СКВАЖИННАЯ ТРУБЧАТАЯ КОНСТРУКЦИЯ
WELL TUBULAR STRUCTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к скважинной трубчатой конструкции, выполненной с возможностью расположения в стволе скважины в пласте. Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей скважинную трубчатую конструкцию согласно настоящему изобретению, и к способу управления муфтой для раскрытия и перекрытия отверстия в скважинной трубчатой конструкции согласно настоящему изобретению.
Уровень техники
Открытие или закрытие скользящих муфт в скважине часто выполняют с помощью рабочего инструмента, имеющего выдвижные ключи, причем каждая муфта имеет профиль, соответствующий профилю ключа. Если предусмотрены муфты с более чем двумя положениями, то управление скользящими муфтами необходимо осуществлять за несколько спускоподъемных операций; то есть, одна спускоподъемная операция на каждое положение муфты, поскольку муфты имеют различные профили для обеспечения возможности их позиционирования в различных положениях, в результате чего рабочему инструменту необходимо менять ключи для сопряжения с другим профилем скользящей муфты.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы полностью или частично устранить упомянутые выше недостатки и проблемы уровня техники. Более конкретно, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной скважинной трубчатой конструкции и скважинной системы, упрощающих управление скользящими муфтами за счет обеспечения возможности открытия и/или закрытия нескольких многопозиционных скользящих муфт за одну спускоподъемную операцию.
Вышеописанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеследующего описания, реализованы благодаря решению в соответствии с настоящим изобретением посредством скважинной трубчатой конструкции, выполненной с возможностью расположения в стволе скважины в пласте и содержащей:
- скважинную трубчатую часть, имеющую отверстие и внутреннюю поверхность, причем скважинная трубчатая часть имеет осевую протяженность; и
- первую муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри скважинной трубчатой части вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности, причем первая муфта имеет первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, причем первая муфта содержит первую канавку муфты, обращенную в сторону от скважинной трубчатой части, причем первая канавка муфты указанной первой муфты имеет первую поверхность канавки, проходящую радиально и обращенную в сторону от первой концевой поверхности, причем первая канавка муфты указанной первой муфты имеет вторую поверхность канавки, наклоненную в сторону от первой поверхности канавки, причем скважинная трубчатая часть имеет первую наклонную поверхность, обращенную к первой концевой поверхности первой муфты, причем первая наклонная поверхность наклонена от внутренней поверхности в сторону от первой муфты, причем скважинная трубчатая часть имеет вторую наклонную поверхность, обращенную к первой наклонной поверхности, причем вторая наклонная поверхность наклонена от внутренней поверхности в сторону от первой муфты, причем первая муфта выполнена с возможностью скольжения к первой наклонной поверхности во время раскрытия и перекрытия отверстия.
Благодаря наличию первой наклонной поверхности и второй наклонной поверхности, выступающая часть скважинного инструмента, зацепляющаяся с канавкой муфты, автоматически выскальзывает и отцепляется от канавки при скольжении выступающей части скважинного инструмента вдоль первой наклонной поверхности или второй наклонной поверхности, при этом выступающая часть выводится радиально внутрь из зацепления с канавкой муфты.
Первая концевая поверхность и/или вторая концевая поверхность первой муфты могут иметь наклон.
Благодаря наличию наклонных концевых поверхностей, выступающая часть инструмента, взаимодействующая с канавкой, имеет возможность выскальзывания и выхода из зацепления с канавкой.
Кроме того, скважинная трубчатая часть может содержать канавку трубчатой части, в которой скользит указанная первая муфта, при этом первая наклонная поверхность образует часть канавки трубчатой части.
Также, скважинная трубчатая часть может содержать выступающий элемент, причем указанный выступающий элемент имеет первую наклонную поверхность.
Дополнительно, первая муфта может содержать вторую канавку муфты, имеющую первую поверхность канавки, проходящую радиально, и вторую поверхность канавки, наклоненную к первой наклонной поверхности.
За счет того что и первая, и вторая канавки муфты имеют вторую поверхность канавки, наклоненную от и к первой наклонной поверхности, соответственно, скважинный инструмент может открыть муфту при движении в первом направлении и закрыть муфту при движении во втором направлении, противоположном указанному первому направлению.
Кроме того, вторые поверхности канавки первой и второй канавки муфты могут быть наклонены друг к другу.
Дополнительно, вторая поверхность канавки может быть наклонена от внутренней поверхности скважинной трубчатой части и к первой наклонной поверхности.
Также, первая концевая поверхность и/или вторая концевая поверхность первой муфты могут иметь наклон.
Дополнительно, скважинная трубчатая часть может иметь второе отверстие, смещенное вдоль осевой протяженности относительно указанного первого отверстия.
Кроме того, скважинная трубчатая конструкция согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать вторую муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри скважинной трубчатой части вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности, причем вторая муфта имеет первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, причем вторая муфта имеет наклонную поверхность муфты, которая представляет собой указанную первую концевую поверхность или указанную вторую концевую поверхность, причем наклонная поверхность муфты обращена к первой наклонной поверхности и наклонена в сторону от первой муфты.
Также, первая и вторая муфты могут скользить внутри одной и той же канавки трубчатой части.
Кроме того, вторая муфта может в одном положении быть расположена рядом со второй концевой поверхностью первой муфты. При этом первая муфта может быть расположена между первой наклонной поверхностью и второй муфтой.
Вторая муфта может содержать первую канавку муфты, обращенную в сторону от скважинной трубчатой части, причем первая канавка муфты указанной второй муфты имеет первую поверхность канавки, проходящую радиально и обращенную в сторону от первой концевой поверхности.
В дополнение, вторая канавка муфты может иметь вторую поверхность канавки, наклоненную к первой наклонной поверхности.
Дополнительно, вторая концевая поверхность первой муфты может иметь наклон.
Также, вторая концевая поверхность второй муфты может иметь наклон.
Более того, скважинная трубчатая часть может иметь третье отверстие, смещенное вдоль осевой протяженности относительно указанного второго отверстия.
Описанная выше скважинная трубчатая конструкция может дополнительно содержать третью муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри скважинной трубчатой части вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности, причем третья муфта имеет первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, причем третья муфта имеет наклонную поверхность муфты, которая представляет собой указанную первую концевую поверхность или указанную вторую концевую поверхность, причем наклонная поверхность муфты обращена к первой наклонной поверхности и наклонена в сторону от первой муфты.
В дополнение, вторая муфта может быть расположена между первой муфтой и второй муфтой.
Дополнительно, первая наклонная поверхность и/или вторая наклонная поверхность могут быть наклонены под углом 20-70° относительно осевой протяженности.
Второе отверстие может быть больше первого отверстия.
Кроме того, на внешней поверхности скважинной трубчатой части напротив отверстия может быть расположен фильтр.
Также, фильтр может быть расположен в муфте.
Дополнительно, в отверстии может быть расположен клапан, например клапан непрерывного потока или регулятор притока.
Также, в муфте и/или в скважинной трубчатой части может быть расположена идентификационная метка.
Может быть предусмотрено наличие автоматически закрывающегося механизма, выполненного с возможностью перемещения муфты в сторону от первой наклонной поверхности.
Дополнительно, муфта может иметь кольцевую выемку и уплотнительный элемент, расположенный в указанной выемке.
Одна или более муфт могут содержать стопорный механизм, запираемый в выемке в скважинной трубчатой части для блокировки муфты вдоль осевой протяженности.
Дополнительно, скважинная трубчатая конструкция может быть изготовлена из металла и, соответственно, представлять собой скважинную трубчатую металлическую конструкцию.
Более того, скважинная трубчатая часть может быть изготовлена из металла и, соответственно, представлять собой скважинную трубчатую металлическую часть.
Также, муфта может быть изготовлена из металла и, соответственно, представлять собой металлическую муфту.
Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей скважинную трубчатую конструкцию согласно любому из предыдущих пунктов, и скважинный инструмент, погружаемый в скважинную трубчатую конструкцию, причем скважинный инструмент имеет корпус инструмента и первую выступающую часть, выполненную с возможностью выдвижения наружу из корпуса инструмента, причем указанная выступающая часть имеет профиль, причем указанный профиль содержит углубление между первым элементом зацепления и вторым элементом зацепления, причем каждый элемент зацепления имеет наклонную поверхность, обращенную в сторону от указанного углубления, причем углубление имеет две поверхности углубления, проходящие радиально к осевой протяженности, причем один из элементов зацепления выполнен с возможностью зацепления с канавкой муфты, причем другой элемент зацепления не зацеплен с муфтой.
Муфта может иметь первую концевую часть муфты, проходящую между первой концевой поверхностью и первой поверхностью канавки, причем углубление профиля выступающей части имеет осевую протяженность, превышающую первую концевую часть муфты вдоль осевой протяженности, так что поверхность углубления выступающей части имеет возможность скользить вдоль первой наклонной поверхности.
Также, выступающая часть может быть упруго подвешена в корпусе инструмента с помощью пружины, так что выступающая часть выполнена с возможностью скольжения вдоль и внутри скважинной трубчатой конструкции, входя и выходя из зацепления с канавками муфты.
Более того, пружина может представлять собой винтовую пружину, обеспечивающую упругое подвешивание выступающей части.
Дополнительно, выступающая часть (части) инструмента может выдвигаться наружу посредством гидравлических механизмов.
Указанная выступающая часть (части) инструмента выполнена с возможностью втягивания обратно с помощью пружины.
Более того, скважинный инструмент может содержать вторую выступающую часть, расположенную по окружности напротив первой выступающей части.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу управления муфтой для раскрытия или перекрытия отверстия в описанной выше скважинной трубчатой конструкции, предусмотренной в описанной выше системе, причем способ содержит этапы, на которых:
- вставляют скважинный инструмент в скважинную трубчатую конструкцию;
- перемещают скважинный инструмент вперед в скважинной трубчатой конструкции в первом направлении;
- выдвигают выступающую часть из корпуса инструмента;
- перемещают скважинный инструмент дальше вдоль первого направления, так что выступающая часть скользит вдоль внутренней поверхности скважинной трубчатой конструкции;
- обеспечивают возможность скольжения первого элемента зацепления выступающей части мимо первой канавки муфты и возможность дальнейшего выдвижения второго элемента зацепления выступающей части для зацепления с первой канавкой муфты;
- перемещают скважинный инструмент дальше вдоль первого направления, тем самым смещая муфту из первого положения во второе положение для перекрытия или раскрытия отверстия; и
- обеспечивают скольжение выступающей части вдоль наклонной концевой поверхности скважинной трубчатой конструкции, тем самым обеспечивая втягивание выступающей части и выведение ее из зацепления с первой канавкой муфты.
Указанный способ управления муфтой может дополнительно содержать этапы, на которых:
- перемещают скважинный инструмент во втором направлении, противоположном указанному первому направлению;
- обеспечивают скольжение выступающей части мимо первой канавки муфты без зацепления с первой канавкой муфты;
- перемещают скважинный инструмент дальше во втором направлении;
- обеспечивают возможность скольжения второго элемента зацепления выступающей части мимо второй канавки и возможность дальнейшего выдвижения первого элемента зацепления выступающей части для зацепления со второй канавкой муфты;
- перемещают скважинный инструмент дальше во втором направлении, тем самым смещая муфту из второго положения в первое положение; и
- обеспечивают скольжение выступающей части вдоль второй наклонной концевой поверхности скважинной трубчатой конструкции, тем самым обеспечивая втягивание выступающей части и выведение ее из зацепления с первой канавкой муфты.
Краткое описание чертежей
Далее приведено подробное описание настоящего изобретения и его различных преимуществ со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с целью иллюстрации показаны некоторые не ограничивающие предпочтительные варианты его осуществления и на которых:
- на фиг. 1 в поперечном сечении показана скважинная трубчатая конструкция, имеющая муфту, перекрывающую отверстие;
- на фиг. 2 в поперечном сечении показана скважинная трубчатая конструкция, показанная на фиг. 1, причем муфта находится в положении раскрытия отверстия;
- на фиг. 3 в поперечном сечении показана другая скважинная трубчатая конструкция, имеющая выступ;
- на фиг. 4а-с в поперечном сечении показана скважинная трубчатая конструкция, показанная на фиг. 1, причем выступающая часть зацепляется с муфтой и перемещает муфту в первом направлении из положения, показанного на фиг. 1, в положение, показанное на фиг. 2;
- на фиг. 4d-g в поперечном сечении показана скважинная трубчатая конструкция, показанная на фиг. 1, причем выступающая часть зацепляется с муфтой и перемещает муфту во втором направлении, противоположном указанному первому направлению, из положения, показанного на фиг. 2, в положение, показанное на фиг. 1;
- на фиг. 5 в поперечном сечении показана скважинная система, содержащая скважинный инструмент и другую скважинную трубчатую конструкцию, имеющую две муфты;
- на фиг. 6 в поперечном сечении показана скважинная система, показанная на фиг. 5, причем вторая муфта была перемещена;
- на фиг. 7 в поперечном сечении показана скважинная система, показанная на фиг. 5, причем первая муфта перемещается;
- на фиг. 8 в поперечном сечении показана скважинная система, показанная на фиг. 5, причем обе муфты перекрывают отверстие;
- на фиг. 9А в поперечном сечении показана другая скважинная трубчатая конструкция, имеющая стопорный механизм;
- на фиг. 9В в поперечном сечении показана другая скважинная трубчатая конструкция, имеющая другой стопорный механизм;
- на фиг. 10 в поперечном сечении показана другая скважинная трубчатая конструкция;
- на фиг. 11А в поперечном сечении показана другая скважинная трубчатая конструкция, имеющая три муфты, причем первое отверстие раскрыто, а второе и третье отверстия перекрыты;
- на фиг. 11В показана система, показанная на фиг. 11А, причем второе отверстие раскрыто, а первое и третье отверстия перекрыты;
- на фиг. 11С показана система, показанная на фиг. 11А, причем третье отверстие раскрыто, а первое и второе отверстия перекрыты;
- на фиг. 11D показана система, показанная на фиг. 11А, причем все отверстия перекрыты;
- на фиг. 12 в поперечном сечении показана другая скважинная трубчатая конструкция, имеющая клапан в отверстии;
- на фиг. 13 в увеличенном масштабе показан клапан, показанный на фиг. 12;
- на фиг. 14 в поперечном сечении показан вкладыш другого варианта осуществления клапана.
Все чертежи являются схематичными и не обязательно представлены в масштабе, причем на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения принципов настоящего изобретения, а другие части исключены или их наличие просто предполагается.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана скважинная трубчатая конструкция 1, расположенная в стволе 2 скважины в пласте 3. Скважинная трубчатая конструкция содержит скважинную трубчатую часть 4, также называемую основной трубой, имеющую отверстие 5 для обеспечения возможности протекания текучей среды из пласта в скважинную трубчатую конструкцию или из внутреннего пространства скважинной трубчатой конструкции в пласт, например, когда выполняют разрыв пласта или кислотную обработку. Скважинная трубчатая конструкция 1 имеет внутреннюю поверхность 6 и осевую протяженность, совпадающую с осевой протяженностью 7 скважинной трубчатой части. Скважинная трубчатая конструкция 1 содержит первую муфту 8, выполненную с возможностью скольжения внутри скважинной трубчатой части 4 вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности 6. Первая муфта 8 имеет первую концевую поверхность 9 и вторую концевую поверхность 10, при этом первая муфта 8 имеет первую канавку 11 муфты, обращенную в сторону от скважинной трубчатой части 4. Первая канавка 11 муфты указанной первой муфты имеет первую поверхность 12 канавки, проходящую радиально, по существу перпендикулярно осевой протяженности 7 и обращенную в сторону от первой концевой поверхности 9. Первая канавка 11 муфты дополнительно имеет основную поверхность, параллельную осевой протяженности, и вторую поверхность 17 канавки, наклоненную от указанной основной поверхности в сторону от первой поверхности 12 канавки. Скважинная трубчатая часть 4 дополнительно содержит первую наклонную поверхность 14, обращенную к первой концевой поверхности 9 первой муфты 8, причем первая наклонная поверхность 14 наклонена от внутренней поверхности 6 скважинной трубчатой части 4 в сторону от первой муфты 8. Первая муфта перекрывает отверстие 5 на фиг. 1 и выполнена с возможностью скольжения вдоль внутренней поверхности 6 для раскрытия отверстия 5 и обеспечения возможности прохождения текучей среды через отверстие, как показано на фиг. 2.
Благодаря наличию первой наклонной поверхности 14, выступающая часть 42 (показана на фиг. 4В и 4С) скважинного инструмента, зацепляющаяся с первой канавкой 11 муфты, автоматически выскальзывает и выходит из зацепления с первой канавкой муфты, при скольжении выступающей части скважинного инструмента вдоль первой наклонной поверхности 14, при этом выступающая часть выводится радиально внутрь из зацепления с первой канавкой 11 муфты.
Скважинная трубчатая часть, показанная на фиг. 1, содержит канавку 15 трубчатой части, в которой скользит первая муфта 8, при этом первая наклонная поверхность 14 образует часть канавки 15 трубчатой части. Скважинная трубчатая часть 4 содержит, на противоположном конце первой наклонной поверхности 14, вторую наклонную поверхность 21, обращенную к первой наклонной поверхности 14 и наклоненную от внутренней поверхности 6 в сторону от первой муфты. На фиг. 1 показано, что первая муфта 8 содержит вторую канавку 18 муфты, имеющую первую поверхность 20 канавки, проходящую радиально и по существу перпендикулярно осевой протяженности 7. Вторая канавка 18 муфты дополнительно содержит основную поверхность, параллельную осевой протяженности, и вторую поверхность 19 канавки, наклоненную от основной поверхности к первой наклонной поверхности 14. Благодаря наличию первой канавки 11 муфты и второй канавки 18 муфты, а также благодаря тому, что каждая канава имеет вторую поверхность 17, 19 канавки, наклоненную от внутренней поверхности 6 в сторону от и к первой наклонной поверхности 14, соответственно, скважинный инструмент имеет возможность открывать муфту при движении в первом направлении и способен закрывать муфту при движении во втором направлении, противоположном указанному первому направлению. Таким образом, вторые поверхности канавок первой и второй канавки муфты наклонены друг к другу.
Вместо канавки трубчатой части, скважинная трубчатая часть может содержать выступающий элемент 16, так что первая наклонная поверхность 14 образует часть выступающего элемента, как показано на фиг. 3.
Для обеспечения скольжения первой муфты из первого положения, показанного на фиг. 1 и частично на фиг. 4, во второе положение, показанное на фиг. 2, скважинный инструмент, имеющий выступающую часть 42, вставляется в скважинную трубчатую конструкцию. Выступающая часть 42 имеет профиль 43, включающий в себя углубление 44 между первым элементом 61 зацепления и вторым элементом 62 зацепления. Каждый элемент зацепления содержит наклонную поверхность 45, 45а, 45b, обращенную в сторону от углубления. При повторном движении скважинного инструмента вверх, выступающая часть 42 выдвигается для скольжения вдоль скважинной трубчатой конструкции 1 и, соответственно, вдоль первой муфты 8. При достижении первой канавки 11 муфты, первый элемент 61 зацепления скользит мимо канавки муфты благодаря его наклонной поверхности 45а, причем второй элемент 62 зацепления входит в зацепление с канавкой муфты, причем одновременно с этим выступающая часть 42 выдвигается наружу в радиальном направлении. При дальнейшем движении скважинного инструмента, как показано на фиг. 4b, наклонная поверхность 45а первого элемента 61 зацепления упирается в наклонную поверхность 14 скважинной трубчатой части 4, при этом выступающая часть 42 втягивается, как показано на фиг. 4с, а второй элемент 62 зацепления выходит из зацепления с канавкой муфты, оставляя муфту в положении, показанном на фиг. 4с.
На фиг. 4d показано, что скважинный инструмент движется дальше в скважину, в то время как выступающая часть 42 выдвигается наружу, причем во время скольжения выступающей части 42 вдоль скважинной трубчатой части 4, выступающая часть выдвигается еще дальше в зазор между первой наклонной поверхностью 14 и первой концевой поверхностью 9 и в первую канавку 11 муфты. При дальнейшем движении скважинного инструмента и выступающей части 42 вниз по скважине, наклонная поверхность 45b второго элемента 62 зацепления прилегает и скользит вдоль наклонной второй поверхности 17 канавки, обеспечивая незначительное втягивание обратно выступающей части 42 в корпус инструмента и выведение ее из зацепления с канавкой, как показано на фиг. 4е. При дальнейшем движении вниз по скважине, выступающая часть скользит вдоль муфты до тех пор, пока первый элемент 61 зацепления не окажется напротив второй канавки 18 муфты и не войдет в канавку 18, как показано на фиг. 4f. При дальнейшем движении в том же самом направлении вниз по скважине, первый элемент 61 зацепления выступающей части 42 прилегает к первой поверхности 20 канавки и, таким образом, зацепляется со второй канавкой 18 муфты и перемещает первую муфту в положение, показанное на фиг. 1. Поскольку выступающая часть 42 инструмента продолжает перемещаться дальше вниз по скважине, наклонная поверхность 45b второго элемента 62 зацепления скользит вдоль второй наклонной поверхности 21 скважинной трубчатой части, в результате чего выступающая часть 42 втягивается обратно в корпус инструмента, как показано на фиг. 4g, где профиль выступающей части 42 больше не зацеплен со второй канавкой 18 муфты.
На фиг. 5 показано, что скважинная трубчатая конструкция дополнительно содержит вторую муфту 22, выполненную с возможностью скольжения внутри той же самой канавки трубчатой части в скважинной трубчатой части вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности, что и первая муфта 8. Благодаря наличию двух муфт внутри одного и того же узла 80 скользящих муфт, каждая муфта имеет только два положения, а не множество положений, как известные из уровня техники муфты. Было обнаружено, что многопозиционные муфты выходят из строя, при этом каждая многопозиционная муфта требует наличия различных ключей/профилей для изменения положения, в результате чего муфтой невозможно управлять во всех положениях за одну спускоподъемную операцию. Причиной наличия многопозиционных муфт является необходимость открытия более одного отверстия в одном узле муфт. Благодаря наличию двух муфт внутри одного и того же узла 80 скользящих муфт, необходим один инструмент, имеющий один профиль на выступающей части 42, в результате, муфты могут быть открыты и/или закрыты для двух отверстий, с помощью одного и того же инструмента и за одну и ту же спускоподъемную операцию благодаря конструкции каждой муфты.
Как показано на фиг. 5, вторая муфта 22 имеет первую концевую поверхность 23 и вторую концевую поверхность 24. Вторая муфта имеет наклонную поверхность 25 муфты, которая представляет собой первую концевую поверхность 23. Наклонная поверхность муфты наклонена от внутренней поверхности 6 скважинной трубчатой части 4 к первой канавке 26 муфты указанной второй муфты 22, и, таким образом, наклонная поверхность 25 муфты обращена к первой наклонной поверхности 14 и наклонена в сторону от первой муфты 8. Первая канавка 26 муфты указанной второй муфты 22 имеет первую поверхность 27 канавки, проходящую радиально, перпендикулярно относительно осевой протяженности и обращенную в сторону от первой концевой поверхности. Вторая канавка муфты также содержит основную поверхность, по существу параллельную осевой протяженности, и вторую поверхность 29 канавки, наклоненную от основной поверхности к первой наклонной поверхности 14.
На фиг. 5 показано, что скважинный инструмент 40, имеющий корпус 41 инструмента, расположен в скважинной трубчатой конструкции напротив первой канавки 26 муфты указанной второй муфты 22. Первая муфта 8 и вторая муфта 22 расположены так близко, что выступающая часть 22 не может быть зацеплена со второй канавкой 18 первой муфты 8, когда выступающая часть 42 движется в ее выдвинутое положение вдоль внутренней поверхности муфт 8, 22 и скважинной трубчатой части 4. Один элемент 61, 62 зацепления не может зацепляться со второй канавкой указанной первой муфты, поскольку другой в это же время расположен напротив заданной части муфты, не имеющей канавку.
Таким образом, первая канавка 26 муфты второй муфты 22 представляет собой первую канавку, в которой первый элемент 61 зацепления выступающей части 42 способен зацепляться при движении инструмента от первой наклонной поверхности 14 ко второй наклонной поверхности 21. При зацеплении второй элемент 62 зацепления расположен перед второй муфтой снаружи второй муфты в зазоре между второй концевой поверхностью 24 второй муфты и второй наклонной поверхностью 21 скважинной трубчатой части 4. Как показано на фиг. 5, вторая муфта 22 перекрывает второе отверстие 28 в скважинной трубчатой конструкции, причем при движении выступающей части 42 к наклонной поверхности 21, вторая муфта движется для раскрытия второго отверстия 28, как показано на фиг. 6. При дальнейшем движении инструмента вниз по скважине, вторая наклонная поверхность 45b, показанная на фиг. 6, второго элемента 62 зацепления скользит вдоль наклонной поверхности 21, а выступающая часть 42 втягивается немного, тем самым обеспечивая выведение первого элемента 61 зацепления из зацепления с канавкой 26 муфты. Таким образом, текучая среда имеет возможность протекать через второе отверстие 28, при этом первое отверстие 5 перекрыто и закрыто второй муфтой 22. Первое отверстие 5 больше второго отверстия 28, при этом размер открытия может меняться за счет смещения второй муфты. Для закрытия также второго отверстия 28, скважинный инструмент движется вверх, при этом выступающая часть 42 скользит вдоль внутренней поверхности муфты до тех пор, пока второй элемент 62 зацепления не будет иметь возможность выдвигаться во вторую канавку 38 второй муфты 22. При движении выступающей части 42 дальше ко второму отверстию, первая наклонная поверхность первого элемента 61 зацепления прилегает к наклонной второй концевой поверхности 10 первой муфты, и первый элемент 61 зацепления скользит вдоль наклонной второй концевой поверхности 10, при этом второй элемент 62 зацепления выходит из зацепления со второй канавкой 38 муфты, оставляя вторую муфту в положении, показанном на фиг. 5, с закрытием второго отверстия.
Вторая концевая поверхность 10 первой муфты 8 и первая концевая поверхность 23 второй муфты 22 наклонены так, что выступающая часть 42 скользит вдоль наклонной концевой поверхности и втягивается частично обратно, выходя из зацепления с ненадлежащей муфтой. Благодаря наличию двух муфт с противоположными наклонными концевыми поверхностями внутри одной и той же канавки 15, выступающая часть 42 инструмента не может войти в зацепление со второй канавкой 17 муфты первой муфты 8 или со второй канавкой 38 муфты второй муфты 22, когда две муфты 8, 22 расположены рядом друг с другом в первом положении, как показано на фиг. 5, в котором первое отверстие 5 раскрыто и, соответственно, открыто, или в третьем положении, рядом друг с другом, в котором оба отверстия перекрыты и, соответственно закрыты. Во втором положении, показанном на фиг. 6, выступающая часть 42 инструмента может войти в зацепление со второй канавкой 18 муфты первой муфты, как показано на фиг. 7, для перемещения первой муфты в третье положение, показанное на фиг. 8, или выступающая часть 42 инструмента может войти в зацепление со второй канавкой 38 муфты второй муфты 22 для перемещения второй муфты в первое положение. Таким образом, инструмент не может войти в зацепление с ненадлежащей муфтой, а только с муфтой, которая требует перемещения. При движении инструмента в первом направлении, как показано на фиг. 5, инструмент может войти в зацепление только с первой канавкой второй муфты и переместить вторую муфту во второе положение, показанное на фиг. 6, благодаря наклонной поверхности 45b и наклонным концевым поверхностям 17, 25, 39. В ситуации, в которой муфты расположены во втором положении, инструмент, движущийся в первом направлении, может войти в зацепление только со второй канавкой 18 муфты первой муфты 8, как показано на фиг. 7. В ситуации, в которой муфты расположены во втором положении, как показано на фиг. 6, инструмент, движущийся во втором направлении, противоположном указанному первому направлению (то есть, в противоположном направлении относительно стрелки, показанной на фиг. 6), может войти в зацепление только со второй канавкой 38 второй муфты 22 благодаря наклонной поверхности 45а инструмента, скользящего вдоль наклонной второй поверхности 29 канавки, в результате чего инструмент выходит из зацепления с первой канавкой 26 муфты до того, как получит возможность перемещения муфты 22. Таким образом, один и тот же инструмент, имеющий один и тот же профиль выступающей части, может открывать и закрывать и первое отверстие, и второе отверстие за одну спускоподъемную операцию без необходимости извлечения из скважины для изменения профиля.
Первая наклонная поверхность и/или вторая наклонная поверхность наклонена/наклонены под углом 20-70° относительно осевой протяженности. Таким образом, выступающая часть способна скользить к корпусу инструмента и, соответственно, втягивается обратно при движении инструмента дальше в скважину.
Хотя это и не показано на чертежах, на внешней поверхности скважинной трубчатой части напротив одного из отверстий может быть расположен фильтр.
Для надлежащего определения того, из какой продуктивной зоны необходимо обеспечить добычу и, соответственно, какую муфту необходимо открыть для обеспечения потока через отверстие, в муфте и/или скважинной трубчатой части расположена идентификационная метка 63, как показано на фиг. 10. Скважинная трубчатая конструкция содержит модуль обнаружения, предназначенный для обнаружения указанной идентификационной метки. Как показано на чертеже, муфта скважинной трубчатой части содержит автоматически закрывающийся механизм 57, выполненный с возможностью перемещения муфты к и от первой наклонной поверхности, так что при перемещении муфты для открытия отверстия 5 и обеспечения, тем самым, через него потока текучей среды, пружина 65 автоматически закрывающегося механизма 57 сжимается посредством штока 64, движущегося в полости 66. Таким образом, когда выступающая часть прекращает зацепляться с канавкой муфты, автоматически закрывающийся механизм закрывает отверстие за счет перемещения муфты в исходное положение, показанное на фиг. 10.
Как показано на фиг. 9А, первая муфта имеет кольцевую выемку 50 и уплотнительный элемент 51, расположенный в указанной выемке так, чтобы обеспечить уплотнение между муфтой и скважинной трубчатой частью 4. Вторая муфта дополнительно содержит стопорный механизм 52, запираемый в выемке 53 в скважинной трубчатой части 4 для блокировки муфты вдоль осевой протяженности. Стопорный механизм представляет собой пружинный палец, который по возможности выдвигается радиально наружу, например, в выемку 53. Благодаря наличию стопорного механизма, блокирующего муфты, предотвращается непреднамеренное движение муфт при прохождении мимо муфт других инструментов.
Как показано на фиг. 9В, вторая муфта содержит другой стопорный механизм 52, запираемый в выемке 53 в скважинной трубчатой части 4 для блокировки муфты вдоль осевой протяженности. Стопорный механизм 52 содержит пружину 59, обеспечивающую движение элемента 55 радиально внутрь в выемку 53, когда выемка муфты расположена напротив стопорного механизма 52. Элемент содержит керамический или металлический шарик, взаимодействующий с выемкой.
На фиг. 5 и 6 показана скважинная система 100, содержащая скважинную трубчатую конструкцию 1 и скважинный инструмент 40 (показан на фиг. 11А), погружаемый в скважинную трубчатую конструкцию. Скважинный инструмент имеет корпус 41 инструмента и первую выступающую часть 42, выполненную с возможностью выдвигаться наружу из корпуса инструмента, при этом выступающая часть имеет профиль 43, причем профиль включает в себя углубление 44 между первым элементом зацепления и вторым элементом зацепления, причем каждый элемент зацепления имеет наклонную поверхность 45, 45а, 45b, обращенную в сторону от углубления, причем углубление имеет первую и вторую поверхности углубления, проходящие радиально к осевой протяженности, причем один из элементов зацепления выполнен с возможностью зацепления с канавкой муфты, при этом другой элемент зацепления не зацеплен с муфтой.
Как показано на фиг. 4d, муфта имеет первую концевую часть 58 муфты, проходящую между первой концевой поверхностью 9 и первой поверхностью 12 канавки, а углубление 44 профиля выступающей части 42 имеет осевую протяженность, превышающую первую концевую часть 58 муфты вдоль указанной осевой протяженности, так что наклонная поверхность 45 выступающей части 42 имеет возможность скольжения вдоль первой наклонной поверхности или второй наклонной поверхности, как показано на фиг. 4g.
Для обеспечения возможности скольжения выступающей части 42 вдоль муфты и отцепления или сцепления с канавкой муфты, выступающая часть упруго подвешена в корпусе инструмента с помощью пружины 59, например, винтовой пружины, как показано на фиг. 5.
Как показано на фиг. 5, скважинный инструмент содержит вторую выступающую часть 42b, расположенную по окружности напротив первой выступающей части.
При движении выступающей части 42, 42b для перемещения муфты, она может быть лишь частью инструмента, движущейся относительно другой неподвижной части инструмента. Неподвижная часть инструмента может быть зафиксирована вдоль осевой протяженности с помощью анкерной секции, причем подвижная часть может перемещаться с помощью толкающего инструмента, который представляет собой инструмент, обеспечивающий осевую силу вдоль осевой протяженности. Толкающий инструмент содержит электрический двигатель для приведения в действие насоса. Насос нагнетает текучую среду в корпус штока для перемещения штока, действующего внутри него. Шток расположен на ходовом валу. Насос может нагнетать текучую среду в корпус штока с одной стороны и одновременно высасывать текучую среду с другой стороны штока.
На фиг. 11А показано, что скважинная трубчатая конструкция 1 содержит три муфты: первую муфту 8, вторую муфту 22 и третью муфту 68. Скважинная трубчатая часть 4 имеет три отверстия: первое отверстие 5, второе отверстие 28 и третье отверстие 67. На фиг. 11А три муфты расположены в первом положении, перекрывающем второе и третье отверстия 28, 67, при этом первое отверстие открыто. Первое отверстие 5 больше второго и третьего отверстий и, главным образом, используется для осуществления разрыва пласта или подачи кислоты в разрыв для увеличения контакта с пластом. На фиг. 11А выступающая часть 42 инструмента 40, движущаяся в первом направлении к наклонной поверхности 21, может зацепляться только с первой канавкой 72 муфты, поскольку наклонные поверхности первой и второй муфт обеспечивают втягивание выступающей части обратно и отцепление при движении мимо муфт.
Во втором положении, показанном на фиг. 11В, три муфты расположены во втором положении, перекрывающем первое и третье отверстия 5, 67, причем второе отверстие 28 открыто. В этом положении, выступающая часть 42 инструмента, движущаяся в первом направлении, может зацепляться только со второй канавкой 26 муфты указанной второй муфты для перемещения второй муфты в ее второе положение, которое представляет собой третье положение, показанное на фиг. 11С, или выступающая часть инструмента может зацепляться со второй канавкой 73 муфты указанной третьей муфты 68 для перемещения третьей муфты в первое положение. Таким образом, инструмент не может зацепляться с ненадлежащей муфтой, а только с муфтой, требующей перемещения, или со второй муфтой при движении в первом направлении, или с третьей муфтой при движении во втором направлении, противоположном указанному первому направлению.
В третьем положении, показанном на фиг. 11С, три муфты расположены в третьем положении, перекрывающем первое и второе отверстия 5, 28, а третье отверстие 57 открыто. В этом положении, выступающая часть инструмента, движущаяся в первом направлении, может зацепляться только со второй канавкой 18 муфты указанной первой муфты 8 для перемещения ее во второе положение, которое представляет собой четвертое положение, показанное на фиг. 11D, с закрытием при этом также третьего отверстия 67, или выступающая часть инструмента, движущаяся во втором направлении, может зацепляться со второй канавкой 38 муфты указанной второй муфты 22 для перемещения второй муфты 22 во второе положение, показанное на фиг. 11В. Таким образом, инструмент не может зацепиться с ненадлежащей муфтой, а только с муфтой, требующей перемещения, или с третьей муфтой при движении в первом направлении, или со второй муфтой при движении во втором направлении, противоположном указанному первому направлению.
В четвертом положении, показанном на фиг. 11D, три муфты расположены в третьем положении, перекрывающем все отверстия. В этом положении, выступающая часть инструмента, движущаяся в первом направлении, не может зацепиться с любой муфтой этого узла 80 муфт, и движется мимо муфт к следующему узлу муфт. При движении инструмента мимо этого узла муфт во втором направлении, выступающая часть инструмента может зацепиться только с первой канавкой 11 муфты указанной первой муфты 8 для перемещения первой муфты в ее первое положение, которое представляет собой третье положение узла 80 муфт, показанное на фиг. 11С. Таким образом, также и в четвертом положении, инструмент не может зацепиться с ненадлежащей муфтой, а только с муфтой, требующей перемещения, то есть с первой муфтой, при движении во втором направлении, противоположном указанному первому направлению.
На фиг. 12 показано, что клапан 82 расположен в отверстии 28. Клапан 82 может представлять собой клапан непрерывного потока или другой вид регулятора притока. Клапан показан во втором отверстии, но может быть расположен в любом отверстии в скважинной трубчатой части 4. Клапан 82 показан в увеличенном масштабе на фиг. 13, на которой видно, что клапан имеет вкладыш 83, изготовленный из керамики. Керамический вкладыш 83 имеет сквозное отверстие, проходящее радиально, перпендикулярно относительно осевой протяженности 7 (показано на фиг. 12). Как показано на фиг. 14, вкладыш 83 имеет угловое сквозное отверстие, которое имеет угол v к осевой протяженности 7 для направления потока текучей среды в скважинную трубчатую конструкцию.
Благодаря наличию наклонных поверхностей и муфт, которые практически прилегают друг к другу в заданном положении, муфты предотвращают зацепление выступающей части с ненадлежащей муфтой. Таким образом, один и тот же инструмент, имеющий один и тот же профиль выступающей части или ключ, может быть использован для перемещения любой муфты из ее первого положения в ее второе положение для перекрытия или раскрытия отверстий.
Узел 80 муфт может иметь более трех муфт, при этом трубчатая часть по аналогии может иметь соответствующее количество отверстий для открытия и закрытия.
Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.
Под скважинной трубчатой конструкцией понимается обсадная колонна или любой другой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и т.д., которые используются в скважине для добычи нефти или природного газа.
В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь колеса на выдвижных рычагах, причем колеса контактируют с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения трактора и инструмента вперед в скважине. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor.
Хотя настоящее изобретение описано выше в отношении предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны различные модификации, которые не выходят за пределы объема правовой охраны настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.