RU2413836C2

RU2413836C2 - Procedure for forming circular barrier in underground well, procedure for making well packer and design of well packer

Info

Publication number: RU2413836C2
Application number: RU2009113625/03A
Authority: RU
Inventors: Кристофер Дж. ЧОКЕР (NO); Кристофер Дж. ЧОКЕР; Кристиан СОЛХЕУГ (NO); Кристиан СОЛХЕУГ; Джерард П. КЕННЕДИ (NO); Джерард П. КЕННЕДИ; Альф Колбьерн СЕВРЕ (NO); Альф Колбьерн СЕВРЕ
Original assignee: Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк.
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-03-10
Also published as: RU2009113625A

Abstract

FIELD: gas-and-oil producing industry.

SUBSTANCE: procedure for forming circular barrier in underground well consists in forming lengthwise slit in reinforcing material, in introducing reinforcing material into swelling packing material to make packing unit and in packing material swelling at its contact with well fluid. The procedure for making the well packer consists in forming a lengthwise slit in reinforcing material, in introduction of reinforcing material into swelling material of packing to make the packing unit and in further installation of the packing unit on the main pipe. The design of the swelling packer consists of the packing unit with swelling material and reinforcing material introduced into the former. Reinforcing material has the lengthwise slit along its whole length. Packing material has a cylinder shape and is arranged both outside and inside reinforcing material; packing material swells at contact with well fluid.

EFFECT: increased rigidity of packing unit, processability of assembly, avoiding fabrication and storage of unique designs of packers for each different configuration of main pipe.

25 cl, 7 dwg

Description

Область техники изобретенияThe technical field of the invention

Настоящее изобретение относится, в общем, к применяемому в подземных скважинах оборудованию и работам, проводимым в них, и, в частности, к конструкции набухающего пакера.The present invention relates, in General, to the equipment used in underground wells and the work carried out therein, and, in particular, to the design of a swellable packer.

Предшествующий уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Преимущества использования набухающих материалов уплотнения в скважинных пакерах известны. Например, типичные набухающие уплотнительные материалы могут прилегать к неровным поверхностям скважин (таким, как проржавевшая или поврежденная обсадная колонна или необсаженный ствол скважины, и т.п.) и могут расширяться радиально наружу без использования сложных и потенциально подверженных отказу механизмов на забое скважины.The advantages of using swellable seal materials in downhole packers are known. For example, typical swellable sealing materials can adhere to uneven borehole surfaces (such as a rusted or damaged casing or open hole, etc.) and can expand radially outward without the use of complex and potentially fail-safe downhole mechanisms.

Известные способы изготовления набухающих скважинных пакеров обычно включают связывание набухающего материала с основной трубой в процессе формования набухающего материала или другим способом. Основные трубы разной конфигурации используют для разных ситуаций, в которых, например, требуются разная прочность на растяжение, разные резьбовые соединения, разные материалы, и т.п.Known methods for manufacturing swellable downhole packers typically include bonding the swellable material to the main pipe during molding of the swellable material or in another manner. The main pipes of different configurations are used for different situations in which, for example, different tensile strengths, different threaded joints, different materials, etc. are required.

Известен способ образования кольцевого барьера в подземной скважине, содержащий введение армирующего материала в набухающий материал уплотнения для образования узла уплотнения и набухание материала уплотнения при его контакте с текучей средой в подземной скважине (см. патентную заявку США 20040020662 от 05.02.2004).A known method of forming an annular barrier in an underground well, comprising introducing a reinforcing material into the swellable seal material to form a seal assembly and swell the seal material when it is in contact with the fluid in the underground well (see US Patent Application 20040020662 dated 02/05/2004).

Известен способ изготовления скважинного пакера, содержащий введение армирующего материала в набухающий материал уплотнения для образования узла уплотнения и последующая установку узла уплотнения на основную трубу (см. патентную заявку США 20040020662 от 05.02.2004).A known method of manufacturing a downhole packer comprising introducing a reinforcing material into a swellable seal material to form a seal assembly and then installing the seal assembly on the main pipe (see US Patent Application 20040020662 dated 02/05/2004).

Известна конструкция набухающего пакера, содержащая узел уплотнения включающий в себя набухающий материал уплотнения с введенным в него армирующим материалом, имеющий цилиндрическую форму, расположенный снаружи и изнутри относительно армирующего материала и способный набухать в скважине при контакте с текучей средой в скважине (см. патентную заявку США 20040020662 от 05.02.2004).A known design of a swellable packer, comprising a seal assembly including a swellable seal material with reinforcing material inserted therein, having a cylindrical shape located externally and internally relative to the reinforcing material and capable of swelling in the well when in contact with fluid in the well (see US Patent Application 20040020662 dated 05.02.2004).

Известные способы изготовления набухающих скважинных пакеров требуют изготовления, хранения запасов, надлежащего распределения и т.п. деталей множества различных конфигураций. Это увеличивает стоимость снабжения отрасли требуемыми набухающими пакерами и уменьшает удобство использования набухающих пакеров.Known methods for manufacturing swellable well packers require manufacturing, stockpiling, proper distribution, and the like. details of many different configurations. This increases the cost of supplying the industry with the required swell packers and reduces the usability of the swell packers.

В связи с вышеизложенным целью настоящего изобретения является усовершенствования конструкций набухающих пакеров.In connection with the foregoing, the aim of the present invention is to improve the designs of swellable packers.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно изобретению создан способ образования кольцевого барьера в подземной скважине, содержащий следующие этапы:According to the invention, a method of forming an annular barrier in an underground well is provided, comprising the following steps:

формирование продольной щели в армирующем материале;the formation of a longitudinal gap in the reinforcing material;

последующее введение армирующего материала в набухающий материал уплотнения для образования узла уплотнения/набухание материала уплотнения при его контакте с текучей средой в подземной скважине.the subsequent introduction of the reinforcing material into the swellable seal material to form a seal assembly / swell of the seal material when it is in contact with a fluid in an underground well.

Армирующий материал может быть металлическим материалом.The reinforcing material may be a metal material.

Армирующий материал может иметь форму муфты.The reinforcing material may be in the form of a sleeve.

Способ может дополнительно содержать этапы установки узла уплотнения на основную трубу и расположения основной трубы в подземной скважине. Этап установки узла уплотнения на основную трубу может осуществляться посредством введения основной трубы в продольном направлении через внутренний канал узла уплотнения и выполняться после этапа введения армирующего материала в набухающий материал уплотнения. Этап установки узла уплотнения на основную трубу может осуществляться посредством введения основной трубы сбоку через продольную щель, выполненную в узле уплотнения и выполняться после этапа введения армирующего материала.The method may further comprise the steps of installing the seal assembly on the main pipe and arranging the main pipe in the underground well. The step of installing the seal assembly on the main pipe can be carried out by introducing the main pipe in the longitudinal direction through the inner channel of the seal assembly and performed after the step of introducing the reinforcing material into the swellable seal material. The step of installing the seal assembly on the main pipe can be accomplished by introducing the main pipe from the side through a longitudinal slot made in the seal assembly and performed after the step of introducing the reinforcing material.

На этапе введения армирующего материала набухающий материал уплотнения может быть цилиндрическим и располагаться снаружи и изнутри относительно армирующего материала.At the stage of introducing the reinforcing material, the swellable seal material may be cylindrical and positioned externally and internally with respect to the reinforcing material.

Набухающий материал уплотнения может контактировать с внешней поверхностью основной трубы по, по существу, всей длине узла уплотнения. Этап набухания материала уплотнения может дополнительно содержать уплотняющий контакт материала уплотнения с поверхностью скважины снаружи узла уплотнения и с наружной поверхностью основной трубы.The swellable seal material may contact the outer surface of the main pipe over substantially the entire length of the seal assembly. The step of swelling the seal material may further comprise a sealing contact of the seal material with the surface of the well outside the seal assembly and with the outer surface of the main pipe.

Согласно изобретению создан способ изготовления скважинного пакера, содержащий следующие этапы:According to the invention, a method for manufacturing a downhole packer is created, comprising the following steps:

последующее введение армирующего материала в набухающий материал уплотнения для образования узла уплотнения;the subsequent introduction of the reinforcing material into the swellable seal material to form a seal assembly;

последующая установка узла уплотнения на основную трубу, при этом армирующий материал обеспечивает закрепляющее усилие для прикрепления узла уплотнения к основной трубе.the subsequent installation of the seal assembly on the main pipe, while the reinforcing material provides a fixing force for attaching the seal assembly to the main pipe.

Этап установки узла уплотнения на основную трубу может осуществлять введением основной трубы в продольном направлении через внутренний канал узла уплотнения.The step of installing the seal assembly on the main pipe can be accomplished by introducing the main pipe in the longitudinal direction through the inner channel of the seal assembly.

Этап установки узла уплотнения на основную трубу может осуществляться введением основной трубы сбоку через продольную щель, выполненную в узле уплотнения по всей длине.The installation of the seal assembly on the main pipe can be carried out by introducing the main pipe from the side through a longitudinal slot made in the seal assembly along the entire length.

Этап установки узла уплотнения на основную трубу может дополнительно содержать контакт материала уплотнения с основной трубой между противоположными концами узла уплотнения.The step of installing the seal assembly on the main pipe may further comprise contacting the seal material with the main pipe between the opposite ends of the seal assembly.

Согласно изобретению создана конструкция набухающего пакера, содержащая узел уплотнения, включающий в себя набухающий материал уплотнения с введенным в него армирующим материалом, имеющий цилиндрическую форму, расположенный снаружи и изнутри относительно армирующего материала и способный набухать в скважине при контакте с текучей средой в скважине, причем армирующий материал включает в себя продольную щель, проходящую на всю длину армирующего материала.According to the invention, a swellable packer structure is created comprising a seal assembly including a swellable seal material with reinforcing material inserted into it, having a cylindrical shape located externally and internally with respect to the reinforcing material and capable of swelling in the well when in contact with the fluid in the well, the material includes a longitudinal gap extending over the entire length of the reinforcing material.

Конструкция пакера может дополнительно содержать основную трубу, и набухающий материал уплотнения предназначен для уплотняющего контакта с основной трубой.The packer design may further comprise a main pipe, and the swellable seal material is designed for sealing contact with the main pipe.

Узел уплотнения может обеспечить введение основной трубы в продольном направлении во внутренний канал узла уплотнения.The seal assembly may allow longitudinal introduction of the main pipe into the inner channel of the seal assembly.

Узел уплотнения может включать в себя продольную щель, обеспечивающую введение основной трубы сбоку через щель во внутреннее пространство узла уплотнения.The seal assembly may include a longitudinal slot to allow the main pipe to be introduced laterally through the slot into the interior of the seal assembly.

Набухающий материал уплотнения может уплотняющим образом контактировать с основной трубой на по существу всей длине узла уплотнения.The swellable seal material may seal in contact with the main pipe over substantially the entire length of the seal assembly.

Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут наиболее понятными для специалиста в данной области техники из нижеследующего подробного описания вариантов осуществления изобретения и прилагаемых чертежей, на которых одинаковые элементы на различных фигурах обозначены одинаковыми позициями.These and other features and advantages of the present invention will become more apparent to a person skilled in the art from the following detailed description of embodiments of the invention and the accompanying drawings, in which the same elements in different figures are denoted by the same positions.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 показан схематичный вид с частичным сечением системы скважины согласно настоящему изобретению.Figure 1 shows a schematic view in partial section of a well system according to the present invention.

На фиг.2 показан схематичный вид сечения конструкции набухающего пакера, согласно настоящему изобретению.Figure 2 shows a schematic sectional view of the structure of a swellable packer according to the present invention.

На фиг.3-7 дополнительно показаны схематичные виды сечений в увеличенном масштабе конструкций различных технических средств для использования в конструкции пакера, показанного на фиг.2.Figure 3-7 further shows schematic cross-sectional views on an enlarged scale of the structures of various technical means for use in the design of the packer shown in figure 2.

Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed Description of Embodiments

Следует понимать, что различные варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в данном документе, можно использовать с различной ориентацией, такой, как наклонная, перевернутая, горизонтальная, вертикальная и т.д., и в различных конфигурациях, не отходя от принципов настоящего изобретения. Варианты осуществления изобретения описаны только как примеры практического применения принципов изобретения, не ограниченные какими-либо конкретными деталями данных вариантов осуществления изобретения.It should be understood that the various embodiments of the present invention described herein can be used with different orientations, such as tilted, inverted, horizontal, vertical, etc., and in various configurations without departing from the principles of the present invention. Embodiments of the invention are described only as examples of the practical application of the principles of the invention, not limited to any specific details of these embodiments of the invention.

В следующем описании вариантов осуществления, представляющих изобретение, задающие направление термины, такие как «над», «под», «выше», «ниже» и т.д., используют для удобства при ссылке на прилагаемые чертежи. В общем, «над», «выше», «вверх» и аналогичные термины относятся к направлению к поверхности земли вдоль ствола скважины, и «под», «ниже», «вниз» и аналогичные термины относятся к направлению от поверхности земли вдоль ствола скважины.In the following description of embodiments representing the invention, directional terms such as “above,” “below,” “above,” “below,” etc. are used for convenience when referring to the accompanying drawings. In general, “above”, “above”, “up” and similar terms refer to the direction to the earth’s surface along the borehole, and “below”, “below”, “down” and similar terms refer to the direction from the earth’s surface along the bore wells.

На фиг.1 показана скважинная система 10 согласно настоящему изобретению. В системе 10 трубная колонна 12 (такая, как эксплуатационная колонна насосно-компрессорной трубы, колонна хвостовика, и т.п.) установлена в стволе 14 скважины. Ствол 14 скважины может быть полностью или частично обсажен (как показано, обсадной колонной 16 в верхней части фиг.1), и/или ствол скважины может быть полностью или частично не обсажен (как показано в нижней части фиг.1).1 shows a downhole system 10 according to the present invention. In system 10, a tubing string 12 (such as a tubing production string, liner string, etc.) is installed in the wellbore 14. The wellbore 14 may be fully or partially cased (as shown by the casing 16 in the upper part of FIG. 1) and / or the wellbore may be completely or partially not cased (as shown in the lower part of FIG. 1).

Между трубной колонной 12 и обсадной колонной 16 выполнен кольцевой барьер посредством набухающего пакера 18. Другой кольцевой барьер выполнен между трубной колонной 12 и необсаженным стволом 14 скважины посредством другого набухающего пакера 20.An annular barrier is made between the tubing string 12 and the casing 16 by the swellable packer 18. Another annular barrier is made between the tubing string 12 and the open hole 14 of the well by another swellable packer 20.

Вместе с тем, следует ясно понимать, что пакеры 18, 20 являются только двумя вариантами практического использования настоящего изобретения. Можно сконструировать другие типы пакеров и можно выполнить кольцевые барьеры другого типа без отхода от принципов изобретения.However, it should be clearly understood that the packers 18, 20 are only two options for the practical use of the present invention. Other types of packers can be constructed and ring barriers of a different type can be made without departing from the principles of the invention.

Например, кольцевой барьер может быть выполнен в соединении с насосно-компрессорной трубой, хвостовиком или подвеской обсадной колонны, пакер может включать или не включать в себя анкерное устройство для крепления трубной колонны, мостовая пробка или пробка другого типа может включать в себя кольцевой барьер и т.п. Таким образом, изобретение не является никоим образом ограниченным деталями системы 10, описанной в данном документе.For example, an annular barrier may be provided in conjunction with a tubing, liner or casing suspension, the packer may or may not include an anchor device for securing the tubing, a bridge plug or other type of plug may include an annular barrier, and .P. Thus, the invention is in no way limited to the details of the system 10 described herein.

Каждый из пакеров 18, 20 включает в себя узел уплотнения с набухающим уплотняющим материалом, который набухает при контакте с соответствующей скважинной текучей средой. Термин «набухать» и аналогичные термины (такие как «набухающий») используются в данном документе для указания на увеличение в объеме материала уплотнения. Обычно данное увеличение в объеме имеет место вследствие внедрения молекулярных компонентов скважинной текучей среды в сам материал уплотнения, но и другие механизмы набухания или технологии можно использовать, если необходимо.Each of the packers 18, 20 includes a seal assembly with a swellable seal material that swells when in contact with a corresponding wellbore fluid. The term “swell” and similar terms (such as “swell”) are used herein to indicate an increase in the volume of the seal material. Typically, this increase in volume occurs due to the incorporation of the molecular components of the borehole fluid into the seal material itself, but other swelling mechanisms or technologies can be used if necessary.

Когда материал уплотнения набухает в системе 10, он расширяется радиально наружу, контактируя с внутренней поверхностью обсадной колонны 16 (в случае пакера 18) или внутренней поверхностью ствола 14 скважины (в случае пакера 20). Следует отметить, что набухание не является аналогичным расширению, хотя материал уплотнения может расширяться в результате набухания.When the seal material swells in the system 10, it expands radially outward, in contact with the inner surface of the casing 16 (in the case of packer 18) or the inner surface of the wellbore 14 (in the case of packer 20). It should be noted that swelling is not similar to expansion, although the seal material may expand as a result of swelling.

Например, в обычных пакерах, элемент уплотнения можно расширить радиально наружу посредством продольного сжатия элемента уплотнения или посредством надувания элемента уплотнения. В каждом из этих случаев элемент уплотнения расширяется без любого увеличения в объеме материала уплотнения, из которого выполнен элемент уплотнения.For example, in conventional packers, the seal member can be expanded radially outward by longitudinally compressing the seal member or by inflating the seal member. In each of these cases, the seal element expands without any increase in the volume of the seal material from which the seal element is made.

Для обеспечения контакта набухающего материала уплотнения с соответствующей скважинной текучей средой, обуславливающей набухание материала уплотнения, можно использовать различные технологии. Скважинная текучая среда может уже присутствовать в скважине, когда пакеры 18, 20 устанавливают в скважину, в таком случае узлы уплотнения пакеров предпочтительно включают в себя элементы (такие как покрытия, задерживающие абсорбцию, или мембраны, композиции материалов, задерживающие набухание, и т.п.) для задержки набухания материала уплотнения.Various techniques can be used to ensure that the swellable seal material is in contact with the corresponding downhole fluid that causes the swell of the seal material. The downhole fluid may already be present in the well when the packers 18, 20 are installed in the well, in which case the packer seal assemblies preferably include elements (such as coatings that delay absorption, or membranes, compositions of materials that inhibit swelling, etc. .) to delay the swelling of the seal material.

Альтернативно, можно осуществлять циркуляцию скважинной текучей среды, обуславливающей набухание материала уплотнения, по скважине к пакерам 18, 20 после установки пакеров в скважине. В качестве другой альтернативы, скважинная текучая среда, обуславливающая набухание материала уплотнения, может поступать в ствол 14 скважины из пласта, окружающего ствол скважины. Таким образом, должно быть ясно, что можно использовать любой способ, обуславливающий набухание материала уплотнения пакеров 18, 20, согласно принципам изобретения.Alternatively, it is possible to circulate the borehole fluid causing the swelling of the seal material through the borehole to the packers 18, 20 after installing the packers in the borehole. As another alternative, the wellbore fluid causing the swelling of the seal material may enter the wellbore 14 from the formation surrounding the wellbore. Thus, it should be clear that you can use any method that causes the swelling of the seal material of the packers 18, 20, according to the principles of the invention.

Скважинной текучей средой, обуславливающей набухание материала уплотнения, может быть вода и/или углеводородная текучая среда. Например, вода или углеводородная текучая среда, поступающая в ствол 14 скважины из окружающего пласта, может обуславливать набухание материала уплотнения.The downhole fluid causing the swelling of the seal material may be water and / or hydrocarbon fluid. For example, water or hydrocarbon fluid entering the wellbore 14 from the surrounding formation may cause swelling of the seal material.

Различные материалы уплотнения, набухающие при контакте с водой и/или углеводородной текучей средой, известны специалистам в данной области техники, поэтому широкий перечень данных материалов не представлен. Примеры набухающих материалов уплотнения раскрыты в патентах США №3385367 и 7059415, и в опубликованной патентной заявке США 2004-0020662, которые полностью включены в данное описание путем ссылки. Вместе с тем, понятно, что можно использовать любой материал уплотнения, набухающий при контакте с любым типом скважинной текучей среды, согласно принципам изобретения.Various seal materials that swell on contact with water and / or hydrocarbon fluids are known to those skilled in the art, therefore, a wide range of these materials is not provided. Examples of swellable seal materials are disclosed in US patent No. 3385367 and 7059415, and in published patent application US 2004-0020662, which are fully incorporated into this description by reference. However, it is understood that any seal material that swells upon contact with any type of well fluid may be used, in accordance with the principles of the invention.

На фиг.2 дополнительно показана конструкция 30 набухающего пакера согласно настоящему изобретению. Конструкцию 30 пакера можно использовать для любого из пакеров 18, 20 в скважинной системе 10. Конструкцию 30 пакера можно использовать также для любого другого типа пакера и в любой другой системе скважины согласно изобретению.Figure 2 further shows the construction 30 of the swellable packer according to the present invention. The packer structure 30 can be used for any of the packers 18, 20 in the well system 10. The packer structure 30 can also be used for any other type of packer in any other well system according to the invention.

Конструкция 30 пакера включает в себя узел 32 уплотнения и основную трубу 34. Основная труба 34 может быть выполнена из любого материала, может быть любой длины или толщины, может иметь любой тип концевых соединений, может быть радиально расширяющейся и т.п. Таким образом, одним из многих преимуществ конструкции 30 пакера является возможность использования различных основных труб с данным узлом 32 уплотнения.The packer structure 30 includes a seal assembly 32 and a main pipe 34. The main pipe 34 may be made of any material, may be any length or thickness, may have any type of end connection, may be radially expandable, and the like. Thus, one of the many advantages of the packer design 30 is the ability to use various main pipes with this seal assembly 32.

Например, основная труба 34 может представлять собой отрезок обычной эксплуатационной насосно-компрессорной трубы, гибкой насосно-компрессорной трубы или хвостовика, применяющихся на скважинной площадке. В этом случае будет только необходима установка узла 32 уплотнения на насосно-компрессорную трубу или хвостовик для образования конструкции 30 пакера.For example, the main pipe 34 may be a segment of a conventional production tubing, flexible tubing, or liner used at a well site. In this case, it will only be necessary to install the seal assembly 32 on the tubing or liner to form the packer structure 30.

Таким образом, отсутствует необходимость изготовления, хранения запасов и распределения различных конструкций пакеров для различных случаев практического применения на скважинной площадке. Необходимо только изготовление узла 32 уплотнения, подходящего для различных случаев практического применения на скважинной площадке.Thus, there is no need to manufacture, store stocks and distribute various packer designs for various practical applications at the well site. It is only necessary to manufacture the assembly 32 of the seal, suitable for various practical applications at the well site.

Конечно, конструкцию 30 пакера можно выполнять для каждого отдельного случая практического применения перед доставкой на соответствующую скважинную площадку. При этом даже в данном случае отсутствует необходимость хранения запасов пакеров каждой отдельной конструкции. Вместо этого узел 32 уплотнения можно выполнять подходящим соответствующей основной трубе 34, когда известно его конкретное практическое применение.Of course, the packer structure 30 can be performed for each individual case of practical application before delivery to the corresponding well site. In this case, even in this case there is no need to store the stocks of packers of each individual design. Instead, the seal assembly 32 can be made suitable with the corresponding main pipe 34 when its specific practical application is known.

При изготовлении узла 32 уплотнения в его состав предпочтительно включают армирующий материал 36, введенный в набухающий материал 38 уплотнения. Армирующий материал 36 предпочтительно создает увеличенную жесткость узла 32 уплотнения для удобной установки на основной трубе 34.In the manufacture of the seal assembly 32, it preferably includes a reinforcing material 36 introduced into the swellable seal material 38. The reinforcing material 36 preferably creates increased rigidity of the seal assembly 32 for convenient installation on the main pipe 34.

Материал 38 уплотнения предпочтительно расположен как снаружи относительно армирующего материала 36 (для уплотняющего контакта с поверхностью скважины, такой, как обсадная колонна 16 или ствол 14 скважины), так и изнутри относительно армирующего материала (для уплотнения контакта с основной трубой 34). В другом предпочтительном варианте конструкции 30 пакера материал 38 уплотнения предпочтительно контактирует с основной трубой 34 по существу по всей длине отрезка узла 32 уплотнения между его противоположными концами. Таким образом, создается улучшенный контакт уплотнения между узлом 32 уплотнения и основной трубой 34, даже если узел уплотнения не отлит на основной трубе или иначе не связан с ней.The seal material 38 is preferably located both externally with respect to the reinforcing material 36 (for sealing contact with the surface of the well, such as casing 16 or well bore 14) and from the inside with respect to the reinforcing material (for sealing contact with the main pipe 34). In another preferred embodiment of the packer structure 30, the seal material 38 is preferably in contact with the main pipe 34 over substantially the entire length of the segment of the seal assembly 32 between its opposite ends. Thus, an improved seal contact is created between the seal assembly 32 and the main pipe 34, even if the seal assembly is not cast on the main pipe or otherwise connected to it.

Армирующий материал 36 предпочтительно имеет форму цилиндрической муфты и выполнен из металла. Вместе с тем, можно использовать другие формы и материалы для армирующего материала 36 в соответствии с принципами изобретения.The reinforcing material 36 is preferably in the form of a cylindrical sleeve and is made of metal. However, other forms and materials for reinforcing material 36 may be used in accordance with the principles of the invention.

Армирующий материал 36 предпочтительно вводят в материал 38 уплотнения при формировании уплотняющего материала. Этот способ должен создавать удобную, интегральную и экономичную конструкцию. Вместе с тем, можно использовать другие способы введения армирующего материала 36 в материал 38 уплотнения (такие как в конструкции, состоящей из фрагментов) согласно принципам изобретения.The reinforcing material 36 is preferably introduced into the seal material 38 when forming the seal material. This method should create a convenient, integrated and economical design. However, other methods of introducing reinforcing material 36 into the seal material 38 (such as in a construction consisting of fragments) can be used according to the principles of the invention.

Для крепления узла 32 уплотнения на основной трубе 34 и предотвращения выдавливания материала 38 уплотнения в кольцевой зазор между основной трубой и поверхностью скважины, к которой материал уплотнения уплотняется, можно использовать концевые кольца 40, которые можно прикреплять к основной трубе 34 до или после установки узла 32 уплотнения на основной трубе. Концевые кольца 40 можно прикреплять к основной трубе 34 с использованием любой подходящей технологии (такой как сварка, механические фиксаторы, соединение на клею, и т.п.).To fasten the seal assembly 32 to the main pipe 34 and prevent the seal material 38 from extruding into the annular gap between the main pipe and the borehole surface to which the seal material is sealed, end rings 40 can be used that can be attached to the main pipe 34 before or after the installation of the assembly 32 seals on the main pipe. The end rings 40 can be attached to the main pipe 34 using any suitable technology (such as welding, mechanical fasteners, adhesive bonding, etc.).

Для установки узла 32 уплотнения на основную трубу 34 можно использовать различные способы. Например, основную трубу 34 можно вставлять в продольном направлении через внутренний канал 42 узла 32 уплотнения. Альтернативно, можно создать продольную щель (не показана на фиг.2) в узле 32 уплотнения, чтобы основную трубу 34 можно было устанавливать во внутренний канал 42 сбоку. Последний способ может быть более полезным при очень длинном узле 32 уплотнения и/или если основная труба 34 имеет грубую или неровную внешнюю поверхность.Various methods can be used to install the seal assembly 32 onto the main pipe 34. For example, the main pipe 34 can be inserted in the longitudinal direction through the inner channel 42 of the seal assembly 32. Alternatively, a longitudinal slot (not shown in FIG. 2) can be created in the seal assembly 32 so that the main pipe 34 can be installed in the side channel 42. The latter method may be more useful with a very long seal assembly 32 and / or if the main pipe 34 has a rough or uneven outer surface.

Для дополнительного улучшения уплотняющего контакта между материалом 38 уплотнения и внешней поверхностью основной трубы 34 можно использовать герметик между данными элементами при установке основной трубы в узел уплотнения 32. Альтернативно, возможно, чтобы материал 38 уплотнения не имел уплотняющего контакта с основной трубой 34 до набухания материала уплотнения в скважине.To further improve the sealing contact between the seal material 38 and the outer surface of the main pipe 34, a sealant can be used between these elements when installing the main pipe in the seal assembly 32. Alternatively, it is possible that the seal material 38 does not have sealing contact with the main pipe 34 until the seal material swells. in the well.

На фиг.3 показан вид сечения в увеличенном масштабе одного примера узла 32 уплотнения. В данном варианте армирующий материал 36 и материал 38 уплотнения выполнены в форме сплошных труб, при этом армирующий материал встроен в материал уплотнения. После изготовления узла 32 уплотнения соответствующую основную трубу 34 следует предпочтительно вставлять во внутренний канал 42 узла уплотнения для образования конструкции 30 пакера.Figure 3 shows an enlarged sectional view of one example of a seal assembly 32. In this embodiment, the reinforcing material 36 and the seal material 38 are in the form of continuous pipes, wherein the reinforcing material is embedded in the seal material. After the manufacture of the seal assembly 32, the corresponding main pipe 34 should preferably be inserted into the inner channel 42 of the seal assembly to form the packer structure 30.

Вид сечения другого варианта узла 32 уплотнения показан на фиг.4. В этом варианте материал 38 уплотнения выполнен в форме сплошной трубы, но в армирующем материале 36 выполнена продольная щель 44.A sectional view of another embodiment of the seal assembly 32 is shown in FIG. In this embodiment, the seal material 38 is in the form of a continuous pipe, but a longitudinal slit 44 is made in the reinforcing material 36.

Данная продольная щель 44 обеспечивает удобную установку узла 32 уплотнения на основную трубу 34 способом, более подробно описанным ниже. Кроме того, данная щель 44 обеспечивает возможность высвобождения узла 32 уплотнения в продольном направлении, когда материал уплотнения 38 набухает в скважине, как описано более подробно ниже.This longitudinal slot 44 provides a convenient installation of the seal assembly 32 on the main pipe 34 in a manner described in more detail below. In addition, this gap 44 allows the longitudinal release of the seal assembly 32 when the seal material 38 swells in the well, as described in more detail below.

На фиг.5 узел 32 уплотнения фиг.4 показан после выполнения другой продольной щели 46 на узле 32 уплотнения на месте щели 44 в армирующем материале 36. Щель 46 в узле 32 уплотнения можно выполнить в любое время, например во время или после формования материала 38 уплотнения и т.д.5, the seal assembly 32 of FIG. 4 is shown after another longitudinal slot 46 has been made on the seal assembly 32 in place of the slot 44 in the reinforcing material 36. The slot 46 in the seal assembly 32 can be made at any time, for example during or after molding 38 seals, etc.

Щель 46 позволяет открыть узел 32 уплотнения, как показано на фиг.6, чтобы можно было вводить основную трубу 34 сбоку через щель 46 в канал 42 (в направлении, указанном стрелкой 48). Альтернативно, основная труба 34 может быть введена в продольном направлении через канал 42 (как на фиг.3), в варианте с щелью 46, обеспечивающей увеличение узла 32 уплотнения, насколько необходимо для размещения любых неровностей на внешней поверхности основной трубы и/или уменьшения трения между узлом уплотнения и основной трубой. Предпочтительно, армирующий материал 36 является эластичным и должен создавать закрепляющее усилие для крепления узла 32 уплотнения на основной трубе 34. Вместе с тем, эластичность не является необходимой для армирующего материала 36 для создания такой силы зажима согласно принципам изобретения.Slit 46 allows the seal assembly 32 to be opened, as shown in FIG. 6, so that the main pipe 34 can be introduced laterally through slot 46 into channel 42 (in the direction indicated by arrow 48). Alternatively, the main pipe 34 may be introduced in the longitudinal direction through the channel 42 (as in FIG. 3), in the embodiment with a slit 46 providing an increase in the seal assembly 32 as necessary to accommodate any irregularities on the outer surface of the main pipe and / or reduce friction between the seal assembly and the main pipe. Preferably, the reinforcing material 36 is elastic and should create a fixing force to secure the seal assembly 32 to the main pipe 34. However, elasticity is not necessary for the reinforcing material 36 to create such a clamping force according to the principles of the invention.

Завершенная конструкция 30 пакера показана на фиг.7 с основной трубой 34, установленной в узел 32 уплотнения. Следует заметить, что щель 46 закрыта или, по меньшей мере, достаточно закрыта для уплотнения щели при набухании материала 38 уплотнения в скважине и предотвращения протечки через нее.The completed packer structure 30 is shown in FIG. 7 with a main pipe 34 installed in the seal assembly 32. It should be noted that the gap 46 is closed or at least sufficiently closed to seal the gap when the material 38 of the seal swells in the well and to prevent leakage through it.

Герметик и/или клеящий состав можно использовать в щели 46, если необходимо, для улучшения уплотняющего контакта в ней. Герметик и/или клеящий состав можно также использовать между узлом 32 уплотнения и основной трубой 34 для улучшения уплотняющего контакта и/или крепления узла уплотнения на главной трубе. Зажимы, хомуты, или другие средства прикрепления можно также, или альтернативно, использовать для крепления узла 32 уплотнения на основной трубе 34.The sealant and / or adhesive can be used in the gap 46, if necessary, to improve the sealing contact in it. A sealant and / or adhesive can also be used between the seal assembly 32 and the main pipe 34 to improve the sealing contact and / or attach the seal assembly to the main pipe. Clips, clamps, or other attachment means can also, or alternatively, be used to secure the seal assembly 32 to the main pipe 34.

Может быть совершенно очевидно, что конструкция 30 пакера, реализующая принципы настоящего изобретения, создает несколько преимуществ по сравнению с набухающими пакерами существующего уровня техники. Например, нет необходимости в изготовлении, хранении запасов и распределении пакеров отличающихся конструкций для каждого случая применения на скважинной площадке. Кроме того, армирующий материал 36 в материале 38 уплотнения обеспечивает повышенную жесткость в узле 32 уплотнения. Дополнительно к этому, различные технологии можно использовать для удобной сборки узла 32 уплотнения и основной трубы 34.It may be readily apparent that a packer design 30 implementing the principles of the present invention provides several advantages over prior art swellable packers. For example, there is no need to manufacture, store stocks and distribute packers of different designs for each application at the well site. In addition, the reinforcing material 36 in the seal material 38 provides increased rigidity in the seal assembly 32. Additionally, various technologies can be used to conveniently assemble the seal assembly 32 and the main pipe 34.

Специалисту в данной области техники, после внимательного рассмотрения представленных вариантов осуществления изобретения, должно быть ясно, что в конкретных вариантах осуществления изобретения возможно выполнение модификаций, дополнений, замен, исключений и такие изменения соответствуют принципами настоящего изобретения. Соответственно, приведенное выше подробное описание следует понимать как иллюстративное и являющееся только примером, при этом сущность и объем настоящего изобретения ограничиваются только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.A person skilled in the art, after carefully considering the presented embodiments of the invention, it should be clear that in specific embodiments of the invention it is possible to make modifications, additions, substitutions, exceptions and such changes are consistent with the principles of the present invention. Accordingly, the above detailed description should be understood as illustrative and being only an example, and the essence and scope of the present invention are limited only by the attached claims and their equivalents.

Claims

1. A method of forming an annular barrier in an underground well, comprising the following steps: forming a longitudinal gap in the reinforcing material; the subsequent introduction of the reinforcing material into the swellable seal material to form a seal assembly; swelling of the seal material when it comes into contact with a fluid in an underground well.

2. The method according to claim 1, in which the reinforcing material is a metal material.

3. The method according to claim 1, wherein the reinforcing material is in the form of a sleeve.

4. The method according to claim 1, further comprising the steps of installing the seal assembly on the main pipe and the location of the main pipe in the underground well.

5. The method according to claim 4, in which the step of installing the seal assembly on the main pipe is carried out by introducing the main pipe in the longitudinal direction through the inner channel of the seal assembly.

6. The method according to claim 5, in which the step of installing the seal assembly on the main pipe is performed after the step of introducing the reinforcing material into the swellable seal material.

7. The method according to claim 4, in which the step of installing the seal assembly on the main pipe is by introducing the main pipe from the side through a longitudinal slot made in the seal assembly.

8. The method according to claim 7, in which the step of installing the seal assembly on the main pipe is performed after the step of introducing the reinforcing material.

9. The method according to claim 1, in which at the stage of introducing the reinforcing material, the swellable seal material is cylindrical and is located outside and inside relative to the reinforcing material.

10. The method according to claim 4, in which the swellable seal material is in contact with the outer surface of the main pipe, essentially along the entire length of the seal assembly.

11. The method of claim 10, wherein the step of swelling the seal material further comprises sealing contact of the seal material with the borehole surface outside the seal assembly and with the outer surface of the main pipe.

12. A method of manufacturing a downhole packer, comprising the following steps: forming a longitudinal gap in the reinforcing material; the subsequent introduction of the reinforcing material into the swellable seal material to form a seal assembly; the subsequent installation of the seal assembly on the main pipe, while the reinforcing material provides a fixing force for attaching the seal assembly to the main pipe.

13. The method according to item 12, in which the reinforcing material is a metal material.

14. The method of claim 12, wherein the reinforcing material is in the form of a sleeve.

15. The method according to item 12, in which the step of installing the seal assembly on the main pipe is carried out by introducing the main pipe in the longitudinal direction through the inner channel of the seal assembly.

16. The method according to item 12, in which the step of installing the seal assembly on the main pipe is carried out by introducing the main pipe from the side through a longitudinal slot made in the seal assembly along the entire length.

17. The method according to item 12, in which at the stage of introducing the reinforcing material, the swellable seal material is cylindrical and is located outside and inside relative to the reinforcing material.

18. The method of claim 12, wherein the step of installing the seal assembly on the main pipe further comprises contacting the seal material with the main pipe between opposite ends of the seal assembly.

19. A design of a swellable packer comprising a seal assembly including a swellable seal material with reinforcing material inserted therein, having a cylindrical shape located externally and internally with respect to the reinforcing material and capable of swelling in the well upon contact with the fluid in the well, the reinforcing material includes a longitudinal gap extending over the entire length of the reinforcing material.

20. The design of the packer according to claim 19, further comprising a main pipe and a swellable seal material is designed for sealing contact with the main pipe.

21. The design of the packer according to claim 20, in which the seal assembly is capable of providing a longitudinal introduction of the main pipe into the inner channel of the seal assembly.

22. The design of the packer according to claim 20, in which the seal assembly includes a longitudinal slit that allows the main pipe to be introduced laterally through the slot into the interior of the seal assembly.

23. The design of the packer according to claim 20, in which the swellable seal material is capable of sealingly contacting the main pipe over substantially the entire length of the seal assembly.

24. The design of the packer according to claim 19, in which the reinforcing material is in the form of a sleeve.

25. The design of the packer according to claim 19, in which the reinforcing material is a metal material.