ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, РАБОТАЮЩАЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ, ПРИМЕНЯЕМАЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИНЫ
TELEMETRY SYSTEM OPERATING IN REAL TIME, APPLIED UNDER WELL CONSTRUCTION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001]
Настоящее изобретение относится к операциям, выполняемым в стволе скважины, и, в частности, к телеметрическим устройствам на основе текучей среды, применяемым в операциях, выполняемых в стволе скважины, для выборочного генерирования импульсов давления текучей среды.
[0002]
В нефтегазовой отрасли бурение ствола скважины, подготовка пробуренного ствола скважины к добыче, а также последующие геолого-технические операции, осуществляемые в завершенном стволе скважины, предполагают применение широкого спектра различного специализированного оборудования. Например, пробуренный ствол скважины часто крепят скважинной крепежной трубой, называемой «обсадной трубой», которая выполняет ряд функций, в том числе герметизирует ствол скважины и предотвращает обрушение пробуренных пластов горных пород, через которые проходит ствол скважины. Как правило, обсадная труба содержит трубчатые секции трубопровода, которые соединены друг с другом встык для формирования обсадной колонны. Ряд концентрических обсадных колонн может проходить от устья скважины до требуемой глубины в стволе скважины. Короткая колонна обсадных труб представляет собой вид обсадной трубы, которая содержит трубчатые секции трубопровода, которые соединены впритык, но не проходят обратно к устью скважины. Напротив, короткая колонна обсадных труб прикреплена и иным образом прочно присоединена к самым нижним секциям обсадной трубы в стволе скважины.
[0003]
После того, как обсадная труба или короткая колонна обсадных труб надлежащим образом размещена внутри ствола скважины, как правило, прокачивают цементный раствор в трубу и обратно из ствола скважины через кольцевое пространство, образованное между трубой и стенками ствола скважины. Когда цемент затвердеет, скважинную обсадную трубу закрепляют внутри ствола скважины для длительной эксплуатации.
[0004]
Для спуска и установки обсадной трубы в ствол скважины применяют широкий спектр вспомогательного оборудования. Например, приборы для измерений во время бурения (MWD) иногда применяют для измерения различных параметров ствола скважины и направления обсадных колонн в целевые местоположения внутри скважины. Приборы для измерений во время бурения также способны осуществлять связь в режиме реального времени с поверхностью скважины, тем самым предоставляя оператору скважины обновляемые в режиме реального времени параметры ствола скважины, измеряемые в забое скважины, а также данные о текущем местоположении и ориентации обсадной колонны в стволе скважины. Некоторые приборы для измерений во время бурения осуществляют связь с поверхностью скважины с применением телеметрии по гидроимпульсному каналу связи, которая представляет собой генерирование импульсов давления текучей среды, которые передают на поверхность по столбу текучей среды в стволе скважины. Существуют системы для генерирования «отрицательных» и «положительных» импульсов давления текучей среды, которые могут быть распознаны и интерпретированы на поверхности скважины.
[0005]
При спуске обсадной трубы в ствол скважины прибор для выполнения измерений во время бурения часто располагают в зонде, устанавливаемом внутри обсадной трубы. Это приводит к неизбежному износу прибора для выполнения измерений во время бурения, в первую очередь из-за эрозии, когда текучая среда циркулирует вокруг и возле зонда внутри сквозного отверстия обсадной трубы. Поэтому стоимость эксплуатации оборудования для измерений во время бурения часто определяется требуемым расходом и типами текучих сред, циркулирующих в стволе скважины. Кроме того, поскольку сквозное отверстие обсадной трубы, по существу, перекрыт оборудованием и зондом для измерений во время бурения, это усложняет прохождение другого оборудования через сквозное отверстие. Например, приводные устройства, такие как шары для гидроразрыва («frac balls») или другое подобное скважинное оборудование обычно спускают в забой скважины для приведения в действие скользящей муфты или клапанов. Однако оборудование и зонд для выполнения измерений во время бурения могут представлять собой значительное препятствие для достижения скользящих муфт или клапанов, расположенных ниже оборудования для выполнения измерений во время бурения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006]
Нижеследующие фигуры включены для иллюстрации некоторых аспектов настоящего изобретения и их не следует рассматривать как ограничивающие варианты осуществления. В отношении раскрываемого объекта изобретения может быть предложено множество модификаций, изменений, комбинаций и эквивалентов по форме и функционированию без отступления от объема настоящего изобретения.
[0007]
На фиг. 1 представлена принципиальная схема скважинного узла, в котором могут быть применены принципы настоящего изобретения.
[0008]
На фиг. 2A и 2B представлены увеличенные виды сбоку приводимого в качестве примера телеметрического устройства по фиг. 1.
[0009]
На фиг. 3A и 3B представлены увеличенные виды сбоку поперечного сечения приводимого в качестве примера телеметрического устройства по фиг. 1, соответственно, в закрытом и открытом положениях.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0010]
Настоящее изобретение относится к операциям, выполняемым в стволе скважины, и, в частности, к телеметрическим устройствам на основе текучей среды, применяемым в операциях, выполняемых в стволе скважины, для выборочного генерирования импульсов давления текучей среды.
[0011]
В раскрытых в настоящем документе вариантах осуществления предложены устанавливаемые в стенку телеметрические устройства на основе текучей среды, также известные как импульсные устройства, которые способны контролировать развертывание системы труб ствола скважины, устраняя необходимость в последующем вырезании телеметрического устройства. Приводимые в качестве примера устанавливаемые в стенку телеметрические устройства могут быть размещены в пределах высаженной части, предусмотренной на трубчатой стенке ствола скважины, которая может включать обсадную или бурильную трубы. Благодаря этому, по окончании операции не нужно вырезать или высверливать телеметрические устройства, описанные в данном документе, что устраняет необходимость в вырезании или высверливании необычных материалов, например, аккумуляторов, которые могут питать телеметрические устройства.
[0012]
Телеметрические устройства, описанные в данном документе, также могут включать различные датчики и контрольно-измерительные приборы, выполненные с возможностью отслеживать несколько параметров ствола скважины, которые включают, но не ограничиваются ими, наклон и азимут системы труб ствола скважины, температуру и давление в окружающей скважину среде, а также глубину скважинных труб. Такие данные измерений могут быть переданы на поверхность телеметрическими устройствами в режиме реального времени с применением телеметрии по гидроимпульсному каналу связи. Предпочтительно, для устанавливаемых в стенку телеметрических устройств, описанных в данном документе, не требуется выходное отверстие в кольцевое пространство, образованное между скважинными трубами и стенкой ствола скважины. Напротив, приводимые в качестве примера телеметрические устройства выпускают текучую среду обратно в основное сквозное отверстие узла. Таким образом, отсутствуют потенциальные пути утечки, проходящие между с и кольцевым пространством, которые могут приводить к возникновению других утечек и проблем.
[0013]
На фиг. 1 показан вид с частичным поперечным разрезом скважинного узла 100, в котором могут быть применены принципы настоящего изобретения, соответствующего одному или большему количеству вариантов осуществления. Как показано на фигуре, скважинный узел 100 может быть расположен внутри ствола 102 скважины, который проходит сквозь один или большее количество подземных формаций 104. Скважинный узел 100 может включать множество трубчатых элементов 106 (два из них показаны в виде первого и второго трубчатых элементов, соответственно, 106а и 106b), выполненных с возможностью прохождения внутри ствола 102 скважины и соединены на концах друг с другом в соответствующих местах 108 соединения. Трубчатые элементы 106a, b могут образовывать или иным образом определять внутренний канал потока или сквозное отверстие 110, который способен принимать и передавать текучие среды через скважинный узел 100. В некоторых вариантах осуществления сквозное отверстие 110 проходит на поверхность скважины таким образом, что текучие среды, вводимые в сквозное отверстие 110 на поверхности, способны достигать скважинного узла 100.
[0014]
В показанном варианте осуществления трубчатые элементы 106 изображены в виде скважинных крепежных труб или трубопроводов, например, обсадных труб или короткой колонны обсадных труб. Соответственно, по меньшей мере в одном варианте осуществления множество трубчатых элементов 106 может содержать колонну обсадных труб, расположенных внутри ствола 102 скважины, а скважинный узел 100 может быть применен для выполнения операции заканчивания ствола скважины, например, цементирования трубчатых элементов 106a, b в пласте внутри ствола 102 скважины или выравнивания предварительно вырезаемого окна (не показано) по верхней стороне ствола 102 скважины. Как показано на фигуре, второй трубчатый элемент 106b может быть последним трубчатым элементом 106 в колонне обсадных труб, проходящей в ствол 102 скважины. Башмак 112 обсадных труб может быть соединен с дистальным концом второго трубчатого элемента 106b.
[0015]
Следует отметить, что, хотя скважинный узел 100 показан и в целом описан в этом документе применительно к трубчатым элементам 106, которые могут включать обсадную трубу или короткую колонну обсадных труб, принципы настоящего изобретения в равной степени применимы к скважинным узлам с другими типами скважинных труб или трубопроводов. В других вариантах осуществления, например, множество трубчатых элементов 106 может включать, но не ограничиваться ими, бурильную трубу и насосно-компрессорную колонну. Соответственно, по меньшей мере в одном варианте осуществления скважинный узел 100 может быть применен во время выполнения операции бурения, например, бурения ствола 102 скважины. В таких вариантах осуществления башмак 112 обсадных труб может быть заменен буровым долотом (не показано) или т. п. без отступления от объема настоящего изобретения.
[0016]
Скважинный узел 100 может дополнительно содержать телеметрическое устройство 114 на основе текучей среды, присоединенное или иным способом прикрепленное к стенке одного из трубчатых элементов 106a, b. В частности, телеметрическое устройство 114 на основе текучей среды (далее называемое «телеметрическое устройство 114») может быть расположено в пределах или внутри стенки второго трубчатого элемента 106b таким образом, что сквозное отверстие 110 второго трубчатого элемента 106b не перекрывается телеметрическим устройством 114. В показанном варианте осуществления телеметрическое устройство 114 изображено как расположенное в пределах или внутри высаженной части 116, образованной или иным способом созданной на стенке второго трубчатого элемента 106b. Высаженная часть 116 может формировать неотъемлемую часть стенки второго трубчатого элемента 106, а в других случаях может проходить от него радиально наружу и в кольцевое пространство 118, образованное между трубчатыми элементами 106 и стенкой 102 ствола скважины. Однако в других вариантах осуществления стенка второго трубчатого элемента 106b может иметь достаточную толщину для вмещения телеметрического устройства 114 без необходимости радиального расширения ее наружного диаметра.
[0017]
Телеметрическое устройство 114 могут применять для измерения одного или большего количества параметров ствола скважины внутри ствола 102 скважины и генерирования импульсов давления текучей среды для передачи данных, относящихся к измеренным параметрам ствола скважины, на поверхность скважины (не показана). В операции, приводимой в качестве примера, текучая среда 120 может циркулировать по скважинному узлу 100 и, в частности, в трубчатых элементах 106a, b и вблизи телеметрического устройства 114. Текучая среда 120 может выходить из трубчатых элементов 106а, b через башмак 112 обсадных труб и проходить обратно вверх по стволу скважины к поверхности через кольцевое пространство 118. В некоторых вариантах осуществления текучая среда 120 может представлять собой буровую текучую среду или «буровой раствор», применяемый для перемещения скважинного узла 100 в целевое местоположение в стволе 102 скважины. В других вариантах осуществления текучая среда 120 может представлять собой цементный раствор, применяемый для закрепления трубчатых элементов 106a, b внутри ствола 102 скважины, когда будет достигнуто целевое местоположение внутри ствола 102 скважины.
[0018]
Телеметрическое устройство 114 может быть выполнено с возможностью постоянного или периодического контроля различных параметров ствола скважины, например, глубины, азимута, угла наклона и положения отклонителя скважинного узла 100. С помощью телеметрии по гидроимпульсному каналу связи телеметрическое устройство 114 может быть выполнено с дополнительной возможностью передачи измеряемых параметров ствола скважины в режиме реального времени на поверхность скважины для их анализа оператором скважины. Обычные устанавливаемые в стенку импульсаторы обычно выпускают текучие среды в кольцевое пространство 118, при этом возникает путь потока в кольцевом пространстве 118 и, таким образом, возникает потенциальный путь утечки в сквозном отверстии 110. В некоторых случаях такие пути потока в кольцевом пространстве 118 в обычных устанавливаемых в стенку импульсаторов засоряются отфильтрованным материалом или другими твердыми частицами, поступающими из ствола 102 скважины, вследствие чего нарушается функционирование таких устанавливаемых в стенку импульсаторов. Однако телеметрическое устройство 114, описанное в этом документе, выпускает текучую среду 120 обратно в сквозное отверстие 110, тем самым устраняя возможность возникновения пути утечки в кольцевое пространство 118 и обеспечивая целостность скважины.
[0019]
В вариантах осуществления, в которых трубчатые элементы 106a, b содержат обсадную трубу, телеметрическое устройство 114 может быть полезным для измерения глубины, угла наклона и положения отклонителя трубчатых элементов 106а, b и, таким образом, может позволять оператору скважины определять местоположение скважинного узла 100 по отношению к верхней стороне ствола 102 скважины. В таких вариантах осуществления скважинный узел 100 может включать предварительно вырезаемое окно (не показано), а в других случаях может быть применен для определения его положения, например, по верхней стороне ствола 102 скважины. Кроме того, в таких вариантах осуществления телеметрическое устройство 114 может быть расположено максимально близко к башмаку 112 обсадных труб таким образом, чтобы находиться в оптимальном положении для контроля размещения трубчатых элементов 106а, b внутри ствола 102 скважины.
[0020]
На фиг. 2A и 2B, со ссылкой на фиг. 1, показаны увеличенные виды сбоку телеметрического устройства 114, соответствующего одному или большему количеству вариантов осуществления. Как показано на фигурах, телеметрическое устройство 114 может быть расположено внутри блока 202 (не показан на фиг. 2B), установленного на высаженной части 116 второго трубчатого элемента 106b или в других случаях установленного внутри нее. В некоторых вариантах осуществления блок 202 может быть механически прикреплен к высаженной части 116, например, с помощью множества болтов 204. В других вариантах осуществления блок 202 может быть закреплен на высаженной части 116 с применением других способов, которые включают, среди прочих, сварку, пружинные стопорные кольца, посадку с натягом, клеящие вещества и любые их комбинации. Блок 202 может вмещать некоторые или все компоненты телеметрического устройства 114, например, электронные устройства, датчики и контрольно-измерительные приборы, применяемые для функционирования телеметрического устройства 114.
[0021]
В некоторых вариантах осуществления телеметрическое устройство 114 может дополнительно содержать блок 206 питания, который также может быть установлен на высаженной части 116 или в других случаях может быть установлен внутри нее и прикреплен к ней с помощью болтов 204. Как показано на фигуре, блок 206 питания может быть смещен в сторону относительно блока 202, а в других случаях может примыкать под углом к блоку 202 в пределах наружной радиальной поверхности высаженной части 116. Блок 206 питания может вмещать источник питания, применяемый для подачи электрической энергии на телеметрическое устройство 114. В некоторых вариантах осуществления, например, блок 206 питания может содержать один или большее количество расположенных в нем аккумуляторов. Однако в других вариантах осуществления блок 206 питания может отсутствовать и источник питания, который питает телеметрическое устройство 114, может быть расположен внутри блока 202 без отступления от объема настоящего изобретения.
[0022]
например
На фиг. 3А и 3В показаны увеличенные виды сбоку поперечного сечения телеметрического устройства 114, соответствующего одному или большему количеству вариантов осуществления. В частности, на фиг. 3A изображено телеметрическое устройство 114 в закрытом положении, а на фиг. 3B изображено телеметрическое устройство 114 в открытом положении. Как показано на фигурах, телеметрическое устройство 114 расположено внутри ствола 102 скважины, примыкающего к подземной формации 104. Кроме того, телеметрическое устройство 114 изображено как установленное или иным способом расположенное в пределах или внутри полости 302, образованной внутри стенки (, высаженной части 116) трубчатого элемента 106b таким образом, что сквозное отверстие 110 трубчатого элемента 106b не перекрывается телеметрическим устройством 114. Как показано на фигурах, телеметрическое устройство 114 расположено внутри блока 202, который может быть съемно установлен внутри полости 302, образованной в высаженной части 116.
[0023]
Телеметрическое устройство 114 может содержать клапан 304 управления, привод 306, соединенный с клапаном 304 управления, систему 308 управления, применяемую для управления приводом 306, и ограничитель 310 расхода, расположенный внутри сквозного отверстия 110 трубчатого элемента 106b. Клапан 304 управления может содержать клапанный элемент 312, выполненный с возможностью плотного прижатия к седлу 314 клапана, устанавливаемого выше по потоку или на «верхнем конце» вторичного пути 316 потока, создаваемого в телеметрическом устройстве 114. В некоторых вариантах осуществления клапан 304 управления может быть в общем охарактеризован как тарельчатый клапан. Вторичный путь 316 потока может проходить между впуском 318a и выпуском 318b, которые образованы в трубчатом элементе 106b и выполнены с возможностью сообщения с возможностью переноса текучей среды между сквозным отверстием 110 и вторичным путем 316 потока. В некоторых вариантах осуществления вторичный путь 316 потока может быть образован в части высаженной части 116 или может проходить через нее. В других вариантах осуществления внутренний путь потока может быть образован в части блока 202 или может проходить через него. В других вариантах осуществления вторичный путь 316 потока может быть образован в комбинации высаженной части 116 и блока 202 или может проходить через нее.
[0024]
Как описано более подробно ниже, телеметрическое устройство 114 может быть приводимым в действие для выборочного перемещения клапанного элемента 312 для герметичного прилегания к седлу 314 клапана и отхода от него и, таким образом, генерирования импульсов давления текучей среды, которые могут быть обнаружены на поверхности скважины. Перемещение клапанного элемента 312 может быть осуществлено путем приведения в действие привода 306, который может содержать вал 320, соединенный с клапанным элементом 312. В некоторых вариантах осуществления привод 306 может представлять собой привод электромагнитного типа. В других вариантах осуществления привод 306 может представлять собой привод любого другого типа, в том числе, среди прочих, механический привод, электрический привод, электромеханический привод, гидравлический привод, пневматический привод и любое другое устройство, способное перемещать клапанный элемент 312 для его прилегания к седлу 314 клапана и для его отхода от седла 314 клапана. В показанном варианте осуществления может быть предусмотрена возвратная пружина 322 для прижатия клапанного элемента 312 для его герметичного прилегания к седлу 314 клапана. Соответственно, положением по умолчанию клапанного элемента 312 может быть прилегание к седлу 314 клапана.
[0025]
Система 308 управления может быть выполнена с возможностью управления функционированием привода 306 и, таким образом, клапана 304 управления. В некоторых вариантах осуществления система 308 управления может дополнительно содержать источник 324 питания, который подает питание для работы привода 306 и системы 308 управления. В некоторых вариантах осуществления источник 324 питания может представлять собой обычную аккумуляторную батарею. В других вариантах осуществления источник 324 питания может быть исключен из системы 308 управления и вместо этого являться частью блока 206 питания, как описано выше со ссылкой на фиг. 2A-2B.
[0026]
В некоторых вариантах осуществления система 308 управления может дополнительно содержать различные датчики 326 и микропроцессор 328. Датчики 326 могут включать датчики ориентации, геологические и/или физические датчики, применяемые для измерения некоторых параметров ствола скважины. Подходящий датчик (-и) ориентации может включать, среди прочих, кренометр, магнитометр и гироскопический датчик. Подходящий геологический датчик (-и) может включать, среди прочих, датчик гамма-излучения, датчик удельного сопротивления и денсиметр. Подходящий физический датчик (-и) может включать, среди прочих, датчики для измерения температуры, давления, ускорения и параметров деформации.
[0027]
Микропроцессор 328 может включать запоминающее устройство 330 и содержит уложенные в стеки круговые или прямоугольные печатные монтажные платы. Запоминающее устройство 330 может быть выполнено с возможностью хранить данные и программные команды, исполняемые микропроцессором 328 для управления телеметрическим устройством 114. В некоторых вариантах осуществления данные, получаемые датчиками 326, может хранить запоминающее устройство 330. В других вариантах осуществления, описанных ниже, микропроцессор 328 может обрабатывать данные, получаемые датчиками 326, и кодировать их в серии декодируемых импульсов давления текучей среды, генерируемых телеметрическим устройством 114. Такие импульсы давления могут передавать вверх по стволу скважины на поверхность скважины для декодирования и анализа оператором скважины.
[0028]
1
2
1
2
Ограничитель 310 расхода может быть размещен в сквозном отверстии 110 в осевом направлении между впуском 318а и выпуском 318b вторичного пути 316 потока. В частности, ограничитель 310 расхода может быть расположен таким образом, чтобы впуск 318a находился выше по потоку или вверх по стволу, в котором установлен ограничитель, а выпуск 318b находился ниже по потоку или вниз по стволу, в котором установлен ограничитель 310 расхода. Ограничитель 310 расхода может быть выполнен с возможностью ограничения потока текучей среды и, в частности, может быть выполнен с возможностью ограничения потока текучей среды через сквозное отверстие 110. Таким образом, можно принять, что перепад давления или разность давлений на ограничителе 310 расхода такова, что давление P текучей среды выше ограничителя 310 расхода может быть большим, чем давление P текучей среды ниже ограничителя расхода. Такой перепад давления между значениями P и P может потребоваться для правильной работы телеметрического устройства 114, как описано ниже.
[0029]
В некоторых вариантах осуществления ограничитель 310 расхода может быть выполнен из (или в других случаях может быть выполнен с содержанием) материала, для которого не требуется значительного количества времени на вырезание или высверливание и который в других случаях образует небольшое количество обрезков и обломков. Подходящие материалы для ограничителя 310 расхода включают, среди прочих, алюминий, бронзу, композитный материал, любую их комбинацию и т. п. В таких вариантах осуществления управление обломочным материалом уже не представляет собой значительную проблему, поскольку при удалении ограничителя 310 расхода не образуется стальная стружка и, следовательно, по существу исключено длительное вырезание и очистка.
[0030]
После выполнения заключительных операций телеметрического устройства 114 ограничитель 310 расхода может быть удален из сквозного отверстия 110 путем вырезания или сквозного высверливания ограничителя 310 расхода с помощью шарошечного или бурового долота (не показано), проходящего в трубчатый элемент 106b. При удалении ограничителя 310 расхода сквозное отверстие 110 может не содержать препятствий для потока текучей среды в этом месте. В некоторых вариантах осуществления ограничитель 310 расхода может содержать или в других случаях может образовывать сопло 332, которое создает требуемый перепад давления на ограничителе 310 расхода. В других вариантах осуществления ограничитель 310 расхода может содержать разрывную мембрану с образованным в ней центральным отверстием, которое позволяет измерять или задавать величину расхода текучей среды. Как описано ниже, разрывная мембрана может быть выполнена с возможностью разрываться или иным способом повреждаться, принимая заданную нагрузку в осевом направлении или давление текучей среды.
[0031]
1
2
Ниже в качестве примера приведено описание работы телеметрического устройства 114. Текучую среду могут перекачивать в проходной канал 110 и сквозь него, как показано стрелками 120. Как упоминалось выше, текучая среда 120 может представлять собой буровую текучую среду или цементный раствор, применяемые для выполнения различных операций в стволе скважины. Текучая среда 120 может циркулировать по трубчатым элементам 106а, b, проходя вблизи телеметрического устройства 114, и проходить обратно вверх по стволу скважины к поверхности через кольцевое пространство 118. Когда текучая среда 120 поступает в сквозное отверстие 110, текучая среда 120 течет через ограничитель 310 расхода, вследствие чего давление P становится большим, чем давление P, из-за потери давления в ограничителе 310 расхода.
[0032]
Как указано выше, положение по умолчанию клапана 304 управления может представлять собой закрытое положение, при котором клапанный элемент 312 герметично прилегает к седлу 314 клапана. Если клапан 304 управления находится в закрытом положении, поток текучей среды по вторичному пути 316 потока по существу не возникает. Для создания импульса давления текучей среды микропроцессор 328 может отправлять сигнал на привод 306, что приводит к переводу вала 320 в осевом направлении и соответствующему перемещению клапанного элемента 312 из состояния герметичного прилегания к седлу 314 клапана. При этом телеметрическое устройство 114 переводят в открытое положение, как показано на фиг. 3B, а в других случаях открывают вторичный путь 316 потока, чтобы часть текучей среды 120 могла поступать по вторичному пути 316 потока через впуск 318a. Текучую среду 120, которая течет через вторичный путь 316 потока, затем выпускают обратно в сквозное отверстие 110 ниже ограничителя 310 расхода в осевом направлении. Соответственно, в отличие от обычных устанавливаемых в стенку телеметрических устройств в телеметрическом устройстве 114 исключен потенциальный путь утечки, проходящий между сквозным отверстием 110 и кольцевым пространством 118, наличие которого может приводить к возникновению других утечек и проблем.
[0033]
1
1
Открытие вторичного пути 316 потока по существу увеличивает поперечное сечение потока в телеметрическом устройстве 114. Следовательно, давление P текучей среды 120 выше ограничителя 310 расхода и выше по потоку впуска 318a снижается таким образом, что внутри сквозного отверстия 110 возникает импульс отрицательного давления, который может быть передан посредством сквозного отверстия 110 и обнаружен на поверхности. Через требуемый период времени привод 306 может быть деактивирован и возвратная пружина 322 вернет клапанный элемент 312 обратно в положение герметичного прилегания к седлу 314 клапана, таким образом снова закрывая вторичный путь 316 потока. Перекрытие вторичного пути 316 потока приводит к уменьшению поперечного сечения потока телеметрического устройства 114 и одновременному повышению давления P текучей среды 120 выше по потоку относительно ограничителя 310 расхода. И в этом случае это изменение давления может быть обнаружено на поверхности. Клапан 304 управления может быть задействован несколько раз для перемещения между закрытым и открытым положениями и, таким образом, для генерирования последовательности импульсов давления текучей среды, которые могут быть обнаружены на поверхности. Известным способом данные, относящиеся к параметрам ствола скважины, измеренным с помощью датчиков 326, могут быть переданы на поверхность путем управления телеметрическим устройством 114, согласно описанию в настоящем документе.
[0034]
В некоторых вариантах осуществления с помощью телеметрического устройства 114 могут быть сгенерированы положительные импульсы давления текучей среды. Этого можно достичь, как правило, удерживая клапанный элемент 312 вне положения герметичного прилегания к седлу 314 клапана (или, удерживая клапанный элемент 312 вне положения прилегания в течение определенного периода времени) таким образом, что вторичный путь 316 потока открыт. В некоторых вариантах осуществления это может быть достигнуто путем замены возвратной пружины 322 пружиной растяжения (не показана), которая отводит клапанный элемент 312 от седла 314 клапана. Затем в ходе работы привод 306 может преодолевать усилие пружины растяжения для установки клапанного элемента 312 в положение герметичного прилегания к седлу 314 клапана. Таким образом, периодическое закрытие клапана 304 управления приводит к перекрытию пути 316 потока для генерирования импульсов положительного давления в сквозном отверстии 110. Альтернативно, привод 306 могут поддерживать в активированном состоянии для удержания клапанного элемента 312 на удалении от седла 314 клапана. Однако при этом будет расходоваться дополнительная электрическая энергия и, следовательно, применение такого способа может быть нежелательным.
[0035]
1
1
После того, как в стволе скважины будет проведена или осуществлена требуемая операция, например, ориентирование предварительно вырезаемого окна, определяемого в одном из трубчатых элементов 106а, b (ФИГ. 1) относительно верхней стороны ствола 102 скважины, необходимость в телеметрическом устройстве 114 может отпасть. При этом, ограничитель 310 расхода может быть удален из сквозного отверстия 110 с целью устранения препятствий для протекания текучей среды в этом месте внутри сквозного отверстия 110. В некоторых вариантах осуществления, как упоминалось выше, это может быть достигнуто путем введения шарошечного или бурового долота (не показано) в сквозное отверстие и высверливания ограничителя 310 расхода. В других вариантах осуществления скважинный снаряд, например, цементную пробку, скважинный скребковый дротик или шар, могут вводить в сквозное отверстие 110 и перемещать к ограничителю 310 расхода. В некоторых вариантах осуществления скважинный снаряд может пройти до места расположения ограничителя 310 расхода и разрушить его. В других вариантах осуществления могут опускать скважинный снаряд на ограничитель 310 расхода и повышать давление P в сквозном отверстии 110 для воздействия нагрузкой в осевом направлении на ограничитель 310 расхода, пока он будет разрушен. В других вариантах осуществления ограничитель 310 расхода может содержать разрывную мембрану, выполненную с возможностью разрыва при воздействии на нее нагрузкой в осевом направлении заданной величины, приложенной скважинным снарядом, или при повышении давления P до заданного давления текучей среды. При удалении ограничителя 310 расхода сквозное отверстие 110 может больше не содержать препятствий для протекания текучей среды в этом месте, благодаря чему обеспечивают большее поперечное сечение потока, что позволяет осуществлять больший объем операций цементирования.
[0036]
Структурное расположение телеметрического устройства 114 в стенке трубчатого элемента 106b, а в других случаях в высаженной части 116, позволяет получить преимущества по сравнению с обычными устройствами телеметрии. В частности, генерирование импульсов давления текучей среды в телеметрическом устройстве 114 может быть достигнуто без ограничения сквозного отверстия 110. Соответственно, текучая среда 120 может продолжать течь через сквозное отверстие 110 и вторичный путь 316 потока без ограничения из-за приведения в действие телеметрического устройства 114. Кроме того, по сквозному отверстию 110 мимо телеметрического устройства 114 можно проносить другие скважинные приборы (не показаны), при этом телеметрическое устройство 114 не мешает такому перемещению. Например, существует множество типов клапанов и муфт, приводимых в действие скважинным снарядом, таким как шар или дротик, который на поверхности вводят в сквозное отверстие 110. Скважинный снаряд может проходить через сквозное отверстие 110 без помех со стороны телеметрического устройства 114. Скважинный снаряд затем может проходить к клапану или муфте, где подходящее улавливающее устройство принимает скважинный снаряд и повышение давления текучей среды за (т. е. выше него по потоку) скважинным снарядом приводит в действие клапан или муфту. Некоторые обычные телеметрические устройства располагают внутри сквозного отверстия 110 и их необходимо высверливать или вырезать. Однако высверливание или вырезание телеметрического устройства может привести к экологическим проблемам, поскольку необходимо осуществлять сквозное высверливание необычных материалов и аккумуляторов, связанных с телеметрическим устройством. Однако телеметрическое устройство 114, описанное в настоящем документе, располагают за пределами сквозного отверстия 110 и, следовательно, нет необходимости в его вырезании после эксплуатации.
[0037]
Раскрытые здесь варианты осуществления включают:
[0038]
A. Скважинный узел, который содержит множество трубчатых элементов, которые могут проходить внутри ствола скважины и образуют сквозное отверстие для передачи через него текучей среды, телеметрическое устройство, расположенное внутри стенки одного из множества трубчатых элементов, причем телеметрическое устройство содержит образованный в нем вторичный путь потока и клапанный элемент, выполненный с возможностью взаимодействия с седлом клапана, присоединенным на верхнем конце вторичного пути потока, причем вторичный путь потока проходит между впуском и выпуском, оба из которых соединены по текучей среде с сквозным отверстием и образованы в одном из множества трубчатых элементов, и ограничитель расхода, расположенный внутри сквозного отверстия и расположенный в осевом направлении между впуском и выпуском вторичного пути потока, причем клапанный элемент может быть приведен в действие для управления потоком текучей среды через вторичный путь потока для выборочного генерирования импульса давления текучей среды.
[0039]
B. Телеметрическое устройство на основе текучей среды, которое содержит блок, съемно установленный в стенку трубчатого элемента, который образует сквозное отверстие, вторичный путь потока, образованный по меньшей мере в одном из блока и трубчатого элемента и проходящий между впуском и выпуском, оба из которых соединены по текучей среде с сквозным отверстием и образованы в трубчатом элементе, клапанный элемент, расположенный внутри блока и выполненный с возможностью взаимодействия с седлом клапана, присоединенным на верхнем конце вторичного пути потока, причем клапанный элемент может быть приведен в действие для управления потоком текучей среды через вторичный путь течения для выборочного генерирования импульса давления текучей среды, и ограничитель расхода, расположенный внутри сквозного отверстия и расположенный в осевом направлении между впуском и выпуском вторичного пути потока.
[0040]
C. Способ, который включает введение скважинного узла в ствол скважины, причем скважинный узел содержит множество трубчатых элементов, образующих сквозное отверстие, и телеметрическое устройство, расположенное внутри стенки одного из множества трубчатых элементов, передачу текучей среды через сквозное отверстие и мимо телеметрического устройства, причем телеметрическое устройство содержит вторичный путь потока, который проходит между впуском и выпуском, оба из которых соединены по текучей среде с сквозным отверстием и образованы в одном из множества трубчатых элементов, причем телеметрическое устройство дополнительно содержит клапанный элемент, выполненный с возможностью взаимодействия с седлом клапана, присоединенным на верхнем конце вторичного пути потока, создание перепада давления внутри сквозного отверстия с помощью ограничителя расхода, расположенного внутри сквозного отверстия между впуском и выпуском вторичного пути потока, и приведение в действие клапанного элемента для управления потоком текучей среды через вторичный путь потока и, таким образом, выборочное генерирование импульса давления текучей среды.
[0041]
Каждый из вариантов осуществления A, B и C может включать один или большее количество из следующих дополнительных элементов в любой комбинации: Элемент 1: в котором множество трубчатых элементов выбирают из группы, состоящей из обсадной трубы, короткой колонны закрепляющих труб, бурильной трубы и насосно-компрессорной трубы. Элемент 2: в котором текучая среда представляет собой по меньшей мере одно из буровой текучей среды и цементного раствора. Элемент 3: в котором сквозное отверстие одного из множества трубчатых элементов не перекрывается телеметрическим устройством. Элемент 4: в котором телеметрическое устройство расположено внутри высаженной части одного из множества трубчатых элементов. Элемент 5: в котором телеметрическое устройство расположено внутри блока, съемно установленного в высаженной части. Элемент 6: дополнительно содержащий привод, функционально связанный с клапанным элементом, и систему управления, которая управляет перемещением привода и, таким образом, управляет приведением в действие клапанного элемента. Элемент 7: в котором система управления содержит один или большее количество датчиков, выбираемых из группы, состоящей из датчика ориентации, геологического датчика и физического датчика. Элемент 8: в котором ограничитель расхода содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из алюминия, бронзы, композита и любой их комбинации. Элемент 9: в котором ограничитель расхода содержит разрывную мембрану.
[0042]
Элемент 10: в котором блок расположен внутри высаженной части, сформированной на стенке трубчатого элемента. Элемент 11: в котором сквозное отверстие не перекрывается клапанным элементом и вторичным путем потока. Элемент 12: дополнительно содержащий привод, расположенный внутри блока и функционально связанный с клапанным элементом, и систему управления, расположенную внутри блока для управления перемещением привода и, таким образом, управления приведением в действие клапанного элемента. Элемент 13: в котором система управления содержит датчик, выбираемый из группы, состоящей из кренометра, магнитометра, гироскопического датчика, датчика гамма-излучения, датчика удельного сопротивления, денсиметра, датчика температуры, датчика давления, датчика ускорения и тензодатчика.
[0043]
Элемент 14: в котором передача текучей среды через сквозное отверстие и мимо телеметрического устройства включает передачу текучей среды через сквозное отверстие, который не перекрывается телеметрическим устройством. Элемент 15: в котором приведение в действие клапанного элемента включает перемещение клапанного элемента с помощью привода, функционально связанного с клапанным элементом, и управление перемещением привода с помощью системы управления. Элемент 16: дополнительно содержащий получение данных измерения одного или большего количества параметров ствола скважины с помощью одного или большего количества датчиков, включенных в телеметрическое устройство, причем один или большее количество датчиков выбирают из группы, состоящей из датчика ориентации, геологического датчика и физического датчика, приведение в действие клапанного элемента для генерирования импульсов давления текучей среды, соответствующих данным измерения, и прием импульсов давления текучей среды на поверхности скважины. Элемент 17: дополнительно содержащий выравнивание предварительно вырезаемого окна, определяемого в множестве трубчатых элементов, по верхней стороне ствола скважины на основании данных измерения, получаемых от одного или большего количества датчиков. Элемент 18: в котором приведение в действие клапанного элемента для управления потоком текучей среды через вторичный путь потока включает перемещение клапанного элемента в открытое положение и, таким образом, обеспечение возможности поступления части текучей среды из сквозного отверстия во вторичный путь потока через впуск и выпуск части текучей среды обратно в сквозное отверстие через выпуск. Элемент 19: дополнительно содержащий удаление ограничителя расхода из сквозного отверстия. Элемент 20: в котором удаление ограничителя расхода из сквозного отверстия включает вырезание ограничителя расхода с помощью шарошечного или бурового долота, проходящего в сквозное отверстие, причем ограничитель расхода содержит материал, выбираемый из группы, состоящей из алюминия, бронзы, композита и любой их комбинации. Элемент 21: в котором удаление ограничителя расхода из сквозного отверстия включает введение изолирующего устройства для ствола скважины в сквозное отверстие, опускание изолирующего устройства для ствола скважины на ограничитель расхода и разрушение ограничителя расхода с помощью изолирующего устройства для ствола скважины. Элемент 22: в котором ограничитель расхода представляет собой разрывную мембрану, а удаление ограничителя расхода из сквозного отверстия включает повышение давления текучей среды внутри сквозного отверстия до заданного давления текучей среды и разрыв разрывной мембраны при воздействии заданным давлением текучей среды.
[0044]
В качестве примера, не предполагающего ограничения, типовые комбинации, применимые к A, B, C, включают: Элемент 4 с элементом 5; элемент 6 с элементом 7; элемент 16 с элементом 17; элемент 19 с элементом 20; элемент 19 с элементом 21; и элемент 19 с элементом 22.
[0045]
Таким образом, раскрытые системы и способы хорошо подходят для достижения целей и получения преимуществ, указанных выше, а также присущих им. Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются лишь иллюстрацией, поскольку идеи настоящего изобретения могут быть модифицированы и реализованы с применением отличных, но эквивалентных, способов, очевидных для специалистов в данной области техники, которые ознакомятся с настоящим описанием. Кроме того, описанные в контексте настоящего изобретения подробности конструкции или дизайна не предполагают ограничения, за исключением описанных ниже в формуле изобретения. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, раскрытые выше, могут быть изменены, скомбинированы или модифицированы, при этом считается, что все подобные изменения входят в объем настоящего изобретения. Системы и способы, иллюстративно описанные в настоящем документе, могут быть соответствующим образом реализованы при отсутствии любого элемента, явным образом не описанного в данном документе, и/или любого дополнительного элемента, описанного в данном документе. Несмотря на то, что сочетания и способы описаны как «содержащие», «имеющие в своем составе» или «включающие» различные компоненты или этапы, эти сочетания и способы также могут «состоять главным образом из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, описанные выше, могут варьироваться на некоторую величину. Во всех случаях, когда описан числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, подразумевают, в частности, описание любого числа и любого включенного диапазона, находящегося в пределах указанного диапазона. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от приблизительно a до приблизительно b» или, эквивалентно, «от приблизительно a до b» или, эквивалентно, «от приблизительно a-b»), описанный в настоящем документе, следует понимать как описывающий каждое число и диапазон, входящие в более широкий диапазон значений. Кроме того, термины в формуле изобретения использованы в их простом, обычном значении, если обратное явным образом не указано заявителем. Кроме того, применяемая в формуле изобретения форма единственного числа предполагает наличие одного или большего количества выражаемых в ней элементов. При наличии противоречий в применении слова или термина в настоящем описании и одном или большем количестве патентов или других документов, которые могут быть включены в настоящее описание посредством ссылки, следует принимать определения, соответствующие настоящему описанию.
[0046]
т. е.
В контексте настоящего изобретения, выражение «по меньшей мере один из», предшествующее последовательности наименований, со словами «и» или «или» для отделения любого из этих наименований, изменяет перечисление в целом, а не каждый элемент перечисления (каждое наименование). Выражение «по меньшей мере один из» допускает значение, включающее по меньшей мере одно из любого одного из наименований и/или по меньшей мере одно из любой комбинации наименований и/или по меньшей мере одно из каждого из наименований. Для примера: каждое из выражений «по меньшей мере один из A, B и C» или «по меньшей мере один из A, B или C» относится только к A, только к B или только к C; любой комбинации A, B и C; и/или по меньшей мере к одному из A, B и C.
[0047]
Термины направления, например, над, под, верхний, нижний, по направлению вверх, по направлению вниз, влево, вправо, вверх по стволу скважины, вниз по стволу скважины и т. п., применены в отношении иллюстративных вариантов осуществления в соответствии с их изображением на фигурах, причем направление вверх является направлением к верхней части соответствующей фигуры, а направление вниз является направлением к нижней части соответствующей фигуры, направление вверх по стволу скважины представляет собой направление к поверхности скважины, а направление вниз по стволу скважины представляет собой направление к забою скважины.