Способ и устройство для генерирования импульсов в столбе флюида в скважине

Способ и устройство для генерирования импульсов в столбе флюида в скважине

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное описание, в целом, относится к способам и устройствам для генерирования импульсов в столбе флюида в скважине, которые можно использовать для телеметрической связи между позицией на поверхности скважины и забойными датчиками

[0002] Буровой раствор, закачиваемый вниз по колонне бурильных труб для смазки бурового долота и удаления осколков, обычно называют буровой "грязью". Использование импульсов в столбе бурового раствора обычно называют ʺтелеметрией по гидроимпульсному каналу связиʺ. Для генерирования таких импульсов в столбе флюида, используются многочисленные системы генерации гидравлических импульсов. Для генерирования гидравлических импульсов, такие системы содержат различные виды клапанных механизмов. Например, ʺтарельчатыйʺ клапан может иметь клапанный элемент, совершающий линейное возвратно-поступательное движение, чтобы открывать или закрывать канал для прохода флюида. В то время как вращающийся клапан может иметь ротор, который поворачивает его для выборочного регулирования потока в проход для флюида. Вращающийся клапан может поворачиваться либо возвратно-поступательно, чтобы относительно открывать и закрывать проход флюиду для генерации импульсов, либо непрерывно, когда скорость ротора может изменяться для создания импульсов с однократно выбранной частотой для выполнения заданного протокола передачи данных. Каждая из этих систем обладает различными особенностями и характеристиками.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0003] Фигура 1 иллюстрирует схематическое представление типичного бурового снаряда внутри ствола скважины, где буровой снаряд содержит генератор гидравлических импульсов в соответствии с настоящим изобретением.

[0004] Фигуры 2A-C иллюстрируют типичные структуры, применяемые в генерировании гидравлических импульсов; при этом Фигура 2A схематически иллюстрирует типичный клапанный узел в ʺоткрытойʺ позиции, а Фигура 2B схематически иллюстрирует типичный клапанный узел Фигуры 2A в ʺзакрытойʺ позиции; тогда как Фигура 2C иллюстрирует типичный вариант реализации изобретения генератора гидравлических импульсов, содержащего типичный клапанный узел, проиллюстрированный частично в вертикальном разрезе.

[0005] Фигуры 3A-B более подробно иллюстрируют клапанный узел типичного генератора гидравлических импульсов с Фигуры 2C, проиллюстрированный в вертикальном разрезе на Фигуре 3A и в поперечном сечении на Фигуре 3B.

[0006] Фигура 4 иллюстрирует вертикальный разрез клапанного узла генератора гидравлических импульсов в альтернативном варианте реализации изобретения.

[0007] Фигура 5 иллюстрирует вертикальный разрез клапанного узла генератора гидравлических импульсов в еще одном альтернативном варианте реализации изобретения.

[0008] Фигура 6 иллюстрирует в вертикальном разрезе альтернативную конфигурацию, предназначенную для использования с генератором гидравлических импульсов, таким как проиллюстрированный на Фигуре 2C.

[0009] Фигура 7 иллюстрирует в вертикальном разрезе другую альтернативную конфигурацию, предназначенную для использования с генератором гидравлических импульсов, таким как проиллюстрированный на Фигуре 2C.

[0010] Фигура 8 иллюстрирует блок-схему типичной электронной секции, пригодной к использованию в генераторе гидравлических импульсов, проиллюстрированном на Фигуре 2C.

[0011] Фигура 9 иллюстрирует блок-схему типичного способа использования клапанного узла генератора гидравлических импульсов любого типа, описанного в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] В настоящем описании представлены новые способы и устройства для генерирования гидроимпульсных сигналов телеметрии, в которых линейно перемещающийся элемент клапана, такой как поршень, движется внутри поршневой камеры, сформированной по меньшей мере частично поверхностью, для выборочного блокирования потока флюида и, следовательно, управления скоростью потока флюида через отверстия в этой поверхности. Отверстие(я) в поверхности могут представлять собой или быть сформированными соответствующим пересечением одного или более канала(ов) потока флюида с поршневой камерой. В некоторых типичных вариантах реализации изобретения, канал потока флюида будет проходить вокруг части поршневой камеры, пересекая ее нижнюю часть. В некоторых типичных вариантах реализации изобретения, поршень будет двигаться вдоль линейной оси, и канал потока флюида будет пересекать поверхность поршневой камеры под углом относительно этой линейной оси движения.

[0013] Линейно перемещающийся элемент клапана может полностью или по меньшей мере частично блокировать поток в или из канала потока флюида, когда он находится в первой позиции (т. е., блокировать или по меньшей мере уменьшать поток по сравнению со второй позицией) и пропускать и/или увеличивать поток в или из канала потока флюида, когда перемещается из первой позиции во вторую. Это описание не предназначено для ограничения линейно перемещающегося элемента клапана наличием для него двух позиций или только дискретных позиций. Скорее, по меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения, линейное перемещение элемента клапана может варьироваться по серии позиций для выборочного блокирования флюидных каналов и, таким образом, изменять поток флюида на величину, которая изменяется в зависимости от позиции линейно перемещающегося элемента клапана и соответствующего блокирования канала потока флюида.

[0014] В некоторых вариантах реализации изобретения, движущийся элемент клапана будет включать блокирующий элемент, выполненный с возможностью пропускать или блокировать заданным образом поток через один или более каналов потока флюида. В некоторых вариантах реализации изобретения, блокирующий элемент клапана будет, в общем случае, открывать или закрывать флюидный канал, расположенный радиально относительно оси линейного перемещения элемента клапана. В некоторых вариантах реализации изобретения, поршневая камера будет содержать зону с поверхностями, ограничивающими, в общем случае, однородную полость для выбранного расстояния, и клапан будет содержать один или более флюидных каналов, которые заходят в отверстие(я) в этой поверхности, и блокирующий элемент будет линейно перемещаться внутри полости для пропуска или блокирования потока флюида через отверстия.

[0015] В представленном далее подробном описании изобретения рассмотрены типичные варианты реализации изобретения нового генератора гидравлических импульсов и связанных с ним способов со ссылкой на прилагаемые графические материалы, иллюстрирующие различные детали примеров практической реализации изобретения. В данном описании представлены различные примеры новых способов, систем и устройств со ссылкой на указанные графические материалы, и содержится информация относительно проиллюстрированных вариантов реализации изобретения, достаточно подробная, чтобы специалисты в данной области техники могли осуществить раскрытый предмет изобретения. Для практического применения данной технологии, могут использоваться многие варианты реализации изобретения, отличающиеся от иллюстративных примеров, описанных в данном документе. Без выхода за пределы объема этого изобретения, может быть сделано множество конструктивных и операционных изменений в дополнение к альтернативам, отдельно описанным в данном документе.

[0016] В настоящем описании ссылки на «один из вариантов» или «вариант» либо «один из примеров» или «пример» не обязательно относятся к единственному варианту или примеру реализации; однако указанные варианты реализации не являются также взаимоисключающими, если это явно не указано или не очевидно для рядовых специалистов в данной области техники, использующих настоящее описание изобретения. Следовательно, может быть включено множество комбинаций и/или объединений вариантов реализации изобретения и примеров, описанных в данном документе, также как дополнительные варианты реализации и примеры, как определено в объеме всех пунктов формулы изобретения, основанной на данном описании, а также всех юридических эквивалентах таких пунктов.

[0017] Как описано в данном документе, генератор гидравлических импульсов должен использоваться для генерирования импульсов в столбе флюида в забойной зоне скважины для упрощения ʺгидроимпульсной телеметрииʺ. Этот термин охватывает связь через импульсы в столбе флюида, представляющего собой жидкость любого типа для обслуживания скважины (или добываемую жидкость), которая может находиться в скважине. Один из примеров такого использования представляет собой помещение генератора гидравлических импульсов в колонну бурильных труб вместе с приборами для измерений во время бурения (ИВБ) (или каротажа во время бурения (КВБ)) для передачи данных от приборов ИВБ/КВБ вверх и на поверхность через столб флюида, протекающего вниз через колонну бурильных труб с выходом через буровое долото. Импульсы будут регистрироваться и декодироваться на поверхности, таким образом передавая данные от приборов или других датчиков в компоновке низа бурильной колонны или в любых других местах бурильной колонны. Описанный типичный генератор гидравлических импульсов относительно открывает и закрывает флюидные каналы для создания в столбе флюида импульсов выбранной продолжительности и последовательности, которые могут регистрироваться на поверхности. В других предусмотренных системах, описанный генератор гидравлических импульсов может быть помещен вблизи поверхности, для создания нисходящего канала импульсной связи с подземными приборами.

[0018] На Фигуре 1 схематически проиллюстрирована типичная система для наклонно-направленного бурения 100, скомпонованная для формирования стволов скважин, проходящих по множеству возможных траекторий, включая отклоняющиеся от вертикали. В соответствии с данным изобретением, система для наклонно-направленного бурения 100 содержит наземную буровую установку 112, к которой присоединена колонна бурильных труб, в целом обозначенная номером 104, с Компоновкой Низа Бурильной Колонны, в целом обозначенным номером 144 (здесь и далее - КНБК). Настоящее изобретение не ограничено наземными буровыми установками, и типичные системы по данному изобретению могут также быть применены в буровых системах на морских платформах, полупогружных буровых платформах, буровых судах и в любой другой буровой системе, позволяющей формировать ствол скважины, проходящий через одну или более подземных формаций. Буровая установка 112 и связанная с ней поверхностная система управления и обработки данных 140 могут быть расположены вблизи от устья скважины 110 на поверхности земли. Буровая установка 112 может также содержать поворотный стол и двигатель привода поворотного стола (конкретно не проиллюстрирован) и другое оборудование, связанное с вращением или другим движением бурильной колонны 104 в стволе 116 скважины. Другие компоненты для бурения и/или управления скважиной, такие как противовыбросовые превенторы (явно не проиллюстрированы), могут также находиться вблизи от устья скважины 110. Между наружной стороной бурильной колонны 104 и поверхностью породы, ограничивающей ствол скважины 116, образовано кольцевое пространство 118.

[0019] Для перекачивания бурового раствора, обозначенного в целом номером 128, из резервуара для флюида 126 к верхнему концу бурильной колонны 104, выходящей из устья скважины 110, следует установить один или более насосов. Возвратный буровой раствор, обломки пластовой и/или выбуренной породы с нижнего конца 132 ствола скважины 116 будет выходить через кольцевое пространство 118 по различным трубопроводам и/или другим устройствам в резервуар для флюида 126. Для формирования полной системы циркуляции флюида, можно использовать различные типы трубопроводов, трубок и/или труб.

[0020] КНБК 106 на нижнем конце бурильной колонны 104 завершается в буровом долоте 134. Буровое долото 134 содержит один или более каналов потока флюида с установленными в них соответствующими соплами. Из резервуара 126 к концу бурильной колонны 104, выходящему из устья скважины 110, можно перекачивать скважинные флюиды различных типов. Скважинный флюид(ы) протекает через осевую полость (явно не проиллюстрировано) в бурильной колонне 104 и выходит из сопел, сформированных в буровом долоте 134. В процессе бурения буровой раствор будет смешиваться с обломками выбуренной породы и осколками породы вблизи бурового долота 134. Затем буровой раствор будет перемещаться вверх через кольцевое пространство 118 для переноса выбуренной породы и обломков породы из скважины на поверхность. Для удаления выбуренной породы и других обломков породы перед возвратом бурового раствора в резервуар 126, обычно применяются сетки, фильтры и/или центробежные сепараторы различных типов (явно не проиллюстрированы).

[0021] Компоновка низа бурильной колонны (КНБК) 106 может содержать различные компоненты, например, один или более приборов для измерений во время бурения (ИВБ) или каротажа во время бурения (КВБ) 136, 148, которые предоставляют каротажные данные и другую информацию, которая подлежит передаче из нижней части ствола скважины 116 к аппаратуре 108 на поверхности. В этой типичной колонне, КНБК 106 содержит генератор гидравлических импульсов 144 для обеспечения телеметрии по гидроимпульсному каналу связи таких данных и/или другой информации через столб флюида внутри бурильной колонны, к месту расположения приемника на поверхности, например, вблизи от устья скважины 110. Генератор гидравлических импульсов 144 должен быть сконструирован в соответствии с типичным устройством, проиллюстрированном на Фигуре 2, и/или с другими описанными в данном документе вариантами реализации изобретения, приведенными в качестве примера. В месте расположения приемника на поверхности, импульсы давления в столбе флюида должны регистрироваться и преобразовываться в электрические сигналы для передачи наземной аппаратуре и, потенциально, оттуда в другие места.

[0022] Каротажные данные и/или другая информация, переданная наземному приемнику, затем может быть передана системе обработки данных 140. Система обработки данных 140 может содержать множество аппаратных устройств, программных средств и их комбинаций, включая, например, один или более программируемых процессоров, выполненных с возможностью исполнять инструкции по и получать данные из и вводить данные в память, для выполнения одной или более функций, приданных системе обработки данных 140 в данном изобретении. Каждый из процессоров, применяемых для исполнения функций системы обработки данных 140, может содержать один или более процессоров, таких как один или более микропроцессоров, цифровых сигнальных процессоров (DSP), специализированные заказные интегральные схемы (ASIC), программируемые пользователем логические матрицы (FPGA), программируемые логические схемы и т. п., либо отдельно, либо в любой подходящей комбинации.

[0023] В некоторых применениях, система обработки данных может иметь связанные с ней принтер, дисплей и/или дополнительные устройства для упрощения мониторинга бурильных и каротажных операций. Во многих применениях, выходная информация из системы обработки данных будет передаваться различным компонентам, связанным с действующей буровой установкой 112, и может также передаваться различным удаленным устройствам, осуществляющим мониторинг результативности операций, выполняемых системой для наклонно-направленного бурения 100.

[0024] На Фигуре 2A схематически проиллюстрирован типичный клапанный механизм 150, проиллюстрированный в упрощенной форме, чтобы показать движение и функцию механизма закрытия клапана. Механизм 150 содержит переходник 152 с отверстиями внутри корпуса 154. В этой типичной конфигурации, переходник с отверстиями 152 в комбинации с корпусом 154 формирует множество каналов потока флюида, включающее каналы 156. Во многих примерах, каналы 156 находятся в гидравлической связи с содержащей флюид кольцевой зоной (не проиллюстрирован на этой фигуре) над клапанным механизмом внутри корпуса 154, через которую закачиваются скважинные флюиды. Каналы потока флюида дополнительно содержат радиальные каналы 158, каждый из которых связан с каналами 156 и проходит до пересечения с центральной полстью 162, через которую будет протекать флюид. Центральная полость 162 представляет собой нижнюю часть камеры, обозначенную, в целом, номером 174, содержащую продольно движущийся элемент клапана, в данном случае, имеющий форму поршня 164, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения под воздействием приводного механизма 170. Каждый проходящий радиально канал 158 заканчивается отверстием 160 в поверхности 176, ограничивающей центральную полость 162 поршневой камеры 174. Каналы потока флюида должны быть такого размера, чтобы пропускать предполагаемые частицы, которые могут быть взвешены в буровом растворе, такие как различные виды ʺматериалов для борьбы с поглощением бурового раствораʺ, которые могут вводиться в флюид для предупреждения поглощения флюида пластом, через который проходит ствол скважины.

[0025] В проиллюстрированном примере, приводной механизм 170 может быть любым из множества механизмов, таких как механические, электрические, гидравлические механизмы и т. п., и поэтому он проиллюстрирован на фигуре в общем виде. Как будет описано ниже в данном документе, считается, что электрические механизмы хорошо подходят для использования в качестве приводных механизмов, и ниже в данном документе обсуждаются типичные альтернативы электромагнитным приводным механизмам.

[0026] В данном примере, поршень 164 имеет радиально увеличенный запирающий элемент, обозначенный, в целом, номером 166. Запирающий элемент 166 имеет радиально выступающую наружную поверхность 168. Поршень 164 является линейно перемещающимся между по меньшей мере первой и второй позициями вдоль продольной оси движения 172, и может перемещаться относительно одной или более дополнительных позиций между первой и второй позициями или к одной стороне любой из этих первой и второй позиций. На Фигуре 2A, поршень 164 находится в относительно втянутом положении, в котором клапанный узел "открыт", поскольку наружная поверхность 168 запирающего элемента 166 находится выше в продольном направлении (или ʺвыше по стволу скважиныʺ) отверстий 160, и, таким образом, отверстия 160 не закрыты, чтобы обеспечить свободное протекание флюида из каналов 156 через каналы 158 и связанные с ними отверстия 160 в центральную полость 162 поршневой камеры.

[0027] На Фигуре 2B проиллюстрирован поршень 164 во второй позиции по продольной оси, в которой поршень 164 относительно выдвинут, и клапанный механизм 150 ʺзакрытʺ в результате того, что радиально выступающая поверхность 168 запирающего элемента 166 продольно примыкает к отверстиям 160, относительно ограничивая или блокируя поток флюида из каналов 158 в центральную полость 162. Для генерирования гидравлических импульсов не требуется полная блокировка или "закупорка" отверстий 160. В данном примере, запирающий элемент 166 имеет отверстия внутри периметра, образованного наружной поверхностью 168, чтобы уменьшить сопротивление возвратно-поступательному движению запирающего элемента 166 через флюиды; и поверхности запирающего элемента 166 могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы минимизировать это сопротивление. В данном примере, поршень 164 движется линейно относительно потока, протекающего радиально внутрь, под углом относительно оси движения 172. Таким образом, в данной типичной конфигурации, клапанный механизм 150 работает, в первую очередь, на сдвиг по отношению к протекающему флюиду, и движению поршня 164 не приходится преодолевать вес столба флюида над клапанным механизмом при любом направлении возвратно-поступательного движения.

[0028] На Фигуре 2C проиллюстрирован типичный генератор гидравлических импульсов 200, изображенный частично в продольном сечении. В генераторе гидравлических импульсов 200 будет использоваться клапанный узел, который действует, в общем случае, в соответствии с описанным выше схематическим примером (который может быть внедрен во множестве конфигураций, включая, но не ограничиваясь типичными конфигурациями, описанными в данном документе). В данном примере, генератор гидравлических импульсов 200 содержит узел корпуса 202, который в данном примере содержит наружный корпус 204, имеющий муфтовые замковые соединения 206, 207, соответственно, на верхнем и нижнем концах, так же как центральную вставку 206 и вставку выходной полости 208, как будет описано ниже в данном документе со ссылкой на Фигуру 3A.

[0029] Генератор гидравлических импульсов 200 содержит три первичных узла, которые будут обсуждаться ниже: источник питания для функционирования устройства (в данном примере, узел генератора, обозначенный в целом номером 210); секцию электроники 226 и клапанный узел 230. Узел генератора 210 содержит секцию генератора, обозначенную в целом номером 212, которая содержит статор и ротор (конкретно не проиллюстрированы), скомбинированные с возможностью генерировать электрический ток для использования генератором гидравлических импульсов 200 в результате вращения ротора относительно статора. Узел генератора 212 также содержит, в данном примере, многоступенчатую подвижную плавающую шестерню 214, содержащую множество лопаток, выполненных с возможностью направлять течение флюида вниз в кольцевом пространстве 216, окружающем узел генератора 210 внутри наружного корпуса 204, и входящую в зацепление с генератором 212. Плавающая шестерня 214 функционально связана с ротором генератора 212, чтобы вращать его для генерирования электрического тока. На верхнем конце, узел генератора 210 содержит сходящий на конус торец 222, чтобы направлять поток флюида в кольцевое пространство 216, где флюид будет воздействовать на лопатки первой и второй ступеней, 228A, 228B, соответственно. В некоторых системах, сходящий на конус торец 222 или другой компонент на его месте может быть выполнен с возможностью упрощать соединения с другими приборами, такие как любое одно или более из электрических, оптических, гидравлических, пневматических и/или механических соединений (как описано в данном документе со ссылкой на Фигуру 6). В данном примере, центратор 224 установлен между плавающей шестерней 214 и генератором 212, чтобы удерживать узел генератора 210 центрированным внутри наружного корпуса 204, в результате этого, он формирует часть кольцевого пространства 216, окружающего узел генератора 210 внутри наружного корпуса 204.

[0030] В данном примере, генератор гидравлических импульсов 200 содержит электронную секцию 226 на нижней стороне узла генератора 210 и функционально связан с ней. Как и в предыдущем случае, центратор 232 расположен между узлом генератора 210 и электронной секцией 226. Поскольку между генератором и электронной секцией протекает электрический ток, между этими узлами должно быть установлено герметическое уплотнение 234. В проиллюстрированном примере, уплотнение находится внутри центратора 232, но альтернативно оно может быть расположено либо в узле генератора 210, либо в электронной секции 226 или в другом находящемся между ними компоненте.

[0031] Обычно электронная секция 226 имеет герметичный корпус 236, чтобы изолировать содержащиеся в ней схемы и компоненты от внешней среды. В данном примере, электронная секция 226 содержит оба компонента - и устройство для хранения электроэнергии, принимающее электрический ток, произведенный узлом генератора 210, и управляющую схему для работы генератора гидравлических импульсов 200.

[0032] На Фигуре 8 представлена блок-схема типичной электронной секции 226, подходящей для использования в качестве компонента генератора гидравлических импульсов 200. Как проиллюстрировано на этой фигуре, электронная секция 226 содержит устройство для хранения электроэнергии 802, в данном примере, соединенное с входом 804 для приема электрического тока от узла генератора 210. Устройство для хранения электроэнергии 802 может быть любого известного типа, соответствующего требованиям остальных систем генератора гидравлических импульсов 200, таким как аккумулятор или конденсатор. Электронная секция 226 содержит также регулятор питания 806, функционально связанный с устройством для хранения электроэнергии 802. Регулятор питания 806 обычно предназначен для выполнения ряда функций, включая регулирование напряжения и/или тока, поставляемого другим компонентам. Часто это регулирование питания должно включать различные типы фильтрации электрического сигнала, для устранения шума или других аномалий. Хотя регулятор питания 806 проиллюстрирован установленным в цепи после устройства для хранения электроэнергии 802, многие функции регулятора могут выполняться до подключения электрического сигнала от генератора 212 в устройство для хранения электроэнергии 802, и, следовательно, ток от генератора 212 может подключаться к регулятору питания 806 вместо устройства для хранения электроэнергии 802. В таких конфигурациях, регулятор питания 806 может также содержать подходящую функциональность управления аккумулятором/устройством для хранения.

[0033] Электрический ток, либо от регулятора питания 806, либо от устройства для хранения электроэнергии 802, будет передаваться другим электрическим компонентам системы. В описанном примере, в число этих компонентов входит модуль 808 обработки сигнала передачи данных/кодирования, обеспечивающий функциональность, как описано ниже в данном документе со ссылкой на Фигуру 6, для получения одного или более сигналов передачи данных через один или более входов, обозначенных номером 810, и для подготовки такого сигнала(ов) к передаче с помощью серии гидравлических импульсов. После того как часть потока данных будет готова к передаче, поток данных будет передан контроллеру клапана 812, чтобы обеспечить подходящие управляющие сигналы для клапанного узла 230.

[0034] В некоторых типичных системах, на входе 814 принимаются один или более сигналов обратной связи, которые используются для оптимизации параметров генератора гидравлических импульсов 200, например, путем подстройки функционирования контроллера клапана 812. Такой сигнал обратной связи может поступать из множества потенциальных источников. Например, в буровом снаряде, содержащем генератор гидравлических импульсов 200, один или более датчиков могут быть расположены относительно выше по стволу скважины, где они могут воспринимать сгенерированные импульсы или другие факторы в стволе скважины, чтобы создавать подходящий сигнал обратной связи. Такой сигнал обратной связи может быть проанализирован в контроллере клапана 812 для подстройки функционирования клапана. Например, если анализ сигнала обратной связи показал, что порог чувствительности идентификации импульса или разрешающая способность ниже заданных, может быть активирован контроллер клапана 812 для подстройки работы клапана, например, путем подачи команды клапану уменьшить скорость передачи (и, возможно, увеличить продолжительность импульса) и/или увеличить амплитуду импульса. В некоторых ситуациях, контроллер клапана 812 может определить, что другой протокол обмена данными будет более подходящим для существующих забойных условиях и может передать модулю 808 обработки сигнала передачи данных/кодирования (как показано номером 818) команду произвести такую замену.

[0035] Другие источники сигналов обратной связи тоже предусмотрены. Например, сигнал обратной связи может быть получен от приемника импульсов, находящегося вблизи от устья скважины, и передан в забой с помощью любого подходящего средства, такого как гидроимпульсный нисходящий канал связи, сигналопроводящая труба или канал связи, имеющий некоторую часть, которая представляет собой беспроводной тракт. Кроме того, дополнительно к датчикам, воспринимающим гидравлические импульсы, могут быть использованы другие типы датчиков, такие как акустические датчики, воспринимающие шум в стволе скважины, вибрацию или другие датчики движения (например, акселерометры), воспринимающие движение, связанное с буровым снарядом, и т. п.

[0036] Для обеспечения описанной функциональности, электронная секция 226 обычно содержит один или более ресурсов для обработки информации, таких как программируемый процессор или контроллер, и в случае, когда используется программируемое устройство, может также содержать оперативное запоминающее устройство (RAM), аппаратную или программную логическую схему управления, другие накопители для хранения данных и/или рабочих инструкций, постоянное запоминающее устройство (ROM) и/или энергонезависимое запоминающее устройство других типов. Применительно к целям данного изобретения, все такие запоминающие устройства, будь то энергозависимые или энергонезависимые устройства и диски хранения, рассматриваются как энергонезависимые запоминающие устройства. Кроме того, электронная секция 226 содержит подходящие интерфейсные схемы 820 для передачи и получения данных от датчиков, расположенных на поверхности и/или в забое, и может содержать один или более портов для связи с внешними устройствами, так же как любые дополнительные необходимые устройства ввода-вывода (I/O).

[0037] В одном примере, электронная секция 226 содержит хранящиеся в памяти запрограммированные команды, которые при их выполнении осуществляют описанные операции управления. Хотя описанные функциональные возможности электронной системы описаны и проиллюстрированы на Фигуре 8 по отдельности, такая иллюстрация сделана для ясности описания, любая из этих функциональных возможностей или все они могут быть реализованы, при необходимости, единственным процессором или контроллером.

[0038] Возвращаясь к Фигуре 2C, можно видеть, что в описанном примере электронная секция 226 соединена с клапанным узлом 230 с помощью соединительного узла 238, расположенного между этими двумя блоками. Как и в предыдущем случае, следует обеспечить между этими двумя блоками герметическое уплотнение 240, чтобы изолировать электрическое соединение между двумя компонентами. Хотя в проиллюстрированном примере узел генератора 210 и электронная секция 226 проиллюстрированы как расположенные по стволу скважины выше клапанного узла 230, вместо этого данные компоненты могут быть расположены ниже клапанного узла 230 по стволу скважины. В других примерах, структура и функциональность электронной секции 226 могут быть обеспечены двумя или более отдельными узлами внутри генератора гидравлических импульсов, такой пример обсуждается в данном документе ниже, со ссылкой на Фигуру 7.

[0039] Теперь обратимся к Фигурам 3A-B; на Фигуре 3A клапанный узел 230 проиллюстрирован более подробно, и частично в продольном разрезе, тогда как Фигура 3B иллюстрирует поперечное сечение клапанного узла 230 через запирающий элемент 254. Как можно видеть на Фигуре 3A, в этой зоне узел корпуса 202 содержит не только наружный корпус 204, но и центральную вставку 206 и вставку выходной полости 208. Центральная вставка 206 герметично окружает внутреннюю полость наружного корпуса 204. В относительно верхней части, центральная вставка 206 содержит множество шлицов вокруг наружной поверхности, проходящих обычно к внутреннему диаметру наружного корпуса 204 для образования каналов 242A, 242B, связанных с кольцевым пространством 216 над ними. В относительно нижней части, центральная вставка содержит множество, в общем случае, радиально проходящих каналов 244A, 244B, соединяющих каналы 242A, 242B, образованных упомянутыми шлицами внутри наружного корпуса 204. В данной типичной конфигурации, каждый канал 244A, 244B заканчивается на соответствующем отверстии, каждое из которых обозначено номером 248, ведущем в центральную полость 240 в центральной вставке 206. Каналы 244A, 244B должны, предпочтительно, проходить под некоторым углом относительно центральной полости 240. Хотя этот угол может быть любым, который потребуется, во многих примерах внутренний угол между каждым каналом 244A, 244B и продольной осью центральной полости 240 должен быть меньше 90 градусов, чтобы минимизировать препятствия потоку флюида, и во многих примерах он будет меньше, чем около 45 градусов, как в проиллюстрированном примере.

[0040] Клапанный узел 230 содержит элемент клапана, выполненный с возможностью линейного возвратно-поступательного движения внутри клапанного узла 230, который обозначен как поршень 250. В описанном примере, поршень 250 состоит по меньшей мере из двух частей: приводного элемента 252 и запирающего элемента 254, соединенного с приводным элементом 252 для совместного движения, так что возвратно-поступательное движение приводного элемента 252 вынуждает запирающий элемент 254 перемещаться между одной или более позициями относительно положения напротив отверстий 248, чтобы относительно закрывать проход флюиду в центральную полость 240, и между одной или более позициями, относительно не соответствующими положению напротив отверстий 248, для относительного открытия прохода флюиду в центральную полость 240. Запирающий элемент 254 может быть исполнен во многих возможных конфигурациях, которые будут ограничивать поток флюида между отверстиями 248 и центральной полостью 240, когда элемент находится в первой позиции, и будут позволять такое сообщение флюида, когда элемент находится во второй позиции. В описанном примере, запирающий элемент содержит наружное кольцо 270, которое поддерживается множеством спиц 272, связанных с центральной втулкой 274. Центральная втулка 274 обеспечивает соединение запирающего элемента 254 с приводным элементом 252. Хотя запирающий элемент 254 был описан как структура, отдельная от приводного элемента 252, в других примерах оба элемента могут быть выполнены как единый компонент.

[0041] В проиллюстрированном примере, флюид будет протекать в центральную полость 240 из каналов 244A, 244B. Тем не менее, возможны конфигурации, которые будут пропускать поток в обратном направлении, как в случае, если бы описанные компоненты были полностью противоположной ориентации. Тем не менее, описанная конфигурация желательна, поскольку она избавляет поршень 250 от давления, оказываемого столбом флюида в буровом снаряде, и дает возможность запирающему элементу открывать и закрывать каналы для прохода флюида, при этом работая, по существу, на сдвиг относительно протекающего флюида. Помещение поршня 250 для движения вне столба флюида дает возможность облегчить движение в обоих направлениях, поскольку приводному механизму не требуется преодолевать вес и давление столба флюида при движении в любом направлении. Примеры такой конфигурации обеспечивают значительное преимущество перед клапанами с подвижным конструктивным элементом, которые подвергается воздействию столба флюида сверху (как в случае традиционных тарельчатых клапанов), и которому при движении в одном из двух направлений приходится преодолевать вес и давление столба.

[0042] В проиллюстрированном примере, наружное кольцо 270 запирающего элемента 254 имеет цилиндрический контур с центральной частью 276, обычно имеющей цилиндрический профиль, который обеспечивает ʺуплотняющуюʺ поверхность. Запирающий элемент 254 имеет такой размер, что центральная часть 276 обеспечивает относительно малый допуск внутри центральной полости 256, чтобы по существу блокировать поток флюида между отверстиями 248 и центральной полостью 240. Следует понимать, что для генерирования гидравлических импульсов, в полном закрытии (т. е., полной ʺблокировкеʺ) каналов потока флюида нет необходимости. Фактически, в некоторых примерах, запирающий элемент 254 может быть выполнен с возможностью оставлять ʺоткрытымʺ (т. е., не заблокированным) одно или более отверстий 248 даже в случаях, когда он находится в относительно ʺзакрытойʺ позиции, так, чтобы всегда пропускать некоторую часть потока флюида; или некоторая часть потока флюида может пропускаться, поскольку размеры запирающего элемент