用于选择性捕获插塞的计数器装置

摘要

一种包括可致动元件的计数器组件。一计数器元件布置有所述可致动元件，所述计数器元件在最开始相对于所述可致动元件处于第一位置上并且可以相对于所述可致动元件移动。一锁定构件接合在形成于所述可致动元件与所述计数器元件之间的轨道中。所述锁定构件以可操作方式布置成用于实现所述可致动元件与所述锁定构件之间的仅在第一方向上的相对运动以及实现所述计数器元件与所述锁定构件之间的仅在第二方向上的相对运动。所述计数器元件相对于所述可致动元件到达第二位置并返回到所述第一位置的行程的至少一个循环使所述锁定构件沿着所述轨道增量前进。当所述锁定构件到达所述轨道末端时，所述可致动元件由所述锁定构件固定不动地锁定到所述计数器元件。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月19日申请的美国申请号13/353564的优先 权，通过引用将其全文并入于此。

背景技术

在井下钻井和完井工业中使用单尺寸填井工具，例如球、飞镖等等， 来致动多个工具已经成为目前关注的话题。例如，通过单尺寸球可以使 多个套筒移动以用于在压裂操作中打开端口，正如在美国专利公开号 2009/0308588(Howell等人)中披露的，通过引用将该公报全文并入于 此。这些系统可以包括计数器机构，其根据在经过时计数的插塞的数量 选择性地使插塞通过和限制插塞通过。虽然这些已知的系统对于它们旨 在的目的来说基本足够，但是工业上总是乐于接受改进和替代。

发明内容

一种计数器组件，包括：可致动元件；布置有所述可致动元件的计 数器元件，所述计数器元件在最开始相对于所述可致动元件处于第一位 置上并且可以相对于所述可致动元件移动；以及接合在形成于所述可致 动元件与所述计数器元件之间的轨道中的锁定构件，所述锁定构件以可 操作方式布置成用于实现所述可致动元件与所述锁定构件之间的仅在第 一方向上的相对运动以及实现所述计数器元件与所述锁定构件之间的仅 在第二方向上的相对运动，所述第一方向不同于所述第二方向，所述计 数器元件相对于所述可致动元件到达第二位置并返回到所述第一位置的 行程的至少一个循环使所述锁定构件沿着所述轨道增量前进，其中当所 述锁定构件到达所述轨道末端时所述可致动元件由所述锁定构件固定不 动地锁定到所述计数器元件。

附图说明

下面的描述不应该认为是以任何方式进行的限定。参照附图，类似 的元件标记相似：

图1是处于初始位置上的穿过致动组件的四分之一剖视图；

图2-6示出了计数器机构在其对穿过图1的所述组件的插塞的数量 进行计数时该计数器机构的各个位置；

图7是处于致动位置上的图1的所述组件的四分之一剖视图；

图8是插塞捕获组件的四分之一剖视图；以及

图9是布置在管柱中的多组组件的示意图，每个组件包括至少一个 穿过组件和一个插塞捕获组件。

具体实施方式

这里参照附图通过示例和非限定方式介绍所披露的装置和方法的一 个或多个实施方式的详细描述。

现在参照图1，示出了设置有管件12的致动组件10。该组件10包 括支座14，该支座可以与用于阻挡流体流过该支座14并能够在所述管件 12中形成压力以致动一个或多个工具的插塞16接合。所述插塞16可以 是任何合适的填井工具，比如球、飞镖等等。在图示出的实施方式中， 可致动工具具有套筒18的形式，其可以移动用于打开所述管件12中的 一个或多个端口20。有利地，沿着所述管件12的长度可以包括任何数量 的组件10，以用于利用单一尺寸的插塞致动多个工具，正如根据附图以 及下面的描述将会更好地意识到的那样。

支座14布置成当与插塞16接合时合适的流体压力将会使支座14朝 向凹处或凹槽22移动。当在轴向上与凹槽22对准时，支座14在径向上 失去支撑，从而响应于施加到插塞16的压力而变形、变大、移位或者移 动到凹槽22中。例如，支座14可以具有多个止动爪或节段、套爪、开 口环、c形环、可弹性变形环等等的形式。例如，在图1的实施方式中， 支座14作为心轴24的窗口中的止动爪布置。在合适的压力下，将会迫 使插塞16穿过支座14，且插塞可以继续到达管件12中的依序定位的组 件(例如与组件10类似)的支座(例如与支座14类似)，以用于致动另 一个工具(例如与套筒18类似)，正如在下面更详细讨论的。

在插塞16已经通过支座14之后，支座14布置成返回到其原始配置。 例如，在图示出的实施方式中，在心轴与管件12的肩部之间布置弹簧26， 以用于经由其与心轴24的接合而推动支座14远离所述凹槽22并返回到 图1中示出的配置中。弹簧26可以具有任何其他偏压元件的形式，以用 于在插塞16的通过解除了施加在支座14上的压力之后将支座14推回到 其初始位置(图1)。

包括计数器机构28以便于监视插塞16使支座14位移的次数，该次 数还与穿过支座14的插塞的数量相关联。该计数器机构28包括计数器 套筒30，该计数器套筒可以相对于套筒18滑动但是紧固到所述心轴24 或者形成有所述心轴24。计数器机构28的锁定构件32布置在套筒30 与套筒18之间。

正如在图2-6中更详细地示出的，该锁定构件32在两个径向表面上 形成有棘齿轮廓以用于与套筒18和30接合。具体地，在锁定构件32与 套筒18之间形成第一棘齿接合部34。该接合部34能够实现锁定构件32 相对于套筒18仅在第一轴向方向上即相对于图2-6的取向向左的相对运 动。在锁定构件32与套筒30之间相对地形成第二棘齿接合部36。该第 二棘齿接合部36能够实现锁定构件32相对于套筒30仅在第二轴向方向 上的相对运动，其中该第二方向与前面提到的第一方向相反，即相对于 图2-6的取向向右。将会意识到的是其他成对的不同的方向同样可以起 作用。正如根据下面的内容将会更好地意识到的，接合部34和36实质 上形成了轨道38，锁定构件32将沿着该轨道增量地行进，以用于对穿过 组件10的插塞的数量进行计数。棘齿接合部34和36可以在锁定构件32 和套筒18和30中形成为凹槽、螺纹等等。锁定构件32可以是或者包括 完整环、c形环、在不同的转动位置上彼此间隔开的多个分散的部分等等。

仅为了讨论的目的，方向“左”和“右”可以用在描述计数器机构 28的操作中，不过应该理解的是这些方向仅是相对于图2-6的取向给出 的，并且根据其中使用所述组件10的井孔可以具有任何不同的方向对的 形式，例如水平的、竖直的、倾斜的等等。同样可以理解的是，相对于 正如所有图中示出的组件10的布置，向右运动对应于进一步向井底运动， 而向左运动对应于向井口运动。

正如上面讨论的，将插塞16停靠在支座14上并加压将会使支座14 和心轴24移动直到支座14与凹槽22对准，插塞16从而通过。在该过 程中，还使相对于心轴24固定不动的套筒30移动，从而将计数器机构 28从其图1和2中的初始布置改变到图3的布置，其中使套筒30向井底 运动，即向右运动。由于在锁定构件32与套筒30之间的由接合部36实 现的在该方向上的相对运动，以及由接合部34阻挡的在锁定构件32与 套筒18之间的相对运动，套筒30向井底的运动导致锁定构件32相对于 套筒18保持固定，而相对于套筒30向井口移动，即向左移动。

在插塞16穿过支座14之后，如上所述，弹簧26将支座14推回到 其初始位置。弹簧26的推动也使套筒30相对于套筒18往回朝向井口运 动到其初始位置，如图4中所示。当套筒30往回运动到其初始位置时接 合部36使套筒30能够“抓住”锁定构件32并朝向井口带动锁定构件32。 由于接合部34允许的在该方向上的这种相对运动，锁定构件32相对于 套筒18运动。因此，在插塞穿过支座14的一个循环或重复步骤结束时， 套筒18和39均处于与它们的初始位置类似的位置上，而锁定构件32已 经沿着由接合部34和36限定的轨道38行进了一个“单位”。

正如根据使插塞通过的一个循环之后锁定构件32行进的距离可以意 识到的，图2-6中示出的组件10的轨道38布置成在锁定构件32到达轨 道28的末端之前能够使两个插塞通过。当然，机构28可以布置成对任 何其他所需插塞通过数量进行计数。插塞16到达轨道38的末端之后套 筒18变得可致动。即，通过如图5中所示使第二插塞停靠在支座14处、 加压以使支座14从而使套筒30向井底移动来重复上面的过程。在第二 插塞通过之后，弹簧26再次使套筒30返回到其初始位置，其中套筒30 抓住锁定构件32并沿着轨道38带动锁定构件32行进另一“单位”，如 图6中所示。在到达轨道28末端之后，正如图6中示出的，在锁定构件 32与套筒18和30之间不再允许在任一轴向方向上的相对运动。换言之， 锁定构件32固定不动地锁定到套筒18和30，从而也将套筒18和30在 两个轴向方向上固定不动地锁定在一起。此后，在支座14处停靠第三插 塞并在管件12中加压将支座14、心轴24、套筒30、锁定构件32和套筒 18均朝向井底的方向推动。

套筒18可以由释放构件40保持在其初始位置上，该释放构件在图 示出的实施方式中具有剪切螺钉的形式，但是其替代性地可以是止动爪、 剪切环、弹簧或偏压元件等等。当管件12中的压力超出释放构件40的 阈值时，该释放构件40将会释放，能够实现套筒18的致动，例如用于 打开一个或多个端口20或者执行一些其他的操作。在图7中示出了组件 10的套筒18的致动位置。在图示出的实施方式中，锁定元件42与管件 12设置用于当套筒18的运动对准所述锁定元件42和凹槽44时接合到套 筒18的凹处或凹槽44中。例如，所述锁定元件42可以是预紧c形环等， 其部分地卡扣到所述凹槽44中以在所述管件12与套筒18之间形成干涉 用于将这些元件锁定在一起。这样，甚至在压力解除之后这些端口20仍 然是保持打开的。

根据图7应该意识到的是所述组件10布置为穿过组件。即，在套筒 18运动之后，支座24与凹槽22对准，用于使任何数量的插塞能够继续 穿过该组件10。作为一个替代方式，在图8中提供了一种组件50。该组 件50的大部分元件与组件10的那些元件类似并具有相应的附图标记。 组件10与50的主要的区别在于套筒18被具有延伸部54的套筒52取代。 当套筒52被按照上面结合套筒18的描述致动时凹槽22被所述延伸部54 堵塞，从而使组件50能够“捕获到”插塞并在其致动之后保持插塞。因 此，组件50可以用于例如实现相邻开采区等之间的隔离。为了能够实现 碳氢化合物等的开采，可以机械地移除(比如通过铣削)被捕获并保持 的插塞。替代性地，插塞可以由在接触到井下的流体或者能传送到井下 的流体时可溶解、可腐蚀、可消耗、可降解等的材料构成，比如可以从 Barker Hughes公司买到的商品名为的插塞。

可以意识到的是轨道38可以替代性地布置。例如，轨道可以在圆周 方向上在两个套筒或其他元件(例如计数器套筒/元件与工具套筒/元件) 之间延伸，其中两个不同的方向是转动方向，而非轴向。例如，可以修 改凹槽22以便于它们在圆周方向上径向向外逐渐变细，使得施加在支座 上的轴向压力导致止动爪沿着锥体的角向和径向的位移并进入该凹槽中 用于使插塞能够从中通过。通过使计数器套筒抵靠止动爪，止动爪进入 凹槽中的角位移会造成计数器套筒的转动，其中弹簧或偏压元件可以使 计数器套筒转动地返回到其初始位置。在该实施方式中，计数器套筒相 对于其他元件的重复的往复转动与上面类似，使锁定构件沿着该修改后 的圆周方向指向的轨道增量移动，直到所述锁定构件到达轨道的末端， 在该点处，这两个元件在转动方向上锁定在一起用于转动地致动工具。

可以理解的是套筒10和50可以以任何的组合布置。当然还可以理 解的是，根据需要穿过的插塞的数量，某些组件可能需要更长或更短的 轨道38的变型。为了解释多个组件10和50的一起使用，在图9中示意 性地呈现了一个示例。具体地，图9示出了一个系统，其中管柱12中包 括多个组56a，56b和56c，每个组是由一个(或多个)穿过组件10(分 别表示为组件10a，10b和10c)和单个捕获组件50(分别表示为50a， 50b和50c)构成。这些组56a，56b和56c可以对应于不同的开采区， 例如利用组件50a，50b和50c能够实现它们之间的隔离以用于压裂目的。 尽管每组中仅示出了一个穿过组件，但是在任意组中可以包括任意数量 的穿过组件10，其中在该组的底部处穿过组件10仅需要单个捕获组件 50用于实现隔离。

在图9的示例中，第一相同尺寸的插塞16c被向下泵送穿过每个组 件10a，50a，10b，50b和10c，然后由组件50c捕获；第二相同尺寸的 插塞16b被向下泵送穿过每个组件10a，50a和10b，然后由组件50b捕 获；第三相同尺寸的插塞被向下泵送穿过组件10a，然后由组件50a捕获。 组件10a和50a可以设定成由插塞16a致动，组件10b和50b由插塞16b 致动，组件10c和50c由插塞16c致动。即，假如位于组件50c的井下 侧的需要类似致动的组件的组数为“n”，那组件50c的计数器机构可以 设定成在“n+1”个投下的插塞处致动(即在由于下一个插塞而被锁定和 致动之前计数并通过“n”个插塞)，组件50b设定成在“n+2”个投下的 插塞处致动，组件50a设定成在“n+3”个投下的插塞处致动，等等。

虽然已经参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是本领域技 术人员将会理解的是可以做出各种改变并用等价方式替换其元件而不脱 离本发明的范围。此外，在本发明的教导下可以做出许多修改以适应特 定的情形或材料而不脱离其本质范围。因此，本发明旨在并不局限于作 为用于实施本发明而构想的最佳模式披露的特殊实施方式。还有，在这 些图和描述中，已经披露了本发明的示例性实施方式，尽管已经使用了 特殊的术语，但是它们除非另有说明否则仅以一般的描述性的意思使用 并且不是为了限定的目的，因此本发明的范围并不是如此限定的。此外， 术语第一、第二等等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是这些术语 第一、第二等等用于将元件彼此区分。此外，术语一、一个等等的使用 并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个涉及的项目。