Система высокого давления для многократного гидравлического разрыва пласта с системой подсчета

Изобретение относится к системе высокого давления для многократного гидравлического разрыва пласта и системе гидравлического клапана трубного монтажа (ГКТМ) для соединения с эксплуатационной колонной для обеспечения возможности изоляции перспективного пласта внутри скважины. В частности, эта система обеспечивает возможность доступа к подземному пласту для гидравлического разрыва перспективного пласта и добычи углеводородного сырья. Система в целом содержит систему подсчета пробок, систему захвата пробки и клапанную систему, при этом сбрасывание группы пробок вниз по эксплуатационной колонне позволяет последовательно захватывать отдельные пробки внутри отдельных ГКТМ для последовательных операций гидравлического разрыва пласта. Технический результат заключается в повышении эффективности клапана. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к системе высокого давления для многократного гидравлического разрыва пласта и системе гидравлического клапана трубного монтажа (ГКТМ) для соединения с эксплуатационной колонной для обеспечения возможности изоляции перспективного пласта внутри скважины. В частности, эта система обеспечивает возможность доступа к подземному пласту для гидравлического разрыва перспективного пласта и добычи углеводородного сырья. Система в целом содержит систему подсчета пробок, систему захвата пробки и клапанную систему, при этом сбрасывание группы пробок вниз по эксплуатационной колонне позволяет последовательно захватывать отдельные пробки внутри отдельных ГКТМ для последовательных операций гидравлического разрыва пласта.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В нефтегазодобывающей промышленности во время операций по заканчиванию скважины часто нужно выполнять различные операции в разных зонах внутри скважины с целью повышения добычи из скважины. То есть в пределах конкретной скважины может быть множество зон экономического интереса, к которым после бурения и/или обсаживания оператор может получать доступ непосредственно через скважину и/или выполнить перфорацию обсадной колонны с целью проведения операций по гидравлическому разрыву пласта, чтобы вызвать приток углеводородов из пласта в скважину для добычи.

[0003] В прошлом существовал ряд технологий, которые операторы применяли в обсаженных скважинах для изоляции одного или более перспективных пластов для получения доступа к пласту, а также для проведения операций по гидравлическому разрыву пласта. В самом простом случае в обсаженной скважине возможно придется просто выполнить перфорацию в нужном месте для обеспечения потока углеводородов в скважину. В этом случае в обсадной колонне скважины (и любом прилегающем цементе) может быть выполнено отверстие в требуемом месте, чтобы внутреннее пространство обсадной колонны скважины открылось в пласт и углеводороды могли перемещаться из пласта во внутреннее пространство скважины.

[0004] Хотя в прошлом и применяли эту базовую технологию, в целом было установлено, что выполнение перфорации стальной обсадной колонны/цемента в требуемой зоне является более сложным и более подвержено осложнениям, чем размещение специальных участков обсадной колонны рядом с перспективным пластом с последующим открытием этого участка, после того как скважина была обсажена. В целом, если специальный участок обсадной колонны расположен смежно с перспективным пластом, то, чтобы эффективно открыть одно или более окон в участке обсадной колонны без необходимости физического сквозного прорезания стальной обсадной колонны, могут быть применены различные технологии.

[0005] В других случаях, в частности, если необходимо выполнить гидравлический разрыв одной или более зон пласта, были разработаны системы и технологии для изоляции определенных участков скважины с целью как обеспечения возможности выборочного открытия специальных окон в обсадной колонне, так и проведения операций по гидравлическому разрыву пласта в пределах одной зоны.

[0006] Одна подобная технология заключается во встраивании пакерных элементов и разных специальных деталей оборудования в одну или более колонн насосно-компрессорных труб, спуске колонн(ы) насосно-компрессорных труб в скважину и проведении различных гидравлических операций для осуществления открытия окон в колоннах насосно-компрессорных труб.

[0007] Важным является то, что, хотя эти технологии и являются эффективными, существует необходимость в системах и способах, которые уменьшают степень сложности подобных систем. То есть любая операция с участием скважинного оборудования является дорогостоящей с точки зрения капитальных/амортизационных затрат и времени, необходимых для осуществления таких операций. Таким образом, поскольку сложность оборудования и/или затраты времени/трудовые ресурсы, необходимые для проведения таких операций, могут быть уменьшены, такие системы могут обеспечивать значительные экономические преимущества для оператора.

[0008] В прошлом, такие технологии изоляции участков скважины включали системы, которые применяют шары внутри колонны насосно-компрессорных труб для обеспечения возможности изоляции последовательных областей колонны насосно-компрессорных труб. В этих системах шар сбрасывается/движется под действием давления, создаваемого насосом, вниз по колонне насосно-компрессорных труб, где он может входить в зацепление со специальными посадочными местами внутри колонны и тем самым герметически изолировать нижний участок скважины от верхнего участка скважины. В прошлом, с целью гарантирования того, что нижний участок будет уплотнен до верхнего участка, группа шаров различного диаметра сбрасывалась в трубу, начиная с шара с наименьшим диаметром и двигаясь вверх по стволу скважины с большими шарами. Как правило, каждый шар может отличаться по диаметру на 1/8 дюйма (3,2 мм) и будет входить в зацепление с внутрискважинным посадочным местом, имеющим такой размер, чтобы входить в зацепление только с шаром определенного диаметра. Хотя эта система и является эффективной, на практике она ограничена диапазоном диаметров шаров. То есть для обеспечения изоляции 16 перспективных пластов наименьший шар должен быть на 2 дюйма (5,08 см) меньше в диаметре по сравнению с наибольшим шаром. В результате, существуют практические ограничения в количестве зон, которые могут быть встроены в колонну насосно-компрессорных труб, что, таким образом, ограничивает количество зон, которые могут быть подвергнуты гидравлическому разрыву. Так как в современной скважине может потребоваться провести приблизительно до 40 операций по гидравлическому разрыву пласта, и возможно более 40 гидравлических разрывов пласта, то известные на сегодняшний день системы сброса и захвата шара не могут быть применены в таких скважинах.

[0009] Таким образом, существует необходимость в системе, которая не ограничена размером сбрасываемых шаров и которая может обеспечить размещения значительно большего количества окон для гидравлического разрыва в колонне насосно-компрессорных труб.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] В соответствии с данным изобретением предлагается система гидравлического клапана трубного монтажа (ГКТМ) для соединения с эксплуатационной колонной для обеспечения возможности изоляции перспективного пласта внутри скважины, для обеспечения доступа к подземному пласту для гидравлического разрыва перспективного пласта и добычи углеводородного сырья, при этом ГКТМ имеет внутреннее проходное отверстие, обеспечивающее пробке возможность прохождения через ГКТМ, причем ГКТМ содержит: систему подсчета пробок, имеющую конец, располагаемый выше по стволу скважины, для соединения с эксплуатационной колонной и систему взаимодействия с пробкой, проходящей через внутреннее проходное отверстие, причем система взаимодействия с пробкой предназначена для подсчета следующих одна за другой пробок, проходящих через систему подсчета пробок, и для запуска первого гидравлического события по достижении предварительно заданного количества пробок, проходящих через внутреннее проходное отверстие; систему захвата пробки, функционально соединенную с системой подсчета пробок, при этом система подсчета пробок в ответ на первое гидравлическое событие вызывает захват пробки внутри ГКТМ при запуске первого гидравлического события; клапанную систему, функционально соединенную с системой подсчета пробок и системой захвата пробки, при этом клапанная система, содержащая клапан, в ответ на захват пробки открывает этот клапан для обеспечения возможности потока жидкости через внутреннее проходное отверстие наружу ГКТМ.

[0011] В одном варианте реализации изобретения система взаимодействия с пробкой содержит по меньшей мере один штырь, соединенный с зубчатым храповиком, и плунжер поршня, при этом взаимодействие пробки, проходящей через внутреннее проходное отверстие, по меньшей мере с одним штырем продвигает зубчатый храповик на расстояние, соответствующее одному зубу.

[0012] В другом варианте реализации изобретения зубчатому храповику может быть предварительно задана возможность перемещения на множество расстояний, соответствующих одному зубу, перед запуском первого гидравлического события, соответствующего общему количеству пробок, проходящих через внутреннее проходное отверстие.

[0013] В одном варианте реализации изобретения, когда зубчатый храповик прошел предварительно заданное расстояние, система подсчета пробок обеспечивает гидравлической жидкости возможность прохождения из внутреннего проходного отверстия для оказания давления на плунжер поршня и обеспечения перемещения плунжера поршня в направлении вниз по стволу скважины.

[0014] В другом варианте реализации изобретения система дополнительно содержит первый гидравлический канал между системой подсчета пробок и системой захвата пробки, и при этом перемещение плунжера поршня в направлении вниз по стволу скважины открывает первый гидравлический канал, позволяющий гидравлической жидкости протекать к поршню захвата пробки внутри системы захвата пробки, и при этом поршень захвата пробки реагирует на поток гидравлической жидкости через первый гидравлический канал так, что это вызывает перемещение поршня захвата пробки в направлении вниз по стволу скважины.

[0015] В одном варианте реализации изобретения перемещение поршня захвата пробки в направлении вниз по стволу скважины сужает часть внутреннего проходного отверстия внутри системы захвата пробки для предотвращения прохождения пробки через систему захвата пробки.

[0016] В другом варианте реализации изобретения система дополнительно содержит замок захвата пробки, функционально соединенный с системой захвата пробки, при этом замок захвата пробки выполнен с возможностью взаимодействия с поршнем захвата пробки для предотвращения полного перемещения поршня захвата пробки в направлении вверх по стволу скважины.

[0017] В одном варианте реализации изобретения система может также содержать клапанный поршень, причем, когда система захвата пробки удерживает пробку, на клапанный поршень воздействует находящаяся внутри внутреннего проходного отверстия гидравлическая жидкость, вызывающая перемещение клапанной системы в направлении вниз по стволу скважины для открытия клапана.

[0018] В другом варианте реализации изобретения система подсчета пробок содержит процессор и систему электропитания, функционально соединенные с системой взаимодействия с пробкой и с электромагнитным клапаном или электромотором для регулирования потока гидравлической жидкости через гидравлический канал, при этом пробка, проходящая через внутреннее проходное отверстие, учитывается процессором, и, после подсчета предварительно заданного количества пробок, процессор открывает электромагнитный клапан, тем самым запуская первое гидравлическое событие.

[0019] В другом варианте реализации изобретения система взаимодействия с пробкой содержит по меньшей мере один подвижный штырь, функционально соединенный с электрической цепью, при этом взаимодействие пробки по меньшей мере с одним штырем при прохождении пробки через внутреннее проходное отверстие перемещает штырь и замыкает или размыкает электрическую цепь и отправляет сигнал о том, что пробка прошла, на процессор. Система взаимодействия с пробкой может содержать два подвижных штыря, расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении во внутреннем проходном отверстии, при этом каждый штырь находится в функциональном взаимодействии с электрической цепью, причем указанные два штыря обеспечивают процессору возможность определять направление, в котором пробка прошла во внутреннем проходном отверстии. Два штыря могут быть расположены на расстоянии друг от друга для обеспечения пробке возможности выхода из взаимодействия с одним из штырей до входа во взаимодействие со вторым штырем. Два штыря могут не совпадать по фазе друг с другом вдоль внутреннего проходного отверстия.

[0020] В дополнительном варианте реализации изобретения время между тем, как процессор определит, что предварительно заданное количество пробок было подсчитано, и запуском первого гидравлического события программируется.

[0021] В другом варианте реализации изобретения изобретение предусматривает систему трубного гидравлического клапана для соединения с колонной насосно-компрессорных труб для изоляции перспективного пласта внутри скважины, для обеспечения доступа к подземному пласту для гидравлического разрыва перспективного пласта и добычи углеводородного сырья, причем система гидравлического трубного монтажа клапана содержит: наружную муфту, имеющую соединители, располагаемые выше и ниже по стволу скважины, для прикрепления системы гидравлического клапана трубного монтажа к колонне насосно-компрессорных труб, причем наружная муфта содержит: систему подсчета пробок внутри наружной муфты, причем система подсчета пробок имеет: по меньшей мере одну поверхность взаимодействия с пробкой для обнаружения перемещения пробки мимо системы подсчета пробок; гидравлическую систему запуска, выполненную с возможностью запуска системы улавливания пробки, в случае, когда предварительно заданное количество пробок прошло мимо системы подсчета пробок; при этом система улавливания пробки функционально соединена с системой подсчета пробок и выполнена с возможностью реагирования, на то, когда гидравлическая система запуска приводит в действие удерживающую пробку поверхность и тем самым удерживает пробку внутри системы улавливания пробки и герметично отделяет расположенный ниже по стволу скважины участок колонны насосно-компрессорных труб от расположенного выше по стволу скважины участка колонны насосно-компрессорных труб в месте расположения пробки; и клапанную систему, функционально соединенную с системой улавливания пробки, при этом клапанная система содержит клапан, функционально соединенный по меньшей мере с одним отверстием в наружной муфте, причем клапанная система выполнена с возможностью реагирования на давление гидравлической жидкости для открытия указанного клапана, когда пробка удерживается в системе улавливания пробки.

[0022] В другом аспекте изобретение предусматривает способ приведения в действие гидравлического клапана в эксплуатационной колонне, содержащей множество гидравлических клапанов трубного монтажа (ГКТМ) по пункту 1 формулы изобретения и соответствующих пакерных элементов, встроенных в нее, включающий этапы: a) повышения давления в эксплуатационной колонне до первого давления для установки пакерных элементов внутри скважины; b) повышения давления внутри эксплуатационной колонны до уровня второго давления, достаточного для осуществления разрушения первого срезного штифта внутри ГКТМ; c) сброса пробки в эксплуатационную колонну, при том, что пробка предназначена для последовательного взаимодействия с системами подсчета пробок внутри каждого ГКТМ, причем, когда взаимодействие пробки с ГКТМ запускает первое гидравлическое событие, первый срезной штифт разрушается для осуществления захвата пробки внутри ТГК и открытия клапана; и d) повышения давления внутри эксплуатационной колонны до уровня третьего давления для осуществления гидравлического разрыва скважины.

[0023] В одном варианте реализации изобретения каждый из этапов b) - d) повторяется для каждого ГКТМ внутри эксплуатационной колонны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0024] Данное изобретение описывается со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:

Фигура 1 иллюстрирует схематическое представление развернутой обсадной колонны или эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб, содержащей множество устройств для многократного гидравлического разрыва пласта в соответствии с данным изобретением вместе с соответствующими пакерными элементами.

Фигура 2 иллюстрирует схематическое представление устройства для многократного гидравлического разрыва пласта (УМГР), отображающее общее положение системы подсчета, клапанной системы и системы улавливания шара в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.

Фигуры 3A-3D иллюстрируют последовательность видов в поперечном разрезе УМГР в соответствии с одним вариантом реализации изобретения, иллюстрирующих шар в положении выше по стволу скважины. Верхняя и нижняя последовательности фигур иллюстрируют поперечные разрезы УМГР, повернутые на 90° относительно друг друга.

Фигуры 4A-4E иллюстрируют последовательность видов в поперечном разрезе УМГР в соответствии с одним вариантом реализации изобретения, иллюстрирующих шар в захваченном положении. Верхняя и нижняя последовательности фигур иллюстрируют поперечные разрезы УМГР, повернутые на 90° относительно друг друга.

Фигура 5 иллюстрирует изображения поперечного разреза УМГР, иллюстрирующие клапанную муфту в открытом положении.

Фигура 6 иллюстрирует схематическое представление электронной системы подсчета шаров в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.

Фигуры 7A-7E иллюстрируют виды в поперечном разрезе располагаемой выше по стволу скважины части УМГР, содержащего электронную систему подсчета, на которых проиллюстрирована последовательность передвижения шара через УМГР в соответствии с одним вариантом реализации изобретения. На фигуре 7A проиллюстрирован шар вскоре после его входа в УМГР. На фигуре 7B проиллюстрирован шар, нажимающий на первый штырь электронной системы подсчета. На фигуре 7C проиллюстрирован шар после того, как он прошел первый штырь, но до того, как он нажал на второй штырь. На фигуре 7D проиллюстрирован шар, нажимающий на второй штырь. На фигуре 7E проиллюстрирован шар после того, как он прошел второй штырь.

Фигура 8A иллюстрирует вид в поперечном разрезе располагаемой выше по стволу скважины части УМГР, содержащего электронную систему подсчета, на котором проиллюстрирована двухштыревая система в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.

Фигура 8B иллюстрирует продолжение УМГР, проиллюстрированного на фигуре 8A, на котором проиллюстрирован вид в поперечном разрезе средней части УМГР, содержащего электронную систему подсчета, иллюстрирующий электромагнитную клапанную систему в соответствии с одним вариантом реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] Со ссылкой на фигуры описано устройство для многократного гидравлического разрыва пласта (УМГР) или гидравлический клапан трубного монтажа (ГКТМ) 10 и способы эксплуатации УМГР или ГКТМ.

[0026] Для целей приведенного в данном документе описания УМГР или ГКТМ 10 содержит множество подсистем, которые могут быть предусмотрены в обсадной колонне или эксплуатационной колонне 20 насосно-компрессорных труб вместе с подходящими пакерными элементами 10a для обеспечения возможности изоляции определенных зон в пределах пласта 8a, как проиллюстрировано на Фиг. 1. В контексте данного описания обсадная колонна или эксплуатационная колонна являются синонимами и далее именуются эксплуатационной колонной. Сочетание УМГР 10 и пакерных элементов 10a на эксплуатационной колонне 20 насосно-компрессорных труб позволяет в пределах пласта 8a в скважине 8 проводить операции по гидравлическому разрыву пласта.

[0027] Следует также отметить то, что указанная система может применяться без пакерных элементов в случаях, например, когда эксплуатационная колонна зацементирована на месте. Несмотря на то, что следующее описание предполагает применение пакерных элементов 10a, это не должно рассматриваться как ограничение.

[0028] Как более подробно рассмотрено далее, УМГР в общем содержит подсистему 12 подсчета, подсистему 14 улавливания шара и клапанную подсистему 16, как схематически проиллюстрировано на Фиг. 2.

[0029] Следует отметить, что описание использует различные термины взаимозаменяемо с другими терминами для целей функционального описания и/или чтобы представлять примеры конкретных вариантов реализации изобретения. Важно отметить, что использование одного термина по сравнению с другим не предназначено для ограничения в отношении объема интерпретации специалистами в данной области техники. Например, в описании упоминается система как устройство для многократного гидравлического разрыва пласта (УМГР), что является синонимом для гидравлического клапана трубного монтажа (ГКТМ), а также «шар» или «пробка», где шар является лишь примером пробки.

Принцип работы

[0030] Как проиллюстрировано на Фиг. 1, некоторое количество УМГР 10 соединено с эксплуатационной колонной 20 насосно-компрессорных труб между пакерными элементами 10a в местах, которые соответствуют перспективным пластам (пластам) 8a внутри скважины. Как правило, после размещения эксплуатационной колонны 20 насосно-компрессорных труб в скважине 8 в собранную систему с поверхности 6 через устьевое оборудование 6a может создаваться давление, чтобы обеспечить уплотнение скважины 8 с помощью пакерных элементов 10a. После установления в скважине циркуляции с поверхности 6 в эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб пускают шары 18, которые падают и/или движутся под действием давления, создаваемого насосом, через эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб для успешного взаимодействия с каждым УМГР 10. Каждое УМГР 10 в колонне предварительно настроено на «отсчитывание» каждого раза, когда шар проходит мимо УМГР, и на запуск захвата шара 18 по достижении предварительно заданного количества отсчетов. При достижении предварительно заданного количества отсчетов (например, 1-40), определенное УМГР 10 будет захватывать шар 18 (см. самое нижнее УМГР 10, как проиллюстрировано на Фиг. 1). При захвате шара 18 шар 18 герметично изолирует внутреннее пространство эксплуатационной трубы от нижних участков эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб, чтобы могли быть запущены дополнительные гидравлические события для открытия клапана внутри УМГР. То есть, когда шар был захвачен и клапан в УМГР 10 открыт, в перспективном пласте 8a, расположенном рядом с УМГР 10, может быть выполнена операция по гидравлическому разрыву пласта.

[0031] После проведения гидравлического разрыва пласта 8a следующие шары один за другим вводятся в эксплуатационную трубу для обеспечения возможности последовательного открытия УМГР и проведения операций по гидравлическому разрыву пласта в других зонах. В результате, каждый из перспективных пластов внутри скважины 8 один за другим может быть подвергнут гидравлическому разрыву. Важным является то, что шары спроектированы таким образом, что через некоторый период времени, как правило, несколько дней, шар по меньшей мере частично растворится так, что его диаметр уменьшится, и он упадет в забой скважины. Таким образом, после того, как все операции по гидравлическому разрыву пласта будут закончены, все зоны скважины впоследствии будут открыты во внутренне пространство эксплуатационной трубы для обеспечения возможности добычи через эксплуатационную трубу.

[0032] Следует отметить, что самая нижняя зона эксплуатационной колонны не требует УМГР 10 и что обычным является применение простого гидравлического клапана, который открывается при давлении, в самой нижней зоне (не показано) для начального установления циркуляции и для обеспечения возможности гидравлического разрыва самой нижней зоны.

[0033] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, каждое УМГР 10, в общем, описано как содержащее три основные подсистемы, а именно: систему 12 подсчета на конце УМГР 10, располагаемом выше по стволу скважины, систему 14 улавливания шара на конце УМГР, располагаемом ниже по стволу скважины, и клапанную систему 16 между системой 12 подсчета и системой 14 улавливания шара. Во время подготовки эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб, производимой на поверхности, система подсчета каждого УМГР настраивается на отсчет определенного или предварительно заданного количества шаров, при этом самое нижнее УМГР в колонне будет вести отсчет до 1 и самое верхнее УМГР будет вести отсчет до n (где n, как правило, составляет от 1 до 40). При работе, если система 12 подсчета регистрирует, что предварительно заданное количество не было достигнуто, то шар будет проходить через УМГР 10 и продолжать свой путь вниз по стволу скважины. Если УМГР 10 регистрирует, что предварительно заданное количество было достигнуто, система 12 подсчета будет запускать систему 14 улавливания шара для захвата шара, чтобы предотвратить дальнейшее его прохождение вниз по стволу скважины. Действие по захватыванию шара затем обеспечит возможность открытия клапана внутри клапанной системы 16. К примеру, самое нижнее УМГР будет настроено на отсчет 1 шара, тогда как самое верхнее УМГР в колонне с 10 УМГР будет настроено на отсчет 10 шаров.

[0034] Работа и компоненты каждой из подсистем описаны более подробно далее, при этом на Фиг. 3A, в общем, проиллюстрированы компоненты, УМГР, располагаемые выше по стволу скважины, которые обеспечивают соединение с колонной насосно-компрессорных труб через соединитель 30a, на Фиг. 3B проиллюстрированы детали системы подсчета, на Фиг. 3C проиллюстрированы детали клапанной подсистемы и подсистемы улавливания шара и на Фиг. 3D проиллюстрированы детали соединительных компонентов, располагаемых ниже по стволу скважины, которые обеспечивают соединение с частями колонны насосно-компрессорных труб, расположенными ниже по стволу скважины. На фигурах 3A-3D, в общем, проиллюстрирована система в конфигурации счета, которая позволяет шару, входящему в УМГР, быть подсчитанным. Верхние (I) и нижние (II) изображения представляют собой поперечные разрезы одного и того же участка УМГР, повернутого относительно друг друга на 90°. На фигурах 4A-4E в общем проиллюстрированы подсистемы после того, как шар был захвачен.

Система 12 подсчета

[0035] Как проиллюстрировано на Фиг. 3A, верхний участок УМГР проиллюстрирован с шаром 18, находящимся выше по стволу скважины от системы 12 подсчета. На Фиг. 3B проиллюстрирована система 12 подсчета, имеющая систему из штыря и храповика, которая последовательно подсчитывает шары 18, проходящие через систему 12 подсчета.

[0036] Как проиллюстрировано на фигурах, основной внутренний корпус 30 служит опорой для штыревой системы 32, имеющей две пары 32a, 32b штырей, которые обычно смещены вовнутрь основного внутреннего корпуса 30. Каждая пара 32a, 32b штырей расположена под углом 90° относительно друг друга вокруг внутреннего корпуса 30, при этом они разделены небольшим расстоянием A вдоль основного внутреннего корпуса. Разделяющее расстояние A достаточно для того, чтобы шар 18 в полной мере вошел во взаимодействие и вышел из взаимодействия с парой 32a штырей перед входом во взаимодействие с парой 32b штырей.

[0037] Каждая из пар 32 штырей содержит множество зубьев 32c, 32d, которые входят в зацепление с зубьями 32e на храповом счетном поршне 34 на наружной поверхности основного внутреннего корпуса 30. То есть зубья 32c и 32d расположены напротив зубьев 32e и входят в зацепление друг с другом. Храповой счетный поршень 34 контактирует с основным внутренним корпусом 30 с возможностью скольжения по нему.

[0038] При работе, при взаимодействии шара 18 с первой парой 32a штырей, зубья 32c выходят из зацепления с зубьями 32e на храповом счетном поршне 34, позволяя храповому счетному поршню переместиться вниз по стволу скважины на один зуб, так, чтобы зубья 32d пары 32b штырей полностью вошли в зацепление с зубьями 32e. Когда шар 18 проходит мимо первой пары 32a штырей, зубья 32c перемещаются в промежуточное положение относительно храпового счетного поршня 34. Когда шар 18 проходит мимо второй пары 32b штырей, зубья 32d выходят из зацепления с зубьями 32e, вызывая дополнительное перемещение в направлении вниз по стволу скважины храпового счетного поршня 34 и зацепление зубьев 32c пары 32a штырей с зубьями 32e.

[0039] Таким образом, при перемещении шаров один за другим мимо пар 32 штырей, храповой счетный поршень 34 будет постепенно перемещаться в направлении вниз по стволу скважины. Движущей силой для движения храпового счетного поршня 34 является внутреннее гидравлическое давление, действующее через напорное отверстие 36 (как проиллюстрировано на Фиг. 3A) на уплотнительный поршень 38 храповика. Камера 40, образованная основным внутренним корпусом 30 и основным наружным корпусом 42, во время сборки колонны находится под атмосферным давлением, так что на уплотнительном поршне 38 храповика присутствует перепад давления. Уплотнительный поршень 38 храповика содержит соответствующие уплотнения 38a для поддержания герметичного уплотнения во время работы.

[0040] Кроме того, храповой счетный поршень 34 содержит располагаемый выше по стволу скважины заплечик 34a, который будет входить в контакт с парой 32a штырей при последовательном перемещении храпового счетного поршня 34 в направлении вниз по стволу скважины в результате последовательного прохождения шаров. В частности, после того, как предварительно заданное количество шаров взаимодействовало с парами штырей, верхний заплечик 34a будет предотвращать пару 32a штырей от повторного зацепления с храповым счетным поршнем 34, так что храповой счетный поршень будет скользить для взаимодействия со сдвижным поршнем в сборе 44.

[0041] Действие храпового счетного поршня 34, взаимодействующего с узлом сдвижного поршня 44, приведет к тому, что усилие высокого давления будет приложено к узлу сдвижного поршня 44. То есть в результате потока гидравлической жидкости под высоким давлением через отверстия 36, срезной штифт 44a, расположенный внутри узла сдвижного поршня 44, будет срезан, чтобы узел сдвижного поршня 44 двигался в направлении вниз по стволу скважины. Перемещение в направлении вниз по стволу скважины узла сдвижного поршня 44 вызывает совмещение напорных отверстий 48 с гидравлическим каналом 50, расположенным внутри узла сдвижного поршня 44, что тем самым позволяет гидравлической жидкости под высоким давлением течь в гидравлический канал 50 (как проиллюстрировано на Фиг. 4B).

[0042] Идущий далее гидравлический канал 52 (как проиллюстрировано на фигурах 3B, 3C) расположен внутри клапанной муфты 54, которая позволяет гидравлической жидкости проходить в обход клапанной системы 16 к системе 14 улавливания шара.

Система 14 улавливания шара

[0043] Система 14 улавливания шара, в общем, содержит цанговое посадочное место 60 для шара, имеющее лепестки 60a цангового посадочного места для шара, функционально расположенные внутри поршня 62 посадочного места. Цанговое посадочное место 60 для шара и поршень 62 посадочного места удерживаются внутри корпуса 64 посадочного места. Корпус 64 посадочного места прикреплен к основному наружному корпусу 42 на своем конце, располагаемом выше по стволу скважины, и к нижней соединительной муфте 66 (как проиллюстрировано на Фиг. 3D) на своем конце, располагаемом ниже по стволу скважины. Корпус 64 посадочного места, нижняя соединительная муфта 66 и поршень 62 посадочного места удерживают возвратную пружину 68, которая сжимается за счет перемещения в направлении вниз по стволу скважины поршня 62 посадочного места.

[0044] Как более подробно описывается ниже, при перемещении поршня 62 посадочного места в направлении вниз по стволу скважины, поршень 62 посадочного места взаимодействует с цанговым посадочным местом 60 для шара, так что лепестки 60a цангового посадочного места для шара перемещаются в положение, в котором они в совокупности образуют край 60b, удерживающий шар (как проиллюстрировано на Фиг. 4C), который будет предотвращать прохождение шара 18 за цанговое посадочное место 60 для шара.

[0045] При работе, при прохождении гидравлической жидкости под высоким давлением через гидравлический канал 52, как описано выше, гидравлическая жидкость нагнетается в напорную камеру 62a, расположенную выше по стволу скважины от поршня 62 посадочного места. Увеличение давления в камере вызывает срезание срезных штифтов 62b, обеспечивая возможность перемещения в направлении вниз по стволу скважины поршня посадочного места, противодействуя возвратной пружине 68, и перемещения вовнутрь лепестков 60a цангового посадочного места для шара (как проиллюстрировано на Фиг. 4C).

[0046] Важным является то, что при перемещении поршня 62 посадочного места в направлении вниз по стволу скважины замыкающий механизм 63 (см. фигуру 4E) освобождается, переходя в положение фиксации, что предотвращает частичное последующее перемещение поршня 62 посадочного места в направлении вверх по стволу скважины, как описано более подробно ниже.

[0047] В одном варианте реализации изобретения лепестки 60a цангового посадочного места для шара имеют наружную клиновидную поверхность 60b, которая будет взаимодействовать с внутренней клиновидной поверхностью 66a для облегчения принудительного направленного внутрь перемещения лепестков 60a цангового посадочного места для шара (фигура 4C).

[0048] В результате, вследствие того, что система 12 подсчета шаров вызывает приведение в действие системы 14 улавливания шара при точном предварительно заданном количестве, шар 18 удерживается в цанговом посадочном месте для шара, таким образом, герметизируя места ниже по стволу скважины от шара (см. фигуру 4C).

[0049] Кроме того, при перемещении поршня 62 посадочного места в направлении вниз по стволу скважины отверстия 67 открываются в камеру 62a таким образом, чтобы дополнительная жидкость под высоким давлением нагнеталась в камеру 62a для обеспечения повышения давления в камере 62a (см. стрелку, проиллюстрированную на фигуре 4C).

Клапанная система 16

[0050] Клапанная система 16 содержит клапанную муфту 54. На фигурах 3C и 4C проиллюстрирована клапанная муфта 54 в закрытом положении, тогда как на фигуре 5 проиллюстрирована клапанная муфта 54 в открытом положении.

[0051] После того, как шар стал удерживаться в цанговом посадочном месте 60 для шара, повышение давления внутри эксплуатационной трубы приведет к дополнительному повышению давления на расположенную выше по стволу скважины поверхность 54a клапанной муфты 54. Клапанная муфта 54 удерживается за основной наружный корпус 42 посредством срезного штифта 54b, который при достижении порогового давления будет срезан, что позволит клапанной муфте 54 двигаться в направлении вниз по стволу скважины, чтобы отверстия 30a в основном внутреннем корпусе 30 и основном наружном корпусе 42 открылись в пласт.

[0052] Важным является то, что, если шар не был захвачен в системе захвата шара, поддержание или повышение давления внутри колонны насосно-компрессорных труб не приведет к перемещению клапанной муфты 54 и преждевременному открытию клапанной муфты 54 в зоне, где шар не был захвачен. В частности, это предупреждается за счет положения сдвижного поршня 44 в не приведенным в действие УМГР, которое предотвращает поток гидравлической жидкости в камеру 54a через гидравлические отверстия 48. Таким образом, если давление повышается для открытия клапанной муфты, это произойдет, только если гидравлическая жидкость может протекать в камеру 54a, что может произойти, только если шар был захвачен.

[0053] После этого дальнейшее повышение давления обеспечит возможность проведения операций по гидравлическому разрыву пласта.

[0054] После завершения операции по гидравлическому разрыву пласта в конкретной зоне и частичного снижения давления, процесс повторяется сбросом следующего шара, что основано на предварительно заданном значении счетчика непосредственно соседнего расположенного выше по стволу скважины УМГР 10, которое будет захватывать следующий шар в этом положении выше по стволу скважины. Процесс повторяется для каждого УМГР, присутствующего в эксплуатационной колонне насосно-компрессорных труб.

[0055] После завершения операций по гидравлическому разрыву пласта важно, чтобы все шары были освобождены для падения вниз колонны для обеспечения того, что вся колонна будет открыта в пласт во всех зонах.

[0056] Как известно, шары могут растворяться, так что за период в несколько дней наружная поверхность шара разрушится таким образом, что он упадет с лепестков 60a цангового посадочного места для шара.

[0057] В одном варианте реализации изобретения поршень 62 посадочного места также снабжен растворимым уплотнительным кольцом 62d, расположенным рядом с нижним концом поршня посадочного места и соприкасающимся с нижней соединительной муфтой 66. С течением времени растворимое уплотнительное кольцо 62d разрушится, что позволит жидкости под высоким давлением протекать, как проиллюстрировано, из внутреннего пространства УМГР внутрь камеры 68a. То есть, когда поршень 62 посадочного места сместится в направлении вниз по стволу скважины для захвата шара, это откроет гидравлический канал 62e, который впоследствии позволит жидкости под высоким давлением контактировать с уплотнительным кольцом 62d. Со временем уплотнительное кольцо растворится и разрушится, что впоследствии позволит жидкости войти в камеру 68a через путь, проиллюстрированный на фигуре 4D. Когда жидкость входит в камеру 68a, которая ранее находилась под атмосферным давлением, поршень 62 посадочного места уравновешивается давлением, что позволяет поршню 62 посадочного места переместиться обратно в направлении вверх по стволу скважины, и тем самым освободить шар из посадочного места (если он уже не растворился). Важно то, что, независимо от того, растворился шар или нет, минимальный внутренний диаметр (ID) устройства возвращается к своему первоначальному диаметру ID. Как было отмечено выше, замыкающий механизм 63 был задействован для предотвращения полного перемещения в направлении вверх по стволу скважины в первоначальное положение выше по стволу скважины, тем самым предотвращая закрытие гидравлических отверстий 67.

Другие особенности проектирования и аспекты системы

[0058] Храповая система подсчета, как правило, будет обеспечивать 1-40 зон, которые возможно отдельно изолировать для обработки. С целью обеспечения правильного предварительно заданного количества, при сборке эксплуатационной колонны насосно-компрессорных труб на поверхности, каждое УМГР 10 будет настроено на срабатывание на основании предполагаемого места размещения УМГР в скважине. То есть, если колонна содержит 10 УМГР, самое нижнее УМГР будет срабатывать с первым шаром и самое верхнее УМГР будет срабатывать с 10-м шаром. Таким образом, каждая система 14 подсчета будет иметь свой храповой счетный поршень 34, расположенный на соответствующем зубчатом кольце относительно зубьев пары штырей.

[0059] Электронная система подсчета

[0060] В другом варианте реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 6, система подсчета содержит электронную систему 100 подсчета. В этом варианте реализации изобретения система содержит процессор и систему электропитания 100a, функционально соединенные со штыревой системой 100b и электромагнитным клапаном и/или электромотором 100c. В этом варианте реализации изобретения, при перемещении шара 18 мимо штыревой системы 100b, процессор 100a подсчитывает количество прошедших шаров. Когда процессор насчитал предварительно заданное количество шаров, процессор 100a приводит в действие электромагнитный клапан 100c для обеспечения возможности потока гидравлической жидкости через гидравлический канал 100d в пространство 40 для воздействия на поршень 100d и приведения в действие системы улавливания шара, как описано выше. Гидравлическая жидкость попадает в пространство 40 через отверстие 36.

[0061] В другом варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фигурах 8A-8B, предложено УМГР 10, содержащее электронную систему 100 подсчета. Проиллюстрирован и описан только тот участок УМГР 10, который содержит электронную систему подсчета, так как система улавливания шара и другие компоненты аналогичны описанным выше. Электронная система подсчета содержит первый и второй штыри 70, 72, которые находятся на расстоянии друг от друга во внутреннем проходном отверстии вдоль продольной оси. Первый и второй штыри выполнены с возможностью независимого перемещения для контактирования с первой и второй электрической цепью соответственно, чтобы замыкать или завершать электрические цепи. Первые и вторые смещающие приспособления 78, 80 смещают штыри в первое положение, при этом электрические цепи замыкаются. При перемещении шара мимо одного из штырей и контактировании со штырем, штырь перемещается во второе положение, в котором электрическая цепь разомкнута или не завершена. После того, как шар полностью прошел штырь, смещающее приспособление заставляет штырь вернуться в первое положение. В альтернативном варианте реализации в первом положении электрическая цепь пребывает в незавершенном или разорванном состоянии, и во втором положении электрическая цепь пребывает в замкнутом состоянии, когда шар находится в контакте со штырем.

[0062] Первый и второй штыри предпочтительно находятся не в фазе (не на одной линии) друг с другом вдоль внутреннего проходного отверстия и предпочтительно повернуты на 180 градусов относительно друг друга. Хотя первый и второй штыри и могут быть в фазе/на одной линии друг с другом, выполнение их не в фазе обеспечивает более равномерный износ шаров при их прохождении мимо штырей и создает пространство в устройстве для смещающих приспособлений и других деталей, относящихся к электронной системе подсчета.

[0063] На фигурах 7A-7E проиллюстрированы виды крупным планом последовательности перемещения шара мимо двух штырей. В этом варианте реализации изобретения первый и второй штыри смещены в первое положение в контакте с первым или вторым кольцом или элементом 74, 76 для замыкания первой и второй электрических цепей соответственно. Смещающие элементы 78, 80 проиллюстрированы как плоские пружины, прикрепленные к внутреннему корпусу 30 с помощью крепежных приспособлений 82. Когда шар 18 проходит один из штырей, он толкает штырь в направлении от кольца или элемента 74, 76 в открытое положение для размыкания одной из электрических цепей. На Фиг. 7B проиллюстрирован шар, проходящий мимо первого штыря 70 и толкающий штырь в направлении наружу в разомкнутое положение. На Фиг. 7D проиллюстрирован шар, проходящий мимо второго штыря 72 и толкающий штырь в направлении наружу в разомкнутое положение. На Фиг. 7C проиллюстрирован шар после того, как он полностью прошел мимо первого штыря 70, но перед тем, как он вошел в контакт со вторым штырем 72, при этом оба штыря находятся в замкнутом положении. Штыри находятся на расстоянии, достаточном, чтобы первый штырь переходил в замкнутое положение после того, как шар прошел мимо него, перед переходом второго штыря в разомкнутое положение. На Фиг. 7E проиллюстрирован шар после того, как он прошел мимо обоих штырей.

[0064] В другом варианте реализации изобретения вместо первого и второго штырей, которые разнесены в осевом направлении, электронная система подсчета применяет две пары штырей. Для каждой пары, оба штыря расположены в том же осевом местоположении вдоль внутреннего проходного отверстия главного внутреннего корпуса и, подобно варианту реализации изобретения, описанному выше, указанные пары штырей разнесены в осевом направлении на расстояние, достаточное, чтобы позволить первой паре штифтов переходить в закрытое положение после прохождения шара мимо них до того, как вторая пара штырей перейдет в открытое положение. Штыри также могут быть разнесены по окружности внутреннего проходного отверстия главного внутреннего корпуса. Например, первая пара штырей может быть расположена в угловых положениях: 0° и 180° соответственно, тогда как вторая пара может быть расположена в угловых положениях: 90° и 270°. Возможны и другие подобные варианты реализации, включая конструкции, которые используют более двух штырей в каждом осевом местоположении, штыри, расположенные в более чем двух отдельных осевых местоположениях, или другое количество штырей в одном осевом местоположении относительно другого.

[0065] Этот альтернативный вариант реализации изобретения, который использует две пары штырей, является полезным для уменьшения вероятности того, что электронная система подсчета подсчитает объекты, отличные от шаров, или другие устройства, которые могут инициировать подсчет. Например, если в скважину вставляют гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра, электронная система подсчета, использующая только один штырь в каждом осевом местоположении, может неточно подсчитать гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра, приняв их за шар, в случае, если гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра контактируют с одиночными штырями, что, таким образом, приводит к размыканию (или замыканию) первой и второй электрических схем. Использование пар штырей, как описано в предыдущем параграфе, должно обеспечить то, что электронная система подсчета будет подсчитывать только шары или другие специально сконструированные приборы или устройства, которые имеют такой же приблизительный диаметр, что и внутреннее проходное отверстие главного внутреннего корпуса.

[0066] Когда либо первая, либо вторая электрическая цепь размыкается или замыкается, сигнал проходит (через провода или беспроводным образом) на процессор управления электромагнитным клапаном (не показан) в устройстве, использующем электрические штыри 84. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения, когда на процессор проходит сигнал о том, что первая электрическая цепь разомкнулась и затем замкнулась, а затем через короткий промежуток времени вторая электрическая цепь разомкнулась и замкнулась снова, процессор интерпретирует это как шар, прошедший в направлении вниз по стволу скважины. В альтернативном варианте реализации изобретения, если штыри смещены в разомкнутое положение, сигнал для определения того, что шар прошел в направлении вниз по стволу скважины, может представлять собой замыкание с последующим размыканием первой электрической цепи, а затем второй электрической цепи. Процессор сохраняет количество отсчетов для проходящих шаров. При достижении предварительно заданного количества отсчетов процессор подает сигнал открытия узлу электромагнитного клапана 88, позволяя жидкости попасть в полость 86, тем самым настраивая устройство на захват шара, что, как и в случае неэлектронной системы, описанной выше, позволяет клапану в УМГР 10 открыться, чтобы обеспечить возможность проведения операций по гидравлическому разрыву пласта. Электронная система подсчета может содержать более чем один узел электромагнитного клапана для дублирования и ускорения процесса включения.

[0067] Как проиллюстрировано на Фиг. 8A, устройство также может содержать одно или более отверстий или пробок 90, которые предоставляют доступ к электронике системы подсчета для программирования системы подсчета. Устройство предпочтительно также содержит источник питания для электронной системы подсчета, например одну или более батарей (не проиллюстрированы).

[0068] Электронная система подсчета не ограничена максимальным количеством отсчетов шаров и поэтому не имеет предела по количеству мест гидравлического разрыва, для которых может быть применено УМГР. Время отклика после того, как шар прошел штыри, до включения электромагнитной клапанной системы может при необходимости программироваться. В частности, это полезно, когда необходимо открыть более чем одно УМГР с использованием одного шара для одновременного гидравлического разрыва более чем одного перспективного пласта. Например, время между тем, как шар пройдет верхнее УМГР, и включением электромагнитной клапанной системы верхнего УМГР может быть увеличено до значения, достаточного, чтобы позволить шару пройти через него и не быть захваченным, после чего УМГР включится. Когда шар будет захвачен нижним УМГР и давление будет приложено в направлении вниз по стволу скважины, будет открыто как верхнее, так и нижнее УМГР, что позволит провести гидравлический разрыв одновременно в зонах, смежных как с верхним, так и с нижним УМГР.

[0069] Кроме того, электронная система подсчета может отличать шар, перемещающийся вниз по стволу скважины, и шар, перемещающийся вверх по стволу скважины. Это, в частности, полезно, когда направление потока в стволе скважины должно быть обращено вследствие выпадения расклинивающего агента из жидкости разрыва (внезапной остановки потока в стволе скважины) или невозможности начать гидравлический разрыв пласта. В обоих случаях скважина «открывается» и создается возможность потока в обратном направлении обратно на поверхность. После завершения необходимого промежутка времени направление потока снова изменяется для создания потока вниз по стволу скважины в попытке начать или повторно начать процесс гидравлического разрыва пласта. Когда направление потока обращается, шары часто выносятся вверх по стволу скважины вместе с жидкостью, проходя мимо системы подсчета в обратном направлении. Система подсчета определит, что шар двигался вверх по стволу скважины, так как второй штырь будет задействован перед первым штырем. Процессор может быть запрограммирован не учитывать шары, двигающиеся вверх по стволу скважины, или считать их отрицательными. То есть, когда шар движется вниз по стволу скважины мимо двух штырей, он считается как один, когда шар выносится обратно вверх по стволу скважины мимо обоих штырей, отсчет возвращается в ноль, и, когда шар движется обратно вниз по стволу скважины мимо обоих штырей, он снова считается как один. Это гарантирует, что подсчитанное количество будет верным, несмотря на возникновение обратного потока в стволе скважины.

Создание давления

[0070] Вся операция будет проводиться под разными давлениями для проведения каждого из: установки пакера, захвата шара, открытия клапана и проведения операций по гидравлическому разрыву пласта. То есть каждый этап операции может иметь пороговое давление, которое позволит последовательно выполнить каждую операцию. Например, пакерные элементы 10a могут устанавливаться при давлении 2500 фунтов/кв. дюйм перед сбрасыванием шара вниз по стволу скважины. Перед сбрасыванием шара в системе может быть дополнительно создано давление 3000 фунтов/кв. дюйм, которое является давлением, при котором срезной штифт 46 внутри узла сдвижного поршня 44 будет срезан при достижении соответствующего количества отсчетов в УМГР. Подобным образом, срезной штифт 54b внутри узла клапана может быть срезан при этом уровне давления (или выше), если была запущена система улавливания шара. После открытия клапана гидравлический разрыв пласта может быть проведен при больших уровнях давления, которые, как правило, могут быть в диапазоне 4000 фунтов/кв. дюйм. Следует отметить, что, как правило, типичными диапазонами давления для установки пакера, открытия клапана и операций по гидравлическому разрыву пласта являются 1500-2500 фунтов/кв. дюйм, 2500-4000 фунтов/кв. дюйм и 4000-10000 фунтов/кв. дюйм соответственно.

[0071] Хотя настоящее изобретение описано и проиллюстрировано в отношении предпочтительных вариантов реализации и его предпочтительных применений, оно не ограничивается ими, так как в нем могут быть выполнены модификации и изменения, которые попадают в полный, предусмотренный объем изобретения, как будет понятно специалистам в данной области техники.

1. Система гидравлического клапана трубного монтажа (ГКТМ) для соединения с колонной насосно-компрессорных труб для обеспечения возможности изоляции перспективного пласта внутри скважины, для обеспечения доступа к подземному пласту для гидравлического разрыва перспективного пласта и добычи углеводородного сырья, при этом ГКТМ имеет внутреннее проходное отверстие, позволяющее пробке проходить через ГКТМ, причем ГКТМ содержит:

систему подсчета пробок, имеющую конец, располагаемый выше по стволу скважины, для соединения с колонной насосно-компрессорных труб и систему взаимодействия с пробкой для взаимодействия с пробкой, проходящей через внутреннее проходное отверстие, причем система взаимодействия с пробкой предназначена для подсчета следующих одна за другой пробок, проходящих через систему подсчета пробок, и для запуска первого гидравлического события по достижении предварительно заданного количества пробок, проходящих через внутреннее проходное отверстие;

систему захвата пробки, функционально соединенную с системой подсчета пробок, при этом система подсчета пробок в ответ на первое гидравлическое событие вызывает захват пробки внутри ГКТМ при запуске первого гидравлического события, так что та же пробка, которая запустила первое гидравлическое событие, также захватывается системой захвата пробки;

систему захвата пробки, содержащую цанговое посадочное место для шара, выполненное так, что при запуске первого гидравлического события лепестки посадочного места для шара двигаются вовнутрь для сужения внутреннего проходного отверстия ГКТМ до диаметра, меньшего, чем диаметр пробок;

клапанную систему, функционально соединенную с системой подсчета пробок и системой захвата пробки, при этом клапанная система, содержащая клапан, в ответ на захват пробки открывает этот клапан для обеспечения возможности потока жидкости через внутреннее проходное отверстие наружу ГКТМ.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что система взаимодействия с пробкой содержит по меньшей мере один штырь, соединенный с зубчатым храповиком, и плунжер поршня, при этом взаимодействие пробки, проходящей через внутреннее проходное отверстие, по меньшей мере с одним штырем продвигает зубчатый храповик на расстояние, соответствующее одному зубу.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что зубчатому храповику может быть предварительно задана возможность перемещения на множество расстояний, соответствующих одному зубу, перед запуском первого гидравлического события, соответствующего общему количеству пробок, проходящих через внутреннее проходное отверстие.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что, когда зубчатый храповик прошел предварительно заданное расстояние, система подсчета пробок обеспечивает гидравлической жидкости возможность прохождения из внутреннего проходного отверстия для оказания давления на плунжер поршня и обеспечения перемещения плунжера поршня в направлении вниз по стволу скважины.

5. Система по п. 4, дополнительно содержащая первый гидравлический канал между системой подсчета пробок и системой захвата пробки, и при этом перемещение плунжера поршня в направлении вниз по стволу скважины открывает первый гидравлический канал, позволяющий гидравлической жидкости протекать к поршню захвата пробки внутри системы захвата пробки, и при этом поршень захвата пробки в ответ на поток гидравлической жидкости через первый гидравлический канал вызывает перемещение поршня захвата пробки в направлении вниз по стволу скважины.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что перемещение поршня захвата пробки в направлении вниз по стволу скважины сужает часть внутреннего проходного отверстия внутри системы захвата пробки для предотвращения прохождения пробки через систему захвата пробки.

7. Система по п. 6, дополнительно содержащая замок захвата пробки, функционально соединенный с системой захвата пробки, при этом замок захвата пробки выполнен с возможностью взаимодействия с поршнем захвата пробки для предотвращения полного перемещения поршня захвата пробки в направлении вверх по стволу скважины и выполнен с возможностью дополнительно содержать поршень задвижки, и при этом, когда система захвата пробки удерживает пробку, на поршень задвижки воздействует находящаяся внутри внутреннего проходного отверстия гидравлическая жидкость, вызывающая перемещение клапанной системы в направлении вниз по стволу скважины для открытия клапана.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что система подсчета пробок содержит процессор и систему электропитания, функционально соединенные с системой взаимодействия с пробкой и с электромагнитным клапаном и/или электромотором для регулирования потока гидравлической жидкости через гидравлический канал, при этом пробка, проходящая через внутреннее проходное отверстие, учитывается процессором и, после подсчета предварительно заданного количества пробок, процессор открывает электромагнитный клапан и/или включает электромотор, тем самым запуская первое гидравлическое событие.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что система взаимодействия с пробкой содержит по меньшей мере одну пару подвижных штырей, функционально соединенных с электрической цепью, при этом взаимодействие пробки по меньшей мере с одной парой штырей при прохождении пробки через внутреннее проходное отверстие перемещает оба штыря и замыкает или размыкает электрическую цепь и отправляет сигнал о том, что пробка прошла, на процессор, при этом система взаимодействия с пробкой содержит две пары подвижных штырей, расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении во внутреннем проходном отверстии, при этом каждая пара штырей находится в функциональном взаимодействии с электрической цепью, а указанные две пары штырей обеспечивают процессору возможность определять направление, в котором пробка прошла во внутреннем проходном отверстии.

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что две пары штырей расположены на расстоянии друг от друга для обеспечения пробке возможности выхода из взаимодействия с одной из пар штырей до входа во взаимодействие со второй парой штырей.

11. Система по п. 9, отличающаяся тем, что две пары штырей не совпадают по фазе друг с другом вдоль внутреннего проходного отверстия.

12. Система по любому из пп. 8-11, отличающаяся тем, что время между тем, как процессор определит, что предварительно заданное количество пробок было подсчитано, и запуском первого гидравлического события является программируемым.

13. Способ приведения в действие гидравлического клапана в эксплуатационной колонне, содержащей множество гидравлических клапанов трубного монтажа (ГКТМ) по п. 1 и которая может содержать соответствующие пакерные элементы, встроенные в нее, включающий этапы:

a) повышения давления в эксплуатационной колонне до первого давления для установки пакерных элементов внутри скважины или повышения давления внутри эксплуатационной колонны до уровня первого давления, достаточного для осуществления открытия нижнего гидравлического клапана внутри эксплуатационной колонны;

b) повышения давления внутри эксплуатационной колонны до уровня второго давления, достаточного для осуществления разрушения первого срезного штифта внутри ГКТМ;

c) сброса пробки в эксплуатационную колонну, при том, что пробка предназначена для последовательного взаимодействия с системами подсчета пробок внутри каждого ГКТМ, причем, когда взаимодействие пробки с ГКТМ запускает первое гидравлическое событие, первый срезной штифт разрушается для осуществления захвата пробки внутри ГКТМ и открытия клапана, так что та же пробка, которая запустила первое гидравлическое событие, также захватывается системой захвата пробки; и

d) повышения давления внутри эксплуатационной колонны до уровня третьего давления для осуществления гидравлического разрыва скважины.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что один или более:

i) каждый из этапов b)-d) повторяется для каждого ГКТМ внутри эксплуатационной колонны, и

ii) каждый из первого, второго и третьего уровней давления равен 1500-2500 фунтов/кв. дюйм, 2500-4000 фунтов/кв. дюйм и 4000-10000 фунтов/кв. дюйм соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - повышение нефтеотдачи залежи сверхвязкой нефти, повышение коэффициента охвата неоднородного участка залежи за счет разрушения глинистой перемычки.

Изобретение относится к обработке углеводородных пластов. Способ гидравлического разрыва подземного пласта (ГРПП) с проходящим через него стволом скважины, включающий получение композиции гидроразрыва, содержащей флюид-носитель и компонент сверхвпитывающего полимера (СВП), содержащего один или более из: первый композит проппанта и первый СВП в негидратированной форме, где первый СВП по меньшей мере частично внедрен в свободное пространство проппанта, или покрытый СВП, и закачивание этой композиции в подземный пласт для создания или увеличения трещины.
Изобретение относится к обработке воды, получаемой в ходе операций по обработке скважин. Способ обработки добываемой или возвратной воды из подземного пласта, включающий: смешивание добываемой или возвратной воды из подземного резервуара с серо- или фосфорсодержащим нуклеофильным агентом, где указанная вода содержит полимерный загуститель или его остаток, а также разжижитель, содержащий витамин В1, разжижитель, содержащий илид, или и разжижитель, содержащий витамин В1, и разжижитель, содержащий илид, дезактивацию указанного разжижителя в присутствии серо- или фосфорсодержащего нуклеофильного агента для получения воды, пригодной для рециркуляции, и закачивание рециркуляционной воды в подземный резервуар.

Настоящее изобретение относится к добыче полезных ископаемых и гидролизующимся частицам, используемым при этом. Способ добычи полезных ископаемых, включающий смешивание гидролизующихся частиц и расклинивающего наполнителя с водной дисперсионной текучей средой и введение текучей среды под давлением в рудоспуск, образованный под землей, в котором в качестве гидролизующихся частиц используют сферические частицы, включающие гидролизующуюся смолу и имеющие средний размер частицы D50 в интервале от 300 до 1000 мкм, сферичность не менее 0,8, где гидролизующиеся сферические частицы имеют дисперсионную структуру, включающую гидролизующуюся матричную смолу и легкогидролизующиеся полимерные частицы, диспергированные в матричной смоле и имеющие средний размер частиц от 0,01 до 5 мкм, матричная смола и легкогидролизующийся полимер имеют среднемассовую молекулярную массу (Mw) не менее 5000 и, если их гидролизуемость оценивается коэффициентом сохранения массы после выдерживания в воде при 70ºC в течение 168 ч, гидролизующиеся частицы имеют коэффициент сохранения массы не более 50%, и матричная смола, содержащаяся в гидролизующихся частицах, имеет коэффициент сохранения массы не менее 90%.

Изобретение относится к использованию закупоривающих агентов и смесей, их содержащих, для интенсификации добычи углеводородов из подземных пластов. Способ интенсификации добычи углеводородов из подземного пласта, через который проходит ствол скважины, включающий стадии, на которых заливают смесь, содержащую растворимый закупоривающий агент и проппант, в высокопроницаемую зону трещины внутри подземного пласта вблизи ствола скважины, расклинивают в открытом состоянии по меньшей мере часть высокопроницаемой зоны проппантом смеси и блокируют по меньшей мере часть высокопроницаемой зоны закупоривающим агентом, закачивают флюид в подземный пласт и в зону пласта с более низкой проницаемостью, расположенную дальше от ствола скважины, растворяют закупоривающий агент, блокирующий по меньшей мере часть высокопроницаемой зоны вблизи ствола скважины, и добывают углеводороды из высокопроницаемой зоны и зоны с более низкой проницаемостью.

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности и может быть применена для повышения эффективности добычи нефти из низкопроницаемых продуктивных пластов при разработке нефтяных месторождений.

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли промышленности и может быть использовано для повышения эффективности добычи нефти из низкопроницаемых продуктивных пластов при разработке нефтяных месторождений или нефтяных оторочек.

Изобретение относится к композициям расклинивающего агента, способам уплотнения пласта и добычи жидкостей из подземного пласта. Предложенные композиции включают (1) агрегирующие композиции, способные образовывать деформируемые частичные или полные покрытия на поверхностях пласта, поверхностях пластовых частиц, поверхностях твердой фазы скважинной жидкости и/или поверхностях расклинивающих агентов, где указанные покрытия увеличивают склонность к агрегации и/или агломерации частиц и поверхностей таким образом, что получают кластеры или столбы частиц, имеющие деформируемые покрытия, и (2) композиции, стабилизирующие и/или усиливающие агрегацию, способные изменять свойства покрытых кластеров или столбов таким образом, что получают сцементированные, стабилизированные и/или упрочненные кластеры или столбы.

Настоящее изобретение относится к обработке подземного пласта его гидравлическим разрывом – гидроразрывом. Композиция гидроразрыва пласта, содержащая супервпитывающий полимер, переводимый в расширенное состояние и выполненный с возможностью разрушения в ответ на возникновение условия разрушения, множество частиц проппанта, размещенных в супервпитывающем полимере до высвобождения множества частиц проппанта из него в ответ на его разрушение, средство обработки скважины, содержащее ингибитор осадкообразований, трейсер, рН-буферное средство или их комбинацию, и флюид для перевода супервпитывающего полимера в расширенное состояние, где ингибитор осадкообразований содержит композицию, содержащую карбоксильную, сульфоновую или фосфоновую кислоту, полимер, содержащий карбоксильную, сульфоновую или фосфоновую группу, или их комбинацию, трейсер содержит фторированную бензойную кислоту, перфторированный углеводород, спирт, кетон, органическую кислоту, галогенизированную композицию или их комбинацию и рН-буферное средство представляет собой щелочь или щелочно-земельную соль карбоната, цитрата, глюконата, фосфата или тартрата, оксид щелочно-земельного металла, органический полиэлектролит или их комбинацию.

Раскрыты способы обработки подземного пласта, которые включают введение флюида для обработки, содержащего фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы, в подземный пласт через ствол скважины и создание пробки, содержащей фигурные частицы и/или фигурные однородные частицы флюида для обработки.

Изобретение относится к циркуляционным клапанам бурильной колонны. Клапан содержит трубчатый корпус, золотниковую втулку, размещенную внутри корпуса и имеющую седло, выполненное в центральном канале золотниковой втулки, направляющее кольцо, установленное во входной части корпуса, пружину, прижимающую золотниковую втулку к направляющему кольцу, через внутренние полости корпуса и седла золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, а также содержит два закрепленных в корпусе циркуляционных порта с расходными отверстиями, циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, и открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, а также содержит сбрасываемый активационный шар, выполненный с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, а также содержит два запирающих шара, сбрасываемых друг за другом, взаимодействующих с циркуляционными портами для блокирования потока текучей среды через указанные циркуляционные порты, а также содержит скрепленный с корпусом резьбовой переводник с расположенным внутри него устройством для улавливания шаров, прошедших с потоком текучей среды через седло золотниковой втулки, а также содержит гильзу, расположенную внутри трубчатого корпуса, золотниковая втулка выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы и снабжена уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью гильзы, при этом в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, указанные циркуляционные порты расположены ниже по потоку от седла, а уплотнения золотниковой втулки расположены по разные стороны относительно циркуляционных портов, при этом в активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, верхний по потоку край золотниковой втулки расположен ниже по потоку от циркуляционных портов, при этом гильза выполнена со сквозными боковыми отверстиями, каждый циркуляционный порт выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности корпуса краем, а гильза зафиксирована каждым сквозным боковым отверстием относительно края направленного внутрь циркуляционного порта.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для слива жидкости из колонны насосных труб перед подъемом их из скважины. Спускной клапан для слива жидкости из колонны насосных труб содержит шарик, патрубок с отверстием, штуцер, соединенный в отверстии патрубка с тонкой частью двухступенчатого патрубка.

Гидроразрыв пласта проводят в необсаженном стволе скважины без изоляции кольцевого пространства. Кольцевое пространство перекрывается телескопическими элементами, размещенными за изолирующими клапанами.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для разработки коллекторов нефти и\или газа горизонтальными скважинами с проведением многостадийного гидравлического разрыва пласта как в карбонатных, так и в терригенных коллекторах.

Группа изобретений относится к области исследования, передачи данных и электроэнергии в буровых скважинах. Система содержит электроприводной скважинный прибор, спусковую колонну гибких труб, прикрепленную к скважинному прибору, для размещения скважинного прибора в пустотелом стволе скважины, трубу-кабель, размещенную внутри колонны гибких труб и функционально связанную со скважинным прибором.

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.

Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к циркуляционным переводникам бурильной колонны. Циркуляционный переводник бурильной колонны содержит корпус, поршень с радиальными отверстиями и центральным каналом, внутри которого размещено седло, пружину, поджимающую поршень, а также содержит два закрепленных в корпусе циркуляционных порта с расходными отверстиями, активационные и деактивационные шары.

Группа изобретений относится к скважинному захватному устройству, способу захвата объекта внутри скважины и скважинному захватному инструменту для захвата объекта.

Изобретение относится к системе высокого давления для многократного гидравлического разрыва пласта и системе трубного гидравлического клапана (ТГК) для соединения с эксплуатационной колонной для обеспечения возможности изоляции перспективного пласта внутри скважины.

Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для гидравлического сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спускоподъемных операциях и для разобщения этих пространств в условиях бурения, в том числе и на пониженном расходе бурового раствора (жидкости).

Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к циркуляционным клапанам бурильной колонны. Устройство содержит трубчатый корпус, золотниковую втулку внутри корпуса, имеющую седло в центральном канале, направляющее кольцо во входной части корпуса, пружину, прижимающую золотниковую втулку к направляющему кольцу. Два циркуляционных порта с расходными отверстиями закрыты золотниковой втулкой в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, и открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны в активном режиме. Сбрасываемый активационный шар выполнен с возможностью деформации и прохождения через седло при движении текучей среды по бурильной колонне. Два запирающих шара, сбрасываемых друг за другом, взаимодействуют с циркуляционными портами для блокирования потока текучей среды. Гильза расположена внутри корпуса, золотниковая втулка размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы и снабжена верхним и нижним по потоку уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью гильзы. Верхний по потоку край втулки расположен ниже по потоку от портов. Гильза выполнена со сквозными боковыми отверстиями. Каждый порт выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности корпуса краем. Гильза содержит скрепленный с корпусом резьбовой переводник с расположенным внутри него устройством для улавливания шаров. Устройство содержит кольцевой поршень, расположенный коаксиально между золотниковой втулкой и гильзой, имеющий верхний и нижний по потоку торцы, верхнее и нижнее по потоку отверстия, а между ними внутреннюю резьбу. Верхний по потоку торец поршня выполнен с кольцевой впадиной, примыкающей к верхнему по потоку отверстию. Нижняя по потоку часть поршня выполнена с кольцевой канавкой на наружной поверхности с возможностью размещения нижнего по потоку уплотнения, контактирующего с внутренней поверхностью гильзы. В средней части втулки выполнена наружная резьба, выше по потоку от резьбы выполнены первый и второй цилиндрические пояса с образованием кольцевого выступа. Поршень и втулка скреплены резьбой с возможностью контакта. Верхний по потоку торец поршня, кольцевая впадина на торце поршня, второй цилиндрический пояс золотниковой втулки, торец втулки и кольцевая канавка на торце втулки образуют кольцевую камеру. Верхнее по потоку уплотнение выполнено в виде манжеты из эластомера в форме таврового поперечного сечения. Тавровая полка манжеты установлена на втором цилиндрическом поясе золотниковой втулки, расположенном выше по потоку от первого пояса. Нижний по потоку край манжеты размещен в кольцевой впадине на торце поршня. Верхний по потоку край манжеты размещен в кольцевой канавке на торце втулки. Втулка и поршень выполнены с возможностью продольного перемещения внутри гильзы вместе с шаром таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий портов входной цилиндрической частью золотниковой втулки верхнее по потоку уплотнение расположено ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов и контактирует с внутренней поверхностью гильзы. Повышается ресурс и надежность циркуляционного клапана. 9 ил.

Изобретение относится к системе высокого давления для многократного гидравлического разрыва пласта и системе гидравлического клапана трубного монтажа для соединения с эксплуатационной колонной для обеспечения возможности изоляции перспективного пласта внутри скважины. В частности, эта система обеспечивает возможность доступа к подземному пласту для гидравлического разрыва перспективного пласта и добычи углеводородного сырья. Система в целом содержит систему подсчета пробок, систему захвата пробки и клапанную систему, при этом сбрасывание группы пробок вниз по эксплуатационной колонне позволяет последовательно захватывать отдельные пробки внутри отдельных ГКТМ для последовательных операций гидравлического разрыва пласта. Технический результат заключается в повышении эффективности клапана. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

Наверх