ШАРОВОЙ КЛАПАН И СПОСОБ ЗАКРЫТИЯ ШАРОВОГО КЛАПАНА Российский патент 2023 года по МПК E21B34/06 E21B34/14 

Область техники, к которой относится изобретение

[1] Данное изобретение относится в целом к шаровым клапанам, способам закрытия шарового клапана и способам образования скважинного барьера.

Уровень техники

[2] Стволы скважины иногда бурят вглубь подземных пластов, чтобы обеспечить добычу углеводородов и других материалов. Клапаны иногда располагают в стволе скважины и используют во время одной или более скважинных операций для ограничения потока флюида через ствол скважины. Из публикации US 2013/0082202 известны шаровой клапан и способ его закрытия. Однако эти известные решения обладают рядом недостатков. Настоящее изобретение направлено, по большей мере, на преодоление недостатков известного уровня техники, и, по меньшей мере, на расширение арсенала известных технических средств.

Краткое описание чертежей

[4] Иллюстративные варианты реализации данного изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры, которые включены в данный документ посредством ссылки, и при этом:

[5] на Фиг. 1 показан пример рабочей среды ствола скважины, в которой развернут шаровой клапан;

[6] на Фиг. 2 представлен схематический вид в поперечном разрезе шарового клапана, расположенного в среде, проиллюстрированной на Фиг. 1, и имеющего шар, находящийся в открытом положении, которое обеспечивает гидравлическое сообщение через шаровой клапан;

[7] на Фиг. 3 представлен схематический вид в поперечном разрезе шарового клапана, показанного на Фиг. 2, после поворота шара в закрытое положение, которое препятствует гидравлическому сообщению через шаровой клапан;

[8] на Фиг. 4 проиллюстрирован способ закрытия шарового клапана; и

[9] на Фиг. 5 проиллюстрирован способ образования скважинного барьера.

[10] Проиллюстрированные фигуры предоставлены только в качестве примера и не предназначены для того, чтобы подтверждать или подразумевать какое-либо ограничение в отношении среды, архитектуры, конструкции или способа, в которых могут быть осуществлены различные варианты реализации.

Раскрытие сущности и осуществление изобретения

[11] В нижеследующем подробном описании иллюстративных вариантов реализации делается ссылка на прилагаемые графические материалы, которые составляют его часть. Эти варианты реализации описаны достаточно подробно для того, чтобы специалисты в данной области техники могли применить данное изобретение на практике, и следует понимать, что могут быть использованы другие варианты реализации и что логические конструкционные, механические, электрические и химические изменения могут быть сделаны без отступления от сущности или объема данного изобретения. Во избежание подробностей, которые не являются необходимыми для того, чтобы специалисты в данной области техники могли применять на практике описанные в данном документе варианты реализации, в описании может быть опущена определенная информация, известная специалистам в данной области техники. Последующее подробное описание, следовательно, не следует понимать в ограничительном смысле, и объем иллюстративных вариантов реализации определяется только прилагаемой формулой изобретения.

[12] Данное изобретение относится к шаровым клапанам, способам закрытия шарового клапана и способам образования скважинного барьера. Шаровой клапан содержит шар и корпус клапана, каждый из которых имеет внутренний проточный канал для флюида. Шар выполнен с возможностью поворотного перемещения из открытого положения в закрытое положение. Проточные каналы для флюида шара и корпуса клапана выровнены, когда шар находится в открытом положении, чтобы позволить флюиду течь через шаровой клапан. Кроме того, проточные каналы для флюида шара и корпуса клапана не выровнены, когда шар находится в закрытом положении, чтобы уменьшить или ограничить поток флюида через шаровой клапан. Шаровой клапан имеет приводной механизм, который при приведении в действие поворачивает шар из открытого положения в закрытое положение, чтобы уменьшить или ограничить поток флюида через шаровой клапан.

[13] Шаровой клапан также имеет смещаемую муфту, которая при смещении из первого положения во второе положение приводит в действие приводной механизм, который, в свою очередь, смещает шар из открытого положения в закрытое положение. В некоторых вариантах реализации скользящая муфта содержит седло отклоняющего устройства или соединено с ним, которое выполнено с возможностью захвата отклоняющего устройства, протекающего вниз по стволу скважины, при этом усилие отклоняющего устройства, посаженного на седло отклоняющего устройства, смещает муфту из первого положения во второе положение. Как упоминается в данном документе, термин «вниз по стволу скважины» относится к направлению вдоль ствола скважины, которое находится дальше от поверхностного конца ствола скважины, тогда как «вверх по стволу скважины» относится к направлению вдоль ствола скважины к поверхностному концу ствола скважины. Кроме того, как упоминается в данном документе, седло отклоняющего устройства представляет собой любое устройство, выполненное с возможностью захвата или удержания отклоняющего устройства, тогда как отклоняющее устройство представляет собой любое устройство, выполненное с возможностью вхождения в зацепление с седлом отклоняющего устройства для смещения муфты. Примеры седел отклоняющего устройства включают, но не ограничиваются ими, шаровые седла, седла с дротиками и седла плунжера, тогда как примеры седел отклоняющих устройств включают, но не ограничиваются ими, шары, дротики и пробки, которые развертываются в корпусе клапана. В некоторых вариантах реализации седло отклоняющего устройства содержит срезаемую часть или соединены с ней, которая изначально препятствует перемещению муфты. Как упоминается в данном документе, срезаемая часть относится к любому объекту, выполненному с возможностью среза в ответ на пороговое значение усилия или давления, прикладываемого к объекту. Примеры срезаемых частей включают, но не ограничиваются ими, срезные штифты, срезные винты и другие типы объектов, выполненных с возможностью среза в ответ на пороговое значение усилия или давления, прикладываемого к объекту. В некоторых вариантах реализации усилие или давление, создаваемое отклоняющим устройством, посаженным на седло отклоняющего устройства, срезает срезаемую часть и смещает муфту из первого положения во второе положение. В некоторых вариантах реализации, когда отклоняющее устройство не протекает в седло отклоняющего устройства, прикладываются электрическое, механическое, электромеханическое или гидравлическое усилие или давление для срезания срезаемой части и для смещения муфты из первого положения во второе положение. В некоторых вариантах реализации муфта содержит цангу или соединена с цангой, которая изначально препятствует перемещению муфты. Кроме того, цанга выполнена с возможностью разрушения в ответ на пороговое усилие или давление, прикладываемое к цанге для высвобождения муфты.

[14] В некоторых вариантах реализации приводной механизм содержит защелку, которая находится в зацеплении со стопором защелки, и пружину, которая соединена с защелкой и первоначально удерживается в сжатом состоянии, в то время как защелка находится в зацеплении со стопором защелки. Кроме того, муфта расцепляет защелку со стопором защелки, когда муфта смещается из первого положения во второе положение, таким образом обеспечивая возврат пружины в естественное состояние. Далее усилие пружины, возвращающейся из естественного состояния или в него, смещает шар из открытого положения в закрытое положение. В одном или более таких вариантах реализации пружина соединена с рычагом, который, в свою очередь, соединен с шаром. В одном или более таких вариантах реализации усилие, создаваемое пружиной, возвращающейся в естественное состояние, смещает рычаг, который, в свою очередь, поворачивает шар из открытого положения в закрытое положение.

[15] В некоторых вариантах реализации шаровой клапан имеет стопорный механизм, который первоначально находится в зацеплении с пружиной, в то время как муфта находится в первом положении, чтобы предотвращать приведение в действие приводного механизма. Как упоминается в данном документе, стопорный механизм представляет собой любой механизм, который выполнен с возможностью предотвращения возврата пружины в естественное состояние. Примеры стопорного механизма включают, но не ограничиваются ими, пружинные запорные кольца, цанги, срезные винты или другой элемент или устройство, выполненное с возможностью первоначального предотвращения возврата пружины в естественное состояние. В некоторых вариантах реализации шаровой клапан также имеет седло шара, которое расположено рядом с шаром или соединено с ним. Кроме того, после того как шар повернется в закрытое положение, поверхности седла шара и шара совместно образуют гидравлическое уплотнение, которое уменьшает или ограничивает протекание флюидов через шар. Дополнительные описания шарового клапана, способов закрытия шарового клапана и способов образования скважинного барьера приведены в абзацах ниже и проиллюстрированы на Фиг. 1-5.

[16] Обращаясь далее к графическим материалам, на Фиг. 1 показан пример рабочей среды ствола скважины, в которой развернут шаровой клапан 122. В иллюстративном варианте реализации рабочая среда включает буровую установку 104, расположенную на поверхности 108 земли и проходящую над стволом 116 скважины и вокруг него. В некоторых вариантах реализации буровая установка 104 представляет собой буровую установку для ремонта скважины или буровую установку. Ствол 116 скважины проходит в подземный пласт 112, образованную с целью добычи углеводородов. Ствол 116 скважины проходит от поверхности 108 по вертикальной части 115, отклоняется от вертикали по наклонной части 121 и переходит на траекторию, которая приблизительно параллельна поверхности 108 по горизонтальной части 123. В варианте реализации, показанном на Фиг. 1, вертикальная часть 115 частично закрыта обсадной трубой 117, которая в некоторых вариантах реализации также проходит через горизонтальную часть 123. В альтернативных рабочих условиях весь ствол скважины или его части являются вертикальными, отклоненными под любым подходящим углом, горизонтальными и/или искривленными. Ствол 116 скважины может представлять собой новый ствол скважины, существующий ствол скважины, прямой ствол скважины, ствол скважины с увеличенным отходом от вертикали, ствол скважины с боковым стволом, многоствольный ствол скважины и другие типы стволов скважин для бурения и заканчивания одной или более эксплуатационных зон. Кроме того, ствол 116 скважины применяют как для добывающих скважин, так и для нагнетательных скважин.

[17] Средство транспортирования, показанное как трубчатый элемент 118, содержит шаровой клапан 122 и спускается в подземный пласт 112 для различных ремонтных работ или процедур обработки в течение всего срока эксплуатации скважины. В варианте реализации, показанном на Фиг. 1, трубчатый элемент 118 проиллюстрирован как эксплуатационная колонна насосно-компрессорных труб, имеющая шаровой клапан 122. Как упоминается в данном документе, средство транспортирования включает любой тип колонны насосно-компрессорных труб, которую развертывают в стволе скважины. Например, колонна насосно-компрессорных труб включает (без ограничения) бурильную трубу, обсадную трубу, колонны насосных штанг и гибкие насосно-компрессорные трубы. Как проиллюстрировано, буровая установка 104 содержит буровую вышку 154 с полом 156 буровой установки, через который трубчатый элемент 118 проходит в ствол 116 скважины. В некоторых вариантах реализации буровая установка 104 имеет лебедку с приводом от двигателя и другое связанное оборудование для прохождения трубчатого элемента 118 в ствол скважины 116 на выбранную глубину. Хотя рабочая среда, показанная на Фиг. 1, относится к стационарной буровой установке 104 для транспортировки трубчатого элемента 118, имеющего шаровой клапан 122, внутри наземного ствола 116 скважины, в альтернативных вариантах реализации для опускания трубчатого элемента 118, имеющего шаровой клапан 122, в ствол 116 скважины применяют передвижные буровые установки для ремонта скважин, блоки для обслуживания ствола скважины (такие как блоки насосно-компрессорных труб) и т. п. В некоторых вариантах реализации трубчатый элемент 118 ствола скважины, имеющий шаровой клапан 122, применяют в других рабочих условиях, например в рабочей среде ствола скважины в открытом море.

[18] Шаровой клапан 122 содержит корпус клапана, смещаемую муфту, шар, выполненный с возможностью поворотного перемещения из открытого положения в закрытое положение, и приводной механизм, который поворачивает шар из открытого положения в закрытое положение для уменьшения или предотвращения потока флюида через шаровой клапан 122. Дополнительные иллюстрации компонентов шарового клапана, аналогичного шаровому клапану 122 на Фиг. 1, представлены на Фиг. 2 и 3. Хотя на Фиг. 1 проиллюстрирован один шаровой клапан 122, расположенный в стволе 116 скважины, в некоторых вариантах реализации несколько шаровых клапанов (не показаны) расположены вдоль разных зон ствола 116 скважины.

[19] На Фиг. 2 представлен схематический вид в поперечном разрезе шарового клапана 200, расположенного в среде, проиллюстрированной на Фиг. 1, и имеющего шар 202, который находится в открытом положении, что обеспечивает гидравлическое сообщение через шаровой клапан 200. Шаровой клапан 200 может быть развернут в средах нескольких скважин, например, но не ограничиваясь ими, в средах интенсификации притока, заканчивания и добычи, в которых применяют клапан для ограничения потока флюида. В варианте реализации, показанном на Фиг. 2, шаровой клапан 200 развернут в стволе 116 скважины, показанном на Фиг. 1. Шаровой клапан 200 имеет шар 202, соединенный с корпусом 204 клапана. Корпус 204 клапана имеет полую внутреннюю часть, которая обеспечивает проточный канал для флюида через корпус 204 клапана. Шар 202 также имеет полую внутреннюю часть, которая выровнена с полой внутренней частью корпуса 204 клапана, чтобы обеспечить протекание флюида через шаровой клапан 200. Шар 202 выполнен с возможностью поворота (например, на 90°) из положения выравнивания, проиллюстрированного на Фиг. 2, чтобы предотвратить протекание флюида через шаровой клапан 200. В этом отношении шар 202 находится в открытом положении, когда выравнивание шара 202 по отношению к шаровому клапану 200 обеспечивает протекание флюида через шаровой клапан 200, в то время как шар 202 находится в закрытом положении, когда выравнивание шара 202 (или проточный канал для флюида шара 200) по отношению к шаровому клапану 200 (или проточному каналу для флюида шарового клапана 202) ограничивает поток флюида через шаровой клапан 200. Шаровой клапан 200 также содержит седло 220 шара. В варианте реализации, показанном на Фиг. 2, после поворота шара 202 (например, в положение, проиллюстрированное на Фиг. 3), поверхности шара 202 и седла 220 шара образуют уплотнение, препятствующее протеканию флюида через шаровой клапан 200.

[20] Шаровой клапан 200 также содержит муфту 206, которая расположена в корпусе 204 клапана и/или соединена с ним с возможностью скольжения. Муфта 206 выполнена с возможностью смещения из первого положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, во второе положение, такое как положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. Муфта 206 соединена с или содержит седло 209 отклоняющего устройства, которое выполнено с возможностью удерживания отклоняющего устройства, протекающего вниз по стволу скважины, и предотвращения протекания отклоняющего устройства через муфту 206. В варианте реализации, показанном на Фиг. 2, седло 209 отклоняющего устройства представляет собой седло шара и выполнено с возможностью удержания приводного шара 221, который протекает вниз по стволу скважины в направлении, проиллюстрированном стрелкой 222. В некоторых вариантах реализации седло 209 отклоняющего устройства образовано сужающимся профилем муфты 206, что обеспечивает протекание отклоняющего элемента в муфту 206, но предотвращает вытекание отклоняющего элемента из муфты 206. В некоторых вариантах реализации муфта 206 также содержит срезаемую часть, выполненную с возможностью среза в ответ на пороговое значение давления (такое как 100 фунтов/кв. дюйм, 1000 фунтов/кв. дюйм или другое значение давления), прикладываемое к муфте 206. Примеры срезаемой части включают, но не ограничены этим, срезные штифты, срезные кольца и другие типы элементов или компонентов, которые выполнены с возможностью среза или обрыва в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте 206. В некоторых вариантах реализации муфта 206 также содержит разрушаемый элемент, который выполнен с возможностью разрушения в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте 206. Примеры разрушаемого элемента включают, но не ограничиваются этим, цанги, контрольно-измерительные приборы, разрушаемые кольца, а также другие типы элементов или компонентов, которые выполнены с возможностью разрушения в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте 206.

[21] Шаровой клапан 200 также содержит защелку 208, которая первоначально входит в зацепление со стопором 210 защелки. Кроме того, шаровой клапан 200 также содержит пружину 214, которая соединена с защелкой 208, и рычаг 216, находящийся в зацепление с шаром 202. В варианте реализации, показанном на Фиг. 2, пружина 214 и рычаг 216 представляют собой компоненты приводного механизма для приведения в действие шара 202. В данном документе приведены дополнительные описания приводного механизма.

[22] В этом отношении на Фиг. 3 представлен схематический вид в поперечном разрезе шарового клапана 200, показанного на Фиг. 2, после поворота шара 202 в закрытое положение, что препятствует гидравлическому сообщению через шаровой клапан 200. Более конкретно, в варианте реализации, показанном на Фиг. 3, усилие, создаваемое приводным шаром 221, посаженным на муфту 206, срезает срезаемую часть муфты 206 и смещает муфту 206 из положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, вниз по стволу скважины до положения, проиллюстрированного на Фиг. 3. Смещение муфты 206 из положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, расцепляет защелку 208 со стопором 210 защелки. В некоторых вариантах реализации пружина 214 зажата между корпусом 204 клапана и рычагом 216 таким образом, что усилие пружины (например, высвобождение потенциальной энергии, аккумулированной в пружине 214, когда пружина 214 возвращается из сжатого состояния в естественное состояние) перемещает рычаг 216 к шару 202. Однако пружина 214 остается в сжатом состоянии, в то время как защелка 208 удерживается на месте между муфтой 206 и стопором 210 защелки (как показано на Фиг. 2). После того как приводной шар 221 посажен на седло 209 отклоняющего устройства, давление, прилагаемое приводным шаром 221 к муфте 206, срезает срезаемую часть (такую как срезные штифты) или разрушает разрушаемый элемент (такой как цанга), который первоначально удерживал муфту 206 в первом положении, как проиллюстрировано на Фиг. 2, таким образом обеспечивая смещение муфты 206 вниз по стволу скважины в положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. Смещение муфты 206 вниз по стволу скважины от местоположения защелки 208 расцепляет защелку 208 со стопором 210 защелки, таким образом обеспечивая возврат пружины 214 в естественное состояние. Усилие, создаваемое пружиной 214, возвращающейся в естественное состояние, перемещает рычаг 216, пружину 214 и защелку 208 вверх по стволу скважины. Кроме того, рычаг 216 соединен или связан с шаром 202 таким образом, что перемещение рычага 216 вверх по стволу скважины поворачивает шар 202 из открытого положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в закрытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. В вариантах реализации, показанных на Фиг. 2 и 3, защелка 208 соединена с пружиной 214, которая первоначально находится в сжатом состоянии, в то время как защелка 208 находится в зацеплении со стопором 210 защелки, как проиллюстрировано на Фиг. 2. После того как защелка 208 расцепляется со стопором 210 защелки, пружина 214 возвращается в естественное состояние, и потенциальная энергия, высвобождаемая пружиной 214, возвращающейся в естественное состояние, приводит в движение рычаг 216, который, в свою очередь, поворачивает шар 202 из открытого положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в закрытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. В варианте реализации, показанном на Фиг. 3, шар 202 повернут приблизительно на 90° относительно положения шара 202, показанного на Фиг. 2. В частности, проточный канал через шар 202 приблизительно перпендикулярен проточному каналу через корпус 204 клапана, таким образом ограничивая поток флюида через шаровой клапан 200. Кроме того, поверхности шара 202 и седла 220 шара совместно образуют гидравлическое уплотнение, которое препятствует протеканию флюидов вниз по стволу скважины в корпус 204 клапана.

[23] В некоторых вариантах реализации шаровой клапан 200 остается постоянно закрытым после поворота шара 202 из открытого положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в закрытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. В некоторых вариантах реализации после поворота шара 202 в закрытое положение шар 202 может поворачиваться из закрытого положения обратно в открытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 2, с помощью внешних средств или в другое положение, позволяющее флюиду протекать через шаровой клапан 200. В некоторых вариантах реализации шар 202 выполнен с возможностью поворота из закрытого положения в открытое положение в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к шару 202 или к другому компоненту шарового клапана 200.

[24] Хотя на Фиг. 2-3 проиллюстрированы муфта 206, защелка 208, стопор 210 защелки, пружина 214 и рычаг 216, расположенные вниз по стволу скважины от шара 202, в некоторых вариантах реализации муфта 206, защелка 208, стопор 210 защелки, пружина 214 и рычаг 216 расположены вверх по стволу скважины от шара 202. В одном или более таких вариантах реализации отклоняющее устройство, посаженное на седло 209 отклоняющего устройства муфты 206, смещает муфту 206 вниз по стволу скважины (или в другом направлении), и смещение муфты 206 расцепляет защелку 208, которая первоначально удерживает пружину 214 в сжатом состоянии, со стопором 210 защелки. После того как защелка 208 расцепляется со стопором 210 защелки, пружина 214 возвращается в естественное состояние, и потенциальная энергия, высвобождаемая пружиной 214, возвращающейся в естественное состояние, приводит в движение рычаг 216 для поворота шара 202 в закрытое положение (такое как положение, проиллюстрированное на Фиг. 3), таким образом предотвращая протекание флюида в проточный канал для флюида шара 202. В одном или более таких вариантах реализации шар 202 соединен с седлом отклоняющего устройства, расположенным вниз по стволу скважины от шара 202. Кроме того, поверхности шара 202, в то время как шар 202 находится в закрытом положении, и седло отклоняющего устройства образует гидравлическое уплотнение, которое препятствует протеканию флюидов через шаровой клапан 200 (вниз по стволу скважины от шара 202).

[25] Хотя на Фиг. 2-3 проиллюстрирована защелка 208, в некоторых вариантах реализации пружина 214 и рычаг 216 первоначально удерживаются в положении, проиллюстрированном на Фиг. 2, с помощью стопорного механизма, такого как пружинное запорное кольцо, цанга, срезной винт или другой элемент или устройство, выполненное с возможностью первоначального предотвращения возврата пружины 214 в естественное состояние, в то время как муфта 206 находится в первом положении. Смещение муфты 206 происходит ко второму положению, стопорный механизм расцепляет стопорный механизм (например, защелкивание пружинного запорного кольца, неразрушение цанги, разрушение цанги, срезание винта), который первоначально препятствовал возврату пружины 214 в естественное положение. В некоторых вариантах реализации муфта 206 не расположена внутри корпуса 204, но, тем не менее, соединена с корпусом 204 с возможностью скольжения для скользящего перемещения из первого положения во второе положение.

[26] Хотя на Фиг. 2-3 проиллюстрирована защелка 208, первоначально находящаяся в зацеплении со стопором 210 защелки, в некоторых вариантах реализации защелка и стопор защелки отсутствуют в шаровом клапане 200, чтобы предотвратить возврат сжатой пружины, такой как пружина 214, в естественное состояние. Однако муфта 206 выполнена с возможностью предотвращения поворота шара 202 из открытого положения в закрытое положение, в то время как муфта находится в первом положении. В одном или более таких вариантах реализации муфта 206 первоначально расположена или частично расположена в проточном канале шара 202 таким образом, что предотвращается поворот шара 202 из открытого положения в закрытое положение. Кроме того, когда муфта 206 препятствует повороту шара 202, она также препятствует возврату пружины 214 в естественное состояние, в то время как муфта 206 удерживается в начальном положении. После того как отклоняющее устройство, такое как приводной шар 221, закачивают в ствол 116 скважины, усилие, создаваемое посадкой приводного шара 221, смещает муфту 206 во второе положение (например, в местоположение вниз по стволу скважины от шара 202), таким образом больше не препятствуя повороту шара 202. После того как муфта 206 смещается во второе положение, усилие, создаваемое пружиной 214, возвращающейся в естественное состояние, перемещает рычаг 216, который, в свою очередь, поворачивает шар 202 из открытого положения в закрытое положение. Кроме того, хотя на Фиг. 2-3 проиллюстрирован шар 202, поворачивающийся приблизительно на 90°, в некоторых вариантах реализации шар 202 поворачивается на другое количество градусов, чтобы предотвратить протекание флюида через шаровой клапан 200.

[27] Хотя на Фиг. 2-3 проиллюстрирован приводной механизм, имеющий пружину 214 и рычаг 216, в некоторых вариантах реализации приводной механизм содержит несколько пружин, соединенных с несколькими рычагами. В некоторых вариантах реализации приводной механизм не содержит пружину. В одном или более таких вариантах реализации приводной механизм содержит сжатый газ, который при высвобождении защелки расширяется, вызывая перемещение рычага 216 для поворота шара 202 из положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. В одном или более таких вариантах реализации приводной механизм содержит камеру с атмосферным давлением, в которой при высвобождении защелки гидростатическое давление, естественным образом присутствующее в скважине, будет действовать на камеру с атмосферным давлением, сжимая объем камеры с атмосферным давлением. В одном или более таких вариантах реализации шаровой клапан содержит два объема, один из которых заполнен первым флюидом (например, газом) при атмосферном давлении, а второй объем атмосферного давления заполнен вторым флюидом (например, смазкой). При высвобождении защелки гидростатическое давление действует на поршень (например, толкает поршень вправо или в другом направлении), чтобы сжать второй объем. Флюид во втором объеме (например, смазка) выдавливается через небольшие отверстия в оправке в первый объем, таким образом заполняя (или частично заполняя) первый объем вторым флюидом и сжимая первый флюид (например, газ). Усилие (создаваемое перепадом давления между гидростатическим давлением в скважине и атмосферным давлением, действующим на поршень), прикладываемое сжатым первым флюидом к рычагу шарового клапана, перемещает рычаг, который, в свою очередь, поворачивает шар шарового клапана из открытого положения в закрытое положение.

[28] На Фиг. 4 проиллюстрирован способ 400 закрытия шарового клапана, такого как шаровой клапан 200, показанный на Фиг. 2-3. Хотя операции в способе 400 показаны в определенной последовательности, некоторые операции могут выполняться в другой последовательности или в одно и то же время, если это возможно.

[29] В блоке S402 отклоняющее устройство расположено в корпусе клапана шарового клапана. На Фиг. 2, например, проиллюстрировано расположение приводного шара 221 вниз по стволу скважины, как показано стрелкой 222, в шаровой клапан 200. Дополнительные примеры отклоняющих устройств включают, но не ограничиваются ими, дротики, пробки и другие типы объектов, которые могут быть развернуты в корпусе клапана. В блоке S404 отклоняющее устройство посажено на седло отклоняющего устройства, которое соединено с муфтой, расположенной в корпусе клапана. На Фиг. 3, например, проиллюстрирована посадка приводного шара 221 на седло 209 отклоняющего устройства, которое удерживает приводной шар 221 и предотвращает протекание приводного шара 221 через седло 209 отклоняющего устройства. Усилие или давление, прикладываемое отклоняющим устройством, посаженным на седло отклоняющего устройства, смещает муфту. В некоторых вариантах реализации муфта содержит срезаемую часть или соединена с ней, которая первоначально вызывает перемещение муфты до тех пор, пока к срезаемой части или к седлу отклоняющего устройства не будет приложено пороговое значение давления или усилий. В одном или более таких вариантах реализации усилие или давление, создаваемое отклоняющим устройством, посаженным на седло отклоняющего устройства, срезает срезаемый элемент, таким образом обеспечивая перемещение муфты. В блоке S406 муфта перемещается из первого положения во второе положение для расцепления защелки. На Фиг. 2-3, например, проиллюстрировано смещение муфты 206 из положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в положение, проиллюстрированное на Фиг. 3, для расцепления защелки 208 со стопором 210 защелки. В блоке S408 и в ответ на расцепление защелки приводится в действие приводной механизм для поворота шара шарового клапана из открытого положения в закрытое положение, когда шаровой клапан закрыт, в то время как шар находится в закрытом положении. На Фиг. 3, например, проиллюстрирована пружина 214, возвращающаяся в естественное состояние. Потенциальная энергия, высвобождаемая пружиной 214, возвращающейся в естественное состояние, приводит в движение рычаг 216, который, в свою очередь, поворачивает шар 202 из открытого положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в закрытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. Как показано на Фиг. 3, шаровой клапан 200 закрыт для предотвращения потока флюида через шаровой клапан 200. В некоторых вариантах реализации шаровой клапан также содержит седло шара, которое соединено с шаровым клапаном или расположено рядом с ним. Более того, поворот шара в закрытое положение образует гидравлическое уплотнение вдоль поверхностей седла шара и шара, таким образом уменьшая или ограничивая поток флюида через шар.

[30] На Фиг. 5 проиллюстрирован способ образования скважинного барьера. Хотя операции в способе 500 показаны в определенной последовательности, некоторые операции могут выполняться в другой последовательности или в одно и то же время, если это возможно.

[31] В блоке S502 отклоняющее устройство расположено в корпусе клапана шарового клапана. На Фиг. 2, например, проиллюстрировано расположение приводного шара 221 вниз по стволу скважины, как показано стрелкой 222, в шаровой клапан 200. Дополнительные примеры отклоняющих устройств включают, но не ограничиваются ими, дротики, пробки и другие типы объектов, которые могут быть развернуты в корпусе клапана. В блоке S504 отклоняющее устройство посажено на седло отклоняющего устройства, которое соединено с муфтой, расположенной в корпусе клапана. На Фиг. 3, например, проиллюстрирована посадка приводного шара 221 на седло 209 отклоняющего устройства, которое удерживает приводной шар 221 и предотвращает протекание приводного шара 221 через седло 209 отклоняющего устройства. Усилие или давление, прикладываемое отклоняющим устройством, посаженным на седло отклоняющего устройства, смещает муфту. В некоторых вариантах реализации муфта содержит срезаемую часть или соединена с ней, которая изначально предотвращает перемещение муфты до тех пор, пока к срезаемой части или к седлу отклоняющего устройства не будет приложено пороговое давление или усилие. В одном или более таких вариантах реализации усилие или давление, создаваемое отклоняющим устройством, посаженным на седло отклоняющего устройства, срезает срезаемый элемент, таким образом обеспечивая перемещение муфты. В блоке S506 муфта перемещается из первого положения во второе положение для расцепления защелки. На Фиг. 2-3, например, проиллюстрировано смещение муфты 206 из положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в положение, проиллюстрированное на Фиг. 3, для расцепления защелки 208 со стопором 210 защелки. В блоке S508 и в ответ на расцепление защелки приводится в действие приводной механизм для поворота шара шарового клапана из открытого положения в закрытое положение, при этом проточный канал для флюида шара не выровнен с проточным каналом для флюида корпуса клапана шарового клапана, в то время как шар находится в закрытом положении. На Фиг. 3, например, проиллюстрирована пружина 214, возвращающаяся в естественное состояние. Потенциальная энергия, высвобождаемая пружиной 214, возвращающейся в естественное состояние, приводит в движение рычаг 216, который, в свою очередь, поворачивает шар 202 из открытого положения, проиллюстрированного на Фиг. 2, в закрытое положение, проиллюстрированное на Фиг. 3. Как показано на Фиг. 3, проточный канал для флюида шара 202, в то время как шар 202 находится в закрытом положении, не выровнен с проточным каналом для флюида корпуса 204 клапана, таким образом образуя скважинный барьер, который ограничивает поток флюида через клапан 200. В некоторых вариантах реализации шаровой клапан также содержит седло шара, которое соединено с шаровым клапаном или расположено рядом с ним. Более того, поворот шара в закрытое положение образует гидравлическое уплотнение вдоль поверхностей седла шара и шара, таким образом уменьшая или ограничивая поток флюида через шар.

[32] Вышеописанные варианты реализации были представлены в целях иллюстрации и для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники применить изобретение на практике, но данное изобретение не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничиваться раскрытыми формами. Специалистам средней квалификации в данной области техники будут очевидны многие незначительные модификации и вариации, не отступающие от объема и сущности данного изобретения. Например, хотя на блок-схемах изображен последовательный процесс, некоторые из этапов/способов могут выполняться параллельно или не в последовательности или объединяться в один этап/способ. Объем формулы изобретения предназначен для широкого охвата раскрытых вариантов реализации и любых таких модификаций.

[33] Вышеописанные варианты реализации были представлены в целях иллюстрации и для того, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники применить изобретение на практике, но данное изобретение не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничиваться раскрытыми формами. Специалистам средней квалификации в данной области техники будут очевидны многие незначительные модификации и вариации, не отступающие от объема и сущности данного изобретения. Объем формулы изобретения предназначен для широкого охвата раскрытых вариантов реализации и любых таких модификаций. Кроме того, следующие пункты представляют дополнительные варианты реализации данного изобретения и должны рассматриваться в пределах объема данного изобретения:

[34] Пункт 1, шаровой клапан, содержащий корпус клапана; шар, выполненный с возможностью поворотного перемещения из открытого положения в закрытое положение; приводной механизм, выполненный с возможностью поворота шара из открытого положения в закрытое положение, при этом проточный канал для флюида шара не выровнен с проточным каналом для флюида корпуса клапана, в то время как шар находится в закрытом положении; и муфту, расположенную в корпусе клапана и выполненную с возможностью смещения из первого положения во второе положение для приведения в действие приводного механизма.

[35] Пункт 2, шаровой клапан по пункту 1, отличающийся тем, что приводной механизм содержит защелку, находящуюся в зацеплении со стопором защелки и выполненную с возможностью расцепления со стопором защелки в ответ на смещение муфты во второе положение; и пружину, соединенную с защелкой и первоначально удерживаемую в первом положении, при этом пружина выполнена с возможностью смещения во второе положение для поворота шара в закрытое положение после расцепления защелки со стопором защелки.

[36] Пункт 3, шаровой клапан по пункту 2, отличающийся тем, что приводной механизм содержит рычаг, соединенный с шаром и пружиной, и при этом рычаг выполнен с возможностью поворота шара из открытого положения в закрытое положение в ответ на смещение пружины во второе положение.

[37] Пункт 4, шаровой клапан по пунктам 2 или 3, отличающийся тем, что пружина находится в сжатом состоянии, находясь в первом положении, и при этом пружина находится в естественном состоянии, находясь во втором положении.

[38] Пункт 5, шаровой клапан по любому из пунктов 1-4, дополнительно содержащий стопорный механизм, который первоначально находится в зацеплении с приводным механизмом для предотвращения приведения в действие приводного механизма, при этом стопорный механизм расцепляется с приводным механизмом после смещения муфты во второе положение.

[39] Пункт 6, шаровой клапан по пункту 5, отличающийся тем, что стопорный механизм содержит пружинное запорное кольцо, при этом приводной механизм содержит пружину, первоначально удерживаемую в первом положении пружинным запорным кольцом, и при этом пружина выполнена с возможностью смещения во второе положение для поворота шара в закрытое положение после расцепления пружинного запорного кольца с пружиной.

[40] Пункт 7, шаровой клапан по любому из пунктов 1-6, дополнительно содержащий седло отклоняющего устройства, расположенное на муфте и выполненное с возможностью удержания отклоняющего устройства, протекающего через шаровой клапан, и при этом муфта выполнена с возможностью смещения из первого положения во второе положение в ответ на прием отклоняющего устройства.

[41] Пункт 8, шаровой клапан по пункту 7, отличающийся тем, что седло отклоняющего устройства представляет собой седло шара, выполненное с возможностью удержания приводного шара.

[42] Пункт 9, шаровой клапан по пункту 8, отличающийся тем, что муфта содержит срезаемую часть, выполненную с возможностью среза в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте.

[43] Пункт 10, шаровой клапан по пунктам 8 или 9, отличающийся тем, что муфта содержит цангу, выполненную с возможностью разрушения в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте, и при этом муфта выполнена с возможностью смещения во второе положение после разрушения цанги.

[44] Пункт 11, шаровой клапан по любому из пунктов 1-10, дополнительно содержащий седло шара, при этом гидравлическое уплотнение образовано шаром вдоль седла шара после поворота шара в закрытое положение.

[45] Пункт 12, шаровой клапан по любому из пунктов 1-11, отличающийся тем, что муфта предотвращает поворот шара из открытого положения в закрытое положение, в то время как муфта находится в первом положении.

[46] Пункт 13, способ закрытия шарового клапана, включающий расположение отклоняющего устройства в корпусе клапана шарового клапана; посадку отклоняющего устройства на седло отклоняющего устройства, которое соединено с муфтой, расположенной в корпусе клапана; смещение муфты из первого положения во второе положение для расцепления защелки шарового клапана; и приведение в действие, в ответ на расцепление защелки, приводного механизма шарового клапана для поворота шара шарового клапана из открытого положения в закрытое положение, при этом шаровой клапан закрыт, в то время как шар находится в закрытом положении.

[47] Пункт 14, способ по пункту 13, отличающийся тем, что приводной механизм содержит пружину и рычаг, соединенный с шаром, и при этом приведение в действие приводного механизма включает прикладывание усилия пружины от пружины к рычагу; и перемещение рычага из первого положения во второе положение для поворота шара из открытого положения в закрытое положение.

[48] Пункт 15, способ по пунктам 13 или 14, отличающийся тем, что шаровой клапан содержит срезаемую часть, которая предотвращает перемещение муфты, причем способ дополнительно включает прикладывание порогового значения усилия для среза срезаемой части, при этом муфта смещается из первого положения во второе положение после прикладывания порогового значения усилия к срезаемой части.

[49] Пункт 16, способ по любому из пунктов 13-15, дополнительно включающий образование гидравлического уплотнения с поверхностью шара и поверхностью седла шара, расположенного в шаровом клапане.

[50] Пункт 17, способ образования скважинного барьера, включающий расположение отклоняющего устройства в корпусе клапана шарового клапана, причем шаровой клапан содержит шар, имеющий проточный канал для флюида через шар; посадку отклоняющего устройства на седло отклоняющего устройства, которое соединено с муфтой, расположенной в корпусе клапана;

[51] смещение муфты из первого положения во второе положение для расцепления защелки шарового клапана; и приведение в действие, в ответ на расцепление защелки, приводного механизма шарового клапана для поворота шара шарового клапана из открытого положения в закрытое положение, при этом проточный канал для флюида шара не выровнено с проточным каналом для флюида корпуса клапана шарового клапана, в то время как шар находится во втором положении.

[52] Пункт 18, способ по пункту 17, отличающийся тем, что приводной механизм содержит пружину и рычаг, соединенный с шаром, и при этом приведение в действие приводного механизма включает прикладывание усилия пружины от пружины к рычагу; и перемещение рычага из первого положения во второе положение для поворота шара из открытого положения в закрытое положение.

[53] Пункт 19, способ по пунктам 17 или 18, отличающийся тем, что шаровой клапан содержит срезаемую часть, которая предотвращает перемещение муфты, причем способ дополнительно включает прикладывание порогового значения усилия для среза срезаемой части, при этом муфта смещается из первого положения во второе положение после прикладывания порогового значения усилия к срезаемой части.

[54] Пункт 20, способ по любому из пунктов 17-20, дополнительно включающий образование гидравлического уплотнения с поверхностью шара и поверхностью седла шара, расположенного в шаровом клапане.

[55] Используемые в данном документе формы единственного числа предназначены также для включения форм множественного числа, если в контексте явно не указано иное. Кроме того, следует понимать, что термины «содержать» и/или «содержащий», когда они используются в данном описании и/или в формуле изобретения, определяют наличие заявленных признаков, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не не исключает наличия или добавления одной или более других функций, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Кроме того, этапы и компоненты, описанные в приведенных выше вариантах реализации и на фигурах, являются просто иллюстративными и не подразумевают, что какой-либо конкретный этап или компонент является требованием заявленного варианта реализации.

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности, в частности к регулированию потока транспортируемой среды. Шаровой клапан содержит корпус клапана, шар, выполненный с возможностью поворотного перемещения из открытого положения в закрытое положение, приводной механизм, выполненный с возможностью поворота шара из открытого положения в закрытое положение. Проточный канал для флюида шара не выровнен с проточным каналом для флюида корпуса клапана, в то время как шар находится в закрытом положении. В корпусе клапана расположена муфта, выполненная с возможностью смещения из первого положения во второе положение для приведения в действие приводного механизма, причем муфта остается соединенной с корпусом клапана с возможностью скольжения после того, как она смещается во второе положение. Стопорный механизм первоначально находится в зацеплении с приводным механизмом для предотвращения приведения в действие приводного механизма. Стопорный механизм расцепляется с приводным механизмом после смещения муфты во второе положение. Для осуществления способа закрытия шарового клапана располагают отклоняющее устройство в корпусе шарового клапана. Сажают отклоняющее устройство на седло отклоняющего устройства, соединенное с муфтой, расположенной в корпусе клапана. Смещают муфту из первого положения во второе положение для расцепления защелки шарового клапана. Муфта остается соединенной с корпусом клапана с возможностью скольжения после того, как она смещается во второе положение. Приводят в действие, в ответ на расцепление защелки, приводной механизм шарового клапана для поворота шара шарового клапана из открытого положения в закрытое положение. Шаровой клапан закрыт, в то время как шар находится в закрытом положении. Достигается технический результат – повышение отказоустойчивости шарового клапана. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шаровой клапан, содержащий:

корпус клапана;

шар, выполненный с возможностью поворотного перемещения из открытого положения в закрытое положение;

приводной механизм, выполненный с возможностью поворота шара из открытого положения в закрытое положение, при этом проточный канал для флюида шара не выровнен с проточным каналом для флюида корпуса клапана, в то время как шар находится в закрытом положении;

муфту, расположенную в корпусе клапана и выполненную с возможностью смещения из первого положения во второе положение для приведения в действие приводного механизма, причем муфта остается соединенной с корпусом клапана с возможностью скольжения после того, как она смещается во второе положение,

и стопорный механизм, который первоначально находится в зацеплении с приводным механизмом для предотвращения приведения в действие приводного механизма, при этом стопорный механизм расцепляется с приводным механизмом после смещения муфты во второе положение.

2. Шаровой клапан по п. 1, отличающийся тем, что приводной механизм содержит:

защелку, находящуюся в зацеплении со стопором защелки и выполненную с возможностью расцепления со стопором защелки в ответ на смещение муфты во второе положение; и

пружину, соединенную с защелкой и первоначально удерживаемую в первом положении, при этом пружина выполнена с возможностью смещения во второе положение для поворота шара в закрытое положение после расцепления защелки со стопором защелки.

3. Шаровой клапан по п. 2, отличающийся тем, что приводной механизм содержит рычаг, соединенный с шаром и пружиной, и при этом рычаг выполнен с возможностью поворота шара из открытого положения в закрытое положение в ответ на смещение пружины во второе положение.

4. Шаровой клапан по п. 2 или 3, отличающийся тем, что пружина находится в сжатом состоянии, находясь в первом положении, и при этом пружина находится в естественном состоянии, находясь во втором положении.

5. Шаровой клапан по п. 1, отличающийся тем, что стопорный механизм содержит пружинное запорное кольцо, и при этом приводной механизм содержит пружину, первоначально удерживаемую в первом положении пружинным запорным кольцом, при этом пружина выполнена с возможностью смещения во второе положение для поворота шара в закрытое положение после расцепления пружинного запорного кольца с пружиной.

6. Шаровой клапан по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий седло отклоняющего устройства, расположенное на муфте и выполненное с возможностью удержания отклоняющего устройства, протекающего через шаровой клапан, и при этом муфта выполнена с возможностью смещения из первого положения во второе положение в ответ на прием отклоняющего устройства.

7. Шаровой клапан по п. 6, отличающийся тем, что седло отклоняющего устройства представляет собой седло шара, выполненное с возможностью удержания приводного шара.

8. Шаровой клапан по п. 7, отличающийся тем, что муфта содержит срезаемую часть, выполненную с возможностью среза в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте.

9. Шаровой клапан по п. 7 или 8, отличающийся тем, что муфта содержит цангу, выполненную с возможностью разрушения в ответ на пороговое значение давления, прикладываемого к муфте, и при этом муфта выполнена с возможностью смещения во второе положение после разрушения цанги.

10. Шаровой клапан по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащий седло шара, при этом гидравлическое уплотнение образовано шаром вдоль седла шара после поворота шара в закрытое положение.

11. Шаровой клапан по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что муфта предотвращает поворот шара из открытого положения в закрытое положение, в то время как муфта находится в первом положении.

12. Способ закрытия шарового клапана, включающий:

расположение отклоняющего устройства в корпусе клапана шарового клапана;

посадку отклоняющего устройства на седло отклоняющего устройства, которое соединено с муфтой, расположенной в корпусе клапана;

смещение муфты из первого положения во второе положение для расцепления защелки шарового клапана, причем муфта остается соединенной с корпусом клапана с возможностью скольжения после того, как она смещается во второе положение; и

приведение в действие, в ответ на расцепление защелки, приводного механизма шарового клапана для поворота шара шарового клапана из открытого положения в закрытое положение, при этом шаровой клапан закрыт, в то время как шар находится в закрытом положении.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что приводной механизм содержит пружину и рычаг, который соединен с шаром, и при этом приведение в действие приводного механизма включает:

прикладывание усилия пружины от пружины к рычагу; и

перемещение рычага из первого положения во второе положение для поворота шара из открытого положения в закрытое положение, и, необязательно, при этом шаровой клапан содержит срезаемую часть, которая предотвращает перемещение муфты, причем способ дополнительно включает прикладывание порогового значения усилия для среза срезаемой части, при этом муфта смещается из первого положения во второе положение после прикладывания порогового значения усилия к срезаемой части.

14. Способ по п. 12, дополнительно включающий образование гидравлического уплотнения с поверхностью шара и поверхностью седла шара, расположенного в шаровом клапане.