Трубная исполнительная система и способ

Группа изобретений относится к трубным исполнительным системам и способам приведения в действие множества трубных исполнительных механизмов. Техническим результатом является уменьшение негативного воздействия на поток в стволе скважины. Трубная исполнительная система и способ приведения ее в действие содержит множество последовательностей исполнительных механизмов, установленных в трубном изделии, при этом, по меньшей мере, одна из последовательностей имеет несколько исполнительных механизмов, причем каждый из множества исполнительных механизмов, по меньшей мере, в одной из последовательностей можно изменить, переведя из первого положения, обеспечивающего проход пробок меньше выбранного габарита, во второе положение, обеспечивающее приведение в действие пробками выбранных диаметров, причем множество исполнительных механизмов, по меньшей мере, в одной из последовательностей распределено в трубном изделии так, что расположенный выше по потоку из любых двух из множества исполнительных механизмов может входить в контакт для срабатывания большей одной из пробок, чем расположенный ниже по потоку из двух из множества исполнительных механизмов, когда переведен во второе положение, и множество последовательностей распределены так, что для любых двух последовательностей расположенная выше по потоку из двух последовательностей требует большей пробки для изменения исполнительных механизмов в ней. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Операторы трубных систем постоянно ищут новые способы и устройства для обеспечения приведения в действие трубных инструментов, которые используют для бурения стволов скважин, например, для добычи углеводородов и отбора газа. Обычным для различных операций в соответствующих отраслях является использование временных или постоянных закупоривающих устройств, рост давления на которых обеспечивает приведение в действие.

В некоторых случаях требуется приведение в действие на первом месте и затем на втором месте. Кроме того, может также требоваться приведение в действие на дополнительных местах, последовательное или иное. Обычно для таких целей используют системы со сбрасываемыми элементами, такими как шары, например. Шар сбрасывается на гнездо шара, установленное на требуемом месте в стволе скважины, при этом создается требуемая пробка для приведения в действие.

В вариантах применения, где первое место дальше от поверхности, чем второе место, обычно используют гнезда с последовательно уменьшающимися диаметрами на местах, расположенных дальше от поверхности. Сбрасывание шаров с последовательно увеличивающимися диаметрами обеспечивает закупоривание первым самого дальнего от поверхности гнезда шара (шаром, диаметр которого соответствует данному гнезду), следом - второго по удалению от поверхности гнезда шара (шаром, диаметр которого соответствует данному гнезду) и т.д.

Описанная выше система, вместе с тем, создает последовательно уменьшающиеся размеры проходных сечений в стволе скважины, что может негативно воздействовать на поток в стволе, а также ограничивать диаметр инструментов, которые можно спускать в ствол скважины. Системы и способы, которые обеспечивают операторам увеличение числа мест с управлением в стволе скважины без упомянутых недостатков, должны приниматься на вооружение в технике.

В данном документе раскрыта трубная исполнительная система. Система включает в себя множество последовательностей исполнительных механизмов, установленных в трубном изделии, при этом, по меньшей мере, одна из последовательностей имеет несколько исполнительных механизмов. Каждый из множества исполнительных механизмов, по меньшей мере, в одной из последовательностей является изменяемым с переходом от первого положения, обеспечивающего проход пробок меньше выбранного габарита, во второе положение, обеспечивающее приведение в действие пробками выбранных габаритов. Множество исполнительных механизмов, по меньшей мере, в одной из последовательностей распределено в трубном изделии так, что расположенный выше по потоку из любых двух из множества исполнительных механизмов может входить в контакт, вызывающий приведение в действие с одной из пробок большего габарита, чем расположенный ниже по потоку из двух из множества исполнительных механизмов, и множество последовательностей распределены так, что из любых двух последовательностей расположенная выше по потоку последовательность требует пробки большего габарита для изменения исполнительных механизмов в ней.

Дополнительно раскрыт способ приведения в действие множества трубных исполнительных механизмов, который включает в себя спуск, по меньшей мере, одной пробки через трубное изделие и мимо последовательности исполнительных механизмов без изменения исполнительных механизмов в последовательности, спуск дополнительной пробки и изменение исполнительных механизмов в последовательности и спуск дополнительных пробок с последовательно увеличивающимися габаритами и вход пробок в контакт с исполнительными механизмами для их срабатывания в последовательности.

Следующие описания не должны считаться ограничивающими никоим образом. На прилагаемых чертежах одинаковым элементам соответствуют одинаковые позиции.

На фиг.1 показано сечение трубного исполнительного механизма в контакте с первой пробкой, применяемого в трубной исполнительной системе, раскрытой в данном документе.

На фиг.2 показано сечение трубного исполнительного механизма фиг.1 в контакте с первой пробкой после перемещения первой пробкой опорного элемента.

На фиг.3 показано сечение трубного исполнительного механизма фиг.1 в измененном положении и в контакте со второй пробкой после прохода первой пробки.

На фиг.4 схематично показана трубная исполнительная система, раскрытая в данном документе.

Подробное описание с прилагаемыми фигурами одного или нескольких вариантов осуществления раскрытого устройства и способа приведено в качестве примера и не является ограничивающим.

Варианты осуществления трубных исполнительных систем, раскрытые в данном документе, включают в себя исполнительные механизмы, установленные в трубном изделии, которые меняются во время прохода первой пробки, спускаемой в них, так что исполнительные механизмы переходят в положение для контакта со второй пробкой аналогичного или отличающегося габарита, спускаемой для установки на них. Исполнительные механизмы разделены на множество последовательностей, при этом шар конкретного диаметра может изменять каждый из исполнительных механизмов в данной последовательности, при этом пробки, у которых габариты больше, могут выполнять изменения в последовательностях выше по потоку.

Подробное описание одного из изменяемых исполнительных механизмов выполнено ниже со ссылками на фигуры, далее приведено описание последовательности исполнительных механизмов, составляющих трубную исполнительную систему 10.

На фиг.1-3 показан в целом позицией 18 вариант осуществления изменяемого исполнительного механизма, используемого в трубной исполнительной системе 10 (фиг.4), раскрытый в данном документе. Изменяемый исполнительный механизм 18 размещен в трубном изделии 14 и является изменяемым пробкой 22A, которую можно спускать в трубном изделии 14. Пробка 22A показана в данном документе как шар. Исполнительный механизм 18 выполнен с возможностью изменения первым шаром 22A выбранного диаметра, который можно спускать на него. Изменение включает в себя перестановку откидного щитка 24 из первого положения (фиг.1 и 2), в котором щиток не может входить в контакт с шаром, во второе положение (фиг.3), в котором щиток может входить в контакт с шаром.

Теперь описываем трансформацию изменяемого исполнительного механизма 18. Расширяемый опорный элемент 26, показанный в данном документе как разрезное кольцо, защемлен по периметру частью 30 с внутренней поверхностью уменьшенного радиуса муфты 34, которая продольно закреплена в трубном изделии 14 одним или несколькими освобождающими элементами 38, показанными как срезные винты (фиг.1). Разрезное кольцо 26 продольно закреплено к муфте 34 одним или несколькими освобождающими элементами 42, также показанными в данном документе как срезные винты. Муфта 34 имеет часть 46 с внутренней поверхностью увеличенного радиуса, которая обеспечивает радиальное расширение разрезного кольца 26 наружу, когда разрезное кольцо 26 перемещается продольно за пределы части 30 с внутренней поверхностью уменьшенного радиуса (фиг.2). Разрезное кольцо 26 продавливается при продольном перемещении давлением, действующим на шар 22A, установленный на разрезное кольцо 26. Шару 22A обеспечивается проход через канал 50 разрезного кольца 26, когда разрезное кольцо 26 находится в радиально расширенном положении (фиг.3).

Откидной щиток 24 отклоняется из первого положения (фиг.1 и 2), в котором откидной щиток 24 ориентирован, по существу, параллельно продольной оси трубного изделия 14, во второе положение (фиг.3), в котором откидной щиток 24 ориентирован, по существу, перпендикулярно продольной оси трубного изделия 14, с помощью отклоняющего элемента (не показано), такого как торсионная пружина, например. По меньшей мере, одно из следующего - разрезное кольцо 26 и первый шар 22A - предотвращает перемещение откидного щитка 24 во второе положение до прохода разрезного кольца 26 и шара 22A на достаточное расстояние мимо откидного щитка 24 для обеспечения поворота откидного щитка 24 вокруг оси 62 шарнира.

Когда откидной щиток 24 находится во втором положении, показанном на фиг.3, окно 64 в откидном щитке 24 включает в себя гнездо 66 для шара 22B выбранного диаметра, при этом обеспечивается подача текучей среды и давления. При этом шар 22A может входить в контакт с установкой в другое гнездо (не показано в данном варианте осуществления), расположенное дальше вдоль трубного изделия 14, чем исполнительный механизм 18, и поток текучей среды через окно 64 может обеспечивать дополнительные операции с его помощью, такие как приведение в действие, гидроразрыв пласта и добыча, например, в варианте, в котором трубное изделие используют в стволе скважины для добычи углеводородов.

Когда второй шар 22B становится в контакт в окне 64 откидного щитка 24, рост давления на втором шаре 22B, откидном щитке 24 и муфте 34 может создавать продольные усилия, адекватные для срезания срезных винтов 38. После срезания срезных винтов 38 муфта 34 исполнительного механизма 18 может продавливаться для перемещения относительно трубного изделия 14 для приведения в действие инструмента (не показано). Данный вариант приведения в действие можно также использовать для открытия окон (не показано) в трубном изделии 14 при использовании трубного изделия, например, с клапанами для гидроразрыва пласта.

На фиг.4 показано множество изменяемых исполнительных механизмов 18 в трубной исполнительной системе 10. Для упрощения использованы буквы для обозначения каждого из исполнительных механизмов 18 в системе 10, где A обозначает самый нижний по потоку исполнительный механизм и B - следующий самый нижний по потоку исполнительный механизм и т.д. Диаметры шаров 22A и 22B обозначены номерами, где 1 соответствует самому малому диаметру и 2 - следующему самому малому диаметру и т.д. Понятно, что число исполнительных механизмов и число шаров различного диаметра, используемых в данном варианте осуществления, является иллюстративным, и любое подходящее число исполнительных механизмов и шаров различного диаметра можно использовать. Например, диаметры шаров в фактической системе могут отличаться на одну восьмую дюйма (3 мм) или меньше. В данном варианте осуществления показаны четыре последовательности S1-S4 исполнительных механизмов, где последовательность S1 является самой нижней по потоку, S2 является второй от самой нижней по потоку и т.д.

Последовательность S1 включает в себя исполнительные механизмы A, B и C, последовательность S2 включает в себя исполнительные механизмы D, E, F и G, последовательность S3 включает в себя исполнительные механизмы H, I, J, K и L, и последовательность S4 включает в себя исполнительные механизмы M, N, O, P, Q и R. Поскольку последовательность S1 является самой нижней по потоку, исполнительным механизмам A, B и C не требуется быть изменяемыми, и их можно приводить в действие шарами напрямую. Например, шар диаметра 1 может привести в действие исполнительный механизм A, шар диаметра 2 может привести в действие исполнительный механизм B, и шар диаметра 3 может привести в действие исполнительный механизм C. Отметим, что шары диаметра 3 могут пройти через исполнительные механизмы D-R как без изменения их, так и без приведения их в действие.

Исполнительный механизм D является следующим в сторону устья скважины исполнительным механизмом, подлежащим приведению в действие. Исполнительный механизм D должен быть первым изменен перед входом в положения приведения в действие. Шар диаметра 4 изменяет все четыре исполнительных механизма D-G в последовательности S2. После изменения исполнительные механизмы D-G можно привести в действие шарами требуемых диаметров с использованием окна 64 откидного щитка и гнезда 66 выбранного диаметра. В данном варианте осуществления исполнительные механизмы D-F выполнены в конфигурации с гнездами, подходящими для входа в контакт с шарами диаметров 1-3 соответственно. Исполнительный механизм G можно изменить шаром диаметра 4. При этом каждая последовательность может включать в себя один дополнительный исполнительный механизм по сравнению со смежной последовательностью ниже по потоку от нее, поскольку последний исполнительный механизм данной последовательности (т.е. самый верхний по потоку исполнительный механизм) можно привести в действие шаром с диаметром, который использовали для изменения всех исполнительных механизмов в данной последовательности. Следует отметить, что исполнительные механизмы после изменения можно привести в действие любым шаром требуемого диаметра, вместе с тем, в данном варианте осуществления, поскольку приводящие в действие шары должны пройти через последовательность над ними, предпочтительно иметь самый большой приводящий в действие шар для последовательности, который может пройти через последовательности над ней без их изменения.

Все пять исполнительных механизмов H-L в последовательности S3 можно изменить шаром диаметра 5, после чего их можно привести в действие последовательно шарами увеличивающихся диаметров 1-5. Аналогично, шесть исполнительных механизмов M-R в последовательности S4 можно изменить шаром диаметра 6, после чего их можно привести в действие последовательно шарами увеличивающихся диаметров 1-6. Трубная исполнительная система 10 может, поэтому, быть выполнена со значительно увеличенным числом исполнительных механизмов 18 для данного числа шаров различных диаметров, чем известные в настоящее время системы.

Хотя изобретение описано в являющемся примером варианте или вариантах осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что различные изменения можно проводить и можно заменять элементы эквивалентами без отхода от объема изобретения. В дополнение, многие модификации можно проводить для приспособления к конкретной ситуации или материалам идей изобретения без существенного отхода от объема. Поэтому изобретение не ограничено конкретным вариантом (вариантами) осуществления, раскрытым как лучший предложенный вариант реализации данного изобретения, но изобретение должно включать в себя все варианты осуществления в объеме формулы изобретения. Также с помощью чертежей и описания раскрыты являющиеся примерами варианты осуществления изобретения, и специфические термины, если иное специально не оговорено, использованы только в основном и описательном смысле и не для ограничения объема изобретения. Кроме того, использование терминов первый, второй, и т.д. не указывает какого-либо порядка или важности, такие термины используются для придания отличий элементам. Кроме того, использование артиклей a, an и т.д. не указывает на ограничение количества, но указывает на наличие, по меньшей мере, одной данной позиции.

1. Трубная исполнительная система, содержащая:
множество последовательностей исполнительных механизмов, установленных в трубном изделии, при этом, по меньшей мере, одна из последовательностей имеет несколько исполнительных механизмов, причем каждый из множества исполнительных механизмов, по меньшей мере, в одной из последовательностей можно изменить, переведя из первого положения, обеспечивающего проход пробок меньше выбранного габарита, во второе положение, обеспечивающее приведение в действие пробками выбранных диаметров, причем множество исполнительных механизмов, по меньшей мере, в одной из последовательностей распределено в трубном изделии так, что расположенный выше по потоку из любых двух из множества исполнительных механизмов может входить в контакт для срабатывания большей одной из пробок, чем расположенный ниже по потоку из двух из множества исполнительных механизмов, когда переведен во второе положение, и множество последовательностей распределены так, что для любых двух последовательностей расположенная выше по потоку из двух последовательностей требует большей пробки для изменения исполнительных механизмов в ней.

2. Трубная исполнительная система по п. 1, в которой каждый из множества исполнительных механизмов включает в себя переставляемое гнездо, не обеспечивающее установки в него в первом положении и обеспечивающее установку в него во втором положении.

3. Трубная исполнительная система по п. 2, в которой переставляемое гнездо расположено на откидном щитке.

4. Трубная исполнительная система по п. 2, в которой муфта удерживает переставляемое гнездо в не обеспечивающем установки в него первом положении.

5. Трубная исполнительная система по п. 1, в которой, по меньшей мере, один из множества исполнительных механизмов выполнен управляемым пробкой с габаритами меньше, чем габариты пробки, требуемой для перевода, по меньшей мере, одного из множества исполнительных механизмов из первого положения во второе положение.

6. Трубная исполнительная система по п. 1, в которой множество исполнительных механизмов выполнено с возможностью приведения в действие и изменения с помощью пробок, которые представляют собой шары.

7. Трубная исполнительная система по п. 1, в которой, по меньшей мере, один из множества исполнительных механизмов в последовательности выполнен изменяемым с помощью пробки с габаритами, по меньшей мере, не уступающими габаритам пробки, требуемой для перевода, по меньшей мере, одного из множества исполнительных механизмов из первого положения во второе положение.

8. Трубная исполнительная система по п. 1, в которой все из множества исполнительных механизмов в одной из последовательностей выполнены изменяемыми с помощью пробки одного габарита.

9. Трубная исполнительная система по п. 1, в которой, по меньшей мере, один из множества исполнительных механизмов выполнен с возможностью открывания, по меньшей мере, одного окна для обеспечения гидроразрыва пласта.

10. Способ приведения в действие множества трубных исполнительных механизмов, в котором осуществляют: спуск, по меньшей мере, одной пробки через трубное изделие и мимо последовательности исполнительных механизмов без изменения исполнительных механизмов в последовательности; спуск дополнительной пробки и изменение исполнительных механизмов в последовательности; и спуск дополнительных пробок с последовательно увеличивающимися габаритами и вход в контакт с исполнительными механизмами в последовательности, вызывающий их срабатывание.

11. Способ по п. 10, в котором дополнительно приводят в действие исполнительные механизмы в, по меньшей мере, одной второй последовательности.

12. Способ по п. 10, в котором дополнительно осуществляют последовательное приведение в действие исполнительных механизмов от первого, самого нижнего по потоку исполнительного механизма до самого верхнего по потоку исполнительного механизма.

13. Способ по п. 10, в котором дополнительно осуществляют спуск пробок для приведения в действие исполнительных механизмов в последовательности с габаритами меньше, чем у пробок, спускаемых для изменения исполнительных механизмов в последовательности.