Посадочный инструмент, приводимый в действие с помощью потенциальной энергии и установленный в межтрубном пространстве
Группа изобретений относится к посадочному инструменту, установленному снаружи по отношению к подземной трубе для избирательной посадки связанного с ним инструмента, а также к способу установки подземного инструмента при помощи посадочного инструмента. Технический результат заключается в надежном приведении в действие посадочного инструмента. Посадочный инструмент, установленный снаружи по отношению к подземной трубе для избирательной посадки связанного с ним инструмента, содержит трубу, ограниченную стенкой без отверстий, противоположные концы которой выполнены с возможностью соединения с трубчатой колонной, и образующую неотъемлемую напорную часть колонны, становясь ее каналом; корпус, установленный на противоположной от указанного канала стороне стенки и содержащий привод, расположенный с внешней стороны на трубчатой колонне и оперативно присоединенный к связанному с ним инструменту для избирательного управления связанным с ним инструментом без наличия текучей среды между указанными каналом и приводом. Привод выполнен с возможностью избирательного устранения физического барьера для осуществления посадки связанного с ним инструмента в ответ на инициирующий сигнал от указанных канала или стенки, при этом указанная текучая среда находится под давлением в приводе в момент задействования привода. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 2 ил.
Областью изобретения являются приводы и способы приведения в действие для управления подземным инструментом и более конкретно приведения в действие инструмента, расположенного вокруг трубы без отверстий в стенке в трубе с использованием потенциальной энергии в приводе при спуске в скважину.
Многие работы в подземной буровой скважине влекут за собой установку инструментов, которые смонтированы с наружной стороны колонны труб. Общим примером является пакер или клинья, которые могут быть использованы для закупоривания межтрубного пространства и/или удержания трубчатой колонны на расстоянии от другой колонны. Технические приемы механического приведения в действие для таких устройств, в которых используется приложенное или гидростатическое давление, чтобы привести в действие поршень для поднятия клиньев вверх шарошек и запрессовать закупоривающие элементы в положение закупоривания, влекли за собой отверстия в трубной стенке. Эти отверстия рассматривают как пути потенциальной утечки, которые сокращают надежность и являются нежелательными.
Были разработаны альтернативные приемы, которые выполняли задачу приведения в действие инструмента без отверстий в стене. Эти устройства использовали межтрубную текучую среду, которая избирательно была введена в корпус приводного инструмента, и в результате такого ввода текучей среды происходила реакция, которая создавала давление в корпусе привода для управления инструментом. По одному варианту введение воды в участок привода позволял материалу взаимодействовать с созданием газа водорода, который затем использовался, чтобы привести в действие поршень для посадки инструмента, такого как пакер. Некоторыми примерами таких инструментов, которые работают на принципе выработки газа, являются патент USP 7591319 и публикации US 2007/0089911 и 2009/0038802.
Эти устройства, которые должны создавать давление в забое скважины, были сложными и дорогими. В некоторых случаях доступное пространство было регламентировано для таких устройств, ограничивая их годность. Что требовалось и что предложено в настоящем изобретении - это является приводом, который входит в скважину с сохраненной потенциальной энергией, которая применяется во множестве сигнальных приемов с поверхности, чтобы привести в действие инструмент и высвободить посадочное давление/усилие. Предпочтительным источником потенциальной энергии является сжатый газ. Специалисты в данной области техники далее поймут изобретение на основе обзора описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения и приложенных чертежей, одновременно понимая, что полный объем изобретения определяется приложенной формулой изобретения.
В приводе и способе посадки подземного инструмента используется привод, смонтированный с внешней стороны на трубчатой колонне, который эксплуатационно входит в зацепление с инструментом, который должен быть приведен в действие. В требуемом месте расположения для приведения в действие подают сигнал на клапанный узел. Открытие клапана высвобождает находящуюся под давлением сжимаемую текучую среду к свободному поршню. Поршень перемещает вязкую текучую среду впереди себя через открытый теперь клапан, который, в свою очередь, приводит в действие движущий поршень, чье перемещение устанавливает инструмент. Спусковым механизмом для открытия клапана может быть множество способов, включая акустический сигнал, вибрационный сигнал, изменение в магнитном поле или упругая деформация трубчатой стенки, расположенной рядом с клапанным узлом.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
фиг. 1 представляет собой устройство в положении «спуск в скважину», и
фиг. 2 представляет собой устройство по фиг. 1 в установленном положении в забое скважины, после того как приведен в действие спусковой механизм.
На фиг. 1 показана трубчатая колонна 10, опущенная в забой скважины 12, который предпочтительно обсажен. Инструмент 14, который должен быть приведен в действие, показан схематично как метал-метал и/или эластомер-уплотнение, которое может иметь клинья для фиксации к наружной скважинной трубе 12, когда рабочий штроп 16 вынужден перемещаться в осевом направлении. Коническая насадка 18 используется, чтобы поджимать инструмент 14 в радиальном направлении до контакта с забоем скважины или трубой 12. Штроп 16 продолжается из корпуса 20, который прикреплен к трубчатой колонне 10. Колонна 10 проходит через корпус 20 с образованием кольцевой формы 22, которую загружают сжимаемой текучей средой 24 при заданном давлении. Свободный поршень 26 определяет кольцевой объем 22 с одной стороны и кольцевой объем 28 с противоположной стороны. Кольцевой объем 28 заполняют вязкой текучей средой, такой как легкое масло 30. Корпус 32 клапана имеет удаленно приводимый в действие клапан 34. При закрытом положении клапана 34 масло 30 содержится в кольцевом объеме 28. Кольцевой объем 36 образован между корпусом 32 клапана и рабочим поршнем 38. Перемещение поршня 38 перемещает штроп 16, чтобы привести в действие инструмент 14 путем его перемещения верх до наклонной площадки 18. Поршни 26 и 38 имеют наружные периферийные уплотнения на корпусе 20 и внутренние уплотнения относительно насосно-компрессорной колонны 10. Кольцевой объем 40 может быть окружен низким давлением или быть без давления, или в зависимости от глубины установки он может быть открыт в межтрубное пространство через обратный клапан 42, который позволяет текучей среде покидать объем 40, поскольку он становится меньше, когда штроп 16 перемещается. Штроп 16 уплотнен на 44, чтобы удерживать окружающие текучие среды вне объема 40, поскольку инструмент 14 устанавливают с помощью перемещения штропа 16.
Открытие клапана 34 может быть осуществлено с помощью акустического сигнала 46, который проиллюстрирован схематично. В альтернативном варианте клапан 34 может быть приведен в действие с помощью дротика 48, который проходит близко к клапану 34 и обладает полем, таким как электромагнитное поле или поле постоянного магнита, которое взаимодействует с датчиком 50 на корпусе 32 клапана. Другой способ управления клапаном 34 заключается в том, чтобы упруго деформировать стенку трубы в колонне 10 рядом с датчиком в корпусе 32. Предусмотрен разобщающий инструмент, имеющий два разнесенных уплотнения, для создания огороженного объема, в который подается давление для сгибания стенки колонны 10. В альтернативном варианте спускаемый в скважину на тросе инструмент может быть спущен, чтобы взаимодействовать с корпусом 32 клапана, используя магнитные, радио, ультразвуковые, акустические или механические сигналы.
На фиг. 2 показан инструмент 14, посаженный на обсадке или стволе скважины или трубе 12, после того как закончилась циркуляция цементного раствора (не показан) и он помещен в скважину, но перед тем как он застыл. Открытие клапана 34 позволяет текучей среде расширять камеру 22 и смещать масло 30 из камеры 28 в камеру 36. В результате, поршень 38 смещается, устанавливая инструмент 14.
Хотя поршни 26 и 38 показаны как кольцевые поршни, они также могут быть поршнями штока. Поршень 26 может быть удален, так что при открытии клапана 34 может использоваться непосредственно сжимаемая текучая среда, чтобы перемещать поршень 38, который соединен со штропом или штропами 16. Перемещение поршня 38 предпочтительно является осевым, но оно может быть вращательным или комбинацией двух этих перемещений, если поршень соответствующим образом направлен в эти перемещения для посадки инструмента 14. Хотя является предпочтительным быстро устанавливать инструмент 14, насколько это возможно, скорость, при которой он устанавливается, можно проконтролировать с помощью размера канала 54, который ведет к клапану 34 и от него. Хотя легкое масло 30 является предпочтительным, могут быть использованы другие текучие среды с относительно низкой вязкостью меньше воды. Использование поршня 26 обеспечивает компенсацию для создания наведенного тепловым путем давления в сжимаемой текучей среде 24, что вызвано температурой окружающих скважину текучих сред. Кроме различных упомянутых выше сигналов возможны другие спусковые механизмы для открытия клапана, хотя их использование является менее оптимальным, чем описанные уже приемы. Клапан 34 может быть запущен с помощью времени, температуры или близости к устройствам, которые переносит колонна 10 и которые взаимодействуют во множестве форм с датчиками и процессором в корпусе 32. Хотя предпочтительный инструмент 14 является кольцевым барьером, другие инструменты могут быть приведены в действие снаружи трубы 10, одновременно избегая наличия отверстий в их стенках. Например, некоторые из этих инструментов могут быть якорями или центраторами. Хотя сжатый газ в качестве источника потенциальной энергии является предпочтительным, другие варианты, такие как использование сплава с памятью формы или материала с двумя устойчивыми состояниями или механической пружины, такой как цилиндрическая пружина или пакета тарельчатых пружин, чтобы запустить поршень 38, являются другими вариантами.
Вышеприведенное описание является иллюстративным описанием предпочтительного варианта осуществления изобретения, при этом специалистами в данной области техники может быть выполнено много модификаций, не выходя за рамки изобретения, объем которого определяют исходя из дословного и эквивалентного объема приведенной ниже формулы изобретения.
1. Посадочный инструмент, установленный снаружи по отношению к подземной трубе для избирательной посадки связанного с ним инструмента, содержащий:
трубу, ограниченную стенкой без отверстий, противоположные концы которой выполнены с возможностью соединения с трубчатой колонной, и образующую неотъемлемую напорную часть колонны, становясь ее каналом;
корпус, установленный на противоположной от указанного канала стороне стенки и содержащий привод, расположенный с внешней стороны на трубчатой колонне и оперативно присоединенный к связанному с ним инструменту для избирательного управления связанным с ним инструментом без наличия текучей среды между указанными каналом и приводом; при этом
привод выполнен с возможностью избирательного устранения физического барьера для осуществления посадки связанного с ним инструмента в ответ на инициирующий сигнал от указанных канала или стенки; при этом
указанная текучая среда находится под давлением в приводе в момент задействования привода.
2. Инструмент по п. 1, в котором указанное устранение физического барьера механическим путем сжимает закупоривающий элемент указанного соответствующего инструмента.
3. Инструмент по п. 1, в котором указанное устранение физического барьера помещает закупоривающий элемент на указанный соответствующий инструмент с давлением текучей среды.
4. Инструмент по п. 1, в котором указанное устранение физического барьера обеспечивает прохождение текучей среды через указанный привод.
5. Инструмент по п. 4, в котором текучая среда, содержащаяся в указанном приводе, начинает прохождение за счет указанного устранения физического барьера.
6. Инструмент по п. 1, в котором указанная текучая среда является сжимаемой.
7. Инструмент по п. 1, в котором указанный корпус содержит по меньшей мере один поршень, образующий камеру.
8. Инструмент по п. 1, в котором указанный физический барьер содержит клапан внутри указанного корпуса.
9. Инструмент по п. 8, в котором указанный клапан приводится в действие при помощи акустического сигнала, вибросигнала, изменения магнитного поля или упругой деформации указанной стенки трубы, примыкающей к клапану.
10. Инструмент по п. 8, в котором указанный корпус содержит по меньшей мере один поршень, а указанный клапан расположен на противоположной от источника потенциальной энергии давления стороне указанного поршня.
11. Инструмент по п. 10, в котором указанный поршень является свободно перемещающимся.
12. Инструмент по п. 11, в котором указанный клапан расположен в камере между указанным свободно перемещающимся поршнем и вторым поршнем, при этом перемещение указанного второго поршня приводит в действие инструмент.
13. Инструмент по п. 12, в котором указанная камера, непосредственно примыкающая к месту расположения указанного клапана, содержит несжимаемую текучую среду.
14. Инструмент по п. 13, в котором указанная текучая среда содержит масло или любую жидкость, совместимую с работой клапана.
15. Инструмент по п. 10, в котором указанный источник потенциальной энергии давления содержит по меньшей мере одну или более групп компонентов, состоящих из механической пружины, химической реакции, пакета тарельчатых пружин, материала с памятью формы, текучей среды под давлением и материала с двумя устойчивыми состояниями.
16. Инструмент по п. 15, в котором указанный клапан приводится в действие при помощи по меньшей мере одной или более групп компонентов, состоящих из вибрационного или акустического сигнала, применения энергетического поля вблизи указанного клапана и упругой деформации стенки трубы, проходящей через указанный корпус.
17. Инструмент по п. 16, в котором указанный клапан выборочно приводится в действие для открытия.
18. Инструмент по п. 16, в котором указанное поле приложено с помощью дротика, проходящего через примыкающую к указанному клапану трубу.
19. Инструмент по п. 16, в котором указанный корпус вентилируется через обратный клапан, расположенный на противоположной от источника потенциальной энергии давления стороне указанного поршня.
20. Инструмент по п. 12, в котором указанный второй поршень соединен с соответствующим инструментом при помощи по меньшей мере одного штропа.
21. Инструмент по п. 20, в котором указанный штроп выполнен с возможностью смещения инструмента на наклонной площадке, установленной на трубе.
22. Инструмент по п. 21, в котором инструмент содержит уплотнение; при этом перемещение указанного штропа продолжает указанное уплотнение на наклонной площадке для закупорки кольцевого зазора вокруг указанного корпуса.
23. Инструмент по п. 22, в котором указанное уплотнение является металлическим.
24. Инструмент по п. 9, в котором указанное поле прилагается при помощи спускаемого в скважину на тросе инструмента, опускаемого в указанный канал трубы.
25. Способ установки подземного инструмента при помощи посадочного инструмента, в котором:
устанавливают подземный инструмент и посадочный инструмент с внешней стороны трубы, ограниченной стенкой без отверстий, которая образует канал;
соединяют соединительные концы на указанной трубе с трубной колонной, в результате чего указанная труба образует напорную часть колонны;
загружают камеру текучей средой под давлением для образования потенциальной энергии в посадочном инструменте до транспортировки в местоположение под землей;
транспортируют указанную трубу в требуемое место под землей;
управляют указанным посадочным инструментом при помощи сигнала из указанного канала или стенки, подаваемого на привод, при этом указанная труба находится в неподвижном состоянии, а указанный сигнал устраняет барьер в приводе для осуществления управления упомянутым посадочным инструментом для посадки подземного инструмента.
26. Способ по п. 25, в котором приведение в действие указанного посадочного инструмента при помощи текучей среды, которая приводится в движение в результате устранения барьера.
27. Способ по п. 26, в котором в качестве устраняемого барьера используют клапан с выборочным открытием.
28. Способ по п. 27, в котором перемещение по меньшей мере одного поршня осуществляют за счет открытия указанного клапана.
29. Способ по п. 28, в котором по меньшей мере один из поршней является приводным, чье перемещение приводит в действие подземный инструмент.
30. Способ по п. 29, в котором сохраняют давление текучей среды на противоположной от указанного клапана стороне свободно перемещающегося поршня.
31. Способ по п. 30, в котором обеспечивают наличие камеры с переменным объемом между указанным свободно перемещающимся поршнем и указанным клапаном, который сдерживает сжимаемую текучую среду.
32. Способ по п. 30, в котором:
обеспечивают наличие приводной камеры с переменным объемом, содержащей текучую среду, образованной приводным поршнем и указанным клапаном;
осуществляют перемещение указанного приводного поршня для посадки подземного инструмента.
33. Способ по п. 32, в котором в качестве усилия для перемещения указанного приводного поршня используют по меньшей мере одну или более групп компонентов, состоящих из механической пружины, пакета тарельчатых пружин, материала с памятью формы, текучей среды под давлением и материала с двумя устойчивыми состояниями.
34. Способ по п. 25, в котором в качестве упомянутого сигнала используют по меньшей мере одну или более групп компонентов, состоящих из вибрационного или акустического сигнала, применения энергетического поля вблизи указанного клапана и упругой деформации стенки трубы.
35. Способ по п. 32, в котором указанный приводной поршень соединяют со штропом для присоединения к подземному инструменту через герметичную камеру.
36. Способ по п. 35, в котором осуществляют вентилирование указанной герметичной камеры, поскольку упомянутый приводной поршень перемещается через обратный клапан.
