Системы, компоновки и способы управления инструментами в стволе скважины
Группа изобретений относится к системе и способам управления инструментами в стволе скважины. Система содержит выделенную гидравлическую линию для передачи сигнального устройства, способного генерировать один или несколько индивидуальных сигналов на один или несколько инструментов в подземной скважине. Каждый инструмент может быть оборудован считывающим устройством для приема сигналов от и передачи сигналов на сигнальное устройство. Каждое считывающее устройство может управлять действием инструмента, связанного с ним, если считывающее устройство запрограммировано на реагирование на сигналы, принимаемые от устройства управления. Рабочая жидкость гидросистемы, использующаяся для управления действием инструмента, может перемещаться по выделенной гидравлической линии или отдельной гидравлической линии. Отдельную гидравлическую линию можно использовать для возврата инструмента в исходное положение. При этом линия управления имеет канал с диаметром, достаточным для перемещения через него сигнального устройства, но недостаточным для обеспечения коммерческих количеств производимых текучих сред. Технический результат заключается в повышении эффективности управления инструментами в стволе скважины. 3 н. и 41 з.п. ф-лы, 10 ил.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системам, компоновкам и способам управления оборудованием, инструментами и т.п., установленными в подземном стволе скважины, и, более конкретно, к системам, компоновкам и способам управления совокупностью оборудования, инструментов и т.п., установленных в подземном стволе скважины.
ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Для добычи текучей среды из подземной среды бурят ствол скважины для проходки одной или нескольких подземных зон, горизонтов и/или пластов. Скважину обычно заканчивают с установкой обсадной колонны, которая может быть собрана из трубных звеньев, в ствол скважины и крепления в нем обсадной колонны любым подходящим средством, таким как цемент, размещенный между обсадной колонной и стенкой ствола скважин. После этого скважину обычно заканчивают, спуская стреляющий перфоратор или другое средство для проникновения через обсадную колонну вплотную к зоне (зонам), горизонту (горизонтам) и/или пласту (пластам), представляющим интерес, и подрывая заряды взрывчатого вещества для перфорирования как обсадной колонны, так и зоны (зон), горизонта (горизонтов) и/или пласта (пластов). Таким образом, устанавливают гидравлическую связь между зоной (зонами), горизонтом (горизонтами) и/или пластом (пластами) и внутренним объемом обсадной колоны для обеспечения притока текучей среды из зоны (зон), горизонта (горизонтов) и/или пласта (пластов) в скважину. Альтернативно, скважину можно заканчивать с "необсаженным стволом", что означает установку обсадной колонны в стволе скважины, заканчивающейся над подземной средой, представляющей интерес. Скважину затем оборудуют эксплуатационной насосно-компрессорной трубой и обычным связанным с ней оборудованием для добычи текучей среды из зоны (зон), горизонта (горизонтов) и/или пласта (пластов), представляющих интерес, на поверхность. Обсадную колонну и/или насосно-компрессорную трубу можно также использовать для закачки текучей среды в скважину для содействия добыче текучей среды из нее или в зону (зоны), горизонт (горизонты) и/или пласт (пласты) для содействия добыче текучей среды из них.
Часто во время бурения и заканчивания скважины или во время добычи текучей среды из скважины или ее закачки в скважину или подземную среду может возникать необходимость управления многочисленными инструментами, оборудованием, или т.п., например стреляющими перфораторами, резаками, пакерами, клапанами, муфтами и т.д., которые могут быть установлены в скважине. При добыче текучей среды из подземной среды или закачке текучей среды в подземные среды многочисленные инструменты и оборудование часто установлены и работают в стволе скважины. Например, множество стреляющих перфораторов можно развертывать в стволе скважины для создания гидравлической связи между многочисленными зонами, горизонтами и/или пластами. После подрыва данные стреляющие перфораторы пробивают своими пулями обсадную колонну, зацементированную в стволе скважины, для образования перфорационных каналов и установления гидравлической связи между пластом и стволом скважины. Часто данные стреляющие перфораторы подрывают последовательно. Можно использовать множество створчатых клапанов, связанных с многочисленными стреляющими перфораторами, для изоляции заканчиваемой зоны, горизонта или пласта от других зон, горизонтов и/или пластов, пройденных стволом скважины. В качестве другого примера, пакеры можно развертывать на трубчатом элементе и расширять для ввода в контакт с обсадной колонной для создания непроницаемого для текучей среды уплотнения в кольцевом пространстве, образованном между трубчатым элементом и обсадной колонной. Можно использовать штуцеры с различными отверстиями для эксплуатации многочисленных зон скважины для уравновешивания существующего давления между многочисленными подземными зонами, горизонтами и/или пластами так, что множество таких зон, горизонтов и/или пластов можно эксплуатировать одновременно.
Гидравлические системы используют для управления работой инструментов, установленных в скважине. Такие системы имеют систему управления и клапан на забое скважины. Система управления включает в себя оборудование на поверхности, такое как бак рабочей жидкости гидросистемы, насос, систему фильтров, клапаны и контрольно-измерительные приборы, линии управления, фиксаторы для линий управления и один или несколько блоков контроллеров гидросистемы. Линии управления проходят от оборудования на поверхности к устьевому оборудованию и через него и подвеску насосно-компрессорной трубы к необходимому оборудованию и инструментам в скважине. Данные линии управления обычно крепят фиксаторами на трубном инструменте, установленном в скважине. Линии управления могут соединяться с одним или несколькими блоками управления гидросистемы в скважине для распределения рабочей жидкости гидросистемы на клапаны на забое скважины.
Несколько основных устройств гидравлических линий управления используют в скважине. В прямом гидравлическом устройстве каждый инструмент, подлежащий управлению, должен иметь две выделенных гидравлических линии. "Открытая" линия проходит от оборудования на поверхности к инструменту и используется для подачи рабочей жидкости гидросистемы на клапан управления на забое для управления работой инструмента, тогда как "закрытая" линия проходит от инструмента к оборудованию на поверхности и создает путь возвращения рабочей жидкости гидросистемы на поверхность земли. Практически, число инструментов, которыми можно управлять с использованием прямого гидравлического устройства, равняется трем, то есть с шестью отдельными гидравлическими линиями, вследствие физических ограничений на установку гидравлических линий в скважине. Подвеска насосно-компрессорной трубы, через которую проходят гидравлические линии, также должна вмещать линии контрольно-измерительной системы, по меньшей мере, одного предохранительного клапана и часто линию закачки химикатов, что ограничивает число гидравлических линий, которые может вместить подвеска. Когда необходимо управлять более чем тремя инструментами в скважине, можно использовать устройство общего закрытия, в котором открытая линия проходит к каждому инструменту, подлежащему управлению, и общая закрытая линия соединена с каждым инструментом для возвращения рабочей жидкости гидросистемы на поверхность. Опять, система с общей закрытой линией имеет практическое ограничение управления пятью инструментами, то есть с шестью отдельными гидравлическими линиями.
В другом устройстве одна гидравлическая линия выделена для каждого инструмента и соединена с каждым инструментом посредством отдельного выделенного контроллера для каждого инструмента. Для открытия инструмента в рабочей жидкости гидросистемы в выделенной линии создают давление первого уровня. После этого в рабочей жидкости гидросистемы в выделенной линии создают давление более высокого уровня для закрытия инструмента. В цифровой гидравлической системе две гидравлические линии проходят от оборудования на поверхности на контроллер в скважине, соединенный с каждым из инструментов, подлежащих управлению. Каждый контроллер запрограммирован на работу после приема четко выраженной последовательности импульсов давления, принятых через данные две гидравлические линии. Каждый инструмент имеет другую гидравлическую линию, соединенную с ним, в качестве общей линии возврата рабочей жидкости гидросистемы на поверхность. Контроллеры, используемые в одиночной линии и цифровых гидравлических устройствах, являются сложными устройствами, имеющими в своем составе многочисленные эластомерные уплотнения и пружины, подверженные отказам. Кроме того, данные контроллеры используют небольшие встроенные фильтры для удаления частиц из рабочей жидкости гидросистемы, которые могут иначе загрязнять контроллеры. Данные фильтры подвержены закупориванию и разрушению. Дополнительно, сложный характер последовательности импульсов давления требует насоса с компьютерным управлением и клапанного манифольда, являющегося дорогим.
Согласно устройству "центр распределения", две гидравлические линии проводят с поверхности на один контроллер в скважине, с которым соединен каждый инструмент, подлежащий управлению своим собственным комплектом из двух гидравлических линий. Данный контроллер можно перемещать храповым механизмом на любое число заданных мест, на каждом из которых соединяются линии управления данного инструмента с линиями управления, проходящими с поверхности на контроллер. Таким образом, действием каждого инструмента можно управлять независимо с поверхности. При перемещении контроллера храповым механизмом на другое место можно управлять работой другого инструмента. Данное устройство является дорогостоящим вследствие большого числа компонентов и сложного устройства уплотнений в контроллере и ненадежным, поскольку сложно осуществлять обратную связь с поверхностью для передачи данных точного положения контроллера, особенно если оператор потерял след ранее примененных импульсов. Таким образом, существует необходимость создания гидравлических систем управления, компоновок и способов для использования в управлении многочисленными инструментами в скважине, относительно недорогих, простых по конструкции и надежных в эксплуатации.
Дополнительно, часто необходима обработка для интенсификации притока из подземной среды, представляющей интерес, для увеличения добычи из них текучих сред, таких как углеводороды, посредством закачки текучих сред под давлением в скважину и окружающую подземную среду, представляющую интерес, для осуществления в ней гидравлического разрыва пласта. После этого текучая среда может поступать из подземной среды, представляющей интерес, в ствол скважины и по эксплуатационной насосно-компрессорной трубе и/или обсадной колонне подниматься на поверхность земли. Предпочтительно необходимо осуществлять обработку для интенсификации притока или гидроразрыв пласта подземной среды, представляющей интерес, во многих разнесенных местах вдоль ствола скважины, проходящего подземную среду, текучие среды закачивают в конкретное место, примыкающее к подземной среде, представляющей интерес, наиболее удаленное от поверхности земли, при этом средство, такое как створчатый клапан (клапаны), используют для изоляции остальных мест. После закачки текучей среды под давлением с поверхности в скважину и самое глубокое место средство приводят в действие для изоляции следующего места, самого близкого к поверхности, от самого глубокого места и остальных мест. Текучую среду закачивают под давлением с поверхности в скважину и подземную среду, примыкающую к изолированным местам, для гидравлического разрыва пласта в них. Таким образом, всю подземную среду вблизи многочисленных разнесенных мест можно обработать гидроразрывом пласта последовательно, начиная с места, наиболее удаленного от поверхности вдоль ствола скважины. Обычные системы и связанные с ними методики, используемые для осуществления обработки для интенсификации притока подземной среды таким способом, включают в себя спускаемые на обсадной колонне системы перфорирования, системы со сбросом шара и системы перфорирования с закупориванием.
Вместе с тем, существуют проблемы с гидравлическим разрывом подземной среды в многочисленных, разнесенных местах в последовательности, начинающейся с места, дополнительно, наиболее удаленного от поверхности вдоль ствола скважины. Гидравлический разрыв подземной среды создает напряжения в породе, по существу упрочняющие конкретные зоны подземных пластов, обработанных гидроразрывом пласта, тем самым препятствуя распространению гидроразрывов пласта, созданных во время гидравлических разрывов примыкающей зоны, в зоне, ранее обработанной гидроразрывом. Это может обуславливать распространение гидравлических разрывов пласта, образованных в примыкающей зоне, с уходом от зоны предыдущего гидроразрыва пласта, что может являться нежелательным. Соответственно, существует необходимость создания способа последовательного гидроразрыва подземной сред из разнесенных мест вдоль ствола скважины в любой необходимой последовательности. Дополнительно, существует необходимость создания способа последовательного гидроразрыва подземной среды из разнесенных мест вдоль ствола скважины в последовательности, рассчитанной для предпочтительного использования напряжения в породе, образованного в подземной среде для распространения гидроразрывов в необходимом режиме.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения вышеуказанной и других задач и согласно целям настоящего изобретения, как представлено в вариантах осуществления и подробно описано в данном документе, одним аспектом настоящего изобретения является гидравлическая система управления для использования в подземной скважине. Система управления содержит линию управления, установленную в подземной скважине и проходящую вблизи, по меньшей мере, одного инструмента, установленного в подземной скважине. Линия управления имеет размер, обеспечивающий проход устройства управления, и каждый, по меньшей мере, один инструмент имеет считывающее устройство, соединенное с ним.
Другим аспектом настоящего изобретения является способ для перемещения, по меньшей мере, одного устройства управления, способного генерировать один или несколько индивидуальных сигналов через линию управления, установленную в подземной скважине для управления работой, по меньшей мере, одного инструмента, установленного в скважине вне линии управления.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является способ для перекачки рабочей жидкости гидросистемы по первой гидравлической линии на, по меньшей мере, один инструмент, установленный в подземной скважине для управления действием инструмента. По меньшей мере, одно устройство управления перемещают через линию управления, установленную в скважине, вне первой гидравлической линии и, по меньшей мере, одного инструмента. Каждое, по меньшей мере, одно устройство управления способно генерировать один или несколько индивидуальных сигналов управления расходом рабочей жидкости гидросистемы из первой гидравлической линии, по меньшей мере, на один инструмент.
Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ для гидроразрыва подземной среды, пройденной скважиной, на разнесенных вдоль скважины местоположениях с использованием инструментов, остающихся в скважине. Последовательность гидроразрыва содержит гидроразрыв подземной среды на одном из разнесенных местоположений после гидроразрыва подземной среды на другом из разнесенных местоположений, находящемся ближе к поверхности земли вдоль скважины.
Дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ, содержащий закачку текучей среды через обсадную колонну, установленную в скважине, и отверстие в первом инструменте, прикрепленном к обсадной колонне, под давлением, достаточным для гидроразрыва участка подземной среды. После этого текучую среду закачивают через обсадную колонну и отверстие во втором инструменте, прикрепленном к обсадной колонне, под давлением, достаточным для гидроразрыва другого участка подземной среды. Второй инструмент находится дальше вдоль скважины от поверхности земли, чем первый инструмент.
Еще одним дополнительным аспектом настоящего изобретения является способ, содержащий гидроразрыв первого участка подземной среды, пройденного скважиной, в первом местоположении вдоль скважины с использованием инструментов, остающихся в скважине. Гидроразрыв первого участка создает напряжение в горной породе в первом участке. Во втором участке подземной среды создают гидроразрыв на втором месте вдоль скважины с использованием инструментов, результатом чего являются гидроразрывы во втором участке, имеющие геометрию, на которую повлияло напряжение в породе, присутствующее в первом участке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, входящие в состав описания и образующие его часть, показывают варианты осуществления настоящего изобретения и, вместе с описанием, служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах показано следующее.
На фиг.1A показан схематичный вид одного варианта осуществления систем и компоновок настоящего изобретения с использованием выделенной линии управления.
На фиг.1B показан вид сечения гидравлической линии управления фиг.1A с сигнальным устройством в ней.
На фиг.2A показан схематичный вид другого варианта осуществления систем и компоновок настоящего изобретения с использованием трех гидравлических линий, проходящих на поверхность.
На фиг.2B показан вид сечения гидравлической линии управления фиг.2A с сигнальным устройством в ней.
На фиг.3A показан схематичный вид дополнительного варианта осуществления систем и компоновок настоящего изобретения с использованием двух гидравлических линий, проходящих на поверхность.
На фиг.3B показан вид сечения гидравлической линии управления фиг.3A с сигнальным устройством в ней.
На фиг.4A показан схематичный вид еще одного дополнительного варианта осуществления систем и компоновок настоящего изобретения с использованием одной гидравлической линии, проходящей на поверхность.
На фиг.4В показан вид сечения гидравлической линии управления фиг.4А с сигнальным устройством в ней.
На фиг.5А показана часть сечения варианта осуществления настоящего изобретения с использованием трех гидравлических линий, развернутого в подземной скважине.
На фиг.5В показан вид сечения гидравлической линии управления фиг.5А с сигнальным устройством в ней.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
При использовании в данном описании термин "сигнальная линия управления" относится к непрерывной линии или линии из звеньев, напорному трубопроводу, трубчатому элементу или аналогичной структуре для перемещения текучей среды и устройству управления. По существу, осевой канал линии управления является достаточным для обеспечения прохода устройства управления через него, но внешний диаметр линии управления достаточно мал, так что не мешает размещению других линий, трубчатых элементов, инструментов и оборудования в скважине. Не ограничивающим примером подходящих диаметров для сигнальных линий управления является внешний диаметр от около 0,25 дюймов до около 0,50 дюймов (7-13 мм) и, по существу, диаметр осевого канала от около 0,15 дюймов до около 0,40 дюймов (4-10 мм). Диаметр, по существу, осевого канала в сигнальной линии управления, используемой согласно настоящему изобретению, не достаточен для обеспечения добычи коммерческих количеств пластовых текучих сред, подлежащих подаче через него. Сигнальная линия управления может быть сконструирована из любого подходящего материала, например нержавеющей стали или сплава нержавеющей стали. "Сигнальное устройство" относится к устройству, способному генерировать один или несколько индивидуальных сигналов. Не ограничивающими примерами сигнальных устройств являются радиочастотное идентификационное устройство, устройство, несущее магнитный штриховой код, радиоактивное устройство, акустическое устройство, устройство поверхностной акустической волны, низкочастотный магнитный передатчик и любое другое устройство, способное генерировать один или несколько индивидуальных сигналов. Сигнальное устройство может иметь любую подходящую конфигурацию периметра, геометрическую форму и размер, обеспечивающий перемещение через сигнальную линию управления. Некоторым сигнальным устройствам, например радиочастотному идентификационному устройству, может требоваться конфигурация периметра и геометрическая форма для противодействия опрокидыванию устройства во время перемещения через сигнальную линию управления. Подходящее радиочастотное идентификационное устройство имеется в продаже и поставляется фирмой Sokymat SA, Швейцария под торговой маркой "Glass Tag 8mm Q5". "Считывающее устройство" относится к устройству, способному передавать сигналы на сигнальное устройство и принимать сигналы от сигнального устройства.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.1, сигнальная линия 14 управления может быть установлена в подземной скважине и проходить от оборудования 10 устья скважины на позицию, по меньшей мере, вблизи самого удаленного от оборудования устья скважины инструмента, которым необходимо управлять посредством способов настоящего изобретения. Сигнальная линия 14 управления имеет первый конец 16, расположенный на устье скважины или вблизи него, и второй конец 18, расположенный в скважине. Хотя сигнальную линию 14 управления можно закреплять на оборудовании устья скважины и не крепить при установке в скважине, ее предпочтительно крепить к трубным элементам и/или инструментам, установленным в скважине, с помощью любого подходящего средства, например, фиксаторами, и можно бронировать, как должно быть ясно специалистам в данной области техники. Сигнальная линия управления может быть открыта на конце 18 в ствол скважины. Один или несколько инструментов или оборудование 30А, 30В и 30N можно установить в скважине и можно соединить со считывающими устройствами 20А, 20В, 20N, соответственно. Инструменты 30А, 30В и 30С можно соединить с взаимодействующими с ними считывающими устройствами 20А, 20В, 20N любым подходящим средством, таким как гидравлическая или электрическая линия или акустическое соединение 31А, 31В, 31N. Каждое считывающее устройство соединено с подходящим источником 24А, 24В, 24N питания и антеннами 22А, 22В, 22N, соответственно. Не ограничивающим примером подходящего источника питания являются батареи. Как показано, антенны 22 могут быть катушечными, окружающими линии 14 управления так, что ориентация сигнального устройства 12 в линии 14 управления не существенна для приема сигнала антенной 22. Неограниченным числом инструментов 30 можно управлять посредством настоящего изобретения, с общим числом инструментов, установленных в скважине с возможностью управления посредством настоящего изобретения, обозначенным "N".
В процессе работы подходящее сигнальное устройство 12 можно перемещать от оборудования 10 устья скважины по линии 14, например, в подходящей текучей среде, такой как масло гидросистемы или вода, которые может перекачивать оборудование, размещенное на поверхности. Сигнальное устройство 12 имеет размер и конфигурацию, препятствующие перевороту сигнального устройства в линии 14 во время перемещения (фиг.1В). Каждое сигнальное устройство 12 запрограммировано на генерирование индивидуального сигнала. Аналогично, каждое считывающее устройство 20А, 20В, 20N запрограммировано на поиск сигнала с индивидуальным кодом. Когда сигнальное устройство 12 проходит вблизи считывающего устройства 20, индивидуальный сигнал, переданный сигнальным устройством 12, может принимать антенна 22. Если данное считывающее устройство 20 запрограммировано на реагирование на сигнал, переданный устройством 12 через связанную с ним антенну 22, считывающее устройство 20 передает соответствующий сигнал управления на связанный с ним инструмент 30 для приведения инструмента в действие. Считывающее устройство 20 может также передавать сигналы, которые, в свою очередь, принимает сигнальное устройство 12 и обуславливающие генерирование сигнальным устройством индивидуального сигнала.
Каждое считывающее устройство 20 можно программировать для реагирования на свои индивидуальные сигналы или аналогичные сигналы, по меньшей мере, одного другого считывающего устройства. Когда сигнальное устройство 12 перемещается по линии 14, индивидуальный сигнал, переданный при этом, может принимать и читать каждое последовательное считывающее устройство. Если индивидуальный сигнал совпадает с запрограммированным в считывающем устройстве, считывающее устройство передает сигнал управления для приведения в действие связанного с ним инструмента 30. В конечном итоге, сигнальное устройство 12 выходит через конец линии 14 управления в скважину. После этого одно или несколько дополнительных устройств управления можно перемещать по линии 14 управления для приведения в действие одного или нескольких инструментов 30 в любой необходимой последовательности и режиме. Таким образом, неограниченное число инструментов можно приводить в действие посредством перемещения одного или нескольких устройств управления по линии 14 управления. Когда линия 14 открыта на конце 18 в ствол скважины, на нее действует гидростатическое давление текучей среды, и поэтому гидравлическое давление, действующее в данной линии, должно быть достаточным для преодоления гидростатического давления для перемещения сигнального устройства 12 по линии 14.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.2, три гидравлических линии 114, 154 и 164 могут быть установлены в подземной скважине и проходить от оборудования 110 устья скважины к месту установки, по меньшей мере, вблизи инструмента, наиболее удаленного от оборудования устья скважины и подлежащего управлению средством данного варианта осуществления настоящего изобретения. Каждая линия 114, 154, 164 имеет первый конец 116, 156, 166, соответственно, на оборудовании 110 устья скважины или вблизи него и второй конец 118, 158, 168, размещенный в скважине. Второй конец 118 или линия 114 может быть открыта в скважину и, следовательно, гидростатическому давлению любой текучей среды, присутствующей в скважине, тогда как концы 158 и 168 линий 156 и 166, соответственно, можно закрывать крышками или заглушками, как показано на фиг.1, любым подходящим средством, известным специалистам в данной области техники. Альтернативно, конец 116 линии 114 управления может быть соединен с концом 158 линии 154 управления или концом 168 линии 164 управления для обеспечения перемещения устройства 112 управления по линии 114 и назад на поверхность по линии 154 или 164. Хотя линии 116, 156, 166 можно закреплять на оборудовании устья скважины и не крепить при установке в скважине, каждая линия предпочтительно крепится к трубным элементам и/или инструментам, установленным в скважине, любым подходящим средством, например фиксаторами, и может быть бронированной, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.
Множество инструментов или блоков 130А, 130В, 130N оборудования устанавливают в скважине, и они могут иметь поршень или муфту 132А, 132В, 132N, соответственно, подвижно скрепленные с ними. Каждый инструмент 130А, 130В, 130N может быть соединен с гидравлической линией 154 посредством линий 134А, 134В, 134N, соответственно, каждая из которых имеет соответствующий клапан 136А, 136В, 136N. Каждый инструмент 130А, 130В, 130N может быть соединен с гидравлической линией 164 посредством линий 138А, 138В, 138N. Считывающие устройства 120А, 120 В, 120N электрически соединены с подходящими источниками питания 124А, 124В, 124N и антеннами 122А, 122В, 122N, соответственно. Не ограничивающим примером подходящего источника питания являются батареи. Данные источники питания могут быть запрограммированы на нахождение в спящем режиме, кроме некоторых заданных периодов времени, так что источник питания консервируется и увеличивается его срок службы. Как показано, антенны 122А, 122В, 122N являются катушечными и окружающими линии управления 114 так, что ориентация сигнального устройства 112 в линии управления 114 является несущественной. Каждое считывающее устройство 120А, 120В, 120N может быть электрически соединено с соответствующими двигателями 126А, 126В, 126N, соответственно, которые, в свою очередь, вращают вал или шпиндель 127А, 127В, 127N для открытия или закрытия клапанов 136А, 136В, 136N, как должно быть ясно специалистам в данной области техники. Неограниченным числом инструментов 130 можно управлять посредством данного варианта осуществления настоящего изобретения, с общим числом, обозначенным буквой "N", инструментов, установленных в скважине с возможностью управления. Рабочую жидкость гидросистемы, такую как масло гидросистемы или вода, можно использовать в каждой из трех гидравлических линий и можно создавать в ней давление любым подходящим средством, таким как насос, размещенный в оборудовании устья скважины или вблизи него, поддерживая давление достаточным для преодоления гидростатического давления текучей среды, присутствующей в скважине, для перемещения от оборудования устья скважины текучей среды и сигнального устройства 112 по гидравлической линии и в скважину.
Обычно установленные в скважине клапаны 136А, 136В, 136N находятся в закрытом положении, и поршни 132А, 132В, 132N установлены на одном конце соответствующего инструмента 130, указанного позициями x или y на фиг.2. Хотя инструменты 130 показаны на фиг.2, имеющие положения, в общем, на каждом конце и в центре инструмента, поршень может достигать нескольких положений в инструменте и имеет связанный с ним механизм, такой как конусная зажимная муфта, для обеспечения выполнения указанной операции. Не ограничивающим примером инструмента с использованием поршня с изменяющимися положениями является фонтанный штуцер, установленный в трубчатом элементе, установленном в нужном месте в скважине.
В процессе работы подходящее сигнальное устройство 112 можно перемещать от оборудования устья скважины 110 через линию 114, например, в текучей среде, перекачиваемой оборудованием, размещенным на поверхности. Каждое сигнальное устройство 112 запрограммировано на генерирование индивидуального сигнала. Аналогично, каждое считывающее устройство 120А, 120В и 120N запрограммировано на поиск сигнала с индивидуальным кодом. Когда сигнальное устройство 112 проходит вблизи данного считывающего устройства 120, индивидуальный сигнал, переданный сигнальным устройством 112, может принимать антенна 122. Если данное считывающее устройство 120 запрограммировано на реагирование на сигнал, переданный устройством 112 через связанную с ним антенну 122, считывающее устройство 120 передает соответствующий сигнал управления на связанный с ним двигатель 126, который, в свою очередь, производит открытие клапана 136 посредством вала 127. Считывающие устройства 120 могут также передавать сигналы, которые принимает сигнальное устройство 112, обуславливающие передачу им, в свою очередь, индивидуального сигнала. Когда рабочей жидкости гидросистемы в линии 154 обеспечен проход через линию 134 и клапан 136, давление рабочей жидкости гидросистемы обуславливает перемещение поршня 132 в инструменте в необходимое положение и, при этом, приведение в действие инструмента. Перемещение поршня 132 в инструменте 130 обуславливает прохождение рабочей жидкости гидросистемы на другой стороне поршня 132 назад к оборудованию 110 устья скважины по гидравлической линии 164. Для перемещения поршня 132 в другое положение давление рабочей жидкости гидросистемы в линии 154 или линии 164 можно увеличить для перемещения поршня со связанным с ним механизмом, таким как конусная зажимная муфта, обеспечивая последовательное достижение поршнем нескольких положений вдоль инструмента 130.
Каждое считывающее устройство 120 можно программировать для реагирования на свой индивидуальный сигнал или сигнал, аналогичный, по меньшей мере, сигналу одного другого считывающего устройства. Когда сигнальное устройство 112 перемещают по линии 114, индивидуальный сигнал, переданный при этом, может принимать и считывать каждое последовательно расположенное считывающее устройство. Если индивидуальный сигнал соответствует сигналу, запрограммированному в считывающем устройстве, считывающее устройство передает сигнал управления для открытия на связанный с ним двигатель 126 и клапан 136. В конечном итоге, сигнальное устройство 112 выходит через конец линии 114 управления в скважину. После этого одно или несколько дополнительных сигнальных устройств 112 можно перемещать по линии 114 управления для приведения в действие одного или нескольких двигателя (двигателей) 126 и клапана (клапанов) 136 в любой необходимой последовательности и режиме. Таким образом, неограниченное число инструментов 130 можно приводить в действие посредством перемещения одного или нескольких устройств управления по линии 114 управления. Поскольку линия 114 открыта на конце 118 в ствол скважины, на нее действует гидростатическое давление текучей среды, и поэтому гидравлическое давление, создаваемое в данной линии, должно быть достаточным для преодоления гидростатического давления для перемещения сигнального устройства 112. Альтернативно, линию 114 можно соединить с линией 158, обеспечивая, тем самым, прохождение сигнального устройства 112 на поверхность. Сигнальное устройство 112 может быть выполнено для приема сигнала от данного считывающего устройства, что индивидуальный сигнал, переданный сигнальным устройством, принят считывающим устройством. В данном случае считывающие устройства 120 представляют собой приемопередатчики, обеспечивающие прием каждым устройством индивидуального сигнала от сигнального устройства и передачу другого индивидуального сигнала обратно на сигнальное устройство. Каждое сигнальное устройство 112 можно также оборудовать подходящими измерительными приборами для измерения параметров скважины, пласта и/или текучей среды, которые можно затем записывать в сигнальном устройстве 112. Не ограничивающими примерами подходящих измерительных приборов являются измерительные приборы температуры и давления. Информацию, содержащуюся в сигнальном устройстве 112, можно считывать на поверхности, стирать с сигнального устройства 112, если необходимо, и сигнальное устройство можно программировать для отправки других индивидуальных сигналов для использования в той же скважине или другой скважине.
Для закрытия каждого клапана 136 каждое связанное с ним считывающее устройство можно запрограммировать для приведения в действие надлежащего двигателя 126 и вала 127 после некоторого периода времени для закрытия связанного клапана 136. Альтернативно, сигнальное устройство 112 можно перемещать по линии 114 для передачи индивидуального сигнала на надлежащее считывающее устройство 120 посредством антенны 122, которое, в свою очередь, передает соответствующий сигнал управления на связанный с ним двигатель 126, обуславливая закрытие клапана 136 валом 127.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.3, две гидравлические линии 214 и 264 установлены в подземной скважине и проходят от оборудования 210 устья скважины в положение, по меньшей мере, к самому удаленному от оборудования устья скважины инструменту для управления посредством данного варианта осуществления настоящего изобретения. Линии 214 и 264 имеют первые концы 216 и 266, соответственно, на оборудовании 210 устья скважины или вблизи него и вторые концы 218 и 268, скрепленные с линией 270 и имеющие с ней гидравлическую связь. Хотя линии 216 и 266 можно закреплять на оборудовании устья скважины и их можно не крепить при установке в скважине, каждую линию, включающую в себя линию 270, предпочтительно крепить к трубным элементам и/или инструментам, установленным в скважине, любым подходящим средством, например фиксаторами, и ее можно бронировать, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.3, каждый инструмент 230A, 230В и 230N может быть соединен с гидравлической линией 214 посредством линий 234А, 234В и 234N соответственно, каждая из которых имеет соответствующий клапан 236А, 236В и 236N. Каждый инструмент 230А, 230В и 230N также может быть соединен с гидравлической линией 264 посредством линий 138А, 138В и 138N, соответственно. Клапаны 236А, 236В и 236N первоначально находятся в закрытом положении, когда систему развертывают в скважине, тогда как клапан 290 в линии 270, соединяющей нижние концы 218, 268 линий 214 и 264 друг с другом, находится первоначально в открытом положении. Для начала работы индивидуальное сигнальное устройство 212 можно перемещать по линии 214 любым подходящим средством, например маслом гидросистемы. Индивидуальный сигнал, переданный сигнальным устройством 212, может принимать каждая антенна 222А, 222В и 222N и передавать на каждое, связанное с ней считывающее устройство 220А, 220В и 220N. Если данное считывающее устройство запрограммировано для реагирования на принятый сигнал, данное считывающее устройство приводит в действие по меньшей мере один двигатель 226А, 226В или 226N для открытия соответствующего клапана 236А, 236В или 236N посредством вала 227А, 227В или 227N. Сигнальное устройство затем проходит через линию 270 и передает сигнал на считывающее устройство 280 посредством антенны 282. Считывающее устройство 280, получающее энергию от источника питания 284, в свою очередь включает в работу двигатель 296, закрывающий клапан 290 посредством вала 297. Каждое сигнальное устройство может быть выполнено для приема сигнала от данного считывающего устройства, что индивидуальный сигнал, переданный сигнальным устройством, принят считывающим устройством. В данном случае считывающие устройства 220 являются приемопередатчиками, обеспечивающими прием каждым устройством индивидуального сигнала от сигнального устройства и передачу другого индивидуального сигнала обратно на сигнальное устройство. Каждое сигнальное устройство 212 может также быть оборудовано подходящими измерительными приборами для измерения параметров скважины, пласта и/или текучей среды, которые можно затем записывать в сигнальном устройстве 212. Не ограничивающими примерами подходящих измерительных приборов являются измерительные приборы температуры и давления. С закрытым клапаном 290 рабочую жидкость гидросистемы можно направить по линии 214 на клапан (клапаны) 236, открытый индивидуальным сигнальным устройством 212, для перемещения поршня 232 в необходимое положение. Клапаны 236А, 236В и 236N находятся в закрытом положении, и поршни 232А, 232В и 232N установлены на одном конце соответствующего инструмента 230А, 230В и 230N, как указано положениями x или y на фиг.3. Хотя инструменты 230 показаны на фиг.3 имеющими положение, в общем, на каждом конце и в центре инструмента, поршень может достигать нескольких положений вдоль инструмента и иметь связанный с ним механизм, такой как конусная зажимная муфта, для обеспечения их достижения. Считывающее устройство 280 можно программировать обуславливающим открытие клапана 290 в заданное время после закрытого состояния, или индивидуальный сигнал (сигналы) от сигнального устройства 212 может содержать команды, обуславливающие открытие считывающим устройством клапана 290 через заданный отрезок времени. Когда клапан 290 открыт, сигнальное устройство 212 можно перемещать на оборудование 210 устья скважины по линии 264 посредством поддержания избыточного давления рабочей жидкости гидросистемы в линии 214. Информацию, содержащуюся в сигнальном устройстве 212, можно считывать на поверхности, стирать из сигнального устройства 212, если необходимо, и сигнальное устройство можно программировать для отправки другого индивидуального сигнала для использования в той же скважине или другой скважине.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.4, одна гидравлическая линия 314 может быть установлена в подземной скважине и проходить от оборудования 310 устья скважины к положению, по меньшей мере, вблизи самого удаленного от оборудования устья скважины инструмента, подлежащего управлению посредством данного варианта осуществления настоящего изобретения. Линия 314 имеет первый конец 316 на оборудовании 310 устья скважины или вблизи него и второй конец 318, открытый в скважину. Гидравлическая линия 314 также оборудована клапаном 390, находящимся первоначально в открытом положении. Хотя линию 314 можно закреплять на оборудовании устья скважины и не крепить при установке в скважине, линию 314 предпочтительно крепить к трубным элементам и/или инструментам, установленным в скважине, любым подходящим средством, например фиксаторами, и она может быть бронированной, как должно быть ясно специалистам в данной области техники. Один или несколько инструментов 330 установлены в скважине на непрерывных трубах или трубах из звеньев или каротажном кабеле. Число "N" представляет собой число инструментов и связанного с ними оборудования, установленного в скважине и скомпонованного с возможностью управления согласно системе и способу данного варианта осуществлении настоящего изобретения. Инструменты 330 соединены с гидравлической линией 314 посредством связанных с ними гидравлических линий 334 и имеют поршни 332, установленные в них. Поршни 332А, 332В и 332N установлены на одном конце соответствующего инструмента 330, как отмечено положениями x или y на фиг.4. Хотя инструменты 330 показаны на фиг.4 имеющими положение, в общем, на каждом конце и в центре инструмента, поршень может быть способен к достижению нескольких положений вдоль инструмента и имеет связанный с ним механизм, такой как конусная зажимная муфта, для обеспечения достижения данных положений. Не ограничивающим примером инструмента, использующего поршень с изменяющимися положениями, является фонтанный штуцер, установленный в трубчатом элементе, установленном в скважине.
Переключающие клапаны 336 установлены в гидравлических линиях 334 и соединены с двигателями 326 валами 327 и управляются двигателями с валами. Считывающие устройства 320А, 320В и 320N электрически соединены с подходящими источниками 324А, 324В и 324N питания и антеннами 322А, 322В и 322N, соответственно. Не ограничивающим примером подходящего источника питания являются батареи. Данные источники питания можно запрограммировать для нахождения в спящем режиме, кроме некоторых заданных периодов времени для прекращения потребления энергии и, таким образом, продления срока службы источника питания. Как показано, антенны 322А, 322В и 322N являются катушечными и окружающими линии 314 управления так, что ориентация сигнального устройства 312 в линии 314 управления является несущественной. Каждое считывающее устройство 320А, 320В и 320N электрически соединено с соответствующими двигателями 326А, 326В и 326N, соответственно, которые приводят в действие валы или штанги 327А, 327В и 327N для открытия или закрытия клапанов 336А, 336В и 336N, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.
Другое считывающее устройство 380 электрически соединено с подходящим источником питания 384 и антенной 382 с конфигурацией, окружающей гидравлическую линию 314. Считывающее устройство 380 также электрически соединено с двигателями 396, осуществляющими привод вала или штанги 397 для открытия или закрытия клапана 390, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.
В процессе работы сигнальное устройство 312 можно перемещать по линии 314 через открытый клапан 390 и открытый конец 318 в скважину, например в текучей среде, перекачиваемой оборудованием, размещенным на поверхности. Каждое сигнальное устройство 312 запрограммировано на генерирование индивидуального сигнала. Аналогично, каждое считывающее устройство 320А, 320В и 320N запрограммировано на поиск сигнала с индивидуальным кодом. Когда сигнальное устройство 312 проходит вблизи данного считывающего устройства 320, индивидуальный сигнал, переданный сигнальным устройством 312, может принимать антенна 322. Если данное считывающее устройство 320 запрограммировано на реагирование на сигнал, переданный устройством 312 через связанную с ним антенну 322, считывающее устройство 320 передает соответствующий сигнал управления на связанный с ним двигатель 326, который, в свою очередь, обуславливает открытие клапана 336 посредством вала 327. Считывающие устройства 320 могут также передавать сигналы, которые, в свою очередь, принимает сигнальное устройство 312 для генерирования индивидуального сигнала. Антенна 382 передает сигнал, принятый от сигнального устройства 312, для приведения в действие двигателя 396 и вала 397 для закрытия клапана 390. Следующим шагом обеспечивают прохождение рабочей жидкости гидросистемы в линии 314 по линии 334 и через клапан 336, обуславливающее перемещение поршня 332 в инструменте 330 в необходимое положение и, таким образом, приведение в действие инструмента. Рабочей жидкости гидросистемы, проходящей вокруг данного поршня 332, обеспечено прохождение в скважину по гидравлической линии 338. Считывающее устройство 380 можно программировать для открытия клапана 390 в заданное время после закрытого положения, или индивидуальный сигнал из сигнального устройства 312 может содержать команды, обуславливающие открытие считывающим устройством клапана 390 через заданный отрезок времени.
На фиг.5 показано, по существу, развертывание в подземной скважине варианта осуществления настоящего изобретения, схематично показанного на фиг.2. На фиг.5 скважина 502 проходит от поверхности земли 503 через одну или несколько областей подземной среды 508, представляющих интерес. При использовании в данном описании термин "среда" относится к одной или нескольким подземным областям, зонам, горизонтам и/или пластам, которые могут содержать углеводороды. Хотя скважина 502 может иметь любую подходящую подземную конфигурацию, как должно быть ясно специалистам в данной области техники, скважина показана на фиг.5, в общем, с горизонтальной конфигурацией в подземной среде 508, представляющей интерес. Скважина может быть оборудована промежуточной обсадной колонной 504, которая может быть закреплена в скважине 502 любым подходящим средством, например цементом (не показано), как должно быть ясно специалистам в данной области техники. Промежуточная обсадная колонна показана на фиг.5 проходящей от поверхности земли до точки вблизи подземной среды 508, представляющей интерес, так, что обеспечивает заканчивание с необсаженным стволом на существенном участке подземной среды 508, представляющем интерес, пройденном скважиной 502. Эксплуатационная обсадная колонна 506 также установлена в скважине и имеет размер для прохода через обсадную колонну и в необсаженный ствол скважины 502 в подземной среде 508. Эксплуатационная обсадная колонна 506 дополнительно оборудована одним или несколькими инструментами 530A-F, представляющими собой скользящие муфты, показанные на фиг.5, для избирательного создания гидравлической связи между средой 508 и внутренним объемом эксплуатационной обсадной колонны 506. Линия 114 управления имеет первый конец 116 на оборудовании 110 устья скважины или вблизи него и проходит в кольцевом пространстве между промежуточной обсадной колонной 504 и эксплуатационной обсадной колонной 506 к каждому из инструментов 530A-F. Другой конец 118 линии 114 управления проходит в необсаженный ствол скважины 502 снаружи эксплуатационной обсадной колонны 506. Гидравлические линии 154 и 164, каждая, проходят от поверхности земли по стволу скважины или вблизи него, по меньшей мере, к точке в скважине, примыкающей к дальнему инструменту 530F для обеспечения гидравлического соединения с ним способом, показанным на фиг.2. Хотя линии 116, 156 и 166 можно закреплять на оборудовании устья скважины и не крепить при установке в скважине, каждая линия предпочтительно прикреплена снаружи к эксплуатационной обсадной колонне 506 любым подходящим средством, например фиксаторами, и может быть бронированной, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.
Согласно варианту осуществления гидроразрыва способом настоящего изобретения устройство управления 112 можно перемещать через линию управления 114 для избирательного, гидравлического управления скользящими муфтами в инструментах 530A-F способом, описанным выше со ссылкой на фиг.2. Устройство скользящих муфт, показанное на фиг.5, можно избирательно открывать для обеспечения гидравлического разрыва подземной среды 508, представляющей интерес, вблизи открытой муфты (муфт) в любой необходимой последовательности. Скользящие муфты в инструментах A-F можно открывать в любой необходимой последовательности, и нет ограничения, состоящего в открытии в последовательности, начинающейся с муфты инструмента, установленной самой дальней от поверхности, то есть муфты в инструменте 530F. Часто может являться предпочтительным открытие муфты вблизи области подземной среды 508, самой дальней от поверхности вдоль скважины 502, последней в последовательности, где жидкость гидроразрыва содержит газ, поскольку данный газ может давать энергию текучей среде, добываемой из подземной среды, тем самым содействуя ее добыче. Дополнительно, скользящие муфты в инструментах 530A-F можно открывать индивидуально, или скользящие муфты в нескольких инструментах 530A-F можно открывать одновременно и подземную среду вблизи каждой открытой муфты можно подвергать гидроразрыву пласта одновременно. Когда муфта открыта, подходящую текучую среду закачивают через обсадную колонну 506 и открытую муфту (муфты) под давлением, достаточным для гидравлического разрыва пласта подземной среды вблизи открытой муфты (муфт). Дополнительно, муфты в одном или нескольких инструментах 530A-F можно открывать одновременно или в любой последовательности во время добычи текучей среды из подземной среды 508 через обсадную колонну 502 на поверхность 503.
В общем, кольцевая область 505 между скважиной 502 и эксплуатационной обсадной колонной 506 обычно содержит текучую среду. Кроме того, текучую среду можно нагнетать с поверхности 503 земли по скважине 502 и размещать в кольцевой области 505 для образования непроницаемого для текучей среды барьера, который может разлагаться на месте закачки текучей среды во время гидроразрыва для создания гидравлической связи между областями гидроразрыва пласта подземной среды 508 и эксплуатационной обсадной колонной 506 через открытую скользящую муфту (муфты) в инструменте (инструментах) 530A-F. Текучая среда, закачиваемая в кольцевые области 505, может являться вязкой текучей средой или текучей средой, затвердевающей с образованием, в общем, твердого барьера. Не ограничивающим примером последней текучей среды является сшитый гель, затвердевающий после размещения в кольцевой области, который может иметь такую рецептуру, что разлагается после заданного отрезка времени. Другим не ограничивающим примером последней текучей среды является цемент.
Напряжение в горной породе, создаваемое во время гидроразрыва области подземной среды 508, обуславливает сопротивление породы в области гидроразрыва пласта распространению гидроразрывов от последовательно обработанной гидроразрывом примыкающей области. Данное напряжение в горной породе можно использовать, согласно другому варианту осуществления гидроразрыва, способом настоящего изобретения для распространения гидроразрывов, последовательно создаваемых в подземной среде в необходимом режиме. Например, можно создать гидроразрыв в области подземной среды 508, расположенной вблизи муфты в инструменте 530D, и либо одновременно с этим, или после этого можно создать гидроразрыв области подземной среды 508, расположенной вблизи муфты в инструменте 530F. Затем, можно создать гидроразрыв области подземной среды, расположенной вблизи муфты в инструменте 530Е, и, поскольку ранее обработанные гидроразрывом области подземной среды 508 являются стойкими к распространению гидроразрыва, направить больше энергии и создать гидроразрывы в области, окружающей инструмент 530Е, распространяющиеся с отходом дальше от скважины 502. Муфты в инструментах 530A-F можно открывать в любой необходимой последовательности для использования преимущества создания напряжения в горной породе во время процесса гидроразрыва для распространения гидроразрыва либо с отходом дальше от скважины, или в заданном осевом направлении от области создания напряжения, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.
Следующий пример показывает практическое применение и полезность настоящего изобретения, но не должен быть истолкован как ограничивающий его объем.
ПРИМЕР 1
Скважина пробурена на проектную глубину с проходкой подземного пласта, представляющего интерес, и бурильная компоновка извлечена из скважины. Промежуточная обсадная колонна с внешним диаметром 7 дюймов (178 мм) установлена в скважину с прохождением, по существу, от поверхности земли до точки над подземным пластом, представляющим интерес. Промежуточная обсадная колонна зацементирована в стволе скважин посредством закачки цемента. Излишки цемента разбурены в промежуточной обсадной колонне, и ствол скважины проходит под промежуточной обсадной колонной через подземную зону, представляющую интерес.
Эксплуатационная обсадная колонна внешним диаметром 3,5 дюйма (89 мм) оборудована 6 скользящими муфтами и имеет 3 гидравлических линии, прикрепленные снаружи эксплуатационной обсадной колонны. Скользящие муфты расположены последовательно и именуются далее в настоящем документе скользящими муфтами 1-6, при этом скользящая муфта 1 является самой ближней, и скользящая муфта 6 является самой дальней от промежуточной обсадной колонны. Гидравлические линии являются линиями управления, открытой гидравлической силовой линией и закрытой гидравлической силовой линией. Конец эксплуатационной обсадной колонны имеет цементировочный башмак и компоновку обратного клапана. Эксплуатационная обсадная колонна и связанное с ней оборудование и линии спускают в скважину, пока все муфты, находящиеся в закрытом положении, не окажутся в необсаженном стволе (участок скважины без промежуточной обсадной колонны).
Сшитые текучие среды на водной основе закачивают вниз по эксплуатационной обсадной колонне и размещают в кольцевом пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и стволом от проектной глубины до точки над скользящей муфтой 1. Текучие среды вытесняются цементировочной пробкой, перемещаемой по эксплуатационной обсадной колонне и фиксирующейся на месте работы внизу колонны, для предотвращения прохода скважинных текучих сред в эксплуатационную обсадную колонну. Текучим средам обеспечивают загустение и создание барьера разобщения зон.
Устройство радиочастотной идентификации, несущее специфический код, прокачивают вниз по линии управления для приведения в действие золотникового клапана в самой дальней от промежуточной обсадной колонны скользящей муфте (муфта 6). Приведение в действие получают посредством радиочастотного приемопередатчика, связанного со скользящей муфтой. Приблизительно 7 галлонов (27 л) рабочей жидкости гидросистемы требуется для прокачки устройства радиочастотной идентификации через линию управления и в скважину. Создают давление приблизительно 3000 фунт/дюйм2 (210 кг/см2) рабочей жидкости гидросистемы в открытой силовой линии для открытия скользящей муфты 6. В закрытой силовой линии давление не должно создаваться, так что незначительный возврат текучей среды может происходить, когда поршень в скользящей муфте перемещается в свои положения. После некоторого периода времени золотниковый клапан в скользящей муфте 6 должен закрываться, закрепляя муфту в открытом положении. После этого приблизительно 3000 баррелей (477 м3) текучей среды перекачивают по эксплуатационной обсадной колонне, через открытую муфту 6 и в пласт, примыкающий к скользящей муфте 6, для гидроразрыва пласта и обработки пласта для интенсификации добычи текучих сред из данного примыкающего пласта. Песок можно включать в состав текучей среды обработки, если необходимо.
Другой чип устройства радиочастотной идентификации, закодированный специфическим кодом, прокачивают вниз по линии управления для приведения в действие золотникового клапана в скользящей муфте 6. Давление приблизительно в 3000 фунт/дюйм2 (210 кг/см2) создают в рабочей жидкости гидросистемы в закрытой силовой линии для закрытия скользящей муфты 6. Давление не следует создавать в открытой силовой линии, так что незначительный возврат текучей среды может происходить при перемещении с изменением положений скользящей муфты. После некоторого периода времени золотниковый клапан в скользящей муфте 6 следует закрыть, закрепляя муфту в закрытом положении. После этого эксплуатационную обсадную колонну спрессовывают для подтверждения ее целостности. Устройство радиочастотной идентификации, закодированное специфическим кодом, прокачивают по линии управления для приведения в действие золотникового клапана в скользящей муфте 5. Давление приблизительно в 3000 фунт/дюйм2 (210 кг/см2) создают в рабочей жидкости гидросистемы в открытой силовой линии для открытия скользящей муфты 5. Давление не следует создавать в закрытой силовой линии, так что незначительный возврат текучей среды может происходить при перемещении с изменением положений скользящей муфты. После некоторого периода времени золотниковый клапан в скользящей муфте 5 должны закрывать, закрепляя муфту в открытом положении.
После этого приблизительно 3000 баррелей (477 м3) текучей среды перекачивают по эксплуатационной обсадной колонне, через открытую муфту 5 и в пласт, примыкающий к скользящей муфте 5, для гидроразрыва пласта и обработки пласта для интенсификации добычи текучих сред из данного примыкающего пласта. Песок можно включать в состав текучей среды обработки, если необходимо.
Другой чип устройства радиочастотной идентификации, закодированный специфическим кодом, прокачивают вниз по линии управления для приведения в действие золотникового клапана в скользящей муфте 5. Давление приблизительно в 3000 фунт/дюйм2 (210 кг/см2) создают в рабочей жидкости гидросистемы в закрытой силовой линии для закрытия скользящей муфты 5. Давление не следует создавать в открытой силовой линии, так что незначительный возврат текучей среды может происходить при перемещении с изменением положений скользящей муфты. После некоторого периода времени золотниковый клапан в скользящей муфте 5 должен закрываться, закрепляя муфту в закрытом положении. После этого эксплуатационную обсадную колонну спрессовывают для подтверждения ее целостности. Данный способ повторяют для скользящих муфт 4, 3, 2 и 1, соответственно.
После обработки пласта вблизи каждой из муфт 1-6 для интенсификации притока обеспечивается разложение сшитых текучих сред с удалением, при этом, барьеров изоляции. Отдельные устройства радиочастотной идентификации прокачивают вниз по линии управления для открытия скважины и обеспечения испытания на приток, с последовательным открытием муфт 1, 2, 3, 4, 5, 6, создавая давление для приведения в действие открытой линии и поддерживая отсутствие давления приведения в действие линии закрытия. Эксплуатационную обсадную колонну и связанные с ней муфты и линии можно затем извлекать из скважины после осуществления циркуляции текучей среды вниз по эксплуатационной обсадной колонне и вверх по кольцевому пространству. После этого продолжают работы заканчивания скважины.
Хотя способ гидроразрыва настоящего изобретения показан на фиг.5 и описан выше как и выполнявшийся с устройством 112 управления, перемещаемым через линию 114 управления для избирательного гидравлического управления скользящими муфтами в инструментах 530A-F в режиме, описанном выше со ссылкой на фиг.2, гидроразрыв в способе настоящего изобретения можно осуществлять с другим средством управления. Например, устройство 112 управления и линию 114 управления, показанные на фиг.2 и 5 и описанные выше применительно к ним, можно исключить и системами фиг.2 и 5 можно управлять, отправляя сигналы, такие как акустические или электромагнитные сигналы, на считывающее устройство (устройства) 120А, 120 В и 120N через землю, текучую среду, содержащуюся в скважине 502, или обсадную колонну 504 или 506 или другие трубчатые элементы, установленные в скважине, от подходящего источника 550, размещенного на поверхности 503 земли. Использование оборудования сейсмического мониторинга может быть полезным в мониторинге распространения гидроразрыва пласта при работе в режиме реального времени.
Хотя антенны настоящего изобретения показаны на фиг.1-4 катушечными, обмотанными вокруг линии управления, использующимися согласно настоящему изобретению, некоторые сигнальные устройства, такие как поверхностных акустических волн, могут не требовать катушечной антенны для передачи сигнала, принимаемого связанным с ними считывающим устройством (устройствами). В таких случаях считывающее устройство (устройства) 20, 120, 220 и 320 может иметь антенну вблизи линии 14, 114, 214 и 314 управления, соответственно. Дополнительно, в данных вариантах осуществления настоящего изобретения, где сигнальное устройство можно перемещать в скважину из линии управления, сигнальное устройство можно оборудовать подходящими измерительными приборами, такими как измерительные приборы температуры и давления, и перемещать в подземный пласт, окружающий скважину. Впоследствии, сигнальное устройство пластовая текучая среда может переносить в скважину и на поверхности земли, где информацию, записанную в сигнальном устройстве, можно считывать. Системы, компоновки и способы настоящего изобретения обеспечивают управление множеством инструментов в скважине через ограниченное число гидравлических линий. Не ограничивающими примерами инструментов, применимых в системах, компоновках и способах настоящего изобретения, являются скользящие муфты, пакеры, стреляющие перфораторы, регуляторы расхода, такие как штуцеры, и резаки.
Хотя выше описаны и показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, понятно, что альтернативы и модификации, такие как предложенные и другие, могут быть выполнены и соответствовать объему изобретения.
1. Гидравлическая система управления для использования в подземной скважине, содержащая линию управления, установленную в подземной скважине, проходящую вблизи, по меньшей мере, одного инструмента, установленного в подземной скважине и имеющего считывающее устройство, соединенное с ним, при этом линия управления имеет канал с диаметром, достаточным для перемещения через него сигнального устройства, но недостаточным для обеспечения коммерческих количеств производимых текучих сред.
2. Система по п.1, в которой линия управления имеет один конец на поверхности земли или вблизи нее.
3. Система по п.2, в которой линия управления имеет другой конец, открытый в скважину.
4. Система по п.1, в которой сигнальное устройство способно генерировать один или несколько индивидуальных сигналов.
5. Система по п.4, в которой сигнальное устройство является радиочастотным идентификационным устройством, устройством, несущим магнитный штриховой код, радиоактивным устройством, устройством на поверхностных акустических волнах или низкочастотным магнитным передатчиком.
6. Система по п.5, в которой считывающее устройство соединено с батареей.
7. Система по п.5, в которой считывающее устройство имеет антенну.
8. Система по п.7, в которой антенна, по существу, окружает линию управления.
9. Система по п.8, в которой антенна имеет конфигурацию, по существу, катушки, и линия управления проходит через катушку.
10. Система по п.1, которая содержит множество инструментов.
11. Система по п.1, в которой линия управления гидравлически соединена с каждым, по меньшей мере, одним инструментом.
12. Система по п.11, в которой каждое гидравлическое соединение линии управления и инструмента снабжено клапаном, приведение в действие которого контролируется считывающим устройством.
13. Система по п.11, дополнительно содержащая первую гидравлическую линию, установленную в подземной скважине и гидравлически соединенную с каждым, по меньшей мере, одним инструментом, установленным в подземной скважине.
14. Система по п.13, в которой линия управления и первая гидравлическая линия соединены.
15. Система по п.13, дополнительно содержащая вторую гидравлическую линию, установленную в подземной скважине и гидравлически соединенную с каждым, по меньшей мере, одним инструментом так, что увеличение гидравлического давления в первой гидравлической линии перемещает компонент инструмента в одном направлении, а увеличение давления во второй гидравлической линии перемещает компонент в противоположном направлении.
16. Система по п.15, в которой линия управления и вторая гидравлическая линия соединены.
17. Система по п.16, дополнительно содержащая клапан, расположенный, по существу, на соединении линии управления и второй гидравлической линии.
18. Система по п.17, дополнительно содержащая второе считывающее устройство управления клапаном.
19. Система по п.1, в которой линия управления прикреплена к эксплуатационной обсадной колонне.
20. Система по п.1, в которой линия управления прикреплена к насосно-компрессорной трубе.
21. Система по п.1, в которой линия управления проходит в кольцевом пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой.
22. Способ управления скважинным инструментом, согласно которому перемещают, по меньшей мере, одно сигнальное устройство, способное генерировать один или несколько индивидуальных сигналов из устья скважины через линию управления, установленную в подземной скважине, для управления действием, по меньшей мере, одного инструмента, установленного в скважине вне линии управления, при этом линия управления имеет канал с диаметром, достаточным для перемещения через него сигнального устройства, но недостаточным для обеспечения коммерческих количеств производимых текучих сред.
23. Способ по п.22, дополнительно содержащий выпуск, по меньшей мере, одного сигнального устройства из линии управления в скважину.
24. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, одно сигнальное устройство управляет работой множества инструментов.
25. Способ по п.22, в котором каждый, по меньшей мере, один инструмент имеет считывающее устройство, соединенное с ним, способное принимать один или несколько индивидуальных сигналов от каждого, по меньшей мере, одного сигнального устройства и управлять работой инструмента, соединенного с ним, после приема специфического индивидуального сигнала, реагировать на который запрограммировано считывающее устройство.
26. Способ по п.25, дополнительно содержащий передачу сигнала от считывающего устройства на, по меньшей мере, одно сигнальное устройство.
27. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, одно сигнальное устройство является радиочастотным идентификационным устройством, устройством, несущим магнитный штриховой код, радиоактивным устройством, устройством на поверхностных акустических волнах или низкочастотным магнитным передатчиком.
28. Способ по п.22, дополнительно содержащий перекачку рабочей жидкости гидросистемы по линии управления для действия, по меньшей мере, одного инструмента, при этом один или несколько индивидуальных сигналов от, по меньшей мере, одного устройства управления способны контролировать поток рабочей жидкости гидросистемы к, по меньшей мере, одному инструменту.
29. Способ по п.28, дополнительно содержащий перекачку рабочей жидкости гидросистемы к, по меньшей мере, одному инструменту по гидравлической линии, установленной в скважине, для возврата в исходное положение инструмента после перекачки рабочей жидкости гидросистемы по линии управления.
30. Способ по п.29, в котором линия управления соединена с гидравлической линией в скважине, и который дополнительно содержит перемещение, по меньшей мере, одного устройства управления на поверхность земли.
31. Способ по п.29, дополнительно содержащий передачу сигнала от считывающего устройства на, по меньшей мере, одно устройство управления.
32. Способ по п.31, дополнительно содержащий измерение параметров скважины, пласта, текучей среды или их комбинаций посредством измерительных приборов, которыми оборудовано, по меньшей мере, одно сигнальное устройство.
33. Способ по п.32, в котором линия управления соединена с гидравлической линией в скважине, и который дополнительно содержит перемещение, по меньшей мере, одного устройства управления на поверхность земли.
34. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, одно сигнальное устройство перемещается с поверхности земли по линии управления.
35. Способ по п.22, в котором линия управления проходит в кольцевом пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой.
36. Способ управления скважинным инструментом, содержащий перекачку рабочей жидкости гидросистемы от устья скважины по первой гидравлической линии к, по меньшей мере, одному инструменту, установленному в подземной скважине, для управления действием инструмента и перемещение, по меньшей мере, одного сигнального устройства через линию управления, установленную в скважине и вне первой гидравлической линии, и, по меньшей мере, одного инструмента, каждого, по меньшей мере, одного сигнального устройства, способного генерировать один или несколько индивидуальных сигналов для управления потоком рабочей жидкости гидросистемы из первой гидравлической линии в, по меньшей мере, один инструмент, при этом линия управления имеет канал с диаметром, достаточным для перемещения через него сигнального устройства, но недостаточным для обеспечения коммерческих количеств производимых текучих сред.
37. Способ по п.36, в котором каждый, по меньшей мере, один инструмент имеет считывающее устройство, соединенное с ним и способное принимать один или несколько индивидуальных сигналов.
38. Способ по п.36, в котором линия управления соединена с первой гидравлической линией в скважине, и который дополнительно содержит перемещение, по меньшей мере, одного устройства управления на поверхность земли.
39. Способ по п.37, дополнительно содержащий передачу сигнала от считывающего устройства на, по меньшей мере, одно сигнальное устройство.
40. Способ по п.36, дополнительно содержащий измерение параметров скважины, пласта, текучей среды или их комбинаций посредством измерительных приборов, которыми оборудовано, по меньшей мере, одно сигнальное устройство.
41. Способ по п.40, в котором линия управления соединена с первой гидравлической линией в скважине, и который дополнительно содержит перемещение, по меньшей мере, одного устройства управления на поверхность земли по первой гидравлической линии.
42. Способ по п.36, дополнительно содержащий перекачку рабочей жидкости гидросистемы к, по меньшей мере, одному инструменту по второй гидравлической линии, установленной в скважине так, что инструмент возвращается в исходное положение после перекачки рабочей жидкости гидросистемы по первой гидравлической линии.
43. Способ по п.42, в котором линия управления соединена со второй гидравлической линией в скважине, и который дополнительно содержит перемещение, по меньшей мере, одного устройства управления на поверхность земли по второй гидравлической линии.
44. Способ по п.36, в котором линия управления проходит в кольцевом пространстве между эксплуатационной обсадной колонной и насосно-компрессорной трубой.
