Седловое устройство и способ проведения скважинной операции
Группа избретений относится к скважинным шаровым клапанам и, более конкретно, к их седловым устройствам и проведению соответствующих скважинных операций с их использованием. Система для гидравлического разрыва пласта содержит первое седловое устройство, включающее по меньшей мере одно первое отверстие, имеющее по меньшей мере одно первое поперечное сечение, и второе седловое устройство. Причем первое седловое устройство выполнено с возможностью приема первого тела, имеющего первый размер, превышающий размер первого поперечного сечения, и в то же время допускает прохождение тел меньшего размера сквозь по меньшей мере одно первое отверстие. Второе седловое устройство расположено ниже по потоку, чем первое седловое устройство, и включает группу вторых отверстий, по меньшей мере одно из которых смещено по оси относительно другого второго отверстия и каждое из которых имеет второе поперечное сечение. Второе седловое устройство выполнено с возможностью приема группы вторых тел, каждое из которых имеет второй размер, меньший, чем первый размер, после прохождения этих вторых тел сквозь по меньшей мере одно отверстие в первом седловом устройстве. Причем каждое из группы вторых отверстий соответствует одному из вторых тел, перекрывающих путь движения потока флюида сквозь вторые отверстия при их посадке на второе седловое устройство, выполненное с возможностью обеспечения осуществления гидравлического разрыва пласта после посадки на него вторых тел. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к скважинным шаровым клапанам и, более конкретно, к их седловым устройствам и проведению соответствующих скважинных операций с их использованием.
Седла, например, такие как седла шаровых клапанов, хорошо известны по их применению в скважинах, в частности при бурении и освоении скважин. Седла шаровых клапанов обычно используют для регулирования потока флюндов (текучих сред) и приведения в действие скважинных устройств. Хотя в отрасли повсеместно используются седла шаровых клапанов разнообразных конструкций, число последовательно размещаемых седел шаровых клапанов, которые можно использовать с традиционными системами, является ограниченным. В отрасли существует потребность в увеличении числа седел шаровых клапанов, которые можно последовательно размещать в скважине.
В настоящем изобретении используется седловое устройство, включающее корпус, определяющий по меньшей мере первый путь движения потока и по меньшей мере второй путь движения потока, первое седло, расположенное в корпусе для приема первого тела, предназначенного для перекрывания первого пути движения потока, и второе седло, расположенное в корпусе для приема второго тела, предназначенного для перекрывания второго пути движения потока.
Седловое устройство включает корпус, определяющий по меньшей мере первый путь движения потока, ось которого совпадает с продольной осью корпуса, и частично определяющий по меньшей мере второй путь движения потока, первое седло, расположенное в корпусе для приема первого тела, предназначенного для перекрывания первого пути движения потока, и второе седло, расположенное в корпусе для приема второго тела, предназначенного для перекрывания второго пути движения потока.
В настоящем изобретении также используется способ, обеспечивающий проведение скважинной операции с контролем давления, который включает размещение в первом седле корпуса первого тела, предназначенного для перекрывания первого пути движения потока, частично определяемого корпусом, и размещение во втором седле корпуса второго тела, предназначенного для перекрывания второго пути движения потока, частично определяемого корпусом.
Более конкретно, в настоящем изобретении предлагается скважинная система для гидравлического разрыва пласта, содержащая седловое устройство для гидравлического разрыва пласта, имеющее внутри группу отверстий одинакового (подобного) размера, по меньшей мере одно из которых смещено по оси относительно другого отверстия подобного размера и каждое из которых имеет поперечное сечение, комплементарное соответствующей группе тел, так что каждое из этих тел может быть сопряжено с этими отверстиями, существенно препятствуя прохождению через каждое из них потока флюида для обеспечения гидравлического разрыва пласта, причем эти тела имеют размеры, недостаточные для сопряжения с каким-либо отверстием в соседнем седловом устройстве для гидравлического разрыва пласта, расположенном выше по потоку.
В частных вариантах осуществления седловое устройство для гидравлического разрыва пласта имеет корпус, включающий вогнутый участок, выполненный с возможностью направления тел к упомянутым отверстиям одинакового размера.
Может иметься первое отверстие из группы отверстий одинакового размера, расположенное в первой плоскости, и второе отверстие из группы отверстий одинакового размера, расположенное во второй плоскости. Могут также иметься отверстия одинакового размера, расположенные в одной плоскости.
Тела предпочтительно имеют сферическую форму.
Также предлагается система для гидравлического разрыва пласта, содержащая первое седловое устройство, включающее по меньшей мере одно первое отверстие, имеющее по меньшей мере одно первое поперечное сечение, причем первое седловое устройство выполнено с возможностью приема первого тела, имеющего первый размер, превышающий размер первого поперечного сечения, и в то же время допускает прохождение тел меньшего размера сквозь по меньшей мере одно первое отверстие; и второе седловое устройство, расположенное ниже по потоку, чем первое седловое устройство, и включающее группу вторых отверстий, по меньшей мере одно из которых смещено по оси относительно другого второго отверстия и каждое из которых имеет второе поперечное сечение, и второе седловое устройство выполнено с возможностью приема группы вторых тел, каждое из которых имеет второй размер, меньший, чем первый размер, после прохождения этих вторых тел сквозь по меньшей мере одно отверстие в первом седловом устройстве, причем каждое из группы вторых отверстий соответствует одному из вторых тел, перекрывающих путь движения потока флюида сквозь вторые отверстия при их посадке на второе седловое устройство, выполненное с возможностью обеспечения осуществления гидравлического разрыва пласта после посадки на него вторых тел.
Кроме того, предлагается способ гидравлического разрыва пласта, включающий сбрасывание группы первых тел, каждое из которых имеет первый размер; посадку группы первых тел на первое седловое устройство, причем каждое тело из группы первых тел сопрягается с одним отверстием из группы первых отверстий в первом седловом устройстве и по меньшей мере одно из группы первых отверстий смещено по оси относительно другого из группы первых отверстий; перекрывание группой первых тел потока флюида сквозь первое седловое устройство; выполнение операции гидравлического разрыва пласта посредством флюида выше по потоку, чем первое седловое устройство.
В частных вариантах осуществления сбрасывание группы первых тел включает прохождение группы первых тел сквозь по меньшей мере одно второе отверстие во втором седловом устройстве, расположенном выше по потоку, чем первое седловое устройство, и может включать сбрасывание второго тела, имеющего второй размер, превышающий первый размер, и посадку второго тела на второе седловое устройство для перекрывания потока флюида сквозь второе седловое устройство.
На приложенных чертежах, где одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами, представлено:
фиг. 1 - перспективное схематичное изображение седлового устройства шарового клапана с двумя каналами,
фиг. 2 - вид сбоку в разрезе седлового устройства шарового клапана, показанного на фиг. 1,
фиг. 3 - вид сбоку в разрезе части седлового устройства шарового клапана в варианте осуществления настоящего изобретения,
фиг. 4 - перспективное изображение седлового устройства шарового клапана в другом варианте осуществления настоящего изобретения,
фиг. 5 - вид сбоку в разрезе седлового устройства шарового клапана, показанного на фиг. 4.
На фиг. 1, в качестве иллюстрации, представлен пример выполнения седлового устройства 10 шарового клапана с двумя каналами. Седловое устройство 10 включает корпус 12 с трубчатыми каналами 14. Трубчатые каналы 14 определяют пути движения потока, указываемые стрелками 11. Седла 16 расположены в отверстиях каналов 14. В показанном примере седловое устройство включает вогнутые участки 18, определяемые корпусом 12. Эти вогнутые участки могут иметь, например, коническую, параболическую или цилиндрическую форму.
На фиг. 2, также только в качестве иллюстрации выполнения параллельных каналов в корпусе, их работы и преимуществ, представлен вид седлового устройства 10 шарового клапана в разрезе. В процессе работы седловое устройство 10 можно разместить в стволе скважины. Первое тело 20, имеющее, например, сферическую форму, можно ввести в ствол скважины и переместить в направлении седлового устройства 10 под действием, например, гидравлического давления или силы тяжести. Один из вогнутых участков 18 направляет первое тело 20, которое входит в контакт с седлом 16, блокируя канал 14 и перекрывая путь 11 движения потока. Второе тело 22 можно аналогичным образом переместить в направлении седлового устройства 10, где вогнутые участки 18 направят его в свободное седло 16, в результате чего будет блокирован второй канал 14 и перекрыт второй путь 11 движения потока. Перекрывание путей движения потока позволяет оператору поднять давление относительно перекрытого седлового устройства 10 шарового клапана, обеспечивая проведение скважинной операции с контролем давления. Эта операция может представлять собой гидравлический разрыв пласта, приведение в действие требуемого скважинного устройства или какую-либо другую скважинную операцию.
В существующих седловых устройствах шаровых клапанов используется только один канал, и седловая конструкция может быть менее эффективной, если величина площади поперечного сечения канала (и соответствующего диаметра тела) меньше определенного порогового значения. Это пороговое значение диаметра может быть различным для различных скважинных систем и связано с вероятностью роста давления до входа в канал из-за сужения проходного сечения последнего. Участки канала с площадью поперечного сечения меньше порогового значения могут нежелательным образом ограничивать поток флюида и вызывать нежелательное и преждевременное срабатывание скважинных устройств или другие преждевременные действия на участке ствола скважины между устьем и седловым устройством шарового клапана. В настоящем изобретении наличие более чем одного канала позволяет уменьшать площади поперечного сечения отдельных каналов (и соответствующие диаметры тел), не ограничивая поток флюида, поскольку благодаря использованию нескольких каналов их площадь поперечного сечения нетто остается выше порогового значения.
На фиг. 3 представлен вид сбоку в разрезе части седлового устройства 30 шарового клапана в варианте осуществления настоящего изобретения. Седловое устройство 30 действует аналогично седловому устройству 10 (показанному на фиг. 1 и 2 в качестве иллюстрации общих принципов работы параллельных каналов), но седла 16 и их соответствующие отверстия расположены в разных плоскостях (А и В). В иллюстрируемом варианте плоскость B находится ниже по потоку (по оси корпуса), направление которого указано стрелками 11, чем плоскость А. Расположение седел 16 в различных плоскостях может улучшить эксплуатационные характеристики седлового устройства 30 шарового клапана.
На фиг. 4 представлено седловое устройство 40 шарового клапана в другом альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения. Седловое устройство 40 действует аналогично описанному выше и содержит несколько седел 16 и вогнутых участков 18. В иллюстрируемом варианте осуществления седло 17 и связанный с ним путь 15 движения потока имеют ось, совпадающую с продольной осью 19 седлового устройства 40. Седла 16 и связанные с ними пути 14 движения потока расположены радиально вокруг оси 19 в корпусе 12. На фиг. 5 представлен вид сбоку в частичном разрезе части седлового устройства 40 шарового клапана, показанного на фиг. 4.
На чертежах, описанных выше, представлены примеры осуществления 20 седловых устройств шаровых клапанов. Другие варианты осуществления могут включать любое число таких устройств, имеющих несколько седел и путей движения потока, относительное расположение и форма которых обеспечивают ориентирование тел в направлении достижения контакта с седлами.
Хотя в настоящем описании представлены конкретные варианты осуществления изобретения, в них могут быть внесены изменения и замены в пределах сущности и объема изобретения. Следует, соответственно, иметь в виду, что настоящее описание приведено с целью иллюстрации, а не ограничения.
1. Скважинная система для гидравлического разрыва пласта, содержащая седловое устройство для гидравлического разрыва пласта, имеющее внутри группу отверстий одинакового размера, по меньшей мере одно из которых смещено по оси относительно другого отверстия подобного размера и каждое из которых имеет поперечное сечение, комплементарное соответствующей группе тел, так что каждое из этих тел может быть сопряжено с этими отверстиями, существенно препятствуя прохождению через каждое из них потока флюида для обеспечения гидравлического разрыва пласта, причем эти тела имеют размеры, недостаточные для сопряжения с каким-либо отверстием в соседнем седловом устройстве для гидравлического разрыва пласта, расположенном выше по потоку.
2. Система по п. 1, в которой седловое устройство для гидравлического разрыва пласта имеет корпус, включающий вогнутый участок, выполненный с возможностью направления тел к упомянутым отверстиям одинакового размера.
3. Система по п. 1, в которой имеются отверстия одинакового размера, расположенные в одной плоскости.
4. Система по п. 1, в которой первое отверстие из группы отверстий одинакового размера расположено в первой плоскости, а второе отверстие из группы отверстий одинакового размера расположено во второй плоскости.
5. Система по п. 1, в которой тела имеют сферическую форму.
6. Система для гидравлического разрыва пласта, содержащая:
первое седловое устройство, включающее по меньшей мере одно первое отверстие, имеющее по меньшей мере одно первое поперечное сечение, причем первое седловое устройство выполнено с возможностью приема первого тела, имеющего первый размер, превышающий размер первого поперечного сечения, и в то же время допускает прохождение тел меньшего размера сквозь по меньшей мере одно первое отверстие; и
второе седловое устройство, расположенное ниже по потоку, чем первое седловое устройство, и включающее группу вторых отверстий, по меньшей мере одно из которых смещено по оси относительно другого второго отверстия и каждое из которых имеет второе поперечное сечение, и второе седловое устройство выполнено с возможностью приема группы вторых тел, каждое из которых имеет второй размер, меньший, чем первый размер, после прохождения этих вторых тел сквозь по меньшей мере одно отверстие в первом седловом устройстве, причем каждое из группы вторых отверстий соответствует одному из вторых тел, перекрывающих путь движения потока флюида сквозь вторые отверстия при их посадке на второе седловое устройство, выполненное с возможностью обеспечения осуществления гидравлического разрыва пласта после посадки на него вторых тел.
7. Способ гидравлического разрыва пласта, включающий:
сбрасывание группы первых тел, каждое из которых имеет первый размер; посадку группы первых тел на первое седловое устройство, причем каждое тело из группы первых тел сопрягается с одним отверстием из группы первых отверстий в первом седловом устройстве и по меньшей мере одно из группы первых отверстий смещено по оси относительно другого из группы первых отверстий; перекрывание группой первых тел потока флюида сквозь первое седловое устройство; выполнение операции гидравлического разрыва пласта посредством флюида выше по потоку, чем первое седловое устройство.
8. Способ по п. 7, в котором сбрасывание группы первых тел включает прохождение группы первых тел сквозь по меньшей мере одно второе отверстие во втором седловом устройстве, расположенном выше по потоку, чем первое седловое устройство.
9. Способ по п. 8, включающий сбрасывание второго тела, имеющего второй размер, превышающий первый размер, и посадку второго тела на второе седловое устройство для перекрывания потока флюида сквозь второе седловое устройство.
