УЗЕЛ МУФТЫ ГИДРОРАЗЛИВА, УСТРОЙСТВО НА ЕГО ОСНОВЕ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1. Узел на основе муфты гидроразрыва, содержащий
композитную муфту, имеющую неподвижную наружную трубы и внутреннюю трубу, соединенную с внутренней стенкой наружной трубы с помощью срезаемого штифта, где наружная труба имеет пескоструйное отверстие, а внутренняя труба снабжена первым зубообразным элементом; и
открывающий инструмент, имеющий основной корпус и второй зубообразный элемент, соединенный с основным корпусом, где открывающий инструмент может быть вставлен во внутреннюю трубу, чтобы перекрыть ствол скважины, и второй зубообразный элемент может сцепляться с первым зубообразным элементом,
где в исходном состоянии узла муфты гидроразрыва пескоструйное отверстие заблокировано внутренней трубой;
как только опускают открывающий инструмент, внутренняя труба приходит в сцепление с открывающим инструментом с помощью первого и второго зубообразных элементов; и
когда давление внутри обсадной трубы достигнет заранее заданного значения, срезаемый штифт срезается и открывающий инструмент приводит внутреннюю трубу в движение вниз, чтобы открыть пескоструйное отверстие, вследствие чего устанавливается канал для гидроразрыва.
2. Узел по п.1, который дополнительно снабжен первым закрывающим инструментом, содержащим центральную тягу и пятый зубообразный элемент, соединенный с центральной тягой, и служащим для закрывания композитной муфты, где первый закрывающий инструмент может быть вставлен во внутреннюю трубу так, чтобы пятый зубообразный элемент мог прийти в сцепление с первым зубообразным элементом, благодаря чему внутренняя труба может быть сдвинута вверх при поднимании первого закрывающего инструмента, возвращая тем самым пескоструйное отверстие в закрытое состояние, чтобы закрыть канал гидроразрыва.
3. Узел по п.2, где основной корпус выполнен в виде сквозного полого корпуса со вторым зубообразным элементом, расположенным на его наружной стенке, и содержит третий зубообразный элемент, находящийся на его внутренней стенке, и первый пружинный механизм, находящийся между основным корпусом и вторым зубообразным элементом, где второй зубообразный элемент имеет возможность двигаться в радиальном направлении наружу под действием первого пружинного механизма, чтобы прийти в сцепление с первым зубообразным элементом; и
упомянутый узел содержит запускающий инструмент с центральным корпусом, четвертый зубообразный элемент, находящийся на наружной стенке центрального корпуса, и второй пружинный механизм, расположенный между центральным корпусом и четвертым зубообразным элементом, где запускающий инструмент может быть вставлен в открывающий инструмент таким образом, чтобы закрыть ствол скважины, и четвертый зубообразный элемент может двигаться в радиальном направлении наружу под действием второго пружинного механизма, чтобы прийти в сцепление с третьим зубообразньш элементом,
в котором, когда последовательно опускают открывающий инструмент и запускающий инструмент, внутренняя труба сцепляется с открывающим инструментом с помощью первого и второго зубообразньгх элементов, и открывающий инструмент сцепляется с запускающим инструментом с помощью третьего и четвертого зубообразньгх элементов; и
когда давление в обсадной трубе достигает заранее установленного значения, срезаемый штифт срезается и запускающий инструмент вместе с открывающим инструментом приводят внутреннюю трубу в движение вниз с тем, чтобы открыть пескоструйное отверстие и установить канал для гидроразрыва.
4. Узел по п.3, который для закрывания композитной муфты снабжен также вторым закрывающим инструментом, содержащим центральную тягу и шестой зубообразный элемент, соединенный с центральной тягой, где второй закрывающий инструмент может быть вставлен во внутреннюю трубу или в полый корпус открывающего инструмента с тем, чтобы шестой зубообразный элемент мог прийти в сцепление с первым зубообразным элементом внутренней трубы или с третьим зубообразным элементом открывающего инструмента, благодаря чему внутренняя труба может быть сдвинута вверх путем подъема второго закрывающего инструмента, возвращая тем самым пескоструйное отверстие в закрытое состояние, чтобы закрыть канал гидроразрыва.
5. Узел по п.4, где второй зубообразный элемент открывающего инструмента размещен на наружной стенке основного корпуса и снабжен третьим пружинным механизмом, расположенным между основным корпусом и вторым зубообразным элементом, где второй зубообразный элемент может двигаться в радиальном направлении наружу под действием третьего пружинного механизма, чтобы прийти в сцепление с первым зубообразным элементом.
6. Узел по п.1, где второй зубообразный элемент открывающего инструмента размещен выше основного корпуса с помощью упругого элемента, один конец которого, соединенный с основным корпусом, имеет меньший диаметр, чем другой конец упругого элемента, соединенный со вторым зубообразным элементом.
7. Узел по п.5, где пятый зубообразный элемент первого закрывающего инструмента или шестой зубообразный элемент второго закрывающего инструмента размещены на наружной стенке соответствующей центральной тяги и снабжены четвертым пружинным механизмом, расположенным между центральной тягой первого закрывающего инструмента и пятым зубообразным элементом, и пятым пружинным элементом, расположенным между центральной тягой второго закрывающего инструмента и шестым зубообразным элементом, где пятый или шестой зубообразные элементы могут двигаться в радиальном направлении наружу под действием соответствующего пружинного механизма, чтобы прийти в сцепление с соответствующим зубообразным элементом.
8. Узел по п.4, где пятый зубообразный элемент первого закрывающего инструмента или шестой зубообразный элемент второго закрывающего инструмента представляют собой пластинчато-пружинный элемент, нижний конец которого соединен с соответствующей центральной тягой, а его верхний конец отделен от соответствующей центральной тяги.
9. Узел по п.2, где соответствующие соприкасающиеся поверхности внутренней трубы и наружной трубы композитной муфты снабжены канавкой выбора положения и элементом выбора положения, которые устанавливают в разные положения, когда узел муфты гидроразрыва находится в открытом состоянии и когда канал гидроразрыва закрыт.
10. Узел по п.4, где соответствующие соприкасающиеся поверхности внутренней трубы и наружной трубы композитной муфты снабжены канавкой выбора положения и элементом выбора положения, которые устанавливают в разные положения, когда узел муфты гидроразрыва находится в открытом состоянии и когда канал гидроразрыва закрыт.
11. Узел по п.7, где каждый из зубообразных элементов снабжен наклонной направляющей структурой на их верхнем конце и нижнем конце для направления зацепления или расцепления соответствующих зубообразных элементов.
12. Узел по п.7, где каждый из пружинных механизмов содержит упругий элемент, который может развивать радиальную силу, направленную наружу, и упор для ограничения хода соответствующих зубообразных элементов, которые могут двигаться в радиальном направлении наружу.
13. Узел по п.1, где основной корпус открывающего инструмента содержит сквозную полую структуру с различными размерами поперечных сечений, где нижняя часть сквозной полой структуры, имеющая большее поперечное сечение, выполнена с механизмом, работающим на давлении, направленном наружу, который не может высвободиться из нижней части сквозной полой структуры.
14. Узел по п.3, где основной корпус запускающего инструмента содержит сквозную полую структуру с различными размерами поперечных сечений, где нижняя часть сквозной полой структуры, имеющая большее поперечное сечение, выполнена с механизмом, работающим на давлении, направленном наружу, который не может высвободиться из нижней части сквозной полой структуры.
15. Узел по п.13, где механизм, работающий на давлении, направленном наружу, содержит обойму и сферическое тело внутри обоймы,
где обойма содержит открытый нижний конец, закрытый верхний конец с улавливающей рукоятью на ее наружной стороне и канал для жидкости на окружности стенки обоймы, сферическое тело должно иметь возможность двигаться внутри обоймы без блокирования канала для жидкости на окружности стенки обоймы, когда оно находится у ее верхнего или нижнего конца.
16. Узел по п.15, где канал для жидкости на окружности стенки обоймы имеет суммарную площадь не меньше, чем площадь отверстия на нижнем конце обоймы.
17. Узел по п.13, где нижняя часть основного корпуса открывающего инструмента дополнительно оснащена направляющим механизмом, продолжающимся вниз, где направляющий механизм содержит полую структуру, сообщающуюся с основным корпусом.
18. Узел по п.1, где соприкасающиеся поверхности наружной трубы и внутренней трубы композитной муфты снабжены соответствующими позиционирующими механизмами, которые могут сцепляться друг с другом так, чтобы гарантировать сцепление внутренней трубы с наружной трубой, вследствие чего пескоструйное отверстие блокируется и, следовательно, канал гидроразрыва будет закрыт.
19. Устройство на основе муфты для гидроразрыва, содержащее множество узлов муфт гидроразрыва по п.7, где второй зубообразный элемент каждого открывающего инструмента сконфигурирован так, чтобы отличаться от второго зубообразного элемента любого другого открывающего инструмента, вследствие чего каждый открывающий инструмент может сцепляться только с внутренней трубой в узле гидроразрыва, относящемся к указанному открывающему инструменту; и
пятый зубообразный элемент каждого первого закрывающего инструмента сконфигурирован так, чтобы отличаться от пятого зубообразного элемента любых других первых закрывающих инструментов, вследствие чего каждый закрывающий инструмент может прийти в сцепление только с первым зубообразным элементом во внутренней трубе узла гидроразрыва, относящегося к указанному первому закрывающему инструменту.
20. Устройство по п.19, где каждый зубообразный элемент может сцепляться с соответствующим уникальным зубообразным элементом благодаря уникальным параметрам их контуров и/или имеющейся на них направляющей структуры.
21. Устройство по п.20, где параметры контура являются одним или более из параметров, выбранных из группы, состоящей из числа зубьев, профиля зубьев и расстояния между зубьями.
22. Устройство на основе муфты гидроразрыва, содержащее множество узлов муфт гидроразрыва по п.7,
где второй и третий зубообразные элементы каждого открывающего инструмента соответственно сконфигурированы так, чтобы отличаться от второго и третьего зубообразньгх элементов любого другого открывающего инструмента, чтобы открывающий инструмент мог сцепляться только с внутренней трубой в узле гидроразрыва, относящемся к указанному открывающем инструменту; и
шестой зубообразный элемент каждого второго закрывающего инструмента сконфигурирован так, чтобы отличаться от шестого зубообразного элемента любых других закрывающих инструментов, чтобы каждый второй закрывающий инструмент мог сцепляться только с первым зубообразным элементом во внутренней трубе или с третьим зубообразным элементом в открывающем инструменте узла гидроразрыва, соответствующего второму закрывающему инструменту.
23. Устройство по п.22, где каждый зубообразный элемент может прийти в сцепление с соответствующим уникальным зубообразным элементом благодаря уникальным параметрам их контуров и/или имеющейся на них направляющей структуре.
24. Устройство по п.23, где параметры контура являются одним или более из параметров, выбранных из группы, состоящей из числа зубьев, профиля зубьев и расстояния между зубьями.
25. Устройство по п.22, где все композитные муфты имеют одинаковый внутренний диаметр.
26. Способ применения устройства на основе муфты гидроразрыва по п. 19, включающий:
Шаг I: установка открывающего механизма, работающего на перепаде давления, на самый нижний конец обсадной трубы или колонны труб и затем последовательное монтирование композитных муфт в каждом узле гидроразрыва;
Шаг II: подача давления в ствол скважины для открывания открывающего механизма, работающего на перепаде давления, находящегося на самом нижнем конце, и установка сообщающего канала между обсадной трубой или колонной труб и разрываемым слоем; и
Шаг III: последовательное опускание открывающих инструментов для открытия композитных муфт снизу доверху для проведения поэтапного гидроразрыва.
27. Способ по п.26, где добавлен еще один шаг - Шаг IV: извлечение открывающего инструмента через улавливающую структуру открывающего инструмента для восстановления канала в обсадной колонне или в колонне труб.
28. Способ по п.27, где в случае, когда необходимо закрыть некоторый определенный канал гидроразрыва, опускают первый закрывающий инструмент соответствующей композитной муфты, относящейся к данному каналу гидроразрыва, так, чтобы перекрыть этот канал гидроразрыва.
29. Способ применения устройства на основе муфты гидроразрыва по п. 22, включающий:
Шаг I: установка открывающего механизма, работающего на перепаде давления, на самый нижний конец обсадной трубы или колонны труб и затем последовательное монтирование композитных муфт в каждом из узлов для гидроразрыва;
Шаг II сцепление открывающих инструментов каждого узла для гидроразрыва, чтобы сформировать последовательность открывающих инструментов и их опускание в композитную муфту;
Шаг III подача давления в ствол скважины для открывания открывающего механизма, работающего на перепаде давления, на самом нижнем конце и установка сообщающего канала между обсадной трубой или колонной труб и разрываемым слоем; и
Шаг IV последовательное опускание запускающих инструментов для открывания композитных муфт снизу доверху для проведения поэтапного гидроразрыва.
30. Способ по п.29, характеризующийся тем, что добавлен еще один шаг - Шаг V: извлечение открывающего инструмента или запускающего инструмента с помощью улавливающей структуры на открывающем инструменте или попросту извлечение запускающего инструмента с помощью улавливающей структуры на запускающем инструменте для восстановления канала в муфте или в колонне труб.
31. Способ по п.30, где в случае, когда необходимо закрыть определенный канал для гидроразрыва, опускают второй закрывающий инструмент соответствующей композитной муфты, относящейся к данному каналу гидроразрыва, с тем, чтобы закрыть этот канал для гидроразрыва.