СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ УСТАНОВКИ АНКЕРА ПРЕДЕЛЬНОЙ ДАЛЬНОСТИ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ
SYSTEMS AND METHODS FOR INSTALLING A MAXIMUM RANGE ANCHOR IN A WELLBORE

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[01] Настоящая заявка является заявкой по договору о патентной кооперации (PCT), которая испрашивает приоритет патентной заявки США 15/340835, под названием ʺSystems And Methods For Setting An Extreme-Range Anchor Within A Wellboreʺ, поданной 2 ноября 2016 г., которая является частичным продолжением, испрашивает приоритет патентной заявки США 14/143,534, под названием ʺTool Positioning And Latching Systemʺ, поданной 30 декабря 2013 г., патентной заявки США 14/727,609, под названием ʺAnchor System For Pipe Cutting Apparatusʺ, поданной 1 июня, 2015 г., патентной заявки США 13/507732, под названием ʺ Permanent Or Removable Positioning Apparatus And Method For Downhole Tool Operationsʺ, поданной 24 июля 2012 г., и патентной заявки США 14/930,369, под названием ʺ Setting Tool For Downhole Applicationsʺ, поданной 2 ноября 2015 г., полное содержание которых включено в данный документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[02] Варианты осуществления, применимые в объеме настоящего изобретения, относятся в общем к устройству, системам и способам установки анкера в стволе скважины и, более конкретно, к устройству, системам и способам применимым для точной установки позиционирования, и приведения в действие резцов, газовых резаков, перфораторов, установочных инструментов и/или инструментов других типов, применяемых в забойной зоне скважины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[03] Многие скважинные работы требуют анкерного крепления инструмента на забое и в стволе скважины. Такие скважинные инструменты включают в себя, например, сварочные горелки, перфораторы, посадочные инструменты, оборудование гидроразрыва пласта (ГРП), и т.п. (вместе именуются в данном документе скважинными инструментами).
[04] В нефтяной и газовой промышленности требуется обеспечивать возможность анкерного крепления, синхронизации по направлению и последующего высвобождения переходного инструмента или колонны инструмента, что должно обеспечивать показатели точной и эффективной работы системы инструмента. Обеспечение точного размещения: силы, приложения крутящего момента, датчика, перфорации или выреза, а также выхода для бурения или другой работы на забое скважины, при оптимальном положении, дополнительно сокращает требование повторного позиционирования с многочисленными спусками в скважину инструментов и способов работы инструмента одного размещения, при этом минимизируют шансы на развертывание инструментов с неправильным наведением и развертыванием в нерабочем положении.
[05] Некоторые существующие системы инструментов, развертываемые в стволе скважины, сконструированы с линиями управления, окружающими периферию трубы или трубной колонны. Удаление трубы требует отрезания обеих, трубы в целевом местоположении и линии или линий управления. Без отрезания обеих операторы не могут выполнить требуемые завершающие работы. Операции отрезания с достаточной мощностью для отрезания всех элементов, вместе с тем, имеют ограничения по применению вследствие опасности нанесения ущерба инфраструктуре затрубного пространства. Таким образом, способность выполнения многочисленных, точных отрезаний на плоскости одной цели может обеспечивать отрезание всех элементов. Существует необходимость расположения инструментов, которые обеспечивают прецизионную подачу энергии для эффективности отрезания.
[06] Для прецизионного позиционирования инструмента целесообразной является установка анкера или системы анкерного крепления в одном положении так, что многочисленные инструменты можно блокировать в такой анкер или систему анкерного крепления для точного расположения и позиционирования каждого инструмента. Когда анкер расположен в забойной зоне скважины, инструмент не может рассчитывать на измерение или синхронизацию с поверхности. Альтернативно, требуются системы анкерного крепления, обеспечивающие позиционирование и повторное позиционирование одного или многочисленных скважинных инструментов и обеспечивающие ориентирование или синхронизацию инструмента на забое скважины. Синхронизация скважинного инструмента обеспечивает выполнение скважинным инструментом будущих работ на одном месте в стволе скважины или на смещении. Смещение может включать в себя угловое смещение (например, азимутальное, радиальное, полярное, и т.д.) инструмента или позиционное смещение места скважинного инструмента (например, вниз или вверх в стволе скважины от предыдущего места в стволе скважины, на котором проводили предыдущие работы).
[07] Когда свинчены вместе и скреплены с приложением надлежащего крутящего момента, соединения между трубами в трубной колонне становятся сравнительно бесшовными, и отсутствие различимых признаков делает трудной локацию соединений с применением обычных скважинных каротажных устройств. Хотя локаторы муфт обсадной колонны и аналогичные устройства могут помочь в позиционировании инструмента в трубной колонне, существующие устройства имеют ограниченную точность, которая может в общем, в лучшем случае, находиться в диапазоне нескольких футов (фут=305мм). Цель в виде соединения в трубной колонне может иметь длину, измеряемую дюймами (дюйм=25мм), что требует значительно более точного расположения инструмента чем, могут обеспечить сегодняшние локаторы муфт и аналогичные устройства.
[08] Процессы заканчивания, проходящие в стволе скважины, часто требуют установки датчиков, перфорирования стенки для сообщения и перфорирования обсадной колонны для установления контакта с геологическими структурами. Работы, такие как встраивание измерительных приборов, закачивание цементного раствора, гидроразрыв пласта и гидравлическое бурение, становятся последующими процессами.
[09] Другие позиционирующие системы могут включать в себя обеспечение физических элементов во внутреннем пространстве трубной колонны, которые взаимодействуют с соответствующими физическими элементами установочного инструмента; вместе с тем, данные позиционирующие системы требуют многочисленных, прецизионно изготовленных элементов для обеспечения надлежащего функционирования и взаимодействия, содержащих различные подвижные части для обеспечения избирательного взаимодействия между соответствующими элементами.
[10] Существует необходимость создания съемного позиционирующего устройства и способов позиционирования инструмента, способного к комплементарной стыковке с интеграцией в трубной колонне, для обеспечения прецизионного позиционирование закрепляемых анкером инструментов на заданном месте, содержащем соединения, в трубной колонне для содействия эффективности инструментов. Наличие гибкости избирательно располагаемого блокирующего элемента в трубном элементе значительно улучшает способность инструмента жестко фиксировать инструмент, применяя заранее установленные механизмы профиля анкерного крепления в системе ствола скважины.
[11] Дополнительно существует необходимость создания позиционирующего устройства и способов, применимых для позиционирования инструмента в трубной колонне, простых по конструкции и функционированию, способных иметь составе части повторного применения, поддающихся механической обработке и повторной механической обработке, способных приспосабливаться к различным ориентациям фиксации и/или взаимодействия.
[12] Также существует необходимость создания позиционирующего устройства и способов, применимых для позиционирования инструмента в трубной колонне, спускаемого и развертываемого с использованием легко доступных установочных инструментов.
[13] Представленные варианты осуществления удовлетворяют указанным требованиям.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[14] Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя устройство, системы и способы, применимые для точной установки, позиционирования, и приведения в действие пакеров, резцов, сварочных горелок, перфораторов, установочных инструментов и/или инструментов других типов, применяемых в зоне забоя скважины.
[15] Описанные варианты осуществления включают в себя систему для обеспечения установки самоцентрирующегося анкера многократного использования в стволе скважины. Система включает в себя анкер предельной дальности действия, имеющий первый выдвигающийся узел, выполненный с возможностью зацепления ствола скважины. Первый выдвигающийся узел может содержать первое множество рычагов, которые могут соединяться с первым хомутом, второе множество рычагов, которые могут соединяться со вторым хомутом, и множество опорных плит. Каждая опорная плита в множестве опорных плит может быть соединена на первой стороне с первым множеством рычагов и может быть соединена на второй стороне с вторым множеством рычагов. Каждая опорная плита может содержать фиксатор, который может быть соединен c радиально наружной поверхностью и выполнен с возможностью надежного зацепления ствола скважины. Анкер предельной дальности действия может включать в себя тягу, которая может быть жестко соединена c первым хомутом и соединена с возможностью скольжения с вторым хомутом. Принудительная подача тяги в осевом направлении может сокращать расстояние между первым хомутом и вторым хомутом и может заставлять множество опорных плит перемещаться в радиальном направлении к стволу скважины.
[16] В некоторых вариантах осуществления система может включать в себя второй выдвигающийся узел, выполненный с возможностью зацепления ствола скважины. Второй выдвигающийся узел может включать в себя третье множество рычагов, соединенных со вторым хомутом, четвертое множество рычагов, соединенных с третьим хомутом, и второе множество опорных плит. Каждая опорная плита во втором множестве опорных плит может быть соединена на первой стороне третьего множества рычагов и соединена на второй стороне с четвертым множеством рычагов.
[17] В некоторых вариантах осуществления система может включать в себя корпус и сцепной замок. Сцепной замок может быть выполнен с возможностью сцепления с корпусом для сохранения осевого положения тяги относительно корпуса, когда тяга принудительно подается в осевом направлении. В некоторых вариантах осуществления сцепной замок может быть выполнен с возможностью расцепления в корпусе в ответ на приложение к корпусу пороговой расцепляющей силы в осевом направлении.
[18] В некоторых вариантах осуществления множество опорных плит выполнен с возможностью перемещения на расстояние до пятнадцати (15) сантиметров в радиальном направлении для зацепления со стволом скважины. В некоторых вариантах осуществления фиксаторы могут представлять собой фиксаторы конической формы, фиксаторы полуконической формы, зубчатые фиксаторы или другие фиксаторы для надежного зацепления ствола скважины. В некоторых вариантах осуществления первый выдвигающийся узел может включать в себя пружину тяги, скрепляющие штифты, скрепляющие пояса или другие скрепляющие приспособления для предотвращения радиального перемещения множества опорных плит до принудительной подачи тяги.
[19] В некоторых вариантах осуществления система может включать в себя крышки фиксатора, выполненные с возможностью перекрывать фиксаторы. Крышки фиксатора могут предотвращать взаимодействие между фиксаторами и стволом скважины, когда анкер предельной дальности действия развертывают до некоторой глубины в стволе скважины. В некоторых вариантах осуществления анкер предельной дальности действия может включать в себя установочную штангу, выполненную с возможностью соединения с тягой шпонкой на первом конце, и с установочным инструментом на втором конце. Установочный инструмент может тянуть установочную штангу для принудительной подачи тяги в осевом направлении. В некоторых вариантах осуществления шпонка может быть выполнена с возможностью срезания установочной штанги с тяги, когда ее тянут установленной силой.
[20] Описанные варианты осуществления могут включать в себя способ выполнения работы в забойной зоне ствола скважины. Способ может включать в себя спуск анкера предельной дальности действия в ствол скважины, при этом анкер предельной дальности действия может включать в себя соединительную головку для инструмента. Способ может включать в себя этап, на котором приводят в действие установочный инструмент для принудительной подачи тяги в осевом направлении для выдвижения множества опорных плит в радиальном направлении. Опорные плиты могут быть выполнены с возможностью надежного зацепления ствола скважины с фиксаторами, соединенными c радиально наружной поверхностью опорных плит. Способ может дополнительно включать в себя этапы, на которых спускают первый инструмент на соединительную головку для инструмента, выполняют первую работу первым инструментом, извлекают первый инструмент на поверхность из ствола скважины, спускают второй инструмент на соединительную головку для инструмента, выполняют вторую работу вторым инструментом на втором месте, и извлекают второй инструмент на поверхность из ствола скважины.
[21] Способ описанных вариантов осуществления может также содержать этапы, на которых соединительную головку для инструмента тянут в осевом направлении для отцепления множества опорных плит от ствола скважины. Этап, на котором выполняют первую работу, вторую работу или их комбинации, может включать в себя приведение в действие осевого газового резака, радиального газового резака, скважинного перфоратора, резака для эксплуатационной насосно-компрессорной трубы, или их комбинации. Также, результатом приведения в действие установочного инструмента может быть срезание установочной штанги с тяги. Срезание может быть выполнено, когда множество опорных плит зацеплен со стволом скважины. В некоторых вариантах осуществления описанных способов, первая работа может быть выполнена в целевом местоположении и вторая работа может быть выполнена в трех (3) сантиметрах (1,18 дюймов) или меньше трех (3) сантиметров от целевого местоположения. Также, опорные плиты могут быть выполнены с возможностью выдвижения в радиальном направлении на расстояние до пятнадцати (15) сантиметров.
[22] В некоторых описанных вариантах осуществления система для надежного зацепления ствола скважины может включать в себя первый рычаг, соединенный с возможностью поворота с первым хомутом на первом конец первого рычага, второй рычаг, соединенный с возможностью поворота с вторым хомутом на первом конце второго рычага, и тягу, жестко соединенную с первым хомутом и соединенную с возможностью скольжения с вторым хомутом и выполненную с возможностью поступательного перемещения в продольном направлении. Первый рычаг и второй рычаг могут быть выполнены с возможностью поворота, когда тяга поступательно перемещается в продольном направлении, при этом второй конец первого рычага и второй конец второго рычага выступают в осевом направлении перпендикулярно продольному направлению.
[23] В некоторых вариантах осуществления система может включать в себя опорную плиту, соединенную с возможностью поворота с вторым концом первого рычага и вторым концом второго рычага. Система может дополнительно включать в себя выступ, прикрепленный на втором конце второго рычага. Выступ может быть выполнен с возможностью выступать в ствол скважины после поступательно перемещения тяги в продольном направлении. Первый рычаг может включать в себя выемку, выполненную с возможностью размещения выступа во время транспортировки системы в стволе скважины, и первый рычаг, второй рычаг или их комбинации могут содержать гибкие элементы, как описано ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[23] В подробном описании различных вариантов осуществления, применимых в объеме настоящего изобретения, представленном ниже, дается ссылка на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
[24] На фиг. 1 показан в изометрии вариант осуществления анкера предельной дальности действия, применимого в объеме настоящего изобретения.
[25] На фиг. 2 показано сечение варианта осуществления анкера предельной дальности действия фиг. 1.
[26] На фиг. 3 показано сечение варианта осуществления анкера предельной дальности действия фиг. 1.
[27] На фиг. 4 показан в изометрии вариант осуществления опорной плиты которую можно применять, как часть анкера предельной дальности действия фиг. 1.
[28] На фиг. 5 показан в изометрии вариант осуществления опорной плиты которую можно применять, как часть анкера предельной дальности действия фиг. 1.
[29] На фиг. 6 показано сечение варианта осуществления анкера предельной дальности действия фиг. 1.
[30] На фиг. 7 показан вид сбоку с сечением дополнительного или альтернативного нижнего выдвигающегося узла 130.
[31] На фиг. 8 показан вариант осуществления анкера предельной дальности действия настоящего изобретения, в котором применен электромеханический анкер.
[32] Один или несколько вариантов осуществления описаны ниже со ссылкой на перечисленные фигуры.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[33] Перед подробным описанием выбранных вариантов осуществления настоящего изобретения, указываем, что настоящее изобретение не ограничено частными вариантами осуществления, описанными в данном документе. Раскрытие и описание в данном документе является иллюстративным и объясняющим один или несколько предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления и их вариаций, и специалисту в данной области техники понятно, что различные изменения в конструкции, организации, средствах эксплуатации, структурах, местоположении, методологии и применении механических эквивалентов можно выполнять без отхода от сущности изобретения.
[34] Также, следует понимать, что чертежи служат для иллюстрации и просто раскрывают в настоящее время предпочтительные варианты осуществления специалисту в технике, но не служат рабочими чертежами или изображениями готовых изделий и могут включать в себя упрощенные концептуальные виды для содействия пониманию или объяснению. Также, относительный размер и устройство компонентов могут отличаться от показанного и при этом соответствовать сущности изобретения.
[34] Кроме того, следует понимать, что различные направления, такие как ʺверхнийʺ, ʺнижнийʺ, ʺнизʺ, ʺверхʺ, ʺлевыйʺ, ʺправыйʺ, и т.д. даны только по отношению к объяснениям в соединении с чертежами, и что компоненты можно ориентировать иначе, например, во время транспортировки и изготовления, а также эксплуатации. Поскольку много разных и отличающихся вариантов осуществления можно выполнить в объеме концепции (концепций), изложенной в данном документе, и поскольку много модификаций можно выполнить в вариантах осуществления, описанных в данном документе, понятно, что детали в данном документе следует интерпретировать, как иллюстративные и не ограничивающие.
[36] На фиг. 1 показан в изометрии вариант осуществления анкера 10 предельной дальности действия, который может быть размещен в забойной зоне ствола скважины. Анкер 10 предельной дальности действия может быть размещен в эксплуатационной насосно-компрессорной трубе (НКТ) ствола скважины или бурильной колонне, или в некоторых вариантах осуществления может быть закреплен в обсадной колонне ствола скважины. Анкер 10 предельной дальности действия обеспечивает полезность для анкерного крепления в большом диапазоне насосно-компрессорных труб. Например, как объяснено подробно ниже, аналогичный вариант осуществления анкера 10 предельной дальности действия может быть установлен в 8,9 сантиметровой (3,5 дюймовой) эксплуатационной насосно-компрессорной трубе, извлечен, и затем позже установлен в 27,3 сантиметровой (10,75 дюймовой) эксплуатационной насосно-компрессорной трубе. Анкер 10, как показано, может включать в себя нижнюю секцию 12, которая включает в себя закрепляющие элементы, как объяснено ниже, и верхнюю секцию 14, которая может включать в себя электронные, механические или химические элементы развертывания, как объяснено ниже.
[37] Как показано на фиг. 1, элемент 16 центрирования, с которым скважинные инструменты можно соединять, может быть прикреплен к верхней секции 14. Например, элемент 16 центрирования может включать в себя ловильную шейку, как проиллюстрировано, для соединения со скважинным инструментом. С таким элементом 16 центрирования скважинный инструмент 17 можно спускать на ловильную шейку (окружающую элемент 16 центрирования). Элемент 16 центрирования может включать в себя утолщение 18, которое может обеспечивать скважинному инструменту 17 азимутальное направление, в которое скважинный инструмент 17 может синхронизироваться. С утолщением 18, обеспечивающим азимутальное направление, операция прецизионного направления может быть проведена много раз с одним или несколькими инструментами. То есть, анкер 10 остается в стволе скважины, и дополнительные скважинные инструменты 17 могут быть спущены на элемент 16 центрирования, ориентированы на утолщении 18, запущены в работу и извлечены. Скважинный инструмент 17 может быть блокирован на место на ловильной шейке на элементе 16 центрирования или блокирован на утолщение 18.
[39] Для блокирования анкера 10 предельной дальности действия на место, нижняя секция 12 может включать в себя ряд выдвигающихся узлов, которые могут быть убраны, когда анкер 10 предельной дальности действия спускают в ствол скважины. Затем, когда анкер 10 предельной дальности действия расположен на месте, выдвигающиеся узлы могут выдвигаться наружу, как объяснено подробно ниже.
[39] В варианте осуществления фиг. 1 показан нижний выдвигающийся узел 20 и верхний выдвигающийся узел 22. Каждый из узлов 20, 22 включают в себя рычаги 24 и опорные плиты 26, которые расположены, как множества рычагов 24 и множества опорных плит 26. На фиг. 1 показан вариант осуществления, в котором каждое множество включает в себя три рычага 24 (т.е., первое множество, содержащее три рычага, обозначенные позицией 24a, третий рычаг 24a не показан на фиг. 1, второе множество, содержащее три рычага, обозначенные позицией 24b третий рычаг 24b не показан на фиг. 1, третье множество, содержащее три рычага, обозначенные позицией 24c, третий рычаг 24c не показан на фиг. 1, четвертое множество, содержащее три рычага, обозначенные позицией 24d, третий рычаг 24d не показан на фиг. 1) и три опорные плиты 26 (т.е., первое множество, содержащее три опорные плиты обозначенные позицией 26a, третья опорная плита 26a не показана на фиг. 1, и второе множество, содержащее три опорные плиты, обозначенные позицией 26b, третья опорная плита 26b не показана на фиг. 1, соответственно). Нижний узел 20 включает в себя множество нижних рычагов 24a, множество опорных плит 26a и множество верхних рычагов 24b. Аналогично, верхний узел 22 включает в себя множество нижних рычагов 24c, множество опорных плит 26b и множество верхних рычагов 24d. Каждое множество рычагов 24 или опорных плит 26 может содержать, самое меньшее, два элемента или намного больше элементов. Например, множество может включать в себя 3 (как в показанном варианте осуществления), 4, 5, 6, 7, 8, 9, или больше рычагов 24 или опорных плит 26, или множества рычагов 24a-d и опорных плит 26a-b. Хотя вариант осуществления анкера 10 предельной дальности действия, показанный на фиг. 1, включает в себя два узла 20, 22, каждый узел, содержащий множества рычагов 24a-d и множества опорных плит 26a-b, анкер 10 предельной дальности действия может включать в себя любое число узлов 20, 22 для обеспечения надежного соединения в стволе скважины.
[40] Как показано на фиг. 1, рычаги 24 могут соединять опорную плиту 26 с хомутами, которые могут связывать узлы 20, 22 вместе. Например, как дополнительно показано на фиг. 1, нижний рычаг 24a (для упрощения, каждое из множеств рычагов 24a-d может быть рассмотрен ниже, как индивидуальные рычаги; следует понимать, что ʺнижние рычаги 24aʺ должны означать нижний рычаг в каждом множестве нижних рычагов 24a) в нижнем узле 20 может соединять первый конец первой опорной плиты 26a с нижним хомутом 28, и верхний рычаг 24b в нижнем узле 20 может соединять второй конец первой опорной плиты 26a со средним хомутом 29. В отношении верхнего узла 22, нижний рычаг 24c в верхнем узле 22 может соединять вторую опорную плиту 26b со средним хомутом 29, и верхний рычаг 24d верхнего узла 22 может соединять вторую опорную плиту 26b с верхним хомутом 30. Соединения между рычагами 24a-d и хомутами 28, 29, 30 могут являться поворотными шарнирами, так что рычаги 24a-d могут свободно изменять угол, под которым они соединены с каждым из хомутов 28, 29, 30.
[41] Узлы 20, 22 могут выдвигаться радиально наружу в ответ на действие тяги 32, которая тянет на себя нижнюю головку 34 анкера 10 предельной дальности действия для сокращения расстояния между хомутами 28, 29, 30. То есть, установочный инструмент, электромеханический анкер, или другой инструмент для вытягивания, заставляет тягу 32 (возможно через промежуточные компоненты, как объяснено ниже) перемещаться в верхнем направлении 36; и в ответ опорные плиты 26 в нижнем узле 20 и верхнем узле 22 одновременно выдвигаются в радиально наружном направлении 44. Одновременное перемещение всех множеств рычагов 24a-d и опорных плит 26a-b автоматически центрирует анкер 10 предельной дальности действия в стволе скважины, насосно-компрессорной трубе и т.д. Пружина 40 тяги может быть использована для приложения силы в направлении 42 вниз во время выполнения анкером 10 предельной дальности действия рейса вглубь ствола скважины для сохранения узлов 20, 22 в направлении 38 радиально внутрь и предотвращения вибрации или случайного перемещения узлов 20, 22 вследствие не стесненного перемещения рычагов 24a-d и/или опорных плит 26a-b.
[42] На фиг. 2 показано сечение варианта осуществления анкера 10 предельной дальности действия фиг. 1. В частности, на фиг. 2 показан нижний узел 20 при выполнении рейса или в не выдвинутом положении с тягой 32 в самом низу в радиальном направлении 42. Для дополнительного обеспечения условий устойчивого перемещения опорная плита 26a может быть закреплена на место штифтами 46, которые могут быть прикреплены к пружине 40 тяги или другой площади анкера 10 предельной дальности действия. Штифты 46 могут захватывать опорную плиту 26 на поверхности 48 захвата, которая стабильно фиксируется до развертывания тяги 32 в радиальном направлении 36 вверх. Другими словами, нижний узел 20, показанный на фиг. 2, должен выдерживать при перемещении угол 50 для рычагов 24a-b относительно хомутов 28, 29 в течение всего спуска в ствол скважины. При выполнении рейса угол 50 может обычно иметь величину около 90 градусов, что означает выполнение рейса с рычагами 24a-b параллельными стволу скважины во время спуска. В некоторых вариантах осуществления вместе с тем, при выполнении рейса угол 50 может быть больше или меньше 90 градусов для удовлетворения требований более быстрого развертывания или других требований для развертывания анкера 10 предельной дальности действия.
[43] Для развертывания анкера 10 предельной дальности действия тягу 32 тянут вверх в радиальном направлении 36, как упомянуто выше. На фиг. 2 показано, что тяга 32 жестко прикреплена к нижней головке 34, так что когда тягу 32 тянут, все, нижнюю головку 34, нижний хомут 28 и прикрепленный рычаг 24a тянут в радиальном направление 36 вверх. Средний хомут 29, напротив, может перемещаться по наружному диаметру вдоль тяги 32, так что тяга 32 свободна для скольжения через средний хомут 29. Сила, действующая от верхнего узла 22, отжимает средний хомут 29 вниз (т.е., вниз в радиальном направлении 42) относительно нижнего конца 34, и рычаги 24a-b, и опорная плита 26a таким образом принудительно подаются в направлении 44 радиально наружу.
[44] Развернутый вариант осуществления анкера 10 предельной дальности действия фиг. 2 показан на фиг. 3. Как показано на фиг. 3, нижний хомут 28 (с нижней головкой 34) подтянут ближе к среднему хомуту 29, и рычаги 24a-b и опорная плита 26a переместились радиально в направлении 44 наружу. Рычаги 24a-b теперь образуют угол 52 развертывания относительно хомутов 28, 29, а опорная плита 26a остается параллельной тяге 32 и, что важно, стенке 62 насосно-компрессорной трубы. Угол 52 развертывания в общем меньше угла 50 выполнения рейса, при котором анкер 10 предельной дальности действия выполняет рейс вниз по стволу скважины с меньшим профилем, чем когда анкер 10 развертывают. Опорная плита 26a перемещается на расстояние 56 от положения выполнения рейса (фиг. 2) до положения развертывания (фиг. 3). Расстояние 56 может, в некоторых вариантах осуществления составлять до 30 сантиметров. Например, диапазон может составлять от 1 сантиметра до 15 сантиметров, от 1 сантиметра до 20 сантиметров, от 1 сантиметра до 25 сантиметров, от 5 сантиметров до 15 сантиметров и т.д. Когда тягу 32 тянут и анкер развертывают, поверхность 60 опорной плиты 26a может упираться в стенку 62 насосно-компрессорной трубы, и фиксаторы 64 (показаны на фиг. 4 и 5) могут вдавливаться в стенку 62 насосно-компрессорной трубы для обеспечения надежного прилегания. Поскольку рычаги 24a-b и опорная плита 26a могут развертываться или выдвигаться одновременно, опорная плита 26a и/или фиксаторы 64 (показаны на фиг. 4 и 5) в каждом множестве или узле 20, 22, могут вдавливаться в стенку 62 насосно-компрессорной трубы с одинаковой силой и синхронизацией. То есть, когда одна опорная плита 26a может соприкасаться со стенкой 62 насосно-компрессорной трубы раньше другой опорной плиты 26a, анкер 10 предельной дальности действия должен центрироваться до того, как любая из опорных плит 26a прикладывает какое-либо давление, которое должно фактически задавливать фиксаторы 64 в стенку 62 насосно-компрессорной трубы. Фиксаторы 64 уменьшают вероятность проскальзывания или сдвига после развертывания, и фиксаторы 64 могут содержать любые комбинации форм и размеров для надежного вдавливания в стенку 62 насосно-компрессорной трубы. Показанные варианты осуществления включают в себя фиксатор 70 в виде усеченного конуса, заостренный конический фиксатор 72, и многоточечный фиксатор 74, как показано на фиг. 2 и 3.
[45] На фиг. 4 показан вариант осуществления опорной плиты 26, которую можно применять в анкере 10 предельной дальности действия фиг. 1-3. Как показано, в опорной плите 26 применены фиксаторы 64 единого размера и формы. В частности, на фиг. 4 показана расстановка два на три точечных конических фиксаторов 72. Размер, форма, и/или расстановка фиксаторов 64 может зависеть от типа стенки 62 насосно-компрессорной трубы, в которую фиксаторы 64 должны вдавливаться. Например, для стенки 62 насосно-компрессорной трубы, которая сильно поражена коррозией и/или ржавчиной, с разрыхленным или размягченным материалом на внутренний поверхности 80 (показано на фиг. 3), можно задействовать фиксатор 64, который проникает глубже во внутреннюю поверхность 80. С другой стороны, если стенка 62 насосно-компрессорной трубы имеет твердую и/или полированную поверхность, для фиксаторов 64 можно применять меньшие, более острые и/или с большим числом точек на поверхности 60 опорной плиты 26.
[46] Дополнительный, но не ограничивающий пример фиг. 5 показывает вариант осуществления опорной плиты 26 имеющий пять фиксаторов 64, расположенных на поверхности 60 опорной плиты 26. В состав варианта осуществления фиг. 5 включен больший многоточечный фиксатор 74, установленный в центре опорной плиты 26 с несколькими меньшими фиксаторами 70 в виде усеченных конусов, установленных по углам опорной плиты 26. Кроме того, опорная плита 26 в варианте осуществления, показанном на фиг. 5, включает в себя химические фиксаторы 82, в которых можно применять клей, эпоксид, адгезив или другие химреагенты для прикрепления опорной плиты 26 к стенке насосно-компрессорной трубы 62.
[47] Для защиты фиксаторов 64 во время выполнения рейса в стволе скважины опорная плита 26 может включать в себя крышку 84 фиксаторов (показано на фиг. 2 и 3). Крышка 84 фиксаторов может быть прикреплена к поверхности 60 во время выполнения рейса в скважину и в некоторых вариантах осуществления выполнена из материала с низким коэффициентом трения. Например, крышка 84 фиксаторов может включать в себя полимер, керамику, пластик, силикон, резину или другой защитный материал. Крышка обеспечивает опорной плите 26 и анкеру 10 предельной дальности действия сквозной проход мимо элементов в стволе скважины, которые могут без нее соприкасаться с фиксаторами 64 и мешать рейсу. Кроме того, крышка 84 фиксаторов защищает фиксаторы 64, при этом любые острые точки фиксаторов 64 сохраняют свою остроту до развертывания. После развертывания анкера 10 предельной дальности действия, крышку 84 фиксаторов можно деформировать, сжимать, или дробить, чтобы дать фиксаторам 64 возможность столкнуться с внутренней поверхностью 80 стенки 62 насосно-компрессорной трубы. В показанном варианте осуществления фиг. 3 крышка 84 фиксаторов раздроблена и должна раствориться или упасть вниз в стволе скважины.
[48] На фиг. 6 показан вариант осуществления верхней секции 14 анкера 10 предельной дальности действия фиг. 1. Как показано, верхнюю секцию 14 анкера 10 предельной дальности действия можно применять для размещения корпуса 98, который помогает в сохранять выдвигающиеся узлы 20, 22 в развернутом положении после развертывание. На фиг. 6 показана верхняя секция 14 до вытягивания тяги 32. Как показано, муфта 100 тяги 32 сидит на дне полости 102 на заплечике 120 который лежит в контакте с опорной поверхностью 104 корпуса. Как объяснено выше, анкер 10 предельной дальности действия может выполнять рейс вниз в стволе скважины в данном положении. Для развертывания анкера 10 предельной дальности действия тяга 32 может быть соединена с первым концом установочной штанги 106 срезным штифтом 108. Установочная штанга 106 может быть соединена на другом конце с установочным инструментом, электромеханическим анкером или другим скважинным тяговым устройством, которое тянет на себя установочную штангу 106. Установочная штанга 106, срезной штифт 108, и тяга 32 могут перемещать вверх в направлении 36 относительно корпуса 98. Аналогично средней хомуту 29 описанной выше, верхняя хомут 30 может быть соединена с возможностью скольжения c тягой 32, что обеспечивает тяге 32 осевое перемещение в направлении 36 вверх, и таким образом заставляет рычаги 24 перемещаться в радиальном направлении 44 наружу. Для предотвращения деформации стенки 62 насосно-компрессорной трубы срезной штифт 108 можно калибровать для среза при заданной силе развертывания. В некоторых вариантах осуществления электромеханический анкер можно калибровать или программировать для отключения энергии, когда обнаружена некоторая сила развертывания (например, меньше силы, которая деформирует стенку 62 насосно-компрессорной трубы). В таких вариантах осуществления анкер 10 предельной дальности действия может не иметь срезного штифта 108. Сила развертывания является достаточно большой для задавливания фиксаторов 64 во внутреннюю поверхность 80 стенки 62 насосно-компрессорной трубы, но достаточно малой, чтобы анкер 10 предельной дальности действия и стенка 62 насосно-компрессорной трубы не деформировались или не получали иного повреждения. После развертывание анкера 10 предельной дальности действия установочный инструмент (если применен), установочная штанга 106, и любая часть срезного штифта 108, прикрепленная к установочной штанге 106, может быть извлечена обратно на поверхность из ствола скважины. В некоторых вариантах осуществления электромеханический анкер, применяемый для установки анкера 10 предельной дальности действия, может оставаться в забойной зоне до готовности анкера 10 предельной дальности действия к извлечению.
.
[49] Тягу 32 можно удерживать на месте различными закрепляющими устройствами. Например, верхняя секция 14 может включать в себя сцепной замок 110, удерживающий срезной штифт 122 и гребни 112 внутри полости 102 корпуса 98 Гребни 112 в показанном варианте осуществления выполнены с возможностью обеспечивать сцепному замку скольжение аксиально в направлении 36 вверх, но предотвращать скольжение сцепного замка 110 в направлении 42 вниз. Нижняя кромка 114 каждого гребня 112 может быть немного скошена для уменьшения трения между верхней кромкой 116 сцепного замка 110 и нижней кромкой 114 каждого гребня 112. Верхняя кромка 118 гребней 112, вместе с тем, скошена для увеличения удерживающей способности нижней кромки 120 сцепного замка 110. Сцепной замок 110 может также включать в себя сцепную пружину 124, которая увеличивает силу сцепного замка 110, действующую в направлении 44 радиально наружу на гребни 112. Сцепной замок 110 может включать в себя варианты осуществления где сцепная пружина 124 является цилиндрической пружиной или, как проиллюстрировано, может включать в себя упругий материал, или дугообразную пружину, которая поджимает сцепной замок 110 к гребням 112.
[50] После развертывания анкер 10 может оставаться на месте развертывания для ряда работ. Один или несколько инструментов могут быть спущены в забойную зону скважины и на элемент 16 центрирования для работы. После завершения всех требуемых работ инструмента оператор может извлечь анкер 10 предельной дальности действия с помощью возврата выдвигающихся узлов 20, 22 в положение выполнения рейса. Например, электромеханический регулятор может использовать двигатель для подтягивания тяги 32 в направлении 42 обратно вниз относительно верхней секции 14 и верхнего хомута 30. Тягу 32 можно также высвобождать с помощью дробления или срезания удерживающего срезного штифта 122. Удерживающий срезной штифт 122 можно калибровать для дробления при пороговой расцепляющей силе на анкере 10 предельной дальности действия. Альтернативно, извлекающий инструмент можно спустить и закрепить на элементе 16 центрирования и подтянуть аксиально в направлении 36 вверх. При пороговой расцепляющей силе удерживающий срезной штифт 122 срезается, обеспечивая тяге 32 отсоединение от сцепного замка 110. Конец со стороны забоя муфты 100 должен входить в контакт с концом со стороны устья заплечика 120 после извлечения. Пружина 40 тяги заставляет тягу 32 оставаться в выдвинутом положении, что удерживает выдвигающиеся узлы 20, 22 в направлении 38 радиально внутрь 38, так что анкер 10 может быть полностью извлечен. Работа извлечения может быть выполнена последним инструментом, подлежащим ориентированию на анкере 10. Последний инструмент в таком случае должен быть установлен с возможностью приложения достаточного дополнительного натяжения к анкеру 10, при котором удерживающий срезной штифт 122 разрывается или срезается.
[51] На фиг. 7 показан вид сбоку с сечением дополнительного или альтернативного нижнего выдвигающегося узла 130. Нижний выдвигающийся узел 130 включает в себя нижний рычаг 132a, который может прикрепляться к нижнему хомуту 28 способом, одинаковым с другим нижним рычагом 24a. Аналогично, верхний рычаг 132b может прикрепляться к среднему хомуту 29 способом, одинаковым с описанным выше. Как проиллюстрировано, вместе с тем, нижний выдвигающийся узел 130 может включать в себя варианты осуществления для скрепления анкера 10 со стволом скважины без опорной плиты 26, описанной выше. Вместо этого, в нижнем выдвигающемся узле 130 можно применять скрепляющий выступ 134, который выступает из верхнего конца 142 верхнего рычага 132b. Выступ 134 включает в себя гребни 136, которые вдавливаются в ствол скважины. Вдавливание гребней 136 закрепляет позиционирование анкера 10 во время ориентации в последующем закрепляемых анкером инструментов. Гребни 136 могут иметь дополнительные или альтернативные показанным на фиг. 7 размер, форму, и/или расстановка в зависимости от материала, в который гребни 136 должны вдавливаться. Как и в случае с фиксаторами 64 (объяснено выше), благодаря размеру, форме и/или расстановке гребни 136 могут проникать глубже во внутреннюю поверхность, если стенка 62 насосно-компрессорной трубы сильно поражена коррозией и/или ржавчиной, имеет разрыхленный или размягченный материал на своей внутренней поверхности 80. С другой стороны, если стенка 62 насосно-компрессорной трубы выполнена из твердого материала и/или имеет полированную поверхность, для гребней 136 можно применять острия меньшего размера, более острые и/или в большем количестве.
[51] Во время транспортировки анкера 10 в стволе скважины, нижний рычаг 132a и верхний рычаг 132b, по существу, параллельны тяге 32, что делает более узким профиль анкера 10 предельной дальности действия аналогично варианту осуществления, показанному на фиг. 2 и описанному выше. Выступ 134 располагается на одной линии с рычагами 132a, 132b. Нижний рычаг 132a включает в себя выемку 138, вырезанную в нижнем рычаге 132a; и во время транспортировки выступ 134 размещен в выемке 138 для защиты гребней 136 и обеспечения плавного спуска анкера 10. Нижний рычаг 132a может прикрепляться к левой стороне 137 и правой стороне 140 верхнего рычага 132b, что обеспечивает плавное и надежное развертывание выступа 134 с упором в ствол скважины. В некоторых вариантах осуществления нижний рычаг 132a может включать в себя выступ, имеющий гребни на верхнем конце для дополнительного закрепления анкера 10 в стволе скважины. В дополнительном или альтернативном варианте осуществления верхний рычаг 132b и нижний рычаг 132a могут меняться ролями. То есть, нижний рычаг может включать в себя выступ 134 а верхний рычаг 132b может включать в себя выемку 138.
[53] Верхний рычаг 132b (или нижний рычаг 132a в некоторых вариантах осуществления) могут также включать в себя гибкие элементы 144, или другие амортизирующие элементы, которые обеспечивают верхнему рычагу 132b амортизацию или гибкость во время развертывания. Гибкость и амортизация могут быть полезными для выполнения и поддержания соединения между выступом 134 и стволом скважины. Например, как показано на фиг. 6, когда сцепной замок 110 скользит в направлении 36 вверх вдоль гребней 112, каждый гребень 112 индивидуально скользит мимо сцепного замка 110. Когда срезной штифт 108 срезается, сцепной замок 110 может испытывать обратное скольжение. Данное небольшое скольжение может возникать в особенности если сцепной замок 110 только частично оттянут от одного гребня 112 к следующему гребню 112. Указанное может иметь весьма малую величину (например, 0,006 дюймов или 0,152 мм) вследствие небольшой длины гребней 112, но может все равно обуславливать потерю выступом 134 некоторой силы сцепления со стволом скважины.
[54] Для предотвращения данной потери силы сцепления гибкие элементы 144 (как показано на фиг. 7) обеспечивают некоторый рост потенциальной энергии пружины до срезания срезного штифта 108. То есть, тяга 32 тянет хомуты 28, 29 для перемещения рычагов 132a, 132b в направлении 44 наружу до соприкосновения выступа 134 со стволом скважины. Затем верхний рычаг 132b может изгибаться для создания потенциальной энергии пружины между стволом скважины и тягой 32. Следом за изгибом верхнего рычага 132b, срезной штифт 108 срезается и потенциальная энергия пружины от изгиба поглощает любую потерю в силе сцепления, обусловленную сдвигом сцепного замка 110 между гребнями 112. Потенциальная энергия пружины толкает выступ 134 на ствол скважины с дополнительной силой, которая увеличивает силу трения и таким образом в целом способность анкера 10 предельной дальности действия оставаться в фиксированном месте.
[55] Гибкие элементы 144 могут включать в себя пазы, борозды, канавки или другие физические изменения рычага (например, верхнего рычага 132b) для обеспечения жесткому в их отсутствие рычагу изгиба или изгиба дугой без деформирования или постоянного искривления. Гибкие элементы 144 могут также содержать значительные отличия для рычагов. Например, рычаги 132 могут быть сконструированы из гибкого металла, полимера, резины или другого материала, который не деформируется под нагрузкой. Кроме того, гибкие элементы 144 могут включать в себя комбинации данных или других признаков, которые дают возможность рычагам 132 обеспечивать увеличенную силу, нормальную к внутренней поверхности ствола скважины.
[56] В некоторых вариантах осуществления анкер 10 может быть намеренно отклонен от центра ствола скважины. Например, нижние рычаги 132a и верхние рычаги 132b могут менять длину от одного множества выдвигающегося узла 130 к другому множеству. То есть, верхний рычаг 132b одного множества может быть длиннее верхних рычагов 132b других множеств частного выдвигающегося узла 130. Указанное может приводить к прикреплению укороченного верхнего рычага 132b к среднему хомуту 29, а более длинного верхнего рычага 132b к отличающемуся среднему хомуту. Когда выдвигающийся узел 130 развертывают, более длинные рычаги одного множества должны заставлять анкер 10 отходить от центра ствола скважины до зацепления укороченными рычагами другого множества стенки ствола скважины. Альтернативно или дополнительно, для смещения анкера 10 от центра ствола скважины точку 146 соединения между нижним рычагом 132a и верхним рычагом 132b можно регулировать. В показанном варианте осуществления фиг. 7, оба, нижние рычаги 132a и оба, верхние рычаги 132b имеют, по существу, равную длину, и точка 146 соединения расположена вблизи концов данных рычагов 132a, 132b, как показано. Вместе с тем, в некоторых вариантах осуществления нижний рычаг 132a может быть длиннее, с выемкой 138, охватывающей больше площади верхнего рычага 132b. То есть, нижний рычаг 132a может выдвигаться на каждой из сторон верхнего рычага 132b до любой точки соединения, например, см. соединение 148.
[56] В вариантах осуществления с более длинными выемками 138 соединение 148 может быть размещено ближе к среднему хомуту 29 на длину 150 продолжения, таким образом переустанавливают точку 146 соединения в соединении 148. Длины верхних рычагов 132b могут оставаться одинаковыми, вместе с тем, точка 146 соединения может быть изменена для любого соединения 148 вдоль верхнего рычага 132b. Когда точка 146 соединения установлена на соединении 148 и расположена ближе к среднему хомуту 29, развертывание выдвигающегося узла 130 может обуславливать выдвижение выступа 134 дальше от нижнего выдвигающегося узла 130. Данное должно обеспечивать верхнему рычагу 132b с выступом 134, дополнительное выдвижение от анкера 10 предельной дальности действия для данного расстояния поступательного перемещения тяги 32. Таким образом, если точка 146 соединения установлена на отличающемся соединении 148 для каждого множества рычагов 132a, 132b, анкер 10 предельной дальности действия должен быть установлен внецентренно в стволе скважины.
[58] На фиг. 8 показан вариант осуществления анкера 10 предельной дальности действия, где применен электромеханический анкер в верхней секции 14. Электромеханическая секция, должна быть установлена со стороны устья, в направлении 36 от верхнего хомута 30. Электромеханическая секция может включать в себя сцепной замок 110, срезной штифт 122, поворотное устройство (например, исполнительный механизм, двигатель, толкатель, и т.д.) и устройство связи (например, блок электронной платы). Можно передавать сигнал на устройство связи для инициирования процедуры установки или процедуры извлечения. Сигнал можно передавать с поверхности, посылая волну давления, которую обнаруживает устройство связи, или осуществляя прямую электронную связь через проводное соединение. Кроме того, устройство связи может начинать процедуру развертывания, когда набор нужных условий обнаружен в стволе скважины. Набор нужных условий может включать в себя давление, температуру, химический состав, ориентацию (например, развертывание только в горизонтальном стволе скважины), ускорение (например, исключение развертывания в движении) и время (например, исключение развертывания до истечения некоторого времени после сброса в ствол скважины). Устройство связи должно передавать сигнал на поворотное устройство для инициирования установочной последовательности. Результатом инициирования поворотного устройства должно быть перемещение в направлении 36 к устью тяги 32 и функционирование системы должно реагировать, как указано выше. Дополнительно, процесс извлечения может включать в себя второй сигнал или группу обнаруживаемых сигналов для реверса движения поворотного устройства. Процесс извлечения может также включать в себя приложение значительной силы в направлении 36 вверх в системе для срезания штифта, соединяющего сцепной замок 110 и тягу 32. Срезание штифта должно приводить к отцеплению профилей от обсадной колонны, и анкерные рычаги должны складываться до угла 50 выполнения рейса.
[59] Хотя описаны с выделением различные варианты осуществления, применимые в объеме настоящего изобретения, следует понимать, что в объеме прилагаемой формулы настоящее изобретение можно практически реализовать иначе, чем описано в данном документе.