RU2621242C2 - Скважинный инструмент с динамическим уплотнением типа "металл-металл", выполненным из материала с памятью формы - Google Patents
Скважинный инструмент с динамическим уплотнением типа "металл-металл", выполненным из материала с памятью формы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621242C2 RU2621242C2 RU2015110645A RU2015110645A RU2621242C2 RU 2621242 C2 RU2621242 C2 RU 2621242C2 RU 2015110645 A RU2015110645 A RU 2015110645A RU 2015110645 A RU2015110645 A RU 2015110645A RU 2621242 C2 RU2621242 C2 RU 2621242C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seal
- shape memory
- metal
- downhole tool
- seal made
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 238000007789 sealing Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 55
- 238000003466 welding Methods 0.000 title 1
- 239000012781 shape memory material Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 3
- 229920000431 shape-memory polymer Polymers 0.000 abstract description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 abstract description 4
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000636 poly(norbornene) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910017535 Cu-Al-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017773 Cu-Zn-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017985 Cu—Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Ni-Ti-Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018195 Ni—Co—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011212 Ti—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010977 Ti—Pd Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/08—Roller bits
- E21B10/22—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details
- E21B10/25—Roller bits characterised by bearing, lubrication or sealing details characterised by sealing details
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/006—Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/164—Sealings between relatively-moving surfaces the sealing action depending on movements; pressure difference, temperature or presence of leaking fluid
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
- E21B2200/01—Sealings characterised by their shape
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к скважинному инструменту, способу уплотнения в скважинном инструменте и к буровому долоту. Технический результат заключается в обеспечении надежного уплотнения. Скважинный инструмент содержит первую и вторую поверхности уплотнения и уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, способное обеспечивать динамическое уплотнение между первой и второй поверхностями уплотнения с контактом типа «металл-металл» между уплотнением и каждой из поверхностей уплотнения. Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, способно плотно прижиматься к первой и второй поверхностям уплотнения во время относительного смещения между первой и второй поверхностями уплотнения и выполнено с возможностью расширения в уплотняющий контакт с каждой из первой и второй поверхностей уплотнения в ответ на тепловое воздействие на уплотнение, выполненное из материала с памятью формы. Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, содержит полимер с памятью формы. Полимер с памятью формы выполнен с возможностью растягивания внешнего металлического компонента уплотнения в уплотняющий контакт «металл-металл». Уплотнение полностью или частично заполнено жидкостью и/или газом. Скважинный инструмент содержит дополнительное эластомерное уплотнение. Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, в его расширенном внутрискважинном состоянии выполнено с возможностью перекрытия экструзионного зазора между первой и второй поверхностями уплотнения, уменьшая выдавливание эластомерного уплотнения. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к работам, осуществляемым и оборудованию, используемому применительно к подземными скважинами, а в частности, в одном раскрытом ниже примере, обеспечивает скважинный инструмент с динамическим уплотнением типа «метал-метал», выполненным из материала с памятью формы.
Уровень техники
При использовании уплотнений из эластомера для уплотнения подвижных частей скважинных инструментов может выделяться тепло. Это тепло может ухудшить характеристики уплотнений таким образом, что они больше не смогут обеспечивать надлежащее уплотнение. Выделяющаяся теплота также может повредить другие компоненты определенных скважинных инструментов. Отсюда следует, что необходимы дальнейшие усовершенствования в области конструирования скважинных инструментов и обеспечения их уплотнений.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показан вид сбоку скважинного инструмента и соответствующий способ, способные воплотить принципы настоящего изобретения.
На фиг. 2 показан поперечный разрез части скважинного инструмента.
На фиг. 3А-D показаны поперечные разрезы уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, согласно способу обеспечения уплотнения в скважинном инструменте.
На фиг. 4А-D показаны поперечные разрезы другого примера уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, согласно способу обеспечения уплотнения в скважинном инструменте.
Раскрытие изобретения
На чертежах представлены скважинный инструмент 10 и соответствующий способ, воплощающие принципы настоящего изобретения. Однако следует понимать, что скважинный инструмент и способ являются только одним из примеров воплощения принципов настоящего изобретения на практике, и что возможны различные варианты других примеров. Поэтому объем настоящего изобретения ни в коем случае не ограничен деталями скважинного инструмента и способа, раскрытыми в настоящем документе и/или изображенными на чертежах.
В раскрытых ниже примерах уплотнения типа «металл-металл», по меньшей мере, частично выполняют из материала с памятью формы. Сверхупругое поведение материалов с памятью формы может быть использовано для минимизации или исключения усилий при вставке уплотнения, чтобы обеспечить большие механические допуски для поверхностей уплотнения, увеличить их уплотняющие способности и минимизировать износ в динамическом уплотнении.
Металлическое кольцевое уплотнение может быть выполнено из материала с памятью формы. Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, деформируют, чтобы обеспечить легкость сборки, что позволяет обойтись малыми усилиями при вставке уплотнения или совсем без них. Тепло вызывает расширение материала для активизируемого уплотнения между поверхностями уплотнения.
В одном из примеров уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, деформируют, чтобы его легко можно было вставить в скважинный инструмент. При нагревании материал с памятью формы возвращает уплотнение в его исходную форму. Исходная форма, предпочтительно, является тороидальным металлическим уплотнительным кольцом, но также могут применяться и другие формы.
Круглое поперечное сечение тороидального уплотнения с памятью формы является посадкой с натягом между поверхностями уплотнения скважинного инструмента. Такая посадка с натягом приводит к тому, что уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, находится в уплотняющем контакте типа «металл-металл» с поверхностями уплотнения скважинного инструмента.
Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, будет поддерживать эту посадку с натягом между поверхностями уплотнения, даже при изменениях температур внутри скважины во время использования скважинного инструмента. Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, может иметь достаточную толщину стенок, чтобы противостоять давлениям текучих сред, воздействующим на уплотнение внутри скважины, или же уплотнение может быть полностью или частично заполнено текучей средой, предотвращающей его разрушение и т.д. В других примерах давление внутри уплотнения может быть сбалансировано относительно давления на одной стороне снаружи (например, через отверстие или другой проем в боку уплотнения и т.д.). В одном из примеров уплотнение может иметь поперечное сечение С-образной формы.
Уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, может использоваться как статическое или динамическое уплотнение. Это предполагает, что некоторый материал с памятью формы может иметь отличные антиэрозионные свойства. В динамическом уплотнении вероятность истирания уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, меньше по сравнению с уплотнением из эластомера. Для обеспечения уплотнения в шарошке бурового долота уменьшение генерируемого тепла, благодаря уплотнению типа «металл-металл», выполненному из материала с памятью формы, может быть преимуществом.
Материал с памятью формы в некоторых примерах выбирают таким образом, чтобы он был представлен мартенситной фазой при комнатной температуре, и аустенитной фазой в условиях внутрискважинных температур. При комнатной температуре и мартенситной фазе материал с памятью формы имеет более низкий модуль упругости и может подвергаться пластической деформации. При нагревании до перехода в аустенитную фазу, модуль материала с памятью формы может утраиваться, и материал будет возвращаться в его исходную форму, полученную при термообработке.
Материал с памятью формы может содержать любой из сплавов: Ni-Ti, Ni-Ti-Nb, Ni-Ti-Hf, Ni-Ti-Pd, Ni-Ti-Zr, Cu-Zr, Ni-Al, Fe-Mn-Si, Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Al и Fe-Ni-Co-Ti. При необходимости могут быть использованы другие материалы с памятью формы. Материалы с памятью формы в некоторых примерах могут содержать полимер с памятью формы (например, полиуретаны, другие блок-сополимеры, линейный некристаллический полинорборнен, органо-неорганические гибридные полимеры, состоящие из полинорборнена, частично замещенного полиэдральным олигосилсесквиоксаном, и т.д.) в дополнение или вместо сплава с памятью формы.
В одном из примеров может быть использован материал с памятью формы с большим температурным гистерезисом. Материал с памятью формы может быть представлен мартенситной фазой при комнатной температуре. При нагревании материал будет переходить в высокопрочную аустенитную фазу. Благодаря большому температурному гистерезису, материал будет оставаться в аустенитной фазе при обратном охлаждении до комнатной температуры.
В других примерах материал с памятью формы может быть представлен мартенситной фазой, как при внутрискважинных температурах, так и при температурах поверхности. В этих примерах материал может оставаться в форме, сообщенной ему во время тепловой обработки, даже после его охлаждения до мартенситной фазы. Преимущество того, что материал с памятью формы представлен мартенситной фазой во внутрискважинных условиях, заключается в том, что такие материалы, в целом, более устойчивы к эрозии, когда они находятся в мартенситной фазе.
Если уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, не используют повторно, или если демонтаж скважинного инструмента не требуется, тогда может быть предпочтительным материал с большей температурой гистерезиса. Если уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, подлежит повторному использованию, или если желательным является демонтаж скважинного инструмента, тогда может быть предпочтительным материал с меньшей температурой гистерезиса. В качестве примера, материалы с памятью формы с относительно большой температурой гистерезиса содержат Ni-Ti-Nb и Ni-Ti-Fe.
На фиг. 1 проиллюстрировано буровое долото 10, способное воплощать принципы настоящего изобретения. Буровое долото 10 является буровым долотом, известным специалистам как шарошечное буровое долото или трехшарошечное буровое долото, из-за использования множественных, главным образом, конической формы шарошек или конусных шарошек 12, с расположенными на них зацепляющими землю режущими элементами 14.
Каждая из конических шарошек 12 прикреплена с возможностью вращения к соответствующей лапе 16, проходящей вниз (что изображено на фиг. 1) из основного корпуса 18 долота 10. В этом примере показаны три конических шарошки 12 и лапы 16.
Однако следует понимать, что принципы настоящего изобретения могут быть применены в буровых долотах с другим количеством конических шарошек и лап, и других типах и конфигурациях буровых долот. Буровое долото 10, изображенное на фиг. 1, является лишь одним примером разнообразия буровых долот и других бурильных инструментов, которые могут использовать раскрытые в настоящем разделе принципы.
На фиг. 2 дополнительно показан поперечный разрез одной из лап 16. В этом разрезе можно видеть, что конусная шарошка 12 вращается вокруг шейки 20 лапы 16. Для закрепления конической шарошки на шейке между конической шарошкой 12 и шейкой 20 используют замковые шары 22.
Смазку подают к поверхности между конической шарошкой 12 и шейкой 20 из камеры 24 через проход 26. Устройство 28 выравнивания давления обеспечивает выравнивание давления смазки с давлением внутрискважинной среды, когда буровое долото 10 используют для бурения ствола скважины.
Уплотнение 30 используют для предотвращения попадания обломков и скважинных текучих сред в пространство между конической шарошкой 12 и шейкой 20, и предотвращения вытекания смазки из промежуточной области. Так как коническая шарошка 12 вращается вокруг шейки 20, уплотнение 30, предпочтительно, вращается с конической шарошкой и плотно прижато к наружной поверхности шейки, что подробнее раскрыто ниже. Однако в других примерах уплотнение может оставаться неподвижным на шейке 20, тогда как коническая шарошка 12 вращается относительно шейки и уплотнения.
Уплотнение 30 в этом примере содержит материал с памятью формы и формирует уплотнения «металл-металл» между поверхностями уплотнения на каждой шейке 20 и конической шарошке 12. Такое уплотнение типа «металл-металл» усиливает способность уплотнения 30 исключать обломки, уменьшать износ, предотвращать вытекание смазочного материала и т.д., а также уменьшает количество тепла, выделяемого в уплотнении подвижного соединения. Если используют полимер с памятью формы, то он может быть использован для отклонения металлического компонента уплотнения 30 в уплотняющий контакт.
На фиг. 3А в увеличенном масштабе проиллюстрирован поперечный разрез одного из примеров исполнения уплотнения 30. В этом примере уплотнение 30 имеет память формы, являющейся тороидом, имеющим круглое поперечное сечение. Уплотнение 30 подвергают термообработке, так что материал с памятью формы находится в мартенситной фазе при комнатной температуре.
Уплотнение 30 затем деформируют, что изображено на фиг. 3В. Предпочтительно, уплотнение 30 деформируют таким образом, чтобы сделать его более пригодным для установки в скважинный инструмент, такой как буровое долото 10. В этом примере радиальную ширину уплотнения 30 уменьшают, чтобы позволить уплотнению встать между шейкой 20 и конической шарошкой 12.
Уплотнение 30 затем устанавливают в буровое долото 10, что показано на фиг. 3С. Следует отметить, что благодаря деформации уплотнения 30, между уплотнением 30 и поверхностями 38, 44 уплотнения, выполненными на конической шарошке 12 и шейке 20, предпочтительно, нет промежуточного пространства. Это может уменьшить или исключить потенциальное повреждение металлического уплотнения 30 из-за установки.
Уплотнение 30 затем нагревают, так что оно переходит в аустенитную фазу и расширяется в свою исходную форму. На фиг. 3D уплотнение 30 изображено как расширенное в уплотняющий контакт типа «металл-металл» с каждой из поверхностей 38, 44 уплотнения. Полимерный материал с памятью формы может растягивать металлический компонент (такой как внешний, устойчивый к эрозии слой) уплотнения 30 в уплотняющий контакт «металл-металл».
Нагревание уплотнения 30 может быть осуществлено во время изготовления долота 10, или оно может происходить из-за воздействия внутрискважинных температур на долото. Объем настоящего изобретения не ограничивается каким-либо конкретным способом нагревания уплотнения 30.
Следует отметить, что уплотнение 30 может быть полностью или частично заполнено жидкостью и/или газом для полной или частичной компенсации давления текучей среды, действующей на уплотнение внутри скважины. Альтернативно, в стенке уплотнения 30 могут быть предусмотрены одно или несколько отверстий для выравнивания давления внутри уплотнения относительно давления на одной стороне уплотнения.
Дополнительно, на фиг. 4A-D проиллюстрированы другие конфигурации уплотнения 30. В этой конфигурации уплотнение 30, в целом, имеет С-образное поперечное сечение.
Также как уплотнение 30 на фиг. 3A-D, уплотнение на фиг. 4A-D выполняют и подвергают термической обработке таким образом, что оно запоминает форму в своей мартенситной фазе при комнатной температуре. Уплотнение 30 затем деформируют, устанавливают в скважинный инструмент и нагревают. При нагревании уплотнение 30 пытается вернуть свою форму, образуя при этом статическое и/или динамическое уплотнение типа «металл-металл» между поверхностями 38, 44 уплотнения.
Альтернативно или дополнительно, уплотнение 30 может быть использовано как вспомогательное или резервное уплотнение для другого уплотнения, например, уплотнения из эластомера (например, О-образного и др.). В его расширенном внутрискважинном состоянии, уплотнение 30 будет перекрывать экструзионный зазор между поверхностями 38, 44 (или другими поверхностями), тем самым, уменьшая выдавливание эластомерного уплотнения благодаря разности давлений на эластомерном уплотнении.
Отсюда становится понятно, что вышеприведенное раскрытие обеспечивает значительные преимущества в области конструирования уплотнений, используемых в скважинных инструментах. Уплотнение 30 содержит динамическое уплотнение типа «металл-металл» в буровом долоте 10, которое легко может быть установлено в долото без нарушения или повреждения уплотнения.
Скважинный инструмент (например, буровое долото 10) оснащают раскрытым выше изобретением. В одном из примеров, скважинный инструмент может содержать первую и вторую поверхности 38, 44 уплотнения, и уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, обеспечивающее динамическое уплотнение между первой и второй поверхностями 38, 44 уплотнения с контактом типа «металл-металл» между уплотнением 30, выполненным из материала с памятью формы, и каждой из поверхностей 38, 44 уплотнения.
Уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, может плотно прижиматься к первой и второй поверхностям 38, 44 уплотнения, во время относительного смещения между первой и второй поверхностями 38, 44 уплотнения.
Первая поверхность 38 уплотнения может быть выполнена на конической шарошке 12 бурового долота, а вторая поверхность 44 уплотнения может быть выполнена на шейке 20 бурового долота. Уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, может обеспечивать уплотнение между конической шарошкой 12 и шейкой 20 при вращении конической шарошки 12 вокруг шейки 20.
Уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, может расширяться в уплотняющий контакт с каждой из поверхностей 38, 44 уплотнения. Уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, может расширяться в уплотняющий контакта в ответ на тепловое воздействие на уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы.
Уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, может иметь, в целом, круглое поперечное сечение или, в целом, С-образное поперечное сечение. Могут быть использованы другие формы без отклонения от объема настоящего изобретения.
Способ обеспечения уплотнения в скважинном инструменте также раскрыт выше. В одном из примеров способ может содержать: формирование уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы; термическую обработку уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы; последующее деформирование уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы; последующую установку уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы, в скважинный инструмент; и последующее нагревание уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы, вызывающее расширение уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы, в уплотняющий контакт типа «металл-металл» с первой поверхностью 38 уплотнения, смещающейся относительно уплотнения 30, выполненного из материала с памятью формы.
Вышеприведенное изобретение также обеспечивает буровое долото 10. В одном из примеров, буровое долото 10 содержит первую и вторую поверхности 38, 44 уплотнения, образованные, соответственно, на конической шарошке 12 и шейке 20 бурового долота 10, а также уплотнение 30, выполненное из материала с памятью формы, обеспечивающее динамическое уплотнение между первой и второй поверхностями 38, 44 уплотнения с контактом типа «металл-металл» между уплотнением 30, выполненным из материала с памятью формы, и каждой из поверхностей 38, 44 уплотнения.
Материал с памятью формы может содержать сплав с памятью формы и/или полимер с памятью формы. Нагревание материала с памятью формы может инициировать переход материала с памятью формы в аустенитную фазу. Однако материал с памятью формы может быть в фазе аустенита или мартенсита и при температурах внутри скважины.
Несмотря на то, что выше были раскрыты различные примеры, при этом каждый пример имел конкретные признаки, следует понимать, что совсем необязательно, чтобы конкретный признак одного примера был использован только с этим примером. Наоборот, любой из раскрытых выше и/или изображенных на чертежах признаков может быть скомбинирован с любым из примеров, в дополнение или взамен любого другого признака этих примеров. Признаки, приведенные в одном примере, не являются взаимоисключающими для других признаков, приведенных в другом примере. Наоборот, объем настоящего изобретения охватывает любую комбинацию этих признаков.
Несмотря на то, что каждый раскрытый выше пример содержит определенную комбинацию признаков, следует понимать, что совсем необязательно, чтобы были использованы все признаки одного примера. Наоборот, любой из раскрытых выше признаков может быть использован без любого другого конкретного признака или признаков.
Следует понимать, что различные варианты осуществления, раскрытые в настоящем разделе, могут быть использованы в различных направлениях, например, наклонных, обратных, горизонтальных, вертикальных и т.д. и в различных конфигурациях, без отклонения от принципов настоящего изобретения. Варианты осуществления раскрыты лишь как примеры полезного использования принципов настоящего изобретения, не ограничивающегося какими-либо конкретными деталями настоящих вариантов осуществления.
В приведенном выше раскрытии примеров, термины направления (такие как «выше», «ниже», «верхний», «нижний» и т.д.) используют для удобства понимания прилагаемых чертежей. Однако следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается какими-либо конкретными направлениями, раскрытыми в разделе.
Термины «включающий в себя», «включает в себя», «содержащий», «содержит» и им подобные используют в настоящем раскрытии в неограничивающем значении. Например, если система, способ, аппарат, устройство и т.д. раскрыты, как «включающие в себя» определенный признак или элемент, то система, способ, аппарат, устройство и т.д. может включать в себя этот признак или элемент, а также может включать в себя другие признаки или элементы. Аналогично, термин «содержит» подразумевает «содержит, но не ограничивается этим».
Конечно, специалисту в данной области техники, после тщательного изучения приведенного выше описания представительных вариантов осуществления настоящего раскрытия, будут очевидны различные модификации, дополнения, замены, исключения и другие изменения, которые могут быть выполнены в конкретных вариантах осуществления, и такие изменения предусмотрены принципами настоящего изобретения. Например, конструкции, раскрытые, как сформированные отдельно, в других примерах могут быть сформированы единым целым, и наоборот. Соответственно, предшествующее раскрытие подлежит пониманию, так как приведено посредством примера и иллюстративного материала, идея и объем настоящего изобретения ограничиваются исключительно прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.
Claims (40)
1. Скважинный инструмент, содержащий:
первую и вторую поверхности уплотнения; и
уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, способное обеспечивать динамическое уплотнение между первой и второй поверхностями уплотнения с контактом типа «металл-металл» между уплотнением, выполненным из материала с памятью формы, и каждой из поверхностей уплотнения,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, способно плотно прижиматься к первой и второй поверхностям уплотнения во время относительного смещения между первой и второй поверхностями уплотнения и выполнено с возможностью расширения в уплотняющий контакт с каждой из первой и второй поверхностей уплотнения в ответ на тепловое воздействие на уплотнение, выполненное из материала с памятью формы,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, содержит полимер с памятью формы, причем полимер с памятью формы выполнен с возможностью растягивания внешнего металлического компонента уплотнения в уплотняющий контакт «металл-металл»,
при этом уплотнение полностью или частично заполнено жидкостью и/или газом;
причем скважинный инструмент содержит дополнительное эластомерное уплотнение,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, в его расширенном внутрискважинном состоянии выполнено с возможностью перекрытия экструзионного зазора между первой и второй поверхностями уплотнения, уменьшая выдавливание эластомерного уплотнения.
2. Скважинный инструмент по п. 1, в котором первая поверхность уплотнения выполнена на конической шарошке бурового долота, а вторая поверхность уплотнения выполнена на шейке бурового долота.
3. Скважинный инструмент по п. 2, в котором уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, выполнено с возможностью обеспечивать уплотнение между конической шарошкой и шейкой во время вращения конической шарошки вокруг шейки.
4. Скважинный инструмент по п. 1, в котором уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, имеет, в целом, круглое поперечное сечение.
5. Скважинный инструмент по п. 4, в котором стенка уплотнения, выполненного из материала с памятью формы с круглым поперечным сечением, имеет одно или несколько отверстий.
6. Скважинный инструмент по п. 1, в котором уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, имеет, в целом, C-образное поперечное сечение.
7. Способ уплотнения в скважинном инструменте, содержащий:
формирование уплотнения, выполненного из материала с памятью формы;
термическую обработку уплотнения, выполненного из материала с памятью формы;
последующее деформирование уплотнения, выполненного из материала с памятью формы;
последующую установку уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, в скважинный инструмент; и
последующее нагревание уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, что вызывает расширение уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, в уплотняющий контакт типа «металл-металл» с первой поверхностью уплотнения, выполненной с возможностью перемещения относительно уплотнения, выполненного из материала с памятью формы,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, выполнено с возможностью расширения в уплотняющий контакт типа «металл-металл» со второй поверхностью уплотнения, причем уплотнение плотно прижимают к первой и второй поверхностям уплотнения во время вращения и относительного смещения между первой и второй поверхностями уплотнения,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, содержит полимер с памятью формы, причем полимер с памятью формы выполнен с возможностью растягивания внешнего металлического компонента уплотнения в уплотняющий контакт «металл-металл»,
при этом уплотнение полностью или частично заполнено жидкостью и/или газом;
причем в скважинном инструменте используют дополнительное эластомерное уплотнение, при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, в его расширенном внутрискважинном состоянии перекрывает экструзионный зазор между первой и второй поверхностями уплотнения, уменьшая выдавливание эластомерного уплотнения.
8. Способ по п. 7, в котором формирование дополнительно содержит формирование уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, в целом, с круглым поперечным сечением.
9. Способ по п. 8, в котором при формировании уплотнения, выполненного из материала с памятью формы с круглым поперечным сечением, его стенка имеет одно или несколько отверстий.
10. Способ по п. 7, в котором формирование дополнительно содержит формирование уплотнения, выполненного из материала с памятью формы, в целом, с С-образным поперечным сечением.
11. Способ по п. 7, в котором первую поверхность уплотнения выполняют на конической шарошке долота, которая выполнена с возможностью вращения вокруг шейки долота.
12. Способ по п. 11, в котором вторая поверхность уплотнения выполнена на шейке.
13. Способ по п. 12, в котором уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, плотно прижимают к первой и второй поверхностям уплотнения во время вращения конической шарошки вокруг шейки.
14. Буровое долото, содержащее:
первую и вторую поверхности уплотнения, выполненные на конической шарошке и шейке, соответственно, бурового долота; и
уплотнение, выполненное из материала с памятью формы и способное обеспечивать динамическое уплотнение между первой и второй поверхностями уплотнения с контактом типа «металл-металл» между уплотнением, выполненным из материала с памятью формы, и каждой из двух поверхностей уплотнения,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, способно плотно прижиматься к первой и второй поверхностям уплотнения во время относительного смещения между первой и второй поверхностями уплотнения, способно обеспечивать уплотнение между конической шарошкой и шейкой во время вращения конической шарошки вокруг шейки, выполнено с возможностью расширения в уплотняющий контакт с каждой из первой и второй поверхностей уплотнения в ответ на тепловое воздействие на уплотнение, выполненное из материала с памятью формы,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, содержит полимер с памятью формы, причем полимер с памятью формы выполнен с возможностью растягивания внешнего металлического компонента уплотнения в уплотняющий контакт «металл-металл»,
при этом уплотнение полностью или частично заполнено жидкостью и/или газом;
причем буровое долото содержит дополнительное эластомерное уплотнение,
при этом уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, в его расширенном внутрискважинном состоянии выполнено с возможностью перекрытия экструзионного зазора между первой и второй поверхностями уплотнения, уменьшая выдавливание эластомерного уплотнения.
15. Буровое долото по п. 14, в котором уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, имеет, в целом, круглое поперечное сечение.
16. Буровое долото по п. 15, в котором стенка уплотнения, выполненного из материала с памятью формы с круглым поперечным сечением, имеет одно или несколько отверстий.
17. Буровое долото по п. 14, в котором уплотнение, выполненное из материала с памятью формы, имеет, в целом, C-образное поперечное сечение.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US2012/059063 WO2014055089A1 (en) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | Well tool with dynamic metal-to-metal shape memory material seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015110645A RU2015110645A (ru) | 2016-11-27 |
| RU2621242C2 true RU2621242C2 (ru) | 2017-06-01 |
Family
ID=50435289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015110645A RU2621242C2 (ru) | 2012-10-05 | 2012-10-05 | Скважинный инструмент с динамическим уплотнением типа "металл-металл", выполненным из материала с памятью формы |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150218889A1 (ru) |
| EP (1) | EP2904184B1 (ru) |
| CN (1) | CN104685150B (ru) |
| AU (1) | AU2012391506B2 (ru) |
| BR (1) | BR112015007591A2 (ru) |
| CA (1) | CA2884854C (ru) |
| RU (1) | RU2621242C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014055089A1 (ru) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10487589B2 (en) | 2016-01-20 | 2019-11-26 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Earth-boring tools, depth-of-cut limiters, and methods of forming or servicing a wellbore |
| US10280479B2 (en) * | 2016-01-20 | 2019-05-07 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Earth-boring tools and methods for forming earth-boring tools using shape memory materials |
| US10053916B2 (en) | 2016-01-20 | 2018-08-21 | Baker Hughes Incorporated | Nozzle assemblies including shape memory materials for earth-boring tools and related methods |
| US10508323B2 (en) * | 2016-01-20 | 2019-12-17 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Method and apparatus for securing bodies using shape memory materials |
| US10519720B2 (en) | 2016-02-18 | 2019-12-31 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Bearings for downhole tools, downhole tools incorporating such bearings, and related methods |
| US10119335B2 (en) | 2016-02-18 | 2018-11-06 | Baker Hughes Incorporated | Bearings for downhole tools, downhole tools incorporating such bearings, and related methods |
| DE102016006824A1 (de) * | 2016-06-03 | 2017-12-07 | Wieland-Werke Ag | Kupferlegierung und deren Verwendungen |
| EP3583289B1 (en) * | 2017-02-16 | 2023-05-24 | Baker Hughes Holdings LLC | Mechanical locking mechanism using shape memory material |
| WO2019195478A1 (en) | 2018-04-03 | 2019-10-10 | Schlumberger Technology Corporation | Proppant-fiber schedule for far field diversion |
| US10995859B2 (en) | 2018-04-26 | 2021-05-04 | Honda Motor Co., Ltd. | Thermally actuated grommet |
| WO2020139322A1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and system for creating metal-to-metal seal |
| CN113464662A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-01 | 洛阳三旋智能装备有限公司 | 一种反应釜底部取料阀结构 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4429854A (en) * | 1982-11-26 | 1984-02-07 | Smith International, Inc. | Dual squeeze seal gland |
| SU1355683A1 (ru) * | 1986-01-22 | 1987-11-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Колонковое долото |
| RU2019670C1 (ru) * | 1990-12-10 | 1994-09-15 | Специальное конструкторское бюро по долотам Самарского долотного завода | Герметизированная опора шарошечного долота |
| RU2114276C1 (ru) * | 1996-12-10 | 1998-06-27 | Центр научно-технических услуг "Надежность машин" | Герметизирующий узел опоры шарошечного долота |
| WO2001038687A2 (en) * | 1999-11-29 | 2001-05-31 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Pipe connecting method |
| US20080264647A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-30 | Schlumberger Technology Corporation | Shape memory materials for downhole tool applications |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4394020A (en) * | 1982-10-18 | 1983-07-19 | Smith International, Inc. | High-speed seal |
| US4445694A (en) * | 1982-12-17 | 1984-05-01 | Westinghouse Electric Corp. | All-metal expandable ultra high vacuum seal |
| US4588309A (en) * | 1983-06-20 | 1986-05-13 | Smith International, Inc. | Resilient bearing seal with ability to compensate for wear and compression set |
| US4822057A (en) * | 1988-03-31 | 1989-04-18 | Smith International, Inc. | Mechanical face seal for rock bits |
| CN2184081Y (zh) * | 1994-01-08 | 1994-11-30 | 中国科学院金属研究所 | 油田井下自动密封装置 |
| US5842700A (en) * | 1996-10-08 | 1998-12-01 | Smith International, Inc. | Composite rock bit seal |
| GB2370322B (en) * | 2000-12-20 | 2003-03-12 | Fmc Corp | Metallic seal components |
| US7117961B2 (en) * | 2003-07-31 | 2006-10-10 | Smith International, Inc. | Dynamic seal with soft interface |
| US7013998B2 (en) * | 2003-11-20 | 2006-03-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drill bit having an improved seal and lubrication method using same |
| US7347290B2 (en) * | 2004-06-15 | 2008-03-25 | Smith International, Inc. | Multi-part energizer for mechanical seal assembly |
| US7445047B2 (en) * | 2005-10-24 | 2008-11-04 | Baker Hughes Incorporated | Metal-to-metal non-elastomeric seal stack |
| US7510019B2 (en) * | 2006-09-11 | 2009-03-31 | Schlumberger Technology Corporation | Forming a metal-to-metal seal in a well |
| US20080079222A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Temperature adaptive radial shaft seal assemblies using shape memory alloy elements |
| US8967301B2 (en) * | 2010-02-03 | 2015-03-03 | Baker Hughes Incorporated | Composite metallic elastomeric sealing components for roller cone drill bits |
| US9103171B2 (en) * | 2011-04-07 | 2015-08-11 | Baker Hughes Incorporated | Apparatus for controlling drill bit depth of cut using thermally expandable materials |
| US8960314B2 (en) * | 2012-03-27 | 2015-02-24 | Baker Hughes Incorporated | Shape memory seal assembly |
| US9567113B2 (en) * | 2013-05-03 | 2017-02-14 | The Boeing Company | Thermal seal with thermally induced shape change |
-
2012
- 2012-10-05 CN CN201280075891.6A patent/CN104685150B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-10-05 CA CA2884854A patent/CA2884854C/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-10-05 US US14/430,854 patent/US20150218889A1/en not_active Abandoned
- 2012-10-05 RU RU2015110645A patent/RU2621242C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-10-05 WO PCT/US2012/059063 patent/WO2014055089A1/en active Application Filing
- 2012-10-05 BR BR112015007591A patent/BR112015007591A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2012-10-05 EP EP12886036.8A patent/EP2904184B1/en not_active Not-in-force
- 2012-10-05 AU AU2012391506A patent/AU2012391506B2/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4429854A (en) * | 1982-11-26 | 1984-02-07 | Smith International, Inc. | Dual squeeze seal gland |
| SU1355683A1 (ru) * | 1986-01-22 | 1987-11-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники | Колонковое долото |
| RU2019670C1 (ru) * | 1990-12-10 | 1994-09-15 | Специальное конструкторское бюро по долотам Самарского долотного завода | Герметизированная опора шарошечного долота |
| RU2114276C1 (ru) * | 1996-12-10 | 1998-06-27 | Центр научно-технических услуг "Надежность машин" | Герметизирующий узел опоры шарошечного долота |
| WO2001038687A2 (en) * | 1999-11-29 | 2001-05-31 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Pipe connecting method |
| US20080264647A1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-30 | Schlumberger Technology Corporation | Shape memory materials for downhole tool applications |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2884854A1 (en) | 2014-04-10 |
| CN104685150A (zh) | 2015-06-03 |
| CA2884854C (en) | 2019-02-26 |
| WO2014055089A1 (en) | 2014-04-10 |
| EP2904184A1 (en) | 2015-08-12 |
| BR112015007591A2 (pt) | 2017-07-04 |
| EP2904184A4 (en) | 2016-11-30 |
| CN104685150B (zh) | 2017-09-08 |
| AU2012391506A1 (en) | 2015-02-26 |
| US20150218889A1 (en) | 2015-08-06 |
| EP2904184B1 (en) | 2019-01-02 |
| RU2015110645A (ru) | 2016-11-27 |
| AU2012391506B2 (en) | 2016-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2621242C2 (ru) | Скважинный инструмент с динамическим уплотнением типа "металл-металл", выполненным из материала с памятью формы | |
| AU2001296634B2 (en) | Method and apparatus for expansion sealing concentric tubular structures | |
| AU2011311540B2 (en) | An annular barrier | |
| US8714273B2 (en) | High expansion metal seal system | |
| CA2659010C (en) | Metal to metal seal for downhole tools | |
| US20020145281A1 (en) | An apparatus and method for isolating a section of tubing | |
| AU2001296634A1 (en) | Method and apparatus for expansion sealing concentric tubular structures | |
| CN101858203A (zh) | 自紧式环形密封 | |
| MX2013013823A (es) | Barrera anular con sello externo. | |
| BR112017008752B1 (pt) | Barreira anular de fundo de poço com mecanismo de fechamento e sistema de barreira anular de fundo de poço | |
| US20100122820A1 (en) | Seal Arrangement for Expandable Tubulars | |
| MX2015000495A (es) | Sistemas y metodos pozo abajo activados por presion. | |
| US10519740B2 (en) | Sealing apparatus and associated methods of manufacturing | |
| US20120038115A1 (en) | Anti-Extrusion Seal for High Temperature Applications | |
| SA112330540B1 (ar) | حشوة لمنع التسرب من جدار حفرة بئر | |
| WO2008088553A2 (en) | Metal to metal seal for downhole tools | |
| US6769500B2 (en) | Optimized earth boring seal means | |
| NL1041768B1 (en) | Ball and seat valve for high temperature and pressure applications | |
| Royer et al. | HPHT expandable liner hanger technology with superior pressure integrity | |
| Saltel et al. | Restoring casing integrity using an expandable steel patch prior to drilling ahead with minimal reduction of next hole size | |
| US20160215599A1 (en) | Diffuser and flow control system with diffuser | |
| US20160123468A1 (en) | Seal for an oil sealed bearing assembly | |
| Drechsler et al. | Qualification and Field Trial of a Metal Expandable Well Annular Barrier | |
| US10174581B2 (en) | Method and apparatus to utilize a deformable filler ring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201006 |