РАЗРУШАЮЩИЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ РАСТВОРИМОГО УПЛОТНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
DESTRUCTING MECHANISM FOR SOLUBLE SEALING DEVICE

Настоящее изобретение относится к дробящему механизму для растворимого уплотнительного устройства.
Такие растворимые уплотнительные устройства можно применять, например, для опрессовки, где они также должны функционировать, как барьеры для коллектора, в изоляции зоны или в капремонте скважины.
Известно применение пробок из растворимого материала, такого как стекло, керамика, соль, и т.д., где пробка может быть удалена или раздроблена после применения так, что остается весьма мало остатков или фрагментов. Такие пробки из растворимого материала при правильном конфигурировании можно удалять с применением или без применения взрывчатых веществ (ВВ) или в прогнозируемом и безопасном режиме.
Пробки содержащие один или более слоев стекла, сложенных друг на друга или друг над другом могут быть удалены без применения ВВ в методиках с применением ударных инструментов, шипов, вдавливаемых в растворимый материал, шариков или других изделий, служащих для создания напряжений в растворимом материале, или пробивания слоя, расположенного между двумя или больше слоями стекла (если пробки содержат больше одного слоя стекла), где объем содержит пленку или лист материала, иного чем стекло.
Данный слой между двумя или больше слоями стекла, содержащий пленку или лист материала, иного чем стекло, может содержать текучую среду, пластик, резину, войлок, бумагу, клей, консистентную смазку и т.д. Слой может быть, по существу, твердым или в целом или частично деформируемым /жидким. Объем между слоями стекла, который может быть обеспечен по меньшей мере одним из вышеупомянутых материалов, должен обеспечивать пробке сохранение требуемой прочности и жесткости во время применения для несения нагрузок на пробку, создаваемых перепадом давления между нижней и верхней стороной пробки. Указанное может включать в себя размещение нагрузок в виде передачи нагрузки, распределения нагрузки или ограничения выдавливания в результате сил трения, действующих между двумя или больше слоями стекла или других подходящих растворимых или дробящихся материалов.
Если имеется один стеклянный слой, пробка во время применения должна приобретать требуемую прочность и жесткость, обеспечивающие несение прикладываемых на пробку нагрузок, создаваемых перепадом давления между нижней и верхней стороной одного стеклянного слоя. Данное означает, что один стеклянный слой должен быть способен принимать всю нагрузку, как сверху, так и снизу, если требуется, во всем диапазоне нагрузок.
В патентном документе NO321976, имеющем дату подачу 21 ноября 2003 г., описана стеклянная пробка, содержащая множество слоев или стеклянных дисков в виде слоев, между которыми обеспечены слои материала, иного чем стекло. NO321976 является самой первой патентной публикацией, описывающей слоистую стеклянную пробку. В NO321976 объяснена необходимость обеспечения прокладок или слоев, как раскрыто выше, между стеклянными дисками из материала, иного чем стекло, и документ включен в целом в данной заявке.
Патентный документ NO325431, имеющий дату подачу 23 марта 2006 г., относится к устройству и способу дробления растворимого уплотнительного устройства вышеупомянутого типа. В NO325431 предложена разгрузочная камера и регулируемое соединительное средство, создающие канал сообщения текучей средой между слоем, жидкой пленкой или объемом между стеклянными дисками и разгрузочной камерой, когда регулируемое соединительное средство установлено в открытое положение. Когда регулируемое соединительное средство установлено в открытое положение, содержимое между стеклянными дисками «пробивается» и удаляется, и нагрузка на (один или более) слоев стекла превышает ту, которую они могут выдержать, что обеспечивает их разрыв. В дополнение, устройство согласно NO325431 содержит множество устройств в виде шипов, которые выполнены с возможностью приложения напряжений от точечной нагрузки на слои стекла, когда соединительное средство повторно регулируют, с корпусами шипов, дополнительно служащими для обеспечения разрыва слоев стекла в безопасном режиме, когда соединительное средство повторно устанавливается. Таким образом, назначенная функция по NO325431 состоит в обеспечении разрыва пробки посредством повторной установки соединительного средства в открытое положение так, что пространство между слоями стекла пробивается, и давление падает резко и быстро. Функция поддержания давления должна при этом устраняться, и слои стекла должны изгибаться до их разрыва и разрушения, одного за другим. В дополнение, NO325431 раскрывает возможность расположения пробойников вокруг слоев стекла, где пробойники выполнены с возможностью создания напряжений от точечной нагрузки в стекле для ослабления прочности слоев стекла. Способ функционирования пробойников раскрыт в NO325431, пробойники либо функционируют «пассивно», т.e. являются стационарными и входят в контакт со слоями стекла когда последние изгибаются, или когда активировано регулируемое соединительного средство, либо пробойники «активно» активируют посредством регулируемого соединительного средства когда последнее активировано, т.e. пробойники наталкиваются на слои стекла и при этом создают напряжения от точечной нагрузки. В обоих случаях создаются напряжения от точечной нагрузки посредством пробойников в результате активирования регулируемого соединительного средства, поскольку условием для раскрытой функции пробки является пробивание в пространство между слоями стекла, при котором давление падает резко и быстро, при этом слои стекла изгибаются, и, следовательно, испытывают точечную нагрузку или, альтернативно, сумма напряжений, создаваемых в слоях стекла, когда пространство между слоев стекла пробивается/удаляется и пробойники вдавливаются в слои стекла, превышает уровень стойкости слоев стекла, при этом они прорываются. Таким образом, пробойники не функционируют автономно; они зависят от условия удаления содержимого между слоями стекла.
В публикации WO 2009/126049 A1 раскрыт элемент в виде пробки для проведения испытания скважины, трубы или т.п., содержащий одно или более тел в виде пробки из распадающегося /дробящегося материала, настроенных на разрыв с приложением воздействия изнутри. Элемент в виде пробки изобретения содержит внутреннее пустое пространство, приспособленное для сообщения текучей средой с телом, обеспечивающим наружное давление, и пробка выполнена с возможностью разрываться на части при подаче текучей среды во внутреннее пустое пространство, при котором давление в пустом пространстве превышает наружное давление до уровня, при котором пробка разрывается на части.
Публикация WO 2014/154464 A2 относится к распадающемуся устройству в виде пробки для применения в соединении с нефтяными скважинами, в частности во время опрессовки таких нефтяных скважин, где устройство в виде пробки содержит наружный кожух, окружающий по меньшей мере один уплотнительный прибор и множество вспомогательных корпусов, при этом по меньшей мере один из вспомогательных корпусов взаимодействует с блокирующим устройством для блокирования с блокирующей муфтой, по меньшей мере один вспомогательный корпус выводится из взаимодействия с блокирующим устройством после приложения заданного давления на устройстве в виде пробки, при этом по меньшей мере одному вспомогательному корпусу и по меньшей мере одному уплотнительному прибору обеспечено аксиальное перемещение в наружном кожухе, результатом данного перемещения является ввод в контакт по меньшей мере одного уплотнительного устройства с нагружающими приборами, выполненными с возможностью подвергать по меньшей мере один уплотнительный прибор воздействию нагрузки для получения разделения на части по меньшей мере одного уплотнительного устройства.
Патентный документ NO331150 раскрывает дробящуюся пробку, например, из стекла, которая содержит множество пробивающих устройств в виде шипа (шипов, зубцов, режущих кромок, заостренных наконечников, сжимающих колец), которые приводятся в действие для радиального вдавливания в стеклянный слой так, что он прорывается, причем стеклянный слой содержит выполненные заранее ослабленные точки /области для содействия дроблению, когда устройства в виде шипа давят на пробку. В NO331150 дополнительно раскрыто, что ослабленные области выполняют при посредстве микротрещин в стекле, например обеспеченных хонингованием. Если посмотреть на фиг. 3 в NO331150, можно увидеть раскрытые трещины, которые распространяются внутрь стекла от вершин устройств в виде шипа. Образование трещин данного типа считают происходящим при дроблении стеклянных пробок указанного вида. Поскольку слои стекла измельчаются посредством дробления, здесь не очевидна конфигурация дробления данных слоев стекла. В NO331150 показана пробка, содержащая один стеклянный слой. Хотя описание этого не исключает, в NO331150 не показаны варианты осуществления, содержащие несколько слоев стекла. В NO331150 поэтому не обеспечены идеи возможного выполнения раскрытого решения с пробкой, содержащей больше одного стеклянного слоя.
Настоящее изобретение относится к дробящейся или растворимой пробке, содержащей один или более слоев стекла, возможно, других подходящих материалов, где пробку удаляют без применения ВВ, при этом изобретение обеспечивает дробящий механизм, прогнозируемый, безопасный и простой в применении.
Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показано следующее:
На фиг. 1 показан вариант осуществления настоящего изобретения до дробления, где пробка содержит несколько слоев стекла.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления настоящего изобретения до дробления, где пробка содержит одно стеклянное тело.
На фиг. 3 показан третий вариант осуществления настоящего изобретения до дробления.
На фиг. 1 показан вариант осуществления пробки 1, имеющей дробящий механизм, содержащей несколько слоев стекла 2, где один или более шипов 3 либо опираются, в целом или частично, на одну или более сторон стекол 2, или закреплены на расстоянии от стекла 2. В варианте осуществления фиг. 1 показано, что шип или шипы закреплены на расстоянии от стекла 2.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 1, стекла 2 поддерживает поддерживающая муфта 4. Поддерживающая муфта 4 выполнена с возможностью смещения в аксиальном направлении, если имеется текучая среда 6 поддержания давления в камере 12 поддержания давления. Камера 12 поддержания давления сообщается с разгрузочной камерой 9 для текучей среды 6 поддержания давления. В барьерной фазе для пробки 1 текучая среда 6 поддержания давления должна предотвращать смещение муфтового элемента 4 в аксиальном направлении (вправо на фиг. 1) когда клапан 8 закрыт. Когда клапан 8 открыт, т.e. в фазе дробления, текучая среда 6 поддержания давления выпускается в разгрузочную камеру 9, и поддерживающая муфта 4 должна смещаться в аксиальном направлении (вправо на фиг. 1), при этом стекла перемещаются вместе с поддерживающей муфтой 4 до удара шипом или шипами 3 и разрушения стекол 2.
Шип или шипы 3 могут быть закреплены в отдельном муфтовом элементе 5, который, если необходимо, может также быть аксиально смещаемым (влево на фиг. 1), но это не обязательно. Потенциальное преимущество наличия обоих, несущей муфты 4 и муфтового элемента 5, закрепленных с возможностью смещения, может состоять в том, что располагаемое ускорение между стеклами 2 и шипом или шипами 3 увеличивается (т.e. они соударяются быстрее и мощнее), так что стекла 2 дробятся более прогнозируемо. Такой вариант осуществления может также обеспечивать конструирование более компактной системы, которая сохраняет пространство.
Понятно, что в дополнительном альтернативном варианте осуществления поддерживающая муфта 4 может оставаться в фиксированном положении и только муфтовый элемент 5, с шипами 3, закрепленными на нем, может аксиально смещаться влево, когда текучая среда 6 поддержания давления выпускается из камеры 12 поддержания давления.
Клапан 8 может быть установлен так, что сообщается с верхней стороной скважинной насосно-компрессорной трубы 11 (а не с ее стороной 21, обращенной к коллектору. Клапан выполнен так, что когда давление с верхней стороны 11 превышает некоторый уровень, клапан 8 открывается для сообщения между камерой 12 поддержания давления и разгрузочной камерой 9 через каналы 7 и 13. Клапаном 8 можно также управлять другим средством, например, посредством циклов изменения давления, телеметрии или сигналов некоторого вида.
На фиг. 2 показан вариант осуществления, аналогичный показанному на фиг. 1, но здесь пробка имеет только одно стекло.
Понятно, что пробка 2 и различные части дробящего механизма содержат уплотнительные средства в виде колец круглого сечения и других релевантных уплотнений, которые необходимы для удержания пробкой 2 своего уплотнение в барьерной фазе, при этом, дробящий механизм должен надлежащим образом функционировать, как во время барьерной фазы, так и фазы дробления (например, не допускать ни при каких обстоятельствах ухода или утечки текучей среды 6 поддержания давления в барьерной фазе).
На фиг. 3 показан альтернативный вариант осуществления изобретения. Здесь шип или шипы 3 диагонально установлены без упора на стекле (или стеклах) 2, при этом шарик 14 функционирует, как средство передачи энергии в повороте так, что когда аксиальный шип 15 смещается (вправо на фиг. 3), шип 3 должен перемещаться по диагонали в стекло 2.
Данный вариант осуществления не включают в себя камеру поддержания давления, но вместо этого содержит камеру 18, имеющую, по существу, низкое или атмосферное давление. Камера 18 может содержать воздух или другой подходящий газ.
,
Аксиально смещаемый муфтовый элемент 16 (смещаемый вправо на фиг. 3) закреплен так, что вначале перекрывает множество перфораций 18открывающихся радиально в ствол скважины и, затем располагается в сообщении с клапаном или выпускным блоком 22. В барьерной фазе клапан или выпускной блок 22 может служить для перекрывания либо камеры повышенного давления (не показано), содержащей текучую среду под высоким давлением (значительно выше давления в камере 18), или канала, открывающегося в ствол скважины. В фазе дробления клапан 17 открывается, при этом муфта 16 смещается достаточно далеко для открытия перфораций 20, открывающихся радиально в ствол скважины, поскольку тогда открывается подача давления в скважине внутрь на верхней стороне муфты 16, и приложения давления на кольцо 19. Муфтовый элемент 16 должен при этом смещаться большой силой на шип (шипы) 15, что обеспечивает через шарики 14 вдавливание шипов 3 в стекло 2, которое при этом дробится.
Показанное на фиг. 4, по существу, соответствует варианту осуществления, показанному на фиг. 3 после дробления стекла.
Альтернативно, клапан или выпускной блок 22 может содержать пружинный элемент (не показано) который удерживается застопоренным, и который после высвобождения, проталкивает муфтовый элемент 16 достаточно далеко для открытия перфораций 18, открывающихся радиально в ствол скважины.
Клапаном или выпускным блоком 22 можно управлять посредством, например, циклов изменения давления, телеметрии или сигналов некоторого вида. Так называемый, вращающийся прерыватель может быть примером блока который активируется посредством циклов изменения давления.
Далее раскрыты различные аспекты, относящиеся к настоящему изобретение, некоторые из которых упомянуты выше.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, стекло 2 в барьерной фазе опирается по меньшей мере на одно седло или поддерживающую муфту 4, выполненную аксиально смещаемой в стволе скважины, где по меньшей мере одно седло или поддерживающая муфта 4 опирается на стекло 2 посредством поддерживающей гидравлической жидкости 6, находящейся в камере 12 поддержания давления, причем седло или поддерживающая муфта 4 выполнена с возможностью высвобождения, смещения аксиально и дробления стекла 2, когда поддерживающая гидравлическая жидкость 6 выпускается из своей камеры 12 поддержания давления.
.
Поддерживающая гидравлическая жидкость может быть заблокирована в камере 12 посредством клапана, разрывного диска, срезного штифта, заменяемой части или аналогичного выпускающего механизма 8. Другие выпускающие механизмы могут также быть предусмотрены
Выпускающий механизм 8 можно также активировать посредством требуемого числа циклов изменения давления в скважине или посредством другого сигнала. Выпускающий механизм 8 может являться, например, вращающимся прерывателем.
В фазе дробления выпускающий механизм 8 обеспечивает выход поддерживающей гидравлической жидкости в одну или более разгрузочных камер 9. Давление в одной или более разгрузочных камерах должно в таком случае быть ниже давления в камере поддержания давления, в данном случае давление в одной или более разгрузочных камерах 9 может быть приблизительно равно атмосферному, но это не обязательно. Выпускающий механизм 8, например, клапан, может быть установлен так, что после выпуска текучей среды с поддерживающим давлением, если указанное приводит к смещению муфтового элемента 5 влево мимо канала 7, открывается сквозной канал 10 к давлению в стволе скважины 11. В таком случае на муфтовый элемент 5 должно воздействовать сильное давление на кольцо 19, при этом перемещение муфтового элемента значительно ускоряется, и шип или шипы 3 должны производить удар с большой (более значительной) силой.
Согласно другому варианту осуществления дробящего механизма, где стекло 2 в барьерной фазе также опирается по меньшей мере на одно седло или поддерживающую муфту 4, стекло дробит второй муфтовый элемент (16), смещаемый при высвобождении.
Понятно, что слово «стекло» служит для обозначения одного или более стеклянных элементов.
Между по меньшей мере одним седлом или поддерживающей муфтой 4 и вторым муфтовым элементом 16 может быть расположена заполненная текучей средой камера 18 с давлением ниже давления в скважине.
Альтернативно, между по меньшей мере одним седлом или поддерживающей муфтой 4 и вторым муфтовым элементом 16 может быть расположена заполненная текучей средой камера 18 с более высоким давлением, чем давление в скважине.
По меньшей мере одно седло или поддерживающая муфта 4 может быть жестко закреплена относительно ствола скважины, но это не обязательно. Если имеется поддерживающая гидравлическая жидкость 6 в камере 18, тогда седло или поддерживающая муфта 4 должна оставаться стационарной в упор к стеклу в барьерной фазе. Заполненная текучей средой камера 18 может иметь, давление значительно ниже давления в скважине.
Камера 18 может содержать воздух или другой подходящий газ.
Муфтовый элемент 5; 16 может быть расположена так, что в барьерной фазе, перекрывает множество перфораций 20, открывающихся радиально в ствол скважины. В данном случае муфтовый элемент 5; 16 в фазе дробления может быть расположен так, что открывает множество перфораций 20, открывающихся радиально в ствол скважины, когда муфтовый элемент 5; 16 смещен, при этом, производится дополнительный мощный толчок на кольцо 19 муфты, что обеспечивает увеличенной силы удар дробильным устройством по стеклу.
Также в данном втором варианте осуществления выпускающий механизм может быть активирован посредством требуемого числа циклов изменения давления в скважине или другого сигнала. Выпускающий механизм 8 может являться, так называемым, вращающимся прерывателем.
Выпускающий механизм 8 может в фазе дробления обеспечивать выход поддерживающей гидравлической жидкости в одну или более разгрузочных камер 9. Данный вариант осуществления сам по себе не показан, но имеет признаки аналогичные показанным на фиг. 1-2 и 3-4, соответственно. В данном случае давление в одной или более разгрузочных камерах 9 может быть ниже, чем в заполненной текучей средой камере 18, например, но не обязательно, приблизительно равным атмосферному.
Также в данном втором варианте осуществления дробящий прибор может содержать средство 3 с шипом, которое может включать в себя одно или более из группы: шипы, пробойники, штыри, ножи и кольцевые корпуса.
Понятно, что различные средства с шипом могут быть установлены тангенциально, радиально, диагонально и/или продольно, или с комбинациями указанного. Кольцевые корпуса могут быть выполнены с острыми кромками или т.п., но это не обязательно, поскольку твердый удар по стеклу может сам быть достаточным для надежного разрушения стекла.
На фиг. 3 и 4 показано, что выпускающий механизм 17 может быть установлен за вторым муфтовым элементом 16 так, что выпускающий механизм 17 служит для наталкивания на кольцо 19 на втором муфтовом элементе 16 в фазе дробления.
Альтернативно, выпускающий механизм 17 может быть расположен в сообщении с заполненной текучей средой камерой 18 так, что муфтовый элемент 4, 16 в фазе дробления смещается силой отрицательного давления, когда выпускающий механизм 17 обеспечивает выход текучей среды 6 из камеры 18 в одну или более разгрузочных камер 9. Такой вариант осуществления по существу показан на фиг. 1 и 2, но требует, чтобы седло или поддерживающая муфта 4 оставались стационарными или смещались значительно медленнее муфтового элемента 5 и чтобы шип или шипы имели достаточную длину хода для удара по стеклу с достаточной силой и безотказно.