DE112017007118T5

DE112017007118T5 - Packerdichtungselement mit quellfester Schicht

Info

Publication number: DE112017007118T5
Application number: DE112017007118.6T
Authority: DE
Inventors: Prem Sagar Jakkula; Geir Gjelstad; Vaughn Henrie Gardner
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2019-10-31
Also published as: ES2762760B1; GB2572086A; BR112019013105B1; WO2018147833A1; GB201908188D0; US20190249509A1; ES2762760A2; CA3045773A1; PL243513B1; NL1042686B1; DK201970434A1; AU2017398378B2; ES2762760A9; AU2017398378A1; GB2572086B; NL1042686A; ES2762760R1; PL430499A1; MX2019007769A; DK181053B1

Abstract

Es werden beispielhafte Vorrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen einer Quellpackervorrichtung beschrieben, die eine vulkanisierte quellfeste Außenschicht mit einem darin geschnittenen Muster aufweist, um ein inneres quellfähiges Dichtungselement freizulegen. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Quellpacker einen Dorn, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist. Ein Dichtungselement erstreckt sich radial um den Dorn herum und eine quellfeste Schicht bedeckt in Umfangsrichtung eine Außenfläche des Dichtungselements. Eine oder mehrere Rillen sind in die quellfeste Schicht geschnitten, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen. Die quellfeste Schicht ist dazu konfiguriert, eine Fluidverbindung zwischen einem Quellfluid, das außerhalb der quellfesten Schicht angeordnet ist, und Teilen der Außenfläche des Dichtungselements, die durch die quellfeste Schicht bedeckt sind, zu verhindern.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei der Bohrung und Komplettierung von Öl- und Gasbohrlöchern wird ein Bohrloch in unterirdische produzierende Formationen gebohrt. Die Bohrung wird mitunter mit einem Futterrohr ausgekleidet, um die Seiten des Bohrlochs zu verstärken und das Innere des Futterrohrs von der umgebenden Formation zu isolieren. Es kann wünschenswert sein, das Bohrloch während der Produktion von Kohlenwasserstoffen (z. B. Öl und/oder Gas) aus einem Bohrloch an verschiedenen Stellen selektiv abzudichten oder zu verschließen. Bei einigen Komplettierungsverfahren werden Packer oder ähnliche Vorrichtungen verwendet, um eine hydraulische Isolation von Zonen innerhalb des Bohrlochs für aufeinanderfolgende Vorgänge in einer Zone bereitzustellen, während bereits behandelte Zonen isoliert werden. Zum Beispiel können Packer für offene Löcher verwendet werden, um eine Abdichtung in ringförmigen Bereichen zwischen konzentrischen Rohren bereitzustellen, wie etwa dem ringförmigen Raum zwischen der Erdseitenwand der Bohrung und einem Rohr. Auf ähnliche Weise können Packer für gefütterte Löcher verwendet werden, um eine ringförmige Abdichtung zwischen einem äußeren Rohr (wie etwa dem Bohrlochfutterrohr) und einem inneren Rohr (wie etwa dem Produktionsrohr) bereitzustellen.
Eine übliche Art von Packer beinhaltet Quellpacker (auch als quellfähige Packer bezeichnet), die ein Dichtungsmaterial umfassen, dessen Volumen zunimmt und sich radial nach außen ausdehnt, wenn ein bestimmtes Fluid mit dem Dichtungsmaterial im Bohrloch in Kontakt kommt. Zum Beispiel kann das Dichtungsmaterial aus einer Kautschukmischung oder einem anderen geeigneten quellfähigen Material aufgebaut sein. Das Dichtungsmaterial kann als Reaktion auf die Exposition gegenüber Kohlenwasserstofffluiden oder Wasser im Bohrloch aufquellen. Das Verzögern und Steuern der Quellraten wurde mitunter erreicht, indem die Oberfläche des Dichtungsmaterials vollständig oder intermittierend mit semipermeablen oder nicht permeablen Barriereschichten bedeckt wurde, die auf die Oberfläche des quellfähigen Materials als Beschichtung aufgetragen sind, die die Exposition des quellfähigen Dichtungsmaterials gegenüber Kohlenwasserstofffluiden/Wasser begrenzt.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das ein beispielhaftes Bohrlochsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Längsachse einer Packervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
3 ist eine querverlaufende Querschnittsansicht einer Packervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
4 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine Packervorrichtung 400 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Packervorrichtung mit helikalen Rillen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Packervorrichtung mit radialen Rillen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Um einige der mit dem Steuern der Quellraten von Quellpackern zusammenhängenden Herausforderungen sowie andere anzugehen, werden hier Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, die dazu dienen, eine Quellpackervorrichtung bereitzustellen, die eine vulkanisierte quellfeste Außenschicht mit einem darin geschnittenen Muster aufweist, um ein inneres quellfähiges Dichtungselement freizulegen. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Quellpacker einen Dorn, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist. Ein Dichtungselement erstreckt sich radial um den Dorn herum und eine quellfeste Schicht bedeckt in Umfangsrichtung eine Außenfläche des Dichtungselements. Eine oder mehrere Rillen sind in die quellfeste Schicht geschnitten, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen. Die quellfeste Schicht ist dazu konfiguriert, eine Fluidverbindung zwischen einem Quellfluid, das außerhalb der quellfesten Schicht angeordnet ist, und Teilen der Außenfläche des Dichtungselements, die durch die quellfeste Schicht bedeckt sind, zu verhindern.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Betriebsumgebung eines beispielhaften Bohrlochsystems 100, in der Quellpacker eingesetzt werden können, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. In dem Bohrlochsystem 100 wird eine Bohrung 102 gebohrt, die sich durch verschiedene Erdformationen in eine Formation von Interesse 104 erstreckt, um Kohlenwasserstoffe zu gewinnen, Kohlenwasserstoffe zu speichern, Kohlendioxid zu entsorgen oder dergleichen. Der Fachmann wird ohne Weiteres erkennen, dass die hier beschriebenen Grundsätze auf landbasierte, unterwasserbasierte oder seebasierte Vorgänge anwendbar sind, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Die Bohrung 102 kann sich im Wesentlichen vertikal von der Erdoberfläche weg über einen vertikalen Teil der Bohrung erstrecken und/oder kann in jedem beliebigen Winkel von der Erdoberfläche über einen geneigten oder horizontalen Teil der Bohrung geneigt sein. In diesem beispielhaften Bohrlochsystem 100 beinhaltet die Bohrung 102 einen im Wesentlichen vertikalen Abschnitt 106, dessen oberer Teil durch einen Futterrohrstrang 108 gefüttert ist, der im Inneren der Bohrung 102 an Ort und Stelle zementiert ist. Die Bohrung 102 kann zudem einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt 110 beinhalten, der sich durch die Formation von Interesse 104 erstreckt.
Wie veranschaulicht, ist der horizontale Abschnitt 110 der Bohrung 102 ein offenes Loch. Der Fachmann wird jedoch ohne Weiteres erkennen, dass die hier beschriebenen Grundsätze auch auf Ausführungsformen anwendbar sind, bei denen der horizontale Abschnitt 110 der Bohrung 102 Bohrlochauskleidungsrohre wie etwa ein Futterrohr und/oder einen Liner beinhaltet. Obwohl ferner in 1 ein Bohrloch dargestellt ist, das einen horizontalen Abschnitt 110 aufweist, sollte es sich für den Fachmann verstehen, dass diese Offenbarung auch auf Bohrlochsysteme anwendbar ist, die andere Richtungskonfigurationen aufweisen, wozu unter anderem vertikale Bohrlöcher, geneigte Bohrlöcher, schräge Bohrlöcher, multilaterale Bohrlöcher und dergleichen gehören.
Dementsprechend sollte es sich verstehen, dass die Verwendung richtungsanzeigender Begriffe wie etwa „oberhalb“, „unterhalb“, „oberer“, „unterer“, „aufwärts“, „abwärts“, „links“, „rechts“, „in einem Bohrloch aufwärts“, „in einem Bohrloch abwärts“ und dergleichen in Bezug auf die veranschaulichenden Ausführungsformen verwendet wird, wie sie in den Figuren abgebildet sind, wobei die Aufwärtsrichtung in Richtung der Oberseite der entsprechenden Figur und die Abwärtsrichtung in Richtung der Unterseite der entsprechenden Figur zu verstehen ist, wobei die Aufwärtsrichtung in einem Bohrloch in Richtung der Oberfläche des Bohrlochs und die Abwärtsrichtung in einem Bohrloch in Richtung der Sohle der Bohrung 102 zu verstehen sind, auch wenn die Bohrung oder Teile davon geneigt oder horizontal sein können. Dementsprechend soll die „querverlaufende“ oder „radiale“ Ausrichtung die Ausrichtung senkrecht zur Längs- oder Axialausrichtung bedeuten. In der folgenden Erörterung werden im Allgemeinen zylindrische Bohrloch-, Rohr- und Röhrenkomponenten angenommen, sofern nichts anders angegeben ist.
Ein Rohr 112 (z. B. Produktionsrohr), das sich von der Oberfläche erstreckt, ist im Inneren der Bohrung 102 aufgehängt, um Formationsfluide an die Erdoberfläche zu befördern. Das Rohr 112 stellt eine Leitung für Formationsfluide bereit, damit sie sich von der Formation von Interesse 104 zur Oberfläche bewegen können, und kann zudem als Leitung zum Einspritzen von Fluiden von der Oberfläche in die Formation von Interesse 104 verwendet werden. Beispiele für alternative Rohre beinhalten unter anderem einen Arbeitsstrang, einen Werkzeugstrang, einen segmentierten Rohrstrang, einen zusammengefügten Rohrstrang, einen Wickelrohrstrang, einen Produktionsrohrstrang, einen Bohrstrang oder dergleichen oder Kombinationen davon. In dem beispielhaften Bohrlochsystem 100 ist das Rohr 112 an seinem unteren Ende an einen Komplettierungsstrang 114 gekoppelt, der in der Bohrung 102 installiert wurde und den horizontalen Abschnitt 110 in verschiedene Produktionsintervalle unterteilt.
Der Komplettierungsstrang 114 beinhaltet eine Vielzahl von Siebgliedern 116, die nacheinander aneinandergekoppelt sind, um den Komplettierungsstrang 114 zu bilden. Jedes Siebglied kann ein Basisrohr 120 und ein Flusssteuersieb 122, das mindestens einen Teil des Basisrohrs 120 in Umfangsrichtung umgibt, beinhalten. Die Flusssteuersiebe 122 der Siebglieder 116 dienen dazu, unerwünschte Partikel und andere Feststoffe aus Formationsfluiden herauszufiltern, wenn die Formationsfluide in den Komplettierungsstrang 114 eintreten. Wie hier beschrieben, beziehen sich „Formationsfluide“ auf Kohlenwasserstoffe, Wasser und beliebige andere Substanzen in Fluidform, die aus einer Erdformation produziert werden können.
In einigen Ausführungsformen sind die Basisrohre 120 Rohrsegmente, die geeignete Verbindungsmechanismen beinhalten, wie etwa Gewindekonfigurationen, um jedes Siebglied 116 mit benachbarten Komponenten zu verbinden. Zum Beispiel sind benachbarte Paare von Siebgliedern 116 an einer Siebgliedverbindung (nicht gezeigt) aneinandergekoppelt, wobei die Anzahl von Siebgliedern 116 und Siebgliedverbindungen in Abhängigkeit von der Länge der Siebglieder und der Bohrung, in der sie eingesetzt sind, variiert.
Jedes der Siebglieder 116 ist zwischen Packern 118 positioniert, die eine Fluidabdichtung zwischen dem Komplettierungsstrang 114 und der Bohrung 102 bereitstellen, wodurch die Produktionsintervalle definiert werden. Die Packer 118 isolieren den Ringraum zwischen dem Komplettierungsstrang 114 und der Bohrung 102, wodurch ermöglicht wird, dass eine Strömung von Formationsfluid in den Komplettierungsstrang 114 eintreten kann, anstatt die Länge des Futterrohrs entlang der Außenseite des Produktionsstrangs nach oben zu strömen. Die Packer sind dazu ausgestaltet, durch Verwenden eines Dichtungselements (nicht gezeigt) abzudichten, das sich radial nach außen gegen die Bohrlochwand (oder den Innendurchmesser der Bohrlochauskleidungsrohre, falls vorhanden) ausdehnt.
Das Dichtungselement in Quellpackern umfasst ein quellfähiges Material. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann ein quellfähiges Material als ein beliebiges Material (z. B. ein Polymer, wie zum Beispiel ein Elastomer) definiert sein, das bei Kontakt mit ausgewählten Fluiden (d. h. einem Quellfluid, wie etwa Kohlenwasserstofffluiden oder Wasser) aufquellt (z. B. eine Zunahme seiner Masse und seines Volumens aufweist). Es versteht sich, dass die Ausdrücke Polymer und/oder polymeres Material hier austauschbar verwendet werden und sich jeweils auf Zusammensetzungen beziehen, die mindestens ein polymerisiertes Monomer in Gegenwart oder Abwesenheit anderer Additive umfassen, die traditionell in derartigen Materialien enthalten sind. Beispiele für polymere Materialien, die zur Verwendung als Teil des quellfähigen Materials geeignet sind, beinhalten unter anderem Homopolymere, statistische, Block-, Pfropf-, stern- und hyperverzweigte Polyester, Copolymere davon, Derivate davon oder Kombinationen davon.
Es sei angemerkt, dass das System 100 lediglich beispielhafter Natur ist und verschiedene zusätzliche Komponenten vorhanden sein können, die zum Zwecke der Eindeutigkeit nicht unbedingt in 1 dargestellt wurden. Zu nicht einschränkenden zusätzlichen Komponenten, die vorhanden sein können, gehören unter anderem Zuführtrichter, Ventile, Kondensatoren, Adapter, Verbindungen, Messinstrumente, Sensoren, Kompressoren, Druckregler, Drucksensoren, Durchflussmengenregler, Durchflussmengensensoren, Temperatursensoren und dergleichen. Zu derartigen Komponenten können unter anderem Bohrlochfutterrohre, Bohrlochliner, Komplettierungstrang, Einführstränge, Bohrstrang, Wickelrohre, Slickline, Wireline, Bohrgestänge, Schwerstangen, Schlammmotoren, Bohrmotoren und/oder -pumpen, an der Oberfläche montierte Motoren und/oder Pumpen, Zentrierkörbe, Turbolizer, Kratzer, Schwimmer (z. B. Schwimmschuhe, Schwimmzwischenstücke, Schwimmerventile usw.), Messwerkzeuge und zugehörige Telemetrieausrüstung, Aktoren (z. B. elektromechanische Vorrichtungen, hydromechanische Vorrichtungen und dergleichen), Schiebemuffen, Produktionsmuffen, Siebe, Filter, Durchflusssteuervorrichtungen (z. B. Einlaufsteuervorrichtungen, autonome Einlaufsteuervorrichtungen, Auslaufsteuervorrichtungen und dergleichen), Kopplungen (z. B. elektrohydraulische Nassverbindung, Trockenverbindung, induktive Kopplung und dergleichen), Steuerleitungen (z. B. elektrisch, faseroptisch, hydraulisch und dergleichen), Überwachungsleitungen, Bohrmeißel und Ausräumer, Sensoren oder verteilte Sensoren, Wärmetauscher, Ventile und entsprechende Betätigungsvorrichtungen im Bohrloch, Werkzeugdichtungen, Packer, Zementstopfen, Brückenstopfen und andere Bohrlochisolationsvorrichtungen oder Komponenten und dergleichen. Jede beliebige dieser Komponenten kann in dem vorstehend im Allgemeinen beschriebenen und in 1 dargestellten Bohrlochsystem 100 enthalten sein.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Packervorrichtung 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie gezeigt, beinhaltet die Packervorrichtung 200 einen Dorn 202, ein Dichtungselement 204, das in Umfangsrichtung um mindestens einen Teil des Dorns 202 herum angeordnet ist, und eine quellfeste Schicht 206, die mindestens einen Teil des Dichtungselements 204 bedeckt. Für Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann die Packervorrichtung 200 im Hinblick auf eine Mittel- oder Längsachse 208 und eine Querachse, die senkrecht zur Längsachse 208 ist, gekennzeichnet sein.
In einer Ausführungsform umfasst der Dorn 202 im Allgemeinen eine(n) zylindrische(n) oder rohrförmige(n) Struktur oder Körper. Wie gezeigt, ist der Dorn 202 koaxial mit der Längsachse der Packervorrichtung 200 ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen umfasst der Dorn 202 eine einheitliche Struktur (z. B. eine einzelne Herstellungseinheit, wie etwa eine durchgehende Länge eines Rohrs oder einer Röhre); alternativ kann der Dorn 202 zwei oder mehr betriebsfähig verbundene Komponenten umfassen (z. B. zwei oder mehr gekoppelte Unterkomponenten, wie etwa durch eine Gewindeverbindung). Der rohrförmige Körper des Dorns 202 definiert im Allgemeinen eine durchgehende axiale Strömungsbohrung 210, die eine Fluidbewegung durch den Dorn 202 ermöglicht.
Der Dorn 202 kann zum Einbau in ein Bohrlochrohr 212 (wie z. B. das Rohr 112 oder den Komplettierungsstrang 114 aus 1) konfiguriert sein. In einer derartigen Ausführungsform kann der Dorn 202 eine geeignete Verbindung mit dem Bohrlochrohr 212 beinhalten. Zum Beispiel kann der Dorn 202 innerhalb des Bohrlochrohrs 120 eingebaut sein, sodass die axiale Strömungsbohrung 210 des Dorns 202 in Fluidverbindung mit der axialen Strömungsbohrung 214 des Bohrlochrohrs 212 steht.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Packervorrichtung 200 ein oder mehrere optionale Rückhalteelemente 216. Im Allgemeinen sind die Rückhalteelemente 216 in Umfangsrichtung um den Dorn 202 herum benachbart zu dem Dichtungselement 204 und an diesem anliegend an jeder Seite des Dichtungselements 204 angeordnet, wie in 2 veranschaulicht. Alternativ kann das Rückhalteelement 216 nur an einer Seite zu dem Dichtungselement 204 benachbart sein und an diesem anliegen, wie zum Beispiel an einer Unterseite des Dichtungselements 204 oder an einer Oberseite des Dichtungselements 204. Das Rückhalteelement 216 verhindert oder begrenzt eine Längsbewegung (z. B. entlang der Mittelachse 208) des Dichtungselements 204 um den Dorn 202 herum, während das Dichtungselement 204, das in Umfangsrichtung um den Dorn 202 herum angeordnet ist, innerhalb einer Bohrung und/oder einer unterirdischen Formation platziert wird. In einigen Ausführungsformen verhindert oder begrenzt das Rückhalteelement 216 ferner eine Längsausdehnung (z. B. entlang der Mittelachse 208) des Dichtungselements 204, während es dessen radiale Ausdehnung zulässt.
Das Dichtungselement 204 ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass es zwei oder mehr Teile eines die Packervorrichtung 200 umgebenden Ringraums (z. B. zwischen der Packervorrichtung 200 und einer oder mehreren Wänden der Bohrung und/oder des Bohrlochfutterrohrs) selektiv abdichtet und/oder isoliert, indem es eine Barriere bereitstellt, die sich in Umfangsrichtung um mindestens einen Teil des Äußeren der Packervorrichtung 200 erstreckt. In einer Ausführungsform umfasst das Dichtungselement 204 eine hohlzylindrische Struktur, die eine Innenbohrung (z. B. eine rohrartige und/oder eine ringartige Struktur) aufweist. Das Dichtungselement 204 kann zum Beispiel einen geeigneten Innendurchmesser, einen geeigneten Außendurchmesser und/oder eine geeignete Dicke umfassen, die durch einen Fachmann unter Berücksichtigung von Faktoren ausgewählt werden können, die unter anderem die Größe/den Durchmesser des Dorns 202, die Wand, die das Dichtungselement 204 konfigurationsgemäß in Eingriff nimmt, die Kraft, mit der das Dichtungselement (eine) derartige Fläche(n) konfigurationsgemäß in Eingriff nimmt, oder andere verwandte Faktoren beinhalten. Zum Beispiel kann der Innendurchmesser des Dichtungselements 204 ungefähr gleich einem Außendurchmesser des Dorns 202 sein. In einer Ausführungsform kann das Dichtungselement 204 in dichtendem Kontakt (z. B. einer fluiddichten Abdichtung) mit dem Dorn 202 stehen. Wenngleich die Ausführungsform aus 2 eine Packervorrichtung 200 veranschaulicht, die ein einzelnes Dichtungselement 204 umfasst, wird der Fachmann erkennen, dass eine ähnliche Packervorrichtung eine beliebige andere geeignete Anzahl von Dichtungselementen umfassen kann.
Das Dichtungselement 204 ist bevorzugt aus einem verformbaren Elastomer ausgebildet, das auf dem Fachgebiet bekannt ist. Zum Beispiel beinhaltet das Dichtungselement 204 gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ein oder mehrere elastomere Materialien wie etwa gehärteten Nitril-Butadien-Kautschuk („HNBR“), Nitril-Butadien-Kautschuk („NBR“), Ethylen-Propylen-Kautschuk („EPR“), Tetrafluorethylen-/-propylen-Copolymer-Kautschuk („FEPM“), Fluorelastomere („FKM“), Neopren, Naturkautschuk, („AEM“) Ethylen-Acryl-Kautschuk, („ACM“) AcrylEster-Kautschuk, („EPDM“) Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, („EO“) Polyepichlorhydrin-Homopolymer („ECO“) Polyepichlorhydrin-Ethylen-Oxid-Copolymer, („GECO“) Polyepichlorhydrin-Ethylen-Oxid-Terpolymer, („EO/PO“) Ethylen-/Propylen-Oxid-Copolymer, („EOPO“) Terapolymere, („CR“) Chlorpren, („SBR“) Styrolkautschuk,.
In einigen Beispielen ist das Dichtungselement 204 aus einem Material ausgebildet, das keine sehr hohe Ölbeständigkeit aufweist. In einigen Beispielen ist das Dichtungselement 204 aus einem wasserquellenden Material ausgebildet. In mindestens einem Beispiel ist ein wasserquellendes Dichtungselement 204 aus einem der vorstehend aufgeführten Materialien ausgebildet, das in Verbindung mit einem Superabsorber verwendet wird. In mindestens einem Beispiel umfasst der Superabsorber ein superabsorbierendes Polymermaterial („SAP“), Salz oder eine Kombination davon.
Ferner, wie zuvor in Bezug auf 1 erörtert, umfasst das Dichtungselement 204 ein quellfähiges Material. Wie der Fachmann erkennen wird, hängt das Ausmaß der Quellung des Dichtungselements 204 (z. B. eines quellfähigen Materials) von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie zum Beispiel den Umgebungsbedingungen im Bohrloch (z. B. Temperatur, Druck, Zusammensetzung des Formationsfluids in Kontakt mit dem Dichtungselement, spezifisches Gewicht des Fluids, pH-Wert, Salinität, Salzart, Fluidviskosität usw.). Im Allgemeinen weist das Dichtungselement 204 eine radiale Ausdehnung (z. B. eine Zunahme des Außendurchmessers) auf, wenn es mit Quellfluiden in Kontakt gebracht wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Quellfluid ein Fluid auf Wasserbasis (z. B. wässrige Lösungen, Wasser usw.), ein Fluid auf Ölbasis (z. B. Kohlenwasserstofffluid, Ölfluid, ölhaltiges Fluid, Terpenfluid, Diesel, Benzin, Xylol, Octan, Hexan usw.) oder Kombinationen davon sein.
Andere quellfähige Materialien, die sich in Bezug auf Fluide auf Ölbasis und/oder Fluide auf Wasserbasis ähnlich verhalten, können ebenfalls geeignet sein. Der Durchschnittsfachmann wird dazu in der Lage sein, ein zweckmäßiges quellfähiges Material zur Verwendung in den Konfigurationen der vorliegenden Erfindung auf Grundlage einer Vielzahl von Faktoren auszuwählen, einschließlich der Anwendung, in der die Zusammensetzung verwendet wird, und der gewünschten Quellungseigenschaften. Zum Beispiel sind einige geeignete quellfähige Materialien im Handel als eine oder mehrere Komponenten des SWELLPACKER-Zonenisolationssystems von Halliburton Energy Services, Inc. erhältlich.
In der Ausführungsform aus 2 bedeckt die äußere, quellfeste Schicht 206 der Packervorrichtung 200 im Allgemeinen mindestens einen Teil einer Außenfläche 218 des Dichtungselements 204. Die quellfeste Schicht 206 ist im Wesentlichen impermeabel für Quellfluide, die verursachen würden, dass das Dichtungselement 204 aufquillt und sich ausdehnt. In einigen Beispielen weist die quellfeste Schicht 206 eine Permeabilität von weniger als 1 md (Millidarcy) auf. In mindestens einem Beispiel weist die quellfeste Schicht 206 eine Permeabilität von weniger als 1 µd (Mikrodarcy) auf. Die quellfeste Schicht 206 kann dazu konfiguriert sein, eine Quellrate des Dichtungselements 204 (z. B. eine Quellrate des quellfähigen Materials) zu steuern, wobei das quellfähige Material des Dichtungselements 204 bei ausreichendem Kontakt zwischen der Packervorrichtung 200 und Quellfluiden aufquillt (z. B. sich ausdehnt oder an Volumen zunimmt). Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung ist die Quellrate eines Materials (z. B. des Dichtungselement 204, eines quellfähigen Materials) als das Verhältnis zwischen der Volumenausdehnung oder -zunahme eines derartigen Materials und der Zeit oder Dauer definiert, die erforderlich ist, damit eine derartige Volumenausdehnung auftritt; wobei die Volumenausdehnung die Differenz zwischen einem am Ende des bewerteten Zeitraums bewerteten Endvolumen und einem am Anfang des bewerteten Zeitraums bewerteten Anfangsvolumen darstellt. Die quellfeste Schicht 206 kann die Quellrate steuern, indem sie die Exposition des quellfähigen Materials (z. B. des Dichtungselements 204) gegenüber dem Quellfluid begrenzt. Ferner kann der Kontakt zwischen dem Quellfluid und dem Dichtungselement 204 und folglich das Quellen des quellfähigen Materials von der Geometrie und Zusammensetzung des Mantels abhängen, der den fluidischen Zugang des Quellfluids zu dem Dichtungselement 204 steuert, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die quellfeste Schicht 206 nicht quellfähigen Kautschuk (oder ein anderes nicht quellfähiges elastomeres Material), der chemisch an die Außenfläche 218 des Dichtungselements 204 gebunden ist und den Teilen des Dichtungselements 204, die er bedeckt, eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung bereitstellt. Zum Beispiel dient die quellfeste Schicht 206 dazu, zwischen einem Fluid (z. B. einem Quellfluid) und dem Teil des Dichtungselements 204, der durch die quellfeste Schicht 206 bedeckt ist, zu verhindern. Die quellfeste Schicht 206 ist in Bezug auf Quellfluide im Allgemeinen undurchlässig oder impermeabel. In alternativen Ausführungsformen kann die quellfeste Schicht 206 jedoch eine geringe Permeabilität in Bezug auf das Quellfluid aufweisen. In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die quellfeste Schicht 206 ein oder mehrere elastomere Materialien beinhalten, wie etwa gehärteten Nitril-Butadien-Kautschuk („HNBR“), Nitril-Butadien-Kautschuk („NBR“), Perfluorelastomere („FFKM“), Tetrafluorethylen-/-propylen-Copolymer-Kautschuke („FEPM“), Fluorelastomere („FKM“), Neopren und Naturkautschuk. In mindestens einem Beispiel kann die quellfeste Schicht 206 aus einem Kautschuk gebildet sein, der weder in Wasser noch in Kohlenwasserstoffen quellfähig ist.
Unter Bezugnahme auf 3 ist nun eine querverlaufende Querschnittsansicht einer Packervorrichtung 300 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. Wie gezeigt, beinhaltet die Packervorrichtung 300 einen Dorn 302, ein quellfähiges Dichtungselement 304, das in Umfangsrichtung um den Dorn 302 herum angeordnet ist, und eine quellfeste Schicht 306, die mindestens einen Teil des Dichtungselements 304 bedeckt. Es wird angemerkt, dass in einigen Ausführungsformen das Dichtungselement 304 und die quellfeste Schicht 306 an den Dorn 302 gebunden oder auf andere Weise daran befestigt sein können. In anderen Ausführungsformen können das Dichtungselement 304 und die quellfeste Schicht 306 als Teil eines Aufstecksystems zur Verwendung an dem Dorn 302 eingebaut sein.
Der Dorn 302 umfasst im Allgemeinen eine(n) zylindrische(n) oder rohrförmige(n) Struktur oder Körper. In einigen Ausführungsformen umfasst der Dorn 302 eine einheitliche Struktur (z. B. eine einzelne Herstellungseinheit, wie etwa eine durchgehende Länge eines Rohrs oder einer Röhre); alternativ kann der Dorn 302 zwei oder mehr betriebsfähig verbundene Komponenten umfassen (z. B. zwei oder mehr gekoppelte Unterkomponenten, wie etwa durch eine Gewindeverbindung). Zum Beispiel kann der Dorn 302 zum Einbau in ein Bohrlochrohr (wie z. B. das Rohr 112 oder den Komplettierungsstrang 114 aus 1) konfiguriert sein.
Das quellfähige Dichtungselement 304 ist aus einem Material ausgebildet, das bei Exposition gegenüber einem bestimmten Fluid oder als Reaktion auf Bohrlochbedingungen aufquillt. Zum Beispiel kann das Volumen des quellfähigen Dichtungselements 304 als Reaktion auf einen Kohlenwasserstoff, Wasser oder ein anderes Quellfluid oder eine andere Chemikalie aufquellen. Bei Kontakt mit Quellfluiden quillt das quellfähige Dichtungselement 304 auf und dehnt sich von dem Dorn 302 radial nach außen aus. Das quellfähige Dichtungselement 304 kann aus einer Kautschukmischung oder einem anderen Material bestehen, das als einheitliches Element oder in Schichten aufgebaut ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das quellfähige Dichtungselement 304 ein Kautschukmaterial, das bei Exposition gegenüber Fluiden auf Kohlenwasserstoffbasis aufquillt. Die Quellrate hängt von der Chemie des Öls und der Temperatur ab, bei der die Exposition erfolgt. Öl wird im Allgemeinen durch Diffusion in das kohlenwasserstoffquellfähige Elastomer absorbiert. Durch die zufällige Wärmebewegung der Atome, die in flüssigen Kohlenwasserstoffen vorhanden sind, diffundiert Öl in das Elastomer. Öl diffundiert weiterhin in das Elastomer, was verursacht, dass das Packelement aufquillt, bis es einen Innendurchmesser des offenen Lochs oder Rohrs erreicht, innerhalb dessen die Packervorrichtung 300 eingesetzt wird.
In anderen Ausführungsformen beinhaltet das quellfähige Dichtungselement 304 ein Material, das bei Exposition gegenüber Wasser und Fluiden auf Wasserbasis aufquillt. Das Quellen wird erreicht, indem wasserabsorbierende Polymere in die Basiselastomerverbindung des quellfähigen Dichtungselements 304 eingemischt werden. In mindestens einem Beispiel werden Salze mit dem Basiselastomer kombiniert, um den Kautschuk „salziger“ zu machen als das Wasser, um die Osmose anzutreiben und eine Quellung zu erreichen. In einigen Beispielen werden sowohl wasserabsorbierende Polymere als auch Salze in das Basiselastomer kombiniert. Sobald die Packervorrichtung 300 Wasser ausgesetzt ist, wird das Wasser durch die Polymere absorbiert, was verursacht, dass sich das quellfähige Dichtungselement 304 von dem Dorn 302 radial nach außen ausdehnt. Ähnlich wie beim kohlenwasserstoffquellfähigen Elastomer wird eine Abdichtung erzeugt, sobald Kontakt mit der Bohrlochwand oder dem Bohrlochfutterrohr hergestellt wird.
Aufgrund der diffusionsbasierten Absorption von Quellfluiden durch quellfähige Materialien kann die Quellrate des Dichtungselements 304 gesteuert werden, indem die Exposition von quellfähigem Material (z. B. quellfähigem Dichtungselement 304) gegenüber Quellfluiden begrenzt wird. Zum Beispiel kann die Quellrate verlangsamt werden, indem ein Oberflächenbetrag des Dichtungselements 304 verringert wird, der Quellfluiden ausgesetzt ist. Ferner kann der Kontakt zwischen Quellfluiden und dem Dichtungselement 304 und folglich die Quellrate von der Geometrie und Zusammensetzung der quellfesten Schicht 306 abhängen, die den fluidischen Zugang des Quellfluids zu dem Dichtungselement 304 steuert, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Wie in der Ausführungsform aus 3 gezeigt, bedeckt eine äußere, quellfeste Schicht 306 der Packervorrichtung 300 im Allgemeinen mindestens einen Teil einer Außenfläche 308 des Dichtungselements 304. Die quellfeste Schicht 306 ist im Wesentlichen impermeabel für Quellfluide, die verursachen würden, dass das Dichtungselement 304 aufquillt und sich ausdehnt. Im Gegensatz zu anderen Beschichtungen, die über einen oder mehrere Beschichtungsvorgänge aufgetragen oder auflackiert werden können, umfasst die quellfeste Schicht 306 der vorliegenden Offenbarung nicht quellfähigen Kautschuk (oder ein anderes nicht quellfähiges elastomeres Material), der chemisch an die Außenfläche 308 des Dichtungselements 304 gebunden ist und den Teilen des Dichtungselements 304, die er bedeckt, eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung bereitstellt. Zum Beispiel kann die quellfeste Schicht 306 auf das quellfähige Dichtungselement 304 aufvulkanisiert werden, um die zwei aneinanderzubinden.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die quellfeste Schicht 306 eine impermeable Kautschukschicht (die nicht auf Bohrlochfluide reagiert), die teilweise verhindert, dass der darunter befindliche reaktive Kautschuk (z. B. das quellfähige Dichtungselement 306) mit Bohrlochfluiden reagiert. Zum Beispiel dient die quellfeste Schicht 306 dazu, direkten Kontakt zwischen einem Fluid (z. B. einem Quellfluid) und dem Teil des Dichtungselements 304, der durch die quellfeste Schicht 306 bedeckt ist, zu verhindern. Die quellfeste Schicht 306 ist in Bezug auf Quellfluide im Allgemeinen undurchlässig oder impermeabel. In alternativen Ausführungsformen kann die quellfeste Schicht 306 jedoch eine geringe Permeabilität in Bezug auf das Quellfluid aufweisen.
Die Bedeckung des Dichtungselements 304 mit der quellfesten Schicht 306 kann dazu konfiguriert sein, eine Quellrate des Dichtungselements 304 mit Rillen 310 (z. B. Schlitzen) zu steuern, die in der äußeren, quellfesten Schicht 306 ausgebildet sind und ermöglichen, dass Quellfluide das quellfähige Dichtungselement 304 erreichen. Die freigelegten Teile der Außenfläche 308 des Dichtungselements 304 (die z. B. die quellfeste Schicht 306 aufgrund der Rillen 310 nicht bedeckt) reagieren mit Quellfluiden und ermöglichen deren Diffusion. Die nicht freigelegten Teile des Dichtungselements 304 bleiben unreaktiv und quellen erst auf, wenn Quellfluide diese nicht freigelegten Teile über Diffusion erreichen. Auf diese Art und Weise steuert die quellfeste Schicht 306 die Quellrate des Dichtungselements 304 (da die Quellrate auf der Größe der Rillen 310 und/oder den Mustern in der äußeren quellfesten Schicht 306 beruht, die nicht mit Quellfluiden reagiert), indem sie einschränkt/verlangsamt, dass Bohrlochquellfluide die Teile des Dichtungselements 304 erreichen, die durch die quellfeste Schicht 306 bedeckt sind.
Es wird angemerkt, dass die quellfeste Schicht 306 oft die Schaffung einer verbesserten Dichtfläche gegen die Bohrlochwand oder das Bohrlochfutterrohr ermöglicht. Quellfähige Materialien neigen dazu, selbstschmierend zu sein, was zu Fluidfilmen auf ihren Außenflächen führen kann, die die Reibung und Verankerungsfähigkeiten gegenüber Bohrlochwänden verringern. Im Gegensatz dazu weist die quellfeste Schicht eine Oberflächenbeschaffenheit mit minimalen Fluidfilmen auf und erhöht somit ihre Verankerungsfähigkeiten aufgrund einer erhöhten Reibung in Bezug auf gequollene Dichtungselemente. Es wird ferner angemerkt, dass sich die quellfeste Schicht 306 aufgrund ihrer chemischen Bindung nicht von der Außenfläche 308 des Dichtungselements 304 löst, wodurch eine Fläche bereitgestellt wird, die zu mehr Reibung und verbesserter Abdichtung gegen die Bohrlochwand fähig ist. In einigen alternativen Ausführungsformen kann die quellfeste Schicht 306 ferner Partikel oder Additive umfassen (die z. B. auf einer Außenfläche 312 der quellfesten Schicht 306 eingebettet sind), um die Reibung gegen die Bohrlochwand zu erhöhen. Diese Additive können unter anderem Sand, Glas oder Metallpartikel verschiedener Formen und Größen beinhalten. Gleichermaßen können Stifte (wie diejenigen, die üblicherweise bei Winterreifen zu finden sind) zur Außenfläche 312 der quellfesten Schicht 306 hinzugefügt werden, um die Griffigkeit oder das Verankerungsvermögen der Packervorrichtung 300 zu erhöhen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Quellpackers (wie etwa der Packervorrichtung 300) im Allgemeinen die Schritte des Bereitstellens eines Dorns (z. B. des hier offenbarten Dorns 302), der ein Dichtungselement (z. B. das hier offenbarte Dichtungselements 304) aufweist, das in Umfangsrichtung um den Dorn herum angeordnet ist. Wie zuvor erörtert, ist das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig. Somit beinhaltet das Verfahren Binden einer quellfesten Schicht, um eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung zu bedecken. Dieser Bindungsprozess kann chemisches Binden der Außenfläche des Dichtungselements an die quellfeste Schicht unter Verwendung von Vulkanisierung oder einen beliebigen anderen Prozess beinhalten, der die zwei Schichten chemisch aneinanderbindet.
Die Quellrate des Dichtungselements kann gesteuert werden, indem eine oder mehrere Rillen in die quellfeste Schicht geschnitten werden, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Schneiden der einen oder mehreren Rillen Schneiden eines symmetrischen oder asymmetrischen Musters in die quellfeste Schicht. Andere Verfahren zum Steuern der Quellrate beinhalten unter anderem Variieren von mindestens einem von einem Muster, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einem Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht und der Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist. Variieren der Tiefe und Breite der Rillenschnitte kann sich auch auf die Oberfläche des Dichtungselements auswirken, das Quellfluiden ausgesetzt ist, und ändert daher die Quellraten. Es wird angemerkt, dass in einigen Ausführungsformen das Verfahren ferner Einbetten von mindestens einem von Partikeln oder Stiften auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht umfasst, um die Verankerungsfähigkeiten der quellfesten Schicht zu verbessern.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Beziehung zwischen dem freigelegten Teil des Dichtungselements 304 (z. B. aufgrund der Rillen 310) und den nicht freigelegten Teilen (z. B. aufgrund der Bedeckung durch die äußere, quellfeste Schicht 306) ein beliebiges geeignetes Muster, Design oder dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform können die Rillen 310 ein gitterartiges Muster, ein Rautenmuster, ein Muster aus vertikalen, horizontalen und/oder helikalen Streifen, eine zufällige Anordnung usw. umfassen. Zum Beispiel veranschaulicht 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Packervorrichtung 400 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie gezeigt, sind Rillen 402 in einem rautenförmigen Muster in die äußere, quellfeste Schicht 404 geschnitten, um das innere, quellfähige Dichtungselement freizulegen. Es wird angemerkt, dass in dieser beispielhaften Ausführungsform die Rillen im Allgemeinen die gesamte Länge der Packervorrichtung 400 umschließen.
In anderen Ausführungsformen können die Rillen unter Verwendung verschiedener linearer Formen (z. B. vertikaler, horizontaler und/oder helikaler Streifen) geschnitten werden. Zum Beispiel ist 5 eine perspektivische Ansicht einer Packervorrichtung 500 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie gezeigt, sind Rillen 502 in einem helikalen Muster in die äußere, quellfeste Schicht 504 geschnitten, um das innere, quellfähige Dichtungselement freizulegen. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Packervorrichtung 600 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie gezeigt, sind Rillen 602 derart in die äußere, quellfeste Schicht 604 geschnitten, dass sich die Rillen 602 in Umfangsrichtung um die Packervorrichtung 600 erstrecken, um das innere, quellfähige Dichtungselement freizulegen. Es wird angemerkt, dass in den beispielhaften Ausführungsformen aus 5-6 die Rillen nur entlang eines Teils der Länge der Packervorrichtungen geschnitten sind. In alternativen Ausführungsformen können die Rillen stattdessen entlang der gesamten Länge der Packervorrichtung geschnitten sein.
In anderen alternativen Ausführungsformen kann das Muster der Rillen zudem eine beliebige Vielzahl von Öffnungsformen und -größen für eine gegebene Oberflächenbedeckung bereitstellen. Zum Beispiel können die Rillen so geschnitten werden, dass sie einige wenige relativ große Öffnungen oder eine größere Anzahl kleinerer Öffnungen bereitstellen. Die Öffnungen oder offenen Bereiche können eine beliebige Form aufweisen, wie etwa eine runde Form (z. B. kreisförmig, oval oder elliptisch), eine quadratische oder rechteckige Form, eine lineare Form (z. B. vertikale, horizontale oder helikale Streifen) oder eine beliebige andere geeignete Form. Ferner kann die Verwendung nicht nur eines einzelnen Musters (z. B. der hier beschriebenen Beispiele aus 3-6), sondern von zwei oder mehr unterschiedlichen Mustern von Rillen, die in die quellfeste Schicht geschnitten sind, verwendet werden, um variierende Quellungseigenschaften (z. B. lineare Quellraten, nicht lineare Quellraten und verschiedene Kombinationen davon) bereitzustellen. Die hier bereitgestellte Offenbarung ist auf das Entfernen der quellfesten Barriereschicht (z. B. über das Schneiden von Rillen) in einem beliebigen Muster und das Beginnen oder Aufhören an einem beliebigen Punkt entlang der Länge oder des Umfangs der Packervorrichtung anwendbar.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Quellrate eines Quellpackers vorteilhaft durch Variieren der Zusammensetzung des quellenden Materials; der freigelegten Oberfläche des Dichtungselements; eines Musters, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist; einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und eines Verhältnisses zwischen der Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht und der Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist; oder beliebiger Kombinationen davon gesteuert (z. B. moduliert) werden. Wie der Fachmann erkennen wird, ist der Wert der Quellrate umso höher, je größer das Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht und der Gesamtoberfläche des Dichtungselements ist, die freigelegt ist (z. B. quillt das Dichtelement schneller oder mit einer schnelleren Rate auf). Gleichermaßen ist der Wert der Quellrate, wie der Fachmann erkennen wird, umso kleiner, je kleiner das Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht und der Gesamtoberfläche des Dichtungselements ist, die freigelegt ist (z. B. quillt das Dichtungselement langsamer oder mit einer langsameren Rate auf).
Durch Umsetzen der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können viele Vorteile erzielt werden. Zum Beispiel stellt der hier beschriebene quellfeste Kautschuk eine Außenschicht mit verbesserten Griffeigenschaften bei Bohrlöchern mit offenem Loch oder gefütterten Bohrlöchern bereit. In einigen Ausführungsformen können die Rillen in dem äußeren, quellfesten Kautschuk zudem dazu dienen, einen Saug- oder Vakuumbereich zwischen dem quellenden Kautschuk und der Bohrlochwand oder dem Bohrlochfutterrohr zu erzeugen, wodurch verbesserte Griffeigenschaften bereitgestellt werden. In anderen Ausführungsformen kann die quellfeste Schicht ferner Partikel enthalten, die eine verbesserte Reibung und Verankerungskraft gegen die Bohrlochwand bereitstellen und die Differenzdruckbewertung von Packerelementen erhöhen können.
Die Außenschicht aus quellfestem Kautschuk kann beliebige mögliche symmetrische oder asymmetrische Muster aufweisen, was Änderungen der Oberfläche des inneren Quellkautschuks ermöglicht, die dem Quellfluid ausgesetzt ist. Dies ermöglicht die Verzögerung oder Steuerung der Quellrate auf Grundlage der Flächenexposition (während die Verwendung von Barrieren oder Beschichtungen vermieden wird) und vermeidet Beeinträchtigungen der Quellkautschukintegrität. Zusätzlich verringert das Einschließen des quellfähigen Materials des Dichtungselements (z. B. des Quellkautschuks) innerhalb der quellfähigen Schicht seine Extrusion, wodurch die Notwendigkeit von Anti-Extrusions-Endringen verringert wird.
Obwohl hier bestimmte spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, sollte es sich verstehen, dass beliebige Anordnungen, die zum Erreichen des gleichen Zwecks ausgelegt sind, an die Stelle der spezifischen gezeigten Ausführungsformen treten können. Diese Offenbarung soll alle etwaigen Anpassungen oder Abwandlungen verschiedener Ausführungsformen abdecken. Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen und anderer Ausführungsformen, die hier nicht ausdrücklich beschrieben sind, werden nach der Lektüre der vorstehenden Beschreibung für den Fachmann auf der Hand liegen.
Obwohl vorliegend spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann verstehen, dass beliebige Anordnungen, die zum Erreichen des gleichen Zwecks ausgelegt sind, an die Stelle der spezifischen gezeigten Ausführungsformen treten können. Verschiedene Ausführungsformen verwenden Permutationen oder Kombinationen von hier beschriebenen Ausführungsformen.
Die folgenden nummerierten Beispiele sind veranschaulichende Ausführungsformen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

1. Eine Packervorrichtung kann Folgendes beinhalten: einen Dorn, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist; ein Dichtungselement, das sich radial um den Dorn herum erstreckt; und eine quellfeste Schicht, die eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung bedeckt, bei der eine oder mehrere Rillen in die quellfeste Schicht geschnitten sind, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen, und bei der die quellfeste Schicht dazu konfiguriert ist, eine Fluidverbindung zwischen einem Quellfluid, das außerhalb der quellfesten Schicht angeordnet ist, und Teilen der Außenfläche des Dichtungselements, die durch die quellfeste Schicht bedeckt sind, zu verhindern.
2. Packervorrichtung nach Beispiel 1, bei der die quellfeste Schicht chemisch an die Außenfläche des Dichtungselements gebunden ist.
3. Packervorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig ist.
4. Packervorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die Bedeckung des Dichtungselements mit der quellfesten Schicht konfigurierbar ist, um eine Quellrate des Dichtungselements zu steuern.
5. Packervorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die Quellrate zunimmt, wenn ein Verhältnis zwischen einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einer Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht zunimmt.
6. Packervorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die eine oder mehreren Rillen ein Muster beinhalten, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, um darunterliegende Teile des Dichtungselements freizulegen.
7. Packervorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die quellfeste Schicht ferner Partikel beinhaltet, die auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht eingebettet sind, um die Reibung zu erhöhen, wenn die Packervorrichtung aktiviert ist.
8. Ein System kann Folgendes beinhalten: ein Produktionsrohr innerhalb einer Bohrung, bei dem die Bohrung mit einem Bohrlochfutterrohr gefüttert ist; und eine Packervorrichtung, die entlang des Produktionsrohrs eingesetzt ist, bei der die Packervorrichtung Folgendes beinhaltet: einen Dorn, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist; ein Dichtungselement, das sich radial um den Dorn herum erstreckt; und eine quellfeste Schicht, die eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung bedeckt, bei der eine oder mehrere Rillen in die quellfeste Schicht geschnitten sind, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen, und bei der die quellfeste Schicht dazu konfiguriert ist, eine Fluidverbindung zwischen einem Quellfluid, das außerhalb der quellfesten Schicht angeordnet ist, und Teilen der Außenfläche des Dichtungselements, die durch die quellfeste Schicht bedeckt sind, zu verhindern.
9. System nach Beispiel 8, bei dem die quellfeste Schicht chemisch an die Außenfläche des Dichtungselements gebunden ist.
10. System nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig ist.
11. System nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die Bedeckung des Dichtungselements mit der quellfesten Schicht konfigurierbar ist, um eine Quellrate des Dichtungselements zu steuern.
12. System nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die Quellrate zunimmt, wenn ein Verhältnis zwischen einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einer Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht zunimmt.
13. System nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die eine oder mehreren Rillen ein Muster beinhalten, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, um darunterliegende Teile des Dichtungselements freizulegen.
14. System nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem das Muster mindestens eines von einem gitterartigen Muster, einem Rautenmuster, einem Muster aus vertikalen, horizontalen und helikalen Streifen beinhaltet.
15. System nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei dem die quellfeste Schicht ferner Partikel beinhaltet, die auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht eingebettet sind, um die Reibung zu erhöhen, wenn die Packervorrichtung aktiviert ist.
16. Ein Verfahren kann Folgendes beinhalten: Bereitstellen eines Dorns, der ein Dichtungselement aufweist, das in Umfangsrichtung um den Dorn herum angeordnet ist, bei dem das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig ist; Binden einer quellfesten Schicht, um eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung zu bedecken; und Schneiden einer oder mehrerer Rillen in die quellfeste Schicht, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen.
17. Verfahren nach Beispiel 16, bei dem Binden der quellfesten Schicht chemisches Binden der Außenfläche des Dichtungselements an die quellfeste Schicht unter Verwendung von Vulkanisierung beinhaltet.
18. Verfahren nach einem der Beispiele 16-17, bei dem Schneiden einer oder mehrerer Rillen Schneiden eines symmetrischen oder asymmetrischen Musters in die quellfeste Schicht beinhaltet.
19. Verfahren nach einem der Beispiele 16-18, ferner beinhaltend: Einbetten von mindestens einem von Partikeln oder Stiften auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht, um die Verankerungsfähigkeiten der quellfesten Schicht zu verbessern.
20. Verfahren nach einem der Beispiele 16-19, ferner beinhaltend: Steuern einer Quellrate des Dichtungselements durch Variieren von mindestens einem von einem Muster, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einem Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht und der Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist.

Die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der vorliegenden Schrift bilden, zeigen veranschaulichend, aber nicht einschränkend, spezifische Ausführungsformen, in denen der Gegenstand umgesetzt werden kann. Die veranschaulichten Ausführungsformen werden ausführlich genug beschrieben, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die hier offenbarten Lehren umzusetzen. Andere Ausführungsformen können verwendet und davon abgeleitet werden, sodass strukturelle und logische Ersetzungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die detaillierte Beschreibung ist daher nicht als einschränkend zu verstehen und der Umfang verschiedener Ausführungsformen wird nur durch die beigefügten Ansprüche zusammen mit allen Äquivalenten definiert, die diesen Ansprüchen zustehen.

Claims

Packervorrichtung, umfassend: einen Dorn, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist; ein Dichtungselement, das sich radial um den Dorn herum erstreckt; und eine quellfeste Schicht, die eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung bedeckt, wobei eine oder mehrere Rillen in die quellfeste Schicht geschnitten sind, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen, und wobei die quellfeste Schicht dazu konfiguriert ist, eine Fluidverbindung zwischen einem Quellfluid, das außerhalb der quellfesten Schicht angeordnet ist, und Teilen der Außenfläche des Dichtungselements, die durch die quellfeste Schicht bedeckt sind, zu verhindern.
Packervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die quellfeste Schicht chemisch an die Außenfläche des Dichtungselements gebunden ist.
Packervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig ist.
Packervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bedeckung des Dichtungselements mit der quellfesten Schicht konfigurierbar ist, um eine Quellrate des Dichtungselements zu steuern.
Packervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Quellrate zunimmt, wenn ein Verhältnis zwischen einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einer Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht zunimmt.
Packervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Rillen ein Muster umfassen, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, um darunterliegende Teile des Dichtungselements freizulegen.
Packervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die quellfeste Schicht ferner Partikel umfasst, die auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht eingebettet sind, um die Reibung zu erhöhen, wenn die Packervorrichtung aktiviert ist.
System, umfassend: ein Produktionsrohr innerhalb einer Bohrung, wobei die Bohrung mit einem Bohrlochfutterrohr gefüttert ist; und eine Packervorrichtung, die entlang des Produktionsrohrs eingesetzt ist, wobei die Packervorrichtung Folgendes beinhaltet: einen Dorn, der eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist; ein Dichtungselement, das sich radial um den Dorn herum erstreckt; und eine quellfeste Schicht, die eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung bedeckt, wobei eine oder mehrere Rillen in die quellfeste Schicht geschnitten sind, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen, und wobei die quellfeste Schicht dazu konfiguriert ist, eine Fluidverbindung zwischen einem Quellfluid, das außerhalb der quellfesten Schicht angeordnet ist, und Teilen der Außenfläche des Dichtungselements, die durch die quellfeste Schicht bedeckt sind, zu verhindern.
System nach Anspruch 8, wobei die quellfeste Schicht chemisch an die Außenfläche des Dichtungselements gebunden ist.
System nach Anspruch 8, wobei das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Bedeckung des Dichtungselements mit der quellfesten Schicht konfigurierbar ist, um eine Quellrate des Dichtungselements zu steuern.
System nach Anspruch 11, wobei die Quellrate zunimmt, wenn ein Verhältnis zwischen einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einer Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht zunimmt.
System nach Anspruch 8, wobei die eine oder mehreren Rillen ein Muster umfassen, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, um darunterliegende Teile des Dichtungselements freizulegen.
System nach Anspruch 13, wobei das Muster mindestens eines von einem gitterartigen Muster, einem Rautenmuster, einem Muster aus vertikalen, horizontalen und helikalen Streifen beinhaltet.
System nach Anspruch 8, wobei die quellfeste Schicht ferner Partikel umfasst, die auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht eingebettet sind, um die Reibung zu erhöhen, wenn die Packervorrichtung aktiviert ist.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Dorns, der ein Dichtungselement aufweist, das in Umfangsrichtung um den Dorn herum angeordnet ist, wobei das Dichtungselement in Gegenwart von Quellfluiden quellfähig ist; Binden einer quellfesten Schicht, um eine Außenfläche des Dichtungselements in Umfangsrichtung zu bedecken; und Schneiden einer oder mehrerer Rillen in die quellfeste Schicht, um einen Teil der Außenfläche des Dichtungselements freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Binden der quellfesten Schicht chemisches Binden der Außenfläche des Dichtungselements an die quellfeste Schicht unter Verwendung von Vulkanisierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Schneiden einer oder mehrerer Rillen Schneiden eines symmetrischen oder asymmetrischen Musters in die quellfeste Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Einbetten von mindestens einem von Partikeln oder Stiften auf einer Außenfläche der quellfesten Schicht, um die Verankerungsfähigkeiten der quellfesten Schicht zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Steuern einer Quellrate des Dichtungselements durch Variieren von mindestens einem von einem Muster, das in die quellfeste Schicht geschnitten ist, einer Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist, und einem Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der quellfesten Schicht und der Gesamtoberfläche des Dichtungselements, die freigelegt ist.