CN103534436B - 自主式井下输送系统 - Google Patents
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Abstract
本文提供工具组件，所述工具组件包括可致动工具诸如阀或坐封工具。并且包括定位装置，所述定位装置根据物理标记感测管状体内工具组件的位置。工具组件还包括机载控制器，所述机载控制器被配置以当定位装置根据物理标记已经识别工具的选择位置时向可致动工具发送激活信号。可致动工具、定位装置和机载控制器一起被设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在井筒中。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2010年12月17提交的美国临时申请No.61/424,285和2011年 10月28日提交的美国临时申请No.61/552,747的权益。
发明背景
这部分旨在介绍与本公开的示例性实施方式有关的技术的各方面。该讨论相信有助于提供框架，便于更好地理解本公开的具体方面。因此，应当理解这部分应当以这种角度阅读，而不必作为对现有技术的承认。
技术领域
本发明总体上涉及井筒操作的领域。更具体地，本发明涉及用来激活(启动，activate)井筒中的井下工具的自主式输送系统。
背景技术
在油井和气井的钻井中，井筒用在钻柱下端的向下推进的钻头形成。在钻井到预定的深度之后，钻柱和钻头被移除并且用套管串(string of casing)对井筒加衬。因此在套管串和周围的地层之间形成环形区域。
通常进行注水泥操作以便用水泥柱填充或“挤压”该环形区域。水泥和套管的结合增强井筒并且促进该套管后面的地层的层位封隔。
通常将若干个具有逐渐变小的外径的套管柱放置在井筒中。第一个管串可以称作导体管或表层套管。这种套管串用来隔离并保护较浅的、含有新鲜水的含水层不被任何其他井筒流体污染。因此，这些套管串几乎总是被整个地注水泥，回到地面。钻井以及然后对逐渐变小的套管串注水泥的过程重复若干次直到该井达到总深度。在一些情况下，最后的套管串是衬管(liner)，即，不回接至地面的套管串。最后的套管串——被称为生产套管——通常也注水泥到适当位置。
作为完井(completion)过程的一部分，生产套管在希望的水平(level)射孔。这意味着横向孔射穿该套管和围绕该套管的水泥柱。该射孔允许烃流体流进该井筒中。其后该地层通常被压裂(fracture)。
水力压裂包括以高压力和速率将粘性流体(通常剪切稀化的非牛顿凝胶或乳液)注入到地层中，以致于使储层(reservoir)岩石分裂并形成裂缝网络。压裂液通常与粒状支撑剂材料诸如砂子、陶瓷珠或其他粒状材料混合。在液压释放之后该支撑剂用来保持裂缝敞开。裂缝和所注入的支撑剂的组合增加该处理过的储层的流动能力。
为了进一步刺激(stimulate)该地层并且清理井下的井筒附近区域，操作者可以选择“酸处理”该地层。这是通过沿着井筒向下注入酸溶液并穿过该射孔来进行。当地层包括碳酸盐岩时利用酸处理溶液是特别有益的。在操作中，钻井公司将浓缩的甲酸或其他酸性组成注入井筒中，并且将流体引入选择的目的层段中。酸帮助溶解碳酸盐物质，因而打通孔隙通道，通过这种孔隙通道烃流体可以流进井筒中。此外，酸帮助溶解可能已经侵入地层中的钻井泥浆。
如上面描述的水力压裂和酸刺激的应用是石油工业作业的常规部分，如应用于各个烃生产地层(或“产油层”)。这种产油层可占地下地层总垂直垂直厚度高达大约60米(100英尺)。当存在将要水力压裂的多个或分层的地层，或非常厚的含烃地层(大约40米，或131英尺以上)时，于是需要更复杂的处理技术以实现整个目标地层的处理。在这方面，作业的公司必须隔离各个层段或部分，以确保每个分开的层段不仅被穿孔，而且被适当地压裂并处理。以这种方式，操作者确保压裂液和/或刺激剂被注入通过每组射孔并且进入每个目的层段，以在每个希望的深度处有效地增加流动能力。
用于预生产处理的各个层段的隔离要求层段分阶段处理。这又涉及利用所谓的导流方法。在石油行业的术语中，“导流(diversion)”是指使进入一组射孔的注入流体转向，使得该流体主要只进入一个选择的目的层段。在多个目的层段要被射孔的情况下，这需要实行多个转向阶段。
为了隔离选择的目的层段，可以在井筒内采用各种导流技术。已知的导流技术包括利用：
-机械装置诸如桥塞、封隔器、井下阀、滑动套筒、和挡板/塞组合；
-球形密封器；
-颗粒物诸如砂子、陶瓷材料、支撑剂、盐、蜡、树脂或其他化合物；
-化学系统诸如增稠的流体、胶凝流体、泡沫或其他化学配制的流体；和
-有限的进入方法。
用于临时阻挡流体流进或流出给定的一组射孔的这些和其他方法更充分地描述在2002年授权的名称为“Method and Apparatus for Stimulation of MultipleFormation Intervals(用于刺激多个地层层段的方法和设备)”的美国专利号6,394,184中。
‘184专利还公开了各种技术，用于将井底组件(bottom hole assembly，“BHA”)移动到井筒中，并且然后在井筒和各个目的层段之间形成流体连通。在大多数实施方式中，BHA包括各种具有相关弹药的射孔枪。在大多数实施方式中，BHA通过从地面延伸的金属线被部署在井筒中。金属线向用于起爆的射孔枪提供电信号。电信号允许操作者引起弹药起爆，从而形成射孔。
BHA还包括一组机械致动的、轴向位置锁定装置或滑动件。滑动件通过循环压缩和拉伸之间的轴向载荷经由“连续J”机构致动。以这种方式，滑动件是可再设置的。
BHA还包括可膨胀的封隔器或其他密封机构。在滑动件已经设置在套管内之后封隔器通过施加轻微的压缩载荷被致动。与滑动件一起，封隔器是可再设置的，以便BHA可以沿着井筒移动到不同的深度或位置，以便沿着选择的目的层段隔离射孔。
BHA还包括套管接箍定位器。套管接箍定位器初始允许操作者监控用于适当地起爆弹药的组件的深度或位置。在弹药起爆(或为了与周围目的层段流体连通，套管以另外方式被穿透)之后，BHA被移动使得封隔器可以设置在希望的深度处。套管接箍定位器允许操作者将BHA移动到相对于新形成的射孔的适当深度，并且然后隔离这些射孔以进行水力压裂和化学处理。
在‘184专利中所公开的BHA的各种实施方式的每个包括用于将组件部署在井筒中并且然后在井筒中上下直移(translating)组件的装置。这种直移装置包括挠性管串、常规连接的管道、金属线(wireline)、电线(electric line)或直接连接于 BHA的牵引器系统。在任何情况下，井底组件的目的是使操作者能够沿着各个目的层段射孔套管，并且然后顺序地隔离相应的目的层段以便压裂液能够在同一个行程中注入目的层段。
在‘184号美国专利中所公开的井底组件和地层处理工艺(“ACT-Frac工艺”) 帮助加快完井过程。在这方面，操作者可以选择地设置滑动件和封隔器，用于射孔和随后的地层处理。操作者也可以在第一个位置设置BHA，压裂或以其他方式刺激地层，释放BHA，并且沿着井筒将它移动到一个新的水平，而不需要在各阶段之间从井筒中移除BHA。
但是，正如早先已知的完井工艺的情况一样，ACT-Frac工艺需要使用昂贵的地面设备。这种设备可以包括不压井起下作业装置(snubbing unit)或润滑器 (lubricator)，其可以在井口之上延伸75英尺之多。在这方面，不压井起下作业装置或润滑器必须具有大于射孔枪组件(或其他工具串)长度的长度，以允许射孔枪组件在压力下安全地部署在井筒中。
图1是井场100的侧视图，其中正在钻井。井场100利用已知的地面设备50 以将井筒工具(未示出)支撑在井筒10之上和其内。井筒工具可以是，例如，射孔枪或压裂塞。
举例说明的地面设备50首先包括润滑器52。润滑器52限定了细长的管状装置，其被配置以接纳井筒工具(或井筒工具串)并且将它们引进到井筒10中。润滑器52以井筒10中的压力被控制并保持的方式运送工具串。对于容易得到的现有的设备，从地面105到润滑器52的顶端的高度可以是大约100英尺。根据总长度的要求，也可以用其他润滑器悬挂系统(适于完井/修井设备)。可选地，为了减少总的地面高度要求，类似于2000年5月2日发授权的美国专利号6,056,055中所述的井下润滑器系统可以用作地面设备50和完井作业的部分。
井口70设置在地面105上井筒10上方。井口70用来选择地密封井筒10。在完井期间，井口70包括各种卷绕部件，有时被称为卷筒部件。在钻机安装(rig-up) 作业、刺激作业和钻机拆卸(rig-down)作业期间井口70和其卷绕部件用于流动控制和液力隔离。
卷筒部件可以包括顶部阀72。顶部阀72用来隔离井筒10与润滑器52或井口 70上方的其他部件。卷筒部件还包括下部主压裂阀125和上部主压裂阀135。这些下部主压裂阀125和上部主压裂阀135提供用于隔离其各自位置上方和下方的井筒压力。根据井场具体实践和刺激工作设计，可以不需要或不使用这些隔离类型阀其中之一。
井口70和其卷筒部件还可以包括侧出口注入阀74。侧出口注入阀74提供用于将刺激流体注入到井筒10的位置。用于注入刺激流体的地面泵(未示出)和容器(未示出)的管道利用合适的配件和/或连接件连接于注入阀74。
润滑器52通过吊车臂54悬挂于井筒10的上方。吊车臂54由吊车底座56支撑在地面105上。吊车底座56可以是能够在道路上输送吊车臂54的部分或全部的工作车辆。吊车臂54包括用来保持并操纵润滑器52进入和离开井筒10上面的位置的金属线或缆58。吊车臂54和吊车底座56被设计以支撑润滑器52的载荷和完井作业预期的任何载荷要求。
作为吊车臂54和吊车底座56的另一种方案，可以使用液压悬挂系统。对于不压井起下作业装置这是更常见的。
在图1的视图中，润滑器52已经坐放(set down)在井筒10上方。示例性的井筒10的上部可见。井筒10限定了从地面105延伸并进入地下110的孔5。
井筒10首先用表层套管20串形成。表层套管20具有与下部主压裂阀125密封连接的上端22。表层套管20还具有下端24。表层套管20用周围的水泥壳层25 固定在井筒10中。
井筒10还包括生产套管30串。生产套管30也用周围的水泥壳层35固定于井筒10中。生产套管30具有与上部主压裂阀135密封连接的上端32。生产套管 30还具有下端(未示出)。应当理解井筒10的深度优选延伸到将要刺激的最下面的层段或地下层段的下面的一定距离，以容纳井下工具诸如射孔枪组件的长度。
再一次参考地面设备50，地面设备50还包括金属线85。金属线85在滑轮上经过并且然后向下通过润滑器52，并且支撑井下工具(未示出)。为了保护金属线 85，井口70可以包括金属线隔离工具76。金属线隔离工具76提供这样的装置：用于在地层压裂过程期间保护金属线85，隔离注入到侧面出口注入阀74的含有支撑剂的流体的直接流动。
地面设备50还示出具有防喷器60。防喷器60在操作失常的情况下通常被远程致动。润滑器52、吊车臂54、吊车底座56、金属线85和防喷器60(以及它们相关的辅助控制和/或致动部件)是完井技术领域的普通技术人员已知的标准设备。
应当理解，地面设备50的各种物件和井口70的各种部件仅仅是示例性的。典型的完井作业将包括各种阀、管、容器、配件、连接件、仪表、泵、以及其他装置。而且，井下设备可以利用电线、挠性管或牵引器引入和引出井筒。可选地，可以应用钻机或其他平台，并且使用连接的工作管。
吊车和悬挂的润滑器的使用增加完井工作的费用和复杂性，因而降低钻井工程的整体经济性。而且，在井位上存在的吊车和金属线设备占有所需空间。因此，本发明人已经构思不需要润滑器和吊车就可以部署在井筒中的井下工具。这种井下工具包括射孔枪和桥塞。这种井下工具是自主式的，意味着他们是不必从地面机械控制的，并且不接收来自地面的电信号。有利的是，这种工具可以用来沿着井筒射孔并处理多个层段，而不受泵送速率的限制或不需要细长的润滑器。
第一个专利申请描述一些自主式工具的设计和操作。申请名称为“Assembly AndMethod For Multi-Zone Fracture Stimulation of A Reservoir Using AutonomousTubular Units (利用自主式管状单元对储层进行多层段压裂刺激的组件和方法)”。在该申请中，首先提供工具组件。工具组件计划用于进行管式作业。在一个实施方式中，工具组件包括可致动工具。可致动工具可以是，例如，压裂塞、桥塞、切削工具、套管补贴(patch)、水泥承转器、或射孔枪。
工具组件优选响应指定的事件自毁。因此，在工具是压裂塞的情况下，工具组件可以在设置之后在指定的时间在井筒内自毁。在工具组件是射孔枪的情况下，工具组件可以在达到选择的水平或目的层段后随枪射击自毁。
工具组件还包括定位装置。定位装置被设计以感测管状体内可致动工具的位置。管状体可以是，例如，构造成生产烃流体的井筒，或用于输送流体的管道。
定位装置根据沿着管状体提供的物理标记感测在管状体内的位置。在一种布置中，定位装置是套管接箍定位器，并且物理标记由沿着管状体的接箍的间隔形成。接箍由接箍定位器感测。在另一种布置中，定位装置是射频天线，并且物理标记由沿着管状体的识别标签的间隔形成。识别标签由射频天线感测。
工具组件还包括机载(on-board)控制器。控制器被设计以在定位装置已经识别工具的选择位置时向可致动工具发送致动信号。位置再次基于沿着井筒的物理标记。可致动工具、定位装置和机载控制器一起被设定尺寸并布置作为自主式单元部署在管状体中。
本申请所公开的技术解决一些机械工具的自主式部署。但是仍然需要用于将化学品或其他流体输送到井下选择的位置的自主式输送系统。而且，仍需要致动其他机械工具诸如造斜器，而无需使用电线，或甚至无需润滑器和吊车臂。
发明内容
本文中所描述的组件在进行油气勘探和生产活动中有各种益处。
首先公开用于进行井筒作业的输送组件。输送组件优选是流体输送组件。流体输送组件主要包括细长的流体容器。流体容器被配置以保持流体。流体可以主要是诸如氧气和空气的气态流体。可选地，流体可以是用来沿着管道处理或阻止蜡、水合物或水垢(scale)的化学品。还可选地，流体可以是用来处理地层的化学品，例如，酸和树脂。
流体输送装置还包括至少一个可致动工具。可致动工具可以包括坐封工具，用于坐封滑动件组。滑动件将流体输送组件保持在井筒内的规定位置。可选地或另外，可致动工具可以是阀，其具有用于从流体容器释放流体的一个或多个流出口。因此，流体输送组件可以被设计以当滑动件被坐封时响应致动信号从流体容器释放流体。
流体输送组件还具有定位装置。定位装置通常感测可致动工具在井筒内的位置。感测基于沿着井筒提供的物理标记(signature)。例如，定位装置可以是套管接箍定位器，其通过检测沿着套管壁的磁力异常识别接箍。在这种情况下，物理标记通过沿着套管串的接箍的间隔形成，其中接箍由接箍定位器感测。
可选地，定位装置可以是射频天线，其检测沿着套管壁或在套管壁内间隔的 RFID标签的存在。在这种情况中，物理标记由沿着套管串的识别标签的间隔形成，其中识别标签由射频天线感测。
在一种实施方式中，定位装置包括沿着流体输送组件间隔开的感测装置对。感测装置表示为下部感测装置和上部感测装置。然后，控制器包括时钟，时钟确定当组件经过物理标记标识器时由下部感测装置感测和由上部感测装置感测之间所经过的时间。流体输送组件被编程以根据下部感测装置和上部感测装置之间的距离除以感测之间所经过的时间来确定给定时间的工具组件速度。以这种方式，可致动工具的位置可以相对于由井下标识器提供的物理标记来计算。
流体输送组件还包括机载控制器。机载控制器被配置以当定位装置根据物理标记已经识别工具的选择的位置时，向至少一个可致动工具中的至少一个发送致动信号。优选地，机载控制器是包括机载存储器和内装逻辑的电子模块的部分。
在一种实施方式中，可致动工具之一是起爆器。在这种情况下，电子模块被配置以发送启动起爆流体输送组件的信号。这可以在组件已经到达规定的位置时发生。在这种情况下，流体输送组件自身的起爆用来释放流体。可选地，起爆可以发生在滑动件已经被坐封并且流出口已经打开以将流体释放到井筒中之后的指定时间。
工具组件也可以包括用于向定位装置和机载控制器提供电力的电池组。
流体容器、至少一个可致动工具、定位装置、电池组和机载控制器一起被设定尺寸并且被布置以作为自主式单元部署在井筒中。这意味着工具组件不依赖于来自地面的信号而知道什么时候激活工具。优选地，工具组件被释放到井筒中，而无需工作线(workingline)。工具组件依靠重力下降到井筒中，或者泵送到井下。但是，可以任选地利用无电的工作线诸如滑线(slickline)。在流体已经从流体容器释放之后，滑线可以用来收回流体输送组件。
在可选实施方式中，输送系统是固体输送组件。在这种布置中，组件利用容器(canister)来容纳固体材料。固体材料可以是，例如，球形密封体或其他用于导流(diversion)的固体。可选地，固体可以形成隔离塞。还可选地，固体可以是用于刺激的可燃材料。
在这种布置中，输送组件被设计以响应释放信号从容器中释放固体。一方面，容器由脆性材料制造，并且输送组件构造成响应致动信号自毁。另一方面，输送组件还包括射孔枪，其用于在选择的位置附近射孔套管串。在这种情况下，至少一个可致动工具之一包括射孔枪，因此响应致动信号在选择的位置射击射孔弹。控制器被编程以在致动信号之前发送释放信号。
本文还提供一种用于向地下地层输送流体的方法。方法首先包括将流体输送组件释放到管状体中。管状体可以是沿着其长度具有套管串的井筒。井筒可以完成用于从一个或多个地下地层生产烃。可选地，井筒可以完成用于将流体注入一个或多个地下地层中，例如用于压力保持或封存(sequestration)。
流体输送组件根据上面描述的流体输送组件设计。在这方面，流体输送组件包括细长的流体容器、至少一个可致动工具、用于根据沿着管状体提供的物理标记感测在管状体中的至少一个可致动工具之一的位置的定位装置、以及机载控制器。机载控制器被配置以当根据物理标记定位装置已经识别工具的选择的位置时向可致动工具发送致动信号。
流体容器、定位装置、可致动工具、和机载控制器一起被设定尺寸并被布置以作为自主式单元部署在管状体中。一方面，流体输送组件还包括滑动件组，用于将流体输送组件保持在选择的位置附近。在这种情况下，可致动工具包括用于坐封滑动件的坐封工具，使得滑动件组响应致动信号而被激活。
流体容器容纳流体。方法然后包括从流体容器释放流体。响应释放信号流体在选择的位置释放。
流体可以是在基本上大气压力下装载在小室中的空气。在这种情况下，释放流体在井筒内产生负压“嗝(burp)”。当井筒首先完成时这可以是有益的。在这方面，负压将导致突然拉动流体通过井筒中的射孔。这又将帮助将近井筒区域中的射孔和压裂孔道(tunnel)清理干净。
可选地，流体可以是酸或表面活性剂。这是有益的，例如，在井筒被钻出之后有益于沿着射孔和压裂孔道清理钻井泥浆。也可以用其他流体进行其他井筒操作。
在一种实施方式中，流体输送组件由脆性材料诸如陶瓷制造。在这种情况下，流体输送组件被设计以响应起爆信号而自毁。任选地，流体输送组件包括用于提供自毁的起爆器。在这种情况下，流体输送组件的自毁使得流体容器不再容纳流体，因而释放流体。以这种方式，起爆器实际上可以是可致动工具之一，并且起爆信号是释放信号。可选地，流体释放信号可以在起爆信号之前从控制器发送。
在另一种实施方式中，流体输送组件还包括具有一个或多个流出口的阀。机载控制器发送信号以打开阀，因而释放流体。这可以利用滑动件组停止流体输送组件或不需利用滑动件组停止流体输送组件而进行。在前一种情况下，方法还包括发送信号以打开阀。
本文还提供造斜器组件。造斜器组件也被设计为自主式工具，其被设定尺寸以被接纳在井筒中。造斜器组件也包括可致动工具、定位装置和机载控制器。然而，造斜器组件具有造斜器，而不具有流体容器。
造斜器具有细长的凹形面。凹形面使铣磨钻头转向朝向周围的套管以便形成窗口。优选地，造斜器由脆性材料制造，使得工具组件响应在指定的时间段之后发送的信号而自毁。
用于造斜器组件的可致动工具优选是滑动件组。在沿着套管串形成窗口期间滑动件将造斜器组件保持在适当的位置。响应致动信号滑动件被坐封在规定的或预先编程的位置。
附图说明
为了更好地理解本发明，一些绘图、图表、曲线图和/或流程图添加于本文。但是，应当指出，这些附图仅仅表示本发明的选择的实施方式并且因此不认为限制范围，因为本发明可以容纳其他的等效实施方式和应用。
图1是井场的侧视图，其中井已经完成。提供已知的地面设备以将井筒工具 (未示出)支撑在井筒上面和井筒内。这是现有技术的绘图。
图2是可以用于井筒作业的自主式工具的侧视图。在这个视图中，工具是部署在生产套管串中的造斜器组件。造斜器组件在致动前的位置和致动后的位置两者中示出。
图3是在可选实施方式中可以用于井筒作业的自主式工具的侧视图。在这个视图中，工具是部署在生产套管串中的压裂塞。塞在致动前的位置和致动后的位置两者中示出。
图4A至图4N是井场的侧视图，井筒的下部被示出。井筒正在接纳用于完井的各种自主式工具组件。
图4A是具有用于接纳自主式工具的井筒的井场的侧视图。至少目的层段“T”和“U”的井筒已经完成。
图4B是图4A的井场的侧视图。在这里，在一种实施方式中，井筒已经接纳第一射孔枪组件。
图4C是图4A的井场的另一个侧视图。在这里，第一射孔枪组件已经在井筒中下降到邻近目的层段“T”的位置。
图4D是图4A的井场的另一个侧视图。在这里，第一射孔枪组件的弹药已经起爆，使得射孔枪组件的射孔枪射击。沿着目的层段“T”的套管已经被射孔。
图4E是图4A的井场的又一个侧视图。在这里，流体在高压下正被注入井筒中，使得目的层段“T”内的地层被压裂。
图4F1是图4A的井场的另一个侧视图。在这里，在一种实施方式中，井筒已经接纳自主式流体输送组件。
图4F2是图4F1的井场的后续侧视图。在这里，流体输送组件的流体容器的流出口已经被打开，因而将流体释放到邻近目的层段“T”的井筒中。
图4G是图4A的井场的另一个侧视图。在这里，压裂塞组件已经释放到井筒中。
图4H是图4G的井场的另一个侧视图。在这里，压裂塞组件已经被致动并且被坐封。压裂塞组件被坐封在目的层段“U”的下面。有趣的是，不需要金属线来坐封塞组件。
图4I是图4A的井场的又一个侧视图。在这里，井筒已经接纳第二射孔枪组件。
图4J是图4I的井场的侧视图。在这里，第二射孔枪组件已经在井筒中下降到邻近目的层段“U”的位置。目的层段“U”在目的层段“T”的上方。
图4K是图4I的井场的另一个侧视图。在这里，第二射孔枪组件的弹药已经起爆，使得射孔枪组件的射孔枪射击。沿着目的层段“U”的套管已经被射孔。
图4L是图4A的井场的再一个侧视图。在这里，流体在高压下正被注入井筒中，使得目的层段“U”内的地层被压裂。
图4M1是图4A的井场的又一个侧视图。在这里，第二个流体输送组件正被泵送到井下。流体输送组件被示出在致动前的位置，并且经由任选的滑线系于地面。
图4M2是图4M1的井场的后续侧视图。在这里，流体输送组件的流体容器的流出口已经被打开，因而将流体释放到邻近目的层段“U”的井筒中。
图4M3也是图4M1的井场的后续侧视图。在这里，将流体输送组件保持在适当位置的滑动件已经被释放，并且流体输送组件正被升高返回到地面。压裂塞在目的层段“U”的下面已经被起爆。
图4N提供图4A的井场的最终侧视图。井筒现在正接纳生产流体。
图5示意地示出在一种实施方式中用于自主式井筒工具的多门(multi-gated) 安全系统。
图6是示出在一种实施方式中在井筒中向地下地层输送流体的方法的步骤的流程图。方法包括滑动件组和阀的自主式激活。
图7是示出在一种实施方式中用于形成通过井筒内的套管串的窗口的方法的步骤的流程图。方法包括生产套管串内的造斜器组件的自主式激活。
具体实施方式
定义
如本文所用，术语“烃”是指，如果不是排他地，主要包括，元素氢和碳的有机化合物。烃也可以包括其他元素，例如，但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃通常分为两类：脂肪族或直链烃，和环状或闭环烃，包括环萜烯。含烃材料的例子包括任何形式的天然气、油、煤和能够用作燃料或升级为燃料的沥青。
如本文所用，术语“烃流体”是指气体或液体的烃或烃混合物。例如，烃流体可以包括在地层条件下、在加工条件或在环境条件(15℃和一个大气压)下为气体或液体的烃或烃的混合物。烃流体可以包括，例如，油、天然气、煤层甲烷、页岩油、裂解油、裂解气、煤的裂解产品以及气体或液体状态的其他烃。
如本文所用，术语“产出流体”和“生产流体”是指从包括例如富含有机物的岩层的地下地层分离的液体和/或气体。产出流体可以既包括烃流体又包括非烃流体。生产流体可以包括但不限于油、天然气、裂解的页岩油、合成气、煤的裂解产品、二氧化碳、硫化氢和水(包括蒸气)。
如本文所用，术语“流体”是指气体、液体、和气体与液体的组合、以及气体和固体的组合、液体和固体的组合、和气体、液体和固体的组合。
如本文所用，术语“气体”是指在1atm和15℃下处于其气相的流体。
如本文所用，术语“油”是指主要包含可凝结烃的混合物的烃流体。
如本文所用，术语“地下(subsurface)”是指存在于地面下方的地质地层。
如本文所用，术语“地层(formation)”是指任何可限定的地下区域。地层可以包含一个或多个含烃层、一个或多个非含烃层、任何地质地层的上覆岩层和/或下覆岩层。
如本文所用，术语“层段”或“目的层段”是指包含烃的地层的部分。可选地，地层可以是含水的层段。
为了本公开的目的，术语“陶瓷”或“陶瓷材料”可以包括氧化物诸如氧化铝和氧化锆。具体的例子可以包括氧化铋锶钙铜、氮氧化硅铝、氧化铀、氧化钇钡铜、氧化锌和二氧化锆。“陶瓷”也可以包括非氧化物，例如，碳化物、硼化物、氮化物和硅化物。具体的例子包括碳化钛、碳化硅、氮化硼、二硼化镁和氮化硅。术语“陶瓷”也可以包括复合物，是指氧化物和非氧化物的微粒增强组合。陶瓷另外的具体例子包括钛酸钡、钛酸锶、铁氧体和钛酸锆酸铅。
为了本公开的目的，术语“生产套管”包括沿着目的层段固定在井筒中的衬套串或任何其他的管状体。
术语“易碎的”是指容易弄碎的、弄成粉末的、或破裂成非常小的碎片的任何材料。术语“易碎的”包括脆性材料诸如陶瓷。
术语“可铣的”是指可以在井筒内钻成或磨成碎片的任何材料。这种材料可以包括铝、黄铜、铸铁、钢、陶瓷、酚醛、复合物及其组合。
如本文所用，术语“井筒”是指通过钻探或将导管插入地下制成的地下孔洞。井筒可以具有基本圆形的截面或其他截面形状。如本文所用，术语“井”，当指代地层中的开口时，可以与术语“井筒”互换地使用。
选择的具体实施方式的描述
在本文中关于一些具体的实施方式描述本发明。但是，就以下详细描述针对于具体实施方式或具体应用而言，这仅意为示例性的，而不被解释为限制本发明的范围。
在本文中提出利用自主式工具组件用于完井或其他井筒作业。在这方面，工具组件不需要金属线，并且也不需要以另外的方式机械地系固或电子连接于井筒外面的设备。工具组件的输送方法可以包括重力、泵送、和牵引器输送。
因此本文提出各种工具组件，其通常包括：
-可致动工具；
-定位装置，用于基于沿着管状体提供的物理标记感测可致动工具在管状体内的位置；和
-机载控制器，其被配置以当定位装置根据物理标记已经识别工具的选择的位置时向可致动工具发送激活信号。
可致动工具被设计以响应激活信号被致动以进行管式作业。
可致动工具、定位装置、机载控制器、和或许电池组一起被设定尺寸并且被布置以作为自主式单元部署在井筒中。
图2是示例性自主式工具200的侧视图，该工具可以用于井筒作业。在这个视图中，工具200是部署在生产套管250串中的造斜器组件。生产套管250用多个螺纹连接在接箍254的“接头(接管，joint)”252构成。
在图2中，造斜器组件200′在致动前的位置和致动后的位置两者中示出。致动前位置的造斜器组件在200′示出，而致动后位置的造斜器组件在200″示出。箭头“I”表示造斜器组件200′在其致动前的位置中，向下运动到生产套管250中造斜器组件200″处在其致动后位置的位置。将主要参考在200′，其致动前位置描述造斜器组件。
造斜器组件200′首先包括造斜器201。造斜器201包括成角度的并且凹形的面205。凹形面205被配置以接纳用于形成窗口的铣磨钻头(未示出)，窗口将形成在套管250中。
造斜器组件200′还包括可致动工具。在优选的布置中，可致动工具是滑动件 210′组。滑动件210′沿着围绕组件200′径向间隔的楔(未示出)从组件200′向外安放。滑动件210′可以响应套筒或其他本领域已知的装置的位移沿着楔被向外推动。当被致动时，滑动件210′径向地延伸以“咬合”到套管250中，如210 ′所示。以这种方式，造斜器组件200″被固定在适当的位置。
造斜器组件200′还包括坐封工具212。坐封工具212将致动滑动件210′并且使他们沿着楔直移以接触周围的套管250。在这个实施方式中，术语“可致动工具”可以指滑动件210′、坐封工具212、或两者一起。
造斜器组件200′还包括位置定位器214。位置定位器214用作用于感测在生产套管250中的工具组件200′的位置的定位装置。更具体地说，位置定位器214感测沿着井筒的目标物或“标签”的存在，并且响应产生深度信号。
在图2的视图中，目标物254是套管接箍。这意味着位置定位器214是套管接箍定位器，在行业中称为“CCL”。当其沿着生产套管250向下移动时，CCL感测套管接箍254的位置。虽然图2将位置定位器214表示为CCL，并且将目标物254表示为套管接箍，但是应当理解，在造斜器组件200′中可以应用其他的感测设备。例如，位置定位器214可以是射频检测器，并且目标物254可以是射频识别标签，或“RFID”装置。在这种布置中，标签可以沿着选择的套管接管252的内径放置，并且位置定位器214将限定为检测RFID标签的RFID天线/读取器。可选地，位置定位器214可以是套管接箍定位器和射频天线两者。可以例如每500英尺或 1,000英尺布置射频天线标签，以辅助套管接箍定位器算法。
专门的工具定位算法可以用来精确地跟踪套管接箍。2010年12月27日提交的美国临时专利申请No.61/424,285公开了在井筒中致动井下工具的方法。这个专利申请的名称为“Method for Automatic Control and Positioning of Autonomous Downhole Tools(用于自动控制和定位自主式井下工具的方法)”。
该方法首先包括从井筒获得CCL数据组。这优选利用传统的套管接箍定位器进行。套管接箍定位器在金属线或电线上引入井筒中，以沿着套管串检测磁力异常。CCL数据组使连续记录的磁信号与测量的深度相关联。更具体地说，套管接箍的深度可以根据牵引CCL测井(logging)装置的金属线的长度和速度来确定。这样，形成了井筒的第一CCL测井。
方法还包括选择井筒内用于致动可致动工具的的位置。在造斜器组件200′中，可致动工具优选是滑动件210″组，滑动件210″是坐封工具212的部分或被坐封工具212致动。可致动工具还可以任选地包括弹性体密封元件(未示出)。
方法还包括将第一CCL测井下载在处理器中。处理器是机载控制器的部分，机载控制器又是自主式工具组件的部分。
如图2所示，造斜器组件200′包括机载控制器216。机载控制器216处理由位置定位器214生成的深度信号。处理可以根据美国序号61/424,285中公开的任何方法。一方面，机载控制器216将从位置定位器214产生的信号与从之前CCL测井获得的井筒目标物的预定物理标记进行比较。
机载控制器216被编程以当自主式工具200′穿过套管接箍时连续记录磁信号。以这种方式，形成第二个CCL测井。处理器或机载控制器216通过应用移动窗口的统计分析转换第二CCL测井的记录磁信号。而且，在布置井下工具期间处理器递增地比较转换的第二个CCL测井与第一个CCL测井，以关联表示套管接箍位置的值。这优选通过图形匹配算法来进行。该算法关联了表示套管接箍位置的各个峰值或甚至峰值组。此外，处理器被编程以识别在井筒中的选择的位置，并且然后当处理器已经识别选择的位置之后向可致动井筒装置或工具发送激活信号。
在一些情况下，操作者可访问井筒图形，其提供关于井下标识器诸如套管接箍254的间隔的确切信息。机载控制器216然后可以被编程以计数套管接箍254，因而，当工具在井筒中向下移动时确定工具的位置。
在一些情况下，相对于操作者用于完井选择的“标准”长度诸如30英尺，生产套管250可以被预先设计以具有所谓的短接头，即，例如仅15英尺或20英尺长的选择的接头。在这种情况下，当造斜器组件200′移动通过生产套管250时，机载控制器216可以利用由短接头提供的非均匀间隔作为检查或确认井筒中的位置的装置。
在一种实施方式中，方法还包括转换第一个CCL测井的CCL数据组。这也通过应用移动窗口的统计分析来进行。第一个CCL测井作为第一个转换的CCL测井被下载到处理器中。在该实施方式中，处理器递增地比较第二个转换的CCL测井与第一个转换的CCL测井，以关联表示套管接箍位置的值。
在上述的实施方式中，应用移动窗口的统计分析优选包括限定磁信号值组的图形窗口尺寸，并且然后计算磁信号值随时间的移动平均值m(t+1)。移动平均值 m(t+1)优选是矢量形式，并且表示图形窗口的磁信号值的指数加权的移动平均值。应用移动窗口的统计分析然后进一步包括限定用于窗口统计分析的存储器参数μ，并且计算磁信号值随时间的移动协方差矩阵∑(t+1)。
工具定位算法的其他细节公开在上面参考的美国临时专利申请No.61/424,285中。这个相关的共同未决申请其整个内容通过引用并入本文。
在一种实施方式中，位置定位器214包括加速度计(未示出)。加速度计是测量在自由下落期间经受的加速度的装置。加速度计可以包括检测作为矢量的加速度的大小和方向的多轴能力。当与分析软件通信时，加速度计能够确定目标物的位置。优选地，位置定位器也可以包括陀螺仪。当压裂塞组件200穿过井筒时陀螺仪将帮助保持压裂塞组件200的定向。
在任何情况下，方法还包括发送激活信号。在图2的布置中，这在机载控制器216确定造斜器组件300(或其中特定的部件)已经到达接近选择的目的层段的特定的深度时完成。在图2的例子中，机载控制器216激活滑动件210″(通过坐封工具212)以停止造斜器组件200′的移动并且将工具200″坐封在生产套管250 中的希望的深度或位置处。
应当指出，造斜器组件200″是自主式的，意味着它不是从地面电控制以接收激活信号的。
除了造斜器组件200以外可以使用自主式工具的其他布置。图3是压裂塞组件300的侧视图。压裂塞组件300也示出在生产套管250串内。
在图3中，压裂塞组件300在致动前的位置和致动后的位置两者中示出。压裂塞组件在致动前的位置以300′被示出，而在致动后的位置以300″示出。箭头“I”表示在其致动前的位置的压裂塞组件300′向下移动到生产套管250中压裂塞组件 300″处在其致动后位置的位置。将主要参考在300′，其致动前的位置来描述压裂塞组件。
压裂塞组件300′首先包括塞主体310′。塞主体310′将优选限定弹性体密封元件305。密封元件305响应套筒或其他本领域已知的装置中的位移机械地膨胀。在一种实施方式中，塞主体310′利用套筒或滑环通过挤压这个密封元件305被致动；另一方面，塞主体310′通过沿着楔(未示出)向外推动密封元件305被致动。
塞主体310′还可以包括滑动件311组。滑动件311沿着围绕组件300′径向间隔的楔(未示出)从组件300′向外安放。优选地，滑动件311还响应与密封元件305 相同的套筒或其他装置中的位移沿着楔被向外推动。当被致动时滑动件311径向地延伸以“咬合”到套管250中，将塞组件300″固定在适当的位置。具有合适的滑动件设计的现有塞的例子是SmithCopperhead Drillable Bridge Plug(史密斯铜头可钻孔桥塞)和Halliburton FasFrac Plug(Halliburton Fas压裂塞)。
压裂塞组件300′还包括坐封工具312。坐封工具312′将致动密封元件305和滑动件311并且使它们沿着楔直移以接触周围的套管250。
在塞组件300″的致动后位置，塞主体310′以膨胀状态示出。在这方面，弹性体密封元件305膨胀至与周围的生产套管250密封啮合，并且滑动件311膨胀至与周围的生产套管250机械啮合。因此，在工具组件300″中，由密封元件305和滑动件311组成的塞主体310 ′限定可致动工具。坐封工具312也可以被当作可致动工具的部分。
正如图2的造斜器组件200的情况一样，压裂塞组件300也包括位置定位器 314和机载控制器316。这些具有和图2的位置定位器214和机载控制器216相同的功能。再一次利用特定的工具定位算法精确地跟踪套管接箍或其他标签。激活信号从机载控制器316发送以在井筒中的规定的位置致动塞体310′。以这种方式，井下工具300是自主式的，意味着它不是从地面电控制以接收激活信号的。
其他的机械装置可以被配置为自主式工具。这些装置包括桥塞、切削工具、套管补贴、水泥承转器、和射孔枪。这种自主式工具在上面参考和并入的2010年 5月26日提交的美国临时专利申请No.61/348,578中被进一步讨论。
在本申请中未描述的装置是流体容器。图4A至图4N图解了完井的选择步骤，包括利用流体容器(container)或容器(canister)将流体输送到选择的地下地层中。流体容器是在图4F1、4F2、4M1、4M2和4M3中具体示出的流体输送组件410的部分。
图4A至图4M3图解在图示的井筒中各种自主式工具的使用。首先，图4A是井场400的侧视图。井场400包括井口470和井筒450。井筒450包括用于接纳自主式工具组件和其他完井设备的孔405。孔405从地面105延伸，并且进入地下 110。井筒450至少在地下110的目的层段“T”和“U”中被完成。
井筒450首先用表层套管420串形成。表层套管420具有与下部主压裂阀425 密封连接的上端422。表层套管420还有下端424。表层套管420用周围的水泥壳层412固定在井筒450中。
井筒450还包括生产套管430串。生产套管430也用周围的水泥壳层414固定在井筒450中。生产套管430具有与上部主压裂阀435密封连接的上端432。生产套管430也具有靠近井筒450的底部的下端434。应当理解，井筒的底部或深度在地面105的下面延伸数千英尺。
生产套管430延伸通过最下面的目的层段“T”，并且也通过层段“T”上面的至少一个目的层段“U”。将进行包括顺序地对层段“T”和“U”的每个进行射孔的井筒操作。
在完成阶段期间，井口470也将包括一个或多个防喷器。防喷器通常在操作失常的情况下被远程致动。在较浅的井中，或在具有较低的地层压力的井中，主压裂阀425、435可以是防喷器。在任何一种情况下，主压裂阀425、435用于选择性地密封井筒450。
井口470和其部件在钻机安装作业、刺激作业和钻机拆卸作业期间用于流动控制和液力隔离。井口470可以包括顶部阀472。当井下工具在发射到井筒450中之前被放置在井口470的上方时，顶部阀472用来隔离井筒400。井口470还包括侧出口注入阀474。侧出口注入阀474位于流体注入管道471内。流体注入管道 471提供用于注入压裂液、加重流体、和/或刺激流体到孔405中的装置，其中流体的注入由阀474控制。
用于注入刺激(或其他)流体的来自地面泵(未示出)和容器(未示出)的管道连接于阀474。利用合适的软管、配件和/或连接件(未示出)。刺激流体然后被泵送到生产套管430中。
应当理解，图4A所示的各种井口部件仅仅是示例性的。典型的完井操作将包括各种阀、管、容器、配件、连接件、仪表、以及其他流体控制装置。这些可以包括压力平衡管道和压力平衡阀(未示出)，用于在工具串下降到井筒405中之前将工具串定位在下部阀425上方。井下设备可以利用电线、滑线、或挠性管引入和引出井筒450。而且可以利用钻机或其他平台，并且使用连接的工作管。
图4B是图4A的井场400的另一个侧视图。在这里，井筒450已经接纳第一射孔枪组件401。第一射孔枪组件401被设计以自主的方式操作，如上面所参考和并入的美国临时专利申请No.61/348,578中所更充分地描述的。
射孔枪组件406包括射孔枪406。射孔枪406可以是发射例如16发的选择发射枪。枪406具有相关的弹药，以便使弹药从枪406发射到周围的生产套管430 中。通常，射孔枪406包含沿着枪406的长度分布并且按照希望的规定定向的聚能射孔弹(shaped charge)串。弹药优选连接于单个引爆线，以确保同时起爆所有的弹药。合适的射孔枪的例子包括来自Schlumberger的Frac GunTM和来自 Hallburton的
在图4B中能够看到射孔枪组件401在井筒450中向下运动，如由箭头“I”所表示的。射孔枪组件401可以只是响应重力的牵引下落通过井筒450。此外，操作者可以通过利用地面泵(未示出)施加液压协助射孔枪组件401的向下运动。可选地，射孔枪组件401可以通过利用牵引器(未示出)帮助其向下运动。
图4C是图4A的井场400的又一个侧视图。在这里，第一射孔枪组件401已经在井筒450中下降到邻近目的层段“T”的位置。根据本发明，射孔枪组件401包括定位装置407。定位装置407按照关于图2所描述的定位装置214来操作。在这方面，定位装置407响应沿着生产套管430放置的标签或“井下标识器”产生信号。
射孔枪组件401还包括机载控制器409。机载控制器409按照关于图2所描述的机载控制器216来操作。在这方面，机载控制器409利用合适的逻辑和电源单元处理由位置定位器407产生的深度信号。一方面，机载控制器409将产生的信号与井筒目标物(例如，图2中的接箍254)所获得的预定的物理标记进行比较。
图4D是图4A的井场400的另一个侧视图。在这里，射孔枪组件401的弹药已经起爆，使得射孔枪406射击。沿着目的层段“T”的套管已经被射孔。射孔456T 组被示出从井筒450延伸并且进入地下110。虽然在侧视图中只有六个射孔456T 被示出，但是应当理解，可以形成额外的射孔，并且这种射孔将在生产套管430 周围径向地延伸。
除了形成射孔456T之外，射孔枪组件401还是自毁的。机载控制器409激活引爆线，引爆线点火与射孔枪406有关的弹药，以在希望的深度或位置起动生产套管430的射孔。为了实现这个目的，枪组件401的部件由脆性材料制造。射孔枪401可由例如陶瓷材料制造。在起爆后，构成射孔枪组件401的材料可以在后面的完井阶段成为喷射到裂缝中的支撑剂混合物的部分。
图4E是图4A的井场400的又一个侧视图。在这里，流体在高压下正被注入井筒450的孔405中。流体的向下运动由箭头“F”表示。流体运动通过射孔456T 并进入周围的地下110中。这使得目的层段“T”内形成裂缝458T。
希望将酸溶液放置到新射孔456T附近的孔405中，以便除去碳酸盐组成和残留的钻井泥浆。酸溶液还可以注入到新形成的裂缝458T中，以刺激地下110，用于烃生产。历史上，这是仅仅通过注入一定体积的酸溶液，或将酸溶液“放置”到井筒中并且将其向下泵送来完成的。但是，希望更精确地放置希望体积的酸。这可以通过利用新型流体输送组件来进行。
图4F1和4F2是图4A的井场400的另外的侧视图。在这里，井筒450已经接纳流体输送组件410。流体输送组件410包括流体容器415。优选地，流体容器415 是细长的、圆柱形的容器，用于保持指定体积的流体。
流体输送组件410表示另一种自主式工具。根据本发明，流体输送组件410 包括定位装置414。定位装置414按照关于图2所描述的定位装置214来操作。在这方面，定位装置414响应沿着生产套管430放置的标签或“井下标识器”产生信号。
流体输送组件410还包括机载控制器416。机载控制器416按照关于图2的机载控制器216来操作。在这方面，机载控制器416利用合适的逻辑和电源单元处理由位置定位器414产生的深度信号。一方面，机载控制器416将产生的信号与井筒目标物诸如套管接箍所获得的预定的物理标记进行比较。例如CCL测井可以在部署自主式工具之前运行(run)，以便确定套管接箍的间隔。套管接箍的对应深度可以根据牵引CCL测井装置的金属线的速度确定。
优选的是，位置定位器414和机载控制器416根据上面讨论的定位算法用软件操作。具体地说，算法优选利用窗口统计分析解释并转换由套管接箍定位器产生的磁信号。
流体输送组件410也包括一个或多个可致动工具。在图4F1和4F2的布置中，提供组滑动件417组作为可致动工具。滑动件417响应坐封工具412的动作而被坐封。坐封工具42可以按照上面关于图2所描述的坐封工具212。当机载控制器 416确定流体输送组件410到达井筒中的规定位置时，滑动件417响应从机载控制器416发送的激活信号而被坐封。因此，坐封工具412可以被认为是可致动工具的部分。
可致动工具还包括阀411。阀411被显示为多个流出口。在图4F1的视图中，阀411的流出口发黑(darkened)，表示它们是关闭的。在图4F2的视图中，阀411 的流出口发亮(lightened)，表示它们是打开的。
在图4F1中，流体输送组件410处在试运转(致动前的)位置。以417′表示的滑动件还没有坐封。在图4F2中，流体输送组件410处在坐封(致动的)位置。以417″表示的滑动件已经啮合周围的套管430。这是响应已经从机载控制器414 向坐封工具412发送的致动信号，以致动滑动件417″。
应当指出，滑动件417的使用是任选的。在一种实施方式中，流体输送组件 410被设计以当流体容器415到达希望的地下位置时打开阀411，而流体输送组件 410没有被坐封。这个实施方式是特别适用的，因为流体输送组件410将通过到达井筒底部的全部路程。
在一种实施方式中，流体输送组件410由脆性材料诸如陶瓷制造。在这种情况下，流体输送组件410可以被设计以响应指定的事件——例如在滑动件417已经坐封或阀411被打开之后一段时间——自毁。任选地，流体输送组件包括用于提供自毁的起爆器。在这种情况下，流体输送组件的自毁使得流体容器不再保持流体，因而释放流体。以这种方式，起爆器实际上可以是可致动工具，并且不需要滑动件或阀。可选地，在流体已经从流体容器415释放之后的设定时间，起爆器点火使流体输送组件410自毁的弹药。
图4G提供图4A的井场400的再一个侧视图。在这里，新的压裂塞组件300′已经释放到井筒450中。压裂塞组件300′响应重力正下落到井筒450中。任选地，压裂塞组件300′也沿井筒450被向下泵送。
根据本发明，定位装置(在图3中以314示出)响应沿着生产套管430放置的井下标识器产生信号。以这种方式，机载控制器(在图3中以316示出)获知压裂塞组件300″的位置。
图4H是图4A的井场400的另一个侧视图。在这里，压裂塞组件300″已经被坐封。这意味着机载控制器316已经产生信号以激活坐封工具(在图3中用312 示出)，塞(在图3中用310′示出)和滑动件(用311 示出)，以将压裂塞组件300″坐封并密封在井筒450的孔405中。在图4H中，压裂塞组件300″已经被坐封在目的层段“T”的上方。这能够隔离目的层段“U”，用于下一个射孔阶段。
图4I是图4A的井场400的另一个侧视图。在这里，井筒450已经接纳第二射孔枪组件402。第二射孔枪组件402可以如第一个射孔枪组件401一样构造并布置。这意味着第二射孔枪组件402也是自主式的。
在图4I中能够看到，第二射孔枪组件402在井筒450中正向下运动，如箭头“I”所示。第二射孔枪组件402可以只是响应重力牵引下落通过井筒450。此外，操作者可以通过利用地面泵(未示出)施加液压协助射孔枪组件402的向下运动。可选地，可以通过利用牵引器(未示出)帮助射孔枪组件402的向下运动。
在图4I中还能够看到，压裂塞组件300″保持坐封在井筒450中。压裂塞组件 300″位于目的层段“T”的射孔456T和裂缝458T的上方。因此，射孔456T被隔离。
图4J是图4A的井场400的另一个侧视图。在这里，第二射孔枪组件402已经在井筒450中下降到邻近目的层段“U”的位置。目的层段“U”在目的层段“T”的上方。根据本发明，定位装置响应沿着生产套管430放置的井下标识器产生信号。以这种方式，机载控制器获知第二射孔枪组件402的位置。
图4K是图4A的井场400的后续侧视图。在这里，第二射孔枪组件402的弹药已经起爆，使得射孔枪组件402的射孔枪射击。目的层段“U”已经被射孔。射孔 456U组被示出从井筒450延伸并且进入地下110中。虽然在侧视图中只有六个射孔456U被示出，但是应当理解，可以形成额外的射孔，并且这种射孔将在生产套管430周围径向地延伸。
除了形成射孔456U之外，第二射孔枪组件402还是自毁的。从组件402留下的任何碎片将可能落在仍然坐封在生产套管430中的塞组件300″上。
应当理解，布置压裂塞组件300′(见图4G)和布置第二射孔枪组件402(见图4I)的顺序可以颠倒。以这种方式，直到射孔456U(见图4K)形成之后才坐封压裂塞组件300″(见图4I)。
图4L是图4A的井场400的再一个侧视图。在这里，流体在高压下正被注入井筒450的孔405中。流体注入使得目的层段“U”内的地下110被压裂。流体的向下运动用箭头“F”表示。流体运动通过射孔456U并进入周围的地下110。这使得裂缝458U形成在目的层段“U”内。酸溶液也可以任选地被循环到孔405中，以除去碳酸盐组成和残留的钻井泥浆并且进一步刺激地下110，用于烃生产。
图4M1、4M2、和4M3提供图4A的井场400的另外的侧视图。在图4M1中，第二个流体输送组件410已经被放置在井下。流体输送组件410在致动前的位置示出，并且已经到达目的层段“U”的水平。
在这里，流体输送组件410通过滑线系固到地面。滑线以485示出。提供滑线是为了在流体已经被输送给目的层段“U”之后使操作者能够收回流体输送组件 410。这代替了利用起爆器。
作为利用滑线485的可选方案，工具组件可以用牵引器(未示出)引入井筒中。这在偏斜的井筒中是特别有利的。
图4M2是图4M1的井场400的后续侧视图。在这里，流体输送组件410的流体容器415中的流出口已经被打开。这是流体输送组件410的致动后位置。流出口已经被打开，因而将流体释放到邻近目的层段“U”的井筒中。
在这个过程中，处理流体是用于沿着射孔456U和压裂通道458U清理钻井泥浆的酸或表面活性剂。可选地，流体可以是空气。在这种情况下打开流体容器415 将形成将井筒流体和钻井泥浆吸引到小室中的负压区。这对于射孔456U和压裂通道458U又具有即时的清洁效果。
图4M3也是图4M1的井场400的后续侧视图。在这里，流体输送组件410正被提升返回到地面105。金属线485正被卷绕返回到地面105。
最后，图4N提供完井之后的图4A的井场400的侧视图。在这里，流体输送组件410已经从井筒除去。此外，井筒450现在正接纳生产流体。箭头“P”表示生产流体从地下110朝向井筒450中并且朝向地面流动。
图4A至4N图解使用各种自主式工具以压裂并处理地层。两个分开的目的层段(层段“T”和“U”)已经在所示的井筒450中被处理。在这个例子中，第一和第二射孔枪组件401和402是自主式的，并且压裂塞组件300也是自主式的。而且，流体输送组件410是自主式的。但是，可以利用传统金属线和选择-射击枪组件射孔最下面的层段“T”，而然后利用自主式射孔枪组件射孔末端层段“T”上面的多个层段。
还可以利用滑线布置上面的工具作为自主式工具，即，不是从地面电致动的工具。滑线的使用示于上面描述的图4M1、4M2和4M3中。流体输送组件可以包括打捞颈(fishingneck)，其被设定尺寸并被配置以用作凸形部分以匹配井下打捞工具(fishing toll)(未示出)。打捞颈允许操作者在其粘附在套管中的不太可能的情况下收回流体输送组件。
希望用自主式工具——特别是包括射孔枪组件401、402，以提供防止工具的过早致动或射击的各种安全部件。这些是除了上面描述的定位装置和机载控制器之外的部件。优选地，根据工具的布置和功能，在射孔枪可以被“装备(arm)”或工具被起爆或流体被释放或滑动件被坐封之前，每种自主式工具利用至少两个，并且优选至少三个必须要满足的安全门或“挡板(barrier)”。
下面关于射孔枪组件描述安全系统。但是，应当理解该安全系统同样适用于其他自主式工具。
首先，可用的一种安全检查(safety check)是垂直位置指示器。这意味着，直到垂直位置指示器确认射孔枪组件以基本垂直的方式——例如在垂线的五度之内——定向，机载控制器才向选择的枪提供信号以射击。例如，垂直位置指示器可以是与机载控制器电通信(electrical communication)的水银管。当然，这种安全部件只在沿着基本垂直的目的层段井筒被射孔或工具被致动的情况下工作。
另一种安全检查可以是与机载控制器电通信的压力传感器或破裂膜片。本领域的技术人员将会理解，当组件在井筒中向下运动时，它将经历增加的静压头。来自静压头的压力可以通过利用在地面上的泵(未示出)来增强，用于泵送射孔枪组件到井下。因此，例如，压力传感器可以直到压力超过例如4,000psi才将信号从机载控制器发送至射孔枪(或准许信号从机载控制器到达射孔枪)。
可以利用的第三种安全检查涉及速度计算。在这种情况下，射孔枪组件可以包括在原始定位装置的下面间隔一定距离的第二定位装置。当组件移动经过套管接箍时，由第二和原始定位装置产生的信号被计时。组件的速度由下面的公式确定：
D/(T2-T0)
其中T0＝来自原始定位装置的检测信号的时间标记；
T2＝来自第二定位装置的检测信号的时间标记；和
D＝原始定位装置和第二定位装置之间的距离。
利用这种速度计算确保在射击顺序能够被起动之前射孔枪组件的深度和当前运动。
还可以利用的第四种安全检查涉及计时器。在这种布置中，射孔枪组件可以包括按钮或其他的用户界面，其允许操作者手动地“装备”射孔枪。用户界面在机载控制器内与计时器电通信。例如，计时可以是2分钟。这意味着从装备开始的两分钟内射孔枪不能射击。在这里，操作者必须记住在将射孔枪释放到井筒中之前手动装备射孔枪。
还可以利用的第五种安全检查涉及低寿命电池的使用。例如，射孔枪组件可以用电池组供电，但是直到组件被下降到井筒中之前不久才安装电池。这有助于确保在工具输送期间的安全。此外，电池可以具有，例如，仅仅60分钟的有效寿命。这确保在组件需要被牵引的情况下在可预定的时间失去组件的能量潜力。
用于自主式工具的机载控制器和安全检查是安全系统的部分。关于安全系统的另外的细节在图5中示出。图5示意地示出在一种实施方式中用于自主式井筒工具的多门安全系统500。在图5的安全系统500中，提供五个单独的门。这些门用510、520、530、540和550表示。每个示例门510、520、530、540和550表示为了将起爆弹药提供给射孔枪必须满足的条件。换句话说，在射孔枪组件在地面或在运送到井场的时候，门安全系统500保持起爆器失活。
利用门510、520、530、540和550，导向起爆器416的电流起初被分流以防止由杂散电流引起的起爆。在这方面，电致动爆炸装置容易被杂散电信号起爆。这些可以包括射频信号、静电或雷击。在组件被发射之后，门被除去。这通过如下进行：操作电开关不分流起爆器，并且进一步通过逐一地关闭电开关直到激活信号可以通过安全电路并且起爆器是激活的。
在图5中，射孔枪以402示出。这是图4I中以402示出的射孔枪的代表。射孔枪402包括多个聚能射孔弹412。弹药沿着枪402的长度分布。弹药412响应通过电线535从控制器516输送到起爆器416的电信号被点火。电线535被归拢在鞘514中以输送给射孔枪412和起爆器416。任选地，电线535从作为安全预防措施的工具组件402里面抽出，直到工具组件402被运送到井场。
起爆器416接收来自点火电容器566的电流。然后起爆器416向弹药412输送热量以形成射孔。导向起爆器416的电流起初被分流以防止来自杂散电流的起爆。在这方面，电致动的爆炸装置容易被杂散电信号起爆。这些可以包括射频信号、静电或雷击。在组件被发射之后，门被除去。这通过如下进行：操作初始电开关(见门510)去分流起爆器，并且进一步逐一地关闭电开关直到激活信号可以通过安全电路并且起爆器是激活的。
在图5的布置中，提供两个物理分流电线535。起初，电线535被连接穿过起爆器416。对于射孔枪组件402这种连接是外部的。电线535从组件402的外面是可以看见的。当组件402被运送到井场时，分流电线535被相互断开并且连接于起爆器416和构成安全系统500的电路。
在操作中，起爆电池560提供给射孔枪402。在适当的时候，起爆器电池560 向点火电容器566提供电荷。然后点火电容器556通过一个或多个电线535发送强电信号。电线终止在射孔枪402内的起爆器416。电信号产生电阻热，其引起引爆线(未示出)燃烧。热沿着射孔枪402迅速传递给聚能射孔弹412。
为了防止过早致动，提供一系列门。在图5中，第一门用510示出。这个第一门510由机械式拉片控制。当射孔枪402(和工具402的其他井下工具部件)下落到井筒中时拉片被拉动。在除去安全销(未示出)之后拉片可以被手动拉动。更优选，当枪402从井口下落并且进入井筒中时拉片被自动地拉动。
美国序列号61/489,165描述了射孔枪组件从井口释放。这个申请是2011年5 月23日提交的，名称是“Safety System for Autonomous Downhole Tool(用于自助式井下工具的安全系统)”。该共同未决申请的图8和相应的讨论通过引用并入本文。
当拉片被作用在工具402上的重力拉动时，第一门510关闭。这导致命令信号被发送，如虚线512所示。信号512被发送给射击启动计时器514。计时器514 又控制安全系统500中的第二门。
返回到图5，安全系统500中的第二门以520示出。这个第二门520表示计时器。更具体地说，第二门520是计时继电器开关，其一直分流与起爆器416的电连接，除非超过预定的时间值。一方面，计时器514表示为三个或更多个单独的时钟。逻辑控制比较由三个时钟中的每个时钟保持的时间。逻辑控制平均这三个时间。可选地，逻辑控制接受两个最接近的时间，并且然后将它们平均。还可选地，逻辑控制“投票”以选择时钟的相同的前两个(或其他的)时间。
一方面，门520的计时器514防止两极继电器536在预定的时间段改变状态，即，从分流起爆器416变为将起爆器516连接到点火电容器566。预定的时间段可以是，例如，1至5分钟。这是“射击截断”状态。其后，电开关520闭合预定的时间段，例如多达30分钟，或，任选地，多达55分钟。这是“射击接通”状态。
优选，安全系统500也被编程或被设计以在规定的时间内起爆不发生的情况下停用起爆器516。例如，如果起爆器416在55分钟之后还没有使弹药412射击，代表第二门520的电开关断开，因而防止继电器536改变状态——从分流起爆器 416到将起爆器416连接于点火电容器556。这个特征能够利用标准的打捞操作实现枪组件402的安全收回。在任何情况下，控制信号通过虚线516提供，用于操作第二门520的开关。
正如所示，控制系统500还包括第三门530。这个第三门530基于一个或多个压敏开关。一方面，压敏开关530由弹簧(未示出)偏置到闭合(分流)位置。以这种方式，在运送或装载期间第三门开关730分流，或闭合。可选地，压敏开关是被设计以在超过一定的压力阈值后刺破或破裂的隔膜。
在任何一种设计中，当枪组件402在井筒中下落时，井筒中的液压压力增加。一旦井筒中超过预定的压力值时，由一个或多个压敏电开关表示的门530闭合。这提供起爆器416的时间延迟去分流。
一方面，环(见美国序列号61/489,165的图8)提供机械挡板，用于第三门 530的压力激活开关的致动。因此，第三门530不能闭合，除非第一门510闭合。
第四门以540示出。第四门540表示为当枪组件402穿过井筒时确定枪组件 402的位置的程序或数字逻辑。正如上面和在并入的名称为“Method for Automatic Controland Positioning of Autonomous Downhole Tools(用于自助式井下工具的自主式控制和定位的方法)”的美国临时专利申请No.61/424,285的专利申请中的所讨论的，逻辑处理磁读数以识别可能的套管接箍位置，并且将这些位置与在先下载的 (和任选地，算法处理的)套管接箍测井进行比较。套管接箍位置被计数直到达到井筒中希望的位置。然后输送闭合第四门540的电信号。
第四门540优选是电子模块。电子模块由机载存储器549和内装逻辑547构成，一起形成控制器。电子模块根据逻辑和各种工具事件的预定值提供数字安全挡板。这种事件可以包括工具深度、工具速度、工具移动时间和井下标识器。井下标识器可以是由接箍和有意(或无意)放置在完井管串(string)中的短接头(pup joint)引起的套管接箍定位器(CCL)信号。
在图5的布置中，当表示第一门510的发射开关闭合时发送信号518。信号 518通知控制器开始按照其运算算法计算工具深度。控制器包括起爆器控制器542。在适当的深度，起爆器控制器542向起爆器电源560发送第一信号544″。一方面，在工具组件402被发射之后预定分钟数例如三分钟，起爆器电源560被打开。
应当注意，在电动射孔枪中，需要强电荷来点火起爆器516。电源(或电池) 560自身将不输送电荷；因此，电源560用来为点火电容器566充电。这个过程通常用大约两分钟。一旦点火电容器566被充电之后，电流线535可以输送强电荷给起爆器516。提供线574作为电源线。
第四门540的控制器还包括射击控制器522。射击控制器522是逻辑的部分。例如，表示第四门540的程序或数字逻辑利用当工具沿着井下落时获得的实时套管接箍信息通过匹配参考套管接箍测井而定位射孔层段。当射孔枪组件402到达合适的深度时，发送射击信号524。
射击控制器522连接于两极C形射击继电器536。射击继电器536通过以524 示出的命令信号控制。射击继电器536处在起爆器516的分流(或安全)状态，直到被射击控制器522激活，并且直到能够获得通过第二门520的命令路径524。在其安全状态，射击继电器536断开上游电源560并且分流下游起爆器516。一有来自射击控制器522的命令524，继电器536就被激活。
控制系统500还任选地包括电池切断(kill)计时器546。电池切断计时器546 处于装备(armed)状态，比如说，长达60分钟。当被装备时，电池切断计时器 546闭合继电器552′和522″，允许电池组554向门540的控制器供电。当需要切断电池554、560时，电池切断计时器546断开下部继电器552’并闭合上部继电器 522″。这使来自电源560的电荷开始例如通过电容器556和564耗散。这又用作系统500的安全特征。
电池切断计时器546还连接于起爆器断开继电器572。这是通过命令信号549 进行的。断开继电器572优选是磁闩锁继电器。因此，甚至当所有电能均从系统 500中除去时，继电器572还保持在其最近的命令状态。
继电器572通常处于闭合状态。但是，如果射孔枪412在指定的时间段例如 60分钟之后没有射击，那么就发送命令信号549并且打开继电器572。打开继电器572防止射击电荷从电容器566提供给分流电线535，因而用作系统500的另一安全特征。
在另一种布置中，起爆器断开继电器572通常处于打开状态。当工具组件200 下落时，起爆器控制器542发送命令信号543以闭合继电器572，因而允许电流流过继电器572并且流向起爆器416。如果在指定的时间段例如60分钟之后，起爆器416还没有点火，那么电池切断计时器546发送单独的信号549以重新打开继电器572。
在图5的布置中，还示出命令信号549′，用于使电源560“解除装备 (disarming)”。冗余地，单独的命令信号549″任选地被引向开关549″。在第一指定的时间段中，例如1至5分钟，命令信号549′、549″是休眠的。电源560是非激活的并且开关562保持打开。在第二时间段期间，例如4至60分钟，电源被激活(通过来自起爆器控制器542的命令信号544′)并且开关562是闭合的(通过来自起爆器控制器542的相关命令信号544″)。在第三指定的时间段期间，例如大于30分钟或大于60分钟，电源560任选地是去激活的(利用命令信号549′)。
控制器216可以被配置以仅仅利用命令信号549、549′、549″的其中之一，或任何两个，或全不用。
第五个并且是最后一个示例门以550示出。这个第五门550与电池组的安装有关。电力只有在电池组安装之后才从电池组554供给第四门540的控制器。没有控制器的情况下，点火电容器不能通过电线535输送电信号并且起爆器416不能被装备(armed)。因此，电池组554优选包括能够使电池组554物理断开的连接器。
应当注意，继电器开关552′、552″也可以是磁闩锁继电器。因此，在电能被除去之后继电器552′、552″保持其最后的命令状态。下部继电器522′控制通向控制器540的电能，而上部继电器522″用来使电池554放电。在预配置状态，继电器552′、552″两者是打开的。继电器552″闭合为控制器供电。当电池切断计时器 546给出电池切断动作的命令时，继电器552″通过命令信号548而闭合。不久之后，继电器552″被命令成打开状态，从控制器540除去电能。
作为任选的特征，可以提供放电单元(bank)554以放出储存在电容器535中的电能。放电单元(bank)554可以是，例如，泄放(bleed-donw)电阻器。放电单元(bank)554消除任何潜在的长期能量源。
在操作中，电池组(门5)安装在射孔枪中。然后枪被释放到井筒中。环移除 (门1)激发压敏开关(门2)，其被额定以在预定的压力下除去起爆器分流。此外，一旦预设的时间期满，环移除(门1)激活移除另一个起爆器分流的定时继电器开关(门3)。在这时，起爆器416准备点火并且等待来自控制系统(门4电子模块)的激活信号。电子模块监控枪组件402的深度。在射孔枪组件402已经移动到预编程的深度之后，电子逻辑(门4)发送闭合机械式继电器和开始起爆的信号。
安全系统500可以具有在射不出(misfire)的情况下的内装安全工具收回系统。具有计时器的机械式继电器也可以在分流被除去之后被激活。计时器被编程以在预定的时间段，例如，激活之后一个小时，已经过去之后，切换继电器。一旦继电器被转换之后，其重新分流起爆器并且将自身锁定在分流状态。这可以，例如，通过利用磁铁进行。组件402可以利用常规的打捞技术和打捞颈被打捞出。
在图5的布置中，命令信号544″可以发送给开关562。在第一指定的时间段，例如，1至5分钟，开关562保持打开。在第二指定的时间段，例如4至60分钟，开关闭合。而在第三指定的时间期间，例如大于30分钟，开关重新打开。
优选地，自主式工具利用非传导性材料诸如陶瓷制造。通过减少杂散电流激活起爆器或其他响应电信号而被激活的工具的危险，非传导性材料的应用增加了自主式工具的安全性。
流体激活分流开关也可以包含在安全系统500中。这样的开关在水进入电子模块中的情况下分流起爆器416。示例性流体激活分流开关关于美国序列号 61/489,165的图9被示出和描述。图9和相应的文字也通过引用并入本文。
可以看到，安全系统500不仅可以应用于自助式射孔工具，而且可以应用于上面描述的造斜器组件200、压裂塞组件300、和流体输送组件410。
图6是示出在一个实施方式中向地下地层输送流体的方法600的步骤的流程图。方法600包括在管状体内的流体输送系统的自主式激活。
方法600首先包括释放流体输送组件到管状体中。这显示在方框610。管状体可以是包含流体诸如烃流体的管道。可选地，管状体可以是沿着其长度具有套管串的井筒。井筒可以被完成用于从一个或多个地下地层生产烃。可选地，井筒可以被完成用于向一个或多个地下地层注入流体，例如用于压力保持或封存。
流体输送组件按照上面关于图4A至图4N系列描述的流体输送组件410设计。在这方面，流体输送组件包括细长的流体容器、可致动工具、用于根据沿着管状体提供的物理标记感测在管状体内的自主式工具的位置的定位装置、和机载控制器。机载控制器被配置以当定位装置根据物理标记已经识别自主式工具的选择位置时向可致动工具发送致动信号。
一方面，流体输送组件还包括滑动件组，用于将流体输送组件保持在选择的位置附近。在这种情况下，可致动工具包括滑动件组，使得滑动件组响应致动信号被激活。坐封工具可以用于坐封滑动件。另一方面，流体输送组件还包括用于密封管状体的弹性体密封元件。在这种情况下，可致动工具还包括密封元件，使得密封元件也响应致动信号被激活。
流体容器、定位装置、可致动工具和机载控制器被一起设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在管状体中。也可以包括用于向机载控制器供电的电池组。
在方法600中，流体容器容纳流体。然后方法600包括从流体容器释放流体。这示于方框620 。流体响应致动信号在选择的位置被释放。
流体可以是在基本在大气压下装载于小室中的空气或其他气体。在这种情况下，释放流体在井筒内形成负压“嗝”。当井筒初次完成时这可能是有益的。在这方面，负压将导致突然拉动流体通过井筒中的射孔。这又将帮助清理近井筒区的射孔和压裂孔道。
可选地，流体可以是树脂。这在地层由不牢固的沙子构成的情况下是有益的。在这里，树脂可以在压裂操作发生之前存在，因而将树脂沿着压裂孔道推入地层中。
可选地，立体可以是酸或表面活性剂。这例如在井筒被钻出之后有益于沿着射孔和压裂孔道清理钻井泥浆。
可选地，流体可以是水合物抑制剂。这例如在井已经关闭一段时间之后并且已经进入冷却阶段之后是有益的。
还可选地，流体可以是选择以加速可膨胀封隔器的膨胀的流体。流体可以具有为加快膨胀特别调整的pH或盐度或温度或其他变量。
在一个实施方式中，流体输送组件由脆性材料诸如陶瓷制造。在这种情况下，流体输送组件被设计以响应指定的事件自毁。任选地，流体输送组件包括用于提供自毁的起爆器。在这方面，流体输送组件的损毁使流体容器不再保持流体，因而释放流体。以这种方式，起爆器实际上可以是可致动工具。
在另一种实施方式中，流体输送组件还包括具有一个或多个口的阀。机载控制器发送信号以打开阀，因而释放流体。这可以伴随或不伴随利用滑动件组停止流体输送组件而进行。在前者的情况下，方法600还包括发送信号以打开阀。这在方框630提供。
伴随向阀发送信号，方法600可以任选地包括向滑动件组的坐封工具以及任选地密封元件发送信号。这在方框635中示出。方框635的这种信号可以在发送方框630的信号之前、之后发送或与之同时发送。在这种情况下，流体输送组件的可致动工具将包括阀以及用于滑动件的坐封工具和密封元件。
在阀被打开之后，可以起爆流体输送组件。流体输送组件的起爆示于方框640 中。这可以通过发送给起爆器的单独信号进行。信号可以来自与机载控制器关联的计时器，意味着起爆器在经过选择的时间段之后被激活。可选地，信号可以是通过来自地面的一系列液压脉冲发送的声频信号。
在另一种实施方式中，信号可以从机载控制器发送以使得流体输送组件的滑动件释放。这个可选的步骤在方框645示出。在这种情况下，流体输送组件然后可以从井筒收回，例如通过利用金属线牵引所述工具。因此，方法600可以进一步包括将流体输送组件收回到地面。这在方框655中示出。
在方法600的一种实施方式中，流体容器包含空气，但是还包括固体物质。固体物质的例子包括可生物降解的导流体(diverter)、可燃材料、球形密封体、苯甲酸薄片(flakes)、颗粒物、或纤维素材料。
图6的方法600在利用流体输送组件向井筒中的选择的位置输送流体方面得到描述。流体输送组件利用流体容器。但是输送组件可以可选地是固体输送组件。在这种布置中，组件利用容器保持固体物质。固体物质可以是，例如，球形密封体或用来导流的其他固体。可选地，固体可以是用于层位封隔的塞，例如苯甲酸薄片、悬浮在凝胶体中的山核桃壳、毛团、棉籽、木浆、和不可计数的其他例子。还可选地，固体可以是用于压裂和刺激的可燃材料。可燃材料的例子是The GASGun Inc.of Milwaukie,Oregon所用的逐渐燃烧的推进剂。还可选地，固体材料可以是颗粒物诸如砂子和陶瓷。
可以特别适合于利用本文描述的输送组件进行固体输送的一种物质是 是被Halliburton用作导流体的可生物降解的材料。根据 Halliburton文献，可以用来提供在处理层段内的新刺激的射孔群的临时隔离。接收处理阶段的较早的流体和支撑剂体积的射孔可以被临时隔离，使进一步的处理导向至另外的射孔组。据说利用作为导流材料促进较长的层段的处理，因而，减少所需要的射孔枪和压裂塞数量。
在输送固体中，输送组件被设计以响应释放信号从容器释放固体物质。一方面，容器由脆性材料制造，并且输送组件被构造以响应致动信号自毁。控制器可以被编程以在致动信号之前发送释放信号。
另一方面，输送组件还包括用于射孔选择的位置附近的套管串的射孔枪。在这种情况下，至少一个可致动工具中的一个包括射孔枪，使得射孔弹响应致动信号在预定的位置被射击。控制器被被编程以在致动信号之前发送释放信号，使得球形密封体或其他固体刚好在聚能射孔弹被起爆之前被释放。
在又一方面，容器可以由脆性材料制造，并且井下容器的损毁响应致动信号。这种自毁使得固体物质释放，因此致动信号和释放信号是同一信号。
图7是在一种实施方式中用于形成通过套管串的窗口的方法700的步骤的流程图。方法700包括井筒内造斜器组件的自主式激活，和随后形成通过生产套管串的窗口。
方法700首先包括释放造斜器组件到井筒中。这在方框710中示出。造斜器组件根据在上面图2中讨论的造斜器组件200构造。在这方面，造斜器组件一般包括至少一个可致动工具、机械地连接于可致动工具的造斜器、用于根据沿着井筒提供的物理标记感测井筒内的可致动工具的位置的定位装置、和机载控制器。机载控制器被设计以当定位装置根据物理标记已经识别可致动工具的选择位置时向至少一个可致动工具之一发送致动信号。
在方法700中，至少一个可致动工具、造斜器、定位装置和机载控制器一起被设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在井筒中。可以包括电池组以向机载控制器提供电力。优选地至少一个可致动工具包括坐封工具和滑动件组。在这种情况下，致动信号使得坐封工具将滑动件坐封在井筒中的选择的位置。
方法700还包括将造斜器组件坐封在选择的位置。这可以在方框720中看到。坐封造斜器响应致动信号进行，例如通过激活滑动件组。
方法700还包括将铣磨钻头引入井筒。这提供在方框730中。铣磨钻头优选引入钻管串的末端。可选地，铣磨钻头可以是在挠性管上引入的井下钻井组件的部分。
在任何情况下，方法700然后包括旋转铣磨钻头以便形成通过套管的窗口。这可以在方框740中看到。旋转铣磨钻头可以意味着旋转与铣磨钻头连接的钻管串。可选地，旋转铣磨钻头可以意味着致动挠性管末端的井下钻井组件。窗口靠近造斜器形成。
在方法700的一方面，至少一个可致动工具包括起爆器。方法700然后还包括从机载控制器向起爆器发送起爆信号。这示于方框750中。在已经形成窗口之后，发送起爆信号导致造斜器组件自毁。
虽然本文描述的发明显然被很好地计算以实现上面提出的益处和优点，但是应当明白对于不脱离本发明的精神实质的修改、变化和改变，本发明是可以接受的。
Claims (45)
1.用于进行自主式管式作业的输送组件，包括：
细长的容器；
至少一个可致动工具；
定位装置，其用于根据沿着管状体提供的物理标记感测所述至少一个可致动工具在所述管状体内的位置；和
机载控制器，其被配置以当所述定位装置根据所述物理标记已经识别所述可致动工具的选择的位置时向所述至少一个可致动工具中的至少一个发送致动信号；
其中：
所述容器、所述定位装置和所述机载控制器一起被设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在所述管状体中；和
所述输送组件被设计以响应释放信号，从所述容器中释放物质；以及
所述输送组件构造成响应于自毁信号而自毁，其中所述机载控制器控制所述致动信号和所述自毁信号之间的确定的时间间隔。
2.根据权利要求1所述的输送组件，其中所述管状体是(ⅰ)构造成生产烃流体的井筒，(ⅱ)构造成将流体注入地下地层中的井筒，或(ⅲ)包含流体的管道。
3.根据权利要求1所述的输送组件，其中：
所述定位装置是射频天线；并且
所述物理标记由沿着所述管状体的识别标签的间隔形成，其中所述识别标签由所述射频天线感测。
4.根据权利要求1所述的输送组件，其中：
所述管状体是井筒；
所述定位装置是套管接箍定位器；并且
所述物理标记由沿着所述管状体的接箍的间隔形成，其中所述接箍由所述接箍定位器感测。
5.根据权利要求4所述的输送组件，其中：
所述定位装置包括沿着所述输送组件间隔开的感测装置对，作为下部感测装置和上部感测装置；
所述机载控制器包括时钟，当所述输送组件经过接箍时所述时钟确定由所述下部感测装置感测和由所述上部感测装置感测之间所经过的时间；并且
所述输送组件被编程以根据所述下部和上部感测装置之间的距离除以感测之间所经过的时间来确定给定时间的输送组件速度。
6.根据权利要求5所述的输送组件，其中沿着所述井筒在所述选择的位置的所述可致动工具的位置通过下列的结合确认：(ⅰ)所述下部感测装置或所述上部感测装置感测的所述输送组件相对于所述接箍的位置，和(ⅱ)由所述机载控制器作为时间的函数计算的所述输送组件的速度。
7.根据权利要求4所述的输送组件，其中：
所述输送组件还包括滑动件组，用于将所述输送组件的位置保持在所述选择的位置附近；并且
所述至少一个可致动工具之一包括所述滑动件组，以致于所述滑动件组响应所述致动信号在所述选择的位置被激活。
8.根据权利要求7所述的输送组件，其中：
所述输送组件还包括用于密封所述管状体的弹性体密封元件；并且
所述可致动工具还包括所述密封元件，以致于所述密封元件响应所述致动信号在所述选择的位置也被激活。
9.根据权利要求1所述的输送组件，其中
所述细长的容器是流体容器；并且
所述输送组件被设计以响应释放信号从所述流体容器释放流体。
10.根据权利要求9所述的输送组件，其中：
所述流体容器包含流体；并且
所述流体包括(ⅰ)在基本大气压下装载在小室中的空气、(ⅱ)树脂、(ⅲ)酸、(ⅳ)表面活性剂、(ⅴ)水合物抑制剂、(ⅵ)氧气或(vii)被选择以加快可膨胀封隔器的膨胀的流体。
11.根据权利要求10所述的输送组件，其中：
所述可致动工具包括起爆器，以致于所述起爆器的激活使流体在所述选择的位置从所述流体容器释放；
所述输送组件用脆性材料制造；
所述输送组件被设计成响应发送给所述起爆器的起爆信号而自毁；并且
所述起爆信号也是所述释放信号。
12.根据权利要求10所述的输送组件，其中：
所述流体容器包括具有至少一个口的阀；
所述至少一个可致动工具之一包括所述阀，并且
所述阀构造成响应从所述机载控制器发送的所述释放信号打开所述至少一个口。
13.根据权利要求12所述的输送组件，其中：
所述流体容器用脆性材料制造。
14.根据权利要求13所述的输送组件，其中所述机载控制器被编程以在所述致动信号之前发送所述释放信号。
15.根据权利要求13所述的输送组件，其中：
所述容器的损毁引起所述流体的释放，因此所述致动信号和释放信号是同一信号。
16.根据权利要求1所述的输送组件，其中：
所述细长的容器中的物质包括基本固体的物质；并且
所述输送组件被设计以响应所述释放信号从所述容器释放所述基本固体的物质。
17.根据权利要求16所述的输送组件，其中：
所述容器用脆性材料制造。
18.根据权利要求16所述的输送组件，其中所述控制器被编程以在所述致动信号之前发送所述释放信号。
19.根据权利要求18所述的输送组件，其中：
所述输送组件还包括射孔枪，其用于对所述选择的位置附近的套管串进行射孔；以及
所述至少一个可致动工具之一包括所述射孔枪，以致于射孔弹响应所述致动信号在所述选择的位置射击。
20.根据权利要求18所述的输送组件，其中所述基本固体的物质包括球形密封体，其被设定尺寸以密封射孔。
21.根据权利要求17所述的输送组件，其中所述容器的损毁引起所述基本固体的物质的释放，因此所述致动信号和所述释放信号是同一信号。
22.根据权利要求1所述的输送组件，还包括：
电池组；和
多门安全系统，用于防止所述至少一个可致动工具的过早激活，所述安全系统包括具有一个或多个电开关的控制电路，在允许所述致动信号到达所述工具之前，所述电开关响应各自的条件独立地操作。
23.根据权利要求22所述的输送组件，其中所述多门安全系统包括下列的至少一个：
(ⅰ)选择性地可除去的电池组，其中所述控制电路被配置以当所述电池组安装在所述组件中时操作电开关；
(ⅱ)机械式拉片，其中所述控制电路被配置以当从输送组件除去所述拉片时操作电开关；
(ⅲ)压敏开关，其被配置以只有当所述输送组件上的指定的液压压力被超过时操作电开关；
(ⅳ)电计时器开关，其被配置以只在将所述输送组件部署在所述管状体中之后的指定的时间段操作；
(ⅴ)速度传感器，其被配置以只有当感测到所述输送组件以指定的速度运动时才操作电开关；和
(ⅵ)垂直传感器，其被配置以当所述输送组件基本上垂直时操作电开关；
其中操作电开关意味着闭合所述电开关以允许电流流过所述电开关并且流向所述可致动工具，或者断开所述电开关以限制电流流过所述电开关并流向所述可致动工具。
24.根据权利要求2所述的输送组件，其进一步包括：
造斜器，其机械地连接于所述可致动工具，其中：
所述可致动工具、所述造斜器、所述定位装置和所述机载控制器一起被设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在所述井筒中；并且
所述可致动工具被设计以响应所述致动信号被致动。
25.根据权利要求24所述的输送组件，其中：所述输送组件还包括：
加速度计，其与所述机载控制器电连接，以确认所述输送组件的所述选择的位置。
26.用于将流体输送到地下地层的方法，包括：
将流体输送组件释放到井筒中，所述流体输送组件包括：
细长的流体容器，其包含流体；
至少一个可致动工具；
定位装置，用于根据沿着管状体提供的物理标记感测所述至少一个可致动工具在所述管状体内的位置；和
机载控制器，其被配置以当所述定位装置根据所述物理标记已经识别所述可致动工具的选择的位置时向所述至少一个可致动工具中的至少一个发送致动信号；
其中所述流体容器、所述定位装置、所述至少一个可致动工具和所述机载控制器一起被设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在所述井筒中，并且所述流体输送组件被构造成响应于自毁信号而完全自毁；
响应释放致动信号，在所述选择的位置从所述流体容器释放流体；以及
用所述机载控制器控制所述致动信号和所述自毁信号之间的确定的时间间隔。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述定位装置是射频天线；并且
所述物理标记由沿着所述管状体的识别标签的间隔形成，其中所述识别标签由所述射频天线感测。
28.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述定位装置是接箍定位器；并且
所述物理标记由沿着所述井筒的套管接箍的间隔形成，其中所述接箍由所述接箍定位器感测。
29.根据权利要求28所述的方法，其中：
所述定位装置包括沿着所述流体输送组件间隔开的感测装置对，作为下部感测装置和上部感测装置；
所述物理标记通过沿着所述井筒间隔放置由每个所述感测装置感测的标签形成；
所述机载控制器包括时钟，当所述流体输送组件经过标签时所述时钟确定由所述下部感测装置感测和由所述上部感测装置感测之间所经过的时间；并且
所述流体输送组件被编程以根据所述下部和上部感测装置之间的距离除以感测之间所经过的时间来确定给定时间的流体输送组件速度。
30.根据权利要求29所述的方法，其中：
其中沿着所述井筒在所述选择的位置的所述流体输送组件的位置通过下列的结合确认：(ⅰ)所述下部感测装置或所述上部感测装置感测的所述流体输送组件相对于所述标签的位置，和(ⅱ)所述机载控制器作为时间的函数计算的所述流体输送组件的速度。
31.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述流体输送组件由脆性材料制造；
所述流体输送组件被设计以响应起爆信号自毁。
32.根据权利要求31所述的方法，其中
所述至少一个可致动工具包括起爆器，以致于所述起爆器的激活引起所述流体容器的自毁，并且在所述选择的位置从所述流体容器释放流体。
33.根据权利要求31所述的方法，其中
所述释放信号用来打开阀，因而在所述选择的位置从所述流体容器释放流体；并且
所述释放信号在所述起爆信号之前发送。
34.根据权利要求26所述的方法，其中
所述流体输送组件还包括滑动件组，用于将所述流体输送组件保持在所述选择的位置附近；
所述可致动工具包括所述滑动件组，以致于所述滑动件组响应所述致动信号被激活。
35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括：
发送信号以释放所述滑动件组；和
从所述井筒收回所述流体输送组件。
36.根据权利要求35所述的方法，其中发送信号包括(ⅰ)从所述机载控制器发送电信号，或(ⅱ)通过从地面输送的液压脉冲发送声频信号。
37.根据权利要求34所述的方法，其中
所述流体输送组件还包括用于密封所述管状体的弹性体密封元件；和
所述可致动工具还包括所述密封元件，以致于所述密封元件响应所述致动信号也被激活。
38.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述流体包括(ⅰ)在基本大气压下装载在小室中的空气、(ⅱ)树脂、(ⅲ)酸、(ⅳ)表面活性剂、(ⅴ)水合物抑制剂、(ⅵ)氧气或(vii)被选择以加快可膨胀封隔器的膨胀的流体。
39.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述流体容器包括具有至少一个流出口的阀；
所述至少一个可致动工具之一包括所述阀，并且
所述方法还包括响应所述释放信号激活所述阀，以打开所述至少一个流出口，以从所述流体容器释放所述流体。
40.根据权利要求39所述的方法，其中：
所述流体容器由脆性材料制造；并且
所述流体输送组件构造成在所述至少一个流出口已经打开时、或打开之后的指定的时间段自毁。
41.根据权利要求33所述的方法，其中：
所述机载控制器是包括机载存储器和内装逻辑的电子模块的部件；并且
所述电子模块被配置以在所述阀已经打开之后发送启动起爆器的起爆的信号。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述内装逻辑根据下列的预定值提供数字安全挡板：(ⅰ)组件深度、(ⅱ)组件速度、(ⅲ)运动时间、(ⅳ)井下标识器或(ⅴ)其组合。
43.根据权利要求26所述的方法，其中所述流体包括空气和固体物质。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述固体物质包括可生物降解的导流体、可燃材料、球形密封体、苯甲酸薄片、颗粒物、或纤维素材料。
45.用于在井筒内形成通过套管串的窗口的方法，包括：
将造斜器组件释放到所述井筒中，所述造斜器组件包括：
至少一个可致动工具；
造斜器，其机械地连接于所述可致动工具；
定位装置，用于根据沿着所述井筒提供的物理标记感测所述可致动工具在井筒中的位置；和
机载控制器，其被配置以当所述定位装置根据所述物理标记已经识别所述可致动工具的选择的位置时发送致动信号给所述工具；
其中所述至少一个可致动工具、所述造斜器、所述定位装置和所述机载控制器一起被设定尺寸并被配置以作为自主式单元部署在所述井筒中；
响应所述致动信号将所述造斜器组件坐封在所述选择的位置；和
所述可致动工具、定位装置以及所述机载控制器被构造成响应所述致动信号而自毁；
将铣磨钻头引入所述井筒中；和
旋转所述铣磨钻头以便形成通过邻近所述造斜器的所述套管串的窗口。
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