СКВАЖИННЫЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E21B33/129 E21B23/01 

Область техники

[0001] Это раскрытие в целом относится к скважинным инструментам и связанным с ними системам и способам, используемым в стволах нефтяных и газовых скважин. Более конкретно, данное раскрытие относится к скважинной системе и инструменту, которые могут быть спущены в ствол скважины и могут быть использованы для изоляции ствола скважины, а также к способам, относящимся к ним. В конкретных вариантах осуществления скважинный инструмент может представлять собой пробку, изготовленную из разбуриваемых материалов. В других вариантах осуществления один или большее количество компонентов могут быть изготовлены из растворимого материала, любой из которых может быть на основе композита или металла.

Уровень техники

[0002] Нефтяная или газовая скважина включает в себя ствол скважины, проходящий в подземный пласт на некоторой глубине ниже поверхности (например, поверхности Земли), и обычно облицован трубчатым элементом, таким как обсадная колонна, для увеличения прочности скважины. Многие коммерчески жизнеспособные источники углеводородов находятся в «плотных» коллекторах, что означает, что целевой углеводородный продукт не может быть легко извлечен. Окружающий эти коллекторы пласт (например, сланцевый) обычно имеет низкую проницаемость, и добывать углеводороды (т.е. газ, нефть и т.д.) в промышленных количествах из этого пласта без использования бурения, сопровождаемого операциями гидроразрыва пласта, неэкономично.

[0003] В настоящее время гидроразрыв широко распространен в отрасли и обычно понимается как использование набора пробок определенного типа в стволе скважины ниже или за пределами соответствующей целевой зоны с последующей закачкой или нагнетанием жидкости для гидроразрыва под высоким давлением в указанную зону. По экономическим причинам гидроразрыв (и любая связанная с ним или периферийная операция) в настоящее время является сверхконкурентоспособным, и для того, чтобы оставаться конкурентоспособным, инновации имеют первостепенное значение. Пробка для гидроразрыва и сопровождающая операция могут быть такими, как описано или иным образом раскрыто в патенте США №8,955,605.

[0004] На фиг. 1 проиллюстрирована обычная система 100 установки пробки, которая включает использование скважинного инструмента 102, используемого для установки пробки секции ствола 106 скважины, пробуренного в пласте 110. Инструмент или пробка 102 могут быть опущены в ствол 106 скважины с помощью рабочей колонны 112 (например, электрокабеля, кабеля, гибкой насосно-компрессорной трубы и т.д.) и/или с помощью установочного инструмента 117, в зависимости от обстоятельств. Инструмент 102 в целом включает в себя корпус 103 со сжимаемым уплотнительным элементом 122 для уплотнения инструмента 102 относительно внутренней поверхности 107 окружающего трубчатого элемента, такого как обсадная колонна 108. Инструмент 102 может включать в себя уплотнительный элемент 122, расположенный между одной или большим количеством клиновых плашек 109, 111, которые используются для удержания инструмента 102 на месте.

[0005] При работе, силы (обычно осевые по отношению к стволу 106 скважины) прикладывают к клиновой плашке(ам) 109, 111 и корпусу 103. По мере выполнения последовательности установки клиновая плашка 109 перемещается относительно корпуса 103 и клиновая плашка 111, уплотнительный элемент 122 приводится в действие, и клиновые плашки 109, 111 прижимаются к соответствующим коническим поверхностям 104. Это движение сжимает в осевом направлении и/или расширяет в радиальном направлении сжимаемый элемент 122 и клиновые плашки 109, 111, в результате чего эти компоненты выталкиваются наружу из инструмента 102 для контакта с внутренней стенкой 107. Таким образом, инструмент 102 обеспечивает уплотнение, которое, как предполагается, предотвращает перенос флюидов из одной секции 113 ствола скважины вдоль или через инструмент 102 в другую секцию 115 (или наоборот и т.д.) или на поверхность. Инструмент 102 может также включать в себя внутренний проход (не показан), который обеспечивает флюидное сообщение между секцией 113 и секцией 115 по желанию пользователя. Часто несколько секций изолируются посредством одной или большего количества дополнительных пробок (например, 102А).

[0006] Установочный инструмент 117 встроен в рабочую колонну 112 вместе со скважинным инструментом 102. Примеры коммерческих установочных инструментов включают Baker #10 и #20, а также «Owens Go». При правильной установке пробка может подвергаться воздействию высоких или экстремальных условий по давлению и температуре, что означает, что пробка должна выдерживать эти условия без разрушения пробки или уплотнения, образованного уплотнительным элементом. Высокие температуры обычно определяются как скважинные температуры выше 200°F, а высокие давления в целом определяются как скважинные давления выше 7500 фунтов на квадратный дюйм и даже выше 15000 фунтов на квадратный дюйм. Экстремальные условия ствола скважины могут также включать среды с высоким и низким уровнем pH. В этих условиях обычные инструменты, в том числе со сжимаемыми уплотнительными элементами, могут стать неэффективными из-за деградации. Например, указанный уплотнительный элемент может расплавиться, затвердеть или иным образом потерять эластичность, что приведет к потере способности образовывать уплотнительный барьер.

[0007] Прежде чем можно будет начать операции по добыче, обычные пробки обычно требуют некоторого процесса удаления, такого как фрезерование или бурение. Бурение обычно влечет за собой бурение через установленную пробку, но в некоторых случаях пробка может быть удалена из ствола скважины практически неповрежденной (т.е. извлечение). Распространенной проблемой извлекаемых пробок является скопление мусора на верхней части пробки, что может затруднить или сделать невозможным зацепление и удаление пробки. Такое скопление мусора может также неблагоприятно повлиять на относительное перемещение различных частей внутри пробки. Кроме того, при использовании современных инструментов для извлечения резкие движения или трение об обсадную колонну скважины могут вызвать случайное расцепление инструмента для извлечения (что приведет к дальнейшему проскальзыванию инструментов в ствол скважины) или повторную блокировку пробки (из-за срабатывания анкерных элементов пробки). Подобные проблемы часто заставляют выбуривать пробку, которая должна была быть извлекаемой.

[0008] Однако, поскольку пробки должны выдерживать экстремальные скважинные условия, они рассчитаны на долговечность и прочность, что часто делает процесс сквозного бурения сложным, трудоемким и/или требующим значительного опыта. Даже разбуриваемые пробки обычно изготавливаются из металла, такого как чугун, который можно выбурить с помощью бурового долота на конце бурильной колонны. Сталь также может быть использована в конструкционном корпусе пробки для обеспечения конструкционной прочности для установки инструмента. Чем больше металлических деталей используется в инструменте, тем дольше длится операция бурения. Поскольку металлические компоненты труднее пробурить, этот процесс может потребовать дополнительных спусков в ствол скважины и подъемов из него для замены изношенных буровых долот.

[0009] Композитные материалы, такие как материалы, полученные намоткой нити, пользуются успехом в индустрии гидроразрыва пласта из-за легкости бурения. Процесс изготовления материалов, полученных намоткой нити, известен в данной области техники, и, хотя он может различаться, обычно включает в себя известный процесс. Однако даже композитные пробки требуют бурения или часто имеют один или большее количество деталей из металла (иногда из закаленного металла).

[0010] Использование пробок в стволе скважины сопряжено с другими проблемами, поскольку эти инструменты подвержены известным видам отказов. Когда пробка спускается на место, клиновые плашки имеют тенденцию к предварительной установке до того, как пробка достигнет места назначения, что приводит к повреждению обсадной колонны и задержкам в работе. Предварительная установка может произойти, например, из-за остатков или мусора (например, песка), оставшихся от предыдущего гидроразрыва. Кроме того, известно, что обычные пробки плохо уплотняются не только с обсадной колонной, но и между компонентами пробки. Например, когда уплотнительный элемент подвергается сжатию, его поверхности не всегда должным образом уплотняются с окружающими компонентами (например, конусами и т.д.).

[0011] Скважинные инструменты часто активируются с помощью сбрасываемого шара, который течет с поверхности вниз к инструменту, при этом давление жидкости должно быть достаточным для преодоления статического давления и выталкивающей силы скважинного флюида(ов), чтобы шар мог достичь инструмента. Жидкость для гидроразрыва также находится под высоким давлением, чтобы не только транспортировать флюид в ствол скважины и через него, но и проходить в пласт, вызывая разрыв. Соответственно, скважинный инструмент должен выдерживать эти дополнительные более высокие давления.

[0012] Естественно желательно «обратно течь», т.е. из пласта на поверхность, закачиваемый флюид или пластовый флюид(ы); однако это невозможно до тех пор, пока ранее установленный инструмент или его блокировка не будут удалены. Удаление инструментов (или блокировки) обычно требует проведения внутрискважинных работ для извлечения или сквозного бурения, что отнимает много времени и средств, а также увеличивает потенциальный риск повреждения ствола скважины.

[0013] Чем больше металлических деталей используется в инструменте, тем больше времени занимает операция сквозного бурения. Поскольку металлические компоненты труднее пробурить, такая операция может потребовать дополнительных спусков в ствол скважины и из него для замены изношенных буровых долот.

[0014] В интересах экономии материалов, которые реагируют при определенных условиях в скважине, были проведены значительные исследования с учетом потенциала, предлагаемого нефтепромысловой промышленностью. Например, такой усовершенствованный материал, обладающий способностью разрушаться в ответ на изменение окружающей среды, является желательным, поскольку для удаления или приведения в действие не требуется никакого или ограниченного вмешательства.

[0015] Такой материал, в основном самодействующий за счет изменений в его окружении (например, наличие определенной жидкости, изменение температуры и/или изменение давления и т.д.), потенциально может заменить дорогостоящие и сложные конструкции и может быть наиболее выгодным в ситуациях, когда доступность ограничена или даже считается невозможной, как в скважинной (подземной) среде. Однако эти материалы, как правило, являются экзотическими, что делает родственные инструменты, изготовленные из таких материалов, нежелательными из-за высокой стоимости.

[0016] Обычные и даже современные инструменты требуют такого количества материалов и компонентов, что по-прежнему приводит к тому, что установленный инструмент превышает двенадцать дюймов. Чем короче инструмент, тем меньше материалов, меньше деталей, меньше времени на демонтаж и легче развертывание.

[0017] Возможность сэкономить на материалах и/или рабочем времени (а также экономить эксплуатационные расходы) ведет к значительной конкуренции на рынке. Достижение любой возможности сэкономить время или, в конечном счете, стоимость, приводит к немедленному конкурентному преимуществу.

[0018] Соответственно, в данной области техники существует потребность в новых системах и способах изоляции стволов скважин быстрым, жизнеспособным и экономичным способом. Более того, остается желательным иметь скважинный инструмент, обеспечивающий больший проточный канал, но все же способный выдерживать установочные усилия. В данной области техники существует большая потребность в скважинных инструментах для установки пробки, которые образуют надежное и эластичное уплотнение по отношению к окружающему трубчатому элементу, в которых используется меньше материалов, меньше деталей, сокращается или устраняется время удаления и которые легче развертывать даже в присутствии экстремальных скважинных условий. Существует также потребность в скважинном инструменте, изготовленном по существу из разбуриваемого материала, который легче и быстрее бурить или который полностью устраняет необходимость сквозного бурения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] Варианты осуществления данного раскрытия относятся к скважинному инструменту для использования в стволе скважины, который может включать в себя любое из следующего: конусную оправку, содержащую: дистальный конец; проксимальный конец; и наружную поверхность. Может иметься опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с указанным дистальным концом. Опорное кольцо может включать в себя наружную канавку для уплотнительного элемента. В наружной канавке для уплотнительного элемента может быть расположен уплотнительный элемент. Может иметься клиновая плашка, зацепленная с проксимальным концом. Может быть нижняя втулка, соединенная с клиновой плашкой.

[0020] Конусная оправка может иметь форму двойного усеченного конуса. Таким образом, наружная поверхность может включать в себя первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность. Первая наклонная поверхность может включать в себя первую плоскость, которая в поперечном сечении делится пополам продольной осью с диапазоном первого угла от 5 градусов до 40 градусов. Вторая наклонная поверхность может быть отрицательной по отношению к первой наклонной поверхности. В некоторых аспектах вторая наклонная поверхность может включать в себя вторую плоскость, которая в поперечном сечении делит пополам продольный угол, отрицательный по отношению к первому углу. Второй угол может находиться в диапазоне второго угла от 5 градусов до 40 градусов.

[0021] Клиновая плашка может включать в себя по меньшей мере одну канавку клиновой плашки, которая образует боковое отверстие в клиновой плашке. Канавка клиновой плашки может быть образована первой частью материала клиновой плашки на первом конце клиновой плашки и второй частью материала клиновой плашки на втором конце клиновой плашки. Канавка клиновой плашки может иметь глубину, которая проходит от наружной поверхности клиновой плашки до внутренней поверхности клиновой плашки.

[0022] Клиновая плашка может иметь по меньшей мере одно окно для штифта, примыкающее по меньшей мере к одной канавке клиновой плашки. Нижняя втулка может иметь канавку для штифта вблизи по меньшей мере одного окна для штифта. Может быть штифт, расположенный внутри одного или обоих из по меньшей мере одного окна для штифта и по меньшей мере одного окна для штифта.

[0023] Любой компонент скважинного инструмента может быть изготовлен из композитного материала. Любой компонент скважинного инструмента изготовлен из растворимого материала. Растворимый материал может быть на основе композита или металла.

[0024] Клиновая плашка может включать в себя по меньшей мере один первичный разрыв. Опорное кольцо может быть выполнено с возможностью удлинения на около от 10% до 20% по сравнению с его первоначальной формой. Опорное кольцо может удлиняться без разрыва.

[0025] Скважинный инструмент (или конусная оправка) может иметь внутренний проточный канал. Внутренний проточный канал может иметь внутренний диаметр в диапазоне канала от около 1 дюйма до 5 дюймов.

[0026] Нижняя втулка может иметь срезной язычок. В аспектах уплотнительный элемент не зацеплен или иным образом не находится в прямом контакте с конусом. В аспектах продольная длина скважинного инструмента после установки может находиться в диапазоне установочной длины от около 5 дюймов до около 15 дюймов.

[0027] Конусная оправка может включать в себя шаровое седло, образованное во внутреннем проточном канале.

[0028] Другие варианты осуществления данного раскрытия относятся к скважинной системе установки для использования в стволе скважины, которая может включать в себя рабочую колонну; узел установочного инструмента, соединенный с рабочей колонной; и скважинный инструмент, соединенный с узлом установочного инструмента.

[0029] Установочный инструмент может включать в себя натяжную оправку, имеющую первый конец натяжной оправки и второй конец натяжной оправки. Узел установочного инструмента может включать в себя установочную втулку.

[0030] Скважинный инструмент может включать в себя: конусную оправку, содержащую: дистальный конец; проксимальный конец; и наружную поверхность. Скважинный инструмент может иметь опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с указанным дистальным концом. Опорное кольцо может включать в себя наружную канавку для уплотнительного элемента. В наружной канавке для уплотнительного элемента может быть расположен уплотнительный элемент. Может иметься клиновая плашка, зацепленная с проксимальным концом. Может быть нижняя втулка, соединенная с клиновой плашкой.

[0031] Натяжная оправка может быть расположена через скважинный инструмент. Носовая гайка может быть зацеплена с каждым из второго конца натяжной оправки и нижней втулки.

[0032] Наружная поверхность конусной оправки может быть двойным усеченным конусом. Таким образом, может быть первая наклонная поверхность и вторая наклонная поверхность. Первая наклонная поверхность может включать в себя первую плоскость, которая в поперечном сечении делится пополам продольной осью с диапазоном первого угла от 5 градусов до 40 градусов. Вторая наклонная поверхность может включать в себя вторую плоскость, которая в поперечном сечении делит пополам продольный угол, отрицательный по отношению к первому углу. Второй угол может находиться в диапазоне второго угла (отрицательного) от 5 градусов до 40 градусов.

[0033] Конусная оправка может включать в себя шаровое седло, образованное во внутреннем проточном канале.

[0034] Любой компонент скважинного инструмента может быть изготовлен из материала на полимерной основе. Любой компонент скважинного инструмента может быть изготовлен из материала на металлической основе.

[0035] Варианты осуществления данного раскрытия относятся к скважинному инструменту, пригодному для использования в стволе скважины. Скважинный инструмент может включать в себя оправку, изготовленную из реактивного материала, который может быть на металлической основе. Оправка может включать в себя дистальный конец; проксимальный конец; и наружную поверхность.

[0036] Неустановленный скважинный инструмент может иметь длину от около 4 дюймов до около 20 дюймов в продольном направлении. Скважинный инструмент в полностью установленном положении может иметь длину менее чем 15 дюймов в продольном направлении.

[0037] Эти и другие варианты осуществления, признаки и преимущества будут очевидны из следующего подробного описания и графических материалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0038] Полное понимание вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, получено из подробного описания раскрытия, представленного в настоящем документе ниже, и сопроводительных графических материалов, которые даны только в качестве иллюстрации и не предназначены для ограничения настоящих вариантов осуществления, и на которых:

[0039] фиг. 1 представляет собой вид сбоку технологической схемы традиционной системы установки пробки;

[0040] на фиг. 2А показан изометрический вид системы, имеющей скважинный инструмент, в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0041] на фиг. 2B показан изометрический вид в разрезе системы, имеющей скважинный инструмент, в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0042] на фиг. 2С показан продольный вид сбоку в поперечном разрезе неустановленного скважинного инструмента в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0043] на фиг. 2D показан вид сбоку в продольном разрезе скважинного инструмента, изображенного на фиг. 2C, в установленном положении в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0044] на фиг. 2Е показан вид сбоку в продольном разрезе скважинного инструмента, показанного на фиг. 2С, в установленном положении и отсоединенном от рабочей колонны в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0045] на фиг. 3A показан изометрический покомпонентный вид в разрезе скважинного инструмента в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0046] на фиг. 3B показан изометрический вид в сборе скважинного инструмента в соответствии с фиг. 3A в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0047] на фиг. 3C показан вид сбоку в продольном разрезе скважинного инструмента, изображенного на фиг. 3B, в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия;

[0048] на фиг. 4A показан вид сбоку в продольном разрезе скважинного инструмента, имеющего откидной щиток, в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия; и

[0049] на фиг. 4B показан вид сбоку в продольном разрезе скважинного инструмента, изображенного на фиг. 4A, с открытым откидным щитком в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0050] В настоящем документе раскрыты новые аппараты, системы и способы, которые относятся к операциям в стволе скважины и могут быть использованы для операций в стволе скважины, подробности которых описаны в настоящем документе.

[0051] Варианты осуществления настоящего раскрытия подробно описаны в неограничивающей форме со ссылкой на прилагаемые фигуры. В последующем обсуждении и в формуле изобретения термины «включающий» и «содержащий» используются в открытом виде, например, означая «включая, но не ограничиваясь …». Хотя данное раскрытие может быть описано со ссылкой на соответствующие аппараты, системы и способы, следует понимать, что данное раскрытие не ограничено показанными или описанными конкретными вариантами осуществления. Скорее, специалисту в данной области техники будет понятно, что множество конфигураций может быть реализовано в соответствии с приведенными в данном документе вариантами осуществления.

[0052] Хотя это и не обязательно, одинаковые элементы на различных фигурах могут быть обозначены одинаковыми ссылочными номерами для согласованности и простоты понимания. Многочисленные конкретные детали изложены для того, чтобы обеспечить более полное понимание данного раскрытия; однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, могут применяться на практике без этих конкретных подробностей. В других случаях хорошо известные признаки не описывались подробно, чтобы избежать ненужного усложнения описания. Термины направления, такие как «выше», «ниже», «верхний», «нижний», «спереди», «сзади», «справа», «слева», «вниз» и т.д., используются для удобства и относятся к общему направлению и/или ориентации и предназначены только для иллюстративных целей, а не для ограничения данного раскрытия.

[0053] Соединение(я), втулки или другие формы контакта между частями, компонентами и т.д. могут включать в себя обычные элементы, такие как смазка, дополнительные уплотняющие материалы, такие как прокладка между фланцами, PTFE между резьбами и т.п. Изготовление и производство любого конкретного компонента, подкомпонента и т.д. может быть очевидным для специалиста в данной области техники, например литье, формование, пресс-экструзия, механическая обработка или аддитивное производство. Варианты осуществления данного раскрытия предусматривают один или большее количество компонентов, которые могут быть новыми, бывшими в употреблении и/или модернизированными.

[0054] Различное оборудование может быть во флюидном сообщении прямом или косвенном с другим оборудованием. Флюидное сообщение может происходить через одну или большее количество линий передачи и соответствующие соединители, втулки, клапаны и т.д. Как будет очевидно специалисту в данной области техники, можно использовать движители жидкости, такие как насосы.

[0055] Числовые диапазоны в этом раскрытии могут быть приблизительными и, таким образом, могут включать значения вне диапазона, если не указано иное. Числовые диапазоны включают в себя все значения, включая выраженные нижнее и верхнее значения, с приращением в меньшие единицы. Например, если композиционное, физическое или другое свойство, такое как, например, молекулярная масса, вязкость, температура, давление, расстояние, индекс расплава и т.д., составляет от 100 до 1000, предполагается, что все отдельные значения, например, 100, 101, 102 и т.д., и поддиапазоны, например, от 100 до 144, от 155 до 170, от 197 до 200 и т.д., явно перечислены. Предполагается, что должны быть включены десятичные дроби или их доли. Для диапазонов, содержащих значения меньше единицы или содержащие 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. в зависимости от ситуации. Это только примеры того, что конкретно предназначено, и все возможные комбинации числовых значений между самым низким значением и самым высоким из перечисленных значений должны рассматриваться как явно указанные в этом раскрытии. Другие могут быть подразумеваемыми или предполагаемыми.

[0056] Варианты осуществления в данном документе могут быть описаны на макроуровне, особенно с точки зрения декоративного или визуального внешнего вида. Таким образом, измерение, такое как длина, может быть описано как имеющее определенную числовую единицу, хотя с указанием или без указания конкретной значащей цифры. Специалист в данной области поймет, что размер «2 сантиметра» может не быть точно 2 сантиметра, и что на микроуровне может отклоняться. Точно так же ссылка на «однородный» размер, такой как толщина, не обязательно должна относиться к полностью, точно однородному. Таким образом, равномерная или равная толщина «1 миллиметр» может иметь заметное отклонение на микроуровне в пределах определенного допуска (например, 0,001 миллиметра), связанного с неточностью измерения и изготовления.

Термины

[0057] Используемый в данном документе термин «соединенный» может относиться к соединению между соответствующим компонентом (или подкомпонентом) и другим компонентом (или другим подкомпонентом), которое может быть фиксированным, подвижным, прямым, непрямым и аналогичным зацеплению, соединению, размещению, и т.д., и может быть с помощью винта, гайки/болта, сварки и т.д. Любое использование любой формы терминов «соединять», «зацеплять», «связывать», «прикреплять», «монтировать» и т.д. или любого другого термина, описывающего взаимодействие между элементами, не означает, что взаимодействие ограничивается прямым взаимодействием между элементами, а также может включать косвенное взаимодействие между описанными элементами.

[0058] Используемый в данном документе термин «флюид» может относиться к жидкости, газу, суспензии, многофазному веществу и т.д. и не ограничивается каким-либо конкретным типом флюида, таким как углеводороды.

[0059] Термины «флюидное соединение», «флюидное сообщение», «выполненный с возможностью флюидного сообщения» и т.п., используемые в данном документе, могут относиться к двум или большему количеству компонентов, систем и т.д., соединенным, посредством чего флюид из одного может течь или иным образом передаваться в другое. Соединение может быть прямым или косвенным. Например, клапаны, расходомеры, насосы, смесительные баки, сборные баки, трубчатые элементы, системы разделения и т.п. могут быть расположены между двумя или большим количеством компонентов, находящихся во флюидном сообщении.

[0060] Термин «труба», «патрубок», «линия», «трубчатый элемент» и т.п., используемый в данном документе, может относиться к любому средству передачи флюида и может быть трубчатым по своей природе.

[0061] Используемый в данном документе термин «композиция» или «композиция вещества» может относиться к одному или большему количеству ингредиентов, компонентов, составляющих и т.д., из которых состоит материал (или материал конструкции). Композиция может относиться к потоку или материалу конструкции компонента скважинного инструмента, состоящего из одного или большего количества химических компонентов.

[0062] Используемый в данном документе термин «химическое вещество» может означать аналогично или быть взаимозаменяемым с материалом, химическим материалом, ингредиентом, компонентом, химическим компонентом, элементом, веществом, соединением, химическим соединением, молекулой (молекулами), составляющей и т.д. и наоборот. Любое «химическое вещество», обсуждаемое в настоящем описании, не обязательно должно относиться к химическому веществу со 100% чистотой. Например, хотя под «водой» можно понимать Н2О, специалисту будет понятно, что в «воде» могут присутствовать различные ионы, соли, минералы, примеси и другие вещества (в том числе на уровне частей на миллиард). Химическое вещество может включать в себя все изомерные формы и наоборот (например, «гексан» включает все изомеры гексана по отдельности или вместе).

[0063] Используемый в данном документе термин «насос» может относиться к механическому устройству, пригодному для использования действия, такого как всасывание или давление, для подъема или перемещения жидкостей, сжатия газов и т.д. «Насос» может также относиться ко всем необходимым подкомпонентам, работающим вместе, или включать их, например, рабочее колесо (или лопасти и т.д.), корпус, приводной вал, подшипники и т.д. Хотя это не всегда так, «насос» может также включать ссылку на привод, такой как двигатель и приводной вал. Типы насосов включают газовые, гидравлические, пневматические и электрические.

[0064] Используемый в данном документе термин «операция гидроразрыва» может относиться к гидроразрыванию скважины, которая уже была пробурена. «Операция гидроразрыва» также может упоминаться и быть взаимозаменяемой с терминами гидроразрывание, гидравлический разрыв пласта, гидроразрыв пласта, гидроразрыв пласта, гидроразрыв, разрыв пласта, и т.п. Операция гидроразрыва может быть наземной или водной.

[0065] Используемый в данном документе термин «установленный» может относиться к соединению между соответствующим компонентом (или подкомпонентом) и другим компонентом (или другим подкомпонентом), которое может быть фиксированным, подвижным, прямым, непрямым и аналогичным зацеплению, соединению, размещению, и т.д., и может быть с помощью винта, гайки/болта, сварки и т.д.

[0066] Используемый в данном документе термин «реакционноспособный материал» может относиться к материалу с композицией вещества, обладающего свойствами и/или характеристиками, которые приводят к тому, что материал реагирует на изменение во времени и/или при определенных условиях. Термин «реакционноспособный материал» может охватывать разлагаемый, растворимый, разъединяемый, диссоциируемый и т.д.

[0067] Используемый в данном документе термин «разлагаемый материал» может относиться к композиции вещества, обладающей свойствами и/или характеристиками, которые, хотя и могут изменяться с течением времени и/или при определенных условиях, приводят к изменению целостности материала. Например, материал может первоначально быть твердым, жестким и прочным в условиях окружающей среды или на поверхности, но со временем (например, в течение около 12-36 часов) и при определенных условиях (например, в условиях ствола скважины) материал размягчается.

[0068] Термин «растворимый материал» может быть аналогичен разлагаемому материалу. Используемый в данном документе термин может относиться к композиции вещества, обладающей свойствами и/или характеристиками, которые, хотя и могут изменяться с течением времени и/или при определенных условиях, приводят к изменению целостности материала, в том числе к деградации, частичному или полному растворению. Например, материал может первоначально быть твердым, жестким и прочным в условиях окружающей среды или на поверхности, но со временем (например, в течение около 12-36 часов) и при определенных условиях (например, в условиях ствола скважины) материал размягчается. В качестве другого примера, материал может первоначально быть твердым, жестким и прочным в условиях окружающей среды или на поверхности, но со временем (например, в течение около 12-36 часов) и при определенных условиях (например, в условиях ствола скважины) материал размягчается, материал растворяется по меньшей мере частично, а может и полностью раствориться. Материал может растворяться по одному или большему количеству механизмов, таких как окисление, восстановление, разрушение, переход в раствор или иным образом терять достаточную массу и структурную целостность.

[0069] Используемый в данном документе термин «разрушаемый материал» может относиться к композиции вещества, обладающей свойствами и/или характеристиками, которые, хотя и могут изменяться с течением времени и/или при определенных условиях, приводят к хрупкости. Например, материал может быть твердым, жестким и прочным в условиях окружающей среды или поверхности, но со временем и при определенных условиях становится хрупким. Разрушаемый материал может разрушиться на несколько частей, но не обязательно раствориться.

[0070] Для некоторых вариантов осуществления материал конструкции может включать композицию вещества, предназначенную или иным образом обладающую свойственными ему свойствами реагировать или изменять целостность или другие физические свойства при воздействии определенных условий в стволе скважины, таких как изменение времени, температуры, воды, тепла, давления, раствора, их комбинации и т.д. Тепло может присутствовать из-за повышения температуры, связанного с естественным температурным градиентом земли, и вода может уже присутствовать в существующих скважинных флюидах. Изменение целостности может происходить в заранее определенный период времени, который может варьироваться от нескольких минут до нескольких недель. В аспектах период времени может составлять от около 12 часов до около 36 часов.

[0071] Термин «механически обработанный» может относиться к процессу с числовым программным управлением (ЧПУ), при котором робот или оператор запускает управляемое компьютером оборудование для создания деталей машин, инструментов и т.п.

[0072] Используемый в данном документе термин «плоскость» или «плоский» может относиться к любой поверхности или форме, которая является плоской, по меньшей мере в поперечном сечении. Например, поверхность в форме усеченного конуса может казаться плоской в двумерном поперечном сечении. Следует понимать, что плоскость или плоский не обязательно должны относиться к точной математической точности, а вместо этого должны рассматриваться как видимость невооруженным глазом. Плоскость или плоский можно изобразить в двумерном пространстве с помощью линии.

[0073] Используемый в данном документе термин «параллельный» может относиться к любой поверхности или форме, которая может иметь базовую плоскость, лежащую в том же направлении или векторе, что и другая. Следует понимать, что параллель не обязательно должна относиться к точной математической точности, а вместо этого рассматривается как видимость невооруженным глазом.

[0074] Используемый в данном документе термин «конусная оправка» может относиться к трубчатому компоненту, имеющему по меньшей мере одну поверхность, обычно имеющую форму усеченного конуса. Указанная конусная оправка может иметь внешнюю поверхность, которая в поперечном сечении имеет базовую линию/плоскость, которая делится базовой осью пополам под углом. Конусная оправка может быть двойным (также «двусторонним», «двухсторонним» и т.п.) конусом, что означает, что может быть вторая внешняя поверхность, имеющая вторую базовую линию/плоскость, которая делится базовой осью (в поперечном сечении) под вторым углом. Второй угол может быть отрицательным по отношению к первому углу (например, +10 градусов для первого, -10 градусов для второго).

[0075] Ссылаясь теперь на фиг. 2А и 2В вместе, показаны изометрические виды системы 200, имеющей скважинный инструмент 202, иллюстрирующие раскрытые в данном документе варианты осуществления. На фиг. 2В показан ствол 206 скважины, образованный в подземном пласте 210, с расположенном в нем трубчатым элементом 208. В варианте осуществления трубчатый элемент 208 может представлять собой обсадную колонну (например, обсадную колонну, подвесную обсадную колонну, колонну обсадных труб и т.д.) (которая может быть зацементирована) и т.п.

[0076] Рабочая колонна 212 (которая может включать в себя установочный инструмент [или часть 217 установочного инструмента], выполненный с адаптером 252) может использоваться для позиционирования или спуска скважинного инструмента 202 в ствол 206 скважины и через него в желаемое местоположение. Специалист оценит, что установочный инструмент может быть таким же, как предложен Бейкером или Оуэном. Узел 217 установочного инструмента может включать в себя установочную втулку 254 или быть связан с ней. Установочная втулка 254 может быть зацеплена со скважинным инструментом 202 (или его компонентом).

[0077] Установочный инструмент может включать в себя натяжную оправку 216, связанную (например, соединенную) с адаптером 252. В одном варианте осуществления адаптер 252 может быть соединен с установочным инструментом 217 (или его частью), а натяжная оправка 216 может быть соединена с адаптером 252. Указанное соединение может представлять собой резьбовое соединение (например, посредством резьбы на адаптере 252 и соответствующей резьбы натяжной оправки 216 - в данном случае не показано). Натяжная оправка 216 может выступать, по меньшей мере частично, из инструмента 202 (нижнего/скважинного/дистального конца).

[0078] Конец или удлинение 216а натяжной оправки 216 может быть соединен с носовой втулкой или гайкой 224. Гайка 224 может иметь резьбовое соединение 225 с концом 216а (и, таким образом, соответствующую ответную резьбу), хотя возможны и другие формы соединения. Для дополнительного закрепления один или большее количество установочных винтов 226 могут быть расположены через отверстия 227 для установочных винтов и ввернуты или затянуты на конце 216а. Гайка 224 может зацепляться или упираться в срезной язычок нижней втулки 260.

[0079] Скважинный инструмент 202, а также его компоненты могут иметь кольцеобразную форму и, таким образом, располагаться в центре или располагаться по отношению к продольной оси 258. В соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия инструмент 202 может быть выполнен в виде инструмента для установки пробки, который может быть установлен внутри трубчатого элемента 208 таким образом, что инструмент 202 образует непроницаемое для флюида уплотнение на внутренней поверхности 207 трубчатого элемента 208. Уплотнению может способствовать уплотнительный элемент 222, расширенный до положения уплотнения относительно внутренней поверхности 207. Уплотнительный элемент 222 может поддерживаться опорным кольцом 223. Опорное кольцо 223 может быть расположено вокруг конусной оправки 214. После установки скважинный инструмент 202 может удерживаться на месте с помощью по меньшей мере одной клиновой плашки 234. Клиновая плашка 234 может иметь цельную конфигурацию.

[0080] В варианте осуществления скважинный инструмент 202 может быть выполнен в виде пробки-перемычки, посредством чего регулируется поток из одной секции ствола скважины в другую (например, выше и ниже инструмента 202). В других вариантах осуществления скважинный инструмент 202 может быть выполнен в виде пробки для гидроразрыва, причем поток в одну секцию 213 ствола 206 скважины может быть блокирован и иным образом отведен в окружающий пласт или коллектор 210.

[0081] В других вариантах осуществления скважинный инструмент 202 также может быть выполнен в виде инструмента со сбрасываемым шаром. В этом аспекте шар (например, 285, фиг. 2E) может быть сброшен в ствол 206 скважины, втечь в инструмент 202 и остановиться в соответствующем шаровом седле (286) на конце конусной оправки 214. Посадка шара может обеспечить уплотнение внутри инструмента 202, приводящее к закупорке, в результате чего может возникнуть перепад давления на инструменте 202. Шаровое седло может иметь радиус или кривизну. Радиус или кривизна могут быть выпуклыми или вогнутыми по своей природе.

[0082] В других вариантах осуществления скважинный инструмент 202 может представлять собой обратный шаровой клапан, при этом инструмент 202 выполнен с шаром, уже установленным на месте, когда инструмент 202 опускается в ствол скважины. Затем инструмент 202 может действовать как обратный клапан и обеспечивать возможность одностороннего потока. Флюид может быть направлен из ствола 206 скважины в пласт 210 с помощью любой из этих конфигураций.

[0083] Как только инструмент 202 достигает установленное положение внутри трубы, установочный механизм или рабочая колонна 212 могут быть отсоединены от инструмента 202 различными способами, в результате чего инструмент 202 остается изолированным в окружающем трубчатом элементе 208 и одной или большем количестве секций (например, 213) ствола скважины 206. В одном варианте осуществления после установки инструмента 202 к установочному инструменту (217) может быть приложено натяжение до тех пор, пока не разломается срезаемое соединение между инструментом 202 и рабочей колонной 212. Однако скважинный инструмент 202 может иметь другие формы разъединения. Величина нагрузки, прилагаемой к установочному инструменту и срезаемому соединению, может находиться в диапазоне около, например, от 20000 фунтов силы до 55000 фунтов силы.

[0084] В вариантах осуществления натяжная оправка 216 может отделяться или отсоединяться от нижней втулки 260 (прямо или косвенно), в результате чего рабочая колонна 212 может отделиться от инструмента 202, что может произойти в предварительно заданный момент. Приведенные в данном документе нагрузки не являются ограничивающими и приведены только в качестве примера. Установочное усилие может быть определено за счет специальной конструкции взаимодействующих поверхностей инструмента 202 и соответствующих углов поверхности инструмента. Инструмент 202 также может иметь предварительно заданную точку разрыва (не показана), выполненную с возможностью выхода из строя, поломки или иного разрыва. Например, нижняя втулка 260 может быть выполнена с канавкой, имеющей связь со срезаемым соединением или язычком, при этом канавка является пригодной для вызывания разрыва в непосредственной близости.

[0085] Работа скважинного инструмента 202 может обеспечить быстрый спуск инструмента 202 для изоляции одной или большего количества секций ствола 206 скважины, а также быстрое и простое сквозное бурение или растворение для разрушения или извлечения инструмента 202.

[0086] Соответственно, в некоторых вариантах осуществления сквозное бурение может быть совершенно ненужной. Таким образом, скважинный инструмент 202 может иметь один или большее количество компонентов, изготовленных из реакционноспособного материала, такого как металл или металлические сплавы. Скважинный инструмент 202 может иметь один или большее количество компонентов, изготовленных из реакционноспособного материала (например, растворимого, разлагаемого и т.д.), который может быть на основе композита или металла.

[0087] Из этого следует, что один или большее количество компонентов инструмента согласно вариантам осуществления, раскрытым в настоящем документе, могут быть изготовлены из реакционноспособных материалов (например, материалов, пригодных и известных для растворения, разложения и т.д. в скважинных средах [включая экстремальное давление, температуру, свойства флюида и т.д.] после короткого или ограниченного периода времени (предварительно заданного или иного), по желанию). В одном варианте осуществления компонент, изготовленный из реакционноспособного материала, может начать реагировать в течение от около 3 часов до около 48 часов после установки скважинного инструмента 202.

[0088] В вариантах осуществления один или большее количество компонентов могут быть изготовлены из металлического материала, такого как материал на основе алюминия или на основе магния. Металлический материал может быть реакционноспособным, например, растворимым, то есть при определенных условиях соответствующий(ие) компонент(ы) может начать растворяться, и, таким образом, потребность в сквозном бурении уменьшается. Эти условия можно предвидеть и, таким образом, предопределить. В вариантах осуществления компоненты инструмента 202 могут быть изготовлены из растворимого материала на основе алюминия, магния или алюминия-магния (или сплава, комплекса и т.д.), такого как материал, поставляемый Nanjing Highsur Composite Materials Technology Co. LTD. или Terves, Inc.

[0089] Один или большее количество компонентов инструмента 202 могут быть изготовлены из нерастворимых материалов (например, из материалов, пригодных и способных противостоять скважинным условиям [включая экстремальное давление, температуру, свойства жидкости и т.д.] в течение длительного периода времени (предварительного заданного или в противном случае) по желанию).

[0090] Скважинный инструмент 202 (и другие варианты реализации инструмента, раскрытые в настоящем документе) и/или один или большее количество его компонентов могут быть напечатаны на 3D-принтере или изготовлены с использованием других форм аддитивного производства.

[0091] Ссылаясь теперь на фиг. 2C-2E вместе, продольный вид сбоку в поперечном разрезе системы, имеющей неустановленный скважинный инструмент, установленный скважинный инструмент и установленный скважинный инструмент, отсоединенный от рабочей колонны, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия. Установочное(ые) устройство(а) и компоненты скважинного инструмента 202 могут быть соединены друг с другом и могут перемещаться в осевом и/или продольном направлении по меньшей мере частично друг относительно друга.

[0092] Скважинный инструмент 202 может включать конусную оправку 214, проходящую через инструмент 202 (или корпус инструмента). Конусная оправка 214 может быть сплошным телом. В других аспектах конусная оправка 214 может включать в себя проточную часть или канал 250, выполненное в ней (например, осевой канал). Канал 250 может проходить частично или на короткое расстояние через конусную оправку 214. В качестве альтернативы канал 250 может проходить через всю оправку 214 с отверстием на ее проксимальном конце 248 и, напротив, на его дистальном конце 246 (рядом со скважинным концом инструмента 202), как показано на фиг. 2Е.

[0093] Наличие канала 250 или другой проточной части через конусную оправку 214 может косвенно определяться условиями эксплуатации. То есть в большинстве случаев инструмент 202 может быть достаточно большим в диаметре (например, 4-¾ дюйма), чтобы канал 250 мог быть соответственно достаточно большим (например, 1-¼ дюйма), чтобы мусор и обломки могли проходить или течь через канал 250 без проблем с закупоркой.

[0094] При наличии канала 250 конусная оправка 214 может иметь внутреннюю поверхность 247 канала, которая может быть гладкой и кольцевой по своей природе. В поперечном сечении поверхность 247 канала может быть плоской. В вариантах осуществления поверхность 247 канала (в поперечном сечении) может быть параллельна (центральной) оси 258 инструмента. Внешняя поверхность 230 оправки может иметь одну или большее количество поверхностей (в поперечном сечении), смещенных или наклоненных к оси 258 инструмента.

[0095] Канал 250 (и, следовательно, инструмент 202) может быть выполнен так, чтобы часть узла 217 установочного инструмента подходила к нему, например, натяжная оправка 216. Таким образом, натяжная оправка 216, которая может рассматриваться как часть узла 217 установочного инструмента, может быть выполнена с возможностью размещения скважинного инструмента 202 (или его компонентов) вокруг нее (например, во время спуска). При сборке скважинный инструмент 202 может быть соединен с узлом установочного инструмента 217 (и вокруг натяжной оправки 216), но не резьбовым способом. В варианте осуществления скважинный инструмент 202 (сам по себе, не включая компоненты установочного инструмента) может быть полностью лишен резьбовых соединений. Если используется адаптер 252, он может иметь резьбу 256. Такая резьба 256 может соответствовать резьбе установочной втулки 254.

[0096] Как показано, нижняя втулка 260 может быть выполнена с точкой среза, такой как срезной язычок 261. Срезной язычок 261 может входить в зацепление с узлом 217 установочного инструмента. Как показано, срезной язычок 261 может быть зацеплен или находиться рядом с каждой из натяжной оправки 216 и носовой гайки 224. Нижняя втулка 260 (или точка среза) может быть выполнена с возможностью облегчить или способствовать деформации и, в конечном счете, срезу/разлому во время установки. Таким образом, срезной язычок 261 может иметь по меньшей мере одну область углубления или канавку 262 для разрыва (равнозначную заранее определенной и целенаправленной точке разрыва нижней втулки 260).

[0097] Канавка 262 может располагаться по окружности вокруг язычка 261. В вариантах осуществления область 262 углубления может иметь форму V-образного выреза или другую форму или конфигурацию, пригодную для того, чтобы язычок 261 мог высвободиться из нижней втулки 260. Срезной язычок 261 может быть выполнен с возможностью среза в предварительно заданной точке. Срезной язычок 261 может быть расположен во внутреннем канале 264 нижней втулки и выступать (или проходить) радиально внутрь по окружности. Могут быть и другие углубленные области 263. Во время установки, когда натяжную оправку 216 продолжают тянуть в направлении А, гайка 224 будет продолжать прикладывать усилие на срезной язычок 261, что в конечном итоге приводит к срезанию язычка. Срезной язычок 261 может быть выполнен с возможностью среза при нагрузке большей, чем нагрузка для установки инструмента 206.

[0098] Скважинный инструмент 202 может быть спущен в ствол скважины (206) на желаемую глубину или в нужное положение с помощью рабочей колонны 212, которая может быть выполнена с узлом 217 установочного инструмента. Рабочая колонна 212 и установочная втулка 254 могут быть частью системы 200 инструмента, используемой для спуска скважинного инструмента 202 в ствол скважины и активации инструмента 202 для перемещения из неустановленного в установленное положение. Установленное положение инструмента 202 (см. фиг. 2E) может включать в себя уплотнительный элемент 222 и/или клиновую плашку 234, зацепленную с трубчатым элементом 208. В одном варианте осуществления установочная втулка 254 (которая может быть выполнена как часть узла установочного инструмента) может использоваться для силового или принудительного (прямого или косвенного) расширения уплотнительного элемента 222 в уплотненное зацепление с окружающим трубчатым элементом 208.

[0099] Во время спуска кольцевое пространство 290 вокруг инструмента 202 может быть достаточно маленьким или узким, чтобы перед инструментом 202 возникало нежелательное давление (или сопротивление). Как таковой, инструмент 202 (вместе с узлом 217 установочного инструмента) может обеспечивать проточную часть 221 для обхода флюида (давления). Как показано на фиг. 2C, скважинный флюид Fw может поступать в боковое окно 245 (для штифта) клиновой плашки 234, а затем через нижний боковой порт 249a натяжной оправки 216. Флюид Fw может выходить из натяжной оправки 216 через верхний боковой порт 249b, а затем из бокового порта 257 установочной втулки обратно в кольцевое пространство 290.

[00100] Установочное(ые) устройство(а) и компоненты скважинного инструмента 202 могут быть соединены с конусной оправкой 214 и могут перемещаться в осевом и/или продольном направлении вдоль нее или в рабочем положении с ней. Когда начинается последовательность установки, нижняя втулка 260 может быть протянута через натяжную оправку 216, в то время как установочная втулка 254 остается неподвижной.

[00101] Когда натяжную оправку 216 тянут в направлении стрелки А, один или большее количество компонентов, расположенных вокруг оправки 214 между дистальным концом 246 и проксимальным концом 248, могут начать сжиматься друг относительно друга в результате могут начать сжиматься друг относительно друга, в результате чего установочная втулка 254 (или конец 255) удерживается на месте на торцевой поверхности 215 опорного кольца. Эта сила и результирующее движение могут заставить опорное кольцо 223 скользить под давлением по верхней конусной поверхности 230 конусной оправки 214 и, в конечном счете, расшириться (вместе с уплотнительным элементом 222). Таким образом, опорное кольцо 223 может скользящим образом зацепляться с конусной оправкой 214. Хотя в данном случае это не показано, опорное кольцо может скользящим, герметичным образом зацепляться с конусной оправкой, например, с помощью одного или большего количества уплотнительных колец (которые могут быть расположены в канавке для уплотнительного кольца на обратной стороне конусной оправки).

[00102] Специалисту будет понятно, что опорное кольцо 223 может быть изготовлено из материала, пригодного для достижения степени удлинения, необходимой для того, чтобы уплотнительный элемент 222, расположенный внутри кольца 223, мог герметично зацепляться с трубчатым элементом 208. Величина удлинения может находиться в диапазоне удлинения от около 5% до около 25% - без разрыва - по сравнению с первоначальным размером кольца 223.

[00103] По мере дальнейшего вытягивания нижней втулки 260 в направлении, указанном стрелкой А, нижняя втулка 260 (находясь в зацеплении с клиновой плашкой 234) может заставить клиновую плашку 234 к скользящему сжатию по нижней конусной поверхности 231 конусной оправки 214. Поскольку желательно, чтобы клиновая плашка 234 разрушалась, причем клиновая плашка 234 не обязательно должна иметь существенное удлинение. Когда происходит разрушение, клиновая плашка (или ее сегменты) 234 также может перемещаться радиально наружу, входя в зацепление с окружающим трубчатым элементом 208.

[00104] Клиновая плашка 234 может иметь захватные элементы, такие как прутья, сферические головки, вставки и т.п. В вариантах осуществления захватные элементы могут представлять собой зазубренные наружные поверхности, или зубцы клиновой плашки(ек) могут быть выполнены таким образом, что указанные поверхности препятствуют перемещению соответствующей клиновой плашки (или инструмента) (например, в осевом или продольном направлении) внутри окружающего трубчатого элемента 208, тогда как в противном случае инструмент 202 может непреднамеренно освободиться или переместиться со своего положения.

[00105] Из графических материалов видно, что уплотнительный элемент 222 (или опорное кольцо 223) не должен находиться в контакте с клиновой плашкой 234. Может быть ребро 229 оправки, которое может дополнительно предотвратить такой контакт между клиновой плашкой 234 и уплотнительным элементом 222. На фигурах дополнительно проиллюстрировано, что клиновая плашка 234 может быть расположена вблизи первого или дистального конца 246 конусной оправки 214, тогда как уплотнительный элемент 222 может находиться вблизи второго или проксимального конца 248 конусной оправки 214.

[00106] Поскольку втулка 254 жестко удерживается на месте, втулка 254 может зацепляться с несущим нагрузку концом 215 опорного кольца 223, что может привести к по меньшей мере частичной передаче нагрузки через остальную часть инструмента 202. Установочная втулка 254 может иметь конец 255 втулки, который упирается в конец 215. Однако кольцо 223 будет прижиматься к конусной оправке 214 по мере вытягивания оправки 214.

[00107] Тот же эффект, хотя и в противоположном направлении, может ощущаться клиновой плашкой 234. То есть конусная оправка 214 может в конечном итоге достичь (почти) точки остановки, и самая легкая степень перемещения (и путь наименьшего сопротивления) - это клиновая плашка 234, прижимаемая нижней втулкой 260 к нижней конусной поверхности 231. В результате клиновая плашка 234 (или ее сегменты) может вырваться наружу и зацепиться с окружающим трубчатым элементом 208.

[00108] В случае использования вставок (например, 378, фиг. 3А), одна или большее количество могут иметь край или угол, пригодный для обеспечения дополнительного врезания в поверхность трубчатого элемента. В варианте осуществления любая из вставок может быть изготовлена из мягкой стали, такой как термообработанная сталь 1018, или из других материалов, таких как керамика. В любой вставке может быть отверстие.

[00109] В варианте осуществления клиновая плашка 234 может быть цельной клиновой плашкой, при этом клиновая плашка 234 имеет по меньшей мере частичное соединение по всей окружности. Это означает, что, хотя сама клиновая плашка 234 может иметь одну или большее количество канавок (или волнистости, выемки и т.д.), выполненных в ней, сама клиновая плашка 234 не имеет начальной точки разделения по окружности. В варианте осуществления канавки клиновой плашки могут быть расположены на равном расстоянии друг от друга или расположены в ней.

[00110] Инструмент 202 может быть выполнен с узлом обратного шарового клапана, который включает шаровое седло 286. Седло 286 может быть съемным или выполненным за одно целое с ним. В варианте осуществления канал 250 конусной оправки 214 может быть выполнено с шаровым седлом 286, сформированным или расположенным в нем с возможностью съема. В некоторых вариантах осуществления шаровое седло 286 может быть выполнено за одно целое с каналом 250 конусной оправки 214. В других вариантах осуществления шаровое седло 286 может быть установлено отдельно или опционально внутри конусной оправки 214 по желанию.

[00111] Шаровое седло 286 может быть выполнено таким образом, что шар 285 может сидеть или опираться в нем, в результате чего проточная часть через конусную оправку 214 может быть перекрыта (например, поток через канал 250 ограничен или контролируется наличием шара). Например, поток флюида с одного направления может прижимать шар к седлу 286 и удерживать его, тогда как поток флюида с противоположного направления может отталкивать или выталкивать шар от седла 286. Таким образом, шар можно использовать для предотвращения или иного контроля потока флюида через инструмент 202. Шар может быть изготовлен из композитного материала, фенольной смолы и т.д., благодаря чему шар может выдерживать максимальное давление, возникающее во время скважинных операций (например, гидроразрыва).

[00112] Хотя это и не ограничивается, диаметр шара 285 может находиться в диапазоне диаметров шара от около 1 дюйма до около 5 дюймов. Канал 250 может иметь внутренний диаметр канала в диапазоне диаметра канала от около 1 дюйма до около 5 дюймов. Таким образом, конусная оправка 214 может иметь пригодную толщину стенки, чтобы выдерживать нагрузку и предотвращать разрушение.

[00113] Инструмент 202 может быть выполнен в виде пробки от сбрасываемого шара, так что сбрасываемый шар может течь к шаровому седлу. Сбрасываемый шар может быть намного большего диаметра, чем шаровое седло. В одном варианте осуществления конец 248 может быть выполнен с седлом 286 таким образом, чтобы сбрасываемый шар мог останавливаться и садиться в седло 286 на проксимальном конце 248. Если это применимо, сбрасываемый шар 285 может быть опущен в ствол скважины и течь по направлению к седлу 286, сформированному внутри инструмента 202.

[00114] Сбрасываемый шар (или «шар для гидроразрыва») может представлять собой шар любого типа, очевидный специалисту в данной области техники и пригодный для использования в раскрытых в данном документе вариантах осуществления. Хотя используется термин «падающий» шар или шар «для гидроразрыва», любой такой шар может быть шаром, удерживаемым на месте или иным образом расположенным внутри скважинного инструмента. Шар может быть привязан к инструменту 202 (или любому его компоненту). Привязной мяч может быть таким, как это предусмотрено в непредварительной заявке на патент США Сер. №16/387,985, поданной 18 апреля 2019 г.

[00115] Шар может быть «умным» шаром (в данном случае не показан), выполненным с возможностью мониторинга или измерения условий в скважине и иным образом передачи информации обратно на поверхность или оператору, например шар(ы), предложенные Aquanetus Technology, Inc. или OpenField Technology.

[00116] В других аспектах шар 285 может быть изготовлен из композитного материала. В варианте осуществления композитный материал может быть обмотанный нитью. Возможны и другие материалы, такие как стекло или углеродное волокно, фенольный материал, пластики, композит из стекловолокна (листы), пластик и т.д.

[00117] Сбрасываемый шар 285 может быть изготовлен из растворимого материала, такого как раскрытый в заявке на патент США сер. №15/784,020. Шар может быть выполнен или спроектирован так, чтобы растворяться при определенных условиях или различных параметрах, в том числе связанных с температурой, давлением и композицией.

[00118] Хотя это и не показано в данном случае, скважинный инструмент 202 может иметь кольцо для закачивания инструментов в скважину или другую пригодную конструкцию для облегчения или улучшения спуска. Скважинный инструмент 202 может иметь «композитный элемент», подобный описанному в патенте США №8,955,605.

[00119] В других аспектах инструмент 202 может быть выполнен как пробка-перемычка, которая после установки в стволе скважины может предотвратить или разрешить поток в любом направлении (например, вверх/вниз и т.д.) через инструмент 202. Соответственно, специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что инструмент 202 по настоящему раскрытию может быть выполнен как пробка для гидроразрыва, пробка от сбрасываемого шара, пробки-перемычки и т.д. просто путем использования одного из множества адаптеров или других необязательных компонентов. В любой конфигурации после того, как инструмент 202 правильно установлен, давление флюида в стволе скважины может быть увеличено, так что могут начаться дальнейшие скважинные операции, такие как гидроразрыв в целевой зоне.

[00120] Инструмент 202 может включать узел предотвращения вращения, который включает устройство или механизм предотвращения вращения, который может представлять собой пружину, композитный трубчатый элемент с механически поджатой пружиной и т.д. Устройство может быть выполнено и пригодно для предотвращения нежелательного или непреднамеренного перемещения или раскручивания компонентов инструмента 202.

[00121] Механизм предотвращения вращения может обеспечить дополнительную безопасность инструмента и операторов в том смысле, что он может помочь предотвратить неработоспособность инструмента в ситуациях, когда инструмент случайно используется не по назначению. Например, если инструмент используется при неправильной температуре, компоненты инструмента могут расплавиться, в результате чего устройство и стопорное кольцо могут помочь сохранить остальную часть инструмента вместе. Таким образом, устройство может предотвращать ослабление и/или отвинчивание компонентов инструмента, а также предотвращать отвинчивание или падение инструмента 202 с рабочей колонны 212.

[00122] Очень важно, что скважинный инструмент 202 может иметь длину L1 в собранном и неустановленном состоянии менее чем около 6 дюймов. В вариантах осуществления скважинный инструмент 202 может иметь длину L1 в диапазоне от около 3,5 дюймов до около 15 дюймов. В результате последовательности установки, установленный скважинный инструмент 202 может иметь установленную длину L2, меньшую, чем длина L1.

[00123] Ссылаясь теперь на фиг. 3A, 3B и 3C вместе, показаны изометрический покомпонентный вид в разобранном виде, изометрический вид в сборе и вид в продольном поперечном сечении, соответственно, скважинного инструмента в соответствии с раскрытыми в данном документе вариантами осуществления.

[00124] Скважинный инструмент 302 можно спускать, устанавливать и эксплуатировать, как описано в настоящем документе и в других вариантах осуществления (например, в системе 200 и т.д.), а также в соответствии с иным пониманием специалиста в данной области техники. Компоненты скважинного инструмента 302 могут быть размещены и расположены вокруг конусной оправки 314, как описано в данном документе и в других вариантах осуществления, а также как понятно специалисту в данной области техники. Таким образом, скважинный инструмент 302 может быть сравним или идентичен по аспектам, функциям, работе, компонентам и т.д., как и другие варианты осуществления инструмента, раскрытые в настоящем документе. Сходства могут не обсуждаться для краткости.

[00125] Работа скважинного инструмента 302 может обеспечивать возможность быстрого спуска инструмента 302 для изоляции одной или большего количества секций ствола скважины, как это предусмотрено в настоящем документе. Сквозному бурению инструмента 302 может способствовать один или большее количество компонентов и подкомпонентов инструмента 302, изготовленных из поддающегося бурению материала, который можно бурить значительно быстрее, чем в обычных пробках, и/или изготовленных из реакционноспособных материалов, которые могут облегчить бурение или даже полностью устранить любую такую необходимость.

[00126] Скважинный инструмент 302 может иметь один или большее количество компонентов, таких как клиновая плашка 334 и опорное кольцо 323, которые могут быть изготовлены из материала, описанного в данном документе и в соответствии с вариантами осуществления данного раскрытия. Такие материалы могут включать композитный материал, такой как материал, полученный намоткой нити, реакционноспособный материал (металлы или композиты) и так далее. Материал, полученный намоткой нити, может иметь преимущества по сравнению с другими материалами композитного типа и, таким образом, является желательным по сравнению с материалами, полученными литьем под давлением, и т.п. Другие материалы для инструмента 302 (или любого из его компонентов) могут включать растворяющиеся термопласты, такие как PGA, PLL и PLA.

[00127] Специалисту понятно, что в собранной конфигурации (такой, как на фиг. 3В) и не соединенной с установочным инструментом (217), один или большее количество компонентов инструмента 302 могут быть подвержены высвобождению из инструмента. Таким образом, один или большее количество компонентов могут быть связаны (например, с помощью клея) с другим, чтобы придать инструменту 302 возможность держаться вместе без присутствия установочного инструмента. Любая такая связь не обязательно должна быть очень прочной. В вариантах осуществления компоненты инструмента 302 могут плотно прилегать друг к другу.

[00128] Конусная оправка 314 может проходить через инструмент (или корпус инструмента) 302 в том смысле, что компоненты могут быть расположены вокруг него. Оправка 314 может включать в себя проточную часть или канал 350, образованный в ней (например, осевой канал), которое может соответствовать каналу инструмента 302. Канал 350 может проходить частично или на короткое расстояние через оправку 314. В качестве альтернативы канал 350 может проходить через всю оправку 314 с отверстием на ее проксимальном конце 348 и, напротив, на его дистальном конце 346. Канал 350 может быть выполнен с возможностью размещения в нем установочного инструмента (или его компонента, например, 216, фиг. 2D).

[00129] На фиг. 3С в продольном сечении проиллюстрировано, как конусная оправка 314 может иметь первую внешнюю конусную поверхность 330 и вторую внешнюю конусную поверхность 331, которые могут быть в целом плоскими. Таким образом, первая внешняя конусная поверхность 330 и вторая внешняя конусная поверхность 331 могут иметь соответствующие базовые плоскости P1, P2. Плоскости P1, P2 (и внешние поверхности 330, 331) могут быть смещены относительно длинной оси 358 инструмента 302 (или соответствующих продольных осей или базовых плоскостей 358 a,b) на угол a1 и a2 соответственно. То есть плоскость Р1 может делить пополам длинную ось 358 (или ось 358а) под углом а1, а плоскость Р2 может делить пополам длинную ось 358 (или ось 358b). Углы а1 и а2 могут быть равны и противоположны другому. Например, второй угол а2 может быть отрицательным по отношению к первому углу а1 (например, +10 градусов для первого, -10 градусов для второго) и, таким образом, обеспечивать «двойную» коническую форму оправки 314. Специалисту будет понятно, что перпендикулярная биссектриса 358, будет соответственно перпендикулярной биссектрисой для 358 a,b.

[00130] В вариантах осуществления угол а1 и/или а2 может находиться в диапазоне угла от около 5 градусов до около 10 градусов. Углы поверхности(ей) конусной оправки, описанные в настоящем документе, могут быть отрицательными по сравнению с другими, при этом специалист понимает, что положительный или отрицательный угол не имеет значения, а вместо этого основан только на базовой точке. Угол может быть «абсолютным» углом, что означает, что он относится к углам одной и той же величины в градусах и не обязательно имеет направление или ориентацию.

[00131] В вариантах осуществления углы а1 и а2 могут быть по существу равными (хотя и противоположными) друг другу в собранной или спускаемой конфигурации. Таким образом, каждый из углов а1 и а2 может находиться в диапазоне от около 5 градусов до около 10 градусов по отношению к базовой оси. В то же время а1 и а2 могут быть равны друг другу по значению (в пределах допуска менее 0,5 градуса) при около 7,5 градусах. Углы а1 и а2 могут быть в диапазоне от 5 градусов до 40 градусов и могут отличаться друг от друга. Например, а1 может быть около 8 градусов, а а2 может быть -20 градусов.

[00132] Там, где сходятся поверхности 330, 331, может быть гребень 329. Гребень 329 может быть самой внешней центральной точкой конусной оправки 314. Таким образом, толщина стенки Tw может быть в самом широком (самом толстом) месте на гребне 329. Примечательно, что толщина стенки может быть наименьшей на соответствующих концах 346, 348. Таким образом, толщина стенки Tw на гребне 329 может быть больше одной или обеих толщин стенки Tw на концах 346, 348. Гребень 329 может эффективно ограничивать любую возможность нежелательной экструзии.

[00133] Скважинный инструмент 302 может включать уплотнительный элемент 322, расположенный внутри и/или вокруг опорного кольца 323. Уплотнительный элемент 322 может быть изготовлен из эластомера и/или полиматериала, такого как каучук, растворимый каучук, нитриловый каучук, витон или полиуретан. В варианте осуществления уплотнительный элемент 622 может быть изготовлен из эластомерного материала твердостью от 75 до 80 по Дуро А.

[00134] Уплотнительный элемент 322 может быть выполнен с возможностью расширения и удлинения в радиальном направлении для обеспечения уплотняющего зацепления с окружающим трубчатым элементом (208) при сжатии компонентов инструмента. Соответственно, уплотнительный элемент 322 может обеспечивать непроницаемое для флюида уплотнение уплотнительной поверхности по отношению к трубчатому элементу.

[00135] Уплотнительный элемент 322 может быть расположен внутри круглой канавки 323а опорного кольца. Уплотнительный элемент 322 может быть отформован или вклеен в канавку 323а. Уплотнительный элемент 322 может не только выполнять функцию уплотнения для инструмента 302 (по отношению к трубчатому элементу) и/или по отношению к конусной оправке 314, но также может действовать как псевдопоршневая поверхность. Это означает, что по мере того, как давление над инструментом увеличивается, давление может дополнительно воздействовать на уплотнительный элемент 322 и подталкивать опорное кольцо 323 дальше вверх по конусной оправке 314 и, таким образом, может усиливать или повышать эффективность уплотнения инструмента 302.

[00136] Скважинный инструмент 302 может иметь клиновую плашку 334, расположенную вокруг (по меньшей мере, конца 346) конусной оправки 314. Клиновая плашка 334 может быть цельной клиновой плашкой, при этом клиновая плашка 334 имеет по меньшей мере частичное соединение по всей окружности. Это означает, что, хотя сама клиновая плашка 334 может иметь одну или большее количество канавок 344, выполненных в ней, клиновая плашка 334 не обязательно должна быть многосегментной с по меньшей мере одной точкой разделения в предварительно заданной конфигурации.

[00137] Использование жесткой цельной или неразъемной конфигурации клиновой плашки может снизить вероятность предварительной установки, связанной с обычными кольцами клиновой плашки, поскольку известно, что обычные клиновые плашки поворачиваются и/или расширяются во время спуска. Поскольку вероятность предварительной установки уменьшается, возможно более быстрое время спуска. Точно так же в вариантах осуществления в данном документе может использоваться многосегментная клиновая плашка.

[00138] Клиновая плашка 334 может включать в себя приспособление для захвата внутренней стенки трубчатого элемента, обсадной колонны и/или ствола скважины, такое как совокупность захватных элементов, включая зубцы или зубья, вставки 375 и т.д. Захватные элементы могут быть расположены или выполнены таким образом, что клиновая плашка 334 может зацепляться с трубчатым элементом (не показан) таким образом, что предотвращается перемещение (например, продольно-осевое) клиновых плашек или инструмента после установки. В одном варианте осуществления вставки 375 могут быть залиты эпоксидной смолой или запрессованы в соответствующие каналы или канавки 378 вставок, выполненные в клиновой плашке 334.

[00139] Клиновая плашка 334 может иметь одну или большее количество канавок 344. Канавки 344 могут быть продольными по длине от первого конца 341 клиновой плашки до другого конца 343 клиновой плашки. В варианте осуществления канавки 344 могут быть расположены на равном расстоянии друг от друга или прорезаны в клиновой плашке 334. В других вариантах осуществления канавки 344 могут иметь чередующуюся конфигурацию (в данном случае не показано). То есть одна канавка может быть ближе к концу 341 клиновой плашки, а соседняя канавка может быть ближе к противоположному концу 343 клиновой плашки. Одна или большее количество канавок 344 могут полностью проходить через конец 341 клиновой плашки (здесь не показан), так что конец 341 клиновой плашки (альтернативно, конец 343) может быть свободен от материала в точке. Клиновая плашка 334 может иметь внешнюю поверхность 388 клиновой плашки и внутреннюю поверхность 389 клиновой плашки.

[00140] Расположение или положение канавок 344 клиновой плашки 334 может быть выполнено по желанию. В одном варианте осуществления клиновая плашка 334 может быть сконструирована с канавками 344, обеспечивающими равномерное распределение радиальной нагрузки вдоль клиновой плашки 334. Одна или большее количество канавок 344 могут проходить вблизи или по существу близко к концу(ам) 341, 343 клиновой плашки, но оставляя в них небольшое количество материала 342. Наличие небольшого количества материала между концами сегментов может придать некоторую жесткость, чтобы предотвратить тенденцию к расширению. Может быть одна или большее количество канавок 344, которые образуют боковое отверстие через весь корпус клиновой плашки. То есть любая канавка 344 может проходить на глубину D от внешней поверхности 388 клиновой плашки до внутренней поверхности 389 клиновой плашки. Глубина D может определять поперечное расстояние или длину того, насколько далеко материал удаляется от корпуса клиновой плашки относительно поверхности 388 клиновой плашки (или также поверхности 389 клиновой плашки). Глубина D не обязательно должна проходить через клиновую плашку (корпус) 334.

[00141] Хотя в данном случае это не показано, для облегчения разрушения клиновой плашки 334 может быть первая или первичная точка разрыва, которая может представлять собой канавку, скол или какую-либо другую форму удаления материала клиновой плашки. Первая точка разрыва может быть выполнена так, чтобы вызвать разрыв клиновой плашки 334 в этой точке до того, как произойдет разрыв в любой другой точке клиновой плашки 334. Может быть от около двух до около четырех первичных точек разрыва. Может быть вторая или вторичная точка разрыва, которая может быть определена или выполнена количеством присутствующего материала. Первая канавка 344 может быть связана с первой точкой искусственного разрыва, а вторая (или соседняя) канавка может быть связана со второй точкой искусственного разрыва.

[00142] Первая точка разрыва может быть выполнена с возможностью разрыва при воздействии на инструмент 302 установочной нагрузки от около 1000 фунтов силы до около 4000 фунтов силы. Вторичная точка разрыва может быть выполнена с возможностью разрыва при воздействии на инструмент 302 установочной нагрузки, находящейся в диапазоне от около 5000 фунтов силы до около 10000 фунтов силы.

[00143] Клиновая плашка 334 может быть использована для фиксации инструмента 302 на месте во время процесса установки за счет удерживания потенциальной энергии сжатых компонентов на месте. Клиновая плашка 334 может также препятствовать перемещению инструмента в результате давления флюида на инструмент. Клиновая плашка 334 может иметь чередующуюся конфигурацию канавок/окон вокруг своего корпуса. Например, может быть канавка 344, затем окно 345, за которым следуют соседние канавки 344 и окна 345 соответственно. По продольной длине окно 345 может быть около меньше чем или равно канавке 344.

[00144] Клиновая плашка 334 может быть соединена или зацеплена с нижней втулкой 360. Соединение может осуществляться посредством одного или большего количества штифтов 359, расположенных в окне 345 для штифта (клиновой плашки 334) и соответствующих канавок 366 для штифтов нижней втулки 360. Не ограничиваясь какой-либо конкретной формой, окна 345 для штифта могут иметь удлиненную овальную, цилиндрическую или эллиптическую форму. Увеличенный размер окна 345 для штифта может обеспечивать определенную степень перемещения соответствующего штифта 359.

[00145] На фиг. 2C и 2D проиллюстрирована степень перемещения штифта (259) относительно окна (245) между неустановленным/спущенным и установленным положением инструмента (202/302). Штифту 359 может потребоваться боковая длина, пригодная для удерживания втулки 360 с инструментом 302 во время сборки/спуска, а также в установленном положении. Хотя запрессовки штифта 359 в канавку 366 для штифта может быть достаточно, для обеспечения удержания штифта 359 на месте штифт 359 можно связать или адгезировать с нижней втулкой 360. В вариантах осуществления штифт 359 может быть ввинчен в нижнюю втулку 360.

[00146] Ссылаясь теперь на фиг. 4А и 4В вместе, показаны, продольный вид сбоку в разрезе скважинного инструмента, имеющего откидной щиток, и продольный вид сбоку в разрезе скважинного инструмента, показанного на фиг. 4А, с открытым откидным щитком, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе.

[00147] Скважинный инструмент 402 можно спускать, устанавливать и эксплуатировать, как описано в настоящем документе и в других вариантах осуществления (например, в системе 200 и т.д.), а также в соответствии с иным пониманием специалиста в данной области техники. Компоненты скважинного инструмента 402 могут быть размещены и расположены вокруг конусной оправки 414, как описано в данном документе и в других вариантах осуществления, а также как понятно специалисту в данной области техники. Таким образом, скважинный инструмент 402 может быть сравним или идентичен по аспектам, функциям, работе, компонентам и т.д., как и другие варианты осуществления инструмента, раскрытые в настоящем документе. Сходства могут не обсуждаться для краткости. Например, узел 317 установочного инструмента можно использовать с инструментом 402, как будет очевидно специалисту в данной области техники.

[00148] Скважинный инструмент 402 может иметь откидной щиток (или откидной клапан) 470. Откидной щиток 470 может быть выполнен с возможностью перемещения между открытым положением 473 и закрытым положением 472. Откидной щиток 470 может быть подвижно (например, с возможностью поворота) соединен с конусной оправкой 414. Инструмент 402 может содержать смещающий элемент/штифт 471 для соединения откидного щитка 470 с конусной оправкой 414. Смещающий элемент 471 может быть выполнен с возможностью смещения откидного щитка 470 в закрытое положение 472.

[00149] Во время сборки или спуска откидной щиток 470 может удерживаться в открытом положении 473 в результате того, что в нем находится часть узла установочного инструмента (например, такая как [часть] натяжной оправки). Откидной щиток 470 может быть выполнен с возможностью опираться на седло 486, выполненное в конусной оправке 414.

[00150] Специалисту понятно, что в закрытом положении 472 поток флюида может быть заблокирован с одного направления, в то время как поток флюида с другого направления может открыть откидной щиток 470. Возможны и другие конфигурации откидного щитка 470, и инструмент 402 не ограничивается вариантами осуществления, показанными на фиг. 4А и 4В.

Преимущества.

[00151] Варианты осуществления скважинного инструмента имеют меньшие размеры, что позволяет использовать инструмент в скважинах с меньшими диаметрами каналов. Меньший размер также означает меньшую стоимость материала на инструмент. Поскольку изоляционные инструменты, такие как пробки, используются в огромном количестве и, как правило, не подлежат повторному использованию, небольшая экономия средств на инструмент приводит к огромной ежегодной экономии капитальных затрат.

[00152] Когда внутрискважинные операции спуска стоят около 30000$ - 40000$ в час, экономия, измеряемая в минутах (хотя и повторяющаяся в масштабе), имеет большое значение.

[00153] Достигается синергетический эффект, поскольку инструмент меньшего размера позволяет легко достичь более быстрого времени бурения. Опять же, даже небольшая экономия времени на сквозное бурение для одного инструмента приводит к огромной годовой экономии.

[00154] Поскольку инструмент может быть меньше (короче), он может перемещаться по изгибам меньшего радиуса в скважинных трубчатых элементах без зависания и предварительной установки. Проход через более короткий инструмент имеет меньшее гидравлическое сопротивление и, следовательно, может обеспечивать более высокие скорости потока жидкости при меньшем перепаде давления. Инструмент может выдерживать больший скачок давления (выброс шара), когда шар посажен.

[00155] Несмотря на то, что были проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты реализации данного раскрытия, специалист в данной области техники может выполнить их различные модификации, не отступая от сущности и идей данного раскрытия. Варианты осуществления изобретения в данном документе являются только иллюстративными и не являются ограничивающими. Возможны многие вариации и модификации данного раскрытого в данном документе раскрытия, которые входят в объем данного раскрытия. Следует понимать, что там, где числовые диапазоны или ограничения четко указано, такие определенные диапазоны или ограничения включают множество диапазонов или ограничений, входящих в указанные диапазоны или ограничения. Использование термина «необязательно» по отношению к любому элементу формулы изобретения означает, что указанный элемент является обязательным или, в качестве альтернативы, необязательным. Оба варианта находятся в пределах объема формулы изобретения. Следует понимать, что использование более широких терминов, таких как содержит, включает, имеет и т.д. обеспечивает поддержку более узких терминов, таких как состоящий из, состоящий по существу из, выполненный по существу из и тому подобное.

[00156] Соответственно, объем охраны не ограничивается описанием, изложенным выше, а ограничивается только приведенной ниже формулой изобретения, объем которой включает в себя все эквиваленты предмета формулы изобретения. Все без исключения пункты формулы изобретения включены в описание в качестве вариантов реализации настоящего раскрытия. Таким образом, формула изобретения представляет собой дальнейшее описание и является дополнением к предпочтительным вариантам осуществления настоящего раскрытия. Включение или обсуждение ссылки не является признанием того, что она является предшествующим уровнем техники по отношению по настоящему раскрытию, особенно любой ссылки, которая может иметь дату публикации после даты приоритета настоящей заявки. Все патенты, патентные заявки и публикации, процитированные в настоящем описании, включены в настоящее описание посредством ссылки в той степени, в которой они приводят основные сведения; а также иллюстративные, процедурные или другие подробности, дополняющие те, которые изложены в настоящем документе.

Изобретение относится к скважинному инструменту, который может быть использован для изоляции ствола скважины. Техническим результатом является обеспечение надежного уплотнения по отношению к окружающему трубчатому элементу при упрощении конструкции устройства. В частности, заявлен скважинный инструмент для изоляции ствола скважины для гидроразрыва пласта, содержащий конусную оправку, содержащую дистальный конец, проксимальный конец, наружную поверхность и внутренний проточный канал, причем конусная оправка дополнительно содержит шаровое седло, образованное во внутреннем проточном канале, опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с проксимальным концом конусной оправки, причем опорное кольцо дополнительно содержит наружную канавку для уплотнительного элемента, уплотнительный элемент, расположенный в наружной канавке для уплотнительного элемента, клиновую плашку, зацепленную с дистальным концом, и нижнюю втулку, соединенную с клиновой плашкой. При этом клиновая плашка содержит по меньшей мере одну канавку клиновой плашки, которая образует боковое отверстие в клиновой плашке, которое определено глубиной, которая проходит от наружной поверхности клиновой плашки к внутренней поверхности клиновой плашки. Причем наружная поверхность содержит первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность. При этом первая наклонная поверхность содержит первую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под первым углом в диапазоне от 5 до 10°, а вторая наклонная поверхность содержит вторую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под углом, отрицательным по отношению к первому углу. Причем указанные первая наклонная поверхность и вторая наклонная поверхность сходятся в гребне, и гребень имеет толщину стенки гребня, превышающую толщину стенки самого дальнего дистального конца и толщину стенки самого ближнего конца. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Скважинный инструмент для изоляции ствола скважины для гидроразрыва пласта, содержащий:

конусную оправку, содержащую:

дистальный конец, проксимальный конец, наружную поверхность и внутренний проточный канал, причем конусная оправка дополнительно содержит шаровое седло, образованное во внутреннем проточном канале,

опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с проксимальным концом конусной оправки, причем опорное кольцо дополнительно содержит наружную канавку для уплотнительного элемента;

уплотнительный элемент, расположенный в наружной канавке для уплотнительного элемента;

клиновую плашку, зацепленную с дистальным концом; и

нижнюю втулку, соединенную с клиновой плашкой,

при этом клиновая плашка содержит по меньшей мере одну канавку клиновой плашки, которая образует боковое отверстие в клиновой плашке, которое определено глубиной, которая проходит от наружной поверхности клиновой плашки к внутренней поверхности клиновой плашки,

при этом наружная поверхность содержит первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность,

при этом первая наклонная поверхность содержит первую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под первым углом в диапазоне от 5 до 10°, и

при этом вторая наклонная поверхность содержит вторую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под углом, отрицательным по отношению к первому углу,

при этом первая наклонная поверхность и вторая наклонная поверхность сходятся в гребне, и

при этом гребень имеет толщину стенки гребня, превышающую толщину стенки самого дальнего дистального конца и толщину стенки самого ближнего конца.

2. Скважинный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что любой компонент скважинного инструмента изготовлен из растворимого материала на основе металла.

3. Скважинный инструмент по п. 2, отличающийся тем, что опорное кольцо выполнено с возможностью растягивания от 10 до 20% по сравнению с его первоначальной формой, и при этом опорное кольцо растягивается без разрыва.

4. Скважинный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что внутренний проточный канал конусной оправки содержит внутренний диаметр в диапазоне канала от по меньшей мере 1 дюйма до не более чем 5 дюймов, при этом скважинный инструмент содержит срезной язычок, и при этом уплотнительный элемент не зацеплен конусом.

5. Скважинный инструмент по п. 4, отличающийся тем, что опорное кольцо выполнено с возможностью растягивания от 10 до 20% по сравнению с его первоначальной формой, и при этом опорное кольцо растягивается без разрыва.

6. Скважинный инструмент по п. 1, отличающийся тем, что скважинный инструмент содержит срезной язычок, при этом уплотнительный элемент не зацеплен конусом, при этом продольная длина скважинного инструмента после установки находится в диапазоне установочной длины от по меньшей мере 5 дюймов до не более чем 15 дюймов.

7. Скважинный инструмент для изоляции ствола скважины для гидроразрыва пласта, содержащий:

конусную оправку, содержащую:

дистальный конец, проксимальный конец и наружную поверхность,

опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с проксимальным концом конусной оправки, причем опорное кольцо дополнительно содержит наружную канавку для уплотнительного элемента;

уплотнительный элемент, расположенный в наружной канавке для уплотнительного элемента;

клиновую плашку, зацепленную с дистальным концом; и

нижнюю втулку, соединенную с клиновой плашкой,

при этом клиновая плашка содержит по меньшей мере одну канавку клиновой плашки, которая образует боковое отверстие в клиновой плашке, которое определено глубиной, которая проходит от наружной поверхности клиновой плашки к внутренней поверхности клиновой плашки,

при этом наружная поверхность содержит первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность, при этом первая наклонная поверхность содержит первую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под первым углом в диапазоне от 5 до 10°, при этом вторая наклонная поверхность содержит вторую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под углом, отрицательным по отношению к первому углу,

при этом любой компонент скважинного инструмента изготовлен из растворимого материала на основе металла, при этом скважинный инструмент содержит срезной язычок, при этом уплотнительный элемент не зацеплен конусом и при этом продольная длина скважинного инструмента после установки находится в диапазоне установочной длины от по меньшей мере 5 дюймов до не более чем 15 дюймов.

8. Скважинный инструмент по п. 7, отличающийся тем, что опорное кольцо выполнено с возможностью растягивания от 10 до 20% по сравнению с его первоначальной формой.

9. Скважинный инструмент по п. 8, отличающийся тем, что опорное кольцо растягивается без разрыва.

10. Скважинный инструмент по п. 7, отличающийся тем, что опорное кольцо растягивается без разрыва.

11. Скважинная система установки скважинного инструмента для изоляции ствола скважины для гидроразрыва пласта, содержащая:

рабочую колонну;

узел установочного инструмента, соединенный с рабочей колонной, причем узел установочного инструмента дополнительно содержит:

натяжную оправку, содержащую первый конец натяжной оправки и второй конец натяжной оправки; и

установочную втулку;

скважинный инструмент, содержащий:

конусную оправку, содержащую:

дистальный конец, проксимальный конец, наружную поверхность и внутренний проточный канал, причем конусная оправка дополнительно содержит шаровое седло, образованное во внутреннем проточном канале;

опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с проксимальным концом, причем опорное кольцо дополнительно содержит наружную канавку для уплотнительного элемента;

уплотнительный элемент, расположенный в наружной канавке для уплотнительного элемента;

клиновую плашку, зацепленную с дистальным концом; и

нижнюю втулку, соединенную с клиновой плашкой,

при этом натяжная оправка проходит через скважинный инструмент, при этом носовая гайка зацеплена с каждым из второго конца натяжной оправки и скважинного инструмента,

причем наружная поверхность содержит первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность,

при этом первая наклонная поверхность содержит первую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью,

при этом вторая наклонная поверхность содержит вторую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под углом, отрицательным по отношению к первому углу,

при этом первая наклонная поверхность и вторая наклонная поверхность сходятся в гребне, и

при этом гребень имеет толщину стенки гребня, превышающую толщину стенки самого дальнего дистального конца и толщину стенки самого ближнего конца.

12. Скважинная система по п. 11, отличающаяся тем, что клиновая плашка содержит по меньшей мере одну канавку клиновой плашки, которая образует боковое отверстие в клиновой плашке, которое определено первой частью материала клиновой плашки на первом конце клиновой плашки, второй частью материала клиновой плашки на втором конце клиновой плашки и глубиной, которая проходит от наружной поверхности клиновой плашки к внутренней поверхности клиновой плашки.

13. Скважинная система по п. 12, отличающаяся тем, что клиновая плашка содержит по меньшей мере одно окно для штифта, смежное с по меньшей мере одной канавкой клиновой плашки, при этом нижняя втулка содержит канавку для штифта вблизи по меньшей мере одного окна для штифта, и при этом штифт расположен внутри каждого из по меньшей мере одного окна для штифта в клиновой плашке и по меньшей мере одной канавки для штифта нижней втулки.

14. Скважинная система по п. 13, отличающаяся тем, что любой компонент скважинного инструмента изготовлен из растворимого материала на основе металла.

15. Скважинная система по п. 14, отличающаяся тем, что опорное кольцо выполнено с возможностью растягивания от 10 до 20% по сравнению с его первоначальной формой, и при этом опорное кольцо растягивается без разрыва.

16. Скважинная система по п. 15, отличающаяся тем, что нижняя втулка содержит срезной язычок, при этом уплотнительный элемент не зацеплен конусом, при этом продольная длина скважинного инструмента после установки находится в диапазоне установочной длины от по меньшей мере 5 дюймов до не более чем 15 дюймов.

17. Скважинная система установки скважинного инструмента для изоляции ствола скважины для гидроразрыва пласта, содержащая:

рабочую колонну;

узел установочного инструмента, соединенный с рабочей колонной, причем узел установочного инструмента дополнительно содержит:

натяжную оправку, содержащую первый конец натяжной оправки и второй конец натяжной оправки; и

установочную втулку;

скважинный инструмент, содержащий:

конусную оправку, содержащую:

дистальный конец, проксимальный конец и наружную поверхность,

опорное кольцо, зацепленное скользящим образом с проксимальным концом, причем опорное кольцо дополнительно содержит наружную канавку для уплотнительного элемента;

уплотнительный элемент, расположенный в наружной канавке для уплотнительного элемента;

клиновую плашку, зацепленную с дистальным концом; и

нижнюю втулку, соединенную с клиновой плашкой,

любой компонент скважинного инструмента изготовлен из растворимого материала на основе металла,

при этом натяжная оправка проходит через скважинный инструмент, при этом носовая гайка зацеплена с каждым из второго конца натяжной оправки и скважинным инструментом, при этом наружная поверхность содержит первую наклонную поверхность и вторую наклонную поверхность, при этом первая наклонная поверхность содержит первую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под первым углом в диапазоне от 5 до 10°, и при этом вторая наклонная поверхность содержит вторую плоскость, которая в поперечном сечении пересекается пополам продольной осью под углом, отрицательным по отношению к первому углу,

причем скважинный инструмент содержит срезной язычок, при этом уплотнительный элемент не зацеплен конусом и при этом продольная длина скважинного инструмента после установки находится в диапазоне установочной длины от по меньшей мере 5 дюймов до не более чем 15 дюймов.

18. Скважинная система по п. 17, отличающаяся тем, что клиновая плашка содержит по меньшей мере одну канавку клиновой плашки, которая образует боковое отверстие в клиновой плашке, которое определено первой частью материала клиновой плашки на первом конце клиновой плашки и глубиной, которая проходит от наружной поверхности клиновой плашки к внутренней поверхности клиновой плашки.

19. Скважинная система по п. 18, отличающаяся тем, что опорное кольцо выполнено с возможностью растягивания от 10 до 20% по сравнению с его первоначальной формой, и при этом опорное кольцо растягивается без разрыва.

20. Скважинная система по п. 19, отличающаяся тем, что конусная оправка дополнительно содержит шаровое седло, образованное во внутреннем проточном канале.