СКВАЖИННОЕ ПОТОЧНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК E21B34/14 E21B43/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинному поточному устройству для управления потоком текучей среды между затрубным пространством и внутренним каналом скважинной трубчатой металлической конструкции, расположенной в стволе скважины, содержащему трубчатую часть, содержащую первое отверстие и вытянутую в осевом направлении, и скользящую муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри трубчатой части между первым положением, обеспечивающим закрывание отверстия, и вторым положением, обеспечивающим открывание отверстия. Настоящее изобретение также относится к скважинной системе для регулирования потока текучей среды в скважине и к скважинному способу перемещения для изменения положения скважинного поточного устройства скважинной системы.

Уровень техники

В процессе перемещения скользящих муфт из закрытого положения в другое положение проверить фактическое положение скользящей муфты сложно, поэтому следом в скважину необходимо опустить инструмент, такой как каротажный инструмент, для проверки положения скользящей муфты и, таким образом, проверки того, действительно ли скользящая муфта была перемещена. Также, известно открытие/закрытие двухпозиционных клапанов, однако в коммерческих целях никогда не применяются многопозиционные клапаны, которые могут надежно функционировать при выполнении внутрискважинных работ. Для некоторых известных многопозиционных клапанов требуется множество инструментов для смещения множества клапанов в различные положения.

Раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном преодолении указанных выше недостатков и недочетов уровня техники. Более конкретно, задача состоит в создании улучшенного скважинного поточного устройства, фактическое положение которого можно легко регулировать и проверять без необходимости использования каротажного инструмента при последующем спуске.

Упомянутые выше задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеследующего описания, реализованы посредством решения согласно настоящему изобретению с помощью скважинного поточного устройства для управления потоком текучей среды между затрубным пространством и внутренним каналом скважинной трубчатой металлической конструкции, расположенной в стволе скважины, содержащего:

- трубчатую часть, содержащую первое отверстие и вытянутую в осевом направлении; и

- скользящую муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри трубчатой части между первым положением, обеспечивающим закрывание отверстия, и вторым положением, обеспечивающим открывание отверстия, причем трубчатая часть содержит первую канавку и вторую канавку, при этом первая канавка расположена на первом расстоянии от второй канавки вдоль осевого направления, причем скользящая муфта содержит выступающую часть, выполненную с возможностью зацепления с первой канавкой в первом положении и со второй канавкой во втором положении;

причем трубчатая часть содержит третью канавку, выполненную с возможностью ее зацепления выступающей частью и расположенную на втором расстоянии до второй канавки, которое меньше первого расстояния.

Настоящее изобретение дополнительно относится к скважинному поточному устройству для управления потоком текучей среды между затрубным пространством и внутренним каналом скважинной трубчатой металлической конструкции, расположенной в стволе скважины, содержащему трубчатую часть, вытянутую в осевом направлении и содержащую первое отверстие и второе отверстие, причем первое отверстие выполнено на расстоянии открывания от второго отверстия вдоль осевого направления; и скользящую муфту, выполненную с возможностью скольжения внутри трубчатой части между первым положением, обеспечивающим закрывание отверстия, и вторым положением, обеспечивающим открывание по меньшей мере одного из отверстий, при этом трубчатая часть содержит первую канавку, в которой обеспечено скольжение скользящей муфты, и трубчатая часть содержит вторую канавку и третью канавку, причем вторая канавка расположена на втором расстоянии от третьей канавки вдоль осевого направления, при этом указанное второе расстояние меньше расстояния открывания, и скользящая муфта содержит выступающую часть, выполненную с возможностью зацепления с первой канавкой или второй канавкой во втором положении.

Также, выступающая часть может быть втягиваемой выступающей частью.

Дополнительно, выступающая часть может быть сжимаемой.

Кроме того, выступающая часть может быть выполнена из пружинной стали.

Дополнительно, выступающая часть может быть выполнена с возможностью перемещения между выступающим положением и втянутым положением.

Выступающая часть может иметь промежуточное втянутое положение.

Кроме того, выступающая часть может иметь промежуточное втянутое положение между первым положением и вторым положением.

Также, скважинное поточное устройство может иметь множество положений, то есть может представлять собой многопозиционный клапан.

В другом аспекте скважинное поточное устройство может содержать множество отверстий вдоль одной плоскости, перпендикулярной осевому направлению.

Дополнительно, отверстия могут иметь разные размеры.

Дополнительно, выступание выступающей части может обеспечиваться посредством пружины или гидравлической текучей среды, действующей на выступающую часть.

Кроме того, выступающая часть может иметь втянутое положение и выступающее положение, и в выступающем положении выступающая часть может быть выполнена с возможностью зацепления с одной из канавок.

Также, в выступающем положении скользящая муфта может иметь наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру трубчатой части.

Дополнительно, скользящая муфта может содержать наружную поверхность и уплотнительный элемент, причем уплотнительный элемент расположен на наружной поверхности, выполненной с возможностью плотного прижатия с уплотнением к внутренней поверхности трубчатой части.

Кроме того, трубчатая часть может содержать второе отверстие, смещенное относительно первого отверстия в осевом направлении.

Дополнительно, трубчатая часть может содержать множество отверстий.

Также, первое отверстие и второе отверстие могут быть смещены относительно канавок вдоль осевого направления.

Дополнительно, скользящая муфта может содержать канавки, выполненные с возможностью зацепления скважинным перемещающим инструментом.

Кроме того, вторая канавка и третья канавка могут образовывать набор канавок, причем одна канавка представляет собой индикаторную канавку, а вторая канавка представляет собой запирающую канавку.

Дополнительно, вторая канавка и третья канавка могут образовывать набор канавок, причем трубчатая часть может содержать множество наборов канавок.

Далее, вторая канавка и третья канавка могут образовывать набор канавок, в котором вторая канавка и третья канавка могут быть расположены на расстоянии друг от друга, которое меньше расстояния между первой канавкой и второй канавкой.

Дополнительно, набор канавок может содержать больше двух канавок, например по меньшей мере три или четыре канавки.

В другом аспекте каждый набор канавок может содержать различное количество канавок.

Дополнительно, скользящая муфта может содержать множество выступающих частей.

Также, трубчатая часть может содержать канавку, в которой обеспечена возможность скольжения скользящей муфты.

Дополнительно, скользящая муфта может иметь внутренний диаметр, который по существу равен внутреннему диаметру скважинной трубчатой металлической конструкции.

Также, канавки трубчатой части могут содержать наклонные торцевые поверхности.

Дополнительно, выступающая часть может содержать по меньшей мере одну наклонную поверхность.

Скважинное поточное устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать вставку, расположенную в отверстии.

Указанная вставка может быть закреплена в отверстии посредством крепежного элемента, такого как пружинное кольцо.

Пружинное кольцо может быть в зацеплении с углублением в отверстии.

Дополнительно, вставка может быть выполнена из керамического материала.

Кроме того, пружинное кольцо может быть выполнено из стали, такой как пружинная сталь.

Помимо этого, наклонная поверхность выступающей части может быть выполнена с возможностью скольжения вдоль наклонной торцевой поверхности канавок.

Также, скользящая муфта может быть выполнена из металла.

Дополнительно, выступающая часть может быть выполнена из металла.

Кроме того, трубчатая часть может быть выполнена из металла.

Настоящее изобретение дополнительно относится к скважинной системе для управления потоком текучей среды в скважине, содержащей:

- скважинную трубчатую металлическую конструкцию, расположенную в стволе скважины;

- скважинное поточное устройство, описанное выше;

- скважинный перемещающий инструмент, выполненный с возможностью перемещения скользящей муфты вдоль осевого направления; и

- источник мощности, выполненный с возможностью подачи мощности для работы скважинного перемещающего инструмента.

Скважинная система может дополнительно содержать модуль учета мощности, выполненный с возможностью детектирования мощности, используемой скважинным перемещающим инструментом.

Также, скважинный перемещающий инструмент может содержать секцию толкающего инструмента, выполненную с возможностью обеспечения осевого усилия вдоль осевого направления.

Дополнительно, секция толкающего инструмента может обеспечивать осевое усилие в осевом направлении скважинного инструмента и содержать насос; приводной модуль для приведения в действие насоса; и генератор осевого усилия, содержащий вытянутый корпус поршня, имеющий первый конец и второй конец; и поршень, расположенный на штоке, причем шток проходит через корпус для передачи осевого усилия другому инструменту, при этом поршень расположен в корпусе поршня так, что шток проходит через поршень и каждый конец корпуса поршня и разделяет корпус на первую камеру и вторую камеру, причем первая камера соединена с возможностью передачи текучей среды с насосом через канал, а вторая камера соединена с возможностью передачи текучей среды с насосом через другой канал так, что обеспечена возможность закачивания насосом текучей среды в одну камеру путем откачивания текучей среды из другой камеры для перемещения поршня внутри корпуса и, таким образом, перемещения штока туда и обратно.

Кроме того, секция толкающего инструмента может обеспечивать осевое усилие в осевом направлении скважинного инструмента и содержать корпус; первую камеру; первую часть инструмента, содержащую насосный модуль, обеспечивающий наличие текучей среды под давлением в камере; шток, проходящий через камеру; и первый поршень, разделяющий первую камеру на первую секцию камеры и вторую секцию камеры, причем поршень соединен с корпусом, образующим часть второй части инструмента, или образует его часть, и поршень выполнен с возможностью скольжения относительно штока так, что обеспечена возможность перемещения корпуса относительно штока, при этом шток неподвижен относительно насосного модуля в процессе повышения давления в первой секции камеры или второй секции камеры с созданием давления на поршень, причем шток неподвижно соединен с первой частью инструмента, при этом корпус выполнен с возможностью скольжения относительно первой части инструмента и перекрывает первую часть инструмента.

Дополнительно, секция толкающего инструмента может содержать по меньшей мере один выступающий модуль, такой как ключ.

Также, скважинный перемещающий инструмент может содержать закрепляющую секцию, выполненную с возможностью закрепления скважинного перемещающего инструмента вдоль осевого направления.

Кроме того, секция толкающего инструмента может быть выполнена с возможностью обеспечения движения вверх и движения вниз.

Дополнительно, закрепляющая секция может представлять собой приводной модуль, такой как скважинный трактор.

Скважинный перемещающий инструмент может дополнительно содержать детектирующий модуль, такой как локатор муфт обсадной колонны или магнитный профилирующий модуль для обнаружения положения скважинного перемещающего инструмента вдоль скважинной трубчатой металлической конструкции.

Скважинная система согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать модуль хранения.

Дополнительно, модуль хранения может быть расположен в скважинном перемещающем инструменте.

Кроме того, модуль хранения может быть расположен у устья скважины.

Скважинная система может дополнительно содержать модуль связи.

Дополнительно, скважинная трубчатая металлическая конструкция может содержать два затрубных барьера, причем каждый затрубный барьер содержит трубчатую часть, установленную в качестве части первой скважинной трубчатой металлической конструкции; разжимной трубчатый элемент, окружающий трубчатую часть, при этом каждая торцевая секция разжимного трубчатого элемента соединена с трубчатой частью; пространство затрубного барьера между трубчатой частью и разжимным трубчатым элементом; и отверстие разжимания в трубчатой части, через которое обеспечена возможность прохождения текучей среды под давлением для разжимания разжимного трубчатого элемента и переведения затрубного барьера из неразжатого положения в разжатое положение.

Кроме того, скважинное поточное устройство может быть расположено между двумя затрубными барьерами.

Дополнительно, скважинная система может содержать больше двух затрубных барьеров.

Также, скважинная система может содержать большее количество скважинных поточных устройств.

Настоящее изобретение дополнительно относится к скважинному способу перемещения для изменения положения скважинного поточного устройства скважинной системы, как описано выше, содержащему этапы, на которых:

- размещают инструмент в зацеплении со скользящей муфтой;

- перемещают скользящую муфту вдоль осевого направления до зацепления выступающей части скользящей муфты со второй канавкой; и

- выводят выступающую часть из зацепления со второй канавкой путем перемещения скользящей муфты далее вдоль осевого направления в направлении зацепления с третьей канавкой.

Скважинный способ перемещения может дополнительно содержать этап, на котором осуществляют учет мощности, используемой скважинным перемещающим инструментом в процессе перемещения скользящей муфты; и детектируют, что используется увеличенное количество мощности, для проверки того, что выступающая часть вышла из зацепления со второй канавкой.

Наконец, скважинный способ перемещения может дополнительно содержать этап, на котором перемещают скользящую муфту в направлении, противоположном перемещению, обеспечивающему перемещение скользящей муфты от второй канавки к третьей канавке.

Краткое описание чертежей

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

- на фиг.1 показан вид в поперечном разрезе скважинного поточного устройства в закрытом положении;

- на фиг.2 показан вид в поперечном разрезе скважинного поточного устройства с фиг.1 в полностью открытом положении;

- на фиг.3 показан частичный вид скважинного поточного устройства с фиг.1 и 2, в котором выступающая часть находится в зацеплении с канавкой;

- на фиг.4 показан частичный вид скважинного поточного устройства с фиг.1 и 2, в котором выступающая часть не находится в зацеплении с канавкой;

- на фиг.5 показан вид в поперечном разрезе другого скважинного поточного устройства в закрытом положении;

- на фиг.6 показан частичный вид в поперечном разрезе скважинной системы, в которой напротив скважинного поточного устройства расположен перемещающий инструмент;

- на фиг.7 показан частичный вид в поперечном разрезе другой скважинной системы, имеющей затрубные барьеры;

- на фиг.8 показан частичный вид в поперечном разрезе еще одной скважинной системы;

- на фиг.9 показан вид в поперечном разрезе секции толкающего инструмента;

- на фиг.10 показан вид в поперечном разрезе другой секции толкающего инструмента;

- на фиг.11 показан вид в поперечном разрезе другого скважинного поточного устройства в закрытом положении;

- на фиг.12 показан вид в поперечном разрезе еще одного скважинного поточного устройства в закрытом положении;

- на фиг.13 показана диаграмма потока, используемого в процессе смещения клапана из одного положения в другое;

- на фиг.14 показана диаграмма магнитной величины, измеряемой для идентификации маркерного расстояния и, таким образом, положения клапана; и

- на фиг.15А и 15В показан вид в поперечном разрезе вставки, расположенной в отверстии.

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

Осуществление изобретения

На фиг.1 показано скважинное поточное устройство 1 для управления потоком текучей среды между затрубным пространством 20 и внутренним каналом 2 скважинной трубчатой металлической конструкции 3, расположенной стволе 4 скважины для добычи углеводородосодержащей текучей среды из залежи. Скважинное поточное устройство 1 содержит трубчатую часть 5, имеющую первое отверстие 6 для обеспечения протекания текучей среды в скважинное поточное устройство. Скважинное поточное устройство дополнительно содержит скользящую муфту 7, выполненную с возможностью скольжения внутри трубчатой части 5 между первым положением, закрывающим отверстие, как показано на фиг.1, и вторым положением, полностью открывающим отверстие для предотвращения протекания текучей среды в скважинное поточное устройство 1, как показано на фиг.1. Трубчатая часть 5 содержит первую канавку 8 и вторую канавку 9, причем первая канавка расположена на первом расстоянии d₁ от второй канавки вдоль осевого направления. Скользящая муфта 7 содержит выступающую часть 10, выполненную с возможностью зацепления с первой канавкой 8 в первом положении и второй канавкой 9 во втором положении. Трубчатая часть 5 содержит третью канавку 11, также выполненную с возможностью ее зацепления выступающей частью 10, при этом третья канавка 11 выполнена на втором расстоянии d₂ от второй канавки 9, которое меньше, чем первое расстояние d₁, как показано на фиг.1. Благодаря наличию второй канавки 9 и третьей канавки 11, расположенных близко друг к другу, выступающая часть 10 после зацепления с первой канавкой и перемещения дальше в том же направлении должна быть нажата внутрь, для чего требуется значительно большее количество энергии от скважинного перемещающего инструмента, обеспечивающего перемещение скользящей муфты 7. Таким образом, может быть проверено, что муфта 7 фактически находится во втором положении, открывающем первое отверстие. Это происходит благодаря тому факту, что вторая канавка 9 функционирует как индикаторная канавка в том смысле, что когда выступающая часть выходит из второй канавки, происходит значительное увеличение потребления энергии, что является индикатором того, что выступающая часть 10 вышла из второй канавки. Третья канавка 11 функционирует как запирающая канавка. При перемещении скользящей муфты 7 в противоположном направлении третья канавка является индикаторной канавкой, а вторая канавка – запирающей канавкой.

При вытягивании скользящей муфты 7 трудно проверить положение скользящей муфты лишь на основании выполнения инструментом скользящего перемещения скользящей муфты. Затем в скважину необходимо спустить последующий инструмент, такой как каротажный инструмент, для проверки положения скользящей муфты 7 и, таким образом, проверки того, что скользящая муфта действительно была перемещена. В настоящем решении положение скользящей муфты 7 может быть проверено путем наблюдения за потреблением энергии инструмента, выполняющего скользящее перемещение скользящей муфты. Таким образом, путем наблюдения за текущим потреблением, показанным на фиг.13, и подсчета пиков кривой, оператор может проверить положение скользящей муфты.

Скважинное поточной устройство 1 с фиг.1 и 2 содержит множество отверстий вдоль осевого направления и, таким образом, представляет собой многопозиционный клапан. Скважинное поточное устройство 1 также содержит множество отверстий, расположенных в одной и той же окружной плоскости, перпендикулярной осевому направлению.

На фиг.3 выступающая часть 10 показана в выступающем положении, в котором выступающая часть находится в зацеплении со второй канавкой 9. Выступающая часть 10 представляет собой втягиваемую выступающую часть, и на фиг.4 выступающая часть 10 показана во втянутом положении и прижатой внутрь посредством части трубчатой части 5, расположенной между канавками, причем скользящая муфта 7 имеет наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру трубчатой части 5 напротив канавки. Выступающая часть 10 выполнена из пружинной стали или похожего материала. В другом аспекте изобретения выступание выступающей части 10 может быть обеспечено посредством пружины или гидравлической текучей среды, действующей на выступающую часть. Как показано на фиг.1, скользящая муфта 7 содержит наружную поверхность 16 и уплотнительный элемент 17, расположенный на наружной поверхности муфты и выполненный с возможностью обеспечения уплотнения относительно внутренней поверхности 18 трубчатой части 5.

Как показано на фиг.2, трубчатая часть 5 содержит второе отверстие 12 и другие отверстия, расположенные со смещением относительно первого отверстия в осевом направлении. Отверстия в трубчатой части 5 смещены относительно канавок вдоль осевого направления так, что скользящая муфта 7 закрывает все отверстия, когда выступающая часть 10 входит в зацепление с первой канавкой 8. При перемещении скользящей муфты 7 так, что выступающая часть 10 скользящей муфты входит в зацепление с первой канавкой 8 в первом наборе P, P₁ канавок, скользящая муфта открывает первые отверстия 6, расположенные вдоль одной и той же окружной плоскости трубчатой части 5.

Если муфта имеет множество положений, то вдоль осевого направления трубчатой части расположено большее количество наборов канавок, при этом первая канавка каждого набора функционирует в качестве индикаторной канавки в том смысле, что когда выступающая часть выходит из этой канавки, это является индикацией значительно большего потребления энергии инструментом, осуществляющим перемещение. При перемещении скользящей муфты в противоположном направлении, третья канавка представляет собой индикаторную канавку, а вторая канавка представляет собой запирающую канавку.

Как показано на фиг.5, скважинное поточное устройство содержит трубчатую часть 5, содержащую первое отверстие 6 и второе отверстие 12, причем первое отверстие расположено на расстоянии открывания D_o от второго отверстия вдоль осевого направления. Скользящая муфта 7 таким же образом выполнена с возможностью скольжения внутри трубчатой части 5 между первым положением, закрывающим отверстие, и вторым положением, открывающим по меньшей мере одно из отверстий. Трубчатая часть 5 содержит первую канавку 8, в которой скользит скользящая муфта 7, и трубчатая часть дополнительно содержит вторую канавку 9 и третью канавку 11, причем вторая канавка расположена на втором расстоянии d₂ от третьей канавки (показанной на фиг.1) вдоль осевого направления, которое меньше расстояния открывания, а скользящая муфта содержит выступающую часть 10, выполненную с возможностью зацепления с первой канавкой или второй канавкой во втором положении. Таким образом, первая канавка 8 является главной канавкой, в которой расположены вторая канавка 9 и третья канавка 11, при этом вторая канавка и первая канавка образуют набор P канавок.

Дополнительно, скважинное поточное устройство 1 с фиг.5 содержит кожух 34 и сетчатый фильтр 35, обеспечивающие возможность поступления текучей среды из залежи через сетчатый фильтр и ее протекания под кожух к отверстиям 6, 12. Отверстия 12С, расположенные ближе всего к скользящей муфте 7, имеет по существу больший диаметр и могут быть использованы для других целей или просто открыты, если поток текучей среды через меньшие отверстия не является достаточным. Скважинное поточное устройство 1 содержит первый маркер 36, расположенный в трубчатой части 5, и второй маркер 37, расположенный в скользящей муфте 7. При детектировании положения маркеров 36, 37 может быть определено положение скользящей муфты 7, и таким образом положение скважинного поточного устройства 1. Маркеры могут представлять собой радиоактивные маркеры, такие как радиоактивные бирки, магнитную катушку, намотанную на трубчатую часть 5 и/или скользящую муфту 7, или просто маркеры, выполненные из другого, в отношении магнитных свойств, материала, чем материал трубчатой части и скользящей муфты 7. Как показано на фиг.14, детектирующий модуль измеряет магнитную величину посредством магнетометров, где два пика на кривой показывают наличие двух маркеров и расстояние между ними. Детектирующий модуль может содержаться в скважинном перемещающем инструменте 40 (показан на фиг.6).

Как показано на фиг.2, скользящая муфта 7 содержит канавки 21, выполненные с возможностью их зацепления скважинным перемещающим инструментом 40, как показано на фиг.6. Скользящая муфта 7 содержит множество выступающих частей 10, распределенных по окружности скользящей муфты. Как показано на фиг.2, скользящая муфта 7 имеет внутренний диаметр ID_s, по существу равный внутреннему диаметру ID_w скважинной трубчатой металлической конструкции.

Канавки трубчатой части 5 содержат наклонные торцевые поверхности 14, как показано на фиг.3 и 4, и выступающую часть 10, содержащую соответствующие наклонные поверхности 15, так что обеспечена возможность скольжения выступающей части, для входа в зацепление с канавками и выхода из зацепления с канавками, вдоль наклонных торцевых поверхностей канавок. Скользящая муфта 7, выступающая часть 10 и трубчатая часть 5 выполнены из металла, так что обеспечена возможность выдерживать усилие скользящей муфты, на которую воздействует тянущее усилие назад и вперед несколько раз посредством перемещающего устройства.

На фиг.6 раскрыта скважинная система 100 для управления потоком текучей среды в скважине и через скважинное поточное устройство 1, установленное в качестве части скважинной трубчатой металлической конструкции 3, расположенной в стволе скважины. Для перемещения скользящей муфты 7 из одного положения в другое, скважинная система 100 дополнительно содержит скважинный перемещающий инструмент 40, выполненный с возможностью обеспечения скольжения скользящей муфты вдоль осевого направления. Скважинный перемещающий инструмент 40 получает мощность от источника 44 мощности, такого как кабель или батарея, расположенного в инструменте. Скважинная система 100 дополнительно содержит модуль 41 учета мощности, выполненный с возможностью детектирования мощности, используемой скважинным перемещающим инструментом 40.

Как показано на фиг.7, модуль 41 учета мощности также может быть расположен у устья скважины, и следовательно представлять собой поверхностный модуль учета мощности. На фиг.13 показана кривая, иллюстрирующая учет мощности или тока. Первый пик тока означает ток, используемый, когда выступающая часть выходит из первой канавки 8 (фиг.1 и 2), а следующие два пика означают ток, используемый для прохождения второй и третьей канавки с целью достижения второго положения и перехода далее в третье положение. В третьем положении имеется только один пик, поскольку выступающая часть скользящей муфты не вышла из второй канавки набора канавок в третьем положении. Расстояние между первым положением и вторым положением является расстоянием длиной в один ход скважинного перемещающего инструмента. Для продолжения скважинный перемещающий инструмент подготавливают для следующего хода. Скользящая муфта также может быть перемещена из одного положения мимо другого положения до следующего положения за один ход. Однако, при подготовке скважинного перемещающего инструмента для обеспечения того, чтобы имелось расстояние хода, соответствующее расстоянию между двумя открытыми положениями, невозможно обеспечить управление скользящей муфтой с перемещением из одного положения в другое без того, чтобы пропустить одно. Скважинный перемещающий инструмент 40 содержит секцию 22 толкающего инструмента, выполненную с возможностью обеспечения осевого усилия вдоль осевого направления для перемещения скользящей муфты 7. Секция 22 толкающего инструмента содержит по меньшей мере один выступающий модуль 23, такой как ключ, для взаимодействия с канавкой в скользящей муфте 7. Таким образом, секция 22 толкающего инструмента выполнена с возможностью обеспечения движения вверх и движения вниз.

Как показано на фиг.7, скважинный перемещающий инструмент содержит закрепляющую секцию 50, выполненную с возможностью закрепления скважинного перемещающего инструмента 40 вдоль осевого направления. Как показано на фиг.8, скважинный перемещающий инструмент 40 может также содержать приводной модуль 60, такой как скважинный трактор, который может функционировать как закрепляющая секция. Скважинный перемещающий инструмент 40 дополнительно содержит детектирующий модуль 61, такой как локатор муфт обсадной колонны или магнитный профилирующий модуль, для детектирования положения скважинного перемещающего инструмента вдоль скважинной трубчатой металлической конструкции 3.

Скважинная система 100 дополнительно содержит модуль 62 хранения, расположенный в скважинном перемещающем инструменте 40, как показано на фиг.8, или у устья скважины (показано на фиг.6). Скважинный перемещающий инструмент 40 дополнительно содержит модуль 43 связи для обеспечения возможности связи с инструментом с поверхности.

Как показано на фиг.7, скважинная металлическая трубчатая конструкция 3 содержит два затрубных барьера 70, расположенных на противоположных сторонах скважинного поточного устройства 1 для обеспечения наличия продуктивных зон 101, из которых может протекать углеводородосодержащая текучая среда из продуктивной зоны и через отверстия в скважинном поточном устройстве 1. Каждый затрубный барьер содержит трубчатую часть 71, установленную в качестве части первой скважинной трубчатой металлической конструкции 3, и разжимной трубчатый элемент 72, окружающий трубчатую часть. Каждая торцевая секция разжимного трубчатого элемента соединена с трубчатой частью с образованием пространства 73 затрубного барьера между трубчатой частью и разжимным трубчатым элементом. Трубчатая часть содержит отверстие 74 разжимания, через которое текучая среда под давлением может проходить для разжимания разжимного трубчатого элемента и приведения затрубного барьера из неразжатого состояния в разжатое состояние.

В другом аспекте, скважинная система содержит больше двух затрубных барьеров и больше скважинных поточных устройств, расположенных между некоторыми из затрубных барьеров.

Перемещающий инструмент 40 расположен в зацеплении со скользящей муфтой 7 и обеспечивает перемещение скользящей муфты вдоль осевого направления до зацепления выступающей части 10 скользящей муфты со второй канавкой 9. При дальнейшем перемещении скользящей муфты вдоль осевого направления в направлении зацепления с третьей канавкой 11, выступающая часть выводится из зацепления со второй канавкой. Таким образом, скважинное поточное устройство 1 изменяет положение. В данном направлении перемещения вторая канавка представляет собой индикаторную канавку. Для проверки того, что положение скважинного поточного устройства было изменено, производится наблюдение за мощностью, используемой скважинным перемещающим инструментом в процессе перемещения скользящей муфты, и если при перемещении используется увеличенное количество мощности, подтверждается, что выступающая часть вышла из зацепления со второй канавкой. При перемещении скользящей муфты в противоположном направлении путем перемещения скользящей муфты от второй канавки к третьей канавке, третья канавка выполняет функцию индикаторной канавки.

Как показано на фиг.8, секция 22 толкающего инструмента соединена с приводным модулем 60. Секцию 22 толкающего инструмента погружают в скважинную трубчатую металлическую конструкцию 3 посредством кабеля 44, через который обеспечивается подача мощности двигателю 42. Перемещающий инструмент 40 дополнительно содержит насос 45, приводимый в движение двигателем для подачи текучей среды под давлением с целью приведение в действие секции 22 толкающего инструмента. Как показано на фиг.9, секция 22 толкающего инструмента содержит корпус 51 поршня, через который проходит шток 59. Вокруг штока 59 расположен поршень 58, так чтобы шток 59 мог проходить туда и обратно внутри корпуса 51 для обеспечения осевого усилия F. Поршень 58 снабжен уплотнительными средствами 56 для обеспечения соединения с уплотнением между внутренним объемом корпуса 51 поршня и наружной частью поршня 58.

Корпус 51 поршня содержит трубку 54, закрытую двумя кольцами 65 для образования корпуса 51 поршня. Кольца 65 имеют уплотнительные средства 56, такие как уплотнительные кольца, для обеспечения соединения с уплотнением между кольцами 65 и штоком 59. Таким образом, корпус 51 поршня разделен на две камеры, а именно первую камеру 31 и вторую камеру 32. Каждая камера соединена с возможностью передачи текучей среды с насосом посредством каналов 53. Как показно на фиг.9, шток 59 выступает, как указано стрелкой F, при этом направление протекания текучей среды обозначено стрелками в каналах. При втягивании текучая среда протекает в противоположном направлении.

На фиг.10 показана другая секция 22 толкающего инструмента для обеспечения осевого усилия в осевом направлении перемещающего инструмента, которое также является осевым направлением скважинной трубчатой металлической конструкции. Секция 22 толкающего инструмента содержит корпус 82, первую камеру внутри секции 22 толкающего инструмента и первую часть 82 инструмента, содержащую насосный модуль 55 для обеспечения наличия текучей среды под давлением в камере. Секция 22 толкающего инструмента содержит шток 86, проходящий через камеру 83, и первый поршень 87, разделяющий первую камеру на первую секцию 88 камеры и вторую секцию 89 камеры. Поршень 87 образует часть корпуса, образующую часть второй части 90 инструмента. Вторая часть 90 инструмента, корпус 82 и поршень 87 выполнены с возможностью скольжения относительно штока 86 и первой части 84 инструмента, так что обеспечена возможность перемещения корпуса относительно штока. Шток является неподвижным относительно насосного модуля 55 в процессе повышения давления в первой секции 88 камеры или второй секции 89 камеры. Текучую среду подают в одну из секций камеры через каналы 91 для текучей среды в первой части и каналы 91 для текучей среды в штоке 86 для обеспечения подачи текучей среды в камеру 83 и из нее в процессе повышения давления в первой секции 88 камеры или второй секции 89 камеры, с созданием давления на поршень 87.

Повышение давления в первой секции камеры приводит к наличию давления на поршень и к движению вниз в том смысле, что корпус перемещается вниз от насоса, как показано на фиг.10. В то время как текучая среда направляется в первую секцию 88 камеры, текучая среда выходит из второй секции камеры. При подаче текучей среды под давлением во вторую секцию 89 камеры, создается давление на поршень, обеспечивающее движение вверх в том смысле, что корпус перемещается от положения с фиг.10 к начальному положению и таким образом перемещается в направлении насоса. Шток неподвижно соединен с первой частью инструмента, а корпус выполнен с возможностью скольжения относительно первой части инструмента, причем первая торцевая часть 96 корпуса перекрывает первую часть корпуса. При перекрывании корпус частично поддерживается первой частью, поскольку первая часть 84 имеет наружный диаметр OD_H, по существу равный внутреннему диаметру ID_H корпуса. Корпус содержит вторую торцевую часть 97, соединенную с секцией, имеющей ключи.

В другом варианте осуществления мощность для инструмента обеспечивается батареей в инструменте, таким образом инструмент является беспроводным. В другом, не показанном, варианте осуществления, насос может получать мощность от текучей среды под высоким давлением, подаваемой с поверхности вниз через трубу, колонну НКТ, скважинную трубчатую металлическую конструкцию или обсадную колонну.

Как показано на фиг.11, скважинное поточное устройство 1 дополнительно содержит четвертую канавку 13, что означает что один набор канавок содержит три канавки, обеспечивающую дополнительную индикацию положения скользящей муфты. Отверстия 6, 12 имеют разный размер, так что первые отверстия – наименьшие, а отверстия, ближайшие к скользящей муфте 7 – наибольшие. Таким образом, скважинное поточное устройство 1 представляет собой не просто многопозиционный клапан, но также скважинное поточное устройство 1, в котором величина потока через скважинное поточное устройство 1 может изменяться при перемещении из одного положения в следующее.

Скважинное поточное устройство 1 с фиг.12 содержит первую канавку 8, а следующие канавки представляют собой вторую канавку 9 и третью канавку 11, расположенные в одном наборе. Следующий набор канавок содержит три канавки, а следующий набор канавок содержит четыре канавки. Таким образом, обеспечено наличие дополнительной индикаторной канавки для проверки действительного положения скользящей муфты 7 и, таким образом, проверки, какие отверстия открыты и какие закрыты скользящей муфтой.

Как показано на фиг.15А и 15В, скважинное поточное устройство дополнительно содержит вставку 27, расположенную в отверстии 6 трубчатой части 5. На фиг.15А расположение вставки показано в разобранном виде, а на фиг.15В вставка закреплена в отверстии. Вставка закреплена в отверстии посредством закрепляющего элемента 29, такого как пружинное кольцо 29. Пружинное кольцо 29 входит в зацепление с углублением 30 в отверстии. Вставка выполнена из керамического материала и имеет предварительно заданное сквозное отверстие, заданное на основании параметров скважины, таких как форма выполнения оборудования завершения, ствол скважины, залежь, и/или параметров скважинной текучей среды, таких как плотность, состав, температура и/или давление. Пружинное кольцо выполнено из стали, такой как пружинная сталь.

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

Под скважинной трубчатой металлической конструкцией, эксплуатационной обсадной колонной или обсадной колонной понимают любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.

В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвижные рычаги с колесами, причем колеса входят в контакт с внутренней поверхностью обсадной колонны для продвижения трактора и инструмента вперед в обсадной колонне. Скважинный трактор представляет собой любой вид приводного инструмента, способного толкать или тянуть инструменты в скважине, например, Well Tractor®.

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

Настоящее изобретение относится к скважинному поточному устройству для управления потоком текучей среды между затрубным пространством и внутренним каналом скважинной трубчатой металлической конструкции. Скважинное поточное устройство состоит из скользящей муфты и трубчатой части, вытянутой в осевом направлении и содержащей первое отверстие и второе отверстие, смещенное относительно первого в осевом направлении. Скользящая муфта выполнена с возможностью скольжения внутри трубчатой части между первым положением, обеспечивающим закрывание отверстия, и вторым положением, обеспечивающим полное открывание отверстия. Трубчатая часть содержит первую и вторую канавки. Первая канавка расположена на первом расстоянии от второй канавки вдоль осевого направления. Скользящая муфта содержит выступающую часть, выполненную с возможностью зацепления с первой канавкой в первом положении и со второй канавкой во втором положении. Трубчатая часть содержит третью канавку, выполненную с возможностью ее зацепления выступающей частью и расположенную на втором расстоянии до второй канавки, которое меньше первого расстояния. Скважинная система для управления потоком текучей среды в скважине содержит скважинную трубчатую металлическую конструкцию, расположенную в стволе скважины, скважинное поточное устройство, скважинный перемещающий инструмент, выполненный с возможностью перемещения скользящей муфты вдоль осевого направления, и источник мощности, выполненный с возможностью подачи мощности для работы скважинного перемещающего инструмента. Для осуществления способа изменения положения скважинного поточного устройства размещают инструмент в зацеплении со скользящей муфтой. Перемещают скользящую муфту вдоль осевого направления до зацепления выступающей части скользящей муфты со второй канавкой. Выводят выступающую часть из зацепления со второй канавкой путем перемещения скользящей муфты далее вдоль осевого направления в направлении зацепления с третьей канавкой. Достигается технический результат - повышение надежности работы поточного устройства, способа управления и определния его положения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Скважинное поточное устройство (1) для управления потоком текучей среды между затрубным пространством (20) и внутренним каналом (2) скважинной трубчатой металлической конструкции (3), расположенной в стволе (4) скважины, содержащее:

- трубчатую часть (5), вытянутую в осевом направлении и содержащую первое отверстие (6) и второе отверстие (12), смещенное относительно первого отверстия в осевом направлении; и

- скользящую муфту (7), выполненную с возможностью скольжения внутри трубчатой части между первым положением, обеспечивающим закрывание отверстия, и вторым положением, обеспечивающим полное открывание отверстия, причем трубчатая часть содержит первую канавку (8) и вторую канавку (9), при этом первая канавка расположена на первом расстоянии (d1) от второй канавки вдоль осевого направления, причем скользящая муфта содержит выступающую часть (10), выполненную с возможностью зацепления с первой канавкой в первом положении и со второй канавкой во втором положении;

причем трубчатая часть содержит третью канавку (11), выполненную с возможностью ее зацепления выступающей частью и расположенную на втором расстоянии (d₂) до второй канавки, которое меньше первого расстояния.

2. Скважинное поточное устройство (1) по п. 1, в котором выступающая часть представляет собой втягиваемую выступающую часть.

3. Скважинное поточное устройство (1) по п. 1 или 2, в котором выступающая часть выполнена с возможностью перемещения между выступающим положением и втянутым положением.

4. Скважинное поточное устройство (1) по любому из пп. 1-3, в котором вторая канавка и третья канавка образуют набор (P) канавок, причем трубчатая часть содержит множество наборов канавок.

5. Скважинное поточное устройство (1) по любому из пп. 1-4, в котором вторая канавка и третья канавка образуют набор (P) канавок, в котором вторая канавка и третья канавка расположены на расстоянии друг от друга, которое меньше расстояния между первой канавкой и второй канавкой.

6. Скважинное поточное устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором канавки трубчатой части содержат наклонные торцевые поверхности (14).

7. Скважинное поточное устройство (1) по любому из пп. 1-6, в котором выступающая часть содержит по меньшей мере одну наклонную поверхность (15).

8. Скважинная система (100) для управления потоком текучей среды в скважине, содержащая:

- скважинную трубчатую металлическую конструкцию (3), расположенную в стволе (4) скважины;

- скважинное поточное устройство (1) по любому из пп. 1-7;

- скважинный перемещающий инструмент (40), выполненный с возможностью перемещения скользящей муфты вдоль осевого направления; и

- источник (44) мощности, выполненный с возможностью подачи мощности для работы скважинного перемещающего инструмента.

9. Скважинная система по п. 8, дополнительно содержащая модуль (41) учета мощности, выполненный с возможностью детектирования мощности, используемой скважинным перемещающим инструментом.

10. Скважинная система по п. 8 или 9, в которой скважинный перемещающий инструмент содержит секцию (22) толкающего инструмента, выполненную с возможностью обеспечения осевого усилия вдоль осевого направления.

11. Скважинная система по любому из пп. 8-10, дополнительно содержащая модуль (43) связи.

12. Скважинная система по любому из пп. 8-11, в которой скважинная трубчатая металлическая конструкция содержит два затрубных барьера, причем каждый затрубный барьер содержит:

- трубчатую часть, установленную в качестве части первой скважинной трубчатой металлической конструкции;

- разжимной трубчатый элемент, окружающий трубчатую часть, при этом каждая торцевая секция разжимного трубчатого элемента соединена с трубчатой частью;

- пространство затрубного барьера между трубчатой частью и разжимным трубчатым элементом; и

- отверстие разжимания в трубчатой части, через которое обеспечена возможность прохождения текучей среды под давлением для разжимания разжимного трубчатого элемента и переведения затрубного барьера из неразжатого положения в разжатое положение.

13. Скважинная система по любому из пп. 8-12, в которой скважинное поточное устройство расположено между двумя затрубными барьерами.

14. Скважинный способ перемещения для изменения положения скважинного поточного устройства скважинной системы по любому из пп. 8-13, содержащий этапы, на которых:

- размещают инструмент в зацеплении со скользящей муфтой;

- перемещают скользящую муфту вдоль осевого направления до зацепления выступающей части скользящей муфты со второй канавкой; и

- выводят выступающую часть из зацепления со второй канавкой путем перемещения скользящей муфты далее вдоль осевого направления в направлении зацепления с третьей канавкой.

15. Скважинный способ перемещения по п. 14, дополнительно содержащий этапы, на которых:

- осуществляют учет мощности, используемой скважинным перемещающим инструментом в процессе перемещения скользящей муфты; и

- детектируют, что используется увеличенное количество мощности для проверки того, что выступающая часть вышла из зацепления со второй канавкой.