МУФТА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

Область техники
Техническое решение относится к добывающей промышленности, в частности, к гидравлическим муфтам для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, которые позволяют контролировать гидравлическую связь между внутренним пространством колонны труб и пластом.
Уровень техники
Из патента США US7066264 BB, опубликованного 27.06.2006, известна муфта для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, содержащая корпус с отверстиями и подвижную втулку, выполненную с возможностью перемещения вдоль внутренней поверхности корпуса муфты для открывания и закрывания отверстий.
Подвижную втулку перемещают с помощью специального скважинного инструмента, который, скользя внутри колонны труб, входит в зацепление с внутренними профилями подвижной втулки и перемещает ее вверх-вниз, таким образом открывая и закрывая отверстия в муфте.
Для открывания и закрывания отверстий муфты к герметично установленной подвижной втулке прикладываются большие усилия, что приводит к быстрому износу внутренних профилей подвижной втулки.
Недостатком вышеуказанной муфты является высокий износ подвижной втулки и, как следствие, небольшой срок ее службы, а также высокий расход материалов на изготовление такой муфты, поскольку подвижная втулка выполнена цельной и в ней не предусмотрена возможность использования разных материалов для разных участков с учетом различных нагрузок, которые к ним прилагаются.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в эффективном расходовании материалов на изготовление муфты для проведения многостадийного гидроразрыва пласта, которое позволит повысить срок эксплуатации муфты за счет использования разных материалов для разных участков подвижной втулки с учетом различных нагрузок, которые к ним прилагаются, и, как следствие приведет к сокращению расхода дорогостоящих материалов, имеющих высокую прочность и износостойкость.
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении срока эксплуатации муфты за счет использования разных материалов для разных участков подвижной втулки с учетом различных нагрузок, которые к ним прилагаются, и, как следствие, сокращение расхода дорогостоящих материалов, имеющих высокую прочность и износостойкость.
Для достижения заявленного технического результата предлагается муфта, содержащая цилиндрический корпус с отверстиями и подвижную втулку, выполненную с возможностью перемещения вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса для открывания и закрывания отверстий. Подвижная втулка состоит из центральной части и колец. Центральная часть имеет промежуточный участок и два концевых участка. Каждое кольцо имеет два торца и закреплено на концевых участках центральной части таким образом, чтобы один торец кольца образовывал выступ внутри подвижной втулки, предназначенный для зацепления с инструментом для перемещения подвижной втулки.
Выполнение подвижной втулки не цельной, а состоящей из центральной части и колец, позволяет комбинировать различные материалы, из которых состоит подвижная втулка, с учетом различных нагрузок, которые прилагаются к центральной части и кольцам, что позволит повысить срок эксплуатации муфты за счет использования разных материалов для разных участков подвижной втулки с учетом различных нагрузок, которые к ним прилагаются, и, как следствие, приведет к сокращению расхода дорогостоящих материалов, имеющих высокую прочность и износостойкость.
Кольца могут быть закреплены на концевых участках центральной части посредством любого известного из уровня техники соединения, позволяющего надежно закрепить одну деталь на другой, например, посредством резьбового или сварного соединения.
В предпочтительном варианте центральная часть и кольца выполнены из сплава металлов, причем предел прочности сплава металлов, из которого выполнена центральная часть, меньше, чем предел прочности сплава металлов, из которого выполнены кольца. Поскольку на кольца приходится основная нагрузка от зацепления с инструментом для перемещения подвижной втулки для открывания и закрывания отверстий муфты, выполнение колец из более прочного сплава позволит повысить срок эксплуатации муфты. Одновременно с этим изготовление центральной части из менее прочного сплава позволит сократить расход дорогостоящих материалов, имеющих высокую прочность и износостойкость.
В предпочтительном варианте центральная часть и кольца выполнены из сплава металлов, причем предел прочности сплава металлов, из которого выполнена центральная часть, меньше, чем предел прочности сплава металлов из которого выполнены торцы кольца, предназначенные для зацепления с инструментом для перемещения подвижной втулки. Поскольку именно на торцы колец приходится основная нагрузка от зацепления с инструментом для перемещения подвижной втулки для открывания и закрывания отверстий муфты, то выполнение торцов колец из более прочного сплава позволит повысить срок эксплуатации муфты. При этом изготовление центральной части из менее прочного сплава позволит сократить расход дорогостоящих материалов, имеющих высокую прочность и износостойкость. В этом случае остальная часть колец также может быть выполнена из менее прочного сплава.
В предпочтительном варианте толщина стенки промежуточного участка больше, чем толщина стенки концевых участков, что позволяет сократить расход материалов на изготовление подвижной втулки, но обеспечивает необходимые механические свойства и надежность и длительный срок эксплуатации.
В предпочтительном варианте торец каждого кольца, который не образует выступ внутри подвижной втулки, предназначенный для зацепления с инструментом для перемещения подвижной втулки, выполнен скошенным по направлению к центру кольца. Такая конструкция позволяет инструменту для перемещения подвижной втулки проскальзывать мимо торцов, не предназначенных для зацепления с ним, не нанося им повреждений, что позволяет сократить износ колец подвижной втулки и повысить срок эксплуатации муфты.
В предпочтительном варианте каждое кольцо содержит участок с уплотнительным элементом, который взаимодействует с внутренней поверхностью муфты. Размещение уплотнительных элементов на кольце позволяет снизить износ подвижной втулки за счет того, что жидкость не будет попадать в пространство между подвижной втулкой и муфтой. Такое расположение уплотнительных элементов на кольце позволяет сократить расход уплотнительных материалов, имеющих высокую износостойкость, поскольку позволяет использовать на центральной части менее износостойкие уплотнительные элементы, а в некоторых случаях и вовсе исключить необходимость использования уплотнительных элементов на центральной части.
В предпочтительном варианте на наружной поверхности центральной части также имеются уплотнительные элементы.
Краткое описание чертежей
Чертеж представлен для лучшего понимания полезной модели, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что раскрытая полезная модель не ограничивается вариантом, представленным на нем.
На фиг. 1 представлен общий вид муфты в соответствии с настоящим описанием полезной модели.
Осуществление полезной модели
Муфта 1 для проведения многостадийного гидроразрыва пласта содержит цилиндрический корпус 2 с отверстиями 3 и подвижную втулку 4.
Подвижная втулка 4 может перемещаться вдоль внутренней поверхности цилиндрического корпуса 2, открывая и закрывая таким образом отверстия 3.
Подвижная втулка 4 состоит из центральной части 5 и колец 6.
Центральная часть 5 имеет промежуточный участок 7 и два концевых участка 8.
Каждое кольцо 6 имеет торцы 9 и 10 и закреплено на концевых участках 8 таким образом, чтобы торец 9 образовывал выступ внутри подвижной втулки, предназначенный для входа в зацепление с инструментом для перемещения подвижной втулки.
Центральная часть 5 и кольца 6 выполнены из сплава металлов. Предел прочности сплава металлов, из которого выполнена центральная часть 5, составляет 686 МПа.
Предел прочности сплава металлов, из которого выполнены торцы 9  и колец 6 составляет 686 МПа.
Предел прочности сплавов металлов определяли в соответствии с ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение».
Толщина стенки промежуточного участка 7 больше, чем толщина стенки концевых участков 8.
Торцы 10 колец 6 выполнены скошенными по направлению к центру кольца для того, чтобы избежать зацепления с инструментом для перемещения подвижной втулки.
Кольца 6 содержат участки с уплотнительными элементами 11, которые взаимодействуют с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 2 муфты 1.
На наружной поверхности центральной части 5 подвижной втулки 4 размещены уплотнительные элементы 12 таким образом, чтобы в закрытом положении муфты 1 уплотнительные элементы 12 находились выше и ниже отверстий 3 и герметично перекрывали пространство между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 2 и подвижной втулкой 4.
Муфта работает следующим образом.
Муфта спускается в скважину на колонне труб и устанавливается напротив пласта, в котором планируется осуществлять гидроразрыв. В скважине может быть установлено несколько подобных муфт, каждая муфта устанавливается напротив целевого пласта. Порядок активации муфт может быть произвольным.
В начальном положении отверстия 3 муфты 1 закрыты герметично установленной в ней подвижной втулкой 4.
В случае необходимости активации муфты в скважину на уровень ниже муфты опускается инструмент для перемещения подвижной втулки. Инструмент может, например, представлять собой гидравлический инструмент с подпружиненными плашками, выдвигающимися под действием давления жидкости.
Инструмент для перемещения подвижной втулки перемещают вверх, при этом подпружиненные плашки скользят вверх по стенкам колонны труб, на которой установлена муфта, проходят скошенные торцы 10 нижнего кольца 6, промежуточный участок 7 и входят в зацепление с торцами 9 верхнего кольца 6. Дальнейшее перемещение инструмента вверх приводит к одновременному перемещению подвижной втулки 4 вверх и открыванию отверстий 3 муфты.
Когда отверстия 3 муфты открыты и подвижная втулка достигла своего крайнего верхнего положения, инструмент может быть деактивирован, например, прекращена подача жидкости в подпружиненные плашки, что приведет к их втягиванию, в результате чего инструмент может быть беспрепятственно поднят. Инструмент может и не извлекаться из муфты при условии, что он не препятствует поступлению жидкости через отверстия 3 из трубного в затрубное пространство.
После завершения гидроразрыва пласта муфта может быть закрыта.
В этом случае инструмент для перемещения подвижной втулки перемещают вниз, при этом подпружиненные плашки скользят вниз по стенкам колонны труб, на которой установлена муфта, проходят скошенные торцы 10 верхнего кольца 6, промежуточный участок 7 и входят в зацепление с торцами 9 нижнего кольца 6. Дальнейшее перемещение инструмента вниз приводит к одновременному перемещению подвижной втулки 4 вниз и закрыванию отверстий 3 муфты.
Хотя выше описан вариант муфты, отверстия которой открываются при перемещении подвижной втулки вверх, а закрываются при перемещении подвижной втулки вниз, специалисту в данной области будет очевидно, что возможен также вариант осуществления, в котором отверстия муфты открываются при перемещении подвижной втулки вниз, а закрываются при перемещении подвижной втулки вверх.