ОБЪЕДИНЕННОЕ ФРЕЗЕРНОЕ И ДОБЫЧНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ФРЕЗЕРОВАНИЯ И ДОБЫЧИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ИЗ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Российский патент 2023 года по МПК E21B29/00 E21B43/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[01] Объединенное фрезерное и добычное устройство позволяет осуществлять добычу сразу же после фрезерования мостовых пробок (см. например, US 2017/0321547, E21B 49/08, 09.11.2017). Другими словами, нет необходимости извлекать инструмент, использованный для фрезерования мостовой пробки, из ствола скважины или впоследствии спускать в ствол скважины отдельный инструмент для добычи. В соответствии с этим объединенное фрезерное и добычное устройство обеспечивает выполнение операций как фрезерования, так и добычи при только одном спуске в ствол скважины, вследствие чего сберегаются время и затраты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

[02] фиг. 1 - частичный разрез объединенного фрезерного и добычного устройства;

[03] фиг. 2 - частичное перспективное изображение нижнего конца поршня во фрезерном и добычном устройстве;

[04] фиг. 3 - схематичный вид фрезерного и добычного устройства, введенного при использовании гибкой насосно-компрессорной трубы в ствол скважины на протяжении подземного пласта;

[05] фиг. 4 - схематичный вид фрезерного и добычного устройства, введенного при использовании бурильной колонны в ствол скважины на протяжении подземного пласта;

[06] фиг. 5 - частичный разрез фрезерного и добычного устройства с шаром, зацепляющим посадочную поверхность соединителя;

[07] фиг. 6 - разрез фрезерного и добычного устройства после приведения в действие соединителя шаром и вместе с шаром, зацепляющим посадочную поверхность поршня;

[08] фиг. 7 - разрез фрезерного и добычного устройства вместе с поршнем в положении добычи;

[09] фиг. 8 - частичный разрез пружинного упорного кольца, зацепляющего выемку во внешней поверхности поршня;

[10] фиг. 9 - разрез фрезерного и добычного устройства, иллюстрирующий растворение шара;

[11] фиг. 10 - разрез фрезерного и добычного устройства после того, как шар растворился;

[12] фиг. 11 - частичный разрез другого варианта осуществления объединенного фрезерного и добычного устройства;

[13] фиг. 12 - частичное перспективное изображение верхнего конца поршня фрезерного и добычного устройства из фиг. 11;

[14] фиг. 13 - частичный разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 11 с шаром, зацепляющим посадочную поверхность соединителя;

[15] фиг. 14 - частичный разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 11 после приведения в действие соединителя шаром и вместе с шаром, зацепляющим посадочную поверхность поршня;

[16] фиг. 15 - частичный разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 11 с поршнем в положении добычи;

[17] фиг. 16 - частичный разрез, иллюстрирующий внешний заплечик цанговой секции поршня, сцепляющийся с выемкой во внутренней поверхности эксплуатационного корпуса;

[18] фиг. 17 - разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 11, иллюстрирующий растворение шара;

[19] фиг. 18 - разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 11 после того, как шар растворился;

[20] фиг. 19 - частичный разрез второго другого варианта осуществления объединенного фрезерного и добычного устройства;

[21] фиг. 20 - частичный разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 19 с шаром, зацепляющим посадочную поверхность соединителя;

[22] фиг. 21 - разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 19 после приведения в действие соединителя шаром и вместе с сигнальными объектами вблизи приводного приспособления; и

[23] фиг. 22 - разрез фрезерного и добычного устройства из фиг. 19 с поршнем в положении добычи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[24] Объединенное фрезерное и добычное устройство может включать в себя исполнительный механизм, расположенный в центральном канале эксплуатационного корпуса, один или более откидных клапанов, шарнирно расположенных в центральном канале эксплуатационного корпуса, соединитель, избирательно закрепленный ниже эксплуатационного корпуса, и электродвигатель и фрезерное долото, закрепленные ниже соединителя. Соединитель может быть выполнен с возможностью отсоединения от эксплуатационного корпуса при приведении в действие. После этого обрезки мостовой пробки могут быть выкачены из ствола скважины, а объединенное фрезерное и добычное устройство может быть перемещено на место в стволе скважины, которое находится ниже по стволу скважины от продуктивной зоны. При приведении в действие соединителя будут отсоединяться от эксплуатационного корпуса соединитель, электродвигатель. После отсоединения соединитель, электродвигатель и фрезерное долото можно оставить на месте ниже по стволу скважины, тогда как эксплуатационный корпус перемещают в стволе скважины на новое место вверх по направлению потока, например, в продуктивную зону. Один или более откидных клапанов могут оставаться закрытыми до тех пор, пока исполнительный механизм не будет приведен в действие, и этим один или более откидных клапанов устанавливаются в открытое положение, чтобы обеспечить возможность добычи текучей среды из ствола скважины ниже эксплуатационного корпуса через центральный канал эксплуатационного корпуса в направлении вверх по потоку. В одном варианте осуществления эксплуатационный корпус включает в себя один или более проходов, продолжающихся от его внешней поверхности к центральному каналу. Один или более проходов могут оставаться закрытыми до тех пор, пока исполнительный механизм не будет приведен в действие, и этим открываются проходы, чтобы обеспечить возможность добычи текучей среды из подземного пласта, окружающего ствол скважины, прилегающий к проходам, в центральный канал эксплуатационного корпуса и тем самым вверх по направлению потока.

[25] В одном варианте осуществления соединитель может включать в себя посадочную поверхность, выполненную с возможностью сцепления с шаром, перемещающимся по центральному каналу эксплуатационного корпуса. Приложение давления текучей среды после сцепления шара с посадочной поверхностью может привести к срезанию одного или более срезных штифтов, прикрепляющих соединитель к эксплуатационному корпусу, вследствие чего может произойти отсоединение соединителя от эксплуатационного корпуса.

[26] В одном варианте осуществления исполнительный механизм может быть поршнем, включающим посадочную поверхность, выполненную с возможностью сцепления с шаром, перемещающимся по центральному каналу эксплуатационного корпуса. Приложение давления текучей среды после сцепления шара с посадочной поверхностью может привести к срезанию одного или более срезных штифтов, удерживающих поршень в положении фрезерования, вследствие чего поршень может переместиться в положение добычи, при котором один или более откидных клапанов удерживаются в открытом положении и при котором один или более проходов открыты. Поршень может удерживаться в положении добычи относительно эксплуатационного корпуса фиксирующим механизмом. В одном варианте осуществления фиксирующий механизм может включать в себя пружинное упорное кольцо, которое закреплено в области внутреннего пространства эксплуатационного корпуса в положении добычи и которое выполнено с возможностью перемещения внутрь для сцепления с выемкой во внешней поверхности поршня, когда он перемещается в положение добычи. В другом варианте осуществления фиксирующий механизм может включать в себя последовательность цанг на верхнем конце поршня, при этом цанги выполнены с возможностью сцепления с выемкой во внутренней поверхности эксплуатационного корпуса, когда поршень перемещается в положение добычи. Шар, сцепляющийся с посадочной поверхностью, может быть выполнен с возможностью растворения или иным способом разрушения в течение определенного периода времени воздействия текучей среды. После этого текучая среда из области ниже посадочной поверхности может протекать вверх по направлению потока по центральному каналу поршня и центральному каналу эксплуатационного корпуса.

[27] В другом варианте осуществления приводное приспособление может перемещать поршень из положения фрезерования в положение добычи. Приводное приспособление может быть соединено со шлангокабельной линией для приема сигнала, вызывающего плавное перемещение поршня в положение добычи. В ином случае приводное приспособление может включать в себя датчик, выполненный с возможностью обнаружения присутствия одного или более сигнальных объектов вблизи него, при этом приводное приспособление плавно перемещает поршень в положение добычи.

[28] Что касается фиг. 1, то объединенное фрезерное и добычное устройство 10 может включать в себя эксплуатационный корпус 12, образованный из одной или более частей, таких как части 12А, 12В и 12С. Фрезерное и добычное устройство 10 может также включать в себя поршень 14, расположенный в центральном канале 16 эксплуатационного корпуса 12. Кроме того, один или более откидных клапанов могут быть шарнирно расположены в центральном канале 16 эксплуатационного корпуса 12. Например, откидные клапаны 18 и 20 могут быть расположены в центральном канале 16 и выполнены с возможностью поворота вокруг точек 22 и 24 поворота, соответственно. В одном варианте осуществления каждый из откидных клапанов 18 и 20 смещается к закрытому положению пружиной, которая находится в зацеплении с откидным клапаном. Откидные клапаны могут быть образованы из стали или любого другого высокопрочного материала. В одном варианте осуществления откидные клапаны рассчитаны на давление 10000-15000 фунт-сила/дюйм² (68,9476-103,4214 МПа). Поршень 14 может включать в себя посадочную поверхность 26 на верхнем конце и центральный канал 28 поршня, продолжающийся от посадочной поверхности 26 до скошенного нижнего конца 30 (показанного на фиг. 2). Внешняя поверхность поршня 14 может включать в себя выемку 32. На фиг. 1 поршень 14 показан закрепленным в положении фрезерования срезными штифтами 34, которые вставлены на протяжении совмещенных выемок в эксплуатационном корпусе 12 и поршне 14. В одном варианте осуществления срезные штифты 34 могут быть образованы установочными винтами. Эксплуатационный корпус 12 может также включать в себя один или более проходов 36, продолжающихся от внешней поверхности к центральному каналу 16 эксплуатационного корпуса 12. Кроме того, пружинные упорные кольца 38 могут быть расположены в пространстве центрального канала 16 эксплуатационного корпуса 12. Пружинные опорные кольца 38 могут быть образованы из пружинной стали или другого металла, способного обеспечивать функцию нагружения пружины.

[29] Что касается еще раз фиг. 1, то объединенное фрезерное и добычное устройство 10 может также включать в себя соединитель 40, избирательно закрепленный ниже эксплуатационного корпуса 12 срезными штифтами 42, которые вставлены на протяжении совмещенных выемок в эксплуатационном корпусе 12 и соединителе 40. В одном варианте осуществления срезные штифты 42 могут быть образованы установочными винтами. Соединитель 40 может быть прикреплен к эксплуатационному корпусу 12 шлицевым соединением, выполненным с возможностью передачи крутящего момента на соединение. Соединитель 40 может включать в себя посадочную поверхность 44 и центральный канал 46, продолжающийся от посадочной поверхности 44 до нижнего конца соединителя 40. Посадочная поверхность 44 и центральный канал 46 имеют меньшие диаметры по сравнению с диаметрами центрального канала 28 поршня и посадочной поверхности 26 поршня 14. Как показано, электродвигатель 48 и фрезерное долото 50 могут быть закреплены ниже соединителя 40. Электродвигатель 48 может быть выполнен с возможностью вращения фрезерного долота 50 относительно соединителя 40. Фрезерное долото 50 может быть выполнено с возможностью фрезерования мостовых пробок в стволе скважины. Например, фрезерное долото 50 может быть использовано для фрезерования 1-100 мостовых пробок в стволе скважины или любого количества в поддиапазоне указанных пределов.

[30] Что касается теперь фиг. 3, то объединенное фрезерное и добычное устройство 10 может быть введено в ствол 52 скважины ниже поверхности 54 в подземный пласт 56 при использовании гибкой насосно-компрессорной трубы 58. В ином случае, как показано на фиг. 4, объединенное фрезерное и добычное устройство 10 может быть введено в ствол 52 скважины ниже поверхности 54 в подземный пласт 56 при использовании бурильной колонны 60. По завершении обоих процессов фрезерное долото 50 может быть использовано для фрезерования одной или более мостовых пробок в стволе 52 скважины, чтобы подготовить ствол 52 скважины к добыче. По завершении операций фрезерования объединенное фрезерное и добычное устройство 10 может быть перемещено в стволе скважины на место ниже по стволу скважины.

[31] Что касается теперь фиг. 5, то при нахождении устройства 10 на месте ниже по стволу скважины пользователь может ввести шар 62 с поверхности через гибкую насосно-компрессорную трубу 58 или бурильную колонну 60. Шар 62 может перемещаться по центральному каналу 16 эксплуатационного корпуса 12, центральному каналу 28 поршня 14 и через откидные клапаны 18 и 20 до сцепления с посадочной поверхностью 44 соединителя 40. Когда шар 62 сцепляется с посадочной поверхностью 44 соединителя 40, шар 62 герметизирует по текучей среде центральный канал 46 соединителя 40. Непрерывный поток текучей среды в центральный канал 16 эксплуатационного корпуса 12 создает давление на шаре 62 и верхнем конце соединителя 40 до тех пор, пока срезные штифты 42 не будут срезаны, вследствие чего, как показано на фиг. 6, произойдет отсоединение соединителя 40 от эксплуатационного корпуса 12. Например, до срезания срезных штифтов давление текучей среды может достигать от 3000 до 5000 фунт-сила/дюйм² (от 20,68 до 34,47 МПа). Таким образом, шар 62 может быть использован для приведения в действие соединителя 40, чтобы отсоединять соединитель 40 от эксплуатационного корпуса 12. Соединитель 40 вместе с электродвигателем 48 и фрезерным долотом 50 можно оставлять в стволе скважины на месте ниже по стволу скважины, тогда как эксплуатационный корпус 12 можно перемещать вверх по потоку в стволе скважины, тем самым разделяя соответствующие части объединенного фрезерного и добычного устройства 10 без извлечения какой-либо части устройства 10 из ствола скважины. Шар 62 может быть выполнен из стали, керамического материала, резины или полимера.

[32] Что касается теперь фиг. 6, то откидные клапаны 18 и 20 могут оставаться в закрытом положении, когда эксплуатационный корпус 12 перемещают на новое место в стволе скважины. Таким образом, предотвращается протекание текучей среды в стволе скважины вверх по направлению потока по центральному каналу 16 эксплуатационного корпуса 12 при условии, что поршень 14 находится в показанном положении фрезерования. В таком случае поршень 14 может быть приведен в действие шаром 64. Когда эксплуатационный корпус 12 расположен в продуктивной зоне ствола скважины, пользователь может ввести шар 64 с поверхности через гибкую насосно-компрессорную трубу 58 или бурильную колонну 60. Шар 64 может входить в центральный канал 16 эксплуатационного корпуса 16 и сцепляться с посадочной поверхностью 26 поршня 14. Когда шар 64 входит в зацепление с посадочной поверхностью 26 поршня 14, шар 64 герметизирует по текучей среде центральный канал 28 поршня 14. Непрерывный поток текучей среды в центральный канал 16 эксплуатационного корпуса 12 создает давление на шар 64 и верхний конец поршня 14 до тех пор, пока срезные штифты 34 не будут срезаны, вследствие чего произойдет плавное перемещение поршня 14 из положения фрезерования, показанного на фиг. 6, в положение добычи, показанное на фиг. 7.

[33] Что касается фиг. 7, то, когда поршень 14 плавно перемещается в положение добычи, скошенный нижний конец 30 контактирует с откидными клапанами 18 и 20 и поворачивает их вокруг точек 22 и 24 поворота, соответственно, из закрытого положения (показанного на фиг. 6) в открытое положение (показанное на фиг. 7). В положении фрезерования поршень расположен выше откидных клапанов, а в положении добычи поршень расположен на протяжении откидных клапанов для удержания откидных клапанов в открытом положении. Поршень 14 может быть выровнен относительно центрального канала 16 эксплуатационного корпуса 12, так что низшая точка 68 скошенного нижнего конца 30 может быть расположена на наибольшем удалении от точек 22 и 24 поворота. Таким образом, низшая точка 68 скошенного нижнего конца 30 поршня 14 входит в зацепление с откидным клапаном 18 в точке, наиболее удаленной от точки 22 поворота, вследствие чего уменьшается сила, необходимая для открывания откидного клапана 18, и предотвращается всякое заклинивание откидного клапана 18. Аналогично этому, низшая точка 68 скошенного нижнего конца 30 поршня 14 входит в зацепление с откидным клапаном 20 в точке, наиболее удаленной от точки 24 поворота, вследствие чего уменьшается сила, необходимая для открывания откидного клапана 20, и предотвращается всякое заклинивание откидного клапана 20. В положении добычи поршень 14 удерживает откидные клапаны 18 и 20 в открытом положении. Кроме того, в положении добычи поршень 14 открывает проходы 36 через эксплуатационный корпус 12, так что текучая среда из подземного пласта, окружающего эксплуатационный корпус 12, может протекать в центральный канал 16 эксплуатационного корпуса 12 и вверх по направлению потока для сбора.

[34] Что касается фиг. 7 и 8, то выемка 32 поршня 14 может быть выровнена относительно пружинных упорных колец 38 в положении добычи, так что пружинное упорное кольцо 38 может быть отведено в выемку 32 (то есть, пружинное упорное кольцо 38 перемещено внутрь). Вследствие того, что пружинное упорное кольцо 38 удерживается в пространстве эксплуатационного корпуса 12, такого как пространство между частями 12А и 12В, пружинное упорное кольцо 38 и выемка 32 могут фиксировать поршень 14 в положении добычи в эксплуатационном корпусе 12. Другими словами, пружинное упорное кольцо 38 закреплено в осевом направлении в эксплуатационном корпусе 12 и пружинное упорное кольцо 38 находится в зацеплении с верхним заплечиком 70 и/или нижним заплечиком 72 выемки 32 в поршне 14 для предотвращения плавного перемещения поршня 14 из положения добычи.

[35] Как показано на фиг. 9, шар 65 может растворяться, разлагаться или иным образом разрушаться после определенного периода времени воздействия текучей среды, такого как от около 1 до около 48 ч, или от около 2 до около 6 ч, или находящегося в любом подинтервале. Шар 64 может быть выполнен из магния, растворимой резины и/или растворимых полимеров.

[36] Что касается теперь фиг. 10, то после удаления шара 64 с посадочной поверхности 26 поршня 14 текучая среда, находящаяся ниже нижнего конца эксплуатационного корпуса 12, может подниматься по центральному каналу 16 эксплуатационного корпуса 12, по центральному каналу 28 поршня 14 и вверх по направлению потока для сбора. Впоследствии откидные клапаны 18 и 20 перманентно остаются в открытом положении. Таким образом, объединенное фрезерное и добычное устройство 10 может быть использовано для фрезерования одной или более мостовых пробок в стволе скважины и для добычи при всего лишь одном спуске в ствол скважины.

[37] На фиг. 11 показано объединенное фрезерное и добычное устройство 80. За исключением случаев, когда указано иное, устройство 80 и каждый из его компонентов имеют такую же конструкцию и включает в себя такие же признаки, как устройство 10 и каждый из его компонентов. Фрезерное и добычное устройство 80 может включать в себя эксплуатационный корпус 82, образованный из одной или более частей, таких как 82А, 82В и 82С. Кроме того, фрезерное и добычное устройство 80 может включать в себя поршень 84, расположенный в центральном канале 86 эксплуатационного корпуса 82. Один или более откидных клапанов, таких как откидные клапаны 18 и 20, могут быть шарнирно расположены в центральном канале 86 эксплуатационного корпуса 82. Откидные клапаны 18 и 20 выполнены с возможностью поворота вокруг точек 22 и 24 поворота, соответственно. В одном варианте осуществления каждый из откидных клапанов 18 и 20 смещается к закрытому положению пружиной, которая сцеплена с откидным клапаном. Верхний конец поршня 84 может включать в себя цанговую секцию 87, продолжающуюся до посадочной поверхности 88. Центральный канал 90 поршня может продолжаться от посадочной поверхности 88 до скошенного нижнего конца 92. Как показано на фиг. 12, цанговая секция 87 может включать в себя цанги 87A-87F, отделенные друг от друга пространствами, при этом каждая цанга 87A-87F включает в себя внешний заплечик 94. На фиг. 11 поршень 84 удерживается в положении фрезерования срезными штифтами 96, которые расположены на протяжении совмещенных выемок в эксплуатационном корпусе 82 и поршне 84. В одном варианте осуществления срезные штифты 96 могут быть образованы установочными винтами. Эксплуатационный корпус 82 может включать в себя один или более проходов 98, продолжающихся от внешней поверхности к центральному каналу 86 эксплуатационного корпуса 82. Кроме того, эксплуатационный корпус 82 может включать в себя выемку 100 во внутренней поверхности центрального канала 86 эксплуатационного корпуса 82. Объединенное фрезерное и добычное устройство 80 также включает в себя соединитель 40, электродвигатель 48 и фрезерное долото 50. Соединитель 40 может быть прикреплен к эксплуатационному корпусу 82 срезными штифтами 42. Как и устройство 10, устройство 80 может быть введено в ствол скважины при использовании гибкой насосно-компрессорной трубы или бурильной колонны. При обоих процессах фрезерное долото 50 может быть использовано для фрезерования одной или более мостовых пробок в стволе 52 скважины, чтобы подготовить ствол 52 скважины к добыче. По завершении операций фрезерования объединенное фрезерное и добычное устройство 80 может быть перемещено в стволе скважины на место ниже по стволу скважины.

[38] Что касается фиг. 13, то при нахождении устройства ниже по стволу скважины пользователь может ввести шар 102 с поверхности через гибкую насосно-компрессорную трубу или бурильную колонну. Шар 102 может перемещаться по центральному каналу 86 эксплуатационного корпуса 82, центральному каналу 90 поршня 84 и через откидные клапаны 18 и 20 до зацепления с посадочной поверхностью 44 соединителя 40. Когда шар 102 входит в зацепление с посадочной поверхностью 44, шар 102 герметизирует по текучей среде центральный канал 46 соединителя 40. Непрерывный поток текучей среды в центральный канал 86 эксплуатационного корпуса 82 создает давление на шар 102 и верхний конец соединителя 40 до тех пор, пока срезные штифты 42 не будут срезаны, вследствие чего, как показано на фиг. 14, произойдет отсоединение соединителя 40 от эксплуатационного корпуса 82. Таким образом, шар 102 может быть использован для приведения в действие соединителя 40, чтобы отсоединять соединитель 40 от эксплуатационного корпуса 82. Соединитель 40 вместе с электродвигателем 48 и фрезерным долотом 50 может оставаться в стволе скважины ниже по стволу скважины, тогда как эксплуатационный корпус 82 может быть перемещен в стволе скважины вверх по направлению потока, вследствие чего происходит отделение соответствующих частей объединенного фрезерного и добычного устройства 80 без извлечения какой-либо части устройства 10 из ствола скважины. Шар 102 может быть выполнен из стали, керамического материала, резины или полимера.

[39] Что касается теперь фиг. 14, то откидные клапаны 18 и 20 могут оставаться в закрытом положении, когда эксплуатационный корпус 82 перемещают на новое место в стволе скважины. После этого поршень 84 может быть приведен в действие шаром 104. Когда эксплуатационный корпус 82 расположен в продуктивной зоне ствола скважины, пользователь может ввести шар 104 с поверхности через гибкую насосно-компрессорную трубу или бурильную колонну. Шар 104 может входить в центральный канал 86 эксплуатационного корпуса 82 и сцепляться с посадочной поверхностью 88 поршня 84. Когда шар 102 входит в зацепление с посадочной поверхностью 88 поршня 84, шар 104 герметизирует по текучей среде центральный канал 90 поршня 84. Непрерывный поток текучей среды в центральный канал 86 эксплуатационного корпуса 82 создает давление на шар 104 и верхний конец поршня 84 до тех пор, пока срезные штифты 96 не будут срезаны, что позволит поршню 84 перейти из положения фрезерования, показанного на фиг. 14, в положение добычи, показанное на фиг. 15.

[40] Что касается фиг. 15, то, когда поршень 84 плавно перемещается в положение добычи, скошенный нижний конец 92 контактирует с откидными клапанами 18 и 20 и поворачивает их вокруг точек 22 и 24 поворота, соответственно, из закрытого положения (показанного на фиг. 14) в открытое положение (показанное на фиг. 15). Поршень 84 может быть выровнен в центральном канале 86 эксплуатационного корпуса 82, так что низшая точка 108 скошенного нижнего конца 92 может быть расположена на наибольшем удалении от точек 22 и 24 поворота и может находиться в зацеплении с откидными клапанами 18 и 20 в точке, наиболее удаленной от точек 22 и 24 поворота. Этим предотвращается заклинивание и уменьшается сила, необходимая для открывания откидных клапанов 18 и 20. Кроме того, в положении добычи поршень 84 открывает проходы 98, так что текучая среда из подземного пласта, окружающего эксплуатационный корпус 82, может протекать через проходы 98 в центральный канал 86 эксплуатационного корпуса 82 и вверх по направлению потока для сбора.

[41] Что касается фиг. 15 и 16, то внешний заплечик 94 цанговой секции 87 поршня сцепляется с выемкой 100 эксплуатационного корпуса 82 для фиксации поршня 84 в эксплуатационном корпусе 12 в положении добычи.

[42] Как показано на фиг. 17, шар 104 может растворяться, разлагаться или иным образом разрушаться после определенного периода времени воздействия текучей средой, такого как от около 1 до около 48 ч, или от около 2 до около 6 ч, или в течение любого подинтервала времени. Шар 64 может быть выполнен из магния, растворимой резины и/или растворимых полимеров.

[43] Что касается теперь фиг. 18, то после удаления шара 104 с посадочной поверхности 88 поршня 84 текучая среда, находящаяся ниже нижнего конца эксплуатационного корпуса 82, может подниматься по центральному каналу 86 эксплуатационного корпуса 82, по центральному каналу 90 поршня и вверх по направлению потока для сбора. Откидные клапаны 18 и 20 перманентно остаются в открытом положении. Таким образом, объединенное фрезерное и добычное устройство 80 может быть использовано для фрезерования одной или более мостовых пробок в стволе скважины и для добычи при только одном спуске в ствол скважины.

[44] На фиг. 19 показано объединенное фрезерное и добычное устройство 120. За исключением случаев, когда указано иное, устройство 120 и каждый из его компонентов имеют такую же конструкцию и включают в себя такие же признаки, как устройство 10 и каждый из его компонентов. Фрезерное и добычное устройство 120 может включать в себя эксплуатационный корпус 122, образованный из одной или более частей, таких как 122А, 122В и 122С. Поршень 124 расположен в центральном канале 126 эксплуатационного корпуса 122. Верхний конец поршня 124 включает в себя посадочную поверхность 128 и центральный канал 130 поршня, продолжающийся от посадочной поверхности 128 до скошенного нижнего конца 132. На фиг. 19 поршень 124 удерживается в положении фрезерования срезными штифтами 134, которые расположены на протяжении совмещенных выемок в эксплуатационном корпусе 122 и поршне 124. В одном варианте осуществления срезные штифты 134 могут быть образованы установочными винтами. Эксплуатационный корпус 122 может включать в себя один или более проходов 136, продолжающихся от внешней поверхности к центральному каналу 126. Один или более откидных клапанов, таких как откидные клапаны 18 и 20, могут быть шарнирно расположены в центральном канале 126 эксплуатационного корпуса 122. Откидные клапаны 18 и 20 выполнены с возможностью поворота вокруг точек 22 и 24 поворота, соответственно. В одном варианте осуществления каждый из откидных клапанов 18 и 20 смещается к закрытому положению пружиной, которая находится в зацеплении с откидным клапаном. Объединенное фрезерное и добычное устройство 120 может также включать в себя приводное приспособление 140, расположенное в центральном канале 126 эксплуатационного корпуса 122. Приводное приспособление 140 может быть расположено выше верхнего конца поршня 124.

[45] Кроме того, объединенное фрезерное и добычное устройство 120 может включать в себя соединитель 40, электродвигатель 48 и фрезерное долото 50. Соединитель 40 может быть закреплен ниже эксплуатационного корпуса 122 срезными штифтами 42. Как и узлы 10 и 80, устройство 120 может быть введено в ствол скважины при использовании гибкой насосно-компрессорной трубы или бурильной колонны. При обоих процессах фрезерное долото 50 может быть использовано для фрезерования одной или более мостовых пробок в стволе 52 скважины для подготовки ствола 52 скважины к добыче. По завершении операций фрезерования объединенное фрезерное и добычное устройство 120 может быть перемещено в стволе скважины на место ниже по ходу ствола скважины.

[46] Что касается фиг. 20, то при нахождении устройства 120 на месте ниже по стволу скважины пользователь может ввести шар 142 с поверхности через гибкую насосно-компрессорную трубу или бурильную колонну. Шар 142 может перемещаться по центральному каналу 126 эксплуатационного корпуса 122, центральному каналу 130 поршня 124 и через откидные клапаны 18 и 20 до сцепления с посадочной поверхностью 44 соединителя 40. При наличии шара 142, герметизирующего центральный канал 46 соединителя 40, непрерывный поток текучей среды в центральный канал 126 эксплуатационного корпуса 122 создает давление на шар 142 и верхний конец соединителя 40 до тех пор, пока срезные штифты 42 не будут срезаны, вследствие чего, как показано на фиг. 21, происходит отсоединение соединителя 40 от эксплуатационного корпуса 122. Таким образом, шар 142 может быть использован для приведения в действие соединителя 40, чтобы отсоединять соединитель 40 от эксплуатационного корпуса 122. Соединитель 40 вместе с электродвигателем 48 и фрезерным долотом 50 может оставаться в стволе скважины на месте ниже по стволу скважины, тогда как эксплуатационный корпус 122 может быть перемещен в стволе скважины вверх по направлению потока, вследствие чего может произойти отделение соответствующих частей объединенного фрезерного и добычного устройства 120 без извлечения какой-либо части устройства 120 из ствола скважины. Шар 142 может быть выполнен из стали, керамического материала, резины или полимера.

[47] Что касается теперь фиг. 21, то, когда эксплуатационный корпус 122 перемещают на новое место в стволе скважины, откидные клапаны 18 и 20 могут оставаться в закрытом положении для предотвращения входа в центральный канал 126 любой текучей среды, окружающей эксплуатационный корпус 122 или находящейся ниже него. В таком в случае поршень 124 может быть приведен в действие сигнальными объектами 146. В одном варианте осуществления сигнальные объекты 146 могут быть образованы конструктивными элементами радиочастотной идентификации. Когда эксплуатационный корпус 122 расположен в продуктивной зоне ствола скважины, пользователь может вводить сигнальные объекты 146 с поверхности через гибкую насосно-компрессорную трубу или бурильную колонну. Сигнальные объекты 146 могут входить в центральный канал 126 эксплуатационного корпуса и перемещаться мимо приводного приспособления 140, которое может включать в себя датчик, выполненный с возможностью обнаружения присутствия сигнальных объектов 146 вблизи датчика. Когда датчик приводного приспособления 140 обнаруживает сигнальные объекты 146, приводное приспособление 140 может переместить поршень 124 из положения фрезерования (показанного на фиг. 21) в положение добычи (показанное на фиг. 22). В одном варианте осуществления приводное приспособление 140 может включать в себя раздвижную штангу, имеющую нижний конец, прикрепленный к верхнему концу поршня 124. В этом варианте осуществления приводное приспособление 140 может раздвигать раздвижную штангу до тех пор, пока срезные штифты 134 не будут срезаны, что при дальнейшем выдвижении раздвижной штанги позволит поршню 124 плавно переместиться в положение добычи.

[48] В другом варианте осуществления шлангокабельная линия предусмотрена и соединена с приводным приспособлением для подачи сигнала от пользователя на поверхности 54 к поршню 124, плавно перемещающемуся из положения фрезерования в положение добычи. Кроме того, по шлангокабельной линии можно подавать энергию, необходимую для плавного перемещения поршня 124 из положения фрезерования в положение добычи. Например, по шлангокабельной линии можно подавать гидравлический сигнал или электрический сигнал.

[49] Что касается фиг. 22, то, когда поршень 124 плавно перемещается в положение добычи, скошенный нижний конец 132 контактирует с откидными клапанами 18 и 20 и поворачивает их вокруг точек 22 и 24 поворота, соответственно, из закрытого положения (показанного на фиг. 21) в открытое положение (показанное на фиг. 22). Поршень 124 может быть выровнен в центральном канале 126 эксплуатационного корпуса 122, так что низшая точка 148 скошенного нижнего конца 132 может располагаться на наибольшем удалении от точек 22 и 24 поворота и сцепляться прежде всего с откидными клапанами 18 и 20 в точке, наиболее удаленной от точек 22 и 24 поворота, вследствие чего предотвращается заклинивание и уменьшается сила, необходимая для открывания откидных клапанов 18 и 20. При нахождении откидных клапанов 18 и 20 в открытом положении, показанном на фиг. 22, текучая среда, находящаяся ниже нижнего конца эксплуатационного корпуса 122, может подниматься по центральному каналу 126 эксплуатационного корпуса 122, по центральному каналу 130 поршня 124 и вверх по направлению потока для сбора. Откидные клапаны 18 и 20 перманентно остаются в открытом состоянии. Кроме того, в положении добычи поршень 124 открывает проходы 136, так что текучая среда из подземного пласта, окружающего эксплуатационный корпус 122, может протекать через проходы 136 в центральный канал 126 эксплуатационного корпуса 122 и вверх по направлению потока. Таким образом, объединенное фрезерное и добычное устройство 120 может быть использовано для фрезерования одной или более мостовых пробок в стволе скважины и для добычи при только одном спуске в ствол скважины.

[50] За исключением случаев, когда описано или показано иное, каждый из компонентов в этом устройстве обычно имеет цилиндрическую форму и может быть выполнен из стали, другого металла или любого другого долговечного материала. Каждое устройство, описанное в этом раскрытии, может включать в себя любое сочетание описанных компонентов, признаков и/или функций каждого отдельного устройства из вариантов осуществления. Каждый способ, описанный в этом раскрытии, может включать в себя любое сочетание описанных этапов, выполняемых в любом порядке, включая отсутствие некоторых описанных этапов и сочетаний этапов, используемых в отдельных вариантах осуществления. Любой интервал числовых значений, раскрытый в этой заявке, включает в себя любой подинтервал. Множество означает два или большее количество. Термины «выше» и «ниже» следует толковать означающими выше по направлению потока и ниже по направлению потока, так что ориентация устройства не ограничена вертикальным расположением.

[51] Хотя были описаны предпочтительные варианты осуществления, следует понимать, что варианты осуществления являются только иллюстративными и что объем изобретения должен определяться исключительно приложенной формулой изобретения в соответствии с полным набором эквивалентов, многочисленных изменений и модификаций, конечно, приходящих на ум специалистам в данной области техники при рассмотрении заявки.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли. Устройство, содержит эксплуатационный корпус, включающий центральный канал и один или более проходов, продолжающихся от внешней поверхности к центральному каналу, один или более откидных клапанов, шарнирно расположенных в центральном канале эксплуатационного корпуса, исполнительный механизм, расположенный в центральном канале эксплуатационного корпуса. Исполнительный механизм выполнен с возможностью открывания перманентно одного или более откидных клапанов и одного или более проходов эксплуатационного корпуса при приведении в действие. Устройство включает соединитель, избирательно закрепленный ниже эксплуатационного корпуса и выполненный с возможностью отсоединения от эксплуатационного корпуса при приведении в действие, электродвигатель, закрепленный ниже соединителя, и фрезерное долото, закрепленное ниже электродвигателя. Электродвигатель выполнен с возможностью вращения фрезерного долота относительно соединителя. Обеспечивается возможность фрезерования и добычи при одном спуске в ствол скважины, снижаются временные и эксплуатационные затраты. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Объединенное фрезерное и добычное устройство, содержащее:

эксплуатационный корпус, включающий центральный канал и один или более проходов, продолжающихся от внешней поверхности к центральному каналу;

один или более откидных клапанов, шарнирно расположенных в центральном канале эксплуатационного корпуса;

исполнительный механизм, расположенный в центральном канале эксплуатационного корпуса, при этом исполнительный механизм выполнен с возможностью открывания перманентно одного или более откидных клапанов и одного или более проходов эксплуатационного корпуса при приведении в действие;

соединитель, избирательно закрепленный ниже эксплуатационного корпуса, при этом соединитель выполнен с возможностью отсоединения от эксплуатационного корпуса при приведении в действие;

электродвигатель, закрепленный ниже соединителя; и

фрезерное долото, закрепленное ниже электродвигателя, при этом электродвигатель выполнен с возможностью вращения фрезерного долота относительно соединителя.

2. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 1, в котором соединитель прикреплен к нижнему концу эксплуатационного корпуса одним или более срезными штифтами, при этом соединитель включает в себя центральный канал и посадочную поверхность соединителя, выполненную с возможностью приема шара, причем соединитель приводится в действие, когда шар сцепляется с посадочной поверхностью соединителя, закрывает центральный канал и давление текучей среды повышается для срезания одного или более срезных штифтов и отсоединения соединителя от эксплуатационного корпуса.

3. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 1, в котором в закрытом положении каждый из откидных клапанов герметизирует центральный канал эксплуатационного корпуса, а в открытом положении каждый из откидных клапанов позволяет текучей среде протекать по центральному каналу эксплуатационного корпуса.

4. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 3, в котором каждый из одного или более откидных клапанов смещается к закрытому положению пружиной.

5. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 3, в котором исполнительный механизм представляет собой поршень, расположенный в центральном канале эксплуатационного корпуса, причем в положении фрезерования поршень расположен выше одного или более откидных клапанов, а в положении добычи поршень расположен на протяжении одного или более клапанов для удержания одного или более откидных клапанов в открытом положении.

6. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 5, в котором поршень включает в себя скошенный нижний конец, так что поршень сначала контактирует с участком каждого откидного клапана, который противоположен точке поворота откидного клапана.

7. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 5, в котором в положении фрезерования поршень закрывает один или более проходов в эксплуатационном корпусе, при этом в положении добычи поршень открывает один или более проходов, чтобы позволить текучей среде протекать через один или более проходов в центральный канал эксплуатационного корпуса.

8. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 5, дополнительно содержащее один или более срезных штифтов, крепящих поршень к эксплуатационному корпусу в положении фрезерования, при этом верхний конец поршня включает в себя посадочную поверхность поршня, выполненную с возможностью приема шара, и при этом поршень приводится в действие, когда шар входит в зацепление с посадочной поверхностью поршня, для срезания одного или более срезных штифтов и плавного перемещения поршня из положения фрезерования в положение добычи.

9. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 8, дополнительно содержащее пружинное упорное кольцо, закрепленное в пространстве в центральном канале эксплуатационного корпуса в положении фрезерования, при этом пружинное упорное кольцо выполнено с возможностью вхождения в зацепление с выемкой во внешней поверхности поршня в положении добычи для фиксации поршня в положении добычи.

10. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 8, в котором верхний конец поршня дополнительно включает в себя цанговую секцию, включающую последовательность пальцев, каждый из которых имеет верхний заплечик, при этом верхние заплечики выполнены с возможностью вхождения в зацепление с выемкой во внутренней поверхности эксплуатационного корпуса в положении добычи для фиксации поршня в положении добычи.

11. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 5, в котором исполнительный механизм дополнительно включает в себя приводное приспособление, расположенное в центральном канале эксплуатационного корпуса, при этом приводное приспособление выполнено с возможностью плавного перемещения поршня из положения фрезерования в положение добычи.

12. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 11, дополнительно содержащее шлангокабельную линию, соединенную с приводным приспособлением, для подачи сигнала и энергии для плавного перемещения поршня из положения фрезерования в положение добычи.

13. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 11, в котором приводное приспособление включает в себя датчик, выполненный с возможностью обнаружения присутствия одного или более сигнальных объектов вблизи датчика, и при этом приводное приспособление плавно перемещает поршень из положения фрезерования в положение добычи, когда датчик обнаруживает сигнальные объекты.

14. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 3, в котором исполнительный механизм включает в себя приводное приспособление, расположенное в центральном канале эксплуатационного корпуса.

15. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 14, дополнительно содержащее шлангокабельную линию, соединенную с приводным приспособлением, для подачи сигнала для открывания или закрывания одного или более откидных клапанов.

16. Объединенное фрезерное и добычное устройство по п. 14, в котором приводное приспособление включает в себя датчик, выполненный с возможностью обнаружения присутствия одного или более сигнальных объектов вблизи датчика, и при этом приводное приспособление открывает или закрывает один или более откидных клапанов, когда датчик обнаруживает сигнальные объекты.

17. Способ фрезерования по меньшей мере одной мостовой пробки в стволе скважины и добычи текучей среды из ствола скважины, включающий этапы, на которых:

а) подготавливают объединенное фрезерное и добычное устройство, содержащее эксплуатационный корпус, включающий центральный канал и один или более проходов, продолжающихся от внешней поверхности к центральному каналу; один или более откидных клапанов, шарнирно расположенных в центральном канале эксплуатационного корпуса; исполнительный механизм, расположенный в центральном канале эксплуатационного корпуса, при этом исполнительный механизм выполнен с возможностью открывания перманентно одного или более откидных клапанов и одного или более проходов эксплуатационного корпуса при приведении в действие; соединитель, избирательно закрепленный ниже эксплуатационного корпуса, при этом соединитель выполнен с возможностью отсоединения от эксплуатационного корпуса при приведении в действие; электродвигатель, закрепленный ниже соединителя; и фрезерное долото, закрепленное ниже электродвигателя, при этом электродвигатель выполнен с возможностью вращения фрезерного долота относительно соединителя;

b) спускают объединенное фрезерное и добычное устройство в ствол скважины в подземном пласте;

с) фрезеруют по меньшей мере одну мостовую пробку в стволе скважины, используя фрезерное долото; и

d) добывают текучую среду из подземного пласта через ствол скважины без извлечения объединенного фрезерного и добычного устройства из ствола скважины после фрезерования по меньшей мере одной мостовой пробки.

18. Способ по п. 17, в котором этап (d) дополнительно включает:

i) перемещение объединенного фрезерного и добычного устройства в стволе скважины ниже продуктивной зоны;

ii) приведение в действие соединителя для отсоединения соединителя, электродвигателя и фрезерного долота от эксплуатационного корпуса;

iii) отделение эксплуатационного корпуса от соединителя, электродвигателя и фрезерного долота в стволе скважины для расположения эксплуатационного корпуса в продуктивной зоне подземного пласта, при этом один или более откидных клапанов оставляют закрытыми в течение отделения; и

iv) приведение в действие исполнительного механизма для установки перманентно одного или более откидных клапанов в открытое положение, чтобы позволить текучей среде ниже эксплуатационного корпуса протекать через один или более откидных клапанов, по центральному каналу эксплуатационного корпуса и к устью ствола скважины.

19. Способ по п. 18, в котором на этапе (d) (iv) приводящийся в действие исполнительный механизм также открывает один или более проходов через эксплуатационный корпус, чтобы позволить текучей среде из продуктивной зоны подземного пласта протекать через один или более проходов в центральный канал эксплуатационного корпуса и к устью ствола скважины для сбора.

20. Способ по п. 18, в котором соединитель прикрепляют к нижнему концу эксплуатационного корпуса одним или более срезными штифтами, при этом соединитель включает в себя центральный канал и посадочную поверхность соединителя, причем на этапе (d) (i) соединитель приводят в действие путем введения шара в центральный канал эксплуатационного корпуса, так что шар входит в зацепление с посадочной поверхностью соединителя, закрывает центральный канал соединителя и повышает давление текучей среды, вследствие чего происходит срезание одного или более срезных штифтов и отсоединение соединителя от эксплуатационного корпуса.

21. Способ по п. 18, в котором исполнительный механизм представляет собой поршень, расположенный в центральном канале эксплуатационного корпуса, при этом приводящийся в действие исполнительный механизм на этапе (d) (iv) плавно перемещает поршень из положения фрезерования, в котором поршень расположен выше одного или более откидных клапанов, в положение добычи, в котором поршень расположен на протяжении одного или более откидных клапанов для удержания одного или более откидных клапанов в открытом положении.

22. Способ по п. 21, в котором один или более срезных штифтов удерживают поршень относительно эксплуатационного корпуса в положении фрезерования, причем верхний конец поршня включает в себя посадочную поверхность поршня, выполненную с возможностью приема шара, при этом на этапе (d) (iv) исполнительный механизм приводят в действие путем введения шара в центральный канал эксплуатационного корпуса, так что шар входит в зацепление с посадочной поверхностью поршня, вследствие чего происходит срезание одного или более срезных штифтов и плавное перемещение поршня из положения фрезерования в положение добычи.

23. Способ по п. 22, в котором вводимый на этапе (d) (iii) шар выполнен из материала, который растворяется в пределах от 1 до 48 ч.