СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ
DOWNHOLE DEVICE AND METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к скважинным инструментам и способам, включающим в себя скважинные инструменты с механическим приводом и соответствующие способы. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к скважинным инструментам и способам, связанным с гидравлическим разрывом пласта в скважине.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует много ситуаций, в которых скважинные инструменты должны селективно приводиться в действие. Например, для гидравлического разрыва пласта скважины с заканчиванием в нескольких продуктивных пластах каждая зона оборудуется одним или несколькими инструментами, и каждый инструмент требует такого приведения в действие, при котором текучая среда отводится для подачи наружу для гидроразрыва окружающего пласта. Часто требуется приведение в действие в последовательности, обеспечивающей поступательный гидроразрыв пласта по длине ствола без утечки текучей среды гидроразрыва через зоны ранее выполненного гидроразрыва.
В большинстве случаев приведение в действие инструмента продолжает оставаться полностью механическим. Обычно шары последовательно увеличивающегося диаметра сбрасывают в ствол скважины. Шары проходят через первый и промежуточные инструменты, имеющие диаметр клапанного гнезда больше диаметра шара, до достижения инструмента в скважине с нужным диаметром клапанного гнезда. Шар при этом устанавливается на инструмент для блокирования основного канала и обеспечения открытия боковых окон для отвода потока текучей среды. Вместе с тем, применение шаров последовательно увеличивающегося диаметра требует гнезд последовательно уменьшающегося диаметра, и в некоторых случаях гнезда малого диаметра могут создавать значительное дросселирование потока, что является нежелательным.
В каждой из заявок WO 2011/117601 и WO 2011/117602 описана улучшенная система, в которой применяются шары, по существу одного диаметра и механический отсчитывающий механизм, связанный с каждым инструментом. Каждый сброшенный шар обуславливает линейное перемещение механического отсчитывающего механизма вдоль основного канала на заданное число дискретных шагов до достижения места приведения в действие инструмента, после чего инструмент приводится в действие. Механический отсчитывающий механизм может устанавливаться на подходящем месте (в нужном числе шагов от места приведения в действие) для каждого инструмента, так что скважинные инструменты могут приводиться в действие последовательно. Данная система подтверждает свою высокую эффективность.
В нефтяной и газовой промышленности имеются все основания для улучшения эффективности и надежности инструментов, которые развертываются и эксплуатируются в скважинной среде. При этом должна обеспечиваться эксплуатация инструментов с максимальным кпд, минимальным риском отказа или неточной работы, возможной гибкостью согласно требованиям оператора и минимизацией любого ремонта, связанного с задержками времени и затратами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты настоящего изобретения относятся к забойному исполнительному механизму для приведения в действие скважинного инструмента. Аспекты настоящего изобретения относятся к скважинному инструменту, такому как скважинный инструмент гидроразрыва пласта. Аспекты настоящего изобретения относятся к комбинации забойного исполнительного механизма и скважинного инструмента. Аспект настоящего изобретения относится к залавливающему устройству, применяемому для залавливания объекта, такого как шар или дротик. Дополнительные аспекты настоящего изобретения относятся к способам управления скважинными исполнительными механизмами и инструментами, выполняющими работы в стволе скважины, такие как обработка пласта для интенсификации притока, гидроразрыв пласта, герметизация ствола скважины, цементирование, регулирование расхода и т.п. Дополнительные аспекты настоящего изобретения относятся к скважинным системам, таким как системы заканчивания скважины, например, системам заканчивания скважины которые обеспечивают или содействуют обработке пласта для интенсификации притока, такой как выполнение гидроразрыва пласта и т.п. Аспекты настоящего изобретения относятся к способам изготовления компонентов скважинного инструмента, таких как компонент для залавливания объекта. Аспекты настоящего изобретения относятся к втулке пошагового перемещения для применения в забойном исполнительном механизме. Аспекты настоящего изобретения относятся к контрольному устройству для применения при проверке или определении положения втулки пошагового перемещения в кожухе забойного исполнительного механизма.
Данные и другие аспекты могут включать в себя любые комбинации элементов, описанных ниже.
Варианты осуществления аспектов настоящего изобретения можно применять в любой скважинной работе, например, в обработке пласта для интенсификации притока, герметизации, регулировании расхода и т.п.
Забойный исполнительный механизм, согласно аспекту изобретения, может содержать кожух и втулку пошагового перемещения, установленную в кожухе. Втулкой пошагового перемещения можно управлять для перемещения на некоторое число шагов дискретного линейного перемещения вдоль кожуха к месту приведения в действие при проходе соответствующего числа управляющих объектов.
Подходящие управляющие объекты могут включать в себя шары, дротики, пробки, любые другие объекты, сбрасываемые или иначе пропускаемые в ствол скважин или инфраструктуру ствола скважины для выполнения функции приведения в действие инструмента, или любую их комбинацию. Управляющий объект может образовывать часть забойного исполнительного механизма или создаваться в комбинации с ним.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью временного захвата проходящего управляющего объекта, для обеспечения перемещения объектом втулки пошагового перемещения на дискретный шаг перемещения и последующего выпуска объекта по завершении дискретного шага перемещения.
Забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью обеспечивать отключению втулки пошагового перемещения, при этом управляющий объект может проходить через исполнительный механизм, не вызывая перемещения втулки пошагового перемещения. Втулка пошагового перемещения может отключаться при совмещении, например, аксиальном совмещении, втулки пошагового перемещения с зоной отключения в кожухе.
Забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью обеспечивать отключению втулки пошагового перемещения на месте приведения в действие. Такое устройство может обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения следом за или во время приведения в действие связанного инструмента, системы, процесса или т.п.
Забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения на месте, удаленном от места приведения в действие. Такое устройство может обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения для предотвращения приведения в действие связанного инструмента, системы, процесса или т.п.
Втулка пошагового перемещения может содержать зацепляющее устройство, выполненное с возможностью зацепления управляющим объектом, проходящим через забойный исполнительный механизм, для обеспечения перемещения втулки пошагового перемещения. Втулка пошагового перемещения может отключаться с помощью установления конфигурации зацепляющего устройства.
Забойный исполнительный механизм может приводить в действие скважинный инструмент. Скважинный инструмент может содержать управляемый элемент.
Скважинный инструмент может включать в себя любой скважинный инструмент, такой как клапан, пакер, устройство регулирования притока, дроссель, устройство связи, бурильную компоновку, насос, инструмент гидроразрыва пласта, ловильную компоновку, отклонитель потока или т.п., или любую подходящую комбинацию скважинных инструментов.
Скважинный инструмент может включать в себя кожух инструмента и клапанный элемент, который перемещается с помощью втулки пошагового перемещения. Клапанный элемент может перемещаться для открытия окна текучей среды, такого как окно текучей среды в стенке или проходящее через стенку кожуха инструмента. Клапанный элемент может перемещаться аксиально для открытия окна текучей среды. Клапанный элемент может вращаться для открытия окна текучей среды. Клапанный элемент может перемещаться аксиально и вращаться для открытия окна текучей среды.
Скважинный инструмент может включать в себя залавливающее устройство. Залавливающее устройство может устанавливаться в открытую конфигурацию, в которой управляющий объект может проходить мимо залавливающего устройства, и залавливающую конфигурацию в которой управляющий объект залавливается или захватывается залавливающим устройством.
Залавливающим устройством может управлять забойный исполнительный механизм. Например, залавливающее устройство может переставляться в залавливающую конфигурацию с помощью забойного исполнительного механизма.
Залавливающее устройство может переставляться в залавливающую конфигурацию с помощью перемещения управляемого элемента скважинного инструмента, например, перемещения клапанного элемента к своему открытому положению.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного объекта. Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного объекта с помощью установления условия, такого как условие по давлению, условие по расходу или т.п. в скважинном инструменте. Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного объекта с помощью изменения направления потока, например, реверса потока, проходящего через скважинный инструмент.
Залавливающее устройство может переставляться из залавливающей конфигурации в выпускающую конфигурацию, в которой заловленный объект может выпускаться.
Залавливающее устройство может переставляться в выпускающую конфигурацию действием заловленного объекта на залавливающее устройство.
Залавливающее устройство может переставляться в промежуточную выпускающую конфигурацию, например, действием заловленного объекта на залавливающее устройство. Залавливающее устройство может переставляться из промежуточного выпускающего положения в выпускающую конфигурацию с помощью изменения условий на забое скважины, например, изменения давления, расхода, направления потока или т.п.
Когда залавливающее устройство устанавливается в выпускающей конфигурации, залавливающее устройство может обеспечивать проход объекта. В таком устройстве выпускающая конфигурация залавливающего устройства может также образовывать открытую конфигурацию.
Аспект настоящего изобретения относится к забойному исполнительному механизму.
Забойный исполнительный механизм может являться подходящим для применения в приведении в действие скважинного инструмента, системы и/или процесса.
Забойный исполнительный механизм может приводить в действие или управлять скважинным инструментом. Скважинный инструмент может содержать управляемый элемент.
Скважинный инструмент может включать в себя любой скважинный инструмент, такой как клапан, пакер, устройство регулирования притока, дроссель, устройство связи, бурильная компоновка, насос, инструмент гидроразрыва пласта, ловильная компоновка, отклонитель потока, перепускной инструмент или т.п., или любую подходящую комбинацию скважинных инструментов.
Забойный исполнительный механизм может содержать трубчатый кожух, который включает в себя или образует профиль пошагового перемещения на своей внутренней поверхности. Втулка пошагового перемещения может устанавливаться в кожухе и может выполняться с возможностью продвижение, например, линейного продвижение, через кожух или в кожухе к месту приведения в действие заданным числом дискретных шагов перемещения, например, линейного перемещения при проходе соответствующего числа управляющих объектов через центральный канал втулки пошагового перемещения.
Втулка пошагового перемещения может выполняться так, что финальный дискретный шаг линейного перемещения устанавливает втулку на место приведения в действие. Втулка пошагового перемещения может выполняться так, что финальный дискретный шаг линейного перемещения втулки пошагового перемещения обеспечивает приведение в действие втулки, или по меньшей мере инициирует приведение в действие связанного скважинного инструмента.
В работе требуемое число управляющих объектов может пропускаться через втулку пошагового перемещения, обеспечивая перемещение втулки пошагового перемещения на соответствующее число дискретных шагов к месту приведения в действие для содействия приведению в действие связанного скважинного инструмента. В таком устройстве приведение в действие связанного скважинного инструмента может по меньшей мере инициироваться после достижения втулкой пошагового перемещения места приведения в действие.
Связанный скважинный инструмент может полностью приводиться в действие после достижения втулкой пошагового перемещения места приведения в действие.
В некоторых вариантах осуществления связанный скважинный инструмент может частично приводиться в действие после достижения втулкой пошагового перемещения места приведения в действие. Такое частичное приведение в действие может содержать подготовку связанного скважинного инструмента к последующему приведению в действие. В таком варианте осуществления приведение в действие связанного инструмента может затем получаться или завершаться с помощью альтернативного или связанного исполнительного устройства. Такое альтернативное или связанное исполнительное устройство может управляться управляющим объектом. Такой управляющий объект может включать в себя управляющий объект, который уже переместил втулку пошагового перемещения на дискретный шаг к месту приведения в действие. Такой управляющий объект может включать в себя управляющий объект, который уже переместил втулку пошагового перемещения на финальный дискретный шаг к месту приведения в действие. В одном варианте осуществления альтернативное или связанное исполнительное устройство может управляться управляющим объектом, который уже переместил втулку пошагового перемещения на финальный дискретный шаг к месту приведения в действие. При этом управляющий объект может завершить перемещение втулки пошагового перемещения к месту приведения в действие и затем впоследствии управлять альтернативным или связанным исполнительным устройством для выполнения или завершения приведения в действие или работы связанного скважинного инструмента.
В альтернативном варианте осуществления управляющий объект, отличающийся от того, который переместил втулку пошагового перемещения на дискретный шаг, можно применять для приведения в действие или завершения приведения в действие связанного скважинного инструмента. Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью установки на место приведения в действие проходом n управляющих объектов, при этом связанный скважинный инструмент может приводиться в действие проходом n+m управляющих объектов, где m является любым положительным целым числом.
Обуславливая перемещение втулки пошагового перемещения на один или несколько дискретных шагов перемещения, можно обеспечивать применение забойного исполнительного механизма и связанного скважинного инструмента, как части скважинной системы, в которой один или несколько управляющих объектов используются в комбинации с другими скважинными исполнительными механизмами или инструментами. В некоторых вариантах осуществления такая скважинная система может включать в себя, например, от 2 до 150 или больше забойных исполнительных механизмов или инструментов. Работой таких исполнительных механизмов или инструментов можно управлять в любой требуемой последовательности. Дополнительно, в такой системе различные скважинные инструменты могут приводиться в действие в требуемой последовательности скважинными исполнительными механизмами.
Втулка пошагового перемещения может содержать зацепляющее устройство, выполненное с возможностью взаимодействия с профилем пошагового перемещения кожуха для зацепления управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг.
Зацепляющее устройство может содержать по меньшей мере один элемент зацепления, который взаимодействует с профилем пошагового перемещения кожуха для зацепления управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг.
Зацепляющее устройство может содержать первые и вторые аксиально разнесенные элементы зацепления, которые взаимодействуют с профилем пошагового перемещения кожуха, для зацепления управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг. Элементы зацепления могут образовывать выступы зацепления.
По меньшей мере одни из первых и вторых элементов зацепления могут зацепляться управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг. В некоторых вариантах осуществления как первые, так и вторые элементы зацепления могут зацепляться управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг. В некоторых вариантах осуществления первые и вторые элементы зацепления могут взаимодействовать с профилем пошагового перемещения для последовательного зацепления управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг.
Первые и вторые элементы зацепления могут выполняться связанными друг с другом с возможностью обеспечения установки только одного управляющего объекта между ними. Данное может содействовать исключению или уменьшению возможности прохода управляющего объекта через втулку пошагового перемещения без перемещения втулки пошагового перемещения на соответствующий дискретный шаг перемещения. Например, в случае прохода двух управляющих объектов через втулку пошагового перемещения близко друг к другу, например, в быстрой последовательности, должна обеспечиваться установка только одного между первыми и вторыми элементами зацепления во время такого прохода. Данное может требовать от ведущего управляющего объекта завершения дискретного шага перемещения втулки пошагового перемещения до предоставления заднему управляющему объекту возможности полностью воздействовать на втулку пошагового перемещения. Такое устройство может содействовать исключению обстоятельств, при которых управляющий объект проходит через втулку пошагового перемещения без регистрации, и таким образом без обеспечения шага дискретного линейного перемещения. Такие обстоятельства могут обуславливать проблемы, например, вызывать приведение в действие скважинных инструментов с нарушением требуемой последовательности, вызывать расхождение между фактической установкой исполнительного механизма и информацией, полученной оператором, которая может основываться только на числе объектов, поданных на забой скважины, и т.п.
Относительное расположение между первыми и вторыми элементами зацепления можно выбирать согласно управляющему объекту, который применяется для приведения в действие и перемещения втулки пошагового перемещения на дискретный шаг через кожух.
Управляющий объект можно подавать на забой скважины с поверхности.
Управляющий объект может перемещаться к и через забойный исполнительный механизм согласно изобретению с помощью перепада давления, образованного на управляющем объекте. Управляющий объект может перемещаться к и через забойный исполнительный механизм согласно изобретению, благодаря своей собственной кинетической энергии или кинетической энергии, полученной в результате его несения потоком текучей среды, таким как поток текучей среды, созданный насосным оборудованием. Такой поток текучей среды может содержать текучую среду обработки, такую как текучая среда гидроразрыва. Управляющий объект может перемещаться к и через забойный исполнительный механизм согласно изобретению под действием силы тяжести.
Относительное расположение между первыми и вторыми элементами зацепления может связываться по меньшей мере с геометрией управляющего объекта. Относительное расположение может связываться с аксиальным интервалом между первыми и вторыми элементами зацепления. Аксиальный интервал между первыми и вторыми элементами зацепления может быть меньше или равен удвоенной ширине, например, диаметру управляющего объекта.
Относительное расположение может связываться с обеспечиваемым радиальным перемещением внутрь элементов зацепления в центральный канал. Аксиальный интервал между первыми и вторыми элементами зацепления может являться обратно пропорциональным обеспечиваемому радиальному перемещению внутрь. Когда управляющий объект представляет собой шар, аксиальный интервал между первыми и вторыми элементами зацепления может по существу соответствовать хорде продольного сечения шара, в котором две точки хорды соответствуют заданному выдвижению радиально внутрь.
В некоторых вариантах осуществления забойный исполнительный механизм может образовывать отсчитывающий механизм или устройство, конкретно, механический отсчитывающий механизм или устройство. То есть забойный исполнительный механизм может отражать число прошедших управляющих объектов на основе положения, например линейного положения, втулки пошагового перемещения вдоль кожуха. Забойный исполнительный механизм может способствовать приведению в действие связанного скважинного инструмента после прохода требуемого или заданного числа управляющих объектов. Предотвращение прохода управляющего объекта без регистрации счета перемещением втулки пошагового перемещения на соответствующий дискретный шаг перемещения может обеспечивать весьма точное отражение устройством числа прошедших управляющих объектов. Данное может создавать ряд преимуществ, таких как предотвращение любого преждевременного или запаздывающего приведения в действие связанного инструмента, дающее оператору уверенность в точном знании конфигурации исполнительного механизма и связанного инструмента в любой момент времени, и т.п.
Элементы зацепления могут устанавливаться или выполняться с возможностью последовательного зацепления проходящим управляющим объектом. В данном устройстве элементы зацепления можно определить, как элементы зацепления выше по потоку и ниже по потоку относительно направления перемещения проходящего управляющего объекта. При этом в работе взаимодействие с профилем пошагового перемещения кожуха может обеспечивать вначале зацепление управляющим объектом элемента зацепления выше по потоку, и затем в продолжение зацепления элемента зацепления ниже по потоку для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг. В таком устройстве элементы зацепления выше по потоку и ниже по потоку можно определить по отношению к направлению перемещения управляющего объекта. То есть направление перемещения управляющего объекта можно определить, как направление вниз по потоку.
Дополнительно или альтернативно, втулка пошагового перемещения может взаимодействовать с профилем пошагового перемещения кожуха для своего перемещения на дискретный шаг в любом направлении перемещения проходящего управляющего объекта. При этом может обеспечиваться перемещение втулки пошагового перемещения в противоположных направлениях шагами дискретных линейных перемещений, в зависимости от направления перемещения управляющего объекта. При этом втулка пошагового перемещения может придаваться конфигурация для перемещения в направлении вперед и/или в противоположном направлении. В таком устройстве, направление вперед может включать в себя одно из направлений к забою и к устью скважины, и противоположное направление может включать в себя другое из направлений к забою и к устью скважины. Данное устройство может обеспечивать реверсную подачу потоком одного или нескольких управляющих объектов через забойный исполнительный механизм следом за одним или несколькими объектами, подаваемыми вперед потоком, проходящим через инструмент, при этом регистрируются соответствующие противоположные дискретные шаги перемещения или отсчеты. Соответственно, линейное положение втулки пошагового перемещения в кожухе может непрерывно отражать число и направление проходящих управляющих объектов.
Обратный поток можно получить с помощью добычи текучих сред из подземного коллектора. Альтернативно или в дополнение обратный поток можно получить с помощью обратной циркуляции текучей среды в связанном стволе скважины. Например, обратный поток можно получить при циркуляции текучей среды через кольцевое пространство, образованное между забойным исполнительным механизмом и стенкой ствола скважины или системы труб, в которой забойный исполнительный механизм установлен и, следовательно, через кожух исполнительного механизма.
Обратный поток можно устанавливать для перестановки втулки пошагового перемещения на требуемое место в кожухе, например, для перестановки забойного исполнительного механизма или т.п. Такое устройство может обеспечивать перестановку на рабочей площадке втулки пошагового перемещения в исполнительном механизме.
Обратный поток можно устанавливать для перемещения втулки пошагового перемещения к альтернативному месту приведения в действие, например, для инициирования приведения в действие различного связанного скважинного инструмента. В таком устройстве исполнительный механизм может связываться с двумя скважинными инструментами на своих противоположных аксиальных сторонах, при этом втулка пошагового перемещения может перемещаться в любом требуемом направлении для инициирования приведение в действие любого одного или обоих связанных скважинных инструментов.
Обратный поток может присутствовать или устанавливаться в случае блокирования. Например, обратный поток может устанавливаться для ликвидации блокирования в забойном исполнительном механизме, связанном скважинном инструменте или связанной скважинной системе.
Обратный поток может устанавливаться для возвращения объектов на поверхность.
Втулка пошагового перемещения может конфигурацию, переставляемую на площадке работ для обеспечения последовательного взаимодействия элементов зацепления при противоположных направлениях пропуска управляющего объекта. Такую перестановку конфигурации на площадке работ можно получить от начального прохода управляющего объекта.
Втулка пошагового перемещения может выполняться, например, во время ввода в эксплуатацию, обеспечивающей проход управляющего объекта в первом направлении, при этом объект может последовательно зацеплять первые и вторые элементы зацепления и перемещать втулку пошагового перемещения на дискретный шаг в первом направлении. В таком устройстве при начальном проходе управляющего объекта во втором, противоположном направлении конфигурация втулки пошагового перемещения может меняться так, что при проходе во втором направлении дополнительный управляющий объект может затем зацеплять элементы зацепления в данном втором направлении. При такой перестановке конфигурации управляющий объект, вначале проходящий во втором направлении может зацеплять только одни из первых и вторых элементов зацепления для перемещения втулки пошагового перемещения на требуемое расстояние во втором направлении для перестановки элементов зацепления при взаимодействии с профилем пошагового перемещения и обеспечения последующего зацепления дополнительным управляющим объектом во втором направлении. Управляющий объект, вначале проходящий во втором направлении, может перемещать втулку пошагового перемещения на расстояние равное дискретному шагу перемещения.
Втулка пошагового перемещения может выполняться из унитарного компонента. Альтернативно, втулка пошагового перемещения может выполняться из многочисленных компонентов и надлежащим образом собранных или выполненных.
Первые и вторые элементы зацепления могут образовывать зону удержания между собой для временного размещения управляющего объекта во время прохода объекта через втулку пошагового перемещения. Зона удержания может выполняться с возможностью обеспечивать размещение в ней только одного управляющего объекта в любой момент времени.
Первые и вторые элементы зацепления могут выполняться на втулке пошагового перемещения с возможностью селективного радиального перемещения при взаимодействии с профилем пошагового перемещения на кожухе во время перемещения втулки пошагового перемещения через кожух. При таком радиальном перемещении первых и вторых элементов зацепления можно селективно выдвигать и убирать элементы относительно центрального канала втулки пошагового перемещения. То есть элементы зацепления могут перемещаться радиально наружу для радиального выдвижения из центрального канала, и перемещаться радиально внутрь для радиальной уборки в центральный канал. Данное устройство может обеспечивать селективное расположение элементов зацепления на пути перемещения управляющего объекта через центральный канал втулки пошагового перемещения для обеспечения перемещения втулки через кожух на один дискретный шаг. Такое радиальное перемещение первых и вторых элементов зацепления может последовательно располагать элементы в центральном канале и на пути перемещения управляющего объекта, обеспечивая последующее зацепление объектом элементов зацепления для перемещения втулки пошагового перемещения через кожух на один дискретный шаг.
Радиальное положение первых и вторых элементов зацепления может циклически изменяться при взаимодействии с профилем пошагового перемещения во время перемещения втулки пошагового перемещения через кожух. В частности, радиальное положение первых и вторых элементов зацепления может изменяться в течение одного полного цикла во время одного дискретного шага линейного перемещения втулки пошагового перемещения. То есть в конце завершенного дискретного шага перемещения каждый элемент зацепления может возвращаться в исходное радиальное положение, готовым для зацепления последующим проходящим управляющим объектом.
В работе первые и вторые элементы зацепления могут взаимодействовать с профилем пошагового перемещения на кожухе так, что проходящий управляющий объект первым зацепляет одни из первых и вторых элементов зацепления, которые можно таким образом определить, как элемент зацепления выше по потоку, для перемещения втулки на часть пошагового перемещения дискретного линейного шага перед входом в зону между первыми и вторыми элементами зацепления, которую можно определить, как зону удержания, и затем зацепляет другие из первых и вторых элементов зацепления, которые можно таким образом определить, как элемент зацепления ниже по потоку, для перемещения втулки пошагового перемещения на финальную часть дискретного линейного шага.
Радиальное положение первых и вторых элементов зацепления может изменяться со сдвигом по фазе относительно друг друга при взаимодействии с профилем пошагового перемещения во время перемещения втулки пошагового перемещения через кожух. То есть одни из элементов зацепления могут устанавливаться в положение радиально внутри и таким образом радиально убранными в центральный канал, а другие элементы зацепления могут устанавливаться в положении радиально наружном и таким образом радиально выдвинутыми из центрального канала, при этом положение каждого элемента изменяется, не совпадая по фазе при линейном перемещении втулки пошагового перемещения через кожух. Такое устройство может обеспечивать последовательное зацепление первых и вторых элементов зацепления управляющим объектом, проходящим через втулку пошагового перемещения. То есть в начальной конфигурации один элемент зацепления, который можно определить, как элемент зацепления выше по потоку, может являться радиально убранным в центральный канал, и другой элемент зацепления, который можно определить, как элемент зацепления ниже по потоку, может являться радиально выдвинутым из центрального канала. В таком устройстве управляющий объект может зацеплять элемент зацепления выше по потоку и инициировать перемещение втулки пошагового перемещения, с взаимодействием элементов зацепления с профилем пошагового перемещения во время данного начального перемещении, обуславливая перемещение элемента зацепления выше по потоку радиально наружу и перемещение элемента ниже по потоку радиально внутрь, таким образом обеспечивая управляющему элементу перемещение мимо элемента зацепления выше по потоку и зацепление элемента зацепления ниже по потоку и завершение дискретного шага перемещения втулки пошагового перемещения.
Один или оба из первых и вторых элементов зацепления могут устанавливаться в щели, проходящей через стенку конструкции втулки пошагового перемещения. Такое устройство может обеспечивать взаимодействие элемента зацепления с профилем пошагового перемещения кожуха для своего радиального перемещения и селективного выдвижения, а также уборки относительно центрального канала втулки пошагового перемещения.
Одни или оба из первых и вторых элементов зацепления могут подпираться в предпочтительном радиальном направлении. В одном варианте осуществления один или оба из первых и вторых элементов зацепления могут подпираться в радиальном направлении наружу. В таком устройстве один или оба из первых и вторых элементов зацепления могут подпираться в направлении для уборки из центрального канала втулки пошагового перемещения. Такое подпирание может действовать для удержания втулки пошагового перемещения в установленном положении относительно кожуха в отсутствие проходящего управляющего объекта.
Одни или оба из первых и вторых элементов зацепления могут устанавливаться на соответствующие пальцы, созданные как часть зацепляющего устройства втулки пошагового перемещения. Палец может образовывать палец разрезной гильзы, при этом втулка пошагового перемещения может образовывать разрезную гильзу. Палец может являться деформирующимся для обеспечения надлежащего радиального перемещения связанного элемента зацепления после взаимодействия с профилем пошагового перемещения. Палец может упруго деформироваться для обеспечения требуемого подпирания. Ближний конец пальца может скрепляться, например, при выполнении как одно целое, с втулкой пошагового перемещения. Дальний конец пальца может нести, например, выполненный как одно целое, связанный с ним элемент зацепления.
Элемент зацепления может иметь радиальную толщину больше, чем у связанного с ним пальца. То есть элемент зацепления может образовывать радиальный размер больше связанного с ним пальца.
Палец может проходить продольно относительно втулки пошагового перемещения. В некоторых вариантах осуществления палец может проходить по окружности относительно втулки пошагового перемещения.
Палец может иметь уменьшающуюся толщину, например, радиальную толщину. Такое уменьшение толщины может содействовать регулированию напряжения и/или деформации в пальце. Например, такое уменьшение толщины может содействовать обеспечению равномерного распределения напряжений в пальце во время его деформации. Дополнительно, такое уменьшение толщины может обеспечивать пальцу более равномерный изгиб по длине, исключая концентрацию деформации на дискретном месте.
В некоторых вариантах осуществления толщина пальца может уменьшаться от одного конца пальца к противоположному концу. Толщина может уменьшаться от основания пальца к вершине пальца.
Толщина пальца может уменьшаться линейно. Толщина пальца может уменьшаться нелинейно, например, по кривой.
Палец может иметь постоянную ширину, например, ширину по окружности.
Палец может размещаться в щели, образованной в стенке конструкции втулки пошагового перемещения.
В одном варианте осуществления втулка пошагового перемещения может содержать первые и вторые пальцы, которые несут соответствующие одни из первых и вторых элементов зацепления.
Первые и вторые пальцы могут проходить в общем направлении. В данном устройстве первые и вторые пальцы могут располагаться по окружности относительно друг друга. В таком устройстве первые и вторые пальцы могут перекрываться в аксиальном направлении.
Первые и вторые пальцы могут проходить в противоположных направлениях. В одном варианте осуществления соответствующие дальние концы первых и вторых пальцев могу устанавливаться смежно друг с другом. В альтернативных вариантах осуществления соответствующие ближние концы первых и вторых пальцев могу устанавливаться смежно друг с другом.
Зацепляющее устройство может содержать группу первых элементов зацепления. Группа первых элементов зацепления может располагаться по окружности. Группа первых элементов зацепления может равномерно распределяться по окружности. Альтернативно, группа первых элементов зацепления может неравномерно распределяться по окружности. Группа первых элементов зацепления может управляться совместно, например, одновременно, при взаимодействии с профилем пошагового перемещения кожуха. Каждый первый элемент зацепления может устанавливаться на соответствующем первом пальце.
Группа первых элементов зацепления может иметь зазоры между элементами. То есть смежные первые элементы зацепления могут образовывать зазор между собой. Группа первых элементов зацепления может иметь зазоры между элементами, когда первые элементы зацепления установлены в радиально внутреннем положении для зацепления управляющим объектом. Такие зазоры могут способствовать переносу текучей среды между индивидуальными первыми элементами зацепления. Данное может создавать в некотором роде байпас текучей среды, даже когда управляющий объект сцепляется с первыми элементами зацепления или входит в упор к ним. Такой обход текучей среды может обеспечивать продолжение циркуляции текучей среды через исполнительный механизм даже во время прохода управляющего объекта. Данное может способствовать быстрому проходу управляющего объекта через исполнительный механизм. Данное может создавать преимущество, обеспечивая быстрое перемещение управляющего объекта через забойный исполнительный механизм и затем дальше в другой забойный исполнительный механизм или другой инструмент для дополнительного приведение в действие.
В альтернативном варианте осуществления группа первых элементов зацепления может выполняться с возможностью установки непосредственно вблизи друг от друга, или взаимодействовать друг с другом по меньшей мере, когда первые элементы зацепления установлены в радиально внутреннем положении для зацепления управляющим объектом. То есть смежные первые элементы зацепления могут выполняться с возможностью зацепления или установки в непосредственной близости друг к другу. Такое устройство может минимизировать проход текучей среды между индивидуальными первыми элементами зацепления, например, когда управляющий объект зацепляется первыми элементами зацепления. Такое устройство может создавать некоторое уплотнение, которое может обеспечивать установление перепада давления на управляющем объекте при зацеплении первыми элементами седла, обеспечивая перемещение управляющим объектом втулки пошагового перемещения.
В некоторых вариантах осуществления кожух может образовывать наружный диаметр около 114,3 мм (4,5''), и устройство зацепления может содержать восемь (8) первых элементов зацепления. В таком варианте осуществления элементы зацепления могут распределяться вокруг втулки пошагового перемещения так, что два элемента зацепления создаются в каждом квадранте втулки пошагового перемещения.
В альтернативном варианте осуществления кожух может образовывать наружный диаметр около 139,7 мм (5,5''), и устройство зацепления может содержать двенадцать (12) первых элементов зацепления. В таком варианте осуществления элементы зацепления могут распределяться вокруг втулки пошагового перемещения так, что три элемента зацепления создаются в каждом квадранте втулки пошагового перемещения.
Зацепляющее устройство может содержать группу вторых элементов зацепления. Группа вторых элементов зацепления может располагаться по окружности. Группа вторых элементов зацепления может равномерно распределяться по окружности. Альтернативно, группа вторых элементов зацепления может неравномерно распределяться по окружности. Группа вторых элементов зацепления может управляться совместно, например, одновременно, при взаимодействии с профилем пошагового перемещения кожуха. Каждый второй элемент зацепления может устанавливаться на соответствующем втором пальце.
Группа вторых элементов зацепления может иметь зазоры между элементами.
То есть смежные вторые элементы зацепления могут образовывать зазор между собой. Группа вторых элементов зацепления может иметь зазоры между элементами, когда вторые элементы зацепления установлены в радиально внутреннем положении для зацепления управляющим объектом. Такие зазоры могут способствовать переносу текучей среды между индивидуальными вторыми элементами зацепления. Данное устройство может создавать в некотором роде байпас текучей среды, даже когда управляющий объект сцепляется с первыми элементами зацепления или встает в упор к ним. Такой байпас текучей среды может обеспечивать продолжение циркуляции текучей среды через исполнительный механизм даже во время прохода управляющего объекта. Данное может способствовать быстрому проходу управляющего объекта через исполнительный механизм.
В альтернативном варианте осуществления группа вторых элементов зацепления может выполняться с возможностью установки непосредственно вблизи друг от друга, или взаимодействия друг с другом, по меньшей мере, когда вторые элементы зацепления установлены в радиально внутреннем положении для зацепления управляющим объектом. То есть смежные вторые элементы зацепления могут выполняться с возможностью зацепления или установки в непосредственной близости друг от друга. Такое устройство может минимизировать проход текучей среды между индивидуальными вторыми элементами зацепления, например, когда управляющий объект зацепляется вторыми элементами зацепления. Такое устройство может создавать в некотором роде уплотнение, которое может обеспечивать установление перепада давления на управляющем объекте при зацеплении вторыми элементами седла, обеспечивающее перемещение управляющим объектом втулки пошагового перемещения.
В некоторых вариантах осуществления кожух может образовывать наружный диаметр около 114,3 мм (4,5''), и устройство зацепления может содержать восемь (8) вторых элементов зацепления. В таком варианте осуществления элементы зацепления могут распределяться вокруг втулки пошагового перемещения так, что два элемента зацепления создаются в каждом квадранте втулки пошагового перемещения.
В альтернативном варианте осуществления кожух может образовывать наружный диаметр около 139,7 мм (5,5''), и устройство зацепления может содержать двенадцать (12) вторых элементов зацепления. В таком варианте осуществления элементы зацепления могут распределяться вокруг втулки пошагового перемещения, так что три элемента зацепления создаются в каждом квадранте втулки пошагового перемещения.
В некоторых вариантах осуществления группа первых элементов зацепления может иметь зазоры между элементами, и группа вторых элементов зацепления может также иметь зазоры между элементами. Такое устройство может способствовать быстрому проходу управляющего объекта.
3
3
В некоторых вариантах осуществления расход, например, между 5 и 70 баррелей в минуту (0,8-11 м/мин) может создаваться для продвижения управляющего объекта. Создание байпаса текучей среды мимо первого и/или второго элементов зацепления может обеспечивать поддержание таких расходов по существу во время прохода управляющего объекта. Например, расход в 15-50 баррелей в минуту (2,4-8 м/мин) может создаваться для продвижения управляющего объекта.
Первые и вторые элементы зацепления могут каждые образовывать седельное устройство, обеспечивающее зацепление и установку в упор к нему управляющего объекта во время прохода через втулку пошагового перемещения. Управляющий объект может перемещать втулку пошагового перемещения через кожух, когда зацеплен и установлен в упор к седельному устройству. Элементы зацепления могут образовывать седельное устройство с одной своей аксиальной стороны.
Данное может обеспечивать управляющему объекту зацепление и установку в упор к элементам зацепления в одном направлении перемещения. В некоторых вариантах осуществления элементы зацепления могут образовывать седельное устройство на своих противоположных аксиальных сторонах. Данное может обеспечивать управляющему объекту зацепление и установку в упор к элементам зацепления в противоположных направлениях перемещения.
Один или оба из первых и вторых элементов зацепления могут образовывать поверхность седла для зацепления объектом. Поверхность седла может выполняться с возможностью создания по существу непрерывного или полного контакта с объектом.
Поверхность седла может выполняться с возможностью создания прерывистого или неполного контакта с объектом. Такое устройство может обеспечивать достижению контакта без уплотнения между поверхностью седла и управляющим объектом, например, для создания байпаса потока. В одном варианте осуществления поверхность седла может содержать или образовывать аксиально проходящую щель или канал.
Поверхность седла может образовывать криволинейную поверхность седла, например, выпуклую поверхность седла. Такое устройство можно создать в комбинации с применением управляющего объекта с криволинейной, например, выпуклой поверхностью. Создание криволинейной поверхности седла, и в частности выпуклой поверхности седла, может содействовать предотвращению или по меньшей мере уменьшению возможности зажатия, заклинивания или иного застревания управляющего объекта на элементах зацепления.
Создание криволинейной поверхности седла, и в частности выпуклой поверхности седла может обеспечивать некоторое улучшение регулирования передачи усилий от нагрузки между управляющим объектом и связанным элементом зацепления при взаимодействии, и с другими компонентами втулки пошагового перемещения или компонентами, функционально связанными с ней. Например, такое улучшение регулирования может обеспечивать предпочтительную передачу усилий с управляющего объекта и через индивидуальные элементы зацепления на профиль пошагового перемещения кожуха. Такую предпочтительную передачу можно выбирать с возможностью минимизации изгибающих моментов, например, на втулке пошагового перемещения, например, на индивидуальных пальцах которые несут элементы зацепления.
Втулка пошагового перемещения может продвигаться вдоль кожуха дискретными шагами перемещения благодаря энергии, поданной объектом, например, кинетической энергии.
Втулка пошагового перемещения может продвигаться вдоль кожуха дискретными шагами перемещения, благодаря ударному воздействию управляющего объекта на один или оба из первых и вторых элементов зацепления, например, последовательным ударным воздействиям на первые и вторые элементы зацепления. Такое устройство может использовать кинетическую энергию проходящего управляющего объекта для продвижения втулки пошагового перемещения. Данное может обеспечивать втулке пошагового перемещения перемещение с помощью относительно быстрого продвижения управляющего объекта через втулку. Дополнительно, с учетом силы ударного воздействия управляющего объекта на первые и вторые элементы зацепления для продвижения втулки пошагового перемещения может не являться обязательным требованием создание непроницаемого для текучей среды уплотнения между объектом и соответствующими элементами зацепления. В некоторых вариантах осуществления, один или оба из первых и вторых элементов зацепления могут выполняться с возможностью создания в некотором виде байпаса текучей среды при их зацеплении управляющим объектом, способствующего по существу непрерывному проходу потока через забойный исполнительный механизм, что может содействовать скоростному или быстрому проходу управляющего объекта, и соответствующей быстрой работе скважинного устройства. Такое быстрое поступательное перемещение управляющего объекта может создавать преимущества в системах, в которых управляющий объект применяется для управления работой многочисленных исполнительных механизмов и/или инструментов.
Использование силы ударного воздействия для продвижения втулки пошагового перемещения может способствовать мониторингу положения втулки пошагового перемещения с удаленной площадки. Например, ударное воздействие управляющего объекта на элементы зацепления может создавать акустический сигнал, мониторинг которого можно проводить с удаленной площадки.
В некоторых вариантах осуществления, хотя уплотнение может не требоваться между объектом и соответствующими элементами зацепления, некоторое дросселирование потока может создаваться во время взаимодействия объекта с элементами зацепления, которое может создавать изменение давления потока текучей среды в забойном исполнительном механизме, например, текучей среды, используемой для перемещения объекта через забойный исполнительный механизм. В некоторых вариантах осуществления такое изменение давления может способствовать мониторингу с удаленной площадки, как мониторингу изменения давления.
В некоторых вариантах осуществления втулка пошагового перемещения может продвигаться вдоль кожуха на дискретный шаг с помощью перепада давления, приложенного между сторонами выше по потоку и ниже по потоку втулки пошагового перемещения. Такой перепад давления может создаваться в результате взаимодействия объекта с каждым из первых и вторых элементов зацепления. В одном варианте осуществления управляющий объект может последовательно входить в контакт с уплотнением с первыми и вторыми элементами зацепления, способствующим созданию перепада давления. Альтернативно, управляющий объект может последовательно входить в контакт с первыми и вторыми элементами зацепления, создавая дросселирование потока и, следовательно, создавая обратное давление. Такое дросселирование потока может создаваться между или вокруг точки контакта управляющего объекта и элемента зацепления. Альтернативно или в дополнение, такое дросселирование потока может создаваться между устройством шагового перемещения и кожухом, когда управляющий объект входить в контакт с элементами зацепления.
Использование перепада давления для продвижения втулки пошагового перемещения может обеспечивать ведение мониторинга забойного исполнительного механизма с удаленной площадки, например, с помощью мониторинга изменений давления и связывания данных изменений с надлежащим входом в контакт объекта управления с элементами зацепления. Например, после и во время входа в контакт управляющего объекта с элементом зацепления увеличение давления или пик может возникать выше по потоку от объекта. Данное увеличение давления может действовать, перемещая управляющий объект и втулку пошагового перемещения в кожухе. Когда управляющий объект высвобождается или обеспечивается его проход элемента зацепления, давление может падать. Такое изменение давления может обеспечивать получение оператором информации по продвижению управляющего объекта.
В некоторых вариантах осуществления забойный исполнительный механизм можно создавать с или в комбинации с устройством или системой с мониторинга, например, акустическим устройством или системой с мониторинга, устройством или системой с мониторинга давления, устройством или системой с мониторинга расхода или т.п.
Забойный исполнительный механизм может содержать устройство предотвращения вращения, созданное между втулкой пошагового перемещения и кожухом. Устройство предотвращения вращения может содержать шпонку и шпоночный паз. В одном варианте осуществления втулка пошагового перемещения может содержать одну или несколько шпонок, таких как продольные ребра, и кожух может содержать шпоночный паз, такой как продольная щель, выполненная с возможностью приема шпонки. Такое устройство может обеспечивать относительное продольное перемещение втулки пошагового перемещения через кожух, предотвращая относительное вращение.
Втулка пошагового перемещения может содержать шпонку, созданную, например, формованием, как одно целое, на наружной поверхности конструкции стенки между смежными щелями, которые содержат смежные по окружности элементы зацепления.
Устройство предотвращения вращения может обеспечивать выполнение разбуривания на втулке пошагового перемещения, например, разбуривание для прохода через втулку пошагового перемещения, как часть ремонтных работ.
Забойный исполнительный механизм может содержать центрирующее устройство, радиально установленное между трубчатым кожухом и втулкой пошагового перемещения. Центрирующее устройство может выполняться с возможностью образования радиального разделяющего зазора между кожухом и втулкой пошагового перемещения. Центрирующее устройство может создавать такой радиальный разделяющий зазор во время перемещения втулки пошагового перемещения относительно кожуха.
Радиальный разделяющий зазор можно создавать для содействия в предотвращения связывания втулки пошагового перемещения в кожухе, например, отходами, такими как проппант, проблемно накапливающимися или захваченными между кожухом и втулкой пошагового перемещения.
Ширину радиального разделяющего зазора можно создавать предпочтительно минимально приемлемой. Такую предпочтительную минимальную ширину зазора можно выбирать согласно текучей среде, пропускаемой через инструмент. В одном варианте осуществления предпочтительную минимальную ширину зазора можно определять или выбирать согласно размеру частицы или частиц, таких как проппант, переносимых текучей средой, подаваемой через исполнительный механизм. В таком устройстве минимальную ширину зазора можно выбирать такой, при которой индивидуальные частицы не могут создавать перемычку в радиальном зазоре между кожухом и втулкой пошагового перемещения.
В одном варианте осуществления предпочтительную минимальную радиальную ширину зазора между кожухом и втулкой пошагового перемещения можно определять согласно среднему размеру частиц, таких как проппант, переносимых текучей средой, подаваемой через инструмент. Предпочтительную минимальную ширину зазора можно выбирать в диапазоне от 1 до 20 средних диаметров частиц, например, в диапазоне от 1 до 10 средних диаметров частиц, такой как от 1 до 5 средних диаметров частиц. В одном варианте осуществления предпочтительная минимальная ширина зазора может находиться в диапазоне по меньшей мере удвоенного среднего диаметра частиц.
Центрирующее устройство может обеспечивать втулке пошагового перемещения по существу концентрическую установку в кожухе.
Центрирующее устройство может обеспечивать создание по существу равномерного зазора между втулкой пошагового перемещения и кожухом, например, для создания неизменной площади кольцевого пространства.
Центрирующее устройство может содержать по меньшей мере одно ребро, установлен между кожухом и втулкой пошагового перемещения.
Центрирующее устройство может содержать множество расположенных по окружности ребер, установленных между кожухом и втулкой пошагового перемещения.
По меньшей мере одно ребро может проходить аксиально.
По меньшей мере одно ребро можно создать на втулке пошагового перемещения, например, установленным на втулке, выполненным с втулкой, как одно целое, или т.п.
По меньшей мере одно ребро можно создать на кожухе, например, установленным на кожухе, выполненным с кожухом, как одно целое, или т.п.
По меньшей мере одно ребро может образовывать v-образный профиль на одном или противоположных своих аксиальных концах. Такой профиль может обеспечивать легкий проход или проникновение ребра через отходы или материал, который может присутствовать между втулкой пошагового перемещения и кожухом.
По меньшей мере одно ребро может иметь уменьшающуюся толщину, например, уменьшающуюся радиально толщину. Такое устройство может улучшать поток материала вокруг по меньшей мере одного ребра. Уменьшение толщины может образовывать наклонный профиль. Один или обе аксиальные концевые зоны по меньшей мере одного ребра могут иметь уменьшающуюся толщину. Толщина может уменьшаться линейно или альтернативно нелинейно.
Забойный исполнительный механизм может обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения, при этом втулка пошагового перемещения, когда отключена, может не перемещаться в результате прохода управляющего объекта. Данное устройство может продолжать обеспечивать проход управляющего объекта через втулку пошагового перемещения, например, для применения в дополнительном забойном исполнительном механизме и скважинном инструменте. Втулка пошагового перемещения может отключаться согласно относительной установке в кожухе. В связи с этим, втулка пошагового перемещения может перемещаться из включенной конфигурации в отключенную конфигурацию.
Забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью отключения втулки пошагового перемещения на месте приведения в действие. При этом после достижение места приведения в действие связанного скважинного инструмента, втулка пошагового перемещения может также отключаться. Данное может предотвращать любое дополнительное перемещение втулки пошагового перемещения следом за выполнением функции приведение в действие. Обеспечение отключения втулки пошагового перемещения на месте приведения в действие может поддерживать связанный скважинный инструмент во включенном состоянии. Например, втулка пошагового перемещения может действовать, как фиксатор.
Забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью отключения втулки пошагового перемещения на месте, удаленном от места приведения в действие. Данное устройство может обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения перед приведением в действие связанного скважинного инструмента. Например, в некоторых случаях, когда скважинный инструмент и исполнительный механизм установлен на забое скважины, например, как часть оборудования заканчивания скважины, оператор может затем решить, что инструмент не следует активировать, и возможность отключения втулки пошагового перемещения на месте, удаленном от места приведения в действие, обеспечивает реализацию указанного. При этом забойный исполнительный механизм может давать дополнительную свободу действий оператору. Втулка пошагового перемещения может отключаться на позиции со стороны устья скважины относительно места приведения в действие.
В одном варианте осуществления профиль пошагового перемещения может способствовать отключению втулки пошагового перемещения. Профиль пошагового перемещения может содержать зону отключения, при этом совмещение втулки пошагового перемещения с зоной отключения профиля пошагового перемещения обеспечивает отключение втулки пошагового перемещения.
Профиль пошагового перемещения может содержать зону отключения, которая совпадает с местом приведения в действие исполнительного механизма. При этом втулка пошагового перемещения может в результате совмещаться с зоной отключения проходом надлежащего числа управляющих объектов через втулку пошагового перемещения.
Профиль пошагового перемещения может содержать зону отключения, которая является удаленной от места приведения в действие. Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью перемещения в направлении к устью скважины для своего перемещения к удаленной зоне отключения. Втулка пошагового перемещения может перемещаться в данную удаленную зону отключения физическим вмешательством, например, с использованием толкателя или т.п., спущенного в забойный исполнительный механизм. Втулка пошагового перемещения может образовывать профиль, способствующий зацеплению толкателем.
Профиль пошагового перемещения может образовывать зону отключения на противоположных аксиальных концах профиля пошагового перемещения. При этом втулка пошагового перемещения может отключаться при установке в любой из концевых зон профиля пошагового перемещения.
По меньшей мере часть профиля пошагового перемещения кожуха может выполняться во внутренней поверхности кожуха. По меньшей мере часть профиля пошагового перемещения кожуха может выполняться во вставке, которая устанавливается в кожухе.
Профиль пошагового перемещения может образовывать изменения по длине внутреннего диаметра кожуха.
Профиль пошагового перемещения кожуха может содержать множество кольцевых выемок, расположенных по длине кожуха.
Каждая кольцевая выемка может образовывать место увеличенного внутреннего диаметра зоны пошагового перемещения кожуха. Промежуточная поверхность между смежными кольцевыми выемками может образовывать место уменьшенного внутреннего диаметра зоны пошагового перемещения кожуха. Соответственно, присутствие множества кольцевых выемок может создавать изменение внутреннего диаметра по длине кожуха, так что перемещение втулки пошагового перемещения через кожух обеспечивает соответствующее изменение радиального положения по меньшей мере одного элемента зацепления, например, первых и вторых элементов зацепления зацепляющего устройства, и таким образом обеспечивать надлежащее зацепление проходящим управляющим объектом.
Во время перемещения втулки пошагового перемещения продольно через кожух каждый элемент зацепления может последовательно приниматься в смежные кольцевые выемки. При приеме в выемку элемент зацепления может устанавливаться в радиально наружное положение и выдвинутым из центрального канала втулки пошагового перемещения. При установке между смежными выемками элемент зацепления может устанавливаться в радиально внутреннее положение и при этом убранным в центральный канал втулки пошагового перемещения и таким образом установленным на пути перемещения управляющего объекта через втулку пошагового перемещения. Соответственно, проходящий управляющий объект может действовать на элементы зацепления согласно взаимодействию элементов зацепления с кольцевыми выемками кожуха
Одна или несколько кольцевых выемок могут содержать сужающиеся или наклонные боковые стороны, обеспечивающие взаимодействие с элементами зацепления для радиального перемещения элементов зацепления в результате линейного перемещение втулки пошагового перемещения через кожух. Такие сужающиеся или наклонные боковые стороны могут содействовать переходу элементов зацепления между радиально наружными и внутренними положениями при линейном перемещении втулки пошагового перемещения через кожух. Одна или несколько кольцевых выемок могут образовывать угол наклона к продольной оси кожуха. Угол наклона может иметь величину между 10 и 80 градусов, например, между 25 и 55 градусов, такую как около 45 градусов.
По меньшей мере одна пара кольцевых выемок может располагаться с аксиальным интервалом, отличающимся от интервала между первыми и вторыми элементами зацепления. По меньшей мере одна пара смежных кольцевых выемок может располагаться с аксиальным интервалом, отличающимся от интервала между первыми и вторыми элементами зацепления. Такое устройство может обеспечивать первым и вторым элементам зацепления попеременное перемещение, например, в разных фазах, радиально наружу и внутрь во время перемещения втулки пошагового перемещения через кожух.
Профиль пошагового перемещения может содержать многочисленные кольцевые выемки, расположенные по длине кожуха через общие аксиальные интервалы или шаги. Такое устройство может обеспечивать перемещение втулки пошагового перемещения несколькими равными дискретными шагами перемещения. Общие аксиальные интервалы или шаги могут отличаться от аксиальных интервалов между первыми и вторыми элементами зацепления. В некоторых вариантах осуществления множество кольцевых выемок может располагаться продольно с общим разделяющим их шагом, при этом аксиальный интервал между первыми и вторыми элементами зацепления отличается от данного разделяющего шага или целого кратного данного разделяющего их шага.
Профиль пошагового перемещения может содержать по меньшей мере одну пару кольцевых выемок, которые расположены через аксиальный интервал, равный аксиальному интервалу между первыми и вторыми элементами зацепления. В таком устройстве надлежащая установка в нужное положение втулки пошагового перемещения в кожухе может обеспечивать установку как первых, так и вторых элементов зацепления одновременно в соответствующие выемки и таким образом установку в радиально наружное положение и выдвинутыми из центрального канала, таким образом эффективно отключая втулку пошагового перемещения.
Одна аксиальная концевая зона профиля пошагового перемещения может содержать пару кольцевых выемок, созданных через аксиальный интервал, который равен аксиальному интервалу между первыми и вторыми элементами зацепления. В таком устройстве после достижения аксиальной концевой зоны профиля пошагового перемещения втулка пошагового перемещения может отключаться. Данная аксиальная концевая зона может содержать или образовывать место приведения в действие. Данная аксиальная концевая зона может содержать или образовывать концевую зону, которая является удаленной от места приведения в действие.
Зоны противоположных аксиальных концов профиля пошагового перемещения могут содержать пару кольцевых выемок с интервалом между ними, который соответствует аксиальному интервалу между первыми и вторыми элементами зацепления втулки пошагового перемещения. Такое устройство может обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения после установки в любой аксиальной концевой зоне профиля пошагового перемещения.
Втулка пошагового перемещения может устанавливаться вначале, например, во время ввода в эксплуатацию, на любом требуемом месте вдоль профиля пошагового перемещения. Такое начальное положение вдоль профиля пошагового перемещения может определять требуемое число управляющих объектов и, следовательно, требуемых дискретных шагов перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на место приведения в действие и для приведения в действие связанного скважинного инструмента. Такая возможность установки вначале втулки пошагового перемещения в требуемое положение может обеспечивать улучшенную свободу действий забойного исполнительного механизма. В некоторых вариантах осуществления такая свобода действий может обеспечивать создание многочисленных забойных исполнительных механизмов, как частей управляющей системы, в которой многочисленные скважинные инструменты должны приводиться в действие, например, в требуемой последовательности одинаковыми управляющими объектами. То есть втулки пошагового перемещения различных забойных исполнительных механизмов в общей системе могут вначале устанавливаться для достижения места приведения в действие после прохода различного числа управляющих объектов. Данное устройство может создавать преимущество во многих скважинных работах. Например, в некоторых гидравлических разрывах пласта в скважине может требоваться последовательный гидроразрыв дискретных зон вдоль длины пласта. При этом инструменты гидроразрыва пласта в различных зонах могут последовательно приводиться в действие с помощью связанного забойного исполнительного механизма, который включает в себя надлежащим образом настроенную или установленную втулку пошагового перемещения. Дополнительно, в некоторых скважинных работах различные инструменты могут требовать приведения в действие в разные моменты времени. Например, в некоторых вариантах осуществления один или несколько пакеров могут требовать приведение в действие и установки в рабочее положение перед последующим приведением в действие одного или нескольких различных инструментов, таких как инструменты гидроразрыва пласта или т.п. Надлежащая установка в нужное положение индивидуальных втулок пошагового перемещения, связанных с различными скважинными инструментами, может обеспечивать реализацию требуемой последовательности приведения в действие.
Кожух может создаваться, как один компонент.
Кожух может являться модульным. Кожух может содержать многочисленные модули кожуха, соединенные вместе, например, резьбовыми замками, для образования кожуха. Индивидуальные модули могут образовывать участки профиля пошагового перемещения, при этом, когда индивидуальные модули соединяются вместе, образуется весь профиль пошагового перемещения. Один или несколько индивидуальных модулей могут образовывать часть скважинного инструмента.
Смежные модули кожуха можно скреплять вместе так, что элемент профиля пошагового перемещения образуется на стыке между ними. Смежные модули кожуха каждый может образовывать элемент участка профиля, так что при соединении образуется комплектный элемент профиля. Такое устройство может содействовать обеспечению при соединении вместе индивидуальных модулей выполнению комплектного профиля пошагового перемещения, расположенного, как требуется первоначально, и минимизации возможности образования неправильной геометрии профиля.
В одном варианте осуществления смежные модули кожуха могут образовывать участок кольцевой выемки, так что при соединении образуется полная кольцевая выемка.
Смежные модули кожуха могут выполняться с возможностью соединения вместе вставными и охватывающими соединительными узлами, обычно резьбовыми соединительными узлами.
Уплотнительное устройство может создаваться между смежными модулями кожуха.
Создание модульного кожуха может обеспечивать простую модификацию забойного исполнительного механизма согласно точному требуемому варианту применения. Дополнительно, такое устройство может минимизировать число требуемых заказных систем и может обеспечивать приспособление к многочисленным конкретным ситуациям с помощью базовых инвентарных индивидуальных модулей. Например, один забойный исполнительный механизм может требовать профиля пошагового перемещения, который приспособлен для десяти дискретных шагов перемещения втулки пошагового перемещения, и другой забойный исполнительный механизм, который может являться частью той же скважинной системы, может требовать профиля пошагового перемещения, который приспособлен для пятнадцати дискретных шагов перемещения втулки пошагового перемещения. В таком случае имеющиеся инвентарные модули кожуха, каждый образующий участок профиля пошагового перемещения на пять дискретных шагов могут обеспечивать выполнение требований каждого исполнительного механизма. Естественно, к любой конкретной системе с требуемым числом шагов перемещения можно приспособиться данным способом в комбинации с предпочтительной возможностью вначале устанавливать втулку пошагового перемещения в любое положение в кожухе.
Дополнительные аспекты настоящего изобретения относятся к набору частей, которые можно собирать для создания забойного исполнительного механизма. Набор частей может содержать множество модулей кожуха, которые включают в себя соединительные узлы, обеспечивающие соединение модулей вместе для образования кожуха с профилем пошагового перемещения на своей внутренней поверхности для взаимодействия с втулкой пошагового перемещения, установленной в кожухе. Набор частей может включать в себя втулку пошагового перемещения. Набор частей может включать в себя любой другой компонент, систему или устройство, определенные в данном документе.
Забойный исполнительный механизм может обеспечивать проверку перед спуском в ствол скважины для подтверждения местоположения втулки пошагового перемещения относительно профиля пошагового перемещения кожуха. Такая проверка может исключать или минимизировать риск развертывания исполнительного механизма, который имеет втулку пошагового перемещения, установленную в неправильном положении. Также, в случае если многочисленные забойные исполнительные механизмы подлежат установке, как часть общей системы, возможность простой проверки каждого исполнительного механизма может минимизировать риск развертывания исполнительного механизма с нарушением требуемой последовательности.
Забойный исполнительный механизм можно создать в комбинации с контрольным устройством для определения или подтверждения начального местоположения втулки пошагового перемещения. Аспект настоящего изобретения относится к такому контрольному устройству.
Контрольное устройство может содержать контрольный объект, установленный на удлиненном элементе. В работе контрольное устройство может вставляться в забойный исполнительный механизм, например, с одного конца кожуха, до зацепления контрольным объектом втулки пошагового перемещения и получения выхода удлиненного элемента из кожуха. Когда контрольное устройство находится в данном полностью вставленном положении, устройство может дать пользователю привязку, например, визуальную привязку, которая обеспечивает идентификацию или определение местоположения втулки пошагового перемещения в кожухе.
Удлиненный элемент может содержать одну или несколько идентифицируемых пользователем делений шкалы или отметок, такие как отметки на поверхности или т.п. Такие отметки могут помогать пользователю в определении местоположения втулки пошагового перемещения относительно кожуха. Например, отметка, совмещенная с элементом привязки на кожухе, таким как конец кожуха, может обеспечивать пользователю определение относительного местоположения втулки пошагового перемещения.
Удлиненный элемент может состоять из одного компонента. Альтернативно, удлиненный элемент может составляться из многочисленных компонентов, скрепленных вместе с расположением торец к торцу. Данное модульное устройство удлиненного элемента может обеспечивать свободу действий и совместимость с несколькими размерами исполнительного механизма и т.п.
Контрольный объект может выполняться взаимодействующим с одними из первых и вторых элементов зацепления.
Контрольный объект может повторять управляющий объект или иметь форму аналогичную управляющему объекту.
Контрольное устройство может выполняться с возможностью вставления в кожух, когда кожух соединен с дополнительным устройством, таким как скважинный инструмент.
Контрольное устройство может выполняться с возможностью вставления в обращенный к забою конец исполнительного механизма.
Контрольное устройство может являться аналогичным устройству, выполненному с возможностью установки втулки пошагового перемещения в кожухе и установки втулки пошагового перемещения с элементами зацепления на заданной позиции в кожухе. В одном варианте осуществления контрольное устройство может выполнять или образовывать часть монтажного устройства, для применения в монтаже втулки пошагового перемещения в кожухе, и обеспечения пользователю простой идентификации положения втулки пошагового перемещения относительно кожуха во время сборки.
Забойный исполнительный механизм можно создавать отдельно от скважинного инструмента, приводимого в действие. В таком устройстве забойный исполнительный механизм может соединяться с или иначе, располагаться смежно со скважинным инструментом для обеспечения приведения в действие скважинного инструмента исполнительным механизмом.
В некоторых вариантах осуществления забойный исполнительный механизм может спускаться в ствол скважины независимо от скважинного инструмента, требующего приведения в действие. Например, забойный исполнительный механизм может спускаться и располагаться смежно с ранее спущенным скважинным инструментом.
Забойный исполнительный механизм может спускаться в ствол скважины в комбинации со скважинным инструментом. Например, забойный исполнительный механизм и скважинный инструмент могут образовывать часть общей колонны инструмента.
Забойный исполнительный механизм можно создать в комбинации со скважинным инструментом, например, как часть общей скважинной колонны инструмента или компоновки. Забойный исполнительный механизм может содержать скважинный инструмент.
В некоторых вариантах осуществления кожух забойного исполнительного механизма может образовывать кожух, или по меньшей мере часть кожуха скважинного инструмента.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие забойного клапана. Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие забойного клапана гидроразрыва пласта. Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие байпасного клапана. Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие клапана регулирования притока.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие забойного залавливающего устройства. Такое залавливающее устройство может предназначаться для залавливания объекта, такого как объекта, применяемого для управления работой забойного исполнительного механизма.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие одного или нескольких трубных клиньев, таких как заанкеривающие клинья. Например, забойный исполнительный механизм может напрямую механически манипулировать или управлять одним или несколькими трубными клиньями. Альтернативно или в дополнение, забойный исполнительный механизм может действовать, обеспечивая некоторое регулирование гидравлического сообщения, например, обеспечивая выборочное гидравлическое управление одним или несколькими трубными клиньями.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие одного или нескольких забойных уплотнений, таких как пакеры. Например, забойный исполнительный механизм может напрямую механически манипулировать или управлять пакером, например, передавая механическую силу, такую как осевая нагрузка, сила сжатия или т.п., для установки в рабочее положение или вывода из него пакера.
Альтернативно или в дополнение, забойный исполнительный механизм может действовать, обеспечивая некоторое регулирование гидравлического сообщения, например, обеспечивая селективное гидравлическое управление пакером, например, устанавливая гидравлическое сообщение между компоновкой пакера и источником гидравлической мощности. Например, забойный исполнительный механизм может устанавливать сообщение между компоновкой пакера и локальным гидростатическим давлением в стволе скважины.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие одного или нескольких зарядов взрывчатого вещества, такого которое можно применять в стреляющем перфораторе.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для приведения в действие одного или нескольких забойных переключателей, например, для перестановки одного или нескольких скважинных инструментов.
Забойный исполнительный механизм может предназначаться для выпуска объекта, вещества, химреагента или т.п. из забойного места хранения. Например, забойный исполнительный механизм может предназначаться для выпуска объекта, такого как радиометка или идентификационный компонент, с места на забое для последующей транспортировки в скважинной системе. Забойный исполнительный механизм может предназначаться для выпуска химреагента, такого как химический индикатор или т.п. с места на забое.
Аспект настоящего изобретения относится к забойному исполнительному механизму, содержащему:
трубчатый кожух; и
втулку пошагового перемещения, установленную в кожухе и содержащую зацепляющее устройство, которое может зацепляться управляющим объектом, проходящим через центральный канал втулки пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на один дискретный шаг перемещения через кожух к месту приведения в действие;
при этом втулка пошагового перемещения выполнена с возможностью отключения при установке в зоне отключения в кожухе, при этом втулка пошагового перемещения, когда отключена, не перемещается в результате прохода управляющего объекта.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью отключения на месте приведения в действие.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью действовать, как фиксатор для скважинного инструмента, когда втулка пошагового перемещения отключается на месте приведения в действие.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью отключения на месте, удаленном от места приведения в действие.
Трубчатый кожух может образовывать профиль пошагового перемещения на своей внутренней поверхности, при этом зацепляющее устройство втулки пошагового перемещения взаимодействует с профилем пошагового перемещения для зацепления управляющим объектом.
Профиль пошагового перемещения может способствовать отключению втулки пошагового перемещения.
Профиль пошагового перемещения может содержать зону отключения, при этом совмещение втулки пошагового перемещения с зоной отключения профиля пошагового перемещения может обеспечивать отключение втулки пошагового перемещения.
Профиль пошагового перемещения может содержать зону отключения, которая совпадает с местом приведения в действие исполнительного механизма.
Профиль пошагового перемещения может содержать зону отключения на расстоянии от места приведения в действие.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью перемещения к удаленной зоне отключения с использованием толкателя.
Втулка пошагового перемещения может образовывать профиль переключения, способствующий зацеплению толкателем.
Аспект настоящего изобретения относится к втулке пошагового перемещения. Такая втулка пошагового перемещения определяется в данном документе.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью приведения в действие одним или несколькими управляющими объектами, такими как шары, дротики или т.п. Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью перемещения на дискретный шаг перемещения управляющим объектом. Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью перемещения на некоторое число дискретных шагов перемещения соответствующим числом управляющих объектов.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью взаимодействия с профилем пошагового перемещения на отдельном объекте или конструкции. Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью взаимодействия с профилем пошагового перемещения на кожухе, в котором втулка пошагового перемещения устанавливается.
Втулка пошагового перемещения может включать в себя зацепляющее устройство для обеспечения взаимодействия с управляющим объектом. Зацепляющее устройство может обеспечивать взаимодействие с профилем пошагового перемещения. В одном варианте осуществления взаимодействие и зацепление между зацепляющим устройством, управляющим объектом и профилем пошагового перемещения могут обеспечивать перемещение втулки пошагового перемещения на дискретный шаг перемещения.
Зацепляющее устройство может включать в себя по меньшей мере один элемент зацепления. По меньшей мере один элемент зацепления может радиально перемещаться. Такое радиальное перемещение может обеспечивать перемещение по меньшей мере одного элемента зацепления радиально внутрь и наружу для селективного зацепления управляющим объектом и возможно профилем пошагового перемещения. Такой управляющий объект может проходить через втулку пошагового перемещения.
Зацепляющее устройство может содержать первые и вторые элементы зацепления. Первые и вторые элементы зацепления могут являться аксиально разнесенными. Первые и вторые элементы зацепления могут выполняться с возможностью последовательного зацепления управляющим объектом, проходящим через втулку пошагового перемещения для перемещения втулки пошагового перемещения на дискретный шаг перемещения.
Первые и вторые элементы зацепления могут выполняться связанными друг с другом с возможностью обеспечения установки только одного управляющего объекта между ними.
Втулку пошагового перемещения можно применять в любом подходящем устройстве. Например, такую втулку пошагового перемещения можно применять в исполнительном механизме, таком как забойный исполнительный механизм. Например, втулка пошагового перемещения может перемещаться на один или несколько дискретных шагов перемещения к месту приведения в действие. После достижение места приведения в действие можно инициировать приведение в действие связанного инструмента.
Аспект настоящего изобретения относится к скважинной системе, содержащей забойный исполнительный механизм и скважинный инструмент, управляемый забойным исполнительным механизмом. Забойный исполнительный механизм может соответствовать описанному выше.
Скважинная система может содержать многочисленные забойные исполнительные механизмы, каждый выполненный с возможностью управления одним или несколькими скважинными инструментами.
Аспект настоящего изобретения относится к скважинному инструменту. Скважинный инструмент может содержать кожух инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окна текучей среды, такие как окна текучей среды в стенке кожуха инструмента. Окно текучей среды может образовывать боковое окно текучей среды. Окно текучей среды может выполняться с возможностью обеспечивать гидравлическое сообщение между центральным каналом и местом работы снаружи кожуха. Окно текучей среды может проходить в любом подходящем направлении. Окно текучей среды может проходить в общем, перпендикулярно центральному каналу. В некоторых вариантах осуществления окно текучей среды может проходить в общем наклонно относительно центрального канала. Окно текучей среды может проходить, меняя направление, например, части окна текучей среды могут проходить по меньшей мере перпендикулярно, параллельно и наклонно относительно центрального канала. Окно текучей среды может являться круглым. Окно текучей среды может являться продолговатым, например, удлиненным в продольном направлении кожуха.
Клапанный элемент может устанавливаться в кожухе. Клапанный элемент может перемещаться из закрытого положения, в котором окно текучей среды блокируется, в открытое положение, в котором окно текучей среды открыто.
Клапанный элемент может содержать клапанную втулку. Клапанный элемент может содержать шаровой клапан, заслонку, задвижку или т.п. Клапанный элемент может являться вращающимся. Клапанный элемент может являться линейно или аксиально перемещающимся.
Окно текучей среды может открываться для создания гидравлического сообщения между центральным каналом инструмента и наружным местом работы на забое, таким как кольцевое пространство, окружающий пласт или т.п. Окно текучей среды может выполняться с возможностью приспосабливаться к одному или обоим, выпуску и притоку.
Залавливающее устройство, такое как залавливающая втулка, может устанавливаться в кожухе, например, на обращенной к забою стороне клапанной втулки. Залавливающее устройство может содержать один или нескольких радиально перемещающихся элементов седла. Залавливающее устройство может устанавливаться из открытой конфигурации, в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через инструмент, и в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через инструмент.
Конфигурацию залавливающего устройства можно менять с помощью перемещения клапанного элемента к своему открытому положению. В таком устройстве перемещение клапанного элемента к своему открытому положению может действовать, инициируя открытие окна текучей среды и также переставляя залавливающее устройство в его залавливающую конфигурацию.
Когда залавливающее устройство установлено в своей залавливающей конфигурации, объект, проходящий через скважинный инструмент, может вставать в упор к элементам седла и залавливаться в скважинном инструменте. В случае, если залавливающее устройство установлено со стороны забоя от клапанного элемента, залавливающее устройство может действовать, залавливая объект со стороны забоя от клапанного элемента и окна текучей среды.
Когда объект залавливается залавливающим устройством, объект может по меньшей мере частично блокировать поток, проходящий через центральный канал. Данное может действовать, отводя поток, проходящий через окно текучей среды, когда оно открыто.
Когда объект залавливается залавливающим устройством, объект может действовать, вызывая перемещение, такое как аксиальное перемещение залавливающего устройства. Такое перемещение может действовать, обеспечивая дополнительное приведение в действие в скважинном инструменте, такое как дополнительное приведение в действие клапанного элемента для дополнительного изменения конфигурации залавливающего устройства, или т.п.
В одном варианте осуществления окно текучей среды может открываться, обеспечивая подачу текучей среды обработки из центрального канала на место работы снаружи через окно текучей среды. Такая текучая среда обработки может предназначаться для обработки окружающего пласта. Текучая среда обработки может содержать текучую среду гидроразрыва для применения при создании трещин в окружающем пласте, например, гидравлическим разрывом пласта. Текучая среда обработки может содержать проппант.
Текучая среда обработки может содержать кислоты, например, для кислотной обработки пласта под давлением ниже давления гидроразрыва окружающего пласта.
Скважинный инструмент может образовывать инструмент гидроразрыва пласта.
Текучая среда обработки может предназначаться для обработки ствола скважины, например, поверхности стенки ствола скважины, инфраструктуры ствола скважины или т.п.
Окно текучей среды может открываться, обеспечивая подачу герметизирующей текучей среды, такой как цемент, набухающая суспензия или т.п. из центрального канала на место работы снаружи, например, для применения в изоляции кольцевого пространства. Окно текучей среды может открываться, обеспечивая циркуляцию материала борьбы с поглощением снаружи от инструмента.
Окно текучей среды может открываться для обеспечения притока текучей среды в центральный канал инструмента.
Скважинный инструмент может выполняться с возможностью обеспечивать залавливание объекта в залавливающей втулке по существу одновременно с открытием или после открытия окна текучей среды. В таком устройстве объект может залавливаться залавливающим устройством после открытия окна текучей среды. Данное может обеспечивать по существу блокирование или дросселирование потока текучей среды, проходящего через центральный канал кожуха инструмента после установки объекта в упор к элементам седла и, следовательно, выброс потока с высокой скоростью через окно текучей среды. Такой выброс с высокой скоростью может создавать импульсное или ударное действие текучей среды, которое может содействовать начальному проникновению текучей среды в окружающий пласт. Данное может иметь в частности применение в гидроразрыве пласта, где начальный выброс с высокой скоростью текучей среды из окна текучей среды может содействовать инициированию трещин окружающего пласта.
В некоторых вариантах осуществления данный начальный выброс с высокой скоростью текучей среды может обеспечивать проведение мониторинга инструмента. Например, обнаруженный при мониторинге пик давления, за которым следует относительно быстрое уменьшение давления выше по потоку от скважинного инструмента, например, выше по потоку от залавливающего устройства, может давать индикацию, что окно текучей среды успешно и полностью открыто и объект заловлен в залавливающем устройстве.
Скважинный инструмент может выполняться с возможностью обеспечивать залавливание объекта в залавливающем устройстве перед открытием, или полным открытием окна текучей среды. В таком устройстве объект может залавливаться залавливающим устройством перед открытием окна текучей среды или полным открытием. Когда объект залавливается, окно текучей среды может затем открываться или полностью открываться, например, с помощью приведения в действие залавливающим устройством, с постепенным увеличением рабочей площади окна текучей среды или т.п. Данное устройство может обеспечивать улучшенное регулирование выброса текучей среды через окно текучей среды. Дополнительно, данное устройство может предотвращать или минимизировать любой начальный выброс с высокой скоростью текучей среды через окно текучей среды во время установки объекта в залавливающем устройстве. То есть в данном устройстве поток текучей среды, проходящий через инструмент, может по существу блокироваться или дросселироваться объектом при его установке в упор к элементам седла залавливающего устройства, при этом окно текучей среды закрыто или только частично открыто, таким образом минимизируется любой значительный выброс с высокой скоростью через окно текучей среды. Окно можно затем открыть, обеспечивая постепенное инициирование выброса с полной скоростью через окно. Данное может являться предпочтительным в некоторых вариантах применения, где оператор может стремиться предотвращать выброс с высокой скоростью, например, предотвращая повреждение скважинных систем, оборудования или окружающего пласта.
В некоторых вариантах осуществления начальный выброс с высокой скоростью может обуславливать начальный период флуктуаций давления перед достижением стационарного состояния. Например, начальный выброс с высокой скоростью может обуславливать начальный пик давления, за которым следует уменьшение давления до уровня ниже рабочего давления, перед достижением давления состояния, более близкого к стационарному. В некоторых случаях данное динамическое изменение или профиль давления могут давать отрицательный эффект, например, вызывая преждевременное выпуск заловленного объекта или т.п. Например, если выпуск объекта из залавливающее устройство происходит в ответ на форсированное событие или последовательность форсированных событий, то установление начальных флуктуаций давления в инструменте может самопроизвольно повторять такое форсированное событие или последовательность форсированных событий, и преждевременно выпускать объект. При этом предотвращение выброса с высокой скоростью текучей среды, например, как определено выше, может также являться предпочтительным в данном аспекте. Например, предотвращение начального выброса с высокой скоростью текучей среды через окно текучей среды может обеспечивать регулирование давления в инструменте в режиме, более стабильном или близком к стационарному, при котором можно предотвратить любые флуктуации давления, которые могут оказывать отрицательное воздействие на скважинные системы или работы.
Скважинный инструмент может содержать дроссельное устройство, связанное с окном текучей среды. Такое дроссельное устройство может действовать, дросселируя поток, проходящий через окно текучей среды при его открытии.
Скважинный инструмент может содержать регулирующее давление дроссельное устройство, связанное с окном текучей среды. Регулирующее давление дроссельное устройство может выполняться с возможностью создания регулируемого в некоторой степени дросселирования потока, проходящего через окно текучей среды после открытия. Регулирующее давление дроссельное устройство может выполняться с возможностью создания уменьшенного в некоторой степени дросселирования потока, проходящего через окно текучей среды после открытия. В таком устройстве, максимальное дросселирование можно получить после открытия окна текучей среды, с уменьшением в некоторой степени дросселирования со временем. Такое устройство может обеспечивать вначале увеличение давления в инструменте после открытия окна текучей среды, но затем постепенное уменьшение, следующее за открытием окна текучей среды.
Регулирующее давление дроссельное устройство может обеспечивать проведение мониторинга инструмента. Например, после открытия окна текучей среды наличие дроссельного устройства может обеспечивать увеличение давления, за которым следует постепенное уменьшение давления. Данное может обеспечивать оператору, ведущему мониторинг давления, идентификацию правильной работы инструмента, например, достаточного открытия окна текучей среды.
Регулирующее давление дроссельное устройство может содержать клапанное устройство.
Регулирующее давление дроссельное устройство может содержать клапанный элемент. Например, клапанный элемент может обеспечивать регулируемое открытие окна текучей среды для получения регулируемого дросселирования потока.
Дроссельное устройство может содержать дроссельный элемент, связанный с окном, например, установленный на или в окне текучей среды. Дроссельное устройство может образовывать регулируемое отверстие, обеспечивающее регулируемое дросселирование потока, проходящего через окно текучей среды. Дроссельное устройство может образовывать регулируемо увеличивающееся отверстие, обеспечивающее регулируемое уменьшение дросселирования.
Дроссельное устройство может содержать сбрасывающий давление элемент, связанный с окном текучей среды. Сбрасывающий давление элемент выполняется с возможностью сброса давления под действием потока, проходящего через окно текучей среды. Сбрасывающий давление элемент может образовывать отверстие, при этом отверстие увеличивается под действием потока, проходящего через окно текучей среды. В таком устройстве сброс давления сбрасывающего давление элемента может обеспечивать уменьшение дросселирования текучей среды.
Сбрасывающий давление элемент может сбрасывать давление с помощью эрозии, и при этом сбрасывающий давление элемент может являться поддающимся эрозии. Такой поддающийся эрозии сбрасывающий давление элемент можно в частности применять в комбинации с текучей средой гидроразрыва, которая включает в себя проппант.
Сбрасывающий давление элемент может сбрасывать давление при разрушении, например, разламываясь.
Дроссельное устройство может содержать криволинейную пластину, которая устанавливается на кожухе инструмента. Дроссельное устройство может устанавливаться на наружной поверхности кожуха. В вариантах осуществления где создаются многочисленные окна текучих сред, одно или несколько дроссельных устройств можно создавать для работы в соединении с многочисленными окнами текучих сред.
Клапанный элемент может перемещаться из своего закрытого положения к открытому положению в ответ на пропуск объекта через скважинный инструмент в направлении к забою. Тот же объект, который обуславливает перемещение клапанного элемента к своему открытому положению, может залавливаться залавливающим устройством. Альтернативно, другой объект может залавливаться.
Клапанный элемент может аксиально перемещаться управляющим элементом или устройством, установленным на стороне, обращенной к устью, клапанного элемента. Управляющий элемент может перемещать клапанный элемент в направлении к забою.
Клапанный элемент может аксиально перемещаться втулкой пошагового перемещения. Втулку пошагового перемещения можно создать, как описано выше. Втулку пошагового перемещения можно создать согласно разрезной гильзе, раскрытой в заявке WO 2011/117601 и/или WO 2011/117602. Описание, приведенное в WO 2011 /117601 и WO 2011/117602, включено в данном документе в виде ссылки.
Втулка пошагового перемещения может образовывать часть скважинного инструмента. Втулка пошагового перемещения может образовывать часть забойного исполнительного механизма, который можно выполнять в комбинации или как одно целое со скважинным инструментом.
Втулка пошагового перемещения может устанавливаться на обращенной к устью стороне клапанного элемента. В таком устройстве втулка пошагового перемещения может действовать, перемещая клапанный элемент в направлении к забою. В одном варианте осуществления втулка пошагового перемещения может взаимодействовать напрямую или не напрямую с клапанным элементом.
Втулка пошагового перемещения может управляться проходом объекта для линейного перемещения через кожух. В одном варианте осуществления втулка пошагового перемещения может управляться для перемещения на один шаг дискретного линейного перемещения для перемещения клапанного элемента к своему открытому положению.
В некоторых вариантах осуществления втулка пошагового перемещения может управляться для перемещения на некоторое число шагов дискретного линейного перемещения проходом соответствующего числа объектов.
Множество дискретных шагов перемещения втулки пошагового перемещения могут действовать, перемещая клапанный элемент к его открытой конфигурации. В таком устройстве финальный дискретный шаг перемещения втулки пошагового перемещения может действовать, перемещая клапанный элемент на достаточное расстояние для перестановки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию.
Финальный дискретный шаг перемещения втулки пошагового перемещения может инициировать перемещение клапанного элемента к своему открытому положению, и таким образом обеспечивать перестановку конфигурации залавливающего устройства во время данного последнего дискретного шага перемещения. Втулка пошагового перемещения может вводиться во взаимодействие с клапанным элементом во время последнего дискретного шага перемещения втулки пошагового перемещения.
Таким образом, следом за финальным дискретным шагом линейного перемещения втулки пошагового перемещения, обусловленным проходящим объектом, клапанный элемент мо перемещаться к открытому положению, и залавливающему устройству может придаваться его залавливающая конфигурация. Залавливающему устройству может таким образом придаваться возможность залавливать объект, такой как объект, который обуславливает финальный дискретный шаг перемещения втулки пошагового перемещения.
В работе втулка пошагового перемещения может устанавливаться с возможностью временного захвата проходящего объекта, обеспечивая перемещение объектом втулки пошагового перемещения на дискретный шаг перемещения, и последующее высвобождение объекта по завершении дискретного шага перемещения. Во время перемещения втулки пошагового перемещения на финальный дискретный шаг перемещения временно заловленным объектом клапанный элемент может перемещаться на расстояние, достаточное для перестановки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию, так что объект может залавливаться залавливающим устройством следом за выпуском из втулки пошагового перемещения.
Клапанный элемент и втулка пошагового перемещения могут выполняться связанными друг с другом так, что клапанный элемент может полностью перемещаться в свое открытое положение во время перемещения втулки пошагового перемещения на финальный дискретный шаг перемещения. В таком устройстве окно текучей среды может открываться, например, частично или полностью открываться во время перемещения втулки пошагового перемещения на финальный дискретный шаг перемещения.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью выпуска объекта по существу одновременно с установкой или после установки клапанного элемента в положение для открытия окна текучей среды и перестановки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию. В таком устройстве выпущенный объект может залавливаться залавливающим устройством после открытия окна текучей среды. Данное может обеспечивать по существу блокирование или дросселирование потока текучей среды, проходящего через центральный канал кожуха инструмента после установки объекта в упор к элементам седла и, следовательно, выброс потока с высокой скоростью через окно текучей среды. Такой выброс с высокой скоростью может обеспечивать ударное действие текучей среды.
Альтернативно, клапанный элемент и втулка пошагового перемещения могут выполняться связанными друг с другом так, что клапанный элемент может частично перемещаться к открытому положению во время перемещения втулки пошагового перемещения на финальный дискретный шаг перемещения. В таком устройстве окна текучей среды могут оставаться закрытыми, или только частично открытыми, следом за финальным дискретным шагом перемещения втулки пошагового перемещения. В таком устройстве перемещение клапанного элемента в его открытую конфигурацию может завершаться альтернативным устройством. Например, перемещение клапанного элемента может завершаться залавливающим устройством и заловленным объектом. В одном варианте осуществления объект, установленный на элементы седла залавливающего устройства, может обеспечивать аксиальное перемещение залавливающего устройства в кожухе, например, под действием перепада давления текучей среды на стыке между объектом и элементами седла. Такое аксиальное перемещение залавливающего устройства может обуславливать дополнительное аксиальное перемещение клапанного элемента для завершения открытия окна текучей среды.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью выпуска объекта следом за установкой в нужное положение клапанного элемента для перестановки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию, с окном текучей среды еще закрытым или только частично открытым. В таком устройстве выпущенный объект может залавливаться залавливающим устройством перед открытием окна текучей среды или полным открытием. Когда объект залавливается, окно текучей среды может последовательно полностью открываться, например, приведением в действие залавливающим устройством. Данное устройство может обеспечивать улучшенное регулирование выброса текучей среды через окно текучей среды. Дополнительно, данное устройство может предотвращать или минимизировать любой начальный выброс с высокой скоростью текучей среды через окно текучей среды во время установки объекта в залавливающее устройство.
В одном варианте осуществления клапанный элемент может переставлять залавливающее устройство в его залавливающую конфигурацию, после достижения клапанным элементом своего открытого положения. В таком устройстве залавливающему устройству может обеспечиваться залавливание объекта после открытия окна текучей среды в кожухе инструмента. Данное может обеспечивать потоку текучей среды, проходящему через центральный канал кожуха инструмента, блокирование или дросселирование в центральном канале инструмента после установки объекта в упор к элементам седла и, следовательно, выброс потока с высокой скоростью через окно текучей среды.
В одном варианте осуществления клапанный элемент может переставлять залавливающее устройство в его залавливающую конфигурацию перед достижением клапанным элементом своего открытого положения. Такое устройство может обеспечивать лучше регулируемое открытие окна текучей среды, которое может минимизировать начальный выброс с высокой скоростью текучей среды. В одном варианте осуществления клапанный элемент может полностью приводиться в действие для открытия окна текучей среды залавливающим устройством. В таком устройстве залавливающее устройство может управляться для перемещения залавливаемым объектом.
Клапанный элемент может закрепляться относительно кожуха разъемным соединением. Такое разъемное соединение можно создавать для разъемного закрепления клапанного элемента в его закрытом положении. Разъемное соединение может являться разъемным для обеспечения перемещения клапанного элемента к своему открытому положению, например, аксиального перемещения клапанного элемента к своему открытому положению. Разъемное соединение может разъединяться после приложения заданного усилия, такого как заданное аксиальное усилие. Разъемное соединение может содержать срезное устройство, такое как один или нескольких срезных штифтов или т.п.
Залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию аксиальным перемещением залавливающего устройства в кожухе.
Залавливающее устройство может закрепляться относительно кожуха разъемным соединением. Такое разъемное соединение может создаваться для разъемного закрепления залавливающего устройства в его открытой конфигурации. Разъемное соединение может являться разъемным для обеспечения аксиального перемещения залавливающего устройства для перестановки к его залавливающей конфигурации. Разъемное соединение может разъединяться после приложения заданного усилия, такого как заданное аксиальное усилие. Разъемное соединение может содержать срезное устройство, такое как один или нескольких срезных штифтов или т.п.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью аксиального перемещения с помощью клапанного элемента.
Клапанный элемент может аксиально зацеплять с залавливающее устройство для перемещения залавливающего устройства. Такое аксиальное зацепление можно получить соединением впритык клапанного элемента и залавливающего устройства в аксиальном направлении. Такое соединение впритык можно получить с помощью соответствующих несущих нагрузку профилей на клапанном элементе и залавливающем устройстве. Несущий нагрузку профиль может содержать концевую поверхность, несущий нагрузку уступ или т.п.
Скважинный инструмент может содержать устройство мертвого хода, созданное между клапанным элементом и залавливающим устройством. Такое устройство мертвого хода может обеспечивать перемещение клапанного элемента на требуемое расстояние относительно залавливающего устройства перед инициированием аксиального перемещения залавливающего устройства. Устройство мертвого хода можно образовывать начальным аксиальным разделением соответствующих несущих нагрузку профилей клапанного элемента и залавливающего устройства. Устройство мертвого хода может являться регулируемым.
Устройство мертвого хода может обеспечивать достижение надлежащей синхронизации изменения конфигурации залавливающего устройства. Например, устройство мертвого хода может обеспечивать надлежащую синхронизацию изменения конфигурации залавливающего устройства согласно открытию окна текучей среды. Такую синхронизацию можно создать согласно выпуску объекта из связанной втулки пошагового перемещения или т.п. Такую синхронизацию событий можно проводить, как описано выше.
Клапанный элемент и залавливающее устройство могут аксиально сцепляться и соединяться, когда одно из клапанного элемента и залавливающего устройства перемещается в направлении к другому. Такое устройство может обеспечивать клапанному элементу перемещение залавливающего устройства в одном направлении перемещения с клапанным элементом. Клапанный элемент и залавливающее устройство могут аксиально отсоединяться, когда одно из клапанного элемента и залавливающего устройства перемещается в направлении от другого. Такое устройство может обеспечивать независимое аксиальное перемещение клапанного элемента и залавливающего устройства при перемещении друг от друга. Такое устройство может способствовать независимому приведению в действие залавливающего устройства, например, для конфигурации изменения на выпускающую, в которой заловленный объект может выпускаться.
Клапанный элемент и залавливающее устройство могут жестко скрепляться вместе в аксиальном направлении. В таком устройстве аксиальное перемещение клапанного элемента в любом направлении может обуславливать соответствующие аксиальное перемещение залавливающего устройства. Кроме того, такое жесткое соединение может обеспечивать аксиальное перемещение залавливающего устройства в любом направлении, обеспечивая соответствующее аксиальное перемещение клапанного элемента. Предпочтительным может являться такое устройство, где залавливающее устройство должно аксиально перемещать клапанный элемент, например, для завершения перемещения клапанного элемента в его открытое положение. Жесткое соединение между клапанным элементом и залавливающим устройством может являться разъемным, например, разъединяться в ответ на заданное усилие, приложенное между клапанным элементом и залавливающим устройством. Такое устройство может обеспечивать аксиальное разделение клапанного элемента и залавливающего устройства, по меньшей мере в одном относительном аксиальном направлении. Такое аксиальное разделение может обеспечивать независимое приведение в действие залавливающего устройства относительно клапанного элемента, если требуется, например, для дополнительного изменения конфигурации залавливающего устройства, такого как для придания выпускающей конфигурации, без воздействия на клапанный элемент.
Клапанный элемент может содержать аксиально проходящий кожух, который проходит в залавливающее устройство с одного его аксиального конца. В таком устройстве концевая зона, которая может являться концевой зоной со стороны устья залавливающего устройства, может устанавливаться радиально за или на наружной поверхности кожуха клапанного элемента и, следовательно, изолированной от центрального канала. Такое устройство может действовать, защищая конец залавливающего устройства, например, от зацепления объектом, перемещающимся через инструмент. Иначе объект, проходящий через инструмент, может зацеплять открытую концевую поверхность залавливающего устройства, что может давать отрицательный эффект, например, повреждая залавливающее устройство, вызывая преждевременное активирование залавливающего устройства и т.п.
Кожух может проходить только частично через залавливающее устройство. Кожух может заканчиваться над элементами седла, предотвращая столкновение с элементами седла.
Кожух может проходить в залавливающее устройство по меньшей мере, когда залавливающее устройство устанавливается в своей открытой конфигурации.
Кожух может являться в общем цилиндрическим.
Кожух может содержать одно или несколько ребер или пальцев, проходящих аксиально от клапанного элемента.
Кожух может выполняться как одно целое с клапанным элементом. Альтернативно, кожух может выполняться отдельно от клапанного элемента и затем скрепляться с ним.
Кожух может образовывать ближний конец, который сцепляется с клапанным элементом, например, выполненный как одно целое с клапанным элементом. Кожух может дополнительно образовывать дальний или свободный конец, выполненный с возможностью прохода в залавливающее устройство.
Клапанный элемент может образовывать несущий нагрузку уступ в зоне ближнего конца кожуха для входа в контакт с соответствующей несущей нагрузку поверхностью, такой как аксиальная концевая поверхность залавливающего устройства.
Клапанный элемент может образовывать кольцевую V-образную канавку, выполненную в наружной поверхности и проходящую от его одного конца, такого как обращенный к забою конец. Смежный аксиальный конец, такой как обращенный к устью конец залавливающего устройства, может приниматься в данную кольцевую V-образную канавку. При этом кольцевая V-образная канавка может образовывать кожух.
Кольцевая V-образная канавка может включать в себя несущий нагрузку уступ, такой как кольцевой несущий нагрузку уступ для входа в контакт с залавливающим устройством.
Кольцевая V-образная канавка может образовывать участок устройства мертвого хода. Например, залавливающее устройство может устанавливаться вначале относительно клапанного элемента так, что аксиальное разделение имеется между залавливающим устройством и несущим нагрузку уступом кольцевой V-образной канавки, причем данное разделение закрывается в результате относительного перемещения клапанного элемента к залавливающему устройству.
Элементы седла могут радиально перемещаться для радиального выдвижения и уборки относительно центрального канала. То есть элементы седла могут перемещаться радиально внутрь для уборки в центральный канал, создавая уменьшенный внутренний диаметр. Элементы седла могут перемещаться радиально наружу для радиального выдвижения из центрального канала, создавая увеличенный внутренний диаметр. Когда элементы седла устанавливаются радиально внутри и убранными в центральный канал, элементы могут устанавливаться на пути объекта, проходящего через инструмент. При такой конфигурации элементы седла могут зацепляться объектом. Когда элементы седла установлены в положении выдвинутыми радиально наружу из центрального канала, элементы могут располагаться за пределами пути объекта, перемещающегося через инструмент.
Элемент седла могут подпираться в радиальном направлении.
В одном варианте осуществления элементы седла могут подпираться радиально наружу. В таком устройстве элементы седла могут требовать обязательного перемещения против данного подпирания для своего перемещения радиально внутрь и уборки в центральный канал для зацепления объектом. Таким образом, когда залавливающее устройство находится в своей открытой конфигурации, объект может свободно проходить через инструмент без взаимодействия или с минимальным взаимодействием с элементами седла. Залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию с жестким перемещением элементов седла радиально внутрь в центральный канал против подпирания для залавливания объекта.
Подпирание элементов седла радиально наружу может минимизировать воздействие на элементы седла от объектов или текучей среды, проходящих через инструмент, когда залавливающее устройство находится в своей открытой конфигурации. Данное может минимизировать потери энергии текучей среды и/или объектов, проходящих через инструмент. Также данное может минимизировать эрозию или другие повреждения элементов седла. Например, в некоторых предложенных вариантах применения инструмента текучая среда, несущая высокоабразивные частицы, такие как проппант, может проходить через инструмент, что может вызывать эрозию элементов седла.
В одном варианте осуществления элементы седла могут подпираться радиально внутрь. В таком устройстве элементы седла могут требовать жесткого перемещения против данного подпирания для своего перемещения радиально наружу и выдвижения из центрального канала для обеспечения прохода объекта, когда требуется. Такое радиальное перемещение наружу элементов седла может обуславливаться объектом, действующим в упор к элементам седла во время прохода объекта через инструмент, когда залавливающее устройство устанавливается в своей открытой конфигурации.
Залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию с помощью радиального крепления элементов седла в радиально внутреннем положении так, что радиальное перемещение наружу предотвращается. В такой конфигурации объект, проходящий через инструмент может устанавливаться в упор к радиально закрепленным элементам седла.
Когда элементы седла подпираются радиально внутрь, залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию с помощью закрепления элементов седла в данном подпираемом радиально внутрь положении.
Когда элементы седла подпираются радиально наружу, залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию с помощью как жесткого перемещения элементов седла радиально внутрь против подпирания, так и радиального закрепления элементов седла для удержания в данном направленном внутрь положении.
Скважинный инструмент может образовывать или содержать первую зону в кожухе, имеющую первый внутренний диаметр, которая обеспечивает перемещение элементов седла радиально наружу и выдвижение из центрального канала при совмещении с первой зоной. В таком устройстве можно создать залавливающее устройство в его открытой конфигурации, когда элементы седла совмещаются с первой зоной.
Первая зона может содержать выемку или профиль, такую как кольцевая выемка или профиль, выполненную с возможностью приема элементов седла, когда элементы седла перемещаются радиально наружу и выдвигаются из центрального канала. Выемка может образовывать профиль, который по существу соответствует профилю элементов седла. Выемка может образовывать профиль, выполненный с возможностью содействия переходу элементов седла между радиально выдвинутым и убранным положением. Например, выемка может образовывать наклонную конструкцию, выполненную с возможностью обеспечивать или содействовать переходу элементов седла, например, во время относительного аксиального перемещения между элементами седла и выемкой.
Скважинный инструмент может образовывать или содержать вторую зону в кожухе, имеющую второй внутренний диаметр, которая обеспечивает элементам седла радиальное закрепление при установке радиально внутрь и убранными в центральный канал, при совмещении со второй зоной. Вторая зона может образовывать внутренний диаметр меньше внутреннего диаметра первой зоны. В таком устройстве залавливающему устройству можно придавать его залавливающую конфигурацию, когда элементы седла совмещаются со второй зоной.
Первая и вторая зоны инструмента могут перемещаться аксиально относительно залавливающего устройства, обеспечивая залавливающему устройству перестановку в его залавливающую конфигурацию.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться в кожухе, например, перемещаемое клапанным элементом, для перестановки элементов седла из первой зоны во вторую зону, и таким образом приведения залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию.
Залавливающее устройство может переставляться из залавливающей конфигурации в выпускающую конфигурацию, в которой элементы седла обеспечивают выпуск заловленного объекта.
В одном варианте осуществления залавливающее устройство может переставляться в выпускающую конфигурацию с помощью раскрепления элементов седла. Когда элементы седла раскрепляются, подпирающая сила может действовать, перемещая элементы седла радиально наружу и выводить элементы седла из центрального канала. Альтернативно или в дополнение, когда элементы седла раскрепляются, смещение объекта, например, давлением текучей среды, может отклонять элементы седла радиально наружу, таким образом обеспечивая проход объекта.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться в кожухе, например, в направлении к забою, обеспечивая перестановку залавливающего устройства в выпускающую конфигурацию. Такое аксиальное перемещении можно получить действием объекта, установленного в упор к элементам седла, например, действием перепада давления, создание которого обеспечивается на стыке между объектом и элементами седла, действием кинетической энергии, импульса объекта или т.п.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться для совмещения элементов седла с зоной увеличенного внутреннего диаметра, таким образом обеспечивая перемещение элементов седла радиально наружу. Залавливающее устройство может аксиально перемещаться, переставляя элементы седла для совмещения с первой зоной кожуха. Альтернативно, залавливающее устройство может аксиально перемещаться для совмещения с третьей зоной в кожухе, при этом третья зона образует внутренний диаметр больше внутреннего диаметра второй зоны. Альтернативно и дополнительно, вторую зону в кожухе можно преобразовывать или модифицировать для создания увеличенного диаметра, который обеспечивает элементам седла перемещение радиально наружу.
Скважинный инструмент может содержать выпускающее устройство. Такое выпускающее устройство может приводиться в действие аксиальным перемещением залавливающего устройства, например, в направлении к забою. Выпускающее устройство может выполняться с возможностью содействия раскреплению элементов седла, обеспечивающего установку залавливающего устройства в его выпускающей конфигурации.
Скважинный инструмент может содержать выпускающий элемент, такой как втулка, установленный в кожухе. Выпускающий элемент может перемещаться между закрепляющим положением в котором выпускающий элемент может радиально закреплять элементы седла в положении убранными радиально внутрь, к положению раскрепления, в котором выпускной элемент снимает радиальное закрепление элементов седла, обеспечивая элементам седла перемещение радиально наружу.
Выпускающий элемент может устанавливаться в своем закрепляющем положении во второй зоне в кожухе. Соответственно, выпускающий элемент может образовывать второй внутренний диаметр.
Скважинный инструмент может содержать или образовывать выпускающую выемку в кожухе. Выпускающий элемент может закрывать данную выпускающую выемку, когда выпускающий элемент установлен в своем закрепляющем положении. Выпускающий элемент может перемещаться аксиально в кожухе к своему выпускающему положению, открывая выпускающую выемку и таким образом обеспечивая элементам седла перемещение радиально наружу и прием в выпускающую выемку для обеспечения выпуска объекта.
Выпускающий элемент может перемещаться аксиально исполнительным механизмом.
Выпускающий элемент может перемещаться аксиально залавливающим устройством.
Выпускающий элемент может образовывать несущий нагрузку профиль, такой как несущий нагрузку уступ, выполненный с возможностью зацепления залавливающим устройством.
Залавливающее устройство может образовывать несущий нагрузку профиль, выполненный с возможностью зацепления несущего нагрузку профиля на выпускающем элементе для обеспечения приложения силы залавливающим устройством на выпускающий элемент.
Один или несколько элементов седла могут содержать несущий нагрузку профиль, такой как V-образная канавка, выполненный с возможностью зацепления несущего нагрузку профиля на выпускающем элементе для обеспечения перемещения выпускного элемента залавливающим устройством. Один или несколько элементов седла могут содержать несущий нагрузку профиль на своей радиально наружной поверхности, выполненный с возможностью зацепления соответствующего несущего нагрузку профиля, такого как кольцевой уступ, на радиально внутренней поверхности выпускающего элемента.
Каждый элемент седла может содержать несущий нагрузку профиль, при этом, когда элементы седла перемещаются радиально внутрь, индивидуальные несущие нагрузку профили образуют по окружности по существу непрерывный несущий нагрузку профиль.
Залавливающее устройство может подпираться в предпочтительном аксиальном направлении. В одном варианте осуществления залавливающее устройство может подпираться в направлении, противоположном направлению, в котором выпускающий элемент перемещается для установки в свое выпускающее положение. Такое устройство может обеспечивать аксиальное возвращение залавливающего устройства, следующее за приведением в действие выпускающего элемента, в положение, в котором элементы седла совмещаются с незакрытой выпускающей выемкой.
Залавливающее устройство может связываться с подпирающим устройством. Смещающее устройство может действовать между залавливающим устройством и кожухом. В некоторых вариантах осуществления залавливающее устройство может удерживаться от вращения относительно кожуха подпирающим устройством. Такое устройство может обеспечивать обработку залавливающего устройства металлорежущим инструментом на площадке работ, например, фрезерованием. В одном варианте осуществления один конец подпирающего устройства может удерживаться от вращения креплением к залавливающему устройству, и противоположный конец подпирающего устройства может удерживаться от вращения креплением к кожуху.
Залавливающее устройство может образовывать смещающий профиль, такой как уступ, выполненный с возможностью зацепления подпирающим устройством. Смещающий профиль может включать в себя соединительный профиль, обеспечивающий вращательное соединение между залавливающим устройством и подпирающим устройством. Такой соединительный профиль может включать в себя аксиально проходящую щель или т.п., при этом щель может принимать аксиально проходящую часть подпирающего устройства.
Залавливающее устройство может подпираться пружинным устройством, например, спиральной пружиной или т.п.
Элементы седла могут вместе образовывать по существу замкнутую кольцевую структуру, когда установлены радиально внутрь и убранными в центральный канал (например, когда залавливающее устройство установлено в своей залавливающей конфигурации). В таком устройстве каждый элемент седла может входить в контакт или сильно сближаться с двумя смежными по окружности элементами седла, когда установлен радиально внутри.
Возможность создания по существу замкнутой кольцевой структуры может обеспечивать достижение высокой степени уплотнения между элементами седла и объектом при установке в упор к элементам седла. Такое уплотнение может обеспечивать увеличение давления на обращенную к объекту сторону элементов седла, например, способствующее выполнению некоторых скважинных работ. Такое уплотнение может обеспечивать установление перепада давления аксиально на объекте. Такое уплотнение может обеспечивать действие объекта, установленного в упор к элементам седла, в качестве эффективного отклонителя потока, предотвращая или существенно минимизируя обходящий объект поток.
Смежные элементы седла могут выполняться с возможностью образования зазора между ними, когда элементы седла установлены в радиально внутреннем положении (например, когда залавливающее устройство установлено в своей залавливающей конфигурации). Ширину зазора между смежными установленными в рабочее положение элементами можно создавать меньше предпочтительной максимальной ширины зазора. Такая предпочтительная максимальная ширина зазора может выбираться согласно текучей среде, подаваемой через инструмент. В одном варианте осуществления предпочтительную максимальную ширину зазора можно определять или выбирать согласно размеру частицы или частиц, такой как проппант, переносимых текучей средой, подаваемой через инструмент. В таком устройстве максимальную ширину зазора можно выбирать согласно возможности индивидуальных частиц создавать перемычку в зазоре между смежными элементами седла, способствующую улучшению уплотнения.
В одном варианте осуществления предпочтительную максимальную ширину зазора между смежными уплотнительными элементами при установке в радиально внутреннем положении (например, когда залавливающая втулка установлена в своей залавливающей конфигурации) можно определять согласно среднему размеру частиц, таких как проппант, переносимых текучей средой, подаваемой через инструмент. Максимальную предпочтительную ширину зазора можно выбирать в диапазоне от 1 до 20 средних диаметров частицы, например, в диапазоне 1-10 средних диаметров частицы, такой как 1-5 средних диаметров частицы. В одном варианте осуществления предпочтительная максимальная ширина зазора может составлять около удвоенного среднего диаметра частиц.
В некоторых вариантах осуществления элементы седла могут выполняться с возможностью создавать в некотором роде байпас текучей среды, когда объект встает в упор к элементам седла. Такой байпас текучей среды можно создать для установления требуемого обратного давления в инструменте. Такой байпас текучей среды можно создавать на случай аварийной ситуации, например, когда объект не выпускается.
Возможное создание по существу замкнутой кольцевой структуры может давать более прочную конструкцию, которая может способствовать улучшенному механическому реагированию на рабочие нагрузки, такие как силы ударного воздействия после зацепления объектом, усилие приведения в действие от объекта, установленного в упор к элементам седла и т.п.
Один или несколько элементов седла могут образовывать поверхность седла на одной аксиальной своей стороне. Такая поверхность седла может выполняться с возможностью зацепления объектом.
Поверхность седла из элементов седла может выполняться с возможностью создания по существу непрерывного или полного контакта с объектом. Такое устройство может обеспечивать получение контакта с уплотнением между поверхностью седла и объектом. В одном варианте осуществления поверхность седла может образовывать кольцеобразный профиль, который соответствует кольцеобразному профилю объекта.
Поверхность седла из элементов седла может выполняться с возможностью создания прерывистого или неполного контакта с объектом. Такое устройство может обеспечивать достижение контакта без уплотнения между поверхностью седла и объектом, например, для создания байпаса потока. В одном варианте осуществления поверхность седла может содержать или образовывать аксиально проходящие щель или канал. Такая щель или канал может способствовать гидравлическому сообщению аксиально вдоль поверхности седла даже когда объект установлен в контакт в упор к поверхности.
Один или несколько элементов седла могут образовывать криволинейную поверхность седла. Один или несколько элементов седла могут образовывать выпуклую поверхность седла. Такое устройство можно создать в комбинации с применением объекта, имеющего криволинейную, например, выпуклую поверхность.
Создание криволинейной поверхности седла, и в частности выпуклой поверхности седла, может содействовать предотвращению или по меньшей мере ослаблению обжатия, заклинивания или иного застревания объекта, связанного с элементами седла. Данное может обеспечивать объекту последующее простое удаление, если требуется.
Создание криволинейной поверхности седла, и в частности выпуклой поверхности седла может обеспечивать некоторое улучшенное регулирование передачи усилий от нагрузки между объектом и связанными с ним элементами седла, при взаимодействии и с другими компонентами залавливающего устройства или компонентами, функционально связанными с ним. Например, в вариантах осуществления изобретения взаимодействие между элементами седла и объектом можно устанавливать таким, что траектория действия нагрузок от равнодействующей сил, передаваемой на элементы седла, можно регулировать или выбирать с возможностью максимизации передачи усилий от нагрузки вдоль конкретного вектора для активирования другого компонента или компонента, функционально связанного со скважинным инструментом и/или исключения или ослабления моментов сил.
Криволинейная поверхность седла, и в частности выпуклая поверхность седла может действовать, минимизируя контактную площадь между седлом и объектом; в отличие от обычных устройств, которые стремятся максимизировать контактную площадь между седлом и объектом.
Поверхность седла из элементов седла может выполняться с возможностью создания линейного или точечного контакта между связанными элементами седла и объектом.
Поверхность седла из элементов седла может содержать полутороидальную поверхность, продольное сечение в форме буквы d или т.п.
Поверхность седла из элементов седла может содержать линейную выпуклую поверхность. Например, поверхность седла может содержать тороидальную многогранную поверхность, треугольную в продольном сечении или т.п.
Один или несколько элементов седла могут выполняться с возможностью зацепления объектом с противоположных аксиальных направлений. Такое устройство может обеспечивать залавливание или блокирование объекта при проходе в любом аксиальном направлении. Например, в некоторых вариантах осуществления обратный поток, проходящий через инструмент, может обуславливать зацепление или установку в упор к элементам седла объекта, который ранее прошел в направлении вперед. Дополнительно, такое устройство может обеспечивать приведение в действие залавливающего устройства для перемещения в противоположных аксиальных направлениях в ответ на зацепление объектом, проходящим через инструмент в любом из аксиальных направлений. Такое устройство может способствовать устранению неисправностей, например, в случае если залавливающее устройство зажимается или т.п., при этом выпуск залавливающего устройства можно получить с помощью обратной подачи объекта снизу или со стороны забоя от инструмента. Такое устройство может обеспечивать получение в некотором виде перестановки инструмента, например, для возвращения клапанного элемента в закрытое или частично закрытое положение, для возвращения залавливающего устройства в его открытую конфигурацию или т.п.
Один или несколько элементов седла могут содержать первую поверхность седла на одной своей аксиальной стороне и вторую поверхность седла на своей противоположной аксиальной стороне.
Поверхности седла можно определять, как описано выше.
В одном варианте осуществления обе, первая и вторая поверхности седла могут выполняться аналогичными. Например, обе, первая и вторая поверхности седла могут выполняться с возможностью обеспечивать получение контакта с уплотнением при зацеплении объектом с любой из аксиальных сторон залавливающего устройства. Дополнительно, обе, первая и вторая поверхности седла могут выполняться с возможностью обеспечивать получение контакта без уплотнения при зацеплении объектом.
В одном варианте осуществления, одна из первой и второй поверхности седла может обеспечивать получение контакта с уплотнением, и другая из первой и второй поверхности седла может выполняться с возможностью обеспечивать получение контакта без уплотнения. В одном варианте осуществления поверхность седла на обращенной к устью стороне элемента седла может выполняться с возможностью обеспечивать контакт с уплотнением, и поверхность седла на обращенной к забою стороне элемента седла может выполняться с возможностью обеспечивать контакт без уплотнения.
Залавливающее устройство может содержать или образовывать втулку с разрезной гильзой. Втулка с разрезной гильзой может содержать трубчатый участок и множество пальцев разрезной гильзы, которые несет трубчатый участок. Трубчатый участок и пальцы разрезной гильзы могут выполняться как одно целое.
Каждый палец разрезной гильзы может нести соответствующий элемент седла. Каждый палец разрезной гильзы может выполняться как одно целое с соответствующим элементом седла. Дальний конец каждого пальца разрезной гильзы может нести соответствующий элемент седла. Каждый палец разрезной гильзы может являться радиально деформирующимся, обеспечивая соответствующим элементам седла перемещение радиально наружу и внутрь. Пальцы разрезной гильзы могут являться упруго деформирующимися для обеспечения требуемого радиального подпирания.
По меньшей мере один и в некоторых вариантах осуществления все пальцы разрезной гильзы могут иметь уменьшающуюся радиальную ширину. Такая уменьшающаяся радиальная ширина может способствовать регулированию напряжения и/или деформации в пальце разрезной гильзы. Например, такая уменьшающаяся радиальная ширина может содействовать созданию равномерного распределения напряжений в пальце разрезной гильзы во время его деформации. Дополнительно, такая уменьшающаяся радиальная ширина может обеспечивать пальцу разрезной гильзы более равномерный изгиб по длине вместо концентрации деформации на дискретном месте.
В некоторых вариантах осуществления радиальная ширина может уменьшаться от одного конца пальца разрезной гильзы к противоположному концу. Радиальная ширина может уменьшаться так, что зона пальца разрезной гильзы смежная с трубчатым участком имеет радиальную ширину больше радиальной ширины зоны смежной со связанным элементом седла.
Радиальная ширина пальца разрезной гильзы может уменьшаться линейно. Радиальная ширина пальца разрезной гильзы может уменьшаться нелинейно, например, по кривой линии.
Пальцы разрезной гильзы могут проходить в направлении к забою от трубчатого участка.
Трубчатый участок можно создавать на обращенной к устью стороне втулки с разрезной гильзой.
Трубчатый участок может устанавливаться смежно с клапанным элементом. Трубчатый участок может выполняться с возможностью зацепления клапанным элементом, например, для обеспечения аксиального перемещения с помощью клапанного элемента залавливающего устройства. Участок кожуха клапанного элемента может выполняться с возможностью приниматься в трубчатый участок.
Втулка с разрезной гильзой может выполняться как унитарный компонент.
В одном варианте осуществления втулку с разрезной гильзой можно изготавливать или формовать, как однокомпонентную разрезную гильзу с элементами седла, вначале создаваемыми, как унитарная кольцевая конструкция. Такой унитарный компонент разрезной гильзы можно вначале изготавливать литьем, станочной обработкой или т.п. В одном варианте осуществления разрезная гильза может вначале выполняться как заготовка, например, цилиндрическую отливка, болванка или т.п. Унитарная кольцевая конструкция может выполняться с геометрией, которая представляет радиально внутрь убирающиеся элементы седла.
Унитарный компонент разрезной гильзы может вначале выполняться с трубчатым участком, одной унитарной кольцевой конструкцией, и множеством конструкций ребер, проходящих между трубчатым участком и унитарной кольцевой конструкцией. Конструкции ребра могут в общем являться сужающимися, например, коническими. Например, трубчатый участок может иметь диаметр больше, например, наружный диаметр, чем унитарная кольцевая конструкция, при этом ребра могут в общем сужаться. В некоторых вариантах осуществления конструкции ребер можно создать, в виде унитарной втулки или конструкции конической формы.
Конструкции ребер могут иметь уменьшающуюся ширину.
Унитарную кольцевую конструкцию можно затем разделять для создания индивидуальных элементов седла. Такое разделение можно получить с помощью, например, электроискровой станочной обработки, электроэрозионным резанием, лазерной резкой, резкой струей воды под давлением или любым другим подходящим способом резания или разделения. Такое резание или разделение может включать в себя минимальное удаление материала, при этом индивидуальные элементы седла могут располагаться весьма близко друг к другу при установке в положении убранном радиально внутрь. Данное устройство с выполнением вначале элементов седла, как одного компонента может способствовать принятию весьма точных допусков и включать в себя детально проработанные и точные элементы в залавливающем устройстве/втулке с разрезной гильзой. Дополнительно, такая технология изготовления или способ может обеспечивать весьма строгий контроль формы комплектной конструкции, получающейся из индивидуальных элементов седла при их установке в положении убранными радиально внутрь.
Разделение унитарных колец конструкция может также образовывать индивидуальные пальцы разрезной гильзы. Например, следом за разделением унитарной кольцевой конструкции каждая конструкция ребра может образовывать палец разрезной гильзы. Альтернативно, индивидуальные пальцы разрезной гильзы можно образовывать разделением более крупной конструкция, такой как дополнительная втулка или конструкция конической формы.
После разделения унитарной кольцевой конструкции элементы седла могут удерживаться в их начальной разделенной конфигурации, то есть непосредственно вблизи друг от друга и образующими положение с убранными радиально внутрь. В таком устройстве элементы седла могут вначале подпираться в свое положение убранными радиально внутрь.
В альтернативном варианте осуществления следом за разделением унитарной кольцевой конструкции, пальцы разрезной гильзы могут пластично деформироваться радиально наружу. Такую пластичную деформацию можно получить, надвигая элементы седла и связанные пальцы на конус или оправку. В таком устройстве элементы седла могут изначально создаваться в положении выдвинутыми радиально наружу. При этом элементы седла могут подпираться к своему положению выдвинутыми радиально наружу.
Аспекты настоящего изобретения относятся к способу изготовления втулки с разрезной гильзой, такой как залавливающее устройство, например, описанное выше.
Способ может содержать выполнение унитарного компонента, например, из заготовки одного материала, которая включает в себя трубчатый участок и одну унитарную кольцевую конструкцию, которые аксиально соединяются друг с другом соединительной конструкцией. Соединительная конструкция может являться сужающейся, например, конической.
Соединительная конструкция может содержать множество ребер. Ребра могут иметь уменьшающуюся ширину.
Способ может содержать разделение унитарной кольцевой конструкции, например, электроискровой обработкой, электроэрозионной резкой, лазерной резкой, резкой струей воды под давлением или любым другим подходящим способом резания или разделения.
Такое разделение одной унитарной кольцевой конструкции может образовывать индивидуальные пальцы разрезной гильзы с элементом разрезной гильзы, таким как элемент седла, интегрaльно выполненным на дальнем или свободном конце.
Способ может содержать деформирование индивидуальных пальцев разрезной гильзы радиально наружу.
Кожух инструмента может содержать множество окон текучей среды. Такие окна текучей среды могут располагаться по окружности вокруг кожуха.
В некоторых вариантах осуществления множество окон текучей среды могут располагаться по окружности вокруг кожуха через равные интервалы.
Кожух может образовывать множество зон с окнами по окружности. Зоны с окнами могут равномерно распределяться по окружности кожуха. Каждая зона окна может содержать окно текучей среды. По меньшей мере одна зона окна может не иметь окна текучей среды. В таком устройстве зона окна, лишенная окна может образовывать зону для другой инфраструктуры, такой как трубопроводы или т.п., проходящие вдоль кожуха, не создающие помех в окне. Такое устройство может содействовать минимизации повреждений инфраструктуры, проходящей вдоль кожуха, текучей средой, выходящей из окна текучей среды.
Площадь сечения потока окна текучей среды или окон можно создавать с требуемым соотношением с площадью сечения центрального канала. В некоторых вариантах осуществления площадь сечения потока окна текучей среды или окон может быть меньше площади сечения потока центрального канала.
В некоторых вариантах осуществления площадь сечения потока окна текучей среды или окон может по существу быть равна площади сечения потока центрального канала.
В некоторых вариантах осуществления площадь сечения потока окна текучей среды или окон может быть больше площади сечения потока центрального канала. Такое устройство может способствовать эффективному выпуску текучей среды из центрального канала. Дополнительно, такое устройство может способствовать смещению потока в направлении выпуска.
Площадь сечения потока окна текучей среды или окон может быть в 1,05–1,5 раз больше площади сечения потока центрального канала, например, в 1,05-1,3 раз больше. В одном варианте осуществления площадь сечения потока окна текучей среды или окон может быть в 1,1 раз больше площади сечения потока центрального канала.
Клапанный элемент может содержать окно или калиброванное отверстие в своей боковой стенке. Совмещение окна клапанного элемента с окном текучей среды может обеспечивать открытие окна текучей среды. В случае если кожух инструмента включает в себя многочисленные окна текучей среды, клапанный элемент может включать в себя соответствующее число окон или калиброванных отверстий. Окно или калиброванное отверстие в клапанном элементе может являться круглым. Альтернативно, окно или калиброванное отверстие может являться продолговатым. Окно или калиброванное отверстие может являться продолговатым в направлении, в котором клапанный элемент может перемещаться для совмещения окна или калиброванного отверстия с окном текучей среды в кожухе. Окно или калиброванное отверстие может являться продолговатым в аксиальном направлении относительно клапанного элемента. Создание удлиненного окна или калиброванного отверстия может способствовать улучшению совмещения окна клапанной втулки с окном текучей среды в кожухе.
Клапанный элемент может удерживаться от вращения относительно кожуха вращательным соединением. Вращательное соединение может предотвращать вращение клапанного элемента относительно кожуха. Вращательное соединение может обеспечивать относительное аксиальное перемещение клапанного элемента относительно кожуха. Вращательное соединение может содержать шлицевое устройство. Вращательное соединение может содержать устройство с шпонкой и шпоночным пазом. Вращательное соединение может также выполнять функцию закрепления для удержания от вращения других компонентов относительно кожуха, таких как залавливающее устройство. Вращательное соединение может обеспечивать аксиальное перемещение между собой компонентов инструмента, таких как клапанный элемент, залавливающее устройство, кожух или т.п.
Вращательное соединение может обеспечивать надлежащее совмещение окна текучей среды с окном или калиброванным отверстием, созданным в клапанном элементе.
Вращательное соединение может способствовать фрезерованию или другой вращательной станочной обработке клапанного элемента на площадке работ. Такое устройство может обеспечивать разбуривание клапанного элемента во время ремонта или т.п.
Инструмент может содержать одно или нескольких уплотнительных устройств, созданных на его наружной поверхности, например на наружной поверхности кожуха. Уплотнения могут выполняться с возможностью изоляции зоны на забое, например, кольцевой зоны, окружающей инструмент. Такое устройство может содействовать нацеливанию выпускаемой текучей среды из инструмента в точное место работы. В гидроразрыве пласта, такое уплотнительное устройство может содействовать обеспечению улучшенного проникновения в геологическую среду текучей среды гидроразрыва.
Инструмент может содержать уплотнительное устройство с одной, или альтернативно с противоположной аксиально стороны окна текучей среды. Уплотнительное устройство может выполняться с возможностью создания уплотнения в кольцевом пространстве, которое окружает инструмент. Уплотнительное устройство может выполняться с возможностью создания полного уплотнения. Уплотнительное устройство может выполняться с возможностью создания дросселирования потока в кольцевом пространстве. Данное может создавать или обеспечивать изолированную зону или зону с дросселированием потока в окрестности окна текучей среды.
Одно или несколько уплотнительных устройств может содержать пакер.
Одно или несколько уплотнительных устройств могут приводиться в действие исполнительным механизмом, или множеством исполнительных механизмов.
В некоторых вариантах осуществления можно создавать множество уплотнительных устройств. В таком устройстве по меньшей мере два уплотнительных устройства могут выполняться с возможностью приведения в действие независимо друг от друга или зависимо друг от друга. Уплотнительные устройства могут приводиться в действие в любой требуемой последовательности.
Одно или несколько уплотнительных устройств можно активировать выпуском потока из инструмента. Одно или несколько уплотнительных устройств могут содержать или образовывать манжетные уплотнительные устройства.
Одно или несколько уплотнительные устройства могут содержать дроссель.
Одно или несколько уплотнительных устройств можно создать согласно дросселю, раскрытому в заявке PCT application no. PCT/GB 2012/051788, описание которой включено в данном документе в виде ссылки.
Дроссель может выполняться с возможностью скольжения дросселя поверх корпуса, например, но не исключительно кожуха инструмента, связанных соединительных узлов или т.п. Обеспечивая скольжение дросселя поверх инструмента можно обеспечивать установку дросселя непосредственно вблизи окна текучей среды, что может создавать преимущество фокусирования потока из окна текучей среды в требуемой зоне.
Дроссель может иметь любую подходящую форму или конструкцию.
Дроссель может содержать приводимый в действие потоком дроссель.
Дроссель может приводиться в действие потоком текучей среды поверх дросселя. Дроссель может приводиться в действие потоком текучей среды из окна текучей среды. Такое устройство может исключать или минимизировать требование обеспечения дополнительного выделенного привода дросселя.
Дроссель может приводиться в действие потоком текучей среды с расходом выше порогового.
2
2
2
Дроссель может выполняться с возможностью удерживать перепад давления в кольцевом пространстве. Дроссель может выполняться с возможностью удерживать давление по меньшей мере 3000 фунт/дюйм (20,7 МПа) в кольцевом пространстве. Дроссель может выполняться с возможностью удерживать давление по меньшей мере 5000 фунт/дюйм (34,5 МПа) в кольцевом пространстве. Дроссель может выполняться с возможностью удерживать давление по меньшей мере 7500 фунт/дюйм (51,7 МПа) в кольцевом пространстве.
По меньшей мере часть дросселя может выполняться с возможностью деформации при расходе выше порогового при перемещении дросселя из конфигурации спуска в скважину в рабочую конфигурацию.
Дроссель может содержать корпус дросселя. Корпус дросселя может выполняться с возможностью надевания дросселя на инструмент, связанный соединительный узел или т.п. Альтернативно, дроссель можно создать на переводнике, выполненном с возможностью соединения с инструментом.
Дроссель может содержать дроссельный узел. Дроссельный узел может устанавливаться на корпусе дросселя.
Дроссельный узел можно переключать между конфигурацией спуска в скважину и рабочей конфигурацией.
В рабочей конфигурации по меньшей мере часть дроссельного узла может радиально расширяться для по существу дросселирования потока в кольцевом пространстве.
Дроссель может приводиться в действие потоком текучей среды поверх дроссельного узла. По меньшей мере часть дроссельного узла может выполняться с возможностью деформироваться при превышении порогового расхода, перемещая дроссель из конфигурации спуска в скважину в рабочую конфигурацию.
По меньшей мере часть дросселя может выполняться с возможностью пластичной деформации, при этом дроссель остается в рабочей конфигурации следом за приведением в действие.
Значение порогового расхода можно выбирать превышающим расходы, воздействию которых дроссель открыт при спуске инструмента в скважину.
3
Пороговый расход поверх дроссельного узла может превышать 5 баррелей в минуту (0,8 м/мин).
Дроссель может иметь центральную ось, и по меньшей мере часть дроссельного узла может иметь некоторый угол наклона относительно центральной оси.
Угол наклона дросселя относительно центральной оси может являться малым углом скольжения для уменьшения вероятности преждевременной установки в рабочее положение дросселя.
Угол наклона дроссельного узла может составлять от одного до пятнадцати градусов относительно центральной оси.
Угол наклона может составлять от одного до семи градусов относительно центральной оси. Угол наклона может составлять около 3,5 градусов относительно центральной оси.
Корпус может сужаться, образуя угол наклона дроссельного узла, установленного на корпусе. Корпус может являться мандрелью или валом инструмента.
Аспект настоящего изобретения относится к забойному залавливающему устройству для залавливания объекта. Объект может представлять собой управляющий объект. Объект может представлять собой шар, дротик, или т.п.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью залавливания объекта, проходящего в скважине, например, перемещающегося через трубную конструкцию, установленную в стволе скважины, такую как колонна насосно-компрессорных труб, колонна инструмента или т.п. Залавливающее устройство может выполняться с возможностью установки в трубной конструкции. Например, залавливающее устройство может выполняться с возможностью установки в кожухе скважинного инструмента.
Залавливающее устройство может образовывать или содержать залавливающую втулку.
Залавливающее устройство может являться таким, как определено в данном документе, например, как определено выше.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью действовать как отклонитель потока, когда объект залавливается.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью действовать как исполнительный механизм, когда объект залавливается. Например, залавливающее устройство может выполняться с возможностью приведения в действие другого компонента, конструкции, устройства, инструмента или т.п. Например, когда объект залавливается залавливающим устройством, объект может способствовать перемещению залавливающего устройства, например, ударным воздействием объекта на залавливающее устройство, с помощью перепада давления, установленного на объекте/залавливающем устройстве, или т.п.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью действовать как пробка в канале, когда объект залавливается, например, изолируя зону в конструкции трубной системы. Такое устройство может способствовать регулированию давления, например, повышенного, в секции трубной конструкции. Такое устройство может способствовать приведению в действие давлением дополнительного компонента, конструкции, устройства, инструмента или т.п., такого как пакеры, трубные клинья, разрывные диски и т.п.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью действовать как дроссель, когда объект залавливается. Например, залавливающее устройство может выполняться с возможностью действовать как дроссель.
Залавливающее устройство может включать в себя множество радиально перемещающихся элементов седла, выполненных с возможностью зацепления объектом.
Залавливающее устройство может устанавливаться в открытую конфигурацию, в которой элементы седла обеспечивают проход объектом залавливающего устройства, и в залавливающую конфигурацию в которой элементы седла залавливают объект.
Залавливающее устройство может переставляться между его не создающей препятствий и залавливающей конфигурациями исполнительным механизмом. Любой подходящий исполнительный механизм можно применять для приведения в действие и изменения конфигурации залавливающего устройства. Например, клапанный элемент, такой как клапанная втулка, расположенный вблизи залавливающей втулки, может действовать, изменяя конфигурацию залавливающего устройства. Например, открывая и/или закрывая клапанный элемент можно также изменять конфигурацию залавливающее устройство.
Втулку пошагового перемещения, такую как определено в данном документе, можно применять для изменения конфигурации залавливающего устройства. Разрезную гильзу, раскрытую в WO 2011/117601 и/или WO 2011/117602 можно применять для изменения конфигурации залавливающего устройства.
Поршневую компоновку можно применять для изменения конфигурации залавливающего устройства. Толкатель, например, спущенный на гибкой насосно-компрессорной трубе или каротажном кабеле толкатель, можно применять для изменения конфигурации залавливающего устройства.
Элементы седла могут радиально перемещаться для радиального выдвижения и уборки относительно центрального канала залавливающего устройства. То есть элементы седла могут перемещаться радиально внутрь для уборки в центральный канал, образуя уменьшенный внутренний диаметр. Элементы седла могут перемещаться радиально наружу для радиального выдвижения из центрального канала, образуя увеличенный внутренний диаметр. Когда элементы седла установлены в положении убранными радиально внутрь в центральный канал, элементы могу устанавливаться на пути объекта, проходящего через залавливающее устройство. При такой конфигурации элементы седла могут зацепляться объектом. Когда элементы седла установлены в положении выдвинутыми радиально наружу из центрального канала, элементы могут располагаться за пределами пути объекта, перемещающегося через залавливающее устройство.
Элементы седла могут подпираться в радиальном направлении.
В одном варианте осуществления элементы седла могут подпираться радиально наружу. В таком устройстве элементы седла могут требовать жесткого перемещения против данного подпирания для своего перемещения радиально внутрь и уборки в центральный канал для зацепления объектом. Таким образом, когда залавливающее устройство находится в своей открытой конфигурации, объект может свободно проходить через залавливающее устройство без взаимодействия или с минимальным взаимодействием с элементами седла. Залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию жестким перемещением элементов седла радиально внутрь в центральный канал против подпирания для залавливания объекта.
В одном варианте осуществления элементы седла могут подпираться радиально внутрь. В таком устройстве элементы седла могут требовать жесткого перемещения против данного подпирания для своего перемещения радиально наружу и выдвижения из центрального канала для обеспечения прохода объекта, когда требуется. Такое радиальное перемещение наружу элементов седла может обуславливаться объектом, действующим в упор к элементам седла во время прохода объекта через залавливающее устройство, когда залавливающее устройство устанавливается в свое открытое положение.
Залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию с помощью радиального закрепления элементов седла в радиально внутреннем положении так, что радиальное перемещение наружу предотвращается. В такой конфигурации объект, проходящий через залавливающее устройство может устанавливаться в упор к радиально закрепленным элементам седла.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться между положениями для установки в не создающую препятствий или залавливающую конфигурации.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного объекта. Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного объекта с помощью установки условия, такого как условие по давлению, условие по расходу или т.п. в скважинном инструменте. Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного объекта с помощью изменения направления потока, например, обратным потоком, проходящим через скважинный инструмент.
Залавливающее устройство может переставляться из залавливающей конфигурации в выпускающую конфигурацию в которой элементы седла обеспечивают выпуск ранее заловленного объекта.
Залавливающее устройство может переставляться в промежуточную выпускающую конфигурацию, например, действием заловленного объекта на залавливающее устройство. Залавливающее устройство может переставляться из промежуточного выпускающего положения в выпускающую конфигурацию с помощью изменения условия на забое скважины, например, изменения давления, расхода, направления потока или т.п.
Когда залавливающее устройство устанавливается в выпускающую конфигурацию, залавливающее устройство может обеспечивать проход объекта. В таком устройстве выпускающая конфигурация залавливающего устройства может также образовывать открытую конфигурацию.
В одном варианте осуществления залавливающее устройство может переставляться в выпускающую конфигурацию с помощью раскрепления элементов седла. Когда элементы седла раскрепляются, подпирающая сила может действовать, перемещая элементы седла радиально наружу и выдвигая элементы седла из центрального канала. Альтернативно или в дополнение, когда элементы седла раскрепляются, смещение объекта, например, давлением текучей среды, может отклонять элементы седла радиально наружу, таким образом обеспечивая проход объекта.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться, обеспечивая перестановку залавливающего устройства в выпускающую конфигурацию. Такое аксиальное перемещение можно получить действием объекта, установленного в упор к элементам седла, например, действием перепада давления, создание которого обеспечивается на стыке между объектом и элементами седла.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться для совмещения элементов седла с зоной увеличенного внутреннего диаметра, таким образом обеспечивая перемещение элементов седла радиально наружу.
Залавливающее устройство можно создавать в комбинации с выпускающим устройством. Залавливающее устройство и выпускающее устройство могут образовывать часть залавливающей системы согласно аспекту настоящего изобретения. Выпускающее устройство может приводиться в действие аксиальным перемещением залавливающего устройства, например, в направлении к забою. Выпускающее устройство может выполняться с возможностью содействия раскреплению элементов седла для обеспечения установки залавливающего устройства в его выпускающую конфигурацию.
Выпускающее устройство может содержать выпускающий элемент, такой как выпускающая втулка. Выпускающий элемент может перемещаться из закрепляющего положения в котором выпускающий элемент может радиально закреплять элементы седла радиально внутреннем или убранном положении, к положению раскрепления, в котором выпускающий элемент может удалять радиальное закрепление элементов седла, обеспечивая перемещение элементов седла радиально наружу.
Выпускающий элемент может закрывать выпускающую выемку, например, выполненную в трубной конструкции, когда выпускающий элемент установлен в своем закрепляющем положении. Выпускающий элемент может перемещаться аксиально к своему выпускающему положению, открывая выпускающую выемку и обеспечивая перемещение элементов седла радиально наружу и прием в выпускающую выемку для обеспечения выпуска объекта.
Выпускающий элемент может перемещаться аксиально исполнительным механизмом.
Выпускающий элемент может перемещаться аксиально залавливающим устройством.
Выпускающий элемент может образовывать несущий нагрузку профиль, такой как несущий нагрузку уступ, выполненный с возможностью зацепления залавливающим устройством.
Залавливающее устройство может образовывать несущий нагрузку профиль, выполненный с возможностью зацепления несущим нагрузку профилем на выпускающем элементе, обеспечивая приложение силы залавливающим устройством на выпускающий элемент.
Один или несколько элементов седла могут содержать несущий нагрузку профиль, такой как V-образная канавка, выполненный с возможностью зацепления несущим нагрузку профилем на выпускающем элементе для обеспечения перемещения выпускающего элемента с помощью залавливающего устройства. Один или несколько элементов седла могут содержать несущий нагрузку профиль на своей радиально наружной поверхности, выполненный с возможностью зацепления соответствующего несущего нагрузку профиля, такого как кольцевой уступ, на его радиально внутренней поверхности.
Каждый элемент седла может содержать несущий нагрузку профиль, при этом, когда элементы седла перемещаются радиально внутрь, индивидуальные несущие нагрузку профили образуют по существу по окружности непрерывный несущий нагрузку профиль.
Залавливающее устройство может подпираться в предпочтительном аксиальном направлении. В одном варианте осуществления залавливающее устройство может подпираться в направлении противоположном направлению, в котором выпускающий элемент перемещается для установки в свое выпускающее положение. Такое устройство может обеспечивать аксиальное возвращение залавливающего устройства следом за приведением в действие выпускающего элемента, в положение, в котором элементы седла могут совмещаться с незакрытой выпускающей выемкой.
Аспект настоящего изобретения относится к забойному исполнительному механизму для приведения в действие скважинного инструмента, содержащему:
трубчатый кожух, включающий в себя профиль пошагового перемещения на своей внутренней поверхности; и устройство пошагового перемещения, установленное в кожухе и выполненное с возможностью линейного продвижения через кожух к месту приведения в действие заданным числом дискретных шагов линейного перемещения при проходе соответствующего числа управляющих объектов через центральный канал устройства пошагового перемещения,
при этом устройство пошагового перемещения содержит зацепляющее устройство, включающее в себя первые и вторые элементы зацепления, которые взаимодействуют с профилем пошагового перемещения кожуха для селективного зацепления управляющим объектом, проходящим через центральный канал устройства пошагового перемещения для перемещения устройства пошагового перемещения на один на дискретный шаг, при этом элементы зацепления расположены относительно друг друга с возможностью обеспечения установки только одного управляющего объекта между ними.
Аспект настоящего изобретения относится к способу приведения в действие на забое скважины с применением любого забойного исполнительного механизма и/или инструмента, как описано в данном документе.
Аспект настоящего изобретения относится к способу приведения в действие на забое скважины, содержащему:
создание устройства пошагового перемещения, образующего центральный канал и включающего в себя зацепляющее устройство, включающее в себя первые и вторые элементы зацепления;
установку устройства пошагового перемещения в кожухе, образующем профиль пошагового перемещения, выполненный с возможностью взаимодействия с первым и вторым элементами зацепления устройства пошагового перемещения, обуславливающий селективное радиальное перемещение элементов зацепления относительно центрального канала устройства пошагового перемещения;
установку устройства пошагового перемещения и кожуха в стволе скважины; и
подачу объекта через устройство пошагового перемещения для селективного зацепления по меньшей мере одних из первых и вторых элементов зацепления для перемещения устройства пошагового перемещения по меньшей мере на один дискретный шаг перемещения к месту приведения в действие.
Аспект настоящего изобретения относится к забойной управляющей системе, содержащей множество забойных исполнительных механизмов, таких как описанные в данном документе. По меньшей мере два забойных исполнительных механизма могут выполняться с возможностью обеспечивать приведение в действие соответствующих связанных скважинных инструментов после прохода различного числа управляющих объектов.
По меньшей мере два забойных исполнительных механизма могут выполняться с возможностью обеспечивать приведение в действие аналогичных скважинных инструментов.
По меньшей мере два забойных исполнительных механизма могут выполняться с возможностью обеспечивать приведение в действие отличающихся скважинных инструментов.
Множество забойных исполнительных механизмов могут выполняться с возможностью обеспечивать работу своих связанных скважинных инструментов в любой требуемой последовательности.
Аспект настоящего изобретения относится к скважинному инструменту, содержащему:
кожух инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окно текучей среды;
клапанный элемент, установленный в кожухе и перемещающийся из закрытого положения, в котором окно текучей среды блокируется, в открытое положение, в котором окно текучей среды открывается; и
залавливающее устройство, установленное в кожухе на обращенной к забою стороне клапанного элемента, и включающее в себя множество радиально перемещающихся элементов седла,
при этом перемещение клапанного элемента к своему открытому положению переставляет залавливающее устройство из открытой конфигурации, в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через инструмент, в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через инструмент.
Аспект настоящего изобретения относится к скважинному инструменту, содержащему:
кожух инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окно текучей среды; и
залавливающее устройство, установленное в кожухе и включающее в себя множество радиально перемещающихся элементов седла,
при этом залавливающее устройство может устанавливаться в открытую конфигурацию в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через инструмент, и в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через инструмент, для отвода потока через окно текучей среды.
Аспект настоящего изобретения относится к способу обработки подземной области, такой как пласт. Обработка может содержать гидроразрыв пласта, кислотную обработку для интенсификации притока или т.п. Способ обработки может содержать применение любого забойного исполнительного механизма и/или инструмента, как описано в данном документе.
Аспект настоящего изобретения относится к механическому отсчитывающему механизму, устанавливаемому на каждом из множества скважинных инструментов, расположенных в стволе скважины, где каждый инструмент имеет основной канал, соответствующий стволу скважины, и каждый инструмент является управляемым для открытия одного или нескольких окон текучей среды сбоку от основного канала, причем механический отсчитывающий механизм содержит:
устройство линейного пошагового перемещения, выполненное с возможностью обеспечивать линейное продвижение механического отсчитывающего механизма вдоль основного канала на заданное расстояние в ответ на прием объекта, сброшенного в ствол скважины до достижения места приведения в действие инструмента, после чего инструмент приводится в действие,
при этом устройство линейного пошагового перемещения выполнено с возможностью обеспечивать продвижение вдоль основного канала только на заданное расстояние в ответ на прием одного объекта, сброшенного в ствол скважины.
Аспект настоящего изобретения относится к клапанному исполнительному механизму для скважинного инструмента имеющего основной канал, соответствующий стволу скважины, инструмент является управляемым для открытия одного или нескольких окон текучей среды сбоку от основного канала, причем исполнительный механизм содержит:
залавливающее устройство, устанавливающееся в основном канале и имеющее первую конфигурацию, в которой устройство обеспечивает проход объекта, сброшенного в ствол скважины, и вторую конфигурацию, в которой устройств залавливает сброшенный объект;
переключающее устройство, которое функционально выполнено с возможностью переключения залавливающего устройства из первой во вторую конфигурацию,
при этом залавливающее устройство смещается к первой конфигурации.
Аспект настоящего изобретения относится к способу приведения в действие клапана скважинного инструмента, причем инструмент имеет основной канал, соответствующий стволу скважины, и одно или несколько окон текучей среды расположенных сбоку от основного канала, причем клапан, управляемый для открытия боковых окон, способу, содержащему:
установку залавливающего устройства в основном канале, причем залавливающее устройство имеет первую конфигурацию, в которой устройство обеспечивает проход объекта, сброшенного в ствол скважины и вторую конфигурацию, в которой устройство залавливает сброшенный объект;
установку клапана в конфигурацию открытия боковых окон, когда залавливающее устройство установлено во вторую конфигурацию;
сброс объекта в ствол скважины;
переключение залавливающего устройства из первой во вторую конфигурацию, в которой сброшенный объект залавливается; и
смещение залавливающего устройства к первой конфигурации.
Аспект настоящего изобретения относится к скважинной системе, содержащей:
колонну инструмента для размещения в стволе скважины;
множество забойных исполнительных механизмов, расположенных вдоль колонны инструмента, при этом каждый забойный исполнительный механизм содержит устройство пошагового перемещения для продвижения вперед через колонну инструмента к месту приведения в действие заданным числом дискретных шагов перемещения при проходе соответствующего числа управляющих объектов через устройство пошагового перемещения; и
множество скважинных инструментов, расположенных вдоль колонны насосно-компрессорных труб, при этом каждый скважинный инструмент выполнен с возможностью приведения в действие по меньшей мере одним забойным исполнительным механизмом,
при этом по меньшей мере два скважинных инструмента являются отличающимися.
Соответственно, стандартные забойные исполнительные механизмы можно применять в системе инструмента для управления работой инструментов разных типов. Такое устройство может содействовать минимизации требований создания индивидуально заказываемых средств управления скважинных инструментов различных типов. Данное может минимизировать сложность скважинных систем, связанные затраты и проблемы надежности.
Скважинная система может содержать забойный исполнительный механизм согласно любому другому аспекту.
По меньшей мере два забойных исполнительных механизма можно вначале выполнять с возможностью приведения в действие соответствующих связанных скважинных инструментов с помощью прохода различного числа объектов. Такое устройство может обеспечивать приведение в действие по меньшей мере двух инструментов в различные моменты времени или в требуемой последовательности.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере два забойных исполнительных механизма могут вначале выполняться с возможностью приведения в действие соответствующих связанных скважинных инструментов с помощью прохода одного числа объектов.
Любую последовательность работы скважинных инструментов можно получить в зависимости от начальной конфигурации исполнительных механизмов.
Скважинный инструмент может содержать по меньшей мере два инструмента одного типа.
Скважинный инструмент может содержать по меньшей мере два инструмента первого типа, и по меньшей мере два инструмента второго типа.
Скважинная система может содержать по меньшей мере один скважинный инструмент согласно любому другому аспекту.
По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать забойный клапан.
По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать забойный изолирующий инструмент, такой как пакер.
По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать залавливающее устройство, такое как залавливающее устройство, которое может приводиться в действие для залавливания и/или выпуска объекта, такого как объект, применяемый для управления работой одного или нескольких забойных исполнительных механизмов. По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать залавливающее устройство согласно любому другому аспекту.
По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать инструмент гидроразрыва пласта, выполненный с возможностью содействия выпуску текучей среды гидроразрыва.
По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать клапан регулирования расхода, такой как устройство регулирования притока.
По меньшей мере один скважинный инструмент может содержать стреляющий перфоратор.
В некоторых вариантах осуществления скважинная система может содержать первый забойный исполнительный механизм, связанный с первым скважинным инструментом, и второй забойный исполнительный механизм, связанный с вторым скважинным инструментом. Первый скважинный инструмент может содержать пакер. Второй скважинный инструмент может содержать инструмент гидроразрыва пласта.
Первый забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью приведения в действие первого скважинного инструмента после прохода первого числа объектов, и второй забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью приведения в действие второго скважинного инструмента после прохода второго числа объектов. В некоторых вариантах осуществления первое число объектов может быть меньше второго числа объектов.
Скважинная система может содержать первый и второй аксиально смежные пакеры и клапан, установленный между первым и вторым пакерами. Клапан может содержать или образовывать клапан гидроразрыва пласта.
Скважинная система может содержать первый забойный исполнительный механизм, связанный с первым пакером, второй забойный исполнительный механизм, связанный со вторым пакером и третий забойный исполнительный механизм, связанный с клапаном гидроразрыва пласта.
Третий забойный исполнительный механизм может выполняться с возможностью приведения в действие клапана гидроразрыва пласта следом за проходом большего числа объектов, чем требуют первый и второй забойные исполнительные механизмы для приведения в действие соответственно первого и второго пакеров.
Первый и второй забойный исполнительный механизмы могут выполняться с возможностью приведения в действие своих соответствующих первого и второго пакеров после прохода одинакового числа объектов. Альтернативно, первый и второй забойный исполнительный механизмы может выполняться с возможностью приведения в действие своих соответствующих первого и второго пакеров после прохода разного числа объектов.
Согласно аспекту настоящего изобретения, создан скважинный способ, содержащий:
размещение колонны инструмента в стволе скважины, при этом колонна инструмента включает в себя множество забойных исполнительных механизмов и множество скважинных инструментов, расположенных вдоль колонны насосно-компрессорных труб, при этом каждый скважинный инструмент выполнен с возможностью приведения в действие по меньшей мере одним забойным исполнительным механизмом, и по меньшей мере два скважинных инструмента являются отличающимися;
размещение устройства пошагового перемещения в каждом забойном исполнительном механизме для продвижения через колонну инструмента к месту приведения в действие заданным числом дискретных шагов перемещения при проходе соответствующего числа управляющих объектов через устройство пошагового перемещения; и
пропуск объектов вдоль колонны инструмента для обеспечения приведения в действие скважинных инструментов.
Согласно аспекту настоящего изобретения, создана скважинная система, содержащая:
колонну инструмента;
первый скважинный инструмент, расположенный в колонне инструмента;
первый забойный исполнительный механизм, связанный с первым скважинным инструментом и выполненный с возможностью приведения в действие первого скважинного инструмента под действием прохода заданного числа объектов в направлении вниз по потоку;
второй скважинный инструмент, расположенный в колонне инструмента ниже по потоку от первого скважинного инструмента;
второй забойный исполнительный механизм, связанный со вторым скважинным инструментом и выполненный с возможностью приведения в действие второго скважинного инструмента под действием прохода заданного числа объектов в направлении вниз по потоку; и
залавливающее устройство, установленное ниже по потоку от второго забойного исполнительного механизма и выполненное с возможностью селективно залавливать объект, проходящий через систему в направлении вниз по потоку.
Первый и второй забойные исполнительные механизмы можно создавать согласно любому другому аспекту.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один или оба из первого и второго исполнительных механизмов могут содержать устройство пошагового перемещения, такое как втулка пошагового перемещения, выполненное с возможностью продвижение через колонну инструмента к месту приведения в действие заданным числом дискретных шагов перемещения при проходе соответствующего числа управляющих объектов. После достижение места приведения в действие устройство пошагового перемещения может приводить в действие соответствующий скважинный инструмент.
Один или оба из первого и второго инструментов можно создавать согласно любому другому аспекту.
Один или оба из первого и второго инструментов могут содержать инструмент гидроразрыва пласта.
В одном варианте осуществления по меньшей мере один из первого и второго скважинных инструментов может содержать клапанный элемент, такой как клапанная втулка, выполненный с возможностью перемещения с помощью соответствующего забойного исполнительного механизма. Клапанный элемент может перемещаться для селективного варьирования открытия/закрытия окна текучей среды в колонне инструмента.
В одном варианте осуществления оба, первый и второй скважинные инструменты могут содержать клапанный элемент, такой как клапанная втулка, выполненный с возможностью перемещения первым и вторым скважинными исполнительными механизмами, соответственно. Каждый клапанный элемент может перемещаться для селективного варьирования открытия/закрытия соответствующего окна текучей среды в колонне инструмента.
В варианте осуществления где оба, первый и второй скважинные инструменты содержат клапанный элемент для селективного открытия соответствующего окна текучей среды, залавливающее устройство может действовать, залавливая объект для отведения потока в колонне инструмента через связанные окна текучей среды, когда окна открыты. Таким образом, только одно залавливающее устройство можно использовать для надлежащего приспособления к функциональности обоих, первого и второго скважинных инструментов.
В некоторых вариантах осуществления скважинная система может содержать третий или дополнительные скважинные инструменты и связанные забойные исполнительные механизмы. Третий или дополнительные скважинные инструменты могут устанавливаться выше по потоку от залавливающего устройства.
Залавливающее устройство может устанавливаться из открытой конфигурации, в которой объекту обеспечен свободный проход залавливающего устройства, в залавливающую конфигурацию в которой проходящий объект может залавливаться. Залавливающее устройство может переставляться из своей открытой в залавливающую конфигурацию вторым скважинным инструментом, например, клапанным элементом второго скважинного инструмента. В одном варианте осуществления конфигурация залавливающего устройства может меняться с помощью соответствующего забойного исполнительного механизма.
Залавливающее устройство может содержать залавливающую втулку.
Залавливающее устройство может содержать один или несколько радиально перемещающихся элементов седла. Залавливающее устройство может устанавливаться из открытой конфигурации, в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через колонну инструмента, в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через колонну инструмента.
Когда залавливающее устройство установлено в своей залавливающей конфигурации, объект, проходящий через колонну инструмента может вставать в упор к элементам седла и залавливаться.
Согласно аспекту настоящего изобретения, создан способ приведения в действие на забое скважины, содержащий:
размещение первого и второго скважинных инструментов вдоль колонны инструмента в стволе скважины;
размещение первого забойный исполнительный механизм в колонне инструмента для приведения в действие первого скважинного инструмента под действием прохода заданного числа объектов в направлении вниз по потоку;
размещение второго забойного исполнительного механизма в колонне инструмента для приведения в действие второго скважинного инструмента под действием прохода заданного числа объектов в направлении вниз по потоку;
размещение залавливающего устройства ниже по потоку от первого и второго забойного исполнительного механизма; и
пропуск заданного числа объектов вдоль колонны инструмента для приведения в действие в действие обоих, первого и второго инструментов; и
установку залавливающего устройства для залавливания объекта после приведения в действие первого и второго инструментов.
Скважинный инструмент согласно дополнительному аспекту изобретения содержит: кожух; управляемый элемент; залавливающее устройство; и соединительное устройство, выполненное с возможностью создания вращательного соединения между управляемым элементом и залавливающим устройством и/или кожухом, и выполненное с возможностью обеспечивать относительное аксиальное перемещение, по меньшей мере одного из управляемого элемента и залавливающего устройства относительно кожуха.
Варианты осуществления настоящего изобретения предпочтительно дают скважинный инструмент, имеющий соединительное устройство, которое передает вращение одного компонента скважинного инструмента, такого как управляемый элемент, по меньшей мере на один из других компонентов скважинного инструмента, таких как залавливающее устройство и/или кожух, при этом обеспечивая аксиальное перемещение между компонентами.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью аксиального перемещения с помощью управляемого элемента.
Передача вращения может обеспечивать вращательный замок, например. Альтернативно или в дополнение, передача вращения может обеспечивать вращательное совмещение управляемого элемента и залавливающего устройства и/или кожуха.
Соединительное устройство может выполняться с возможностью передачи усилия между управляемым элементом и залавливающим устройством и/или кожухом.
Соединительное устройство может выполняться с возможностью передачи аксиальной силы с управляемого элемента на залавливающее устройство.
Соединительное устройство может выполняться с возможностью передачи аксиальной силы по меньшей мере с одного из залавливающего устройства и кожуха.
Соединительное устройство может образовывать, содержать или выполнять часть устройства синхронизации скважинного инструмента или системы, такое как устройство синхронизации, определенное в других аспектах изобретения.
Соединительное устройство может выполняться с возможностью обеспечивать относительное аксиальное перемещение управляемого элемента и кожуха.
Соединительное устройство может выполняться с возможностью обеспечивать относительное аксиальное перемещение управляемого элемента и залавливающего устройства.
Соединительное устройство может выполняться с возможностью обеспечивать аксиальное перемещение управляемого элемента и залавливающего устройства относительно кожуха.
Управляемый элемент может, например, содержать клапанный элемент, и в частных вариантах осуществления управляемый элемент может содержать клапанную втулку.
Залавливающее устройство может содержать залавливающий элемент, и в частных вариантах осуществления залавливающее устройство может содержать залавливающую втулку. Залавливающее устройство может перемещаться между открытой конфигурацией и залавливающей конфигурацией.
Аксиальное перемещение управляемого элемента, например, клапанной втулки, может перемещать залавливающее устройство, например, залавливающую втулку из открытой конфигурации в залавливающую конфигурацию.
Соединительное устройство может иметь любой подходящий вид и конструкцию.
Соединительное устройство может содержать шпонку.
Шпонка может содержать один шпоночный элемент.
Шпонка может располагаться в выемке или канавке в управляемом элементе.
Альтернативно и в частных вариантах осуществления, шпонка может содержать множество шпоночных элементов. Шпоночные элементы могут устанавливаться вокруг управляемого элемента, и могут быть разнесены по окружности вокруг управляемого элемента.
Соединительное устройство может содержать щель или канавку в кожухе.
Соединительное устройство может содержать одну щель или канавку в кожухе.
Соединительное устройство может содержать один шпоночный элемент, проходящий в щель или канавку или через щель или канавку в кожухе.
Альтернативно, соединительное устройство может содержать множество щелей или канавок в кожухе.
Соединительное устройство может содержать множество шпоночных элементов, каждый проходящий в соответствующую щель или канавку или через соответствующую щель или канавку.
В вариантах осуществления, где соединительное устройство содержит множество щелей или канавок в кожухе, щели или канавки могут располагаться по окружности.
Соединительное устройство может содержать щель или канавку в залавливающем устройстве.
Соединительное устройство может содержать одну щель или канавку в залавливающем устройстве.
Альтернативно, соединительное устройство может содержать множество щелей или канавок в залавливающем устройстве.
В вариантах осуществления где соединительное устройство содержит множество щелей или канавок в залавливающем устройстве, щели или канавки могут располагаться по окружности.
Шпонка может располагаться в щели или выемке.
В частных вариантах осуществления инструмент может содержать множество шпоночных элементов, каждый шпоночный элемент, проходящий через щель в залавливающем устройстве и в канавку в кожухе.
Щель или канавка залавливающего устройства и щель или канавка кожуха могут по меньшей мере частично аксиально перекрываться.
Инструмент может выполняться с возможностью создания обязательной индикации, что событие, такое как событие активирования, состоялось. Событие активирования инструмента может содержать открытие окна. Обязательная индикация может содержать падение давления.
Аспект настоящего изобретения относится к скважинному инструменту, содержащему:
кожух инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя окно текучей среды;
клапанный элемент, установленный в кожухе и перемещающийся из закрытого положения, в котором окно текучей среды блокируется, в открытое положение, в котором окно текучей среды открывается; и
залавливающее устройство, установленное в кожухе и содержащее один или несколько радиально перемещающихся элементов седла, и которое может устанавливаться из открытой конфигурации в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через инструмент, в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через инструмент.
Окно текучей среды может выполняться обеспечивающим гидравлическое сообщение между центральным каналом и местом работы снаружи кожуха.
Конфигурация залавливающего устройства может меняться исполнительным механизмом.
Конфигурацию залавливающего устройства может меняться с помощью перемещения клапанного элемента к своему открытому положению.
Залавливающее устройство может устанавливаться ниже по потоку от клапанного элемента. Залавливающее устройство может выполняться с возможностью залавливать объект, проходящий через инструмент, для по меньшей мере частичного блокирования потока, проходящего через центральный канал, и отвода потока через окно текучей среды, когда окно открыто.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью аксиального перемещения в кожухе, когда объект залавливается.
Аксиальное перемещение залавливающего устройства, создаваемое заловленным объектом, может обеспечивать приведение в действие клапанного элемента.
Скважинный инструмент может выполняться с возможностью обеспечивать залавливание объекта в залавливающем устройстве по существу одновременно с открытием или после открытия окна текучей среды.
Скважинный инструмент может выполняться с возможностью обеспечивать залавливание объекта в залавливающем устройстве перед открытием или полным открытием окна текучей среды.
Скважинный инструмент может содержать дроссельное устройство, связанное с окном текучей среды для дросселирования потока текучей среды через окно после открытия.
Скважинный инструмент может содержать регулирующее давление дроссельное устройство, связанное с окном текучей среды, обеспечивающее изменение степени дросселирование потока, проходящего через окно текучей среды после открытия.
Регулирующее давление дроссельное устройство может обеспечивать уменьшение степени дросселирования потока, проходящего через окно текучей среды после открытия.
Уменьшение степени дросселирования может обеспечивать вначале увеличение давления в инструменте после открытия окна текучей среды, и постепенное уменьшение, следующее за открытием окна текучей среды.
Дроссельное устройство может содержать дроссельный элемент, связанный с окном текучей среды.
Дроссельное устройство может содержать сбрасывающий давление элемент, связанный с окном текучей среды, причем сбрасывающий давление элемент, выполненный с возможностью сбрасывать давление под действием потока, проходящего через окно текучей среды.
Сбрасывающий давление элемент может образовывать отверстие, при этом отверстие увеличивается под действием потока, проходящего через окно текучей среды.
Сбрасывающий давление элемент может выполняться поддающимся эрозии.
Клапанный элемент может перемещаться из своего закрытого положения к открытому положению под действием прохода объекта через скважинный инструмент в направлении вниз по потоку.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью залавливать тот же объект, который обуславливает перемещение клапанного элемента к своему открытому положению.
Клапанный элемент может аксиально перемещаться элементом исполнительного механизма, установленным на стороне выше по потоку клапанного элемента.
Клапанный элемент может аксиально перемещаться втулкой пошагового перемещения забойного исполнительного механизма.
Втулка пошагового перемещения может устанавливаться на стороне выше по потоку клапанного элемента, и может действовать, перемещая клапанный элемент в направлении вниз по потоку.
Клапанный элемент может выполняться с возможностью прямого контакта с втулкой пошагового перемещения.
Втулка пошагового перемещения может управляться для линейного перемещения через кожух на заданное число дискретных шагов перемещения, приводя в действие клапанный элемент при проходе соответствующего числа объектов.
Финальный дискретный шаг перемещения втулки пошагового перемещения может инициировать перемещение клапанного элемента к своему открытому положению.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью залавливать объект, который обуславливает финальный дискретный шаг перемещения втулки пошагового перемещения.
Клапанный элемент может располагаться относительно втулки пошагового перемещения так, что клапанный элемент может полностью перемещаться в свое открытое положение во время перемещения втулки пошагового перемещения на финальный дискретный шаг перемещения.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью временно залавливать объект и выпускать объект по существу одновременно с установкой или после установки клапанного элемента для открытия окна текучей среды и перестановки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию.
Клапанный элемент может располагаться относительно втулки пошагового перемещения так, что клапанный элемент может частично перемещаться к открытому положению во время перемещения втулки пошагового перемещения на финальный дискретный шаг перемещения.
Клапанный элемент может выполняться с возможностью полного перемещения в свою открытую конфигурацию залавливающим устройством и заловленным объектом.
Втулка пошагового перемещения может выполняться с возможностью временно залавливать объект и выпускать объект по существу одновременно с установкой или после установки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию с окном текучей среды еще закрытым или только частично открытым.
Выпущенный объект может залавливаться залавливающим устройством перед открытием окна текучей среды или полным открытием, и после залавливания объекта, окно текучей среды может последовательно полностью открываться приведением в действие залавливающим устройством.
Клапанный элемент может функционально выполняться с возможностью перестановки залавливающего устройства в его залавливающую конфигурацию перед достижением клапанным элементом его открытого положения.
Залавливающее устройство может функционально выполняться с возможностью перестановки в его залавливающую конфигурацию аксиальным перемещением залавливающего устройства в кожухе.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью аксиального перемещения с помощью клапанного элемента.
Клапанный элемент может выполняться с возможностью аксиального зацепления залавливающего устройства для перемещения залавливающего устройства в кожухе.
Клапанный элемент и залавливающее устройство могут содержать соответствующие несущие нагрузку профили, выполненные с возможностью упираться друг в друга в аксиальном направлении.
Скважинный инструмент может содержать устройство мертвого хода, созданное между клапанным элементом и залавливающим устройством для обеспечения перемещения клапанного элемента на требуемое расстояние относительно залавливающего устройства перед инициированием аксиального перемещения залавливающего устройства.
Клапанный элемент может содержать аксиально проходящий кожух, который проходит в залавливающее устройство с одного его аксиального конца так, что концевая зона залавливающего устройства устанавливается радиально снаружи кожуха клапанного элемента и изолированной от центрального канала.
Кожух может проходить только частично через залавливающее устройство.
Кожух может проходить в залавливающее устройство по меньшей мере, когда залавливающее устройство установлено в его открытой конфигурации.
Клапанный элемент может образовывать кольцевую V-образную канавку, выполненную в наружной поверхности и проходящие от его одного конца. Смежный аксиальный конец залавливающего устройства может приниматься в кольцевой V-образной канавке.
Кольцевая V-образная канавка может включать в себя несущий нагрузку уступ для зацепления залавливающего устройства.
Элементы седла залавливающего устройства могут радиально перемещаться для радиального выдвижения и уборки относительно центрального канала.
Элементы седла залавливающего устройства могут подпираться радиально наружу, при этом залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию жестким перемещением элементов седла радиально внутрь в центральный канал против подпирания для залавливания объекта.
Элементы седла залавливающего устройства могут подпираться радиально внутрь.
Залавливающее устройство может переставляться в его залавливающую конфигурацию с помощью радиального закрепления элементов седла в радиально внутреннем положении так, что радиальное перемещение наружу может предотвращаться.
Скважинный инструмент может образовывать первую зону в кожухе, имеющую первый внутренний диаметр, который обеспечивает перемещение элементов седла радиально наружу и выдвижение из центрального канала при совмещении с первой зоной, и залавливающее устройство можно создать в его открытой конфигурации, когда элементы седла совмещаются с первой зоной.
Скважинный инструмент может образовывать вторую зону в кожухе, имеющую второй внутренний диаметр, который обеспечивает элементам седла радиальное закрепление при установке радиально внутрь и убранными в центральный канал, когда совмещается со второй зоной, и может создавать залавливающему устройству залавливающую конфигурацию, когда элементы седла совмещаются со второй зоной.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться в кожухе повторно совмещая элементы седла с перемещением из первой зоны во вторую зону, и таким образом, залавливающее устройство принимает свою залавливающую конфигурацию.
Залавливающее устройство может выполняться с возможностью выпуска ранее заловленного управляющего объекта.
Залавливающее устройство может переставляться из залавливающей конфигурации в выпускающую конфигурацию, в которой элементы седла обеспечивают выпуск ранее заловленного объект.
Залавливающее устройство может переставляться в выпускающую конфигурацию с помощью раскрепления элементов седла.
Залавливающее устройство может аксиально перемещаться в кожухе, обеспечивая перестановку залавливающего устройства в выпускающую конфигурацию, и при этом аксиальное перемещение получается благодаря действию объекта, установленного в упор к элементам седла.
Скважинный инструмент может содержать выпускающее устройство, управляемое аксиальным перемещением залавливающего устройства.
Выпускающее устройство может выполняться с возможностью содействия раскреплению элементов седла для обеспечения установки залавливающего устройства в его выпускающую конфигурацию.
Скважинный инструмент может содержать выпускающий элемент, установленный в кожухе и перемещающийся между закрепляющим положением, в котором выпускающий элемент радиально закрепляет элементы седла радиально внутреннем или убранном положении, к положению раскрепления, в котором выпускающий элемент снимает радиальное закрепление элементов седла, обеспечивая перемещение элементов седла радиально наружу.
Скважинный инструмент может образовывать выпускающую выемку в кожухе. Выпускающий элемент может закрывать данную выпускающую выемку, когда выпускающий элемент установлен в своем закрепляющем положении. Выпускающий элемент может перемещаться в кожухе к своему выпускающему положению для открытия выпускающей выемки и таким образом обеспечивая перемещение элементов седла радиально наружу и прием в выпускающую выемку для обеспечения выпуска объекта.
Выпускающий элемент может перемещаться аксиально залавливающим устройством.
Выпускающий элемент может образовывать несущий нагрузку профиль. Залавливающее устройство может образовывать несущий нагрузку профиль, выполненный с возможностью зацепления несущим нагрузку профилем на выпускающем элементе, обеспечивая приложение силы залавливающим устройством на выпускающий элемент для перемещения выпускающего элемента к своему выпускающему положению.
По меньшей мере один элемент седла может содержать несущий нагрузку профиль, выполненный с возможностью зацепления несущим нагрузку профилем на выпускающем элементе для обеспечения перемещения выпускающего элемента с помощью залавливающего устройства.
Каждый элемент седла может содержать несущий нагрузку профиль, при этом, когда элементы седла перемещаются радиально внутрь индивидуальные несущие нагрузку профили могут образовывать по существу по окружности непрерывный несущий нагрузку профиль.
Залавливающее устройство может подпираться в направлении противоположном направлению, в котором выпускающий элемент перемещается для установки в свое выпускающее положение.
Элементы седла могут вместе образовывать по существу замкнутую кольцевую структуру, когда установлены радиально внутрь и убранными в центральный канал.
Смежные элементы седла могут выполняться с возможностью образования зазора между ними, когда элементы седла установлены в радиально внутреннем положении, при этом может создаваться ширина зазора между смежными установленными элементами ниже максимальной ширины зазора, выбранной согласно размеру частиц, переносимых текучей средой, подаваемой через инструмент.
Максимальная ширина зазора может составлять до удвоенного среднего диаметра частиц, содержащихся в гидравлическом сообщении, проходящем через инструмент.
Один или несколько элементов седла могут образовывать поверхность седла на одной своей аксиальной стороне, при этом поверхность седла может выполняться с возможностью зацепления объектом.
По меньшей мере одна поверхность седла может выполняться с возможностью создания по существу непрерывного контакта с объектом для обеспечения контакта с уплотнением между объектом и поверхностью седла.
По меньшей мере одна поверхность седла может выполняться с возможностью создания по существу прерывистого контакта с объектом для обеспечения контакта без уплотнения между объектом и поверхностью седла.
По меньшей мере одна поверхность седла может содержать аксиально проходящую щель или канал, способствующий гидравлическому сообщению, аксиально вдоль поверхности седла, когда объект входит в контакт в упор с поверхностью.
По меньшей мере один элемент седла может образовывать выпуклую поверхность седла.
Один или несколько элементов седла залавливающего устройства могут выполняться с возможностью зацепления объектом с противоположных аксиальных направлений.
Один или несколько элементов седла могут содержать первую поверхность седла на одной своей аксиальной стороне и вторую поверхность седла на противоположной своей аксиальной стороне.
По меньшей мере одна из первой и второй поверхностей седла могут выполняться с возможностью обеспечивать взаимодействие с уплотнением между объектом и поверхностью седла.
По меньшей мере одна из первой и второй поверхностей седла могут выполняться с возможностью обеспечивать контакт без уплотнения между объектом и поверхностью седла.
Залавливающее устройство может содержать трубчатый участок и множество пальцев разрезной гильзы, которые несет трубчатый участок, причем каждый палец разрезной гильзы может нести соответствующий элемент седла.
Каждый палец разрезной гильзы может являться радиально деформирующимся для обеспечения перемещения соответствующих элементов седла радиально наружу и внутрь.
По меньшей мере один палец разрезной гильзы может иметь уменьшающуюся радиальную ширину.
Трубчатый участок залавливающего устройства может устанавливаться смежно с клапанным элементом и может выполняться с возможностью зацепления клапанным элементом для обеспечения аксиального перемещения с помощью клапанного элемента залавливающего устройства.
Кожух инструмента может содержать множество окон текучей среды, распределенных по окружности вокруг кожуха.
Площадь сечения потока окна или множества окон текучей среды может быть больше площади сечения потока центрального канала.
Клапанный элемент может содержать калиброванное отверстие в своей боковой стенке, так что совмещение калиброванного отверстия клапанного элемента с окном текучей среды может обеспечивать открытие окна текучей среды.
Клапанный элемент может удерживаться от вращения относительно кожуха вращательным соединением.
Скважинный инструмент может содержать по меньшей мере одно уплотнительное устройство на своей наружной поверхности для изоляции зоны на забое, окружающей инструмент.
По меньшей мере одно уплотнительное устройство может приводиться в рабочее состояние выпуском из окна текучей среды в кожухе, когда окно открывается.
Скважинный инструмент может содержать уплотнительное устройство на противоположных аксиальных сторонах окна текучей среды.
Аспект настоящего изобретения относится к способу подачи текучей среды в ствол скважин, содержащему:
размещение скважинного инструмента в стволе скважин, при этом инструмент содержит:
кожух инструмента, образующий центральный канал и окно текучей среды;
клапанный элемент, установленный в кожухе и вначале выполненный с возможностью по меньшей мере частично блокировать окно текучей среды;
и залавливающее устройство, установленное в кожухе и содержащее один или несколько радиально перемещающихся элементов седла, при этом залавливающее устройство вначале установлено в открытой конфигурации, в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через инструмент;
приведение в действие клапанного элемента для перемещения и открытия окна текучей среды;
перестановку залавливающего устройства из его открытой конфигурации в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через инструмент; и
подачу текучей среды через центральный канал и наружу через открытое окно текучей среды.
Аспект настоящего изобретения относится к забойной залавливающей системе для залавливания объекта в стволе скважины, содержащей:
кожух; и
залавливающее устройство, установленное в кожухе и содержащее один или несколько радиально перемещающихся элементов седла, которое может устанавливаться из открытой конфигурации, в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через инструмент, в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через инструмент.
Забойная залавливающая система может содержать выпускающее устройство для обеспечения установки залавливающего устройства в залавливающую конфигурацию или выпускающую конфигурацию, в которой элементы седла обеспечивают выпуск ранее заловленного объекта.
Аспект настоящего изобретения относится к залавливающему устройству для применения в забойной залавливающей системе, содержащему один или несколько радиально перемещающихся элементов седла, которые можно устанавливать в открытую конфигурацию, в которой элементы седла обеспечивают проход объекта через залавливающее устройство, и в залавливающую конфигурацию, в которой элементы седла залавливают объект, проходящий через залавливающее устройство.
Аспект настоящего изобретения относится к способу изготовления залавливающего устройства, содержащему:
выполнение унитарного компонента, который включает в себя трубчатый участок, одну унитарную кольцевую конструкцию и множество ребер, которые соединяют трубчатый участок с кольцевой конструкцией;
разделение унитарной кольцевой конструкции для образования индивидуальных пальцев разрезной гильзы, каждого включающего в себя элемент разрезной гильзы.
Способ может содержать пластическое деформирование индивидуальных пальцев разрезной гильзы радиально наружу.
Признаки, определенные в отношении одного аспекта, можно создать в комбинации с любым другим аспектом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данные и другие аспекты настоящего изобретения описаны ниже только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
На Фиг. 1 схематично показана скважинная система, которая включает в себя колонну заканчивания скважины/гидроразрыва пласта, включающую в себя некоторое число инструментов гидроразрыва пласта согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 показано продольное сечение скважинного инструмента, конкретно, скважинного инструмента гидроразрыва пласта, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 3 показана в изометрии втулка пошагового перемещения инструмента Фиг. 2.
На Фиг. 4A-4E показана последовательность работы втулки пошагового перемещения инструмента Фиг. 2 на одном шаге дискретного линейного перемещения по каналу одного управляющего объекта.
На Фиг. 5 показан с увеличением инструмент Фиг. 2 в зоне клапана и залавливающего шар устройства.
На Фиг. 6A-6D показан в изометрии компонент залавливающей втулки инструмента Фиг. 2, на разных этапах изготовления.
На Фиг. 7A-7E показана последовательность работы управляющего объекта для перестановки конфигурации инструмента в рабочее состояние.
На Фиг. 7F показана с увеличением зона F Фиг. 7E.
На Фиг. 7G показана с увеличением зона G Фиг. 7E.
На Фиг. 7H и 7I показана следующая последовательность работы для обеспечения выпуска управляющего объекта из инструмента.
На Фиг. 8A, 8B и 8C показаны индивидуальные инструменты гидроразрыва пласта, подлежащие установке в колонну заканчивания скважины/гидроразрыва пласта, такую как показана на Фиг. 1, в которой каждый инструмент снабжен соответствующими втулками пошагового перемещения с отличающимися положениями ввода в эксплуатацию.
На Фиг. 9 показан инструмент Фиг. 2 в комбинации с контрольным устройством для применения при определении положения втулки пошагового перемещения.
На Фиг. 10 показано сечение скважинного инструмента согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 11 показано сечение в зоне втулки пошагового перемещения скважинного инструмента согласно варианту осуществления настоящего изобретения, и также схематично показан толкатель для переключения положения втулки пошагового перемещения.
На Фиг. 12 показано сечение скважинного инструмента согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где инструмент включает в себя связанные уплотнительные устройства.
На Фиг. 13 показано с увеличением уплотнительное устройство Фиг. 12.
На Фиг. 14A и 14B показано уплотнительное устройство Фиг. 12 в конфигурации спуска в скважину и установки в скважине, соответственно.
На Фиг. 15A-15D показаны сечения частей скважинного инструмента согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения на различных стадиях работы.
На Фиг. 16A-16E показаны сечения частей скважинного инструмента согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения на различных стадиях работы.
На Фиг. 17A и 17B схематично показана скважинная система согласно варианту осуществления настоящего изобретения на различных стадиях работы.
На Фиг. 18A и 18B схематично показана скважинная система согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения на различных стадиях работы.
На Фиг. 19A-19D схематично показана скважинная система согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, на различных стадиях работы.
На Фиг. 20A схематично показана скважинная система согласно дополнительному альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 20B – поперечное сечение системы Фиг. 20A по линии B-B.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 схематично показана скважинная система 10, включающая в себя пробуренный ствол 12 скважины который пересекает подземный коллектор или пласт 14. Пласт 14 может содержать углеводороды, подлежащие извлечению на поверхность с помощью скважинной системы 10. Альтернативно или в дополнение, подземный пласт 14 может образовывать проектный объект для приема текучей среды, нагнетаемой с поверхности с помощью скважинной системы 10, например, для увеличения пластового давления и улучшения добычи углеводородов из пласта 14 или соседнего пласта, для целей удаления, или т.п.
Следом за бурением ствола 12 скважины, или следом за периодом добычи/нагнетания, пласт 14 может требовать обработки для интенсификации притока или обработки, обеспечивающей улучшение темпа добычи или нагнетания для их достижения или восстановления. Известные методики обработки для интенсификации притока включают в себя гидравлический разрыв пласта, где применяют нагнетание текучей среды гидроразрыва в пласт под высоким давлением и/или с высокими скоростями для создания механических трещин в геологической среде. Данные трещины могут увеличивать эффективную проницаемость в приствольной зоне и сообщаемость текучей среды между пластом и стволом скважины. Текучая среда гидроразрыва может нести проппант, который действует, поддерживая трещины открытыми, когда давление гидравлического разрыва пласта сброшено. Кислотная обработка пласта под давлением ниже давления гидроразрыва дает эффект аналогичный гидравлическому разрыву пласта. Данная обработка обычно включает в себя нагнетание химреагента, такого как, кислота, например соляной кислоты, в пласт 14 для создания с помощью химической реакции трещин или червоточин в геологической среде. Такая кислотная обработка пласта под давлением ниже давления гидроразрыва может применяться, в частности, в такой геологической среде, как карбонатные коллекторы.
В большинстве видов или режимов обработки для интенсификации притока требуется обеспечивать нагнетание текучей среды обработки в пласт с помощью скважинных инструментов и инфраструктуры. Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают получение такого нагнетания. В связи с этим трубная колонна 16 проходит через ствол 12 скважины Фиг. 1, причем колонна 16 содержит множество инструментов 18 гидроразрыва пласта, согласно настоящему изобретению, распределенных по ее длине с требуемыми интервалами. Каждый инструмент 18 включает в себя множество расположенных по окружности окон 20, которые вначале являются закрытыми. Дополнительно каждый инструмент 18 включает в себя или связывается с забойным исполнительным механизмом (не показан на Фиг. 1), функционально выполненным с возможностью приведения в действие инструмента 18 для открытия соответствующих окон 20, обеспечивающих нагнетание обрабатывающей текучей среды, например, текучей среды гидроразрыва или кислоты из колонны 16 в окружающий пласт 14 для создания трещин 22. Как описано более подробно ниже, каждый инструмент 18 управляется управляющими объектами, такими как шары, которые подаются через колонну 16 с поверхности.
Инструменты 18 выполнены с возможностью приведения в действие в требуемой последовательности, таким образом обеспечивая постадийную обработку пласта 14 по длине ствола скважины 12. Такую возможность последовательного приведения в действие инструментов 18 можно получить с помощью соответствующего забойного исполнительного механизма, подробно описанного ниже. В частном варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, инструменты 18 выполнены с возможностью приведения в действие в последовательности или направлении к устью скважины. Данное показано на Фиг. 1, где самый нижний показанный инструмент 18a приведен в действие ранее, смежный инструмент 18b расположенный ближе к устью, показан в действующем состоянии, с текучей средой гидроразрыва, направляемой из открытых окон 20b в пласт 14 в направлении стрелок 24. Когда надлежащий гидроразрыв пласта получен с помощью инструмента 18b, следующий инструмент 18c со стороны устья скважины может приводиться в действие. Вместе с тем, в других вариантах осуществления можно получить другую последовательность работы инструментов.
В показанном являющемся примером варианте осуществления инструменты 18 включают в себя возможные кольцевые уплотнения 26a, 26b (показаны включенными в работу на приведенном в действие инструменте 18b) с противоположных аксиальных сторон от окон 20b. Когда уплотнения 26a, 26b приведены в действие, они обеспечивают изоляцию кольцевой зоны 28 вокруг инструментов 18, таким образом, нацеливая текучую среду гидроразрыва на проход в пласт 14, что может помогать улучшению проникновения в геологическую среду. Уплотнения 26a, 26b могут приводиться в действие или управляться действием текучей среды гидроразрыва, нагнетаемой из окон 20 инструмента. В некоторых вариантах осуществления уплотнения 26a, 26b могут представлять собой манжетные уплотнения.
Сечение скважинного инструмента 18 согласно являющемуся примером варианту осуществления одного или нескольких аспектов настоящего изобретения показано на Фиг. 2. Инструмент 18 включает в себя блок 30 исполнительного механизма, созданный согласно варианту осуществления аспекта настоящего изобретения. Инструмент 18 также включает в себя блок 32 инструмента, установленный со стороны забоя от блока 30 исполнительного механизма, причем блок 32 инструмента создан согласно варианту осуществления аспекта настоящего изобретения. В показанном варианте осуществления блок 30 исполнительного механизма и блок 32 инструмента созданы образующими в совокупности комплектный скважинный инструмент 18. Вместе с тем, следует понимать, что блок 30 исполнительного механизма и блок 32 инструмента можно оборудовать независимыми друг от друга. Например, блок 30 исполнительного механизма можно применять для приведения в действие любого другого скважинного инструмента, такого как пакер, устройство управления притоком или т.п. Дополнительно, блок 32 инструмента может приводиться в действие любым другим подходящим исполнительным механизмом.
Скважинный инструмент 18 содержит кожух 34, который образует центральный канал 35 и проходит между соединительным узлом 36 со стороны устья и соединительным узлом 38 со стороны забоя. Соединительные узлы 36, 38 обеспечивают соединение инструмента 18 в трубную колонну 16 (Фиг. 1).
Окна 20 текучей среды созданы проходящими радиально через стенку кожуха 34 в зоне блока 32 инструмента, в котором окна 20, когда открываются, обеспечивают выпуск текучей среды из центрального канала 35 кожуха 34. Блок 32 инструмента включает в себя клапанный элемент в виде втулки 40, перемещающейся аксиально вдоль кожуха 34 из закрытого положения, в котором втулка 40 блокирует или закрывает окна 20, как показано на Фиг. 2, в открытое положение. Перемещение втулки 40 в открытое положение выполняется с помощью связанного с ней блока 30 исполнительного механизма, как описано ниже.
Блок 32 инструмента дополнительно включает в себя залавливающую втулку 41, установленную со стороны забоя от клапанной втулки 40. Показанная залавливающая втулка 41 является вариантом осуществления аспекта настоящего изобретения. Хотя залавливающая втулка 41 показана, как часть настоящего скважинного инструмента, понятно, что залавливающую втулку 41 можно применять в любом другом скважинном инструменте.
Залавливающая втулка 41 является перемещающейся из открытой конфигурации, показанной на Фиг. 2, в которой шар 48 может свободно проходить, в залавливающую конфигурацию при которой шар 48 может залавливаться. В настоящем варианте осуществления залавливающая втулка может действовать, залавливая шар и устанавливая отведение текучей среды из центрального канала 35 наружу через окна 20 текучей среды, когда окна открыты. Дополнительно, в настоящем варианте осуществления залавливающая втулка 41 управляется для перемещения в свою залавливающую конфигурацию с помощью перемещения клапанной втулки 40 к ее открытой конфигурации. Форма и работа клапанной втулки 40 и залавливающей втулки 41 подробно описаны ниже.
Блок 30 исполнительного механизма образует профиль 42 пошагового перемещения, созданный на внутренней поверхности кожуха 34. Профиль 42 пошагового перемещения включает в себя множество аксиально разнесенных кольцевых выемок 44, выполненных во внутренней поверхности кожуха 34. Втулка 46 пошагового перемещения устанавливается в кожухе 34 и выполняется с возможностью взаимодействия с профилем 42 пошагового перемещения для перемещения на некоторое число шагов дискретного линейного перемещения через кожух 34 при проходе соответствующего числа управляющих объектов, конкретно, шаров 48 в настоящем вариант осуществления. Показанная втулка 46 пошагового перемещения является вариантом осуществления аспекта настоящего изобретения. Втулка 46 пошагового перемещения перемещается дискретными шагами перемещения до достижения места приведения в действие в инструменте 18, где втулка 46 пошагового перемещения зацепляет и перемещает клапанную втулку 40 в направлении к забою для открытия окон 20.
На Фиг. 3 показана в изометрии втулка 46 пошагового перемещения, удаленная из кожуха 34, которая дополнительно описана ниже.
Втулка 46 пошагового перемещения включает в себя трубчатую конструкцию 49, которая образует центральный канал 50, соответствующий центральному каналу 35 кожуха 34. Центральный канал 50 имеет диаметр, обеспечивающий сквозной проход через него управляющего объекта, конкретно шаров 48.
Втулка 46 пошагового перемещения также включает в себя первую и вторую расположенные по окружности группы элементов 52, 54 зацепления которые расположены так, что группа первых элементов 52 зацепления аксиально отнесена от группы вторых элементов 54 зацепления. Элементы зацепления расположены в щелях 56, 58, выполненных в стенках конструкции 49. Как описано подробно ниже, группы элементов 52, 54 зацепления взаимодействуют с профилем 42 пошагового перемещения кожуха 34 для последовательного зацепления проходящим шаром 48 для перемещения втулки 46 пошагового перемещения на один шаг дискретного линейного перемещения. Конкретнее, элементы 52, 54 зацепления первой и второй группы выполнены с возможностью радиального перемещения в своих соответствующих щелях 56, 58 так, что каждая группа элементов 52, 54 зацепления перемещается альтернативно или в фазе, противоположной другой группе элементов 52, 54 зацепления при взаимодействии с профилем 42 пошагового перемещения во время перемещения втулки 46 пошагового перемещения через кожух 34. Такое альтернативное радиальное перемещение попеременно перемещает радиально внутрь и в центральный канал 50 втулки 46 пошагового перемещения первую и вторую группы элементов 52, 54 зацепления для последовательного зацепления проходящим шаром 48. Таким образом, проходящий шар 48 может зацеплять элементы 52, 54 зацепления одной из первой и второй групп для перемещения втулки 46 пошагового перемещения на часть дискретного шага перемещения, и затем последовательно зацеплять элементы 52, 54 зацепления другой одной из первой и второй групп для завершения дискретного шага перемещения втулки 46 пошагового перемещения.
Элементы 52, 54 зацепления установлены на дальнем конце соответствующих пальцев 60 разрезной гильзы, которые скреплены своими ближними концами со стенкой трубчатой конструкции 49. Пальцы 60 разрезной гильзы являются упруго деформирующимися для обеспечения радиального перемещения элементов 52, 54 зацепления при взаимодействии с профилем 42 пошагового перемещения. В настоящем вариант осуществления пальцы 60 разрезной гильзы свободны от напряжения, когда элементы 52, 54 зацепления установлены в радиально наружном положении и при этом удалены из центрального канала 50. Причем, пальцы 60 разрезной гильзы должны принудительно деформироваться при надлежащем взаимодействии между элементами 52, 54 зацепления и профилем 42 пошагового перемещения для перемещения элементов 52, 54 зацепления радиально внутрь в центральный канал 50 для обеспечения зацепления шаром 48. В таком устройстве пальцы 60 разрезной гильзы могут действовать, подпирая элементы 52, 54 зацепления в направлении перемещения радиально наружу из центрального канала 50.
В показанном варианте осуществления каждая щель 56, 58 втулки 46 пошагового перемещения вмещает два соответствующих входящих в зацепление элемента 52, 54. Дополнительно образованы щели 56, 58 между соответствующими удлиненными ребрами 62, 64. Каждое ребро 62, 64 включает в себя шлицевой элемент или шпонку 66, которые принимаются в соответствующие продольно проходящие щели или направляющие под шпонку (не показано на чертежах), выполненные в кожухе 34. Взаимодействие между шпонками 66 и продольными щелями или направляющими под шпонку может действовать, обеспечивая блокирование вращения втулки 46 пошагового перемещения относительно кожуха 34, при этом обеспечивая линейное перемещение втулки 46 пошагового перемещения через кожух 34. Такое устройство может облегчать фрезерование втулки 46 пошагового перемещения, если требуется.
В некоторых вариантах осуществления втулка 46 пошагового перемещения может включать в себя центрирующее устройство, обеспечивающее установку втулки 46 пошагового перемещения в кожухе 34 с требуемым зазором между ними. Например, в некоторых случаях шпонки 66, показанные на Фиг. 3, могут фактически действовать, напрямую взаимодействуя с внутренней поверхностью кожуха 34, таким образом обеспечивая центрирование с зазором, по меньшей мере равным толщине шпонок 66. Создание такого центрирования с зазором между кожухом 34 и втулкой 46 пошагового перемещения может помогать минимизировать торможение втулки 46 пошагового перемещения в кожухе 34, например, при скоплении отходов, таких как проппант.
Последовательность работы втулки 46 пошагового перемещения для перемещения на один дискретный шаг при проходе шара 48 описана подробно ниже и показана на Фиг. 4A-4E, на каждой из которых показана часть инструмента 18 в зоне блока 30 исполнительного механизма.
В показанной последовательности шар 48 перемещается в направлении стрелки 70, и таким образом действует, перемещая втулку 46 пошагового перемещения в том же направлении. Направление перемещения шара 48 в настоящем примере является направлением к забою. Вместе с тем, как описано более подробно ниже, втулка 46 пошагового перемещения может также перемещаться при проходе шара в противоположном направлении к устью скважины. При этом направление перемещения шара 48 можно считать направлением вниз по потоку.
Перед инициированием дискретного шага перемещения, как показано на Фиг. 4A, втулка 46 пошагового перемещения устанавливается в кожухе 34 так, что элементы 52 зацепления первой группы, которую можно считать группой, расположенной выше по потоку, установлены в радиально внутреннем положении и таким образом присутствуют в центральном канале 50, а элементы 54 зацепления второй группы, которую можно считать расположенной ниже по потоку группой, установлены в радиально наружном положении, и фактически размещены в кольцевой выемке 44a. Такая установка в нужное положение элементов 52, 54 зацепления получается с помощью аксиального интервала между элементами 52, 54 зацепления и аксиального интервала между или шага между кольцевыми выемками 44. При этом аксиальный интервал между элементами 52, 54 зацепления отличается от и конкретно превышает аксиальный интервал между смежными кольцевыми выемками 44. При этом, когда элементы 52, 54 зацепления одной из первой и второй групп размещены в кольцевой выемке 44 и установлены выступающими наружу из центрального канала 50, элементы 52, 54 зацепления другой одной из первой и второй группы должны устанавливаться между промежуточными смежными выемками 44 и таким образом устанавливаться выступающими внутрь в канал 50. Перемещении втулки 46 пошагового перемещения через кожух поэтому обеспечивает отличающееся радиальное положение элементов 52, 54 зацепления на окружности, обеспечивая поочередное взаимодействие с шаром.
Когда шар 48 достигает втулки 46 пошагового перемещения, шар 48 должен вставать в упор к первой или выше по потоку группе элементов 52 зацепления, как показано на Фиг. 4A, обуславливая начало перемещения втулки 46 пошагового перемещения, как показано на Фиг. 4B. Такое перемещение должно обуславливать в результате совмещение группы элементов 52 зацепления с выемкой 44b, и их перемещение радиально наружу из центрального канала 50, обеспечивая проход шара 48, как показано на Фиг. 4C. При этом одновременно элементы 54 зацепления второй группы должны отклоняться радиально внутрь, для установки в центральном канале 50, сместившись от кольцевой выемки 44. В связи с этим в показанном варианте осуществления выемки 44 и элементы 52, 54 зацепления образуют соответствующие наклонные или сужающиеся стороны, например, под углом около 45 градусов, для обеспечения или содействия взаимодействию во время относительного аксиального перемещения втулки 46 пошагового перемещения через кожух 34. Поскольку элементы 54 зацепления второй группы теперь установлены в радиально внутреннем положении, шар 48 должен вставать в упор к данным элементам 54 зацепления, таким образом продолжая перемещение втулки пошагового перемещения 48, как показано на Фиг. 4D.
В результате элементы 54 зацепления второй группы должны вновь совмещаться с кольцевой выемкой 44c, таким образом обеспечивая выпуск шара 48 и продолжение его перемещения в направлении вниз по потоку, как показано на Фиг. 4E. Одновременно элементы 52 зацепления первой группы должны устанавливаться между смежными кольцевыми выемками 44a, 44b, отклоняясь радиально внутрь, и вставая в положение для взаимодействия со следующим шаром.
Шар 48 может перемещать втулку 46 пошагового перемещения в первую очередь ударным воздействием на элементы 52, 54 зацепления, когда устанавливается в канале 50. То есть кинетическая энергия шара 48, проходящего через втулку 46 пошагового перемещения, может перемещать втулку 46.
Альтернативно или в дополнение, шар 48 может обеспечивать перемещение втулки 46 пошагового перемещения с помощью перепада давления между сторонами выше по потоку и ниже по потоку втулки 46 пошагового перемещения. Например, шар 48 может перемещаться потоком текучей среды, и когда шар 48 встает в упор к элементам зацепления, поток может дросселироваться, что может обеспечивать установление обратного давления, таким образом создавая требуемый перепад давления между сторонами выше по потоку и ниже по потоку втулки 46 пошагового перемещения. Дросселирование потока может создаваться между точками взаимодействия шара 48 с индивидуальными элементами 52, 54 зацепления. Альтернативно или в дополнение, дросселирование потока можно получить отведением потока между втулкой пошагового перемещения и кожухом 34 когда шар встает в упор к элементам 52, 54 зацепления.
Использование перепада давления для перемещения втулки 46 пошагового перемещения может обеспечивать получение мониторинга продвижения шара 48. Например, можно создавать систему 72 мониторинга, которая осуществляет мониторинг изменения давления при продвижении шара 48 через втулку пошагового перемещения. Такие изменения давления могут связываться с установкой в конкретное положение шара 48, что может давать полезную информацию оператору. Такое устройство может являться предпочтительным в вариантах, где несколько исполнительных механизмов оборудованы последовательно в трубной колонне, как показано на Фиг. 1. В альтернативном варианте осуществления можно применять акустическую систему мониторинга, которая ведет мониторинг акустических сигналов, генерируемых во время взаимодействия между шаром 48 и втулкой 46 пошагового перемещения.
Как отмечено выше, втулка пошагового перемещения функционально выполнена с возможностью перемещения шаром в противоположных направлениях. Пример такого устройства показан на Фиг. 4E и описан ниже. На Фиг. 4E втулка 46 пошагового перемещения установлена так, что элементы 52, 54 зацепления первой и второй группы должны последовательно зацепляться шаром, проходящим в направлении к забою. То есть элементы 52 зацепления первой группы установлены в радиально внутреннем положении для зацепления первыми проходящим шаром 48, а элементы 54 зацепления второй группы установлены в радиально наружном положении. При такой конфигурации в случае перемещения шара 48 в противоположном направлении, к устью скважины, шар 48 должен проходить вторую группу элементов 54 зацепления (которые теперь должны становиться элементами зацепления выше по потоку), и должен зацеплять первую группу элементов 52 зацепления (которые теперь должны становиться элементами зацепления ниже по потоку). После взаимодействия с первой группой элементов 52 втулка 46 пошагового перемещения должна перемещаться в направлении к устью скважины до совмещения с и размещения в кольцевой выемке 44b первой группы элементов 52, обеспечивающего выпуск шара 48 и продолжение его перемещения в направлении к устью скважины. Одновременно, вторая группа элементов 54 зацепления должна подпираться, выходя из выемки 44, и при этом перемещаться радиально внутрь. Таким образом, в данном положении с измененной конфигурацией элементы 52, 54 зацепления первой и второй группы могут последовательно взаимодействовать с дополнительным шаром, проходящим в направлении к устью скважины. При этом первый шар, проходящий в направлении к устью скважины, может изменить конфигурацию втулки 46 пошагового перемещения для обеспечения последующего зацепления элементов 52, 54 следующим проходящим шаром.
В являющейся примером скважинной системе Фиг. 1 некоторое число инструментов 18 расположены последовательно и выполнены с возможностью приведения в действие в требуемой последовательности. Такую требуемую последовательность можно получить с помощью надлежащей начальной установки в нужное положение втулки 46 пошагового перемещения в каждом инструменте 18, при этом инструменты 18 включаются в работу, реагируя на проход различного числа шаров. Такая возможность создания системы, которая обеспечивает получение требуемой последовательности приведения в действие на основе начальной установки в нужное положение соответствующих втулок пошагового перемещения, подробно описана ниже. Вместе с тем, поскольку последовательная работа индивидуальных инструментов 18 может зависеть от прохода индивидуальных шаров, важной является регистрация каждого шара в результате прохода через втулку пошагового перемещения и надежное перемещение им втулки пошагового перемещения на требуемый дискретный шаг. Если шар проходит без перемещения втулки пошагового перемещения на соответствующий дискретный шаг, то данное может нарушать требуемую последовательность приведения в действие. Изобретатели идентифицировали возможность такого прохода шара без регистрации подсчета, если два шара проходят через втулку пошагового перемещения быстро сменяя друг друга. Если проблема такого случая не решается, идущий сзади шар может проходить за ведущим шаром без регистрации соответствующих отдельных дискретных шагов перемещения.
В настоящем варианте осуществления первая и вторая группы элементов 52, 54 зацепления расположены относительно друг друга (конкретно, через аксиальные интервалы между элементами 52, 54) с возможностью обеспечения установки только одного шара 48 между ними в любой момент времени. При этом аксиальная зона между первой и второй группой элементов 52, 54 зацепления может образовывать ловушку для шара. Как показано на Фиг. 4C, когда шар 48 вначале входит в данную зону ловушки для шара между первой и второй группами элементов 52, 54 зацепления, шар 48 должен взаимодействовать с элементами 54 второй группы. В данном положении элементы 52 первой группы установлены в радиально наружном положении. Вместе с тем, должно не допускаться дальнейшее продвижение любого следующего или идущего сзади шара, прибывающего во втулку 46 пошагового перемещения в данный момент времени, вследствие взаимодействия с шаром 48, который установлен в ловушке шара. При продвижении вперед втулки 46 пошагового перемещения элементы 54 второй группы должны в результате перемещаться радиально наружу и таким образом обеспечивать выпуск шара, как показано на Фиг. 4E. Вместе с тем, одновременно элементы 52 первой группы должны перемещаться радиально внутрь и таким образом должны предотвращать продвижение вперед любого идущего сзади шара, по меньшей мере исключать действие идущего сзади шара по перемещению втулки 46 пошагового перемещения на соответствующий дискретный шаг перемещения.
Блок 32 инструмента скважинного инструмента 18 подробно описан ниже со ссылкой на Фиг. 5, на которой показан с увеличением инструмент 18 Фиг. 2 в зоне блока 32 инструмента. Блок 32 инструмента показан в начальной конфигурации с клапанной втулкой 40 в закрытом положении и залавливающей втулкой 41 в открытой конфигурации. Ниже описаны различные элементы блока 32 инструмента в данной начальной конфигурации. Затем описана последовательная работа, обеспечивающая изменение данной начальной конфигурации блока 32 инструмента.
Клапанная втулка 40 образует центральный канал 45, и залавливающая втулка 41 также образует центральный канал 47, при этом каналы 45, 47 соответствуют друг другу и центральному каналу 35 кожуха 34.
В своем закрытом положении клапанная втулка 40 блокирует окна 20 текучей среды, здесь кольцевые уплотнения 80 круглого сечения установлены с противоположных аксиальных сторон окон 20 текучей среды для осуществления изоляции. Клапанная втулка 40 аксиально закреплена относительно кожуха 34 некоторым числом срезных болтов 82 (только один показан в сечении Фиг. 5). Клапанная втулка 40 включает в себя множество окон 84. Как описано более подробно ниже, для перемещения клапанной втулки 40 к открытому положению аксиальное управляющее усилие прикладывается втулкой 46 пошагового перемещения (не показано на Фиг. 5) вначале для срезания болтов 82 и затем совмещения окон 84 втулки с окнами 20 в кожухе 34. Клапанная втулка 40 включает в себя шпонку 86 в своей наружной поверхности, которая размещается в продольном шпоночном пазу 88, созданном во внутренней поверхности кожуха 34. Взаимодействие между шпонкой 86 и пазом 88 предотвращает относительное вращение между клапанной втулкой 40 и кожухом 34, таким образом поддерживая окна 84 втулки выставленными в правильном положении по окружности относительно окон 20 в кожухе 34.
Клапанная втулка 40 включает в себя кольцевую выемку 90 в наружной поверхности, проходящую в направлении вверх от аксиального конца 92 со стороны забоя и заканчивающуюся на кольцевом несущем нагрузку уступе 93. Такая выемка 90 образует кольцевой кожух 94, который в показанной конфигурации проходит в центральный канал 47 залавливающей втулки 41, и специально устанавливается внутри аксиального конца 96 со стороны устья залавливающей втулки 41, при этом конец 96 со стороны устья залавливающей втулки 41 устанавливается в кольцевой выемке 90 клапанной втулки 40. В данном устройстве кожух 94 физически изолирует концевую поверхность 98 со стороны устья залавливающей втулки 41, и таким образом действует, предотвращая взаимодействие проходящего шара, или другого объекта с концевой поверхностью 98 со стороны устья, при котором может иначе повреждаться залавливающая втулка 41, случайно или преждевременно приводиться в действие залавливающая втулка 41, или т.п. То есть изобретателями учтено, что шар может не следовать идеальной линейной траектории, проходя через инструмент 18, и фактически может непрерывно ударяться в или рикошетировать от внутренних поверхностей инструмента 18. Если такой удар происходит на концевой поверхности 98 залавливающей втулки 41, то сила удара может являться достаточной для обеспечения приведения в действие залавливающей втулки 41, и/или может вызывать повреждение залавливающей втулки 41.
Залавливающая втулка 41 вначале закреплена относительно кожуха 34 некоторым числом срезных болтов 100 (только один показан на Фиг. 5). В данной начальной конфигурации залавливающая втулка 41 установлена относительно клапанной втулки 40 так, что образуется аксиальный интервал или разделительный зазор между несущим нагрузку уступом 93 клапанной втулки 40 и концевой поверхностью 98 со стороны устья залавливающей втулки 41. Такое начальное разделение может образовывать устройство мертвого хода в инструментальном блоке 32. То есть, когда инициируется аксиальное перемещение клапанной втулки 40, разделительный зазор должен закрываться перед последующим взаимодействием между несущим нагрузку уступом 93 клапанной втулки 40 и концевой поверхностью 98 залавливающей втулки 41, при этом последующая аксиальная нагрузка, приложенная клапанной втулкой 40, может срезать болты 100 и затем обуславливать аксиальное перемещение залавливающей втулки 41 к своей залавливающая конфигурации, что подробно описано ниже.
Конец 96 со стороны устья залавливающей втулки 41 образует трубчатую часть со стороны устья, которая включает в себя некоторое число окон 102. Данные окна 102 могут действовать, обеспечивая циркуляцию текучей среды за залавливающей втулкой 41, например, для осуществления циркуляции или удаления отходов. Данные окна 102 могут также предотвращать возникновение гидравлической пробки, предотвращая перепад давления между внутренним и внешним пространством на клапанной втулке 40.
Залавливающая втулка 41 включает в себя множество пальцев 104 разрезной гильзы, проходящих продольно от трубчатой части 96 со стороны устья, причем каждый палец 104 разрезной гильзы несет элемент 106 седла на своем дальнем конце. Пальцы 104 разрезной гильзы являются упруго деформирующимися с продольным изгибом для обеспечения элементам 106 седла селективного радиального перемещения относительно центрального канала 47 залавливающей втулки 41. Дополнительно, пальцы 104 разрезной гильзы имеют толщину, меняющуюся по длине, что действует, обеспечивая более равномерный изгиб по длине с соответствующим равномерным распределением возникающих напряжений. В показанном варианте осуществления пальцы 104 уменьшаются в толщине от трубчатой части 96 со стороны устья к элементу 106 седла.
Когда элементы 106 седла установлены в радиально наружном положении, как показано на Фиг. 5, шар может проходить с минимальным взаимодействием с элементами 106 седла. Вместе с тем, когда элементы 106 седла установлены в радиально внутреннем положении, как описано более подробно ниже, элементы 106 седла вместе образуют сужение в центральном канале 47, и таким образом могут зацепляться проходящим шаром. Когда элементы 106 седла установлены в радиально внутреннем положении с залавливающей втулкой 41, которой придана залавливающая конфигурация, шар может зацеплять элементы и вставать в упор к элементам 106 седла и при этом залавливаться в залавливающую втулку 41.
Блок 32 инструмента дополнительно содержит кольцевую выемку 108, которой придан профиль для приема элементов 106 седла, когда элементы 106 седла установлены в радиально наружном положении. В настоящем варианте осуществления пальцы 104 разрезной гильзы создают подпирающую силу, при этом элементы 106 седла подпираются радиально наружу, размещаются в кольцевой выемке 108 и таким образом устанавливаются в положение, обеспечивающее проход шара. Когда элементы 106 седла установлены в радиально наружном положении и расположены в выемке 108, создается периферический зазор 110 между смежными элементами 106 седла. Когда элементы 106 седла перемещаются радиально внутрь, данные периферические зазоры 110 закрываются, и в некоторых вариантах осуществления смежные элементы 106 седла входят в контакт или устанавливаются весьма близко друг к другу, образуя по существу непрерывную кольцевую конструкцию.
Каждый элемент 106 седла включает в себя поверхность 112 седла со стороны устья, выполненную с возможностью зацепления шаром при его перемещении в направлении к забою. Поверхности 112 седла со стороны устья могут выполняться с возможностью создания по существу полного или непрерывного контакта с шаром. Такое устройство может осуществлять уплотнение между шаром и элементами 106 седла. Такое уплотнение может обеспечивать шару уплотнение при контакте в залавливающем элементе 41 и при этом по существу изолировать центральный канал 47. Данное может обеспечивать надлежащее отведение текучей среды из центрального канала через окна 20 текучей среды. Также, в некоторых вариантах осуществления такое уплотнение в упор к элементам 106 седла может обеспечивать регулирование давления со стороны устья от залавливающей втулки 41. Дополнительно, такое уплотнение шара в залавливающей втулке 41 может обеспечивать приведение в действие залавливающей втулки 41, например, с помощью перепада давления, установленного между обращенной к устью и обращенной к забою сторонами, залавливающей втулки 41.
В настоящем варианте осуществления поверхности 112 седла со стороны устья имеют в общем выпуклую форму, что дает значительные преимущества при зацеплении шара, который также имеет выпуклую поверхность, как описано более подробно ниже.
Каждый элемент 106 седла включает в себя поверхность 114 седла со стороны забоя, выполненную с возможностью зацепления шаром при проходе направлении к устью скважины. Такое устройство может обеспечивать одному или нескольким шарам вход в контакт с элементами 106 седла при подаче обратным потоком через инструмент, например, для обеспечения возврата шаров на поверхность, обеспечения включения реверса инструмента, например, для закрытия клапанной втулки 40. Дополнительно, такой обратный поток может обеспечиваться или инициироваться для содействия прочистке засора в инструменте или связанной с ним колонне.
Поверхности 114 седла со стороны забоя в показанном варианте осуществления включают в себя соответствующие щели 116, которые обеспечивают текучей среде обход шара, когда последний прижат в упор к поверхностям 116 седла со стороны забоя. Такой обход текучей среды может являться предпочтительным в случае захвата шара на поверхностях 114 седла со стороны забоя. Данное может являться особенно предпочтительным в эксплуатационных скважинах, поскольку эксплуатацию можно продолжать даже в случае прихвата шара. Щели 116 образуют разрывы в поверхностях 114 седла, так что, когда шар находится в контакте с седлом, разрывы могут создавать в некотором роде байпас текучей среды.
Залавливающая втулка 41 смещается в направлении к устью скважины спиральной пружиной 118, которая действует между кольцевым выступом 120, выполненным на наружной поверхности трубчатой части 96 со стороны устья залавливающей втулки 41 и кольцевой зоной 122. Спиральная пружина 118 также действует, блокируя вращение залавливающей втулки 41 относительно кожуха 34. То есть обращенный к забою конец пружины 118 может удерживаться от вращения относительно кожуха 34, и обращенный к устью конец пружины 118 может удерживаться от вращения относительно залавливающей втулки 41. Крепление, удерживающее от вращения залавливающую втулку 41 относительно кожуха 34 может обеспечивать обработку металлорежущим инструментом залавливающей втулки 41, например выбуривание, которое может требоваться, как часть ремонтных работ, например в случае, если залавливающая втулка 41 не выпускает шар.
Блок 32 инструмента дополнительно содержит выпускающую втулку 124, которая вначале удерживается в положении, показанном на Фиг. 5 множеством срезных болтов 126. Выпускающая втулка 124 включает в себя цилиндрическую внутреннюю опорную поверхность 128, которая образует зону уменьшенного внутреннего диаметра относительно кольцевой выемки 108.
Когда залавливающая втулка 41 перемещается аксиально в направлении к забою, что должно обуславливать аксиальное перемещение клапанной втулки 40 к открытому положению, элементы 106 седла должны перемещаться из кольцевой выемки 108 и взаимодействовать с внутренней опорной поверхностью 128 выпускающей втулки 124, и при этом отклоняться радиально внутрь, в центральный канал 47 и вставать в положение для зацепления шаром. Поскольку элементы 106 седла в данном положении радиально закрепляются выпускающей втулкой 124, зацепленный шар должен залавливаться в залавливающей втулке 41.
Выпускающая втулка 124 включает в себя кольцевой уступ 130 который, как подробно описано ниже, зацепляется элементами 106 седла так, что залавливающая втулка 41 может прикладывать аксиальную нагрузку в направлении к забою на выпускающей втулке 124.
Кожух 34 образует или включает в себя выпускающую выемку 132, которая вначале закрыта выпускающей втулкой 124. Когда подходящая аксиальная нагрузка прикладывается на выпускающей втулке 124 залавливающей втулкой 41 для срезания болтов 126, выпускающая втулка 124 может перемещаться аксиально, открывая выпускающую выемку 132. Когда открыта, выпускающая выемка 132 может принимать элементы 106 седла, таким образом обеспечивая придание залавливающей втулке 41 выпускающей конфигурации.
На Фиг. 6A-6D показана в изометрии залавливающая втулка 41 на последовательных этапах изготовления. Цилиндрический компонент 41a, например, металлический компонент, создается в виде, показанном на Фиг. 6A, и залавливающая втулка 41 вначале обрабатывается на металлорежущих станках и получается, как единая деталь, показанная на Фиг. 6B. При этом залавливающая втулка 41 включает в себя трубчатую часть 96 со стороны устья с окнами 102 и с кольцевым выступом 120 для взаимодействия со спиральной пружиной 118 (Фиг. 5). В связи с этим кольцевой выступ 120 включает в себя разрывы 140, выполненные по окружности. В работе по меньшей мере один разрыв 140 принимает аксиальный участок спиральной пружины 118 для удержания от вращения вместе залавливающей втулки и спиральной пружины 118.
Элементы 106 седла вначале выполняются как сплошная кольцевая конструкция 142, с формой, которую элементы 106 седла принимают, когда установлены в радиально внутреннем положении для залавливания шара. Пальцы 104 разрезной гильзы создаются, как продольные ребра, которые проходят с небольшим сужением, внутрь от трубчатой части 96 со стороны устья до сплошной кольцевой структуры 142. Ребра образуют щели 105 между собой. После выполнения в таком виде кольцевая конструкция 142 разделяется с помощью электроэрозионного резания для образования индивидуальных элементов 106 седла, как показано на Фиг. 6C. Следом за данным разделением пальцы 104 разрезной гильзы пластически деформируются радиально наружу для придания формы, показанной на Фиг. 6D, с помощью прессования на оправке, например.
Вместе с тем в альтернативном варианте осуществления залавливающая втулка 41 может устанавливаться в инструменте в форме Фиг. 6C. При этом проход шара может обуславливать отклонение элементов 106 седла радиально наружу, до закрепления элементов 106 седла радиально выпускающей втулкой 124, при этом шар не сможет больше отклонять элементы 106 седла и таким образом должен залавливаться залавливающей втулкой 41.
На Фиг. 7A-7I показан полный цикл работы инструмента 18 Фиг. 2, описанный ниже. В связи с этим, на Фиг. 7A-7I проиллюстрирована последовательность перемещения шаром 48 втулки 46 пошагового перемещения относительно финального шага дискретного линейного перемещения для приведения в действие клапанной втулки 40 и залавливающей втулки 41 для выполнения гидроразрыва пласта и затем обеспечения выпуска шара 48.
На Фиг. 7A показана втулка 46 пошагового перемещения, установленная в бесконтактном взаиморасположении с клапанной втулкой 40, в котором элементы 52 зацепления первой группы установлены в радиально внутреннем положении в готовности к зацеплению приближающимся шаром 48. Дополнительно, клапанная втулка 40 установлена в своем закрытом положении, закрывая окна 20, и залавливающая втулка 41 установлена в своей открытой конфигурации, при этом элементы 106 седла установлены в радиально наружном положении.
На Фиг. 7B шар 48 зацепляет элементы 52 зацепления первой группы для перемещения втулки 46 пошагового перемещения в зацепление с клапанной втулкой 40, таким образом, прикладывая аксиальную нагрузку на клапанную втулку 40 и срезая болты 82, которые вначале удерживают клапанную втулку 40 в ее закрытом положении. Шар 48 должен продолжать перемещение втулки 46 пошагового перемещения и клапанной втулки 40 до совмещения элементов 52 зацепления первой группы с выемкой 40, обеспечивая шару 48 продвижение вперед и зацепление элементов 54 зацепления второй группы, которые отклонены радиально внутрь, как показано на Фиг. 7C. При этом перемещение втулки 46 пошагового перемещения и клапанной втулки 40 может продолжаться через кожух 34 шаром 48 до входа в контакт несущего нагрузку уступа 93 клапанной втулки 40 с обращенной к устью аксиальной концевой поверхностью 98 залавливающей втулки 41, обеспечивающего приложение аксиальной нагрузки на залавливающую втулку 41 для срезания болтов 100, вначале удерживающих залавливающую втулку 41 в ее открытой конфигурации.
Шар 48 может продолжать перемещение втулки 46 пошагового перемещения с помощью зацепления элементами 54 зацепления второй группы, и при этом также перемещать клапанную втулку 40 и залавливающую втулку 41. Как показано на Фиг. 7D клапанная втулка 40 должна в результате достичь своего полностью открытого положения, в котором окна 84 втулки совмещаются с окнами 20 текучей среды. Дополнительно, залавливающая втулка 41 должна в результате устанавливаться в свою залавливающую конфигурацию, также показанную на Фиг. 7D, при этом элементы 106 седла залавливающей втулки 41 перемещаются из соответствующей выемки 108 на опорную поверхность 128 выпускающей втулки 124, таким образом отклоняя элементы 106 седла радиально внутрь как показано на Фиг. 7D.
Как показано на Фиг. 7D, в результате элементы 54 зацепления второй группы должны совмещаться с кольцевой выемкой 44 в кожухе 34, конкретно, самой нижней кольцевой выемкой 44d, обеспечивая выпуск шара 48 из втулки 46 пошагового перемещения и продолжение его перемещения в направлении к забою. В связи с этим следует отметить, что две самых нижних кольцевых выемки, 44d, 44e создаются разделенными аксиальным интервалом друг от друга, который совпадает с аксиальным интервалом между элементами 52, 54 зацепления первой и второй группы. Данное обеспечивает всем элементам 52, 54 зацепления установку в выемку 44d, 44e после конечного шага дискретного линейного перемещения втулки 46 пошагового перемещения, таким образом эффективно отключая втулку 46 пошагового перемещения. Дополнительно, в данном положении втулка 46 пошагового перемещения действует, блокируя клапанную втулку 40 в открытом положении.
Как показано на Фиг. 7E, выпущенный шар 48 должен в результате залавливаться элементами 106 седла залавливающей втулки 41 с измененной конфигурацией, таким образом устанавливая блокировку ниже открытых окон 20, функционируя как отклонитель потока, обеспечивающий подачу существу всего потока, проходящего через центральный канал 35 инструмента 18, радиально наружу из окон 20 для гидроразрыва окружающего пласта, как показано на Фиг. 1. Дополнительно, блокировка, достигнутая шаром 48 может обеспечивать получение нужного давления текучей среды над шаром 48, требуемого для получения надлежащего гидроразрыва окружающего пласта.
В конкретном раскрытом варианте осуществления окна 20 открываются перед установкой шара 48 в залавливающую втулку 41, как показано на Фиг. 7D. В таком устройстве шар 48 должен резко блокировать или по существу блокировать столб текучей среды, устанавливающийся над шаром 48, когда шар 48 становится в упор к элементам 106 седла залавливающей втулки 41, как на Фиг. 7E. Если окна 20 выполнены с возможностью немедленного обеспечения полной подачи, такая быстрая блокировка столба текучей среды над шаром 48 может давать в результате начальный выброс с высокой скоростью текучей среды через окна 20. Данное может создавать начальное ударное действие текучей среды, что может являться предпочтительным в улучшении начального проникновения в геологическую среду выброшенной текучей среды.
Вместе с тем, в некоторых ситуациях данная начальная блокировка столба текучей среды может создавать значительную ударную нагрузку на залавливающую втулку 41 и при этом на выпускающую втулку 124. Данная начальная импульсная сила может иметь достаточную величину для приведения в действие выпускающей втулки 124, возможно обуславливая преждевременный выпуск шара 48 до достижения достаточного гидроразрыва окружающего пласта. Для решения указанной проблемы в настоящем изобретении можно применять дроссельное устройство, которое действует, вначале дросселируя выпуск текучей среды через окна 20 при начальном открытии.
В настоящем являющемся примером варианте осуществления такое дроссельное устройство содержит не стойкую к эрозии втулку 150, лучше всего показанную с увеличением на Фиг. 7F, которая устанавливается на наружной поверхности кожуха 34 на месте окна 20. Втулка 150, которая может выполняться из алюминия, включает в себя множество калиброванных отверстий 152, совпадающих с соответствующими окнами 20. Когда инициируется проход потока через окна 20, отверстия 152 действуют, дросселируя поток. Вместе с тем, со временем отверстия 152 увеличиваются, благодаря эрозии, которая может являться значительной в вариантах осуществления, где текучая среда содержит проппант, так что эффект дросселирования должен уменьшаться, до установления условия максимального расхода.
Инструмент 18 показан с увеличением в зоне шара 48 на Фиг. 7E и в зоне элементов 106 седла залавливающей втулки 41 на Фиг. 7G. В показанной конфигурации элементы 106 седла взаимодействуют с несущим нагрузку уступом 130 выпускающей втулки 124. Каждый элемент 106 седла включает в себя V-образную канавку 160, выполненную в радиальной наружной поверхности, которая выполнена с возможностью обеспечивать сцепление с несущим нагрузку профилем 130 выпускающей втулки 124.
Как отмечено выше, поверхности 112 седла со стороны устья элементов 106 седла образуют выпуклый профиль. Такой выпуклый профиль обеспечивает получение небольшой зоны контакта с шаром 48, и конкретно установление небольшой зоны контакта по окружности. Данная небольшая зона контакта может обеспечивать получение улучшенного контроля траектории действия нагрузок от шара 48, проходящего через элементы 106 седла. В частности, вектор 162 нагрузки, установленный зацепленным шаром 48 можно контролировать для совмещения с V-образными канавками 160, выполненными в элементах 106 седла, при этом нагрузка от шара 48 может напрямую передаваться на выпускающую втулку 124 через несущий нагрузку уступ 130 выпускающей втулки 124. Такое устройство может минимизировать создание изгибающих моментов на соответствующих пальцах 104 разрезной гильзы.
Кроме того, минимизация зоны контакта между шаром 48 и элементами 106 седла может уменьшать риск обжатия шара 48 или иного деформирования в элементах 106 седла, которое может обуславливать прихват шара 48 в залавливающей втулке 41.
Когда следует изменить конфигурацию залавливающей втулки 41 на выпускающую конфигурацию, обеспечивающую выпуск заловленного шара 48, требуется смещение выпускающей втулки 124 и открытие соответствующей выпускающей выемки 132. В настоящем варианте осуществления данное получается с помощью увеличения давления на обращенную к устью сторону шара 48 для увеличения нагрузки, приложенной на выпускающей втулке 124 через элементы 106 седла, до срезания срезных болтов 126, удерживающих выпускающую втулку 124 на месте, при этом давление со стороны устья от шара 46 может действовать, перемещая залавливающую втулку 41 и выпускающую втулку 124 в направлении вниз, как показано на Фиг. 7H. Когда в данной конфигурации пружина 118 сжимается залавливающей втулкой 41 так, что выпускающее давление со стороны устья от шара 48 должно обуславливать продавливание смещающей силой пружины 118 залавливающей втулки 41 в направлении к устью скважины до совмещения элементов 106 седла с незакрытой выпускающей выемкой 132, как показано на Фиг. 7I. При указанном совмещении, пальцы 104 разрезной гильзы должны разжиматься и при этом перемещать элементы 106 седла радиально наружу для приема в выпускающую выемку 132, обуславливая выпуск шара 48.
Как описано выше и в общем показано на Фиг. 1, многочисленные инструменты 18 согласно изобретения можно оборудовать, как часть скважинной системы, например, системы гидроразрыва пласта, при этом инструменты вначале выполняют с возможностью приведения в действие после прохода различного числа шаров. Индивидуальные инструменты 18 могут вначале выполняться с надлежащей установкой соответствующих втулок 46 пошагового перемещения относительно кожуха 34 и, конкретно, относительно профиля 42 пошагового перемещения кожуха 34. Соответствующие примеры показаны на Фиг. 8A, 8B и 8C. На Фиг. 8A показано сечение инструмента 18a Фиг. 1, на Фиг. 8B показано сечение ближайшего к нему со стороны устья инструмента 18b Фиг. 1 и на Фиг. 8C показано сечение инструмента 18c Фиг. 1.
Втулка 46а пошагового перемещения инструмента 18a установлена в кожухе 34a так, что должна перемещаться на один дискретный шаг перемещения проходом одного шара, приводя в действие связанные клапанную втулку 40a и залавливающую втулку 41a.
Втулка 46b пошагового перемещения инструмента 18b установлена в кожухе 34b так, что должна перемещаться на два дискретных шага перемещения проходом двух шаров, приводя в действие связанные клапанную втулку 40b и залавливающую втулку 41b.
Втулка 46с пошагового перемещения инструмента 18c установлена в кожух 34c так, что должна перемещаться на три дискретных шага перемещения проходом трех шаров, приводя в действие связанные клапанную втулку 40c и залавливающую втулку 41c.
Соответственно, начальный шар, сброшенный для прохода через всю систему, должен последовательно зацеплять втулки пошагового перемещения 46c, 46b, 46a каждого инструмента 18c, 18b, 18a, перемещая их на дискретный шаг перемещения, при этом только клапанная втулка 40a и залавливающая втулка 41a самого нижнего инструмента 18a приводятся в действие. Второй шар должен перемещать каждую втулку 46с, 46b пошагового перемещения на один дискретный шаг перемещения, при этом только клапанная втулка 40b и залавливающая втулка 41b инструмента 18b приводятся в действие. Третий шар может затем приводить в действие инструмент 18c. Данное устройство можно применять для размещения большого числа индивидуальных инструментов в общей системе, например, с числом от двух до пятидесяти, и даже больше, если требуется.
В вариантах осуществления, где многочисленные инструменты 18 применяются последовательно в общей системе важно обеспечивать установку соответствующих втулок 46 пошагового перемещения на правильных начальных местах в кожухе 34. Аспекты настоящего изобретения могут обеспечивать проверку местоположения втулки 46 пошагового перемещения перед спуском соответствующих инструментов 18 в ствол скважины. В связи с этим, контрольное устройство 200 согласно варианту осуществления аспектов настоящего изобретения показано на Фиг. 9, применяемое с инструментом 18, первым показанным на Фиг. 2.
Контрольное устройство 200 содержит контрольный объект 202, выполненный в форме шара, который является аналогичным шару, применяемому для приведения в действие втулки 46 пошагового перемещения. Контрольное устройство дополнительно содержит удлиненный элемент 204, при этом контрольный объект устанавливается на одном конце удлиненного элемента 204. Удлиненный элемент можно создать в виде звеньев, соединенных вместе соединительными узлами 205. Удлиненный элемент 204 включает в себя одну или несколько отметок 206. В работе контрольный объект 202 вставляется в обращенный к забою конец инструмента 18 до входа в контакт с элементами 52 зацепления первой группы втулки 46 пошагового перемещения, причем удлиненный элемент 204 выступает из инструмента 18. В таком устройстве отметки 206 могут создавать видимую привязку, которая обеспечивает пользователю идентификацию или определение положения втулки 46 пошагового перемещения.
На Фиг. 10 показан модифицированный вариант осуществления скважинного инструмента 18, первым показанного на Фиг. 2. В частности, на Фиг. 10 показано сечение модифицированного инструмента 18 в зоне блока 30 исполнительного механизма. В данной модификации кожух 34 включает в себя множество модулей 234a, 234b, 234c, 234d, которые скреплены вместе с расположением торец к торцу обычными резьбовыми соединительными узлами для образования комплектного кожуха 34. Каждый модуль 234a, 234b, 234c, 234d кожуха содержит некоторое число кольцевых выемок 44, которые вместе образуют комплектный профиль пошагового перемещения инструмента 18. Такое модульное устройство инструмента 18 может минимизировать потребность в заказных системах и может обеспечивать приспособление к многочисленным конкретным ситуациям при базовом оснащении индивидуальными модулями 234a, 234b, 234c, 234d, например, содержащими пять или десять выемок 44 каждый.
В модифицированном варианте осуществления Фиг. 10 выполнены две самых верхних кольцевых выемки 44f, 44g с аксиальным интервалом между ними, который совпадает с аксиальным интервалом между элементами 52, 54 зацепления первой и второй группы, выполненными на втулке 46 пошагового перемещения. Такое устройство может обеспечивать втулке пошагового перемещения отключение перед приведением в действие инструмента. Например, как показано на Фиг. 11, толкатель 240 может спускаться в инструмент для взаимодействия со сдвигающим профилем 242 на втулке 46 пошагового перемещения для вытягивания профиля пошагового перемещения в направлении к устью скважины до установки элементов 52, 54 зацепления в соответствующей выемке 44f, 44g.
Как описано выше и показано на Фиг. 1, индивидуальные инструменты 18 могут при необходимости включать в себя уплотнения 26a, 26b, содействующие нацеливанию текучей среды гидроразрыва в окружающий пласт 14. Такие уплотнения можно создать согласно дросселям или пакерам, раскрытым в заявке UK patent application GB1112744.6 и/или заявке PCT application no. PCT/GB2012/051788.
Являющийся примером вариант осуществления таких уплотнительных элементов 26a, 26b показан на Фиг. 12, где уплотнительные элементы 26a, 26b устанавливаются, например, с помощью скольжения на инструмент 18.
На Фиг. 13 показано уплотнение 26b в конфигурации спуска в скважину (следует отметить, что уплотнение 26a соответствует показанному). Уплотнение 26b в общем является цилиндрическим, имеющим центральную ось 370 и сквозной канал 380. Уплотнение 26b собрано из нескольких компонентов: мандрель 310; дроссельный узел в виде свабирующего узла 360; и уплотнительное резервное устройство 350, каждый из данных компонентов расположен коаксиально вокруг центральной оси 370.
Мандрель 310 создается, как корпус или вал для уплотнения 26b и сужается к одному концу 310t. На противоположном конце мандрель 310 имеет концевую поверхность 310e перпендикулярную центральной оси 370. Цилиндрическая внутренняя поверхность 312 мандрели 10 образует сквозной канал 80 и обеспечивает надевание мандрели 310 на другую трубу (не показано) как части колонны насосно-компрессорных труб. Вместе с тем, в некоторых вариантах осуществления мандрель 310 может образовывать часть кожуха 34 инструмента 18.
К сужающемуся концу 310t наружная поверхность мандрели 310 имеет цилиндрическую кольцевую канавку 311, выполненную в ней для приема конца установочного винта 313, который крепит свабирующий узел 360 к мандрели 310.
Когда уплотнение 26b правильно собрано, оно образует относительно компактную конфигурацию спуска в скважину, показанную на Фиг. 12 и 13 (или схематично на Фиг. 14A).
Когда инициируется проход потока через окна 20 инструмента 18, уплотнение 26b (а также 26a) должно приводиться в действие. Вначале поток текучей среды поверх уплотнения 26b обуславливает сопротивление трения поверх свабирующего узла 360. Действие трения потока текучей среды с достаточно высокой скоростью над порогом увлекает свабирующий узел 360 наружу в направлении потока. Поток может затем действовать на нижнюю сторону свабирующего узла 360 и дополнительно поджимать его радиально наружу до входа в контакт со стенкой ствола 12 скважины, как показано на Фиг. 14B. При расположении уплотнений 26a, 26b обращенными друг к другу, поток из окон 20 инструмента 18 может приводить в действие оба уплотнения 26a, 26b.
На Фиг. 15A-15D показан блок 432 инструмента скважинного инструмента 418, имеющий соединительное устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Скважинный инструмент 418 и блок 432 инструмента являются аналогичными скважинному инструменту 18 и блоку 32 инструмента, описанным выше, и аналогичные элементы скважинного инструмента 418 и блока 432 инструмента показаны аналогичными позициями с увеличением на 400.
Блок 432 скважинного инструмента содержит кожух 434, имеющий некоторое число боковых окон 420 текучей среды (два боковых окна 420 текучей среды показаны), клапанную втулку 440, установленную с возможностью скольжения в кожухе 434 и также имеющую некоторое число боковых окон 484 текучей среды (показаны два боковых окна 484 текучей среды), залавливающую втулку 441, установленную с возможностью скольжения в кожухе 434, и соединительное устройство C.
В работе клапанная втулка 440 устанавливается в закрытую конфигурацию, в которой проход потока текучей среды через окна 420, 484 предотвращается или открытую конфигурацию, в которой проход потока текучей среды обеспечивается, при этом залавливающая втулка 441 приводится в действие клапанной втулкой 440, перемещаясь между открытой конфигурацией (показано на Фиг. 15A) и залавливающей конфигурацией (показано на Фиг. 15B), подходящей для залавливания объекта, такого как шар. Вращение клапанной втулки 440 передается на залавливающую втулку 441 и кожух 434 через соединительное устройство C и обеспечивает блокирование для вращения и/или обеспечивает совмещение для вращения клапанной втулки 440, залавливающей втулки 441 и кожуха 434, в котором также обеспечивая относительное аксиальное перемещение между клапанной втулкой 440, залавливающей втулкой 441 и кожухом 434.
Соединительное устройство C в показанном варианте осуществления содержит радиально проходящие шпонки 486, установленные в выемках 485, созданных в ступенчатом участке 489 наружной поверхности клапанной втулки 441, причем шпонки 486 проходят радиально от клапанной втулки 441 и через соответствующие щели 487 в залавливающей втулке 441 и в множество выемок 488, созданных во внутренней поверхности стенки кожуха 434.
В работе соединительное устройство C создает вращательное соединение между клапанной втулкой 440, залавливающей втулкой 441 и кожухом 434 поскольку взаимодействие между шпонками 486, щелями 487 и выемками 488 предотвращает относительное вращение между клапанной втулкой 440, залавливающей втулкой 441 и кожухом 434, поддерживая окна 484 втулки правильно выставленными по окружности относительно окон 420 в кожухе 434. Поскольку шпонки 486 могут поступательно перемещаться аксиально в щелях 487 залавливающей втулки 441 и выемках 488 кожуха 434, обеспечивается аксиальное перемещение клапанной втулки 440 и залавливающей втулки 441 относительно кожуха 434, причем максимальный ход или длина обеспечиваемого аксиального перемещения определяется по существу заданной длиной выемок 488 кожуха.
На Фиг. 15A блок 432 инструмента показан в начальной конфигурации, с клапанной втулкой 440 в закрытом положении и залавливающей втулкой 441 в открытой конфигурации. В данном положении клапанная втулка 440 вначале аксиально удерживается относительно кожуха 434 некоторым числом срезных болтов 482 (показан один болт 482). Шпонки 486 установлены на верхнем конце выемок 488 кожуха и в положении между концами щелей 487 залавливающей втулки 441.
Для перемещения клапанной втулки 440 к открытому положению, то есть из положения, показанного на Фиг. 15A, в положение, показанное на Фиг. 15B, аксиальное управляющее усилие прикладывается к клапанной втулке 440 втулкой пошагового перемещения 446 для срезания болтов 482 и по существу совмещения окон 484 втулки с окнами 420 в кожухе 434 способом аналогичным описанному выше.
Как показано на Фиг. 15A-15D, щели 487 залавливающей втулки 441 и выемки 488 кожуха 434 частично аксиально перекрываются, так что аксиальное перемещение клапанной втулки 441 не сразу дает в результате аксиальное перемещение залавливающей втулки 441 из открытой конфигурации, показанной на Фиг. 15A, в залавливающую конфигурацию, показанную на Фиг. 15B; аксиальное перемещение клапанной втулки 440 и залавливающей втулки 441, происходит, когда шпонки 486 сталкиваются с нижним концом щелей 487 залавливающей втулки 441.
Отмечается, что в положении, показанном на Фиг. 15B, залавливающая втулка 441 уже переместилась в свою залавливающую конфигурацию, но окна 420, 484 не полностью совмещены и шпонки 486 еще не упираются в нижний конец выемок 488 кожуха.
Аналогично залавливающей втулке 41, описанной выше, залавливающая втулка 441 включает в себя множество продольно проходящих пальцев 404 разрезной гильзы, причем каждый палец 404 разрезной гильзы несет элемент 406 седла на своем дальнем конце. Когда элементы 406 седла установлены в радиально наружном положении, как показано на Фиг. 15A, объект, такой как шар может проходить без контакта или с минимальным взаимодействием с элементами 406 седла. Вместе с тем, когда залавливающая втулка 441 перемещается аксиально в направлении к забою, что должно обуславливаться аксиальным перемещением клапанной втулки 440 к открытому положению (вправо, как показано на фигурах), элементы 406 седла должны перемещаться из кольцевой выемки 408 в кожухе 434 и взаимодействовать с выпускающей втулкой 424, и при этом отклоняться радиально внутрь, и вставать в положение для взаимодействия с шаром. Таким образом, когда элементы 406 седла установлены в радиально внутреннем положении с залавливающей втулкой 441, приведенной свою залавливающую конфигурацию, как показано на Фиг. 15B, шар может взаимодействовать с элементами и вставать в упор к элементам 406 седла и таким образом залавливаться в залавливающей втулке 441.
Каждый элемент 406 седла включает в себя поверхность 412 седла со стороны устья, выполненную с возможностью взаимодействия с шаром при перемещении в направлении к забою. Поверхности 412 седла со стороны устья могут выполняться с возможностью создания по существу полного или непрерывного контакта с шаром, обеспечивая шару уплотнение при контакте с залавливающим элементом 441. Такое уплотнение шара в залавливающей втулке 441 обеспечивает приведение в действие залавливающей втулки 441, например, с помощью перепада давления, установленного между обращенной к устью и обращенной к забою сторонами залавливающей втулки 441, перемещающего инструмент 418 из положения, показанного на Фиг. 15B, в положение, показанное на Фиг. 15C.
В положении, показанном на Фиг. 15C, шпонки 486 упираются в нижний конец выемок 488 кожуха, и окна 420 в данный момент полностью открыты. Благодаря соединительному устройству C, залавливающая втулка 441 является свободно перемещающейся аксиально относительно клапанной втулки 440 под действием перепада давления, созданного на шаре, приводящей в действие выпускающую втулку 424 скважинного инструмента 418 без нарушения режима работы окон 420.
Кожух 434 образует или включает в себя выпускающую выемку 432, которая вначале закрыта выпускающей втулкой 424. Вместе с тем, когда подходящая аксиальная нагрузка прикладывается на выпускающей втулке 424 залавливающей втулкой 441, выпускающая втулка 424 перемещается аксиально, раскрывая выпускающую выемку 432, как показано на Фиг. 15C. В положении, показанном на Фиг. 15C, шпонки 486 упираются в нижний конец щелей 487 и выемки 488 кожуха.
В частности, на Фиг. 15B и 15C, показано, что при перемещении инструмента 418 из положения Фиг. 15B в положение Фиг. 15C сжимается спиральная пружина 418, установленная между залавливающей втулкой 441 и кожухом 434. Спиральная пружина 418 отклоняется, перемещая залавливающую втулку 441 в направлении к устью скважины (влево, как показано на фигурах), и под действием спиральной пружины 418 залавливающая втулка 441 перемещается из положения, показанного на Фиг. 15C в положение, показанное на Фиг. 15D, так что элементы 408 седла принимаются в открытой выпускающей выемке 432. В данном положении залавливающая втулка 441 устанавливается в выпускающую конфигурацию, которая обеспечивает выпуск шара.
На Фиг. 16A-16E показан блок 532 инструмента скважинного инструмента 518, имеющий соединительное устройство C’ согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления инструмент 518 обеспечивает обязательную индикацию на поверхности, что событие активирования, например, открытие окон 520, состоялось.
Скважинный инструмент 518 и блок 532 инструмента являются аналогичными скважинному инструменту 18, 418 и блокам 32, 432 инструмента описанным выше, и аналогичные элементы скважинного инструмента 518 и блока 532 инструмента показаны аналогичными позициями с увеличением на 500.
Как показано на Фиг. 16A, скважинный блок 532 инструмента содержит кожух 534, имеющий некоторое число боковых окон 520 текучей среды (показаны два боковых окна 520 текучей среды), клапанную втулку 540 установленную с возможностью скольжения в кожухе 534 и также имеющую некоторое число боковых окон 584 текучей среды (показаны два боковых окна 584 текучей среды), залавливающую втулку 541, установленную с возможностью скольжения в кожухе 534, и соединительное устройство C'.
Аналогично соединительному устройству C, соединительное устройство C' создает вращательное соединение между клапанной втулкой 540, залавливающей втулкой 541 и кожухом 534 благодаря взаимодействию между шпонками 586, щелями 587 и выемками 588, при этом обеспечивая аксиальное перемещение клапанной втулки 540 и залавливающей втулки 541 относительно кожуха 534.
Блок 532 инструмента показан в начальной конфигурации на Фиг. 16A, с клапанной втулкой 540 в закрытом положении и залавливающей втулкой 541 в открытой конфигурации.
В данном положении клапанная втулка 540 вначале аксиально удерживается относительно кожуха 534 некоторым числом срезных болтов 582 (показан один болт 582), и шпонки 586 установлены смежно с верхним концом выемок 588 кожуха и в положении смежно с нижним концом щелей 587 залавливающей втулки 541.
Для перемещения залавливающей втулки 541 из ее открытой конфигурации, показанной на Фиг. 16A в ее залавливающую конфигурацию, показанную на Фиг. 16B, аксиальное управляющее усилие прикладывается к клапанной втулке 540 втулкой 546 пошагового перемещения для срезания болтов 582, обеспечивая перемещение клапанной втулки 540 в направлении к забою (вправо как показано на фигурах). В данном варианте осуществления, когда залавливающая втулка 541 перемещается клапанной втулкой 540 из положения, показанного на Фиг. 16A в положение, показанное на Фиг. 16B, клапанная втулка 540 не перемещается в полностью открытую конфигурацию, но в промежуточное положение, в котором окна 520 все еще закрыты (окна 584 и 520 не совмещены).
Аналогично залавливающей втулке 441, описанной выше, залавливающая втулка 541 включает в себя множество продольно проходящих пальцев 504 разрезной гильзы, причем каждый палец 504 разрезной гильзы несет элемент 506 седла на своем дальнем конце. Когда элементы 506 седла установлены в радиально наружном положении, как показано на Фиг. 16A, объект, такой как шар, может проходить без контакта или с минимальным контактом с элементами 506 седла. Вместе с тем, когда залавливающая втулка 541 перемещается аксиально в направлении к забою, что должно обуславливаться аксиальным перемещением клапанной втулки 540 (вправо как показано на фигурах), элементы 506 седла должны перемещаться из кольцевой выемки 508 в кожухе 534 и взаимодействовать с выпускающей втулкой 524, и при этом отклоняться радиально внутрь, и вставать в положение зацепления шаром. Таким образом, когда элементы 506 седла установлены в радиально внутреннем положении с залавливающей втулкой 541, установленной в свою залавливающую конфигурацию, как показано на Фиг. 16B, шар может зацеплять элементы и вставать в упор к элементам 506 седла и таким образом залавливаться в залавливающей втулке 541.
Каждый элемент 506 седла включает в себя поверхность 512 седла, выполненную с возможностью зацепления шаром при перемещении в направлении к забою. Поверхности 512 седла со стороны устья могут выполняться с возможностью создания по существу полного или непрерывного контакта с шаром, обеспечивая уплотнение шара при зацеплении в залавливающем элементе 541.
Такое уплотнение шара в залавливающей втулке 541 обеспечивает приведение в действие залавливающей втулки 541, например, с помощью перепада давления, установленного между обращенной к устью и обращенной к забою сторонами залавливающей втулки 541, перемещающего инструмент 518 из положения, показанного на Фиг. 16B, в положение, показанное на Фиг. 16C.
В положении, показанном на Фиг. 16C, шпонки 586 занимают промежуточное положение в выемках 588 кожуха, и окна 520 остаются закрытыми. Благодаря соединительному устройству C’ залавливающая втулка 541 является свободно перемещающейся аксиально относительно клапанной втулки 540 под действием перепада давления, созданного на шаре, приводя в действие выпускающую втулку 524 скважинного инструмента 518 без нарушения режима работы окон 520.
Кожух 534 образует или включает в себя выпускающую выемку 532, которая вначале закрыта выпускающей втулкой 524. Вместе с тем, когда подходящая аксиальная нагрузка прикладывается на выпускающей втулке 524 залавливающей втулкой 541, выпускающая втулка 524 перемещается аксиально, из положения, показанного на Фиг. 16C в положение, показанное на Фиг. 16D, открывая выпускающую выемку 532. В данном положении шпонки 586 упираются в верхний конец щелей 587 и расположены смежно с нижним концом выемок 588.
Аналогично предыдущим вариантам осуществления при перемещении инструмента 518 из положения, показанного на Фиг. 16C, в положение, показанное на Фиг. 16D, сжимается спиральная пружина 518 установленная между залавливающей втулкой 441 и кожухом 434. Спиральная пружина 518 отклоняется, перемещая залавливающую втулку 541 в направлении к устью скважины (влево, как показано на фигурах), и под действием спиральной пружины 518 залавливающая втулка 541 перемещается из положения, показанного на Фиг. 16D, в положение, показанное на Фиг. 15E, так что элементы 508 седла залавливающей втулки 541 принимаются в открытой выпускающей выемке 532. В данном положении залавливающая втулка 541 устанавливается в выпускающую конфигурацию, которая обеспечивает выпуск шара, и клапанная втулка 541 уже переместилась в открытую конфигурацию (окна 520 и 584 полностью совмещены). С открытыми окнами 520, падение давления, обнаруживаемое на поверхности, обеспечивает обязательную индикацию, что окна 520 открыты правильно. В данном положении шпонки 586 расположены смежно с дном выемок 588 и щелями 587.
Аналогично другим вариантам осуществления инструменты 418, 518 могут дополнительно включать в себя не обязательный дроссель 450, 550, дроссель 450, 550 связан с окном 420, 520 текучей среды для дросселирования потока текучей среды через окно 420, 520 после открытия, как описано выше.
В различных вариантах осуществления, описанных выше, скважинные инструменты снабжены залавливающим устройством, которое работает, перемещаясь между не создающей препятствий и залавливающей конфигурациями с помощью соответствующего клапанного элемента. Вместе с тем, в других вариантах осуществления такое залавливающее устройство может работать независимо от клапанного элемента. Такое устройство показано на Фиг. 17A и описано ниже. Вариант осуществления показанный на Фиг. 17A является аналогичным во многих отношениях варианту осуществления, первым показанному на Фиг. 2, при этом одинаковые элементы указаны позициями, увеличенными на 700.
Скважинный инструмент, в общем, указанный позицией 718, включает в себя кожух 734 инструмента, который включает в себя множество окон 720, проходящих через его стенку. Инструмент 718 включает в себя клапанную втулку 740, которая включает в себя множество окон 784, при этом втулка 740 показана на Фиг. 17A в закрытом положении, так что окна 720 в кожухе 734 вначале являются закрытыми.
Кожух 734 образует первый и второй профили 742a, 742b пошагового перемещения, каждый из которых включает в себя множество кольцевых выемок 744. Первая втулка 746a пошагового перемещения расположена в кожухе 734 в связи с первым профилем 742a пошагового перемещения и со стороны устья от клапанной втулки 740. Как описано более подробно ниже, первая втулка 746a пошагового перемещения выполнена с возможностью управления клапанной втулкой 740 для перемещения в открытое положение следом за проходом заданного числа шаров 748.
Инструмент 718 дополнительно включает в себя залавливающую втулку 741, которая включает в себя множество пальцев 804 и связанных с ними элементов 806 седла, при этом залавливающая втулка 741 расположена смежно с выпускающей втулкой 824 аналогично варианту, описанному выше. В устройстве, показанном на Фиг. 17A, залавливающая втулка 741 установлена в открытой конфигурации, так что любые шары могут беспрепятственно проходить через нее, при этом залавливающая втулка 741 выполнена с возможностью перестановки в залавливающую конфигурацию в которой любые проходящие шары могут залавливаться. Точная форма и работа залавливающей втулки 741 является аналогичной описанной для других вариантов осуществления, поэтому дополнительное подробное описание не дается.
Вторая втулка 746b пошагового перемещения расположена в кожухе 734 в связи со вторым профилем 742b пошагового перемещения и со стороны устья от залавливающей втулки 741. Как описано более подробно ниже, вторая втулка 746b пошагового перемещения выполнена с возможностью управления работой залавливающей втулки 741 для перемещения ее в залавливающую конфигурацию, следом за проходом некоторого числа шаров 748.
В устройстве, показанном на Фиг. 17A, каждая втулка 746a, 746b пошагового перемещения выполнена с возможностью перемещения вначале на одинаковое число дискретных шагов перемещения перед достижением места приведения в действие. Таким образом, как показано на Фиг. 17B, когда прошло заданное число шаров 748, первая втулка 746a пошагового перемещения должна переместиться, приводя в действие и перемещая клапанную втулку 740, открывающую окна 720 текучей среды, и вторая втулка 746b пошагового перемещения должна переместиться, приводя в действие и перемещая залавливающую втулку 741 для радиального складывания элементов 806 седла, обеспечивая залавливание шара 748. Шар 748 может затем действовать, блокируя центральный канал 735 инструмента 718, обеспечивая по существу отведение всего потока через открытые окна 720.
На Фиг. 18A и 18B показаны различные стадии работы скважинного инструмента, в общем указанного позицией 818, согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения. Инструмент 818 является аналогичным во многих отношениях инструменту 18, показанному на Фиг. 2, и при этом одинаковые элементы указаны аналогичными позициями.
Инструмент 818 включает в себя кожух 834, который включает в себя первую, вторую и третью группы окон 820a, 820b, 820c, проходящих через его стенку. Инструмент 818 включает в себя первую, вторую и третью клапанные втулки 740, каждую расположенную в кожухе 834 и каждую установленную в связи с соответствующей группой окон 820a, 820b, 820c, при этом втулки 840a, 840b, 840c показаны на Фиг. 18A в закрытом положении, так что окна 820a, 820b, 820c в кожухе 834 вначале являются закрытыми.
Кожух 834 образует первый, второй и третий профили 842a, 842b, 842c пошагового перемещения, каждый из которых включает в себя множество кольцевых выемок 844. Первая втулка 846a пошагового перемещения расположена в кожухе 834 в связи с первым профилем 842a пошагового перемещения и со стороны устья от первой клапанной втулки 840a. Вторая втулка 846b пошагового перемещения расположена в кожухе 834 в связи со вторым профилем 842b пошагового перемещения и со стороны устья от второй клапанной втулки 840b. Аналогично, третья клапанная втулка 840c расположена в кожухе 834 в связи с третьим профилем 842c пошагового перемещения и со стороны устья от третьей клапанной втулки 840b. Как описано более подробно ниже, втулки 846a, 846b, 846c пошагового перемещения каждая выполнена с возможностью управлять работой соответствующей клапанной втулки 840a, 840b, 840c для перемещения в открытое положение следом за проходом заданного числа шаров 848.
Инструмент 818 включает в себя одну залавливающую втулку 841, установленную со стороны забоя от третьей клапанной втулки 840c, при этом залавливающая втулка 841 включает в себя множество пальцев 904 и связанных с ними элементов 906 седла и расположена смежно с выпускающей втулкой 924 аналогично варианту, описанному выше. В устройстве, показанном на Фиг. 18A, залавливающая втулка 841 установлена в открытой конфигурации, так что любые шары могут беспрепятственно проходить через нее, при этом залавливающая втулка 841 выполнена с возможностью перестановки в залавливающую конфигурацию, в которой любые проходящие шары могут залавливаться. Точная форма и работа залавливающей втулки 841 является аналогичной описанной для других вариантов осуществления, поэтому дополнительное подробное описание не дается.
В работе каждый проходящий шар 848 должен обуславливать продвижение вперед каждой втулки 846a, 846b, 846c пошагового перемещения на дискретные шаги перемещения к связанным с ними клапанным втулкам 840a, 840b, 840c. Когда заданное число объектов прошло, клапанные втулки 840a, 840b, 840c должны приводиться в действие для перемещения к своим открытым положениям для открытия соответствующих окон 820a, 820b, 820c, как показано на Фиг. 18B. Дополнительно, приведение в действие третьей клапанной втулки 840c должно обуславливать установку залавливающей втулки 841 в залавливающую конфигурацию, при которой проходящий объект 848 залавливается. В таком устройстве центральный канал 835 может блокироваться, при этом по существу весь поток отводится через открытые окна 820a, 820b, 820c.
Хотя в варианте осуществления на Фиг. 18A показаны три клапанных элемента, понятно, что любое число элементов можно применять, например, два или больше.
В вариантах осуществления, описанных выше, настоящее изобретение обеспечивает приведение в действие клапанной втулки и/или залавливающей втулки. Вместе с тем, понятно, что в альтернативных вариантах осуществления элементы настоящего изобретения можно применять для управления работой скважинного инструмента любого типа, в любой скважинной работе и в любой требуемой последовательности. Пример одного такого альтернативного варианта осуществления схематично показан на Фиг. 19A-19D, где показана последовательная работа скважинной системы, в общем указанной позицией 900.
Показанная на Фиг. 19A скважинная система 900 включает в себя колонну 901 насосно-компрессорных труб, установленную в стволе 902 скважины. Колонна 901 насосно-компрессорных труб включает в себя некоторое число инструментов и компонентов инструмента вдоль своей длины.
Конкретнее, колонна 901 насосно-компрессорных труб включает в себя первый, второй и третий аксиально расположенные пакеры 910a, 910b, 910c. Каждый пакер 910a, 910b, 910c включает в себя связанный исполнительный механизм, каждый из которых включает в себя втулку 912a, 912b, 912c пошагового перемещения. Втулки 912a, 912b, 912c пошагового перемещения созданы аналогичными втулкам 46 пошагового перемещения, первыми показанными на Фиг. 2, и поэтому их дополнительное подробное описание не приводится. Каждая втулка 912a, 912b, 912c пошагового перемещения выполнена в колонне 901 насосно-компрессорных труб с возможностью взаимодействия с соответствующим профилем пошагового перемещения (не показaн) на внутренней поверхности колонны 901 насосно-компрессорных труб, для перемещения на некоторое число дискретных шагов перемещения к месту приведения в действие после прохода соответствующего числа объектов, таких как шары. После достижения соответствующих мест приведения в действие втулки 912a, 912b, 912c пошагового перемещения приводят в действие соответствующие пакеры 910a, 910b, 910c, как описано более подробно ниже.
Первый клапанный узел 932a установлен между первым и вторым пакерами 910a, 910b, и второй клапанный узел 932b установлен между вторым и третьим пакерами 910b, 910c. Каждый клапанный узел 932a, 932b устанавливается аналогично блоку 32 инструмента, первым показанному на Фиг. 2, поэтому дополнительное подробное описание не дается. Таким образом, каждый клапанный узел 932a, 932b включает в себя клапанный элемент 940a, 940b вначале расположенный, как показано на Фиг. 19A блокируя окна 920a, 920b текучей среды, проходящие через стенку колонны 901 насосно-компрессорных труб. Дополнительно каждый клапанный узел 932a, 932b включает в себя залавливающую втулку 941a, 941b выполненную с возможностью перестановки из открытой конфигурации, в которой объект может свободно проходить через нее, в залавливающую конфигурацию, в которой объект может залавливаться.
Каждый клапанный узел 932a, 932b включает в себя связанный исполнительный механизм, каждый из которых включает в себя втулку 946a, 946b пошагового перемещения. Втулки 946a, 946b пошагового перемещения создаются аналогичными втулке 46 пошагового перемещения, первой показанной на Фиг. 2, и поэтому их дополнительное подробное описание не приводится. Каждая втулка 946a, 946b пошагового перемещения выполнена в колонне 901 насосно-компрессорных труб с возможностью взаимодействия с соответствующими профилями пошагового перемещения (не показано) на внутренней поверхности колонны 901 насосно-компрессорных труб для перемещения на некоторое число дискретных шагов перемещения к месту приведения в действие после прохода соответствующего числа объектов, таких как шары. После достижения соответствующих мест приведения в действие втулки 946a, 946b пошагового перемещения приводят в действие соответствующие клапанные узлы 932a, 932b для перемещения клапанных элементов 940a, 940b, открывающих соответствующие окна 920a, 920b, и для перестановки соответствующих залавливающих втулок 941a, 941b в их залавливающие конфигурации.
Аналогично вариантам осуществления, описанным выше, требуемое число прошедших объектов, обуславливающее достижение различными втулками 912a, 912b, 912c, 946a, 946b пошагового перемещения их соответствующих мест приведения в действие, определяется начальной установкой втулок пошагового перемещения. В связи с этим, значительным преимуществом настоящего изобретения является обеспеченная оператору возможность широкого маневра по установке любой требуемой последовательности работы скважинных инструментов. Вместе с тем, в настоящих являющихся примерами вариантах осуществления различные втулки 912a, 912b, 912c, 946a, 946b пошагового перемещения вначале расположены так, что установка пакеров 910a, 910b в рабочее положение обеспечивается проходом первого объекта, второй клапанный узел 932b приводится в действие проходом второго объекта, и первый клапанный узел 932a приводится в действие проходом третьего объекта. Такая работа описана ниже и показана на Фиг. 19B, 19C и 19D.
Как показано на Фиг. 19B, первый объект, конкретно, первый шар 948a пропускается вдоль колонны 901 насосно-компрессорных труб, перемещая каждую втулку 912a, 912b, 912c, 946a, 946b пошагового перемещения на один дискретный шаг. Данный один дискретный шаг является достаточным для обеспечения приведения в действие втулками 912a, 912b, 912c пошагового перемещения соответствующих пакеров 910a, 910b, 910c, устанавливающих взаимодействие с уплотнением со стенкой 903 ствола скважины и достигающих разобщения зон. Втулки 912a, 912b, 912c пошагового перемещения могут обеспечивать любое подходящее приведение в действие пакеров 910a, 910b, 910c. Например, втулка 912a, 912b, 912c пошагового перемещения может аксиально сжимать соответствующие пакеры 910a, 910b, 910c. Альтернативно втулки 912a, 912b, 912c пошагового перемещения могут устанавливать гидравлическое сообщение с источником гидравлической мощности, который можно применять для приведения в действие пакеров 910a, 910b, 910c. Например, втулки 912a, 912b, 912c пошагового перемещения могут открывать одно или несколько окон, которые создают гидравлическое сообщение с гидростатическим давлением в кольцевом пространстве 904 между колонной 901 насосно-компрессорных труб и стенкой 903 ствола 902 скважины.
После прохода второго шара 948b, как показано на Фиг. 19C, обеспечивается перемещение каждой из втулок 946a, 946b пошагового перемещения дополнительно на один дискретный шаг. Такое перемещение является достаточным для обеспечения перемещения втулкой 946b пошагового перемещения клапанного элемента 940b второго клапанного узла 932b для открытия окон 920b и также перестановки залавливающей втулки 941b, при которой шар 948b может залавливаться. В такой конфигурации текучая среда, например, текучая среда гидроразрыва, проходящая по колонне 901 насосно-компрессорных труб может отводиться наружу через открытые окна 920b для обработки окружающего пласта в зоне, созданной между вторым и третьим пакерами 910b, 910c. Способом аналогичным описанному выше в других вариантах осуществления, залавливающая втулка 941b может в результате устанавливаться с возможностью выпуска шара 948b, вновь обеспечивая доступ через полное сечение канала вдоль колонны 901 насосно-компрессорных труб.
После прохода третьего шара 948c, как показано на Фиг. 19D, обеспечивается перемещение втулки 946a пошагового перемещения дополнительно на один дискретный шаг, теперь для взаимодействия с и перемещения клапанного элемента 940a первого клапанного узла 932a для открытия окон 920a, и также такой перестановки залавливающей втулки 941, при которой шар 948c может залавливаться. В такой конфигурации текучая среда, например, текучая среда гидроразрыва, проходящая по колонне 901 насосно-компрессорных труб, может отводиться наружу через открытые окна 920c для обработки окружающего пласта в зоне, созданной между первым и вторым пакерами 910a, 910b. Способом аналогичным описанному выше в других вариантах осуществления, залавливающая втулка 941c может в результате устанавливаться с возможностью выпуска шара 948c, вновь обеспечивая доступ через полное сечение канала по колонне 901 насосно-компрессорных труб.
Как отмечено выше, настоящее изобретение может обеспечивать приведение в действие скважинных инструментов в любой требуемой последовательности. В системе 900 Фиг. 19A, втулки 912a, 912b, 912c пошагового перемещения вначале выполнены с возможностью установки в рабочее положение связанных пакеров 910a, 910b, 910c после прохода одного управляющего объекта. Вместе с тем, в модифицированном варианте осуществления втулка 912c пошагового перемещения может выполняться с возможностью установки в рабочее положение пакера 910c после прохода первого объекта, втулка 912b пошагового перемещения может выполняться с возможностью установки в рабочее положение пакера 910b после прохода второго объекта, и втулка 912a пошагового перемещения может выполняться с возможностью установки в рабочее положение пакера 910a после прохода третьего объекта. В таком устройстве проход объект может требоваться только для приведения в действие одного пакера. Данное может обеспечивать преимущества в аспекте максимизации имеющейся энергии объекта для приведения в действие одного пакера, вместо требования к объекту иметь достаточную энергию для приведения в действие нескольких скважинных инструментов. В таком устройстве может являться возможным растрачивание имеющейся для приведения в действие энергии объекта до приведения в действие всех назначенных инструментов или пакеров.
На Фиг. 20A показана скважинная система, в общем указанная позицией 1000, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Скважинная система 1000 включает в себя колонну 1001 насосно-компрессорных труб, которая показана установленной в ствол скважины 1002. Колонна 1001 насосно-компрессорных труб включает в себя некоторое число инструментов и компонентов инструмента вдоль своей длины.
Конкретнее, колонна 901 насосно-компрессорных труб включает в себя первый и второй клапанные узлы 1032a, 1032b, при этом каждый клапанный узел 1032a, 1032b устанавливается аналогично блоку 32 инструмента, первым показанному на Фиг. 2, поэтому дополнительное подробное описание не дается. Таким образом, каждый клапанный узел 1032a, 1032b включает в себя клапанный элемент 1040a, 1040b, вначале расположенный, как показано на Фиг. 20A, блокирующим окна 1020a, 1020b текучей среды, проходящие через стенку колонны 1001 насосно-компрессорных труб. Дополнительно, каждый клапанный узел 1032a, 1032b включает в себя залавливающую втулку 1041a, 1041b, выполненную с возможностью перестановки из открытой конфигурации в которой объект может свободно проходить через нее, в залавливающую конфигурацию, в которой объект может залавливаться.
Каждый клапанный узел 1032a, 1032b включает в себя связанный исполнительный механизм, каждый из которых включает в себя втулку 1046a, 1046b пошагового перемещения. Втулки 1046a, 1046b пошагового перемещения создаются аналогичными втулкам 46 пошагового перемещения, первым показанным на Фиг. 2, и поэтому их дополнительное подробное описание не приводится. Каждая втулка 1046a, 1046b пошагового перемещения выполнена в колонне 1001 насосно-компрессорных труб с возможностью взаимодействий с соответствующими профилями пошагового перемещения (не показано) на внутренней поверхности колонны 1001 насосно-компрессорных труб, для перемещения на некоторое число дискретных шагов перемещения к месту приведения в действие после прохода соответствующего числа объектов, таких как шары. После достижения соответствующих мест приведения в действие, втулки 1046a, 1046b пошагового перемещения приводят в действие соответствующие клапанные узлы 1032a, 1032b для перемещения клапанных элементов 1040a, 1040b, открывающих соответствующие окна 1020a, 1020b, и перестановки соответствующих залавливающих втулок 1041a, 1041b в их залавливающие конфигурации.
Аналогично вариантам осуществления, описанным выше, требуемое число прошедших объектов, обеспечивающих достижение втулками 1046a, 1046b пошагового перемещения их соответствующих мест приведения в действие, определяется начальной установкой втулок пошагового перемещения.
Трубопровод 1004 проходит снаружи по колонне 1001 насосно-компрессорных труб. Трубопровод может иметь любой подходящий вид и выполнять любую требуемую функцию. Например, трубопровод 1004 может выполняться с возможностью подачи текучей среды, электроэнергии, создания оптического канала связи или т.п., проходящего вдоль колонны 1001 насосно-компрессорных труб.
В данном показанном варианте осуществления, трубопровод 1004 проходит вдоль наружной поверхности колонны 1001 насосно-компрессорных труб в месте на окружности, не совпадающим с каким-либо из окон текучей среды, как показано на Фиг. 20B, в сечении системы 1000 Фиг. 20A, по линии B-B. В связи с этим, окна 1020a расставлены через равные интервалы по окружности колонны 1001 насосно-компрессорных труб, за исключением того, что окно отсутствует в зоне на окружности (в позиции на 12 часов в показанном варианте осуществления) в которой установлен трубопровод 1004. Соответственно, трубопровод 1004 может являться защищенным от прямого воздействия текучих сред, например, текучей среды гидроразрыва, выходящих из окон 1020a.
Понятно, что варианты осуществления, описанные в данном документе, являются только примерами и что их различные модификации можно выполнять без отхода от объема изобретения.