EA024761B1

EA024761B1 - Скважинный установочный инструмент

Info

Publication number: EA024761B1
Application number: EA201391002A
Authority: EA
Inventors: Брок Уотсон; Даниэль Мёллер; Кевин Дж. Миллер
Original assignee: Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк.
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-10-31
Also published as: BR112013017077A2; EA201391002A1; SG191368A1; HUE063024T2; EP2661536A2; US20140008080A1; EP2661536B1; WO2012094194A3; US8555988B2; WO2012094194A2; CO6721058A2; EP2661536A4; CA2901040C; ECSP13012808A; CN103282599A; AU2011353592A1; CN103282599B; US20120175132A1; EP3739164A3; CA2823708A1

Abstract

Изобретение относится к бурению нефтяных скважин, в частности, к скважинным нефтепромысловым инструментам, скважинным установочным инструментам и к способам установки хвостовика в обсадной колонне. Предложен скважинный инструмент, в состав которого входит оправка; клапан, в закрытом положении блокирующий нисходящий поток, протекающий через оправку; первый поршень, расположенный над клапаном и, по меньшей мере, частично охватывающий оправку по ее наружной поверхности. Первый поршень предназначен для передачи движущей силы, возникающей в результате разности давлений между внутренним пространством оправки и наружным пространством скважинного инструмента.

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных скважин, в частности, к скважинным нефтепромысловым инструментам, скважинным установочным инструментам и к способам установки хвостовика в обсадной колонне.

Предшествующий уровень техники

Для закрепления хвостовика в предварительно установленной обсадной колонне обычно применяются расширяемые подвески хвостовика. При монтаже такие подвески хвостовика обычно могут расширяться радиально наружу для обеспечения герметичного сцепления с ранее установленной обсадной колонной. Многие из таких подвесок хвостовиков расширяются под действием гидростатического давления, в результате которого расширительный конус или клин проходит через подвеску хвостовика.

Как правило, процесс расширения осуществляется при помощи спускного или установочного инструмента, используемого для ввода подвески хвостовика с прикрепленным хвостовиком в скважину. Спускной или установочный инструмент может подсоединяться между рабочей колонной (например, с трубчатой колонной, состоящей из бурильной трубы или других цельных или составных компонентов) и подвеской хвостовика.

Если расширение подвески хвостовика происходит под действием гидростатического давления, для контроля передачи давления рабочей жидкости и ее протекания к различным частям механизма расширения подвески хвостовика и от различных частей механизма расширения подвески хвостовика, а также между рабочей колонной и хвостовиком обычно применяется спускной или установочный инструмент. Спускной или установочный инструмент также может использоваться для контроля момента и способа отсоединения рабочей колонны от подвески хвостовика, например после расширения подвески хвостовика или после неудачной установки подвески хвостовика.

Спускной или установочный инструмент может применяться для заливки через него цемента при цементировании хвостовика в скважине. В некоторых конструкциях спускного или установочного инструмента используется шарик или цементировочная пробка, вводимая через рабочую колонну при операции заканчивания или цементирования перед расширением подвески хвостовика. Однако при значительной глубине и/или значительном наклоне скважины прохождение шарика до спускного или установочного инструмента может занимать слишком много времени, в течение которого цемент вокруг бурильной трубы может затвердеть, что может привести к блокировке этой трубы. Кроме того, шарик может так и не достигнуть спускного или установочного инструмента. Цементировочная пробка может занять неправильное положение на соответствующей муфте с обратным клапаном.

Сущность изобретения

Согласно одному варианту осуществления изобретения предложен скважинный нефтепромысловый инструмент, в состав которого входит оправка; клапан, в закрытом положении блокирующий нисходящий поток, протекающий через оправку; и первый поршень, расположенный над клапаном и по меньшей мере частично охватывающий оправку по ее наружной поверхности. Первый поршень предназначен для передачи движущей силы, возникающей в результате разности давлений между внутренним пространством оправки и наружным пространством скважинного инструмента.

Согласно одному варианту осуществления изобретения предложен скважинный установочный инструмент, в состав которого входит шаровой клапан; цанговая оправка с зубцами, которая может вращаться в установочном инструменте; и муфта толкателя с зубцами, сцепляющимися с зубцами цанговой оправки, так, что цанговая оправка прикрепляется к муфте толкателя посредством поворотного соединения; и первый поршень, расположенный выше шарового клапана.

Согласно одному варианту осуществления изобретения предложен способ гидравлического высвобождения заслонки дроссельно-запорного клапана установочного инструмента, предназначенного для установки хвостовика в обсадной колонне. Дроссельно-запорный клапан имеет поршень заслонки и подпружиненную заслонку, установленную на головке поршня заслонки. Установочный инструмент содержит по меньшей мере один поршень, расположенный выше дроссельно-запорного клапана; держатель заслонки, предназначенный для удерживания заслонки в открытом положении; корпус заслонки, внутри которого находится поршень заслонки; и срезной винт, которым поршень заслонки прикрепляется к корпусу заслонки. Способ установки технологического узла внутри ствола скважины включает создание первого давления в пространстве между поршнем заслонки и корпусом заслонки и ниже головки поршня заслонки, а также создание второго давления в пространстве выше головки поршня, превышающего первое давление на величину, достаточную для преодоления предела прочности на срез срезного винта. Способ далее включает разрушение срезного винта и сдвиг поршня заслонки вниз относительно корпуса заслонки и держателя заслонки, в результате чего заслонка отходит от держателя заслонки и закрывается.

В одном варианте осуществления изобретения предложен способ установки хвостовика в обсадной колонне. Способ включает приведение в действие клапана для блокировки нисходящего потока, протекающего через установочный инструмент; создание разности давлений между внутренним пространством установочного инструмента над клапаном и наружным пространством установочного инструмента; и установку хвостовика в обсадной колонне под действием разности давлений.

- 1 024761

Эти и другие признаки следуют из нижеприведенного подробного описания настоящего изобретения с соответствующими чертежами и формулой изобретения.

Перечень фигур, чертежей

Для полного понимания настоящего изобретения ниже приведено подробное описание изобретения со ссылками на сопутствующие чертежи, причем сходные элементы имеют сходные позиционные обозначения.

Фиг. 1А показывает схематический поперечный разрез одной части варианта осуществления предложенного установочного инструмента.

Фиг. 1В показывает схематический поперечный разрез другой части варианта осуществления предложенного установочного инструмента, изображенного на фиг. 1А.

Фиг. 1С показывает схематический поперечный разрез другой части варианта осуществления предложенного установочного инструмента, изображенного на фиг. 1А.

Фиг. 1Ό показывает схематический поперечный разрез другой части варианта осуществления предложенного установочного инструмента, изображенного на фиг. 1А.

Фиг. 2 показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного клапанного механизма.

Фиг. ЗА показывает схематический вид спереди варианта осуществления предложенной цанговой оправки, входящей в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 2.

Фиг. ЗВ показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного держателя заслонки, входящего в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 2.

Фиг. ЗС показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного держателя цанги, входящего в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 2.

Фиг. 3Ό показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного клапанного механизма, изображенного на фиг. 2.

Фиг. 4А показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного клапанного механизма, изображенного на фиг. 2, до высвобождения заслонки.

Фиг. 4В показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления запорного механизма, изображенного на фиг. 2, после гидравлического высвобождения заслонки.

Фиг. 4С показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного запорного механизма, изображенного на фиг. 2, после механического высвобождения заслонки.

Фиг. 5 показывает схематический поперечный разрез другого варианта осуществления предложенного клапанного механизма.

Фиг. 6А показывает схематический поперечный разрез другого варианта осуществления предложенного клапанного механизма.

Фиг. 6В показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного клапанного механизма, изображенного на фиг. 6А, после механического высвобождения заслонки.

Фиг. 7А показывает схематический поперечный разрез другого варианта осуществления предложенного клапанного механизма.

Фиг. 7В показывает схематический поперечный разрез варианта осуществления предложенного клапанного механизма, изображенного на фиг. 7А, после механического высвобождения заслонки.

Фиг. 8А показывает схематический поперечный разрез другого варианта осуществления предложенного клапанного механизма, в котором шаровой клапан закрыт.

Фиг. 8В показывает схематический поперечный разрез другого варианта осуществления предложенного клапанного механизма, изображенного на фиг. 8А, в котором шаровой клапан открыт.

Фиг. 8С показывает схематический вид спереди варианта осуществления предложенной цанговой оправки, входящей в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 8А.

Фиг. 8Ό показывает схематический вид спереди варианта осуществления предложенной муфты толкателя, входящей в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 8А.

Фиг. 8Е показывает схематический перспективный вид варианта осуществления предложенного скользящего стержня, входящего в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 8А.

Фиг. 8Е показывает схематический перспективный вид варианта осуществления предложенной скользящей втулки, входящей в состав клапанного механизма, изображенного на фиг. 8А.

Фиг. 9 показывает блок-схему алгоритма гидравлического высвобождения заслонки дроссельнозапорного клапана.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Несмотря на то, что ниже показаны пояснительные примеры одного или нескольких вариантов осуществления изобретения, следует понимать, что сборка предложенных узлов может выполняться с применением известных и новых методик. Настоящее изобретение ни коей мере не ограничивается пояснительными примерами вариантов его осуществления, чертежами и нижеприведенными методиками, при этом в него могут быть внесены изменения без отклонения от сути прилагаемой формулы и всего объема признаков, эквивалентных ее пунктам.

Если прямо не указано иное, использование слова сцепляется (с учетом его парадигмы), описы- 2 024761 вающего взаимодействие между элементами, не подразумевает только непосредственное взаимодействие между элементами, а также может включать косвенное или опосредованное взаимодействие между описываемыми элементами. В нижеприведенном описании и формуле настоящего изобретения слова включает, содержит, имеет (с учетом их парадигм) подразумевают неограничивающее значение, то есть могут трактоваться как фраза включает, но не ограничивается таковым (с учетом парадигмы слов). При описании в данном документе вертикального пространственного расположения элементов слова и словосочетания вверх, верхний, выше, восходящий, выше по потоку или вверх по стволу скважины обозначают направление к устью скважины, а слова и словосочетания вниз, нижний, ниже, нисходящий, ниже по потоку или вниз по стволу скважины обозначают направление к забою скважины, независимо от пространственной ориентации ствола скважины. Различные вышеупомянутые характеристики, а также другие признаки и характеристики, описанные ниже, будут понятны специалистам после прочтения нижеприведенного подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Предложен скважинный инструмент, содержащий клапан, расположенный под одним или несколькими поршнями, причем в закрытом состоянии указанный клапан блокирует нисходящий поток, протекающий через скважинный инструмент. В одном варианте осуществления изобретения конструкция с расположением клапана под одним или несколькими поршнями позволяет оборудовать скважинный инструмент несколькими поршнями. Наличие дополнительных поршней, например вспомогательных поршневых узлов, позволяет передавать большее поршневое усилие без необходимости увеличения разности давлений до сверхвысоких значений. Например, когда поршневой узел приводится в действие в результате наличия разности давлений между внутренним и наружным пространствами скважинного инструмента, присоединение второго поршневого узла к первому поршневому узлу может давать двукратное увеличение поршневого усилия по сравнению с применением только первого поршневого узла при одной и той же разности давлений. Все большее распространение при эксплуатации в скважинах получают хвостовики с большим поперечным сечением, что требует более высоких значений усилий, прикладываемых к расширительным механизмам и/или расширительным конусам для расширения и удерживания хвостовиков. Полагается, что скважинный инструмент с клапаном, установленным под одним или несколькими поршнями или ниже одного или нескольких поршней, может применяться при техническом обслуживании скважинного оборудования с низкой эквивалентной плотностью циркуляции рабочей жидкости.

На фиг. 1А, 1В, 1С, 1Ό приведены схематические поперечные разрезы частей варианта осуществления установочного инструмента 100, сделанные вдоль его длины. Установочный инструмент 100 может прикрепляться к нижнему концу рабочей колонны через верхний переводник 110 и может использоваться для прикрепления подвески 120 хвостовика к обсадной колонне в стволе скважины. Кроме того, установочный инструмент 100 может использоваться для подачи цемента, нагнетаемого через рабочую колонну, вниз, во внутреннее пространство хвостовика, прикрепленного к нижнему концу установочного инструмента 100, а также вверх, в кольцевое пространство, находящееся между хвостовиком и стенкой ствола скважины, для цементирования хвостовика в стволе скважины. Для ввода цемента в кольцевое пространство и для расширения подвески 120 хвостовика установочный инструмент 100 может содержать несколько последовательно соединенных между собой оправок 110, 130, 140, 150, уплотненных муфтами 160, 170, 180. Как сказано выше, оправка 110 также может называться верхним переводником 110 и может соединять установочный инструмент 100 с рабочей колонной. Кроме того, оправка на нижнем конце установочного инструмента 100 может также называться цанговой оправкой 190. Оправки 110, 130, 140, 150 могут содержать и проводить флюид под давлением. В качестве флюида может использоваться, например цементный раствор, рабочая жидкость и т.д.

В одном варианте осуществления изобретения установочный инструмент 100 далее может содержать поршни 200, 210 и соответствующие камеры 220, 230 высокого давления, гидравлически сообщающиеся с оправками 140, 150 через отверстия 240, 250 соответственно. Кроме того, установочный инструмент 100 может содержать расширительные конусы 270, расположенные ниже поршней 200, 210. Как показано на фиг. 1С, наружный диаметр расширительных конусов 270 больше внутреннего диаметра секции подвески 120 хвостовика, находящейся ниже данных конусов.

В одном варианте осуществления изобретения подвеска 120 хвостовика может расширяться относительно стенки обсадной колонны после цементирования хвостовика в стволе скважины. Для расширения подвески 120 хвостовика рабочая жидкость может нагнетаться в рабочую колонну и в оправки 110, 130, 140, 150, 190 под давлением, лежащим в диапазоне 1000-2500 фунт/кв. дюйм (6,9-17,2 МПа). Рабочая жидкость может поступать в камеры 220, 230 высокого давления через отверстия 240, 250 и передавать усилие на поршни 200, 210. При некоторых условиях поршни 200, 210, можно сказать, приобретают движущую силу от разности давлений между внутренним пространством оправки и наружным пространством инструмента 100. Муфты 170, 180, образовывающие верхние границы камер 220, 230 высокого давления, жестко прикреплены к оправкам 130, 140 и 150 соответственно, а поршни 220, 230 и расширительные конусы 270 жестко прикреплены к корпусу 280 инструмента. Кроме того, поршни 200, 210 и расширительные конусы 270 могут перемещаться относительно оправок 110, 130, 140, 150, 190 в про- 3 024761 дольном направлении. Когда в оправках 110, 130, 140, 150, 190 и в камерах 220, 230 высокого давления устанавливается достаточное давление, поршни 200, 210 вместе с корпусом 280 инструмента и расширительными конусами 270 сдвигаются относительно оправок 110, 130, 140, 150, 190 вниз. Так как наружный диаметр расширительных конусов 270 больше внутреннего диаметра подвески 120 хвостовика, которая не может перемещаться в стволе скважины в продольном направлении, часть подвески 120 хвостовика, контактирующая с расширительными конусами 270, расширяется относительно обсадной колонны при сдвиге расширительных конусов вниз.

Как показано на фиг. 1Ό, в одном варианте осуществления изобретения установочный инструмент 100 далее может содержать клапанный механизм 300, расположенный ниже поршней 200, 210 и подвески 120 хвостовика и предназначенный для перекрывания канала гидравлического сообщения между цанговой оправкой 190 и внутренним пространством хвостовика после цементирования последнего в стволе скважины. Ниже приведено описание различных вариантов осуществления клапанного механизма 300 со ссылками на фиг. 2, 4А, 4В, 4С, 5, 6А, 6В, 7А, 7В, 8А и 8В.

На фиг. 2 показан схематический поперечный разрез варианта осуществления клапанного механизма 400. Клапанный механизм 400 может иметь корпус 410, жестко прикрепленный к хвостовику своим нижним концом. Клапанный механизм 400 также может содержать установочную втулку 420, расположенную выше корпуса 410 и жестко прикрепленную к верхнему концу корпуса 410, причем к верхнему концу данной втулки жестко прикреплена подвеска 120 хвостовика. В одном варианте осуществления изобретения клапанный механизм 400 далее может содержать цангу 430, расположенную на верхнем конце клапанного механизма 400 и прикрепленную к верхнему концу клапанного механизма 400 посредством поворотного соединения, а также держатель 440 цанги, прикрепленный к цанге 430 посредством поворотного соединения и содержащий зубцы 450, проходящие в продольном направлении вдоль части держателя 440 цанги и отстоящие друг от друга по внутреннему окружному периметру держателя 440 цанги. Зубцы 450 держателя цанги показаны на схематическом поперечном разрезе держателя 440 цанги, приведенном на фиг. 3С.

На фиг. 2 также показана цанговая оправка 190, схематический вид спереди которой приведен на фиг. 3А. Цанговая оправка 190 располагается в установочной втулке 420 и корпусе 410 с возможностью вращения. Кроме того, часть цанговой оправки 190 находится в сквозном канале 442 держателя 440 цанги. В одном варианте осуществления изобретения на верхнем конце цанговой оправки 190 имеются зубцы 460, проходящие в продольном направлении вдоль цанговой оправки 190 и отстоящие друг от друга по наружному окружному периметру цанговой оправки 190. Кроме того, на нижнем конце цанговой оправки 190 может находиться вторая группа 540 зубцов, проходящих в продольном направлении вдоль части цанговой оправки 190 и отстоящих друг от друга по наружному окружному периметру цанговой оправки 190. В одном варианте осуществления изобретения зубцы 460 цанговой оправки сцепляются с зубцами 450 держателя цанги, при этом между зубцами 450, 460 имеется зазор 456, проходящий в окружном направлении, величина которого может лежать в диапазоне от приблизительно 20 градусов до приблизительно 40 градусов, или, в ином случае, в диапазоне от приблизительно 25 градусов до приблизительно 35 градусов, или, в ином случае величина зазора 456, проходящего в окружном направлении, может составлять приблизительно 30 градусов. Зазор 456, проходящий в окружном направлении, показан на фиг. 3Ό.

Цанговая оправка 190 взаимодействует с держателем 440 цанги посредством зубцов 450 держателя цанги и зубцов 460 цанговой оправки, и, кроме того, цанговая оправка 190 может прикрепляться к держателю 440 цанги посредством поворотного соединения при помощи срезного винта 462 при введении инструмента 100 в скважину. Срезной винт 462 показан на фиг. 4А. В варианте осуществления изобретения, приведенном на фиг. 3Ό, на котором показан схематический поперечный разрез клапанного механизма 400 по линии А-А, изображенной на фиг. 2, зубцы 460 цанговой оправки и зубцы 450 держателя цанги могут находиться в сцеплении, и срезной винт 462 может располагаться таким образом, что при первом угловом положении цанговой оправки 190 и первом направлении поворота цанговой оправки 190, например по часовой стрелке или при правом вращении (если ось вращения направлена вниз), боковые стороны 464 наружной поверхности зубцов 460 цанговой оправки, например обращенных в направлении по часовой стрелке или в направлении правого вращения, граничат с соответствующими боковыми сторонами 452 наружной поверхности зубцов 450 держателя цанги, например обращенных в направлении против часовой стрелки или в направлении левого вращения, при этом цанговая оправка 190 и держатель 440 цанги скрепляются друг с другом посредством поворотного соединения при помощи их соответствующих зубцов 460, 450 и срезного винта 462 при введении инструмента 100 в скважину. В этом же варианте осуществления изобретения при первом угловом положении цанговой оправки 190, но втором направлении поворота цанговой оправки 190, например против часовой стрелки или при левом вращении, боковые стороны 466 наружной поверхности зубцов 460 цанговой оправки, например обращенные в направлении против часовой стрелки или в направлении левого вращения, отстоят от соответствующих боковых сторон 454 наружной поверхности зубцов 450 держателя цанги, например обращенных в направлении по часовой стрелке или в направлении правого вращения, на величину зазора 456, проходящего в окружном направлении, при этом цанговая оправка 190 и держатель 440 цанги скрепля- 4 024761 ются друг с другом посредством срезного винта 462 при введении инструмента 100 в скважину. Кроме того, следует отметить, что для большей наглядности на фиг. 3Ό показано, что держатель 440 цанги и цанговая оправка 190 имеют всего по четыре зубца 450, 460. Однако держатель 440 цанги и цанговая оправка 190 могут иметь любое количество зубцов, допустимое их конструктивными особенностями и необходимой величиной зазора 456, проходящего в окружном направлении. Кроме того, ориентация зубцов 450 держателя цанги и ориентация зубцов 460 цанговой оправки могут быть противоположными, при этом боковые стороны 464 поверхности зубцов 460 цанговой оправки, обращенные в направлении по часовой стрелке или в направлении правого вращения, отстоят от боковых сторон 452 наружной поверхности зубцов 450 держателя цанги, например обращенных в направлении против часовой стрелки или в направлении левого вращения, на величину зазора 456, проходящего в окружном направлении.

В одном варианте осуществления изобретения клапанный механизм 400 далее может иметь дроссельно-запорный клапан 470, содержащий поршень 480 заслонки, заслонку 490 с точкой вращения на верхнем конце поршня 480 заслонки, и пружину 500 заслонки, предназначенную для передачи усилия заслонке 490 для ее закрытия. Поршень 480 заслонки может располагаться в проточном канале корпуса 510 заслонки и фиксироваться в определенном положении относительно корпуса 510 заслонки при помощи срезного винта 512. Кроме того, на нижнем конце корпуса 510 заслонки может находиться соединение 520 системы 88К цементирования при помощи изолирующей пробки с внутрискважинной активацией (от англ. 88К -ЗиЬкшТасе Ке1еа8е).

В одном варианте осуществления изобретения, приведенном на фиг. 2, клапанный механизм 400 далее может содержать компонент 530, например держатель 530 заслонки, предназначенный для удерживания заслонки 490 открытой, когда держатель 530 заслонки находится в первом продольном положении. На своем верхнем конце держатель 530 заслонки может иметь зубцы 550, которые при нахождении цанговой оправки 190 в первом угловом положении сцепляются с нижними торцами 542 второй группы 540 зубцов цанговой оправки. Схематический поперечный разрез держателя 530 заслонки приведен на фиг. 3В.

В одном варианте осуществления изобретения клапанный механизм 400 далее может содержать корпус 560 пружины, имеющий в общем случае цилиндрическую форму и прикрепляющийся к держателю 440 цанги посредством поворотного соединения при помощи фиксатора 564 поворота, причем в корпусе 560 пружины находится часть держателя 530 заслонки, не сцепленная с заслонкой 490. Как следует из фиг. 2, 3А и 3В, пружина 570, перемещающаяся между выступом 532 держателя 530 заслонки и выдающимся внутрь бортиком 562 нижнего конца корпуса 560 пружины, смещает зубцы 550 держателя заслонки относительно нижних торцов 542 второй группы 540 зубцов цанговой оправки, когда цанговая оправка 190 находится в первом угловом положении.

В процессе эксплуатации, после цементирования хвостовика в стволе скважины, заслонка 490 может быть закрыта для формирования достаточного давления выше дроссельно-запорного клапана 470, в результате чего происходит сдвиг поршней 200, 210, что приводит к расширению подвески 120 хвостовика.

В варианте осуществления клапанного механизма, показанного на фиг. 2, заслонка 490 может высвобождаться гидравлическим или механическим путем. Ниже приведены описания варианта осуществления изобретения с гидравлическим высвобождением заслонки со ссылкой на фиг. 4А и 4В и варианта осуществления изобретения с механическим высвобождением заслонки со ссылкой на фиг. 3, 4А и 4С.

На фиг. 4А и 4В соответственно показаны схематические поперечные разрезы варианта осуществления клапанного механизма 400, изображенного на фиг. 2, до высвобождения заслонки 490 и после гидравлического высвобождения заслонки 490. Для гидравлического высвобождения заслонки 490 в оправки 130, 140, 150, 190 может быть подана рабочая жидкость под вторым давлением, величина которого больше первого давления в кольцевом пространстве 580, ограниченном корпусом 510 заслонки и корпусом 410 клапанного механизма. Так как площадь контакта нижнего конца держателя 530 заслонки и головки 482 поршня заслонки не уплотнена, кольцевое пространство 590 выше головки 482 поршня заслонки, приблизительно ограниченное головкой 482 поршня заслонки, корпусом 510 заслонки и корпусом 560 пружины, находится под действием второго давления в оправках 130, 140, 150, 190.

Кроме того, под головкой 482 поршня заслонки находится второе кольцевое пространство 600, ограниченное поршнем 480 заслонки, причем корпус 510 заслонки гидравлически сообщается с кольцевым пространством 580 через выходное отверстие 610 и, следовательно, находится под действием первого давления. Когда разность второго и первого давлений достаточна для преодоления предела прочности на срез срезного винта 512, силы трения между контактными поверхностями уплотнительного кольца 484, находящегося между головкой 482 поршня заслонки и корпусом 510 заслонки, силы трения между контактными поверхностями уплотнительного кольца 486, находящегося между корпусом 510 заслонки и поршнем 480 заслонки, срезной винт 512 может разрушиться, и поршень 480 заслонки может сдвинуться вниз в проточный канал корпуса 510 заслонки до упора 620, расположенного на корпусе 510 заслонки. Как показано на фиг. 4В, когда головка 482 поршня заслонки приближается к упору 620, заслонка 490 отходит от держателя 530 заслонки, в результате чего пружина 500 заслонки перемещает заслонку 490 в закрытое положение.

- 5 024761

На фиг. 4А и 4С соответственно показаны схематические поперечные разрезы варианта осуществления клапанного механизма 400, изображенного на фиг. 2, до высвобождения заслонки 490 и после механического высвобождения заслонки 490. Как сказано выше и показано на фиг. 2 и 3Ό, при первом угловом положении цанговой оправки 190 и первом направлении поворота цанговой оправки 190, например по часовой стрелке или при правом вращении, цанговая оправка 190 и держатель 440 цанги скрепляются друг с другом посредством поворотного соединения при помощи зубцов 450 держателя цанги, зубцов 460 цанговой оправки и срезного винта 462. Кроме того, при первом угловом положении цанговой оправки 190 держатель 530 заслонки способствует открытию заслонки 490, при этом зубцы 550 держателя заслонки находятся напротив нижних торцов 542 второй группы 540 зубцов цанговой оправки под действием силы упругости пружины 570, перемещающейся между бортиком 562 корпуса 560 пружины и выступом 532 держателя 530 заслонки.

Однако при первом угловом положении цанговой оправки 190 и втором направлении поворота цанговой оправки 190, например против часовой стрелки или при левом вращении, держатель 440 цанги и цанговая оправка 190 скрепляются друг с другом при помощи срезного винта 462 при введении установочного инструмента 100 в скважину. Таким образом, если к цанговой оправке 190 прикладывается левый крутящий момент, достаточный для преодоления предела прочности на срез срезного винта 462, последний разрушается и цанговая оправка совершает поворот на длину зазора 456, проходящего в окружном направлении, до второго углового положения цанговой оправки 190, при котором боковые стороны 466 зубцов 460 цанговой оправки граничат с боковыми сторонами 454 зубцов 450 держателя цанги. Кроме того, при повороте цанговой оправки 190 из первого углового положения во второе угловое положение нижние торцы 542 второй группы 540 зубцов цанговой оправки выходят из положения, в котором они были выровнены с зубцами 550 держателя заслонки, и переходят в положение, в котором зубцы 550 держателя заслонки выравниваются с пазами 554 между зубцами цанговой оправки второй группы 540, которые шире зубцов 550 держателя заслонки. Пазы 554 и контактные торцы 546 показаны на фиг. 3А. Таким образом, поскольку вторая группа 540 зубцов цанговой оправки перестает передавать силу реакции опоры на пружину 570, последняя сдвигает держатель 530 заслонки вверх, пока зубцы 550 держателя заслонки не соприкоснутся с контактными торцами 546 в пазах 544. При вхождении зубцов 550 держателя заслонки в пазы 544 до контактных торцов 546 нижний конец держателя 530 заслонки перемещается вверх и высвобождает заслонку 490, в результате чего пружина 500 заслонки переводит последнюю в закрытое положение.

На фиг. 5 показан поперечный разрез другого варианта осуществления клапанного механизма. Клапанный механизм 700, показанный на фиг. 5, отличается от варианта осуществления клапанного механизма 400, приведенного на фиг. 2, 4А, 4В, 4С, тем, что в дроссельно-запорном клапане 770, содержащемся в клапанном механизме 700, отсутствует поршень заслонки, а заслонка 790, содержащаяся в клапанном механизме 700, установлена непосредственно на корпусе 710 заслонки. Кроме того, поскольку корпус 710 заслонки по своей длине ни частично, ни полностью не смещается вниз от поршня заслонки, длина корпуса 710 заслонки может быть меньше длины корпуса 510 заслонки. Кроме того, заслонка 790 может высвобождаться механически, аналогично тому, как происходит высвобождение заслонки 490 при разрушении срезного винта 462; при повороте цанговой оправки 190 относительно держателя 440 цанги для выравнивания зубцов 550 держателя заслонки с пазами 544 между зубцами цанговой оправки второй группы 540; и при сдвиге держателя 530 заслонки вверх пружиной 570, причем заслонка 790 отходит от нижнего конца держателя 530 заслонки, и пружина 500 заслонки перемещает заслонку 790 в закрытое положение.

На фиг. 6А и 6В показаны схематические поперечные разрезы других вариантов осуществления клапанного механизма 800 до и после механического высвобождения заслонки 890 соответственно. Вариант осуществления клапанного механизма 800, показанного на фиг. 6А и 6В, отличается от варианта осуществления клапанного механизма 400, изображенного на фиг. 2, тем, что другой элемент, например цанговая оправка 820, способствует открытию заслонки 890, а поршень 880 заслонки содержит зубцы 850, сцепляющиеся с зубцами 840, имеющимися на корпусе 810 заслонки. В некоторых условиях поршень 880 может называться седлом заслонки. Такая конструкция в данном документе называется поршнем 880 заслонки, на который оказывается воздействие разности давлений, в результате чего заслонка 890 перемещается и/или приводится в движение, однако специалисту понятно, что в некоторых случаях речь может идти о седле заслонки. В одном варианте осуществления изобретения цанговая оправка 820 проходит сквозь держатель 440 цанги и корпус 860 пружины до дроссельно-запорного клапана 870, содержащего поршень 880 заслонки и заслонку 890, которая, в свою очередь, прикреплена к поршню 880 заслонки через пружину. При первом угловом положении цанговой оправки 820 выступ 822 на ее нижнем конце сцепляется с соответствующим углублением 882 в поршне 880 заслонки и прикрепляет поршень 880 заслонки к цанговой оправке 820 посредством поворотного соединения. В одном варианте осуществления изобретения пружина 570 перемещается между верхним концом 832 поршня 880 заслонки и выступом 862 корпуса 860 пружины, прикрепленной к держателю 440 цанги фиксатором 564 поворота посредством поворотного соединения и прикрепленной к корпусу 810 заслонки фиксатором 566 поворота посредством поворотного соединения. При первом угловом положении цанговой оправки 820

- 6 024761 зубцы 850 поршня заслонки сцепляются с верхними торцами 842 зубцов 840 корпуса заслонки и прижимаются к верхним торцам 842 зубцов 840 корпуса заслонки под действием упругой силы пружины 570.

Как описано ниже, в процессе эксплуатации заслонка 890, согласно настоящему варианту осуществления клапанного механизма 800, может высвобождаться при повороте цанговой оправки 820 и при вращении и поступательном перемещении поршня 880 заслонки. Зубцы 460 цанговой оправки 820 и зубцы 450 держателя цанги 440 взаимодействуют (как описано со ссылками на фиг. 2 и 3Ό) таким образом, что, например при приложении к цанговой оправке 820 левого или направленного против часовой стрелки крутящего момента может разрушаться срезной винт, и цанговая оправка 820 может поворачиваться на длину зазора 456, проходящего в окружном направлении, из первого углового положения во второе угловое положение. При повороте цанговой оправки 820 из первого углового положения во второе угловое положение зубцы 850 поршня заслонки выходят из сцепления с верхними торцами 842 зубцов корпуса заслонки и выравниваются с пазами 844, которые шире зубцов 850 поршня заслонки и находятся между соседними зубцами 840 корпуса заслонки. Поскольку во втором угловом положении цанговой оправки 820 зубцы 840 корпуса заслонки перестают передавать силу реакции опоры на зубцы 850 поршня заслонки, в отличие от силы, передаваемой пружиной 570, поршень 880 заслонки сдвигается вниз пружиной 570, при этом зубцы 850 поршня заслонки входят в пазы 844, пока не остановятся в от соприкосновения с торцами 846 в пазах 844. Кроме того, при перемещении поршня 880 вниз заслонка 890 отходит от цанговой оправки 820, в результате чего пружина 500 заслонки перемещает заслонку 890 в закрытое положение.

На фиг. 7А и 7В показаны схематические поперечные разрезы другого варианта осуществления клапанного механизма 900 до и после механического высвобождения заслонки 990 соответственно. Клапанный механизм 900 отличается от клапанного механизма 800, приведенного на фиг. 6А и 8В, тем, что в дроссельно-запорном клапане 970, содержащем заслонку 990 и поршень заслонки 980, другой элемент, например поршень 980 заслонки, способствует открытию заслонки 490 и перемещается вниз для высвобождения заслонки 990. Кроме того, заслонка 990 прикреплена к корпусу 960 заслонки через пружину. В одном варианте осуществления изобретения цанговая оправка 920 проходит сквозь держатель 440 цанги до поршня 980 заслонки и при первом угловом положении цанговая оправка 920 прикрепляется к поршню 980 заслонки посредством поворотного соединения при помощи выступа 822, который сцепляется с углублением 882 в поршне 980 заслонки. В одном варианте осуществления изобретения пружина 570 перемещается между выступом 862 корпуса 960 пружины и бортиком 962 поршня 980 заслонки. При первом угловом положении цанговой оправки 920 зубцы 950 поршня 980 заслонки сцепляются с верхними торцами 842 зубцов 840 корпуса заслонки и прижимаются к верхним торцам 842 зубцов 840 корпуса заслонки под действием упругой силы пружины 570.

Как описано ниже, в процессе эксплуатации заслонка 990, согласно настоящему варианту осуществления клапанного механизма 900, может высвобождаться при повороте цанговой оправки 920 и при вращении и поступательном перемещении поршня 980 заслонки. Зубцы 460 цанговой оправки 920 и зубцы 450 держателя цанги 440 взаимодействуют (как описано со ссылками на фиг. 2 и 3Ό) таким образом, что, например при приложении к цанговой оправке 920 левого или направленного против часовой стрелки крутящего момента может разрушаться срезной винт 462 и цанговая оправка 920 может поворачиваться на длину зазора 456, проходящего в окружном направлении, и перемещаться из первого углового положения во второе угловое положение. При повороте цанговой оправки 920 из первого углового положения во второе угловое положение зубцы 950 поршня заслонки выходят из сцепления с верхними торцами 842 зубцов корпуса заслонки и выравниваются с пазами 844, которые шире зубцов 950 поршня заслонки и находятся между соседними зубцами 840 корпуса заслонки. При этом зубцы 840 корпуса заслонки входят в пазы 984 между зубцами 950 поршня заслонки, пока поршень 980 заслонки не остановится от соприкосновения с верхними торцами 842 зубцов 840 корпуса заслонки, примкнув к торцам 986 в зазорах 984. При вхождении зубцов 950 поршня заслонки в пазы 844 между зубцами 840 корпуса заслонки верхний конец поршня 980 заслонки отходит от заслонки 990, в результате чего пружина 500 заслонки перемещает заслонку 990 в закрытое положение.

На фиг. 8А и 8В показаны схематические поперечные разрезы варианта осуществления клапанного механизма 1000, содержащего шаровой клапан 1040, причем на фиг. 8А шаровой клапан 1040 закрыт, а на фиг. 8В шаровой клапан 1040 открыт. Клапанный механизм 1000, показанный на фиг. 8А и 8В, отличается от вариантов осуществления клапанных механизмов 400, 700, 800 и 900 тем, что для перекрытия канала гидравлического сообщения между цанговой оправкой 1020 клапанного механизма 1000 и внутренним пространством хвостовика после цементирования последнего в стволе скважины вместо дроссельно-запорного клапана используется шаровой клапан 1040; вместо корпусов 560, 860, 960 пружины используется муфта 1010, прикрепленная к держателю 440 цанги посредством поворотного соединения; и вместо корпуса 510, 710, 810 заслонки используется корпус 1030 шарового клапана, прикрепленный к муфте 1010 посредством поворотного соединения при помощи фиксатора поворота 566 и внутри которого находится шаровой клапан 1040. Однако в случае вариантов осуществления клапанных механизмов 400, 700, 800 и 900 цанговая оправка 1020, вид сбоку которой приведен на фиг. 8С, находится в установочной втулке 420 и корпусе 410 клапанного механизма с возможностью вращения и имеет зубцы 460,

- 7 024761 сцепляющиеся с зубцами 450 держателя 440 цанги, как описано со ссылкой на фиг. 2, и прикрепляется к держателю 440 цанги посредством поворотного соединения при помощи срезного винта 462 при введении инструмента 100 в скважину.

В одном варианте осуществления изобретения шаровой клапан 1040 может содержать шар 1080, в котором находится проточный канал 1082, причем в качестве опоры для шара 1080 выступают верхнее гнездо 1090 и нижнее гнездо 2000. Шаровой клапан 1040 также может содержать скользящую гильзу 1070, схематический перспективный вид которой показан на фиг. 8Р, причем скользящая гильза 1070 прикрепляется к корпусу 1030 шарового клапана посредством поворотного соединения при помощи фиксатора поворота 1074. Шаровой клапан 1040 далее может содержать муфту 1050 толкателя, схематический вид сбоку которой приведен на фиг. 8Ό, причем муфта 1050 толкателя имеет зубцы 1054, сцепляющиеся со второй группой 1022 зубцов цанговой оправки 1020, которыми муфта 1050 толкателя прикрепляется к цанговой оправке 1020 посредством поворотного соединения.

В одном варианте осуществления изобретения верхнее гнездо 1090 может располагаться в углублении на нижнем конце цанговой оправки 1020, а нижнее гнездо 2000 может располагаться в углублении на верхнем конце скользящей гильзы 1070, при этом шар 1080 и гнезда 1090, 2000 находятся между цанговой оправкой и скользящей гильзой 1070, выступающих в качестве опоры для указанных гнезд и шара. Кроме того, шар 1080 может быть подпружинен в верхнем и нижнем гнездах, например посредством волнистой пружины 2010, расположенной между верхним гнездом 1090 и цанговой оправкой 1020.

В одном варианте осуществления изобретения шаровой клапан 1040 далее может содержать скользящий стержень 1060, схематический перспективный вид которого показан на фиг. 8Е, причем в качестве скользящей опоры для скользящего стержня 1060 выступает продольная канавка 1072, расположенная на наружной окружной поверхности скользящей гильзы 1070, причем на скользящем стержне 1060 содержится первая выпуклость 1062, которая может иметь форму луковицы и сцепляется с первым отверстием 1084 на поверхности шара 1080. Кроме того, муфта 1050 толкателя может иметь стержень 1052 толкателя, жестко прикрепленный к муфте 1050 толкателя, выступает в продольном направлении от нижнего конца муфты 1050 толкателя и имеет вторую выпуклость 1056, которая может иметь форму луковицы и сцепляется со вторым отверстием 1086 на поверхности шара 1080.

В одном варианте осуществления изобретения первая выпуклость 1062 и первое отверстие 1084 на поверхности шара могут образовывать первое шарнирное сочленение, а вторая выпуклость 1056 и второе отверстие 1086 на поверхности шара могут образовывать второе шарнирное сочленение, которые совместно с верхним гнездом 1090 и нижним гнездом 2000 ограничивают движение шара 1080. Продольная ось клапанного механизма 1000 выступает в качестве горизонтальной оси, при этом верхнее и нижнее гнезда 1090, 2000 допускают вращение шара 1080 вокруг продольной оси клапанного механизма, а также вокруг осей, перпендикулярных продольной оси клапанного механизма, - поперечной и вертикальной. Кроме того, скользящий стержень 1060 далее допускает вращение шара 1080 вокруг осей, проходящих через первую выпуклость 1062, в том числе вращение вокруг поперечной оси, так как скользящий стержень 1060 может смещаться в канавке 1072 скользящей гильзы 1070 в продольном направлении. Кроме того, стержень 1052 толкателя далее допускает вращение шара 1080 вокруг осей, проходящих через вторую выпуклость 1056, в том числе вращение вокруг продольной оси, так как скользящий стержень 1052 может обращаться вокруг продольной оси клапанного механизма.

Как описано ниже, в процессе эксплуатации шаровой клапан 1040, согласно настоящему варианту осуществления клапанного механизма 1000, может закрываться при повороте цанговой оправки 1020 и при вращении шара 1080. Зубцы 460 цанговой оправки 1020 и зубцы 450 держателя цанги 440 взаимодействуют (как описано со ссылками на фиг. 2 и 3Ό) таким образом, что, например при приложении к цанговой оправке 1020 левого или направленного против часовой стрелки крутящего момента может разрушаться срезной винт 462, и цанговая оправка 1020 может поворачиваться на длину зазора 456, проходящего в окружном направлении, в первом направлении поворота и перемещаться из первого углового положения во второе угловое положение. При первом угловом положении цанговой оправки 1020 шаровой клапан 1040 открыт, то есть проточный канал 1082 шара 1080, как показано на фиг. 8В, до некоторой степени выровнен с проточными каналами цанговой оправки 1020 и скользящей гильзы 1070 и гидравлически сообщается с ними.

В одном варианте осуществления изобретения при повороте цанговой оправки 1020 из первого углового положения во второе угловое положение стержень 1052 толкателя и вторая выпуклость 1056 обращаются вокруг продольной оси клапанного механизма, в результате чего шару 1080 сообщается вращение вокруг продольной оси, и шар 1080 может вращаться вокруг осей, проходящих через вторую выпуклость 1056. Однако при этом скользящий стержень 1060 допускает вышеупомянутое вращение шара 1080 относительно продольной оси вместе с вращением вокруг вертикальной оси и вокруг осей, проходящих через первую выпуклость 1062. Вышеуказанные ограничения степеней свободы допускают вращение шара 1080 с переведением его в закрытое положение, при котором проточный канал 1082 шара 1080 гидравлически не сообщается с проточными каналами цанговой оправки 1020 и скользящей гильзы 1070, а продольная ось проточного канала 1082 до некоторой степени перпендикулярна продольной оси клапанного механизма. Вышеописанное закрытое положение шарового клапана 1040 показано на фиг.

- 8 024761

8А.

В одном варианте осуществления изобретения шаровой клапан 1040, находящийся в закрытом положении, может быть открыт при повороте цанговой оправки 1020, находящейся во втором угловом положении, из второго углового положения в первое угловое положение. Благодаря возможности открытия шарового клапана 1040 может быть возобновлено гидравлическое сообщение через установочный инструмент 100, шаровой клапан 1040 которого был предварительно закрыт, а также может обеспечиваться прохождение инструментов или текучих сред сквозь установочный инструмент 100 после расширения подвески 120 хвостовика.

На фиг. 9 приведена блок-схема способа 1200 гидравлического высвобождения заслонки дроссельно-запорного клапана установочного инструмента, предназначенного для установки подвески хвостовика в обсадной колонне. На этапе 1210 в пространстве между поршнем заслонки и корпусом заслонки и ниже головки поршня заслонки создается первое давление. На этапе 1220 в пространстве выше головки поршня создается второе давление, превышающее первое давление на величину, достаточную для преодоления предела прочности на срез срезного винта. Понятно, что разница между вторым давлением и первым давлением соответствует разности давлений, воздействующей на поршень заслонки, в результате чего возникает движущая сила, перемещающая поршень заслонки и разрушающая срезной винт. Как показано на фиг. 2, поршень заслонки жестко прикреплен к корпусу заслонки срезным винтом. На этапе 1230 происходит разрушение срезного винта. На этапе 1240 происходит сдвиг поршня заслонки вниз относительно корпуса заслонки и держателя заслонки, при этом заслонка отходит от держателя заслонки. На этапе 1250 заслонка закрывается.

В одном варианте осуществления изобретения излагается способ установки технологического узла внутри ствола скважины. Данный способ может включать приведение в действие клапана для блокировки нисходящего потока, протекающего через установочный инструмент, например нисходящего потока бурового раствора и/или рабочей жидкости. Способ далее может включать создание разности давлений между внутренним пространством установочного инструмента над клапаном и наружным пространством установочного инструмента. Например, внутри установочного инструмента и над клапаном может быть создано большее давление по сравнению с гидростатическим давлением в стволе скважины снаружи установочного инструмента при помощи гидравлических насосов, работающих у поверхности в непосредственной близости к скважине. Способ далее может включать установку хвостовика в обсадной колонне, установку пакера или установку иного технологического узла в стволе скважины. Усилие, требуемое для установки технологического узла, может быть получено благодаря разности давлений между внутренним пространством установочного инструмента и наружным пространством установочного инструмента. Например, в одном варианте осуществления изобретения направленная вниз сила для установки технологического узла может создаваться поршнем, находящимся под воздействием разности давлений, причем поршневой узел является неотъемлемой или составной частью установочного инструмента. Поршень располагается над клапаном.

В одном варианте осуществления изобретения над клапаном могут располагаться несколько поршней, которые могут образовывать часть установочного инструмента или могут представлять собой часть одного или нескольких поршневых узлов. При применении нескольких поршней может передаваться большее установочное усилие, нежели при использовании одного поршня. Соединение нескольких поршней позволяет обеспечить усилие, приблизительно равное сумме усилий, передаваемых каждым из отдельных поршней. Предполагается, что установочный инструмент в рамках этого способа может быть фактически аналогичен вышеописанному установочному инструменту. Используемый клапан может представлять собой один из множества вариантов осуществления вышеописанных дроссельно-запорных клапанов. В другом случае может использоваться вышеописанный шаровой клапан.

Специалистом могут быть внесены изменения в показанные и описанные варианты осуществления изобретения без отклонения от сути и идей изобретения. Например, в одном варианте осуществления изобретения клапанный механизм 400, показанный на фиг. 2, может быть изменен путем устранения пружины 570 между держателем 530 заслонки и корпусом 560 пружины, жесткого прикрепления держателя 530 заслонки к цанговой оправке 190, прикрепления выступа к цанговой оправке 190 или держателю 530 заслонки, и формирования Г-образного паза, например винтового, в корпусе 560 пружины, в котором перемещается выступ. При этом заслонка 490 может высвобождаться при повороте цанговой оправки 190 с одновременным поступательным перемещением цанговой оправки 190 и держателя 530 заслонки вверх, вдоль винтового паза. Таким образом, описанные в данном документе варианты осуществления изобретения носят исключительно поясняющий характер и не ограничивают суть изобретения. В описанное в данном документе изобретение могут вноситься различные изменения без отклонения от сути настоящего изобретения.

Подразумевается, что все упоминаемые явно указанные числовые области и пределы числовых значений включают диапазоны и пределы последовательных числовых значений того же порядка, содержащиеся в границах явно указанных числовых областей и пределов (например, числовая область приблизительно 1 -10 включает ряд значений 2, 3, 4 и т. д.; числовая область более 0,10 включает ряд значений 0,11, 0,12, 0,13 и т. д.). Например, к любому описываемому числовому ряду с нижним пределом К_ъ и

- 9 024761 верхним пределом Ки относятся все числа, попадающие в границы указанной числовой области. В частности, в данную область попадают все числа следующего вида: К = Кь+к*(Ки-К_ь), где к является переменной, изменяющейся от 1 до 100% с шагом 1%, то есть к выражает ряд числовых значений, включающий 1, 2, 3, 4, 5, ... 50, 51, 52, ... 95, 96, 97, 98, 99, 100%.

Кроме того, любая числовая область, заданная двумя вышеупомянутыми рядами вида К, также явно определена. Использование словосочетания в некоторых случаях в отношении любого элемента в пунктах формулы изобретения обозначает, что для того или иного пункта формулы изобретения оба варианта -присутствие или, в ином случае, отсутствие данного элемента - в равной степени верны. Используемые слова, употребленные в широком смысле, например содержит, включает и имеет (с учетом парадигмы слова) и т. п., следует понимать как дополнения к словосочетаниям с более узким смыслом, таким как состоит из, в основном состоит из, фактически состоит из и т.п.

Соответственно, объем защищаемых прав не ограничивается изложенным выше описанием, а ограничивается только нижеприведенной формулой изобретения, при этом указанный объем включает все эквивалентные признаки объекта изобретения в рамках этой формулы. Все без исключения пункты формулы входят в состав данного описания изобретения и соответствуют одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения является частью описания изобретения в дополнение к вариантам осуществления настоящего изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Скважинный нефтепромысловый инструмент (100), содержащий оправку, содержащую цанговую оправку (190) с зубцами (460), расположенную в скважинном нефтепромысловом инструменте (100) с возможностью вращения;

муфту (1050) толкателя с зубцами (1054), сцепляющимися с зубцами (460) цанговой оправки (190) так, что цанговая оправка (190) прикрепляется к муфте (1050) толкателя посредством поворотного соединения;

шаровой клапан (1040), в закрытом положении блокирующий нисходящий поток, протекающий через оправку, причем шаровой клапан (1040) избирательно связан с поворотом цанговой оправки (190), причем шаровой клапан переводится в открытое положение при вращательном движении цанговой оправки (190) в первом направлении и переводится в закрытое положение при вращательном движении цанговой оправки (190) во втором направлении, противоположном первому направлению;

скользящий стержень (1060), содержащий первую выпуклость (1062), выполненную с возможностью сцепления с первым отверстием (1084) на поверхности шара (1080) шарового клапана (1040);

стержень (1052) толкателя, жестко соединенный с муфтой (1050) толкателя и имеющий вторую выпуклость (1056), выполненную с возможностью сцепления со вторым отверстием (1086) на поверхности шара (1080) шарового клапана (1040);

скользящую гильзу (1070), имеющую продольную канавку (1072), по которой способен перемещаться скользящий стержень (1060); и первый поршень (200), расположенный над клапаном (1040) и, по меньшей мере, частично охватывающий оправку по ее наружной поверхности, причем первый поршень (200) выполнен с возможностью передачи движущей силы, возникающей в результате разности давлений между внутренним пространством указанной оправки и наружным пространством скважинного инструмента (100).
2. Скважинный инструмент (100) по п.1, дополнительно содержащий расширительный механизм (270), причем первый поршень (200) сцеплен с этим механизмом (270) и способен передавать на него движущую силу.
3. Скважинный инструмент (100) по п.2, в котором расширительный механизм (270) сцеплен с подвеской (120) хвостовика, причем первый поршень (200) дополнительно выполнен с возможностью расширения подвески (120) хвостовика за счет передачи движущей силы на расширительный механизм (270).
4. Скважинный инструмент (100) по п. 1, дополнительно содержащий второй поршень (210), расположенный над шаровым клапаном (1040) и, по меньшей мере, частично охватывающий указанную оправку по ее наружной поверхности.
5. Скважинный инструмент (100) по п.1, в котором шар (1080) имеет отверстие, ограниченное первым выступом, соединенным с корпусом клапана, причем шар (1080) дополнительно имеет канавку, сцепляющуюся со вторым выступом, соединенным с указанной оправкой, который выполнен с возможностью скольжения по канавке при вращении оправки, таким образом связывая вращение оправки с переводом клапана (1040) в открытое и закрытое положения.
6. Скважинный инструмент (100) по п.1, в котором оправка содержит зубцы (1022), причем скважинный инструмент (100) дополнительно содержит муфту (1050) толкателя, имеющую зубцы (1054), сцепляющиеся с зубцами (1022) оправки для ограничения вращения оправки относительно муфты (1050) толкателя между первым угловым положением и вторым угловым положением, причем шаровой клапан (1040) выполнен с возможностью нахождения в закрытом положении при первом угловом положении и в

- 10 024761 открытом положении при втором угловом положении.
7. Скважинный инструмент (100) по п.6, в котором оправка выполнена с возможностью перемещения из первого углового положения во второе угловое положение в ответ на вращательное движение оправки в первом направлении.
8. Скважинный инструмент (100) по п.1, в котором стержень (1052) толкателя и скользящий стержень (1060) допускают вращение шара (1080) вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей, при этом шаровой клапан (1040) может закрываться при повороте цанговой оправки (190) в первом направлении вращения и открываться при повороте цанговой оправки (190) во втором направлении вращения.
9. Скважинный установочный инструмент, содержащий шаровой клапан (1040);

цанговую оправку (190) с зубцами (460), расположенную в установочном инструменте с возможностью вращения;

муфту (1050) толкателя с зубцами (1054), выполненными с возможностью сцепления с зубцами (460) цанговой оправки (190) для ограничения вращения цанговой оправки (190) относительно муфты (1050) толкателя вокруг продольной оси цанговой оправки (190) между первым угловым положением и вторым угловым положением, причем шаровой клапан (1040) выполнен с возможностью нахождения в закрытом положении при первом угловом положении и в открытом положении при втором угловом положении; и первый поршень, расположенный выше шарового клапана (1040).
10. Скважинный инструмент по п.9, дополнительно содержащий скользящий стержень (1060), имеющий первую выпуклость (1062), выполненную с возможностью сцепления с первым отверстием на поверхности шара (1080) шарового клапана (1040);

стержень (1052) толкателя, жестко соединенный с муфтой (1050) толкателя и имеющий вторую выпуклость (1056), выполненную с возможностью сцепления со вторым отверстием (1086) на поверхности шара (1080) шарового клапана (1040); и скользящую гильзу (1070), имеющую продольную канавку (1072), по которой способен перемещаться скользящий стержень (1060).
11. Скважинный инструмент по п.10, в котором стержень (1052) толкателя и скользящий стержень (1060) допускают вращение шара (1080) вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей, при этом шаровой клапан (1040) может закрываться при повороте цанговой оправки (190) в первом направлении вращения и открываться при повороте цанговой оправки (190) во втором направлении вращения.
12. Скважинный инструмент по п.9, дополнительно содержащий второй поршень (210), расположенный выше шарового клапана (1040).
13. Скважинный инструмент по п.9, в котором шаровой клапан (1040) избирательно связан с поворотом цанговой оправки (190), причем шаровой клапан переводится в открытое положение при вращательном движении цанговой оправки (190) в первом направлении и переводится в закрытое положение при вращательном движении цанговой оправки (190) во втором направлении, противоположном первому направлению.
14. Скважинный инструмент по п.13, в котором шаровой клапан (1040) содержит шар (1080), имеет отверстие, ограниченное первым выступом, соединенным с корпусом клапана, причем шар (1080) дополнительно имеет канавку, сцепляющуюся со вторым выступом, соединенным с цанговой оправкой (190), который выполнен с возможностью скольжения по канавке при вращении цанговой оправки (190), таким образом связывая вращение цанговой оправки (190) с переводом клапана (1040) в открытое и закрытое положения.
15. Способ установки хвостовика в обсадной колонне, включающий использование установочного инструмента по п.1, в котором поворачивают в первом направлении оправку (190) установочного инструмента (100) вокруг продольной оси указанной оправки из первого углового положения, причем оправка (190) имеет зубцы (460);

сцепляют зубцы (460) оправки с зубцами (1054) муфты толкателя, причем муфта (1050) толкателя имеет зубцы (1054);

ограничивают вращение оправки (190) относительно муфты (1050) толкателя вокруг продольной оси указанной оправки между первым угловым положением и вторым угловым положением;

приводят в действие шаровой клапан (1040) для блокировки нисходящего потока, протекающего через установочный инструмент (100), в ответ на поворот в первом направлении оправки (190) во второе угловое положение;

создают разность давлений между внутренним пространством установочного инструмента над шаровым клапаном (1040) и наружным пространством установочного инструмента (100);

устанавливают хвостовик (120) в обсадной колонне под действием разности давлений.
16. Способ по п.15, в котором установку хвостовика осуществляют, по меньшей мере частично, первым поршнем (200), расположенным над шаровым клапаном (1040) и передающим направленное вниз усилие под действием разности давлений.

- 11 024761
17. Способ по п.16, в котором установку хвостовика дополнительно осуществляют, по меньшей мере частично, вторым поршнем (210), расположенным над шаровым клапаном (1040) и передающим направленное вниз усилие под действием разности давлений.
18. Способ по п.15, в котором после приведения в действие шарового клапана (1040) для блокировки нисходящего потока, протекающего через установочный инструмент (100), шаровой клапан (1040) приводят в действие для обеспечения пропускания нисходящего потока, протекающего через установочный инструмент (100).
19. Способ по п.18, в котором приведение в действие шарового клапана (1040) для обеспечения пропускания нисходящего потока, протекающего через установочный инструмент (100), представляет собой поворот оправки (190) установочного инструмента (100) во втором направлении, противоположном первому направлению.
20. Способ по п.19, в котором поворот оправки (190) установочного инструмента (100) во втором направлении представляет собой поворот оправки (190) установочного инструмента (100) в первое положение.