RU2428561C2 - Система и способ для осуществления операции перфорирования в стволе скважины - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится нефте- и газодобыче, в частности к перфорированию скважин. Технический результат - улучшение управления потоком текучей среды и давлением в скважине. Система для осуществления операции перфорирования в стволе скважины содержит колонну стреляющих перфораторов, включающую большой внутренний проточный канал, пакер, установленный на указанную колонну, и клапанную систему, установленную на указанную колонну для управления потоком между внутренним и наружным пространством колонны через, по меньшей мере, радиальное отверстие, проходящее через стенку колонны, и содержащую клапан, управляемый активационным устройством, реагирующим на сигнал давления и времени и имеющим электронный модуль для обнаружения входных импульсов давления и моментов времени их появления для сравнения с предварительно заданной характеристикой. Активационное устройство способно реагировать посредством избирательного управления активационным каналом, способным открываться для активации клапана гидростатическим давлением в стволе скважины. Клапанная система расположена в кожухе указанной колонны так, что она расположена снаружи большого внутреннего канала колонны при переходе между открытым и закрытым состояниями. Активационное устройство размещено в пазу на внешней поверхности указанного кожуха для сохранения большого внутреннего проточного канала колонны. Способ осуществления операции перфорирования в стволе скважины включает следующие стадии: соединение к клапанной системе колонны стреляющих перфораторов; расположение клапанной системы в кожухе указанной колонны; перемещение указанной колонны и клапанной системы в желаемое место в стволе скважины; определение предварительно заданной характеристики входных импульсов давления и моментов времени их появления; приведение в действие клапанной системы после определения указанной предварительно заданной характеристики. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Предпосылки создания изобретения

При проведении скважинных операций перфорирования клапаны иногда объединяют с перфорационной колонной, устанавливаемой в ствол скважины. Клапаны можно использовать для управления потоком в условиях скважины, например, во время добычи текучих сред или изоляции областей ствола скважины для конкретных процедур.

Клапаны приводятся в действие с помощью множества механизмов и действий. В некоторых конструкциях приведение клапанов в действие инициируется срезанием срезных штифтов. Другие клапаны срабатывают от взрывных средств или приводятся в действие механически за счет сбрасывания штанги с площадки на поверхности. Каждая из этих конструкций клапанов требует вмешательства для их срабатывания.

Пример конструкции вышеописанных клапанов, применяемых в инструментальной колонне, раскрыт в патенте США 5318126 от 07.06.1994. Указанная колонна часто содержит эксплуатационный клапан, стреляющую головку и стреляющий перфоратор, которые предназначены для размещения в стволе скважины. При детонации стреляющего перфоратора эксплуатационный клапан открывается для создания пониженного гидростатического давления в стволе скважины и для обеспечения потока скважинных текучих сред в клапан и связанный с ним трубопровод. Детонация стреляющей головки создает детонационную волну, которая проходит через данный клапан и открывает его.

Целью настоящего изобретения является создание системы и способа для проведения операции перфорирования в стволе скважины, обеспечивающих улучшение управления потоком текучей среды и давлением в скважине.

Система и способ согласно настоящему изобретению вместо вышеописанной операции детонации используют по меньшей мере один клапан, который выборочно активируется в ответ на сигнал давления и времени. Это обеспечивает лучший контроль над скважинными операциями в связи с тем, что клапан может быть открыт, когда необходимо, независимо от детонации. Система также может использоваться для закрытия клапанов, обеспечивая выборочное открытие и закрытие клапана или клапанов в стволе скважины. Кроме того, использование сигналов давления и времени обеспечивает активацию клапана без требования других операций вмешательства.

Согласно изобретению создана система для осуществления операции перфорирования в стволе скважины, содержащая колонну стреляющих перфораторов, включающую большой внутренний проточный канал, пакер, установленный на указанную колонну, и клапанную систему, установленную на указанную колонну для управления потоком между внутренним и наружным пространством колонны через, по меньшей мере, одно радиальное отверстие, проходящее через стенку колонны, и содержащую клапан, управляемый активационным устройством, реагирующим на сигнал давления и времени и имеющим электронный модуль для обнаружения входных импульсов давления и моментов времени их появления для сравнения с предварительно заданной характеристикой, при этом активационное устройство способно реагировать посредством избирательного управления активационным каналом, способным открываться для активации клапана гидростатическим давлением в стволе скважины, клапанная система расположена в кожухе указанной колонны так, что она расположена снаружи большого внутреннего канала колонны при переходе между открытым и закрытым состояниями, и активационное устройство размещено в пазу на внешней поверхности указанного кожуха для сохранения большого внутреннего проточного канала колонны.

Сигнал давления и времени может содержать сигналы импульсов низкого давления, посылаемые в скважину в соответствии со специальной временной последовательностью.

Клапан может поддерживаться в открытом положении при перемещении клапана системы вниз в ствол скважины.

Клапан может содержать предохранительный механизм для удержания клапана в сдвинутом положении сразу же после его перевода в сдвинутое положение.

Клапанная система может дополнительно содержать второй клапан и второе активационное устройство.

Клапан способен поддерживаться в открытом положении, а второй клапан способен поддерживаться в закрытом положении при перемещении клапанной системы вниз в ствол скважины.

Клапанная система может дополнительно содержать предохранительный механизм для поддержания клапана в желаемом состоянии во время развертывания в стволе скважины.

Сигнал давления и времени может содержать, по меньшей мере, два сигнала давления и времени для гарантии независимого управления клапаном и вторым клапаном.

Согласно изобретению создан способ осуществления операции перфорирования в стволе скважины, включающий следующие стадии:

соединение к клапанной системе колонны стреляющих перфораторов, содержащей большой внутренний проточный канал;

расположение клапанной системы в кожухе указанной колонны так, что клапанная система размещается снаружи внутреннего проточного канала при переходе между открытым и закрытым состояниями;

перемещение указанной колонны и клапанной системы в желаемое место в стволе скважины;

определение предварительно заданной характеристики появления входных сигналов давления для сравнения с предварительно заданной, выполняемое активационным устройством, установленным съемным образом в пазу наружной поверхности кожуха указанной колонны, который сформирован снаружи большого внутреннего проточного канала колонны для предотвращения ограничения данного канала;

приведение в действие клапанной системы после определения указанной предварительно заданной характеристики давления и времени при помощи открытия активационного канала, приводящего в действие клапан клапанной системы посредством гидростатического давления в стволе скважины.

Приведение в действие клапанной системы может включать в себя открытие или закрытие клапана клапанной системы в ответ на множество импульсов низкого давления, подаваемых в соответствии с предварительно определенной временной последовательностью.

Приведение в действие клапанной системы может включать в себя приведение в действие, по меньшей мере, двух клапанов посредством особых сигналов давления и времени.

Перемещение колонны стреляющих перфораторов может включать в себя перемещение колонны и клапанной системы в скважину при открытом клапане между стволом скважины и внутренним пространством колонны.

Способ может дополнительно содержать следующие стадии:

закачивание буферной текучей среды в скважину через колонну стреляющих перфораторов и выпуск ее в ствол скважины через клапан;

уплотнение области ствола скважины с помощью пакера;

закрытие клапана посредством сигнала давления и времени для сохранения желаемого давления в упомянутой области;

произведение выстрелов стреляющим перфоратором колонны.

Краткое описание чертежей

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы, будут описаны некоторые варианты осуществления изобретения.

Фиг.1 представляет фронтальную проекцию ствола скважины с находящейся в нем колонной скважинного оборудования в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - схематический вид клапанной системы, которую можно объединить с колонной скважинного оборудования, проиллюстрированной на фиг.1, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - схематический вид, аналогичный фиг.2, но иллюстрирующий клапанную систему под другим углом зрения, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - вид в увеличенном масштабе клапанной предохранительной системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 - схематический вид альтернативного варианта осуществления клапанной системы, проиллюстрированной на фиг.2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - схематический вид, аналогичный фиг.5, но иллюстрирующий клапанную систему под другим углом зрения, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 - схематический вид варианта осуществления переключающей системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 - схематический вид одного варианта осуществления сигнала давления и времени, используемого для активации переключающей системы, проиллюстрированной на фиг.7, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

В нижеследующем описании для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения указаны позиции. Вместе с тем, специалисты в данной области техники поймут, что настоящее изобретение можно осуществить на практике и без этих деталей и что возможны многочисленные изменения и модификации относительно описанных вариантов осуществления.

Настоящее изобретение относится к способу управления потоком текучей среды в скважине. Во время различных операций, связанных со скважиной, клапанную систему можно использовать, например, для выравнивания давления между внутренним пространством эксплуатационных труб или другого оборудования и наружной областью либо для изоляции по давлению внутреннего пространства и наружной области друг от друга. Клапанная система используется на скважинных операциях перфорирования для выравнивания давления между внутренним пространством эксплуатационных труб колонны со стреляющими перфораторами и пространством снаружи колонны со стреляющими перфораторами либо для изоляции упомянутых пространств друг от друга по давлению. Кроме того, клапанная система выполнена как не требующая вмешательства система.

На фиг.1 показана скважина 20, содержащая ствол 22, проходящий вниз через один или несколько подземных пластов 24. Пласты 24 часто удерживают текучие среды, добыча которых желательна, например текучие среды на основе углеводородов. В иллюстрируемом варианте скважина 22 проходит вниз от оборудования 26 устья скважины, размещенного на поверхности 28 над стволом 22 скважины. Поверхность 28 может представлять собой поверхность земли или морское дно.

В стволе 22 скважины развернута колонна 30 со скважинным оборудованием, которая может иметь множество конфигураций в зависимости от конкретной проводимой скважинной операции. Во многих приложениях колонна 30 со скважинным оборудованием представляет собой колонну стреляющих перфораторов, имеющую один или несколько стреляющих перфораторов 32 и запальную головку 34. Можно использовать механизм 36 изоляции ствола скважины, такой как пакер, для изоляции таких областей ствола 22 скважины, как область 38 части скважины меньшего диаметра, расположенная ниже пакера 36. С колонной 30 со скважинным оборудованием, например колонной скважинных перфораторов, объединена клапанная система 40 для управления потоком и выравнивания давлений между внутренним пространством 42 колонны, как правило внутренним пространством эксплуатационных труб, и наружным пространством 44, которое окружает колонну в стволе 22 скважины, либо для изоляции упомянутых пространств друг от друга по давлению.

В зависимости от конкретного приложения колонну 30 можно развертывать в стволе 22 скважины с помощью множества развертывающих механизмов 46, таких как эксплуатационные трубы. Кроме того, ствол 22 скважины может быть обсажен обсадной колонной 48, которая перфорируется при детонации стреляющего перфоратора 32 для формирования перфорационных каналов 50. Перфорационные каналы 50 обеспечивают, например, поток углеводородных текучих сред из пласта 24 в ствол 22 скважины и/или поток скважинных технологических текучих сред из ствола 22 скважины в окружающие пласты.

На фиг.2 и 3 изображен вариант осуществления клапанной системы 40. В этом варианте осуществления клапанная система 40 является модульной системой, имеющие внешний кожух 52, который может быть вставлен в колонну 30, например, с помощью первого соединительного конца 54 и второго соединительного конца 56, противоположного первому соединительному концу 54. В иллюстрируемом варианте осуществления соединительные концы 54 и 56 являются концами с внутренней резьбой и внешней резьбой соответственно. Кожух 52 в общем случае содержит полую корпусную секцию 58 и клапанную секцию 60, которые могут быть выполнены в виде единого узла или отдельных модульных секций, удерживаемых вместе крепежными деталями, такими как резьбовые концы или болты.

Основная корпусная секция 58 предназначена для размещения в ней одного или нескольких активационных устройств 62, используемых для активации одного или более соответствующих клапанов 64, находящихся в клапанной секции 60. В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.2, одно активационное устройство 62 используется для активации одного клапана 64. Активационное устройство 62 реагирует на сигнал давления и времени, передаваемый вниз по стволу 22 скважины, а не по гидравлическим управляющим магистралям, проходящим к поверхности. При приеме особого сигнала давления и времени активационное устройство 62 приводит в действие клапан 64, переводя его из первого состояния во второе состояние, например из открытого положения в закрытое положение или из закрытого положения в открытое положение. Особый сигнал давления и времени может содержать сигналы низкого давления, посылаемые в скважину в соответствии со специальной временной последовательностью. Иными словами, давления, например, импульсы давления можно прикладывать при давлении, меньшем, чем давления, используемые в типичных случаях устройств, приводимых в действие давлением, прикладываемым внутри скважины.

Сигнал давления и времени можно передавать в активационное устройство 62 посредством измерительного канала 66 в кожухе 52. Измерительный канал 66 может быть открыт во внутреннее пространство 68 кожуха 52, если сигнал давления и времени передается в скважине внутри колонны 46 эксплуатационных труб. Внутреннее пространство 68 образует часть общего внутреннего пространства 42 колонны эксплуатационных труб. В альтернативном варианте измерительный канал 66 может быть направлен во внутреннее пространство внешнего кожуха 52 для приема сигнала давления и времени, передаваемого по кольцевому пространству ствола скважины, окружающему колонну 30. В иллюстрируемом варианте осуществления прием подходящего сигнала давления и времени заставляет активационное устройство 62 открывать активационный канал 70, подвергая его воздействию гидростатического давления в стволе скважины. Это давление используется для приведения в действие клапана 64, что подробнее поясняется ниже.

Основная корпусная секция 58 может быть конструкцией типа оправки с боковыми карманами, в которой есть место для одного или нескольких активационных устройств 62. В этой конструкции активационные устройства 62 установлены снаружи вдоль кожуха 52. Внутреннее пространство 68 основной корпусной секции 58 смещено от центральной линии инструмента, но при этом сохраняется большой внутренний проточный канал. Кроме того, активационные устройства 62 могут быть установлены в соответствующих пазах 72, выполненных в кожухе 52 (см. также фиг.3) и соединенных через посредство уплотнительных блоков 74 с соответствующими измерительным каналом 66 и активационным каналом 70. В конкретном варианте осуществления кожух 52 содержит два паза 72, как лучше всего проиллюстрировано на фиг.3. Один из пазов 72 содержит активационное устройство 62, взаимодействующее с клапаном 64, а другой паз 72 остается пустым. Любые каналы 66, 70 в неиспользуемом пазу можно закупорить наглухо соответствующими запирающими блоками 76. Например, блоки 74 и запирающие блоки 76 можно установить с уплотнением на внешний кожух 52 посредством торцевых уплотнений типа уплотнительных колец круглого поперечного сечения. Кроме того, блоки 74 и запирающие блоки 76 можно крепить к кожуху 52 посредством множества подходящих механизмов, таких как сгонные муфты.

Как показано на фиг.2, клапан 64 содержит клапанную втулку 78, которая скользит внутри цилиндрической области 80 клапанной секции 60, образованной вдоль внутреннего пространства кожуха 52. Клапанная втулка 78 содержит, по меньшей мере, одно, а зачастую множество, отверстий 82 втулки, которые проходят между внутренним пространством втулки и пространством снаружи нее. Например, отверстия 82 втулки могут быть выполнены в форме радиальных отверстий, проходящих сквозь клапанную втулку 78. Кожух 52 содержит соответствующие отверстия 84, которые завершают проточный канал между внутренним пространством 42 и наружным пространством 44, когда клапан 64 находится в открытом положении, так что отверстия 82 втулки и соответствующие отверстия 84 в основном выровнены.

В иллюстрируемом варианте осуществления клапан 64 предназначен для развертывания в скважине в открытом состоянии. Может быть предусмотрена атмосферная камера 86, такая как воздушная камера, обеспечивающая возможность сдвига втулки, когда через активационный канал 70 прикладывается давление. Как только сигнал давления и времени передается в скважину в активационное устройство 62, активационный канал 70 открывается, подвергаясь воздействию гидростатического давления ствола скважины. Это гидростатическое давление обуславливает перемещение клапанной втулки 78 по направлению к камере 86 и выведение отверстий 82 втулки из выравнивания с соответствующими отверстиями 84, тем самым закрывая клапан 84 и блокируя сообщение между внутренним пространством 42 и наружным пространством 44. Кроме того, между втулкой 78 клапана и внутренним пространством кожуха 52, как показано на чертеже, может быть предусмотрено множество уплотнений 88, например уплотнений в виде уплотнительных колец круглого поперечного сечения. Уплотнения 88 можно использовать для изоляции, например, камеры 86, отверстий 82 втулки и выхода активационного канала 70, через который к клапанной втулке 78 прикладывается давление. Для поддержания клапанной втулки 78 и клапана 64 в желаемом состоянии во время развертывания и/или для поддержания клапанной втулки 78 и клапана 64 в задействованном состоянии сразу же после сдвига клапанной втулки 78, например сдвига ее из открытого положения в закрытое положение, можно использовать предохранительный механизм 90.

Как показано фиг.4, предохранительный механизм 90 изображен подробнее. В иллюстрируемом варианте осуществления клапан 64 находится в закрытом состоянии во время развертывания в ствол 22 скважины. Иными словами, отверстия 82 втулки и соответствующие отверстия 84 кожуха 52 выведены из выравнивания и изолированы уплотнениями 88. В течение этой начальной фазы клапанная втулка 78 удерживается в своем исходном состоянии посредством предохранительного механизма 90. В этом варианте осуществления предохранительный механизм 90 содержит срезающий механизм 92, имеющий срезное кольцо 94, удерживаемое кожухом 52, и, по меньшей мере, один срезной штифт 96, который проходит в радиальном направлении из срезного кольца 94, по меньшей мере, в одно соответствующее сопрягаемое отверстие 98 внутри клапанной втулки 78. Срезное кольцо 94 и, по меньшей мере, один срезной штифт 96 используются для удержания клапанной втулки 78 в таком положении, что втулка 78 не может непреднамеренно сдвинуться во время движения клапанной системы 40 и колонны 30 стреляющих перфораторов в скважине.

Предохранительный механизм 90 также может содержать механизм 100 для удержания клапанной втулки 78 в ее сдвинутом состоянии, например в открытом состоянии, сразу же после того, как втулка 78 сдвигается из изображенного закрытого положение в открытое положение. В иллюстрируемом варианте осуществления механизм 100 содержит храповое кольцо 102, закрепленное вдоль кожуха 52 и имеющее множество храповых зубьев 104. Храповые зубья 104 расположены с возможностью скольжения вдоль захватной области 106 клапанной втулки 78 и предназначены для гарантии движения захватной области 106, а значит, и клапанной втулки 78, в одном направлении, а не в другом. Соответственно, клапанную втулку 78 можно приводить в действие, переводя ее из первого состояния во второе состояние, но механизм 100 при этом предотвращает обратное движение клапанной втулки 78 сразу же после перевода ее во второе состояние.

Еще один вариант клапанной системы 40 изображен на фиг.5 и 6. В этом варианте осуществления клапанная система 40 является модульной системой, в которой внешний кожух 52 в общем случае содержит основную корпусную секцию 58, клапанную секцию 60 и дополнительную клапанную секцию 108, имеющую клапан 110, аналогичный клапану 64. Как показано на чертежах, дополнительная клапанная секция 108 может находиться на стороне основной корпусной секции 58, противоположной той, с которой находится клапанная секция 60. Клапанная секция 108 также может быть выполнена как неотъемлемая часть кожуха 52 или как открепляемая модульная секция.

Основная корпусная секция 58 предназначена для заключения в ней активационного устройства 62 и, по меньшей мере, одного дополнительного активационного устройства 112. Дополнительное активационное устройство 112 также реагирует на особый сигнал давления и времени, передаваемый в скважине по стволу 22 скважины. При приеме особого сигнала давления и времени активационное устройство 112 активирует клапан 110, переводя его из первого состояния во второе состояние, например из закрытого состояния в открытое состояние. Сигнал давления и времени, используемый для активации клапана 110, может содержать сигналы низкого давления, посылаемые внутри скважины в соответствии со специальной временной последовательностью, и может быть особым по отношению к сигналу давления и времени, используемому для активации клапана 64.

Сигнал давления и времени можно передавать в активационное устройство 112 через посредство измерительного канала 66 или через дополнительный измерительный канал в кожухе 52. Как и в варианте осуществления, изображенном на фиг.2 и 3, измерительный канал может быть открыт во внутреннее пространство 68 кожуха 52, если сигнал давления и времени передается в скважине внутри колонны 46 эксплуатационных труб. Измерительный канал может быть направлен во внутреннее пространство внешнего кожуха 52 для приема сигнала давления и времени, передаваемого по кольцевому пространству ствола скважины, окружающему колонну 30. Прием подходящего сигнала давления и времени заставляет активационное устройство 112 открывать активационный канал 114, подвергая его воздействию гидростатического давления в стволе скважины.

Как лучше всего показано на фиг.6, активационные устройства 62 и 112 могут быть соединены со своими соответствующими измерительными каналами и активационными каналами через посредство уплотнительных блоков 74.

Клапан 110 аналогичен клапану 64, и для обозначения общих компонентов в клапанах 110 и 64 использованы те же самые позиции. Например, клапан 110 может содержать клапанную втулку 78, установленную с возможностью скольжения внутри цилиндрической области 80 клапанной секции 108, образованной вдоль внутреннего пространства кожуха 52. Клапанная втулка 78 клапана 110 тоже содержит, по меньшей мере, одно, а зачастую множество, отверстий 82 втулки, которые проходят между внутренним пространством втулки и пространством снаружи нее. Кожух 52 содержит соответствующие отверстия 84, находящиеся в клапанной секции 108, которые завершают проточный канал между внутренним пространством 42 и наружным пространством 44, когда клапан 110 находится в открытом положении, так что отверстия 82 втулки и соответствующие отверстия 84 в основном выровнены, как описано выше в связи с клапаном 64. Клапан 110 также содержит свою собственную атмосферную камеру, например воздушную камеру 86, а также уплотнения 88 для изоляции желаемых областей вдоль клапанной втулки 78. Клапан 110 также может включать в себя предохранительный механизм 90 для ограничения непреднамеренного перемещения втулки 78. В некоторых вариантах осуществления каждая секция 108 и 60 может также содержать амортизатор, сопряженный со втулкой 78, для ослабления любого удара по втулке 78 и ее деформации во время сдвига втулки в ее окончательное положение. В других вариантах осуществления клапанные втулки 78 могут быть выполнены таким образом, что будут включать в себя внутренние сдвигающие профили, такие как дублирующие элементы, гарантирующие открывание или закрывание клапанов с помощью стандартных сдвигающих инструментов.

В иллюстрируемом варианте осуществления клапан 64 сначала находится в открытом положении, а клапан 110 сначала находится в закрытом положении. Вместе с тем, клапаны 64 и 110 могут находиться в других исходных состояниях, зависящих от приложения в стволе скважины, где используется клапанная система 40. Кроме того, операция приведения в действие клапанной системы 40 и последовательность открываний и/или закрываний клапанов могут изменяться от одного приложения в стволе скважины к другому. Помимо этого, кожух 52 может быть выполнен в виде модульного кожуха, вследствие чего появится возможность преобразования клапанной системы 40 из двухклапанной системы в одноклапанную систпму путем удаления клапанной секции 108 и замены ее другим модульным верхним переводником 116 (фиг.2) в сочетании с заменой второго активационного устройства 112 запирающими блоками 76.

В одном примере работы колонны клапанная система 40 является одноклапанной, такой как описанная со ссылками на фиг.2 и 3. В этом варианте осуществления клапанная система 40 объединена с колонной стреляющих перфораторов, в которой можно осуществлять автоматическое падение перфоратора. Сначала колонну со стреляющими перфораторами и клапанную систему 40 с одним клапаном 64 перемещают по скважине в ствол 22 скважины, а клапан 64 при этом находится в открытом положении. Клапан 64 установлен в открытом положении для автоматического заполнения колонны эксплуатационных труб. Сразу же после того как колонна со стреляющими перфораторами и клапанная система 40 оказываются на должной глубине, вниз по эксплуатационным трубам 46 закачивают буферную текучую среду, такую как более легкая буферная текучая среда, для смещения более тяжелой скважинной текучей среды. Затем устанавливают пакер 36 и передают в скважину соответствующий сигнал давления и времени. При приеме особого сигнала давления и времени активационное устройство 62 открывает активационный канал 70 и клапан 64 подвергается воздействию гидростатического скважинного давления, которое вызывает перемещение втулки 78 в закрытое положение. Затем инициируется запальная головка 34 и происходит детонация стреляющих перфораторов 32. Автоматическое высвобождение перфораторов (не показано) приводит к падению колонны с перфораторами в ствол скважины и открыванию вверху эксплуатационных труб 46, которые использовались для развертывания колонны с перфораторами внутри скважины.

В еще одном примере работы колонны 30 клапанная система 40 представляет собой двухклапанный вариант осуществления, такой как вариант осуществления, описанный со ссылками на фиг.5 и 6. В этом варианте осуществления клапанная система 40 объединена с колонной со стреляющими перфораторами, при этом автоматическое падение перфоратора не требуется или при этом колонну с перфораторами вводят в сильно наклонную или горизонтальную скважины, в которой выпадение невозможно. Сначала колонну со стреляющими перфораторами и клапанную систему 40 с двумя клапанами 64 и 110 перемещают по скважине в ствол 22 скважины, и клапан 64 при этом находится в открытом положении, а клапан 110 - в закрытом положении. Сразу же после того как колонна со стреляющими перфораторами и клапанная система 40 оказываются на должной глубине, вниз по эксплуатационным трубам 46 закачивают буферную текучую среду, такую как более легкая буферная текучая среда, для смещения более тяжелой скважинной текучей среды. Затем устанавливают пакер, 36 и передают в скважину соответствующий сигнал давления и времени, чтобы закрыть клапан 64. После закрывания клапана 64 инициируется запальная головка 34 и происходит детонация стреляющих перфораторов 32. Затем второй особый сигнал давления и времени передается внутри скважины и принимается активационным устройством 112. Активационное устройство 112 открывает активационный канал 114, подвергая клапан 110 воздействию гидростатического скважинного давления, которое вызывает сдвиг втулки 78 и переход клапана 110 из закрытого положения в открытое положение. Открытый клапан 110 гарантирует протекание текучей среды, такой как углеводородная текучая среда, из ствола 22 скважины в эксплуатационные трубы 46 для переноса к поверхности.

Также следует отметить, что вышеописанные операции, предусматривающие применение либо одноклапанной, либо двухклапанной системы, можно использовать для повторного перфорирования ранее перфорированных скважин путем использования описанных процедур. В других приложениях закрывание клапана 64 можно использовать для гарантии того, что внутри эксплуатационных труб 46 будет приложено повышенное давление, для установки пакера типа трубного комплекта. На самом деле, клапанную систему 40 можно использовать и во множестве других приложений, просто передавая сигналы низкого давления и времени в скважине без вмешательства других механизмом сдвига клапанов.

Как описано выше, активационные устройства 62 и 112 предназначены для реагирования на особые сигналы давления и времени, такие как сигналы давления и времени в форме входных сигналов низкого давления, передаваемых в скважине в некоторой временной последовательности. Каждое устройство активации предназначено для распознавания своего собственного соответствующего сигнала давления и времени, чтобы гарантировать зависимое и избирательное приведение желаемых клапанов в действие. Активационные устройства могут быть выполнены с множеством электрических и механических компонентов, при этом один их пример описан в патентной заявке №11/307743, поданной 24 февраля 2006 г. и принадлежащей обладателю прав на данную заявку.

В варианте, иллюстрируемом на фиг.7 и 8, каждое активационное устройство 62, 112 содержит датчик 118 давления, источник 120 питания, такой как батарея, электронный модуль 122, электродвигатель 124, приводимый в действие компонент 126 и соединитель 128 для соединения электродвигателя 124 с компонентом 126. В этом варианте осуществления источник 120 питания снабжает электрической энергией электронный модуль 122 и электродвигатель 124. Датчик 118 давления обнаруживает входные сигналы давления, такие как импульсы давления, передаваемые в скважине, и выдает соответствующий сигнал в электронный модуль 122. Электронный модуль 122 может содержать микропроцессор или другой подходящий электронный блок для обнаружения и импульсов давления, и моментов времени появления входных сигналов давления с целью сравнения с предварительно запрограммированной характеристикой давления и времени. При получении сигнала давления и времени, совпадающего с предварительно запрограммированной характеристикой, электронный модуль 122 выдает соответствующий сигнал, инициируя работу электродвигателя 124. Электродвигатель 124 перемещает компонент 126 посредством соединителя 128, открывая соответствующий активационный канал 70, 114 с целью инициирования движения желаемой клапанной втулки 78 и приведения клапана в действие.

Один пример характеристики давления и времени изображен на фиг.8, хотя для управления отдельными клапанами можно использовать многие особые характеристики давления и времени. Например, можно изменять количество импульсов давления, можно изменять длительность каждого импульса давления и можно изменять промежуток времени между импульсами давления. В иллюстрируемом примере характеристика давления и времени содержит три импульса 130, 132, 134 давления соответственно, подаваемых в особой временной последовательности. Когда сигнал давления и времени совпадает с изображенной характеристикой, подходящее активационное устройство 62, 122 срабатывает, переводя соответствующий клапан из одного состояния в другое.

Специальные компоненты, используемые для распознавания сигнала давления и времени и приведения соответствующего клапана в действие, можно изменять для согласования их с различными приложениями и/или изменениями в технологии. Кроме того, можно корректировать количество клапанов, используемых в некоторой заданной клапанной системе, и конструкцию каждого клапана в соответствии с конкретным скважинным приложением и/или условиями в скважине. Помимо этого, клапанные системы можно использовать на операциях перфорирования и других операциях, связанных со скважинами.

Соответственно, хотя выше приведено подробное описание лишь нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники поймут, что возможны многие модификации, по существу, без отступления от положений этого изобретения. Такие модификации считаются находящимися в рамках объема притязаний этого изобретения, охарактеризованного в формуле изобретения.

Claims (13)

1. Система для осуществления операции перфорирования в стволе скважины, содержащая колонну стреляющих перфораторов, включающую большой внутренний проточный канал, пакер, установленный на указанную колонну, и клапанную систему, установленную на указанную колонну для управления потоком между внутренним и наружным пространством колонны через, по меньшей мере, одно радиальное отверстие, проходящее через стенку колонны, и содержащую клапан, управляемый активационным устройством, реагирующим на сигнал давления и времени и имеющим электронный модуль для обнаружения входных импульсов давления и моментов времени их появления для сравнения с предварительно заданной характеристикой, при этом активационное устройство способно реагировать посредством избирательного управления активационным каналом, способным открываться для активации клапана гидростатическим давлением в стволе скважины, клапанная система расположена в кожухе указанной колонны так, что она расположена снаружи большого внутреннего канала колонны при переходе между открытым и закрытым состояниями, активационное устройство размещено в пазу на внешней поверхности указанного кожуха для сохранения большого внутреннего проточного канала колонны.

2. Система по п.1, в которой сигнал давления и времени содержит сигналы импульсов низкого давления, посылаемые в скважину в соответствии со специальной временной последовательностью.

3. Система по п.1, в которой клапан поддерживается в открытом положении при перемещении клапанной системы вниз в ствол скважины.

4. Система по п.3, в которой клапан содержит предохранительный механизм для удержания клапана в сдвинутом положении сразу же после его перевода в сдвинутое положение.

5. Система по п.1, в которой клапанная система дополнительно содержит второй клапан и второе активационное устройство.

6. Система по п.5, в которой клапан способен поддерживаться в открытом положении, а второй клапан способен поддерживаться в закрытом положении при перемещении клапанной системы вниз в ствол скважины.

7. Система по п.1, в которой клапанная система дополнительно содержит предохранительный механизм для поддержания клапана в желаемом состоянии во время развертывания в стволе скважины.

8. Система по п.5, в которой сигнал давления и времени содержит, по меньшей мере, два сигнала давления и времени для обеспечения независимого управления клапаном и вторым клапаном.

9. Способ осуществления операции перфорирования в стволе скважины, включающий следующие стадии:
соединение к клапанной системе колонны стреляющих перфораторов, содержащей большой внутренний проточный канал;
расположение клапанной системы в кожухе указанной колонны так, что клапанная система размещается снаружи внутреннего проточного канала при переходе между открытым и закрытым состояниями;
перемещение указанной колонны и клапанной системы в желаемое место в стволе скважины;
определение предварительно заданной характеристики входных импульсов давления и моментов времени их появления, выполняемое активационным устройством, установленным съемным образом в пазу наружной поверхности кожуха указанной колонны, который сформирован снаружи большого внутреннего проточного канала колонны для предотвращения ограничения данного канала;
приведение в действие клапанной системы после определения указанной предварительно заданной характеристики при помощи открытия активационного канала, приводящего в действие клапан клапанной системы посредством гидростатического давления в стволе скважины.

10. Способ по п.9, в котором приведение в действие клапанной системы включает в себя открытие или закрытие клапана клапанной системы в ответ на множество импульсов низкого давления, подаваемых в соответствии с предварительно определенной временной последовательностью.

11. Способ по п.9, в котором приведение в действие клапанной системы включает в себя приведение в действие, по меньшей мере, двух клапанов посредством особых сигналов давления и времени.

12. Способ по п.9, в котором перемещение колонны стреляющих перфораторов включает в себя перемещение колонны и клапанной системы в скважину при открытом клапане между стволом скважины и внутренним пространством колонны.

13. Способ по п.12, дополнительно содержащий следующие стадии:
закачивание буферной текучей среды в скважину через колонну стреляющих перфораторов и выпуска ее в ствол скважины через клапан;
уплотнение области ствола скважины с помощью пакера;
закрытие клапана посредством сигнала давления и времени для сохранения желаемого давления в упомянутой области;
произведение выстрелов стреляющим перфоратором колонны.

Images