(57) Реферат / Формула:
Описана перегородка, содержащая корпус и клапанный элемент, расположенные в указанном корпусе. Расходомерная трубка внутри корпуса и исполнительный механизм, расположенный в корпусе, находятся в функциональном сообщении. Указанная расходомерная трубка выполнена с возможностью вращения внутри других компонентов перегородки без передачи крутящего момента исполнительному механизму или другим компонентам. Описан способ бурения через перегородку.
Евразийское (2D 201792168 (13) А1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. E21B 17/00 (2006.01)
2018 01 31 E21B 34/06 (2006.01)
E21B 41/00 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2016.03.02
(54) ПЕРЕГОРОДКА С ЗАЩИТОЙ ОТ ВРАЩЕНИЯ
(31) (32)
62/143,906 2015.04.07
(33) US
(86) PCT/US2016/020420
(87) WO 2016/164121 2016.10.13
(71) Заявитель:
БЕЙКЕР ХЬЮЗ, Э ДЖИИ КОМПАНИ, ЛЛК (US)
(72) Изобретатель:
Гарр Рональд Дж., Беррис Джон Э., Куцера Самуэль С., Роджерс Рион
(US)
(74) Представитель:
Носырева Е.Л. (RU) (57) Описана перегородка, содержащая корпус и клапанный элемент, расположенные в указанном корпусе. Расходомерная трубка внутри корпуса и исполнительный механизм, расположенный в корпусе, находятся в функциональном сообщении. Указанная расходомерная трубка выполнена с возможностью вращения внутри других компонентов перегородки без передачи крутящего момента исполнительному механизму или другим компонентам. Описан способ бурения через перегородку.
ПЕРЕГОРОДКА С ЗАЩИТОЙ ОТ ВРАЩЕНИЯ
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет заявки на патент США № 62/143906, поданной 7 апреля г. 2015, которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В отраслях промышленности, где перегородки являются обычным явлением, и иногда в тех случаях, когда другие инструменты вращаются, проходя через перегородки, например, в производстве скважин, существует возможность повреждения перегородок, которые затем потребуют ремонта или замены при довольно существенных затратах. Ввиду этого соответствующие области техники должны быть восприимчивыми к альтернативным конфигурациям, которые уменьшают или устраняют повреждение перегородок при вращении проходящих через них других инструментов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Перегородка содержит корпус; клапанный элемент, расположенный в данном корпусе; и расходомерную трубку, расположенную внутри указанного корпуса; а также расположенный в корпусе исполнительный механизм, выполненный с возможностью сообщения с расходомерной трубкой, при этом расходомерная трубка выполнена с возможностью вращения внутри других компонентов перегородки без передачи крутящего момента исполнительному механизму или другим компонентам.
[0004] Перегородка содержит расходомерную трубку, установленную в осевом направлении с помощью исполнительного механизма перегородки и не зависящую от вращения других компонентов перегородки.
[0005] Клапан буровой перегородки для работы в скважине, содержащий корпус; клапанный элемент; расходомерную трубку, выполненную с возможностью сообщения с клапанным элементом; выравнивающий компонент, вращательно прикрепленный к корпусу, пружину, выполненную с возможностью сообщения с расходомерной трубкой и корпусом; изолирующие компоненты, выполненные с возможностью изоляции вращательного движения расходомерной трубки от корпуса, клапанного элемента и пружины.
[0006] Способ бурения через перегородку, включающий спуск колонны бурильных труб через перегородку, имеющую такую конструкцию, что расходомерная трубка перегородки вращательно независима от вращения других компонентов перегородки; а также устранение связи любого крутящего момента, сообщаемого расходомерной трубке бурильной колонной, от других компонентов перегородки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0007] Следующие описания не должны рассматриваться никоим образом как ограничивающие. На прилагаемых графических материалах сходные элементы обозначены одинаковыми номерами:
[0008] На Фиг. 1 представлено поперечное сечение перегородки в соответствии с настоящим изобретением;
[0009] На Фиг. 1А представлено увеличенное сечение по Фиг.1 с целью показа деталей пружинной муфты;
[0010] На Фиг.2 представлен вид, показывающий сечение трубчатого элемента, представленного на Фиг. 1; и
[ООП] На Фиг.З представлен вид в перспективе участка перегородки по Фиг.1, причем некоторые компоненты изображены полупрозрачными для лучшей иллюстрации некоторых аспектов перегородки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Подробное описание одного или более вариантов реализации изобретения по раскрытым способу и устройствам представлено здесь не как ограничение, а в качестве примера со ссылкой на Фигуры.
[0013] Как показано на Фиг.1, изначально следует понимать, что вид является не совсем обычным в том смысле, что он показан как 180-тиградусное сечение, которое фактически представляет собой участок под углом 270°. То есть трубчатая форма представлена на боку, а четвертая часть удалена из нее. Затем поперечные сечения трубы представлены в плоском виде на странице. Обратимся к Фиг.2 для схемы сечения, показанной на Фиг.1.
[0014] Фиг.1 иллюстрирует перегородку 10, которая выполнена с возможностью уменьшения или исключения повреждения перегородки от вращающихся элементов, проходящих через нее во время использования, например, в трубчатой системе, несущей текучую среду, и в одном варианте реализации изобретения при работе в скважине. В одном варианте реализации изобретения перегородка содержит клапанный элемент, который выполнен в виде клапанной системы типа заслонки, сходной со скважинным предохранительным клапаном и имеющей аналогичные компоненты. В состав входит корпус 12. Указанный корпус поддерживает заслонку 14 посредством шарнирного штифта 16. Расходомерная трубка 18 расположена так, чтобы физически взаимодействовать с заслонкой 14 и вызвать ее переход в открытое положение или позволить ей закрыться (на основе импульса от торсионной пружины, которая не показана) в зависимости от осевого положения расходомерной трубки 18 относительно заслонки 14. Приведение в движение расходомерной трубки 18 осуществляется исполнительным механизмом, который в одном варианте реализации изобретения выполнен в виде поршневого штока 20, который взаимодействует с цилиндром 22 в корпусе 12 (обычно имеются два диаметрально расположенных цилиндра и поршневые штоки в перегородке, хотя в конкретных итерациях большее или меньшее количества могут быть заменены, иногда на равномерно размещенные по 360 градусам трубчатого корпуса). Следует отметить, что указанные два диаметрально расположенных стержня можно увидеть на Фиг.З,
но не на Фиг. 1 из-за 90-градусного представления. Цилиндр 22 соединен с источником гидравлического давления, который не показан, таким как линия гидравлической системы управления, известная в данной области техники. Приложение давления через такую линию управления в цилиндр 22 приведет к выходу поршневого штока из цилиндра, что в конфигурации, показанной на Фиг. 1, будет вынуждать расходомерную трубку 18 перемещаться в осевом направлении, принуждая заслонку 14 перемещаться в открытое положение.
[0015] Пружина 24, которая может быть силовой пружиной, представляет собой пружину сжатия, которая противодействует действию поршневого штока 20. Указанная силовая пружина 24 поджимает расходомерную трубку 18 вдоль оси в направлении, противоположном направлению действия поршневого штока 20, если гидравлическое давление в цилиндре ниже порогового значения, которое может преодолеть силу пружины 24. Для упрощения описания, силовая пружина 24 имеет первый конец 25 и второй конец 27.
[0016] Для достижения преимуществ изобретения, расходомерная трубка выполнена с возможностью вращения, независимого от других компонентов перегородки. Более конкретно, расходомерная трубка выполнена с возможностью взаимодействия с другими компонентами перегородки через подшипники и/или втулки, которые позволяют расходомерной трубке быть сдвинутой в осевом направлении, как отмечено выше, для выполнения своей основной работы, в то же время допуская вращение расходомерной трубки в корпусе 12 без повреждения или приложения крутящего момента к любому из других компонентов перегородки. Это существенно защищает перегородку от вращательно-активных инструментов, проходящих через перегородку при использовании. Более конкретно, используя бурильную колонну D в качестве примера, по мере того, как вращающийся буровой инструмент проходит через перегородку 10, возможно, что буровой инструмент непреднамеренно входит в контакт с расходомерной трубкой 18. В таком случае расходомерная трубка может начать вращаться. В предшествующем уровне техники такое вращение может привести к повреждению перегородки, поскольку другие компоненты перегородки будет подвергаться воздействию крутящего момента, для которого они не были разработаны, результатом чего может быть повреждение. Это, как
отмечено выше, может привести к ремонту или замене перегородки и, следовательно, к довольно существенным затратам. Преимущество данного изобретения, однако, заключается в том, что, расходомерная трубка может входить в зацепление с бурильной колонной D и вращаться вместе с ней без какого-либо отрицательного воздействия на перегородку.
[0017] Продолжая ссылку на Фиг.1, поршневой шток 20 (или два или три штока и т.д.) соединен с муфтой 30 исполнительного механизма. Муфта 30 исполнительного механизма функционально соединяет поршневой шток 20 с расходомерной трубкой 18. Взаимосвязь расходомерной трубки 18 и других компонентов перегородки, с которыми расходомерная трубка 18 может иметь контакт во время использования, представляют собой проходные сквозь изоляцию компоненты, которые имеют конфигурацию и размеры, обеспечивающие, чтобы крутящий момент от расходомерной трубки 18 не передавался другим компонентам перегородки. С этой целью и в одном варианте реализации изобретения, расходомерная трубка 18 и муфта 30 исполнительного механизма соединены посредством подшипников или втулок 32 для обеспечения независимости вращения между расходомерной трубкой 18 и муфтой 30 исполнительного механизма. Муфта 30 исполнительного механизма также прикреплена штифтом 36 к кольцевому пазу 38 в пружинной муфте 40, так что они оба сохраняют осевое направление, но допускают вращение, если крутящий момент передается пружинной муфте 40 через расходомерную трубку 18.
Муфта 40 также может содержать подшипник 42, который надавливает на силовую пружину 24 на втором конце 27 силовой пружины, как показано (см. Фиг.1 А), или силовая пружина 24 может быть связана своим первым концом с корпусом 12 посредством подшипника 44, или оба подшипника 42 и 44 могут быть использованы в некоторых вариантах реализации изобретения. В любом случае подшипники 42 и/или 44 обеспечивают устранение какого-либо значительного воздействия крутящего момента расходомерной трубки на силовую пружину 24 или другие компоненты перегородки. Следует понимать, что хотя пружинная муфта 40 вращательно не связана с расходомерной трубкой 18, может иметь место достаточное трение между расходомерной трубкой 18 и муфтой 40, чтобы вызвать вращение муфты 40, если расходомерная трубка 18
начнет вращаться. Из-за промежутка "S", существующего между приводной муфтой 30 и пружинной муфтой 40, движение муфты 40, вероятно, не будет достаточным, чтобы передаться на приводную муфту 30 и вызвать в ней заметный крутящий момент.
[0018] Приводная муфта 30, изолированная от вращательного движения расходомерной трубки 18 посредством подшипника 32, все же фиксируется при ее совмещении с выравнивающим компонентом 50. Это предотвращает перемещение приводной муфты 30 в направлении вращения из-за трения в подшипниках или втулках 32, 42 и 44, одновременно обеспечивая перемещение в осевом направлении, которое необходимо для приведения в действие перегородки. Приводная муфта 30 таким образом закреплена относительно вращательного движения одним или более выравнивающими выступами 52, которые взаимодействуют с выравнивающим пазом 54 в выравнивающем компоненте 50 (см. Фиг.З). В одном варианте реализации изобретения выравнивающие выступы и паз будут смещены на 90 градусов от поршневых штоков 20
варианта реализации изобретения (как показано). Выравнивающий компонент 50 вращательно закреплен на месте с помощью шпонок 56, которые принимаются в шпоночные отверстия 58 корпуса 12. Выравнивающий компонент 50 может быть встроен в корпус 12 в виде единой детали.
[0019] Перегородка, как описано в настоящем документе, может использоваться в операции бурения скважины для гарантии, что операция может проводиться без повреждения перегородки за счет вращательного соединения расходомерной трубки с бурильной колонной. Способ осуществления подобного заключается в монтаже или предустановке описанной перегородки, причем конструкция перегородки такова, что расходомерная трубка является вращательно независимой от других компонентов перегородки, пропуская бурильную колонну через устроенную таким образом перегородку; а также в устранении связи любого крутящего момента, сообщаемого расходомерной трубке бурильной колонной, от других компонентов перегородки.
[0020] Ниже приведены некоторые варианты реализации изобретения из приведенного выше описания:
[0021] Вариант 1 реализации изобретения: перегородка, содержащая:
корпус; клапанный элемент, расположенное в указанном корпусе; расходомерную трубку внутри указанного корпуса; и исполнительный механизм, расположенный в корпусе и функционально связанный с расходомерной трубкой, при этом расходомерная трубка выполнена с возможностью вращения внутри других компонентов перегородки без передачи вращательного момента исполнительному механизму или другим компонентам.
[0022] Вариант 2 реализации изобретения:
перегородка по варианту 1 реализации изобретения, дополнительно содержащая приводную муфту, функционально соединенную с расходомерной трубкой посредством подшипника или втулки таким образом, что расходомерная трубка является вращательно независимой от приводной муфты.
[0023] Вариант 3 реализации изобретения:
перегородка по варианту 2 реализации изобретения, в которой приводная муфта функционально соединена с исполнительным механизмом.
[0024] Вариант 4 реализации изобретения:
перегородка по варианту 1 реализации изобретения, в которой исполнительный механизм представляет собой поршневой шток и цилиндр.
[0025] Вариант 5 реализации изобретения:
перегородка по варианту 1 реализации изобретения, дополнительно содержащая пружину, причем указанная пружина взаимодействует с подшипником или втулкой на первом конце пружины, с подшипником или втулкой на втором конце пружины, или на обоих.
[0026] Вариант 6 реализации изобретения:
перегородка по варианту 5 реализации изобретения, дополнительно содержащая
пружинную муфту на втором конце пружины. [0027] Вариант 7 реализации изобретения:
перегородка по варианту 6 реализации изобретения, в которой пружинная муфта содержит кольцевой паз, выполненный с возможностью принятия штифта, проходящего от исполнительного механизма таким образом, что пружинная муфта и исполнительный механизм остаются зафиксированными вместе в осевом направлении, при этом оставаясь вращательно независимыми.
[0028] Вариант 8 реализации изобретения:
перегородка по варианту 1 реализации изобретения, дополнительно содержащая выравнивающий компонент, прикрепленный к корпусу и содержащий паз, взаимодействующий с выступом, связанный с исполнительным механизмом таким образом, что исполнительный механизм может перемещаться в осевом направлении и оставаться вращательно закрепленным относительно выравнивающего компонента.
[0029] Вариант 9 реализации изобретения:
перегородка, содержащая: расходомерную трубку, расположенную в осевом направлении посредством исполнительного механизма перегородки, и вращательно независимую от других компонентов перегородки.
[0030] Вариант 10 реализации изобретения: клапан буровой перегородки для работы в скважине, содержащий: корпус; клапанный элемент; расходомерную трубку, функционально соединенную с клапанным элементом; выравнивающий компонент, вращательно прикрепленный к корпусу, пружину, функционально связанную с расходомерной трубкой и корпусом; изолирующие компоненты, выполненные с возможностью изоляции вращательного движения расходомерной трубки от корпуса, клапанного элемента и пружины.
[0031] Вариант 11 реализации изобретения:
способ бурения через перегородку, включающий: спуск бурильной колонны через перегородку, имеющую такую конструкцию, что расходомерная трубка перегородки вращательно независима от других компонентов перегородки; а
также устранение связи любого крутящего момента, сообщаемого расходомерной трубке бурильной колонной, от других компонентов перегородки.
[0032] Использование артиклей "а" и "an" и "the" и аналогичных объектов в контексте описания изобретения (особенно в контексте последующей формулы изобретения) подлежит толкованию в качестве охватывающего как единственное, так и множественное число, если в данном документе не указано иное или явно не противоречит контексту. Кроме того, следует также отметить, что термины "первый", "второй" и т.п. в данном документе не обозначают какой-либо порядок, количество или важность, а скорее используются, чтобы отличить один элемент от другого. Определение "примерно", используемое в связи с некоторым количеством, включает указанное значение и имеет значение, диктуемое контекстом (например, он включает в себя степень ошибки, связанную с измерением конкретного количества).
[0033] Хотя изобретение было описано со ссылкой на примерный вариант реализации изобретения или варианты реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть сделаны различные изменения, и их элементы могут быть заменены эквивалентами, не выходя за пределы объема изобретения. Кроме того, могут быть сделаны многочисленные модификации для адаптации конкретной ситуации или материала к идеям изобретения без отклонения от его существенного объема. Поэтому подразумевается, что изобретение не ограничивается конкретным вариантом реализации изобретения, раскрытым в качестве наилучшего способа, предусмотренного для реализации настоящего изобретения, но это изобретение будет включать в себя все варианты реализации изобретения, подпадающие под действие формулы изобретения. Кроме того, в графических материалах и в описании были раскрыты примерные варианты реализации изобретения, и хотя конкретные термины возможно были использованы, они, если не указано иное, используются только в общем и описательном смысле, а не для целей ограничения, поэтому объем изобретения не может быть ограничен таким образом. Более того, использование терминов "первый", "второй" и т.д. не обозначает какой-либо порядок или важность, а скорее термины "первый",
"второй" и т.д. используются для отличия одного элемента от другого. Кроме того, использование артиклей "a", "an" и т.д. не обозначает ограничения количества, а скорее обозначают наличие по меньшей мере одной из указанных ссылочных позиций.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Перегородка (10), содержащая:
корпус (12);
клапанный элемент, расположенный в указанном корпусе (12); расходомерную трубку (18) внутри указанного корпуса (12); и исполнительный механизм, расположенный в корпусе (12) и функционально связанный с расходомерной трубкой (18), причем расходомерная трубка (18) выполнена с возможностью вращения внутри других компонентов перегородки (10) без передачи крутящего момента исполнительному механизму или другим компонентам.
2. Перегородка (10) по п. 1, дополнительно содержащая приводную муфту, функционально соединенную с расходомерной трубкой (18) посредством подшипника или втулки (32) таким образом, что расходомерная трубка (18) вращательно независима от приводной муфты.
3. Перегородка (10) по п.2, отличающаяся тем, что приводная муфта функционально соединена с исполнительным механизмом.
4. Перегородка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что исполнительный механизм представляет собой поршневой шток (20) и цилиндр (22).
5. Перегородка (10) по п. 1, дополнительно содержащая пружину (24), причем указанная пружина (24) взаимодействует с подшипником или втулкой (32) на первом конце указанной пружины (24), с подшипником или втулкой (32) на втором конце пружины (24) или на обоих.
6. Перегородка (10) по п.5, дополнительно содержащая пружинную муфту (40) на втором конце пружины (24).
7. Перегородка (10) по п. 6, в котором пружинная муфта (40) содержит кольцевой паз (38), выполненный с возможностью принятия штифта (36), проходящего от исполнительного механизма таким образом, что пружинная
муфта (40) и исполнительный механизм остаются зафиксированными вместе в осевом направлении, при этом будучи вращательно независимыми.
8. Перегородка (10) по п. 1, дополнительно содержащая выравнивающий компонент (50), прикрепленный к корпусу (12) и содержащий паз (38), взаимодействующий с выступом (52), связанным с исполнительным механизмом таким образом, что исполнительный механизм может перемещаться в осевом направлении и быть вращательно закрепленным относительно выравнивающего компонента (50).
9. Перегородка (10), содержащая:
расходомерную трубку (18), расположенную в осевом направлении посредством исполнительного механизма перегородки (10), и вращательно независимую от других компонентов перегородки (10).
10. Клапан буровой перегородки (10) для работы в скважине, содержащий: корпус (12);
клапанный элемент;
расходомерную трубку (18), функционально связанную с клапанным элементом;
выравнивающий компонент (50), вращательно прикрепленный к корпусу
(12);
пружину (24), функционально связанную с расходомерной трубкой (18) и корпусом (12);
изолирующие компоненты, выполненные с возможностью изоляции вращательного движения расходомерной трубки (18) от корпуса (12), клапанного элемента и пружины (24).
11. Способ бурения через перегородку (10), включающий:
спуск бурильной колонны через перегородку (10), имеющую такую конструкцию, что расходомерная трубка (18) перегородки (10) вращательно независима от других компонентов перегородки (10); и устранение связи любого крутящего момента, сообщаемого расходомерной трубке (18) бурильной колонной, от других компонентов перегородки (10).
2/3
