СКВАЖИННЫЙ КЛАПАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2021 года по МПК E21B34/14 E21B43/26 

Область техники

[0001] Данное изобретение относится в целом к скважинному инструменту для использования в стволе скважины. Некоторые варианты реализации изобретения относятся к контролируемому пусковому клапану для использования в рабочей колонне.

Уровень техники

[0002] Нефтяная или газовая скважина содержит ствол скважины, проходящий в подземный пласт на некоторую глубину ниже поверхности (например, земной поверхности), и обычно имеет оболочку, такую как обсадная колонна, придающую скважине прочность.

[0003] Подготовка к добыче или воздействие на пласт может быть необходимо для разрыва пласта и обеспечения поступления углеводородов в ствол скважины, из которого их можно выводить на поверхность и добывать. Разрыв пластов посредством горизонтальных стволов скважин традиционно подразумевает закачивание жидкости для воздействия на пласт либо через участок ствола скважины с обсадной трубой, либо через открытый участок ствола скважины, в пласт для разрыва пласта и добычи из него углеводородов.

[0004] В некоторых обстоятельствах колонны для гидравлического разрыва пласта развертывают в стволах скважин с обсадными трубами, в этих случаях в цементированной системе предусматривают перфорационные отверстия, позволяющие жидкостям для воздействия на пласт проходить через инструмент для гидравлического разрыва пласта и перфорированную цементированную обсадную колонну для воздействия на пласт за ее пределами. В других случаях гидравлический разрыв пласта проводят в необсаженных, открытых скважинах.

[0005] В случае многоступенчатого гидравлического разрыва пласта несколько клапанных инструментов для гидравлического разрыва пласта используют в последовательном порядке для гидравлического разрыва участков пласта, как правило, начиная с призабойного конца ствола скважины, и постепенно перемещаясь по направлению к приствольному концу ствола скважины. Призабойный клапан представляет собой особый клапан, расположенный на призабойном конце колонны для гидравлического разрыва пласта. Он представляет собой первый клапан в колонне, открываемый и обеспечивающий сообщение между внутренним пространством колонны для гидравлического разрыва пласта и пластом за ее пределами.

[0006] Призабойные клапаны, также называемые призабойными пусковыми клапанами, в некоторых случаях предназначены для открывания только после определенного количества циклов изменения давления при приложении определенных значений. После открывания путь потока можно использовать либо для воздействия на пласт для добычи, либо просто для обеспечения возможности закачки в скважину компоновки низа бурильной колонны (КНБК) для многоступенчатого гидравлического разрыва пласта по выбору. Колонна заканчивания может быть зацементирована или нет внутри ствола скважины.

[0007] Некоторые призабойные клапаны, такие как описанные в документе US 9,752,412, используют механизм пошагового перемещения в форме устройства со штифтом и желобом, выполненный на внешней поверхности внутреннего трубчатого элемента, и поршневую систему, которая позволяет флюиду перемещать стопорный штифт делительного устройства в скважину в ходе замера пластового давления, и устройство смещения, перемещающее механизм пошагового перемещения обратно вверх по стволу скважины, когда замер пластового давления завершен, и устройство со штифтом и желобом предотвращает открывание клапана под давлением, пока не будет выполнено предварительно определенное количество замеров пластового давления.

[0008] Документ US 9,500,063 описывает призабойный клапан, содержащий канальный клапан, который расположен и сдвигается между внешним шпинделем и внутренним шпинделем. Тарелка клапана содержит четыре канала: канал рециркуляции, канал активации, канал выхода и канал открывания. В ходе замера пластового давления флюид подают через канал рециркуляции к верхнему концу приборного блока, толкая сменный элемент вглубь скважины. Пружина сдвигает сменный элемент обратно вверх по стволу скважины, в этот момент флюид проходит через канал активации, обеспечивая гидравлическое сообщение ниже по потоку либо со следующим сменным элементом, либо для смещения поршневого клапана. Установлен стопорный стержень, содержащий по меньшей мере одну стопорную деталь, удерживающий первый поршневой клапан в открытом положении после открывания.

[0009] Существует потребность в скважинном инструменте или устройстве, обеспечивающем возможность многоцикловой работы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Варианты реализации изобретения относятся к скважинному клапанному инструменту, который может содержать один или большее количество из: нижних элементов, образующих центральное отверстие и один или большее количество клапанных каналов, проходящих через него; поршневых клапанов, устанавливаемых с возможностью скольжения внутри указанного нижнего элемента для селективной блокировки сообщения между центральным отверстием и указанными одним или большим количеством клапанных каналов; верхних элементов, соединяемых с нижними элементами и связанных с ними центральным отверстием, при этом указанный верхний элемент образует впускной канал, один или большее количество каналов сообщения и выпускной канал и содержит один или большее количество сменных блоков, каждый из которых расположен в отверстии для сменного блока, выполненном в стенке верхнего элемента.

[0011] Любой из таких сменных блоков может содержать один или большее количество: пружинных стержней, закрепленных в осевом направлении в отверстии для сменного блока; гильз сменного блока, расположенных с возможностью скольжения по меньшей мере на части пружинного стержня; пружин, расположенных вокруг пружинного стержня; разрывных штифтов, вставляемых по меньшей мере в часть гильзы сменного блока и входящих в зацепление с пружинным стержнем, тем самым фиксирующих гильзу сменного блока в осевом направлении и удерживающих пружину в сжатом состоянии между пружинным стержнем и гильзой сменного блока.

[0012] Разрыв разрывного штифта давлением флюида из центрального отверстия и снятие давления флюида может обеспечивать возможность расширения пружины и перемещения гильзы сменного блока в осевом направлении, позволяющего флюиду проходить к одному или большему количеству следующих сменных блоков посредством канала сообщения, или позволяющего флюиду проходить к верхнему концу поршневого клапана, тем самым смещая клапан, обеспечивающий возможность сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов.

[0013] Другие варианты реализации изобретения в данном документе относятся к способу открывания скважинного клапанного инструмента. Способ может включать этап предоставления скважинного клапанного инструмента. Клапанный инструмент может содержать один или большее количество: нижних элементов, образующих центральное отверстие и один или большее количество клапанных каналов, проходящих через него; поршневых клапанов, устанавливаемых с возможностью скольжения внутри указанного нижнего элемента для селективной блокировки сообщения между центральным отверстием и указанными одним или большим количеством клапанных каналов; верхних элементов, соединяемых с нижними элементами и связанных с ними центральным отверстием, при этом указанный верхний элемент образует впускной канал, один или большее количество каналов сообщения и выпускной канал и содержит один или большее количество сменных блоков, каждый из которых расположен в отверстии для сменного блока, выполненном в стенке верхнего элемента.

[0014] Любой из указанных сменных блоков может содержать пружинный стержень, закрепленный в осевом направлении в отверстии для сменного блока; гильзу сменного блока, расположенную с возможностью скольжения по меньшей мере на части пружинного стержня; пружину, расположенную вокруг пружинного стержня; разрывной штифт, вставляемый по меньшей мере в часть гильзы сменного блока и входящий в зацепление с пружинным стержнем, тем самым фиксирующий гильзу сменного блока в осевом направлении и удерживающий пружину в сжатом состоянии между пружинным стержнем и гильзой сменного блока.

[0015] Способ может включать этап создания избыточного давления на первом сменном элементе указанного скважинного инструмента для разрыва указанного разрывного штифта давлением флюида из центрального отверстия; снятия давления флюида, обеспечивающего возможность расширения пружины и перемещения гильзы сменного блока в осевом направлении; обеспечение возможности прохождения флюида к одному или большему количеству следующих сменных блоков посредством канала сообщения или обеспечение возможности прохождения флюида к верхнему концу поршневого клапана для смещения таким образом клапана, обеспечивающего возможность сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов.

[0016] Другие варианты реализации данного изобретения относятся к скважинному клапанному инструменту, который может содержать нижний элемент, соединенный с верхним элементом. Нижний элемент может содержать (центральное) отверстие, проходящее через него. Нижний элемент может содержать по меньшей мере один клапанный канал. Может иметься подвижный элемент, управляемый нижним элементом и/или верхним элементом. В аспектах изобретения может иметься поршневой клапан, располагаемый с возможностью скольжения внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения (потока флюида) между отверстием нижнего элемента и одним или большим количеством клапанных каналов.

[0017] Верхний элемент может содержать по меньшей мере один канал гидравлического сообщения и выпускной канал. Верхний элемент может содержать боковую стенку. Внутри боковой стенки может быть выполнено отверстие для сменного блока. Внутри отверстия для сменного блока может быть расположен сменный блок.

[0018] Сменный блок может содержать один или большее количество: пружинных стержней; гильз сменного блока, расположенных (с возможностью перемещения) по меньшей мере на части пружинного стержня; элементов смещения, зацепленных с гильзой сменного блока; и разрывных штифтов, содержащих рабочую поверхность. Разрывной штифт может быть расположен внутри по меньшей мере части гильзы сменного блока. Разрывной штифт может быть зацеплен с пружинным стержнем. Разрывной штифт может быть выполнен с возможностью разрыва от приложения давления (например, от флюида) на рабочую поверхность.

[0019] Скважинный клапанный инструмент может содержать второй сменный блок. В аспектах изобретения флюид может поступать во второй сменный блок после перемещения элементом смещения гильзы сменного блока в убранное или второе положение. По меньшей мере один из сменного блока и второго сменного блока может иметь продольную ось сменного блока. Скважинный клапанный инструмент может иметь соответствующую продольную ось клапанного инструмента. Продольная ось сменного блока может быть (по существу) перпендикулярной продольной оси клапанного инструмента. Перпендикулярная подразумевает наличие разумного допуска на точность, а не обязательно должна быть математически точно перпендикулярной.

[0020] Скважинный клапанный инструмент может содержать вставку управления потоком. Вставка управления потоком может содержать внутреннее радиальное ребро. Внутреннее радиальное ребро может содержать продольный выступ ребра. В аспектах изобретения часть поршневого клапана может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичной блокировки по меньшей мере одного клапанного канала, когда конец поршневого клапана входит в зацепление с концом внутреннего радиального ребра. Отношение блокировки продольного выступа ребра к высоте указанной части находится в диапазоне отношений от 0,8 до 1,2. Указанное отношение может составлять около 1.

[0021] Клапан скважинного инструмента может содержать верхнюю атмосферную камеру, ближнюю к верхнему концу поршневого клапана. Верхняя атмосферная камера может иметь гидравлическое сообщение с выпускным каналом. Поршневой клапан может быть гидравлически уравновешенным, пока верхняя атмосферная камера не находится под избыточным давлением флюида, переходящего из выпускного канала. В аспектах изобретения флюид может поступать в напорную камеру сменного блока из впускного канала для того, чтобы воздействовать на рабочую поверхность. Напорная камера может быть герметично изолирована от гидравлического сообщения с любой другой частью отверстия сменного блока до разрыва разрывного штифта.

[0022] В вариантах реализации изобретения снятие или уменьшение давления флюида в напорной камере может обеспечивать возможность раздвигания или разжимания элемента смещения и в результате перемещения гильзы сменного блока в убранное положение. Перемещение гильзы сменного блока может обеспечивать сдвиг одного или большего количества уплотнителей между напорной камерой и пружинной атмосферной камерой, тем самым обеспечивая возможность потока флюида из напорной камеры в пружинную атмосферную камеру, а затем по меньшей мере в один из следующих сменных блоков посредством канала сообщения, и к верхнему концу поршневого клапана.

[0023] Скважинный клапанный инструмент может содержать удерживающую пластину, фиксирующую в осевом направлении пружинный стержень в сменном блоке. Разрывной штифт может быть выполнен с диаметром разрыва, на котором он разрывается, и при этом разрывной штифт имеет резьбовое зацепление с пружинным стержнем в собранной неактивированной конфигурации.

[0024] После разрыва разрывного штифта первый обломок разрывного штифта может оставаться в зацеплении с пружинным стержнем. Второй обломок разрывного штифта и гильза сменного блока могут иметь возможность перемещения (вместе или по отдельности) в атмосферную камеру разрывного штифта. Один или большее количество уплотнителей или уплотнительных колец на гильзе сменного блока могут быть выполнены с возможностью предотвращения поступления давления флюида в атмосферную камеру разрывного штифта.

[0025] Варианты реализации изобретения в данном документе относятся к способу открывания скважинного клапанного инструмента. Способ может включать этап предоставления скважинного клапанного инструмента, выполненного с одним или большим количеством: нижних элементов, содержащих: центральное отверстие, и по меньшей мере один боковой клапанный канал; поршневых клапанов, размещаемых с возможностью скольжения внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения между центральным отверстием и указанным по меньшей мере одним клапанным каналом; верхних элементов, зацепленных с нижним элементом, содержащих: впускной канал, по меньшей мере один канал сообщения, выпускной канал, и отверстие для сменного блока, выполненное в боковой стенке верхнего элемента; сменных блоков, расположенных и заключенных внутри отверстия для сменного блока, содержащих: пружинный стержень; гильзу сменного блока, расположенную с возможностью скольжения по меньшей мере на части пружинного стержня; элементов смещения, зацепленных с гильзой сменного блока в смещенном положении; разрывных штифтов, расположенных по меньшей мере в части гильзы сменного блока и зацепленных с пружинным стержнем.

[0026] Способ может включать этап создания избыточного давления в отверстии для сменного блока в достаточной степени для разрыва разрывного штифта давлением флюида из центрального отверстия; снятия давления флюида из отверстия для сменного блока для освобождения элемента смещения из смещенного положения и тем самым обеспечения возможности перемещения элементом смещения гильзы сменного блока в убранное положение; после этапа освобождения обеспечение возможности прохождения флюида из отверстия для сменного блока в по меньшей мере один элемент из: одного или большего количества следующих сменных блоков посредством канала сообщения, и к верхнему концу поршневого клапана для сдвигания таким образом поршневого клапана по направлению от селективной блокировки клапанного канала для того, чтобы обеспечить возможность гидравлического сообщения между центральным отверстием и указанным по меньшей мере одним клапанным каналом.

[0027] Другие варианты реализации изобретения относятся к скважинному клапанному инструменту, который может содержать нижний элемент.Нижний элемент может содержать (центральное) отверстие и один или большее количество клапанных каналов, проходящих через него. Может иметься поршневой клапан, располагаемый с возможностью перемещения (например, с возможностью скольжения) внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения между указанным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов.

[0028] Клапанный инструмент может содержать верхний элемент, соединяемый с нижним элементом. Верхний элемент может содержать один или большее количество: впускных каналов; по меньшей мере один канал гидравлического сообщения; выпускных каналов; и отверстий для сменного элемента, выполненных внутри боковой стенки верхнего элемента.

[0029] Клапанный инструмент может содержать сменный блок, расположенный внутри отверстия для сменного блока. Сменный блок может содержать любые элементы из: пружинного стержня; гильзы сменного блока, расположенной с возможностью перемещения по меньшей мере на части пружинного стержня; элемента смещения, зацепленного с гильзой сменного блока; разрывного штифта, расположенного внутри по меньшей мере части гильзы сменного блока и зацепленного с пружинным стержнем.

[0030] В аспектах изобретения разрыв разрывного штифта давлением флюида из отверстия нижнего элемента или ствола скважины и снятие давления флюида могут обеспечивать возможность раздвигания или разжимания элемента смещения и последующего (осевого) перемещения гильзы сменного блока. Указанное перемещение может обеспечивать возможность прохождения флюида к одному или большему количеству следующих сменных блоков посредством канала сообщения или прохождения флюида к верхнему концу поршневого клапана для сдвига клапана, обеспечивающего возможность сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов.

[0031] Сменный блок может иметь продольную ось сменного блока. Скважинный клапанный инструмент может иметь продольную ось клапанного инструмента. Продольная ось сменного блока может быть перпендикулярной продольной оси клапанного инструмента. Скважинный клапанный инструмент может содержать вставку управления потоком, выполненную с внутренним радиальным ребром, содержащим продольный выступ ребра. В аспектах изобретения часть поршневого клапана может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичной блокировки по меньшей мере одного клапанного канала, когда конец поршневого клапана входит в зацепление с концом внутреннего радиального ребра.

[0032] Эти и другие варианты реализации изобретения, особенности и преимущества станут очевидными в следующем подробном описании и графических материалах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0033] Для более подробного описания данного изобретения теперь обратимся к приложенным графическим материалам, в которых:

[0034] Фиг.1 показывает вид в вертикальном разрезе пускового клапана в закрытом положении клапана согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0035] Фиг.2A показывает вид сверху в разрезе, выполненном вдоль линии 2-2 по Фиг.1, изображающий верхний элемент пускового клапана по Фиг.1, показывающий два сменных блока, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0036] Фиг.2B показывает подробный вид в вертикальном разрезе, выполненном вдоль линии B-B по Фиг.2A, изображающий канал сообщения A и сменный блок первой ступени, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0037] Фиг.3 показывает подробный вид сбоку в разрезе, выполненном вдоль линии 3-3 по Фиг.1, изображающий поперечное сечение верхнего элемента со сменным блоком, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0038] Фиг.4 показывает вид в вертикальном разрезе сменного блока согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0039] Фиг.4A показывает сегментированный вид в вертикальном разрезе сменного блока по Фиг.4 согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0040] Фиг.4B показывает вид в вертикальном разрезе сменного блока по Фиг.4 согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0041] Фиг.4C показывает дополнительный вид в разрезе пружинного стержня сменного блока по Фиг.4, соединенного с гильзой сменного блока по Фиг.4, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0042] Фиг.5 показывает подробный вид сбоку в разрезе верхнего элемента с одним сменным блоком в положении при спуске согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0043] Фиг.6 показывает подробный вид сбоку в разрезе верхнего элемента с одним сменным блоком, показывающий разрывной штифт в срезанном состоянии, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0044] Фиг.7 показывает подробный вид сбоку в разрезе верхнего элемента с одним сменным блоком в положении с частично расширенной пружиной согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0045] Фиг.8 показывает подробный вид сбоку в разрезе верхнего элемента с одним сменным блоком в положении с полностью расширенной пружиной согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0046] Фиг.9 показывает вид в вертикальном разрезе пускового клапана по Фиг.1 в открытом положении клапана согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0047] Фиг.10A показывает подробный вид в разрезе верхнего элемента пускового клапана согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0048] Фиг.10B показывает вид по Фиг.10A, выполненный вдоль линии 10B, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0049] Фиг.11A показывает дополнительный подробный вид в разрезе срезного штифта по фиг.10; показывающий срезной поршень раздвинутым, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0050] Фиг.11B показывает верхний элемент с предохранительной диафрагмой согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0051] Фиг.12 показывает подробный вид в разрезе срезного штифта по Фиг.10, показывающий срезной поршень сдвинутым, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0052] Фиг.13 показывает подробный вид сверху в разрезе верхнего элемента по Фиг.10;

[0053] Фиг.14 показывает подробный вид сбоку в разрезе верхнего элемента пускового клапана согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0054] Фиг.15 показывает подробный вид в вертикальном разрезе верхнего элемента с дополнительным вариантом реализации сменного блока в положении при спуске согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0055] Фиг.16A показывает вид в вертикальном разрезе дополнительного варианта реализации сменного блока согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0056] Фиг.16B показывает подробный вид в вертикальном разрезе компонентов сменного блока гильзы сменного блока по Фиг.16A согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0057] Фиг.17A показывает подробный вид в вертикальном разрезе сменного блока по Фиг.15 в разорванной конфигурации согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0058] Фиг.17B показывает дополнительный подробный вид сменного блока по Фиг.17A согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0059] Фиг.17C показывает дополнительный подробный вид сменного блока по Фиг.17A согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0060] Фиг.18 показывает дополнительный подробный вид сменного блока по Фиг.17A в полностью расширенном положении согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0061] Фиг.19A показывает вид в продольном разрезе клапана скважинного инструмента, выполненного со вставкой управления потоком, согласно вариантам реализации данного изобретения;

[0062] Фиг.19B показывает вид в продольном разрезе клапана скважинного инструмента по Фиг.19A с разблокированными клапанными каналами согласно вариантам реализации данного изобретения; и

[0063] Фиг.19C показывает вид в продольном разрезе клапана скважинного инструмента, содержащего вставку управления потоком с одним или большим количеством клапанных каналов, частично блокированных поршневым клапаном, согласно вариантам реализации данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0064] В данном документе описаны новые устройства, системы и способы, которые относятся к скважинным инструментам, используемым для работ в стволе скважины, и связанные с ними аспекты изобретения (в том числе компоненты), подробности которых описаны в данном документе.

[0065] Варианты реализации данного изобретения описаны подробно со ссылкой на приложенные фигуры. В следующем обсуждении и в формуле изобретения термины «включающий» и «содержащий» используются в неограничивающей форме, которая означает, например, «включающий, но без ограничения…». Хотя данное изобретение может быть описано со ссылкой на соответствующие устройства, системы и способы, следует понимать, что данное изобретение не ограничено конкретными показанными или описанными вариантами реализации изобретения. Напротив, специалист в данной области техники поймет, что разнообразные конфигурации могут быть реализованы в соответствии с вариантами реализации изобретения, описанными в данном документе.

[0066] Хотя не обязательно, одинаковые элементы на различных фигурах могут быть обозначены одинаковыми числовыми обозначениями для согласованности и легкости понимания. Многочисленные конкретные подробности изложены для того, чтобы обеспечить более глубокое понимание данного изобретения; однако для специалиста в данной области техники будет очевидно, что описываемые в данном документе варианты реализации изобретения можно осуществить на практике без этих конкретных подробностей. В других случаях известные особенности не были описаны подробно, чтобы избежать излишнего усложнения описания. Термины направления, такие как «выше», «ниже», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «правый», «левый», «вниз» и т.д., могут использоваться для удобства и для обозначения общего направления и/или ориентации и предназначены только для иллюстративных целей, а не для ограничения изобретения.

[0067] Соединения, сочленения или другие формы соприкосновения между деталями, компонентами и т.д. могут содержать обычные элементы, такие как смазка, дополнительные уплотнительные материалы, такие как прокладка между фланцами, тефлон между резьбами и тому подобное. Изготовление и производство любого конкретного компонента, подкомпонента и т.д. может быть таким, как это было бы очевидно для специалиста в данной области техники, например, литье, штамповка, прессование, механическая обработка или аддитивная технология. Варианты реализации данного изобретения предусматривают, что один или большее количество компонентов должны быть новыми, бывшими в употреблении и/или модернизированными.

[0068] Числовые диапазоны в этом описании могут быть приблизительными и, таким образом, могут включать значения за пределами диапазона, если не указано иное. Числовые диапазоны включают все значения от указанных нижних и верхних значений и включая их с шагом меньших единиц. В качестве примера, если композиционное, физическое или иное свойство, такое как, например, молекулярная масса, вязкость, индекс расплава и т.д., составляет от 100 до 1000, предполагается, что все отдельные значения, такие как 100, 101, 102 и т.д., и поддиапазоны, такие как от 100 до 144, от 155 до 170, от 197 до 200 и т.д., явно перечислены. Предполагается, что включены их десятичные дроби или дроби. Для диапазонов, содержащих значения меньше единицы или содержащих дробные числа больше единицы (например, 1,1, 1,5 и т.д.), меньшими единицами могут считаться 0,0001, 0,001, 0,01, 0,1 и т.д. Это только примеры того, что конкретно подразумевается, и все возможные комбинации числовых значений между указанными наименьшим значением и наибольшим значением должны рассматриваться как прямо указанные в данном описании изобретения.

[0069] Варианты реализации изобретения в данном документе могут быть описаны на макроуровне, особенно с точки зрения декоративного или внешнего вида. Таким образом, размер, такой как длина, может быть описан как имеющий определенное числовое значение, хотя и с указанием конкретной цифры или без него. Специалист в данной области техники поймет, что размер «2 сантиметра» может не быть равным точно 2 сантиметрам, и что на микроуровне возможны отклонения. Аналогичным образом, ссылка на «равномерность» размера, такого как толщина, не обязательно должна указывать на полную, точную равномерность. Таким образом, равномерная или равная толщина «1 миллиметр» может иметь заметные отклонения на микроуровне в пределах определенного допуска (например, 0,001 миллиметра), связанного с неточностью измерения и изготовления.

[0070] Графические материалы не обязательно представлены с соблюдением масштаба, и в некоторых случаях пропорции могут быть увеличены для того, чтобы более четко изобразить определенные особенности.

Термины

[0071] Термин «соединенный» в контексте данного документа может относиться к соединению между соответствующим компонентом (или субкомпонентом) и другим компонентом (или другим субкомпонентом), которое может быть неподвижным, подвижным, прямым, косвенным, и аналогичным зацеплению, связи, расположению и т.д., и может быть выполнено с помощью винтов, гаек/болтов, сварки и т.д. Любое использование любой формы терминов «соединение», «зацепление», «связь», «прикрепление», «крепление» и т.д. или любого другого термина, описывающего взаимодействие между элементами, не означает ограничения взаимодействия прямым взаимодействием между элементами и может также включать косвенное взаимодействие между описываемыми элементами.

[0072] Термин «флюид» в контексте данного документа может относиться к жидкости, газу, суспензии, многофазной смеси и т.п.и не ограничен каким-либо конкретным типом флюида, таким как углеводороды.

[0073] Термин «состав» или «смесь веществ» в контексте данного документа может относиться к одному или большему количеству ингредиентов, компонентов, составных частей и т.п., которые составляют материал (или материал конструкции). Например, материал может содержать смесь веществ. Аналогичным образом, устройство может быть изготовлено из материала, содержащего смесь веществ. Смесь веществ может быть производной от первоначального состава. Состав может относиться к потоку из одного или большего количества химических компонентов.

[0074] Термин «химикат» в контексте данного документа может иметь аналогичное значение или быть взаимозаменяемым с материалом, химическим материалом, ингредиентом, компонентом, химическим компонентом, элементом, веществом, соединением, химическим соединением, молекулой, составной частью и так далее, и наоборот.Любой «химикат», рассматриваемый в данном описании, не обязательно относится к 100% чистому химикату. Например, хотя «воду» можно рассматривать как H2O, специалист поймет, что в «воде» могут присутствовать различные ионы, соли, минералы, примеси и другие вещества (в том числе на уровне миллиграммов на тонну). Химикат может содержать все изомерные формы и наоборот (например, «гексан» включает все изомеры гексана по отдельности или вместе).

[0075] Для некоторых вариантов реализации изобретения материал конструкции может содержать смесь веществ, разработанную или другим способом получившую свойства для реакции или изменения целостности или другого физического признака под воздействием определенных условий в стволе скважины, таких как изменения времени, температуры, наличие воды, нагрева, давления, растворения, их комбинации и т.п.Нагрев может присутствовать по причине увеличения температуры, относящегося к естественному перепаду температур земных недр, а вода может уже присутствовать в существующих скважинных флюидах. Изменение целостности может происходить в течение предварительно определенного периода времени, который может находиться в диапазоне от нескольких минут до нескольких недель. В аспектах изобретения период времени может составлять от около 12 часов до около 36 часов.

[0076] Термин «гидравлический разрыв пласта» или «операция гидравлического разрыва пласта» в контексте данного документа может относиться к разрыву в скважине, которая уже была пробурена. То же самое может относиться также к взаимозаменяемым терминам операция разрыва пласта, разрыв пласта, гидроразрыв пласта, гидроразрыв, разрыв, гидравлический разрыв, ГРП и так далее. Операция гидравлического разрыва пласта может быть наземной или водной.

[0077] Данный контролируемый призабойный пусковой клапан можно использовать в качестве части колонны заканчивания для создания пути потока для флюида изнутри колонны в пласт за ее пределами (или наоборот) после определенного количества испытательных циклов изменения давления при приложении определенных значений. После открывания путь потока можно использовать для воздействия на пласт для добычи.

[0078] Согласно фигурам, данный призабойный пусковой клапан 2 можно разделить на два основных компонента, верхний элемент 4 и нижний элемент 6. Верхний элемент 4 может выполнять функции гидравлического клапана, который с помощью прикладываемого внутреннего гидравлического давления, передаваемого посредством ряда каналов сообщения в один или большее количество сменных блоков 8A, 8B и т.д., позволяет призабойному пусковому клапану 2 проходить через некоторое количество регулируемых циклов изменения давления перед тем, как открыться. Сменные блоки 8A и т.д. могут удерживаться на месте, например, посредством удерживающей пластины 40 и соответствующих крепежных элементов 40A.

[0079] Один или большее количество клапанных каналов 20 могут быть выполнены в нижнем элементе 6. Поршневой клапан 10 может быть расположен во внутреннем отверстии 9 нижнего элемента 6, который может представлять собой (основной) барьер для доступа флюида из внутреннего отверстия 12 гильзы призабойного пускового клапана 2 в пласт посредством клапанных каналов 20. Когда призабойный пусковой клапан 2 опускают и во время замеров пластового давления поршневой клапан 10 может находиться в состоянии гидравлического равновесия. Разница гидравлических поверхностей может быть предусмотрена между верхним концом поршневого клапана 10, как видно по D2, и нижним концом поршневого клапана 10, как видно по D1. Эта разница гидравлических поверхностей может обеспечивать или создавать положительное усилие вверх по стволу скважины, подходящее для удержания поршневого клапана 10 закрытым флюидом в отверстии 12.

[0080] Это равновесие может сохраняться, пока верхняя атмосферная камера 14 и нижняя атмосферная камера 16 поддерживаются свободными от флюида. Для предотвращения случайного сдвига поршневого клапана 10 один или большее количество срезных винтов 18 могут быть использованы для соединения поршневого клапана 10 с нижним элементом 6. Срезные винты 18 могут срезаться, когда в верхнюю атмосферную камеру 14 заливается достаточное количество флюида, при этом усилие (давление) воздействует на верхний конец 10a поршневого клапана 10, преодолевая (ломая, срезая и т.п.) срезные винты. После этого поршневой клапан 10 может перемещаться (например, вглубь скважины), при этом открывая (прекращая блокировать) клапанные каналы 20. Флюид может переходить в верхнюю атмосферную камеру 14 через гидравлические клапаны (смотрите, например, Фиг.2A/2B) верхнего элемента 4.

[0081] Фиг.2A и 2B иллюстрируют детали верхнего элемента 4 и гидравлические клапаны данного призабойного пускового клапана 2. Блок 11 гидравлических клапанов может содержать одну или большее количество ступеней. Любые такие отдельные ступени могут содержать в точности одинаковые или сравнимые механически обработанные детали, части и функции и могут быть соединены (например, последовательно) рядом каналов сообщения.

[0082] Фиг.2A и 2B вместе показывают, что первая ступень может сообщаться (например, иметь гидравлическое сообщение) непосредственно с флюидом внутри отверстия 12 призабойного пускового клапана 2 посредством скважины через верхний элемент 4, который образует первый канал 22 сообщения (который иногда может называться впускным каналом 22). Первый канал 22 сообщения может в качестве варианта содержать пробку 24, расположенную в нем (посредством внешней поверхности верхнего элемента 4). Блок 11 клапанов (посредством канала 22 сообщения) может включать целый ряд вариантов реализации управления доступом флюида в канал 22 сообщения, которые рассматриваются в отношении Фиг.10-14 далее в данном документе.

[0083] После создания давления в первой ступени в ходе первого замера пластового давления или цикла флюид может получить возможность перехода в следующую ступень. Следующая ступень может включать переход флюида посредством второго канала 26A сообщения на вторую ступень замера пластового давления. В альтернативном варианте первая ступень или любая ступень может служить в качестве последней ступени, после которой флюид под давлением протекает, достигая верхней атмосферной камеры 14 посредством конечного канала 28 сообщения, также называемого выпускным каналом 28, и сам обеспечивает или запускает сдвиг или перемещение поршневого клапана 10 в открытое положение. На Фиг.2A и 2B флюид переходит на вторую ступень посредством второго канала 26A сообщения. Второй замер пластового давления выполняют, пока вторая ступень не начнет работать, позволяя флюиду перемещаться на следующую ступень.

[0084] Теперь обратимся к Фиг.3, на которой показаны детали одного варианта реализации одной ступени данного призабойного пускового клапана 2. Указанная ступень может содержать блок клапанов (11, Фиг.2A). Компоненты и функции каждой ступени могут быть одинаковыми или сравнимыми. Расположение и работа сменных блоков 8A, 8B, 8C и т.д. внутри верхнего элемента 4 по отношению друг к другу и по отношению к верхней атмосферной камере 14 могут создавать или формировать регулируемое количество циклов изменения давления, которые можно использовать или применить к призабойному пусковому клапану 2 до открывания призабойного пускового клапана 2. Это описано более подробно в данном документе.

[0085] Предпочтительно каждая ступень может содержать отверстие 30 для сменного блока, выполненное внутри верхнего элемента 4, и сменный блок 8. В собранном виде сменный блок 8 может быть расположен (вставлен) в отверстии 30 для сменного блока и таким образом образовывать или создавать одну или большее количество герметичных камер. Отверстие 30 для сменного блока может быть выполнено в боковой стенке верхнего элемента 4. Указанные герметичные камеры могут содержать напорную камеру 34 и одну или большее количество атмосферных камер. Как показано в данном документе, могут иметься первая и вторая атмосферная камера, а именно атмосферная камера 36 разрывного штифта и пружинная атмосферная камера 38. Атмосферные камеры 36, 38 могут быть разделены напорной камерой 34 или изолированы от нее.

[0086] Канал сообщения (например, Фиг.2A-2B, канал 22 или 26) может иметь гидравлическое сообщение с напорной камерой 34 и может быть выполнен с возможностью переносить или обеспечивать поступление флюида под давлением в напорную камеру 34. В случае первой ступени флюид может поступать в напорную камеру 34 из первого канала (22) сообщения. В случае любых последующих ступеней флюид может поступать в напорную камеру 34 из следующих каналов сообщения (то есть, 26А, 26B и т.д.), соединяющих предшествующие ступени со следующими ступенями.

[0087] Пружинная атмосферная камера 38 одной ступени может иметь гидравлическое сообщение с напорной камерой 34 следующей ступени посредством следующего канала 26A, 26B сообщения. В альтернативном варианте, в случае последней ступени пружинная атмосферная камера 38 может иметь гидравлическое сообщение с верхней атмосферной камерой 14 посредством выпускного канала (28, Фиг.2A). Установленное гидравлическое сообщение пружинной атмосферной камеры одной ступени либо с напорной камерой следующей ступени, либо с атмосферной камерой 14 может позволять устанавливать желаемое количество циклов изменения давления.

[0088] Удерживающая пластина 40 может быть установлена или выполнена на конце сменного блока 8 и способствует ограничению перемещения сменного блока 8. В варианте реализации изобретения удерживающая пластина 40 может представлять собой отдельный компонент, который может быть закреплен на верхнем элементе 4 посредством одного или большего количества винтов (40A, Фиг.2A) или других известных крепежных элементов.

[0089] Теперь обратимся к Фиг.4, 4A, 4B и 4C, на которых представлены дополнительные детали сменного блока в соответствии с вариантами реализации изобретения в данном документе. Как показано, сменный блок 8 может содержать пружинный стержень 42 с гильзой 44 сменного блока, расположенной подвижно (например, с возможностью скольжения) по меньшей мере над частью 42a пружинного стержня 42. Подходящий элемент смещения может быть расположен или размещен вокруг пружинного стержня 42. Хотя и без ограничения, элемент смещения может представлять собой пружину 46. Пружина 46 может удерживаться в предварительно нагруженном сжатом (напряженном) состоянии между упорным концом 42A пружинного стержня 42 и упорным противоположным концом 44A гильзы 44 сменного блока.

[0090] Гильзу 44 сменного блока в свою очередь может удерживать на месте в осевом направлении разрывной штифт 48. Разрывной штифт 48 может быть вставлен в гильзу 44 сменного блока и может содержать упор 48A штифта, упирающийся во внутренний профиль 44B гильзы 44 сменного блока. Штифт 48 (например, посредством головки 39 штифта) может быть зацеплен с пружинным стержнем 42. Зацепление между разрывным штифтом 48 и пружинным стержнем 42 может быть выполнено посредством резьбового соединения 47. Один или большее количество уплотнителей 50 могут быть использованы для герметичной и гидравлической изоляции напорной камеры 34 и двух атмосферных камер 36 и 38 (смотрите также Фиг.3). В собранном виде разрывной штифт 48 может удерживать гильзу 44 на месте посредством зацепления с профилем 44B и резьбового зацепления 47 (смотрите сопряженные резьбы 49A, 49B, Фиг.4A).

[0091] Сменный блок 8 может иметь продольную ось 13 сменного блока. Аналогичным образом, клапанный инструмент 2 может иметь продольную ось 3. В варианте реализации изобретения оси 3 и 13 могут быть в целом параллельными друг другу. В других вариантах реализации изобретения оси 3 и 13 могут быть смещены. Как показано в данном документе, ось 3 может считаться расположенной под прямым углом или перпендикулярной каждой другой (специалист поймет, что оси не должны раздваиваться).

[0092] В этом отношении сменный блок 8 может быть установлен (ориентирован) горизонтально по отношению к вертикальному состоянию клапанного инструмента 2 (или связанной с ним рабочей колонны). Использование горизонтальной конфигурации может облегчить вставку или замену сменного блока без необходимости удаления или разъединения частей рабочей колонны друг от друга.

[0093] Фиг.4C гильзу 44 сменного блока, которая может иметь первый внутренний диаметр D3, меньший по размеру чем второй диаметр D4 сменного блока. В результате этого рабочая поверхность 51 может присутствовать внутри гильзы 44. Разница между диаметрами D3 и D4 может обеспечивать или создавать гидравлический дисбаланс на противоположных концах гильзы 44. Давление флюида, действующее на рабочую поверхность 51, может способствовать удержанию пружины 46 в сжатом состоянии.

[0094] Теперь обратимся к Фиг.5, на которой можно увидеть, что сменный блок 8 (или в качестве части блока 11 клапанов, Фиг.2A) можно вставить внутрь отверстия 30 для сменного блока таким образом, чтобы образовалась напорная камера 34. Напорная камера 34 может представлять собой полость или пространство между первым углублением 45 отверстия и углублением 55 штифта. Флюид может протекать или поступать в напорную камеру 34, при этом образуются две гидравлически активные поверхности, которые действуют на две атмосферные камеры (36 и 38, Фиг.3).

[0095] Первая гидравлически активная поверхность может быть образована уплотнителем 50A, установленным на внешнем диаметре разрывного штифта 48 (или внешней поверхности штифта) напротив внутреннего диаметра (или внутренней поверхности) гильзы 44 сменного блока. Давление на эту гидравлически активную поверхность может вызывать натяжение разрывного штифта 48 относительно пружинного стержня 42. Это может происходить в результате зацепления разрывного штифта 48 с пружинным стержнем 42, а пружинный стержень 42 может удерживать на месте удерживающая пластина 40. Этот диаметр 48A может определять величину гидравлического дисбаланса и силу нагрузки, которая пытается разорвать разрывной штифт 48. Эта сила не должна воздействовать на гильзу 44 сменного блока.

[0096] Вторую гидравлически активную поверхность образует разница между уплотнителем 50A и уплотнителем 50C, установленным внутри уплотнителя гильзы 44 сменного блока на пружинном стержне 42. Вместе диаметр 48A и диаметр 48B разрыва, эти диаметры гидравлического дисбаланса, могут вызывать или создавать осевую нагрузку, действующую на гильзу 44 сменного блока в направлении, необходимом для предотвращения разжимания пружины (сравните с разжиманием пружины на Фиг.7).

[0097] Теперь обратимся к Фиг.6, согласно которой, когда давление приложено к диаметру 48A уплотнителя разрывного штифта, штифт 48 может разорваться на диаметре 48B разрыва. В результате разрыва штифта 48 одна часть или головка 39 штифта может остаться зацепленной с пружинным стержнем 42 или в нем, а другая часть 48C штифта получить возможность перемещения внутри атмосферной камеры 36 разрывного штифта. Разрыв может произойти, пока еще сохраняется надежное уплотнение внутри гильзы 44 сменного блока. Теперь после разрыва разрывного штифта 48 разрывной штифт 48 больше не может поддерживать упор гильзы 44 сменного блока в пружину 46. В этот момент только давление флюида само по себе может удерживать пружину 46 в сжатом состоянии. Давление, при котором разрывается разрывной штифт 48, может быть регулируемым и/или предварительно определенным. Это давление может быть достаточным для удержания пружины 46 в сжатом состоянии путем воздействия на гидравлический дисбаланс гильзы сменного блока во время разрыва штифта.

[0098] Когда обломок 48C разрывного штифта находится в своем положении покоя, и пружина 46 полностью сжата, давление внутри напорной камеры можно увеличить до нужного давления для замера пластового давления. Гидравлический дисбаланс может образоваться в гильзе сменного блока при наличии диаметра 48A (указание на 50A), большего чем диаметр 48B разрыва (указание на 50C), в этом случае, пока имеется давление флюида внутри напорной камеры, дисбаланс будет существовать. Изменяя величину гидравлического дисбаланса и давление флюида, можно управлять силой нагрузки, действующей на пружину 46 таким образом, чтобы во время разрыва штифта она была больше значения предварительной нагрузки пружины.

[0099] Теперь обратимся к Фиг.7 и 8 вместе, согласно которым поддержание высокого значения давления (или нужного давления) внутри напорной камеры (34, Фиг.6) может предоставить сменному блоку 8 возможность сохранять или удерживать пружину 46 в сжатом или смещенном состоянии. В свою очередь уменьшать, уменьшение давления до управляемого значения может обеспечивать возможность смещения пружины 46, толкающей или другим способом сдвигающей гильзу 44 сменного блока на разрывной штифт 48 (или часть 48C). Уплотнитель 50D, который ранее изолировал пружинную атмосферную камеру 38 от напорной камеры 34 теперь можно сдвинуть, чтобы нарушить герметичность и позволить флюиду под давлением переходить в пружинную атмосферную камеру 38.

[0100] Конкретно согласно Фиг.8, после выпуска флюида из напорной камеры (34) в пружинную атмосферную камеру 38 увеличение гидравлической поверхности, создаваемое напротив атмосферной камеры 36 разрывного штифта, запустит в сочетании с усилием пружины толчок гильзы 44 сменного блока в полностью перемещенное (убранное) положение, показанное здесь, тем самым позволяя легко максимизировать пропуск флюида. Теперь флюид может свободно проходить или протекать через пружинную атмосферную камеру 38 либо в напорную камеру 34 следующей ступени, где можно повторить цикл, показанный на Фиг.5-8, либо, если ступень последняя, флюид может протекать в верхнюю атмосферную камеру 14 на верхней стороне поршневого клапана (10, Фиг.1). Хотя некоторые показанные варианты реализации изобретения иллюстрируют две ступени, количество ступеней может варьироваться от только одной до более двух без каких-либо сопутствующих различий в форме, устройстве и функциях описываемого механизма. В вариантах реализации изобретения могут присутствовать от около 1 ступени до около 20 ступеней.

[0101] Теперь обратимся к Фиг.9, на которой показано положение с открытым клапаном клапанного инструмента в соответствии с вариантами реализации изобретения в данном документе. Фиг.1 в первоначальном виде показывает поршневой клапан 10, который может быть первоначально закрыт с помощью одного или большего количества срезных винтов 18, соединенных с ним, и может быть гидравлически уравновешен. Сам по себе поршневой клапан 10 не может перемещаться, когда флюид или скважинные инструменты закачивают через внутреннее отверстие 12 клапана. Однако, когда блок (11) клапанов верхней атмосферной камеры 14 заполнен флюидом под давлением, в конечном итоге давление может передаваться через выпускной канал 28. Таким образом, может возникать гидравлический дисбаланс с нижней атмосферной камерой 16. Этот дисбаланс может в конечном счете приводить к срезанию срезных винтов 18 и последующему перемещению поршневого клапана 10 в его открытое положение, показанное на Фиг.9. Это приводит к открыванию клапанных каналов 20 между внутренним пространством 12 клапана и пространством за его пределами.

[0102] Теперь обратимся к Фиг.10A-14 вместе, на которых показаны два альтернативных варианта реализации изобретения для (временного) закупоривания первого канала 22 сообщения сменного блока 8 в соответствии с вариантами реализации изобретения в данном документе. Фиг.10A-14 показывают один или большее количество механизмов, которые могут открывать путь потока через канал 22 при предварительно определенных значениях давления. Это может быть полезно для предотвращения нежелательного закупоривания, например, цементом, попадающим в этот канал во время цементирования скважины.

[0103] В представленных вариантах реализации изобретения может быть предотвращен доступ флюида внутри призабойного пускового клапана 2 в первый канал 22 сообщения либо путем его закупоривания запорным устройством, таким как срезной механизм 60, либо с помощью предохранительной диафрагмы 70 (такой как можно увидеть на Фиг.11B). Запорное устройство может быть выполнено с возможностью разрыва при нужных значениях давления выше известного порогового значения, такого как абсолютное давление цементирования, и иметь соответствующие размеры. После разрыва запорное устройство (60, 70) может пропускать флюид в напорную камеру 34 первой ступени.

[0104] Срезной механизм 60 может содержать срезной штифт 62 и срезной поршень 64, такие как показанные на Фиг.11A. Срезной штифт 62 может предотвращать перемещение срезного поршня 64 в гнездо или держатель 68 штифта, пока флюид внутри призабойного пускового клапана 2 не превышает предварительно определенное значение. Значение активации (срезания, разрыва и т.п.) может быть регулируемым и/или предварительно определенным для различных применений. Активация может происходить независимо от того, какое запорное устройство может быть использовано. Например, когда предварительно определенное значение давления достигает точки срезания срезного штифта 62, срезной штифт 62 может срезаться, тем самым позволяя срезанному штифту и срезному поршню 64 смещаться внутри держателя, как видно на Фиг.12. В результате этого открывается первый канал 22 сообщения и устанавливается гидравлическое сообщение.

[0105] Уплотнитель 66 может быть расположен между срезным поршнем 64 и держателем 68 штифта. Уплотнитель 66 может надежно обеспечивать, что поршень 64 останется внутри держателя 68, пока несколько циклов изменения давления применяются к блоку гидравлических клапанов без помех.

[0106] Обратимся к Фиг.15-18 вместе, на которых показан сменный блок 108, имеющий альтернативную конфигурацию, в соответствии с вариантами реализации изобретения в данном документе. Сменный блок 108 может работать на аналогичных принципах или их посредством, как ранее описано для сменного блока 8. Хотя он не должен быть в точности одинаковым, пусковой клапан 102 со сменным блоком 108 может содержать различные детали и компоненты, подобные деталям и компонентам других систем или инструментов, описанных в данном документе, и, таким образом, их компоненты могут быть дублированными или аналогичными, и таким образом, могут быть описаны не подробно и/или только вкратце, если вообще описаны.

[0107] Как показано здесь, в вариантах реализации изобретения сменный блок 108 может содержать дополнительный стержень 150 разрывного штифта. Стержень 150 разрывного штифта может удерживаться (в осевом направлении) на месте внутри атмосферной камеры 152 стержня разрывного штифта. Разрывной штифт 148 завинчен непосредственно в гильзу 144 сменного блока на одном конце, а второй конец имеет возможность перемещения в осевом направлении в пределах пружинного стержня 142.

[0108] Когда разрывной штифт 148 разрывается под воздействием усилия (например, посредством гидравлического давления), одна часть разрывного штифта 148A перемещается по направлению к пружинному стержню 142, а вторая часть 148B остается привинченной к гильзе 144 сменного блока (смотрите Фиг.17A). После разрыва разрывного штифта 148 можно выполнять замер пластового давления, поскольку может быть установлено гидравлическое сообщение через сменный блок 108. Давление, прикладываемое посредством цикла замера или другим способом, может быть достаточным для удержания элемента смещения, такого как пружина 146, в напряженном или смещенном состоянии (например, в сжатом состоянии).

[0109] Когда замер пластового давления завершен, уменьшение давления до управляемого минимального или предварительно определенного значения может обеспечивать перемещение пружиной 146 гильзы 144 сменного блока на стержень 150 разрывного штифта (смотрите Фиг.18). Уплотнители, которые ранее изолировал пружинную атмосферную камеру 138 от напорной камеры 134, теперь сдвигаются, чтобы нарушить герметичность и позволить флюиду под давлением переходить в пружинную атмосферную камеру 138.

[0110] Увеличение гидравлической поверхности (сравните меньший внутренний диаметр D5 с большим внутренним диаметром D6) в сочетании с усилием пружины толкает гильзу 144 сменного блока в полностью убранное положение, тем самым позволяя легко максимизировать пропуск флюида. Теперь флюид может свободно протекать или сообщаться через пружинную атмосферную камеру 138 либо в напорную камеру 34/134 следующей ступени, либо, если ступень последняя, флюид может протекать в верхнюю атмосферную камеру (смотрите 14, Фиг.1) на верхней стороне поршневого клапана (10).

[0111] Теперь обратимся к Фиг.19A, 19B, и 19C, на которых показан вид в продольном разрезе клапана скважинного инструмента, выполненного со вставкой управления потоком, вид в продольном разрезе клапана скважинного инструмента с полностью разблокированными клапанными каналами и вид в продольном разрезе клапана скважинного инструмента, содержащего вставку управления потоком с одним или большим количеством клапанных каналов, частично блокированных поршневым клапаном, в соответствии с вариантами реализации изобретения в данном документе.

[0112] Хотя он не должен быть в точности одинаковым, пусковой клапан 202 со сменным блоком 208 может содержать различные детали и компоненты, подобные деталям и компонентам других систем или инструментов, описанных в данном документе, и, таким образом, их компоненты могут быть дублированными или аналогичными, и таким образом, могут быть описаны не подробно и/или только вкратце, если вообще описаны.

[0113] Скважинный клапанный инструмент 202 может содержать верхний элемент 204 и нижний элемент 206. Нижний элемент 206 может содержать один или большее количество клапанных каналов 220, обеспечивающих поток в клапанный инструмент 202 и/или из него. Как показано в данном случае, могут иметься один или большее количество промежуточных элементов или корпусов или элементов 207, 209, любой из которых может в дополнительном или альтернативном варианте содержать один или большее количество клапанных каналов 220. Элементы 204, 206, 207 и/или 209 могут быть зацеплены с соответствующим ближним элементом. Зацепление может быть резьбовым, фиксаторным и так далее.

[0114] Верхний элемент 204 может содержать по меньшей мере один сменный блок 208 согласно любому варианту реализации изобретения в данном документе. Сам по себе сменный блок 208 может быть выполнен с возможностью управления потоком через инструмент 202. После активации флюид может протекать через сменный блок, через выпускной канал 228 и к поршневому клапану 210.

[0115] Поршневой клапан 210 может удерживаться на месте посредством одного или большего количества срезных винтов или подобных элементов. При условии приложения усилия достаточной величины указанные один или большее количество срезных винтов могут срезаться, а поршневой клапан 210 может скользить или иным образом перемещаться из закрытого положения (Фиг.19A) в открытое положение (19B/19C). Фиг.19B иллюстрирует в целом полностью открытое положение, так, что прорези (и весь отрезок L1 или отверстие) разблокированы. Стоит отметить, что клапан 202 может содержать вставку 232 управления потоком, расположенную в нем.

[0116] Вставка 232 может представлять собой кольцевой трубчатый корпус и быть расположенной внутри (по меньшей мере частично) нижнего элемента 206. Вставка 232 может содержать кольцевое ребро 232A, которое может проходить в радиальном направлении внутрь. Соответственно, когда поршневой клапан 210 перемещается в открытое положение, конец 210A клапана 210 может входить в зацепление или другим способом останавливаться на кольцевом ребре 232A. Кольцевое ребро 232A может содержать продольный выступ или отрезок L2. Отрезок L2 можно изменять или регулировать в соответствии с пропорциональной величиной нужного перемещения клапана 210.

[0117] Например, Фиг.19C показывает больший отрезок L3, в результате чего клапан 210 перемещается достаточно только для частичной блокировки каналов 220. В результате поток флюида F через клапан 202 можно уменьшать или регулировать.

Преимущества

[0118] Варианты реализации данного изобретения могут предложить компактную конструкцию скважинного клапанного инструмента, способную выдерживать высокие давления и температуры, в небольшой оболочке (большой внутренний диаметр и небольшой наружный диаметр). Это означает, что конструкция клапана может быть «двухслойной», что может представлять существенную особенность.

[0119] Варианты реализации изобретения в данном документе могут предложить модульную конструкцию, позволяющую быстро изменять установку. Сменные напорные блоки могут быть легко доступными и взаимозаменяемыми без необходимости удаления каких-либо важных компонентов. Верхние и нижние элементы можно заменять без неблагоприятного воздействия на какие-либо из атмосферных камер.

[0120] Другие преимущества обеспечивают открывание канала для гидравлического разрыва пласта, который можно без труда регулировать, изменяя от соответствующего внутреннему диаметру (ID) клапана до нужного ограниченного размера.

[0121] Поршневой клапан можно выгодно удерживать от преждевременного открывания (сверху элементов, соединяющих его с корпусом) за счет дисбаланса сил, создаваемого простым воздействием на клапан внутреннего давления. Таким образом, положительное усилие (пропорциональное внутреннему давлению) на противоположных концах этого компонента удерживает клапан закрытым.

[0122] Варианты реализации изобретения в данном документе могут предложить короткую и компактную конструкцию благодаря тангенциальной (или перпендикулярной, смещенной и т.п.) ориентации отверстий для сменных блоков. Может быть в наличии достаточное количество напорных сменных блоков, способных на большое количество установок, соответствующее требованиям заказчика.

[0123] Хотя были показаны и описаны предпочтительные варианты реализации данного изобретения, их модификации может осуществить специалист в данной области техники без отхода от идей и сущности данного изобретения. Варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, представляют собой только примеры и не носят ограничительного характера. Возможны многие вариации и модификации изобретения, описанного в данном документе, которые находятся в пределах объема данного изобретения. Если однозначно указаны числовые диапазоны или ограничения, следует понимать, что такие числовые диапазоны или ограничения включают итерационные диапазоны или ограничения подобной величины, попадающие в пределы однозначно указанных диапазонов или ограничений. Использование термина «в качестве варианта» по отношению к элементу формулы изобретения означает, что указанный элемент необходим или в альтернативном варианте указанный элемент не необходим. Оба альтернативных варианта находятся в пределах объема формулы изобретения. Следует понимать, что использование широких терминов, таких как содержит, включает, имеет и т.п., обеспечивает поддержку более узких терминов, таких как состоять из, состоять по существу из и содержать по существу и тому подобное.

[0124] Соответственно, объем защиты не ограничен описанием, представленным выше, а ограничен только формулой изобретения, представленной далее, этот объем включает все эквиваленты объекта формулы изобретения. Все без исключения пункты формулы изобретения включены в спецификацию в виде вариантов реализации данного изобретения. Таким образом, формула изобретения представляет собой дополнительное описание и дополняют предпочтительные варианты реализации данного изобретения. Включение или обсуждение ссылок не допускает, что они принадлежат к известному уровню техники по данному изобретению, в особенности любая ссылка, которая имеет дату публикации после даты приоритета данной заявки. Описания всех патентов, заявок на патент и публикаций, цитируемых в данном документе, включены посредством ссылки в данный документ в той степени, в которой они представляют известный уровень техники или типовые, методические или другие детали, дополняющие представленные в данном документе.

Изобретение относится к скважинному инструменту для использования в стволе скважины. Скважинный клапанный инструмент включает нижний элемент, содержащий центральное отверстие, проходящее через него, и по меньшей мере один клапанный канал. Поршневой клапан расположен с возможностью скольжения внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов. Верхний элемент соединяется с нижним элементом и содержит впускной канал, по меньшей мере один канал гидравлического сообщения, выпускной канал и отверстие для сменного блока, выполненное внутри боковой стенки верхнего элемента. Сменный блок расположен внутри отверстия для сменного блока и содержит пружинный стержень, гильзу сменного блока, расположенную с возможностью перемещения по меньшей мере на части пружинного стержня. Элемент смещения зацеплен с гильзой сменного блока. Разрывной штифт содержит рабочую поверхность, расположен внутри по меньшей мере части гильзы сменного блока и зацеплен с пружинным стержнем. Разрывной штифт выполнен с возможностью разрыва от приложения давления флюида на рабочую поверхность. По второму варианту изобретения разрыв штифта давлением флюида из центрального отверстия и снятие давления флюида обеспечивает возможность расширения элемента смещения и перемещения гильзы сменного блока в осевом направлении, позволяющего флюиду проходить к одному или большему количеству следующих сменных блоков посредством канала сообщения или к верхнему концу поршневого клапана, тем самым смещая клапан, обеспечивающий возможность сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов. Заявлен способ открывания скважинного клапанного инструмента. Достигается технический результат – повышение эффективности и надежности скважинного клапанного инструмента, обеспечение модульности конструкции и упрощение настройки инструмента. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Скважинный клапанный инструмент, содержащий:

нижний элемент, содержащий центральное отверстие, проходящее через него, и по меньшей мере один клапанный канал;

поршневой клапан, располагаемый с возможностью скольжения внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов;

верхний элемент, соединяемый с нижним элементом, дополнительно содержащий:

впускной канал;

по меньшей мере один канал гидравлического сообщения;

выпускной канал; и

отверстие для сменного блока, выполненное внутри боковой стенки верхнего элемента;

сменный блок, расположенный внутри отверстия для сменного блока, дополнительно содержащий:

пружинный стержень;

гильзу сменного блока, расположенную с возможностью перемещения по меньшей мере на части пружинного стержня;

элемент смещения, зацепленный с гильзой сменного блока;

разрывной штифт, содержащий рабочую поверхность, расположенный внутри по меньшей мере части гильзы сменного блока, и зацепленный с пружинным стержнем, причем разрывной штифт выполнен с возможностью разрыва от приложения давления флюида на рабочую поверхность.

2. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что скважинный клапанный инструмент дополнительно содержит второй сменный блок, и тем, что флюид поступает во второй сменный блок после перемещения элементом смещения гильзы сменного блока в убранное положение.

3. Скважинный клапанный инструмент по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один из сменного блока и второго сменного блока имеет продольную ось сменного блока, при этом скважинный клапанный инструмент имеет продольную ось клапанного инструмента и при этом продольная ось сменного блока перпендикулярна продольной оси клапанного инструмента.

4. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, дополнительно содержащий вставку управления потоком.

5. Скважинный клапанный инструмент по п. 4, отличающийся тем, что вставка управления потоком содержит внутреннее радиальное ребро и при этом внутреннее радиальное ребро содержит продольный выступ ребра.

6. Скважинный клапанный инструмент по п. 5, отличающийся тем, что часть поршневого клапана выполнена с возможностью по меньшей мере частичной блокировки по меньшей мере одного клапанного канала, когда конец поршневого клапана входит в зацепление с концом внутреннего радиального ребра.

7. Скважинный клапанный инструмент по п. 6, отличающийся тем, что отношение блокировки продольного выступа ребра к высоте указанной части находится в диапазоне отношений от 0,8 до 1,2.

8. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, дополнительно содержащий верхнюю атмосферную камеру, ближнюю к верхнему концу поршневого клапана, при этом верхняя атмосферная камера имеет гидравлическое сообщение с выпускным каналом.

9. Скважинный клапанный инструмент по п. 8, отличающийся тем, что поршневой клапан гидравлически уравновешен, пока верхняя атмосферная камера не находится под избыточным давлением флюида, переходящего из выпускного канала.

10. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что флюид поступает в напорную камеру сменного блока из впускного канала для того, чтобы воздействовать на рабочую поверхность.

11. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что напорная камера герметично изолирована от гидравлического сообщения с любой другой частью отверстия сменного блока до разрыва разрывного штифта.

12. Скважинный клапанный инструмент по п. 11, отличающийся тем, что снятие или уменьшение давления флюида в напорной камере обеспечивает возможность раздвигания элемента смещения и в результате перемещения гильзы сменного блока в убранное положение.

13. Скважинный клапанный инструмент по п. 12, отличающийся тем, что перемещение гильзы сменного блока обеспечивает сдвиг одного или большего количества уплотнителей между напорной камерой и пружинной атмосферной камерой, тем самым обеспечивая возможность потока флюида из напорной камеры в пружинную атмосферную камеру, а затем по меньшей мере в один из следующих сменных блоков посредством канала сообщения и к верхнему концу поршневого клапана.

14. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, дополнительно содержащий удерживающую пластину, фиксирующую в осевом направлении пружинный стержень в сменном блоке.

15. Скважинный клапанный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что разрывной штифт выполнен с диаметром разрыва, на котором он разрывается, и при этом разрывной штифт имеет резьбовое зацепление с пружинным стержнем в собранной неактивированной конфигурации.

16. Скважинный клапанный инструмент по п. 15, отличающийся тем, что после разрыва разрывного штифта первый обломок разрывного штифта остается в резьбовом зацеплении с пружинным стержнем, а второй обломок разрывного штифта и гильза сменного блока имеют возможность скользящего перемещения в атмосферную камеру разрывного штифта, и при этом один или большее количество уплотнителей на гильзе сменного блока предотвращают поступление давления флюида в атмосферную камеру разрывного штифта.

17. Способ открывания скважинного клапанного инструмента, включающий следующие этапы:

предоставление скважинного клапанного инструмента, содержащего:

нижний элемент, содержащий:

центральное отверстие и по меньшей мере один боковой клапанный канал;

поршневой клапан, располагаемый с возможностью скольжения внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения между центральным отверстием и указанным по меньшей мере одним клапанным каналом;

верхний элемент, зацепленный с нижним элементом, дополнительно содержащий:

впускной канал, по меньшей мере один канал сообщения, выпускной канал и отверстие для сменного блока, выполненное в боковой стенке верхнего элемента;

сменный блок, расположенный и заключенный внутри отверстия для сменного блока, содержащий:

пружинный стержень;

гильзу сменного блока, расположенную с возможностью скольжения по меньшей мере на части пружинного стержня;

элемент смещения, зацепленный с гильзой сменного блока в смещенном положении;

разрывной штифт, расположенный внутри по меньшей мере части гильзы сменного блока и зацепленный с пружинным стержнем;

создание избыточного давления в отверстии для сменного блока в достаточной степени для разрыва разрывного штифта давлением флюида из центрального отверстия;

снятие давления флюида из отверстия для сменного блока для освобождения элемента смещения из смещенного положения и таким образом обеспечения возможности перемещения элементом смещения гильзы сменного блока в убранное положение;

после этапа снятия давления обеспечение возможности прохождения флюида из отверстия для сменного блока по меньшей мере к одному из:

одного или большего количества следующих сменных блоков посредством канала сообщения, и к верхнему концу поршневого клапана для сдвигания таким образом поршневого клапана по направлению от селективной блокировки клапанного канала для того, чтобы обеспечить возможность гидравлического сообщения между центральным отверстием и по меньшей мере одним клапанным каналом.

18. Скважинный клапанный инструмент, содержащий:

нижний элемент, образующий центральное отверстие и один или большее количество клапанных каналов, проходящих через него;

поршневой клапан, располагаемый с возможностью скольжения внутри нижнего элемента для селективной блокировки гидравлического сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов;

верхний элемент, соединяемый с нижним элементом, дополнительно содержащий:

впускной канал;

по меньшей мере один канал гидравлического сообщения;

выпускной канал; и

отверстие для сменного блока, выполненное внутри боковой стенки верхнего элемента;

сменный блок, расположенный внутри отверстия для сменного блока, дополнительно содержащий:

пружинный стержень;

гильзу сменного блока, расположенную с возможностью перемещения по меньшей мере на части пружинного стержня;

элемент смещения, зацепленный с гильзой сменного блока;

разрывной штифт, расположенный внутри по меньшей мере части гильзы сменного блока и зацепленный с пружинным стержнем, причем разрыв разрывного штифта давлением флюида из центрального отверстия и снятие давления флюида обеспечивает возможность расширения элемента смещения и перемещения гильзы сменного блока в осевом направлении, позволяющего флюиду проходить к одному или большему количеству следующих сменных блоков посредством канала сообщения или позволяющего флюиду проходить к верхнему концу поршневого клапана, тем самым смещая клапан, обеспечивающий возможность сообщения между центральным отверстием и одним или большим количеством клапанных каналов.

19. Скважинный клапанный инструмент по п. 18, отличающийся тем, что сменный блок имеет продольную ось сменного блока, при этом скважинный клапанный инструмент имеет продольную ось клапанного инструмента и при этом продольная ось сменного блока перпендикулярна продольной оси клапанного инструмента.

20. Скважинный клапанный инструмент по п. 19, дополнительно содержащий вставку управления потоком, выполненную с внутренним радиальным ребром, содержащим продольный выступ ребра, и при этом часть поршневого клапана выполнена с возможностью по меньшей мере частичной блокировки по меньшей мере одного клапанного канала, когда конец поршневого клапана входит в зацепление с концом внутреннего радиального ребра.