ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КЛАПАНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F16K37/00 F16K31/26 F16K31/08 E21B34/06 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Для разведки и добычи нефти и газа сеть скважин, технологические установки и другие трубопроводы могут быть развернуты путем соединения между собой отрезков металлической трубы. Например, скважинная технологическая установка может быть завершена. частично, путем опускания множества отрезков металлической трубы (т. е. обсадной трубы) в ствол скважины и цементирования обсадной колонны на месте. В некоторых скважинных технологических установках развертывают несколько обсадных колонн (например, концентрическая конфигурация с несколькими колоннами), чтобы обеспечить выполнение различных операций, связанных с заканчиванием скважин, эксплуатацией или вариантами методов повышения нефтеотдачи пластов (EOR; enhanced oil recovery).

[0002] Во время эксплуатационных операций различные инструменты могут быть расположены в забое скважины на насосно-компрессорной колонне для управления потоком требуемых флюидов из пласта. В примерах скважинные инструменты могут содержать клапаны, которые приводятся в действие с помощью муфт. В настоящее время определение того, что клапан открыт или закрыт осуществляют посредством линейного переменного резистора. Линейный переменный резистор требует ручной калибровки, имеет проблемы, связанные с разъединением, гистерезисом при измерениях и является менее надежным из-за большего количества движущихся частей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0003] Данные графические материалы иллюстрируют определенные аспекты некоторых примеров данного изобретения и не должны использоваться для ограничения или определения данного изобретения.

[0004] На Фиг. 1 проиллюстрирован пример эксплуатационная система для извлечения флюида;

[0005] на Фиг. 2 проиллюстрирована схема гидравлической системы;

[0006] на Фиг. 3 проиллюстрирован пример клапана со скользящей муфтой;

[0007] на Фиг. 4-6 проиллюстрированы примеры различных массивов магнитных переключателей;

[0008] на Фиг. 7 проиллюстрирована схема калибровки блока датчика положения линейного резистора;

[0009] на Фиг. 8 проиллюстрирован пример массива магнитных переключателей с использованием меток радиочастотной идентификации; и

[0010] на Фиг. 9 представлена блок-схема для определения положения скользящей муфты в наружном корпусе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТНИЯ

[0011] Системы и способы, описанные ниже, могут относиться к системам и способам для определения линейного перемещения и положения любого движущегося механизма внутри скважинного инструмента. В качестве примера, описанные ниже способы могут использоваться для определения перемещения и положения скользящей муфты в клапане со скользящей муфтой. Скользящая муфта выполнена с возможностью «открытия» и «закрытия» по меньшей мере частично на основании положения скользящей муфты. Определение положения скользящей муфты позволяет персоналу определять, открыт или закрыт клапан со скользящей муфтой. В настоящее время определение местоположения положения клапана выполняют посредством использования линейного переменного резистора, расположенного в камере при атмосферном давлении со скользящим контактом, соединенным со скользящей муфтой для измерения положения. Данные системы и способы имеют ряд недостатков. В частности, во-первых эти недостатки заключаются в том, что для каждой установки нужно вручную калибровать значения положения в зависимости от сопротивления, что занимает много времени и является дорогостоящим. Во-вторых магниты, используемые в линейном переменном резисторе, подвержены отсоединению и потере всех результатов измерений положения. Кроме того, магнитная соединительная система, линейный переменный резистор в значительной степени подвержены гистерезису при измерении до такой степени, что точность существенно страдает при использовании для двунаправленного измерения. Общее решение для закрепления, такое как увеличение силы сцепления, не может быть реализовано без увеличения сопротивления и трения внутри устройства линейного сопротивления. Ниже описаны системы и способ для определения местоположения скользящей муфты, которая не имеет указанных недостатков линейного переменного резистора.

[0012] Например, применение массива магнитных переключателей (магнитное герконовое реле может быть реализовано посредством магнитного герконового реле, датчика на эффекте Холла, емкостного переключателя или магниторезистивного элемента) для исключения движущейся части (ползунка) и, следовательно, гистерезиса. Магнитные герконовые реле могут применяться для определения дискретных положений, или могут быть добавлены в сеть из резисторов. Если магнитные герконовые реле в достаточной степени замкнуты, то первый магнит может активировать несколько переключателей. В этом случае постоянные положения могут быть определены с помощью соответствующего алгоритма. Данные системы и способы могут уменьшать количество движущихся частей, что приводит к простоте при изготовлении, снижает время на изготовление и время срабатывания путем исключения нескольких процессов калибровки и повышает достоверность и точность результатов измерений.

[0013] На Фиг. 1 проиллюстрирована скважинная система 100 с изолированными продуктивными зонами. Скважинная система 100 может содержать ствол 102 скважины, сформированный внутри пласта 104. Ствол 102 скважины может представлять собой вертикальный ствол скважины, как проиллюстрировано, или это может быть горизонтальная и/или направленная скважина. Хотя скважинная система 100 может быть проиллюстрирована как наземная, следует понимать, что современные технологии могут быть также применимы в морских вариантах применения. Пласт 104 может состоять из нескольких геологических слоев и содержать один или более углеводородных резервуаров. Как проиллюстрировано, скважинная система 100 может содержать устьевую эксплуатационную арматуру 106 и устье 108 скважины, расположенное на прискважинном участке 110. Насосно-компрессорная колонна 112 может проходить от устья 108 скважины в ствол 102 скважины, который может проходить поперек пласта 104.

[0014] Без ограничений, ствол 102 скважины может быть обсажен с помощью одного или более сегментов 114 обсадной колонны. Сегменты 114 обсадной колонны помогают сохранить структуру ствола 102 скважины и предохранить ствол 102 скважины от внутреннего разрушения. В некоторых вариантах реализации часть скважины может не быть обсажена и может называться «необсаженным стволом скважины». Пространство между эксплуатационной насосно-компрессорной колонной 112 и сегментами 114 обсадной колонны или стенкой 116 ствола скважины может представлять собой кольцевое пространство 118. Добываемый флюид может входить в кольцевое пространство 118 из пласта 104 и затем может входить в эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 112 из кольцевого пространства 118 через клапан 126 со скользящей муфтой. Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 112 может переносить добываемый флюид вверх по стволу скважины к устьевой эксплуатационной арматуре 106. Добываемый флюид может затем подаваться к различным установкам на поверхности для обработки через наземный трубопровод 120.

[0015] Ствол 102 скважины может быть разделен на множество зон с помощью пакеров 122, расположенных в кольцевом пространстве 118. Пакеры 122 могут делить ствол 102 скважины на зоны 124. По меньшей мере часть эксплуатационной насосно-компрессорной колонны 112 может быть расположена внутри по меньшей мере одной зоны 124 и по меньшей мере один клапан 126 со скользящей муфтой может быть расположен в зоне 124. Во время эксплуатации, когда клапан 126 со скользящей муфтой открыт, флюид может протекать из соответствующей зоны 124 в эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 112. Когда клапан 126 со скользящей муфтой закрыт, предотвращается протекание флюида из соответствующей зоны 124 в эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 112. Таким образом, можно управлять потоком пластового флюида из зоны 124 в эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 112 посредством приведения в действие клапана 126 со скользящей муфтой. В примерах поток флюида может быть постепенно увеличен или уменьшен путем «дросселирования» клапана 126 со скользящей муфтой. Дросселирование клапана 126 со скользящей муфтой может определяться как частичное открытие или частичное закрытие клапана 126 со скользящей муфтой. Во время эксплуатации клапан 126 со скользящей муфтой может быть частично открыт или частично закрыт на двадцать пять процентов, пятьдесят процентов или семьдесят пять процентов. Кроме того, клапан 126 эксплуатационной насосно-компрессорной колонны может быть полностью открыт, полностью закрыт или установлен в открытое или закрытое положение между одним процентом и девяносто девятью процентами.

[0016] В некоторых примерах клапаном 126 со скользящей муфтой можно управлять гидравлически под управлением системы 128 управления клапанами. Система 128 управления клапанами содержит гидравлическую систему, описанную ниже, с двумя гидравлическими линиями 130 и электрическую систему с электрической линией 132. Кроме того, система 128 управления клапанами может быть соединена с системой 134 обработки информации посредством соединения 136, которое может быть проводным и/или беспроводным. Системы и способы по данному изобретению могут быть реализованы по меньшей мере частично с помощью энергонезависимых машиночитаемых носителей 134. Система 134 обработки информации, может содержать любое средство или совокупность средств, используемых для вычисления, оценки, классификации, обработки, передачи, приема, извлечения, создания, переключения, хранения, отображения, проявления, обнаружения, записи, воспроизведения, регулирования или использования любой формы информации, разведочных данных или данных в деловых, научных, контрольных или других целях. Например, система 134 обработки информации может представлять собой блок 138 обработки, сетевое запоминающее устройство или любое другое подходящее устройство и может различаться по размеру, форме, характеристикам, функциональности и цене. Система 134 обработки информации может содержать оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), один или более ресурсов для обработки, таких как центральный процессор (ЦП) или аппаратные или программные логические схемы управления, ПЗУ и/или другие типы энергонезависимой памяти. Дополнительные компоненты системы 134 обработки информации могут содержать один или более дисковых накопителей, один или более сетевых портов для связи с внешними устройствами, а также устройство 140 ввода (например, клавиатуру, мышь и т. д.) и видеодисплей 142. Система 134 обработки информации также может содержать одну или более шин, выполненных с возможностью передачи сообщений между различными аппаратными компонентами.

[0017] В качестве альтернативы, системы и способы данного изобретения могут быть реализованы по меньшей мере частично с помощью энергонезависимых машиночитаемых носителей 144. Энергонезависимые машиночитаемые носители 144 могут включать в себя любое средство или совокупность средств, которые могут сохранять данные и/или команды в течение определенного периода времени. Энергонезависимые машиночитаемые носители 144 могут включать в себя, например, носитель информации, такой как запоминающее устройство с прямым доступом (например, накопитель на жестком диске или накопитель на гибком диске), запоминающее устройство с последовательным доступом (например, накопитель на магнитной ленте), компакт-диск, CD-ROM, DVD, ОЗУ, ПЗУ, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) и/или флэш-память; а также среды передачи данных, такие как провода, оптические волокна, микроволны, радиоволны и другие электромагнитные и/или оптические носители; и/или любую комбинацию вышеприведенного.

[0018] Схематическая иллюстрация гидравлической системы 200 системы 128 управления клапанами показана на Фиг. 2. В примерах гидравлическая система 200 может управлять положением клапана 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1). Гидравлическая система 200 может содержать открытую гидравлическую линию 202, закрытую гидравлическую линию 204 и устройство 206 поршня, соединенное с каждым клапаном 126 со скользящей муфтой, как дополнительно описано ниже, устройство 206 поршня прикреплено к скользящей муфте клапана 126 со скользящей муфтой. Во время работы перемещение устройства 206 муфты перемещает скользящую муфту в клапане 126 со скользящей муфтой, который может постепенно открывать и/или закрывать клапан 126 со скользящей муфтой. Таким образом, увеличение гидравлического давления посредством открытой гидравлической линии 202 может перемещать устройство 206 поршня, которое в свою очередь может перемещать скользящую муфту в открытое положение. Увеличение гидравлического давления посредством закрытой гидравлической линии 204 может перемещать устройство 206 поршня, которое в свою очередь может перемещать скользящую муфту в закрытое положение. Каждое устройство 206 поршня может содержать закрытую камеру 208 и открытую камеру 210, разделенные поршнем 212. Закрытая камера 208 может быть гидравлически соединена с закрытой гидравлической линией 204. Открытая камера 210 может быть гидравлически соединена с устройством с электрическим приводом, таким как управляемый соленоидом клапан 214 («SOV»; solenoid operated valve), который может быть соединен как с открытой гидравлической линией 202, так и с закрытой гидравлической линией 204. Без ограничений, SOV 214 могут быть заменены электродвигателями или другими устройствами, выполненными с возможностью соединения и/или отсоединения от гидравлических линий аналогично SOV после подачи электрического тока. Кроме того, SOV 214 могут быть заменены электродвигателями или устройствами привода, которые непосредственно перемещают клапан и исключают необходимость в гидравлических линиях управления.

[0019] Поршень 212 может быть выполнен с возможностью перемещения, когда может быть разность давлений между закрытой камерой 208 и открытой камерой 210, тем самым открывая и/или закрывая соответствующий клапан 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1). Таким образом, чтобы закрыть клапан 126 со скользящей муфтой может нагнетаться давление в закрытой камере 208 посредством закрытой гидравлической линии 204, стравливая давление открытой камеры 210 через открытую гидравлическую линию 202. Тем самым можно переместить в закрытое положение поршень 212 и соответствующий клапан 126 со скользящей муфтой. Наоборот, чтобы открыть клапан 126 со скользящей муфтой может нагнетаться давление в открытой камере 210 посредством открытой гидравлической линии 202, а из закрытой камеры 208 может стравливаться давление через закрытую гидравлическую линию 204. В обоих случаях может прикладываться разность давлений между открытой гидравлической линией 202 и закрытой гидравлической линией 204.

[0020] Однако, несколькими устройствами 206 поршня можно управлять на одной и той же открытой гидравлической линии 202 и закрытой гидравлической линии 204. Во время эксплуатации для управления каждым клапаном 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1) независимо и одновременно одна из закрытых камер 208 или открытая камера 210 каждого устройства 206 поршня может соединяться с SOV 214.

[0021] Когда отсутствует электрический ток, протекающий через SOV 214 (например, SOV 214 может не приводиться в действие), открытая камера 210 может быть гидравлически соединена с закрытой гидравлической линией 204 и отделена от открытой гидравлической линии 202, и, следовательно, не зависит от гидравлического давления в открытой гидравлической линии 202. Когда ток может протекать через SOV 214 (т. е., SOV 214 может быть приведен в действие), открытая камера 210 может соединиться открытой гидравлической линией 202 и отделиться от закрытой гидравлической линии 204. Таким образом, клапаном 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1) можно независимо управлять путем приведения в действие соответствующего SOV 214 и поддержания других SOV 214 не приведенными в действие. SOV 214 можно управлять посредством электрической системы, имеющейся в системе 200 управления клапанами.

[0022] На Фиг. 3 проиллюстрирован клапан 126 со скользящей муфтой. Как проиллюстрировано, скользящая муфта 300 расположена внутри наружного корпуса 301. Наружный корпус 301 дополнительно соединен с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной 112 как на верхней, так и на нижней стороне наружного корпуса 301. Наружный корпус 301 может быть соединен с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной 112 посредством любых подходящих средств, например, резьбового соединения, прессового соединения и/или т. п. В примерах скользящая муфта 300 поддерживается посредством одной или более муфт 303, которые могут представлять собой уплотнение, выполненное с возможностью предотвращения перемещения флюида между наружным корпусом 301 и скользящей муфтой 300. Во время эксплуатации скользящая муфта 300 может перемещаться в осевом направлении вдоль клапана 126 со скользящей муфтой. Перемещение скользящей муфты 300 может осуществляться посредством системы 128 управления клапанами (например, со ссылкой на Фиг. 1) и способов, рассмотренных выше. Устройство 206 поршня показано как часть скользящей муфты 300 и наружного корпуса 301, как определено муфтой 303. На Фиг. 3 проиллюстрирован клапан 126 со скользящей муфтой в закрытом положении, которое определяется тем, что скользящая муфта 300 расположена над входами 302 для флюида и закрывает их. Во время эксплуатации клапан 126 со скользящей муфтой можно открыть путем перемещения скользящей муфты 300 в осевом направлении, чтобы открыть входы 302 для флюида ко внутреннему пространству клапана 126 скользящей муфты, в свою очередь это может позволить флюиду входить или выходить из клапана 126 со скользящей муфтой и эксплуатационной насосно-компрессорной колонны 112. Подобным образом скользящая муфта 300 может перемещаться в противоположном осевом направлении для закрытия входов 302 для флюида, препятствуя перемещению флюида в или из клапана 126 со скользящей муфтой, таким образом «закрывая» клапан 126 со скользящей муфтой.

[0023] В примерах скользящая муфта 300 может перемещаться, чтобы по меньшей мере частично открывать или закрывать входы 302 для флюида. Знание или определение местоположения скользящей муфты 300 может позволить персоналу знать как и насколько следует переместить скользящую муфту 300 для получения требуемого потока флюида через входы 302 для флюида и через клапан 126 со скользящей муфтой. Для определения положения скользящей муфты 300, система 134 обработки информации (например, со ссылкой на Фиг. 1) может быть соединена с массивом магнитных переключателей 304, расположенных внутри наружного корпуса 301. В примерах система 134 обработки информации может быть соединена с массивом магнитных переключателей 304 посредством проводных или беспроводных соединений. Массив магнитных переключателей 304 может работать с помощью магнита 306, расположенного на скользящей муфте 300, для определения положения скользящей муфты 300 относительно наружного корпуса 301.

[0024] Массив магнитных переключателей 304 может быть расположен внутри наружного корпуса 301 вдоль наружного края 308 наружного корпуса 301 или вдоль внутреннего края 310 наружного корпуса 301. Кроме того, магнит 306 может быть расположен внутри скользящей муфты 300 вдоль наружного края 312 скользящей муфты 300 или вдоль внутреннего края 314 скользящей муфты 300. Хотя массив магнитных переключателей 304 и магнит 306 проиллюстрированы между двумя комплектами муфт 303, массив магнитных переключателей 304 и магнит 306 могут быть расположены в любом подходящем местоположении вдоль наружного корпуса 301 и скользящей муфты 300. В примерах может быть один или более массивов магнитных переключателей 304 и магнитов 306 для определения местоположения скользящей муфты 300 внутри наружного корпуса 301.

[0025] На Фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая как массив магнитных переключателей 304 и магнит 306 работают совместно для определения местоположения скользящей муфты 300 в наружном корпусе 301 (например, со ссылкой на Фиг. 1). Как проиллюстрировано, массив магнитных переключателей 304 может содержать один или более магнитных переключателей 400. В примерах магнитный переключатель 400 может представлять собой магнитное герконовое реле, датчик на эффекте Холла, емкостной переключатель или магниторезистивный элемент. Магнитный переключатель 400 функционирует путем замыкания или размыкания с помощью магнитного поля. Например, магнит 306, хотя проиллюстрирован как не соединенный со скользящей муфтой 300, соединен со скользящей муфтой 300, как описано выше и создает магнитное поле. Магнитное поле создается магнитом 306, поскольку магнит 306 может представлять собой магнит из редкоземельных металлов или может представлять собой электромагнитное устройство. Магнитное поле изменяет состояние (например, из разомкнутого состояния в замкнутое состояние или наоборот) переключателя 402 второго магнитного переключателя 404. Все остальные переключатели 402 находятся в состоянии по умолчанию. В этом примере переключатель 402 разомкнут, что не позволяет протекать электрическому току, при этом замкнутый переключатель 402 позволяет протекать электрическому току. Считывая показания на узлах 406, система 134 обработки информации может быть в состоянии определить, какой магнитный переключатель 400 замкнут путем считывания электрического тока на каждом узле 406. Подобным образом, система 134 обработки информации будет не в состоянии считывать электрический ток, если магнитный переключатель 400 разомкнут. В примере каждый магнитный переключатель 400 может быть расположен в конкретном положении внутри массива магнитных переключателей 304 (например, со ссылкой на Фиг. 3). Каждый магнитный переключатель 400 соответствует известному положению скользящей муфты 300 внутри клапана 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1). Определение того, какой магнитный переключатель 400 замкнут или разомкнут, позволяет определить где расположена скользящая муфта 300 в наружном корпусе 301 (например, со ссылкой на Фиг. 1).

[0026] На Фиг. 5 проиллюстрирована другая схема для определения того, какой из магнитных переключателей 400 замкнут или разомкнут. Как проиллюстрировано, магнит 306 создает магнитное поле, которое влияет на второй магнитный переключатель 404, замыкая переключатель 402 во втором магнитном переключателе 404. Таким образом, электрический ток может протекать через первую электрическую цепь 500 и протекать через второй магнитный переключатель 404 ко второй электрической цепи 502. Как проиллюстрировано, первый резистор 504 расположен между первым магнитным переключателем 506 и вторым магнитным переключателем 404 во второй цепи 502. Аналогично, резисторы 508, 510 и 512 расположены между отдельными магнитными переключателями 400. Для определения, какой магнитный переключатель 400 или какие магнитные переключатели 400 замкнуты система 134 обработки информации может выполнять измерения на узлах 406. Как проиллюстрировано, чем ближе «замкнутый» переключатель к узлам 406, тем меньше будет измеренное сопротивление.

[0027] Например, если первый магнитный переключатель 506 замкнут, электрический ток протекает через первую электрическую цепь 500, через первый магнитный переключатель 506 ко второй электрической цепи 501. Результаты измерений в каждом узле 406 могут быть приблизительно одинаковыми, таким образом никакого сопротивления измеряться не будет и показания электрического тока определяют, что первый магнитный переключатель 506 замкнут. Если второй магнитный переключатель 404 замкнут, электрический ток протекает через первую электрическую цепь 500, через второй магнитный переключатель 404 ко второй электрической цепи 501 и через первый резистор 504 к узлу 406.

[0028] На Фиг. 9 проиллюстрирована блок-схема 900 для определения положения скользящей муфты 300 (например, со ссылкой на Фиг. 3) путем измерения электрического тока в первой электрической цепи 500 и второй электрической цепи 502. Блок-схема 900 может начинаться с блока 902. В блоке 902 переключатель 402 (например, со ссылкой на Фиг. 5) приводится в действие с помощью магнита 306 (например, со ссылкой на Фиг. 5), причем переключатель 402 расположен в забое скважины. Магнит 306 может приводить в действие переключатель 402 с помощью магнитного или электромагнитного поля, поскольку переключатель 402 может быть магнитным переключателем. В блоке 904 электрический ток пропускают через первую электрическую цепь 500 (например, со ссылкой на Фиг. 5), причем электрический ток протекает через первую электрическую цепь 500, через переключатель 402 ко второй электрической цепи 502 и узлу 406. Как описано выше в отношении Фиг. 5, резисторы могут уменьшать электрический ток. В блоке 906 измеряют электрический ток или напряжение на узле 406. В примерах электрический ток измеряют как в первой электрической цепи 500, так и во второй электрической цепи 502. В блоке 908 определяют положения скользящей муфты в наружном корпусе на основании измерения в блоке 906. Разность между результатом измерения электрического тока в первой электрической цепи 500 и результатом измерения электрического тока во второй электрической цепи 502 можно использовать для определения как переключатель 402 приведен в действие. Таким образом, чем больше резисторов обнаружено в электрической цепи, тем больше падение или разность между результатами измерений в первой электрической цепи 500 и второй электрической цепи 502.

[0029] Например, первый резистор 504 имеет сопротивление, которое будет уменьшать электрический ток, протекающий через первый резистор 504. Таким образом, результат измерения на каждом узле 406 будет отличаться в зависимости по меньшей мере частично первого резистора 504. Показания электрического тока определяют, что второй магнитный переключатель 404 замкнут.

[0030] На Фиг. 6 проиллюстрирован другой пример, в котором магнит 306 расположен между вторым переключателем 404 и третьим магнитным переключателем 600. Магнитное поле, созданное магнитом 306 может замыкать как второй магнитный переключатель 404, так и третий магнитный переключатель 600. Как проиллюстрировано, поскольку второй магнитный переключатель 404 замкнут, электрический ток протекает через первую электрическую цепь 500, через второй магнитный переключатель 404 ко второй электрической цепи 501. Кроме того, поскольку третий магнитный переключатель 600 замкнут, электрический ток протекает через первую электрическую цепь 500, через третий магнитный переключатель 600 ко второй электрической цепи 501. Электрический ток, измеренный на узле 406 будет уменьшаться в зависимости от имеющегося сопротивления первого резистора 504 и второго резистора 508. Кроме того, в этом примере резисторы 602 могут быть включены последовательно после каждого магнитного переключателя 400. Данный результат измерения будет указывать, что магнит 306 расположен между вторым магнитным переключателем 404 и третьим магнитным переключателем 600. Размыкание и замыкание нескольких магнитных переключателей 400 позволяет определить местоположение магнита 306, что в свою очередь, позволяет определить местоположение скользящей муфты 300 внутри наружного корпуса 301 (например, со ссылкой на Фиг. 3).

[0031] Как описано выше массив магнитных переключателе 304 может применяться для замены узла датчика положения линейного резистора. Однако, как проиллюстрировано на Фиг. 7, массив магнитных переключателей 304 можно применять в сочетании с узлом 700 датчика положения линейного резистора для калибровки узла 700 датчика положения линейного резистора. Это можно выполнять путем считывания положения узла 700 датчика линейного резистора, сравнивая это положение с замкнутым или разомкнутым магнитным переключателем 400 и регулируя датчик положения линейного резистора на основании данных калибровки до соответствующего известному положению магнитного переключателя 400. Для повышения точности калибровки во всем диапазоне это может выполняться на более чем одном магнитном переключателе 400. Кроме того, данная калибровка может выполняться системой 134 обработки информации (например, со ссылкой на Фиг. 1). Например, когда система 134 обработки информации обнаруживает изменение рабочих условий, таких как температура, смещение во времени, деградация компонентов и т. д., могут быть реализованы описанные выше способы калибровки путем применения системой 134 обработки информации автоматической или ручной калибровки положения узла 700 датчика положения линейного резистора. На Фиг. 8 представлена схема передачи информации от массива магнитных переключателей 304, который передает данные системе 134 обработки информации. В этом примере радиочастотная (РЧ) антенна 800 передает РЧ сигнал 802 к массиву магнитных переключателей 304, который расположен в забое скважины на клапане 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1), как описано выше. РЧ антенна 800 может быть расположена на поверхности или в забое скважины и соединена с системой 134 обработки информации посредством любой подходящей антенны. Кроме того, система 134 обработки информации может быть также расположена на поверхности или в забое скважины. РЧ сигнал 802 может активировать метки 804 радиочастотной идентификации (RFID; radio-frequency identification). Каждый магнитный переключатель 400 может быть соединен с одной меткой 804 RFID. Каждая метка 804 RFID может быть активирована, только если замкнут магнитный переключатель 400. Если магнитный переключатель 400 замкнут, РЧ сигнал 802 может подавать питание присоединенной метке 804 RFID, которая передаст сигнал 806 обратной связи, который может быть зарегистрирован РЧ антенной 800. Это может позволить определять, какой из магнитных переключателей 400 замкнут и/или разомкнут в режиме реального времени. Таким образом, обеспечивая определение положения скользящей муфты 300 внутри наружного корпуса 301 клапана 126 со скользящей муфтой (например, со ссылкой на Фиг. 1), как описано выше.

[0032] Описанные выше способы и системы повышают точность и надежность показаний положения скользящей муфты 300 в клапане 126 скользящей муфты (например, со ссылкой на Фиг. 3). Описанные выше системы и способы обеспечивают улучшения по сравнению с существующей в настоящее время технологией, что исключает ошибки при измерении положения, делает измерение положения нечувствительным к изменениям температуры (и возможно давления), исключает необходимость в сложном и дорогостоящем процессе калибровки, позволяет системе считывать положение в обоих направлениях и исключает необходимость во множестве соединений и повышает надежность. Кроме того, в случае разработки беспроводных интеллектуальных методов заканчивания скважин эти способы также имеют применение для обеспечения передачи данных, при этом их можно также использовать для передачи данных положения кроме их считывания. Надежность при развертывании будет повышена за счет возможности автоматической калибровки и повторной калибровки показаний положения в случае, если показания положения становятся сомнительными. Эти системы измерения будут также обеспечивать обнаружение эрозии, укорачивающей длину муфты, что приводит к более лучшему прогнозу долговечности скважины и оборудования. Системы и способы могут включать любые из различных признаков систем и способов, описанных в данном документе, включая одно или более из следующих утверждений:

[0033] Утверждение 1.

Клапан со скользящей муфтой может содержать наружный корпус, скользящую муфту внутри наружного корпуса, один или более магнитных переключателей и магнит.

[0034] Утверждение 2.

Клапан со скользящей муфтой утверждения 1, в котором один или более магнитных переключателей расположены в наружном корпусе и магнит расположен в скользящей муфте.

[0035] Утверждение 3.

Клапан со скользящей муфтой утверждения 1 или 2, в котором магнит расположен в наружном корпусе и один или более магнитных переключателей расположен в скользящей муфте.

[0036] Утверждение 4.

Клапан со скользящей муфтой утверждений 1-3, в котором каждый из одного или более магнитных переключателей являются магнитным герконовым реле, датчиком на эффекте Холла, емкостным переключателем или магниторезистивным элементом.

[0037] Утверждение 5.

Клапан со скользящей муфтой утверждения 4, в котором один или более магнитных переключателей могут представлять собой разомкнутое устройство, замкнутое устройство или аналоговое устройство.

[0038] Утверждение 6.

Клапан со скользящей муфтой утверждений 1-4, отличающийся тем, что каждый из одного или более магнитных переключателей присоединен к первой электрической цепи и второй электрической цепи.

[0039] Утверждение 7.

Клапан со скользящей муфтой утверждения 6, в котором по меньшей мере один резистор расположен между каждым соединением для одного или более магнитных переключателей со второй электрической цепью.

[0040] Утверждение 8.

Клапан со скользящей муфтой утверждений 1-4 или 6, в котором узел датчика положения линейного резистора расположен рядом с одним или более магнитных переключателей.

[0041] Утверждение 9.

Клапан со скользящей муфтой утверждений 1-4, 6 или 8, дополнительно содержащий систему обработки информации, соединенную с радиочастотной антенной, причем радиочастотная антенна выполнена с возможностью передачи радиочастотного сигнала для подачи питания на одну или более меток радиочастотной идентификации, соединенных с каждым из одного или более магнитных переключателей.

[0042] Утверждение 10.

Клапан со скользящей муфтой утверждений 1-4, 6, 8 или 9, в котором магнит представляет собой магнит из редкоземельных металлов.

[0043] Утверждение 11.

Клапан со скользящей муфтой утверждений 1-4, 6 или 8-10, в котором магнит представляет собой электромагнитное устройство.

[0044] Утверждение 12.

Способ может включать активацию магнитного переключателя с помощью магнита, причем переключатель расположен в забое скважины, пропускание электрического тока в первую электрическую цепь, причем электрический ток протекает через первую электрическую цепь, через переключатель, ко второй электрической цепи и к узлу.

Способ может дополнительно включать измерение величины электрического тока или напряжения на узле и определение положения скользящей муфты в наружном корпусе на основании измерения.

[0045] Утверждение 13.

Способ утверждения 12, в котором электрический ток протекает через по меньшей мере один резистор.

[0046] Утверждение 14.

Способ утверждения 12 или 13, в котором магнит представляет собой магнит из редкоземельных металлов.

[0047] Утверждение 15.

Способ утверждений 12-14, в котором магнит представляет собой электромагнитное устройство.

[0048] Утверждение 16.

Способ утверждений 12-15, дополнительно включающий передачу радиочастотного сигнала от радиочастотной антенны, соединенной с системой обработки информации, подачу питания на метку радиочастотной идентификации с помощью радиочастотного сигнала и передачу сигнала обратной связи, причем метка радиочастотной идентификации присоединена к переключателю.

[0049] Утверждение 17.

Способ может включать активацию переключателя с помощью магнита, причем переключатель расположен в забое скважины, пропускание электрического тока в первую электрическую цепь, причем электрический ток протекает через первую электрическую цепь, через переключатель, ко второй электрической цепи и к узлу.

Способ может дополнительно включать измерение величины электрического тока или напряжения на узле, определение положения скользящей муфты в наружном корпусе на основании измерения и калибровку узла датчика положения линейного резистора по меньшей мере частично на основании измерений.

[0050] Утверждение 18.

Способ утверждения 17, в котором калибровка узла датчика положения линейного резистора включает считывание первого положения узла датчика положения линейного резистора, сравнение первого положения со вторым положением, определенным переключателем, и изменение положения узла датчика положения линейного резистора во второе положение.

[0051] Утверждение 19.

Способ утверждений 17 и 18, в котором калибровку выполняют с помощью массива магнитных переключателей.

[0052] Утверждение 20.

Способ утверждений 17-20, в котором калибровка выполняется системой обработки информации вручную или автоматически.

[0053] В предшествующем описании предложены различные примеры систем и способов применения, описанных в данном документе, которые могут содержать различные этапы способа и альтернативные комбинации компонентов. Следует понимать, что, хотя в данном документе могут обсуждаться отдельные примеры, настоящее изобретение охватывает все комбинации описанных примеров, включая, без ограничений, различные комбинации компонентов, комбинации этапов способа и свойства системы. Следует понимать, что композиции и способы описаны как «включающие», «содержащие» или «включающие в себя» различные компоненты или этапы, причем композиции и способы также могут «состоять по существу из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Более того, формы единственного числа, используемые в формуле изобретения, определены в данном документе как означающие один или более чем один из элементов, которые они вводят.

[0054] Для краткости в данном документе явно раскрыты только определенные диапазоны. Однако диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым верхним пределом для указания диапазона, не указанного явно, а также диапазоны от любого нижнего предела могут быть объединены с любым другим нижним пределом для указания диапазона, не указанного явно, и таким же образом диапазоны от любого верхнего предела могут быть объединены с любым другим верхним пределом для указания диапазона, не указанного явно. Кроме того, всякий раз, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пределом и верхним пределом, конкретно раскрываются любое число и любой включенный диапазон, попадающий в данный диапазон. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от около a до около b» или, что эквивалентно, «приблизительно от a до b» или, что эквивалентно, «приблизительно от a-b»), раскрытый в данном документе, следует понимать как излагающий каждое число и диапазон, входящий в более широкий диапазон значений, даже если они не указаны явно. Таким образом, каждая точка или отдельное значение может служить своим собственным нижним или верхним пределом в сочетании с любой другой точкой или отдельным значением или любым другим нижним или верхним пределом для указания диапазона, который не указан явно.

[0055] Следовательно, данные примеры хорошо приспособлены для достижения упомянутых целей и преимуществ, а также целей и преимуществ, которые ему присущи. Конкретные примеры, раскрытые выше, являются только иллюстративными и могут быть модифицированы и реализованы на практике различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, пользующихся преимуществами изложенных в данном документе идей. Хотя обсуждаются отдельные примеры, данное изобретение охватывает все комбинации всех примеров. Кроме того, не предполагается никаких ограничений в отношении деталей конструкции или схемы, показанных в данном документе, кроме тех, которые описаны ниже в формуле изобретения. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свое простое, обычное значение, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Следовательно, очевидно, что конкретные иллюстративные примеры, раскрытые выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие измененные варианты рассматриваются в пределах объема и сущности этих примеров. Если есть какое-либо противоречие в использовании слова или термина в данном описании и в одном или более патенте(-ах) или других документах, которые могут быть включены в данный документ посредством ссылки, должны быть приняты определения, которые согласуются с данным описанием.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Предложены клапан и способ определения положения скользящей муфты клапана (варианты). Клапан может содержать наружный корпус, скользящую муфту внутри наружного корпуса, электрическую цепь, содержащую один или более магнитных переключателей, магнит, соединенный со скользящей муфтой, систему обработки информации в связи с электрической цепью, выполненную с возможностью определения осевого положения скользящей муфты на основании разомкнутого или замкнутого состояний магнитных переключателей, и линейный переменный резистор, расположенный рядом с массивом магнитных переключателей, причем система обработки информации выполнена с возможностью определения осевого положение скользящей муфты на основании тока, проходящего через линейный переменный резистор, и использования осевого положения, определенного с использованием массива магнитных переключателей, для калибровки осевого положения, определенного с использованием линейного переменного резистора. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Клапан со скользящей муфтой, содержащий:

наружный корпус;

скользящую муфту, расположенную с возможностью скольжения внутри наружного корпуса, причем скользящая муфта выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении внутри наружного корпуса для управления потоком флюида относительно осевого положения;

электрическую цепь, содержащую массив магнитных переключателей, расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении в известных положениях относительно наружного корпуса;

магнит, соединенный со скользящей муфтой, причем каждый магнитный переключатель переключается между разомкнутым состоянием или замкнутым состоянием в отношении того, насколько близко к соответствующему магнитному переключателю расположен магнит;

система обработки информации в связи с электрической цепью, выполненная с возможностью определения осевого положения скользящей муфты на основании разомкнутого или замкнутого состояний магнитных переключателей; и

линейный переменный резистор, расположенный рядом с массивом магнитных переключателей, причем система обработки информации выполнена с возможностью определения осевого положение скользящей муфты на основании тока, проходящего через линейный переменный резистор, и использования осевого положения, определенного с использованием массива магнитных переключателей, для калибровки осевого положения, определенного с использованием линейного переменного резистора.

2. Клапан со скользящей муфтой по п. 1, отличающийся тем, что магнитные переключатели расположены в наружном корпусе, а магнит расположен в скользящей муфте.

3. Клапан со скользящей муфтой по п. 1, отличающийся тем, что магнит расположен в наружном корпусе, а магнитные переключатели расположены в скользящей муфте.

4. Клапан со скользящей муфтой по п. 1, отличающийся тем, что каждый из магнитных переключателей является магнитным герконовым реле, датчиком на эффекте Холла, емкостным переключателем или магниторезистивным элементом.

5. Клапан со скользящей муфтой по п. 4, отличающийся тем, что магнитные переключатели представляют собой разомкнутое устройство, замкнутое устройство или аналоговое устройство.

6. Клапан со скользящей муфтой по п. 1, отличающийся тем, что каждый из магнитных переключателей присоединен к первой электрической цепи и второй электрической цепи.

7. Клапан со скользящей муфтой по п. 6, отличающийся тем, что между каждым соединением для магнитных переключателей со второй электрической цепью расположен по меньшей мере один резистор.

8. Клапан со скользящей муфтой по п. 1, отличающийся тем, что система обработки информации выполнена с возможностью осуществления этапа калибровки осевого положения, определенного с использованием линейного переменного резистора, автоматически в ответ на изменение рабочих условий.

9. Клапан со скользящей муфтой, содержащий:

наружный корпус;

скользящую муфту, расположенную с возможностью скольжения внутри наружного корпуса, причем скользящая муфта выполнена с возможностью перемещения в осевом направлении внутри наружного корпуса для управления потоком флюида относительно осевого положения;

электрическую цепь, содержащую массив магнитных переключателей, расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении в известных положениях относительно наружного корпуса;

магнит, соединенный со скользящей муфтой, причем каждый магнитный переключатель переключается между разомкнутым состоянием или замкнутым состоянием в отношении того, насколько близко к соответствующему магнитному переключателю расположен магнит;

система обработки информации в связи с электрической цепью, выполненная с возможностью определения осевого положения скользящей муфты на основании разомкнутого или замкнутого состояний магнитных переключателей;

радиочастотную антенну в связи с системой обработки информации; и

множество меток радиочастотной идентификации (RFID), каждая из которых соединена с соответствующим из магнитных переключателей так, что каждая метка RFID может быть активирована, только если замкнут соответствующий магнитный переключатель, причем система обработки информации определяет осевое положение муфты на основании того, какие метки RFID активированы.

10. Клапан со скользящей муфтой по п. 9, отличающийся тем, что система обработки информации выполнена с возможностью определения того, какие метки RFID замкнуты и разомкнуты в режиме реального времени.

11. Способ определения положения скользящей муфты клапана, включающий:

приведение в действие переключателя с помощью магнита, причем переключатель расположен в забое скважины;

пропускание электрического тока в первую электрическую цепь, причем электрический ток протекает через первую электрическую цепь, через приведенный в действие переключатель, ко второй электрической цепи и к узлу;

измерение величины электрического тока или напряжения на узле;

передачу радиочастотного сигнала от радиочастотной антенны, соединенной с системой обработки информации, подачу питания на метку радиочастотной идентификации (RFID) с помощью радиочастотного сигнала и передачу сигнала обратной связи, причем метка RFID присоединена к переключателю и активируется, только если активирован магнитный переключатель; и

определение положения скользящей муфты в наружном корпусе на основании того, активирована ли метка RFID.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что электрический ток протекает через по меньшей мере один резистор.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что магнит представляет собой магнит из редкоземельных металлов.

14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что магнит представляет собой электромагнитное устройство.

15. Способ определения положения скользящей муфты клапана, включающий:

приведение в действие переключателя с помощью магнита, причем переключатель расположен в забое скважины;

пропускание электрического тока в первую электрическую цепь, причем электрический ток протекает через первую электрическую цепь, через переключатель, ко второй электрической цепи и к узлу;

измерение величины электрического тока или напряжения на узле; а также

определение положения скользящей муфты в наружном корпусе на основании измерения; и

калибровку узла датчика положения линейного переменного резистора на основании, по меньшей мере частично, измерения.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что калибровка узла датчика положения линейного резистора включает в себя считывание первого положения узла датчика положения линейного резистора, сравнение первого положения со вторым положением, определенным переключателем, и изменение положения узла датчика положения линейного резистора во второе положение.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что калибровку выполняют с помощью массива магнитных переключателей.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что калибровка выполняется системой обработки информации вручную или автоматически.