專利名稱：有助于井下操作的系統(tǒng)和方法
有助于井下操作的系統(tǒng)和方法 相關(guān)申請的交叉引用
本申請是2006年12月4日提交的美國申請No. 11/566,459的部
分繼續(xù)申請。
才支術(shù)領(lǐng)域在各種完井操作中，包括篩管的井底組件被維護工具輸送 并且被置于含經(jīng)層上方。當(dāng)放置好井底組件時，執(zhí)行大量井操作，例 如將礫石充填置于地層和篩管之間的環(huán)狀空間內(nèi)。成功地完成這些操 作經(jīng)常需要使得維護工具相對于井底組件多次運動以實現(xiàn)各種流動 路徑。
背景技術(shù)：
為了成功地執(zhí)行維護工作，需要詳細地理解維護工具/維護 柱與井底組件之間的井下相互作用。通過維護柱的運動來致動特定的 井下維護工具，其中維護柱的運動需要操作者具有關(guān)于井下維護工具 的基本知識并且能夠想象維護工具的操作和狀態(tài)。通常，操作者在地 表處給維護柱做記號從而跟蹤維護工具和井下井底組件的相對位置。 當(dāng)維護工具運動時，假定每個標(biāo)記位置指示出了維護工具相對于井下 井底組件的具體位置。然而，這種方法依賴于操作者的大量知識和經(jīng) 驗并且由于例如維護柱的伸展和收縮而容易不準(zhǔn)確。此外，在難以循 跡的高度偏斜的井筒內(nèi)，由于柱的皺縮、壓縮等等，在地表和井下部 位之間損失了很多的柱運動。在實現(xiàn)礫石充填的系統(tǒng)中，維護工具也 可以易于相對井下井底組件是膠粘的。

發(fā)明內(nèi)容
大體而言，本發(fā)明提供有助于在井下部位使用維護工具的 技術(shù)。這個方法利用了基本不動的維護工具，當(dāng)保持固定時，在維護 工具內(nèi)的流動路徑可以從一個操作模式到另一個操作模式被重新定 位從而在井下部位扭J于各種維護程序。


下文將參考附圖描述本發(fā)明的某些實施例，其中同樣的附 圖標(biāo)記指代同樣的元件，并且圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例、在井筒中展開的維護柱的 一個實施例的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例、維護工具的不同操作模式 下的閥位置的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、在維護工具中使用的閥 系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、帶有用于控制位于維護 工具內(nèi)的閥的控制系統(tǒng)的維護工具的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、與可以被用于維護工具 的閥相結(jié)合的穩(wěn)態(tài)控制系統(tǒng)的 一 個實施例的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、達到壓力閾值以上以致 動圖5中所示閥的穩(wěn)態(tài)壓力的圖解；圖7是根椐本發(fā)明的一個實施例、與圖5所示閥一同使用 的致動器的一個實施例的示意性橫截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、圖7中所示致動器在一 個不同操作構(gòu)造下的示意性橫截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、維護工具的一個實施例
的橫截面圖；圖10是示范了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、當(dāng)維護工具處
于圖9所示操作模式下時通過維護工具的流體流動的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、圖9所示維護工具在 一個不同操作模式下的橫截面圖；圖12是示范了根椐本發(fā)明的一個實施例、當(dāng)維護工具處 于圖11所示操作模式下時通過維護工具的流體流動的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、圖9所示維護工具在
一個不同操作模式下的橫截面圖；圖14是示范了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、當(dāng)維護工具處 于圖13所示操作模式下時通過維護工具的流體流動的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、圖9所示維護工具在一個不同操作模式下的橫截面圖；圖16是示范了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、當(dāng)維護工具處 于圖15所示操作模式下時通過維護工具的流體流動的示意圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、大體與維護工具的軸 線交叉地截取以便示出沿維護工具的流體流動通路的橫截面圖；圖18根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例、大體與維護工具的軸 線交叉地截取以便示出沿維護工具的流體流動通路的橫截面圖；以及圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例、可被用于致動維護柱 內(nèi)的部件的觸發(fā)裝置的一個實施例的示意圖。
具體實施例方式在下述說明中，闡明了大量細節(jié)從而提供對于本發(fā)明的理 解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認識到可以在脫離這些細節(jié)的 情況下實現(xiàn)本發(fā)明并且對于所述實施例的大量變型或改型是可能的。本發(fā)明涉及有助于維護柱在井下環(huán)境內(nèi)操作的系統(tǒng)和方 法。維護柱包括可以井下運動從而進入井筒中到達所需地層部位的維 護工具。該維護工具與諸如井底組件的其它井下器械結(jié)合使用。該維 護工具可以在多種操作模式下運動，而不需使維護工具相對于井底組 件物理地滑動，即維護工具在井底組件內(nèi)不會因維護柱的運動而產(chǎn)生 線性運動。大體參見圖1,井系統(tǒng)30的一個實施例被圖示為安裝于井 筒32內(nèi)。在這個實施例中，井系統(tǒng)30包括具有維護工具36的維護 柱34。維護工具36可以在井下運動進入井筒32從而與諸如井底組件 的井下器械38相互作用。在許多應(yīng)用中，維護柱和井底組件在地表 被連接在一起并且作為單一單元向井下運送。在到達所需深度并且經(jīng) 過初步操作之后，維護柱脫離井底組件。取決于使用維護柱34的井應(yīng)用的類型和/或井環(huán)境，井筒 32可以是豎直的或者偏斜的。大體而言，將井筒32鉆到含有例如石 油的理想生產(chǎn)流體的地質(zhì)層40內(nèi)。在至少一些應(yīng)用中，井筒32嵌套 在井筒殼體42內(nèi)。多個穿孔44形成通過井筒殼體42從而使得流體 能夠在周圍地層40和井筒32之間流動。或者，井筒可以是非嵌套的。 在這種情況中，在棵井段開始之前，井底組件的頂端位于殼體的下端內(nèi)。在所示實施例中，井底組件38包括底部孔組件46。在一 些應(yīng)用中，底部孔組件46延伸成與在先前井下起鉆時安裝的下封隔 器48相配合。在另一些應(yīng)用中，例如棵眼井應(yīng)用中，下封隔器48是 不必要的。底部孔組件46具有插座結(jié)構(gòu)50，維護柱34的維護工具 36被插入到該插座50中以便執(zhí)行各種程序。在底部孔組件46的一個 示例中，插座結(jié)構(gòu)50包括流通外殼，該外殼具有一個或多個端口 51, 礫石經(jīng)由維護工具放置通過所述端口 51。在這個實施例中，流通外殼 也可以包括閉合套管(未示出)，在完成礫石沉積的過程之后該閉合 套管閉合。底部孔組件46也包括位于插座結(jié)構(gòu)50和井筒32的壁之 間的礫石充填(GP)封隔器52。流通外殼和礫石充填封隔器52有效 地提供了與維護柱34配合工作的插座。作為示例，配合特征可以包 括在封隔器52的頂部用于接收維護工具的機械附件，并且拋光筒可 以位于流通端口 51的上方和下方從而確保礫石沉積僅被導(dǎo)引通過端 口 51。底部孔組件46還包括可以由一個或多個單個篩管形成的篩管 組件54。在一些應(yīng)用中，維護柱34、維護工具36和底部孔組件46 配合使用從而執(zhí)行礫石充填操作，其中礫石充填層56被置于井筒32 內(nèi)大體圍繞篩管54的區(qū)域內(nèi)。維護工具36和井底組件38可以;故用于在例如礫石充填梯: 作的給定操作期間執(zhí)行各種程序。此外，井系統(tǒng)30可以被夾在許多 程序之間而不需要移動維護柱34。換言之，維護柱34和維護工具36 相對于底部孔組件46 "保持不動，，而不是被連續(xù)地"上拉，，或"放松" 而《1起從一個程序到另 一個程序的變化。如圖2示意性示出，維護工具36和底部孔組件46依賴閥 系統(tǒng)5 8來實現(xiàn)所需操作模式而不使維護工具3 6在GP封隔器5 2的內(nèi) 部運動，即提升或下沉。作為示例，在礫石充填操作期間，閥系統(tǒng)58 可以被用于操作模式A-G中的任意操作模式。閥系統(tǒng)操作模式控制各 個井筒區(qū)域之間的流體流動，所述井筒區(qū)域例如是GP封隔器52上方 的管(T1 )、GP封隔器52下方的管(T2)、GP封隔器52上方的環(huán)(Al ) 和GP封隔器52下方的環(huán)(A2)。(同樣參考圖1 )。例如，當(dāng)維護柱34在井內(nèi)行進從而執(zhí)行礫石充填操作期 間，閥系統(tǒng)58被置于構(gòu)造A,這在井下運動期間能夠?qū)崿F(xiàn)流體從Tl 9到T2以及從A2到Al的開放流動。 一旦到達所需井筒位置，則通過 將閥系統(tǒng)58致動到構(gòu)造B而實現(xiàn)對于封隔器52的設(shè)定，其中在所述 構(gòu)造B時阻斷Tl和T2之間的流體流動。當(dāng)設(shè)定了封隔器52之后， 通過將閥系統(tǒng)58致動到構(gòu)造C來執(zhí)行環(huán)測試，其中在所述構(gòu)造C時 阻斷Al和A2之間的流動。通過將閥系統(tǒng)58致動到構(gòu)造D從而實現(xiàn) 在礫石充填之前用于定位流體的操作模式，其中在所述構(gòu)造D時流體 可以在Tl處順維護柱向下流動并且在Al處經(jīng)由環(huán)返回。在這個示例中，通過將閥系統(tǒng)58致動到構(gòu)造E來發(fā)起實 際礫、石充填，其中在所述構(gòu)造E時礫、石漿/人Tl流動到A2從而沿篩 管54的外部形成礫石充填層56。然后栽體流體流動到T2并且被導(dǎo)引 出維護工具36到達Al處的環(huán)從而返回地表。隨后，閥系統(tǒng)58可以 被置于如構(gòu)造F所示的逆向構(gòu)造。在這個構(gòu)造中，流體可以通過Al 向下流動并且在Tl處經(jīng)由維護柱管返回。當(dāng)從井筒32移除維護工具 36時，閥系統(tǒng)58也可以被調(diào)整成有助于斷開或移除濾餅的斷開構(gòu)造 G。通過省去了物理地移動維護柱34以便調(diào)整閥構(gòu)造的需要，從而避 免了濾餅的過早破壞?？梢栽谠S多操作構(gòu)造之間致動閥系統(tǒng)58而不會有維護柱 34相對于封隔器52的運動。在操作構(gòu)造之間的其他變化僅需要簡單 的"上拉，，輸入或"放松(slack off)"輸入從而導(dǎo)致在GP封隔器52 之上的微小運動而不是使得維護工具36在插座結(jié)構(gòu)50內(nèi)運動。在維 護柱不運動或維護柱的運動被最小化的情況下從一個閥系統(tǒng)構(gòu)造容 易轉(zhuǎn)變到另一個閥系統(tǒng)構(gòu)造的能力，可以相對于井系統(tǒng)的操作提供更 大的功能度。例如，可以重復(fù)或顛倒從構(gòu)造B到構(gòu)造D的相繼閥構(gòu)造 轉(zhuǎn)變。此外，流通構(gòu)造E和逆向構(gòu)造F是易于可逆的并且可以重復(fù)。 因此，閥系統(tǒng)58提供顯著的功能性從而實現(xiàn)所需井操作，例如礫石 充填操作，且不會造成粘附問題且不需常規(guī)系統(tǒng)的操作手段。大體參見圖3,示出了閥系統(tǒng)58的一個實施例的示意性視 圖。在這個實施例中，閥系統(tǒng)58包括，例如，套管閥60、下管閥62、 上管閥64以及套管閥66。下管閥62和上管閥64可以被設(shè)計成球閥， 不過也可以使用其他類型的閥。此外，閥62、 64和66可以被設(shè)置成 多個閥且通過閥控制系統(tǒng)68來控制每個單獨的閥，所述閥控制系統(tǒng) 68能夠在特定操作構(gòu)造之間單獨地致動閥62、 64和66而不使維護柱34相對于封隔器52運動。控制信號可以經(jīng)由如下信號被傳送到閥控制系統(tǒng)68，所述 信號例如是壓力信號、環(huán)上的壓力信號、負栽(例如張力)信號、流 速信號、井下傳送的其他無線通信信號以及電磁信號。在一個實施例 中，閥控制系統(tǒng)68經(jīng)由圍繞維護柱34的環(huán)來接收被傳送的壓力信號， 并且響應(yīng)于該壓力信號適當(dāng)?shù)刂聞痈鱾€閥62、64和/或66中的一個或 多個。在這個示例中，環(huán)狀閥60被用于控制環(huán)和維護柱之間的流動 并且利用柱重量在打開和閉合位置之間被致動。例如，維護柱34可 以針對具體指令序列被上拉(即被置于張緊狀態(tài))，并且針對流通操 作放松柱重量(即被置于卸下負栽狀態(tài))?；蛘撸y可以被設(shè)計成當(dāng) 維護柱被置于張緊狀態(tài)時打開并且允許流通操作，并且當(dāng)放松重量時 針對指令序列而關(guān)閉。閥60、 62、 64和66可以被單獨致動從而實現(xiàn) 例如如圖2所示的閥構(gòu)造A-G中的任意構(gòu)造。閥控制系統(tǒng)68也可以 包括能夠?qū)⑿盘栞敵龅降乇硪员愦_認各個閥的位置的上行遙測系統(tǒng) 70,其中所述信號例如是電信號、光信號、無線信號等。雖然可以使用其他類型的閥控制系統(tǒng)68,不過一個示例使 用可從Schlumberger Corporation獲得的智能遠程執(zhí)行系統(tǒng)(IRIS )控 制技術(shù)?；贗RIS的控制系統(tǒng)68能夠識別例如壓力特征、流速特征 或張力特征形式的特征。如圖4所示，基于IRIS的控制系統(tǒng)68的一 個實施例包括具有壓力傳感器74的控制模塊72,該壓力傳感器74被 定位成感測低壓、壓力脈沖特征，例如圖4所示的壓力脈沖特征76。 壓力傳感器74被聯(lián)接于具有微處理器的控制電子設(shè)備78,該微處理 器解碼壓力脈沖特征。該微處理器比較給定壓力脈沖特征與工具庫中 的指令。如果發(fā)現(xiàn)匹配，則控制電子設(shè)備78將適當(dāng)信號輸出到致動 器80,致動器80打開和/或關(guān)閉適當(dāng)?shù)拈y。在這個實施例中，致動器 80包括流體靜力腔和大氣壓腔，這兩個腔能夠通過在可用IRIS控制 系統(tǒng)內(nèi)的流體靜力和大氣壓之間改變操作壓力來液壓控制每個閥，例 如閥60、 62或64。經(jīng)由電池82向控制電子設(shè)備78和致動器80提供 動力。也可以使用其他方法和機構(gòu)來控制閥系統(tǒng)58中的一個或 多個閥。例如，下閥62可以被設(shè)計成對于穿過近端筒內(nèi)的阻礙物的 球產(chǎn)生響應(yīng)。該阻礙物可以是當(dāng)球穿過時彎曲的套爪裝置。控制器感 測彎曲并且導(dǎo)致下閥致動。穿過彎曲套爪的球可以是可溶解的從而在 其實現(xiàn)最初功能后不會造成阻塞。在這個實施例中，當(dāng)球被溶解時再 次實現(xiàn)流動。下閥62也可以被設(shè)計成對預(yù)定流體流動產(chǎn)生響應(yīng)的球 閥。例如，通過文氏管的流體流動可以被用于產(chǎn)生壓降，該壓降可以 直接被使用或與適當(dāng)電子致動器結(jié)合使用從而將閥62致動到例如關(guān) 閉位置的所需位置處。流動致動的控制方法也可以被用作控制系統(tǒng)的 備用，該控制系統(tǒng)例如是參考圖4所述的控制系統(tǒng)。在另一個實施例 中，閥62是由控制裝置84控制的球閥，該控制裝置84例如是圖5 示意性示出的裝置?？刂蒲b置84被設(shè)計成響應(yīng)于例如穩(wěn)態(tài)感測、流 動特征以及/或者使近端筒內(nèi)的阻礙物彎曲的可溶解球以及其他輸入。 如圖6所示，控制裝置84的一個示例被設(shè)計成響應(yīng)于井筒內(nèi)感測到 的穩(wěn)態(tài)條件。控制下閥62的另一種方法是使得該閱響應(yīng)于預(yù)定流動 特征。在后一實施例中，響應(yīng)于對穩(wěn)態(tài)條件的感測來執(zhí)行對下球 閥62或其他井下裝置的第一致動。通過例如壓力和/或溫度幅度不變 來探測到穩(wěn)態(tài)條件。例如，控制裝置84可以被設(shè)計成當(dāng)壓力P在時 間tn滿足穩(wěn)態(tài)條件時致動。滿足穩(wěn)態(tài)條件需要P(tn)-P(tn_0~0; P(tn-i)-P(V2)~0;等，其中t-預(yù)定的時間樣本數(shù)。相同方法可以被用于 確定致動閥62所必須的穩(wěn)態(tài)溫度條件。如圖6圖示地示出，當(dāng)^皮測參數(shù)(例如壓力和/或溫度) 在預(yù)定時間階段104內(nèi)到達穩(wěn)態(tài)水平102并且在預(yù)定閾值106之上時 致動下球閥62或其他適當(dāng)部件。如果目標(biāo)參數(shù)超出程序設(shè)定閾值， 則用于確定適當(dāng)穩(wěn)態(tài)條件的過程開始。之后，以給定頻率采樣每個參數(shù)從而在預(yù)定時間階段內(nèi)獲得n個樣本。如果根據(jù)系統(tǒng)邏輯每個連續(xù)時間間隔的被測參數(shù)水平是可接受的小的，則滿足穩(wěn)態(tài)條件并且致動致動器96從而改變閥62或其他受控裝置的操作位置。然而可以使用其他方法和^L構(gòu)來實現(xiàn)對閥62的初始致動，例如上述可溶解球和其1也方法。再次參考圖5，控制裝置84的另一個實施例被設(shè)計成接收環(huán)上的壓力特征、解碼該壓力特征并且將其與指令庫做比較。如果發(fā)現(xiàn)匹配，則控制裝置84致動螺線管，該螺線管允許流體靜力壓力致動正確的閥。在所示示例中，控制裝置84包括接收壓力和/或溫度信號的轉(zhuǎn)換器86。該轉(zhuǎn)換器86將信號輸出到處理信號的控制器板88。作為示例，控制器板88包括將信號數(shù)字化以供微處理器92使用的數(shù)字轉(zhuǎn)換器90，其中微處理器92利用解碼邏輯94來確定何時已感測到適當(dāng)信號。當(dāng)感測到預(yù)定信號時，控制器板88將適當(dāng)控制信號輸出到致動器96,經(jīng)由流體靜力壓力源98供應(yīng)的流體靜力壓力來為致動器96提供動力。致動器96將下閥62例如致動到關(guān)閉位置?？刂破靼?8由電池100提供動力。應(yīng)該理解的是，控制裝置84可以被用于致動井系統(tǒng)30內(nèi)或其他類型的井下器械內(nèi)的各種其他裝置。作為示例，致動器96可以包括與流體靜力壓力源98聯(lián)接的機電裝置108，如圖7所示。機電裝置108包括活塞110,該活塞110被選擇性地移位成允許流體從流體靜力壓力源98流動到腔112內(nèi)，其中初始時該腔112處于大氣壓力?？梢酝ㄟ^各種機構(gòu)移動活塞110，例如通過由電池100提供動力的螺線管或馬達。如圖8所示，施加到腔112內(nèi)的流體靜力壓力使得能夠做有用功，例如動力活塞114的平移?；钊?14的平移被用于例如在下球閥62內(nèi)旋轉(zhuǎn)球或者實現(xiàn)井下部件內(nèi)的其他所需致動。大體參考圖9,更具體地示出了被插入到底部孔組件46內(nèi)的維護工具36的一個具體實施例。在這個實施例中，環(huán)狀閥60是可以在打開流動位置和關(guān)閉位置之間運動的滑閥。環(huán)狀閥60包括當(dāng)閥60處于打開位置時能夠使流體在維護工具36的內(nèi)環(huán)和圍繞維護工具的井筒區(qū)域120 (例如環(huán))之間流動的至少一個端口 116。因此，環(huán)狀閥60能夠使得流體在GP封隔器52之上T1和A1之間流動(當(dāng)閥62和66關(guān)閉且閥64打開時)。作為參考，圖9示出了處于閉合位
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在圖9所示實施例中，如前文所述，控制模塊72響應(yīng)于井下傳輸?shù)膲毫μ卣鱽砜刂崎y62、 64和66,其中該控制模塊72可以是基于IRIS的控制模塊?？梢曰谕ㄟ^例如圍繞維護柱34的環(huán)、在井下傳輸?shù)奶赜袎毫π盘杹矸謩e控制每個閥62、 64和66。壓力信號經(jīng)由端口 122被導(dǎo)向控制模塊72，其中該端口 122被連接到導(dǎo)管或連通管124，該導(dǎo)管或連通管124延伸到控制模塊72的傳感器74 (也參見圖4)。在這個實施例中，下閥62和上閥64均包括可在沿管內(nèi)部118的打開流動位置與關(guān)閉位置之間運動的球閥。然而，這些閥中的一者或兩者可以被設(shè)計成運動到選定的部分關(guān)閉位置，從而能夠使用這些閥來控制沿管內(nèi)部118的流體流速。端口主體閥66可以包括借助于控制模塊72在打開流動位置和關(guān)閉位置之間選擇性運動的滑閥。在打開位置，閥66與流動端口 126配合從而使得流體能夠在維護工具36的管內(nèi)部118和圍繞底部孔組件及維護工具的井筒區(qū)域128(例如環(huán))之間流動。作為參考，圖9示出了處于關(guān)閉位置的端口主體閥66以及處于打開位置的球閥62、 64。圖9所示的維護工具36和底部孔組件46可以被用于執(zhí)行
在礫石i填操作的二個實施例中，維^柱、4在孔內(nèi)行進到所需井筒部位。當(dāng)維護柱34在孔內(nèi)行進時，各種閥被置于如圖9所示的位置。換言之，環(huán)狀閥60關(guān)閉，端口主體閥66關(guān)閉，上閥64打開，并且下閥62打開。如圖10進一步示意性所示，這允許流體沿管內(nèi)部118如箭頭129所示自由流動。換言之，在行進到井筒32內(nèi)期間，沖洗路徑保持打開。當(dāng)維護工具36和底部孔組件46被合適地定位在井筒32內(nèi)時，下球閥62被致動到關(guān)閉位置，如圖11所示?？梢酝ㄟ^各種方法來實現(xiàn)初始致動，所述方法包括使用諸如控制裝置84的專用控制裝置，或者使用其他致動技術(shù)。(在一個示例中，當(dāng)相對于井筒內(nèi)的壓力和/或溫度達到穩(wěn)態(tài)條件時，下閥62可以運動到關(guān)閉位置從而將壓力應(yīng)用于管內(nèi)部118內(nèi)以便于壓力操作。)在圖11所示的關(guān)閉位置時，可以沿管內(nèi)部118并且通過環(huán)狀通道130施加壓力從而設(shè)定GP封隔器52。如圖12的箭頭132所示來引導(dǎo)壓力，然后壓力被引導(dǎo)到環(huán)狀通道130內(nèi)?；蛘?，壓力特征可以沿箭頭132所示路徑傳送到用于設(shè)定封隔器52的適當(dāng)觸發(fā)裝置134。在一個實施例中，觸發(fā)裝置134是基于IRIS的觸發(fā)系統(tǒng)，該觸發(fā)系統(tǒng)被設(shè)計成類似于關(guān)于控制模塊72所描述的系統(tǒng)，從而觸發(fā)裝置可以探測并處理特有壓力特征。然后觸發(fā)裝置控制液壓致動器，液壓致動器膨脹并且設(shè)定封隔器52。隨后，井筒環(huán)被加壓以測試由GP封隔器52形成的密封。然后在拉動和放松重量之間操縱維護柱34從而有效地推動和拉動封隔器52,以測試封隔器的承重能力。如果合適地設(shè)定封隔器52,則維護工具36的松緊接頭部分136被釋放從而通過松緊接頭部分136在底部孔組件46內(nèi)相對于維護工具36的固定部分的運動而使得環(huán)狀閥60打開和關(guān)閉?？梢越?jīng)由各種釋放機構(gòu)來釋放松緊接頭部分136。例如，諸如觸發(fā)裝置134的觸發(fā)裝置可以被用于移動擒縱器138，從而釋放松緊接頭部分136以便閥60在打開和關(guān)閉位置之間運動。其他釋放機構(gòu)，例如響應(yīng)于環(huán)壓力而與機械鎖定件和其他剪切機構(gòu)脫離的剪切銷，也可以被用于在礫石充填操作的初始階段期間臨時將松緊接頭部分136鎖定于維護工具36的剩余部分。 —旦松緊接頭部分136被釋放，則維護柱34的重量被放松從而使環(huán)狀閥60運動到打開位置，如圖13所示。這個位置允許操作者定位流體使其通過打開的環(huán)狀閥60進入周圍環(huán)內(nèi)。這個位置也稱為能夠使流體逆向流動(如圖14所示的箭頭140所示)的逆向位置或逆向流動4立置。之后，維護柱34被上拉以便關(guān)閉環(huán)狀閥60。當(dāng)環(huán)狀閥60處于關(guān)閉位置時，壓力特征被井下傳送并且傳遞給控制模塊72。響應(yīng)于壓力特征，控制模塊72致動三通閥并且使下閥62運動到打開位置、使上閥64運動到關(guān)閉位置并且使端口主體閥66運動到打開位置。之后釋放維護柱34上的張力從而再次打開環(huán)狀閥60,如圖15所示。在這個構(gòu)造中，礫、石充填漿沿管內(nèi)部118 ^皮泵壓向下并且通過端口 126泵出到環(huán)中。之后礫石圍繞篩管54沉積，并且載體流體通過沖洗管從底部孔組件46的下端向上行進。栽體流體通過下閥62圍繞上閥64經(jīng)由端口 130向上流動并且通過環(huán)狀閥60的端口 116流出并進入環(huán)內(nèi)。在圖16中由箭頭142示意性示出了礫石充填操作的流動路徑。在這個實施例中，礫石漿向下運動到下環(huán)128內(nèi)，并且干凈的回流沿控制模塊的內(nèi)側(cè)向上運動。隨著礫石充填層56繞篩管54的形成(參見圖1),維護柱34會稍微上提從而移動浮動頂部部分136并且再次關(guān)閉環(huán)狀閥60。之后適當(dāng)?shù)膲毫μ卣鞅痪聜魉偷娇刂颇K72。基于這個壓力特征，控制模塊72關(guān)閉下閥62、打開上閥64并且關(guān)閉端口主體閥66。之后放松維護柱34上的拉力從而再次打開環(huán)狀閥60，這將使得維護工具36被置于圖13所示的逆向流通構(gòu)造中。在這個逆向流通構(gòu)造中，流體可以順環(huán)向下流動并且未使用的礫石充填漿可以通過管內(nèi)部U8被上推到地表。當(dāng)完成逆向流通時，維護柱34再次稍微上提從而移動浮動頂部部分136并且關(guān)閉環(huán)狀閥60。之后，適當(dāng)壓力特征被井下傳送到控制模塊72，控制模塊72打開下闊62。此時，維護工具36也脫離GP封隔器52和底部孔組件46從而將維護工具置于"斷開"位置。在這個位置，維護工具被構(gòu)造成具有通孔的管子，從而流體可以徑直向下流通從而移除沿井筒聚積的濾餅?？梢越?jīng)由各種釋放機構(gòu)使得維護工具36從封隔器52釋放。在一個實施例中，例如觸發(fā)裝置134的觸發(fā)裝置被用于致動釋放裝置，釋放裝置使得維護工具36脫離封隔器52和底部孔組件46。例如套爪、液壓致動閂機構(gòu)、機械致動閂機構(gòu)或其他閂機構(gòu)的其他釋放機構(gòu)也可以被用于使得維護工具能夠接合底部孔組件以及脫離底部孔組件?？梢酝ㄟ^沿維護工具36的主體144產(chǎn)生流動路徑來實現(xiàn)某些端口 (例如端口 130和端口 116)之間的流體流動。作為示例，可以通過產(chǎn)生多個旁路鉆孔148來形成流動路徑146，其中所述旁路鉆孔148大體縱向延伸通過主體144,如圖17的橫截面圖所示。也可以產(chǎn)生替代類型的流動路徑。例如，可以通過將中心閥主體150放置在周圍護罩或外殼152內(nèi)來形成主體144,如圖18所示。因此可以在中心閥主體150和周圍護罩152的中間產(chǎn)生流動路徑146。如上所述， 一個或多個觸發(fā)裝置134可以包括基于IRIS的控制系統(tǒng)，例如可從Schlumberger Corporation獲得的控制系統(tǒng)。一個或多個觸發(fā)裝置134可以被用于例如實現(xiàn)單次致動，例如釋放浮動頂部部分136、使維護工具36從封隔器52釋放以及/或者設(shè)定GP封隔器52。單獨裝置可以被用于每個具體動作，或.者單個觸發(fā)裝置134可以被設(shè)計成具有多個致動器154，如圖19所示。如關(guān)于控制模塊72的描述，當(dāng)觸發(fā)裝置電子設(shè)備156發(fā)出適當(dāng)輸出時，每個觸發(fā)裝置134控制一個或多個致動器154的致動。裝置電子設(shè)備156包括處理器158，該處理器158被編程以便識別具體特征，例如由壓力傳感器160接收到的壓力特征。觸發(fā)裝置134也可以包括內(nèi)部電池162以便為裝置電子設(shè)備156和致動器154提供動力。如以上參考控制模塊72和穩(wěn)態(tài)致動裝置84的描述，致動器154可以被設(shè)計成利用來自環(huán)境或特定液壓源的液壓來執(zhí)行所需工作。在一些應(yīng)用中，理想地是，確認維護工具36的操作構(gòu)造。跟蹤管內(nèi)和/或環(huán)內(nèi)的壓力改變可以確認操作構(gòu)造的具體改變。例如，通過跟蹤管內(nèi)部118內(nèi)的壓力改變可以確認將閥構(gòu)造從如圖13所示的逆向構(gòu)造改變成如圖15所示的流通構(gòu)造。類似地，也可以確認閥構(gòu)造從流通構(gòu)造到逆向構(gòu)造的轉(zhuǎn)變。在第一示例中，通過維持管內(nèi)部118內(nèi)的壓力來確認從逆向構(gòu)造到流通構(gòu)造的轉(zhuǎn)變。當(dāng)下閥62打開時，觀察到壓力損失。在此階段，沿管內(nèi)部118維持小流速。當(dāng)上閥64關(guān)閉時，觀察到管內(nèi)部118內(nèi)的壓力完善性，并且維持管內(nèi)部118內(nèi)的壓力。當(dāng)端口主體閥66打開時，再次觀察到壓力損失。壓力損失和壓力完善性的具體序列使得能夠確認閥位置已經(jīng)從逆向構(gòu)造轉(zhuǎn)變成流通構(gòu)造。端口 116關(guān)閉以便有助于這個觀察。在另一個示例中，通過提供通過環(huán)的小流動來確認從流通構(gòu)造到逆向構(gòu)造的轉(zhuǎn)變。當(dāng)下閥62關(guān)閉時，觀察到環(huán)內(nèi)的壓力完善性。在此階段，維持環(huán)上的壓力。當(dāng)上閥64打開時，觀察到沿管內(nèi)部118的回流，并且維持沿環(huán)的小流動。當(dāng)端口主體閥關(guān)閉時，通過跨接端口 126沒有附加損失產(chǎn)生。通過跟蹤事件的具體序列，可以確認從流通構(gòu)造到逆向構(gòu)造的適當(dāng)轉(zhuǎn)變。此外，所述流動從端口主體閥66上清除了礫石，從而增加了端口主體閥的操作可靠性。可以取決于使用系統(tǒng)的實際井應(yīng)用來改變用于井系統(tǒng)30的具體部件。類似地，對于不同維護應(yīng)用而言，用于形成維護柱34和井底組件38的具體部件可以是不同的。例如，可以選擇不同類型和構(gòu)造的閥致動器，同時仍然能夠從 一 種閥構(gòu)造轉(zhuǎn)變到另 一 閥構(gòu)造而不需使維護工具36在井底組件38的插座內(nèi)運動。
因此，雖然在上面僅詳細描述了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見到，在不實質(zhì)性脫離本發(fā)明教導(dǎo)的情況下可以具有多種變型。這些變型意于被包含在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在井筒內(nèi)執(zhí)行操作的方法，包括在井筒內(nèi)所需部位處放置與井底組件聯(lián)接的維護工具；以及在所述維護工具在所述井底組件內(nèi)不相對運動的情況下，在第一流動構(gòu)造和第二流動構(gòu)造之間調(diào)節(jié)所述維護工具內(nèi)的多個閥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)感測到所述井筒內(nèi)的 穩(wěn)態(tài)條件時致動所述多個閥中的至少 一 個閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括經(jīng)由響應(yīng)于井下 傳輸?shù)奶赜锌刂铺卣鞯目刂颇K來調(diào)節(jié)至少三個閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括經(jīng)由響應(yīng)于井下 傳輸?shù)臒o線信號的控制模塊來調(diào)節(jié)至少三個閥。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括經(jīng)由響應(yīng)于井下 傳輸?shù)膲毫μ卣鞯目刂颇K來調(diào)節(jié)至少三個閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括經(jīng)由響應(yīng)于環(huán)上壓力信號的控制模塊來調(diào)節(jié)至少三個閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括經(jīng)由響應(yīng)于工作 柱上的負栽特征的控制模塊來調(diào)節(jié)至少三個閥，其中所述工作柱聯(lián)接 于所述維護工具。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括經(jīng)由響應(yīng)于井下 傳輸?shù)碾姶盘卣鞯目刂颇K來調(diào)節(jié)至少三個閥。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)調(diào)節(jié)所述多個閥時確 認所述流動構(gòu)造的轉(zhuǎn)變。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)節(jié)包括在預(yù)定礫石充填 構(gòu)造之間致動所述多個閥。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所迷的方法，其中致動包括在礫石充填操作 期間在所迷第一流動構(gòu)造和所述第二流動構(gòu)造之間致動所述多個閥， 其中所述第 一流動構(gòu)造包括礫石流通構(gòu)造，所述第二流動構(gòu)造包括逆 向構(gòu)造。
12. —種形成礫石充填層的方法，包括 使維護工具聯(lián)接于具有GP封隔器和篩管的底部孔組件； 經(jīng)由被置于所述維護工具的主體內(nèi)的多個閥將流體流動引導(dǎo)通過所述維護工具；以及調(diào)節(jié)所述多個閥的構(gòu)造從而實現(xiàn)第一流動構(gòu)造和第二流動構(gòu)造 且不需所述維護工具相對于所述底部孔組件運動。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括與所述多個閥配合地 使用環(huán)狀閥從而在所述GP封隔器上方的位置處選擇性地打開在所述 維護工具的內(nèi)部和周圍環(huán)之間的端口 。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括與所述多個閥配合地 使用環(huán)狀閥從而產(chǎn)生沿所述維護工具的內(nèi)部的流動路徑，該維護工具 具有通向周圍環(huán)的開口。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括與所述多個閥配合地 使用環(huán)狀閥從而產(chǎn)生從所述GP封隔器之上的維護柱的內(nèi)部到所述GP 封隔器之下的環(huán)狀區(qū)域的流動路徑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括與所述多個閥配合地 使用環(huán)狀閥從而選擇性地在多個區(qū)域之間產(chǎn)生流動路徑，其中所述多 個區(qū)域包括所述GP封隔器上方的管區(qū)域、所述GP封隔器下方的管區(qū) 域、所述G P封隔器上方的環(huán)區(qū)域以及所述G P封隔器下方的環(huán)區(qū)域。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括井下輸送預(yù)定脈沖特 征到控制模塊，該控制模塊通過調(diào)節(jié)所述多個閥的構(gòu)造來響應(yīng)所述預(yù) 定脈沖特征。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括井下輸送低壓特征到 控制模塊，該控制模塊通過調(diào)節(jié)所述多個閥的構(gòu)造來響應(yīng)所述低壓特 征。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括井下輸送負載特征到 控制模塊，該控制模塊通過調(diào)節(jié)所述多個閥的構(gòu)造來響應(yīng)所述負載特 征。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括井下輸送無線特征到 控制模塊，該控制模塊通過調(diào)節(jié)所述多個閥的構(gòu)造來響應(yīng)所述無線特 征。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括井下輸送電磁特征到 控制模塊，該控制模塊通過調(diào)節(jié)所述多個閥的構(gòu)造來響應(yīng)所述電磁特征。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中將所述多個閥調(diào)節(jié)為所述第 一 流動構(gòu)造包括將所述多個閥調(diào)節(jié)成流通構(gòu)造從而允許礫石充 填層環(huán)繞所述篩管沉積。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中將多個閥調(diào)節(jié)為所述第 二流動構(gòu)造包括將所迷多個閥調(diào)節(jié)成逆向構(gòu)造。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括在所述維護工具在所 述底部孔組件內(nèi)不滑動的情況下將所述多個閥調(diào)節(jié)為斷開構(gòu)造。
25. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括通過施加井下高壓來 將所述多個閥驅(qū)動到臨時位置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中將所述多個閥驅(qū)動到所 述臨時位置包括使下閥運動到打開位置、使中閥運動到關(guān)閉位置以及 使上閥運動到打開位置。
27. —種系統(tǒng)，包括與井底組件配合使用以便在井筒內(nèi)執(zhí)行操作的維護工具，所述維 護工具包括多個閥，在所述維護工具不需線性運動的情況下所述多個 閥能夠在所述井底組件內(nèi)被單獨地致動。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述多個閥包括被所述 維護工具內(nèi)的控制模塊單獨地控制的三個閥。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，還包括位于所述井底組件之 上的第四閥，所述第四閥可操作在打開位置和關(guān)閉位置之間，所述關(guān) 閉位置提供耐壓密封井筒環(huán)且能夠使得壓力指令通過該耐壓密封井 筒環(huán)，所述打開位置能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)流體流動。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述第四閥經(jīng)由承栽所 述維護工具的維護柱上的張力而運動到所述關(guān)閉位置，并且當(dāng)所述維 護柱上存在卸下負載時所述第四閥運動到所述打開位置。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述第四閥經(jīng)由承栽所 述維護工具的維護柱上的卸下負載而運動到所述關(guān)閉位置，并且經(jīng)由所述維護柱上的張力而運動到所述打開位置。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊包括感 測井下傳輸?shù)膮?shù)特征的傳感器；以及，電子設(shè)備，該電子設(shè)備用于 處理所述參數(shù)特征并且將其與相應(yīng)于特定閥致動的程序設(shè)定特征相 比較。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)特征包括壓力 特征。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)特征包括電磁 特征。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，還包括環(huán)狀閥，該環(huán)狀閥能 夠分別針對基于流動的程序和基于壓力的程序而選擇性地打開和關(guān) 閉。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述多個閥能夠被致動 到多個礫石充填構(gòu)造，從而能夠使得所述維護工具在礫石充填流通構(gòu) 造和逆向構(gòu)造之間轉(zhuǎn)變。
37. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，還包括穩(wěn)態(tài)致動裝置，當(dāng)達 到所述井筒內(nèi)的預(yù)定穩(wěn)態(tài)條件時，所述穩(wěn)態(tài)致動裝置自動致動所述多 個閥中的至少一個閥。
38. —種用于在井筒內(nèi)形成礫石充填層的系統(tǒng)，包括 具有插座結(jié)構(gòu)的底部孔組件；以及被接收在所述插座結(jié)構(gòu)內(nèi)的維護工具，當(dāng)所述維護工具在所述插 座結(jié)構(gòu)內(nèi)保持固定時能夠在礫石充填模式之間調(diào)節(jié)所述維護工具。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述維護工具包括被控 制模塊致動的多個閥。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)形成所述礫石充填層 時所述控制模塊被置于漿流動和干凈的流體回流之間。
41. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述維護工具包括下管 閥，在所述維護工具進入之后 一旦在所述井筒內(nèi)探測到預(yù)定穩(wěn)態(tài)條件 則自動關(guān)閉所述下管閥。
42. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述維護工具包括在所 述多個閥之上的環(huán)狀閥，通過松緊接頭部分的運動來選擇性地打開和 關(guān)閉該環(huán)狀閥。
全文摘要
提供一種有助于在井下部位使用維護工具的技術(shù)。該維護工具具有不同操作構(gòu)造，其中在維護柱不運動的情況下可以選擇并使用所述不同操作構(gòu)造。
文檔編號E21B33/12GK101595274SQ200780050728
公開日2009年12月2日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者D·R·帕特爾, G·L·呂特列夫斯基, J·K·喬納斯, J·R·懷特西特 申請人:普拉德研究及開發(fā)有限公司