CN100343482C - 用于在井中执行某一操作的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在井中执行某一操作的系统，包括有：一个加工工具，该加工工具被构造成能够沿着该井进行运送；多个无线电识别设备，这些无线电识别设备被间隔设置在井内的多个已知深度处，并且被构造成能够发射出反馈信号，来对各个无线电识别设备进行唯一性标识；和一个读出设备，该读出设备被构造成能够沿着井进行运送，来从无线电识别设备接收所述反馈信号，并且响应该反馈信号来对所述加工工具进行控制。

Description

用于在井中执行某一操作的系统

本申请是2001年5月25日提出的、名称为“用于在井中执行某些操作并且提高其产量的方法及系统”的发明专利申请01801514.x的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是序列号为No.09/286650的美国专利申请的后续申请，该美国专利申请的提交日为1999年4月6日，发明题目为“用于在一根导管中确定位置的方法及设备”。

技术领域

本发明总体上说涉及用于诸如石油和天然气这样的流体产品的井。更具体地说，本发明涉及一种用于在井中执行多种操作并且提高其产量的系统。

背景技术

在钻取和完善一个地下井的过程中，以及在通过完工后的井将流体制品从地下层面中流出的过程中，均需要执行不同的操作。例如，通常需要在井内的某些深度处进行不同的井下操作，但是这种操作需要在地面上进行控制。

射孔操作(perforating process)是一种井下操作，用于在井眼套管上形成射孔。常规的射孔操作是通过将一个射孔工具(即射孔枪)放置于井眼套管内来进行，沿着套管的一段向所感兴趣的地质层面接近。射孔工具上装载有锥形炸药，这种聚能炸药能够利用一个从地面传递到炸药处的信号而被引爆。炸药的爆炸会在套管和套管周围的混凝土中形成开口，这些开口用于在地质层面与套管内径之间形成流体连通。

井下操作的另外一个例子是在井眼套管中布设封隔器，来对井中的特殊区段或者特殊的地质层面进行隔离。在这种情况下，可以将一个封隔器置于井眼套管中的所需深度处，并且通过一个在地面上进行操控的布设工具对其进行布设。其它示例性的井下操作包括有：将测井工具置于特殊的地质层面或者井眼套管内的特定深度处，和将桥塞、套管补丁、导管及相关工具置于井眼套管内。

任何井下操作的一个重要方面是，需要确定在井内需要进行该操作的深度。该深度通常利用测井图加以确定。常规的测井图中包括有从测井仪器中获取的连续读数，和一根代表获取所述数据时井深的轴。仪器读数用于测定岩石的特性，比如天然γ射线的放射性、电阻率、密度及传声性能。利用这些岩石特性，可以辨别出井内所感兴趣的地质层面，比如含油层面和含气层面。首先以“裸眼井”形式对所述井进行测深，所获得的测井图将作为所有后来测井图的基准。在下入套管之后，绘制出带有套管的井的测井图，并且使得该测井图与裸眼井测井图相关联，或者说“相配”。

利用所述测井图和一个定位机构，比如一根耦合在一测深仪上的缆绳或者螺旋导管，可以将一个工具置于井内所需深度处，并且根据需要对其进行操控来执行井下操作。与常规的测井和定位技术伴生的一个问题是，难以精确地辨别出工具的深度，并且难以使得深度与裸眼井测井图相关联。

附图1示出了一种现有的在石油和天然气井10中进行的射孔工艺。井10包括有井眼12，和在井眼12内由混凝土16环绕的套管14。井10从地面18处延伸穿过地壳内的若干地质层面，这些地质层面被标记为区域A、B和C。套管14由若干个管状构件制成，比如管道或者井筒段，它们由接箍20相互连接起来。在本示例中，形成套管14的管状构件大约40英尺长，从而使得套管接箍(collar)20之间的间隔为40英尺。但是，具有较短长度(比如20英尺)的管状构件也可以散布在40英尺长的管状构件之间，以有助于对深度进行确定。因此，在附图1中，有两个套管接箍20之间仅间隔20英尺。

为了进行射孔操作，已经利用一根缆绳24将一个射孔工具22沉入到了套管14中。起重杆26和滑轮28用于承载缆绳24，并且利用缆绳装置30来控制缆绳24。缆绳装置30包括有驱动机构32，该驱动机构32用于将缆绳24和工具22沉入到井10中，并且在完成操作时用于将缆绳24和工具22从井10中提升出来。缆绳装置30还包括有一个测深仪34，该测深仪34用于随着缆绳24被下放到井10中，测定出缆绳24的开卷长度，并且将该测定结果拟认为等于工具22在井10中的深度。

在井10的成形过程中，需要绘制出裸眼井测井图36。该裸眼井测井图36包括有各种仪器读数，比如γ射线读数38和自然电位(SP)读数40，γ射线读数和自然电位读数40与以英尺为单位的深度之间呈函数关系。为了简化起见，仅图示出了裸眼井测井图36中从大约7000英尺至大约7220英尺的那部分。但是，在实际应用中，需要对从地面18至井10底部的整个井10进行测量。根据裸眼井测井图36，本技术领域中的熟练技术人员将能够确定出井10中的含油层面和含气层面，以及这些层面中的最富饶区段。例如，以γ射线读数38和SP读数40为基础，可以确定出区域A中是否含有石油和天然气储备。因此，希望沿着套管14上接近区域A的那部分区段对套管14进行射孔操作。

除了裸眼井测井图36之外，在向井10中下入套管之后，还需要测定出带有套管的井眼中的γ射线读数44，并且绘制出套管接箍的记录图42。套管接箍的记录图42也被称作PDC记录图(射孔深度控制记录图)。套管接箍的记录图42可以被用来确定出套管14上靠近区域A的那部分区段，来在该部分区段上进行射孔操作。

利用本技术领域中的公知技术和设备，套管接箍的记录图42可以精确地与裸眼井测井图36相关联，或者说与裸眼井测井图36“相配”。但是，利用常规的定位机构，比如缆绳装置30，将难以精确地将射孔工具22置于井内的所需深度处。例如，某些因素，比如缆绳24的拉伸量、由于热作用引起的伸长量、正弦形和螺旋形弯折量以及其形变量，都将影响测深仪的读数，并且影响该测深仪的读数相对于裸眼井中测深仪读数的精确性。

因此，正如在附图1中所示出的那样，通过与裸眼井测井图36和套管接箍记录图42进行比较，可以发现，用于指示射孔工具22深度的测深仪读数并不等于实际的深度。在本示例中，测深仪的读数与裸眼井测井图36和套管接箍记录图42标识深度之间的差值大约为40英尺。在这种情况下，当射孔工具22被引爆时，套管20上接近区域A的那部分区段将可能仅被部分射孔，或者甚至完全未被射孔。

由于这些工具的定位不精确性，所以在本技术领域已经研发出了多种相关的接头测井技术和电缆测井技术。例如，一种现有的技术利用了电子式接头传感器和导电缆绳来测定接头与接头之间的长度，并且使得该缆绳上测深仪的读数与套管接箍记录图相关联。虽然这些相关的接头测井技术和电缆式测井技术均较为精确，但是它们均非常昂贵并且较为费时。尤其是，需要利用额外的操作人员和地面设备，并且会导致缆绳的总长度发生额外变化。

除了工具的定位不精确性之外，计算上的失误也会导致深度的计算结果不精确。例如，如果工具操作人员在思考一个数字时(例如7100)实际的数字可能是另外一个数据(例如7010)，这样就产生了计算误差。另外，如果在实际操作中工具操作人员沿向下方向使用了一定的量，那么该工具操作人员也将会沿向上方向通过补偿该一定的量来对工具进行定位。还有，这些计算上的失误会由于疲劳、天气及井位(well site)处的通讯问题而变得尤为严重。

所希望的是，在无需利用复杂且昂贵的相关接头测井技术和电缆测井技术的条件下，精确地获得井下操作工具的深度读数。另外，所希望的是，在无需考虑由于计算失误而产生不精确的深度读数的条件下，对井下操作和处理进行控制。本发明旨在提供一种经过改进了的方法和系统，该方法和系统用于在井中进行操作和处理，利用该方法和系统，可以精确地测定出井下操作工具的深度，并且据此来对所述操作和处理进行控制。

常规的井下操作的另外一个局限性在于，其必须依靠对深度进行测定的结果来进行，也就是说，必须首先对井下操作工具在井中的位置进行确定，然后从地面上对其操作进行控制。这样就需要利用额外的时间和钻井操作人员。另外，在地面上进行操控需要引入额外的设备，这些额外的设备根据不同的操作而发生变化。最好，能够在无需对井下操作工具进行地面操控的条件下对井下操作进行控制。利用本发明，可以在井内所需的深度处对井下操作工具进行操控。

发明内容

根据本发明，提供了一种方法和一种系统，该方法和系统用于在井内进行多种操作，并且用于提高该井的产量。利用该方法能够实现的示例性操作包括有：射孔操作、布设封隔器操作、布设桥塞操作、测井操作、检查操作、化学处理操作、套管修补操作、射流切削操作以及清洗操作等。当根据本发明在井内执行这些操作时，这些操作中的每一个均能够改善该井的质量，并且提高该井的产量。

在图示出的实施例中，所述方法被用于在石油或者天然气井中执行射孔操作。该井包括有井眼和井眼套管，并且从地面或者海平面延伸至地壳中的不同地质层面区域内。所述井眼套管包括有多段由套管接箍连接起来的管道或者导管。

所述方法包括沿着井眼套管的长度间隔设置识别设备的起始步骤。识别设备可以是安装在井眼套管中各个套管接箍内的有源或者无源无线电识别设备。各个无线电识别设备均被进行唯一性标识，并且通过参照测井图来精确地确定出各个无线电识别设备在井内的深度和位置。同样，各个套管接箍均由包含在其内的无线电识别设备来进行唯一性标识，并且形成一个包括有各个套管接箍和识别设备深度的钻井记录。

所述方法还包括提供一个读出设备的步骤，和提供一个运送机构的步骤，其中所述运送机构用于沿着井眼套管来将读出设备运送到识别设备附近处。在所图示出的实施例中，读出设备包括有一个射频发射器和接收器，该射频发射器和接收器被构造成能够提供能够由识别设备接收的传输信号。识别设备被构造成能够接收所述传输信号，并且能够将反馈信号传递回所述读出设备。用于所述读出设备的运送机构包括有一根电缆、导管、螺旋导管，机器人机构，诸如泵或者增压机这样的流体运送机构，自由坠落装置，或者诸如防坠器这样的受控坠落装置。

除了发射和接收来自于识别设备的信号之外，读出设备还被构造成能够发射出控制信号，来作为来自于识别设备的反馈信号的一个功能，对一个加工工具进行控制。例如，该读出设备可以对一个被构造成对井眼套管进行射孔操作的射孔工具进行控制。详细地说，读出设备和射孔工具可以一同沿着井眼套管被运送经过所述识别设备。另外，通过从一个在井内位于预定深度或位置处的识别设备接收到反馈信号，读出设备可以在程序控制下发射出控制信号来引爆所述射孔工具。换句话说，所述读出设备也可以在程序控制下，响应于对一个具体识别设备进行定位，来对射孔工具进行控制。

作为其它示例，所述读出设备可以被构造成能够对用于封隔器、桥塞或者套管补丁的布设工具进行控制，对来自于测井工具的仪器读数进行控制，以及对射流切削器和类似工具进行控制。利用本发明中的方法，加工工具的实际深度可以由读出设备利用来自于识别设备的反馈信号实时进行确定。因此，无需再利用测深仪和昂贵的电缆测井技术来对加工工具的深度加以确定。另外，操作人员的计算失误也会减少，这是因为实际深度的读数可以在无需进行额外计算的条件下获得。还有，对于某些工艺来说，由于读出设备可以在程序控制下在井内对加工工艺进行就地控制，因此无需将信号发射到地面上。

但是，应该明白的是，在实际应用中，本发明中的方法还可以将来自于读出设备的控制信号发射到地面上的一个控制器或者计算机中，由该控制器或者计算机来对加工工具进行控制。另外，对加工工具的控制可以随着该加工工具与读出设备沿着井进行移动而动态地进行，也可以通过将加工工具停置在所需的深度处来静态地进行。还有，本发明中的方法可以被用来对多步骤加工工艺进行控制，或者是对一个被构造成执行多步骤加工工艺的工具进行控制。例如，一个组合式的布设封隔器与射孔工具可以被构造成执行布设封隔器和射孔操作，作为利用本发明中的方法所获得的实际深度读数的一个函数。

在图示出的实施例中，该系统包括有若干个安装在套管接箍内的识别设备，这些套管接箍沿着井眼套管间隔设置。识别设备包括有一个可编程的元件，比如用于接收和存储识别信息，比如套管接箍标记和深度标记的收发机芯片。各个识别设备均可以被构造成一个无源设备，一个带有天线的有源设备，或者是一个这样的无源设备，即该无源设备可以在通过井中流体传递来的信号作用下被置于有源状态。

该系统还包括有读出设备和被构造成沿井眼套管进行运送的加工工具。除了发射器和接收器之外，读出设备还包括有一个或者多个可编程的记忆设备，比如被构造成接收和存储信息的半导体芯片。读出设备还包括有一个能量源，比如连接到地面上的电线或者电池。另外，读出设备还包括有一个用于发射控制信号的遥测电路，该遥测电路可以被用来对加工工具进行控制，并且用于向地面上的操作人员及设备提供深度及其它信息。该系统还可以包括有一个计算机，该计算机被构造成能够接收和处理所述控制信号，并且被构造成能够为钻井操作人员及设备提供和存储可视的或者其它形式的信息。另外，该系统还可以包括有一个控制器，该控制器被构造成能够对所述控制信号进行处理，来对加工工具和各种加工设备进行控制。控制器可以被置于地面上，或者被置于加工工具上，来形成一个独立的自控系统。另外，该系统还可以以风筝形式运送到一个井位处，然后被装配在该井位处。

附图说明

附图1是一个现有井下操作的示意图，其中利用测井图和来自于一个工具定位机构的测深仪读数来进行该井下操作；

附图2是一个流程框图，示出了本发明中用于在井中控制射孔操作的方法中的步骤；

附图3A和3B均是示意性横剖视图，示出了一个根据本发明构造而成的系统，该系统用于执行所述射孔操作；

附图3C是沿附图3B中剖面线3C的放大视图，示出了所述系统中的一个射孔工具；

附图3D是沿附图3A中剖面线3D的放大视图，示出了所述系统中的一个读出设备和一个识别设备；

附图3E是沿附图3D中剖面线3E的放大横剖视图，示出了所述读出设备中的一部分；

附图3F是一个可选择性实施例的侧面正视图，示出了有源的读出设备和带有螺纹的安装装置；

附图4A是所述系统的电路简图；

附图4B是一个用于所述系统中一计算机的计算机屏幕的视图；

附图5A和5B均为示意图，示出了示例性的隔离构件，该隔离构件用于将所述系统中的读出设备与该系统中的射孔工具隔离开来；

附图6A至6D均为示意性横剖视图，示出了用于所述系统中的各种可选择性运送机构；

附图7A和7B也均为示意性横剖视图，示出了一个根据本发明构造而成的可选择性系统，该系统用于在井中执行封隔器布设操作；

附图7C是沿附图7A中剖面线7C的放大视图，示出了所述可选择性系统中管道组上的螺纹接头；而

附图8A至8C均为示意性横剖视图，示出了本发明中的一个可选择性多步骤方法和系统，该多步骤方法和系统用于组合性地执行封隔器布设操作和射孔操作。

具体实施方式

参照附图2，示出了一种根据本发明在地下井内对操作或者加工工艺进行控制的方法中的若干主要步骤。粗略地说，该方法包括有下述步骤：

A.提供一个加工工具。

B.提供一个读出设备，该读出设备与加工工具之间以信号相连通。

C.提供一个运送机构，该运送机构用于运送加工工具和读出设备。

D.在井眼套管内间隔设置若干个识别设备，这些识别设备能够由所述读出设备读取信息。

E.对各个识别设备进行唯一性标识，并且利用测井图确定出各个识别设备在井中的深度和位置。

F.通过从一个选定的识别设备接收到反馈信号，在程序控制下使得所述读出设备向加工工具发射出一个控制信号。

G.沿着井眼套管对加工工具和读出设备进行运送。

H.利用所述读出设备来读取所述识别设备。

I.通过从所述特定识别设备接收到反馈信号，向加工工具发射出控制信号，来在特定的深度处使得所述加工工具进行工作。

参照附图3A至3D，示出了一个根据本发明构造而成的系统50。该系统50被安装在地下井52中，比如生产石油和天然气的井中。在本实施例中，系统50被构造成在井52中执行射孔操作。根据本发明所执行的射孔操作不仅能够形成一个经过改善了的井52，而且提高了该井52的产量。

井52包括有井眼54，和在该井眼54中由混凝土56环绕着的井眼套管56。井52从地面60处延伸穿过地壳中的若干个地质层面，这些地质层面被标记为区域E、F和G。地面60可以是陆地，或者是一个构筑物，比如位于水面上的石油平台。在所图示出的实施例中，井52大致竖直地从地面60处延伸穿过区域E、F和G。但是，应该明白的是，本方法还可以被应用于倾斜的井中和水平的井中。

井眼套管56包括有多个管状构件62，比如金属管道或者导管的长度段，这些管状构件62由接箍64相互连接起来。套管56的内径适合于流体从井52中流入和流出，而其外径由混凝土58所环绕。接箍64可以包括有具有母螺纹的联接器，其中所述母螺纹适合于与管状构件62上的公螺纹匹配啮合。可选择地，接箍64也可以包括有可进行焊接的联接器，该联接器适合于被焊接到管状构件62上。

另外，在图示出的实施例中，所示出的套管56在整个长度上具有相同的外径和内径。但是，应该明白的是，套管56的尺寸可以在井52内的不同深度处发生改变，这可以通过组装具有不同直径的导管而实现。例如，套管56可以为一个伸缩式结构，在该结构中，套管56的尺寸随着深度的增加而逐步减小。

基于裸眼井测井图(附图1中的36)，或者基于其它信息，可以确定出井52内可能含有石油和天然气的区域F。因此就希望对接近区域F的套管56部分进行射孔操作，来在区域F与井眼套管56的内径之间形成流体流通。

为了执行所述射孔操作，系统50包括有一个射孔工具68和一个读出设备70，该读出设备70与射孔工具68之间以信号相连通。该系统50还包括有多个识别设备72(附图3D)，这些识别设备72被固附在套管56上的接箍64内，并且能够由读出设备70进行读取。另外，系统50还包括有一个运送机构66W，用于沿着井眼套管56将射孔工具68和读出设备70运送到区域F处。根据需要，系统50还可以象风筝一样被运送到井52中，并且被装配在该井52处。

正如在附图3C中所示出的那样，射孔工具68包括有一个起爆管74(示意性示出)和一根与该起爆管74以信号相连通的引爆索76。起爆管74可以是一个在市场上能够购买到的冲击式或者电子式起爆管，并且该起爆管74被构造成能够由一个来自于读出设备70的信号触发。同样，引爆索76也可以是在市场上能够购买到的组件。起爆管74和引爆索76均被构造成能够产生和施加一个阈值起爆能量，来促使射孔工具68发生顺序性爆炸。在所图示出的实施例中，起爆管74被置于射孔工具68上，或者被置于射孔工具68之内。

正如在附图3C中所示出的那样，射孔工具68还包括有一个或者多个装药载体78(charge carrier)，每个装药载体78均包括多个装药组件80(charge assemblies)。装药载体78和装药组件80可以类似于市场上能够购买到的射孔枪，或者说可以由这种射孔枪构造而成。通过进行爆炸操作，各个装药组件80均能够炸开一个穿通套管56与混凝土58的开口82，并且该开口82延伸到形成区域F的岩石或者其它物质中。

正如在附图3D中所示出的那样，各个接箍64均包括有一个识别设备72。各个识别设备72均可以被固附在一个弹性的O形环86上，该弹性的O形环86被置于各个接箍64内的沟槽84中。

在所图示出的实施例中，识别设备72为无源的无线电识别设备(PRIDs)。PRIDs在市场上能够购买得到，并且广泛用于某些领域，比如用于在零售店中识别货物和在图书馆中识别图书。PRIDs包括有一个电路，该电路被构造成能够根据从具有合适频率和强度的无线电发射器接收到射频能量而发生谐振现象。无源的PRIDs无需电源，这是因为在接收发射信号的过程中，从发射信号接收到的能量能够为PRIDs提供发射一个回复信号所需的能量。

识别设备72包括有一个具有记忆存储功能的集成电路芯片，比如一个收发机芯片。该集成电路芯片可以被构造成能够接收射频(RF)信号，并且能够在该信号基础上进行编码和存储。在进行数据编码的过程中，各个识别设备72均可以被进行唯一性地标识，以使得各个接箍64也被进行唯一性地标识。在附图3A和3B中，所述标识信息由C1至C8来进行指代。另外，正如先前所阐述和在附图1中所示出的那样，各个接箍64的深度均可以利用测井图来加以确定。随后，使得该深度信息与识别设备72中经过编码后的识别信息相关联。因此，可以形成一个用于标识各个接箍64和其在井52内实际深度的记录。

可选择地，正如在附图3F中所示出的那样，识别设备72A也可以是一个有源设备，带有一个诸如电池这样的独立电源。另外，识别设备72还可以包括有一个用于发射信号的天线89。可选择地，一个识别设备(未示出)可以被构造成能够经由井52内的流体或者其它传递介质来传递信号。这样的一个识别设备在先前引用过的序列号为No.09/286650的美国专利申请中进行了进一步描述，该美国专利申请在此处通过参考而结合入本发明。

仍然如附图3F中所示出的那样，识别设备72A可以被包含在带有螺纹的安装装置87中。带有螺纹的安装装置87可以由诸如塑料这样的刚性非导电性材料制成。带有螺纹的安装装置87被构造成能够被螺接到套管接箍64(附图3D)的中间部分内，并且被保持在套管56上相邻的管状构件之间。带有螺纹的安装装置87包括有一个用于放置天线89的环形沟槽91，和一个用于置放识别设备72A的凹槽93。根据需要，利用粘结剂或者合适的紧固件，可以将天线89和识别设备72A保持在沟槽91和凹槽93中。

参照附图3E，更为详细地示出了读出设备70。该读出设备70被构造成能够以特定的频率向识别设备72发射出射频信号，并且能够从识别设备72接收射频(RF)反馈信号。因此，读出设备70包括有一个基本构件77，该基本构件77中具有一个发射器73，该发射器73被构造成能够向识别设备72发射出具有第一频率的发射信号。该读出设备70还包括有一个接收器71，该接收器71位于基本构件77上，并且被构造成能够从识别设备72接收具有第二频率的信号。

最好，发射器73被构造成能够提供相对较弱的发射信号，以便仅有位于该读出设备70附近(比如一英尺的范围内)的识别设备72能够接收到该发射信号。可选择地，读出设备70中的天线可以被构造成能够提供方向性很好的发射信号，以使得发射信号基本上水平地从该读出设备70向外辐射。因此，在读出设备70以非常近的距离经过信号识别设备72时，仅有单个信号识别设备72能够接收到来自于该读出设备70的辐射信号。

除了发射器73和接收器71之外，读出设备70还包括有一个由诸如塑料或者玻璃纤维这样的非导电性材料制成的外壳79。该读出设备70还包括有一个O形环75，该O形环75位于基本构件77上，用于对外壳79进行密封，和一个帽状构件81，该帽状构件81被固附在基本构件77上，用于将外壳79固定到该基本构件77上。此外，读出设备70还包括有隔离构件83，这些隔离构件83由诸如铁氧体、水泥或者塑料这样的非导电性材料制成，用于将发射器73和接收器71与基本构件77隔离开来。在所图示出的实施例中，基本构件77大致呈圆柱形，并且隔离构件83为具有半月形或者异形剖面的环形物体。

参照附图4A，图示出了一个用于系统50中的电路示意图。正如所示意性示出的那样，各个识别设备72均包括有一个记忆设备110，该记忆设备110是一个可编程的集成电路芯片，比如收发机芯片，并且被构造成能够接收和存储所述标识信息。正如先前所阐述的那样，该标识信息可以利用一个α数值、数字或者其它指代符号来对各个套管接箍64进行唯一性标识。另外，利用先前所绘制出的测井图，可以确定出各个被进行了唯一性标识的套管接箍64的深度。

仍然正如在附图4A中所示出的那样，读出设备70包括有发射器73，用于向识别设备72发射出发射信号，和接收器71，用于从识别设备72接收反馈信号。读出设备70可以由一个诸如电池这样的适用电源提供能量，或者利用地面上的电源为其提供能量。另外，读出设备70还包括有一个记忆设备112，比如一个或者多个集成电路芯片，并且被构造成能够接收和存储编程信息。读出设备70还包括有一个遥测电路114，该遥测电路114被构造成能够通过软件116向一个控制器118发射出数字式或者其它形式的控制信号，或者也可以选择性地将控制信号发射给一个计算机122。

显然，软件116可以被安装在控制器118或者计算机122中。另外，计算机122可以是一个便携式设备，比如一个笔记本电脑，该笔记本电脑可以经过预先编程然后被运送到井位中。还有，正如下面将进一步阐述的那样，计算机122可以包括有一个可视显示器，用于显示出从读出设备70接收到的信息。控制器118或者计算机122均通过工具控制电路120进行人机对话，其中所述工具控制电路120被构造成能够根据需要来对射孔工具68进行控制。

在所图示出的实施例中，工具控制电路120与射孔工具68中的起爆管74(附图3C)以信号相连通。该工具控制电路120可以位于射孔工具68上、位于读出设备70上或者位于地面上。作为从识别设备72接收到的反馈信号的一个函数，读出设备70能在程序控制下向工具控制电路120发射出控制信号。例如，在附图3A和3B所示出的射孔操作过程中，联接器C4被置于靠近区域F的上沿附近，或者被置于区域F进入点附近。由于所希望的是在射孔工具68处于区域F之内时触发该射孔工具68，因此读出设备70可以在程序控制下在经过联接器C4并且从包含在该联接器C4内的识别设备72接收到反馈信号时，通过工具控制电路120来向起爆管74(附图3C)发射出触发控制信号。由于联接器C4由包含在其中的识别设备72进行了唯一性标识，并且利用测井图预先已经对联接器C4的深度进行了确定，因此随着射孔工具68经过联接器C4并且进入到井眼套管56上接近区域F的区段内，可以实时开始进行射孔操作。

但是，为了确保在合适的时间启动按顺序地爆炸，必须考虑其它一些额外因素。例如，射孔工具68和读出设备70可以被以一定的速度(V)沿着井眼套管56进行运送。另外，读出设备70需要一定的时间段(T1)来将发射信号发射给联接器C4中的识别设备72，并且需要一定的时间段来从联接器C4中的识别设备72接收反馈信号。此外，需要一定的时间段(T2)来将信号传递给工具控制电路120和起爆管74(附图3C)。还有，装药组件80在引爆、爆炸和在套管56上形成射孔之前也均需要一定的时间段(T3)。在确定哪一个套管接箍64中的识别设备72将被利用，以便读出设备70通过工具控制电路120向起爆管74(附图3C)传递触发控制信号时，需要考虑所有这些因素。

为了给爆炸操作顺序提供合适的定时，可以根据需要来对射孔工具68和读出设备70的速度(V)进行选定。另外，正如在附图5A和5B中所示出的那样，可以利用一个隔离构件88来将射孔工具68与读出设备70之间间隔开预定的距离(D)。正如在附图5A中所示出的那样，射孔工具68可以被置于读出设备70的上方(即更接近于地面60)，或者可选择地如附图5B中所示那样被置于读出设备70的下方(即距离地面60更远)。

作为动态爆炸操作的可选择实施例，当射孔工具68到达所需的深度时，可以使得该射孔工具68停置，来执行静态爆炸操作。例如，读出设备70可以在程序控制下在其到达联接器C6处时，发出一个信号来使得射孔工具68停止。在这种情况下，由读出设备70所发射出的信号可以被用来对缆绳装置92进行控制，从而使得缆绳90停止。随后，在来自于工具控制电路120的信号作用下，利用在所需深度处停止的射孔工具68以静态条件来开始进行引爆和爆破操作。

正如在附图4B中所示出的那样，由读出设备70所发射出的信号可以用于在显示器上，比如在计算机122的计算机屏幕上，生成一个可视界面124，该可视界面124可以由地面上的操作人员观看到。所述可视界面124的标题是“实际深度系统”，并且包括有一个电源开关，用于向读出设备70和其它系统组件供给能量。可视界面124中还包括有一个“深度测定仪”，用于指示出读出设备70(或者射孔工具68)在井52内的深度。可视界面124还包括有“报警指示器”，其中包括有“井口报警”指示器、“井底报警”指示器及“爆破设备”指示器。这种“报警指示器”类似于带有用于指示不同状况的绿色、黄色和红色交通信号灯。

可视界面124还包括有“电源指示器”，其中包括有一个“实际深度读出器”电源指示器、一个“实际深度编码器”电源指示器及一个“系统监视器”电源指示器。另外，可视界面124还包括有各种“数字式指示器”。例如，一个“缆绳速度”数字式指示器，该数字式指示器用于指示出读出设备70和射孔工具68被沿着井眼套管56进行运送的速度。一个“编码器深度”数字式指示器，用于在读出设备70经过各个识别设备72时，指示出各个识别设备72的深度。一个“实际深度”指示器，用于随着读出设备70被沿着井眼套管56进行运送时指示出该读出设备70的实际深度。

可视界面124还包括有一个“TDS ID”指示器，用于指示出各个识别设备72的ID数字。另外，该可视界面124还包括有一个“TDS说明”指示器，用于对各个识别设备72进行进一步描述(比如在一个特殊组件或者区域中的位置)。该可视界面124还包括有一个“时间”指示器，该“时间”指示器可以被用作一个用于显示和查看目的的时间转换器(向前或者向后)。最后，该可视界面124还包括有一个“API测井图”，用于从先前描述过的测井图中指示出测井信息，比如γ射线或者SPE读数，这些测井信息与深度“数字式指示器”相关联。

再次参照附图3A和3B，在此处所图示出的实施例中，基本上如同先前所阐述和在附图1中所示出的那样，运送机构66W包括有一根缆绳90，该缆绳90可以由缆绳装置92进行操控。缆绳90可以是一根单纯的缆绳、电缆、编织绳或者螺旋导管。如果控制器118或者计算机122被置于地面60上，那么缆绳90可以被用于在读出设备70与控制器118或者计算机122之间建立信号连通。

参照附图6A至6D，示出了沿着套管56对射孔工具68和读出设备70进行运送的可选择性运送机构。在附图6A中，运送机构66P包括有一个泵，用于沿着套管56的内径泵送一种运送流体。被泵送的运送流体沿着套管56对射孔工具68和读出设备70进行运送。在附图6B中，运送机构66R包括有一个或者多个机器人装置，该机器人装置被固附在射孔工具68和读出设备70上，并且被构造成能够沿着套管56对射孔工具68和读出设备70进行运送。在附图6C中，运送机构66G包括有配重(G)，该配重(G)用于使得射孔工具68和读出设备70自由地沿着套管56发生坠落。这种自由坠落可以在套管56内的井内流体中进行，或者是在套管56内的空气中进行。在附图6D中，运送机构66PA包括有一个防坠器，该防坠器用于控制射孔工具68和读出设备70在套管56内的下落速度。还有，所述防坠器能够在套管56内的井内流体中进行工作，或者是在套管56内的空气中进行工作。

参照附图7A至7C，图示出了一个根据本发明构造而成的可选择性系统50A。该系统50A被安装在一个地下井52A中，比如用于生产石油和天然气的井。在本实施例中，系统50A被构造成能够在井52A内执行封隔器布设操作。

井52A包括有一个井眼54A，和在该井眼54A中由混凝土58A环绕着的井眼套管56A。该井眼套管56A由多个管状构件62A构成，比如由接箍64A相互连接起来的金属导管或者管道的长度段。井52A从地面60A处延伸穿过地壳中的若干个地质层面，这些地质层面被标记为区域H和I。

为了执行封隔器布设操作，系统50A包括有一个封隔器布设工具68A，一个用于封隔器布设工具68A的充气装置98A，和一个与所述封隔器布设工具68A之间以信号相连通的读出设备70A。在本实施例中，充气装置98A位于地面60A上，以致于必须在封隔器布设工具68A与充气装置98A之间设置一根电缆或者其它信号传递介质。封隔器布设工具68A可以包括有一个可充气的封隔构件，该封隔构件被设计成能够在充气装置98A的作用下发生膨胀，并且被构造成能够与套管56A的内直径密封性相配合。在附图7B中，封隔器布设工具68A的可充气封隔构件已经被充入气体，来对套管56A上接近区域I的区段的内径进行密封。

系统50A还包括有多个识别设备72(附图3D)，这些识别设备72被固附在套管56A上的接箍64A上，并且能够由读出设备70A读取。另外，该系统50A还包括有一个运送机构66A，用于沿着井眼套管56A将封隔器布设工具68A和读出设备70A运送到区域I中。在本实施例中，运送机构66A是由若干个管状构件102A形成的导管组。正如在附图7C中所示出的那样，各个管状构件102A在其一个端部上均包括有公接头94A，而在另外一端部上包括有母接头96A。这就能够将管状构件102A相互连接在一起形成运送机构66A。另外，封隔器布设工具68A可以包括有一个心轴，该心轴与运送机构66A的内径之间具有流体连通。

读出设备70A在程序控制下能够利用特定识别设备72(附图3D)的触发作用而向充气装置98A发射出一个控制信号。例如，在附图7A和7B中所示出的封隔器布设操作过程中，联接器C4A位于区域I的上沿附近处，或者区域I的进入点附近。由于所希望的是在封隔器布设工具68A接近区域I的同时向该封隔器布设工具68A中的可充气封隔构件内充入气体，因此读出设备70A可以在程序控制下在当其到达联接器C4A处时向充气装置68A发出控制信号。在本实施例中，利用一个隔离构件88A来将封隔器布设工具68A与读出设备70A隔离开来。另外，相对于读出设备70A来说，封隔器布设工具68A被置于井的下游。

为了确保在合适的时间点开始进行封隔器布设操作，必须象先前所阐述的那样考虑某些额外因素。这些因素可以包括有封隔器布设工具68A和读出设备70A的速度(V)，和对封隔器布设工具68A的可充气封隔构件进行充气操作所需的时间。可选择地，封隔器布设工具68A可以根据需要先停止在特定的联接器处(比如联接器C5A)，随后进行充气。在这种情况下，读出设备70A可以在程序控制下在封隔器布设工具68A经过位于所需深度处的联接器64A时，向地面60A上的可视界面124(附图4B)发射出控制信号。随后，操作人员可以对充气装置98A进行控制，来开始对封隔器布设工具68A进行充气。可选择地，所述充气操作也可以利用工具控制电路120(附图4A)来自动开始进行。

在各个所描述过的加工工艺中，利用本发明的方法能够提供一个经过改善了的井。例如，在附图3A和3B中的射孔操作中，可以在选定的区域内对井52进行射孔操作，或者在与选定的区域间隔特定的距离处对井52进行射孔操作。从而，可以提高井52的产量，并且该井52能够生产出更多的流体，特别是石油和天然气。

参照附图8A至8C，图示出了一种根据本发明中的方法来进行的多步骤操作。首先，正如在附图8A中所示出的那样，提供一个组合式工具130。该组合式工具130包括有一个封隔器布设工具132和一个射孔工具134，其功能基本上如同先前所描述过的封隔器布设工具68A(附图7B)和射孔工具68(附图3A)的功能。另外，基本上如同先前所描述的那样，组合式工具130还包括有读出设备70，而套管56则包括有识别设备72(附图3D)。仍然如同在附图8A中所示出的那样，组合式工具130利用重力运送机构66G而沿着套管56进行运送。可选择地，也可以使用任何其它前述的运送机构。

接着，正如在附图8B中所示出的那样，对封隔器布设工具132进行触发，以使得该工具132中的可充气封隔构件对位于所需深度处的套管56进行密封。在本实施例中，封隔布设工具132是一个独立的自控单元，带有一个整体式充气源。与先前所描述过的实施例相同，读出设备70用于提供对封隔器布设工具132和封隔布设操作进行控制的控制信号。例如，当读出设备70经过一个选定的联接器64并且从包含在该选定联接器64内的识别设备72接收到一个反馈信号时，将可以对封隔器布设工具132中的可充气封隔构件进行充气。仍然正如在附图8B中所示出的那样，射孔工具134与封隔布设工具132隔离开来，并且沿着套管56持续地向下自由坠落。

接着，正如在附图8C中所示出的那样，对射孔工具132进行控制，以便基本上如同先前所描述的那样开始引爆和爆破操作。读出设备70将再次提供控制信号，来对射孔工具132进行控制，用以在合适的深度处开始引爆和爆破操作。正如由附图8C中的虚线箭头所示出的那样，利用射孔工具134中的装药组件80(附图3C)的爆破作用，将在套管56和混凝土58中形成开口。

因此，本发明提供了一种用于在井中执行不同操作和加工工艺并且用于提高该井产量的方法和系统。虽然本发明已经参照特定的优选实施例进行了描述，但是本技术领域中的那些熟练技术人员将会明白的是，在不脱离本发明的范围的条件下，可以进行一定程度的变化和改进，本发明的范围由权利要求加以限定。

Claims (7)

1.一种用于在井中执行某一操作的系统，包括有：

一个加工工具，该加工工具被构造成能够沿着该井进行运送；

多个无线电识别设备，这些无线电识别设备被间隔设置在井内的多个已知深度处，并且被构造成能够发射出反馈信号，来对各个无线电识别设备进行唯一性标识；和

一个读出设备，该读出设备被构造成能够沿着井进行运送，来从无线电识别设备接收所述反馈信号，并且响应该反馈信号来对所述加工工具进行控制。

2.如权利要求1中所述的系统，其特征在于：所述读出设备被固附在所述加工工具上。

3.如权利要求1中所述的系统，其特征在于：还包括有一个运送机构，该运送机构被构造成能够沿着井移动所述加工工具和读出设备。

4.如权利要求1中所述的系统，其特征在于：所述读出设备包括有一个用于接收所述反馈信号的接收器和一个用于向无线电识别设备发射出发射信号的发射器。

5.如权利要求1中所述的系统，其特征在于：所述加工工具为一个射孔工具，而所述操作为射孔操作。

6.如权利要求1中所述的系统，其特征在于：所述加工工具为一个封隔器布设工具，而所述操作为一个封隔构件的布设操作。

7.如权利要求1中所述的系统，其特征在于：还包括有一个计算机，该计算机与所述读出设备之间以信号相连通，并且包括有一个利用来自于读出设备的信号而生成的可视界面。

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