EA001142B1

EA001142B1 - Способ установки свернутого в спираль упругого листа вдоль внутренней поверхности канала для текучей среды

Info

Publication number: EA001142B1
Application number: EA200000254A
Authority: EA
Inventors: Мартин Доннелли; Вильхельмюс Христианюс Мария Лохбек; Роберт Брюс Стюарт
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2000-10-30
Also published as: US20010039711A1; CA2299685C; CN1268206A; WO1999010622A1; NZ502643A; EP1009909B1; EP0899420A1; DE69809443D1; BR9811370A; CA2299685A1; US6516506B2; DK1009909T3; AU731733B2; NO318150B1; NO20000937L; AU9266898A; CN1098405C; OA11326A; EA200000254A1; EP1009909A1

Description

Изобретение относится к способу установки свернутого в спираль упругого листа вдоль внутренней поверхности канала или скважины для текучей среды.

Из описания патентов США 4 501 327 и 5 040 283 известен способ наматывания в виде спирали листа на несущий инструмент и последующего перемещения несущего инструмента с расположенным на нем спиральным листом через канал к месту, в котором должен быть установлен лист, после чего лист освобождают с несущего инструмента и позволяют ему развернуться в направлении внутренней поверхности канала.

В патенте США 5 040 283 используется лист, выполненный из металла с памятью, который расширяется в результате повышения температуры. Недостатком этого способа является то, что металлы с памятью являются дорогими и их трудно получать в виде листов большого размера.

В патенте США 4 501 327 раскрыто использование пружинной стали или алюминия в качестве упругого материала, который имеет упругую деформацию 0,55% или менее (0,2% для алюминия), причем подходящая толщина листового материала составляет примерно 3/64 дюйма (1,2 мм).

В этом известном способе упругий материал прижимается к стенке канала, когда несущий инструмент вытягивают через развернувшийся лист.

Недостатки этого известного способа состоят в том, что используют относительно тонкий листовой материал, который может быть легко поврежден и который имеет упругость, которая достаточна лишь для развертывания листа, но которая недостаточна для обеспечения прижимания листа в заданном положении вдоль внутренней стенки канала, так что необходим еще рабочий ход для окончательного прижимания.

Можно полагать, что малая толщина известных листов из алюминия или пружинной стали и относительно низкое усилие расширения связаны с низкой способностью к упругой деформации используемого материала.

Задачей данного изобретения является устранение этих недостатков и создание способа установки свернутого в спираль упругого листа вдоль внутренней поверхности канала для текучей среды, который позволяет использовать относительно толстый и устойчивый лист, который нелегко повредить после установки, и который не требует рабочего хода для прижимания листа к стенке канала с помощью расширительного инструмента.

Для обеспечения этих и других преимуществ в способе, согласно данному изобретению, используют упругий лист, который имеет толщину стенки, по меньшей мере, 2 мм и упругую или псевдоупругую обратимую деформа цию, по меньшей мере, 0,6%, для обеспечения развертывания спирального листа с силой расширения, достаточной для самостоятельного прижимания листа к внутренней поверхности канала во время установки без помощи прижимного устройства и сохранения своего положения после установки.

При использовании в данном описании понятие упругой деформации относится к отношению предела текучести к модулю Юнга для материалов, имеющих предел текучести, или к отношению условного предела текучести к модулю Юнга для материалов, которые не имеют предела текучести. Если упругая деформация выражена в процентах, то это значит, что указанное отношение умножено на 1 00.

Упругий лист предпочтительно имеет среднюю толщину стенки, по меньшей мере, 3 мм и изготовлен из титанового сплава, имеющего модуль упругости не более 115000 МРа и условный предел текучести, по меньшей, мере 825 МРа, так что упругая деформация составляет более 0,75%.

Также предпочтительно, чтобы упругий лист имел среднюю толщину стенки, по меньшей мере, 4 мм и был изготовлен из сплава Τί6А1-4У.

Лист может быть прямоугольным листом без перфорации, который используют для герметизации или установки накладки в месте, в котором стенка канала разрушена, повреждена или эродирована. В качестве альтернативного решения, если канал для текучей среды является входной зоной скважины для добычи углеводородов, лист перфорируют на равных интервалах и устанавливают вдоль внутренней поверхности скважины для выполнения функции скважинного фильтра.

Если лист необходимо свернуть в спираль очень небольшого диаметра, например, если его необходимо перемещать через препятствия в канале, то предпочтительно использовать псевдоупругий сплав в качестве материала листа. Подходящими псевдоупругими сплавами являются Τί-16ν-3Α1-6Ζτ и ΤίΝί.

Эти и другие признаки, цели и преимущества способа, согласно изобретению, следуют из приведенного ниже подробного описания предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - упругий лист, помещенный внутрь канала или вертикальной подземной скважины, на виде сбоку; и фиг. 2 - развернутый упругий лист, который содержит окружные прорези, позволяющие использовать лист в качестве скважинного фильтра, на виде сбоку.

На фиг. 1 показаны вертикальная скважина 1 , проходящая через подземный слой 2, и упругий лист 3, который развернулся в направлении стенки 4 скважины 1 .

Лист 3 опущен в скважину 1 с использованием несущего инструмента 5, подвешенного к тросу 6.

Несущий инструмент 5 и трос 6 показаны на чертеже штриховыми линиями.

Перед опусканием несущего инструмента 5 в скважину 1 лист 3 спирально наматывают вокруг инструмента 5 и закрепляют на инструменте 5 с использованием прихваточных сварных швов и/или зажимов. После достижения инструментом места, где должен быть установлен лист 3, прихваточные сварные швы и/или зажимы освобождаются, например, с помощью взрывных устройств, которые разрушают прихваточные сварные швы и/или зажимы.

Упругий лист 3 имеет толщину, по меньшей мере, 2 мм и упругую деформацию, по меньшей мере, 0,6%, которая позволяет листу развивать большую силу расширения, так что он разворачивается и прижимается к стенке 4 скважины 1 и остается на месте после установки, даже если давление окружающего слоя 2 выше давления текучей среды внутри скважины

1.

Если смотреть в направлении окружности, концы упругого листа 3 образуют створки 7, где лист 3 имеет уменьшенную толщину стенки. Длину окружности листа 3 выбирают несколько большей, чем периметр стенки 4 скважины 1 , так что створки 7, по меньшей мере, частично накладываются друг на друга после развертывания листа 3 к указанной стенке 4. Таким образом, створки 7 образуют изоляцию против утечек и образуют гладкое и почти бесшовное внутреннее отверстие из развернутого листа 3. Для улучшения герметизации можно поместить дополнительный рукав (не изображен) из пористой резины на внешней стороне наружной створки 7. Этот рукав должен быть соединен вдоль осевой линии, но не вокруг периметра створки 7. Это необходимо потому, что резина должна при развертывании растягиваться и при этом скользить над створкой 7, которая не растягивается. Контактную поверхность можно смазать.

В показанном на фиг. 1 узле створки 7 не учтены при определении средней толщины стенки листа 3. Согласно изобретению средняя толщина стенки листа 3 составляет, по меньшей мере, 2 мм, при этом толщина стенки створок 7 может быть менее 2 мм. Таким образом, при использовании в данном описании, понятие средней толщины стенки относится к любым частям листа 3, кроме створок 7 и тех мест, в которых лист 3 перфорирован.

Максимальную среднюю толщину стенки Т листа 3, который полностью упруго развернется, можно подсчитать с помощью формулы:

Τ/ά - Τ/Ό < Υ/Ε, где:

ά - диаметр спирально свернутого листа,

Ό - диаметр отпущенного листа,

Υ - предел текучести или условный предел текучести материала листа и

Е - модуль упругости материала листа.

Благодаря высокой упругой деформации, равной, по меньшей мере, 0,6%, результирующейся из комбинации малого модуля упругости или модуля Юнга (предпочтительно не более 1 15000 МРа) и высокого условного предела текучести (предпочтительно по меньшей мере 825 МРа), лист, согласно изобретению, может иметь большую толщину стенки, чем обычные упругие листы. Сплавы титана, имеющие модуль упругости менее 150000 МПа, особенно пригодны для использования в листе, согласно изобретению. Лист из сплава титана класса 5, имеющий среднюю толщину стенки 4 мм, можно использовать для ремонта кожуха диаметром 7 дюймов (17,5 мм). Лист из сплава Т1-22У-4А1, имеющий модуль упругости 82 МПа и обработанный термомеханическим способом для получения условного предела текучести 720 МПа или более, можно использовать для того же ремонта со средней толщиной стенки 5 мм.

Кроме того, некоторые метастабильные бета-сплавы титана, такие как Τί-16ν-3Α1-6Ζτ, при соответствующей термомеханической обработке, имеют псевдоупругость такой величины, которая позволяет иметь среднюю толщину стенки между 11 и 13 мм. ΤίΝί позволяет иметь даже большую толщину стенки. Эти псевдоупругие сплавы можно свертывать спирально с малым диаметром, когда лист имеет среднюю толщину стенки в несколько мм, для обеспечения установки с преодолением препятствий, которые встречаются при выполнении работ в трубах скважин для добычи нефти и газа.

Большая средняя толщина стенки листа 3 полезна не только для создания устойчивой спирали, но также для увеличения пружинной силы, с которой лист 3 разворачивается и прижимается к стенке 4 скважины 1 .

На фиг. 2 показан развернутый лист, согласно изобретению, который образует скважинный фильтр 1 0, содержащий продолговатые окружные прорези 11, которые расположены, по существу, параллельными рядами как в осевом, так и в окружном направлениях фильтра 10, без расположения в шахматном порядке рядов прорезей. Перфорация также выполнена конусной (не изображено) в радиальном направлении, так что наименьшая ширина отверстий находится на наружной поверхности листа при свертывании листа в спираль.

Конусная форма прорезей 11 служит для предотвращения входа частиц песка в прорези 11, которые будут застревать внутри прорезей 11.

Расположенные по окружности, не расположенные в шахматном порядке прорези 11 являются предпочтительными по сравнению с отверстиями или с не расположенными по окружности прорезями, поскольку свертывание в спираль и развертывание может происходить с минимальной концентрацией напряжений в материале фильтра, при одновременном сохранении максимальной пружинной силы, прочности и жесткости.

Свернутый скважинный фильтр, показанный на фиг. 2, может быть также покрыт, предпочтительно, на наружной поверхности, фильтровальным материалом. Фильтровальный материал может быть необязательно отделен от поверхности фильтра 10 дренажным слоем, например, грубо сплетенной проволокой, так что жидкость, проходящая через фильтровальный слой не непосредственно напротив прорези 11 в спирали может протекать к прорези 11 через дренажный слой.

Фильтровальный и дренажный слои могут быть выполнены из свернутых в спираль листов фильтровального или дренажного материала, которые окружают фильтр 10. Листы фильтра 10 и фильтровального и дренажного слоев могут быть снабжены концевыми створками, где листы имеют уменьшенную толщину, как показано на фиг. 1, для создания бесшовного фильтра, когда узел, состоящий из фильтра 10 и окружающих фильтровального и дренажного слоев, разворачивается к стенкам скважины или перфорированной эксплуатационной колонныхвостовика. Таким образом, скважинный фильтр может прижиматься непосредственно к скважине или к перфорированной эксплуатационной колонне-хвостовику без мешающего кольцевого зазора, что устраняет необходимость уплотнения гравием и тем самым снижает опасность эрозии и стабилизирует пласт.

При желании, накладывающиеся друг на друга концы листа или фильтра можно удерживать в фиксированном положении относительно друг друга после развертывания листа и его установки внутри канала или скважины. Этого можно достичь с помощью сварки или склеивания друг с другом, или с помощью предусмотренных на накладывающихся друг на друга концах осевых запирающих канавок или запорных профилей, которые не препятствуют разворачиванию, однако препятствуют обратному свертыванию листа или фильтра.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 . Способ установки свернутого в спираль упругого листа (3, 10) вдоль внутренней поверхности (4) канала (1) для текучей среды, содержащий стадии:

- сворачивания в спираль упругого листа (3, 10) и закрепления свернутого листа на несущем инструменте (5), так чтобы несущий инст румент (5) со свернутым листом (3, 10) можно было перемещать через канал (1);

- перемещения несущего инструмента (5) к месту в канале (1 ), где должен быть установлен упругий лист (3, 10); и

- освобождение упругого листа (3, 10) от несущего инструмента (5) с обеспечением возможности развертывания упругого листа (3, 10) в направлении внутренней поверхности (4) канала (1 ), отличающийся тем, что используют упругий лист (3, 10), имеющий среднюю толщину стенки, по меньшей мере, 2 мм и упругую деформацию или псевдоупругую обратимую деформацию, по меньшей мере, 0,6 %, для обеспечения развертывания свернутого в спираль листа (3, 10) с силой расширения, достаточно высокой для прижимания листа (3, 10) к внутренней поверхности (4) канала (1 ) во время установки без использования прижимного устройства, чтобы оставить на месте после установки.
2. Способ по п. 1 , в котором используют упругий лист (3, 10), имеющий среднюю толщину стенки, по меньшей мере, 3 мм и изготовленный из титанового сплава, имеющего модуль упругости не более 115000 МПа и условный предел текучести по меньшей мере 825 МПа.
3. Способ по п.2, в котором используют упругий лист (3, 10), имеющий среднюю толщину стенки, по меньшей мере, 4 мм и изготовленный из сплава Т1-6А1-4У.
4. Способ по п.1, в котором канал (1) для текучей среды образован входной зоной скважины для добычи углеводородов и лист (10) перфорируют с равномерными интервалами и устанавливают вдоль внутренней поверхности (4) скважины (1) для выполнения функции скважинного фильтра.
5. Способ по п.4, в котором перфорация состоит из продолговатых, расположенных по окружности прорезей (11), которые располагают, по существу, параллельными рядами как в осевом, так и в направлении окружности на листе (10) без расположения в шахматном порядке рядов прорезей.
6. Способ по п.4, в котором перфорация является конусной в радиальном направлении, так что наименьшая ширина отверстий расположена на наружной поверхности свернутого в спираль упругого листа (1 0).
7. Способ по п.1, в котором упругий лист (3, 10) имеет толщину, по меньшей мере, 5 мм и изготовлен из псевдоупругого сплава.
8. Способ по п.7, в котором сплав является отожженным в области твердого раствора сплавом Τί-16ν-3Α1-6Ζτ.
9. Способ по п.7, в котором сплав является сплавом Т1№.