Способ и устройство для дистанционного вмешательства с помощью логического клапанного управления

Способ и устройство для дистанционного вмешательства с помощью логического клапанного управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения изобретения

Настоящее изобретение, в общем, относится к области интеллектуальных устройств для дистанционного вмешательства, когда устройство решает логический, запрограммированный ряд задач посредством использования источника энергии. Точнее изобретение относится к способу и устройству для дистанционного доступа с помощью интеллектуального клапанного управления, которые могут быть использованы при выполнении операций в нисходящих буровых скважинах.

Предпосылки создания изобретения

Бульшая часть запасов нефти и газа расположена на глубине в тысячи футов под поверхностью земли в различных подземных формациях. Основная цель нефтяной и газовой промышленности заключается в обнаружении этих запасов, доступе к ним и их добыче экономичным способом. Для доступа к этим запасам и их экономичной добычи нефтяная и газовая промышленность основана на технологиях, которые могут решать различные задачи в удаленных подземных формациях с неблагоприятными характеристиками среды. Примерами таких задач являются бурение, перфорирование, возбуждение скважины, каротаж, взятие керновой пробы, отбор проб текучих сред и т.д. Выполнение процессов на наибольшем удалении связано с большими затратами и требует проведения ряда операций, основанных на квалифицированной работе операторов, а также требует применения определенного количества специального оборудования для достижения желаемой цели. Обычно наибольшая часть затрат при дистанционном доступе связана со временем, которое при помощи специального оборудования обученный персонал должен затратить на выполнение поставленных задач. В результате те технологии, которые обеспечивают быстрое, эффективное и надежное выполнение дистанционных операций, повышают экономические выгоды, достижимые для рассматриваемого резервуара посредством уменьшения времени, требуемого для дистанционного доступа. При последующем обсуждении будет разъяснен процесс возбуждения резервуара для иллюстрации сложностей, связанных с дистанционным доступом, и для ознакомления с теми выгодами, которые могут быть получены при использовании предложенного изобретения для решения задачи возбуждения скважин при дистанционном доступе.

Когда подземная формация с резервуаром, содержащим углеводороды, не обладает достаточной проницаемостью или не обеспечивает возможности течения углеводородов к поверхности в экономически приемлемых количествах или с оптимальными скоростями, для увеличения расхода часто используют гидравлический разрыв пласта или химическое (обычно кислотное) возбуждение. Буровая скважина, проникающая через подземную формацию, обычно содержит металлическую трубу (обсадную трубу), посаженную на цемент в первоначально пробуренном стволе скважины. Выполняют отверстия (перфорации) для проникновения через обсадную трубу и цементную оболочку, окружающую обсадную трубу, чтобы обеспечить возможность протекания углеводородов в буровую скважину и, при необходимости, возможность течения обрабатывающих текучих сред из буровой скважины в формацию.

Гидравлический разрыв пласта предполагает нагнетание текучих сред (обычно вязких, оказывающих сдвиговое, выклинивающее действие неньютоновских гелей или эмульсий) в формацию под таким высоким давлением и при таких высоких скоростях, что скальная порода резервуара разрушается и образует плоскую, обычно вертикальную трещину (или сеть трещин), во многом подобную трещине, которая проходит через полено, когда в него заходит колун. Обычно с последней частью разрывной текучей среды нагнетают гранулированный расклинивающий материал, например песок, керамические шарики или другие материалы, чтобы удерживать трещину (трещины) в раскрытом состоянии после сброса давления. Увеличенный расход из резервуара является следствием образования пути прохождения потока, оставляемого между зернами расклинивающего материала внутри трещины (трещин). В случае обработок для химического возбуждения расход повышают путем растворения материалов в формации или посредством иного изменения свойств формации.

Применение гидравлического разрыва пласта, который описан выше, представляет собой установившуюся на практике часть операций, выполняемых в нефтяной промышленности, при этом гидравлический разрыв пласта применяют в отдельных намеченных зонах, в общем, доходящих примерно до 60 метров (200 футов) толщины подземной формации. Когда должен быть осуществлен гидравлический разрыв пласта в большом количестве резервуаров или в слоистых резервуарах, либо в весьма толстой формации (примерно более 60 метров), содержащей углеводород, требуется применение альтернативных технологий обработки, чтобы обеспечить обработку всей заданной зоны.

Когда множество зон, содержащих углеводороды, возбуждают посредством гидравлического разрыва пласта или химической обработки, экономические и технические выгоды получают посредством введения множества ступеней обработки, которые могут быть разделены с помощью различных средств, включая механические устройства, например мостовые пробки, пакеры, клапаны буровых скважин, золотники, сочетания перегородок/пробок, шаровые уплотнители, мелкие частицы, например песок, керамический материал, расклинивающий материал, соль, воски, смолы и другие соединения, либо посредством систем с альтернативными текучими средами, такими как загущенные текучие среды, гелеобразные текучие среды, пены или иные химически составленные текучие среды, либо посредством использования способов ограниченного входа. Например, при механическом обходе посредством мостовой пробки вначале перфорируют самый глубокий интервал и возбуждают скважину путем разрыва пласта, после чего интервал обычно изолируют посредством мостовой пробки, устанавливаемой с помощью стального троса, и процесс повторяют в последующем, расположенном выше интервале. Если предположить наличие десяти заданных перфорационных интервалов, то обработка подобным образом 300 метров (1000 футов) формации обычно потребует выполнения десяти операций за промежуток времени от десяти дней до двух недель, причем не только выполнения многочисленных обработок с целью разрыва пласта, но и многочисленных текущих операций перфорирования и установки мостовых пробок. В конце процесса обработки потребуется выполнение операции очистки буровой скважины, чтобы удалить мостовые пробки и ввести скважину в эксплуатацию. Основное преимущество использования мостовых пробок или других механических отклоняющих агентов состоит в высокой уверенности в выполнении обработки всей заданной зоны. Основной недостаток состоит в высокой стоимости обработки вследствие многочисленных спусков в скважину и подъемов из нее оборудования и опасности осложнений вследствие выполнения в скважине такого большого количества операций. Например, мостовая пробка может быть заклинена в обсадной трубе и ее необходимо будет высверливать, что приводит к значительным затратам. Еще один недостаток заключается в том, что требуемая операция очистки буровой скважины может привести к повреждению некоторых из интервалов, последовательно подвергнутых разрыву.

Для устранения некоторых ограничений, связанных с выполнением операций, которые требуют многочисленных спусков оснастки в скважину и ее подъемов из скважины с целью перфорирования и возбуждения подземных формаций, предложены способы и устройства для развертывания узла со скважинными инструментами за “один спуск-подъем”, чтобы обеспечить возбуждение путем разрыва пласта в зонах, связанных с перфорированием. Точнее, эти способы и устройства обеспечивают проведение операций, которые позволяют довести до минимума число операций, выполняемых в буровой скважине, и время, требуемое для этих операций, тем самым снижая затраты на обработку для возбуждения скважины. Колонны труб с инструментом, используемые в таких случаях, могут быть весьма длинными, а инструмент должен обеспечивать решение ряда задач в удаленной среде нисходящей буровой скважины. Оборудование колонны труб, которое смонтировано для решения этих задач в нисходящей буровой скважине, обычно называют компоновкой низа бурильной колонны (КНБК) или оборудованием низа обсадной колонны.

От устройства и способа требуется следующее: 1) независимое выполнение ряда операций в нисходящей буровой скважине; 2) независимое выполнение операций в программируемой логической последовательности; 3) независимое выполнение операций в надлежащее время; 4) использование давления в качестве основы для управления и приведения в действие; 5) возможность выполнения ряда независимых циклов за один спуск-подъем; 6) исключение необходимости взаимодействия с оператором; 7) обеспечение эксплуатационной гибкости для внедрения самых надежных и проверенных конструкций оборудования (кольцевых и не кольцевых конструкций). В результате может быть создано весьма надежное, выполненное с развитой логикой оборудование низа обсадной колонны, обеспечивающее возможность многократного использования дистанционного доступа за один спуск-подъем, причем с незначительным взаимодействием с поверхностью или при отсутствии такового, в основном в виде приводимого в действие давлением решающего или управляющего устройства нисходящей скважины.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения раскрыта система из одного или нескольких клапанов, в которой клапаны действуют в предназначенном для них интервале давления и установлены таким образом, чтобы обеспечивать выполнение последовательности ряда событий посредством одного или нескольких скважинных инструментов при воздействии на клапаны давления. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению один или несколько из клапанов представляют собой вставные клапаны, причем в определенном варианте конструкции, по меньшей мере, один из вставных клапанов представляет собой вставной клапан одного назначения. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению один или несколько из клапанов представляют собой кольцевые клапаны. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению ряд событий выбирают из группы, содержащей приведение в действие пакера, выравнивание давления, приведение в действие потока промывочной текучей среды, приведение в действие перфорационного устройства, приведение в действие опорных клиньев, приведение в действие кабеля, приведение в действие электрических устройств, приведение в действие измерительных устройств, приведение в действие устройств для отбора проб, приведение в действие средств для развертывания оборудования, приведение в действие скважинного двигателя, приведение в действие генератора, приведение в действие насоса, приведение в действие системы связи, нагнетание текучей среды, удаление текучей среды, нагревание, охлаждение, приведение в действие мостовых пробок, приведение в действие пробок для трещин, приведение в действие оптических устройств, освобождение оборудования низа обсадной колонны, бурильную операцию, операцию резания, работу с расширяемой системой труб, работу с расширяемым завершением и приведение в действие механических устройств. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению упомянутые клапаны обслуживают одно или несколько дистанционных электрических устройств, которые сообщены по кабелю с базовым командным устройством. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению клапаны управляют одним или несколькими дистанционными электрическими устройствами, которые снабжены энергией в удаленном месте без использования кабеля. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению, по меньшей мере, один из клапанов предназначен для обеспечения возможности прохождения через него потока текучей среды только в одном направлении. В одном из вариантов осуществления системы согласно этому изобретению, по меньшей мере, один из клапанов предназначен для прекращения прохождения через него потока текучей среды тогда, когда поток достигает заданной скорости или воздействует на клапан с заданным давлением. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданную скорость и/или заданное давление исходя из тех условий, в которых должна быть использована система согласно изобретению. В одном из вариантов осуществления системы согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, один из клапанов предназначен для пропускания через него потока текучей среды, когда поток оказывает на клапан заданное давление. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданное давление исходя из тех условий, в которых система согласно изобретению должна быть использована. В одном из вариантов система согласно изобретению содержит, по меньшей мере, один фильтр, предназначенный для отфильтровывания твердых частиц, имеющих определенные размеры, из текучих сред, перед тем как текучие среды будут протекать через один или несколько клапанов, или через систему. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданные размеры твердых частиц, которые должны быть отфильтрованы исходя из условий, в которых будет использована система. В одном из вариантов система согласно этому изобретению содержит, по меньшей мере, один разрывной диск, предназначенный для обеспечения возможности вытекания текучей среды из одного или нескольких скважинных инструментов при одном или нескольких предпочтительных условиях. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданные условия исходя из тех условий, в которых будет использована система. В одном из вариантов система согласно этому изобретению содержит одну или несколько диафрагм, предназначенных для ограничения потока текучей среды через систему до заданной скорости. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданную скорость исходя из условий, в которых будет использована система. В одном из вариантов система согласно этому изобретению содержит одну или несколько диафрагм, предназначенных для ограничения потока текучей среды через один или несколько клапанов до заданной скорости. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданную скорость исходя из условий, в которых будет использована система.

Еще в одном варианте раскрыт способ перфорации и обработки множества интервалов одной или нескольких подземных формаций, пересекаемых буровой скважиной, содержащей следующие стадии: а) развертывание оборудования низа обсадной колонны из колонны труб внутри буровой скважины, при этом оборудование низа обсадной колонны содержит перфорационное устройство и уплотняющий механизм; б) использование перфорационного устройства для перфорирования, по меньшей мере, одного интервала одной или нескольких подземных формаций; в) установку оборудования низа обсадной колонны в определенном положении внутри буровой скважины и приведение в действие уплотняющего механизма таким образом, чтобы обеспечить гидравлическое уплотнение, по меньшей мере, под одним перфорированным интервалом; г) нагнетание обрабатывающей текучей среды вниз в кольцо между колонной труб и буровой скважиной, и в перфорации, созданные перфорационным устройством, причем без удаления перфорационного устройства из буровой скважины; д) освобождение уплотняющего механизма; е) повторение стадий (б)-(д), по меньшей мере, для одного дополнительного интервала одной или нескольких подземных формаций, при этом, по меньшей мере, одну из стадий выполняют посредством системы клапанов, которая действует в заданном интервале давлений и обеспечивает выполнение этой стадии при подведении давления к клапанам. В одном из вариантов выполняют дополнительные стадии, причем эти стадии выбирают из группы, состоящей из вымывания обломков породы, находящихся вокруг уплотняющего механизма, выравнивания давления по уплотняющему механизму, обеспечения электрической связи через уплотняющий механизм.

Еще в одном варианте раскрыто устройство для выполнения ряда последовательных событий посредством одного или нескольких скважинных инструментов при воздействии давления в заданном интервале давления, при этом устройство содержит сочетание двух или более клапанов, скомпонованных в виде узлов, один из которых сообщен с другим через соединения, изолирующие давление. В одном из вариантов осуществления устройства согласно этому изобретению клапаны представляют собой вставные клапаны, расположенные в узлах. В одном из вариантов осуществления устройства согласно этому изобретению обеспечивают сообщение по давлению как между клапанами, так и между узлами посредством соединений, изолирующих давление. В одном из вариантов осуществления устройства согласно этому изобретению обеспечивают сообщение через узел посредством кабеля. В одном из вариантов осуществления устройства согласно этому изобретению, по меньшей мере, один из клапанов предназначен для возможности пропускания через него потока текучей среды только в одном направлении. В одном из вариантов осуществления устройства согласно этому изобретению, по меньшей мере, один из клапанов предназначен для прекращения прохождения через него потока текучей среды в том случае, когда скорость потока достигает заданной величины или текучая среда воздействует на клапан с заданным давлением. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданную скорость или заданное давление исходя из условий, в которых будет использовано устройство. В одном из вариантов осуществления устройства согласно этому изобретению, по меньшей мере, один из клапанов предназначен для пропускания через него потока текучей среды, когда поток оказывает на клапан заданное давление. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданное давление исходя из условий, в которых будет использовано устройство. В одном из вариантов устройство согласно этому изобретению содержит, по меньшей мере, один фильтр, предназначенный для отфильтровывания из текучей среды твердых частиц, имеющих заранее определенные размеры, перед тем как текучие среды будут протекать через один или несколько клапанов. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданные размеры исходя из условий, в которых будет использовано устройство. В одном из вариантов устройство согласно этому изобретению содержит, по меньшей мере, один разрывной диск, предназначенный для обеспечения выхода потока текучей среды из одного или нескольких скважинных инструментов при одном или нескольких заданных условиях. Квалифицированный специалист в этой области может установить заданные условия исходя из тех условий, в которых будет использовано устройство. В одном из вариантов устройство согласно этому изобретению содержит одну или несколько диафрагм, предназначенных для ограничения потока текучей среды через один или несколько клапанов заданной скорости. Квалифицированный специалист в этой же области может заранее установить заданную скорость исходя из условий, в которых будет использовано устройство.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны при рассмотрении приведенного далее подробного описания и прилагаемых фигур, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет схематический вид узла со скважинными инструментами в буровой скважине, при этом частью узла является цепь логического клапана для дистанционного вмешательства;

фиг.2 представляет схематический вид компоновки цепи логического клапана для дистанционного вмешательства, используемой в случае предполагающей одиночный спуск-подъем обработки множества зон с целью возбуждения, например, при гидравлическом разрыве пласта;

фиг.3 представляет график последовательности воздействия давления перед разрывом пласта в случае выполнения операции гидравлического разрыва пласта в множестве зон за один спуск-подъем;

фиг.4 представляет последовательность воздействия давления после разрыва пласта в случае выполнения гидравлического разрыва пласта в множестве зон за один спуск-подъем;

фиг.5 представляет схему компоновки оборудования одного из вариантов осуществления логического клапана для дистанционного вмешательства.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение будет описано применительно к различным вариантам его осуществления. Однако в той степени, в которой последующее описание характеризует определенный вариант осуществления или конкретное использование изобретения, предполагается, что оно приведено только в иллюстративных целях и не предназначено для ограничения объема изобретения. Напротив, описание предназначено для охвата всех альтернативных вариантов, модификаций и эквивалентов, заключенных в пределах существа и объема изобретения, которые определены прилагаемыми пунктами формулы изобретения.

Возбуждение одного продуктивного интервала обычно требует того, чтобы в определенном порядке произошла последовательность событий. Возможная обработка для разрыва пласта, при которой используют приводимый в действие посредством спирального трубопровода надувной пакер, служащий для отклонения возбуждающих потоков текучей среды, которые нагнетают в перфорации над пакером, может включать следующие операции: прохождение не надутого пакера на желаемую глубину при циркуляции текучей среды по спиральному трубопроводу; перфорирование; перемещение в надлежащее место оборудования низа обсадной колонны; вымывание обломком породы из мест их осаждения; установку клиньев; надувание пакера; выравнивание давления по пакеру в течение надувания; перекрытие пути выравнивания давления; возбуждение резервуара; открывание пути выравнивания давления по пакеру; сдувание пакера; освобождение клиньев; вымывание обломков породы. На практике при каждом из тринадцати перечисленных событий также должна происходить вспомогательная группа событий, требуемая для обеспечения перечисленных событий, например установка J-образных защелкивающихся посадочных клиньев требует опускания оборудования низа обсадной колонны в нисходящую скважину, подъема этого оборудования на два фута (0,61 м) и его опускания в скважине на два фута (0,61 м). Хотя этот пример иллюстрирует сложности, присущие большинству дистанционных операций, реальное выполнение операций становится даже еще более сложным, если учитывать технику снабжения, связанную с выполняемыми на поверхности операциями, для обеспечения событий в нисходящей скважине. Для обеспечения событий в нисходящей скважине, например таких, которые обычно инициируют и выполняют с поверхности, используют один или несколько из нижеследующих элементов управления, чтобы провести в буровой скважине одну следующую операцию: 1) натяжение и/или сжатие; 2) вращение; 3) нагнетание в скважину шаров для уплотнения отверстия, то есть “сбрасывание шаров”; 4) электроэнергию; 5) давление.

Каждый из этих пяти элементов управления с поверхности представляет собой усложнения и ограничения в отношении дистанционного вмешательства. Основываться на натяжении и сжатии, что практикуется в этой отрасли, можно в случае сильно отклоняемых стенок (стенок, которые образуются при бурении как по вертикали, так и под разными углами к вертикали), когда передача силы от поверхности к оборудованию низа обсадной колонны частично или полностью может быть ослаблена вследствие фрикционного контакта между спиральным трубопроводом и стенками обсадной трубы. Кроме того, температурные изменения колонны труб из-за прохождения холодных/горячих возбуждающих текучих сред могут изменить силу, передаваемую к оборудованию низа обсадной колонны в течение возбуждающего действия, что приводит к увеличению проблем, связанных с восприимчивым к нагрузке управляющим устройством на поверхности. Далее, оборудование низа обсадной колонны должно быть жестко прикреплено к стенкам обсадной трубы в течение выполнения операции управления нагрузкой, поскольку в ином случае прилагаемые нагрузки могут переместить оборудование низа обсадной колонны в скважине вниз или вверх по отношению к заданному для возбуждения интервалу, а возможно приведут к повреждению отклоняющего устройства упомянутого оборудования (компонента оборудования низа обсадной колонны, который жестко уплотнен по отношению к стенке обсадной трубы). Кроме того, если используют натяжение или сжатие для приведения в действие устройства нисходящей скважины, которое изменяется по длине при приложении нагрузки (например, скользящей муфты), возникают сложности, если требуется фиксированная длина кабеля для прохождения через расширяющееся или сжимающееся устройство.

Использование вращения, которое обычно применяют в этой отрасли, требует передачи крутящего момента (движения кручения) от поверхности к оборудованию низа обсадной колонны. Для передачи крутящего момента к оборудованию низа обсадной колонны обычно используют соединенную трубу [трубу из свинчиваемых участков по 9,1 м (30 футов)] вследствие присущей ей механической жесткости. В приведенном далее перечне указаны основные недостатки, связанные с этим подходом для управления оборудованием низа обсадной колонны: 1) требуется значительный промежуток времени для перемещения оборудования низа обсадной колонны на тысячи футов вверх и вниз по скважине путем привинчивания и отвинчивания большого количества секций трубы по 9,1 метра (30 футов); 2) если трубу заклинивает, то связь с оборудованием низа обсадной колонны теряется; 3) действия, необходимые для использования соединяемого трубопровода, также требуют использования дорогостоящей оснастки для подсоединения и отсоединения большого количества секций такого трубопровода; 4) из-за того, что в случае соединяемого трубопровода постоянно происходит добавление и удаление секций по 9,1 м (30 футов), введение электрического кабеля через центр колонны труб непрактично, поэтому электрическое приведение в действие таких устройств, как стреляющие перфораторы, непрактично.

Сбрасывание шара выполняют путем его перемещения от поверхности к оборудованию низа обсадной колонны через спирально свернутый трубопровод или соединенный трубопровод. Когда шар достигает оборудования низа обсадной колонны, он уплотняет отверстие внутри инструмента и обеспечивает выполнение событий. Основные недостатки, связанные со сбрасыванием шара, заключаются в следующем: 1) сброс шара обычно представляет собой одноразовое необратимое событие (в течение данного процесса могут быть сброшены шары разных размеров, но ни одно из действий оборудования низа обсадной колонны, выполненных посредством данного шара, не может быть повторено), таким образом возможность выполнения большого количества возбуждений в течение одного спуска в буровую скважину ограничена; 2) введение ошибки, источником которой является человек, например, из-за шара неверного размера, невыполнения сброса шара, сброса шара в неверное время; 3) необходимость уплотнения шаром в среде, загрязненной обломками породы; 4) потенциальное усложнение, если внутри системы труб находится кабель. Сброс шара имеет иное применение, предполагающее дистанционный доступ, находящееся вне сферы приведения в действие оборудования низа обсадной колонны, например, для краткосрочного уплотнения перфорационных отверстий в обсадной трубе или для уплотнения отверстий в постоянных или временных устройствах, прикрепленных к обсадной трубе или к трубопроводу для эксплуатации скважин.

Использование в буровой скважине электроэнергии обычно обеспечивают посредством прохождения водонепроницаемого изолированного кабеля из центра управления на поверхности к находящемуся в буровой скважине оборудованию низа обсадной колонны. Такое оборудование обычно подвешивают и транспортируют посредством троса, либо подвешивают и транспортируют посредством колонны труб с кабелем, проходящим внутри труб. Поскольку электроэнергия и жидкости буровой скважины несовместимы, электрическую схему буровой скважины обычно заключают в герметичные воздухонепроницаемые камеры. В приведенном далее перечне указаны основные ограничения, связанные с использованием электроэнергии для приведения в действие устройств буровой скважины и для управления ими: 1) повреждение уплотнения или минимальные утечки через уплотнение легко могут привести устройство в буровой скважине в нерабочее состояние, делая его бесполезным, либо в зависимости от состояния оборудования низа обсадной колонны во время повреждения инструмент остается в скважине в жестко заблокированном состоянии, что делает его бесполезным; 2) обычно требуется большое количество подвижных частей, поскольку электрическая энергия должна быть преобразована в механическую энергию (в ограниченных пространствах скважинного инструмента), а затем эти части используют для приведения в действие другого механического устройства, которое выполняет требуемую операцию в буровой скважине, что повышает статистическую вероятность повреждения; 3) потеря связи по линии связи, приводящая к неработоспособности инструмента, что может привести к неблагоприятным последствиям, если инструмент будет жестко заблокирован в буровой скважине, когда утеряна связь; 4) заполненные воздухом уплотненные камеры с электрической схемой склонны к разрушению гидростатическим давлением внутри буровой скважины; 5) если используют один трос, то будет иметь место незначительная возможность вытягивания вверх с целью освобождения оборудования низа обсадной колонны, которое может застрять и оказаться слегка заклиненным; 6) повышенные температуры, которые обычны для окружающей среды буровой скважины, оказывают неблагоприятное влияние на эксплуатационные характеристики электрических устройств.

Из пяти элементов управления давление обычно обеспечивает наилучший вид энергии для управления и приведения в действие. Во всех буровых скважинах находится текучая среда, поэтому всегда имеется сообщение посредством давления между оборудованием низа обсадной колонны и поверхностью, причем даже при нестабильных состояниях. Поскольку давление также представляет собой источник энергии, всегда имеется возможность работы устройств, приводимых в действие давлением, причем даже в нестабильных состояниях. Заметную сложность, связанную с устройствами, управляемыми и приводимыми в действие давлением, представляет собой случай, вызывающий определенную необходимость разделения давления управления оборудованием низа обсадной колонны и естественного давления, имеющегося внутри резервуара, или давления, связанного с выполнением отдельной операции внутри буровой скважины, например гидравлического разрыва пласта.

Упомянутый выше пример возбуждения иллюстрирует сложности, связанные с типичным дистанционным вмешательством (тринадцать событий, при этом каждое событие содержит ряд поддерживающих событий). Обеспечение этих событий в буровой скважине основано на квалифицированном выполнении соответствующей группы маневров на поверхности, выбранных из вышеупомянутых пяти элементов. Сочетание сложности вмешательства с операционными проблемами и ограничениями, связанными с пятью элементами управления с поверхности, выдвигают на первый план трудности, которые могут возникнуть в программе дистанционного доступа вследствие ряда событий в буровой скважине, логики, связанной с событиями, согласования событий по времени и характера маневров на поверхности, требуемых для выполнения каждого события в буровой скважине.

Недостаток, связанный с современной технологией дистанционного доступа, относится к конструктивной основе для создания скважинных инструментов (оснастки низа обсадной колонны). Стандартная практика, принятая в промышленности, основана на кольцевых конструкциях для создания систем, которые позволяют решать необходимую задачу в удаленной среде. Кольцевые конструкции для клапанов управления обычно ограничивают рабочие механизмы клапана кольцевой зоной и в основном состоят из ряда взаимосвязанных втулок, которые скользят по отношению друг к другу при приложении нагрузки (нагрузки под действием давления, путем сброса шара плюс давление под действием пружины путем непосредственного движения и т.д.). Обычно в случае систем на основе кольца требуется, чтобы возбуждаемые уплотнения (уплотнения с перепадом давления по ним) проходили по каналам (отверстиям) для возможности обеспечения в скважине требуемого события. Например, допустим, что в трубе имеется отверстие, а снаружи трубы действует заданное давление. Также допустим, что наружная труба содержит внутреннюю трубу несколько меньшего диаметра, которая может скользить внутри наружной трубы, и предположим, что ее длина приблизительно составляет 25,4 см (10 дюймов). Давление снаружи трубы может быть изолировано от давления внутри трубы посредством размещения уплотнений по обоим концам внутренней подвижной трубы и ее центрирования в отверстии. Когда между наружной стороной и внутренней стороной наружной трубы имеется перепад давлений, материал уплотнения будет приведен в действие в небольшом зазоре между двумя трубами и будет препятствовать прохождению текучей среды. Чтобы обеспечить связь между наружной стороной и внутренней стороной наружной трубы, внутренняя труба должна скользить в осевом направлении до тех пор, пока одно из уплотнений не пройдет поверх отверстия в наружной трубе. Материалы уплотнений обычно выполняют мягкими и подобными резине. Прохождение этих уплотнений, возбуждаемых давлением, по каналам вредно влияет на надежность устройства, поскольку мягкий материал уплотнения легко может быть поврежден краем отверстия, а также может быть легко поврежден скачком текучей среды по нестесненному уплотнению, когда установлена связь посредством давления. Хотя кольцевая конструкция обеспечивает возможность прохождения через центр устройства, она неизбежно исключает использование проверенного оборудования более высокого качества, которое не основано на кольцевой конструкции.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения создана система клапанов, которая действует в заданном интервале давления, при этом клапаны установлены таким образом, чтобы обеспечить выполнение ряда последовательных событий посредством скважинных инструментов при воздействии на клапаны давления. Система клапанов концептуально подобна электрической схеме. Электрическую схему проектируют для решения логического ряда задач посредством совместного монтажа по определенной системе большого количества компонентов, каждый из которых выполняет одну простую функцию (например, резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов и т.д.), и подвода к ним напряжения. Подобным же образом, в одном из вариантов осуществления изобретения система клапанов может быть запрограммирована для решения логического ряда задач посредством совместной установки по определенной системе множества клапанов определенного назначения (например, большого количества вставных клапанов для выполнения каждым из них одной функции, таких как обратные клапаны, перепускные клапаны, селективные клапаны, предохранительные клапаны срабатывания по скорости, управляемые перепускные клапаны, регуляторы, регуляторы противодавления и т.д.) и воздействия на них давления. Свойственная системе клапанов способность начинать и выполнять множество операций в удаленных местах посредством прилагаемого давления создает уникальные возможности и позволяет обеспечить дистанционный доступ.

Настоящее изобретение позволяет облегчить решение проблем дистанционного доступа, возникающих вследствие множества событий в буровой скважине, логики, связанной с этими событиями, согласования событий по времени, и характера маневров на поверхности, требуемых для обеспечения каждого события в буровой скважине. По сравнению с современной технологией, которая требует присутствия