具有下行链路激活的内部和外部井下结构制造技术

本发明专利技术提供了用于在钻孔中执行井下操作的系统和方法，该方法包括：使用地面装备使内部结构和外部结构在钻孔内移动，外部结构配备有交互设备并且内部结构被配置为通过地面装备而在平行于钻孔的方向上相对于外部结构移动；通过发射器向内部结构发射下行链路指令；以及响应于下行链路指令而执行与交互设备的交互例程，其中交互例程包括至少部分地位于外部结构之外的交互以执行井下操作。

Internal and external downhole structures with downlink activation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有下行链路激活的内部和外部井下结构相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月26日提交的美国专利申请15/715298的权益，该申请全文以引用方式并入本文。
技术介绍
1.
本专利技术整体涉及井下操作以及在井下操作中使用的部件的下行链路激活。2.相关技术的描述在地下深处钻出钻孔以用于许多应用，诸如二氧化碳封存、地热生产以及油气勘探和生产。在所有这些应用中，钻出钻孔，使得它们穿过位于地表下方的地层中所包含的材料(例如，气体或流体)或允许触及这些材料。可将不同类型的工具和仪器设置在钻孔中以执行各种任务和测量。一般来讲，在钻孔内以液压方式激活诸如尾管悬挂器的完井装备。工作管柱(其包含尾管送入工具)包括用于将尾管悬挂器的激活端口和球座隔离的堵塞装置。球掉入井下，并且泵压力被传递到尾管悬挂器的激活活塞。因此，激活活塞使尾管悬挂器与尾管接合。本文的公开内容提供了对激活井下部件的改进，诸如尾管悬挂器的激活。
技术实现思路
本文公开了用于在钻孔中执行井下操作的系统和方法，这些方法包括：使用地面装备使内部结构和外部结构在钻孔内移动，该外部结构配备有交互设备并且该内部结构被配置为通过地面装备而在平行于钻孔的方向上相对于外部结构移动；通过发射器向内部结构发射下行链路指令；以及响应于下行链路指令而执行与交互设备的交互例程，其中该交互例程包括至少部分位于外部结构之外的交互以执行井下操作。附图说明在本说明书结束时的权利要求书中特别指出并明确要求保护被视为本专利技术的主题。通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的前述和其他特征和优点将变得显而易见，其中类似的元件具有类似的编号，附图中：图1为可采用本公开的实施方案的用于执行井下操作的系统的示例；图2为可采用本公开的实施方案的示例性钻柱的线图，该示例性钻柱包括内部管柱和外部管柱，其中内部管柱连接到外部管柱的第一位置以钻出第一尺寸的孔；图3为可采用本公开的实施方案的具有内部结构的井下系统的示意图，该内部结构是相对于外部结构可移动的；图4A为根据本公开的实施方案的井下系统的示意图；图4B为图4A的系统的示意图，其示出了系统的操作的第一步骤；图4C为图4A的系统的示意图，其示出了系统的操作的第二步骤；图4D为图4A的系统的示意图，其示出了系统的操作的第三步骤；图5A为根据本公开的实施方案的系统的内部结构的示意图；图5B为根据本公开的实施方案的图5A所示的内部结构的示意图，该内部结构被容纳在外部结构内；图6A为根据本公开的实施方案的处于脱离状态的内部结构的激活段的示意图；图6B为处于接合状态的图6A的激活段的示意图并且示出了从脱离状态到接合状态的转变；图6C为处于接合状态的图6A的激活段的示意图并且示出了从接合状态到脱离状态的转变；图7A为根据本公开的实施方案的内部结构的阀段的第一视图；图7B为图7A的阀段的第二视图；以及图8为根据本公开的实施方案的用于执行井下操作的流程图。具体实施方式图1示出了用于执行井下操作的系统的示意图。如图所示，该系统为钻井系统10，该钻井系统包括钻柱20，该钻柱具有钻井组件90(也称为井底钻具组合(BHA))，该钻井组件在穿透地层60的钻孔26中输送。钻井系统10包括常规井架11，该常规井架竖立在底板12上，该底板支撑旋转台14，该旋转台由原动机(诸如电动马达(未示出))以期望的旋转速度旋转。钻柱20包括钻井管状物22诸如钻管，该钻管从旋转台14向下延伸到钻孔26中。碎裂工具50(诸如附接到BHA90的端部的钻头)在旋转时使地层碎裂以钻出钻孔26。钻柱20联接到地面装备，诸如用于通过滑轮23经由方钻杆接头21、转环28和管线29来举升、旋转和/或推动(包括但不限于)绞车30的系统。在一些实施方案中，地面装备可以包括顶部驱动装置(未示出)。在钻井操作期间，操作绞车30以控制钻压，钻压影响钻进速率。绞车30的操作在本领域中是众所周知的，因此在本文不再详细描述。在钻井操作期间，来自源或泥浆坑31的合适的钻井液32(也称为“泥浆”)在压力下由泥浆泵34循环通过钻柱20。钻井液31经由波动消除器36、流体管线38和方钻杆接头21进入钻柱20中。钻井液31在钻孔底部51处通过碎裂工具50中的开口排出。钻井液31通过钻柱20和钻孔26之间的环形空隙27沿井孔向上循环，并且经由回流管线35返回到泥浆坑32。管线38中的传感器S1提供关于流体流速的信息。与钻柱20相关联的地面扭矩传感器S2和传感器S3分别提供关于钻柱的扭矩和旋转速度的信息。另外，使用与管线29相关联的一个或多个传感器(未示出)来提供钻柱20的钩负荷以及与井筒26的钻井有关的其他期望参数。该系统还可包括定位在钻柱20和/或BHA90上的一个或多个井下传感器70。在一些应用中，仅通过旋转钻管22来旋转碎裂工具50。然而，在其他应用中，使用设置在钻井组件90中的钻井马达55(泥浆马达)来旋转碎裂工具50和/或叠加或补充钻柱20的旋转。在任一种情况下，对于给定的地层和钻井组件，碎裂工具50进入钻孔26的钻进速率(ROP)在很大程度上取决于钻压和钻头旋转速度。在图1的实施方案的一个方面，泥浆马达55经由设置在轴承组件57中的驱动轴(未示出)而联接到碎裂工具50。当钻井液31在压力下通过泥浆马达55时，泥浆马达55使碎裂工具50旋转。轴承组件57支撑碎裂工具50的径向力和轴向力、钻井马达的下推力以及来自所施加的钻压的反应性向上负荷。联接到轴承组件57和其他合适位置的稳定器58充当泥浆马达组件的最下部和其他此类合适位置的扶正器。地面控制单元40从井下传感器70和设备经由放置在流体管线38中的换能器43诸如压力换能器接收信号以及从传感器S1、S2、S3、钩负荷传感器、RPM传感器、扭矩传感器和系统中使用的任何其他传感器接收信号，并且根据提供给地面控制单元40的已编程的指令来处理此类信号。地面控制单元40在显示器/监视器42上显示由钻机现场的操作人员用来控制钻井操作的期望的钻井参数和其他信息。地面控制单元40包含计算机；存储器，该存储器用于存储计算机中的处理器可访问的数据、计算机程序、模型和算法；记录器，诸如磁带单元、存储器单元等，该记录器用于记录数据；以及其他外围设备。地面控制单元40还可包括由计算机用来根据已编程的指令来处理数据的仿真模型。控制单元响应通过合适的设备(诸如，键盘)输入的用户命令。控制单元40适于在出现某些不安全的或不期望的操作条件时激活警报44。钻井组件90还包含其他传感器和设备或工具，用于提供与围绕钻孔的地层有关的多种测量结果以及用于沿着期望的路径钻探井筒26。此类装置可包括用于测量在钻头附近和/或前方的地层电阻率的设备、用于测量地层伽马射线强度的伽马射线设备以及用于确定钻柱的倾斜度、方位角和位置的设备。根据本文所述的实施方案制作的地层电阻率工具64可联接在任何合适的位置(包括下部启动子组件62上方)处，以用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在钻孔(26，412)中执行井下操作的方法，所述方法包括：/n使用地面装备使内部结构(210，310，502，602，702)和外部结构(250，350，406，408，502，504，704)在所述钻孔(26，412)内移动，所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)配备有交互设备(202，404，520)并且所述内部结构(210，310，406，502，602，702)被配置为通过所述地面装备而在平行于所述钻孔(26，412)的方向上相对于所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)移动；/n通过发射器(66a，66b)向所述内部结构(210，310，406，502，602，702)发射下行链路指令；以及/n响应于所述下行链路指令而执行与所述交互设备(202，404，520)的交互例程，其中所述交互例程包括至少部分地位于所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)之外的交互以执行所述井下操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170926 US 15/715,2981.一种在钻孔(26，412)中执行井下操作的方法，所述方法包括：
使用地面装备使内部结构(210，310，502，602，702)和外部结构(250，350，406，408，502，504，704)在所述钻孔(26，412)内移动，所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)配备有交互设备(202，404，520)并且所述内部结构(210，310，406，502，602，702)被配置为通过所述地面装备而在平行于所述钻孔(26，412)的方向上相对于所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)移动；
通过发射器(66a，66b)向所述内部结构(210，310，406，502，602，702)发射下行链路指令；以及
响应于所述下行链路指令而执行与所述交互设备(202，404，520)的交互例程，其中所述交互例程包括至少部分地位于所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)之外的交互以执行所述井下操作。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部结构(210，310，406，502，602，702)包括激活工具(402，514，614)，所述方法包括执行激活例程，所述激活例程响应于所述下行链路指令而发起所述交互例程，优选地其中所述激活例程包括以下中的至少一项：在形成在所述内部结构(210，310，406，502，602，702)和所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)之间的一部分中形成流动屏障；更改形成在所述内部结构(210，310，406，502，602，702)和所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)之间的一部分内的压力；和/或激活至少一个内部接合元件(418，420，516，518，616，618)。


3.根据权利要求2所述的方法，其中当激活至少一个内部接合元件(418，420，516，518，616，618)时，激活所述至少一个内部接合元件(418，420，516，518，616，618)包括展开封隔器元件和/或其中所述至少一个内部接合元件(418，420，516，518，616，618)为可延展元件、电元件、光学元件和声学元件中的至少一个。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述交互例程包括激活至少一个外部接合元件(422)，优选地其中所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)为第一尾管(38)并且所述至少一个外部接合元件(422)将所述第一尾管(38)机械地连接到所述钻孔(26，412)、第二尾管(38)和套管中的至少一个。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过泥浆脉冲遥测、电磁遥测、声学遥测和有线管遥测中的至少一个来发射所述下行链路指令。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述内部结构(210，310，406，502，602，702)进行以下中的至少一项操作：(i)在执行所述交互例程之后从所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)移除；以及(ii)在执行所述交互例程之前在所述外部结构(250，350，406，408，502，504，704)内移动。


7.一种用于执行井下操作的下行链路激活系统，所述系统包括：
地面装备，所述地面装备用于执行井下操作；
外部结构(250，350，406，408，502，504，704)，所述外部结构可操作地连接到所述地面装备；
内...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比安·莫，海科·艾格斯，亨宁·梅勒斯，托斯顿·雷格纳，英戈·罗德斯，马蒂亚斯·沃尔，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US