АКТИВАЦИОННЫЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ДЛЯ АКТИВАЦИИ МУФТЫ ДЛЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

Область техники
Техническое решение относится к добывающей промышленности, в частности, к инструменту для перемещения подвижной части муфты, предназначенной для осуществления подачи жидкости в пласт, например, к активационному гидромеханическому ключу для активации муфты для многостадийного гидроразрыва пласта.
Уровень техники
Из патента Китая на полезную модель CN209568995U, опубликованного 01.11.2019, известен инструмент для перемещения подвижной части муфты, предназначенной для осуществления подачи жидкости в пласт, содержащий поршни 4 и 9, трубчатый каркас, имеющий внутренний канал, проходящий вдоль продольной оси трубчатого каркаса, и отверстия для гидравлической связи с размещенными на трубчатом каркасе поршнями 4 и 9, а также плашки 5, имеющие профиль для зацепления с подвижной втулкой муфты. Плашки размещены на трубчатом каркасе и оснащены пружинами для выдвигания плашек в радиальном направлении. Поршни 4 и 9 размещены таким образом, что в исходном положении они препятствуют выдвиганию плашек 5, а под воздействием давления жидкости, поступающей из внутреннего канала трубчатого каркаса, поршни перемещаются вдоль трубчатого каркаса и не препятствуют выдвиганию плашек. Поршни 4 и 9 оснащены пружинами 3 для возврата их в исходное положение, когда прекращается воздействие давления жидкости на поршни.
Недостатком вышеуказанного инструмента является невысокая надежность, высокий износ и, как следствие, небольшой срок его службы.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении надежности работы инструмента за счет увеличения срока его службы и снижения износа.
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат настоящей полезной модели заключается в увеличении срока службы инструмента и, как следствие, в повышении надежности его работы.
Для достижения заявленного технического результата предлагается инструмент для перемещения подвижной втулки муфты, предназначенной для осуществления подачи жидкости в пласт, содержащий
поршни,
трубчатый каркас, имеющий внутренний канал, проходящий вдоль продольной оси трубчатого каркаса, и отверстия для гидравлической связи с размещенными на трубчатом каркасе поршнями,
плашки, имеющие профиль для зацепления с подвижной втулкой муфты.
Плашки размещены на трубчатом каркасе и оснащены пружинами для выдвигания плашек в радиальном направлении.
Поршни размещены таким образом, что в исходном положении они препятствуют выдвиганию плашек, а под воздействием давления жидкости, поступающей из внутреннего канала трубчатого каркаса, поршни перемещаются вдоль трубчатого каркаса и не препятствуют выдвиганию плашек.
Поршни оснащены пружинами для возврата их в исходное положение, когда прекращается воздействие давления жидкости на поршни.
Трубчатый каркас соединен с наконечником, содержащим канал для входа жидкости в наконечник из внутреннего канала трубчатого каркаса и наклонно расположенные каналы для выхода жидкости из наконечника.
Описанная конструкция позволяет получить простой и надежный инструмент. При этом наличие наконечника с наклонно расположенными каналами для выхода жидкости из наконечника позволяет осуществлять промывку инструмента в скважине и, таким образом, избегать налипания грунта на составные части инструмента, в особенности на поршни и профиль для зацепления с подвижной втулкой муфты, что позволит исключить заклинивание и улучшить сцепление инструмента с профилем подвижной втулки и, следовательно, увеличить срок службы инструмента и повысить надежность его работы.
Предпочтительно, трубчатый каркас имеет отверстия для гидравлической связи с плашками. Наличие таких отверстий дает возможность осуществлять промывку пружин, которые выдвигают плашки в радиальном направлении, что позволит исключить заклинивание и, таким образом, увеличить срок службы инструмента. Кроме того, указанные отверстия позволят создать дополнительное давление жидкости на плашки, что увеличит степень их выдвижения в радиальном направлении и приведет к лучшему зацеплению с подвижной втулкой муфты. Таким образом, даже плашки с относительно изношенной поверхностью профиля будут обеспечивать хорошее зацепление с подвижной втулкой муфты, что позволит увеличить срок службы инструмента и, как следствие, повысить надежность его работы.
Предпочтительно, диаметр канала для входа жидкости в наконечник меньше диаметра внутреннего канала трубчатого каркаса. Уменьшение диаметра при переходе жидкости из внутреннего канала трубчатого каркаса в канал для входа жидкости в наконечник позволит создать избыточное давление жидкости во внутреннем канале трубчатого каркаса. В результате для перемещения поршней и выдвигания плашек потребуется подавать жидкость в инструмент при меньшем давлении, а необходимое повышенное давление жидкости для срабатывания инструмента будет создаваться непосредственно внутри самого инструмента. Таким образом, снижение давления жидкости, подаваемой в инструмент, позволит снизить износ инструмента и, как следствие, увеличить срок службы инструмента и повысить надежность его работы.
Кроме того, уменьшенный диаметр канала для входа жидкости в наконечник позволит увеличить напор жидкости, выходящей из наклонно расположенных каналов для выхода жидкости из наконечника, что приведет к улучшенной промывке составных частей инструмента, что, в свою очередь, позволит исключить заклинивание и, таким образом, увеличить срок службы инструмента и повысить надежность его работы.
Предпочтительно, во внутреннем канале трубчатого каркаса поблизости от места соединения трубчатого каркаса с наконечником герметично установлен конфузор. Конфузор позволяет снизить кавитацию в инструменте благодаря постепенному сужению диаметра канала для прохода жидкости. В результате уменьшается износ инструмента, как следствие, увеличивается срок его службы и повышается надежность его работы.
Предпочтительно, поблизости от места соединения с наконечником трубчатый каркас имеет наклонно расположенные каналы, причем расположенные так, чтобы жидкость из внутреннего канала трубчатого каркаса могла поступать как в наклонно расположенные каналы трубчатого каркаса, так и в канал для входа жидкости в наконечник.
Наличие дополнительных наклонно расположенных каналов, через которые выходит жидкость из инструмента, приведет к улучшенной промывке составных частей инструмента, что позволит исключить заклинивание и улучшить сцепление инструмента с профилем подвижной втулки и, таким образом, увеличить срок службы инструмента и повысить надежность его работы.
Предпочтительно, наклонно расположенные каналы трубчатого каркаса ориентированы наклонно вверх, а наклонно расположенные каналы для выхода жидкости из наконечника ориентированы наклонно вниз.
Разное направление наклонно расположенных каналов трубчатого каркаса и наконечника позволит охватить промывочными струями максимальную площадь инструмента и приведет к улучшенной промывке составных частей инструмента, что, в свою очередь, позволит исключить заклинивание и улучшить сцепление инструмента с профилем подвижной втулки и, таким образом, увеличить срок службы инструмента и повысить надежность его работы.
Угол наклона наклонно расположенных каналов рассчитывается с учетом максимальной эффективности промывки составных частей инструмента. Диаметр наклонно расположенных каналов подбирается в зависимости от размеров и конструкции инструмента таким образом, чтобы обеспечить эффективную промывку составных частей инструмента.
Предпочтительно, наконечник соединен с трубчатым каркасом посредством резьбового соединения таким образом, что посредством регулирования глубины завинчивания наконечника в трубчатый каркас можно регулировать расход жидкости, поступающей в наклонно расположенные каналы трубчатого каркаса.
Возможность регулирования расхода жидкости, поступающей в наклонно расположенные каналы трубчатого каркаса, позволяет настраивать режим промывки инструмента в зависимости от конкретных размеров, чтобы добиться промывки всех проблемных участков, что позволит исключить заклинивание и, таким образом, увеличить срок службы инструмента, а также максимально долго поддерживать профиль для зацепления с подвижной втулкой муфты в рабочем состоянии.
Предпочтительно, трубчатый каркас состоит из нескольких соединенных между собой трубчатых элементов.
Такая конструкция позволит комбинировать материалы, из которых изготовлены трубчатые элементы в зависимости от нагрузки, которая на них приходится. Участки, которые подвергаются наибольшему абразивному воздействию, могут изготавливаться из более износостойких сплавов. В результате такая конструкция позволит увеличить срок службы инструмента и, как следствие, повысить надежность его работы.
Предпочтительно, трубчатые элементы соединены между собой без возможности их относительного перемещения.
Отсутствие возможности относительного перемещения трубчатых элементов снижает их износ, вызванный взаимным воздействием друг на друга, что позволит увеличить срок службы инструмента и, как следствие, повысить надежность его работы.
Предпочтительно, трубчатые элементы дополнительно соединены между собой винтами.
Наличие дополнительной фиксации трубчатых элементов друг с другом снижает их износ от взаимного воздействия друг на друга, что позволит увеличить срок службы инструмента и, как следствие, повысить надежность его работы.
Предпочтительно, в стенках поршней имеются отверстия.
Отверстия в стенках поршней позволяют осуществлять промывку пружин для возврата поршней в исходное положение и других труднодоступных участков инструмента, что позволит исключить заклинивание и, таким образом, увеличить срок службы инструмента.
Краткое описание чертежей
Чертежи представлены для лучшего понимания полезной модели, однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что раскрытая полезная модель не ограничивается вариантом, представленным на них.
На фиг. 1 представлен общий вид инструмента в соответствии с настоящим описанием полезной модели в сложенном состоянии.
На фиг. 2 представлен общий вид инструмента в соответствии с настоящим описанием полезной модели в активированном состоянии.
На фиг. 3 представлен увеличенный вид центральной части инструмента в соответствии с настоящим описанием полезной модели в сложенном состоянии.
На фиг. 4 представлен увеличенный вид центральной части инструмента в соответствии с настоящим описанием полезной модели в активированном состоянии.
На фиг. 5 представлен увеличенный вид нижней части инструмента в соответствии с настоящим описанием полезной модели.
Осуществление полезной модели
Из уровня техники известны конструкции муфт с подвижными втулками. Такие муфты предназначены для осуществления подачи жидкости в пласт, например, для гидроразрыва или иной обработки пласта.
Переключение таких муфт между режимом обеспечения и режимом предотвращения гидравлической связи трубного пространства с затрубным пространством может производиться с помощью специальных инструментов.
На фигурах 1-5 показан инструмент 1 для перемещения подвижной втулки муфты, предназначенной для осуществления подачи жидкости в пласт, содержащий поршни 2 и 3, трубчатый каркас 4 и плашки 5, имеющие профиль для зацепления с подвижной втулкой муфты.
Трубчатый каркас 4 имеет внутренний канал 6, проходящий вдоль продольной оси трубчатого каркаса 4, и отверстия 7 для гидравлической связи с размещенными на трубчатом каркасе поршнями 2 и 3.
Плашки 5 размещены на трубчатом каркасе 4 и оснащены пружинами 8 для выдвигания плашек 5 в радиальном направлении.
Поршни 2 и 3 размещены таким образом, что в исходном положении, показанном на фиг. 1 и 3, они препятствуют выдвиганию плашек 5. Под воздействием давления жидкости, поступающей из внутреннего канала 6 трубчатого каркаса 4 через отверстия 7, поршни 2 и 3 перемещаются вдоль трубчатого каркаса соответственно вверх и вниз и более не препятствуют выдвиганию плашек 5, как показано на фиг. 2 и 4.
Поршни 2 и 3 оснащены пружинами 9 и 10 для возврата их в исходное положение, когда прекращается воздействие давления жидкости на поршни 2 и 3.
Трубчатый каркас 4 соединен с наконечником 11, содержащим канал 12 для входа жидкости в наконечник 11 из внутреннего канала 6 трубчатого каркаса 4 и наклонно расположенные каналы 13 для выхода жидкости из наконечника 11.
Трубчатый каркас 4 имеет отверстия 14 для гидравлической связи с плашками 5.
Диаметр канала 12 для входа жидкости в наконечник 11 меньше диаметра внутреннего канала 6 трубчатого каркаса 4.
Во внутреннем канале 6 трубчатого каркаса 4 поблизости от места соединения трубчатого каркаса 4 с наконечником 11 герметично установлен конфузор 15.
Поблизости от места соединения с наконечником 11 трубчатый каркас 4 имеет наклонно расположенные каналы 16, расположенные так, чтобы жидкость из внутреннего канала 6 трубчатого каркаса 4 могла поступать как в наклонно расположенные каналы 16 трубчатого каркаса, так и в канал 12 для входа жидкости в наконечник 11.
Наклонно расположенные каналы 16 трубчатого каркаса 4 ориентированы наклонно вверх, а наклонно расположенные каналы 13 для выхода жидкости из наконечника 11 ориентированы наклонно вниз.
Наконечник 11 соединен с трубчатым каркасом 4 посредством резьбового соединения таким образом, что, регулируя глубину завинчивания наконечника 11 в трубчатый каркас 4 можно регулировать расход жидкости, поступающей в наклонно расположенные каналы 16 трубчатого каркаса 4.
Трубчатый каркас 4 состоит из нескольких соединенных между собой трубчатых элементов 17-21.
Трубчатые элементы 17-21 соединены между собой без возможности их относительного перемещения винтами 22.
В стенках поршней 2 и 3 имеются отверстия 23.
На поверхностях поршней 2 и 3, трубчатого каркаса 4, наконечника 11 и конфузора 15 установлены уплотнительные элементы для герметизации мест соединения.
Инструмент работает следующим образом.
Муфта с подвижной втулкой спускается в скважину на колонне труб и устанавливается напротив пласта, в котором планируется осуществлять обработку, например, 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 муфты закрыты герметично установленной в ней подвижной втулкой.
В случае необходимости активации муфты в скважину на уровень ниже муфты на колонне труб опускается инструмент 1 для перемещения подвижной втулки.
Затем во внутренний канал 6 трубчатого каркаса 4 подают жидкость. Жидкость проходит по конфузору 15 в узкий канал 12 для входа жидкости в наконечник 11, в результате давление жидкости увеличивается.
Жидкость под давлением поступает в наклонно расположенные каналы 13 и наклонно расположенные каналы 16 и, соответственно, выходит из наконечника 11 и трубчатого каркаса 4 в виде наклонных струй под высоким давлением. В результате осуществляется промывка элементов инструмента 1.
Также жидкость под давлением поступает через отверстия 7 в полости поршней 2 и 3, в результате чего под действием давления жидкости поршни 2 и 3 сдвигаются соответственно вверх и вниз, сжимая при этом пружины 10 и 9.
Сдвигаясь указанным образом, поршни 2 и 3 высвобождают плашки 5, которые под действием пружин 8 выдвигаются в радиальном направлении.
Поступая из трубчатого каркаса 4 через отверстия 14, жидкость промывает внутренние полости плашек 5 и пружины 8.
Когда инструмент 1 активирован и готов к зацеплению, его поднимают на колонне труб вверх, при этом плашки 5 скользят по стенкам колонны труб, на которой установлена муфта, и входят в зацепление с внутренним профилем втулки.
Зацепление фиксируется двойным скачком давления на устье и увеличением усилия на устьевом индикаторе веса при перемещении инструмента 1.
Дальнейшее перемещение инструмента 1 вверх приводит к одновременному перемещению подвижной втулки вверх и открыванию отверстий муфты.
Когда отверстия муфты открыты и подвижная втулка достигла своего крайнего верхнего положения, инструмент 1 может быть деактивирован путем прекращения подачи жидкости в инструмент 1.
В результате под действием пружин 9 и 10 поршни 2 и 3 вернутся в свое исходное положение и прижмут плашки 5 к трубчатому каркасу 4, что позволит беспрепятственно переместить инструмент 1 в необходимом направлении, например, к следующей муфте, которую нужно открыть или закрыть.
После завершения обработки пласта муфта может быть закрыта.
В этом случае инструмент 1 снова активируют посредством подачи жидкости во внутренний канал 6 трубчатого каркаса 4, что снова приводит к сдвиганию поршней 2 и 3 в крайние положения, выдвиганию плашек 5 и одновременной промывке элементов инструмента 1, как описано выше.
Инструмент 1 перемещают вниз, при этом плашки 5 скользят вниз по стенкам колонны труб, на которой установлена муфта, и входят в зацепление с внутренним профилем втулки. Дальнейшее перемещение инструмента 1 вниз приводит к одновременному перемещению подвижной втулки вниз и закрыванию отверстий 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.
Кроме того, специалисту будет очевидно, что хотя в описании раскрыт вариант, в котором для зацепления инструмента 1 с подвижной втулкой закрытой муфты инструмент 1 перемещают вверх, а для зацепления инструмента 1 с подвижной втулкой открытой муфты инструмент 1 перемещают вниз, можно осуществить зацепление инструмента 1 с подвижной втулкой при любом направлении движения инструмента 1.
Описанный пример осуществления приведен исключительно в целях иллюстрации полезной модели. Специалисту будет очевидно, что возможны и иные варианты осуществления без изменения сущности полезной модели.