольку специалистам в данной области техники будут очевидны модификации и эквиваленты этих вариантов. Например, хотя кольцевая полка 40 (и сегменты 50, 52, 54 полки) показана расположенной на равном расстоянии от верхнего и нижнего концов кольцевого элемента 22, она (и сегменты 50, 52, 54 полки) может быть смещена от середины расстояния между верхним и нижним концами, как это будет необходимо для прикрепления соединителя 20 к секции каркаса фильтра или к компоненту компоновки инструмента. Поэтому изобретение ограничивается только объемом прилагаемой формулы.