CN101519956A

CN101519956A - 在井中通过障碍通信

Info

Publication number: CN101519956A
Application number: CN200810081309A
Authority: CN
Inventors: 史蒂文·W·亨德森; 罗杰·安德森; 弗拉迪米尔·韦恩施坦
Original assignee: Prad Research and Development Ltd
Current assignee: Prad Research and Development Ltd
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-09-02

Abstract

一种在井中通过障碍通信的技术，包括：将弹道波从井中的第一点通信到井中的第二点，而不将所述弹道波沿着导爆索传播。第一和第二点分开至少一英尺。所述技术包括响应于第二点附近的弹道波以激活井下工具。

Description

在井中通过障碍通信

技术领域

本发明通常涉及在井中通过障碍(barrier)通信。

背景技术

为了增强井生产量，可以将井射孔。在典型的射孔操作中，射孔枪(perforating gun)在如绳索或有线线路(wireline)的传输机构上，向井下(downhole)运行到要建立生产区的位置。然后，为了在从点火头延伸的枪的导爆索(detonating cord)上引发爆炸波(detonation wave)的目的，射孔枪的点火头(firing head)典型地从井的表面被远程激活。爆炸波使得枪中与导爆索弹道(ballistic)通信的射孔弹(charge)(例如，聚能射孔弹(shapedcharge))点火。当被点火时，射孔弹产生相对应的射孔喷射，其穿透井套管(well casing)(如果井被封套的话)，并且使得射孔洞形成于周围的地层中。

出于从井表面远程激活点火头的目的，过去已经使用了几种不同的技术。例如，可以井下部署点火头，其被构造来引发爆炸波，以响应撞针(pin)的撞击。用于激活点火头的撞针可以从井的表面通过绳索(其在井下传送射孔枪)的中央通路下落。作为另一个例子，点火头可以被构建来响应管道传输压力(TCP)，使得在所述绳索内的液压可以被增加到预定级别，以触发射孔枪的弹点火。作为另一个例子，射孔枪可以在有线线路上井下运行，并且点火头可被设计为点火射孔枪的弹，以响应经由所述有线线路在井下与所述枪的点火头通信的适合的电信号。

如上所述的用于激活点火头的技术假设(电气的、液体的等)路径可用。然而，如果液体或电气路径不可用，则与射孔枪(或者概括地说与任何的井下工具)的通信可能受到挑战。在这一点上看，在地面和井下工具之间以及各井下工具之间建立通信中，跨越如液体、水泥、遮挡物、封隔物、插塞(plug)等的障碍的通信的存在可能存在挑战。

因此，存在对用来与在井中位于井下的工具通信的更好的方法的持续需求。

发明内容

在本发明的一个实施例中，一种可与井使用的方法，包括：在井中产生第一命令编码的脉冲激励，以使得第二命令编码的激励从井中的通信障碍出现。所述技术包括响应于该第二命令编码的激励启动井下工具的激活器(activator)。

在本发明的另一个实施例中，一种可与井使用的系统，包括：发送器和接收器。发送器在井中产生第一命令编码的脉冲激励，以使得第二命令编码的激励从井中的通信障碍出现。接收器响应于该第二命令编码的激励启动井下工具的激活器。

在本发明的另一个实施例中，一种可与井使用的方法，包括：将具有其大多数频谱能量在大于大约300赫兹的频率的声学能量通信到所述井中；以及响应于所述声学能量的通信激活井下工具。

在本发明的另一个实施例中，一种与井使用的方法，包括：从井中的第一点将弹道波通信到井中的第二点，而不让弹道波沿着导爆索传播，所述第一和第二点与至少分开一英尺。所述方法包括响应所述第二点附近的弹道波以致动(actuate)井下工具。

本发明的优点和其它特征将从下面的附图、说明书和权利要求中变得明白。

附图说明

图1、3和7是描述按照本发明的各实施例、通过井下障碍通信的技术的流程图。

图2是描述按照本发明的实施例、通过一个或多个井下障碍通信的系统的示意图。

图4、5和8描述了按照本发明的各实施例的各井。

图6是按照本发明的实施例的激活器的示意图。

图9A和9B描述了按照本发明的实施例、用于点火套管传输的射孔枪的技术。

具体实施方式

参照图1，按照本发明的实施例，依照块12，用于与井下工具通信的技术10包括：产生至少一个高强度脉冲波。该(多个)高强度脉冲波具有通过如下面的一个或多个(单独或组合)(作为非穷举的示范性列表)的一个或多个“通信障碍”通信(块14)的能力：液体层、水泥、遮挡物、封隔物、插塞以及绳索的金属壁。尽管通信障碍可以阻挡传统激励的通信，但是(多个)高强度脉冲波穿透(多个)通信障碍，以允许位于(多个)障碍的井下的工具的激活器的启动(块16)。

按照本发明的一些实施例，技术10可以在海底或地下井系统中实现，其示范性实施例50在图2中描述。如图2所示，系统50包括脉冲发生器58，按照本发明的一些实施例，其可以是产生高强度脉冲波的设备，这些高强度脉冲波从井的表面向井下通信。例如，按照本发明的一些实施例，脉冲发生器58可以与井中的液体层通信，使得当被激活时，发生器58在该液体层中形成高强度脉冲波，或“液压锤(fluid hammer)”。该液压锤通过液体层从脉冲发生器58传播，并且从初始的液压锤结果产生的能量，可以类似地传播通过介于发生器50和井下工具的激活器64之间(除了液体层外)的一个或多个障碍60。按照本发明的一些实施例，由脉冲发生器58产生的如液压锤的每个高强度脉冲波可以是至少2.7.N.m的脉冲。作为另一个例子，按照本发明的一些实施例，液压锤可以是其每个具有如下幅度的一个或多个压力波，该幅度在小于500毫秒(ms)的持续期间，超过每平方英寸(psi)200磅。

取决于本发明的具体实施例，脉冲发生器58可以采用数字形式。例如，按照本发明的一些实施例，脉冲发生器58可以由表面液压泵和阀形成。所述阀可以被控制，使得当液压泵在表面流路径建立充足压力时，所述阀打开以将高强度脉冲通信到井液体。

在本发明的其他实施例中，出于在与活塞头通信时在液体层中产生液压锤的目的，脉冲发生器58可以由包括活塞头的心轴(mandrel)形成。按照本发明的一些实施例，脉冲发生器58可以弹道地或者压力激活(作为例子)。因此，许多变化是可能的并且在权利要求的范围内。

依赖于本发明的具体实施例，激活器64除了不响应低于某个阈值的脉冲波外，可以直接响应接收的脉冲波，而不进行激励辨别。然而，在本发明的其它实施例中，脉冲波可以用命令编码，并且对于本发明的这些实施例，为了提取并且按编码的命令动作而不响应其它脉冲波和/或命令的目的，激活器64可以解码接收的脉冲波。

作为更具体的例子，按照本发明的一些实施例，激活器64可以是基于弹道的激活器，如射孔枪的点火头。将命令编码为脉冲波确保：点火头不响应不是由脉冲发生器54产生的脉冲波、或由脉冲发生器54产生并且旨在用于不同激活器的脉冲波而不注意地点火。而且，编码可以涉及为了从中选择一个工具的目的用命令编码地址。例如当几个射孔枪是单个绳索的部分时，这可能特别有利。

对于其中激活器64是点火头的本发明的实施例，激活器64能够从用点火命令编码的一系列脉冲波提取点火命令。在验证点火命令的接收后，激活器64在从激活器64延伸到弹道设备68的导爆索66上启动爆炸波，所述弹道设备68可以是例如响应于爆炸波而将被点火的许多射孔弹的第一个。

要注意到，激活器64可以是除了射孔枪外的工具的激活器。例如，按照本发明的其它实施例，激活器可以被用于控制对封隔物、阀、插塞等(仅仅作为几个例子)的操作的目的。而且，取决于本发明的具体实施例，激活器可以基于弹道的或者基于非弹道的。例如，在本发明的一些实施例中，激活器可以通过使用液压响应命令编码或非命令编码的脉冲波，以操作井下元件(例如，如阀的套管)。

出于将命令编码成脉冲波的目的，脉冲发生器58的阀和/或泵可以由计算机52控制，该计算机52可以包括处理器54，该处理器54出于控制产生脉冲的表面要求的目的，执行(存储在计算机52的存储器56中的)程序指令55。在这点上，按照本发明的一些实施例，出于用命令编码脉冲波的目的，脉冲波的产生可以由计算机52精确地调整。

鉴于前文，按照本发明的一些实施例，在图3中描述的技术80可以被用来通过一个或多个障碍通信。依照技术80，脉冲发生器被控制(块82)来产生命令编码的高强度脉冲波。依照块86，该脉冲波接着被允许传播通过井的一个或多个障碍。命令可以接着从脉冲波被解码(块90)，并且激活器可以响应于解码的命令被启动(块94)。因此，例如激活器64(图2)可以为了标识特定的命令(例如，点火命令)的目的，比较一系列接收脉冲的时间签名(time-signature)。在识别该命令后，激活器64接着可以启动井下工具的操作。其它的变化是可能的并且在权利要求的范围内。

参照图4，按照本发明的一些实施例，如上所述的高强度脉冲波通信技术可以与井使用，如示范性的井100。绳索120可以在井100的井眼110内向井下延伸，并且可以包括多个射孔枪，如上射孔枪140和下射孔枪150。取决于本发明的具体实施例，井眼110可以(经由套管绳索112)套管或者不套管。每个射孔枪140、150具有相关联的启动器64。例如，出于点火枪140的射孔弹的目的，上射孔枪具有相关联的启动器64₁，而用于点火其射孔弹的目的，射孔枪150具有相关联的启动器64₂。

要注意到，取决于本发明的具体实施例，井100可以是地下或者海底井。此外，取决于本发明的具体实施例，绳索120可以是盘管(coiled tubing)或者从连接部分形成。

如图4所示，按照本发明的一些实施例，脉冲发生器58位于井100的表面。脉冲发生器58可以在绳索120的中央路径产生高密度的基于液体的脉冲波(如图4所示)。然而，按照本发明的其它实施例，脉冲发生器58可以在位于井100的环面的液体中产生高密度的基于液体的脉冲波。因此，许多变化是可能的并且在权利要求的范围内。

由于由脉冲发生器58产生的脉冲的能量，各脉冲克服了如遮挡物、封隔物、绳索套等的障碍，该障碍在其它情况下可能妨碍表面和启动器64₁和64₂之间的通信。

参照图5，在本发明的另一个实施例中，井200可以被用于通过井下障碍通信的目的。井200具有类似于井100的设计(相同的参考标号被使用)，除了井200不包括基于表面的脉冲发生器58。替代地，在本发明的该具体实施例中，绳索210(代替绳索120)包括基于绳索的脉冲发生器204。因此，发生器204可以离开表面在井中朝井下放置，并且可以经由线路、液体等与井的表面通信。这样的安排的具体优点是：脉冲发生器204可以被放置在要对其施加脉冲的井的特定液体的附近。此外，发生器204的井下位置可以绕开一个或多个井下障碍。取决于本发明的具体实施例，脉冲发生器可以基于电力、水力、机械或者弹道。

图6描述了当用作点火头时激活器64的示范性实施例。出于检测发送的脉冲的目的，激活器64可以包括传感器310。例如，按照本发明的一些实施例，出于检测通过容纳传感器310的绳索的壁传播能量的目的，传感器310可以是基于声学的传感器。出于分析由传感器310读出的能量的目的，处理器314被电耦合到传感器310。因此，出于解码命令的目的，处理器314可以经由传感器310分析接收的压力脉冲，并且将这些脉冲与预定的时间签名比较。响应于检测点火命令，出于激活爆炸箔条启动器(exploding foil initiator，EFI)326的目的，处理器310可以激活升高由井下电压源322提供的电压的电压升高器(booster)320。EFI326的激活又导致相应的弹道设备68的激活。作为例子，弹道设备68可以是火焰(pyrotechnic)、次级炸药(secondaryexplosive)等。

其它的实施例是可能的并且在权利要求的范围内。例如，参照图7，按照本发明的其它实施例，用于将命令通信到井下激活器的技术400使用高频声学能量，其能够传播通过一个或多个井下通信障碍。作为例子，按照本发明的一些实施例，高频声学能量可以是具有其大多数频谱能量位于大约300赫兹(Hz)以上的能量。

依照技术400，命令编码的高频声学能量被产生(块402)，并且被允许(块410)传播通过一个或多个井下通信障碍。命令接着被从在(各)障碍的另一侧接收的高频声学能量解码(块414)。激活器接着响应于被解码的命令而被启动(块418)。

取决于本发明的具体实施例，高频声学能量可以由基于表面或基于绳索的发生器产生。该发生器可以包括例如附接到撞针的紧轴，该撞针在紧轴充分到达时弹道表面。该紧轴因此可以前后移动以不断地弹道撞针和表面，以产生声学能量。取决于本发明的具体实施例，紧轴可以是水力、机械或电力、或弹道地驱动。

参照图8，按照本发明的一些实施例，如上所述的技术可以结合井500使用。井500包括套管绳索502，其向井下延伸以与井眼510对齐。如图8所示，套管绳索502可以用水泥504固定就位。套管绳索502包括套管传输射孔枪520(作为实例描述了上套管传输射孔枪520a和下套管传输射孔枪520b)，其正如它们的名字所暗示的，是集成到套管绳索502中的射孔枪。

更具体地讲，作为一个例子，每个套管传输射孔枪520包括放射状延伸的翅片(fin)524，该翅片524一般来说与射孔枪520的纵轴平行，并且包含射孔弹530(例如，聚能射孔弹)。出于将射孔弹530弹道耦合在一起的目的，导爆索532环绕套管传输射孔枪520的外围延伸。因此，响应于沿导爆索532传播的爆炸波，射孔枪530点火以形成通过水泥504延伸并且进入周围的地层的相应射孔喷射。

在使用套管传输射孔枪中的潜在挑战是与枪的通信可能受到组装枪的方式的妨碍。更具体地讲，套管绳索502包括结合点(joint)，如示范性的结合点516。因此，套管绳索502通过在结合点将相对应的套管绳索部分连接在一起，在表面组装。这些结合点又可以限制与套管传输射孔枪520的通信。更具体地讲，通过套管结合点516安排导爆索是非常有挑战力的。因此，这损害了以传统由顶到下序列点火套管传输射孔枪520的能量，在传统由顶到下序列中，上面的套管传输射孔枪520a点火，然后较低的射孔枪520b点火等。为了克服由套管结合点516造成的通信障碍，按照本发明的一些实施例，在套管传输射孔枪520之间通信弹道波而不使用导爆索。

更具体地，按照本发明的一些实施例，每个套管传输射孔枪520包括接受器(acceptor)弹540，其连接到枪520的导爆索532。接受器弹540被构造来响应弹道波，该弹道波由导爆索从没有与接受器弹540连接的弹道源传播。因此，接受器弹540可以位于距产生弹道波几英尺(例如，多于一英尺)(如果不是几百英尺的话)处。响应于接收所述弹道波，接受器弹540在导爆索532启动相对应的爆炸波，其又点火套管传输射孔枪520的射孔弹530。

按照本发明的一些实施例，上套管传输射孔枪520a的射孔弹530的点火经由工具560(如经由有线线路559朝井下下降的有线线路工具)启动。取决于本发明的具体实施例，其它的工具和其它的安排可以被用来启动上射孔枪520a的射孔弹530的点火。例如，按照本发明的其它实施例，上套管传输射孔枪520a的射孔弹530的点火可以经由有线连接、经由导爆索、经由液体中的脉冲等完成。因此，许多变化是可能的并且在权利要求的范围内。对于在如图8中描述的实施例，为产生弹道波的目的，工具560包含启动供体(donor)弹564的点火的点火头562，该弹道波传播到上套管传输射孔枪520a的接受器弹540。

在爆炸波沿着导爆索532传播到上套管传输射孔枪520a的射孔弹530之后，爆炸波启动枪520a的供体弹550的点火。该启动又产生弹道波，其在没有导爆索的帮助下传播到下套管传输射孔枪520b。下套管传输射孔枪520b又包括：接受器弹540，其响应弹道波在其导爆索532上产生爆炸波，以点火头下套管传输射孔枪520b的射孔弹530。该爆炸波还可以启动下套管传输射孔枪520b的供体弹550的点火，以导致在井中更向下放置的套管传输射孔枪的射孔弹的点火。

参照图9，总之，按照本发明的一些实施例，用于点火套管传输射孔枪的技术600包括：在上套管传输射孔枪520a中点火(块604)接受器弹540，以启动上套管传输射孔枪520a的导爆索532上的爆炸波。该爆炸波被用来(块608)点火上套管传输射孔枪520a的射孔弹。

依照块612，爆炸波还被用来点火上套管传输射孔枪520a的供体弹550以产生弹道波，该弹道波无需借助导爆索而传播到下套管传输射孔枪520b。

参照图9B，接受器弹540和下套管传输射孔枪520b被点火(块614)，以响应于弹道波而启动在下套管传输射孔枪520b的导爆索532上的爆炸波。该爆炸波被用来(块618)点火下套管传输射孔枪520b的射孔弹530。按照本发明的一些实施例，该爆炸波还可以被用来(块622)点火下套管传输射孔枪520b的供体弹550，以点火在枪520b下的枪。因此，为了点火附加的射孔枪的目的，如上所述的链可以重复。

尽管参照有限数量的实施例描述了本发明，但是具有本公开的获益的本领域技术人员将从其认识到许多修改和变化。意图在于，权利要求书覆盖落入本发明的真正精神和范围的所有这样的修改和变化。

Claims

1.一种可与井使用的方法，包括：

在井中产生第一命令编码的脉冲激励，以使得该激励第二命令编码的激励从井中的通信障碍出现；以及

响应于该第二命令编码的激励启动井下工具的激活器。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述产生包括产生液压锤。

3.如权利要求1所述的方法，其中每个脉冲激励超过大约2.7N·m。

4.如权利要求1所述的方法，其中脉冲激励包括压力波，每个压力波具有在小于大约500ms的持续期超过200psi的幅度。

5.如权利要求1所述的方法，其中产生包括激活基于弹道的脉冲发生器。

6.如权利要求1所述的方法，其中产生包括在井的液体中产生脉冲。

7.如权利要求1所述的方法，其中产生包括激活弹道设备。

8.如权利要求1所述的方法，其中产生包括在井的表面产生脉冲。

9.如权利要求1所述的方法，其中产生包括在井中产生朝井下的脉冲。

10.如权利要求1所述的方法，其中通信障碍包括下列的至少一个：液体、遮挡物、水泥和金属。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述响应包括：只有第二命令编码的激励对应预定时间签名才启动激活器。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述响应包括：响应于所述第二命令编码的激励激活下列的至少一个：阀、插塞和移动轴套。

13.一种可与井使用的系统，包括：

发送器，用于在井中产生第一命令编码的脉冲激励，以使第二命令编码的激励从井中的通信障碍出现；以及

接收器，在井中朝井下放置，以响应该第二命令编码的激励来启动井下工具的激活器。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述产生包括产生液压锤。

15.如权利要求13所述的系统，其中每个脉冲激励超过大约2.7N·m。

16.如权利要求13所述的系统，其中脉冲激励包括压力波，每个压力波具有在小于大约500ms的持续期超过200psi的幅度。

17.如权利要求13所述的系统，其中所述响应包括只有第二命令编码的激励对应预定时间签名才启动激活器。

18.一种可与井使用的方法，包括：

将声学能量通信到所述井中，该声学能量的大多数频谱能量具有大于300赫兹的频率；以及

响应于所述通信，激活井下工具。

19.如权利要求18所述的方法，还包括：

在井中的井下，将声学能量的签名与预定的签名比较，以确定是否激活所述工具。

20.如权利要求18所述的方法，其中启动所述工具的动作包括：激活阀、插塞和移动轴套之一。

21.一种与井使用的方法，包括：

将弹道波从井中的第一点通信到井中的第二点，而不将弹道波沿着导爆索传播，所述第一和第二点分开至少一英尺；以及

响应于所述第二点附近的弹道波，致动井下工具。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述井下工具包括射孔枪。

23.如权利要求21所述的方法，其中所述通信包括：

通过通信障碍通信。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述通信障碍包括套管结合点。

25.如权利要求21所述的方法，其中所述井下工具包括套管传输射孔枪。

26.如权利要求21所述的方法，还包括：

响应于沿着导爆索的爆炸波的传播，产生弹道波。

27.一种与井使用的系统，包括：

位于井中的第一点的弹道发生器，用于产生弹道波；以及

位于井中第二点的工具，用于响应所述弹道波，

其中所述弹道波不沿着第一和第二点之间的导爆索传播，并且所述第一和第二点分开至少一英尺。

28.如权利要求27所述的系统，其中所述工具包括射孔枪。

29.如权利要求27所述的系统，其中所述通信包括：

通过通信障碍通信。

30.如权利要求29所述的系统，其中所述通信障碍包括套管结合点。

31.如权利要求27所述的系统，其中所述工具包括套管传输射孔枪。

32.如权利要求27所述的系统，还包括：

响应于沿着导爆索的爆炸波的传播，产生弹道波。