ТРУБНАЯ СБОРКА
TUBULAR ASSEMBLY

Область техники
Изобретение относится к внутрискважинной трубной сборке, предназначенной для уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины и содержащей изготовленную из металла первую трубную часть с внутренней поверхностью, имеющую в нерасширенном состоянии внутренний и внешний диаметры и первую длину, а также вторую трубную часть с наружной поверхностью, имеющую внешний диаметр и вторую длину и размещенную внутри первой трубной части в нерасширенном состоянии. Кроме того, изобретение относится к внутрискважинной системе для уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины. Кроме того, изобретение относится к способу уплотнения отверстия в скважинной трубной конструкции скважины в стволе скважины и к способу изготовления внутрискважинной трубной сборки.
Уровень техники
В стволах скважин используют пластыри или разобщители участков просачивания для различных целей, например, для уплотнения течи в обсадной трубе или аналогичной трубной конструкции или для перекрытия нежелательного поступления воды или газа из перфорированных отверстий. Пластыри размещают напротив протечки и расширяют так, что они примыкают к внутренней стенке обсадной трубы и тем самым обеспечивают герметизацию протечки. Эти пластыри, как правило, приходится вводить в трубу ствола скважины и пропускать через отверстия ограниченного диаметра внутри ствола скважины. Такие отверстия ограниченного диаметра часто называют «ниппелями».
Расширение пластырей, как правило, выполняют с использованием конуса. При использовании конуса с фиксированным диаметром диаметр конуса ограничен ниппелем, через который должен пройти пластырь до расширения, и внутренним диаметром пластыря после расширения. Внутренний диаметр пластыря после расширения приблизительно равен внутреннему диаметру трубы ствола скважины за вычетом двойной толщины стенки пластыря. Необходимо учитывать ряд допусков при расширении и усадку вследствие упругой релаксации пластыря после расширения.
Кроме того, возможен целый ряд ситуаций, когда в течение срока службы скважины необходимо установить пластырь ниже пластыря, установленного, например, в предыдущие годы - это так называемая установка «пластыря через пластырь». В этих случаях внутренний диаметр ранее установленного пластыря может быть и меньше заданного ниппелем ограничения внутрискважинного сечения.
Кроме того, возможно, что стволы скважин на меньшей глубине укомплектованы трубой с меньшим внутренним диаметром, чем труба ствола скважины, в которой необходимо установить пластырь.
В известных ситуациях для прохода конусом ранее установленного пластыря или ограниченного сечения предусмотрено выполнение конуса с возможностью расширения, что предъявляет дополнительные требования к оборудованию, повышает его сложность и, следовательно, стоимость, а также увеличивает риск отказа оборудования.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является полное или частичное устранение недостатков и изъянов, присущих уровню техники. В частности, задачей является создание трубной сборки, которую можно легко вставлять через имеющийся пластырь или аналогичное устройство, ограничивающее проход оборудования в обсадную трубу трубной конструкции.
Выполнение поставленной задачи, а также целого ряда других задач, раскрытых в приведенном ниже описании наряду с преимуществами и особенностями согласно изобретению, обеспечено за счет предложенного технического решения с использованием внутрискважинной трубной сборки, предназначенной для уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины и содержащей:
- изготовленную из металла первую трубную часть с внутренней поверхностью, имеющую в нерасширенном состоянии внутренний и внешний диаметры и первую длину,
- и вторую трубную часть, размещенную внутри первой трубной части в нерасширенном состоянии и имеющую наружную поверхность, внешний диаметр и вторую длину,
причем внутренняя поверхность первой трубной части скреплена с наружной поверхностью второй трубной части до расширения, а после расширения отделена от нее,
при этом первая трубная часть изготовлена из материала, имеющего более высокий модуль упругости или модуль Юнга по сравнению со второй трубной частью.
В одном варианте реализации изобретения внутрискважинная трубная сборка использована также в качестве внутрискважинной трубной герметизирующей сборки.
Кроме того, предусмотрена возможность отделения второй трубной части от первой после расширения таким образом, что после расширения внешний диаметр второй трубной части меньше, чем у первой.
В другом варианте реализации изобретения наибольший внешний диаметр второй трубной части по существу равен внутреннему диаметру первой трубной части.
Как вариант, наибольший диаметр второй трубной части существенно меньше внешнего диаметра первой трубной части.
Вторая длина может быть по существу равна или может быть меньше первой длины.
Изобретение может также относится к внутрискважинной трубной сборке, предназначенной для уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины и содержащей:
- изготовленную из металла первую трубную часть с внутренней поверхностью, имеющую в нерасширенном состоянии внутренний и внешний диаметры и первую длину,
- и вторую трубную часть, размещенную внутри первой трубной части в нерасширенном состоянии и имеющую наружную поверхность, внешний диаметр и вторую длину,
причем внутренняя поверхность первой трубной части скреплена с наружной поверхностью второй трубной части до расширения, а после расширения отделена от нее,
при этом вторая длина по существу равна или не превышает первую длину.
Как вариант, первая трубная часть изготовлена из материала, имеющего первое упругое последействие после расширения, а вторая трубная часть изготовлена из материала, имеющего второе упругое последействие после расширения, причем величина указанного первого упругого последействия меньше величины второго упругого последействия.
Кроме того, изобретение относится к внутрискважинной трубной сборке, предназначенной для уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины и содержащей:
- изготовленную из металла первую трубную часть с внутренней поверхностью, имеющую в нерасширенном состоянии внутренний и внешний диаметры и первую длину,
- и вторую трубную часть, размещенную внутри первой трубной части в нерасширенном состоянии и имеющую наружную поверхность, внешний диаметр и вторую длину,
причем внутренняя поверхность первой трубной части скреплена с наружной поверхностью второй трубной части до расширения, а после расширения отделена от нее,
причем первая трубная часть изготовлена из материала, имеющего первое упругое последействие после расширения, а вторая трубная часть изготовлена из материала, имеющего второе упругое последействие после расширения, причем величина первого упругого последействия меньше величины второго упругого последействия.
Как вариант, внутренний диаметр трубной конструкции скважины остается по существу неизменным после расширения.
Кроме того, предусмотрена возможность скрепления первой и второй трубных частей по всей длине первой или второй трубной части.
Толщина стенки второй трубной части может составлять по меньшей мере 10%, предпочтительно 20%, более предпочтительно 50% от толщины стенки первой трубной части, или наоборот.
Как вариант, вторая трубная часть имеет толщину стенки, до 10 раз превышающую толщину стенки первой трубной части, или наоборот.
В одном из вариантов реализации изобретения вторая трубная часть изготовлена из металла, например, алюминия, нержавеющей стали, титана, металла, содержащего более 40% никеля, сплава с памятью формы, пружинной стали, стали или чугуна или любой их комбинации.
Первая и вторая трубные части могут быть скреплены в нерасширенном состоянии, с возможностью их полного или частичного отделения друг от друга в расширенном состоянии.
Предусмотрена также возможность скрепления первой трубной части со второй как в нерасширенном, так и в расширенном состояниях.
В другом варианте реализации вторая трубная часть может быть изготовлена из материала, имеющего более высокий предел текучести по сравнению с материалом первой трубной части.
Как вариант, первая трубная часть изготовлена из материала с более высоким модулем упругости по сравнению со второй трубной частью.
Кроме того, вторая трубная часть может быть изготовлена из материала, имеющего более высокий или более низкий предел текучести по сравнению с материалом первой трубной части.
Один из вариантов предусматривает полное или частичное отделение второй трубной части от сборки в расширенном состоянии.
Также предусмотрена возможность механического соединения первой и второй трубных частей, например, запрессовкой, обжимкой, прокаткой, посадкой с натягом или посредством фрикционной посадки.
В еще одном варианте реализации изобретения первая и вторая трубные части выполнены вместе, посредством литья или прессования.
Кроме того, предусмотрена возможность сварки или склеивания первой и второй трубных частей.
Также, предусмотрена возможность закрепления второй трубной части на внутренней поверхности первой трубной части с использованием промежуточного слоя.
Указанный промежуточный слой может быть выполнен из материала, способного распадаться при воздействии жидкости, например, кислоты.
Как вариант, вторая трубная часть выполнена из материала, способного распадаться под воздействием жидкости, например, кислоты.
Предусмотрены также варианты с удалением второй трубной части в расширенном состоянии фрезерованием, высверливанием, резанием, выбиванием, травлением, выталкиванием, вытаскиванием или посредством извлечения поддерживающего средства и другими аналогичными способами.
Как вариант, вторую трубную часть удаляют в процессе расширения трубной сборки.
В одном из вариантов реализации изобретения вторая трубная часть имеет фланец, выступающий внутрь в радиальном направлении.
В другом варианте длина второй трубной части больше, чем длина первой трубной части, в результате чего вторая трубная часть выступает в осевом направлении с одной стороны сборки.
Другой вариант реализации изобретения предусматривает, что вторая трубная часть содержит совокупность кольцевых элементов, при этом каждый кольцевой элемент закреплен на первой трубной части в нерасширенном состоянии.
Как вариант, между указанными кольцевыми элементами могут быть предусмотрены осевые направляющие, имеющие ту же толщину, что и кольцевые элементы.
Как вариант, предусмотрена сетчатая структура второй трубной части.
Как вариант, вторая трубная часть полностью или частично скреплена с внутренней поверхностью первой трубной части.
Кроме того, вторая трубная часть может быть изготовлена из натурального или синтетического каучука, стекловолокна, пластика, например, полиамида, полиоксиметилена (ПОМ), полиацеталя, полиформальдегида, полиэстерэфиркетона (ПЭЭК), поливинилхлорида (ПВХ) или политетрафторэтилена (ПТФЭ) или металла, например, алюминия, нержавеющей стали, титана, сплава с памятью формы, пружинной стали, стали или чугуна или любой их комбинации.
Изобретение относится к внутрискважинной системе, содержащей:
- трубную конструкцию скважины с, по существу, неизменным внутренним диаметром,
- описанную выше внутрискважинную трубную сборку,
- и расширяющее приспособление, предназначенное для расширения первой и второй трубных частей внутри обсадной трубы.
При наличии внутрискважинной трубной сборки в трубной конструкции скважины во внутрискважинной системе вторая трубная часть выполняет вспомогательную функцию. Таким образом, расширяющее приспособление легко проходит через сужение, например, «ниппель» или ранее введенную расширенную трубную часть, например, пластырь, благодаря тому что расширяющий конус имеет по существу меньший диаметр, чем соответствующий внутренний диаметр трубной конструкции скважины. Для трубной конструкции скважины, в которой внутренний и внешний диаметры не подлежат изменению ни до, ни после расширения первой трубной части, называемой также пластырем, очень важно, что расширяющий конус имеет по существу меньший диаметр, чем внутренний диаметр трубной конструкции скважины, так что обеспечена возможность прохода конуса через все места сужений в скважине до места напротив отверстия, подлежащего уплотнению.
Изобретение, кроме того, относится к внутрискважинной системе для уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины, причем указанная трубная конструкция скважины имеет внутренний диаметр, а указанная внутрискважинная система содержит:
- описанную выше внутрискважинную трубную сборку,
- и расширяющее приспособление, предназначенное для расширения первой и второй трубных частей внутри обсадной трубы.
Наибольший внешний диаметр такого расширяющего приспособления по существу равен внутреннему диаметру трубной конструкции скважины за вычетом двойной толщины стенки второй трубной части.
Расширяющее приспособление может содержать вал и расширяющее средство, например, конус или оправку.
В одном из вариантов реализации изобретения конус или оправка выполнены с возможностью расширения.
В другом варианте реализации изобретения расширяющее средство содержит нагреватель, предназначенный для нагревания первой и/или второй трубной части в процессе расширения.
Как вариант, предусмотрены съемные средства для полного или частичного удаления второй трубной части.
Дополнительно предусмотрено, что съемные средства для удаления второй трубной части могут включать в себя разъедающую смесь, например, кислоту, оборудование для высверливания, фрезерования, резания, выбивания, выталкивания или вытягивания или их сочетание.
В другом варианте реализации изобретения съемное средство для удаления второй трубной части выполнено с возможностью захвата выступающего внутрь фланца второй трубной части таким образом, что съемное средство выталкивает ее из первой трубной части.
В еще одном варианте реализации изобретения съемным средством удаления второй трубной части служит расширяющее средство.
Как вариант, перемещение указанной системы внутри скважины осуществляют посредством скважинного трактора, забойного ударника или с использованием другого метода проведения операций в стволе скважины.
Изобретение также относится к трубной конструкции скважины, содержащей упомянутую выше трубную сборку.
Кроме того, изобретение относится к внутрискважинной системе для уплотнения отверстия трубной конструкции скважины в стволе скважины, при этом трубная конструкция скважины имеет внутренний диаметр, а указанная внутрискважинная система содержит:
- первую трубную часть, расширяющуюся в обсадной трубе, причем указанная первая трубная часть изготовлена из металла и имеет внутреннюю поверхность, толщину стенки и первую длину,
- вторую трубную часть, размещенную внутри первой трубной части и имеющую наружную поверхность, толщину стенки и вторую длину,
- и расширяющее приспособление, предназначенное для расширения первой и второй трубных частей внутри обсадной трубы,
причем указанное расширяющее приспособление содержит вал, соединенный с расширяющим средством, например, конусом или оправкой.
Расширяющее средство может иметь внешний диаметр, причем наибольший внешний диаметр расширяющегося средства по существу равен внутреннему диаметру трубной конструкции скважины за вычетом двойной толщины стенки второй трубной части.
Кроме того, внутренний диаметр трубной конструкции скважины может оставаться по существу неизменным после расширения.
Кроме того, предусмотрена возможность расширения расширяющего средства в радиальном направлении с увеличением внешнего диаметра за счет использования конуса или оправки, выполненных с возможностью расширения, или посредством сжимания с любой стороны элемента, выполненного из высокоэластичного материала или резины.
Указанное расширяющее средство может иметь выступающую в радиальном направлении часть или фланец для отвода второй трубной части после расширения.
Как вариант, расширяющее приспособление содержит поддерживающий элемент, соединенный с расширяющим средством посредством троса или вала, при этом внешний диаметр отводного компонента больше внутреннего диаметра второй трубной части.
В системе в соответствии с изобретением предусмотрена возможность использования скважинного трактора для осуществления перемещений в скважине.
Как вариант, система содержит трубную конструкцию скважины, включающую в себя описанную выше трубную сборку.
Кроме того, изобретение относится к способу уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины, включающему этапы:
- обнаруживают течь,
- размещают внутрискважинную трубную сборку в нерасширенном состоянии напротив течи,
- расширяют трубную сборку до тех пор, пока первая трубная часть не окажется прижатой к внутренней поверхности трубной конструкции скважины посредством перемещения расширяющего средства через трубную сборку,
- и полностью или частично удаляют вторую трубную часть трубной сборки.
Этот способ дополнительно включает этап, на котором отделяют вторую трубную часть от первой трубной части посредством отвода расширяющего средства из второй трубной части, так что вторая трубная часть сама сжимается и ее внешний диаметр становится меньше внутреннего диаметра первой трубной части.
Согласно изобретению процесс расширения предусматривает возможность принудительного отодвигания наружной поверхности первой трубной части трубной сборки в радиальном направлении дальше внутренней поверхности трубной конструкции скважины.
Выполнение этапа расширения в указанном способе возможно путем проталкивания конуса или оправки, имеющих больший диаметр, чем внутренний диаметр второй трубной части, через трубную сборку, или размещением конуса или оправки, имеющих меньший диаметр, чем вторая трубная часть, внутри трубной сборки, с последующим расширением конуса или оправки в радиальном направлении, в результате чего обеспечено расширение трубной сборки.
Выполнение этапа расширения возможно также за счет уплотнения концов трубной сборки, обеспечивающего замкнутый объем внутри трубной сборки, и последующего создания избыточного давления в указанном замкнутом объеме посредством заполнения его жидкостью или газом.
Предусмотрено также выполнение этапа расширения посредством взрывчатых веществ.
Кроме того, этап удаления второй трубной части можно осуществить посредством фрезерования, высверливания, резания, выбивания, выталкивания, вытягивания или извлечения поддерживающего устройства.
Наконец, предусмотрена возможность выполнения этапа удаления за счет добавления разъедающей смеси.
Кроме того, изобретение относится к способу уплотнения отверстия в трубной конструкции скважины в стволе скважины, включающему этапы:
- размещают внутрискважинную трубную сборку напротив отверстия, в частности, напротив течи,
- расширяют первую и вторую трубные части до тех пор, пока первая трубная часть не окажется прижатой к внутренней поверхности трубной конструкции скважины посредством перемещения расширяющего средства через трубную сборку,
- и отделяют вторую трубную часть от первой за счет разной величины упругого последействия первой и второй трубных частей.
Упругое последействие материала - это состояние, возникающее, когда плоскокатаный металлический сплав подвергнут обработке в холодном состоянии или растянут, и после отпускания силы пластического деформирования материал стремится к частичному возврату в первоначальную форму благодаря упругому восстановлению. Остаточное напряжение является причиной упругого восстановления исходного состояния материала. Это явление называется упругим последействием и зависит от предела текучести материала.
Как вариант, в описанном выше способе предусмотрены дополнительные этапы:
- изготавливают первую трубную часть из материала, имеющего первое упругое последействие после расширения,
- и изготавливают вторую трубную часть из материала, имеющего второе упругое последействие после расширения,
причем величина первого упругого последействия меньше величины второго упругого последействия.
Изобретение, кроме того, относится к способу изготовления трубной сборки скважины, включающему в себя следующие этапы:
- изготавливают первую трубную часть из материала, имеющего первое упругое последействие после расширения
- и изготавливают вторую трубную часть из материала, имеющего второе упругое последействие после расширения,
причем величина первого упругого последействия меньше величины второго упругого последействия.
В другом варианте реализации изобретения предусмотрено изготовление первой трубной части из металла, например, стали или чугуна.
Дополнительно предусмотрена возможность того, что расширяющее средство содержит взрывчатые вещества, жидкость с избыточным давлением, цементный раствор или любую их комбинацию.
Краткое описание чертежей
Изобретение и ряд его преимуществ подробно описаны ниже со ссылками на приложенные чертежи в условном исполнении, приведенные для иллюстрации и не исчерпывающие все варианты реализации изобретения.
Фиг.1 - трубная сборка в соответствии с изобретением, вид в разрезе.
Фиг.2 - нерасширенная трубная сборка в трубной конструкции, например, в обсадной трубе, вид в разрезе.
Фиг.3 - трубная сборка, представленная на Фиг.2, в расширенном состоянии, вид в разрезе.
Фиг.4 - трубная сборка, представленная на Фиг.2, в расширенном состоянии после удаления второй трубной части, вид в разрезе.
Фиг.5 - другой вариант реализации нерасширенной трубной сборки в обсадной трубе, вид в разрезе.
Фиг.6 - трубная сборка, представленная на Фиг.5, в расширенном состоянии, вид в разрезе.
Фиг.7 - еще один вариант реализации нерасширенной трубной сборки в обсадной трубе, вид в разрезе.
Фиг.8 - трубная сборка, представленная на Фиг.7, в расширенном состоянии, вид в разрезе.
Фиг.9 - еще один вариант реализации нерасширенной трубной сборки в обсадной трубе, вид в разрезе.
Фиг.10 - трубная сборка, представленная на Фиг.9, в расширенном состоянии, вид в разрезе.
Фиг.11 - внутрискважинная система, содержащая трубную сборку и расширяющее средство для расширения сборки.
Фиг.12 - другой вариант реализации внутрискважинной системы.
Фиг.13 - вид трубной сборки с одного ее конца.
Фиг.14А-С - графики зависимости деформации от напряжения первой и второй трубных частей, изготовленных из разных материалов.
Фиг.15 - другой вариант реализации внутрискважинной системы с более упругой второй трубной частью.
Фиг.16 - внутрискважинная система со второй трубной частью, прикрепленной к расширяющему приспособлению.
Все чертежи выполнены условно и без строгого соблюдения масштаба, на них показаны только те подробности, которые необходимы для описания изобретения, остальные опущены или только предполагаются.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1 показана трубная сборка 1 до расширения в трубной конструкции 2 скважины в стволе 3 скважины. Трубную сборку 1 необходимо расширять для уплотнения отверстия 25 в трубной конструкции 2 скважины без изменения внутреннего или внешнего диаметра указанной трубной конструкции после расширения. В нерасширенном состоянии трубная сборка 1 содержит первую трубную часть 5, а также вторую трубную часть 7, расположенную внутри первой трубной части. Первая трубная часть 5 действует как пластырь, служащий для уплотнения, например, течи, а вторая трубная часть 7 способствует расширению первой трубной части. Первая трубная часть 5 имеет внутреннюю поверхность 6, а вторая трубная часть 7 имеет наружную поверхность 8 и в нерасширенном состоянии внутренняя поверхность первой трубной части скреплена с наружной поверхностью второй трубной части.
2
1
Как показано на Фиг.1 и 13, трубная сборка 1 выполнена в форме цилиндра с осевой линией 4. Вторая трубная часть 7 имеет толщину стенки t, составляющую по меньшей мере 10%, предпочтительно по меньшей мере 20%, более предпочтительно по меньшей мере 50% от толщины стенки t первой трубной части 5. В другом варианте реализации изобретения первая трубная часть 5 имеет толщину стенки, составляющую по меньшей мере 10%, предпочтительно по меньшей мере 20%, более предпочтительно по меньшей мере 50% от толщины стенки второй трубной части 7.
1
1
2
Как показано на Фиг.13, первая трубная часть имеет внутренний диаметр ID и внешний диаметр OD, а вторая трубная часть имеет внутренний диаметр Юг и внешний диаметр OD.
На Фиг.2 на виде в разрезе показана предложенная сборка в нерасширенном состоянии. Первая 5 и вторая 7 трубные части скреплены в нерасширенном состоянии, а также в расширенном состоянии, как показано на Фиг.3. Впоследствии вторую трубную часть 7 удаляют из первой трубной части 5, как показано на Фиг.4.
Удаление второй трубной части возможно посредством высверливания, фрезерования или резанием. В этом варианте реализации изобретения вторая трубная часть изготовлена из материала, который можно легко обрабатывать сверлением или резанием без повреждения первой трубной части 5. Как вариант, первая 5 и вторая 7 трубные части изготовлены вместе посредством литья или прессования. Предусмотрены также другие способы удаления второй части 7, например, посредством разрушения кислотой только второй трубной части, но не первой части 5, изготовленной из металла.
В другом варианте реализации изобретения первая 5 и вторая 7 трубные части трубной сборки скреплены вместе в нерасширенном состоянии, как показано на Фиг.5. После расширения вторая 7 внутренняя часть отделена от первой трубной части 5, при этом образован небольшой зазор между ними, как показано на Фиг.6. Это происходит благодаря упругому последействию материала. Упругое последействие материала - это состояние, возникающее, когда плоскокатаный металлический сплав подвергнут обработке в холодном состоянии или растянут, и после отпускания силы пластического деформирования материал стремится к частичному возврату в первоначальную форму благодаря упругому восстановлению. Остаточное напряжение является причиной упругого восстановления исходного состояния материала. Это явление называется упругим последействием и зависит от предела текучести материала.
На Фиг.6 вторая внутренняя трубная часть имеет более высокую степень упругого восстановления, чем первая, и, таким образом, две трубные части отходят одна от другой с образованием небольшого зазора.
В нерасширенном состоянии трубные части 5, 7 запрессованы, обжаты, прокатаны, или установлены по тугой или фрикционной посадке. Для обеспечения разделения частей после расширения первая трубная часть 5 изготовлена из материала, имеющего более высокий предел текучести по сравнению с материалом второй трубной части 7, и/или вторая трубная часть изготовлена из материала, имеющего больший модуль упругости, чем материал первой трубной части. При таком отличии материалов первой 5 и второй 7 трубных частей величина упругой релаксации внутренней части после расширения, направленная вовнутрь в радиальном направлении, больше, чем у первой наружной части, как показано на Фиг.14А-С. Таким образом, внутренняя часть отходит от первой трубной части 5 с образованием зазора, возникающего вследствие разности величин упругой релаксации Δε, представленной на графиках зависимости деформации от напряжения трубных частей.
expansion
Фиг.14А соответствует первой и второй трубным частям, изготовленным из материала с одинаковым модулем упругости, но материал второй трубной части имеет более высокий предел текучести по сравнению с первой частью. Первая и вторая трубные части обеспечивают расширение до Eε под воздействием расширяющего устройства, например, конуса или оправки в полости второй трубной части. После прохода расширяющего средства происходит упругое восстановление первой и второй трубных частей в соответствии с наклоном характеристик на графике зависимости деформации от напряжения, в результате чего возникает зазор Δε между первой и второй трубными частями. Это обеспечивает возможность впоследствии легко удалить вторую трубную часть и оставить первую трубную часть закрепленной на внутренней поверхности трубной конструкции скважины в качестве пластыря, герметизирующего по крайней мере одно отверстие 25.
expansion
На Фиг.14В первая трубная часть изготовлена из материала с большим модулем упругости, но с меньшим пределом текучести по сравнению с материалом второй трубной части. Первая и вторая трубные части расширены до ε под воздействием расширяющего устройства, пропущенного через трубную сборку, и с учетом релаксации происходит упругое восстановление первой и второй трубных частей в соответствии с наклоном характеристик на графике зависимости деформации от напряжения, в результате чего возникает зазор Δε между первой и второй трубными частями. Как показано на графиках, зазор Δε между первой и второй трубными частями увеличен также при различии модулей упругости.
2,expansion
expansion
Средняя деформация расширения ε второй трубной части может отличаться от средней деформации расширения ε первой трубной части. Как показано на Фиг.14С, это приводит к уменьшению зазора Δε между первой и второй трубными частями по сравнению с Фиг.14В. Однако после расширения зазор все же остается вследствие эффекта упругого последействия.
Как указано выше, вторую часть впоследствии удаляют, для чего служат съемные средства, такие как поддерживающий элемент 22, посредством вытаскивания второй части 7 из первой части 5. Вторая трубная часть 7 не обязательно должна быть отделена таким образом, что не требуется никакого тягового усилия. Между двумя частями 5, 7 может иметь место трение, хотя вторая часть отделена и уже не запрессована в первую трубную часть 5. Например, это трение между двумя частями 5, 7, возникающее между этими двумя частями в определенных положениях, при этом вторая часть остается на месте, если не вытянуть ее, оставив первую часть в качестве пластыря для уплотнения отверстия 25.
Простой способ отделения второй трубной части от первой после расширения обеспечен, если первая трубная часть 5 изготовлена из материала, имеющего более высокий модуль упругости Е по сравнению со второй трубной частью 7, и/или вторая трубная часть изготовлена из материала с большим пределом текучести ау, чем у материала первой трубной части. Таким образом, вторая трубная часть 7 выполняет функцию вспомогательного приспособления, предназначенного для расширения первой трубной части 5, которое легко удалить после расширения. Это возможно благодаря обратной деформации указанных частей в радиальном направлении сборки после того как снято напряжение после расширения. Как показано на Фиг.14А-С обратная деформация или упругое последействие частей заданы уравнением:
у
ε=σ/Е.
Таким образом, как вариант, первая трубная часть изготовлена из материала, имеющего первое упругое последействие после расширения, а вторая трубная часть изготовлена из материала, имеющего второе упругое последействие после расширения, и при этом величина первого упругого последействия меньше величины второго упругого последействия.
Как показано на Фиг.1-10, в нерасширенном состоянии трубной сборки наибольший внешний диаметр второй трубной части по существу равен внутреннему диаметру первой трубной части. Таким образом, вторую трубную часть легко удалить после расширения, даже если она не отделена от первой после расширения, для чего необходимо фрезерование или высверливание. В этом случае диапазон рабочего хода режущего инструмента должен быть согласован с внешним диаметром второй трубной части.
На Фиг.1-6 вторая длина второй трубной части по существу не превышает первую длину первой трубной части, что упрощает вставку инструмента по сравнению со случаем, когда эти трубные части имеют разную длину, как показано на Фиг.7-10.
Как показано на Фиг.1-10, первая трубная часть скреплена со второй по всей длине первой или второй трубной части. Возможно также скрепление первой 5 и второй 7 частей иным образом, например, посредством склеивания. Клей является наиболее пригодным средством скрепления при наличии напряжений сдвига, например, когда для расширения трубной сборки используют конус. Однако клей недостаточно прочен, чтобы удержать части вместе, когда две части 5, 7 отходят одна от другой вследствие неравномерной деформации после расширения.
Предусмотрена возможность полного или частичного закрепления второй трубной части 7 на внутренней поверхности 6 первой трубной части 5.
Возможно также скрепление первой 5 и второй 7 частей посредством точечной сварки. Сварные точки создают достаточно прочное крепление, обеспечивая размещение всей сборки напротив течи, после чего первую 5 и вторую 7 части удерживают в этом положении посредством расширяющего приспособления 12 при протаскивании конуса 10 в сторону указанного приспособления, с обеспечением расширения обеих частей 5, 7. При расширении частей 5, 7 происходит расщепление сварных точек, а после повторной релаксации деформаций - отделение трубных частей друг от друга.
Возможно также скрепление первой 5 и второй 7 частей посредством промежуточного слоя. После расширения сборки ее подвергают воздействию жидкости, например, кислоты, разрушающей промежуточный слой. Таким образом, после расширения части 5, 7 отходят одна от другой, и вторую или внутреннюю часть легко отделить, оставив первую часть в качестве пластыря, герметизирующего течь.
При наличии возможности удаления второй трубной части 7 конус или иное расширяющее приспособление имеет внешний диаметр меньше того, который достаточен для расширения только первой трубной части, и таким образом обеспечено прохождение трубной сборки 1 с конусом через имеющийся пластырь, что также называют установкой «пластыря через пластырь». Кроме того, указанный конус с возможностью расширения не требуется выполнять с возможностью расширения, усложняя тем самым конструкцию расширяющего приспособления и, следовательно, увеличивая вероятность выхода из строя большего количество частей.
Как указано выше, первая трубная часть 5 и вторая трубная часть 7 скреплены вместе в нерасширенном состоянии сборки и полностью или частично разделены в расширенном состоянии.
1
В трубной сборке 1 на Фиг.7 вторая трубная часть 7 имеет длину l2l превышающую длину I первой трубной части 5. При расширении трубной сборки 1 выступающий участок второй трубной части 7 оказывается оттянутым вовнутрь в виде фланца 28, выступающего вовнутрь в радиальном направлении, как показано на Фиг.8. После расширения съемное средство вытягивает трубную часть 7, высвобождая и удаляя ее из первой трубной части 5.
На Фиг.9 вторая трубная часть 7 имеет фланец 29, выступающий внутрь до и после расширения сборки. После расширения съемное средство вытягивает трубную часть 7, высвобождая и удаляя ее из первой трубной части 5.
Один из вариантов реализации изобретения предусматривает, что вторая трубная часть 7 содержит совокупность кольцевых элементов, при этом каждый кольцевой элемент закреплен на первой трубной части в нерасширенном состоянии. Второй трубной части нет необходимости иметь форму целого полого цилиндра, чтобы обеспечить выжимание наружу первой трубной части 5 при расширении.
В другом варианте реализации изобретения между кольцевыми элементами размещены осевые направляющие, имеющие ту же толщину, что кольцевые элементы.
При размещении осевых направляющих между кольцевыми элементами вторая трубная часть 7 образует решетку. Однако возможно также выполнение второй трубной части в виде сетки.
На Фиг.11 показана внутрискважинная система, имеющая трубную сборку 1 и расширяющее приспособление 12 с расширяющим средством 10 в виде конуса или оправки. Конус связан с остальной частью расширяющего приспособления 12 посредством вала 11. При вставлении трубной сборки 1 производят ее закрепление между конусом и приспособлением. После установки приспособления 12 напротив течи его закрепляют внутри обсадной трубы и затем тянут к нему расширяющее средство, что приводит к втягиванию вала 11 в приспособление и заставляет расширяться трубную сборку 1. Наибольший внешний диаметр расширяющего средства по существу равен внутреннему диаметру трубной конструкции скважины за вычетом двойной толщины стенки второй трубной части.
Если трубная сборка 1 имеет выступающий фланец, то возможно использовать расширяющее средство 10 в качестве съемного средства, обеспечивающего отведение второй трубной части 7 из первой трубной части 5, при втягивании вала 11, соединенного с указанным расширяющим средством, дальше в приспособление, или при перемещении указанного приспособления в направлении от первой трубной части. Один из вариантов реализации изобретения предусматривает использование конуса или оправки, выполненных с возможностью расширения.
Во внутрискважинной системе предусмотрена также возможность того, что расширяющее средство 10 или расширяющее приспособление 12, содержат взрывчатые вещества, жидкости с повышенным давлением, цементный раствор или любую их комбинацию. На Фиг.12 трубная сборка 1 закреплена между поддерживающим устройством 14 и указанным приспособлением. Поддерживающее устройство 14 соединено с приспособлением через вал 11, имеющий отверстия. Поддерживающее устройство 14, трубная сборка 1 и указанное приспособление создают закрытый объем или область 21, заполненную находящейся под давлением жидкостью, поступающей через отверстия в валу 11 и обеспечивающей расширение трубной сборки 1. Впоследствии поддерживающее устройство 14 складывают и отводят. Если трубная сборка 1 имеет выступающий фланец, появляется возможность использования поддерживающего средства 14 также и для отвода второй трубной части 7 от первой трубной части 5. В другом варианте реализации изобретения поддерживающее устройство 14 отводят и заменяют съемным устройством, предназначенным для зацепления с выступающим фланцем второй трубной части 7, так что съемное устройство обеспечивает выталкивание второй трубной части из первой трубной части 5.
Предусмотрена также возможность заполнения упомянутого объема на Фиг.12 после расширения разъедающей смесью, например, кислотой для удаления второй трубной части 7.
На Фиг.15 представлена вторая трубная часть внутрискважинной системы, выполненная более эластичной и с возможностью принимать некруглую форму. Эта вторая трубная часть 7 изготовлена из эластичного материала, например, из резины, однако способного передавать созданное конусом усилие, обеспечивающее расширение первой трубной части. Таким образом, обеспечена возможность расширения первой трубной части с прижимом ее к обсадной трубе, имеющей отчасти овальную или другую некруглую форму в поперечном сечении.
На Фиг.16 внутрискважинная система содержит поддерживающий элемент 22 в виде диска, прикрепленного тросом 23 или канатом к расширяющему приспособлению 12. Диск имеет внешний диаметр больше внутреннего диаметра второй трубной части и размещен с наружной стороны второй трубной части 7 на конце, противоположном концу 27, находящемуся рядом с расширяющим приспособлением 12, к которому тянут расширяющий конус в процессе расширения трубной сборки. Трос проходит внутри второй трубной части 7 и, когда трубная сборка расширена, диск тянет вторую трубную часть по мере отведения расширяющего приспособления от первой трубной части 5. Таким образом, вторую трубную часть 7 вытягивают из первой трубной части 5 после расширения и тянут к поверхности вместе с расширяющим приспособлением 12, содержащим расширяющий конус.
На Фиг.17 и 18 поддерживающий элемент 22 представлен в виде выступающей части или фланца 26, выступающего в радиальном направлении от расширяющего средства 10, служащего для отвода второй трубной части после расширения. На Фиг.17 расширяющий конус поддерживает трубную сборку 1, закрепленную между конусом 10 и остальной частью расширяющего приспособления 12 рядом с опорами 13 на противоположном конусу конце вала 11. Опоры удерживают приспособление в трубной конструкции скважины, осуществляя прижим к внутренней поверхности трубной конструкции скважины. В этом положении трубная сборка вставлена в трубную конструкцию скважины напротив отверстия, подлежащего уплотнению. Впоследствии, как показано на Фиг.18, конус проталкивают через трубную сборку 1, и фланец 26 заставляет вторую трубную часть двигаться одновременно с отводом конуса и, таким образом, вторую трубную часть отводят от первой и извлекают из скважины вместе с расширяющим приспособлением.
Удаление второй трубной части можно выполнить также сверлильным, фрезерным или режущим инструментом, молотом, выталкивающими и вытягивающими приспособлениями или любой комбинацией перечисленного оборудования.
Вторая трубная часть 7 изготовлена из пластика, из натурального или синтетического каучука, из стекловолокна, металла или любой их комбинации. Из металлов возможно использовать алюминий, сталь, титан, чугун, в частности, из стальных материалов пригодны нержавеющая сталь, сплав с содержанием более 40% никеля, сплав с памятью формы или пружинная сталь. Из пластиков можно использовать полиамид, полиоксиметилен (ПОМ), полиацеталь, полиформальдегид, полиэстерэфиркетон (ПЭЭК), поливинилхлорид (ПВХ) или политетрафторэтилен (ПТФЭ). Пружинная сталь - это средне- или высокоуглеродистый стальной сплав с очень высоким пределом текучести. Первая трубная часть изготовлена из металла, например, стали или чугуна. Первая трубная часть 5 выполнена в виде пластыря со всеми известными качествами, отвечающими использованию в стволе скважины. Возможно выполнение трубных частей в виде холоднокатаных и горячекатаных трубных конструкций.
Если вторая трубная часть 7 изготовлена из стекловолокна, то расширяющее средство 10 содержит нагреватель, предназначенный для нагревания второй трубной части 7 и/или первой трубной части 5 в процессе расширения.
В процессе уплотнения отверстия 25, в частности, течи внутри трубной конструкции 2 скважины в стволе 3 скважины находят отверстие 25 или течь, после чего напротив отверстия размещают трубную сборку 1 в нерасширенном состоянии и в заключение расширяют указанную трубную сборку до тех пор, пока первая трубная часть не окажется прижатой к внутренней поверхности трубной конструкции скважины. Впоследствии вторую трубную часть 7 удаляют из первой трубной части 5.
Перед этапом удаления второй трубной части указанный способ предусматривает возможность включения этапа отделения второй трубной части от первой посредством перемещения через трубную сборку расширяющего средства, выдавливающего первую и вторую трубные части наружу в радиальном направлении, после чего расширяющее средство отводят из второй трубной части, так что вторая трубная часть сама сжимается и ее внешний диаметр становится меньше внутреннего диаметра первой трубной части вследствие эффекта упругого последействия материала.
В процессе расширения первую трубную часть 5 трубной сборки 1 проталкивают дальше наружу в радиальном направлении по сравнению с исходным положением внутренней поверхности 6 трубной конструкции 2 скважины, поскольку первая трубная часть 5 отходит назад вследствие упругой релаксации, как указано выше, в результате эффекта упругого последействия и свойств материала.
Выполнение этапа расширения возможно посредством проталкивания через трубную сборку расширяющего средства, например, конуса или оправки, имеющих диаметр, превышающий внутренний диаметр второй трубной части, или посредством размещения внутри трубной сборки конуса или оправки, имеющих диаметр меньший, чем диаметр второй трубной части, и последующего расширения конуса или оправки в радиальном направлении, с обеспечением расширения трубной сборки! При наличии выполненных с возможностью расширения конуса либо оправки упрощена установка «пластыря через пластырь». Предусмотрена также возможность увеличения внешнего диаметра расширяющего средства посредством сжатия с любой стороны высокоэластичного или выполненного из резины элемента, приводящего к укорачиванию указанного элемента вдоль оси расширяющего приспособления 12 и в то же время обеспечивающего увеличение его диаметра в радиальном направлении расширяющего приспособления 12.
Предусмотрено также выполнение этапа расширения посредством уплотнения концов трубной сборки 1 с обеспечением таким образом замкнутого объема 21 внутри трубной сборки, с последующим созданием избыточного давления в указанном замкнутом объеме посредством заполнения его жидкостью или газом.
В качестве жидкости, служащей для расширения трубной сборки 1, предусмотрено использовать любую жидкость, имеющуюся в стволе скважины 3, окружающем приспособление и/или трубную конструкцию 2 скважины. Возможно также использование цементного раствора, газа, воды, полимеров или двухкомпонентной смеси, например, полученной смешиванием порошка и частиц, или за счет реакции со связующим или с отверждающим реагентом.
Трубная сборка выполнена так, что первая трубная часть изготовлена из материала, имеющего первое упругое последействие после расширения, а вторая трубная часть из материала, имеющего второе упругое последействие после расширения, при этом величина первого упругого последействия меньше величины второго упругого последействия.
В случае, если внутрискважинную систему невозможно погрузить на всю глубину в обсадную трубу, предусмотрено использование скважинного трактора для протягивания или проталкивания скважинной системы на всю глубину до необходимого положения в скважине. Скважинный трактор представляет собой приводное устройство любого типа, выполненное с возможностью проталкивания или протягивания оборудования в скважине, такое как Well Tractor.
Хотя изобретение описано применительно к предпочтительным вариантам реализации, для специалиста в данной области техники очевидна возможность модификаций без отклонения от области патентной защиты изобретения, ограниченной пунктами приведенной ниже формулы изобретения.