ТЯНУЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
PULLING MECHANISM WITH HYDRAULIC DRIVE

Область изобретения
Описанные варианты осуществления относятся к тянущим гибкую трубу и другое оборудование устройствам через подземную скважину. В особенности описаны варианты осуществления тянущих устройств, предназначенных для непрерывного возвратно-поступательного протягивания оборудования внутрь скважины.
Предпосылки создания изобретения
Операции с гибкими трубами могут быть использованы на нефтяных месторождениях для доставки скважинного оборудования на место проведения операции для множества применений внутри скважины, таких как стимуляция скважины, формирование перфораций или очистки скважины от мусора. Операции с гибкими трубами в особенности известны для сильно отклоненных или искривленных скважин, в которых только одна сила гравитации не может обеспечить доступ ко всем участкам скважин. Во время операций с гибкими трубами катушка с трубой (то есть гибкая труба) со скважинным инструментом на ее конце медленно выпрямляется и с усилием проталкивается в скважину. Например, так может быть доставлен очистной инструмент для очистки участка внутри скважины, чтобы проводить на этом участке очистку от песка или другого нежелательного мусора.
К сожалению, гибкая труба подвержена спиральному изгибу при проталкивании ее глубже и глубже в скважину. То есть, в зависимости от степени искривленности и пройденной глубины скважины, гибкая труба будет в конечном итоге изгибаться к стенке скважины и начнет принимать вид винтовой пружины. При таких обстоятельствах непрерывное проталкивание внутрь скважины гибкой трубы просто более прочно заклинивает ее в стенку скважины, обеспечивая ее остановку (то есть блокировку гибкой трубы), и приводит к потенциальному разрушению самой гибкой трубы. Это стало более серьезной проблемой с течением времени, так как некоторые искривленные или отклоненные длинные скважины стали более распространенными. Таким образом, чтобы увеличить расстояние, которое достигает гибкая труба, тянущее устройство может быть введено в ее скважинную часть для протягивания гибкой трубы глубже в скважину.
К сожалению, большинство тянущих устройств, которые доступны в настоящее время, до некоторой степени несовместимы с оборудованием гибкой трубы с точки зрения снабжения энергией. То есть, тянущее устройство, вероятно, будет оборудованием с электрическим приводом, в то время как сама гибкая труба является гидравлической по своей природе. Например, описанная гибкая труба продвигается в скважину с помощью некоторого давления, подаваемого к ней. Как минимум, это может помочь обеспечению того, что целостность гибкой трубы сохранится, и что она не сомнется, несмотря на более высокое внешнее давление. Например, для этой цели внутрь гибкой трубы обычного размера может подаваться давление между несколькими сотнями фунтов на квадратный дюйм (PSI) и несколькими тысячами PSI. Более того, после того, как скважинное оборудование поставляется на место применения, жидкость с гораздо большим давлением может прокачиваться через гибкую трубу и, в конечном итоге, к инструменту.
Для того чтобы приспособить присутствие тянущего устройства с электрическим приводом в магистрали с гибкой трубой, через гибкую трубу к протягивающему устройству может быть проложен электрический кабель. Однако если только внутренний диаметр гибкой трубы не будет нежелательно увеличен, это уменьшает доступное внутреннее пространство потока гибкой трубы. Альтернативно электрический кабель может быть предусмотрен как одно целое со стенкой гибкой трубы. Однако в этом случае могут быть существенные трудности при изготовлении самой гибкой трубы. Более того, независимо от точного местоположения, добавление отдельного электрического кабеля может существенно увеличить общий вес скважинного оборудования, принимая во внимание, что глубины таких скважин, вероятно, около нескольких тысяч футов. Таким образом, общая достижимая глубина гибкой трубы в результате может быть уменьшена. Кроме того, принимая во внимание независимую природу гибкой трубы и электрического кабеля, другие проблемы могут иметь место при попытках одновременно поддерживать совместимое натяжение и контроль через такие отдельные магистрали оборудования.
Для того чтобы исключить проблемы, связанные с электрическим кабелем, были сделаны попытки исключить использование кабеля с помощью использования тянущего устройства с гидравлическим приводом вместо электрического тянущего устройства. В случае крупногабаритных тянущих устройств для протягивания около 5000 фунтов (2250 кг) или более с длиной тянущего устройства меньше, чем около 30 футов (9,144 м), это включает в себя разработку конструкций возвратно-поступательных тянущих устройств, которые могут снабжаться имеющейся гидравликой гибкой трубы. Возвратно-поступательные тянущие устройства являются такими устройствами, которые включают в себя, по меньшей мере, два корпуса для попеременного закрепления и продвижения вперед относительно стенки скважины. К сожалению, однако, изъятие электронного контроля из тянущего устройства оставило конфигурации тянущих устройств с гидравлическим приводом, которые не могут непрерывно продвигаться через скважину. Либо из-за невозможности поддержания непрерывного продвижения вперед возвратно-поступательно тянущего оборудования, либо из-за невозможности обеспечения надежного закрепления при продвижении тянущего оборудования, доступные в настоящее время рассматриваемые конфигурации крупногабаритных тянущих устройств остаются по существу не эффективными с точки зрения непрерывного продвижения внутрь скважины. Таким образом, общая достигаемая гибкой трубой глубина, достигаемая современными гидравлическими тянущими устройствами, остается ограниченной.
Сущность изобретения
Разработано тянущее устройство с гидравлическим приводом для продвижения внутри скважины. Тянущее устройство включает в себя поршень, проходящий через первый корпус и второй корпус и имеющий отдельные поршневые головки, расположенные внутри каждого корпуса. Первая головка внутри первого корпуса подвижно реагирует на приложение гидравлического давления в первый корпус, в то время как второй корпус подвижно реагирует на перемещение первой головки.
Может быть также разработано тянущее устройство с гидравлическим приводом, которое включает в себя направленный к устью скважины узел и направленный внутрь скважины узел, каждый из которых имеет якорь для его остановки.
Множество управляющих клапанов могут быть присоединены к каждому якорю для выборочного деактивирования остановки движения одного из якорей для обеспечения поперечной подвижности для соответствующего ему узла.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид поперечного сечения варианта осуществления тянущего устройства с гидравлическим приводом с элементами якоря и корпуса, расположенными внутри скважины.
Фиг.2 представляет собой вид поперечного сечения тянущего устройства из фиг.1 со сравнительным изображением гидравлики корпуса ниже на чертеже.
Фиг.3 представляет собой вид поперечного сечения тянущего устройства из фиг.1 со сравнительным изображением гидравлики корпуса ниже на чертеже.
Фиг.4А-4С показывают тянущее устройство с фиг.1, перемещающееся возвратно-поступательно из положения на фиг.4А в положение на фиг.4С.
Фиг.5 показывает тянущее устройство из фиг.1, используемое при работе на нефтяном месторождении.
Фиг.6 представляет собой блок-схему последовательности операций способа, согласно варианту осуществления использования тянущего устройства с гидравлическим приводом.
Подробное описание
Варианты осуществления описаны со ссылкой на конкретные скважинные тянущие устройства для использования в нефтяной скважине. В частности, описаны варианты осуществления с двумя якорями, приводящими в возвратно-поступательное движение два рычага. Однако может быть использовано множество конфигураций. Независимо от этого, описанные варианты осуществления могут включать в себя возможность непрерывного продвижения внутрь скважины, сохраняя перемещение вниз и, по существу, исключая статическое трение. Фактически, определенные варианты осуществления могут также сохранять некоторую степень закрепления все время при продвижении так, чтобы исключать возникновение отскока назад, как подробно описано ниже.
Обратимся теперь к фиг.1, на которой показан вариант осуществления тянущего устройства 100 с гидравлическим приводом, расположенного в зоне добычи 120 скважины 125. Тянущее устройство 100 может быть направлено в эту зону для помощи в работах по добыче углеводородов из зоны добычи 120. Тянущее устройство 100 имеет смежные узлы 150, 160, каждый из которых включает в себя корпус 101, 105, якорь 170, 180 и соответственно приводы 140, 145. Предусмотрен поршень 110, который соединен с оборудованием, расположенным снаружи скважины, и который проходит через тянущее устройство 100 и, в том числе, через корпуса 101, 105 и якоря 170, 180, как показано. Как подробно описано далее ниже, тянущее устройство 100 может быть использовано для протягивания оборудования такого, как гибкие трубы 525, через скважину 125 к требуемому месту для его использования в этом месте (см. фиг.5).
Варианты осуществления тянущего устройства 100, описанные в настоящем документе, могут быть в особенности применимы в поперечных сильно искривленных протяженных скважинах, которые могут быть сильно извилистыми. Фактически, изображенное тянущее устройство 100 может быть сформировано для непрерывного продвижения упомянутого поршня 110 в направлении внутрь скважины (направо на изображении из фиг.1). Такое непрерывное перемещение внутрь скважины тянущего устройства 100 может, таким образом, существенно увеличить достижимую глубину скважины. Например, гибкая труба, то есть намотанная на катушку на поверхности скважины и присоединенная к поршню 110 тянущего устройства 100, в пять тысяч фунтов (2250 кг), как описано в настоящем документе, может быть дополнительно продвинута на пять тысяч футов (1524 м) дальше через извилистую скважину 125 благодаря использованию тянущего устройства 100.
Продолжая со ссылкой на фиг.1, на которой первый узел 150, упоминаемый в настоящем документе как направленный к устью скважины узел 150, включает в себя направленный к устью скважины корпус 101, направленный к устью скважины якорь 180 и направленный к устью скважины привод 140. Как подробно описано далее в настоящем документе, направленные к устью скважины якорь 180 и привод 140 могут быть использованы для управления остановкой движения, которое может включать в себя центрирование направленного к устью скважины узла 150. Кроме того, центрирование может происходить в связи с подвижностью узла 150, уменьшая, таким образом, количество времени, необходимого для остановки движения. Как показано на фиг.1, направленный к устью скважины корпус 101 может быть независимо использован для управления позиционированием направленного к устью скважины узла 150 относительно поршня 110. Таким же образом направленный внутрь скважины узел 160 включает в себя направленный внутрь скважины корпус 105, направленный внутрь якорь скважины 170 и направленный внутрь скважины привод 145. Снова направленные внутрь скважины якорь 170 и привод 145 могут быть использованы для управления остановкой движения или центрирования направленного внутрь скважины узла 160, тогда как направленный внутрь скважины корпус 105 может быть использован для управления позиционированием направленного внутрь скважины узла 160 относительно поршня 110. Как упоминалось выше, для вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, якоря 170, 180 используются для центрирования, когда они не находятся в состоянии остановки движения. При таком постоянным размещении время между поперечной подвижностью и полной остановкой движения данных узлов 150, 160 после переключения подачи давления может быть существенно уменьшено. Тем не менее, такое постоянное размещение не требуется.
Обратимся теперь к фиг.1 и 2, на которых описывается способ, по которому узлы 150, 160 продвигаются и позиционируются внутри скважины 125. Фиг.2 в частности показывает узел 200 гидравлической последовательности между направленным к устью скважины корпусом 101 и направленным внутрь скважины корпусом 105. Как подробно описано далее, узел 200 гидравлической последовательности сформирован таким образом, что поступление гидравлического давления в один из корпусов 101, 105 может приводить к изменению позиционирования противоположного корпуса 101, 105. В результате достигается надежное возвратно-поступательное перемещение тянущего устройства 100 без прерывания перемещения вперед поршня 110 или любой гибкой трубы, или другого присоединенного к нему оборудования.
На фиг.2 узел 200 гидравлической последовательности включает в себя направленную внутрь скважины магистраль 210 подачи давления, соединенную с направленным внутрь скважины корпусом 105. Для целей описания в настоящем документе направленная внутрь скважины магистраль 210 подачи давления представлена как магистраль высокого давления для подачи притока высокого давления в направленную внутрь скважины силовую камеру 115 из магистрали высокого давления 209. Однако, как описано далее в настоящем документе, эта магистраль 210 в действительности может не подавать давление все время.
Подача давления, обеспечиваемая направленной внутрь скважины магистралью 210 подачи давления, может осуществляться с помощью гидравлического масла под давлением или другой обычной гидравлической жидкости. Например, в одном варианте осуществления поршень 110 тянущего устройства присоединен со стороны направления к устью скважины к гибкой трубе, которая удерживает в себе достаточно гидравлической жидкости, чтобы, как минимум, избегать смятия. В магистрали с гибкой трубой может быть расположен обычный штуцер, чтобы в конечном итоге поставлять часть гидравлической жидкости под давлением к направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления (или, альтернативно, к направленной к устью скважины магистрали 215 подачи давления, как описано ниже). Для вариантов, описанных ниже, отклонение перепада давления в протягивающем устройстве 100 относительно скважины 125 составляет 2000 фунтов на квадратный дюйм (13789,52 кПа).
Поршень 110 тянущего устройства 100 полностью проходит насквозь, включая прохождение через направленный внутрь скважины сам корпус 105. Поршневая головка 119 направленного внутрь скважины поршня 119 расположена в направленном внутрь скважины корпусе 105 и служит для отделения направленной внутрь скважины силовой камеры 115 от направленной внутрь скважины возвратной камеры 116 корпуса 105. Как отмечалось выше, гидравлическая жидкость под давлением подается в направленную внутрь скважины силовую камеру 115 по направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления. Таким образом, когда движение направленного внутрь скважины узла 160 останавливается направленным внутрь скважины якорем 170, как описывается ниже, подача достаточного давления к направленной внутрь скважины поршневой головке 119 перемещает поршень 110 в направлении внутрь скважины. Соответственно, объем возвратной камеры 116 уменьшается по мере увеличения объема силовой камеры 115. В это время поршень 110 перемещается в направлении внутрь скважины, одновременно протягивая, например, гибкую трубу. Известным является тот факт, что рычаги 172 направленного внутрь скважины якоря 170 первоначально могут быть остановлены посредством, например, захваченной гидравлической жидкости с давлением 500 фунтов на квадратный дюйм (3447,38 кПа). Однако продвижение вперед поршня 110, тянущего до нескольких тысяч футов гибкой трубы или другого оборудования, может действовать на останавливаемые рычаги 172 с силой 15000 фунтов на квадратный дюйм (103421,4 кПа) или более. Независимо от этого, рычаги 172 могут иметь самозахватную конфигурацию только после закрепления направленного внутрь скважины узла 160 на месте. То есть, рычаги 172 могут включать в себя самозахватный механизм, такой как ответные шайбы, относительно поверхности скважины, как описано в патенте США № 6629568.
По мере того, как на поршневую головку 119 действует сила в направлении внутрь скважины, как отмечалось выше, объем направленной внутрь скважины возвратной камеры 116 уменьшается. Таким образом, находящаяся в ней гидравлическая жидкость вытесняется из направленного внутрь скважины корпуса 105 в направленную внутрь скважины магистраль 225 передачи жидкости. Направленная внутрь скважины магистраль 225 передачи жидкости подает гидравлическую жидкость к переключающему механизму 201 узла 200 гидравлической последовательности. Как показано на фиг.2, переключающий механизм 201 включает в себя корпус 270 переключателя с расположенным в нем поршнем 275 переключателя. Упомянутый приток гидравлической жидкости в корпус 270 переключателя заставляет поршень 265 переключателя перемещаться в направлении к устью скважины, вытесняя, в конечном итоге, гидравлическую жидкость в направленную к устью скважины магистраль 250 передачи жидкости узла 200 гидравлической последовательности. Направленная к устью скважины магистраль 250 передачи жидкости подает гидравлическую жидкость в направленную к устью скважины возвратную камеру 113 направленного к устью скважины корпуса 101. Таким образом, приток гидравлической жидкости высокого давления из направленной внутрь скважины магистрали 210 высокого давления в направленную внутрь скважины силовую камеру 115 в конечном итоге приводит к притоку гидравлической жидкости в направленный к устью скважины корпус 101.
Приток гидравлической жидкости в направленный к устью скважины корпус 101 происходит через направленную к устью скважины возвратную камеру 113. Таким образом, получается, что гидравлическая жидкость будет действовать на направленную к устью скважины поршневую головку 117 внутри направленного к устью скважины корпуса 101, чтобы перемещать ее в направлении к устью скважины. Однако, как описано далее ниже, направленный к устью скважины якорь 180 на этом этапе может действовать для центрирования направленного к устью скважины узла 150, но не действовать для вызывания остановки его движения. Таким образом, увеличение давления в направленной к устью скважины возвратной камере 113 действует для перемещения всего направленного к устью скважины узла 150 в направлении внутрь скважины. То есть, для направленного к устью скважины узла 150 может потребоваться давление не больше, чем примерно между 50 фунтов на квадратный дюйм (344,738 кПа) и 300 фунтов на квадратный дюйм (2068,428 кПа) для упомянутого перемещения, тогда как перемещение направленной к устью скважины поршневой головки 117 и всей гибкой трубы или другого присоединенного оборудования, потребует, вероятно, несколько тысяч фунтов силы. Поэтому направленный к устью скважины узел 150 перемещается в направлении внутрь скважины до тех пор, пока направленная внутрь поршневая головка 119 не достигнет направленного внутрь скважины конца направленного внутрь скважины корпуса 105 (см. также фиг.4В).
Закрепление и гидравлическая синхронизация, описанные выше до настоящего момента, позволяют осуществлять непрерывное продвижение поршня 110. Таким образом, может быть выполнено непрерывное протягивание в направлении внутрь скважины любого оборудования, такого как присоединенная к поршню гибкая труба. Это является особенным результатом используемой последовательно расположенной гидравлики. То есть, гидравлическое давление прикладывается к одному из корпусов 105, что тем самым вызывает перемещение поршня 110 в направлении внутрь скважины как результат продвижения в направлении внутрь скважины противоположного корпуса 101. Не существует измеримого прерывания в продвижении поршня 110. Например, поршень 110 не должен останавливаться, ждать корпус (например, 101) для перемещения и затем продвижения внутрь скважины. Наоборот, перемещение поршня 110 является непрерывным, позволяющим всему тянущему устройству 100 избегать статического трения в гибкой трубе, которое бы имело место при каждом новом начале движения поршня 110 в направлении внутрь скважины. Как подробно описано ниже, непрерывное перемещение дает преимущество в достижении тянущим устройством 100 в два раза большей общей достижимой глубины, используя преимущества динамических условий подвижной системы.
Как подробно описано ниже, передача гидравлического давления от одного корпуса 101 к другому корпусу 105 осуществляется через многочисленные магистрали 225, 250, имеющие переключающий механизм 201, расположенный между ними, в отличие от наличия одной гидравлической магистрали между корпусами 101, 105. В результате, гидравлическое приведение в действие переключающего механизма 201 может быть использовано для переключения состояния высокого давления от направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления к направленной к устью скважины магистрали 215 подачи давления, в которую до этого подавалось давление от магистрали 214 низкого давления. Например, может быть использовано обычное пусковое устройство, такое как золотниковый клапан, которое присоединено к поршню 275 переключателя и которое реагирует на головку поршня 275 переключателя, достигающую конца своего хода у направленной внутрь скважины стороны корпуса 270 переключателя. При достижении такого положения золотник может быть использован обычным способом для переключения давления от направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления к направленной к устью скважины магистрали 215 подачи давления, как показано. Таким образом, теперь, после того, как направленный к устью скважины якорь 180 останавливается в этой точке в течение времени, как описано ниже, приток высокого давления в силовую камеру 111 направленного к устью скважины корпуса 101 теперь может приводить в движение поршневую головку 117 в направлении внутрь скважины. Это может приводить к началу обратного цикла перемещения от направленного к устью скважины узла 150 к направленному внутрь скважины узлу 160, как описано ниже.
Как упоминалось выше, теперь направленный к устью скважины узел 150 останавливается направленным к устью скважины якорем 180 по мере того, как поршень 110 продвигается внутрь скважины под давлением на поршневой головке 117. В это время направленный внутрь узел 160 может быть центрирован, но не остановлен направленным внутрь скважины якорем 170 (это подробно описано далее при описании продвижения якоря). Таким же образом, как было описано выше, продвигающаяся по направлению к устью скважины поршневая головка 117 вытесняет гидравлическую жидкость из возвратной камеры 113 направленного к устью скважины корпуса 101 в направленную к устью скважины магистраль 250 передачи жидкости, посылая тем самым поршень 275 переключателя в направлении внутрь скважины и вытесняя гидравлическую жидкость в направленную внутрь скважины возвратную камеру 116. Принимая во внимание подвижную (“non-immobilizing”) природу направленного внутрь скважины якоря 170, приток давления в направленную внутрь скважины возвратную камеру 116 приводит к перемещению всего направленного внутрь скважины узла 160 в направлении внутрь скважины (см. фиг.4С). Таким образом, один за другим узлы 150, 160 продолжают непрерывное возвратно-поступательное движение внутрь скважины без какого-либо прерывания в продвижении внутрь скважины поршня 110 или протягиваемого таким образом оборудования.
Обратимся снова к фиг.3, на которой подробно показана якорная синхронизация, упомянутая выше. То есть, как следует из вышеупомянутого продвижения, всякий раз, когда приток высокого давления направляется в направленную к устью скважины сторону поршневой головки 117, 119 (через 210, 215), соответствующие узлы 150, 160 останавливают движение. Другими словами, всякий раз, когда направленная внутрь магистраль 210 подает высокое давление в направленную внутрь скважины силовую камеру 115, направленный внутрь узел 160 останавливает движение, в то время как направленный к устью скважины узел 150 остается поперечно подвижным (то есть «центрированным» в показанных вариантах осуществления). Таким же образом, вышеупомянутый переключатель подачи давления всякий раз, когда направленная к устью скважины магистраль 215 подачи давления подает давление в направленную к устью скважины силовую камеру 111, направленный к устью скважины узел 150 останавливает движение, в то время как направленный внутрь скважины узел 160 становится поперечно подвижным.
Продолжая со ссылкой на фиг.3, можно снова начать объяснение со ссылкой на направленную внутрь скважины магистраль 210, подающую высокое давление в направленную внутрь скважины силовую камеру 115. Таким образом, как отмечалось выше, рычаги 172 направленного внутрь скважины якоря 170 могут быть закреплены в открытом положении, останавливая движение направленного внутрь скважины узла 160. Для более близкого изучения показана последовательность клапанов 301, 302, 303, 304, далее упоминающиеся как «управляющие клапаны», которые реагируют на давления в упомянутых магистралях 210, 215 подачи давления. Для направленного внутрь скважины якоря 170 показаны направленные внутрь скважины управляющие клапаны 303, 304. В частности, показан нормально закрытый направленный внутрь скважины управляющий клапан 303, который может быть открыт при воздействии высокого давления. Однако в настоящее время этот клапан 303 присоединен к направленной к устью скважины магистрали 215 подачи давления и подвержен воздействию низкого давления. Таким образом, клапан 303 остается запертым в закрытом положении, предотвращающем вытекание гидравлической жидкости из направленного внутрь скважины привода 145 в направленную внутрь скважины магистраль 350 привода.
Направленный внутрь скважины поршень 148 привода остается застопоренным на месте имеющейся захваченной жидкостью, удерживая направленный внутрь скважины якорь 180 и соответствующие рычаги 172 открытыми. Таким образом, захваченная гидравлическая жидкость может останавливать движение направленного внутрь скважины узла 160 в комбинации с самозадерживающим механизмом, упомянутым выше. Вторичный направленный внутрь скважины управляющий клапан 304, подробно описываемый ниже, является клапаном нормально открытого типа до тех пор, пока он не подвергается воздействию высокого давления. Этот клапан 304 в самом деле подвергается воздействию высокого давления при его соединении с направленной внутрь скважины магистралью 210 подачи давления. Таким образом, закрытие направленной внутрь скважины магистрали 350 подачи давления посредством этих управляющих клапанов 303, 304 вдвойне надежно. То есть, как подробно описано ниже, закрытие какого-либо из клапанов 303, 304 обеспечивает остановку движения, хотя может потребоваться, чтобы оба клапана 303, 304 были открыты, чтобы позволить поперечную подвижность узла 160.
Как показано, остановка движения направленного внутрь скважины узла 160 может также означать поперечную подвижность или простое центрирование направленного к устью скважины узла 150. Снова, при более точном анализе, направленный к устью скважины якорь 180 соединен с направленными к устью скважины управляющими клапанами 301, 302. В частности, предусмотрен нормально закрытый направленный к устью скважины управляющий клапан 301, который может быть открыт при воздействии высокого давления. Как показано, этот клапан 301 действительно соединен с направленной внутрь скважины магистралью 210 подачи давления, позволяя тем самым клапану 301 оставаться открытым. Показан также открытый вторичный клапан 302, который позволяет гидравлический перелив через направленную наружу скважины магистраль 325 привода и, в конечном итоге, к резервуару подачи давления через магистраль 375. Таким образом, направленный к устью скважины поршень 143 привода подвижно реагирует на радиальное смещение рычагов 182, как описано ниже. Поэтому, направленный к устью скважины узел 150 вынужден перемещаться в поперечном направлении центрированным образом, как подробно описано выше.
Как подробно описано выше, направленные к устью скважины управляющие клапаны 301, 302 показаны, как открытые для поперечной подвижности и центрирования направленного к устью скважины узла 150, в то время как направленные внутрь скважины управляющие клапаны показаны, как закрытые для закрепления и остановки движения направленного внутрь скважины узла 160. Эти условия существуют, когда направленная внутрь скважины магистраль 210 подачи давления является по своей природе магистралью высокого давления и направленная к устью скважины магистраль 210 подачи давления является магистралью низкого давления. Однако, так как состояние высокого давления перемещается из направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления в направленную к устью скважины магистраль 215 подачи давления, тянущее устройство 100 подвержено отскоку назад гибкой трубы в направлении к устью скважины, как только остановленный направленный внутрь скважины узел 160 приобретет поперечную подвижность. Таким образом, как описано ниже, вторичные управляющие клапаны 302, 304 предусмотрены для обеспечения того, что, по меньшей мере, один узел 150, 160 все время остается остановленным, чтобы предотвращать отскок назад тянущего устройства 100 (например, гибкой трубы) по направлению к устью скважины.
Как показано на фиг.3 и описано выше, закрытие либо направленной к устью скважины магистрали 325 привода, либо направленной внутрь скважины магистрали 350 привода приводит к остановке движения соответствующих якорей 180, 170. Поэтому, для предотвращения упомянутого выше отскока назад, тянущее устройство 100 сформировано таким образом, что, по меньшей мере, один из якорей 180, 170 всегда остановлен. Фактически, в показанных в настоящем документе вариантах осуществления тянущее устройство 100 сформировано так, что оба якоря 180, 170 останавливаются на короткий период времени, когда состояние высокого давление переключается от направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления к направленной к устью скважины магистрали 215 подачи давления и наоборот, как описано выше. Это исключает возможность перехода одного из якорей 170, 180 в состояние поперечной подвижности, в то время как другой все еще полностью остановлен. Достигаемое предотвращение отскока назад, как указывалось в настоящем документе, является свойством, которое становится возможным благодаря использованию вторичных управляющих клапанов 302, 304, упомянутых выше.
Каждый первичный клапан 301, 303 находится в паре со вторичным клапаном 302, 304, как показано на фиг.3. Все эти клапаны 301, 302, 303, 304 могут независимо реагировать на заданное высокое или низкое давление так, чтобы обеспечивать задержку между открытием первичного клапана (например, 303) и его соответствующего вторичного клапана (например, 304). Такая задержка может быть сконфигурирована для обеспечения остановки движения якоря, расположенного напротив пары клапанов, например направленного к устью скважины якоря 180, расположенного напротив направленной внутрь скважины пары управляющих клапанов 303, 304 до того, как будет позволена поперечная подвижность соответствующего якоря (например, направленного внутрь скважины якоря 170). Пример такой задержки описан более подробно ниже со ссылкой на переключение из состояния высокого давления в состояние низкого давления в направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления.
Как описано выше, состояние высокого давления в направленной внутрь скважины магистрали 210 подачи давления соответствует остановке движения направленного внутрь скважины якоря 170 посредством закрытия направленной внутрь скважины магистрали 350 через направленные внутрь скважины первичный управляющий клапан 303 и вторичный управляющий клапан 304. Однако, как описано выше, направленный внутрь скважины первичный клапан 303 является нормально закрытым до тех пор, пока не будет введено состояние высокого давления. Поэтому, когда состояние высокого давления начинает переключаться из направленной внутрь магистрали 210 подачи давления к направленной к устью скважины магистрали 215 подачи давления, то есть соединяться с направленным внутрь скважины первичным управляющим клапаном 303, этот клапан 303 может быть открыт (и клапан 302 закрыт). В это время, возможно до остановки движения направленного внутрь скважины якоря 180, открытие этого клапана 303 будет приводить к открытию направленной внутрь скважины магистрали 350 привода и к поперечной подвижности направленного внутрь скважины якоря 170, но за счет наличия вторичного направленного внутрь скважины управляющего клапана 304. Однако, закрытые вторичные направленные внутрь скважины управляющие клапаны 304, 301, также реагирующие на переключение состояния давления в магистрали 210, могут быть использованы для обеспечения задержки в полном открытии направленной внутрь скважины магистрали 350 привода до тех пор, пока не будет закрыта магистраль 325.
Продолжим теперь со ссылкой на фиг.3, на которой показана магистраль 375 перелива, по которой гидравлическая жидкость может отводиться в переводник давления или другое хранилище или средство ослабления давления. Таким образом, давления в клапанах 301, 302, 303, 304 могут удерживаться на уровне, подходящем для обеспечения достаточного центрирования. Например, в одном варианте осуществления может быть использован переводник давления для обеспечения того, что давление не больше чем приблизительно 500 фунтов на квадратный дюйм (3447,38 кПа) может быть направлено через клапаны 301, 302, 303, 304 к узлам 150, 160. Может быть предусмотрен дополнительный механизм безопасного выхода из строя для обеспечения того, что никакое давление не будет захвачено клапанами 301, 302, 303, 304, когда тянущее устройство 100 выключается. Более того, в одном варианте осуществления магистраль 375 перелива сформирована так, чтобы позволить доступ гидравлической жидкости, отводимой из открытой пары клапанов (например, 301, 302) в ответ на центрирование якоря (например, 180), уменьшающегося в профиле по мере сужения скважины во время продвижения внутрь скважины. Таким же образом, эта же гидравлическая жидкость может быть возвращена в центрирующийся якорь 180 из магистрали 375 перелива по мере расширения профиля скважины.
Обратимся теперь к фиг.4А-4С, на которых показана прерванная синхронизация закрепления и возвратно-поступательное продвижение внутрь скважины тянущего устройства 100. Начинаем с фиг.4а, на которой показано тянущее устройство 100 с направленным к устью скважины узлом 150, расположенным на расстоянии от направленного внутрь скважины узла 160 внутри зоны 120 добычи скважины 120. Большая часть переключающего механизма 210, клапанов 301-304 якоря и другие элементы из фиг.2 и 3 выше могут быть размещены внутри гидравлического корпуса тянущего устройства 100.
Как показано на фиг.4А, направленный внутрь скважины привод 154 зафиксирован, как описано выше, так, что направленный внутрь скважины якорь остановлен. Таким образом, давление, приложенное к направленной внутрь скважины силовой камере 115 и к направленной внутрь скважины поршневой головке 119, продвигает поршень 110 внутрь скважины (см. фиг.4В). В это же время, направленный к устью скважины якорь 180 может быть центрирующимся по природе и допускающим поперечную подвижность направленного к устью скважины узла 150, как показано ниже со ссылкой на фиг.4В.
Со ссылкой на фиг.4В, упомянутая поперечная подвижность направленного к устью скважины узла 150 может быть подвержена воздействию притока давления в направленную к устью скважины возвратную камеру 113. То есть, зная минимальное количество силы, требуемой для перемещения узла 150, возможно давление не более чем около 300 фунтов на квадратный дюйм (2068,428 кПа), направленное внутрь скважины перемещение может быть рассмотрено со ссылкой на стрелку 450. Известен тот факт, что именно направленное внутрь скважины перемещение направленной внутрь скважины поршневой головки 119 приводит к поступлению давления в камеру 113, обеспечивая тем самым направленное внутрь скважины перемещение направленного к устью скважины узла 150. Более того, пока направленная к устью скважины поршневая головка 117 перемещается по направлению к устью скважины, в действительности расположенный вокруг нее направленный к устью скважины корпус 101 перемещается по направлению внутрь скважины, как показано. В самом деле, весь поршень 110 продолжает свое продвижение внутрь скважины без прерывания, как показано ниже со ссылкой на фиг.4С.
Как показано на фиг.4С, направленная к устью скважины поршневая головка 117 возобновляет продвижение внутрь скважины относительно направленного наружу корпуса 101. Однако, как показано выше, весь поршень 110, включая направленную к устью скважины наружу поршневую головку 117, в действительности сохраняет непрерывное продвижение внутрь скважины. Например, когда поршень 201 переключателя заканчивает свое перемещение по направлению к устью скважины, произойдет вышеупомянутое переключение в состоянии давления, которое приводит к поступлению давления в направленную к устью скважины силовую камеру 111. В это же время направленный к устью скважины якорь 180 останавливает движение посредством закрепления направленного к устью скважины привода 140, как описано выше. Следовательно, направленная к устью скважины поршневая головка 117 продолжает продвижение внутрь скважины всего поршня 110. В самом деле, это направленное внутрь скважины продвижение направленной к устью скважины поршневой головки 117 относительно направленного наружу корпуса 101 приводит к притоку давления в направленную внутрь скважины возвратную камеру 116. Таким образом, с перемещением в подвижное состояние центрирования направленного внутрь скважины якоря 170 в это время, как описано выше, направленный внутрь скважины узел 160 продвигается дальше внутрь скважины (см. стрелку 475).
Как отмечалось, описанные в настоящем документе варианты осуществления позволяют непрерывное продвижение внутрь скважины поршня 110. Таким образом, нагрузка, которую тянет поршень 110, такая, что несколько тысяч футов гибкой трубы или другого оборудования могут протягиваться, по существу, без сопротивления в виде статического трения. Продвижение внутрь скважины нагрузки не прерывается из-за какой-либо необходимости переустановки или перепозиционирования якорей 170, 180 тянущего устройства или узлов 150, 160. Таким образом, при наличии одного динамического трения тянущее устройство 100 способно тянуть нагрузку на расстояние в два раза большее, чем тянущее устройство, которое должно преодолевать постоянное возникновение статического трения. Например, там, где требуется протягивание до 5000 фунтов (2250 кг) для продвижения нагрузки внутрь скважины, тянущее устройство с возможностью протягивать 5000 фунтов (2250 кг) прерываемого продвижения внутрь скважины должно тянуть около 5000 фунтов (2250 кг) после каждого прерывания в продвижении. Таким образом, как только требования по протягиванию возрастают до величины свыше 5000 фунтов (22250 кг), на основе достигнутой глубины, тянущее устройство 100 не может тянуть нагрузку дальше. Однако, благодаря вариантам осуществления тянущего устройства 100, упомянутым в настоящем документе, даже при таком требовании по протягиванию 5000 фунтов (2250 кг) в начале продвижения внутрь скважины, степень требования по протягиванию вскоре снижается (например, до около 2500 фунтов (1250 кг)). Только один раз глубина продвижения превышает требования по протягиванию на другие 2500 фунтов (1250 кг), когда тянущее устройство мощностью 5000 фунтов (2250 кг) достигает своего предела продвижения внутрь скважины. По этой причине варианты осуществления тянущих устройств 100, описанных в настоящем документе, имеют в два раза большую способность тянуть по сравнению с тянущим устройством прерываемого продвижения внутрь скважины.
Обратимся теперь к фиг.5, на которой показан вариант осуществления подробно описанного выше тянущего устройства 100 с гидравлическим приводом при использовании на нефтяном месторождении 500. Тянущее устройство 100 соединено с направленной внутрь скважины частью гибкой трубы 525, которая направляется в скважину 125 инжектором 530 на поверхности месторождения 500. Катушка 510 гибкой трубы подает гибкую трубу 525 в инжектор 525, как показано. Линейное поддержание гибкой трубы 525 за глубиной закрепления достигается с помощью вытягивания ее из показанного тянущего устройства 100 с гидравлическим приводом.
Продолжая со ссылкой на фиг.5, тянущее устройство 100 также способно доставлять инструмент, такой как показанный инструмент 575 очистки для очистки участка 580 внутри зоны 120 добычи. Инструмент 575 очистки может быть доставлен, как показано, с целью извлечения мусора 560, чтобы улучшить извлечение углеводородов из зоны добычи 120. Однако тянущее устройство 100 может быть использовано для доставки различных других инструментов для любых целей. Независимо, как подробно описано выше, непрерывное перемещение внутрь скважины тянущего устройства 100 может позволить ему доставлять инструмент на глубину, в два раза большую, чем глубина, достигаемая обычным тянущим возвратно-поступательным устройством, и без необходимости преодоления любого периодического отскока назад или его перемещения назад по направлению к устью скважины.
Обратимся теперь к фиг.6, показывающий блок-схему последовательности операций способа, резюмирующую вариант осуществления использования тянущего устройства с гидравлическим приводом, такого, как подробно описанный выше. Со ссылками также на фиг.4А-4С, блок-схема последовательности операций способа подробно описывает способ непрерывного продвижения внутрь скважины, достигаемый посредством тянущих устройств 100 с гидравлическим приводом, подробно описанных в настоящем документе. Такое тянущее устройство 100 может быть использовано для протягивания гибкой трубы глубже внутрь скважины, которая также выталкивается с поверхности, как указано со ссылкой на фиг.5.
Как обозначено в 610, поршень тянущего устройства может быть соединен с гибкой трубой и расположен внутри скважины. После центрирования тянущего устройства внутри скважины, как указано в 615, первый корпус тянущего устройства может быть первоначально остановлен, как указано в 620. Таким образом, подача давления к первой поршневой головке внутри первого корпуса может приводить к перемещению всего поршня по направлению внутрь скважины (см. 630). Поэтому поперечно подвижный второй корпус может перемещаться в ответ на подачу давления, как указано в 650. Особенно важен здесь тот факт, что поперечная подвижность или центрирование могут быть обеспечены для второго корпуса только после полной остановки первого корпуса, как подробно описано выше со ссылкой на фиг.3. Таким образом, можно избежать возможности отскока по направлению к устью скважины тянущего устройства и гибкой трубы для обеспечения их эффективного и непрерывного перемещения внутрь скважины.
После того как второй корпус переместился, он может быть остановлен, как указано в 660. Затем может быть обеспечена поперечная подвижность для первого корпуса, как указано в 665. Далее, чтобы продолжить движение поршня внутрь скважины, подача давления может быть переключена ко второй поршневой головке внутри второго корпуса (см. 670). Снова эта подача давления может привести к перемещению внутрь скважины первого корпуса, как указано в 690. Таким образом, во всех случаях перемещение корпуса тянущего устройства происходит в ответ на движение поршня внутрь скважины. Следовательно, не требуется прерывать продвижение поршня внутрь скважины для перемещения корпуса тянущего устройства внутрь скважины.
Варианты осуществления тянущего устройства 100, описанные в настоящем документе, исключают требование по наличию отдельного электрического кабеля для подачи энергии. Тем не менее гидравлические элементы, которые подают энергию вариантам осуществления тянущего устройства, сформированы таким образом, что продвижение тянущего устройства 100 внутрь скважины происходит непрерывно, что исключает компромисс с эффективностью продвижения по всей глубине скважины, достигаемой тянущим устройством 100.
Предшествующее описание было представлено со ссылкой на предпочтительные в настоящее время варианты осуществления. Специалисты в данной области техники и технологии, для которых подходят эти варианты осуществления, поймут, что вариации и изменения в описанных структурах и способах работы могут быть использованы без значительного отхода от принципа и объема этих вариантов осуществления. Например, упомянутые в настоящем документе варианты осуществления раскрывают конфигурацию с двумя рычагами для каждого якоря, подобно той конфигурации, которая описана в документе US App. Ser. № 60/890577. Однако могут быть использованы другие конфигурации с другим количеством рычагов для каждого якоря. Более того, предшествующее описание не должно пониматься как относящееся только к конкретным структурам, описанным и показанным в сопроводительных чертежах, а должно пониматься как согласующееся и поддерживающее последующую формулу изобретения, которая имеет самый полный и окончательный объем.