Механическое счетное устройство для скважинного инструмента, скважинный инструмент с таким устройством и способ гидроразрыва с его использованием - RU2628114C1

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к механическим счетным устройствам для подсчета сигналов на входе. В частности, изобретение относится к механическим счетным устройствам для подсчета сигналов на входе для последовательного приведения в действие скважинных инструментов.

Существует много ситуаций, в которых скважинные инструменты должны избирательно приводиться в действие. Вместе с тем осуществление связи с инструментами для их приведения в действие в скважинной окружающей среде может представлять трудности. Существуют системы, например, радиочастотной идентификации, но такие системы являются сложными, дорогостоящими и подверженными отказам. Действительно, электрическое, электронное или магнитное устройство любого вида часто является недостаточно прочным, чтобы выдерживать тяжелые условия скважинной окружающей среды.

Во время гидравлического разрыва в скважинах, законченных в нескольких продуктивных пластах, ряд инструментов или блоки инструментов размещаются в каждой зоне и каждый скважинный инструмент необходимо приводить в действие и выводить текучую среду для подачи наружу для гидроразрыва скважины. Приведение в действие должно выполняться последовательно для обеспечения последовательного гидроразрыва ствола скважины вдоль длины ствола, не допуская утечки текучей среды гидроразрыва через зоны ранее выполненного гидроразрыва пласта.

Вследствие высокой стоимости и частых отказов электронных или электрических устройств самым распространенным является приведение инструментов в действие чисто механическим способом. Шары последовательно увеличивающегося диаметра сбрасывают вниз по трубному изделию, установленному в стволе скважины. Инструменты выполнены в такой конфигурации, что первый сброшенный шар, который имеет самый малый диаметр, проходит через первый и промежуточные инструменты, которые имеют седло шара (далее в данном документе именуется седло клапана) больше шара, пока шар не достигнет самого удаленного инструмента в скважине. Данный самый удаленный инструмент выполнен с седлом клапана меньше первого сброшенного шара так, что шар размещается в седле инструмента, закрывая основной канал и обуславливает открытие боковых отверстий, таким образом, отклоняя поток текучей среды. Последовательно сбрасываемые шары имеют увеличивающийся диаметр, так что они также проходят через приближенные инструменты, но размещаются в удаленных инструментах с подходящим диаметром седла клапана. Это продолжается до приведения в действие всех инструментов по порядку от самого удаленного до самого приближенного.

Таким образом, данный подход не включает в себя подсчета сброшенных шаров. Шары, которые слишком малы для конкретного инструмента, просто не регистрируются. Вместе с тем данный подход имеет ряд недостатков. Число инструментов с изменяющимися седлами клапанов, которые можно использовать, ограничено на практике, поскольку должна существовать значительная разница в диаметре седла и, следовательно, шара, чтобы шар, нештатно сработав, не привел в действие предыдущие инструменты. Также седла клапанов действуют, как сужения потока, проходящего через трубу, которые всегда являются нежелательными. Чем меньше седло, тем значительнее сужение.

Необходимо создание устройства, которое обеспечивает приведение в действие большого числа скважинных инструментов, и/или создание скважинных инструментов с одинаковым диаметром седла клапана, и/или создание седел клапана с наибольшим возможным диаметром.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создано механическое счетное устройство, расположенное на каждом из множества скважинных инструментов, установленных в стволе скважины вдоль него, при этом каждый инструмент имеет основной канал, соответствующее трубному изделию, установленному в стволе скважины, и каждый инструмент приводится в действие для открытия одного или нескольких отверстий текучей среды, находящихся сбоку основного канала, причем механическое счетное устройство содержит средство линейного пошагового перемещения, выполненное с возможностью обеспечения линейного перемещения механического счетного устройства вдоль основного канала на заданное расстояние в ответ на прием сигнала приведения в действие до достижения площадки срабатывания инструмента, где инструмент приводится в действие, при этом механическое счетное устройство может устанавливаться в множество различных заданных положений в основном канале, так что скважинные инструменты можно последовательно приводить в действие.

Механическое счетное устройство может быть выполнено с возможностью соединения с одним из множества продольных пазов, выполненных вдоль основного канала.

Механическое счетное устройство может быть выполнено с возможностью линейного перемещения вдоль основного канала на заданное расстояние в ответ на предмет, например шар, сброшенный в трубное изделие, установленное в ствол скважины, который при этом обеспечивает сигнал приведения в действие.

Механическое счетное устройство может быть выполнено с возможностью, при достижении площадки срабатывания, обеспечивать остановку сброшенного предмета на инструменте, при этом закрывающего основной канал в инструменте.

Механическое счетное устройство может быть выполнено с возможностью линейного перемещения в ряде дискретных этапов на площадку срабатывания. Каждый дискретный этап может соответствовать перемещению механического устройства подсчета из одного продольного паза в смежный продольный паз.

Механическое счетное устройство может содержать элемент зажимной гильзы, имеющий несколько пальцев и выступающую часть, расположенную на конце каждого пальца. Каждый палец может быть гибким. Элемент зажимной гильзы может содержать трубчатый элемент, имеющий канал такого диаметра, что сброшенный предмет может проходить через трубчатый элемент. Каждый палец может перемещаться между первым положением, в котором выступающая часть находится за пределами канала трубчатого элемента, и вторым положением, в котором выступающая часть находится в канале трубчатого элемента и может входить в контакт со сброшенным предметом. Каждый палец может изгибаться между первым и вторым положениями.

Элемент зажимной гильзы может устанавливаться в основном канале так, что выступающая часть одного или нескольких пальцев соединяется с пазом, когда палец находится в первом положении, и не соединяется с пазом, когда палец находится во втором положении.

Элемент зажимной гильзы может содержать первый комплект пальцев и второй комплект пальцев, продольно разнесенный с первым комплектом. Элемент зажимной гильзы и пазы могут быть выполнены с такой конфигурацией, что когда пальцы первого комплекта соединяются с пазом, пальцы второго комплекта не соединяются с пазом. Элемент зажимной гильзы и пазы могут быть выполнены с такой конфигурацией, что когда пальцы второго комплекта соединяются с пазом, пальцы первого комплекта не соединяются с пазом.

Элемент зажимной гильзы может быть выполнен так, что сброшенный предмет, проходящий через основной канал, входит в контакт с выступающей частью одного или нескольких пальцев, которая находится во втором положении, так что элемент зажимной гильзы линейно перемещается в направлении перемещения сброшенного предмета. Элемент зажимной гильзы может линейно перемещаться до соединения выступа со следующим пазом. Элемент зажимной гильзы может быть выполнен таким, что соединение со следующим пазом обеспечивает продолжение прохода сброшенного предмета мимо комплекта пальцев, у которых выступающая часть соединена со следующим пазом.

Элемент зажимной гильзы может быть выполнен таким, что линейное перемещение обуславливает отсоединение выступающей части одного или нескольких пальцев, находящихся в первом положении, от паза и перемещение во второе положение. Элемент зажимной гильзы может линейно перемещаться силой удара сброшенного предмета и/или давлением текучей среды над ним, действующим на сброшенный предмет.

Таким способом элемент зажимной гильзы линейно перемещается в последовательности этапов с перемещением на один паз каждый раз при сбросе предмета.

Механическое счетное устройство может перемещаться к элементу втулки, расположенному в основном канале и выполненному с возможностью закрывать боковые отверстия. Элемент зажимной гильзы может быть выполнен с возможностью контакта с элементом втулки и воздействия на него при достижении площадки срабатывания для перемещения элемента втулки и обеспечивать перемещение текучей среды между основным каналом и боковыми отверстиями.

В данном варианте элемент зажимной гильзы является линейно перемещающимся на один паз каждый раз к площадке срабатывания, в результате чего он обеспечивает перемещение элемента втулки для открытия боковых отверстий. Основной канал каждого инструмента может быть снабжен большим числом пазов. Для конкретного инструмента элемент зажимной гильзы может быть установлен на расстоянии конкретного числа пазов от площадки срабатывания. Число пазов может быть изменяющимся для каждого инструмента в зависимости от его близости к поверхности. Например, самый удаленный от поверхности инструмент может иметь наименьшее число пазов, например только один, а самый приближенный к поверхности инструмент может иметь наибольшое число пазов, например пятьдесят, если всего пятьдесят инструментов находятся в стволе скважины. Инструменты должны последовательно приводиться в действие по порядку от самого удаленного до самого приближенного.

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже в качестве только примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На Фиг.1 показан вид (a) в изометрии и вид (b) продольного сечения кожуха инструмента (показано на фиг.3) скважинного устройства приведения в действие.

На Фиг.2 показан вид (a) в изометрии и вид (b) продольного сечения зажимной гильзы скважинного устройства приведения в действие.

На Фиг.3 показано продольное сечение инструмента скважинного устройства приведения в действие с втулкой в закрытом положении.

На Фиг.4 показано с увеличением продольное сечение участка инструмента Фиг.1 с шаром, подходящим к инструменту.

На Фиг.5 показано с увеличением продольное сечение участка инструмента Фиг.1 с шаром, установленным на первое седло.

На Фиг.6 показано с увеличением продольное сечение участка инструмента Фиг.1 с шаром, установленным на второе седло.

На Фиг.7 показано с увеличением продольное сечение участка инструмента Фиг.1 с высвобожденным шаром.

На Фиг.8 показан вид (a) в изометрии и вид (b) продольного сечения компоновки захватов.

На Фиг.1 показан скважинный инструмент 10 скважинного устройства приведения в действие. Устройство содержит множество скважинных инструментов 10, например пятьдесят, которые могут крепиться к трубному изделию и располагаться последовательно вдоль ствола скважины. При использовании в данном подробном описании термином "трубное изделие" именуют трубное изделие для напорного трубопровода для транспортировки текучей среды, в частности нефти, газа и/или воды, в подземную скважину и/или из нее. "Трубное изделие", развернутое в подземной скважине, может быть выполнено из индивидуальных отдельных отрезков обычных трубных изделий трубопровода, скрепленных вместе с помощью муфт с образованием, например, колонны насосно-компрессорных труб, бурильной колонны, обсадной колонны, хвостовика, и т.д., которую устанавливают в подземной скважине и используют, по меньшей мере, отчасти, для транспортировки текучих сред. Трубное изделие может иметь канал, в общем, с диаметром, не меняющегося по всей его длине, или может иметь две или более секции, имеющие каналы различных диаметров. Например, трубное изделие может состоять из обсадной колонны, установленной в стволе скважины, проходящей от одного конца на устье скважины на поверхности земли или морском дне, и соединенной на другом конце или вблизи него с колонной насосно-компрессорных труб или хвостовиком, имеющим канал, который меньше канала в обсадной колонне. В другом примере трубное изделие может состоять из колонны насосно-компрессорных труб, установленной в стволе скважины, проходящей от одного конца, установленного на устье скважины, на поверхности земли или морском дне, и соединенной на другом конце или вблизи него с обсадной колонной или хвостовиком, имеющим канал больше канала колонны насосно-компрессорных труб. Оборудование, не относящееся к подземной скважине, в котором трубные изделия можно использовать, согласно настоящему изобретению включает в себя, без ограничения этим, линии трубопроводов и канализационные линии.

В данном варианте осуществления инструменты 10 предназначены для гидроразрыва скважины. Каждый инструмент 10 имеет основной канал 12, который при использовании инструмента является коаксиальным с трубным изделием, установленным в стволе скважины, и несколько боковых отверстий 14 текучей среды. В основном канале 12 инструмента 10 выполнены несколько кольцевых канавок или пазов 16, причем пазы 16 разнесены в продольном направлении на заданные равные интервалы. Число выполненных пазов 16 может быть одинаковым с общим числом инструментов 10.

В основном проходном отверстии 12 каждого инструмента 10 размещена зажимная гильза 20, показанная на фиг.3-7. Показанная на Фиг.2 зажимная гильза 20 является трубным изделием и имеет канал 22, расположенное коаксиально с основным каналом 12, когда зажимная гильза 20 размещена в основном проходном отверстии 12. Каждая зажимная гильза 20 имеет два комплекта гибких пальцев с выступающей частью 24, выполненной на конце каждого пальца. Каждый палец изгибается, когда боковая сила прикладывается к выступающей части 24, между первым положением, в котором выступающая часть 24 находится за пределами канала 22 зажимной гильзы 20, и вторым положением, в котором выступающая часть 24 находится в канале 22. Когда зажимная гильза 20 размещена в основном проходном отверстии 12, каждая выступающая часть 24 находится в первом положении, когда соединяется с пазом 16, и во втором положении, когда выступающая часть 24 не соединяется с пазом 16.

Первый комплект пальцев 26 и второй комплект пальцев 28 продольно разнесены на заданное расстояние. Данное расстояние выполнено таким, что когда пальцы 26 первого комплекта соединяются с пазом 16, пальцы 28 второго комплекта не соединяются с пазом 16, поскольку находятся между двумя смежными пазами 16, то есть во втором положении.

Зажимная гильза 20 выполнена такой, что сброшенный предмет, например шар 30, может проходить через основной канал 12, но должен входить в контакт с выступающей частью 24 любого из пальцев, находящихся во втором положении. На Фиг.4-7 показан шар 30, сброшенный с поверхности и перемещающийся в направлении 100, проходящий через зажимную гильзу 20.

Как показано на фиг.4, каждая выступающая часть 24 второго комплекта пальцев 28 соединяется с пазом 16, и при этом пальцы не отогнуты и находятся в первом положении. Вместе с тем выступающие части 24 первого комплекта пальцев 26 соединяются с пазом 16 и, таким образом, отогнуты внутрь во второе положение. Следует заметить, что зажимная гильза 20 может быть выполнена с такой конфигурацией, что когда первый комплект пальцев 26 находится в первом положении, второй комплект пальцев 28 находится во втором положении.

Как показано на фиг.5, шар 30 находится в контакте с выступающими частями 24 первого комплекта пальцев 26, поскольку они находятся в канале 22. Сила удара шара 30 и/или давление текучей среды над шаром 30 затем обуславливают линейное перемещение зажимной гильзы 20 в направлении 100. Это обуславливает отсоединение второго комплекта пальцев 28 от паза 16 и линейное перемещение на место между данным пазом 16 и следующим пазом 16. Данные пальцы 28 теперь находятся во втором положении. Одновременно первый комплект пальцев 26 перемещается вперед для соединения со следующим пазом 16, что обуславливает отгиб пальцев 26 в первое положение. Выступающие части 24 и пазы 16 выполнены с надлежащим профилем, обеспечивающим отсоединение выступающей части 24 от паза 16, когда прикладывается достаточная линейная сила.

На Фиг.6 показаны пальцы в их новых положениях. Также когда первый комплект пальцев 26 находится в первом положении, шар 30 освобождается для продолжения своего перемещения до встречи со вторым комплектом пальцев 28. Поскольку данные пальцы теперь находятся во втором положении, шар 30 останавливается в данном месте.

Сила удара шара 30 и/или давление текучей среды над шаром 30 обуславливают линейное перемещение зажимной гильзы 20 в направлении 100. Это обуславливает отсоединение первого комплекта пальцев 26 от паза 14 и линейное перемещение на место между данным пазом 14 и следующим пазом 14. Данные пальцы 26 теперь находятся во втором положении. Одновременно второй комплект пальцев 28 перемещается вперед для соединения со следующим пазом 14, обуславливая отгиб пальцев 28 в первое положение.

На Фиг.7 показаны пальцы в их новых положениях. Следует заметить, что данные положения являются одинаковыми с их начальными положениями до подхода шара 30 к зажимной гильзе 20. Когда второй комплект пальцев 28 находится в первом положении, шар 30 освобождается для продолжения своего перемещения вдоль ствола скважины, выходя из данного инструмента 10. Шар 30 должен продолжать перемещение через трубное изделие к следующему инструменту 10, где он должен перемещать вперед зажимную гильзу 20, связанную с инструментом 10 и так далее, до достижения последнего инструмента.

Общее воздействие прохода шара 30 через инструменты 10 состоит в том, что соответствующая зажимная гильза 20 линейно перемещается вперед на один паз 16. Любые последующие сброшенные шары 30 должны иметь аналогичное воздействие. Зажимная гильза 20 линейно ступенчато последовательно перемещается на один паз 16 каждый раз во время сброса шара 30.

Каждый инструмент 10 включает в себя втулку 40, как показано на фиг.1 и 3. Втулка 40 имеет несколько отверстий 42. В своем нормальном положении втулка 40 соединяется с основным каналом 12 соединительным элементом или срезным штифтом, и в данном положении отверстия 42 продольно разнесены с боковыми отверстиями 14. Поэтому втулка 40 закрывает боковые отверстия 14 для текучей среды, находящейся в основном канале 12. На Фиг.2 показано данное нормальное положение с закрытыми боковыми отверстиями 14. Оборудованы уплотнения для предотвращения утечки текучей среды из основного канала 12 в боковые отверстия 14.

Как показано на фиг.3, вторая зажимная гильза 50 размещена в основном канале 12 ниже по потоку от втулки 40. Когда втулка 40 находится в своем нормальном положении, выступающие части пальцев 52 второй зажимной гильзы 50 соединяются со вторыми пазами 18, созданными в основном канале 12. Поэтому на вторую зажимную гильзу 50 не действуют любые сброшенные шары 30, проходящие через инструмент 10.

Когда заданное число шаров 30 для конкретного инструмента 10 сброшено, зажимная гильза 20 должна переместиться для достижения втулки 40 и входа в контакт с ней и такое положение называется площадкой срабатывания. Дополнительное линейное перемещение зажимной гильзы 20 прикладывает продольную силу к втулке 40 для линейного перемещения втулки 40, когда сила достаточно велика для среза срезного штифта. Данное перемещении втулки 40 обуславливает совмещение отверстий 42 втулки 40 и боковых отверстий 14 так, что текучая среда перемещается между основным каналом 12 и боковыми отверстиями 14. Это перемещение также обуславливает воздействие втулки 40 на вторую зажимную конусную втулку 50 и ее линейное перемещение, так что выступающие части пальцев 52 второй зажимной гильзы 50 отсоединяются от вторых пазов 18. Сброшенный шар 30 должен останавливаться на данных выступающих частях и закрывать основной канал 12.

Таким образом, основной канал 12 теперь закрыт, и боковые отверстия 14 открыты. Инструмент 10 приведен в действие, и текучая среда, перемещающаяся в стволе скважины в направлении 100, должна отводиться из инструмента 10 через боковые отверстия 14.

Устройство может быть устроено так, что зажимная гильза 20 располагается в основном канале 12 конкретного инструмента 10 на расстоянии в заданное число пазов 16 от площадки срабатывания. Инструменты 10 могут быть выполнены такими, что заданное число пазов 16 изменяется в каждом инструменте 10 в зависимости от его близости к поверхности. Инструмент 10, наиболее удаленный от поверхности, может иметь только один паз 16, а инструмент 10, наиболее приближенный к поверхности, может иметь самое большое число пазов 16, такое как пятьдесят. Инструменты 10 с зажимной конусной втулкой 20 с меньшим числом пазов 16 на расстоянии от втулки 40 должны срабатывать первыми. Инструменты 10 должны, поэтому, последовательно приводиться в действие по порядку, от самого удаленного до самого приближенного.

Таким образом, каждый инструмент 10 снабжен средством пошагового перемещения, которое выполнено с возможностью регистрации приема сигнала приведения в действие (сброшенного шара 30) и обуславливает приведение в действие инструмента 10, когда заданное число сигналов приведения в действие принято. По меньшей мере, два инструмента 10 приводятся в действие, когда различное заданное число сигналов приведения в действие принято, и, таким образом, скважинные инструменты 10 являются последовательно приводящимися в действие.

Также заданное число пазов 14 для каждого инструмента 10 соответствует заданному числу сигналов приведения в действие. Данное может являться идентичным соответствием, или заданное число пазов может равняться, например, заданному числу сигналов приведения в действие минус один. Данное должно происходить, если зажимная гильза 20 перемещается, например, на четыре паза 14 для перемещения втулки, и пятый шар 30 используется для закрытия основного канала 12 (а не четвертый шар 30, перемещающий втулку перед его залавливанием второй зажимной конусной втулкой 50).

Настоящее изобретение предусматривает в каждом инструменте 10 наличие седла клапана одного диаметра и основного канала одного диаметра, который по существу равен диаметру канала трубного изделия. Каждый сброшенный шар 30 также имеет одинаковый диаметр. Следует также заметить, что механическое счетное устройство настоящего изобретения является неэлектрическим, неэлектронным и немагнитным. Данное устройство является чисто механическим устройством.

На Фиг.8 показано альтернативное механическое счетное устройство, которое является компоновкой 60 захватов, которую можно использовать с инструментом 10. В данном варианте осуществления оборудуют два комплекта захватов 62 вместо пальцев зажимной гильзы 20. Каждый комплект захватов 62 размещен с равными интервалами по окружности корпуса 64 трубного изделия компоновки 60 захвата. Как и в описанном выше случае, захваты 62 соединяются с пазами 16 инструмента 10.

Каждый захват 62 содержит блок из материала, такого как сталь, который оборудован в отверстии 66 корпуса 84 трубного изделия. Каждый захват 62 имеет толщину больше толщины корпуса трубного изделия 64 и является перемещающимся между первым положение, в котором нижняя поверхность захвата 62 размещается заподлицо с внутренней поверхностью корпуса трубного изделия 64 и не выступает в канал 68 корпуса трубного изделия 64 и вторым положением, в котором захват 62 выступает в канал 22. На Фиг.8 (b) показаны оба положения. Каждый захват 62 включает в себя две лапки 70 для предотвращения выхода захвата 62 из отверстия 66 и падения в канал 68.

Сброшенный шар 30 должен входить в контакт с захватами 62 первого комплекта, поскольку они находятся в канале 68. Компоновка захвата 60 должна затем линейно перемещаться в направлении 100, что обуславливает отсоединение захватов 62 второго комплекта от паза 16 и линейное перемещение во второе положение. Одновременно захват 62 первого комплекта должен перемещаться вперед в первое положение. Шар 30 теперь освобождается для продолжения перемещения вперед до встречи с захватом 62 второго комплекта, поскольку они теперь находятся во втором положении.

Компоновка 60 захвата затем линейно перемещается, поскольку шар 30 действует на захваты 62 второго комплекта. Данное обуславливает отсоединение захватов 62 первого комплекта от паза 16 и линейное перемещение во второе положение. Одновременно захваты 62 второго комплекта перемещаются вперед для соединения со следующим пазом 16. Шар 30 теперь высвобождается для продолжения своего перемещения вдоль ствола скважин, выходя из данного инструмента 10.

Хотя конкретные варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше, должно быть ясно, что отходы от описанных вариантов осуществления могут попадать в объем настоящего изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в скважинном инструменте при гидроразрыве скважины. Предложено механическое счетное устройство, устанавливаемое в скважинном инструменте и содержащее трубчатый корпус с каналом, первый комплект выступов на трубчатом корпусе, смещаемых по радиусу относительно канала трубчатого корпуса между выступающим и втянутым по радиусу положениями, второй комплект выступов на трубчатом корпусе, смещаемых по радиусу относительно канала трубчатого корпуса между выступающим и втянутым по радиусу положениями. При этом трубчатый корпус выполнен с возможностью линейного продвижения по инструменту в соответствии с объектом, перемещаемым по трубчатому корпусу и последовательно взаимодействующим с первым и вторым комплектами выступов. Также предложены варианты скважинного инструмента с таким счетным устройством и способы работы с ним. Технический результат заключается в обеспечении возможности избирательно приводить скважинный инструмент в действие. 6 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула