Способ дистанционного манипулирования и управления подземными инструментами

Способ дистанционного манипулирования и управления подземными инструментами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Областью техники изобретения являются инструменты, управляемые на подземном месте работы с использованием магнитного поля, также управляемые автоматическими синхронизаторами с возможностью приостановки приведения в действие при возникновении проблем с установкой в нужное место и с возможностью последующего перехода из режима приостановки в режим приведения в действие, когда инструмент располагается в нужном месте.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подземные инструменты должны устанавливаться в нужное положение в ствол скважины перед приведением их в действие. Одним таким инструментом является пакер, который используется для изоляции между зонами или в зонах по различным причинам, включающим в себя управление скважиной и эксплуатацию. В зависимости от глубины, на которой пакер должен закрепляться в нужном положении, и предполагая отсутствие непрогнозируемых проблем при спуске пакера на проектную глубину, можно закреплять в нужном положении пакер автоматически по истечении заданного времени на таймере, связанном с механизмом закрепления. Имеется множество известных способов закрепления пакера, например с использованием гидростатического давления в стволе скважины, относительного перемещения, создаваемого различными способами, расширения и надувания.

Схема запуска такого закрепления пакера может включать в себя разблокирование фиксирующего механизма, например, с помощью магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, который подается насосом в забойную зону скважины с использованием противоположных пакерующих элементов 76 и 78, как показано на Фиг. 1 патента USP 3264994. В других вариантах на каротажном кабеле подается постоянный магнит или электромагнит, который, располагаясь вблизи инструмента, изменяет физические свойства текучей среды в инструменте, так что инструмент может закрепляться в нужном положении. Данное конструктивное решение показано в публикации US Publication 2010/0126716.

Настоящее изобретение относится к инструментам, которые могут запускаться для закрепления в нужном положении с помощью таймера, работа которого может останавливаться, если возникает проблема с установкой инструмента в нужное положение в течение заданного времени. Система также выполнена с возможностью повторного запуска таймера для отсчета оставшегося времени или немедленного приведения в действие механизма закрепления инструмента в нужном положении. В предпочтительном варианте осуществления инструмент является пакером, который закрепляется в нужном положении с помощью реакции, в которой генерируется давление газа для создания перемещения для закрепления пакера. Реакция предпочтительно запускается действием магнитного поля, инициирующим открытие клапана для обеспечения смешивания реагентов для генерирования газа, с помощью которого закрепляется пакер. Магнитное поле может наводиться непосредственно вблизи инструмента с помощью постоянного магнита или электромагнита, который можно подавать либо на каротажном кабеле или на тросовом канате, или можно устанавливать внутри такого предмета, как шар или пробка, который может достигать инструмента под действием силы тяжести в вертикальной скважине или может перемещаться в нужное место с помощью циркуляции. Если необходимо, предмет, транспортирующий магнит, может вставать в гнездо в колонне, которую используют для установки пакера с обеспечением возможности в аварийной ситуации закрепления пакера с помощью давления на вставший в гнездо предмет.

Специалист в данной области техники должен лучше уяснить детали изобретения, рассмотрев описание предпочтительного варианта осуществления и прилагаемых чертежей, учитывая, что полный объем изобретениям определяется прилагаемой формулой изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подземный автономный инструмент для приведения в действие можно спускать в нужное место в режиме автоматического закрепления с управлением таймером. Если возникает проблема, препятствующая достижению инструментом нужного места в заданное время, магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами или электромагнитами, может наводиться на инструменте для остановки таймера до приведения в действие инструмента. Когда инструмент затем устанавливается в нужном месте работы, другое магнитное поле может наводиться вблизи инструмента для его закрепления в нужном положении. Альтернативно, инструмент можно спускать на место работы без активирования таймера и затем магнитное поле можно наводить на инструменте для его закрепления в нужном положении. Изделие для наведения магнитного поля можно спускать к инструменту на каротажном кабеле или можно сбрасывать или подавать насосом с проходом через инструмент для приведения в действие инструмента. Если необходимо, поле можно генерировать изнутри изделия, которое в конечном счете встает в гнездо для создания резервного способа закрепления инструмента в нужном положении с использованием давления в насосно-компрессорной трубе, используемой для установки инструмента.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

на Фиг. 1a-1e показано сечение инструмента в положении закрепления.

на Фиг. 2a-2e - инструмент Фиг. 1 показан в положении спуска в скважину.

на Фиг. 3 показан запуск или пауза в автоматической работе с помощью наведения магнитного поля устройством, подаваемым на каротажном кабеле.

на Фиг. 4 - в качестве альтернативы Фиг. 3 показано наведение магнитного поля с помощью устройства в шаре, сброшенном или поданном насосом для прохода мимо инструмента.

На Фиг. 2a-e показаны две камеры 10 и 12, разделенные клапаном 14. Клапан 14 имеет систему 16 управления, схематично показанную на Фиг. 3, которая имеет таймер T. Таймер T может получать установку на конкретное время при спуске в скважину, по истечении такого времени клапан 14 должен открываться и инструмент 18 должен закрепляться в нужном положении. С другой стороны, таймер T, приведенный в действие перед спуском в скважину, можно останавливать с помощью наведения магнитного поля с заданными параметрами, которое система управления должна распознавать и прекращать отсчет по установке инструмента 18. Указанное может происходить, если требуемое время для приведения инструмента 18 в нужное положение превышает время установки в таймере T. После установки инструмента 18 в нужное положение предпочтительно дискретное магнитное поле может наводиться в окрестности системы 16 управления и инициировать срабатывание клапана 14 для открытия и установки инструмента.

Как показано на Фиг. 3 и 4, источник магнитного поля может подаваться на каротажном кабеле или тросовом канате 20. Магнитное поле может генерироваться изнутри изделия 22, такого как сфера, пробка или другой формы, которое может проходить отклонения в стволе скважины и может спускаться под действием силы тяжести или/и с помощью циркуляции текучей среды в стволе. Изделие 22 может также вставать в гнездо 24 для осуществления резервного способа установки инструмента 18 с использованием давления на вставшее в гнездо изделие 22 в канале 26 насосно-компрессорной трубы. После закрепления инструмента 18 в нужном положении и начала эксплуатации изделие 22 можно подавать на поверхность и получать на сите или можно продавливать через гнездо 24 или продавливать с гнездом 24 дальше вглубь ствола скважины.

Возвращаясь к Фиг. 2a-e, одна из камер 10 или 12 может заполняться водой и другим материалом, вступающим в реакцию с водой для генерирования давления газа на стопорной втулке 28 для разрушения срезного штифта 30 и выставления канавки 32 над фиксирующим штифтом или кольцом 34, как показано на Фиг. 1c. Когда указанное происходит, открываются впускные окна 36, 37 и 39 для подачи гидростатического давления или повышенного давления в окружающем кольцевом пространстве в пространства 40, 41 и 43 соответственно. Атмосферные камеры 44, 45 и 48 располагаются в противоположных сторонах от барьера 50, 52 и 54 соответственно. Когда штифт 34 высвобождается, компоновка составленных поршней 58, 60, 62 и 64, всех вместе, может продвигаться в атмосферные камеры 44, 45 и 48, которые уменьшаются в объеме, создавая минимальное сопротивление перемещению поршня. В завершение компоновка 66 уплотнения/трубного клина перемещается вдоль рампы 68, преодолевая сопротивление окружающего трубного изделия для закрепления, как показано на Фиг. 1a.

Как описано выше, генерируемый в результате реакции газ предпочтительно используется для высвобождения штифта 34, при этом гидростатическое давление можно использовать на входных окнах 36, 37 и 39 в конечном счете для закрепления в нужном положении компоновки 66 уплотнения/трубного клина. Реакция, в которой генерируется газ, может являться одним способом высвобождения фиксатора в ответ на действие магнитного поля как сигнала и может иметь альтернативы, которые можно использовать в соединении или в качестве замены реакции генерирования газа для высвобождения штифта 34 или для создания результирующего усилия, требуемого для закрепления в нужном положении компоновки 66 уплотнения/трубного клина. Например, если использовать изделие 22, встающее в гнездо 24, обеспечивается подъем давления в канале 26 трубы. Фиксатор, содержащий штифт 34, удерживаемый фиксирующей втулкой 28, можно заставить переместиться из положения Фиг. 2с в положение Фиг. 1с, добавив пружину, схематично показанную позицией 70, которая давит на блок 72, связанный со стенкой 74 мандрели 76 инструмента. Давлением в проходе 26 стенка 74 деформируется и высвобождает блок 72, который остается связанным с фиксирующей втулкой 28 для ее перемещения для освобождения штифта 34 и обеспечения требуемого перемещения с помощью гидростатического давления, как описано выше, для установки компоновки 66 уплотнения/трубного клина. Альтернативно датчик может обнаруживать деформацию стенки и запускать инструмент для приведения в действие с использованием гидростатического давления, как описано выше, или использования источника потенциальной энергии, развернутого для создания кинетической энергии для приведения в действие. В зависимости от величины аксиального перемещения и силы, требуемой для закрепления в нужном положении инструмента 18, пружину 70 можно использовать для создания закрепляющей силы вместо гидростатической силы для инструмента 18. При таком способе исключаются окна в стенке 74, которые могут являться нежелательным элементом для операторов в некоторых вариантах применения.

Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что инструмент любого типа можно закреплять в нужном положении с помощью магнитного поля или выполнять закрепление автоматически с использованием таймера с прерыванием работы и дополнительной возможностью последующего закрепления с использованием магнитного сигнала. Для резервирования устройство передачи магнитного сигнала может также вставать в гнездо в насосно-компрессорной трубе, обеспечивая рост давления в насосно-компрессорной трубе для запуска закрепления инструмента. В одном способе указанное выполняется с помощью деформации стенки для высвобождения фиксатора, при этом инструмент может закрепляться силой накопленной потенциальной энергии, силой гидростатического давления в кольцевом пространстве или силой давления сжатого газа или пружины, установленной в инструменте. Альтернативно в некоторых вариантах применения, где кольцевое пространство может находиться под давлением, фиксатор может высвобождаться из кольцевого пространства с помощью приложения давления в кольцевом пространстве и инструмент может затем закрепляется с помощью перепада давления с использованием давления в кольцевом пространстве. В данном варианте втулка 28 перемещается приложенным давлением в кольцевом пространстве, превышающим гидростатическое давление на глубине установки для запуска разблокирования и закрепления в нужном положении инструмента.

Если для запуска фиксатора используют действие магнитного поля, применяется постоянный магнит, или электромагнит, или другой источник, для генерирования поля заданной напряженности источник может подаваться различными способами спуска в скважину или сбрасываться или подаваться насосом к инструменту. Если таймер T запускается, когда инструмент 18 спускается в скважину, он должен просто разблокировать фиксатор в форме штифта 34, при этом не требуется запуск действием магнитного поля высвобождения фиксатора. Предпочтительно дискретное магнитное поле используется для остановки таймера T, отличающееся от передачи сигнала разблокирования, при котором инструмент 18 закрепляется в нужном положении. Отличия здесь могут устанавливаться в длине волны или частоте поля или другими способами, обеспечивающими обнаружение процессором, связанным с инструментом 18.

Предусмотрено использование энергетических полей других типов, таких как электромагнитного высокочастотного, ядерной энергии, а также электрических и магнитных полей различных видов, которые можно обнаруживать без устройства окна в мандрели инструмента на месте за пределами мандрели.

Предпочтительным реагентом является вода, вступающая в реакцию с материалом из алюминиевого сплава под названием TAFA, и поставляемым TafaInc., New Hampshire, USA.

Хотя предпочтительный вариант осуществления сфокусирован на использовании магнитных полей, объем изобретения включает в себя устройство управления, которое может закреплять в нужном положении или приводить в действие инструмент, выполненное с возможностью остановки перед возникновением заданного условия любого вида и с возможностью позже запускаться для закрепления в нужном положении или приведения в действие инструмента. Если задействован таймер и время не истекло, таймер может останавливаться. Затем имеются варианты либо повторно запустить таймер с установкой на оставшееся время, или повторно дать установку таймеру на начальное время, или некоторый другой интервал времени или просто в обход таймера напрямую привести в действие инструмент. Если таймер отсутствует и событие запуска еще не произошло, закрепление в нужном положении инструмента можно остановить сигналом и следующим аналогичным сигналом или отличающимся сигналом можно обеспечить приведение в действие инструмента. Начальным запускающим событием может являться давление, температура, pH или другие условия в стволе скважины, которые изначально существуют или которые можно создать на нужном месте, такие как вибрация, механическое напряжение в трубной стенке, акустические импульсы давления или радиочастоты. По существу, условия или программируемое событие для закрепления в нужном положении может таймером или таймерами или существующими или создаваемыми скважинными условиями. При использовании скважинных условий и остановке закрепления в нужном положении инструмента варианты действия должны обеспечивать системе ожидание появления скважинных условий или просто обеспечивать инструменту немедленное закрепление в нужном положении при получении сигнала. Сигнал может приходить в форме сбрасываемых шаров, сбрасываемых стержней, пробок или скребковых пробок как несколько вариантов. Для большинства данных вариантов ориентации изделия на вводе в скважину не является существенной для способности датчика обнаруживать заданные условия, такие как магнитное поле. Передатчик сигнала можно подавать в нужное место под действием силы тяжести, потоком текучей среды, на каротажном кабеле, электрокабеле, тросовом канате или скважинным трактором, как несколько вариантов. Датчик сигнала может устанавливаться интегрально в колонне или в отдельной мандрели инструмента, являющегося частью колонны. При использовании магнитного сигнала, например, кожух для датчика сигнала не должен создавать помех. Таким образом, кожух для датчика магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом или электромагнитом, например, может являться немагнитным кожухом. Датчик заданного условия может быть по меньшей мере частично открыт скважинным текучим средам в трубной колонне или в окружающем кольцевом пространстве. Отверстия в стенке колонны предпочтительно исключаются для обеспечения надежного разделения между текучей средой в насосно-компрессорной трубе и текучими средами в окружающем кольцевом пространстве.

Приведенное описание дает иллюстрацию предпочтительного варианта осуществления, и многие модификации специалист в данной области техники может выполнять без отхода от объема изобретения, определенного формулой изобретения и эквивалентами.

1. Способ закрепления в нужном положении инструмента на месте работы в подземном пласте, в котором:обеспечивают возможность обнаружения по меньшей мере одного сигнала закрепляющему устройству, связанному с инструментом;применяют закрепляющее устройство для автоматической работы инструмента после задержки времени;спускают инструмент на заданное место работы в подземном пласте;вручную останавливают закрепление инструмента закрепляющим устройством с помощью указанного по меньшей мере одного сигнала до истечения времени задержки;вручную повторно обеспечивают автоматическую работу закрепляющего устройства для закрепления в нужном положении инструмента после указанной остановки в ответ на указанный по меньшей мере один сигнал.

2. Способ по п. 1, в котором:обеспечивают закрепляющее устройство на трубном корпусе, при этом трубный корпус выполнен без отверстий в стенке для отделения текучей среды в проходе в указанном трубном корпусе от текучей среды в кольцевом пространстве, окружающем трубный корпус.

3. Способ по п. 1, в котором:используют в качестве сигнала по меньшей мере одно из следующего: время, температуру, давление, вибрацию, механическое напряжение, акустический импульс, энергетическое поле и магнитное поле.

4. Способ по п. 3, в котором:создают магнитное поле с помощью постоянных магнитов или электромагнитов.

5. Способ по п. 1, в котором:запускают таймер, связанный с указанным закрепляющим устройством, установленный на заданное время;останавливают указанный таймер до истечения времени установки указанного таймера;приводят в действие таймер после указанной остановки на оставшееся от заданного времени на момент остановки время или другое время для приведения в действие инструмента или закрепляют инструмент указанным закрепляющим устройством, не применяя таймер.

6. Способ по п. 5, в котором:используют первое энергетическое поле для остановки таймера.

7. Способ по п. 6, в котором:используют магнитное поле в качестве указанного первого энергетического поля;обеспечивают резервный способ закрепления инструмента, если указанное первое магнитное поле не обеспечивает закрепления инструмента в нужном месте.

8. Способ по п. 6, в котором:используют первое энергетическое поле для повторной установки таймера позже на нулевое истекшее время с сохранением общего времени для приведения в действие.

9. Способ по п. 6, в котором:используют второе энергетическое поле для обеспечения закрепления в нужном положении указанного инструмента после остановки указанного таймера.

10. Способ по п. 9, в котором:перемещают указанный инструмент после остановки таймера;подают по меньшей мере одно указанное энергетическое поле с изделием;используют по меньшей мере одно из следующего: силу тяжести, перемещающуюся текучую среду, тросовый канат скважинного трактора, электрокабель или каротажный кабель для продвижения изделия мимо указанного инструмента.

11. Способ по п. 10, в котором:устанавливают изделие в гнездо для обеспечения увеличения давления на стенке насосно-компрессорной трубы в колонне, которая подает указанный инструмент;используют рост давления в проходе на изделии в гнезде в резервном способе обеспечения закрепления в нужном положении указанного инструмента.

12. Способ по п. 11, в котором:используют для изделия по меньшей мере одно из следующего: сбрасываемый стержень, пробку, шар, штангу и дротик.

13. Способ по п. 12, в котором:выполняют изделие с возможностью функционирования, не зависящего от ориентации.

14. Способ по п. 11, в котором:деформируют стенку колонны насосно-компрессорных труб для закрепления инструмента в нужном месте.

15. Способ по п. 14, в котором:осуществляют обнаружение деформирования с помощью датчика.

16. Способ по п. 15, в котором:используют гидростатическое давление в кольцевом пространстве для перемещения по меньшей мере одного поршня для закрепления инструмента в нужном месте.

17. Способ по п. 16, в котором:используют несколько составленных поршней, работающих преодолевая сопротивление резервуаров низкого давления, для перемещения по меньшей мере одного из уплотнения и трубного клина в упор к окружающему трубному изделию.

18. Способ по п. 9, в котором:выполняют указанные поля в виде магнитных полей, отличающихся друг от друга.

19. Способ по п. 9, в котором:выполняют второе энергетическое поле в виде магнитного поля;используют обнаружение второго магнитного поля для преодоления блокировки на указанном инструменте, предотвращающей закрепление инструмента в нужном месте.

20. Способ по п. 19, в котором:используют блокировку для блокирования по меньшей мере одного поршня с мандрелью указанного инструмента.

21. Способ по п. 20, в котором:используют несколько составленных поршней, работающих преодолевая сопротивление резервуаров низкого давления, для перемещения по меньшей мере одного из уплотнения и трубного клина в упор к окружающему трубному изделию.

22. Способ по п. 21, в котором:преодолевают сопротивление блокировки с помощью открытия клапана;обеспечивают открытие клапана для создания давления на блокирующую втулку;обеспечивают высвобождение устройства удержания указанного множества составленных поршней на мандрели инструмента от мандрели при перемещении блокирующей втулки указанным давлением.

23. Способ по п. 22, в котором:запускают химическую реакцию вырабатывания газа с помощью открытия указанного клапана.

24. Способ по п. 20, в котором:используют гидростатическое давление, окружающее указанный инструмент, для перемещения поршня.

25. Способ по п. 24, в котором:устанавливают по меньшей мере одно из уплотнения и трубного клина в упор к окружающему трубному изделию с перемещением поршня.

26. Способ по п. 20, в котором:используют силу накопленной потенциальной энергии, действующую на указанный инструмент, для перемещения поршня.

27. Способ по п. 9, в котором:обнаруживают одно из указанных полей по меньшей мере одним датчиком, установленным на инструменте или закрепляющем устройстве.

28. Способ по п. 27, в котором:спускают в скважину указанный инструмент как часть трубной колонны.

29. Способ по п. 27, в котором:изготавливают корпус инструмента, где установлен указанный датчик, из немагнитного материала.

30. Способ по п. 28, в котором:устанавливают датчик по меньшей мере в одном пазу, расположенном на трубной колонне.

31. Способ закрепления в нужном положении инструмента на месте работы в геологической среде подземном пласте, в котором:обеспечивают закрепляющее устройство для инструмента на трубном корпусе, выполненном без отверстий в стенке, для отделения текучей среды в трубном корпусе от текучей среды в кольцевом пространстве, окружающем трубный корпус;спускают инструмент на заданное место работы в подземном пласте в автоматическом режиме для закрепляющего устройства для закрепления инструмента в нужном месте по истечении заданного времени;отключают вручную указанный автоматический режим работы закрепляющего устройства до истечения заданного времени в случае проблем, мешающих достижению места работы в подземном пласте с обеспечением автоматического режима;вручную повторно обеспечивают работу в автоматическом режиме для последующего закрепления закрепляющим устройством при достижении заданного места работы инструмента в подземном пласте или при достижении заданного места работы инструмента в подземном пласте приводят в действие указанное закрепляющее устройство по сигналу без указанного автоматического режима работы.