СПОСОБ И УСТРОЙСТВО
METHOD AND DEVICE

Раскрыты способ и блок управления для устройства таймера и устройство таймера для приведения в действие одного или более чем одного из множества скважинных инструментов, соединенных с двумя линиями поставки гидравлической текучей среды и система скважинных инструментов, а в других аспектах также раскрыт способ регулирования потока, в особенности, в стволе нефтяных и газовых скважин, и который, предпочтительно, но не исключительно, можно эксплуатировать или приводить в действие выбранный инструмент в течение периода времени, который упоминается в данном документе как окно возможностей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы для операторов нефтяных и газовых скважин становится все более и более важным иметь возможность управлять, в реальном времени, одним или более из множества скважинных инструментов, предусмотренными в заканчивании скважины, в таком как насосно-компрессорной колонне. Например, оператор может пожелать иметь возможность управлять одной или более скользящими муфтами, которые предусмотрены в заканчивании и которые связаны с определенной частью продуктивной зоны коллектора, так как оператор может пожелать открыть или закрыть скользящую муфту в конкретный момент времени для того, чтобы иметь возможность регулировать поток из этого участка коллектора (например, если этот конкретный участок коллектора начинает производить значительное количество воды вместо нефти или газа), или иметь возможность регулировать поток из заканчивания в этом участке коллектора, если, например, проводится процесс обратного закачивания воды.
В продолжающимся стремлении добычи углеводородов это означает, что новые скважины, скорее всего, будут более сложными с точки зрения структуры их пласта, многие из таких скважин имеют ряд различных продуктивных зон, и было бы очень выгодно, чтобы оператор скважины имел возможность регулировать в реальном времени поток, втекающий или вытекающий из каждой отдельной продуктивной зоны. Вполне возможно, что есть пять или даже десять или более различных продуктивных зон, в которых нужно было бы управлять, например, скользящей муфтой или другим подходящим скважинным инструментом для каждой продуктивной зоны.
Целью настоящего изобретения является предложить альтернативу и возможно более выгодную систему управления, и способ управления одним или несколькими скважинными инструментами.
Решения GB 2470286A и WO 01/61144A1 являются предшествующим уровнем техники.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ приведения в действие, по меньшей мере, одного из множества скважинных инструментов, соединенных, по меньшей мере, с одной линией для гидравлической текучей среды, причем способ содержит этапы: -
1. Способ приведения в действие, по меньшей мере, одного из множества скважинных инструментов, соединенных, по меньшей мере, с одной линией гидравлической текучей среды, причем способ содержит этапы:
а) обеспечение каждого из скважинных инструментов блоком управления содержащим таймер и клапаном, который функционирует при помощи блока управления, причем блок управления выполнен с возможностью открывать клапан в начале окна времени, заданным таймером, причем таймер выполнен таким образом, что он осуществляет привязку последующего окна времени к известному моменту времени(T=0) так, что
i) блоком управления выполнен с возможностью позволять сообщение по текучей среде гидравлической текучей среды, по меньшей мере, между одной линией гидравлической текучей среды через открытый клапан, так что он является связанным со  скважинным инструментом в течение этого окна времени; и
ii) причем блок управления дополнительно выполнен с возможностью закрывать клапан в конце окна времени, заданным таймером, таким образом, чтобы блок управления предотвращает протекание гидравлической текучей среде через закрытый клапан и, гидравлической текучей среде будет запрещено воздействие на соответствующий скважинный инструмент во всё время за пределами окна времени, и
б) управление давлением, по меньшей мере, в одной линии гидравлической текучей среды, по меньшей мере, в течение достаточного периода времени, необходимого, по меньшей мере, для приведения в действие, указанного скважинного инструмента, при котором, указанный достаточный период времени совпадает, по меньшей мере, частично с указанным окном времени так, что скважинный инструмент обеспечивает возможность быть приведенным в действие во время окна времени, и скважинный инструмент будет  во всё время за пределами окна времени, и ограниченным в приведение в действие за пределами окна времени.
В соответствии с вторым аспектом настоящего изобретения предлагается система скважинного инструмента, содержащая: -
два или более скважинных инструментов;
по меньшей мере, одну линию для гидравлической текучей среды, причем каждый из двух или более скважинных инструментов соединен, по меньшей мере, с одной линией для гидравлической текучей среды; и
по меньшей мере, один блок управления, в соответствии с третьим аспектом изобретения;
указанный таймер, позволяющий гидравлической текучей среде взаимодействовать с соответствующим скважинным инструментом.
Обычно способ дополнительно содержит регулирования скважинного потока в стволе скважины, причем способ содержащий этапы: -
а) установка множества скважинных инструментов для регулирования потока, каждый скважинный инструмент регулирования потока соединен, по меньшей мере, с одной линией для гидравлической текучей среды и каждый скважинный инструмент регулирования потока способен регулировать поток в скважине из одного или более чем одного из выбранных: -
1) насосно-компрессорной трубы (НКТ) заканчивания, по меньшей мере, в одной части скважинного коллектора;
2) по меньшей мере, одной части скважинного коллектора в НКТ заканчивания;
3) между верхней и нижней секцией заканчивания/НКТ; и
4) между верхней и нижней секцией кольцевого пространства, расположенного между заканчиванием/НКТ и внутренней поверхностью ствола скважины;
б) обеспечение каждого из скважинных инструментов регулирования блоком управления; и
с) подача гидравлической текучей среды через линию для гидравлической текучей среды в инструмент регулирования потока в скважине, по меньшей мере, в течение достаточного периода времени, необходимого, по меньшей мере, для приведения в действие, указанного инструмента регулирования потока в скважине, в котором указанный достаточный период времени совпадает, по меньшей мере, частично с указанным окном времени.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается блок управления для эксплуатации одного или более чем одного из множества скважинных инструментов, соединенных, по меньшей мере, с одной линией для гидравлической текучей среды, причем блок управления, содержащий: -
Блок управления для эксплуатации одного или более чем одного из множества скважинных инструментов, соединенных, по меньшей мере, с одной линией гидравлической текучей среды, причем блок управления, содержит: -
таймер, связанный с каждым одним или несколькими скважинными инструментами,
клапан, который функционирует при помощи блока управления, причем блок управления выполнен с возможностью открывать клапан в начале окна времени, заданным таймером, причем блок управления обеспечивает возможность гидравлической текучей среде взаимодействовать с соответствующим скважинным инструментом, если она подается, по меньшей мере, через одну линию гидравлической текучей среды через открытый клапан в течение окна времени, когда клапан открыт, и
причем блок управления дополнительно выполнен с возможностью закрывать клапан в конце окна времени, заданным таймером, таким образом, чтобы блок управления предотвращает протекание гидравлической текучей среде через закрытый клапан и, гидравлической текучей среде будет запрещено воздействие на соответствующий скважинный инструмент во всё время за пределами окна времени.
Предпочтительно, чтобы таймер позволял гидравлической текучей среде действовать на соответствующий скважинный инструмент, если она доставляется, по меньшей мере, через одну линию для гидравлической текучей среды.
Предпочтительно, чтобы указанное окно времени представляло собой заранее заданное окно времени.
В одном варианте осуществления регулирование давления, по меньшей мере, в одной линии для гидравлической текучей среды может включать в себя разрешения поддержания текучей среды при постоянном давлении в одной из указанных линий для гидравлической текучей среды, которая уравновешена другой указанной линией для гидравлической текучей среды и приведение в действие происходит за счет уменьшения или падения давления в одной или указанной другой из указанных линий для гидравлической текучей среды.
Предпочтительно, чтобы таймер был выполнен таким образом, чтобы он осуществлял привязку последующего окна времени к известному моменту времени.
Предпочтительно, чтобы указанная гидравлическая текучая среда сжималась, и давление указанной гидравлической текучей среды увеличивалось в линии для гидравлической текучей среды, по меньшей мере, до давления срабатывания в течение достаточного периода времени, необходимого для активации скважинного инструмента для приведения его в действие.
Предпочтительно, чтобы давление срабатывания являлось заранее заданным давлением срабатывания.
В некоторых случаях, таймер снабжается энергией от источника электроэнергии, который, представляет собой, предпочтительно, источник питания и является, по меньшей мере, одним из: -
расположенным в скважине с таймером;
электрически соединенным с таймером; и/или
находящимся в непосредственной близости к таймеру.
Как правило, блок управления содержит программируемый логический блок и является предварительно запрограммированным, чтобы хранить данные, отражающие указанное окно времени для соответствующего скважинного инструмента.
Как правило, таймер инициируется заранее заданным событием, примененным к указанной, по меньшей мере, одной линии для гидравлической текучей среды.
Предпочтительно, чтобы заранее заданное событие представляло собой изменение давления указанной гидравлической текучей среды в указанной линии для гидравлической текучей среды.
В некоторых случаях, изменение давления включает в себя увеличение давления указанной гидравлической текучей среды в указанной линии для гидравлической текучей среды, по меньшей мере, до заранее заданного начального давления схватывания в течение периода времени.
В некоторых случаях, таймер запускается путем уменьшения давления указанной гидравлической текучей среды в указанной линии для гидравлической текучей среды, по меньшей мере, до заранее заданного минимального давления.
В некоторых случаях, таймер запускается путем уменьшения давления указанной гидравлической текучей среды в указанной линии для гидравлической текучей среды, по меньшей мере, до минимального порогового давления, когда время, при котором давление является указанным минимальным порогом давления, не обязательно имеет значение.
В некоторых случаях, таймер инициируется заранее заданной скоростью изменения давления указанной гидравлической текучей среды в указанной линии для гидравлической текучей среды.
В некоторых случаях, таймер инициируется и снабжается энергией от указанной гидравлической текучей среды, доставляемой через указанную линию для гидравлической текучей среды.
Как правило, таймер не требует какого-либо бортового или скважинного источника электроэнергии.
В некоторых случаях, таймер содержит механизм синхронизации с силовым приводом, который может быть инициирован указанной гидравлической текучей средой, подаваемой через указанную линию для гидравлической текучей среды, действующей на подвижный элемент, соединенный с механизмом накопления энергии.
В некоторых случаях, механизм синхронизации с силовым приводом может быть заведен посредством указанной гидравлической текучей среды, подаваемой через указанную линию для гидравлической текучей среды, действующей на подвижный элемент, соединенный с механизмом накопления энергии.
Как правило, механизм синхронизации с силовым приводом дополнительно содержит управляемый механизм высвобождения энергии, который работает с известной скоростью, тем самым обеспечивая таймер.
В некоторых случаях, механизм синхронизации с силовым приводом приспособлен, чтобы открыть канал для приведения выбранного скважинного инструмента в жидкостное сообщение с нагнетаемой гидравлической текучей средой, расположенной в указанной гидравлической линии в момент времени, совпадающий с указанным окном времени для этого указанного скважинного инструмента.
В некоторых случаях, механизм синхронизации с силовым приводом включает в себя жидкостные часы, выполненные таким образом, чтобы сначала накапливать текучую среду, а затем высвободить текучую среду с заранее заданной скоростью.
Как правило, этап а) организуется на поверхности перед спуском скважинных инструментов в ствол скважины и этап б) осуществляется через некоторое время после опускания скважинных инструментов и расположения их на глубине в стволе скважины.
Предпочтительно, чтобы каждый из скважинных инструментов был снабжен соответствующим блоком управления.
В некоторых случаях, два или более скважинных инструментов соединены с одинарным блоком управления, который способен индивидуально управлять каждым соответствующим скважинным инструментом, соединенным с ним.
В некоторых случаях, система управления дополнительно содержит устройство контроля давления для регулирования давления в указанной линии для гидравлической текучей среды.
В некоторых случаях, существует две гидравлические линии и каждый из скважинных инструментов соединен с каждой из двух гидравлических линий.
Предпочтительно, по меньшей мере, два из множества скважинных инструментов каждый из которых содержит таймеры организованные так, чтобы позволить сообщение текучей среды с соответствующим инструментом в течение другого окна времени.
Предпочтительно, чтобы каждый скважинный инструмент мог приводиться в действие из первой ко второй конфигурации путем применения нагнетаемой текучей среды через одну из указанных двух гидравлических линий.
Предпочтительно, чтобы каждый скважинный инструмент мог приводиться в действие из второй к первой конфигурации путем применения нагнетаемой текучей среды через другую из указанных двух гидравлических линий.
Как правило, первая конфигурация является открытой конфигурацией скважинного инструмента, а вторая конфигурация является закрытой конфигурацией скважинного инструмента.
Скважинный инструмент может содержать третью конфигурацию - часть пути между первой и второй конфигурацией.
Две гидравлических линии могут быть уравновешены по давлению на поверхности, где приведения в действие соответствующего скважинного инструмента не требуется в течение окна времени этого инструмента.
Предпочтительно, когда существует не более двух гидравлических линий, и есть более чем два скважинных инструмента.
Как правило, окно времени представляет собой заранее заданный период времени, в котором начало окна является известным моментом времени для оператора скважинного инструмента.
Предпочтительно, когда окно времени представляет собой заранее заданный период времени, в котором завершение окна является известным моментом времени для оператора скважинного инструмента.
Предпочтительно, когда окно времени представляет собой заранее заданный период времени, в котором начало и завершение каждого соответствующего окна времени для каждого соответствующего скважинного инструмента является известным моментом времени для оператора скважинного инструмента.
Как правило, блок управления дополнительно содержит устройство контроля давления для регулирования давления в указанной линии для гидравлической текучей среды.
Как правило, таймер блока управления снабжается энергией от нагнетаемой гидравлической текучей среды и инициируется, когда давление гидравлической текучей среды соответствует заранее заданному событию изменения давления таким образом, что таймер отсчитывает период времени от заранее заданного события изменения давления и дополнительно выполнен с возможностью разрешать нагнетаемой гидравлической текучей среде подаваемой в течение окна времени, доставляться в скважинный инструмент, связанный с этим таймером таким образом, что скважинный инструмент приводится в действие.
В некоторых случаях, блок управления снабжается энергией механическим способом, и таймер может быть запитан и/или инициирован нагнетаемой гидравлической текучей средой. Дополнительно, таймер запускается, когда давление гидравлической текучей среды изменяется, причем указанное изменение, как правило, организуется оператором. Альтернативно, блок управления приводится в действие электрическим способом.
Альтернативно, таймер блока управления снабжается энергией от источника электрической мощности и запускается, когда давление гидравлической текучей среды соответствует заранее заданному событию изменения давления таким образом, что он отсчитывает период времени от заранее заданного события изменения давления и дополнительно выполнен с возможностью разрешать нагнетаемой гидравлической текучей среде поставляемой в течение окна времени доставляться в скважинный инструмент, связанный с этим таймером таким образом, что скважинный инструмент приводится в действие.
Как правило, по отношению к аспекту системы скважинных инструментов, указанный таймер разрешает гидравлической текучей среде взаимодействовать с соответствующим скважинным инструментом, если она поставляется, по меньшей мере, через одну линию для гидравлической текучей среды в течение окна времени и, предпочтительно, когда указанный таймер разрешает гидравлической текучей среде взаимодействовать с соответствующим скважинным инструментом, если она подается, по меньшей мере, через одну линию для гидравлической текучей среды в течение заранее заданного окна времени.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут, вероятно, иметь выгодное преимущество из-за того, что они позволяют управлять несколькими инструментами, предпочтительно, независимо друг от друга, с уменьшенным количеством линий управления, по сравнению с известными системами.
Различные аспекты настоящего изобретения могут быть осуществлены по отдельности или в комбинации с одним или несколькими другими аспектами, как будет понятно специалистам в данной области техники. Различные аспекты изобретения могут быть, в некоторых случаях, обеспечены в комбинации с одним или более из дополнительных признаков других аспектов изобретения. Кроме того, дополнительные признаки, описанные применительно к одному из аспектов, могут быть, как правило, объединены с одним или вместе с другими признаками в других аспектах настоящего изобретения. Любой объект, изложенный в данном описании, может быть объединен с любым другим объектом в описании, чтобы сформировать новую комбинацию.
Различные аспекты настоящего изобретения будут теперь описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Третьи аспекты, особенности и преимущества настоящего изобретения очевидны из всего их описания, в том числе чертежей, которые иллюстрируют ряд примерных аспектов и реализаций. Любой объект, изложенный в описании, может быть объединен с любым другим объектом в описании, чтобы сформировать новую комбинацию. Изобретение также допускает другие и различные примеры и аспекты, и их некоторые детали можно модифицировать в разных отношениях без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и описания должны рассматриваться как пояснительные по характеру, а не как ограничивающие. Кроме того, терминология и фразеология используются в данном документе исключительно для описательных целей и не должны быть истолкованы как ограничивающие сферу применения. Термины, такие как "включающий в себя", "содержащий", "имеющий", "состоящий из" или "связанный с", и их варианты, предназначены, чтобы быть широкими и охватывать объекты, перечисленные после них, эквиваленты и дополнительные объекты, не изложены и не предназначены для исключения других добавлений, компонентов, единого целого или этапов. Точно так же, термин «содержащий» рассматривается как синоним терминов "включающий в себя" или "состоящий из" для соответствующих юридических целей.
Любое обсуждение документов, актов, материалов, устройств, статей и т.п. включено в описание исключительно с целью обеспечения контекста для настоящего изобретения. Не предложено или не представлено, чтобы любой или все эти вопросы образовывали часть основы известного уровня техники или являлись общеизвестным знанием в области, относящейся к настоящему изобретению.
В этом раскрытии сущности изобретения, во всех случаях, когда сочетание, элемент или группа элементов предшествуют переходной фразе "содержащий", следует понимать, что мы также предусматриваем такое же сочетание, элемент или группу элементов с переходными фразами «состоящий по существу из», "состоящий из", "выбран из группы, состоящей из", "включающий" или "является" предшествующие перечислению сочетания, элемента или группы элементов, и наоборот. В данном раскрытии слова "как правило" или "в некоторых случаях", следует понимать, что они предназначены для указания дополнительных или несущественных признаков изобретения, которые присутствуют в некоторых примерах, но которые могут быть опущены в других, не отступая от сущности и объема изобретения.
Все числовые значения в этом раскрытии сущности изобретения следует понимать как модифицированные при помощи "около". Все формы единственного числа элементов, или любых других компонентов, описанных в данном документе, следует понимать так, чтобы предусматривать их формы множественного числа, и наоборот.
Ссылки на описания, связанные с направлением и положением, такие как верхняя и нижняя и направления, например, "вверх", "вниз" и т.д., должны быть интерпретированы квалифицированным читателем в контексте описанных примеров, и не должны толковаться как ограничение изобретения в буквальном толковании термина, но наоборот они должны быть понятны специалисту. В частности, ссылки, связанные с положением по отношению к скважине, такие как "вверх" будут интерпретироваться, чтобы отсылать в направлении к поверхности, и "вниз" будут интерпретироваться, чтобы отсылать в направлении от поверхности и глубже в скважину, независимо от того представляет ли собой скважина обычную вертикальную скважину или наклонную скважину и, следовательно, включает в себя типичную ситуацию, где буровая установка находится над устьем скважины и скважина простирается вниз от устья скважины в пласт, но также горизонтальные скважины, где пласт не обязательно ниже устья скважины.
Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны только посредством примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: -
Фиг. 1 - график, показывающий время (по оси X или горизонтальной оси) и давление гидравлической текучей среды в гидравлической линии L1 (по оси Y или вертикальной оси) скважинной системы управления, работающей в соответствии с настоящим изобретением в течение двух окон возможностей для приведения в действие или управления первых двух скважинных инструментов в относительно большом количестве скважинных инструментов;
Фиг. 2а и 2b - схематические изображения, показывающие пару линий поставки гидравлической текучей среды А и В, установленных в заканчивании в стволе скважины и соединенных с множеством (три из которых показаны на фиг. 2а подробно, например, из полных десяти, и десять из которых показаны несколько менее подробно на фиг. 2b в буровой скважине/в стволе скважины) скважинных инструментов, которые управляются при помощи системы управления с электроприводом в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.
Фиг. 3a и 3b - схематические изображения пары линий поставки гидравлической текучей среды А и В, установленных в заканчивании забоя ствола скважины и соединенных с множеством (четыре из которых показаны, например, из полных десяти на фиг. 3а подробно и все десять, которые показаны на фиг. 3b в буровой скважине/в стволе скважины) скважинных инструментов, расположенных в забое ствола скважины и которые управляются с помощью системы управления таймером с гидроприводом в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.
Фиг. 4а и 4b показывают пару линий поставки гидравлической текучей среды L1 и L2 установленных в заканчивании забоя ствола скважины и соединенных с множеством (четыре из которых подробно показаны на фиг. 4а, например, из полных десяти, и все десять которые показаны немного менее подробно на фиг. 4b внутри буровой скважины/в стволе скважины) скважинных инструментов, расположенных в стволе скважины, где предусмотрен общий механизм таймера с гидравлическим приводом, который может независимо управлять каждым из скважинных инструментов; и
Фиг. 5 - схематическое изображение одного варианта осуществления управляемого механизма таймера с гидроприводом, который использует принцип водяных часов, чтобы обеспечить окно возможностей для приведения в действие скважинного инструмента и, следовательно, обеспечивает управление над ним, когда пара соответствующих скважинных инструментов может быть приведена в действие в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 1 показывает давление в одной из двух гидравлических линий (например, линия L1), которое будет использовано в вариантах осуществления настоящего изобретения, как будет описано ниже и показано, как обеспечиваются окна возможностей во время, в течение которого выбранный скважинный инструмент может управляться в режиме реального времени по выбору оператора забоя ствола скважины 100, которая была пробурена в пласте 150 с поверхности 200 земли или с подводной поверхности 200 и который представляет собой, как правило, углеводородную породу/продуктивный пласт 150.
В соответствии с настоящим изобретением, и, как показано, сначала, на фиг. 2, первый вариант осуществления блока 20 вместе с одним или более скважинным инструментом 10, установлен в заканчивании забоя в нефтяной или газовой скважине 100. Каждый блок 20 управления соединена, по меньшей мере, с одной или более, предпочтительно, двумя гидравлическими линиями L1 и L2. Линия или линии отведены к поверхности 200 ствола скважины 100 или, по меньшей мере, спускаются в местоположение в стволе скважины 100, где есть скважинный источник гидравлической текучей среды, где нагнетаемая гидравлическая текучая среда может быть закачана в направлении скважинного блока 20 управления и в скважинные инструменты 10. Как будет описано далее, блок 20 управления предварительно выполнен для обеспечения каждого скважинного инструмента 10 окном возможностей, в течение которого он может работать или быть приведен в действие с помощью нагнетаемой гидравлической текучей среды в одной из линий L1 и/или L2 в течение уникального периода времени отдельного для этого скважинного инструмента. График на фиг. 1 показывает два таких окна возможностей WO1 и WO2 для соответствующей пары скважинных инструментов 10А и 10В и способ повышения давления гидравлической текучей среды в линии L1 для запуска выбранных инструментов в разные периоды времени будет теперь описан со ссылкой на фиг. 1.
Когда оператор забоя нефтяной или газовой скважины 100 (с вариантом осуществления блока управления, установленной в ней, т.е. в соответствии с настоящим изобретением, и которая будет описана впоследствии) готов начать приведение в действие определенный скважинный инструмент 10, он увеличивает давление гидравлической текучей среды в линии L1 и это событие показано на графике фиг. 1, как возникшее при Т= -1, где Т представляет собой любую подходящую единицу времени (которая может быть любой частью часа или любой кратной часу или каждая целая часть может представлять собой один час). Оператор продолжает увеличивать давление в линии L1, пока давление на поверхности 200 не покажет особое давление P. Не особенно важно, что точное давление P равно в фунтах на квадратный дюйм или Паскалях, но это, вероятно, будет относительно существенный уровень давления, например, несколько тысяч фунтов на квадратный дюйм, но особое значение это просто то, которого будет достаточно, чтобы инициировать, привести в действие, эксплуатировать и/или переместить различные скважинные инструменты 10, которые были установлены в скважине 100.
График на фиг. 1 показывает, что давление Р было достигнуто при Т= -0,2. Оператор будет, скорее всего, поддерживать это давление в течение относительно короткого периода времени, пока оператор не готов начать цикл управления скважинным инструментом 10B, которым он хочет управлять. Оператор быстро изменяет давление в гидравлической линии L1 и в этом варианте осуществления, оператор быстро снижает давление в линии L1 и это событие отмечено на графике как возникшие при Т=0. Как показано на фиг. 1, и, как будет описано далее более подробно, высокая скорость обратного перепада давления, происходящее при Т=0 представляет собой сигнал замеченный всеми системами управления и одновременно инициирует их таймеры.
График также показывает, что существует окно возможности WO1 в период времени от Т=0,4 до Т=0,6, в течение которого оператор может, если он желает, управлять или привести в действие скважинный инструмент 10A, который был заранее определен как возможно приводимый в действие в течение этого окна возможности WO1. Соответственно, в WO1 и, как будет подробно описано в дальнейшем, система управления связанная со скважинным инструментом 10А изменяет конфигурацию скважинного инструмента 10А, так, чтобы давление, приложенное в линии L1 в течение WO1, привело бы в действие скважинный инструмент 10А. Однако, поддержание давление в линиях А и В в течение окна WO1 не имеет никакого эффекта. В примере, показанном на фиг. 1, оператор решил не активировать скважинный инструмент 10А, связанный с вышеупомянутым первым окном возможности WO1, потому что давление в линии L1 поддерживается на нуле в течение WO1.
График на фиг. 1 показывает, что давление в линии L1 увеличивается при Т=1 и оператор выбрал сделать это, потому что оператор желает привести в действие скважинный инструмент 10B, связанный с окном возможностей WO2 и система управления 20В настроена так, чтобы изменить конфигурацию инструмента 10В внутри периода времени между Т=1,4 и Т=1,6. Соответственно, оператор увеличил давление в линии L1 и это давление будет использовано в окне возможностей WO2 между периодом времени T=1,4 и Т=1,6 для запуска скважинного инструмента 10B, связанного с этим окном возможностей WO2.
График на фиг. 1 также показывает, что при Т=2, оператор изменяет давление в линии L1 и на графике фиг. 1, это показано конкретно, как оператор быстро снижает давление в линии L1 пока давление в линии L1 не станет равным нулю или близко к нулю при Т=2,1. В качестве альтернативы, оператор может стравливать давление в любой момент после Т=1,6 или когда оператор получает положительный сигнал активации инструмента.
Следует отметить, что предпочтительно, чтобы варианты осуществления в соответствии с методом приведения в действие скважинных инструментов 10, инициировались при Т=нулю посредством обратного перепада давления с относительно высокого давления к относительно низкому давлению, и это намного предпочтительнее, поскольку это более легко возможно для системы управления электроникой, чтобы контролировать обратный перепад давления. Вместе с тем, специалисту в этой области техники будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается только таким обратным перепадом давления в линии L1, в этих других способах инициирования цикла приведения в действие или эксплуатации скважинного инструмента 10 может быть использован такой способ как применение импульса давления в линии L1 или линии L2 или другой способ, такой как быстро растущее давление в линии L1 или линии L2 может также инициировать начало цикла при Т=нулю.
Следует также отметить, что существуют две гидравлические линии, линия L1 и линия L2, как будет описано ниже, и также следует отметить, что специалист в данной области поймет, что линия L2 также может быть использована, чтобы инициировать цикл эксплуатации или приведения в действие выбранного скважинного инструмента 10, при котором давление может быть увеличено в линии L2 до аналогичного уровня и в аналогичные периоды времени, как показано для линии L1 на графике фиг. 1, если подходящие модификации сделаны для конкретных вариантов осуществления устройства, которые будут описаны ниже, и такие модификации, скорее всего, включают в себя обеспечение того, что блок управления 20 для выбранного скважинного инструмента 10 будет подвергаться воздействию давления в линии L1 или линии L2 со стороны клапана 30, который должен быть открыт. Альтернативно, одна линия (L1 или L2) может быть использована для передачи сигнала инициации при Т=0, где таймеры все инициируются, а другая линия (L2 или L1) затем используется в качестве линии запуска.
Соответственно, на фиг. 1, первое окно возможностей, которое соответствует первому инструменту, инструменту 10А, обозначено как WO1 и простирается от периода времени Т=0,4 до Т=0,6 в котором этот период времени был заранее подготовлен с первым инструментом 10А до того как первый 10A инструмент спущен в скважину (или даже первый 10A инструмент запрограммирован или перепрограммирован пока он в скважине таким образом, что он будет способен работать или приводиться в действие в период времени WO1). Кроме того, фиг. 1 показывает второе окно возможностей WO2 как связанное со вторым инструментом 10B и которое простирается от периода времени Т=1,4 до Т=1,6 и опять же второй инструмент 10B был предустановлен или запрограммирован, чтобы быть способным приводиться в действие в этот период времени WO2.
Фиг. 2 показывает в схематическом виде множество скважинных инструментов в целом обозначенных ссылочной позицией 10. В этом примере, показанном на фиг. 2, имеется первый скважинный инструмент 10А, второй скважинный инструмент 10B и где третий скважинный инструмент до девятого скважинного инструмента не показаны, но там, где показаны, также показан десятый скважинный инструмент 10J. Может быть более или менее десяти скважинных инструментов 10. Как правило, каждый из скважинных инструментов 10 устанавливаются в различных разнесенных обособленных местах вдоль длины НКТ в заканчивании скважины (не показана), где каждый из скважинных инструментов 10 может быть использован для выполнения различных функций для оператора забоя нефтяной и/или газовой скважины 100. Например, скважинные инструменты 10 могут быть скользящими втулками или каким-либо другим видом устройства управления потоком текучей среды, которые могут быть использованы оператором, чтобы, например, выключать поток из конкретной продуктивной зоны коллектора 150 в НКТ или перекрывать текучую среду, вытекающую из НКТ в соответствующую продуктивную зону. Альтернативно, оператор может пожелать, чтобы полностью открыть скважинный инструмент 10, чтобы позволить текучей среде вытекать из соответствующей продуктивной зоны коллектора 150 в НКТ или вытекать из НКТ в коллектор 150 или, если инструмент 10 разрешает частичное открытие/закрытие, оператор может управлять инструментом 10, чтобы частично разрешить определенному проценту текучей среды вытекать из коллектора 150 в НКТ или закачиваться из НКТ в коллектор 150 по мере необходимости. Вместе с тем, следует отметить, что скважинные инструменты 10 не обязательно должны быть скользящими муфтами, как показано на фиг. 2, но в действительности могут быть любым другим видом скважинного инструмента, который требует или разрешает работу с поверхности 200 в некоторый момент его времени эксплуатации.
В данном конкретном, но неограничивающем примере, показанном на фиг. 2, каждый скважинный инструмент 10, как правило, расположен в НКТ (не показана) в такой точке, так что, когда НКТ спускают в ствол скважины 100, скважинный инструмент 10 располагается вплотную или на уровне с определенной частью коллектора 150 представляющего интерес для оператора, такой как конкретная продуктивная зона и, как правило, над которой оператор хотел бы иметь некоторую форму управления. Важно отметить, что скважинный инструмент (инструменты) 10 может быть нужным для управления оператором относительно быстро после установки (в течение нескольких часов или дней) или возможно необходимо потратить значительное количество времени (несколько месяцев или даже лет) после установки в скважине прежде как он будет нужен для управления оператором. Соответственно, каждый скважинный инструмент 10, как правило, имеет относительно долгий срок службы.
Как показано также на фиг. 2, имеются две линии поставки гидравлической текучей среды, линии L1 и L2, которые обычно спущены с поверхности 200 ствола скважины 100 вниз, по меньшей мере, до места самого нижнего скважинного инструмента в стволе скважины 100, который показан на фиг. 2 как скважинный инструмент 10А. Две гидравлических линии L1 и L2, однако, не обязательно должны быть проложены весь путь до поверхности 200, но могут быть проложены к месту по направлению к верхней части ствола скважины 100 в точку, в которой имеется скважинный насос и источник гидравлической текучей среды, где скважинный насос дополнительно управляется с поверхности 200 скважины 100 оператором. В большинстве случаев, однако, гидравлические линии L1 и L2 будут проложены, по меньшей мере, к поверхности скважины 100. Каждая гидравлическая линия L1 и L2 способна передавать относительно высокое давление гидравлической текучей среды, где давление гидравлической текучей среды может быть много тысяч фунтов на квадратный дюйм, например, до десяти тысяч фунтов на квадратный дюйм или даже больше. Как также показано на фиг. 2, требуется только две гидравлических линии L1 и L2 и требуется не более двух гидравлических линий L1 и L2. Это является значительным преимуществом по сравнению с предшествующим уровнем техники скважинных систем управления для регулирования нескольких скважинных инструментов, которые, как правило, требуют значительно больше, чем две гидравлических линии. Действительно, как показано на фиг. 2, имеются десять скважинных инструментов, которые должны быть соединены с каждой из линий L1 и L2, но также специалисты в данной области техники должны понимать, что одним из самых больших преимуществ вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что нет теоретических ограничений на количество скважинных инструментов 10, которые могут быть соединены с гидравлическими линиями L1 и L2 и действительно может быть использовано много больше, чем десять скважинных инструментов 10.
Может быть также возможным изменить вариант осуществления, показанный на фиг. 2 так, чтобы имелась только одна гидравлическая линия, такая как линия L1 используемая в этом, может быть возможным изменить варианты осуществления, показанные на фиг. 2 чтобы устранить необходимость в линии L2 таким образом, что скважинный инструмент 10 подведенный на стороне изображенной как подсоединенный к линии L2 на фиг. 2 соединен со средой забоя ствола скважины 100 вместо того, чтобы быть соединенным с линией L2. Тем не менее, намного предпочтительнее то, что имеются две гидравлические линии L1 и L2, и, в частности, одна из гидравлических линий используется, чтобы позволить гидравлической текучей среде возвращаться обратно к поверхности 200. Основание этого в том, что имея линию поставки гидравлической текучей среды, такую как линия L1 и обратную линии поставки гидравлической текучей среды, такую как линия L2, как показано на фиг. 2, давление в гидравлических линиях L1 и L2 сбалансировано на поверхности 200, и это позволяет избежать осложнений, вызванных альтернативной системой только с одной гидравлической линией, являющийся гидравлической линией поставки, поскольку последний альтернативный вариант осуществления должен быть сбалансирован в скважине 100 и это имеет несколько недостатков, таких как необходимость преодолеть гидростатическое давление, и т.д. Таким образом, по этим основаниям вариант осуществления с двумя гидравлическими линиями L1 и L2 на фиг. 2 является наиболее предпочтительным.
Альтернативно, другой вариант осуществления использует конфигурацию, при которой вместо уменьшения давления до минимального уровня, наоборот после Т=0 давление постоянно поддерживается в обеих линий, чтобы сбалансировать инструменты 10. В этом случае, приведение в действие определенного инструмента 10А, 10В, ..., 10J в окне возможностей может происходить посредством либо:
(i) увеличения давления в одной линии L1 или L2 значительно выше, чем в другой или
(ii) падением давления в одной линии L1 или L2.
Также альтернативно, другой вариант осуществления использует конфигурацию, при которой, пороговое давление Р, которое достигается перед установкой таймеров при Т = 0 может отличаться от давления, приложенного для приведения в действие выбранного инструмента 10а, 10b, ..., 10j в окне возможностей. Давление срабатывания может быть выше, но предпочтительно меньше, чем давление страгивания. Это является одним из способов избежать сброса таймера (таймеров). Другой способ избежать сброса таймера (таймеров), это иметь более низкую скорость стравливания такую, что обратный перепад давления не так крут, и поэтому не ошибочен при T=0 для электроники блока управления.
Фиг. 2 также показывает ряд источников электроэнергии и электрических блоков управления в целом обозначенных позицией 20, где отдельный электрически питаемый и электрически управляемый блок 20 обеспечивается для каждого соответствующего скважинного инструмента 10. Соответственно, первый скважинный инструмент 10A снабжен первым источником электрической мощности и электрическим блоком 20A управления, второй скважинный инструмент 10В снабжен соответствующим электрическим блоком 20В управления и десятый скважинный инструмент 10J как показано, также снабжен соответствующим электрическим блоком управления 20J (другие, не показанные скважинные инструменты 10С до 10I также снабжены соответствующими электрическими блоками управления 20C до 20I). Каждый электрический блок 20 управления содержит датчик 22 давления, который контролирует и/или измеряет одно из двух или оба: фактическое давление или изменение давления гидравлической текучей среды, расположенной в гидравлической линии L1. Датчик давления может контролировать давление непрерывно или периодически, например, каждые пять минут, например, чтобы продлить срок службы батареи.
Каждый из выходов датчика 22 давления является входом в соответствующую логическую систему 24 управления, которая, как правило, содержит бортовое запоминающее устройство, такое как схема памяти, предусмотренная на интегральном чипе и которое позволяет логической системе 24 управления хранить информацию и также, как правило, включает в себя бортовой таймер (не показан), оба из которых снабжаются электроэнергией от блока 26 питания, который обычно представляет собой батарею или т.п., который пригоден для длительного периода времени работы в скважине (например, батареи известные и способные быть расположенные в скважине в течение длительного периода времени, такого как до 12 или 24 месяцев).
Логическая система 24 управления имеет электрический выход, который соединен с входом электрического двигателя 28, который может быть или не быть снабжен коробкой передач на его выходе, но в любом случае выход двигателя 28 соединен механически с клапаном 30, где клапан 30 может быть любым подходящим клапаном, таким как игольчатый клапан или шаровой клапан, и который может управляться либо до полного открывания, либо полного закрывания (или даже частично открываться или закрываться) гидравлического трубопровода 31 для поставки текучей среды, который ведет от линии L1 к одной стороне скважинного инструмента 10. Следовательно, если скважинный клапан 30 полностью открыт, указанная одна сторона (левая сторона, как показано на фиг. 2) соответствующего скважинного инструмента 10 будет в жидкостном сообщении с линией L1 поставки гидравлической текучей среды и, следовательно, давление гидравлической текучей среды в линии L1 будет непосредственно передаваться к указанной одной стороне скважинного инструмента 10. Кроме того, если соответствующий скважинный клапан 30 открыт, давление гидравлической текучей среды в линии L2, которая сообщается с соответствующим скважинным инструментом 10 и воздействует на его другую сторону (правую сторону, как показано на фиг. 2), может теперь перемещать скважинный инструмент 10 в противоположном направлении, чтобы, например, переместить скользящую муфту 10 из положения полностью открытого в положение частично или полностью закрытому. Следовательно, когда скважинный клапан 30 открыт, скважинный инструмент 10 может полностью управляться оператором на поверхности 200 в том, что оператор может выбрать для перемещения скважинного инструмента 10 в одном направлении посредством повышения давления гидравлической текучей среды в линии L1 (которое в случае фиг. 2, будет перемещать скользящую муфту 11 с левой стороны к правой стороне) или позволит оператору полностью закрыть скользящую муфту 11, если оператор повышает давление гидравлической текучей среды в линии L2 (которое переместит скользящую муфту 11J справа налево, как показано на фиг. 2). С другой стороны, если скважинный клапан 30 закрыт, то его соответствующий скважинный инструмент 10 не может быть перемещен независимо от того, какому перепаду давления одна из линии L1 и L2 подвергается в сравнении с другой из линий L1 и L2, поскольку скважинный инструмент 10 и, в частности скользящая муфта 11 будет подвергаться действию гидравлического замка из-за закрытого скважинного клапана 30.
Подходящий пример логической системы 24 управления, включающей в себя бортовую память и таймер, раскрыт в публикации Европейского патента № EP2209967, и подходящий пример лишь одной из форм скважинного клапана, который может быть использован и представляет собой скважинный игольчатый клапан, также раскрыт в публикации Европейского патента № EP2209967, полное содержимое EP2209967 включено здесь посредством ссылки.
Работа скважинных блоков 20 управления для соответствующих скважинных инструментов 10, как показано на фиг. 2 теперь будет описана со ссылкой на график давления в линии L1 в зависимости от времени, как показано на фиг. 1.
Электрический блок 20А управления и, в частности, логическая система 24А управления, которая предусмотрена для первого скважинного инструмента 10А и связана с ним была предварительно организована или запрограммирована для контроля заранее заданного изменения давления в линии L1 и в вариантах осуществления, показанных на фиг. 1, логическая система 24A управления предварительно запрограммирована, чтобы контролировать и следить за сравнительно быстрым обратным перепадом давления в линии L1 от давления Р к давлению близкому к нулю, как показано, произошедшему при Т=нулю. Когда логическая система 24А управления отмечает этот обратный перепад, связанный с ним таймер (не показан) начинает отсчет. Логическая система 24А управления предварительно запрограммирована, как показано на фиг. 1 для активации или электрического запуска двигателя 28A при Т=0,4, чтобы открыть скважинный клапан 30А. Это событие является началом окна возможностей или WO1 для первого скважинного инструмента 10А. Вместе с тем, как показано на фиг. 1, оператор решил не увеличивать давление в линии L1 в течение WO1, так как оператор решил не активировать или перемещать первый скважинный инструмент 10A. Конечно, если оператор пожелал бы управлять первым скважинным инструментом 10A, он увеличил бы давление в линии L1, предпочтительно, незадолго до WO1, или даже в момент WO1, или, возможно, даже в течение периода времени WO1 и, увеличение давление в линии L1 в течение WO1, могло бы испытать воздействие в отношении скважинного инструмента 10А и, в частности, челночного клапана 11А таким образом, что челночный клапан 11А переместился бы. Альтернативно, как легко поймет специалист в данной области, что специалист в данной области может решить увеличить давление в линии L2 в течение периода времени WO1, которое будет приводить в действие или перемещать челночный клапан 11A в противоположном направлении. В любом случае, в примере, показанном на фиг. 1, оператор решил не увеличивать давление в линии L1 во время WO1. Вместо этого, как показано на фиг. 1, оператор решил увеличить давление в линии L1 при Т=1 (в преддверии периода времени WO2), так как оператор решил привести в действие скважинный инструмент 10B, который связан с ним и предварительно запрограммирован, чтобы быть способным активироваться во втором окне возможностей WO2 и который в этом примере, является вторым скважинным инструментом 10В. Другими словами, второй электрический блок 20В управления и, в частности, вторая логическая система 24B управления была предварительно запрограммированы (с помощью данных, хранимых в его бортовой памяти), чтобы контролировать обратный перепад давления в линии L1 при Т=нулю и дополнительно запрограммированы для последующего запуска электродвигателя 28В, чтобы открыть клапан 30B в начале периода времени WO2, когда таймер сообщит ему то, что время было достигнуто (в примере, показанном на фиг. 1, это Т=1,4). В этом примере, поскольку, оператор, кроме того, увеличил давление при Т=1, в то время, при котором он увеличивает давление в линии L1 до равного давлению Р, второй скважинный клапан 30B открыт и будет оставаться открытым в течение всего периода его окна возможностей WO2 и, следовательно, давление в линии L1 при Т=1,5 (половина пути через окно возможностей WO2) приводит в действие, эксплуатацию или перемещение скользящую муфту 11В второго скважинного инструмента 10B. Конечно, могло бы случиться, что оператор вместо увеличения давления в линии L1 во втором окне возможностей WO2, мог бы увеличить давление в линии L2, чтобы переместить скользящую муфту 11В в противоположном направлении, чтобы, например, закрыть скользящую муфту 11В, если оператор пожелал бы этого. Вторая логическая система 24B управления могла бы быть запрограммирована, чтобы дать команду электродвигателю 28В закрыть скважинный клапан 30B в конце второго окна возможностей WO2 (в примере, показанном на фиг. 1, то есть в единицу времени Т=1,6).
В примере, показанном на фиг. 1, оператор, когда второе окно возможностей WO2 окончилось, и в единицу времени Т=2, решил снизить давление в линии L1 к нулю или близко к нулю и дополнительные электрические блоки 20 управления для дополнительных соответствующих скважинных инструментов 10 (например, скважинных инструментов 10С, 10D, 10Е, 10F и 10J) запрограммированы, чтобы иметь последующие окна возможностей (не показаны на графике на фиг. 1), которые будут происходить после первых WO1 и WO2 окон, которые показаны на фиг. 1 и, следовательно, оператор может решить повысить давление в линии L1 или линии L2 по мере необходимости, чтобы совпасть с этими соответствующими последующими окнами возможностей (не показаны).
Специалист в данной области сразу поймет, что каждый соответствующий электрический блок управления может предусматривать более чем одно окно возможностей, а различные соответствующие отчеты времени, сохраненные в соответствующих логических системах 24 управления могут быть в любом порядке и не нуждаются в необходимости быть последовательными от наиболее низшего скважинного инструмента 10A в скважине 100 до наиболее верхнего скважинного инструмента 10J в скважине 100.
Аналогичным образом, следует отметить, что срабатывание триггера, которое происходит в момент времени Т=ноль для запуска соответствующего механизма таймера может и не быть быстрым обратным перепадом давления в линии L1, но может быть другим событием в зависимости от давления в линии L1, например, в виде импульса давления или действительно положительным перепадом. Вместе с тем, быстро происходящий обратный перепад давления является предпочтительным, поскольку он является наиболее непосредственным для комбинации датчика давления 22 и логической системы 24 управления для контроля такого обратного перепада давления. Кроме того, следует отметить, что оператор не нуждается в необходимости снижать давление до нуля или близко к нулю после Т=нулю, если блоки 20 управления сконфигурированы по-разному, но выгодно, снизить давление в линии L1 к нулю следующие за T=нулю, так как оператор не будет активировать или перемещать какие-либо скважинные инструменты (такие, как первый скважинный инструмент 10А), которые он не желает двигать, управлять или приводить в действие, как показано на графике фиг. 1 в течение WO1.
Последующее течение времени через все окна возможностей, инструменты 10 могут быть бездействующим снова при датчике, считывающим показания давления. В наиболее поздний момент срока эксплуатации скважины 100, оператор может сбросить таймеры, инициируя другое событие Т=0, посредством повышения давление до P с последующим быстрым снижением, чтобы сбросить таймеры и инициировать все окна возможностей снова.
Как будет понятно специалистам в данной области, что электрически управляемый и питаемый блок 20 управления, как описано на фиг. 2 имеет ряд преимуществ с точки зрения его проектирования, изготовления и способности к развертыванию в пределах относительно быстрого цикла исполнения, но также тем специалистам в данной области также будет понятно, что есть некоторые недостатки в них в отношении необходимости быть способным обеспечить скважинное питание, например, в виде батарей.
Соответственно, ниже будут описана система на механической основе, которая в некоторых случаях может быть более предпочтительной по сравнению с электрическим блоком 20 управления, который был описан выше в соответствии со ссылкой на фиг. 2.
Фиг. 3 раскрывает блок 55 таймера на механической основе, который предусмотрен для каждого соответствующего скважинного инструмента 50, где каждый скважинный инструмент 50 аналогичен или идентичен скважинному инструменту 10, уже описанному выше и, следовательно, не будет дополнительно описан, достаточно сказать, что каждый скважинный инструмент 50 на фиг. 3 показан как содержащий скользящую муфту 51, которая, таким же образом, как и скользящая муфта 11 уже описанная выше, выполнена с возможностью перемещаться между открытым и закрытым положением (например, когда открытое положение может быть, скользящая муфта 51J находиться в дальнем правом конце цилиндра, в котором она содержится и в закрытом положении она находится, например крайнем левом конце цилиндра, в котором она содержится, и, например скользящая втулка 51J может быть перемещена из закрытого положения (слева) в открытое положение (вправо) посредством применения нагнетаемой текучей среды под в линии L1, которая будет действовать на левую сторону поршня скользящей муфты 51 и может перемещаться из открытого в закрытое положение посредством приложения давления текучей среды в линии L2 поскольку оно будет действовать на правую сторону поршня скользящей муфты 51).
В простых терминах, таймер 55 на механической основе активизируется и снабжается мощностью гидравлическим способом посредством давления гидравлической текучей среды, содержащейся в одной из гидравлических линий, линий L1 и/или L2 так, что, когда он активируется запускается часовой механизм, причем таймер предварительно организован или предварительно запрограммирован, чтобы открыть канал 71 гидравлической текучей среды, по меньшей мере, в течение установленного периода времени, которое является заранее заданным или известным оператору, например, путем открытия клапана (не показан) в нем, снова упоминаемого как окно возможностей, такого как WO1 или WO2, как показано на графике фиг. 1.
Блок таймера 55, не только запускается посредством события изменения давления, происходящего в одной из линий гидравлической текучей среды L1 и/или L2, но блок 55 таймера также приводится в действие под действием силы нагнетаемой гидравлической текучей среды в другой или в обеих гидравлических линиях L1 и/или L2, и вариант осуществления такого блока 55 таймера будет подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 5 (со ссылкой на поз. 58).
Соответственно, блок 55 таймера на механической основе, который активируется и снабжается энергией гидравлическим способом имеет ряд существенных преимуществ над электрическим блоком 20 управления на фиг. 2 в том, что блок 55 таймера на механической основе, скорее всего, имеет много больше оперативной возможности и действительно, вероятно, будет операбельным в течение всего срока службы скважины 100, который может быть десять или двадцать или более лет.
С точки зрения управления оператором давлением в линии L1, например, блок 55 таймера на механической основе фиг. 3 управляется точно таким же способом, как и электрический блок 20 управления на фиг. 2, так как каждый блок 55 таймера, такой как первый блок таймера 55A был разработан, чтобы иметь отдельное и уникальное окно возможностей WO1 по сравнению с другим окном возможностей WO2, которое было предусмотрено в конструкции второго блока 55В таймера и третий таймер 55C также снабжен отдельным и уникальным окном возможностей (не показано), так же как и остальные из таймеров 55D, 55E, до 55J, которые все обеспечены их собственными отдельными и уникальными окнами возможностей (не показаны). Ни одно из окон возможностей для соответствующих инструментов 50 не совпадают, но они могли бы совпадать, если бы предполагалось, что два или более таких инструмента могли бы всегда управляться синхронно.
Фиг. 4 показывает скважинный блок на основе механического таймера альтернативный, тому, что на фиг. 3, в котором предусмотрен один общий блок 56 таймера в альтернативном блоке фиг. 4, но одинарный блок 56 таймера содержит ряд выходов 57 для каждого соответствующего скважинного инструмента 50, где соответствующие выходы 57 соединены с каждым соответствующим скважинным инструментом 50 через соответствующий трубопровод 81 поставки гидравлической текучей среды. Следовательно, одинарный блок 56 таймера устроен так, чтобы он и активировался и приводился в действие давлением гидравлической текучей среды в одной из гидравлических линий, линии L1 и/или линии L2 и который будет запускать таймер при Т=нулю, как показано на фиг. 1 и одинарный блок 56 таймера будет соединять гидравлическую линию L1 с каждым из соответствующих выходов 57А, 57В, 57С, до 57J которые, в свою очередь, совпадают с тем окном возможностей WO1, WO2 до WO10 соответствующим инструментам 50А, 50В, 50С, до 50J так, что соответствующий скважинный инструмент 50А будет приведен в действие, если давление гидравлической текучей среды в линии L1 увеличено чтобы совпасть с этим окном возможностей соответствующим инструментам 50. Преимуществом вариантов осуществления, показанных на фиг. 4 является то, что требуется только один единственный скважинный блок 56 таймера, но вполне вероятно, что этот альтернативный вариант, показанный на рис. 4 будет наиболее выгоден только для скважин 100, где скважинные инструменты 50 могут быть расположены относительно близко друг к другу, так что необходимо будет запустить параллельно только относительно короткие многоконтурные гидравлические трубопроводы 81.
Предполагается, изобретателем, что существует множество различных типов таймеров на механической основе, которые активируются и снабжаются энергией гидравлическим способом и могут быть использованы в вариантах осуществления на фиг. 3 и 4, включая, например: -
- таймер спускового часового механизма, такой как: -
- маятниковая конструкция;
- конструкция волосковой пружины, которая использует собственную частоту колебаний колеса и пружины, и это имеет преимущество над маятником в том, что, скорее всего, не поддается ни воздействию ориентации механизма таймера, ни внешним движением механизма таймера;
- регулятор частоты вращения, который работает по принципу двух или более вращающихся вместе консольных масс или другой тип таймера часового спускового механизма; и/или
- механизм таймера типа водяного хронометра, который включает в себя контейнер для хранения текучей среды с ограничением потока текучей среды или механизмом управления.
Например, теперь будет описан механизм 58 таймера, основанный на механике водяных часов, но должно быть признано специалистом в данной области техники, что существует много других различных типов блоков механических таймеров, которые способны активироваться и/или снабжаться энергией гидравлическим способом и поэтому подошли бы для использования в блоке 55 механического таймера.
Фиг. 5 показывает один вариант осуществления двух немного различных примеров блоков 58 механических таймеров, которые, и активируются и снабжаются энергией гидравлическим способом, при этом первый пример является первым блоком 58A механического таймера для управления приведением в действие первого скважинного инструмента 50А на фиг. 3 и второй блок механического таймера 58В для управления приведением в действие второго скважинного инструмента 50B фиг. 3. Кроме того, блоки механических таймеров 58C, 58D, до 58J не показаны на фиг. 5, но специалисту будет легко понять, что они могли бы быть предоставлены для использования в аналогичной конструкции, например, второго механического блока таймера 58B, но, например, с более крупными или более длинными гидравлическими камерами 67b, 77B, как будет описано ниже.
Первый блок 58A механического таймера содержит первый гидравлический клапан, такой как челночный клапан 65А, который сам по себе включает в себя камеру 67A гидравлической текучей среды и челнок 66A, где одна поверхность 85А челнока 66А обращена к камере 67А гидравлической текучей среды, а другая поверхность 86A челнока 66А соединена с одним концом спиральной пружины или другой подходящей пружины 68А или с любым другим подходящим устройством смещения так, что пружина 68A смещает челнок по направлению к положению, в котором он минимизирует объем внутри камеры 67А гидравлической текучей среды. Конец камеры 67a гидравлической текучей среды самый дальний от челнока 66А соединен в пределах гидравлического трубопровода 61А, который, как будет описано, действует для зарядки, а также приведения в действие таймера 58A. Однопроходный проточный клапан 63A предусмотрен в гидравлическом трубопроводе 61А между линией L1 и челночным клапаном 65А и выполнен с возможностью разрешать текучей среде течь из линии L1 в камеру 67А гидравлической текучей среды, но также действует, чтобы препятствовать вытеканию текучей среде в обратном направлении. Кроме того, между камерой 67a гидравлической текучей среды и линией L2 предусмотрен дроссель 70А потока текучей среды, который действует, чтобы ограничить поток текучей среды из камеры 67А гидравлической текучей среды и в целях, которые будут описаны ниже.
Дросселем 70 потока текучей среды может быть любой подходящий ограничитель потока жидкости, такой как Lee Visco Jet, предлагаемый Lee Company USA, Коннектикут, США, но и другие ограничители потока текучей среды, также доступны и пригодны. В идеале, дроссель 70 потока позволяет потоку гидравлической текучей среды с управляемой и известной, но ограниченной скоростью проходить через него. Дроссель 70 потока должен быть также пригоден для использования с текучей средой относительно высокой вязкости.
Кроме того, для скважинного инструмента 50А предусмотрен дополнительный гидравлический канал в виде дополнительного гидравлического трубопровода 62А, который соединен со входом 72А для текучей среды на одной стороне челночного клапана 65А, где на другой стороне челночного клапана 65А предусмотрен выход 73А для текучей среды и, что важно, вход 72A для текучей среды и выход 73A для текучей среды соединены друг с другом только тогда, когда они смыкаются с проходом для текучей среды 69, предусмотренным на/в или через челнок 65. Другими словами, если проход 69А для текучей среды не смыкается со входом 72А для текучей среды и выходом 73А для текучей среды, то текучая среда не может протекать между входом 72А для текучей среды и выходом 73А для текучей среды и, следовательно, никакая текучая среда не может течь вдоль гидравлического канала 62А в инструмент 50А.
Первый механический таймер 58A управляется в соответствии с методикой, описанной выше, и в частности, со ссылкой на фиг. 1 по котором, оператор поднимает давление в линии L1 при Т= -1 с гидравлической текучей средой, подаваемой с поверхности 200 или из подходящего места в стволе скважины 100, и это давление будет означать, что гидравлическая текучая среда будет течь вдоль гидравлического трубопровода 61А, через один однопроходный клапан 63А и заряжать камеру 67А гидравлической текучей среды, в том смысле, что камера 67А будет наполняться этой нагнетаемой гидравлической текучей средой и будет действовать, чтобы расширить камеру 67А гидравлической текучей среды, так что челнок 66A будет двигаться вниз, как показано на фиг. 5, чтобы сжать пружину 68А и будет двигаться вниз челночного клапана 65А насколько это возможно, так что челнок 66A физически расположится ниже позиции, показанной на фиг. 5А и, следовательно, такой, что проход 69А текучей среды не сомкнулся с входом 72А текучей среды и выходом 73А текучей среды. В момент Т=0, когда оператор делает перепад давления текучей среды, такой как быстрое снижение давления в линии L1, челнок будет смещаться вверх под действием пружины 68А и текучая среда будет вытекать из камеры 67А, через дроссель 70А потока текучей среды при относительно медленной (и предпочтительно известной) скорости из-за формы и конфигурации ограничения, вызванного дросселем 70А потока текучей среды. Дроссель 70A потока текучей среды может быть настроен в комплексе с челноком 66А и пружиной 68А для того, чтобы организовать проход 69А для текучей среды так, чтобы он сомкнулся с входом 72А для текучей среды и выходом 73А для текучей среды только в течение первого окна возможностей WO1. Следовательно, если оператор желает привести в действие первый инструмент 50А, оператор может, как раз перед WO1, увеличить давление в линии L1, и если это происходит, то давление жидкости будет передано вдоль гидравлического трубопровода к скважинному инструменту 50А через вход 72A для текучей среды, через проход 69A челнока для текучей среды и через выход 73A для текучей среды. Аналогичным образом, если оператор желает, например, закрыть инструмент 50А, оператор может поднять давление на линии L2, например, и это будет двигать скважинный инструмент 50А в противоположном направлении, чтобы, например, закрыть его.
В любом случае, челночный клапан 65А и дроссель 70A потока текучей среды настроены таким образом, что, когда окно возможностей WO1 для первого инструмента 50А должно быть закрыто, проход 69А для текучей среды перемещается вверх мимо входа 72А для текучей среды и выхода 73А для текучей среды так, что дальнейшем текучая среда не может течь вдоль гидравлического трубопровода 62 к инструменту 50A.
Второй механический таймер 58В включает в себя все компоненты первого механического таймера 58А (и, следовательно, использует те же ссылочные позиции, но обозначенные суффиксом "B" вместо "A"), но также имеет некоторые дополнительные компоненты в виде дополнительного гидравлического цилиндра 75B, который располагается в гидравлическом трубопроводе 61В между челночным клапаном 65B и однопроходным клапаном 63В. Действительно, в некоторых случаях может быть дополнительно предусмотрен один однопроходный клапан 64В в гидравлическом трубопроводе 61В и между челночным клапаном 65B и дополнительным гидравлическим цилиндром 75B, чтобы препятствовать текучей среде вытекать обратно из челночного клапана 65B в дополнительный гидравлический цилиндр 75B. Дополнительный гидравлический цилиндр 75B содержит поршень 76B, расположенный в нем, и пружину 78В, которая смещает поршень 76В, чтобы пытаться минимизировать объем поршневой камеры 77B текучей среды. Второй механический таймер 58B управляется точно таким же способом, как и первый механический таймер 58А, но второй механический таймер 58B будет работать для соосного расположения прохода текучей среды через челнок 69B с входом 72B и выходом 73B в течение второго окна возможностей WO2, как показано на графике на фиг. 1, и дополнительный гидравлический цилиндр 75B помогает задержать второе окно возможностей WO2, обеспечивая дополнительную емкость гидравлической текучей среды в ее камере 77B и опять же дополнительный гидравлический цилиндр 75B может быть настроен вместе с челночным клапаном 65B и дросселем 70B потока текучей среды, чтобы организовать эту синхронность для совпадения.
Специалист в данной области легко поймет, что дополнительный или несколько дополнительных гидроцилиндров 75 могут быть предусмотрены для каждого из соответствующих других скважинных инструментов 50C, 50D, до 50J для того, чтобы обеспечить дополнительную задержку для последующих окон возможностей WO3, WO4, WO5 до WO10 и/или камеры гидравлической текучей среды 67B и/или 77B могут изменяться в объеме, чтобы также изменять событие во время соответствующих окон возможностей WO1 до WO10.
Кроме того, специалист в данной области легко поймет, что таймеры 58А и 58В на механической основе могут быть видоизменены в пределах объема настоящего изобретения, чтобы оснастить одинарный блок таймера 56, например, путем обеспечения челнока 66 несколькими проходами для текучей среды 69А, 69В, 69С до 69J через челнок 66 и/или несколькими входами 72 для текучей среды и/или несколькими выходами 73 для текучей среды для соединения с соответствующими скважинными инструментами 50, так что один челночный клапан 65 мог бы обеспечить отдельные и отличные от других выходы 57A, 57B, 57C, до 57J, как показано на фиг. 4.
Специалисту в данной области будет также легко понять, что существует много других различных устройств гидравлической схемы способных достичь требуемого управления скважинным инструментом 50, посредством предоставления возможности приведения в действие указанного скважинного инструмента 50 в течение периода времени, указанного как окно возможностей после того как известное событие произошло.
Следовательно, варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют возможность для оператора управлять фактически неограниченным количеством скважинных инструментов 10, 50 только с двумя гидравлическими линиями L1 и L2 (и, возможно, только с одной гидравлической линией) и избежать необходимости для скважинных инструментов 10, 50 иметь соответствующие системы управления, которые работают с помощью контроля за отдельными значениями давления или группы значений давления, который на практике очень трудно осуществить.
Кроме того, варианты осуществления механического таймера имеют то преимущество, что они не требуют какого-либо скважинного источника электроэнергии и, следовательно, имеют очень длительный срок службы в эксплуатации, как правило, по меньшей мере, до тех пор, пока скважина 100 существует сама по себе.
Видоизменения и усовершенствования могут быть сделаны в вариантах осуществления, описанных выше, без отклонения от объема настоящего изобретения.
Например, в различных вариантах осуществления, описанных выше, были ссылки на измерение давления в одной из гидравлических линий L1 и L2, и в этом измерении давление измерялось в абсолютной величине (например 10,000 фунтов на квадратный дюйм на датчике давления 22). Альтернативно, можно было бы измерить разность давления между линиями L1 и L2 и в этом альтернативном варианте осуществления, датчик давления 22 для каждого блока 20 управления мог быть предусмотрен на каждой из линий L1 и L2 так, чтобы могла быть измерена разность между давлением в линиях. Кроме того, фиг. 1 в своем графике показывает давление, снижающееся почти до нуля. Специалист знает, что это очень маловероятно, и даже невозможно для давления в гидравлической линии L1 или L2 в скважинном месте, таком как месте расположения датчиков 22 быть равным нулю, и, следовательно, упоминание нулевого давления подразумевает просто относительно нулевое давление.
Следует также отметить, что, в то время как вариант, показанный на фиг. 1 как имеющий таймер, запускающийся при Т=нулю и Т=нулю инициирован событием изменения давления в гидравлической линии, таким как быстро убывающим давлением в линии L1, может быть возможно, в частности, для варианта осуществления скважинного блока управления 20 с электрическим приводом, чтобы таймер запускался каким-либо другим типом события, таким как - таймер может быть включен на поверхности 200 в определенное известное время, а затем спущен в скважину, поскольку до тех пор, пока оператор точно знает, то время когда таймер был инициирован, оператор может организовать измерения для окон возможностей WO1 в WO10 от этого известного момента. Кроме того, в частности, с вариантом осуществления электрического таймера таймер может быть просто привязан к нормальным дневным и ночным часам, так что он работает на всей или части 24-часовой шкалы времени, так что, к примеру, окно возможностей для WO1 для первого инструмента 10А открыто, например, с 12.30 до 13.00 часов и окно возможностей WO2 для второго скважинного инструмента 10В открыто с 13.30 до 14.00 часов и так далее для остальных инструментов 10С до 10J и т.д.