RU2591235C2

RU2591235C2 - Скважинный компенсатор давления

Info

Publication number: RU2591235C2
Application number: RU2013147497/03A
Authority: RU
Inventors: Йерген ХАЛЛУНБЕК
Original assignee: Веллтек А/С
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-07-20
Also published as: CA2831718C; CA2831718A1; DK2505773T3; EP2505773B1; MX2013011123A; CN103492672A; BR112013021921A2; AU2012234254B2; BR112013021921B1; AU2012234254A1; US9458695B2; MY166423A; WO2012130936A1; US20140014352A1; CN103492672B; EP2505773A1; RU2013147497A

Abstract

Группа изобретений относится к скважинному компенсатору давления для применения вместе со скважинным инструментом, содержащему корпус с камерой и внутренней полой секцией, первый поршень, делящий камеру на первую секцию и вторую секцию, причем первая секция соединена с возможностью передачи текучей среды с первым отверстием для текучей среды, вторая секция соединена с возможностью передачи текучей среды со скважиной через второе отверстие для текучей среды, и первую пружину, расположенную внутри второй секции для приложения давления к первому поршню, чтобы сделать возможным сохранение избыточного давления в первой секции. Кроме того, компенсатор дополнительно содержит второй поршень, вторую пружину, расположенную между первым поршнем и вторым поршнем, и канал избыточного давления, расположенный в первом или втором поршне. Причем, если вторая пружина находится в сжатом состоянии, канал избыточного давления обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между упомянутыми первой и второй секциями. Данное изобретение также относится к скважинной системе, содержащей кабель, сопряженный инструмент, например приводной модуль и/или рабочий инструмент, и скважинный компенсатор давления согласно изобретению. Технический результат заключается в повышении эффективности работы скважинного компенсатора давления. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 21 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к компенсатору давления, применяемому для выравнивания давления в скважинных инструментах для предотвращения взрывов инструментов, направленных внутрь или наружу.

Уровень техники

Скважинные инструменты, например приводные модули, ударные инструменты, перфораторы и так далее, подвергаются воздействию сильных перепадов давления между внутренней и наружной стороной инструмента. Чтобы предотвратить разрушения, вызванные взрывами инструментов, направленными внутрь или наружу, которые могут повредить как инструменты, так и конструкцию скважины и, кроме того, привести к приостановке добычи в скважинах, в данной области уже в течение десятилетий известны компенсаторы давления. Обычно, чтобы обеспечить компенсацию давления, скважинную текучую среду допускают внутрь инструмента к одной стороне компенсатора давления, при этом с другой стороны находится гидравлическая текучая среда, обычно содержащаяся внутри скважинного инструмента, и в результате выравнивают две величины давления с каждой стороны компенсатора давления.

Известны различные компенсаторы давления, в которых в механизме компенсации давления применяют резиновые камеры, диафрагмы, сильфоны и пружины. Однако все эти компенсаторы имеет тот недостаток, что их конструируют так, чтобы они могли выдержать определенную разность давлений, превышение которой ведет к поломке механизма.

Таким образом, использование более надежного и безотказного механизма компенсатора давления для применения в скважинах может привести к оптимизированным буровым характеристикам и отдаче пласта и, следовательно, к снижению расходов и повышению эффективности эксплуатации скважины. Так как во время скважинных работ инструменты некоторых типов требуют компенсации давления, в результате применения усовершенствованного компенсатора давления можно усовершенствовать различные процессы, что приведет к минимизации вероятности ограничения времени добычи.

Таким образом, существует потребность в обеспечении возможности компенсации давления в скважинных инструментах во время разведки, добычи и контроля подземных залежей, например залежей нефти и газа.

Раскрытие изобретения

Задача данного изобретения заключается в полном или частичном устранении вышеупомянутых недостатков уровня техники. Более конкретно, задача изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованную систему компенсации давления в скважинных инструментах во время разведки, добычи и контроля подземных залежей, например залежей нефти и газа.

Вышеуказанные задачи, а также многие другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из нижеследующего описания, выполнены благодаря решению в соответствии с даным изобретением посредством скважинного компенсатора давления для применения вместе со скважинным инструментом, содержащего:

- корпус с камерой и внутренней полой секцией,

- первый поршень, делящий камеру на первую секцию и вторую секцию, причем первая секция соединена с возможностью передачи текучей среды с первым отверстием для текучей среды, вторая секция соединена с возможностью передачи текучей среды со скважиной через второе отверстие для текучей среды, и

- первую пружину, расположенную внутри второй секции для приложения давления к первому поршню, чтобы сделать возможным сохранение избыточного давления в первой секции,

причем компенсатор дополнительно содержит:

- второй поршень,

- вторую пружину, расположенную между первым поршнем и вторым поршнем, и

- канал избыточного давления, расположенный в первом или втором поршне, причем, если вторая пружина находится в сжатом состоянии, канал избыточного давления обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между первой секцией и второй секцией.

В одном из вариантов осуществления изобретения скважинный компенсатор давления может содержать по меньшей мере подвод давления к сопряженному инструменту в инструментальном снаряде.

Сопряженный инструмент может представлять собой приводной модуль.

В другом варианте осуществления изобретения вторая секция компенсатора может быть соединена с возможностью передачи текучей среды с внутренней стороной модуля электродвигателя и/или модуля гидравлического насоса.

Кроме того, первая пружина, вторая пружина, первый поршень и второй поршень могут быть расположены соосно относительно продольной центральной оси компенсатора.

Более того, по меньшей мере один элемент из группы, содержащей первую пружину, вторую пружину, первый поршень и второй поршень, может быть расположен не соосно относительно продольной центральной оси компенсатора так, что он не описан вокруг внутренней полой секции.

Компенсатор согласно изобретению может быть расположен не соосно относительно продольной центральной оси инструмента.

Дополнительно, второй поршень может быть частично расположен внутри первого поршня.

Кроме того, первый поршень может быть частично расположен внутри второго поршня.

В одном из вариантов осуществления изобретения первая секция камеры может быть заполнена гидравлической текучей средой под давлением, например маслом, имеющим заданные свойства (соответствующие условиям в скважине).

Кроме того, первая и вторая пружины могут представлять собой спиральные пружины, цилиндрические винтовые пружины, сильфоны, конические винтовые пружины, пластинчатые пружины, пневматические пружины или тарельчатые пружины.

Скважинный компенсатор давления согласно изобретению может дополнительно содержать электрические датчики для контроля температуры внутри компенсатора и/или давления в первой и второй секциях, и/или положения первого поршня и второго поршня, для создания сигнала обратной связи для системы управления.

Упомянутый скважинный компенсатор давления может дополнительно содержать по меньшей мере один переключатель, причем компенсатор может управляться по меньшей мере одним переключателем, подключенным к системе управления для адаптации к изменениям внешних условий на основе сигнала обратной связи.

Кроме того, компенсатор может содержать множество первых и/или вторых пружин.

Кроме того, компенсатор может содержать множество направляющих для пружин.

Также вторая пружина может быть расположена в первом поршне.

Компенсатор может содержать множество первых пружин, расположенных в корпусе концентрически.

В одном из вариантов осуществления изобретения вторая пружина может быть расположена внутри первого поршня в предохранительном клапане, содержащем вторую пружину и второй поршень.

Дополнительно, корпус может содержать трубчатый элемент и два концевых элемента, соединенных с возможностью разъединения.

Кроме того, данное изобретение относится к скважинной системе, содержащей:

- кабель,

- сопряженный инструмент, например приводной модуль и/или рабочий инструмент, и

- скважинный компенсатор давления согласно изобретению.

Данное изобретение также относится к системе скважинных инструментов, содержащей:

- по меньшей мере один сопряженный инструмент, например приводной модуль и/или рабочий инструмент, и

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение и многие его преимущества описаны более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для примера показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:

на фиг.1 показан вид в разрезе компенсатора давления;

на фиг.2а-2d показаны схематические изображения компенсатора давления во время заполнения первой секции гидравлической текучей средой;

на фиг.3а-3d показаны схематические изображения компенсатора давления во время заполнения второй секции скважинной текучей средой;

на фиг.4а-4а показаны схематические изображения различных вариантов осуществления компенсатора давления;

на фиг.5 показано изображение компенсатора, содержащего не соосно расположенные пружины;

на фиг.6 показано изображение компенсатора, расположенного не соосно относительно центральной оси инструмента;

на фиг.7 показано изображение скважинной системы, содержащей компенсатор давления;

на фиг.8 показано изображение инструментального снаряда, содержащего компенсатор давления;

на фиг.9 показан вид в разрезе компенсатора давления;

на фиг.10 показано схематическое изображение компенсатора давления во время заполнения первой секции гидравлической текучей средой;

на фиг.11 показано схематическое изображение компенсатора давления во время заполнения второй секции скважинной текучей средой;

на фиг.12 показан вид в разрезе компенсатора давления.

Все чертежи схематичны и не обязательно выполнены в масштабе. На чертежах показаны только те части, которые необходимы для пояснения изобретения, другие части опущены или показаны без объяснения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан компенсатор 20 давления для компенсации разности давлений между внутренней стороной и наружной стороной скважинного инструмента с тем, чтобы предотвратить взрыв такого инструмента, направленный наружу или внутрь и вызванный разностью давлений. Компенсатор 20 давления присоединен к скважинному инструменту 115, чтобы компенсировать изменения давления. Компенсатор 20 давления содержит корпус 100 с камерой 101 и внутренней полой секцией 102. Полая секция 102 может облегчить осуществление электрических соединений 112 между двумя инструментами 115, расположенными в каждом конце компенсатора 20 и соединенными с компенсатором 20 посредством соединительного средства 116. Давление в полой секции 102 регулируют посредством первого поршня 103, второго поршня 109, первой пружины 108 и второй пружины 110. Внутренняя часть двух инструментов, соединенных с каждым концом компенсатора, может быть соединена с возможностью передачи текучей среды с внутренней частью 113 полой секции 102, причем посредством компенсатора 20 можно регулировать внутреннее давление в обоих инструментах. Первый поршень 103 и второй поршень 109 герметизируют первую секцию 104 относительно второй секции 105 камеры 101. Если первая пружина 108 расположена между вторым торцом 101b камеры и второй поверхностью 103b первого поршня 103, первая пружина 108 действует с усилием на второй торец 101b камеры 101 и вторую поверхность 103b первого поршня 103. Вторая пружина 110 расположена между первым поршнем 103 и вторым поршнем 109, при этом вторая пружина 110 действует с усилием на первый поршень 103 и второй поршень 109. В первом и/или втором поршне расположен канал 111 избыточного давления, чтобы обеспечить соединение с возможностью передачи текучей среды между первой и второй секциями 104, 105 камеры 101, если первый и второй поршень 103, 109 перемещены в направлении их крайних положений в каждом конце камеры 101. На фиг.1 показано сжатое состояние первой пружины 108, а если первый и второй поршень 103, 109 перемещаются дальше в направлении второго торца камеры 101, то, когда первая пружина сжата в определенной степени, второй поршень 109 взаимодействует со вторым торцом, который, в результате, останавливает перемещение второго поршня 109 в направлении второго торца камеры 101. Если первый поршень 103 продолжает перемещаться в направлении второго торца, вторая пружина 110 начинает сжиматься, и в определенный момент канал избыточного давления для текучей среды обеспечит доступ между первой и второй секциями 104, 105 камеры 101, и текучая среда из первой секции 104 камеры 101 начнет течь по каналу избыточного давления, поступая во вторую секцию 105 камеры 101.

На фиг.2 и 3 показана пошаговая активация канала избыточного давления в обоих концах камеры 101.

На фиг.2а-d показано перемещение первого поршня и второго поршня в направлении второго торца 101b вследствие повышения давления в первой секции 104 камеры 101. Прежде чем погружать компенсатор 20 в скважину 4, первую секцию 104 могут заполнить текучей средой, удалив пробку 124 из первого отверстия 106 для текучей среды и наполнив первую секцию 104 текучей средой, тем самым создав повышенное давление в первой секции 104. На фиг.2а первая и вторая пружины 108, 110 показаны в ненапряженном положении, первый и второй поршни 103, 109 перемещены в направлении первого торца 101а, а канал 111 избыточного давления закрыт. Если через первое отверстие 106 для текучей среды в первую секцию 104 поступает текучая среда, повышающая давление, то первая пружина 108 сжимается, как показано на фиг.2b. Как показано на фиг.2b, в данном состоянии вторая пружина 110 еще не сжата, поэтому канал избыточного давления еще закрыт, в результате соединение с возможностью передачи текучей среды между первой и второй секциями 104, 105 отсутствует. Однако, если в первой секции 104 продолжает повышаться давление, вторая пружина 110 начинает сжиматься, вызывая перемещение второго поршня 109, в то время как перемещение первого поршня 103 прекратилось, как показано на фиг.2с. Как показано стрелками на фиг.2с, если второй поршень 109 перемещен за определенную точку, канал избыточного давления обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между первой и второй секциями 104, 105, в результате текучая среда может течь из первой секции 104 во вторую секцию 105, и избыточное давление в первой секции 104 снижается. На фиг.2а первое отверстие 106 для текучей среды закрыто, в результате чего прекращается поступление текучей среды под давлением в первую секцию 104. Если первое отверстие 106 для текучей среды закрыто, то второй поршень 109 перемещается назад в направлении ненапряженного положения, так как в первую секцию 104 через канал 111 избыточного давления выходит текучая среда. Когда второй поршень 109 доходит до положения относительно первого поршня 103, канал избыточного давления снова закрывается, как показано на фиг.2а, и второй поршень 109 прекращает перемещаться. Следовательно, данный механизм обеспечивает ограничение давления в первой секции 104, так что оно не превышает определенного максимального значения давления. Более того, благодаря этому механизму пользователь может повышать давление в первой секции 104 до заданного значения каждый раз, когда в первой секции 104 повышают давление перед погружением компенсатора 20 в скважину. Фактическую жесткость первой и второй пружин 108, 110 выбирают в соответствии с заданным значением давления. Таким образом, для соответствия требований к компенсатору давления 20 в отношении давления специфическим условиям в скважине, заданное значение давления можно регулировать, меняя пружины или предварительно нагружая пружины до определенной степени.

На фиг.3а-d показано, как компенсируют давление во время повышения давления в скважине. Как пояснено выше, давление в первой секции 104 повышают перед погружением компенсатора 20 в скважину. Следовательно, исходным состоянием компенсатора 20 при погружении в скважину является состояние, изображенное на фиг.2а. Если затем компенсатор вводят в скважину, давление в скважине через второе отверстие 107 передается во вторую секцию 105, и давление во второй секции 105 повышается с увеличением давления в скважине. Как показано на фиг.3а, давление в скважине перемещает первый и второй поршни 103, 109 в направлении первого торца камеры 101, разжимая первую пружину 108. В результате данного перемещения первого поршня 103 давление компенсируется, то есть давление в первой и второй секциях компенсатора 20 давления выравнивается. Таким образом, так как первая секция 104 соединена с возможностью передачи текучей среды с внутренней стороной инструмента, давление в инструменте выравнивается, следовательно, во время повышения давления в скважине инструмент не разрушается. Проблема состоит в том, что если давление внутри инструмента становится намного больше или намного меньше, чем давление снаружи инструмента, то объем инструмента либо увеличивается, либо уменьшается. Чтобы предотвратить изменение объема инструмента, внутренняя сторона инструмента соединена с компенсатором давления, так что, если давление в скважине, то есть во второй секции 105, становится намного выше, чем в инструменте, который соединен с возможностью передачи текучей среды с первой секцией 104, то первая секция 104 может уменьшиться в объеме. С другой стороны, если давление в скважине намного ниже, чем в инструменте, первая секция 104 может увеличиться в объеме. На фиг.3b показана ситуация, когда первый поршень дошел до своего положения максимального перемещения в направлении первого торца и упирается в первый торец из-за повышения давления во второй секции 105, происходящего вследствие увеличения давления в скважине. Если давление во второй секции 105 продолжает повышаться и выходит за точку, показанную на фиг.3b, то второй поршень 109 начинает перемещаться в направлении первого торца, и вторая пружина 110 начинает сжиматься. Как показано на фиг.3с, если второй поршень 109 переместился достаточно далеко в направлении первого торца, избыточное давление во второй секции 105 открывает соединение с возможностью передачи текучей среды между первой и второй секциями 104, 105, в результате чего текучая среда из второй секции 105 может поступать в первую секцию 104. В общем, это представляет собой нежелательную ситуацию, так как грязная текучая среда из скважины может поступать внутрь компенсатора 20 и, следовательно, внутрь инструмента, соединенного с возможностью передачи текучей среды с первой секцией 104 компенсатора 20 давления. Однако альтернативный вариант может оказаться намного хуже, так как если инструменты не способны компенсировать скважинное давление, они могут быть полностью разрушены взрывом, направленным внутрь. Более того, деформация, возникшая вследствие такого взрыва, направленного внутрь, может вызвать застревание в скважине компенсатора давления и/или прикрепленного к нему инструмента, приводя к полному прекращению добычи в скважине. Следовательно, заполнение первой секции 104 компенсатора 20 и, таким образом, инструмента грязной скважинной текучей средой предотвращает разрушение как компенсатора давления, так и инструмента со скомпенсированным давлением. Таким образом, возможность поступления скважинной текучей среды внутрь первой секции 104, действует как отказоустойчивая схема для компенсатора 20 давления. Если отказоустойчивая схема активирована, и гидравлическая текучая среда в первой секции 104 загрязнена грязной скважинной текучей средой, обычно как компенсатор 20 давления, так и возможно загрязненный инструмент извлекают из скважины и тщательно очищают.

Как показано на фиг.3d, второй поршень 109 переместился назад в направлении второго торца, тем самым закрывая канал избыточного давления после выравнивания давления в первой и второй секциях 104, 105.

В отношении компенсации давления компенсатор 20 выполняет еще одну задачу. Когда компенсатор 20 погружают в скважину, температура повышается в зависимости от глубины и близости скважины к слоям магмы. Если объем текучей среды, находящейся под давлением в первой секции 104, увеличивается из-за повышения температуры, повышается давление на первом и втором поршнях 103, 109. В том случае, если давление превышает давление, определенное первой и второй пружинами 108, 110 для открытия канала избыточного давления, то гидравлическая текучая среда из первой секции 104 выходит во вторую секцию 105 и в скважину. Компенсатор 20 опять же действует как отказоустойчивая схема против разрушения или выпучивания компенсатора и/или инструмента, прикрепленного к компенсатору, из-за теплового расширения гидравлической текучей среды в компенсаторе 20 давления. Обычно эту проблему решают, просто заполняя известные компенсаторы частично, чтобы предотвратить выпучивание. Данный известный подход имеет следующие два главных недостатка. Первый недостаток заключается в том, что даже если компенсатор заполнен частично, чтобы предотвратить выпучивание из-за теплового расширения, по-прежнему сохраняется зависимость от температуры, которая должна быть ниже критической температуры. Это объясняется тем фактом, что температура может меняться локально, например, вблизи слоев магмы, доходя до очень высоких значений. Итак, надежность компенсатора может быть поставлена под угрозу даже в случае обычного заполнения компенсатора гидравлической текучей средой, так что, если компенсатор не сможет выдержать давление гидравлической текучей среды, расширяющейся вследствие теплового расширения, инструмент все же может выпучиваться. Второй недостаток заключается в том, что гидравлическая текучая среда предназначена для сопротивления давлению, возникающему вследствие давления в скважине, которое также повышается с глубиной и в соответствии с локальными условиями в скважине. Даже если известные компенсаторы заполняют лишь частично, то есть если уменьшают количество гидравлической текучей среды в компенсаторе, то его способность компенсировать давление в инструменте ухудшается, так как в первой секции имеется меньшее количество гидравлической текучей среды. Данная способность ухудшается, так как во время компенсации давления объем гидравлической текучей среды может уменьшиться из-за утечек в соединении с возможностью передачи текучей среды с первой секцией камеры, то есть из-за утечек в инструменте, что обычно происходит во время работы в скважине.

На фиг.4а-d показаны различные варианты осуществления изобретения. На фиг.4а изображен компенсатор 20 согласно изобретению, в котором канал 111 избыточного давления представляет собой отверстие в первом поршне 103. При расположении канала избыточного давления внутри первого поршня 103 отверстие канала избыточного давления может быть расположено на расстоянии от второй пружины 110. На фиг.4b показан компенсатор 20, в котором канал избыточного давления расположен частично во втором поршне 109, а частично в первом поршне 103, и если вторая пружина 110 соответствующим образом сжата, каналы избыточного давления оказываются совмещены, и текучая среда может течь из одной секции 104, 105 камеры 101 в другую секцию. На фиг.4с показан компенсатор 20, в котором первый поршень расположен частично внутри второго поршня 109, а канал избыточного давления расположен в корпусе 100 компенсатора 20. На фиг.4d показан компенсатор 20, в котором первый поршень 103 расположен частично внутри второго поршня 109, а канал избыточного давления расположен частично во втором поршне 109, а частично в первом поршне 103, и если вторая пружина 110 соответствующим образом сжата, каналы избыточного давления оказываются совмещены, и текучая среда может течь из одной секции 104, 105 канала 101 в другую секцию.

На фиг.5 изображен компенсатор, в котором две вторые пружины 110 расположены не соосно относительно центральной оси инструмента, чтобы два вторых поршня 103 находились на расстоянии от второго торца 101b камеры 101.

На фиг.6 показан компенсатор 20, причем компенсатор расположен не соосно относительно центральной оси инструмента. Таким образом, компенсатор 20 может быть расположен параллельно другому устройству, инструменту или, как показано на фиг.6, пустому пространству 121. Благодаря тому, что компенсатор можно расположить не соосно относительно центральной оси, увеличивается разнообразие конструктивных форм компенсатора в отношении оптимизации пространства в инструментальном снаряде. Как показано на фиг.6, благодаря пустому пространству 121 гидравлическая текучая среда под давлением может проходить через компенсатор, не входя ни в компенсационную камеру 101, ни во внутреннюю часть 113 полой секции 102. Кроме того, на фиг.6 показан вариант осуществления компенсатора, содержащего множество первых и/или вторых пружин. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, компенсатор может содержать большее число отдельных пружин. Компенсатор, изображенный на фиг.6, содержит обратный клапан 122, расположенный в первом отверстии 106 для текучей среды, и группу переключателей 123, чтобы обеспечить сигнал обратной связи для системы управления; благодаря чему пользователь может контролировать момент, когда во время сжатия или ослабления пружин поршни и пружины доходят до крайних положений.

После установки компенсатора он образует часть скважинного инструментального снаряда 10, как показано на фиг.7 и 8. Как показано на фиг.7 и 8, инструментальный снаряд может содержать приводные модули 11, компенсаторы 20, рабочие инструменты 12 и так далее. Инструментальный снаряд 10 содержит инструмент 115, например приводной модуль 11, расположенный в обсадной трубе 6, имеющей внутреннюю часть 4, в скважине или буровой скважине 5 в формации 2. Скважинный инструментальный снаряд 10 получает питание по кабелю 9, соединенному с инструментом через соединитель 13. Кроме того, скважинный инструмент содержит электронную секцию, имеющую электронику 15 изменения режима и управляющую электронику 16 перед подачей электропитания на электродвигатель 17, приводящий в движение гидравлический насос 18. Приводной модуль 11 может быть соединен с рабочим инструментом через соединитель 14.

Как показано на фиг.9-10, вторая пружина 110 может быть расположена внутри первого поршня 103, в предохранительном клапане 120, содержащем вторую пружину 110 и второй поршень 109. Так как обычный предохранительный клапан 120 открывается для потока только в одном направлении, как пояснено ниже, выемка 119 в полой секции 102 может облегчить сброс избыточного давления в первой секции 104. В первом поршне расположен канал 111 избыточного давления, чтобы обеспечить соединение с возможностью передачи текучей среды между первой и второй секциями 104, 105 камеры 101, если вторые поршни 109 перемещены в направлении максимального сжатия второй пружины 110.

На фиг.9 показана первая пружина 108 в несжатом состоянии, например перед заполнением компенсатора. Как показано на фиг.2b, перед заполнением первой секции 104 текучей средой под давлением первый поршень 103 перемещают в направлении конца камеры 101.

На фиг.10 показан компенсатор, изображенный на фиг.9, во время заполнения первой секции 104 текучей средой под давлением. Если первый поршень 103 доходит до положения, где расположена выемка 119, текучая среда под давлением может течь из первой секции 104 во вторую секцию 105, снижая, таким образом, избыточное давление в первой секции 104. Если давление во второй секции 105 сброшено, текучая среда под давлением выходит через второе отверстие 107 для текучей среды, и пользователь знает, что давление в первой секции 104 достигло требуемого уровня.

На фиг.11 показан компенсатор 20, изображенный на фиг.9 и 10, во время повышения давления во второй секции 105, когда скважинная текучая среда поступает во вторую секцию 105 через второе отверстие 107 для текучей среды, и давление во второй секции 105 повышается с увеличением давления в скважине. На фиг.11 показано, что давление в скважине переместило первые поршни 103 в направлении первого торца камеры 101а, разжимая первую пружину 108. В результате данного перемещения первого поршня 103 давление компенсируется, то есть выравнивается давление в первой и второй секциях компенсатора 20 давления. Таким образом, так как первая секция 104 соединена с возможностью передачи текучей среды с внутренней стороной инструмента, давление в инструменте выравнивается, следовательно, во время повышения давления в скважине он не разрушается. На фиг.11 показана ситуация, когда первый поршень достиг своего положения максимального перемещения в направлении первого торца 101а и упирается в первый торец 101а из-за повышения давления во второй секции 105, происходящего вследствие увеличения давления в скважине. Если давление во второй секции 105 продолжает повышаться, то второй поршень 109 начинает перемещаться в направлении первого торца, и вторая пружина 110 начинает сжиматься. Как показано на чертеже, избыточное давление во второй секции 105 открывает соединение с возможностью передачи текучей среды через канал 111 избыточного давления между первой и второй секциями 104, 105, если второй поршень 109 переместился достаточно далеко в направлении первого торца 101а, и в результате текучая среда из второй секции 105 может поступать в первую секцию 104.

На фиг.12 показан другой компенсатор 20, содержащий два ряда первых пружин 108, расположенных в компенсаторе 20 концентрически. Первый ряд первых пружин 108а расположен внутри второго ряда первых пружин 108b. Каждый ряд пружин содержит четыре отдельные пружины, разделенные только некоторым количеством направляющих 129 пружин. Вдоль двух первых пружин 108 расположено некоторое количество направляющих 129 пружин, чтобы предотвратить нежелательный изгиб пружин во время сжатия, который может привести к перепутыванию двух расположенных концентрически рядов первых пружин 108.

В некоторых вариантах осуществления изобретения пружина может представлять собой не обычную спиральную пружину, показанную на чертежах, а пружину другого типа. Такими пружинами другого типа могут быть цилиндрические винтовые пружины, сильфоны, конические винтовые пружины, пластинчатые пружины, пневматические пружины или тарельчатые пружины.

Первое и второе отверстия для текучей среды могут быть герметизированы с возможностью регулирования посредством клапана, например шарового клапана, дроссельного клапана, дроссельной заслонки, обратного клапана, мембранного клапана, расширительного клапана, запорного клапана, проходного запорного вентиля, шиберно-ножевой задвижки, игольчатого клапана, поршневого клапана, шлангового пережимного клапана или пробкового клапана.

Хотя изобретение описано в соответствии с предпочтительными вариантами его осуществления, специалисту в области техники очевидно, что возможна реализация нескольких модификаций без выхода за пределы объема правовой охраны изобретения.

Claims

1. Скважинный компенсатор (20) давления для применения вместе со скважинным инструментом, содержащий:
- корпус (100) с камерой (101) и внутренней полой секцией (102),
- первый поршень (103), делящий камеру на первую секцию (104) и вторую секцию (105), причем первая секция соединена с возможностью передачи текучей среды с первым отверстием (106) для текучей среды, вторая секция соединена с возможностью передачи текучей среды со скважиной (4) через второе отверстие (107) для текучей среды, и
- первую пружину (108), расположенную внутри второй секции для приложения давления к первому поршню, чтобы сделать возможным сохранение избыточного давления в первой секции,
причем компенсатор дополнительно содержит:
- второй поршень (109),
- вторую пружину (110), расположенную между первым поршнем и вторым поршнем, и
- канал (111) избыточного давления, расположенный в первом или втором поршне, причем, если вторая пружина находится в сжатом состоянии, канал избыточного давления обеспечивает соединение с возможностью передачи текучей среды между упомянутыми первой и второй секциями.

2. Скважинный компенсатор давления по п.1, содержащий, по меньшей мере, подвод давления к сопряженному инструменту (11, 17, 18, 20) в инструментальном снаряде (10).

3. Скважинный компенсатор давления по п.2, в котором сопряженный инструмент представляет собой приводной модуль (11).

4. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3, в котором вторая секция компенсатора соединена с возможностью передачи текучей среды с внутренней стороной модуля (17) электродвигателя и/или модуля (18) гидравлического насоса.

5. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3, в котором первая пружина, вторая пружина, первый поршень и второй поршень расположены соосно относительно продольной центральной оси компенсатора.

6. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3, в котором по меньшей мере один элемент из группы, содержащей первую пружину, вторую пружину, первый поршень и второй поршень, расположен не соосно относительно продольной центральной оси компенсатора так, что он не описан вокруг внутренней полой секции.

7. Скважинный компенсатор давления по п.6, причем компенсатор расположен некоаксиально относительно продольной центральной оси инструмента.

8. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3 или 7, в котором второй поршень частично расположен внутри первого поршня.

9. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3 или 7, в котором первый поршень частично расположен внутри второго поршня.

10. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3 или 7, в котором первая секция камеры заполнена гидравлической текучей средой под давлением, например маслом, имеющим заданные свойства.

11. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3 или 7, дополнительно содержащий электрические датчики для контроля температуры внутри компенсатора и/или давления в первой и второй секциях, и/или положения первого поршня и второго поршня, для создания сигнала обратной связи для системы управления.

12. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3 или 7, дополнительно содержащий, по меньшей мере, переключатель, причем компенсатор может управляться по меньшей мере одним переключателем, подключенным к системе управления для адаптации к изменениям внешних условий на основе сигнала обратной связи.

13. Скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-3 или 7, причем компенсатор содержит множество первых и/или вторых пружин.

14. Скважинная система, содержащая:
- кабель (9),
- сопряженный инструмент, например приводной модуль и/или рабочий инструмент, и
- скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-13.

15. Система скважинных инструментов, содержащая:
- по меньшей мере, сопряженный инструмент, например приводной модуль и/или рабочий инструмент, и
- скважинный компенсатор давления по любому из пп.1-13.