СИСТЕМА ПОДВЕСКИ ХВОСТОВИКА И СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ ЕЕ В ДЕЙСТВИЕ Российский патент 2025 года по МПК E21B23/04 E21B34/14 E21B33/04 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] Настоящий документ основан на предварительной заявке США № 62/963334, поданной 20 января 2020 г., и испрашивает приоритет по указанной заявке, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Во многих случаях, при бурении скважины производят бурение ствола скважины, в который помещают обсадную колонну. Затем для подвешивания хвостовика/обсадной трубы в скважине внутри обсадной колонны с помощью подвески хвостовика может быть применена система подвески хвостовика. Система подвески хвостовика может представлять собой систему с механическим приводом или систему с гидравлическим приводом. Однако системы с гидравлическим приводом, как правило, обладают большей универсальностью и позволяют вращать хвостовик во время спуска в скважину. Во время спуска в скважину текучая среда циркулирует в скважине под давлением, что облегчает ввод хвостовика в действие. Однако циркуляция текучей среды с повышенным расходом может создавать высокие циркуляционные давления, что создает риск преждевременной установки подвески хвостовика и/или высвобождения инструмента для спуска, применяемого для ввода в действие подвески хвостовика. Были предприняты попытки ограничить такое преждевременное срабатывание, но имеющиеся системы могут быть сложными или могут не обеспечивать защиту системы подвески хвостовика от преждевременного гидравлического срабатывания.

Такая система для ограничения преждевременного срабатывания известна, например, из US 2010/0038096.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В целом, предложены методика и система для снижения или устранения риска преждевременного срабатывания системы подвески хвостовика и/или преждевременного высвобождения инструмента для спуска. В соответствии с вариантом осуществления в данной технологии применяют систему подвески хвостовика, имеющую спусковую колонну и узел подвески хвостовика, который может включать в себя узел верхнего пакера хвостовика. Узел подвески хвостовика включает в себя подвеску хвостовика, которая может быть приведена в действие для подвешивания хвостовика/обсадной трубы в желаемом местоположении относительно окружающей обсадной колонны. В системе подвески хвостовика применен модуль защиты от преждевременной установки, который может быть применен совместно с подвеской хвостовика для предотвращения преждевременного срабатывания подвески хвостовика. В качестве примера в модуле защиты от преждевременной установки для устранения перепада давления, который может привести в действие подвеску хвостовика, может быть задействовано выравнивание давления между областью внутри спусковой колонны и областью между спусковой колонной и подвеской хвостовика. Кроме того, для временной блокировки подвески хвостовика от преждевременного срабатывания может быть применен блокировочный механизм, например, шпонки, выполненные с возможностью выхода из зацепления. Модуль защиты от преждевременной установки может быть применен для предотвращения преждевременной установки подвески хвостовика, при этом во избежание преждевременного высвобождения инструмента для спуска подвески может быть применено выравнивание давления внутри и снаружи инструмента для спуска подвески, например, внутри и снаружи цангового инструмента для спуска.

[0004] Тем не менее, многочисленные модификации могут быть осуществлены без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации предназначены для включения в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0005] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения далее в настоящем документе будут описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы, в которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы. Однако следует понимать, что на прилагаемых фигурах показаны различные варианты реализации, описанные в настоящем документе, и не предназначены для ограничения объема различных технологий, описанных в настоящем документе, и при этом:

[0006] на фиг. 1 показан пример системы подвески хвостовика, развертываемой в скважине, например, в стволе скважины, согласно варианту осуществления изобретения;

[0007] на фиг. 2 показан вид в разрезе участка системы подвески хвостовика, представленной на фиг. 1, иллюстрирующий секцию уплотнительной муфты, согласно варианту осуществления изобретения;

[0008] на фиг. 3 показан вид в разрезе участка системы подвески хвостовика, представленной на фиг. 1, иллюстрирующий пример секции цангового инструмента для спуска (CRT - англ.: collet running tool) для высвобождения пакера, согласно варианту осуществления изобретения;

[0009] на фиг. 4 показан вид в разрезе участка системы подвески хвостовика, представленной на фиг. 1, иллюстрирующий пример секции подвески хвостовика, имеющей подвеску хвостовика, расположенную возле инструмента для спуска, согласно варианту осуществления изобретения;

[0010] на фиг. 5 показан вид в разрезе примера модуля байпаса согласно варианту осуществления изобретения;

[0011] на фиг. 6 показан вид в разрезе модуля байпаса, представленного на фиг. 5, выполненный в поперечном направлении через модуль байпаса, чтобы проиллюстрировать разделение каналов байпаса и каналов давления для приведения в действие, согласно варианту осуществления изобретения;

[0012] на фиг. 7 показан вид в разрезе участка системы подвески хвостовика, представленной на фиг. 1, иллюстрирующий пример модуля защиты от преждевременной установки, включающего в себя блокировочный механизм, выполненный с возможностью разблокирования, согласно варианту осуществления изобретения;

[0013] на фиг. 8 показан вид в разрезе модуля защиты от преждевременной установки после разблокирования блокировочного механизма, выполненного с возможностью разблокирования, что дает возможность перемещения подвески хвостовика в состояние ее приведения в действие, согласно варианту осуществления изобретения;

[0014] на фиг. 9 показан участок подвески хвостовика, иллюстрирующий клинья хвостовика до их приведения в действие, согласно варианту осуществления изобретения;

[0015] на фиг. 10 показан вид, подобный представленному на фиг. 9, но иллюстрирующий, что клинья хвостовика приведены в действие и занимают положение, соответствующее состоянию, когда подвеска хвостовика была приведена в действие после разблокирования блокировочного механизма, выполненного с возможностью разблокирования, расположенного в модуле защиты от преждевременной установки, согласно варианту осуществления изобретения;

[0016] на фиг. 11 показан вид в разрезе участка по другому варианту осуществления системы подвески хвостовика, в котором применен другой тип модуля защиты от преждевременной установки, в конфигурации спуска в скважину, согласно варианту осуществления изобретения;

[0017] на фиг. 12 показан вид в разрезе, подобный представленному на фиг. 11, но с системой подвески хвостовика, смещенной в конфигурацию установки подвески хвостовика, согласно варианту осуществления изобретения; и

[0018] на фиг. 13 показан вид в разрезе, подобный представленному на фиг. 12, но с системой подвески хвостовика, смещенной в конфигурацию высвобождения инструмента для спуска, согласно варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] В последующем описании изложены многочисленные подробности, чтобы обеспечить понимание некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что указанная система и/или методология могут быть реализованы на практике без этих подробностей и что возможны многочисленные вариации или модификации описанных вариантов осуществления.

[0020] В целом, в изобретении, описанном в настоящем документе, предложены методика и система для снижения или устранения риска преждевременного срабатывания системы подвески хвостовика и/или преждевременного высвобождения инструмента для спуска. В соответствии с вариантом осуществления, в данной технологии применяют систему подвески хвостовика, имеющую спусковую колонну и узел подвески хвостовика. Узел подвески хвостовика включает в себя подвеску хвостовика, которая может быть приведена в действие в желаемом местоположении внутри ствола скважины, например, внутри обсадной трубы. Узел подвески хвостовика дополнительно включает в себя хвостовик/обсадную трубу, которые могут быть подвешены относительно окружающей обсадной колонны с помощью подвески хвостовика.

[0021] В системе подвески хвостовика применен модуль защиты от преждевременной установки, который может быть применен совместно с подвеской хвостовика для предотвращения преждевременного срабатывания подвески хвостовика. Дополнительно в системе могут быть применены признаки, препятствующие преждевременному высвобождению инструмента для спуска подвески хвостовика. В качестве примера в модуле защиты от преждевременной установки для устранения перепада давления, который может привести в действие подвеску хвостовика, может быть задействовано выравнивание давления между областью внутри спусковой колонны и областью между спусковой колонной и подвеской хвостовика. Кроме того, для временной блокировки подвески хвостовика от преждевременного срабатывания может быть применен блокировочный механизм, например, шпонки, выполненные с возможностью выхода из зацепления. Согласно варианту осуществления, для предотвращения преждевременной установки подвески хвостовика может быть применен модуль защиты от преждевременной установки, при этом во избежание преждевременного высвобождения инструмента для спуска подвески может быть применено выравнивание давления внутри и снаружи инструмента для спуска подвески, например, внутри и снаружи цангового инструмента для спуска.

[0022] Как более подробно описано ниже, система помогает обеспечивать циркуляцию текучих сред с относительно высокими расходами и давлениями во время развертывания хвостовика и подвески хвостовика. Согласно варианту осуществления, спусковая колонна проходит в подвеску хвостовика и хвостовик таким образом, что формирует область внутреннего давления внутри спусковой колонны и область промежуточного давления между спусковой колонной и подвеской хвостовика/хвостовиком. Конфигурация всей системы позволяет существенно выровнять давление в обеих областях. Кроме того, для механической блокировки подвески хвостовика от преждевременного срабатывания может быть применен блокировочный механизм модуля защиты от преждевременной установки. Например, блокировочный механизм может быть применен для механической блокировки гидравлического цилиндра подвески хвостовика в положении спуска в скважину.

[0023] Подвеска хвостовика может быть установлена путем опускания шара на шаровое седло через инструмент для спуска так, чтобы обеспечить создание перепада давления между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления. За счет относительного увеличения давления в области внутреннего давления происходит разблокировка блокировочного механизма, что позволяет привести в действие подвеску хвостовика. В некоторых вариантах осуществления также может быть применен срезной элемент, например, срезные винты, чтобы нарастающее давление спусковой колонны сначала срезало указанные срезные винты. Перед опусканием шара в системе может быть обеспечена циркуляция текучей среды с желаемым расходом без риска преждевременного срезания срезного элемента или приведения в действие подвески хвостовика. Однако, после опускания шара для временного закупоривания модуля защиты от преждевременной установки, между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления может быть создан перепад давлений. Перепад давления может быть непрерывным или установленным на разных уровнях для достижения желаемых результатов, т. е. разблокировки блокирующего механизма, позволяющей привести в действие подвеску хвостовика, а также позволяющей высвободить инструмент для спуска подвески хвостовика. В качестве примера, перепад давления может быть применен для того, чтобы сначала установить подвеску хвостовика, а затем высвободить спусковую колонну для ее удаления.

[0024] Рассмотрим в целом фиг. 1, где показан пример системы 30 подвески хвостовика, спускаемой в скважину 32, например, в ствол скважины, укрепленный или иным образом имеющий обсадную трубу 34. В этом варианте осуществления система 30 подвески хвостовика включает в себя узел 36 подвески хвостовика, имеющий трубу 38, например, колонну хвостовика, соединенную с подвеской 40 хвостовика. Вся система 30 подвески хвостовика дополнительно включает в себя спусковую колонну 42, выполненную с возможностью высвобождения, которая соединена с возможностью высвобождения с узлом 36 подвески хвостовика. Чтобы предотвратить преждевременное срабатывание/ввод подвески 40 хвостовика в зацепление с окружающей обсадной трубой 34, подвеска 40 хвостовика работает во взаимодействии с модулем 44 защиты от преждевременной установки.

[0025] В зависимости от параметров данной операции система 30 подвески хвостовика также может включать в себя другие компоненты/узлы, обеспечивающие взаимодействие узла 36 подвески хвостовика и спусковой колонны 42. Например, общая система 30 подвески хвостовика может дополнительно включать в себя секцию 46 уплотнительной муфты, секцию 48 цангового инструмента для спуска (CRT) и секцию 50 пакера. Секция 50 пакера может включать в себя узел верхнего пакера хвостовика, имеющий пакер 52, который является частью или объединен со всем узлом 36 подвески хвостовика. В показанном примере пакер 52 является частью узла 36 подвески хвостовика и расположен под секцией 48 цангового инструмента для спуска и над подвеской 40 хвостовика. Секция 50 пакера может иметь различные конфигурации и может включать в себя различные клинья, уплотнительные элементы и прочие компоненты, облегчающие приведение в действие и взаимодействие с окружающей обсадной трубой 34.

[0026] На показанном примере подвеска 40 хвостовика включает в себя различные признаки, такие как конус 54, имеющий наклонные поверхности, которые взаимодействуют с клиньями 56. Клинья 56 могут быть соединены с одним или более гидравлическими цилиндрами 58. После того, как подвеска 40 хвостовика разблокирована для приведения в действие с помощью модуля 44 защиты от преждевременной установки, давление, приложенное вниз через спусковую колонну 42, может быть задействовано для приведения в действие по меньшей мере одного из цилиндров 58 так, чтобы поступательно сдвинуть клинья 56 относительно конуса 54. Это относительное прямолинейное перемещение клиньев 56 относительно наклонных поверхностей конуса 54 эффективно вынуждает клинья 56 смешаться наружу в радиальном направлении и, в конечном итоге, входить в надежное зацепление с окружающей обсадной трубой 34.

[0027] Рассмотрим в целом фиг. 2, где показан вид в разрезе секции 46 уплотнительной муфты. В этом примере спусковая колонна 42 содержит инструмент 60 для спуска, часть которого показана в разрезе на фиг. 2. Инструмент 60 для спуска расположен внутри трубчатой секции 62, например, приемной части надставки, всего узла 36 подвески хвостовика. В качестве примера, показанный участок содержит оправку 64 и по меньшей мере участок уплотнительной муфты 66, соединенный с инструментом 60 для спуска как частью колонны 42 для спуска. Уплотнительная муфта 66 включает в себя оправку 67 уплотнительной муфты, которая образует часть всей оправки 64. Уплотнение 68 окружает оправку 67 уплотнительной муфты и ограничено в осевом направлении между упором 70 и удерживающим механизмом 72. Уплотнение 68 расположено так, чтобы образовывать уплотнение между оправкой 67 и окружающей трубчатой секцией/приемной частью 62 надставки. Следует отметить, что уплотнение 68 уплотнительной муфты 66 может представлять собой неотъемлемый компонент инструмента 60 для спуска.

[0028] Как показано, данная конфигурация предусматривает область 74 внутреннего давления внутри инструмента 60 для спуска, например в пределах внутреннего канала 76 инструмента 60 для спуска, и область 78 промежуточного давления. Область 78 промежуточного давления расположена между инструментом 60 для спуска и узлом 36 подвески хвостовика. Следует отметить, что внутренний канал 76 проходит вниз через инструмент 60 для спуска и во время спуска в скважину обеспечивает циркуляцию текучей среды под относительно высоким давлением. Однако внутренний канал 76 также эффективно сообщается с областью 78 промежуточного давления, расположенной снаружи от инструмента 60 для спуска и внутри узла 36 подвески хвостовика. Например, области 74, 78 давления могут сообщаться друг с другом возле нижнего конца инструмента 60 для спуска и/или через соответствующим образом расположенные порты. Это позволяет области 74 внутреннего давления во время спуска в скважину оставаться по существу сбалансированной по давлению с областью 78 промежуточного давления ниже уплотнительной муфты 66. Уравновешивание давления помогает уменьшить вероятность преждевременного срабатывания подвески 40 хвостовика и/или преждевременного высвобождения спусковой колонны 42 от узла 36 подвески хвостовика.

[0029] Рассмотрим в целом фиг. 3, где показан пример секции 48 цангового инструмента для спуска (CRT). В этом варианте осуществления инструмент 60 для спуска спусковой колонны 42 может быть соединен с узлом 36 подвески хвостовика в секции 48 цангового инструмента для спуска (CRT). Как показано, секция 48 цангового инструмента для спуска может содержать поршень 80 CRT, установленный с возможностью скольжения вокруг оправки 64 инструмента для спуска. Поршень 80 CRT функционально соединен с пакером 52 через цангу 82 и соединительный механизм 84, тем самым соединяя спусковую колонну 42 с узлом 36 подвески хвостовика. Пока область 74 внутреннего давления открыта, давление для смещения поршня 80 CRT не может нарастать. Таким образом, спусковая колонна 42 и пакер 52 не могут быть высвобождены преждевременно. По сути, конструкция поршня 80 CRT и всей секции 48 CRT позволяет давлению проходить через область 78 промежуточного давления и до уплотнительной муфты 66. Это позволяет выравнивать давление между областями 74 и 78 давления, тем самым предотвращая преждевременное высвобождение поршня 52 и спусковой колонны 42. Следует отметить, что секция 48 цангового инструмента для спуска может быть сконструирована как секция инструмента для спуска другого типа, например, секция гидравлического инструмента для спуска, в которой применен гидравлический инструмент для спуска, или как секция гидромеханического инструмента для спуска, в которой вместо цангового инструмента для спуска применен гидромеханический инструмент для спуска.

[0030] Однако после того, как область 74 внутреннего давления будет заблокирована (например, при опускании шара, как более подробно будет пояснено ниже), вдоль области 74 внутреннего давления может быть приложено давление, повышенное по сравнению с областью 78 давления. Это повышенное давление воздействует на поршень 80 цангового инструмента для спуска (CRT) через каналы 86. Достаточное давление в области 74 внутреннего давления относительно области 78 промежуточного давления вызывает линейное смещение поршня 80 CRT вдоль оправки 64 (смещение влево в примере, показанном на фиг. 3), что, в свою очередь, смещает цангу 82 посредством механизма 84 в положение высвобождения. Смещение цанги 82 в положение высвобождения также высвобождает пакер 52 и спусковую колонну 42. После высвобождения пакера 52 и спусковой колонны 42, пакер 52 может быть установлен, например, путем механической разгрузки колонны и, таким образом, разгрузки пакера 52. Кроме того, спусковая колонна 42 может быть выведена на поверхность. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления может быть применен срезной элемент 88, например, срезные винты, которые первоначально удерживают поршень 80 цангового инструмента для спуска (CRT) на месте до тех пор, пока в области 74 внутреннего давления не образуется достаточное давление.

[0031] Рассмотрим в целом фиг. 4-7, где показан пример модуля 44 защиты от преждевременной установки и признаки для установки подвески хвостовика. Например, на фиг. 4 часть инструмента 60 для спуска показана, как имеющая модуль 90 байпаса, обычно расположенный внутри одного из цилиндров 58, например, в верхнем из двух показанных цилиндров 58. Однако, модуль 90 байпаса может быть расположен в других местах. В показанном примере модуль 90 байпаса герметично входит в контакт с окружающей трубчатой конструкцией 92 узла 36 подвески хвостовика с помощью уплотнений 94. Как показано, трубчатая конструкция 92 может быть расположена вдоль внутреннего пространства цилиндров 58.

[0032] Модуль 90 байпаса содержит продольные каналы 96, которые проходят, в основном, в осевом направлении за уплотнения 94 так, чтобы обеспечить выравнивание давления между областью 74 внутреннего давления и областью 78 общего промежуточного давления над уплотнениями 94 и под ними. Однако модуль 90 байпаса также включает в себя радиально ориентированные порты или каналы 98, проходящие между областью 74 внутреннего давления и областью 78 промежуточного давления. Как дополнительно показано на фиг. 5 и 6, радиальные каналы 98 расположены так, чтобы они оставались изолированными по отношению к продольным каналам 96 байпаса. Следует отметить, что соответствующие каналы 100, например, радиальные каналы, сформированы через трубчатую конструкцию 92 так, чтобы обеспечивать сообщение между областью 78 промежуточного давления и областью 102 приведения в действие по меньшей мере одного соответствующего гидравлического цилиндра 58, например верхнего цилиндра 58. Как более подробно пояснено ниже, когда поток вдоль области 74 внутреннего давления заблокирован, давление внутри области 74 может возрастать. Это относительно повышенное давление передается в область 102 срабатывания через каналы 98 и через соответствующие каналы 100. Достаточное давление может вызвать поступательное смещение соответствующего цилиндра(-ов) 58 относительно трубчатой конструкции 92 и, таким образом, приведение в действие клиньев 56 для установки подвески 40 хвостовика.

[0033] Дополнительно рассмотрим фиг. 7, где пример модуля 44 защиты от преждевременной установки показан как включающий в себя поршень 104 модуля, установленный с возможностью скольжения вокруг оправки 64 инструмента для спуска. Соответствующие уплотнения 106 расположены между поршнем 104 модуля и оправкой 64 для формирования рабочей камеры 108, которая сообщается по текучей среде с областью 74 внутреннего давления через, по меньшей мере, один канал 110, например, множество радиальных каналов.

[0034] Поршень 104 модуля может быть соединен с нижней втулкой 112, соединенной с возможностью скольжения и с ограничением возможности вращения с помощью штифта или штифтов 114, принимаемых с возможностью скольжения в соответствующий паз или пазы 116, выполненные снаружи оправки 64. Аналогичным образом, поршень 104 модуля показан как соединенный с верхней втулкой 118, соединенной с возможностью скольжения и с ограничением возможности вращения с помощью штифта или штифтов 120, принимаемых с возможностью скольжения в соответствующий паз или пазы 122.

[0035] В этом варианте осуществления модуль 44 защиты от преждевременной установки дополнительно включает в себя блокировочный механизм 124, который блокирует срабатывание подвески 40 хвостовика, например, при спуске в скважину. В качестве примера, блокировочный механизм 124 может включать в себя множество шпонок 126, установленных и удерживаемых в подвеске 40 хвостовика. Например, шпонки 126 могут быть установлены в соответствующих углублениях 128, образованных вдоль наружной поверхности трубчатой конструкции 92. Каждая шпонка 126 включает в себя базовый участок 130, который проходит через соответствующее отверстие 132, образованное в радиальном направлении через трубчатую конструкцию 92 (см. также фиг. 8).

[0036] До приведения в действие подвески 40 хвостовика, например, во время спуска в скважину, базовый участок 130 каждой шпонки 126 находится в контакте с наружной поверхностью верхней втулки 118. Верхняя втулка 118 удерживает каждую из шпонок 126 в выдвинутом в радиальном направлении положении и в зацеплении с соответствующим посадочным гнездом 134, расположенным по внутренней поверхности соответствующего цилиндра 58, например, нижнего из двух показанных цилиндров 58, тем самым предотвращая линейное перемещение соответствующего цилиндра 58 в направлении приведения хвостовика в действие. Кроме того, каждая шпонка 126 может быть подпружинена наружу в радиальном направлении с помощью, например, подходящего пружинного элемента 136.

[0037] После того, как подвеска 40 хвостовика оказывается в желаемом местоположении для установки клиньев 56, шар 138 опускается вниз через внутренний канал 76 спусковой колонны 42 и инструмента 60 для спуска до тех пор, пока не войдет в контакт с соответствующим шаровым седлом 140, препятствуя потоку по внутреннему каналу 76. Следует отметить, что шар 138 применен в широком смысле для обозначения элемента, способного блокировать поток по внутреннему каналу 76; шар 138 может иметь различные формы и конфигурации, например неполные шары, пробки и другие разнообразные заглушки.

[0038] После того, как шар 138 прилегает к соответствующему шаровому седлу 140, давление в области 74 внутреннего давления может быть увеличено для обеспечения перепада давления (дельта P) между областью 74 внутреннего давления и областью 78 промежуточного давления. Повышенное давление в области 74 внутреннего давления воздействует на поршень 104 модуля через каналы 110. При достаточно повышенном давлении поршень 104 модуля смещается линейно (вправо в примере, показанном на фиг. 7 и 8), что, в свою очередь, смещает верхнюю втулку 118 от соответствующих шпонок 126 так, чтобы высвободить шпонки 126, как показано на фиг. 8.

[0039] Одновременно, повышенное давление в области 74 давления способно воздействовать на соответствующий цилиндр 58, например, верхний цилиндр 58, через каналы 98 и 100 (см. фиг. 4). Поскольку соответствующие шпонки 126 больше не блокируют нижний гидравлический цилиндр 58 на месте относительно трубчатой конструкции 92, давление, повышенное в достаточной степени, может линейно сместить оба цилиндра 58 вдоль трубчатой конструкции 92. Линейное смещение цилиндров 58 приводит к смещению клиньев 56 подвески хвостовика из радиально втянутого положения (см. фиг. 9) в радиально выдвинутую конфигурацию (см. фиг. 10) для плотного зацепления с окружающей обсадной трубой 34.

[0040] Как показано на фиг. 8, внутренняя поверхность соответствующего цилиндра 58, окружающая фиксирующие шпонки 126, также может содержать разгрузочные выемки 141, которые позволяют пружинным элементам 136 еще раз смещать шпонки 126 наружу в радиальном направлении после приведения в действие подвески 40 хвостовика. Это позволяет полностью вывести шпонки 126 из внутреннего канала 76 для устранения препятствий.

[0041] После установки подвески 40 хвостовика продолжающееся приложение давления по внутреннему каналу 76 (или давление, достаточно повышенное во внутреннем канале 76) позволяет сместить поршень 80 CRT так, чтобы высвободить цангу 82, тем самым высвобождая пакер 52 и спусковую колонну 42 (см. фиг. 3). Высвобождение пакера 52 позволяет установить пакер 52, например, путем его разгрузки. Кроме того, инструмент 60 для спуска и спусковая колонна 42 в целом могут быть выведены из узла 36 подвески хвостовика и извлечены на поверхность. В этом примере опускание шара 138 позволяет обеспечить достаточный перепад(-ы) давления между областью 74 внутреннего давления и областью 78 промежуточного давления, чтобы обеспечить возможность последовательной установки подвески 40 хвостовика, а затем высвобождения пакера 52 и спусковой колонны 42. Впоследствии шар 138 и шаровое седло 140 могут быть удалены из внутреннего канала 76 путем приложения повышенного давления, чтобы сдвинуть шаровое седло 140 для удаления. (Однако для высвобождения шара 138 и шарового седла 140 из внутреннего канала 76 могут быть применены другие подходящие механизмы.)

[0042] Рассмотрим в целом фиг. 11-13, на которых показан еще один пример системы 30 подвески хвостовика и ее модуль 44 защиты от преждевременной установки. В этом варианте осуществления модуль 44 защиты от преждевременной установки снова включает в себя блокировочный механизм 124, в котором могут быть применены множество фиксирующих шпонок 126. Однако в этой конфигурации фиксирующие шпонки 126 расположены на инструменте 60 для спуска для зацепления с соответствующим гидравлическим цилиндром 58 через соответствующие отверстия 142, выполненные в корпусе 144 подвески хвостовика подвески 40 хвостовика.

[0043] Перед установкой подвески 40 хвостовика фиксирующие шпонки 126 устанавливают в конфигурации, когда они выдвинуты в радиальном направлении через соответствующие отверстия 142 и находятся в зацеплении с внутренней поверхностью соответствующего цилиндра 58. Например, внутренняя поверхность соответствующего цилиндра 58 может иметь упор 146, который предотвращает линейное перемещение соответствующего цилиндра 58 в осевом направлении, например, вверх, тем самым предотвращая преждевременное срабатывание подвески 40 хвостовика.

[0044] В соответствии с показанным вариантом осуществления, фиксирующие шпонки 126 расположены в радиальных отверстиях 148 корпуса 150 фиксирующей шпонки и удерживаются выдвинутыми в радиальном направлении наружу в заблокированном положении с помощью опорной втулки 152 фиксирующей шпонки. Например, опорная втулка 152 фиксирующей шпонки может содержать участок 154 увеличенного диаметра, которая удерживает фиксирующие шпонки 126 выдвинутыми в радиальном направлении наружу в заблокированном положении, когда участок 154 расположен вдоль внутренней поверхности фиксирующих шпонок 126.

[0045] Как показано, уплотнения 156 могут быть расположены между корпусом 144 подвески хвостовика и соответствующим цилиндром 58 как на верхней, так и на нижней сторонах отверстий 142. Подобным образом, уплотнения 158 могут быть расположены между корпусом 150 фиксирующей шпонки и корпусом 144 подвески хвостовика как на верхней, так и на нижней сторонах радиальных отверстий 148. Кроме того, подходящие уплотнения 160 могут быть расположены между опорной втулкой 152 фиксирующей шпонки и корпусом 150 фиксирующей шпонки.

[0046] Пока модуль 44 защиты от преждевременной установки находится в положении спуска в скважину, показанном на фиг. 11, порт или порты 162 опорной втулки остаются совмещенными с соответствующим портом или портами 164 через корпус 150 фиксирующей шпонки. Совмещенные порты 162 и 164 обеспечивают выравнивание давления между областью 74 внутреннего давления и областью 78 промежуточного давления так, чтобы избежать преждевременных перепадов давления, которые в противном случае могли бы привести в действие подвеску 40 хвостовика. Кроме того, фиксирующие шпонки 126 предотвращают преждевременное срабатывание. Следует отметить, что модуль 44 предотвращения преждевременной установки может включать в себя другие различные компоненты и признаки, такие как амортизирующие камеры 166 и 168, которые могут быть выполнены с возможностью демпфирования смещения компонентов во время приведения в действие.

[0047] На фиг. 12 показана конфигурация подвески при установке. В этой конфигурации шар 138 опускается вниз через внутренний канал 76 и входит в контакт с шаровым седлом 140. Например, шаровое седло 140 может представлять собой сегментированное шаровое седло, прикрепленное с возможностью снятия к опорной втулке 152 фиксирующей шпонки.

[0048] Чтобы привести в действие подвеску 40 хвостовика, шар 138 садится на шаровое седло 140, а давление в области 74 внутреннего давления увеличивается по сравнению с областью 78 промежуточного давления до тех пор, пока не будет срезан первый набор срезных винтов 170. Это позволяет опорной втулке 152 фиксирующей шпонки смещаться относительно корпуса 150 фиксирующей шпонки, например, для перемещения вниз или вправо на фиг. 12. Это перемещение опорной втулки 152 фиксирующей шпонки также смещает участок 154 увеличенного диаметра из-под фиксирующих шпонок 126 так, что фиксирующие шпонки 126 могут быть отведены внутрь. Радиальное перемещение фиксирующих шпонок 126 высвобождает их от соответствующего цилиндра 58. В некоторых вариантах осуществления могут быть применены магниты 172 или другие смещающие механизмы, помогающие втягивать фиксирующие шпонки 126 внутрь в радиальном направлении.

[0049] В то же время порты 162 опорной втулки сдвигают из совмещенного положения с портами 164, а уплотнения 160 расположены так, чтобы охватывать и изолировать соответствующие порты 164 выравнивания давления. Следует отметить, что в соответствующем канале, проходящем, как правило, в радиальном направлении через корпус 150 фиксирующей шпонки, может быть расположен обратный клапан 174, гарантирующий отсутствие запертого давления в области 78 промежуточного давления, например, в пространстве между инструментом 60 для спуска и корпусом 144 подвески хвостовика.

[0050] Как только соответствующие порты 164 изолированы, давление, приложенное вдоль области 74 внутреннего давления, может передаваться через порты 162, через радиальные отверстия 148 и через соответствующие отверстия 142 для смещения соответствующего цилиндра 58, как показано на фиг. 12. За счет продолжающегося нарастания давление вдоль области 74 внутреннего давления, может быть высвобожден инструмент 60 для спуска и может быть срезан второй набор срезных винтов 176, что обеспечит возможность смещения сегментов шарового седла 140, как показано на фиг. 13. В качестве примера, сегменты шарового седла 140 могут быть смещены в подходящую выемку, такую как демпфирующая камера 168. В некоторых вариантах осуществления сегменты шарового седла 140 могут включать в себя магниты 172 или другие смещающие механизмы, которые помогают гарантировать, что указанные сегменты останутся в амортизирующей камере 168. После удаления инструмента 60 для спуска могут быть выполнены дополнительные операции, например, работы по цементированию.

[0051] Следует отметить, что узел 36 подвески хвостовика и спусковая колонна 42 могут быть изготовлены с различными размерами и в разных конфигурациях. Кроме того, в каждом из этих компонентов общей системы 30 подвески хвостовика могут быть применены различные признаки взаимодействия, уплотнения, компоновки портов расхода, каналы расхода и/или другие элементы, обеспечивающие возможность осуществления желаемой операции. Например, для достижения желаемого выравнивания давлений между камерой внутреннего давления и камерой промежуточного давления могут быть применены различные схемы каналов расхода. Кроме того, могут быть применены различные типы шаров или механизмы другого типа, чтобы обеспечить выборочное достижение перепадов давления, необходимых для разблокирования модуля защиты от преждевременной установки, для приведения в действие подвески хвостовика и/или для высвобождения инструмента для спуска.

[0052] Несмотря на то, что выше подробно описаны несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможно множество модификаций без существенного отступления от идей настоящего изобретения. Соответственно, такие модификации предназначены для включения в объем настоящего изобретения, определенный в формуле изобретения.

Изобретение включает систему подвески хвостовика и способ приведения ее в действие. Техническим результатом является снижение и устранение риска преждевременного срабатывания системы подвески хвостовика и преждевременного высвобождения инструмента для спуска. Система включает инструмент для спуска. Также включает узел подвески хвостовика, соединенный с инструментом для спуска, для транспортировки в желаемое местоположение в стволе скважины. Узел подвески хвостовика включает в себя пакер, подвеску хвостовика, выполненную с возможностью приведения в действие между радиально втянутым положением и радиально выдвинутым заданным положением за счет приложения перепада давления между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления. Также включает шаровое седло, расположенное с возможностью приема шара, блокирующего связь между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления для обеспечения приложения перепада давления. Также включает модуль защиты от преждевременной установки. Модуль включает в себя блокировочный механизм, установленный на узле подвески хвостовика, и втулку, установленную в инструменте для спуска. Блокировочный механизм удерживают на месте посредством втулки, чтобы блокировать срабатывание подвески хвостовика. Втулка выполнена с возможностью смещения для высвобождения блокировочного механизма в качестве реакции на возникновение перепада давления. Также система включает уплотнительную муфту, расположенную вдоль области промежуточного давления над пакером и секцией инструмента для спуска, предназначенную для облегчения уравновешивания начального давления между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления для предотвращения преждевременного высвобождения пакера и инструмента для спуска. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Система подвески хвостовика для применения в скважине, включающая в себя:

инструмент для спуска;

узел подвески хвостовика, соединенный с инструментом для спуска, для транспортировки в желаемое местоположение в стволе скважины, причем указанный узел подвески хвостовика включает в себя:

- пакер;

- подвеску хвостовика, выполненную с возможностью приведения в действие между радиально втянутым положением и радиально выдвинутым заданным положением за счет приложения перепада давления между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления; а также

- шаровое седло, расположенное с возможностью приема шара, блокирующего связь между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления для обеспечения приложения перепада давления;

модуль защиты от преждевременной установки, включающий в себя блокировочный механизм, установленный на узле подвески хвостовика, и втулку, установленную в инструменте для спуска, при этом блокировочный механизм удерживают на месте посредством втулки, чтобы блокировать срабатывание подвески хвостовика, при этом втулка выполнена с возможностью смещения для высвобождения блокировочного механизма в качестве реакции на возникновение перепада давления; и

уплотнительную муфту, расположенную вдоль области промежуточного давления над пакером и секцией инструмента для спуска, предназначенную для облегчения уравновешивания начального давления между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления для предотвращения преждевременного высвобождения пакера и инструмента для спуска.

2. Система по п. 1, в которой блокировочный механизм содержит множество шпонок, удерживаемых выдвинутыми в радиальном направлении наружу в заблокированном положении с помощью втулки.

3. Система по п. 1, в которой после вхождения шара в контакт с шаровым седлом повышение давления в области внутреннего давления вызывает установку подвески хвостовика с последующей установкой пакера и высвобождение инструмента для спуска.

4. Система по п. 2, в которой шпонки из множества шпонок подпружинены в радиальном направлении наружу.

5. Система по п. 1, в которой втулка соединена со сдвигаемым поршнем.

6. Система по п. 5, в которой сдвигаемый поршень установлен вокруг оправки.

7. Система по п. 6, в которой сдвигаемый поршень лишен возможности поворота относительно указанной оправки.

8. Система по п. 1, в которой высвобождение пакера также происходит за счет нарастания перепада давления между областью внутреннего давления и областью промежуточного давления.

9. Способ приведения в действие системы подвески хвостовика, включающий в себя:

развертывание узла подвески хвостовика в скважине с помощью инструмента для спуска;

блокирование подвески хвостовика узла подвески хвостовика в сложенной в радиальном направлении конфигурации с помощью фиксирующей шпонки, которая установлена и зафиксирована в подвеске хвостовика;

облегчение уравновешивания начального давления между областью внутреннего давления инструмента для спуска и областью промежуточного давления, окружающей инструмент для спуска, с помощью уплотнительной муфты, расположенной вдоль области промежуточного давления над пакером и секцией инструмента для спуска, предотвращая преждевременное высвобождение пакера узла подвески хвостовика и инструмента для спуска;

опускание шара вниз к шаровому седлу в узле подвески хвостовика для создания перепада давления между областью внутреннего давления инструмента для спуска и областью промежуточного давления, окружающей инструмент для спуска; и

применение перепада давления для смещения поршня инструмента для спуска так, чтобы разблокировать фиксирующую шпонку.

10. Способ по п. 9, в котором применение перепада давления дополнительно включает в себя приведение в действие подвески хвостовика в заданном положении в стволе скважины.

11. Способ по п. 10, в котором применение перепада давления дополнительно включает в себя последующее высвобождение инструмента для спуска от узла подвески хвостовика.

12. Способ по п. 10, в котором применение перепада давления дополнительно включает в себя высвобождение пакера узла подвески хвостовика, что позволяет установить пакер путем посадки за счет массы пакера.

13. Способ по п. 9, в котором блокировка включает в себя применение множества фиксирующих шпонок, удерживаемых в выдвинутом в радиальном направлении наружу положении для блокировки срабатывания подвески хвостовика.

14. Способ по п. 13, в котором блокировка включает в себя удержание множества фиксирующих шпонок в зацеплении с внутренней поверхностью соответствующего гидравлического цилиндра подвески хвостовика с помощью втулки, соединенной с поршнем.