ПРОБКА ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА Российский патент 2020 года по МПК E21B33/12 E21B43/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к добыче углеводородов в целом и, в частности, к способу и устройству для размещения пробки для гидравлического разрыва внутри скважины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области добычи углеводородов, гидравлический разрыв пласта или "гидроразрыв" представляет собой процесс стимуляции продуктивной скважины для добычи углеводородов путем гидравлического разрыва окружающей породы жидкостью, находящейся под гидравлическим давлением, и содержащей воду, песок и химические вещества. Во время гидроразрыва, как правило, необходимо изолировать каждую зону таким образом, чтобы лишь подавать под давлением текучую среду и песок в нужное место внутри скважины. Это благодаря тому, чтобы потенциал эксплуатации скважины был достаточно долгим, и, поэтому, указанная закачка и материал, необходимые для разрыва всей скважинной колонны, будут очень большими.

Один из распространенных способов разделения скважины на управляемые зоны заключается в том, чтобы обеспечить пробку ниже зоны, подлежащей гидроразрыву, с последующей перфорацией ствола скважины в этой зоне взрывчатым веществом или тому подобным. После этого текучую среду под давлением вместе с песком можно закачивать в это местоположение для выполнения гидроразрыва. Этот процесс может быть повторен на последующих шагах вверх от дна скважины для последовательного гидроразрыва каждой зоны, которая желательна. Одним из традиционных типов пробки является кольцо или седло, которые могут быть введены во внутреннюю часть ствола скважины. После этого может быть опущен шар для зацепления с седлом таким образом, чтобы герметизировать ствол скважины.

Современные трудности, связанные с традиционными седлами, представляют собой сложное число компонентов, которые используются как для зацепления с внутренней частью ствола скважины, так и для уплотнения седла. Кроме того, в общем смысле традиционные седла также имеют предел давления, которому они могут противостоять, и из-за ограниченного захвата, такие седла находятся на стенке ствола скважины. Кроме того, обычно использующиеся традиционные седла, должны быть измельчены и извлечены из ствола скважины после завершения процесса гидроразрыва из-за ограничения на ствол скважины в связи с седлом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения, раскрыто устройство для использования при формировании пробки при выполнении гидравлического разрыва подземного пласта, содержащее верхний трубчатый удерживающий корпус, проходящий между верхним и нижним концами и имеющий наружную поверхность в форме усеченного конуса, отходящего от его нижнего конца. Устройство дополнительно содержит множество скользящих рычагов, расположенных вокруг наружной поверхности удерживающего корпуса, и каждый скользящий рычаг проходит между верхним и нижним концами, при этом корпус имеет внутреннюю поверхность, проходящую от верхнего конца, соответствующего наружной поверхности удерживающего корпуса, причем наружная поверхность приспособлена для фрикционного зацепления со стволом скважины; и уплотнительный элемент, расположенный вокруг наружной поверхности удерживающего корпуса выше множества скользящих рычагов, выполненных с возможностью перемещения по направлению к верхнему концу удерживающего корпуса множества скользящих рычагов для уплотнения кольцевого пространства между удерживающим корпусом и стволом скважины.

Наружная поверхность удерживающего корпуса может быть образована из множества чередующихся наклонных и горизонтальных секций. Внутренняя поверхность множества скользящих рычагов может содержать в себе множество чередующихся наклонных и горизонтальных секций, приспособленных для того, чтобы соответствовать наружной поверхности удерживающего корпуса.

Удерживающий корпус может содержать центральное отверстие, проходящее через него. Центральное отверстие может образовывать шаровое седло, предназначенное для удержания на нем шара.

Центральное отверстие может содержать в себе подвижную с помощью скольжения пробку, проходящую через него. Пробка, подвижная с помощью скольжения, может входить в зацепление со множеством скользящих рычагов для вытягивания множества скользящих рычагов на наружную поверхность удерживающего корпуса. Пробка, подвижная с помощью скольжения, может содержать нижнюю расширенную часть, имеющую больший диаметр, чем множество скользящих рычагов. Пробка, подвижная с помощью скольжения, может содержать верхнюю пробку, выполненную с возможностью размещения на расстоянии от седла в удерживающем корпусе, в то время как множество скользящих рычагов вытягиваются вдоль удерживающего корпуса. Пробка, подвижная с помощью скольжения, может быть выполнена с возможностью скольжения для перемещения вверх и вниз для уплотнения и разуплотнения верхней пробки по отношению к седлу таким образом, чтобы позволить текучей среде проходить вверх по стволу скважины и после этого предотвращать поток текучей среды вниз по стволу скважины.

Множество скользящих рычагов может быть продолжено от кольца, окружающего удерживающий корпус, примыкающего к уплотнительному элементу. Множество скользящих рычагов может содержать наконечники, которые продолжаются от их нижнего конца в направлении по существу параллельном центральной оси удерживающего корпуса. Наконечники могут содержать отверстия, выполненные с возможностью прохождения через них детали крепежа для прикрепления к установочному приспособлению внутри удерживающего корпуса.

Устройство может дополнительно содержать селективно расширяемое кольцо, окружающее множество скользящих рычагов таким образом, чтобы удерживать множество скользящих рычагов в отведенном положении, пока они не будут расширены посредством установочного приспособления. Селективно расширяемое кольцо может содержать в себе зазор, обеспечивающий возможность радиального расширения селективно расширяемого кольца. Селективно расширяемое кольцо может содержать в себе хрупкий участок для обеспечения радиального расширения селективно расширяемого кольца. Селективно расширяемое кольцо может содержать в себе суженный участок для обеспечения радиального расширения селективно расширяемого кольца после того, как суженный участок будет разрушен.

Множество скользящих рычагов может быть образовано из селективно растворимого материала. Множество скользящих рычагов может быть выполнено из материала, выбранного из группы, состоящей из стали и алюминиевых сплавов. Множество скользящих рычагов может включать в себя пробки, входящие в зацепление со стволом скважины, вставляемые в нее.

Устройство может дополнительно содержать установочное приспособление, выполненное с возможностью прохода через центральное отверстие удерживающего корпуса. Установочное приспособление может содержать наружную часть, выполненную с возможностью опирания на верхний край удерживающего корпуса, и внутреннюю часть, выполненную с возможностью зацепления с нижним краем множества скользящих рычагов таким образом, чтобы вытянуть множество скользящих рычагов к удерживающему корпусу. Внутренняя часть может содержать в себе тяговые рычаги, выполненные с возможностью вхождения в контакт с нижним краем множества рычагов скольжения. Тяговые рычаги могут содержать наклонную поверхность, выполненную с возможностью зацепления с соответствующей наклонной поверхностью множества скользящих рычагов. Тяговые рычаги могут быть расположены консольно в продольном направлении параллельно оси удерживающего корпуса. Внутренняя часть установочного приспособления может содержать передаточную муфту, по всему периметру имеющую участок, выполненный с возможностью зацепления с дистальными концами тяговых рычагов для удерживания тяговых рычагов в радиально расширенном положении таким образом, чтобы зацепляться на множество скользящих рычагов. Передаточная муфта может быть прикреплена к внутренней части посредством хрупкого соединительного элемента, при этом после того, как хрупкий соединительный элемент разрушен, передаточная муфта становится способной к функционированию, а именно к перемещению вниз, обеспечивая тем самым возможность перемещения тяговых рычагов в радиальном направлении внутрь с тем, чтобы обеспечить возможность извлечения установочного приспособления.

Другие аспекты и особенности настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после изучения следующего описания конкретных вариантов реализации изобретения в сочетании с прилагаемыми графическими материалами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На графических материалах, которые иллюстрируют варианты реализации данного изобретения, одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие детали на каждом из видов.

На Фиг. 1 изображен вид в поперечном сечении ствола скважины, имеющего множество расположенных в нем пробок, связанных с каждой зоной, чтобы быть используемыми для герметизации и гидравлического разрыва каждой зоны.

На Фиг. 2 изображен вид в перспективе одной из пробок для использования в стволе скважины по Фиг. 1.

На Фиг. 3 изображен вид в перспективе пробки по Фиг. 1, с размещенным на ней установочным приспособлением.

На Фиг. 4 изображен вид в поперечном сечении пробки и установочного приспособления по Фиг. 3 в первом или рабочем положении.

На Фиг. 5 изображен вид в поперечном сечении пробки и установочного приспособления по Фиг. 3 во втором или исходном установочном положении.

На Фиг. 6 изображен вид в поперечном сечении пробки и установочного приспособления по Фиг. 3 в третьем или сцепленном положении.

На Фиг. 7 изображен вид в поперечном сечении пробки и установочного приспособления по Фиг. 3 в четвертом или освобожденном положении.

На Фиг. 8 изображен вид в поперечном сечении конуса пробки по Фиг. 2.

На Фиг. 9 изображен детальный вид пробки по Фиг. 2.

На Фиг. 10 изображен детальный вид в перспективе пробки для использования в стволе скважины по Фиг. 1.

На Фиг. 11 изображен вид в поперечном сечении пробки по Фиг. 10 и соответствующего установочного приспособления в первом или рабочем положении.

На Фиг. 12 изображен вид в поперечном сечении пробки по Фиг. 10 и соответствующего установочного приспособления во втором или установочном положении.

На Фиг. 13 изображен вид в поперечном сечении пробки по Фиг. 10 и соответствующего установочного приспособления в третьем или освобожденном положении.

На Фиг. 14 изображен детальный вид в перспективе дополнительного варианта реализации изобретения пробки для использования в стволе скважины по Фиг. 1.

На Фиг. 15 изображен вид в перспективе пробки по Фиг. 14 с расположенным в ней обратным клапаном и установочным приспособлением.

На Фиг. 16 изображен вид в поперечном сечении пробки и обратного клапана по Фиг. 15 внутри скважины в первом или рабочем положении.

На Фиг. 17 изображен вид в поперечном сечении пробки и обратного клапана по Фиг. 15 внутри скважины во втором или сцепленном положении.

На Фиг. 18 изображает вид в поперечном сечении пробки и обратного клапана по Фиг. 15 внутри скважины в третьем положении или положении гидроразрыва.

На Фиг. 19 изображен вид поперечном сечении пробки и обратного клапана по Фиг. 15 внутри скважины в четвертом или установленном проточном положении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Ссылаясь на Фиг. 1, ствол скважины 10 пробурен в породе 8 до продуктивной зоны 6 известными способами. Эта продуктивная зона 6 может содержать горизонтально проходящий пласт углеводородсодержащих горных пород или может охватывать множество пластов углеводородсодержащих горных пород, так что ствол 10 скважины имеет путь, предназначенный для прохода или пересечения каждого пласта. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, ствол скважины содержит в себе вертикальную секцию 12, имеющую узел устьевого клапана или фонтанное устьевое оборудование 14 на верхнем конце и нижнюю или эксплуатационную секцию 16, которая может быть горизонтальной, вертикальной или расположенной под углом по отношению к горизонтально расположенной внутри продуктивной зоне 6. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, эксплуатационная секция 16 разделена на одну или более зон 18 с расположенными между ними седлами 20 пробок гидроразрыва для последующего гидроразрыва.

Со ссылкой на Фиг. 2, седло пробки гидроразрыва, в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения, проиллюстрировано главным образом как 20. Указанное седло 20 пробки гидроразрыва проходит между первым и вторым концами 22 и 24, соответственно, и образовано одним верхним трубчатым удерживающим корпусом 30 на первом конце 22, при этом множество скользящих рычагов 50 вокруг удерживающего корпуса 30, образуют второй конец 24 указанного седла, а уплотнение 70 расположено между ними.

Обратимся теперь к Фиг. 9, иллюстрирующей детальный вид седла 20 пробки гидроразрыва. Удерживающий корпус 30 содержит трубчатый корпус, проходящий между первым и вторым концами 32 и 34 соответственно. Удерживающий корпус 30 содержит коническую секцию 36, проходящую от второго конца 34 вокруг его наружной поверхности. Коническая секция 36 выполнена с возможностью зацепления со скользящими рычагами 50 и перемещения их наружу, как будет более подробно описано ниже. Как проиллюстрировано на Фиг. 8, внутренняя часть удерживающего корпуса 30 содержит в себе центральный канал 38, проходящий через нее. Этот центральный канал является более узким по мере приближения ко второму концу 34, чем вблизи первого конца, и содержит в себе профилированный участок 40, выполненный с возможностью приема вброшенного туда шара (не показан), как это широко известно.

Как проиллюстрировано на Фиг. 8, коническая секция 36 может быть выполнена из чередующихся наклонных и горизонтальных участков 42 и 44, соответственно. Альтернативно, коническая секция 36 может иметь постоянный профиль. Чередующиеся наклонные и горизонтальные участки 42 и 44 способствуют сцеплению скользящих рычагов 50 со стволом 10 скважины за счет распространения длины контакта на более длинное расстояние без уменьшения углового перемещения скользящих рычагов 50 на конусной секции 36. В частности, горизонтальные участки 44 могут быть, по существу, выровнены с осью указанного седла 20 пробки, при этом наклонные участки могут иметь форму усеченного конуса, имеющего угол скольжения, обычно обозначенный позицией 43 по отношению к центральной оси седла 20 пробки. На практике было установлено, что может быть использовано значение угла скольжения в диапазоне от 5 и 30 градусов. Как проиллюстрировано на Фиг. 8, указанный удерживающий корпус 30 необязательно может содержать кольцевую канавку 130 на ее внутренней поверхности, выполненную с возможностью зацепления с уступом или другим выступом (не показан), выходящим из выступающей части 85 наружной части, как показано на Фиг. 7. Такая кольцевая канавка 130 будет полезна для предотвращения перемещения удерживающего корпуса 30 во время работы, как будет дополнительно описано ниже.

Возвращаясь к Фиг. 2 и 9, скользящие рычаги 50 прикреплены к кольцу 56 своим первым концом 52. Каждый из скользящих рычагов 50 проходит ко второму концу 54, имеющему наконечник 64 с отверстием 66, проходящим через него. Скользящие рычаги 50 содержат зацепляющую поверхность 60 со стволом скважины на ее наружной поверхности, и внутреннюю коническую поверхность 62 сцепления на ее внутренней части. Указанная внутренняя коническая поверхность 62 зацепления может быть выполнена из чередующихся наклонных и горизонтальных участков, размеры и форма которых соответствуют конической секции 36, как описано выше. Эти скользящие рычаги 50 и это кольцо 56 могут быть выполнены из любых подходящих материалов, которые широко известны. В частности, кольцо 56 может быть выполнено из ковкого материала, такого как, в качестве неограничивающего примера, холодная сталь, таким образом, чтобы она была деформируема по мере того, как скользящие рычаги 50 перемещаются по удерживающему корпусу 30.

Уплотнение 70 содержит кольцевой элемент, проходящий между первым и вторым концами 72 и 74, соответственно, имеет центральное отверстие 76, проходящее через них. Центральное отверстие 76 имеет размер, обеспечивающий размещения вокруг конического секции 36 удерживающего корпуса 30 в первом или рабочем положении. Уплотнение 70 может быть выполнено из любого подходящего материала, который широко известен в данной области техники, например, в качестве неограничивающего примера можно назвать Viton™, нитрил, Политетрафторэтилен (PTFE), Полиэфирэфиркетон (РЕЕK), гидрированный нитрильный бутадиеновый Каучук (HNBR), AFLAS® или Kalrez®.

Обратимся теперь к Фиг. 3, причем установочное приспособление 80 любого признанного типа может быть использовано, как имеющее наружную часть 84, выполненную с возможностью зацепления и прижатия удерживающего корпуса 30 в направлении второго конца 24 седла 20 пробки гидроразрыва, и внутреннюю часть 82, выполненную с возможностью зацепления со скользящими рычагами 50 и вытягивания их в направлении первого конца 22 седла 20 пробки гидроразрыва таким образом, чтобы вытянуть или сдвинуть скользящие рычаги 50 и уплотнение 70 над конической секцией 36, тем самым расширяя их вплоть до контакта со стенкой скважины 10. В частности, как проиллюстрировано на Фиг. 4-7, указанное установочное приспособление 80 содержит в себе множество тяговых рычагов 110 из установочного приспособления, проходящих вдоль него в положение ниже скользящих рычагов 50 седла 20 пробки гидроразрыва. Тяговые рычаги установочного приспособления 110 содержат наклонную поверхность 112 в такой ориентации, что перемещение вверх тяговых рычагов 110 установочного приспособления будет смещать скользящие рычаги 50 в направлении наружу.

Как проиллюстрировано на Фиг. 3 и 4, внутренняя часть 82 установочного приспособления 80 содержит передаточную муфту 88, прикрепленную к ней при помощи торцевой заглушки 90. Торцевая заглушка 90 содержит участок сужения 92, выполненный с возможностью разрушения для отсоединения передаточной муфты 88 от внутренней части 82. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, передаточная муфта 88 дополнительно содержит кольцевой выступ 87, расширяющийся внутрь на своем верхнем конце, выполненный с возможностью зацепления с выступающим наружу кольцевым выступом 89 на дистальном конце внутренней части 82. Передаточная муфта 88 может быть прикреплена к скользящим рычагам 50 с помощью установочных штифтов 86 или других широко известных хрупких крепежных элементов, которые, пропускаются через отверстия 66. Как проиллюстрировано на Фиг. 4, установочные штифты 86 проходят в передаточную муфту 88 через тяговые рычаги 110 установочного приспособления и предотвращают скользящие рычаги 50 от движения прежде, чем произойдет разрушение таким образом, чтобы передаточная муфта 88 была расположена под ним, предотвращая направленное внутрь отклонение тяговых рычагов 110 установочного приспособления.

В процессе работы, седло 20 пробки гидроразрыва и установочное приспособление 80 могут быть прикреплены друг к другу и спущены в ствол скважины 10 в положении, изображенном на Фиг. 4, скользящими рычагами 50 в убранном положении и уплотнением 70 вокруг конической секции 36 над скользящими рычагами 50. После размещения в требуемом положении, внутренний участок 82 и наружный участок 84 установочного приспособления 80 могут быть вытянуты навстречу друг к другу таким образом, чтобы перемещать удерживающий корпус 30 и скользящие рычаги 50 напротив друг друга в направлении, обычно обозначаемом позицией 100, как проиллюстрировано на Фиг. 6. Продолжающееся движение внутренних и наружных частей 82 и 84 установочного приспособления, продолжает прижимать уплотнение 70 вверх по конусному участку 36, чтобы находиться между удерживающим корпусом 30 и стволом 10 скважины, как проиллюстрировано на Фиг. 6, и зацепляться скользящими рычагами 50 за ствол скважины 10, а также сдвигать установочные штифты 86, тем самым разделяя проходную втулку 88 и тяговые рычаги 110 установочного приспособления из установочного приспособления от скользящих рычагов 50.Дальнейшее давление, прилагаемое установочным приспособлением 80, разрушит торцевую заглушку 90 вдоль суженной части 92, тем самым разделяя передаточную муфту 88 и внутреннюю часть 82 установочного приспособления 80, как показано на Фиг. 7. В этот момент передаточная муфта 88 получает возможность сдвигаться вниз на внутренней части 82 пока внутренний кольцевой выступ 87 передаточной муфты 88 не войдет в зацепление с наружным кольцевым выступом 89 на внутренней части 82, тем самым предотвращая его выскальзывание. Затем пользователь может оттянуть вверх как внутреннюю, так и наружную части 82 и 84, чтобы убрать назад установочное приспособление 80, при этом становится возможным смещать внутрь тяговые рычаги 110 установочного приспособления по мере того, как установочное приспособление проходит через скользящие рычаги 50, так как больше не существует объекта, предотвращающего такое отклонение внутрь.

Обратимся теперь к Фиг. 14, иллюстрирующей альтернативный вариант реализации настоящего изобретения, обычно обозначаемый как 300. Альтернативное седло 300 пробки гидроразрыва образовано способом, подобным описанному выше, но также содержит в себе удерживающее кольцо 310, окружающее скользящие рычаги 350, проксимальные к его второму концу 354, удерживаемое на месте вокруг скользящих рычагов 350 по меньшей мере одним удерживающим винтом 312. Удерживающее кольцо 310 содержит в себе хрупкий узкий участок 314 для того, чтобы позволить удерживающему кольцу 310 расширяться и разломаться, как только скользящие рычаги 350 будут выдвинуты, как изложено выше. Скользящие рычаги 350 могут содержать в себе множество пробок 360 для зацепления с отверстием скважины, проходящим от ее верхней поверхности для облегчения зацепления со стенкой отверстия скважины 10.

Подобно первому варианту реализации изобретения, скользящие рычаги 350 прикреплены к кольцу 356 на его первом конце 352. Скользящие рычаги проходят от первого конца 362 скользящего рычага с зазором 364 между кольцом 356 и первым концом 362 скользящего рычага. Продольные прорези 366 проходят от зазора 364 за первым концом 362 скользящего рычага, образуя узкие соединения 358 скользящего рычага между ними. При работе, если скользящие рычаги 350 выдвигаются при приложении силы ко второму концу 354, первый конец 362 скользящего рычага выталкивается вверх по направлению к кольцу 356, сжимая зазор 358, тем самым помогая кольцу 356 проталкивать уплотнение 70 вверх по конусному участку 36. Узкие соединения 358 скользящих рычагов деформируются по мере того, как они перемещаются вверх по конусному участку 36.

Обратимся теперь к Фиг. 10-13, иллюстрирующих альтернативный вариант реализации настоящего изобретения, обычно обозначаемый как 200. Указанная альтернатива седла 200 пробки гидроразрыва образована подобным способом, но также содержит скользящее кольцо 210 зацепления, окружающее скользящие рычаги 250. Как проиллюстрировано на Фиг. 10, скользящие рычаги 250 могут содержать в себе внешнюю резьбу 212, выполненную с возможностью зацепления с соответствующей внутренней резьбой 214 на скользящем кольце 210 зацепления. Скользящее кольцо 210 зацепления также содержит в себя внешние выступы для облегчения зацепления со стенкой скважины 10. Скользящее кольцо 210 зацепления содержит вокруг себя прорезь 218 или зазор для того, чтобы позволить скользящему кольцу 210 зацепления расширяться по мере того, как скользящие рычаги 250 выдвигаются, как изложено выше. Как проиллюстрировано, скользящее кольцо 210 зацепления содержит в себе первый и второй продольные пазы 220 и 222, соответственно, с кольцевым пазом 224, проходящим между ними. Первый и второй продольные пазы 220 и 222 разделены расстоянием, выбранным таким образом, чтобы оно было больше, чем увеличенный диаметр скользящего кольца зацепления при расширении посредством скользящих рычагов 250 таким образом, чтобы обеспечить непрерывную наружную поверхность в таком положении. Первый и второй продольные пазы 220 и 222 также могут быть соединены хрупким участком или перемычкой (не показана), проходящей через них так, чтобы предотвратить расширение скользящего кольца зацепления до тех пор, пока достаточно большое усилие не будет приложено к ним посредством скользящих рычагов 250. Как проиллюстрировано на Фиг. 10, удерживающее кольцо 226 может также быть предусмотрено для удержания скользящего кольца 210 зацепления на скользящих рычагах 250.

Со ссылкой на Фиг. 11-13, тяговые рычаги 110 установочного приспособления могут содержать выдающийся из него кольцевой буртик 114, который расположен и сформирован для вхождения в зацепление с соответствующей кольцевой канавкой 116 на кольцевом выступе 118 передаточной муфты 88. Как проиллюстрировано на Фиг. 11 и 12, кольцевая канавка 116 может принимать в себя вышеуказанный кольцевой буртик 114, в котором кольцевой выступ 118 входит в контакт с тяговыми рычагами 110 установочного приспособления. В таком положении тяговые рычаги 110 установочного приспособления предохраняются от радиального сжатия или расширения, как было указано выше, для того, чтобы быть полезными для выдвижения скользящих рычагов 250, в то же время, позволяя тяговым рычагам 110 установочного приспособления втягиваться после отсоединения от него, как изложено выше.

Ссылаясь на Фиг. 15-19, на которой проиллюстрировано седло для пробки гидравлического разрыва 300 с обратным клапаном 370. Обратный клапан 370 проходит между первым и вторым концами 372 и 374, соответственно. Установочное приспособление 376 для обратного клапана выполнено с возможностью зацепления первого конца 22 удерживающего корпуса 30 с первым концом 372 обратного клапана 370 в нем же. Второй конец 374 обратного клапана 370 содержит в себе нижнюю часть 378 конусного зацепления, с наклонной поверхностью 380 в такой ориентации, что перемещение вверх нижней зацепляющей конической части 378 будет смещать скользящие рычаги 350 в направлении наружу, подобно наклонной поверхности 112 тяговых рычагов 110 установочного приспособления, как описано выше. Обратный клапан 370 может быть выполнен из любого подходящего материала, который является широко известным, например, в качестве неограничивающего примера могут быть использованы сталь, алюминий, композитные материалы или растворимые материалы.

Ссылаясь на Фиг. 16-19, обратный клапан 370 содержит хрупкий выступ 382 на первом конце 372, присоединенном к верхнему уплотняющему коническому участку 386, с участком сужения 384 между ними. Внутренней участок пробки 388 проходит от верхнего уплотняющего конического участка 386 и содержит центральный соединительный корпус 390 с множеством радиально выступающих рычагов 392, соединяющих центральный соединительный корпус 390 с трубчатой внутренней поверхностью нижней зацепляющей конической части 378, выполняя центрирование обратного клапана 370 внутри седла для пробки гидравлического разрыва 300 и формируя разделительный канал 404 через него, как проиллюстрировано на Фиг. 19.

В этом варианте реализации изобретения, удерживающий корпус 30 содержит наклонную внутреннюю поверхность 31, приспособленную для зацепления с наклонной нижней поверхностью 394 верхнего уплотняющего конического участка 386, образуя уплотнение между ними.

При работе, седло для пробки гидравлического разрыва 300 прикреплено к обратному клапану 370 с помощью набора установочных штифтов 396. Узел спускают внутрь ствола скважины 10 в положении, показанном на Фиг. 16, со скользящими рычагами 350 в убранном положении и уплотнением 70 вокруг конической секции 36 над скользящими рычагами 350. Как только обратный клапан 370 будет размещен в требуемом положении, его подтягивают вверх в направлении, обычно обозначаемом как 400, в то время как усилие, прилагаемое к установочному приспособлению для обратного клапана 376 в направлении обычно обозначаемом позицией 402, срезает установочные штифты 396 при перемещении обратного клапана 370 вверх внутри установочного приспособления 376 для обратного клапана. Во время продолжающегося перемещения обратного клапана 370, он входит в контакт с наклонной поверхностью 380 напротив скользящих рычагов 350, тем самым прижимая уплотнение 70 вверх по конусному участку 36, чтобы находиться между удерживающим корпусом 30 и стволом скважины 10, как показано на Фиг. 17, и взаимодействовать со скользящими рычагами 350 напротив ствола скважины 10.

Дальнейшее перемещение в направлении, обозначенном 400, как проиллюстрировано на Фиг. 17, разрушает участок сужения 384, устраняя хрупкий выступ 382 из обратного клапана 370. В таком случае, хрупкий выступ 382 и установочное приспособление 376 для обратного клапана, могут быть удалены из ствола скважины 10, с помощью способов, которые широко известны в данной области техники. На Фиг. 18 и 19 проиллюстрирован обратный клапан 370 с седлом для пробки гидравлического разрыва 300, установленный в стволе скважине 10 после удаления хрупкого выступа 382 и установочного приспособления 376 для обратного клапана.

В производстве, обратный клапан 370, установленный с седлом для пробки гидравлического разрыва 300, позволяет потоку из продуктивной зоны 6 через ствол скважины 10 возможность свободно поднимать обратный клапан 370, как проиллюстрировано на Фиг. 19, продуктивным потоком, проходящим через обратный клапан 370, через разделительный канал 404 и вокруг верхнего уплотняющего конического участка 386. Как проиллюстрировано на Фиг. 18, при гидравлическом разрыве, давление текучей среды приложено внутрь ствола скважины 10, тем самым прикладывая усилие к верхнему уплотняющему коническому участку 386 вниз таким образом, что наклонная нижняя поверхность 394 верхнего уплотняющего конического участка 386 входит в контакт с наклонной внутренней поверхностью 31 удерживающего корпуса 30, осуществляя герметизацию нижних секций ствола скважины 10.

В то время как были описаны и проиллюстрированы конкретные варианты реализации изобретения, такие варианты реализации изобретения должны рассматриваться только в качестве иллюстрации для изобретения, как истолковано в соответствии с прилагаемой формулой изобретения, а не для ограничения изобретения.

Изобретение относится к устройству использования при формировании пробки во время выполнения гидравлического разрыва. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных свойств устройства. Устройство для использования при формировании пробки во время выполнения гидравлического разрыва подземного пласта почвы содержит верхний трубчатый удерживающий корпус, множество скользящих рычагов, уплотнительный элемент. Верхний трубчатый удерживающий корпус проходит между верхним и нижним концами и имеет наружную поверхность в форме усеченного конуса, проходящую от его нижнего конца. Множество скользящих рычагов расположены вокруг наружной поверхности указанного удерживающего корпуса. Каждый из скользящих рычагов проходит между верхним и нижним концами и имеет внутреннюю поверхность, проходящую от указанного верхнего конца, соответствующую указанной наружной поверхности указанного удерживающего корпуса. Причем наружная поверхность приспособлена для фрикционного зацепления со стволом скважины. Уплотнительный элемент расположен вокруг наружной поверхности удерживающего корпуса над множеством скользящих рычагов. Уплотнительный элемент выполнен с возможностью перемещения по направлению к верхнему концу удерживающего корпуса посредством указанного множества скользящих рычагов для обеспечения кольцевого уплотнения между удерживающим корпусом и стволом скважины. 26 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Устройство для использования при формировании пробки во время выполнения гидравлического разрыва подземного пласта почвы, содержащее:

верхний трубчатый удерживающий корпус, проходящий между верхним и нижним концами и имеющий наружную поверхность в форме усеченного конуса, проходящую от его нижнего конца, и

множество скользящих рычагов, расположенных вокруг наружной поверхности указанного удерживающего корпуса, при этом каждый из скользящих рычагов проходит между верхним и нижним концами и имеет внутреннюю поверхность, проходящую от указанного верхнего конца, соответствующую указанной наружной поверхности указанного удерживающего корпуса, и причем наружная поверхность приспособлена для фрикционного зацепления со стволом скважины; и

уплотнительный элемент, расположенный вокруг указанной наружной поверхности указанного удерживающего корпуса над указанным множеством скользящих рычагов, выполненный с возможностью перемещения по направлению к указанному верхнему концу указанного удерживающего корпуса посредством указанного множества скользящих рычагов таким образом, чтобы обеспечить кольцевое уплотнение между указанным удерживающим корпусом и указанным стволом скважины.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружная поверхность указанного удерживающего корпуса сформирована из множества чередующихся наклонных и горизонтальных секций.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что указанная внутренняя поверхность указанного множества скользящих рычагов содержит в себе множество чередующихся наклонных и горизонтальных секций, приспособленных для того, чтобы соответствовать указанной наружной поверхности указанного удерживающего корпуса.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный удерживающий корпус содержит проходящее через него центральное отверстие.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что указанное центральное отверстие образует шаровое седло, предназначенное для удержания на нем шара.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что центральное отверстие содержит пробку, установленную в нем с возможностью скольжения.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что указанная скользящая подвижная пробка входит в зацепление с множеством скользящих рычагов для вытягивания множества скользящих рычагов на внешнюю поверхность удерживающего корпуса.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что указанная скользящая подвижная пробка содержит нижнюю расширенную часть, имеющую больший диаметр, чем указанное множество скользящих рычагов.

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что указанная скользящая подвижная пробка содержит верхнюю пробку, выполненную с возможностью размещения на расстоянии от седла в указанном удерживающем корпусе, по мере того, как указанное множество скользящих рычагов вытягивают над удерживающим корпусом.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что скользящая подвижная пробка выполнена с возможностью перемещения с помощью скольжения вверх и вниз таким образом, чтобы осуществлять уплотнение и разуплотнение указанной верхней пробки относительно указанного седла для того, чтобы позволить текучей среде проходить вверх по стволу скважины и предотвращать поток текучей среды вниз по указанному стволу скважины.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанное множество скользящих рычагов отходит от кольца, окружающего удерживающий корпус, расположенный вблизи уплотнительного элемента.

12. Устройство по п. 11 отличающееся тем, что указанное множество скользящих рычагов содержит в себе наконечники, выходящие из указанного нижнего конца в направлении, по существу параллельном центральной оси указанного удерживающего корпуса.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что указанные наконечники содержат отверстия, выполненные с возможностью прохождения через них крепежного элемента для крепления к установочному приспособлению внутри указанного удерживающего корпуса.

14. Устройство по п. 13, дополнительно содержащее селективно расширяемое кольцо, окружающее указанное множество скользящих рычагов таким образом, чтобы удерживать указанное множество скользящих рычагов в отведенном положении вплоть до их расширения указанным установочным приспособлением.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что указанное селективно расширяемое кольцо содержит зазор, обеспечивающий возможность радиального расширения указанного селективно расширяющегося кольца.

16. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что указанное селективно расширяемое кольцо содержит разрушаемую часть для обеспечения возможности радиального расширения указанного селективно расширяющегося кольца.

17. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что указанное селективно расширяемое кольцо содержит суженную часть для того, чтобы обеспечить радиальное расширение указанного селективно расширяющегося кольца после разрушения указанной суженной части.

18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанное множество скользящих рычагов выполнено из материала, способного к селективному растворению.

19. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный удерживающий корпус выполнен из материала, способного к селективному растворению.

20. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанное множество скользящих рычагов выполнено из материала, выбранного из группы, состоящей из стали и алюминиевых сплавов.

21. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанное множество скользящих рычагов содержит зацепленные за ствол скважины пробки, вставленные туда.

22. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что установочное приспособление содержит наружную часть, выполненную с возможностью опирания на верхний край удерживающего корпуса, и внутреннюю часть, выполненную с возможностью вхождения в зацепление с нижним краем указанного множества скользящих рычагов для того, чтобы вытянуть упомянутое множество скользящих рычагов по направлению к указанной удерживающей части.

23. Устройство по п. 22, отличающееся тем, что указанная внутренняя часть содержит тяговые рычаги, выполненные с возможностью зацепления с нижним краем указанного множества скользящих рычагов.

24. Устройство по п. 23, отличающееся тем, что указанные тяговые рычаги содержат наклонную поверхность, выполненную с возможностью зацепления с соответствующей наклонной поверхностью указанного множества скользящих рычагов.

25. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что указанные тяговые рычаги расположены в продольном направлении параллельно указанной оси указанного удерживающего корпуса.

26. Устройство по п. 25, отличающееся тем, что указанная внутренняя часть указанного установочного приспособления содержит передаточную муфту, имеющую по всему периметру участок, выполненный с возможностью зацепления с дистальными концами указанных тяговых рычагов для удержания указанных тяговых рычагов в радиально расширенном положении таким образом, чтобы они входили в зацепление с указанным множеством скользящих рычагов.

27. Устройство по п. 26, отличающееся тем, что указанная передаточная муфта прикреплена к указанной внутренней части с помощью хрупкого соединительного элемента, при этом после разрушения хрупкого соединительного элемента указанная передаточная муфта получает возможность быть перемещенной вниз, позволяя тем самым указанным толкающим рычагам перемещаться радиально внутрь, с тем чтобы обеспечить возможность удаления упомянутого установочного приспособления.