Скользящая муфта с сокращающимся кольцевым шаровым гнездом

Скользящая муфта с сокращающимся кольцевым шаровым гнездом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[1] В ступенчатом гидроразрыве пласта многочисленные зоны пласта требуют последовательной изоляции для обработки. Для получения указанного, операторы устанавливают в забойную зону ствола скважины компоновку гидроразрыва пласта, которая обычно имеет верхний пакер хвостовика, пакеры для необсаженной зоны ствола, разобщающие зоны в стволе скважины, различные скользящие муфты и скважинный изолирующий клапан. Когда зоны не требуют закрытия после открытия, операторы могут применять скользящие муфты одноразового действия для обработки пласта гидроразрывом. Муфты данного типа обычно приводятся в действие шаром и блокируются в открытом положении, когда приведены в действие. Муфта другого типа также приводится в действие шаром, но может переключаться в закрытое положение после открытия.

[2] Вначале, операторы спускают компоновку гидроразрыва пласта в стволе скважины со всеми закрытыми скользящими муфтами и с открытым скважинным изолирующим клапаном. Операторы затем сбрасывают установочный шар для закрытия скважинного изолирующего клапана. Данное изолирует колонну насосно-компрессорных труб компоновки, так что пакеры могут гидравлически устанавливаться в рабочее положение. В данный момент операторы монтируют наземное оборудование гидроразрыва пласта и нагнетают насосом текучую среду в ствол скважины для открытия приводимой в действие давлением муфты, обеспечивая обработку первой зоны.

[3] В продолжение работы операторы сбрасывают последовательно более крупные шары в колонну насосно-компрессорная труб и нагнетают насосом текучую среду для постадийной обработки отдельных зоны. Когда сброшенный шар встречает предназначенное для него гнездо в скользящей муфте, сила давления подаваемой насосом текучей среды, действующая на установленный шар, сдвигает муфту в открытое положение. В свою очередь, посаженный в гнездо шар отводит нагнетаемую насосом текучую среду в смежную зону и предотвращает проход текучей среды в зону, расположенную ниже. С помощью сбрасывания шаров с последовательно увеличивающимся диаметром для приведения в действие соответствующих муфт операторы могут точно обрабатывать каждую зону, двигаясь вверх по стволу скважины.

[4] На фиг. 1A показан пример скользящей муфты 10 для системы многозонного гидроразрыва пласта с частью в виде сечения в открытом положении. Данная скользящая муфта 10 является аналогичной скользящей муфте гидроразрыва пласта ZoneSelect MultiShift компании Weatherford и может устанавливаться между изолирующими пакерами в многозонном заканчивании. Скользящая муфта 10 включает в себя корпус 20, образующий канал 25 и имеющий верхний и нижний переводники 22 и 24. Внутренняя втулка или вставка 30 может перемещаться в канале 25 корпуса для открытия или закрытия прохода потока текучей среды через окна 26 корпуса на основе положения внутренней втулки 30.

[5] Вначале при спуске в скважину внутренняя втулка 30 установлена в корпусе 20 в закрытом положении. Разрушаемое удерживающее устройство 38 вначале поджимает внутреннюю втулку 30 к верхнему переводнику 22, и блокирующее кольцо или фиксатор 36 на муфте 30 плотно входит в кольцевой паз в корпусе 20. Наружные уплотнения на внутренней втулке 30 взаимодействуют с внутренней поверхностью стенки корпуса 20 над и под окнами 26 прохода потока для их изоляции.

[6] Внутренняя втулка 30 образует канал 35, имеющий гнездо 40 закрепленное в нем. Когда шар подходящего диаметра садится в гнездо 40, скользящая муфта 10 может открываться при действии давления в насосно-компрессорной трубе на посаженный в гнездо шар 40 для перемещения внутренней втулки 30 в открытое положение. Для открытия скользящей муфты 10 в процессе гидроразрыва пласта после подачи подходящего объема проппанта насосом в нижнюю зону пласта, например, операторы сбрасывают шар В подходящего диаметра в скважину и подают насосом шар B до достижения им посадочного гнезда 40, расположенного во внутренней втулке 30.

[7] После посадки шара B в гнездо, силы растущего давления, действующие на внутреннюю втулку 30 в корпусе 20, срезают разрушаемое удерживающее устройство 38 и освобождают блокирующее кольцо или фиксатор 36 из кольцевого паза в корпусе, при этом внутренняя втулка 30 может скользить вниз. При скольжении внутренняя втулка 30 открывает окно 26 прохода потока, так что поток может отводиться в окружающий пласт. Величины срезывающего усилия, требуемого для открытия скользящих муфт 10 могут находиться обычно в диапазоне от 1000 до 4000 фунт/дюйм² (6,9 - 27,6 МПа).

[8] Когда муфта 10 открыта, операторы могут подавать насосом проппант под высоким давлением по колонне насосно-компрессорных труб в открытую муфту 10. Проппант и текучая среда под высоким давлением выходят из открытого окна 26, поскольку посаженный в гнездо шар B предотвращает перемещение текучей среды и проппанта дальше вниз по колонне насосно-компрессорных труб. Давление, применяемое в процессе гидроразрыва пласта может достигать 15000-фунт/дюйм² (103 МПа).

[9] После проведения гидроразрыва пласта скважину обычно очищают промывкой, и шар B выносится циркуляцией на поверхность. Затем, шаровое гнездо 40 (и шар B, если остался) выбуривают. Шаровое гнездо 40 может выполняться из чугуна для облегчения выбуривания, и шар B может изготавливаться из алюминия или неметаллического материала, например, композита. По завершении выбуривания внутренняя втулка 30 может закрываться или открываться толкателем стандарта "B" на профилях 32 и 34 под инструмент во внутренней втулке 30 так что скользящая муфта 10 может впоследствии функционировать, как любая обычная скользящая муфта, сдвигающаяся инструментом "B". Возможность избирательного открытия и закрытия скользящей муфты 10 обеспечивает операторам изоляцию конкретной части компоновки.

[10] Поскольку зоны пласта обрабатываются постадийно с помощью скользящих муфт 10, самая нижняя скользящая муфта 10 имеет шаровое гнездо 40 для шара наименьшего диаметра, и последовательно кверху муфты 10 имеют увеличивающиеся гнезда 40 под более крупные шары B. В данном способе шар B конкретного диаметра, сброшенный в колонне насосно-компрессорных труб, должен пройти через гнезда 40 верхних муфт 10 и устанавливаться и уплотняться только в требуемом гнезде 40 в колонне насосно-компрессорных труб. Несмотря на эффективность такой компоновки, на практике число шаров B, которые можно эффективно спускать в одной колонне насосно-компрессорных труб ограничено.

[11] В зависимости от прикладываемого давления и состава шара B, который применяют, могут проявляться несколько недостатков. Например, высокое давление, приложенное к композитному шару B, установленному в гнездо 40 муфты, диаметр которого близок к наружному диаметру шара, может обуславливать продавливание шара B через гнездо 40, при этом кромка гнезда 40 срезает шар B сбоку. Соответственно, надлежащие установка и сцепление шара B и гнезда 40 ужесточает требование к разности диаметров композитных шаров B и чугунных гнезд 40. Данные ограничения на практике снижают число шаров B, которые можно применять для гнезд 40 в компоновке скользящих муфт 10.

[12] В общем, компоновка гидроразрыва пласта с применением композитных шаров B может ограничиваться количеством от тринадцати до двадцати одной скользящей муфты в зависимости от диаметра применяемой насосно-компрессорной трубы. Например, в насосно-компрессорной трубе с диаметром 5-1/2''(140 мм) можно разместить двадцать одну скользящую муфту 10 для двадцати одного композитного шара B с отличающимися диаметрами. Требуемая разность между максимальным внутренним диаметром шарового гнезда 40 и наружным диаметром композитного шара B может находиться в диапазоне от 0,09'' для гнезд и шаров малого диаметра до 0,22'' для гнезд и шаров большого диаметра (2-6 мм). В общем, двадцать один композитный шар B может иметь диаметры в диапазоне от около 0,9'' до около 4'' (23-102 мм) с разностью диаметров около 0,12''(3 мм) между первыми восемью шарами, около 0,15''(4 мм) между следующими восемью шарами, около 0,20''(5 мм) между следующими тремя шарами и около 0,25''(6 мм) между последними двумя шарами. Минимальные внутренние диаметры для двадцати одного гнезда 40 могут находиться в диапазоне от около 0,81''(21 мм) до около 3,78''(96 мм), и разности между ними можно принимать аналогичными разностям для шаров B.

[13] Когда применяютcя алюминиевые шары B, можно применять больше скользящих муфт 10 вследствие уменьшенных допусков, которые можно применять между диаметрами алюминиевых шаров B и железных гнезд 40. Например, сорок отличающихся приращений можно применять для скользящих муфт 10, имеющих твердые гнезда 40, применяемые для сцепления с алюминиевыми шарами B. Вместе с тем, алюминиевый шар B, сцепляющийся в гнезде 40 может значительно деформироваться, когда на него действует высокое давление. Любые вариации в нагнетании и сбросе давления, которые обеспечивают установку алюминиевого шара B гнездо и затем вынос шара циркуляцией B могут менять форму шара B, отрицательно влияя на его способность установки в гнездо. Дополнительно, алюминиевые шары B могут особенно трудно выбуриваться из скользящей муфты 10 вследствие их способности вращаться во время выбуривания. По данной причине, композитные шары B являются предпочтительными.

[14] Объект настоящего изобретения дает возможность преодоления или по меньшей мере уменьшения действия одной или нескольких проблем, изложенных выше.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[15] Скользящая муфта открывается сбрасываемой пробкой (например, шаром). Внутренняя втулка установлена в канале корпуса и перемещается аксиально относительно окна прохода потока в корпусе из закрытого положения в открытое положение. Гнездо, установленное в скользящей муфте, сцепляется со сброшенным шаром и открывает внутреннюю втулку аксиально, когда подается начальное давление текучей среды, действующее на посаженный в гнездо шар.

[16] После открытия скользящей муфты последующее давление текучей среды при гидроразрыве или другой обработке пласта действует на посаженный в гнездо шар. Гнездо, в котором вначале шар опирается на начальную контактную площадь, или которое имеет соответствующий размер, затем трансформируется в ответ на последующее давление до увеличенной контактной площади или уменьшенного размера с дополнительным опиранием шара в гнезде.

[17] В одном варианте осуществления гнездо имеет сегменты с отклонением наружу друг от друга. Вначале гнездо имеет расширенное состояние в скользящей муфте, при этом сегменты гнезда расширены наружу в упор к каналу корпуса. Когда шар подходящего диаметра сбрасывается на забой скважины, шар сцепляется с расширенным гнездом. Подаваемое давление текучей среды, действующее на посаженный в гнездо шар, перемещает гнездо в канал внутренней втулки. Когда данное происходит, гнездо сокращается, что увеличивает площадь сцепления гнезда с шаром. В конечном итоге гнездо достигает заплечика во внутренней втулке, при этом подаваемое давление, действующее на посаженный в гнездо шар, перемещает внутреннюю втулку в корпусе для открытия окна прохода потока скользящей муфты.

[18] Гнездо имеет по меньшей мере один отклоняющий элемент, который отклоняет сегменты наружу друг от друга, и данный отклоняющий элемент может являться разрезным кольцом с сегментами, установленными по его окружности. Для содействия сокращению сегментированного гнезда при перемещении во внутреннюю втулку корпус может иметь промежуточное кольцо, отделяющее гнездо в начальном положении от внутренней втулки в закрытом положении.

[19] Скользящая муфта может применятьcя в компоновке одинаковых скользящих муфт для обработки пласта, например, гидроразрыва пласта. В обработке пласта текучей средой скользящие муфты устанавливают в стволе скважины, и шары с увеличивающимися диаметрами сбрасывают на забой скважины для последовательного открытия скользящих муфт с продвижением вверх по колонне насосно-компрессорных труб. При сбросе шар сцепляется в упор с расширенным гнездом в скользящей муфте, для открытия которой шару придан нужный диаметр. Гнездо сокращается при переходе из своего начального положения в скользящей муфте в нижнее положение во внутренней втулке внутри скользящей муфты, когда давление текучей среды действует на шар, сцепленный в упор с гнездом. Затем, внутренняя втулка внутри скользящей муфты перемещается в открытое положение, когда подается давление текучей среды, действующее на шар, сцепленный в упор с гнездом, сокращенным во внутренней втулке.

[20] В другом варианте осуществления гнездо, установленное в канале внутренней втулки, может перемещаться в нем аксиально из первого положения во второе положение. Гнездо имеет множество сегментов, и каждый сегмент имеет наклонную поверхность, выполненную с возможностью сцепления с обращенной внутрь поверхностью. Сегменты в первом положении расширяются наружу друг от друга и образуют первую контактную площадь, сцепляющуюся со сброшенным шаром. Гнездо перемещает внутреннюю втулку в открытое положение при подаче давления текучей среды, действующего на сцепленный шар. В частности, сегменты перемещаются из первого положения во второе положение, когда внутренняя втулка находится в открытом положении, при подаче второго давления текучей среды, действующего на сцепленный шар. Сегменты во втором положении сокращаются внутрь благодаря взаимодействию наклонной поверхности сегментов с обращенной внутрь поверхностью втулки и образуют вторую контактную площадь, сцепляющуюся со сброшенным шаром, которая больше первой контактной площади.

[21] В другом варианте осуществления гнездо, установленное в канале внутренней втулки, имеет посадочное кольцо, установленное в канале и перемещающееся в нем аксиально из первого аксиального положения во второе аксиальное положение. Сжимаемое кольцо, которое может иметь сегменты, также установлено в канале и образует пространство между частью сжимаемого кольца и каналом. Посадочное кольцо в первом положении поддерживает сброшенный шар с первым контактным диаметром и перемещает внутреннюю втулку в открытое положение при подаче первого давления текучей среды, действующего на сцепленный шар. Посадочное кольцо перемещается из первого положения во второе положение во внутренней втулке в открытом положении при подаче второго давления текучей среды, действующего на сцепленный шар. Посадочное кольцо во втором положении входит в пространство между сжимаемым кольцом и вторым каналом и сокращает сжимаемое кольцо внутрь. Например, посадочное кольцо, входящее в пространство, перемещает сегменты сжимаемого кольца внутрь друг к другу. В результате, сегменты, перемещенные внутрь, поддерживают сцепленный шар с вторым контактным размером, который меньше первого контактного размера.

[22] В другом варианте осуществления перемещающееся кольцо установлено в канале внутренней втулки смежно с заплечиком. Перемещающееся кольцо сцепляется со сброшенным шаром на первой контактной площади и перемещает внутреннюю втулку в открытое положение со сброшенным шаром. Деформируемое кольцо, которое можно изготавливать из эластомера или т.п., также расположено в канале внутренней втулки между заплечиком и перемещающимся кольцом. При подаче увеличенного давления перемещающееся кольцо перемещается во внутренней втулке со сброшенным шаром к заплечику, и деформируемое кольцо деформируется в ответ на перемещение перемещающегося кольца к заплечику. В результате, деформируемое кольцо сцепляется со сброшенным шаром в деформированном состоянии и увеличивает сцепление со сброшенным шаром на второй контактной площади, которая больше первой контактной площади.

[23] В другом варианте осуществления гнездо, расположенное во внутренней втулке, имеет коническую форму с верхним открытым концом и базовым открытым концом. Например, гнездо может включать в себя кольцо в форме усеченного конуса. Гнездо имеет начальное состояние с верхним открытым концом, установленным ближе к ближнему концу внутренней втулки, чем нижний открытый конец. В данном начальном состоянии гнездо сцепляется со сброшенным шаром на первой контактной площади и перемещает внутреннюю втулку в открытое положение при подаче первого давления текучей среды, действующего на сброшенный шар в гнезде. Когда данное происходит, гнездо деформируется по меньшей мере частично из начального состояния в инвертированное состояние в открытой внутренней втулке при подаче второго давления текучей среды, действующего на сброшенный шар. В данном инвертированном состоянии гнездо сцепляется со сброшенным шаром на второй контактной площади, которая больше первой контактной площади.

[24] В другом варианте осуществления сжимаемое гнездо, которое может включать в себя разрезное кольцо, установлено в первом положении во внутренней втулке и имеет расширенное состояние для сцепления со сброшенным шаром на первой контактной площади. Сцепленное с шаром сжимаемое гнездо сдвигается из первого положения во второе положение в упор к месту сцепления и сокращается из расширенного состояния в сокращенное состояние при подаче давления текучей среды, действующего на сброшенный шар в сжимаемом гнезде. В сокращенном состоянии сжимаемое гнездо сцепляется со сброшенным шаром на второй контактной площади, которая больше контактной площади первой поверхности.

[25] В приведенной выше сущности изобретения не рассматривается каждый возможный вариант осуществления или каждый аспект настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[26] На фиг. 1A показана скользящая муфта известной техники, в которой шар сцеплен с гнездом для открытия скользящей муфты.

[27] На фиг. 1B показана с увеличением скользящая муфта фиг. 1А.

[28] На фиг. 2A показана в закрытом положении скользящая муфта со сжимаемым сегментированным гнездом в первом положении согласно настоящему изобретению.

[29] На фиг. 2B показана в открытом положении скользящая муфта фиг. 2A, со сжимаемым сегментированным гнездом во втором положении.

[30] На фиг. 3 показан участок скользящей муфты фиг. 2A-2B со сжимаемым сегментированным гнездом в его первом и втором положениях.

[31] На фиг. 4A-4D показаны участки скользящей муфты фиг. 2A-2B, а также перемещение сжимаемого сегментированного гнезда из первого и второго положений для открытия скользящей муфты.

[32] На фиг. 5 показана компоновка гидроразрыва пласта, с множеством скользящих муфт согласно настоящему изобретению.

[33] На фиг. 6A-6B показано продольное и поперечное сечения скользящей муфты в закрытом положении со снабженным наклонной поверхностью гнездом, согласно настоящему изобретению.

[34] На фиг. 7A-7B показано продольное и поперечное сечения скользящей муфты в открытом положении со снабженным наклонной поверхностью гнездом фиг. 6A-6B.

[35] На фиг. 8A-8B показаны сечения скользящей муфты со снабженным наклонной поверхностью гнездом фиг. 6A-6B, здесь гнездо стремится продавить сброшенный шар.

[36] На фиг. 9A показана альтернативная форма сегментов для снабженного наклонной поверхностью гнезда.

[37] На фиг. 9B показано альтернативное смещающее устройство для сегментов снабженного наклонной поверхностью гнезда.

[38] На фиг. 10A показана в закрытом положении скользящая муфта, имеющая двойное сегментированное гнездо согласно настоящему изобретению.

[39] На фиг. 10B показана скользящая муфта фиг. 10A, двойное сегментированное гнездо показано с увеличением.

[40] На фиг. 11А показана скользящая муфта фиг. 10A в открытом положении.

[41] На фиг. 11B показана скользящая муфта фиг. 11, двойное сегментированное гнездо показано с увеличением.

[42] На фиг. 12A-12B показана скользящая муфта в закрытом и открытом положениях, с увеличением показан другой вариант осуществления двойного сегментированного гнезда.

[43] На фиг. 13A-13B показана скользящая муфта в закрытом и открытом положениях, снабженное кольцом гнездо показано с увеличением.

[44] На фиг. 13C отдельно показано разрезное кольцо, применяемое для снабженного кольцом гнезда фиг. 13A-13B.

[45] На фиг. 14A-14C подробно показана скользящая муфта с инвертирующимся гнездом в процессе открытия.

[46] На фиг. 14D показана деталь инвертирующегося гнезда, сцепляющегося со сброшенным шаром.

[47] На фиг. 14E показана альтернативная форма конического кольца.

[48] На фиг. 15A-15B показана скользящая муфта в закрытом и открытом положениях, подробно показано деформируемое гнездо.

[49] На фиг. 16A-16C показана скользящая муфта в закрытом и открытом положениях, подробно показаны другие варианты осуществления деформируемого гнезда.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А. Скользящая муфта с сокращающимся сегментированным шаровым гнездом

[50] На фиг. 2A показана скользящая муфта 100 в закрытом состоянии и с гнездом 150 в первом (вверху) положении согласно настоящему изобретению, а на фиг. 2B показана скользящая муфта 100 в открытом состоянии и с гнездом 150 во втором (внизу) положении. Скользящая муфта 100 может являться частью системы многозонного гидроразрыва пласта, в которой применяется скользящая муфта 100 для открытия и закрытия сообщения с кольцевым пространством ствола скважины. В такой компоновке скользящую муфту 100 можно устанавливать между изолирующими пакерами в многозонном заканчивании.

[51] Скользящая муфта 100 включает в себя корпус 120 с верхним и нижним переводниками 112 и 114. Внутренняя втулка или вставка 130 может перемещаться в корпусе 120 для открытия или закрытия прохода потока текучей среды через окна 126 прохода потока в корпусе на основе положения внутренней втулки 130.

[52] Вначале при спуске в скважину внутренняя втулка 130 установлена в корпусе 120 в закрытом состоянии, как на фиг. 2A. Стопорный элемент 145 временно удерживает внутреннюю втулку 130 по направлению к верхнему переводнику 112, и наружные уплотнения 132 на внутренней втулке 130 сцеплены с внутренней поверхностью стенки корпуса 120 как над, так и под окнами 126 прохода потока для их изоляции. Возможно закрытие окон 126 прохода потока защитной оболочкой 127 для предотвращения входа отходов в скользящую муфту 100.

[53] Скользящая муфта 100 выполнена с возможностью открытия, когда шар B садится в посадочное гнездо 150 и подается давление в насосно-компрессорной трубе для перемещения внутренней втулки 130 в открытое положение. Хотя показан и описан шар B, может применятьcя любое подходящее изделие обычного типа, пробка, дротик, шар, конус или т.п. Термин "шар" применен в данном документе для примера. Для открытия скользящей муфты 100 при гидроразрыве пласта, например, операторы сбрасывают шар В подходящего диаметра в скважину и подают насосом шар B до достижения им посадочного гнезда 150, расположенного во внутренней втулке 130.

[54] Гнездо 150 требует только некоторой площади поверхности для начального сцепления с шаром B. При этом дополнительная площадь поверхности обеспечивается для надлежащей посадки шара B и открытия внутренней втулки 130, когда подается давление. На фиг. 3, например, гнездо 150 показано в двух положениях относительно внутренней втулки 130 и в двух состояниях. В начальном положении гнездо 150 располагается в канале 125 корпуса 120 и имеет расширенное состояние. Для сборки скользящей муфты 100 с установленным гнездом 150 корпус 120 имеет верхний корпусной компонент 122, который свинчивается с нижним корпусным компонентом 122 и прикрепляется к нему вблизи места гнезда 150, и другие компоненты, рассмотренные в данном документе.

[55] Гнездо 150 в расширенном состоянии и в своем верхнем положении сцепляется в упор со сброшенным шаром B и сцепляется в сокращенном состоянии в нижнем положении в упор со сброшенным шаром и внутренней муфтой 130. Для выполнения указанного, гнездо 150 имеет множество сегментов 152, установленных по окружности внутренней поверхности канала 125 корпуса. Разрезное кольцо, пружинное кольцо или другой отклоняющий элемент 154 установлен по окружности внутренней поверхности сегментов 152, предпочтительно в пазах, и толкает сегменты 152 наружу в упор к окружающей поверхности.

[56] В начальном, верхнем положении сегменты 152 толкаются наружу в расширенное состояние разрезным кольцом 154 в упор к внутренней поверхности канала 125 корпуса. Для предотвращения попадания и скопления отходов в сегментах 152 и предотвращения возможного сокращения сегментов 152 промежутки между сегментами 152 и гнездом 150 могут заполняться уплотнительной консистентной смазкой, эпоксидным составом, или другим заполнителем.

[57] При перемещении вниз относительно корпуса 120, как показано пунктирными линиями на фиг. 3, гнездо 150 сокращается до своего сокращенного состояния внутри канала 135 внутренней втулки 130. В данном втором положении сегменты 152 сокращенного гнезда 150 разрезное кольцо 154 толкает наружу в упор к внутренней поверхности канала 135 втулки.

[58] В состоянии спуска в скважину, когда внутренняя втулка 130 закрыта, сегментированное гнездо 150 поддерживается в верхнем положении, расширенным в упор к каналу корпуса 125, что обеспечивает проход шаров диаметром меньше назначенного через гнездо 150 без сцепления. Промежуточное кольцо 140, расположенное внутри корпуса 120, отделяет гнездо 150 от внутренней втулки 130, и стопорный элемент 145 на промежуточном кольце 140 временно удерживает внутреннюю втулку 130 в ее закрытом положении. На фиг. 4A показан участок скользящей муфты 100 с гнездом 150, установленным в данном начальном положении, и с закрытой внутренней муфтой 130.

[59] Как показано, сегменты 152 гнезда 150 в начальном положении расширяются наружу в упор к имеющему больший диаметр каналу 125 корпуса 120. Когда гнездо 150 перемещается мимо промежуточного кольца 140 и во внутреннюю втулку 130, сегменты 152 сокращаются внутрь, вставая в упор к каналу 135 внутренней втулки 130. Переход по фиксированному промежуточному кольцу 140 является предпочтительным. Вместе с тем, могут применятьcя другие устройства. Например, внутренняя втулка 130 может иметь длину больше, чем показано, для удержания расширенного гнезда 150 на участке внутренней втулки 130 для начального сцепления с шаром B. В данном случае сегменты 152 гнезда 150 в начальном положении могут расширяться наружу в упор к каналу 135 внутренней втулки 130. Затем сегменты 152 могут проходить переход (не показано) во внутренней втулке 130 и сокращаться внутрь внутри более узкого канала 130 внутренней втулки.

[60] Когда шар B нужного диаметра сбрасывается на забой скважины в скользящую муфту 100, шар B садится в упор к наклонным концам сегментов 152, образующим площадь сцепления, которая меньше внутреннего канала 125 корпуса 120. На фиг. 4A показан шар B, сброшенный в направлении к гнезду 150, в своем начальном положении. Отмечаем, что сегменты 152 в первом положении образуют внутренний размер (d₁) приблизительно на 1/8''(3 мм) меньше наружного размера (d_В) сброшенного шара B.

[61] После посадки шара B в гнездо растущее давление за посаженным в гнездо шаром B поджимает шар B в упор к гнезду 150. В результате давление может обуславливать срезание гнездом 150 держателя или его освобождение от держателя (если имеется) и перемещение в упор к скошенному краю промежуточного кольца 140. Вместо продавливания в упор к внутренней втулке 130 во время данного начального перемещения гнездо 150 сокращается, переходя в свое сокращенное состояние, где сегменты 152 сходятся вместе, противодействуя отклонению разрезным кольцом 154, когда гнездо 150 переходит мимо промежуточного кольца 140.

[62] При продолжающемся действии давления гнездо 150 с шаром B теперь перемещается вниз в канал 135 внутренней втулки 130. На фиг. 4B показано гнездо 150, перемещающееся в следующее положение во внутренней втулке 130. Как можно видеть, при сокращении гнезда 150 увеличивается площадь поверхности гнезда 150 для сцепления с упором к шару B. В частности, верхние внутренние кромки сегментов 152 в начальном положении (фиг. 4A) образуют первый контактный размер (d₁) для контакта со сброшенным шаром B. Когда сегменты 152 перемещаются в следующие и затем конечное положения (фиг. 4B-4D), концы сегментов 152 образуют второй размер (d₂) меньше первого контактного размера (d₁). Кроме того, концы сегментов 152 охватывают увеличенную площадь поверхности сброшенного шара B.

[63] Таким образом, скольжение сегментов 152 в канале 135, сокращение сегментов 152 внутрь, и подаваемое давление, действующее на посаженный в гнездо шар B, действуют совместно, защемляя шар B в гнезде 150. Другими словами, когда сегменты 152 переходят из начального положения (фиг. 4A) в последующие положения (фиг. 4B-4D), сегменты 152 поджимаются в упор сбоку к сброшенному шару B, продавливаемому в сегменты 152 и заставляющему сегменты 152 скользить. При этом сегменты 152 не только несут нижний конец шара B, но также продавливаются или поджимаются в упор сбоку к шару B, который может вначале просто садиться в гнездо 150, когда сегменты 152 расширены, а затем может продавливаться и деформироваться.

[64] Данная форма опирания с защемлением является предпочтительной как для алюминиевых, так и для композитных шаров B. Опирание с защемлением может увеличивать опорную площадь на шаре B и может помогать сохранению шара B посаженным в гнездо и выдерживать высокое давление. Защемление алюминиевого шара B может упрощать выбуривание шара B, а защемление композитных шаров B может предотвращать возможное срезание или разрезание шара сбоку, приводящее к проходу шара B через гнездо 150.

[65] Продолжающееся действие давления в конце концов перемещает гнездо 150 в упор к внутреннему заплечику 137 канала 135 втулки. Сцепление обеспечивает остановку перемещения гнезда 150 в канале 135 втулки. На фиг. 4C показано гнездо 150, переместившееся во внутренней втулке 130 в упор к внутреннему заплечику 137.

[66] Теперь нагнетаемое давление, действующее на шар B, поджимает внутреннюю втулку 130 напрямую, при этом внутренняя втулка 130 перемещается из закрытого состояния в открытое состояние. При скольжении в канале 125 корпуса внутренняя втулка 130 открывает окна 126 прохода потока корпуса 120 и устанавливает гидравлическое сообщение канала 125 с кольцевым пространством (не показано), окружающим скользящую муфту 100. На фиг. 4D показана втулка 130, переместившаяся в открытое состояние.

[67] Можно затем проводить гидроразрыв пласта, подавая текучую среду обработки пласта, например, жидкость для гидроразрыва на забой скважины в скользящую муфту 100, при этом текучая среда может проходить через открытые окна 126 прохода потока в окружающий пласт. Шар B, сцепленный в гнезде 150, предотвращает проход текучей среды обработки пласта в секции компоновки, расположенные ближе к забою скважины, и изолирует данные секции. При этом, концы сегментов 152, охватывающие увеличенную площадь поверхности сброшенного шара B, помогают нести шар B при более высоком давлении текучей среды, применяемом во время обработки (например, гидроразрыве пласта), с помощью скользящей муфты 100.

[68] Следует отметить что от опоры, создаваемой гнездом 150, не требуется непроницаемости, поскольку обработка пласта гидроразрывом может требовать только достаточного отвода потока с посаженным в гнездо шаром B и поддержания давления. Соответственно, дополнительное сцепление шара B, создаваемое сокращенным гнездом 150, предназначено в основном для несения шара B при действии повышенного давления гидроразрыва пласта. Кроме того, следует отметить что шар B здесь и по всему описанию могу показывать не деформированным. Данное служит только иллюстрацией. В работе шар B должен деформироваться и менять форму под действием подаваемого давления.

[69] По завершении обработки на данной скользящей муфте 100, аналогичные операции можно проводить ближе к устью скважины для обработки других секций ствола скважины. По завершении гидроразрыва пласта скважину обычно очищают промывкой, и шар B выносит циркуляцией на поверхность. В некоторых случаях шар B может не выноситься циркуляцией или может не удаляться из гнезда 150. В любом случае гнездо 150 (и шар B если остается в нем) выбуривают для создания требуемого внутреннего диаметра скользящей муфты 100.

[70] Для облегчения выбуривания гнездо 150 и в особенности сегменты 152 можно выполнять из чугуна, и шар B можно изготавливать из алюминия или неметаллического материала, например, композита. Разрезное кольцо 154 можно изготавливать из одинакового с сегментами 152 или отличающегося материала. Предпочтительно, разрезное кольцо 154 можно изготавливать из материала, подходящего для отклонения сегментов 152, который также легко выбуривается. Например, разрезное кольцо 154 можно изготавливать из любого подходящего материала, такого как эластомер, термопласт, органический полимерный термопласт, полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), аморфный полимерный термопласт, полиамидоимид, TORLON^®, мягкий металл, чугун, и т.д., а также их комбинаций. (TORLON является зарегистрированной торговой маркой SOLVAY ADVANCED POLYMERS L.L.C.).

[71] По завершении выбуривания внутренняя втулка 130 может закрываться или открываться толкателем. Например, внутренняя втулка 130 может иметь профили под инструмент (не показано), при этом скользящая муфта 100 может функционировать, как любая обычная скользящая муфта, которую можно сдвигать в открытое и закрытое положение обычным инструментом, например, инструментом типа "B". Другие устройства также возможны.

[72] Как указано выше, надлежащие установка и взаимодействие шара B и гнезда 150 задают требования к разности диаметров шара B и гнезда 150. С помощью регулирования разности между требуемой начальной площадью первой посадки шара B в сегментированное гнездо 150 в расширенном состоянии и площадью гнезда 150 в сокращенном состоянии, требуемой для последующего перемещения втулки 130 в открытое состояние, скользящая муфта 100 обеспечивает увеличение числа шаров B, которые можно применять для гнезд 150 в компоновке скользящих муфт 100, вне зависимости от состава шаров, благодаря взаимодействию с защемлением, предложенному в данном документе.

[73] Вместо показанного разрезного кольца 154, можно применять отклоняющий элемент другого типа для отклонения сегментов 152 к расширению. Например, сегменты 152 можно отклонять, применяя отклоняющие элементы, установленные между смежными краями сегментов 152. Данные вставленные между сегментами отклоняющие элементы, которые могут являться пружинами, эластомерными или другими компонентами, толкают сегменты 152 наружу друг от друга, при этом гнездо 150 расширяется.

[74] Данная скользящая муфта 100 может прежде всего уменьшать общее падение давления во время гидроразрыва пласта и может обеспечивать операторам поддержание интенсивности подачи при проведении работ.

[75] Как пример, на фиг. 5 показана компоновка 50 гидроразрыва пласта, в которой применяется предложенное устройство сегментированного гнезда (150) в скользящих муфтах (100A-C) компоновки 50. Как показано, колонна 52 насосно-компрессорных труб развернута в стволе 54 скважины. Колонна 52 имеет несколько скользящих муфт 100A-C, установленных по длине колонны, и различные пакеры 70 изолируют участки ствола 54 скважины на разобщенные зоны. В общем, ствол 54 скважины может являться стволом с открытой или не обсаженной зоной забоя, и пакеры 70 могут являться пакерами любого подходящего типа, предназначенными для изоляции участков ствола скважины с созданием разобщенных зон.

[76] Скользящие муфты 100A-C развернуты на колонне 52 насосно-компрессорных труб между пакерами 70 и могут применятьcя для избирательного отвода текучей среды обработки в разобщенные зоны окружающего пласта. Колонна 52 насосно-компрессорных труб может являться частью компоновки гидроразрыва пласта, которая, например, имеет верхний пакер хвостовика (не показано), скважинный изолирующий клапан (не показано) и другие пакеры и муфты (не показано) в дополнение к показанным. Если ствол 54 скважины имеет обсадную колонну, ствол 54 скважины может иметь перфорации 56 обсадной колонны в различных точках.

[77] В обычной работе операторы сбрасывают установочный шар для закрытия скважинного изолирующего клапана (не показано) снизу забойной зоны скважины. Гнезда в каждой из скользящих муфт 100A-C обеспечивают сквозной проход установочного шара. Затем, операторы присоединяют наземное оборудование 65 гидроразрыва пласта и подают насосом текучую среду в забойную зону ствола 54 скважины для открытия приводимой в действие давлением муфты (не показано) вблизи конца колонны 52 насосно-компрессорных труб. При этом обрабатывается первая зона ствола скважины.

[7