СКОЛЬЗЯЩАЯ МУФТА, ИМЕЮЩАЯ СКОШЕННОЕ СУЖАЮЩЕЕСЯ СЕГМЕНТИРОВАННОЕ ШАРОВОЕ СЕДЛО Российский патент 2017 года по МПК E21B34/14 E21B43/26 

Уровень техники

[0001] При выполнении работ по ступенчатому гидроразрыву пласта (далее - ГРП) многочисленные зоны пласта должны быть последовательно изолированы для обработки. Для достижения этого операторы устанавливают в ствол скважины ГРП агрегат, который обычно имеет верхний пакер хвостовика, ствольный пакер, изолирующий ствол скважины по зонам, различные скользящие муфты и изолирующий клапан ствола скважины. Когда зоны не должны закрываться после открывания, операторы могут использовать одноходовые скользящие муфты для гидравлического разрыва. Муфты такого типа обычно приводятся в действие шаром и удерживаются открытыми после срабатывания. Муфта другого типа также приводится в действие шаром, но может быть смещена в закрытое состояние после открывания.

[0002] Первоначально операторы вводят в ствол скважины ГРП агрегат со всеми закрытыми скользящими муфтами и открытым клапаном изоляции ствола скважины. Затем операторы сбрасывают установочный шар, чтобы закрыть клапан изоляции ствола скважины. Это закупоривает насосно-компрессорную колонну агрегата, так что пакеры могут быть гидравлически установлены. В этот момент операторы возводят поверхностное буровое оборудование для ГРП и нагнетают текучую среду вниз в ствол скважины, чтобы открыть приводимую в действие давлением муфту, с тем чтобы можно было обрабатывать первую зону.

[0003] По мере того как операторы продолжают работать, они сбрасывают вниз в насосно-компрессорную колонну последовательно нарастающие по размеру шары и нагнетают текучую среду, чтобы поэтапно обрабатывать отдельные зоны. Когда сброшенный шар достигает своего сопрягаемого седла в скользящей муфте, нагнетаемая текучая среда, с силой воздействующая на лежащий в седле шар, открывает муфту. В свою очередь, лежащий в седле шар отводит нагнетаемую жидкость в соседнюю зону и препятствует прохождению текучей среды в нижние зоны. Сбрасывая последовательно возрастающие по размеру шары для приведения в действие соответствующих муфт, операторы могут точно обрабатывать каждую зону вверх по стволу скважины.

[0004] На Фиг. 1A показан пример скользящей муфты 10, в частичном разрезе и в открытом состоянии, для многозонной ГРП системы. Эта скользящая муфта 10 подобна скользящей муфте для ГРП ZoneSelect Multishift компании Weatherford и может быть расположена между изолирующими пакерами в многозонном исполнении. Скользящая муфта 10 включает в себя корпус 20, определяющий канал 25 и имеющий верхний и нижний отсеки 22 и 24. Внутренняя муфта или вставка 30 может перемещаться внутри канала 25 корпуса, чтобы открывать или закрывать путь потоку текучей среды через расходные отверстия 26 корпуса, основываясь на положении внутренней муфты 30.

[0005] При первоначальном опускании в скважину внутренняя муфта 30 располагается в корпусе 20 в закрытом состоянии. Разламываемый стопор 38 первоначально удерживает внутреннюю муфту в направлении верхнего отсека 22, а стопорное кольцо или запор 36 на муфте 30 вставляется в кольцевую щель в корпусе 20. Другие уплотняющие элементы на внутренней муфте 30 входят в зацепление с внутренней стенкой корпуса 20 выше и ниже расходных отверстий 26, чтобы закупорить их.

[0006] Внутренняя муфта 30 определяет канал 35, имеющий седло 40, закрепленное в нем. Когда шар подходящего размера опускается на седло 40, скользящая муфта 10 может открыться, когда давление в насосно-компрессорной трубе прилагается к лежащему на седло шару 40, чтобы открыть внутреннюю муфту 30. Для того чтобы открыть скользящую муфту 10 при выполнении ГРП операции, после того как соответствующее количество пропанта будет накачано в нижнюю зону пласта, операторы, например, сбрасывают в скважину шар B подходящего размера и проталкивают насосом шар до тех пор, пока он не достигнет посадочного седла 40, расположенного во внутренней муфте 30.

[0007] После того как шар B ляжет на седло, наращиваемое давление оказывает воздействие на внутреннюю муфту 30 в корпусе 20, срезая разламываемый стопор 38 и высвобождая стопорное кольцо или затвор 36 из кольцевой щели корпуса, так что внутренняя муфта 30 может скользить вниз. По мере того как она скользит, внутренняя муфта 30 раскрывает расходные отверстия 26, с тем чтобы поток мог выводиться в окружающий пласт. Срезающие усилия, требуемые для открывания скользящих муфт 10, могут в общем случае находиться в пределах от 1000 до 4000 фунт/кв.дюйм (от 6,9 до 27,6 МПа).

[0008] Как только муфта 10 откроется, операторы могут нагнетать пропант под высоким давлением вниз по насосно-компрессорной колонне к открытой муфте 10. Пропант и находящаяся под высоким давлением текучая среда вытекают из открытых расходных отверстий 26, так как лежащий на седле шар B препятствует дальнейшему проникновению текучей среды и пропанта вниз по насосно-компрессорной колонне. Давление, используемое при ГРП операции, может достигать величины в 15000 фунт/кв.дюйм (103,5 МПа).

[0009] После завершения работы по ГРП скважина обычно полностью затопляется, и шар B всплывает к поверхности. Затем седло 40 шара (и шар B, если он остался) дробятся. Шаровое седло 40 может быть выполнено из чугуна, чтобы облегчить дробление, а шар B может быть изготовлен из алюминия или из неметаллического материала, такого как композитный материал. После того как дробление будет завершено, внутренняя муфта 30 может быть закрыта или открыта стандартным “B” толкателем на инструментальных профилях 32 и 34 во внутренней муфте 30, с тем чтобы скользящая муфта 10 могла затем функционировать подобно любой обычной скользящей муфте, сдвигаемой инструментом ”B”. Возможность избирательного открывания и закрывания муфты 10 позволяет операторам изолировать конкретную секцию агрегата.

[0010] В связи с тем, что зоны пласта обрабатываются ступенчато с помощью скользящих муфт 10, самая нижняя скользящая муфта 10 имеет шаровое седло 40 для самого меньшего по размеру шара, и расположенные последовательно более высоко муфты 10 имеют большие по размеру седла 40 для больших шаров B. Таким образом, имеющий конкретный размер шар B, сбрасываемый в насосно-компрессорную колонну, будет проходить через седла 40 в расположенных более высоко муфтах 10 и уляжется и обеспечит закупоривание только в желаемом седле 40 в насосно-компрессорной колонне. Несмотря на эффективность такого механизма, практические лимитирующие условия ограничивают число шаров B, которые могут эффективно работать в одной насосно-компрессорной колонне.

[0011] В зависимости от прикладываемого давления и материала используемого шара B может возникать ряд вредных эффектов. Например, высокое давление, прикладываемое к шару B из композитного материала, лежащему в седле 40 муфты, которое близко к внешнему диаметру шара, может привести к тому, что шар B будет срезаться, проходя через седло 40, так как край седла 40 срежет бока шара B. Соответственно, правильная посадка и вхождение в зацепление шара B и седла 40 ограничивают ту разницу в диаметре, которую должны иметь шары B из композитного материала и седла из чугуна. Это практическое лимитирующее условие ограничивает число шаров B, которые могут быть использованы для седел 40 в комплекте скользящих муфт 10.

[0012] В общем случае ГРП агрегат, использующий шары B из композитного материала, может быть ограничен числом скользящих муфт от тринадцати до двадцати одной в зависимости от диаметра используемых насосно-компрессорных труб. Например, трубы диаметром 5-1/2 дюйма (140 мм) могут вмещать двадцать одну скользящую муфту 10 для двадцати одного шара B разного размера из композитного материала. Отличие максимального внутреннего диаметра шаровых седел 40 от требуемого внешнего диаметра шаров B из композитного материала может находиться в пределах от 0,09 дюйма (2,3 мм) для шаровых седел меньшего размера до 0,22 дюйма (5,9 мм) для шаровых седел большего размера. В общем случае шары B из композитного материала числом 21 могут иметь размеры в диапазоне от около 0,9 дюйма (22,9 мм) до около 4 дюймов (102 мм) с приращением около 0,12 дюйма (3,05 мм) между первыми восемью шарами, около 0,15 дюйма (3,8 мм) между следующими восемью шарами, около 0,20 дюйма (5,08 мм) между следующими тремя шарами и около 0,25 дюйма (6,35 мм) между последними двумя шарами. Минимальные внутренние диаметры для двадцати одного седла 40 могут изменяться по размеру от около 0,81 дюйма (20,6 мм) до около 3,78 дюйма (96 мм), а приращения между ними могут быть выполнены соизмеримо шарам B.

[0013] При использовании алюминиевых шаров B может использоваться большее число скользящих муфт 10 благодаря жестким допускам, которые могут быть применены между диаметрами алюминиевых шаров B и чугунных седел 40. Например, сорок разных приращений может быть использовано для скользящих муфт 10, имеющих твердотельные седла 40, используемые для вхождения в зацепление с алюминиевыми шарами B. Однако алюминиевый шар B, входящий в зацепление с седлом 40, может быть существенно деформирован, когда к нему прикладывается высокое давление. Любые колебания давления вверх и вниз, которые позволяют укладывать на седло алюминиевый шар D и затем удерживать на поверхности шар B, могут изменить форму шара B, нарушая его способность прилегания к седлу. Кроме того, может быть очень трудно удалять дроблением алюминиевые шары B из скользящей муфты 10 из-за их стремления к вращению при выполнении операции дробления. По этой причине отдается предпочтение шарам B из композитного материала.

[0014] Задачей настоящего изобретения является устранение или, по меньшей мере, уменьшение влияния одной или более проблем, упомянутых выше.

Сущность изобретения

[0015] Скользящая муфта открывается сбрасываемой заглушкой (например, шаром). Внутренняя муфта располагается в канале корпуса и способна перемещаться в осевом направлении относительно расходного отверстия в корпусе из закрытого положения в открытое положение. Седло, расположенное в скользящей муфте, входит в зацепление со сбрасываемым шаром и открывает внутреннюю муфту в осевом направлении, когда начальное давление текучей среды прикладывается к лежащему на седле шару.

[0016] После того как скользящая муфта откроется, последующее давление текучей среды, прикладываемое к лежащему на седло шару для выполнения ГРП или другой обрабатывающей операции, воздействует на лежащий на седле шар. Седло, которое первоначально поддерживало шар в пределах начальной контактной зоны или размера, затем трансформируется в ответ на последующее давление, создавая большую контактную зону или более узкий размер и дополнительно поддерживая шар в седле.

[0017] В одном варианте осуществления седло имеет сегменты, раздвигаемые наружу один от другого. Первоначально седло находится в расширенном состоянии внутри скользящей муфты, так что сегменты седел раздвинуты наружу в канале корпуса. Когда шар соответствующего размера сбрасывается вниз, этот шар входит в зацепление с расширенным седлом. Давление текучей среды, приложенное к лежащему на седле шару, перемещает седло в канал внутренней муфты. Когда это происходит, седло сужается, что увеличивает зону зацепления седла с шаром. В конечном итоге седло достигает выступа во внутренней муфте, так что давление, приложенное к лежащему на седле шару, теперь перемещает внутреннюю муфту в корпусе, чтобы открыть расходное отверстие в скользящей муфте.

[0018] Седло имеет по меньшей мере один смещающий элемент, который раздвигает сегменты наружу относительно друг друга, и этот смещающий элемент может быть разрезным кольцом, имеющим сегменты, расположенные поблизости. Для того чтобы способствовать контакту сегментированного седла, когда оно перемещается во внутреннюю муфту, корпус может иметь разделительное кольцо, отделяющее седло в его первоначальном положении от внутренней муфты в закрытом положении.

[0019] Скользящая муфта может быть использована в комплекте подобных скользящих муфт для выполнения операции обработки, такой как операция ГРП. В операции обработки текучей средой скользящие муфты располагаются в стволе скважины, и возрастающие по размеру шары сбрасываются в скважину, последовательно открывая скользящие муфты вверх по насосно-компрессорной колонне. Будучи сброшенным, шар входит в зацепление с седлом, находящимся в расширенном состоянии в скользящей муфте, на открывание которой подобран размер шара. Седло сужается, переходя из своего первоначального положения в скользящей муфте в находящееся ниже положение во внутренней муфте внутри скользящей муфты, когда давление текучей среды прикладывается к шару, вошедшему в зацепление с седлом. Затем внутренняя муфта внутри скользящей муфты перемещается в открытое положение, когда давление текучей среды прикладывается к шару, находящемуся в зацеплении с седлом, суженным во внутренней муфте.

[0020] В другом варианте осуществления седло, расположенное в канале внутренней муфты, может перемещаться в нем в осевом направлении из своего первого положения в свое второе положение. Седло имеет множество сегментов, и каждый сегмент имеет наклонную поверхность, выполненную с возможностью вхождения в зацепление с обращенной внутрь поверхностью. Сегменты в первом положении раздвинуты наружу относительно друг друга и определяют первую контактную зону для вхождения в зацепление со сброшенным шаром. Седло перемещает внутреннюю муфту в открытое положение в ответ на давление текучей среды, приложенное к вошедшему в зацепление шару. Конкретно, сегменты перемещаются из первого положения во второе положение, находясь во внутренней муфте в открытом положении, в ответ на второе давление текучей среды, приложенное к находящемуся в зацеплении шару. Сегменты во втором положении сходятся вовнутрь за счет зацепления наклонных поверхностей сегментов с обращенной внутрь поверхностью муфты и определяют вторую контактную зону, обеспечивающую большее зацепление со сброшенным шаром, чем первая контактная зона.

[0021] В другом варианте осуществления седло, расположенное в канале внутренней муфты, имеет посадочное кольцо, расположенное в канале и способное перемещаться в нем в осевом направлении из первого осевого положения во второе осевое положение. Сжимаемое кольцо, которое может иметь сегменты, также располагается в канале и определяет пространство между участком сжимаемого кольца и каналом. Посадочное кольцо в своем первом положении поддерживает сброшенный шар, имея первый контактным размер, и перемещает внутреннюю муфту в открытое положение в ответ на приложение первого давления текучей среды к вошедшему в зацепление шару. Посадочное кольцо перемещается из первого положения во второе положение во внутренней муфте, находящейся в открытом положении, в ответ на второе давление текучей среды, приложенное к находящемуся в зацеплении шару. Посадочное кольцо во втором положении укладывается в пространство между сжимаемым кольцом и вторым каналом и сужает сжимаемое кольцо вовнутрь. Например, посадочное кольцо, уложенное в это пространство, перемещает сегменты сжимаемого кольца вовнутрь по направлению друг к другу. В результате сегменты, перемещенные вовнутрь, поддерживают вошедший в зацепление шар, имея второй контактный размер, являющимся более узким, чем первый контактный размер.

[0022] В другом варианте осуществления подвижное кольцо располагается в канале внутренней муфты рядом с выступом. Подвижное кольцо входит в зацепление со сброшенным шаром, используя первую контактную зону, и перемещает внутреннюю муфту в открытое состояние сброшенным шаром. Деформируемое кольцо, которое может быть выполнено из эластомера или подобного материала, также располагается в канале внутренней муфты между выступом и подвижным кольцом. При приложении повышенного давления подвижное кольцо перемещается во внутренней муфте со сброшенным шаром по направлению к выступу, а деформируемое кольцо деформируется в ответ на перемещение подвижного кольца по направлению к выступу. В результате деформируемое кольцо входит в зацепление со сброшенным шаром, будучи деформированным, и увеличивает зацепление со сброшенным шаром до второй контактной зоны, превышающей первую контактную зону.

[0023] В другом варианте осуществления седло, расположенное во внутренней муфте, имеет коническую форму с открытым верхним концом и открытым основанием. Например, седло может включать в себя кольцо в форме усеченного конуса. Это седло имеет первоначальное состояние, при котором открытый верхний конец располагается ближе по направлению к проксимальному концу внутренней муфты, чем нижний открытый конец. В таком первоначальном состоянии седло входит в зацепление со сброшенным шаром первой контактной зоной и перемещает внутреннюю муфту в открытое положение в ответ на первое давление текучей среды, приложенное к сброшенному шару в седле. Когда это происходит, седло деформируется, по меньшей мере частично, из первоначального состояния в инвертированное состояние в открытой внутренней муфте в ответ на второе давление текучей среды, приложенное к сброшенному шару. В этом инвертированном состоянии седло входит в зацепление со сброшенным шаром второй контактной зоной, превышающей первую контактную зону.

[0024] В другом варианте осуществления сжимаемое седло, которое может включать в себя разрезное кольцо, располагается в первом положении во внутренней муфте и имеет расширенное состояние для вхождения в зацепление со сброшенным шаром первой контактной зоной. Войдя в зацепления с шаром, сжимаемое седло смещается из первого положения во второе положение вплотную к точке вхождения в зацепление и сужается из расширенного состояния в суженное состояние в ответ на давление текучей среды, приложенное к сброшенному шару в сжимаемом седле. В суженном состоянии сжимаемое седло входит в зацепление со сброшенным шаром второй контактной зоной, превышающей поверхность первой контактной зоны.

[0025] Приведенное выше краткое изложение не направлено на обобщенное представление каждого возможного варианта осуществления или каждого аспекта настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

[0026] Фиг. 1A - представление скользящей муфты, имеющей шар, входящий в зацепление с седлом для открывания скользящей муфты, согласно предшествующему уровню техники

[0027] Фиг. 1B - укрупненное изображение скользящей муфты, показанной на Фиг. 1.

[0028] Фиг. 2A - представление в закрытом состоянии скользящей муфты, имеющей сжимаемое, сегментируемое седло согласно настоящему изобретению, в первом положении.

[0029] Фиг. 2B - представление в открытом состоянии скользящей муфты, показанной на Фиг. 2A, имеющей сжимаемое, сегментированное седло, во втором положении.

[0030] Фиг. 3 - изображение участка скользящей муфты, показанной на Фиг. 2A-2B, представляющее сжимаемое, сегментированное седло в его первом и втором положениях.

[0031] Фиг. 4A-4D - изображение участка скользящей муфты, показанной на Фиг. 2A-2B, представляющее сжимаемое, сегментированное седло, перемещаемое из первого и второго положений для открывания скользящей муфты.

[0032] Фиг. 5 - представление ГРП агрегата, имеющего множество скользящих муфт, согласно настоящему изобретению.

[0033] Фиг. 6A-6B - вид в разрезе и вид концевых секций скользящей муфты в закрытом состоянии, имеющей скошенное седло, согласно настоящему изобретению.

[0034] Фиг. 7A-7B - вид в разрезе и вид концевых секций скользящей муфты со скошенным седлом, изображенной на Фиг. 6A-6B, в закрытом состоянии, согласно настоящему изобретению.

[0035] Фиг. 8A-8B - вид в разрезе скользящей муфты со скошенным седлом, изображенной на Фиг. 6A-6B, когда седло стремится зажать сброшенный шар.

[0036] Фиг. 9A - альтернативная форма сегментов для скошенного седла.

[0037] Фиг. 9B - альтернативная реализация смещения для сегментов скошенного седла.

[0038] Фиг. 10A - представление скользящей муфты в закрытом состоянии, имеющей сдвоенно сегментированное седло, согласно настоящему изобретению.

[0039] Фиг. 10B - представление скользящей муфты, изображенной на Фиг. 10A, где детально показано сдвоенно сегментированное седло.

[0040] Фиг. 11A - представление скользящей муфты, изображенной на Фиг. 10A, в открытом состоянии.

[0041] Фиг. 11B - представление скользящей муфты, изображенной на Фиг. 11A, где детально показано сдвоенно сегментированное седло.

[0042] Фиг. 12A-12B - изображение скользящей муфты в закрытом и открытом состояниях, детально представляющее другой вариант осуществления сдвоенно сегментированного седла.

[0043] Фиг. 13A-13B - изображение скользящей муфты в закрытом и открытом состояниях, детально представляющее снабженное кольцом седло.

[0044] Фиг. 13C - обособленный вид разрезного кольца, используемого для снабженного кольцом седла, показанного на Фиг. 13A-13B.

[0045] Фиг. 14A-14C - изображения скользящей муфты, на которых детально показано инвертируемое седло во время процедуры открывания.

[0046] Фиг. 14D - детальное изображение инвертируемого седла, входящего в зацепление со сброшенным шаром.

[0047] Фиг. 14E - альтернативная форма кольца со скошенной кромкой.

[0048] Фиг. 15A-15B - изображения скользящей муфты в закрытом и открытом состояниях, детально представляющие деформируемое седло.

[0049] Фиг. 16A-16C - изображения скользящей муфты в закрытом и открытом состояниях, детально представляющие другие варианты осуществления деформируемого седла.

Подробное описание изобретения

А. Скользящая муфта, имеющая сужающееся, сегментированное шаровое седло

[0050] На Фиг. 2A изображена скользящая муфта 100 в закрытом состоянии, имеющая седло 150, согласно настоящему изобретению, в первом (верхнем) положении, а на Фиг. 2B изображена скользящая муфта 100 в открытом состоянии, имеющая седло 150 во втором (нижнем) положении. Скользящая муфта 100 может быть частью многозонной ГРП системы, которая использует скользящую муфту 100, чтобы открывать и закрывать сообщение с заколонным пространством. В таком агрегате скользящая муфта 100 может располагаться между изолирующими пакерами в многозонном исполнении.

[0051] Скользящая муфта 100 включает в себя корпус 120 с верхним и нижним отсеками 112 и 114. Внутренняя муфта или вставка 130 может перемещаться внутри корпуса 120, чтобы открывать или закрывать поток текучей среды через расходные отверстия 126 в корпусе, основываясь на положении внутренней муфты 130.

[0052] При первоначальном опускании в скважину внутренняя муфта 130 располагается в корпусе 120 в закрытом состоянии, как показано на Фиг. 2A. Удерживающий элемент 145 временно удерживает внутреннюю муфту 130 в направлении верхней секции 112, и внешние уплотнители 132 на внутренней муфте 130 входят в зацепление с внутренней стенкой корпуса 120 как выше, так и ниже расходных отверстий 126, чтобы закупорить их. По желанию расходные отверстия 126 могут быть накрыты защитной манжетой 127, чтобы предотвратить проникновение всякого мусора в скользящую муфту 100.

[0053] Скользящая муфта 100 выполнена с возможностью открывания, когда шар B опускается на посадочное седло 150 и давление в насосно-компрессорной трубе прикладывается к нему, чтобы открыть внутреннюю муфту 130. (Хотя показан и описан шар B, может быть использован любой общепринятый тип заглушки, шара, конуса или подобного элемента). Поэтому термин “шар”, используемый здесь, служит для целей иллюстрации. Для того чтобы открыть скользящую муфту 100 при выполнении, например, операции ГРП, операторы сбрасывают вниз в скважину шар B подходящего размера и проталкивают шар насосом до тех пор, пока он не достигнет посадочного седла 150, расположенного во внутренней муфте 130.

[0054] Требуется только, чтобы седло 150 имело определенную величину площади поверхности для изначального вхождения в зацепление с шаром B. Кроме того, обеспечена дополнительная площадь поверхности, чтобы правильно посадить шар B и открыть внутреннюю муфту 130, когда прикладывается давление. Как видно, например, на Фиг. 3, седло 150 показано в двух положениях относительно внутренней муфты 130 и в двух состояниях. В первоначальном положении седло 150 располагается в канале 125 корпуса 120 и находится в расширенном состоянии. Для того чтобы собрать скользящую муфту 100 с установленным седлом 150, в корпусе 120 имеется верхний компонент 122 корпуса, который привинчивается и прикрепляется к нижнему компоненту 124 корпуса вблизи расположения седла 150 и других компонентов, обсуждаемых здесь.

[0055] Седло 150 в расширенном состоянии в его верхнем положении входит в зацепление со сброшенным шаром B, и в суженном состоянии в его нижнем положении входит в зацепление со сброшенным шаром B и с внутренней муфтой 130. Для того чтобы обеспечить это, седло 150 имеет множество сегментов 152, располагаемых около внутренней поверхности канала 125 корпуса. Разрезное кольцо, C-образное кольцо или другой смещающий элемент 154 располагается вокруг внутренних поверхностей сегментов 152, предпочтительно в прорезях, и подталкивает сегменты 152 наружу к окружающей их поверхности.

[0056] В первоначальном, верхнем, положении сегменты 152 подталкиваются наружу в раздвинутое состояние разрезным кольцом 154 к внутренней поверхности канала 125 корпуса. Для того чтобы предотвратить проникновение накапливающегося мусора в сегменты 152 и воспрепятствовать возможному сужению сегментов 152, зазоры между сегментами 152 седла 150 могут быть заполнены уплотнительной смазкой, эпоксидным составом или другим наполнителем.

[0057] При перемещении вниз относительно корпуса 120, как обозначено пунктирными линиями на Фиг. 3, седло 150 сужается до своего суженного состояния внутри канала 135 внутренней муфты 130. Находясь в этом втором положении, сегменты 152 суженного седла 150 подталкиваются наружу разрезным кольцом 154 к внутренней поверхности канала 135 муфты.

[0058] В рабочем состоянии, пока внутренняя муфта 130 закрыта, сегментированное седло 150 остается неподвижным в верхнем положении, расширенным в канале 125 корпуса, что позволяет шарам меньшего размера проходить без задержки через седло 150. Разделительное кольцо 140, расположенное внутри корпуса 120, отделяет седло 150 от внутренней муфты 130, а удерживающий элемент 145 на разделительном кольце 140 временно удерживает внутреннюю муфту 130 в ее закрытом положении. На Фиг. 4A показан участок скользящей муфты 100, имеющий седло 150, установленное в его первоначальном положении, и имеющий внутреннюю муфту 130 закрытой.

[0059] Как показано, сегменты 152 седла 150 в первоначальном положении раздвинуты наружу в большем по размеру канале 125 корпуса 120. Когда седло 150 проходит через разделительное кольцо 140 во внутреннюю муфту 130, сегменты 152 сужаются вовнутрь в канале 135 внутренней муфты 130. Предпочтителен переход поверх неподвижного разделительного кольца 140. Однако могут быть использованы другие построения. Например, внутренняя муфта 130 может быть длиннее, чем показано, для удержания расширенного седла 150 на участке внутренней муфты 130 с целью первоначального вхождения в зацепление с шаром B. В этом случае сегменты 152 седла 150 в первоначальном положении могут раздвигаться наружу в канале 135 внутренней муфты 130. Затем сегменты 152 могут проходить через переход (не показан) во внутренней муфте 130 и сходиться вовнутрь внутри более узкого по размеру канала 135 внутренней муфты.

[0060] После того как шар B конкретного размера сбрасывается вниз в скважину в скользящую муфту 100, шар B укладывается на скошенные под углом края сегментов 152, которые определяют зону вхождения в зацепление, меньшую чем внутренний канал 125 корпуса 120. На Фиг. 4A показан шар B, сброшенный в направлении седла 150, в его первоначальном положении. А именно, сегменты 152 в первом положении определяют внутренний размер (d₁), который приблизительно на 1/8 дюйма (3,17 мм) уже, чем внешний размер (d_B) сброшенного шара.

[0061] После того как шар B ляжет на седло, давление, создаваемое позади лежащего на седле шара B, прижимает шар B к седлу. В результате давление может заставить седло срезать или вырвать держатель (если он присутствует) и продвинуть его через скошенный край разделительного кольца 140. Вместо того чтобы надавливать на внутреннюю муфту 130 во время этого первоначального движения, седло 150 сужается до суженного состояния, так как сегменты 152 сходятся вместе под воздействием разрезного кольца 154, когда седло 150 проходит через разделительное кольцо 140.

[0062] Под продолжающимся воздействием давления седло 150 с шаром B перемещаются теперь вниз в канал 135 внутренней муфты 130. На Фиг. 4B показано седло 150, перемещенное в последующее положение внутри внутренней муфты 130. Как можно увидеть, сужение седла 150 увеличивает площадь поверхности седла 150 для вхождения в зацепление с шаром B. Конкретно, верхние внутренние края сегментов 152 в первоначальном положении (Фиг. 4A) определяют первый контактный размер (d₁) для контакта со сброшенным шаром B. Однако когда сегменты 152 перемещаются в следующее и затем окончательное положения (Фиг. 4B-4D), концы сегментов 152 определяют второй контактный размер (d₂₎, который уже первого контактного размера (d₁). Кроме того, края сегментов 152 охватывают большую площадь поверхности сброшенного шара B.

[0063] Примечательно, что скольжение сегментов 152 в канале 135, сужение сегментов 152 вовнутрь и давление, прикладываемое к лежащему на седле шару B, в совокупности действуют сообща, чтобы заклинить шар B в седле 150. Другими словами, когда сегменты 152 переходят из первоначального положения (Фиг. 4A) в последующие положения (Фиг. 4B-4D),сегменты 152 стремятся сжаться по бокам сброшенного шара B, загоняемого в сегменты 152 и заставляющего сегменты 152 скользить. Таким образом, сегменты 152 не только поддерживают нижний край шара B, но также стремятся сдавить или сжать бока шара B, который мог первоначально оказаться способен каким-либо образом расположиться в седле, когда сегменты 152 были раздвинуты, и мог впоследствии быть сжат и деформирован.

[0064] Такая форма заклиненной поддержки оказывается выгодной как для алюминиевых, так и для композитных шаров B. Заклиненная поддержка может увеличить площадь опорной поверхности для шара B и может помочь шару B оставаться лежать на седле и выдерживать высокое давление. Заклинивание алюминиевого шара B может облегчить дробление шара B, тогда как заклинивание шара B из композитного материала может исключить возможность скалывания или срезания шара по бокам, когда шар B будет проходить через седло 150.

[0065] Продолжающееся воздействие давления в конечном итоге переместит седло 150 к внутреннему выступу 137 канала 135 муфты. Вхождение в зацепление приведет к тому, что перемещение седла 150 в канале 135 муфты прекратится. На Фиг. 4C показано седло 150, перемещенное во внутренней муфте 130 к внутреннему выступу 137.

[0066] Теперь давление, прикладываемое к шару B, воздействует непосредственно на внутреннюю муфту 130, так что внутренняя муфта 130 перемещается из закрытого состояния в открытое состояние. Когда она скользит по каналу 125 корпуса, внутренняя муфта 130 раскрывает расходные отверстия 126 корпуса 120 и обеспечивает сообщение по текучей среде канала 125 с заколонным пространством (не показано), окружающим скользящую муфту 100. На Фиг. 4D показана внутренняя муфта 130, перемещенная в открытое состояние.

[0067] ГРП может затем начинаться заливкой обрабатывающей текучей среды, такой как текучая среда для гидроразрыва, в скважину к скользящей муфте 100, с тем чтобы текучая среда могла выходить через открытые расходные отверстия 126 в окружающий пласт. Шар B, вошедший в зацепление с седлом 150, препятствует прохождению обрабатывающей текучей среды и изолирует расположенные ниже по скважине секции агрегата. При этом края сегментов 152, охватывающие большую площадь поверхности сброшенного шара B, помогают поддерживать шар B при более высоком давлении текучей среды, используемом во время операций обработки (например, ГРП), через скользящую муфту 100.

[0068] Следует заметить, что поддержка, обеспечиваемая седлом 150, не обязательно должна быть герметичной, поскольку обработка при ГРП может просто потребовать достаточного отведения потока при лежащем на седле шаре B и поддержания давления. В соответствии с этим дополнительное зацепление шара B, обеспечиваемое суженным седлом 150, направлено в основном на поддержку шара B при более высоких значениях давления гидроразрыва. Кроме того, следует заметить, что шар B, как он показан здесь и представлен в описании, может не изображаться деформированным. Это допустимо для иллюстрации. При использовании шар B будет деформироваться и изменять форму под действием приложенного давления.

[0069] После того как обработка для этой скользящей муфты 100 будет закончена, подобные операции могут быть произведены вверх по скважине, чтобы обработать другие секции скважины. После того как работы по ГРП будут завершены, скважина обычно полностью затопляется, и шар B всплывает на поверхность. Иногда шар B может не всплывать или может быть не снят с седла 150. В любом случае седло 150 (и шар, если он остался) дробится, чтобы обеспечить соответствующий внутренний размер скользящей муфты 100.

[0070] Для облегчения ГРП седло 150 и, главным образом, сегменты 152 могут быть изготовлены из чугуна, а шар B может быть выполнен из алюминия или из неметаллического материала, такого как композитный материал. Разрезное кольцо 154 может быть выполнено из того же, что и сегменты 152, или из другого материала. Предпочтительно разрезное кольцо 154 может быть выполнено из подходящего материала, чтобы смещать сегменты 152, который может быть также легко измельчен. Например, разрезное кольцо 154 может быть выполнено из любого подходящего материала, такого как эластомер, термопласт, органический термопластичный полимер, полиэфирэфиркетон (PEEK), термопластичный аморфный полимер, полиамидимид, TORLON®, мягкий металл, чугун, и т.п., и их сочетание. (TORLON - зарегистрированная торговая марка компании SOLVAY ADVANCED POLYMERS L.L.C).

[0071] После того как измельчение будет завершено, внутренняя муфта 130 может быть закрыта или открыта сдвигающим инструментом. Например, внутренняя муфта 130 может иметь инструментальные профили (не показаны), с тем чтобы скользящая муфта 100 могла функционировать подобно любой обычной скользящей муфте, которая может сдвигаться в открытое или закрытое состояние обычным инструментом, таким как инструмент “B”. Возможны другие решения.

[0072] Как было замечено выше, правильная посадка и вхождение в зацепление шара B и седла 150 определяют, какой должна быть разница между диаметрами шара B и седла 150. Регулируя разницу между тем, какая начальная площадь требуется для первоначальной посадки шара B на сегментированное седло 150 в его расширенном состоянии, и тем, какая последующая площадь седла 150 в суженном состоянии требуется, чтобы открыть затем внутреннюю муфту 130, скользящая муфта 100 увеличивает число шаров B, которые могут быть использованы для седел 150 в комплекте скользящих муфт 100 независимо от материала шара благодаря заклиненному зацеплению, упомянутому выше.

[0073] Вместо описанного разрезного кольца 154 может быть использован смещающий элемент другого типа, чтобы смещать сегменты 152 в сторону расширения. Например, сегменты 152 могут смещаться, используя смещающие элементы, расположенные между соседними краями сегментов 152. Эти промежуточные смещающие элементы, которые могут быть пружинами, эластомерами или другими компонентами, выдавливают сегменты 152 наружу друг от друга, так что седло 150 стремится расшириться.

[0074] Такая скользящая муфта 100 может в конечном итоге уменьшить общее падение давления во время операции ГРП и может позволить операторам сохранять интенсивность потока во время выполнения операций.

[0075] В качестве примера на Фиг. 5 показан агрегат 50 для ГРП, использующий предлагаемое построение сегментированного седла (150) в скользящих муфтах (100A-C) агрегата 50. Как показано, насосно-компрессорная колонна развертывается в скважине 54. Колонна 52 имеет несколько скользящих муфт 100A-C, располагаемых вдоль всей ее длины, и различные пакеры 70 разделяют участки скважины 54 на изолированные зоны. В общем случае скважина 54 может быть открытой или обсаженной, и пакеры 70 могут быть пакерами любого подходящего типа, предназначенными для разделения участков скважины на изолированные зоны.

[0076] Скользящие муфты 100A-C размещаются в насосно-компрессорной колонне 52 между пакерами 70 и могут быть использованы для избирательного отведения обрабатывающей текучей среды в изолированные зоны окружающего пласта. Насосно-компрессорная колонна может быть частью ГРП агрегата, например, имеющего верхний пакер хвостовика (не показан), клапан изоляции скважины (не показан) и другие пакеры и муфты (не показаны) в дополнение к тем, которые показаны. Если ствол скважины имеет обшивку, тогда скважина 54 может иметь перфорацию на обшивке в различных точках.

[0077] Как это обычно делается, операторы сбрасывают установочный шар, чтобы закрыть отсекающий клапан (не показан) ствола скважины в нижней части скважины. Седла в каждой из скользящих муфт 100A-C позволяют установочному шару проходить через них. Затем операторы воздвигают поверхностное буровое оборудование 65 для ГРП и нагнетают текучую среду вниз в ствол 54 скважины, чтобы открыть приводимую в действие давлением муфту (не показана) в направлении конца насосно-компрессорной колонны 52. Это позволяет обрабатывать первую зону скважины.

[0078] На более поздних этапах работы операторы последовательно приводят в действие скользящие муфты 100A-C между пакерами, чтобы обрабатывать изолированные зоны. В частности, операторы сбрасывают последовательно шары большего размера вниз насосно-компрессорной колонны 52. Каждый шар выполнен с возможностью посадки в одну из скользящих муфт 100A-C последовательно вверх вдоль насосно-компрессорной колонны 52. Каждое из седел в скользящих муфтах 100A-C может пропускать шар, предназначенный для расположенных ниже скользящих муфт 100A-C.

[0079] Вследствие первоначального расширенного состояния седел и последующего суженного состояния скользящие муфты 100A-C позволяют использовать больше шаров, чем допускается обычно. Хотя это все не показано, агрегат 50 может иметь, например, до 21 скользящей муфты. Поэтому 21 шар может быть сброшен вниз, чтобы последовательно открывать скользящие муфты 100. Различные по размеру шары могут иметь диаметр в пределах от 1 дюйма (25,4 мм) до 4 дюймов (101,6 мм) с различными дискретными приращениями между отдельными шарами B. Начальные диаметры седел (150) внутри скользящей муфты 100 могут быть выполнены с 1/8-дюймовой (3,17 мм) тугой посадкой для первоначального вхождения в зацепление с соответствующим шаром, сброшенным в скользящую муфту 100. Тугая посадка затем возрастает, когда седло трансформируется из раздвинутого состояния в суженное состояние. Однако допуск в диаметрах для седел (150) и шаров B зависит от числа используемых шаров, наружного диаметра насосно-компрессорной колонны 52 и разницы в диаметрах между шарами B.

[0080] Скользящие муфты 100 для ГРП агрегата на Фиг. 5 могут использовать другие сужающиеся седла, чем описанные здесь. Исходя из этого, обсуждение переходит к Фиг. 6A-6C, где показаны дополнительные скользящие муфты 100, имеющие сужающиеся седла для перемещения внутренней муфты или вставки 130 в корпусе 120 муфты, чтобы открывать расходные отверстия 126. Одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения подобных компонентов в вариантах осуществления различных муфт. Кроме того, компоненты описываемых седел могут быть выполнены из железа или другого подходящего материала с целью облегчения их дробления.

B. Скользящая муфта, имеющая скошенное, сужающееся, сегментированное шаровое седло

[0081] Скользящая муфта 100, показанная на Фиг. 6A-6B и 7A-7B, имеет скошенное седло 160 согласно настоящему изобретению. Как и раньше, скользящая муфта 100 открывается имеющим конкретный размер шаром B, сброшенным в муфту 100, когда этот сброшенный шар B входит в зацепление со скошенным седлом 160, давление текучей среды прикладывается к лежащему на седле шару B и внутренняя муфта 130 сдвигается, открываясь относительно расходных отверстий 126.

[0082] Скошенное седло 160 включает в себя разделительное кольцо 162, скошенные под углом сегменты 164 и скошенную под углом гильзу или кольцо 168, которые располагаются во внутреннем канале 135 муфты. Разделительное кольцо 162 закреплено в скользящей муфте 100 и помогает защитить сегменты 164 от всякого мусора и центрировать сброшенные шары, проходящие к седлу 160. Хотя оно показано расположенным во внутренней муфте 130, разделительное кольцо 162 может быть необязательным и может располагаться в канале 125 корпуса в направлении проксимального конца внутренней муфты 130. Если это практически удобно, внутренний канал 135 внутренней муфты 130 может формировать как составную часть разделительное кольцо 162.

[0083] Скошенная под углом гильза 168 закреплена в скользящей муфте 100 и имеет обращенную вовнутрь поверхность или скос 169, который наклонен от проксимального конца в сторону дистального конца внутренней муфты 130. Наклон скоса 169 может составлять около 15-30 градусов, но другие углы наклона могут быть использованы для конкретной реализации. Вместо того чтобы иметь отдельную скошенную под углом гильзу 168, как здесь показано, внутренняя муфта 130 может иметь скос 169, выполненный интегрально внутри канала 135 и имеющий наклон от проксимального конца муфты к ее дистальному концу.

[0084] Скошенные под углом сегменты 164, которые могут быть независимыми сегментами, расположены между разделительным кольцом 162 и скошенной под углом гильзой 168, и могут перемещаться в канале 135 из раздвинутого состояния (Фиг. 6A-6B) в расширенное или суженное состояние (Фиг. 7A-7B). Предпочтительно один или более смещающих элементов 166 смещают несколько скошенных под углом сегментов 164 наружу внутри канала 135. Как показано здесь, смещающее кольцо 166 может быть расположено около сегментов 164. Смещающее кольцо 166 может быть разрезным кольцом, пружинящим кольцом или C-образным кольцом 166, хотя может быть использован любой другой тип смещающего элемента, такой как кольцо из упругого полимера или подобный элемент. Разрезное кольцо 166 может быть выполнено из любого подходящего материала, такого как чугун, TORLON®, PEEK, и т.п., как было сказано выше. Располагаясь около сегментов 164, смещающее кольцо 166 может располагаться в прорезях на внутренних поверхностях сегментов 164, как показано, или же смещающее кольцо 166 может проходить через сегменты или закрепляться вокруг внешней поверхности сегментов 164.

[0085] При смещении наружу в раздвинутое состояние, показанное на Фиг. 6A-6B, скошенные под углом сегменты 164 определяют внутренний диаметр или размер (d₁), который меньше размера разделительного кольца 162, так что верхние концы скошенных под углом сегментов 164 образуют начальную посадочную поверхность для вхождения в зацепление с шаром соответствующего размера. Как показано на Фиг. 6A-6B, шар B входит в зацепление с раскрытыми верхними поверхностями (и, более конкретно, с краями) скошенных под углом сегментов 164, создавая начальное зацепление с седлом.

[0086] Верхние края сегментов 164, раздвинутые наружу друг от друга, определяют первый внутренний размер (d₁), который уже, чем внешний размер (d_B) сброшенного шара B. Действительное используемое отличие между первым внутренним размером (d₁)и внешним размером (d_B) может зависеть от конкретного общего диаметра. Например, разница между внешним диаметром (d_B) шара и первым внутренним размером (d₁) седла может составлять около 3 или 4 интервалов порядка 0,09 дюйма (2,29 мм), 0,12 дюйма (3,05 мм), 0,17 дюйма (4,32 мм) и 0,22 дюйма (5,6 мм), которые возрастают с увеличением размера шара от около 0,9 дюйма (22,9 мм) до около 4 дюймов (101,6 мм), хотя любой другой ряд и диапазон размеров может быть использован. Разделительное кольцо 162, которое помогает центрировать сброшенный шар B, имеет внутренний диаметр, превышающий внутренний диаметр (d₁) сегментов 164 седла, так что контактная зона сегментов 164 для вхождения в зацепление со сброшенным шаром B раскрывается в скользящей муфте 100.

[0087] Давление текучей среды, создаваемое в канале 125 муфты, воздействует на лежащий на седле шар B. Скошенные под углом сегменты 164 прижимаются к скосу 169 скошенной под углом гильзы 168, но давление может быть недостаточным для существенного заклинивания сегментов 164 на скосе 169 вследствие трения и силы воздействия со стороны разрезного кольца 166. Для управления тем, когда и при каком давлении сегменты 164 заклиниваются на скате 169, один или более из сегментов 164 могут удерживаться срезными штифтами или другим элементом временного крепления (не показан), требующим приложения к нему определенного усилия для освобождения сегментов 164. В то же время давление, прикладываемое к лежащему на седле шару B, надвигает внутреннюю муфту 130 в канале 125 на временный стопор 145.

[0088] В результате временный стопор 145 разламывается, позволяя освободившейся внутренней муфте 130 перемещаться в канале 125 из закрытого состояния (Фиг. 6A) в открытое состояние (Фиг. 7A). В этой и других скользящих муфтах 100, описываемых здесь, срезающие значения, требуемые для открывания скользящих муфт 100, могут обычно находиться в пределах от 1000 до 4000 фунт/кв.дюйм (от 6,9 до 27,6 МПа).

[0089] После того как внутренняя муфта 130 сможет свободно перемещаться, прикладываемое давление открывает муфту 130 по отношению к расходным отверстиям 126. Однако, поскольку давление текучей среды прикладывается, чтобы открыть муфту 130, скошенные под углом сегменты 164 не могут в заметной степени скользить по скату 169 скошенной под углом гильзы 168. Поэтому верхние края сегментов 164 в их разведенном наружу, один от другого, состоянии по существу определяют контактную зону между шаром B и седлом 160 при открывании внутренней муфты 130. На Фиг. 6A показано первоначальное зацепление шара B с верхними краями сегментов 164.

[0090] После того как скользящая муфта 100 откроется, операторы начинают нагнетать под более высоким давлением текучую среду (например, текучую среду для гидроразрыва) вниз в открытую муфту 100. В этом и в других вариантах осуществления скользящей муфты 100, описываемой здесь, давление, используемое при выполнении операции ГРП, может достигать величины в 15000 фунт/кв.дюйм (103,5 МПа). При повышении прилагаемого давления скошенные под углом сегменты 164 прижимаются к скосу 169 скошенной под углом гильзы 168, что заставляет сегменты 164 стягиваться вовнутрь под смещающим воздействием смещающего кольца 166. Когда это происходит, контактная зона для вхождения в зацепление сегментов 164 с шаром B возрастает, обеспечивая более устойчивое зацепление. Конкретно, контактная зона сегментов 164, стягивающихся вовнутрь по направлению друг к другу, охватывает большую площадь поверхности, а не просто края сегментов 164, первоначально используемые для вхождения в зацепление с шаром B. На Фиг. 8B показано зацепление шара B с сегментами 164, стянутыми вовнутрь.

[0091] Кроме того, сегменты 164, стянутые вовнутрь, определяют более узкий размер (d₂), чем края, первоначально используемые на сегментах 164 для вхождения в зацепление с шаром B. Действительно, края сегментов 164, стянутые вовнутрь по направлению друг к другу, могут определять второй внутренний размер (d₂), который уже внешнего размера (d_B) сброшенного шара. И опять, действительное отличие, используемое между вторым внутренним размером (d₂) и внешним размером (d_B), может зависеть от конкретного общего диаметра. Например, разница между внешним размером (d_B) шара и вторым внутренним размером (d₂) седла может иметь 3 или 4 интервала, которые меньше чем первоначальные интервалы разницы, приведенные выше и составляющие 0,09 дюйма (2,29 мм), 0,12 дюйма (3,05 мм), 0,17 дюйма (4,32 мм) и 0,22 дюйма (5,6 мм), хотя может быть использован любой другой ряд или диапазон размеров. Это создает большую устойчивость для поддержки вошедшего в зацепление с седлом шара B и обеспечивает более плотный зазор между внешним размером (d_B) шара и первоначальным внутренним размером (d₁) седла, как было сказано выше.

[0092] В итоге сегменты 164 скошенного седла 160 в первоначальном положении раздвинуты наружу относительно друг друга (Фиг. 6A), определяют первую контактную зону для вхождения в зацепление с шаром B конкретного размера и перемещают внутреннюю муфту 130 в открытое положение (Фиг. 7A) в ответ на давление текучей среды, приложенное к вошедшему в зацепление шару B. В конечном счете, сегменты 104 перемещаются из первоначального, раздвинутого состояния в последующее суженное состояние во внутренней муфте 130, когда муфта 130 находится в открытом положении. Такое перемещение может осуществляться в основном в ответ на приложение более высокого давления текучей среды к вошедшему в зацепление шару B во время выполнения обрабатывающей операции (например, ГРП). Сегменты 164 в суженном состоянии сходятся вовнутрь за счет зацепления наклонных поверхностей сегментов со скосом 169. Дополнительно сегменты 164, сходясь, определяют контактную зону для вхождения в зацепление сброшенного шара B, которая больше, чем первоначальная контактная зона, используемая для первого вхождения в зацепление шара B и открывания внутренней муфты 130.

[0093] Как можно увидеть, первоначальное состояние седла 160 обеспечивает внутренний проход, который не входит в зацепление с шарами меньшего размера и не стремится открывать скользящую муфту 100. При этом, когда предназначенный шар B входит в зацепление с этим седлом 160 в этом первоначальном состоянии, поверхность посадки на седло возрастает по мере приложения давления, внутренняя муфта 130 открывается и сегменты 164 сходятся вовнутрь. Как подробно описывается здесь, такое увеличение зоны или площади прилегания к седлу позволяет использовать седло для прохождения большего числа шаров вдоль насосно-компрессорной колонны и моет уменьшить вероятность того, что края неподвижного седла, имеющего внутренний диаметр близкий к диаметру шара B, будут срезать внешнюю поверхность шара B, когда прикладывается давление, без открывания внутренней муфты 130.

[0094] И опять, как было отмечено выше, скольжение сегментов 164 в канале 135, схождение сегментов 164 вовнутрь и давление, приложенное к лежащему на седле шару B действуют совместно, чтобы заклинить шар B в седле 160. Таким образом, как показано отчасти на Фиг. 8B, сегменты 164 могут не только поддерживать нижний край шара B, но будут также стремиться сдавить или сжать бока шара B, который первоначально оказался способен каким-либо образом лечь на седло 160, в то время как сегменты 164 были раздвинуты, и мог быть впоследствии сжат и деформирован. Такая форма заклиненной поддержки обладает достоинствами применительно как к алюминиевым, так и к композитным шарам B, что отмечалось выше, за счет увеличения опорной поверхности на шаре, и помогает шару оставаться лежащим на седле и выдерживать высокое давление.

[0095] Как показано на Фиг. 6A-7B, сегменты 164 седла 160 могут первоначально находиться в раздвинутом состоянии внутри канала 135 внутренней муфты 130. В альтернативном варианте сегменты 164 могут находиться в раздвинутом состоянии внутри канала 125 корпуса 120 в структуре, подобной показанным на Фиг. 3 и 4A-4D. Подобным же образом седло 160 может по-прежнему сужаться из первого положения с раздвинутыми сегментами 164 в канале 125 корпуса 120 во второе положение с сегментами, сведенными вовнутрь в канале 135 внутренней муфты. Разделительное кольцо 162 может поэтому отсутствовать или же может быть перемещаемым внутрь канала 125 корпуса.

[0096] Как отмечалось выше, сегменты 164 могут быть независимыми элементами. В качестве альтернативы сегменты 164 могут быть соединены вместе у их нижнего края, используя взаимосвязанные секции 165, как показано на Фиг. 9A. Будучи соединенными по своим нижним краям, сегменты 164 перемещаются как единое целое в муфте 130. Тем не менее, несоединенные верхние края сегментов могут разводиться и сходиться по отношению друг к другу во время использования.

[0097] Как было сказано выше, использование смещающего кольца 166 позволяет сегментам 164 разводиться обратно в их раздвинутое положение при всплывании шара B из скользящей муфты 100 в насосно-компрессорной колонне. Тем не менее, сегменты 164 могут первоначально удерживаться в разведенном состоянии без смещающего кольца 166 и могут вместо этого удерживаться эпоксидным составом, клейким веществом, смолой или другим типом уплотняющего материала. Дополнительно смещающий элемент может быть использован в каком-то другом месте, чтобы перемещать сегменты 164 в их первоначальное положение. Как показано на Фиг. 9A, смещающий элемент 167, такой как пружина, расположен в скошенной под углом гильзе 168. Такое расположение смещающего элемента (элементов) 167 не только помогает перемещать сегменты 164 в их раздвинутое положение, но позволяет также перемещать сегменты 164 вверх в муфте 130 при всплывании шара B, что может иметь свои преимущества в некоторых случаях реализации.

C. Скользящая муфта, имеющая сужающееся, сдвоенно сегментированное шаровое седло

[0098] Скользящая муфта 100, показанная на Фиг. 10A-11B, имеет сдвоенно сегментированное седло 170, расположенное в канале 135 внутренней муфты 130. На Фиг. 12A-12B показана в закрытом и открытом состояниях скользящая муфта 100, имеющая сдвоенно сегментированное седло 170 другого размера.

[0099] Как и раньше, скользящая муфта 100 открывается шаром B конкретного размера, сбрасываемым в скользящую муфту 100, когда сброшенный шар входит в зацепление с седлом 170, давление текучей среды прикладывается к лежащему на седле шару B и внутренняя муфта 130 сдвигается в открытое состояние по отношению к расходным отверстиям 126.

[00100] Седло 170 включает в себя скользящее или посадочное кольцо 172 и сжимаемое кольцо, которое может иметь сегменты 174. При введении в действие седло 170 имеет первоначальное, разведенное состояние (Фиг. 10A-11B). В этом состоянии скользящее кольцо 172 закрепляется одним или несколькими срезными штифтами 173 или другим временным элементом в канале 135 и определяет внутренний проход, размер которого позволяет пропускать шары B меньшего размера. Сегменты 174, расположенные в канале 135 внутренней муфты, находятся в разведенном состоянии, так что сегменты 174 определяют внутренний размер, равный или превышающий внутренний размер (d₁) скользящего кольца 172. Хотя они разведены, каждый сегмент 174 определяет пространство между участком сегмента 174 и внутренним каналом 135 внутренней муфты. Для того чтобы защитить сегменты 174 от осколков и подобного мусора, пространство сверху и между сегментами 174 может быть заполнено уплотняющим материалом, таким как смазка, эпоксидный состав, смола или подобное вещество.

[00101] Сегменты 174 могут удерживаться в разведенном состоянии несколькими способами. Например, сегменты 174 могут быть свободно перемещаемыми во внутренней муфте 130, но могут временно удерживаться в разведенном состоянии с помощью эпоксидного состава, смолы, и т.п., или другого наполнителя. Альтернативно участки взаимного соединения сегментов 174, расположенные между ними, могут удерживать сегменты 174 отведенными друг от друга, и эти участки взаимного соединения могут разрушаться, как только сегменты 174 начнут перемещаться вовнутрь навстречу друг другу под воздействием определенной силы. Дополнительно один или более смещающих элементов, таких как разрезное кольцо (не показано), могут смещать сегменты 174 наружу, отдаляя их друг от друга, подобно другим вариантам построения, обсуждаемым здесь.

[00102] Когда сбрасывается шар B соответствующего размера, этот шар B входит в зацепление со скользящим кольцом 172 в его первоначальном положении. Кольцо 172 поддерживает сброшенный шар B, имея первоначальный контактный размер (d₁). Когда давление текучей среды прикладывается к лежащему на седле шару B, внутренняя муфта 130 разламывает временный элемент 145 крепления и перемещается по направлению к открытому положению в скользящей муфте 100 (Фиг. 11A).

[00103] Когда внутренняя муфта 130 открыта, прикладываемое давление воздействует в основном на лежащий на седле шар B и, в конце концов, разламывает срезные штифты 173, которые удерживают кольцо 172, позволяя скользящему кольцу 172 скользить в канале 135 внутренней муфты (Фиг. 11A-11B). Такое перемещение скользящего кольца 172 может происходить, когда текучая среда под повышенным давлением нагнетается вниз в скользящую муфту 100 во время ГРП или другой обрабатывающей операции.

[00104] Когда скользящее кольцо 172 перемещается, оно заходит в пространство между сегментами 174 и каналом 135 муфты и перемещает сегменты 174 вовнутрь по направлению друг к другу. Как показано, например, на Фиг. 10A-10B, края сегментов 174 в разведенном состоянии находятся в контакте с кольцом 172 в его первоначальном положении. Кольцо 172 имеет скос на своем нижнем конце, который входит в зацепление с краями сегментов 174, когда кольцо 172 перемещается из своего первого положения во второе положение. Таким образом, когда кольцо 172 скользит, нижний скошенный конец кольца 172 заходит позади сегментов 174, которые затем подталкиваются вовнутрь по направлению друг к другу.

[00105] Когда сегменты 174 стягиваются вовнутрь, опорная поверхность седла 170 для вхождения в зацепление с шаром B возрастает. Конкретно, край кольца 172 определяет контактный размер (d₁) для первоначального вхождения в зацепление с шаром B (Фиг. 10A-10B). Этот внутренний контактный размер (d₁) несколько уже, чем внешний размер (d_B) сброшенного шара B, точно таким же образом, как обсуждалось здесь в других вариантах осуществления, хотя могут быть использованы любые подходящие размеры.

[00106] Однако, когда сегменты 174 стягиваются вовнутрь для поддержки сброшенного шара B (Фиг. 11A-11B), края сегментов 174 перемещаются, чтобы поддерживать вошедший в зацепление шар B, имея контактный размер (d₂), который уже первоначального контактного размера (d₂). Уменьшенный контактный размер (d₂) помогает поддерживать более высокое давление текучей среды во время операций обработки (например, ГРП). Уменьшенный контактный размер (d₂) сегментов 174, стянутых вовнутрь, может быть приблизительно на 0,345 дюйма (8,45 мм) уже, чем размер (d₁) кольца 172.

[00107] Кроме того, последующий контактный размер (d₂) сегментов 174, как показано на Фиг. 11A-11B, охватывает большую площадь поверхности, чем обеспечивалось первоначально краем кольца 172, используемого для поддержки шара при открывании внутренней муфты 130. Наконец, схождение сегментов 174 может действовать в сочетании с давлением, прикладываемым к сброшенному шару B, чтобы создать заклиненную посадку на седло, имеющую упоминаемые здесь конкретные преимущества, которая показана отчасти на Фиг. 11B.

[00108] Как показано, опорное кольцо 176 может располагаться внутри канала 135 внутренней муфты 130, чтобы поддерживать нижние края сегментов 174. Это опорное кольцо 176 образует по меньшей мере участок выступа для поддержки сегментов 174. Другой участок внутренней муфты 130 может иметь выступающий участок, определяемый там для поддержки сегментов 174. Альтернативно внутренняя муфта 130 может не иметь такого отдельного опорного кольца 176, и может быть использован только выступ во внутренней муфте 130 для поддержки сегментов 174.

D. Скользящая муфта, имеющая сужающееся, оснащенное кольцом шаровое седло

[00109] Скользящая муфта 100, показанная на Фиг. 13A-13B, имеет оснащенное кольцом седло, имеющее вставку 180 и смещаемое кольцо 182. Вставка 180 может быть отдельным компонентом, закрепленным во внутренней муфте 130 скользящей муфты 100, и имеет внутренний проход с двумя разными по размеру проходными отверстиями, пазами или переходами. Один паз 185 имеет больший внутренний диаметр, чем другой паз 187. Изменение внутреннего размера между пазами 185 и 187 может быть плавным или резким. Расположение вставки 180 во внутренней муфте 130 облегчает сборку, но внутренняя муфта 130 в другом варианте построения может вместо этого включать в себя признаки вставки 180.

[00110] Смещаемое кольцо 182 может содержать любое число смещаемых колец. Как показано, например, на Фиг. 13C, смещаемое кольцо 182 может быть разрезным кольцом или C-образным кольцом. Прорезь 184 в кольце 182 может быть ступенчатой для предотвращения изгибания кольца во время перемещения.

[00111] Как показано на Фиг. 13A, смещаемое кольцо 182, расположенное в первоначальном положении в верхнем пазу 185, имеет расширенное состояние, с тем чтобы седло 180 могло пропускать шары меньшего диаметра через муфту 100. Когда сбрасывается шар B соответствующего диаметра, этот шар B входит в зацепление со смещаемым кольцом 182 в расширенном состоянии. Как можно увидеть, зацепление охватывает контактную зону, определяемую главным образом краем смещаемого кольца 182. кроме того, поскольку смещаемое кольцо 182 расширено, зацепление определяет контактный размер (d₁), который близок к внешнему диаметру (d_B) вошедшего в зацепление шара B. Фактически смещаемое кольцо 182 в расширенном состоянии может иметь внутренний размер (d₁) для вхождения в зацепление с шаром B, который уже чем внешний размер (d_B) шара B, точно таким же образом, как обсуждалось здесь в других вариантах осуществления, хотя могут быть использованы любые подходящие размеры.

[00112] Давление, прикладываемое к лежащему на седле шару в, в конечном счете, смещает смещаемое кольцо 182 во вставке 180 к более узкому пазу 187 (Фиг. 12B). Когда оно смещается, проходя переход, смещаемое кольцо 182 сужается вовнутрь в суженное состояние. В этом суженном состоянии смещаемое кольцо 182 входит в зацепление с шаром B, имея увеличенную контактную зону, которая больше первоначальной контактной зоны, и более узкий контактный размер (d₂), который также обеспечивает лучшую поддержку шара B. Давление текучей среды, прикладываемое затем к шару B, находящемуся в зацеплении с кольцом 182, граничащим с точкой зацепления вставки 180, перемещает внутреннюю муфту 130 в открытое состояние.

[00113] Используя смещаемое кольцо 182, можно увеличить число приращений между диаметрами шара и внутренними диаметрами седла. Например, седло 180 может обеспечить до 50 приращений для шаров B из композитного материала вследствие первоначального расширенного состояния и последующего суженного состояния смещаемого кольца 182, используемого для обеспечения первоначального вхождения в зацепление шара B и следующего за этим открывания муфты 130.

[00114] Наконец, оснащенное кольцом седло может извлечь пользу из заклиненного зацепления, описанного здесь, которое показано отчасти на Фиг. 13B. Например, когда кольцо 182 переходит из первоначального состояния в суженное состояние, оно сжимается по бокам шара, что усиливает его зацепление с кольцом 182, а также перемещает седло 180. Любое последующее сжатие и деформация шара B обеспечивает форму заклиненной поддержки, которая создает преимущества и для алюминиевых, и для композитных шаров B, как отмечалось выше, увеличивая опорную поверхность на шаре и помогая шару оставаться лежать на седле и выдерживать высокое давление.

E. Скользящая муфта, имеющая инвертируемое шаровое седло

[00115] Скользящая муфта на Фиг. 14A-14D имеет инвертируемое шаровое седло. Как и раньше, скользящая муфта 100 открывается шаром B соответствующего размера, сбрасываемым в муфту 100, когда этот сброшенный шар B входит в зацепление с инвертируемым седлом 160, давление текучей среды прикладывается к лежащему на седле шару B и внутренняя муфта 130 сдвигается в открытое состояние по отношению к расходным отверстиям 126.

[00116] Инвертируемое седло 190 включает в себя вставку 192, установленную во внутреннюю муфту 130 и включающую в себя срезанное на конус или имеющее форму усеченного конуса кольцо 194. Как показано, срезанное на конус кольцо 194 может быть непрерывным кольцом, закрепленным вокруг внутренней поверхности вставки 192, или же кольцо 194 может иметь одну или более прорезей или щелей вокруг его внутреннего периметра. Срезанное на конус кольцо 194 может быть выполнено из любого из ряда материалов, таких как металл, термопласт, эластомер или их сочетание.

[00117] Первоначально, как показано на Фиг. 14A, срезанное на конус кольцо 194 обращено в направлении вверх по стволу скважины и образует меньший по размеру внутренний проход, чем вставка 192. Конкретно, срезанное на конус кольцо 194, имеющее форму усеченного конуса, имеет верхний открытый конец, образованный внутренним периметром, и имеет базовый конец, образованное внешним периметром. В первоначальном состоянии, показанном на Фиг. 14A, верхний открытый конец расположен ближе по направлению к проксимальному концу внутренней муфты 130, чем базовый конец. Верхний конец кольца 194 в первоначальном состоянии может иметь внутренний размер (d₁) для вхождения в зацепление с шаром B, который несколько уже, чем внешний размер (d_B) шара B, точно таким же образом, как обсуждалось здесь в других вариантах осуществления, хотя могут быть использованы любые подходящие размеры.

[00118] Вместо непрерывного кольца, как показано, срезанное на конус кольцо 194 может иметь ряд лапок, расположенных вокруг канала 135 внутренней муфты. Например, на Фиг. 14E показано срезанное на конус кольцо 194, имеющее одну или более прорезей или щелей 196, образующих лапки 198. Каждая из лапок 198 может иметь свободный конец, образующий верхний открытый конец внутри канала 135 муфты, и каждая из лапок 198 может иметь фиксированный конец, прикрепленный к вставке 192.

[00119] В своем первоначальном состоянии (Фиг. 14A) седло 190 позволяет шарам меньшего размера проходить через него, чтобы привести в действие другие скользящие муфты в насосно-компрессорной колонне. Когда шар B соответствующего размера сбрасывается в скользящую муфту 100, этот шар B входит в зацепление с верхним расширенным концом срезанного на конус кольца 194. Давление, прикладываемое к шару B в седле 190 в конце концов разламывает крепежный элемент 145, удерживающий внутреннюю муфту 130 в корпусе 120, и давление, приложенное к шару B в седле 190, заставляет внутреннюю муфту 130 скользить в открытое состояние (Фиг. 14B).

[00120] Когда внутренняя муфта 130 перемещается в открытое состояние, давление, прикладываемое к шару B во время ГРП или другой обрабатывающей операции, надавливает в основном на срезанное на конус кольцо 194, заставляя его выворачиваться, или деформироваться, в направлении вниз. Как показано на Фиг. 14C, срезанное на конус кольцо 194 деформируется, по меньшей мере частично, из начального состояния в инвертированное состояние в открытой внутренней муфте 130. Когда срезанное на конус кольцо 194 является непрерывным, как показано, кольцо 194 деформируется так, что верхний открытый конец прогибается вовнутрь по направлению к нижнему открытому концу. Когда срезанное на конус кольцо 194 использует лапки, эти лапки деформируются так, что их свободные концы прогибаются по направлению к фиксированным концам.

[00121] В любом случае деформация или инвертирование срезанного на конус кольца 194 приводит в результате к тому, что большая площадь поверхности на седле 190 входит в зацепление с лежащим на нем шаром B. Конкретно, шар B первоначально входит в зацепление с контактной зоной срезанного на конус кольца 194 в его первоначальном состоянии, определяемой его открытым верхним концом. Однако седло 190 в инвертированном состоянии входит в зацепление со сброшенным шаром B большей по размеру контактной зоной, определяемой участками верхней поверхности кольца 194. Кроме того, седло 190 в инвертированном состоянии образует меньший внутренний размер (d₂), чем седло 190 в первоначальном состоянии. В качестве примера, меньший внутренний размер (d₂) может быть приблизительно на 3/10 дюйма (7,62 мм) уже, чем исходный внутренний размер (d₁), хотя может быть использован любой подходящий размер.

[00122] Наконец, инвертирование срезанного на конус кольца 194 обеспечивает заклиненное зацепление, которое обладает преимуществами, как отмечено здесь. Действительно, верхний открытый конец кольца 194 может стремиться ухватить или затащить в себя шар B, когда он первоначально входит в зацепление с шаром и прикладывается давление. Это может дополнительно усилить заклиненное зацепление, которое отчасти отображено на Фиг. 14D и которое обеспечивает преимущества, отмеченные здесь.

F. Скользящая муфта, имеющая деформируемое шаровое седло

[00123] Скользящая муфта 100, показанная на Фиг. 15A-15B в закрытом и открытом состояниях, имеет деформируемое седло 200. Как и раньше, скользящая муфта 100 имеет много таких же компонентов (то есть корпус 120, внутреннюю муфту 130, и т.п.), что и в других вариантах осуществления, и открывается, когда соответствующий шар B конкретного размера сбрасывается в муфту 100.

[00124] Деформируемое седло 200 включает в себя подвижное кольцо 202, деформируемое кольцо 204 и неподвижное кольцо или вставку 206. Как показано на Фиг. 15A, срезные штифты или другие элементы 134 временного крепления удерживают подвижное кольцо 202 на внутренней муфте 130, и временный стопор 145 удерживает подвижное кольцо 202 и, посредством соединения, внутреннюю муфту 130 в закрытом состоянии.

[00125] Неподвижное кольцо 206 закреплено внутри канала 135 внутренней муфты 130 и может, например, ввинчиваться внутрь канала 135 муфты или закрепляться в нем любым другим подходящим способом. Как можно увидеть, неподвижное кольцо 206 образует по меньшей мере часть выступа для поддержки деформируемого кольца 204. Внутренняя муфта 130 может также образовывать часть выступа. В качестве альтернативы муфта 13 может образовывать целый выступ для поддержки деформируемого кольца 204, чтобы использование неподвижного кольца 206 могло быть не обязательным.

[00126] Деформируемое кольцо 204 вставляется между подвижным и неподвижным кольцами 202 и 206. Как следует из его наименования, деформируемое кольцо 204 изготавливается из деформируемого материала.

[00127] Седло 200 позволяет шарам меньшего размера проходить через него, чтобы они могли быть использованы для открывания скользящих муфт, располагающихся ниже по насосно-компрессорной колонне. В конце концов, соответствующий по размеру шар B сбрасывается и достигает скользящей муфты 100. Затем сброшенный шар B укладывается в подвижное кольцо 202, и край подвижного кольца 202 определяет первоначальную зону контакта с шаром B. Подвижное кольцо 202 определяет внутренний размер (d₁), который уже, чем внешний размер (d_B) шара B. В общем случае требование к разнице между внешним размером (d_B) шара и внутренним размером (d₁) седла состоит в том, чтобы шар был достаточно маленьким для прохождения через любые расположенные выше седла, но достаточно большим, чтобы обеспечивать неподвижную посадку с тем седлом, с которым он входит в зацепление, до того как седло деформируется. Хотя могут быть использованы любые подходящие размеры, разница в размерах может быть такой же, как обсуждалось здесь в других вариантах осуществления.

[00128] Первоначальное давление, прикладываемое вниз в насосно-компрессорную колонну к лежащему на седле шару B в подвижном кольце 202, воздействует на подвижное кольцо 202, в конечном итоге разламывая стопор 145 внутренней муфты 130 благодаря более низкому срезному усилию для стопора 145 по сравнению со срезными штифтами 134. Давление, воздействующее на подвижное кольцо 202 и шар B, затем перемещает внутреннюю муфту 130 вниз, открывая скользящую муфту 100.

[00129] После того как скользящая муфта 100 откроется, внутренняя муфта 130 образует выступ в канале 125 муфты, так что любое давление текучей среды, приложенное вниз по скважине, может воздействовать на шар B и подвижное кольцо 202. Поскольку муфта 100 сообщается с окружающим буровую скважину пространством, последующее давление текучей среды, такое как давление для гидроразрыва, может прикладываться к шару B в подвижном кольце 202. При увеличении давления подвижное кольцо 202 разламывает один или более срезных штифтов 132, что позволяет подвижному кольцу 202 перемещаться вниз во внутренней муфте 130 в направлении деформируемого кольца 204.

[00130] Сжатое между подвижным кольцом 202 и неподвижным кольцом 206, деформируемое кольцо 204 деформируется, когда подвижное кольцо 202 надавливается в направлении выступа и неподвижного кольца 206. Когда оно деформируется, деформируемое кольцо 204 расширяется вовнутрь в муфте 130, образуя выпуклость или деформацию 205, и входит в зацепление со сброшенным шаром B (Фиг. 15B). Эта выпуклость 205 усиливает зацепление седла 200 с шаром B, создает контактную зону между седлом и шаром B, которая превышает начальную контактную зону между только подвижным кольцом 202 и шаром B и охватывает большую площадь поверхности, чем просто край подвижного кольца, используемую для открывания муфты 130. Подобным образом зацепление выпуклости 205 деформируемого кольца с шаром B обеспечивает меньший размер (d₂) для поддержки шара B, чем обеспечиваемый только краем подвижного кольца, так что шар B может дополнительно поддерживаться при более высоких последующих уровнях давления во время ГРП или другой операции. В качестве примера меньший размер (d₂), создаваемый выпуклостью 205, может быть приблизительно на около 3/10 дюйма (7,62 мм) уже, чем внешний диаметр (d_B) шара B, хотя может быть использована любая подходящая разница размеров для конкретного случая реализации, применяемого давления и желаемой степени поддержки.

[00131] Другие варианты осуществления деформируемого седла 200 показаны на Фиг. 16A-16C, где представлены седла разного размера для поддержки разных по размеру шаров. В общем случае деформируемое кольцо 204 может быть выполнено из подходящего материала, включая сюда, но не ограничиваясь этим, эластомер, твердую резину, термопласт, такой как TORLON®, мягкий металл, чугун, упруго деформируемый материал, пластично деформируемый материал, PEEK, или сочетание таких материалов, как обсуждалось выше. Конкретный используемый материал и твердость материала, используемого для деформируемого кольца 204, могут быть выбраны для конкретного случая реализации и ожидаемого к применению давления.

[00132] Кроме того, выбранная твердость может быть соотнесена с ожидаемыми к применению уровнями давления в скважине во время операции, такой как ГРП, и предлагаемой точкой разлома срезных штифтов 134 или других элементов временного крепления, используемых в скользящей муфте 100. Дополнительно разные по размеру седла 200 могут использовать разные материалы для деформируемого кольца 204 и могут быть выполнены с возможностью обеспечения желаемой выпуклости 205 в ожидаемых обстоятельствах. Например, седло 200 с меньшим внутренним размером для меньшего шара B может иметь более мягкий материал, чем используемый для больших по размеру шаров, с тем чтобы твердость деформируемого кольца 204 могла считаться обратно пропорциональной размеру шара и седла. Конкретное отношение твердости к размеру шара и седла может выбираться для конкретного случая реализации, используемых уровней давления и желаемой степени поддержки.

[00133] Хотя подвижное кольцо 202 показано прикрепленным к временному стопору 145, временно удерживающему внутреннюю муфту 130 в закрытом положении, это не является строго необходимым. Вместо этого удерживающий элемент 145 может прикрепляться непосредственно к концу внутренней муфты 130, и подвижное кольцо 202 может располагаться более полно внутри канала 135 внутренней муфты 130 и удерживаться срезными штифтами. При этом для предотвращения излишнего расширения деформируемого кольца 204 может быть определен выступ в канале 135 внутренней муфты 130, чтобы исключить перемещение подвижного кольца 202 таким образом, который сравним с вхождением в зацепление конца муфты 130 с обращенным вниз выступом подвижного кольца 202 в вариантах осуществления, представленных на Фиг. 15A-16С.

[00134] Кроме того, неподвижное кольцо 206 показано в виде отдельного компонента седла 200, но это не является строго необходимым. Фактически внутренний канал 135 внутренней муфты 130 может определять выполненный с ним заодно выступ и внутренний размер, сравнимый с неподвижным кольцом 206, устраняя необходимость в неподвижном кольце 206. Тем не менее, неподвижное кольцо 200 облегчает сборку седла 200.

[00135] После того как седло 200 откроется и подвижное кольцо 202 освободится, увеличенная площадь поверхности седла 200 благодаря деформируемому кольцу 204 помогает поддерживать шар B на седле 200, когда повышенное давление для ГРП прикладывается к лежащему на седле шару B при разрывающей пласт обработке с отводом из открытых отверстий 126. Выпуклость или деформация 205 зажатого между другими кольца 204 также обеспечивает более узкий внутренний размер (d₂) для поддержки лежащего на седле шара B. В конечном итоге выпуклость или деформация 205 зажатого между другими кольца 204 может дополнительно уплотнять прилегание шара B к седлу 200, хотя это требование не является главной целью. В общем и целом, деформируемое кольцо 204 помогает обеспечить заклиненное зацепление шара B в седле 200, что создает преимущества, отмеченные здесь для алюминиевых и композитных шаров.

[00136] Приведенное выше описание предпочтительного и других вариантов осуществления не направлено на установление предела или ограничение объема или применимости идей изобретения, предложенных заявителями. Хотя компоненты седел могут быть показаны и описаны как “кольца”, каждый из этих компонентов не обязательно должен быть полностью круглым или непрерывным, поскольку могут быть использованы другие формы и сегментация. Должно быть понятно с помощью настоящего описания, что признаки, описанные выше в соответствии с любым вариантом осуществления или аспектом представляемого объекта изобретения, могут быть использованы либо автономно, либо в сочетании с любым другим описываемым признаком, в любом другом варианте осуществления или аспекте представляемого объекта изобретения. Соответственно признаки и материалы, описываемые со ссылкой на один вариант осуществления, представленный здесь, могут быть использованы с признаками и материалами, описываемыми со ссылкой на любой другой вариант осуществления.

[00137] В обмен на раскрытие идей изобретения, содержащееся здесь, заявители хотят получить все права на патент, обусловленные прилагаемой формулой изобретения. Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения включает в себя все модификации и изменения во всех случаях, когда они укладываются в объем приведенных ниже пунктов формулы изобретения или их эквивалентов.

Группа изобретений относится к скользящим муфтам, открывающимся сброшенной заглушкой, и способам обработки ствола скважины текучей средой. Технический результат заключается в обеспечении заклиненной посадки заглушки в седле для восприятия высокого давления, облегчения дробления заглушки, исключения ее скалывания или срезания по бокам. Скользящая муфта содержит корпус, образующий первый канал и образующий расходное отверстие, соединяющее первый канал с внешней средой корпуса; внутреннюю муфту, образующую второй канал и перемещаемую из закрытого положения в открытое положение внутри первого канала по отношению к расходному отверстию; обращенную вовнутрь поверхность, расположенную во втором канале и наклоненную от проксимального конца в сторону дистального конца внутренней муфты; и седло, расположенное во втором канале внутренней муфты и перемещаемое в осевом направлении из первого осевого положения по направлению ко второму осевому положению. Седло имеет множество сегментов, имеющих наклонные поверхности. Наклонные поверхности проходят от второго проксимального конца ко второму дистальному концу седла и выполнены с возможностью вхождения в зацепление с обращенной вовнутрь поверхностью. Сегменты на седле в первом осевом положении выполнены с возможностью раздвижения наружу относительно друг друга и образуют выступ для вхождения в зацепление со сброшенной заглушкой. Выступ расположен между вторыми проксимальным и дистальным концами седла. Сегменты на седле перемещаются по направлению ко второму осевому положению, сходясь вовнутрь за счет зацепления наклонных поверхностей с обращенной вовнутрь поверхностью и заклинивая выступ седла на вошедшей в зацепление заглушке. Седло перемещает внутреннюю муфту в осевом направлении в открытое положение в ответ на давление текучей среды, приложенное к вошедшей в зацепление заглушке. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Скользящая муфта, открывающаяся сброшенной заглушкой, для обработки ствола скважины текучей средой, содержащая:

корпус, образующий первый канал и образующий расходное отверстие, соединяющее первый канал с внешней средой корпуса;

внутреннюю муфту, образующую второй канал и перемещаемую из закрытого положения в открытое положение внутри первого канала по отношению к расходному отверстию;

обращенную вовнутрь поверхность, расположенную во втором канале и наклоненную от проксимального конца в сторону дистального конца внутренней муфты; и

седло, расположенное во втором канале внутренней муфты и перемещаемое в осевом направлении из первого осевого положения по направлению ко второму осевому положению, причем седло имеет множество сегментов, имеющих наклонные поверхности, при этом наклонные поверхности проходят от второго проксимального конца ко второму дистальному концу седла и выполнены с возможностью вхождения в зацепление с обращенной вовнутрь поверхностью, при этом сегменты на седле в первом осевом положении выполнены с возможностью раздвижения наружу относительно друг друга и образуют выступ для вхождения в зацепление со сброшенной заглушкой, при этом выступ расположен между вторыми проксимальным и дистальным концами седла, при этом сегменты на седле перемещаются по направлению ко второму осевому положению, сходясь вовнутрь за счет зацепления наклонных поверхностей с обращенной вовнутрь поверхностью и заклинивая выступ седла на вошедшей в зацепление заглушке, при этом седло перемещает внутреннюю муфту в осевом направлении в открытое положение в ответ на давление текучей среды, приложенное к вошедшей в зацепление заглушке.

2. Муфта по п.1, в которой сегменты в первом осевом положении образуют первую контактную зону при вхождении в зацепление со сброшенной заглушкой, при этом сегменты во втором осевом положении образуют вторую контактную зону, обеспечивающую более плотное зацепление со сброшенной заглушкой, чем первая контактная зона.

3. Муфта по п.1 или 2, в которой внутренняя муфта выполнена с возможностью перемещения в направлении открытого положения в ответ по меньшей мере на начальную долю давления текучей среды, прикладываемого к вошедшей в зацепление заглушке, при этом сегменты выполнены с возможностью перемещения из первого осевого положения в направлении второго осевого положения, сжимаясь вокруг вошедшей в зацепление заглушки, в ответ по меньшей мере на последующую долю давления текучей среды, приложенного к вошедшей в зацепление заглушке.

4. Муфта по п.3, в которой начальная доля давления текучей среды меньше последующей доли давления текучей среды.

5. Муфта по п.4, в которой последующая доля давления текучей среды содержит давление для ГРП операции.

6. Муфта по п.1, в которой седло содержит по меньшей мере один смещающий элемент, смещающий сегменты наружу друг от друга.

7. Муфта по п.1, в которой сегменты содержат отдельные компоненты или в которой участки сегментов соединяют сегменты вместе.

8. Скользящая муфта, открывающаяся сброшенной заглушкой, для обработки ствола скважины текучей средой, содержащая:

корпус, образующий первый канал и образующий расходное отверстие, соединяющее первый канал с внешней средой корпуса;

внутреннюю муфту, образующую второй канал и перемещаемую из закрытого положения в открытое положение внутри первого канала по отношению к расходному отверстию;

обращенную вовнутрь поверхность, расположенную во втором канале и наклоненную от проксимального конца в сторону дистального конца внутренней муфты; и

седло, расположенное во втором канале внутренней муфты и перемещаемое в осевом направлении из первого осевого положения по направлению ко второму осевому положению;

разделительное кольцо, расположенное в скользящей муфте по направлению к проксимальному концу внутренней муфты, причем этот разделитель имеет первый внутренний размер больше второго внутреннего размера седла в первом осевом положении и раскрывает первую контактную зону для вхождения в зацепление со сброшенной заглушкой, при этом

седло имеет множество сегментов, имеющих наклонные поверхности, выполненные с возможностью вхождения в зацепление с обращенной вовнутрь поверхностью, причем

сегменты на седле в первом осевом положении выполнены с возможностью раздвижения наружу относительно друг друга и вхождения в зацепление со сброшенной заглушкой, при этом

сегменты на седле перемещаются по направлению ко второму осевому положению, сходясь вовнутрь за счет зацепления наклонных поверхностей с обращенной вовнутрь поверхностью и зажимая вошедшую в зацепление заглушку, причем

седло перемещает внутреннюю муфту в осевом направлении в открытое положение в ответ на давление текучей среды, приложенное к вошедшей в зацепление заглушке.

9. Муфта по п.8, в которой разделитель расположен во втором канале внутренней муфты.

10. Муфта по п.1 или 8, которая дополнительно содержит элемент крепления, удерживающий внутреннюю муфту в закрытом положении и выходящий из зацепления с внутренней муфтой при перемещении внутренней муфты из закрытого положения.

11. Муфта по п.1 или 8, в которой вставка, расположенная во втором канале внутренней муфты, имеет обращенную вовнутрь поверхность.

12. Скользящая муфта, открывающаяся сброшенной заглушкой, для обработки ствола скважины текучей средой, содержащая:

корпус, образующий первый канал и образующий расходное отверстие, соединяющее первый канал с внешней средой корпуса;

внутреннюю муфту, образующую второй канал и перемещаемую из закрытого положения в открытое положение внутри первого канала по отношению к расходному отверстию;

обращенную вовнутрь поверхность, расположенную во втором канале и наклоненную от первого проксимального конца в сторону первого дистального конца внутренней муфты;

седло, расположенное во втором канале внутренней муфты и перемещаемое в нем в осевом направлении из первого осевого положения ко второму осевому положению;

средство для введения в зацепление сброшенной заглушки с выступом седла в расширенном состоянии в первом осевом положении; при этом выступ расположен между вторым проксимальным концом и вторым дистальным концом седла;

средство для открывания внутренней муфты в ответ на давление текучей среды, приложенное к вошедшей в зацепление заглушке в седле;

средство для скольжения наклонной поверхности седла, проходящей от второго проксимального конца ко второму дистальному концу седла вдоль обращенной вовнутрь поверхности; и

средство для заклинивания выступа седла на вошедшей с ним в зацепление заглушке при переходе из расширенного состояния в суженное состояние со скользящим седлом в ответ на давление текучей среды, прикладываемое к вошедшей в зацепление заглушке.

13. Муфта по п.12, в которой седло содержит средство для расширения в расширенное состояние.

14. Муфта по п.12 или 13, которая дополнительно содержит средство для центрирования сброшенной заглушки относительно первой контактной зоны в скользящей муфте.

15. Муфта по п.12, которая дополнительно содержит средство для расцепляемого удержания внутренней муфты в закрытом положении.

16. Способ обработки ствола скважины текучей средой, в котором:

сбрасывают заглушку вниз в скользящую муфту в стволе скважины; при этом скользящая муфта имеет внутреннюю муфту с обращенной вовнутрь поверхностью, расположенной в ней и наклоненной от первого проксимального конца в сторону первого дистального конца внутренней муфты;

осуществляют вхождение в зацепление заглушки с выступом седла в расширенном состоянии во внутренней муфте скользящей муфты, причем выступ расположен между вторым проксимальным концом и вторым дистальным концом седла;

открывают внутреннюю муфту в скользящей муфте приложением давления текучей среды к заглушке, вошедшей в зацепление с седлом;

обеспечивают скольжение наклонной поверхности, проходящей от второго проксимального конца ко второму дистальному концу седла вдоль обращенной вовнутрь поверхности; и

осуществляют заклинивание вошедшей в зацепление заглушки в седле, суженном из расширенного состояния в суженное состояние, имеющее вторую контактную зону, превышающую первую контактную зону, приложением второго давления текучей среды к заглушке, вошедшей в зацепление с седлом.

17. Способ по п. 16, в котором седло имеет множество сегментов, имеющих наклонные поверхности, выполненные с возможностью вхождения в зацепление с обращенной вовнутрь поверхностью; при этом вхождение в зацепление заглушки с выступом седла в расширенном состоянии включает в себя вхождение в зацепление заглушки в сегментах на седле, которые в первом осевом положении, находясь в расширенном состоянии, раздвинуты наружу относительно друг друга.

18. Способ по п. 17, в котором также обеспечивают смещение сегментов седла наружу относительно друг друга.

19. Способ по п. 17 или 18, в котором скольжение наклонной поверхности, проходящей от второго проксимального конца ко второму дистальному концу седла вдоль обращенной вовнутрь поверхности, включает в себя перемещение сегментов на седле по направлению ко второму осевому положению, сходясь вовнутрь за счет зацепления наклонных поверхностей с обращенной вовнутрь поверхностью.

20. Способ по п. 16, в котором вхождение в зацепление заглушки с выступом седла включает в себя введение в зацепление сброшенной заглушки с первой контактной зоной седла; и при этом заклинивание выступа седла на вошедшей с ним в зацепление заглушке включает в себя введение в зацепление сброшенной заглушки со второй контактной зоной, превышающей первую контактную зону седла.

21. Способ по п. 16, в котором открывание внутренней муфты в скользящей муфте включает в себя перемещение внутренней муфты в направлении открытого положения в ответ на по меньшей мере начальную долю давления текучей среды, прикладываемого к вошедшей в зацепление заглушке, при этом заклинивание выступа седла на вошедшей с ним в зацепление заглушке включает в себя сжатие седла вокруг вошедшей в зацепление заглушки, в ответ по меньшей мере на последующую долю давления текучей среды, приложенного к вошедшей в зацепление заглушке.

22. Способ по п. 16, включающий в себя также центрирование, с разделителем, расположенным в скользящей муфте, сброшенной заглушки с выступом седла.