ЗАТРУБНЫЙ БАРЬЕР С МЕХАНИЗМОМ ПРИЛОЖЕНИЯ ОСЕВОГО УСИЛИЯ
ANNULAR BARRIER WITH MECHANISM OF AXIAL FORCE APPLICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к затрубному барьеру, предназначенному для разжимания в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины для обеспечения изоляции зоны между первой зоной и второй зоной ствола скважины, причем затрубный барьер содержит трубчатую часть, вытянутую в продольном направлении, для установки в качестве части трубчатой конструкции скважины; разжимную муфту, окружающую трубчатую часть и ограничивающую пространство, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством трубчатой части; первый проход для текучей среды, предназначенный для впуска текучей среды в пространство для разжимания муфты; и соединительный модуль, содержащий соединительную часть, соединенную с возможностью скольжения с трубчатой частью. Дополнительно, данное изобретение относится к системе, содержащей затрубный барьер, и способу разжимания затрубного барьера.
Уровень техники
Затрубные барьеры используют в стволах скважин для различных задач, например, для обеспечения барьера для потока между внутренней и внешней трубчатой конструкцией или между внутренней трубчатой конструкцией и внутренней стенкой ствола скважины. Затрубные барьеры устанавливают в качестве части трубчатой конструкции скважины. Затрубный барьер имеет внутреннюю стенку, окруженную кольцевой разжимной муфтой. Разжимную муфту обычно изготавливают из эластомерного материала, но могут также изготавливать из металла. Муфта прикреплена своими концами к внутренней стенке затрубного барьера.
Для герметизации зоны между внутренней и внешней трубчатой конструкцией или трубчатой конструкцией скважины и стволом скважины могут использовать несколько затрубных барьеров. Первый затрубный барьер разжимают с одной стороны подлежащей герметизации зоны, а второй затрубный барьер разжимают с другой стороны данной зоны, тем самым герметизируя зону.
Затрубный барьер может быть установлен с использованием текучей среды под давлением, которую закачивают в скважину или в ограниченную часть скважины. В результате этого, разжимная муфта затрубного барьера разжимается для взаимодействия с внешней трубчатой конструкцией или внутренней стенкой ствола скважины. Диапазон давлений скважины определяется характеристиками устойчивости к разрыву трубного оборудования и оборудования скважины и так далее, используемых в конструкции скважины. Когда разжимная муфта разжимается путем повышения давления внутри скважины, максимальное давление, которое может быть приложено, определяется устойчивостью к разрыву скважины. Давление разжимания, необходимое для разжимания муфты, желательно минимизировать, с тем, чтобы минимизировать воздействие давления разжимания на скважину.
Для понижения давления разжимания затрубного барьера может быть уменьшена толщина разжимной муфты. Однако это снижает прочность разжимной муфты и максимальный размер разжимания муфты. Дополнительно, муфта может разорваться или лопнуть до того, как достигнут желательный размер разжимания муфты. Распространенной причиной разрыва разжимной муфты является нежелательное утончение материала муфты во время разжимания. Утончение материала муфты является важным свойством разжимной муфты, но слишком большое утончение, например, на локальном участке муфты, вызовет неправильную работу затрубного барьера.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является полное или частичное преодоление упомянутых выше недостатков уровня техники. Более конкретно, задачей является создание усовершенствованного затрубного барьера, в котором исключена вероятность нежелательного утончения разжимной муфты.
Вышеуказанные задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из приведенного ниже описания, выполнены благодаря решению согласно данному изобретению посредством затрубного барьера, предназначенного для разжимания в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины, причем затрубный барьер содержит:
- трубчатую часть, вытянутую в продольном направлении для установки в качестве части трубчатой конструкции скважины;
- разжимную муфту, окружающую трубчатую часть и ограничивающую пространство, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством трубчатой части;
- первый проход для текучей среды, предназначенный для впуска текучей среды в пространство для разжимания муфты; и
- соединительный модуль, содержащий соединительную часть, соединенную с возможностью скольжения с трубчатой частью;
причем соединительный модуль дополнительно содержит неподвижную часть, жестко соединенную с трубчатой частью, и приводной механизм, адаптированный для приложения осевого усилия к первому концу разжимной муфты, в результате чего соединительная часть смещается в продольном направлении ко второму концу разжимной муфты, соединенному с трубчатой частью.
Таким образом, преимущество заключается в том, что исключена вероятность нежелательного утончения разжимной муфты путем одновременного разжимания разжимной муфты путем закачивания гидравлической текучей среды в пространство, ограниченное разжимной муфтой, и смещения соединительной части для перемещения одного конца разжимной муфты к другому концу.
В одном варианте осуществления соединительная часть может содержать часть приводного механизма.
Затрубный барьер, описанный выше, может дополнительно содержать два соединительных модуля, каждый из которых содержит соединительную часть, соединенную, соответственно, с первым и вторым концом разжимной муфты.
Помимо этого, приводной механизм может содержать камеру давления, по меньшей мере частично образованную между поверхностью соединительной части и поверхностью неподвижной части.
Также, затрубный барьер, описанный выше, может содержать второй проход для текучей среды, предназначенный для впуска текучей среды в камеру давления приводного механизма для обеспечения толкания соединительной части в продольном направлении.
Дополнительно, второй проход для текучей среды может быть снабжен запорным клапаном.
Затрубный барьер, описанный выше, может дополнительно содержать обходной проход для текучей среды, предназначенный для обеспечения соединения с возможностью передачи текучей среды между камерой давления и пространством, ограниченным разжимной муфтой, когда соединительная часть смещена в продольном направлении.
Кроме того, обходной проход для текучей среды может быть перекрыт соединительной частью до смещения соединительной части в продольном направлении.
В одном варианте осуществления изобретения первый проход для текучей среды может быть предусмотрен в соединительной части, тем самым соединяя с возможностью передачи текучей среды пространство, ограниченное разжимной муфтой, и камеру давления приводного механизма.
Посредством размещения первого прохода для текучей среды в соединительной части, поток через первый проход для текучей среды может быть отрегулирован для управления давлением внутри камеры давления и, следовательно, усилия, прикладываемого к соединительной части и первому концу разжимной муфты. Благодаря возможности лучше управлять усилием, прикладываемым к соединительной части, удается избежать нежелательного утончения разжимной муфты.
Также, первый проход для текучей среды может быть снабжен запорным клапаном.
Помимо этого, первый проход для текучей среды может быть снабжен регулирующим давление клапаном, предотвращающим протекание текучей среды в пространство, ограниченное разжимной муфтой, когда давление внутри пространства превышает заданное пороговое значение.
В результате этого, посредством регулирующего давление клапана может быть предотвращен разрыв разжимной муфты, поскольку давление внутри пространства всегда сохраняется в пределах разжимной муфты.
Дополнительно, приводной механизм, описанный выше, может содержать гидравлический насос, соединенный с возможностью передачи текучей среды с камерой давления, причем гидравлический насос адаптирован для толкания соединительной части в продольном направлении посредством закачивания гидравлической текучей среды в камеру давления.
Дополнительно, приводной механизм может содержать средство усиления давления, содержащее входное отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством трубчатой части, и выходное отверстие, соединенное с возможностью передачи текучей среды с камерой давления, в результате чего гидравлическая текучая среда поступает в камеру давления для обеспечения толкания соединительной части в продольном направлении.
Благодаря тому, что затрубный барьер содержит усилитель гидравлического давления, текучая среда под давлением внутри трубчатой части может быть использована для обеспечения наличия текучей среды внутри камеры давления под давлением, значительно более высоким, чем давление текучей среды внутри трубчатой части, в результате чего давление разжимания гидравлической текучей среды, закаченной внутрь трубчатой части, может быть уменьшено для выгодного использования другого скважинного оборудования, расположенного в скважине.
Помимо этого, средство усиления давления может дополнительно содержать возвратно-поступательный поршень и управляющий распределительный клапан, адаптированный для изменения направления потока гидравлической текучей среды.
Также, возвратно-поступательный поршень средства усиления давления может иметь первую концевую поверхность и вторую концевую поверхность, причем первая концевая поверхность имеет площадь поверхности А1, большую, чем площадь поверхности А2 второй концевой поверхности.
Кроме того, площадь поверхности первого конца может быть больше в значение, составляющее от 2 до 6 раз, чем площадь поверхности второго конца.
В результате этого, поршень адаптирован для усиления давления, приложенного к первой концевой поверхности, до более высокого давления, приложенного посредством второй концевой поверхности к текучей среде внутри камеры давления.
Дополнительно, приводной механизм может содержать резервуар высокого давления, содержащий газ под давлением, адаптированный для толкания соединительной части в продольном направлении путем обеспечения избыточного давления в камере давления после активации.
Более конкретно, газ может представлять собой азот, неон, аргон, криптон, ксенон, кислород или воздух.
Помимо этого, резервуар высокого давления может быть активирован посредством датчика, детектирующего перемещение соединительной части, когда разжимная муфта начинает разжиматься.
Дополнительно, датчик может содержать срезной штифт, разрушаемый в результате перемещения соединительной части.
В одном варианте осуществления изобретения приводной механизм может содержать шток, соединенный с соединительной частью для обеспечения толкания соединительной части в продольном направлении.
Более конкретно, приводной механизм может содержать гидравлический насос, причем гидравлический насос адаптирован для смещения штока посредством гидравлического давления, в результате чего соединительная часть толкается в продольном направлении.
Также, приводной механизм может содержать линейный привод, содержащий электрический мотор, причем линейный привод адаптирован для толкания соединительной части в продольном направлении.
Линейный привод, описанный выше, может содержать шпиндель, вращаемый посредством электрического мотора.
В одном варианте осуществления изобретения соединительный модуль может дополнительно содержать поршневую часть, соединенную с возможностью скольжения с трубчатой частью, причем поршневая часть расположена между соединительной частью и неподвижной частью, при этом камера давления по меньшей мере частично образована между поверхностью поршневой части и поверхностью неподвижной части, в результате чего поршневая часть адаптирована для толкания соединительной части в продольном направлении.
В результате этого, поршневая часть может перемещаться в продольном направлении от соединительной части, не оказывая влияния на местоположение соединительной части.
В частности, поршневая часть может быть соединена со штоком.
Также, поршневая часть может быть соединена с линейным приводом.
В еще одном варианте осуществления изобретения затрубный барьер может содержать измерительный механизм, адаптированный для регистрации, когда давление в трубчатой части превышает заданное пороговое значение, для того, чтобы затем активировать приводной механизм для приложения осевого усилия к соединительной части.
Данный измерительный механизм может содержать разрывной диск.
Также, измерительный механизм может содержать тензометрический датчик.
Дополнительно, затрубный барьер может содержать датчик, адаптированный для определения перемещения соединительной части для активации приводного механизма, в результате чего к соединительной части прикладывается осевое усилие.
Кроме того, датчик может содержать срезной штифт.
В альтернативном варианте датчик может содержать магнитный контакт, измеряющий перемещение соединительной части.
Также, датчик может быть адаптирован для измерения усилия натяжения, приложенного к соединительной части.
Данное изобретение дополнительно относится к скважинной системе, содержащей трубчатую конструкцию скважины и по меньшей мере один затрубный барьер, описанный выше.
Наконец, данное изобретение относится к способу разжимания затрубного барьера, описанного выше, в затрубном пространстве между трубчатой конструкцией скважины и внутренней стенкой ствола скважины, причем способ содержит следующие этапы:
- по меньшей мере частичное разжимание разжимной муфты путем впуска текучей среды в пространство, ограниченное разжимной муфтой;
- приложение осевого усилия к соединительной части, к которой присоединен один конец разжимной муфты; и
- разжимание разжимной муфты до тех пор, пока муфта не образует герметичное соединение с внутренней стенкой ствола скважины.
Также, способ может содержать этап мониторинга давления, нагнетаемого внутри пространства, ограниченного разжимной муфтой.
Дополнительно, осевое усилие могут прикладывать к разжимной муфте во время разжимания разжимной муфты.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения и на которых:
на фиг. 1а показан затрубный барьер, один конец разжимной муфты которого соединен с выполненной с возможностью скольжения соединительной частью, а другой конец соединен с закрепленной соединительной частью;
на фиг. 1b изображен затрубный барьер, оба конца разжимной муфты которого соединены с соединительной частью, соединенной с возможностью скольжения с трубчатой частью;
на фиг. 2а показан соединительный модуль, содержащий камеру давления и разжимную муфту, когда затрубный барьер находится в неустановленном состоянии;
на фиг. 2b изображен соединительный модуль и разжимная муфта, показанные на фиг. 2а, когда затрубный барьер находится в установленном состоянии;
на фиг. 3а показан соединительный модуль, содержащий соединительную часть и поршневую часть и разжимную муфту, когда затрубный барьер находится в неустановленном состоянии;
на фиг. 3b изображен соединительный модуль и разжимная муфта, показанные на фиг. 3а, когда затрубный барьер находится в установленном состоянии;
на фиг. 4а показан соединительный модуль, содержащий шток, и разжимная муфта, когда затрубный барьер находится в неустановленном состоянии;
на фиг. 4b изображен соединительный модуль и разжимная муфта, показанные на фиг. 4а, когда затрубный барьер находится в установленном состоянии;
на фиг. 5 показан соединительный модуль, содержащий проход для текучей среды, обеспечивающий соединение с возможностью передачи текучей среды между камерой давления и пространством, ограниченным разжимной муфтой;
на фиг. 6 изображен обходной проход для текучей среды, предназначенный для обеспечения соединения с возможностью передачи текучей среды между камерой давления и пространством, ограниченным разжимной муфтой;
на фиг. 7 показан соединительный модуль, содержащий гидравлический насос, адаптированный для закачивания гидравлической текучей среды в камеру давления;
на фиг. 8 изображен соединительный модуль, содержащий усилитель давления, адаптированный для подачи гидравлической текучей среды в камеру давления;
на фиг. 9 показан соединительный модуль, содержащий резервуар высокого давления, адаптированный для толкания соединительной части в продольном направлении;
на фиг. 10 изображен другой вариант осуществления соединительного модуля, содержащего соединительную часть, соединенную с возможностью скольжения с трубчатой частью;
на фиг. 11 схематически показан соединительный модуль, содержащий усилитель давления, изображенный на фиг. 8;
на фиг. 12 схематически изображено соединение, содержащее гидравлический поршень, адаптированный для смещения соединительной части в продольном направлении; и
на фиг. 13 показана скважинная система, содержащая трубчатую конструкцию скважины и затрубный барьер.
Все чертежи являются очень схематическими и не обязательно выполнены в масштабе, причем на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, при этом другие части не показаны или показаны без объяснения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан затрубный барьер 1, предназначенный для разжимания в затрубном пространстве 2 между трубчатой конструкцией 3 скважины и внутренней стенкой 4 ствола 5 скважины или внутренней стенкой другого типа скважинной трубы. Трубная конструкция 3 может представлять собой эксплуатационную обсадную трубу. Затрубный барьер 1 содержит трубчатую часть 6, установленную в качестве части трубчатой конструкции 3 скважины. Трубчатая часть 6 имеет продольную ось 40, соосную с продольной осью трубчатой конструкции 3 скважины. Затрубный барьер 1 содержит разжимную муфту 7, окружающую трубчатую часть 6 и ограничивающую пространство 30, соединенное с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством 64 трубчатой части 6. Каждый конец 9, 10 разжимной муфты 7 соединен с трубчатой частью 6, причем первый конец 9 закреплен с возможностью скольжения относительно трубчатой части, а второй конец 10 жестко закреплен относительно трубчатой части посредством неподвижной соединительной части 13.
Затрубный барьер 1 имеет первый проход 61 для текучей среды, предназначенный для впуска текучей среды в пространство 30 для разжимания разжимной муфты 7, причем первый проход 61 для текучей среды расположен в трубчатой части 6 таким образом, что текучая среда подается непосредственно в пространство 30. Первый проход 61 для текучей среды для простоты показан в поперечном сечении отдельно, но его следует рассматривать в качестве одного или множества первых проходов, расположенных по периферии трубчатой части. В первом проходе 61 для текучей среды может быть расположен клапан, например обратный клапан, клапан управления потоком, регулирующий давление клапан и так далее. Дополнительно, затрубный барьер содержит соединительный модуль 120, содержащий соединительную часть 12, соединяющую с возможностью скольжения один конец разжимной муфты с трубчатой частью, неподвижную часть 16, жестко соединенную с трубчатой частью, и приводной механизм 20, адаптированный для приложения осевого усилия к первому концу разжимной муфты для того, чтобы исключить нежелательное утончение муфты. Приводной механизм описан более подробно ниже. Первый конец 9 разжимной муфты соединен с соединительной частью 12 так, что часть муфты перемещается в продольном направлении, когда соединительная часть 12 смещается соответствующим образом.
На фиг. 1b изображен другой вариант осуществления затрубного барьера, причем каждый конец 9, 10 разжимной муфты 7 закреплен с возможностью скольжения относительно трубчатой части 6. Это реализовано посредством затрубного барьера, содержащего два соединительных модуля 120, аналогичных описанному выше соединительному модулю. Подобным образом, первый конец 9 и второй конец 10 разжимной муфты соединены с выполненной с возможностью скольжения соединительной частью 12. В дальнейшем различные варианты осуществления изобретения раскрыты безотносительно того, как каждый конец 9, 10 разжимной муфты 7 соединен с трубчатой частью. Следовательно, раскрытые варианты могут быть использованы независимо от того, один или оба конца разжимной муфты соединен(ы) с возможностью скольжения с трубчатой частью.
Затрубный барьер установлен в качестве части трубчатой конструкции 3 скважины, изображенной на фиг. 13, и активирован или установлен путем закачивания гидравлической текучей среды в трубчатую конструкцию 3 скважины. В результате этого разжимная муфта разжимается в радиальном направлении под действием давления гидравлической текучей среды, и в то же время один или оба конца разжимной муфты перемещаются в продольном направлении под действием усилия, генерируемого приводным механизмом 20.
Текучая среда может быть закачана локально в определенную секцию трубчатой конструкции 3 скважины или путем повышения давления во всей трубчатой конструкции 3 скважины. Локальное закачивание может быть выполнено несколькими способами, известными специалисту в области техники. Один способ заключается в том, что буровую трубу с окружающими пакерами опускают в трубчатую конструкцию скважины и размещают пакеры с противоположных сторон первых проходов для текучей среды для впуска текучей среды в пространство 30 для разжимания муфты. Далее текучая среда закачивается через буровую трубу в пространство между пакерами, в результате чего текучая среда поступает в пространство через первые проходы для текучей среды для активации и установки затрубного барьера 1.
Другой способ выполнения локального закачивания заключается в использовании скважинного инструмента, например скважинного трактора, содержащего насос. Данный инструмент может быть опущен в трубчатую конструкцию 3 скважины посредством кабеля и может быть соединен непосредственно с первым проходом для текучей среды. Скважинный инструмент может закачивать текучую среду, уже находящуюся в скважине, или текучую среду, переносимую посредством инструмента.
На фиг. 2а и 2b показан приводной механизм, содержащий камеру 21 давления. Камера давления расположена между соединительной частью 12 и неподвижной частью 16 и по меньшей мере частично ограничена поверхностью 121 соединительной части и поверхностью 161 неподвижной части. На чертеже изображено только поперечное сечение приводного механизма, но соединительная часть и неподвижная часть должны рассматриваться в качестве частей вращения, по существу, трубчатой формы, окружающих трубчатую часть 6. Однако специалисту в области техники очевидно, что соединительная часть и неподвижная часть могут быть разделены на несколько отдельных частей, расположенных по периферии трубчатой части, не выходя за пределы объема правовой охраны данного изобретения. Следовательно, камера 21 давления может быть одной сплошной камерой или может быть разделена на несколько изолированных камер, окружающих трубчатую часть. В дальнейшем, речь пойдет только об одной камере давления, хотя затрубный барьер может содержать и несколько независимых камер давления, действующих одинаковым образом.
Камеры 21 давления, показанные на фиг. 2а и 2b, соединены с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством 64 трубчатой части посредством вторых проходов 62 для текучей среды. Когда гидравлическую текучую среду закачивают в камеру давления, к поверхности 121 соединительной части прикладывается усилие, в результате чего соединительная часть смещается в продольном направлении от неподвижной части 16. Для обеспечения наличия непроницаемой для текучей среды герметизации между трубчатой частью 6 и соединительной частью, в углублениях в соединительной части может быть расположено один или большее количество герметизирующих элементов 122, например, уплотнительных колец или подобных им. Аналогичным образом, один или большее количество герметизирующих элементов 162 может быть расположено в одном или большем количестве углублений в неподвижной части 16. В показанном варианте осуществления изобретения соединительная часть 12 содержит трубчатое ограждение 123, выступающее из конца соединительной части, противоположного разжимной муфте. Ограждение проходит таким образом, чтобы по меньшей мере частично покрывать неподвижную часть 16, и содержит стенку камеры давления. Трубчатое ограждение 123 скользит относительно неподвижной части, когда соединительная часть смещается для удлинения камеры давления. На фиг. 2а затрубный барьер изображен в деактивированном, неустановленном состоянии, причем соединительная часть и первый конец разжимной муфты не были смещены. Разжимная муфта соединена с соединительной частью с использованием технологий, известных специалисту в области техники, которые по этой причине дополнительно описаны не будут.
На фиг. 2b затрубный барьер изображен в активированном и установленном состоянии, причем соединительная часть и первый конец разжимной муфты были смещены в продольном направлении к противоположному концу разжимной муфты, и от неподвижной части. Камера давления была значительно удлинена, и внешняя поверхность 71 разжимной муфты 7 упирается во внутреннюю стенку 4 ствола 5 скважины или, в альтернативном варианте, во внутреннюю стенку другой трубчатой конструкции скважины. Тем самым, секция 22 затрубного пространства, окружающая трубчатую конструкцию 3, изолирована от остального затрубного пространства 2. Первая зона 221 ствола скважины является, следовательно, изолированной от второй зоны 222 ствола скважины, как показано на фиг. 13.
Путем одновременного закачивания гидравлической текучей среды в пространство, ограниченное разжимной муфтой, и смещения соединительной части для перемещения по меньшей мере одного конца разжимной муфты к другому концу, удается исключить нежелательное утончение разжимной муфты. Степень смещения соединительной части колеблется в зависимости от размера разжимной муфты, свойств материала, необходимого диаметра разжимания разжимной муфты и так далее.
Когда затрубный барьер находится в установленном состоянии, соединительная часть 12 может быть постоянно или временно заблокирована в смещенном положении, как показано на фиг. 2b, посредством блокирующего средства (не показано на фиг. 2b), известного специалисту в области техники.
На фиг. 3а показан соединительный модуль 120, содержащий как соединительную часть 12, так и поршневую часть 14. В этом варианте осуществления изобретения разжимная муфта соединена с соединительной частью, а поверхность 141 поршня частично ограничивает камеру 21 давления. Дополнительно, поршневая часть содержит трубчатое ограждение 123, аналогичное ограждению соединительной части 12, описанному выше. Как соединительная часть, так и поршневая часть содержат герметизирующие элементы 122, 142 для обеспечения непроницаемого для текучей среды соединения с трубчатой частью. Камера 21 давления имеет функциональность, аналогичную описанной выше камере давления, и когда гидравлическая текучая среда закачивается в камеру 21 давления посредством вторых проходов 62 для текучей среды, к поверхности 141 поршневой части прикладывается усилие. В результате этого поршневая часть смещается в продольном направлении от неподвижной части 16, по причине чего соединительная часть также смещается в продольном направлении.
Как показано на фиг. 3b, поршневая часть и соединительная часть взаимно не соединены. Следовательно, поршневая часть может только влиять на перемещение соединительной части в продольном направлении от неподвижной части. Благодаря тому, что поршневая часть и соединительная часть не соединены, поршневая часть и, следовательно, приводной механизм могут быть смещены после установки затрубного барьера, не оказывая влияния на местоположение соединительной части и разжимание разжимной муфты.
На фиг. 4а и 4b показан соединительный модуль 120, содержащий шток 23, соединенный с соединительной частью 12. Шток вытянут от неподвижной части 16 для смещения соединительной части 12 в продольном направлении. Шток может представлять собой часть вращения, по существу, трубчатого удлинения, окружающую трубчатую часть 6. Однако в альтернативном варианте затрубный барьер может содержать несколько отдельных штоков, расположенных по периферии трубчатой части. В одном варианте осуществления изобретения приводной механизм для смещения штоков представляет собой линейный привод 90, при этом шток 23 выполнен в виде шпинделя, смещаемого электрическим мотором 91. Однако специалисту в области техники очевидно, что шток может смещаться различными другими способами, которые считаются лежащими в пределах объема правовой охраны данного изобретения.
В альтернативном варианте осуществления изобретения один или большее количество штоков выполнены с возможностью смещения в продольном направлении с использованием одного или большего количества гидравлических механизмов 50, как показано на фиг. 12. Гидравлический механизм содержит поршневую камеру 51, гидравлический насос 52 и управляющую электронику 53 для осуществления управления гидравлическим насосом. Один конец штока, противоположный концу штока, соединенному с соединительной частью (не показан на фиг. 12), снабжен поршнем 231, расположенным в поршневой камере 51. Поршень 231 разделяет поршневую камеру на первую секцию 51а камеры и вторую секцию 51b камеры. После активации гидравлический насос откачивает текучую среду из второй секции 51b камеры в первую секцию 51а камеры посредством трубопровода 56. В результате этого шток 23 и сопровождающий поршень 231 смещаются посредством гидравлической текучей среды влево относительно изображения, показанного на фиг. 12. Когда смещается шток 23, соединительная часть 12 и первый конец разжимной муфты 7 смещаются в продольном направлении к другому концу разжимной муфты 7 (изображенной на фиг. 1а), в результате чего разжимная муфта сжимается. Если по какой-либо причине требуется обратное движение соединительной части, гидравлический насос может управляться таким образом, чтобы направить в обратную строну поток текучей среды и откачать гидравлическую текучую среду из первой секции 51а камеры во вторую секцию 51b камеры через трубопровод 57. В результате этого шток 23 и сопровождающий поршень 231 смещаются посредством гидравлической текучей среды вправо относительно изображения, показанного на фиг. 12. В показанном варианте осуществления гидравлический механизм 50 конфигурирован для движения как вперед, так и назад. В альтернативном варианте осуществления изобретения гидравлический механизм может, однако, быть выполнен только с возможностью движения вперед, исключая возможность движения в двух направлениях. Гидравлический насос управляется посредством управляющей электроники 53, содержащей измерительный механизм 54, например, датчик давления, тензометрический датчик, разрывной диск и так далее, для измерения давления внутри трубчатой части. Измерительный механизм сообщается с внутренним пространством трубчатой части и может быть расположен в углублении или отверстии 55 в стенке трубчатой части или каким-либо другим образом, известным специалисту в области техники. Когда управляющая электроника получает сигнал от измерительного механизма, что давление в трубчатой части превышает определенное пороговое значение, указывающее, что гидравлическая текучая среда закачана в скважину для разжимания разжимной муфты, управляющая электроника активирует насос для откачки текучей среды из второй секции 51 b камеры в первую секцию 51а камеры. Разжимная муфта, следовательно, как разжимается посредством гидравлической текучей среды, закачанной в пространство 30, так и сжимается в результате перемещения соединительной части.
На фиг. 5 показан вариант осуществления изобретения, аналогичный показанному на фиг. 2а и 2b, единственное отличие которого состоит в том, что первый проход 11 для текучей среды предусмотрен в соединительной части 12. Первый проход 11 для текучей среды обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между камерой 21 давления и пространством 30, ограниченным разжимной муфтой. В результате этого, обеспечивается прохождение гидравлической текучей среды для разжимания разжимной муфты через камеру 21 давления. Первый проход 61 для текучей среды для простоты показан в поперечном сечении отдельно, но его следует рассматривать в качестве одного или множества первых проходов для текучей среды, расположенных, по существу, образуя форму окружности, на одной или большем количестве соединительных частей 12, окружающих трубчатую часть. Посредством расположения первого прохода 11 для текучей среды в соединительной части, поток через первый проход 11 для текучей среды может быть отрегулирован с тем, чтобы управлять давлением внутри камеры 21 давления и, следовательно, усилия, прикладываемого к соединительной части 12 и к первому концу разжимной муфты 7. Потоком через первый проход для текучей среды можно управлять посредством изменения поперечного размера первых проходов для текучей среды или посредством обеспечения наличия средства регулировки потока, известного специалисту в области техники, в первом проходе для текучей среды.
На фиг. 6 показан вариант осуществления изобретения, содержащий обходной проход 63 для текучей среды. В своем первоначальном положении соединительная часть 12 блокирует обходной проход 63 для текучей среды до тех пор, пока внутри камеры давления не создастся определенное давление, достаточное для перемещения соединительной части 12 в положение, показанное на фиг. 6. На фиг. 6 обходной проход 63 для текучей среды обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между камерой давления и пространством, ограниченным разжимной муфтой, когда соединительная часть 12 смещена на определенное расстояние от неподвижной части 16. В результате этого гидравлическая текучая среда, закачанная в камеру 21 давления, будет обходить соединительную часть 12, и усилие, прикладываемое посредством гидравлической текучей среды к поверхности 121 соединительной части, будет снижаться, а смещение соединительной части прекратится. Также на внешней поверхности трубчатой части может быть предусмотрен физический стопор (не показан) для ограничения дальнейшего смещения соединительной части, если первый конец разжимной муфты должен быть смещен только на определенное расстояние к противоположному концу. Специалисту в области техники очевидно, что физический стопор может быть реализован различными другими способами без выхода за пределы объема правовой охраны данного изобретения.
На фиг. 7 показан затрубный барьер, содержащий гидравлический насос 152, соединенный с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством трубчатой части и содержащий управляющую электронику 153 для осуществления управления гидравлическим насосом. Гидравлический насос и управляющая электроника представляют собой приводной механизм, и после активации гидравлический насос отводит текучую среду из внутреннего пространства трубчатой части через отверстие 154 и перекачивает текучую среду в камеру 21 давления через входное отверстия 155. В результате этого соединительная часть 12 смещается посредством гидравлической текучей среды для обеспечения толкания первого конца разжимной муфты 7 в продольном направлении к другому концу разжимной муфты 7 (показанному на фиг. 1а). Управляющая электроника может осуществлять управление гидравлическим насосом 152 таким же образом, что и управление гидравлическим насосом 52, описанное выше.
На фиг. 8 показан соединительный модуль, содержащий средство усиления давления в виде усилителя 70 гидравлического давления. Благодаря тому, что затрубный барьер содержит усилитель 70 гидравлического давления, текучая среда под давлением внутри трубчатой части может быть использована для обеспечения наличия текучей среды под давлением внутри камеры 21 давления со значительно более высоким давлением, чем давление текучей среды внутри трубчатой части. Таким образом, давление разжимания гидравлической текучей среды, закачиваемой внутрь трубчатой части, может быть, по существу, уменьшено для выгодного использования других компонентов скважинного оборудования, расположенных в скважине. Усилитель гидравлического давления соединен с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством трубчатой части, как показано на фиг. 11.
На фиг. 11 показана схема варианта осуществления усилителя гидравлического давления. Усилитель 70 гидравлического давления содержит поршень 74, расположенный с возможностью скольжения внутри корпуса 75 поршня. Поршень имеет первую концевую поверхность 741 и вторую концевую поверхность 742, причем первая концевая поверхность 741 имеет площадь А1 поверхности, большую, чем площадь А2 поверхности второй концевой поверхности 742. В результате этого, поршень 74 конфигурирован для усиления давления, приложенного к первой концевой поверхности 741, до более высокого давления, приложенного посредством второй концевой поверхности 742 к текучей среде внутри второго пространства 75b корпуса 75 поршня. Дополнительно, усилитель гидравлического давления содержит управляющий распределительный клапан 76 для управления соединением с возможностью передачи текучей среды между первым пространством 75а, входным отверстием 72а усилителя давления и выходным отверстием 72b для избытка текучей среды, обеспечивая соединение с возможностью передачи текучей среды от усилителя давления к буровой скважине, когда поршень втянут для впуска новой порции текучей среды во второй пространство 75b. Управляющий распределительный клапан имеет два положения. Первое положение обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между первым пространством 75а и входным отверстием 72а для обеспечения наличия текучей среды в первом пространстве 75а во время нагнетания давления. Второе положение обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между первым пространством 75а и выходным отверстием 72b для избытка текучей среды во время втягивания поршня.
Управляющий распределительный клапан может автоматически переключаться между указанными первым положением и вторым положением посредством сервоклапана 761, когда поршень достигает своих крайних положений на одном из концов корпуса поршня. Кроме того, средство усиления давления может содержать первый обратный запорный клапан 77 и второй обратный запорный клапан 78. Первый обратный запорный клапан 77 обеспечивает поток текучей среды из входного отверстия 72а во второе пространство 75b, но препятствует движению текучей среды под давлением, выходящей из второго пространства 75b, назад в направлении входного отверстия 72а. Таким образом, на сторону высокого давления усилителя давления может подаваться текучая среда из входного отверстия во время втягивания поршня. Второй обратный запорный клапан 78 обеспечивает поток текучей среды под давлением из второго пространства 75b к выходному отверстию 72 с усилителя давления и в камеру 21 давления, но препятствует потоку текучей среды внутри камеры 21 давления назад ко второму пространству 75b во время втягивания поршня, когда второе пространство 75b заполнено текучей средой с более низким давлением.
Для предотвращения поступления текучей среды, содержащей частицы грязи, в усилитель давления через выходное отверстие 72b для избытка текучей среды, в выходном отверстии 72b для избытка текучей среды обычно устанавливают фильтр 73. Во время нормальной работы усилителя давления текучая среда выходит из соединения для избытка текучей среды только в ствол скважины, но при особых обстоятельствах, например, колебаниях высокого давления в стволе скважине, может быть предпочтительно использование фильтра.
Специалисту в области техники очевидно, что в затрубном барьере может быть использовано много различных конструкций и вариаций усилителя гидравлического давления, и данные конструкции и вариации следует рассматривать как не выходящие за пределы объема правовой охраны данного изобретения.
На фиг. 9 показан затрубный барьер, в котором приводной механизм 20 содержит резервуар 80 высокого давления. Резервуар 80 высокого давления расположен на неподвижной части 16 соединительного модуля 120 и содержит газ под давлением, адаптированный для толкания соединительной части 12 в продольном направлении путем обеспечения избыточного давления в камере 21 давления. Газ подают в камеру 21 давления через входное отверстие 155 после активации резервуара 80 высокого давления. Резервуар 80 высокого давления активируется, когда давление в трубчатой части 6 превышает определенное пороговое значение, указывающее, что гидравлическая текучая среда закачана в скважину для разжимания разжимной муфты 7. Активация резервуара 80 высокого давления может управляться несколькими различными способами, известными специалисту в области техники. В одном варианте осуществления предусмотрен срезной штифт 125 или контакт для определения, когда разжимная муфта разжата по действием давления текучей среды, и соединительная часть 12 находится под действием усилия натяжения со стороны разжимной муфты. Когда это происходит, внутри резервуара высокого давления высвобождается газ для стимулирования продольного перемещения соединительной части и первого конца разжимной муфты. В альтернативном варианте резервуар 80 высокого давления может быть активирован после получения сигнала от измерительного механизма, например, как описано в предыдущих вариантах осуществления изобретения.
На фиг. 10 показан соединительный модуль 120, содержащий соединительную часть 112, соединенную с возможностью скольжения с трубчатой частью 6. Неподвижная часть 16 содержит трубчатое ограждение 163, вытянутое из конца соединительной части 12, окружающей трубчатую часть 6. Ограждение и трубчатая часть ограничивают корпус, в котором соединительная часть 112 может скользить в продольном направлении. Трубчатая часть 6, неподвижная часть 16 и соединительная часть 112 совместно ограничивают камеру 21 давления, соединенную с возможностью передачи текучей среды с внутренним пространством трубчатой части 6 посредством второго прохода 62 для текучей среды. Когда гидравлическую текучую среду закачивают в камеру 21 давления, соединительная часть 112 и первый конец 9 разжимной муфты 7, соединенный с соединительной частью 112, скользят в корпусе в продольном направлении.
Любые из различных вариантов осуществления затрубного барьера, описанных выше, могут содержать один или большее количество срезных штифтов 125, подобных показанному на фиг. 4а и 9. Срезной штифт 125 ограничивает нежелательное смещение соединительной части и первого конца 9 разжимной муфты 7. Когда затрубный барьер вводят в скважину, необходимо, например, избегать нежелательного разжимания разжимной муфты для того, чтобы предотвратить застревание затрубного барьера в скважине. Срезной штифт представлен только в качестве примера осуществления, и специалисту в области техники очевидно, что может быть предусмотрено много других конфигураций срезного штифта без выхода за пределы объема правовой охраны данного изобретения.
На фиг. 13 показана скважинная система 100, содержащая трубчатую конструкцию 3 скважины и затрубный барьер 1. Трубчатая часть 6 затрубного барьера 1 соединена с другими секциями обсадной трубы с образованием трубчатой конструкции 3 скважины, и при расположении в скважине затрубный барьер 1 разжимают, как показано на фиг. 13. В результате этого секция 22 затрубного пространства, окружающая трубчатую конструкцию 3, изолирована от остального затрубного пространства 2. Первая зона 221 ствола скважины оказывается, таким образом, изолированной от второй зоны 222 ствола скважины, как показано на фиг. 13.
Данное изобретение может принимать различные формы вариантов осуществления. Отдельные варианты осуществления описаны подробно и показаны на чертежах, при этом подразумевается, что данное описание следует считать иллюстративным примером принципов изобретения, и оно не предназначено для ограничения изобретения теми вариантами, которые здесь показаны и описаны. Следует понимать, что для достижения необходимых результатов могут быть выполнены различные модификации описанных выше различных вариантов осуществления по отдельности или в любых подходящих сочетаниях.
Затрубный барьер может также называться пакером или аналогичным разжимным средством. Трубная конструкция скважины может представлять собой эксплуатационную колонну, обсадную колонну или аналогичную скважинную систему труб в скважине или в стволе скважины. Как упоминалось ранее, затрубный барьер может быть использован как между внутренними эксплуатационными трубами и внешними трубами в стволе скважины, так и между трубами и внутренней стенкой ствола скважины. Скважина может иметь несколько типов труб, и затрубный барьер согласно данному изобретению может быть установлен для использования во всех них.
Клапаны, которые могут быть использованы для управления потоком через первый и второй проходы для текучей среды, могут представлять собой клапаны любого типа, конфигурированные для управления потоком, например шаровые клапаны, дроссельные клапаны, воздушные клапаны, запорные клапаны или невозвратные клапаны, мембранные клапаны, отсекающие клапаны, задвижки, шаровые вентили, ножевые задвижки, игольчатые вентили, поршневые клапаны, пережимные клапаны или пробковые краны.
Разжимная трубчатая металлическая муфта может представлять собой холоднотянутую или горячетянутую трубчатую конструкцию.
Текучая среда, используемая для разжимания разжимной муфты, может представлять собой любой тип скважинной текучей среды, присутствующей в стволе скважины, окружающей инструмент и/или трубчатую конструкцию 3 скважины. Также, текучая среда может представлять собой цемент, газ, воду, полимеры или двухкомпонентное соединение, например, порошок или частицы, смешиваемые или реагирующие со связующим или отверждающим веществом. Часть текучей среды, например отверждающее вещество, может присутствовать в полости между трубчатой частью и разжимной муфтой до закачивания последующей текучей среды в полость.
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 газового состава, присутствующий в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяного состава, 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 обсадной трубой понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемый в скважине для добычи нефти или природного газа.
В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную трубу, можно использовать скважинный трактор для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor.
Хотя изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалисту в области техники очевидно, что возможны модификации данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.