Регулируемое смещающее соединение для скважинных инструментов (варианты)
Предлагается регулируемое смещающее соединение (10) для скважинных инструментов (20), содержащее первый скважинный элемент (30), второй скважинный элемент (40) и по меньшей мере один промежуточный элемент (52, 54). Промежуточный элемент выполнен с возможностью поворота, он присоединен одним концом к первому скважинному элементу (30), а вторым концом ко второму скважинному элементу (40). Регулируемое смещающее соединение (10) дополнительно содержит соединительный элемент (60), выполненный с возможностью поддержания заданного бокового смещения (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40). Соединительный элемент (60) дополнительно содержит ослабленную зону (66). Ослабленная зона выполнена с обеспечением разлома при приложении к ней растягивающей силы, превышающей заданное пороговое значение. В одном примере каждый промежуточный элемент (52, 54) присоединен с возможностью поворота к первому и второму скважинным элементам (30, 40). В другом примере соединительный элемент (60) проходит между по меньшей мере двумя промежуточными элементами (52, 54). В еще одном примере регулирование длины (L) соединительного элемента (60) обеспечивает избирательное регулирование заданного бокового смещения (D1, D2). 3 н. и 17 з.п. ф-лы., 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к скважинным инструментам и, более конкретно, к регулируемому смещающему соединению для скважинных инструментов.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Скважины обычно пробуривают для добычи текучих сред из одной или более пробуренных пород. Данные текучие среды содержат воду и углеводороды, например нефть и газ. Кроме того, в земных породах пробуривают скважины для отведения бесполезных текучих сред в выбранной породе, в которой выполнена буровая скважина. Как правило, буровые скважины облицовывают трубчатой конструкцией, обычно называемой обсадной трубой. Обсадную трубу в большинстве случаев выполняют из стали, хотя возможно использование других металлов и композитных материалов, таких как стекловолокно. Цементирующим веществом, например цементом, заполняют затрубное кольцевое пространство для гидроизоляции различных пород, через которые проходит скважина и обсадная труба.
[0003] Стенка обсадной трубы может утончаться. Как внутри, так и снаружи обсадной трубы может возникать коррозия. Механическое воздействие насосных штанг и подобных приспособлений может изнашивать обсадную трубу изнутри. Износ обсадной трубы может влиять на ее способность обеспечивать механическую прочность скважины. Помимо этого, различные проблемы с цементацией могут ухудшать гидроизоляцию обсадной трубы, например, несоответствующее сцепление цемента, недостаточное заполнение затрубного пространства и/или коррозия/износ обсадной трубы.
[0004] На протяжении срока службы буровой скважины от момента пробуривания до момента ее ликвидации полезно проводить измерения одного или более важных параметров скважины. Поэтому желательно с экономической и эксплуатационной точки зрения использовать оборудование для измерения различных параметров скважины с помощью различных систем геофизического исследования или каротажа скважины. Подобные каротажные системы могут содержать многожильный геофизический кабель, одножильный геофизический кабель и/или насосно-компрессорные трубы.
[0005] Обычно для различных целей скважинные инструменты опускают во внутреннее пространство обсадной трубы. Некоторые инструменты запитаны через электрические проводники, тогда как другие инструменты получают питание от аккумуляторов. Скважинные инструменты могут содержать некоторое количество модулей длиной до 30 футов (9 м) или даже более.
[0006] Диаметры буровых скважин и соответствующих обсадных труб могут изменяться в широком диапазоне. Кроме того, внутренний диаметр обсадной трубы может изменяться из-за коррозии, износа или других факторов. Поэтому желательно, чтобы скважинный инструмент мог работать в некотором диапазоне диаметров буровой скважины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Последующее краткое изложение представлено в упрощенном виде для понимания сущности некоторых аспектов систем и/или способов, рассматриваемых в данном документе. Данное краткое изложение не является широким обзором рассматриваемых в данном документе систем и/или способов. Не предполагается, что оно определяет ключевые/важные элементы или объем правовой охраны подобных систем и/или способов. Его единственной целью является предложение некоторых концепций, представленных в упрощенном виде в качестве вводной части к более подробному описанию, приведенному ниже.
[0008] Один аспект данного изобретения предлагает регулируемое смещающее соединение для скважинных инструментов, содержащее первый скважинный элемент, второй скважинный элемент и промежуточные элементы, каждый из которых с возможностью поворота присоединен одним концом к первому скважинному элементу и вторым концом ко второму скважинному элементу. Регулируемое смещающее соединение дополнительно содержит соединительный элемент, проходящий между по меньшей мере двумя промежуточными элементами и выполненный с возможностью избирательного поддержания бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами. Соединительный элемент дополнительно содержит ослабленную зону, выполненную с обеспечением разламывания, если прикладываемая к нему растягивающая сила превышает заданное пороговое значение.
[0009] Другой аспект данного изобретения предлагает регулируемое смещающее соединение для скважинных инструментов, содержащее первый скважинный элемент, второй скважинный элемент и промежуточные элементы, каждый из которых с возможностью поворота присоединен одним концом к первому скважинному элементу и вторым концом ко второму скважинному элементу. Регулируемое смещающее соединение дополнительно содержит соединительный элемент, проходящий между по меньшей мере двумя промежуточными элементами и выполненный с возможностью поддержания каждого из скважинных элементов, первого и второго, под заданным углом относительно по меньшей мере одного промежуточного элемента. Соединительный элемент дополнительно выполнен с обеспечением разлома, когда приложенная к нему растягивающая сила превышает заданное пороговое значение.
[0010] Еще один аспект данного изобретения предлагает регулируемое смещающее соединение для скважинных инструментов, содержащее первый скважинный элемент, второй скважинный элемент и по меньшей мере один промежуточный элемент с возможностью поворота присоединенный одним концом к первому скважинному элементу и вторым концом ко второму скважинному элементу. Регулируемое смещающее соединение дополнительно содержит соединительный элемент, выполненный с возможностью поддержания заданного бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами с обеспечением избирательной регулировки заданного бокового смещения путем регулировки длины соединительного элемента. Соединительный элемент дополнительно выполнен с обеспечением необратимого уменьшения бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами, когда приложенная к нему растягивающая сила превышает заданное пороговое значение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Вышеупомянутые и другие аспекты данного изобретения будут более понятны специалистам в области техники, к которой относится данное изобретение, из последующего описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
[0012] Фиг.1 изображает вид сбоку примерного регулируемого смещающего соединения для скважинных инструментов;
[0013] фиг.2 изображает вид сбоку примерной группы инструментов в буровой скважине, содержащей регулируемые смещающие соединения, показанные на фиг.1;
[0014] фиг.3 изображает вид сбоку регулируемого смещающего соединения, показанного на фиг.1, в двух примерных смещенных положениях; и
[0015] фиг.4 изображает вид сбоку примерного соединительного элемента.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Ниже приведено описание примерных вариантов выполнения, показанных на данных чертежах и включающих один или более аспектов данного изобретения. Подразумевается, что эти иллюстрированные примеры не ограничивают данное изобретение. Например, один или более аспектов данного изобретения можно использовать в других вариантах выполнения, и даже в других типах устройств. Кроме того, определенная терминология в данном документе используется только для удобства и не должна ограничивать данное изобретение. Помимо этого, на данных чертежах одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых компонентов.
[0017] Используемый в данном описании термин «инструмент» является весьма обобщенным и может использоваться применительно к любому направляемому в скважину устройству для выполнения любой операции. В частности, термин «скважинный инструмент» может использоваться для описания различных устройств и инструментов, обеспечивающих измерение, техническое обслуживание или выполняющих задачи, включая, но, не ограничиваясь этим, подъем труб, исследование пласта, направленное измерение, бурильные работы и/или ремонтные работы.
[0018] На фиг.1-2 показан примерный вариант выполнения регулируемого смещающего соединения 10 (фиг.1). Регулируемое смещающее соединение 10 предназначено для использования в буровой скважине 12 (фиг.2) в земле, которая может быть облицована обсадной трубой (не показана), закрепленной с помощью различных цементирующих материалов (не показаны), например цементом или подобным ему. Соединение 10 может быть частью группы 18 инструментов, содержащей одно или более регулируемых смещающих соединений 10А, 10В, и один или более скважинных инструментов 20, 22. Предполагается, что в качестве части группы 18 инструментов также могут быть выполнены другие различные конструкции.
[0019] Группу 18 инструментов обычно размещают по центру буровой скважины 12, например, вдоль центральной оси 24 скважины 12. Однако в силу различных причин, известных специалисту, часто требуется размещать различные скважинные инструменты 20, 22 с обеспечением различного смещения от центральной оси 24. Например, как показано на фиг.2, один скважинный инструмент 20 может располагаться у стенки скважины 12 (т.е. расположен с относительно большим боковым смещением), тогда как другой скважинный элемент 22 может быть расположен на расстоянии от стенки скважины 12 (т.е. расположен с относительно меньшим боковым смещением). Регулируемое смещающее соединение 10 может быть избирательно отрегулировано для обеспечения требуемого бокового смещения, как будет рассмотрено в данном документе.
[0020] Регулируемое смещающее соединение 10 (фиг.1) может содержать первый скважинный элемент 30, расположенный у одного конца, и второй скважинный элемент 40, расположенный у другого конца. Термины «первый» и «второй» используются в данном документе только для удобства. Каждый из скважинных элементов, первый 30 и второй 40, может иметь конец соответственно 32 и 42, содержащий соединительную конструкцию (например, монтажные соединения), предназначенную для соединения регулируемого смещающего соединения 10 с другим соединением, скважинным инструментом и т.д. Как показано, конец 32 первого скважинного элемента 30 может содержать охватываемую соединительную конструкцию, например, охватываемый входящий конец и/или соединение 34 с наружной резьбой, тогда как конец 42 второго скважинного элемента 40 может содержать охватывающую соединительную конструкцию, например полую трубчатую приемную конструкцию и/или соединение 44 с внутренней резьбой. Кроме того, каждый конец 32, 42 может иметь различные конфигурации, содержащие другую соединительную конструкцию, известную специалисту.
[0021] Кроме того, регулируемое смещающее соединение 10 может содержать по меньшей мере один электрический соединитель. Например, к каждому из концов 32 и 34 может быть прикреплен по меньшей мере один электрический соединитель 36, 46, при этом между электрическими соединителями 36, 46 может проходить по меньшей мере один провод 48, обеспечивающий прохождение электрического тока между ними. Электрические соединители 36, 46 предназначены для соединения с некоторой соответствующей электрической и/или механической конструкцией (конструкциями) для передачи электрического тока. Электрический ток может обеспечивать передачу различных цифровых и/или аналоговых сигналов, например, электроэнергии, информации и т.д. между различными скважинными инструментами, соединителями и управляющей структурой (не показана), расположенной снаружи буровой скважины 12. В дополнение или вместо этого можно предусмотреть различные другие сигналы для обеспечения питания, связи и т.д. от различных других устройств, включая оптические сигналы (например, через оптоволоконный кабель и т.д.), беспроводные сигналы (например, путем электромагнитной передачи и т.д.) или подобные им. Любая или все сигнальные структуры, такие как провод (провода) 48, могут быть защищены, экранированы и т.д. различными способами. Например, между электрическими соединителями 36 и 46 может проходить герметизированная трубка 50, которая может быть гибкой и содержать по меньшей мере один провод 48. Герметизированная трубка 50, которая может быть сплошной или составленной из различных элементов, может герметично соединяться с каждым или обоими электрическими соединителями 36 и 46. Соединительная конструкция на любом из концов 32, 42 также может содержать некоторую уплотнительную конструкцию или подобную ей.
[0022] Соединение 10 может также содержать по меньшей мере один промежуточный элемент, один конец которого присоединен с возможностью поворота к первому скважинному элементу 30, а второй конец - ко второму скважинному элементу 40, В показанном примере один конец каждого из промежуточных элементов 52, 54 может быть присоединен с возможностью поворота к первому скважинному элементу 30, а второй конец - ко второму скважинному элементу 40. Несмотря на то что показаны два промежуточных элемента 52, 54, возможно выполнение различного количества и/или конфигураций промежуточных элементов. Промежуточные элементы 52, 54 могут обеспечивать удержание первого скважинного элемента 30, по существу, параллельно второму скважинному элементу 40 либо могут удерживать первый и второй скважинные элементы 30, 40 под различными углами относительно друг друга.
[0023] На фиг.3-4 показано, что соединение 10 может дополнительно содержать соединительный элемент 60, предназначенный для избирательного поддержания заданного бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами 30 и 40, как будет изложено более подробно далее. При выполнении работы в скважине некоторые типы инструментов в группе 18 часто располагают в буровой скважине со смещением от центра, тогда как другие инструменты работают на центральной оси 24 скважины. Для обеспечения размещения всех инструментов группы 18 в соответствующих радиальных положениях соединение 10 может обеспечить избирательную работу части группы 18, например одного или более скважинных инструментов 20, 22, в диапазоне диаметров скважины. Для удобства будем считать, что под боковым смещением между первым и вторым скважинными элементами 30, 40, как изложено в данном документе, понимается величина бокового смещения между осевой линией 33 первого скважинного элемента 30 и соответствующей осевой линией 43А, 43В второго скважинного элемента 40. Кроме того, следует понимать, что боковое смещение может рассматриваться относительно других различных положений соединения 10. Также для удобства к ссылочным позициям на фиг.3 для второго скважинного элемента 40 и соединительного элемента 60 добавляются символы «А» и «В» для обозначения одного и того же элемента в различных смещенных положениях.
[0024] В одном показанном примере соединительный элемент 60 может проходить между по меньшей мере одним промежуточным элементом 52, 54 и одним из скважинных элементов, первым 30 и вторым 40, для избирательного поддержания заданного бокового смещения между первым и вторым элементами 30, 40. Соединительный элемент 60 расположен так, что он испытывает, по существу, растягивающую нагрузку. Соединительный элемент 60 может быть присоединен с возможностью поворота, с возможностью отсоединения или без нее для облегчения установки и/или удаления.
[0025] В другом показанном примере соединительный элемент 60 может проходить между по меньшей мере двумя промежуточными элементами 52, 54 с обеспечением избирательного поддержания заданного бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами 30, 40. Соединительный элемент 60 расположен так, что он испытывает, по существу, растягивающую нагрузку. Соединительный элемент 60 может быть соединен с возможностью поворота с любым или с обоими промежуточными элементами 52, 54 для облегчения установки и/или удаления. Любой или оба конца 62, 64 (фиг.4) соединительного элемента 60 могут быть соединены с возможностью отсоединения или без нее с промежуточными элементами 52, 54. В одном примере концы 62, 64 соединительного элемента могут иметь отверстия, в которые могут быть вставлены ступенчатые болты или другая механическая конструкция. Данные отверстия могут быть выполнены с опорной вращающейся конструкцией, например втулками, подшипниками и т.д. Соединительный элемент 60 может быть расположен в различном месте по длине промежуточных элементов 52, 54. В показанном примере элемент 60 может быть установлен, по существу, в средней части каждого из промежуточных элементов 52, 54, хотя предусмотрены и другие различные точки установки.
[0026] Соединительный элемент 60 противодействует и может предотвращать относительное перемещение промежуточных элементов 52, 54 относительно друг друга, при этом аналогичным образом обеспечивается противодействие и предотвращение перемещения первого и второго скважинных элементов 30, 40 относительно друг друга. Например, один конец соединительного элемента 60 может быть прикреплен к одному из промежуточных элементов 52. Оба промежуточных элемента 52, 54 могут быть с возможностью поворота соединены для обеспечения требуемого бокового смещения между первым и вторым элементами 30, 40, а другой конец соединительного элемента 60 может быть прикреплен к другому промежуточному элементу 54, обеспечивая тем самым фиксацию и поддержание требуемого бокового смещения между первым и вторым элементами 30, 40.
[0027] Если промежуточные элементы 52, 54 присоединены с возможностью поворота к первому и второму скважинным элементам 30, 40 и удерживаются, по существу, параллельно друг другу, то боковое смещение между первым и вторым скважинными элементами 30, 40 будет также обеспечивать расположение промежуточных элементов 52, 54 под углом α (см. фиг.3) относительно каждого или обоих первого и второго элементов 30, 40. Таким образом, соединительный элемент 60 может дополнительно использоваться для удержания каждого из скважинных элементов, первого 30 и второго 40, под заданным углом относительно по меньшей мере одного промежуточного элемента 52, 54. Фактически, каждый заданный угол может соответствовать заданным боковым смещениям, так что регулирование заданного угла α, соответственно, обеспечивает регулирование бокового смещения. В различных примерах заданный угол можно регулировать в диапазоне значений примерно 5°-45°, хотя предполагается использование других больших или меньших значений. Следует понимать, что показан пример заданного угла α (т.е. см. фиг.1 и 3) между первым скважинным элементом 30 (т.е. вдоль линии, параллельной осевой линии 33) и одним из промежуточных элементов 54А, 54В, при этом подразумевается, что другие дополнительные углы, взятые между другими точками отсчета, также подпадают под объем данного изобретения.
[0028] Как показано на фиг.3, регулирование длины соединительного элемента 60, проходящего между промежуточными элементами 52, 54 соответственно, может обеспечивать регулирование бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами 30, 40, и/или угла α. Например, боковое смещение между первым и вторым скважинными элементами 30, 40 может регулироваться для обеспечения рабочего диапазона внутри скважины или буровой скважины, имеющей диаметр примерно от 6 до 16 дюймов (15-41 см), хотя предполагается использование и других значений. Таким образом, как показано на фиг.3, относительное уменьшение эффективной длины L соединительного элемента (см. 60А) может, соответственно, увеличивать угол α и соответственно увеличивать боковое смещение (D2) между первым скважинным элементом 30 и вторым скважинным элементом (см. 40А). Соответственно, как показано пунктирными линиями, относительное увеличение эффективной длины L соединительного элемента (см. 60В) может уменьшать угол α и соответственно уменьшать боковое смещение (D2) между первым скважинным элементом 30 и вторым скважинным элементом (см. 40В).
[0029] Эффективную длину L соединительного элемента 60 можно регулировать различными способами. В одном примере для избирательного регулирования эффективной длины L элемент 60 может быть выполнен с регулируемой конструкцией между его концами 62 и 64, например, с резьбовым соединением и/или телескопическим соединением (не показано). В другом примере для избирательного регулирования эффективной длины L одна часть элемента 60 может выборочно замещаться другой частью с другим размером и/или длиной (не показана). В еще одном примере, как показано, элемент 60 может быть, по существу, цельным элементом с фиксированной длиной, причем эффективная длина L элемента 60 избирательно регулируется посредством замены всего элемента 60 другим соединительным элементом 60, имеющим другую длину. Например, если соединительный элемент 60 (например, 60А) заменен относительно более длинным соединительным элементом (например, 60В), то угол α будет уменьшаться, что приведет к уменьшению бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами 30, 40В. Таким образом, одно регулируемое смещающее соединение 10 может иметь несколько соединительных элементов (например, заменяемые элементы 60А и 60В), имеющих различные длины, соответствующие разным заданным боковым смещениям между первым и вторым скважинными элементами 30, 40 (например, позиции 40А, 40В). В других не показанных примерах соединительный элемент 60 может иметь отверстия или проемы на концах 62, 64 для присоединения к промежуточным элементам 52, 54, и/или каждый промежуточный элемент 52, 54 может иметь множество отверстий или проемов по своей длине для присоединения к соединительному элементу 60. В обоих случаях эффективную длину L можно избирательно отрегулировать путем выбора различных отверстий или проемов, в различных сочетаниях, на соединительном элементе 60 и/или промежуточных, элементах 52, 54. В результате такого решения эффективная длина L соединительного элемента 60 может задавать боковое смещение между первым и вторым скважинными элементами 30, 40, а также угол α.
[0030] Как показано на фиг.2, часть 19 группы 18 инструментов может застрять на препятствии 15, или подобном ему, внутри буровой скважины 12. Обычно, при застревании группы 18 инструментов в стволе скважины стоимость последующего извлечения и время на бурение могут быть чрезвычайно высокими, а оставлять инструменты в стволе, как правило, нежелательно. Кроме того, при попытке извлечь из скважины 12 группу 18 инструментов к ней прилагается повышенное усилие растяжения, которое может повредить группу 18 инструментов и/или соответствующее оборудование.
[0031] На фиг.4 показан пример соединительного элемента 60. Поскольку элемент 60 расположен в регулируемом смещающем соединении 10 таким образом, что испытывает, по существу, растягивающую нагрузку, то он может дополнительно иметь ослабленную зону 66, например, хрупкую часть или относительно ослабленный участок, который ломается, если приложенное к нему растягивающее усилие превышает заданную пороговую величину. Таким образом, ослабленная зона 66 может ломаться под воздействием заданной нагрузки, если группа 18 инструментов застряла в скважине, позволяя устранить смещение в месте неисправности для более легкого извлечения группы 18 инструментов. При разломе ослабленной зоны 66 соединительный элемент 60 разламывается на две или более части, что обеспечивает разъединение промежуточных элементов 52, 54, при этом боковое смещение между первым и вторым элементами 30, 40 больше не поддерживается на заданном уровне. Вместо этого под действием силы тяжести боковое смещение будет уменьшаться до минимального положения. Следует понимать, что одно минимальное положение может представлять собой боковое смещение, по существу, равное нулю, при этом первый и второй скважинные элементы 30, 40 расположены, по существу, на центральной оси 24 скважины 12. Кроме того, следует понимать, что геометрия соединения 10 может определять минимальное положение бокового смещения, отличное, по существу, от нуля.
[0032] Таким образом, при поломке ослабленной зоны 66 соединительный элемент 60 может обеспечивать необратимое уменьшение бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами 30, 40, если приложенное к нему растягивающее усилие превышает заданное пороговое значение. Ослабленная зона 66 (т.е. хрупкая часть или относительно ослабленный участок) может иметь различную геометрию. В одном примере ослабленная зона 66 может содержать ломкую шейку 68, размеры которой обеспечивают ее разлом, когда приложенное к ней растягивающее усилие превышает заданное пороговое значение. Ломкая шейка 68 также может иметь различную геометрию. Например, шейка 68 может иметь зону уменьшенного поперечного сечения, представляющую собой тело вращения относительно оси симметрии, подобной центральной оси 70 соединительного элемента 60. В одном примере размеры шейки могут обеспечивать ее разламывание, когда приложенное к ней механическое усилие превышает заданное пороговое значение, которое определяется растягивающей силой F, равной примерно от 2500 до 8000 фунтов (1000-3200 кг), приложенной к соединительному элементу 60. Например, при попытке извлечь застрявшую группу 18 инструментов обеспечивающая извлечение сила Т может быть приложена, по существу, параллельно центральной оси 24 скважины 12. Благодаря геометрии регулируемого смещающего соединения 10 обеспечивающая извлечение сила Т может преобразовываться через составляющие вектора силы в растягивающую силу F, действующую на соединительный элемент 60. Когда растягивающая сила F превышает заданную пороговую величину, составляющую, например, примерно от 2500 до 8000 фунтов (1000-3200 кг), элемент 60 ломается. Следует понимать, что заданная пороговая величина для механического усилия, приложенного к шейке 68, также может выбираться исходя из других значений силы.
[0033] Различия в свойствах материала и/или геометрии соединительного элемента 60, например выполнение шейки 68, позволяют выполнить ослабленную зону 66 в соответствие с требованиями исходя из известного предела прочности материала и его геометрии. Общепринято, что предел прочности представляет собой величину напряжения в точке разрушения на диаграмме напряжений. В одном примере шейка 68 может быть приведена в соответствие требованиям путем изменения свойств материала и/или геометрии для изменения заданного порогового предела прочности исходя из различных значений силы, приложенной по меньшей мере к одному из скважинных элементов, первому 30 и второму 40. Таким образом, при использовании менее жесткой группы 18 инструментов заданная пороговая величина для шейки может быть уменьшена для снижения, например сведения к минимуму, потенциального повреждения группы 18 инструментов. С другой стороны, при использовании более жесткой группы 18 инструментов заданная пороговая величина для шейки может быть увеличена. Одна группа инструментов может даже содержать несколько соединительных элементов 60, каждый из которых имеет различные значения предела прочности, например, один элемент с низким значением разрушающего усилия, а другой с высоким значением разрушающего усилия, или даже другие заданные характеристики, например, один элемент с характеристикой быстрого разрушения, а другой - с характеристикой медленного разрушения и т.д. Каждый соединительный элемент 60 может принимать на себя часть обеспечивающей извлечение группы инструментов силы Т. Кроме того, в силу особенностей существующей конструкции пользователю необходимо только заменить сломанный соединительный элемент 60 другим элементом, который обеспечивает разламывание при приложении к нему растягивающего усилия, превышающего другую заданную пороговую величину, которая может быть такой же или отличаться. В результате такого решения пользователь может иметь сравнительно большую степень уверенности в извлечении застрявшей группы 18 инструментов.
[0034] Помимо приведения ослабленной зоны 66 в соответствие требованиям с обеспечением различных заданных пороговых значений, ослабленная зона также может быть выполнена в соответствии с требованиями для каждого из соединительных элементов 60, имеющих различную длину. Например, как показано на фиг.3, геометрическое расположение различных элементов соединения 10 отличается при различных заданных боковых смещениях, что обеспечивает различные векторы силы. Векторы силы могут определяться по меньшей мере частично углом α и/или геометрией соединительного элемента 60. То есть при приложении силы Т (фиг.2), обеспечивающей подъем группы инструментов, к первому скважинному элементу 30 вектор растягивающей силы, действующий на ослабленную зону соединительного элемента 60А (т.е. соответствующего относительно большему боковому смещению), будет отличаться от растягивающей силы, действующей на ослабленную зону соединительного элемента 60В (т.е. соответствующего относительно меньшему боковому смещению). Таким образом, можно регулировать различные параметры ослабленной зоны 66 для обеспечения разламывания соединительного элемента 60, когда приложенная к нему растягивающая сила F превышает заданное значение растягивающей силы, составляющее приблизительно от 2500 до 8000 фунтов (1000-3200 кг) (или другое требуемое значение). К примерам параметров могут относиться, не ограничиваясь этим, длина (I), площадь поперечного сечения (например, диаметр (d) поперечного сечения), и/или суженный радиус (r) ломкой шейки 68, и/или свойства различных материалов шейки 68. Свойства материалов шейки 68 можно корректировать заменой материалов и/или путем различной механической или термической обработки шейки и т.д.
[0035] Далее приведены результаты одного расчета геометрических параметров для примера соединительного элемента 60 на основании материала (например, стали), имеющего номинальную нагрузку 35000 фунтов/дюйм2 (psi) (350 кг-сила/см2), и заданного бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами 30 и 40, составляющего примерно 6 дюймов (15 см). На основании этих параметров и соответствующей геометрии взаимосвязанных элементов регулируемого смещающего соединения 10 шейка 68, имеющая длину (I) примерно 1,6 дюймов (4 см), диаметр (d) поперечного сечения примерно 0,2 дюйма (0,5 см), радиус (r) сужения примерно 0,1 дюйма (0,3 см), будет разрушаться, когда растягивающая сила F, приложенная к соединительному элементу 60, составляет примерно от 2500 до 8000 фунтов (1000-3200 кг). Следует понимать, что при регулировании параметров различных элементов можно использовать другие значения.
[0036] Данное изобретение описано со ссылкой на вышеприведенные примерные варианты выполнения. При прочтении и изучении описания возможны модификации и изменения. Предполагается, что примерные варианты выполнения, включающие один или более аспектов изобретения, распространяются на все подобные модификации и изменения в той мере, как они попадают под объем прилагаемой формулы изобретения.
Перечень элементов
10А - регулируемое смещающее соединение
10В - регулируемое смещающее соединение
10 - регулируемое смещающее соединение
12 - буровая скважина
14 - обсадная труба
15 - препятствие
16 - различные цементирующие материалы
18 - группа инструментов
19 - часть группы инструментов
20 - скважинный инструмент
22 - скважинный инструмент
24 - центральная ось
30 - первый скважинный элемент
32 - конец
33 - осевая линия
34 - соединение с наружной резьбой
36 - электрический соединитель
40В - второй скважинный элемент
40 - второй скважинный элемент
42 - конец
43А - осевая линия
43В - осевая линия
44 - соединение с внутренней резьбой
46 - электрический соединитель
48 - провод
50 - герметизированная трубка
52 - один промежуточный элемент
54А - промежуточные элементы
54В - промежуточные элементы
54 - промежуточный элемент
60А - соединительный элемент
60В - соединительный элемент
60 - соединительный элемент
62 - конец
64 - конец
66 - ослабленная зона
68 - ломкая шейка
70 - центральная ось
160 - соединительный элемент.
1. Регулируемое смещающее соединение (10) для скважинных инструментов (20), содержащее: первый скважинный элемент (30), второй скважинный элемент (40), промежуточные элементы (52, 54), каждый из которых с возможностью поворота присоединен одним концом к первому скважинному элементу (30), а вторым концом ко второму скважинному элементу (40), и соединительный элемент (60), проходящий между по меньшей мере двумя промежуточными элементами (52, 54) и выполненный с возможностью избирательного поддержания бокового смещения между первым и вторым скважинными элементами (30, 40), причем соединительный элемент (60) дополнительно содержит ослабленную зону (66), выполненную с обеспечением разлома при приложении к ней растягивающей силы, превышающей заданное пороговое значение.
2. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.1, в котором эффективная длина соединительного элемента (60) определяет боковое смещение между первым и вторым скважинными элементами (30, 40).
3. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.2, в котором боковое смещение между первым и вторым скважинными элементами (30, 40) имеет величину, достаточную для проведения работ в скважине, имеющей диаметр примерно от 6 до 16 дюймов (от 15 до 41 см).
4. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.1, в котором длина соединительного элемента (60) определяет заданный угол (α) между по меньшей мере одним из скважинных элементов, первым и вторым (30, 40), и по меньшей мере одним из промежуточных элементов (52, 54), задавая тем самым боковое смещение (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40).
5. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.4, в котором заданный угол (α) составляет примерно от 5° до 45°.
6. Регулируемое смещающее соединение (10) по п,1, в котором ослабленная зона (66) содержит ломкую шейку (68), размеры которой обеспечивают ее разламывание, когда приложенное к ней механическое усилие превышает заданное пороговое значение.
7. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.6, в котором заданное пороговое значение определяется, исходя из растягивающей силы, равной примерно от 2500 до 8000 фунтов (от 1000 до 3200 кг).
8. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.6, в котором ломкая шейка (68) имеет уменьшенную площадь поперечного сечения и выполнена в виде тела вращения относительно оси симметрии.
9. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.1, в котором указанные промежуточные элементы (52, 54) выполнены с возможностью удержания первого скважинного элемента (30), по существу, параллельно второму скважинному элементу (40).
10. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.1, дополнительно содержащее по меньшей мере один электрический соединитель (36, 46), присоединенный к каждому из скважинных элементов, первому и второму (30, 40), по меньшей мере один провод (48), проходящий между указанными электрическими соединителями (36, 46) и предназначенный для проведения между ними электрического тока, и герметизированную трубку (50), в которую помещен указанный по меньшей мере один провод (48) и которая проходит между указанными электрическими соединителями (36, 46) первого и второго скважинных элементов (30, 40).
11. Регулируемое смещающее соединение (10) для скважинных инструментов (20), содержащее первый скважинный элемент (30), второй скважинный элемент (40), промежуточные элементы (52, 54), каждый из которых с возможностью поворота присоединен одним концом к первому скважинному элементу (30), а вторым концом ко второму скважинному элементу (40), и соединительный элемент (60), проходящий между по меньшей мере двумя промежуточными элементами (52, 54) и выполненный с возможностью удержания каждого из скважинных элементов, первого и второго (30, 40), под заданным углом (α) относительно по меньшей мере одного из указанных промежуточных элементов (52, 54), причем соединительный элемент (60) выполнен с обеспечением разлома, когда приложенная к нему растягивающая сила превышает заданное пороговое значение.
12. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.11, в котором соединительный элемент (60) содержит ломкую шейку (68), размеры которой обеспечивают ее разламывание, когда приложенное к ней механическое усилие превышает заданное пороговое значение, которое устанавливается исходя из растягивающей силы, равной примерно от 2500 до 8000 фунтов (от 1000 до 3200 кг).
13. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.12, в котором ломкая шейка (68) имеет уменьшенную площадь поперечного сечения и выполнена в виде тела вращения относительно оси симметрии.
14. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.11, в котором регулировка длины (L) соединительного элемента (60) определяет заданный угол (α), тем самым регулируя боковое смещение (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40).
15. Регулируемое смещающее соединение (10) по п.11, дополнительно содержащее по меньшей мере один электрический соединитель (36, 46), присоединенный к каждому из скважинных элементов, первому и второму (30, 40), по меньшей мере один провод (48), проходящий между указанными электрическими соединителями (36, 46) и предназначенный для проведения между ними электрического тока, и герметизированную трубку (50), в которую помещен указанный по меньшей мере один провод (48) и проходящую между указанными электрическими соединителями (36, 46) первого и второго скважинных элементов (30, 40).
16. Регулируемое смещающее соединение (10) для скважинных инструментов (20), содержащее первый скважинный элемент (30), второй скважинный элемент (40), по меньшей мере один промежуточный элемент (52, 54), который с возможностью поворота присоединен одним концом к первому скважинному элементу (30), а вторым концом ко второму скважинному элементу (40), и соединительный элемент (60), выполненный с возможностью поддержания заданного бокового смещения (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40) с обеспечением избирательной регулировки заданного бокового смещения (D1, D2) путем регулировки длины (L) соединительного элемента (60), причем соединительный элемент (60) дополнительно выполнен с возможностью необратимого уменьшения бокового смещения (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40), когда приложенная к нему растягивающая сила превышает заданное пороговое значение.
17. Регулируемое смещающее соединение по п.16, в котором соединительный элемент (60) содержит ломкую шейку (68), размеры которой обеспечивают ее разламывание, когда приложенное к ней механическое усилие превышает заданное пороговое значение, которое устанавливается исходя из растягивающей силы, равной примерно от 2500 до 8000 фунтов (от 1000 до 3200 кг).
18. Регулируемое смещающее соединение по п.16, в котором по меньшей мере один промежуточный элемент (52, 54) содержит несколько промежуточных элементов (52, 54), выполненных с возможностью удержания первого скважинного элемента (30), по существу, параллельно второму скважинному элементу (40), причем соединительный элемент (60) проходит между по меньшей мере двумя промежуточными элементами (52, 54) с обеспечением поддержания заданного бокового смещения (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40).
19. Регулируемое смещающее соединение по п.16, в котором соединительный элемент (60) проходит между по меньшей мере одним промежуточным элементом (52, 54) и по меньшей мере одним из скважинных элементов, первым и вторым (30, 40), с обеспечением поддержания заданного бокового смещения (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40).
20. Регулируемое смещающее соединение по п.16, в котором длина (L) соединительного элемента (60) избирательно регулируется путем его замены на другой соединительный элемент (60), имеющий другую длину, причем указанный другой соединительный элемент (60) выполнен с обеспечением необратимого уменьшения бокового смещения (D1, D2) между первым и вторым скважинными элементами (30, 40), когда приложенное к нему растягивающее усилие превышает другое заданное пороговое значение.
