МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ИЗОЛИРОВАНИЕ СКВАЖИНЫ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ ПЛАСТА Российский патент 2016 года по МПК E21B34/14 E21B43/26 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для многосекционного, т.е. многоступенчатого, изолирования горизонтального ствола скважины и для гидравлического разрыва пласта.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

Серьезной проблемой нефтегазовой отрасли является обеспечение доступа к содержащимся в геологической формации углеводородам, когда они не вытекают из формации с легкостью. В таких случаях необходима обработка или стимулирование формации, заключающееся в гидравлическом разрыве пласта с обеспечением возможности прохождения углеводородов к буровой скважине, откуда они могут быть доставлены на поверхность для использования.

Гидравлический разрыв пласта с помощью горизонтальных скважин традиционно связан с закачиванием в формацию продавочного флюида через закрепленную обсадными трубами (обсаженную) или не закрепленную обсадными трубами (необсаженную) секцию скважины с целью гидравлического разрыва пласта и извлечения из него углеводородов.

Во многих случаях представляется желательным такое решение, при котором гидравлический разрыв нескольких секций формации осуществляется одновременно или одна за другой. Колонна труб для гидравлического разрыва нескольких секций формации обычно оснащена одним или большим количеством инструментальных наборов для гидравлического разрыва пласта, отделенных друг от друга с помощью гидравлических манжет (пакеров).

В некоторых обстоятельствах системы гидравлического разрыва пласта разворачивают в обсаженных секциях ствола скважины, и в таких случаях обсадные трубы снабжены отверстиями (перфорированы), чтобы обеспечить проникновение продавочного флюида в формацию через инструмент гидравлического разрыва пласта и отверстия в цементированной обсадной трубе. В других случаях гидравлический разрыв пласта выполняют через необсаженные секции скважины.

В случае многостадийного разрыва пласта большое число клапанных инструментов для гидравлического разрыва пласта приводят в действие в определенной последовательности, начиная обычно с носкового конца скважины, постепенно продвигаясь по направлению к ее пяточному концу. Важное значение имеет приведение в действие клапанных инструментов для гидравлического разрыва пласта в требуемом порядке, и чтобы они не приходили в открытое состояние раньше, чем требуется. Важно также, чтобы, будучи приведены в открытое состояние, клапанные инструменты для гидравлического разрыва пласта не закрывались, пока не потребуется привести их в закрытое состояние.

В данной отрасли разработано много технологий гидравлического разрыва пласта. Известны, например, средства гидравлического разрыва пласта, в которых используется шар, спускаемый в скважину и попадающий в клапанное седло, блокируя протекание флюида через центральный ствол, вызывая нарастание давления флюида, который принуждается к истечению через множественные форсунки, расположенные по периферии вокруг хвостовика.

Известны также и другие клапанные инструменты для гидравлического разрыва пласта, которые предназначены для использования с колонной гибких насосно-компрессорных труб, в которых шар запускают для блокирования протекания флюида по хвостовику через стреляющие головки с гидравлическим приводом в муфте гидравлического разрыва пласта. В некоторых решениях предусматривается использование в скважине пакеров с седлом для шара и шаром, так что флюид перенаправляется к портам гидравлического разрыва пласта на оснастке. В других решениях предусматривается использование шаров разных размеров для управления гидродинамическим давлением в скважине.

Тем не менее, в отрасли существует потребность в клапанных инструментах для гидравлического разрыва пласта, которые были бы просты в конструкции, не велики по размерам и эффективны при многостадийном гидравлическом разрыве пласта.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Согласно одному аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусматривается создание клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта, содержащего один или большее количество портов (каналов), муфту, выполненную с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором она исключает возможность протекания флюида через упомянутые порты, и открытым положением, в котором она обеспечивает возможность протекания флюида через упомянутые порты, и клапанное седло, принимающее шар, которое разъемно соединено с упомянутой муфтой, при этом перемещение седла и муфты из закрытого положения в открытое обусловлено попаданием шара в упомянутое клапанное седло.

Согласно другому аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусматривается создание клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта, содержащего клапанное седло для принятия шара, которое разъемным образом установлено внутри упомянутого инструмента, причем упомянутое клапанное седло имеет вмещающий профиль, обеспечивающий принятие шара и согласованный по радиусу кривизны с шаром для обеспечения недеформирующего охватывания им этого шара.

Краткое описание прилагаемых графических материалов

На фиг. 1 схематично показана горизонтальная скважина, оснащенная инструментами согласно предлагаемому изобретению.

На фиг. 2 в разрезе показан клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта согласно одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, находящийся в закрытом состоянии.

На фиг. 3 в разрезе показан клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта согласно одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, находящийся в открытом состоянии.

На фиг. 4 в разрезе показан клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта согласно одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, находящийся в открытом состоянии, при этом клапанное седло высверлено.

На фиг. 5 в разрезе показан клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта согласно одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, находящийся в закрытом состоянии, при этом клапанное седло высверлено.

На фиг. 6 в разрезе на виде спереди показана арматура проверки качества, используемая с клапанным инструментом для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения

Предложен клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта, представляющий собой усовершенствование использующих шары многосекционных горизонтальных инструментов для гидравлического разрыва пласта, обеспечивающих повышение безопасности при установке, уменьшение времени бурения и повышенную надежность при операциях гидравлического разрыва пласта в горизонтальной части ствола скважины.

При сочетании малого наружного диаметра и малой длины предлагаемый клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта позволяет обойтись без переходных резьбовых патрубков (переходников), способствуя, тем самым, уменьшению жесткости хвостовика. Эти характеристики инструмента обеспечивают повышение гибкости и уменьшение наружного диаметра бурового снаряда, который будет легче разворачивать в скважине.

Предлагаемые клапанные инструменты для гидравлического разрыва пласта могут быть подняты рукой и вручную навинчены на хвостовик, который обычно удерживается захватом на буровой площадке, после чего на клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта может быть опущена верхняя секция хвостовика, которая обычно удерживается с помощью подъемника или подобного приспособления, и выполненный как одно целое корпус клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта обеспечивает возможность приложения крутящего момента от упомянутой верхней секции хвостовика через клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта к хвостовику для создания колонны хвостовика.

Предлагаемый клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта вместе со связанными с ним инструментами могут быть установлены вдоль хвостовика и развернуты в необсаженную секцию ствола скважины. Предлагаемые клапанные инструменты для гидравлического разрыва пласта обеспечивают средство стимулирования секции пласта с целью осуществления гидравлического разрыва этого пласта и обеспечения истечения флюидов пласта. Малая длина клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта позволяет обходиться без переходных резьбовых патрубков (переходников) на обоих концах. Меньший наружный диаметр и малая длина клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта способствуют повышению гибкости хвостовика, дополнительно способствуя его развертыванию в стволе скважины. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта обходится без традиционного резьбового соединения между верхней частью этого инструмента и его шкивом. Вместо этого конец трубы с муфтой и шкив выполнены заодно, и внутри шкива используется установочный инструмент для введения клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта. Использование специального установочного инструмента позволяет обойтись без резьбового соединения, обеспечивая, тем самым, уменьшение длины клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта.

Как можно видеть на фиг. 1, согласно одному из предпочтительных способов развертывания, клапанные инструменты для гидравлического разрыва пласта могут быть развернуты на колонне напорно-компрессорных труб, дополнительно оснащенной башмаком обсадной колонны с обратным клапаном, или направляющим башмаком 50 на носке хвостовика, активационным инструментом 100 на предварительно заданном расстоянии от упомянутого направляющего башмака 50, клапанным инструментом 200 для гидравлического разрыва первой секции пласта, после которого следует серия чередующихся пакеров 300 для необсаженной секции ствола скважины и клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению - до конечного пакера 500 для обсаженной секции ствола скважины. Специалисту соответствующего профиля должно быть понятно, что на фиг. 1 представлен только один пример колонны инструментов для гидравлического разрыва пласта, и что относительно показанной колонны без выхода за пределы предлагаемого изобретения возможны добавления, изъятия и перестановки инструментов и компонентов колонны.

Клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению расположен в хвостовике между двумя пакерами 300 для необсаженной секции ствола скважины и изображен на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6. Клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта содержит полый шпиндель 420, который в предпочтительном варианте осуществления является полнопроходным, и его внутренний диаметр согласован с внутренним диаметром хвостовика. По периферии вокруг упомянутого шпинделя 420 выполнен один или большее количество портов 410, обеспечивающих флюидное сообщение между внутренним пространством хвостовика и необсаженной секцией ствола скважины. Шпиндель 420 снабжен находящейся внутри него муфтой 408, которая соединена со шпинделем посредством одного или большего количества срезных винтов 406. Когда клапанный инструмент находится в закрытом состоянии, муфта 408 блокирует протекание флюида через упомянутые порты 410. Внутри муфты 408 расположено клапанное седло 404, выполненное с возможностью принятия шара 402, запускаемого в хвостовик с буровой площадки и перемещаемого к упомянутому клапанному седлу 404 под действием давления флюида, создаваемого насосом.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению сбалансирован по давлению путем уплотнения с помощью О-образных уплотнительных колец, установленных по обе стороны упомянутых портов, так что исключен риск сдвига муфты 408 с переводом клапанного инструмента в открытое состояние, пока шар 402 находится на клапанном седле 404. После того как шар 402 занял свое место на клапанном седле 404, давление в хвостовике развивает силу, под действием которой происходит срезание упомянутых срезных винтов 406, обеспечивая для клапанного седла и муфты 408 возможность сдвига, в результате чего открывается сообщение с портами 410.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором для предотвращения эрозии, которая может быть вызвана прокачиваемым через клапанное седло 404 расклинивающим агентом, клапанное седло 404 клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению, имеет упрочненную поверхность. Клапанные седла 404 изготовлены из материала, выдерживающего напряжения, порождаемые столкновением с попадающим в седло шаром 402, а также напряжения, имеющие место при нахождении шара в седле при большой разности давлений, когда седло обеспечивает для шара надлежащую опору; противостоянию упомянутым напряжениям способствует также геометрическая форма клапанного седла 404. В качестве материалов, подходящих для изготовления клапанного седла 404, могут использоваться большинство литейных чугунов, в том числе серый литейный чугун класса 40 и серый литейный чугун класса 50, хотя специалистам соответствующего профиля известны и другие подходящие материалы, которые охватываются объемом предлагаемого изобретения. Наиболее предпочтительным представляется решение, предусматривающее упрочнение поверхности клапанного седла путем обработки жидким азотом до достижения твердости по шкале Роквелла С в пределах от HRC 50 до HRC 55.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором клапанное седло 404 клапанного инструмента для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению имеет вмещающий профиль 416, выполненный с возможностью принятия и частичного охвата шара 402 в клапанном седле, гарантируя, что шар 402 не сойдет со своего места непроизвольно, прежде чем это потребуется. Обеспечивающим преимущество представляется такое решение, при котором радиус вмещающего профиля 416 обеспечивает охватывание шара 402 без его деформирования. Предлагаемый вмещающий профиль не требует высокого давления для подъема шара 402 с клапанного седла 404, для этого достаточно давления в пласте по завершении гидравлического разрыва пласта. Это становится возможным благодаря тому, что вмещающий профиль 416 предпочтительно выполняется согласующимся по радиусу с шаром 402, предотвращая деформирование шара 402 и его заклинивание в клапанном седле 404.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором геометрические формы вмещающего профиля 416 и соответствующего шара 402 обеспечивают возможность использовать несколько разных отношений размеров шара 402 и клапанного седла 404 для разных применений хвостовика. Согласование геометрических форм вмещающего профиля 416 и шара 402 в данной конструкции обеспечивает возможность приспособить эту конструкцию для использования со многими размерами шара и клапанного седла, сократив, тем самым, линейку размеров клапанных седел 404, которые требуется производить. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, размеры и геометрическая форма вмещающего профиля 416 могут регулироваться относительно размера шара 402, который предназначен для использования с ним; это уменьшает возможные стягивающие напряжения, которые могут возникнуть в шаре 402, благодаря чему гарантируется оптимальное соотношение между надлежащей установкой шара и низким давлением его подъема.

В качестве шара 402, пригодного для использования с предлагаемым изобретением, может использоваться любой известный и используемый в этой области техники шар. Более предпочтительным представляется такое решение, при котором шар 402 выполнен из неэластомерного материала, который прочен, обладает коррозионной стойкостью по отношению к продавочным флюидам и скважинным флюидам и достаточной гибкостью. В качестве таких материалов в числе прочих могут использоваться фенольные смолы, композитные материалы или алюминий.

После использования предлагаемого клапанного инструмента клапанное седло 404 высверливают, в связи с чем представляется предпочтительным такое решение, при котором клапанное седло 404 изготовлено из минимального количества материала, тем самым минимизируется время, затрачиваемое на это высверливание. В частности, материал клапанного седла выбирается таким образом, чтобы в результате сверления он крошился, благодаря чему уменьшался бы риск образования крупных фрагментов, которые могли бы заблокировать просвет хвостовика.

На фиг. 4 изображено положение, когда клапанное седло 404 клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению высверлено по завершении гидравлического разрыва пласта. Геометрическая форма клапанного седла 404 и способ, используемый для прикрепления его к муфте 408, обеспечивают раздробление клапанного седла 404 на мелкие частицы в результате высверливания, благодаря чему исключается риск попадания крупных осколков на следующее клапанное седло 404, подлежащее высверливанию. Эти осколки увеличивали бы время, требуемое для высверливания последующих клапанных седел 404, подлежащих высверливанию, и могли бы при вращении размалываться на следующем клапанном седле 404. Как показано на фиг. 2 и фиг. 3, геометрический контур 422 предпочтительно принимает форму скважинного конца клапанного седла, имеющего увеличенный просвет, который остается незатронутым в процессе высверливания.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором один или большее количество противовращательных выступов 414 внутри предлагаемого клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта способствуют высверливанию клапанного седла 404, удерживая его в закрепленном состоянии. Более предпочтительным представляется такое решение, при котором клапанное седло 404 навинчено на муфту 408 таким образом, что высверливание клапанного седла 404 вызывает затягивание резьбы, что дополнительно способствует удержанию клапанного седла 404 на месте на муфте 408. Наиболее предпочтительным представляется такое решение, при котором резьбы 418, выполненные на клапанном седле 404 и на муфте 408, являются левыми и, тем самым, затягивающимися при высверливании. После высверливания остается снабженный резьбой участок 424 седла, имеющий такой же просвет, что и упомянутый геометрический контур 422 с увеличенным просветом. Резьбовое соединение, т.е. резьбы 418 между клапанным седлом 404 и муфтой 408, обеспечивает возможность смены клапанного седла 404 любого клапанного инструмента 400, если в том возникает необходимость, например, в случае замеченного повреждения клапанного седла 404 или в случае, если на месте проведения работ понадобится для одного или большего количества клапанных инструментов 400 установить клапанное седло другого размера для шара другого размера.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления предлагаемого изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 6, предусмотрена арматура контроля качества 700, назначение которой состоит в проверке пяти размерных характеристик каждого из предлагаемых клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта с целью обеспечения правильного размещения каждого из этих клапанных инструментов в хвостовике. С помощью упомянутой арматуры контроля качества 700 проверяют размер ствола скважины при прохождении его сквозь клапанное седло 404, а также размер прохода, перегораживаемого шаром 402. Осуществляется проверка соосности обоих проходов для обеспечения надлежащего уплотнения при нахождении шара 402 на своем месте на клапанном седле. С помощью арматуры контроля качества 700 проверяют геометрическую форму вмещающего профиля 416, а также расстояние от клапанного седла 404 до верхушки клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта, чтобы обеспечить надлежащую сборку этого клапанного инструмента. Представляется предпочтительным такое решение, при котором арматура контроля качества 700 прикреплена к инструменту для установки клапанного седла (не показано), что способствует правильной установке клапанного седла 404 внутри клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта.

В некоторых случаях клапанное седло 404 предлагаемого клапанного инструмента может высверливаться до диаметра, соответствующего внутреннему диаметру хвостовика с возможностью перемещения. Диаметры, обеспечивающие возможность перемещения, установлены Американским нефтяным институтом API для каждого веса обсадной колонны. Объект с таким диаметром и с определенной длиной, как это определено Американским нефтяным институтом, должен проходить через трубу с соответствующим внутренним диаметром.

Хотя обычно для одной изолированной секции пласта используют один клапанный инструмент 400, не исключается возможность использования в любой изолированной секции пласта большего количества клапанных инструментов для гидравлического разрыва пласта. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта может быть выполнен с возможностью нахождения в закрытом состоянии. Закрытие клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта может осуществляться разными средствами. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, закрытие клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта осуществляется до высверливания клапанного седла; в этом случае используется толкающий инструмент, запускаемый в трубу для закрытия клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта. Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 5, закрытие клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта осуществляется после высверливания клапанного седла. Переведение одного или большего количества клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта из открытого состояния в закрытое с помощью толкающего инструмента 412 другого типа.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором общее проходное сечение через все порты 410 клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта больше, чем проходное сечение хвостовика.

Иногда, когда расклинивающий агент больше не может быть закачан в пласт, во время операции разрыва пласта случается выпадение расклинивающего агента из жидкости разрыва, и расклинивающий агент (обычно это песок) остается внутри хвостовика, препятствуя доставке в скважину следующего шара. В таких случаях по трубе проводят съемник (не показан), который попадает на клапанное седло 404. В таких случаях для приведения клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта в открытое состояние используют давление в области кольцеобразного сечения между внутренней поверхностью хвостовика и наружной поверхностью трубы.

В одном из примеров работы клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению хвостовик собран с направляющим башмаком 50, активационным инструментом 100, собственно хвостовиком, клапанным инструментом 200 для гидравлического разрыва первой секции пласта, после которого следует серия, состоящая из хвостовика, пакера 300 для необсаженной секции ствола скважины и клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта согласно предлагаемому изобретению. Между упомянутым активационным инструментом 100 и клапанным инструментом 200 для гидравлического разрыва первой секции пласта факультативно может быть использован якорь для необсаженной секции ствола скважины для закрепления хвостовика в стволе скважины. В альтернативном варианте вместо упомянутого якоря для этой цели могут быть использованы центрирующие средства, стабилизирующие средства или другие подходящие средства, известные в данной области техники.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором, например, на 4,5-дюймовом (11,43 см) хвостовике клапанные инструменты 400 для гидравлического разрыва пласта, разделенные пакерами 300 для необсаженной секции ствола скважины, используются в количестве до 40. В рабочей сборке клапанные седла 404 клапанных инструментов 400 последовательно увеличиваются в размере, обеспечивая прием шаров 402 все большего размера, при этом клапанное седло 404 наименьшего размера находится ближе всех к концу носка ствола скважины, а клапанное седло 404 наибольшего размера находится в конце пятки скважины. Пакер 500 для обсаженной секции ствола скважины присоединен к верхнему концу хвостовика. Для прикрепления пакера 500 для обсаженной секции ствола скважины к рабочей трубной колонне может быть использована уплотнительная втулка или другие средства, известные в данной отрасли техники.

Хвостовик вводят в подготовленный ствол скважины с помощью рабочей колонны или на колонне разрыва. На заданной глубине для остановки протекания флюида приводят в действие активационный инструмент 100. При этом величина давления в хвостовике нарастает от запускающего давления, при котором начинают устанавливаться и пакер 500 для обсаженной секции ствола скважины, и пакер 300 для необсаженной секции ствола скважины, до давления окончательной установки пакеров, при котором и пакер 500 для обсаженной секции ствола скважины, и пакер 300 для необсаженной секции ствола скважины установлены окончательно. Внутри обсаженной секции ствола скважины факультативно может быть проведено испытание давлением, чтобы убедиться, что пакер 500 для обсаженной секции ствола скважины установлен должным образом. Если хвостовик вводился на рабочей трубной колоне, то затем с пакера 500 для обсаженной секции ствола скважины может быть снята уплотнительная втулка или другое соединительное средство, после чего рабочую трубную колонну и уплотнительную втулку извлекают из скважины и разворачивают колонну гидравлического разрыва пласта и уплотнительную втулку. Если же хвостовик вводился на колонне гидравлического разрыва пласта, то никаких замен не делается.

К колонне гидравлического разрыва пласта прикладывается дополнительное давление. При заданной величине открывающего давления, которое выше, чем давление полной установки пакеров, клапанный инструмент 200 для гидравлического разрыва первой секции пласта переходит в открытое состояние, и в пласт закачивается продавливающий флюид, осуществляя разрыв пласта. Затем в разломы заканчивается расклинивающий агент. Затем в хвостовик запускается первый шар 402, размер которого соответствует размеру клапанного седла клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта, самого близкого к носку скважины. При этом клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта приходит в действие, открывая, тем самым, порты 410, обеспечивая сообщение между внутренним пространством хвостовика и изолированной секцией пласта между двумя пакерами 300 для необсаженной секции ствола скважины, расположенными по обе стороны от конкретного клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта. Аналогично путем запуска последующих шаров 402 приводятся в действие последующие клапанные инструменты 400 для гидравлического разрыва пласта.

Продавочный флюид, перекачиваемый через порты клапанного инструмента 400 для гидравлического разрыва пласта, разрывает секцию пласта между используемыми для изоляции этой секции пласта пакерами 300 для необсаженной секции ствола скважины. По завершении разрыва этой секции пласта приводят в действие следующий клапанный инструмент 400 для гидравлического разрыва пласта, и процесс повторяется. Например, для 4,5-дюймового (11,43 см) хвостовика этот процесс может быть повторен до 40 раз. Для других размеров хвостовиков потребовалось бы другое количество клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта и пакеров 300 для необсаженной секции ствола скважины. По завершении разрыва всех требовавшихся секций пласта обеспечивается возможность для истечения из скважины, и давление пласта действует для деактивации клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта путем выдавливания шаров 402 из клапанных седел 404, в результате чего обеспечивается возможность затекания пластовой жидкости в хвостовик. После этого колонна разрыва пласта и соединительные средства могут быть извлечены из скважины.

При желании клапанные седла клапанных инструментов 400 для гидравлического разрыва пласта могут быть высверлены позже.

В приведенном выше описании предлагаемое изобретение было описано на конкретных вариантах его осуществления. Однако должно быть понятно, что без выхода за объем предлагаемого изобретения и без нарушения его духа в отношении этих вариантов возможны различные модификации и изменения.

Согласно одному из аспектов осуществления предлагаемого изобретения предложен клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта, содержащий один или большее количество портов, муфту, выполненную с возможностью принимать закрытое положение, в котором она исключает возможность протекания флюида через упомянутые один или большее количество портов, и открытое положение, в котором она обеспечивает возможность протекания флюида через упомянутые один или большее количество портов. При этом муфта выполнена с возможностью перехода из закрытого положения в открытое и обратно, и клапанное седло, принимающее шар и разъемно соединенное с упомянутой муфтой. Переход муфты из закрытого положения в открытое обусловлено попаданием шара в упомянутое клапанное седло. Согласно другому аспекту осуществления предлагаемого изобретения раскрывается клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта, содержащий клапанное седло для принятия шара, которое разъемным образом установлено внутри клапанного инструмента. Упомянутое клапанное седло имеет вмещающий профиль, обеспечивающий принятие шара. При этом упомянутый вмещающий профиль по радиусу кривизны согласован с шаром для обеспечения недеформирующего охватывания им этого шара. Технический результат заключается в повышении эффективности клапанного инструмента. 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта, содержащий
(а) один или более портов,
(б) муфту, выполненную с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором она исключает возможность протекания флюида через упомянутые один или более портов, и открытым положением, в котором она обеспечивает возможность протекания флюида через упомянутые один или более портов, и
(в) клапанное седло для принятия шара, с возможностью разъема соединенное с упомянутой муфтой, являющееся высверливаемым клапанным седлом с упрочненной поверхностью и содержащее
вмещающий профиль для принятия шара, при этом упомянутый вмещающий профиль согласован по радиусу с шаром для обеспечения возможности принятия и неформирующего охватывания этого шара,
при этом перемещение седла и муфты из закрытого положения в открытое обусловлено попаданием шара в упомянутое клапанное седло.

2. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.1, в котором установленное с возможностью разъема клапанное седло является сменным для обеспечения возможности принятия шаров разных размеров.

3. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, дополнительно содержащий один или более срезных винтов, прикрепляющих муфту к клапанному инструменту и выполненных с возможностью быть срезанными при заданном давлении в хвостовике в случае нарастания этого давления внутри клапанного инструмента при установке шара в клапанном седле, при этом при срезании упомянутых одного или более срезных винтов обеспечена возможность перехода клапанного седла и муфты в открытое положение.

4. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.3, дополнительно содержащий шпиндель, внутри которого с возможностью перемещения прикреплена с помощью срезных винтов муфта, и по периферии которого выполнены один или более портов.

5. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, в котором общее проходное сечение через все порты клапанного инструмента больше, чем проходное сечение хвостовика.

6. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, в котором высверливаемое клапанное седло выполнено из хрупкого материала, крошащегося при сверлении.

7. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.6, в котором клапанное седло выполнено из литейного чугуна.

8. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.7, в котором твердость клапанного седла по шкале Роквелла С составляет в пределах от HRC 50 до HRC 55.

9. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, выполненный с возможностью приведения в закрытое состояние.

10. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.9, выполненный с возможностью закрытия до высверливания клапанного седла.

11. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.9, выполненный с возможностью закрытия после высверливания клапанного седла.

12. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, дополнительно содержащий один или более противовращательных выступов для удержания клапанного седла от вращения при его высверливании.

13. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.12, в котором клапанное седло ввинчено в муфту по резьбе в направлении затягивания резьбы с созданием препятствия для вращения при высверливании клапанного седла.

14. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.13, в котором клапанное седло ввинчено в муфту по левой резьбе, затягивающейся при высверливании клапанного седла.

15. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, дополнительно содержащий арматуру проверки качества для проверки одной или более размерных характеристик клапанного инструмента.

16. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.15, в котором упомянутая арматура проверки качества выполнена с возможностью проверки размера сквозного просвета клапанного седла, сквозного просвета вмещающего профиля клапанного седла, концентричности этих двух сквозных просветов, геометрической формы вмещающего профиля и расстояния от клапанного седла до верхней поверхности клапанного инструмента.

17. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.16, в котором упомянутая арматура проверки качества прикреплена к установочному инструменту для клапанного седла, предназначенному для установки требуемого клапанного седла в клапанный инструмент.

18. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.2, содержащий клапанное седло с увеличенными геометрическими размерами просвета вблизи скважинного конца, остающегося незатронутым в процессе высверливания и обеспечивающего поддержание контакта с внутренней частью муфты после высверливания.

19. Клапанный инструмент для гидравлического разрыва пласта по п.18, в котором снабженный резьбой участок клапанного седла, имеющий тот же просвет, что и увеличенные геометрические размеры клапанного седла, после высверливания остается.