RU2749138C1 - Clamp sleeve with ball expandable seal and / or radially expandable petals - Google Patents
Clamp sleeve with ball expandable seal and / or radially expandable petals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749138C1 RU2749138C1 RU2020119144A RU2020119144A RU2749138C1 RU 2749138 C1 RU2749138 C1 RU 2749138C1 RU 2020119144 A RU2020119144 A RU 2020119144A RU 2020119144 A RU2020119144 A RU 2020119144A RU 2749138 C1 RU2749138 C1 RU 2749138C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- clamping sleeve
- sleeve
- wellbore
- profile
- ball
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 91
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 70
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 70
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 16
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 7
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XQCFHQBGMWUEMY-ZPUQHVIOSA-N Nitrovin Chemical compound C=1C=C([N+]([O-])=O)OC=1\C=C\C(=NNC(=N)N)\C=C\C1=CC=C([N+]([O-])=O)O1 XQCFHQBGMWUEMY-ZPUQHVIOSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- -1 stellite alloys) Chemical compound 0.000 description 2
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
- E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
- E21B34/14—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by movement of tools, e.g. sleeve valves operated by pistons or wire line tools
- E21B34/142—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by movement of tools, e.g. sleeve valves operated by pistons or wire line tools unsupported or free-falling elements, e.g. balls, plugs, darts or pistons
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/12—Packers; Plugs
- E21B33/1208—Packers; Plugs characterised by the construction of the sealing or packing means
- E21B33/1212—Packers; Plugs characterised by the construction of the sealing or packing means including a metal-to-metal seal element
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
- E21B2200/06—Sleeve valves
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Taps Or Cocks (AREA)
- Sliding Valves (AREA)
- Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится настоящее изобретениеThe technical field to which the present invention relates
Настоящее изобретение в целом относится к скважинному инструменту, который применяют при гидравлическом разрыве пласта, и, в частности, к проточным зажимным втулкам, которые применяют с целью приведения в действие манжетных клапанов для открытия выбранных отверстий в эксплуатационной колонне.The present invention generally relates to a downhole tool that is used in hydraulic fracturing, and in particular to flow-through clamping sleeves that are used to actuate lip valves to open selected holes in a production string.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияPrior art of the present invention
Скважинные инструменты широко применяют в нефтегазовой отрасли. Во многих скважинных инструментах предусмотрены клапаны, которые срабатывают под действием давления. Так, известное техническое решение манжетного клапана, срабатывающего под действием шарика, предусматривает трубчатый корпус клапана с каналом, в этот канал входит скользящая муфта. В верхней по стволу скважины части скользящей муфты предусмотрено седло шарика, и она изначально рассчитана на закрытое положение в сторону вверх по стволу скважины, в этом положении она закрывает одно или более отверстий для текучей среды на боковой стенке корпуса клапана. Для приведения манжетного клапана в действие сбрасывают шарик и он плотно садится на седло шарика скользящей муфты. Затем к шарику прикладывают давление текучей среды, чтобы перевести скользящую муфту в открытое положение в нижней по стволу скважины части с тем, чтобы открыть отверстия для текучей среды в корпусе клапана.Downhole tools are widely used in the oil and gas industry. Many downhole tools have valves that are pressure actuated. Thus, the known technical solution for a ball-actuated collar valve provides for a tubular valve body with a channel, a sliding sleeve enters this channel. A ball seat is provided in the upper wellbore portion of the sliding sleeve and is initially designed to be in a closed position uphole, in which position it closes one or more fluid openings on the sidewall of the valve body. To actuate the lip valve, a ball is dropped and firmly seated on the ball seat of the sliding sleeve. Fluid pressure is then applied to the ball to open the sliding sleeve in the downhole portion so as to expose the fluid openings in the valve body.
В процессе гидравлического разрыва пласта для образования трещин в подземной толще горных пород могут применять один или более манжетных клапанов, срабатывающих под действием шарика. Однако проблема последовательного включения множества манжетных клапанов, срабатывающих под действием шарика, с целью гидравлического разрыва пласта заключается в том, что канал манжетного клапана ниже по стволу скважины должен быть меньше, чем канал манжетных клапанов выше от них по стволу скважины с тем, чтобы шарик меньшего размера проходил через эти манжетные клапаны, находящиеся выше по стволу скважины, и попадал в нужный манжетный клапан ниже по стволу скважины. Другими словами, каналы расположенных последовательно манжетных клапанов должны уменьшаться в направлении вниз по стволу скважины, чтобы обеспечивать безотказную работу, тем самым приводя к снижению расхода на конце, расположенном ниже по стволу скважины.During hydraulic fracturing, one or more ball-actuated lip valves may be used to fracture subterranean formations. However, the problem of sequential activation of a plurality of ball-actuated cup valves for the purpose of hydraulic fracturing is that the bore of the cup valve down the wellbore must be smaller than the bore of the cuff valves upstream of them in the wellbore so that the ball is smaller. size passes through these lip valves located higher up the wellbore and into the desired lip valve down the wellbore. In other words, the bores of the sequential lip valves must be reduced in the downhole direction in order to ensure trouble-free operation, thereby resulting in a decrease in flow rate at the downhole end.
В патенте США №4,043,392, выданном компании Gazda, описана скважинная система для избирательной фиксации скважинных инструментов вдоль проводящего поток канала в стволе скважины и комплект инструментов для применения в проводящем поток канале, включая стыковочный сердечник, приспособление для сдвига муфты и предохранительный клапан. Система избирательной фиксации имеет профиль с пазами для посадки и фиксации, включая упоры, обращенные и вверх и вниз. Один из видов системы фиксации представляет собой золотниковый клапан и включает в себя механизм отсоединения кулачкового упора для освобождения селектора и фиксирующей шпонки при перемещении золотникового клапана между положениями, находящимися на расстоянии друг от друга в продольном направлении. Другой вид запорной системы может быть расположен вдоль установочного патрубка и для него может требоваться, чтобы для освобождения селектора и инструментов фиксации был отключен зафиксированный в ней скважинный инструмент. Приспособление для сдвига муфты предусматривает устройства для открывания и закрывания золотникового клапана, включая шпонки с упорами, обращенными вверх и вниз, и профиль с пазами, которые совместимы с профилем с пазами для посадки и фиксации золотникового клапана или с пазами установочного патрубка. Приспособление для сдвига муфты могут применять также в качестве стыковочного сердечника. Избирательность обеспечивается за счет изменения профилей посадки и фиксации и профилей шпонок.US Pat. No. 4,043,392 to Gazda discloses a downhole system for selectively securing downhole tools along a conductive bore in a wellbore and a toolbox for use in a flow conductive bore, including a docking core, collar shear, and relief valve. The Selective Retention System features a slotted profile for seating and retention, including stops facing both up and down. One type of retention system is a spool valve and includes a cam release mechanism to release the selector and the detent key when the spool valve is moved between positions that are longitudinally spaced apart from each other. Another form of shutoff system may be located along the mounting tube and may require the downhole tool to be disengaged to release the selector and locking tools. The sleeve shifter provides devices for opening and closing the spool valve, including keys with stops facing up and down, and a profile with slots that are compatible with a profile with slots to seat and lock the slide valve or with slots in the mounting tube. The coupling shear device can also be used as a splice core. Selectivity is ensured by changing the fit and retention profiles and key profiles.
Согласно патенту США №4,043,392, профили подпружиненных шпонок являются взаимоисключающими. Профиль шпонки будет входить в зацепление только с золотниковым клапаном, имеющим сопряженный внутренний профиль.According to US Pat. No. 4,043,392, the spring-loaded key profiles are mutually exclusive. The key profile will only engage with a spool valve having a mating inner profile.
В патенте США №4,436,152, выданном Fisher и др., описан усовершенствованный толкатель, соединяемый с комплектом скважинных инструментов и пригодный для зацепления скользящей муфты и размещения ее в устройстве скользящей муфты в проводящем поток канале скважины. Избирательные профилированные шпонки толкателя обеспечивают лучшее прилегание и большую площадь контакта между шпонками и скользящими муфтами. Когда находящаяся в зацеплении скользящая муфта не может быть перемещена вверх и толкатель автоматически не отсоединяется, могут применять средства аварийного отсоединения путем приложения к толкателю усилия, направленного вверх и достаточного для срезания штифтов, при этом все шпонки на обоих концах должны быть отведены внутрь для полного отсоединения с целью удаления толкателя из устройства скользящей муфты.US Pat. No. 4,436,152 to Fisher et al. Discloses an improved pusher that connects to a downhole tool kit and is suitable for engaging a sliding sleeve and placing it in a sliding sleeve assembly in a wellbore conductive bore. Selective profiled pusher keys provide a better fit and greater contact area between the keys and sliding sleeves. When the engaged sliding sleeve cannot be moved upward and the follower does not automatically disengage, emergency disconnect means may be applied by applying an upward force to the follower and sufficient to shear the pins, with all keys at both ends retracted inward for complete disconnection. in order to remove the pusher from the sliding sleeve device.
В патенте США №5,305,833, выданном Collins, описан толкатель для золотниковых клапанов, предназначенный для применения в нефтяных и газовых скважинах, который имеет фиксирующие защелки, которые применяют для избирательного размещения и зацепления стопора внутри клапана. Основные шпонки зацепляют и избирательно перемещают скользящую муфту в положение уравнивания, а также предотвращают преждевременное перемещение в полностью открытое положение. Также в комплект входит устройство для избирательного предотвращения перемещения после выравнивания. Дополнительные шпонки сдвигают основные шпонки в направлении перемещения, захватывают муфту и переводят ее в полностью открытое зафиксированное положение. Также происходит избирательное отсоединение толкателя от золотникового клапана, что позволяет извлечь толкатель из скважины. Кроме того, описан способ избирательного и последовательного перемещения скользящей муфты для золотникового клапана из закрытого положения в положение уравнивания, а затем из положения уравнивания в полностью закрытое положение.Collins US Pat. No. 5,305,833 discloses a slide valve pusher for use in oil and gas wells that has locking latches that are used to selectively position and engage a stopper within the valve. The main keys engage and selectively move the sliding sleeve to the leveling position and also prevent premature movement to the fully open position. Also included is a device to selectively prevent movement after alignment. Additional keys move the main keys in the direction of travel, grip the sleeve and move it to the fully open locked position. It also selectively decouples the pusher from the spool valve, allowing the pusher to be removed from the well. In addition, a method of selectively and sequentially moving a slide sleeve for a spool valve from a closed position to an equalizing position and then from an equalizing position to a fully closed position is described.
В частности, в патенте США №5,305,833 описаны две отдельных подпружиненных шпонки, при этом первая из двух шпонок может подходить к профилю второй из двух шпонок. Однако вторая шпонка не может подходить к профилю первой шпонки.In particular, US Pat. No. 5,305,833 discloses two separate spring-loaded keys, wherein the first of the two keys can fit the profile of the second of the two keys. However, the second key cannot match the profile of the first key.
В патенте США №5,309,988, выданном Shy и пр., описана подземная система управления дебитом скважины, включающая в себя ряд устройств типа подвижной муфты для управления потоком, которые установлены в проводящем поток канале скважины в разных флюидсодержащих трещинных зонах, и толкатель, движущийся по каналу и пригодный для избирательного перемещения любого выбранного количества частей муфт в устройствах для управления потоком в любом направлении между их открытыми и закрытыми положениями, без извлечения инструмента из канала. Наборы выдвижных в радиальном направлении анкеров и шпонок сдвигающего устройства вводят в отверстия боковых стенок корпуса инструмента, и их соответственно настраивают на фиксированное сцепление с наборами бороздок на внутренней стороне корпуса и подвижными частями муфты любого из устройств управления потоком. Наборы шпонок подпружинены в радиальном направлении наружу, в направлении выдвинутых положений, и система электромеханического привода, расположенная в корпусе инструмента, предназначена для выдвигания наборов шпонок в радиальном направлении и перемещения набора шпонок сдвигающего устройства вдоль оси к набору шпонок анкера или от него. Это позволяет перемещать инструмент внутрь любого устройства управления потоком и через него в любом направлении вдоль оси, при этом инструмент зафиксирован на этом устройстве, его приводят в действие для полного или частичного перемещения частей муфты в любом направлении, и затем отсоединяют от устройства управления потоком и перемещают к любому другому устройству управления потоком для перемещения его муфты. Сцепленные друг с другом треугольные резьбовые соединения на корпусе и частях муфты каждого из устройств управления потоком способствуют временной фиксации части муфты в частично смещенном положении.US Pat. No. 5,309,988 to Shy et al. Discloses an underground well rate control system that includes a number of movable collar flow control devices that are installed in a conductive well bore in different fluid-containing fractured zones, and a pusher moving through the bore and suitable for selectively moving any selected number of sleeve portions in flow control devices in any direction between their open and closed positions, without removing the tool from the channel. Sets of radially retractable anchors and shear keys are inserted into the openings of the side walls of the tool body, and are accordingly adjusted to engage in a fixed engagement with the sets of grooves on the inner side of the body and movable clutch parts of any of the flow control devices. The key sets are spring-loaded radially outward in the direction of the extended positions, and an electromechanical drive system located in the tool body is designed to extend the key sets radially and move the shear key set axially towards or away from the anchor key set. This allows the tool to be moved into and through any flow control device in any direction along the axis, while the tool is fixed to this device, it is operated to move the sleeve parts completely or partially in any direction, and then disconnected from the flow control device and moved. to any other flow control device to move its sleeve. The interlocked triangular threaded connections on the body and sleeve portions of each of the flow control devices temporarily fix the sleeve portion in the partially offset position.
В патенте США №5,309,988 также описаны два взаимоисключающих профиля шпонок.US Pat. No. 5,309,988 also describes two mutually exclusive key profiles.
В патенте США №5,730,224, выданном Williamson и др., описана подземная конструкция для доступа регулировочного инструмента к боковому стволу, отходящему от ствола скважины. В подземной конструкции предусмотрена переводная муфта, которая расположена в стволе скважины вблизи отверстия в боковой ствол скважины и которая имеет окно доступа через него для обеспечения доступа инструмента к горизонтальной скважине через это отверстие. Переводная муфта также оснащена скользящим устройством контроля доступа, соединенным с ней соосно. В комплект также входит переключатель, который может входить в зацепление со скользящим устройством управления доступом с тем, чтобы заставить скользящее устройство управления доступом скользить между открытым положением, в котором инструмент может проходить через окно и отверстие и в боковой ствол скважины, и закрытым положением, в котором инструмент не может проходить через окно и отверстие и в боковой ствол скважины. Этот патент также описывает способ управления доступом инструмента к боковому стволу скважины, отходящему от ствола скважины. В предпочтительном способе предусмотрены стадии: 1) размещения переводной муфты в стволе скважины рядом с отверстием в боковой ствол скважины, при этом в переводной муфте имеется окно доступа, через которое обеспечивают доступ инструмента в боковой ствол скважины, переводная муфта дополнительно имеет подвижное устройство контроля доступа, соединенное с ней соосно; 2) зацепление подвижного устройства контроля доступа и сдвигающего устройства для плавного перемещения подвижного устройства контроля доступа относительно переводной муфты; и 3) плавное перемещение подвижного устройства контроля доступа между открытым положением, при котором инструмент может проходить через окно и отверстие и в боковой ствол скважины, и закрытым положением, при котором инструмент не может проходить через окно и отверстие в боковой ствол скважины.US Pat. No. 5,730,224 to Williamson et al. Discloses an underground structure for accessing an adjusting tool to a sidetrack extending from a wellbore. In the subterranean structure, a transition sleeve is provided, which is located in the wellbore near the hole in the lateral wellbore and which has an access window through it to provide the tool access to the horizontal well through this hole. The transfer sleeve is also equipped with a sliding access control device coaxially connected to it. The kit also includes a switch that can engage with the sliding access control device to cause the sliding access control device to slide between an open position, where the tool can pass through the window and hole and into the sidetrack, and a closed position, in where the tool cannot pass through the window and hole and into the lateral wellbore. This patent also describes a method for controlling tool access to a lateral wellbore extending from a wellbore. The preferred method includes the steps of: 1) positioning the collar in the wellbore close to the hole in the lateral wellbore, wherein the collar has an access window through which the tool can be accessed into the lateral wellbore, the collar additionally has a movable access control device, connected to it coaxially; 2) engagement of the movable access control device and the sliding device for smooth movement of the movable access control device relative to the transfer sleeve; and 3) smooth movement of the movable access control device between an open position, in which the tool can pass through the window and hole and into the lateral wellbore, and a closed position, in which the tool cannot pass through the window and hole into the lateral wellbore.
В патенте США №5,730,224 описаны два профиля втулок, при этом один из них обратный по отношению к другому.US Pat. No. 5,730,224 describes two bushing profiles, one being the opposite of the other.
В патентах США №№7,325,617 и 7,552,779, выданных Murray, описана система, которая позволяет последовательно обрабатывать участки некоторой зоны. Доступ к каждой части может быть осуществлен при помощи скользящей муфты, которая имеет определенный внутренний профиль. Могут применять пробки, продавливаемые по бурильной колонне, которые имеют определенный профиль и фиксируют пробку на определенной муфте. Давление на пробку, находящуюся в зафиксированном состоянии, позволяет последовательно открывать муфты, в то время как уже обработанные зоны, находящиеся ниже, изолированы. Пробки, продавливаемые по бурильной колонне, имеют отверстие, изначально перекрытое материалом, который со временем исчезает в предполагаемых скважинных условиях. В результате когда все части зоны обработаны, поток флюида через различные зафиксированные пробки восстанавливают. Пробки также могут выдувать из скользящей муфты после их использования, и они могут быть оснащены шпонкой, которая впоследствии предотвращает вращение пробки на ее оси, если позднее требуется разбурить ее.Murray, US Pat. Nos. 7,325,617 and US Pat. Nos. 7,552,779 describe a system that allows sequential treatment of portions of a zone. Each part can be accessed using a sliding sleeve that has a defined internal profile. Plugs can be used, pushed along the drill string, which have a certain profile and fix the plug on a certain sleeve. The pressure on the plug, which is in the fixed state, allows the couplings to be sequentially opened, while the already treated areas below are isolated. Plugs pushed down the drill string have a hole initially bridged with material that will fade over time in the anticipated downhole conditions. As a result, when all parts of the zone have been treated, fluid flow through the various fixed plugs is restored. Plugs can also be blown out of the sliding sleeve after use, and they can be equipped with a key that subsequently prevents the plug from rotating on its axis if it is later required to be drilled out.
В патенте США №9,611,727, выданном Campbell и др., описано устройство и способ гидравлического разрыва пласта в скважине, пробуренной в нефтегазосодержащей толще горных пород. Устройство предусматривает клапанный узел в сборе с участками обсадной трубы, что образует крепление ствола скважины. Клапанный узел предусматривает скользящий поршень, который закреплен на месте для изоляции портов, которые обеспечивают сообщаемость между внутренним пространством обсадной трубы скважины и продуктивной зоной в толще горных пород. Дротик с манжетным уплотнением могут спускать в обсадную трубу скважины и продвигать за счет давления жидкости гидроразрыва пока дротик не достигнет клапанного узла и не перекроет обсадную трубу скважины ниже клапанного узла. Давление жидкости гидроразрыва на дротик и его манжетное уплотнение проталкивает поршень вниз, он срезает штифты и открывает отверстия. Затем жидкость гидроразрыва может выходить из отверстий и вызывать образование трещин в продуктивной зоне толщи горных пород.US Pat. No. 9,611,727 to Campbell et al. Discloses an apparatus and method for hydraulic fracturing in a well drilled in an oil and gas bearing rock mass. The device provides a valve assembly with sections of the casing that forms the borehole support. The valve assembly provides a sliding piston that is secured in place to isolate ports that provide connectivity between the interior of the well casing and the pay zone in the rock formation. A lip-sealed dart may be lowered into the well casing and propelled by the pressure of the fracturing fluid until the dart reaches the valve assembly and blocks the well casing below the valve assembly. The pressure of the fracturing fluid on the dart and its lip seal pushes the piston downward, it shears the pins and opens the holes. The fracturing fluid can then escape from the holes and cause fractures in the pay zone of the rock strata.
В патенте США №9,739,117, выданном Campbell и др., описан способ и устройство для избирательного приведения в действие скважинного инструмента в трубе. Приводное устройство имеет оправку привода с отверстием, проходящим через привод, и перепускное устройство и профильную шпонку для избирательного сцепления со скважинным инструментом. Скважинный инструмент имеет один или более профильных ресиверов, приспособленных для приведение в действие скважинного инструмента. Приводное устройство спускают в трубу и, если шпонка профиля и ресивер профиля подходят друг к другу, приводное устройство и скважинный инструмент входят в зацепление, и приводной механизм и скважинный инструмент не входят в зацепление, если шпонка профиля и приемник профиля не подходят друг к другу. Флюид могут прокачивать через канал приводного устройства для смыва или промывки перед приводным устройством.US Pat. No. 9,739,117 to Campbell et al. Discloses a method and apparatus for selectively activating a downhole tool in a pipe. The actuator has an actuator mandrel with a bore passing through the actuator and a bypass and a key for selective engagement with the downhole tool. The downhole tool has one or more profiled receivers adapted to actuate the downhole tool. The drive device is lowered into the pipe and, if the profile key and the profile receiver fit together, the drive unit and the downhole tool engage, and the drive mechanism and the downhole tool do not engage if the profile key and the profile receiver do not fit together. The fluid can be pumped through the channel of the drive device for flushing or flushing upstream of the drive device.
В опубликованной заявке на патент США №2003/0173089 от Westgard описана полнопроходная избирательная система установки и ориентации, предусматривающая патрубок, который устанавливают в колонну труб, и имеющая внутренние приспособления для установки и ориентации известной конфигурации и установочное устройство, работающее внутри колонны труб и имеющее приспособления для установки и ориентации, которые входят в зацепление с упомянутыми внутренними приспособлениями упомянутого патрубка. Способ установки и ориентации скважинного инструмента, предусматривающий установку цилиндрического ниппеля, имеющего определенную конфигурацию и внутренние размеры, в колонне труб, которая спускает установочное устройство, имеющее комплементарные наружные размеры и конфигурацию и поворачивающее упомянутое установочное устройство в положение, при котором смещенный элемент выдвигается из упомянутого установочного устройства в углубление упомянутого цилиндрического элемента.Westgard Published US Patent Application No. 2003/0173089 discloses a full bore selective positioning and orientation system having a manifold that is installed in a pipe string and having internals for positioning and orientation of a known configuration and a positioning device operating within the pipe string and having attachments for installation and orientation, which mesh with said internal fixtures of said nozzle. A method for installing and orienting a downhole tool, comprising installing a cylindrical nipple having a certain configuration and internal dimensions in a pipe string that lowers a setting device having complementary external dimensions and configuration and pivoting said setting device to a position in which the displaced element is extended from said mounting device into the recess of the said cylindrical element.
В опубликованной заявке на патент США №2015/0226034, выданный Jani, описаны устройство и соответствующие способы избирательного приведения в действие скользящих муфт в переводниках, при этом муфты размещены в стволе скважины для того, чтобы открыть отверстия в таких переводниках для обеспечения возможности гидравлического разрыва пласта в скважине или детонации зарядов взрывчатого вещества на них для перфорации ствола скважины, либо для обоих действий. Применяют упрощенный дротик и муфту, что сокращает количество операций с каждым из них. Предпочтительно, чтобы дротик был оснащен устройствами соединения, позволяющими присоединить к нему инструмент для извлечения из скважины, при таком соединении с инструментом для извлечения это обеспечивает работу перепускного клапана, что способствует извлечению дротика из переводников клапана. Движение вверх инструмента для извлечения из скважины позволяет клинообразному элементу отсоединить дротик от соответствующей муфты, чтобы дротик можно было извлечь.Jani Published U.S. Patent Application Publication No. 2015/0226034 describes an apparatus and related methods for selectively actuating sliding sleeves in subs, with sleeves placed in the wellbore to open holes in such subs to fracture the formation. in a well or detonating explosive charges on them to perforate the wellbore, or both. A simplified dart and clutch are used, which reduces the number of operations with each of them. Preferably, the dart is equipped with coupling devices for attaching a retrieval tool thereto, when coupled with the retrieval tool, this enables the bypass valve to operate to assist in retrieving the dart from the valve sub. The upward movement of the retrieval tool allows the wedge to disengage the dart from its associated sleeve so that the dart can be retrieved.
В патенте США №2014/0209306, выданном Hughes и др., описан инструмент для обработки ствола скважины, предназначенный для посадки с опорой на ограничивающую стенку в стволе скважины, в которой размещают инструмент для обработки скважины. Инструмент для обработки скважины включает в себя корпус инструмента, который включает в себя первый конец, форма которого допускает соединение с колонной труб, и противоположный конец; узел непроходной шпонки, который включает в себя цилиндрический кожух и непроходную шпонку, цилиндрический кожух, определяющий внутренний канал, который подходит вдоль цилиндрического кожуха, и обращенная наружу поверхность, к которой прикреплена непроходная шпонка, причем непроходная шпонка рассчитана на закрепление непроходной шпонки и цилиндрического корпуса в зафиксированном положении относительно ограничивающей стенки, цилиндрический корпус, скрепленный муфтой с корпусом инструмента, который установлен во внутреннем канале цилиндрического корпуса; и уплотнительный элемент, окружающий корпус инструмента и расположенный между первым компрессионным кольцом на корпусе инструмента и вторым компрессионным кольцом на цилиндрическом кожухе, при этом уплотнительный элемент расширяется и образует кольцевое уплотнение вокруг корпуса инструмента за счет уплотнения между первым уплотнительным кольцом и вторым уплотнительным кольцом.US Patent No. 2014/0209306 to Hughes et al. Discloses a wellbore treating tool for landing supported on a boundary wall in a wellbore in which the well treating tool is located. A well treatment tool includes a tool body that includes a first end shaped to be connected to a tubing string and an opposite end; a no-feed key assembly that includes a cylindrical casing and a no-pass key, a cylindrical casing defining an inner bore that fits along the cylindrical casing, and an outward-facing surface to which the no-pass key is attached, the no-pass key being designed to secure the no-pass key and the cylindrical casing in in a fixed position relative to the bounding wall, a cylindrical body, coupled to the tool body, which is installed in the inner channel of the cylindrical body; and a sealing member surrounding the tool body and disposed between the first compression ring on the tool body and the second compression ring on the cylindrical housing, the sealing member expanding and forming an O-ring around the tool body by sealing between the first sealing ring and the second sealing ring.
В патенте США №2015/0218916, выданном Richards и др., описаны циркуляционные клапаны, которые могут быть открытыми и закрытыми, а также постоянно закрытыми. Система заканчивания предусматривает эксплуатационную колонну с расположенным в ней подвижным циркуляционным клапаном, циркуляционный клапан с профилем посадки на его наружной цилиндрической поверхности и профиль смещения на его внутренней цилиндрической поверхности, рабочий инструмент, рассчитанный по меньшей мере на размещение в эксплуатационной колонне и предусматривающий толкатель с одной или более шпонками, рассчитанными на совмещение с профилем смещения. Когда подвижные шпонки занимают свое положение и совмещаются с профилем смещения, осевая нагрузка, приложенная к рабочему инструменту, перемещает циркуляционный клапан вдоль оси, а узел спускового упора, расположенный внутри эксплуатационной колонны и содержащий спусковый упор, который определяет канал, рассчитанный на прием фиксирующего устройства, оказывается зажатым в канале до тех пор, пока стопорный узел не сместится в осевом направлении.In US patent No. 2015/0218916 issued to Richards et al. Circulation valves are described, which can be open and closed, as well as permanently closed. The completion system provides for a production string with a movable circulation valve located in it, a circulation valve with a landing profile on its outer cylindrical surface and a displacement profile on its inner cylindrical surface, a working tool designed at least for placement in the production string and providing a pusher with one or more dowels designed to align with the offset profile. When the movable keys are in position and aligned with the displacement profile, the axial load applied to the tool moves the circulating valve along the axis, and the trigger assembly located inside the production string and containing the trigger that defines a channel designed to receive the locking device. is clamped in the channel until the stop unit is displaced in the axial direction.
Патент Канады №2,412,072, выданный Fehr и др., описывает компоновку насосно-компрессорной колонны для обработки ствола скважины флюидом. Насосно-компрессорную колонну могут применять для поэтапной обработки ствола скважины флюидом, при этом выбранный участок ствола скважины обрабатывают в то время как другие участки изолированы. Насосно-компрессорную колонну могут также применять в тех случаях, когда необходимо спустить насосно-компрессорную колонну с отверстием в загерметизированном состоянии, а позднее оно должно быть открыта.Canadian Patent No. 2,412,072 to Fehr et al. Describes a tubing arrangement for fluidizing a wellbore. The tubing can be used for staged treatment of a wellbore with fluid, whereby a selected section of the wellbore is treated while other sections are isolated. The tubing can also be used when it is necessary to run the tubing with an opening in a sealed state, and later it must be opened.
Для индустрии гидравлического разрыва пласта чрезвычайный интерес всегда представляют альтернативные и/или усовершенствованные конструкции, которые обеспечивают последовательное и надежное зацепление и приведение в действие подземных клапанов, а также улучшенное уплотнение.The fracturing industry is always of great interest in alternative and / or improved designs that provide consistent and reliable engagement and actuation of buried valves and improved sealing.
Сущность настоящего изобретенияThe essence of the present invention
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предусмотрена специальная зажимная втулка для применения с манжетным клапаном с целью открытия выбранных отверстий в стволе скважины.According to one aspect of the present invention, a special clamping sleeve is provided for use with a lip valve to open selected holes in a wellbore.
Манжетный клапан содержит корпус клапана, имеющий проходящий через него продольный канал и одно или более отверстий для текучей среды на расположенной выше по стволу скважины части его боковой стенки, и скользящую муфту, расположенную в канале корпуса клапана и выполненную с возможностью перемещения между закрытым положением выше по стволу скважины с закрытием одного или более отверстий для текучей среды и открытым положением ниже по стволу с открытием одного или более отверстий для текучей среды, при этом скользящая муфта содержит продольный канал для расположения в нем зажимной втулки.The lip valve comprises a valve body having a longitudinal channel passing through it and one or more openings for a fluid medium on a part of its side wall located upstream of the wellbore, and a sliding sleeve located in the channel of the valve body and configured to move between a closed position upstream. borehole with one or more fluid openings closed and open downhole with one or more fluid openings open, wherein the sliding sleeve comprises a longitudinal bore for positioning a clamping sleeve therein.
Важно отметить, что зажимная втулка для применения с указанным выше манжетным клапаном, содержит:It is important to note that a clamping sleeve for use with the above lip valve contains:
- седло шарика, имеющее поверхность седла шарика, которое наклонено внутрь в радиальном направлении сверху вниз по стволу скважины под острым углом наклона к продольной оси зажимной втулки;- a ball seat having a ball seat surface that is inclined inward in the radial direction from top to bottom along the wellbore at an acute angle of inclination to the longitudinal axis of the clamping sleeve;
- расширяемая в радиальном направлении часть, расположенная в непосредственной близости и проходящая по окружности вокруг указанного седла шарика;- a radially expandable portion located in close proximity and circumferentially around said ball seat;
при этом расширяемая в радиальном направлении часть выполнена с возможностью расширения наружу в радиальном направлении по меньшей мере на 0,09% под давлением по меньшей мере 150 фунтов на квадратный дюйм (psi), которое действует на шарик, сидящий в упомянутом седле шарика, так что образует уплотнение в месте контакта между зажимной втулкой и продольным каналом скользящей муфты, когда зажимная втулка расположена в скользящей муфте.the radially expandable portion is configured to expand radially outwardly by at least 0.09% under a pressure of at least 150 psi, which acts on the ball seated in said ball seat so that forms a seal at the point of contact between the clamping sleeve and the longitudinal bore of the sliding sleeve when the clamping sleeve is located in the sliding sleeve.
Следовательно, преимущество состоит в том, что если конфигурация зажимной втулки обеспечивает расширение в радиальном направлении, это позволяет уменьшить общий наружный диаметр зажимной втулки. Такой диаметр, уменьшенный не только в области седла шарика, но также и в области профиля зажимной втулки, позволяет зажимной втулке и области ее профиля более свободно проходить вниз по стволу скважины, меньше взаимодействуя с различными скользящими муфтами, которые нежелательно приводить в действие, тем самым уменьшают износ при трении профилированной области зажимной втулки и поддерживают целостность профилей зажимной втулки, а также лучше обеспечивают способность достаточного и надежность сцепления профиля зажимной втулки с профилем требуемой скользящей муфты, которую желательно привести в действие по ее достижении втулкой, и при этом одновременно создают уплотнение для повышения давления на стороне шарика, расположенной выше по стволу скважины, чтобы тем самым срезать срезные штифты, которые удерживают скользящую муфту на месте, и скользящая муфта получает возможность двигаться вниз по стволу скважины, тем самым открывая требуемые отверстия ниже по стволу скважины.Therefore, it is advantageous that if the configuration of the clamping sleeve allows expansion in the radial direction, the overall outer diameter of the clamping sleeve can be reduced. This diameter, reduced not only in the area of the ball seat, but also in the area of the profile of the clamping sleeve, allows the clamping sleeve and its profile area to pass more freely down the wellbore, less interacting with various sliding sleeves that are undesirable to be actuated, thereby reduce frictional wear of the profiled area of the clamping sleeve and maintain the integrity of the profiles of the clamping sleeve, as well as better ensure the ability of sufficient and reliable adhesion of the profile of the clamping sleeve to the profile of the desired sliding sleeve, which it is desirable to activate when it reaches the sleeve, and at the same time creates a seal for increasing pressure on the upbore side of the ball to thereby shear the shear pins that hold the slide in place and allow the slide to move down the wellbore thereby opening the desired openings down the wellbore.
Согласно другому аспекту этого изобретения, настоящее изобретение предусматривает манжетный клапан, имеющий зажимную втулку с описанной выше функциональностью. Соответственно, согласно такому варианту осуществления настоящего изобретения, это изобретение предусматривает манжетный клапан, который содержит:According to another aspect of this invention, the present invention provides a lip valve having a clamping sleeve with the functionality described above. Accordingly, according to such an embodiment of the present invention, this invention provides a cuff valve that comprises:
- корпус клапана, имеющий продольный канал и одно или более отверстий для текучей среды на расположенной выше по стволу скважины части его боковой стенки;- a valve body having a longitudinal bore and one or more fluid openings on a portion of its lateral wall located upstream of the wellbore;
- скользящую муфту, расположенную в канале корпуса клапана и выполненную с возможностью перемещения между закрытым положением выше по стволу скважины, в котором закрыто одно или более отверстий для текучей среды, и открытым положением ниже по стволу скважины, в котором открыто одно или более отверстий для текучей среды, причем скользящая муфта содержит продольный канал; и- a sliding sleeve located in the bore of the valve body and configured to move between a closed position up the wellbore, in which one or more fluid openings are closed, and an open position down the wellbore, in which one or more fluid openings are open environment, and the sliding sleeve contains a longitudinal channel; and
- зажимную втулку для расположения в канале скользящей муфты;- clamping sleeve for positioning in the channel of the sliding sleeve;
при этом зажимная втулка содержит: поверхность седла шарика, которая имеет поверхность седла шарика, которая радиально наклонена внутрь сверху вниз по стволу скважины под острым углом наклона к продольной оси зажимной втулки; и расширяемую в радиальном направлении часть, расположенную в непосредственной близости и проходящую по окружности вокруг указанного седла шарика; иwherein the clamping sleeve contains: a ball seat surface that has a ball seat surface that is radially inclined inward from top to bottom along the wellbore at an acute angle of inclination to the longitudinal axis of the clamping sleeve; and a radially expandable portion located in close proximity and extending circumferentially around said ball seat; and
при этом расширяемая в радиальном направлении часть выполнена с возможностью расширяться наружу в радиальном направлении по меньшей мере на 0,09% под давлением по меньшей мере 150 фунтов на квадратный дюйм, которое действует на шарик, сидящий в упомянутом седле шарика, так что образует уплотнение в месте контакта между зажимной втулкой и продольным каналом скользящей муфты, когда зажимная втулка расположена в скользящей муфте.wherein the radially expandable portion is configured to expand radially outwardly by at least 0.09% under a pressure of at least 150 psi, which acts on the ball sitting in said ball seat so that it forms a seal in the point of contact between the clamping sleeve and the longitudinal bore of the sliding sleeve when the clamping sleeve is located in the sliding sleeve.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, для успешного достижения целей в отношении функциональности зажимной втулки, часть зажимной втулки, расширяемая в радиальном направлении, выполнена с возможностью расширения наружу в радиальном направлении по меньшей мере на 0,2% при приложении к шарику указанного давления текучей среды.According to another embodiment of the present invention, in order to successfully achieve the objectives in terms of the functionality of the clamping sleeve, the radially expandable portion of the clamping sleeve is configured to expand radially outwardly by at least 0.2% when the specified fluid pressure is applied to the ball. ...
Согласно другому варианту осуществления, зажимная втулка, по меньшей мере в ее расширяемой в радиальном направлении части, выполнена с возможностью расширения наружу в радиальном направлении по меньшей мере на 0,2% относительно наружного диаметра зажимной втулки при приложении давления около 1500 фунтов на квадратный дюйм или больше.In another embodiment, the clamping sleeve, at least in its radially expandable portion thereof, is configured to expand radially outwardly by at least 0.2% relative to the outer diameter of the clamping sleeve when a pressure of about 1500 psi is applied, or more.
Угол наклона предпочтительно составляет от около 25° до около 70°, и предпочтительно от около 35° до около 55°. Седло шарика и расширяемая в радиальном направлении часть указанной зажимной втулки каждый вместе расположены в непосредственной близости от верхнего по стволу скважины конца указанной зажимной втулки.The angle of inclination is preferably from about 25 ° to about 70 °, and preferably from about 35 ° to about 55 °. A ball seat and a radially expandable portion of said clamping sleeve are each positioned together in close proximity to an uphole end of said clamping sleeve.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, расширяемая в радиальном направлении часть изготовлена из материала, имеющего модуль упругости, составляющий около 29 000 000 фунтов на квадратный дюйм.In a preferred embodiment, the radially expandable portion is made of a material having a modulus of about 29,000,000 psi.
Согласно другому варианту осуществления, по меньшей мере расширяемая в радиальном направлении часть зажимной втулки в области седла шарика изготовлена из металла или содержит металл.According to another embodiment, at least the radially expandable part of the clamping sleeve in the region of the ball seat is made of metal or contains metal.
Согласно другому варианту осуществления, расширяемая в радиальном направлении часть зажимной втулки в области седла шарика содержит сталь класса N80 согласно Американскому нефтяному институту (API N80).In another embodiment, the radially expandable portion of the clamping sleeve in the area of the ball seat comprises American Petroleum Institute N80 steel (API N80).
Согласно другому варианту осуществления, расширяемая в радиальном направлении часть зажимной втулки в области седла шарика изготовлена из стали класса API P110.In another embodiment, the radially expandable portion of the clamping sleeve in the area of the ball seat is made of API P110 grade steel.
В усовершенствованном виде зажимная втулка может дополнительно содержать:In an improved form, the clamping sleeve may additionally contain:
- цилиндрическую часть выше по стволу скважины;- the cylindrical part up the wellbore;
- цилиндрическую часть ниже по стволу скважины; и- the cylindrical part down the wellbore; and
- по меньшей мере один гибко-упругий лепесток, расположенный на внешней кольцевой поверхности упомянутой зажимной втулки, при этом каждый лепесток соединен с частью, расположенной выше по стволу скважины, и частью, расположенной ниже по стволу скважины, соответственно, на двух ее противоположных друг другу концах;- at least one flexible-elastic petal located on the outer annular surface of the said clamping sleeve, while each petal is connected to a part located upstream of the wellbore and a part located downstream of the wellbore, respectively, on its two opposite to each other ends;
при этом по меньшей мере один лепесток содержит на его наружной поверхности профиль зажимной втулки, соответствующий профилю муфты на внутренней поверхности скользящей муфты.wherein at least one petal contains on its outer surface the profile of the clamping sleeve corresponding to the profile of the sleeve on the inner surface of the sliding sleeve.
Обеспечивая преимущество, принимая во внимание вышеупомянутое усовершенствование, когда вышеупомянутый лепесток зажимной втулки входит в сопряженное сцепление с профилем муфты, и при приложении давления текучей среды к шарику, когда указанный шарик сидит в указанном седле шарика, указанный по меньшей мере один гибко-упругий лепесток изгибается наружу в радиальном направлении, так что профиль зажимной втулки дополнительно и в большей степени входит в сопряженное сцепление с профилем муфты на внутренней поверхности указанной скользящей муфты.Providing the advantage, in view of the above improvement, when the aforementioned clamping sleeve petal engages with the clutch profile, and upon application of fluid pressure to the ball while said ball sits in said ball seat, said at least one flexibly resilient petal flexes outward in the radial direction, so that the profile of the clamping sleeve additionally and to a greater extent engages with the profile of the sleeve on the inner surface of said sliding sleeve.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предусмотрена зажимная втулка для применения с манжетным клапаном. Манжетный клапан содержит корпус клапана, имеющий проходящий через него продольный канал и одно или более отверстий для текучей среды на расположенной выше по стволу скважины части его боковой стенки, и металлическую скользящую муфту, расположенную в канала корпуса клапана и выполненную с возможностью перемещения между закрытым положением вверх по стволу скважины, закрывая одно или более отверстий для текучей среды, и открытым положением вниз по стволу, открывая одно или более отверстий для текучей среды, при этом скользящая муфта содержит профиль муфты на ее внутренней поверхности и продольный канал для расположения зажимной втулки.According to another aspect of the present invention, a clamping sleeve is provided for use with a lip valve. The lip valve comprises a valve body having a longitudinal channel passing through it and one or more openings for a fluid medium on a part of its side wall located above the wellbore, and a metal sliding sleeve located in the channel of the valve body and made with the possibility of moving between the closed position upwards along the wellbore, closing one or more fluid openings, and open down the wellbore, exposing one or more fluid openings, wherein the sliding sleeve comprises a sleeve profile on its inner surface and a longitudinal bore for positioning the clamping sleeve.
В свою очередь, зажимная втулка содержит:In turn, the clamping sleeve contains:
- седло шарика, имеющее поверхность седла шарика, которая наклонена внутрь в радиальном направлении сверху вниз по стволу скважины под острым углом наклона к продольной оси зажимной втулки;- a ball seat having a ball seat surface that is inclined inward in the radial direction from top to bottom along the wellbore at an acute angle of inclination to the longitudinal axis of the clamping sleeve;
- цилиндрическую часть выше по стволу скважины;- the cylindrical part up the wellbore;
- цилиндрическую часть ниже по стволу скважины; и- the cylindrical part down the wellbore; and
- множество гибко-упругих лепестков, соответственно соединенных с частью выше по стволу скважины и частью ниже по стволу скважины на их двух продольно-противоположных концах;- a plurality of flexible-elastic petals, respectively, connected to a part above the wellbore and a part below the wellbore at their two longitudinally opposite ends;
при этом каждый из указанных лепестков содержит на его наружной поверхности профиль зажимной втулки, соответствующий профилю муфты;wherein each of the said petals contains on its outer surface the profile of the clamping sleeve, corresponding to the profile of the coupling;
при этом при сопряженном сцеплении указанных лепестков с указанным профилем муфты и при посадке шарика в указанное седло шарика и при приложении давления текучей среды к указанному шарику, когда упомянутый шарик сидит в указанном седле шарика, указанные гибко-упругие лепестки выполнены с возможностью изгиба наружу в радиальном направлении, так что профиль зажимной втулки дополнительно и в большей степени входит в сопряженное сцепление с профилем муфты на внутренней поверхности указанной скользящей муфты.at the same time, when the said petals are coupled with the specified profile of the coupling and when the ball lands in the specified ball seat and when fluid pressure is applied to the specified ball, when the said ball sits in the specified ball seat, the said flexible-elastic petals are made with the possibility of bending outward in a radial direction, so that the profile of the clamping sleeve additionally and to a greater extent engages with the profile of the sleeve on the inner surface of said sliding sleeve.
Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения, изобретение предусматривает способ приведения в действие скользящей муфты, имеющей продольный канал. Способ включает:According to yet another further aspect of the present invention, the invention provides a method for actuating a sliding sleeve having a longitudinal bore. The method includes:
- предоставление зажимной втулки, выполненной с возможностью расположения в канале скользящей муфты, при этом указанная зажимная втулка содержит расширяемую наружу в радиальном направлении металлическую часть, расположенную рядом с расположенным выше по стволу скважины концом зажимной втулки, и седло шарика, имеющее поверхность седла шарика, наклоненную внутрь в радиальном направлении сверху вниз по стволу скважины под острым углом наклона к продольной оси зажимной втулки;- providing a clamping sleeve configured to be positioned in the channel of the sliding sleeve, wherein said clamping sleeve comprises a radially expandable metal portion located adjacent to the up-borehole end of the clamping sleeve, and a ball seat having a ball seat surface inclined radially inwardly from top to bottom along the wellbore at an acute angle of inclination to the longitudinal axis of the clamping sleeve;
- инициирование течения зажимной втулки вниз в ствол скважины и ее фиксации в канале скользящей муфты;- initiation of the downward flow of the clamping sleeve into the wellbore and its fixation in the channel of the sliding sleeve;
- течение шарика вниз в ствол скважины и посадка шарика в седло шарика;- the ball flow down into the borehole and the ball landing in the ball seat;
- приложение первого давления текучей среды сверху по стволу скважины, чтобы прижать шарик к седлу шарика и вызвать расширение части зажимной втулки в области седла шарика наружу в радиальном направлении с тем, чтобы образовать уплотнение в месте контакта зажимной втулки в области седла шарика и скользящей муфты; иapplying a first fluid pressure from the top of the wellbore to press the ball against the ball seat and cause the portion of the clamping sleeve in the area of the ball seat to expand outward in the radial direction so as to form a seal at the contact of the clamping sleeve in the area of the ball seat and the sliding sleeve; and
- приложение второго давления текучей среды сверху по стволу скважины для срезания срезных штифтов и скольжения скользящей муфты вниз по стволу скважины и открытия отверстия.- applying a second fluid pressure from the top of the wellbore to shear the shear pins and slide the sliding sleeve down the wellbore and open the hole.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
Дополнительные преимущества и другие варианты осуществления настоящего изобретения станут очевидны из вышеизложенного, а также последующего подробного описания разных конкретных примеров осуществления настоящего изобретения, взятых вместе с прилагаемыми чертежами, каждый из которых не имеет ограничительного характера:Additional advantages and other embodiments of the present invention will become apparent from the foregoing, as well as the following detailed description of various specific embodiments of the present invention, taken in conjunction with the accompanying drawings, each of which is non-limiting:
На фиг. 1 согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения представлен вид в разрезе скважинного инструмента в виде манжетного клапана, предусматривающего корпус клапана и подвижную скользящую муфту в нем, при этом скользящая муфта находится в закрытом положении, а также показана задействованная защитная муфта.FIG. 1, according to some embodiments of the present invention, is a cross-sectional view of a collar valve downhole tool having a valve body and a movable slide sleeve therein, with the slide sleeve in a closed position, and showing the safety sleeve being engaged.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе корпуса клапана скважинного инструмента, показанного на фиг. 1, без защитной муфты.FIG. 2 is a cross-sectional view of the valve body of the downhole tool shown in FIG. 1, without protective sleeve.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе скользящей муфты скважинного инструмента, показанного на фиг. 1, включая изображение дополнительной защитной муфты.FIG. 3 is a cross-sectional view of the sliding sleeve of the downhole tool of FIG. 1, including an illustration of an additional protective sleeve.
На фиг. 4 представлен вид в разрезе корпуса скользящей муфты, показанной на фиг. FIG. 4 is a cross-sectional view of the housing of the sliding sleeve shown in FIG.
3.3.
На фиг. 5 представлен вид в разрезе защитной муфты скользящей муфты, показанной на фиг. 3.FIG. 5 is a cross-sectional view of the protective sleeve of the sliding sleeve shown in FIG. 3.
На фиг. 6 представлен вид в разрезе стопорного кольца скользящей муфты, показанной на фиг. 3.FIG. 6 is a cross-sectional view of the retaining ring of the sliding sleeve shown in FIG. 3.
На фиг. 7 представлен вид в разрезе скользящей муфты в разобранном виде, показанной на фиг. 3, продемонстрирован процесс сборки скользящей муфты.FIG. 7 is an exploded sectional view of the sliding sleeve shown in FIG. 3, the assembly process of the sliding sleeve is shown.
На фиг. 8 представлен вид в разрезе зажимной втулки для приведения в действие соответствующего манжетного клапана, показанного на фиг. 1.FIG. 8 is a cross-sectional view of a clamping sleeve for actuating the corresponding lip valve shown in FIG. one.
На фиг. с 9 по 12А представлены виды в разрезе зажимной втулки, показанной на фиг. 8, и соответствующего манжетного клапана, показанного на фиг. 1, продемонстрирован процесс входа зажимной втулки в соответствующий манжетный клапан и фиксация в ней.FIG. 9 to 12A are cross-sectional views of the clamping sleeve shown in FIG. 8 and the corresponding cuff valve shown in FIG. 1, the process of insertion of the clamping sleeve into the corresponding lip valve and fixation in it is shown.
На фиг. 12В представлен увеличенный вид в разрезе фрагмента фиг. 12А, показывающий профилированные участки зажимной втулки и соответствующего манжетного клапана, когда зажимная втулка зафиксирована в соответствующей скользящей муфте.FIG. 12B is an enlarged sectional view of a portion of FIG. 12A showing the profiled portions of the clamping sleeve and the corresponding lip valve when the clamping sleeve is locked into the corresponding sliding sleeve.
На фиг. 13 представлен схематический вид в разрезе, показывающий зажимную втулку, изображенную на фиг. 8, которая зафиксирована в соответствующем манжетном клапане, показанном на фиг. 1, а также шарик, сброшенный в манжетный клапан для перевода манжетного клапана в открытое положение.FIG. 13 is a schematic sectional view showing the clamping sleeve shown in FIG. 8 which is locked into the corresponding cuff valve shown in FIG. 1, as well as a ball dropped into the cuff valve to move the cuff valve to the open position.
На фиг. 14 представлен схематический вид в разрезе, демонстрирующий скользящую муфту манжетного клапана, показанного на фиг. 13, которая давлением шарика и зажимной втулки переведена в открытое положение, чтобы открыть проходные отверстия для гидравлического разрыва пласта.FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the sliding sleeve of the cuff valve shown in FIG. 13, which is brought to the open position by the pressure of the ball and the clamping sleeve to open the hydraulic fracturing passage holes.
На фиг. 15А согласно другому варианту осуществления представлен схематический вид в разрезе, демонстрирующий скользящую муфту манжетного клапана, переведенную под давлением шарика и зажимной втулки в открытое положение, чтобы открыть проходные отверстия для гидравлического разрыва пласта, при этом лепестки зажимной втулки под воздействием давления способны расширяться наружу в радиальном направлении, когда сверху по стволу скважины приложено давление текучей среды и сжатие зажимной втулки вынуждает лепестки расширяться наружу в радиальном направлении таким образом, чтобы дополнительно войти в зацепление со скользящей муфтой для лучшего сцепления и, тем самым, дополнительного сопротивления давлению.FIG. 15A, in another embodiment, is a schematic cross-sectional view showing the sliding sleeve of the collar valve being pushed open by ball and collar pressure to expose the fracture ports, with the collar petals being able to expand radially outward under pressure. direction when fluid pressure is applied from the top of the wellbore and compression of the clamping sleeve causes the petals to expand outward in a radial direction so as to additionally engage the sliding sleeve for better grip and thus additional pressure resistance.
На фиг. 15В представлен увеличенный вид в разрезе фрагмента фиг. 15А, демонстрирующий расширенную вовне в радиальном направлении зажимную втулку в сцеплении со скользящей муфтой.FIG. 15B is an enlarged sectional view of a portion of FIG. 15A showing a radially outwardly expanded clamping sleeve in engagement with a sliding sleeve.
На фиг. 16 представлена принципиальная схема, демонстрирующая обсадную трубу со множеством манжетных клапанов, показанных на фиг. 1, выдвинутых в ствол скважины для гидравлического разрыва пласта в подземной толще горных пород согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 16 is a schematic diagram showing the multi-lip casing shown in FIG. 1 extended into a wellbore to fracture a subterranean formation in accordance with some embodiments of the present invention.
На фиг. 17А представлен вид в разрезе зажимной втулки согласно некоторым другим вариантам осуществления.FIG. 17A is a cross-sectional view of a clamping sleeve according to some other embodiments.
На фиг. 17В представлен увеличенный вид в разрезе фрагмента фиг. 17А, демонстрирующий седло шарика на зажимной втулке.FIG. 17B is an enlarged sectional view of a portion of FIG. 17A showing a ball seat on the clamping sleeve.
На фиг. 18 представлен разрез конкретного примера зажимной втулки, показанной на фиг. 17А и находящейся в скользящей муфте, которая показана на фиг. 3, а также шарик в зажимной втулке, которая рассчитана на расширение в радиальном направлении в расширяемой металлической части зажимной втулки для формирования плотного соединения металл-металл между зажимной втулкой и скользящей муфтой после посадки шарика на седло в зажимной втулке и приложения к шарику давления текучей среды сверху по стволу скважины.FIG. 18 is a sectional view of a specific example of the clamping sleeve shown in FIG. 17A and contained in a sliding sleeve as shown in FIG. 3, as well as a ball in a clamping sleeve, which is designed to expand radially in the expandable metal part of the clamping sleeve to form a tight metal-to-metal connection between the clamping sleeve and the sliding sleeve after the ball lands on the seat in the clamping sleeve and fluid pressure is applied to the ball from above along the wellbore.
На фиг. 19 представлен вид в разрезе зажимной втулки согласно некоторым другим вариантам осуществления.FIG. 19 is a cross-sectional view of a clamping sleeve according to some other embodiments.
На фиг. с 20А по 20D представлены принципиальные схемы, демонстрирующие множество профилей муфты и соответствующих им профилей зажимной втулки согласно некоторым другим вариантам осуществления.FIG. 20A through 20D are schematic diagrams showing a plurality of sleeve profiles and their corresponding clamping sleeve profiles in accordance with some other embodiments.
На фиг. 21А представлена принципиальная схема, демонстрирующая профиль муфты и соответствующий профиль зажимной втулки для иллюстрации параметров, связанных с конструкцией этих профилей.FIG. 21A is a schematic diagram showing the profile of the sleeve and the corresponding profile of the clamping sleeve to illustrate the parameters associated with the design of these profiles.
На фиг. 21В представлена принципиальная схема, демонстрирующая совмещение профиля зажимной втулки и профиля муфты.FIG. 21B is a schematic diagram showing the alignment of the clamping sleeve profile and the coupling profile.
На фиг. 21С представлена принципиальная схема, демонстрирующая профиль зажимной втулки и профиль муфты, показанные на фиг. 21В, при этом профиль зажимной втулки совмещен с профилем муфты.FIG. 21C is a schematic diagram showing the clamping sleeve profile and the sleeve profile shown in FIG. 21B, with the profile of the clamping sleeve aligned with the profile of the sleeve.
На фиг. с 22 по 49 представлены принципиальные схемы, демонстрирующие различные варианты профилированных участков скользящей муфты и зажимной втулки.FIG. 22 to 49 are schematic diagrams showing the different variants of the profiled sections of the sliding sleeve and clamping sleeve.
На фиг. 50 представлена принципиальная схема, демонстрирующая пример колонны труб со множеством манжетных клапанов согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 50 is a schematic diagram showing an example of a multi-lip valve tubing string according to some embodiments of the present invention.
На фиг. 51 представлена принципиальная схема, демонстрирующая ряд расширенных профилей муфты и зажимной втулки согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 51 is a schematic diagram showing a series of expanded sleeve and clamping sleeve profiles in accordance with some other embodiments of the present invention.
На фиг. 52 представлена принципиальная схема, демонстрирующая ряд расширенных профилей муфты и зажимной втулки согласно еще некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 52 is a schematic diagram showing a series of expanded sleeve and clamping sleeve profiles in accordance with still other embodiments of the present invention.
На фиг. 53 представлена принципиальная схема, демонстрирующая ряд расширенных профилей муфты и зажимной втулки согласно некоторым дополнительным вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 53 is a schematic diagram showing a series of expanded sleeve and clamping sleeve profiles in accordance with some additional embodiments of the present invention.
На фиг. с 54 по 57 представлены принципиальные схемы, демонстрирующие ряд расширенных профилей муфты и зажимной втулки согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 54 through 57 are schematic diagrams showing a number of expanded sleeve and clamping sleeve profiles in accordance with some other embodiments of the present invention.
На фиг. с 58 по 61 представлены принципиальные схемы, демонстрирующие ряд расширенных профилей муфты и зажимной втулки согласно еще некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 58 through 61 are schematic diagrams showing a number of expanded sleeve and clamping sleeve profiles in accordance with still other embodiments of the present invention.
На фиг. 62 представлена принципиальная схема, демонстрирующая ряд расширенных профилей муфты и зажимной втулки согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения; иFIG. 62 is a schematic diagram showing a series of expanded clutch and clamping sleeve profiles in accordance with some other embodiments of the present invention; and
На фиг. с 63А по 63F представлены принципиальные схемы, демонстрирующие профиль зажимной втулки на зажимной втулке и профиль муфты на скользящей муфте; согласно некоторым вариантам осуществления, в которых лепестки зажимной втулки под воздействием давления способны расширяться вовне в радиальном направлении, когда сверху по стволу скважины приложено гидравлическое давление и сжатие зажимной втулки вынуждает лепестки расширяться наружу в радиальном направлении таким образом, чтобы дополнительно вступить в зацепление со скользящей муфтой для лучшего сцепления и, тем самым, дополнительного сопротивления давлению.FIG. 63A through 63F are schematic diagrams showing the profile of the clamping sleeve on the clamping sleeve and the profile of the sleeve on the sliding sleeve; according to some embodiments in which the clamping sleeve petals are capable of radially outward expansion under pressure when hydraulic pressure is applied from the top of the wellbore and compression of the collet causes the collar petals to expand radially outward so as to further engage the sliding sleeve for better grip and thus additional pressure resistance.
Подробное описание некоторых вариантов осуществленияDetailed description of some embodiments
Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, раскрывают изобретение манжетного клапана, который срабатывает под действием давления. Далее в описании термин «ниже по стволу скважины» означает направление вдоль ствола скважины к концу ствола скважины и может совпадать (например, в вертикальном стволе скважины) или не совпадать (например, в горизонтальном стволе скважины) с направлением «вниз». Термин «выше по стволу скважины» означает направление вдоль ствола скважины к поверхности и может совпадать (например, в вертикальном стволе скважины) или не совпадать (например, в горизонтальном стволе скважины) с направлением «вверх».The embodiments described herein disclose the invention of a cuff valve that is pressurized. Further in the description, the term "downhole" means the direction along the wellbore towards the end of the wellbore and may coincide (for example, in a vertical wellbore) or not coincide (for example, in a horizontal wellbore) with the direction "down". The term "up-borehole" means a direction along the wellbore towards the surface and may coincide (for example, in a vertical wellbore) or not coincide (for example, in a horizontal wellbore) with an upward direction.
Согласно некоторым вариантам осуществления, манжетный клапан содержит корпус клапана, имеющей продольный канал и одно или более отверстий для текучей среды в его боковой стенке. Скользящая муфта расположена в канале и выполнена с возможностью перемещения между закрытым положением выше по стволу скважины, блокируя отверстия для текучей среды, и открытым положением ниже по стволу скважины, открывая отверстия для текучей среды.In some embodiments, a lip valve comprises a valve body having a longitudinal bore and one or more fluid openings in a sidewall thereof. A sliding sleeve is positioned in the bore and is movable between a closed position up the wellbore, blocking the fluid openings, and an open position down the wellbore, exposing the fluid openings.
Скользящая муфта содержит профилированный участок на ее внутренней стороне, представленный кольцевыми бороздками и выступами, которые образуют профиль муфты. Участок профиля содержит упор на его нижнем по стволу скважины конце для фиксации элемента зажимной втулки (для простоты описания его также называют «зажимной втулкой»), который имеет соответствующий профиль зажимной втулки на его наружной поверхности. Термин «соответствующий» в настоящем документе означает условие, при котором профиль зажимной втулки соответствует профилю скользящей муфты таким образом, что профилированный участок зажимной втулки может входить в профилированный участок скользящей муфты для фиксации зажимной втулки в скользящей муфте манжетного клапана.The sliding sleeve contains a profiled section on its inner side, represented by annular grooves and protrusions that form the profile of the sleeve. The section of the profile contains a stop at its lower end along the wellbore for fixing a clamping sleeve element (for ease of description, it is also called a "clamping sleeve"), which has a corresponding profile of the clamping sleeve on its outer surface. As used herein, the term “appropriate” means a condition where the profile of the clamping sleeve matches the profile of the sliding sleeve such that the profiled portion of the clamping sleeve can fit into the profiled portion of the sliding sleeve to secure the clamping sleeve to the sliding sleeve of the lip valve.
Согласно некоторым вариантам осуществления, верхняя по стволу скважины поверхность стопорного кольца имеет радиальный наклон внутрь снизу вверх по стволу скважины, образуя упор 194 с острым углом а к продольной оси стопорного кольца.In some embodiments, the upper wellbore surface of the retainer ring is radially tilted inwardly from the bottom up the wellbore to form a
Согласно некоторым вариантам осуществления, упор образован стопорным кольцом, примыкающим к профилированному участку скользящей муфты.In some embodiments, the stop is formed by a retaining ring abutting the profiled portion of the sliding sleeve.
Согласно некоторым вариантам осуществления, стопорное кольцо изготовлено из высокопрочного материала, например, карбида вольфрама, кобальтохромовых сплавов и/или тому подобных.In some embodiments, the retaining ring is made of a high strength material such as tungsten carbide, cobalt chromium alloys, and / or the like.
Согласно некоторым вариантам осуществления, зажимная втулка выполнена в виде клетки и предусматривает часть, расположенную выше по стволу скважины, часть, расположенную ниже по стволу скважины, и множество лепестков, прикрепленных противоположными концами к частям втулки выше по стволу скважины и ниже по стволу скважины. Один или более или все продольные лепестки являются гибкими и профилированы для формирования профиля зажимной втулки.In some embodiments, the collar is cage-shaped and includes an upbore portion, a downbore portion, and a plurality of petals affixed at opposite ends to the upbore and downhole portions of the bushing. One or more or all of the longitudinal tabs are flexible and profiled to form the profile of the clamping sleeve.
Согласно некоторым вариантам осуществления, расположенная выше по стволу скважины часть зажимной втулки содержит седло шарика для расположения в нем шарика из верхней части ствола скважины для приведение в действие манжетного клапана.In some embodiments, the uphole portion of the clamping sleeve includes a ball seat for positioning a ball from the top of the wellbore therein to actuate a lip valve.
Согласно некоторым вариантам осуществления, зажимная втулка содержит металлическую часть выше по стволу скважины, которая расширяется наружу в радиальном направлении так, что при расположения зажимной втулки в соответствующем манжетном клапане и посадке шарика в седло в зажимной втулке давление текучей среды, приложенное к шарику, может приводить к тому, что расширяемая расположенная выше по стволу скважины часть расширяется наружу в радиальном направлении и прижимается ко внутренней поверхности манжетного клапана, тем самым образуя плотное соединение металл-металл на контакте между манжетным клапаном и зажимной втулкой.In some embodiments, the clamping sleeve includes a metal portion upbore that expands radially outwardly such that when the clamping sleeve is positioned in a corresponding lip valve and the ball is seated in the clamping sleeve, fluid pressure applied to the ball can induce the expandable up-wellbore portion expands outward in a radial direction and presses against the inner surface of the cup valve, thereby forming a tight metal-to-metal connection at the contact between the cup valve and the clamping sleeve.
Согласно некоторым вариантам осуществления, седло шарика на зажимной втулке содержит наклонную поверхность.In some embodiments, the ball seat on the clamping sleeve comprises an inclined surface.
Согласно некоторым вариантам осуществления, угол наклона θ наклонной поверхности седла шарика составляет около 55° к продольной базовой оси. Согласно некоторым вариантам осуществления, угол наклона θ составляет около 35°. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, угол наклона θ находится в диапазоне от около 50° до около 60°. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, угол наклона 6 находится в диапазоне от около 40° до около 70°. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, угол наклона 6 находится в диапазоне от около 30° до около 80°.In some embodiments, the angle of inclination θ of the sloped surface of the ball seat is about 55 degrees to the longitudinal reference axis. In some embodiments, the inclination angle θ is about 35 °. In some other embodiments, the angle of inclination θ ranges from about 50 ° to about 60 °. In some other embodiments, the angle of inclination 6 ranges from about 40 ° to about 70 °. In some other embodiments, the angle of inclination 6 ranges from about 30 ° to about 80 °.
Рассмотрим фиг. 1, где скважинный инструмент показан и в целом обозначен как позиция номер 100. Согласно этим вариантам осуществления, скважинный инструмент 100 находится в форме расположенного ниже по стволу скважины манжетного клапана и предусматривает цилиндрический корпус 102 клапана с продольным каналом 104 и скользящую муфту 106, расположенную в канале 104. Скользящая муфта 106 зафиксирована одним или более срезными штифтами 108 в закрытом положении выше по стволу скважины для закрытия одного или более отверстий для текучей среды 110 на цилиндрическом корпусе 102 и содержит продольный канал для расположения соответствующей зажимной втулки (описана ниже). Под давлением, направленным сверху вниз по стволу скважины, зажимная втулка может переводить скользящую муфту 106 в направлении вниз по стволу скважины из закрытого положения в открытое для открытия одного или более отверстий для текучей среды 110 с целью гидравлического разрыва пласта в подземной толще горных пород (описано ниже).Consider FIG. 1, a downhole tool is shown and generally referenced at 100. In these embodiments, the
Как видно из фиг. 2, цилиндрический корпус 102 содержит цилиндрический корпус 112 клапана, который находится в разъемном соединении с верхним переводником 114 и нижним переводником 116, соответственно, выше и ниже по стволу скважины посредством резьбового соединения 118 и стопорного винта 120, и с уплотнительной манжетой 122 для уплотнения этого соединения. Согласно этим вариантам осуществления нижний по стволу скважины конец верхнего переводника 114 и верхний по стволу скважины конец нижнего переводника 116 образуют верхний по стволу скважины и нижний по стволу скважины стопоры 124 и 126 для ограничения движения скользящей муфты 106 между ними.As seen in FIG. 2, the
Согласно этим вариантам осуществления, у верхнего переводника 114 предусмотрена коническая внутренняя поверхность 128, скошенная от его конца, расположенного выше по стволу скважины, к концу, расположенному ниже по стволу скважины, так что внутренний диаметр верхнего переводника 114 постепенно уменьшается от его конца, расположенного выше по стволу скважины, к концу, расположенному ниже по ствол скважины, чтобы облегчить вход зажимной втулки в манжетный клапан 100 (описано ниже).In these embodiments, the
Корпус 112 клапана на его боковой стенке содержит одно или более отверстий 110 для текучей среды рядом с расположенным выше по стволу скважины концом 132 для выхода жидкости для гидроразрыва в подземную толщу горных пород при перемещении скользящей муфты 106 из закрытого положения в открытое положение под действием давления срабатывания. В корпусе 112 клапана также содержит одно или более отверстий 136 для выдвижения одного или более срезных штифтов 108 (см. фиг. 1) с целью фиксации скользящей муфты 106 в закрытом положении для закрытия отверстий 110. Корпус 112 клапана дополнительно содержит одно или более храповых соединений 138 на его внешней поверхности рядом с расположенным ниже по стволу скважины концом 136.The
На фиг. 3 представлен вид в разрезе скользящей муфты 106 и корпуса муфты 152 с каналом 151. Наружный диаметр (OD) скользящей муфты 106 равен или более меньше, чем внутренний диаметр корпуса 112 клапана с тем, чтобы обеспечить возможность перемещения скользящей муфты 106 в корпусе 112 клапана. Согласно этим вариантам осуществления, скользящая муфта 106 содержит корпус 152 муфты, в котором при помощи резьбовых соединений 156 на внутренней поверхности корпуса 152 муфты располагается по меньшей мере соединительная часть 153 защитной муфты 154 ниже от нее по стволу скважины (фиг. 4), и соответствующее резьбовое соединение 158 на наружной поверхности защитной муфты 154 (фиг. 5) для разъемного соединения с защитной муфтой 154.FIG. 3 is a cross-sectional view of the sliding
Как видно из фиг. 4, корпус 152 муфты на его наружной поверхности может содержать одну или более кольцевых уплотнительных манжет 168, которые расположены в подходящих местах, например, рядом с верхним концом 164 корпуса 152 муфты для уплотнения контакта между корпусом 112 клапана и скользящей муфтой 106 (фиг. 1).As seen in FIG. 4, the
Корпус 152 муфты также содержит одно или более отверстий или углублений 170 в местах, соответствующих отверстиям 136 на корпусе 112 клапана, для входа срезных штифтов 108 при установке скользящей муфты 106 в канал 104 корпуса 112 клапана в закрытом положении, и одно или более храповых колец 172 рядом с его нижним по стволу скважины концом 166 для задействования храпового соединения 138 на внутренней поверхности корпуса 112 клапана, когда скользящая муфта 106 находится в открытом положении.The
На своей внутренней поверхности, корпус 152 муфты изготовлен из подходящего материала, например, стали, и содержит седло 180 стопорного кольца, расположенное ниже по стволу скважины, расположенное выше по стволу скважины от резьбового соединения 156 и доступное с конца 166 корпуса 152 муфты, расположенного ниже по стволу скважины, для расположения и удержания высокопрочного стопорного кольца 192, и профилированный участок 182 выше по стволу скважины от седла 180 стопорного кольца и рядом с ним (соответственно, другой участок внутренней поверхности скользящей муфты 106 обозначен как непрофилированный участок).On its inner surface, the
Профилированный участок 182 на корпусе 152 муфты содержит одну и предпочтительно две или более кольцевых бороздок 184, например, бороздок 184А и 184В, образующих уникальный фиксирующий профиль (который также называют «профилем муфты»). Каждая бороздка 184 имеет стенку в верхней по стволу скважины части с радиальным наклоном внутрь в направлении сверху вниз по стволу скважины, образующую тупой угол с продольной осью корпуса 152 муфты. Каждая бороздка 184 также содержит стенку, расположенную ниже по стволу скважины и расположенную под прямым или острым углом. То есть, стенка каждой бороздки 184, расположенная ниже по стволу скважины, либо перпендикулярна продольной оси корпуса 152 муфты, либо наклонена в радиальном направлении внутрь снизу вверх по стволу скважины и образует острый угол к продольной оси корпуса 152 муфты. С помощью бороздок 184 в профилированный участок 182 может входить зажимная втулка 200 с соответствующим профилем 212 на ее наружной поверхности (в настоящем документе - «соответствующая зажимная втулка»), и через него могут проходить зажимные втулки 200 с несоответствующими наружными профилями (в настоящем документе - «несоответствующие зажимные втулки») (описано ниже).The profiled
В зависимости от количества бороздок 184 внутренний диаметр профилированного участка 182 на скользящей муфте 106 могут изменять в разных местоположениях вдоль него благодаря наличию в нем бороздок 184. Однако минимальный внутренний диаметр профилированного участка 182, включающий в себя стопорное кольцо 192, обычно представляет собой минимальный внутренний диаметр скользящей муфты 106. Другими словами, скользящая муфта 106 имеет минимальный внутренний диаметр в области профилированного участка 184 и стопорного кольца 192.Depending on the number of grooves 184, the inner diameter of the profiled
Наружный диаметр профиля 212 зажимной втулки 200 больше минимального внутреннего диаметра профилированного участка 182 на корпусе 152 муфты, что допускает минимальное начальное зацепление в случае соответствия зажимной втулки профилю 212 зажимной втулки на такой соответствующей зажимной втулке 200 с профилированным участком 182 на корпусе 152 муфты, но под давлением текучей среды, приложенным к зажимной втулке 200, наружный диаметр профилированного участка 212 может значительно превышать минимальный внутренний диаметр профилированного участка 182 на корпусе 152 муфты для максимального сцепления профилированного участка 212 на зажимной втулке 200 с профилированным участком 182 способом, который более подробно описан ниже.The outer diameter of the
В частности, наружный диаметр зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика на ней первоначально меньше внутреннего диаметра и канала 151 и профилированного участка 184 на корпусе 152 муфты. Однако зажимная втулка 200 способна расширяться в радиальном направлении наружу в области седла 214 шарика при приложении давления текучей среды сверху по стволу скважины действующего на шарик 242, который находится в седле 214 шарика, способом, который подробно описан ниже, и вызывает его расширение в радиальном направлении (то есть, увеличение наружного диаметра зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика), при этом его диаметр становится очень близким или равным внутреннему диаметру канала 151 в корпусе 152 муфты, чтобы тем самым обеспечить достоинства и преимущества, которые более подробно описаны ниже.In particular, the outer diameter of the clamping
Стопорное кольцо 192 изготовлено из материала, твердость которого превышает твердость материала скользящей муфты 106. Так, стопорное кольцо 192 изготавливают из высокопрочного материала, например, карбида вольфрама, кобальтохромовых сплавов (например, стеллитовых сплавов), азотированных сталей и/или других подходящих высокопрочных сплавов или их сочетания с целью обеспечения повышенной устойчивости к давлению и износу.Retaining
Согласно некоторым вариантам осуществления, твердость упомянутого упора 194 упомянутого стопорного кольца 192 (более подробно описано далее) повышена по меньшей мере до твердости, превышающей твердость материала скользящей муфты 106, или предусматривает материал, имеющий твердость, которая превышает твердость скользящей муфты 106.In some embodiments, the hardness of said
На фиг. 6 представлен вид в разрезе высокопрочного стопорного кольца 192. Стопорное кольцо 192 имеет наружный диаметр, подходящий для посадки на седло 180 стопорного кольца в корпусе 152 муфты и имеет высоту сечения «h», достаточную для расширения наружу в радиальном направлении за внутренний край седла 180 стопорного кольца. Согласно этим вариантам осуществления, верхняя по стволу скважины поверхность стопорного кольца 192 имеет радиальный наклон внутрь снизу вверх по стволу скважины, образуя на своем краю, расположенном выше по стволу скважины, упор 194, образующий острый угол а с продольной осью манжетного клапана 100. Ниже будет более подробно описано как упор 194 стопорного кольца 192 приспособлен для опоры части профиля зажимной втулки и сцепления с соответствующим упором зажимной втулки, когда профиль зажимной втулки входит в сцепление с профилем 182 муфты и предотвращает движение зажимной втулки 200 вниз по стволу скважины относительно скользящей муфты. Таким образом, стопорное кольцо 192 могут также называть «замковым кольцом» для фиксации зажимной втулки снизу.FIG. 6 is a cross-sectional view of a high-
Как видно из фиг. 7, скользящая муфта 106 может быть собрана путем помещения стопорного кольца 192 в корпус 152 муфты с посадкой на седло 180 стопорного кольца. Затем защитную муфту 154 «привинчивают» к нижнему по стволу скважины концу корпуса 152 муфты при помощи резьбы 158 на защитной муфте 154 и резьбы 156 на корпусе 152 муфты. Верхний по стволу скважины конец 160 защитной муфты 154 прижимает стопорное кольцо 192 к седлу 180 стопорного кольца, чтобы прочно зажать стопорное кольцо 192 в нужном положении. Скользящая муфта 106 в сборе представлена на фиг. 3.As seen in FIG. 7, the sliding
Затем манжетный клапан 100 может быть собран путем помещения скользящей муфты 106 в канал 104 корпуса 112 клапана с любого его конца до закрытого положения с фиксацией скользящей муфты 106 на месте за счет выдвижения срезного штифта или срезного винта 108 через отверстие 136 в корпусе 112 клапана в отверстие 170 корпуса 152 муфты и затем соединения корпуса 112 клапана с верхним переводником 114 и нижним переводником 116. Манжетный клапан 100 в сборе представлен на фиг. 1.The
Как видно из фиг. 1, длина скользящей муфты 106 в продольном направлении больше, чем расстояние между стопорами 124 и 126 корпуса 112 клапана, так что при закрытом положении скользящей муфты 106 защитная муфта 154 находится в контакте со внутренней поверхностью нижнего переводника 116 для изоляции кольцевого пространства 196, расположенного в радиальном направлении между корпусом 112 клапана и скользящей муфтой 106, и между нижним по стволу скважины концом 166 скользящей муфты 106 и упором 126 в продольном направлении, от канала 104 для предотвращения попадания цемента в кольцевое пространство 196 и нарушения работы клапана.As seen in FIG. 1, the length of the
Как описано выше, манжетный клапан 100 предусматривает профилированный участок 182 внутренней поверхности с уникальным фиксирующим профилем, который позволяет принимать и фиксировать соответствующую зажимную втулку, а также пропускать через клапан несоответствующую зажимную втулку.As described above, the
На фиг. 8 представлен вид в разрезе зажимной втулки 200, которая в этом варианте осуществления имеет форму цилиндрической клетки с продольным каналом 202. Зажимная втулка 200, как правило, имеет наружный диаметр (за исключением выступов 222, описанных ниже), который несколько меньше, чем минимальный внутренний диаметр скользящей муфты 106, и предусматривает одну или более кольцевых уплотнительных манжет 204 на ее наружной поверхности в тех местах, где это необходимо для уплотнения контакта между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106, когда зажимная втулка 200 зафиксирована в скользящей муфте 106.FIG. 8 is a cross-sectional view of a clamping
Как видно, зажимная втулка 200 предусматривает цилиндрическую часть 206 выше по стволу скважины, цилиндрическую часть 208 ниже по стволу скважины и среднюю часть 210, предусматривающую профилированный участок 212 с уникальным фиксирующим профилем.As can be seen, the
Согласно этим вариантам осуществления, находящаяся выше по стволу скважины часть 206 предусматривает на ее внутренней поверхности седло 214 шарика для посадки шарика, который бросают в скважину сверху по стволу скважины. Находящаяся выше по стволу скважины часть 206 также предусматривает уплотнительную манжету 216 на ее внутренней поверхности для уплотнения контакта между шариком и находящейся выше по стволу скважины части 206 зажимной втулки 200.In these embodiments, the
Средняя часть 210 содержит множество лепестков 218, распределенных по окружности и соединенных с частями 206 и 208, находящимися выше и ниже по стволу скважины. Согласно этим вариантам осуществления, зажимная втулка 200 изготовлена из металлической трубки путем резки, вырубки или другого способа формирования множества продольных прорезей 220 в средней части 210 с целью формирования лепестков 218.The
Один или более или все лепестки 218 изготовлены из упруго-гибкого материала с достаточной эластичностью и каждый из них предусматривает профиль, представляющий собой один или более выступов 222, при этом выступы 222А и 222В на профилированном участке 212 расширяются наружу в радиальном направлении от наружной поверхности лепестков, образуя гибкий в радиальном направлении фиксирующий профиль (также называемый «профилем зажимной втулки»). Местоположения и размеры выступов 216 выбирают так, чтобы максимальный наружный диаметр зажимной втулки 200 был больше,One or more or all of the
чем минимальный внутренний диаметр скользящей муфты 106, и профиль ее зажимной втулки соответствовал профилю муфты соответствующей скользящей муфты 106. Таким образом, когда зажимная втулка 200 входит в манжетный клапан 100, имеющий соответствующую скользящую муфту 106 (так как манжетный клапан 100 также называют «соответствующим манжетным клапаном 100»), зажимная втулка 200 может быть зафиксирована в соответствующем манжетном клапане 106. Самый нижний по стволу скважины выступ 222В предусматривает упор 236 на его нижней по стволу скважины стороне с тем же острым углом а к продольной оси манжетного клапана 100, что и у упора 194.than the minimum inner diameter of the sliding
На фиг. с 9 по 12 представлен пример входа зажимной втулки 200 в соответствующий манжетный клапан 100 с его верхней по стволу скважины стороны. Как видно из фиг. 9, когда зажимная втулка 200 входит в манжетный клапан 100, коническая внутренняя поверхность 128 верхнего переводника 114 направляет зажимную втулку 200 для входа в канал 104.FIG. 9 through 12 show an example of the entry of the clamping
Как видно из фиг. 10, когда профилированный участок зажимной втулки 200 входит в канал 104 и поскольку максимальный наружный диаметр зажимной втулки 200 превышает минимальный внутренний диаметр скользящей муфты 106, профилированные лепестки 218 отклоняются вовнутрь и зажимная втулка 200 продолжает двигаться в направлении вниз по стволу скважины.As seen in FIG. 10, when the profiled portion of the
Как видно из фиг. 11, когда профилированный участок 212 зажимной втулки 200 полностью перекрывает соответствующий профилированный участок 182 скользящей муфты 106, профилированные лепестки 218 не отклоняются из-за их эластичности. Таким образом, зажимная втулка 200 в направлении сверху вниз входит в скользящую муфту 106. Как показано на фиг. 12А и 12В, зажимная втулка 200 может дополнительно перемещаться вниз по стволу скважины пока упор 236 самого нижнего выступа 222В не вступит в зацепление с упором 194 высокопрочного стопорного кольца 192.As seen in FIG. 11, when the profiled
На фиг. 12В представлен увеличенный вид профилированных участков 182 и 212 скользящей муфты 106 и зажимной втулки 200. Как видно, профиль каждого из профилированных участков 182, 212 предусматривает чередующиеся бороздки и выступы. В примере, показанном на фиг. 12В, профиль профилированного участка 182 предусматривает две бороздки 184А и 184В и продольный выступ 232 между ними. Профиль профилированного участка 212 предусматривает два выступа 222А и 222В и бороздку 234 между ними. Чтобы обеспечить соответствие профилированных участков 182 и 212 между собой, ширина бороздки на каждом из двух профилированных участков 182 и 212 должна быть равной или большей, чем ширина соответствующего выступа на каждом из двух профилированных участков 182 и 212, чтобы в них входил соответствующий выступ. В примере, показанном на фиг. 12В, ширина бороздки (например, бороздки 184А, 184В или 234) достаточно больше ширины соответствующего продольного выступа (например, продольного выступа 222А, 232 или 222В), так что после фиксации зажимной втулки 200 снизу в скользящей муфте 106, зажимная втулка 200 может перемещаться дальше вниз по стволу скважины, пока самый нижний выступ 222В не войдет в зацепление с высокопрочным стопорным кольцом 192.FIG. 12B is an enlarged view of the profiled
Как видно из фиг. 12В, высокопрочное стопорное кольцо 192 применяют для зацепления самого нижнего по стволу скважины выступа 222В с целью усиления фиксации скользящей муфты 106 и зажимной втулки 200 ниже по стволу скважины под действием высокого давления. Кроме того, форма стопорного кольца 192 предусматривает упор 194 в верхней по стволу скважины части, при этом упор находится под острым углом к продольной оси манжетного клапана 100, а расположенная ниже по стволу скважины сторона самого нижнего по стволу скважины выступа 222В также образует упор 236 с соответствующим острым углом так, что зацепление упоров 194 и 236 обеспечивает повышенную устойчивость к действию давления, приложенного к зажимной втулке 200 в направлении вниз по стволу скважины. Согласно этим вариантам осуществления, когда упоры 194 и 236 находятся в зацеплении друг с другом, другие соответствующие продольные выступы зажимной втулки 200 и скользящей муфты 106, например, продольные выступы 222А и 232, также входят в зацепление для дополнительного повышения устойчивости к действию давления, приложенного к зажимной втулке 200 в направлении вниз по стволу скважины.As seen in FIG. 12B, a high
Как видно из фиг. 13, после того, как зажимная втулка 200 зафиксирована в скользящей муфте 106, с поверхности могут бросить шарик 242 и он войдет в манжетный клапан 100. Шарик 242 изготовлен из жесткого материала, например, из керамики или металла, и имеет размер, подходящий для посадки в седло 214 шарика на зажимной втулке 200.As seen in FIG. 13, after the clamping
После того, как шарик 242 входит в зацепление с седлом 214 шарика и герметично закрывает канал 202 зажимной втулки 200, сверху по стволу скважины к шарику 242 и зажимной втулке 200 прикладывают давление текучей среды. После того, как зажимная втулка 200 зафиксирована снизу к скользящей муфте 106, скользящую муфту 106 приводят в действие и она срезает срезной штифт 108 и перемещается вниз по стволу скважины в открытое положение для открытия отверстий для текучей среды 110. Как видно из фиг. 14, храповые кольца 172 на скользящей муфте 106 входят в зацепление с храповым соединением 138 на корпусе 112 клапана, чтобы предотвратить движение скользящей муфты 106 в направлении вверх по стволу скважины. Затем вниз по стволу скважины могут под высоким давлением закачивать жидкость гидроразрыва, которая будет сильной струей выходить из отверстий для текучей среды 110 для гидравлического разрыва пласта в толще горных пород.After the
Жидкость гидроразрыва, как правило, находится под высоким давлением, и любая неисправность в манжетном клапане 100 может вызвать сбой в процессе гидравлического разрыва пласта. Например, если зацепление между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106 не срабатывает, находящаяся под высоким давлением жидкость гидроразрыва может переместить зажимную втулку 200 ниже по стволу скважины, что вызовет сбой в процессе гидравлического разрыва пласта.The fracturing fluid is typically under high pressure and any malfunction in the
Специалистам в данной области техники будет понятно, что согласно вышеупомянутым вариантам осуществления, манжетный клапан 100 предусматривает высокопрочное стопорное кольцо 192 для усиления зацепления между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106, что существенно снижает риск сбоя.Those skilled in the art will appreciate that in the aforementioned embodiments, the
Согласно некоторым вариантам осуществления, наружный диаметр зажимной втулки 200 на ее выступах 222А и 222В меньше, чем внутренний диаметр скользящей муфты 106 в ее бороздках 184А и 184В. Как показано на фиг. 15А и 15В, согласно этим вариантам осуществления после того, как жидкость гидроразрыва под высоким давлением закачивают вниз по стволу скважины и она переводит скользящую муфту 106 в открытое положение, жидкость гидроразрыва под высоким давлением дополнительно немного смещает зажимную втулку 200 вниз по стволу скважины, так что лепестки 218 расширяются наружу в радиальном направлении, так что выступы 222А и 222В зажимной втулки 200 дополнительно входят в зацепление с бороздками 184А и 184В скользящей муфты 106, тем самым обеспечивая повышенное сопротивление давлению.In some embodiments, the outer diameter of the clamping
Согласно некоторым вариантам осуществления, для гидравлического разрыва пласта в подземной толще горных пород могут применять скважинную систему гидравлического разрыва пласта, содержащую множество манжетных клапанов 100. На фиг. 16 представлен пример гидравлического разрыва пласта в подземной толще горных пород с применением манжетного клапана 100. В этом примере пробурена горизонтальная скважина, которая предусматривает горизонтальную часть 272 ствола скважины в подземной толще 274 горных пород. Затем обсадную колонну 276, содержащую множество манжетных клапанов 100, помещают в часть 272 ствола скважины. Каждая скользящая муфта 100 предусматривает уникальный профиль муфты. При необходимости между манжетными клапанами 100 могут располагать другие переводники.In some embodiments, a downhole fracturing system including a plurality of
После установки обсадной колонны 276 могут выполнять цементирование путем закачки цементного раствора в ствол скважины через обсадную колонну 276. Как описано выше со ссылкой на фиг. 1, в каждом манжетном клапане 100 защитная муфта 154 не позволяет цементу попадать в кольцевое пространство 196 и нарушать работу клапана. После цементирования в ствол скважины могут закачивать промывочную жидкость для очистки переводников и манжетных клапанов 100. При необходимости для очистки могут также применять скребки.Once the
В этом примере предполагают выполнение гидроразрыва толщи 274 горных пород рядом с участком 278 ствола скважины и необходимо открыть манжетные клапаны 100В и 100С. Поэтому первую зажимную втулку (не показана), соответствующую манжетному клапану 100С, закачивают в ствол скважины по обсадной колонне 276. Поскольку первая зажимная втулка не соответствует манжетным клапанам 100А и 100В (то есть, профиль зажимной втулки первой зажимной втулки не соответствует профилю муфты скользящих муфт 100А и 100В и не может входить в них), первая зажимная втулка проходит через скользящие муфты 100А и 100В и фиксируется в манжетном клапане 100С.In this example, it is assumed that
Для открытия отверстий для текучей среды манжетного клапана 100С сбрасывают шарик, который вступает в зацепление с седлом шарика первой зажимной втулки и закрывает канал первой зажимной втулки. Затем для приведения в действие находящегося в зацеплении шарика прикладывают давление текучей среды, первая зажимная втулка и скользящая муфта срезают срезной штифт манжетного клапана 100С и перемещают скользящую муфту вниз по стволу скважины в открытое положение для открытия отверстий для текучей среды в скользящей муфте 100С.To open the fluid openings of the cup valve 100C, a ball is dropped that engages the ball seat of the first collet and closes the bore of the first collet. Fluid pressure is then applied to actuate the engaging ball, the first clamping sleeve and sliding sleeve shear the shear pin of the collar valve 100C and move the sliding sleeve down the wellbore to an open position to expose the fluid holes in the sliding sleeve 100C.
После открытия манжетного клапана 100С, вторую зажимную втулку, соответствующую манжетному клапану 100В, прокачивают вниз по стволу скважины, чтобы зафиксировать манжетный клапан 100В. Затем сбрасывают шарик, чтобы он вступил в зацепление со второй зажимной втулкой, и прикладывают давление текучей среды, чтобы открыть манжетный клапан 100В.After opening the cup valve 100C, a second clamping sleeve corresponding to the cup valve 100B is pumped down the wellbore to secure the cup valve 100B. The ball is then dropped to engage the second clamping sleeve and fluid pressure is applied to open the collar valve 100B.
После того, как на участке 278 ствола скважины открыты все манжетные клапаны 100В и 100С, шарики в этих манжетных клапанах, за исключением шарика в самом нижнем по стволу скважины манжетном клапане, удаляют, например, путем разбуривания, растворения, извлечения на поверхность и/или подобными способами. В примере, показанном на фиг. 16, шарик находится в манжетном клапане 100С, а из манжетного клапана 100В шарик удален. Затем в обсадную колонну 276 под высоким давлением закачивают жидкость гидроразрыва, которая сильной струей выходит из отверстий для текучей среды манжетных клапанов 100В и 100С с целью гидравлического разрыва пласта в толще 274 горных пород.After all lip valves 100B and 100C have been opened in
В приведенном выше примере для изоляции участка ствола скважины, в котором выполняют гидравлический разрыв пласта, могут применять устройства для изоляции ствола скважины, например, пакеры, которые известны в данной области техники, поэтому они не описаны в настоящем документе.In the above example, wellbore isolation devices such as packers, which are known in the art, may be used to isolate a portion of the wellbore in which fracturing is performed, so they are not described herein.
Как можно видеть из приведенных выше примеров, в процессе гидравлического разрыва пласта могут применять множество скользящих муфт 100, имеющих, как правило, одинаковый размер каналов 104, что обеспечивает одинаковую пропускную способность в отношении потока флюида. Зажимная втулка 200 и шарики 242 могут также иметь одинаковый размер, что упрощает логистику и снижает затраты на заканчивание скважин.As can be seen from the examples above, a plurality of sliding
Согласно упомянутым выше вариантам осуществления, как показано на фиг. с 3 по 7, защитная муфта 154 находится в разъемном соединении с корпусом 152 муфты посредством резьбовых соединений 158 и 156. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, защитную муфту 154 могут соединять с корпусом 152 муфты при помощи других подходящих устройств. Например, согласно одному варианту осуществления, защитная муфта 154 может иметь постоянное сварное соединение с корпусом 152 муфты.In the above-mentioned embodiments, as shown in FIG. 3 through 7, the
Согласно упомянутым выше вариантам осуществления, зажимная втулка 200 имеет форму цилиндрической клетки со множеством лепестков, прикрепленных к цилиндрической части 206 выше по стволу скважины и цилиндрической части 208 ниже по стволу скважины, что исключает применение внешних устройств, таких как пружины для приведения в действие в радиальном направлении или видоизменения зажимной втулки 200 с целью зацепления со скользящей муфтой и фиксации в ней. Согласно еще одному конкретному варианту осуществления, прикрепление гибких лепестков за их продольно-противоположные концы к частям 206 и 208, находящимся выше и ниже по стволу скважины, и дополнительная компоновка зажимной втулки с тем, чтобы упомянутые лепестки при начальном зацеплении со внутренним профилем 184 в скользящей муфте 106, при приложении давления текучей среды, направленного вверх по стволу скважины, к шарику, находящемуся в седле 214 шарика на зажимной втулке 200, преимущественно позволяет лепесткам на зажимной втулке 200 дополнительно изгибаться, что приводит к дополнительному и более сильному сцеплению лепестков, имеющих профиль 212 зажимной втулки в профиле 184 скользящей муфты 106, тем самым снижая риск незацепления зажимной втулки 200 с выбранной муфтой или, согласно другому варианту, снижая риск возможного расцепления сопряженного профиля зажимной втулки 200 с сопряженным профилем 184 скользящей муфты 106 при приложении давления гидроразрыва сверху по стволу скважины, что в случае сбоя предотвратит закачку жидкости гидроразрыва под высоким давлением из скважины в открытое отверстие 110.In the foregoing embodiments, the clamping
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, для гидравлического разрыва на участке ствола скважины могут применять скважинную систему гидравлического разрыва пласта, предусматривающую колонну труб с одним или более манжетными клапанами 100. Ствол скважины может быть обсаженным стволом скважины или необсаженным стволом скважины.In some other embodiments, a wellbore fracturing system may be used to fracture a section of a wellbore comprising a string of tubing with one or
Несмотря на то, что в примере, показанном на фиг. 16, манжетные клапаны 100 применяют для гидравлического разрыва пласта в горизонтальной части ствола скважины, специалистам в данной области техники будет понятно, что согласно некоторым другим вариантам осуществления, манжетные клапаны 100 могут применять для гидравлического разрыва пласта в вертикальной части ствола скважины.Although in the example shown in FIG. 16,
В упомянутых выше вариантах осуществления зажимная втулка 200 может предусматривать одну или более уплотнительных манжет 204 на ее наружной поверхности для уплотнения контакта между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106, когда зажимная втулка 200 входит в манжетный клапан 100. Однако во время нахождения зажимной втулки в стволе скважины такие уплотнительные манжеты 204, как правило, могут подвергаться износу и становиться неэффективными при движении зажимной втулки 200 в скользящей муфте 106, что приводит к сбою в работе манжетного клапана 100. Кроме того, при прокачке зажимной втулки через несоответствующие скользящие муфты обычно требуется большое давление текучей среды для преодоления трения, вызванного движением уплотнительных колец 204 вдоль наружной поверхности скользящей муфты 106.In the aforementioned embodiments, the clamping
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, на наружной поверхности зажимной втулки 200 не предусмотрено уплотнительных колец 204. Согласно этим вариантам осуществления, манжетный клапан 100 представляет собой такой же клапан, как показан на фиг. 1, и непрофилированный участок зажимной втулки 200 имеет наружный диаметр, которые несколько меньше минимального внутреннего диаметра скользящей муфты 106, что позволяет избежать трения, которое в других случаях вызывают уплотнительные кольца 204 и, таким образом, позволяет зажимной втулке 200 под меньшим давлением текучей среды проходить через соответствующий манжетный клапан 100.In some other embodiments, no o-
Согласно этим вариантам осуществления, скользящая муфта изготовлена из подходящего металла, например, из стали. Как показано на фиг. 17А и 17В, расположенная выше по стволу скважины часть 206 зажимной втулки 200 спроектирована так, что имеет металлическую часть 206', которая расширяется в радиальном направлении наружу, а седло 214 шарика предусматривает поверхность 282 седла шарика, которая имеет наклон внутрь в радиальном направлении снизу вверх по стволу скважины под острым углом к продольной оси 284 зажимной втулки 200.In these embodiments, the sliding sleeve is made from a suitable metal, such as steel. As shown in FIG. 17A and 17B, the
После того, как зажимная втулка 200 зафиксирована в манжетном клапане 100, шарик 242 подходящего размера под воздействием давления текучей среды в направлении вниз по стволу скважины сажают на седло 214 шарика. При приложении давления текучей среды к верхней по стволу скважины стороне шарика 242, шарик 242 оказывает давление на наклонную поверхность 282 седла 214 шарика и преобразует давление текучей среды, направленное вниз по стволу скважины, в радиальное давление наружу и расширяет в радиальном направлении расширяющуюся металлическую часть 206' зажимной втулки 200, чтобы существенно уменьшить зазор между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106 или даже привести наружную поверхность расширяющейся металлической части 206' в плотное зацепление с внутренней поверхностью скользящей муфты 106, образуя тем самым плотное соединение металл-металл на контакте между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106.After the
Как видно из фиг. 17В, поверхность 282 седла 214 шарика наклонена под углом θ к продольному базовому направлению 284. Согласно некоторым вариантам осуществления, угол наклона θ составляет около 55°. Угол наклона, составляющий около 55°, представляет собой угол, достаточный для передачи на зажимную втулку 200 достаточной радиально направленной наружу силы и достижения достаточного расширения зажимной втулки 200 в радиальном направлении, чтобы сформировать достаточно плотное соединение металл-металл со скользящей муфтой 106, для металлической зажимной втулки с модулем упругости стали класса N80 согласно Американскому институту нефти (API), где номинальный диаметр седла 214 шарика на зажимной втулке 200 составляет 4,555 дюймов при номинальной толщине зажимной втулки 0,23 дюйма и давлении на шарик 242 номинального диаметра 4,250 дюймов, которое составляет около 1500 фунтов на квадратный дюйм, и где зажимная втулка 200 первоначально, до расширения в радиальном направлении, имеет зазор с наружным диаметром скользящей муфты 106 в диапазоне от 0,004 до 0,014 дюймов (см. Пример А ниже и фиг. 18).As seen in FIG. 17B, the
Согласно другим вариантам осуществления, где зажимная втулка 200 может быть изготовлена из более твердого или менее эластичного материала (например, имеющего более высокий модуль упругости) и/или может иметь большую толщину, и/или где имеется исходная разница между диаметром зажимной втулки 200 и диаметром скользящей муфты 106, при этом разница больше диапазона от 0,004 до 0,014 дюймов, и/или где давление на шарик 242 меньше 1500 фунтов на квадратный дюйм, угол наклона θ необходимо уменьшить до около 35° с тем, чтобы седло 214 шарика было способно передавать достаточную радиально направленную наружу силу для достижения достаточного радиального увеличения диаметра зажимной втулки 200, и чтобы тем самым достигнуть требуемого плотного соединения металл-металл с каналом.In other embodiments, where the clamping
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, угол наклона θ находится в диапазоне от около 50° до около 60°. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, угол наклона θ находится в диапазоне от около 40° до около 70°. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, угол наклона θ находится в диапазоне от около 30° до около 80°.In some other embodiments, the angle of inclination θ ranges from about 50 ° to about 60 °. In some other embodiments, the angle of inclination θ ranges from about 40 ° to about 70 °. In some other embodiments, the angle of inclination θ ranges from about 30 ° to about 80 °.
Соответственно, поэтому, когда зажимная втулка 200 рассчитана на то, что допускает радиальное расширение, это позволяет сократить общий наружный диаметр зажимной втулки 200. Такой диаметр, уменьшенный не только в области седла 214 шарика, но также и в области профиля 212 зажимной втулки, тем самым позволяет зажимной втулке 200 и области профиля 212 легче проходить и меньше взаимодействовать с областями профиля 184 разных расположенных выше по стволу скважины скользящих муфт 106, которые не требуется приводить в действие, посредством этого уменьшают износ при трении такого профилированного участка 212 зажимной втулки 200, но в то же время сохраняют способность зажимной втулки 200 в конечном счете создавать уплотнение в области седла 214 шарика при контакте с зажимной втулкой 200 по ее достижении и далее в области профиля 212 зажимной втулки на ней вступать в зацепление с предназначенной для этого муфтой 106 ниже по стволу скважины и соответствующим требуемым сопряженным профилем 184 на ней.Accordingly, therefore, when the clamping
В частности, что важно, за счет использования такой способности зажимной втулки 200 к расширению в радиальном направлении происходит снижение износа профилей 212 зажимной втулки на ней, тем самым поддерживают техническую исправность профилей 212 зажимной втулки и обеспечивают, чтобы при достижении зажимной втулкой 200 требуемой скользящей муфты 106, которую требуется привести в действие, соответствующий профиль 212 на ней был способен достаточно и надежно входить в зацепление и одновременно создавать начальное плотное соединение металл-металл, чтобы повышать давление на стороне шарика 242, расположенной выше по стволу скважины. После того, как зажимная втулка 200 вошла в фиксированное сцепление со скользящей муфтой 106, повышенное давление на стороне шарика 242, расположенной выше по стволу скважины, в свою очередь вызывает «эффект домино», при котором такое повышение давления вызывает (дополнительное) расширение зажимной втулки 200 в радиальном направлении, что в свою очередь приводит к более плотному соединению металл-металл, которое вызывает дальнейшее повышение давления, которое снова вызывает еще большее расширение в радиальном направлении и, тем самым, еще более плотное соединение металл-металл. Давление выше по стволу скважины будут продолжать повышать таким способом до тех пор, пока не это приведет к сдвигу срезных штифтов 108, удерживающих на месте скользящую муфту 106, а затем позволит скользящей муфте 106 двигаться вниз по стволу скважины в клапане 100, чтобы тем самым открыть проходные отверстия 110.In particular, and importantly, due to the use of this ability of the clamping
На фиг. 18 представлен пример зажимной втулки 200 согласно настоящему изобретению, причем зажимная втулка по посадке скольжения вставлена в скользящую муфту 106, причем зажимная втулка 200 представляет собой упомянутый выше предпочтительный вариант осуществления. В частности, согласно такому предпочтительному варианту осуществления, зажимная втулка 200 в области седла 214 шарика имеет такую толщину и изготовлена из такого материала и имеет такую исходную разницу в радиальном направлении с каналом 151 в корпусе 152 муфты, чтобы при посадке шарика 242 на седло 214 шарика и приложении к нему давления текучей среды по меньшей мере в 150 фунтов на дюйм, происходило увеличение наружного диаметра наружу в радиальном направлении на величину, превышающую 0,09%, и это обеспечивало бы достаточное плотное соединение металл-металл между наружным диаметром зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика и каналом 151 в корпусе 152 муфты. В частности, наружный диаметр зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика может расширяться вовне в радиальном направлении под воздействием давления текучей среды на шарик 242, находящийся в седле, причем расширение в радиальном направлении происходит предпочтительно на величину, составляющую по меньшей мере 0,09%, и предпочтительно на величину, составляющую по меньшей мере 0,2%, и более предпочтительно на величину, составляющую по меньшей мере 0,3%, под действием давления текучей среды сверху по стволу скважины величиной по меньшей мере 150 фунтов на дюйм, чтобы тем самым обеспечить лучший начальный зазор профилированного участка 212 на зажимной втулке 200 с несоответствующими профилями, но при взаимодействии с требуемым профилированным участком 184 на выбранной скользящей муфте 106 обеспечить уплотнение между зажимной втулкой 200 в области седла 214 шарика, достаточное для возникновения «эффекта домино» и дополнительного расширения зажимной втулки 200 в радиальном направлении, чтобы усилить плотное соединение металл-металл, так что расширения вовне в радиальном направлении и плотного соединения металл-металл достаточно для приложения дополнительного давления величиной, достаточной для срезания срезных штифтов 108.FIG. 18 shows an example of a clamping
Согласно описанным выше вариантам осуществления, зажимная втулка 200 изготовлена из металлической трубки путем резки, вырубки или другого способа формирования множества продольных прорезей 220 в средней части 210 с целью формирования лепестков 218. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, лепестки 218 могут соединять с частями 206 и 208, находящимися выше и ниже по стволу скважины, при помощи других подходящих средств, например, сварки, скрепления винтами или подобных им средств.In the above-described embodiments, the clamping
Пример АExample A
Как отмечено выше, на фиг. 18 представлен пример зажимной втулки 200 согласно настоящему изобретению, причем зажимная втулка по посадке скольжения вставлена в скользящую муфту 106. На зажимной втулке 200 в области седла 214 шарика предусмотрена радиально расширяющаяся часть 206'.As noted above, FIG. 18 shows an example of a clamping
В частности, в этом примере, зажимная втулка 200 в области седла 214 шарика выполнена из стали класса API NP 80, имеющей модуль упругости 29 000 000 и коэффициент Пуассона 0,29. Скользящая муфта 106 также изготовлена из стали класса API N80.Specifically, in this example, the clamping
Согласно этому выбранному примеру у зажимной втулки 200 был обеспечен начальный зазор в радиальном направлении на контакте между наружным радиальным краем зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика и внутренним каналом 151 корпуса 152 муфты, причем зазор составляет от 0,002 до 0,007 дюйма, что было определено путем применения допусков материала зажимной втулки 200, а именно, разности между максимальными и минимальными размерными допусками наружного диаметра зажимной втулки 200 и диаметра внутреннего канала 151 скользящей муфты 106 [(то есть, (4,567-4,553)/2 и (4,562-4,558)/2)].According to this selected example, the clamping
Номинальная толщина зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика, а именно на стороне седла 214 шарика, расположенной выше по стволу скважины, составляла от 0,149 до 0,1515 дюймов [то есть, от (4,553-4,255)/2 до (4,558-4,255)/2], и на стороне седла 214 шарика, расположенной ниже по стволу скважины, составляла от 0,2305 до 0,233 дюймов [то есть, от (4,553-4,092/2 до (4,558-4,092)/2].The nominal thickness of the clamping
Угол наклона θ седла 214 шарика на зажимной втулке 200 составлял 55°. Номинальный диаметр шарика 242 составлял 4,250 дюйма.The angle of inclination θ of the
После посадки шарика 242 на седло 214 шарика, к шарику 242 было приложено давление текучей среды величиной 1500 фунтов на квадратный дюйм в направлении вниз по стволу скважины, при этом упомянутого выше начального радиального зазора величиной 0,002-0,007 дюймов достаточно для начального частичного прекращения потока флюида через этот контакт. При продолжении закачки флюида под давлением, в присутствие такого частичного начального препятствия давление текучей среды выше по стволу скважины от шарика 242 повышается. В ответ на силу, приложенную к шарику 242 под действием давления текучей среды, расширяемая в радиальном направлении часть 206' зажимной втулки 200 благодаря углу наклона θ седла 214 шарика создает силу, направленную радиально наружу и приложенную к цилиндрической зажимной втулке 200 в области седла 214 шарика. Эта приложенная наружу в радиальном направлении сила вызывает расширение металлической части 206' наружу в радиальном направлении, за счет чего в итоге ликвидируют или существенно уменьшают упомянутый выше зазор величиной от 0,002 до 0,007 дюйма и на контакте между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106 устанавливают плотное соединение металл-металл.After
В частности, металлическая часть 206', расширяющаяся наружу в радиальном направлении, расширяется по меньшей мере на 0,09% (в случае, когда наружный диаметр металлической части 206', расширяющейся наружу в радиальном направлении, составляет максимум 4,558 дюйма, и внутренний диаметр канала скользящей муфты составляет минимум 4,558 дюйма, а именно (4,562-4,558/4,558)), и номинально расширяется в радиальном направлении на 0,02% (в случае, когда наружный диаметр металлической части 206', расширяющейся вовне в радиальном направлении, составляет номинально 4,555 дюйма и внутренний диаметр канала скользящей муфты составляет номинально 4,565 дюйма, а именно (4,565-4,555/4,555)) и расширяется в радиальном направлении по меньшей мере на 0,03% (в случае, когда наружный диаметр металлической части 206', расширяющейся вовне в радиальном направлении, составляет минимум 4,553 дюйма и внутренний диаметр скользящей муфты составляет максимум 4,567 дюйма, а именно (4,567-4,553/4,553)), что во всех случаях приводит тем самым к уменьшению радиального зазора и образованию плотного соединения металл-металл между зажимной втулкой 200 и скользящей муфтой 106.Specifically, the radially outwardly expanding metal portion 206 'expands by at least 0.09% (in the case where the outer diameter of the radially outwardly expanding metal portion 206' is at most 4.558 inches and the inner diameter of the duct of the sliding sleeve is a minimum of 4.558 inches, namely (4.562-4.558 / 4.558)), and nominally expands in the radial direction by 0.02% (in the case where the outer diameter of the metal part 206 'expanding outwardly in the radial direction is nominally 4.555 and the inner diameter of the bore of the sliding sleeve is nominally 4.565 inches, namely (4.565-4.555 / 4.555)) and expands radially by at least 0.03% (in the case where the outer diameter of the metal part 206 ', expanding outwardly into radial direction, is a minimum of 4.553 inches and the inner diameter of the sliding sleeve is a maximum of 4.567 inches, namely (4.567-4.553 / 4.553)), which in all cases This results in a reduction in radial clearance and a tight metal-to-metal connection between the clamping
Теперь специалистам в данной области техники будет несомненно понятно, что для достижения требуемого результата - обеспечения зажимной втулки, которая расширяется в радиальном направлении, преимущество которой состоит в том, что тем самым она способна уменьшать контакт со скользящими муфтами выше по стволу скважины при прохождении через них к требуемой скользящей муфте 106, и таким образом поддерживая допуски размеров зажимной втулки 200, могут производить изменения в конкретных перечисленных выше параметрах, в частности, на участках ее профиля 212 и наружного диаметра в области седла 214 шарика, и для последующего более легкого прохождения вниз по стволу скважины, за счет уменьшенных диаметров, но после фиксированного сцепления с требуемой выбранной муфтой и приложения давления текучей среды, может «вырасти» для поддержания эффективного уплотнения и обеспечения возможности достаточного повышения давления, чтобы срезать срезные винты 108.It will now be clearly understood by those skilled in the art that in order to achieve the desired result of providing a clamping sleeve that expands radially, the advantage of which is that it is thereby able to reduce contact with the sliding sleeves higher up the wellbore when passing through them. to the desired sliding
В этом примере для иллюстрации скользящая муфта 106 и зажимная втулка 200 изготовлены из стали класса API N80. Специалистам в данной области техники будет понятно, что в различных других вариантах осуществления скользящая муфта 106 и зажимная втулка 200 могут изготавливать из другого подходящего материала, например, стали класса API P110, имеющей похожий модуль упругости, чтобы тем самым добиваться аналогичного расширения в радиальном направлении для приложенного давления 1500 фунтов на квадратный дюйм.In this example, for illustration, the sliding
Однако согласно другому варианту, для уменьшения величины давления закачки, но тем не менее, достижения аналогичной величины расширения в радиальном направлении (то есть, номинального увеличения в радиальном направлении 0,02%), зажимную втулку 200 могут изготавливать из материала, имеющего модуль упругости на порядок меньший, чем у стали класса API NP 80 (то есть, 1/10 от значения модуля упругости у стали класса API NP 80). Тогда это может привести к тому, что приложенное давление также должно составлять только 1/10 от приложенного давления, а именно, 150 фунтов на квадратный дюйм, чтобы по-прежнему достигать требуемого номинального расширения в радиальном направлении величиной 0,02%.However, according to another embodiment, in order to reduce the amount of injection pressure, but nevertheless achieve a similar amount of expansion in the radial direction (i.e., a nominal increase in the radial direction of 0.02%), the clamping
Аналогично, уменьшая или увеличивая угол наклона θ седла 214 шарика на зажимной втулке 200, как видно из фиг. 18, действующую в радиальном направлении вовне силу воздействия шарика 242 на край зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика, могут изменять, тем самым увеличивая или уменьшая, соответственно, величину силы, приложенной в радиальном направлении к зажимной втулке 200.Likewise, by decreasing or increasing the angle θ of the
Так, например, при постоянном давлении текучей среды величиной 1500 фунтов на квадратный дюйм, уменьшение угла наклона θ с 55° до 30° увеличит приложенную силу, а снижение требуемого давления текучей среды от 1500 фунтов на квадратный дюйм или применение материала с пропорционально меньшим модулем упругости (то есть, применение менее жесткого материала с большим изгибом в радиальном направлении в расчете на единицу приложенной силы) может тогда обеспечить достижение аналогичного увеличения расширения в радиальном направлении (номинально 0,02%).So, for example, at a constant fluid pressure of 1500 psi, decreasing the tilt angle θ from 55 ° to 30 ° will increase the applied force, while decreasing the required fluid pressure from 1500 psi or using a material with a proportionally lower modulus. (that is, using a less rigid material with greater radial bending per unit of force applied) can then achieve a similar increase in radial expansion (nominally 0.02%).
Специалисты в данной области техники могут теперь производить дополнительные изменения и комбинировать упомянутые выше переменные для достижения упомянутого выше увеличения в радиальном направлении.Specialists in the art can now make additional changes and combine the above-mentioned variables to achieve the above-mentioned increase in the radial direction.
Например, если угол наклона 6 был увеличен с 55° до 80°, тем самым уменьшая силу, действующую на зажимную втулку 200 наружу в радиальном направлении, для достижения аналогичного расширения зажимной втулки 200 в радиальном направлении (номинально 0,02%) потребуется одно или более из перечисленных ниже условий:For example, if the angle of inclination 6 was increased from 55 ° to 80 °, thereby reducing the force acting on the clamping
(i) замена материала, из которого изготовлена зажимная втулка 200, на материал с меньшим понижением модуля упругости (то есть, меньшей жесткостью);(i) replacing the material from which the
(ii) повышение приложенного давления текучей среды величиной 1500 фунтов на квадратный дюйм, действующего на шарик 242, для достижения той же тангенциальной силы, что была приложена ранее при угле наклона θ, равном 55°; или(ii) increasing the applied pressure of the fluid to 1500 psi, acting on the
(iii) уменьшение толщины зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика (при условии, что приложенное давление и результирующая сила, действующая в радиальном направлении, не превышает предельного напряжения сдвига зажимной втулки 200 в области седла 214 шарика).(iii) reducing the thickness of the clamping
Продолжение описанияContinuation of the description
На фиг. 19 согласно некоторым другим вариантам осуществления представлена зажимная втулка 200. Согласно этим вариантам осуществления, манжетный клапан 100 представляет собой такой же клапан, как показан на фиг. 1.FIG. 19, in some other embodiments, a clamping
Как видно из фиг. 19, согласно этим вариантам осуществления зажимная втулка 200 предусматривает закрытый конец 284, расположенной выше по стволу скважины. Другие части зажимной втулки 200 такие же, как показано на фиг. 8.As seen in FIG. 19, according to these embodiments, the
Согласно этим вариантам осуществления, для приведения в действие манжетного клапана 100 не требуется шарик 242. Вместо этого для приведения в действие манжетного клапана 100 соответствующую зажимную втулку 200 закачивают под давлением вниз по стволу скважины и фиксируют в манжетном клапане 100. К закрытому вверх по стволу скважины концу 284 зажимной втулки 200 прикладывают давление текучей среды и в результате срезают срезной штифт 108 и приводят в действие скользящую муфту 106 манжетного клапана 100, которая смещается вниз по стволу скважины в открытое положение. Как описано выше, высокопрочное стопорное кольцо 192 обеспечивает повышенную устойчивость к давлению и износу.In these embodiments, no
Согласно описанным выше вариантам осуществления, скользящая муфта 106 предусматривает высокопрочное стопорное кольцо 192 в ее нижней по стволу скважины части профилированного участка 182, образуя упор 194 для фиксации соответствующей зажимной втулки 200. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, стопорное кольцо 192 изготовлено из того же материала, что и скользящая муфта 106, но предпочтительно из более высокопрочного и/или упрочненного материала и/или азотированного материала, такого как, помимо прочего, карбида вольфрама. Согласно некоторым вариантам осуществления, по меньшей мере упор 194 стопорного кольца 192 упрочнен до жесткости или предусматривает жесткость фактически или приблизительно равную жесткости расположенной ниже по стволу скважины части профиля соответствующей зажимной втулки 200.In the embodiments described above, the
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, скользящая муфта 106 не предусматривает стопорного кольца 192. Вместо этого расположенный ниже по стволу скважины конец защитной муфты 154 образует упор 194 для фиксации соответствующей зажимной втулки.In some other embodiments, the
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, корпус 152 муфты и защитная муфта 154 объединены и образуют скользящую муфту 106, которая предусматривает расширяющийся наружу в радиальном направлении кольцевой выступ, образующий упор 194. Таким образом, согласно этим вариантам осуществления, скользящая муфта 106 не предусматривает стопорного кольца 192.In some other embodiments, the
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, скользящая муфта 106 предусматривает только корпус 152 муфты и не предусматривает защитной муфты 154. Согласно этим вариантам осуществления, стопорное кольцо 192 приварено, смонтировано или другим способом интегрировано в корпус 152 муфты.In some other embodiments, the sliding
Согласно некоторым вариантам осуществления, может быть получено множество профилей муфты и профилей зажимной втулки, и профили зажимной втулки могут быть использованы на одной и той же колонне труб в скважинной системе для гидравлического разрыва пласта.In some embodiments, a plurality of collar and collar profiles may be produced and the collar profiles may be used on the same tubing in a fracturing wellbore system.
Например, на фиг. с 20А по 20D представлены четыре профиля муфты 182-1 ÷ 182-4 (общий номер для обозначения этой позиции - 182) на внутренней поверхности скользящих муфт 106-1 ÷ 106-4, соответственно, и соответствующие им профили зажимной втулки 212-1 ÷ 212-4 (общий номер для обозначения этой позиции - 212) на внутренней поверхности зажимных втулок 200-1 ÷ 200-4, соответственно.For example, in FIG. from 20A to 20D four profiles of the coupling 182-1 ÷ 182-4 (the general number for designating this position is 182) are presented on the inner surface of the sliding couplings 106-1 ÷ 106-4, respectively, and the corresponding profiles of the clamping sleeve 212-1 ÷ 212-4 (the general number for this position is 212) on the inner surface of the clamping sleeves 200-1 ÷ 200-4, respectively.
Видно, что каждый профиль 106-1 ÷ 106-4 предусматривает по меньшей мере две бороздки 184А и 184В (далее в настоящем документе они также называются «бороздками муфты) и один продольный выступ 232 (далее в настоящем документе он называется «продольным выступом муфты»), проходящий между двумя бороздками 184А и 184В.It can be seen that each profile 106-1 ÷ 106-4 provides at least two
Соответственно, каждый профиль 200-1 ÷ 200-4 предусматривает по меньшей мере два продольных выступа 222А и 222В (далее в настоящем документы они также называются «продольными выступами зажимной втулки») и одну бороздку 234 (далее в настоящем документы она также называется «бороздкой зажимной втулки») между двумя продольными выступами 222А и 222В. Кроме того, длина каждой бороздки 184А, 184В, 234 больше или равна длине каждого продольного выступа 222А, 222В, 232, чтобы профиль зажимной втулки 200-1 ÷ 200-4 мог входить в соответствующий профиль 106-1 ÷ 106-4 муфты.Accordingly, each profile 200-1 ÷ 200-4 provides at least two
Изменяя длины бороздок 184А и 184В и продольного выступа 232, можно получить множество уникальных и индивидуальных профилей муфты (и соответствующие уникальные и индивидуальные муфты зажимной втулки). Согласно этим вариантам осуществления, разность длин двух профилей муфты, например, разность длин профилей 182-2 и 182-3 муфты, представляет собой целочисленное умножение заданного расчетного параметра Lb, где Lb>0. Кроме того, разность длин между соответствующими бороздками и продольными выступами двух профилей муфты, например, разность длин бороздок 184А профилей 182-1 и 182-2 муфты, или разность длин бороздок 184В профилей 182-1 и 182-2 муфты также представляет собой целочисленное умножение заданного расчетного параметра Lb, где Lb>0.By varying the lengths of
Как видно из фиг. 21А, для профиля 182 муфты используют следующие параметры (все они больше нуля):As seen in FIG. 21A, the following parameters are used for the
Ls - длина профиля 182 муфты в продольном направлении;L s is the length of the
Sg1 - длина бороздки 184А профиля 182 муфты в продольном направлении;S g1 is the length of the
Sr - длина продольного выступа 232 профиля 182 муфты в продольном направлении; иS r is the length of the
Sg2 - длина бороздки 184В профиля 182 муфты в продольном направлении.S g2 is the length of the
Параметры Ls, Sg1, Sr и Sg2 измеряют в диаметрально противоположных, самых дальних друг от друга точках профиля 182 муфты.The parameters L s , S g1 , S r and S g2 are measured at diametrically opposite, farthest from each other points of the
Для профиля 182 зажимной втулки используют следующие параметры (все они больше нуля):For
Lc - длина профиля 212 зажимной втулки в продольном направлении;L c is the length of the
Cr1 - длина продольного выступа 222А профиля 212 зажимной втулки в продольном направлении; иC r1 is the length of the
Cg - длина бороздки 234 профиля 212 зажимной втулки в продольном направлении; иC g is the length of the
Cr2 - длина продольного выступа 222В профиля 212 зажимной втулки в продольном направлении.C r2 is the length of the
Параметры Lc, Cr1, Cg и Cr2 также измеряют в диаметрально противоположных самых дальних друг от друга точках профиля 212 зажимной втулки.The parameters L c , C r1 , C g and C r2 are also measured at diametrically opposite points farthest from each other on the
Как описано выше, длины бороздок в паре соответствующих профиля зажимной втулки и профиля муфты, включая длины Sg1, Sg2 и Cg бороздок 184А и 184В муфты и бороздки 234 зажимной втулки, должны быть больше или равны длинам соответствующих продольных выступов, включая длины Cr1, Cr2 и Sr продольных выступов 222А и 222В зажимной втулки и продольного выступа 232, то есть, Sg1≥Cr1, Sg2≥Cr2 и Cg≥Sr, чтобы профиль 212 зажимной втулки входил в соответствующий профиль 182 муфты.As described above, the lengths of the grooves in the pair of corresponding clamping sleeve profile and sleeve profile, including the lengths S g1 , S g2 and C g of the sleeve grooves 184A and 184B and the clamping
Согласно этим вариантам осуществления, расположенные вверх по стволу скважины поверхности бороздок 184А и 184В муфты и стопорное кольцо 192 наклонены так, что они расширяются внутрь в радиальном направлении вверх по стволу скважины. Расположенные вверх по стволу скважины продольные выступы 222А и 222В зажимной втулки и расположенная вниз по стволу скважины поверхность продольного выступа 222В наклонены так, что они расширяются наружу в радиальном направлении вниз по стволу скважины. Эти наклоны влияют на то, как бороздка 232 муфты и продольные выступы 222А и 222В могут входить в бороздку 234 зажимной втулки и бороздки 184А и 184В муфты.In these embodiments, the uphole surfaces of the
Для простоты описания в этих вариантах осуществления наклонные скосы расположенных выше по стволу скважины поверхностей бороздок 184А, 184В муфты, стопорного кольца 192, продольных выступов 222А, 222В зажимной втулки и расположенная ниже по стволу скважины поверхность продольного выступа 222В зажимной втулки фактически одинаковы.For ease of description, in these embodiments, the slopes of the upbore surfaces of the
Как показано на фиг. 21В и 21С, за счет описанных выше наклонных скосов, после совмещения профиля 212 зажимной втулки с соответствующим профилем 182 муфты, зажимная втулка 200 может расширяться наружу в радиальном направлении и двигаться дальше вниз по стволу скважины на короткое расстояние ε1, которое представляет собой расчетный параметр, заданный описанными выше наклонными скосами и степенью сцепления, чтобы входить в профиль 182 муфты до тех пор, пока расположенная ниже по стволу скважины поверхность продольного выступа 222В зажимной втулки не войдет в зацепление с упором 194 стопорного кольца 192.As shown in FIG. 21B and 21C, due to the above described inclined bevels, after aligning the
Как видно из фиг. 21А, длине Sr продольного выступа 232 на профиле 182 муфты определяют как:As seen in FIG. 21A, the length S r of the
где 1≥δ≥0 представляет собой заданный расчетный параметр, L a представляет собой заданный расчетный параметр и L a >0, n представляет собой целое число и n≥0, Lb представляет собой заданный расчетный параметр и Lb>0. Таким образом, когда n=0, продольный выступ 232 имеет минимальную длину Sr=δL a .where 1≥δ≥0 is a predetermined design parameter, L a is a predetermined design parameter and L a > 0, n is an integer and n ≥ 0, L b is a predetermined design parameter and L b > 0. Thus, when n = 0, the
Длины Sg1 и Sg1 бороздок 184А и 184В определяют как:The lengths S g1 and S g1 of the grooves 184A and 184B are defined as:
где m 1 представляет собой целое число и m 1≥1, и m 2 представляет собой целое число и m 2>1. Кроме того,where m 1 is an integer and m 1 ≥1, and m 2 is an integer and m 2 > 1. Moreover,
где K>2 представляет собой целое положительное число, при этом для профилей муфты с одинаковым K, увеличение m 1 будет уменьшать m 2, тем самым эффективно изменяя местоположение продольного выступа 232 на профиле муфты.where K> 2 is a positive integer, whereby for coupling profiles with the same K, increasing m 1 will decrease m 2 , thereby effectively changing the location of the
Тогда длина Ls профиля 182 муфты:Then the length L s of the profile 182 of the coupling:
Поскольку L a и Lb представляют собой заданные расчетные параметры, выбирая разные n и K, можно получить множество профилей 182 муфты с разными длинами Ls.Since L a and L b are predetermined design parameters, by choosing different n and K, a plurality of
На профиле 212 зажимной втулки длины Cr1, Cr2, Cg продольных выступов 222А и 222В и бороздки 234 зажимной втулки определяют как:On the
где t1, t2 и ε2 представляет собой заданные расчетные параметры причем 1≥t1≥0, 1≥t2≥0 и ε2≥0. Длина Lc профиля 212 зажимной втулки:where t 1 , t 2 and ε 2 represent the given design parameters with 1≥t 1 ≥0, 1≥t 2 ≥0 and ε 2 ≥0. Length L from profile 212 of the clamping sleeve:
Параметр ε2 определяет только будет ли расположенная ниже по стволу скважины поверхность продольного выступа 222А зажимной втулки входить в зацепление с расположенной ниже по стволу скважины поверхностью бороздки 184А муфты. Согласно некоторым вариантам осуществления, ε2=0, так что когда зажимная втулка 200 входит в сцепление с муфтой 106 под давлением, приложенным сверху по стволу скважины, поверхность продольного выступа 222А зажимной втулки, расположенная ниже по стволу скважины, вступает в зацепление с расположенной ниже по стволу скважины поверхностью бороздки 184А муфты и расположенная ниже по стволу скважины поверхность продольного выступа 222В вступает в зацепление с упором 194, обеспечивая тем самым сопротивление давлению. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, ε2>0 совместно с другими условиями (описанными ниже) обеспечивает дополнительное расширение лепестков 218 наружу в радиальном направлении и изгиб под действием давления текучей среды для улучшенного сцепления зажимной втулки 200 со скользящей муфтой 106.The parameter ε 2 only determines whether the downhole surface of the collar
Как видно из фиг. 21А, в вариантах осуществления, согласно которым ε2=0, при t1=1 существует максимальная разность длин Lb бороздки 184А муфты и продольного выступа 222А зажимной втулки; когда t1=0, бороздка 184А муфты и продольный выступ 222А зажимной втулки имеют одинаковую длину. Аналогично, при t2=1 существует максимальная разность Lb длин бороздки 184В муфты и продольного выступа 222В зажимной втулки; при t2=0 бороздка 184В муфты и продольный выступ 222В зажимной втулки имеют одинаковую длину.As seen in FIG. 21A, in embodiments where ε 2 = 0, at t 1 = 1, there is a maximum difference in length L b between the
Согласно некоторым вариантам осуществления, расчетные параметры заданы как L a =Lb, t1=t2=t и 1≥t≥0. Тогда параметры профиля 182 муфты приобретают вид:In some embodiments, the design parameters are set as L a = L b , t 1 = t 2 = t, and 1>t> 0. Then the parameters of the
Параметры профиля 212 зажимной втулки приобретают вид:The parameters of the
С учетом ε2, параметр t определяет разность длин бороздок и соответствующих им продольных выступов. Если t=0, профиль 182 муфты и профиль 212 зажимной втулки имеют одинаковую длину. Если t=1, профиль 182 муфты и профиль 212 зажимной втулки имеют максимальную разность длин Lb. Согласно вариантам осуществления, где ε2=0, если t=0, бороздки и соответствующие им продольные выступы имеют одинаковую длину. Если t=1, бороздки и соответствующие им продольные выступы имеют максимальную разность длин Lb.Taking into account ε 2 , the parameter t determines the difference in the lengths of the grooves and the corresponding longitudinal projections. If t = 0, the
Можно получить различные профили муфты и профили зажимной втулки. Для простоты описания профили муфты и профили зажимной втулки сгруппированы в наборы профилей, и наборы профилей сгруппированы в категории профилей. Далее в настоящем документе профиль муфты обозначен в виде «S({буквенное обозначение категории}{номер набора}-{номер профиля})», где «{буквенное обозначение категории» может быть буквой А, В, С, …, это отражает категорию профиля, к которой принадлежит муфта, «{номер набора}» может быть цифрой 1, 2, 3, …, это отражает набор профилей, к которому принадлежит профиль муфты, и {номер профиля} может быть цифрой 1, 2, 3, …, это отражает порядковый номер профиля муфты в наборе. Например, профиль муфты «S(A1-1)» обозначает первый профиль муфты в наборе А1.Various coupling profiles and clamping sleeve profiles are available. For ease of description, coupling profiles and clamping sleeve profiles are grouped into profile sets, and profile sets are grouped into profile categories. Further in this document, the clutch profile is designated as "S ({category letter} {set number} - {profile number})", where "{category letter" can be the letter A, B, C, ..., this reflects the category profile to which the coupling belongs, "{set number}" can be 1, 2, 3, ..., this reflects the set of profiles to which the coupling profile belongs, and {profile number} can be 1, 2, 3, ... , this reflects the serial number of the coupling profile in the set. For example, the sleeve profile "S (A1-1)" denotes the first sleeve profile in set A1.
Аналогично, профиль зажимной втулки обозначают в виде «С({буквенное обозначение категории}{номер набора}-{номер профиля}». Например, профиль зажимной втулки «C(B2-3)» обозначает третий профиль втулки в наборе В2.Likewise, the profile of the clamping sleeve is designated as "C ({category letter} {set number} - {profile number}". For example, the profile of the clamping sleeve "C (B2-3)" denotes the third sleeve profile in the set B2.
Как можно видеть, изменяя значения n, K и m1, получают множество профилей 182 муфты и профилей 212 зажимной втулки. Таким образом, для простоты описания профиль муфты могут также обозначать как S[n, K, m1], а профиль зажимной втулки могут обозначать как С[n, K, m1].As can be seen, by varying the values of n , K and m 1 , a plurality of
Согласно этим вариантам осуществления, для данной Lb сумма (n+K) определяет длину Ls профиля муфты и длину Lc профиля зажимной втулки. В частности, профили муфты в каждой категории профилей (например, «А») имеют одинаковую длину Ls=(n+K+1)Lb, и профили зажимной втулки в одной категории профилей имеют одинаковую длину Lc=(n+K+1-t)Lb.According to these embodiments, for a given L b, the sum ( n + K) determines the length L s of the sleeve profile and the length L c of the sleeve profile. In particular, the coupling profiles in each profile category (for example, "A") have the same length L s = ( n + K + 1) L b , and the clamping sleeve profiles in one profile category have the same length L c = ( n + K + 1-t) L b .
Параметр n определяет длину продольного выступа 232 муфты и длину бороздки 234 зажимной втулки. Таким образом, профили муфты в каждом наборе профилей (например, «А1») имеют одинаковую длину продольного выступа 232, которую определяют как Sr=(n+δ)Lb, и профили зажимной втулки в одном наборе профилей имеют одинаковую длину бороздки 234, которую определяют как Cg=(n+t+δ)Lb+ε2.The parameter n defines the length of the
Каждый набор профилей содержит (K-2) профилей муфты и (K-2) соответствующих профилей зажимной втулки с одинаковым n и одинаковым K, в которых все (K-2) профилей муфты имеют одинаковую длину Ls=(n+K+1)Lb и одинаковую Sr=(n+δ)Lb, и все (K-2) профилей зажимной втулки имеют одинаковую длину Lc=(n+K+1-t)Lb и одинаковую Cg=(n+t+δ)Lb+ε2.Each set of profiles contains (K-2) coupling profiles and (K-2) corresponding clamping sleeve profiles with the same n and the same K, in which all (K-2) coupling profiles have the same length L s = ( n + K + 1 ) L b and the same S r = ( n + δ) L b , and all (K-2) profiles of the clamping sleeve have the same length L c = ( n + K + 1-t) L b and the same C g = ( n + t + δ) L b + ε 2 .
Специалистам в данной области техники будет понятно, что если t равно или близко к 0, тогда профиль зажимной втулки полностью или почти полностью совпадает с профилем муфты, и поэтому может существовать риск, что профиль зажимной втулки не сможет войти в соответствующий профиль муфты, например, из-за большого допуска на изготовление профиля зажимной втулки и/или профиля муфты, и/или большой скорости входа зажимной втулки 200 в скользящую муфту 106, так что у смещенного профиля зажимной втулки недостаточно времени, чтобы возвратиться в несмещенное положение прежде, чем зажимная втулка 200 выйдет из скользящей муфты 106.It will be understood by those skilled in the art that if t is equal to or close to 0, then the profile of the clamping sleeve completely or almost completely coincides with the profile of the sleeve, and therefore there may be a risk that the profile of the clamping sleeve cannot enter the corresponding profile of the sleeve, for example, due to the large tolerance for the profile of the clamping sleeve and / or the profile of the sleeve, and / or the high speed of entry of the clamping
С другой стороны, если t равно или близко к 1, бороздки и соответствующие им продольные выступы имеют максимальную разность длин Lb, и может существовать риск того, что профиль зажимной втулки может ошибочно войти в несоответствующий профиль муфты (описано ниже).On the other hand, if t is equal to or close to 1, the grooves and their corresponding longitudinal ridges have a maximum difference in lengths L b , and there may be a risk that the profile of the clamping sleeve may mistakenly enter the inappropriate profile of the sleeve (described below).
Согласно некоторым вариантам осуществления, t могут выбирать достаточно большим нуля и достаточно меньшим единицы, чтобы обеспечить следующее:In some embodiments, t may be selected large enough to zero and less than one enough to provide the following:
(i) профиль зажимной втулки, соответствующий профилю муфты в наборе, легко может быть не принят любым другим профилем муфты в том же наборе; и(i) the profile of the clamping sleeve, corresponding to the profile of the sleeve in the set, can easily be overridden by any other profile of the sleeve in the same set; and
(ii) разность длин между бороздкой и соответствующим ей продольным выступом (например, разность длин между бороздкой 184А муфты и продольным выступом 222А зажимной втулки, разность длин между бороздкой 234 зажимной втулки и продольным выступом 232 муфты, или разность длин между бороздкой 184В муфты и продольным выступом 222В зажимной втулки) достаточна для легкого входа продольного выступа в бороздку.(ii) the difference in lengths between the groove and its corresponding longitudinal ridge (for example, the difference in lengths between the
Например, согласно одному варианту осуществления, t могут выбирать согласно выражению 0.9≥t≥0.1. Согласно другим вариантам осуществления t могут выбирать согласно выражению 0.8≥t≥0.2. Согласно другим вариантам осуществления t могут выбирать согласно выражению 0.7≥t≥0.3. Согласно другим вариантам осуществления t могут выбирать согласно выражению 0.6≥t≥0.4. Согласно другим вариантам осуществления, t могут выбирать равным около 0,5.For example, in one embodiment, t may be selected according to 0.9≥t≥0.1. In other embodiments, t may be selected according to the expression 0.8 t. 0.2. In other embodiments, t may be selected according to 0.7≥t≥0.3. In other embodiments, t may be selected according to 0.6≥t≥0.4. In other embodiments, t may be selected to be about 0.5.
На фиг. 22 представлен набор А1 из четырех профилей муфты и четырех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=0 и K=6, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=7Lb.FIG. 22 shows a set A1 of four coupling profiles and four corresponding clamping sleeve profiles, where n = 0 and K = 6, while the coupling profiles have the same length L s = 7L b .
На фиг. 23 представлен набор В1 из шести профилей муфты и шести соответствующих профилей зажимной втулки при n=0 и K=8, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=9Lb.FIG. 23 shows a set B1 of six profiles of the coupling and six corresponding profiles of the clamping sleeve at n = 0 and K = 8, while the profiles of the coupling have the same length L s = 9L b .
На фиг. 24 представлен набор С1 из восьми профилей муфты и восьми соответствующих профилей зажимной втулки, где n=0 и K=10, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 24 shows a set C1 of eight sleeve profiles and eight corresponding clamping sleeve profiles, where n = 0 and K = 10, while the sleeve profiles have the same length L s = 11L b .
На фиг. 25 представлен набор D1 из десяти профилей муфты и десяти соответствующих профилей зажимной втулки, где n=0 и K=12, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 25 shows a set D1 of ten coupling profiles and ten corresponding clamping sleeve profiles, where n = 0 and K = 12, while the coupling profiles have the same length L s = 13L b .
На фиг. 26 представлен набор А2 из трех профилей муфты и трех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=1 и K=5, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=7Lb.FIG. 26 shows a set A2 of three coupling profiles and three corresponding clamping sleeve profiles, where n = 1 and K = 5, while the coupling profiles have the same length L s = 7L b .
На фиг. 27 представлен набор В2 из пяти профилей муфты и пяти соответствующих профилей зажимной втулки при n=1 и K=7, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=9Lb.FIG. 27 shows a set B2 of five coupling profiles and five corresponding clamping sleeve profiles for n = 1 and K = 7, while the coupling profiles have the same length L s = 9L b .
На фиг. 28 представлен набор С2 из семи профилей муфты и семи соответствующих профилей зажимной втулки, где n=1 и K=9, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 28 shows a set C2 of seven sleeve profiles and seven corresponding clamping sleeve profiles, where n = 1 and K = 9, with the sleeve profiles having the same length L s = 11L b .
На фиг. 29 представлен набор D2 из девяти профилей муфты и девяти соответствующих профилей зажимной втулки, где n=1 и K=11, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 29 shows a set D2 of nine sleeve profiles and nine corresponding clamping sleeve profiles, where n = 1 and K = 11, with the sleeve profiles having the same length L s = 13L b .
На фиг. 30 представлен набор A3 из двух профилей муфты и двух соответствующих профилей зажимной втулки, где n=2 и K=4, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=7Lb.FIG. 30 shows a set A3 of two sleeve profiles and two corresponding clamping sleeve profiles, where n = 2 and K = 4, the sleeve profiles having the same length L s = 7L b .
На фиг. 31 представлен набор В3 из четырех профилей муфты и четырех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=2 и K=6, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=9Lb.FIG. 31 shows a set B3 of four sleeve profiles and four corresponding clamping sleeve profiles, where n = 2 and K = 6, the sleeve profiles having the same length L s = 9L b .
На фиг. 32 представлен набор С3 из шести профилей муфты и шести соответствующих профилей зажимной втулки при n=2 и K=8, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 32 shows a set C3 of six coupling profiles and six corresponding clamping sleeve profiles for n = 2 and K = 8, while the coupling profiles have the same length L s = 11L b .
На фиг. 33 представлен набор D3 из восьми профилей муфты и восьми соответствующих профилей зажимной втулки, где n=2 и K=10, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 33 shows a set D3 of eight coupling profiles and eight corresponding clamping sleeve profiles, where n = 2 and K = 10, while the coupling profiles have the same length L s = 13L b .
На фиг. 34 представлен набор А4 из одного профиля муфты и одного соответствующего профиля зажимной втулки, где n=3 и K=3, при этом профиль муфты имеет длину Ls=7Lb.FIG. 34 shows a set A4 of one profile of the sleeve and one corresponding profile of the clamping sleeve, where n = 3 and K = 3, while the profile of the sleeve has a length L s = 7L b .
На фиг. 35 представлен набор В4 из трех профилей муфты и трех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=3 и K=5, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=9Lb.FIG. 35 shows a set B4 of three sleeve profiles and three corresponding clamping sleeve profiles, where n = 3 and K = 5, the sleeve profiles having the same length L s = 9L b .
На фиг. 36 представлен набор С4 из пяти профилей муфты и пяти соответствующих профилей зажимной втулки при n=3 и K=7, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 36 shows a set C4 of five coupling profiles and five corresponding clamping sleeve profiles for n = 3 and K = 7, while the coupling profiles have the same length L s = 11L b .
На фиг. 37 представлен набор D4 из семи профилей муфты и семи соответствующих профилей зажимной втулки, где n=3 и K=9, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 37 shows a set D4 of seven coupling profiles and seven corresponding clamping sleeve profiles, where n = 3 and K = 9, while the coupling profiles have the same length L s = 13L b .
На фиг. 38 представлен набор В5 из двух профилей муфты и двух соответствующих профилей зажимной втулки, где n=4 и K=4, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=9Lb.FIG. 38 shows a set B5 of two sleeve profiles and two corresponding clamping sleeve profiles, where n = 4 and K = 4, while the sleeve profiles have the same length L s = 9L b .
На фиг. 39 представлен набор С5 из четырех профилей муфты и четырех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=4 и K=6, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 39 shows a set C5 of four sleeve profiles and four corresponding clamping sleeve profiles, where n = 4 and K = 6, with the sleeve profiles having the same length L s = 11L b .
На фиг. 40 представлен набор D5 из шести профилей муфты и шести соответствующих профилей зажимной втулки при n=4 и K=8, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 40 shows a set D5 of six profiles of the coupling and six corresponding profiles of the clamping sleeve with n = 4 and K = 8, while the profiles of the coupling have the same length L s = 13L b .
На фиг. 41 представлен набор В6 из одного профиля муфты и одного соответствующего профиля зажимной втулки, где n=5 и K=3, при этом профиль муфты имеет длину Ls=9Lb.FIG. 41 shows a set B6 of one sleeve profile and one corresponding clamping sleeve profile, where n = 5 and K = 3, the sleeve profile having a length L s = 9L b .
На фиг. 42 представлен набор С6 из трех профилей муфты и трех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=5 и K=5, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 42 shows a set C6 of three sleeve profiles and three corresponding clamping sleeve profiles, where n = 5 and K = 5, the sleeve profiles having the same length L s = 11L b .
На фиг. 43 представлен набор D6 из пяти профилей муфты и пяти соответствующих профилей зажимной втулки при n=5 и K=7, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 43 shows a set D6 of five coupling profiles and five corresponding clamping sleeve profiles for n = 5 and K = 7, while the coupling profiles have the same length L s = 13L b .
На фиг. 44 представлен набор С7 из двух профилей муфты и двух соответствующих профилей зажимной втулки, где n=6 и K=4, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=11Lb.FIG. 44 shows a set C7 of two sleeve profiles and two corresponding clamping sleeve profiles, where n = 6 and K = 4, with the sleeve profiles having the same length L s = 11L b .
На фиг. 45 представлен набор D7 из четырех профилей муфты и четырех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=6 и K=6, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 45 shows a set D7 of four coupling profiles and four corresponding clamping sleeve profiles, where n = 6 and K = 6, with the coupling profiles having the same length L s = 13L b .
На фиг. 46 представлен набор С8 из одного профиля муфты и одного соответствующего профиля зажимной втулки, где n=7 и K=3, при этом профиль муфты имеет длину Ls=11Lb.FIG. 46 shows a set C8 of one sleeve profile and one corresponding clamping sleeve profile, where n = 7 and K = 3, the sleeve profile having a length L s = 11L b .
На фиг. 47 представлен набор D8 из трех профилей муфты и трех соответствующих профилей зажимной втулки, где n=7 и K=5, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 47 shows a set D8 of three coupling profiles and three corresponding clamping sleeve profiles, where n = 7 and K = 5, while the coupling profiles have the same length L s = 13L b .
На фиг. 48 представлен набор D9 из двух профилей муфты и двух соответствующих профилей зажимной втулки, где n=8 и K=4, при этом профили муфты имеют одинаковую длину Ls=13Lb.FIG. 48 shows a set D9 of two coupling profiles and two corresponding clamping sleeve profiles, where n = 8 and K = 4, while the coupling profiles have the same length L s = 13L b .
На фиг. 49 представлен набор D8 из одного профиля муфты и одного соответствующего профиля зажимной втулки, где n=9 и K=3, при этом профиль муфты имеет длину Ls=13Lb.FIG. 49 shows a set D8 of one sleeve profile and one corresponding clamping sleeve profile, where n = 9 and K = 3, while the sleeve profile has a length L s = 13L b .
Таблица 1 содержит сводные данные по наборам профилей, представленных на фиг. с 22 по 49. Можно видеть, что ограничивая длины профиля муфты величинами 7Lb, 9Lb, 11Lb и 13Lb, можно получать всего 122 профиля муфты и 122 соответствующих профиля зажимной втулки и применять их для гидравлического разрыва пласта в скважине.Table 1 summarizes the profile sets shown in FIG. 22 to 49. It can be seen that by limiting the sleeve profile lengths to 7L b , 9L b , 11L b, and 13L b , a total of 122 sleeve profiles and 122 corresponding collar profiles can be obtained and used for fracturing in the well.
Согласно вариантам осуществления, в которых на колонне труб используют два или более манжетных клапанов 100 с описанными выше профилями муфты, порядок расположения профилей муфты должен быть следующим:In embodiments in which two or
(a) манжетные клапаны должны иметь разные профили муфты; другими словами, для любых двух манжетных клапанов по меньшей мере одно из n, K и m 1 у них отличается;(a) lip valves must have different sleeve profiles; in other words, for any two cuff valves, at least one of n , K and m 1 is different;
(b) манжетные клапаны с меньшей длиной Ls следует располагать выше по стволу скважины, чем те, у которых длина Ls больше; другими словами, манжетные клапаны с меньшим значением (n+K) располагают выше по стволу, чем те, у которых (n+К) больше;(b) lip valves with a shorter L s length should be located higher up the wellbore than those with a longer L s length; in other words, the lip valve with a smaller value (n + K) have uphole than those in which (n + K) is larger;
(c) в случае манжетных клапанов одинаковой длины Ls те, у которых Sr больше, следует располагать выше по стволу скважины по сравнению с теми, у которых Sr меньше; другими словами, для манжетных клапанов с одинаковым значением (п+K) те, у которых n больше, располагают выше по стволу скважины от тех, у которых n меньше; и(c) in the case of cup valves of equal length L s, those with larger S r should be located higher up the wellbore than those with smaller S r; in other words, for cup valves with the same value ( n + K), those with more n are located higher up the wellbore from those with less n; and
(d) манжетные клапаны с одинаковым набором профилей, то есть, с одинаковым n и одинаковым K, но с разными m1, могут располагать в любом порядке.(d) lip valves with the same set of profiles, that is, with the same n and the same K, but with different m 1 , can be arranged in any order.
Другими словами, манжетные клапаны, обозначенные буквой «более низкой» категории (например, «А»), то есть, манжетные клапаны с меньшей длиной Ls профиля муфты следует располагать выше по стволу скважины по сравнению с теми, которые обозначены буквой «более высокой» категории (например, «D»), то есть, имеющими большее значение длины Ls профиля муфты. Среди манжетных клапанов, обозначенных буквой одной и той же категории, то есть, имеющих одинаковую длину Ls профиля муфты, те, что имеют меньший номер набора (например, «А1»), следует располагать ниже по стволу скважины, чем те, которые имеют больший номер набора (например, «A3»). На фиг. 50 представлен пример колонны труб (например, обсадной колонны или колонны насосно-компрессорных труб) со множеством манжетных клапанов 100, расположенных в описанном выше порядке.In other words, collar valves marked with a "lower" category (eg, "A"), that is, collar valves with a shorter sleeve profile length L s should be located higher up the wellbore than those marked with a "higher "Category (for example," D "), that is, having a greater value of the length L s of the sleeve profile. Among the collar valves designated by the letter of the same category, that is, having the same length L s of the sleeve profile, those that have a lower set number (for example, "A1") should be located lower along the wellbore than those that have a larger dial number (for example, "A3"). FIG. 50 illustrates an example of a tubing string (eg, casing or tubing) with a plurality of
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, в которых t равно или близко к 1, а бороздки и соответствующие им продольные выступы имеют максимальную разность длин Lb и поэтому два «соседних» профиля муфты и зажимной втулки являются совместимыми.In some other embodiments, where t is equal to or close to 1, and the grooves and their corresponding longitudinal ridges have a maximum difference in length L b, and therefore the two "adjacent" profiles of the sleeve and the clamping sleeve are compatible.
То есть, профиль зажимной втулки может входить не только в соответствующий профиль муфты, но также и в профиль муфты, который обозначен буквой той же категории, с тем же номером набора и «соседним» номером профиля (то есть, на 1 большим или меньшим). Например, профиль зажимной втулки С(А1-2), то есть, С[0, 6, 2], может входить в предыдущий и последующий профили муфты S(A1-1) и S(A1-2), то есть, S[0, 6, 1] и S[0, 6, 3], но не может входить в другие профили муфты из набора профилей А1, например, S(A1-4).That is, the profile of the clamping sleeve can be included not only in the corresponding profile of the coupling, but also in the profile of the coupling, which is indicated by a letter of the same category, with the same set number and an "adjacent" profile number (that is, 1 higher or lower) ... For example, the profile of the clamping sleeve C (A1-2), that is, C [0, 6, 2], can be included in the previous and next coupling profiles S (A1-1) and S (A1-2), that is, S [0, 6, 1] and S [0, 6, 3], but cannot be included in other coupling profiles from the set of profiles A1, for example, S (A1-4).
Другими словами, профиль муфты может входить в предыдущий и следующий профили муфты из того же набора профилей, но не может входить в другие профили муфты из того же набора профилей. То есть, профиль зажимной втулки С[n, K, i] может входить в профили муфты S[n, K, i+1] и S[n, K, i-1], но не может входить в другие профили муфты, то есть, в профили муфты S[n, K, j], где j≠i, j≠i+1 и j≠i-1.In other words, a sleeve profile can be included in the previous and next sleeve profiles from the same set of profiles, but cannot be included in other coupling profiles from the same set of profiles. That is, the profile of the clamping sleeve C [ n , K, i] can enter into the coupling profiles S [ n , K, i + 1] and S [ n , K, i-1], but cannot enter into other coupling profiles, that is, into the profiles of the coupling S [ n , K, j], where j ≠ i, j ≠ i + 1 and j ≠ i-1.
Таким образом, согласно вариантам осуществления, в которых t=1 и на колонне труб используют два или более манжетных клапанов 100 с такими профилями муфты, как показаны на фиг. с 22 по 49, порядок расположения профилей муфты должен быть следующим:Thus, in embodiments in which t = 1, two or
(a) манжетные клапаны должны иметь разные профили муфты; другими словами, для любых двух манжетных клапанов по меньшей мере одно из n, K и m1 у них отличается;(a) lip valves must have different sleeve profiles; in other words, for any two cuff valves, at least one of n , K and m 1 is different;
(b) в каждом наборе профилей не следует использовать на одной и той же колонне труб два профиля муфты S[n, K, j1] и S[n, K, j2], если ⏐j1-j2⏐≤1; другими словами, для любых двух манжетных клапанов с одинаковым n и одинаковым K, разность между их m1 должна быть больше 1;(b) in each set of profiles, two coupling profiles S [ n , K, j 1 ] and S [ n , K, j 2 ] should not be used on the same pipe string if ⏐j 1 -j 2 ⏐≤1 ; in other words, for any two cuff valves with the same n and the same K, the difference between their m 1 must be greater than 1;
(c) манжетные клапаны с меньшей длиной Ls следует располагать выше по стволу скважины, чем те, у которых длина Ls больше; другими словами, манжетные клапаны с меньшим значением (n+K) располагают выше по стволу скважины, чем те, у которых (n+K) больше;(c) lip valves with a shorter L s length should be located higher up the wellbore than those with a longer L s length; in other words, the lip valve with a smaller value (n + K) have uphole than those in which (n + K) greater;
(d) в случае манжетных клапанов одинаковой длины Ls те, у которых Sr больше, следует располагать выше по стволу скважины по сравнению с теми, у которых Sr меньше; другими словами, для манжетных клапанов с одинаковым значением (n+K) те, у которых n больше, располагают выше по стволу скважины от тех, у которых n меньше; и(d) in the case of cup valves of equal length L s, those with larger S r should be located higher up the wellbore than those with smaller S r; in other words, for cup valves with the same value ( n + K), those with more n are located higher up the wellbore from those with less n; and
(е) манжетные клапаны с одинаковым набором профилей, то есть, с одинаковым n и одинаковым K, но с разными m1, могут располагать в любом порядке.(e) lip valves with the same set of profiles, that is, with the same n and the same K, but with different m 1 , can be arranged in any order.
Согласно некоторым другим вариантам осуществления, описанные выше профили муфты и профили зажимной втулки могут соединять последовательно или каскадом вместе с другими подходящими профилями для получения удлиненных профилей. Например, на фиг. 51 представлен набор удлиненных профилей муфты и профилей зажимной втулки, который получен путем последовательного соединения одного и того же профиля 286 между профилем в наборе профилей А1 и стопорным кольцом 192. Как видно из фиг. 52, согласно некоторым вариантам осуществления, для получения удлиненных профилей один и тот же профиль 286 могут соединять последовательно вверх по стволу скважины с профилями из набора А1.In some other embodiments, the above described coupling profiles and clamping sleeve profiles can be connected in series or cascade together with other suitable profiles to form elongated profiles. For example, in FIG. 51 shows a set of elongated sleeve profiles and clamping sleeve profiles that are obtained by connecting the
Согласно некоторым вариантам осуществления, профили в одном и том же наборе могут соединять последовательно с различными профилями для получения удлиненных профилей. Например, на фиг. 53 представлены профили набора А1 соединенные последовательно с первыми четырьмя профилями из набора В2 для получения удлиненных профилей.In some embodiments, profiles in the same set can be connected in series with different profiles to form elongated profiles. For example, in FIG. 53 shows the profiles of set A1 connected in series with the first four profiles from set B2 to obtain elongated profiles.
Согласно представленным выше вариантам осуществления, профиль муфты находится на внутренней поверхности корпуса 152 муфты, так что упор 194 стопорного кольца 192 находится ниже по стволу скважины от него. Согласно некоторым другим вариантам осуществления, например, показанным на фиг. с 54 по 56, профиль муфты предусматривает часть профиля на внутренней поверхности корпуса 152 муфты, как описано выше, и часть профиля на внутренней поверхности защитной муфты 154, так что упор 194 стопорного кольца 192 находится в профиле муфты.In the above embodiments, the collar profile is on the inner surface of the
Соответственно, зажимная втулка 200 может иметь профиль зажимной втулки, находящийся и на корпусе 152 муфты, и на защитной муфте 154 для соответствия профилю муфты. Чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение через стопорное кольцо 192 передней или расположенной ниже по стволу скважины части зажимной втулки 200, каждый выступ 292 на зажимной втулке 200, который соответствует профилю на защитной муфте 154, имеет тупой угол на стороне, расположенной ниже по стволу скважины.Accordingly, the clamping
Профиль на защитной муфте 154 может иметь любую подходящую форму и его могут комбинировать с корпусом 152 муфты любого подходящего профиля, например, как те, что представлены на фиг. с 22 по 49. Например, на фиг. с 54 по 57 показана защитная муфта 154 с бороздкой 294 длиной 2Lb, которая сочетается с наборами профилей A1, В1, С1 и D1, соответственно, показанными на фиг. с 22 по 25. Соответственно, профиль зажимной втулки на зажимной втулке 200 предусматривает выступ или продольный выступ 292 длиной Lb для соответствия бороздке 294.The profile on the
Согласно некоторым вариантам осуществления, бороздка 294 может иметь другие подходящие длины. Например, на фиг. с 58 по 61 показана защитная муфта 154 с бороздкой 294 длиной 3Lb, которая сочетается с наборами профилей A1, B1, С1 и D1, соответственно, показанными на фиг. с 22 по 25. Соответственно, профиль зажимной втулки на зажимной втулке 200 предусматривает выступ или продольный выступ 292 длиной 2Lb для соответствия бороздке 294.In some embodiments, groove 294 may have other suitable lengths. For example, in FIG. 58 to 61 show a
Согласно некоторым вариантам осуществления, профиль защитной муфты 154 может предусматривать одну или более бороздок и/или один или более продольных выступов.In some embodiments, the profile of the
Согласно некоторым вариантам осуществления, профиль защитной муфты 154 может представлять собой профиль, выбранный из тех, что представлены на фиг. с 22 по 49. Например, набор удлиненных профилей может быть получен путем их последовательного соединения в наборе профилей А1 с первыми четырьмя профилями в наборе профилей В2, при этом первые четыре профиля в наборе профилей В2 расположены ниже по стволу скважины от стопорного кольца 192 или на защитной муфте 154.In some embodiments, the profile of the
Как видно из фиг. 62, согласно некоторым другим вариантам осуществления, профиль муфты (например, профиль муфты в наборе профилей А1) могут располагать ниже по стволу скважины от стопорного кольца 192. Поэтому упор 194 расположен выше по стволу скважины от профиля муфты. Согласно этим вариантам осуществления, каждый выступ на зажимной втулке 200 имеет тупой угол на стороне, расположенной ниже по стволу скважины, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение стопорного кольца 192 зажимной втулкой 200.As seen in FIG. 62, in some other embodiments, the collar profile (eg, the collar profile in the set of profiles A1) may be located downhole from the retaining
Как описано выше и показано на фиг. 15А и 15В, скользящую муфту 126 манжетного клапана 100 могут переводить в открытое положение под давлением шарика 242 и зажимной втулки 200, чтобы открыть проходные отверстия для гидравлического разрыва пласта, при этом лепестки 218 зажимной втулки 200 под воздействием давления способны расширяться наружу в радиальном направлении, когда сверху по стволу скважины приложено давление текучей среды и сжатие зажимной втулки приводит к тому, что профиль 212 зажимной втулки вступает в зацепление с упором 194 стопорного кольца 192, вынуждая лепестки 218 расширяться наружу в радиальном направлении для дополнительного зацепления скользящей муфты 106 для лучшего сцепления и, тем самым, дополнительного сопротивления давлению. На фиг. с 63А по 63F более детально показан профиль 212 зажимной втулки, расширяющейся наружу в радиальном направлении.As described above and shown in FIG. 15A and 15B, the sliding
Как видно из фиг. 63А, для простоты описания считается, что бороздки 184А и 184В муфты имеют одинаковый внутренний диаметр, и считается, что продольные выступы 222А и 222В зажимной втулки имеют одинаковый наружный диаметр.As seen in FIG. 63A, for ease of description,
Глубину Hsg1 расположенной выше по стволу скважины бороздки 184А муфты измеряют в радиальном направлении между ее наиболее удаленной от центра поверхностью (то есть, их «дном») и ее наиболее близким к центру краем (то есть, ее «верхним» краем, расположенным выше по стволу скважины). Высоту Hsr продольного выступа 232 муфты измеряют в радиальном направлении между его наиболее близкой к центру поверхностью (то есть, ее «верхом») и его наиболее удаленным от центра краем (то есть, его «нижним» краем). Глубину Hsg2 расположенной ниже по стволу скважины бороздки 184В муфты измеряют в радиальном направлении между ее наиболее удаленной от центра поверхностью и ее наиболее близким к центру краем, который также представляет собой наиболее близкий у центру край упора 194.The depth H sg1 of the
Аналогично, высоту Hcr1 расположенных выше по стволу скважины продольных выступов 222А зажимной втулки измеряют в радиальном направлении между их наиболее удаленной от центра поверхностью (то есть, их «верхом») и их наиболее близким к центру краем, расположенным выше по стволу скважины (то есть, их «нижним» краем, расположенным выше по стволу скважины). Глубину Hcg продольного выступа 234 зажимной втулки измеряют в радиальном направлении между его наиболее близкой к центру поверхностью (то есть, ее «дном») и его наиболее удаленным от центра краем (то есть, его «верхним» краем). Высоту Hcr2 расположенных ниже по стволу скважины продольных выступов 222В зажимной втулки измеряют в радиальном направлении между их наиболее удаленной от центра поверхностью (то есть, их «верхом») и их наиболее близким к центру краем, расположенным ниже по стволу скважины (то есть, их «нижним» краем, расположенным ниже по стволу скважины).Likewise, the height H cr1 of the up-bore
Согласно некоторым вариантам осуществления, как показано на фиг. с 63А по 63С, Hsg1=Hsg2=Hsr=Hs и Hcr1=Hcr2=Hcr. Как видно из фиг. 63В, для того, чтобы обеспечить возможность расширения профиля 212 зажимной втулки наружу в радиальном направлении, когда профиль 212 зажимной втулки входит в зацепление с профилем 182 муфты, необходимо, чтобы между каждой из бороздок 184А м 184В и бороздкой 234 зажимной втулки и каждым из продольных выступов 222А и 222В и продольным выступом 232 муфты сохранялся просвет. Другими словами, Hs-Hcr>0, Hcg-Hcr>0 и ε2>0. Поэтому согласно этим вариантам осуществления, Hs>Hcr, Hcg>Hcr и ε2>0.In some embodiments, as shown in FIG. from 63A to 63C, H sg1 = H sg2 = H sr = H s and H cr1 = H cr2 = H cr . As seen in FIG. 63B, in order to allow the
Согласно некоторым вариантам осуществления, где Hsg1=Hsg2=Hsr=Hs и Hcr1=Hcr2=Hcr и бороздка 234 зажимной втулки находится в местоположении около центра длинной оси профиля 212 зажимной втулки, бороздка 234 зажимной втулки представляет собой наиболее расширенную часть, где лепестки 218 расширены наружу в радиальном направлении или изогнуты (фиг. 63С). Согласно этим вариантам осуществления, необходимо, чтобы Hs>Hcr, Hcg>Hcr и ε2>0. Предпочтительно, чтобы просвет между бороздкой 232 зажимной втулки и продольным выступом 232 муфты был больше или равен просвету между бороздкой 184А/184В муфты и соответствующим продольным выступом 222А/222В зажимной втулки. Другими словами, Hs-Hcr>0, Hcg-Hcr>0, Hcg-Hcr>Hs-Hcr и ε2>0. Поэтому согласно этим вариантам осуществления, Hcg≥Hs>Hcr и ε2>0. Согласно некоторым вариантам осуществления, предпочтительно, чтобы Hcg=Hs>Hcr и ε2>0 так, чтобы когда профиль 212 зажимной втулки расширен наружу в радиальном направлении в профиле 182 муфты, продольный выступ 234 зажимной втулки мог полностью вступать в зацепление с продольным выступом 232 муфты и закрывать просвет между ними.In some embodiments, where H sg1 = H sg2 = H sr = H s and H cr1 = H cr2 = H cr and the
Как показано на фиг. 63В и 63С, после того, как зажимная втулка 200 вступает в зацепление со скользящей муфтой 106, дополнительное давление сверху по стволу скважины от нее может перемещать зажимную втулку 200 дальше вниз по стволу скважины, заставляя лепестки 218 расширяться наружу в радиальном направлении или изгибаться и дополнительно еще сильнее вступать в сопряженное зацепление со скользящей муфтой 106.As shown in FIG. 63B and 63C, after the
Согласно некоторым вариантам осуществления, как показано на фиг. с 63D по 63F, глубина бороздки 184А муфты, находящейся выше по стволу скважины, такая же, как и высота продольного выступа 232 муфты. Однако бороздка 184В муфты, находящаяся ниже по стволу скважины, имеет глубину, которая больше глубины находящейся выше по стволу скважины бороздки 184А муфты. То есть, Hsg1=Hsr=Hs и Hsg2>Hs. Высоты продольных выступов 222А и 222В зажимной втулки и глубина бороздки 234 зажимной втулки одинаковы. То есть, Hcr1=Hcr2=Hcr.In some embodiments, as shown in FIG. 63D through 63F, the depth of the up-
Как видно из фиг. 63Е, согласно этим вариантам осуществления, Hcg+Hsg2-Hcr-Hs>0, Hsg2-Hcr>0 и ε2>0, чтобы обеспечить расширение профиля 212 зажимной втулки наружу в радиальном направлении, когда профиль 212 зажимной втулки вступает в зацепление с профилем 182 муфты.As seen in FIG. 63E, according to these embodiments, H cg + H sg2 -H cr -H s > 0, H sg2 -H cr > 0, and ε 2 > 0 to allow the clamping
Согласно некоторым вариантам осуществления, где Hsg1=Hsr=Hs, Hsg2>Hs, Hcr1=Hcr2=Hcr и бороздка 234 зажимной втулки находится в местоположении около центра длинной оси профиля 212 зажимной втулки, бороздка 234 зажимной втулки представляет собой наиболее расширенную часть, где лепестки 218 расширены наружу в радиальном направлении (фиг. 63Е).In some embodiments, where H sg1 = H sr = H s , H sg2 > H s , H cr1 = H cr2 = H cr, and the
Согласно этим вариантам осуществления, Hcg+Hsg2-Hcr-Hs>0, Hsg2-Hcr>0 и ε2>0. Предпочтительно, чтобы просвет между бороздкой 232 зажимной втулки и продольным выступом 232 муфты был больше или равен просвету между бороздкой 184А/184В муфты и соответствующим продольным выступом 222А/222В зажимной втулки. Другими словами, Hcg+Hsg2-Hcr-Hs≥Hsg2-Hcr. Поэтому согласно этим вариантам осуществления, Hsg2>Hcr, Hcg≥Hs и ε2>0. Согласно некоторым вариантам осуществления, предпочтительно, чтобы Hsg2>Hcr, Hcg=Hs и ε2>0 так, чтобы когда профиль 212 зажимной втулки расширен наружу в радиальном направлении в профиле 182 муфты, продольный выступ 234 зажимной втулки мог полностью вступать в зацепление с продольным выступом 232 муфты и закрывать просвет между ними.According to these embodiments, H cg + H sg2 —H cr —H s > 0, H sg2 —H cr > 0, and ε 2 > 0. Preferably, the clearance between the
Несмотря на то, что варианты осуществления были описаны выше со ссылкой на прилагаемые фигуры, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying figures, those skilled in the art will appreciate that changes and additions can be made without departing from the scope of the present invention.
Для полного определения настоящего изобретения и его предполагаемого объема следует ссылаться на краткое изложение сущности изобретения и прилагаемую формулу изобретения вместе с подробным описанием и чертежами, включенными в настоящий документ, согласно их целенаправленного толкования.For a complete definition of the present invention and its intended scope, reference should be made to the Summary of the Invention and the appended claims, together with the detailed description and drawings included herein, in accordance with their intended interpretation.
Claims (58)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/CA2017/051391 WO2019100138A1 (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Collet with ball-actuated expandable seal and/or pressure augmented radially expandable splines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749138C1 true RU2749138C1 (en) | 2021-06-04 |
Family
ID=66630356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020119144A RU2749138C1 (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Clamp sleeve with ball expandable seal and / or radially expandable petals |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111601948B (en) |
AU (1) | AU2017440806A1 (en) |
EC (1) | ECSP20032745A (en) |
MX (1) | MX2020005300A (en) |
RU (1) | RU2749138C1 (en) |
WO (1) | WO2019100138A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114439420A (en) * | 2020-11-06 | 2022-05-06 | 中国石油化工股份有限公司 | Cage-type limiting full-bore switch sliding sleeve |
CN115075793B (en) * | 2022-07-01 | 2023-07-25 | 西南石油大学 | Infinite intelligent sliding sleeve |
US11885196B1 (en) | 2022-10-24 | 2024-01-30 | Cnpc Usa Corporation | Retrievable packer with slotted sleeve release |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070221384A1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Murray Douglas J | Frac system without intervention |
CN202914037U (en) * | 2012-11-16 | 2013-05-01 | 西安鼎盛石油科技有限责任公司 | Ball seat used for gas well staged fracturing ball sliding sleeve |
US9316084B2 (en) * | 2011-12-14 | 2016-04-19 | Utex Industries, Inc. | Expandable seat assembly for isolating fracture zones in a well |
CN105696976A (en) * | 2016-01-20 | 2016-06-22 | 中国石油化工股份有限公司 | Movable sealed type sliding sleeve opening tool |
RU2616055C2 (en) * | 2012-12-13 | 2017-04-12 | Везерфорд Текнолоджи Холдингз, ЛЛК | Sliding hub, which has oblique tapering segmented ball seat |
CA2927850C (en) * | 2015-04-27 | 2017-05-09 | Sc Asset Corporation | System for successively uncovering ports along a wellbore to permit injection of a fluid along said wellbore |
CA2948027A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-10 | Ncs Multistage Inc. | Apparatuses and methods for enabling multistage hydraulic fracturing |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7445047B2 (en) * | 2005-10-24 | 2008-11-04 | Baker Hughes Incorporated | Metal-to-metal non-elastomeric seal stack |
EP1951988A2 (en) * | 2005-11-24 | 2008-08-06 | Churchill Drilling Tools Limited | Downhole tool |
US8439116B2 (en) * | 2009-07-24 | 2013-05-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method for inducing fracture complexity in hydraulically fractured horizontal well completions |
GB2491140B (en) * | 2011-05-24 | 2016-12-21 | Caledyne Ltd | Improved flow control system |
US9260956B2 (en) * | 2012-06-04 | 2016-02-16 | Schlumberger Technology Corporation | Continuous multi-stage well stimulation system |
GB2545583B (en) * | 2014-10-08 | 2019-05-15 | Weatherford Tech Holdings Llc | Stage tool |
CA2966123C (en) * | 2017-05-05 | 2018-05-01 | Sc Asset Corporation | System and related methods for fracking and completing a well which flowably installs sand screens for sand control |
-
2017
- 2017-11-21 AU AU2017440806A patent/AU2017440806A1/en not_active Abandoned
- 2017-11-21 CN CN201780098160.6A patent/CN111601948B/en active Active
- 2017-11-21 RU RU2020119144A patent/RU2749138C1/en active
- 2017-11-21 MX MX2020005300A patent/MX2020005300A/en unknown
- 2017-11-21 WO PCT/CA2017/051391 patent/WO2019100138A1/en active Application Filing
-
2020
- 2020-06-23 EC ECSENADI202032745A patent/ECSP20032745A/en unknown
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070221384A1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-09-27 | Murray Douglas J | Frac system without intervention |
US9316084B2 (en) * | 2011-12-14 | 2016-04-19 | Utex Industries, Inc. | Expandable seat assembly for isolating fracture zones in a well |
CN202914037U (en) * | 2012-11-16 | 2013-05-01 | 西安鼎盛石油科技有限责任公司 | Ball seat used for gas well staged fracturing ball sliding sleeve |
RU2616055C2 (en) * | 2012-12-13 | 2017-04-12 | Везерфорд Текнолоджи Холдингз, ЛЛК | Sliding hub, which has oblique tapering segmented ball seat |
CA2927850C (en) * | 2015-04-27 | 2017-05-09 | Sc Asset Corporation | System for successively uncovering ports along a wellbore to permit injection of a fluid along said wellbore |
CA2948027A1 (en) * | 2015-11-10 | 2017-05-10 | Ncs Multistage Inc. | Apparatuses and methods for enabling multistage hydraulic fracturing |
CN105696976A (en) * | 2016-01-20 | 2016-06-22 | 中国石油化工股份有限公司 | Movable sealed type sliding sleeve opening tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019100138A1 (en) | 2019-05-31 |
CN111601948B (en) | 2023-06-13 |
ECSP20032745A (en) | 2020-09-30 |
MX2020005300A (en) | 2020-10-19 |
CN111601948A (en) | 2020-08-28 |
AU2017440806A1 (en) | 2020-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10954747B2 (en) | Collet with ball-actuated expandable seal and/or pressure augmented radially expandable splines | |
RU2759114C1 (en) | System and method for multi-stage stimulation of wells | |
US20050217866A1 (en) | Mono diameter wellbore casing | |
US11255158B2 (en) | Locking ring system for use in fracking operations | |
US11248445B2 (en) | Profile-selective sleeves for subsurface multi-stage valve actuation | |
RU2749138C1 (en) | Clamp sleeve with ball expandable seal and / or radially expandable petals | |
CA2986352C (en) | Locking ring system for use in fracking operations | |
CN111615581B (en) | Profile selective sleeve for subsurface multistage valve actuation | |
CA2986346C (en) | Profile-selective sleeves for subsurface multi-stage valve actuation | |
US10570686B2 (en) | Top set liner hanger and packer with hanger slips above the packer seal | |
RU2757889C1 (en) | System with a fixating ring for use in hydraulic formation fracturing operations | |
CA2986338C (en) | Collet with ball-actuated expandable seal and/or pressure augmented radially expandable splines | |
US20170362915A1 (en) | Mechanically operated reverse cementing crossover tool |