Исполнительная система и способ привода скважинного инструмента

Исполнительная система и способ привода скважинного инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Варианты реализации изобретения, описанные в данном документе, относятся к скважинным инструментам. Конкретнее, один или более вариантов реализации изобретения, описанных в данном документе, относятся к исполнительной системе и способу привода скважинного инструмента для выполнения им операций и/или функций, для которых он предназначен.

Во время бурения скважины для выполнения действия или функции часто используют соответствующий скважинный инструмент, например, расширитель, используемый для увеличения диаметра ствола скважины. Используя расширитель, как пример скважинного инструмента, конвенциональный расширитель имеет корпус с осевым каналом, расширяющимся продольно, через который протекает жидкость. Одна или более шарошечных головок подвижно соединяются с корпусом и выполнены с возможностью перехода между втянутым и раскрытым состояниями.

Расширитель во втянутом состоянии двигается в стволе с помощью буровой колонны. Во втянутом состоянии шарошечные головки сложены в корпусе расширителя таким образом, что расположены радиально внутрь от окружающих стенок обсадки скважины. Как только расширитель достигает желаемой глубины скважины, он приводится в раскрытое состояние. В раскрытом состоянии шарошечные головки двигаются радиально наружу и находятся в контакте со стенками скважины. Шарошечные головки используются для срезания или размалывания стенок скважины для увеличения ее диаметра.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное выше описание сущности изобретения представляет в сокращенной форме набор идей, использованных в этом изобретении, которые будут подробнее описаны ниже в подробном описании изобретения. Это описание сущности изобретения не предназначено для определения ключевых или существенных особенностей заявленного предмета изобретения и не должно использоваться для ограничения объема заявленного предмета изобретения.

Описан скважинный инструмент, имеющий исполнительную систему. Скважинный инструмент содержит корпус, содержащий продольный канал, аксиально расширяющийся, по меньшей мере частично, и камеру, размещенную радиально наружу из канала, к примеру, внутри стенок корпуса. Канал жидкостно сообщается с камерой при помощи порта. В канале размещен клапан, выполненный с возможностью движения между первым положением, в котором он препятствует жидкости протекать из канала в камеру через порт, и вторым положением, в котором он позволяет жидкости течь из канала в камеру через порт. Двигатель размещен в канале и выполнен с возможностью двигать клапан между первым положением и вторым положением. Движимый компонент скважинного инструмента, подвижно соединенный с его корпусом, выполнен с возможностью перехода между нерабочим и рабочим состояниями в ответ на увеличение гидравлического давления в камере в результате притока жидкости в камеру. Движение клапана между первым и вторым положениями может включать линейное или поворотное движение клапана. В одном или более вариантах реализации изобретения скважинный инструмент является расширителем, а движимый компонент является шарошечной головкой, выполненной с возможностью движения между втянутым состоянием, когда клапан находится в первом положении, и раскрытым состоянием, когда клапан находится во втором положении.

В другом варианте реализации изобретения скважинный инструмент содержит корпус, содержащий продольный канал, аксиально расширяющийся, по меньшей мере частично, и камеру, размещенную радиально наружу из канала, к примеру, внутри стенок корпуса. Канал жидкостно сообщается с камерой при помощи порта. В канале размещен клапан, выполненный с возможностью движения между первым положением, в котором он препятствует жидкости протекать из канала в камеру через порт, и вторым положением, в котором он позволяет жидкости течь через порт из канала в камеру. Двигатель размещен в канале и выполнен с возможностью двигать клапан между первым положением и вторым положением. Движимый компонент скважинного инструмента (такой как шарошечная головка) подвижно присоединен к корпусу и выполнен с возможностью движения между нерабочим (или втянутым) состоянием, когда клапан находится в первом положении, и рабочим (или раскрытым) состоянием, когда клапан находится во втором положении. Система отслеживания положения расположена в канале и выполнена с возможностью определения аксиального положения движимого компонента. Система телеметрии, сообщенная с системой отслеживания положения, также расположена внутри корпуса и выполнена с возможностью передавать сигналы, представляющие аксиальное положение движимого компонента, в удаленное место, такое как наземная станция.

Также описан способ привода скважинного инструмента. Способ включает передачу сигнала с поверхности в скважинный приемник, расположенный в скважинном инструменте. Сигнал управляет одним или более действиями двигателя, расположенного в канале, проходящего аксиально, по меньшей мере частично, сквозь корпус скважинного инструмента. Камера расположена радиально наружу в канале, к примеру, в стенках корпуса. Двигатель соединен с клапаном и двигает его внутри канала между первым и вторым положениями. Клапан препятствует течению жидкости через порт, расположенный между каналом и камерой, когда клапан находится в первом положении, и позволяет жидкости течь из канала в камеру через порт, когда клапан находится во втором положении. Движимый компонент подвижно сообщается с корпусом скважинного инструмента, и выполнен и предназначен для перехода между нерабочим и рабочим состояниями в ответ на увеличение гидравлического давления в камере в результате притока жидкости в камеру. Скважинный инструмент действует в то время, когда движимый компонент выдвинут.

Раскрыта исполнительная система скважинного инструмента для использования в скважине. Исполнительная система скважинного инструмента содержит клапан, расположенный во внутреннем протоке скважинной трубы. В канале размещен клапан, выполненный и предназначенный для движения между первым положением, закрывающим порт во внутренней стенке скважинной трубы, и вторым положением, позволяющим жидкости течь из внутреннего проточного канала в порт. Клапан имеет один или более сквозных протоков для предоставления возможности для жидкости проходить аксиально через них к буровому долоту независимо от положения клапана. Во внутреннем протоке скважинной трубы расположен двигатель для создания возможности для жидкости во внутреннем протоке протекать насквозь. Двигатель соединен с клапаном, и выполнен и предназначен для перемещения клапана между первым и вторым положениями. Движимый компонент, отвечающий на течение жидкости в порт и сквозь порт, приводится в движение с помощью движения клапана из первого положения во второе. Движение клапана между первым и вторым положениями может включать линейное или поворотное движение клапана.

В другом варианте реализации изобретения исполнительная система скважинного инструмента содержит модуль клапана, содержащий клапан, поворотно располагающийся во внутреннем протоке скважинной трубы. Клапан выполнен и предназначен для движения между первым поворотным положением, закрывающим порт во внутренней стенке скважинной трубы, и вторым поворотным положением, позволяющим жидкости затекать в порт. Клапанный модуль и клапан также выполнены, к примеру, со сквозными протоками для создания возможности буровому раствору протекать насквозь в скважинный буровой инструмент независимо от положения клапана. Клапан также выполнен и предназначен для посадки вместе с корпусом клапана клапанного модуля в ответ на разницу давления, создаваемую между внутренним протоком и стволом скважины во время протекания бурового раствора сквозь клапанный модуль. Моторный модуль размещен во внутреннем протоке скважинной трубы с созданием возможности буровому раствору проходить вокруг него. Моторный модуль содержит двигатель, присоединенный к клапану, чтобы двигать клапан между первым и вторым поворотными положениями. Движимый компонент, отвечающий на течение жидкости в порт и сквозь порт, приводится, таким образом, в движением с помощью движения клапана из первого поворотного положения во второе.

Также раскрыт способ привода движимого компонента скважинного инструмента. Способ, включающий передачу управляющего сигнала с расположенного выше места в скважинный приемник. Командные сигналы управляют действиями двигателя, расположенного во внутреннем протоке скважинной трубы. Двигатель приводит в движение клапан, размещенный в скважинной трубе между первым положением, закрывающим порт во внутренней стенке скважинной трубы, и вторым положением, позволяющим жидкостное сообщение из внутреннего протока в порт. Клапан также выполнен и предназначен для создания возможности буровому раствору протекать насквозь в скважинный буровой инструмент независимо от положения клапана. Когда клапан находится во втором положении, жидкостное сообщение из внутреннего протока в порт позволяет жидкости течь в порт и сквозь порт для приведения движимого компонента скважинного инструмента в движение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более детального понимания описанных особенностей более детальное описание, кратко изложенное выше, может ссылаться на один или более вариантов реализации изобретения, некоторые из которых проиллюстрированы на приложенных чертежах. Следует заметить, однако, что приложенные чертежи являются иллюстративными вариантами реализации изобретения, и они не предназначены для ограничения его объема.

Фиг. 1 иллюстрирует схематический вид иллюстративного скважинного инструмента, размещенного в стволе скважины и имеющего исполнительную систему в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе иллюстративного клапанного модуля в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует вид в перспективе иллюстративного моторного модуля в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 4 иллюстрирует вид в перспективе клапанного модуля и моторного модуля, соединенных при помощи самовыравнивающегося разъема, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 5 иллюстрирует частичный вид клапанного модуля в разрезе в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 6 иллюстрирует частичный вид клапанного модуля в разрезе, размещенного в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 7 иллюстрирует частичный вид клапанного модуля в разрезе с фиг. 6, приведенного в другое рабочее положение.

Фиг. 8-1 иллюстрирует частичный вид в перспективе системы отслеживания положения в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 8-2 иллюстрирует частичный вид в перспективе варианта реализации изобретения части массива датчиков системы отслеживания положения с фиг. 8-1.

Фиг. 8-3 иллюстрирует частичный вид в перспективе части массива датчиков системы отслеживания положения с фиг. 8-2, расположенного в буровой колонне, соединенной с верхом скважинного инструмента, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 9 иллюстрирует частичный вид в разрезе магнитной корзины или верхней части системы отслеживания положения, расположенной в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 10 иллюстрирует частичный вид в перспективе части системы отслеживания положения в виде диагностического зонда, собранного с положительно-импульсным измеряющим в реальном времени инструментом, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 11 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, имеющего иллюстративную исполнительную систему, однако без системы отслеживания положения, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 12 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, включающего клапанный модуль, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 13 иллюстрирует частичный вид другой части скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя клапанный модуль, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 14 иллюстрирует частичный вид буровой колонны в разрезе, соединенной снизу со скважинным инструментом и содержащей секцию электроники и источник питания исполнительной системы, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 15 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя клапанный модуль с фиг. 13 в первом положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 16 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя клапанный модуль с фиг. 13 во втором положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 17 иллюстрирует схематический вид иллюстративного скважинного инструмента, размещенного в стволе скважины и имеющего другую исполнительную систему, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 18-1 иллюстрирует частичный вид поворотно-распределительного клапанного модуля в разрезе, размещенного в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 18-2 иллюстрирует вид в перспективе распределительного клапана поворотно-распределительного клапанного модуля с фиг.18-1, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 19 иллюстрирует частичный вид поворотно-распределительного клапанного модуля с фиг. 18-1 в разрезе, соединенного с моторным модулем при помощи самовыравнивающегося разъема, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 20 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрирующий поворотно-распределительный клапанный модуль, соединенный с моторным модулем, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 21 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя поворотно-распределительный клапанный модуль из фиг. 20 в первом положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 22 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя поворотно-распределительный клапанный модуль из фиг. 20 во втором положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 23 иллюстрирует вид в перспективе иллюстративного конического клапанного компонента и соответствующего скошенного клапанного компонента для использования с поворотно-распределительным клапанным модулем, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 24 иллюстрирует частичный вид поворотного перфорированного клапанного модуля в разрезе, который может быть использован в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 25 иллюстрирует вид в разрезе клапанного корпуса поворотного перфорированного клапанного модуля с фиг. 24 в первом положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 26 иллюстрирует вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрирующий поворотный перфорированный клапанный модуль с фиг. 24, соединенный с моторным модулем для привода скважинного инструмента, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 27 иллюстрирует вид скважинной системы с фиг. 17 в разрезе с иллюстративным поворотным клапанным снабженным прорезями модулем, соединенным с моторным модулем для привода скважинного инструмента, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 28 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя поворотный клапанный снабженный прорезями модуль с фиг. 27 в первом положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 29 иллюстрирует частичный вид скважинного инструмента в разрезе, иллюстрируя поворотный клапанный снабженный прорезями модуль с фиг. 27 во втором положении, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 30 иллюстрирует схематический вид альтернативного клапанного модуля, размещенного в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

Фиг. 31 иллюстрирует схематический вид другой альтернативной исполнительной системы, которая может быть размещена в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последующем описании буду изложены дальнейшие многочисленные детали для понимания некоторых иллюстративных реализаций настоящего раскрытия. Тем не менее, специалистам в данной области будет понятно, что система и/или способ может быть применен на практике без этих подробностей и что у описанных вариантов осуществления изобретения могут быть многочисленные изменения и модификации.

Один или более вариантов реализаций настоящего раскрытия обычно используют систему и метод для привода скважинного инструмента. Скважинные инструменты могут быть приведены в движение во множестве сред, включая скважинные среды. Такой удаленный привод, к примеру, между вышерасположенным участком и скважинным инструментом может быть создан разным способами, известными специалистам в области техники, и может включать проводное или беспроводное сообщение, акустические волны, электромагнитные волны, скачки давления раствора и/или сигналы, переданные изолированным передатчиком. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения система и способ могут быть использованы для привода подвижного компонента скважинного инструмента, к примеру, шарошечных головок в расширителе, применяемом при скважинных буровых операциях. Электроника и компоненты системы также могут быть выполнены с возможностью обеспечения подтверждения движения инструмента в реальном времени (или близком к реальному времени), к примеру, размещения шарошечных головок или их отвода.

Исполнительная система может включать цифровую систему активации, совмещенную с системой отслеживания положения реального времени (или близкого к реальному времени) для приведения в движение и наблюдения за приводом скважинного инструмента. Сигналы могут быть посланы вверх и/или вниз с помощью разнообразных технологий и систем телеметрии, содержащих, к примеру, системы паттернов потока, системы вращающегося ротора, изолированные проводники, системы пульсации давления, электромагнитные системы, акустические системы или другие подходящие способы телеметрии. В другом варианте реализации изобретения сигналы, представляющие положение, могут быть записаны на скважинном устройстве памяти, таком как чип памяти, для позднейшего получения.

Исполнительная система, к примеру, цифровая система активации, включающая или не включающая систему определения положения, может быть использована во множестве скважинных инструментов во множестве скважин во множестве скважинных или нескважинных применений. Исполнительная система может быть встроена в буровую колонну или соединена с нею тросом или другими скважинными подъемными устройствами, известными специалистам в области техники, для привода множества скважинных инструментов, включая, но не ограничиваясь ими, расширители и/или стабилизаторы. В таких приложениях исполнительная система может быть выполнена с модульными составляющими, которые могут быть выборочно собраны в поле.

Цифровая (то есть, двигается/выключено) система активации содержит клапанный модуль, содержащий линейно движимый клапанный узел, и/или клапанный модуль, содержащий ротационный клапанный узел. Цифровая система активации может также содержать моторный модуль, содержащий двигатель, такой как ротационный двигатель, и соответствующую электронику. Для соединения клапанной сборки клапанного модуля с двигателем моторного модуля может быть использован самовыравнивающийся разъем. Самовыравнивающийся разъем может работать вместе с преобразовательным узлом для преобразования вращения двигателя в линейное движение клапана для привода скважинного инструмента.

Фиг. 1 иллюстрирует схематический вид буровой колонны 22, размещенной в стволе скважины 24 в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Буровая колонна 22 может быть соединена со скважинным инструментом 26, содержащим исполнительную систему 30. Скважинный инструмент 26 может быть расширителем или включать расширитель, содержащий несколько шарошечных головок 28, подвижно соединенных с корпусом и выполненных с возможностью перехода между втянутым и раскрытым состояниями. Исполнительная система 30, связанная со скважинным инструментом 26 на фиг. 1, призвана облегчить объяснение, и следует понимать, что исполнительная система 30, описанная здесь, может содержать множество дополнительных компонентов и может быть размещена во множестве видов скважинных условий. Исполнительная система 30 может также быть выполнена во множестве форм в зависимости от операционных и средовых характеристик заданного использования. Скважинный инструмент 26 и его исполнительная система 30 могут быть размещены, по меньшей мере частично, в призабойном узле 32. Призабойный узел 32 может содержать измеряющий в реальном времени инструмент 34, такой как положительно-импульсный измеряющий в реальном времени инструмент. Призабойный узел 32 с помощью буровой колонны 22 используется для вращения бурового долота 36 во время бурения скважины 24.

Исполнительная система 30 содержит цифровую систему активации 38, содержащую клапанный модуль 40 и моторный модуль 42. Моторный модуль 42 содержит двигатель 82 (см. фиг. 3) и электронику 80 (см. фиг. 3) для получения управляющих сигналов и управления двигателем 82 (см. фиг. 3). Питание может подаваться к двигателю 82 с помощью скважинного источника питания 44 (фиг. 14), такого как батарея. Для передачи энергии к двигателю 82 может так же быть присоединена турбина или положительно смещенный двигатель (не показан). Вращение двигателя 82 может быть также переведено в линейное/осевое движение, как будет описано детально ниже.

Исполнительная система 30 также может содержать систему отслеживания положения 50 реального времени (или близкого к реальному времени), содержащую секцию диагностического зонда 52 и секцию датчиков 54, содержащую один или более магнитных датчиков. Система отслеживания положения 50 может быть соединена или использоваться в сочетании с цифровой системой активации 38 для наблюдения активации/привода скважинного инструмента 26, например, с помощью мониторинга линейного движения шарошечных головок 28 (или компонента, с ним соединенного) или одного или более компонентов клапанного модуля 40.

Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе иллюстративного клапанного модуля 40 в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения. Клапанный модуль 40 содержит корпус клапанного модуля 56, в который вдвигается плунжер или шток 46 через заглушку 58. Посадочный захват 60 может быть присоединен к корпусу клапанного модуля 56 для облегчения посадки и размещения клапанного модуля 40 во внутреннем протоке или канале 106 скважинной трубы или буровой колонны 22 (см. фиг. 6), к примеру, центрально в буровой колонне 22 (или с отступом от продольной оси буровой колонны 22), при допущении протекания бурового раствора и/или других жидкостей сквозь буровую колонну 22 и вокруг/сквозь клапанный модуль 40 через отверстия посадочного захвата 62. Централизация клапанного модуля 40 и других модулей исполнительной системы 30 в канале 106 буровой колонны 22 позволяет исполнительной системе 30 использоваться в буровой колонне 22 любого диаметра, с головкой/сборкой плунжера или клапаном 74, имеющим размер для герметичного перекрытия внутреннего диаметра канала 106/выемку 100 (см. фиг. 6). Клапанная сборка может быть определена как плунжер или шток 46, соединенный с головкой/сборкой плунжера или клапаном 74. Головка/сборка плунжера или клапан 74 выполнены с одним или более осевых отверстий 110 для создания возможности протекания бурового раствора и/или другой жидкости сквозь канал 106 (фиг. 6) буровой колонны 22. Корпус клапанного модуля 56 также содержит преобразовательный узел 64 для преобразования вращения двигателя в линейное движение плунжера или штока 46. К примеру, преобразовательный узел 64 может включать резьбовой винт и гайку, присоединенную к штоку 46 так, чтобы двигать шток 46 в линейном направлении в результате вращения резьбового винта внутри соответствующей гайки. Примеры подходящих преобразовательных узлов 64 могут включать ходовые винты, винты с трапециевидной резьбой, с шаровой и тому подобные. Однако специалистам в области техники известны и другие типы передач и преобразовательных сборок, которые могут быть использованы для преобразования вращательного движения в линейное.

Клапанный модуль 40 может также содержать самовыравнивающийся разъем 66, соединенный с клапаном 74, выполненный для автоматического получения соответствующей самовыравнивающейся части разъема 68 моторного модуля 42 (см. фиг. 3), соединяющейся с двигателем 82. Участок клапанного разъема 66 может содержать самовыравнивающиеся пазы или выемки 70, выполненные и предназначенные для приема и ориентирования соответствующих выступов 72 (в виде «восьмерки») (фиг. 3 и 4) части разъема двигателя 68. Участки самовыравнивающегося разъема 66, 68 дают возможность более эффективной сборки, подхода, сборки и размещения, упрощая наращивание инструмента в полевых условиях, допуская некоторую взаимную невыровненность во время начальной стыковки участка самовыравнивающегося разъема 66 и участка клапанного разъема 68. В одном или более вариантах реализации изобретения участки самовыравнивающегося разъема 66, 68 могут быть выполнены и предназначены для возможности скважинного размещения с помощью буровой колонны 22 с самовыравнивающимся соединением 84 (фиг. 4), созданным в скважине.

Фиг. 3 иллюстрирует вид в перспективе иллюстративного моторного модуля 42 в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения. Моторный модуль 42 содержит двигатель 82 и секцию электроники 80. Секция электроники 80 содержит скважинный приемник или датчик для приема посланных в скважину управляющих сигналов, к примеру, сигналов пульсации давления, вибрации, скорости вращения буровой колонны или других телеметрических способов, описанных выше, и для создания и обеспечения управляющих сигналов к двигателю 82 с тем, чтобы управлять вращательным движением двигателя 82. В одном или более вариантах реализации изобретения скважинный приемник может быть акселерометром. Двигатель 82 управляет частью двигательного разъема 68, который, при включении, управляет частью клапанного разъема 66. Это вращательное движение части двигательного разъема 68 и части клапанного разъема 66 переводят в линейное движение штока 46 с помощью преобразовательного узла 64. Двигатель 82 также работает в качестве тормоза для предотвращения нежелательного обратного движения. Моторный модуль 42 может содержать большое количество разных деталей, таких как центраторы или централизующие фонари 86, которые могут быть использованы для способствования централизации моторного модуля 42 внутри окружающей трубы или корпуса 88 буровой колонны 22 (см. фиг. 1). Централизующие детали 86 выполнены таким образом, чтобы позволить жидкости течь в канале 106 корпуса 88, к примеру, секция буровой колонны 22 (фиг. 1), в затрубном пространстве между корпусом 88 и модулями 40, 42.

Фиг. 4 иллюстрирует частичный вид в перспективе клапанного модуля 40 и моторного модуля 42, сообщенных или соединенных при помощи самовыравнивающегося разъема 84, в соответствии с одним или более вариантами реализации изобретения. Часть двигательного разъема 68 захвачена частью клапанного разъема 66 с образованием в целом самовыравнивающегося разъема 84.

Фиг. 5 иллюстрирует частичный вид клапанного модуля 40 в разрезе, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения. Часть клапанного разъема 66 соединена со штоком или шпинделем 90, смонтированным с возможностью вращения внутри корпуса клапанного модуля 56 с помощью нескольких подшипников 92. Шпиндель 90 содержит резьбовую часть 94, на которую приходится соответствующая резьбовая часть 96 секции гайки 98, присоединенной к штоку 46. Поскольку шпиндель 90 вращается с помощью двигателя 82 (фиг. 3) через часть разъема 66, резьбовая часть 94 вращается по отношению к соответствующей резьбовой части 96, в то время как секция гайки 98 остается неподвижной. Это приводит к тому, что шток 46 двигается линейно в зависимости от направления вращения шпинделя 90. Линейное движение штока 46 используется для привода, к примеру, клапана 74 для управления приводом скважинного инструмента 26.

Фиг. 6 иллюстрирует частичный вид клапанного модуля 40 в разрезе, расположенного в скважинном инструменте 26, а фиг. 7 иллюстрирует частичный вид клапанного модуля 40 в разрезе с фиг.6, приведенного в другое рабочее положение. Скважинный инструмент 26 - расширитель в данном примере - может содержать корпус 88, содержащий канал 106, сквозной, по меньшей мере частично. Корпус 88 может быть одним компонентом или несколькими компонентами, соединенными вместе. Клапанный модуль 40 может быть размещен внутри канала 106 корпуса 88.

Клапан 74 размещен с возможностью сдвига в выемке 100 в корпусе 88 так, чтобы уплотнения 76 герметично контактировали с внутренней поверхностью выемки 100. Один или более портов 102 проходят через выемку 100 скважинного инструмента 26 таким образом, что между приводной камерой 112 и каналом 106 скважинного инструмента 26 через порты 102 устанавливается жидкостное сообщение, когда клапан 74 сдвижным образом располагается в выемке 100 для раскрытия портов 102. Порты 102 выполнены и предназначены для получения сжатой жидкости для приводной камеры 112 в скважинном инструменте 26. Когда давление в приводной камере 112 существенно возрастает, компонент привода 104 (к примеру, пистон, такой как затрубный пистон, размещенный в камере 112) аксиально двигается или скользит, вследствие чего приводит в движение шарошечные головки 28, двигающиеся одновременно аксиально и радиально наружно, к примеру, с помощью угловых каналов или направляющих, вследствие чего шарошечные головки подвижно сообщаются. Иллюстративный расширитель, который может быть использован с исполнительной системой 30, раскрытый в этом документе, показан и описан в патенте US № 6732817, содержание которого включено в данном документе посредством ссылки в той мере, в какой оно соответствует настоящему раскрытию. Иллюстрированный на фиг. 6 как расширитель, скважинный инструмент 26 может быть или содержать множество типов деталей, таких как клапаны, скользящие муфты, защелки, труборезы, фрезы, яссы, ловители и другие приводные инструменты.

Как проиллюстрировано на фиг. 6, клапан 74 был перемещен с помощью штока 46 в место или положение внутри емкости 100 так, чтобы уплотнения 76 расположились на обеих продольных/осевых сторонах портов 102 (то есть, накрывая порты 102), блокируя таким образом протекание через порты 102. Жидкость, к примеру буровой раствор, поступает в забой скважины через канал 106 скважинного инструмента 26 в направлении стрелки 108, протекая через осевые отверстия 110 в клапане 74, и вдоль внешней стороны корпуса клапанного модуля 56 по направлению к буровому долоту 36 (фиг. 1). Когда скважинный инструмент 26 переводится в другое рабочее положение, в скважину посылаются управляющие сигналы в секцию электроники 80 моторного модуля 42, получаемые или воспринимаемые с помощью скважинного приемника/датчика внутри секции электроники 80 или рядом с нею, и используются для управления действиями двигателя 82 для создания линейного движения штока 46. В этом примере линейное движение штока 46 выталкивает клапан 74 из порта 102 для предоставления возможности потоку сжатой жидкости вытекать из канала 106, выходя через порты 102, как иллюстрировано на фиг. 7. Жидкость входит в приводную камеру 112, как показано стрелкой 114, вызывая движение вверх компонента привода 104, заставляющего двигаться шарошечные головки 28.

Клапанный модуль 40 и моторный модуль 42 исполнительной системы 30 могут быть совмещены с системой отслеживания положения 50, как описано в данном документе. Система отслеживания положения 50 может использовать один или более магнитов для отслеживания положения скважинного инструмента 26 и/или шарошечных головок 28 и сообщать о положении в реальном времени или близком к реальному времени на поверхность или другое удаленное место. В другом варианте реализации изобретения система отслеживания положения 50 может определять положение клапанного модуля 40 и/или шарошечных головок 28 с помощью измерения количества оборотов двигателя 82 и/или штока 46.

Фиг. 8-1 иллюстрирует частичный вид в перспективе части системы отслеживания положения 50, фиг. 8-2 иллюстрирует частичный вид в перспективе варианта реализации части массива датчиков 118 системы отслеживания положения 50, фиг. 8-3 иллюстрирует частичный вид в перспективе части массива датчиков 118 в магнитной корзине 122, а фиг. 9 иллюстрирует частичный вид в разрезе магнитной корзины 122 системы отслеживания положения 50, размещенной в скважинном инструменте, в соответствии с одним или более раскрытыми вариантами реализации изобретения. Система отслеживания положения 50 может использовать секцию диагностического зонда 52 (фиг. 1), содержащую диагностический зонд 116, размещенный в корпусе 88 буровой колонны 22 через соответствующие централизующие фонари 86. Как проиллюстрировано на фиг. 8-1 и 8-2, диагностический зонд 116 может содержать датчик 118, к примеру, массив датчиков, сообщающийся с поддерживающей электроникой 120. Массив датчиков 118 может быть множеством магнитометров (или содержать их), находящихся в соответствующей короне или магнитной корзине 122 секции датчиков 54, проиллюстрированной на фиг. 9. Для отслеживания положения/состояния шарошечных головок 28 скважинного инструмента 26 используется относительное аксиальное движение магнитной корзины 122 относительно массива датчиков 118. Сигналы положения передаются или транслируются с помощью электроники 120 на наземный контроллер для создания возможности мониторинга привода скважинного инструмента 26 в реальном времени или близком к реальному времени. Такая передача или трансляция положения может быть передана тем же или иным способом телеметрии, что и передача/трансляция с поверхности в скважину.

В качестве примера и как проиллюстрировано на фиг. 8-3 и 9, компоненты могут быть сориентированы так, что зонд/массив датчиков 118 располагается внутри магнитной корзины 122, содержащей магнит 124, для создания возможности мониторинга изменений положения зонда/массива датчиков 118. Зонд/массив датчиков 118 удерживается во внутреннем пространстве 126 магнитной корзины 122 так, чтобы предотвращать контакт с магнитной корзиной 122. В этом конкретном примере массив датчиков 118 содержит множество магнитометров, размещенных вдоль желаемой длины на трехплоскостной «звездообразной» конфигурации. Трехплоскостная конфигурация, каждая плоскость которой вытянута радиально наружу из общей продольной оси, двигается сквозь зонд/массив датчиков 118, позволяя магниту 124 магнитной корзины 122 восприниматься независимо от вращательного положения магнитной корзины 122. Магнитная корзина 122 соединена с оправкой 128, и они обе, магнитная корзина 122