管用致动系统和方法
【专利摘要】一种管用致动系统，包括多个致动器组，它们设置在管件内；至少一组具有多个致动器。所述至少一组中的每个致动器可从第一位置变化到第二位置上，致动器处于第一位置时，可让小于选定尺寸的封堵器通过，致动器处于第二位置时，可通过选定尺寸的封堵器进行致动。当处于第二位置时，该组的任何两个致动器中，上游致动器和下游致动器被致动地与封堵器接合，与上游致动器接合的封堵器比与下游致动器接合的封堵器尺寸要大。所述多个致动器组被分布成，任何两个致动器组中，上游组要求更大的封堵器来改变该组中的致动器。
【专利说明】管用致动系统和方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请请求享有美国申请13/089646号的权益，该美国申请于2011年4月9日申请，该美国申请的全部内容引入在文中作为参考。
【背景技术】
[0003]管用系统操作者总是易接受一些新方法和装置来致动管用工具，这类管用工具例如是与地层井眼相关的行业(如，烃回收和气体储存工业)中所采用的工具。常见的是，这些行业中的各种操作使用暂时或永久的封堵工具，朝封堵工具产生压力以进行致动。
[0004]在某些时候，在第一位置致动是期望的，随后在第二位置致动也是期望的。另外，其他致动位置也是期望的，并且可对这些位置按次序进行致动，或者以其他方式进行致动。使用可落下构件(如，球体)的系统通常仅用于上述目的。球体下落到位于井眼内合适位置处的球座上，从而产生合适的堵封效果以便于致动。
[0005]如果第一位置离地面的距离比第二位置远，这种情况下，通常在一些位置上使用支座，这些支座的直径按次序逐渐变小，位置离地面越远直径就越小。下落球体的直径依次增加，这样可让离地面最远的球座首先被(直径与该球座相适配的球体)封堵，之后，离地面第二远的球座被(直径与该球座相适配的球体)堵封，依此类推。
[0006]但是，前述系统对井眼内的尺寸限制很大，会负面影响通过井眼的流体，也会限制下入到井眼中的工具的尺寸。一些系统和方法可让操作者增加井眼内可致动位置的数量，但不存在上述缺点，本领域易接受这类系统和方法。
【发明内容】
[0007]本发明公开了一种管用致动系统。该系统包括多个致动器组，它们设置在管件内，至少一组具有多个致动器。所述至少一组中的每个致动器可从第一位置变化到第二位置上，致动器处于第一位置时，可让小于选定尺寸的封堵器通过，致动器处于第二位置时，可通过选定尺寸的封堵器进行致动。所述至少一组中的多个致动器在管中分布而使得:当处于第二位置时，所述多个致动器中的任何两个致动器中，上游致动器和下游致动器被致动地与封堵器接合，与上游致动器接合的封堵器的尺寸比与下游致动器接合的封堵器尺寸要大。所述多个致动器组被分布成，任何两个致动器组中，上游组要求更大的封堵器来改变该组中的致动器。
[0008]本发明还公开了一种致动多个管用致动器的方法，该方法包括:在管件内下入至少一个封堵器，使封堵器经过一组致动器，而不改变该组中的致动器；下入另外一个封堵器来改变该组中的致动器；以及，下入另外多个尺寸按次序增加的封堵器，使它们可致动地接合该组中的致动器。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面的描述绝不应该认为是限制性的。请参照附图，附图中的类似元件用类似标记表不:
[0010]图1示出了用于本发明公开的管用致动系统的管用致动器的截面图，图中该管用致动器与第一封堵器接合；
[0011]图2示出了图1中的管用致动器的截面图，图中为第一封堵器已经移动支撑构件之后与该致动器接合的状态；
[0012]图3示出了图1中的管用致动器的截面图，此时该致动器处于改变位置上，图中为该致动器在第一封堵器已通过之后与第二封堵器接合的状态；
[0013]图4示出了本发明公开的管用致动系统的示意图。
【具体实施方式】
[0014]在此将参照附图详细描述公开的装置和方法的一个或更多个实施例，这些描述是示例性的，不是限制性的。
[0015]文中公开的管用致动系统的实施例包括设置在管件中的致动器，在第一封堵器经过这些致动器的过程中可改变这些致动器，从而，致动器能够以支撑方式与朝其运行、尺寸相同或不同的第二封堵器接合。这些致动器可分成多个组，指定组中的每个致动器可通过特定尺寸的球体改变，上游的致动器组可通过尺寸更大的封堵器而被改变。
[0016]首先将参照附图详细描述一个可变致动器，之后，将描述构成管用致动系统10的多组致动器。
[0017]参照图1-3，示出了可变致动器的一实施例，该可变致动器总体上用标记18表示，用于文中公开的管用致动系统10 (图4)中。可变致动器18容装在管件14内，且通过可在管件14内运行的封堵器22A而发生变化。文中示出封堵器22A为球体。致动器18被构造成，通过使选定尺寸的第一球体22A朝致动器18运行，使致动器发生变化。所述变化包括挡板24从第一位置(图1和2)重新定位到第二位置(图3)上，在第一位置挡板不能被球体接合，在第二位置挡板可被球体接合。
[0018]现在将解释可变致动器18的变化过程。可扩展的支撑构件26的在外周上受套筒34的小内径表面部分30限制，图中示出支撑构件26为C形环，套筒34通过一个或更多个释放构件38纵向地固定到管件14上，图中示出释放构件为剪切螺钉(图1)。C形环26通过一个或更多个释放构件42纵向地固定到套筒34上，图中也示出释放构件42为剪切螺钉。套筒34具有大内径表面部分46，当C形环26纵向移动到小内径表面部分30范围之外(图
2)时，大内径表面部分46可允许C形环26径向朝外扩展。球体22A抵靠着C形环26，因而，作用在球体22A上的压力促使C形环26纵向移动。当C形环26处于径向扩展位置(图
3)时，允许球体22A穿过C形环26的孔50。
[0019]例如,通过扭簧这样的偏压构件(未不出)将挡板24从第一位置(图1和2)朝第二位置(图3)偏压，在第一位置上，挡板24基本上平行于管件14的纵轴线定位；在第二位置上，挡板24基本上垂直于管件14的纵轴线定位。C形环26和第一球体22A中的至少一个阻止挡板24移动到第二位置上，直到C形环26和球体22A已经完全经过挡板24以允许挡板24绕枢转点62旋转为止。
[0020]一旦挡板24处于图3所示的第二位置上，挡板24中的孔64包括用于支撑尺寸选定的球体22B的支座66，且所述支座允许流体流和压力通过所述孔。同样地，球体22A以支撑在其上的方式可接合另一支座(在该实施例中未示出)，该另一支座沿管件14的位置比致动器18要更远。例如，如果管件用于烃回收的井下井眼中，穿过孔64的流体流可用于在井眼中进行其他操作，如致动、压裂和生产。
[0021]当第二球体22B以支撑在其上的方式接合在挡板24的孔64中时，作用在第二球体22B上的压力增加，挡板24和套筒34能产生足以剪断剪切螺钉38的纵向力。剪切螺钉38被剪断之后，促使致动器18的套筒34相对于管件14移动，从而致动一工具(未示出)。例如在压裂操作的管件装阀应用场合中，这种致动也可用于在管件14中开孔(未示出)。
[0022]参照图4，示出了管用致动系统10中的多个可变致动器18。为简洁起见，用字母表示系统10中的每个致动器18，A表示最下游的致动器，B是紧接着最下游致动器的致动器，依此类推。球体22A和22B的尺寸用顺序数表示，I表示最小尺寸，2表示第二最小尺寸，依此类推。应该理解为，该实施例中使用的致动器的数量、尺寸不同的球体的数量仅是阐释性的，实际应用时，致动器数量和不同球体的尺寸可以是符合实际要求的任何数量和尺寸。例如，在实际的致动系统中，球体尺寸可以以八分之一英寸的增量或更小增量变化。在该实施例中，示出了四组致动器S1-S4，SI位于最下游，S2位于第二最下游，依此类推。
[0023]致动器组SI包括致动器A、B和C。致动器组S2包括致动器D、E、F和G，致动器组S3包括致动器H、1、J、K和L，致动器组S4包括致动器M、N、O、P、Q和R。因为致动器组SI位于最下游，因此，致动器A、B和C不必是可变的，可通过球体被直接致动。例如，为尺寸I的球体可致动致动器A，为尺寸2的球体可致动致动器B，为尺寸3的球体致动致动器C。请注意:为尺寸3的球体能穿过致动器D-R，但是并不改变或致动它们。
[0024]致动器D是接下来待被致动的上游致动器。致动器D首先必须被改变，之后位于可致动位置上。为尺寸4的球体改变组S2中的全部的四个致动器D-G。一旦致动器D-G已经被改变，通过采用挡板孔64和尺寸选定的支座66，致动器D-G可通过尺寸符合要求的任何球体被致动。在该实施例中，致动器D-F配置有支座，这些支座分别能够与为尺寸1-3的球体接合。致动器G可被为尺寸4的球体致动。同样地，每组包括的致动器数量可比紧接其后的下游组多一个，这是因为，指定组的最后一个致动器(即，最上游致动器)可被其尺寸适于用来改变该组的所有致动器的球体致动。请注意:致动器在被改变之后能通过尺寸合适的任何球体来致动；但是,在该实施例中，由于致动球体需要穿过其上游的致动器组，因而，有利的是，让用于某致动器组的尺寸最大的致动球体穿过但不改变该组上游的致动器组。
[0025]为尺寸5的球体可改变致动器组S3中的全部五个致动器H-L，之后，为尺寸1_5(从尺寸I至尺寸5依次增大)的球体按次序致动组S3中的这五个致动器。类似地，为尺寸6的球体可改变致动器组S4中的全部六个致动器M-R，之后，为尺寸1-6 (从尺寸I至尺寸6依次增大)的球体按次序致动组S4中的这六个致动器。因而，与目前公知的系统相比，对于给定数量的不同尺寸球体而言，可使该管用致动系统10具有明显更多个致动器18。
[0026]尽管已经参照一个或更多个典型实施例描述了本发明，但是，本领域的普通技术人员将能理解到，在不脱离本发明范围的情况下，可进行各种改进，等同结构可替代本发明中的对应元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，根据本发明所提供的相关技术知识，可进行许多改进来适应特定情形或材料。因此，本发明并不局限于作为实施本发明的最佳方式公开的特定实施例，本发明将包括落入权利要求保护范围内的所有实施例。另外，在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施例。尽管采用特定术语，但是这些术语仅具有通常的描述性意义，并没有限制本发明，除非另有说明；因而，本发明的保护范围不受特定术语限制。并且，第一、第二等术语的使用并不表示任何次序或主次关系，而是用来将一个元件与另一元件区分开。另外，不定冠词的使用并不表示限制数量，而是表示具有至少一个所述的元素。
【权利要求】
1.一种管用致动系统，包括: 多个致动器组，它们设置在管件内；其中的至少一组具有多个致动器，所述至少一组中的每个致动器能够从第一位置变化到第二位置，致动器处于第一位置时，能够允许小于选定尺寸的封堵器通过，致动器处于第二位置时，能够由选定尺寸的封堵器进行致动；所述至少一组中的多个致动器分布在管件内，从而，当处于第二位置时，该组的任何两个致动器中，处于上游的致动器和处于下游的致动器被致动地与封堵器接合，与处于上游的致动器接合的封堵器的尺寸比与处于下游的致动器接合的封堵器的尺寸要大；所述多个致动器组被分布成使得:对于任何两个致动器组，上游组要求更大的封堵器来改变该上游组中的致动器。
2.根据权利要求1的管用致动系统，其中，所述多个致动器中的每个致动器包括能够重新定位的支座，在所述第一位置时，该支座是不能够用于支撑的，在所述第二位置时，该支座是能够用于支撑的。
3.根据权利要求2的管用致动系统，其中，可重新定位的支座位于挡板上。
4.根据权利要求2的管用致动系统，其中，处于所述第一位置时，一套筒保持所述可重新定位的支座处于不能够用于支撑的位置上。
5.根据权利要求1的管用致动系统，其中，所述多个致动器中的至少一个致动器能够通过封堵器致动，该封堵器的尺寸比需要用来将所述多个致动器中的至少一个致动器从第一位置改变到第二位置的封堵器的尺寸小。
6.根据权利要求1的管用致动系统，其中，所述多个致动器能够被为球体的封堵器致动和改变。
7.根据权利要求1的管用致动系统，其中，串联的所述多个致动器中的至少一个能够通过封堵器致动，该封堵器的尺寸至少与需要用来将所述多个致动器中的所述至少一个致动器从第一位置改变到第二位置的封堵器的尺寸一样大。
8.根据权利要求1的管用致动系统，其中，可通过一种尺寸的封堵器来改变一组中的所述多个致动器中的所有致动器。
9.根据权利要求1的管用致动系统，其中，所述多个致动器中的至少一个致动器打开至少一个孔，以压裂地层。
10.一种用于致动多个管用致动器的方法，包括以下步骤: 在管件内下入至少一个封堵器，使封堵器经过一组致动器，而不改变该组中的致动器； 下入另外一个封堵器来改变该组中的致动器；以及 下入另外多个尺寸按次序增加的封堵器，使它们能够致动地接合该组中的致动器。
11.根据权利要求10的用于致动多个管用致动器的方法，还包括以下步骤:致动该组致动器中的致动器。
12.根据权利要求10的用于致动多个管用致动器的方法，还包括以下步骤:从最下游致动器开始到最上游致动器，按此次序依次致动这些致动器。
13.根据权利要求10的用于致动多个管用致动器的方法，还包括以下步骤:下入封堵器来致动该组中的致动器，与用于改变该组中的致动器的封堵器相比，用于致动的该封堵器要更小。
【文档编号】E21B33/124GK103477025SQ201280019007
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月19日
【发明者】J·G·金 申请人:贝克休斯公司