EA003385B1 - Устройство и способ крепления первой трубы ко второй трубе - Google Patents

Abstract

Устройство и способ крепления первой трубы (10) ко второй трубе (12). Первая труба (10) обычно представляет собой расширяемую трубу, при этом часть первой трубы расширяется посредством приложения к ней радиального усилия для обеспечения крепления и/или уплотнения между первой (10) и второй (12) трубами. Выполнено надувное устройство (14), которое может быть использовано для временного крепления, когда первая (расширяемая) труба (10) расширена в радиальном направлении. Как вариант, к надувному устройству (14) прикреплено расширительное устройство (16), которое обеспечивает приложение усилия к первой трубе (10) для расширения в радиальном направлении.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству и способу крепления первой трубы ко второй трубе, причём устройство и способ, чтобы обеспечить временное крепление, в частности, но не исключительно, используют надувное устройство.

При добыче углеводородов из буровой скважины обычно бурят скважину и при этом крепят скважину обсадными трубами. Обсадные трубы устанавливают для того, чтобы предотвратить обрушение породы, находящейся вокруг буровой скважины. Кроме того, обсадные трубы препятствуют протеканию в буровую скважину нежелательных текучих сред из окружающей породы и подобным же образом препятствуют просачиванию в окружающую породу текучих сред, находящихся внутри буровой скважины.

Скважины обычно бурят и крепят обсадными трубами каскадным способом, то есть крепление буровой скважины обсадными трубами начинают с её верхней части, используя обсадную трубу относительно большого диаметра. Последующую обсадную трубу пропускают по внутреннему диаметру обсадной трубы, которая находится выше, следовательно наружный диаметр последующей обсадной трубы ограничен внутренним диаметром предыдущей обсадной трубы. Таким образом обсадные трубы проходят каскадом, при этом диаметр отрезков обсадных труб уменьшается с увеличением глубины скважины. Такое постепенное уменьшение диаметра приводит к получению относительно небольшого внутреннего диаметра обсадной трубы вблизи донной части скважины, в связи с чем будет ограничено количество углеводородов, которое может быть добыто. Кроме того, создание буровой скважины с относительно большим диаметром в её верхней части приводит к повышенным затратам в связи с тем, что в этом случае требуются большие буровые долота, а также необходимы тяжёлое оборудование для манипулирования увеличенными обсадными трубами и повышенные объёмы буровой жидкости.

Каждую буровую трубу обычно сажают на цемент в надлежащем месте посредством заполнения цементом кольцевого зазора, образуемого между обсадной трубой и окружающей породой. Жидкое цементное тесто нагнетают вниз в обсадную трубу, после чего устанавливают резиновую пробку на верхнюю часть цемента. Затем к обсадной трубе сверху от цемента нагнетают буровую жидкость, при этом происходит выталкивание цемента из донной части обсадной трубы и он проходит в кольцевой зазор. Нагнетание буровой жидкости прекращают, когда пробка достигает донной части обсадной трубы, после чего работы со скважиной должны быть приостановлены, обычно на несколько часов, пока не произойдёт застывание цемента. Такая операция требует увеличенного времени бурения вследствие процесса нагнетания и затвердевания цемента, что может значительно увеличить производственные затраты.

Известно использование гибкой обсадной трубы, которая может быть расширена в радиальном направлении, с тем чтобы наружная поверхность обсадной трубы вошла в соприкосновение с породой вокруг буровой скважины. Гибкая обсадная труба подвергается пластической деформации при её расширении, которое обычно выполняют расширительным устройством, например, керамическим или стальным конусом, либо чем-то подобным при прохождении через обсадную трубу. Расширительное устройство поступательно продвигается по трубе подобно ершу для чистки труб, при этом его можно толкать (используя, например, текучую среду под давлением) или тянуть (используя бурильную трубу, бурильные штанги, спиральную трубу, провод или что-то подобное).

Отрезки расширяемой обсадной трубы соединяют друг с другом (обычно посредством резьбовых соединений) для получения колонны обсадных труб. Колонну обсадных труб вводят в буровую скважину в нерасширенном состоянии, после чего её расширяют, используя расширительное устройство, причём для выполнения процесса расширения обычно прилагают значительное усилие. Однако требуется крепление нерасширенной колонны обсадных труб в её верхнем конце или в нижнем конце, либо вблизи от этих концов при выполнении процесса расширения с тем, чтобы предотвратить нежелательное перемещение. Это связано с тем, что когда колонна обсадных труб находится в нерасширенном состоянии, наружная поверхность колонны не находится в контакте с породой, окружающей буровую скважину, либо с внутренней поверхностью предварительно установленной обсадной трубы или с облицовкой (пока, по меньшей мере, часть обсадной трубы не будет расширена в радиальном направлении), следовательно в данном случае отсутствует надлежащее начальное место крепления.

Для временного крепления нерасширенной обсадной трубы к буровой скважине в течение выполнения процесса расширения обычно используют башмаки. Башмаки в общем представляют собой клинообразную стальную шарнирную часть, которая при её использовании обеспечивает временное крепление. Когда башмаки приводят в действие, клинообразные части входят в зацепление с породой, окружающей буровую скважину, с обсадной трубой или с облицовкой.

Однако механическая конфигурация башмаков часто вызывает повреждение обсадной трубы или облицовки. В некоторых случаях повреждение приводит к тому, что башмаки перестают функционировать вследствие потери возможности механического прижима. Устройства типа башмаков, предназначенные для вхожде3 ния в зацепление с породой в скважине, не закреплённой обсадными трубами, часто склонны к проскальзыванию.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создано устройство, предназначенное для крепления первой трубы ко второй трубе и содержащее надувное устройство для зацепления с первой трубой, которое может быть надуто для обеспечения крепления первой трубы ко второй трубе.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения создан способ, предназначенный для крепления первой трубы ко второй трубе и содержащий стадии обеспечения первой трубы, обеспечения расширительного устройства, которое находится в контакте с первой трубой, перемещения первой трубы и надувного устройства во вторую трубу и последующего наддува надувного устройства для обеспечения крепления первой трубы ко второй трубе.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения создан способ, предназначенный для крепления расширяемой трубы ко второй трубе и содержащий стадии обеспечения расширяемой трубы, перемещения первой трубы во вторую трубу, прохождения надувного устройства в трубу и последующего наддува надувного устройства для обеспечения крепления расширяемой трубы ко второй трубе.

Первая труба обычно представляет собой расширяемую трубу.

Первая или расширяемая труба может представлять собой расширяемую трубу любого типа, которая может выдерживать пластическую и/или упругую деформацию. Первая труба обычно представляет собой расширяемую облицовку, обсадную трубу или что-то подобное. Вторая труба может представлять собой трубу любого типа. Вторая труба обычно представляет собой облицовку, обсадную трубу, буровую скважину или им подобное.

Надувное устройство обычно содержит надувную часть баллонного типа, подсоединённую к кольцу. Этим обеспечивается возможность прохождения колонны бурильных труб или им подобных через надувное устройство при его использовании.

Как вариант, надувное устройство включает расширительное устройство. Расширительное устройство, как вариант, телескопически подсоединяют к надувному устройству таким образом, что когда расширительное устройство перемещают на определённое расстояние, надувное устройство спускают и после этого оно перемещается вместе с расширительным устройством.

Как вариант, расширительное устройство может с возможностью отсоединения быть прикреплено к надувному устройству обычно посредством использования фиксирующего механизма.

Надувное устройство может быть расположено внутри расширяемой трубы. Как вариант, надувное устройство может быть подсоединено к верхнему концу расширяемой трубы или вблизи от него, либо к нижнему концу расширяемой трубы или вблизи от него.

Надувное устройство может быть подсоединено к расширяемой трубе посредством использования любого приемлемого соединения.

Надувное устройство обычно надувают для расширения расширяемой трубы, при этом расширяемая труба входит в соприкосновение со второй трубой, за счёт чего обеспечивается крепление. В этом варианте осуществления изобретения расширяемая труба, как вариант, снабжена частью с прорезями, которая обеспечивает расширение. Это является предпочтительным, поскольку контакт между расширяемой трубой и второй трубой обеспечивает закрепление, а усилия, прилагаемые к расширяемой трубе, в основном будут передаваться ко второй трубе через расширяемую трубу, но не через надувное устройство.

Как вариант, для обеспечения закрепления часть надувного устройства при его надувании будет входить в непосредственное соприкосновение со второй трубой.

Обычно расширительное устройство изготавливают из стали. Как вариант, расширительное устройство может быть изготовлено из керамики, либо из сочетания стали и керамики. Как вариант, расширительное устройство может быть выполнено гибким.

Как вариант, расширительное устройство снабжают, по меньшей мере, одним уплотнением. Уплотнение обычно представляет собой Ообразное кольцо.

Как вариант, способ содержит одну, несколько или все из дополнительных стадий введения расширительного устройства в расширяемую трубу, приведения в действие расширительного устройства для расширения расширяемой трубы, спуска надувного устройства и удаления расширительного устройства и/или надувного устройства из расширяемой трубы и/или из второй трубы.

Как вариант, способ содержит одну, несколько или все из дополнительных стадий крепления расширительного устройства к надувному устройству, приведения в действие расширительного устройства для расширения расширяемой трубы, повторного крепления расширительного устройства к надувному устройству, спуска надувного устройства и удаления расширительного устройства и/или надувного устройства из расширяемой трубы и/или из второй трубы.

Расширительное устройство обычно приводят в действие путём его поступательного продвижения через расширяемую трубу, используя давление текучей среды. Как вариант, расширительное устройство может быть приве5 дено в действие путём его проталкивания вдоль расширяемой трубы с использованием обычной болванки или тягача. Расширительное устройство также может быть приведено в действие посредством его поступательного продвижения, используя груз (например, вес колонны бурильных труб), либо его можно тянуть по расширяемой трубе (используя бурильную трубу, бурильные штанги, спиральную трубу, провод, или им подобное).

Как вариант, надувное устройство может действовать в качестве уплотнения, при этом под уплотнением может быть приложено давление текучей среды.

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны лишь посредством примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1а-16 изображены последовательные стадии крепления и расширения расширяемой трубы внутри второй трубы согласно первому варианту осуществления надувного устройства;

на фиг. 2а-26 изображены последовательные стадии крепления и расширения расширяемой трубы внутри буровой скважины для крепления расширяемой трубы к обсадной трубе согласно второму варианту осуществления надувного устройства;

на фиг. 3а-36 изображены последовательные стадии крепления и расширения расширяемой трубы внутри второй трубы согласно третьему варианту осуществления надувного устройства;

на фиг. 4а изображен вид спереди по высоте, демонстрирующий первую конфигурацию фрикционного и/или уплотняющего материала, который может быть нанесён на наружную поверхность трубы, показанной на фиг. 1-3;

на фиг. 4Ь изображен торцевой вид по высоте фрикционного и/или уплотняющего материала согласно фиг. 4а;

на фиг. 4с изображен увеличенный вид части материала согласно фиг. 4а и 4Ь, на котором показана спрофилированная наружная поверхность;

на фиг. 5 изображено схематическое поперечное сечение расширяемой трубы, которая может быть использована в настоящем изобретении и имеет альтернативную конфигурацию фрикционного и/или уплотняющего материала;

на фиг. 6а представлен вид спереди по высоте фрикционного и/или уплотняющего материала согласно фиг. 5, а на фиг. 6Ь изображен торцевой вид по высоте фрикционного и/или уплотняющего материала согласно фиг. 6а;

На фиг. 1 представлена последовательность (фиг. 1а-16) стадий крепления расширяемой трубы 10 к обсадной трубе 12, установленной в буровой скважине (не показана), при этом скважину обычно бурят для добычи углеводородов. Расширяемая труба 10 обычно представ ляет собой расширяемую облицовку или обсадную трубу, однако можно использовать расширяемую трубу любого типа.

Буровую скважину обычно крепят обсадными трубами 12 для предотвращения обрушения породы, находящейся вокруг скважины, а также для предотвращения просачивания в скважину нежелательных текучих сред из окружающей породы, и подобным же образом для предотвращения просачивания текучих сред, находящихся внутри буровой скважины, в окружающую породу. Следует заметить, что труба 12 может представлять собой трубу любого типа, например трубопровод, облицовку, обсадную трубу, буровую скважину или им подобное.

Надувное устройство 14, которое в этом варианте осуществления изобретения имеет телескопически прикрепленное к нему расширительное устройство 16, размещают внутри расширяемой трубы 10 перед введением этой трубы 10 в обсадную трубу 12.

На фиг. 1а показана труба 10, которую с надувным устройством 14 и расположенным в ней расширительным устройством 16 подают в скважину на глубину, которая требуется для её установки. Как можно видеть на фиг. 1а, нижний конец 101 расширительной трубы 10 расширен в радиальном направлении (что в целом показано позицией 18) для возможности расположения в нём надувного устройства 14 и расширительного устройства 16. Можно отметить, что хотя на фиг. 1а-16 показаны надувное устройство 14 и расширительное устройство 16, расположенные у нижнего конца 101 трубы 10 или вблизи от этого конца, надувное устройство 14 и/или расширительное устройство 16 также могут быть расположены у верхнего конца трубы 10 или вблизи от него. В этом случае расширительное устройство 16 поступательно продвигается вниз посредством использования, например, веса колонны бурильных труб, давления текучей среды или какого-то иного обычного способа.

Надувное устройство 14 может представлять собой устройство с любой приемлемой конфигурацией, но обычно оно представляет собой устройство, которое имеет надувную кольцевую часть 14Ь баллонного типа, установленную на кольце 14г. При необходимости кольцо 14г обеспечивает возможность прохождения колонны бурильных труб, провода или чего-то подобного через надувное устройство

14. Это особенно предпочтительно в том случае, когда надувное устройство 14 расположено у верхнего конца трубы 10. Таким образом, может быть обеспечен доступ, по существу, по всему внутреннему диаметру отверстия.

На фиг. 1Ь показано надувное устройство

14, которое надувают для расширения надувной кольцевой части 14Ь баллонного типа. Когда происходит расширение части 14Ь баллонного типа, крепёжная часть 10а трубы 10 также рас- ширяется. Крепёжная часть 10а расширяется посредством надувного устройства 14 до тех пор, пока она не войдёт в соприкосновение с обсадной трубой 12, как показано на фиг. 1Ь. Такой контакт между крепёжной частью 10а расширяемой трубы 10 и обсадной трубой 12 обеспечивает место крепления и/или уплотнения между расширяемой трубой 10 и обсадной трубой 12. Наружная поверхность крепёжной части 10а может быть надлежащим образом спрофилирована (например, выполнена ребристой), либо покрыта фрикционным и/или уплотняющим материалом 100 (фиг. 4а-4с) для усиления прижима трубы 10 к обсадной трубе 12. Фрикционный и/или уплотняющий материал 100 может представлять собой, например, резину или другие упругие материалы приемлемого типа. Следует заметить, что фрикционный и/или уплотняющий материал 100 может быть обеспечен на наружной поверхности 108 трубы 10 в разных местах, отстоящих друг от друга в осевом направлении.

На фиг. 4а-4с показан фрикционный и/или уплотняющий материал 100, который обычно образует первый и второй бандажи 102, 104, которые отстоят друг от друга в осевом направлении вдоль продольной оси трубы 12. Первый и второй бандажи 102, 104, обычно отстоят друг от друга в осевом направлении на некотором расстоянии, например, составляющем 3 дюйма (приблизительно 76 мм).

Первый и второй бандажи 102, 104 предпочтительно представляют собой кольцевые бандажи, которые проходят в окружном направлении по месту крепления 10а трубы 10, хотя необязательно должна быть именно такая конфигурация. Ширина первого и второго бандажей 102, 104 обычно составляет 1 дюйм (приблизительно 25,4 мм), при этом бандажи выполняют из резины первого типа. Необязательно, чтобы фрикционный и/или уплотняющий материал 100 проходил по всей окружности трубы 10.

Между первым и вторым бандажами 102, 104 находится третий бандаж 106 из резины второго типа. Третий бандаж 106 предпочтительно проходит между первым и вторым бандажами 102, 104, и при этом его ширина обычно составляет 3 дюйма (приблизительно 76 мм).

Обычно первый и второй бандажи 102, 104 имеют первую толщину. Третий бандаж 106 обычно имеет вторую толщину. Как вариант, первая толщина может быть больше второй толщины, хотя, как правило, они одинаковы, как показано на фиг. 4а. Первый и второй бандажи 102, 104 могут выступать дальше от поверхности 108, чем третий бандаж 106, хотя это и не существенно.

Предпочтительно, чтобы резина первого типа (то есть первый и второй бандажи 102, 104) по составу была твёрже резины второго типа (то есть третьего бандажа 106). Твёрдость резины первого типа обычно составляет 90 единиц по дюрометру, в то время как твёрдость резины второго типа обычно составляет 60 единиц. Дюрометр имеет обычную шкалу твёрдости резины.

Конкретные свойства резины могут представлять собой любые приемлемые свойства, при этом твёрдость упомянута только в качестве примера. Также следует заметить, что относительные размеры первого, второго и третьего бандажей 102, 104 106, а также промежутки между бандажами приведены только в качестве примера, поэтому они могут представлять собой любые приемлемые размеры и промежутки.

Как, в частности, можно видеть на фиг. 4с, наружная поверхность 1068 третьего бандажа 106 может быть спрофилирована. Наружную поверхность 1068 выполняют с рёбрами для усиления прижима третьего бандажа 106 к внутренней поверхности 121 обсадной трубы 12. Можно отметить, что наружная поверхность первого и второго бандажей 102, 104 также может быть спрофилирована (например, выполнена ребристой).

Два наружных бандажа 102, 104, выполненные из резины с повышенной твёрдостью, обеспечивают относительно высокотемпературное уплотнение и упорное уплотнение по сравнению с третьим бандажом 106, выполненным из относительно более мягкой резины. Обычно третий бандаж 106 обеспечивает низкотемпературное уплотнение.

На фиг. 5 показана альтернативная труба 120, которая может быть использована вместо трубы 10. Труба 120, по существу, представляет собой такую же трубу, как и труба 10, но выполнена с другой конфигурацией фрикционного и/или уплотняющего материала 122 на её наружной поверхности 1208.

Расширяемая труба 120 снабжена предварительно расширенной частью 120е, в которой могут быть расположены расширительное устройство (например, расширительное устройство 16) и/или надувное устройство (например, устройство 14), когда труба 120 введена в скважину или во что-либо подобное. Следует заметить, что расширительное устройство необязательно должно быть расположено в трубе 120, когда её перемещают в буровую скважину; оно может быть расположено в трубе 120, как только труба будет установлена на место.

Как показано на фиг. 5, расширяемая труба 100 снабжена фрикционным и/или уплотняющим материалом 122, по меньшей мере, в одном месте. Фрикционный и/или уплотняющий материал 122 наносят на наружную поверхность 1208 трубы 120 в местах, отстоящих друг от друга в осевом направлении, причём обычно отстоящих друг от друга примерно на 12 дюймов (приблизительно 305 мм).

Фрикционный и/или уплотняющий материал 122 наилучшим образом показан на фиг. 6а и 6Ь. Фрикционному и/или уплотняющему материалу 122 придана зигзагообразная форма. В этом варианте осуществления изобретения фрикционный и/или уплотняющий материал 122 образует один (предпочтительно кольцевой) бандаж из резины, твёрдость которой составляет, например, порядка 90 единиц по дюрометру, при этом его ширина составляет примерно 2,5 дюйма (приблизительно 28 мм), а толщина порядка 0,12 дюйма (приблизительно 3 мм).

Чтобы обеспечить зигзагообразную форму и, следовательно, повысить надёжность прижима и /или уплотнения, которые формация 150 обеспечивает при её использовании, в выполненном из резины бандаже посредством фрезерования нарезано определённое количество прорезей 124а, 124Ь (например 20). Ширина прорезей 124а, 124Ь обычно составляет порядка 0,2 дюйма (приблизительно 5 мм), а длина порядка 2 дюймов (приблизительно 50 мм).

Чтобы создать зигзагообразную форму, прорези 124а нарезают посредством фрезерования в 20 отстоящих друг от друга по окружности местах, при этом каждая кромка 122а бандажа составляет примерно 18°. Затем процесс повторяют посредством нарезания фрезерованием других 20 прорезей 124Ь на другой стороне 122Ь бандажа, при этом прорези 124Ь со стороны 122Ь смещены по окружности на 9° относительно прорезей 124а на другой стороне 122а.

Фрикционный и/или уплотняющий материал 122 при его использовании наносят на наружную поверхность 120к (нерасширенной) расширяемой трубы 120. Следует заметить, что конфигурацию, количество конструкций из фрикционного и/или уплотняющего материала 122, а также промежутки между ними выбирают так, чтобы они были приемлемы для конкретного использования.

Следует заметить, что силы, прилагаемые к трубе 10, 120, например, при последующем перемещении трубы 10, 120, которое, например, осуществляют путём толкающего или тянущего воздействия на эту трубу 10, 120, будут в основном передаваться к обсадной трубе 12 через крепление, а не посредством надувного устройства 14. Это является предпочтительным, поскольку снижает опасность повреждения надувного устройства 14. Кроме того, при этом также снижается опасность повреждения обсадной трубы 12, которое может иметь место в случае использования обычного башмака. Помимо этого, обычные башмаки могут потерять способность прижима к обсадной трубе 12 там, где происходит повреждение, либо где труба 12 ослаблена. Передача, по существу, всех усилий непосредственно к обсадной трубе 12 через место крепления позволяет устранить эти недостатки.

Для расширения трубы 10, 120 в радиальном направлении можно тянуть расширительное устройство 16 через расширяемую трубу 10, 120 так, как показано на фиг. 1с. Расширительное устройство 16 может поступательно продвигаться по трубе 10, 120 любым обычным способом. Согласно фиг. 1 расширительное устройство 16 тянут через трубу 10, 120, используя колонну 20, которую крепят к расширительному устройству 16 любым обычным способом.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, расширительное устройство 16 телескопически соединено с надувным устройством 14 посредством использования телескопического соединения, в целом обозначенного позицией 22. Соединение 22 содержит один или более телескопически соединённых элементов 24, которые прикреплены к надувному устройству 14. Когда расширительное устройство 16 тянут в верхнем направлении, телескопическое соединение 22 проходит определённое расстояние, например 10 футов (приблизительно 3 м) и при этом телескопический элемент (элементы) 24 будет полностью вытянут. В этот момент происходит автоматический спуск надувной части 14Ь баллонного типа и дальнейшее перемещение расширительного устройства 16 вверх приводит к тому, что надувное устройство 14 также будет перемещаться вверх, как показано на фиг. 1й.

Следует заметить, что надувное устройство 14 более не требуется для крепления трубы 10, 120 к обсадной трубе 12, поскольку расширенная труба 10 (фиг. 1с и 1й) обеспечивает крепление (расширенной или не расширенной) трубы 10, 120 к обсадной трубе 12. Фрикционный и/или уплотняющий материал 100, 122 используют для усиления прижима трубы 10, 120 к применяемой обсадной трубе 12, при этом также может быть выполнено уплотнение в кольцевом зазоре, создаваемом между трубой 10, 120 и обсадной трубой 12.

Расширительное устройство 16 непрерывно тянут вверх к поверхности, пока не произойдёт полное расширение расширяемой трубы 10, 120 для её соприкосновения с трубой 12. После этого надувное устройство 14 и расширительное устройство 16 могут быть удалены у поверхности из расширяемой трубы 10, 120 и/или обсадной трубы 12.

Закрепление и расширение расширяемой трубы 10, 120 указанным способом имеет несколько преимуществ. В случае варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 1, можно применить линию управления или спиральный трубопровод для управления работой надувного устройства 14 и любого иного устройства, расположенного в буровой скважине, при этом линия управления, провод или спиральный трубопровод могут быть использованы для поступательного движения расширительного устройства 16 или приложения к нему тянущего усилия. В случае варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 1, отсутствует давление, оказывающее воздействия на окру11 жающую породу, и оснастка не требуется. В случае надувного устройства 14, которому придана конфигурация в виде кольца 14г, возможен доступ, по существу, по всему внутреннему диаметру отверстия.

Следует заметить, что способ, описанный применительно к фиг. 1, предназначен для расширения расширяемой трубы 10, 120 за один проход расширительного устройства 16 через расширяемую трубу 10, 120. Однако возможно большое количество проходов и/или расширений.

На фиг. 2 показана последовательность (фиг. 2а-26) стадий подвешивания расширяемой трубы 30 вне обсадной трубы 32 (то есть крепление облицовки), при этом расширяемая труба 30 обычно содержит расширяемую облицовку и используется для облицовывания или крепления нижней части буровой скважины 34, причём скважину 34 обычно бурят для добычи углеводородов. Нижняя часть буровой скважины 34 не облицована/не закреплена, а верхняя часть скважины 34 облицована имеющейся обсадной трубой или облицовкой 36.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, расширяемая труба 30 снабжена на её наружной поверхности фрикционным и/или уплотняющим материалом 38. Функция фрикционного и/или уплотняющего материала 38 заключается в обеспечении (фрикционного и/или уплотняющего) соединения между расширяемой трубой 30 и имеющейся облицовкой или обсадной трубой 36. Фрикционный и/или уплотняющий материал 38 также может обеспечивать уплотнение между нижней (не облицованной) и верхней (облицованной) частями буровой скважины 34. Фрикционный и/или уплотняющий материал может, например, представлять собой резину или другие упругие материалы приемлемого типа. Например, фрикционному и/или уплотняющему материалу 38 может быть придана конфигурация подобно фрикционному и/или уплотняющему материалу 100, 122, описанному выше со ссылкой на фиг. 4-6.

Кроме того, труба 30 может быть снабжена фрикционным и/или уплотняющим материалом (например, материалом 100, 122) в нижнем конце 301 этой трубы 30 для усиления эффекта закрепления в этой части трубы. Помимо этого, фрикционный и/или уплотняющий материал может быть выполнен в разных отстоящих друг от друга местах по длине трубы 30, чтобы усилить соединение между трубой 30 и буровой скважиной 34 или обсадной трубой 36.

На фиг. 2 показано надувное устройство 40, имеющее расширительное устройство 42, прикреплённое к нему с возможностью отсоединения, которое размещают внутри расширяемой трубы 30 перед введением этой трубы 30 в буровую скважину 34. Труба 30 выполнена с расширяемой частью 44 крепления или обли цовки, при этом в части 44 выполнено большое количество продольных прорезей 48. Часть 44 может быть расположена в нижнем конце 301 трубы 30, либо может быть выполнена заодно с ней.

На фиг. 2а показана труба 30 с надувным устройством 40 и расширительным устройством 42, с возможностью отсоединения прикреплёнными у её нижнего конца или вблизи от него, которую подают в буровую скважину 34 для её установки на заданной глубине. Как можно видеть на фиг. 2а, нижний конец 301 трубы 30 расширен в радиальном направлении (в общем это указано поз. 50) для возможности размещения в нём расширительного устройства 42. Необходимо отметить, что хотя на фиг. 2а-26 показаны надувное устройство 40 и расширительное устройство 42, расположенные на нижнем конце 301 трубы 30 или вблизи от него, надувное устройство 40 и/или расширительное устройство 42 также могут быть расположены на верхнем конце трубы 30 или вблизи от него. В этом случае расширительное устройство 42 поступательно перемещают вниз, например, посредством использования веса колонны бурильных труб, давления текучей среды или какого-то иного обычного способа.

Надувное устройство 40 может иметь любую приемлемую конфигурацию, но обычно оно представляет собой устройство, которое имеет надувную кольцевую часть 406 баллонного типа, которая установлена на кольце 40г. Кольцо 40г при необходимости обеспечивает возможность прохождения через надувное устройство 40 колонны бурильных труб, провода или им подобного. Это особенно предпочтительно в том случае, если надувное устройство 40 расположено в верхнем конце трубы 30.

На фиг. 2Ь показано надувное устройство 40, которое надуто для расширения надувной кольцевой части 40Ь баллонного типа. Когда часть 40Ь баллонного типа расширяется, расширяемая часть 44 трубы 30 также расширяется. Как можно видеть на фиг. 2Ь, когда часть 44 расширяется, расширяются и продольные прорези 48. Часть 44 действует в качестве крепления для обсадной трубы 30 и расширяется до тех пор, пока не войдёт в соприкосновение с буровой скважиной 34, как показано на фиг. 2Ь. Этот контакт между частью 44 и буровой скважиной 34 обеспечивает место крепления и/или уплотнения между расширяемой трубой 30 (к которой прикреплена часть 44 или с которой эта часть выполнена как единое целое) и буровой скважиной 34.

Как и в предыдущем варианте осуществления изобретения, расширительное устройство тянут через расширяемую трубу 30 для расширения трубы 30Ь в радиальном направлении, как показано на фиг. 2с. Расширительное устройство 42 может поступательно перемещаться через трубу 30 любым приемлемым способом.

Согласно фиг. 2 расширительное устройство 42 тянут через трубу 30, используя бурильную трубу или колонну 52 бурильных труб, которая прикреплена к расширительному устройству 42 любым приемлемым способом.

Когда расширительное устройство 42 тянут вверх, его перемещение в верхнем направлении будет прекращено через заданное время или после прохождения заданного расстояния, причём в этот момент расширительное устройство 42 будет опущено для соединения этого устройства 42 с фиксаторами надувного устройства 40. Как и в предыдущих вариантах осуществления конструкции, происходит автоматический спуск надувной кольцеобразной части 40Ь баллонного типа и дальнейшее перемещение расширительного устройства 42 также приводит к перемещению вверх надувного устройства 40, как показано на фиг. 26. Следует заметить, что движение расширительного устройства 42 вверх должно быть прекращено, как только труба 30 будет расширена на достаточной длине для обеспечения достаточного крепления.

Также следует заметить, что часть 44 больше не требуется для крепления трубы 30 к буровой скважине 34, поскольку расширенная труба 30 (фиг. 2с и 26) обеспечивает крепление самой трубы 30 к буровой скважине 34. Фрикционный и/или уплотняющий материал (там, где его используют) может обеспечивать надёжное крепление трубы 30, когда он действует при её расширении.

Расширительное устройство 42 непрерывно тянут вверх, пока труба 30 не будет полностью расширена, как показано на фиг. 26. После этого надувное устройство 40 и расширительное устройство 42 могут быть удалены у поверхности из расширяемой трубы 30 и скважины. Как показано на фиг. 26, труба 30 расширяется, посредством чего фрикционный и/или уплотняющий материал 38 входит в соприкосновение с обсадной трубой 36. Это обеспечивает крепление к обсадной трубе 36 и, как вариант, уплотнение между верхней (облицованной) частью скважины и нижней (необлицованной) частью скважины 34 в зависимости от композиции материала 38.

В случае варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 2, порода не подвергается воздействию давления, возможен доступ по всему внутреннему диаметру отверстия, труба 30 может быть расширена за один проход (возможно и большее количество проходов) и при этом её можно использовать для крепления и установки в скважине, не закреплённой обсадными трубами. Кроме того, в данном случае обеспечивается её крепление к обсадной трубе 36 за один проход расширительного устройства 42. Следует заметить, что способ, описанный со ссылкой на фиг. 2, предназначен для выполнения крепления к обсадной трубе за один проход, однако возможно выполнение большого количества проходов и/или расширений.

Также следует заметить, что последовательные отрезки расширяемой трубы могут быть соединены с вышеупомянутыми обсадными трубами или облицовками посредством использования того же самого способа. Таким образом, описанный здесь способ (способы) может быть использован для облицовки или крепления буровой скважины без применения цемента.

На фиг. 3 показана последовательность (фиг. 3а-36) стадий крепления расширяемой трубы 80 к обсадной трубе 82, установленной в буровой скважине (не показана), которую обычно бурят для возможности добычи углеводородов.

Надувное устройство 84 с возможностью отсоединения прикреплено к нижнему концу 801 расширяемой трубы 80 перед введением трубы 80 в обсадную трубу 82. Внутри нижнего конца 801 трубы 80 расположено расширительное устройство 86, причём нижний конец 801 расширен для размещения в нём расширительного устройства 86. Подобно предыдущему варианту осуществления изобретения надувное устройство 84 имеет расширительное устройство 86, с возможностью отсоединения подсоединённое к нему посредством соединения 88. В иных отношениях надувное устройство 84 и расширительное устройство 86, по существу, такие же, что и в предыдущих вариантах осуществления изобретения.

На фиг. 3а показана обсадная труба 80 с прикреплённым к ней надувному устройству 84 и расположенным в ней расширительным устройством 86, которую подают в скважину на глубину, где она должна быть установлена. Можно отметить, что хотя на фиг. 3а-36 представлено надувное устройство 84, с возможностью отсоединения прикреплённое к нижнему концу 801 трубы 80, надувное устройство 84 с возможностью отсоединения может быть прикреплено к верхнему концу трубы 80 или вблизи от него.

Надувное устройство 84 может иметь любую приемлемую конфигурацию, но обычно оно представляет собой устройство, которое имеет надувную кольцевую часть 84Ь баллонного типа, которую крепят на кольце 84г. Кольцо 84г при необходимости обеспечивает возможность прохождения через надувное устройство 84 колонны бурильных труб, провода или им подобного. Это особенно предпочтительно в том случае, когда надувное устройство 84 и/или расширительное устройство 86 расположены в верхнем конце трубы 80.

Если обратиться к фиг. 3Ь, то надувное устройство 84 надувают для расширения надувной кольцевой части 84 баллонного типа. Когда часть 84Ь баллонного типа расширяется, она входит в соприкосновение с обсадной трубой

82, посредством чего обеспечивается крепление между трубой 80 и обсадной трубой 82. Этот контакт между частью 84Ь баллонного типа и обсадной трубой 82 обеспечивает место крепления и/или уплотнения трубы 80 и обсадной трубы 82.

Следует заметить, что в этом варианте осуществления изобретения усилия, прилагаемые к трубе 80 для последующего перемещения трубы 80, то есть, например, толкающее или тянущее воздействие на трубу 80, будут передаваться обсадной трубе 82 через надувное устройство 84. Однако в отличие от обычных башмаков надувная часть 84Ь баллонного типа с меньшей вероятностью может повредить обсадную трубу. Кроме того, может быть выбран такой размер части 84Ь баллонного типа, чтобы она была достаточно велика, обеспечивая возможность прижатия к обсадной трубе 82 даже тогда, когда надувное устройство 84 перемещают вверх или вниз.

Расширительное устройство 86 тянут через расширяемую трубу 80 для расширения трубы 80 в радиальном направлении так, как показано на фиг. 3с. Расширительное устройство 86 может поступательно перемещаться через трубу 80 любым обычным способом, как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения.

Также как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения наружная поверхность 805 трубы 80 может быть снабжена фрикционным и/или уплотняющим материалом. Фрикционный и/или уплотняющий материал может, например, содержать резину или иные упругие материалы приемлемого типа. Фрикционному и/или уплотняющему материалу может, например, быть придана конфигурация подобно тому, как она придана фрикционному и/или уплотняющему материалу 100, 122, описанному выше со ссылкой на фиг. 4-6.

Кроме того, труба 80 может быть снабжена фрикционным и/или уплотняющим материалом (например, материалом 100, 122) в нижнем конце 801 этой трубы 80 для усиления крепёжного действия в этой части трубы 80. Помимо этого, фрикционный и/или уплотняющий материал может быть размещен в разных отстающих друг от друга местах по длине трубы 80 для усиления соединения между трубой 80 и обсадной трубой 82.

Когда расширительное устройство 86 тянут вверх, его перемещение вверх прекращают через заданное время или после прохождения заданного расстояния, и в этот момент расширительное устройство 84 опускают, пока не будет зафиксировано соединение 88 между расширительным устройством 84 и надувным устройством 86. Как и в случае предыдущих вариантов осуществления изобретения, происходит автоматический спуск надувной части 84Ь баллонного типа и при этом дальнейшее движение расширительного устройства 86 вверх приводит к тому, что надувное устройство 84 также будет перемещаться вверх, как показано на фиг. 36. Следует заметить, что движение расширительного устройства 86 вверх должно быть прекращено, как только произойдёт расширение трубы 80 на достаточной длине, чтобы обеспечить достаточное крепление.

Расширительное устройство 86 непрерывно тянут вверх по направлению к поверхности до тех пор, пока труба 80 не будет полностью расширена для соприкосновения с обсадной трубой 82. После этого надувное устройство 84 и расширительное устройство 86 могут быть извлечены из скважины у поверхности.

Крепление и расширение трубы 80 указанным способом имеет то же самое преимущество, что и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, однако вариант согласно фиг. 3 предназначен для выполнения крепёжных и установочных работ в скважине, закрепленной обсадными трубами, а не в незакреплённой скважине.

Описанные здесь способ и устройство могут быть использованы для выполнения большого количества функций, касающихся использования расширяемой трубы, в различных нисходящих скважинах. Например, они могут быть использованы там, где первоначальная облицовка или первоначальное крепление требуют проведения ремонтных работ вследствие повреждения или чего-то подобного, путём перекрытия повреждённого участка частью расширяемой трубы. Кроме того, они могут быть использованы для скрепления с облицовкой или с обсадной трубой так, как здесь описано.

Таким образом, разработаны определённые варианты осуществления способа и устройства для крепления расширяемой трубы ко второй трубе. Устройство и способ согласно некоторым вариантам осуществления изобретения обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с обычными механическими крепёжными устройствами, такими как башмаки, вследствие уменьшения потенциальной возможности повреждения трубы, к которому могут привести башмаки. Определённые варианты осуществления устройства и способа предполагают использование надувного устройства, которое может быть а) либо прикреплено непосредственно к верхней или нижней части расширяемой трубы, или вблизи от неё, Ь) либо расположено внутри верхней или нижней части расширяемой трубы. В случае а) усилия крепления возникают в результате трения между надувным устройством и второй трубой, при этом передача этих усилий к трубе происходит через надувное устройство. В случае Ь) усилия крепления возникают в результате трения между наружной поверхностью расширяемой трубы и второй трубой, при этом передача сил ко второй трубе, по существу, происходит непосредственно через расширяемую трубу. Наружная поверхность расширяемой трубы может быть надлежащим образом подготовлена (то есть выполнена с материалом, усиливающим трение) для повышения надёжности крепления.

Без отклонения от объёма настоящего изобретения могут быть выполнены модификации и усовершенствования того, что было описано выше.

Claims (19)

1. Устройство для крепления первой трубы ко второй трубе, которое содержит надувное устройство для зацепления с первой трубой, при этом надувное устройство надувается для обеспечения крепления первой трубы ко второй трубе.

2. Устройство по п.1, в котором первая труба представляет собой расширяемую трубу.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором первая труба представляет собой расширяемую трубу любого типа, которая может выдерживать пластическую и/или упругую деформацию.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором первая труба представляет собой расширяемую облицовку, обсадную трубу или им подобное.

5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором вторая труба представляет собой облицовку, обсадную трубу, буровую скважину или им подобное.

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором надувное устройство содержит надувную часть баллонного типа, подсоединённую к кольцу.

7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором надувное устройство включает расширительное устройство.

8. Устройство по п.7, в котором расширительное устройство телескопически подсоединено к надувному устройству, при этом расширительное устройство перемещается на определённое расстояние, а надувное устройство спускается и затем перемещается вместе с расширительным устройством.

9. Устройство по п.7, в котором расширительное устройство с возможностью отсоединения прикреплено к надувному устройству.

10. Устройство по п.9, в котором расширительное устройство с возможностью отсоединения прикреплено к надувному устройству посредством фиксирующего механизма.

11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором надувное устройство расположено внутри расширяемой трубы.

12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором надувное устройство подсоединено к верхнему концу расширяемой трубы или вблизи от него либо к нижнему концу расширяемой трубы или вблизи от него.

13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором надувное устройство надувается для расширения расширяемой трубы, при этом расширяемая труба входит в соприкосновение со второй трубой, обеспечивая крепление.

14. Устройство по п.13, в котором расширяемая труба имеет часть с прорезями для обеспечения расширения.

15. Устройство по любому из пп.1-12, в котором надувное устройство надувается для обеспечения непосредственного соприкосновения его части со второй трубой для обеспечения крепления.

16. Способ крепления первой трубы ко второй трубе, включающий стадии обеспечения первой трубы, обеспечения надувного устройства, находящегося в контакте с первой трубой, прохождения первой трубы и надувного устройства во вторую трубу и последующего надувания надувного устройства для обеспечения крепления первой трубы ко второй трубе.

17. Способ крепления расширяемой трубы ко второй трубе, включающий стадии обеспечения расширяемой трубы, прохождения первой трубы во вторую трубу, пропускания надувного устройства в трубу и последующего надувания надувного устройства для обеспечения крепления расширяемой трубы ко второй трубе.

18. Способ по п.16 или 17, который включает одну, несколько или все из дополнительных стадий введения расширительного устройства в расширяемую трубу, приведения в действие расширительного устройства для расширения расширяемой трубы, спуска надувного устройства и удаления расширительного устройства и/или надувного устройства из расширяемой трубы и/или второй трубы.

19. Способ по любому из пп.16-18, который включает одну, несколько или все из дополнительных стадий крепления расширительного устройства к надувному устройству, приведения в действие расширительного устройства для расширения расширяемой трубы, повторного прикрепления расширительного устройства к надувному устройству, спуска надувного устройства и удаления расширительного устройства и/или надувного устройства из расширяемой трубы и/или второй трубы.