具有编程逻辑的用于VLH大孔和单孔配置送入工具的井下远程触发器激活装置的制作方法

本公开总体涉及结合地下井所利用的装备和所执行的操作，并且更特别地涉及衬管悬挂器送入工具和激活送入工具的方法。

一旦形成环带并且在套管中注入水泥，就可使用衬管悬挂器将衬管从套管内部悬挂起来。可使用的一种类型的衬管悬挂器是膨胀式衬管，其通过使衬管悬挂器径向向外膨胀来抓持先前的套管并与其进行密封接触。衬管悬挂器是使用液压膨胀驱动膨胀锥体或楔形物穿过衬管悬挂器来膨胀的。衬管悬挂器送入工具用于为衬管悬挂器膨胀机构生成此液压。

附图说明

现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1示出采用送入工具激活装置的钻井系统；

图2示出送入工具激活装置在发起送入工具下方的压力与送入工具上方的压力的隔离之前的剖视图；

图3示出图2的送入工具激活装置在发起送入工具下方与送入工具上方的压力隔离之后的剖视图；

图4示出图2的送入工具激活装置的等轴视图；

图5示出用于激活送入工具的方法的流程图；以及

图6示出用于激活送入工具以便设置膨胀式衬管悬挂器的程序逻辑的流程图。

具体实施方式

已经认识到，对于用于生成足够的液压并设置衬管悬挂器的送入工具，送入工具必须能够承受并克服井筒中的不利条件。遗憾的是，当今的送入工具在很多方面都存在不足。最常见的问题之一是送入工具的激活方法，所述方法目前是将球从地面下落到送入工具以形成建立足够液压所需的隔离。

由于井筒的显著的深度以及水泥镖和段塞组的偏差和可能问题，如果会的话，球也可能需要很长时间才能到达送入工具。此外，即使当球确实到达送入工具时，它也可能无法激活送入工具，除非它恰好落在阀座中，因为在球未适当地落座的情况下，无法适当地使送入工具下方的压力与送入工具上方的压力隔离以实现足够的压力来恰当地使衬管悬挂器膨胀。因此，已经认识到，在衬管悬挂器送入工具的领域中、并且更具体地在激活送入工具的装置和方法方面需要改进。

本文介绍自主地和/或远程地激活送入工具而不依赖于落球激活的新的送入工具激活装置和方法。所介绍的装置和方法可在检测到特定井筒条件时在预限定时间自主地激活送入工具，并且还可使用来自地面的远程信号(诸如压力、运动、压缩和拉伸以及声学信号的预限定序列)远程地激活送入工具。

应当理解，在不脱离本公开的原理的情况下，本公开的各种特征可在各种取向(诸如倾斜、反转、水平、垂直等)中以及各种配置中利用。特征仅仅作为本公开原理的有用应用的实例进行描述，本公开不限于这些特征的任何具体细节。这样，本公开所涉及领域的技术人员将理解，可对所描述特征进行其他和进一步的添加、删除、替换和修改。

在本公开中，为方便参考附图而使用方向术语，诸如“上方”、“下方”、“上”、“下”等。总体上，“上方”、“上”、“向上”和类似术语是指沿井筒朝向地球表面的方向，并且“下方”、“下”、“向下”和类似术语是指沿井筒背离地球表面的方向。

图1示出钻井系统100。钻井系统100包括送入工具150、送入工具激活装置(rtad)170、衬管悬挂器110和衬管120，它们布置在钻柱160的底部处并且从地面106处的井架103延伸到地球102中。井架103包括方钻杆104和游车105，所述游车105用于降低和升高方钻杆104和钻柱160。送入工具150、rtad170、衬管悬挂器110和衬管120常规地诸如通过螺纹连接而彼此纵向连接。

送入工具150附接到钻柱160的底部。当被激活时，送入工具150被配置来使用锥体(未标记)和活塞组件(未示出)来设置衬管悬挂器110，诸如膨胀式衬管悬挂器。

送入工具150下方是rtad170。基于激活事件，例如，来自地面的激活信号或预限定时间到期，rtad170被配置来通过使用挡板175将送入工具150下方的压力与送入工具150上方的压力隔离来发起送入工具150的激活。虽然在图1中，rtad170能够与送入工具150区分开，但是rtad170可集成到送入工具150中。关于图2至图4更详细地描述了rtad170。

衬管悬挂器110位于先前送入的外部套管柱130和衬管120之间。当通过送入工具150设置时，衬管悬挂器110可将衬管120附接到外部套管柱130。在示出的实施方案中，衬管悬挂器110是膨胀式衬管悬挂器。

钻井系统100中还包括位于地面106处或地面106附近的控制器180。控制器180可操作来向rtad170发送各种类型的激活信号以发起送入工具150的激活。激活信号可使用钻井系统100的结构元件(诸如井架103、方钻杆104和游车105、以及钻井系统的其他装备，诸如泵192、原动机或马达194、立管196和流动管线198)来生成。这些激活信号替换常规的落球激活作为送入工具150的主要激活方法。

一旦送入工具150、rtad170、衬管悬挂器110和衬管120被部署并定位在适当的深度处，就可激活送入工具150。应当理解，当使用膨胀式悬挂器时，可在激活送入工具150之前泵送水泥浆。水泥浆在顶部和底部镖或段塞之间被泵送并穿过底部段塞/镖和衬管120的底部端部处的浮鞋190进入环带。

图2和图3是送入工具激活装置(rtad)200的剖视图。如上所述，rtad200可集成到送入工具中，或像图1中的送入工具150一样附接到送入工具的底部。图2示出在送入工具下方与送入工具上方的压力隔离之前的rtad200，并且图3示出隔离之后的rtad200。

在图2中，rtad200容纳在外部壳体210中。rtad200包括位于上端的球座212以及朝向下端的挡板座214和挡板216。球座212保持在rtad200中以使用落球激活作为激活送入工具的备用手段。挡板216抵靠挡板操作管218被支撑并由其保持打开，挡板操作管218可滑动地设置在激活活塞220内。

激活活塞220、剪切接头壳体222、环境室芯轴224和跨接体225一起形成液压室226。液压室226使用高压点228以轻质液压流体填充至其最大容量。

液压室226与环境室230由破裂盘244(如图4所示)分开。图4提供rtad200的等轴视图。如图4所示，环境室230填充有处于环境压力下的空气并且容纳逻辑板232、电池233、传感器234和触发器组件240。

逻辑板232被编程来基于来自地面装备(诸如图1中的控制器180)的激活信号而发起送入工具下方的压力与送入工具上方的压力的隔离。更具体地，逻辑板232被配置来处理激活信号并将其转换成用于触发器组件240的激活命令，从而触发挡板216的闭合。

来自地面的激活信号可以是施加到送入工具的内部传感器的预限定压力序列。预定量的压力可被施加到钻柱(诸如钻柱160)，保持预限定时间长度，并降低回到零并再次保持另一预限定长度，之后重复。序列可以是预先(即在部署rtad200之前)以“摩尔斯代码”方式编程的，以便区分用于主逻辑板(诸如逻辑板232)和备用逻辑板(未示出)的激活信号。

激活信号可以是钻柱和送入工具的预限定移动序列。连接到送入工具和rtad200的钻柱可以具有预限定移动持续时间和闲置时间的开始-停止模式沿预限定方向旋转和/或线性平移，并且为了区分主逻辑板和备用逻辑板的相同优点而像预限定压力序列一样以“摩尔斯代码”方式排序。

激活信号还可以是施加到送入工具的预限定拉伸和压缩序列，或者是发送到送入工具的预限定声学信号或电信号序列。应当理解，激活信号不限于预限定序列中的任一个，并且可以是两个或更多个预限定序列的组合。

逻辑板232还被编程在未从地面接收到激活信号的情况下在预限定时间发起隔离。使用内部定时器来跟踪预限定时间，逻辑板232向触发器组件240发送激活命令以在预限定时间发起隔离。定时器可在传感器234检测到特定井筒条件(诸如深度、温度、液压、循环速率和/或倾斜度的预限定范围)时起动和重新起动。预限定时间可在部署rtad200之前设置并编程到逻辑板232，使得一旦部署，ratd200就可自主地/本地地(例如，没有来自地面的进一步干预)发起隔离。预限定时间可由操作员确定，并且可基于不同的井筒或井操作变化。预限定时间可对应于激活诸如本文所公开的衬管悬挂器送入工具通常所需的时间。

电池233被配置来向逻辑板232、传感器234和触发器组件240提供电力。电池233与地面电源分开提供，使得即使当来自地面的电力变得不可用时，电池233也可以为rtad200供电。

传感器234被配置来检测送入工具处的井筒条件。如上所述，检测到的井筒条件(诸如深度、压力、温度、循环速率和倾斜度)可用作起动隔离压力的预限定时间的触发器。

传感器234还被配置来检测/接收来自地面的激活信号。可基于地面装备使用的激活信号的类型采用各种类型的传感器，诸如压力传感器或压电传感器。传感器234包括用于将检测到的条件或接收到的激活信号转换成可由逻辑板232处理的电信号的换能器。

触发器组件240被配置来在接收到来自逻辑板232或其备用逻辑板的激活命令时使破裂盘244破裂。触发器组件242包括装备有小量炸药的针。

图3示出在已经发起送入工具下方与送入工具上方的压力隔离之后的rtad200。如上所述，当触发器组件240从逻辑板232接收到激活命令时，隔离被发起。

当触发器组件240从逻辑板232接收到激活命令时，炸药被引爆并且针242被击发以刺穿将环境室230与液压室226分开的破裂盘244。当破裂盘244被刺穿时，环境室230故意地受到破坏并且截留在液压室226中的轻质液压流体涌出到环境室230。这使得激活活塞220向上移动并接合挡板操作管218，从而不支撑挡板216。然后挡板216抵靠挡板座214闭合，并且将挡板216下方的压力与上方的压力隔离。此时，rtad200和送入工具内部可累积压力，以用于将膨胀锥体向下推动到衬管悬挂器中。

虽然图4中仅示出一个触发器组件240，但可存在用于使破裂盘234破裂的至少一个备用触发器组件，以防第一触发器组件击发失败。对于主和备用触发器组件均击发失败的个别情况，球座212仍然可用作用于送入工具的备用激活手段。

图5示出用于激活送入工具(诸如图1中的衬管悬挂器送入工具150)的方法500的流程图。所述方法可由集成或附接到送入工具的送入工具激活装置(诸如图2至图4中的rtad200)执行。方法500开始于步骤510。

在步骤520处，检测送入工具处的井筒条件(诸如深度、温度、液体静压力、加速度和倾斜度)，以确定rtad是否已到达其设置位置/深度。传感器(诸如图2至图4中的传感器234)可用来检测井筒条件，并且逻辑板(诸如图2至图4中的逻辑板232)可将检测到的井筒条件与相应的阈值进行比较，并确定rtad是否已到达其设置位置/深度。

在步骤530处，当已经基于检测到的井筒条件确定送入工具/rtad已到达其设置位置/深度时，起动对应于预限定时间的定时器。可使用逻辑板的内部定时器。如上所述，预限定时间可在方法500开始(例如，rtad部署)之前被编程到逻辑板。

在步骤540处，确定是否已在rtad处接收到外部(激活)信号。外部信号是从地面装备(诸如图1中的控制器180)接收的。如上所述，外部信号可包括施加到送入工具/rtad内部的预限定压力序列、预限定移动(例如连接到送入工具/rtad顶部的钻柱的旋转或线性平移)序列、施加到送入工具/rtad的预限定拉伸和压缩序列、发送到送入工具/rtad的预限定声学信号序列，或上述的任意组合。

当在rtad处接收到外部信号时，在步骤552处，基于外部信号发起送入工具下方的压力与送入工具上方的压力的隔离。如以上所讨论，隔离是通过闭合rtad的挡板(诸如图2至图4中的挡板216)来实现的。挡板的闭合允许累积足够的压力，所述压力用于将膨胀锥体向下推动到衬管悬挂器中，以便将衬管附接到先前送入的套管。一旦实现隔离，方法500就前进到在步骤560处结束。

在步骤554处，如果rtad在定时器到期之前未接收到外部信号，则在预限定时间发起送入工具下方的压力与送入工具上方的压力的隔离。所述发起相对于rtad是自主的且本地的，因为定时器在rtad部署之前被编程来在预限定时间开始。像在步骤552中那样，闭合挡板以将送入工具下方的压力与上方的压力隔离。一旦实现隔离，方法500就前进到在步骤560处结束。

图6示出用于激活送入工具的方法600的流程图。方法600可实现为编程逻辑，并且在下文中称为程序逻辑600。程序逻辑600可基于日志(诸如来自海上钻井平台上的离岸作业的日志)中所记录的典型计划事件序列。在图6中，程序逻辑600使用预限定压力序列来发起压力隔离并设置膨胀式悬挂器。程序逻辑600可以是控制器(诸如图1的控制器180)的一部分。程序逻辑600开始于步骤605。

在步骤610处，送入工具到达井筒内部的特定深度/位置，并且针对预限定时间(例如24小时)设置定时器。深度可由传感器(诸如图2至图4中的传感器234)检测，并且定时器可以是逻辑板(诸如图2至图4中的逻辑板232)的内部定时器。

在步骤620处，使用可根据井条件变化的循环压力(例如，100-600psi)将水泥浆泵送穿过钻柱。在步骤630处，逻辑600确定在水泥浆之前的水泥镖是否已到达段塞组。如果镖已到达段塞组，则逻辑600前进到左侧的步骤640，并且如果镖尚未到达，则逻辑600前进到右侧的步骤645。

在步骤640处，施加预限定量的压力(大约1750psi)，并且确定预限定量的压力是否可以保持一定量的时间，诸如五分钟。如果压力保持一定量的时间，则在步骤650处将压力升高至约3000psi，以剪切镖中的隔膜或阀，使得水泥浆可到达环带。在步骤660处，确定段塞组已撞到衬管的底部处的套管鞋。一旦对段塞组进行了压力测试和回流测试，逻辑600就前进到在步骤670处施加大约1100psi的压力(其是段塞测试压力的约80％)超过指定量的时间(诸如五分钟)以生成激活命令。

如果在步骤640处所施加压力没有保持一定量的时间，则在步骤655处针对特定时间段(诸如5小时)重新起动定时器。此时，虽然水泥基于泵送体积处于适当位置，但是由于段塞组未被碰撞并且未能密封，所以不能对段塞进行测试。在步骤665处，一旦重新起动的定时器达到特定时间段，就生成激活命令。

在步骤680处，将激活命令发送到触发器组件(诸如图2至图4中的触发器组件240)以发起挡板(诸如图2至图3中的挡板216)的部署。一旦在步骤690处确定挡板已被部署，则逻辑600就前进到在步骤700处使衬管悬挂器膨胀。然而，如果在步骤690处确定挡板尚未被部署，则在步骤695处采用备用激活方法，例如落球激活。在步骤700处衬管悬挂器膨胀，并且逻辑600在步骤705处结束。

返回到步骤630，逻辑600可确定水泥镖尚未到达段塞组。在步骤645处，然后逻辑600确定是否等待水泥固化。如果确定不等待水泥固化，则在步骤652处，施加刚好低于循环压力的压力(例如，大约500psi)达一段时间(例如，10分钟)以生成激活命令而不使水泥循环。在步骤662处，生成激活命令并将其发送到触发器组件。

如果在步骤645处确定等待水泥固化，则逻辑600等待水泥固化。一旦水泥固化，逻辑600就在步骤654处施加段塞测试压力(例如，大约1300psi)，或者在步骤656处简单地等待，直到原始定时器达到预限定量的时间为止。在步骤662处，生成激活命令并将其发送到触发器组件以进行挡板部署。

在步骤675处，逻辑600确定挡板是否被部署。如果逻辑600确定挡板已被部署，则在步骤700处使衬管悬挂器膨胀。然而，如果逻辑600确定挡板尚未被部署，则在步骤685处在衬管悬挂器未能膨胀时，将此情况报告到地面或以其他方式在地面处获知此情况。与步骤695不同，这里不可使用落球激活，因为未到达段塞的镖仍然卡在送入工具上方并且会阻挡球到达座。一旦在步骤700处衬管悬挂器膨胀，逻辑600就在步骤705处结束。

应当理解，逻辑600是实例，并且不限于所示出的步骤。因此，逻辑600不限于将挡板和落球作为仅有的激活手段，并且从地面到rtad的远程激活信号不限于施加到钻管内部的压力。

本申请所涉及领域的技术人员将理解，可对所描述实施方案进行其他和进一步的添加、删除、替换和修改。

上面描述的系统、设备、方法和逻辑或至少其一部分可体现在各种处理器中或由其执行，所述处理器诸如数字数据处理器或计算机，其中所述计算机被编程来执行所述方法的一个或多个步骤或存储用于执行所述方法的一个或多个步骤的软件指令序列的可执行程序。此类程序的软件指令可表示算法并且可以机器可执行形式编码在非暂时性数字数据存储介质(例如，磁盘或光盘、随机存取存储器(ram)、磁性硬盘、闪速存储器和/或只读存储器(rom))上，以使各种类型的数字数据处理器或计算机能够执行上述方法中的一种或多种的一个、多个或所有步骤或者本文描述的系统或设备的一个、多个或所有功能。

本文公开的某些实施方案可进一步涉及具有非暂时性计算机可读介质的计算机存储产品，所述计算机存储产品在其上具有用于执行体现设备、系统或实施本文所阐述方法的步骤的各种计算机实现的操作的程序代码。

本文公开的实施方案包括：

a.一种用于激活送入工具的方法，其包括：检测所述送入工具处的井筒条件；基于从地面装备接收的信号，发起所述送入工具下方的压力与所述送入工具上方的压力的隔离；以及如果未接收到所述信号，则基于所述井筒条件在预限定时间发起所述压力的所述隔离。

b.一种用于激活送入工具的装置，其包括：传感器，所述传感器被配置来检测所述送入工具处的井筒条件；以及逻辑板，所述逻辑板被编程来基于从地面装备接收的信号，发起所述送入工具下方的压力与所述送入工具上方的压力的隔离，其中所述逻辑板进一步被编程来在未接收到所述信号的情况下，基于所述井筒条件在预限定时间发起所述压力的所述隔离。

c.一种用于激活送入工具的系统，其包括：激活装置，所述激活装置被配置来检测所述送入工具处的井筒条件；以及地面装备，所述地面装备被配置来向所述激活装置施加预限定压力序列，其中所述激活装置进一步被配置来基于所述井筒条件和所述预限定压力序列，发起所述送入工具下方的压力与所述送入工具上方的压力的隔离。

实施方案a、b和c中的每一个可以组合方式具有以下的另外的要素中的一个或多个：

要素1：其中所述预限定时间处的所述发起是自主地实施的。要素2：其中所述隔离包括闭合所述送入工具的挡板阀。要素3：其中所述信号包括施加到所述送入工具的预限定压力序列。要素4：其中所述信号包括所述送入工具的预限定移动序列。要素5：其中所述信号包括施加到所述送入工具的预限定拉伸和压缩序列。元素6：其中所述信号包括预限定声学信号序列。要素7：其中所述送入工具处的所述井筒条件选自由以下组成的组：深度、温度、液压、循环速率和倾斜度。要素8：其中所述逻辑板被编程来在所述预限定时间自主地发起所述送入工具下方的压力的所述隔离。要素9：其中所述压力的所述隔离是通过闭合所述送入工具的挡板阀来实现的。要素10：压力换能器，所述压力换能器被配置来将所述预限定压力序列转换成用于所述逻辑板的激活命令。要素11：触发器组件，所述触发器组件被配置来通过闭合所述送入工具的挡板阀来实现所述隔离。要素12：压力换能器，所述压力换能器被配置来将所述预限定压力序列转换成用于所述隔离的激活命令。要素13：其中所述送入工具进一步被配置来在未向所述送入工具施加所述预限定压力序列的情况下，基于所述井筒条件在预限定时间发起所述隔离。