CN115516188A - 用于资源探测和回收系统的分度阀门系统 - Google Patents

用于资源探测和回收系统的分度阀门系统 Download PDF

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CN115516188A CN202180031024.1A CN202180031024A CN115516188A CN 115516188 A CN115516188 A CN 115516188A CN 202180031024 A CN202180031024 A CN 202180031024A CN 115516188 A CN115516188 A CN 115516188A
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Abstract

本发明公开了一种分度阀门系统，其包括第一管件，该第一管件具有外表面部分、限定通道部分的内表面部分、以及多个分度部件。第二管件与第一管件轴向对准。该第二管件包括外表面区段、限定通道区段的内表面区段、以及与多个分度部件选择性地相互接合的多个分度构件。内表面区段包括多个分度元件。插入件延伸到该通道部分和通道区段中，并且能够相对于该通道部分和通道区段轴向移位。该插入件包括支撑分度器的外表面，该分度器与多个分度元件选择性地接合以使第二管件相对于第一管件旋转。

Description

用于资源探测和回收系统的分度阀门系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年5月4日提交的美国专利申请16/865505的权益，该申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
在资源探测和回收工业中，可在资源承载地层中形成钻孔。套管可延伸到资源承载地层中。然后可将管件延伸到套管中。资源承载地层可包括各种感兴趣的区。密封件或封隔器可从管件向外抵靠套管部署，以将一个感兴趣的区与另一个感兴趣的区隔离开。此时，可选择性地对套管打孔，以便将流体从管件引入地层中，反之亦然。
工作液可通过设置在管件中的阀门流入地层中。类似地，可选择性地将阀门定位成允许地层流体从地层进入管件中。存在用于操作井下阀门的各种致动机构。一种系统涉及销轴和J型槽组件的使用。销轴和J型槽组件依赖于使用多个单独且不同的部件，包括在阀门壳体内的J型套筒和轴承套筒，以提供有利于在阀门位置之间移动的J型槽轨道。多个单独且不同的部件增加了致动机构的总体成本和复杂性。此外，J型槽轨道的使用对阀门提出了长度要求。本领域将倾向于具有较少部件并且可在没有J型轨道的情况下制造的阀门，从而允许构造更紧凑的阀门。
发明内容
本发明公开了一种分度阀门系统，其包括第一管件，该第一管件具有外表面部分、限定通道部分的内表面部分、以及多个分度部件。第二管件与第一管件轴向对准。该第二管件包括外表面区段、限定通道区段的内表面区段、以及与多个分度部件选择性地相互接合的多个分度构件。内表面区段包括多个分度元件。插入件延伸到该通道部分和通道区段中，并且能够相对于该通道部分和通道区段轴向移位。该插入件包括支撑分度器的外表面，该分度器与多个分度元件选择性地接合以使第二管件相对于第一管件旋转。
本发明还公开了一种资源探测和回收系统，其包括第一系统和第二系统，该第二系统包括从第一系统延伸到地层中的至少一个管件。该第二系统包括以流体方式连接到该至少一个管件的分度阀门系统。该分度阀门系统包括第一管件，该第一管件包括外表面部分、限定通道部分的内表面部分、以及多个分度部件。第二管件与第一管件轴向对准。该第二管件包括外表面区段、限定通道区段的内表面区段、以及与多个分度部件选择性地相互接合的多个分度构件。该内表面区段包括多个分度元件。插入件延伸到该通道部分和通道区段中，并且能够相对于该通道部分和通道区段轴向移位。该插入件包括支撑分度器的外表面，该分度器与多个分度元件选择性地接合以使第二管件相对于第一管件旋转。
本发明进一步公开了一种操作分度阀门系统的方法，该方法包括使插入件移位到管件的通道区段中，将所述插入件上的分度器与设置在所述管件上的多个分度元件中的一个分度元件接合，使所述插入件进一步移位以使该管件上的多个分度构件与另一个管件上的多个分度部件脱离，通过分度器与多个分度元件中的一个分度元件的相互接合来使管件旋转第一距离，使该管件偏置回到另一个管件，将多个分度构件与多个分度部件重新接合，以及通过将多个分度构件与多个分度部件重新接合来使管件旋转第二距离。
附图说明
以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：
图1描绘了根据一个示例性实施方案的一个方面的包括分度阀门系统的资源探测和回收系统；
图2描绘了根据一个示例性方面的分度阀门系统的透视图；
图3描绘了根据一个示例性方面的分度阀门系统的一部分的分解视图；
图4描绘了根据一个示例性方面的分度阀门系统的阀门构件的剖视图；
图5描绘了根据一个示例性方面的使分度器朝向布置在阀门构件的内表面上的多个分度元件移位的插入件；
图6描绘了根据一个示例性方面的与多个分度元件中的一个分度元件接合的分度器；
图7描绘了根据一个示例性方面的使阀门构件与第一管件脱离并使多个分度构件与多个分度部件脱离的插入件；
图8描绘了根据一个示例性方面的沿着多个分度构件中的一个分度构件移动，从而导致阀门构件开始相对于第一管件旋转的分度器；
图9描绘了根据一个示例性方面的相对于第一管件旋转第一距离的阀门构件；
图10描绘了根据一个示例性方面的与多个分度元件中的一个分度元件脱离，从而允许多个分度构件开始与多个分度部件重新接合的分度器；
图11描绘了根据一个示例性方面的更远离多个分度元件移位的分度构件；并且
图12描绘了根据一个示例性方面的与多个分度部件重新接合以完成阀门构件的第二距离的旋转的多个分度构件。
具体实施方式
本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。
根据示例性实施方案的资源探测和回收系统在图1中大体以10示出。资源探测和回收系统10应被理解为包括钻井操作、资源开采和回收、CO2封存等。资源探测和回收系统10可以包括第一系统12，该第一系统在一些环境下可以采取操作地并以流体方式连接到第二系统16的地表系统14的形式，该第二系统在一些环境下可以采取地下系统的形式。
第一系统12可以包括协助完井和/或开采工艺的泵18，以及流体存储装置20。流体存储装置20可包含可引入第二系统16中的增产流体。第一系统12还可以包括控制系统23，该控制系统可监测和/或激活一个或多个井下操作。第二系统16可包括由一个或多个管件形成的管柱30(未单独标记)，该管柱延伸到形成于地层36中的井筒34中。井筒34包括环形壁38，所述环形壁可由从第一系统12延伸到第二系统16中的套管管件40限定。
根据示例性方面，管件30支撑分度阀门组件50。参考图2-4，分度阀门组件50包括第一管件53和呈阀门构件57的形式的第二管件55。第一管件53包括以开口59的形式示出的流动端口58。在一个实施方案中，开口59是具有不同尺寸的非圆形细长开口。第一管件53和第二管件55沿纵向轴线“L”延伸。第一管件53包括外表面部分70和限定通道部分74的内表面部分72。第一管件53包括具有多个分度部件80的末端部分78。分度部件80可以呈齿部件82的环形阵列的形式。
第二管件55包括外表面区段84和限定通道区段88的内表面区段86。第二管件55包括具有多个分度构件90的末端区段89。分度构件90可以呈齿构件92的环形阵列的形式。在一个实施方案中，第一管件53上的多个齿部件80中的每个齿部件包括以相对于纵向轴线“L”的一定角度延伸的第一表面部分95和与纵向轴线“L”对准的第二表面部分96。类似地，第二管件55上的多个齿构件92中的每个齿构件包括以相对于纵向轴线“L”的一定角度延伸的第一表面区段98和与纵向轴线“L”对准的第二表面区段99。如本文将详细描述的，齿部件80与齿构件92之间的相互作用导致第二管件55的棘轮旋转。
根据示例性方面，第二管件55包括多个分度元件105，所述多个分度元件从内表面区段86径向向内突起并突出。分度元件105可以呈锯齿状元件107的环形阵列的形式。每个锯齿状元件107包括以相对于纵向轴线“L”的一定角度延伸的第一锯齿侧和第二锯齿侧(未单独标记)。第二管件55还包括行进限制器114，所述行进限制器可以呈从内表面区段86径向向内突起并突出的一个或多个台阶特征部117的形式。每个台阶特征部117包括相对于纵向轴线“L”垂直延伸的第一表面119和平行于纵向轴线“L”延伸的第二表面120。如本文将详细描述的，行进限制器114限制延伸穿过通道部分74和通道区段88的插入件134的轴向行进。
在一个实施方案中，插入件134包括支撑分度器140的外表面136。分度器140从外表面136径向突出地突起或径向向外突起。分度器140包括具有第一成角度表面和第二成角度表面(未单独标记)的齿接收器143，该第一成角度表面和第二成角度表面对应于分度元件105的第一锯齿状侧和第二锯齿状侧(也未单独标记)。如本文将详细描述的，插入件134在第一管件53和第二管件55内轴向移位，以使第二管件55相对于第一管件53旋转。插入件可以通过各种机构移位，该机构包括但不限于移位工具、施加管状压力、施加环形压力等。插入件134包括开口150，所述开口与第一管件53中的开口59选择性地配准。在一个实施方案中，开口150是具有不同尺寸的细长的非圆形开口。使插入件134移位建立了开口150和开口59的选定程度的配准，以产生期望的流速。因此，在图2所示的位置中，仅开口150的一部分暴露于开口59。
如图5所示，使插入件134移位到通道区段88中，从而导致分度器140朝向分度元件105移动。插入件134继续移位，直到锯齿状元件107的环形阵列中的一个锯齿状元件进入齿接收器143。锯齿状侧中的一者接触齿接收器143的成角度侧中的一者，如图6所示。使插入件134进一步移位，从而导致多个分度构件90与第一管件53上的多个分度部件80脱离，如图7所示。
一旦多个分度构件90通过插入件134的进一步移位与多个分度部件80完全分离，如图8所示，第二管件55就可以旋转第一距离，如图9所示。此时，插入件134已移位成使得开口150开口150的任何部分都不会暴露于开口59。在第一距离的旋转之后，锯齿状元件107的环形阵列中的一个锯齿状元件完全嵌套在齿接收器143中，从而完成第二管件55的旋转的第一部分。此时，可以使插入件134在相反方向上移位(进入通道部分74中)，从而允许弹簧(未示出)将第二管件55偏置回到第一管件53，如图10所示。此时，应当理解，虽然描述为采用弹簧以使第二管件55朝向第一管件53返回，但是可以采用其它机构。
此时，多个分度构件90与多个分度部件80重新接合，从而导致第二管件55旋转第二距离。当多个分度构件90与多个分度部件80完全重新接合时，第二管件55的旋转完成，如图11所示。此时，开口150的更大部分暴露于开口59。第二管件55的旋转可以用于改变/调整流动端口58的开口程度，以建立期望的流量限制或流速。
下面示出了前述公开的一些实施方案：
实施方案1.一种分度阀门系统，所述分度阀门系统包括：第一管件，该第一管件包括外表面部分、限定通道部分的内表面部分、以及多个分度部件；第二管件，所述第二管件与所述第一管件轴向对准，所述第二管件包括外表面区段、限定通道区段的内表面区段、以及与所述多个分度部件选择性地相互接合的多个分度构件，所述内表面区段包括多个分度元件；以及插入件，所述插入件延伸到所述通道部分和所述通道区段中并且能够相对于所述通道部分和所述通道区段轴向移位，所述插入件包括支撑分度器的外表面，所述分度器与所述多个分度元件选择性地接合以使所述第二管件相对于所述第一管件旋转。
实施方案2.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述第一管件包括末端部分，所述多个分度部件形成于所述末端部分中。
实施方案3.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述多个分度部件包括齿部件的环形阵列。
实施方案4.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述第二管件包括末端区段，所述多个分度构件布置在所述末端区段上。
实施方案5.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述多个分度元件从所述内表面区段径向向内突起。
实施方案6.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述分度器从所述外表面径向向外突起，所述分度器包括选择性地接纳所述多个分度元件中的一个分度元件的接纳部分。
实施方案7.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，还包括：行进限制器，所述行进限制器提供于所述内表面区段中，所述行进限制器限制所述插入件相对于所述第一管件和所述第二管件的轴向行进。
实施方案8.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述行进限制器包括多个台阶特征部，所述多个台阶特征部从所述内表面区段径向向内并且围绕所述内表面区段环形地延伸。
实施方案9.一种资源探测和回收系统，所述资源探测和回收系统包括：第一系统；第二系统，所述第二系统包括从第一系统延伸到地层中的至少一个管件，所述第二系统包括以流体方式连接到所述至少一个管件的分度阀门系统，所述分度阀门系统包括：第一管件，所述第一管件包括外表面部分、限定通道部分的内表面部分、以及多个分度部件；第二管件，所述第二管件与所述第一管件轴向对准，所述第二管件包括外表面区段、限定通道区段的内表面区段、以及与所述多个分度部件选择性地相互接合的多个分度构件，所述内表面区段包括多个分度元件；以及插入件，所述插入件延伸到所述通道部分和所述通道区段中并且能够相对于所述通道部分和所述通道区段轴向移位，所述插入件包括支撑分度器的外表面，所述分度器与所述多个分度元件选择性地接合以使所述第二管件相对于所述第一管件旋转。
实施方案10.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述第一管件包括末端部分，所述多个分度部件形成于所述末端部分中。
实施方案11.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述多个分度部件包括齿部件的环形阵列。
实施方案12.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述第二管件包括末端区段，所述多个分度构件布置在所述末端区段上。
实施方案13.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述多个分度元件从所述内表面区段径向向内突起。
实施方案14.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述分度器从所述外表面径向向外突起，所述分度器包括选择性地接纳所述多个分度元件中的一个分度元件的接纳部分。
实施方案15.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，还包括：行进限制器，所述行进限制器提供于所述内表面区段中，所述行进限制器限制所述插入件相对于所述第一管件和所述第二管件的轴向行进。
实施方案16.根据前述实施方案中任一项所述的分度阀门系统，其中所述行进限制器包括多个台阶特征部，所述多个台阶特征部从所述内表面区段径向向内并且围绕所述内表面区段环形地延伸。
实施方案17.一种操作分度阀门系统的方法，该方法包括使插入件移位到管件的通道区段中；将所述插入件上的分度器与设置在所述管件上的多个分度元件中的一个分度元件接合；使所述插入件进一步移位以使所述管件上的多个分度构件与另一个管件上的多个分度部件脱离；通过分度器与多个分度元件中的一个分度元件的相互接合来使管件旋转第一距离；使该管件偏置回到另一个管件；将多个分度构件与多个分度部件重新接合；以及通过将多个分度构件与多个分度部件重新接合来使管件旋转第二距离。
术语“约”和“基本上”旨在包括，基于在提交申请时可用的设备，与特定数量的测量相关联的误差度。例如，“约”和/或“基本上”可包括给定值的±8％或5％、或2％的范围。
在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。
本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。
虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。

Claims (15)

1.一种分度阀门系统，所述分度阀门系统包括：
第一管件(53)，所述第一管件包括外表面部分(70)、限定通道部分(74)的内表面部分(72)、以及多个分度部件(80)；
第二管件(55)，所述第二管件与所述第一管件(53)轴向对准，所述第二管件(55)包括外表面区段(84)、限定通道区段(88)的内表面区段(86)、以及与所述多个分度部件(80)选择性地相互接合的多个分度构件(90)，所述内表面区段(86)包括多个分度元件(105)；和
插入件(134)，所述插入件延伸到所述通道部分(74)和所述通道区段(88)中并且能够相对于所述通道部分和所述通道区段轴向移位，所述插入件(134)包括支撑分度器(140)的外表面(136)，所述分度器与所述多个分度元件(105)选择性地接合以使所述第二管件(55)相对于所述第一管件(53)旋转。
2.根据权利要求1所述的分度阀门系统，其中所述第一管件(53)包括末端部分(78)，所述多个分度部件(80)形成于所述末端部分(78)中。
3.根据权利要求2所述的分度阀门系统，其中所述多个分度部件(80)包括齿部件(80)的环形阵列。
4.根据权利要求2所述的分度阀门系统，其中所述第二管件(55)包括末端区段(89)，所述多个分度构件(90)布置在所述末端区段(89)上。
5.根据权利要求1所述的分度阀门系统，其中所述多个分度元件(105)从所述内表面区段(86)径向向内突起。
6.根据权利要求5所述的分度阀门系统，其中所述分度器(140)从所述外表面(136)径向向外突起，所述分度器(140)包括选择性地接纳所述多个分度元件(105)中的一个分度元件的接纳部分。
7.根据权利要求5所述的分度阀门系统，还包括：行进限制器(114)，所述行进限制器提供于所述内表面区段(86)中，所述行进限制器(114)限制所述插入件(134)相对于所述第一管件和所述第二管件(53和55)的轴向行进。
8.根据权利要求7所述的分度阀门系统，其中所述行进限制器(114)包括多个台阶特征部(117)，所述多个台阶特征部从所述内表面区段(86)径向向内并且围绕所述内表面区段环形地延伸。
9.一种资源探测和回收系统(10)，所述资源探测和回收系统包括：
第一系统(12)；
第二系统(16)，所述第二系统包括从所述第一系统(12)延伸到地层(36)中的至少一个管件，所述第二系统(16)包括以流体方式连接到所述至少一个管件的分度阀门系统，所述分度阀门系统包括：
第一管件(53)，所述第一管件包括外表面部分(70)、限定通道部分(74)的内表面部分(72)、以及多个分度部件(80)；
第二管件(55)，所述第二管件与所述第一管件(53)轴向对准，所述第二管件(55)包括外表面区段(84)、限定通道区段(88)的内表面区段(86)、以及与所述多个分度部件(80)选择性地相互接合的多个分度构件(90)，所述内表面区段(86)包括多个分度元件(105)；和
插入件(134)，所述插入件延伸到所述通道部分(74)和所述通道区段(88)中并且能够相对于所述通道部分和所述通道区段轴向移位，所述插入件(134)包括支撑分度器(140)的外表面(136)，所述分度器与所述多个分度元件(105)选择性地接合以使所述第二管件(55)相对于所述第一管件(53)旋转。
10.根据权利要求8所述的分度阀门系统，其中所述第一管件(53)包括末端部分(78)，所述多个分度部件(80)形成于所述末端部分(78)中。
11.根据权利要求10所述的分度阀门系统，其中所述多个分度部件(80)包括齿部件(80)的环形阵列。
12.根据权利要求10所述的分度阀门系统，其中所述第二管件(55)包括末端区段(89)，所述多个分度构件(90)布置在所述末端区段(89)上。
13.根据权利要求9所述的分度阀门系统，其中所述多个分度元件(105)从所述内表面区段(86)径向向内突起。
14.根据权利要求13所述的分度阀门系统，其中所述分度器(140)从所述外表面(136)径向向外突起，所述分度器(140)包括选择性地接纳所述多个分度元件(105)中的一个分度元件的接纳部分。
15.根据权利要求14所述的分度阀门系统，还包括：行进限制器(114)，所述行进限制器提供于所述内表面区段(86)中，所述行进限制器(114)限制所述插入件(134)相对于所述第一管件和所述第二管件(53和55)的轴向行进，所述行进限制器(114)包括从所述内表面区段(86)径向向内并且围绕所述内表面区段环形地延伸的多个台阶特征部(117)。
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