СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА С КОЛОННОЙ, ИМЕЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОНАСОС И ИНДУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СВЯЗИ Российский патент 2012 года по МПК E21B34/16 E21B43/12 

Область техники, к которой относится изобретение

В общем настоящее изобретение относится к системе, предназначенной для использования в скважине, которая включает в себя колонну, имеющую электронасос и первую часть индуктивного элемента связи, секцию заканчивания, имеющую вторую часть индуктивного элемента связи, индуктивно связанную с первой частью индуктивного элемента связи, и электрическое устройство, электрически соединенное со второй частью индуктивного элемента связи.

Предшествующий уровень техники

Систему заканчивания устанавливают в скважину для добычи углеводородов (или текучих сред других видов) из коллектора (коллекторов) вблизи скважины или для закачивания текучих сред в коллектор (коллекторы) через скважину. В некоторых системах заканчивания предусматривают электронасосы (такие, как погружные электронасосы). Погружные электронасосы обычно используют для механизированного подъема текучей среды из скважины или коллектора.

Для выполнения технических мероприятий, относящихся к погружному насосу, например для ремонта погружного насоса, верхнюю секцию заканчивания необходимо удалять из системы заканчивания. Для предотвращения вытекания текучих сред в том случае, когда верхняя секция заканчивания удалена, скважину обычно заглушают тяжелой текучей средой или тампонами, чтобы контролировать скважину, когда верхнюю секцию заканчивания поднимают из скважины. В качестве альтернативы может быть предусмотрен клапан изоляции пласта для изоляции коллектора на то время, когда верхнюю секцию заканчивания поднимают из скважины.

При наличии погружного электронасоса в системе заканчивания наблюдаются различные ограничения, обусловленные отсутствием доступа через отверстие для осуществления технических мероприятий ниже погружного электронасоса. Первое ограничение относится к возможности эффективного и безопасного приведения в действие клапана или других регулирующих устройств. Когда погружной электронасос имеется, еще одно ограничение относится к возможности эффективного сбора с датчиков данных измерений, относящихся к скважинным характеристикам (таким, как давление и/или температура). Известные способы получения данных измерений, относящихся к скважинным характеристикам, обычно включают в себя спуск в скважину интервенционного прибора. Спуск интервенционного прибора может быть дорогостоящим, особенно применительно к подводным скважинам.

Сущность изобретения

В общем, согласно варианту осуществления система, предназначенная для использования в скважине и включающие в себя колонну для размещения в скважине, имеющую электронасос и первую часть индуктивного элемента связи. Система также включает в себя секцию заканчивания для размещения в разрабатываемой зоне скважины, которая включает в себя вторую часть индуктивного элемента связи для индуктивной связи с первой частью индуктивного элемента связи. Секция заканчивания также включает в себя электрическое устройство, электрически соединенное со второй частью индуктивного элемента связи.

Другие или альтернативные признаки станут очевидными из нижеследующего описания, из чертежей и из формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фигуры 1, 2 и 4 изображают виды нижних секций заканчивания согласно вариантам осуществления, которые включают в себя узел датчиков.

Фиг.3 изображает вид системы заканчивания, имеющей эксплуатационную колонну, присоединенную к нижней секции заканчивания из фиг.1 и включающую в себя погружной электронасос;

фиг.5 - вид еще одной системы заканчивания, имеющей эксплуатационную колонну, присоединенную к нижней секции заканчивания из фиг.4 и включающую в себя погружной электронасос;

фиг.6 - вид еще одной системы заканчивания, имеющей эксплуатационную колонну, присоединенную к нижней секции заканчивания, имеющей другую компоновку, и включающую в себя погружной электронасос;

фиг.7 - вид еще одной системы заканчивания, имеющей эксплуатационную колонну, присоединенную к нижней секции заканчивания, имеющей компоновку еще одного вида, и включающую в себя погружной электронасос.

Подробное описание

Для обеспечения понимания настоящего изобретения в нижеследующем описании изложены многочисленные детали. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть использовано на практике без этих деталей и что возможны многочисленные изменения и модификации описанных вариантов осуществления.

Используемые в настоящей заявке термины «выше» и «ниже», «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «кверху» и «книзу», и другие аналогичные термины, обозначающие относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, применены в этом описании для более ясного отображения некоторых вариантов осуществления изобретения. Однако в случае применения к оборудованию и способам, предназначенным для использования в скважинах, которые являются искривленными или горизонтальными, такие термины в соответствующих случаях могут обозначать «слева направо», «справа налево» или диагональную зависимость.

Согласно некоторым вариантам осуществления в скважине размещают колонну (например, эксплуатационную колонну или колонну для закачивания), которая включает в себя электронасос, такой как погружной электронасос. Электронасос представляет собой насос, предназначенный для перемещения текучей среды в скважину, когда насос приводят в действие, используя сигнал, который может быть электрическим сигналом, оптическим сигналом или сигналом другого вида. Электронасос снабжают энергией от источника питания, расположенного на земной поверхности (от которой проходит скважина), или от локального скважинного источника питания. Применительно к добыче погружной насос используют для осуществления механизированного подъема текучих сред на земную поверхность через скважину с целью содействия добыче текучих сред (например, углеводородов) из коллектора (или коллекторов).

Эксплуатационная колонна или колонна для закачивания включает в себя электронасос, а также первую часть индуктивного элемента связи, которая электрически соединена с электрическим кабелем, проходящим к другому месту в скважине или к месту на земной поверхности. Электрический кабель, с которым электрически соединена первая часть индуктивного элемента связи, может быть электрическим кабелем к электронасосу (далее «кабель насоса»), или в качестве альтернативы электрический кабель может быть отдельным от кабеля насоса.

Первая часть индуктивного элемента связи обеспечивает возможность передачи энергии и данных к одному или нескольким электрическим устройствам, которые являются частью нижней секции заканчивания, с которой соединена эксплуатационная колонна или колонна для закачивания. Эксплуатационная колонна или колонна для закачивания фактически образуют двухкаскадную систему заканчивания. Нижняя секция заканчивания также включает в себя вторую часть индуктивного элемента связи, которая находится вблизи первой части индуктивного элемента связи, когда эксплуатационная колонна или колонна для закачивания соединена с нижней секцией заканчивания. Первая и вторая части индуктивного элемента связи, которые образуют индуктивный элемент связи, обеспечивают возможность осуществления индуктивной связи энергии и данных между эксплуатационной колонной или колонной для закачивания и нижней секцией заканчивания.

Частями индуктивного элемента связи осуществляется передача путем использования индукции. Индукция использована для обозначения передачи изменяющегося во времени электромагнитного сигнала или энергии, которая не основана на наличии замкнутой электрической цепи, а происходит за счет беспроводного компонента. Например, если через катушку пропускается изменяющийся во времени ток, следствием хода времени является то, что в среде, окружающей катушку, будет формироваться электромагнитное поле. Если вторую катушку поместить в это электромагнитное поле, то на этой второй катушке будет создаваться напряжение, которое называется индуцированным напряжением. Эффективность этой индуктивной связи возрастает, по мере того как катушки сближают, но это не является необходимым условием. Например, в случае, когда изменяющийся во времени ток пропускают по катушке, намотанной вокруг металлического сердечника, то будет индуцироваться напряжение на катушке, намотанной вокруг такого же сердечника, находящейся на некотором расстоянии от первой катушки. Таким способом один передатчик может быть использован для снабжения энергией и обеспечения связи с многочисленными датчиками вдоль ствола скважины. При условии достаточной мощности дальность передачи может быть очень большой. Например, соленоиды на поверхности грунта могут быть использованы для индуктивной связи с подземными катушками в глубине ствола скважины. Кроме того, следует отметить, что катушки необязательно должны быть намотаны как соленоиды. Еще одним примером является осуществление индуктивной связи в случае, когда катушка намотана как тороидальная вокруг металлического сердечника, а напряжение индуцируется на втором тороиде, удаленном на расстояние от первого.

Примеры электрических устройств, которые могут быть частью нижней секции заканчивания, включают в себя датчики, клапаны для регулирования движения текучих сред и/или другие электрические устройства. С помощью индуктивного элемента связи данные измерений с датчиков в нижней секции заканчивания могут быть переданы на электрический кабель эксплуатационной колонны. По электрическому кабелю эксплуатационной колонны данные могут быть направлены в наземный контроллер, находящийся на земной поверхности, или скважинный контроллер, находящийся в скважине. Кроме того, по электрическому кабелю эксплуатационной колонны могут быть получены команды на осуществление управления электрическим устройством, таким как клапан, в нижней секции заканчивания. Примером такого клапана является клапан изоляции пласта, который в закрытом положении используют для изоляции зоны или коллектора от скважины, так что верхняя часть системы заканчивания, такая как эксплуатационная колонна или колонна для закачивания, может быть удалена из скважины.

По электрическому кабелю эксплуатационной колонны энергия также может быть подана на электрическое устройство (устройства) нижней секции заканчивания через индуктивный элемент связи. Энергия может подаваться от источника энергии на земной поверхности или от источника энергии, который является частью эксплуатационной колонны. Примеры источников энергии включают в себя батареи, источники питания и т.д.

Согласно еще одному варианту осуществления скважинный электрогенератор может быть использован для подачи энергии к датчикам и электрическим устройствам, а беспроводная телеметрия (например, акустическая телеметрия) между нижним и верхним оборудованием для заканчивания может быть использована вместо индуктивного элемента связи.

Согласно другим вариантам осуществления индуктивные элементы связи могут быть опущены, так что связь со скважинными электрическими устройствами и управление ими осуществляются с использованием иного принципа.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения передача данных и/или энергии к электрическим устройствам может быть осуществлена без интервенции, несмотря на то что эксплуатационная колонна или колонна для закачивания включает в себя электронасос. Передача без интервенции означает передачу, для осуществления которой не требуется спускать в скважину отдельный прибор (называемый интервенционным прибором). Возможность осуществления без интервенции связи с электрическими устройствами в системе заканчивания, которая также включает в себя электронасос, обеспечивает более эффективную эксплуатацию скважины (подземной скважины или подводной скважины).

При нижеследующем рассмотрении делается обращение к системам заканчивания, предназначенным для добычи текучих сред из скважин. Следует отметить, что способы, рассмотренные ниже, также могут быть применены к системам для закачивания, посредством которых текучие среды (жидкости или газы) могут быть закачаны в скважину и окружающий коллектор (коллекторы).

На фиг.1 показана нижняя секция 100 заканчивания согласно одному варианту осуществления, которая размещена в скважине 102, имеющей участок, обсаженный обсадной колонной 104. Нижняя секция 100 заканчивания расположена вблизи коллектора 106, из которого добывают текучие среды, такие как углеводороды. В этом случае коллектор 106 образует часть разрабатываемой зоны скважины. Применительно к нагнетанию разработку зоны называют закачиванием текучей среды в коллектор.

Участок скважины 102, который проходит через коллектор 106, не обсажен (иначе говоря, нижняя секция 100 заканчивания по меньшей мере частично размещена на интервале открытого ствола скважины 102). Согласно альтернативному варианту осуществления нижняя секция 100 заканчивания может быть расположена на интервале, который обсажен обсадной колонной 104 (или хвостовиком другого типа), при этом перфорационные отверстия образованы в обсадной колонне или другом хвостовике для обеспечения возможности движения текучих сред между окружающим коллектором и скважиной 102.

Как изображено на фиг.1, нижняя секция 100 заканчивания включает в себя пакер 108. Ниже пакера 108 находится корпусная секция 110. Часть 112 индуктивного элемента связи (например, охватывающая часть индуктивного элемента связи) представляет собой часть корпусной секции 110.

Клапан 116 изоляции пласта прикреплен к корпусу 110. Исполнительный механизм 114 клапана прикреплен к клапану 116 изоляции пласта и предназначен для управления (открытием или закрытием) клапаном 116 изоляции пласта. Согласно фиг.1 клапан 116 изоляции пласта выполнен как шаровой клапан. В соответствии с другими воплощениями клапан 116 изоляции пласта может быть выполнен в виде клапанов других видов, таких как клапаны с гильзовым затвором, дисковые клапаны, одноходовые уплотнительные шарнирные клапаны, двухходовые уплотнительные шарнирные клапаны и т.д. Как показано на фиг.1, в случае, когда клапан 116 закрыт, коллектор 106 изолирован от части скважины 102 выше нижней секции 100 заканчивания, так что текучие среды из коллектора 106 не могут втекать в скважину 102 выше нижней секции 100 заканчивания или же текучая среда из кольцевого пространства 101 обсадной колонны не может втекать в коллекторный пласт 106. Однако, когда клапан 116 изоляции пласта открыт, коллекторные текучие среды могут проходить из кольцевого пространства 101 через узел 118 для контроля поступления песка в перфорированную трубу или трубу с щелевидными отверстиями, которая является частью нижней секции 100 заканчивания, во внутреннее отверстие 120 нижней секции 100 заканчивания. Кольцевое пространство 101 ограничено узлом 118 для контроля поступления песка и песчаной поверхностью 103 скважины. Текучие среды протекают вверх через открытый клапан 116 изоляции пласта в эксплуатационную колонну (показанную на фиг.3), которая расположена выше нижней секции 100 заканчивания. Примеры узла 118 для контроля поступления песка включают в себя фильтр песка, хвостовик с щелевидными отверстиями, или перфорированный хвостовик, или трубу с щелевидными отверстиями, или перфорированную трубу. Вокруг узла 118 для контроля поступления песка набит гравий, так что узел 118 и гравийная набивка в сочетании могут отфильтровывать частицы, такие как песок, от добываемых текучих сред.

Согласно варианту осуществления из фиг.1 для управления клапаном 116 исполнительный механизм 114 клапана механически соединен с клапаном 116 (который представляет собой механический клапан изоляции пласта). Исполнительный механизм 114 клапана может включать в себя, например, перемещающийся сердечник, который перемещается в первое положение для открытия клапана 116 и во второе положение для закрытия клапана 116. Как рассмотрено дополнительно ниже в сочетании с фиг.3, исполнительный механизм 114 клапана приводится в действие электронным или двигательным модулем, который является частью эксплуатационной колонны.

Нижняя секция 100 заканчивания также включает в себя узел 124 датчиков, который через модуль 126 контроллера электрически соединен с частью 112 индуктивного элемента связи. Модуль 126 контроллера может принимать команды из другого места (например, с земной поверхности или из другого места в скважине). Эти команды могут предписывать модулю 126 контроллера активировать датчики 128 узла 124 датчиков к осуществлению измерений. Примеры параметров, которые могут быть измерены, включают в себя температуру, давление, скорость потока, плотность текучей среды, удельное сопротивление коллектора, соотношение между нефтью, газом и водой, вязкость, отношение содержания углерода и кислорода, акустические параметры, характеристики, подлежащие обнаружению химическим способом (например, обнаружение парафина, воска, асфальтенов, осадка, измерение pH, измерение солености), и т.д. Кроме того, модуль 126 контроллера может сохранять и передавать данные измерений, поступающие с датчиков 128. Поэтому с периодическими интервалами или в ответ на команды модуль 126 контроллера может передавать данные измерений к другому компоненту. Обычно модуль 126 контроллера включает в себя процессор и запоминающее устройство.

Узел 124 датчиков может быть выполнен в виде сенсорного кабеля (также известного как сенсорная подвеска). Сенсорный кабель в своей основе является непрерывной линией передачи сигналов, имеющей участки, на которых предусмотрены датчики. Сенсорный кабель является непрерывным в том смысле, что по длине сенсорного кабеля обеспечивается непрерывное уплотнение по отношению к текучим средам, таким как скважинные текучие среды. Необходимо отметить, что согласно некоторым вариантам осуществления непрерывный сенсорный кабель на самом деле может иметь отдельные корпусные секции, которые с уплотнением прикреплены друг к другу (например, сваркой). Согласно другим вариантам осуществления сенсорный кабель может быть выполнен в виде составляющей целое непрерывной оболочки без разрывов. Дополнительные детали относительно сенсорных кабелей описаны в заявке, регистрационный номер 11/688089, на патент США под названием “Completion system having a sand control assembly, an inductive coupler, and a sensor proximate the sand control assembly” (реестр №68.0645 (SHL.0345US) патентного поверенного), поданной 19 марта 2007 г, которая включена в настоящую заявку посредством ссылки.

На фиг.2 показан вариант выполнения нижней секции 100А заканчивания. Различие между нижней секцией 100А заканчивания, показанной на фиг.2, и нижней секцией 100 заканчивания, показанной на фиг.1, заключается в том, что согласно варианту осуществления из фиг.2 клапан 200 изоляции пласта выполнен в виде клапана со скользящим гильзовым затвором, а не в виде шарового клапана 116, который изображен на фиг.1. Скользящий гильзовый затвор 200 выполнен скользящим в продольном направлении скважины 102. Скользящий гильзовый затвор 200 может скользить между открытым положением и закрытым положением относительно одного или нескольких отверстий 202, которые выполнены в корпусной секции 110А, проходящей вниз от пакера 108. Затвор 200 в рабочем состоянии соединен с исполнительным механизмом 204 клапана, который также может быть приведен в действие электронным или двигательным модулем (рассмотренным дополнительно ниже). Исполнительный механизм 204 клапана выполнен перемещающимся, чтобы перемещать клапан 200 со скользящим гильзовым затвором между открытым положением и закрытым положением.

Аналогично варианту осуществления из фиг.1 нижняя секция 100А заканчивания также включает в себя узел 124 датчиков, модуль 126 контроллера и часть 112 индуктивного элемента связи.

На нижнем конце корпусной секции 202 также выполнено отверстие 206. На фиг.2 отверстие 206 закупорено пробкой 208. В случае нахождения пробки 208 на месте любой поток между кольцевой областью 101 (которая ограничена между узлом 118 для контроля поступления песка и песчаной поверхностью 103 скважины 102) протекает через клапан 200 со скользящим гильзовым затвором. Пробка 208 является извлекаемой пробкой, которая может быть удалена для обеспечения возможности движения скважинных текучих сред через нижнее отверстие 206 корпусной секции 110А. Отверстие 206 выровнено в продольном направлении относительно внутреннего отверстия 120, так что скважинный прибор может проходить через отверстие 206 на интервал ствола скважины ниже клапана 200 изоляции пласта. Согласно альтернативному варианту осуществления пробка 206 может быть заменена механическим клапаном изоляции пласта, имеющим в своем составе шаровой клапан, или дисковый клапан, или шарнирный клапан, для получения доступа в нижнюю область 120 заканчивания без необходимости выполнения подъема и спуска для извлечения пробки.

На фиг.3 показано размещение эксплуатационной колонны 300, которая включает в себя насосно-компрессорную трубу 302 и погружной электронасос 304, в скважине 102. Эксплуатационная колонна 300 соединена с нижней секцией 100 заканчивания из фиг.1. Эксплуатационная колонна 300 и нижняя секция 100 заканчивания совместно образуют двухкаскадную систему заканчивания. Как изображено на фиг.3, эксплуатационная колонна 300 также включает в себя манжетный пакер 306, который действует как барьер для обломков породы, предназначенный для предотвращения прохождения обломков породы из нижней части скважины 102 в кольцевую область 308, которая находится выше манжетного пакера 306 и которая ограничена наружной поверхностью насосно-компрессорной трубы 302 и внутренней поверхностью обсадной колонны 104. Согласно некоторым вариантам осуществления манжетный пакер не спускают. Согласно другому варианту осуществления пакер заканчивания спускают так, чтобы он был выше погружного электронасоса.

Эксплуатационная колонна 300 также имеет подземный предохранительный клапан 310 (который не является обязательным), который закрывают в случае аварии для остановки скважины 102. Эксплуатационная колонна 300 также включает в себя скользящий стык 312 (который не является обязательным), который предусмотрен для регулирования продольной длины эксплуатационной колонны, установленной на пакере 108. Необходимо отметить, что эксплуатационная колонна 300 размещена между пакером 108 и трубной подвеской (непоказанной), расположенной на земной поверхности. Эксплуатационную колонну 300 соединяют с нижней секцией заканчивания, используя механизм 317 с пружинными защелками (или соединительный механизм некоторого другого вида).

Эксплуатационная колонна 300 также включает в себя модуль исполнительного механизма, например электронный и двигательный модуль 314, и пункт 316 управления. Модуль исполнительного механизма может быть электрическим, электрогидравлическим, гидравлическим или любым другим механизмом, предназначенным для управления клапаном изоляции пласта. Пункт 316 управления включает в себя процессор, запоминающие устройства и, что необязательно, датчики (например, датчики температуры и/или давления). Пункт 316 управления также включает в себя телеметрический модуль для осуществления связи с наземным контроллером, расположенным на земной поверхности, или с другим скважинным контроллером.

Электронный и двигательный модуль 314 включает в себя компоненты, предназначенные для приведения в действие исполнительного механизма 114 клапана. Электронный и двигательный модуль 314 механически соединен с исполнительным механизмом 114 клапана для перемещения исполнительного механизма 114 клапана между различными положениями с целью приведения в действие клапана 116 изоляции пласта. Согласно некоторым вариантам осуществления электронный и двигательный модуль 314 включает в себя двигатель для управления исполнительным механизмом 114 клапана. Электронный и двигательный модуль 314 электрически соединен с электрическим кабелем 320, который протянут вверх от электронного и двигательного модуля 314 к скользящему стыку 312. На скользящий стык 312 электрический кабель 320 может быть намотан по винтовой линии до образования электрическим кабелем 320 спиральной намотки. От верхнего конца скользящего стыка 312 электрический кабель 320 протянут дальше вверх через манжетный пакер 306 в кольцевую область 308 над манжетным пакером 306. Электрический кабель 320 может быть протянут до земной поверхности или до другого места в стволе скважины. На фиг.3 также показан второй электрический кабель 322, который соединен с погружным электронасосом 304. Второй электрический кабель 322 называется кабелем насоса. По кабелю 322 насоса подаются энергия и команды для погружного электронасоса 304 с электрическим приводом.

Пункт 316 управления электрически соединен с частью 318 индуктивного элемента связи (которая прикреплена к нижней части эксплуатационной колонны 300). Часть 318 индуктивного элемента связи может быть охватываемой частью индуктивного элемента связи, которая может находиться внутри охватывающей части 112 индуктивного элемента связи нижней секции 100 заканчивания. При расположении возле друг друга части 112, 318 индуктивного элемента связи могут осуществлять передачу энергии и данных за счет индуктивной связи. Данные измерений, собранные посредством узла 124 датчиков, передаются через элемент индуктивной связи, образованный частями 112 и 318 индуктивного элемента связи, в пункт 316 управления.

Кроме того, пункт 316 управления электрически соединен с электрическим кабелем 320 для обеспечения возможности связи электрического кабеля 320 с другим компонентом (например, с наземным контроллером или скважинным контроллером).

Согласно альтернативному варианту осуществления вместо использования двух отдельных электрических кабелей 320, 322 для раздельного подключения к погружному электронасосу 304, и электронному и двигательному модулю 314, и к пункту 316 управления один и тот же электрический кабель может быть протянут как к погружному электронасосу 304 и модулю 314, так и к пункту 316 управления.

В процессе работы в скважину 102 сначала спускают нижнюю секцию 100 заканчивания на глубину, прилегающую к коллектору 106, из которого будет осуществляться добыча. Затем, чтобы зафиксировать положение нижней секции 100 заканчивания и обеспечить герметичность по текучей среде, устанавливают пакер 108 нижней секции 100 заканчивания. Далее, если необходимо осуществлять контроль за поступлением песка, выполняют операцию гравийной набивки, чтобы заложить гравием кольцевую область 101 между узлом 118 для борьбы с поступлением песка и песчаной поверхностью 103.

После осуществления гравийной набивки в скважину 102 спускают эксплуатационную колонну 300, используя механизм 317 с пружинными защелками. После того как эксплуатационная колонна 300 и нижняя секция 100 заканчивания соединены, можно начинать добычу текучей среды.

При выполнении операций, рассмотренных выше, клапан 116 изоляции пласта может быть приведен в действие между открытым и закрытым положениями путем использования электрических команд, передаваемых по электрическому кабелю 320 в электронный и двигательный модуль 314. В пункт 316 управления могут быть введены инструкции по сбору данных измерений с блока 124 датчиков и передаче данных измерений в наземный контроллер или другой скважинный контроллер. Погружной электронасос 304 может быть включен для начала операции перекачивания текучей среды для подъема добываемых текучих сред по насосно-компрессорной колонне 302.

На фиг.4 показана нижняя секция 100В заканчивания, включающая в себя электрический клапан 400 изоляции пласта (а не механические клапаны 116 и 200 изоляции пласта из фигур 1 и 2). Управление электрическим клапаном 400 изоляции пласта осуществляется путем использования электрической энергии, подводимой по электрическому кабелю. Электрический клапан 400 изоляции пласта может включать в себя источник 402 энергии. Источник 402 энергии подключен посредством электрического провода 404 к части 112 индуктивного элемента связи, который является частью нижней секции 100В заканчивания.

Согласно одному варианту осуществления источник энергии 402 электрического клапана 400 изоляции пласта может быть реализован как конденсатор. Конденсатор может непрерывно подзаряжаться энергией, передаваемой через часть 112 индуктивного элемента связи, чтобы имелся электрический заряд, достаточный для приведения в действие клапана изоляции пласта. Согласно альтернативному воплощению источник энергии может быть выполнен в виде батареи вместо использования конденсатора в качестве источника 402 энергии. Согласно еще одному варианту осуществления энергия для клапана 400 изоляции пласта может быть получена от источника энергии, который является частью эксплуатационной колонны (не показанной на фиг.4) или от источника питания на земной поверхности. Эта электрическая энергия передается по электрическому кабелю к сопряженной части индуктивного элемента связи, которая расположена вблизи части 112 индуктивного элемента связи из фиг.4.

Источник 402 энергии используется для приведения в действие компонентов электрического клапана 400 изоляции пласта, чтобы открывать или закрывать клапан. Управление таким приведением в действие осуществляется путем использования команд, передаваемых по электрическому кабелю 320 (фиг.5).

Кроме того, нижняя секция 100В заканчивания отличается от нижней секции 100 заканчивания тем, что изолирующий пакер 406 расположен в кольцевой области 101 с наружной стороны узла 118 для контроля поступления песка. Пакером 406 кольцевое пространство 101 может быть разделено на две зоны (одна зона выше пакера 406, а другая зона ниже пакера 406).

Нижняя секция 100В заканчивания также включает в себя сенсорный кабель 124А, который протянут через разобщающий пакер 406, так что датчики 128 расположены в каждой из зон. Сенсорный кабель 124А через модуль 126 контроллера электрически подключен к части 112 индуктивного элемента связи.

На фиг.5 показана эксплуатационная колонна 300А, соединенная с нижней секцией 100В заканчивания из фиг.4. Эксплуатационная колонна 300А отличается от эксплуатационной колонны 300 (фиг.3) тем, что эксплуатационная колонна 300А не содержит электронного и двигательного модуля 314, который является частью эксплуатационной колонны 300 из фиг.3.

Как изображено на фиг.5, пункт 316А управления (который является частью эксплуатационной колонны 300А) электрически подключен с помощью электрического провода (проводов) 500, уложенного (уложенных) внутри корпусной секции 502 эксплуатационной колонны 300А. Электрический провод (провода) 500 электрически подключен (подключены) к охватываемой части 504 индуктивного элемента связи, которая является частью корпусной секции 502 эксплуатационной колонны 300А. Охватываемая часть 504 индуктивного элемента связи расположена вблизи охватывающей части 112 индуктивного элемента связи для обеспечения возможности передачи энергии и данных, касающихся сенсорного кабеля 124А и электрического клапана 400 изоляции пласта.

В процессе работы на пункт 316А управления могут быть выданы инструкции (например, с наземного контроллера) по электрическому кабелю 320 на передачу команд на электрический клапан 400 изоляции пласта для приведения в действие клапана 400 изоляции пласта между открытым положением и закрытым положением. Кроме того, в пункте 316А управления возможен сбор данных измерений с сенсорного кабеля 124А и передача таких данных измерений по электрическому кабелю 320.

Согласно варианту воплощения, показанному на фигурах 4 и 5, вместо частей 112 и 504 индуктивного элемента связи может быть использована беспроводная телеметрия (например, акустическая телеметрия). В случае такого воплощения телеметрический элемент 112 может обеспечивать беспроводную связь (например, с помощью акустических сигналов) с соответствующим телеметрическим элементом 504 или с телеметрическим элементом на земной поверхности. Согласно этому воплощению источник 402 энергии представляет собой скважинный электрогенератор, который может обеспечивать энергию для управления клапаном 400 в ответ на команды, передаваемые беспроводным способом (например, с помощью акустических сигналов).

На фиг.6 показан вариант воплощения, представленный на фиг.3. В этом варианте нижняя секция 100С заканчивания не содержит сенсорного кабеля 124 и модуля 126 контроллера из фиг.1. Кроме того, части индуктивного элемента связи не включены в нижнюю секцию 100С заканчивания и эксплуатационную колонну 300В, которая соединена с нижней секцией 100С заканчивания. Механический клапан 116 изоляции пласта управляется электронным и двигательным модулем 314 (таким же способом, как в варианте осуществления из фиг.3).

На фиг.7 представлен другой вариант осуществления двухкаскадной системы заканчивания, которая включает в себя эксплуатационную колонну 300С и нижнюю секцию 100D заканчивания. Нижняя секция 100D заканчивания имеет пакер 700 и корпусную секцию 702 ниже пакера 700. Корпусная секция 702 имеет две охватывающие части 704, 706 индуктивного элемента связи, при этом первая охватывающая часть 704 индуктивного элемента связи электрически соединена с электрическим кабелем 708, проходящим до клапанов 710, 712 регулирования потока, размещенных в зонах 714, 716 соответственно. Зоны 714 и 716 изолированы разобщающим пакером 718. Клапанами 710, 712 регулирования потока регулируются радиальные потоки текучих сред из окружающего коллектора во внутреннее отверстие 720 узла 118 для контроля поступления песка.

Вторая охватывающая часть 706 индуктивного элемента связи электрически соединена с электрическим клапаном 724 изоляции пласта, который аналогичен электрическому клапану 400 изоляции пласта из фиг.4. Электрический клапан 724 изоляции пласта включает в себя источник 723 энергии и электрический провод 725, соединяющий источник 723 энергии с охватывающей частью 706 индуктивного элемента связи. Кроме того, охватывающая часть 706 индуктивного элемента связи электрически соединена с сенсорным кабелем 726, который протянут через разобщающий пакер 718. Сенсорный кабель 726 электрически соединен с охватывающей частью 706 индуктивного элемента связи через модуль 728 контроллера.

Эксплуатационная колонна 300С включает в себя две охватываемые части 730, 734 индуктивного элемента связи, которые расположены вблизи соответствующих охватывающих частей 704, 706 индуктивного элемента связи. Обе охватываемые части 730, 734 индуктивного элемента связи электрически соединены посредством электрического провода (проводов) 736 с пунктом 738 управления, который также является частью эксплуатационной колонны 300В. Остальные компоненты эксплуатационной колонны 300С аналогичны компонентам эксплуатационной колонны 300 или 300А из фиг.3 или фиг.5.

Согласно еще одному варианту воплощения, показанного на фиг.7, используется только один индуктивный элемент связи. Датчик, клапан регулирования потока, клапан изоляции пласта и другие устройства с электроприводом, все подключены к одному и тому же кабелю. Кроме того, вместо электрического клапана изоляции пласта может быть использован механический клапан изоляции пласта.

Хотя изобретение было раскрыто применительно к ограниченному числу вариантов осуществления, для специалистов в данной области техники, имеющих выгоду от этого раскрытия, должны быть очевидными многочисленные модификации и варианты его. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает такие модификации и варианты, как попадающие в рамки истинной сущности и объема изобретения.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к системе заканчивания скважины. Система для использования в скважине содержит колонну, предназначенную для размещения в скважине и включающую в себя погружной электронасос, первую часть индуктивного элемента связи и секцию заканчивания. При этом секция заканчивания размещена в разрабатываемой зоне скважины и включает в себя вторую часть индуктивного элемента связи, изолирующий пакер, сенсорный кабель и электрическое устройство, электрически соединенное со второй частью индуктивного элемента связи. Причем сенсорный кабель проходит через пакер для оснащения датчиками нескольких зон скважины. Предложенное изобретение обеспечивает повышение эффективности работы системы и сбора данных измерений, относящихся к скважинным характеристикам. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система для использования в скважине, содержащая колонну, предназначенную для размещения в скважине и содержащую погружной электронасос и первую часть индуктивного элемента связи, и секцию заканчивания, предназначенную для размещения в разрабатываемой зоне скважины и содержащую вторую часть индуктивного элемента связи, предназначенную для индуктивной связи с первой частью индуктивного элемента связи, и изолирующий пакер для изоляции нескольких зон в скважине, при этом первая и вторая части индуктивного элемента размещены ниже изолирующего пакера, и электрическое устройство, электрически соединенное со второй частью индуктивного элемента связи.

2. Система по п.1, в которой электрическое устройство содержит датчик.

3. Система по п.2, в которой секция заканчивания дополнительно содержит клапан, а колонна дополнительно содержит модуль для приведения в действие клапана.

4. Система по п.3, в которой клапан представляет собой клапан изоляции пласта.

5. Система по п.3, в которой клапан представляет собой механический клапан и секция заканчивания дополнительно содержит исполнительный механизм клапана, перемещающийся между положениями для открытия и закрытия клапана, и указанный модуль выполнен для обеспечения перемещения исполнительного механизма клапана.

6. Система по п.5, в которой модуль содержит двигатель для перемещения исполнительного механизма клапана.

7. Система по п.6, в которой колонна дополнительно содержит первый электрический кабель и указанный модуль является электрически активизируемым с помощью электрического кабеля.

8. Система по п.7, в которой колонна дополнительно содержит второй электрический кабель, электрически соединенный с погружным электронасосом.

9. Система по п.7, в которой первый электрический кабель дополнительно электрически соединен с погружным электронасосом.

10. Система по п.1, в которой колонна представляет собой эксплуатационную колонну или колонну для закачивания.

11. Система по п.1, в которой электрическое устройство содержит сенсорный кабель, имеющий множество датчиков.

12. Система по п.11, в которой колонна дополнительно содержит пункт управления для связи с датчиками через первую и вторую части индуктивного элемента связи.

13. Система по п.11, в которой сенсорный кабель проходит через пакер для оснащения датчиками нескольких зон.

14. Система по п.1, в которой секция заканчивания дополнительно содержит электрический клапан, имеющий источник энергии, электрически соединенный со второй частью индуктивного элемента связи.

15. Система по п.1, в которой электрическое устройство представляет собой первое электрическое устройство, колонна дополнительно содержит третью часть индуктивного элемента связи и секция заканчивания дополнительно содержит четвертую часть индуктивного элемента связи и второе электрическое устройство, при этом четвертая часть индуктивного элемента связи электрически соединена со вторым электрическим устройством, а третья часть индуктивного элемента связи индуктивно связана с четвертой частью индуктивного элемента связи.

16. Система по п.15, в которой первое электрическое устройство содержит сенсорный кабель, имеющий множество датчиков, и второе электрическое устройство содержит клапан регулирования потока.

17. Система по п.1, в которой секция заканчивания содержит несколько электрических устройств, соединенных со вторым индуктивным элементом связи.

18. Система по п.17, в которой электрические устройства содержат сенсорный кабель, имеющий множество датчиков, и клапан регулирования потока.

19. Способ для использования в скважине, содержащий следующие этапы: установка в скважине первой секции заканчивания, имеющей электрическое устройство для выполнения действия относительно разрабатываемой зоны и вторую часть индуктивного элемента связи; установка в скважине колонны, содержащей первый электрический кабель и первую часть индуктивного элемента связи, предназначенную для индуктивной связи со второй частью индуктивного элемента связи, и погружной электронасос, и соединение колонны с первой секцией заканчивания; передача, по меньшей мере, энергии или данных между первым электрическим кабелем и электрическим устройством через индуктивный элемент связи и приведение в действие погружного электронасоса для перемещения текучей среды в скважину.

20. Способ по п.19, в котором приведение в действие погружного электронасоса осуществляют с использованием первого электрического кабеля.

21. Способ по п.19, в котором приведение в действие погружного электронасоса осуществляют с использованием второго электрического кабеля, отдельного от первого электрического кабеля.

22. Способ по п.19, который дополнительно содержит приведение в действие с использованием первого электрического кабеля клапана изоляции пласта, который является частью первой секции заканчивания и является закрываемым для изоляции зоны в скважине.

23. Способ по п.22, в котором клапан изоляции пласта представляет собой механический клапан изоляции пласта и первая секция заканчивания дополнительно содержит перемещающийся исполнительный механизм клапана для управления механическим клапаном изоляции пласта и который дополнительно содержит активацию электронного и двигательного модуля, который является частью колонны, для приведения в действие исполнительного механизма клапана.

24. Способ по п.22, в котором клапан изоляции пласта представляет собой электрический клапан изоляции пласта, включающий в себя модуль электрического исполнительного механизма.

25. Способ по п.22, в котором клапан изоляции пласта представляет собой электрический клапан изоляции пласта, включающий в себя источник энергии, и который дополнительно содержит зарядку источника энергии с использованием индуктивного элемента связи.

26. Способ по п.25, в котором источник энергии включает в себя конденсатор и зарядка источника энергии представляет собой непрерывную подзарядку конденсатора.

27. Система для использования в скважине, содержащая колонну, предназначенную для размещения в скважине и содержащую погружной электронасос, и секцию заканчивания, соединяемую с колонной, предназначенную для размещения в разрабатываемой зоне скважины и содержащую первый элемент беспроводной телеметрии, представляющий собой элемент акустической телеметрии и предназначенный для беспроводной связи со вторым элементом беспроводной телеметрии, и электрическое устройство, электрически соединенное с первым элементом беспроводной телеметрии.

28. Система по п.27, в которой секция заканчивания дополнительно содержит скважинный электрогенератор для подачи энергии к электрическому устройству.