Инструмент для установления сообщения с системой управления и фиксирования в открытом положении запорного элемента и способ фиксирования в открытом положении предохранительного клапана и установления сообщения с поверхностью - RU2370634C2

Чертежи

Показать все 43 чертежа(ей)

Описание

Перекрестная ссылка на родственные заявки

В настоящей заявке на патент заявлен приоритет по заявке US 60/514946 от 03.10.2002, предмет изобретения которой полностью включен в настоящую заявку в качестве ссылки, а также по заявке US 60/514883 от 03.10.2002, все содержание которой включено в настоящую заявку в качестве ссылки.

Уровень техники

При проведении поисковых работ на нефть и газ и отборе углеводородов из коллектора часто бывает желательно использовать внутрискважинные клапаны, чтобы контролировать перемещение флюидов. В ряде случаев такие клапаны содержат запорный элемент, способный располагаться поперек сечения потока внутри колонны труб для перекрывания расположенной ниже него части скважины. Такие клапаны часто называются предохранительными или отсекателями. Извлекаемые скважинные клапаны-отсекатели (ИСКО) производятся фирмой Baker Oil Tools (Хьюстон, Техас) и имеют в каталоге номер Н826103110. Эти надежные клапаны находят широкое применение во всем мире. Однако, в связи с суровыми условиями внутрискважинной эксплуатации, любое скважинное оборудование имеет ограничение по сроку работы. Когда ИСКО перестают нормально функционировать, это приводит к росту затрат по добыче нефти и газа. В таких случаях желательно фиксировать ИСКО в открытом положении и устанавливать сообщение с опускаемым на канате (тросе) предохранительным клапаном, обеспечивая, таким образом, контроль его установки с целью выполнения им функций первоначального ИСКО. Устройства, которые приспособлены обеспечивать такое сообщение, известны из уровня техники, но у каждого из них имеются недостатки. Поэтому имеется потребность в усовершенствовании таких известных устройств.

Краткое изложение сущности изобретения

Объектом настоящего изобретения является устройство (инструмент) для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента. Устройство содержит узел фиксирования запорного элемента в открытом положении, включающий фиксатор, выполненный с возможностью зацепления с перемещающимся профилем на запорном элементе предохранительного клапана. Устройство дополнительно содержит узел установления сообщения для вращательного совмещения резака с гидравлическим каналом некруглой формы в предохранительном клапане и врезания резаком в этот канал в аксиальном направлении.

Следующим объектом изобретения является зажимное приспособление избирательного действия, содержащее втулку, имеющую один или несколько пальцев, по меньшей мере один из которых способен осуществлять функции средства крепления, и утолщение, отходящее в радиальном направлении наружу от втулки. Втулка содержит также средство удержания фиксатора, способное сцепляться с фиксатором для предотвращения его зацепления за другую деталь конструкции.

Следующим объектом изобретения является извлекаемый скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус, проточную трубу, установленную в корпусе, запорный элемент, скрепленный с корпусом избирательно срезной резьбой и связанный с проточной трубой с возможностью изменения состояния, смещающий элемент, функционально связанный с проточной трубой, и управляющую рабочую жидкость, сообщающуюся под давлением с проточной трубой.

Еще одним объектом изобретения является способ восстановления функционирования извлекаемого скважинного клапана-отсекателя при использовании первоначальной линии управления, в котором опускают в скважину инструмент для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента, размещают инструмент в извлекаемом скважинном клапане-отсекателе, срезают срезной элемент в извлекаемом скважинном клапане-отсекателе для обеспечения подвижности его запорного элемента, сдвигают запорный элемент с фиксированием его в открытом положении, направляют резак и устанавливают сообщение текучей средой в осевом направлении по каналу поршня извлекаемого скважинного клапана-отсекателя.

Краткое описание чертежей

Ниже сущность изобретения поясняется на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых для обозначения однотипных элементов конструкции использованы аналогичные ссылочные номера и на которых показано:

на фиг.1А-В - вид в поперечном разрезе ИСКО, несколько модифицированного по сравнению с серийно изготавливаемым вариантом, описанным в разделе уровня техники настоящей заявки,

на фиг.2А-Ж, 3А-Ж, 4А-Ж, 5А-Ж, 6А-Ж, 7А-Ж, 8А-Ж, 9А-Ж, 10А-Ж и 11А-Ж - детализированный вид одного из вариантов устройства для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента на последовательных функциональных стадиях,

на фиг.12 - увеличенный вид удлиненного выступа (узкой базовой опоры) 110 с изображением скошенной кромки, и

на фиг.13-16 - элементы, альтернативные ряду элементов, изображенных на фиг.2А-Ж - 11А-Ж.

Подробное описание изобретения

На фиг.1А-В специалист распознает большинство элементов изображенного ИСКО 10. Они не обсуждаются в заявке особо кроме отдельных случаев, касающихся обсуждения устройства для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента, а также в связи с новыми признаками ИСКО. К числу элементов изображенного ИСКО, отличающихся от таковых в серийно выпускаемом ИСКО и представляющих собой часть объекта изобретения, относятся резьба 12 и профиль 14. Резьба 12, визуально не отличаясь от таковой в ИСКО уровня техники, фактически является модифицированной. В одном из вариантов резьба 12 представляет собой резьбу, узкую в сечении (например, она имеет порядка 1/2 толщины стандартного квадратного резьбового профиля). Эта резьба может быть изготовлена из сплава, такого как никелевый, и подвергнута отжигу с достижением заданного предельного напряжения сдвига (более низкого, чем у сопряженных деталей). В некоторых вариантах дополнительно могут быть удалены секции резьбы (путем значительного либо полного расфрезерования от внутренних до наружных габаритов) с целью достижения заданного значения срезывающего усилия. Может быть достигнуто любое значение срезывающего усилия. При этом становится удобнее разбирать инструмент для удаления срезанной части. После срезания откидная створка (запорный элемент) 16 приобретает подвижность в продольном направлении относительно корпуса 11 ИСКО. При сдвигании (перемещении) откидной створки вдоль корпуса 11 часть створки оказывается позади запорного выступа 18 внутри ИСКО 10. Откидная створка 16 теряет способность закрываться и, таким образом, фиксируется в открытом положении. Следует отметить, что прочность резьбы 12 на сдвиг подбирают равной по величине прочности каждому из прочих серийных элементов узла откидной створки. Таким образом предотвращаются как случайное срезание, так и проблемы, которые могут в связи с этим возникнуть.

Как отмечено выше, другим новым дополнением к серийно выпускаемому ИСКО является профиль (профильная часть) 14. Этот профиль самостоятельно осуществляет описываемые функции, не вовлекая в них поддерживающие его элементы. В иллюстрированном варианте профиль 14 задается втулкой 104, но при желании его легко можно выполнить в виде неразъемной части корпуса 11 ИСКО 10. Профиль 14 предназначен для ориентирования установочного (выравнивающего) приспособления, такого как направляющая зажимная втулка, которая направляет режущее средство, являющееся частью обсуждаемого ниже устройства для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента. Профиль 14 обеспечивает создание сообщения режущим инструментом, врезающимся в не имеющую круглой формы гидравлическую камеру, включающую в себя канал 20 поршня (гидравлическую камеру) первоначального ИСКО 10. Обычному специалисту будет понятно, что первоначальный канал 20 поршня обычно гидравлически сообщается с гидравлической линией 22 управления, которая, в свою очередь, гидравлически сообщается с отдаленным постом управления, который может размещаться на поверхности. После врезания в канал 20 поршня используемая в нем среда сообщения (например, жидкость для гидравлической системы) может поступать внутрь ИСКО 10 и, следовательно, налаживается сообщение с устанавливаемым затем сменным клапаном, таким как извлекаемые канатные (спускаемый на канате) клапаны-отсекатели (ИККО). При установлении сообщения с впоследствии установленным клапаном, им можно управлять с первоначального отдаленного и находящегося на поверхности поста управления с использованием первоначальной линии 22 управления.

На фиг.2А-Ж изображено описываемое устройство 30 для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента, расположенное внутри ИСКО 10 в неактивном состоянии и спущенное туда на подходящей колонне труб (не показана) в целях восстановления функции ИСКО 10. Устройство 30 содержит большое число элементов, которые взаимодействуют друг с другом и перемещаются относительно друг друга в заданной последовательности, в соответствии с которой элементы, расположенные, например, с конца устройства 30 вверх по стволу скважины, и часть устройства 30, расположенная ниже по стволу скважины, могут срабатывать одновременно или последовательно. Ради ясности, вначале описывается взаимное соединение различных элементов с приведением лишь кратких упоминаний об их действии, в той мере, в которой это будет способствовать лучшему пониманию. Подробное описание действия устройства 30 следует за первоначальным описанием элементов. В описании элементов ссылочные номера приведены на фиг.2А-Ж, и этого достаточно, чтобы не ставить номера на остальных чертежах. Следует указать, однако, что, в результате движений инструмента, некоторые элементы яснее отображены на других чертежах. Во избежание каких-либо неопределенностей элементы пронумерованы на всех чертежах. Полезным может оказаться обращение к другим из приведенных чертежей.

В верхнем по стволу скважины конце устройства 30 (левая часть чертежей) находится шейка 32 для захвата ловильным инструментом, соединенная с втулкой 34 верхнего вала. В нижней части шейки 32 находится тарельчатая пружина 36, предназначенная для смягчения силы удара на полном ходу инструмента. Шейка 32 резьбой 40 соединена с верхним валом (штоком) 38. Нижний по стволу скважины конец верхнего вала 38 резьбой 44 соединен с валом 42. В целях предотвращения случайного развинчивания резьбы 44 в одном из вариантов используют один или несколько стопорных винтов 46. На наружном габарите верхнего вала 38, возле резьбы 44 (находящейся на внутреннем габарите верхнего вала) имеется выемка 48 со скошенными кромками 50 под упорные кулачки. Кромки 50 стыкуются со скошенными кромками 52 на упорных кулачках 54. Упорные кулачки 54 находятся в контакте с мандрелью 56 верхнего фиксатора. В верхней части мандрель 56 содержит пружинное кольцо 58 и проходит в направлении книзу по стволу скважины к одному или нескольким срезным винтам 60. Посредством срезного винта (винтов) 60 осуществляется разъемное соединение мандрели 56 верхнего фиксатора с зажимной втулкой 62 верхнего фиксатора, соединенной резьбой 66 и стопорными винтами 68 с выступающей частью 64 верхнего фиксатора. На внутреннем габарите выступающей части 64 верхнего фиксатора имеется выемка (или ряд выемок) 70 для приема упорных кулачков 54 при приведении устройства 30 в действие.

Зажимная втулка 62 верхнего фиксатора идет в направлении книзу по стволу скважины и оканчивается в профиле 72 зажимной втулки, отконфигурированном для сцепления с профилем 74 фиксатора в ИСКО 10. Следует обратить внимание на наличие выступа 76 в профиле 74 фиксатора, что обеспечивает застопоривание при совмещении с выступом 78 на профиле 72 зажимной втулки. В одном из вариантов эти выступы вырезаны в противоположных направлениях с целью обеспечения безопорного удерживания в рабочем положении. При приведении устройства 30 в действие профиль 72 зажимной втулки удерживается в сцепленном состоянии с профилем фиксатора 74 посредством суппорта 80 фиксатора. Это удерживание происходит благодаря наличию поверхности 82 у суппорта 80. Следует отметить, что перемещение суппорта 80 в положение под профилем 72 зажимной втулки осуществляется при помощи аппарели 84.

Работа устройства 30 относительно функционирования зажимной втулки 62 верхнего фиксатора может быть как избирательной, так и неизбирательной. Избирательность действия задается зажимным приспособлением 81 избирательного действия, имеющим утолщение (высадку) 83, средство 85 крепления 85, а также зажим (средство удержания) 87. Средство 85 крепления входит в контакт с выемкой 91 в мандрели 56 фиксатора одним из двух способов. В первом случае средство 85 крепления изначально сцеплено с выемкой 91, при этом инструмент не находится в режиме избирательного зацепления. При втором способе средство 85 крепления не сцеплено с выемкой 91. При такой конфигурации зажим 87 соприкасается с зажимной втулкой 62 верхнего фиксатора, в результате чего профиль 72 зажимной втулки отходит вовнутрь, что препятствует его сцеплению с профилем 74 ИСКО. Такая конфигурация находит применение, когда в скважине находится несколько ИСКО и место назначения расположено ниже первого из них. В избирательном режиме утолщение 83 используют для высвобождения зажимной втулки 62 на заданной глубине. Поскольку отверстие уплотнения в ИСКО представляет собой самый малый внутренний габарит, утолщение за него зацепится. Если утолщение зацепится за отверстие при движении вверх, зажимное приспособление 81 избирательного действия выйдет из контакта с профилем 72 и позволит профилю 72 зацепиться за профиль 74 ИСКО. Таким образом, на практике устройство 30 опускают в позицию, находящуюся непосредственно под интересующим ИСКО, а затем тянут его обратно для избирательного сцепления с этим ИСКО. При приведении в действие зажимного приспособления избирательного действия 81 средство 85 крепления зацепляется за выемку 91 и в дальнейшем предотвращает вмешательство зажимного приспособления 81 в работу зажимной втулки фиксатора.

Суппорт 80 фиксатора приводится в движение мандрелью 56 верхнего фиксатора с участием срезного винта (винтов) 86. Как только суппорт 80 фиксатора займет требуемое положение, его скошенная поверхность 88 упрется в скос 90. В результате направленная вниз сила, приложенная к мандрели 56 верхнего фиксатора, срежет винт (винты) 86.

Нижний конец 92 мандрели 56 верхнего фиксатора находится во взаимном зацеплении с направляющей 94 (пронумерована в двух местах для прояснения протяженности этого элемента). Направляющая 94 обеспечивает соединение с фиксатором 96 резака и зажимом 98 резака и удерживание этих элементов. В иллюстрированном варианте зажим 98 резака оснащен амортизатором 99 для ограничения радиального движения. Зажим 98 резака отконфигурирован для поворачивания на угол порядка 180° (в одном из вариантов) в совмещенное положение с гидравлическим каналом 20 поршня, имеющим некруглую форму, при этом габариты режущей пластины 100 по диаметру превышают наружный габарит устройства 30, и в этой позиции она совмещается с верхней кромкой канала 20 поршня в ИСКО 10. Зажим 98 резака отконфигурирован для врезания в канал 20 поршня движением только по оси (как показано) или как в осевом, так и в радиальном направлениях (с регулированием расчетного времени действия составляющих), что совпадает с движением компонентов устройства 30 вниз по оси, включая мандрель 56 верхнего фиксатора и связанные с ней элементы, которые движутся одновременно, как обсуждалось выше и будет подробно разобрано ниже.

Движение зажима 98 резака обуславливается профилем 102 во втулке 104, расположенным на внутреннем габарите ИСКО 10, с участием направляющей зажимной втулки 108, включающей узкую базовую опору 110. Направляющая зажимная втулка 108 выталкивается наружу по профилю 102 мандрелью 112, содержащей усеченно-конические секции 114 и 116. Оба скошенных усеченных конуса предназначены для установки зажима резака в режущее положение. Предусмотрено наличие не одного, а двух углов для создания промежутка между направляющей 94 и мандрелью 112 с целью увеличить исходное радиальное движение резака и для гарантии полноты радиального движения перед врезанием в канал 20. Мандрель 112 удерживается неподвижно, тогда как направляющая зажимная втулка 108 выталкивается в направлении книзу по стволу для заклинивания снаружи. Удерживание мандрели 112 осуществляют за ее верхний конец, который имеет резьбовое крепление с суппортом 80 фиксатора с помощью резьбы 118 и стопорного винта (винтов) 120. При этом мандрель 112 свисает из суппорта 80 фиксатора. Следует отметить, что втулка 104 содержит дополнительно выемку 106 для правильного размещения узкой базовой опоры 110.

При перемещении направляющей зажимной втулки 108, в результате совмещения салазок 122 зажимной втулки с желобками 124 направляющей 94, направляющая 94 приходит в движение.

Нижний конец направляющей 94 собран, с обеспечением скольжения по оси, на крепежных винтах 126, проходящих через нижний конец направляющей зажимной втулки 108 и шайбу 128; при скольжении по мандрели 112 обеспечивается центровка втулки 108 направляющей 94. Кроме того, у направляющей 94 дополнительно имеются один или несколько пазов 127, взаимодействующих с одним или несколькими крепежными винтами 126.

Мандрель 112 движется вниз по ходу ствола скважины, в одном из вариантов на расстояние порядка 27 дюймов, чтобы соответствовать длине проточной трубы и исполнительной пружины в ИСКО. Нижний конец мандрели 112 соединен с внутренней втулкой 134 резьбой 130 и одним или несколькими стопорными винтами 132. Внутренняя втулка 134 одним или несколькими срезными винтами 146 присоединена с нижнего конца к наружной втулке 148. Наружная втулка 148 соединена нижним концом с мандрелью 150 нижнего фиксатора посредством резьбы 152 и одного или нескольких стопорных винтов 154. Внутри мандрели 112 вниз проходит вал 42, выходя за пределы нижнего конца мандрели 112 и заканчиваясь резьбовым соединением 136 и соединением одним или несколькими стопорными винтами 138 с ползуном 140. Ползун 140 входит во внутреннюю втулку 134 и способен скользить по ней. Внутри внутренней втулки 134 смонтированы пружинящий штифт 142 и нижний конец 144 ползуна 140. По внутреннему габариту ползуна 140 расположен нижний вал 156, скрепленный срезными винтами 158 с ползуном 140 в позиции 144. Пружинящий штифт 142 скользит с ползуном 140 по выемкам 145. Нижний вал 156 продолжается книзу, проходя через мандрель 150 нижнего фиксатора к расширенному нижнему окончанию со скошенными поверхностями 160 и 164, предназначенными для выталкивания зажимной втулки 162 нижнего фиксатора наружу, в надлежащий момент в рамках описанной ниже последовательности запуска устройства, с целью сцепления поверхности 163 с перемещающимся профилем 165 ИСКО. Поверхности 160 и 164 задают единую скошенную поверхность, прерываемую механически обработанным желобком, что используется в производстве устройств с целью упрощения механической обработки.

К нижнему валу 156 посредством резьбы 166 и одного или нескольких стопорных винтов 168 присоединен удлинитель 170 нижнего вала. Удлинитель 170 расположен внутри удлинителя 172 мандрели, который соединен одним или несколькими крепежными винтами 174 с мандрелью 150 нижнего фиксатора. Снаружи на удлинителе 172 мандрели располагается суппорт 174 зажима. В верхней части суппорта 174 находится профилированная секция 176, имеющая скошенные поверхности 178 и 180, обращенные кверху и книзу. Поверхности 178 и 180 предназначены для приведения в действие локализующих зажимов 182. Приведение в действие зажимов 182 происходит, когда профиль 176 сдвигается кверху или книзу от осевой точки (осевых точек) 184 зажима. У самих зажимов 182 имеются верхняя поверхность 186 для приведения в действие и нижняя поверхность 188 для остановки, взаимодействие которых с профилем 176 служит для приведения в действие или остановки зажимов, соответственно. Вокруг суппорта 174 зажима расположено пружинное кольцо 190. Пружинное кольцо взаимодействует с желобками 192 и 194, переводя суппорт 174 зажима в положения, соответствующие приведению в действие или остановке, в ответ на воздействие силы достаточной величины, которая перемещает суппорт в требуемое положение путем сжимания пружинного кольца вокруг пояска 196. Пружинная шайба 195 установлена также вокруг удлинителя 172 мандрели для перемещения суппорта 174 зажима при движении вниз других элементов, перемещения которых станут ясными из приводимого ниже обсуждения принципа действия. В корпусе 197 зажима предусмотрены желобки 192 и 194. Корпус 197 зажима соединен с колпаком 198 посредством резьбы 200. Колпак 198 дополнительно соединен резьбой 202 и одним или несколькими стопорными винтами 204 с удлинителем 170 нижнего вала. Кроме того, колпак 198 содержит кольцевое уплотнение 206.

Принцип действия

Устройство для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента было описано, начиная с конца, направленного кверху ствола скважины, по направлению к концу, расположенному книзу по ходу ствола, с немногочисленными ссылками на взаимодействие элементов. В данном разделе полностью описывается принцип действия устройства со ссылками на все чертежи заявки. Нужно отметить, что данное устройство следует спускать в скважину к ИСКО 10, обладающему характеристиками, описанными здесь в качестве уникальных в сравнении с ИСКО уровня техники. На фиг.2А-Ж устройство изображено в транспортном положении, до приведения его в действие. При переходе к фиг.3А-Ж, начало приведения в действие выразилось в том, что профиль 72 зажимной втулки, как и следовало ожидать, выдвинулся наружу в профиль 74 фиксатора ИСКО 10. В иллюстрируемом варианте зажимное приспособление 81 избирательного действия не использовано, поэтому показано, как происходит сцепление средства 85 крепления с выемкой 91. Следует отметить, что благодаря направленным в противоположные стороны вырезам выступа 78 у профиля 72 зажимной втулки и выступа 76 у профиля 74 фиксатора ИСКО 10 инструмент в данной позиции может нести определенную нагрузку и несет ее. Нагрузка, несомая обратно направленным вырезом, достаточна для того, чтобы дать возможность скосу 50 верхнего вала 38 упереться в упорные кулачки 54 и привести кулачки 54 и мандрель 56 верхнего фиксатора в движение книзу. Результатом этого движения, разумеется, будет срезание срезного винта (винтов) 60 под действием нагрузки. Нагрузка, предназначенная для срезания срезного винта (винтов), сохраняется только до того момента, пока упорные кулачки 54 не сдвинутся радиально наружу с попаданием в выемку 70 выступающей части 64 верхнего фиксатора. При вдвижении упорных кулачков 54 в выемку 70, скос 50 перестает упираться в упорные кулачки 54, и, следовательно, нагрузка снимается. В этой точке упорные кулачки 54 и мандрель 56 верхнего фиксатора просто сидят в позиции, показанной на фиг.3Г, до следующего приведения в действие, что описано ниже. Верхний вал 38 и элементы, расположенные над ним и, конечно, под ним, описываемые ниже, продолжают двигаться вниз. Следует отметить, что суппорт 80 фиксатора перемещается под профилем 72 зажимной втулки в то же время, как упорные кулачки 54 фиксируются в выемке 70. Как только суппорт 80 фиксатора займет правильное положение под профилем 72 зажимной втулки, устройство для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента будет зафиксировано в ИСКО 10 и не будет двигаться из этого положения до тех пор, пока суппорт 80 фиксатора не перестанет поддерживать профиль 72 зажимной втулки.

Одновременно с суппортом профиля 72 зажимной втулки вал 42 продолжает двигаться вниз по стволу скважины, заставляя двигаться вниз ползун 140 вместе с пружинящим штифтом 142, нижним валом 156, удлинителем 170 нижнего вала, колпаком 198, корпусом 197 кулачка и упорными кулачками 182. Следует отметить, что удлинитель 172 мандрели вниз не движется и что из-за наличия пружинного стопорного кольца 125 на нижнем конце удлинителя 172 мандрели суппорт 174 кулачка не может двигаться вниз с корпусом 197 кулачка. Так как суппорт 174 кулачка вниз двигаться не может, профильная верхняя секция 176 суппорта 174 кулачка входит в контакт с поверхностью срабатывания 186 упорных кулачков 182 выше точки опоры 184, что заставляет кулачки выдвинуться наружу. При выдвигании кулачки выполняют двоякую функцию: во-первых, полностью открывается откидная створка 16, так, чтобы она могла сдвинуться за запорный выступ 18 в ИСКО 10 при срезании резьбы 12, во-вторых, локализуется и удерживается нагрузка на выступе 183 упорных кулачков 182, находящихся в контакте с выступом 183 ИСКО 10. Удерживать кулачки в требуемом положении помогает пружинное кольцо 190, которое движется по пояску 196 в выемку 194 из своего первоначального втянутого (неактивного) положения в выемке 192.

Когда позиционирующие упорные кулачки 182 занимают локализующее положение, элементы 156, 170, 198, 197 и 182 не могут продолжать движение вниз. Поэтому дальнейшее продвижение ползуна 140 в направлении книзу ствола скважины приводит к срезанию срезного винта (винтов) 158, которые прежде соединяли ползун 140 с нижним валом 156, что позволяет зонам скольжения 145 скользить вдоль пружинящего штифта 142 до тех пор, пока нижний конец 144 ползуна 140 не войдет в контакт с мандрелью 150 нижнего фиксатора. Движение книзу по стволу скважины мандрели 150 нижнего фиксатора заставляет зажимную втулку 162 нижнего фиксатора выдвигаться наружу на поверхности 160 и 164, с увеличением размера по окружности до тех пор, пока поверхность 163 не сцепится со сдвигающим профилем 165 внутри ИСКО 10. Одновременно мандрель 150 нижнего фиксатора благодаря наличию крепежных винтов 174 вынуждает удлинение 172 мандрели и зажимную втулку 162 нижнего фиксатора продолжать движение вниз по ходу ствола. При этом движении, иллюстрация которого представлена на фиг.3Е и 4Е, резьба 12 срезается, что заставляет откидную створку 16 сдвинуться за запорный выступ 18, в результате чего происходит фиксирование откидной створки 16 в открытом положении. Как отмечалось выше, удлинение 172 мандрели одновременно также движется вниз. Это движение вниз в отсутствие других воздействий, ограничивается выступом 173, который входит в контакт с выступом 175 суппорта 174 кулачка. При достижении контакта между выступами 173 и 175, пружинное кольцо 190 сдвигается из выемки 194 в выемку 192, что заставляет профилированную верхнюю секцию 175 суппорта 174 кулачка взаимодействовать с поверхностью 188 втягивания кулачков 182, что вызывает расцепление кулачков 182 с выступом 183 ИСКО и втягивание их в позицию, которую они занимали до приведения в действие. В то же время, когда упорные кулачки 182 втягиваются, зажимная втулка 162 нижнего фиксатора достигает обращенной книзу поверхности 167 нижнего вала 156, что позволяет зажимной втулке 162 нижнего фиксатора вернуться к размерам до приведения в действие, но уже на другой глубине ствола скважины. При этом перемещении нижний конец устройства расцепляется с ИСКО, что завершает операцию по фиксированию в открытом положении. Факт завершения операции по фиксированию в открытом положении для оператора подтверждается получением сигнала о падении устройства приблизительно на восемь дюймов, как только упорные кулачки 182 и зажимная втулка 162 отсоединятся от ИСКО 10. Позиции элементов устройства после примерно восьмидюймового падения проиллюстрированы на фиг.4А-4Ж.

После завершения операции по фиксированию клапана в открытом положении наступает время установить сообщение с каналом 20 поршня старого клапана с тем, чтобы можно было установить и запустить с использованием первоначальной линии управления новый ИККО. Когда устройство находится в позиции, показанной на фиг.4А и 4Б, можно заметить, что втулка 34 верхнего вала вошла в контакт с упорными кулачками 54, вновь нагружая те кулачки, которые были разгружены в начале операции по фиксированию клапана в открытом положении при вхождении в выемку 70. На фиг.6 видно, что при продолжении движения книзу верхних по ходу ствола скважины элементов 32, 36, 34, 38 упорные кулачки 54 выталкиваются вниз, увлекая мандрель 56 верхнего фиксатора также вниз. Это перемещение приводит к нагрузке срезных винтов 86, и при достижении заданной нагрузки они срезаются, направляющая 94 начинает двигаться вниз, а это приводит к сдвиганию вниз направляющей зажимной втулки 108. При этом следует отметить, что запуск движения вниз направляющей зажимной втулки 108 обусловлен не взаимодействием верхнего конца втулки 108 с узкой базовой опорой 110, а происходит с участием коротких пальцев 109 втулки, изображенных пунктиром на каждом чертеже и показанных в отклоненном виде пунктиром на фиг.8Г, 9Г и 10Г, чтобы проиллюстрировать, как они взаимодействуют с мандрелью 112. Очевидно, что короткие пальцы зажимной втулки прогибаются внутрь под комбинированным воздействием скоса 95 и нижней шейки 113 мандрели.

При движении направляющей зажимной втулки 108 вниз, она выдвигается наружу в зону выемки 111 первоначального ИСКО 10, при этом узкая базовая опора 110 садится на направляющий профиль 14. В целях повышения иллюстративности чертежей, изображающих устройство в движении, узкая базовая опора первоначально показана в развороте на 180 градусов от требуемой позиции совмещения. Следует понимать, что направляющий профиль 14 расположен по периметру ИСКО и имеет форму, например, башмака направляющего инструмента с косым срезом, поэтому при заходе на цель, независимо от ориентации устройства для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента, узкая базовая опора 110 будет захвачена какой-либо частью направляющего профиля 14 и таким образом будет приведена им во вращение до достижения совмещенной позиции, чтобы обеспечить возможность установления требуемого сообщения режущим устройством. Следует также иметь в виду, что устройство 30 применяют обычно тогда, когда прошло достаточно времени с момента заканчивания первоначальной скважины, поэтому на внутрискважинных поверхностях, по всей видимости, уже сформировалась корка отложений. Поскольку вероятность этого весьма высока, желательно снабдить узкую базовую опору 110 инструмента долотообразной режущей кромкой для прорезания сквозь корку, чтобы опора смогла, как планируется, последовать за профилем 14. Схематическое изображение долотообразного режущего элемента показано позицией 208 на фиг.12.

На фиг.7В и 7Г изображено положение, когда устройство довернуло направляющую зажимную втулку 108 и посредством нее направляющую 94 в надлежащую позицию. В правильно ориентированной позиции, зажим 98 резака и резак 100 расположены по оси над каналом 20 поршня первоначального ИСКО 10. Дальнейшее движение книзу по стволу скважины верхнего вала 38 и связанных с ним элементов заставляет продолжать двигаться вниз мандрель 56 верхнего фиксатора, направляющую 94 и зажим 98 резака с резаком 100 до соприкосновения с усеченно-коническими секциями 114 и 116 мандрели 112, причем резак входит в положение для установления сообщения с каналом 20 поршня. При занятии резаком правильного положения, очевидным становится назначение паза 127. На данном этапе направляющая зажимная втулка 108 проворачивается, падает в удерживающий паз в ИСКО 10 и дальше двигаться вниз не может, тогда как резак 100 по-прежнему находится выше по ходу ствола скважины, чем канал 20 поршня. Дальнейшее движение вниз мандрели 56 верхнего фиксатора и связанных с ней элементов, как упоминалось выше, вынуждает резак 100 двигаться по оси вниз на усеченные конусы 114 и 116 и к каналу 20 поршня ИСКО 10, где вырезается проход в канале 20 поршня и таким образом устанавливается сообщение внутреннего габарита ИСКО 10 с первоначальной линией управления, идущей с поверхности или из иного отдаленного места. Для того чтобы движение направляющей 94 книзу позволило резаку войти в канал 20 поршня, направляющая 94 должна быть способна перемещаться относительно направляющей зажимной втулки 108. Пазы 127 дают возможность осуществиться такому перемещению. На фиг.8Г показан резак внутри канала 20 поршня. На данной стадии, иллюстрируемой фиг.9, инструмент следует удалить из скважины, давая возможность впоследствии опустить предохранительный клапан на канате либо иной сменный клапан или инструмент. При начале подъема вверх за шейку 32 для захвата ловильным инструментом, верхний вал 38 движется вверх внутри мандрели 56 верхнего фиксатора до тех пор, пока скосом 48 нижнего конца верхнего вала 38 не будет захвачено кольцо 58, причем верхний вал 38 сможет тянуть вверх мандрель верхнего фиксатора. Далее, зажим резака выходит из поддержки усеченными конусами 114 и 116 и возвращается в первоначальную неактивную позицию фиксатором 96 резака. Это показано на фиг.9, 10 и 11. Как только шейка для захвата ловильным инструментом будет вытянута полностью, мандрель 56 верхнего фиксатора сдвигается в первоначальную позицию, где ее выступ на удлинителе 64 верхнего фиксатора и направляющей 94 возвращается в контакт с суппортом 80 фиксатора. При продолжении вытягивания вверх по стволу скважины профиль 72 зажимной втулки перестает удерживаться, его теперь можно отсоединять от ИСКО 10 и удалять, а инструмент вынимать из ствола скважины.

Следует отметить, что в описанном варианте устройства для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента ряд элементов могут быть заменены альтернативными. Альтернативные элементы могут заменяться индивидуально, группами или могут быть заменены подобными элементами все вместе.

Один из альтернативных элементов, зажим 98 резака, представленный на фиг.2В, модифицирован для обеспечения возможности скользить по наружному габариту мандрели 112. Зажим 98а резака (см. фиг.13) содержит зону скольжения 400, имеющую скос, рассчитанный по скосу резака для соответствия наружному габариту мандрели 112. Эта зона 400 при работе скользит по наружному габариту мандрели 112. Такая компоновка обеспечивает повышенную стабильность зажима 98а резака за счет поддержки большего процента площади поверхности во время движения зажима. В некоторых случаях это может быть преимуществом. В остальном, инструмент работает, как описано выше.

Другой альтернативный элемент, нижний вал 156, показанный на фиг.2Д, модифицирован и изображен на фиг.14 как нижний вал 156а. Ряд сегментов 404 расположен таким образом, что они сцепляются с выемкой 402, оставаясь в контакте с ползуном 140 на поверхности контакта 406. Сегменты 404 удерживаются в зацепленном состоянии внутренним габаритом внутренней втулки 134. Затылованная поверхность 407 предусмотрена во внутреннем габарите внутренней втулки 134а для того, чтобы давать возможность сегментам 404 двигаться наружу и расцепляться с выемкой 402 на нижнем вале 156а. После расцепления принцип действия устройства соответствует вышеописанному. Эта альтернативная конструкция позволяет инструменту выдерживать ударную нагрузку на нижний вал при спуске инструмента в скважину, исключая преждевременное срезание срезных винтов 158.

Еще один элемент, показанный на фиг.15, модифицирует нижний вал 156 и удлинитель 170 нижнего вала, по сравнению с тем, как эти элементы показаны на фиг.2Е. Как описано выше и показано на фиг.2Е, нижний вал 156 соединен резьбой с удлинителем 170 нижнего вала. Применены также стопорные винты 168 с целью воспрепятствовать взаимному проворачиванию обеих частей. На фиг.15 показано, что нижний вал и удлинение нижнего вала заменены вытянутым нижним валом 408. Вал 408 содержит суппорт 410 зажимной втулки, присоединенный к валу 408 срезными элементами 412. Суппорт 410 зажимной втулки задает угол, который ранее задавался поверхностями 160 и 164, показанными на фиг.2Е. Следует обратить внимание на то, что назначением суппорта 410 зажимной втулки является выталкивание зажимной втулки 162 нижнего фиксатора наружу в соответствующий момент работы устройства. Как отмечалось выше, суппорт 410 зажимной втулки присоединен к валу 408 срезными элементами 412, такими как срезные винты, и поэтому при желании может быть отсоединен от вала 408 путем наложения на срезные винты достаточной нагрузки заданной величины, чтобы их срезать. Это становится важным, если инструмент встретится с препятствием к достижению надлежащего расширения фиксатора с вхождением в предназначенный для него желобок. Такой случай может произойти, например, из-за попадания мусора или отклонений от заданного положения. В такой ситуации инструмент в том виде, как он описан на фиг.2Е, может заесть. Модификация, детально изображенная на фиг.15, способна преодолеть такое затруднение и позволяет устройству успешно выполнять функции за счет срезания винтов 412, что дает возможность удлиненному нижнему валу 408 перемещаться относительно суппорта 410 зажимной втулки.

Последним из альтернативных элементов, изображенным на фиг.16, является колпак 198 с фиг.2Ж, который модифицирован и состоит из двух частей: основания 414 колпака и головки 416 колпака. Основание 414 колпака устанавливается на удлинение 170 нижнего вала или на удлиненный нижний вал 408 в зависимости от того, какой вариант применяется. Для обсуждения вида на фиг.16 показан вал 408, хотя нужно понимать, что может быть использован любой из валов. Крепление осуществляется при помощи резьбы 418, а стопорные винты 420 гарантируют предотвращение взаимного движения этих частей. Основание 414 колпака содержит резьбу 200 из ранее описанного варианта, изображенного на фиг.3Ж. К основанию 414 колпака прикреплена головка 416 колпака. Как показано, головка 416 колпака закреплена с использованием резьбы 422. Головка 416 колпака содержит перепускные отверстия 424 для флюида, предназначенные для снижения гидравлического сопротивления при спуске инструмента в скважину. Следует отметить, что головка колпака может быть изготовлена из латуни или иного мягкого материала в целях ослабления повреждений отверстия уплотнения при спуске инструмента в скважину.

Следует понимать, что любая из составных частей, любая группа составных частей либо все эти составные части могут применяться в устройстве, как описано выше в настоящей заявке.

Осуществление изобретения было рассмотрено выше на примере его конкретного варианта, однако специалисту должны быть очевидны возможности осуществления изобретения и в других, видоизмененных, вариантах. Предполагается, что любые такие изменения подпадают под патентные притязания, изложенные в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при проведении поисковых работ на нефть и газ и отборе углеводородов из коллектора. Технический результат - повышение надежности клапана. Устройство для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента содержит узел фиксирования запорного элемента в открытом положении, содержащий фиксатор для зацепления с перемещающимся профилем на запорном элементе предохранительного клапана. Дополнительно содержится узел установления сообщения, выполненный с возможностью вращательного совмещения резака с гидравлическим каналом некруглой формы в предохранительном клапане и врезания резаком по оси в этот канал. Способ восстановления функций извлекаемого скважинного клапана-отсекателя (ИСКО) при использовании первоначальной линии управления, заключающийся в том, что в скважину опускают устройство для установления сообщения и фиксирования в открытом положении запорного элемента, размещают устройство в ИСКО и срезают резьбу в ИСКО для обеспечения подвижности запорного элемента ИСКО. Далее сдвигают запорный элемент для фиксирования этого элемента в открытом положении, ориентируют резак и устанавливают сообщение флюидов с каналом клапана. 7 н. и 21 з.п. ф-лы, 78 ил.

Формула