МНОГОЦЕЛЕВОЕ ИНДИКАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2013 года по МПК E21B34/14 E21B33/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к использованию муфт перекрестного потока в сочетании с изоляционными пакерами и фильтрами для выполнения ряда операций по заканчиванию скважин, например гравийной засыпке и пакеровке гидроразрывов пласта.

Уровень техники

Муфты перекрестного потока используются совместно с изоляционными пакерами при проведении гравийной засыпки и пакеровки гидроразрывов пласта (гидравлический разрыв пласта в сочетании с гравийной засыпкой). Некоторые конструкции заранее установлены при спуске колонны, обеспечивая прокачку текучей среды (раствора) через колонну труб и муфту перекрестного потока в кольцевое пространство снаружи фильтрующего узла и забор выходящего из скважины раствора через промывочную колонну внутри фильтров. Выходящий из скважины раствор возвращается через отдельный проход в муфте перекрестного потока и выходит в кольцевое пространство выше пакера.

Муфта перекрестного потока другого типа переключается между положением нагнетания и положением циркуляции, путем перемещения ее относительно отверстий уплотнения в корпусе пакера. Эти конструкции, показанные на фиг.1 и 2, требуют размещения устройства в фиксированном положении в дискретных, разнесенных вдоль оси, точках с использованием разнесенных указательных втулок и сложных зажимных конусных втулок, известных как зажимные втулки SMART®. На фиг.1 представлена конструкция такого типа. Пакер 10 включает отверстие 11 уплотнения, клиновую плашку 12 захвата и уплотнительный элемент 14. В удлинительном узле снизу пакер имеет отверстие 18 уплотнения. У него также имеются одиночная указательная втулка 20 и двойная указательная втулка 22, разнесенные друг от друга. В нижней части находятся фильтрующие секции, условно обозначенные цифрой 24. Муфта 26 перекрестного потока верхним концом 28 присоединена к колонне, которой можно управлять с поверхности. Канал 30 открыт в отверстиях 31 и 32 для подачи жидкости для гидроразрыва пласта в кольцевое пространство под пакером 10, в то время как обратный канал 34 закрыт на выпускном отверстии 36 уплотняющими манжетами 35 и 37, герметизирующими отверстие 11 пакера. Первоначальное резьбовое соединение 38, необходимое для спуска, может быть разъединено, когда муфта размещена нужным образом, и после посадки пакера 10. Ниже муфты 26 перекрестного потока находится устройство 40 переключения для выборочного перекрытия золотником 41 отверстия 32, когда муфта 26 перекрестного потока извлекается из скважины. Ниже устройства 40 переключения расположены зажимная втулка 42 SMART® и индикаторная зажимная втулка 44, которая используется в положении извлечения, когда зажимная втулка 44 поднимается к низу указательной втулки 22, а отверстия 16 поднимаются выше отверстия 18 уплотнения. После разъединения резьбового соединения 38 используют байонетный механизм (не показан). Он может отсоединить зажимную втулку 42 SMART® с тем, чтобы она освободила указательную втулку 22 и была опущена на него сверху в положение циркуляции, показанное на фиг.2. В этом положении отверстие 36 открыто, зажимная втулка 42 SMART® находится поверх указательной втулки 22, а отверстия 16 все еще находятся в отверстии 18 уплотнения. Некоторые из этих компонентов и их функционирование показаны на фиг.3 патента US 6464006.

В конструкции, приведенной на фиг.1 и 2, имеется много наружных уплотнителей, которые подвержены прихватыванию. Другой недостаток, присущий этой конструкции, особенно при использовании в очень глубоких скважинах, состоит в том, что трудно определить, насколько приложенная на поверхности подъемная сила трансформировалась в подъемную силу, приложенную к муфте 26 перекрестного потока, достаточную для подъема зажимной втулки 42 SMART® настолько высоко, чтобы при последующем приложении веса она опустилась в положение, показанное на фиг.2. Зачастую для того, чтобы убедиться в правильности положения устройства, необходимо провести прямую или обратную прокачку, показывающую, что устройство действительно заняло положение циркуляции. Использование разнесенных указательных втулок для определения различных положений требует большей длины узла, что увеличивает стоимость и снижает возможности маневра узла в сильно искривленных скважинах.

В настоящем изобретении, вместо того, чтобы закреплять устройство под пакером 10, оно устанавливается сверху. Здесь не используется подъем уплотнительных манжет для того, чтобы они входили в контакт или выходили из контакта с корпусом пакера, для достижения положения циркуляции. Вместо этого, при закреплении муфты перекрестного потока над пакером, байонетный узел перемещает относительно друг друга части внутри самой муфты перекрестного потока с тем, чтобы открыть или закрыть обратный канал для создания, соответственно, положения нагнетания или положения циркуляции. Узел получается более коротким, и не используются дорогие детали, применяемые для удержания устройства в пакере. Имеется возможность надежного перемещения устройства вперед и назад между положениями нагнетания и циркуляции, используя простое короткое движение приподнимания и опускания. Опускаемый сверху на пакер вес непосредственно противодействует силам высокого давления, возникающим при нагнетании, в отличие от того, что может быть получено в конструкциях на фиг.1 и 2. Эти и другие особенности настоящего изобретения будут более очевидны специалистам при ознакомлении с приведенным далее описанием предпочтительного варианта осуществления и соответствующих чертежей, с учетом того, что полностью область притязаний изобретения должна быть определена его формулой.

Раскрытие изобретения

Муфта перекрестного потока опускается в скважину вместе с пакером, и после того как пакер посажен, отделяется от пакера для независимого перемещения. Муфту перекрестного потока поднимают, освобождая подпружиненные защелки с тем, чтобы при опускании веса наружный узел муфты перекрестного потока опирался на шпиндель пакера. После этого шпиндель муфты перекрестного потока может быть опущен и поднят для управления байонетным механизмом в муфте перекрестного потока. Относительное перемещение, вызываемое байонетными пазами, когда наружный узел муфты перекрестного потока удерживается защелками, позволяет открыть или закрыть обратный канал внутри муфты перекрестного потока, вне зависимости от какого-либо контакта со шпинделем пакера.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

на фиг.1 представлен вид сечения известной муфты перекрестного потока, закрепленной внутри шпинделя пакера и показанной в положении нагнетания;

на фиг.2 представлен вид фиг.1, показывающий известное устройство в положении циркуляции;

на фиг.3 представлен вид сечения устройства в соответствии с настоящим изобретением, показанного в положении при спуске;

на фиг.4 представлен вид фиг.3, где устройство показано в промежуточном положении перед тем, как защелки установлены на верхнюю часть шпинделя пакера;

на фиг.5 представлен вид фиг.4 в положении циркуляции с защелками, установленными на верхнюю часть шпинделя пакера;

на фиг.6 представлен вид фиг.5 после перевода байонетным механизмом в положение нагнетания, когда защелки находятся поверх шпинделя пакера.

Осуществление изобретения

На фиг.3 показан корпус пакера, включающий верхнюю переходную муфту 100, присоединенную к многокомпонентному корпусу 102, который, в свою очередь, присоединен к нижней переходной муфте 104. Клиновые плашки захвата и герметизирующие элементы для пакера не показаны. Муфта 106 перекрестного потока имеет шпиндель 108, начинающийся на верхней переходной муфте 110, соединенной с соединительной втулкой 112. Далее идет верхний корпус 114, присоединенный к нижнему корпусу 116, за которым следует соединительная втулка 118 и нижняя переходная муфта 120. Стрелками 122 представлен поток, который может поступать с поверхности и проходить через канал/проход 124 и выходить наружу в кольцевое пространство ниже нижней переходной муфты 104 пакера. Специалистам должно быть понятно, что кольцевой выход наружу фильтрующего узла на чертежах не показан. Зато показаны обратный канал/проход 126, который отделен от канала 124. В положении спуска, показанном на фиг.3, канал 126 закрыт уплотняющими манжетами 128 и 130, которые перекрывают отверстия 132, совмещенные с каналом 126.

Наружный узел 134 включает золотник 136, отжимаемый пружиной от соединительной втулки 112. Золотник 136 присоединен к соединительной втулке 139, которая соединена с защелкивающимся держателем 140. От защелкивающегося держателя 140 отходит золотник 142. Между золотником 142 и нижней переходной муфтой 120 расположено уплотнительное кольцо 144, на котором имеются уплотнители 130 и 146. Оно удерживается у соединительной втулки 118 за счет соединения переходной муфты 120 с соединительной втулкой 118. У переходной муфты 120 также имеется внешний уплотнитель 148, который в положении спуска, показанном на фиг.1, находится ниже нижней переходной муфты 104 пакера. Верхняя переходная муфта 110 имеет уступ 150, который при спуске опирается на верхнюю переходную муфту 100 шпинделя пакера. Дополнительная фиксация между верхней переходной муфтой 110 муфты перекрестного потока и верхней переходной муфтой 100 шпинделя может быть обеспечена резьбой, срезным штифтом или другим соединением, которое может быть разрушено или разобрано, например, приложенным давлением или взаимным вращением.

Для осуществления перемещения муфты перекрестного потока относительно корпуса пакера, два узла сначала должны получить возможность взаимного продольного перемещения после того, как пакер был посажен известным образом, например, герметизацией шариком и опрессовкой. После того, как верхняя переходная муфта 110 муфты перекрестного потока получила возможность взаимного продольного движения, ее приподнимают, как показано на фиг.4, и отодвигают от верхней переходной муфты 100 корпуса пакера, который стал неподвижным после посадки пакера. Будучи достаточно приподнятыми, защелки 152 могут быть отжаты по радиусу наружу пружинами 154, пока движение наружу защелок 152 не будет остановлено выступом 156 на защелкивающимся держателе 140. В конструкции, показанной на фиг.4, вес еще не был приложен, поэтому защелки 152 находятся выше уступа 158. В это время уплотнитель 148 сдвинулся вверх в корпус 102 пакера. Уплотняющие манжеты 128 и 130 все еще закрывают канал 126. Вкладыш 160 подшипника на верхней переходной муфте 110 муфты перекрестного потока теперь также находится снаружи верхней переходной муфты 100 корпуса пакера.

На фиг.5 защелки 152 показаны опущенными на верхнюю переходную муфту 100 пакера с тем, чтобы удерживать теперь наружный узел 134 в определенном положении, в то время как узел 108 шпинделя мог быть сдвинутым вниз. Узел 108 шпинделя присоединен к наружному узлу 134 штифтом 162, выступающим от узла 108 шпинделя во втулку 164 с байонетной прорезью, прикрепленную к наружному узлу 134. В этом положении отверстия 132 теперь совмещены с просветом 168 у нижнего конца 166 золотника 142 при том, что просвет 168 перекрывается уплотняющими манжетами 128 и 130. Муфта перекрестного потока теперь находится в положении циркуляции, поскольку обратный канал 126 закупорен уплотняющей манжетой 148 в корпусе пакера после отверстий 132, оставляя выходной канал 170 из верхней переходной муфты 100 корпуса пакера вокруг подпертых защелок 152. В этом положении может осуществляться циркуляция для укладки гравия, поступающего вниз, как показано стрелкой 122, и отбор раствора, выходящего из скважины через фильтры (не показаны), назад через канал 126 и наружу в кольцевое пространство над пакером через канал 170.

На фиг.6 показан узел 108 шпинделя после того, как он был поднят и опущен так, что оказался повернутым в другое положение под действием байонетного механизма 162, 164. Теперь отверстия 132 изолированы между уплотнительными манжетами 128 и 130, что не позволяет раствору в канале 126 проходить в выходной канал 170. Устройство теперь находится в том же положении нагнетания, что и во время спуска, как было показано на фиг.3.

Специалистам должно быть понятно, что настоящее изобретение имеет опору над пакером и что в конструкции исключены различные пространственно разнесенные указательные втулки и взаимодействующие с ними конусные втулки SMART®. Общая длина устройства может быть сокращена по сравнению с известными конструкциями, а также могут быть исключены многочисленные уплотнители и ряд отверстий уплотнения. Байонетный механизм позволяет ориентировать устройство с большей точностью, поскольку больше не требуется определять опорные точки внутри пакера. Когда пакер посажен, воздействие на него нагрузкой сверху также помогает удерживать его в месте посадки, преодолевая пластовое давление, по сравнению с нагружением пакера внутри его шпинделя и ниже его посадочного уплотняющего элемента. Кроме того, клапан, который управляет открыванием обратного канала 126, является компонентом узла 108 шпинделя, и для выполнения открывания и закрывания не взаимодействует с внутренними поверхностями узла 108 шпинделя, как это было в известной конструкции. Хотя, в предпочтительном варианте, устройство закрепляется отдельно от верхней части шпинделя пакера, оно может закрепляться вблизи этой верхней части, например, в пазу, находящемся вблизи или отходящем от верхней части шпинделя пакера.

Приведенное описание иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления, и специалисты могут предложить многочисленные его модификации в пределах существа изобретения, область притязаний которого определена буквально и однозначно областью притязаний приложенной формулы.

Изобретение относится к использованию муфт перекрестного потока в сочетании с изоляционными пакерами и фильтрами для выполнения операций по заканчиванию скважин. Обеспечивает сокращение общей длины устройства, ориентирование устройства с большей точностью. Многопозиционное устройство для выборочного переключения потока через шпиндель пакера между противоположными направлениями содержит пакер, имеющий шпиндель пакера и уплотняющий элемент, выполненные так, что шпиндель удерживается в подземном расположении, когда уплотняющий элемент находится в посадочном положении; и корпус муфты перекрестного потока, включающий перемещаемые относительно друг друга компоненты и приспособленный для его выборочного крепления вблизи верхней части упомянутого уже независимо удерживаемого шпинделя пакера, причем корпус муфты перекрестного потока при его закреплении вблизи верхней части шпинделя пакера способен создавать относительное перемещение, открывающее и закрывающее канал на корпусе муфты перекрестного потока. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Многопозиционное устройство для выборочного переключения потока через шпиндель пакера между противоположными направлениями, содержащее: пакер, имеющий шпиндель пакера и уплотняющий элемент, выполненные так, что шпиндель удерживается в подземном расположении, когда уплотняющий элемент находится в посадочном положении; и корпус муфты перекрестного потока, включающий перемещаемые относительно друг друга компоненты и приспособленный для его выборочного крепления вблизи верхней части упомянутого уже независимо удерживаемого шпинделя пакера, причем корпус муфты перекрестного потока при его закреплении вблизи верхней части шпинделя пакера способен создавать относительное перемещение, открывающее и закрывающее канал на корпусе муфты перекрестного потока.

2. Устройство по п.1, в котором корпус включает внутренний шпиндель, через который проходит первый канал для потока, и узел наружного золотника, перемещаемый относительно внутреннего шпинделя и включающий выборочно перекрываемый второй канал.

3. Устройство по п.2, в котором узел наружного золотника включает подвижную опору, которая удлиняется, когда узел наружного золотника отводится от шпинделя пакера.

4. Устройство по п.3, в котором узел наружного золотника фиксируется на внутреннем шпинделе посредством байонетного механизма.

5. Устройство по п.4, в котором узел наружного золотника образует кольцевое пространство между собой и шпинделем пакера, и второй канал выборочно соединяется с кольцевым проходом, в зависимости от относительного расположения внутреннего шпинделя и узла наружного золотника.

6. Устройство по п.5, в котором пара уплотнительных манжет перекрывает второй канал и закрывает его, когда они соприкасаются с узлом наружного золотника при перекрытии им второго канала.

7. Устройство по п.6, в котором байонетный механизм изменяет положение узла наружного золотника так, чтобы с ним больше не соприкасалась по меньшей мере одна уплотняющая манжета, обеспечивая сообщение с кольцевым пространством внутри шпинделя пакера.

8. Устройство по п.7, в котором подвижная опора включает по меньшей мере одну подпружиненную защелку.

9. Устройство по п.8, в котором внутренний шпиндель выборочно фиксируется на шпинделе пакера для спуска, при этом защелка сжимается внутри шпинделя пакера, преодолевая усилие пружины.

10. Устройство по п.9, в котором внутренний шпиндель освобождается от шпинделя пакера, а защелка разжимается по радиусу наружу при выдвижении из шпинделя пакера, после чего под опускаемым весом защелка устанавливается на шпиндель пакера.

11. Устройство по п.10, в котором защелка устанавливается на верхнюю часть шпинделя пакера.

12. Устройство по п.11, в котором защелка поджимается по меньшей мере одной пружиной.

13. Устройство по п.1, в котором выборочное крепление производится к верхней части шпинделя пакера.