EA014929B1 - Способ радиального расширения трубчатого элемента - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу радиального расширения трубчатого элемента, расположенного в скважине, пробуренной в толще земных пород. Способ содержит принудительное изгибание стенки трубчатого элемента радиально наружу и в противоположном направлении вдоль оси таким образом, чтобы сформировать расширенную трубчатую часть, которая формируется вокруг неразвернутой части трубчатого элемента, причем вышеуказанное изгибание происходит в зоне изгиба обсадной трубы. Способ дополнительно содержит увеличивающуюся по длине расширенную трубчатую часть за счет перемещения зоны изгиба в осевом направлении относительно неразвернутой части трубчатого элемента. Вышеуказанная стенка включает в себя пластично деформируемый материал, который деформируется в зоне изгиба во время процесса изгибания таким образом, чтобы расширенная трубчатая часть сохраняла расширенную форму, полученную в результате вышеуказанной пластической деформации.

Description

Настоящее изобретение относится к способу радиального расширения трубчатого элемента.

Расширение трубчатых элементов находит применение в различных областях технологии, например таких, как индустрия нефте- и газодобычи из скважины, пробуренной в толще земных пород. Скважины обычно снабжены одной или более обсадных колонн или обсадных труб, чтобы обеспечить стабильное состояние стенки скважины, и/или обеспечить зональную изоляцию между различными слоями земных пород. Термины обсадная колонна и обсадная труба относятся к трубчатым элементам для поддержки и стабильности стенки скважины, поэтому в основном подразумевается, что обсадная колонна проходит со стороны поверхности в скважину, и что обсадная труба проходит дополнительно из расположения забоя скважины дальше в ствол скважины. Однако в настоящем контексте, термины обсадная колонна и обсадная труба используются поочередно, и без таких преднамеренных разграничений.

В традиционной конструкции скважины несколько обсадных колонн устанавливаются с различными интервалами в глубину, при расположении труб, вставленных одна в другую, посредством чего каждая последующая обсадная колонна опускается вниз, проходя через предыдущую колонну, и поэтому должна иметь меньший диаметр по сравнению с предшествующей обсадной колонной. В результате, размер поперечного сечения скважины, доступный для добычи нефти и газа, уменьшается по мере углубления скважины. Для уменьшения этого недостатка, стало распространенной практикой распространять внутри скважины в радиальном направлении трубчатые элементы после опускания на заданную длину, например, для формирования расширенной обсадной колонны или части обсадной трубы, или армирование по отношению к существующей обсадной колонне. Также было предложено расширять в радиальном направлении каждую последующую обсадную колонну до практически одинакового диаметра с предыдущей колонной, чтобы сформировать одноствольную скважину. Таким образом, достигается то, что доступный диаметр скважины сохраняется практически постоянным по мере продвижения ее в глубину (участок скважины) в противоположность традиционному расположению труб, вставленных одна в другую.

ЕР 1438483 раскрывает способ радиально расширяющейся обсадной трубы в скважине, с помощью которой трубчатый элемент в собранном виде первоначально прикрепляется к буровой трубе во время бурения нового интервала скважины. Впоследствии трубчатый элемент расширяется в радиальном направлении и освобождается из буровой трубы.

Чтобы произвести расширение такой обсадной трубы для скважины, в основном, используется коническое расширительное устройство с самым большим внешним диаметром, который, в основном, равен требуемому диаметру обсадной трубы после его расширения. Коническое расширительное устройство накачивается насосом, проталкивается или вытягивается через трубчатый элемент. Такой способ может привести к большим силам трения, которые нужно преодолевать и которые возникают между расширительным устройством и внутренней поверхностью обсадной трубы. Также существует риск того, что расширительное устройство станет застревать в трубчатом элементе.

ЕР 0044706 раскрывает способ радиально расширяющейся гибкой трубки из тканевого материала или ткани с помощью выворачивания ее в ствол скважины, чтобы разделить промывочную жидкость, подающуюся в скважину, от шлама, текущего по направлению к поверхности.

Хотя в некоторых вариантах применения известные технологии расширения имеют некоторые предполагаемые, подающие надежды результаты, тем не менее существует необходимость создания улучшенного способа радиального расширения обсадной трубы.

В соответствии с изобретением обеспечивается способ радиального расширения обсадной трубы, проходящей в стволе скважины, сформированной в толще пород, при этом способ содержит изгибание стенки обсадной трубы радиально наружу и в противоположном направлении вдоль оси таким образом, чтобы формировать расширенную трубчатую часть, расширяющуюся вокруг остающейся трубчатой части обсадной трубы, при этом вышеуказанный процесс изгибания происходит в зоне изгиба обсадной трубы. Способ дополнительно содержит увеличение длины расширяющейся трубчатой части за счет принуждения зоны изгиба двигаться в осевом направлении относительно остающейся трубчатой части, при этом вышеуказанная стенка включает в себя материал, который пластично деформируется в зоне изгиба во время процесса изгиба таким образом, что расширяющаяся трубчатая часть удерживает форму расширенного состояния в результате вышеуказанной пластической деформации.

Таким образом, трубчатый элемент эффективно выворачивается изнутри наружу во время выполнения процесса изгиба. Зона изгиба определяет место, в котором происходит процесс изгиба. За счет принуждения зоны изгиба двигаться в осевом направлении относительно обсадной трубы достигается то, что трубчатый элемент постепенно расширяется без необходимости иметь расширительное устройство, которое накачивается насосом, проталкивается или вытягивается через трубчатый элемент. Кроме того, расширенная трубчатая часть удерживает свою форму благодаря пластической деформации, которая является постоянной деформацией стенки. Таким образом, обеспечивается то, что расширенная трубчатая часть автоматически поддерживает свою расширенную форму, т.е. никакой внешней силы или давления не требуется, чтобы расширенная трубчатая часть поддерживалась в расширенном состоянии. Если, например, расширенная трубчатая часть была расширена напротив стенки ствола скважины в результате

- 1 014929 вышеуказанного изгиба стенки, никакой внешней силы или давления не требуется, чтобы сохранять положение расширенной трубчатой части напротив стенки ствола скважины. Соответственно, стенки обсадной трубы сделаны из такого металла как сталь или любого другого пластичного металла, способного к пластической деформации, происходящей за счет выворачивания обсадной трубы. Расширенная трубчатая часть, кроме того, имеет соответствующее сопротивление смятию, например, порядка 10-15 МПа. Если трубчатый элемент удлиняется внутри скважины в вертикальном направлении, то вес остающейся трубчатой части может быть использован для создания силы, которая необходима для перемещения зоны изгиба вниз.

Соответственно, зона изгиба движется в осевом направлении относительно остающейся трубчатой части, за счет перемещения остающейся трубчатой части в осевом направлении относительно расширенной трубчатой части. Например, расширенная трубчатая часть удерживается в стационарном состоянии, в то время как остающаяся нерасширенная трубчатая часть перемещается в осевом направлении через расширенную трубчатую часть, вызывая вышеуказанный изгиб стенки.

Для того чтобы вызвать вышеуказанное перемещение остающейся трубчатой части, предпочтительно, чтобы она подвергалась в осевом направлении сжимающей силе, обеспечивающей перемещение. Действующая в осевом направлении сжимающая сила, предпочтительно, по меньшей мере, частично, является весом остающейся трубчатой части. Если необходимо, вес может быть дополнен за счет внешней, направленной вниз силы, которая прикладывается к остающейся трубчатой части, чтобы вызвать вышеуказанное перемещение. Когда длина, и, следовательно, вес остающейся трубчатой части увеличивается, может возникнуть необходимость приложения к ней направленной вверх силы, чтобы предотвратить неконтролируемое изгибание или искривление в зоне изгиба.

Если зона изгиба расположена в нижнем конце обсадной трубы, то за счет этого остающаяся трубчатая часть укорочена в осевом направлении на ее нижнем конце благодаря вышеупомянутому перемещению зоны изгиба. Предпочтительно, чтобы остающаяся трубчатая часть была вытянута на ее верхнем конце, в соответствии с вышеупомянутым укорачиванием на нижнем ее конце. Остающаяся трубчатая часть, в основном, укорачивается на ее нижнем конце благодаря продолжительному знакопеременному изгибу стенки. Поэтому, за счет удлинения остающейся трубчатой части на ее верхнем конце, компенсируется укорачивание на ее нижнем конце, и процесс знакопеременного изгиба стенки может быть продолжен до тех пор, пока не будет достигнута желаемая длина расширенной трубчатой части. Остающаяся трубчатая часть может быть удлинена на ее верхнем конце, например, за счет присоединения трубчатого участка к вышеуказанному верхнему концу любым подходящим способом, например таким, как сварка. Альтернативно, остающаяся трубчатая часть может быть сделана в форме витых трубок, которые раскручиваются с катушки и постепенно продвигаются в ствол скважины. Таким образом, витые трубки удлиняются на их верхнем конце за счет раскручивания с катушки.

В результате формирования расширенной трубчатой части вокруг остающейся трубчатой части, формируется кольцевое пространство между неразвернутой и расширенной трубчатой частями. Чтобы увеличить сопротивление смятию расширенной трубчатой части, в кольцевое пространство может быть закачана жидкость под давлением. Давление жидкости может появиться исключительно в результате веса столба жидкости в кольцевом пространстве, или дополнительно, также от внешнего давления, создаваемого в столбе жидкости.

Процесс расширения, соответственно, инициируется за счет изгиба стенки обсадной трубы на участке его нижнего конца.

Преимущественно скважина пробуривается с помощью буровой трубы, проходящей через неразвернутую трубчатую часть. В таком варианте применения неразвернутая трубчатая часть и буровая труба, предпочтительно, опускаются одновременно через скважину, во время бурения с помощью буровой трубы.

Дополнительно зона изгиба может нагреваться, чтобы способствовать изгибанию стенки.

Для уменьшения каких-либо тенденций к деформации неразвернутой трубчатой части во время процесса расширения, остающаяся трубчатая часть преимущественно сосредотачивается внутри расширенной части с помощью любых средств для центрирования.

Изгибанию трубчатой стенки может способствовать выполнение продольных канавок на внешней поверхности обсадной трубы перед моментом расширения.

Изобретение будет описано в дальнейшем более подробно на примере со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 схематически показывает первый вариант выполнения системы для использования способа по изобретению;

фиг. 2 - второй вариант выполнения системы для использования способа по изобретению;

фиг. 3 - нижний участок третьего варианта выполнения системы для использования способа по изобретению;

фиг. 4 - верхний участок третьего варианта осуществления изобретения; и фиг. 5 - трубопроводную систему для использования способа по изобретению.

На фигурах и в описании одинаковые позиции относятся к одинаковым элементам.

- 2 014929

На фиг. 1 показана схема, где в скважине 1, пробуренной в толще породы 2, расположен радиально расширяемый трубчатый элемент в виде удлиняемой стальной обсадной трубы 4, направленной от поверхности 6 вниз в скважину 1. Обсадная труба 4 имеет радиально расширенную трубчатую часть 10 и остальную трубчатую часть в виде неразвернутой части 8, проходящей внутри расширенной части 10. Стенка неразвернутой части 8 изгибается на ее нижнем конце радиально наружу и в осевом направлении (т.е. вверх) таким образом, чтобы сформировать ϋ-образную нижнюю часть 11, соединяющую неразвернутую часть 8 с расширенной частью 10. ϋ-образная нижняя часть 11 образует зону 9 изгиба обсадной трубы 4. Расширенная часть 10 обсадной трубы фиксируется в осевом направлении относительно стенки 12 скважины за счет сил трения между частью 10 обсадной трубы и стенкой 12 скважины в результате процесса расширения. Альтернативно, или дополнительно, расширенная часть 10 обсадной трубы может быть зафиксирована на стенке 12 скважины любыми подходящими средствами фиксации (не показаны).

Система, изображенная на фиг. 2, содержит в дополнение к обсадной трубе 4, трубчатый направляющий элемент 14 и дополнительное направляющее кольцо 15. Направляющий элемент 14 имеет верхнюю часть 16, которая заходит в неразвернутую часть 8 обсадной трубы, а нижняя его часть 18 расположена ниже ϋ-образной нижней части 11 обсадной трубы 4. Нижняя часть 18 имеет внешнюю вогнутую направляющую поверхность 20, расположенную радиально наружу таким образом, чтобы направлять и поддерживать ϋ-образную нижнюю часть 11. Направляющий элемент 14 может быть подвешен со стороны поверхности с помощью подходящего троса или канта (не показаны), проходящих через неразвернутую часть 8 обсадной трубы. Альтернативно, направляющий элемент 14 может поддерживаться за счет сил трения между направляющим элементом и неразвернутой частью 8 обсадной трубы, или за счет сил трения между направляющим элементом и стенкой 12 скважины. В последнем случае направляющий элемент 14 соответственно снабжен, например, элементами в виде щеток, которые, при прохождении стенок 12 скважины, царапают их. Дополнительное направляющее кольцо 15 расположено между расширенной частью 10 обсадной трубы и неразвернутой частью 8 обсадной трубы и лежит на ϋ-образной нижней части 11.

Система, изображенная на фиг. 3, содержит в дополнение к обсадной трубе 4, трубчатый направляющий элемент 14 и дополнительное направляющее кольцо 15, бурильную трубу 22, проходящую от стороны поверхности через неразвернутую часть 8 обсадной трубы на дно 24 скважины. Бурильная труба 22 снабжена поддерживающим кольцом 32, которое служит для поддержки направляющего элемента 14. Поддерживающее кольцо 32 выполнено выдвижным в радиальном направлении для обеспечения прохода через направляющий элемент 14 и неразвернутую часть 8 обсадной трубы. Бурильная труба 22 снабжена забойным блоком, включающим погружной двигатель 25 и буровую коронку 26, приводимую в действие погружным двигателем 25. Буровая коронка 26 содержит направляющее долото 28 с диаметром калибрующего режущего элемента долота немного меньшим, чем внутренний диаметр направляющего элемента 14, и часть с долотом-расширителем 30 с диаметром калибрующего режущего элемента долота, обеспечивающим бурение ствола скважины 24, соответствующего его номинальному диаметру. Часть с долотом-расширителем 30 отводится в радиальном направлении, при этом в отведенном состоянии внешний его диаметр немного меньше внутреннего диаметра направляющего элемента 14, чтобы буровая коронка 26 могла проходить через направляющий элемент 14 и неразвернутую часть 8 обсадной трубы, когда часть с долотом-расширителем 30 находится в сжатом состоянии.

На фиг. 4 показан верхний участок системы, изображенной на фиг. 3. Неразвернутая трубчатая часть 8 обсадной трубы формируется из плоского металлического листа 36, намотанного на катушку. Во время работы плоский металлический лист 36 разматывается с катушки 34, подается к бурильной трубе 22 и загибается вокруг нее с помощью соответствующего изгибающего устройства (не показано). Сопряженные края изогнутого металлического листа 36 затем свариваются, образуя неразвернутую трубчатую часть 8 обсадной трубы. Кольцевая прокладка 40 жестко присоединена к верхнему концу расширенной части 10 обсадной трубы, фиксируя неразвернутую часть 8 обсадной трубы относительно расширенной части 10 обсадной трубы, вследствие чего неразвернутая часть 8 обсадной трубы может скользить в осевом направлении относительно кольцевой прокладки 40. Расширенная часть 10 обсадной трубы на своем верхнем конце снабжена трубопроводом 42, который соединен с насосом (не показан) для закачки жидкости в кольцевое пространство 44, образованное между неразвернутой частью 8 обсадной трубы и расширенной частью 10 обсадной трубы.

На фиг. 5 показан трубопровод 50, направленный из наземного положения 54 на берегу водоема 52, который является, например, морем или рекой, в воду этого водоема. Трубопровод 50 содержит неразвернутую часть 56 трубы и расширенную часть 58 трубы, расположенной вокруг неразвернутой части 56 трубы. Стенки неразвернутой части 56 трубы изгибаются, на ее дальнем конце, радиально наружу и в противоположном направлении вдоль оси таким образом, чтобы сформировать концевую часть 60, имеющую ϋ-образную стенку, при этом вышеупомянутая концевая часть 60 связывает неразвернутую часть 56 и расширенную часть 58. Концевая часть 60 образует зону 62 изгиба трубопровода 50. Расширенная часть 58 трубы закрепляется на грунте, в месте наземного положения 54 на берегу водоема, с помощью подходящих фиксирующих средств 64. Кроме того, неразвернутая часть 56 трубы имеет концевую часть 66, выступающую из расширенной части 58 трубы в зоне ее наземного расположения 54. Уст

- 3 014929 ройство 68 подачи располагается около фиксирующего устройства 64, и служит для проталкивания неразвернутой части 56 дальше к расширенной части 58.

Во время работы первого варианта осуществления изобретения (фиг. 1), нижний конечный участок стенки еще нерасширенной обсадной трубы 4 изгибается радиально наружу и в противоположном направлении вдоль оси с помощью любых подходящих средств таким образом, чтобы сформировать Иобразную нижнюю часть 11. Наиболее удаленная от центра в радиальном направлении опора 10 Иобразной стенки затем прочно соединяется со стенкой скважины 12, при этом соединение может получиться автоматически, благодаря силам трения между опорой 10 и стенкой скважины 12, или с помощью любых других подходящих средств.

К неразвернутой части 8 обсадной трубы прикладывается направленная вниз сила Р, имеющая достаточно большую величину, для постепенного перемещения неразвернутой части 8 по направлению вниз. Стенка неразвернутой части 8 обсадной трубы, таким образом, постепенно изгибается и преобразуется в расширенную часть 10 обсадной трубы. В результате такой процедуры, зона изгиба 9 передвигается по направлению вниз со скоростью, составляющей примерно половину скорости перемещения неразвернутой части 8 обсадной трубы. В относительном движении зона изгиба 9 перемещается вверх относительно неразвернутой части 8 обсадной трубы. При желании диаметр и/или толщина стенки обсадной трубы 4 может быть выбрана таким образом, чтобы расширенная часть 10 обсадной трубы оказывалась плотно обжатой стенками 12 скважины в результате процесса расширения, чтобы создать уплотнение между расширенной частью 10 обсадной трубы и стенкой 12 скважины и/или стабилизировать стенку скважины. По мере своего удлинения и вследствие того, что вес неразвернутой части 8 обсадной трубы постепенно увеличивается, направленная вниз сила Р может быть постепенно уменьшена в соответствии с увеличением веса.

Кроме того, в кольцевое пространство между неразвернутой и расширенной частями 8, 10 обсадной трубы во время или после процесса расширения может быть закачана жидкость, имеющая большой вес, или жидкость под давлением, чтобы уменьшить нагрузку на смятие расширенной части 10 или уменьшить нагрузку на изгиб неразвернутой части 8.

Работа второго варианта осуществления изобретения (фиг. 2), в основном, аналогична работе первого варианта осуществления изобретения (фиг. 1), однако имеется дополнительное свойство, заключающееся в том, что стенка ϋ-образной нижней части 11 поддерживается и направляется с помощью направляющей поверхности направляющего элемента 14, чтобы способствовать изгибанию стенки обсадной трубы 4 в зоне 9 изгиба. Кроме того, направляющее кольцо 15 обеспечивает дополнительное направляющее воздействие на стенку в зоне 9 изгиба во время процесса деформации.

Во время работы третьего варианта осуществления изобретения (фиг. 3 и 4), погружной двигатель 25 вращает буровую коронку 26 для проходки скважины 24 в процессе бурения. Бурильная труба 22 постепенно углубляется в скважину 24 по мере продолжения бурения. Неразвернутая часть 8 обсадной трубы формируется на поверхности из плоского металлического листа 36, который разматывается с катушки 34 и загибается вокруг бурильной трубы с помощью любого подходящего изгибающего устройства, после чего смежные края загнутого металлического листа 36 свариваются. Альтернативно, неразвернутая часть 8 обсадной трубы может быть собрана из секций трубы на поверхности, что является нормальной практикой для бурильных труб, таких как бурильные колонны, обсадные колонны или обсадные трубы.

и-образная нижняя часть 11 обсадной трубы 4 лежит на направляющей поверхности 20 направляющего элемента 14 и продвигается дальше в скважину 24 одновременно с бурильной трубой 22. Таким образом, и-образная нижняя часть 11 обсадной трубы 4 находится в постоянном контакте с направляющей поверхностью 20 направляющего элемента 14. Первоначально, необходимо прикладывать направленную вниз силу Р к неразвернутой части 8 обсадной трубы, чтобы обеспечить опускание ее одновременно с бурильной трубой 22. Однако длина неразвернутой части 8 обсадной трубы, а, следовательно, и ее вес постепенно увеличиваются, поэтому направленная вниз сила Р может быть постепенно уменьшена, и, в конечном счете, должна быть заменена на силу, направленную вверх, чтобы контролировать скорость опускания неразвернутой части 8 обсадной трубы. Вес неразвернутой части 8 обсадной трубы, вместе с силой Р (если она имеет место), также может быть использован для обеспечения необходимого усилия подачи буровой коронки 26 во время дальнейшего бурения скважины 24. В варианте осуществления изобретения, изображенного на фиг. 3, такое усилие подачи передается на буровую коронку 26 через направляющий элемент 14 и поддерживающее кольцо 32. В альтернативном выполнении направляющий элемент 14 обходится без него, и усилие подачи прямо передается от неразвернутой части 8 обсадной трубы на бурильную трубу 22 или буровую коронку 26, например, через подходящие упорные средства (не показаны).

Таким образом, с постепенным погружением неразвернутой части 8 обсадной трубы в скважину, нижний конец стенки неразвернутой части 8 обсадной трубы постепенно изгибается в обратном направлении вдоль оси, формируя, таким образом, расширенную часть 10 обсадной трубы. Во время процесса расширения И-образная нижняя часть 11 поддерживается и направляется направляющей поверхностью 20 направляющего элемента 14, чтобы способствовать изгибанию нижнего конца стенки неразвернутой

- 4 014929 части 8. Направляющее кольцо 15 обеспечивает дополнительное направляющее воздействие на стенку во время процесса расширения и продвижения.

В том случае, когда требуется вытащить бурильную трубу 22 на поверхность, например, когда буровая коронка должна быть заменена или когда бурение скважины закончено, поддерживающее кольцо 32 отводится в радиальном направлении и долото-расширитель 30 переводится в убранное состояние. После этого бурильная труба 22 вытаскивается через неразвернутую часть 8 обсадной трубы на поверхность. Направляющий элемент 14 может оставаться в забое скважины. Альтернативно, направляющий элемент 14 может быть сделан убирающимся, чтобы его можно было транспортировать на поверхность в собранном виде через неразвернутую часть 8 обсадной трубы.

После того, как скважина 24 пробурена на желаемую глубину, и бурильная труба 22 удалена из скважины, неразвернутая часть 8 обсадной трубы, которая все еще находится в скважине 24, может быть оставлена в ней или может быть отрезана от расширенной части 10 обсадной трубы и транспортирована на поверхность.

В том случае, если неразвернутая часть 8 обсадной трубы оставлена в скважине 24, существует несколько возможных вариантов для завершения работы, например, такие как:

a) в кольцевое пространство 44 через трубопровод 42 закачивается жидкость, например соляной раствор для создания давления в кольцевом пространстве 44, что увеличивает сопротивление смятия расширенной части 10 обсадной трубы. Дополнительно в стенке обсадной трубы у ее нижнего конца, может быть выполнено отверстие для циркуляции закачиваемой жидкости;

b) в кольцевое пространство 44 через трубопровод 42 закачивается тяжелая жидкость для поддержки расширенной части 10 обсадной трубы и увеличения сопротивления смятию;

c) в кольцевое пространство 44 закачивается цемент для образования после его затвердевания твердого тела между неразвернутой частью 8 обсадной трубы и расширенной частью 10 обсадной трубы. Соответственно, цемент при затвердевании расширяется;

б) неразвернутая часть 8 обсадной трубы расширяется радиально в направлении расширенной части 10 обсадной трубы, например, с помощью закачивания, заталкивания или затягивания расширителя (не показан) через неразвернутую часть 8 обсадной трубы.

В приведенных выше примерах расширение обсадной трубы начинается в скважине. Однако в том случае, когда скважина проходит в морском дне, т.е. когда морская буровая платформа расположена над скважиной, процесс расширения может быть выгодным начинать на морской платформе. В таком случае зона изгиба передвигается от морской платформы в сторону морского дна и оттуда - в скважину.

Таким образом, образующийся расширенный трубчатый элемент не только формирует обсадную трубу в скважине, но также образует водоотделяющую колонну от морского дна до буровой платформы. Необходимость в наличии отдельной водоотделяющей колонны таким образом устраняется.

Кроме того, для осуществления коммуникации со скважинным оборудованием в кольцевом пространстве между расширенной и неразвернутой частями могут быть расположены электрические или оптико-волоконные кабели. Такие кабели могут быть закреплены на внешней поверхности обсадной трубы перед началом процесса ее расширения. Расширенная и неразвернутая части могут также использоваться как проводники электрического тока для передачи данных и/или электропитания в забой скважины.

Поскольку длина неразвернутой части обсадной трубы, которая оставлена в скважине, не нуждается в расширении, то к этому участку могут применяться менее жесткие требования, относящиеся к свойствам материала и т. д. Например, вышеуказанная длина, т. е. часть обсадной трубы, оставшаяся в скважине, может иметь более низкий или более высокий предел текучести, а также меньшую или большую толщину стенок, чем расширенная часть.

Вместо оставления в скважине участка неразвернутой части обсадной трубы после завершения процесса расширения вся обсадная труба может быть расширена с помощью изобретения таким образом, что никакой части неразвернутой части обсадной трубы в скважине не остается. В этом случае протяженный элемент, например бурильная труба, может быть использована для создания необходимой направленной вниз силы Р, которая прикладывается к неразвернутой части обсадной трубы во время последней фазы процесса расширения.

Во время работы системы, изображенной на фиг. 5, концевой участок стенки еще нерасширенного трубопровода 50 изгибается радиально наружу и в противоположном направлении вдоль оси таким образом, чтобы сформировать вышеупомянутую ϋ-образную концевую часть 60. Опора для выступающей в радиальном направлении из ϋ-образной стенки затем закрепляется на грунте с помощью фиксирующего устройства 64. Впоследствии проталкивающее устройство 68 обеспечивает постепенное перемещение неразвернутой части 56 трубы дальше в расширенную часть 58 трубы, которая формируется в результате процесса изгибания. Стенки неразвернутой части 56 трубы, таким образом, постепенно изгибаются и преобразуются в расширенную часть 58 трубы. В результате зона 62 изгиба перемещается дальше в воду 52 со скоростью, составляющей, приблизительно, половину скорости, на которой неразвернутая часть 56 трубы перемещается в расширенную часть 58 трубы. Процесс продолжается до тех пор, пока трубопровод 50 не будет перемещен в водоем 52 на требуемое расстояние.

- 5 014929

Для уменьшения сил трения между неразвернутой и расширенной частями во время процесса расширения, описанного в любом из вышеописанных примеров, применяется, слой материала, уменьшающий трение, например такой, как слой тефлона, между неразвернутой и расширенной трубчатыми частями. Например, уменьшающее трение покрытие может быть применено для покрытия внешней поверхности обсадной трубы перед процессом расширения. Такой слой уменьшающего трение материала дополнительно уменьшает кольцевой зазор между неразвернутой и расширенной частями, приводя к уменьшению тенденции к перекашиванию неразвернутой части. Вместо этого, или в дополнение к этому могут использоваться уменьшающий трение слой, центрирующие подушки и/или ролики между неразвернутой и расширенной частями для уменьшения сил трения и кольцевого зазора, существующего между частями.

С помощью способа, описанного выше, можно достичь того, что во время процесса бурения в скважине существует только относительно короткая часть с открытым отверстием, поскольку расширенная часть обсадной трубы распространяется ближе к нижнему концу бурильной трубы в любое время. Поэтому способ имеет много преимуществ. Например, можно производить работы по бурению в течение более длительных интервалов без установки новых секций обсадной колонны, обеспечивая меньшее количество секций обсадной колонны различных диаметров. Кроме того, если скважина бурится через слой сланцевой глины, то короткая часть с открытым отверстием устраняет любые проблемы, обусловленные тенденцией сланцев к разбуханию.

С помощью изобретения расширенная часть может проходить с поверхности в ствол скважины, или она может проходить из расположения забоя скважины более глубоко в скважину.

В том случае, если скважина является морской скважиной, то остающаяся (т.е. неразвернутая) часть может проходить от буровой платформы в скважину через морскую воду. Таким образом, остающаяся трубчатая часть затем формирует водоотделяющую колонну от морского дна до буровой платформы, устраняя, таким образом, необходимость в использовании в процессе бурения отдельной водоотделяющей колонны.

Вместо расширения расширенной части обсадной трубы в сторону стенки скважины (как описано выше) расширенная часть обсадной трубы может быть расширена к внутренней поверхности другой обсадной трубы, уже вставленной в скважину.

Более того, вместо перемещения неразвернутой части обсадной трубы по направлению вниз через скважину неразвернутая часть обсадной трубы может перемещаться вверх через скважину во время процесса расширения. Хотя примеры, описанные выше, относятся к вариантам применения изобретения в скважине, должно быть понятно, что изобретение может также применяться на поверхности земли. Например, расширенная часть обсадной трубы может быть расширена у внутренней поверхности трубы, например такой, как существующая труба напорного трубопровода для транспортировки нефти или газа, расположенная на поверхности земли, или на некоторой глубине ниже поверхности. В этом способе такой существующий напорный трубопровод снабжается новой внутренней обшивкой, устраняя, таким образом, необходимость замены всего трубопровода в том случае, если он был со временем изношен и поврежден.

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ радиального расширения трубчатого элемента (4), расположенного в скважине (1), пробуренной в породе (2), включающий изгиб стенки трубчатого элемента радиально наружу и в противоположном направлении вдоль оси с формированием расширенной трубчатой части (10), расположенной вокруг остающейся неразвернутой части (8) трубчатого элемента (4), причем вышеуказанный изгиб происходит в зоне (9) изгиба трубчатого элемента; формирование увеличивающейся по длине расширенной трубчатой части путем перемещения зоны (9) изгиба в осевом направлении относительно неразвернутой части (8); выполнение вышеуказанной стенки из пластично деформируемого металла, который деформируется в зоне изгиба во время процесса изгибания так, чтобы расширенная трубчатая часть в результате вышеуказанной пластической деформации сохраняла расширенную форму; фиксацию расширенной трубчатой части (10) в осевом направлении и проталкивание остающейся части (8) дальше к расширенной части (10).
2. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что на этапе проталкивания оставшейся части (8) дальше к расширенной части (10) используют вес оставшейся трубчатой части (8) для приложения к ней сжимающей осевой силы.
3. 3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что на этапе проталкивания оставшейся части (8) дальше к расширенной части (10) используют внешнюю, направленную вниз силу, которая прикладывается к остающейся трубчатой части дополнительно к ее весу.
4. 4. Способ по пп.1, 2 или 3, характеризующийся тем, что расширенную часть (10) фиксируют в осевом направлении на стенке (12) скважины средствами фиксации.
5. 5. Способ по пп.1-4, характеризующийся тем, что расширенную часть (10) фиксируют на стенке (12) скважины за счет сил трения между расширенной частью (10) и стенкой (12) скважины.

   - 6 014929
6. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что расширенную часть (10) плотно прижимают к стенкам (12) скважины для создания уплотнения между расширенной частью (10) и стенкой (12) скважины и/или для стабилизации стенки (12) скважины.
7. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что расширенная трубчатая часть (10) имеет сопротивление смятию порядка 10-15 МПа.
8. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что в качестве металла используют сталь.
9. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что включает этап сборки неразвернутой части (8) из секций трубы на поверхности.
10. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что через неразвернутую часть (8) трубчатого элемента проходит бурильная труба для бурения скважины.
11. 11. Способ по п.10, характеризующийся тем, что неразвернутую часть трубчатого элемента формируют из металлического листа, изгибают его вокруг бурильной трубы на поверхности расположения объекта и смежные концы изогнутого металлического листа соединяют с помощью сварки.
12. 12. Способ по любому из пп.11 или 12, характеризующийся тем, что неразвернутую трубчатую часть (8) и буровую трубу опускают одновременно в скважину во время бурения с помощью буровой трубы.
13. 13. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что во время последней фазы процесса расширения трубчатого элемента (4) при приложении к оставшейся части (8) направленной вниз силы Р используют протяженный элемент.
14. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что расширенная часть (10) проходит от поверхности в ствол скважины.
15. 15. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что формируют кольцевое пространство между неразвернутой частью (8) и расширенной частью (10) и закачивают жидкость в кольцевое пространство 44 для увеличения сопротивления смятию расширенной части (10).
16. 16. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что стенку трубчатого элемента направляют во время процесса изгибания в зоне изгиба направляющим элементом (14), имеющим радиальную направляющую поверхность (20), расположенную в зоне изгиба или около нее.
17. 17. Способ по п.16, характеризующийся тем, что направляющий элемент, по меньшей мере, частично проходит в неразвернутой трубчатой части (8).
18. 18. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что дополнительный направляющий элемент располагают между расширенной трубчатой частью (10) и неразвернутой частью (8).
19. 19. Способ по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что между расширенной трубчатой частью (10) и неразвернутой частью (8) располагают слой материала, уменьшающего трение.
20. 20. Способ по п.19, характеризующийся тем, что вышеуказанный слой материала, уменьшающего трение, представляет собой покрытие, накладываемое на внешнюю поверхность неразвернутой части (8).