RU2524219C1 - Механизм для активирования множества скважинных устройств - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к добыче углеводородов в подземных пластах и, более конкретно, к механизму для активирования множества скважинных устройств в случае, когда необходимо создать множество зон добычи. Способ избирательного активирования механизма приведения в действие на множестве клапанов в забойной зоне скважины содержит следующие несколько этапов. На первом этапе определяют комбинации кодированных магнитов так, что каждая втулка клапана в забойной зоне скважины включает в себя группу магнитов клапана, притягивающуюся только к индивидуальной группе магнитов дротика, установленной на активирующем дротике. Затем открывают клапаны в забойной зоне скважины в последовательности, определяемой выбранной последовательностью подачи насосом индивидуальных дротиков в ствол скважины. Механизм для избирательного активирования множества путей прохода в забойной зоне ствола скважины содержит клапан, имеющий втулку, приспособленную для перемещения между открытым и нормально закрытым положением, и группу магнитов клапана и дротик для подачи насосом в стволе скважины Группа магнитов установлена на втулке. Дротик включает в себя группу магнитов дротика, согласованных с группой магнитов клапана так, что дротик соединяется с клапаном при расположении вблизи него, и втулка перемещается из закрытого положения в открытое положение. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится, в общем, к добыче углеводородов в подземных пластах и, более конкретно, к механизму для активирования множества скважинных устройств, когда необходимо создание нескольких зон добычи.

2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существует много ситуаций, при которых необходимо избирательно активировать несколько скважинных устройств. Например, в обычных скважинных работах различные текучие среды обработки можно закачивать в скважину и затем в пласт для восстановления или улучшения продуктивности скважины. Например, инертную текучую среду гидроразрыва можно закачивать в ствол скважин для инициирования трещин и распространения трещин в пласте, таким образом создавая каналы, содействующие перемещению углеводородов в ствол скважины для последующей откачки углеводородов из скважины.

В таких операциях гидроразрыва текучую среду гидроразрыва с помощью гидросистемы нагнетают в ствол скважины, проходящей через подземный пласт, и продавливают под давлением в слои пласта. Слои пласта трескаются и разрываются, и происходит размещение проппанта в трещине с помощью перемещения вязкотекучей среды, содержащей проппант в трещину в породе. Полученная в результате трещина с размещенным в ней проппантом создает улучшенный приток текучей среды добычи (т.е. нефти, газа или воды) в ствол скважины. Часто необходимо иметь несколько зон добычи, которые по-разному обрабатывают в одном стволе скважины. Для изоляции и обработки каждой зоны в отдельности известные механизмы техники, кроме других недостатков, требуют больших затрат времени и являются дорогостоящими.

На Фиг.1 показан пример компоновки 10, состоящей из клапанов 12, втулок 14 и зон 16, подлежащих обработке для интенсификации притока. Втулки 14 установлены с возможностью скольжения в клапанах 12 для избирательного открытия путей 18 прохода. Показан один клапан 12 на каждую зону 16. Каждый клапан 12 закреплен на месте установки цементом 20 и разделен обсадными трубами 22. Хотя показаны только три зоны 16, может быть использовано любое необходимое число клапанов 12 обсадной колонны со скользящими втулками 14 зацементированной в скважине.

Вследствие гетерогенной природы пласта может быть нежелательным одновременное открытие всех клапанов при проведении операций гидроразрыва по отдельности в различных слоях пласта. В самом обычном варианте осуществления таких операций используют калиброванные шары или дротики для открытия клапанов 12 последовательно снизу вверх. Например, радиус клапанов 12 или другие сужения, такие как выступ на скользящей втулке 14, должны увеличиваться последовательно снизу вверх. Шар наименьшего диаметра первым сбрасывают в скважину и подают насосом к забою. Диаметр шара подобран таким, что шар должен пройти через все клапаны 12, кроме нижнего, самого узкого, клапана 12. Самый нижний клапан 12 останавливает шар, при этом скользящая втулка 18 нижнего клапана 12 проталкивается в «открытое» положение для открытия ствола скважины в цементированный пласт. Затем можно проводить операцию гидроразрыва через нижний клапан 12. После этого сбрасывают следующий шар большего диаметра для активирования второго снизу клапана 12.

Недостатки системы активирования калиброванными шарами состоят в том, что существует только ограниченное число диаметров сужений/шаров, которые можно использовать. Типичными ограничениями являются 4,5 дюймовая (114 мм) обсадная колонна сверху только с минимальным 1 дюймом на забое. Таким образом, пять или шесть клапанов на нескольких сотнях футов (1 фут = 305 мм) по глубине являются физическим пределом. Дополнительно, необходимость создания сужений исключает полнопроходной доступ через клапаны, и клапаны приходится активировать в фиксированной последовательности, в данном случае, снизу вверх. После активирования шары необходимо растворять или фрезеровать для получения доступа к секциям, находящимся под ними, что может приводить к потенциально дорогостоящим геотехническим мероприятиям.

В другом варианте осуществления активирования клапанов на различных глубинах используют линии управления для активирования сужений. После того, как сужение в конкретном клапане активировано, сужение готово залавливать шар или дротик, сброшенный с поверхности, для открытия соответствующего клапана. В данных вариантах осуществления возможно повреждение линий управления во время спуска в скважину, особенно в горизонтальных скважинах. Повреждение линий управления означает, что эксплуатировать можно только зоны ниже повреждения, что серьезно подрывает общую потенциальную добычу из скважины, возможно делая скважину нерентабельной. Другим недостатком таких конструктивных исполнений является то, что для размещения сложных гидравлических механизмов в клапане увеличивается толщина клапана и внутренний диаметр клапана уменьшается.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом вышеизложенного, существует необходимость создания улучшенного механизма, обеспечивающего избирательное активирование нескольких скважинных устройств без компромисса по диаметру ствола скважины. Также предпочтительным является механизм, с которым не обязательно выполнять работу в конкретно заданной последовательности. Также необходимо обеспечение простого и надежного развертывания механизма и его и удаления. Настоящее изобретение решает данные и другие задачи.

Настоящее изобретение направлено на создание механизма для избирательного активирования множества путей прохода в стволе скважины, содержащего клапан, имеющий втулку, приспособленную для перемещения между открытым и нормально закрытым положением, и группу магнитов клапана, установленную на втулке, и дротик для подачи насосом в стволе скважины, включающий в себя группу магнитов дротика, согласованных с группой магнитов клапана так, что дротик соединяется с клапаном, когда находится вблизи него, и втулка перемещается из закрытого положения в открытое положение. Предпочтительно, во втулке выполнено углубление, в котором установлена группа магнитов клапана, и дротик включает в себя подвижно установленные рычаги, при этом группа магнитов дротика установлена на рычагах так, что при магнитном соединении рычаги перемещаются в углубление и закрепляют дротик во втулке. Углубление может иметь скос, и рычаги могут иметь участок закрепления, который соединяется с углублением с помощью комплементарно скошенного участка, соединяющегося со скосом во время извлечения дротика.

Множество аналогичных клапанов может быть размещено в забойной зоне скважины, при этом каждый клапан имеет индивидуальный активирующий дротик. Пружины могут быть соединены с рычагами дротика для установки его в нормальное положение. Дротик может также включать в себя хвостовой блок, имеющий средство соединения, установленное на нем, которое является хвостовой группой магнитов.

Настоящее изобретение также включает в себя инструмент извлечения, содержащий кодированную группу магнитов инструмента для соединения с хвостовой группой магнитов. Инструмент извлечения может включать в себя участок юбки для создания силы закрытия рычагов во время соединения хвостовой группы магнитов и группы магнитов инструмента.

Предпочтительно, дротик дополнительно включает в себя плунжер, избирательно соединяемый с рычагами, направляющий участок и уплотнения, подвижно установленные на дротике так, что при соединении рычагов с втулкой плунжер высвобождается для прохода через направляющую и перемещает уплотнения для соединения с втулкой.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение направлено на создание механизма для избирательного активирования множества скважинных устройств, включающего в себя первое средство для приведения в действие устройства перемещением из нерабочего положения в рабочее положение, и второе средство для перемещения первого средства из нерабочего положения в рабочее положение. Первое средство может быть скользящей втулкой клапана, имеющей кодированную группу магнитов клапана, и второе средство может быть дротиком, имеющим кодированную группу магнитов дротика, так что кодированные группа магнитов клапана и группа магнитов дротика являются индивидуально согласованными для создания сила притяжения когда находятся вблизи друг друга.

Настоящее изобретение также направлено на создание способа избирательного активирования механизма приведения в действие на множестве клапанов в забойной зоне скважины, включающего в себя этапы, на которых предварительно определяют кодированные комбинации магнитов так, что каждая втулка клапана в забойной зоне скважины включает в себя группу магнитов клапана, притягивающуюся только к индивидуальной группе магнитов дротика, установленной на активирующий дротик, и клапаны в забойной зоне скважины открываются в нужной последовательности при выборе последовательности использования индивидуальных дротиков для подачи насосом в ствол скважины. Способ может также включать в себя использование групп несогласованных магнитов, создающих силы отталкивания, когда группы находятся вблизи друг друга, растворение индивидуальных дротиков, и/или извлечение индивидуальных дротиков с оставлением, по меньшей мере, одного соответствующего клапана открытым и/или закрытием, по меньшей мере, одного соответствующего клапана.

Должно быть ясно, что настоящее изобретение можно реализовать с использованием множества путей, к которым относятся, без ограничения этим, технологический процесс, устройство, система, средство, способ для известных вариантов применения, а также разработанных в будущем. Данные и другие индивидуальные признаки системы, раскрытые в данном документе, должны стать более ясными из следующего описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания специалистами в данной области техники системы изобретения, ее создания и использования ниже даны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На Фиг.1 показана схема сечения компоновки типичного ствола скважины.

На Фиг.2 показана схема сечения клапана согласно изобретению, где активирующий дротик подходит к клапану.

На Фиг.3 показано сечение клапана согласно изобретению, где неподходящий активирующий дротик достиг клапана.

На Фиг.4 показано сечение клапана согласно изобретению, где отличающийся активирующий дротик достиг неподходящего клапана.

На Фиг.5 показано сечение клапана согласно изобретению, где активирующий дротик соединился со скользящей втулкой клапана, но клапан все еще закрыт.

На Фиг.6 показано сечение клапана согласно изобретению, где активирующий дротик открыл клапан.

На Фиг.7 показано сечение другого клапана согласно изобретению, где другой активирующий дротик соединился со скользящей втулкой клапана, но клапан все еще закрыт.

На Фиг.8 показано сечение дротика и клапана Фиг.7, где активирующий дротик открыл клапан.

На Фиг.9 показано сечение дротика Фиг.7 и 8, извлекаемого с помощью устройств извлечения дротика.

На Фиг.10 показано сечение другого дротика согласно изобретению, где активирующий дротик имеет вспомогательное действие, еще не осуществленное.

На Фиг.11 показано сечение дротика Фиг.10, где вспомогательное действие дротика осуществлено.

На Фиг.12 схематично показаны девять комбинаций согласованных пар магнитов для использования с дротиками и скользящими втулками согласно изобретению, где несогласованные пары, в общем, создают силу отталкивания.

На Фиг.13 схематично показаны пять комбинаций согласованных пар магнитов для использования с дротиками и скользящими втулками согласно изобретению, где несогласованные пары, в общем, не создают силу притяжения или отталкивания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение устраняет многие проблемы известных решений, связанные с активированием множества скважинных устройств. Преимущества и другие признаки механизма, раскрытого в данном документе, должны стать более ясными специалисту в данной области техники из следующего подробного описания некоторых предпочтительных вариантов осуществления и прилагаемых чертежей, представляющих варианты осуществления настоящего изобретения, где одинаковые ссылочные позиции идентифицируют одинаковые конструктивные элементы.

Все относительные характеристики в данном документе, такие как внутренний, наружный, левый, правый, верхний и нижний, являются ссылками на фигуры и не имеют ограничительного смысла. Дополнительно, для наглядности общие позиции не показаны на фигурах, как должно быть ясно специалисту в данной области техники. Если иное специально не указано, показанные варианты осуществления можно понимать как представляющие примеры признаков различных деталей некоторых вариантов осуществления и поэтому, если иное специально не указано, признаки, компоненты, модули, элементы, и/или аспекты показанного можно комбинировать, соединять друг с другом, устанавливать последовательно, разделять, взаимозаменять, позиционировать и/или перестраивать без значительного отхода от раскрытых систем или способов. Дополнительно, формы и размеры компонентов также являются примерами и если иное специально не указано, могут меняться без значительного влияния на раскрытую технологию или ее ограничения.

Несколько вариантов осуществления технологии изобретения направлены на использование коррелированных магнитных структур для достижения положительного эффекта, указанного выше среди прочих преимуществ. Коррелированные магнитные структуры программируют вводом кодовых комбинаций магнитных полюсов, определяющих индивидуальные свойства магнитного поля и сил. Индивидуальные магнитные свойства определяют, когда и как структуры должны прикрепляться. Коррелированные магниты имеют значительные, но безопасные магнитные поля, обеспечивают точное вращательное и поступательное совмещение и обеспечивают функционирование с быстрым прикреплением и откреплением. Коррелированные магниты могут даже иметь многоуровневые магнитные поля, если необходимо получение поведения бесконтактного прикрепления или отталкивания и защелкивания. Например, см. публикацию патента США № 2009/0251242 A1, опубликовано 8 октября 2009 года, Fullerton et al., полностью включено в данный документ в виде ссылки.

Варианты осуществления с коррелированными магнитами, описанные здесь, включают в себя фиксирующие, приводящие в действие и извлекающие механизмы для вариантов скважинного применения. Активируется механизм или нет, зависит от заданной комбинации кодированных магнитов. Если комбинация кодирования двух или более магнитов совпадает, механизмы должны активироваться силами притяжения между данными двумя группами магнитов. Много комбинаций можно получить с использованием кодированных магнитов. Таким образом, множество устройств, таких как клапаны, можно избирательно активировать в любом порядке без необходимости изменения используемого диаметра ствола скважины. Одним из потенциальных вариантов применения являются эффективные для гидроразрыва в нескольких слоях клапаны, использующие преимущество большого числа стадий, применение которых не требует линий управления.

На Фиг.2 показано сечение компоновки 110 с клапаном 112 в закрытом положении согласно изобретению. Для выполнения обработки нескольких зон несколько клапанов 112 обсадной колонны должны быть спущены в ствол скважины с обсадными трубами 122 и закреплены на месте установки цементом 120. Каждый клапан 112 обсадной колонны имеет скользящую втулку 114, показанную в «закрытом» положении, т.е. когда сообщение между стволом 124 скважины и окружающим пластом 126 отсутствует. Другими словами, скользящая втулка 114 блокирует проход 118, выполненный в клапане 112 обсадной колонны. Скользящая втулка 114 перемещается в гнезде 128, выполненном в клапане 112 обсадной колонны. Обсадная труба 122 окружает клапан 112 обсадной колонны.

Скользящая втулка 114 взаимодействует с активирующим дротиком 130 для открытия клапана 112. Втулка 114 и дротик 130 включают в себя согласованную пару магнитов 132, 134, соответственно. Магниты 132 втулки расположены смежно с углублением 136, выполненным в скользящей втулке 114. Магниты 132, 134 предпочтительно являются группами магнитов для создания множества индивидуальных согласованных пар, например коррелированных магнитов. Группы магнитов 132, 134 могут включать в себя любое число магнитов, необходимых для совершения нужного действия. Дополнительно, втулка 114 и дротик 130 могут включать в себя множество групп.

Активирующий дротик 130 имеет корпус или головку 138, окруженную комплектом грязесъемников или уплотнений 140. Уплотнения 140 образуют гидравлический барьер между пространством над дротиком 130 и под ним в стволе скважины, обеспечивающий сброс дротика 130 от устья скважины и подачу насосом дротика 130 к забою скважины. Грязесъемники 140 также действуют, очищая путь в процессе подготовки, основанном на взаимодействии скрепления между дротиком 130 и скользящей втулкой 114, исключая отрицательное воздействие на проведение операции скрепления какой-либо скважинной текучей среды или промывочного раствора, который может мешать нормальной работе.

Дротик 130 имеет комплект из нескольких рычагов 142, находящихся сзади корпуса 138. Рычаги 142 соединены с корпусом 138 дротика гибкими креплениями или соединениями (не показано) так, что рычаги 142 могут поворачиваться радиально наружу от корпуса 138 и внутрь к нему. Магниты 134 дротика расположены на вершине или якоре 144 рычагов 142. Вершины 144 выступают от рычагов 142 так, что во время взаимодействия с втулкой 114 вершины 144 захватываются в углубление 136. Предпочтительно, имеются небольшие упругие силы, приложенные к рычагам 142, так что рычаги 142 находятся в нормально нейтральном положении, как показано на Фиг.2, когда дротик 130 спускается в стволе скважины. Альтернативно, упругие силы на рычагах 142 могут быть уравновешены или прикладываться так, что нормальным положением является отклоненное внутрь или наружу в зависимости от необходимой работы.

Действие

Для активирования клапана 112 необходим дротик 130 с магнитами 134 дротика, согласованными с магнитами 132 втулки для соответствующего клапана 112. В случае, если магниты 134 дротика и магниты 132 втулки не согласованы, дротик 130 проходит через клапан 112, как показано на Фиг.3. Более конкретно, при проходе магнитов 134 дротика мимо углубления 136 втулки 114 магниты 132, 134 предпочтительно отталкиваются друг от друга. В результате вершины 144 рычагов перемещаются радиально внутрь мимо углубления 136 без взаимодействия. В данном случае соответствующий клапан 112 не активируется, и пласт за данным конкретным клапаном 112 не подвергается последующей операции гидроразрыва.

На Фиг.4 показано сечение клапана 112 согласно изобретению, где отличающийся активирующий дротик 130 достиг несогласованного клапана 112. В данном варианте дротик 130 выполнен так, что несогласованные магниты 132, 134 не должны притягиваться и не создается сила отталкивания. Аналогично варианту Фиг.3 в данном случае дротик 130 должен просто проходить мимо углубления 136 без контакта со скользящей втулкой 114 открывающего клапана 112. Комбинацию несогласованных пар, создающую силу отталкивания, так и не создающую силу отталкивания можно использовать в зависимости от необходимого количества зон.

На Фиг.5 показано сечение клапана 112, в котором активирующий дротик 130 соединился со скользящей втулкой 114 для начала открытия клапана 112. Когда дротик 130 проходит через клапан 112 с согласованной парой магнитов 132, 134, происходит активирование или открытие клапана 112. При совмещении магнитов 134 дротика с углублением 136 в скользящей втулке 114, если магниты 132 втулки и магниты 134 дротика притягиваются друг к другу, сила притяжения между магнитами 132, 134 тянет рычаги 142 радиально наружу в углубление 136. Вершины 144 рычагов 142 соединяются с углублением 136 или закрепляются в нем так, что дротик 130 останавливается и/или начинает перемещение со скользящей втулкой 114.

При продолжении подачи насосом гидравлические силы, приложенные к дротику 130, толкают скользящую втулку 114 в «открытое» положение, как показано на Фиг.6. В результате проход 118 открывается, и клапан 112 готов к операции гидроразрыва. Следует отметить, что достигается доступ через полное сечение проходного отверстия, поскольку вместо сужения или выступа для активирования использовано углубление 136 в скользящей втулке 114.

Вариант осуществления, описанный выше, использует механизм приведения в действие из двух групп кодированных магнитов 132, 134. Каждая зона, предназначенная для эксплуатации, должна иметь клапан 112 с согласованным дротиком 130 и скользящей втулкой 114, т.е. магнитами 132, 134 являющимися согласованной парой коррелированных магнитов. Другими словами, конкретная группа магнитов 132 в углублении 136 может только быть активирована возвратно-поступательно перемещающимися кодированными на притяжение магнитами 134 дротика, которые должны находиться на индивидуальном дротике 130. Таким образом, каждую зону можно открыть только с помощью индивидуального согласованного активирующего дротика 130. Это дает выгоду в том, что технология изобретения больше не ограничена открытием зон в конкретной последовательности, но любую из зон можно открыть. Дополнительно, как показано ниже, с возможностью извлечения, возможность отсечки клапанов 112 обеспечивает оптимизацию графика добычи скважины. Альтернативно, дротик 130 может просто быть выполнен из растворимого материала или разбуриваться для удаления.

Второй вариант осуществления

На Фиг.7 и 8 показан другой вариант осуществления клапана 212 и дротика 230 согласно изобретению. Клапан 212 и дротик 230 являются аналогичными клапану 112 и дротику 130, описанным выше, и поэтому аналогичные позиции ссылки с первой цифрой «2» вместо цифры «1» использованы для указания аналогичных элементов. Основное отличие дротика 230 в сравнении с дротиком 130 состоит в том, что дротик 230 включает в себя хвостовой блок 246 и модифицированную установку рычагов 242 для облегчения извлечения дротика 230.

На Фиг.7 показан дротик 230, соединенный со скользящей втулкой 214, находящейся в закрытом положении. На Фиг.8 показан дротик 230, по-прежнему соединенный со скользящей втулкой 214, но находящейся в открытом положении после проталкивания дротика 230 вниз давлением текучей среды. Вновь использовано соединение с помощью взаимного притяжения согласованных магнитов 232, 234 на втулке 214 и вершинах 244 рычагов, соответственно. Вместе с тем, рычаги 242 установлены на корпус 238 так, что радиальное перемещение наружу проходит против часовой стрелки, как показано (перемещение слева направо соответствует перемещению вниз в стволе скважины).

Существуют случаи, где необходимо извлечение дротика 230 для повторной обработки для интенсификации притока находящейся ниже зоны. Может возникнуть необходимость оставить клапан 212 открытым или закрыть его после извлечения дротика 230. Для выполнения извлечения вершины 244 имеют трапециевидную форму или снабжены скосами, соответствующими скосу 248 в углублении 236. Поэтому, во время извлечения дротика 230, вершины 244 и скосы 248 углубления должны взаимодействовать для создания действующей радиально внутрь силы, складывающей рычаги 242. В зависимости от баланса сопротивления перемещению скользящей втулки 214 в закрытое положение и сопротивления складыванию рычагов 242 радиально внутрь конструктивное исполнение можно модифицировать для закрытия клапана 212 или оставления клапана 212 в открытом положении. Таким образом, клапан 212 можно избирательно открывать и закрывать во время извлечения дротика 230.

Для соединения с устройством извлечения (не показано) хвостовой блок 246 дротика включает в себя магниты 264. Таким образом, простое устройство можно спускать или подавать насосом к дротику 230 и с помощью магнита соединять с магнитами 264 хвостового блока. Когда извлекающее устройство тянут вверх, направленная радиально внутрь сила, созданная между скосом 248 и вершинами 244, эффективно складывает или перемещает рычаги 242 радиально внутрь для обеспечения отсоединения с выходом из углубления 236. Магниты 264 могут также составлять половину согласованной группы так, что только инструмент извлечения с соответствующей согласованной группой можно использовать для извлечения.

Инструмент извлечения

На Фиг.9 показано сечение дротика Фиг.7 и 8, извлекаемого с помощью устройства 250 извлечения дротика. Устройство 250 извлечения дротика, в частности, выполнено с возможностью отсоединения дротика 230 от углубления 236, при этом клапан 212 остается открытым. Устройство 250 извлечения дротика является, в общем, трубчатым изделием с фалом 254, прикрепленным к ближнему концу 256, так что устройство 250 извлечения можно подавать насосом вниз и вытягивать назад наверх фалом 254. Дальний конец 258 включает в себя юбку 260, образующую проточку 262. Магниты 252 установлены в проточке 262.

Во время извлечения устройство 250 извлечения спускают или подают насосом в ствол скважины к дротику 230. Устройство 250 извлечения имеет размер и форму для ориентирования проточки 262 так, что хвостовой блок 246 дротика принимается в проточку. При входе хвостового блока 246 дротика в проточку 262, как показано, магнитное притяжение между магнитами 252 устройства извлечения и магнитами 264 хвостового блока дротика действует, подтягивая хвостовой блок 246 дротика к днищу проточки 262. Следовательно, юбка 260 входит в контакт с наружной поверхностью рычагов 242, закрывая рычаги 242 с перемещением радиально внутрь. Таким образом, при соединении устройства 250 извлечения с хвостовым блоком 246 дротика магнитное притяжение отсоединяет рычаги 242 от углубления 236. При силе притяжения между устройством извлечения и хвостовым блоком, достаточной для отсоединения рычагов 242 от скользящей втулки 214 без перемещения скользящей втулки 214, вытягивание вверх фала 254 должно возвращать назад устройство 250 извлечения и дротик 230 вместе с ним. Также предусмотрено, что механические силы, создаваемые скосом 248 и юбкой 260, могут действовать совместно для эффективного закрытия рычага 242 дротика 230 для извлечения. Дротики 230 могут быть выполнены с возможностью использования одного дротика 230 для открытия клапана 212 и использования другого дротика 230 для закрытия клапана 212.

Третий вариант осуществления

На Фиг.10 и 11 показан другой вариант осуществления дротика 330 согласно изобретению, развернутого в клапане. Дротик 330 является аналогичным дротикам 130, 230, описанным выше, и поэтому аналогичные позиции ссылки с первой цифрой "3" вместо цифры "1" или "2" использованы для указания аналогичных элементов. Основным отличием дротика 330 в сравнении с дротиками 130, 230 является то, что дротик 330 включает в себя вспомогательное действие скрепления для активирования перемещения компонентов, таких как уплотнения 370, соединяющихся с клапаном 312.

Аналогично описанному выше коррелированные магниты 332, 334 на втулке 314 и рычагах 342, соответственно, используют для инициирования вспомогательного скрепления на клапане 312. Корпус 338 дротика 330 образует пилотный шпиндель или направляющую 372, на которой установлены поворачивающиеся рычаги 342. Рычаги 342 удерживают плунжер 374, когда находятся в нейтральном положении. Плунжер 374 имеет ближнюю головку 376 с противоположным сердечником 378, выступающим из нее так, что образуется муфта, опирающаяся на ближний конец или вершину 344 рычагов 342. Сердечник 378 является удлиненным и проходит до дальнего заостренного наконечника 380, достающего до пилотного шпинделя 372, когда рычаги находятся в нейтральном положении, показанном на Фиг.10. Корпус 338 также несет уплотнения 370, приспособленные для аксиального перемещения между отсоединенным положением, показанным на Фиг.10, и соединенным положением, показанным на Фиг.11.

Как показано, в частности, на Фиг.11, когда дротик 330 достигает скользящей втулки 314, так что рычаги 342 поворачиваются наружу под действием силы притяжения магнитов 332, 334, плунжерная головка 376 проходит между рычагами 342 в пилотный шпиндель 372. Давление перемещает плунжер 374 через шпиндель 372 так, что дальний наконечник 380 соединяется с криволинейной поверхностью 382 уплотнения 380. В результате, уплотнения 380 перемещаются аксиально и наружу для соединения со скользящей втулкой 314 клапана 312. При таком развертывании дротик 330 увеличивает рост давления для выполнения перемещения скользящей втулки 314 из закрытого положения в открытое положение.

На Фиг.12 схематично показаны девять комбинаций согласованных пар магнитов 432a-i, 434a-i для использования с дротиками и скользящими втулками. Данные магниты 432a-i, 434a-i согласованных пар изготовлены так, что несогласованные пары, в общем, генерируют силу отталкивания. Например, магнит 432a и магнит 434a являются согласованными, так что когда совмещаются, каждый подучасток соответствует противоположному полюсу для создания силы притяжения. По контрасту, магнит 432a и магнит 434b должны совмещаться так, что шестнадцать подучастков должны иметь одинаковый полюс для создания сил отталкивания и четырнадцать подучастков должны иметь противоположные полюса для создания сил притяжения. Вместе с тем, равнодействующая сила должна быть, в общем, отталкивающей вследствие большего числа подучастков, создающих силу отталкивания. И аналогично для оставшихся комбинаций только согласованные пары притягиваются.

Предусмотрено, что магниты 432, 434 должны располагаться в круглой, кольцевой или дугообразной расстановке на соответствующем дротике и скользящей втулке, но другие конфигурации также возможны. В данной конфигурации магниты 432i, 434i должны быть нижней парой, т.е. установлены в нижней втулке и первом дротике, сбрасываемом в ствол скважины. Каждый набор магнитов должен затем соответствовать следующей зоне, находящейся выше, до использования магнитов 432a, 434a для верхней зоны, и дротики должны сбрасываться в последовательности снизу вверх.

На Фиг.13 схематично показаны другие пять комбинаций согласованных пар магнитов 532a-f, 534a-f для использования с дротиками и скользящими муфтами. Данные магниты 532a-f, 534a-f отличаются от показанных на Фиг.12 тем, что несогласованные пары, в общем, не создают сил притяжения или отталкивания, при этом согласованные пары создают высокую силу притяжения. Таким образом, не требуется последовательного упорядочения расположения и сброса дротиков в стволе скважины.

Учитывая описанное выше, также предусмотрено, что коррелированные магниты могут создавать силы вращения и/или захвата на компонентах, таких как скользящие втулки, дротик и устройство извлечения дротиков для выполнения необходимой работы. В другом варианте осуществления рычаги дротика удерживают нагруженную пружину, так что при перемещении рычагов дротика радиально наружу пружина разгружается для создания вспомогательного перемещения или скрепления. Компоненты, перемещаемые вспомогательным действием, могут являться уплотнениями, шпонками или т.п., придавливаемыми к клапану с образованием других контактных точек между дротиком и клапаном. Шпонки могут также иметь профиль, совпадающий с поверхностями в клапане для обеспечения более эффективного соединения.

В другом варианте осуществления дротик может быть снабжен двигателем, принимающим электрический сигнал для поворота рычагов дротика, так что рычаги могут соединяться с клапаном или отсоединяться от него с использованием или без использования коррелированных магнитов. Дополнительный вариант осуществления может использовать технологию радиочастотной идентификации с источником питания в дротике и/или скользящей втулке или клапане для выполнения взаимодействия между дротиком и скользящей втулкой. Такое действие можно даже программировать для высвобождения по истечении установленного времени для обеспечения простой подачи насосом дротика к забою скважины.

Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, изобретение является применимым для создания исполнительного механизма со значительными преимуществами для повторного активирования и деактивирования в зонах ствола скважины, а также в других устройствах, таких как пакеры. Функции нескольких элементов можно выполнять в альтернативных вариантах осуществления с меньшим числом элементов или одним элементом. Аналогично, в некоторых вариантах осуществления, любой функциональный элемент может выполнять меньше операций, или операции, отличающиеся от операций описанных выше вариантов осуществления. Также функциональные элементы, показанные только для иллюстрации, могут быть включены в состав других функциональных элементов, разделены в различном агрегатном обеспечении или распределены различными путями в конкретном варианте реализации. Дополнительно, относительные размеры и местоположение являются весьма схематичными и понятно, что не только одинаковые, но многие другие варианты осуществления могут иметь отличающиеся изображения.

Включение признаков путем ссылки

Все указанные в описании патенты, опубликованные патентные заявки и другие ссылочные материалы полностью включены в данное описание в виде ссылки.

Хотя изобретение описано для предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что различные изменения и/или модификации могут быть выполнены без отхода от сущности или объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Например, каждый пункт формулы изобретения может зависеть от любого или всех пунктов в комплексе, даже если такое изначально не заявлено.

Claims (20)

1. Механизм для избирательного активирования множества путей прохода в забойной зоне ствола скважины, содержащий клапан, включающий в себя втулку, приспособленную для перемещения между открытым и в нормально закрытым положением, и группу магнитов клапана, установленных на втулке, и дротик, предназначенный для подачи насосом в ствол скважины и включающий в себя группу магнитов дротика, согласованных с группой магнитов клапана так, что дротик соединяется с клапаном при расположении вблизи него, и втулка перемещается из закрытого положения в открытое положение.

2. Механизм по п.1, в котором втулка имеет углубление, в котором установлена группа магнитов клапана, и дротик включает в себя подвижно установленные рычаги, причем группа магнитов дротика установлена на рычагах так, что при магнитном соединении рычаги перемещаются в углубление и закрепляют дротик во втулке.

3. Механизм по п.2, в котором углубление имеет скос, и рычаги образуют участок закрепления, соединяющийся с углублением и имеющий комплементарный скошенный участок, соединяющийся со скосом во время извлечения дротика.

4. Механизм по п.2, в котором рычаги способны перемещаться радиально наружу, поворачиваясь в направлении против направления потока текучей среды, подаваемой насосом в забойную зону ствола скважины.

5. Механизм по п.2, дополнительно содержащий второй клапан, включающий в себя втулку, приспособленную для перемещения между открытым и в нормально закрытым положением, и вторую группу магнитов клапана, установленную на втулку так, что вторая группа магнитов клапана и группа магнитов дротика способны создавать силу отталкивания для перемещения рычагов радиально внутрь при расположении вблизи друг друга.

6. Механизм по п.2, дополнительно содержащий пружины, соединенные с рычагами для установки их в нормальное положение.

7. Механизм по п.6, в котором средство соединения является хвостовой группой магнитов.

8. Механизм по п.2, дополнительно содержащий инструмент извлечения, включающий в себя группу магнитов инструмента, кодированных для соединения с хвостовой группой магнитов.

9. Механизм по п.8, в котором инструмент извлечения включает в себя участок юбки для создания силы закрытия рычагов во время соединения хвостовой группы магнитов и группы магнитов инструмента.

10. Механизм по п.8, дополнительно содержащий фал, прикрепленный к инструменту извлечения.

11. Механизм по п.2, в котором дротик дополнительно включает в себя плунжер, избирательно соединяющийся с рычагами, направляющий участок и уплотнения, подвижно установленные на дротике так, что при соединении рычагов с втулкой плунжер освобождается для прохода через направляющую и перемещает уплотнения для соединения с втулкой.

12. Механизм по п.1, дополнительно содержащий уплотнения, установленные на дротике.

13. Механизм по п.1, в котором дротик включает в себя хвостовой блок, имеющий средство соединения, установленное на нем.

14. Механизм для избирательного активирования множества скважинных устройств, содержащий первое средство для приведения в действие устройства перемещением из нерабочего положения в рабочее положение и второе средство для перемещения первого средства из нерабочего положения в рабочее положение, при этом указанное устройство является клапаном, первое средство является скользящей втулкой клапана, имеющей кодированную группу магнитов клапана, и второе средство является дротиком, имеющим кодированную группу магнитов дротика, так что кодированные группа магнитов клапана и группа магнитов дротика являются индивидуально согласованными для создания силы притяжения при их расположении вблизи друг друга.

15. Способ избирательного активирования механизма приведения в действие на множестве клапанов в забойной зоне скважины содержащий следующие этапы:
предварительное определение комбинации кодированных магнитов так, что каждая втулка клапана в забойной зоне скважины включает в себя группу магнитов клапана, притягивающуюся только к индивидуальной группе магнитов дротика, установленной на активирующем дротике; и
открытие клапанов в забойной зоне скважины в последовательности, определяемой выбранной последовательностью подачи насосом индивидуальных дротиков в ствол скважины.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап создания групп несогласованных магнитов, создающих силы отталкивания при расположении вблизи друг друга.

17. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап растворения индивидуальных дротиков.

18. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап извлечения индивидуальных дротиков с поддержанием, по меньшей мере, одного соответствующего клапана открытым.

19. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап извлечения индивидуальных дротиков с закрытием, по меньшей мере, одного соответствующего клапана.

20. Способ по п.15, дополнительно содержащий этапы закрытия ранее открытого клапана и повторного открытия ранее открытого и закрытого клапана.

Images