Устройство для управляемого текучей средой клапана и способ управления клапаном
Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена совместно со скважинным инструментом. Клапан 200 присоединен к секции 11 трубы 160, расположенной в скважине 120. Причем клапан содержит поршень 5 плунжера в канале 232, который переводится из закрытого в открытое положение для обеспечения прохождения текучей среды к данному инструменту, и указанный перевод выполняется с помощью поршня 210, перемещение которого вперед и назад обеспечивается в пошаговом режиме путем, соответственно, повышения и понижения давления Р2 текучей среды. При этом указанные перемещения воздействуют на ползун 14, который в пошаговом режиме перемещается в одном направлении к положению, в котором он открывает проход для шаров 8, обеспечивая их выпадение из канала 232 с высвобождением тем самым поршня 5 плунжера для перемещения и открытия прохода для потока текучей среды к приводимому в действие текучей средой инструменту. Поршень 210 является удлиненным элементом, один конец которого размещен в текучей среде в трубе, а другой конец 212 удерживается в предварительно напряженном состоянии с помощью предварительно напряженного элемента 15. Перемещение ползуна происходит при перемещении поршня 210 под воздействием понижения давления, а предварительно напряженный элемент 15 расположен в камере, которая проточно сообщается со скважиной снаружи секции трубы. При этом поршень 210 является гидравлически уравновешенным. Технический результат заключается в повышении эффективности работы скважинного клапана. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
Данное изобретение относится к устройству для управляемого текучей средой клапана, обеспечивающего приведение в действие управляемого текучей средой инструмента, причем указанный клапан может быть присоединен к секции трубы, расположенной в выполненной в породе скважине, как определено в ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Кроме того, приведено описание способа, как изложено в ограничительной части п.14 формулы изобретения.
Данное изобретение, в частности, относится к новой конструкции высвобождающего инструмента, который используется в скважине для приведения в действие различного скважинного оборудования для совершения им необходимых действий, причем указанное оборудование приводится в действие посредством импульсов давления текучей среды, которая находится в скважине. Как правило, конструкцию подобных инструментов выполняют с использованием счетного механизма, работающего в пошаговом режиме (счетного устройства), в котором поршневой шток или подобный элемент перемещает зубчатую рейку или подобную ей на заданное расстояние каждый раз, когда оператор на земной поверхности повышает давление текучей среды в скважине, причем указанное повышение давления выполняют после сброса давления. Когда поршневой шток после выполнения заданного количества таких импульсов высокого/низкого давления текучей среды продвигается вперед на достаточное расстояние, то он открывает проход, обеспечивая прохождение текучей среды под давлением через канал к собственно конструкции, которая начинает выполнять вышеописанное действие.
Подобную функцию, которая обеспечивает однонаправленное перемещение, часто называют функцией храпового механизма, которая, например, описана в патентном документе GB 2352988 в отношении управляемого текучей средой клапана. Один конец секции трубы, подвергающийся воздействию давления текучей среды, перемещается на заданный шаг в цикле, состоящем из повышения и понижения указанного давления текучей среды. После выполнения заданного количества циклов указанный механизм открывает плунжер, который затем обеспечивает возможность проточного сообщения с управляемым текучей средой инструментом. Указанный храповой механизм содержит предварительно напряженный элемент, противодействующий давлению текучей среды в трубе и подвергающийся воздействию давления текучей среды в скважине.
Другой пример такого инструмента с шаговой/счетной функцией, который высвобождает устройство после заданного количества импульсов давления, описан в патентном документе Норвегии 325899.
В данном случае, если приведение в действие зависит от значения давления текучей среды, достигающего только заданного верхнего уровня, то при этом трудно спрогнозировать время высвобождения.
Часто обсуждаемым для этой цели устройством может быть, например, открываемый клапан, заряд взрывчатого вещества, который должен сдетонировать для открытия прохода для притока нефти из формации к нефтепроводу, или стеклянная герметизирующая трубу заглушка, которая должна быть разрушена.
С помощью указанного счетного механизма можно точно спрогнозировать момент приведения в действие инструмента, исходя из количества шагов, необходимых для высвобождения, независимо от того, насколько будет велико давление текучей среды. Однако эти устройства все еще нуждаются в усовершенствовании.
Примерами подобных скважинных инструментов, которые могут быть приведены в действие, являются клапаны, системы прокладок (пакеры), скользящие втулки и т.д. Управление этими инструментами обычно выполняют, частично поднимая давление в трубе, в которой они установлены, с земной поверхности заданное количество раз. Указанный подъем давления получают с помощью различных типов клапанных устройств, которые настроены с реагированием на изменения давления, и когда эти механизмы управления регистрируют (выявляют) точный порядок следования, тогда указанные устройства открывают проход для текучей среды под давлением из скважины с возможностью управления указанным инструментом.
Указанные системы требуют наличия устройства, откалиброванного в соответствии с глубиной скважины, на которой расположено оборудование, для обеспечения компенсации гидростатического давления в скважине так, чтобы задать правильную уставку давления с земной поверхности, исходя из указанного гидростатического давления.
Поскольку для этой специфической работы необходимо выполнить калибровку каждого инструмента, то эти операции требуют большого расхода времени.
Для существующих в настоящее время систем также требуется, чтобы труба была выполнена с большей толщиной материала для решения данной проблемы, так как для компенсации гидравлического давления текучей среды в скважине, как правило, необходимо использовать очень мощные пружины или камеры с жидким азотом.
Таким образом, целью данного изобретения является создание новой конструкции, которая может исключить необходимость в калибровке каждой отдельной скважины для использования в ней оборудования.
Кроме того, целью является создание устройства, автоматически калибрующегося в соответствии с гидростатическим давлением.
Помимо этого, целью является обеспечение возможности для создания всегда одинакового давления, которое должно быть приложено с земной поверхности к трубе, независимо от глубины установки инструмента.
Организация массового производства указанных инструментов должна быть весьма простой, а их калибровка всегда обеспечит необходимость в них для подачи давления, например, в 100 бар у земной поверхности, независимо от гидростатического давления.
Помимо этого, цель заключается в нахождении решения, при котором при выполнении надлежащего количества импульсов давления данная система будет открываться с подачей давления к камере, которая соединена с исполнительными механизмами, расположенными на реальном управляемом инструменте.
Кроме того, важным свойством является то, что подобные системы должны иметь возможность для открытия с целью приведения в действие инструмента в тот момент, когда осуществляется сброс (понижение) давления у земной поверхности, если не желательно, чтобы инструмент был приведен в действие при избыточном давлении в данной системе.
Устройство в соответствии с данным изобретением характеризуется тем, что инструмент содержит высвобождающий шток плунжера в канале штока плунжера, который может быть переведен из закрытого положения в открытое для прохождения текучей среды к инструменту путем смещения ряда ограничительных элементов, расположенных в канале штока плунжера,
причем указанный перевод из закрытого положения в открытое выполняется с помощью поршневого штока, перемещения которого вперед и назад обеспечиваются в пошаговом режиме путем, соответственно, повышения и понижения давления Р2 текучей среды в трубе, при этом указанные перемещения воздействуют на корпус ползуна, который в пошаговом режиме перемещается к положению, в котором он обеспечивает открытие прохода,
при этом указанный высвобождающий инструмент является удлиненным элементом, один конец которого размещен в текучей среде в трубе, тогда как другой конец удерживается в предварительно напряженном состоянии с помощью предварительно напряженного элемента, при этом когда высвобождающий инструмент перемещается вследствие указанного понижения давления, то ползун перемещается, и
предварительно напряженный элемент расположен в камере, которая проточно соединена со скважиной снаружи секции трубы, при этом высвобождающий инструмент является гидравлически уравновешенным.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения предварительно напряженный элемент является спиральной пружиной, которая удерживает высвобождающий элемент в предварительно напряженном состоянии.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения предварительно напряженный элемент является поршневым штоком, который расположен в удлиненном канале, проходящем через стенку секции трубы.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения поршень содержит вращающийся запирающий крюк, который выполнен с возможностью вхождения в соединение с ползуном во время высвобождающего перемещения поршня вверх при каждом импульсе давления.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения подвижный ползун расположен в замкнутой камере, которая изолирована от давления Р1 скважины и давления Р2 в трубе, причем камера выполнена с обеспечением постоянного давления во время всей работы в импульсном режиме до тех пор, пока шток плунжера не будет перемещен вниз и не будет проходить текучая среда.
Другие предпочтительные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах 6-13 формулы изобретения.
Способ в соответствии с данным изобретением характеризуется тем, что
1) в секции трубы повышают давление текучей среды так, что поршневой шток в секции стенки инструмента продвигается вниз с преодолением усилия предварительного напряжения,
2) сбрасывают указанное давление, при этом пружина продвигает поршневой шток обратно, что приводит к тому, что запирающий крюк, прикрепленный к поршневому штоку с возможностью переворота, взаимодействует с ползуном и продвигает его на один шаг вверх, тогда как другой запирающий крюк секции трубы взаимодействует с ползуном и препятствует его обратному продвижению вниз,
3) повторяют этапы 1 и 2 до тех пор, пока ползун не освободит канал, обеспечивая выпадение ограничительных шаров из канала, при этом шток плунжера падает вниз и обеспечивает возможность прохождения текучей среды из трубы в камеру ползуна, расположенную в секции трубы, и дальнейшего ее выхода в систему каналов, что может приводить к работе различного оборудования, присоединенного к стволу трубы, где установлен высвобождающий клапан.
Указанный ползун перемещают предпочтительно тогда, когда давление в трубе частично или полностью сброшено, так что давление Р2 в трубе имеет минимальное значение, когда текучую среду вводят в систему каналов.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения используют высвобождающий инструмент, конструкции и функции которого определены в пунктах 1-13.
Ниже приведено более подробное описание нового предложенного механизма со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг.1 показывает общий продольный разрез в аксонометрии типичного участка для использования высвобождающего инструмента в соответствии с данным изобретением, причем указанный инструмент вставлен в обсадную или эксплуатационную трубу, расположенную в скважине, которая пробурена с прохождением вниз через породу;
фиг.2 показывает пример высвобождающего инструмента в соответствии с данным изобретением, в котором подвижный зубчатый ползун находится в исходном положении, т.е. перед началом его продвижения путем повышения/понижения давления текучей среды в трубе с использованием подачи посредством храпового механизма, обеспечивающего однонаправленное перемещение;
фиг.2А показывает увеличенную часть фиг.2;
фиг.2В показывает вид в разрезе стойки с отверстием для штока плунжера и с ползуном, который выполнен с возможностью прохождения вдоль указанной стойки;
фиг.3 показывает высвобождающий механизм, в котором зубчатый ползун продвинут вверх на половину высоты стойки;
фиг.4 показывает состояние, при котором зубчатый ползун переместился вверх с прохождением всего пути и открыл проход, так что закрывающий шток плунжера, который препятствовал притоку текучей среды из скважины, опустился вниз под действием давления текучей среды снаружи и создал возможность для притока текучей среды к камере ползуна указанного корпуса и дальнейшего ее выхода в систему каналов, проходящую до фактического скважинного инструмента, который, соответственно, приводится в рабочее состояние под действием давления указанной текучей среды.
Сначала обратимся к фиг.1, где показан типичный участок использования подобного высвобождающего механизма в соответствии с данным изобретением. С поверхностной установки 100 в формации 140 пробурена скважина 120, в которую вставлена проходящая вниз труба 160, которая может представлять собой эксплуатационную трубу, составленную из некоторого количества секций.
В этом примере труба 160 в нижней части содержит закрывающую пробку 180. Инструментальная секция 11 с высвобождающим инструментом 200 в соответствии с данным изобретением выполнена в виде одной из самых нижних секций. В этом неограничивающем примере указанный инструмент может использоваться для управления скважинным оборудованием, расположенным как над инструментом 200, так и под ним, например оборудованием, которое приводит в действие прокладки, обеспечивает разрушение опрессовочных пробок или открывает каналы для притока углеводородов из формации к эксплуатационной трубе 160 и т.п.
Инструмент 200 вместе с корпусом, толщина стенки которого обозначена как D2, и с высвобождающим механизмом, установленным в стенке указанного корпуса, соответственно вставлен в более длинную секцию 11 трубы, как показано на фиг.2. На данном чертеже показано, что скважина расположена снаружи секции 11 трубы, а расположенная снаружи скважины формация обозначена номером 140.
Секция 11 трубы заблокирована и заякорена в пробуренном изнутри затрубном пространстве секции 11 трубы. Кроме того, между корпусом 200 и секцией 11 трубы в соответствующих канавках на внутренней стенке указанной трубы размещены верхнее кольцевое уплотнение 6 и нижнее кольцевое уплотнение 13 (уплотнительные кольца). Дополнительно, внутри нижней части секции 11 выполнены канавки, диаметр которых превышает диаметр D инструмента/корпуса 200. Соответственно, между наружной стороной ограниченного корпусом инструмента 200 и внутренней стороной секции 11 трубы образуется кольцевая камера 202.
Помимо этого, в стенке секции 11 трубы просверлено одно или более сквозных отверстий 1, так что указанная кольцевая камера по всей периферии проточно сообщается со скважинной текучей средой 120, находящейся снаружи трубы 11. Сразу над камерой 202, между корпусом 200 и секцией 11 трубы, в соответствующую канавку на внутренней стенке секции 11 вставлено третье среднее кольцевое уплотнение (уплотнительное кольцо). Указанные два кольцевых уплотнения 13 и 7 выполнены так, что кольцевое пространство 202 по периферии представляет собой изолированную кольцевую камеру, давление текучей среды в которой равно давлению Р1 в скважине.
Между средним уплотнением 7 и верхним уплотнением 6 секция 11 трубы выполнена с кольцеобразной канавкой с меньшим диаметром, что определяет на этом участке кольцевое пространство 204, значение и функция которого будут объяснены ниже.
В средней части фиг.2 показаны высвобождающие механизмы в предлагаемом инструменте.
В осевом направлении сквозь стенку секции 11 трубы и внутри нее просверлен удлиненный канал 206, проходящий от верхней части 203 корпуса 200 инструмента. Указанный канал 206 проходит внутри стенки секции 11 трубы.
В нижней части указанного канала выполнена нижняя камера 208 с большим диаметром по сравнению с остальной частью удлиненного канала 206. В указанный канал вставлен поршневой шток 210, причем нижняя часть 212 поршня образует головку, диаметр которой превышает диаметр остального канала, т.е. диаметр головки соответствует диаметру нижней камеры 208. Нижняя камера 208 открыта радиально наружу (стенка трубы удалена) в этом участке в направлении кольцевого пространства 202, так что вся нижняя камера 208 подвергается воздействию давления Р1 скважинной текучей среды в кольцевом пространстве 202 и в скважине 120. Сразу над нижней камерой 208 установлены комплекты кольцевых прокладок 214, 216 для изоляции удлиненного канала 206 над нижней камерой 208 от давления Р1 скважинной текучей среды. Соответственно, только в кольцевом пространстве 202 будет поддерживаться преобладающее давление скважинной текучей среды.
Под нижней головкой 212 поршневого штока 210 в нижней камере 208 размещен работающий на растяжение элемент, например спиральная пружина 15, которая с заданным усилием поджимает нижнюю головку 212 в нижней камере 208 вверх до упора так, что поршневой шток 210 плотно поджат в верхнем положении. Верхняя часть штока 210 обозначена номером 215.
При установке трубы 160 давление в скважине Р1 часто превышает давление Р2 в трубе. В данном изобретении регулирование плотности скважинной текучей среды, которая проводится вниз по трубе 160, выполняют так, что давление Р2 в трубе остается приблизительно равным давлению Р1 в скважине, т.е. Р1≈Р2. Во время работы предлагаемого клапанного инструмента для продвижения штока 210 вниз достаточно с поверхности повысить давление Р2 в скважине до величины, которая превышает величину усилия пружины.
Существенным признаком данного изобретения является то, что при любой глубине установки поршневого инструмента 200 давление в трубе может быть просто отрегулировано так, чтобы поршневой шток 210 был гидравлически уравновешен, и, следовательно, для продвижения поршня вниз необходимо только повысить давление Р2 в трубе до значения, превышающего значение усилия предварительного напряжения указанной пружины.
При понижении с поверхности указанного давления Р2 пружина снова будет поджимать поршневой шток вверх. В самой верхней части канала 206 напротив поршневого штока 210 также установлены кольцевые прокладки 218. Это означает, что пространство между поршнем и каналом, расположенное между нижним комплектом 214 прокладок и верхним комплектом 218 прокладок соответственно, изолировано как от давления Р1 скважинной текучей среды, так и от давления Р2 текучей среды в трубе.
Параллельно удлиненному каналу 206, т.е. рядом с ним в стенке трубы, выполнена еще одна камера 232, в которой установлен новый шаговый или счетный механизм в соответствии с данным изобретением.
Камера 232 вырезана снаружи в стенке трубы в соответствии с нижней камерой 208. Указанная камера содержит две параллельные удлиненные камеры 232а, 232b, между которыми образована удлиненная стойка 230. От верхней стороны 203 корпуса 200 просверлен канал 234, проходящий вниз через стенку данного корпуса и дальше через среднюю часть стойки 230 приблизительно до середины ее высоты, обозначенной номером 236. От указанной нижней части 236 канал наклонен так, что он проходит под углом около 45° к основному каналу 234 плунжера и наружу через боковую стенку стойки 230, заканчиваясь отверстием, выходящим в направлении одной камеры 232b.
С верхней стороны в канал 234 вставлен плунжер 5, верхняя сторона 237 которого (см. фиг.2А) выровнена с краем корпуса 200 инструмента, а длина выбрана так, что его нижний конец 231 располагается на некотором расстоянии выше нижней части 236 канала. В указанной полости канала между нижней частью 231 плунжера и нижней частью 236 канала помещены ограничители, например шары 8, расположенные один на другом, в данном случае показано четыре шара. Нижний шар 8а из указанных шаров занимает устойчивое положение в нижней части указанного канала благодаря ползуну 14, который работает в качестве ограничителя/фиксатора, закрывающего выход из канала 234 плунжера, т.е. он обеспечивает неподвижное расположение остальных выше расположенных шаров 8 в канале 234 плунжера и препятствует их выпадению из канала 234, пока не будет получено необходимое количество импульсов давления, как будет объяснено ниже в данном описании.
На двух противоположных сторонах ползуна 14 выполнены ряды взаимно разнесенных вырезанных зубцов 239 и 240 соответственно, причем один ряд зубцов 239 используется для пошагового смещения ползуна 14 вверх с помощью первого запирающего крюка 10 для открытия отверстия канала, в результате чего шары 8 выпадают. Другой ряд зубцов используется для предотвращения обратного скольжения ползуна вниз при каждом шаговом смещении с помощью второго запирающего крюка 9.
Помимо этого, ползун 14 выполнен с возможностью охвата стойки 230, работающей в качестве вышеупомянутого ограничителя шаров. Фиг.2В показывает разрез ползуна 14, перемещающегося с охватом стойки 230 его двумя частями 14а и 14b, присоединенными к тонкой пластине 14с. Ряды вырезанных зубцов 239 и 240 выполнены, соответственно, на противоположных (в данном случае вертикальных) поверхностях 14а, 14b ползуна.
Указанный первый запирающий крюк 10, который пошагово продвигает ползун 14 вверх, прикреплен с возможностью вращения к поджимаемому поршневому штоку 210 на осевой втулке 30, см. фиг.2А. Запирающий крюк 10 находится в предварительно напряженном состоянии под действием пружины внутрь и вверх в направлении зубцов, расположенных на части 14а ползуна. Указанный крюк содержит заостренный конец 31, который может быть зажат между зубцами и продвигать ползун 14 вверх при продвижении штока 210 вверх. Под действием пружины запирающий крюк изгибается назад, при этом острие 31 при перемещении штока 210 вниз будет скользить вдоль ряда зубцов 239.
Другой запирающий крюк 9, который работает на другой части 14b ползуна, выполнен с соответствующей формой, но прикреплен с возможностью вращения на стенке трубы с помощью осевой втулки 32. Под действием пружины запирающий крюк 9 изгибается назад, при этом острие 31 при перемещении указанного штока вверх будет скользить вдоль ряда зубцов 240. Запирающий крюк 9 с его острием 33 соответственно установлен с возможностью зажима между зубцами 240, но будет изгибаться назад и скользить вдоль ряда зубцов 240, когда поршневой шток 210 толкает указанный ползун вверх. Однако когда поршневой шток 210 перемещается вниз, то конец острия 33 будет зажат между зубцами 240, что препятствует скольжению ползуна 14 обратно или вниз. Таким образом, в этой системе ползун 14 может перемещаться только вверх и не может перемещаться вниз. Указанный ползун пошагово перемещается вверх при каждом подаваемом гидравлическом импульсе. Когда нижняя сторона 39 ползуна проходит мимо выпускного канала 16, то указанные шары выпадают под ползуном вниз на дно камеры, подобное показано на фиг.4. Соответственно, шток 5 плунжера не блокируется ограничительными шарами 8, и поэтому давление Р2 текучей среды, действуя на поршневой шток 5, продвигает его сверху вниз к нижнему концу 236 канала плунжера.
Запирающий крюк 10 прикреплен к поршневому штоку 210, который перемещается в удлиненном канале 206. Помимо этого, указанный крюк выполнен с возможностью поворота в удлиненной камере 232а в указанное положение контакта с ползуном, для этого в стенке между каналом 206 и камерой 232 выполнена удлиненная открытая канавка или щель, т.е. внутри участка, который изолирован от давления в трубе и в скважине. В указанной канавке запирающий крюк 10 вращается для взаимодействия с ползуном, как изложено выше. Соответственно, два указанных запирающих крюка проходят приблизительно по касательной к периферии материала трубы.
Камера 232 ползуна выполнена от наружной стенки корпуса трубы и сообщается с кольцевой камерой 204. Так как комплекты уплотнений, присоединенные к штоку 5 плунжера и поршневому штоку 210, полностью изолируют давление Р1 скважины, а прокладки 6 и 7 полностью изолируют инструмент 200 от находящейся снаружи секции трубы, то давление Р3 внутри двух камер 206 и 232 и давление в кольцевом пространстве 204 удлиненных каналов остаются совершенно одинаковыми, причем указанное давление будет соответствовать атмосферному давлению Ратм (фиг.1), при котором указанный инструмент с поршнями и ползунами смонтирован на земной поверхности (в производственном помещении).
Как показано на фиг.2, канал 21 проходит от кольцевого пространства 202, см. стрелку Р на фиг.4, в осевом направлении в материале трубы и далее к оборудованию, которое должно работать при давлении текучей среды, которое понижается путем пошагового освобождения инструмента, например к отверстию клапана, задвижке трубы или механизму, который должен обеспечить детонацию заряда взрывчатого вещества. В примере, проиллюстрированном на фиг.1 и 2, показано, что это оборудование может быть расположено ниже по потоку от инструмента. Однако канал, проходящий от кольцевого пространства 202, конечно также может проходить вверх выше по потоку от данного инструмента.
При падении шаров на дно камеры 232 (фиг.4) шток 5 плунжера проталкивается вниз, а текучая среда в трубе под давлением Р2 втягивается в камеру 232 и далее выходит в кольцевое пространство 202, а затем в каналы 21, см. фиг.2.
Ниже приведено описание работы указанного инструмента.
Фиг.2 показывает ползун клапана в исходном положении. Отверстие 1 образует проточное сообщение с кольцевым пространством 12, расположенным снаружи секции 11 трубы, в которой установлена счетная система предлагаемого инструмента. Поскольку расположенная снаружи корпуса трубы секция 12 образует объединенный герметичный блок до поверхности, то гидростатическое давление там всегда будет одинаковым независимо от повышения давления внутри секции 11 трубы. Поршневой шток 210 продвигается вниз под действием прикладываемого давления внутри секции 11 трубы при преодолении усилия пружины 15.
Поскольку в кольцевом пространстве между кольцевыми уплотнениями 13 и 7 имеется отверстие 1, то к нижней части 4 поршневого штока 210 всегда будет приложено опорное давление. Площадь поверхности верхней части поршневого штока 210 и нижней части 4 являются одинаковыми. Поэтому необходимо только преодолеть силу давления, оказываемую пружиной 15 на нижнюю часть штока 210. Это давление будет одинаковым независимо от гидростатического давления в скважине, так как давление в кольцевом пространстве между кольцевыми уплотнениями 13 и 7 всегда будет приблизительно равным давлению внутри секции 11 трубы, если там имеется только гидростатическое давление. Таким образом, поршневой шток 210 будет сбалансирован, при этом он всегда будет возвращаться к его исходному положению, так как пружина 15 все время будет продвигать его назад и вверх.
Когда под воздействием давления шток 210 продвигается в секции 11 трубы, то подъемный рычаг/запирающий крюк 10, который подпружинен (пружина не показана), будет скользить по зазубринам/зубцам 239, расположенным на направляющей/ползуне 14. Соответственно, другой запирающий/фиксирующий рычаг 9 будет препятствовать движению ползуна 14, поскольку он также подпружинен, и, соответственно, будет удерживать ползун 14 в постоянном положении. При понижении давления в секции 11 трубы до гидростатического давления поршневой шток 210 будет подниматься под действием силы пружины 15. Ползун 14 теперь будет перемещаться, когда запирающий крюк 10 защелкнулся на один зубец и теперь, благодаря форме и действию пружины, поднимает ползун 14 вверх на один зубец. Запирающий рычаг 9 защелкивается с одним зубцом и таким образом ползун 14 перемещается вверх на одно положение.
Кроме того, приоритетной задачей, которую решает ползун 14, является удержание шаров 8, а также плунжера 5 в состоянии жесткого блока. Шток 5 плунжера препятствует проникновению давления через отверстие 3 в кольцевую камеру 232 между уплотнительными кольцами 6 и 7.
Когда ползун 14 поднят после последнего цикла, происходит высвобождение шаров 8, которые теперь могут быть вытеснены через канал 16, заблокированный ранее ползуном 14. Теперь также можно продвинуть шток 9 плунжера вниз в отверстии 3 так, чтобы расположенное на штоке 5 плунжера уплотнение поместилось под край полости 18, присоединенной к кольцевому пространству 204, см. фиг.2, так чтобы текучая среда проходила внутрь через отверстие 19 и создавала давление в кольцевом пространстве 204, расположенном между кольцевыми уплотнениями 6 и 7. Таким образом, указанное кольцевое пространство 204 связанно с активируемой давлением функцией инструмента на значительном удалении от настоящего инструмента, что не показано. Задача, выполняемая путем активизации давления, может заключаться в активации обсадных труб, которые смещаются под действием указанного давления, в активации заряда взрывчатого вещества, в переводе шарового клапана из закрытого в открытое состояние, а также в ряде других задач, которые могут выполняться в требуемое время путем управления подачей давления в кольцевое пространство 204 в результате подачи импульсов давления в трубе 11, которая связана с регулирующим давление оборудованием, расположенным на буровой установке (насосным оборудованием, обеспечивающим повышение и понижение давления в секции 11 трубы).
1. Устройство для приводимого в действие текучей средой высвобождающего инструмента (200), предназначенное для активации управляемого текучей средой инструмента, причем указанный высвобождающий инструмент может быть присоединен к секции (11) трубы, расположенной в выполненной в формации (140) скважине (120), отличающееся тем, что указанный инструмент (200) содержит высвобождающий шток (5) плунжера в канале (234) штока плунжера, который может быть переведен из закрытого в открытое положение для обеспечения прохождения текучей среды к указанному инструменту благодаря смещению ряда ограничительных элементов (8), расположенных в канале (234) штока плунжера, причем указанный перевод из закрытого в открытое положение выполняется с помощью поршневого штока (210), перемещения которого вперед и назад обеспечиваются в пошаговом режиме путем, соответственно, повышения и понижения давления Р2 текучей среды в трубе, при этом указанные перемещения воздействуют на ползун (14), который пошагово перемещается к открытому положению, при этом высвобождающий инструмент (210) является удлиненным элементом, один конец которого помещен в текучей среде в трубе, а другой конец (212) удерживается в предварительно напряженном положении с помощью предварительно напряженного элемента (15), причем перемещение ползуна происходит, когда инструмент (210) перемещается вследствие указанного уменьшения давления, и предварительно напряженный элемент (15) расположен в камере (208), которая проточно сообщается со скважиной (120) снаружи секции (11) трубы, причем высвобождающий инструмент (210) является гидравлически уравновешенным.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предварительно напряженный элемент (15) является спиральной пружиной, удерживающей высвобождающий элемент (210) предварительно напряженным в верхнем положении.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предварительно напряженный элемент является поршневым штоком (210), который расположен в удлиненном канале (206), проходящем через стенку секции (11) трубы.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поршневой шток (210) содержит вращающийся запирающий крюк (10), который выполнен с возможностью взаимодействия с ползуном (14) во время высвобождающего перемещения поршневого штока (210) вверх при каждом импульсе давления.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижный ползун (10, 9) расположен в замкнутой камере (232), которая изолирована от давления Р1 в скважине и давления Р2 в трубе, причем камера (232) выполнена с обеспечением поддержания постоянного давления во время всей работы в импульсном режиме до тех пор, пока шток (5) плунжера не будет перемещен вниз и не будет проходить текучая среда.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что запирающий крюк (10) прикреплен к поршневому штоку (210) так, что он может вращаться в зоне отверстия, которая изолирована от давления Р2 в трубе и давления Р1 в скважине прокладками (214, 218), и выполнен с возможностью управления ползуном (14) в замкнутой камере (232) через щель в части стенки, отделяющей камеру (206) поршневого штока от камеры (234) штока плунжера.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что к стенке (11) секции трубы с возможностью вращения прикреплен второй запирающий крюк (9), который может вращаться на валу (32) и заостренный конец которого выполнен с возможностью взаимодействия в направлении ползуна (14) и скольжения вдоль ряда зубцов (240), когда поршневой шток (210) толкает ползун (14) вверх, а также с возможностью зажима между зубцами (240) и предотвращения обратного скольжения ползуна (14), когда поршневой шток (210) движется вниз.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что камера (232) выполнена в виде двух удлиненных каналов (232а, 232b), между которыми образована удлиненная стойка (230), причем канал (234) плунжера выполнен от верхней стороны (203) корпуса (200) вниз через стенку корпуса и дальше вниз вертикально через стойку (230) приблизительно до половины ее высоты, где он ограничен нижней частью (236) канала, от которой отходит наклонный проход в виде канала (16) под углом приблизительно в 45°, и выходит через боковую стенку стойки (230), оканчиваясь отверстием, выходящим в направлении одного канала (232b).
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что шток (5) плунжера вставлен в канал (234) на такую длину, что его нижний конец (231) расположен на некотором расстоянии выше нижней части канала (236), причем в указанной полости канала между нижней частью (231) штока плунжера и нижней частью (236) канала помещено некоторое количество ограничительных элементов, таких как ограничительные шары (8), расположенных один на другом.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что ограничительные шары (8) удерживаются на месте в нижней части канала (232) под действием ползуна (14), который запирает выходное отверстие данного канала так, что когда нижняя сторона (39) ползуна (14) проходит выпускное отверстие (16) канала, то шары могут выпасть в камеру (232), при этом поршневой шток (5) продвигается вниз под действием давления Р2 в трубе, так что текучая среда, находящаяся в трубе, может проходить в камеру (232) и затем выходить в систему каналов к соответствующим инструментам.
11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что ползун (14) выполнен с возможностью перемещения вверх в направлении открытого положения, когда поршневой шток (210) перемещается вверх, то есть когда давление в трубе понижается до его наименьшего значения, так что текучая среда проходит в камеру (232) и каналы находятся под наименьшим давлением.
12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что камера (208) для работающей на растяжение пружины и камеры (232) для ползуна выполнены в наружной стенке корпуса трубы и сообщаются с соответствующими кольцевыми камерами (соответственно, 202 и 204), причем указанные камеры взаимно разнесены с помощью комплекта прокладок (7).
13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что ползун (14) содержит ряд зубцов (230, 240), с которыми могут взаимодействовать запирающие рычаги (10, 9) и количество которых соответствует количеству импульсов давления, которые могут быть выполнены для продвижения ползуна (14) пока выпадут шары, указанный поршень плунжера продвинется вниз и текучая среда сможет заполнить камеру (232) для ее прохождения дальше к соответствующему инструменту.
14. Способ открытия потока текучей среды через высвобождающий инструмент (200), соединенный с секцией (11) трубы в скважине, отличающийся тем, что
1) в секции (11) трубы повышают давление текучей среды так, что поршневой шток (210) в секции стенки инструмента (200) продвигается вниз с преодолением усилия предварительного напряжения,
2) уменьшают давление, при этом пружина толкает поршневой шток (210) обратно, что приводит к тому, что запирающий крюк (10), прикрепленный к поршневому штоку (210) с возможностью переворота, взаимодействует с ползуном (14) и продвигает его на один шаг вверх, тогда как другой запирающий крюк (9) секции (11) трубы взаимодействует с ползуном (14) и препятствует его обратному продвижению вниз,
3) повторяют этапы 1 и 2 до тех пор, пока ползун (14) не освободит канал (234), обеспечивая выпадение ограничительных шаров (8) из канала (234), при этом шток плунжера падает вниз и обеспечивает возможность прохождения текучей среды, находящейся в трубе, в камеру (232) ползуна в секции (11) трубы и дальнейшего ее выхода в систему (9, 21) каналов, что может приводить к работе различного оборудования, присоединенного к стволу трубы, где установлен высвобождающий клапан.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что ползун (14) перемещается при полном или частичном сбросе давления в трубе, так что, когда текучая среда проходит в систему каналов, давление Р2 в трубе имеет минимальное значение.
16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что используют высвобождающий инструмент (200) с конструкцией и функциями по любому из пп.1-13.
