Расширение трубчатого элемента до различных внутренних диаметров

007266 Данное изобретение относится к способу расширения трубчатого элемента, имеющего первую часть, подлежащую расширению до первого внутреннего диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр. Расширяемые трубчатые элементы находят все большее применение в промышленности создания скважин, например в применениях, где трубчатый элемент после установки в скважине радиально расширяется для образования обсадной трубы скважины. Обычно скважину бурят секциями, при этом после бурения каждой секции скважины во вновь пробуренную секцию скважины опускают обсадную трубу или оболочку в нерасширенном состоянии, а затем расширяют в радиальном направлении. Не обязательно, но возможно цементировать расширенную обсадную трубу или оболочку в скважине посредством закачивания слоя цемента между обсадной трубой или оболочкой перед или после процесса расширения. Обычно требуется соединять последовательные секции обсадной трубы или оболочки друг с другом таким образом, чтобы в местах соединения обеспечивалась герметизация текучей среды. Это достигается, например, посредством создания перекрытия между последовательными секциями обсадной трубы или оболочки так, чтобы верхняя концевая часть нижней секции обсадной трубы входила в нижнюю концевую часть верхней секции обсадной трубы с или без втулки из деформируемого материала между ними. Такое перекрытие требует, чтобы концевая часть трубчатого элемента, в которую входит другой трубчатый элемент, была расширена до относительно большего диаметра. Однако до настоящего времени нет надежного способа расширения для достижения такого результата. Поэтому задачей данного изобретения является создание надежного способа расширения трубчатого элемента, посредством которого первая часть расширяется до первого внутреннего диаметра, а вторая часть расширяется до второго внутреннего диаметра, большего, чем первый внутренний диаметр. Согласно изобретению создан способ расширения трубчатого элемента, имеющего первую часть,подлежащую расширению до первого внутреннего диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, при этом способ содержит следующие стадии:a) расположение расширяемой втулки с выбранной толщиной стенки в указанной второй части трубчатого элемента;c) приведение в действие труборасширителя для расширения указанной первой части трубчатого элемента до первого внутреннего диаметра и приведение в действие труборасширителя для расширения втулки до внутреннего диаметра, по существу, равного второму внутреннему диаметру за вычетом двойной толщины стенки втулки; иd) извлечение втулки из трубчатого элемента. За счет этого достигается то, что вторая часть трубчатого элемента расширяется до большего внутреннего диаметра, чем диаметр расширения труборасширителя, при этом диаметр расширения труборасширителя является максимальным наружным диаметром труборасширителя во время процесса расширения. После процесса расширения втулку удаляют из трубчатого элемента, так что относительно большой внутренний диаметр обеспечивается во второй части трубчатого элемента. Втулку и первую часть трубчатого элемента целесообразно расширяют до, по существу, одинакового внутреннего диаметра. Таким образом, первая и вторая части трубчатого элемента расширяются до разных внутренних диаметров с использованием одного и того же труборасширителя. Указанный трубчатый элемент предпочтительно вводится в скважину, образованную в земном пласте, и указанная вторая часть является концевой частью трубчатого элемента. В предпочтительном варианте выполнения труборасширитель выполнен с возможностью приведения в действие для расширения трубчатого элемента посредством перемещения труборасширителя между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, и при этом стадия с) содержит следующие этапы:i) перемещение труборасширителя из суженного состояния в расширенное состояние для расширения секции указанной первой части трубчатого элемента или втулки;ii) перемещение труборасширителя из расширенного состояния в суженное состояние;iii) перемещение труборасширителя или обеспечение перемещения труборасширителя в осевом направлении через трубчатый элемент в другую секцию указанной первой части трубчатого элемента или втулки; иiv) повторение стадий i) - iii) до расширения труборасширителем указанной первой части трубчатого элемента и втулки. Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено на фиг. 1 А - труборасширитель в суженном состоянии, используемый в одном варианте выполнения способа согласно изобретению на виде сбоку; на фиг. 1 В -труборасширитель согласно фиг. 1 А в расширенном состоянии; на фиг. 1 С - труборасширитель согласно фиг. 1 А в продольном разрезе; на фиг. 2 - первая стадия расширения трубчатого элемента;-1 007266 на фиг. 3 А - расширяемая втулка для использования в варианте выполнения способа согласно изобретению на виде сбоку; на фиг. 3 В - втулка согласно фиг. 3 А после ее радиального расширения на виде сбоку; на фиг. 4-6 - последовательность стадий расширения трубчатого элемента согласно фиг. 2; на фиг. 7 А, 7 В - извлекающий инструмент, расположенный в трубчатом элементе, согласно фиг. 2. На фиг. 1 А-С показан труборасширитель 1, содержащий стальной трубчатый корпус 2, имеющий переднюю цилиндрическую часть 2 а, заднюю цилиндрическую часть 2b и конусную часть 2 с, расположенную между цилиндрическими частями 2 а, 2b. В корпусе 2 труборасширителя выполнено несколько узких продольных прорезей 6, которые равномерно распределены по окружности корпуса 2 труборасширителя. Каждая прорезь 6 проходит радиально через стенку трубчатого корпуса 2 труборасширителя и имеет противоположные концы 7, 8, расположенные на одинаковом расстоянии от соответствующих концов корпуса 2 труборасширителя. Прорези 6 задают несколько продольных сегментов 10 корпуса,распределенных по окружности корпуса 2 труборасширителя, при этом каждый сегмент 10 корпуса проходит между парой смежных прорезей 6 (и наоборот). За счет своей продолговатой формы и упругих свойств, сегменты 10 корпуса упруго деформируются посредством радиального изгибания наружу при приложении радиальной нагрузки к сегментам 10 корпуса. Таким образом, труборасширитель 1 выполнен с возможностью расширения из радиально суженного состояния (фиг. 1 А), в котором каждый сегмент 10 корпуса находится в своем исходном положении, в радиально расширенное состояние (фиг. 1 В),в котором каждый сегмент 10 корпуса находится в своем радиально изогнутом наружу положении после приложения указанной радиальной нагрузки к сегменту 10 корпуса. Труборасширитель дополнительно содержит цилиндрические концевые крышки 12, 14, выполненные с возможностью закрывания соответствующих концов корпуса 2 труборасширителя, при этом каждая концевая крышка 12, 14 неподвижно соединена с корпусом 2 труборасширителя, например, болтами(не изображены). Концевая крышка 12 снабжена сквозным отверстием 15. Раздуваемый элемент в виде эластомерного баллона 16 расположен внутри трубчатого корпуса 2 расширителя. Баллон 16 имеет цилиндрическую стенку 18, опирающуюся на внутреннюю поверхность трубного корпуса 2 труборасширителя, и противоположные концевые стенки 20, 22, опирающиеся на соответствующие концевые крышки 12, 14, с образованием тем самым камеры 23 для текучей среды внутри баллона 16. Концевая стенка 20 герметизирована относительно концевой крышки 12 и имеет сквозное отверстие, выполненное на одной линии и соединенное с возможностью прохождения текучей среды со сквозным отверстием 15 концевой крышки 12. Трубопровод 26 для текучей среды на одном из своих концов соединен с камерой 23 для текучей среды через сквозное отверстие 15. Трубопровод 26 для текучей среды на своем другом конце соединен с возможностью прохождения текучей среды с системой управления текучей средой (не изображена) для управления притоком текучей среды в камеру 23 для текучей среды и оттоком текучей среды из камеры. На фиг. 2 труборасширитель 1 расположен у нижнего конца 30 трубчатой обсадной трубы 32, которая проходит в скважину 34, образованную в земном пласте 35. Труборасширитель 1 подвешен с поверхности с помощью трубопровода 26. Расширяемая трубчатая втулка 36 расположена у нижней части обсадной трубы 32 и временно прикреплена к нижнему концу 30 обсадной трубы 32 с помощью временных сварных стежек 39, которые должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать вес втулки 36 и обеспечивать первоначальное расширение втулки 36 и нижней части обсадной трубы. В последующем нижняя часть обсадной трубы называется раструбной частью 38 обсадной трубы, а остальная обсадная труба называется остальной частью 41 обсадной трубы. Передняя цилиндрическая часть 2 а труборасширителя проходит во втулку 36. Втулка 36 показана более подробно на фиг. 3 А и 3 В, при этом на фиг. 3 А показана втулка 36 перед ее радиальным расширением, а на фиг. 3 В показана втулка 36 после ее радиального расширения. Стенка втулки 36 снабжена несколькими сквозными отверстиями в виде прорезей 40, проходящих в осевом направлении. Прорези 40 расположены рядами из выровненных в осевом направлении прорезей, за счет чего смежные ряды расположены в шахматном порядке относительно друг друга с образованием нескольких перекрывающих друг друга в осевом направлении прорезей 40. Каждая прорезь 40 на каждом из своих концов снабжена круговым отверстием 42. Пластические шарниры 43 образованы частями стенки втулки 36 между каждой прорезью и соответствующими смежными отверстиями 42. На фиг. 3 А ширина каждого пластического шарнира 43 указана позицией Н. Сопротивление сгибанию шарниров 43 определяется толщиной их стенки и шириной Н. На фиг. 4 труборасширитель 1 расположен во втулке 36, за счет чего часть втулки 36 и часть обсадной трубы 32 радиально расширены. На фиг. 5 труборасширитель 1 расположен сверху от раструбной части 38, за счет чего втулка 36, раструбная часть 38 и остальная часть 41 обсадной трубы расширены. На фиг. 6 труборасширитель 1 расположен дальше вверх от раструбной части 38, при этом втулка 36, раструбная часть 38 и дополнительная часть остальной части 41 обсадной трубы расширены в радиальном направлении. На фиг. 7 А показан извлекающий инструмент 46, подвешенный с поверхности на спусковой колонне 48, проходящей в обсадную трубу 32. Извлекающий инструмент снабжен множеством проходящих в радиальном направлении, нагруженных пружинами штифтов 50, поджатых в соответ-2 007266 ствующие отверстия 52, выполненные в стенке втулки 36, с защелкиванием извлекающего инструмента 46 с втулкой 36. На фиг. 7 В показан извлекающий инструмент 46, защелкнутый на втулке 36, за счет чего втулка вытягивается на короткое расстояние вверх через обсадную трубу 32. Во время обычной работы обсадную трубу 32 опускают в скважину 34, при этом втулка 36 и труборасширитель 1 расположены относительно обсадной трубы 32 в положении, показанном на фиг. 2, при этом умеренное усилие натяжения прикладывается с поверхности к труборасширителю 1 через трубопровод 26. Затем обсадную трубу радиально расширяют в течение нескольких циклов расширения, при этом каждый цикл включает первую стадию и вторую стадию, как будет описано ниже. В первой стадии цикла расширения система управления текучей средой приводится в действие для нагнетания находящейся под давлением текучей среды, например бурового раствора, через трубопровод 26 в камеру 23 текучей среды баллона 16. В результате баллон 16 раздувается и при этом оказывает направленное радиально наружу давление на сегменты 10 корпуса, которые упруго деформируются за счет радиального изгиба наружу. Объем текучей среды, нагнетаемой в баллон 16, выбирают таким образом, что любая деформация сегмента 10 корпуса остается внутри упругой области. Для способствования равномерному изгибанию наружу сегментов 10 передняя часть 2 а корпуса 2 труборасширителя, не обязательно, снабжена кольцом или втулкой (не изображены), которые ограничивают изгибание наружу сегментов 10. Таким образом, сегменты 10 корпуса возвращаются в свои первоначальные положения после снятия давления текучей среды в баллоне 16. Таким образом, труборасширитель 1 расширяется при нагнетании текучей среды в баллон 16 из своего радиально суженного состояния в свое радиально расширенное состояние. В результате короткая первоначальная часть обсадной трубы 32 пластически расширяется. Во второй стадии цикла расширения система управления текучей средой приводится в действие для снятия давления текучей среды в баллоне 16 посредством обеспечения вытекания текучей среды из баллона 16 обратно в систему управления. При этом баллон 16 сдувается и сегменты 10 корпуса перемещаются обратно в свою первоначальную не деформированную форму, так что труборасширитель 1 возвращается в свое радиально не расширенное состояние. Не обязательно, давление текучей среды в баллоне снижают ниже гидростатического напора, что приводит к изгибанию сегментов внутрь. В результате,труборасширитель 1 вытягивают с помощью трубопровода 26 на небольшое расстояние дальше во втулку 36. Затем указанный выше цикл расширения повторяют требуемое количество раз для последовательного расширения раструбной части 38 обсадной трубы и остальной части 41 обсадной трубы или же желаемой ее длины. Во время расширения раструбной части 38 обсадной трубы втулка 36 расширяется одновременно с раструбной частью 38. После расширения втулки 36 пластические шарниры 43 пластически деформируются. Части стенки между соответствующими шарнирами 43 поворачиваются, открывая тем самым прорези 40 (см. фиг. 3 В). Такой поворот вызывает укорочение втулки 36, и увеличение диаметра втулки 36 обеспечивается деформацией шарниров 43. Посредством раскрывания прорезей 40 усилие расширения, требуемое для расширения втулки 36,значительно ниже, чем усилие, необходимое для расширения обсадной трубы 32. Поэтому одновременное расширение втулки 36 и раструбной части 38 обсадной трубы 32 требует лишь слегка более высокого усилия, чем усилие, необходимое для расширения лишь обсадной трубы 32. Очевидно, что внутренняя поверхность втулки 36 и внутренняя поверхность остальной части 41 обсадной трубы расширяются до одинакового диаметра. Это значит, что внутренняя поверхность раструбной части расширяется до большего диаметра, чем внутренняя поверхность остальной части 41 обсадной трубы. Разница между внутренним диаметром раструбной части 38 и внутренним диаметром остальной части 41 обсадной трубы после процесса расширения, по существу, равна двойной толщине стенки втулки 36. Толщина стенки втулки 36 не изменяется в процессе расширения, поскольку деформация концентрируется в пластических шарнирах 43. Кроме того, втулка 36 имеет относительно большую тенденцию к скачкообразному возвращению назад после расширения, поскольку упругая релаксация втулки определяется упругим обратным изгибанием шарниров 43, а не упругим сжатием в окружном направлении, происходящим в обсадной трубе 32. Временные сварные стежки 39 срезаются во время расширения раструбной части 38 посредством различного осевого укорочения втулки 36 и раструбной части 38 в результате процесса расширения. Последовательные стадии процесса расширения показаны на фиг. 4-6 с указанием постепенного продвижения труборасширителя 1 через обсадную трубу 32. После расширения обсадной трубы 32 труборасширитель 1 удаляют из обсадной трубы и опускают извлекающий инструмент 46 на спусковой колонне 48 через обсадную трубу 32. После достижения извлекающим инструментом 46 втулки 36 опускание медленно продолжают, пока извлекающий инстру-3 007266 мент не защелкнется с втулкой 36 посредством защелкивания нагруженных пружиной штифтов 50 в отверстия 52 втулки 36. Затем извлекающий инструмент 46 вытягивают вверх на спусковой колонне 48. Как показано на фиг. 7 В, за счет этого втулка 36 радиально сжимается при движении вверх в остальную часть 41 обсадной трубы. Для сжатия втулки 36 не требуется большого сжимающего усилия,поскольку такое сжатие осуществляется посредством закрывания прорезей 50 втулки 36. Кроме того,тенденция втулки упруго пружинить обратно и тянущее усилие, приложенное к втулке извлекающим инструментом, обеспечивают легкое извлечение втулки 36 из обсадной трубы 32. Втулку 36 наконец извлекают из обсадной трубы 32 на ее верхнем конце. Таким образом, достигается расширение нижней части обсадной трубы 32 до диаметра, большего диаметра остальной части обсадной трубы, так что следующую обсадную трубу (не изображена) можно устанавливать и расширять ниже обсадной трубы 32, за счет чего верхняя концевая часть следующей обсадной трубы проходит в раструбную часть 38 обсадной трубы 32. За счет этого создается перекрытие между обсадной трубой 32 и следующей обсадной трубой, который обеспечивает закрепление и герметизацию обсадных труб друг с другом. Сопротивление расширению втулки можно дополнительно уменьшить посредством уменьшения ширины Н шарниров и/или посредством уменьшения толщины стенки втулки у шарниров и/или посредством увеличения длины прорезей. Вместо прикрепления втулки к обсадной трубе с помощью сварки втулку можно прикреплять к обсадной трубе посредством слоя клея, который разрушается при различном перемещении втулки и обсадной трубы во время расширения. Это обеспечивает оставления втулки на месте до расширения всей втулки. Сегменты корпуса можно также приваривать посредством точечной сварки к трубчатому элементу у их соответствующих средних частей. Вместо использования указанного выше труборасширителя можно использовать обычный труборасширительный конус, например труборасширительный конус, который протягивают, нагнетают или проталкивают через обсадную трубу. Вместо указанного выше извлекающего инструмента можно использовать извлекающий инструмент, который соединен с труборасширителем и поэтому перемещается одновременно с труборасширителем через обсадную трубу. В таком применении втулку извлекают из обсадной трубы одновременно с расширением остальной части обсадной трубы. Вместо снабжения корпуса труборасширителя прорезями, имеющими противоположные концы вблизи соответствующих концов корпуса труборасширителя, корпус труборасширителя может быть снабжен прорезями, которые проходят лишь по части длины корпуса труборасширителя и которые расположены с продольным перекрытием. Такое расположение может быть, например, аналогичным расположению прорезей втулки, показанной на фиг. 3 А, 3 В. Дополнительно к приведению в действие системы управления текучей средой для нагнетания под давлением текучей среды в баллон систему управления текучей средой можно приводить в действие для оказания высасывающего действия к баллону для удаления текучей среды из баллона, вызывая изгибание внутрь сегментов корпуса труборасширителя. Таким образом, можно увеличить коэффициент расширения труборасширителя. Вместо применения втулки с шарнирами, которые пластически деформируются, можно применять втулку с шарнирами, которые деформируются чисто упруго, как, например, втулки, выполненные из металла с запоминанием формы. Другим примером подходящей втулки является втулка, снабженная прорезями, образующими узор с бистабильными ячейками, при этом каждая ячейка способна принимать первую стабильную конфигурацию и вторую стабильную конфигурацию, за счет чего втулка имеет больший внутренний диаметр,когда ячейки находятся в своих соответствующих вторых стабильных конфигурациях, чем когда ячейки находятся в своих соответствующих первых стабильных конфигурациях. Примером выполнения такой втулки является труба, образованная бистабильными ячейками, раскрытая в GB-A-2368082. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ расширения трубчатого элемента, имеющего первую часть, подлежащую расширению до первого внутреннего диаметра, и вторую часть, подлежащую расширению до второго внутреннего диаметра, превышающего первый внутренний диаметр, отличающийся тем, что содержит следующие стадии:a) расположение расширяемой втулки с выбранной толщиной стенки в указанной второй части трубчатого элемента;c) приведение в действие труборасширителя для расширения указанной первой части трубчатого элемента до первого внутреннего диаметра и приведение в действие труборасширителя для расширения втулки до внутреннего диаметра, по существу, равного второму внутреннему диаметру за вычетом двойной толщины стенки втулки; иd) извлечение втулки из трубчатого элемента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что втулку и первую часть трубчатого элемента расширяют,по существу, до одинакового внутреннего диаметра. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что трубчатый элемент погружают в скважину, образованную в земном пласте, причем вторая часть является концевой частью трубчатого элемента. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что во втулке выполняют множество отверстий,образующих схему из множества элементов, подвергаемых изгибанию при радиальном расширении втулки. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что каждый указанный элемент снабжают шарнирной частью,в которой концентрируется изгибание элемента. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанную шарнирную часть подвергают упругой или пластической деформации при радиальном расширении втулки. 7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что указанные отверстия выполняют в виде прорезей, проходящих в осевом направлении трубчатого элемента, при этом смежные прорези расположены с продольным перекрытием. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что каждая прорезь имеет противоположные концы увеличенной ширины. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанные концы каждой прорези образованы отверстиями, выполненными в стенке втулки. 10. Способ по любому из пп.4-9, отличающийся тем, что на стадии d) выполняют перемещение втулки в указанную первую часть трубчатого элемента с радиальным сжиманием за счет этого втулки,при этом указанные элементы подвергаются обратному изгибанию. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что втулку оснащают средствами защелкивания для защелкивания с извлекающим инструментом, при этом на стадии d) пропускают извлекающий инструмент через трубчатый элемент к втулке, защелкивают извлекающий инструмент со втулкой и перемещают извлекающий инструмент с защелкнутой к нему втулкой для извлечения из трубчатого элемента. 12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что труборасширитель приводят в действие для расширения трубчатого элемента посредством перемещения труборасширителя между радиально суженным состоянием и радиально расширенным состоянием, и при этом на стадии с) выполняют:i) перемещение труборасширителя из суженного состояния в расширенное состояние для расширения секции указанной первой части трубчатого элемента или втулки;ii) перемещение труборасширителя из расширенного состояния в суженное состояние;iii) перемещение труборасширителя или обеспечение перемещения труборасширителя в осевом направлении через трубчатый элемент в другую секцию указанной первой части трубчатого элемента или втулки; иiv) повторения стадий i)-iii) до расширения труборасширителем указанной первой части трубчатого элемента и втулки.