Скважинный инструмент с напряженным уплотнением

Скважинный инструмент с напряженным уплотнением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к системам уплотнения для обеспечения герметизации от давления текучей среды, и в одном раскрытом ниже примере, в частности, обеспечивает скважинный инструмент с напряженным уплотнением.

Уровень техники

Уплотнения, находящиеся в скважинных инструментах, обычно должны выдерживать воздействие относительно большого перепада давлений при относительно высоких температурах. Даже в случае, когда разность давлений, воздействию которых противостоит определенное уплотнение, не относится к категории «большой» разности давлений, но при этом уплотнение подвергалось воздействию относительно высоких температур, уплотнение может «обжаться» (например, деформироваться и потерять свои упругие свойства), что приводит к неудовлетворительному уплотнению даже при относительно небольшом перепаде давлений.

Отсюда следует, что необходимы дальнейшие усовершенствования в области создания уплотнений.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлены частичный разрез системы и соответствующий способ, воплощающие принципы настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлен разрез скважинного инструмента, который может быть использован в системе и способе фиг. 1, и который может воплощать принципы настоящего изобретения.

На фиг. 3 проиллюстрирован разрез системы уплотнения, которая может быть использована в скважинном инструменте фиг. 2, и которая может воплощать принципы настоящего изобретения.

Подробное раскрытие изобретения

На фиг. 1 представлены система 10 и соответствующий способ, воплощающие принципы настоящего изобретения. Однако следует понимать, что система 10 и способ являются только одним примером воплощения принципов настоящего раскрытия на практике, и что возможны различные варианты других примеров. Поэтому объем настоящего изобретения ни в коем случае не ограничен деталями системы 10 и способа, раскрытыми в настоящем разделе и/или изображенными в графических материалах.

В примере, показанном на фиг. 1, скважинный инструмент 12 соединен с трубчатой колонной 14, установленной в стволе скважины 16. Скважинный инструмент 12 может быть любого типа, например пакером, эксплуатационной или интенсифицирующей задвижкой, дросселем, насосом и т.д. В других примерах скважинный инструмент 12 может быть буровым инструментом, спускаемым на канате инструментом, интенсифицирующим инструментом, инструментом для гравийной засыпки или скважинным инструментом любого другого типа. Объем настоящего изобретения не ограничивается использованием какого-либо конкретного типа скважинного инструмента.

Ствол скважины 16 обсажен обсадной колонной 18 и цементом 20. В других примерах ствол скважины 16 может быть не обсажен или не иметь обсадных труб, и/или может быть наклонным или с изменяющимся направлением. Объем настоящего изобретения не ограничен использованием какого-либо конкретного типа ствола скважины.

В других примерах скважинный инструмент 12 не обязательно присоединен к трубчатой колонне. Так, следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничен какими-либо деталями системы 10 и способа, изображенными в графических материалах или раскрытыми в настоящем разделе.

Скважинный инструмент 12 содержит одно или несколько уплотнений, которые, предпочтительно, не теряют своих герметизирующих свойств после воздействия на них относительно высоких внутрискважинных температур (например, более 300°F, 149°С). Уплотнения не теряют своих герметизирующих свойств даже после появления «обжатия» из-за повышенных внутрискважинных температур.

На фиг. 2 в увеличенном масштабе показана в разрезе часть скважинного инструмента 12. На разрезе видно, что для полной герметизации кольцевого пространства между наружным корпусом 24 и внутренним сердечником 26 используют две системы 22 уплотнения.

В этом примере системы 22 уплотнения установлены снаружи на сердечнике 26 и размещены в отверстиях или поверхностях 28 уплотнения в наружном корпусе 24. Однако в других примерах, системы 22 уплотнения могут удерживаться внутри наружного корпуса 24 для обеспечения контакта с внешними поверхностями 30 уплотнения на сердечнике 26. Так, объем настоящего изобретения не ограничен какими-либо конкретными деталями скважинного инструмента 12, раскрытыми в настоящем документе и/или изображенными на чертежах.

На фиг. 3 в увеличенном масштабе в разрезе иллюстративно представлена одна из систем 22 уплотнения. Здесь видно, что система 22 уплотнения содержит пружину 32, прикладывающую продольно сжимающую силу к множественным кольцевым уплотнениям 34, радиально зажатым между поверхностями 28, 30 уплотнения.

Для предотвращения выдавливания уплотнений 34 из-за разности давлений используют антиэкструзионные опорные кольца 36. Следует отметить, что при необходимости, может быть использовано любое количество пружин 32, уплотнений 34 и антиэкструзионных колец 36.

Резьбовое кольцо 38 накручивают на сердечник 26 для обеспечения продольного сжатия пружины 32. Сжимающая сила, приложенная в продольном направлении к уплотнениям 34 пружиной 32, может быть увеличена до или после установки уплотнений между сердечником 26 и наружным корпусом 24.

В одном из способов установки уплотнения 34, антиэкструзионные кольца 36 и пружина 32 могут разместить на сердечнике 26, затем на сердечник навинчивают резьбовое кольцо 38 для сжатия пружины в продольном направлении между резьбовым кольцом и концом одного из антиэкструзионных колец. Систему 22 уплотнения затем устанавливают в наружный корпус 24, так что уплотнения 34 герметично контактируют с поверхностью 28 уплотнения.

Альтернативно, уплотнения 34, антиэкструзионные кольца 36 и пружина 32 можно разместить на сердечнике 26, затем сердечник (с уплотнениями и антиэкструзионными кольцами на нем) можно установить в наружном корпусе 24, таким образом, чтобы уплотнения герметично контактировали с поверхностью 28 уплотнения. Затем на сердечник 26 можно навинтить резьбовое кольцо 38 для сжатия пружины 32 в продольном направлении между резьбовым кольцом и концом одного из антиэкструзионных колец 36.

Предпочтительно, уплотнения 34 (будучи установленными изначально) имеют такие размеры, что они радиально сжаты между поверхностями 28, 30 уплотнения, независимо от того, присутствует воздействие продольной сжимающей силы пружины 32 на уплотнения или нет. Например, уплотнения 34 могут иметь радиальную толщину больше радиального расстояния между поверхностями 28, 30 уплотнения. Таким образом, уплотнения 34 могут герметизировать пространство между поверхностями 28, 30, даже если пружина 32 не сжимает уплотнения в продольном направлении.

Если уплотнения 34 потеряли свои упругие свойства (например, из-за воздействия повышенных температур в скважине), то они могут «обжаться» и принять деформированную конфигурацию, при которой их радиальная толщина при отсутствии сжатия не превышает радиального расстояния между поверхностями 28, 30 уплотнения. В этом случае продольное сжатие уплотнений 34 пружиной 32 будет приводить к радиальному расширению уплотнений до герметичного контакта с поверхностями 28, 30.

В одном из примеров уплотнения 34 могут быть выполнены из упругого эластомерного материала (например, нитрила, фторэластомера, ЭПДМ, и т.д.). К сожалению, упругость таких материалов может уменьшаться из-за воздействия повышенных температур. Система 22, в сущности, компенсирует такие уменьшения упругости путем продольного сжатия уплотнений 34, так что они расширяются радиально внутрь и наружу, вступая в герметичный контакт с поверхностями 28, 30.

Хотя пружина 32 изображена в графических материалах одиночной спиральной пружиной, в других примерах пружина может быть заменена волнистыми пружинами, тарельчатыми пружинами или отклоняющим устройством любого другого типа. Объем настоящего изобретения не ограничен использованием пружины какого-либо конкретного типа.

Вышеуказанное изобретение обеспечивает способ уплотнения. В одном из примеров, способ может содержать установку, по меньшей мере, одного уплотнения 34 в скважинный инструмент 12, при этом радиальное уплотнение 34 будет радиально сжато в результате такой установки; и приложение посредством по меньшей мере одной пружины 32, внешней по отношению к уплотнению 34, сжимающего усилия к уплотнению 34.

Уплотнение 34 может содержать упругий материал. Пружина 32 может прикладывать сжимающее усилие к уплотнению 34 после уменьшения упругости материала.

Сжимающее усилие может быть приложено продольно к уплотнению 34 посредством пружины 32.

Уплотнение 34 может содержать эластомерный материал.

Способ может содержать сжатие пружины 32 до размещения скважинного инструмента 12 в скважине.

Этап установки может содержать расположение антиэкструзионного кольца 36 между уплотнением 34 и пружиной 32.

Пружина 32 может содержать спиральную пружину.

Также выше раскрыт скважинный инструмент 12. В одном из примеров скважинный инструмент 12 может содержать, по меньшей мере, одно уплотнение 34, радиально сжатое между поверхностями 28, 30 уплотнения скважинного инструмента 12, благодаря тому, что радиальный размер уплотнения 34 больше радиального расстояния между поверхностями 28, 30 уплотнения; и, по меньшей мере, одну пружину 32, подвергающую воздействию сжимающей силы уплотнение 34, пружина 32 является внешней по отношению к уплотнению 34.

Также обеспечена система 22 уплотнения. В одном раскрытом выше примере система 22 может содержать, по меньшей мере, одно кольцевое уплотнение 34, содержащее упругий материал, и, по меньшей мере, одну пружину 32, прикладывающую сжимающую силу к уплотнению 34 при уменьшении упругости материала, пружина 32 является внешней по отношению к уплотнению 34.

Несмотря на то, что выше были раскрыты различные примеры, при этом каждый пример имел конкретные признаки, следует понимать, что совсем необязательно, чтобы конкретный признак одного примера был использован только с этим примером. Наоборот, любой из раскрытых выше и/или изображенных на чертежах признаков может быть скомбинирован с любым из примеров, в дополнение или взамен любого другого признака этих примеров. Признаки, приведенные в одном примере, не являются взаимоисключающими для других признаков, приведенных в другом примере. Наоборот, объем настоящего изобретения охватывает любую комбинацию этих признаков.

Несмотря на то, что каждый раскрытый выше пример содержит определенную комбинацию признаков, следует понимать, что совсем необязательно, чтобы были использованы все признаки одного примера. Наоборот, любой из раскрытых выше признаков может быть использован без любого другого конкретного признака или признаков.

Следует понимать, что различные варианты осуществления, раскрытые в настоящем разделе, могут быть использованы в различных направлениях, например наклонных, обратных, горизонтальных, вертикальных и т.д. и в различных конфигурациях, без отклонения от принципов настоящего изобретения. Варианты осуществления раскрыты лишь как примеры полезного использования принципов настоящего изобретения, не ограничивающегося какими-либо конкретными деталями настоящих вариантов осуществления.

В приведенном выше раскрытии примеров, термины направления (такие как «выше», «ниже», «верхний», «нижний» и т.д.) используют для удобства понимания прилагаемых графических материалов. Однако следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается какими-либо конкретными направлениями, раскрытыми в разделе.

Термины «включающий в себя», «включает в себя», «содержащий», «содержит» и им подобные используют в настоящем раскрытии в неограничивающем значении. Например, если система, способ, аппарат, устройство и т.д. раскрыты, как «включающие» определенный признак или элемент, система, способ, аппарат, устройство и т.д. может включать этот признак или элемент, а также может включать другие признаки или элементы. Аналогично, термин «содержит» подразумевает «содержит, но не ограничивается этим».

Конечно, специалисту в данной области техники, после тщательного изучения приведенного выше описания представительных вариантов осуществления настоящего раскрытия, будут очевидны различные модификации, дополнения, замены, исключения и другие изменения, которые могут быть выполнены в конкретных вариантах осуществления, и такие изменения предусмотрены принципами настоящего изобретения. Например, конструкции, раскрытые, как сформированные отдельно, в других примерах могут быть сформированы единым целым, и наоборот. Соответственно, предшествующее раскрытие подлежит пониманию, так как приведено посредством примера и иллюстративного материала, идея и объем настоящего изобретения ограничиваются исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

1. Способ уплотнения скважинного инструмента, содержащий:

установку по меньшей мере одного уплотнения, содержащего упругий материал, в скважинный инструмент, при этом в результате установки уплотнение будет радиально сжато;

размещение по меньшей мере одной пружины, внешней по отношению к уплотнению, выполненной с возможностью приложения к уплотнению сжимающего усилия;

размещение резьбового кольца, выполненного с возможностью сжатия пружины с обеспечением увеличения указанного сжимающего усилия пружины.

2. Способ по п. 1, в котором пружина прикладывает сжимающее усилие к уплотнению после уменьшения упругости материала.

3. Способ по п. 1, в котором посредством пружины сжимающее усилие прикладывают к уплотнению продольно.

4. Способ по п. 1, в котором уплотнение содержит эластомерный упругий материал.

5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий сжатие пружины до размещения скважинного инструмента в скважине.

6. Способ по п. 1, в котором установка дополнительно содержит размещение антиэкструзионного кольца между уплотнением и пружиной.

7. Способ по п. 1, в котором пружина содержит спиральную пружину.

8. Скважинный инструмент, содержащий:

по меньшей мере одно уплотнение из упругого материала, радиально сжатое между поверхностями уплотнения скважинного инструмента за счет того, что радиальный размер уплотнения больше радиального расстояния между этими поверхностями уплотнения;

по меньшей мере одну пружину, выполненную с возможностью приложения сжимающего усилия к уплотнению, при этом пружина является внешней по отношению к уплотнению;

резьбовое кольцо, выполненное с возможностью сжатия пружины с обеспечением увеличения указанного сжимающего усилия пружины.

9. Скважинный инструмент по п. 8, в котором пружина выполнена с возможностью приложения сжимающего усилия к уплотнению после уменьшения упругости материала.

10. Скважинный инструмент по п. 8, в котором сжимающее усилие посредством пружины приложено к уплотнению продольно.

11. Скважинный инструмент по п. 8, в котором уплотнение содержит эластомерный упругий материал.

12. Скважинный инструмент по п. 8, в котором пружина сжата до размещения скважинного инструмента в скважине.

13. Скважинный инструмент по п. 8, дополнительно содержащий антиэкструзионное кольцо между уплотнением и пружиной.

14. Скважинный инструмент по п. 8, в котором пружина содержит спиральную пружину.

15. Система уплотнения скважинного инструмента, содержащая:

по меньшей мере одно кольцевое уплотнение, содержащее упругий материал;

по меньшей мере одну пружину, выполненную с возможностью приложения сжимающего усилия к уплотнению при уменьшении упругости материала, при этом пружина является внешней по отношению к уплотнению;

резьбовое кольцо, выполненное с возможностью сжатия пружины с обеспечением увеличения указанного сжимающего усилия пружины.

16. Система уплотнения по п. 15, в которой уплотнение радиально сжато между поверхностями уплотнения скважинного инструмента благодаря тому, что радиальный размер уплотнения больше радиального расстояния между этими поверхностями уплотнения.

17. Система уплотнения по п. 15, в которой посредством пружины сжимающее усилие приложено к уплотнению продольно.

18. Система уплотнения по п. 15, в которой упругий материал содержит эластомерный материал.

19. Система уплотнения по п. 15, в которой пружина сжата до размещения системы уплотнения в скважине.

20. Система уплотнения по п. 15, дополнительно содержащая антиэкструзионное кольцо между уплотнением и пружиной.

21. Система уплотнения по п. 15, в которой пружина содержит спиральную пружину.