Скважинная конструкция

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в скважинной конструкции для использования со скважинным инструментом. Скважинная конструкция содержит: корпус и захватывающую втулку; запирающий профиль, зафиксированный относительно одного из корпуса и захватывающей втулки; запирающий элемент для сцепления с запирающим профилем; и клапанную втулку, содержащую профиль, имеющий запирающую секцию и высвобождающую секцию, и выполненную с возможностью перемещения между запирающим положением, в котором запирающая секция клапанной втулки поддерживает запирающий элемент для зацепления с запирающим профилем таким образом, чтобы ограничить относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, и высвобождающим положением, в котором высвобождающая секция клапанной втулки не поддерживает запирающий элемент, чтобы запирающий элемент мог перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допускать относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, для обеспечения приведения в действие скважинного инструмента, причем клапанная втулка содержит привод для зацепления захватывающей втулки, когда клапанная втулка находится в высвобождающем положении, для обеспечения клапанной втулке возможности приведения захватывающей втулки в действие относительно корпуса. Также раскрыт способ разъемного соединения корпуса и захватывающей втулки в скважинной конструкции для использования со скважинным инструментом. Технический результат заключается в повышении эффективности разъемной конструкции для использования со скважинным инструментом. 2 н. и 35 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к скважинной конструкции, например к скважинной конструкции, которая обеспечивает разъемное соединение между первым и вторым элементами скважинного инструмента.

Уровень техники

Во многих скважинных инструментах может быть необходимо изначально закреплять или фиксировать компоненты таких инструментов в их начальной конфигурации. Например, втулочные компоненты инструмента могут быть изначально закреплены относительно друг друга или относительно корпуса инструмента. Приведение в действие инструмента может, затем, зависеть от высвобождения изначально закрепленного компонента, что требует использования одного или нескольких разъемных соединителей. Для этой цели в данной области техники известны соединители срезного типа. Такие соединители обеспечивают соединение с помощью соединительного элемента, такого как винт или шпилька, которые выполнены с возможностью среза при приложении заранее определенной нагрузки. Успешная работа инструмента может сильно зависеть от надежности соединительного элемента, например, точности его значения нагрузки среза, и тому подобное.

Также, скважинный инструмент может быть выполнен таким образом, что разъемное соединение, такое как соединение срезного типа, высвобождается в ответ на конкретную последовательность действий, такую как конкретный порядок движения компонентов инструмента. Однако может существовать риск того, что это разъемное соединение может высвободиться случайно в момент, когда это может вызвать поломку инструмента. Например, может существовать риск того, что это разъемное соединение может высвободиться преждевременно, что может вызвать поломку инструмента.

Сущность изобретения

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается скважинная конструкция.

Скважинная конструкция может содержать первый и второй элементы.

Скважинная конструкция может содержать запирающий профиль, зафиксированный относительно одного из первого и второго элементов.

Скважинная конструкция может содержать запирающий элемент для сцепления с запирающим профилем.

Скважинная конструкция может содержать высвобождающий элемент, который может перемещаться из запирающего положения, в котором высвобождающий элемент запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы препятствовать относительному перемещению между первым и вторым элементами, в высвобождающее положение, в котором запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допустить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля, допуская, тем самым, относительное перемещение между первым и вторым элементами.

Следует понимать, что один или более дополнительных признаков, раскрытых в связи с одним аспектом изобретения, могут быть применены отдельно или в любом сочетании относительно отличного аспекта изобретения.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается скважинная конструкция, содержащая:

первый и второй элементы;

запирающий профиль, зафиксированный относительно одного из первого и второго элементов;

запирающий элемент для сцепления с запирающим профилем; и

высвобождающий элемент, который является подвижным для избирательного запирания запирающего элемента в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы избирательно закреплять второй элемент относительно первого элемента.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается скважинная конструкция, содержащая:

первый и второй элементы;

запирающий профиль, зафиксированный относительно одного из первого и второго элементов;

запирающий элемент для сцепления с запирающим профилем; и

высвобождающий элемент, который является подвижным между/из запирающего положения, в котором высвобождающий элемент запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы ограничить относительное перемещение между первым и вторым элементами, и/в высвобождающее положение, в котором запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допускать относительное перемещение между первым и вторым элементами.

Такая скважинная конструкция может допускать создание разъемного соединения между первым и вторым элементами. Относительное перемещение между первым и вторым элементами может быть предотвращено в запирающем положении. Перемещение высвобождающего элемента из запирающего положения в высвобождающее положение может допускать относительное перемещение между первым и вторым элементами, например, в ответ на силу, приложенную к одному или обоим из первого и второго элементов. Сила может, например, быть передана к одному или обоим из первого и второго элементов через высвобождающий элемент.

Высвобождающий элемент может быть подвижным относительно одного из первого и второго элементов, относительно которого зафиксирован запирающий профиль.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что, когда высвобождающий элемент находится в запирающем положении, запирающий элемент выступает из другого элемента из первого или второго элемента, например, запирающий элемент выступает в радиальном направлении через другой элемент из первого или второго элемента.

Высвобождающий элемент может приводиться в движение под действием привода, такого как приводная втулка.

Высвобождающий элемент может приводиться в движение под действием втулки, такой, как индексирующая втулка или цанговый патрон, раскрытые в одной или обеих заявках на международный патент WO 2011/117601 и/или WO 2011/117602, включенные сюда по ссылке.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, чтобы запирающий профиль был зафиксирован относительно первого элемента. Запирающий профиль может быть определен как компонент, который зафиксирован относительно первого компонента. Первый компонент может определять запирающий профиль.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что высвобождающий элемент является подвижным относительно первого элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что, когда высвобождающий элемент находится в запирающем положении, запирающий элемент выступает из через второй элемент.

Запирающий элемент может быть выполнен с возможностью противостоять воздействиям трения и/или износа вследствие относительного перемещения между запирающим элементом и, по меньшей мере, одним запирающим профилем, и высвобождающим элементом, и вторым элементом. Запирающий элемент, например, может содержать или быть сформированным из упрочненного материала, подходящего для этих целей.

Запирающий элемент может содержать ключевой элемент, такой как шпилька, шток или тому подобное.

Запирающий элемент может содержать тело качения, такое как ролик, шарик или тому подобное. Запирающий элемент может содержать тело качения. Использование тела качения в качестве запирающего элемента может служить для облегчения относительного перемещения между высвобождающим элементом и первым элементом. Использование тела качения может, например, служить для уменьшения трения между высвобождающим элементом и, по меньшей мере, одним из запирающего профиля, высвобождающего элемента и второго элемента.

Запирающий профиль может быть выполнен с возможностью принимать, по меньшей мере, часть запирающего профиля. Запирающий профиль может включать в себя углубление. Запирающий профиль может быть дополнительным к запирающему профилю. Запирающий профиль может содержать дорожку для тела качения.

Первый элемент может быть просто цилиндрическим. Первый элемент может содержать или определять втулку.

Высвобождающий элемент может перемещаться из запирающего положения в высвобождающее положение вдоль осевого направления, определенного относительно продольной оси первого элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что, когда высвобождающий элемент находится в запирающем положении, это может препятствовать относительному осевому перемещению между первым и вторым элементами.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что, когда высвобождающий элемент находится в высвобождающем положении, это может допускать относительное осевое перемещение между первым и вторым элементами.

Запирающий профиль может быть определен на внутренней поверхности кольцеобразного элемента. Кольцеобразный элемент может быть зафиксирован, например, зафиксирован в осевом направлении, относительно первого элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что второй элемент выступает, по меньшей мере, частично, в первый элемент.

Второй элемент может содержать втулку, имеющую прорезь в своей боковой стенке, прорезь, выполненную с возможностью принимать запирающий элемент.

Скважинная конструкция может содержать множество запирающих элементов.

Второй элемент может содержать втулку, имеющую множество прорезей в своей боковой стенке, при этом каждая прорезь выполнена с возможностью принимать соответствующий запирающий элемент.

Запирающий элемент может содержать круговое непрерывное углубление, размещенное вокруг продольной оси, определенной первым элементом. Такое углубление может быть выполнено с возможностью зацепления запирающим элементом. Такое углубление может быть зацеплено множеством запирающих элементов, расположенных по окружности. Такое углубление может позволять одному или более запирающим элементам запирать в осевом направлении первый и второй элементы, одновременно допуская относительное вращение между первым и вторым элементами. Использование такого углубления может облегчить сборку скважинной конструкции, потому что использование такого углубления не потребует вращательного выравнивания первого и второго элементов.

Запирающий профиль может содержать круговое прерывистое углубление. Такое углубление может быть выполнено с возможностью зацепления запирающим элементом. Такое углубление может позволить запирающему элементу запирать первый и второй элемент вместе таким образом, чтобы ограничивать относительное осевое или вращательное движение между ними. Запирающий элемент может запирать первый и второй элемент вместе таким образом, чтобы предотвращать любое относительное осевое или вращательное движение между ними. Это может быть полезным, например, когда понадобится высверлить скважинную конструкцию из скважины. Если допущено относительное вращение между первым и вторым элементом, то один из первого или второго элементов может вращаться вместе со сверлом, используемым для высверливания скважинной конструкции, предотвращая или, по меньшей мере, затрудняя полное удаление первого или второго элемента, который вращается вместе со сверлом.

Скважинная конструкция может содержать множество дискретных запирающих профилей, расположенных по окружности. Каждый запирающий профиль может быть выполнен с возможностью зацепления соответствующим запирающим элементом. Такое расположение запирающих профилей позволяет запирающим элементам запирать первый и второй элементы вместе таким образом, чтобы предотвращать любое относительное осевое или вращательное движение между ними. Использование множества запирающих элементов может обеспечить более надежное запирание.

Высвобождающий элемент может определять профиль, имеющий запирающую секцию и высвобождающую секцию. Запирающая секция может поддерживать запирающий элемент, когда высвобождающий элемент находится в запирающем положении. Высвобождающая секция может не поддерживать запирающий элемент, когда высвобождающий элемент находится в высвобождающем положении.

Высвобождающий элемент может определять профиль на своей внешней поверхности.

Запирающая секция может быть определена большим внешним диаметром или приподнятой осевой секцией внешней поверхности высвобождающего элемента.

Высвобождающая секция может быть определена меньшим внешним диаметром или опущенной осевой секцией внешней поверхности высвобождающего элемента.

Запирающая секция и высвобождающая секция могут определять выступ между ними на внешней поверхности высвобождающего элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что высвобождающий элемент может перемещаться из любого одного из множества запирающих положений, в каждом из которых высвобождающий элемент запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы ограничить или опционально предотвратить относительное перемещение между первым и вторым элементами, в высвобождающее положение.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что множество запирающих положений определяет диапазон запирающих положений, такой как непрерывный диапазон запирающих положений.

Размер диапазона запирающих положений может быть определен смещением, например, осевым смещением, запирающей секции профиля высвобождающего элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что высвобождающий элемент может перемещаться из запирающего положения в любое одно из множества высвобождающих положений, в каждом из которых запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допускать расцепление запирающего элемента с запирающим профилем и, тем самым, допуская относительное перемещение между первым и вторым элементами.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что множество высвобождающих положений определяет диапазон высвобождающих положений, таких как непрерывный диапазон высвобождающих положений.

Размер диапазона высвобождающих положений может быть определен смещением, например, осевым смещением, высвобождающей секции профиля высвобождающего элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что высвобождающий элемент может перемещаться из запирающего положения в первое высвобождающее положение, в котором запирающий элемент сначала становится подвижным относительно запирающего профиля так, чтобы допустить расцепление запирающего элемента с запирающим профилем и, тем самым, допустить относительное перемещение между первым и вторым элементами.

Высвобождающий элемент может содержать или определять привод для зацепления и приведения в движение второго элемента.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что привод высвобождающего элемента сцепляется со вторым элементом, когда высвобождающий элемент находится в первом высвобождающем положении.

Скважинная конструкция может быть выполнена таким образом, что привод высвобождающего элемента сцепляется со вторым элементом, когда высвобождающий элемент находится в высвобождающем положении, которое расположено от первого высвобождающего положения на заранее определенном расстоянии. Это может сделать возможным отцепление запирающего элемента от запирающего профиля и, тем самым, допустить относительное перемещение между первым и вторым элементами до того, как высвобождающий элемент сцепится со вторым элементом.

Начальное положение выступа профиля высвобождающего элемента относительно запирающего элемента может быть выбрано так, чтобы запирающий элемент не поддерживался, допуская тем самым отцепление запирающего элемента от запирающего профиля и возможность перемещения второго элемента относительно первого элемента до того, как привод высвобождающего элемента сцепится со вторым элементом. Такая конфигурация скважинной конструкции может служить для обеспечения того, чтобы второй элемент имел возможность перемещения относительно первого элемента после начального перемещения высвобождающего элемента в сторону своего высвобождающего положения. Это может служить для исключения случайного движения и/или приведения в действие второго элемента в другие моменты времени.

Скважинная конструкция может содержать разъемный соединитель, выполненный с возможностью ограничивать и опционально предотвращать относительное перемещение между первым и вторым элементами при соединении. Разъемный соединитель может быть высвобожден при приложении заранее определенной силы. Такой разъемный соединитель может служить для уменьшения риска случайного перемещения и/или приведения в действие второго элемента.

Скважинная конструкция может содержать хрупкий соединитель, выполненный с возможностью ограничивать и опционально предотвращать относительное перемещение между первым и вторым элементами для сил среза между первым и вторым элементом меньших, чем заранее определенный предел силы среза, и допускать относительное движение между первым и вторым элементами для силы среза между первым и вторым элементами, превосходящих предел силы среза. Разъемный соединитель может быть или содержать хрупкий соединитель.

Хрупкий соединитель может содержать срезную шпильку или срезной винт.

Высвобождающий элемент может перемещаться из высвобождающего положения в запирающее положение. Такая конструкция может быть использована для допущения относительного движения между первым и вторым элементами в первый момент времени, и предотвращать относительное движение между первым и вторым элементами во второй момент времени, который наступает позже первого момента времени.

Скважинная конструкция может содержать, по меньшей мере, часть скважинного инструмента, такого как скважинный инструмент для нагнетания в подземную формацию, такую как нефтегазоносная формация. Скважинная конструкция может содержать, по меньшей мере, часть скважинного инструмента, выполненного с возможностью стимулирования или разрыва подземной формации.

Скважинная конструкция может содержать, по меньшей мере, часть скважинного инструмента для добычи флюида из подземной формации, такой как нефтегазоносная формация.

Первый элемент может содержать первый компонент скважинного инструмента.

Первый элемент может содержать корпус скважинного инструмента.

Первый элемент может определять, по меньшей мере, одно отверстие для флюида в его боковой стенке.

Второй элемент может содержать второй компонент скважинного инструмента.

Второй элемент может содержать захват для объекта, такого как шарик, дротик, пробка или тому подобное.

Второй элемент может содержать множество цанговых лепестков.

Высвобождающий элемент может содержать втулку.

Высвобождающий элемент может содержать клапанную втулку.

Высвобождающий элемент может быть выполнен с возможностью открывать отверстие для флюида, определенное первым элементом, такое как отверстие для флюида, определенное в боковой стенке первого элемента.

Высвобождающий элемент может перемещаться относительно первого элемента таким образом, чтобы открывать или освобождать отверстие, определенное первым элементом, такое как отверстие для флюида в боковой стенке первого элемента.

Высвобождающий элемент может определять, по меньшей мере, одно отверстие для флюида в своей боковой стенке.

Высвобождающий элемент может перемещаться относительно первого элемента таким образом, чтобы совмещать, по меньшей мере, одно из отверстий для флюида, определенных высвобождающим элементом, по меньшей мере, с одним из отверстий для флюида, определенных первым элементом.

Следует понимать, что один или более дополнительных признаков, раскрытых в связи с одним аспектом изобретения, могут быть применены отдельно или в любом сочетании относительно отличного аспекта изобретения.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается способ для разъемного соединения первого и второго элементов в скважинной конструкции.

Способ может содержать фиксирование запирающего профиля относительно первого и второго элементов.

Способ может содержать перемещение высвобождающего элемента из запирающего положения, в котором высвобождающий элемент запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы препятствовать относительному перемещению между первым и вторым элементами, в высвобождающее положение, в котором запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допустить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля, допуская, тем самым, относительное перемещение между первым и вторым элементами.

Следует понимать, что один или более дополнительных признаков, раскрытых в связи с одним аспектом изобретения, могут быть применены отдельно или в любом сочетании относительно отличного аспекта изобретения.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается способ для разъемного соединения первого и второго элементов скважинной конструкции, способ содержащий:

фиксирование запирающего профиля относительно одного из первого и второго элементов; и

перемещение высвобождающего элемента для избирательного запирания запирающего элемента в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы избирательно закреплять второй элемент относительно первого элемента.

Следует понимать, что один или более дополнительных признаков, раскрытых в связи с одним аспектом изобретения, могут быть применены отдельно или в любом сочетании относительно отличного аспекта изобретения.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения, обеспечивается способ для разъемного соединения первого и второго элементов скважинной конструкции, способ содержащий:

фиксирование запирающего профиля относительно одного из первого и второго элементов; и

перемещение высвобождающего элемента из запирающего положения, в котором высвобождающий элемент запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы препятствовать относительному перемещению между первым и вторым элементами, в высвобождающее положение, в котором запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допустить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля, допуская, тем самым, относительное перемещение между первым и вторым элементами.

Следует понимать, что один или более дополнительных признаков, раскрытых в связи с одним аспектом изобретения, могут быть применены отдельно или в любом сочетании относительно отличного аспекта изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будет сейчас описаны при помощи неограничивающих примеров со ссылкой на предлагающиеся чертежи, в которых:

Фиг.1 является видом поперечного сечения части скважинного инструмента, который включает в себя первый и второй элементы в разъемно соединенном или запертом состоянии;

Фиг.2 является видом поперечного сечения той же части инструмента на Фиг.1, с первым и вторым элементом в высвобожденном состоянии;

Фиг.3 является увеличенным видом концевой области части инструмента на Фиг.1, показанной в активированном состоянии, следующем за высвобождением первого и второго элементов.

Подробное описание чертежей

В следующем описании Фиг.1-3, упоминания направления "вверх" относятся к направлению "влево" на Фиг.1-3, упоминания направления "вниз" относятся к направлению "вправо" на Фиг.1-3. Рассмотрим Фиг.1, где представлена скважинная конструкция в виде части инструмента, в целом обозначенной 32, скважинного инструмента. Часть 32 инструмента содержит первый элемент в виде корпуса 34, который определяет центральный канал 35.

Отверстия 20 для флюида выполнены радиально в стенках корпуса 34 в области части 32 инструмента, при этом отверстия 20, будучи открытыми, обеспечивают выход флюида из центрального канала 35 корпуса 34. Часть 32 инструмента включает в себя высвобождающий инструмент в виде клапанной втулки 40, которая может перемещаться в осевом направлении вдоль корпуса 34 из закрытого положения, в котором втулка 40 блокирует или закрывает отверстия 20, как это показано на Фиг.1, в открытое положение. Следует понимать, что перемещение клапанной втулки 40 в направлении ее открытого положения достигается при помощи связанной с ней части привода (не показанной на Фиг.1), расположенной в верхней области части 32 инструмента.

Часть 32 инструмента дополнительно включает в себя второй элемент в виде захватывающей втулки 41, распложенной ниже клапанной втулки 40.

Захватывающая втулка 41 может перемещаться из свободного состояния, как показано на Фиг.1 и Фиг.2, в котором шарик (не показан) может свободно перемещаться, в состояние захвата, в котором шарик 48 может быть захвачен. Захватывающая втулка 41 может захватывать шарик и обеспечивать отклонение любого флюида из центрального канала 35 наружу через отверстия 20 для флюида, когда они открыты. Далее, захватывающая втулка 41 переводится в свое состояние захвата путем перемещения клапанной втулки 40 в направлении своего открытого состояния. Вид и работа клапанной втулки 40 и захватывающей втулки 41 будет подробно описана ниже.

На Фиг.1, часть 32 инструмента показана в начальном состоянии, с клапанной втулкой 40 в закрытом положении и захватывающей втулкой 41 в свободном состоянии. Следующее описание будет описывать различные признаки части 32 инструмента в этом начальном состоянии. Далее будет описана последовательная работа для обеспечения реконфигурации части 32 инструмента из ее начального состояния.

Клапанная втулка 40 определяет центральный канал 45, и захватывающая втулка также определяет центральный канал 47, при этом каналы 45 и 47 соответствуют друг другу и центральному каналу 35 корпуса 34.

Будучи в своем закрытом положении, клапанная втулка 40 блокирует отверстия 20 для флюида посредством кольцеобразных уплотнений 80, расположенных на противоположных концах отверстий 20 для флюида в направлении оси для обеспечения уплотнения. Клапанная втулка 40 зафиксирована в осевом направлении относительно корпуса 34 при помощи нескольких срезных винтов 82 (показан только один в частичном поперечном сечении на Фиг.1). Клапанная втулка 40 включает в себя множество отверстий 84. Как это будет описано подробно ниже, для перемещения клапанной втулки 40 в направлении ее открытого положения, в осевом направлении прилагается сила при помощи привода скважинного инструмента (не показан на Фиг.1) для начального среза винтов 82 и выравнивания отверстий 84 втулки с отверстиями 20 в корпусе 34. Клапанная втулка 40 включает в себя шпонку 86 на своей внешней поверхности, которая входит в шпоночный паз 88, обеспеченный на внутренней поверхности корпуса 34. Взаимодействие между шпонкой 86 и пазом 88 препятствует относительному вращению между клапанной втулкой 40 и корпусом 34, что удерживает отверстия 84 втулки в правильном круговом положении относительно отверстий 20 в корпусе 34.

Клапанная втулка 40 включает в себя кольцеобразное углубление 90 на своей внешней поверхности, которое начинается от нижнего конца 92 в осевом направлении и заканчивается у кольцеобразного опорного выступа 93. Такое углубление 90 определяет кольцеобразный фиксатор 94, который в показанном положении выступает в центральный канал 47 захватывающей втулки 41, и специально расположен внутри верхнего конца 96 в осевом направлении захватывающей втулки 41 таким образом, что верхний конец 96 захватывающей втулки 41 располагается внутри кольцеобразного углубления 90 клапанной втулки 40.

Настоящими изобретателями было установлено, что прохождение шарика может не следовать идеальной прямой траектории через часть 32 инструмента и, фактически, может непрерывно ударяться или отскакивать от внутренних поверхностей части 32 инструмента. Если такой удар произойдет о концевую поверхность 98 захватывающей втулки 41, то сила удара может быть достаточной для приведения в действие захватывающей втулки 41, и/или может вызвать повреждение захватывающей втулки 41. Соответственно, фиксатор 94 физически изолирует верхнюю концевую поверхность 98 захватывающей втулки 41 и, таким образом, препятствует соприкосновению проходящего шарика или другого объекта с верхней концевой поверхностью 98, что иначе может привести к повреждению захватывающей втулки 41, или тому подобное.

Несмотря на то, что фиксатор 94 изолирует верхнюю концевую поверхность 98 захватывающей втулки 41, фиксатор 94 не препятствует соприкосновению проходящего шарика или другого объекта с внутренней поверхностью захватывающей втулки 41. Удар проходящего шарика или другого объекта о внутреннюю поверхность захватывающей втулки 41 может повредить захватывающую втулку 41, случайно или преждевременно приведя в действие захватывающую втулку 41, или тому подобное. Соответственно, часть 32 инструмента выполнена таким образом, чтобы захватывающая втулка 41 была разъемно подсоединена к корпусу 34, как это будет описано подробно ниже.

Верхний в осевом направлении конец 96 захватывающей втулки 41 определяет множество прорезей 8 в ее боковой стенке, при этом каждая прорезь 8 выполнена с возможностью принимать соответствующий запирающий элемент в виде шарикового подшипника 10. Следует понимать, что только одна прорезь 8 и один шариковый подшипник 10 показаны на Фиг.1. Часть 32 инструмента содержит кольцеобразный элемент 2, определяющий запирающий профиль в виде кругового непрерывного углубления 4 в его внутренней поверхности. Углубление 4 выполнено с возможностью зацепления с шариковым подшипником 10. Кольцеобразный элемент 2 зафиксирован в осевом направлении относительно корпуса 34.

Фиксатор 94 клапанной втулки 40 определяет профиль, в общем обозначенный 12, на ее внешней поверхности. Профиль 12 содержит первый больший внешний диаметр или приподнятую секцию 14, которая выступает в осевом направлении от нижнего в осевом направлении конца 92 фиксатора 94 до выступа 17 профиля 12, и второй меньший диаметр или пониженную секцию 16, которая выступает в осевом направлении от выступа 17 профиля 12 до опорного выступа 93 клапанной втулки 40.

Когда клапанная втулка 40 находится в начальном запирающем положении, показанном на Фиг.1, приподнятая секция 14 фиксатора 94 клапанной втулки 40 поддерживает шариковые подшипники 10, запирая, тем самым, шариковые подшипники 10 в зацеплении с углублением 4, и препятствуя осевому перемещению захватывающей втулки 41 относительно кольцеобразного элемента 2. Поскольку кольцевой элемент 2 зафиксирован в осевом направлении относительно корпуса 34, осевое перемещение захватывающей втулки 41 относительно корпуса 34, тем самым, не допускается.

Когда необходимо выровнять отверстия 84 втулки с отверстиями 20 в корпусе 34, например, чтобы позволить флюиду вытекать из центрального канала 35 в окружающую среду вокруг корпуса 34, или наоборот, достаточная осевая сила прикладывается к клапанной втулке 40 в нижнем направлении для среза винтов 82, например, с использованием привода (не показан на Фиг.1) расположенного верхней стороне части 32 инструмента. Продолжающееся приложение осевой силы в нижнем направлении может перемещать клапанную втулку 40 в направлении открытого положения до тех пор, пока пониженная секция 16 профиля 12 фиксатора 94 клапанной втулки 40 не выровняется с шариковыми подшипниками 10, как это показано на Фиг.2. Клапанная втулка 40 затем находится в высвобождающем положении. В высвобождаемом положении, пониженная часть 16 фиксатора 94 клапанной втулки 40 перестает поддерживать шариковые подшипники 10, допуская отцепление шариковых подшипников 10 от углубления 4, допуская тем самым осевое перемещение захватывающей втулки 41 относительно кольцеобразного элемента 2. Поскольку кольцеобразный элемент 2 зафиксирован в осевом направлении относительно корпуса 34, то допускается осевое перемещение захватывающей втулки 41 относительно корпуса 34. Такая конструкция разъемного соединения между захватывающей втулкой 41 и корпусом 34 может исключить любое случайное приведение в действие захватывающей втулки 41 при ударе проходящего шарика или другого объекта о внутреннюю поверхность захватывающей втулки 41.

В начальном состоянии, показанном на Фиг.1, захватывающая втулка 41 расположена относительно клапанной втулки 40 таким образом, что промежуток в осевом направлении или разделяющий зазор определяется между опорным выступом 93 клапанной втулки 40 и верхней концевой поверхностью 98 захватывающей втулки 41. Такое начальное разделение может определять холостой ход в части 32 инструмента, как это будет описано подробно ниже. То есть, когда начинается осевое перемещение клапанной втулки 40, разделяющий зазор будет закрыт до окончательного сцепления между опорным выступом 93 захватывающей втулки 41, при этом последующая осевая нагрузка, приложенная клапанной втулкой 40, может вызвать осевое смещение захватывающей втулки 41 в направлении ее захватывающего состояния, как это будет описано подробно ниже.

Начальное положение в осевом направлении выступа 17 профиля 12 клапанной втулки 40 относительно шариковых подшипников 10 выбрано так, чтобы шариковые подшипники были не поддерживаемыми, допуская, тем самым, отсоединение шариковых подшипников 10 от углубления 4 и допущение перемещение захватывающей втулки 41 относительно корпуса 34 до того, как опорный выступ 93 клапанной втулки 40 сцепится с концевой поверхностью 98 захватывающей втулки 41. Таким образом конфигурация части 32 инструмента может служить для обеспечения того, что захватывающая втулка 41 может осуществлять перемещение относительно корпуса только после начального перемещения клапанной втулки 40 в направлении ее отрытого положения, препятствуя, тем самым, случайному приведению в действие захватывающей втулки 41 в другие моменты времени.

Захватывающая втулка 41 включает в себя множество цанговых лепестков 104, выступающих в продольном направлении из верхней трубчатой части 96, при этом каждый цанговый лепесток 104 поддерживает опорный элемент 106 на ее дальнем конце. Цанговые лепестки 104 являются упруго деформируемыми при продольном сгибании, позволяя опорным элементам 106 избирательно перемещаться в радиальном направлении относительно центрального канала 47 захватывающей втулки 41. Когда опорные элементы 106 разведены в радиальном направлении, как показано на Фиг.1, шарик может проходить без какого-либо соприкосновения или с минимальным зацеплением с опорными элементами 106. Однако, когда опорные элементы 106 сведены в радиальном направлении, как это будет подробно описано ниже, опорные элементы 106 вместе определяют ограничение внутри центрального канала 47 и, таким образом, могут быть зацеплены проходящим шариком. Когда опорные элементы 106 сведены в радиальном направлении, когда захватывающая втулка находится в своем захватывающем состоянии, шарик 120 может зацепляться и опираться на опорные элементы 106 и, таким образом, захватываться захватывающей втулкой 41, как это показано на Фиг.3.

Часть 32 инструмента дополнительно содержит кольцеобразное углубление 108, которое имеет профиль для принятия опорных элементов 106, когда они разведены в радиальном направлении. Цанговые лепестки 104 обеспечивают силу смещения так, что опорные элементы 106 разводятся в радиальном направлении и входят в кольцеобразное углубление 108 и, таким образом, находятся в положении, допускающем прохождение шарика. Когда опорные элементы 106 разведены в радиальном направлении и расположены внутри углубления 108, то обеспечивается круговой зазор 110 между соседними опорными элементами 106. Когда опорные элементы 106 сводятся в радиальном направлении, эти круговые зазоры 110 закрываются, и в некоторых вариантах осуществления соседние опорные элементы 106 сцепляются или располагаются очень близко друг к другу, образуя практически непрерывную кольцеобразную структуру.

Каждый опорный элемент 106 включает в себя верхнюю опорную поверхность 112 для сцепления с проходящим вниз шариком. Верхние опорные поверхности 112 могут быть выполнены с возможностью обеспечения практически полного или непрерывного соприкосновения с шариком 120. Такая конструкция может облегчать уплотнение между шариком 120 и опорными элементами 106. Такое уплотнение может позволять шарику 120 плотно соприкасаться с захватывающим элементом 41 и, таким образом, изолировать центральный канал 47. Это может позволить подходящее отклонение флюида от центрального канала через отверстия 20 для флюида. Такое изолирование при помощи опорных элементов 106 может позволить управлять давлением выше захватывающей втулки 41. Далее, такое изолирование шарика 120 внутри захватывающей втулки 41 может позволить приводить в действие захватывающую втулку 41, например, при помощи разности давлений, установившейся в верхней и нижней частях захватывающей втулки 41.

Специалист в данной области техники оценит, что различные модификации могут быть сделаны в отношении части 32 инструмента без выхода за пределы объема изобретения, как это определено формулой изобретения. Например, вместо того, чтобы кольцеобразный элемент 2 определял круговое непрерывное углубление 4 на его внутренней поверхности, которое углубление 4 выполнено с возможностью сцепляться с множеством шариковых подшипников 10, кольцеобразный элемент 2 может определять круговое прерывистое углубление, которое выполнено с возможностью сцепляться с шариковым подшипником. В еще одном варианте, кольцеобразный элемент 2 может определять множество дискретных распределенных по кругу углублений, где каждое углубление выполнено с возможностью зацепляться с соответствующим одним из шариковых подшипников 10. В отличие от кругового непрерывного углубления 4, такие углубления будут служить для предотвращения относительного вращения между захватывающей втулкой 41 и корпусом 34, когда каждый шариковый подшипник 10 будет заперт в зацеплении с соответствующим углублении клапанной втулки 41.

Вместо того чтобы запирающие элементы содержали шариковые подшипники 10, каждый запирающий элемент может содержать тело качения любого типа. Например, каждый запирающий элемент может содержать ролик, шарик и тому подобное. В еще одном варианте, каждый запирающий элемент может содержать шпильку, шток или тому подобное.

В дополнение к разъемному соединению между захватывающей втулкой 41 и корпусом 34, обеспеченному шариковыми подшипниками и углублением 4, часть 32 инструмента может содержать хрупкий соединитель, такой как срезная шпилька, который выполнен с возможностью препятствовать относительному движению в осевом направлении между захватывающей втулкой 41 и корпусом 34 при приложении относительной осевой силы между захватывающей втулкой 41 и корпусом 34 ниже пороговой силы, но который выполнен с возможностью допускать относительно движение в осевом направлении между захватывающей шпилькой 41 и корпусом 34 при приложении относительной осевой силы, превышающей пороговую силу. Использование такого хрупкого соединителя может служить для дальнейшего уменьшения риска случайного приведения в действие захватывающей втулки 41.

1. Скважинная конструкция для использования со скважинным инструментом, содержащая:

корпус и захватывающую втулку;

запирающий профиль, зафиксированный относительно одного из корпуса и захватывающей втулки;

запирающий элемент для сцепления с запирающим профилем; и

клапанную втулку, содержащую профиль, имеющий запирающую секцию и высвобождающую секцию, и выполненную с возможностью перемещения между запирающим положением, в котором запирающая секция клапанной втулки поддерживает запирающий элемент для зацепления с запирающим профилем таким образом, чтобы ограничить относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, и высвобождающим положением, в котором высвобождающая секция клапанной втулки не поддерживает запирающий элемент, чтобы запирающий элемент мог перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допускать относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, для обеспечения приведения в действие скважинного инструмента, причем клапанная втулка содержит привод для зацепления захватывающей втулки, когда клапанная втулка находится в высвобождающем положении, для обеспечения клапанной втулке возможности приведения захватывающей втулки в действие относительно корпуса.

2. Скважинная конструкция по п.1, в которой перемещение клапанной втулки из запирающего положения в высвобождающее положение допускает относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой в ответ на приложение силы к одному или обоим из корпуса и захватывающей втулки.

3. Скважинная конструкция по п.2, в которой сила передается к одному или обоим из корпуса и захватывающей втулки через клапанную втулку.

4. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения под воздействием привода.

5. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающий элемент содержит шпонку.

6. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающий элемент содержит тело качения.

7. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающий профиль содержит дорожку для тела качения.

8. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой корпус содержит или образует втулку.

9. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающий профиль образован на внутренней поверхности кольцеобразного элемента.

10. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой скважинная конструкция содержит множество запирающих элементов.

11. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой захватывающая втулка имеет одну или множество прорезей, образованных в ее боковой стенке, при этом каждая прорезь выполнена с возможностью принимать соответствующий запирающий элемент.

12. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающий профиль содержит круговое непрерывное углубление, расположенное вокруг продольной оси, образованной корпусом.

13. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающий профиль содержит круговое непрерывное углубление.

14. Скважинная конструкция по п.13, в которой круговое непрерывное углубление позволяет запирающему элементу запирать корпус и захватывающую втулку вместе таким образом, чтобы ограничивать их перемещение в осевом направлении или вращательное движение относительно друг друга.

15. Скважинная конструкция по п.13, в которой скважинная конструкция содержит множество дискретных запирающих профилей, расположенных по кругу.

16. Скважинная конструкция по п.15, в которой каждый запирающий профиль выполнен с возможностью зацепления с соответствующим запирающим элементом.

17. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка образует профиль на его внешней поверхности.

18. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой запирающая секция образована большим внешним диаметром или приподнятой осевой секцией внешней поверхности клапанной втулки.

19. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой высвобождающая секция образована меньшим внешним диаметром или пониженной осевой секцией внешней поверхности клапанной втулки.

20. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения из любого одного из множества запирающих положений в высвобождающее положение, при этом в каждом запирающем положении клапанная втулка запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы ограничить относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой.

21. Скважинная конструкция по п.20, в которой множество запирающих положений образует непрерывный диапазон запирающих положений.

22. Скважинная конструкция по п.21, в которой клапанная втулка образует профиль на его внешней поверхности, причем размер диапазона запирающих положений определяется размером запирающей секции профиля клапанной втулки.

23. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения из запирающего положения в любое одно из множества высвобождающих положений, в каждом из которых запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы обеспечивать расцепление запирающего элемента с запирающим профилем, тем самым допуская относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой.

24. Скважинная конструкция по п.23, в которой множество высвобождающих положений определяет непрерывный диапазон высвобождающих положений.

25. Скважинная конструкция по п.24, в которой клапанная втулка образует профиль на его внешней поверхности, при этом размер диапазона высвобождающих положений определяется размером высвобождающей секции профиля клапанной втулки.

26. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения из запирающего положения в первое высвобождающее положение, в котором запирающий элемент сначала становится подвижным относительно запирающего профиля так, чтобы обеспечить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля и, таким образом, допустить относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой.

27. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения из запирающего положения в первое высвобождающее положение, в котором запирающий элемент сначала становится подвижным относительно запирающего профиля так, чтобы обеспечить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля и, таким образом, допустить относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, при этом скважинная конструкция выполнена таким образом, что привод клапанной втулки сначала зацепляется с захватывающей втулкой, когда клапанная втулка находится в первом высвобождающем положении.

28. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения из запирающего положения в первое высвобождающее положение, в котором запирающий элемент сначала становится подвижным относительно запирающего профиля так, чтобы обеспечить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля и, таким образом, допустить относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, при этом скважинная конструкция выполнена таким образом, что привод клапанной втулки зацепляется с захватывающей втулкой, когда клапанная втулка находится в высвобождающем положении, которое отделено от первого высвобождающего положения заранее заданным расстоянием.

29. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, содержащая разъемный соединитель, который ограничивает относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой, когда они соединены, в котором разъемный соединитель высвобождается при приложении заранее заданной силы.

30. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения из высвобождающего положения в запирающее положение.

31. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, содержащая, по меньшей мере, часть скважинного инструмента для использования при нагнетании флюида в подземную формацию.

32. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, содержащая, по меньшей мере, часть скважинного инструмента для добычи флюида из подземной формации.

33. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой клапанная втулка выполнена с возможностью открывать отверстие для флюида, образованное корпусом.

34. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой захватывающий элемент содержит захват для объекта.

35. Скважинная конструкция по любому из пп.1-3, в которой:

корпус образует, по меньшей мере, одно отверстие для флюида в своей боковой стенке;

клапанная втулка образует, по меньшей мере, одно отверстие для флюида в своей боковой стенке; и

клапанная втулка выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса таким образом, чтобы выравнивать, по меньшей мере, одно из отверстий для флюида, образованных клапанной втулкой, по меньшей мере, с одним из отверстий для флюида, образованных корпусом.

36. Способ для разъемного соединения корпуса и захватывающей втулки в скважинной конструкции для использования со скважинным инструментом, содержащий этапы, на которых:

фиксируют запирающий профиль относительно одного из корпуса и захватывающей втулки; и

перемещают клапанную втулку для избирательного запирания запирающего элемента в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы избирательно закреплять захватывающую втулку относительно корпуса, причем клапанная втулка содержит профиль, имеющий запирающую секцию и высвобождающую секцию, при этом запирающая секция поддерживает запирающий элемент, когда клапанная втулка находится в запирающем положении, а высвобождающая секция не поддерживает запирающий элемент, когда клапанная втулка находится в высвобождающем положении, причем клапанная втулка содержит привод для зацепления захватывающей втулки для приведения захватывающей втулки в действие относительно корпуса.

37. Способ по п.36, содержащий этапы, на которых перемещают клапанную втулку из запирающего положения, в котором клапанная втулка запирает запирающий элемент в зацеплении с запирающим профилем таким образом, чтобы препятствовать относительному перемещению между корпусом и захватывающей втулкой, в высвобождающее положение, в котором запирающий элемент может перемещаться относительно запирающего профиля таким образом, чтобы допустить отцепление запирающего элемента от запирающего профиля, допуская тем самым относительное перемещение между корпусом и захватывающей втулкой.