Уплотнительное устройство для бурильной колонны

УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Изобретение относится к уплотнительному устройству для создания динамического уплотнения вокруг бурильной колонны (16) или наматываемой насосно-компрессорной трубы, включающему в себя удлиненный динамический уплотнительный узел (10) для установки вокруг бурильной колонны (16), содержащий несколько групп сальников (20), расположенных на расстоянии друг от друга вдоль уплотнительного узла (10) и включающих по меньшей мере один дисковый или кольцевой пакер (30) из упругого материала, такого как эластомер, для установки вокруг бурильной колонны (16). Основной сальник (20) имеет по меньшей мере один входной канал для подачи понижающей трение среды через сальник непосредственно на уплотнительную поверхность (32) пакера (30), прилегающую к бурильной колонне (16). Эдвардсен Пер Эспен, Аскеланд Том Кьетиль (NO) Поликарпов А.В., Борисова Е.Н. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СИЭМ ВИС АС (NO) 016632 Изобретение относится к уплотнительному устройству для динамического уплотнения вокруг бурильной колонны или наматываемой насосно-компрессорной трубы, содержащему удлиненный, обеспечивающий динамическое уплотнение узел для установки вокруг бурильной колонны, содержащий несколько групп основных сальников, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль уплотнительного узла и включающих по меньшей мере один дисковый или кольцевой пакер из упругого материала, такого как эластомер, для установки вокруг бурильной колонны. Изобретение может быть использовано для создания уплотнения вокруг бурильной колонны или наматываемой насосно-компрессорной трубы, которая опускается в нефтяные и газовые скважины (или поднимается из них), причем имеются в виду все типы водяных, буровых или углеводородных скважин,имеющих фонтанную арматуру с задвижками (предохранительными клапанами), на морском дне, на платформе, на судне, на установке или на суше. Изобретение относится к устройствам и способам, обеспечивающим возможность освоения и бурения скважин указанных типов и подводных скважин, соединенных или не соединенных водоотделяющими колоннами с надводными судами или другими установками. Устройство и способ позволяют эксплуатировать указанные скважины с использованием бурильных колонн или наматываемых насоснокомпрессорных труб и предусматривают использование новых композитных материалов и термопластичных материалов, а также дополняющих растворов. В дальнейшем описании под термином "бурильная колонна" подразумевается как бурильная колонна, так и наматываемая насосно-компрессорная труба. Под скважинным инструментом понимаются различные инструменты для работы в буровых скважинах, т.е. инструменты для бурения, для проникновения в скважину, каротажные инструменты, измерительные инструменты, инструменты для ловильных работ и т.д. Изобретение может быть использовано в различных областях, например для создания уплотнения в узлах наземных скважин, в узлах с непрерывной циркуляцией буровых растворов, при подвешивании водоотделяющей колонны или обсадной колонны и в подводных установках. Изобретение является дальнейшим развитием заявки Норвегии NO 200553394 настоящего заявителя, содержание которой включено в данное описание ссылкой на нее. Изобретение в упрощенной формулировке относится к уплотнительному устройству, обеспечивающему динамическое уплотнение вокруг бурильной колонны, которая опускается в водяную, буровую или углеводородную скважину или поднимается из нее. Устройство согласно изобретению может использоваться в ситуации, когда давление в скважине как больше, так и меньше окружающего давления на клапанном оборудовании. Это означает, что устройство согласно изобретению в процессе эксплуатации и испытаний будет выдерживать давление с обеих сторон. Уплотнительное устройство согласно изобретению особенно подходит для работ, когда бурение производится через уже имеющиеся в скважине продуктопроводы, особенно в подводных скважинах,когда вместе с другими устройствами оно может облегчить отсоединение водоотделяющей колонны от находящегося на поверхности судна или других установок. Современные способы проникновения или бурения подводных скважин с помощью бурильных колонн или наматываемых насосно-компрессорных труб основаны на соединении с помощью водоотделяющей колонны устья скважины с оборудованием на надводном судне или установке. Для этого требуются большое и, следовательно, дорогое надводное судно или другие установки, которые должны иметь пространство для продувочных предохранительных клапанов (противовыбросовое устройство) для водоотделяющих колонн для морских глубин, на которых будут проводиться работы, а также другое оборудование для регулирования давления и для аварийных работ. В настоящее время существуют устройства для динамического уплотнения, которые выдерживают давление с одной стороны. Одной из проблем существующих устройств динамического уплотнения является наличие трения,которое надо преодолеть, чтобы вдвинуть бурильную колонну в скважину или выдвинуть из нее, а также сложность многих подвижных элементов. Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы сделать операцию проникновения в скважину и бурение скважины более гибкой и дешевой и чтобы уменьшить трение между уплотнительным устройством и бурильной колонной и, по возможности, если используется несколько уплотнительных устройств, создать градиент давления. В NO 200553394 описано, что между группами сальников может впрыскиваться под высоким давлением консистентная смазка или масло, однако не сказано, что понижающая трение среда может впрыскиваться между пакерами в сальнике. Указанная цель достигается с помощью уплотнительного устройства согласно независимому пункту 1 формулы изобретения, в котором основной сальник имеет по меньшей мере один входной канал для подачи понижающей трение среды через сальник непосредственно на уплотнительную поверхность пакера, прилегающую к бурильной колонне.-1 016632 Далее изобретение подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - вариант выполнения уплотнительного устройства в разрезе согласно изобретению; на фиг. 2 - вариант выполнения уплотнительного устройства с одним основным сальником; на фиг. 3 - вариант выполнения уплотнительного устройства с двумя основными сальниками; на фиг. 4 - вариант выполнения уплотнительного устройства с тремя основными сальниками; на фиг. 5 - вариант выполнения уплотнительного устройства с одной группой основных сальников; на фиг. 6 - вариант выполнения уплотнительного устройства с двумя группами основных сальников. Далее описаны различные варианты выполнения устройства, однако в рамках изобретения возможны и другие варианты. В описании рассматривается только одна возможная область применения изобретения, но, как упоминалось выше, оно может использоваться и в других областях, например для уплотнения в наземных буровых скважинах, для использования в устройствах непрерывной циркуляции буровых растворов, при размещении внутри водоотделяющей колонны или подвешивании обсадной колонны и т.д. В случае обнаружения износа или протечек в группе сальников можно опустить вниз и поместить на них новую группу. Это можно делать столько раз, сколько позволяет узел. Сальники могут подвешиваться на бурильной колонне. При использовании нескольких сальников на группе сальников может быть создан градиент давления. Понижающая трение среда (масло, консистентная смазка и т.п.) впрыскивается через уплотнение непосредственно на уплотнительную поверхность. Понижающая трение среда выполняет несколько функций: смазывает (снижает трение), охлаждает и улучшает уплотнение, создаваемое сальником, благодаря заполнению неровностей между ним и бурильной колонной. Применение уплотнительного устройства описано в NO 200553394. Способ введения бурильной колонны 16 в находящуюся под давлением буровую скважину при использовании динамического уплотнительного устройства состоит, например, в следующем. Бурильную колонну 16 вводят в скважину или выводят из нее (при повышенном давлении, при пониженном давлении или при равенстве давлений) через динамический уплотнительный узел 10, установленный на верхней части временного скважинного предохранительного оборудования. При движении бурильная колонна 16 проходит предпочтительно через одну или несколько групп основных сальников 20. Группы основных сальников 20 могут быть установлены на расстоянии друг от друга, так что в любой момент времени предпочтительно только одна группа сальников 20 может быть открыта одному соединению труб в бурильной колонне 16. Между группами сальников 20 под давлением, превышающим наибольшее внешнее давление и обычно равным примерно 5-100 атм (5-100 бар), может впрыскиваться экологически приемлемая консистентная смазка или масло. Таким образом, группы сальников 20 будут подпираться давлением и могут выдерживать более высокое внешнее давление. Бурильная колонна вдвигается в буровую скважину под действием силы тяжести скважинного инструмента и сил, приложенных от наружных устройств. Каждая группа основных сальников 20 может содержать несколько дисковых или кольцевых пакеров 30, выполненных предпочтительно в виде пластины со сквозным отверстием. Можно использовать и пакеры 30 другой формы. Пакеры 30 в группах основных сальников 20 могут изготавливаться из эластомеров и либо быть проницаемыми, либо подпираться изнутри давлением. Также могут использоваться другие подходящие композиционные материалы с соответствующими характеристиками. На чертежах показано, что понижающая трение среда впрыскивается в основные сальники 20 предпочтительно между пакерами 30 по каналу или отверстию 34 в боковой стенке уплотнительного узла 10. Канал или отверстие 34 могут соединяться посредством трубок 40 с инжектором для впрыскивания понижающей трение среды. Основной сальник (сальники) 20 имеет по меньшей мере один входной канал 36 для подачи понижающей трение среды через сальник 20 непосредственно на уплотнительную поверхность 32 пакеров 30, прилегающую к бурильной колонне 16. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Уплотнительное устройство для динамического уплотнения вокруг бурильной колонны (16) или наматываемой насосно-компрессорной трубы, содержащее удлиненный уплотнительный узел (10) для установки вокруг бурильной колонны (16), содержащий несколько групп основных сальников (20), расположенных на расстоянии друг от друга вдоль уплотнительного узла (10) и включающих по меньшей мере один дисковыйили кольцевой пакер (30) из упругого материала, такого как эластомер, для установки вокруг бурильной колонны (16), отличающееся тем, что в основном сальнике (20) выполнен по меньшей мере один входной канал (36) для впрыскивания понижающей трение среды непосредственно на уплотнительную поверхность (32) пакера (30), прилегающую к бурильной колонне (16), причем понижающая трение среда впрыскивается между дисковыми или кольцевыми пакерами (30). 2. Уплотнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный узел (10) соединен с инжектором для впрыскивания понижающей трение среды через отверстие (34) в боковой стенке уплотнительного узла. 3. Уплотнительное устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что понижающая трение среда представляет собой масло, консистентную смазку или подобный смазочный материал. 4. Способ создания динамического уплотнения вокруг бурильной колонны (16) или наматываемой насосно-компрессорной трубы, в котором вокруг бурильной колонны (16) устанавливают удлиненный динамический уплотнительный узел (10), содержащий несколько групп основных сальников (20), расположенных на расстоянии друг от друга вдоль уплотнительного узла (10) и содержащих по меньшей мере один дисковый или кольцевой пакер (30) из упругого материала, такого как эластомер, который устанавливают вокруг бурильной колонны (16), и по меньшей мере через один входной канал (36) в основном сальнике (20) впрыскивают понижающую трение среду непосредственно на уплотнительную поверхность (32) пакера (30), прилегающую к бурильной колонне (16), при этом понижающую трение среду впрыскивают между дисковыми или кольцевыми пакерами (30).