RU2768349C2

RU2768349C2 - Packer assembly intended for use in subterranean well, method for its design and well system comprising packer assembly

Info

Publication number: RU2768349C2
Application number: RU2018121520A
Authority: RU
Inventors: Кристиан АНДЕРСЕН
Original assignee: Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк.
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2022-03-23
Also published as: RU2018121520A3; RU2018121520A

Abstract

FIELD: well drilling.

SUBSTANCE: group of inventions relates to equipment used in an underground well and to operations performed in an underground well. Packer assembly intended for use in an underground well contains a sealing element, a reinforcing element and two extrusion barriers. Sealing element is made with possibility of swelling in the well. Reinforcing element is arranged in said sealing element and comprises a solid cylindrical coupling having opposite ends. Two extrusion barriers are located on the corresponding end sections of the sealing element. At the same time each extrusion barrier is made with possibility of extrusion outside in response to swelling of the corresponding end section of the sealing element. Reinforcing element is displaced in the longitudinal direction from each end section of the sealing element. Extrusion barrier and the reinforcing element do not overlap in the longitudinal direction. Each opposite end of the reinforcing element is displaced in the longitudinal direction from the nearest extrusion barrier with formation of a longitudinal gap between each extrusion barrier and the reinforcing element.

EFFECT: increased efficiency of well sealing.

20 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее раскрытие, в основном, относится к используемому в подземной скважине оборудованию и к производимым в подземной скважине работам. В одном описанном ниже примере, в частности, предложен разбухающий пакер, содержащий усиливающий элемент и имеющий антиэкструзионные характеристики.The present disclosure generally relates to equipment used in a subterranean well and to operations performed in a subterranean well. In one example described below, in particular, a swellable packer containing a reinforcing element and having anti-extrusion characteristics is provided.

Уровень техникиState of the art

Разбухающие пакеры известны в уровне техники как «кольцевые барьеры», которые разбухают и, тем самым, уплотняют кольцевое пространство в скважине, например, между насосно-компрессорной колонной и обсадной колонной (или стенкой скважины) и т.п. Разбухающие пакеры содержат уплотнительные элементы. После разбухания в уплотнительных элементах, находящихся в кольцевом пространстве, имеет место перепад давлений. Легко понять, что по этой причине в области конструирования и использования разбухающих пакеров имеется потребность в постоянных усовершенствованиях.Swellable packers are known in the art as "annular barriers" which swell and thereby seal the annulus in the well, such as between the tubing string and the casing (or wellbore wall) and the like. Swellable packers contain sealing elements. After swelling, a pressure difference occurs in the sealing elements located in the annulus. It is easy to understand that for this reason there is a need for continuous improvement in the design and use of swellable packers.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Согласно первому аспекту изобретения предложен узел пакера, предназначенный для использования в подземной скважине, содержащий уплотнительный элемент, выполненный с возможностью разбухания в скважине; усиливающий элемент, размещенный в указанном уплотнительном элементе; и экструзионный барьер, выполненный с возможностью вытеснения наружу в ответ на разбухание концевого участка уплотнительного элемента, причем указанный усиливающий элемент смещен в продольном направлении от указанного концевого участка указанного уплотнительного элемента, при этом экструзионный барьер расположен по меньшей мере вокруг участка уплотнительного элемента между концом уплотнительного элемента и концом усиливающего элемента, ближайшим к концу уплотнительного элемента.According to a first aspect of the invention, there is provided a packer assembly for use in a subterranean well, comprising a sealing element swellable in the well; reinforcing element placed in the specified sealing element; and an extrusion barrier configured to be displaced outward in response to swelling of the end section of the sealing element, wherein said reinforcing element is displaced in the longitudinal direction from the specified end section of the specified sealing element, while the extrusion barrier is located at least around the section of the sealing element between the end of the sealing element and the end of the reinforcing element closest to the end of the sealing element.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения усиливающий элемент содержит металлическую муфту.In accordance with one embodiment of the invention, the reinforcing element comprises a metal sleeve.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения уплотнительный элемент расположен в радиальном направлении как внутри, так и снаружи усиливающего элемента.In accordance with one embodiment of the invention, the sealing element is located in the radial direction both inside and outside the reinforcing element.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения концевой участок уплотнительного элемента расположен ниже экструзионного барьера.In accordance with another embodiment of the invention, the end section of the sealing element is located below the extrusion barrier.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения экструзионный барьер содержит множество распределенных по окружности сегментов, закрепленных на концевой шайбе, причем указанная концевая шайба выполнена с возможностью предотвращения продольного смещения уплотнительного элемента относительно основной трубы.In accordance with another embodiment of the invention, the extrusion barrier comprises a plurality of circumferentially distributed segments attached to an end plate, said end plate being configured to prevent longitudinal displacement of the sealing element relative to the base pipe.

Кроме того, может быть предусмотрено, что уплотнительный элемент смещен в продольном направлении от экструзионного барьера.In addition, it can be provided that the sealing element is displaced in the longitudinal direction from the extrusion barrier.

Также может быть предусмотрено, что уплотнительный элемент выполнен с возможностью разбухания в результате контакта с текучей средой.It can also be provided that the sealing element is designed to swell as a result of contact with the fluid.

Согласно второму аспекту изобретения предложен способ конструирования узла пакера, предназначенного для использования в подземной скважине, согласно которому: размещают усиливающий элемент в уплотнительном элементе, который разбухает в скважине; причем указанное размещение включает размещение в продольном направлении противоположных концов усиливающего элемента на некотором расстоянии от противоположных концевых участков уплотнительного элемента; и устанавливают экструзионные барьеры, которые в радиальном направлении снаружи перекрывают концевые участки уплотнительного элемента, при этом каждый экструзионный барьер расположен вокруг соответствующего участка уплотнительного элемента между соответствующим концом уплотнительного элемента и соответствующим концом усиливающего элемента, ближайшим к соответствующему концу уплотнительного элемента.According to a second aspect of the invention, there is provided a method for constructing a packer assembly for use in a subterranean well, comprising: placing a reinforcing element in a sealing element that swells in the well; moreover, the specified placement includes the placement in the longitudinal direction of the opposite ends of the reinforcing element at some distance from the opposite end sections of the sealing element; and installing extrusion barriers that radially outwardly overlap the end sections of the sealing element, with each extrusion barrier located around the corresponding section of the sealing element between the corresponding end of the sealing element and the corresponding end of the reinforcing element closest to the corresponding end of the sealing element.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения размещение, кроме того, включает смещение усиливающего элемента в продольном направлении от экструзионного барьера.In accordance with one embodiment of the invention, the placement further includes offsetting the reinforcing element in the longitudinal direction from the extrusion barrier.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения указанное размещение, кроме того, включает расположение уплотнительного элемента в радиальном направлении как внутри, так и снаружи относительно усиливающего элемента.In accordance with yet another embodiment of the invention, said placement further includes the arrangement of the sealing element in the radial direction both inside and outside of the reinforcing element.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения экструзионный барьер вытесняется наружу в результате разбухания концевых участков уплотнительного элемента.In accordance with another embodiment of the invention, the extrusion barrier is forced outwards as a result of swelling of the end sections of the sealing element.

Кроме того, может быть предусмотрено, что каждый экструзионный барьер содержит некоторое количество распределенных по окружности сегментов, закрепленных на концевой шайбе; причем указанные концевые шайбы выполнены с возможностью предотвращения продольного смещения уплотнительного элемента относительно основной трубы.In addition, it can be provided that each extrusion barrier contains a number of segments distributed around the circumference, fixed on the end plate; moreover, said end washers are configured to prevent longitudinal displacement of the sealing element relative to the base pipe.

Согласно третьему аспекту изобретения предложена скважинная система, содержащая узел пакера, расположенный в подземной скважине и содержащий уплотнительный элемент, который выполнен с возможностью разбухания в результате контакта с текучей средой, усиливающий элемент, расположенный в уплотнительном элементе и экструзионный барьер, который перекрывает концевые участки уплотнительного элемента, в котором усиливающий элемент смещен в продольном направлении от концевого участка уплотнительного элемента, при этом экструзионный барьер расположен по меньшей мере вокруг участка уплотнительного элемента между концом уплотнительного элемента и концом усиливающего элемента, ближайшим к концу уплотнительного элемента.According to a third aspect of the invention, a well system is provided, comprising a packer assembly located in a subterranean well and comprising a sealing element that is configured to swell as a result of contact with a fluid, a reinforcing element located in the sealing element, and an extrusion barrier that overlaps the end portions of the sealing element. , in which the reinforcing element is offset in the longitudinal direction from the end section of the sealing element, while the extrusion barrier is located at least around the section of the sealing element between the end of the sealing element and the end of the reinforcing element closest to the end of the sealing element.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения уплотнительный элемент расположен в радиальном направлении как внутри, так и снаружи усиливающего элемента.In accordance with another embodiment of the invention, the sealing element is located in the radial direction both inside and outside the reinforcing element.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения экструзионный барьер содержит множество распределенных по окружности сегментов, закрепленных на концевой шайбе; причем указанная концевая шайба выполнена с возможностью предотвращения продольного смещения уплотнительного элемента относительно основной трубы.According to another embodiment of the invention, the extrusion barrier comprises a plurality of circumferentially distributed segments attached to an end plate; moreover, the specified end washer is configured to prevent longitudinal displacement of the sealing element relative to the main pipe.

Также может быть предусмотрено, что экструзионный барьер выполнен с возможностью вытеснения наружу в результате разбухания концевого участка уплотнительного элемента.It can also be provided that the extrusion barrier is designed to be forced outwards as a result of swelling of the end section of the sealing element.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг.1 представлен частичный вид в поперечном сечении скважинной системы и соответствующего способа, которые реализуют принципы настоящего раскрытия.1 is a partial cross-sectional view of a well system and associated method that implements the principles of the present disclosure.

На фиг.2 и фиг.3 представлены виды в вертикальной проекции и поперечном сечении узла пакера, который может быть использован в системе и способе, представленным на фиг.1 и фиг.3, взятыми по линии сечения 3-3 на фиг.2.FIGS. 2 and 3 are elevational and cross-sectional views of a packer assembly that can be used in the system and method of FIGS. 1 and 3, taken along section line 3-3 in FIG.

На фиг.4 представлен вид в перспективе концевой шайбы и экструзионного барьера узла пакера.Figure 4 is a perspective view of the end plate and extrusion barrier of the packer assembly.

На фиг.5 представлен вид в перспективе участка узла пакера, содержащего экструзионный барьер.5 is a perspective view of a portion of a packer assembly containing an extrusion barrier.

Подробное описаниеDetailed description

На фиг.1 представлена предназначенная для использования в скважине система 10 и соответствующий способ. Указанные система и способ могут реализовать принципы настоящего раскрытия. Вместе с тем, необходимо четко понимать, что указанные система 10 и способ являются лишь одним из примеров применения на практике принципов настоящего раскрытия. Можно дать много других примеров. Поэтому объем настоящего раскрытия не ограничен особенностями системы 10 и способа, которые здесь описаны и/или, изображены на чертежах.Figure 1 shows the system 10 intended for use in the well and the corresponding method. Said system and method may implement the principles of the present disclosure. However, it should be clearly understood that said system 10 and method are only one example of the practical application of the principles of the present disclosure. Many other examples could be given. Therefore, the scope of the present disclosure is not limited to the features of the system 10 and the method, which are described here and/or depicted in the drawings.

В примере на фиг.1 трубчатая колонная 12 расположена в стволе 14 скважины соосно с обсадной колонной 16 и цементной стенкой 18. В других примерах ствол 14 скважины может представлять собой открытый забой, или быть необсажен по меньшей мере на участке, где узел 20 пакера вставлен в трубчатую колонну 12.In the example of FIG. 1, the tubular string 12 is located in the wellbore 14 coaxially with the casing string 16 and the cement wall 18. In other examples, the wellbore 14 may be an open hole, or open-hole, at least in the area where the packer assembly 20 is inserted. in a tubular column 12.

Узел 20 пакера используется для уплотнения кольцевого пространства 22, образованного в радиальном направлении между трубчатой колонной 12 и стволом 14 скважины. В случае, если ствол 14 скважины необсажен или представляет собой открытый забой, кольцевой уплотнительный элемент 24 узла 20 пакера может плотно контактировать с внутренней стенкой 26 геологического пласта 28, через который проходит ствол 14 скважины. Вместе с тем следует понимать, что объем данного раскрытия не ограничивается какой-либо конкретной поверхностью или стенкой, плотный контакт с которой обеспечивается уплотнительным элементом 24.The packer assembly 20 is used to seal the annular space 22 formed in the radial direction between the tubular string 12 and the wellbore 14 . In case the wellbore 14 is uncased or an open hole, the annular sealing member 24 of the packer assembly 20 may closely contact the inner wall 26 of the subterranean formation 28 through which the wellbore 14 passes. However, it should be understood that the scope of this disclosure is not limited to any particular surface or wall with which the sealing element 24 is in intimate contact.

Уплотнительный элемент 24 содержит материал 30, который разбухает при контакте с определенной текучей средой или текучими средами. Разбухание материала 30 обусловливает расширение уплотнительного элемента 24 в радиальном направлении наружу до плотного контакта со стволом 14 скважины.The sealing element 24 contains a material 30 that swells upon contact with a particular fluid or fluids. The swelling of the material 30 causes the sealing element 24 to expand radially outward until it is in tight contact with the wellbore 14 .

Разбухающий материал 30 разбухает, предпочтительно при контакте с определенным активирующим реагентом, например, нефтью, газом, другими углеводородами, водой, кислотой, иными химикатами и т.п. в скважине. Активирующий реагент может заранее присутствовать в скважине, или он может быть введен после установки в скважине узла пакера 20, или он может быть введен в скважину вместе с узлом пакера и т.п. Разбухающий материал 30 может разбухать или под воздействием определенной температуры, или по прошествии определенного периода времени, или в ответ на иные воздействия и т.п.The swellable material 30 swells, preferably upon contact with a specific activating agent, such as oil, gas, other hydrocarbons, water, acid, other chemicals, and the like. in the well. The activating agent may be present in the well beforehand, or it may be introduced after the packer assembly 20 is installed in the well, or it may be introduced into the well along with the packer assembly, or the like. The swellable material 30 may swell either when subjected to a certain temperature, or after a certain period of time, or in response to other influences, and the like.

Таким образом, специалистам ясно, что существует и известно большое число различных вариантов обеспечения разбухания разбухающего материала 30. Поэтому объем данного раскрытия не ограничивается каким-либо конкретным подходом к обеспечению разбухания разбухающего материала 30. Более того, объем настоящего раскрытия не ограничен особенностями скважинной системы 10 и способом, которые здесь описаны, поскольку принципы, представленные в настоящем раскрытии применимы во многих различных обстоятельствах.Thus, those skilled in the art will recognize that a large number of different options exist and are known to swell the swellable material 30. Therefore, the scope of this disclosure is not limited to any particular approach to swell the swellable material 30. Moreover, the scope of this disclosure is not limited to the downhole system 10 and in the manner described herein because the principles presented in this disclosure are applicable in many different circumstances.

Термин «разбухать» и аналогичные термины, такие как «разбухающий», используются здесь, чтобы указать на увеличение объема разбухающего материала. Как правило, указанное увеличение объема обусловлено введением молекулярных компонентов активирующего реагента в собственно разбухающий материал, однако, при желании можно использовать иные механизмы и технологии разбухания. Следует отметить, что «разбухание» не то же самое, что «расширение», хотя уплотнительный материал может расширяться в результате разбухания.The term "swell" and similar terms such as "swellable" are used here to indicate an increase in the volume of the swellable material. As a rule, this increase in volume is due to the introduction of molecular components of the activating agent into the swelling material itself, however, if desired, other swelling mechanisms and technologies can be used. It should be noted that "swell" is not the same as "expansion", although the sealing material may expand as a result of swelling.

Например, в некоторых известных пакерах, уплотнительный элемент может быть расширен в радиальном направлении наружу посредством продольного сжатия уплотнительного элемента, или посредством вспучивания уплотнительного элемента. Во всех этих случаях, уплотнительный элемент расширяется без увеличения объема уплотнительного материала, из которого уплотнительный элемент выполнен. Таким образом, в указанных стандартных пакерах уплотнительный элемент расширяется, но не разбухает.For example, in some known packers, the sealing element may be expanded radially outward by longitudinal compression of the sealing element, or by swelling of the sealing element. In all these cases, the sealing element expands without increasing the volume of the sealing material from which the sealing element is made. Thus, in these standard packers, the sealing element expands but does not swell.

Указанный активирующий реагент, обусловливающий разбухание разбухающего материала 30, в настоящем примере предпочтительно представляет собой углеводородную текучую среду, например, нефть или газ. В скважинной системе 10 разбухающий материал 30 разбухает, если текучая среда 32 содержит активирующий реагент (т.е. если текучая среда проникает в ствол 14 скважины из окружающего ствол скважины геологического пласта 28, если текучая среда прокачивается к узлу 20 пакера с поверхности, если текучая среда высвобождается из камеры, которая предусмотрена вместе с узлом пакера и т.п.). В результате, уплотнительный элемент 24 уплотняет кольцевое пространство 22.Said activating agent causing swelling of the swellable material 30 in the present example is preferably a hydrocarbon fluid such as oil or gas. In the well system 10, the swellable material 30 swells if the fluid 32 contains an activating agent (i.e., if the fluid penetrates into the wellbore 14 from the surrounding geological formation 28, if the fluid is pumped to the packer assembly 20 from the surface, if the fluid the medium is released from the chamber, which is provided with the packer assembly, etc.). As a result, the sealing element 24 seals the annulus 22.

Указанный активирующий реагент, обусловливающий разбухание разбухающего материала 30, может содержаться в текучей среде любого типа. Активирующий реагент может присутствовать в скважине естественным образом. В другом случае, он может быть транспортирован вместе с узлом 20 пакера, или он может быть транспортирован отдельно, или, при желании, закачан в скважину до образования контакта с разбухающим материалом 30. Могут быть применены различные подходы к обеспечению контакта активирующего реагента с разбухающим материалом 30 при соблюдении принципов настоящего раскрытия.Said activating agent that causes the swelling material 30 to swell may be contained in any type of fluid. The activating agent may be naturally present in the well. Alternatively, it may be transported with the packer assembly 20, or it may be transported separately, or, if desired, pumped downhole prior to contact with the swellable material 30. Various approaches may be taken to bring the activating agent into contact with the swellable material. 30 subject to the principles of this disclosure.

Специалистам в данной области известны различные разбухающие материалы, которые разбухают при контакте с водой и/или углеводородной текучей средой, так что полный список этих материалов здесь не будет представлен. Неполные перечни разбухающих материалов можно найти в патентах США № 3385367, 7059415 и 7143832, здесь даны ссылки на их полные описания.Those skilled in the art are aware of various swellable materials that swell upon contact with water and/or hydrocarbon fluid, so a complete list of these materials will not be presented here. Partial lists of swellable materials can be found in US Pat.

В другом варианте разбухающий материал 30 может содержать значительное количество пустот, которые в нормальных условиях сжаты или сплющены. Затем, после помещения в скважину при высоком давлении, в результате заполнения полостей текучей средой материал 30 расширяется.Alternatively, the swellable material 30 may contain a significant amount of voids that are normally compressed or flattened. Then, after being placed in the well at high pressure, the material 30 expands as a result of filling the cavities with fluid.

Этот тип устройства и способ могут быть применены, если желательно расширение разбухающего материала 30 в присутствии газа, а не нефти или воды. Подходящие разбухающие материалы представлены в опубликованной заявке США № 2007-0257405, которая приведена в настоящем описании посредством ссылки.This type of device and method can be used if it is desired to expand the swellable material 30 in the presence of gas rather than oil or water. Suitable swellable materials are provided in US Published Application No. 2007-0257405, which is incorporated herein by reference.

Предпочтительно, разбухающий материал 30, используемый в уплотнительном элементе 24, разбухает в результате проникновения углеводородов в разбухающий материал, или, в случае разбухающего в воде материала,- в результате поглощения воды посредством супер-абсорбирующего материала (например, целлюлозы, глины и т.п.), и/или вследствие осмотической активности с участием солеподобного вещества. При необходимости, углеводородные, водные и газовые разбухающие материалы могут быть объединены.Preferably, the swellable material 30 used in the sealing member 24 swells as a result of penetration of hydrocarbons into the swellable material, or, in the case of a water-swellable material, as a result of absorption of water by the superabsorbent material (e.g., cellulose, clay, etc.). .), and/or due to osmotic activity involving a salt-like substance. If necessary, hydrocarbon, water and gas swelling materials can be combined.

Следует понимать, что в соответствии с принципами настоящего раскрытия, может быть использован любой разбухающий материал, который разбухает при контакте с заранее установленным активирующим реагентом. Также разбухающий материал 30 может разбухать в результате контакта с любым из нескольких активирующих реагентов. Например, разбухающий материал 30 может разбухать при контакте с углеводородной текучей средой, или при контакте с водой.It should be understood that in accordance with the principles of the present disclosure, any swellable material that swells upon contact with a predetermined activating agent can be used. Also, the swellable material 30 may swell upon contact with any of several activating agents. For example, the swellable material 30 may swell upon contact with a hydrocarbon fluid, or upon contact with water.

Теперь обратимся дополнительно к Фиг.2 и фиг.3, на которых наглядно показаны вертикальная проекция и поперечное сечение узла 20 пакера. Узел 20 пакера может быть использован в системе 10 и способе, представленным на фиг.1. Также узел пакера может быть использован в иных системах или способах.Let us now turn in addition to Fig.2 and Fig.3, which clearly shows the vertical projection and cross section of the node 20 of the packer. The packer assembly 20 may be used in the system 10 and the method shown in FIG. The packer assembly may also be used in other systems or methods.

В примерах на фиг.2 и фиг.3, уплотнительный элемент 24 удерживается в продольном направлении на основной трубе 34 посредством концевых шайб 36. В этом примере концевые шайбы 36 закреплены на основной трубе 34 посредством установочных винтов 38, однако, при желании, могут быть использованы иные технологии (такие как сварка, зажим и т.п.). Объем настоящего раскрытия не ограничен конкретными особенностями концевых шайб 36, или любым конкретным подходом к креплению концевых шайб на основной трубе34.In the examples of FIG. 2 and FIG. 3, the sealing element 24 is held longitudinally on the main tube 34 by end plates 36. In this example, the end plates 36 are fixed to the main tube 34 by set screws 38, however, if desired, can be other technologies are used (such as welding, clamping, etc.). The scope of this disclosure is not limited to the specific features of the endplates 36, or any particular approach to attaching the endplates to the base pipe34.

Экструзионные барьеры 40 в радиальном направлении снаружи перекрывают противоположные концевые участки 42 уплотнительного элемента 24. Когда концевой участок 42 уплотнительного элемента разбухает, экструзионные барьеры 40 выгибаются наружу, при этом они перекрывают экструзионные зазоры, сформированные между концевыми шайбами 36 и стволом 14 скважины. Это предотвращает экструзию уплотнительного элемента 24 через экструзионные зазоры, происходящую вследствие перепада давления в уплотнительном элементе.The extrusion barriers 40 radially outwardly overlap opposite end portions 42 of the sealing member 24. When the end portion 42 of the sealing member swells, the extrusion barriers 40 bulge outward to bridge the extrusion gaps formed between the end plates 36 and the wellbore 14. This prevents the sealing element 24 from being extruded through the extrusion gaps due to the pressure drop across the sealing element.

Усиливающий элемент 44 встроен в уплотнительный элемент 24. В этом примере усиливающий элемент 44 имеет вид металлической муфты, которая опрессована или вдавлена с фиксацией в уплотнительный элемент 24. Вместе с тем, в других примерах усиливающий элемент 44 может быть выполнен из другого материала (материалов), при этом усиливающий элемент может иметь другую форму. Поэтому объем данного раскрытия не ограничивается какими-либо конкретными особенностями усиливающего элемента 44, как здесь это описано или показано на чертежах.The reinforcing element 44 is integrated into the sealing element 24. In this example, the reinforcing element 44 is in the form of a metal sleeve that is molded or pressed into the sealing element 24. However, in other examples, the reinforcing element 44 may be made of other material (materials) , while the reinforcing element may have a different shape. Therefore, the scope of this disclosure is not limited to any specific features of the reinforcing element 44, as described here or shown in the drawings.

Усиливающий элемент 44 предотвращает изгиб уплотнительного элемента 24 и способствует его удержанию на основной трубе 34. Например, когда начинается разбухание уплотнительного элемента 24, разбухающий материал 30 также будет разбухать в радиальном направлении между усиливающим элементом 44 и основной трубой 34, вызывая сжатие уплотнительным элементом основной трубы.The reinforcing member 44 prevents the sealing member 24 from bending and assists in its retention on the main pipe 34. For example, when the sealing member 24 begins to swell, the swellable material 30 will also swell radially between the reinforcing member 44 and the main pipe 34, causing the sealing member of the main pipe to compress. .

Следует иметь в виду, что усиливающий элемент 44 проходит в продольном направлении в уплотнительном элементе 24, но не проходит по всей длине уплотнительного элемента. Вместо этого, усиливающий элемент 44 смещен в продольном направлении от концевого участка 42 уплотнительного элемента.It should be understood that the reinforcing element 44 extends longitudinally in the sealing element 24, but does not extend along the entire length of the sealing element. Instead, the reinforcing element 44 is offset in the longitudinal direction from the end section 42 of the sealing element.

При таком подходе, усиливающий элемент 44 никак не ограничивает разбухание концевых участков 42 уплотнительного элемента. Концевые участки 42 уплотнительного элемента могут легко разбухать в направлении наружу для обеспечения плотного контакта со стволом 14 скважины, а также для расширения наружу экструзионных барьеров 40, расположенных на противоположных концах уплотнительного элемента 24.With this approach, the reinforcing element 44 does not limit the swelling of the end sections 42 of the sealing element. The end portions 42 of the sealing element can easily swell outwardly to provide tight contact with the wellbore 14 as well as to expand outwardly the extrusion barriers 40 located at opposite ends of the sealing element 24.

Теперь обратимся дополнительно к Фиг.4 и фиг.5, на которых, отдельно от остальных частей узла пакера 20, наглядно показаны концевая шайба 36 и экструзионный барьер 40. На фиг.4 можно видеть, что экструзионный барьер 40 содержит проходящие в продольном направлении и распределенные по окружности листочки, или сегменты, 46, сформированные на концевой шайбе 36.Referring now further to FIGS. 4 and 5, which, apart from the rest of the packer assembly 20, end plate 36 and extrusion barrier 40 are clearly shown. In FIG. circumferentially distributed leaflets, or segments, 46, formed on the end plate 36.

Экструзионный барьер 40 также содержит проходящие в продольном направлении и распределенные по окружности листочки, или сегменты, 48, сформированные на муфте 50, вставленной в сегменты 46 на концевой шайбе 36. Сегменты 46, 48 размещены таким образом, что каждый сегмент перекрывает зазор, который существует между сегментами, которые лежат ниже, или лежат выше данного сегмента, тем самым, формируя сплошной барьер для экструзии уплотнительного элемента 24 при его разбухании.The extrusion barrier 40 also includes longitudinally extending and circumferentially distributed leaflets or segments 48 formed on a sleeve 50 inserted into segments 46 on endplate 36. Segments 46, 48 are positioned such that each segment bridges a gap that exists between segments that lie below or lie above this segment, thereby forming a continuous barrier to the extrusion of the sealing element 24 when it swells.

Как показано на фиг.3, экструзионные барьеры 40 в радиальном направлении снаружи перекрывают концевые участки 42 уплотнительного элемента 24. Таким образом, когда концевые участки 42 уплотнительного элемента разбухают, экструзионные барьеры 40 легко вытесняются наружу концевыми участками уплотнительного элемента, при этом экструзионные барьеры образуют контакт со стволом 14 скважины и перекрывают экструзионные зазоры, сформированные между концевыми шайбами 36 и стволом скважины.As shown in FIG. 3, the extrusion barriers 40 radially overlap the end portions 42 of the sealing member 24 from the outside. with the wellbore 14 and cover the extrusion gaps formed between the end plates 36 and the wellbore.

Легко понять, что в данном раскрытии представлены значительные достижения в области конструирования и использования разбухающих пакеров в скважинах. В описанном выше примере уплотнительный элемент 24 узла пакера 20 имеет внутри усиливающий элемент 44, который не препятствует разбуханию концевых участков 42 уплотнительного элемента и делает возможным свободное вытеснение экструзионных барьеров 40, сопровождающееся перекрытием экструзионных зазоров.It is easy to understand that this disclosure represents significant advances in the design and use of swellable packers in wells. In the example described above, the sealing element 24 of the packer assembly 20 has a reinforcing element 44 inside that does not prevent the end portions 42 of the sealing element from swelling and allows the free extrusion of the extrusion barriers 40, accompanied by overlapping of the extrusion gaps.

Выше описан узел пакера 20, предназначенный для использования в подземной скважине. В одном примере узел пакера 20 может содержать уплотнительный элемент 24, который разбухает в скважине, усиливающий элемента 44, размещенный в уплотнительном элементе 24, и экструзионный барьер 40, который выполнен с возможностью вытеснения наружу в результате разбухания концевого участка 42 уплотнительного элемента 24. Усиливающий элемент 44 смещен в продольном направлении от концевого участка 42 уплотнительного элемента 24.Described above is a packer assembly 20 for use in a subterranean well. In one example, the packer assembly 20 may include a sealing element 24 that swells downhole, a reinforcing element 44 disposed in the sealing element 24, and an extrusion barrier 40 that is extruded outwardly as a result of swelling of the end portion 42 of the sealing element 24. 44 is offset in the longitudinal direction from the end section 42 of the sealing element 24.

Усиливающий элемент 44 может содержать металлическую муфту. Уплотнительный элемент 24 может быть расположен в радиальном направлении как внутри, так и снаружи усиливающего элемента 44.The reinforcing element 44 may include a metal sleeve. The sealing element 24 can be located in the radial direction both inside and outside the reinforcing element 44.

Концевой участок 42 уплотнительного элемента 24 может быть расположен ниже экструзионного барьера 40. Экструзионный барьер 40 может содержать некоторое количество распределенных по окружности сегментов 46, 48, закрепленных на концевой шайбе 36, которая выполнена с возможностью предотвращения продольного смещения уплотнительного элемента 24 относительно основной трубы 34.The end section 42 of the sealing element 24 may be located below the extrusion barrier 40. The extrusion barrier 40 may include a number of circumferentially distributed segments 46, 48 fixed on the end plate 36, which is configured to prevent longitudinal displacement of the sealing element 24 relative to the main pipe 34.

Усиливающий элемент 44 может быть смещен в продольном направлении от экструзионного барьера 40. Также уплотнительный элемент 24 может разбухать в результате контакта с текучей средой 32.The reinforcing member 44 may be longitudinally displaced from the extrusion barrier 40. Also, the sealing member 24 may swell as a result of contact with the fluid 32.

Также, выше был описан способ конструирования узла пакера 20, предназначенного для использования в подземной скважине. В одном примере способ может включать размещение усиливающего элемента 44 в уплотнительном элементе 24, который разбухает в скважине, причем указанное размещение включает смещение в продольном направлении противоположных концов усиливающего элемента 44 от противоположных концевых участков 42 уплотнительного элемента 24 и установку экструзионных барьеров 40, которые в радиальном направлении снаружи перекрывают концевые участки 42 уплотнительного элемента.Also, a method for constructing a packer assembly 20 for use in a subterranean well has been described above. In one example, the method may include placing the reinforcing element 44 in the sealing element 24, which swells in the well, and the specified placement includes offset in the longitudinal direction of the opposite ends of the reinforcing element 44 from the opposite end portions 42 of the sealing element 24 and the installation of extrusion barriers 40, which in the radial direction from the outside overlap the end sections 42 of the sealing element.

Также выше описано скважинная система 10, которая может содержать узел пакера 20, расположенный в подземной скважине. Узел пакера 20 может содержать уплотнительный элемент 24, который разбухает в результате контакта с текучей средой 32, усиливающий элемент 44, расположенный в уплотнительном элементе 24, и экструзионный барьер 40, который перекрывает концевой участок 42 уплотнительного элемента 24. Усиливающий элемент 44 смещен в продольном направлении от концевого участка 42 уплотнительного элемента 24.Also described above is a well system 10 that may include a packer assembly 20 located in a subterranean well. The packer assembly 20 may include a sealing element 24 that swells as a result of contact with the fluid 32, a reinforcing element 44 located in the sealing element 24, and an extrusion barrier 40 that overlaps the end portion 42 of the sealing element 24. The reinforcing element 44 is offset in the longitudinal direction from the end section 42 of the sealing element 24.

Выше были описаны различные примеры, причем каждый пример, имеет определенные признаки. При этом следует иметь в виду, что конкретные признаки из одного примера не должны непременно использоваться исключительно в этом примере. Напротив, любой представленный на чертежах и/или описанный выше признак может быть объединен с любым из указанных примеров в качестве дополнения или замены любых других признаков из указанных примеров. Признаки из одного примера не являются взаимоисключающими для признаков из другого примера. Напротив, объем данного раскрытия охватывает любое объединение любых признаков.Various examples have been described above, with each example having certain features. However, it should be borne in mind that specific features from one example should not necessarily be used exclusively in this example. On the contrary, any feature shown in the drawings and/or described above may be combined with any of these examples as an addition to or replacement of any other features from these examples. Features from one example are not mutually exclusive to features from another example. On the contrary, the scope of this disclosure covers any combination of any features.

Хотя каждый описанный выше пример, включает определенную совокупность признаков, следует иметь в виду, что не обязательно использовать все признаки примера. Вместо этого, любой из признаков, описанных выше, может быть использован без какого-либо другого конкретного и также используемого признака (признаков).Although each example described above includes a certain set of features, it should be borne in mind that it is not necessary to use all the features of an example. Instead, any of the features described above may be used without any other specific and also used feature(s).

Следует понимать, что описанные здесь различные варианты реализации без отхода от принципов настоящего раскрытия могут быть использованы для различных направлений, например, наклонных, перевернутых, горизонтальных, вертикальных и т.д., а также в различных конфигурациях. Варианты реализации описаны только в качестве примеров полезных применений принципов, представленных в раскрытии, которое не ограничивается какими-либо конкретными деталями указанных вариантов реализации.It should be understood that the various embodiments described herein, without departing from the principles of the present disclosure, may be used for various directions, eg, oblique, inverted, horizontal, vertical, etc., and in various configurations. The embodiments are only described as examples of useful applications of the principles presented in the disclosure, which is not limited to any specific details of said embodiments.

В приведенном выше описании типичных примеров, указывающих на направление, термины (такие как, «выше», «ниже», «верхний», «нижний» и т.п.) используются для удобства обращения с прилагаемыми чертежами. Вместе с тем следует понимать, что объем данного раскрытия не ограничивается какими-либо конкретными направлениями, описанными здесь.In the above description of typical examples indicating the direction, terms (such as "above", "below", "upper", "lower", etc.) are used for the convenience of referring to the accompanying drawings. However, it should be understood that the scope of this disclosure is not limited to any specific areas described here.

Термины «включающий», «включает», «содержащий», «содержит» и аналогичные термины используются в данном описании в значении, не имеющем ограничительного характера. Например, если система, способ, аппаратура, устройство и т.п. описывается как «включающая» определенный признак или элемент, то система, способ, аппаратура, устройство и т.п. может содержать в себе этот признак или элемент, а также может содержать в себе другие признаки или элементы. Аналогичным образом, термин «содержит» рассматривается в значении «содержит, но не ограничивается».The terms "including", "includes", "comprising", "comprises" and similar terms are used in this specification in a non-limiting sense. For example, if a system, method, apparatus, device, etc. is described as "comprising" a certain feature or element, then the system, method, apparatus, device, etc. may contain this feature or element, and may also contain other features or elements. Similarly, the term "comprises" is considered to mean "comprises, but is not limited to".

После внимательного рассмотрении приведенного выше описания типичных вариантов реализации раскрытия, специалисту в данной области техники должно быть, понятно, что многие модификации, дополнения, замены, изъятия и другие изменения могут быть произведены в конкретных вариантах реализации, причем такие изменения рассматриваются в соответствии с принципами настоящего раскрытия. Например, структуры, раскрытые как «сформированные раздельно», в других примерах, могут быть единым целым, и наоборот. Таким образом, очевидно, что изложенное выше подробное описание следует понимать только как приведенное в качестве иллюстрации и примера. Сущность и объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.Upon careful consideration of the above description of exemplary embodiments of the disclosure, one of skill in the art will recognize that many modifications, additions, substitutions, deletions, and other changes may be made to particular embodiments, and such changes are considered in accordance with the principles of this disclosure. For example, structures disclosed as "formed separately" in other examples may be integral, and vice versa. Thus, it is clear that the foregoing detailed description is to be understood as merely illustrative and exemplary. The essence and scope of the invention is limited only by the appended claims and their equivalents.

Claims

1. A packer assembly for use in an underground well, comprising:

a sealing element configured to swell in the well;

a reinforcing element placed in the specified sealing element and containing a one-piece cylindrical sleeve having opposite ends;

and two extrusion barriers located at respective end sections of the sealing element, wherein each extrusion barrier is configured to be displaced outward in response to swelling of the corresponding end section of the sealing element, and the reinforcing element is offset in the longitudinal direction from each end section of the sealing element, while the extrusion the barrier and reinforcing element do not overlap in the longitudinal direction at all, and each opposite end of the reinforcing element is offset in the longitudinal direction from the nearest extrusion barrier to form a longitudinal gap between each extrusion barrier and the reinforcing element.

2. The packer assembly of claim 1 wherein the reinforcing member comprises a metal sleeve.

3. The packer assembly of claim 1 wherein the sealing element is positioned radially both inside and outside of the reinforcing element.

4. The packer assembly of claim 1, wherein the end portion of the sealing element is located below the extrusion barrier.

5. The packer assembly of claim 1, wherein the extrusion barrier comprises a plurality of circumferentially distributed segments secured to an end plate, said end plate being configured to prevent longitudinal displacement of the sealing member relative to the base pipe.

6. The packer assembly of claim 1, wherein the sealing element fills said longitudinal gap.

7. The packer assembly of claim 1, wherein the sealing element is configured to swell as a result of fluid contact.

8. A method for constructing a packer assembly intended for use in an underground well, according to which:

placing a reinforcing element in a sealing element that swells in the well, wherein the reinforcing element comprises a one-piece cylindrical sleeve having opposite ends, said placement including longitudinally locating opposite ends of the reinforcing element at some distance from opposite end portions of the sealing element;

and two extrusion barriers are installed, each of which in the radial direction from the outside overlaps the corresponding end section of the sealing element, while the specified installation of extrusion barriers includes placing two extrusion barriers relative to the reinforcing element in such a way that the extrusion barriers and the reinforcing element do not overlap at all in the longitudinal direction, wherein each opposite end of the reinforcing element is longitudinally displaced from its nearest extrusion barrier to form a longitudinal gap between each extrusion barrier and the reinforcing element.

9. The method of claim 8, wherein said placement further comprises moving the reinforcing element longitudinally away from the extrusion barrier to form a longitudinal gap between the extrusion barrier and the reinforcing element, wherein the sealing element fills said longitudinal gap.

10. The method of claim. 8, in which the reinforcing element contains a metal sleeve.

11. The method of claim 8, wherein said placement further comprises locating the sealing element in the radial direction both inside and outside of the reinforcing element.

12. The method of claim. 8, in which the extrusion barrier is forced outward as a result of swelling of the end sections of the sealing element.

13. The method of claim 8, wherein each extrusion barrier comprises a number of circumferentially distributed segments secured to an end plate, said end plates being configured to prevent longitudinal displacement of the sealing member relative to the base pipe.

14. The method of claim 8, wherein the sealing element is configured to swell as a result of contact with the fluid.

15. Downhole system, containing:

packer assembly located in an underground well and containing:

a sealing element that is configured to swell as a result of contact with the fluid,

a reinforcing element located in the sealing element and containing a one-piece cylindrical sleeve having opposite ends,

and two extrusion barriers located at respective end sections of the sealing element, with each extrusion barrier overlapping the corresponding end section of the sealing element, and the reinforcing element is offset in the longitudinal direction from each end section of the sealing element, while the extrusion barrier and the reinforcing element do not overlap at all in in the longitudinal direction, and each opposite end of the reinforcing element is displaced in the longitudinal direction from the extrusion barrier closest to it with the formation of a longitudinal gap between each extrusion barrier and the reinforcing element.

16. Downhole system according to claim 15, in which the reinforcing element contains a metal sleeve.

17. Downhole system according to claim. 15, in which the sealing element is located in the radial direction both inside and outside the reinforcing element.

18. The downhole system of claim 15, wherein the extrusion barrier comprises a plurality of circumferentially distributed segments secured to an end plate, said end plate being configured to prevent longitudinal displacement of the sealing member relative to the base pipe.

19. Downhole system according to claim 15, in which the sealing element fills the specified longitudinal gap.

20. The downhole system of claim 15 wherein the extrusion barrier is configured to be forced outwards by swelling of the end portion of the sealing member.