CN105358795B - 井下设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生成井下流体压力脉冲的示例性设备，其包括管状外壳，所述管状外壳限定内流体流道且提供具有内表面和外表面的外壳壁。所述设备还包括用于选择性生成流体压力脉冲的装置，所述装置被安装在所述外壳壁中限定的孔穴中且可在缩回位置与径向延伸位置之间移动，其中在缩回位置所述装置被安置在所述孔穴，在径向延伸位置所述装置至少部分延伸超过所述外表面。

Description

井下设备、系统和方法

技术领域

本发明关于用于在井下生成流体压力脉冲的设备，所述设备包括限定内流体流道的管状外壳和位于所述外壳的壁中用于选择性生成流体压力脉冲的装置。本发明还关于一种包括这种设备以及至少一个传感器的井下数据采集和遥测系统。本发明还关于一种在井筒中在井下测量至少一个参数以及将关于所述至少一个参数的数据传输到地面的方法。

背景技术

在石油和天然气勘探和生产产业中，利用承载钻头的管柱从地面钻探井筒。已知为钻探“泥浆”的钻探液向下流通通过钻柱到钻头，且用于各个功能。这些包括冷却钻头和沿着形成于钻柱与钻探岩层之间的环空将钻屑送回到地面。

熟知的是可以通过监视与过程相关的各个参数而改善石油和天然气井钻探操作。例如，利用关于钻孔的位置的信息以便到达希望的地理目标。此外，关于岩层的参数可以帮助确定钻探仪器相对于局部地质的位置，且因此校正后续井筒内衬管的定位。诸如钻压(WOB)和钻头扭矩(TOB)的钻探参数还可以用来优化穿进率。

数十年来，已经使用采用不同方法在流过钻柱的泥浆中生成压力脉冲的各种仪器来实践随钻测量(MWD)。这些压力脉冲用来传输关于在井下使用适当传感器测量的参数的数据到地面。现存有生成“负”脉冲和“正”脉冲的系统。

许多先前方法涉及在探针中放置一些或所有设备，以及将探针向下定位在钻管中央。这会主要通过侵蚀的过程且还常常通过钻探操作期间经历的过度振动而造成设备不可避免地磨损和撕裂。因此，操作MWD仪器的成本常常由钻探过程期间采用的泥浆的所需流率和类型确定。此外，由于管被MWD仪器阻挡，其无法穿过诸如常常各种目的所需的其它仪器。这个实例包括用于通常称为“过钻头测录(through bit logging)”的方法的测录工具。可以通过使启动装置下落通过过孔MWD仪器(这些启动装置通常是各种直径的球体)而启动诸如换向阀的其它实例。

已经开发用于在井下生成流体压力脉冲的设备，其中脉冲生成装置至少部分位于提供在长形、大致管状外壳的壁中的空间中。这种类型的设备公开在申请人的国际专利公开WO-2011/004180中。WO-2011/004180中所公开的设备提供了优于先前设备和方法的显著优势，因为在管状外壳的壁中的空间中定位脉冲生成装置减少了装置被暴露于流过外壳的流体，且从而减少了设备的部件尤其是脉冲生成装置的侵蚀。此外，装置在空间中的定位促进流体或其它井下物体(诸如井下工具，或致动装置诸如球体或投射体)沿着外壳限定的流体流道的流通。

希望WO-2011/004180中公开的设备有进一步改善。特定而言，WO-2011/004180中公开的装置通常需要管状外壳的壁在厚度上比外壳的井口/井下部分更厚，以便提供足够大的空间来容纳装置。在一个例子中，这可通过形成通常从外壳的外表面向外延伸或向内延伸到内管孔(或可能两者)的‘加厚(upset)’或肩部来实现。在另一例子中，这可通过在具有足够壁厚的恒定外径管(或‘光滑OD’管)安装设备来实现，例如钻环中。

优选的是在外壳的外表面上形成加厚，以便避免限制内管孔。然而，这需要设备被部署到其中的井下管(或井筒)一路向下到该设备的放置点具有足够大的直径。这个直径可以比由整体井设计以其它方式规定的或部署到井中的其它部件的特征的直径更大。此外，在诸如其中设备希望的放置点的井筒井口中存在限制部分的特定案例中，可能无法提供希望的空隙。

结果，内加厚被采用，且延伸到内管孔中。在完成涉及测量一个或多个井下参数的井下程序和采用脉冲生成装置传输数据到地面之后，希望提供全孔通过管状部件进入。全孔可能需要工具或仪器通行到设备在井下的位置，且需要改善流体流动。

一个建议是磨平设备中突出到内孔中的部件，且如此：加厚；脉冲生成装置的至少部分；和相关联的控制/电力仪器。出于各个原因(这并非希望的)包括：由于脉冲生成装置包括由相对硬的材料制成的部件，所以碾磨操作可能花费时间；来自碾磨操作的碎片可能导致井下问题；以及从环境或安全角度而言在装置中碾磨电池(通常是锂型)可能无法令人接受。实际上，出于安全原因，建议电池被安装在碾磨路径之外。

附图说明

包括附图以说明本公开的特定方面，且所述附图不应被视为排外性实施方案。所公开的主题在形式和功能上能够具有相当大的修改、替代、组合和等效，而不脱离本公开的范畴。

图1是根据本发明的实施方案的井下组件的示意性的纵向截面图，其包括用于在井下生成流体压力脉冲的设备，所述设备在完井期间在制备井液时使用。

图2是图1所示设备的放大透视图；

图3是图2的设备在方向B-B截取的纵向横截面图；

图4是图2的设备在方向A-A截取的放大、高度示意图；

图5是图2的设备的纵向截面详图，更详细示出了设备的脉冲生成装置；

图6是图5所示装置的部分的进一步放大透视图；

图7是图5所示装置的部分的进一步放大透视图；

图8是图5所示设备的进一步放大透视图，其中以虚轮廓线示出内部组件；

图9是图1所示的井的已被扩眼的井筒的部分的放大图，示出了位于扩眼段中的设备；

图10是根据本发明的另一实施方案的用于在井下生成流体压力脉冲的设备的全部分的截面图，其中所示设备的装置处于缩回位置；

图11是图10所示设备的部分的进一步放大透视图；且

图12是图10的设备的示图，其中所述装置处于径向延伸位置。

具体实施方式

根据本发明的第一方面，提供了用于在井下生成流体压力脉冲的设备，所述设备包括：

限定内流体流道的管状外壳，所述外壳具有外壳壁；和

用于选择性生成流体压力脉冲的装置，所述装置被安装在管状外壳的壁中的空间中用于在以下两者中移动：

缩回位置；和

径向延伸位置。

安装在这个缩回位置与延伸位置之间移动的脉冲生成装置提供的优点是，设备描述的最大宽度尺寸(例如直径)可以在装置处于缩回位置时被配置成较小，这有利于设备沿着井筒部署到希望的放置点。在定位到希望的放置点之后，所述装置可以移动到径向延伸位置。因此，本发明有利的是在装置处于延伸位置时提供开放而通过管状外壳(且因此通过设备)进入的能力。

缩回位置可以是所述装置的操作位置，其中所述装置可用于生成代表井中在井下测量的至少一个参数的流体压力脉冲。所述装置可以在操作生成这种流体压力脉冲之后移动到延伸位置。然而，应理解，所述装置可同样(或是可选地)能够在处于延伸位置时生成流体压力脉冲。在延伸位置中，所述装置的外表面可布置成超过外壳的外表面。

在径向延伸位置中，所述装置的至少部分可延伸超过外壳的外表面。管状外壳可具有内表面和外表面，且空间可以由外壳在内表面与外表面之间延伸的壁中的孔穴限定。孔穴可在管状外壳的内表面中具有开口，且在管状外壳的外表面中具有与内表面的开口连通的开口。开口可以是类似的或不同的尺寸、轮廓和/或形状。孔穴可以与内通道连通，且可以通往通道。

在缩回位置中，脉冲生成装置可以不延伸超过管状外壳的外表面。所述装置因此可以缩回到空间中，且可以不从所述空间突出超过外表面。因此，本发明有利的是提供导航井筒而无需容纳设备的井筒比其它可能的情况的井筒更大的能力。在缩回位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的外表面第一距离；且在延伸位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的外表面大于所述第一距离的第二距离。

在缩回位置中，脉冲生成装置可以延伸超过管状外壳的内表面且进入内流体流道中。在延伸位置中，所述装置可以不延伸超过管状外壳的内表面且因此可不延伸进入内流体流道中。因此，本发明有利的是在装置处于延伸位置时提供开放全孔而通过管状外壳(且因此通过设备)进入的能力。在缩回位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的内表面第一距离且进入内流体流道中；且在延伸位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的内表面第二距离且进入内流体流道，所述第二距离小于所述第一距离。

脉冲生成装置可以在所述空间中可释放地安装到管状外壳。

所述设备可包括容纳装置的安装构件(诸如安装块)，安装的安装构件用于在缩回位置与延伸位置之间移动。因此，所述装置安装在安装构件中可以促进所述装置在其缩回位置与延伸位置之间的移动。所述装置可以包括盒或采用盒的形式，其可以是：a)可释放移动地安装在空间中；或b)可释放安装在安装构件中。安装构件可以是用于在所施加的流体压力下在空间中浮动移动而安装的浮动安装构件(且特定而言可以是浮动块)。在延伸位置中，安装构件的部分可以延伸超过外壳的外表面。特定而言，安装构件的外表面可布置成超过外壳的外表面。

所述装置最初可以约束在缩回位置中。所述装置最初可以由可以是掣子或销的至少一个闩锁元件约束。所述闩锁元件可以可致动地释放所述装置以移动到延伸位置。所述闩锁元件可以在约束所述装置的接合位置与所述装置被释放用于移动到延伸位置的释放位置之间移动。所述闩锁元件可以可切削或可切断以释放所述装置以移动到延伸位置。在所述设备包括用于所述装置的安装构件时，所述闩锁元件可以与安装构件协作以约束所述装置。

所述设备可被配置成使得所述装置可以约束在延伸位置中。所述设备可以被配置成在移动到延伸位置之后将所述装置自动约束在所述位置中。所述装置可以由可以是掣子或销的至少一个闩锁元件约束。所述闩锁元件可以将所述装置可致动地约束在延伸位置。所述闩锁元件可以在以下位置之间移动：释放位置，其中允许所述装置到延伸位置的移动；和接合位置，其中其将所述装置约束在延伸位置中。所述闩锁元件可以可切削或可切断以允许释放所述装置以从延伸位置移回到缩回位置。在所述设备包括用于所述装置的安装构件时，所述闩锁元件可以与安装构件协作以约束所述装置。

所述闩锁元件可以提供在管状外壳中、在所述装置中(诸如在安装构件中)，或视需要闩锁元件可以提供在外壳和装置两者中。上述闩锁元件的致动选项可以包括机械、电气、机电、液压及其组合。

所述装置可以所述装置在管状外壳内或相对于管状外壳的移动(尤其在空间中)被限制的方式被安装在空间中。所述空间可以是限定在外壳壁中的凹槽或凹口。所述设备可被构造成使得所述装置可通过在管状外壳上尤其是在限定所述空间的管状外壳的部分上施予扩张力，而从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置。到延伸位置的移动因此可以通过管状外壳(或其部分)的扩张而实现。

所述装置可以形成外壳的外表面的部分，或可以位于外壳的限定外表面的部分的部分中，且所述表面部分可以在所述装置移动到延伸位置时向外径向移动。管状外壳可以被构造成使得其可延伸从而允许所述装置移动到延伸位置。管状外壳可以包括至少一个变形区，其被构造成变形使得所述装置可以移动到延伸位置。变形区可以设置在管状外壳的限定空间的部分与外壳的可以是外壳的主要部分或大部分的另一部分之间。可以存在以空间的整个周边周围的空间为边界的一个或多个变形区。

变形区可以是管状外壳的被成形使得其可变形以允许所述装置径向向外移动到其延伸位置的区域。管状外壳可以被成形以在变形区中限定至少一个波纹、折叠(等等)，所述波纹被配置成使得其可以在运用扩张力之后至少部分展开或延伸，使得所述装置可以移动到延伸位置。空间在沿着外壳的纵轴的方向上可以是长形的，且可以存在以空间的横侧为边界且在沿着所述纵轴的方向上延伸的所述波纹中的至少一个。

所述至少一个变形区可以包括具有至少一个材料属性与外壳的剩余部分或大部分的对应属性不同且尤其与限定空间的外壳的部分不同的材料。材料属性可以是屈服强度，且至少一个变形区可以包括具有比外壳的剩余部分/大部分更低的屈服强度的材料。这可促成管状外壳在施加扩张力之后在变形区中变形。至少一个变形区可以包括由不同材料形成的部分。

所述设备可包括用于测量井下参数的至少一个传感器，由所述至少一个传感器测量的关于参数的数据经由脉冲生成装置生成的流体压力脉冲传输到地面。所述传感器可以设置为所述装置的部分，或单独和耦合到所述装置。在所述设备包括脉冲生成装置的安装构件时，传感器可以设置在安装构件上或中。

所述装置可以例如通过在相对于管状外壳的外部的流体的内流体流道中的流体之间创建压力差而可在施加的流体压力下移动。孔穴可限定容纳所述装置的圆筒，且所述装置可以形成可通过施加流体压力而在圆筒内移动的活塞。适当密封件可以设置在活塞与孔穴的一个或多个壁之间。在设备包括安装构件时，安装构件可以限定活塞。管状外壳可以通过施加的流体压力而可在至少一个变形区中变形。所述装置可以通过施加的流体压力从缩回位置移动到延伸位置。所述装置可以通过施加的流体压力从延伸位置移动到缩回位置。

所述装置可以经由施加机械力诸如通过使扩张工具或元件行经内流体流道而从缩回位置移动到延伸位置，所述工具在以下项上施予力：a)位于孔穴中的装置，以将其推进到延伸位置；或b)限定空间的管状外壳的部分，从而在至少一个变形区中使外壳变形。所述装置可以经由施加机械力诸如经由所述装置与井筒中的特征之间的接触而从延伸位置移回到缩回位置。所述特征可以是设置在井筒中用于在所述装置上施予力的专用特征(诸如加厚或轮廓)。

所述设备可以包括用于生成流体压力脉冲的多个装置。每个装置可以位于各自空间中。多个装置可以位于一个空间中。在设备包括安装构件时，安装构件可以容纳多个脉冲生成装置。

管状外壳可以限定形成外壳的外表面的至少部分的外加厚。管状外壳可以限定形成外壳的内表面的至少部分的内加厚。

所述设备还可包括被配置成操作所述装置的操作单元。操作单元可以包括一个或多个电力源(诸如电池)、数据采集系统、传感器和用于将电源电耦合到所述装置且用于与所述装置电连通的连接器元件。操作单元可以安装在空间中。在所述设备包括安装构件时，操作单元可以安装在安装构件上或中。

所述装置可以用于控制流体沿着与内流体流道连通的流动路径流动，以生成流体压力脉冲。所述装置可以包括具有阀元件和阀底座的阀，所述阀可致动以控制流体沿着流动路径的流动。这可通过利用阀底座将阀元件移动到密封支座或移出密封支座来实现。所述装置可以包括致动器元件，其可操作以移动阀元件从而控制流体通过流动路径的流动。致动器元件可以电操作(且可例如是螺线管或电机)且耦合到操作单元中的电力源。所述装置可以生成正或负流体压力脉冲。可以通过操作单元生成正脉冲以闭合各自流动路径，且通过操作单元生成负脉冲以打开流动路径。所述装置可以是盒或插入件的形式。盒可以容置阀。所述装置可以限定流动路径的至少部分。所述装置可以限定出口。每个流动路径的入口可以通往内流体流道。出口可以通往外壳的外部。出口可以在沿着外壳的长度与入口轴向间隔的位置通往内流体流道。

所述设备可以包括安装在空间中的载体，以及以下项中的一个或多个：流体压力脉冲生成装置；电力源(例如电池)；电子装置和可安装在载体中的传感器或传感器组件。

根据本发明的第二方面，提供一种井下数据采集和遥测系统，其包括：

根据本发明的第一方面用于在井下生成流体压力脉冲的设备；和

用于测量井下参数的至少一个传感器，由所述至少一个传感器测量的关于参数的数据经由脉冲生成装置生成的流体压力脉冲传输到地面。

上文关于本发明的第一方面定义本发明的第二方面的系统的设备和传感器形成部分的其它特征。

应理解，可以提供能够在井筒中测量大范围的不同参数的一个或多个传感器，包括(但不限于)：压力(例如，内孔和/或管状外壳的外部中的压力)；温度；地质特征(例如，岩石电阻率、背景辐射)；密度；力(例如，轴向导向力，诸如施加到井筒中的组件的重力，其可以是钻压(WOB)，或施加到井筒中的组件的旋转导向力或扭矩，其可以是钻头扭矩(TOB)或井筒管中的扭矩)；应变；应力；加速度和井筒几何特征(例如，旋转取向或“方位角”、指示、特定组件或特征的深度)。

根据本发明的第三方面，提供一种在井筒井下测量至少一个参数以及传输关于所述至少一个参数到地面的数据的方法，所述方法包括以下步骤：

在管状外壳壁中的限定内流体流道的空间内安装用于生成流体压力脉冲的装置；

在所述装置处于缩回位置的情况下，使外壳延伸到井筒中且将所述装置定位在井筒中的希望位置；

在希望位置定位所述装置之后，操作所述装置以生成流体压力脉冲以将关于至少一个井下参数的数据传输到地面位置；和

将脉冲生成装置从缩回位置移动到径向延伸位置。

将脉冲生成装置移动到延伸位置的步骤可以发生在传输所述数据到地面之后。将脉冲生成装置移动到延伸位置的步骤可以发生在传输所述数据到地面之前。

所述方法在将所述装置从延伸位置移回到缩回位置之后可以包括其它步骤。

所述空间可以采取在外壳的内表面与外壳的外表面之间延伸的孔穴的形式，且所述方法可以包括在孔穴内移动地安装所述装置，且将所述装置定位在孔穴中的缩回位置中(其为上文定义的缩回位置)。在径向延伸位置中，所述装置的至少部分可延伸超过外壳的外表面。

所述装置可以通过扩张管状外壳或其部分尤其限定空间的部分而移动到延伸位置。所述装置可以通过使管状外壳在一个或多个变形区中变形而移动到延伸位置。

将所述装置移动到延伸位置的步骤可以包括将流体压力施加到所述装置以将其推进到延伸位置。这可以涉及在内流体流道中的流体相对于管状外壳的外部的流体之间创建压力差。所述方法在通过施加流体压力到所述装置而将所述装置从延伸位置移回到缩回位置之后可以包括其它步骤。

将所述装置移动到延伸位置的步骤可以包括将机械力施加到所述装置以将其推进到延伸位置。这可涉及使扩张工具或元件行经内流体流道(其可以是例如在流体压力下可致动)，所述工具在所述装置上施予力以将其推进到延伸位置。所述装置可以形成外壳的外表面的部分，或可以位于外壳的限定外表面的部分的部分中，且所述表面部分可以在所述装置移动到延伸位置时向外径向移动。所述方法在通过施加机械力到所述装置而将所述装置从延伸位置返回到缩回位置之后可以包括其它步骤。这可涉及使所述装置与井筒中的特征接触。

所述方法最初可包括将所述装置约束在缩回位置中。所述装置最初可以由至少一个闩锁元件约束。所述闩锁元件可以被致动以释放所述装置以移动到延伸位置。所述闩锁元件可以诸如经由施加机械力而被切削或切断，以释放所述装置以移动到延伸位置。

所述方法可包括将所述装置约束在延伸位置中。所述装置可以使用至少一个闩锁元件约束。所述闩锁元件可以选择性致动将所述装置约束在延伸位置。所述闩锁元件可以被切削或切断以允许释放所述装置以从延伸位置移回到缩回位置。

本发明的第三方面的方法的其它特征可以源自上文关于本发明的第一/第二方面的设备和/或系统陈述的文字或相对于所述文字。

首先参考图1，示出了由参考数字10整体指示的井下组件，所述组件包括根据本发明的实施方案用于在井下生成流体压力脉冲的设备，且所述设备由参考数字12整体指示。如下文将更详细描述，设备12在传输关于在井下环境中测量的一个或多个参数的数据到地面上具有特定效用。

在所示实施方案中，组件10采用管柱的形式且示出为在完成井筒或井孔14期间使用。在图示中，井筒14的主要部分16已从地面钻出，且与已知为套管18的井筒内衬管在一直线上，其包括端对端耦接的管的长度或段。套管18已经以已知方式适当浇注在20处。然后，已经如由数字22所指示通过钻通管24在井筒底部的段(已知为套管底环)且钻通围绕套管底环的水泥插头26而延伸井筒14。

已知为内衬28的更小直径的井筒内衬管被安装在井筒的延伸部22，通过内衬悬挂器30挂在套管18中。在适当浇注之前，内衬28示出为用于密封通过钻出的井筒的壁34与内衬的外表面36之间限定的环空32的内衬(未示出)的水泥。水泥以低于内衬悬挂器30的水平(即在井中更深)沿环空32通过且进入套管24中。然后，内衬悬挂器由常规方法设置。已知为封隔器38的密封装置然后可操作以密封内衬28的上端40(即，朝地面更向井口的端)。内衬28通过管柱10(在所示实施方案中为内衬延伸柱10)下入井的延伸部22中。延伸柱10还提供水泥流入内衬28以密封环空32，且用于致动内衬悬挂器30和封隔器38的路径。

本发明的设备12被并入柱10中，且如此利用内衬28延伸到井筒14中。如下文将描述的，设备12用于实时发送关于一个或多个井下参数的数据到地面，以促进完井(通过安装内衬28)且备井用于生产。在所示实施方案中，恢复到地面的数据与内衬28中的窗41的取向相关，通过所述窗将钻探从主井筒14延伸的横向井筒(未示出)。如所属领域技术人员应理解的，关于井筒14的取向的数据以及实际上其它参数对于确保正确钻探和所示完井以接近含有井液(石油和/或天然气)的地层是至关重要的。

为此且如图2的放大透视图以及图3的纵向横截面图所示，设备12还承载提供在设备的操作单元44中的传感器采集系统42。所述设备可以包括与采集系统42相关联的取向传感器以测量方向定位信息，且可以包括已知类型的适当应变传感器(未示出)以测量具有窗41的套管28上的压缩载荷。如下文将描述的，传感器设置在传感器采集系统42中，但是可以是单独的且安装在设备12的长形、大致管状的外壳46中。操作单元44包括适当电子装置，其存储数据、将数据中继到传输装置50，且提供用于设备12操作的电力。以此方式，系统42中的传感器测量的数据可以经由设备12被传输到地面。如下文将描述的，单独传感器可以提供且耦接到设备12，用于传输关于各个井下参数的数据到地面。传感器可以设置在柱10的单独部件中且耦接到设备12。设备12包括根据本发明形成井下数据采集和遥测系统的传感器。

图4的高度示意图中还示出了设备12的部分。在图5的纵向截面以及图6和图7的放大图中还更详细示出设备12。设备12包括管状外壳46，其限定内流体流道或孔48。脉冲生成装置50安装在外壳46中，且用于控制流体沿着与内流体流道48连通的流动路径52流动，以生成流体压力脉冲。

在图2和图3所示的本发明的实施方案中，管状外壳46具有外壳壁60、内表面61和外表面63。空间65提供在外壳46的壁60中，且采用在内表面61和外表面63与到内流道48上的开口之间延伸的孔穴的形式。孔穴65具有彼此连通且具有类似尺寸的内开口和外开口。脉冲生成装置50安装在孔穴65中以在缩回位置与径向延伸位置之间移动。在图3示出装置50在实轮廓线的缩回位置和虚轮廓线的延伸位置。图5还示出在延伸位置的装置50。在延伸位置中，装置50的部分延伸超过外壳的外表面63。特定而言，装置50的外表面51位于外表面63之外。

安装在缩回位置与延伸位置之间移动的脉冲生成装置50提供的优点是，设备12描述的最大宽度尺寸(尤其是直径)可以在装置50处于缩回位置时布置成较小，有利于设备12沿着井筒14部署到希望的放置点。这可以尤其促进设备12通行或通过套管18的节流部分(诸如套管18中的加厚或轮廓)。这可提供无需使容纳设备12的井筒14比其它情况可能的井筒更大的优点。应注意，使用管下扩眼器扩大井筒以容许通过较大管并非罕见。还可以存在工具需要行经通过的限制或受限孔，使得其可被放置在已被扩大/扩眼的孔位置中，或常规上大小设置为与下入初始套筒所需的一致。

在所示实施方案中，装置50的放置点可由如图1所示的内衬28的需要位置确定，承载装置50的设备12在内衬中位于窗41的井底。在希望的放置点处的位置之后，装置50可以移动到径向延伸位置。因此，本发明有利的是在装置50处于延伸位置时提供开放接达管状外壳46(且因此接达设备12)的能力。这从示出装置50处于缩回位置的图1中可明白，其中其阻碍管状外壳46的内流道48。视需要，设备12可以位于井筒的已经被扩眼的部分中，以提供足够的空隙用于将装置50移动到延伸位置。这示出于图9中，其中井筒的延伸部分22已经如图示中的23处所示被扩眼。

通常，缩回位置将是装置50的操作位置，其中所述装置用于生成代表井中在井下测量的至少一个参数的流体压力脉冲。装置50在操作生成流体压力脉冲以将数据发送到地面之后被移动到延伸位置。然而，应理解，装置50可同样能够在处于延伸位置时生成流体压力脉冲。实际上，装置50的操作位置可以是延伸位置，而非缩回位置。

在缩回位置中，脉冲生成装置50不延伸超过管状外壳46的外表面63。装置50因此可以缩回到孔穴65中，且不会从所述孔穴突出超过外表面。这有利于设备12沿着井筒14通行，导航通过井筒中的任何限制部分。在缩回位置中，脉冲生成装置50延伸超过管状外壳46的外表面61且进入内流体流道48中。在延伸位置中，装置50不会延伸超过内表面61且因此不会延伸进入内流体流道48中。这可在装置50处于延伸位置时提供开放全孔通过管状外壳46而进入的能力。这在为了容许工具/仪器在设备12的井下后续部署到井筒中，且在最大化通过设备的流体流方面上是尤为可取的。

设备12还包括安装构件，其采取容纳装置50的安装块67的形式。安装块67是用于在缩回位置与延伸位置之间移动而安装的、承载装置50且因此用于使装置在所述位置之间移动。脉冲生成装置50以以下方式安装在块67中：当块移动到延伸位置时，装置50的至少部分突出超过外壳46的外表面63。

有效的是，安装块67形成安装到孔穴65中的浮动安装块或活塞，且其经由适当密封件71而相对于壁60密封。设备65从而有效限定其中安装块67在施加的流体压力(其将在下文讨论)下被安装用于在缩回位置与延伸位置之间移动的圆筒。凸缘或止挡件83可设置在安装块67上，用于限制块向外移动。遵循本文将其公开以引用的方式并入的WO-2011/004180的教导，脉冲生成装置50采用可释放地安装在安装块67中的盒的形式。下文将更详细讨论装置50的操作。

装置50最初可以由至少一个闩锁元件约束在缩回位置。在所示实施方案中，存在两个这种闩锁元件；示出其中一个(图3)且给定参考数字73。闩锁元件73可采用掣子或销的形式，且可致动以释放装置50用于移动到延伸位置。掣子73可以在其中其约束装置50的接合位置与其中装置50被释放用于移动到延伸位置的释放位置之间移动。掣子73被配置成接合安装块67从而约束装置50。

设备12还被配置成使得装置50可以再次通过至少一个闩锁元件而被约束在延伸位置中。在所示实施方案中，存在两个这种闩锁元件；示出其中一个且以参考数字75指示。闩锁元件75可采用掣子或销的形式，且可致动以接合装置50。掣子75可以在以下位置之间移动：释放位置，使得允许装置50到延伸位置的移动；和接合位置，其中其将装置50约束在延伸位置中。掣子75可以可切削或可切断以允许释放所述装置50以从延伸位置移回到缩回位置。再次，掣子75被配置成接合安装块67从而约束装置50。

掣子73和75的致动选项可以包括机械、电气、机电、液压及其组合。

如上所述，装置50可以在施加的流体压力下从其缩回位置移动到其延伸位置。这是通过在环空32中在内流体流道48中的流体相对于管状外壳46的外部的流体之间创建压力差而实现。例如，可以使用地面处的泵提高内流道48中的流体的压力，使得作用于安装块67限定的内活塞面上的流体压力大于作用于外活塞面上的流体压力(源自环空32中的流体压力)。然而，装置50可以经由施加机械力诸如通过使扩张工具或元件(未示出)通过内流体流道48而从缩回位置移动到延伸位置，所述工具在装置上施予力以将其推进延伸位置。装置50类似地可通过施加的流体压力从延伸位置移回到缩回位置，在本案中通过提高环空32中的压力，或通过容许流道48中的流体压力回落。

管状外壳46限定形成或限定外壳46的外表面63的部分的外加厚77。然而，管状外壳46可被配置成限定形成外壳46的内表面61的至少部分的内加厚，且因此可在一定程度上突出到内流道48。

视需要，设备12可包括多个脉冲生成装置，且图4说明其中设备12包括装置50加上类似这样的第二装置54的选项。装置50和54两者被安装在安装块67中，且因此可一致在缩回位置与延伸位置之间移动。装置50和54可以各种不同方式操作，且可例如用于发布单独或组合压力脉冲信号。在其它变体中，设备12可以只包括单个脉冲生成装置50，且相关联的操作/电力和传感器仪器可被配置成与上述不同。例如且参考图4，用于操作脉冲器50的电池或其它电源可被设置在由数字54指示的位置中；传感器组件42可以设置在由数字54指示的位置中；或者操作单元44可以设置在由数字54指示的位置中。

以类似方式实现装置50和54的操作，且现在将予以描述。

操作单元44被配置成操作装置50，或在视需要同时或个别提供时操作第一装置50和第二装置54两者。图8更详细示出操作单元44，其为图5所述设备的部分的进一步扩大透视图，其中特定内部部件虚轮廓线示出且在插入安装块67期间示出操作单元。操作单元44包括电子装置段66，其包括传感器采集系统42、电池69a和69b形式的第一和第二电源、第一和第二电连接器元件68a、68b以及适当数据存储装置(未示出)。虽然可以利用单个电池，但是电池69a和69b提供电力分别用于致动装置42、50和54。连接器元件68a、68b提供与装置50和54的电连接，使得其可操作以将关于传感器采集系统42中后与其相关联的传感器测量的参数的数据传输到地面。

第一和第二装置50和54每个包括阀，示出其中之一且给定参考数字74。阀74可以包括阀元件76和阀底座78，所述阀可致动以控制流体沿着流动路径52的流动。这可通过利用阀底座78将阀元件76移动到密封支座或移出密封支座来实现。装置50和54每个还包括耦合到阀元件76的各自致动器70，从而控制流体通过各自流路径52的流动。致动器70被电操作，且采用具有轴连杆81的螺线管或电机形式。致动器轴连杆81耦合到阀元件76以控制其移动，且提供用于操作阀元件的线性或旋转输入，后者是经由适当旋转到线性转换器而进行。

操作致动器70的电力经由连接器元件68a、68b由电池组69a、69b提供。如图6和图8所示，连接器元件68位于安装在装置50、54的孔92内的密封孔组件90内。连接器元件68a、68b的端98与插槽99电连接，其将电力传输到致动器70。致动器70的操作造成致动器轴连杆81将阀元件76平移成脱离与阀底座78的密封接合。当希望将阀74返回到其闭合位置时，致动器70被撤销启动且返回弹簧(未示出)，利用其阀底座78将阀元件76推进回到密封支座中。

阀74和致动器66两者的结构和操作最类似于WO-2011/004180公开的结构和操作，所述案的公开以引用的方式并入本文。因此，本文将不再赘述这些组件。

第一和第二装置50和54安装在提供在浮动安装块67中的各自空间80和82中。操作单元44类似安装在安装块67中的空间84中，其与其中安装第一和第二装置50、54但是通过所述装置的空间80、82分离。如所示，装置50、54和操作单元44完全安装在各自空间80、82和84中。

第一和第二装置50、54和实际上操作单元44是盒或插入件的形式，其可释放地安装在安装块67中、空间80、82和84中。当示出为凹口或凹槽时，空间80、82和/或84可采用安装块67中的钻孔室的形式。

第一和第二装置50、54和操作单元44的盒被成形使得其完全安装在各自空间80、82和84中。第一和第二装置50、54的盒容置各自阀74。第一和第二装置50和54还限定各自流动路径52的部分，所述流动路径从外壳壁60中的入口58通过阀74延伸到出口62。阀74的操作从而控制流体沿着流动路径52从入口58流动到各自出口62以生成脉冲。装置50、54可以生成正或负流体压力脉冲。通过操作装置50、54生成正脉冲以闭合各自流动路径52、56，且通过操作单元生成负脉冲以打开流动路径。

现在参考图10，根据本发明的另一实施方案示出了用于在井下生成流体压力脉冲的设备的完全部分的截面图，所述设备由参考数字12'指示。与图1到图9的设备12相同的设备12'的部件共享相同参考数字，除了后缀'之外。

设备12'具有与设备12类似的构造，且本文将只描述显著差异。设备12'示出于图10中，在用于生成流体压力脉冲的装置50'的区域中横向于外壳46'的主纵轴取截面。图10示出处于缩回位置的装置50'。图11是设备12'的部分的进一步放大图，尤其是外壳46'的壁60'的部分的放大图。图12是设备12'的示图，其中装置50'处于径向延伸位置。

在这个实施方案中，装置50'安装在壁60'中的采用凹槽或凹口的空间65'中。装置50'以所述装置在空间内的移动被限制的方式安装在空间65'中。在本实施方案中，设备12'被构造成使得装置50'可通过在管状外壳46'上尤其是在限定空间65'的部分上施予扩张力而从缩回位置移动到径向延伸位置。管状外壳46'因此被构造成使得其可延伸以允许装置50'移动到延伸位置。在本实施方案中，装置50'形成外壳46'的外表面63'的部分，或可以位于外壳46'的限定外表面63'的部分的部分中，且所述表面部分在装置50'移动到延伸位置时向外径向移动。

在所示实施方案中，管状外壳46'包括多个变形区102，其被构造成变形使得装置50'可以移动到延伸位置。变形区102设置在限定空间65'的管状外壳46'的部分104与外壳46'的主要部分106之间。空间65'在沿着外壳46'的纵轴的方向上是长形的，且区102以空间的横侧为边界，在沿着所述纵轴的方向上延伸。然而，有效的是，虽然图示中只示出两个变形区，但是存在以围绕其整个周长的空间65'为边界的变形区。可以提供任何适当数量的变形区以允许所希望的装置50'的移动。

变形区102是管状外壳46'的被成型为允许装置50'进行所需的径向向外移动到其延伸位置的区。在所示实施方案中，管状外壳46'被成形以在变形区102中限定至少一个波纹或折叠108，所述波纹被配置成使得其可以在运用扩张力之后至少部分展开或延伸，使得所述装置可以移动到延伸位置。这示出于图12中。

变形区102包括具有与外壳的大部分的对应属性不同且尤其与限定空间65'的外壳的部分104不同的至少一个材料属性的材料。材料属性通常是屈服强度，且变形区102包括具有比外壳46'的剩余部分更低的屈服强度的材料的部分112。这可促成管状外壳46'在施加扩张力之后在变形区102中变形。例如，外壳46'的大部分(尤其限定空间65'的主要部分106和部分104)可以是具有比部分112的屈服强度更高的屈服强度的合金钢，使得变形发生于包括波纹108的部分102中。变形可以诸如使用扩张工具遵循上述技术通过施加的流体压力或机械扩张而实现。例如且如图10所示，液压油缸110可以被致动以在限定空间65'的部分104上施予力。

尽管已经示出且描述了本发明的传输关于施加到井筒内衬管的压缩载荷的数据到地面上的设备，但是应理解，设备具有宽广范围的使用，包括钻探和生产阶段中的使用，或实际上介入操作(例如，在开始生产之后在井中进行补救操作)中的使用。因此，所述设备可用于传输关于与钻探、完成或生产阶段和相关的其它参数的数据和/或用于介入。这些可以包括(但不限于)：压力(例如，内孔和/或管状外壳的外部中的压力)；温度；地质特征(例如，岩石电阻率、背景辐射)；密度；力(例如，轴向导向力，诸如施加到井筒中的组件的重力，其可以是钻压(WOB)，或施加到井筒中的组件的旋转导向力或扭矩，其可以是钻头扭矩(TOB)或井筒管中的扭矩)；应变；应力；加速度和井筒几何特征(例如，旋转取向或“方位角”、指示、特定组件或特征的深度)。可提供适于所需参数的测量的传感器。

可对前文进行各种修改而不脱离本发明的精神或范畴。

在缩回位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的外表面第一距离；且在延伸位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的外表面大于所述第一距离的第二距离。

在缩回位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的内表面第一距离且进入内流体流道中；且在延伸位置中，所述装置可以延伸超过管状外壳的内表面第二距离且进入内流体流道，所述第二距离小于所述第一距离。

所述装置可以包括盒或采用盒的形式，其可以是可释放移动地安装在空间中。

所述闩锁元件可以可切削或可切断以释放所述装置以移动到延伸位置。

所述闩锁元件可以设置在管状外壳中，在所述装置中(诸如在安装构件中)，或视需要在外壳和装置两者中。

所述装置可以经由施加机械力诸如经由所述装置与井筒中的特征之间的接触而从延伸位置移动到缩回位置。所述特征可以是设置在井筒中用于在所述装置上施予力的专用特征，诸如加厚或轮廓。

所述设备可以包括用于生成流体压力脉冲的多个装置。每个装置可以位于各自孔穴中。多个装置可以位于一个孔穴中。在设备包括安装构件时，安装构件可以容纳多个脉冲生成装置。

孔穴开口可以是不同的尺寸、轮廓和/或形状。

所述设备可以被配置成在移动到延伸位置之后将所述装置自动约束在所述位置中。例如，闩锁元件可装有弹簧或以其它方式偏置。例如，闩锁元件可被弹簧或其它偏置。

Claims (23)

1.一种用于生成井下流体压力脉冲的设备，其包括：

管状外壳，其限定内流体流道且提供具有内表面和外表面的外壳壁；和

用于选择性生成流体压力脉冲的装置，所述装置被安装在所述外壳壁中限定的孔穴中且能在缩回位置与径向延伸位置之间移动，其中在所述缩回位置所述装置被安置在所述孔穴内，而在所述径向延伸位置所述装置至少部分延伸超过所述外表面。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备在所述外壳壁的所述内表面与所述外表面之间延伸。

3.根据权利要求1所述的设备，其中在所述缩回位置时，所述装置至少部分延伸至所述内流体流道中且超过所述外表面。

4.根据权利要求1所述的设备，其还包括在所述孔穴内可移动布置的安装块，其中所述装置被安装到所述安装块且所述安装块在所述缩回位置与所述径向延伸位置之间移动。

5.根据权利要求4所述的设备，其中使用一个或多个闩锁元件将所述安装块固定在所述缩回位置中。

6.根据权利要求4所述的设备，其中使用一个或多个闩锁元件将所述安装块固定在所述径向延伸位置中。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述一个或多个闩锁元件能剪切，以容许释放所述安装块，以从所述径向延伸位置移回到所述缩回位置。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述装置能通过在所述孔穴处或邻近所述孔穴对所述管状外壳施予扩张力，而从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述管状外壳包括被构造成变形的至少一个变形区，使得所述装置能从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述至少一个变形区限定至少一个波纹部分，所述波纹部分被布置成假定有扩张力则至少部分延伸。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述装置能经由所述内流体流道与所述管状外壳外的压力差以及用于移动所述装置施加的机械力中的至少一个，而从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置。

12.根据权利要求1所述的设备，其还包括至少一个传感器，所述传感器能通信耦合到所述装置以用于测量井下参数，其中由所述至少一个传感器测量的关于所述井下参数的数据经由所述装置生成的流体压力脉冲传输到地面。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述井下参数选自由压力、温度、地质特征、密度、钻压、钻头扭矩、应变、应力、加速度和井筒的几何特征组成的组。

14.一种在井筒中在井下测量至少一个参数以及将关于所述至少一个参数的数据传输到地面的方法，其包括：

将井下组件引入到井筒中，所述井下组件包括管状外壳，其限定内流体流道且提供具有内表面和外表面的外壳壁，并且所述井下组件包括安装于限定在所述外壳壁中的孔穴中的装置；

在所述井筒内在管柱上与处于缩回位置的装置一起传送所述井下组件，其中所述装置安置在所述孔穴内；

在所述井筒中的希望位置处定位所述装置；

操作所述装置以生成流体压力脉冲以将关于至少一个井下参数的数据传输到地面位置；和

将所述装置从所述缩回位置移动到径向延伸位置，其中所述装置至少部分延伸超出所述外表面。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述装置从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置在操作所述装置生成流体压力脉冲以将关于至少一个井下参数的数据传输到地面位置之前。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述装置被配置在移动地布置在所述孔穴内的安装块内，且其中将所述装置从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置包括将所述安装块从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括使用一个或多个闩锁元件将所述安装块固定在所述缩回位置中。

18.根据权利要求16所述的方法，其还包括使用一个或多个闩锁元件将所述安装块固定在所述径向延伸位置中。

19.根据权利要求14所述的方法，其中将所述装置从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置包括：

在所述孔穴处或邻近所述孔穴对所述管状外壳施予扩张力；和

响应于所述扩张力在所述管状外壳中使至少一个变形区变形，从而将所述装置从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置。

20.根据权利要求14所述的方法，其中将所述装置从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置包括在所述内流体流道与所述管状外壳的外部之间引入压力差。

21.根据权利要求14所述的方法，其中将所述装置从所述缩回位置移动到所述径向延伸位置包括对所述装置施加机械力。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述装置被配置在移动地布置在所述孔穴内的安装块内，且其中对所述装置施加所述机械力包括在所述安装块上施加所述机械力。

23.根据权利要求14所述的方法，其还包括用配置在所述井下组件中且通信耦合到所述装置的至少一个传感器测量所述至少一个井下参数，所述井下参数选自压力、温度、地质特征、密度、钻压、钻头扭矩、应变、应力、加速度和井筒的几何特征组成的组。