ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ ИНСТРУМЕНТ С БАЙОНЕТНЫМ ПАЗОМ Российский патент 2019 года по МПК E21B23/00 E21B33/129 E21B34/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к двунаправленному инструменту с байонетным пазом и, в частности, к двунаправленному инструменту с байонетным пазом, используемому для независимого функционирования двух устройств в скважине.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Нефтяные и газовые скважины часто стимулируют путем образования разрывов или с применением других способов воздействия на пласт для увеличения добычи. Стволы скважин, в частности длинные горизонтальные стволы скважин, как правило, стимулируют в множестве зон или фаз. Эксплуатационную колонну оснащают множеством эксплуатационных клапанов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль нее. Для открытия или закрытия эксплуатационных клапанов используют некоторые многозонные переключающие инструменты гидроразрыва. Этот инструмент содержит набор подвижных шпонок, которые удерживают или смещают наружу с помощью пружин. Подвижные шпонки профилируют по поверхности колодца скважины таким образом, чтобы они проходили вниз через муфту с периодическим наклоном радиально вовнутрь согласно профилю, проходя в части узких каналов. При выталкивании назад через муфту действующий вверх по стволу скважины профиль шпонок защелкивается в переключающем профиле муфты, а при дальнейшем поднимании шпонки вверх муфта будет смещена в открытое положение.

[0003] Как показано на фиг. 1А и 1В, инструмент для переключения с помощью течения, известный из уровня техники, выполнен с возможностью приведения в действие шпонок D путем перекачивания текучей среды через инструмент. Шпонки подпружинивают, чтобы они могли выдвигаться радиально наружу, но их временно удерживают в радиальном направлении вовнутрь с помощью удерживающей муфты S, таким образом, они не могут защелкиваться в каких-либо переключающих профилях до тех пор, пока текучая среда не будет прокачана через инструмент, сдвигая муфту и высвобождая шпонки для обеспечения их выдвижения.

[0004] В настоящее время существует множество различных способов осуществления системы таким образом. Один из способов, разработанный Заявителем, заключается в применении инструмента для переключения с помощью течения по фиг. 1А и 1В, соединенного с инструментом повторно герметизируемого пакера с байонетным пазом. После использования переключающего инструмента для открытия эксплуатационного клапана байонетный паз сдвигается и пакер устанавливается ниже клапана, изолируя открытый клапан от любых ранее открытых расположенных под ним клапанов. После завершения воздействия на пласт байонетный паз сдвигают, пакер высвобождают и инструмент для переключения с помощью течения перемещают вверх, чтобы открыть следующий клапан.

[0005] Как показано на фиг. 2, другой способ состоит в одновременном применении двух противоположно направленных переключающих инструментов для обеспечения двух противоположно направленных переключающих профилей SP1, SP2 в муфте клапана гидроразрыва. Один переключающий инструмент, содержащий действующие вверх по стволу скважины захваты, используют для открытия клапана с целью открытия портов разрыва пласта FP путем поднимания. Возникает разрыв пласта, а затем другой противоположно направленный переключающий инструмент, содержащий действующие вниз по стволу скважины захваты, используют для повторного закрытия этого клапана. Благодаря способности открытия и закрытия клапаны открывают, осуществляют разрыв пласта и затем закрывают, когда инструмент перемещается вверх по скважине. После выполнения разрыва пласта на всех клапанах все клапаны снова открывают для осуществления добычи из скважины.

[0006] На фиг. 3 и 4 показан механический повторно герметизируемый пакер, как правило используемый в устройствах для разрыва пласта, который также называют пакером с байонетным пазом. Пакер содержит пакерный элемент РЕ, установочный конус SC, плашки клинового захвата CS и фрикционные блоки DB, причем все они удерживаются на оправке М. Пакерный элемент РЕ устанавливают и повторно устанавливают путем изменения положения штифта Р, движущегося в поворотном профиле J с байонетным пазом, который протачивают в оправе. Когда инструмент циклически перемещается вверх и вниз в стволе скважины, штифт в профиле перемещает инструмент из положения «спуска в скважину» (т.е. с убранным пакерным элементом) в положение «поднятия из скважины» (т.е. с убранным пакерным элементом), затем в положение «установки» (т.е. с установленным или выдвинутым пакерным элементом), а затем обратно в положение «поднятия из скважины». Штифт находится в пазу «спуск в скважину» (RIH) профиля с байонетным пазом, когда инструмент находится в положении спуска в скважину; штифт находится в пазу «поднятие из скважины» (РООН) профиля с байонетным пазом, когда инструмент находится в положении поднятия из скважины; и штифт находится в пазу «установка» (SET) профиля с байонетным пазом, когда инструмент находится в положении установки.

[0007] Как показано на фиг. 4, шаблон байонетного паза для циклического перемещения инструмента между положениями спуска в скважину, поднятия из скважины и установки выполнен по всей окружности оправки с повторением по окружности оправки. Механизм байонетного паза может циклически повторяться для установки инструмента в требуемое положение. Например, иногда песок может попадать в байонетный паз и временно ограничивать движение штифта или во время движения в скважине штифт может пропускать паз, при этом происходит установка инструмента в положение, отличное от заданного. Инструмент можно снова установить в требуемое положение благодаря циклическому прохождению пазов в профиле с байонетным пазом.

[0008] Заявитель рассматривал механическое приведение в действие переключающего инструмента аналогичным образом. В дополнение к зацеплению плашек клинового захвата для установки пакера в обсадной колонне механизм байонетного паза также может быть использован для выдвижения и убирания подвижных шпонок для смещения муфты клапана гидроразрыва в открытое положение. При этом проблема состоит в том, что тогда буровой снаряд будет содержать два отдельных байонетных паза, действующих в противоположных направлениях и независимо друг от друга. Два байонетных паза должны действовать таким образом, что, когда байонетный паз пакера находится в положении «установка», следующее поднятие по переключающему байонетному пазу должно происходить в положении «установка» переключающего инструмента (т.е. когда подвижные шпонки находятся в выдвинутом положении) для открытия муфты. Однако, если один из двух байонетных пазов оказывается заклиненным или происходит случайный пропуск с переходом в другое положение, как описано выше, то происходит рассинхронизация двух независимых байонетных пазов, и они не будут работать должным образом. В зависимости от того, как настроен инструмент с двойным байонетным пазом, могут быть установлены как пакер, так и шпонки, и инструмент может застрять в скважине, тем самым предотвращая перемещение инструмента вверх или вниз, поскольку инструмент удерживается в положении «установки» в любом направлении.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Согласно широкому аспекту предложен многопозиционный инструмент на забойном конце транспортировочной колонны для выполнения работ в обсадной колонне, содержащий:

оправку, соединенную с транспортировочной колонной;

корпус механизма приведения в действие, выполненный с возможностью скольжения в осевом направлении вдоль оправки между устьевым положением, по меньшей мере одним промежуточным положением и забойным положением;

устройство с устьевой стороны, выполненное с возможностью функционирования между положением приведения в действие, в котором корпус механизма приведения в действие находится в устьевом положении, и нерабочим положением; и

устройство с забойной стороны, выполненное с возможностью функционирования между положением приведения в действие, в котором корпус механизма приведения в действие находится в забойном положении, и нерабочим положением,

причем как устройства как с устьевой, так и устройства с забойной сторон находятся в их нерабочих положениях, когда корпус механизма приведения в действие находится по меньшей мере в одном промежуточном положении; и

механизм байонетного паза, выполненный с возможностью функционирования между корпусом исполнительного механизма и оправкой для перемещения корпуса механизма приведения в действие между устьевым, по меньшей мере одним промежуточным и забойным положениями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Далее настоящее изобретение будет описано посредством примера осуществления со ссылкой на сопроводительные упрощенные, схематические, масштабные чертежи. На чертежах:

[0011] На фиг. 1А представлен вид в поперечном разрезе переключающего инструмента из известного уровня техники, содержащего подвижные шпонки, показанные в убранном положении;

[0012] На фиг. 1В представлен вид в поперечном разрезе переключающего инструмента, показанного на фиг. 1А, причем подвижные шпонки показаны в выдвинутом положении;

[0013] На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе муфты гидроразрыва из другого известного уровня техники;

[0014] На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе инструмента пакера с байонетным пазом из известного уровня техники;

[0015] На фиг. 4 представлен частичный вид в перспективе оправки, пригодной для использования с инструментом пакера с байонетным пазом по фиг. 3;

[0016] На фиг. 5А представлен вид в перспективе двунаправленного инструмента с байонетным пазом согласно одному варианту осуществления, показанного в положении спуска в скважину;

[0017] На фиг. 5В представлен вид в перспективе двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 5А, показанного в положении переключения;

[0018] На фиг. 5С представлен вид в перспективе двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 5А, показанного в положении поднятия из скважины;

[0019] На фиг. 5D представлен вид в перспективе двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 5А, показанного в положении установки;

[0020] На каждой из фиг. 6А, 6В, 6С и 6D представлен вид сбоку двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 5А, показанного, соответственно, в положении спуска в скважину, положении переключения, положении поднятия из скважины и положении установки, для иллюстрации положения оправки относительно корпуса механизма приведения в действие в каждом положении;

[0021] На фиг. 7А представлен вид в перспективе оправки двунаправленного инструмента с байонетным пазом, причем оправка содержит двунаправленный профиль с байонетным пазом согласно одному варианту осуществления;

[0022] На фиг. 7В представлен вид сбоку оправки, показанной на фиг. 7А;

[0023] На фиг. 7С представлен альтернативный вид сбоку оправки, показанной на фиг. 7А;

[0024] На фиг. 7D представлено двухмерное изображение двунаправленного профиля с байонетным пазом согласно одному варианту осуществления;

[0025] На каждой из фиг. 8А, 8В, 8С и 8D представлен частичный вид в поперечном разрезе двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 5А, показанного, соответственно, в положении спуска в скважину, положении переключения, положении поднятия из скважины и положении установки;

[0026] На фиг. 9А и 9В представлена блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций и соответствующее расположение штифта в профиле с байонетным пазом при функционировании двунаправленного инструмента с байонетным пазом;

[0027] На фиг. 9С представлен схематический вид, изображающий различные положения двунаправленного инструмента с байонетным пазом относительно скважинной муфты гидроразрыва при функционировании инструмента;

[0028] На фиг. 9D представлен график, иллюстрирующий силы, действующие на оправку, согласно примеру осуществления, при функционировании двунаправленного инструмента с байонетным пазом;

[0029] На фиг. 10А и 10В представлена блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций и соответствующее расположение штифта в профиле с байонетным пазом при функционировании другого двунаправленного инструмента с байонетным пазом, согласно другому примеру осуществления;

[0030] На фиг. 10С представлен схематический вид, изображающий различные положения двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 10А и 10В относительно скважинной муфты гидроразрыва при функционировании инструмента; и

[0031] На фиг. 10D представлен график, иллюстрирующий силы, действующие на оправку, согласно примеру осуществления, при функционировании двунаправленного инструмента с байонетным пазом по фиг. 10А и 10В.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0032] При описании настоящих вариантов осуществления все термины, не определенные в настоящем документе, имеют свои принятые в данной области техники значения. В тех случаях, когда в нижеследующем описании описан конкретный вариант осуществления или конкретное использование, они предназначены исключительно для иллюстрации. Настоящее описание предназначено для охвата всех альтернатив, модификаций и эквивалентов. Объем формулы изобретения не должен ограничиваться предпочтительными вариантами осуществления, изложенными в примерах, а должен предполагать самое широкое толкование, согласующееся со всем описанием.

[0033] Согласно настоящему описанию предложен двунаправленный инструмент с байонетным пазом для надежного выполнения двух отдельных скважинных операций. В частности, инструмент используют с одним байонетным пазом для выполнения двух операций, что исключает возможность конфликта. Такие операции включают, например, открытие множества манжетных трубчатых клапанов гидроразрыва для последовательного разрыва пласта посредством каждого клапана в подземной формации; выдвижение пакера; убирание пакера; и закрытие манжетных трубчатых клапанов гидроразрыва. Две операции выполняют асинхронно. Инструмент может быть выдвинут с помощью одной транспортировочной колонны, например, колонны гибких труб.

[0034] Двунаправленный инструмент с байонетным пазом содержит два устройства, которые функционируют независимо, например: одно для разъемной и герметичной установки инструмента в обсадной колонне; а другое для разъемного зацепления инструмента обсадной колонны для манипулирования ним в осевом направлении. В одном варианте осуществления, показанном на фиг. 9С, инструментом 20 можно управлять с помощью транспортировочной колонны системы Т труб и механизма байонетного паза для разъемного зацепления профиля инструмента обсадной колонны, такого как профиль в трубчатом клапане FS гидроразрыва, и после его высвобождения, перемещать для установки узла 28 повторно герметизируемого пакера и плашек 60 в обсадную колонну С для возможности осуществления операций обработки текучей средой под давлением с помощью инструмента, закрепленного в обсадной колонне. Работа инструмента будет описана более подробно ниже.

[0035] Со ссылкой на фиг. 5A-8D показан один вариант осуществления двунаправленного инструмента 20 с байонетным пазом, содержащего двунаправленный механизм байонетного паза (который будет подробно описан ниже), который содержит оправку 22, имеющую первый (или устьевой) конец 24, второй (или забойный) конец 26, наружную поверхность и внутреннюю поверхность, образующую внутренний осевой канал, проходящий между устьевым и забойным концами. Инструмент 20 дополнительно содержит повторно герметизируемый узел 28, закрепленный на наружной поверхности оправки вблизи устьевого конца, устройство 30 для установки шпонки, закрепленное на наружной поверхности оправки вблизи забойного конца, корпус 32 механизма приведения в действие, закрепленный на наружной поверхности оправки между пакером и устройством для установки шпонки. Как будет подробно описано ниже, инструмент 20 используют с механизмом байонетного паза, содержащим один профиль с байонетным пазом для манипулирования как устройством с устьевой стороны (например, повторно герметизируемым узлом), так и устройством с забойной стороны (например, устройством для установки шпонки) инструмента.

[0036] Согласно фиг. 7A-7D оправка 22 представляет собой трубчатый элемент с образованным на его наружной поверхности двунаправленным профилем 34 с байонетным пазом, расположенным в средней части 36 оправки между устьевым концом 24 и забойным концом 26. В одном варианте осуществления устьевой конец выполнен с возможностью соединения с забойным концом транспортировочной колонны (не показана). Другими словами, при соединении с транспортировочной колонной инструмент находится дальше в скважине, чем транспортировочная колонна. Инструмент может быть соединен с транспортировочной колонной посредством резьбового соединения или любого другого соединения, известного специалистам в данной области техники.

[0037] Термины «вверху», «внизу», «выше», «ниже», «вверх», «вниз», «движущийся вверх», «движущийся вниз» и т.д. в настоящем описании не обязательно относятся к положению относительно направления силы тяжести. Эти термины лишь обозначают относительное положение относительно устья ствола скважины. Например, в настоящем описании верхняя часть колонны насосно-компрессорных труб находится ближе к устью ствола скважины на поверхности, чем нижняя часть колонны насосно-компрессорных труб. Кроме того, при описании перемещения инструмента термины «движущийся вверх», «движущийся вниз», «вверху», «внизу», «вверх», «вниз» и т.д. обозначают относительное перемещение между оправкой и корпусом механизма приведения в действие, а не движение оправки или корпуса механизма приведения в действие относительно ствола скважины.

[0038] Кроме того, в этом описании термины «разрыв пласта», «образование разрыва», «обработка», «подготовка», «воздействие», «завершение», «стимуляция» относятся к любому типу обработки и/или стимуляции ствола скважины (например, к кислотной обработке). Эти термины используются в настоящем документе взаимозаменяемо и каждый термин не исключает возможность применения других видов обработки и/или стимуляции ствола скважины.

[0039] Согласно фиг. 5A-5D инструмент содержит оправку 22, соединенную с транспортировочной колонной на устьевом конце 24. Оправка содержит установленные и закрепленные на ней ограничивающие кольца 48, 58 с устьевой и забойной сторон. Между кольцами 48, 58 находятся, соответственно, устройства 28, 30 с устьевой и забойной сторон. Конусы 74, 76 расположены на некотором расстоянии друг от друга внутри вдоль оправки 22 между устройствами. Между конусами находится корпус механизма приведения в действие, выполненный с возможностью скольжения вдоль оправки между одним концом в режиме приведения в действие пакера, противоположным концом в режиме активации шпонки и между ними в режиме RIH или РООН. Корпус механизма приведения в действие оснащен частью механизма байонетного паза, в данном случае штифтом. Соответственно, оправка оснащена пазовой частью механизма байонетного паза. Хотя согласно настоящему описанию и фигурам корпус механизма приведения в действие оснащен штифтом, а оправка оснащена пазом, возможна и обратная конфигурация. Другими словами, внутренняя поверхность корпуса механизма приведения в действие может быть оснащена пазом, а штифт установлен на оправку с образованием полного механизма байонетного паза.

[0040] Кольцо 48 с устьевой стороны расположено вблизи устьевого конца 24 для ограничения осевого перемещения устройства 28 по направлению к устьевому концу 24. Кольцо 58 с забойной стороны расположено вблизи забойного конца 26 для ограничения осевого перемещения устройства 30 по направлению к забойному концу 26.

[0041] Согласно фиг. 7A-7D профиль с байонетным пазом является непрерывным и охватывает всю окружность оправки, а также содержит по меньшей мере один паз 40 RIH, по меньшей мере один паз 42 приведения в действие пакера («Р-SET»), по меньшей мере один паз 50 РООН и по меньшей мере один паз 52 активации перемещения («S-SET»). Паз Р-SET имеет большую длину, чем паз RIH. Другими словами, дистальный конец паза Р-SET ближе к устьевому концу, чем к пазу RIH. Паз S-SET имеет большую длину, чем паз РООН. Другими словами, дистальный конец паза S-SET ближе к забойному концу, чем дистальный конец паза РООН.

[0042] На фиг. 7D показан пример осуществления профиля с байонетным пазом на двумерной графической развернутой иллюстрации. В этом варианте осуществления профиль с байонетным пазом содержит четыре паза 40а, 40b, 40 с, 40d RIH, два паза 52а, 52b S-SET, четыре паза 50а, 50b, 50 с, 50d РООН и два паза 42а, 42b Р-SET и охватывает всю окружность оправки. Смежные пазы соединены переходным каналом 44. Условные обозначения «II» и «D» обозначают крайние осевые положения дистальных концов, соответственно, паза Р-SET и паза S-SET. Условные обозначения «М1» и «М2» обозначают промежуточные осевые положения дистальных концов, соответственно, паза RIH и паза РООН. Условное обозначение U также обозначает крайнее осевое положение корпуса механизма приведения в действие для активации устройства 28 с устьевой стороны, a D обозначает крайнее осевое положение корпуса механизма приведения в действие для активации устройства 30 с забойной стороны. Условные обозначения M1 и М2 также обозначают промежуточные осевые положения, соответственно, с устьевой и забойной сторон корпуса механизма приведения в действие относительно оправки, причем ни устройство с устьевой стороны, ни устройство с забойной стороны не приведено в действие.

[0043] В вариантах осуществления, в которых пазы проходят по существу в осевом направлении (см., например, фиг. 7A-7D), смежные пазы соединены переходным каналом 44. Переходные каналы могут не потребоваться в вариантах осуществления, в которых пазы проходят под углом к длинной оси оправки.

[0044] В типовом профиле с байонетным пазом последовательность пазов в направлении по часовой стрелке, если смотреть на оправку в направлении забоя, выглядит следующим образом: паз 40а RIH, паз 52а S-SET, паз 40b RIH, паз 50а РООН, паз 42а Р-SET, паз 50b РООН, паз 40 с RIH, паз 52b S-SET, паз 40d RIH, паз 50с РООН, паз Р-SET 42b, паз 50d РООН. Паз 50d РООН соединяется с пазом 40а RIH и вышеописанная последовательность повторяется в направлении по часовой стрелке.

[0045] Предпочтительно, чтобы два паза 42а, 42b Р-SET были отделены друг от друга на оправке приблизительно на угол 180° в радиальном направлении и два паза 52а, 52b S-SET были отделены друг от друга на оправке приблизительно на угол 180° в радиальном направлении. Кроме того, смежные пазы Р-SET и S-SET отделены друг от друга на оправке приблизительно на угол 90°. Профиль с байонетным пазом может быть симметричным относительно продольной оси паза Р-SET и/или паза S-SET.

[0046] Шаблон профиля с байонетным пазом может повторяться более одного раза по окружности оправки. Например, оправка может содержать четыре паза Р-SET и паза S-SET и восемь пазов RIH и пазов РООН в такой же последовательности или последовательности, которая подобна описанной выше.

[0047] Возвращаясь к фиг. 5 и 6, отметим, что корпус 32 механизма приведения в действие представляет собой трубчатый элемент с верхним концом, нижним концом, наружной поверхностью и внутренней поверхностью, образующей внутренний осевой канал, проходящий между верхним и нижним концами. Корпус 32 механизма приведения в действие содержит набор плашек 60 клинового захвата на своем верхнем конце, набор подвижных плашек 64 на своем нижнем конце и множество фрикционных блоков 62, закрепленных на его наружной поверхности между плашками клинового захвата и подвижными плашками. Корпус механизма приведения в действие поддерживается на оправке соосно, причем верхний и нижний концы корпуса механизма приведения в действие направлены в сторону, соответственно, устьевого и забойного концов оправки.

[0048] Средняя часть оправки проходит через внутренний канал корпуса механизма приведения в действие и принимается ним. Плашки клинового захвата выполнены с возможностью выдвигания в радиальном направлении, но подпружинены в радиальном направлении вовнутрь относительно наружной поверхности оправки в убранном положении. Плашки клинового захвата имеют текстурированную наружную поверхность для сцепления силами трения с внутренней поверхностью обсадной колонны, когда плашки клинового захвата выдвигаются наружу в радиальном направлении. Подвижные плашки выполнены с возможностью выдвигания в радиальном направлении, но подпружинены в радиальном направлении вовнутрь относительно наружной поверхности оправки в убранном положении. Фрикционные блоки подпружинены для их выдвигания в радиальном направлении наружу таким образом, чтобы фрикционные блоки выдвигались в радиальном направлении за наружную поверхность корпуса механизма приведения в действие. Фрикционные блоки за счет трения удерживают корпус 32 механизма приведения в действие для функционирования механизма байонетного паза (т.е. для обеспечения относительного осевого перемещения между оправкой и корпусом механизма приведения в действие).

[0049] Согласно фиг. 8 корпус механизма приведения в действие дополнительно содержит пружины 66, 67 и 68 для смещения, соответственно, плашек клинового захвата, фрикционных блоков и подвижных плашек, как описано выше. В дополнение к профилю с байонетным пазом двунаправленный механизм байонетного паза дополнительно содержит один или более штифтов, проходящих вовнутрь в радиальном направлении от внутренней поверхности корпуса механизма приведения в действие для зацепления с профилем с байонетным пазом оправки. Штифты имеют такие размер и конфигурацию, которые позволяют осуществлять их перемещение в профиле с байонетным пазом и переход из одного паза в смежный паз.

[0050] В показанном варианте осуществления корпус механизма приведения в действие содержит пару штифтов 70а, 70b, которые жестко установлены приблизительно в одинаковом осевом положении, но отделены друг от друга в радиальном направлении во внутреннем канале корпуса механизма приведения в действие на угол 180°. Штифты проходят в радиальном направлении в профиль с байонетным пазом для зацепления со скольжением с профилем с байонетным пазом и следования ему. Когда один штифт 70а из двух штифтов находится в любом из пазов, другой штифт 70b находится в другом дублирующем пазу, который расположен прямо противоположно этому пазу (т.е. отделен на угол 180° в радиальном направлении от этого паза). Например, если штифт 70а находится в пазу 40b RIH, штифт 70b находится в пазу 40d RIH.

[0051] Для механизма байонетного паза и инструмента может быть использовано другое количество штифтов, отличное от конкретно указанного, если количество повторяющихся шаблонов паза в профиле с байонетным пазом равно или кратно количеству штифтов. Например, если шаблон паза повторяется один раз (т.е. применяется два одинаковых шаблона паза) в профиле с байонетным пазом, как показано в проиллюстрированном варианте осуществления, или если в профиле с байонетным пазом применяют четыре одинаковых шаблона паза, используют два штифта. Если в профиле с байонетным пазом повторяются три или шесть одинаковых шаблонов паза, могут быть использованы три штифта. В зависимости от величины разделения в радиальном направлении штифты могут быть прикреплены или могут быть не прикреплены к внутренней поверхности корпуса механизма приведения в действие с одинаковым осевым расположением.

[0052] Согласно фиг. 5A-5D и 8A-8D пакер 28 содержит раздвижной пакерный элемент 72 и конус 74 приведения в действие пакера, примыкающий к пакерному элементу. Другими словами, пакерный элемент зажат между кольцом 48 с устьевой стороны и конусом 74. Конус 74 приведения в действие пакера выполнен с возможностью скольжения в осевом направлении на оправке 22. Пакерный элемент приводится в действие (т.е. выдвигается), когда конус 74 толкает пакерный элемент в осевом направлении к кольцу 48 по направлению к верхнему концу оправки (см. фиг. 5D и 6D). При приведении в действие пакер выдвигается наружу в радиальном направлении, входя в зацепление с внутренней поверхностью обсадной колонны ствола скважины для обеспечения гидравлического уплотнения между верхней секцией обсадной колонны и нижней секцией обсадной колонны.

[0053] Конус 74 приведения в действие пакера содержит усеченно-коническую секцию для приема на нее плашек 60 клинового захвата. Устройство 30 для установки шпонки содержит конус 76 приведения в действие с усеченно-конической секцией для приема на нее подвижных плашек 64.

[0054] Согласно фиг. 5А, 5С, 6А, 6С, 8А и 8С корпус механизма приведения в действие закреплен на оправке вблизи ее середины, когда штифты 70а, 70b находятся в пазах RIH или в пазах РООН, плашки 60 клинового захвата и подвижные плашки 64 расположены на некотором расстоянии от, соответственно, устройства 28 с устьевой стороны и устройства 30 с забойной стороны, и не соприкасаются с ними. В частности, когда штифты находятся в пазах RIH, инструмент 20 находится в положении RIH, при котором пакер 28, плашки 60 клинового захвата и подвижные плашки 64 находятся в убранном положении (см. фиг. 5А, 6А и 8А). Если штифты находятся в пазах РООН, инструмент 20 находится в положении РООН, при котором пакер, плашки клинового захвата и подвижные плашки также находятся в убранном положении (см. фиг. 5С, 6С и 8С). Корпус механизма приведения в действие в положении РООН находится ближе к забойному концу оправки, чем в положении RIH.

[0055] Согласно фиг. 5В, 6В и 8В оправку перемещают вверх по стволу скважины относительно корпуса механизма приведения в действие для установки штифтов 70а, 70b на дистальные концы пазов S-SET или вблизи них (т.е. в положение D). При относительном перемещении оправки вверх она толкает подвижные плашки 64 на усеченно-коническую секцию конуса 76 устройства 30 для установки шпонки, в результате чего подвижные плашки выдвигаются наружу в радиальном направлении для зацепления профиля соответствующей муфты гидроразрыва. Когда подвижные плашки находятся в выдвинутом положении, инструмент находится в положении «активации перемещения» (S-SET).

[0056] Согласно фиг. 5D, 6D и 8D оправку перемещают вниз по стволу скважины относительно корпуса механизма приведения в действие для установки штифтов 70а, 70b на дистальные концы пазов Р-SET или вблизи них (т.е. в положение U). При относительном перемещении оправки вниз она толкает плашки 60 клинового захвата на усеченно-коническую секцию конуса 74, в результате чего пакерный элемент приводится в действие конусом 74, а плашки клинового захвата выдвигаются наружу в радиальном направлении для зацепления с внутренней поверхностью обсадной колонны ствола скважины. При приведении в действие пакерного элемента (т.е. выдвижении наружу в радиальном направлении) инструмент находится в положении «приведения в действие пакера» (P-SET).

[0057] Инструмент 20 перемещают между положениями RIH, S-SET, РООН и Р-SET толкая и вытягивая оправку для перемещения оправки в осевом направлении к устью и в забой относительно корпуса механизма приведения в действие с целью циклической последовательной вставки штифта в различные пазы и вынимания штифта из различных пазов в профиле с байонетным пазом оправки. Например, чтобы переместить штифт в паз RIH или паз Р-SET (или для перемещения штифта из паза РООН или паза S-SET), оправку проталкивают вниз относительно корпуса механизма приведения в действие. Аналогичным образом, чтобы переместить штифт в паз РООН или паз S-SET (или для перемещения штифта из паза RIH или паза Р-SET), оправку вытягивают вверх по стволу скважины относительно корпуса механизма приведения в действие. Штифт, как правило, циклически проходит через профиль с байонетным пазом по окружности оправки по часовой стрелке, если смотреть на инструмент от его устьевого конца. Корпус механизма приведения в действие может поворачиваться вокруг оправки, когда штифт циклически проходит через профиль с байонетным пазом.

[0058] На фиг. 7D и 9А-9С показана работа инструмента 20 согласно примеру осуществления. Согласно фиг. 7D, 9А-9С способ 100 управления инструментом 20 начинается с этапа 101. Перед приведением в действие инструмента его соединяют с транспортировочной колонной Т и проверяют (этап 102), чтобы убедиться, что он находится в положении начального цикла RIH (т.е. штифты находятся в положении M1 пазов 40а и 40 с RIH). Если инструмент не находится в положении начального цикла RIH, штифты циклически проходят через профиль с байонетным пазом за счет проталкивания и вытягивания оправки до тех пор, пока они не войдут в пазы 40а, 40с RIH. Если инструмент находится в положении начального цикла RIH, инструмент вводят в ствол скважины в место, расположенное ниже муфты FS гидроразрыва, чтобы сместить ее в открытое положение с помощью инструмента, например, в самое нижнее положение муфты гидроразрыва (этап 104). Для погружения инструмента в скважину силы, воздействующие на оправку, должны быть достаточными для преодоления сил трения между фрикционными блоками и внутренней поверхностью обсадной колонны С.

[0059] Штифты закрепляют в положении M1 пазов 40а, 40с, когда весь инструмент приведен в действие. Когда инструмент будет находиться ниже муфты гидроразрыва, оправку поднимают. Когда оправку поднимают вверх, штифты скользят по пазам 40а, 40с RIH и в пазах 52а, 52b S-SET через переходные каналы 44, вследствие чего штифты устанавливаются в положение D и, соответственно, инструмент устанавливается в положение S-SET (этап 106), в котором подвижные плашки выдвигаются.

[0060] После выдвижения подвижных плашек направленное вверх усилие на оправку увеличивают для перемещения всего инструмента вверх для определения профиля муфты гидроразрыва. Подвижные плашки выполнены с рабочим наружным диаметром, достаточным для защелкивания в профиле муфты гидроразрыва, когда подвижные плашки находятся в выдвинутом положении. Профиль муфты гидроразрыва способен выдерживать воздействие определенного направленного вверх усилия (например, от приблизительно 6000 до приблизительно 8000 фунтов) перед тем, как он будет смещен в открытое положение. Например, муфта гидроразрыва может включать срезной штифт с порогом разрыва приблизительно равным 8000 фунтов. Поэтому для определения местоположения профиля муфты инструмент поднимают вверх до тех пор, пока не будет достигнуто тяговое усилие, которое является близким к пороговому значению срезного штифта, но меньшим этого порогового значения (этап 108).

[0061] Когда профиль муфты гидроразрыва будет определен, к оправке прилагают дополнительное тяговое усилие для разрыва срезных штифтов, чтобы открыть муфту гидроразрыва (этап 110). После открытия муфты гидроразрыва к инструменту прилагают направленное вниз усилие для перемещения оправки вниз относительно корпуса механизма приведения в действие. Когда оправка перемещается вниз, штифты скользят по пазам 52а, 52b S-SET и, соответственно, в смежных пазах 40b, 40d RIH, вследствие чего происходит убирание подвижных плашек за счет расцепления относительно них устройства 30 для установки шпонки и затем установка инструмента в положение RIH (этап 112). На этапе 112 штифты находятся в положении M1. Затем направленное вниз усилие увеличивают, чтобы продвигать весь инструмент дальше в скважину до тех пор, пока пакер 28 не окажется ниже открытой муфты гидроразрыва (этап 114).

[0062] Затем оправку поднимают относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы провести штифты по пазам 40b, 40d RIH и в пазах 50а, 50с РООН для перевода инструмента в положение РООН (этап 116). На этапе 116 штифты находятся в положении М2. Чтобы привести в действие пакерный элемент, оправку проталкивают вниз относительно корпуса механизма приведения в действие для перемещения штифтов из пазов 50а, 50с РООН в пазы 42а, 42b Р-SET в положение U, и, таким образом, установки инструмента в положение Р-SET (этап 118).

[0063] В положении Р-SET выдвинутый пакер обеспечивает гидравлическое уплотнение между частью обсадной колонны над пакером и частью обсадной колонны ниже пакера. Затем текучая среда FF для обработки, закачиваемая по колонне насосно-компрессорных труб и/или кольцевому пространству обсадной колонны, выходит через открытую муфту гидроразрыва в формацию (этап 120). После того, как требуемое количество текучей среды для обработки будет закачано в формацию, оправку поднимают относительно корпуса механизма приведения в действие для перемещения штифтов из положения U в положение М2 (т.е. штифты перемещают в смежные пазы 50b, 50d РООН), вследствие чего происходит высвобождение плашек клинового захвата из конуса 74 приведения в действие пакера и перевод в нерабочее положение (т.е. убирание) пакерного элемента 72 (этап 122). На этапе 122 инструмент устанавливают в положение РООН.

[0064] Перед перемещением инструмента в следующую муфту гидроразрыва для ее открытия оправку проталкивают вниз относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы перевести инструмент из положения РООН в положение RIH, в котором штифты находятся в положении M1 (этап 124). Затем оправку поднимают относительно корпуса механизма приведения в действие для перемещения штифтов из положения M1 в положение D, тем самым устанавливая инструмент в положение S-SET (этап 106). Когда инструмент находится в положении S-SET, прикладываемое к оправке направленное вверх усилие увеличивают, чтобы переместить весь инструмент вверх для определения профиля муфты гидроразрыва следующей муфты гидроразрыва, которую необходимо открыть, и описанные выше этапы 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122 и 124 повторяют, соответственно, как описано выше, до тех пор, пока не будет выполнена требуемая обработка формации.

[0065] На фиг. 9D приведен график, изображающий типовые усилия, действующие на оправку во время работы инструмента. Показанные величины являются лишь примерами. В действительности, инструмент может быть подвержен воздействию сил разной величины. Сначала инструмент находится в положении RIH, при этом штифты находятся в пазах 40а, 40с RIH, и его вводят в ствол скважины с помощью направленного вниз усилия 200, которое достаточно для преодоления сил трения между фрикционными блоками и обсадной колонной. Когда инструмент достигает места, расположенного ниже муфты гидроразрыва, которую необходимо открыть, к оправке прилагают направленное вверх усилие 202, которое является достаточным для перемещения оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие. Таким образом, инструмент переходит в положение S-SET, в котором выдвигаются подвижные плашки. Затем направленное вверх усилие увеличивают для перемещения всего инструмента вверх (204).

[0066] Когда подвижные плашки наталкиваются на профиль муфты гидроразрыва, первоначально перемещение инструмента вверх ограничено, например, срезными штифтами, даже при повышении действующего на них направленного вверх усилия 206. Однако, когда величина направленного вверх усилия 208 достигает порогового значения для срезного штифта муфты гидроразрыва (например, 8000 фунтов), срезной штифт разрывается и муфта гидроразрыва смещается в открытое положение. Когда муфта будет открыта, на оправку начинает действовать направленное вниз усилие 210 для перемещения штифтов в следующие пазы 40b, 40d, вследствие чего инструмент перемещается в положение RIH. Затем направленное вниз усилие 212 увеличивают, чтобы продвигать весь инструмент вниз до тех пор, пока он не окажется ниже открытой муфты гидроразрыва.

[0067] Когда инструмент находится ниже открытой муфты гидроразрыва, к оправке прилагают направленное вверх усилие 214 для перемещения оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы переместить штифты в следующие пазы 50а, 50с, вследствие чего инструмент перемещается в положение РООН. Затем к оправке прикладывают направленное вниз усилие 216 для перемещения штифтов к следующим пазам 42а, 42b, вследствие чего инструмент перемещается в положение Р-SET, в котором плашки клинового захвата входят в зацепление с обсадной колонной, а пакерный элемент выдвигается для обеспечения гидравлического уплотнения. Затем через открытую муфту гидроразрыва могут выполнять обработку (218).

[0068] После завершения обработки через открытую муфту гидроразрыва к оправке прилагают направленное вверх усилие 220 для перемещения штифтов из пазов 42а, 42b Р-SET для высвобождения плашек клинового захвата и убирания пакерного элемента. При дальнейшем поднимании оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие происходит перемещение штифтов в следующие пазы 50b, 50d, вследствие чего инструмент перемещается в положение РООН. Затем к оправке прикладывают направленное вниз усилие 222 для перемещения штифтов к следующим пазам 40с, 40а для перевода инструмента в положение RIH.

[0069] Затем оправку снова поднимают вверх относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы установить штифты в следующие пазы 52b, 52а для перевода инструмента в положение S-SET, в котором выдвигаются подвижные плашки (224). Направленное вверх усилие увеличивают до тех пор, пока оно не будет достаточным для перемещения всего инструмента вверх (226).

[0070] Когда подвижные шпонки достигают следующего профиля муфты гидроразрыва, первоначально перемещение инструмента вверх ограничено срезным штифтом муфты гидроразрыва даже при повышении действующего на них направленного вверх усилия 228. Однако, когда величина направленного вверх усилия 230 достигает порогового значения для срезного штифта муфты гидроразрыва, срезной штифт разрывается, муфта гидроразрыва смещается в открытое положение и выполнение способа повторяют согласно вышеприведенному описанию.

[0071] В дополнение к проиллюстрированной типовой конфигурации инструмента может быть использован такой же или аналогичный двунаправленный механизм байонетного паза с одним профилем с байонетным пазом для управления инструментом, содержащим пакер вблизи его нижнего конца и подвижные плашки вблизи его верхнего конца, для обеспечения установки пакера, а именно перемещаемого вниз инструмента. Альтернативно, инструмент может содержать пакер вблизи каждого своего конца, причем как верхний пакер, так и нижний пакер могут приводиться в действие с помощью двунаправленного механизма байонетного паза, для обеспечения инструмента пакера, который может быть установлен путем опускания или поднимания. Кроме того, вместо пакеров инструмент может содержать устройства для установки шпонки вблизи каждого своего конца, причем как верхнее устройство для установки шпонки, так и нижнее устройство для установки шпонки приводят в действие с помощью двунаправленного механизма байонетного паза. Эта конструкция может быть применена для последовательного открытия и закрытия клапанов. В качестве альтернативы вместо плашек клинового захвата или подвижных плашек с инструментом могут быть использованы плашки, выполненные с возможностью механического определения глубины скважины путем выдачи сигнала о затяжке при поднимании или проталкивании инструмента через соединительную муфту обсадной колонны или определения профиля, и их могут приводить в действие с помощью двунаправленного механизма байонетного паза. В другом варианте осуществления устройство с устьевой и/или забойной сторон может содержать клапан, который может быть открыт и/или закрыт и приводится в действие с помощью двунаправленного механизма байонетного паза. Конечно, другие типы устройств также могут быть использованы с описанным в настоящем документе двунаправленным механизмом байонетного паза и могут приводиться в действие с его помощью.

[0072] Фиг. 7D и 10A-10D иллюстрируют работу инструмента 320, содержащего верхнее устройство 330а для установки шпонки (вместо пакера) и нижнее устройство 330b для установки шпонки на его, соответственно, устьевом и забойном конце или вблизи, соответственно, устьевого и забойного конца. Вместо плашек клинового захвата инструмент содержит подвижные плашки 364а с устьевой стороны и подвижные плашки 364b с забойной стороны. Таким образом, верхнее и нижнее устройства 330а, 330b для установки шпонки предназначены для зацепления и установки подвижных плашек, соответственно, 364а, 364b.

[0073] В этом варианте осуществления нижнее устройство 330b для установки шпонки и соответствующие подвижные плашки 364b имеют такие же признаки и функции, что и, соответственно, устройство 30 для установки шпонки и подвижные плашки 64, которые описаны выше в отношении инструмента 20. Кроме того, верхнее устройство 330а для установки шпонки и соответствующие подвижные плашки 364а имеют такие же признаки и функции, что и, соответственно, нижнее устройство 330b для установки шпонки и подвижные плашки 364b, за исключением того, что они расположены на устьевом конце инструмента 320 или вблизи него вместо забойного конца. Все остальные компоненты инструмента 320 подобны компонентам инструмента 20, описанного выше. Кроме того, с инструментом 320 используют такой же механизм байонетного паза, который описан выше, типовой развернутый профиль байонетного паза для которого показан на фиг. 7D.

[0074] Согласно фиг. 7D, 10А и 10С способ 400 управления инструментом 320 начинается с этапа 401. Перед приведением в действие инструмент соединяют с транспортировочной колонной Т и проверяют (этап 402), чтобы убедиться, что он находится в положении начального цикла RIH (т.е. штифты находятся в положении M1 пазов 40а и 40 с RIH). Если инструмент не находится в положении начального цикла RIH, штифты циклически проходят через профиль с байонетным пазом за счет проталкивания и вытягивания оправки до тех пор, пока они не войдут в пазы 40а, 40с RIH. Если инструмент находится в положении начального цикла RIH, инструмент вводят в ствол скважины в место, расположенное ниже муфты FS' гидроразрыва, чтобы сместить ее в открытое положение с помощью инструмента, например, в самое нижнее положение муфты гидроразрыва (этап 404). Для погружения инструмента в скважину силы, воздействующие на оправку, должны быть достаточными для преодоления сил трения между фрикционными блоками и внутренней поверхностью обсадной колонны С.

[0075] В этом варианте осуществления муфты FS' гидроразрыва в обсадной колонне могут быть открыты и закрыты с помощью инструмента 320. Например, каждая муфта гидроразрыва имеет два профиля: один для открытия муфты гидроразрыва («профиль открытия») и один для закрытия муфты гидроразрыва («профиль закрытия»). В этом варианте осуществления профиль открытия находится на забойном конце муфты или вблизи него, а профиль закрытия находится на устьевом конце муфты или вблизи него.

[0076] Штифты закрепляют в положении M1 пазов 40а, 40с, когда весь инструмент приведен в действие. Когда инструмент будет находиться ниже муфты гидроразрыва, оправку поднимают. Когда оправку поднимают вверх, штифты скользят по пазам 40а, 40с RIH и в пазах 52а, 52b S-SET через переходные каналы 44, вследствие чего штифты устанавливаются в положение D и, соответственно, инструмент устанавливается в положение S-SET (этап 406), в котором выдвигаются подвижные плашки 364b с забойной стороны.

[0077] После выдвижения подвижных плашек 364b с забойной стороны направленное вверх усилие на оправку увеличивают для перемещения всего инструмента вверх для определения профиля открытия муфты гидроразрыва. Муфта гидроразрыва может, например, включать первый срезной штифт, управляемый с помощью профиля открытия, причем первый срезной штифт имеет порог разрыва, равный приблизительно 8000 фунтов. Таким образом, для определения профиля открытия инструмент поднимают вверх до тех пор, пока не будет достигнуто тяговое усилие, которое является близким к пороговому значению первого срезного штифта, но меньшим этого порогового значения (этап 408).

[0078] Когда профиль открытия будет определен, к оправке прилагают дополнительное тяговое усилие для разрыва первого срезного штифта, чтобы открыть муфту гидроразрыва (этап 410). После открытия муфты гидроразрыва к инструменту прилагают направленное вниз усилие для перемещения оправки вниз относительно корпуса механизма приведения в действие. Когда оправка перемещается вниз, штифты скользят по пазам 52а, 52b S-SET и, соответственно, в смежные пазы 40b, 40d RIH, вследствие чего происходит убирание подвижных плашек 364b с забойной стороны за счет расцепления относительно них нижнего устройства 330b для установки шпонки и затем перевод инструмента в положение RIH (этап 412). На этапе 412 штифты находятся в положении M1. Затем направленное вниз усилие увеличивают, чтобы продвигать весь инструмент в скважину до тех пор, пока инструмент 320 не окажется ниже открытой муфты гидроразрыва (этап 412). Затем текучая среда FF для обработки, закачиваемая по колонне насосно-компрессорных труб и/или кольцевому пространству обсадной колонны, выходит через открытую муфту гидроразрыва в формацию (этап 420).

[0079] После того, как требуемое количество текучей среды для обработки будет закачано в формацию, оправку поднимают относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы провести штифты по пазам 40b, 40d RIH и в пазах 50а, 50с РООН для перевода инструмента в положение РООН (этап 422). На этапе 422 штифты находятся в положении М2. Затем тяговое усилие на оправку увеличивают, чтобы поднимать инструмент вверх до тех пор, пока он не окажется выше открытой муфты гидроразрыва (этап 422).

[0080] Для установки подвижных плашек 364а с устьевой стороны оправку проталкивают вниз относительно корпуса механизма приведения в действие для перемещения штифтов из пазов 50а, 50с РООН в пазы 42а, 42b Р-SET в положение U. В этом варианте осуществления вместо установки пакера верхнее устройство 330а для установки шпонки вводят в зацепление с подвижными плашками 364а с устьевой стороны, когда инструмент 320 находится в положении U (этап 424). Толкающее усилие на оправку увеличивают для перемещения всего инструмента вниз для определения профиля закрытия муфты гидроразрыва. Муфта гидроразрыва может, например, включать второй срезной штифт (или палец), управляемый с помощью профиля закрытия, причем второй срезной штифт имеет порог разрыва, равный приблизительно 8000 фунтов. Таким образом, для определения профиля закрытия инструмент толкают вниз до тех пор, пока не будет достигнуто толкающее усилие, которое является близким к пороговому значению второго срезного штифта, но меньшим этого порогового значения (этап 426).

[0081] Когда профиль закрытия муфты гидроразрыва будет определен, к оправке прилагают дополнительное толкающее усилие для разрыва второго срезного штифта (или пальца), чтобы закрыть муфту гидроразрыва (этап 428). После закрытия муфты гидроразрыва к инструменту прилагают направленное вверх усилие для перемещения оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие. Когда оправка перемещается вверх, штифты скользят по пазам 42а, 42b Р-SET и, соответственно, в смежных пазах 50b, 50d РООН, вследствие чего происходит убирание подвижных плашек 364а с устьевой стороны за счет расцепления относительно них верхнего устройства 330а для установки шпонки и затем перевод инструмента в положение РООН (этап 430). На этапе 430 штифты находятся в положении М2.

[0082] Перед перемещением инструмента 320 в следующую муфту гидроразрыва для ее открытия оправку проталкивают вниз относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы перевести инструмент из положения РООН в положение RIH, в котором штифты находятся в положении M1 (этап 432). Затем оправку поднимают относительно корпуса механизма приведения в действие для перемещения штифтов из положения M1 в положение D, тем самым устанавливая инструмент в положение S-SET (этап 406). Затем прикладываемое к оправке направленное вверх усилие увеличивают, чтобы переместить весь инструмент вверх для определения профиля открытия следующей муфты гидроразрыва следующей муфты гидроразрыва, которую необходимо открыть, и описанные выше этапы 408, 410, 412, 418, 420, 422, 424, 426, 428, 430 и 432 повторяют, соответственно, согласно вышеприведенному описанию до тех пор, пока не будет выполнена требуемая обработка формации.

[0083] Поскольку муфты гидроразрыва в вышеописанном варианте осуществления имеют профили как в устьевом, так и в забойном направлениях, они являются открываемыми и повторно закрываемыми. Предпочтительно открывают один клапан гидроразрыва, выполняют обработку через этот клапан гидроразрыва и клапан гидроразрыва закрывают. При этом клапаны, расположенные выше и ниже указанного клапана гидроразрыва, закрыты. Таким образом, в любой момент времени обработку производят только через один открытый клапан гидроразрыва. После завершения обработки через один открытый клапан гидроразрыва этот клапан закрывают, открывают другой клапан и производят обработку. В этом варианте осуществления нет необходимости герметизировать обсадную трубу под открытым клапаном гидроразрыва с помощью отдельного пакера или т.п.

[0084] На фиг. 10D приведен график, изображающий типовые усилия, действующие на оправку во время работы инструмента 320. Указанные величины являются лишь примерами. В действительности, инструмент может быть подвержен воздействию сил разной величины. Сначала инструмент 320 находится в положении RIH, при этом штифты находятся в пазах 40а, 40с RIH, и его вводят в ствол скважины с помощью направленного вниз усилия 500, которое является достаточным для преодоления сил трения между фрикционными блоками и обсадной колонной. Когда инструмент достигает места, расположенного ниже муфты гидроразрыва, которую необходимо открыть, к оправке прилагают направленное вверх усилие 502, которое является достаточным для перемещения оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие. Таким образом, инструмент переходит в положение S-SET, в котором выдвигаются подвижные плашки 364b с забойной стороны. Затем направленное вверх усилие увеличивают для перемещения всего инструмента вверх (504).

[0085] Когда подвижные плашки 364b с забойной стороны наталкиваются на профиль открытия муфты гидроразрыва, первоначально перемещение инструмента вверх ограничено, например, первым срезным штифтом, даже при повышении действующего на них направленного вверх усилия 506. Однако, когда величина направленного вверх усилия 508 достигает порогового значения для первого срезного штифта муфты гидроразрыва (например, 8000 фунтов), первый срезной штифт разрывается и муфта гидроразрыва смещается в открытое положение. Когда муфта будет открыта, на оправку начинает действовать направленное вниз усилие 510 для перемещения штифтов в следующие пазы 40b, 40d, вследствие чего инструмент перемещается в положение RIH. Затем направленное вниз усилие 512 увеличивают, чтобы продвигать весь инструмент вниз до тех пор, пока он не окажется ниже открытой муфты гидроразрыва.

[0086] Когда инструмент находится ниже открытой муфты гидроразрыва, текучую среду для обработки закачивают вниз по колонне насосно-компрессорных труб и/или кольцевому пространству обсадной колонны для обработки формации через открытую муфту гидроразрыва. Во время обработки формации направленное вниз усилие 514 на оправку может быть уменьшено.

[0087] После завершения выполнения обработки через открытую муфту гидроразрыва к оправке прилагают направленное вверх усилие 516 для перемещения оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие, чтобы переместить штифты в следующие пазы 50а, 50с, вследствие чего инструмент 320 перемещается в положение РООН. Направленное вверх усилие 518 увеличивают, чтобы расположить инструмент 320 выше открытой муфты гидроразрыва. Затем к оправке прикладывают направленное вниз усилие 520 для перемещения штифтов к следующим пазам 42а, 42b, вследствие чего инструмент перемещается в положение Р-SET, в котором выдвигаются подвижные плашки 364а с устьевой стороны. Направленное вниз усилие 522 увеличивают, чтобы переместить инструмент 320 вниз для определения профиля закрытия открытой муфты гидроразрыва.

[0088] Когда подвижные плашки 364b с забойной стороны наталкиваются на профиль закрытия, первоначально перемещение инструмента вниз ограничено, например, вторым срезным штифтом (или пальцем), даже при повышении действующего на них направленного вниз усилия 524. Однако, когда величина направленного вниз усилия 526 достигает порогового значения для второго срезного штифта (или пальца) муфты гидроразрыва (например, 8000 фунтов), второй срезной штифт разрывается (или палец высвобождается) и муфта гидроразрыва закрывается.

[0089] Когда муфта гидроразрыва будет закрыта, к оправке прилагают направленное вверх усилие 528 для смещения штифтов из пазов 42а, 42b Р-SET для убирания подвижных плашек 364а с устьевой стороны. При дальнейшем поднимании оправки вверх относительно корпуса механизма приведения в действие происходит перемещение штифтов в следующие пазы 50b, 50d, вследствие чего инструмент перемещается в положение РООН. Направленное вверх усилие 530 увеличивают, чтобы переместить весь инструмент 320 в положение над закрытой муфтой гидроразрыва. Затем к оправке прикладывают направленное вниз усилие 532 для перемещения штифтов к следующим пазам 40с, 40а для перевода инструмента в положение RIH.

[0090] В положении RIH к оправке прикладывают направленное вверх усилие 534 для ее перемещения вверх относительно корпуса механизма приведения в действие для установки штифтов в следующие пазы 52b, 52а, вследствие чего инструмент перемещается в положение S-SET, в котором выдвигаются подвижные плашки 364b с забойной стороны. Направленное вверх усилие 536 увеличивают до тех пор, пока оно не будет достаточным для перемещения всего инструмента 320 вверх в направлении следующей муфты гидроразрыва, которую необходимо открыть. Когда инструмент достигнет профиля открытия следующей муфты гидроразрыва, выполнение способа повторяют согласно вышеприведенному описанию.

[0091] Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления представлено для того, чтобы любой специалист в данной области техники мог реализовать или использовать настоящее изобретение. Различные изменения этих вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники, а определенные в настоящем документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от сущности или объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается представленными здесь вариантами осуществления, а включает полный объем, соответствующий формуле изобретения, в которой ссылка на элемент в единственном числе, например, с использованием артикля «а» или «an» не означает «один и только один», за исключением тех случаев, когда это специально указано, а означает «один или более». Все структурные и функциональные эквиваленты элементов различных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе, которые были известны или позже стали известны специалистам в данной области техники, должны охватываться элементами формулы изобретения. Кроме того, ничто из описанного в настоящем документе не предназначено для опубликования в открытом доступе, независимо от того, в явном ли виде это описание представлено в формуле изобретения.

Предложен многопозиционный инструмент для использования на забойном конце транспортировочной колонны для выполнения работ в обсадной колонне. Этот инструмент содержит оправку, соединенную с транспортировочной колонной; корпус механизма приведения в действие, выполненный с возможностью скольжения в осевом направлении вдоль оправки между устьевым положением, по меньшей мере одним промежуточным положением и забойным положением; устройство с устьевой стороны, выполненное с возможностью функционирования между положением приведения в действие, в котором корпус механизма приведения в действие находится в устьевом положении, и нерабочим положением; и устройство с забойной стороны, выполненное с возможностью функционирования между положением приведения в действие, в котором корпус механизма приведения в действие находится в забойном положении, и нерабочим положением. Как устройство как с устьевой, так и устройство с забойной стороны находятся в их нерабочих положениях, когда корпус механизма приведения в действие находится по меньшей мере в одном промежуточном положении. Инструмент содержит механизм байонетного паза, выполненный с возможностью функционирования между корпусом исполнительного механизма и оправкой для перемещения корпуса механизма приведения в действие между устьевым, по меньшей мере одним промежуточным и забойным положениями. Технический результат заключается в повышении эффективности многопозиционного инструмента. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 29 ил.

1. Многопозиционный инструмент на забойном конце транспортировочной колонны для выполнения работ в обсадной колонне, содержащий:

оправку, имеющую устьевой конец и забойный конец, причем устьевой конец оправки соединен с транспортировочной колонной;

корпус механизма приведения в действие, выполненный с возможностью скольжения в осевом направлении вдоль оправки между устьевым положением, по меньшей мере одним промежуточным положением и забойным положением;

устройство с устьевой стороны, выполненное с возможностью функционирования между положением приведения в действие, в котором корпус механизма приведения в действие находится в устьевом положении, и нерабочим положением; и

устройство с забойной стороны, выполненное с возможностью функционирования между положением приведения в действие, в котором корпус механизма приведения в действие находится в забойном положении, и нерабочим положением,

причем как устройства с устьевой, так и устройства с забойной стороны находятся в их нерабочих положениях, когда корпус механизма приведения в действие находится по меньшей мере в одном промежуточном положении; и

механизм байонетного паза, выполненный с возможностью функционирования между корпусом исполнительного механизма и оправкой для перемещения корпуса механизма приведения в действие между устьевым, по меньшей мере одним промежуточным и забойным положениями.

2. Инструмент по п. 1, в котором механизм байонетного паза содержит один непрерывный профиль с байонетным пазом.

3. Инструмент по п. 1, дополнительно содержащий кольцо с устьевой стороны, прикрепленное к оправке, и плашки клинового захвата, установленные на устьевой конец корпуса механизма приведения в действие,

причем устройство с устьевой стороны представляет собой повторно герметизируемый пакер в сборе, содержащий конус приведения в действие и пакерный элемент между кольцом с устьевой стороны и конусом,

и при перемещении оправки в скважину корпус механизма приведения в действие перемещается в устьевое положение, плашки клинового захвата зацепляются с конусом приведения в действие, причем плашки клинового захвата и пакерный элемент устанавливаются в положение приведения в действие.

4. Инструмент по п. 3, в котором при перемещении оправки вверх по стволу скважины корпус механизма приведения в действие перемещается вниз по стволу скважины в промежуточное положение, плашки расцепляются с конусом приведения в действие, причем плашки клинового захвата и пакерный элемент устанавливаются в нерабочее положение.

5. Инструмент по п. 1, дополнительно содержащий кольцо с забойной стороны, прикрепленное к оправке, и подвижные плашки, установленные на забойный конец корпуса механизма приведения в действие,

причем устройство с забойной стороны представляет собой устройство для установки шпонки, содержащее конус приведения в действие, и

при перемещении оправки вверх по стволу скважины корпус механизма приведения в действие перемещается вниз по стволу скважины в забойное положение, подвижные плашки зацепляются с конусом приведения в действие и подвижные плашки устанавливаются в положение приведения в действие.

6. Инструмент по п. 5, в котором при перемещении оправки вниз по стволу скважины корпус механизма приведения в действие перемещается вверх по стволу скважины в промежуточное положение, подвижные плашки расцепляются с конусом приведения в действие и подвижные плашки устанавливаются в нерабочее положение.

7. Инструмент по п. 5, в котором обеспечена возможность приема профилем муфты гидроразрыва подвижных плашек в положении приведения в действие, причем, когда подвижные плашки приняты профилем, обеспечена возможность открытия муфты гидроразрыва посредством действующего на оправку направленного вверх усилия, превышающего заданное пороговое значение.

8. Инструмент по п. 1, в котором одно или оба из устройств с устьевой и забойной сторон представляют собой клапан, который открыт в положении приведения в действие и закрыт в нерабочем положении или закрыт в положении приведения в действие и открыт в нерабочем положении.

9. Инструмент по п. 2, в котором один непрерывный профиль с байонетным пазом имеет охват 360 градусов.

10. Инструмент по п. 2, в котором один непрерывный профиль с байонетным пазом содержит по меньшей мере один паз «спуск в скважину» (RIH), по меньшей мере один паз приведения в действие пакера (Р-SET), по меньшей мере один паз «поднятие из скважины» (РООН) и по меньшей мере один паз активации перемещения (S-SET); и причем дистальный конец паза Р-SET расположен ближе к устьевому концу оправки, чем дистальный конец паза RIH; и

причем дистальный конец паза S-SET расположен ближе к забойному концу оправки, чем дистальный конец паза РООН.

11. Инструмент по п. 10, в котором профиль с байонетным пазом содержит два паза S-SET и два паза Р-SET, причем два паза P-SET отделены друг от друга на оправке приблизительно на угол 180° и два паза S-SET отделены друг от друга на оправке приблизительно на угол 180°.

12. Инструмент по п. 10, в котором профиль с байонетным пазом содержит два паза S-SET и два паза Р-SET, причем в промежутке между пазом S-SET и пазом Р-SET профиль с байонетным пазом содержит по меньшей мере один паз RIH и по меньшей мере один паз РООН.

13. Инструмент по п. 12, в котором в промежутке между двумя пазами S-SET и в промежутке между двумя пазами Р-SET профиль с байонетным пазом содержит по меньшей мере два паза РООН и по меньшей мере два паза RIH.

14. Инструмент по п. 9, в котором один непрерывный профиль с байонетным пазом содержит по меньшей мере один паз RIH, по меньшей мере один паз Р-SET, по меньшей мере один паз РООН и по меньшей мере один паз S-SET, расположенные согласно шаблону, причем этот шаблон повторяется более одного раза в диапазоне 360 градусов.

15. Инструмент по п. 2, который также содержит:

кольцо с устьевой стороны, закрепленное на оправке в первом местоположении, и кольцо с забойной стороны, закрепленное на оправке во втором местоположении, которое находится ближе к забою скважины относительно первого местоположения; и

причем устройство с устьевой стороны содержит первый конус, а устройство с забойной стороны содержит второй конус; и

причем корпус механизма приведения в действие содержит первые плашки, установленные на его устьевом конце и выполненные с возможностью разъемного зацепления с первым конусом, и вторые плашки, установленные на его забойном конце и выполненные с возможностью разъемного зацепления со вторым конусом;

причем инструмент выполнен таким образом, что при перемещении оправки в скважину корпус механизма приведения в действие смещается в устьевое положение и первые плашки зацепляются с первым конусом, а при перемещении оправки вверх по стволу скважины корпус механизма приведения в действие смещается в забойное положение и вторые плашки зацепляются со вторым конусом.

16. Инструмент по п. 15, в котором как устройство с устьевой стороны, так и устройство с забойной стороны представляют собой устройства для установки шпонки.

17. Инструмент по п. 15, в котором как устройство с устьевой стороны, так и устройство с забойной стороны выбирают из группы, состоящей из пакера, устройства для установки шпонки и клапана; и

причем устройство с забойной стороны представляет собой устройство из этой группы, отличное от устройства с устьевой стороны.

18. Способ управления инструментом, соединенным с транспортировочной колонной, которая расположена внутри обсадной колонны, причем инструмент включает оправку, корпус механизма приведения в действие, выполненный с возможностью скольжения в осевом направлении вдоль оправки, механизм байонетного паза, выполненный с возможностью функционирования между корпусом исполнительного механизма и оправкой для перемещения корпуса механизма приведения в действие между несколькими положениями, причем механизм байонетного паза содержит штифты и профиль с байонетным пазом, который содержит по меньшей мере один паз RIH, по меньшей мере один паз Р-SET, по меньшей мере один паз РООН и по меньшей мере один паз S-SET, причем способ включает:

установку штифтов механизма байонетного паза в пазы RIH;

перемещение инструмента ниже первой муфты гидроразрыва, которая должна быть смещена в открытое положение;

перемещение штифтов в пазы S-SET одновременно с подтягиванием оправки;

открытие первой муфты гидроразрыва путем увеличения направленного вверх усилия на оправке и перемещения инструмента вверх;

перемещение штифтов из пазов S-SET в пазы RIH, смежные с пазами S-SET, путем приложения направленного вниз усилия к инструменту и перемещения оправки вниз относительно корпуса механизма приведения в действие;

увеличение направленного вниз усилия и продвижение инструмента дальше в скважину до тех пор, пока пакер не окажется ниже муфты гидроразрыва;

перемещение штифтов в пазы РООН одновременно с подтягиванием оправки относительно корпуса механизма приведения в действие;

перемещение штифтов из пазов РООН в пазы Р-SET одновременно с продвижением оправки вниз относительно корпуса механизма приведения в действие.

19. Способ по п. 18, который также включает:

после перекачки требуемого количества текучей среды для обработки через первую муфту гидроразрыва;

перемещение штифтов из пазов Р-SET в смежные пазы РООН путем подтягивания оправки относительно корпуса механизма приведения в действие.

20. Способ по п. 19, который также включает:

перемещение штифтов из пазов РООН в смежные пазы RIH путем продвижения оправки вниз относительно корпуса механизма приведения в действие;

перемещение штифтов в пазы S-SET путем подтягивания оправки относительно корпуса механизма приведения в действие;

увеличение направленного вверх усилия на оправке и перемещение инструмента вверх ко второй муфте гидроразрыва, чтобы сместить ее в открытое положение.