管用致動(dòng)系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種管用致動(dòng)系統(tǒng)，包括多個(gè)致動(dòng)器組，它們?cè)O(shè)置在管件內(nèi)；至少一組具有多個(gè)致動(dòng)器。所述至少一組中的每個(gè)致動(dòng)器可從第一位置變化到第二位置上，致動(dòng)器處于第一位置時(shí)，可讓小于選定尺寸的封堵器通過(guò)，致動(dòng)器處于第二位置時(shí)，可通過(guò)選定尺寸的封堵器進(jìn)行致動(dòng)。當(dāng)處于第二位置時(shí)，該組的任何兩個(gè)致動(dòng)器中，上游致動(dòng)器和下游致動(dòng)器被致動(dòng)地與封堵器接合，與上游致動(dòng)器接合的封堵器比與下游致動(dòng)器接合的封堵器尺寸要大。所述多個(gè)致動(dòng)器組被分布成，任何兩個(gè)致動(dòng)器組中，上游組要求更大的封堵器來(lái)改變?cè)摻M中的致動(dòng)器。
【專利說(shuō)明】管用致動(dòng)系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)請(qǐng)求享有美國(guó)申請(qǐng)13/089646號(hào)的權(quán)益，該美國(guó)申請(qǐng)于2011年4月9日申請(qǐng)，該美國(guó)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容引入在文中作為參考。
【背景技術(shù)】
[0003]管用系統(tǒng)操作者總是易接受一些新方法和裝置來(lái)致動(dòng)管用工具，這類管用工具例如是與地層井眼相關(guān)的行業(yè)(如，烴回收和氣體儲(chǔ)存工業(yè))中所采用的工具。常見的是，這些行業(yè)中的各種操作使用暫時(shí)或永久的封堵工具，朝封堵工具產(chǎn)生壓力以進(jìn)行致動(dòng)。
[0004]在某些時(shí)候，在第一位置致動(dòng)是期望的，隨后在第二位置致動(dòng)也是期望的。另外，其他致動(dòng)位置也是期望的，并且可對(duì)這些位置按次序進(jìn)行致動(dòng)，或者以其他方式進(jìn)行致動(dòng)。使用可落下構(gòu)件(如，球體)的系統(tǒng)通常僅用于上述目的。球體下落到位于井眼內(nèi)合適位置處的球座上，從而產(chǎn)生合適的堵封效果以便于致動(dòng)。
[0005]如果第一位置離地面的距離比第二位置遠(yuǎn)，這種情況下，通常在一些位置上使用支座，這些支座的直徑按次序逐漸變小，位置離地面越遠(yuǎn)直徑就越小。下落球體的直徑依次增加，這樣可讓離地面最遠(yuǎn)的球座首先被(直徑與該球座相適配的球體)封堵，之后，離地面第二遠(yuǎn)的球座被(直徑與該球座相適配的球體)堵封，依此類推。
[0006]但是，前述系統(tǒng)對(duì)井眼內(nèi)的尺寸限制很大，會(huì)負(fù)面影響通過(guò)井眼的流體，也會(huì)限制下入到井眼中的工具的尺寸。一些系統(tǒng)和方法可讓操作者增加井眼內(nèi)可致動(dòng)位置的數(shù)量，但不存在上述缺點(diǎn)，本領(lǐng)域易接受這類系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了一種管用致動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個(gè)致動(dòng)器組，它們?cè)O(shè)置在管件內(nèi)，至少一組具有多個(gè)致動(dòng)器。所述至少一組中的每個(gè)致動(dòng)器可從第一位置變化到第二位置上，致動(dòng)器處于第一位置時(shí)，可讓小于選定尺寸的封堵器通過(guò)，致動(dòng)器處于第二位置時(shí)，可通過(guò)選定尺寸的封堵器進(jìn)行致動(dòng)。所述至少一組中的多個(gè)致動(dòng)器在管中分布而使得:當(dāng)處于第二位置時(shí)，所述多個(gè)致動(dòng)器中的任何兩個(gè)致動(dòng)器中，上游致動(dòng)器和下游致動(dòng)器被致動(dòng)地與封堵器接合，與上游致動(dòng)器接合的封堵器的尺寸比與下游致動(dòng)器接合的封堵器尺寸要大。所述多個(gè)致動(dòng)器組被分布成，任何兩個(gè)致動(dòng)器組中，上游組要求更大的封堵器來(lái)改變?cè)摻M中的致動(dòng)器。
[0008]本發(fā)明還公開了一種致動(dòng)多個(gè)管用致動(dòng)器的方法，該方法包括:在管件內(nèi)下入至少一個(gè)封堵器，使封堵器經(jīng)過(guò)一組致動(dòng)器，而不改變?cè)摻M中的致動(dòng)器；下入另外一個(gè)封堵器來(lái)改變?cè)摻M中的致動(dòng)器；以及，下入另外多個(gè)尺寸按次序增加的封堵器，使它們可致動(dòng)地接合該組中的致動(dòng)器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]下面的描述絕不應(yīng)該認(rèn)為是限制性的。請(qǐng)參照附圖，附圖中的類似元件用類似標(biāo)記表不:
[0010]圖1示出了用于本發(fā)明公開的管用致動(dòng)系統(tǒng)的管用致動(dòng)器的截面圖，圖中該管用致動(dòng)器與第一封堵器接合；
[0011]圖2示出了圖1中的管用致動(dòng)器的截面圖，圖中為第一封堵器已經(jīng)移動(dòng)支撐構(gòu)件之后與該致動(dòng)器接合的狀態(tài)；
[0012]圖3示出了圖1中的管用致動(dòng)器的截面圖，此時(shí)該致動(dòng)器處于改變位置上，圖中為該致動(dòng)器在第一封堵器已通過(guò)之后與第二封堵器接合的狀態(tài)；
[0013]圖4示出了本發(fā)明公開的管用致動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在此將參照附圖詳細(xì)描述公開的裝置和方法的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，這些描述是示例性的，不是限制性的。
[0015]文中公開的管用致動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例包括設(shè)置在管件中的致動(dòng)器，在第一封堵器經(jīng)過(guò)這些致動(dòng)器的過(guò)程中可改變這些致動(dòng)器，從而，致動(dòng)器能夠以支撐方式與朝其運(yùn)行、尺寸相同或不同的第二封堵器接合。這些致動(dòng)器可分成多個(gè)組，指定組中的每個(gè)致動(dòng)器可通過(guò)特定尺寸的球體改變，上游的致動(dòng)器組可通過(guò)尺寸更大的封堵器而被改變。
[0016]首先將參照附圖詳細(xì)描述一個(gè)可變致動(dòng)器，之后，將描述構(gòu)成管用致動(dòng)系統(tǒng)10的多組致動(dòng)器。
[0017]參照?qǐng)D1-3，示出了可變致動(dòng)器的一實(shí)施例，該可變致動(dòng)器總體上用標(biāo)記18表示，用于文中公開的管用致動(dòng)系統(tǒng)10 (圖4)中?？勺冎聞?dòng)器18容裝在管件14內(nèi)，且通過(guò)可在管件14內(nèi)運(yùn)行的封堵器22A而發(fā)生變化。文中示出封堵器22A為球體。致動(dòng)器18被構(gòu)造成，通過(guò)使選定尺寸的第一球體22A朝致動(dòng)器18運(yùn)行，使致動(dòng)器發(fā)生變化。所述變化包括擋板24從第一位置(圖1和2)重新定位到第二位置(圖3)上，在第一位置擋板不能被球體接合，在第二位置擋板可被球體接合。
[0018]現(xiàn)在將解釋可變致動(dòng)器18的變化過(guò)程。可擴(kuò)展的支撐構(gòu)件26的在外周上受套筒34的小內(nèi)徑表面部分30限制，圖中示出支撐構(gòu)件26為C形環(huán)，套筒34通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)釋放構(gòu)件38縱向地固定到管件14上，圖中示出釋放構(gòu)件為剪切螺釘(圖1)。C形環(huán)26通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)釋放構(gòu)件42縱向地固定到套筒34上，圖中也示出釋放構(gòu)件42為剪切螺釘。套筒34具有大內(nèi)徑表面部分46，當(dāng)C形環(huán)26縱向移動(dòng)到小內(nèi)徑表面部分30范圍之外(圖
2)時(shí)，大內(nèi)徑表面部分46可允許C形環(huán)26徑向朝外擴(kuò)展。球體22A抵靠著C形環(huán)26，因而，作用在球體22A上的壓力促使C形環(huán)26縱向移動(dòng)。當(dāng)C形環(huán)26處于徑向擴(kuò)展位置(圖
3)時(shí)，允許球體22A穿過(guò)C形環(huán)26的孔50。
[0019]例如,通過(guò)扭簧這樣的偏壓構(gòu)件(未不出)將擋板24從第一位置(圖1和2)朝第二位置(圖3)偏壓，在第一位置上，擋板24基本上平行于管件14的縱軸線定位；在第二位置上，擋板24基本上垂直于管件14的縱軸線定位。C形環(huán)26和第一球體22A中的至少一個(gè)阻止擋板24移動(dòng)到第二位置上，直到C形環(huán)26和球體22A已經(jīng)完全經(jīng)過(guò)擋板24以允許擋板24繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)62旋轉(zhuǎn)為止。
[0020]一旦擋板24處于圖3所示的第二位置上，擋板24中的孔64包括用于支撐尺寸選定的球體22B的支座66，且所述支座允許流體流和壓力通過(guò)所述孔。同樣地，球體22A以支撐在其上的方式可接合另一支座(在該實(shí)施例中未示出)，該另一支座沿管件14的位置比致動(dòng)器18要更遠(yuǎn)。例如，如果管件用于烴回收的井下井眼中，穿過(guò)孔64的流體流可用于在井眼中進(jìn)行其他操作，如致動(dòng)、壓裂和生產(chǎn)。
[0021]當(dāng)?shù)诙蝮w22B以支撐在其上的方式接合在擋板24的孔64中時(shí)，作用在第二球體22B上的壓力增加，擋板24和套筒34能產(chǎn)生足以剪斷剪切螺釘38的縱向力。剪切螺釘38被剪斷之后，促使致動(dòng)器18的套筒34相對(duì)于管件14移動(dòng)，從而致動(dòng)一工具(未示出)。例如在壓裂操作的管件裝閥應(yīng)用場(chǎng)合中，這種致動(dòng)也可用于在管件14中開孔(未示出)。
[0022]參照?qǐng)D4，示出了管用致動(dòng)系統(tǒng)10中的多個(gè)可變致動(dòng)器18。為簡(jiǎn)潔起見，用字母表示系統(tǒng)10中的每個(gè)致動(dòng)器18，A表示最下游的致動(dòng)器，B是緊接著最下游致動(dòng)器的致動(dòng)器，依此類推。球體22A和22B的尺寸用順序數(shù)表示，I表示最小尺寸，2表示第二最小尺寸，依此類推。應(yīng)該理解為，該實(shí)施例中使用的致動(dòng)器的數(shù)量、尺寸不同的球體的數(shù)量?jī)H是闡釋性的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，致動(dòng)器數(shù)量和不同球體的尺寸可以是符合實(shí)際要求的任何數(shù)量和尺寸。例如，在實(shí)際的致動(dòng)系統(tǒng)中，球體尺寸可以以八分之一英寸的增量或更小增量變化。在該實(shí)施例中，示出了四組致動(dòng)器S1-S4，SI位于最下游，S2位于第二最下游，依此類推。
[0023]致動(dòng)器組SI包括致動(dòng)器A、B和C。致動(dòng)器組S2包括致動(dòng)器D、E、F和G，致動(dòng)器組S3包括致動(dòng)器H、1、J、K和L，致動(dòng)器組S4包括致動(dòng)器M、N、O、P、Q和R。因?yàn)橹聞?dòng)器組SI位于最下游，因此，致動(dòng)器A、B和C不必是可變的，可通過(guò)球體被直接致動(dòng)。例如，為尺寸I的球體可致動(dòng)致動(dòng)器A，為尺寸2的球體可致動(dòng)致動(dòng)器B，為尺寸3的球體致動(dòng)致動(dòng)器C。請(qǐng)注意:為尺寸3的球體能穿過(guò)致動(dòng)器D-R，但是并不改變或致動(dòng)它們。
[0024]致動(dòng)器D是接下來(lái)待被致動(dòng)的上游致動(dòng)器。致動(dòng)器D首先必須被改變，之后位于可致動(dòng)位置上。為尺寸4的球體改變組S2中的全部的四個(gè)致動(dòng)器D-G。一旦致動(dòng)器D-G已經(jīng)被改變，通過(guò)采用擋板孔64和尺寸選定的支座66，致動(dòng)器D-G可通過(guò)尺寸符合要求的任何球體被致動(dòng)。在該實(shí)施例中，致動(dòng)器D-F配置有支座，這些支座分別能夠與為尺寸1-3的球體接合。致動(dòng)器G可被為尺寸4的球體致動(dòng)。同樣地，每組包括的致動(dòng)器數(shù)量可比緊接其后的下游組多一個(gè)，這是因?yàn)?，指定組的最后一個(gè)致動(dòng)器(即，最上游致動(dòng)器)可被其尺寸適于用來(lái)改變?cè)摻M的所有致動(dòng)器的球體致動(dòng)。請(qǐng)注意:致動(dòng)器在被改變之后能通過(guò)尺寸合適的任何球體來(lái)致動(dòng)；但是,在該實(shí)施例中，由于致動(dòng)球體需要穿過(guò)其上游的致動(dòng)器組，因而，有利的是，讓用于某致動(dòng)器組的尺寸最大的致動(dòng)球體穿過(guò)但不改變?cè)摻M上游的致動(dòng)器組。
[0025]為尺寸5的球體可改變致動(dòng)器組S3中的全部五個(gè)致動(dòng)器H-L，之后，為尺寸1_5(從尺寸I至尺寸5依次增大)的球體按次序致動(dòng)組S3中的這五個(gè)致動(dòng)器。類似地，為尺寸6的球體可改變致動(dòng)器組S4中的全部六個(gè)致動(dòng)器M-R，之后，為尺寸1-6 (從尺寸I至尺寸6依次增大)的球體按次序致動(dòng)組S4中的這六個(gè)致動(dòng)器。因而，與目前公知的系統(tǒng)相比，對(duì)于給定數(shù)量的不同尺寸球體而言，可使該管用致動(dòng)系統(tǒng)10具有明顯更多個(gè)致動(dòng)器18。
[0026]盡管已經(jīng)參照一個(gè)或更多個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能理解到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可進(jìn)行各種改進(jìn)，等同結(jié)構(gòu)可替代本發(fā)明中的對(duì)應(yīng)元件。另外，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明所提供的相關(guān)技術(shù)知識(shí)，可進(jìn)行許多改進(jìn)來(lái)適應(yīng)特定情形或材料。因此，本發(fā)明并不局限于作為實(shí)施本發(fā)明的最佳方式公開的特定實(shí)施例，本發(fā)明將包括落入權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。另外，在附圖和說(shuō)明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型實(shí)施例。盡管采用特定術(shù)語(yǔ)，但是這些術(shù)語(yǔ)僅具有通常的描述性意義，并沒有限制本發(fā)明，除非另有說(shuō)明；因而，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受特定術(shù)語(yǔ)限制。并且，第一、第二等術(shù)語(yǔ)的使用并不表示任何次序或主次關(guān)系，而是用來(lái)將一個(gè)元件與另一元件區(qū)分開。另外，不定冠詞的使用并不表示限制數(shù)量，而是表示具有至少一個(gè)所述的元素。
【權(quán)利要求】
1.一種管用致動(dòng)系統(tǒng)，包括: 多個(gè)致動(dòng)器組，它們?cè)O(shè)置在管件內(nèi)；其中的至少一組具有多個(gè)致動(dòng)器，所述至少一組中的每個(gè)致動(dòng)器能夠從第一位置變化到第二位置，致動(dòng)器處于第一位置時(shí)，能夠允許小于選定尺寸的封堵器通過(guò)，致動(dòng)器處于第二位置時(shí)，能夠由選定尺寸的封堵器進(jìn)行致動(dòng)；所述至少一組中的多個(gè)致動(dòng)器分布在管件內(nèi)，從而，當(dāng)處于第二位置時(shí)，該組的任何兩個(gè)致動(dòng)器中，處于上游的致動(dòng)器和處于下游的致動(dòng)器被致動(dòng)地與封堵器接合，與處于上游的致動(dòng)器接合的封堵器的尺寸比與處于下游的致動(dòng)器接合的封堵器的尺寸要大；所述多個(gè)致動(dòng)器組被分布成使得:對(duì)于任何兩個(gè)致動(dòng)器組，上游組要求更大的封堵器來(lái)改變?cè)撋嫌谓M中的致動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)致動(dòng)器中的每個(gè)致動(dòng)器包括能夠重新定位的支座，在所述第一位置時(shí)，該支座是不能夠用于支撐的，在所述第二位置時(shí)，該支座是能夠用于支撐的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，可重新定位的支座位于擋板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，處于所述第一位置時(shí)，一套筒保持所述可重新定位的支座處于不能夠用于支撐的位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)致動(dòng)器中的至少一個(gè)致動(dòng)器能夠通過(guò)封堵器致動(dòng)，該封堵器的尺寸比需要用來(lái)將所述多個(gè)致動(dòng)器中的至少一個(gè)致動(dòng)器從第一位置改變到第二位置的封堵器的尺寸小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)致動(dòng)器能夠被為球體的封堵器致動(dòng)和改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，串聯(lián)的所述多個(gè)致動(dòng)器中的至少一個(gè)能夠通過(guò)封堵器致動(dòng)，該封堵器的尺寸至少與需要用來(lái)將所述多個(gè)致動(dòng)器中的所述至少一個(gè)致動(dòng)器從第一位置改變到第二位置的封堵器的尺寸一樣大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，可通過(guò)一種尺寸的封堵器來(lái)改變一組中的所述多個(gè)致動(dòng)器中的所有致動(dòng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的管用致動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)致動(dòng)器中的至少一個(gè)致動(dòng)器打開至少一個(gè)孔，以壓裂地層。
10.一種用于致動(dòng)多個(gè)管用致動(dòng)器的方法，包括以下步驟: 在管件內(nèi)下入至少一個(gè)封堵器，使封堵器經(jīng)過(guò)一組致動(dòng)器，而不改變?cè)摻M中的致動(dòng)器； 下入另外一個(gè)封堵器來(lái)改變?cè)摻M中的致動(dòng)器；以及 下入另外多個(gè)尺寸按次序增加的封堵器，使它們能夠致動(dòng)地接合該組中的致動(dòng)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用于致動(dòng)多個(gè)管用致動(dòng)器的方法，還包括以下步驟:致動(dòng)該組致動(dòng)器中的致動(dòng)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的用于致動(dòng)多個(gè)管用致動(dòng)器的方法，還包括以下步驟:從最下游致動(dòng)器開始到最上游致動(dòng)器，按此次序依次致動(dòng)這些致動(dòng)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的用于致動(dòng)多個(gè)管用致動(dòng)器的方法，還包括以下步驟:下入封堵器來(lái)致動(dòng)該組中的致動(dòng)器，與用于改變?cè)摻M中的致動(dòng)器的封堵器相比，用于致動(dòng)的該封堵器要更小。
【文檔編號(hào)】E21B33/124GK103477025SQ201280019007
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月19日
【發(fā)明者】J·G·金 申請(qǐng)人:貝克休斯公司