ПОДЪЕМНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2017 года по МПК E21B23/04 E21B17/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к подъемному инструменту, предназначенному для защелкивания на объекте, например, на пробке, находящейся в стволе скважины. Кроме того, данное изобретение относится к скважинной поисковой системе, предназначенной для подъема объекта в стволе скважины, и к способу присоединения такой поисковой системы к внутрискважинному объекту и отсоединения от него.

Уровень техники

Известные внутрискважинные подъемные инструменты часто представляют собой полностью механические инструменты, в которых используется механический блокирующий механизм, предназначенный для обеспечения жесткого соединения между подъемным инструментом и предназначенным для извлечения из скважины объектом, например, скважинными пробками, инструментами и так далее. Механический блокирующий механизм часто содержит блокирующее средство, например, ключи, зажимные плашки или пальцы, проходящие от корпуса подъемного инструмента для сцепления с углублением, называемым также ловильной шейкой, в предназначенном для извлечении из скважины объекте. Блокирующее средство обычно блокируются в ловильной шейке путем приложения подъемного усилия к подъемному инструменту, после чего объект может быть поднят из скважины.

Инструменты или пробки, установленные в скважине, часто имеют какой-либо анкерный механизм, который должен быть ослаблен перед тем, как извлекать данные объекты из скважины. Этот анкерный механизм может быть расцеплен путем приложения подъемного или толкающего усилия к инструменту или пробке, в результате чего происходит разрушение срезного штифта. Когда срезной штифт разрушается, анкерный механизм извлекается или расцепляется автоматически. Однако, в некоторых случаях анкерный механизм может застрять, либо бывает невозможно извлечь инструмент или пробку из скважины по другим причинам. В таких случаях требуется оснащение подъемного инструмента отказоустойчивым механизмом, гарантирующим, что соединение между подъемным инструментом и подлежащим извлечению объектом может быть разъединено в скважине. В известных подъемных инструментах такие отказоустойчивые механизмы часто выполнены на основе срезного штифта или другого блокирующего элемента. Если подъемный инструмент застревает, срезаемый штифт может быть разрушен под действием направленных вниз ударных усилий на подъемном инструменте GS, то есть путем приложения проталкивающего усилия к подъемному инструменту, в результате чего механический блокирующий механизм расцепляется, и подъемный инструмент может быть отсоединен от инструмента в скважине и поднят к поверхности. Одним из недостатков известных подъемных инструментов является то, что инструменты повреждаются или становятся неработоспособными после активации отказоустойчивого механизма.

Раскрытие изобретения

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы полностью или частично преодолеть упомянутые выше недостатки уровня техники. В частности, задачей является обеспечение усовершенствованного подъемного инструмента и поисковой системы, имеющих надежную систему расцепления.

Упомянутые задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеследующего описания, выполнены с помощью решения согласно данному изобретению посредством подъемного инструмента, предназначенного для защелкивания на объекте, например, на пробке, находящейся в стволе скважины, содержащего:

- основной элемент, вытянутый в продольном направлении от ближнего конца, предназначенного для соединения с кабельным инструментом, к дальнему концу, выполненному с возможностью сцепления с объектом, и

- защелкивающийся механизм, окружающий основной элемент и выполненный с возможностью перемещения в продольном направлении между деактивированным положением и активированным положением, содержащий:

- поршневую муфту,

- ключевой элемент, предназначенный для защелкивания на скважинном объекте, причем ключевой элемент размещен с возможностью скольжения внутри поршневой муфты и вытянут от конца поршневой муфты к дальнему концу основного элемента, и

- поршневую пружину, воздействующую на поршневую муфту в продольном направлении к ближнему концу основного элемента,

причем защелкивающийся механизм выполнен с возможностью защелкивания на скважинном объекте при активации путем подачи гидравлической текучей среды через канал для текучей среды, проходящий от ближнего конца основного элемента к разжимной поршневой камере, которая по меньшей мере частично образована поршневой муфтой, в результате чего защелкивающийся механизм имеет возможность смещения из деактивированного положения в активированное положению, при этом защелкивающийся механизм выполнен с возможностью расцепления со скважинным объектом, если прекращается подача гидравлической текучей среды, в результате чего защелкивающийся механизм имеет возможность перемещения из активированного положения в деактивированное положение посредством поршневой пружины.

Подъемный инструмент, активируемый путем подачи гидравлической текучей среды, деактивируется, когда подача гидравлической текучей среды прекращается. Таким образом, подъемный инструмент имеет пассивную отказоустойчивую систему, означающую, что подъемный инструмент всегда может быть расцеплен, когда он находится в деактивированном или пассивном состоянии, причем подъемный инструмент должен быть активирован для возможности его работы. Если, например, происходит повреждение гидравлической системы, подъемный инструмент всегда может быть расцеплен.

В одном варианте осуществления изобретения ключевой элемент может содержать множество кронштейнов, выполненных с возможностью изгибания в радиальном направлении, причем упомянутые кронштейны имеют выступы на дальнем конце, предназначенные для сцепления с углублением скважинного объекта.

Более того, основной элемент может быть выполнен с возможностью обеспечения изгибания кронштейнов вовнутрь, когда защелкивающийся механизм находится в деактивированном положении.

Секция основного элемента, прилегающая к дальнему концу кронштейнов, когда защелкивающийся механизм находится в деактивированном положении, может иметь уменьшенный диаметр так, что множество кронштейнов имеют возможность изгибаться вовнутрь, когда защелкивающийся механизм находится в деактивированном положении.

Кроме того, защелкивающийся механизм может быть активирован путем подачи к разжимной поршневой камере гидравлической текучей среды с расходом 0,1-1,0 литров в минуту, предпочтительно 0,2-0,4 литров в минуту.

Таким образом, подъемный инструмент может быть активирован путем использования очень низкого объемного расхода гидравлической текучей среды, по сравнению с известными подъемными инструментами, например, подъемными инструментами, работающими на колонне гибких труб, для которых требуется расход приблизительно 160 литров в минуту.

Также, ключевой элемент может быть выполнен с возможностью скольжения в продольном направлении к ближнему концу основного элемента, когда защелкивающийся механизм находится в активированном положении, причем основной элемент может быть выполнен с возможностью обеспечения изгибания кронштейнов вовнутрь, когда ключевой элемент смещен к ближнему концу основного элемента.

В другом варианте осуществления ключевой элемент может быть выполнен с возможностью скольжения в продольном направлении к ближнему концу основного элемента, когда защелкивающийся механизм находится в активированном положении, так, чтобы кронштейны могли быть смещены к ближнему концу основного элемента и отогнуты вовнутрь в результате того, что секция основного элемента имеет уменьшенный диаметр.

Кроме того, основной элемент может содержать выступающий фланец, прилегающий к дальнему концу для поддержания множества кронштейнов ключевого элемента, когда защелкивающийся механизм находится в активированном положении, причем упомянутый фланец предотвращает радиальное перемещение, направленное непосредственно вовнутрь.

Дополнительно, основной элемент может содержать выступ, прилегающий к дальнему концу и тем самым ограничивающий продольное перемещение ключевого элемента за выступ.

Кронштейны ключевого элемента могут быть ограничены от изгибания вовнутрь фланцем, а также ограничены от перемещения в продольном направлении выступом основного элемента в одном направлении и выступами на кронштейнах ключевого элемента, попавшими в углубление скважинного объекта, в другом направлении. Таким образом, соединение подъемного инструмента со скважинным объектом механически блокируется, когда к подъемному инструменту прикладывают подъемное усилие. Таким образом, когда скважинный объект поднимают из скважины, нет необходимости в непрерывной подаче гидравлической текучей среды к подъемному инструменту для поддержания соединения между подъемным инструментом и скважинным объектом, при условии, что к подъемному инструменту прикладывается постоянное подъемное усилие.

Таким образом, поршневая пружина может воздействовать на поршневую муфту в направлении, противоположном направлению, в котором гидравлическая текучая среда воздействует на поршневую муфту, в результате чего обеспечивается отказоустойчивая система, гарантирующая, что защелкивающийся механизм переводится в деактивированное положение, если гидравлическое давление упало и напряжение на подъемном инструменте отсутствует.

Кроме того, поршневая пружина может примыкать к поршневой муфте и к основному элементу, тем самым перемещая поршневую муфту относительно основного элемента.

Также, поршневая камера может быть ограничена основным элементом и поршневой муфтой.

Защелкивающийся механизм может дополнительно содержать ключевую пружину, воздействующую на ключевой элемент в продольном направлении к ближнему концу основного элемента.

Дополнительно, пружина ключевого элемента может примыкать к поршневой муфте и к ближнему концу ключевого элемента, тем самым воздействуя на ключевой элемент в продольном направлении к дальнему концу основного элемента.

Более того, основной элемент может содержать верхний основной элемент и нижний основной элемент, соединенные посредством резьбы.

Данное изобретение также относится к скважинной поисковой системе, предназначенной для подъема объекта в стволе скважины и содержащей:

- подъемный инструмент, предназначенный для защелкивания на скважинном объекте, например, на пробке, и

- гидравлическую систему, предназначенную для подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту,

причем подъемный инструмент представляет собой подъемный инструмент, описанный выше.

Такая поисковая система может дополнительно содержать двигатель, предназначенный для приведения в действие гидравлической системы, модуль компенсатора для подачи текучей среды к поисковой системе для обеспечения избыточного давления внутри поисковой системы по сравнению с окружающей средой, и секцию электроники, предназначенную для питания поисковой системы и управления ею.

Скважинная поисковая система, описанная выше, может дополнительно содержать:

- ударный инструмент для создания усилия в осевом направлении, содержащий:

- гидравлическую систему, приводимую в действие двигателем,

- ударный цилиндр, и

- шток гидравлического поршня, приводимый в действие гидравлической системой и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении в ударном цилиндре, причем шток гидравлического поршня соединен с подъемным инструментом и с первой упомянутой гидравлической системой.

Кроме того, скважинная поисковая система, описанная выше, может содержать:

- ударный цилиндр, и

- шток гидравлического поршня, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении в ударном цилиндре,

причем подъемный инструмент установлен на штоке поршня, а гидравлическая система подает гидравлическую текучую среду как к подъемному инструменту, так и к ударному цилиндру для перемещения штока гидравлического поршня в осевом направлении к подъемному инструменту.

В результате использования общей гидравлической системы и при установке подъемного инструмента на штоке поршня можно уменьшить общую длину поисковой системы по сравнению с системами, в которых для ударного цилиндра и для подъемного инструмента используются отдельные гидравлические системы. Такое решение является предпочтительным, так как длина инструментального снаряда, то есть общая длина поисковой системы и поднимаемого объекта, часто является ограничивающим фактором. Общая длина инструментального снаряда ограничена противовыбросовым превентором (ВОР), поскольку длина инструментального снаряда не может превышать расстояние между предохранительными клапанами ВОР.

Скважинная поисковая система, описанная выше, может дополнительно содержать приводной модуль, предназначенный для продвижения вперед всей поисковой системы в наклонных секциях ствола скважины.

Наконец, данное изобретение относится к способу соединения поисковой системы, описанной выше, со скважинным объектом, и отсоединения от него, содержащему следующие этапы:

- активация подъемного инструмента путем подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту, в результате чего защелкивающийся механизм перемещается в продольном направлении,

- защелкивание подъемного инструмента на объекте,

- создание тягового усилия в подъемном инструменте,

- прекращение подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту, и

- расцепление подъемного инструмента с объектом.

В упомянутом способе этап защелкивания подъемного инструмента на объекте может содержать следующие этапы:

- введение дальнего конца подъемного инструмента в скважинный объект до примыкания ключевого элемента к скважинному объекту,

- дальнейшее воздействие на подъемный инструмент в направлении к скважинному объекту, в результате чего ключевой элемент прижимается к ближнему концу основного элемента, в связи с чем происходит сжатие пружины ключевого элемента, а кронштейны входят в положение, в котором они имеют возможность изгибания вовнутрь, и

- перемещение подъемного инструмента еще дальше в скважинный объект, в результате чего выступы на кронштейнах ключевого элемента проходят через ловильную шейку скважинного объекта и входят в углубление скважинного объекта.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых в качестве иллюстрации показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:

на фиг. 1a показан подъемный инструмент в деактивированном состоянии;

на фиг. 1b показан подъемный инструмент в активированном состоянии;

на фиг. 2a и 2b показан подъемный инструмент, находящийся в сцеплении с углублением в скважинном объекте;

на фиг. 3 показана поисковая система;

на фиг. 4 показана другая поисковая система; и

на фиг. 5 показан ствол скважины с расположенной в нем поисковой системой.

Все чертежи являются очень схематичными и не обязательно выполнены в масштабе, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, другие части не показаны или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1a и 1b показан подъемный инструмент 1, соответственно, в деактивированном и активированном состояниях. Подъемный инструмент 1 содержит основной элемент 10, вытянутый в продольном направлении от ближнего конца 10a, предназначенного для соединения с кабельным инструментом, к дальнему концу 10b, выполненному с возможностью сцепления со скважинным объектом. В альтернативном варианте ближний конец подъемного инструмента 1 может быть соединен с инструментом, используемым на колонне гибких труб, с колонной гибких труб или с бурильной колонной для введения в буровую скважину. Подъемный инструмент 1 дополнительно содержит защелкивающийся механизм 13, окружающий основной элемент 10 и выполненный с возможностью перемещения в продольном направлении между деактивированным положением, как показано на фиг. 1a, и активированным положением, как показано на фиг. 1b.

Защелкивающийся механизм 13 содержит поршневую муфту 14, размещенную с возможностью скольжения вокруг основного элемента 10. Поршневая муфта 14, таким образом, образует наружный кольцевой поршень, выполненный с возможностью перемещения в продольном направлении вдоль основного элемента 10. Защелкивающийся механизм дополнительно содержит ключевой элемент 17 для защелкивания на скважинном объекте. Ключевой элемент 17 вытянут от конца поршневой муфты 14 к дальнему концу 10b основного элемента 10. Кроме того, ключевой элемент 17 размещен с возможностью скольжения внутри части поршневой муфты 14 и выполнен с возможностью скольжения относительно основного элемента 10.

В одном варианте осуществления изобретения основной элемент 10 может содержать верхний основной элемент 11 и нижний основной элемент 12, соединенные посредством резьбы 20.

Также, в одном варианте осуществления изобретения поршневая муфта 14 содержит поршневую часть 15a и муфтовую часть 15b, которые являются жестко соединенными. Поршневая часть 15a примыкает с возможностью скольжения к основному элементу 10, причем уплотнительные элементы 141 обеспечивают герметичное уплотнение между поршневой частью 15a и основным элементом 10. Кроме того, поршневая часть 15a имеет расточенное отверстие 142 увеличенного диаметра, и поршневая часть 15a, таким образом, окружает секцию основного элемента 10, имеющую соответствующий увеличенный наружный диаметр. Тем самым, основной элемент 10 и поршневая часть 15a образуют разжимную поршневую камеру 22, к которой подается гидравлическая текучая среда через канал 21 для текучей среды, проходящий от ближнего конца 10a основного элемента 10. Гидравлическая текучая среда, подаваемая к поршневой камере 22, создает усилие на поверхности 143 поршневой части 15a, в результате чего поршневая часть и, соответственно, поршневая муфта 14 смещаются в продольном направлении относительно основного элемента 10, пока защелкивающийся механизм находится в активированном положении, как показано на фиг. 1b. Далее, поршневая камера 22 разжимается от начального объема, показанного на фиг. 1a, до объема, показанного на фиг. 1b. Муфтовая часть 15b поршневой муфты 14 вытянута от поршневой части 15a к дальнему концу 10b основного элемента 10, тем самым образуя корпус для поршневой пружины 16a и ключевой пружины 16b защелкивающегося механизма, как описано более подробно ниже.

Поршневая пружина 16a расположена вокруг основного элемента 10, причем один конец поршневой пружины 16a примыкает к основному элементу, а противоположный конец примыкает к поршневой части 15a. Таким образом, поршневая пружина 16a воздействует на поршневую муфту в продольном направлении к ближнему концу 10a основного элемента. Благодаря наличию поршневой пружины 16a, воздействующей на поршневую муфту в направлении, противоположном направлению, в котором гидравлическая текучая среда воздействует на поршневую муфту, обеспечивается отказоустойчивая система, гарантирующая перевод защелкивающегося механизма в деактивированное положение, если гидравлическое давление упало, а натяжение на подъемном инструменте 1 отсутствует. Упомянутая отказоустойчивая система описана более подробно ниже.

Ключевая пружина 16b примыкает к поверхности поршневой части 15a и к ближнему концу ключевого элемента 17, тем самым воздействуя на ключевой элемент 17 в направлении от поршневой части. В одном варианте осуществления изобретения ключевой элемент содержит множество кронштейнов 173, выполненных с возможностью изгибания в радиальном направлении. Кронштейны 173 вытянуты в продольном направлении ключевого элемента 17 и выполнены с возможностью загибания вовнутрь, к основному элементу 10. Кронштейны содержат выступы 175 на дальнем конце 172 для сцепления с углублением 32 объекта 30 в скважине, как показано на фиг. 2a и 2b и описано более подробно ниже.

Основной элемент 10 выполнен таким образом, чтобы кронштейны 173 могли загибаться или сгибаться вовнутрь, когда защелкивающийся механизм находится в деактивированном положении. Секция 101 основного элемента имеет уменьшенный диаметр, чтобы множество кронштейнов имели возможность загибаться вовнутрь, когда защелкивающийся механизм находится в деактивированном положении. Секция 101 уменьшенного диаметра заканчивается в направлении дальнего конца основного элемента выступающим фланцем 18, имеющим диаметр, который по существу равен внутреннему диаметру ключевого элемента 17. Когда защелкивающийся механизм 13 находится в активированном положении, дальний конец ключевого элемента 17 окружает выступающий фланец 18, и кронштейны 173, таким образом, в исходном состоянии будут подпираться фланцем 18 или опираться на него. В результате этого, кронштейны 171 ограничены от непосредственного изгиба вовнутрь и, таким образом, заблокированы в радиальном направлении. Однако, если на основной элемент и, соответственно, кронштейны 173 воздействуют в продольном направлении к поршневой части 15a, то есть назад относительно основного элемента, тем самым сжимая ключевую пружину 16b, то кронштейны, в итоге, войдут в положение, в котором они будут иметь возможность изгибаться вовнутрь. Как только кронштейны 173 освободятся от выступающего фланца 18, их изгибание вовнутрь больше не ограничивается, и кронштейны 173 могут согнуться, если они подвержены внешнему сжимающему усилию. В рабочих условиях это будет происходить, как правило, в том случае, когда подъемный инструмент 1 будет находиться в процессе защелкивания на скважинном объекте, как показано на фиг. 2a и 2b. Ключевой элемент 17 примыкает к ловильной шейке 31 скважинного объекта, и при перемещении подъемного инструмента далее к скважинному объекту происходит нажатие на ключевой элемент 17 в направлении ближнего конца основного элемента, в результате чего кронштейны входят в положение, в котором они имеют возможность изгибаться вовнутрь. В результате этого, выступы 175 на дальнем конце кронштейнов 173 могут проходить через ловильную шейку 31 объекта и располагаться внутри скважинного объекта, как показано на фиг. 2b.

На дальнем конце фланца 18 основной элемент 10 содержит выступ 19, образующий ограничитель, ограничивающий продольное перемещение ключевого элемента 17 за определенное положение. Таким образом, когда подъемный инструмент 1 соединен со скважинным объектом и приложено подъемное усилие, фланец 18 ограничивает изгибание вовнутрь кронштейнов 173 ключевого элемента 17, причем в продольном направлении перемещение кронштейнов 173 ограничивается благодаря выступу 19 с одной стороны и весом объекта, действующим в другом направлении на выступы 175 кронштейнов 173. Таким образом, соединение подъемного инструмента 1 с объектом механически блокируется.

При использовании подъемный инструмент 1 представляет собой часть скважинной поисковой системы 40, предназначенной для подъема объекта в стволе скважины, как показано на фиг. 3. Поисковая система, показанная на фиг. 3, содержит секцию 60 подъемного инструмента, ударный инструмент 50 и приводной модуль 70, например, скважинный трактор. Секция 60 подъемного инструмента содержит гидравлическую систему 61, предназначенную для подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту 1, двигатель 62, приводящий в действие насос гидравлической системы, модуль 63 компенсатора, предназначенный для подачи текучей среды к секции инструмента для обеспечения избыточного давления внутри секции инструмента, по сравнению с окружающей средой, и секцию 64 электроники, предназначенную для обеспечения питания и функций управления. Секция 60 подъемного инструмента соединена со штоком 51 гидравлического поршня ударного инструмента 50 для обеспечения усилия или удара в осевом направлении. Шток 51 гидравлического поршня проходит от ударного цилиндра 52 и приводится в действие гидравлической системой 54. Ударный инструмент 50 дополнительно содержит двигатель 55, приводящий в действие гидравлическую систему, анкерную секцию 53, предназначенную для анкерного закрепления ударного инструмента и поисковой системы в стволе скважины, а также секцию 56 электроники и компенсатор 57, подобные тем, которые содержатся в секции 60 подъемного инструмента. Если поисковая система 40 расположена в наклонном стволе 80 скважины, то поисковая система может содержать приводной модуль 70, предназначенный для продвижения вперед всей поисковой системы в наклонных секциях ствола 80 скважины. Приводной модуль может представлять собой приводной модуль типа скважинного трактора, обеспечивающего продвижение вперед посредством множества приводных колес 71, проходящих к стенке ствола 80 скважины. Колеса могут приводиться в движение посредством гидравлической системы и создавать необходимую тягу, чтобы обеспечивать необходимое поступательное движение поисковой системы в скважине. В альтернативном варианте, вместо усилия, генерируемого ударным инструментом 50, для приложения подъемного усилия к подъемному инструменту 1 может использоваться приводной модуль 70. Кроме того, для создания необходимого подъемного усилия может использоваться приводной модуль 70 в сочетании с ударным инструментом 50.

На фиг. 4 показан другой вариант осуществления поисковой системы, в которой подъемный инструмент 1 установлен на штоке 51 гидравлического поршня, выполненном с возможностью перемещения в осевом направлении в ударном цилиндре 52. В данном варианте осуществления изобретения гидравлическая система 54 подает гидравлическую текучую среду как к подъемному инструменту 1 для обеспечения необходимой активации защелкивающегося механизма 13, так и к ударному цилиндру для приведения в движение штока 51 гидравлического поршня в осевом направлении. В другом варианте осуществления изобретения ударный инструмент 50 по существу подобен ударному инструменту, описанному выше в отношении предыдущего варианта осуществления изобретения.

На фиг. 5 показана скважинная поисковая система 40, подвешенная в стволе 80 скважины на кабеле 75. При использовании поисковая система может быть собрана на поверхности скважины, при этом в соответствии с конкретными потребностями в инструментальный снаряд могут быть включены необходимые модули и секции инструмента. Для поднятия скважинного объекта поисковую систему вводят в ствол 80 скважины и перемещают к необходимому местоположению в скважине.

Перед осуществлением сцепления с объектом 30, например, со скважинной пробкой, инструментом и так далее, к подъемному инструменту подается гидравлическая текучая среда под давлением, в результате чего подъемный инструмент активируется, и защелкивающийся механизм 13 перемещается в активированное положение, как показано на фиг. 1b. После этого подъемный инструмент защелкивается на объекте путем перемещения подъемного инструмента в положение сцепления с объектом, например, в положение сцепления с ловильной шейкой 31 объекта, как показано на фиг. 2a и 2b. Когда подъемный инструмент перемещается в положение сцепления с объектом, объект воздействует в обратном направлении на кронштейны 171 ключевого элемента 17, пока они не изгибаются вовнутрь, в секцию 101 основного элемента 10 подъемного инструмента, имеющую уменьшенный диаметр. В результате этого, передний конец подъемного инструмента входит в объект. Когда дальний конец 172 ключевого элемента достигает углубления 32 в объекте, кронштейны 171 ключевого элемента 17 изгибаются наружу и надвигаются на выступающий фланец 18 под действием усилия ключевой пружины 16b, как показано на фиг. 1b. Таким образом, выступы 175 кронштейнов 171 входят в сцепление с углублением 32 в объекте, а кронштейны 171 опираются на выступ 18 основного элемента 10, как показано на фиг. 2b. После этого может быть приложено подъемное усилие для подъема объекта.

Подъемное усилие может быть приложено при использовании ударного инструмента 50, приводного модуля 70 или их сочетания. В случае использования ударного инструмента 50, для обеспечения подъемного усилия активируют анкерную секцию 53, в результате чего множество анкеров 531 входят в сцепление со стенками ствола 80 скважины, обеспечивая ограничение перемещения поисковой системы 40 в стволе 80 скважины, как показано на фиг. 5.

Когда к подъемному инструменту приложено подъемное усилие, соединение подъемного инструмента с объектом механически блокируется в результате сцепления фланца 18 с выступом 19 основного элемента 10 и выступами 175 на кронштейнах 173, как описано выше. Данное механически блокирующееся расположение не зависит от необходимости постоянной подачи гидравлической текучей среды и гидравлического давления в подъемный инструмент. Таким образом, нет необходимости в подаче гидравлической текучей среды к подъемному инструменту, когда объект, подлежащий подъему, поднимают из скважины, при условии, что к подъемному инструменту прикладывается постоянное подъемное усилие. Следовательно, когда к поисковой системе прикладывается подъемное усилие, подача гидравлической рабочей среды может быть остановлена. Аналогично, если происходит случайное повреждение гидравлических систем, соединение подъемного инструмента с поднимаемым объектом не расцепляется.

Если объект по каким-либо причинам не может быть поднят или застревает во время извлечения из скважины, соединение может быть расцеплено. Чтобы расцепить подъемный инструмент, прекращают подачу гидравлической текучей среды к разжимной поршневой камере 22, вследствие чего гидравлическое давление на поршневой части 15a уменьшается. Соответственно, поршневая пружина 16a будет пытаться воздействовать на поршневую муфту 14 и ключевой элемент 17 в направлении, противоположном ближнему концу 10a основного элемента 10. Поскольку ключевой элемент 17 механически заблокирован в застрявшем объекте, основной элемент 10 будет перемещаться далее в застрявший объект 30, обеспечивая уменьшение натяжения на подъемном инструменте. Когда кронштейны 173 ключевого элемента находятся в положении, в котором они могут изгибаться вовнутрь, подъемный инструмент может быть удален из захваченного объекта, поскольку кронштейны 173 загибаются вовнутрь, расцепляя соединение подъемного инструмента 1 с объектом 30. После этого подъемный инструмент и поисковая система могут быть удалены из скважины.

Функциональность, описанная выше, обеспечивает отказоустойчивую систему или механизм, где подъемный инструмент всегда может быть расцеплен с объектом, поднимаемым в скважине. Если, например, происходит повреждение гидравлических систем или потеря связи между поисковой системой и оператором, находящимся на поверхности, то всегда возможно расцепить подъемный инструмент.

Во избежание случайного прерывания в подаче гидравлической текучей среды, поисковая система может содержать аккумулятор или батарею для обеспечения питания гидравлической системы 54, 61 в случае сбоя в подаче питания. Однако, такая система может также повлечь за собой ситуацию, когда подача гидравлической текучей среды к подъемному инструменту будет случайно продолжена, например, когда связь с поисковой системой потеряна, и нет возможности управлять гидравлическими системами вручную. Поэтому поисковая система может содержать таймер, настроенный для остановки подачи гидравлической текучей среды по истечении предварительно заданного промежутка времени. Для предотвращения случайной остановки подачи гидравлической текучей среды таймером после сбоя в подаче питания, поисковая система может дополнительно содержать средство для обнаружения изменений силы тока в кабеле. Если обнаружено отсутствие тока, подключаются аккумулятор или батарея, при этом они снова отключаются, когда подача питания восстанавливается. Кроме того, средство обнаружения может подавать таймеру сигнал сброса при обнаружении тока в кабеле, благодаря чему сбрасывается отсчет времени таймером.

В одном варианте осуществления изобретения таймер может представлять собой электрический таймер, но равным образом он может представлять собой и механический таймер. Средство обнаружения представляет собой бесконтактное средство, например, датчик, катушку, конденсатор, элемент на эффекте холла и так далее. В другом варианте осуществления изобретения средство обнаружения может представлять собой вольтметр или подобный прибор, непосредственно измеряющий ток, протекающий в кабеле или в каких-либо других проводах в скважинной системе.

Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газового состава, присутствующий в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяного состава, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.

Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемый в скважине для добычи нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную трубу, можно использовать скважинный трактор для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

Хотя изобретение описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны несколько модификаций данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.

Группа изобретений относится к подъемному инструменту, предназначенному для защелкивания на объекте, например на пробке, находящейся в стволе скважины. Подъемный инструмент содержит основной элемент, вытянутый в продольном направлении от ближнего конца, предназначенного для соединения с кабельным инструментом, к дальнему концу, выполненному с возможностью сцепления с объектом, и защелкивающийся механизм, окружающий основной элемент и выполненный с возможностью перемещения в продольном направлении между деактивированным положением и активированным положением, содержащий поршневую муфту, ключевой элемент, предназначенный для защелкивания на скважинном объекте, и поршневую пружину, воздействующую на поршневую муфту в продольном направлении к ближнему концу основного элемента. Причем ключевой элемент размещен с возможностью скольжения внутри поршневой муфты и вытянут от конца поршневой муфты к дальнему концу основного элемента. Кроме того, данное изобретение относится к скважинной поисковой системе, предназначенной для подъема объекта в стволе скважины, и к способу соединения со скважинным объектом и отсоединения от него данной поисковой системы. Технический результат заключается в повышении надежности подъемного инструмента. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Подъемный инструмент (1), предназначенный для защелкивания на объекте (30), например на пробке, находящейся в стволе скважины, содержащий:

- основной элемент (10), вытянутый в продольном направлении от ближнего конца (10a), предназначенного для соединения с кабельным инструментом, к дальнему концу (10b), выполненному с возможностью сцепления с объектом, и

- защелкивающийся механизм (13), окружающий основной элемент и выполненный с возможностью перемещения в продольном направлении между деактивированным положением и активированным положением, содержащий:

- поршневую муфту (14),

- ключевой элемент (17), предназначенный для защелкивания на скважинном объекте, причем ключевой элемент размещен с возможностью скольжения внутри поршневой муфты и вытянут от конца поршневой муфты к дальнему концу основного элемента, и

- поршневую пружину (16a), воздействующую на поршневую муфту в продольном направлении к ближнему концу основного элемента,

причем защелкивающийся механизм выполнен с возможностью защелкивания на скважинном объекте при активации путем подачи гидравлической текучей среды через канал (21) для текучей среды, проходящий от ближнего конца основного элемента к разжимной поршневой камере (22), которая, по меньшей мере, частично образована поршневой муфтой, в результате чего защелкивающийся механизм имеет возможность смещения из деактивированного положения в активированное положение, при этом защелкивающийся механизм выполнен с возможностью расцепления со скважинным объектом при прекращении подачи гидравлической текучей среды, в результате чего защелкивающийся механизм имеет возможность смещения из активированного положения в деактивированное положение посредством поршневой пружины.

2. Подъемный инструмент по п.1, в котором ключевой элемент содержит множество кронштейнов (173), выполненных с возможностью изгибания в радиальном направлении, причем упомянутые кронштейны имеют выступы (175) на дальнем конце (172) для сцепления с углублением (32) скважинного объекта.

3. Подъемный инструмент по п.2, в котором основной элемент выполнен с возможностью обеспечения изгибания кронштейнов вовнутрь, когда защелкивающийся механизм находится в деактивированном положении.

4. Подъемный инструмент по п.3, в котором ключевой элемент выполнен с возможностью скольжения в продольном направлении к ближнему концу основного элемента, когда защелкивающийся механизм находится в активированном положении, причем основной элемент выполнен с возможностью обеспечения изгибания кронштейнов вовнутрь, когда ключевой элемент смещен к ближнему концу основного элемента.

5. Подъемный инструмент по любому из пп.2-4, в котором основной элемент содержит выступающий фланец (18), прилегающий к дальнему концу для поддержания множества кронштейнов основного элемента, когда защелкивающийся механизм находится в активированном положении, причем упомянутый фланец предотвращает радиальное перемещение, направленное непосредственно вовнутрь.

6. Подъемный инструмент по любому из пп.1-4, в котором основной элемент дополнительно содержит выступ (19), прилегающий к дальнему концу и тем самым ограничивающий продольное перемещение ключевого элемента за выступ.

7. Подъемный инструмент по любому из пп.1-4, в котором защелкивающийся механизм дополнительно содержит ключевую пружину (16b), воздействующую на ключевой элемент в продольном направлении к ближнему концу основного элемента.

8. Скважинная поисковая система (40), предназначенная для подъема объекта в стволе скважины, содержащая:

- подъемный инструмент, предназначенный для защелкивания на объекте (30) в скважине, например, на пробке, и

- гидравлическую систему (61), предназначенную для подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту,

причем подъемный инструмент представляет собой подъемный инструмент по любому из пп. 1-7.

9. Скважинная поисковая система (1) по п.8, дополнительно содержащая:

- ударный инструмент (50), предназначенный для создания усилия в осевом направлении, содержащий:

- гидравлическую систему (54), приводимую в действие двигателем (55),

- ударный цилиндр (52), и

- шток (51) гидравлического поршня, приводимый в действие гидравлической системой и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении в ударном цилиндре, причем шток гидравлического поршня присоединен к подъемному инструменту и к первой упомянутой гидравлической системе.

10. Скважинная поисковая система (1) по п.9, дополнительно содержащая:

- ударный цилиндр (52), и

- шток (51) гидравлического поршня, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении в ударном цилиндре,

причем подъемный инструмент установлен на штоке поршня, а гидравлическая система подает гидравлическую текучую среду как к подъемному инструменту, так и к ударному цилиндру для перемещения штока гидравлического поршня в осевом направлении к подъемному инструменту.

11. Скважинная поисковая система (1) по любому из пп.8-10, дополнительно содержащая приводной модуль, предназначенный для продвижения вперед всей поисковой системы в наклонных секциях ствола (80) скважины.

12. Способ соединения со скважинным объектом и отсоединения от него поисковой системы по любому из пп. 8-10, содержащий следующие этапы:

- активация подъемного инструмента путем подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту, в результате чего защелкивающийся механизм (13) перемещается в продольном направлении,

- защелкивание подъемного инструмента на объекте,

- создание подъемного усилия в подъемном инструменте,

- прекращение подачи гидравлической текучей среды к подъемному инструменту, и

- выведение подъемного инструмента из сцепления с объектом.

13. Способ по п.12, в котором этап защелкивания подъемного инструмента на объекте содержит следующие этапы:

- введение дальнего конца подъемного инструмента в скважинный объект до примыкания ключевого элемента к скважинному объекту,

- дальнейшее воздействие на подъемный инструмент в направлении к скважинному объекту, в результате чего ключевой элемент прижимается к ближнему концу основного элемента, в связи с чем происходит сжатие ключевой пружины, а кронштейны входят в положение, в котором они имеют возможность изгибания вовнутрь, и

- перемещение подъемного инструмента еще дальше в скважинный объект, в результате чего выступы на кронштейнах ключевого элемента проходят через ловильную шейку (31) скважинного объекта и входят в углубление скважинного объекта.