Счетное устройство для селективного захвата пробок

Изобретение относится к области бурения и заканчивания скважин. Компоновка со счетчиком для селективного захвата пробок включает в себя управляемый компонент. Счетный компонент устанавливается с управляемым компонентом, вначале располагается в первом положении относительно управляемого компонента и перемещается относительно управляемого компонента. Блокирующий элемент применяется в дорожке, образованной между управляемым компонентом и счетным компонентом. Блокирующий элемент функционально выполнен для обеспечения относительного перемещения между управляемым компонентом и блокирующим элементом только в первом направлении и между счетным компонентом и блокирующим элементом только во втором направлении. По меньшей мере одной итерацией перемещения счетного компонента во второе положение относительно управляемого компонента и обратно в первое положение блокирующий элемент продвигается определенными шагами вдоль дорожки. Управляемый компонент неподвижно скрепляется со счетным компонентом блокирующим элементом, когда блокирующий элемент доходит до конца дорожки. Технический результат заключается в повышении эффективности счетного устройства для селективного захвата пробок. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последнее время в области бурения и заканчивания скважин возник интерес к использованию закупоривающих изделий одного размера, например шаров, дротиков и т.д., для приведения в действие нескольких инструментов. Например, несколько муфт можно сдвигать шаром одного диаметра для открытия окон при гидроразрыве пласта, как раскрыто в публикации United States Patent Publication No.2009/0308588 (Howell et al), полностью включена здесь в виде ссылки. Такие системы могут включать в себя счетчик для селективного открытия и сужения прохода для пробки, в зависимости от числа прошедших и подсчитанных пробок. Хотя данные известные системы в общем являются адекватными для своих целей, отрасль всегда готова принять усовершенствования и альтернативы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компоновка со счетчиком, включающая в себя управляемый компонент, счетный компонент, установленный с управляемым компонентом, вначале расположенный в первом положении относительно управляемого компонента и перемещаемый относительно управляемого компонента, и блокирующий элемент, задействованный в дорожке, образованной между управляемым компонентом и счетным компонентом, причем блокирующий элемент функционально выполнен для обеспечения относительного перемещения между управляемым компонентом и блокирующим элементом только в первом направлении и между счетным компонентом и блокирующим элементом только во втором направлении, причем первое направление отличается от второго направления по меньшей мере одной итерацией перемещения счетного компонента во второе положение относительно управляемого компонента и обратно в первое положение, при этом блокирующий элемент продвигается определенными шагами вдоль дорожки, при этом управляемый компонент неподвижно скрепляется со счетным компонентом блокирующим элементом, когда блокирующий элемент доходит до конца дорожки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Следующие описания не следует считать ограничивающими. На прилагаемых чертежах, одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 1 показано продольное сечение по вырезанной четверти проходной управляющей компоновки в начальном положении.

На фиг. 2-6 показаны различные положения счетчика при подсчете им числа пробок, проходящих через компоновку фиг. 1.

На фиг. 7 показано сечение по вырезанной четверти компоновки фиг. 1 в положении после приведения в действие.

На фиг. 8 показано продольное сечение по вырезанной четверти компоновки захвата пробки.

На фиг. 9 схематично показaно множество групп компоновок, расположенных в трубной колонне, причем каждая компоновка включает в себя по меньшей мере одну проходную компоновку и одну захватывающую пробку компоновку.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подробное описание вариантов осуществления устройства и способа представлены в данном документе в виде примера и без ограничений описанием и прилагаемыми фигурами.

На фиг. 1 управляющая компоновка 10 показана установленной с трубным изделием 12. Компоновка 10 включает в себя гнездо 14, выполненное с возможностью взаимодействия с пробкой 16 для блокирования потока текучей среды, проходящей через гнездо 14, и обеспечения благодаря росту давления в трубном изделии 12 приведения в действие одного или нескольких инструментов. Пробка 16 может являться любым подходящим закупоривающим приспособлением, таким как шар, дротик и т.д. В показанном варианте осуществления управляемый инструмент имеет форму муфты 18, сдвигающейся для открытия одного или нескольких окон 20 в трубном изделии 12. Предпочтительно, любое число компоновок 10 можно включать в состав на отрезке длины трубного изделия 12 для приведения в действие нескольких инструментов пробкой одного размера, как становится понятно из приведенного ниже описания и прилагаемых фигур.

Гнездо 14 выполнено таким, что при взаимодействии с пробкой 16 подходящее давление текучей среды должно сдвигать гнездо 14 к выемке или пазу 22. При аксиальном совмещении с пазом 22 гнездо 14 лишается радиальной опоры, при этом, деформируется, увеличивается, сдвигается или перемещается в паз 22 в ответ на давление, приложенное к пробке 16. Например, гнездо 14 может иметь форму множества остановов или сегментов зажимного патрона, разрезного кольца, пружинного кольца, упруго деформирующегося кольца и т.д. Для примера, в варианте осуществления фиг. 1 гнездо 14 выполнено в виде остановов в окнах мандрели 24. При подходящем давлении пробка 16 должна продавливаться через гнездо 14 и может продолжать перемещение в гнездо (например, аналогичное гнезду 14) следующей установленной компоновки (например, аналогичной компоновке 10) в трубном изделии 12 для приведения в действие другого инструмента (например, аналогичного муфте 18), рассмотрено более подробно ниже.

Гнездо 14 выполнено с возможностью возврата в свою начальную конфигурацию после прохода пробки 16 через гнездо 14. Например, в показанном варианте осуществления пружина 26 расположена между мандрелью и заплечиком трубного изделия 12 для отвода гнезда 14, при его взаимодействии с мандрелью 24 от паза 22 и обратно в конфигурацию, показанную на фиг. 1. Пружина 26 может иметь форму любого другого отклоняющего элемента для отвода гнезда 14 обратно в его начальное положение (фиг. 1) после сброса в канале пробки 16 давления, действующего на гнездо 14.

Счетчик 28 включается в состав для мониторинга числа раз, которые гнездо 14 вытесняется пробками 16, которое также коррелирует с числом пробок 16, которые проходят через гнездо 14. Счетчик 28 включает в себя счетную муфту 30, которая может скользить относительно муфты 18, но скреплена с мандрелью 24 или образует с ней одну деталь. Блокирующий элемент 32 счетчика 28 расположен между муфтой 30 и муфтой 18.

Как показано более подробно на фиг. 2-6, блокирующий элемент 32 выполнен с профилем храповика на обеих радиальных поверхностях для взаимодействия с муфтами 18 и 30. Конкретно, первое храповое зацепление 34 образуется между блокирующим элементом 32 и муфтой 18. Зацепление 34 обеспечивает относительное перемещение блокирующего элемента 32 относительно муфты 18 в первом аксиальном направлении только, а именно влево для ориентации, показанной на фиг. 2-6. Второе храповое зацепление 36 выполнено противоположно между блокирующим элементом 32 и муфтой 30. Второе храповое зацепление 36 обеспечивает относительное перемещение блокирующего элемента 32 относительно муфты 30 только во втором аксиальном направлении, причем второе направление является противоположным упомянутому выше первому направлению, а именно вправо для ориентации, показанной на фиг. 2-6. Понятно, что другие пары отличающихся направлений также могут работать. Из рассмотрения ниже должно стать понятным, что зацепления 34 и 36, по существу, образуют дорожку 38, вдоль которой блокирующий элемент 32 должен с определенными шагами перемещаться для подсчета числа пробок, которые проходят через компоновку 10. Храповые зацепления 34 и 36 можно выполнять в блокирующем элементе 32 и муфтах 18 и 30 в виде пазов, резьб и т.д. Блокирующий элемент 32 может являться или представлять собой полное кольцо, пружинное кольцо, множество дискретных участков, отнесенных друг от друга в различных поворотных местоположениях и т.д.

Только для рассмотрения можно использовать направления "влево" и "вправо" в описании работы счетчика 28, хотя следует понимать, что данные направления даются только относительно ориентации, показанной на фиг. 2-6, и могут иметь форму любой пары отличающихся направлений в зависимости от ствола скважины, в котором компоновка 10 используется, например горизонтального, вертикального, наклонно-направленного и т.д. Также понятно что для устройства компоновки 10, показанной на всех фигурах, перемещение вправо соответствует перемещению в направлении забоя, а перемещение влево соответствует перемещению к устью скважины.

Как рассмотрено выше, посадка пробки 16 в гнездо 14 и нагнетание давления должны обуславливать сдвиг гнезда 14 и мандрели 24 до совмещения гнезда 14 с пазом 22 и при этом прохода пробки 16. Во время данного процесса муфта 30, которая является неподвижной относительно мандрели 24, также сдвигается, при этом меняя положение счетчика 28 с начального положения, показанного на фиг.1 и 2 на положение, показанное на фиг.3, в котором муфта 30 сдвигается в сторону забоя, т.е. вправо. Вследствие относительного перемещения, обеспеченного в данном направлении между блокирующим элементом 32 и муфтой 30 благодаря зацеплению 36 и относительному перемещению между блокирующим элементом 32 и муфтой 18, предотвращенному благодаря зацеплению 34, перемещение муфты 30 в сторону забоя дает в результате сохранение блокирующего элемента 32 неподвижным относительно муфты 18, при сдвиге в сторону устья, т.е. влево относительно муфты 30.

После прохода пробки 16 через гнездо 14 пружина 26 отводит гнездо 14 обратно в его начальное положение, как описано выше. Отвод с помощью пружины 26 кроме того перемещает муфту 30 обратно к устью скважины в ее начальное положение относительно муфты 18, как показано на фиг. 4. Зацепление 36 обеспечивает муфте 30 "захват" блокирующего элемента 32 и перемещение блокирующего элемента 32 в направлении к устью при перемещении муфты 30 обратно в ее начальное положение. Вследствие относительного перемещения в данном направлении, обеспеченного зацеплением 34, блокирующий элемент 32 перемещается относительно муфты 18. Таким образом, в конце одного цикла или итерации прохода пробки через гнездо 14 обе муфты 18 и 30 находятся в положениях, аналогичных их начальным положениям, а блокирующий элемент 32 перемещается на одну "единицу" вверх по дорожке 38, образованной зацеплениями 34 и 36.

Как можно понять по расстоянию, пройденному блокирующим элементом 32 после одного цикла прохода пробки, дорожка 38 компоновки 10, показанная на фиг. 2-6, выполнена с возможностью обеспечения прохода двух пробок до достижения блокирующим элементом 32 конца дорожки 38. Конечно, механизм 28 можно выполнить с возможностью подсчета проходов любого другого требуемого числа пробок. Муфта 18 становится способной к срабатыванию, когда пробка 16 достигает конца дорожки 38. То есть, описанный выше процесс повторяется с посадкой второй пробки в гнездо 14, нагнетание давления, обуславливающего сдвиг гнезда 14 и при этом муфты 30 в сторону забоя, как показано на фиг. 5. После прохода второй пробки пружина 26 вновь возвращает муфту 30 в ее начальное положение, при этом муфта 30 захватывает блокирующий элемент 32 и перемещает блокирующий элемент 32 на другую "единицу" вдоль дорожки 38, как показано на фиг. 6. В конце дорожки 38, как показано на фиг. 6, относительное перемещение между блокирующим элементом 32 и муфтами 18 и 30 становится невозможным в обоих аксиальных направлениях. Иначе говоря, блокирующий элемент 32 становится неподвижно скрепленным с обеими муфтами 18 и 30, при этом муфты 18 и 30 также неподвижно блокируются вместе блокирующим элементом 32 в обоих аксиальных направлениях. После указанного посадка третьей пробки в гнездо 14 и нагнетание давления в трубном изделии 12 должно отводить каждое из следующего: гнездо 14, мандрель 24, муфту 30, блокирующий элемент 32 и муфту 18 в направлении к забою скважины.

Муфта 18 может удерживаться в своем начальном положении высвобождающим элементом 40, имеющим форму срезного винта в показанном варианте осуществления, но элемент может альтернативно являться зажимным патроном, срезным кольцом, пружиной или отклоняющимся элементом и т.д. Когда давление в трубном изделии 12 превышает порог для высвобождающего элемента 40, элемент 40 должен высвобождаться, обеспечивая приведение в действие муфты 18, например, для открытия одного или нескольких окон 20 или выполнения другой операции. Положение муфты 18 компоновки 10 после срабатывания показано на фиг. 7. В показанном варианте осуществления блокирующий элемент 42 снабжен трубным изделием 12 для взаимодействия в выемке или пазу 44 муфты 18, когда перемещение муфты 18 совмещает блокирующий элемент 42 и паз 44. Например, блокирующий элемент 42 может являться преднапряженным пружинным кольцом или т.п., которое заскакивает частично в паз 44 для создания взаимодействия между трубным изделием 12 и муфтой 18 для скрепления вместе данных компонентов. При этом окна 20 остаются открытыми и после сброса давления.

На фиг. 7 ясно показано, что компоновка 10 выполнена как проходная компоновка. То есть, после перемещения муфты 18 гнездо 24 совмещается с пазом 22 для обеспечения продолжения прохода любого числа пробок через компоновку 10. В качестве альтернативы на фиг. 8 показана компоновка 50. Большинство компонентов компоновки 50 являются аналогичными компонентам компоновки 10 и имеют соответствующие номера позиций. Основным отличием компоновок 10 и 50 является то, что муфта 18 заменена муфтой 52 с удлинителем 54. Паз 22 становится блокированным удлинителем 54, когда муфта 52 приводится в действие согласно приведенному выше описанию для муфты 18, при этом обеспечивая в компоновке 50 "захват" и удержание пробки после срабатывания. Таким образом, компоновки 50 можно использовать, например, для обеспечения разобщения соседних продуктивных зон или т.п. Для обеспечения добычи углеводородов или т.п. пробки 16, которые захватываются и удерживаются, можно удалять механически, например фрезерованием. Альтернативно, пробки можно выполнять из материала, растворяющегося, корродирующего, расходуемого, разрушающегося и т.д. под воздействием имеющейся в скважине или подаваемой в скважину текучей среды, такие как пробки, серийно производимые и поставляемые Baker Hughes, Inc. под торговой маркой IN-TALLIC®.

Понятно, что дорожку 38 можно выполнять альтернативно. Например, дорожка может проходить по окружности между двумя муфтами или другими компонентами (например, счетная муфта/компонент и муфта/компонент инструмента) с двумя отличающимися направлениями вращения, но не аксиального перемещения. Например, выемки 22 можно модифицировать так, что они, проходя по окружности, сужаются радиально наружу, так что результатом действия аксиального давления на гнездо является угловое и радиальное смещение остановов вдоль сужений и в выемки для обеспечения сквозного прохода пробки. При упоре счетной муфты в остановы угловое смещение остановов в выемки должно обуславливать вращение счетной муфты, с возвратом пружиной или отклоняющим элементом счетной муфты поворотом в ее начальное положение. В таком варианте осуществления повторяющиеся повороты вперед и назад счетной муфты относительно другого компонента могут являться аналогичными описанным выше, с определенными шагами перемещения блокирующего элемента вдоль данной модифицированной направленной по окружности дорожке до достижения блокирующим элементом конца дорожки, в указанной точке два компонента должны скрепляться для совместного вращения и для приведения во вращение инструмента.

Следует понимать, что муфты 10 и 50 можно выполнить в любой комбинации. Также понятно, что некоторые компоновки могут требовать удлиненных или укороченных измененных дорожек 38 в зависимости от числа пробок, которым требуется сквозной проход. Для иллюстрации использования вместе нескольких муфт 10 и 50 компоновок, схематично представлен пример на фиг. 9. Конкретно, на фиг. 9 показана система, в которой трубная колонна 12 включает в себя множество групп 56a, 56b и 56c, каждую выполненную из одной (или нескольких) проходной компоновки 10 (обозначены как компоновки 10a, 10b и 10c соответственно) и одной захватывающей компоновки 50 (обозначены как компоновки 50a, 50b и 50c, соответственно). Группы 56a, 56b и 56c могут соответствовать различным продуктивным зонам, например, с обеспечением разобщения компоновок 50a, 50b и 50c для целей гидроразрыва пласта. Хотя только одна показана в каждой группе, любое число проходных компоновок 10 можно включать в любую группу, при этом проходные компоновки 10 требуют только одной захватывающей компоновки 50 снизу группы для обеспечения изоляции.

В примере фиг.9 первая пробка 16c унифицированного размера подается насосом вниз для прохода через каждую из компоновок 10a, 50a, 10b, 50b и 10c перед захватом компоновкой 50c, вторая пробка 16b подается насосом вниз для прохода через каждую из компоновок 10a, 50a и 10b перед захватом компоновкой 50b и третья пробка унифицированного размера подается насосом вниз для прохода через компоновку 10a перед захватом компоновкой 50a. Компоновки 10a и 50a могут настраиваться для приведения в действие пробкой 16a, компоновки 10b и 50b для приведения в действие пробкой 16b и компоновки 10c и 50c для приведения в действие пробкой 16c. То есть, предположив, что имеется n групп компоновок, расположенных в сторону забоя от компоновки 50c, которые требуют аналогичного приведения в действие, счетчик компоновки 50c можно установить на приведение в действие при n+1 сброшенных пробок (т.е., на подсчет и пропуск n пробок перед блокированием и приведением в действие следующей пробкой), компоновку 50b установить на приведение в действие при n+2 сброшенных пробок и компоновку 50a установить на приведение в действие при n+3 сброшенных пробок и т.д.

Хотя изобретение описано как пример варианта осуществления или вариантов осуществления, специалисту в данной области техники понятно, что можно выполнять различные изменения и заменять элементы эквивалентами без отхода от объема изобретения. Кроме того, можно выполнять многочисленные модификации для приспособления идей изобретения к конкретной ситуации или материалу без отхода от его объема, по существу. Поэтому изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, раскрытым как наиболее предпочтительный, изобретение должно включать в себя все варианты осуществления, соответствующие объему формулы изобретения. Также в чертежах и описании раскрыты являющиеся примерами варианты осуществления изобретения и использованы конкретные термины, которые, если иное специально не указано, имеют общий и описательный смысл и не являются ограничивающими объем изобретения. Кроме того, используемые термины первый, второй и т.д. не указывают порядок или важность, но термины первый, второй и т.д. помогают отличать один элемент от другого. Кроме того, использование неопределенных артиклей и т.д. не ограничивает количества, указывая присутствие по меньшей мере одной позиции.

1. Компоновка со счетчиком для селективного захвата пробок, содержащая:

управляемый компонент;

счетный компонент, установленный с управляемым компонентом, вначале расположенный в первом положении относительно управляемого компонента и перемещаемый относительно управляемого компонента; и

блокирующий элемент, задействованный в дорожке, образованной между управляемым компонентом и счетным компонентом, причем блокирующий элемент функционально выполнен с возможностью обеспечения относительного перемещения между управляемым компонентом и блокирующим элементом только в первом направлении и между счетным компонентом и блокирующим элементом только во втором направлении, причем первое направление отличается от второго направления по меньшей мере одной итерацией перемещения счетного компонента во второе положение относительно управляемого компонента и обратно в первое положение, при этом блокирующий элемент выполнен с возможностью перемещения определенными шагами вдоль дорожки, при этом управляемый компонент неподвижно скрепляется со счетным компонентом блокирующим элементом, когда блокирующий элемент доходит до конца дорожки.

2. Компоновка по п.1, дополнительно включающая в себя гнездо, соединенное со счетным компонентом, причем гнездо функционально выполнено принимающим пробку для создания препятствия потоку текучей среды, проходящему через гнездо.

3. Компоновка по п.2, в которой гнездо функционально выполнено с возможностью перемещения счетного компонента из первого положения во второе положение в ответ на действие давления текучей среды, когда пробка расположена в гнезде.

4. Компоновка по п.3, в которой отклоняющий элемент соединен со счетным компонентом для возврата счетного компонента в первое положение.

5. Компоновка по п.3, в которой гнездо выполнено с возможностью прохода по меньшей мере одной из пробок.

6. Компоновка по п.5, в которой перемещение счетчика из первого положения во второе положение также совмещает гнездо с выемкой или пазом для обеспечения радиального расширения гнезда и прохода через него пробки.

7. Компоновка по п.5, в которой имеется несколько пробок, причем каждая из пробок имеет одинаковый размер.

8. Компоновка по п.5, в которой прием и проход по меньшей мере одной из пробок соответствует по меньшей мере одной итерации перемещения счетного компонента.

9. Компоновка по п.5, в которой блокирующий элемент проходит одну единицу вдоль дорожки для каждой по меньшей мере из одной итерации и число единиц равно числу пробок, которые проходят через гнездо.

10. Компоновка по п.5, в которой блокирующий элемент достигает конца дорожки после прохода заданного числа пробок.

11. Компоновка по п.10, в которой результатом приема дополнительной пробки в гнездо после прохода заданного числа пробок является приведение в действие управляемого компонента вследствие неподвижного скрепления управляемого компонента со счетным компонентом блокирующим элементом.

12. Компоновка по п.11, в которой гнездо функционально выполнено с возможностью прохода дополнительной пробки после приведения в действие управляемой компоновки.

13. Компоновка по п.11, в которой гнездо функционально выполнено с возможностью удержания дополнительной пробки после приведения в действие управляемой компоновки.

14. Компоновка по п.13, в которой управляемый элемент соединен с удлинителем и перемещение управляемого элемента обеспечивает радиальную поддержку гнезда удлинителем и предотвращает сквозной проход дополнительной пробки.

15. Система для приведения в действие управляемой компоновки, содержащая по меньшей мере одну группу компоновок, каждую по п.11, установленных в трубной колонне.

16. Система по п.15, в которой по меньшей мере одна компоновка в каждой по меньшей мере одной из групп функционально выполнена с возможностью прохода дополнительной пробки после приведения в действие управляемой компоновки и одна компоновка в каждой группе выполнена с возможностью удержания дополнительной пробки после приведения в действие управляемой компоновки.

17. Компоновка по п.1, в которой управляемый компонент и счетный компонент содержат муфты.

18. Компоновка по п.1, в которой гнездо содержит один или несколько остановов.

19. Компоновка по п.1, в которой блокирующий элемент содержит по меньшей мере часть кольца.

20. Компоновка по п.1, в которой относительное перемещение в первом и втором направлениях обеспечивается комплементарно выполненными храповиками на противоположных сторонах блокирующего элемента и на управляемом компоненте и счетном компоненте соответственно.

21. Компоновка по п.1, дополнительно содержащая высвобождающий элемент для удержания вначале управляемого компонента в нерабочем положении.

22. Компоновка по п.1, дополнительно содержащая блокирующий элемент, функционально предназначенный для взаимодействия с управляемым компонентом, когда управляемый компонент перемещается в рабочее положение, и удержания управляемого компонента в рабочем положении.

23. Компоновка по п.1, в которой приведение в действие управляемого компонента обеспечивает открытие одного или нескольких окон.