кольцевой самоуплотняющийся узел (варианты), устройство заканчивания скважины с подводным устьем и способ получения кольцевого уплотнения

Формула изобретения

1. Кольцевой самоуплотняющийся узел между двумя кольцевыми поверхностями, включающий кольцевое основание, выполненное упруго деформируемым и снабженное уплотняющей поверхностью, и пару манжет, выполненных упруго деформируемыми относительно основания, разнесенных в противоположных направлениях от кольцевого основания, расположенных напротив уплотняющей поверхности основания и снабженных уплотняющими поверхностями.

2. Узел по п.1, в котором уплотняющая поверхность основания дополнительно содержит уплотнительные кольцевые выступы, снабженные уплотнительными поверхностями.

3. Узел по п.1, в котором уплотняющая поверхность основания содержит вспомогательные уплотнения основания.

4. Узел по п.1, который дополнительно включает разгрузочное отверстие, расположенное между манжетами и проходящее через кольцевое основание.

5. Узел по п.1, который дополнительно включает кольцевые спиральные пружины, установленные между основанием и каждой из манжет с возможностью создания радиальных сил, препятствующих сжатию манжет в направлении основания.

6. Узел по п.1, в котором кольцевое основание и манжеты расположены в одном корпусе.

7. Узел по п.1, в котором кольцевое основание и манжеты расположены в группе корпусов.

8. Узел по п.1, в котором кольцевое основание и манжеты выполнены металлическими.

9. Узел по п.1, который дополнительно включает вспомогательное уплотнение манжет.

10. Узел по п.9, в котором вспомогательное уплотнение манжет расположено между манжетами.

11. Узел по п.9, в котором вспомогательное уплотнение манжеты содержит уплотняющее средство, расположенное на уплотняющей поверхности манжеты.

12. Узел по п.1, в котором манжеты выполнены упруго деформируемыми и установлены с возможностью перемещения концов манжет относительно основания и сохранения уплотнения при изменяющихся условиях.

13. Кольцевой самоуплотняющийся узел между двумя кольцевыми поверхностями, включающий кольцевое основание, выполненное упруго деформируемым и снабженное уплотняющей поверхностью, и манжету, выполненную упруго деформируемой относительно основания и отходящей от него, расположенную напротив уплотняющей поверхности основания и снабженную уплотняющей поверхностью.

14. Узел по п.13, в котором уплотняющая поверхность основания дополнительно содержит уплотнительный кольцевой выступ, снабженный уплотнительной поверхностью.

15. Узел по п.13, в котором уплотняющая поверхность основания содержит вспомогательное уплотнение основания.

16. Узел по п.13, который дополнительно включает кольцевую спиральную пружину, установленную между основанием и манжетой с возможностью создания радиальных сил, препятствующих сжатию манжеты в направлении основания.

17. Узел по п.13, который содержит группу оснований и соответствующих им манжет, установленных в осевом направлении и противоположно друг другу.

18. Узел по п.13, в котором кольцевое основание и манжета выполнены металлическими.

19. Узел по п.13, который дополнительно включает вспомогательное уплотнение манжеты, расположенное на уплотняющей поверхности манжеты.

20. Узел по п.13, в котором манжеты выполнены упруго деформируемыми и установлены с возможностью перемещения концов манжет относительно основания и сохранения уплотнения при изменяющихся условиях.

21. Устройство заканчивания скважины с подводным устьем, включающее устье скважины, фонтанную елку, связанную с устьем скважины и снабженную кольцевой поверхностью, подвеску колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), погруженную в фонтанную елку и снабженную кольцевой поверхностью, и кольцевой самоуплотняющийся узел создания уплотнения между фонтанной елкой и подвеской колонны НКТ, содержащий кольцевое основание, выполненное упруго деформируемым и снабженное уплотняющей поверхностью, пару манжет, выполненных упруго деформируемыми относительно основания, разнесенных в противоположных направлениях от кольцевого основания, расположенных напротив уплотняющей поверхности основания и снабженных уплотняющими поверхностями.

22. Устройство по п.21, в котором уплотняющая поверхность основания содержит уплотнительные кольцевые выступы, снабженные уплотнительными поверхностями.

23. Устройство по п.21, в котором уплотняющая поверхность основания содержит вспомогательные уплотнения основания.

24. Устройство по п.21, которое дополнительно включает разгрузочное отверстие, расположенное между манжетами и проходящее через кольцевое основание.

25. Устройство по п.21, которое дополнительно включает кольцевые спиральные пружины, установленные между основанием и каждой из манжет с возможностью создания радиальных сил, препятствующих сжатию манжет в направлении основания.

26. Устройство по п.21, в котором кольцевое основание и манжеты установлены в группе корпусов.

27. Устройство по п.21, в котором кольцевое основание и манжеты являются металлическими.

28. Устройство по п.21, которое дополнительно включает вспомогательное уплотнение манжет.

29. Устройство по п.21, в котором манжеты выполнены упруго деформируемыми и установлены с возможностью перемещения концов манжет относительно основания и сохранения уплотнения между фонтанной елкой и кольцевыми поверхностями подвески при изменяющихся условиях.

30. Способ получения кольцевого уплотнения между первой и второй кольцевыми поверхностями, включающий создание уплотнения между первой кольцевой поверхностью и кольцевым уплотняющим узлом посредством его деформации вокруг первой кольцевой поверхности, создание уплотнения между кольцевым уплотняющим узлом и второй кольцевой поверхностью посредством упругой деформации двух манжет узла и самоуплотнение кольцевых уплотнений между первой и второй кольцевыми поверхностями посредством деформации кольцевого уплотняющего узла.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству заканчивания скважины с подводным устьем, кольцевым самоуплотняющимся узлам и может быть использовано в нефте- или газодобывающей скважине.

Уровень техники

В эксплуатируемой нефте- или газодобывающей скважине должна иметься головка колонны направления, прикрепленная к колонне направления, или кондуктору, неглубоко погруженная в скважину. Далее корпус устьевой головки спускается в головку колонны направления и закрепляется на наружной, или первой, обсадной колонне. Первая обсадная колонна проходит глубже в скважину через колонну направления. В зависимости от конкретных условий в пластах, лежащих выше целевой зоны (обычно это нефте- или газопродуктивная зона или зона закачивания в пласт текучей среды), через наружную обсадную колонну проходят одна или несколько дополнительных обсадных колонн, спускаемых глубже, до тех пор, пока скважина не будет обсажена до конечной глубины. Наружные обсадные колонны поддерживаются в верхнем конце собственными трубодержателями, или подвесными хомутами (далее - "подвесками") для обсадных колонн, которые спускаются на определенную глубину и поддерживаются корпусом устьевой головки скважины. Между каждой подвеской и корпусом устьевой головки скважины устанавливается уплотняющий узел подвески, служащий для изоляции каждого межтрубного, или кольцевого, пространства между обсадными колоннами. Последняя, самая внутренняя, обсадная колонна, то есть эксплуатационная колонна, спускается в скважину на ее конечную глубину.

По окончании бурения и установки обсадных колонн скважина должна быть окончательно подготовлена к добыче текучей среды. Извлекаемая текучая среда обычно поступает из пласта через перфорационные отверстия эксплуатационной обсадной колонны в продуктивной зоне. Колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) проходит в продуктивную зону внутри эксплуатационной обсадной колонны, образуя управляемый давлением трубопровод, через который производится отбор текучей среды. Манжеты пакера, расположенные выше продуктивной зоны, уплотняют пространство между эксплуатационной обсадной колонной и колонной НКТ, что обеспечивает стабильность потока текучей среды через колонну НКТ к поверхности. Колонна НКТ поддерживается подвесным узлом НКТ, который погружается и фиксируется выше подвески эксплуатационной обсадной колонны. Уплотняющий узел подвески НКТ устанавливается с целью изоляции (герметичного разобщения) кольцевого пространства между колонной НКТ и эксплуатационной обсадной колонной.

В устье скважины расположены управляющие добычей задвижки, которые собираются в различных конфигурациях, образуя конструкцию, известную как устьевая арматура, фонтанная арматура или фонтанная елка; она устанавливается на корпусе устьевой головки скважины. Фонтанная елка имеет одно или группу проходных отверстий для продукции, регулируемых снабженными приводами клапанами, управляющими дебитом, которые открываются в соответствующие отводы для текучей среды.

Может применяться, например, фонтанная елка с такой конфигурацией управляющих дебитом задвижек, в которой задвижки смещены в латеральном направлении относительно колонны НКТ; такую конструкцию обычно называют горизонтальной фонтанной елкой. Одним из видов горизонтальной фонтанной елки является фонтанная елка катушечного типа, описанная и показанная в патенте US No 5,544,707, который включается сюда по ссылке. Горизонтальная фонтанная елка также закрывает и уплотняет корпус устьевой головки скважины, на который она установлена. Однако в горизонтальных фонтанных елках подвеска колонны НКТ закрывает и уплотняет проходное отверстие фонтанной елки. Если эксплуатационные задвижки, смещены относительно колонны НКТ, то подвеска колонны НКТ и колонна НКТ могут быть удалены из фонтанной елки без необходимости удаления горизонтальной фонтанной елки из корпуса устьевой головки скважины.

Подвесной узел колонны НКТ запирает и уплотняет проходные отверстия, имеющиеся в горизонтальной фонтанной елке, а не в корпусе устьевой головки скважины. Но кольцевое пространство, в котором находится уплотняющий узел подвески колонны НКТ, может подвергаться деформации, если давление, тепловое расширение и внешние силы воздействуют на элементы, ограничивающие кольцевое пространство. Кроме того, асимметричная форма элементов, образующих отверстие или оправку для закрепления скважинного инструмента, может быть причиной асимметричных деформаций, когда эти элементы подвергаются нагрузке. Уплотняющий узел подвески колонны НКТ должен быть деформируемым в радиальном направлении, чтобы адаптироваться к указанным деформациям, обеспечивая плотное прилегание уплотняющих поверхностей и поддерживая достаточное контактное давление на уплотнительных поверхностях, благодаря чему обеспечивается уплотнение при любых условиях.

Раскрытие изобретения

Все вышеперечисленные недостатки могут быть устранены посредством предлагаемых вариантов кольцевого самоуплотняющегося узла между двумя кольцевыми поверхностями, устройства заканчивания скважины с подводным устьем и способа получения кольцевого уплотнения между первой и второй кольцевыми поверхностями.

Самоуплотняющийся узел между двумя кольцевыми поверхностями может включать кольцевое основание, выполненное упруго деформируемым и снабженное уплотняющей поверхностью, и пару манжет, выполненных упруго деформируемыми относительно основания, разнесенных в противоположных направлениях от кольцевого основания, расположенных напротив уплотняющей поверхности основания и снабженных уплотняющими поверхностями.

Уплотняющая поверхность основания узла дополнительно может содержать уплотнительные кольцевые выступы, снабженные уплотнительными поверхностями.

Также уплотняющая поверхность основания может содержать вспомогательные уплотнения основания.

Узел может дополнительно включать разгрузочное отверстие, расположенное между манжетами и проходящее через кольцевое основание.

Кроме того, узел дополнительно может включать кольцевые спиральные пружины, установленные между основанием и каждой из манжет с возможностью создания радиальных сил, препятствующих сжатию манжет в направлении основания.

Кольцевое основание и манжеты могут быть расположены как в одном корпусе, так и в группе корпусов.

Кольцевое основание и манжеты могут быть выполнены металлическими.

Узел может дополнительно включать вспомогательное уплотнение манжет, которое может быть расположено между манжетами.

Согласно заявленному изобретению, вспомогательное уплотнение манжеты может содержать уплотняющее средство, расположенное на уплотняющей поверхности манжеты.

Узел может быть выполнен с возможностью перемещения концов манжет относительно основания и сохранения уплотнения при изменяющихся условиях.

Согласно варианту самоуплотняющегося узла между двумя кольцевыми поверхностями он может включать кольцевое основание, выполненное упруго деформируемым и снабженное уплотняющей поверхностью, и манжету, выполненную упруго деформируемой относительно основания и отходящей от него, расположенную напротив уплотняющей поверхности основания и снабженную уплотняющей поверхностью.

Частные варианты осуществления указанного узла могут содержать также признаки, присущие первому варианту исполнения узла.

Дополнительно, узел может включать группу оснований и соответствующих им манжет, при этом манжеты могут быть установлены в осевом направлении и противоположно друг другу.

Устройство заканчивания скважины с подводным устьем может включать устье скважины, фонтанную елку, связанную с устьем скважины и снабженную кольцевой поверхностью, подвеску колонны НКТ, погруженную в фонтанную елку и снабженную кольцевой поверхностью, и кольцевой самоуплотняющийся узел для создания уплотнения между фонтанной елкой и подвеской колонны НКТ, содержащий кольцевое основание, выполненное упруго деформируемым и снабженное уплотняющей поверхностью, пару манжет, выполненных упруго деформируемыми относительно основания, разнесенных в противоположных направлениях от кольцевого основания, расположенных напротив уплотняющей поверхности основания и снабженных уплотняющими поверхностями.

Уплотняющая поверхность основания указанного устройства может содержать уплотнительные кольцевые выступы, снабженные уплотнительными поверхностями, а также вспомогательные уплотнения основания.

Устройство согласно изобретению дополнительно может включать разгрузочное отверстие, расположенное между манжетами и проходящее через кольцевое основание, а также спиральные пружины, установленные между основанием и каждой из манжет с возможностью создания радиальных сил, препятствующих сжатию манжет в направлении основания.

Кольцевое основание и манжеты упомянутого устройства могут быть установлены в группе корпусов и быть металлическими.

Устройство может дополнительно включать вспомогательное уплотнение манжет.

Кроме того, устройство может быть установлено с возможностью перемещения концов манжет относительно основания и сохранения уплотнения между фонтанной елкой и кольцевыми поверхностями подвески при изменяющихся условиях.

Предлагается также способ получения кольцевого уплотнения между первой и второй кольцевыми поверхностями, который может включать создание уплотнения между первой кольцевой поверхностью и кольцевым уплотняющим узлом посредством его деформации вокруг первой кольцевой поверхности, создание уплотнения между кольцевым уплотняющим узлом и второй кольцевой поверхностью посредством упругой деформации двух манжет узла и самоуплотнение кольцевых уплотнений между первой и второй кольцевыми поверхностями посредством деформации кольцевого уплотняющего узла.

Краткое описание чертежей

При более подробном описании вариантов будем ссылаться на следующие прилагаемые чертежи:

На Фиг.1 показано вертикальное сечение горизонтальной фонтанной елки с установленной подвеской колонны НКТ.

На Фиг.2 представлено увеличенное изображение вертикального сечения горизонтальной фонтанной елки, показанной на Фиг.1.

На Фиг.3 показан в разрезе уплотняющий узел, приведенный в качестве примера.

На Фиг.4 показан в разрезе вариант уплотняющего узла.

На Фиг.5 показан в разрезе вариант уплотняющего узла.

На Фиг.6 показан в разрезе вариант уплотняющего узла.

На Фиг.7 приведен частичный вид в разрезе варианта уплотняющего узла.

На Фиг.8 приведен частичный вид в разрезе уплотняющего узла, расположенного между двумя трубчатыми элементами, непосредственно перед перемещением в рабочее положение.

На Фиг.9 показан частичный вид в разрезе представленного на Фиг.8 варианта, когда уплотняющий узел находится в рабочем положении.

Осуществление изобретения

В следующем далее описании и на чертежах аналогичные детали обозначены одинаковыми ссылочными номерами. Детали на чертежах даны не обязательно с соблюдением масштаба. Некоторые особенности (признаки) изобретения показаны с увеличением или в несколько схематичной форме, а некоторые детали известных элементов для большей ясности и выразительности не показаны. Данное изобретение допускает реализацию в различных формах. Конкретные варианты описаны подробно и показаны на чертежах, но следует иметь в виду, что данное раскрытие изобретения должно рассматриваться лишь как иллюстрирующее принципы изобретения с помощью примеров и не ограничивающее изобретение описанием и примерами. Необходимо ясно понимать, что для достижения желательных результатов можно использовать различные идеи, содержащиеся в обсуждаемых ниже вариантах, рассматриваемых как по отдельности, так и в любых подходящих сочетаниях. Применение терминов "соединять", "сцеплять", "прикреплять", "присоединять" и т.п. в любых формах, а также любых других терминов, описывающих взаимодействие между элементами, как предполагается, не ограничивает способы взаимодействия между описываемыми элементами и может подразумевать также опосредованное взаимодействие. Различные отличительные особенности, упомянутые выше, а также другие признаки и отличительные особенности, описываемые более подробно ниже, будут вполне очевидны для специалистов в данной области после чтения следующего подробного описания вариантов, в котором используются ссылки на сопровождающие чертежи.

На Фиг.1-2, 3 и 8-9 показан в качестве иллюстрации вариант уплотняющего узла 10, применяемый для случая горизонтальной фонтанной елки 14. На Фиг.1-2 показан уплотняющий узел 10, установленный в проходном отверстии 12 фонтанной елки 14, в качестве части подвески 16, поддерживающей колонну НКТ. Нижняя конечная часть фонтанной елки 14 герметично соединена с корпусом устьевой головки скважины (не показано). Верхняя конечная часть фонтанной елки 14 герметично соединена с противовыбросовым устройством (не показано). Фонтанная елка 14 включает поперечные проходные отверстия, открывающиеся в проходное отверстие 12, включающее отвод 18 для извлекаемой текучей среды, связанной с проходным отверстием 20 для извлекаемой текучей среды подвески 16 колонны НКТ. Когда фиксирующий узел 22 подвески колонны НКТ установлен, он фиксирует положение подвески 16 колонны НКТ внутри фонтанной елки 14.

Как показано, подвеска 16 колонны НКТ включает два уплотняющих узла 10, один из которых находится ниже отвода 18 для продукции, а другой - выше него. Уплотняющие узлы 10 являются кольцевыми уплотнениями, то есть герметично изолируют отвод 18 для извлекаемой текучей среды и проходное отверстие 20 для текучей среды от кольцевого пространства, окружающего подвеску 16 колонны НКТ выше и ниже уплотняющего узла 10. Как хорошо видно на Фиг.3, уплотняющий узел 10 включает основание 24, которое имеет, в общем, цилиндрическую форму. Основание 24 имеет уплотнительные кольцевые выступы 26, которые выступают над поверхностью 28 основания; они обеспечивают герметичный, с натягом контакт поверхностей. Конфигурация и материал основания 24 должны выбираться так, что основание 24 аккумулирует энергию упругости при расширении/сжатии уплотняющего узла 10, что дополнительно объясняется ниже. Уплотнительные кольцевые выступы 26 концентрируют контактное давление, благодаря чему эффективно уплотняется контакт с подвеской 16 колонны НКТ. Основание 24 также воспринимает любые действующие на уплотняющий узел 10 осевые нагрузки, связанные с перепадом давления между двумя сторонами уплотнения. С основанием 24 соединены две манжеты 30, которые отходят от основания 24 и затем изгибаются в противоположных направлениях. Манжеты 30 трапециевидны в сечении и поэтому способны аккумулировать энергию упругости, благодаря тому что концы манжет 30 отклоняются, как подробно объясняется ниже. Манжеты 30, кроме того, должны обладать достаточной прочностью, чтобы оказывать сопротивление пластической деформации под давлением текучей среды, действующей на одну или обе стороны уплотняющего узла 10. Таким образом, переходной участок, расположенный между основанием 24 и манжетой 30, образует упругую и отчасти пластичную зону сгиба, которая играет роль своеобразного шарнира, что позволяет устройству приспосабливаться к движениям концов манжет 30 и основанию 24 относительно друг друга.

Уплотняющий узел 10 может быть изготовлен из любого подходящего уплотняющего материала, обладающего упругостью, например металла. Например, уплотняющий узел 10 может быть изготовлен из никелевого сплава 718. Но следует иметь в виду, что могут применяться и другие материалы, например эластомеры. На уплотняющий узел 10 может быть, кроме того, нанесено серебряное покрытие. Серебро играет роль смазки при операциях установки, описанных ниже, так как является относительно мягким материалом, способным к деформации и заполнению дефектов поверхностей, которые должны герметично прилегать друг к другу.

Как показано на чертежах, уплотняющий узел может, если желательно, включать упругие уплотнительные элементы 32, которые служат в качестве резервного уплотнения по отношению к уплотнению, образуемому кольцевыми выступами 26. Например, упругие уплотнительные элементы 32 могут представлять собой уплотнительные кольца, размещаемые в канавках основания 24. Уплотняющий узел 10, кроме того, имеет по крайней мере одно разгрузочное отверстие 34, проходящее через основание 24 между манжетами 30. Разгрузочное отверстие 34 позволяет уравновесить давление по обе стороны основания 24 в ходе установки и позиционирования уплотняющего узла 10.

Далее будет описана операция установки и позиционирования. Как объяснялось выше, подвеска 16 колонны НКТ погружается при установке в фонтанную елку 14. Как показано на Фиг.1-2 и 8-9, уплотняющие узлы 10 устанавливаются на внешней стороне подвески 16 колонны НКТ. При установке уплотняющие узлы 10 сдвигаются на внешнюю сторону подвески 16 колонны НКТ перед прикреплением колонны НКТ. Первый (начальный) наружный диаметр подвески 16 колонны НКТ выбирается таким, чтобы имелся некоторый зазор между уплотняющим узлом 10 и подвеской 16 колонны НКТ. Но наружный диаметр подвески 16 колонны НКТ обычно постепенно увеличивается на некотором переходном участке, соединяющем трубы разного диаметра, расположенном перед зоной, в которой уплотняющие узлы 10 должны быть установлены окончательно. Благодаря постепенному увеличению наружного диаметра уплотняющий узел 10 входит в контакт с подвеской 16 и затем расширяется, когда уплотняющий узел 10 перемещается далее по подвеске 16. Когда уплотняющий узел 10 устанавливается в окончательное положение, он расширяется в достаточной степени, чтобы уплотнительные кольцевые выступы 26 герметично, с натягом, соприкасались с внешней стороной подвески 16. Необязательные уплотнительные элементы 32, если они используются, также образуют уплотнение, находящееся в герметичном контакте с внешней стороной подвески 16. Для удержания уплотняющих узлов применяются показанные на Фиг.8 и 9 стопорные кольца 36, размещаемые по обе стороны каждого уплотняющего узла 10, которые удерживаются на месте с помощью пружинящих колец 38. Стопорные кольца 36 служат для того, чтобы удерживать уплотняющие узлы 10, а также принимать на себя, по крайней мере частично, направленные вдоль оси силы, действующие на уплотнительные узлы 10 при установке. Направленные вдоль оси силы могут также частично гаситься благодаря трению между основанием 24 и подвеской 16 колонны НКТ. Следует иметь в виду, что для удержания уплотняющих узлов могут применяться и другие средства, если осевое перемещение вдоль подвески 16 колонны НКТ будет ограниченным; например, могут применяться конструкции, показанные на Фиг.1 и 2.

Перемещение вниз уплотняющего узла 10 показано на Фиг.8 и 9 для двух положений узла внутри фонтанной елки 14. На Фиг.8 подвеска 16 колонны НКТ перемещается вниз внутри фонтанной елке 14; здесь уплотняющий узел 10 находится на большем диаметре проходного отверстия 42 и приближается к сужающейся переходной части установочного отверстия 40. На Фиг.9 подвеска 16 колонны НКТ перемещена вниз таким образом, что уплотняющий узел 10 находится в герметичном контакте с проходным отверстием 44 фонтанной елки 14 и, таким образом, обеспечивает уплотнение контакта с внешней поверхностью подвески колонны НКТ 16 и контакта с внутренней поверхностью фонтанной елки 14. На Фиг.9 показана подвеска 16 колонны НКТ, перемещенная далее вглубь относительно фонтанной елки 14 таким образом, что уплотняющий узел 10 сдвинут на участок, где отверстие имеет меньший диаметр, где благодаря механическому взаимодействию с уменьшающимся в диаметре проходным отверстием 40 осуществляется установка. Когда уплотняющий узел перемещается из положения, показанного на Фиг.8, в положение, показанное на Фиг.9, манжеты 30 сжимаются при соприкосновении с конусообразным установочным отверстием 40 и продолжают сжиматься до тех пор, пока не займут конечное положение, показанное на Фиг.9. Когда манжеты 30 оказываются в конечном положении, они герметично, с натягом, контактируют с отверстием фонтанной елки 14. Как должно быть предусмотрено, несмотря на изгибание манжет, манжеты 30 аккумулируют энергию упругости при отклонении концов манжет 30, когда концы манжет входят в герметичный контакт с внутренним отверстием фонтанной елки 14. Манжеты 30 должны также обладать достаточной сопротивляемостью пластической деформации, когда после начала эксплуатации скважины на одну или обе стороны уплотняющего узла действует давление текучей среды. Как и выше, переходной участок, расположенный между основанием 24 и манжетами 30, образует упругую и отчасти пластичную зону сгиба (своеобразного шарнира), что позволяет устройству приспосабливаться к относительным движениям концов манжет 30 и основания 24. Такой уплотняющий узел, устанавливаемый указанным образом, является "самоуплотняющим" в том смысле, что уплотнение происходит "с натягом", с натягом узла 10 между подвеской 16 колонны НКТ и фонтанной елкой 14. Благодаря конструкции манжет 30 возникает также дополнительное уплотнение, обусловленное давлением текучей среды на любую из сторон уплотняющего узла 10. Давление текучей среды является источником дополнительных сил, повышающих уплотнение, осуществляемое уплотняющим узлом 10. Отличительной особенностью уплотняющего узла 10 является то, что уплотняющий узел 10 позволяет осуществлять надежное уплотнение, которое противостоит давлению текучей среды внутри фонтанной елки 14, развиваемому в любом из двух осевых направлений или в обоих направлениях.

Когда уплотняющий узел 10 установлен, он может поддерживать герметичность, несмотря на то что кольцевое пространство между фонтанной елкой 14 и подвеской 16 колонны НКТ не остается постоянным по форме, например, из-за того, что подвеска 16 колонны НКТ и фонтанная елка 14 подвергаются воздействиям давления, теплового расширения и внешних сил. Кроме того, устройство может приспосабливаться к любым асимметричным деформациям, обусловленным асимметричной геометрией фонтанной елки 14 или подвески 16 колонны НКТ, так как уплотняющий узел 10 является деформируемым в радиальном направлении. Таким образом, уплотняющий узел 10 может поддерживать при изменяющихся условиях достаточное контактное давление, которое обеспечивает герметичность контакта узла с поверхностями фонтанной елки 14 и подвески 16 колонны НКТ.

Отметим далее, что хотя выше в описании указано, что основание 24 находится в герметичном контакте с подвеской колонны НКТ 16, а манжеты 30 - с фонтанной елкой 14, можно использовать и уплотняющий узел 10 в перевернутом виде, устанавливаемый на подвеске 16 колонны НКТ таким образом, что манжеты 30 герметично прилегают к подвеске 16, а основание 24 занимает положение, при котором образуется герметичный контакт с поверхностью фонтанной елки 14.

Следует также иметь в виду, что хотя уплотняющий узел 10 описан в контексте установки подвески колонны НКТ в отверстии фонтанной елки, уплотняющий узел 10 может также быть полезным в других применениях, выходящие за пределы нефтегазовой отрасли. Уплотняющий узел 10 может, следовательно, оказаться полезным в различных ситуациях, в которых требуется создать герметичное уплотнение между двумя поверхностями.

Другой вариант уплотняющего узла 110 представлен на Фиг.4. Как видно, уплотняющий узел 110 аналогичен уплотняющему узлу 10, но узел 110 уже не является единым модулем, а состоит из расположенных друг над другом асимметричных уплотняющих узлов; в двух узлах имеются две базовые части 25 и две манжеты 30, расположенные друг над другом так, что основание 24 фактически состоит из двух базовых частей, а манжеты отходят в противоположных радиальных направлениях. Уплотняющий узел 110 может также представлять собой единственный асимметричный уплотняющий узел, в котором имеется только одно основание 24 и одна манжета 30.

Другой вариант уплотняющего узла 210 представлен на Фиг.5. Как показано, уплотняющий узел 210 аналогичен уплотняющему узлу 10, но включает дополнительные кольцевые пружины 250, расположенные между основанием 24 и каждой из манжет 30. Пружины в уплотняющем узле 210 служат дополнительными источниками сил упругости. Пружины играют вспомогательную роль, оказывая сопротивление расширению основания 24 при установке, способствуя уплотнению контакта уплотнительных кольцевых выступов 26 с подвеской 16 колонны НКТ. Пружины также способствуют вхождению манжет 30 в плотный контакт с внутренней поверхностью фонтанной елки 14 при установке уплотняющего узла 210. Радиальная нагрузка может, таким образом, передаваться через пружины 250, что усиливает контактное давление как на уплотнительные кольцевые выступы 26, так и на манжеты 30. Пружины могут быть изготовлены из любого подходящего высокопрочного коррозионно-стойкого материала (например, сплава ELGILOY^®), обладающего настолько широким диапазоном упругой деформации, насколько возможно, или даже из неметаллического материала. Кольцевые пружины 250 могут представлять собой спиральные пружины, винтообразные завитые пружины, пластинчатые пружины, а также пружины любой другой подходящей формы. Кроме того, хотя это и не показано, пружины 250 могут использоваться в уплотняющем узле 110, представленном на Фиг.4.

Другой вариант уплотняющего узла 310 представлен на Фиг.6. Как видно, уплотняющий узел 310 аналогичен уплотняющему узлу 10, но включает внешнее вспомогательное уплотнение 360 в дополнение к упругим элементам уплотнения 32. Внешнее вспомогательное уплотнение 360 образует резервное уплотнение между уплотняющим узлом 310 и внутренней поверхностью фонтанной елки 14 после установки уплотняющего узла 310. Но если устанавливается внешнее вспомогательное уплотнение 360, то уплотняющий узел 310 уже не имеет разгрузочного отверстия 34. Кроме того, уплотняющий узел 310 может, если желательно, не содержать пружин 250, как показано на Фиг.5.

Другой вариант уплотняющего узла 410 представлен на Фиг.7. Уплотняющий узел 410 аналогичен уплотняющему узлу 10, но включает внешние вспомогательные уплотнения 470 в дополнение к упругим элементам уплотнения 32. Внешние вспомогательные уплотнения 470 образуют резервные уплотнения между уплотняющим узлом 410 и внутренней поверхностью фонтанной елки 14 после установки уплотняющего узла 410. Но если устанавливаются внешние вспомогательные уплотнения 470, расположенные на манжетах 30, то уплотняющий узел 410 может также содержать разгрузочное отверстие 34. Кроме того, хотя и не показано, уплотняющий узел 410 может содержать пружины 250, как показано на Фиг.5.

Хотя описание и чертежи были даны для конкретных вариантов, специалистами в данной области могут быть выполнены различные модификации, не выводящие за пределы объема и сущности или круга идей данного изобретения. Варианты изобретения, как они здесь описаны, являются лишь примерами и не ограничиваются этим. Возможны многочисленные вариации и модификации, не выходящие за пределы притязаний, охватываемых изобретением. В соответствии с этим объем правовой охраны (объем притязаний) не ограничен описанными вариантами, но ограничен только следующей далее формулой изобретения, которая охватывает все эквиваленты объекта, определяемого формулой изобретения.