СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО И СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2020 года по МПК E21B23/01 E21B34/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к скважинному устройству для перемещения вниз в скважине посредством текучей среды для содействия воздействию на эксплуатационную зону скважины. Изобретение также относится к скважинной системе для воздействия на пласт, окружающий трубчатую конструкцию скважины. Наконец, настоящее изобретение относится к способу воздействия для воздействия на пласт посредством скважинной системы согласно изобретению.

Уровень техники

При воздействии на эксплуатационные зоны в скважинах, первый шар опускается вовнутрь скважины и течет с текучей средой скважины, пока он не достигнет седла шара, мимо которого он не может пройти, что вызывает размещение шара в седле шара первой муфты. Непрерывное закачивание текучей среды вовнутрь скважины приводит к давлению на шар, перемещающий муфту из закрытого положения в открытое положение. Когда муфта открывается, текучая среда входит в пласт, окружающий скважину, и процесс воздействия может быть начат. На вторую эксплуатационную зону воздействуют опусканием второго шара, большего первого шара, при этом этот второй шар течет в текучей среде, пока он не достигнет седла шара в другой муфте, расположенной ближе к устью скважины, чем первая муфта. Второй шар размещается в седле шара второй муфты, при этом эта муфта принудительно открывается и может быть начат процесс воздействия на вторую эксплуатационную зону. Таким образом, для воздействия на множество секций скважины может быть опущено множество шаров.

Когда воздействие на эксплуатационные зоны было завершено, вовнутрь скважины погружается рабочий инструмент для извлечения шара, размещенного в муфте, ближайшей к поверхности, например, путем сверления отверстия в шаре. Рабочий инструмент затем отводится из скважины, и на втором этапе снова погружается вовнутрь скважины для извлечения следующего шара. Процесс извлечения продолжается до тех пор, пока все шары не будут извлечены, при этом добыча нефти может быть начата путем повторного открытия всех муфт.

Применение этого процесса опускания шаров является недорогим, однако он также очень трудоемок, поскольку шары должны быть извлечены один за другим. Кроме того, извлечение круглого шара, катающегося в сиденье шара, может быть очень сложным, таким образом, процесс извлечения может потерпеть неудачу.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является полное или частичное устранение упомянутых выше недостатков уровня техники. В частности, задачей является создание усовершенствованного способа воздействия на несколько эксплуатационных зон более быстрым и надежным способом, чем в известных из уровня техники решениях.

Упомянутые задачи, вместе с многочисленными другими задачами, преимуществами и признаками, очевидными из приведенного ниже описания, выполнены с помощью решения согласно настоящему изобретению посредством скважинного устройства для перемещения вниз в скважине посредством текучей среды для содействия воздействию на эксплуатационную зону скважины, причем скважина содержит трубчатую конструкцию скважины, имеющую первое отверстие и первую перемещаемую муфту, расположенную напротив первого отверстия, при этом трубчатая конструкция скважины имеет внутренний диаметр, причем скважинное устройство имеет осевую протяженность и содержит:

- первую часть, содержащую:

- два выдвижных элемента, имеющих профиль, соответствующий канавкам в муфте, и

- вторую часть, содержащую:

- корпус,

- два анкерных элемента, выполненных с возможностью выдвижения из корпуса для анкерного закрепления второй части в трубчатой конструкции скважины, и

- уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения уплотнения относительно трубчатой конструкции скважины,

при этом скважинное устройство дополнительно содержит смещающий механизм, содержащий поршень, выполненный с возможностью перемещения внутри цилиндра поршня для смещения, в осевой протяженности, первой части относительно второй части, когда она анкерно закреплена в трубчатой конструкции скважины, для приведения в действие муфты.

В одном варианте осуществления смещающий механизм может содержать пружину, сжимаемую в процессе перемещения поршня относительно цилиндра поршня.

В другом варианте осуществления уплотнительный элемент может представлять собой манжетный сальник.

Дополнительно, каждый выдвижной элемент может быть выполнен с возможностью перемещения в радиальном направлении в выдвижной цилиндр и из него.

Кроме того, выдвижной цилиндр может быть соединен с возможностью передачи текучей среды с цилиндром поршня так, что обеспечена возможность выталкивания, посредством текучей среды в цилиндре поршня, выдвижного элемента из выдвижного цилиндра при перемещении поршня в цилиндре поршня.

Поршень может иметь первый конец поршня, проходящий вовнутрь цилиндра поршня, причем первый конец поршня имеет площадь поверхности, при этом первая часть может иметь первый конец и второй конец, соединенный со второй частью, причем первый конец может иметь площадь поверхности, большую площади поверхности поршня так, что обеспечена возможность проталкивания, посредством текучей среды под давлением в трубчатой конструкции скважины, поршня дальше вовнутрь цилиндра поршня.

Дополнительно, каждый анкерный элемент может быть выполнен с возможностью перемещения в радиальном направлении в анкерный цилиндр и из него.

Скважинное устройство согласно изобретению может дополнительно содержать насос, выполненный с возможностью подачи текучей среды под давлением в анкерный цилиндр и/или выдвижной цилиндр для выдвижения анкерных элементов и/или выдвижных элементов соответственно.

В одном варианте осуществления смещающий механизм может содержать гидравлический аккумулятор.

В другом варианте осуществления вторая часть может содержать насос, выполненный с возможностью приведения в действие двигателем.

Дополнительно, скважинное устройство может содержать источник питания.

Упомянутый выше источник питания может содержать аккумуляторную батарею или пропеллер, приводящий в действие турбину, приводящую в действие генератор.

Скважинное устройство согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать анкерный активирующий цилиндр, причем анкерный цилиндр соединен с возможностью передачи текучей среды с анкерным активирующим цилиндром так, что обеспечена возможность выталкивания, посредством текучей среды в анкерном активирующем цилиндре, анкерного элемента из анкерного цилиндра при перемещении активирующего поршня вовнутрь анкерного активирующего цилиндра.

В одном варианте осуществления в анкерном активирующем цилиндре может быть расположена вторая пружина.

В другом варианте осуществления активирующий поршень может быть перемещен вовнутрь анкерного активирующего цилиндра посредством текучей среды под давлением из трубчатой конструкции скважины или насоса.

В еще одном другом варианте осуществления вторая часть может содержать выступ, выдвигающийся радиально от корпуса.

Этот выступ может быть выполнен с возможностью выдвижения.

Дополнительно, скважинное устройство может содержать позиционирующий инструмент, выполненный с возможностью определения положения скважинного устройства вдоль трубчатой конструкции скважины.

Дополнительно, скважинное устройство может содержать один или более центраторов.

Скважинное устройство может дополнительно содержать блок управления, предназначенный для управления перемещением выдвижных элементов и/или анкерных элементов.

Упомянутый выше блок управления может содержать таймер, датчик, каротажный инструмент, блок памяти и/или клапан.

В одном варианте осуществления датчик может представлять собой датчик температуры или датчик давления.

В другом варианте осуществления клапан может представлять собой последовательный клапан.

Скважинное устройство согласно настоящему изобретению может иметь ведущий конец, причем ведущий конец выполнен сужающимся или с полусферической формой.

Скважинное устройство может дополнительно содержать компенсатор, соединенный с возможностью передачи текучей среды с цилиндром поршня или с анкерным активирующим цилиндром.

Изобретение также относится к скважинной системе для воздействия на пласт, окружающий трубчатую конструкцию скважины, причем скважина имеет устье, при этом система содержит:

- трубчатую конструкцию скважины, содержащую:

- по меньшей мере два отверстия для обеспечения возможности течения текучей среды вовнутрь трубчатой конструкции скважины и/или из нее,

- по меньшей мере первую перемещаемую муфту и вторую перемещаемую муфту, причем каждая перемещаемая муфта расположена напротив одного из отверстий в первом положении и открывает отверстия во втором положении, при этом каждая перемещаемая муфта имеет по меньшей мере одну канавку,

- насос системы, выполненный с возможностью повышения давления в трубчатой конструкции скважины, и

- описанное выше скважинное устройство.

Описанная выше скважинная система может содержать первый и второй затрубные барьеры, выполненные с возможностью изоляции подлежащей воздействию зоны, причем каждый затрубный барьер содержит:

- базовую трубчатую часть для установки в виде части трубчатой конструкции скважины, при этом базовая трубчатая часть содержит отверстие,

- разжимную муфту, окружающую базовую трубчатую часть и имеющую внутреннюю поверхность, обращенную к базовой трубчатой части, и внешнюю поверхность, обращенную к стенке ствола скважины,

- при этом каждый конец разжимной муфты соединен с базовой трубчатой частью, и

- кольцевое пространство между внутренней поверхностью разжимной муфты и базовой трубчатой частью.

В одном варианте осуществления уплотнительный элемент может быть расположен дальше от устья скважины, чем перемещаемая муфта.

В другом варианте осуществления отверстие базовой трубчатой части может быть расположено ближе к устью скважины, чем уплотнительный элемент.

В еще одном другом варианте осуществления трубчатая конструкция скважины может иметь выступ, расположенный под каждой перемещаемой муфтой для зацепления с выступом.

Трубчатая конструкция скважины также может иметь углубление, выполненное с возможностью размещения анкерного элемента.

Дополнительно, трубчатая конструкция скважины может иметь одну или более приточных секций.

Упомянутая выше приточная секция (секции) может иметь эксплуатационное отверстие.

Дополнительно, в эксплуатационном отверстии может быть расположен эксплуатационный клапан.

Дополнительно, скважинная система может содержать первое и второе скважинные устройства.

Дополнительно, первое скважинное устройство может быть выполнено с возможностью открытия множества муфт, при этом второе скважинное устройство может быть выполнено с возможностью повторного закрытия тех же самых муфт.

Отверстие напротив муфты может содержать разрывную мембрану.

Наконец, настоящее изобретение относится к способу воздействия для воздействия на пласт посредством скважинной системы согласно изобретению, содержащему этапы:

- погружение описанного выше скважинного устройства в трубчатую конструкцию скважины,

- повышение давления в трубчатой конструкции скважины,

- перемещение скважинного устройства вдоль трубчатой конструкции скважины,

- размещение первой части скважинного устройства напротив первой перемещаемой муфты,

- зацепление канавки первой перемещаемой муфты посредством выдвижного элемента,

- анкерное закрепление анкерных элементов в трубчатой конструкции скважины,

- перемещение первой части относительно второй части в первом направлении, причем первая перемещаемая муфта открывает, таким образом, отверстие,

- воздействие на пласт путем закачивания текучей среды из отверстия,

- перемещение первой части относительно второй части во втором направлении, противоположном первому направлению, закрывая, таким образом, отверстие,

- высвобождение выдвижных элементов и анкерных элементов,

- перемещение скважинного устройства вдоль трубчатой конструкции скважины,

- размещение первой части скважинного устройства напротив второй перемещаемой муфты, и

- зацепление канавки второй перемещаемой муфты посредством выдвигающегося элемента.

Этап перемещения первой части относительно второй части, описанный выше, может быть выполнен посредством текучей среды под давлением, прижимающей первую часть ко второй части в первом направлении.

В одном варианте осуществления первая часть может быть удалена от второй части посредством сжатой пружины.

В другом варианте осуществления перемещение первой части относительно второй части может сжимать пружину.

Краткое описание чертежей

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

- на фиг. 1 показано скважинное устройство скважинной системы, перемещающееся в скважине для воздействия на окружающий пласт,

- на фиг. 2 показано скважинное устройство с фиг. 1 с выдвинутыми анкерными элементами,

- на фиг. 3 показано скважинное устройство с фиг. 1 с выдвинутыми выдвижными элементами перед открытием муфты,

- на фиг. 4 показано скважинное устройство с фиг. 1, в котором муфта находится в открытом положении,

- на фиг. 5 показано скважинное устройство с фиг. 1, в котором муфта находится в закрытом положении,

- на фиг. 6 показано скважинное устройство с фиг. 1, в котором выдвижные элементы снова расцеплены,

- на фиг. 7 показано скважинное устройство с фиг. 1 при дальнейшем перемещении вниз по скважине,

- на фиг. 8 показан вид в частичном разрезе другого варианта осуществления скважинного устройства,

- на фиг. 9 показан вид в частичном разрезе еще одного другого варианта осуществления скважинного устройства,

- на фиг. 10-13 показано скважинное устройство, работающее посредством, во-первых, выдвижения выдвижных элементов, и, во-вторых, посредством выдвижения анкерных элементов для зацепления со стенкой трубчатой конструкции скважины,

- на фиг. 14 показан другой вариант осуществления скважинного устройства,

- на фиг. 15 показан еще один вариант осуществления скважинного устройства,

- на фиг. 16 показан вид в частичном разрезе другой скважинной системы,

- на фиг. 17 показан вид в частичном разрезе еще одной другой скважинной системы, и

- на фиг. 18 показана гидравлическая схема гидравлической системы скважинного устройства, показанного на фиг. 15.

Все чертежи являются очень схематичными и не обязательно выполнены с соблюдением масштаба, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, а другие части не показаны или просто предполагаются.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показано скважинное устройство 1, перемещающееся вниз в скважине 2 посредством текучей среды, текущей вниз по скважине, оказывая, таким образом, давление на скважинное устройство 1 вниз трубчатой конструкции 3 скважины в скважине. Скважинное устройство 1 используется для содействия воздействию на эксплуатационную зону 101 скважины путем выпуска текучей среды через первое отверстие 4 трубчатой конструкции 3 скважины, имеющей первую муфту 5, расположенную напротив первого отверстия. Муфта 5 открывается для выпуска воздействующей текучей среды из отверстия и снова закрывается для повторного повышения давления в трубчатой конструкции скважины при выпуске текучей среды через другое отверстие.

Скважинное устройство 1 содержит первую часть 7, содержащую два выдвижных элемента 8, имеющих профиль 9, соответствующий канавкам 10 в муфте 5, и вторую часть 11, содержащую корпус 12, два анкерных элемента 14, выполненных с возможностью выдвижения из корпуса для анкерного закрепления второй части в трубчатой конструкции скважины, и уплотнительный элемент 15, выполненный с возможностью обеспечения уплотнения относительно трубчатой конструкции 3 скважины, для повышения давления во внутренней части трубчатой конструкции скважины над уплотнительным элементом и, таким образом, для выпуска текучей среды через отверстие 4 для разрыва пласта, окружающего отверстие в трубчатой конструкции скважины. Cкважинное устройство 1 дополнительно содержит смещающий механизм 16, содержащий поршень 17, выполненный с возможностью перемещения внутри цилиндра 18 поршня для смещения, в осевой протяженности, первой части 7 относительно второй части 11, когда она анкерно закреплена в трубчатой конструкции 3 скважины, для приведения в действие муфты 5.

На фиг. 1 скважинное устройство 1 перемещается вниз по скважине с выдвинутыми анкерными элементами 14, готовыми к стыковке вовнутрь углубления 51 в трубчатой конструкции 3 скважины, выполненном с возможностью размещения анкерного элемента 14. Скважинное устройство 1 содержит позиционирующий инструмент 40, выполненный с возможностью определения положения скважинного устройства 1 вдоль трубчатой конструкции 3 скважины. Когда позиционирующий инструмент 40 обнаружил, что скважинное устройство 1 приближается к муфте, которая должна быть приведена в действие, анкерные элементы выдвигаются и скользят вдоль трубчатой конструкции скважины, пока они не будут способны зацепиться с полостью в трубчатой конструкции скважины, при этом, поскольку канавка, в которой перемещается муфта 5, слишком мала, анкерные элементы не могут зацепиться с этой канавкой и скользят дальше вниз, пока они не достигнут углубления 51, вовнутрь которого устанавливаются анкерные элементы, как показано на фиг. 2.

Уплотнительный элемент представляет собой манжетный сальник 20, причем он скользит вдоль осевой протяженности 6 трубчатой конструкции скважины, которая имеет внутренний диаметр ID, когда текучая среда оказывает давление на скважинное устройство 1, при этом манжетный сальник способствует давлению при оказании давления на скважинное устройство вниз по трубчатой конструкции скважины. При размещении в углублении, выдвижные элементы размещены напротив муфты, причем выдвижные элементы 8 выдвигаются, зацепляясь с канавками в муфте, как показано на фиг. 3, посредством текучей среды, оказывающей давление на первую часть 7, вталкивая, таким образом, поршень 17 вовнутрь цилиндра 18 поршня, когда муфта перемещается вниз по направлению ко второй части 11, как показано на фиг. 4. Теперь муфта больше не покрывает отверстие, при этом текучая среда под давлением в трубчатой конструкции скважины входит через отверстие 4 вовнутрь пласта для разрыва или для воздействия другими способами на пласт, чтобы увеличить добычу углеводородсодержащей текучей среды из пласта. Когда процесс воздействия был завершен, муфта закрывается, поскольку текучая среда под давлением больше не оказывает давление на первую часть 7, при этом первая часть может быть затем удалена от второй части 11, например, с помощью пружины 19 (показана на фиг. 8), сжимаемой, когда поршень 17 перемещается вовнутрь цилиндра 18 поршня, или с помощью аккумулятора 28 (показан на фиг. 10), аккумулирующего текучую среду, выдавливаемую из цилиндра поршня. Таким образом, муфта 5 перемещается в свое начальное закрытое положение, в котором она покрывает отверстие 4, как показано на фиг. 5, и затем отводятся выдвижные элементы 8, как показано на фиг. 6. Как только выдвижные элементы 8 были отведены, анкерные элементы 14 также могут быть расцеплены с углублением, при этом скважинное устройство продолжает перемещаться, как показано на фиг. 7.

Как можно видеть на фиг. 8, первая часть 7 соединена со второй частью посредством вала 52, действующего как поршень 17. Когда поршень 17 перемещается дальше вовнутрь цилиндра 18 поршня, текучая среда из цилиндра 18 проталкивается через канал 53 для текучей среды в поршне 17 и, таким образом, в вале 52, вовнутрь выдвижного цилиндра 18а, вовнутрь которого перемещается каждый выдвижной элемент, проталкивая, таким образом, выдвижной элемент радиально наружу относительно осевой протяженности 6 скважинного устройства 1. Поршень 17 имеет первый конец 21 поршня, проходящий вовнутрь цилиндра 18 поршня, причем первый конец поршня имеет площадь 22 поверхности. Первая часть 7 имеет первый конец 23 и второй конец 24, причем второй конец 24 соединен со второй частью 11. Первый конец 23 имеет площадь 25 поверхности, большую площади 22 поверхности поршня 17 так, что текучая среда под давлением в трубчатой конструкции скважины проталкивает поршень 17 дальше вовнутрь цилиндра 18 поршня.

На фиг. 9 каждый анкерный элемент выполнен с возможностью перемещения в радиальном направлении в анкерный цилиндр 26 и из него для выдвижения анкерных элементов посредством насоса 29, выполненного с возможностью подачи текучей среды под давлением в анкерный цилиндр 26. Когда анкерные элементы 14 выдвинуты, анкерная пружина 55 сжата таким образом, что пружина 55 снова отводит анкерные элементы. Второй насос 27 расположен в первой части 7 для подачи текучей среды под давлением в выдвижной цилиндр 18а для выдвижения выдвижных элементов 8. Насосы 27, 29 приводятся в действие двигателями 30, при этом фильтры 54 расположены напротив впускных отверстий в насосах 27, 29. Скважинное устройство дополнительно содержит источник 31 питания, содержащий аккумуляторную батарею 32 и пропеллер 33, приводящий в действие турбину 34, приводящую в действие генератор 35 для питания аккумуляторной батареи, когда скважинное устройство 1 перемещается вверх и вниз по трубчатой конструкции скважины.

Скважинное устройство дополнительно содержит блок 42 управления, предназначенный для управления перемещением выдвижных элементов и/или анкерных элементов. На фиг. 9 анкерные элементы 14 выдвигаются перед достижением муфты, которая должна быть приведена в действие. Для определения положения скважинного устройства в трубчатой конструкции скважины, скважинное устройство содержит позиционирующий инструмент 40, осуществляющий связь с блоком 42 управления, активирующим затем анкерные элементы 14, которые должны быть выдвинуты. Когда анкерные элементы достигают углубления, анкерные элементы вытягиваются еще дальше, при этом в блок управления посылается сигнал, активирующий выдвижение выдвижных элементов 8. После выдвигания выдвижных элементов, клапан 47 открывается и, таким образом, позволяет текучей среды войти в цилиндр 18 поршня, таким образом, перемещение поршня 17 приводит в действие муфту при перемещении вверх для открытия отверстия в трубчатой конструкции скважины путем удаления первой части 7 от второй части 11, при этом поршень сжимает, таким образом, пружину 19. Когда процесс воздействия был выполнен через отверстие, давление в трубчатой конструкции скважины сбрасывается, при этом пружина 19 отводит поршень 17 вовнутрь цилиндра 18 поршня и, таким образом, закрывает муфту, чтобы муфта покрывала отверстие в трубчатой конструкции скважины. Текучая среда в цилиндре поршня течет вовнутрь компенсатора 49. Блок управления дополнительно содержит таймер 43, активируемый, например, когда давление в трубчатой конструкции скважины уменьшается, что может быть измерено датчиком, когда поршень перемещается вовнутрь цилиндра 18 поршня или когда отводятся выдвижные элементы. Таким образом, клапан может представлять собой последовательный клапан, причем блок управления может дополнительно содержать блок 46 памяти для хранения рабочих данных выполненной операции и каротажный инструмент для измерения и регистрации других данных в скважине.

Как можно видеть на фиг. 14, 15, скважинное устройство может содержать анкерный активирующий цилиндр 36 для выдвижения анкерных элементов вместо того, чтобы содержать насос и соответствующий двигатель. Анкерный цилиндр 26 соединен с возможностью передачи текучей среды с анкерным активирующим цилиндром 36 так, что текучая среда, имеющая давление Pc аккумулятора в анкерном активирующем цилиндре, выталкивает анкерный элемент из анкерного цилиндра при перемещении активирующего поршня 37 вовнутрь анкерного активирующего цилиндра 36. Вторая пружина 38 расположена в анкерном активирующем цилиндре 36 для отведения анкерных элементов 14 вместе с третьими пружинами 59b в анкерном цилиндре 26. Активирующий поршень 37 перемещается в активирующем анкерном цилиндре с помощью текучей среды под давлением, имеющей давление Pa скважины, из трубчатой конструкции скважины, однако он также может быть перемещен насосом.

На фиг. 14, 15 скважинное устройство 1 дополнительно содержит выступ 39, выдвигающийся радиально от корпуса 12 второй части 11, чтобы скважинное устройство 1 опускалось на выступ 56 в трубчатой конструкции скважины вместо выдвижения анкерных элементов. На фиг. 14 выступ выполнен с возможностью выдвижения. Скважинное устройство 1 дополнительно содержит один или более центраторов 41 для центрирования скважинного устройства 1 в трубчатой конструкции скважины. Скважинное устройство 1 имеет ведущий конец 48, выполненный сужающимся или с полусферической формой.

На фиг. 15, когда скважинное устройство опустилось на выступ 56, давление Pa в трубчатой конструкции скважины увеличивается, при этом первая часть 7 перемещается ко второй части 11, и поршень 17 перемещается вовнутрь цилиндра 18 поршня, оказывая, таким образом, давление на текучую среду в выдвижном цилиндре 18а для выдвижения выдвижных элементов 8 и зацепления с муфтой. При перемещении поршня дальше вовнутрь цилиндра поршня, муфта перемещается вниз, открывая отверстие 4. В это же время активирующий поршень 37 проталкивается вниз давлением в трубчатой конструкции скважины, при этом текучая среда скважины входит в канал 74 и оказывает давление на активирующий поршень 37, проталкивая, таким образом, текучую среду в анкерном активирующем цилиндре 36 вовнутрь анкерного цилиндра 26 и вовнутрь анкерных элементов 8 для выдвижения и зацепления с трубчатой конструкцией скважины. В течение воздействия давление является достаточно высоким для поддержки поршня в его отведенном положении в цилиндре поршня. Когда процесс воздействия был завершен, давление уменьшается, при этом пружина 19 в цилиндре 18 поршня проталкивает поршень 17 для выдвижения, причем муфта 5 перемещается вверх в свое закрытое положение, и выдвижные элементы 8 отводятся. Последовательный клапан 73 смещается, закрывая соединение с возможностью передачи текучей среды с выдвижным цилиндром 18а. Затем в трубчатой конструкции скважины производятся импульсы давления, принуждая анкерный активирующий поршень 37 перемещаться вверх и вниз, при этом палец 75 поршня, соединенный с поршнем 37, перемещается вдоль J-образного паза 69 или другого зубчатого паза, причем, таким образом, палец 75 поршня поворачивает бурт 72 и выступ 39 из зацепления с выступом 56, и скважинное устройство перемещается к следующей муфте, которая должна быть приведена в действие.

На фиг. 18 показана схема гидравлической системы скважинного устройства 1, показанного на фиг. 15, на которой аккумулятор 28 имеет давление Pc аккумулятора, на которое влияет давление Pa скважины. Пружина 19 имеет давление Pb пружины, действующее на одну сторону поршня 17 и давление скважины на другой стороне поршня 17.

В другом варианте осуществления импульсы давления, производимые в трубчатой конструкции скважины, могут принуждать первую часть 7 перемещаться вверх и вниз относительно второй части 11 и, таким же образом, что и J-образный паз 69 или зубчатый паз, принуждать вторую часть 11 поворачиваться и выталкивать выступ 39 из зацепления с выступом 56, чтобы скважинное устройство могло перемещаться к следующей муфте, которая должна быть приведена в действие.

На фиг. 14 скважинное устройство имеет блок 42 управления, управляющий первым 77, вторым 78 и третьим электромагнитными клапанами 79 и, таким образом, управляющий скважинным устройством 1. Перед опусканием скважинного устройства на выступ 56, первый электромагнитный клапан 77 закрыт. Когда скважинное устройство опустилось на выступ 56, первый и второй электромагнитные клапаны открываются и давление в трубчатой конструкции скважины увеличивается. Затем первая часть 7 перемещается ко второй части 11 и перемещает поршень вовнутрь цилиндра поршня, оказывая давление на текучую среду в выдвижном цилиндре 18а для выдвижения выдвижных элементов 8 и для зацепления муфты и сжимая выдвижные пружины 59. При перемещении поршня дальше вовнутрь цилиндра поршня, муфта перемещается вниз, открывая отверстие 4. В это же время активирующий поршень 37 проталкивается вниз давлением в трубчатой конструкции скважины, при этом текучая среда скважины входит в канал 74 и оказывает давление на активирующий поршень 37, проталкивая, таким образом, текучую среду в анкерном активирующем цилиндре 36 вовнутрь анкерного цилиндра 26 и вовнутрь анкерных элементов 8 для выдвижения и зацепления с трубчатой конструкцией скважины. Затем первый электромагнитный клапан 77 закрывается, и выдвижные элементы высвобождаются в течение воздействия. Когда процесс воздействия был завершен и после определенного количества импульсов, первый электромагнитный клапан снова открывается, при этом давление в трубчатой конструкции скважины увеличивается, выдвижные элементы выдвигаются, пружина 19 в цилиндре 18 поршня принуждает поршень 17 выдвигаться, муфта 5 перемещается вверх в свое закрытое положение, и выдвижные элементы 8 отводятся. После определенного количества импульсов давления в трубчатой конструкции скважины, третий электромагнитный клапан открывается, при этом давление в трубчатой конструкции скважины проталкивает активирующий поршень 37 вниз, и текучая среда в активирующем цилиндре 18 течет вовнутрь выпускного канала 81 через третий электромагнитный клапан вовнутрь выдвижной камеры 82, принуждая выступы выполнить отведение и высвободить скважинное устройство 1. Выступы подпружинены в своем выдвинутом положении. Выступ 56 может быть позже вырезан, если это необходимо. Дополнительно, первая часть 7 может иметь ловильную шейку для извлечения скважинного устройства после завершения операции воздействия или в случае застревания скважинного устройства.

На фиг. 14 скважинное устройство также может быть приведено в действие, чтобы выдвижные элементы зацеплялись с муфтой и удерживали муфту в ее открытом положении в течение воздействия таким же способом, как описано выше.

На фиг. 17 первое скважинное устройство 1, 1А и второе скважинное устройство 1, 1В используются для приведения в действие одновременно четырех муфт 5 в первой эксплуатационной зоне 101 между двумя затрубными барьерами 60. Сначала погружается первое скважинное устройство 1, 1А, и, когда оно проходит мимо муфт, все четыре муфты 5 в первой эксплуатационной зоне 101 открываются, открывая, таким образом, отверстия 4, в которых расположены разрывные мембраны 83. Затем, после достижения определенного уровня давления, разрывные мембраны 83 разрываются и процесс воздействия может быть начат. После этого следует второе скважинное устройство 1, 1В, проходящее мимо каждой из открытых муфт 5, при этом оно закрывает каждую муфту до того, как первое скважинное устройство 1, 1А начинает открывать муфты 5 во второй эксплуатационной зоне 102. Второе скважинное устройство 1, 1B имеет перепускной канал 84, через который может проходить текучая среда под давлением для разрыва мембран и/или текучая среда для воздействия. Как только второе скважинное устройство 1, 1B должно быть перемещено вниз для закрытия муфт, перепускной канал 84 закрывается, например, путем вытягивания каротажного троса, соединенного со вторым скважинным устройством 1, 1В, или посредством таймера. После этого перепускной канал 84 снова открывается, также путем вытягивания каротажного троса (при его наличии) или с помощью таймера.

На фиг. 10-13 скважинное устройство приводится в действие другим способом, чем на фиг. 1-8. На фиг. 10-13 скважинное устройство выдвигает выдвижные элементы 8 при приближении к муфте 5, которая должна быть приведена в действие. Выдвижные элементы 8 выдвигаются посредством насоса 27, приводимого в действие двигателем 30, который также показан на фиг. 9. Выдвижные элементы 8 скользят в своем выдвинутом положении вдоль трубчатой конструкции скважины, пока выдвижные элементы 8 не достигнут канавок 10 в муфте 5, затем они выдвигаются дальше с зацеплением с канавками, как показано на фиг. 11. Как только обнаружено зацепление с муфтой, анкерные элементы также выдвигаются посредством насоса 29. Анкерные элементы контактируют с внутренней поверхностью трубчатой конструкции скважины при выдвижении, при этом они фиксируют вторую часть 11 посредством трения между ними. Таким образом, в этом варианте осуществления, трубчатая конструкция скважины не нуждается в углублении для скважинного устройства для функционирования. После выдвижения анкерных элементов 14 давление P (показанное на фиг. 12) в трубчатой конструкции скважины активирует смещающий механизм 16, при этом поршень 17 перемещается вовнутрь цилиндра 18 поршня, проталкивая муфту 5 из закрытого положения в открытое положение и открывая отверстие 4, как показано на фиг. 13, таким образом, операция воздействия может быть начата. Когда операция воздействия завершена, первая часть 7 удаляется от второй части 11, закрывая муфту, причем выдвижные элементы и анкерные элементы отводятся, и скважинное устройство перемещается дальше вниз по трубчатой конструкции скважины.

На фиг. 16 показана скважинная система 100 для воздействия на пласт, окружающий трубчатую конструкцию 3 скважины 2, в которой применяется скважинное устройство. Скважина имеет устье 102а, при этом у устья расположен насос 103 системы для повышения давления в трубчатой конструкции скважины. Скважинная система 100 содержит трубчатую конструкцию 3 скважины, имеющую по меньшей мере два отверстия 4, позволяющие текучей среде течь вовнутрь трубчатой конструкции скважины и/или из нее, первую перемещаемую муфту 5, 5а и вторую перемещаемую муфту 5, 5b. Каждая перемещаемая муфта расположена напротив одного из отверстий, причем в первом положении муфты перекрывают отверстия 4, а во втором положении муфты открывают отверстия 4. Насос 103 системы выполнен с возможностью повышения давления в трубчатой конструкции скважины. Скважинная система 100 дополнительно содержит затрубный барьер 60, предпочтительно как первый, так и второй затрубный барьер, выполненный с возможностью изоляции подлежащей воздействию зоны 104. Каждый барьер содержит базовую трубчатую часть 61 для установки в виде части трубчатой конструкции 3 скважины, причем базовая трубчатая часть 61 содержит отверстие 62, при этом затрубный барьер дополнительно содержит разжимную муфту 63, окружающую базовую трубчатую часть. Разжимная муфта 63 имеет внутреннюю поверхность 64, обращенную к базовой трубчатой части 61, и внешнюю поверхность 65, обращенную к стенке 68 ствола 70 скважины. Каждый конец 66 разжимной муфты соединен с базовой трубчатой частью, образуя, таким образом, кольцевое пространство 67 между внутренней поверхностью разжимной муфты и базовой трубчатой частью. Когда скважинное устройство размещено напротив второй муфты 5b, отверстие 62 базовой трубчатой части расположено ближе к устью скважины, чем уплотнительный элемент скважинного устройства 1. Затрубный барьер дополнительно содержит блок 93 разжимания и предотвращения смятия.

Как можно видеть, первая перемещаемая муфта расположена напротив эксплуатационного отверстия 74а в приточной секции трубчатой конструкции 3 скважины. Эксплуатационное отверстие 74а может иметь эксплуатационный клапан.

Способ воздействия для воздействия на пласт посредством скважинной системы содержит этапы погружения скважинного устройства в трубчатую конструкцию скважины и повышения давления в трубчатой конструкции скважины. Дополнительно, скважинное устройство перемещается вдоль трубчатой конструкции скважины и размещает первую часть скважинного устройства напротив первой перемещаемой муфты. Затем происходит зацепление канавки первой перемещаемой муфты посредством выдвижного элемента, при этом анкерные элементы закрепляются анкерно в трубчатой конструкции скважины. Дополнительно, первая часть перемещается относительно второй части в первом направлении, причем, таким образом, первая перемещаемая муфта открывает отверстие, и на пласт воздействуют путем закачивания текучей среды из отверстия, при этом первая часть перемещается относительно второй части во втором направлении, противоположном первому направлению, перекрывая, таким образом, отверстие. Затем выдвижные элементы и анкерные элементы высвобождаются, и скважинное устройство перемещается вдоль трубчатой конструкции и размещает первую часть скважинного устройства напротив второй перемещаемой муфты. После этого скважинное устройство зацепляется с канавкой второй перемещаемой муфты посредством выдвигающегося элемента.

Перемещение первой части относительно второй части также может быть инициировано текучей средой под давлением, прижимающей первую часть ко второй части в первом направлении, при этом первая часть удаляется от второй части путем использования сжатой пружины. Перемещение первой части относительно второй части сжимает пружину.

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 обсадной колонной, эксплуатационной обсадной колонной или трубчатой конструкцией скважины понимается 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, или когда скважинное устройство застряло, для извлечения устройства из скважины может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвижные рычаги, имеющие колеса, 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 в связи с предпочтительными вариантами осуществления изобретения, специалисту в 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 устройству для перемещения вниз в скважине посредством текучей среды для содействия воздействию на эксплуатационную зону скважины, причем скважина содержит трубчатую конструкцию скважины, имеющую первое отверстие и первую перемещаемую муфту, расположенную напротив первого отверстия, при этом трубчатая конструкция скважины имеет внутренний диаметр, причем скважинное устройство имеет осевую протяженность и содержит: первую часть, содержащую два выдвижных элемента, имеющих профиль, соответствующий канавкам в муфте, и вторую часть, содержащую: корпус, два анкерных элемента, выполненных с возможностью выдвижения из корпуса для анкерного закрепления второй части в трубчатой конструкции скважины, и уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения уплотнения относительно трубчатой конструкции скважины, при этом скважинное устройство дополнительно содержит: смещающий механизм, содержащий поршень, выполненный с возможностью перемещения внутри цилиндра поршня для смещения, в осевой протяженности, первой части относительно второй части, когда она анкерно закреплена в трубчатой конструкции скважины, для приведения в действие муфты. Изобретение также относится к скважинной системе для воздействия на пласт, окружающий трубчатую конструкцию скважины. Настоящее изобретение относится к способу воздействия для воздействия на пласт посредством скважинной системы согласно изобретению. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Скважинное устройство (1) для перемещения вниз в скважине (2) посредством текучей среды для содействия воздействию на эксплуатационную зону (101) скважины, причем скважина содержит трубчатую конструкцию (3) скважины, имеющую первое отверстие (4) и первую перемещаемую муфту (5), расположенную напротив первого отверстия, при этом трубчатая конструкция скважины имеет внутренний диаметр (ID), причем скважинное устройство имеет осевую протяженность (6) и содержит:

- первую часть (7), содержащую:

- два выдвижных элемента (8), имеющих профиль (9), соответствующий канавкам (10) в муфте, и

- вторую часть (11), содержащую:

- корпус (12),

- два анкерных элемента (14), выполненных с возможностью выдвижения из корпуса для анкерного закрепления второй части в трубчатой конструкции скважины, и

- уплотнительный элемент (15), выполненный с возможностью обеспечения уплотнения относительно трубчатой конструкции скважины,

при этом скважинное устройство дополнительно содержит смещающий механизм (16), содержащий поршень (17), выполненный с возможностью перемещения внутри цилиндра (18) поршня для смещения, в осевой протяженности, первой части относительно второй части, когда она анкерно закреплена в трубчатой конструкции скважины, для приведения в действие муфты.

2. Скважинное устройство по п. 1, в котором смещающий механизм дополнительно содержит пружину (19), сжимаемую в процессе перемещения поршня относительно цилиндра поршня.

3. Скважинное устройство по п. 1 или 2, в котором уплотнительный элемент представляет собой манжетный сальник (20).

4. Скважинное устройство по п. 1, в котором каждый выдвижной элемент выполнен с возможностью перемещения в радиальном направлении в выдвижной цилиндр (18a) и из него.

5. Скважинное устройство по п. 4, в котором выдвижной цилиндр соединен с возможностью передачи текучей среды с цилиндром поршня так, что обеспечена возможность выталкивания, посредством текучей среды в цилиндре поршня, выдвижного элемента из выдвижного цилиндра при перемещении поршня вовнутрь цилиндра поршня.

6. Скважинное устройство по п. 4, в котором поршень имеет первый конец (21) поршня, проходящий вовнутрь цилиндра поршня, причем первый конец поршня имеет площадь (22) поверхности, при этом первая часть имеет первый конец (23) и второй конец (24), соединенный со второй частью, причем первый конец имеет площадь (25) поверхности, большую площади поверхности поршня так, что обеспечена возможность проталкивания, посредством текучей среды под давлением в трубчатой конструкции скважины, поршня дальше вовнутрь цилиндра поршня.

7. Скважинное устройство по п. 4, в котором каждый анкерный элемент выполнен с возможностью перемещения в радиальном направлении в анкерный цилиндр (26) и из него.

8. Скважинное устройство по п. 7, дополнительно содержащее насос (27), выполненный с возможностью подачи текучей среды под давлением в анкерный цилиндр и/или выдвижной цилиндр для выдвижения анкерных элементов и/или выдвижных элементов соответственно.

9. Скважинное устройство по п. 7, дополнительно содержащее анкерный активирующий цилиндр (36), причем анкерный цилиндр соединен с возможностью передачи текучей среды с анкерным активирующим цилиндром так, что обеспечена возможность выталкивания, посредством текучей среды в анкерном активирующем цилиндре, анкерного элемента из анкерного цилиндра при перемещении активирующего поршня (37) вовнутрь анкерного активирующего цилиндра.

10. Скважинное устройство по любому из пп. 1-9, в котором вторая часть дополнительно содержит выступ (39), выдвигающийся радиально от корпуса.

11. Скважинное устройство по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащее позиционирующий инструмент (40), выполненный с возможностью определения положения скважинного устройства вдоль трубчатой конструкции скважины.

12. Скважинное устройство по любому из пп. 1-11, дополнительно содержащее блок (42) управления, выполненный с возможностью управления перемещением выдвижных элементов и/или анкерных элементов.

13. Скважинная система (100) для воздействия на пласт, окружающий трубчатую конструкцию (3) скважины (2), причем скважина имеет устье (102a), содержащая:

- трубчатую конструкцию (3) скважины, содержащую:

- по меньшей мере два отверстия (4) для обеспечения возможности протекания текучей среды вовнутрь трубчатой конструкции скважины и/или из нее,

- по меньшей мере первую перемещаемую муфту (5, 5a) и вторую перемещаемую муфту (5, 5b), причем каждая перемещаемая муфта расположена напротив одного из отверстий в первом положении и открывает отверстия во втором положении, при этом каждая перемещаемая муфта имеет по меньшей мере одну канавку (10),

- насос (103) системы, выполненный с возможностью повышения давления в трубчатой конструкции скважины, и

- скважинное устройство (1) по любому из пп. 1-12.

14. Способ воздействия для воздействия на пласт посредством скважинной системы (100) по п. 13, содержащий следующие этапы:

- погружение скважинного устройства (1) по любому из пп. 1-12 в трубчатую конструкцию (3) скважины,

- повышение давления в трубчатой конструкции скважины,

- перемещение скважинного устройства вдоль трубчатой конструкции скважины,

- размещение первой части (7) скважинного устройства напротив первой перемещаемой муфты (5),

- зацепление канавки (10) первой перемещаемой муфты посредством выдвижного элемента (8),

- анкерное закрепление анкерных элементов (14) в трубчатой конструкции скважины,

- перемещение первой части относительно второй части (11) в первом направлении, причем первая перемещаемая муфта открывает, таким образом, отверстие (4),

- воздействие на пласт путем закачивания текучей среды из отверстия,

- перемещение первой части относительно второй части во втором направлении, противоположном первому направлению, закрывая, таким образом, отверстие,

- высвобождение выдвижных элементов и анкерных элементов,

- перемещение скважинного устройства вдоль трубчатой конструкции скважины,

- размещение первой части скважинного устройства напротив второй перемещаемой муфты и

- зацепление канавки второй перемещаемой муфты посредством выдвижного элемента.

15. Способ воздействия по п. 14, в котором этап перемещения первой части относительно второй части выполняют с помощью текучей среды под давлением, прижимающей первую часть ко второй части в первом направлении.