EA008298B1 - Расширительная система для поэтапного расширения трубного элемента - Google Patents

Abstract

Расширительная система для радиального расширения трубного элемента, имеющего нерасширенную часть с первым внутренним диаметром, при этом расширительная система включает расширитель, выполненный с возможностью перемещения между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, при этом расширитель выполнен с возможностью приведения в действие для расширения трубного элемента с первого внутреннего диаметра до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, посредством перемещения расширителя из его радиально суженного состояния в радиально расширенное состояние, при этом расширитель содержит контактную секцию с диаметром больше первого внутреннего диаметра, когда расширитель находится в радиально суженном состоянии, и при этом контактная секция расположена с возможностью предотвращения движения расширителя через нерасширенную часть трубного элемента, когда расширитель находится в радиально суженном состоянии.

Description

Данное изобретение относится к расширительной системе для радиального расширения трубного элемента с первого внутреннего диаметра до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр. Расширение трубных элементов находит все большее применение в промышленности добычи углеводородных флюидов из земного пласта, при этом бурят скважины для создания канала для углеводородного флюида, протекающего из зоны резервуара к добывающему оборудованию на поверхности. Обычно такую скважину снабжают несколькими секциями обсадной трубы во время бурения скважины. Поскольку каждая последующая секция обсадной трубы должна проходить через предыдущую секцию обсадной трубы, то различные секции обсадной трубы имеют уменьшающийся диаметр в направлении вниз, что приводит к хорошо известной телескопической системе обсадных труб. Таким образом, доступный диаметр для добычи углеводородного флюида уменьшается с глубиной. Это может приводить к техническим и/или экономическим трудностям, в частности для глубоких скважин, в которых необходимо устанавливать относительно большое число отдельных секций обсадных труб.

Для преодоления этих недостатков уже используется на практике схема обсадных труб, в которой отдельные обсадные трубы радиально расширяют после установки в скважину. Такая схема обсадных труб приводит к меньшему уменьшению доступного диаметра самых нижних обсадных труб.

Обычно процесс расширения выполняют посредством протягивания, нагнетания или проталкивания расширительного конуса через трубный элемент (такой как секция обсадной трубы) после опускания трубного элемента в скважину. Однако усилия, необходимые для продвижения расширительного конуса через трубный элемент, могут быть чрезвычайно большими, поскольку эти усилия должны преодолевать суммарные усилия расширения, необходимые для пластичной деформации трубного элемента и для преодоления сил трения между расширительным конусом и трубным элементом.

В ЕР 0643794-А раскрыта система для расширения трубного элемента с использованием инструмента, перемещаемого между радиально суженным и радиально расширенным состояниями. Трубный элемент расширяют циклически, причем в каждом цикле инструмент располагают в части трубного элемента, при этом инструмент находится в суженном состоянии, и затем расширяют инструмент, за счет чего расширяют часть трубного элемента. Затем точно изменяют положение инструмента в трубном элементе перед повторением цикла расширения трубного элемента. Такое точное изменение положения инструмента является трудным и занимает много времени.

Задачей данного изобретения является создание улучшенной расширительной системы, которая преодолевает недостатки уровня техники.

В соответствии с данным изобретением создана расширительная система для радиального расширения трубного элемента, имеющего нерасширенную часть с первым внутренним диаметром. При этом расширительная система включает в себя расширитель, выполненный с возможностью перемещения между радиально суженным и радиально расширенным состояниями, причем расширитель выполнен с возможностью приведения в действие для расширения трубного элемента с первого внутреннего диаметра до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, посредством перемещения расширителя из его суженного состояния до радиально расширенного состояния, при этом расширитель содержит контактную секцию с диаметром больше первого внутреннего диаметра, когда расширитель находится в радиально суженном состоянии, и при этом контактная секция расположена с возможностью предотвращения движения расширителя через нерасширенную часть трубного элемента, когда расширитель находится в радиально суженном состоянии.

Понятие «нерасширенная часть» трубного элемента относится к части трубного элемента, которую подлежит расширить до большего диаметра. Таким образом, его следует понимать так, что такая «нерасширенная часть» может быть частью, которая еще не подвергалась расширению перед или относительно части, которая уже подвергалась расширению.

С помощью расширительной системы, согласно изобретению, достигается исключение необходимости точного изменения положения расширителя после каждого расширительного этапа. Просто за счет приложения осевого усилия умеренной величины к расширителю (когда он находится в суженном состоянии) в направлении, в котором происходит продвижение расширения трубного элемента, расширитель перемещается вперед, пока контактная секция не придет в соприкосновение с внутренней поверхностью трубного элемента. За счет этого осуществляется автоматическое изменение положения расширителя для выполнения следующего расширительного цикла.

Такое осевое усилие умеренной величины обеспечивается, соответственно, весом расширителя, натягиванием колонны, соединенной с расширителем, или с помощью любого другого средства, соединенного с расширителем, такого как трактор, утяжелительный элемент или бурильная колонна. Кроме того, гидравлическое сопротивление потоку жидкости, проходящему вдоль расширителя, или реактивное действие потока жидкости, выбрасываемого из расширителя во время перемещения в его суженное состояние, может обеспечивать достаточное усилие для перемещения расширителя вперед.

Расширитель предпочтительно включает в себя расширительную поверхность, проходящую в осевом направлении и выполненную с возможностью приведения в действие для расширения трубного элемента во время перемещения расширителя из суженного состояния в расширенное состояние, при этом расширительная поверхность имеет изменяющийся диаметр в осевом направлении.

- 1 008298

Соответственно, контактная секция имеет наружную поверхность, совпадающую с расширительной поверхностью.

Диаметр расширительной поверхности предпочтительно непрерывно увеличивается в осевом направлении. Например, расширительная поверхность может быть расширяющейся поверхностью, поверхностью в форме усеченного конуса, выпуклой поверхностью, постепенно расширяющейся поверхностью или вогнутой поверхностью.

Для обеспечения равномерного расширения трубного элемента расширительная поверхность предпочтительно выполнена с возможностью перемещения радиально наружу, по существу, равномерно по ее длине во время перемещения расширителя из его суженного состояния в расширенное состояние.

В предпочтительном варианте выполнения расширитель содержит корпус расширителя, включающий в себя множество сегментов корпуса, распределенных по окружности корпуса расширителя, при этом каждый сегмент проходит в продольном направлении расширителя и выполнен с возможностью перемещения между радиально суженным положением и радиально расширенным положением.

Корпус расширителя предпочтительно снабжен множеством продольных прорезей, распределенных по окружности корпуса расширителя, при этом каждая прорезь проходит между парой смежных сегментов корпуса. Каждый сегмент корпуса выполнен, например, на своих обоих концах в виде единого целого с корпусом расширителя.

Корпус расширителя предпочтительно является трубным корпусом расширителя, а исполнительное средство включает раздуваемый элемент, расположенный внутри трубного корпуса расширителя, для перемещения каждого сегмента корпуса радиально наружу при раздувании раздуваемого элемента.

Ниже в качестве примера приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1А - вариант выполнения расширителя для использования в системе, согласно изобретению, на виде сбоку;

фиг. 1В - разрез по линии 1В-1В на фиг. 1А;

фиг. 2А - расширитель, согласно фиг. 1А и 1В, с присоединенной к нему дополнительной втулкой, на виде сбоку;

фиг. 2В - разрез по линии 2В-2В на фиг. 2А;

фиг. 3 - первый альтернативный вариант выполнения расширителя для использования в системе, согласно изобретению, на виде сбоку;

фиг. 4 - разрез по линии 4-4 на фиг. 3;

фиг. 5 - продольный разрез второго альтернативного варианта выполнения расширителя для использования в системе, согласно изобретению;

фиг. 6А - разрез по линии 6-6 на фиг. 5, когда расширитель находится в суженном состоянии; фиг. 6В - разрез по линии 6-6 на фиг. 5, когда расширитель находится в расширенном состоянии; фиг. 6С - деталь А фиг. 6А;

фиг. 7А-7Е - различные стадии во время нормального использования расширителя, согласно фиг. 1.

На фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 1А и 1В показан расширитель 1, включающий в себя стальной трубный корпус 2 расширителя, имеющий первый конец 3 и второй конец 4. Корпус 2 расширителя содержит цилиндрические части 2а и 2Ь, а также цилиндрическую часть 2с в форме усеченного конуса, расположенную между цилиндрическими частями 2а и 2Ь. Часть 2с в форме усеченного конуса расширяется в направлении от первого конца 3 ко второму концу 4 от диаметра Ό1 до диаметра Ό2, превышающего диаметр Ό1. Диаметр цилиндрических частей 2а и 2Ь, по существу, равен диаметру Ό1. В корпусе 2 расширителя предусмотрено множество узких продольных прорезей 6, которые равномерно распределены по окружности корпуса 2 расширителя. Каждая прорезь 6 проходит в радиальном направлении через всю стенку трубного корпуса 2 расширителя и имеет противоположные концы 7, 8, находящиеся на коротком расстоянии от соответствующих концов 3, 4 корпуса 2 расширителя. Прорези 6 образуют множество продольных сегментов 10 корпуса, распределенных по окружности корпуса 2 расширителя, при этом каждая прорезь 6 проходит между парой смежных сегментов 10 корпуса (и наоборот). За счет своей удлиненной формы и упругих свойств сегменты 10 корпуса упруго деформируются за счет изгибания радиально наружу при приложении соответствующей радиальной нагрузки к сегментам 10 корпуса. Таким образом, расширитель 1 выполнен с возможностью расширения из радиально суженного состояния, при котором каждый сегмент 10 корпуса находится в своем положении покоя, в радиально расширенное состояние, в котором каждый сегмент 10 корпуса находится в своем радиально изогнутом наружу положении, после приложения радиальной нагрузки к сегменту 10 корпуса.

Расширитель дополнительно содержит цилиндрические концевые крышки 12, 14, выполненные с возможностью закрывания соответствующих концов 3, 4 корпуса 2 расширителя, при этом каждая крышка 12, 14 неподвижно соединена с корпусом 2 расширителя, например, с помощью соответствующих болтов (не изображены). Концевая крышка 12 снабжена сквозным отверстием 15.

Раздуваемый элемент в виде эластомерного баллона 16 расположен внутри трубного корпуса 2 расширителя. Баллон 16 имеет цилиндрическую стенку 18, опирающуюся на внутреннюю поверхность

- 2 008298 трубного корпуса 2 расширителя, и противоположные концевые стенки 20, 22, опирающиеся на соответствующие концевые крышки 12, 14, с образованием, тем самым, камеры 23 для текучей среды, образованной внутри баллона 16. Концевая стенка 20 герметизирована относительно концевой крышки 12 и имеет сквозное отверстие 24, находящееся на одной линии и соединенное с возможностью прохождения текучей среды со сквозным отверстием 15 концевой крышки 12. Канал 26 для текучей среды на одном из своих концов соединен с камерой 23 для текучей среды через соответствующие сквозные отверстия 15, 24. Канал 26 для текучей среды на своем другом конце соединен с возможностью прохождения текучей среды с системой управления текучей средой (не изображена) для управления притоком текучей среды в камеру 23 для текучей среды и оттоком текучей среды из камеры.

На фиг. 2 А и 2В показан расширитель 1, при этом трубная втулка 28 расположена над цилиндрической частью 2а расширителя 1, при этом втулка 28 снабжена концевой пластиной 29, прикрепленной болтами к концевой крышке 14. Втулка 28 имеет внутренний диаметр, слегка превышающий наружный диаметр цилиндрической части 2а расширителя 1.

На фиг. 3 и 4 показан первый альтернативный расширитель 31, включающий в себя стальной трубный корпус 32 расширителя, имеющий первый конец 33 и второй конец 34. Расширитель 30 в сильной степени подобен расширителю 1, согласно фиг. 1 и 2, за исключением того, что корпус 32 расширителя содержит две части 32а, 32Ь в форме усеченного конуса, расположенные между соответствующими цилиндрическими частями 32с, 326. Части в форме усеченного конуса расширяются в направлении от соответствующих концов 33, 34 в направлении середины расширителя 31, от диаметра Ό1 до диаметра Ό2, превышающего диаметр Ό1. Цилиндрические части 32с, 326 имеют диаметр, по существу, равный диаметру Ό1.

На фиг. 5 показан второй альтернативный расширитель 41, включающий трубный корпус 42 расширителя, расположенный в частично расширенном трубном элементе 43. Корпус 42 расширителя включает множество отдельных удлиненных стальных сегментов 46, равномерно распределенных по окружности корпуса 42 расширителя. Корпус 42 расширителя включает цилиндрическую часть 42а, цилиндрическую часть 42Ь и часть 42с в форме усеченного конуса, расположенную между соответствующими частями 42а и 42Ь. Часть в форме усеченного конуса расширяется от диаметра Ό1 до диаметра Ό2, превышающего диаметр Ό1. Концевые пластины 47, 48, снабженные соответствующими кольцевыми стопорными буртиками 50, 52, расположены на противоположных концах корпуса 42 расширителя для удерживания сегментов 46. Сегменты 46 выполнены с возможностью перемещения между радиально внутренним положением (как показано в верхней половине фиг. 5) и радиально наружным положением (как показано в нижней половине фиг. 5), при этом максимальное радиально наружное положение сегментов 46 задается кольцевыми стопорными буртиками 50, 52. Таким образом, расширитель 41 принимает радиально суженное состояние, когда сегменты 46 находятся в своих соответствующих радиально внутренних положениях, и радиально расширенное состояние, когда сегменты 46 находятся в своих соответствующих радиально наружных положениях.

Концевые пластины 47, 48 имеют соответствующие центральные отверстия 54, 56, через которые проходит канал 54 для текучей среды, при этом концевые пластины 47, 48 неподвижно соединены с каналом 54. Множество отверстий 58 предусмотрено в стенке канала 54, расположенного между концевыми пластинами 47,48.

На фиг. 6А и 6В показан расширитель 41 в нерасширенном состоянии (фиг. 6А) и в расширенном состоянии (фиг. 6В). Ряд сегментов 46 включает в себя сегменты 46а и сегменты 46Ь, попеременно расположенные в окружном направлении корпуса 42 расширителя. Каждый сегмент 46а на своей наружной окружности снабжен парой противоположно расположенных выступов 60, а каждый сегмент 46Ь на своей наружной окружности - парой противоположно расположенных выемок 62, при этом каждый выступ 60 сегмента 46а проходит в соответствующую выемку 62 смежного сегмента 46Ь. Для ясности на фиг. 6 А и 6В показаны не все сегменты 46а, 46Ь. Сегменты каждой пары смежных сегментов 46а, 46Ь соединены друг с другом удлиненным эластомерным корпусом 64, вулканизированным с сегментами 46а, 46Ь пары. Эластомерные корпуса 64 смещают сегменты 46 в их соответствующие радиально внутренние положения и герметизируют пространства, образованные между сегментами 46.

Кроме того, сегменты 46 герметизированы относительно концевых пластин 47, 48 эластомером, вулканизированным с сегментами 46 и концевыми пластинами 47, 48, так что образуется герметичная камера 66 для текучей среды в пространстве, заключенном между сегментами 46 и концевыми пластинами 47, 48.

На фиг. 6С показана деталь А фиг. 6А, при этом показано, что каждый выступ 60 снабжен плечом 70, и соответствующая выемка 62, в которую проходит выступ 60, снабжена плечом 72, при этом плечи 70, 72 выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для предотвращения движения выступа 60 из соответствующей выемки 62 при радиальном расширении расширителя 41.

Ниже приводится описание нормального использования расширителя 1 (показанного на фиг. 1А и 1В) со ссылками на фиг. 7А-7Э. на которых показаны различные стадии расширительного цикла во время расширения стального трубного элемента 40, проходящего в скважине (не изображена), образованной в земном пласте, при этом расширитель расположен в трубном элементе 40, и канал 26 проходит через

- 3 008298 трубный элемент 40 к системе управления текучей средой, расположенной на поверхности. Наибольший наружный диаметр Ό2 расширителя 1 в нерасширенном состоянии больше внутреннего диаметра 61 трубного элемента 40 перед его расширением.

В первой стадии (фиг. 7 А) расширительного цикла расширитель 1 расположен в трубном элементе 40, при этом расширитель 1 находится в своем радиально суженном состоянии. Трубный элемент 40 имеет расширенную часть 40а с внутренним диаметром 62 на стороне большого диаметра расширителя 1, нерасширенную часть 40Ь с внутренним диаметром 61 на стороне малого диаметра расширителя 1 и переходную зону 40с, расширяющуюся от нерасширенной части 40Ь к расширенной части 40а. Часть части 2с в форме усеченного конуса расширителя 1 находится в контакте с внутренней поверхностью расширяющейся переходной зоны 40с трубного элемента 40.

Во второй стадии (фиг. 7В) расширительного цикла приводится в действие система управления текучей средой для нагнетания сжатой текучей среды, например бурового раствора, через канал 26 в камеру 23 для текучей среды баллона 16. В результате баллон 16 раздувается и оказывает при этом направленное радиально наружу давление на сегменты 10 корпуса, которые за счет этого упруго деформируются посредством направленного радиально наружу изгибания. Объем жидкости, нагнетаемой в баллон 16, выбирают так, чтобы любая деформация сегментов 10 корпуса оставалась ниже предела упругости. Таким образом, сегменты 10 корпуса возвращаются в свое первоначальное положение после снятия давления жидкости в баллоне 16. Величина радиального изгибания наружу сегментов 10 корпуса небольшая относительно разницы между диаметрами 62 и 61. Таким образом, расширитель 1 расширяется после нагнетания выбранного объема жидкости в баллон 16 из радиально суженного состояния в радиально расширенное. Затем расширяющаяся переходная зона 40с и короткая секция нерасширенной части трубного элемента 40 радиально расширяются расширителем 1, при этом величина расширения соответствует величине радиального изгибания наружу сегментов 10 корпуса. Такое радиальное расширение трубного элемента 40 находится в пластической области, поскольку трубный элемент 40 подвергается окружным напряжениям за пределами предела упругости стали трубного элемента 40.

В третьей стадии (фиг. 7С) расширительного цикла приводится в действие система управления текучей средой для снятия давления жидкости в баллоне 16 посредством обеспечения выпуска жидкости из камеры 23 обратно в систему управления. За счет этого баллон 16 сдувается, и сегменты 10 корпуса перемещаются обратно в свою первоначальную недеформированную форму, так что расширитель 1 возвращается в свое радиально нерасширенное состояние. В результате образуется небольшое кольцевое пространство 42 между частью 2с в форме усеченного конуса корпуса 2 расширителя и внутренней поверхностью расширенной переходной зоны 40с трубного элемента 40.

В четвертой стадии (фиг. 7Ό) расширительного цикла расширитель 1 перемещают вперед (т.е. в направлении стрелки 80), пока часть 2с в форме усеченного конуса расширителя 1 не придет снова в соприкосновение с внутренней поверхностью расширяющейся переходной зоны 40с трубного элемента 40, за счет чего кольцевое пространство 42 исчезает. Сегменты 10 корпуса, если они еще не возвратились полностью в свою первоначальную недеформированную форму, перемещаются далее в свою первоначальную недеформированную форму за счет притяжения или толкания к внутренней поверхности трубного элемента 40. Перемещение вперед расширителя 1 достигается посредством приложения среднего тянущего или толкающего усилия к каналу 26 для текучей среды на поверхности.

Затем повторяют вторую стадию (фиг. 7Е) с последующим повторением третьей и четвертой стадий. Затем повторяют цикл из второй, третьей и четвертой стадий столько раз, сколько необходимо для расширения всего трубного элемента 40 или же, если это желательно, его части.

Нормальное использование первого альтернативного расширителя 31 (показанного на фиг. 3 и 4) аналогично нормальному использованию выше расширителя 1. Дополнительным преимуществом первого альтернативного расширителя 31 является то, что радиальная деформация наружу каждого сегмента 10 корпуса после перемещения расширителя 31 из радиально суженного состояния в радиально расширенное состояние происходит более равномерно по длине сегмента 10 корпуса.

Нормальное использование второго альтернативного расширителя 41 (показанного на фиг. 5, 6 А и 6В), по существу, аналогично нормальному использованию выше расширителя 1, за исключением того, что во второй стадии каждого расширительного цикла сжатую текучую среду нагнетают из системы управления текучей средой через канал 54 и отверстия 58 в герметичную камеру 66 для текучей среды вместо баллона 16 варианта выполнения, показанного на фиг. 1, 2. После подачи давления в камеру 66 удлиненные стальные сегменты 46 смещаются радиально наружу, пока не будут остановлены стопорными буртиками 50, 52. Таким образом, наиболее дальнее наружу радиальное положение сегментов 46 определяется кольцевыми стопорными буртиками 50, 52, за счет чего обеспечивается равномерное радиальное расширение трубного элемента 40 в окружном направлении. Радиальное перемещение наружу сегментов 46 вызывает увеличение расстояния между сегментами 46, что, в свою очередь, вызывает расширение в окружном направлении эластомерных корпусов 64, соединяющих сегменты 46. Кроме того, во время перемещения наружу сегментов 46 выступ 60 каждого сегмента 46а постепенно перемещается из соответствующей выемки 62 смежного сегмента 46Ь, так что давление жидкости в камере 66 передается через эластомерные корпуса в части выступов 60, которые переместились из соответствующих выемок

- 4 008298

62. За счет этого достигается то, что давление Р жидкости в камере 66 воздействует на воображаемую внутреннюю поверхность камеры 66 с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру выступов 60. Поскольку доступное усилие расширения на наружной поверхности корпуса 42 расширителя увеличивается с увеличением диаметра такой воображаемой внутренней поверхности, то внутренние диаметры выступов 60, соответственно, выбирают как можно большими.

Нормальное использование расширителя 1, снабженного трубной втулкой 28 (показанной на фиг. 2А и 2В), по существу, аналогично нормальному использованию расширителя 1 без трубной втулки 28. Задачей трубной втулки 28 является ограничение расширения цилиндрической части 2а расширителя 1 во время расширения трубного элемента 40, в частности, в начале процесса расширения, когда цилиндрическая часть 2а еще выступает наружу из трубного элемента 40. Поскольку внутренний диаметр втулки 28 несколько больше наружного диаметра цилиндрической части 2а, то части сегментов 10 внутри втулки 28 могут деформироваться радиально наружу после подачи давления в баллон 16, пока втулка 28 не остановит дальнейшую радиальную деформацию наружу.

Таким образом достигается исключение чрезмерной радиальной деформации наружу сегментов 10 в месте расположения цилиндрической части 2а.

Вместо использования корпуса расширителя, снабженного параллельными продольными прорезями, проходящими, по существу, по всей длине корпуса расширителя, можно использовать корпус расширителя, снабженный относительно короткими параллельными продольными прорезями, расположенными в шахматном порядке, например по схеме, аналогичной схеме прорезей трубного элемента, раскрытого в ЕР 0643795-В1 (как показано на фиг. 1 и 3). Такое расположение в шахматном порядке имеет то преимущество, что можно лучше управлять расширением прорезей во время расширения расширителя.

В четырех указанных выше стадиях каждого расширительного цикла текучая среда вынуждена попеременно протекать в камеру для текучей среды через канал для текучей среды и из камеры через канал для текучей среды. В качестве альтернативного решения расширитель может быть снабжен управляемым клапаном (не изображен) для выпуска текучей среды из расширителя наружу.

Управляемый клапан снабжен, соответственно, электрическим средством управления, при этом клапан является, например, сервоклапаном. Электрическое средство управления предпочтительно содержит электрический проводник, проходящий через канал для текучей среды для подачи текучей среды из системы управления в раздуваемый элемент.

Нормальное использование такого расширителя, снабженного управляемым клапаном, по существу, аналогично нормальной работе указанного выше расширителя. Однако различие заключается в том, что в третьей стадии (см. фиг. 7С) расширительного цикла клапаном управляют для обеспечения выхода текучей среды из камеры через клапан наружу расширителя, т. е. текучая среда протекает в трубный элемент, а не обратно через канал для текучей среды. Нагнетание текучей среды из системы управления через канал в камеру можно выполнять непрерывно или прерывисто, в то время как управление вытеканием текучей среды из камеры выполняют с помощью клапана.

В указанных выше вариантах выполнения расширитель попеременно расширяют и сужают посредством направления потока текучей среды в камеру для текучей среды и посредством обеспечения вытекания текучей среды из камеры в противоположном направлении. В альтернативной системе расширитель попеременно расширяют и сужают посредством попеременного перемещения тела в камеру для текучей среды и из камеры. Таким телом может быть, например, плунжер, имеющий часть, проходящую в камеру для текучей среды, и часть, проходящую наружу из камеры для текучей среды. Плунжер можно приводить в действие с помощью любого подходящего приводного средства, такого как гидравлическое, электрическое или механическое приводное средство.

Половина верхнего угла секции в форме усеченного конуса расширителя составляет предпочтительно между 3 и 10°, более предпочтительно между 4 и 8°. В указанном выше примере половина верхнего угла составляет около 6°.

Расширитель может быть соответствующим складывающимся расширителем, который можно приводить в сложенное состояние, за счет чего расширитель можно перемещать через нерасширенную часть трубного элемента.

Третью и четвертую стадии указанного расширительного цикла можно выполнять последовательно или одновременно. В последнем случае расширитель может быть в непрерывном контакте с внутренней поверхностью трубного элемента, за счет чего сегменты корпуса возвращаются в свою недеформированную конфигурацию во время перемещения вперед расширителя. Восстанавливающее усилие для возвращения сегментов корпуса в их недеформированную конфигурацию результируется из такого непрерывного контакта сегментов корпуса с внутренней поверхностью трубного элемента. Перемещение вперед расширителя останавливается после достижения им своего суженного состояния.

Указанным выше образом достигается то, что трубный элемент расширяется посредством приложения лишь умеренного усилия протягивания в противоположность способам, согласно уровню техники, в которых необходимы большие усилия протягивания для преодоления трения между расширителем и трубным элементом.

- 5 008298

Кроме того, достигается то, что нет необходимости в точном изменении положения расширителя после каждого расширительного цикла, поскольку расширитель просто протягивают вперед в суженном состоянии, пока он не останавливается частью трубного элемента, еще не (полностью) расширенной.

Другим преимуществом системы, согласно изобретению, является то, что достигается относительно большое отношение расширения трубного элемента посредством расширения трубного элемента в стадиях приращения, при этом в каждой стадии приращения расширитель необходимо расширять до небольшого отношения расширения (при этом отношение расширения определяется как отношение диаметра расширителя в выбранном осевом положении после расширения к указанному диаметру перед расширением).

Claims (20)

1. Расширительная система для радиального расширения трубного элемента, имеющего нерасширенную часть с первым внутренним диаметром, при этом расширительная система включает расширитель, выполненный с возможностью перемещения между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, при этом расширитель выполнен с возможностью расширения трубного элемента с первого внутреннего диаметра до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, посредством перемещения расширителя из его радиально суженного состояния в радиально расширенное состояние, при этом расширитель содержит контактную секцию с диаметром больше первого внутреннего диаметра, когда расширитель находится в радиально суженном состоянии, и при этом контактная секция расположена с возможностью предотвращения движения расширителя через нерасширенную часть трубного элемента, когда расширитель находится в радиально суженном состоянии, отличающаяся тем, что расширитель расположен в трубном элементе, при этом расширитель находится в своем радиально суженном состоянии, и при этом контактная секция находится в контакте с внутренней поверхностью трубного элемента для предотвращения осевого перемещения расширителя через нерасширенную часть трубного элемента.

2. Расширительная система по п.1, в которой расширитель включает расширительную поверхность, проходящую в осевом направлении и выполненную с возможностью приведения в действие для перемещения радиально наружу для расширения трубного элемента во время перемещения расширителя из суженного состояния в расширенное состояние, при этом расширительная поверхность имеет изменяющийся диаметр в осевом направлении.

3. Расширительная система по п.2, в которой контактная секция расширителя имеет наружную поверхность, совпадающую с расширительной поверхностью.

4. Расширительная система по любому из пп.2 или 3, в которой диаметр расширительной поверхности непрерывно увеличивается в осевом направлении.

5. Расширительная система по п.4, в которой расширительная поверхность является расширяющейся поверхностью.

6. Расширительная система по п.4, в которой расширительная поверхность имеет форму усеченного конуса.

7. Расширительная система по любому из пп.2-6, в которой расширительная поверхность выполнена с возможностью перемещения радиально наружу, по существу, равномерно по ее длине во время перемещения расширителя из его суженного состояния в расширенное состояние.

8. Расширительная система по любому из пп.1-7, в которой контактная секция расширителя имеет наименьший диаметр меньше первого внутреннего диаметра и наибольший диаметр больше первого внутреннего диаметра.

9. Расширительная система по любому из пп.1-8, в которой расширитель содержит корпус расширителя, включающий множество сегментов корпуса, распределенных по окружности корпуса расширителя, при этом каждый сегмент проходит в продольном направлении расширителя и выполнен с возможностью перемещения между радиально суженным положением и радиально расширенным положением.

10. Расширительная система по п.9, в которой корпус расширителя снабжен множеством продольных прорезей, распределенных по окружности корпуса расширителя, при этом каждая прорезь проходит между парой смежных сегментов корпуса.

11. Расширительная система по любому из пп.9 или 10, в которой каждый сегмент корпуса выполнен на своих обоих концах в виде единого целого с корпусом расширителя.

12. Расширительная система по любому из пп.9-11, в которой корпус расширителя является трубным корпусом расширителя, и в котором расширитель включает раздуваемую камеру для текучей среды, расположенную внутри трубного корпуса расширителя, для перемещения каждого сегмента корпуса радиально наружу при раздувании камеры для текучей среды.

13. Расширительная система по п.12, в которой камера для текучей среды образована внутри раздуваемого баллона, расположенного внутри трубного корпуса.

- 6 008298

14. Расширительная система по любому из пи. 12 или 13, дополнительно включающая систему управления потоком текучей среды для управления входящим потоком текучей среды в камеру для текучей среды и/или выходящим потоком текучей среды из камеры для текучей среды.

15. Расширительная система по и. 14, в которой система управления потоком текучей среды выполнена с возможностью попеременного управления входящим потоком текучей среды и выходящим потоком текучей среды.

16. Расширительная система по любому из пи. 14 или 15, в которой система управления текучей средой включает клапан для управления выходящим потоком текучей среды из раздуваемой камеры для текучей среды.

17. Расширительная система по и. 16, в которой клапан снабжен электрическим средством управления, выполненным с возможностью управления клапаном.

18. Расширительная система по и. 17, в которой электрическое средство управления содержит электрический проводник, проходящий через канал для подачи текучей среды в или из раздуваемой камеры для текучей среды.

19. Расширительная система по любому из пи. 1-18, в которой трубный элемент проходит в скважину, образованную в земном пласте.

20. Способ радиального расширения трубного элемента с использованием расширительной системы по любому из пи. 1-19, содержащий стадии:

a) расположения расширителя внутри трубного элемента;

b) перемещения расширителя из его суженного состояния в расширенное состояние для расширения трубного элемента;

c) перемещения расширителя из его расширенного состояния в суженное состояние;

б) обеспечения перемещения расширителя через трубный элемент за счет действия осевого усилия, оказываемого на расширитель, пока дальнейшее перемещение не будет предотвращено за счет нахождения расширителя в суженном состоянии и соприкосновения контактной секции с внутренней поверхностью трубного элемента; и

е) повторения стадий Ь)-б) до расширения расширителем трубного элемента или его желаемой части с первого диаметра до второго диаметра.