ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК E21B34/14 E21B43/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к захватному устройству для использования при захвате объекта, такого как внутри скважинного пути потока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В нефтегазовой промышленности множество скважинных операций основаны на захвате объектов, брошенных с поверхности, в некоторой точке вдоль скважинной системы, чтобы выполнить требуемую функцию, например механическое приведение в действие, отведение потока или подобное. Например, WO 2011/117601 и WO 2011/117602 каждая раскрывает скважинное устройство, которое захватывает объекты для использования при приведении в действие скважинного инструмента и отведения потока внутри инструмента, например для использования при операциях гидравлического разрыва.

Цангообразное захватное устройство включает в себя множество цанговых пальцев, причем каждый имеет цангу или посадочный элемент. При использовании, цанговые пальцы выполнены с возможностью отклонения радиально внутрь, чтобы перемещать посадочные элементы между радиально выдвинутой конфигурацией и радиально отведенной конфигурацией, что позволяет захват объекта.

Однако в некоторых случаях, возможно непреднамеренное перемещение цанговых пальцев в радиально отведенную конфигурацию, ухудшая прохождение объекта или инструмента через скважинную систему.

Непреднамеренное перемещение цанговых пальцев в радиально отведенную конфигурацию может возникать, например, там, где остаточные напряжения, оставшиеся в устройстве после его изготовления, высвобождаются, когда устройство подвергается многократным ударным воздействиям во время его срока службы, например от ударного воздействия объекта или объектов, подлежащих захвату устройством.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, обеспечено скважинное устройство, например захватное устройство для захвата объекта, содержащее:

множество выполненных с возможностью радиального перемещения посадочных элементов, расположенных по окружности вокруг продольной оси, в котором посадочные элементы выполнены с возможностью перемещения между радиально выдвинутой конфигурацией и радиально отведенной конфигурацией; и освобождаемое фиксирующее приспособление, выполненное с возможностью удерживания посадочных элементов в радиально выдвинутой конфигурации.

Радиально выдвинутая конфигурация может позволить прохождение объекта через посадочные элементы, и радиально отведенная конфигурация может позволить захват объекта устройством/посадочными элементами.

Обеспечение фиксирующего приспособления может позволить посадочным элементам удерживаться в радиально выдвинутой конфигурации и таким образом предотвращать непреднамеренное перемещение или сжатие посадочных элементов по направлению к радиально отведенной конфигурации, например в результате воздействия объекта на посадочные элементы. Обеспечение фиксирующего приспособления может позволить посадочным элементам удерживаться в радиально выдвинутой конфигурация, не рассчитывая на выровненные напряжения в устройстве для удерживания их на месте.

Устройство может быть выполнено с возможностью удерживания в радиально выдвинутой конфигурации до тех пор, пока на него не будет оказано воздействие со стороны приводящего в действие события. Удерживание устройства в радиально выдвинутой конфигурации до тех пор, пока на него не будет оказано воздействие со стороны приводящего в действие события, может гарантировать, что устройство не сожмется до тех пор, пока оператор не пожелает привести в действие инструмент.

Фиксирующее приспособление может определять зафиксированное состояние и расфиксированное состояние.

Фиксирующее приспособление может быть поджато по направлению к зафиксированному состоянию. Фиксирующее приспособление может быть поджато по направлению к зафиксированному состоянию отклоняющим элементом, таким как пружина или подобное.

Фиксирующее приспособление может быть выполнено с возможностью перемещения из зафиксированного состояния в расфиксированное состояние. Фиксирующее приспособление может быть выполнено с возможностью перемещения из зафиксированного состояния в расфиксированное состояние, чтобы позволить перемещение посадочных элементов по направлению к отведенной конфигурации. Таким образом, устройство может удерживаться до тех пор, пока не потребуется освободить фиксирующее приспособление.

Фиксирующее приспособление может быть выполнено с возможностью перемещения из зафиксированного состояния в расфиксированное состояние посредством осевого перемещения. Приводящее в действие событие может содержать осевое перемещение.

Фиксирующее приспособление может быть выполнено с возможностью перемещения из расфиксированного состояния в зафиксированное состояние. Фиксирующее приспособление может быть выполнено с возможностью перемещения из расфиксированного состояния в зафиксированное состояние, чтобы вновь позволить удерживание посадочных элементов в выдвинутой конфигурации. Таким образом, фиксирующее приспособление может быть использовано повторно, будучи выполненным с возможностью перемещения между зафиксированным состоянием и расфиксированным состоянием множество раз. Фиксирующее приспособление может быть выполнено с возможностью перемещения из зафиксированного состояния в расфиксированное состояние посредством осевого перемещения.

По меньшей мере часть фиксирующего приспособления может быть образована посадочным элементом.

По меньшей мере часть фиксирующего приспособления может быть образована корпусом. Устройство может содержать корпус, или корпус может быть функционально связан с захватным устройством.

По меньшей мере часть фиксирующего приспособления может быть образована инструментом. Устройство может содержать инструмент, или инструмент может быть функционально связан с захватным устройством. Инструмент может быть расположен вокруг посадочных элементов. Инструмент может быть расположен между корпусом и посадочными элементами.

Инструмент может содержать кольцевой элемент. Инструмент может содержать кольцо, шайбу или подобное.

Инструмент может содержать втулку, например вставную втулку, расположенную внутри корпуса. Вставная втулка может быть прикреплена к корпусу. Обеспечение вставной втулки может помочь при изготовлении фиксирующего приспособления.

В конкретных вариантах выполнения, фиксирующее приспособление может быть образовано посадочными элементами, кольцевым элементом, например кольцом, и корпусом/ вставной втулкой.

Фиксирующее приспособление может содержать фиксирующий профиль.

Фиксирующий профиль может содержать внешний профиль. Например, фиксирующий профиль может содержать внешний профиль, образованный или иным образом обеспеченный на одном или более из посадочных элементов.

Фиксирующий профиль может содержать внутренний профиль. Например, фиксирующий профиль может содержать внутренний профиль, образованный или иным образом обеспеченный на кольцевом элементе, например кольце. Альтернативно или дополнительно, фиксирующий профиль может содержать внутренний профиль, образованный или иным образом обеспеченный на корпусе или вставной втулке.

В конкретных вариантах выполнения, фиксирующий профиль может быть образован внешним профилем на посадочных элементах и внутренними профилями на кольце и вставной втулке. Внутренние профили могут быть разнесены в осевом направлении.

При использовании, фиксирующие профили могут взаимодействовать, чтобы удерживать фиксирующее приспособление в зафиксированном состоянии.

Устройство может быть выполнено с возможностью обеспечения множества зафиксированных конфигураций. Например, в первой зафиксированной конфигурации, фиксирующий профиль посадочного элемента может быть выполнен с возможностью взаимодействия с фиксирующим профилем кольцевого элемента. Во второй зафиксированной конфигурации, фиксирующий профиль посадочного элемента может быть выполнен с возможностью взаимодействия с фиксирующим профилем корпуса или вставной втулки.

Один, или по меньшей мере один, фиксирующий профиль может содержать крючкообразный профиль, шип или подобное.

Один, или по меньшей мере один, фиксирующий профиль может содержать острый угол. В конкретных вариантах выполнения, один, или по меньшей мере один, фиксирующий профиль может содержать угол 50 градусов. Альтернативно угол может составлять, например, 30 градусов, 45 градусов, 60 градусов, 70 градусов или любой другой подходящий угол.

Фиксирующее приспособление, более конкретно фиксирующий профиль или профили, может способствовать обеспечению защиты от эрозии. Это может быть достигнуто, поскольку профиль или профили образуют больше материала, подлежащего эрозии, в случае возникновения эрозии. Таким образом профиль или профили могут являться по меньшей мере частично расходными.

По меньшей мере один из устройства, посадочных элементов, корпуса, кольцевого элемента, втулки, кольца может быть снабжен или содержать противоэрозионное покрытие. Обеспечение противоэрозионного покрытия может способствовать обеспечению защиты от эрозии.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью захвата объекта, такого как шар, дротик, заглушка, инструмент или подобного.

Захватное устройство может быть использовано для захвата объекта, проходящего вдоль любого пути потока, например в условиях трубопровода, скважины или подобного.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью захвата объекта, перемещающегося в скважине, например перемещающегося через цилиндрическую конструкцию, расположенную внутри ствола скважины, например насосно-компрессорная колонна, завершающая колонна, буровой снаряд, эксплуатационная колонна, колонна для закачивания, колонна для гидравлического разрыва или подобное. Захватное устройство может быть выполнено с возможностью расположения внутри цилиндрической конструкции. Например, захватное устройство может быть выполнено с возможностью установки внутри корпуса скважинного инструмента.

Захватное устройство может образовывать захватную втулку. В такой конструкции устройство может быть обеспечено в виде втулки.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью выполнения функции устройства отведения потока, когда объект захвачен.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью выполнения функции привода, когда объект захвачен. Например, захватное устройство может быть выполнено с возможностью приведения в действие другого компонента, конструкции, устройства, инструмента или подобного. Например, когда объект захвачен захватным устройством, объект может способствовать перемещению захватного устройства, например, посредством соударения объекта с устройством, посредством разности давлений, установившейся на концах объекта/захватного устройства, или подобного.

Захватное устройство может быть обеспечено совместно с приводной конструкцией байонетного паза.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью выполнения функции заглушки, когда объект захвачен, например чтобы изолировать область внутри конструкции насосно-компрессорной колонны. Такая конструкция может способствовать контролю за давлением, например повышенным, на участке конструкции насосно-компрессорной колонны. Такая конструкция может способствовать приведению в действие давлением дополнительного компонента, конструкции, устройства, инструмента или подобного, например пакеров, клиньев, разрывных мембран и подобного.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью выполнения функции ограничителя потока, когда объект захвачен. Например, захватное устройство может быть выполнено с возможностью выполнения функции штуцера.

Захватное устройство может быть выполнено для использования внутри системы или процесса гидравлического разрыва. Например, захватное устройство может быть выполнено с возможностью приведения в действие или открывания одного или более клапанов для гидравлического разрыва, чтобы позволить доставку текучей среды для гидравлического разрыва в окружающую формацию. Альтернативно или дополнительно, захватное устройство может быть выполнено с возможностью выполнения функции устройства отведения потока, когда объект захвачен, чтобы отводить поток текучей среды для гидравлического разрыва наружу через открытые отверстия и в окружающую формацию.

Посадочные элементы могут быть выполнены с возможностью радиального перемещения, чтобы радиально выдвигаться и отводиться относительно центрального канала захватного устройства. То есть, посадочные элементы могут быть выполнены с возможностью перемещения радиально внутрь, чтобы отводиться в центральный канал, чтобы образовывать уменьшенный эффективный внутренний диаметр. Посадочные элементы могут быть выполнены с возможностью перемещения радиально наружу, чтобы радиально выдвигаться из центрального канала, чтобы образовывать увеличенный эффективный внутренний диаметр. Когда посадочные элементы расположены радиально внутри и отведены в центральный канал, упомянутые элементы могут быть расположены в пределах траектории объекта, проходящего через захватное устройство. В такой конфигурации посадочные элементы могут быть зацеплены объектом. Когда посадочные элементы расположены радиально наружу и выдвинуты из центрального канала, упомянутые элементы могут располагаться вне траектории объекта, проходящего через захватное устройство.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью изменения конфигурации со свободной конфигурации, в которой посадочные элементы позволяют прохождение объектом захватного устройства, на захватную конфигурацию, в которой посадочные элементы захватывают объект.

Конфигурация захватного устройства может быть изменена на или в его захватную конфигурацию путем радиального поддерживания посадочных элементов в радиально внутреннем положении, так что радиальное перемещение наружу предотвращается. В такой конфигурации объект, проходящий через захватное устройство, может опереться на радиально поддерживаемые посадочные элементы.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью изменения конфигурации между его свободной и захватной конфигурациями посредством привода. Любой подходящий привод может быть использован для приведения в действие и изменения конфигурации захватного устройства. Например, клапанный элемент, такой как клапанная втулка, расположенный вблизи захватного устройства, может выполнять функцию изменения конфигурации захватного устройства. Например, открытие и/или закрытие клапанного элемента также может изменять конфигурацию захватного устройства.

Делительная втулка, такая как цанговый патрон, раскрытый в WO 2011/117601 и/или WO 2011/117602, может быть использована для изменения конфигурации захватного устройства. Описание WO 2011/117601 и WO 2011/117602 включено сюда путем ссылки.

Поршень в сборе может быть использован для изменения конфигурации захватного устройства. Переключающий инструмент, такой как переключающий инструмент, спускаемый на гибких насосно-компрессорных трубах или канате, может быть использован для изменения конфигурации захватного устройства.

Посадочные элементы могут быть поджаты в радиальном направлении.

В одном варианте выполнения, посадочные элементы могут быть поджаты радиально наружу. В такой конструкции посадочные элементы могут требовать принудительного перемещения против действия этого поджатия, чтобы переместиться радиально внутрь и отвестись в центральный канал, чтобы зацепить объект. Таким образом, когда захватное устройство находится в его свободной конфигурации, объект может свободно пройти сквозь захватное устройство без или с минимальным зацеплением с посадочными элементами. Конфигурация захватного устройства может быть изменена на его захватную конфигурацию посредством принудительного перемещения посадочных элементов радиально внутрь в центральный канал против действия поджатия, чтобы захватить объект.

В одном варианте выполнения посадочные элементы могут быть поджаты радиально внутрь. В такой конструкции посадочные элементы могут требовать принудительного перемещения против действия этого поджатия, чтобы переместиться радиально наружу и выдвинуться из центрального канала, чтобы обеспечить прохождение объекта, когда это требуется. Такое радиальное перемещение наружу посадочных элементов может быть вызвано объектом, действующим на посадочные элементы во время прохождения объекта через захватное устройство, когда захватное устройство находится в его свободной конфигурации.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении, чтобы изменять конфигурацию между его свободной и захватной конфигурациями.

Захватное устройство может удерживаться неподвижным, и опорная конструкция, такая как втулка, может перемещаться в осевом направлении относительно упомянутого захватного устройства, чтобы выборочно поддерживать посадочные элементы в радиально внутреннем положении.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью изменения конфигурации с захватной конфигурации на освобождающую конфигурацию, в которой посадочные элементы позволяют освободить ранее захваченный объект.

В одном варианте выполнения захватное устройство может быть выполнено с возможностью изменения конфигурации на освобождающую конфигурацию посредством снятия поддержки посадочных элементов. Когда поддержка посадочных элементов снята, поджимающее усилие может действовать, чтобы переместить посадочные элементы радиально наружу и выдвинуть посадочные элементы из центрального канала. Альтернативно, или дополнительно, когда поддержка посадочных элементов снята, смещение объекта, например давлением текучей среды, может отклонить посадочные элементы радиально наружу, таким образом обеспечивая прохождение объекта.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении, чтобы позволить изменение конфигурации упомянутого захватного устройства на освобождающую конфигурацию. Такое осевое перемещение может быть достигнуто действием объекта, опирающегося на посадочные элементы, например действием разности давлений, установившейся с двух сторон границы между объектом и посадочными элементами.

Захватное устройство может быть выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении, чтобы выровнять посадочные элементы с областью увеличенного внутреннего диаметра, таким образом позволяя перемещение посадочных элементов радиально наружу.

Захватное устройство может быть обеспечено в комбинации с освобождающей конструкцией. Захватное устройство и освобождающее устройство могут образовывать часть захватной системы согласно альтернативному аспекту настоящего изобретения. Освобождающая конструкция может приводиться в действие осевым перемещением захватного устройства. Освобождающая конструкция может быть выполнена с возможностью облегчения снятия поддержки посадочных элементов, чтобы позволить изменение конфигурации захватного устройства на его освобождающую конфигурацию.

Освобождающая конструкция может содержать освобождающую втулку. Освобождающая втулка может быть выполнена с возможностью перемещения между поддерживающим положением, в котором освобождающая втулка может радиально поддерживать посадочные элементы в радиально внутреннем или отведенном положении, и положением со снятой поддержкой, в котором освобождающая втулка снимает радиальную поддержку посадочных элементов, обеспечивая перемещение посадочных элементов радиально наружу.

Освобождающая втулка может зарывать освобождающее углубление, например образованное внутри конструкции насосно-компрессорной колонны, когда упомянутая освобождающая втулка расположена в ее поддерживающем положении. Освобождающая втулка может быть перемещена в осевом направлении по направлению к ее освобождающему положению, чтобы открыть освобождающее углубление и позволить перемещение посадочных элементов радиально наружу и [их] принятие в освобождающее углубление, чтобы позволить освобождение объекта.

Освобождающая втулка может быть перемещена в осевом направлении посредством привода.

Освобождающая втулка может быть перемещена в осевом направлении захватным устройством.

Освобождающая втулка может образовывать нагрузочный профиль, такой как нагрузочный уступ, выполненный с возможностью зацепления захватным устройством.

Захватное устройство может образовывать нагрузочный профиль, выполненный с возможностью зацепления нагрузочного профиля на освобождающей втулке, чтобы позволить захватному устройству приложить усилие к освобождающей втулке.

Один или более посадочных элементов могут содержать нагрузочный профиль, такой как выемка, выполненный с возможностью зацепления нагрузочного профиля на освобождающей втулке, чтобы позволить перемещение освобождающей втулки захватным устройством. Один или более посадочных элементов могут содержать нагрузочный профиль на его радиально внешней поверхности и быть выполнены с возможностью зацепления соответствующего нагрузочного профиля, такого как кольцевой уступ, на его радиально внутренней поверхности.

Каждый посадочный элемент может содержать нагрузочный профиль, в котором, когда упомянутые посадочные элементы перемещаются радиально внутрь, отдельные нагрузочные профили образуют по существу непрерывный продолжающийся по окружности нагрузочный профиль.

Захватное устройство может быть поджато в предпочтительном осевом направлении. Такое поджатие может быть обеспечено, например, пружиной. В некоторых вариантах выполнения, такое поджатие может быть обеспечено в направлении, чтобы позволить изменить конфигурацию захватного устройства на его свободную конфигурацию. В одном варианте выполнения, захватное устройство может быть поджато в направлении, противоположном направлению, в котором освобождающая втулка перемещается для расположения в освобождающем положении. Такая конструкция может позволить возврат обратно захватного устройства в осевом направлении, следуя за приведением в действие освобождающей втулки, в положение, в котором посадочные элементы могут быть выровнены с незакрытым освобождающим углублением.

Посадочные элементы могут совместно образовывать по существу полную кольцевую структуру, когда расположены радиально внутри, например, когда захватное устройство находится в его захватной конфигурации. В такой конструкции, каждый посадочный элемент может быть зацеплен с или очень сильно приближен к смежным по окружности посадочным элементам, когда расположен радиально внутри.

Возможность обеспечения по существу полной кольцевой структуры может позволить достичь высокой степени уплотнения между посадочными элементами и объектом, когда [он] опирается на посадочные элементы. Возможность обеспечения по существу полной кольцевой структуры может позволить образование более прочной структуры, которая может способствовать улучшению механического отклика на воздействующие силы, такие как ударные нагрузки при зацеплении объектом, усилия приведения в действие объектом, опирающимся на посадочные элементы, сопротивление выдавливающим усилиям и подобные.

Один или более посадочных элементов могут образовывать посадочную поверхность на его одной осевой стороне. Такая посадочная поверхность может быть выполнена с возможностью зацепления объектом.

Посадочная поверхность посадочного элемента может быть выполнена с возможностью обеспечения по существу непрерывного или полного зацепления с объектом. Такая конструкция может позволить достичь уплотняющего зацепления между посадочной поверхностью и объектом. В одном варианте выполнения, посадочная поверхность может образовывать периферический профиль, который соответствует периферическому профилю объекта.

Один или более посадочных элементов могут образовывать изогнутую посадочную поверхность. Один или более посадочных элементов могут образовывать выпуклую посадочную поверхность. Такая конструкция может быть обеспечена в комбинации с использованием объекта, имеющего изогнутую, такую как выпуклую, поверхность.

Один или более посадочных элементов могут быть выполнены с возможностью зацепления объектом с противоположных осевых направлений. Такая конструкция может позволить захват или задерживание объекта при прохождении в любом осевом направлении. Например, в некоторых вариантах выполнения, обратный поток через захватное устройство может вызвать захват или опирание объекта, который ранее прошел в прямом направлении, на посадочные элементы. Дополнительно, такая конструкция может позволить приведение в действие захватного устройства для перемещения в противоположных осевых направлениях под действием зацепления объектом в любом осевом направлении.

Один или более посадочных элементов могут содержать первую посадочную поверхность на его одной осевой стороне и вторую посадочную поверхность на его противоположной осевой стороне.

Захватное устройство может содержать или образовывать цанговый патрон.

Захватное устройство может содержать цилиндрический участок и множество пальцев, продолжающихся продольно из цилиндрического участка. Каждый палец может поддерживать соответствующий посадочный элемент. Дальний конец каждого пальца может поддерживать соответствующий посадочный элемент. Каждый палец может быть выполнен с возможностью деформации в радиальном направлении, например продольным изгибом, чтобы позволить перемещение соответствующих посадочных элементов радиально наружу и внутрь. Пальцы могут быть выполнены с возможностью упругой деформации, чтобы обеспечить требуемое радиальное поджатие.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен способ захвата объекта, содержащий:

размещение захватного устройства согласно любому другому аспекту в пределах траектории перемещения объекта;

удерживание захватного устройства в радиально выдвинутой конфигурации освобождаемым фиксирующим приспособлением;

освобождение фиксирующего приспособления;

изменение конфигурации захватного устройства на захватную конфигурацию; и

захват объекта.

Способ может содержать изменение конфигурации захватного устройства на освобождающую конфигурацию, чтобы позволить освобождение объекта.

Способ может содержать изменение конфигурации захватного устройства на радиально выдвинутую конфигурацию после освобождения объекта.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, обеспечен способ изготовления захватного устройства, такого как захватное устройство согласно любому другому аспекту.

Способ может содержать деформирование отдельных цанговых пальцев радиально наружу.

Способ может содержать образование фиксирующего приспособления на захватном устройстве. Способ может содержать образование фиксирующего профиля на захватном устройстве.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, обеспечен скважинный инструмент, содержащий захватное устройство согласно любому другому аспекту.

Скважинный инструмент может содержать корпус инструмента, образующий центральный канал и включающий в себя отверстие для текучей среды. Отверстие для текучей среды может быть выполнено с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде между центральным каналом и местоположением снаружи корпуса. Отверстие для текучей среды может продолжаться в любом подходящем направлении. Отверстие для текучей среды может продолжаться в целом перпендикулярно относительно центрального канала. В некоторых вариантах выполнения, отверстие для текучей среды может продолжаться в целом наклонно относительно центрального канала. Отверстие для текучей среды может продолжаться в изменяющихся направлениях, например участки отверстия для текучей среды могут продолжаться по меньшей мере в одном из перпендикулярного, параллельного и наклонного направлений относительно центрального канала.

Клапанный элемент, такой как клапанная втулка, может быть установлен внутри корпуса. Клапанный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения, например выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении, из закрытого положения, в котором отверстие для текучей среды заблокировано, в открытое положение, в котором отверстие для текучей среды открыто. Отверстие для текучей среды может быть открыто, чтобы обеспечить сообщение по текучей среде между центральным каналом инструмента и внешним скважинным местоположением, таким как межтрубное пространство, окружающая формация или подобное. Отверстие для текучей среды может быть выполнено с возможностью вмещения одного или обоих из оттока и притока.

Скважинный инструмент может содержать захватное устройство, такое как обеспечено в соответствии с любым другим аспектом. Захватное устройство может быть установлено внутри корпуса, например на скважинной стороне клапанного элемента.

Скважинный инструмент может содержать делительный механизм, установленный внутри корпуса. Делительный механизм может быть расположен на верхней стороне клапанного элемента. Делительный механизм может быть выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль корпуса по направлению к месту приведения в действие. По достижении места приведения в действие делительный механизм может начать приведение в действие, например перемещение, по меньшей мере одного из клапанных элементов и захватного устройства.

Скважинный инструмент может образовывать скважинный инструмент для гидравлического разрыва.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фигура 1 - продольный вид в сечении скважинного инструмента, который включает в себя захватное устройство согласно варианту выполнения настоящего изобретения, показанного в радиально выдвинутой конфигурация;

Фигура 2 - скважинный инструмент с Фигуры 1, с измененной конфигурацией на захватную конфигурацию перед приемом объекта, подлежащего захвату;

Фигура 3 - скважинный инструмент с Фигуры 1 и 2 в захватной конфигурации, после приема объекта;

Фигура 4 - скважинный инструмент с Фигуры 1, 2 и 3, с измененной конфигурацией на освобождающую конфигурацию, после освобождения объекта;

Фигура 5 - увеличенный вид области скважинного инструмента, показанного на Фигуре 1, показывающий захватное устройство.

Фигура 6 - увеличенный вид области с Фигуры 5, показывающий фиксирующее приспособление;

Фигура 7 - увеличенный вид области скважинного инструмента, показанного на Фигуре 2, показывающий захватное устройство.

Фигура 8 - увеличенный вид области с Фигуры 7, показывающий фиксирующее приспособление;

Фигура 9 - увеличенный вид области скважинного инструмента, показанного на Фигуре 3, показывающий захватное устройство.

Фигура 10 - увеличенный вид области с Фигуры 9, показывающий фиксирующее приспособление;

Фигура 11 - увеличенный вид области скважинного инструмента, показанного на Фигуре 4, показывающий захватное устройство.

Фигура 12 - увеличенный вид области с Фигуры 11, показывающий фиксирующее приспособление;

Фигура 13 - вид в продольном сечении цангового патрона захватного устройства;

Фигура 14 - вид в продольном сечении вставной втулки захватного устройства; и

Фигура 15 - вид в продольном сечении круглого кольца захватного устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ссылаясь сначала на Фигуры 1 и 5, показан скважинный инструмент, в целом обозначенный ссылочной позицией 10, согласно варианту выполнения настоящего изобретения. В показанном варианте выполнения, скважинный инструмент 10 используется для обработки, например гидравлического разрыва, подземной формации 11. Скважинный инструмент 10 содержит корпус 12, который образует множество отверстий 14 (на Фигуре 1 видно одно отверстие). Клапанная втулка 16 установлена внутри корпуса 12 и показана в закрытом положении на Фигуре 1, в котором отверстия 14 закрыты и герметизированы посредством кольцевых уплотнений 18. В этом начальном закрытом положении клапанная втулка 16 заштифтована к корпусу 12 посредством срезного штифта 19.

Захватное устройство 20, согласно варианту выполнения настоящего изобретения, установлено внутри корпуса 12 на скважиной стороне клапанной втулки 16. Захватное устройство 20 обеспечено, в целом, в виде цангового патрона, и содержит цилиндрический корпус 22 и множество цанговых пальцев 24, которые продолжаются в осевом направлении из цилиндрического корпуса 22. Каждый палец 24 несет на его дальнем конце соответствующий посадочный элемент 26. Захватное устройство 20 образует продольную ось 28, которая совпадает с продольной осью 29 инструмента 10, и пальцы 24 и посадочные элементы 26 распределены по окружности вокруг этой оси 28. Пальцы 24 выполнены с возможностью деформации изгибом в продольном направлении, чтобы позволить выборочное перемещение посадочных элементов 26 радиально в и из центрального канала или протока 30, образованного захватным устройством 20.

В конфигурации, показанной на Фигурах 1 и 5, посадочные элементы 26 расположены в поджатом радиально наружу положении, принятые внутрь углубления 32, обеспеченного во вставной втулке 33, расположенной внутри корпуса 12, и таким образом отведенные из центрального канала 30. Соответственно, любой объект, проходящий через инструмент 10, не будет захвачен захватным устройством 20. Например, проходящий объект может пройти за инструмент 10, чтобы выполнить некоторые операции ниже по скважине, например внутри более глубоко расположенного инструмента. В связи с этим, можно считать, что захватное устройство 20 на Фигурах 1 и 5 находится в свободной конфигурации.

Приводящая в действие втулка 34 расположена ниже по скважине захватного устройства 20, в которой упомянутая втулка 34 образует приводящую в действие поверхность 36 и ступенчатый профиль 38. В конфигурации, показанной на Фигуре 1, приводящая в действие втулка 34 прикреплена к вставной втулке 33 посредством множества срезных винтов 40, и закрывает кольцевое углубление 42.

Ссылаясь теперь также на Фигуру 6, которая показывает увеличенный вид области с Фигуры 5, фиксирующее приспособление 44 предназначено для удерживания захватного устройства 20 в радиально выдвинутой свободной конфигурации.

В показанном варианте выполнения, фиксирующее приспособление 44 содержит шип 46, образованный на внешней поверхности 48 цанговых пальцев 26, и соответствующий шип 50, образованный на внутренней поверхности 52 прокладочного кольца 54, расположенного внутри корпуса 12. Соответствующий шип 56 также образован на внутренней поверхности 58 вставной втулки 33, как будет описано дополнительно ниже.

Как можно видеть, в конфигурации, показанной на Фигурах 1, 5 и 6, фиксирующее приспособление 44 находится в зафиксированном состоянии, в котором шипы 46, 50 взаимодействуют, чтобы радиально ограничить перемещение цанговых пальцев 26 и таким образом удержать захватное устройство 20 в радиально выдвинутой свободной конфигурации.

Прокладочное кольцо 54 зацепляет непроходной буртик 60 на вставной втулке 33, и пружина 62 отклоняет по меньшей мере один из, и в показанном варианте выполнения обоих, прокладочное кольцо 54 и цанговые пальцы 26 в зацепленное положение.

Захватное устройство 20 выполнено так, что эрозия посадочных элементов 26 сведена к минимуму, когда упомянутые элементы 26 расположены радиально наружу и устройство 20 находится в его свободной конфигурации, и более крупные поверхности, образованные по меньшей мере одним из шипов, могут способствовать предотвращению эрозии.

Обращаясь теперь к Фигурам 2, 7 и 8, скважинный инструмент 10 показан в начальной задействованной конфигурации. Конкретно, срезной винт 19 был срезан, и клапанная втулка 16 была перемещена в осевом направлении ниже по скважине, чтобы открыть отверстия 14 и позволить сообщение по текучей среде наружу из инструмента 10. Клапанная втулка 16 может быть перемещена любым подходящим приводом, таким как посредством поршня. В некоторых вариантах выполнения, клапанная втулка может быть перемещена или приведена в действие делительной втулкой, такой как цанговый патрон, раскрытый в WO 2011/117601 и/или WO 2011/117602.

Во время приведения в действие, клапанная втулка 16 действует на захватное устройство 20, вызывая перемещение этого устройства 20 также в осевом направлении ниже по скважине внутри корпуса 12, выводя шипы 46, 50 из зацепления и приводя в движение посадочные элементы 26 из углубления 32 и на приводящую в действие поверхность 36 приводящей в действие втулки 34. Относительное перемещение захватного устройства 20 и приводящей в действие втулки 34 прекращается при зацеплении посадочных элементов 26 о ступенчатый профиль 38. Таким образом, посадочные элементы 26 расположены радиально внутри и в центральном канале 30 устройства 20. Такую конфигурацию устройства 20 можно считать захватной конфигурацией. То есть, любой объект, такой как шар 64 соответствующего размера, проходящий через инструмент 10, зацепится и упрется в посадочные элементы 26, таким образом становясь захваченным, как показано на Фигурах 3, 9 и 10.

В примере варианта выполнения, показанном на Фигурах 3, 9 и 10, шар 64 может блокировать инструмент 10 и устанавливать отведение потока, так что по существу вся текучая среда может отводиться наружу через отверстия 14, например для гидравлического разрыва окружающей формации. Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения шар 64 может предварительно приводить в действие систему, такую как делительная система, чтобы сначала переместить клапанную втулку 16 и/или захватное устройство 20.

Ссылаясь теперь также на Фигуры 4, 11 и 12, когда шар 64 подлежит освобождению, конфигурация захватного устройства 20 может быть изменена на освобождающую конфигурацию. Давление может быть увеличено выше по скважине над шаром 64, увеличивая силу, прикладываемую в осевом направлении на захватное устройство 20, и также на приводящую в действие втулку 34 посредством зацепления посадочных элементов 26 со ступенчатым профилем 38. По достижении заданной осевой силы срезные винты 40 будут срезаны, позволяя перемещение захватного устройства 20 и приводящей в действие втулки 34 в осевом направлении ниже по скважине. По существу, кольцевое углубление 42 может открыться, и при понижении давления текучей среды пружина 62 может переместить захватное устройство 20 в направлении вверх по скважине (влево, как показано на Фигурах), чтобы позволить расположение посадочных элементов 26 внутри кольцевого углубления 42, и позволяя освобождение шара 64. В этом случае, приводящая в действие втулка 34 может выполнять функцию освобождающей втулки.

Как показано, шип 46 зацепляет шип 56 на вставной втулке 33, так что в конфигурации, показанной на Фигурах 4, 11 и 12, фиксирующее приспособление 44 образует второе зафиксированное состояние, удерживающее устройство 20 в радиально выдвинутой конфигурации, которая позволяет прохождение объекта, такого как еще один шар или инструмент, такой как переключающий инструмент или подобный.

Обращаясь теперь к Фигурам 13, 14 и 15, показаны виды в продольном сечении, соответственно, захватного устройства 20, показывающий шип 46, вставной втулки 33, показывающий шип 56, и прокладочного кольца 54, показывающий шип 50.

Ясно, что варианты выполнения, описанные здесь, являются только примерами, и что различные модификации могут быть выполнены с ними без отступления от объема настоящего изобретения.

Например, любое подходящее фиксирующее приспособление может быть обеспечено. Фиксирующее приспособление может альтернативно или дополнительно содержать механический держатель, такой как срезной штифт или подобное.

В описанных примерах вариантов выполнения, захватное устройство используется внутри инструмента, который используется для операций гидравлического разрыва. Однако в общем, захватное устройство может быть использовано в любой ситуации, где объект должен быть захвачен. Например, захватное устройство может выполнять функцию привода, в котором перемещение устройства, чтобы привести в действие дополнительное устройство или процесс, может быть достигнуто при или после захвата объекта.

Группа изобретений относится к скважинному захватному устройству, способу захвата объекта внутри скважины и скважинному захватному инструменту для захвата объекта. Скважинное захватное устройство содержит множество выполненных с возможностью радиального перемещения посадочных элементов, расположенных по окружности вокруг продольной оси, в котором посадочные элементы выполнены с возможностью перемещения между радиально выдвинутой конфигурацией и радиально отведенной конфигурацией, и освобождаемое фиксирующее приспособление для освобождаемого радиального ограничения посадочных элементов в радиально выдвинутой конфигурации и против радиального перемещения по направлению к радиально отведенной конфигурации. Технический результат заключается в повышении эффективности захватного устройства. 3 н. и 35 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Скважинное захватное устройство для захвата объекта, содержащее:

множество выполненных с возможностью радиального перемещения посадочных элементов, расположенных по окружности вокруг продольной оси, в котором посадочные элементы выполнены с возможностью перемещения между радиально выдвинутой конфигурацией и радиально отведенной конфигурацией; и

освобождаемое фиксирующее приспособление для освобождаемого радиального ограничения посадочных элементов в радиально выдвинутой конфигурации и против радиального перемещения по направлению к радиально отведенной конфигурации.

2. Скважинное захватное устройство по п.1, в котором радиально выдвинутая конфигурация обеспечивает прохождение объекта через посадочные элементы и радиально отведенная конфигурация обеспечивает захват объекта посадочными элементами.

3. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором освобождаемое фиксирующее приспособление ограничивает посадочные элементы в радиально выдвинутой конфигурации до наступления приводящего в действие события.

4. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором фиксирующее приспособление образует зафиксированное состояние и расфиксированное состояние, причем фиксирующее приспособление выполнено с возможностью перемещения из зафиксированного состояния в расфиксированное состояние для осуществления перемещения посадочных элементов по направлению к отведенной конфигурации.

5. Скважинное захватное устройство по п.4, в котором фиксирующее приспособление поджато по направлению к зафиксированному состоянию.

6. Скважинное захватное устройство по п.5, в котором фиксирующее приспособление поджато по направлению к зафиксированному состоянию поджимающим элементом.

7. Скважинное захватное устройство по п.4, в котором фиксирующее приспособление выполнено с возможностью перемещения из зафиксированного состояния в расфиксированное состояние посредством осевого перемещения.

8. Скважинное захватное устройство по п.4, в котором фиксирующее приспособление выполнено с возможностью перемещения из расфиксированного состояния в зафиксированное состояние для повторного обеспечения ограничения посадочных элементов в выдвинутой конфигурации.

9. Скважинное захватное устройство по п.4, в котором фиксирующее приспособление выполнено с возможностью перемещения между зафиксированным состоянием и расфиксированным состоянием множество раз.

10. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере часть фиксирующего приспособления образована посадочным элементом.

11. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере часть фиксирующего приспособления образована структурой, по меньшей мере частично окружающей посадочные элементы.

12. Скважинное захватное устройство по п.11, в котором структура, по меньшей мере частично окружающая посадочные элементы, содержит по меньшей мере один из инструмента, корпуса, кольцевого элемента, втулки, кольца и шайбы.

13. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором фиксирующее приспособление содержит фиксирующий профиль.

14. Скважинное захватное устройство по п.13, в котором фиксирующий профиль содержит внешний профиль, образованный или иным образом выполненный на одном или более из посадочных элементов.

15. Скважинное захватное устройство по п.14, в котором фиксирующий профиль содержит внутренний профиль, образованный или иным образом выполненный на структуре, по меньшей мере частично окружающей посадочные элементы, в котором внутренний и внешний профили выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом, чтобы выборочно обеспечивать фиксацию.

16. Скважинное захватное устройство по п.15, в котором внутренний и внешний профили выполнены с возможностью перемещения в осевом направлении относительно друг друга, причем в первом взаимном осевом положении внутренний и внешний профили зацеплены, чтобы обеспечить фиксацию, и во втором взаимном осевом положении внутренний и внешний профили не зацеплены, чтобы обеспечить расфиксацию.

17. Скважинное захватное устройство по любому из пп.14-16, в котором скважинное захватное устройство содержит первый внутренний профиль и второй внутренний профиль, в котором внешний профиль выполнен с возможностью зацепления с первым внутренним профилем для обеспечения первой зафиксированной конфигурации и зацепления со вторым внутренним профилем для обеспечения второй зафиксированной конфигурации.

18. Скважинное захватное устройство по п.13, в котором один или по меньшей мере один фиксирующий профиль содержит по меньшей мере один из крючкообразного профиля и шипа.

19. Скважинное захватное устройство по п.13, в котором один или по меньшей мере один фиксирующий профиль содержит или образует геометрию с острым углом.

20. Захватное устройство по п.1, содержащее корпус, в котором посадочные элементы расположены внутри корпуса.

21. Захватное устройство по п.20, в котором по меньшей мере участок фиксирующего приспособления образован корпусом.

22. Захватное устройство по п.20 или 21, в котором по меньшей мере участок фиксирующего приспособления выполнен на фиксирующей структуре, которая установлена внутри корпуса.

23. Захватное устройство по п.22, в котором фиксирующая структура содержит кольцевой элемент, установленный внутри корпуса.

24. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором по меньшей мере участок фиксирующего приспособления является расходным для обеспечения защиты от эрозии.

25. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, содержащее противоэрозионное покрытие.

26. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2 для использования при захвате объекта, проходящего вдоль пути потока, внутри которого расположено захватное устройство.

27. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, содержащее захватную втулку, причем посадочные элементы установлены на захватной втулке.

28. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором захватное устройство выполнено с возможностью выполнения функции по меньшей мере одного из устройства отведения потока, заглушки, ограничителя потока и привода, когда объект захвачен.

29. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2 для использования внутри системы или процесса гидравлического разрыва.

30. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором посадочные элементы выполнены с возможностью перемещения радиально внутрь, чтобы отводиться в центральный канал захватного устройства и образовывать уменьшенный эффективный внутренний диаметр, при этом посадочные элементы выполнены с возможностью перемещения радиально наружу, чтобы радиально выдвигаться из центрального канала и образовывать увеличенный эффективный внутренний диаметр.

31. Скважинное захватное устройство по п.30, в котором, когда посадочные элементы расположены радиально внутри и отведены в центральный канал, упомянутые элементы расположены в пределах траектории объекта, проходящего через захватное устройство, и когда посадочные элементы расположены радиально наружу и выдвинуты из центрального канала, упомянутые элементы расположены вне траектории объекта, проходящего через захватное устройство.

32. Скважинное захватное устройство по п.1 или 2, в котором конфигурация захватного устройства изменена на его захватную конфигурацию путем радиального поддерживания посадочных элементов в радиально внутреннем положении, так что радиальное перемещение наружу предотвращается.

33. Способ захвата объекта внутри скважины, в котором осуществляют:

размещение скважинного захватного устройства в пределах траектории объекта, перемещающегося вниз по скважине, причем захватное устройство включает в себя множество посадочных элементов, которые выполнены с возможностью перемещения между радиально выдвинутой конфигурацией и радиально отведенной конфигурацией;

радиальное ограничение посадочных элементов в радиально выдвинутой конфигурации и против радиального перемещения по направлению к радиально отведенной конфигурации посредством освобождаемого фиксирующего приспособления;

освобождение фиксирующего приспособления;

радиальное отведение посадочных элементов и

захват объекта.

34. Скважинный захватный инструмент для захвата объекта, содержащий захватное устройство, содержащее:

множество выполненных с возможностью радиального перемещения посадочных элементов, расположенных по окружности вокруг продольной оси, причем посадочные элементы выполнены с возможностью перемещения между радиально выдвинутой конфигурацией и радиально отведенной конфигурацией; и

освобождаемое фиксирующее приспособление для освобождаемого радиального ограничения посадочных элементов в радиально выдвинутой конфигурации и против радиального перемещения по направлению к радиально отведенной конфигурации.

35. Скважинный инструмент по п.34, содержащий корпус инструмента, причем захватное устройство установлено внутри корпуса инструмента.

36. Скважинный инструмент по п.35, в котором корпус инструмента образует центральный канал и отверстие для текучей среды, причем отверстие для текучей среды выполнено с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде между центральным каналом и местоположением снаружи корпуса.

37. Скважинный инструмент по п.36, содержащий клапанный элемент, установленный внутри корпуса, причем клапанный элемент выполнен с возможностью перемещения из закрытого положения, в котором отверстие для текучей среды заблокировано, в открытое положение, в котором отверстие для текучей среды открыто.

38. Скважинный инструмент по п.35 или 36, в котором захватное устройство расположено внутри корпуса с одной стороны расходного отверстия и выполнено с возможностью захвата объекта для обеспечения отведения потока через расходное отверстие.