УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ СКВАЖИННОГО ИНСТРУМЕНТА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ Российский патент 2018 года по МПК E21B47/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу приведения в действие скважинного инструмента бурильной колонны, содержащему:

- прием сигнала по меньшей мере одного параметра, например давления или расхода, текучей среды для обработки, например бурового раствора, закачиваемой по бурильной колонне посредством внешней насосной системы;

- применение по меньшей мере первого временного окна к принимаемому сигналу и анализ принимаемого сигнала в контроллере;

- приведение в действие по меньшей мере первого скважинного инструмента, при этом скважинный инструмент функционирует в по меньшей мере первом режиме работы после приведения в действие.

Настоящее изобретение также относится к способу приведения в действие скважинного инструмента бурильной колонны, содержащему:

- прием сигнала по меньшей мере первого параметра, например давления или расхода, текучей среды для обработки, например бурового раствора, закачиваемого по бурильной колонне посредством внешней насосной системы;

- анализ принимаемого сигнала в контроллере;

- приведение в действие по меньшей мере первого скважинного инструмента с помощью контроллера, при этом скважинный инструмент функционирует в по меньшей мере первом режиме работы после приведения в действие.

Наконец, настоящее изобретение относится к устройству для приведения в действие, предназначенному для приведения в действие скважинного инструмента бурильной колонны, содержащему:

- по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью приема сигнала по меньшей мере одного параметра, например давления или расхода, текучей среды для обработки, например бурового раствора, закачиваемой по бурильной колонне посредством внешней насосной системы;

- контроллер, соединенный с датчиком и сконфигурированный для анализа принимаемого сигнала датчика, при этом контроллер сконфигурирован для применения по меньшей мере одного заданного временного окна к принимаемому сигналу;

- средство для приведения в действие скважинного инструмента, при этом скважинный инструмент выполнен с возможностью функционирования в по меньшей мере одном режиме работы после приведения в действие.

Предпосылки создания изобретения

В настоящее время имеется необходимость в избирательном приведении в действие различных скважинных инструментов в бурильной колонне, таких как циркуляционные переводники, раздвижные буровые расширители и скважинные инструменты других видов. Известно механическое приведение в действие скважинного инструмента с помощью шаров, сбрасываемых в циркулирующую текучую среду, например буровой раствор, с поверхности буровой скважины. Шар захватывается приемным рычагом или полостью в скважинном инструменте и вследствие повышения давления текучей среды над шаром скважинный инструмент приводится в действие. Другой способ приведения в действия скважинного инструмента заключается в сбрасывании метки радиочастотной идентификации (РЧИД-метки) в циркулирующую текучую среду, в которой радиочастотный приемник в скважинном инструменте обнаруживает присутствие метки радиочастотной идентификации, а контроллер в скважинном инструменте приводит в действие инструмент на основании радиочастотного сигнала с метки. Любые скважинные инструменты, расположенные выше выбранного скважинного инструмента, должны иметь сквозное отверстие, позволяющее шару проходить насквозь. Шары различных размеров используют для приведения в действие и прекращения действия скважинного инструмента, и это означает, что диаметр сквозного отверстия должен быть согласован с диаметром наиболее крупного шара, предназначенного для прохождения через скважинный инструмент. Использование шаров позволяет выполнять только ограниченное количество приведений в действие и прекращений действия до замены скважинного инструмента. Существует опасность, что шары будут блокировать циркуляцию текучей среды, вследствие чего делается возможным повышение давления в текучей среде над шаром. Это повышение давление может приводить к повреждению частей скважинного инструмента или даже частей эксплуатационного оборудования, расположенного на поверхности.

Пример решения раскрыт в заявке №2013/0319767 А1 на патент США, в которой циркуляционный переводник приводится в действие с помощью активной или пассивной метки радиочастотной идентификации, сбрасываемой в циркулирующий буровой раствор. Радиочастотный приемник переводника обнаруживает присутствие метки радиочастотной идентификации, а контроллер приводит в действие заданную функцию на основании обнаруженного радиочастотного сигнала. Как использование шаров, так и меток радиочастотной идентификации представляет собой медленный и требующий много времени процесс, поскольку шар или метка радиочастотной идентификации должна быть прокачена через текучую среду от поверхности к выбранному скважинному инструменту. Шар или метка радиочастотной идентификации должна иметь прочную структуру, чтобы она не разрушалась или иным образом не становилась неработоспособной до достижения выбранного скважинного инструмента.

Еще один способ приведения в действие скважинного инструмента заключается в использовании рабочего давления или расхода циркулирующей текучей среды в качестве скважинной линии для связи со скважинным инструментом. Такое решение раскрыто в заявке №2013/0319767 А1 на патент США, и в нем для передачи данных между циркуляционным переводником и контроллером, расположенным на поверхности, используется импульсный модулятор (генератор импульсов давления в буровом растворе) для генерации импульсов давления в буровом растворе или генератор электромагнитных импульсов. Согласно другому варианту осуществления из заявки №2013/0319767 А1 на патент США контроллер модулирует расход или скорость вращения насоса для бурового раствора, расположенного на поверхности, и этим генерируются импульсы потока в буровом растворе. Циркуляционный переводник содержит переключатель потока или измеритель потока для обнаружения этих импульсов потока, которые используются контроллером в переводнике для приведения в действие выбранной функции. Раздвижной буровой расширитель, приводимый в действие импульсами давления в буровом растворе, раскрыт в патенте США №8528668 В2, при этом генератор импульсов давления в буровом растворе, соединенный с раздвижным буровым расширителем, используется для связи с оборудованием на поверхности. При использовании импульсов давления или потока получается очень сложная нисходящая линия связи, в случае которой требуется, чтобы в переводнике обнаруживался импульс, имеющий определенную амплитуду, частоту или форму. Эти решения чувствительны к любым возмущающим факторам, таким как использование сжимаемых газов в буровом растворе, и часто приводят к прерыванию процесса бурения, снижающему рабочее время. Электромагнитные (ЭМ) импульсы можно использовать вместо импульсов давления или потока в буровом растворе для приведения в действие скважинного инструмента; однако электромагнитные импульсы не пригодны в случае очень длинной бурильной колонны и чувствительны к подземным пластам некоторых видов.

В патенте США №6543532 В2 раскрыт циркуляционный переводник, имеющий электрический двигатель, на который подается напряжение по электрическому кабелю, продолжающемуся на протяжении бурильной колонны. В буровых скважинах, обычно имеющих глубину больше двух километров, падение напряжения на электрическом кабеле и изменения характеристик кабеля становятся проблемой. Кроме того, вероятно повреждение или разрыв электрической изоляции кабеля, вызывающий отказ связи.

Еще одно решение заключается в приведении в действие скважинного инструмента при использовании механизмов прерывистой подачи, при этом инструмент приводится в действие в соответствии с операциями начала и прекращения работы насосов на поверхности, выполняемыми последовательно. Обычно инструмент приводится в действие, когда насосы начинают работать первый раз; затем работа насосов прекращается и начинается вновь, что вызывает прекращение действия инструмента. Это решение представляет собой медленный и требующий много времени процесс, при котором уменьшается рабочее время вследствие повторяющегося начала и прекращения работы насосов.

В заявке №2013/0062124 А1 на патент США раскрыт скважинный инструмент, имеющий перепускной модуль для перепуска части циркулирующего бурового раствора. Контроллер выполняет мониторинг скорости вращения бурильной колонны и либо расхода, либо дифференциального давления в пределах заданного периода времени. Контроллер приводит в действие перепускной модуль, когда он определяет, что скорость вращения и расход или дифференциальное давление находятся выше порогового уровня.

Существует необходимость в создании усовершенствованного способа, который позволит быстро и точно приводить в действие скважинный инструмент без использования шара или метки радиочастотной идентификации или сложной скважинной линии связи.

Задача изобретения

Задача этого изобретения заключается в создании способа приведения в действие без использования шаров или меток радиочастотной идентификации, в котором исключены недостатки способов из предшествующего уровня техники.

Задача этого изобретения заключается в создании способа приведения в действие, который позволяет быстро и точно приводить в действие скважинный инструмент.

Задача этого изобретения заключается в создании устройства для приведения в действие, способного приводить в действие многочисленные скважинные инструменты.

Задача изобретения заключается в создании устройства для приведения в действие, которое можно сочетать с устройствами для измерения в процессе бурения, каротажа во время бурения или роторной управляемой системой без влияния на импульсы давления или потока, используемые в скважинной линии связи.

Описание изобретения

Задача изобретения решается способом приведения в действие, отличающимся тем, что:

- контроллер выполняет мониторинг параметра в первом временном окне и определяет, остается ли измеряемый параметр стабильным относительно по меньшей мере первого порогового значения в первом временном окне или не остается, и приводит в действие скважинный инструмент, если измеряемый параметр является стабильным в первом временном окне.

Этим обеспечивается способ приведения в действие, который позволяет быстро и точно приводить в действие скважинный инструмент, расположенный в буровой скважине. Скважинный инструмент можно приводить в действие просто на основании измерения давления, расхода или любого другого параметра текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне и циркулирующей обратно по кольцевому пространству между бурильной колонной и боковой стенкой буровой скважины. Термином «текучая среда для обработки» обозначается подходящая текучая среда любого вида или любые сочетания текучих сред, предназначенных для использования в буровой скважине во время бурения, заканчивания, обслуживания, ремонта скважины или процесса любого другого вида. Этим исключается необходимость использования любых приводящих в действие шаров, или меток радиочастотной идентификации, или электрических кабелей. Обнаружением стабильного уровня измеряемого параметра обеспечивается более простой и менее трудный процесс приведения в действие по сравнению с системами скважинных линий связи с использованием импульсов давления или потока в буровом растворе. Настоящее изобретение особенно пригодно для, но без ограничения, применений в устройствах измерений в процессе бурения (ИПБ), каротажа во время бурения (КВБ) или в роторной управляемой системе (РУС).

Термином «стабильный» обозначается пороговый уровень или диапазон, имеющий верхнее и нижнее предельные значения, сосредоточенные относительно порогового значения, при этом измеряемый параметр остается в пределах верхнего и нижнего предельных значений.

К скважинному инструменту можно отнести циркуляционные переводники, раздвижные буровые расширители, стабилизаторы, пакеры, скважинные отклонители, соединительные муфты, клапаны, гравийные набивки любого вида или скважинный инструмент любого другого вида, используемый в буровой скважине. Скважинный инструмент может образовывать часть более крупной компоновки низа бурильной колонны (КНБК), соединенной с бурильной трубой. Устройство для приведения в действие может быть автономным блоком, соединенным со скважинным инструментом или встроенным в скважинный инструмент.

Один или несколько датчиков давления можно использовать для приема сигнала давления или разности давлений текучей среды для обработки, проходящей через скважинный инструмент. В качестве варианта или дополнительно один или несколько датчиков расхода можно использовать для приема сигнала расхода или скорости текучей среды для обработки. Принимаемые сигналы можно предварительно обрабатывать, например фильтровать или усиливать, до обработки в контроллере. Этим обеспечивается более простой и более надежный способ приведения в действие по сравнению с использованием импульсов давления в буровом растворе.

В одном варианте осуществления контроллер выполняет мониторинг измеряемого давления и/или расхода закачиваемой текучей среды для обработки в заданном временном окне. Временное окно можно выбирать на основании рабочего расхода, рабочего давления или размеров буровой скважины. Контроллер сравнивает принимаемый сигнал с заданным пороговым значением, определяющим уровень приведения в действие скважинного инструмента. Пороговое значение может быть выбрано на основании заданного рабочего давления или расхода. Контроллер определяет, остается ли принимаемый сигнал в рамках верхнего и нижнего пределов порогового уровня, находящегося вблизи порогового значения. Верхний и нижний пределы можно определять на основании порогового значения и/или допустимого отклонения характеристик насосной системы. Если принимаемый сигнал остается стабильным во временном окне, то контроллер приводит в действие скважинный инструмент или один или несколько элементов для приведения в действие, расположенных в устройстве для приведения в действие.

Работа скважинного инструмента прекращается и он возвращается в исходное положение при выключении насосной системы или при снижении давления и/или расхода ниже порогового значения возврата в исходное положение. Устройство для приведения в действие может переходить в режим ожидания после приведения в действие скважинного инструмента или в случае, когда давление и/или расход снижается ниже порогового значения возврата в исходное положение.

Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере второе временное окно применяют к принимаемому сигналу, а контроллер также определяет, остается ли принимаемый сигнал стабильным относительно второго порогового значения во втором временном окне или не остается.

Это позволяет контроллеру определять, какой режим работы конкретного скважинного инструмента следует привести в действие. Контроллер может дополнительно или как вариант определять, какой из скважинных инструментов следует привести в действие. В этой конфигурации контроллер также выполняет мониторинг принимаемого сигнала во втором временном окне, имеющем, например, такую же продолжительность, что и первое временное окно. Если принимаемый сигнал остается стабильным во втором временном окне, то приводится в действие второй режим работы конкретного скважинного инструмента или второй скважинный инструмент.

Контроллер может быть сконфигурирован для обнаружения временного падения или снижения давления и/или расхода после приведения в действие первого скважинного инструмента или режима работы. Падение или снижение может иметь заданную амплитуду и/или продолжительность (период времени). Это позволяет контроллеру удостоверяться в том, что в действие приведен выбранный скважинный инструмент или режим работы. Контроллер может начать использовать второе временное окно после обнаружения этого временного падения или снижения или после повышения давления и/или расхода до второго порогового значения или нижнего порогового предела его.

Согласно одному варианту осуществления контроллер также приводит в действие по меньшей мере второй режим работы первого скважинного инструмента или по меньшей мере второй скважинный инструмент, если измеряемый параметр является стабильным во втором временном окне.

В этой конфигурации первый скважинный инструмент приводится в действие так, как описано выше. После этого контроллер выполняет мониторинг принимаемого сигнала во втором временном окне, имеющем, например, такую же продолжительность, что и первое временное окно. Если принимаемый сигнал остается стабильным относительно второго уровня приведения в действие во втором временном окне, то приводится в действие второй скважинный инструмент или режим работы. Процесс приведения в действие повторяется для третьего скважинного инструмента или режима работы и т.д. Этим обеспечивается простой и легкий способ приведения в действие, предназначенный для избирательного приведения в действие скважинного инструмента, имеющего многочисленные режимы работы, например, регулируемого стабилизатора, клапана или соединительной муфты. Это также позволяет избирательно приводить в действие выбранный скважинный инструмент из группы скважинных инструментов. Эта конфигурация позволяет выбирать заданный режим работы или скважинный инструмент без передачи команд на скважинный инструмент с использованием импульсов давления или потока в буровом растворе.

Второе пороговое значение для второго режима работы или скважинного инструмента может быть больше, чем первое пороговое значение. Верхний и нижний пределы для второго порогового уровня могут быть такими же, как пределы для первого порогового уровня. Скважинные инструменты можно располагать так, чтобы инструмент, имеющий наименьший уровень приведения в действие, находился ближе всего к поверхности, тогда как инструмент, имеющий наивысший уровень приведения в действие, находился бы ближе всего к забою скважины. Это позволит иметь более оптимальный процесс приведения в действие, поскольку позволит повышать давление и/или расход при обработке до рабочего давления и/или расхода без каких-либо значительных флуктуаций. Вместо этого второе пороговое значение для второго режима работы или скважинного инструмента может быть меньше, чем первое пороговое значение. Это исключит необходимость введения поправки на падение или снижение температуры, вызванное приведением в действие предыдущего скважинного инструмента или режима работы. В этой конфигурации второе или третье временное окно может начинаться, когда измеряемый параметр достигает порогового значения или верхнего порогового предела для этого уровня приведения в действие. Если измеряемый параметр возрастает выше первого уровня приведения в действие, то приведение в действие любых дальнейших режимов работы или скважинных инструментов можно завершить.

Эта конфигурация позволяет устройству для приведения в действие приводить в действие любой скважинный инструмент или рабочий режим при пересечении уровней приведения в действие других скважинных инструментов или режимов работы. Давление и/или расход измеряемого параметра можно повышать непосредственно до заданного уровня приведения в действие. Если повышение или снижение давления и/или расхода измеряемого параметра прекращается до соответствующего временного окна, например, принимаемый сигнал пересекает верхнее или нижнее значение, то соответствующий режим работы или скважинный инструмент не приводится в действие.

Согласно конкретному варианту осуществления второе пороговое значение является таким же, как первое пороговое значение.

Это позволяет последовательно приводить в действие многочисленные режимы работы или скважинные инструменты. В этой конфигурации уровни приведения в действие для различных режимов работы или скважинных инструментов являются одинаковыми. Заданный рабочий режим или скважинный инструмент избирательно приводят в действие при поддержании давления и/или расхода на одном и том же уровне в более чем одном временном окне.

В этой конфигурации контроллер определяет, остается ли принимаемый сигнал стабильным относительно первого уровня приведения в действие во втором временном окне или не остается. Если измеряемый параметр все еще является стабильным относительно первого уровня приведения в действие, то контроллер приводит в действие второй режим работы или скважинный инструмент. Если имеются больше двух режимов работы или скважинных инструментов, то контроллер также определяет, остается ли принимаемый сигнал стабильным относительно первого уровня приведения в действие в третьем временном окне и т.д. Временное падение или снижение давления и/или расхода можно использовать для определения, какой из режимов работы или какой из скважинных инструментов в настоящее время приводится в действие.

Согласно одному варианту осуществления измеряемый параметр повышают до заданного рабочего уровня после приведения в действие выбранного режима или скважинного инструмента.

Этим обеспечивается способ приведения в действие, который не влияет на дальность связи устройств измерений в процессе бурения, каротажа во время бурения или роторной управляемой системы, поскольку приведение в действие выполняют до достижения рабочего давления и/или расхода. Это особенно подходит для буровых условий, в которых используют импульсы давления или потока в буровом растворе. Уровни приведения в действие для режимов работы или скважинных инструментов можно выбирать от 10 до 90% заданного рабочего давления и/или расхода. Рабочий расход можно выбирать от 1000 до 1500 л/мин. Рабочее давление можно выбирать в соответствии с требуемым применением, например, от 10 до 100 бар (от 1 до 10 МПа). Временные окна можно выбирать от 1 мин до 10 мин, например от 3 до 5 мин. Верхнее и ниже пороговые значения можно выбирать от ±1 до 10% выбранного уровня приведения в действие или рабочего уровня.

Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере один аккумуляторный блок снабжает электроэнергией электронные компоненты устройства для приведения в действие.

Настоящее изобретение может снабжаться электроэнергией от заменяемого и/или повторно заряжаемого аккумуляторного блока. Преобразовательный блок может быть выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части кинетической энергии текучей среды для обработки, проходящей по бурильной колонне, в электрическую энергию, например энергию, которая может сохраняться в аккумуляторном блоке.

Датчики давления и/или расхода можно использовать для определения, включена или выключена насосная система, расположенная на поверхности, например, путем сравнения сигналов датчиков с еще одним пороговым значением приведения в действие. Это пороговое значение можно задавать в соответствии с гидростатическим давлением на глубине, на которой расположен скважинный инструмент. Это позволит устройству для приведения в действие переходить в режим ожидания, когда насосная система выключается и вследствие этого снижается потребление электрической энергии. Устройство для приведения в действие может переходить в нормальный режим после превышения давлением и/или расходом этого порогового значения. В качестве альтернативы для определения, включена или выключена насосная система, можно использовать датчик вибрации или вращения, соединенный с контроллером.

Кроме того, задача изобретения решается способом приведения в действие, отличающимся тем, что:

- по меньшей мере второй датчик принимает сигнал по меньшей мере второго параметра, например вращения бурильной колонны;

- контроллер выполняет мониторинг первого и второго параметров и определяет первое начальное время для первого параметра и второе начальное время для второго параметра.

Этим также обеспечивается быстрый и точный способ приведения в действие без использования каких-либо приводящих в действие шаров или меток радиочастотной идентификации. Эта конфигурация позволяет приводить в действие скважинный инструмент в соответствии с мониторингом давления или расхода текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне, а также вращения бурильной колонны. Контроллер сконфигурирован для мониторинга двух параметров и регистрации момента времени, в который начинается закачивание и вращение. Контроллер может сравнивать один или оба измеряемых параметра с одним или двумя пороговыми значениями и регистрировать момент времени, в который измеряемый параметр превышает соответствующее пороговое значение. Пороговое значение для давления можно определять на основании гидростатического давления на глубине, на которой расположен скважинный инструмент. Пороговое значение для расхода может быть определено как минимальный расход. Обнаружение как давления текучей среды для обработки, так и вращения бурильной колонны позволяет иметь более простой и менее трудный процесс приведения в действие по сравнению с процессом приведения в действие в случае систем скважинной связи с использованием импульсов давления и потока в буровом растворе.

Как описано выше, давление можно измерять при использовании датчика давления и расход можно измерять при использовании датчика расхода. Один или несколько датчиков вибрации или вращения располагают в связи с бурильной колонной и выполняют с возможностью приема сигнала вращения бурильной колонны. Датчик вращения может быть акселерометром, гироскопом или другим подходящим датчиком, выполненным с возможностью обнаружения углового перемещения бурильной колонны.

Согласно одному варианту осуществления контроллер также определяет, какое из двух начальных времен было зарегистрировано первым.

В способе приведения в действие это позволяет избирательно приводить в действие заданный режим работы скважинного инструмента или избирательно приводить в действие скважинный инструмент из группы скважинных инструментов. Как описано выше, скважинный инструмент может иметь многочисленные режимы работы. В этой конфигурации контроллер определяет, было ли начато закачивание до вращения, например, находится ли первое начальное время до второго начального времени или наоборот. Если закачивание было начато до вращения, контроллер приводит в действие первый режим работы или скважинный инструмент. Если вращение было начато до закачивания, контроллер приводит в действие второй режим работы или скважинный инструмент.

Устройство для приведения в действие может переходить в режим ожидания после приведения в действие скважинного инструмента или рабочего режима, и поэтому снижается потребление электроэнергии. Устройство для приведения в действие может переходить в нормальный режим, когда по меньшей мере один из двух параметров обнаружен или зарегистрирован.

Эта конфигурация может сочетаться со способом приведения в действие, описанным ранее, для расширения функциональных возможностей устройства для приведения в действие. Кроме того, устройство для приведения в действие можно программировать для приведения в действие одного или нескольких заданных скважинных инструментов.

Наконец, задача изобретения решается устройством для приведения в действие, отличающимся тем, что:

- устройство для приведения в действие выполнено с возможностью выполнения способа приведения в действие, упомянутого выше.

Этим обеспечивается автономное устройство для приведения в действие, которое делает возможным быстрое и точное приведение в действие скважинного инструмента без использования каких-либо приводящих в действие шаров и меток радиочастотной идентификации. Эта конфигурация позволяет приводить в действие скважинный инструмент при простом мониторинге давления и/или расхода текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне, на протяжении по меньшей мере одного временного окна. Этой конфигурацией обеспечивается более простой и менее трудный процесс приведения в действие по сравнению с системами скважинной связи с использованием импульсов давления в буровом растворе. Настоящее изобретение особенно пригодно для, но без ограничения, применений в устройствах измерений в процессе бурения (ИПБ), каротажа во время бурения (КВБ) или в роторной управляемой системе (РУС).

Датчик давления может быть преобразователем, пьезометрическим прибором или другим подходящим датчиком, находящимся в связи с внутренним путем потока или путями текучей среды для обработки, проходящей через скважинный инструмент. Датчик расхода может быть измерителем расхода или другим подходящим датчиком, находящимся в связи с внутренним путем потока или путями текучей среды для обработки, проходящей через скважинный инструмент. Контроллер может быть соединен как с датчиком давления, так и датчиком расхода для расширения функциональных возможностей устройства для приведения в действие. Функциональные возможности могут быть дополнительно расширены при соединении датчика вибрации или вращения с контроллером. В таком случае контроллер можно программировать в соответствии с выбранным способом приведения в действие и выбранными периодами времени и пороговыми значениями их. Компоненты электронной системы можно выбирать так, чтобы диапазон их рабочих температур попадал в диапазон рабочих температур скважинных инструментов.

Устройство для приведения в действие может содержать любое подходящее средство для приведения в действие скважинного инструмента или части его. Контроллер можно подключать к проводному или беспроводному соединению, чтобы приводить в действие скважинный инструмент электронным способом. Контроллер можно подключать к механическому или гидравлическому устройству, чтобы приводить в действие скважинный инструмент, когда механическое или гидравлическое устройство приводится в действие под управлением контроллера. Это позволит приспосабливать соединительное средство устройства для приведения в действие к конфигурации скважинного инструмента выбранного вида. В таком случае еще одно устройство для приведения в действие можно соединять с другим скважинным инструментом, чтобы избирательно приводить в действие этот инструмент.

Согласно одному варианту осуществления средство для приведения в действие скважинного инструмента представляет собой по меньшей мере один подвижный элемент, имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность для соприкосновения с согласованной контактной поверхностью на по меньшей мере первом и втором скважинных инструментах.

Этим создается элемент приведения в действие, способный механически приводить в действие более одного скважинного инструмента. Элемент приведения в действие может быть выполнен как по меньшей мере один подвижный элемент, например рычаг или лопатка, выполненный с возможностью зацепления с по меньшей мере одним согласованным элементом, например приемной полостью, или с возможностью введения в него. Подвижный элемент может быть расположен с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно продольного (осевого) направления корпуса устройства для приведения в действие или поворота в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг точки вращения, находящейся в корпусе. Это позволяет просто и легко приводить в действие инструмент.

Элемент приведения в действие может также содержать один или несколько подэлементов, выполненных с возможностью изменения размера (например, диаметра) или формы подвижного элемента. В качестве варианта или дополнительно подэлементы выполнены с возможностью изменения положения подвижного элемента относительно корпуса. Это позволяет приспосабливать элемент приведения в действие к размеру и форме различных скважинных инструментов, а также к скважинным инструментам от различных производителей.

При такой конфигурации устройство для приведения в действие может быть спущено к первому скважинному инструменту, а насосы включены. Как описано выше, контроллер может выполнить мониторинг давления и/или расхода текучей среды и привести в действие инструмент и/или выбранный режим работы. После приведения в действие первого скважинного инструмента закачивание прекращают или по меньшей мере изменяют до другого уровня. После этого устройство для приведения в действие может быть перемещено к второму скважинному инструменту. Затем насосы можно повторно включить, если их останавливали. После этого, как описано выше, контроллер может выполнить мониторинг давления и/или расхода текучей среды и привести в действие инструмент и/или выбранный режим работы. Процесс повторяют до тех пор, пока все заданные скважинные инструменты не будут приведены в действие.

Описание чертежей

Изобретение будет описано только для примера и с обращением к чертежам, на которых:

фиг. 1 - структурная схема устройства для приведения в действие согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 - иллюстрация первого примера способа приведения в действие согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 - иллюстрация второго примера способа приведения в действие;

фиг. 4 - иллюстрация третьего примера способа приведения в действие; и

фиг. 5 - иллюстрация четвертого примера способа приведения в действие.

В нижеследующем текстовом материале чертежи будут описаны последовательно, при этом различные части и состояния, показанные на чертежах, обозначены одинаковыми позициями на различных чертежах. Не все части и состояния, показанные на конкретном чертеже, будут обязательно рассмотрены в сочетании с этим чертежом.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 показан пример варианта осуществления устройства 1 для приведения в действие согласно настоящему изобретению. Устройство 1 для приведения в действие содержит по меньшей мере один датчик 2 давления и/или по меньшей мере один датчик 3 расхода. Два датчика 2, 3 соединены с контроллером 4, сконфигурированным для регистрации принимаемых сигналов и анализа принимаемых сигналов. Датчик 2 давления расположен на пути протекания текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне (непоказанной). Датчик 2 давления измеряет внутреннее давление текучей среды для обработки. Датчик 3 расхода также расположен на пути протекания текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне. Датчик 3 расхода измеряет внутренний расход текучей среды для обработки.

Устройство 1 для приведения в действие содержит блок 5 источника питания в виде аккумуляторного блока. Аккумуляторный блок 5 снабжает электроэнергией электронные компоненты устройства 1 для приведения в действие.

Внутренний генератор частоты соединен с контроллером 4 и используется для подачи синхронизирующего сигнала к контроллеру 4 при регистрации принимаемых сигналов с датчиков 2, 3. Кроме того, синхронизирующий сигнал используется для задания скорости обработки контроллером 4.

В одном варианте осуществления контроллер 4 сконфигурирован для регистрации первого времени t_P начала процедуры закачивания, например, включения насосной системы. Кроме того, контроллер 4 сконфигурирован для регистрации второго времени t_R начала вращения бурильной колонны. По меньшей мере один датчик 6 вращения в виде акселерометра соединен с контроллером 4. Датчик 6 вращения расположен в связи бурильной колонной для измерения углового вращательного перемещения бурильной колонны. Принимаемый сигнал регистрируется в контроллере 4, в котором этот сигнал используется для определения второго начального времени t_R. Принимаемый сигнал с датчика 2 давления и/или датчика 6 вращения, сравнивается с пороговым значением для определения начальных времен t_P, t_R.

Один или несколько подвижных элементов 7 в виде рычага, имеющего по меньшей мере одну контактную поверхность для соприкосновения с согласованной контактной поверхностью одного или нескольких скважинных инструментов 8, расположены в устройстве 1 для приведения в действие. Работой подвижных элементов 7 управляет контроллер 4, например, посредством гидравлического привода (непоказанного). Подвижный элемент 7 действует как элемент приведения в действие, который входит в зацепление с согласованной полостью в скважинном инструменте 8, чтобы привести в действие инструмент 8. Это позволяет выполнить устройство для приведения в действие в виде автономного блока, способного приводить в действие многочисленные скважинные инструменты 8, например, различных видов и от различных производителей.

На фиг. 2 показан первый пример способа приведения в действие согласно настоящему изобретению, реализуемого устройством для приведения в действие из фиг. 1. На графике 10 показано внутреннее давление, измеренное датчиком 2 давления. По x-оси 11 показано время, в данном случае показано в минутах, тогда как по y-оси 12 показано измеренное давление, в данном случае показано в барах.

В контроллере 4 применяется любое количество временных окон Т, например одно, два, три или большее количество, для измеряемого давления 10. В контроллере 4 давление 10 сравнивается с любым количеством, например одним, двумя, тремя или большим количеством, заданных пороговых значений (обозначенных Р₁), каждым из которых определяется уровень приведения в действие выбранного скважинного инструмента 8. В этом варианте осуществления первое временное окно Т₁ запускается контроллером 4, когда измеряемое давление 10 достигает порогового значения Р₁. Контроллер 4 выполняет мониторинг давления во временном окне Т₁ и определяет, остается ли измеряемое давление 10 стабильным на протяжении временного окна Т₁ или не остается. Если измеряемое давление является стабильным, то контроллер 4 приводит в действие выбранный скважинный инструмент 8, например, посредством подвижного элемента 7.

Затем давление 10 текучей среды для обработки повышается посредством внешней насосной системы (непоказанной) до заданного рабочего уровня (обозначенного Р₀). В конечном счете устройство 1 для приведения в действие переходит в режим ожидания, в котором потребление электроэнергии снижается до минимума.

На фиг. 3 показан второй пример способа приведения в действие, когда скважинный инструмент 8 работает в соответствии с любым количеством режимов работы, например по меньшей мере двумя, тремя или большим количеством. Кроме того, в этом способе приведения в действие контроллеру 4 предоставляется возможность избирательного приведения в действие заданного скважинного инструмента 8 из числа множества скважинных инструментов 8, например по меньшей мере двух, трех или большего количества. В этом варианте осуществления каждый из скважинных инструментов 8 имеет один и тот же уровень приведения в действие (обозначенный Р₁, Р₂, Р₃).

После достижения измеряемым давлением 10 заданного уровня Р₁ приведения в действие контроллер 4 определяет, остается ли давление 10 стабильным в первом временном окне Т₁, показанном на фиг. 2.

Затем контроллер 4 выполняет мониторинг измеряемого давления 10 во втором временном окне Т₂ и определяет, остается ли давление 10 стабильным или не остается. Если измеряемое давление 10 является стабильным, то контроллер 4 приводит в действие второй скважинный инструмент 8, например, посредством подвижного элемента 7. После приведения в действие второго скважинного инструмента 8 контроллер 4 выполняет мониторинг измеряемого давления 10 в третьем временном окне Т₃ и определяет, остается ли давление 10 стабильным или не остается. Если измеряемое давление 10 является стабильным, то контроллер 4 приводит в действие третий скважинный инструмент 8, например, посредством подвижного элемента 7 и т.д. Это позволяет последовательно приводить в действие скважинные инструменты 8 или режимы работы.

Второе, третье или другое последующее временное окно Т₂, Т₃ может запускаться контроллером 4 после коррекции насосной системы, обусловленной приведением в действие предшествующего скважинного инструмента 8 или режима работы, например, после повторного достижения измеряемым давлением 10 заданного уровня приведения в действие.

На фиг. 4a-b показан третий пример способа приведения в действие, который отличается от способа из фиг. 3 тем, что скважинные инструменты 8 имеют другие уровни Р₁, Р₂, Р₃ приведения в действие. Уровни Р₂, Р₃ приведения в действие второго и третьего скважинных инструментов 8 или режимов работы в этом варианте осуществления находятся между первым уровнем Р₁ приведения в действие и рабочим уровнем Р₀.

Второе, третье или другое последующее временное окно Т₂, Т₃ запускается контроллером 4 после достижения измеряемым давлением 10 заданного уровня Р₂, Р₃ приведения в действие для следующего скважинного инструмента 8 или режима работы. Это позволяет приводить в действие любой один из скважинных инструментов 8 или режимов работы при прохождении через один или несколько уровней приведения в действие, показанных на фиг. 4b.

В зависимости от того, какой режим работы или какой скважинный инструмент 8 следует привести в действие, насосная система может продолжить повышать измеряемое давление 10 после достижения любого одного из уровней Р₁, Р₂, Р₃ приведения в действие.

Как показано на фиг. 4b, насосная система продолжает повышать давление 10 после достижения уровня Р₂ приведения в действие для второго скважинного инструмента 8 или режима работы. Контроллер 4 определяет, что измеряемое давление 10 не является стабильным, например, превышает верхний пороговый предел во втором временном окне Т₂, и поэтому контроллер 4 не приводит в действие второй скважинный инструмент 8 или режим работы.

На фиг. 5a-b показан четвертый пример способа приведения в действие, который отличается от способа из фиг. 3 тем, что скважинные инструменты 8 имеют другие уровни Р₁, Р₂, Р₃ приведения в действие. Уровни Р₂, Р₃ приведения в действие второго и третьего скважинных инструментов 8 или режимов работы в этом варианте осуществления находятся между первым уровнем Р₁ приведения в действие и нулевым давлением.

В этом варианте осуществления временное падение давление, происходящее после приведения в действие предшествующего скважинного инструмента 8 или режима работы, используется для изменения давления 10 от одного уровня приведения в действие до другого уровня приведения в действие. Контроллер 4 начинает мониторинг измеряемого давления 10 во втором временном окне Т₂, когда давление снижается до уровня Р₂ приведения в действие второго скважинного инструмента 8 или режима работы. Если контроллер 4 определяет, что измеряемое давление 10 является стабильным во втором временном окне Т₂, то второй скважинный инструмент 8 или режим работы приводится в действие. Контроллер 4 начинает мониторинг измеряемого давления 10 в третьем временном окне Т₃, когда давление еще больше снижается до уровня Р₃ приведения в действие третьего скважинного инструмента 8 или режима работы. Если контроллер 4 определяет, что измеряемое давление 10 является стабильным в третьем временном окне Т₃, то третий скважинный инструмент 8 или режим работы приводится в действие.

После приведения в действие контроллером 4 заданного скважинного инструмента 8 или режима работы насосная система продолжает повышать давление текучей среды для обработки сверх первого уровня Р₁ приведения в действие до достижения рабочего уровня Р₀. Контроллер 4 определяет, что измеряемое давление 10 не является стабильным, например превышает верхний пороговый предел, в следующем временном окне Т₃, и поэтому контроллер 4 не приводит в действие следующий скважинный инструмент 8 или режим работы. Это позволяет приводить в действие любой один из скважинных инструментов 8 или режим работы путем прохождения через один или несколько уровней приведения в действие.

Изобретение относится к средствам приведения в действие скважинных устройств. Техническим результатом является обеспечение быстрого и точного приведения в действие многочисленных скважинных инструментов без использования дополнительных средств, таких как, шары или радиочастотные метки. В частности, предложен способ приведения в действие и устройство для его осуществления, в которых датчик (2, 3) давления или расхода принимает сигнал давления или расхода текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне. Контроллер (4), снабжаемый энергией от источника (5) питания, выполняет мониторинг измеряемого давления (2) или расхода (3) в первом временном окне и посредством подвижного элемента (7) приводит в действие первый скважинный инструмент (8) или режим работы его, если измеряемое давление (2) или расход (3) является стабильным в этом временном окне. Кроме того, контроллер (4) выполняет мониторинг измеряемого давления (2) или расхода (3) во втором временном окне и приводит в действие второй скважинный инструмент или второй режим работы первого скважинного инструмента (8), если измеряемое давление (2) или расход (3) является стабильным в этом временном окне. В одном варианте осуществления измеряемое давление (2) сочетается с сигналом датчика (6) вращения, принимающим сигнал вращения бурильной колонны. Контроллер (4) регистрирует начальное время закачивания и вращения. Самым ранним из начальных времен определяется, какой режим работы или какой скважинный инструмент следует привести в действие. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ приведения в действие скважинного инструмента бурильной колонны, содержащий этапы, на которых:

- принимают сигнал по меньшей мере одного параметра текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне посредством внешней насосной системы, используя по меньшей мере один датчик;

- применяют по меньшей мере первое временное окно к принимаемому сигналу и анализируют принимаемый сигнал в контроллере;

- приводят в действие по меньшей мере первый скважинный инструмент, при этом первый скважинный инструмент функционирует в по меньшей мере первом режиме работы после приведения в действие,

- при этом контроллер выполняет мониторинг по меньшей мере одного параметра в первом временном окне и определяет, остается ли по меньшей мере один параметр стабильным относительно по меньшей мере первого порогового значения в первом временном окне или не остается, и приводит в действие первый скважинный инструмент, если по меньшей мере один параметр является стабильным в первом временном окне,

отличающийся тем, что по меньшей мере один параметр повышают до заданного рабочего уровня после приведения в действие выбранного режима работы или скважинного инструмента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере второе временное окно применяют к принимаемому сигналу перед повышением по меньшей мере одного параметра до заданного рабочего уровня, а контроллер также определяет, остается ли по меньшей мере один параметр стабильным относительно второго порогового значения во втором временном окне или не остается.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что контроллер также приводит в действие по меньшей мере второй режим работы первого скважинного инструмента или по меньшей мере второй скважинный инструмент, если по меньшей мере один параметр является стабильным во втором временном окне.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что второе пороговое значение является таким же, как первое пороговое значение.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один аккумуляторный блок снабжает энергией электронные компоненты устройства для приведения в действие, используемого для приведения в действие по меньшей мере первого скважинного инструмента.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один параметр является давлением или расходом текучей среды для обработки.

7. Способ по п. 1 или 6, отличающийся тем, что текучая среда для обработки представляет собой буровой раствор.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он также содержит этапы, на которых:

- принимают сигнал по меньшей мере второго параметра бурильной колонны, используя по меньшей мере второй датчик;

- при этом контроллер выполняет мониторинг по меньшей мере одного параметра и второго параметра и определяет первое начальное время для по меньшей мере одного параметра и второе начальное время для второго параметра.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что контроллер также определяет, какое из двух начальных времен было зарегистрировано первым.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что второй параметр является вращением бурильной колонны.

11. Устройство для приведения в действие, предназначенное для приведения в действие скважинного инструмента бурильной колонны, по любому одному из пп. 1-10, содержащее:

- по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью приема сигнала по меньшей мере одного параметра текучей среды для обработки, закачиваемой по бурильной колонне посредством внешней насосной системы;

- контроллер, соединенный с по меньшей мере одним датчиком и сконфигурированный для анализа принимаемого сигнала по меньшей мере одного датчика, при этом контроллер сконфигурирован для применения по меньшей мере одного заданного временного окна к принимаемому сигналу;

- средство для приведения в действие по меньшей мере одного скважинного инструмента, при этом по меньшей мере один скважинный инструмент выполнен с возможностью функционирования в по меньшей мере одном режиме работы после приведения в действие,

отличающееся тем, что

- контроллер устройства для приведения в действие сконфигурирован для выполнения мониторинга по меньшей мере одного параметра в первом временном окне и для определения, остается ли по меньшей мере один параметр стабильным относительно по меньшей мере первого порогового значения в первом временном окне или не остается, контроллер также сконфигурирован для приведения в действие по меньшей мере одного скважинного инструмента, если по меньшей мере один параметр является стабильным в первом временном окне,

- при этом по меньшей мере один параметр повышается до заданного рабочего уровня после приведения в действие выбранного рабочего режима или скважинного инструмента.

12. Устройство для приведения в действие по п. 11, отличающееся тем, что средство для приведения в действие по меньшей мере одного скважинного инструмента представляет собой по меньшей мере один подвижный элемент, имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность для соприкосновения с согласованной контактной поверхностью на по меньшей мере первом и втором скважинных инструментах.