ПОСАДОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ, ПРИВОДИМЫЙ В ДЕЙСТВИЕ С ПОМОЩЬЮ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ И УСТАНОВЛЕННЫЙ В МЕЖТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
ANNULUS MOUNTED POTENTIAL ENERGY DRIVEN SETTING TOOL

Областью изобретения являются приводы и способы приведения в действие для управления подземным инструментом и более конкретно приведения в действие инструмента, расположенного вокруг трубы без отверстий в стенке в трубе с использованием потенциальной энергии в приводе при спуске в скважину.
Многие работы в подземной буровой скважине влекут за собой установку инструментов, которые смонтированы с наружной стороны колонны труб. Общим примером является пакер или клинья, которые могут быть использованы для закупоривания межтрубного пространства и/или удержания трубчатой колонны на расстоянии от другой колонны. Технические приемы механического приведения в действие для таких устройств, в которых используется приложенное или гидростатическое давление, чтобы привести в действие поршень для поднятия клиньев вверх шарошек и запрессовать закупоривающие элементы в положение закупоривания, влекли за собой отверстия в трубной стенке. Эти отверстия рассматривают как пути потенциальной утечки, которые сокращают надежность и являются нежелательными.
Были разработаны альтернативные приемы, которые выполняли задачу приведения в действие инструмента без отверстий в стене. Эти устройства использовали межтрубную текучую среду, которая избирательно была введена в корпус приводного инструмента, и в результате такого ввода текучей среды происходила реакция, которая создавала давление в корпусе привода для управления инструментом. По одному варианту введение воды в участок привода позволял материалу взаимодействовать с созданием газа водорода, который затем использовался, чтобы привести в действие поршень для посадки инструмента, такого как пакер. Некоторыми примерами таких инструментов, которые работают на принципе выработки газа, являются патент USP 7591319 и публикации US 2007/0089911 и 2009/0038802.
Эти устройства, которые должны создавать давление в забое скважины, были сложными и дорогими. В некоторых случаях доступное пространство было регламентировано для таких устройств, ограничивая их годность. Что требовалось и что предложено в настоящем изобретении - это является приводом, который входит в скважину с сохраненной потенциальной энергией, которая применяется во множестве сигнальных приемов с поверхности, чтобы привести в действие инструмент и высвободить посадочное давление/усилие. Предпочтительным источником потенциальной энергии является сжатый газ. Специалисты в данной области техники далее поймут изобретение на основе обзора описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения и приложенных чертежей, одновременно понимая, что полный объем изобретения определяется приложенной формулой изобретения.
В приводе и способе посадки подземного инструмента используется привод, смонтированный с внешней стороны на трубчатой колонне, который эксплуатационно входит в зацепление с инструментом, который должен быть приведен в действие. В требуемом месте расположения для приведения в действие подают сигнал на клапанный узел. Открытие клапана высвобождает находящуюся под давлением сжимаемую текучую среду к свободному поршню. Поршень перемещает вязкую текучую среду впереди себя через открытый теперь клапан, который, в свою очередь, приводит в действие движущий поршень, чье перемещение устанавливает инструмент. Спусковым механизмом для открытия клапана может быть множество способов, включая акустический сигнал, вибрационный сигнал, изменение в магнитном поле или упругая деформация трубчатой стенки, расположенной рядом с клапанным узлом.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
фиг. 1 представляет собой устройство в положении «спуск в скважину», и
фиг. 2 представляет собой устройство по фиг. 1 в установленном положении в забое скважины, после того как приведен в действие спусковой механизм.
На фиг. 1 показана трубчатая колонна 10, опущенная в забой скважины 12, который предпочтительно обсажен. Инструмент 14, который должен быть приведен в действие, показан схематично как метал-метал и/или эластомер-уплотнение, которое может иметь клинья для фиксации к наружной скважинной трубе 12, когда рабочий штроп 16 вынужден перемещаться в осевом направлении. Коническая насадка 18 используется, чтобы поджимать инструмент 14 в радиальном направлении до контакта с забоем скважины или трубой 12. Штроп 16 продолжается из корпуса 20, который прикреплен к трубчатой колонне 10. Колонна 10 проходит через корпус 20 с образованием кольцевой формы 22, которую загружают сжимаемой текучей средой 24 при заданном давлении. Свободный поршень 26 определяет кольцевой объем 22 с одной стороны и кольцевой объем 28 с противоположной стороны. Кольцевой объем 28 заполняют вязкой текучей средой, такой как легкое масло 30. Корпус 32 клапана имеет удаленно приводимый в действие клапан 34. При закрытом положении клапана 34 масло 30 содержится в кольцевом объеме 28. Кольцевой объем 36 образован между корпусом 32 клапана и рабочим поршнем 38. Перемещение поршня 38 перемещает штроп 16, чтобы привести в действие инструмент 14 путем его перемещения верх до наклонной площадки 18. Поршни 26 и 38 имеют наружные периферийные уплотнения на корпусе 20 и внутренние уплотнения относительно насосно-компрессорной колонны 10. Кольцевой объем 40 может быть окружен низким давлением или быть без давления, или в зависимости от глубины установки он может быть открыт в межтрубное пространство через обратный клапан 42, который позволяет текучей среде покидать объем 40, поскольку он становится меньше, когда штроп 16 перемещается. Штроп 16 уплотнен на 44, чтобы удерживать окружающие текучие среды вне объема 40, поскольку инструмент 14 устанавливают с помощью перемещения штропа 16.
Открытие клапана 34 может быть осуществлено с помощью акустического сигнала 46, который проиллюстрирован схематично. В альтернативном варианте клапан 34 может быть приведен в действие с помощью дротика 48, который проходит близко к клапану 34 и обладает полем, таким как электромагнитное поле или поле постоянного магнита, которое взаимодействует с датчиком 50 на корпусе 32 клапана. Другой способ управления клапаном 34 заключается в том, чтобы упруго деформировать стенку трубы в колонне 10 рядом с датчиком в корпусе 32. Предусмотрен разобщающий инструмент, имеющий два разнесенных уплотнения, для создания огороженного объема, в который подается давление для сгибания стенки колонны 10. В альтернативном варианте спускаемый в скважину на тросе инструмент может быть спущен, чтобы взаимодействовать с корпусом 32 клапана, используя магнитные, радио, ультразвуковые, акустические или механические сигналы.
На фиг. 2 показан инструмент 14, посаженный на обсадке или стволе скважины или трубе 12, после того как закончилась циркуляция цементного раствора (не показан) и он помещен в скважину, но перед тем как он застыл. Открытие клапана 34 позволяет текучей среде расширять камеру 22 и смещать масло 30 из камеры 28 в камеру 36. В результате, поршень 38 смещается, устанавливая инструмент 14.
Хотя поршни 26 и 38 показаны как кольцевые поршни, они также могут быть поршнями штока. Поршень 26 может быть удален, так что при открытии клапана 34 может использоваться непосредственно сжимаемая текучая среда, чтобы перемещать поршень 38, который соединен со штропом или штропами 16. Перемещение поршня 38 предпочтительно является осевым, но оно может быть вращательным или комбинацией двух этих перемещений, если поршень соответствующим образом направлен в эти перемещения для посадки инструмента 14. Хотя является предпочтительным быстро устанавливать инструмент 14, насколько это возможно, скорость, при которой он устанавливается, можно проконтролировать с помощью размера канала 54, который ведет к клапану 34 и от него. Хотя легкое масло 30 является предпочтительным, могут быть использованы другие текучие среды с относительно низкой вязкостью меньше воды. Использование поршня 26 обеспечивает компенсацию для создания наведенного тепловым путем давления в сжимаемой текучей среде 24, что вызвано температурой окружающих скважину текучих сред. Кроме различных упомянутых выше сигналов возможны другие спусковые механизмы для открытия клапана, хотя их использование является менее оптимальным, чем описанные уже приемы. Клапан 34 может быть запущен с помощью времени, температуры или близости к устройствам, которые переносит колонна 10 и которые взаимодействуют во множестве форм с датчиками и процессором в корпусе 32. Хотя предпочтительный инструмент 14 является кольцевым барьером, другие инструменты могут быть приведены в действие снаружи трубы 10, одновременно избегая наличия отверстий в их стенках. Например, некоторые из этих инструментов могут быть якорями или центраторами. Хотя сжатый газ в качестве источника потенциальной энергии является предпочтительным, другие варианты, такие как использование сплава с памятью формы или материала с двумя устойчивыми состояниями или механической пружины, такой как цилиндрическая пружина или пакета тарельчатых пружин, чтобы запустить поршень 38, являются другими вариантами.
Вышеприведенное описание является иллюстративным описанием предпочтительного варианта осуществления изобретения, при этом специалистами в данной области техники может быть выполнено много модификаций, не выходя за рамки изобретения, объем которого определяют исходя из дословного и эквивалентного объема приведенной ниже формулы изобретения.