УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИННОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ
APPARATUS FOR CONTROL OF DOWNHOLE FLUID MEDIUM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству управления скважинной текучей средой, например, для использования в скважинной гидравлической системе управления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В нефтегазовой промышленности приведение в действие или эксплуатация скважинного оборудования, например, клапанов, муфт, инструментов и т.п., может быть реализована множеством разных способов, например, гидравлически, пневматически, электрически, механически и т.д. В гидравлических системах гидравлическая мощность может подаваться с поверхности или из другого местоположения, удаленного от скважинного оборудования, через одну или более гидравлических линий управления. Такие линии управления могут продолжаться снаружи колонны насосно–компрессорных труб, например, колонны насосно–компрессорных труб заканчивания или добычи, и, следовательно, расположены в кольцевом пространстве ствола скважины и подвержены воздействию окружающего давления в стволе скважины.
Как и в любой гидравлической системе всегда существует вероятность утечки либо из системы в окружающую среду, либо в зависимости от условий давления из окружающей среды в гидравлическую систему. В обстоятельствах, когда окружающее давление (например, в кольцевом пространстве) превышает давление в линиях управления, например, когда окружающая текучая среда имеет более высокую плотность, в случае утечки давление в линии управления может стать избыточным. Такое избыточное давление может вызвать нежелательное приведение в действие соответствующего скважинного оборудования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспект настоящего изобретения относится к устройству управления скважинной текучей средой, содержащему:
первый и второй трубопроводы для обеспечения сообщения между источником давления и скважинным устройством;
клапан, обеспеченный в корпусе и выполненный с возможностью переключения между первой конфигурацией, в которой первый и второй трубопроводы находятся в сообщении по давлению через клапан, и второй конфигурацией, в которой первый и второй трубопроводы изолированы друг от друга; и
исполнительный механизм для приведения в действие клапана, причем исполнительный механизм находится в сообщении по давлению с первым и вторым трубопроводами и с окружающей областью, внешней по отношению к устройству, так что, когда давление в каждом из первого и второго трубопроводов ниже, чем окружающее давление, клапан находится в первой конфигурации, а когда давление в по меньшей мере одном из первого и второго трубопроводов превышает окружающее давление, клапан находится во второй конфигурации.
Скважинное устройство может быть выполнено с возможностью приведения в действие перепадом давления, создаваемым между первым и вторым трубопроводами. В такой конструкции при нахождении клапана в первой конфигурации, так что первый и второй трубопроводы находятся в сообщении по давлению, возможность установления перепада давления между первым и вторым трубопроводами может быть минимизирована или предотвращена. В связи с этим работа скважинного устройства может быть невозможна при нахождении клапана в первой конфигурации. Скважинное устройство может приводиться в действие только при нахождении клапана во второй конфигурации.
В одном примере первый перепад давления, создаваемый между первым и вторым трубопроводами, может обеспечивать первый режим работы скважинного устройства, а второй перепад давления, создаваемый между первым и вторым трубопроводами для текучей среды, может обеспечивать второй режим работы скважинного устройства.
При нахождении клапанного элемента в первой конфигурации первый и второй трубопроводы находятся в сообщении по давлению друг с другом и, следовательно, уравновешены по давлению. Таким образом, первая конфигурация также может быть определена как уравновешенная конфигурация. Просачивание окружающей текучей среды/давления в один из первого и второго трубопроводов не позволит создать перепад давления между указанными трубопроводами, что в противном случае может вызвать непреднамеренное приведение в действие скважинного устройства.
Кроме того, поскольку исполнительный механизм также находится в сообщении по давлению с окружающей областью, просачивание окружающей текучей среды/давления в один из первого и второго трубопроводов не позволит привести в действие исполнительный механизм, так как указанный исполнительный механизм также будет уравновешен по давлению, что исключает или минимизирует вероятность переключения клапана из первого положения исполнительным механизмом.
Соответственно, в случае любого воздействия (например, из–за утечки) окружающего давления при нахождении клапана в первой конфигурации исполнительный механизм и трубопроводы могут считаться уравновешенными по давлению. Это может позволять устройству работать в режиме «бездействия».
При необходимости приведения в действие скважинного устройства давление в по меньшей мере одном из первого и второго трубопроводов повышается выше окружающего давления, что позволяет исполнительному механизму переключить клапан во вторую конфигурацию. Таким образом, сообщение по давлению, обеспечиваемое через клапан, может быть устранено, что позволяет установить перепад давления между первым и вторым трубопроводами и, следовательно, привести в действие скважинное устройство.
В некоторых примерах клапан может быть переключен из первой конфигурации во вторую конфигурацию путем повышения давления как в первом, так и во втором трубопроводах выше окружающего давления. В такой конструкции последующий перепад давления может быть обеспечен путем дополнительного повышения давления в одном из первого и второго трубопроводов для текучей среды. Перепад давления может быть обеспечен путем уменьшения давления в одном из первого и второго трубопроводов для текучей среды. Перепад давления может быть обеспечен путем поддержания давления в одном из первого и второго трубопроводов при выпуске или сбросе давления в другом из первого и второго трубопроводов.
В некоторых примерах первый и второй перепады давления могут быть обеспечены в противоположных направлениях. Например, первый перепад давления может содержать обеспечение более высокого давления в одном из первого и второго трубопроводов, а второй перепад давления может содержать обеспечение более низкого давления в другом из первого и второго трубопроводов.
В некоторых примерах первый и второй перепады давления могут быть обеспечены в общем направлении и обеспечены разными величинами перепада давления.
Устройство управления скважинной текучей средой может быть расположено в стволе скважины, так что окружающая область, внешняя по отношению к устройству, может содержать область ствола скважины. В некоторых примерах окружающая область может содержать область кольцевого пространства ствола скважины. Окружающая область может содержать текучую среду в стволе скважины, например, текучую среду для заканчивания, добываемую текучую среду, газ или т.п. Окружающее давление может содержать гидростатическое давление. Окружающее давление может содержать пластовое давление. Окружающее давление может регулироваться и/или контролироваться из удаленного местоположения, например, из местоположения на поверхности.
Исполнительный механизм может находиться в сообщении по текучей среде с окружающей областью для обеспечения сообщения по давлению между ними. В некоторых примерах, в которых обеспечено сообщение по текучей среде, устройство может содержать фильтр на пути сообщения по текучей среде для минимизации вероятности загрязнения исполнительного механизма материалом, переносимым текучей средой в окружающей области. Альтернативно исполнительный механизм может находиться в сообщении по давлению с окружающей областью через устройство для передачи давления, например, поршневое устройство, диафрагму или т.п., что обеспечивает сообщение по давлению без необходимости сообщения по текучей среде. Это может минимизировать вероятность загрязнения исполнительного механизма, например, остатками и т.п. в окружающей области.
В одном примере первый и второй трубопроводы могут находиться в сообщении по текучей среде при нахождении клапана в первой конфигурации для обеспечения сообщения по давлению между указанными трубопроводами. Альтернативно первый и второй трубопроводы могут находиться в сообщении по давлению посредством устройства для передачи давления при нахождении клапана в первой конфигурации.
Первый и/или второй трубопроводы могут находиться в сообщении по текучей среде с исполнительным механизмом для обеспечения сообщения по давлению между ними. Первый и/или второй трубопроводы могут находиться в сообщении по давлению с исполнительным механизмом посредством устройства для передачи давления.
Первый и второй трубопроводы могут образовывать часть соответствующих первой и второй линий управления, которые проходят между источником давления и скважинным устройством. В некоторых примерах первый и второй трубопроводы могут образовывать выполненную за одно целое часть соответствующих первой и второй линий управления. Альтернативно первый и второй трубопроводы могут быть обеспечены отдельно и линейно соединены с соответствующими первой и второй линиями управления. В этом отношении первый и второй трубопроводы могут включать в себя противоположные концевые соединители, например, резьбовые соединители или т.п.
Первый и второй трубопроводы могут быть обеспечены в корпусе устройства или могут проходить сквозь него. В одном примере первый и второй трубопроводы для текучей среды могут быть обеспечены каналами, например, просверленными каналами, через корпус.
Первый и второй трубопроводы для текучей среды могут находиться в сообщении с клапаном через один или более соответствующих путей сообщения, например, каналов, труб, проходов или т.п.
Клапан может содержать клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения между первым положением, в котором клапан находится в первой конфигурации, и вторым положением, в котором клапан находится во второй конфигурации. При нахождении клапанного элемента в первом положении между первым и вторым трубопроводами может быть установлен путь сообщения. При нахождении клапанного элемента во втором положении путь сообщения по текучей среде может быть загерметизирован для предотвращения сообщения между первым и вторым трубопроводами.
В некоторых примерах клапанный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении между первым и вторым положениями.
Корпус может образовывать клапанный канал, и клапанный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения, например, выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении, в клапанном канале. Клапанный канал может образовывать первое клапанное отверстие в сообщении с первым трубопроводом и второе клапанное отверстие в сообщении со вторым трубопроводом. Клапанный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения в клапанном канале для выборочного обеспечения и предотвращения сообщения между первым и вторым клапанными отверстиями.
Клапан может содержать или образовывать золотниковый клапан.
Корпус может образовывать канал для исполнительного механизма, причем исполнительный механизм выполнен с возможностью перемещения, например, выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении, в канале для исполнительного механизма. Канал для исполнительного механизма может быть обеспечен отдельно от клапанного канала. Однако в некоторых примерах канал для исполнительного механизма и клапанный канал могут быть обеспечены в виде общего канала, продолжающегося в корпусе, например, через, корпус. Клапан и исполнительный механизм могут быть разделены уплотнительным устройством, например, кольцевым уплотнительным устройством. Уплотнительное устройство может обеспечивать взаимодействие исполнительного механизма и клапана.
Канал для исполнительного механизма может содержать одно или более отверстий в окружающую область для обеспечения сообщения исполнительного механизма с окружающей областью.
Канал для исполнительного механизма может образовывать первое отверстие исполнительного механизма в сообщении с первым трубопроводом и второе отверстие исполнительного механизма в сообщении со вторым трубопроводом. Первое и второе отверстия исполнительного механизма могут обеспечивать сообщение исполнительного механизма с первым и вторым трубопроводами.
Исполнительный механизм может работать для перемещения, например, перемещения в осевом направлении, клапанного элемента. В некоторых примерах исполнительный механизм может быть соединен с клапанным элементом. Исполнительный механизм может содержать клапанный элемент.
Исполнительный механизм может быть выполнен с возможностью перемещения в первом направлении для переключения клапана из первой конфигурации во вторую конфигурацию. Исполнительный механизм может быть выполнен с возможностью перемещения во втором направлении для переключения клапана из второй конфигурации в первую конфигурацию. Второе направление может быть противоположно первому направлению.
Давление в первом и/или втором трубопроводах может воздействовать на исполнительный механизм для смещения указанного исполнительного механизма в первом направлении. Окружающее давление может противодействовать перемещению исполнительного механизма в первом направлении. Такая конструкция может обеспечивать перемещение исполнительного механизма в первом направлении, когда давление в первом и/или втором трубопроводах превышает окружающее давление.
Исполнительный механизм может быть выполнен так, что окружающее давление может противодействовать перемещению исполнительного механизма в первом направлении, но указанное окружающее давление не может вызвать перемещение исполнительного механизма во втором направлении. Соответственно, окружающее давление не может приводить в действие/перемещать шток исполнительного механизма.
Исполнительный механизм может смещаться во втором направлении смещающим устройством, например, пружиной или т.п.
Исполнительный механизм может содержать поршневой узел исполнительного механизма, выполненный с возможностью приведения в действие давлением, обеспечиваемым через один или оба из первого и второго трубопроводов.
Поршневой узел исполнительного механизма может содержать шток исполнительного механизма. Шток исполнительного механизма может быть выполнен с возможностью перемещения, например, выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в корпусе, например, в канале для исполнительного механизма. Шток исполнительного механизма может быть прикреплен к клапану, например, к клапанному элементу клапана. Шток исполнительного механизма может содержать цельный компонент. Шток исполнительного механизма может содержать множество компонентов, скрепленных или соединенных друг с другом.
В некоторых примерах окружающее давление может передаваться на исполнительный механизм через шток исполнительного механизма, например, через одно или более внутренних каналов в штоке исполнительного механизма.
Узел исполнительного механизма может содержать первую поршневую головку, установленную с возможностью перемещения в первом участке поршневого канала в корпусе. Первый участок поршневого канала может быть образован или обеспечен каналом для исполнительного механизма. Первая поршневая головка может иметь в общем кольцевую форму. Первая поршневая головка может делить первый участок поршневого канала на первую камеру трубопровода и первую камеру окружающей области. Первая камера трубопровода может находиться в сообщении по давлению (например, по текучей среде) с первым трубопроводом, а первая камера окружающей области может находиться в сообщении по давлению (например, по текучей среде) с окружающей областью. Соответственно, первая поршневая головка может перемещаться в первом участке поршневого канала в соответствии с перепадом давления на указанной первой поршневой головке между первыми камерами трубопровода и окружающей области.
Первая поршневая головка может быть установлена вокруг штока исполнительного механизма, например, окружая шток исполнительного механизма. Первая поршневая головка может быть соединена со штоком исполнительного механизма, так что перемещение первой поршневой головки может вызывать перемещение штока исполнительного механизма и, следовательно, клапана. В одном примере первая поршневая головка может быть соединена со штоком исполнительного механизма посредством однонаправленного соединения. Однонаправленное соединение может позволять первой поршневой головке перемещать шток исполнительного механизма в первом направлении и не позволять первой поршневой головке перемещать шток исполнительного механизма во втором направлении. Однонаправленное соединение может обеспечивать соединение поршневой головки со штоком исполнительного механизма во время перемещения первой поршневой головки в первом направлении и отсоединение во время перемещения первой поршневой головки во втором направлении. Однонаправленное соединение может содержать высаженный участок (например, непроходной профиль) на штоке исполнительного механизма, причем первая поршневая головка входит в зацепление с высаженным участком при перемещении в первом направлении и отцепляется от высаженного участка при перемещении во втором направлении.
Узел исполнительного механизма может содержать вторую поршневую головку, установленную с возможностью перемещения во втором участке поршневого канала в корпусе. Второй участок поршневого канала может быть образован или обеспечен каналом для исполнительного механизма. Второй участок поршневого канала может быть изолирован от первого участка поршневого канала уплотнительным устройством. Первая и вторая поршневые головки могут быть расположены в последовательной конфигурации.
Вторая поршневая головка может иметь в общем кольцевую форму. Вторая поршневая головка может делить второй участок поршневого канала на вторую камеру трубопровода и вторую камеру окружающей области. Вторая камера трубопровода может находиться в сообщении по давлению (например, по текучей среде) со вторым трубопроводом, а вторая камера окружающей области может находиться в сообщении по давлению (например, по текучей среде) с окружающей областью. Соответственно, вторая поршневая головка может перемещаться во втором участке поршневого канала в соответствии с перепадом давления на указанной второй поршневой головке между вторыми камерами трубопровода и окружающей области.
Вторая поршневая головка может быть установлена вокруг штока исполнительного механизма, например, окружая шток исполнительного механизма. Первая и вторая поршневые головки могут быть расположены на расстоянии друг от друга вдоль штока исполнительного механизма в осевом направлении. Вторая поршневая головка может быть соединена со штоком исполнительного механизма, так что перемещение второй поршневой головки может вызывать перемещение штока исполнительного механизма и, следовательно, клапана. В одном примере вторая поршневая головка может быть соединена со штоком исполнительного механизма посредством однонаправленного соединения. Однонаправленное соединение может позволять второй поршневой головке перемещать шток исполнительного механизма в первом направлении и не позволять второй поршневой головке перемещать шток исполнительного механизма во втором направлении. Однонаправленное соединение может обеспечивать соединение второй поршневой головки со штоком исполнительного механизма во время перемещения второй поршневой головки в первом направлении и отсоединение во время перемещения второй поршневой головки во втором направлении. Однонаправленное соединение может содержать высаженный участок (например, непроходной профиль) на штоке исполнительного механизма, причем вторая поршневая головка входит в зацепление с высаженным участком при перемещении в первом направлении и отцепляется от высаженного участка при перемещении во втором направлении.
Устройство управления скважинной текучей средой может содержать скважинное гидравлическое устройство управления.
Скважинное устройство может содержать любое скважинное устройство. Например, скважинное устройство может содержать клапан, например, шаровой клапан. Скважинное устройство может содержать скользящее муфтовое устройство.
Первый режим работы скважинного устройства может содержать режим открытия, например, режим открытия клапана скважинного устройства. Второй режим работы скважинного устройства может содержать режим закрытия, например, режим закрытия клапана скважинного устройства.
Аспект настоящего изобретения относится к способу управления скважинной текучей средой, содержащему этапы, на которых:
обеспечивают сообщение между источником давления и скважинным устройством через первый и второй трубопроводы;
обеспечивают исполнительный механизм в сообщении по давлению с первым и вторым трубопроводами и с окружающей областью, внешней по отношению к устройству, причем исполнительный механизм приводит в действие клапан;
устанавливают давление в каждом из первого и второго трубопроводов, которое ниже окружающего давления, так что клапан находится в первой конфигурации, в которой первый и второй трубопроводы для текучей среды находятся в сообщении по давлению друг с другом; и
устанавливают давление в по меньшей мере одном из первого и второго трубопроводов, которое превышает окружающее давление, для побуждения исполнительного механизма к переключению клапана во вторую конфигурацию, в которой первый и второй трубопроводы изолированы друг от друга.
Способ может содержать этап, на котором устанавливают давление в каждом из первого и второго трубопроводов, которое превышает окружающее давление, для побуждения исполнительного механизма к переключению клапана во вторую конфигурацию, в которой первый и второй трубопроводы изолированы друг от друга.
Способ может содержать этап, на котором устанавливают перепад давления между первым и вторым трубопроводами при нахождении клапана во второй конфигурации для приведения в действие скважинного устройства. В одном примере способ может содержать этап, на котором при нахождении клапана во второй конфигурации устанавливают первый перепад давления между первым и вторым трубопроводами для обеспечения первого режима работы скважинного устройства. Способ может содержать этап, на котором при нахождении клапана во второй конфигурации устанавливают второй перепад давления между первым и вторым трубопроводами для обеспечения второго режима работы скважинного устройства.
Способ может выполняться с использованием устройства управления текучей средой в соответствии с любым другим аспектом.
В некоторых примерах устройство управления скважинной текучей средой может быть выполнено с возможностью использования в других областях, которые не ограничиваются скважинной средой. Например, устройство может использоваться в других областях, в которых существует вероятность утечки в/из системы текучей среды, которая может вызывать непреднамеренное приведение в действие устройств или оборудования.
В связи с этим аспект настоящего изобретения относится к устройству управления текучей средой, содержащему:
первый и второй трубопроводы для обеспечения сообщения между источником давления и устройством;
клапан, обеспеченный в корпусе и выполненный с возможностью переключения между первой конфигурацией, в которой первый и второй трубопроводы находятся в сообщении по давлению через клапан, и второй конфигурацией, в которой первый и второй трубопроводы изолированы друг от друга; и
исполнительный механизм для приведения в действие клапана, причем исполнительный механизм находится в сообщении по давлению с первым и вторым трубопроводами и с окружающей областью, внешней по отношению к устройству, так что, когда давление в каждом из первого и второго трубопроводов ниже, чем окружающее давление, клапан находится в первой конфигурации, а когда давление в по меньшей мере одном из первого и второго трубопроводов превышает окружающее давление, клапан находится во второй конфигурации.
Аспект настоящего изобретения относится к способу управления текучей средой, содержащему этапы, на которых:
обеспечивают сообщение между источником давления и устройством через первый и второй трубопроводы;
обеспечивают исполнительный механизм в сообщении по давлению с первым и вторым трубопроводами и с окружающей областью, внешней по отношению к устройству, причем исполнительный механизм приводит в действие клапан;
устанавливают давление в каждом из первого и второго трубопроводов, которое ниже окружающего давления, так что клапан находится в первой конфигурации, в которой первый и второй трубопроводы для текучей среды находятся в сообщении по давлению друг с другом; и
устанавливают давление в по меньшей мере одном из первого и второго трубопроводов, которое превышает окружающее давление, для побуждения исполнительного механизма к переключению клапана во вторую конфигурацию, в которой первый и второй трубопроводы изолированы друг от друга.
Признаки, определенные в отношении одного аспекта, могут быть применены в отношении любого другого аспекта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут описаны ниже исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию устройства управления скважинной текучей средой при использовании в стволе скважины;
Фиг. 2–6 представляют собой схематические иллюстрации последовательностей при работе устройства управления текучей средой, показанного на Фиг. 1; и
Фиг. 7 представляет собой схематическую иллюстрацию модифицированного примера устройства управления текучей средой.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты настоящего изобретения относятся к устройству и способам обеспечения управления текучей средой в стволе скважины. Такие аспекты могут обеспечивать преимущества с точки зрения предотвращения или минимизации вероятности того, что давление в стволе скважины, которое может просачиваться в соответствующую гидравлическую систему, вызовет непреднамеренное приведение в действие одного или более скважинных устройств.
Фиг. 1 схематически иллюстрирует пробуренный ствол 10 скважины с обсадной колонной 12, зацементированной в нем посредством цементного кольца 14. Ствол 10 скважины проиллюстрирован в виде вертикального стволового участка, хотя он может представлять собой наклонный и/или горизонтальный стволовой участок. Кроме того, ствол 10 скважины альтернативно может представлять собой необсаженный ствол скважины (т.е. бед обсадной колонны).
Трубчатая колонна 16, например, колонна заканчивания, проходит в стволе 10 скважины, причем между трубчатой колонной 16 и обсадной колонной 12 образуется кольцевое пространство 18. Первая и вторая линии 20, 22 управления проходят вдоль внешней поверхности трубчатой колонны 16 и, следовательно, в кольцевом пространстве 18 и обеспечивают путь сообщения по текучей среде между расположенным на поверхности источником давления (не показан) и скважинным устройством 24, которое в данном примере представляет собой шаровой клапан, хотя может быть обеспечено любое скважинное устройство. В данном примере первый перепад давления, установленный между первой и второй линиями 20, 22 управления, обеспечивает первый режим работы шарового клапана 24, например, режим открытия шарового клапана 24. Второй перепад давления, установленный между первой и второй линиями 20, 22 управления, обеспечивает второй режим работы шарового клапана 24, например, режим закрытия шарового клапана 24. В данном примере первый перепад давления может содержать давление в первой линии 20 управления, превышающее давление во второй линии 22 управления, и, наоборот, второй перепад давления может содержать давление во второй линии 22 управления, превышающее давление в первой линии 20 управления. Первый и второй перепады давления могут обеспечиваться, например, путем соответствующего управления давлением на поверхности.
Поскольку шаровой клапан 24 приводится в действие перепадом давления между первой и второй линиями 20, 22 управления, если одна из линий 20, 22 управления подвергается воздействию давления в кольцевом пространстве, например, из–за утечки, существует вероятность непреднамеренного приведения в действие шарового клапана 24. Для минимизации такой вероятности устройство 26 управления текучей средой в соответствии с аспектом настоящего изобретения линейно соединено с первой и второй линиями 20, 22 управления.
Фиг. 2 представляет схематический вид в разрезе устройства 26 управления текучей средой, представленного в первоначальной уравновешенной конфигурации. В такой конфигурации любой перепад давления между первой и второй линиями 20, 22 управления может быть предотвращен. Уравновешенная конфигурация может быть установлена во время работы трубчатой колонны 16 и до тех пор, пока не потребуется работа клапана 24, на этом этапе устройство 26 может быть переключено, как будет подробно описано ниже.
Устройство 26 включает в себя корпус 28 с первым и вторым трубопроводами 30, 32 в виде просверленных каналов, продолжающихся через корпус 28. Первый трубопровод 30 включает в себя противоположные резьбовые концевые соединители 34, 36, которые обеспечивают линейное соединение с первой линией 20 управления (Фиг. 1). Подобным образом второй трубопровод 32 включает в себя противоположные резьбовые концевые соединители 38, 40, которые обеспечивают линейное соединение со второй линией 22 управления (Фиг. 1).
Устройство 26 также содержит главный канал 42, продолжающийся через корпус 28, выровненный в общем параллельно с каналами, образующими первый и второй трубопроводы 30, 32. Узел 44 установлен с возможностью перемещения в осевом направлении в главном канале 42 и включает в себя клапан 44, соединенный с исполнительным механизмом 46.
Клапан 44 включает в себя уплотнительный вкладыш 48 клапана, который зафиксирован относительно корпуса 28 посредством проволочного соединения 50. Уплотнительный вкладыш 48 клапана включает в себя первую пару уплотнителей 52 (например, уплотнительных колец), которые охватывают отверстие 54, которое находится в сообщении по текучей среде с первым трубопроводом 30, причем уплотнительный вкладыш 48 клапана включает в себя выровненное отверстие 56, которое обеспечивает путь сообщения с внутренним диаметром указанного уплотнительного вкладыша 48 клапана. Уплотнительный вкладыш 48 клапана включает в себя вторую пару уплотнителей 58 (например, уплотнительных колец), которые охватывают отверстие 60, которое находится в сообщении по текучей среде со вторым трубопроводом 32, причем уплотнительный вкладыш 48 клапана включает в себя выровненное отверстие 62, которое обеспечивает путь сообщения с внутренним диаметром указанного уплотнительного вкладыша 48 клапана. Следует отметить, что первая и вторая пары уплотнителей 52, 58 включают в себя общий уплотнительный элемент.
Клапан 44 дополнительно включает в себя клапанный элемент или золотник 64, который выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в уплотнительном вкладыше 48 клапана, причем золотник 64 клапана включает в себя кольцевое углубление 66 на внешней поверхности.
Клапан 44 проиллюстрирован на Фиг. 2 в первой конфигурации, в которой золотник 64 клапана находится в первом положении. В конфигурации, показанной на Фиг. 2, кольцевое углубление 66 золотника 64 клапана расположено с возможностью обеспечения сообщения между отверстиями 56, 62 в уплотнительном вкладыше 48 клапана, таким образом, первый и второй трубопроводы 30, 32 находятся в сообщении с друг с другом. В этом отношении первый и второй трубопроводы 30, 32 уравновешены по давлению, так что перепад давления между ними не допускается.
Исполнительный механизм 46 содержит шток 70 исполнительного механизма, образованный из множества частей, свинченных друг с другом (хотя в других примерах может быть обеспечен цельный шток), причем один конец штока 70 исполнительного механизма соединен с золотником 64 клапана, так что осевое перемещение штока 70 исполнительного механизма вызывает соответствующее осевое перемещение золотника 64 клапана. Шток 70 исполнительного механизма проходит через кольцевой уплотнительный участок 72 уплотнительного вкладыша 48 клапана, который уплотняет как внутреннюю поверхность главного канала 42, так и шток 70 исполнительного механизма. Таким образом, кольцевой уплотнительный участок 72 выполнен с возможностью герметичной изоляции исполнительного механизма 46 от клапана 44.
Исполнительный механизм 46 дополнительно содержит первую поршневую головку в виде первого кольцевого поршня 74, выполненного с возможностью перемещения в осевом направлении в первом участке 76 поршневого канала и находящегося в герметичном контакте как с внутренней поверхностью главного канала 42, так и с внешней поверхностью штока 70 исполнительного механизма. Первый кольцевой поршень 74 делит первый участок 76 поршневого канала на первую камеру 78 трубопровода и первую камеру 80 окружающей области. Первая камера 78 трубопровода находится в сообщении с первым трубопроводом 30 через путь 82 сообщения, а первая камера 80 окружающей области находится в сообщении с окружающей областью снаружи устройства (в частности, с кольцевым пространством 18, показанным на Фиг. 1) через канал 84, продолжающийся через шток 70 исполнительного механизма (альтернативно отверстие может быть обеспечено через корпус 28). Резьбовые соединения между смежными компонентами штока 70 исполнительного механизма могут обеспечивать соответствующий путь сообщения от канала 84 до первой камеры 80 окружающей области. Соответственно, первый кольцевой поршень 74 выполнен с возможностью перемещения в соответствии с перепадом давления между первым трубопроводом 30 и кольцевым пространством 18. В конфигурации, показанной на Фиг. 2, первый кольцевой поршень 74 расположен так, что первая камера 78 трубопровода имеет минимальный объем, а первая камера 80 окружающей области имеет максимальный объем.
Первый кольцевой поршень 74 входит в зацепление со штоком 70 исполнительного механизма посредством однонаправленного соединения, которое обеспечивает осевое соединение между первым кольцевым поршнем 74 и штоком 70 исполнительного механизма, когда первый кольцевой поршень 74 перемещается в первом направлении, проиллюстрированном стрелкой 86, и предотвращает осевое соединение, когда первый кольцевой поршень 74 перемещается в обратном втором направлении, проиллюстрированном стрелкой 88. В данном примере однонаправленное соединение включает в себя высаженный профиль 90, обеспеченный на штоке 70 исполнительного механизма, причем первый кольцевой поршень 74 входит в зацепление с высаженным профилем 90 при перемещении указанного поршня 74 в первом направлении 86 и отцепляется от высаженного профиля 90 при перемещении первого кольцевого поршня 74 во втором направлении 88.
Однонаправленное соединение позволяет первому кольцевому поршню 74 вызывать перемещение штока 70 исполнительного механизма и приведение в действие клапана 44, когда давление в первом трубопроводе 30 превышает давление в кольцевом пространстве (перемещение штока исполнительного механизма в первом направлении 86). Однако, когда окружающее давление превышает давление в первом трубопроводе 30, первый кольцевой поршень может перемещаться во втором направлении независимо от штока 70 исполнительного механизма.
Исполнительный механизм 46 дополнительно содержит вторую поршневую головку в виде второго кольцевого поршня 90, выполненного с возможностью перемещения в осевом направлении во втором участке 92 поршневого канала и находящегося в герметичном контакте как с внутренней поверхностью главного канала 42, так и с внешней поверхностью штока 70 исполнительного механизма. Первый и второй участки 76, 92 поршневого канала разделены кольцевым уплотнительным элементом 94, который зафиксирован относительно корпуса 28.
Второй кольцевой поршень 90 делит второй участок 92 поршневого канала на вторую камеру 96 трубопровода и вторую камеру 98 окружающей области. Вторая камера 96 трубопровода находится в сообщении со вторым трубопроводом 32 через путь 100 сообщения, а вторая камера 92 окружающей области находится в сообщении с окружающей областью снаружи устройства (в частности, с кольцевым пространством 18, показанным на Фиг. 1) через канал 84, продолжающийся через шток 70 исполнительного механизма (альтернативно отверстие может быть обеспечено через корпус 28). Резьбовые соединения между смежными компонентами штока 70 исполнительного механизма могут обеспечивать соответствующий путь сообщения от канала 84 до второй камеры 92 окружающей области. Соответственно, второй кольцевой поршень 90 выполнен с возможностью перемещения в соответствии с перепадом давления между вторым трубопроводом 32 и кольцевым пространством 18. В конфигурации, показанной на Фиг. 2, второй кольцевой поршень 90 расположен так, что вторая камера 96 трубопровода имеет минимальный объем, а вторая камера 92 окружающей области имеет максимальный объем.
Подобно первому кольцевому поршню 74, второй кольцевой поршень 90 входит в зацепление со штоком 70 исполнительного механизма посредством однонаправленного соединения, в частности, высаженного профиля 102.
Шток 70 исполнительного механизма подпружинен для перемещения во втором направлении 88 посредством пружины 104, которая в примере, показанном на Фиг. 2, действует между концом 106 штока 70 исполнительного механизма и кольцевым уплотнительным элементом 108, который зафиксирован относительно корпуса 28. Альтернативно пружина может быть обеспечена в другом месте в устройстве 26.
При нахождении устройства 26 в конфигурации, показанной на Фиг. 2, первый и второй трубопроводы 30, 32 находятся под давлением, которое ниже, чем давление в кольцевом пространстве, так что смещение пружины 104 устанавливает золотник 64 клапана в проиллюстрированном первом положении, что поддерживает первый и второй трубопроводы 30, 32 в сообщении и уравновешенными по давлению. В связи с этим приведение в действие шарового клапана 24 (Фиг. 1) не допускается.
При необходимости приведения в действие шарового клапана 24 давление в первом и втором трубопроводах 30, 32 поднимается выше давления в кольцевом пространстве, что, как проиллюстрировано на Фиг. 3, вызывает перемещение первого и второго кольцевых поршней 74, 90 в первом направлении 86, обеспечивая соответствующее перемещение штока 70 исполнительного механизма и соединенного золотника 64 клапана, сжимающее пружину 104. Таким образом, золотник 64 клапана перемещается во второе положение для переключения клапана 44 во вторую конфигурацию, в которой отверстия 56, 62 в уплотнительном вкладыше 48 клапана больше не находятся в сообщении, изолируя первый и второй трубопроводы 30, 32. В конфигурации, показанной на Фиг. 3, устройство 26 может считаться находящимся во взведенном положении.
Поскольку первый и второй трубопроводы 30, 32 больше не находятся в сообщении, между ними может быть обеспечен перепад давления, вызывающий приведение в действие шарового клапана 24. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 4, давление в первом трубопроводе 30 может поддерживаться, тогда как давление во втором трубопроводе 32 может быть уменьшено, например, сброшено или выпущено. Это может обеспечивать режим закрытия шарового клапана 24.
Поддерживаемое высокое давление в первом трубопроводе 30 удерживает первый кольцевой поршень 74 на месте, поддерживая клапан 44 во второй конфигурации и обеспечивая изоляцию между первым и вторым трубопроводами 30, 32. Второй кольцевой поршень 90 больше не подвергается воздействию достаточного давления через второй трубопровод 32, так что давление в кольцевом пространстве может вызывать перемещение второго кольцевого поршня 90 во втором направлении 88. Однако такое перемещение второго кольцевого поршня 90 не будет оказывать никакого возвратного усилия на шток 70 исполнительного механизма за счет однонаправленного соединения между ними.
При необходимости между первым и вторым трубопроводами 30, 32 может быть установлен обратный или второй перепад давления для обеспечения второго режима работы шарового клапана 24, например, режима открытия. Создаваемый обратный или второй перепад давления проиллюстрирован на Фиг. 5, на которой во втором трубопроводе 32 поддерживается высокое давление, тогда как давление в первом трубопроводе 30 уменьшается, например, сбрасывается или выпускается. В некоторых примерах перед переключением между разными рабочими перепадами давления как в первом, так и во втором трубопроводах 30, 32 может быть установлено условие высокого давления, как проиллюстрировано на Фиг. 3.
После выполнения необходимых операций и/или между выполнением разных операций давление в первом и втором трубопроводах 30, 32 может быть опущено ниже давления в кольцевом пространстве, что позволяет пружине 104 переместить шток 70 исполнительного механизма во втором направлении, возвращая золотник 64 клапана в первое положение и, следовательно, клапан 44 в первую конфигурацию, как проиллюстрировано на Фиг. 6. В связи с этим первый и второй трубопроводы 30, 32 снова могут находиться в сообщении через отверстия 56, 62 в уплотнительном вкладыше 48 клапана и кольцевое углубление 66 в золотнике 64 клапана.
В описанном выше примере первый и второй трубопроводы 30, 32 обеспечены в общем корпусе. Однако в других примерах, например, как проиллюстрировано на Фиг. 7, первый и второй трубопроводы 30, 32 могут быть обеспечены отдельно от корпуса.
Следует понимать, что примеры, приведенные в настоящем документе, являются лишь примером реализации настоящего изобретения, и что могут быть выполнены различные модификации. Например, устройство управления может использоваться в других областях и не ограничивается использованием только в стволе скважины.