EA021043B1 - Система и способ крепления расширяемой трубы к стенке ствола буровой скважины - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системе крепления расширяемой трубы к стенке ствола буровой скважины. Система содержит опорный элемент, первый конец которого закреплен относительно внешней поверхности трубы, а второй конец имеет наклонную поверхность. Первый конец анкера закреплен на внешней поверхности трубы, а второй его конец направлен в сторону опорного элемента и является подвижным относительно внешней поверхности трубы. Указанный опорный элемент имеет наклонную поверхность с наклоном в сторону анкера. Расширение части расширяемой трубы между первым концом опорного элемента и первым концом анкера приводит к уменьшению осевой длины устройства, причем разность по длине является достаточной для того, чтобы в результате взаимодействия с наклонной поверхностью второй конец анкера сместился радиально в сторону и вошел в зацепление со стенкой ствола скважины.

Description

Изобретение относится к расширяемому устройству, предназначенному для использования в созданном в пласте стволе скважины, содержащему механизм, обеспечивающий радиальное расширение при протягивании. В частности, настоящее изобретение относится к радиально расширяемому устройству, механически соединяющемуся со стенкой ствола скважины посредством образования анкерного соединения.

Уровень техники

При бурении нефтяных и газовых скважин ствол скважины формируют с помощью бурового долота, спускаемого вниз на нижнем конце бурильной колонны. После того как скважина пробурена до определенной глубины, бурильную колонну и долото поднимают и ствол скважины, как правило, закрепляют с помощью стальной трубы, называемой обсадной колонной. Обсадная колонна обеспечивает поддержку ствола скважины и изоляцию определенных его областей, например областей, прилегающих к нефтегазоносным пластам. Как правило, обсадная колонна проходит от устья скважины вниз до заданной глубины. Между внешней поверхностью обсадной колонны и продуктивным пластом, таким образом, образуется кольцевое затрубное пространство. Это затрубное пространство заполняется цементным раствором, чтобы, когда произойдет его схватывание, обеспечить прочное закрепление обсадной колонны в стволе скважины и изоляцию продуктивных зон и текучих сред на различных глубинах в стволе скважины.

При бурении и эксплуатации газонефтяных скважин все более широкое применение находят расширяемые трубы. Г лавным преимуществом расширяемых труб в стволах скважин является возможность увеличения внутреннего диаметра забоя скважины для добычи текучей среды и прохода инструментов по сравнению с обычными скважинными стволами с общепринятой схемой вставленных обсадных колон. В общем случае расширяемая труба устанавливается посредством опускания нерасширенной трубы в ствол скважины, после чего через указанную трубу проталкивают, прокачивают или протягивают расширяющее устройство. Степень расширения, представляющая собой отношение величины диаметра после расширения к величине диаметра до расширения, определяется эффективным диаметром расширителя.

После спуска расширяемой трубы в ствол скважины ее необходимо закрепить в стволе на заданной глубине для предотвращения перемещений расширяемой трубы в процессе расширения. Крепление расширяемой трубы в стволе скважины позволяет осуществить расширение данной трубы по всей длине в стволе скважины с помощью расширителя. Анкер должен обеспечивать достаточное сцепление между расширяемой трубой и внутренней поверхностью ствола скважины с целью предотвращения вращательного и продольного перемещения расширяемой трубы вдоль оси ствола скважины в процессе расширения.

Спуск расширяемой трубы в ствол скважины часто производится уже после того, как предыдущие колонны обсадных труб установлены в скважине. В этом случае расширяемая труба должна пройти через предыдущие колонны для того, чтобы достигнуть той части необсаженного ствола скважины, которую требуется изолировать и которая находится ниже уже установленных обсадных колон. Соответственно, внешний диаметр анкера и расширяемой трубы должен быть меньше диаметров всех обсадных колонн, ранее установленных в стволе скважины, чтобы они могли пройти сквозь хвостовик и дойти до глубины, где находится необсаженная часть ствола.

При достижении расширяемой трубой необсаженной части ствола скважины ниже предыдущих обсадных колон или хвостовика часто оказывается, что внутренний диаметр необсаженной части ствола больше внутреннего диаметра предыдущей обсадной колонны. Для удержания расширяемой трубы на месте в необсаженной части ствола скважины анкер должен иметь достаточно большой наружный диаметр, чтобы с требуемой надежностью закрепить расширяемую трубу внутри необсаженной части ствола перед началом процесса расширения.

В документе И8 7104322 описаны способ и устройство для крепления расширяемой трубы в стволе скважины. Устройство включает в себя раскрывающуюся систему, содержащую надувной уплотнительный элемент. Данный уплотнительный элемент устанавливается внутри хвостовика и удерживается на бурильной колонне. При надувании уплотнительный элемент радиально расширяет анкерную часть расширяемой трубы. Внешняя поверхность анкерной части вступает в сцепление со стволом скважины и образует анкер. Остальная часть расширяемой трубы впоследствии может быть расширена с помощью расширяющего устройства. Удерживающее усилие и форму анкерной части можно изменять посредством изменения характеристик пакера, таких как форма и толщина его стенки.

Однако сцепление расширяемой трубы с пластом, описанное в документе И8 7104322, ограничивается степенью расширения трубы, которая обычно ограничена предельными размерами расширяющего устройства. Например, в случаях, когда затрубное кольцевое пространство между нерасширенной трубой и стволом скважины является относительно большим, доступное механическое расширение может оказаться недостаточным для обеспечения сцепления расширяемой трубы со стенкой ствола скважины.

К тому же, несмотря на то что трение между внешней поверхностью расширяемой трубы и стенкой ствола скважины, удерживающее расширяемую трубу в требуемом положении, может противостоять противодействующим силам, возникающим под действием вращающегося расширяющего устройства,

- 1 021043 данное трение может оказаться недостаточным, чтобы противостоять противодействующим силам, возникающим при протягивании расширительного конуса через расширяемую трубу. Если трение окажется недостаточным, расширяющее устройство в процессе расширения может сдвинуть расширяемую трубу в осевом направлении, и нерасширенная труба может закупорить предыдущую обсадную колонну. В этом случае нерасширенную трубу необходимо удалить, что требует значительных затрат, или же вышеуказанная закупорка может сделать скважину неработоспособной, что приводит к еще более значительным финансовым потерям.

Таким образом, необходимо создать устройство, которое могло бы механически сцепляться со стенкой ствола скважины при расширении трубы, даже если вышеупомянутая расширенная труба сама не сцепляется со стенкой ствола.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на создание устанавливаемого на трубе устройства, обеспечивающего механическое сцепление со стенкой ствола скважины при расширении трубы, даже если расширенная труба сама не сцепляется со стенкой ствола.

Система для прикрепления расширяемой трубы к стенке ствола скважины в соответствии с настоящим изобретением содержит опорный элемент, первый конец которого закреплен относительно внешней поверхности трубы; и анкер, первый конец которого закреплен относительно внешней поверхности трубы, а второй конец направлен в сторону вышеуказанного опорного элемента и может перемещаться относительно внешней поверхности трубы, причем анкер между его первым и вторым концами имеет по меньшей мере один шарнир; при этом изгибающий момент, необходимый для сгибания анкера в шарнире, меньше, чем изгибающий момент, необходимый для изгиба другой части анкера; опорный элемент имеет наклонную поверхность, наклоненную в сторону анкера; расстояние между первым концом анкера и первым концом опорного элемента, определяющее исходную осевую длину Ц устройства, выбирается таким образом, что расширение части расширяемой трубы между первым концом опорного элемента и первым концом анкера приводит к уменьшению осевой длины устройства до величины Ь₂, а разность между Ει и Ь₂ является достаточной для того, чтобы второй конец анкера в результате взаимодействия с вышеуказанной наклонной поверхностью сместился радиально наружу и вошел в зацепление со стенкой ствола скважины.

Под воздействием усилия изгиб анкера произойдет, в первую очередь, в точке расположения по меньшей мере одного шарнира. Это дает возможность разработать конструкцию анкера таким образом, чтобы обеспечить упор свободного второго конца анкера в стенку ствола скважины, что приведет к увеличению глубины проникновения, площади контакта между анкером и пластом и повышению усилия крепления.

Изобретение станет более понятно из дальнейшего описания неограничивающих вариантов его осуществления со ссылками на чертежи, аналогичные детали на которых обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана установленная в стволе скважины система крепления согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения до расширения, вид в разрезе;

на фиг. 2 - то же, на промежуточной стадии расширения;

на фиг. 3 - то же, в полностью расширенном состоянии в стволе скважины;

на фиг. 4 показана система крепления согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения на промежуточной стадии расширения, вид в разрезе;

на фиг. 5 - то же, в полностью расширенном состоянии в стволе скважины;

на фиг. 6 в увеличенном масштабе показан анкер, пригодный для применения в системе, показанной на фиг. 4;

на фиг. 7-11 в увеличенном масштабе показаны альтернативные конфигурации анкера, пригодные для использования в системе согласно изобретению;

на фиг. 12 показана система крепления согласно одному из вариантов осуществления изобретения после расширения, вид в перспективе в увеличенном масштабе;

на фиг. 13 показана система крепления с анкером по фиг. 10 после расширения, вид в перспективе в увеличенном масштабе;

на фиг. 14 показана система крепления с анкером по фиг. 11 после расширения, вид в перспективе в увеличенном масштабе;

на фиг. 15 показана система крепления согласно альтернативному варианту осуществления изобретения на промежуточной стадии расширения, вид в разрезе;

на фиг. 16 показана труба с системой крепления по фиг. 15, вид в перспективе;

на фиг. 17Л-17Р последовательно показана работа системы крепления по фиг. 15, виды в разрезе;

на фиг. 18 показана система крепления согласно альтернативному варианту осуществления изобретения на промежуточной стадии расширения, вид в разрезе;

на фиг. 19 показана труба с системой крепления по фиг. 18, вид в перспективе;

на фиг. 20Л-20Р последовательно показана работа системы крепления по фиг. 18, виды в разрезе.

- 2 021043

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показано расширяемое анкерное устройство 10, предназначенное для крепления расширяемой трубы 20 к стенке 11 ствола скважины, выполненное согласно первому варианту осуществления изобретения. Анкерное устройство 10 содержит анкер 12 и заклинивающий элемент 16, установленные на внешней поверхности расширяемой трубы 20 на первом расстоянии Ь₁ между ними. Расширяемая труба 20 может представлять собой единичный трубчатый элемент или включать в себя любое количество соединенных трубчатых элементов. Трубчатые элементы могут быть соединены с помощью известных резьбовых соединений (не показано). Один конец 14 анкера 12 прикреплен к трубе 20 предпочтительно сваркой или с помощью другого средства, предотвращающего перемещение закрепленного конца 14 относительно трубы 20. Другой конец анкера 12 направлен в сторону заклинивающего элемента 16, но не прикреплен к внешней поверхности трубы 20, так что весь анкер 12, за исключением закрепленного конца 14, может перемещаться относительно трубы 20. Анкер 12 может быть выполнен таким образом, что его внутренний диаметр равен или предпочтительно больше внешнего диаметра нерасширенной трубы 20.

Следует отметить, что анкер 12 и его закрепленный конец 14 могут быть выполнены как единый составной элемент, состоящий из отдельных, впоследствии соединяемых частей, или представлять собой отдельные, механически не соединенные элементы. Предпочтительно, по меньшей мере, закрепленный конец 14 прикреплен к трубе желательно, но необязательно, посредством сварки.

Аналогичным образом, заклинивающий элемент 16 прикреплен к трубе 20 предпочтительно посредством сварки или с помощью другого средства, предотвращающего их относительное перемещение. Заклинивающий элемент 20 имеет наклонную часть 18, направленную в сторону анкера 12. Наклонная часть может иметь любой требуемый угол наклона поверхности.

Значения толщин заклинивающего элемента 16 и анкера 12 определяются конкретной конструкцией, но ограничиваются максимально допустимым диаметром системы до расширения, который должен быть меньше внутреннего диаметра предыдущей обсадной колонны.

Анкер 12 и заклинивающий элемент 16 могут иметь конструкцию как в виде кольца, так и состоящую из сегментов. При конструкции из сегментов анкер 12 и/или заклинивающий элемент 16 могут состоять из продольных полос, стержней или пластин. Например, можно использовать восемь полос, каждая из которых простирается вдоль дуги до 45° вдоль внешней окружности трубы 20. Альтернативно, анкер 12 и/или заклинивающий элемент 16 могут иметь как кольцевую часть, так и часть, состоящую из сегментов. В последнем случае предпочтительно, чтобы кольцевая часть располагалась вне расстояния и

Кроме того, предпочтительно, чтобы любой закрепленный конец и/или кольцевая часть были выполнены из пластически деформируемого материала и имели достаточную толщину и длину для того, чтобы они могли расширяться без приложения чрезмерно большого усилия. Подходящим пластически деформируемым материалом является, например, углеродистая сталь А333. Отношение модуля упругости данного материала к напряжению растяжения составляет порядка 30 или более, а к пределу прочности на кручение - порядка 11 или более.

Расширяемое анкерное устройство 10 предназначено для использования совместно с расширяемой трубой 20, которая, в свою очередь, расширяется с помощью расширяющего устройства 30. Как показано на фиг. 1, расширяющее устройство 30 может содержать усеченный конус с расширяющей поверхностью 32, увеличивающей внутренний диаметр трубы 20 при проталкивании или протягивании расширяющего устройства 30 внутри трубы 20, однако следует иметь в виду, что расширяющее устройство 30 может включать в себя любой другой подходящий механизм для приложения радиального расширяющего усилия к внутренней поверхности трубы 20.

Как показано на фиг. 2 и 3, при перемещении расширяющего устройства 30 через трубу 20 она укорачивается. Таким образом, при перемещении расширяющего устройства 30 от одного конца к другому расстояние Ь₁ между заклинивающим элементом 16 и закрепленным концом анкера 12 уменьшается. Когда расширяющее устройство 30 проходит за заклинивающий элемент 16, заклинивающий элемент 16 и закрепленный конец 14 анкера 12 окончательно устанавливаются на расстоянии Ь₂. Поскольку анкер 12 не закреплен на трубе 20 никакой другой частью, кроме как прикрепляемым концом 14, уменьшение длины трубы 20 практически не влияет на длину анкера 12.

Для конкретной трубы и степени расширения можно рассчитать величину уменьшения длины, которое произойдет при отсутствии ограничений по расширению трубы. В предпочтительном варианте осуществления изобретения расстояние Τι выбирается таким образом, чтобы уменьшение длины, которое можно выразить как разность между Κι и Ь₂, была достаточной для того, чтобы анкер 12 перекрыл заклинивающий элемент 16 на заданное продольное расстояние. Разность между Ь₁ и Ь₂ зависит от степени расширения и его характера и в меньшей степени зависит от исходной толщины стенки трубы. Указанную разность можно рассчитать на основе этих параметров.

Используемое понятие характер расширения отличается от так называемых расширения при растяжении и расширения при сжатии, которые, в свою очередь, используются для описания состояний напряжения, испытываемых трубой в процессе расширения. В процессе расширения при растяжении рас- 3 021043 ширяющее устройство удаляется в сторону от места, где закреплена расширяемая труба, которым, например, является место расположения анкера. В процессе расширения при сжатии расширяющее устройство движется по направлению к месту закрепления расширяемой трубы. В процессе расширения при сжатии длина расширяемой трубы уменьшается приблизительно в два раза больше, чем при расширении при растяжении. Таким образом, уменьшение длины трубы представляет собой разность длин трубы (или ее части) до и после расширения. В процессе расширения трубы характер расширения может изменяться. Кроме того, вес расширяемой трубы может являться причиной эффектов второго порядка. Однако, как правило, характер расширения известен, что будет более подробно описано ниже. Таким образом, можно и желательно вычислить и использовать заданное расстояние которое приведет к необходимому перекрытию и перемещению анкера 12 наружу.

При расширении расширяемой трубы согласно настоящему изобретению часть трубы, на которой установлен анкер согласно изобретению, предпочтительно расширяется в первую очередь. На этом первом этапе захватывающие устройства удерживают нерасширенную трубу в заданном положении до тех пор, пока анкер не войдет в зацепление со стенкой ствола скважины. Подходящие захватывающие устройства, работающие совместно с расширяющим устройством, описаны, например, в документе И8 2009/0014172 А1. На первом этапе расширения захватывающие устройства захватывают стенку трубы. Далее, исполнительный механизм, представляющий собой, например, гидравлический привод, протягивает расширяющее устройство через трубу, пока не будет приведен в действие анкер. На следующем этапе, после того как анкер вошел в зацепление со стенкой ствола скважины, может быть расширена оставшаяся часть трубы путем протаскивания расширяющего устройства по направлению к устью скважины. Расширение путем протягивания расширяющего устройства по направлению к устью скважины является относительно быстрым по сравнению с другими способами расширения. Расширение с использованием захватывающей системы можно назвать расширением при сжатии, а расширение с протягиванием расширяющего устройства к устью скважины, при котором приводится в действие анкер, называют расширением при растяжении. Таким образом, при приведении в действие анкера, когда он входит в зацепление со стенкой ствола скважины, характер расширения может меняться.

В качестве альтернативы захватывающей системы колонна расширяемых труб может закрываться на забое (не показан), образуя закрытую гидравлическую барокамеру между закрытым забоем и расширяющим устройством 30. Иными словами, забойный конец колонны закрывают на устье скважины перед спуском в скважину расширяемой трубы с закрытым концом и находящимся в трубе расширяющим устройством. В расширяющем устройстве 30 выполнен гидравлический канал, соединяющий верхний и нижний концы данного устройства. К верхнему концу гидравлического канала подсоединяют, например, полую насосно-компрессорную трубу для подачи жидкости под давлением с устья скважины через расширяющее устройство в вышеуказанную гидравлическую барокамеру, образующееся при этом в данной барокамере повышенное давление проталкивает расширяющее устройство через расширяемую трубу. Расширение с использованием расположенной под расширяющим устройством барокамеры называется расширением при растяжении.

Как показано на фиг. 4-6, согласно альтернативному варианту осуществления изобретения анкер 42 имеет закрепленный конец 44, первую часть 46 с режущим ребром 47, вторую часть 48 и шарнир 45, расположенный между первой и второй частями 46 и 47. Конструкция шарнира 45 такова, что он обеспечивает пластичную деформацию анкера 42 в процессе расширения. Когда заклинивающий элемент 16 начинает заходить под анкер 42, режущее ребро 47 выталкивается радиально наружу. Шарнир 45 обеспечивает поворот первой части 46 относительно второй части 48, позволяя режущему ребру 47 поворачиваться в сторону пласта.

В данном варианте осуществления изобретения после того, как шарнир 45 достигнет предела своего вращения и/или заклинивающий элемент 16 достигнет шарнира 45 и начнет заходить под вторую часть 48 анкера 42, вторая часть 48 начнет поворачиваться радиально наружу, тем самым увеличивая угол, под которым режущее ребро 47 входит в зацепление с пластом.

На фиг. 4 и 6 шарнир 45 показан в виде паза или выемки на внешней поверхности анкера 42. Как показано на фиг. 5, в результате сгиба анкера 42 данный паз закрылся.

На фиг. 7-10 показаны анкеры согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения. Показанный на фиг. 7 анкер 52 имеет клиновидную первую часть 53. На фиг. 8 анкер 54 имеет первую часть уменьшенной толщины. На фиг. 9 шарнир анкера 56 представляет собой прямоугольную выемку 57.

На фиг. 10 анкер 58 имеет первую часть 59 уменьшенной толщины с усиленным режущим ребром 60, представляющим собой клинообразный или лезвиеобразный наконечник, толщина которого больше толщины остальной первой части 59. Два или более показанных наконечника могут быть установлены последовательно.

Следует отметить, что описанные выше варианты осуществления изобретения являются чисто иллюстративными и что состоящий из двух частей анкер может иметь любую форму, разнообразие которых бесконечно. В каждом случае увеличение толщины и, следовательно, изгибающего усилия, возникающего в месте соединения первой и второй частей, определяет шарнир, который, в свою очередь, оп- 4 021043 ределяет степень изгиба и пластичной деформации. Таким образом, положение шарнира и относительная длина первой части определяют глубину проникновения анкера в пласт.

На фиг. 12 показан анкер практически постоянной толщины, который после расширения наполз на заклинивающий элемент 16. На конце анкера выполнено усиленное режущее ребро 60, представляющее собой клинообразный или лезвиеобразный наконечник, толщина которого больше толщины остальной части анкера. Режущее ребро 60 выталкивается в сторону и частично внутрь пласта 72, чтобы закрепить хвостовик в пласте. Глубина проникновения схематично обозначена как Ь₃. Угол наклона наклонной части 18 относительно оси трубы и контактная длина выбираются таким образом, чтобы предупредить возникновение избыточных нагрузок на хвостовик во время протаскивания через него расширяющего устройства.

Процесс расширения расширяемого хвостовика 20 приводит в действие анкерное устройство согласно настоящему изобретению. Вследствие укорачивания хвостовика в процессе перемещения расширяющего устройства от одного конца расстояния Ь₁ к другому анкер 12 надвигается на наклонную часть 18 заклинивающего элемента 16. При отсутствии шарниров свободный конец анкера может перекрыть заклинивающий элемент 16 на заданное продольное расстояние Ь₄ (фиг. 12). Длину перекрытия Ь₄ предпочтительно минимизировать, чтобы ограничить увеличение требуемого расширяющего усилия.

Режущее ребро или наконечник 60 фокусирует радиальное усилие, оказываемое анкером на пласт в процессе расширения хвостовика 20, на поверхности конца наконечника. Таким образом, радиальная сила, действующая на единицу площади пласта, увеличивается. Локальная сопротивляемость или прочность породы пласта может быть выражена как сила противодействия, деленная на площадь (единицы измерения - фунт/кв.дюйм или Па). Сопротивляемость пласта в стволе скважины может колебаться в диапазоне от 3,4 до 11 МПа (от 500 до 16000 фунт/кв.дюйм), и её можно измерять или рассчитывать. Это позволяет сконструировать площадь контакта между наконечником и пластом, а также рассчитать максимальное радиальное усилие на наконечнике для того, чтобы при расширении трубы наконечник проникал в пласт на минимальную заданную глубину Ь₃ (фиг. 12).

Усовершенствованные анкеры под воздействием внешней силы сами запирают себя в пласте. Другими словами, конструкция такого анкера предполагает, что конец наконечника анкера будет пытаться еще дальше проникнуть в пласт при воздействии такой силы в отличие, например, от трения о стенку скважины. Это называется эффектом самозапирания. Например, внешняя сила может быть направлена вверх, и с этой силой расширяющее устройство 30 действует на трубу 20 в ходе ее расширения, когда расширитель проходит за анкерное устройство 10.

На фиг. 13 показан анкер 12, толщина первой части 59 которого уменьшается после расширения и воздействия дополнительной внешней нагрузки. Под действием силы конец наконечника анкера загнулся наружу относительно трубы 20 и проник в пласт.

Отгибание наконечника наружу происходит, когда момент силы, действующий на конец наконечника анкера, больше изгибающего момента М_£ самой слабой части анкера. Для варианта выполнения, показанного на фиг. 13, такой частью является первая часть 59. Обычно момент силы зависит от расстояния Ь₅ между стенкой трубы и пластом 72, величины внешней силы Р_е и результирующей силы реакции Р_г (фиг. 13). Р_г также зависит от крепости породы и глубины проникновения Ь₃, поскольку порода будет крошиться или, иначе говоря, гранулироваться, если требуемая сила Р_г на единицу площади будет выше, чем прочность породы (выраженная в фунтах/кв.дюйм или Па). Однако указанные выше параметры могут немного отличаться. Приблизительно анкер будет самозапираться, когда Мь<Ь₅хР_г.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения анкер включает один или несколько шарниров 57, 62, 66 (фиг. 11, 14). В этом случае анкер имеет наименьшее сопротивление изгибу или наименьшую прочность на изгиб на участках, где располагаются шарниры. Как и в описанном выше варианте осуществления изобретения, конец наконечника 60 анкера будет заворачиваться или отгибаться радиально наружу в пласт, если на него будет действовать сила, создающая момент, который превосходит момент изгиба одного или нескольких шарниров.

Например, как показано на фиг. 11 и 14, под действием силы сначала происходит изгиб анкера 12 в месте расположения шарнира 62 таким образом, что наконечник 60 начинает закручиваться наружу к пласту и в сторону от трубы 20. Когда шарнир 62 закроется, начнется изгиб анкера в месте расположения шарнира 66, так что наконечник 60 и часть 64 завернутся наружу к пласту и в сторону от трубы 20. Когда закроется шарнир 66, начнется изгиб анкера в месте расположения шарнира 57 таким образом, что наконечник 60, часть 64 и часть 68 завернутся наружу к пласту и в сторону от трубы 20. При закрытии шарнира 57 анкер достигнет состояния, показанного на фиг. 14.

В вариантах, когда шарнир выполняется в виде паза или выемки (фиг. 6, 9), паз или выемка могут закрыться после определенной деформации, прекращая тем самым работать как шарнир и ограничивая дальнейшую деформацию (фиг. 14). Это явление также называется самозапиранием и в некоторых случаях может быть желательным.

Максимальное усилие прикрепления определяется, например, одной или несколькими силами, необходимыми для того, чтобы сложить зоны изгиба 59 или шарниры, прочностью породы пласта в сочетании с площадью контакта между анкерами и пластом, перпендикулярной оси трубы, глубиной проник- 5 021043 новения, количеством анкеров, расположенных по окружности трубы и т.д.

В других вариантах осуществления изобретения может быть выполнено более одного шарнира так, что деформированный анкер имеет форму, показанную на фиг. 11 и 14. Длины Ь₆, Ь₇ соответствующих частей между соседними шарнирами определяют область захвата анкера в радиальном направлении. Более толстая часть между шарнирами препятствует складыванию шарнира (фиг. 14), выдвигая тем самым анкер в пласт или по направлению к нему. Максимальное усилие прикрепления увеличивается при увеличении глубины проникновения, так как усилие прикрепления зависит от площади контакта между анкером и пластом.

Как показано на фиг. 14, в вариантах выполнения, включающих один или несколько шарниров, сравнительно более толстые части 64, 68, 58, расположенные по соседству с соответствующими шарнирами, будут ограничивать деформацию закручивания. Анкер будет закручиваться в месте расположения шарнира, но эта деформация закручивания закончится, когда более толстая часть, находящаяся рядом с соответствующим шарниром, войдет в контакт, как показано на фиг. 14. Таким образом, окончательную форму анкера определяют длины Ь₆, Ь₇ более толстых частей 68, 64. Например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 14, длина Ь₆ определяет, насколько далеко конец анкера будет отходить от хвостовика, когда прилегающие шарниры 57, 66 закроются, и дальнейшее складывание анкера станет возможным только при приложении к нему более значительного усилия. Итак, длина Ь₆ обеспечивает возможность регулировки длины проникновения Ь₃ и/или минимального усилия прикрепления. Глубина проникновения Ь₃ анкера 12 в пласт 72 частично зависит от прочности породы (твердости) пласта.

Еще в одном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 15-17, анкерное устройство обеспечивает максимальное направленное вверх усилие прикрепления, чтобы предотвратить перемещение хвостовика и в то же время ограничить величину действующей на него направленной внутрь силы, которая может привести к разрушению стенки хвостовика. Часть анкера 12, перекрывающая заклинивающий элемент, проникающая в пласт и входящая в зацепление с ним, и стенка хвостовика должны быть в состоянии обеспечить силу реакции.

Как показано на фиг. 15, анкерное устройство 110 согласно второму варианту осуществления изобретения содержит анкер 112 и заклинивающий элемент 116, установленные на внешней поверхности расширяемой трубы 20 и разнесенные на первое расстояние Ь₁. Конец 114 анкера 112 прикреплен к трубе 20 предпочтительно посредством сварки или с помощью другого средства, предотвращающего относительное перемещение закрепленного конца 114 и трубы 20. Другой, свободный конец анкера 112 направлен в сторону заклинивающего элемента 116, но не прикреплен к внешней поверхности трубы 20, так что весь анкер 112, за исключением закрепленного конца 114, может перемещаться относительно трубы 20. Анкер 112 может быть выполнен таким образом, что его внутренний диаметр равен или больше внешнего диаметра нерасширенной трубы 20.

Аналогичным образом, заклинивающий элемент 116 включает в себя закрепленный конец 117, который прикреплен к трубе 20 предпочтительно посредством сварки или с помощью другого средства, предотвращающего относительное перемещение закрепленного конца 117 и трубы 20. Другой, свободный конец заклинивающего элемента 116 направлен в сторону анкера 112 и определяет собой границу распорки 115 длиной Ь_в. Распорка 115 не прикреплена к внешней поверхности трубы 20 и может свободно перемещаться относительно нее. На свободном конце заклинивающий элемент 116 имеет наклонную часть 118, направленную в сторону анкера 112. Наклонная часть 118 может быть выполнена за одно целое с распоркой 115 или как отдельная деталь, а также иметь любой желаемый угол наклона поверхности.

Значения толщин заклинивающего элемента 116 и анкера 112 определяются конкретной конструкцией, но ограничиваются максимально допустимым диаметром системы до расширения, который должен быть меньше внутреннего диаметра предыдущей обсадной колонны.

Анкер 112 и заклинивающий элемент 116 могут иметь конструкцию как в виде кольца, так и состоящую из сегментов. При конструкции из сегментов анкер 112 и/или заклинивающий элемент 116 могут состоять из продольных полос, стержней или пластин. Как показано на фиг. 16, анкер 112 и заклинивающий элемент 116 состоят, например, из восьми полос 122 и 124 соответственно. Данные восемь полос 122 и 124 расположены по окружности на внешней поверхности трубы 20. В некоторых случаях полосы анкера 112 и/или заклинивающего элемента 116 могут включать в себя сегментированную секцию, состоящую из полосок или пальчиков 126, имеющих меньшую ширину, чем ширина полос 122. Анкер и заклинивающий элемент могут включать в себя любое количество полос 122 и/или соответствующих пальчиков 126 в соответствии с размером трубы 20.

Расширяемое анкерное устройство 110 предназначено для использования совместно с расширяемой трубой 20, которая, в свою очередь, расширяется с помощью расширяющего устройства 30, как показано в целом на фиг. 1-3. В процессе расширения расширяющее устройство перемещается в направлении, показанном стрелкой 128.

Как показано на фиг. 17А-17Р, при прохождении расширяющего устройства (положение которого показано стрелкой 30) через трубу 20 труба 20 укорачивается. Сначала свободный конец анкера 112 на- 6 021043 чинает касаться наклонной части 118 (фиг. 17А). До тех пор пока расширяющее устройство не достигнет наклонной части, результатом уменьшения длины трубы является уменьшение расстояния между наклонной частью 118 и закрепленным концом 114 анкера 112. Свободный конец анкера наползает на наклонную часть и смещается к стенке 11 скважины, затем перекрывает наклонную часть и отходит в сторону от трубы 20. Предпочтительно длина анкера 112 выбирается таким образом, чтобы его свободный конец входил в зацепление со стенкой 11 скважины к тому времени, когда расширяющее устройство пройдет за наклонную часть 118 (фиг. 17В).

Впоследствии расширяющее устройство проходит далее за наклонную часть, и труба 20 продолжает расширяться в месте, где в данный момент проходит расширитель, а ее длина сокращается. В результате сокращения длины закрепленный конец 117 заклинивающего элемента 116 смещается к анкеру 112, и в итоге наклонная часть 118 и анкер 112 сталкиваются друг с другом (фиг. 17С). Если радиальная сила, действующая на свободный конец анкера 112 и создаваемая в результате сокращения длины трубы 20 вследствие ее расширения, больше, чем локальная сопротивляемость или прочность породы пласта, свободный конец наконечника 60 войдет в пласт на более значительную глубину (фиг. 17Ό).

Однако, если вышеупомянутая радиальная сила будет меньше или равна локальной сопротивляемости или прочности породы пласта, наконечник 60 анкера не сможет дальше войти в пласт. В этом случае анкер 112 будет удерживаться на месте пластом, а наклонная часть, в свою очередь, будет удерживаться на месте анкером 112. Если распорка 115 заклинивающего элемента 116 будет не в состоянии переместиться далее вдоль или в сторону от трубы 20, дальнейшее сокращение длины будет невозможным.

Когда расширяющее устройство проходит за закрепленный конец 117 заклинивающего элемента 116, закрепленный конец 117 заклинивающего элемента 116 и закрепленный конец 114 анкера 12 окончательно устанавливаются на расстоянии Ь₈ (фиг. 17Ό). Поскольку укорачивание трубы предотвращается во время части процесса расширения, окончательная общая длина Ь₈ устройства согласно данному варианту осуществления изобретения может быть не такой маленькой, как длина Ь₂ устройства, выполненного, как показано на фиг. 1, и имеющего такую же длину Ь₁. Эта разница является результатом того факта, что укорачивание трубы предотвращалось во время прохождения расширителем, по меньшей мере, некоторой части длины Ь_в распорки 115.

Когда свободный конец заклинивающего элемента 116, имеющий наклонную часть 118, удерживается на месте анкером, максимальная нагрузка, приложенная к стенке хвостовика 20, приблизительно равна так называемой нагрузке между закрепленными точками. Нагрузкой между закрепленными точками называется локальная нагрузка, приложенная к стенке хвостовика, когда расширитель перемещается между двумя точками, в которых хвостовик закреплен, т.е. когда уменьшение длины хвостовика между этими точками произойти не может. Поскольку нагрузку между закрепленными точками можно определить заранее, например в ходе лабораторных испытаний, анкерное устройство 10 согласно настоящему изобретению можно выполнить таким образом, чтобы радиальная сила, действующая на пласт, не превышала максимально допустимую радиальную нагрузку на стенку трубы 20. Таким образом, анкерное устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает прочность стенки трубы, достаточную для того, чтобы противостоять максимальной радиальной силе при расширении, так что стенка будет оставаться практически цилиндрической, т.е. круглой, когда анкер будет входить в зацепление с пластом.

Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 15-17, позволяет создать такую конструкцию расширяемой трубы, разрушения которой удастся избежать даже в случае, когда пласт слишком жесткий, чтобы в него вошел анкер 112, так как максимальная нагрузка на трубу не будет превышать нагрузку между закрепленными точками, которую можно рассчитать или, по крайней мере, определить эмпирически. Это предотвратит разрушение, разрыв или аналогичное повреждение трубы при ее расширении. Как указывалось выше, в случае повреждения расширяемой трубы весь ствол скважины может оказаться бесполезным, и его затем придется удалять со значительными затратами. Таким образом, монтаж расширяемой трубы согласно настоящему изобретению значительно повышает надежность в этом плане.

При расширении радиальная нагрузка на хвостовик и на пласт зависит, например, от одного или нескольких параметров, а именно угла наклона поверхности наклонной части 118, трения между заклинивающим элементом 116 и хвостовиком 20, трения между заклинивающим элементом и анкером 112, прочности породы пласта, расстояния между стенкой трубы и пластом при расширении и т.п. Предпочтительно угол наклона наклонной поверхности выбирается так, чтобы прилагаемая радиальная сила была максимальной, не превышая при этом величину радиальной нагрузки разрушения хвостовика.

Поскольку радиальная и осевая нагрузки на стенку трубы ограничены, вариант осуществления изобретения, показанный на фиг. 15-17, пригоден для применения в относительно твердых горных породах, обладающих прочностью (твердостью), например, приблизительно от 20 до 28 МПа (от 3000 до 4000 фунт/кв.дюйм) или выше. Кроме того, радиальную нагрузку на стенку трубы можно ограничить путем ограничения перекрытия между анкером и заклинивающим элементом и/или путем ограничения площади контакта анкера с пластом. Площадь контакта между анкером и пластом, перпендикулярную радиусу трубы, делают минимальной, чтобы уменьшить радиальную нагрузку на хвостовик. Практиче- 7 021043 ски угол наклона поверхности наклонной части 118 составляет от 30 до 60°, например около 45°.

Как показано на фиг. 18, анкерное устройство 210, выполненное согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержит анкер 212 и заклинивающий элемент 216, установленные на внешней поверхности расширяемой трубы 20. Конец 214 анкера 212 прикреплен к трубе 20 предпочтительно посредством сварки или с помощью другого средства, предотвращающего относительно перемещение этого закрепленного конца 214 и трубы 20. Другой, свободный конец анкера 212 направлен в сторону заклинивающего элемента 216, но не прикреплен к внешней поверхности трубы 20, так что весь анкер 212, за исключением закрепленного конца 214, может перемещаться относительно трубы 20. Анкер 112 может быть выполнен таким образом, что его внутренний диаметр равен или больше внешнего диаметра нерасширенной трубы 20.

Подобным образом, заклинивающий элемент 216 включает в себя закрепленный конец 217, который прикреплен к трубе 20 предпочтительно посредством сварки или с помощью другого средства, предотвращающего относительное перемещение закрепленного конца 217 и трубы 20. Другой, свободный конец заклинивающего элемента 216 направлен в сторону анкера 112, но не прикреплен к внешней поверхности трубы 20, так что весь заклинивающий элемент 216, за исключением закрепленного конца 217, может перемещаться относительно трубы 20. Заклинивающий элемент 216 может быть выполнен таким образом, что его внутренний диаметр равен или больше внешнего диаметра нерасширенной трубы 20.

Наклонный элемент 218 расположен между свободными концами анкера 212 и заклинивающего элемента 216. Наклонный элемент 218 имеет наклонную поверхность 219а для анкера, наклоненную по направлению к анкеру 216, и наклонную поверхность 219Ь для заклинивающего элемента, наклоненную по направлению к заклинивающему элементу 216. Наклонный элемент 218 предпочтительно прикреплен к внешней части трубы 20, чтобы предотвратить их взаимное перемещение.

На свободном конце анкера 212 может быть выполнен наконечник 60 со скошенной поверхностью 280, обращенной к трубному элементу 20. Скошенная поверхность 280 взаимодействует с наклонной поверхностью 219а для анкера. На свободном конце заклинивающего элемента может быть выполнена утолщенная концевая часть 282, имеющая верхнюю скошенную поверхность 284 и нижнюю скошенную поверхность 286. Верхняя скошенная поверхность 284 взаимодействует с анкером 218, как показано на фиг. 18. Нижняя скошенная поверхность взаимодействует с наклонной поверхностью 219Ь для заклинивающего элемента.

Анкер 212 и заклинивающий элемент 216 могут иметь конструкцию как в виде кольца, так и состоящую из сегментов. При конструкции из сегментов анкер 212 и/или заклинивающий элемент 216 могут состоять из продольных полос, стержней или пластин. Как показано на фиг. 19, анкер 212 и заклинивающий элемент 216 содержат, например, восемь полос 222 и 224 соответственно. Данные восемь полос 222 и 224 расположены по окружности на внешней поверхности трубы 20. В некоторых случаях полосы анкера 212 и/или заклинивающего элемента 216 могут включать в себя сегментированную секцию, состоящую из полосок или пальчиков 225, 226, имеющих меньшую ширину, чем ширина полос 222. Анкер и заклинивающий элемент могут включать в себя любое количество полос 222 и/или соответствующих пальчиков 226 в соответствии с размером трубы 20.

Как показано на фиг. 20А-20Р, при прохождении расширяющего устройства (положение которого показано стрелкой 30) через трубу 20 она укорачивается. Сначала свободный конец анкера 212 касается наклонной поверхности 219а (фиг. 20А). До тех пор пока расширяющее устройство не достигнет наклонного элемента, результатом уменьшения длины трубы является уменьшение расстояния между наклонным элементом 218 и закрепленным концом 214 анкера 212. Свободный конец анкера наползает на наклонную поверхность 219а наклонного элемента и отклоняется в сторону пласта, перекрывая наклонный элемент и отходя в сторону от трубы 20. Предпочтительно длина анкера 212 выбирается такой, чтобы его свободный конец коснулся пласта или вошел в него (фиг. 17В).

Впоследствии расширяющее устройство проходит далее за наклонный элемент 218, и труба 20 продолжает расширяться в месте, где в данный момент проходит расширитель, а ее длина сокращается. Вследствие уменьшения длины закрепленный конец 217 заклинивающего элемента 216 смещается к наклонному элементу 218, и в результате нижняя скошенная поверхность 286 наползает на наклонную поверхность 219Ь. При этом верхняя скошенная поверхность 284 упирается в анкер 212 (фиг. 20Ό, 20Е). Если радиальная сила, действующая на свободный конец анкера 212, возникающая в результате сокращения длины трубы 20 вследствие ее расширения, больше, чем локальная сопротивляемость или прочность породы пласта, свободный конец анкера войдет дальше в пласт (фиг. 20Ό). Однако, если вышеупомянутая радиальная сила, с которой воздействует свободный конец анкера 212, будет меньше или равна локальной сопротивляемости или прочности породы пласта, наконечник 60 анкера не сможет войти в пласт. В этом случае анкер 212 будет удерживаться на месте пластом, а свободный конец заклинивающего элемента 216 будет, в свою очередь, фиксироваться анкером 212. Если свободный конец наклонного элемента 218 будет не в состоянии переместиться далее вдоль внешней поверхности трубы 20, дальнейшее сокращение длины будет невозможным.

Когда расширяющее устройство прошло далее за закрепленный конец 217 заклинивающего элемента 216, закрепленный конец 217 заклинивающего элемента 216 и закрепленный конец 214 анкера 212

- 8 021043 окончательно устанавливаются на расстоянии Ь₉ (фиг. 20Ό). Поскольку укорачивание трубы предотвращается во время части процесса расширения, длина Ь₉ может быть не такой маленькой, как Ь₂ при одинаковой длине Ц.

Когда свободный конец заклинивающего элемента 216 удерживается анкером на месте, максимальная нагрузка, приложенная к стенке хвостовика 20, приблизительно равна так называемой нагрузке между закрепленными точками. Нагрузкой между закрепленными точками называется локальная нагрузка, приложенная к стенке хвостовика, когда расширитель перемещается между двумя точками, в которых хвостовик закреплен, т.е. когда уменьшение длины хвостовика между этими точками произойти не может. Так как величину нагрузки между закрепленными точками можно определить заранее, например путем лабораторных испытаний, конструкцию стенки хвостовика можно выполнить достаточно прочной, чтобы она могла выдерживать нагрузку при расширении, чтобы предотвратить возможное разрушение стенки расширяемой трубы. Таким образом, устройство, показанное на фиг. 18-20, является пригодным для использования как в мягких, так и в твердых горных породах. Однако анкер 212 может отходить дальше от стенки трубы и входить дальше в пласт, чем анкеры 12, 112, поскольку заклинивающий элемент 216 данного анкера может заталкивать анкер вперед и в пласт. К примеру, анкер 212 может входить в пласт в 2-3 раза глубже.

На практике расширяемая труба может быть расширена таким образом, что ее радиус увеличится примерно на 30%, например примерно на 10-15%. Длина трубы может уменьшаться, например, на 5-10%.

Для трубы с внешним диаметром 24,45 см (9 и 5/8 дюйма) анкер и/или заклинивающий элемент могут иметь толщину в интервале от 0,76 до 2,54 см (от 0,3 до 1,0 дюйма), например 1,2 см (0,5 дюйма). Угол наклона наклонной поверхности относительно оси трубы может составлять от 30 до 60°, например около 45°. Длина перекрытия Ь₄ может составлять, например, от 1 до 5 см (от 0,5 до 2,0 дюйм). Длина анкера может быть в интервале от 7,5 до 40 см (от 3 до 16 дюймов). Длина распорки Ь_в может быть в интервале от 10 до 50 см (от 4 до 20 дюймов). Минимальная глубина проникновения Ь₃ может находиться в интервале от 5 до 25 мм (от 0,2 до 1 дюйма). Длина Ь₅ может быть в интервале от 2 до 10 см (от 1 до 4 дюймов). Длина Ь₆ может быть в интервале от 2 до 20 см (от 1 до 8 дюймов).

Одиночное анкерное устройство, установленное по окружности трубы, может обеспечить силу крепления до 3-4 МН, например 2 МН. Для повышения усилия крепления на трубе может быть установлено любое количество последовательно расположенных анкерных устройств. Анкерное устройство согласно настоящему изобретению можно увеличивать или уменьшать, чтобы подогнать под любой размер расширяемой трубы из используемых обычно при создании скважин для добычи углеводородов. Усилие, которое требуется для расширения расширяемой трубы, может увеличиваться, например, на величину от 5 до 50% на отдельных участках по длине анкерного устройства согласно настоящему изобретению. Так, например, усилие расширения увеличивается на 10-20% в местах расположения сварных швов 14, 17. В месте расположения наклонного элемента усилие расширения может возрастать на 20-40%, когда наконечник 60 входит в пласт. При расширении между закрепленными точками, как описано применительно к фиг. 17 и 20, усилие расширения может увеличиваться в диапазоне от 5 до 20%, например на 10%.

В устройстве согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 18-20, угол наклона наклонной поверхности 219а для анкера относительно оси трубы может составлять от 40 до 50°, например 45°. Угол наклона наклонной поверхности 219Ь для заклинивающего элемента относительно оси трубы может составлять от 25 до 40°, например 30°.

Угол наклона верхней скошенной поверхности 284 относительно оси трубы может составлять от 30 до 45°, например 38°. Величина данного угла выбирается таким образом, чтобы создать достаточно большую область между анкером 212 и заклинивающим элементом 216, чтобы избежать деформации и способствовать скольжению вышеуказанных двух элементов относительно друг друга. Угол наклона нижней скошенной поверхности 286 относительно оси трубы приблизительно равен углу наклона наклонной поверхности 219Ь для заклинивающего элемента (например, 45°), чтобы обеспечить достаточную площадь контакта между данными двумя элементами при расширении.

Все описанные выше типичные формы и размеры могут масштабироваться и подгоняться под величину внешнего диаметра любой расширяемой трубы из числа обычно используемых для разведки и добычи углеводородов.

Настоящее изобретение не ограничивается вышеизложенными вариантами его осуществления, возможно выполнение различных модификаций, не выходящих за объем изобретения, определяемый его формулой. Например, могут комбинироваться отличительные признаки различных вариантов осуществления изобретения.

Claims (25)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система крепления расширяемой трубы к стенке ствола буровой скважины, содержащая опорный элемент, первый конец которого закреплен относительно внешней поверхности трубы, и анкер, первый конец которого закреплен относительно внешней поверхности трубы, а второй конец направлен в сторону указанного опорного элемента и имеет возможность перемещения относительно внешней поверхности трубы, при этом анкер включает в себя по меньшей мере один шарнир, расположенный между указанными первым и вторым концами анкера, причем изгибающий момент, необходимый для сгибания анкера в шарнире, меньше, чем изгибающий момент, необходимый для сгибания другой части анкера; опорный элемент имеет наклонную поверхность с наклоном в сторону анкерного элемента; а расстояние между первым концом анкера и первым концом опорного элемента, определяющее исходную осевую длину Ь₁ устройства, выбирается таким образом, что расширение части расширяемой трубы между первым концом опорного элемента и первым концом анкера приводит к уменьшению осевой длины устройства до величины Ь₂, а разность между Ь₁ и Ь₂ является достаточной для того, чтобы второй конец анкера в результате взаимодействия с вышеуказанной наклонной поверхностью сместился радиально наружу и вошел в зацепление со стенкой ствола скважины.
2. 2. Система по п.1, в которой изгибающий момент М_ь шарнира меньше произведения расстояния Ь₅ между стенкой трубы и пластом на силу реакции Р_г, действующую на второй конец анкера и возникающую в результате действия внешней силы Р_е на трубу.
3. 3. Система по п.1, в которой шарнир включает в себя наклонную часть, так что толщина анкерного элемента уменьшается в направлении опорного элемента.
4. 4. Система по п.1, в которой шарнир включает в себя часть уменьшенной толщины на внешней поверхности анкера.
5. 5. Система по п.4, в которой размеры части уменьшенной толщины выбираются таким образом, чтобы прекратить срабатывание шарнира после того, как будет достигнут заданный изгиб.
6. 6. Система по п.5, в которой размеры шарнира выбираются таким образом, чтобы прекратить срабатывание, когда более толстые части, расположенные по разные стороны от части уменьшенной толщины, войдут в контакт друг с другом.
7. 7. Система по п.1, в которой шарнир включает в себя часть уменьшенной толщины на внутренней поверхности анкера.
8. 8. Система по п.1, в которой анкер включает в себя по меньшей мере два шарнира, разнесенных в осевом направлении.
9. 9. Система по п.8, в которой расстояние по меньшей мере между двумя соседними шарнирами Ь₆ выбирается таким образом, чтобы обеспечить заданную величину радиального расширения анкера после того, как будет завершено расширение трубы системой.
10. 10. Система по п.1, в которой второй конец анкера имеет часть с увеличенной толщиной.
11. 11. Система по п.10, в которой часть с увеличенной толщиной включает в себя по меньшей мере один наконечник, заостренный в направлении к стенке скважины.
12. 12. Система по п.11, в которой наконечник представляет собой конец клинообразной или лезвиеобразной формы, расположенный рядом с частью уменьшенной толщины.
13. 13. Система по п.1, в которой наклонная поверхность сдвинута по оси от первого конца опорного элемента на расстояние Ь_в, а опорный элемент включает в себя распорку, установленную между первым и вторым концами опорного элемента, причем распорка и второй конец опорного элемента установлены с возможностью перемещения относительно внешней поверхности расширяемой трубы; при этом труба и распорка выполнены так, что расширение части расширяемой трубы между наклонной поверхностью и первым концом опорного элемента приводит к уменьшению осевой длины устройства до тех пор, пока стенка ствола скважины не остановит дальнейшее уменьшение длины, после чего сокращение длины расширяемой трубы будет остановлено распоркой.
14. 14. Система по п.13, в которой расстояние Ь₁ превышает расстояние Ь_в не более чем в 2 раза.
15. 15. Система по п.14, в которой расстояние Ь₁ составляет от 1,2 до 1,6 расстояния Ь_в.
16. 16. Система по п.1, в которой анкер и/или опорный элемент включают в себя по меньшей мере два сегмента, вытянутых вдоль расширяемой трубы.
17. 17. Система по п.16, в которой по меньшей мере два сегмента состоят из полос или пластин, закрывающих по окружности практически всю внешнюю поверхность расширяемой трубы.
18. 18. Система по п.16, в которой по меньшей мере один из сегментов включает в себя сегментированную секцию, состоящую из полосок или пальчиков, ширина которых меньше ширины соответствующего сегмента.
19. 19. Система по п.1, содержащая закрепленный на внешней поверхности расширяемой трубы наклонный элемент с наклонной поверхностью для анкера с одной стороны и наклонной поверхностью для опорного элемента с противоположной стороны;

    - 10 021043 второй конец анкера, направленный в сторону указанной наклонной поверхности для анкера наклонного элемента;

    второй конец опорного элемента, направленный в сторону наклонной поверхности для указанного опорного элемента;

    причем поверхность второго конца опорного элемента сдвинута по оси от его первого конца на расстояние Ьв, а опорный элемент включает в себя распорку, установленную между первым и вторым концами опорного элемента, причем распорка и второй конец опорного элемента установлены с возможностью перемещения относительно внешней поверхности расширяемой трубы;

    при этом расширение части расширяемой трубы между первым концом анкера и наклонным элементом приводит к тому, что осевая длина устройства уменьшается достаточно, чтобы второй конец анкера сместился радиально в сторону и вошел в зацепление со стенкой скважины в результате взаимодействия с наклонной поверхностью для анкера; а расширение части расширяемой трубы между наклонным элементом и первым концом опорного элемента приводит к дальнейшему уменьшению осевой длины устройства, в результате чего второй конец опорного элемента смещается радиально в сторону и входит в зацепление со вторым концом анкера в результате взаимодействия с наклонной поверхностью для опорного элемента до тех пор, пока уменьшение длины не будет остановлено стенкой ствола скважины, после чего уменьшение длины расширяемой трубы будет остановлено распоркой.
20. 20. Система по п.19, в которой второй конец опорного элемента имеет скошенную верхнюю поверхность, наклоненную в направлении анкерного элемента для взаимодействия с ним.
21. 21. Система по п.19, в которой второй конец опорного элемента имеет скошенную нижнюю поверхность, наклоненную в направлении наклонной поверхности для опорного элемента для взаимодействия с наклонным элементом.
22. 22. Система по п.19, в которой второй конец анкера имеет скошенную боковую поверхность, наклоненную в направлении наклонной поверхности для анкера для взаимодействия с ней.
23. 23. Система по п.20, в которой угол наклона скошенной верхней поверхности относительно оси трубы составляет от 30 до 45°.
24. 24. Система по п.21, в которой угол наклона скошенной нижней поверхности относительно оси трубы приблизительно равен углу наклона наклонной поверхности заклинивающего элемента.
25. 25. Система по п.19, в которой опорный элемент включает в себя по меньшей мере один шарнир между первым и вторым концами опорного элемента, при этом изгибающий момент, необходимый для сгибания опорного элемента по меньшей мере в одном шарнире, меньше, чем изгибающий момент, необходимый для сгибания другой части опорного элемента.