PL243513B1 - Urządzenie uszczelniające, system odwiertu oraz sposób wytwarzania urządzenia uszczelniającego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia są urządzenia i sposoby dostarczania urządzenia uszczelniającego do uszczelnień pęczniejących posiadającego wulkanizowaną niepęczniejącą warstwę zewnętrzną z wyciętym w niej wzorem, aby odsłonić wewnętrzny pęczniejący element uszczelniający. W podanym przykładzie wykonania uszczelnienie pęczniejące zawiera trzpień mający zasadniczo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną. Element uszczelniający (118) rozciąga się promieniowo wokół trzpienia, a warstwa niepęczniejąca obwodowo pokrywa zewnętrzną powierzchnię elementu uszczelniającego. W niepęczniejącej warstwie wycina się jeden lub więcej rowków, aby odsłonić część zewnętrznej powierzchni elementu uszczelniającego. Warstwa niepęczniejąca jest skonfigurowana tak, aby uniemożliwić połączenie płynu między płynem pęczniejącym umieszczonym na zewnątrz warstwy niepęczniejącej i częściami zewnętrznej powierzchni elementu uszczelniającego pokrytego warstwą niepęczniejącą.

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy urządzenia uszczelniającego, systemu odwiertu zawierającego urządzenie uszczelniające oraz sposobu wytwarzania urządzenia uszczelniającego.

Podczas wiercenia i zakańczania odwiertów naftowych i gazowych wiercony jest odwiert do podziemnych formacji produkcyjnych. Odwiert jest czasami wyłożony obudową w celu wzmocnienia boków otworu i odizolowania wnętrza obudowy od otaczającej formacji. Pożądane może być selektywne uszczelnianie lub zatykanie odwiertu w różnych miejscach podczas wydobywania węglowodorów (np. oleju i/albo gazu) z odwiertu. Niektóre procedury uzupełniania wykorzystują urządzenia uszczelniające lub podobne, aby zapewnić hydrauliczną izolację stref wewnątrz odwiertu dla kolejnych operacji w jednej strefie podczas izolowania stref już obrobionych. Na przykład urządzenia uszczelniające z otwartym otworem mogą być stosowane do zapewnienia uszczelnienia w obszarach pierścieniowych pomiędzy koncentrycznymi rurami, takimi jak pierścieniowa przestrzeń pomiędzy ziemną ścianą boczną odwiertu a rurą. Podobnie można stosować urządzenia uszczelniające z zamkniętymi otworami, aby zapewnić pierścieniowe uszczelnienie pomiędzy zewnętrzną rurą (taką jak obudowa odwiertu) a wewnętrzną rurą (taką jak rura produkcyjna).

Powszechny typ uszczelnień obejmuje pęczniejące pęczki (znane również jako uszczelnienia pęczniejące) zawierające materiał uszczelniający, który zwiększa swoją objętość i rozszerza się promieniowo na zewnątrz, gdy określony płyn styka się z materiałem uszczelniającym w odwiercie. Materiał uszczelniający może być przykładowo wykonany z mieszanki gumowej lub innego odpowiedniego pęczniejącego materiału. Materiał uszczelniający może pęcznieć w odpowiedzi na działanie płynów węglowodorowych lub wody w odwiercie. Opóźnianie i kontrolowanie szybkości pęcznienia czasami osiąga się przez całkowite lub przerywane pokrycie powierzchni materiału uszczelniającego półprzepuszczalnymi lub nieprzepuszczalnymi warstwami bariery malowanymi na powierzchni pęczniejącego materiału jako powłoki, które ograniczają ekspozycję pęczniejącego materiału uszczelniającego na płyny węglowodorowe/wodę.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie uszczelniające zawiera trzpień, element uszczelniający biegnący promieniowo wokół trzpienia i zawierający cylindryczną powierzchnię zewnętrzną, oraz niepęczniejącą warstwę okrywającą obwodowo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną elementu uszczelniającego. Urządzenie uszczelniające charakteryzuje się tym, że niepęczniejącą warstwa jest chemicznie związana z pokrywaną cylindryczną powierzchnią zewnętrzną elementu uszczelniającego i zawiera jeden albo więcej rowków wyciętych na średnicy zewnętrznej niepęczniejącej warstwy tak, że odsłania część cylindrycznej powierzchni zewnętrznej elementu uszczelniającego, i w której niepęczniejącą warstwa stanowi barierę przed kontaktem między płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy a cylindryczną powierzchnią zewnętrzną elementu uszczelniającego pokrytego niepęczniejącą warstwą.

Korzystnie, gdy element uszczelniający ulega spęcznieniu w obecności płynów spęczniających a niepęczniejącą warstwa jest nieprzepuszczalna lub ma niską przepuszczalność dla płynów spęczniających.

Również korzystnie, gdy szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego zależna jest od ilości pokrycia elementu uszczelniającego niepęczniejącą warstwą. Dzięki temu pokrycie elementu uszczelniającego niepęczniejącą warstwą kontroluje szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego.

Korzystnie, gdy szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego wzrasta w miarę wzrostu stosunku między całkowitą powierzchnią elementu uszczelniającego, który jest odsłonięty, a całkowitą powierzchnią niepęczniejącej warstwy.

Ponadto korzystnie, gdy jeden albo większa liczba rowków zawiera wzór wycięty w niepęczniejącej warstwie tak, że odsłania leżące poniżej części elementu uszczelniającego.

Korzystnie, gdy wzór obejmuje co najmniej jeden spośród wzoru podobnego do siatki, wzoru rombowego, wzoru pionowych, poziomych i/albo spiralnych pasków.

Korzystnie jest również, gdy niepęczniejącą warstwa zawiera ponadto cząstki osadzone na powierzchni zewnętrznej niepęczniejącej warstwy do zwiększenia tarcia, gdy urządzenie uszczelniające jest aktywowane.

Zgodnie z wynalazkiem system odwiertu zawiera umieszczoną w odwiercie rurę produkcyjną, przy czym odwiert jest otoczony ciągiem osłonowym, oraz urządzenie uszczelniające rozmieszczone wzdłuż rury produkcyjnej, przy czym urządzenie uszczelniające zawiera trzpień, element uszczelniający biegnący promieniowo wokół trzpienia i zawierający cylindryczną powierzchnię zewnętrzną, oraz niepęczniejącą warstwę okrywającą obwodowo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną elementu uszczelniającego. System charakteryzuje się tym, że niepęczniejącą warstwa jest chemicznie związana z pokrywaną cylindryczną powierzchnią zewnętrzną elementu uszczelniającego i zawiera jeden albo więcej rowków wyciętych na średnicy zewnętrznej niepęczniejącej warstwy tak, że odsłania część cylindrycznej powierzchni zewnętrznej elementu uszczelniającego, i w której niepęczniejącą warstwa stanowi barierę przed kontaktem między płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy a cylindryczną powierzchnią zewnętrzną elementu uszczelniającego pokrytego niepęczniejącą warstwą.

Korzystnie, gdy element uszczelniający ulega spęcznieniu w obecności płynów spęczniających a niepęczniejącą warstwa jest nieprzepuszczalna lub ma niską przepuszczalność dla płynów spęczniających.

Ponadto korzystnie jest, gdy szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego zależna jest od ilości pokrycia elementu uszczelniającego niepęczniejącą warstwą. Dzięki temu pokrycie elementu uszczelniającego niepęczniejącą warstwą kontroluje szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego.

Korzystnie, gdy szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego wzrasta w miarę wzrostu stosunku między całkowitą powierzchnią elementu uszczelniającego, który jest odsłonięty, a całkowitą powierzchnią niepęczniejącej warstwy.

Korzystnie jest również, gdy jeden albo większa liczba rowków zawiera wzór wycięty w niepęczniejącej warstwie tak, że odsłania leżące poniżej części elementu uszczelniającego.

Korzystnie, gdy wzór obejmuje co najmniej jeden spośród wzoru podobnego do siatki, wzoru rombowego, wzoru pionowych, poziomych i/albo spiralnych pasków.

Dodatkowo korzystnie, gdy niepęczniejącą warstwa zawiera ponadto cząstki osadzone na powierzchni zewnętrznej niepęczniejącej warstwy do zwiększenia tarcia, gdy urządzenie uszczelniające jest aktywowane.

Zgodnie z wynalazkiem w sposobie wytwarzania urządzenia uszczelniającego, zawierającego trzpień mający element uszczelniający biegnący promieniowo wokół trzpienia i zawierający cylindryczną powierzchnię zewnętrzną, przy czym element uszczelniający ulega spęcznieniu w obecności płynów spęczniających, obwodowo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną elementu uszczelniającego pokrywa się niepęczniejącą warstwą. Sposób charakteryzuje się tym, że obejmuje chemiczne wiązanie niepęczniejącej warstwy w celu obwodowego pokrycia cylindrycznej powierzchni zewnętrznej elementu uszczelniającego tak, że niepęczniejącą warstwą osłania się cylindryczną powierzchnię zewnętrzną elementu uszczelniającego przed komunikacją płynową z płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy. Następnie sposób obejmuje wycięcie jednego albo więcej rowków na średnicy zewnętrznej niepęczniejącej warstwy tak, że odsłania się część cylindrycznej powierzchni zewnętrznej elementu uszczelniającego.

Korzystnie, gdy wiązanie chemiczne niepęczniejącej warstwy obejmuje wulkanizację.

Korzystnie również, gdy wycięcie jednego albo więcej rowków obejmuje wycięcie w niepęczniejącej warstwie wzoru symetrycznego lub asymetrycznego.

Ponadto korzystnie, gdy sposób obejmuje ponadto osadzanie co najmniej cząstek lub kołków na powierzchni zewnętrznej niepęczniejącej warstwy do zwiększenia zdolności kotwiczenia niepęczniejącej warstwy.

Korzystnie jest także, gdy sposób obejmuje ponadto kontrolowanie szybkości pęcznienia elementu uszczelniającego przez zmianę co najmniej jednego spośród wzoru wyciętego w niepęczniejącej warstwie, całkowitej powierzchni elementu uszczelniającego, która jest odsłonięta, oraz stosunku całkowitej powierzchni niepęczniejącej warstwy do całkowitej powierzchni odsłoniętego elementu uszczelniającego.

Wynalazek w przykładach wykonania zostanie teraz opisany w odniesieniu do figur rysunku, na których:

fig. 1 przedstawia schematyczny diagram ilustrujący przykładowy system odwiertu, według jednego lub większej liczby przykładów wykonania.

fig. 2 przedstawia widok w przekroju wzdłuż osi wzdłużnej urządzenia uszczelniającego, według jednego lub większej liczby przykładów wykonania.

fig. 3 przedstawia poprzeczny przekrój urządzenia uszczelniającego, według jednego lub większej liczby przykładów wykonania.

fig. 4 ilustruje widok z góry urządzenia uszczelniającego, według jednego lub większej liczby przykładów wykonania.

fig. 5 przedstawia widok perspektywiczny urządzenia uszczelniającego ze spiralnymi rowkami, według jednego lub więcej przykładów wykonania.

fig. 6 przedstawia widok perspektywiczny urządzenia uszczelniającego z promieniowymi rowkami, według jednego lub więcej przykładów wykonania.

W celu rozwiązania niektórych problemów związanych ze sterowaniem szybkościami pęcznienia uszczelnień pęczniejących, jak również innych, opisane są tutaj urządzenia i sposoby, które działają w celu zapewnienia urządzenia uszczelniającego pęczniejącego, mającego wulkanizowaną niepęczniejącą warstwę zewnętrzną z wyciętym w niej wzorem w celu odsłaniania wewnętrznego pęczniejącego elementu uszczelniającego. W podanym przykładzie wykonania uszczelnienie pęczniejące zawiera trzpień mający zasadniczo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną. Element uszczelniający biegnie promieniowo wokół trzpienia, a niepęczniejącą warstwa obwodowo pokrywa powierzchnię zewnętrzną elementu uszczelniającego. W niepęczniejącej warstwie wycina się jeden lub więcej rowków, aby odsłonić część powierzchni zewnętrznej elementu uszczelniającego. Niepęczniejącą warstwa jest skonfigurowana tak, że uniemożliwia komunikację między płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy a częściami powierzchni zewnętrznej elementu uszczelniającego pokrytego niepęczniejącą warstwą.

Fig. 1 przedstawia schematyczny diagram ilustrujący przykładowe środowisko pracy systemu 100 odwiertu, w którym mogą być zastosowane uszczelnienia pęczniejące, zgodnie z jednym lub większą liczbą przykładów wykonania. W systemie 100 odwiertu wiercony jest odwiert 102 rozciągający się przez różne formacje gruntowe do wybranej formacji 104 w celu wydobywania węglowodorów, magazynowania węglowodorów, usuwania dwutlenku węgla lub tym podobnych. Znawca w dziedzinie łatwo rozpozna, że zasady opisane w niniejszym dokumencie mają zastosowanie do operacji lądowych, podwodnych lub morskich, bez odchodzenia od zakresu ujawnienia. Odwiert 102 może rozciągać się zasadniczo pionowo od powierzchni ziemi nad pionową częścią odwiertu i/albo może odchylać się pod dowolnym kątem od powierzchni ziemi nad odchyloną lub poziomą częścią odwiertu. W tym przykładzie systemu 100 odwiertu, odwiert 102 zawiera zasadniczo pionowy odcinek 106, którego górna część jest osłonięta ciągiem osłonowym 108, który jest cementowany na miejscu wewnątrz odwiertu 102. Odwiert 102 może również zawierać zasadniczo poziomy odcinek 110, który rozciąga się przez wybraną formację 104.

Jak pokazano, poziomy odcinek 110 odwiertu 102 jest otworem otwartym. Jednakże znawca w dziedzinie łatwo zauważy, że zasady opisane w niniejszym dokumencie mają również zastosowanie w przykładach wykonania, w których poziomy odcinek 110 odwiertu 102 obejmuje rury wyłożenia odwiertu, takie jak obudowa i/albo wykładzina. Ponadto, chociaż fig. 1 przedstawia odwiert 102 mający poziomy odcinek 110, dla znawcy w dziedzinie powinno być zrozumiałe, że to ujawnienie ma również zastosowanie do układów odwiertów mających inne konfiguracje kierunkowe, w tym, ale nie wyłącznie, odwierty pionowe, odchylone, pochyłe, wielostronne i tym podobne.

W związku z tym należy rozumieć, że określenia, takie jak „powyżej”, „poniżej”, „górny”, „niższy”, „powyżej”, „poniżej”, „lewy”, „prawy”, „górny”, „odwiert” i tym podobne stosuje się w odniesieniu do ilustracyjnych przykładów wykonania, ponieważ są one przedstawione na figurach rysunku, przy czym kierunek w górę jest zwrócony ku górze odpowiedniej figury rysunku, kierunek w dół jest zwrócony ku dołowi odpowiedniej figury rysunku, kierunek w górę - w kierunku powierzchni odwiertu 102, a kierunek odwiertu - w kierunku dna odwiertu 102, nawet jeśli odwiert 102 lub jego części mogą być odchylone lub poziome. Odpowiednio, orientacja „poprzeczna” lub „promieniowa” oznacza orientację prostopadłą do orientacji wzdłużnej lub osiowej. W poniższym omówieniu zakłada się ogólnie cylindryczne elementy odwiertu i rury, chyba że podano inaczej.

Rura 112 (np. rura produkcyjna 112) rozciągająca się od powierzchni jest zawieszona wewnątrz odwiertu 102 w celu wydobycia płynów z formacji 104 na powierzchnię ziemi. Rura produkcyjna 112 zapewnia przewód dla płynów z formacji 104, które przemieszczają się z wybranej formacji 104 do powierzchni, i może być również wykorzystywana jako przewód do wtryskiwania płynów z powierzchni do wybranej formacji 104. Przykłady alternatywnych rur obejmują, ale nie wyłącznie, ciąg roboczy, łańcuch narzędziowy, segmentowy ciąg rur, połączony ciąg rur, zwinięty ciąg rur, ciąg rur produkcyjnych, przewód wiertniczy itp. lub ich kombinacje. W przykładowym systemie 100 odwiertu rura produkcyjna 112 jest połączona na swoim dolnym końcu z ciągiem dopełniającym 114, który został zainstalowany w odwiercie 102 i dzieli poziomy odcinek 110 na różne przedziały produkcyjne.

Ciąg dopełniający 114 zawiera wiele złączy ekranujących 116, które są połączone ze sobą sekwencyjnie w celu utworzenia ciągu dopełniającego 114. Każde złącze ekranujące 116 moż e zawierać rurę podstawową 120 i ekran 122 kontroli przepływu, który obwodowo otacza co najmniej część rury podstawowej 120. Ekrany 122 kontroli przepływu złączy ekranujących 116 działają w celu filtrowania niepożądanych cząstek stałych i innych ciał stałych z płynów z formacji 104, gdy płyny z formacji 104 wchodzą do ciągu dopełniającego 114. Jak tu opisano, „płyny z formacji” odnoszą się do węglowodorów, wody i wszelkich innych substancji w postaci płynnej, które mogą być wydobywane z formacji ziemskiej.

W niektórych przykładach wykonania rury podstawowe 120 są segmentami rur, które zawierają odpowiednie mechanizmy łączące, takie jak konfiguracje gwintowane, w celu połączenia każdego złącza ekranującego 116 z sąsiednimi elementami. Na przykład sąsiednie pary złączy ekranujących 116 są połączone ze sobą na połączeniu złącza ekranującego 116 (niepokazane), przy czym liczba złączy ekranujących 116 i połączeń złącza ekranującego 116 zmienia się w zależności od długości złączy ekranujących 116 i odwiertu 102, w którym są one rozmieszczone.

Każde ze złączy ekranujących 116 jest usytuowane pomiędzy uszczelnieniami 118, które zapewniają uszczelnienie na płyny pomiędzy ciągiem dopełniającym 114 i odwiertem 102, określając w ten sposób odstępy produkcyjne. Uszczelnienia 118 izolują pierścień pomiędzy ciągiem dopełniającym 114 a odwiertem 102, umożliwiając w ten sposób przepływ płynu z formacji 104 do ciągu dopełniającego 114 zamiast spływania wzdłuż długości obudowy wzdłuż zewnętrznej części ciągu produkcyjnego. Uszczelnienia 118 są zaprojektowane do uszczelniania za pomocą elementu uszczelniającego (niepokazanego), który promieniowo rozszerza się na zewnątrz do ściany odwiertu 102 (lub wewnętrznej średnicy rury wyłożenia odwiertu 102, jeśli występuje).

Element uszczelniający w spęczniających urządzeniach uszczelniających zawiera materiał pęczniejący. Dla celów niniejszego ujawnienia materiał pęczniejący może być zdefiniowany jako dowolny materiał (np. polimer, taki jak na przykład elastomer), który pęcznieje (np. wykazuje wzrost masy i objętości) po kontakcie z wybranymi płynami (tj. płyn spęczniający, taki jak płyny węglowodorowe lub woda). Należy rozumieć, że określenia polimer i/albo materiał polimerowy w niniejszym opisie są stosowane zamiennie i mają oznaczać kompozycje zawierające co najmniej jeden spolimeryzowany monomer w obecności lub nieobecności innych dodatków tradycyjnie zawartych w takich materiałach. Przykłady materiałów polimerowych odpowiednich do stosowania jako część materiału pęczniejącego obejmują między innymi homopolimery, losowe, blokowe, szczepione, gwiaździste i hiperrozgałęzione poliestry, ich kopolimery, ich pochodne lub ich kombinacje.

Należy zauważyć, że system 100 odwiertu ma jedynie charakter przykładowy i mogą występować różne dodatkowe elementy składowe, które niekoniecznie zostały przedstawione na fig. 1 dla jasności. Nieograni czające dodatkowe elementy składowe, które mogą być obecne, obejmują między innymi leje zasypowe, zawory, skraplacze, adaptery, złącza, wskaźniki, czujniki, sprężarki, regulatory ciśnienia, czujniki ciśnienia, regulatory natężenia przepływu, czujniki natężenia przepływu, czujniki temperatury i tym podobne. Takie elementy składowe mogą również obejmować, ale nie wyłącznie, obudowę otworu wiertniczego, wy ściółkę otworu wiertniczego, ciąg dopełniający, sznurki do wkładania, przewód wiertniczy, zwijany przewód rurowy, linę ślizgową, linę stalową, rurę wiertniczą, kołnierze wiertnicze, silniki błotne, silniki i/albo pompy wiertnicze, silniki i/albo pompy do montażu powierzchniowego, centralizatory, turbolizery, drapacze, pływaki (np. ślizgacze, kołnierze, zawory itp.), narzędzia do wycinania i związane z nimi urządzenia telemetryczne, urządzenia wykonawcze (np. urządzenia elektromechaniczne, urządzenia hydromechaniczne i tym podobne), tuleje przesuwne, rękawy produkcyjne, ekrany, filtry, urządzenia do kontroli przepływu (np. urządzenia do kontroli dopływu, autonomiczne urządzenia do kontroli dopływu, urządzenia do kontroli wypływu i tym podobne), sprzęgła (np. elektrohydrauliczne połączenie na mokro, połączenie na sucho, indukcyjne sprzęgacze i tym podobne), linie sterujące (np. elektryczne, światłowodowe, hydrauliczne i tym podobne), linie nadzoru, wiertła i rozwiertaki, czujniki lub czujniki rozproszone, wgłębne wymienniki ciepła, zawory i odpowiednie urządzenia uruchamiające, uszczelnienia narzędziowe, pakery, korki cementowe, korki mostowe i inne urządzenia lub elementy składowe izolujące odwierty i tym podobne. Dowolny z tych składników może być zawarty w systemie 100 odwiertu ogólnie opisanym powyżej i przedstawionym na fig. 1.

Fig. 2 przedstawia poprzeczny przekrój urządzenia uszczelniającego 200 według jednego lub większej liczby przykładów wykonania. Jak pokazano, urządzenie uszczelniające 200 zawiera trzpień 202, element uszczelniający 204 umieszczony obwodowo wokół co najmniej części trzpienia 202 i niepęczniejącą warstwę 206 pokrywającą co najmniej część elementu uszczelniającego 204. Dla celów niniejszego ujawnienia urządzenie uszczelniające 200 może być scharakteryzowane w odniesieniu do środkowej lub podłużnej osi 208 i poprzecznej osi, która jest prostopadła do podłużnej osi 208.

W jednym przykładzie wykonania trzpień 202 zawiera na ogół cylindryczną lub rurową konstrukcję lub korpus. Jak pokazano, trzpień 202 jest współosiowo wyrównany z podłużną osią 208 urządzenia uszczelniającego 200. W niektórych przykładach wykonania trzpień 202 zawiera jednolitą konstrukcję (np. pojedynczą jednostkę produkcyjną, taką jak ciągła długość rury), alternatywnie, trzpień 202 może zawierać dwa lub więcej funkcjonalnie połączonych elementów składowych (np. dwa lub więcej sprzężonych podelementów składowych, takich jak połączenie gwintowane). Rurowy korpus trzpienia 202 ogólnie określa ciągły osiowy kanał 210, który umożliwia ruch płynu przez trzpień 202.

Trzpień 202 może być skonfigurowany do wbudowania w rurowy otwór 212 (np. taki jak rura produkcyjna 112 lub ciąg dopełniający 114 z fig. 1). W takim przykładzie wykonania trzpień 202 może zawierać odpowiednie połączenie z rurowym otworem 212. Na przykład trzpień 202 może być wbudowany w rurę podstawową 120 odwiertu tak, że osiowy kanał 210 trzpienia 202 jest w płynnym połączeniu z osiowym otworem przepływowym 214 rurowego otworu 212.

W różnych przykładach wykonania urządzenie uszczelniające 200 zawiera jeden lub więcej opcjonalnych elementów ustalających 216. Ogólnie elementy ustalające 216 są rozmieszczone obwodowo wokół trzpienia 202 przylegającego do i przyległego do elementu uszczelniającego 204 po każdej stronie elementu uszczelniającego 204Jak pokazano na fig. 2. Alternatywnie element ustalający 216 może przylegać do elementu uszczelniającego 204 i przylegać do niego tylko z jednej strony, takiej jak na przykład na dolnej stronie elementu uszczelniającego 204 lub na górnej stronie elementu uszczelniającego 204. Element ustalający 216 uniemożliwia lub ogranicza ruch wzdłużny (np. wzdłuż podłużnej osi 208) elementu uszczelniającego 204 wokół trzpienia 202, podczas gdy element uszczelniający 204 umieszczony obwodowo wokół trzpienia 202 jest umieszczony w odwiercie 102 i/albo w podziemnej formacji 104. W pewnym przykładzie wykonania element ustalający 216 dodatkowo uniemożliwia lub ogranicza rozszerzanie wzdłużne (np. wzdłuż podłużnej osi 208), umożliwiając promieniowe rozszerzenie elementu uszczelniającego 204.

Element uszczelniający 204 jest ogólnie skonfigurowany do selektywnego uszczelniania i/albo izolowania dwóch lub więcej części pierścieniowej przestrzeni otaczającej urządzenie uszczelniające 200 (np. między urządzeniem uszczelniającym 200 i jedną lub większą liczbą ścian odwiertu i/albo obudowy odwiertu 102) przez zapewnienie bariery rozciągającej się obwodowo wokół co najmniej części zewnętrznej części urządzenia uszczelniającego 200. W jednym przykładzie wykonania element uszczelniający 204 zawiera wydrążoną cylindryczną konstrukcję mającą wewnętrzny otwór (np. konstrukcję podobną do rury i/albo pierścienia). Element uszczelniający 204 może zawierać odpowiednią średnicę wewnętrzną, odpowiednią średnicę zewnętrzną i/albo odpowiednią grubość, na przykład, jak może wybrać znawca w dziedzinie, biorąc pod uwagę czynniki obejmujące, ale nie wyłącznie, rozmiar/średnicę trzpienia 202, ściany, do której jest skonfigurowany element uszczelniający 204, siłę, z jaką element uszczelniający 204 jest skonfigurowany do sprzęgania się z taką powierzchnią (powierzchniami) lub inne powiązane czynniki. Na przykład, średnica wewnętrzna elementu uszczelniającego 204 może być w przybliżeniu taka sama, jak średnica zewnętrzna trzpienia 202. W przykładzie wykonania element uszczelniający 204 może znajdować się w styku uszczelniającym (np. uszczelnienie płynoszczelne) z trzpieniem 202. Podczas gdy przykład wykonania z fig. 2 przedstawia urządzenie uszczelniające 200 zawierające pojedynczy element uszczelniający 204, znawca w dziedzinie rozpozna, że podobne urządzenie uszczelniające może zawierać dowolną inną odpowiednią liczbę elementów uszczelniających 204.

Element uszczelniający 204 jest najlepiej uformowany z odkształcalnego elastomeru, co jest znane w dziedzinie. Na przykład, zgodnie z różnymi przykładami wykonania, element uszczelniający 204 zawiera jeden lub więcej materiałów elastomerowych, takich jak uwodorniony kauczuk butadienowo-nitryIowy („HNBR”), kauczuk butadienowo-nitrylowy („NBR”), kauczuk propylenowo-etylenowy („EPR”), kauczuki z tetrafluorowego kopolimeru etylenu/propylenu („FEPM”), fluoro-elastomery („FKM”), neopren, kauczuk naturalny, („AEM”) etylenowy kauczuk akrylowy, („ACM”) akrylowy kauczuk estrowy, („EPDM”) terpolimer z monomerów etylenowo-propylenowo-dienowych, („EO”) homopolimer poliepichlorohydryny, („ECO”) kopolimer poliepichlorohydrynowy tlenku etylenu, („GECO”) poliepichlorohydrynowy terpolimer tlenku etylenu, („EO/PO”) kopolimer etylenu/tlenku propylenu, („EOPO”) terapolimery, („CR”) chloropren, („SBR”) kauczuk styrenowy.

W niektórych przykładach element uszczelniający 204 jest utworzony z materiału, który nie ma bardzo wysokiej odporności na olej. W niektórych przykładach element uszczelniający 204 jest utworzony z materiału pęczniejącego w wodzie. W co najmniej jednym przykładzie pęczniejący w wodzie element uszczelniający 204 jest utworzony z jednego z materiałów wymienionych powyżej stosowanych w połączeniu z superabsorbentem. W co najmniej jednym przykładzie superabsorbent zawiera materiał superchłonnego polimeru („SAP”), sól lub ich kombinację.

Ponadto, jak omówiono wcześniej w odniesieniu do fig. 1, element uszczelniający 204 zawiera materiał pęczniejący. Jak zauważy znawca w dziedzinie, zakres pęcznienia elementu uszczelniającego 204 (np. materiału pęczniejącego) zależy od wielu czynników, takich jak na przykład warunki otoczenia w odwiercie 102 (np. temperatura, ciśnienie, skład płynu z formacji 104 w kontakcie z elementem uszczelniającym 204, ciężar właściwy płynu, odczyn pH, zasolenie, typ soli, lepkość płynu itp.). Ogólnie element uszczelniający 204 wykazuje rozszerzalność promieniową (np. wzrost średnicy zewnętrznej) po zetknięciu z płynami spęczniającymi. W różnych przykładach wykonania płynem spęczniającym może być płyn na bazie wody (np. roztwory wodne, woda itp.), płyn na bazie oleju (np. płyn węglowodorowy, płyn olejowy, płyn oleisty, płyn terpenowy, olej napędowy, benzyna, ksylen, oktan, heksan itp.) lub ich kombinacje.

Odpowiednie mogą być również inne materiały pęczniejące, które zachowują się w podobny sposób w odniesieniu do płynów na bazie oleju i/albo płynów na bazie wody. Znawca w dziedzinie będzie mógł wybrać odpowiedni materiał pęczniejący do zastosowania w konfiguracjach według niniejszego wynalazku na podstawie różnych czynników, w tym zastosowania, w którym kompozycja będzie stosowana i pożądanych właściwości pęcznienia. Na przykład niektóre odpowiednie materiały pęczniejące są dostępne w handlu jako jeden lub więcej składników strefowego systemu izolacji SWELLPACKER firmy Halliburton Energy Services, Inc.

W przykładzie wykonania z fig. 2 zewnętrzna, niepęczniejącą warstwa 206 urządzenia uszczelniającego 200 zasadniczo pokrywa co najmniej część powierzchni zewnętrznej 218 elementu uszczelniającego 204. Niepęczniejącą warstwa 206 jest zasadniczo nieprzepuszczalna dla płynów spęczniających, które mogłyby spowodować pęcznienie i rozszerzanie się elementu uszczelniającego 204. W niektórych przykładach niepęczniejącą warstwa 206 ma przepuszczalność mniejszą niż 1 md (milidarcy). W co najmniej jednym przykładzie niepęczniejącą warstwa 206 ma przepuszczalność mniejszą niż 1 μd (mikrodarcy). Niepęczniejącą warstwa 206 może być skonfigurowana do kontrolowania szybkości pęcznienia elementu uszczelniającego 204 (np. szybkości pęcznienia materiału pęczniejącego), przy czym materiał pęczniejący elementu uszczelniającego 204 pęcznieje (np. rozszerza się lub zwiększa objętość) wskutek wystarczającego kontaktu między urządzeniem uszczelniającym 200 a płynami spęczniającymi. Dla celów niniejszego ujawnienia szybkość pęcznienia materiału (np. elementu uszczelniającego 204, materiału pęczniejącego) jest zdefiniowana jako stosunek między wzrostem objętości lub wzrostem takiego materiału a czasem lub czasem wymaganym do wystąpienia takiego zwiększenia objętości, przy czym zwiększenie objętości stanowi różnicę między końcowa objętością ocenioną na końcu ocenianego okresu czasu a początkową objętością ocenioną na początku ocenianego okresu czasu. Niepęczniejącą warstwa 206 może kontrolować szybkość pęcznienia przez ograniczenie wystawienia materiału pęczniejącego (np. elementu uszczelniającego 204) na działanie płynu spęczniającego. Ponadto kontakt pomiędzy płynem spęczniającym i elementem uszczelniającym 204, a w konsekwencji pęcznienie materiału pęczniejącego, może zależeć od geometrii i składu płaszcza, który kontroluje dostęp płynu spęczniającego do elementu uszczelniającego 204, jak opisano bardziej szczegółowo poniżej.

W różnych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa 206 zawiera niepęczniejący kauczuk (lub dowolny inny niepęczniejący materiał elastomerowy), który jest chemicznie związany z powierzchnią zewnętrzną 218 elementu uszczelniającego 204 i zapewnia zasadniczo płynoszczelne uszczelnienie części elementu uszczelniającego 204, który przykrywa. Na przykład niepęczniejącą warstwa 206 służy do zapobiegania kontaktu między płynem (np. płynem spęczniającym) a częścią elementu uszczelniającego 204, który jest pokryty niepęczniejącą warstwą 206. Niepęczniejącą warstwa 206 jest ogólnie nieprzepuszczalna dla płynów spęczniających. Jednakże w alternatywnych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa 206 może mieć niską przepuszczalność dla płynu spęczniającego. W różnych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa 206 może zawierać jeden lub więcej materiałów elastomerowych, takich jak uwodorniony kauczuk butadienowo-nitryIowy („HNBR”), kauczuk butadienowo-nitryIowy („NBR”), perfluoroelastomery („FFKM”), tetrafluoroetylen/kauczuki z kopolimeru propylenu („FEPM”), fluoro-elastomery („FKM”), neopren i kauczuk natural ny. W co najmniej jednym przykładzie niepęczniejącą warstwa 206 może być utworzona z kauczuku, który nie pęcznieje ani w wodzie, ani w węglowodorach.

Można się teraz odnieść do fig. 3, czyli do poprzecznego przekroju urządzenia uszczelniającego 300 według jednego lub większej liczby przykładów wykonania. Jak pokazano, urządzenie uszczelniające 300 zawiera trzpień 302, pęczniejący element uszczelniający 304 umieszczony obwodowo wokół trzpienia 302 i niepęczniejącą warstwę 306 pokrywającą co najmniej część elementu uszczelniającego 304. Należy zauważyć, że w niektórych przykładach wykonania element uszczelniający 304 i niepęczniejącą warstwa 306 mogą być związane lub w inny sposób przymocowane do trzpienia 302. W innych przykładach wykonania element uszczelniający 304 i niepęczniejącą warstwa 306 mogą być włączone jako część systemu wsuwanego do stosowania na trzpieniu 302.

Trzpień 302 ogólnie zawiera cylindryczną lub rurową konstrukcję lub korpus. W niektórych przykładach wykonania trzpień 302 zawiera jednolitą konstrukcję (np. pojedynczą jednostkę produkcyjną, taką jak ciągła długość rury), alternatywnie, trzpień 302 może zawierać dwa lub więcej funkcjonalnie połączonych elementów składowych (np. dwa lub więcej sprzężonych podelementów składowych, takich jak połączenie gwintowane). Przykładowo trzpień 302 może być skonfigurowany do wbudowania w rurowy otwór (np. taki jak rura produkcyjna 112 lub ciąg dopełniający 114 z fig. 1).

Pęczniejący element uszczelniający 304 jest utworzony z materiału, który pęcznieje pod wpływem określonego płynu lub w odpowiedzi na warunki w odwiercie. Na przykład pęczniejący element uszczelniający 304 może pęcznieć w objętości w odpowiedzi na węglowodór, wodę lub inny płyn spęczniający albo substancję chemiczną. Po zetknięciu się z płynami spęczniającymi pęczniejący element uszczelniający 304 pęcznieje i rozszerza się promieniowo na zewnątrz od trzpienia 302. Pęczniejący element uszczelniający 304 może być wykonany z mieszanki gumowej lub innego materiału, który jest skonstruowany jako jednolity element lub w warstwach.

W niektórych przykładach wykonania pęczniejący element uszczelniający 304 zawiera materiał gumowy, który pęcznieje po wystawieniu na działanie płynów na bazie węglowodorów. Szybkość pęcznienia zależy od składu chemicznego oleju i temperatury, w której ma miejsce wystawienie na działanie. Olej jest na ogół absorbowany przez elastomer pęczniejący w węglowodorach poprzez dyfuzję. Poprzez losowy ruch termiczny atomów obecnych w ciekłych węglowodorach olej dyfunduje do elastomeru. Olej w dalszym ciągu dyfunduje do elastomeru, powodując pęcznienie elementu uszczelniającego do momentu osiągnięcia średnicy wewnętrznej otwartego otworu lub rury, w której jest rozmieszczone urządzenie uszczelniające 300.

W innych przykładach wykonania pęczniejący element uszczelniający 304 zawiera materiał, który pęcznieje pod wpływem wody i płynów na bazie wody. Pęcznienie uzyskuje się przez zmieszanie polimerów pochłaniających wodę z podstawowym związkiem elastomerowym pęczniejącego elementu uszczelniającego 304. W co najmniej jednym przykładzie sole są łączone z podstawowym elastomerem tak, aby kauczuk był „bardziej słony” niż woda, aby napędzać osmozę i osiągnąć pęcznienie. W niektórych przykładach zarówno polimery absorbujące wodę, jak i sole są łączone w elastomer podstawowy. Gdy urządzenie uszczelniające 300 zostanie wystawione na działanie wody, woda jest absorbowana przez polimery, co powoduje, że pęczniejący element uszczelniający 304 rozszerza się promieniowo na zewnątrz od trzpienia 302. Podobnie jak w przypadku elastomeru pęczniejącego w węglowodorach, uszczelnienie tworzy się po zetknięciu się ze ścianą otworu wiertniczego lub obudowy otworu wiertniczego.

Z powodu pochłaniania płynów pęczniejących przez materiały pęczniejące w oparciu o dyfuzję, szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego 304 może być kontrolowana przez ograniczenie wystawienia materiału pęczniejącego (np. pęczniejącego elementu uszczelniającego 304) na działanie płynów spęczniających. Na przykład szybkość pęcznienia można spowolnić przez zmniejszenie pola powierzchni elementu uszczelniającego 304, który jest wystawiony na działanie płynów spęczniających. Ponadto kontakt pomiędzy płynami spęczniającymi a elementem uszczelniającym 304, a w konsekwencji szybkość pęcznienia, może zależeć od geometrii i składu niepęczniejącej warstwy 306, która kontroluje dostęp płynu spęczniającego do elementu uszczelniającego 304, jak opisano bardziej szczegółowo poniżej.

Jak pokazano w przykładzie wykonania z fig. 3 zewnętrzna, niepęczniejącą warstwa 306 urządzenia uszczelniającego 300 zasadniczo pokrywa co najmniej część powierzchni zewnętrznej 308 elementu uszczelniającego 304. Niepęczniejącą warstwa 306 jest zasadniczo nieprzepuszczalna dla płynów spęczniających, które mogłyby spowodować pęcznienie i rozszerzanie się elementu uszczelniającego 304. W przeciwieństwie do innych według powłok, które mogą być malowane lub nakładane według jednej lub większej liczby procedur powlekania, niepęczniejącą warstwa 306 według niniejszego ujawnienia zawiera niepęczniejący kauczuk (lub dowolny inny niepęczniejący materiał elastomerowy), który jest chemicznie związany z powierzchnią zewnętrzną 308 elementu uszczelniającego 304 i zapewnia zasadniczo płynoszczelne uszczelnienie części elementu uszczelniającego 304, który pokrywa. Na przykład niepęczniejącą warstwa 306 może być wulkanizowana na pęczniejącym elemencie uszczelniającym 304 w celu połączenia ich ze sobą.

W różnych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa 306 jest nieprzepuszczalną warstwą gumy (która nie reaguje z płynami z odwiertu), która częściowo zapobiega reakcji reaktywnej gumy pod spodem (np. pęczniejącego elementu uszczelniającego 306) z płynami z odwiertu. Na przykład niepęczniejącą warstwa 306 służy do uniemożliwiania bezpośredniego kontaktu między płynem (np. płynem spęczniającym) a częścią elementu uszczelniającego 304, który jest pokryty niepęczniejącą warstwą 306. Niepęczniejącą warstwa 306 jest ogólnie nieprzepuszczalna dla płynów spęczniających. Jednakże w alternatywnych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa 306 może mieć niską przepuszczalność dla płynu spęczniającego.

Pokrycie elementu uszczelniającego 304 niepęczniejącą warstwą 306 może być skonfigurowane do kontrolowania szybkości pęcznienia elementu uszczelniającego 304, z rowkami 310 (np. szczelinami) utworzonymi w zewnętrznej, niepęczniejącej warstwie 306, które umożliwiają płynom spęczniającym docieranie do pęczniejącego elementu uszczelniającego 304. Odsłonięte części powierzchni zewnętrznej 308 elementu uszczelniającego 304 (np. której niepęczniejącą warstwa 306 nie zakrywa z powodu rowków 310) będą reagować i umożliwiać dyfuzję płynów spęczniających. Nieodsłonięte części elementu uszczelniającego 304 pozostają niereaktywne i nie pęcznieją, dopóki płyny spęczniające nie dotrą do tych nieodsłoniętych części poprzez dyfuzję. W ten sposób niepęczniejącą warstwa 306 kontroluje szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego 304 (ponieważ szybkość pęcznienia będzie oparta na rozmiarze rowków 310 i/albo wzorach w zewnętrznej niepęczniejącej warstwie 306, która nie reaguje z płynami spęczniającymi) przez ograniczenie/spowolnienie docierania płynów spęczniających z otworu wiertniczego do części elementu uszczelniającego 304 pokrytych niepęczniejącą warstwą 306.

Należy zauważyć, że niepęczniejącą warstwa 306 często umożliwia tworzenie ulepszonej powierzchni uszczelniającej względem ściany odwiertu lub obudowy otworu wiertniczego. Materiały pęczniejące mają tendencję do samoczynnego smarowania, co może prowadzić do powstawania warstewek płynu na ich zewnętrznych powierzchniach, które zmniejszają tarcie i zdolność kotwienia w stosunku do ścian odwiertów. W przeciwieństwie do tego, niepęczniejącą warstwa 306 ma wykończenie powierzchni z minimalnymi warstwami płynu, a zatem zwiększa jej zdolność kotwiczenia z powodu zwiększonego tarcia w stosunku do spęczniałych elementów uszczelniających 304. Należy ponadto zauważyć, że niepęczniejąca warstwa 306 nie poluzuje się z powierzchni zewnętrznej 308 elementu uszczelniającego 304 z powodu ich chemicznego związania, zapewniając w ten sposób powierzchnię zdolną do większego tarcia i ulepszonego uszczelnienia względem ściany odwiertu. W niektórych alternatywnych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa 306 może ponadto zawierać cząstki stałe lub dodatki (np. takie jak osadzone na powierzchni zewnętrznej 312 niepęczniejącej warstwy 306) w celu zwiększenia tarcia o ścianę odwiertu. Dodatki te mogą obejmować, ale nie wyłącznie, cząstki piasku, szkła lub metalu o różnych kształtach i rozmiarach. Podobnie do powierzchni zewnętrznej 312 niepęczniejącej warstwy 306 można dodać kołki (takie jak powszechnie spotykane w oponach zimowych) w celu zwiększenia przyczepności lub zdolności kotwiczenia urządzenia uszczelniającego 300.

W jednym z przykładów wykonania sposób wytwarzania uszczelnienia pęczniejącego (takiego jak urządzenie uszczelniające 300) ogólnie obejmuje etapy zapewnienia trzpienia (np. trzpienia 302 ujawnionego w niniejszym dokumencie) mającego element uszczelniający (np. element uszczelniający 304 ujawniony w niniejszym dokumencie) umieszczony obwodowo wokół trzpienia 302. Jak omówiono wcześniej, element uszczelniający 304 pęcznieje w obecności płynów spęczniających. Zatem sposób obejmuje wiązanie niepęczniejącej warstwy 306 do obwodowego pokrycia powierzchni zewnętrznej 308 elementu uszczelniającego 304. Ten proces wiązania może obejmować chemiczne wiązanie powierzchni zewnętrznej 308 elementu uszczelniającego 304 z niepęczniejącą warstwą 306 przy użyciu wulkanizacji lub dowolnego innego procesu, który chemicznie wiąże obie warstwy ze sobą.

Szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego 304 może być kontrolowana przez wycięcie jednego lub więcej rowków 310 w niepęczniejącej warstwie 306, tak aby odsłonić część powierzchni zewnętrznej 308 elementu uszczelniającego 304. W niektórych przykładach wykonania wycinanie jednego lub większej liczby rowków 310 obejmuje wycięcie symetrycznego lub asymetrycznego wzoru w niepęczniejącej warstwie 306. Inne sposoby kontrolowania szybkości pęcznienia obejmują między innymi zmianę co najmniej jednego wzoru wyciętego w niepęczniejącej warstwie 306, całkowitej powierzchni pola elementu uszczelniającego 304, który jest odsłonięty, oraz stosunku między całkowitym polem powierzchni niepęczniejącej warstwy 306 i całkowitym polem powierzchni odsłoniętego elementu uszczelniającego 304. Zmiana głębokości i szerokości naciętych rowków 310 może również wpływać na pole powierzchni elementu uszczelniającego 304, który jest wystawiony na działanie płynów spęczniających, a zatem zmienia szybkość pęcznienia. Należy zauważyć, że w niektórych przykładach wykonania sposób obejmuje ponadto osadzanie co najmniej cząstek lub kołków na powierzchni zewnętrznej niepęczniejącej warstwy 306 w celu zwiększenia zdolności kotwiczenia niepęczniejącej warstwy 306.

W różnych przykładach wykonania związek pomiędzy odsłoniętą częścią elementu uszczelniającego 304 (np. z powodu rowków 310) a nieodsłoniętymi częściami (np. z powodu pokrycia przez zewnętrzną, niepęczniejącą warstwę 306) może obejmować dowolny odpowiedni wzór, projekt itp. W jednym z przykładów wykonania rowki 310 mogą zawierać wzór podobny do siatki, wzór rombowy, wzór pionowych, poziomych i/albo spiralnych pasków, układ losowy itp. Na przykład fig. 4 ilustruje widok z góry urządzenia uszczelniającego 400, według jednego lub większej liczby przykładów wykonania. Jak pokazano rowki 402 są wycięte w zewnętrznej, niepęczniejącej warstwie 404 w kształcie rombów, aby odsłonić wewnętrzny, pęczniejący element uszczelniający (nie pokazano). Należy zauważyć, że w tym przykładzie wykonania rowki 402 ogólnie obejmują całą długość urządzenia uszczelniającego 400.

W innych przykładach wykonania rowki mogą być wycinane z zastosowaniem różnych liniowych kształtów (np. pionowe, poziome i/albo spiralne paski). Na przykład fig. 5 jest widokiem perspektywicznym urządzenia uszczelniającego 500, według jednego lub więcej przykładów wykonania. Jak pokazano, rowki 502 są wycięte w zewnętrznej, niepęczniejącej warstwie 504 we wzór spiralny, aby odsłonić wewnętrzny, pęczniejący element uszczelniający (nie pokazano). Fig. 6 jest widokiem perspektywicznym urządzenia uszczelniającego 600 według jednego lub więcej przykładów wykonania. Jak pokazano rowki 602 są wycięte w zewnętrznej, niepęczniejącej warstwie 604 tak, że rowki 602 rozciągają się obwodowo wokół urządzenia uszczelniającego 600, aby odsłonić pęczniejący, rozszerzalny element uszczelniający (nie pokazano). Należy zauważyć, że w przykładach wykonania zaprezentowanych na fig. 5-6, rowki 502, 602 są wycinane tylko wzdłuż części długości urządzenia uszczelniającego 500, 600. W alternatywnych przykładach wykonania rowki 502, 602 mogą zamiast tego być cięte wzdłuż całej długości urządzenia uszczelniającego 500, 600.

W innych alternatywnych przykładach wykonania wzór rowków 502, 602 może również zapewniać dowolną różnorodność kształtów i rozmiarów otworów dla danego pokrycia pola powierzchni. Na przykład rowki 502, 602 mogą być wycinane w taki sposób, że zapewniają kilka względnie dużych otworów lub większą liczbę mniejszych otworów. Otwory lub otwarte strefy mogą mieć dowolny kształt, taki jak okrągły (np. okrągły, owalny lub eliptyczny), kwadratowy lub prostokątny, liniowy (np. pionowy, poziomy lub spiralny) lub dowolny inny odpowiedni kształt. Ponadto zastosowanie nie tylko pojedynczego wzoru (np. opisanych tutaj przykładów z fig. 3-6), ale dwóch lub więcej różnych wzorów rowków 502, 602 wyciętych w niepęczniejącej warstwie 504, 604 może być wykorzystane do zapewnienia zmiennych właściwości pęcznienia (np. liniowych szybkości pęcznienia, nieliniowych szybkości pęcznienia i różnych ich kombinacji). Ujawnienie zapewnione w niniejszym dokumencie ma zastosowanie do usuwania niepęczniejącej warstwy 504, 604 bariery (np. poprzez wycinanie rowków) o dowolnym wzorze oraz rozpoczynania lub zatrzymywania w dowolnym punkcie wzdłuż długości lub obwodu urządzenia uszczelniającego 500, 600.

W różnych przykładach wykonania szybkość pęcznienia uszczelnienia pęczniejącego można korzystnie kontrolować (np. modulować) przez zmianę składu materiału pęczniejącego, odsłonięcia powierzchni elementu uszczelniającego, wzoru wycięć w niepęczniejącej warstwie, całkowitego pola powierzchni elementu uszczelniającego, który jest odsłonięty, oraz stosunku pomiędzy całkowitym polem powierzchni niepęczniejącej warstwy 504, 604 i całkowitym polem powierzchni odsłoniętego elementu uszczelniającego, lub dowolne ich kombinacje. Jak zauważy znawca w dziedzinie, im większy stosunek pomiędzy całkowitym polem powierzchni niepęczniejącej warstwy 504, 604 a całkowitym polem powierzchni odsłoniętego elementu uszczelniającego, tym wyższa wartość szybkości pęcznienia (np. element uszczelniający pęcznieje szybciej lub z większym natężeniem). Podobnie jak zauważy znawca w dziedzinie, im mniejszy jest stosunek całkowitego pola powierzchPL 243513 B1 ni niepęczniejącej warstwy 504, 604 do całkowitego pola powierzchni odsłoniętego elementu uszczelniającego, tym mniejsza jest wartość szybkości pęcznienia (np. element uszczelniający pęcznieje wolniej lub z mniejszym natężeniem).

Wdrożenie opisanych tu urządzeń i sposobów umożliwia uzyskanie licznych korzyści. Na przykład opisany niepęczniejący kauczuk zapewnia zewnętrzną warstwę o ulepszonych właściwościach przyczepności w odwiertach z otworem otwartym lub obudowanych. W niektórych przykładach wykonania rowki w zewnętrznym niepęczniejącym kauczuku mogą również działać w celu utworzenia obszaru ssania lub próżni pomiędzy pęczniejącym kauczukiem a ścianą lub obudową odwiertu, zapewniając w ten sposób lepsze właściwości w zakresie przyczepności. W innych przykładach wykonania niepęczniejącą warstwa może ponadto zawierać cząstki, które zapewniają zwiększone tarcie i siłę kotwienia do ściany odwiertu i mogą zwiększać różnicę ciśnień znamionowych elementów uszczelniających.

Zewnętrzna warstwa niepęczniejącego kauczuku może mieć dowolne możliwe symetryczne lub asymetryczne wzory, co pozwala na zmiany pola powierzchni wewnętrznego kauczuku pęczniejącego, które jest wystawione na działanie płynu spęczniającego. Pozwala to na opóźnienie lub kontrolę szybkości pęcznienia w oparciu o wystawioną powierzchnię (przy jednoczesnym unikaniu stosowania barier lub powłok) i zapobiega stosowaniu wszelkich elementów zmieniających integralność gumy. Dodatkowo otoczenie pęczniejącego materiału elementu uszczelniającego (np. pęczniejącego kauczuku) w niepęczniejącej warstwie zmniejsza jej wytłaczanie, zmniejszając potrzebę pierścieni końcowych zapobiegających wytłaczaniu.

Chociaż zilustrowano i opisano konkretne przykłady wykonania, należy zauważyć, że każdy układ obliczony do osiągnięcia tego samego celu może zastąpić konkretne pokazane przykłady wykonania. Niniejsze ujawnienie ma obejmować dowolne i wszystkie adaptacje lub odmiany różnych przykładów wykonania. Kombinacje powyższych przykładów wykonania i innych przykładów wykonania, które nie zostały tu szczegółowo opisane, będą wiadome dla znawcy po zapoznaniu się z powyższym opisem.

Chociaż zilustrowano i opisano konkretne przykłady wykonania, należy zauważyć, że znawca w dziedzinie rozpozna każdy układ obliczony do osiągnięcia tego samego celu, który może zastąpić konkretne pokazane przykłady wykonania. Różne przykłady wykonania wykorzystują permutacje lub kombinacje opisanych tutaj przykładów wykonania.

Załączone figury rysunku, które stanowią część niniejszego dokumentu, przedstawiają, tytułem przykładu, ale nie ograniczają, konkretne przykłady wykonania, w których przedmiot może być praktykowany. Przedstawione przykłady wykonania są opisane wystarczająco szczegółowo, aby umożliwić znawcy w dziedzinie wykorzystanie ujawnionych tutaj informacji. Inne przykłady wykonania mogą być wykorzystywane i uzyskiwane z nich tak, że strukturalne i logiczne podstawienia i zmiany mogą być dokonywane bez odchodzenia od zakresu tego ujawnienia. Dlatego ten szczegółowy opis nie powinien być traktowany jako ograniczający, a zakres różnych przykładów wykonania jest określony tylko przez załączone zastrzeżenia, wraz z pełnym zakresem równoważników, do których takie zastrzeżenia są uprawnione.

Claims (19)

1. Urządzenie uszczelniające (200, 300, 400, 500, 600) zawierające trzpień (202, 302);

element uszczelniający (204, 304) biegnący promieniowo wokół trzpienia (202, 302) i zawierający cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308); oraz niepęczniejącą warstwę (206, 306, 404, 504, 604) okrywającą obwodowo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304), znamienne tym, że niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) jest chemicznie związana z pokrywaną cylindryczną powierzchnią zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) i zawiera jeden albo więcej rowków (310, 402, 502, 602) wyciętych na średnicy zewnętrznej niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) tak, że odsłania część cylindrycznej powierzchni zewnętrznej (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304), i w której niepęcz niejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) stanowi barierę przed kontaktem między płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) a cylindryczną powierzchnią zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) pokrytego niepęczniejącą warstwą (206, 306, 404, 504, 604).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element uszczelniający (204, 304) ulega spęcznieniu w obecności płynów spęczniających a niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) jest nieprzepuszczalna lub ma niską przepuszczalność dla płynów spęczniających.

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego (204, 304) zależna jest od ilości pokrycia elementu uszczelniającego (204, 304) niepęczniejącą warstwą (206, 306, 404, 504, 604).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego (204, 304) wzrasta w miarę wzrostu stosunku między całkowitą powierzchnią elementu uszczelniającego (204, 304), który jest odsłonięty, a całkowitą powierzchnią niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jeden albo większa liczba rowków (310, 402, 502, 602) zawiera wzór wycięty w niepęczniejącej warstwie (206, 306, 404, 504, 604) tak, że odsłania leżące poniżej części elementu uszczelniającego (204, 304).

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wzór obejmuje co najmniej jeden spośród wzoru podobnego do siatki, wzoru rombowego, wzoru pionowych, poziomych i/albo spiralnych pasków.

7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) zawiera ponadto cząstki osadzone na powierzchni zewnętrznej (312) niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604).

8. System (100) odwiertu zawierający umieszczoną w odwiercie (102) rurę produkcyjną (112) przy czym odwiert (102) jest otoczony ciągiem osłonowym (108); oraz urządzenie uszczelniające (200, 300, 400, 500, 600) rozmieszczone wzdłuż rury produkcyjnej (112), przy czym urządzenie uszczelniające (200, 300, 400, 500, 600) zawiera:

trzpień (202, 302);

element uszczelniający (204, 304) biegnący promieniowo wokół trzpienia (202, 302) i zawierający cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308); oraz niepęczniejącą warstwę (206, 306, 404, 504, 604) okrywającą obwodowo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304), znamienny tym, że niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) jest chemicznie związana z pokrywaną cylindryczną powierzchnią zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) i zawiera jeden albo więcej rowków (310, 402, 502, 602) wyciętych na średnicy zewnętrznej niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) tak, że odsłania część cylindrycznej powierzchni zewnętrznej (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304), i w której niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) stanowi barierę przed kontaktem między płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) a cylindryczną powierzchnią zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) pokrytego niepęczniejącą warstwą (206, 306, 404, 504, 604).

9. System według zastrz. 8, znamienny tym, że element uszczelniający (204, 304) ulega spęcznieniu w obecności płynów spęczniających a niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) jest nieprzepuszczalna lub ma niską przepuszczalność dla płynów spęczniających.

10. System według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego (204, 304) zależna jest od ilości pokrycia elementu uszczelniającego (204, 304) niepęczniejącą warstwą (206, 306, 404, 504, 604).

11. System według zastrz. 10, znamienny tym, że szybkość pęcznienia elementu uszczelniającego (204, 304) wzrasta w miarę wzrostu stosunku między całkowitą powierzchnią elementu uszczelniającego (204, 304), który jest odsłonięty, a całkowitą powierzchnią niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604).

12. System według zastrz. 8, znamienny tym, że jeden albo większa liczba rowków (310, 402, 502, 602) zawiera wzór wycięty w niepęczniejącej warstwie (206, 306, 404, 504, 604) tak, że odsłania leżące poniżej części elementu uszczelniającego (204, 304).

13. System według zastrz. 12, znamienny tym, że wzór obejmuje co najmniej jeden spośród wzoru podobnego do siatki, wzoru rombowego, wzoru pionowych, poziomych i/albo spiralnych pasków.

14. System według zastrz. 8, znamienny tym, że niepęczniejącą warstwa (206, 306, 404, 504, 604) zawiera ponadto cząstki osadzone na powierzchni zewnętrznej (312) niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604).

15. Sposób wytwarzania urządzenia uszczelniającego (200, 300, 400, 500, 600) zawierającego trzpień (202, 302) mający element uszczelniający (204, 304) biegnący promieniowo wokół trzpienia (202, 302) i zawierający cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308), przy czym element uszczelniający (204, 304) ulega spęcznieniu w obecności płynów spęczniających, w którym to sposobie obwodowo cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) pokrywa się niepęczniejącą warstwą (206, 306, 404, 504, 604) znamienny tym, że obejmuje chemiczne wiązanie niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) w celu obwodowego pokrycia cylindrycznej powierzchni zewnętrznej (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) tak, że niepęczniejącą warstwą (206, 306, 404, 504, 604) osłania się cylindryczną powierzchnię zewnętrzną (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304) przed komunikacją płynową z płynem spęczniającym umieszczonym na zewnątrz niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) oraz wycięcie jednego albo więcej rowków (310, 402, 502, 602) na średnicy zewnętrznej niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) tak, że odsłania się część cylindrycznej powierzchni zewnętrznej (218, 308) elementu uszczelniającego (204, 304).

16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wiązanie chemiczne niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) obejmuje wulkanizację.

17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wycięcie jednego albo więcej rowków (310, 402, 502, 602) obejmuje wycięcie w niepęczniejącej warstwie (206, 306, 404, 504, 604) wzoru symetrycznego lub asymetrycznego.

18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje ponadto osadzanie co najmniej cząstek lub kołków na powierzchni zewnętrznej (312) niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604).

19. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że obejmuje ponadto kontrolowanie szybkości pęcznienia elementu uszczelniającego (204, 304) przez zmianę co najmniej jednego spośród wzoru wyciętego w niepęczniejącej warstwie (206, 306, 404, 504, 604), całkowitej powierzchni elementu uszczelniającego (204, 304), która jest odsłonięta, oraz stosunku całkowitej powierzchni niepęczniejącej warstwy (206, 306, 404, 504, 604) do całkowitej po- wierzchni odsłoniętego elementu uszczelniającego (204, 304).