СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА В СКВАЖИНЕ
POSITIONING METHODS AND SYSTEMS OF INSTRUMENT IN WELLBORE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение, в целом, относится к нефтепромысловому оборудованию, а в частности к скважинным инструментам. Более конкретно, изобретение относится, в общем случае, к способам и системам для ориентирования колонны труб или участков колонны труб в стволе скважины и, в частности (но не обязательно исключительно), к ориентированию окна насосно-компрессорной колонны относительно окна обсадной колонны в стволе скважины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Углеводороды могут быть добыты через ствол скважины с пересечением подземного пласта. Ствол скважины может включать в себя один или больше боковых стволов скважины, отходящих от основного (или главного) ствола скважины. Боковой ствол скважины может быть образован, например, путем отклонения фрезерного инструмента в основном стволе скважины через отверстие, являющееся окном в обсадной колонне. Обсадная колонна может содержать несколько окон, по одному окну для каждого бокового ствола скважины.
В стволе скважины может быть расположена насосно-компрессорная колонна. Насосно-компрессорная колонна может включать в себя разнообразные инструменты или компоненты, которые могут быть использованы, например, для добычи углеводородов из пласта. Насосно-компрессорная колонна может включать в себя окна, или участки насосно-компрессорной колонны, или мишени, через которые могут быть сформированы окна, для выравнивания с окнами насосно-компрессорной колонны. Выравнивание окна насосно-компрессорной колонны или отдельного участка стенки насосно-компрессорной колонны с окном обсадной колонны или отдельным участком стенки обсадной колонны может быть трудным.
Для установки насосно-компрессорной колонны на выбранной глубине в стволе скважины и для углового ориентирования колонны в стволе скважины должны использовались разнообразные инструменты. Для правильной установки насосно-компрессорной колонны инструменты часто требуют значительного поворота насосно-компрессорной колонны, например, более чем на 180 градусов. В некоторых вариантах применения такой значительный поворот может быть нежелательным. Например, насосно-компрессорная колонна может содержать одну или больше линий управления, которые обеспечивают среду для связи, подачи энергии и других сервисов в стволе скважины. Значительный поворот участка насосно-компрессорной колонны, который содержит одну или больше линий управления, может вызывать нагрузку на линии управления, что может привести к повреждению линий управления.
Поэтому необходимы системы и способы, которые могут ориентировать насосно-компрессорную колонну относительно обсадной колонны в стволе скважины. Желательны также системы и способы, которые могут выполнять такое ориентирование без необходимости значительного поворота насосно-компрессорной колонны в стволе скважины относительно обсадной колонны.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее подробно описаны варианты осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 приведен разрез по оси системы скважины, имеющей основный ствол скважины и боковой ствол скважины, вместе с обсадной колонной и инструментом, расположенным в основной скважине, в соответствии с вариантом осуществления;
На фиг. 2 приведен разрез по оси системы скважины по фиг. 1 с насосно-компрессорной колонной, расположенной в обсадной трубе;
На фиг. 3 приведен разрез по оси системы скважины по фиг. 2 с насосно-компрессорной колонной, расположенной в исходном положении;
На фиг. 4 приведен разрез по оси системы скважины по фиг. 3 с насосно-компрессорной колонной, ориентированной во втором положении, которое находится ближе к поверхности, чем исходное положение;
На фиг. 5 приведен разрез по оси узла по фиг. 4, выполненный по линии 5-5 фиг. 4, отображающий защелочные замки, взаимодействующие с защелочными соединениями;
На фиг. 6 приведен разрез по оси узла по фиг. 5, отображающий защелочные замки, вышедшие из защелочных соединений вследствие углового несовмещения;
На фиг. 7 приведен разрез по оси системы скважины в соответствии с альтернативным вариантом осуществления, отображающий переключатель срабатывания защелочного соединения, указывающий положение по глубине, и отдельный переключатель срабатывания защелочного соединения, указывающий радиальную ориентацию;
На фиг. 8 приведена блок-схема процесса для способа ориентирования инструмента в стволе скважины в соответствии с вариантом осуществления, который использует комбинацию переключателя срабатывания защелочного соединения, показывающего положение по глубине, и отдельного переключателя срабатывания защелочного соединения, показывающего радиальную ориентацию, в соответствии с фиг. 7, и
На фиг. 9 приведен разрез по оси системы скважины, имеющей основный ствол скважины и два боковых ствола скважины, вместе с обсадной колонной и инструментом, снабженным вертлюгом для спуска и подъема насосно-компрессорных труб, расположенным в основной скважине, в соответствии с вариантом осуществления;
На фиг. 10 приведен увеличенный разрез по оси участка вертлюга для спуска и подъема насосно-компрессорных труб по фиг. 9;
На фиг. 11 приведена блок-схема процесса для способа ориентирования инструмента в системе скважины, имеющей основный ствол скважины и два боковых ствола скважины, в соответствии с фиг. 9 и 10.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые аспекты и варианты осуществления относятся к узлам, выполненным с возможностью размещения в стволе скважины подземной формации, и в которых вторая труба может быть ориентирована относительно первой трубы в стволе скважины. Используемый в настоящем документе термин «труба» может относиться к любой трубчатой, обсадной трубе или аналогичному устройству, расположенному в стволе скважины. Узел в соответствии с некоторыми вариантами осуществления может допускать ориентирование второй трубы относительно первой трубы, таким образом, что один или более участков мишени второй трубы были установлены относительно одной или больше участков мишени в первой трубе. Участками мишени могут быть окна в одной или обеих из соответствующих труб. Окно может содержать отверстие в стене трубы или области, предназначенной для фрезерования или вырезания отверстия в ней. Такие окна могут представлять отверстие, через которое часть пласта, соседняя с отверстием, может быть доступна для образования, например, бокового ствола скважины. Боковой ствол скважины представляет собой ствол скважины, пробуренный наружу от пересечения с основным стволом скважины. В других вариантах осуществления участки мишени могут быть просто взаимосвязанными частями соответствующих труб, для которых необходимо выравнивание.
Некоторые узлы могут ориентировать вторую трубу и не допускать повреждения одной или более линий управления, которые могут быть связаны со второй трубой или содержаться в ней. Кроме того, некоторые узлы могут быть использованы для ориентации нескольких участков второй трубы относительно нескольких окон первой трубы.
В некоторых вариантах осуществления узел содержит инструмент, связанный с первой трубой, который может направлять вторую трубу в выбранное положение по оси в стволе скважины. Узел может также включать в себя устройство, которое может предотвращать поворот второй трубы относительно первой трубы, после того, как вторая труба направлена посредством инструмента. Примером первой трубы служит обсадная колонна, которая может быть установлена в стволе скважины. Примером второй трубы служит насосно-компрессорная колонна, которая может быть установлена в стволе скважины.
Инструменты в соответствии с различными вариантами осуществления могут представлять собой любые конструкции в любой конфигурации, которые могут направлять вторую трубу из первого положения во второе положение, которое ближе к внутренней стенке первой трубы в стволе скважины. Примером такого инструмента служит переводник с косым срезом, расположенный в обсадной колонне в стволе скважины. Обычно переводник с косым срезом выполнен с возможностью вхождения в него насосно-компрессорной колонны на первом конце переводника с косым срезом и направления насосно-компрессорной колонны вдоль скоса ко второму концу переводника с косым срезом, который находится ближе к стенке обсадной колонны, чем первый конец. На втором конце насосно-компрессорной колонны может в результате обеспечиваться расположение нужного участка насосно-компрессорной колонны рядом с окном обсадной колонны. В некоторых вариантах осуществления насосно-компрессорная колонна включает в себя окно насосно-компрессорной колонны, которое расположено по меньшей мере частично рядом с окном обсадной колонны, когда насосно-компрессорная колонна находится на втором конце.
Устройства для предотвращения поворота в соответствии с различными вариантами осуществления могут содержать какие-либо конструкции или конфигурации, которые могут предотвращать поворот второй трубы относительно первой трубы. Устройства в соответствии с некоторыми вариантами осуществления содержат защелочное соединение, например, защелочное соединение, включающее зажимной патрон, выполненный с возможностью вхождения в него и удерживания защелочного замка, выступающего из второй трубы.
В некоторых вариантах осуществления вторая труба представляет собой насосно-компрессорную колонну, снабженную множеством окон, которые должны быть выровнены с окнами обсадной трубы, являющейся первой трубой. Насосно-компрессорная колонна может содержать соединение, которое может допускать поворот частей насосно-компрессорной колонны независимо от других частей насосно-компрессорной колонны. В некоторых вариантах осуществления соединение может быть использовано для выравнивания множества окон насосно-компрессорной колонны с множеством окон обсадной колонны.
На фиг. 1 показана система 10 скважины, которая включает в себя основный ствол 12 скважины в соответствии с одним вариантом осуществления, который проходит через различные толщи земли. Основный ствол 12 скважины содержит обсадную колонну 14, зацементированную на участке основного ствола 12 скважины. Обсадная колонна 14 содержит окно 16, которое представляет собой отверстие в участке боковой стенки обсадной колонны 14. Обсадная колонна 14 также содержит инструмент 18, выполненный с возможностью направлять насосно-компрессорную колонну (не показана) в заданное положение, и содержит устройство 20, выполненное с возможностью предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны 14 после установки насосно-компрессорной колонны в заданное положение. Обсадная колонна 14 может быть выполнена из подходящего материала, такого как сталь.
На фиг. 1 показан боковой ствол 22 скважины, отходящий от основного ствола 12 скважины. Боковой ствол 22 скважины может быть образован путем перемещения клина-отклонителя или другого отклоняющего устройства в положение вблизи окна 16. Режущие инструменты, такие как фрезы и буры, могут быть опущены через обсадную колонну 14 и отклонены в направлении окна 16, или в направлении участка обсадной колонны 14, в котором должно быть образовано окно. Режущие инструменты прорезают окно 16 и подземный пласт, примыкающий к окну 16, для образования бокового ствола 22 скважины.
Насосно-компрессорная колонна может быть размещена в обсадной колонне 14 для добычи углеводородов или с другой целью. Некоторые варианты осуществления могут быть использованы для ориентирования насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны 14, чтобы обеспечить, например, доступ к боковому стволу 22 скважины через насосно-компрессорную колонну. На фиг. 2-4 изображена насосно-компрессорная колонна 24, ориентируемая относительно обсадной колонны 14 с помощью узла согласно одному варианту осуществления. Хотя на фиг. 2-5 изображена насосно-компрессорная колонна, ориентируемая относительно обсадной колонны, варианты осуществления могут быть использованы для ориентирования любого типа трубы (или инструмента, или устройства) друг относительно друга.
На фиг. 2 изображена насосно-компрессорная колонна 24, проходящая во внутренней области обсадной колонны 14. Насосно-компрессорная колонна 24 может быть установлена посредством любого способа или метода. Насосно-компрессорная колонна 24 содержит окно 26 насосно-компрессорной колонны, представляющее собой отверстие в боковой стенке насосно-компрессорной колонны 24. Насосно-компрессорная колонна 24 также содержит защелочный замок 28, выступающий из наружной части насосно-компрессорной колонны 24. В некоторых вариантах осуществления защелочный замок 28 представляет собой подпружиненный элемент, выполненный с возможностью выступания от наружной границы насосно-компрессорной колонны 24. Некоторые варианты осуществления могут быть использованы для позиционирования окна 26 насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны 14 в основном стволе 12 скважины.
Насосно-компрессорная колонна 24 может быть перемещена в исходное положение, как показано на фиг. 3. В исходном положении окно 26 насосно-компрессорной колонны расположено ниже окна 16 обсадной колонны 14, так что окно 16 находится выше по скважине относительно окна 26 насосно-компрессорной колонны. Кроме того, когда насосно-компрессорная колонна 24 находится в исходном положении, инструмент 18 находится выше по скважине относительно по меньшей мере части насосно-компрессорной колонны 24.
Из исходного положения насосно-компрессорную колонну 24 можно переместить по направлению к поверхности или вверх по скважине для ее ориентирования так, чтобы по меньшей мере часть окна 26 насосно-компрессорной колонны прилегала к по меньшей мере части окна 16, как изображено на фиг. 4. Перемещение насосно-компрессорной колонны 24 к поверхности может привести к тому, что инструмент 18 будет направлять насосно-компрессорную колонну 24 во второе положение, в котором по меньшей мере часть окна 26 насосно-компрессорной колонны прилегает к окну 16. Во втором положении устройство 20 может предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны 24 относительно обсадной колонны 14. Например, устройство 20 может быть защелочным соединением, в которое может входить защелочный замок 28, выступающий из насосно-компрессорной колонны 24. В некоторых вариантах осуществления защелочное соединение также предотвращает изменение глубины насосно-компрессорной колонны 24 в одном или более направлениях, например, по направлению вниз. Примером защелочного соединения является байонетный паз. Узлы согласно некоторым вариантам осуществления могут включать в себя глубинное опорное соединение, которое может быть использовано для определения глубины вниз по скважине.
Защелочные соединения в соответствии с различными вариантами осуществления могут представлять собой любое устройство или конфигурацию, которое может предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны 24 относительно обсадной колонны 14, когда насосно-компрессорная колонна находится во втором положении. В некоторых вариантах осуществления защелочное соединение представляет собой бесшпоночную защелку.
Например, защелочное соединение может содержать приемные пазы, образованные на внутренней поверхности обсадной колонны. Приемные пазы могут быть расположены с промежутком по окружности вокруг внутренней поверхности обсадной колонны и включать в себя различные профили. Приемные пазы могут быть выполнены с возможностью взаимодействия с подпружиненными защелками, имеющими профили, соответствующие профилям приемных пазов. Силы подпружинивания принуждают каждую защелку выдвигаться в радиальном направлении и взаимодействовать с пазом, когда защелки должным образом выровнены с пазом в осевом направлении и по окружности. Такие защелочные соединения могут быть использованы, например, чтобы избежать ограничивающих зазор выступов, выступающих внутрь от стенки колонны, и чтобы обеспечить установление нагрузки на посаженную систему. Данные защелочные соединения, используемые в сочетании с переводником с косым срезом, также могут допускать опускание насосно-компрессорной колонны ниже необходимой глубины, перемещение до необходимой глубины и ориентирование в соответствии с профилем, таким образом, предотвращая, таким образом, перемещение насосно-компрессорной колонны ниже необходимой глубины.
В некоторых вариантах осуществления узлы содержат данный тип защелочного соединения как второе защелочное соединение, в дополнение к защелочному соединению для позиционирования насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны. Например, данный тип защелочного соединения может быть использован для позиционирования клиньев-отклонителей или других компонентов.
Инструменты в соответствии с различными вариантами осуществления могут иметь любую конфигурацию, посредством которой можно направлять трубу во второе положение по оси из первого положения по оси без необходимости значительного поворота трубы. Желательно, чтобы такой поворот был меньше чем 180 градусов. В других вариантах осуществления могут быть предусмотрены инструменты, которые допускают поворот на 360 градусов при ориентации одной трубы относительно другой. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 4, инструмент 18 представляет собой узел переводника с косым срезом, который имеет заостренный первый конец 30 для дополнения части насосно-компрессорной колонны 24. Например, насосно-компрессорная колонна 24 может содержать одну или больше шпонок (замков), которые могут быть подпружиненными для взаимодействия с первым концом 30, когда насосно-компрессорную колонну 24 перемещают в направлении поверхности.
Первый конец 30 может направлять насосно-компрессорную колонну 24 в направляющие 32, когда насосно-компрессорную колонну 24 перемещают вверх, в направлении поверхности. Направляющие 32 могут быть парой криволинейных, обычно, спиральных кромок, проходящих от первого конца 30 ко второму концу 34, который ближе к поверхности, чем первый конец 30. Направляющие 32 могут направлять насосно-компрессорную колонну 24 в необходимое осевое и угловое положение относительно продольной оси, образованной основным стволом 12 скважины. В некоторых вариантах осуществления второй конец 34 пересекает защелочное соединение для приема защелочного замка 28. Когда защелочное соединение вмещает в себя защелочный замок 28, это может предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны 24 относительно обсадной колонны 14. По меньшей мере часть окна 26 насосно-компрессорной колонны может быть выровнена с по меньшей мере частью окна 16, когда насосно-компрессорная колонна 24 направлена в соответствующее положение.
Использование переводника с косым срезом может ограничивать величину поворота, необходимую для насосно-компрессорной колонны 24, например, величиной не больше чем 180 градусов. Например, насосно-компрессорная колонна 24 может быть направлена посредством одной из двух направляющих 32 таким образом, что для достижения второго положения предотвращается поворот насосно-компрессорной колонны 24 на величину более 180 градусов.
Защелочный замок 28 может представлять собой подпружиненный защелочный замок, выполненный с возможностью вхождения в защелочное соединение, когда насосно-компрессорная колонна 24 находится в нужном положении. На фиг. 5 изображен вид поперечного разреза варианта осуществления защелочного соединения, с входящим в него защелочным замком 28, выполненного по линии 5-5 на фиг. 4. Обсадная колонна 14 включает в себя устройство, представляющее собой защелочное соединение 20, имеющее такую форму, чтобы вмещать защелочный замок 28, выступающий от наружной границы насосно-компрессорной колонны 24. Насосно-компрессорная колонна 24 может быть расположена во внутренней области обсадной колонны 14.
Насосно-компрессорная колонна 24 может содержать одну или больше линий управления, таких как линии 38A-C управления. Линии 38A-C управления могут включать в себя среду, с помощью которой мощность может быть подана к одному или более инструментов или другим устройствам, расположенным в стволе скважины, или с помощью которого данные и сигналы управления могут передаваться между такими инструментами или устройствами и приборами, расположенными на поверхности или вблизи нее. Насосно-компрессорная колонна 24 также может содержать пружины 40, расположенные между защелкой и внутренней стенкой насосно-компрессорной колонны 24. Пружины 40 поджимают защелочный замок 28 так, чтобы он выступал наружу из наружной границы насосно-компрессорной колонны 24. Хотя на фиг. 5 изображены пружины 40, для поджимания защелочного замка 28 наружу в радиальном направлении может быть использовано любое подходящее устройство. Примером такого устройства является зажимной патрон. Защелочный замок 28 может входить в защелочное соединение 20 и может взаимодействовать с защелочным соединением 20 так, чтобы предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны 24 относительно обсадной колонны 14. Хотя на фиг. 5 изображены два защелочных замка 28, в различных вариантах осуществления может быть использовано любое число защелочных замков, от одного до нескольких. В некоторых вариантах осуществления используют три или четыре защелочных замка 28.
В некоторых вариантах осуществления вероятность поломки одной или больше линий 38A-C управления во время позиционирования насосно-компрессорной колонны 24 в основном стволе 12 скважины сведена к минимуму благодаря предотвращению значительного поворота насосно-компрессорной колонны 24. Например можно предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны 24 более чем на 180 градусов при перемещении насосно-компрессорной колонны 24 до необходимого положения, и предотвращать ее поворот после достижения желаемого положения.
Некоторые варианты осуществления могут быть реализованы в многоствольных скважинах, чтобы обеспечить позиционирование насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны для выравнивания множества окон насосно-компрессорной колонны с множеством окон обсадной колонны. Многоствольная скважина может содержать основный (или главный) ствол скважины с более чем одним боковым стволом скважины, отходящим от нее. Обсадная колонна может быть расположена в основном стволе скважины. Обсадная колонна может содержать окна (или окна могут быть образованы в обсадной трубе), через которые могут быть образованы или доступны боковые стволы скважины.
Насосно-компрессорная колонна может быть установлена во внутренней области обсадной колонны. Насосно-компрессорная колонна может содержать окна насосно-компрессорной колонны (или участки боковой стенки, через которые могут быть образованы окна). Каждое окно насосно-компрессорной колонны должно быть выровнено, в общем случае, с окном обсадной колонны. Определенные варианты осуществления могут быть использованы для выравнивания окон насосно-компрессорной колонны, в общем случае, с окнами в обсадной колонне, и предотвращения необходимости значительного поворота насосно-компрессорной колонны.
Защелочные соединения обеспечивают передачу операторам на поверхности подтверждения того, что насосно-компрессорная колонна выровнена при должной глубине и/или азимутальной ориентации, поскольку они при надлежащем выравнивании предотвращают перемещение вниз насосно-компрессорной колонны, но при ненадлежащем выравнивании допускают перемещение вниз. В предпочтительных вариантах осуществления один или больше переключателей 50 срабатывания (зацепления) защелочного соединения могут быть применены для доставки оператору на поверхности оповещения о состоянии или конфигурации защелочного замка, т. е., о том, втянут или выдвинут защелочный замок в радиальном направлении. Такое состояние или конфигурация может указывать, что защелочный замок 28 вошел в защелочное соединение 20 через линию 38A, 38B, или 38C управления, которая встроена в насосно-компрессорную колонну. Переключатель 50 может быть простым кулисным переключателем, переключателем на датчике Холла, оптическим переключателем и др.
В некоторых вариантах осуществления переключатель 50 может быть переключателем с радиочастотной идентификацией (Radio Frequency Identification, RFID), переключателем на основе стандарта RuBee (стандарт Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) 1902.1), резистивным идентификатором станции, или другим адресуемым переключателем, как известно специалистам в данной области. При использовании адресуемых переключателей 50, которые являются однозначно идентифицируемыми, глубина может быть подтверждена подсчетом сегмента трубы. Такая функция особенно предпочтительна, когда должен выравниваться множество окон, так как они могут быть расположены на расстоянии до 30 футов (9,1 м) друг от друга.
Переключатель 50 расположен рядом с защелочным замком 28 и приводится в действие (либо разомкнут, либо замкнут, в зависимости от конкретной схемы системы), когда защелочный замок 28 зашел в защелочное соединение 20 или взаимодействует с ним, как показано на фиг. 5-6. Состояние приведенного в действие выключателя (либо разомкнутого, либо замкнутого) таким образом передается к оператору на поверхности через линию 38 управления для оповещения оператора, что защелочный замок 28 вошел в защелочное соединение 20 (или не установлен, в зависимости от обстоятельств). Как показано на фиг. 5, когда защелочный замок 28 выдвинут в радиальном направлении в защелочное соединение 20, переключатель 50 с пружинным контактом полностью выдвинут и введен в действие. На фиг. 6, защелочный замок 28 не выровнен по углу поворота с защелочным соединением 20 и, следовательно, находится радиально во внутреннем положении. Соответственно, переключатель 50 с пружинным контактом сжат и не приведен в действие.
На фиг. 7 показана система 10 скважины в соответствии с альтернативным вариантом осуществления, в котором переключатель 52, указывающий положение по глубине, и переключатель 54, указывающий радиальную ориентацию, снабжены защелочными соединениями 28A, 28B, соответственно. На фиг. 8 показан пример способа в соответствии с одним вариантом осуществления, который соответствует системе по фиг. 7. Как показано на обеих фиг. 7 и 8, на этапах 200 и 202, представлена система 10, содержащая обсадную колонну с защелочными соединениями и насосно-компрессорную колонну с защелочными замками, которые комплементарно соответствуют защелочным соединениям. В случе использования глубинного защелочного соединения 28A для установки насосно-компрессорной колонны на относительной глубине, защелочное соединение может быть 360-градусным радиальным желобом (канавкой) вдоль внутренней поверхности наружной насосно-компрессорной колонны. На этапе 204 насосно-компрессорная колонна проходит в обсадную трубу, и на этапе 206 насосно-компрессорную колонну перемещают в осевом направлении для выравнивания защелочного замка 28A с защелочным соединением 20A. После того как защелочный замок 28A вошел в защелочное соединение 20A, на этапе 210 переключатель 52, указывающий положение по глубине, переключается для оповещения оператора, что внутренняя насосно-компрессорная колонна расположена на конкретной глубине. Как показано на этапе 208, сработавший защелочный замок 28A / защелочное соединение 20A взаимодействует для предотвращения или сведения к минимуму дальнейшего осевого перемещения насосно-компрессорной колонны в обсадной колонне.
Затем, как показано на этапе 212, внутренняя насосно-компрессорная колонна может поворачиваться до тех пор, пока поворотный защелочный замок 28B не установится в защелочном соединении 20B радиальной ориентации. То есть, типичная последовательность заключается в установке насосно-компрессорной колонны на соответствующей глубине путем установки глубинного защелочного замка 28A в глубинном защелочном соединении 20A; после надлежащей установки глубинного защелочного замка 28A насосно-компрессорную колонну поворачивают азимутально, чтобы установить вырезаемое окно насосно-компрессорной колонны в правильной ориентации относительно окна обсадной трубы. Защелочное соединение 28B радиальной ориентации может быть расположено в глубинной защелке таким образом, что необходимо будет использовать лишь один замок, или комбинации глубинных и радиальных замков/защелок могут быть использованы по отдельности, как показано на фиг. 7. Когда азимутальный защелочный замок 28B зацеплен с азимутальным защелочным соединением 20B, затем, на этапе 216, оператор на поверхности получает оповещение по линиям 38 управления, что насосно-компрессорная колонна установлена и готова к вырезанию. Как показано на этапе 214, сцепленный защелочный замок 28B / защелочное соединение 20B взаимодействуют для предотвращения или сведения к минимуму поворотного перемещения насосно-компрессорной колонны в обсадной колонне.
Переключатели 52, 54 могут быть подключены последовательно или параллельно относительно поверхности. Если устанавливают дополнительные окна, связанные переключатели также могут быть подключены последовательно с главным узлом, с целью оповещения оператора на поверхности, что вырезаемые окна установлены должным образом. То есть, в одном варианте осуществления переключатели 50, 52, 54 обеспечивают одно оповещение системы. Как вариант, если используют резистивный идентификатор станции, или другой адресуемый переключатель, оператору на поверхности может быть быстро доставлено оповещение о том, что вырезаемые окна установлены должным образом. Такое устройство особенно предпочтительно, когда используют многочисленные защелочные замки.
На фиг. 9 изображен вариант осуществления многоствольной системы 100 скважин, которая включает в себя основный ствол 102 скважины и два боковых ствола 104, 106 скважин, отходящих от основного ствола 102 скважины. На фиг. 11 показан пример способа в соответствии с одним вариантом осуществления, который соответствует системе по фиг. 9. Как показано на обеих фиг. 9 и 11, на шаге 230, обсадная колонна 108 расположена в основном стволе 102 скважины. Обсадная колонна 108 содержит первое окно 110, связанное с боковым стволом 104 скважины и второе окно 112, связанное с боковым стволом 106 скважины. К боковым стволам 104, 106 скважин доступ может осуществляться через окна 110, 112. Обсадная колонна 108 также содержит устройства 114, 116 для ориентирования участков или секций насосно-компрессорной колонны 118 относительно обсадной колонны 108 в основном стволе 102 скважины. Каждое из устройств 114, 116 может представлять собой переводник с косым срезом.
На этапе 232 обеспечивают насосно-компрессорную колонну. Насосно-компрессорная колонна 118 может содержать окно 120 насосно-компрессорной колонны, выровненное, в основном, с окном 110, и второе окно 122 насосно-компрессорной колонны, выровненное, в основном, со вторым окном 112. В других вариантах осуществления насосно-компрессорная колонна 118 может содержать участки, в основном, выровненные с окнами 110, 112, через которые могут быть выполнены окна насосно-компрессорной колонны.
На этапе 234 насосно-компрессорную колонну 118 размещают в обсадной колонне 108. Насосно-компрессорная колонна 118 может быть расположена с использованием различных способов, включая способы, описанные со ссылкой на фиг. 2-5 для выравнивания, в основном, одного окна насосно-компрессорной колонны с одним окном обсадной колонны. В некоторых вариантах осуществления насосно-компрессорная колонна 118 может быть расположена секциями, с использованием компонента, такого как соединение 124.
Например, насосно-компрессорная колонна 118 может содержать первую секцию 126, связанную с окном 120 насосно-компрессорной колонны, и вторую секцию 128, связанную со вторым окном 122 насосно-компрессорной колонны. На этапе 236, вторая секция 128, соединенная с первой секцией 126 посредством соединения 124, может быть размещена в необходимом положении путем использования способов, аналогичных описанным со ссылкой на фиг. 2-4. Защелочное соединение 134, связанное с обсадной колонной, может принимать защелочный замок 136, связанный со второй секцией 128 для предотвращения поворота и/или осевого перемещения второй секции 128 относительно обсадной колонны 108, как указано на этапе 238. На этапе 240 переключатель 50A обеспечивает оператору указание, что защелочный замок 136 находится в зацеплении с защелочным соединением 134.
После размещения второй секции 128, в соответствии с этапом 242, первую секцию 126 можно перемещать в радиальном направлении независимо от второй секции 128, благодаря соединению 124, с использованием любого подходящего способа. Способ может зависеть частично от конфигурации соединения 124, которое может содержать любые устройства, и может быть любой формы, которая допускает перемещение первой секции 126 относительно второй секции 128.
Например, на фиг. 10 изображен вид поперечного разреза участка обсадной колонны 108 и насосно-компрессорной колонны 118 в месте соединения 124, в соответствии с одним вариантом осуществления. Соединение 124 содержит вертлюг 130 для спуска и подъема насосно-компрессорных труб и телескопическое соединение 132 в насосно-компрессорной колонне 118. Вертлюг 130 для спуска и подъема насосно-компрессорных труб допускает поворот первой секции 126 независимо от второй секции 128. В некоторых вариантах осуществления вертлюг 130 для спуска и подъема насосно-компрессорных труб может быть избирательно заблокирован для предотвращения поворота, и/или может содержать ограничители поворота, чтобы не допускать величин поворота, допустимых для вертлюга 130 для спуска и подъема насосно-компрессорных труб. Телескопическое соединение 132 обеспечивает изменение глубины первой секции 126 (как увеличение, так и уменьшение) независимо от глубины второй секции 128. В некоторых вариантах осуществления телескопическое соединение 132 блокируют в заданном положении до тех пор, пока его не разблокируют избирательно, чтобы позволить телескопическому соединению выполнять увеличение или уменьшение по глубине по отношению к первой секции 126. Первая секция 126 может быть позиционирована с использованием любого подходящего способа, такого, как способы, описанные со ссылкой на фиг. 2-4. Когда первая секция 126 позиционирована, второе защелочное соединение 137 обсадной колонны 108 может принимать в себя первый защелочный замок 138 для предотвращения поворота первой секции 126 относительно обсадной колонны 108, как указано на этапе 244. На этапе 246 переключатель 50B обеспечивает оператору указание на то, что защелочный замок 138 находится в зацеплении с защелочным соединением 137.
Хотя на фиг. 9 показан один защелочный замок 136 и защелочное соединение 134 для фиксации положения нижней секции 128, и один защелочный замок 138 и защелочное соединение 137 для фиксации положения верхней секции 126 обсадной колонны, изобретение не ограничивается таким устройством. Например, сопряженную пару защелочного замка / защелочного соединения можно заменить двумя парами защелочного замка / защелочного соединения - одной парой 360-градусного защелочного замка / защелочного соединения для установки глубины такой секции, и второй парой защелочного замка / защелочного соединения для установки радиального положения секции, такой как устройство, показанное на фиг. 7. Иначе говоря, этапы 206-216 (фиг. 8) могут быть заменены этапами 236-240 и/или этапами 242-246.
Защелочные соединения в соответствии с некоторыми вариантами настоящего изобретения могут быть выполнены с возможностью включать в себя избирательный профиль защелочного соединения, который соответствует профилю конкретного защелочного замка на насосно-компрессорной колонне, но не соответствует второму профилю защелочного замка на насосно-компрессорной колонне. Когда насосно-компрессорная колонна находится во втором положении, профиль избирательного защелочного соединения может допускать вхождение профиля конкретного защелочного замка и предотвращать поворот насосно-компрессорной колонны. При использовании избирательного защелочного соединения каждая часть насосно-компрессорной колонны может быть избирательной по отношению к профилю конкретного защелочного соединения.
В другом варианте осуществления многоступенчатой системы, имеющей множество вырезаемых окон, первичым оповещением может быть сигнал переключателя 52, указывающего глубину. Может быть выполнена отдельная схема для переключателя 54, указывающего радиальное положение. Данная схема может соединять переключатель 54 с индикатором, устройством оповещения, логическим устройством управления, или аналогичным устройством, с использованием линии 38 управления, например, для доставки оповещения оператору на поверхности о том, что переключатель 54 находится в активированном состоянии. Например, в базовом варианте осуществления схема может просто подключать переключатель 54 последовательно между источником энергии и реле так, чтобы реле включало индикатор, устройство оповещения, логическое устройство управления или другое устройство для доставки оповещения оператору о состоянии переключателя 54. Поскольку базовые схемы хорошо известны в технике, дополнительные детали не приводятся.
В еще одном варианте осуществления система 10 может содержать скважинный модуль управления, определяющий, какой переключатель или последовательность переключателей задействованы, от одного до множества переключателей, которые подключены параллельно или последовательно, или от индивидуальных адресуемых переключателей, приведение в действие которых может однозначно определяться оператором. Затем модуль управления телеметрическим путем передает соответствующий код оператору на поверхности по линиям 38 управления.
Итак, были описаны способы и системы для ориентирования инструмента в стволе скважины. Варианты осуществления системы могут, как правило, содержать первую трубу, имеющую стенку, участок которой образует мишень, стенку, образующую внутреннюю область, вторую трубу, которая может быть расположена во внутренней области первой трубы, причем участок второй трубы имеет стенку второй трубы, участок которой образует мишень, устройство, расположенное на по меньшей мере одной из первой или второй труб, и выполненное с возможностью предотвращать вынужденное относительное перемещение двух труб по меньшей мере в угловом или в осевом направлении, переключатель, соединенный с устройством так, чтобы приводиться в действие, когда устройство находится в конкретной конфигурации, и схему, функционально подключенную между переключателем и индикатором для оповещения оператора о конфигурации переключателя.
Вариант осуществления способа может, как правило, включать в себя обеспечение обсадной колонны, имеющей защелочное соединение, и окно обсадной колонны, относящееся к боковому стволу скважины, обеспечение насосно-компрессорной колонны, имеющей окно насосно-компрессорной колонны и защелочный замок, размещение насосно-компрессорной колонны в стволе скважины в положении, при котором по меньшей мере часть окна насосно-компрессорной колонны расположена рядом с по меньшей мере частью окна обсадной колонны, и при котором в защелочное соединение может входить защелочный замок для предотвращения поворотного и/или осевого перемещения насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны, приведение в действие переключателя посредством защелочного замка при размещении защелочного замка в защелочном соединении, и оповещение оператора посредством схемы при приведении в действие переключателя.
Другой вариант осуществления способа может, в общем случае, включать в себя обеспечение обсадной колонны, имеющей первое и второе защелочные соединения и первое и второе окна обсадной колонны, относящиеся к первому и второму боковым стволам, обеспечение насосно-компрессорной колонны, имеющей первое окно насосно-компрессорной колонны, и первый защелочный замок, расположенный в первой секции насосно-компрессорной колонны, и второе окно насосно-компрессорной колонны и второй защелочный замок, расположенный во второй секции насосно-компрессорной колонны, обеспечение в насосно-компрессорной колонне соединения, которое отделяет первую секцию от второй секции, и которое допускает перемещение второй секции относительно первой секции, размещение насосно-компрессорной колонны в обсадной колонне в положении, при котором по меньшей мере часть первого окна насосно-компрессорной колонны расположена рядом с по меньшей мере частью первого окна обсадной колонны, и при котором в первое защелочное соединение может входить первый защелочный замок для предотвращения по меньшей мере поворотного или осевого перемещения первой секции насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны, приведение в действие первого переключателя посредством первого защелочного замка при размещении первого защелочного замка в первом защелочном соединении, и оповещение оператора посредством схемы при приведении в действие первого переключателя.
Любой из вышеупомянутых вариантов осуществления может включать в себя любой из следующих элементов или характеристик, по отдельности или в сочетании друг с другом: по меньшей мере одна линия управления, соединенная с переключателем и составляющая часть схемы; первая труба представляет собой обсадную колонну; вторая труба представляет собой насосно-компрессорную колонну, имеющую защелочный замок; устройство представляет собой защелочное соединение, выполненное с возможностью вхождения в него защелочного замка; переключатель соединен с защелочным замком; пружина, выполненная с возможностью выдвижения защелочного замка наружу в радиальном направлении от наружной границы насосно-компрессорной колонны; насосно-компрессорная колонна содержит множество защелочных замков в первой конфигурации; защелочное соединение содержит множество защелочных соединений в виде углублений во второй конфигурации, соответствующей первой конфигурации множества защелочных замков, для вхождения в них множества защелочных замков; множество переключателей, функционально связанных с множеством защелочных замков, при этом каждый из множества защелочных замков связан с одним из множества переключателей; множество переключателей соединены последовательно в схеме; множество переключателей соединены параллельно в схеме; множество переключателей имеют индивидуальный адрес и однозначно идентифицируемы; первое из множества защелочных соединений выполнено с возможностью предотвращения осевого перемещения, но допущения поворота насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны; первый из множества защелочных замков соответствует первому защелочному соединению и функционально связан с первым из множества переключателей; второе из множества защелочных соединений выполнено с возможностью предотвращения поворота насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны; второй из множества защелочных замков соответствует второму защелочному соединению и функционально связан со вторым их множества переключателей; первое защелочное соединение расположено по вертикали ниже по скважине, чем второе защелочное соединение; обеспечение первого защелочного соединения на обсадной колонне, выполненного с возможностью предотвращения осевого перемещения, но допущения поворота насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны; обеспечение второго защелочного соединения на обсадной колонне, выполненного с возможностью предотвращения поворота насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны; обеспечение на насосно-компрессорной колонне первого защелочного замка, выполненного с возможностью входить в первое защелочное соединение, и первого переключателя на насосно-компрессорной колонне, выполненного с возможностью  приведения в действие с помощью первого защелочного замка, вошедшего в первое защелочное соединение; обеспечение на насосно-компрессорной колонне второго защелочного замка, выполненного с возможностью вхождения во второе защелочное соединение, и второго переключателя на насосно-компрессорной колонне, выполненного с возможностью приведения в действие с помощью второго защелочного замка, вошедшего во второе защелочное соединение; осевое перемещение насосно-компрессорной колонны в обсадной колонне до вхождения первого защелочного замка в первое защелочное соединение; поворот насосно-компрессорной колонны в обсадной колонне до вхождения второго защелочного замка во второе защелочное соединение; оповещение оператора посредством схемы при приведении в действие второго переключателя; оповещение оператора посредством схемы при приведении в действие первого переключателя; перемещение второй секции насосно-компрессорной колонны относительно первой секции насосно-компрессорной колонны до положения, в котором по меньшей мере часть второго окна насосно-компрессорной колонны расположена рядом с по меньшей мере частью второго окна обсадной колонны, и в котором во второе защелочное соединение может входить второй защелочный замок для предотвращения по меньшей мере поворотного или осевого перемещения второй секции насосно-компрессорной колонны относительно обсадной колонны; приведение в действие второго переключателя посредством второго защелочного замка при размещении второго защелочного замка во втором защелочном соединении; поворот второй секции относительно первой секции; осевое перемещение второй секции относительно первой секции; назначение первого адреса первому переключателю; назначение второго адреса второму переключателю; и идентификация приведения в действие первого переключателя с использованием первого адреса.
Реферат изобретения приведен исключительно для предоставления патентному бюро США и более широкой аудитории способа быстрого определения сущности и сути технического решения из беглого прочтения, и представляет только один или несколько вариантов реализации.
Хотя подробно проиллюстрированы различные варианты осуществления, изобретение не ограничивается показанными вариантами осуществления. Специалистам в данной области техники будут понятны модификации и вариации в раскрытых выше вариантах реализации. Эти модификации и изменения не выходят за рамки сущности и объема настоящего изобретения.