Скважинный инструмент для установки в скважине и способ для активации скважинного инструмента для использования в стволе скважины

Изобретение относится к строительству и эксплуатации скважин и может быть использовано для активации скважинных инструментов, в частности при перфорации, установке пакеров. Скважинный инструмент содержит множество блоков управления, каждый из которых имеет микропроцессор и инициатор, связанный с микропроцессором; каждый микропроцессор выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с контроллером по линии связи и с возможностью приема из контроллера для активирования соответствующих блоков управления множества соответствующих команд активации, каждая из которых содержит уникальный идентификатор, соответствующий определенному блоку управления. Каждый блок управления содержит общую гибкую плату, на опорной поверхности которой установлены соответствующие микропроцессор и инициатор. После помещения скважинного инструмента в ствол скважины осуществляют связь между контроллером и скважинным инструментом по линии связи. Скважинный инструмент может содержать переходники скважинного инструмента, каждый из которых содержит соответствующий блок управления и взрывчатое вещество, которое детонирует от соответствующего инициатора, и один отсоединительный переходник, соединенный с переходниками и содержащий те же компоненты, кроме взрывчатого вещества. К микропроцессорам могут быть подключены датчики. Линия связи может быть волоконно-оптической. Изобретение направлено на повышение безопасности активации скважинного инструмента. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Перекрестная ссылка на заявки, относящиеся к данной заявке

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки США №10/076993, поданной 15 февраля 2002 г., которая является частичным продолжением заявки США №09/997021, поданной 28 ноября 2001 г., которая является частичным продолжением заявки США №09/179507, поданной 27 октября 1998 г., которая теперь является патентом США №6283227.

Настоящая заявка имеет преимущество согласно положениям Раздела 35 Свода Законов США, пар. 119(е) в соответствии с предварительной заявкой №60/498729 на «Firing System for Downhole Devices», поданной 28 августа 2003 г.

Содержание каждой упоминаемой выше заявки включено в данный документ в качестве ссылки.

Область техники

Изобретение в общем относится к безопасной активации работы скважинных инструментов.

Уровень техники

В стволе скважины можно осуществлять различные типы работ. Примерами этих работ являются: стреляющий перфоратор для обеспечения перфораций, установка пакеров, открытие и закрытие вентилей, снятие измерений, осуществляемых датчиками, и т.д. В обычной скважинной работе инструмент вводят в ствол скважины на требуемую глубину, затем инструмент приводится в действие некоторым механизмом, например гидравлическим давлением, электрически, механически и пр.

В некоторых случаях приведение в действие (активация) скважинных инструментов связано с вопросами безопасности. Что особенно относится к инструментам, которые содержат взрывные устройства, такие как устройства для перфорации. Во избежание случайной детонации взрывных устройств в этих инструментах их обычно доставляют на буровую площадку не приведенными в боевое положение, и их приводят в боевое положение на буровой площадке. На буровой площадке также принимаются меры предосторожности, чтобы исключить преждевременное детонирование взрывных устройств. Еще один аспект безопасности на буровой площадке: применение радиоустройств, особенно радиочастотных устройств, которые ненамеренно могут привести в действие некоторые типы взрывных устройств. Поэтому на буровую площадку обычно не допускаются радиоустройства, в результате чего у персонала скважины имеется ограниченный выбор средств связи. Еще один аспект связан с использованием взрывных устройств на буровой площадке: наличие напряжения блуждающих токов, которые могут послужить причиной случайного детонирования взрывных устройств.

Еще один аспект безопасности, связанный со взрывными устройствами: они могут попасть не в те руки. Эти взрывные устройства представляют большую опасность для лиц, которые не знают, как с ними обращаться, или которые хотят их использовать со злым умыслом в ущерб другим лицам.

Сущность изобретения

Способ и скважинный инструмент для установки в скважине являются объектами настоящего изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения предусмотрен скважинный

инструмент для установки в скважине; при этом скважинный инструмент выполнен с возможностью связи с контроллером по линии связи, при этом скважинный инструмент содержит

множество блоков управления, при этом каждый блок из множества блоков управления имеет микропроцессор и инициатор, связанный с микропроцессором;

каждый микропроцессор выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с контроллером,

при этом указанные микропроцессоры выполнены с возможностью приема множества соответствующих команд активации из контроллера для активирования соответствующих блоков управления,

при этом каждая команда активации содержит уникальный идентификатор, соответствующий определенному блоку управления, причем каждый блок управления содержит общую гибкую плату на опорной поверхности, на которой установлены соответствующий микропроцессор и инициатор.

Кроме того, гибкая плата в скважинном инструменте содержит гибкий кабель. При этом каждый блок управления дополнительно содержит приемник, передатчик и умножитель, установленный на гибкой плате.

Кроме того, в скважинном инструменте согласно первому аспекту изобретения инициатор содержит, по меньшей мере, одно из следующих устройств: взрывной инициатор из фольги, взрывной перемычный провод, нагреваемый провод и полупроводниковый мост.

Скважинный инструмент также может дополнительно содержать переходники скважинного инструмента, причем каждый переходник скважинного инструмента содержит соответствующий блок управления и взрывчатое вещество, при этом взрывчатое вещество детонирует от соответствующего инициатора, а также дополнительно содержит отсоединительный переходник, соединенный с переходниками скважинного инструмента, при этом отсоединительный переходник имеет те же компоненты, что и, по меньшей мере, один из переходников скважинного инструмента, за тем исключением, что отсоединительный переходник не содержит взрывчатого вещества,

при этом отсоединительный переходник обеспечивает предотвращение приведения в боевое положение переходников скважинного инструмента до завершения активации отсоединительного переходника.

При этом скважинный инструмент дополнительно содержит взрывчатые вещества, детонирующие от соответствующих инициаторов.

Кроме того, линия связи скважинного инструмента согласно первому аспекту изобретения содержит волоконно-оптическую линию связи, при этом каждый микропроцессор связан с контроллером посредством указанной волоконно-оптической линии связи.

В скважинном инструменте инициатор выбирается из группы, состоящей из взрывчатого инициатора из фольги, взрывного перемычного провода, полупроводникового моста и нагреваемого провода;

при этом каждый блок управления дополнительно содержит переключатель, причем каждый микропроцессор взаимодействует с соответствующим переключателем для обеспечения изоляции передачи сигналов по линии связи от инициатора, пока микропроцессор не установит двухстороннюю связь с контроллером.

Кроме того, каждый микропроцессор в скважинном инструменте выполнен с возможностью осуществления кодированной двухсторонней связи с контроллером, а также микропроцессор может быть выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с контроллером согласно определенному протоколу связи.

Скважинный инструмент предусматривает включение датчиков, подключенных к соответствующим микропроцессорам, при этом каждый датчик обеспечивает информацию об условиях окружающей среды ствола скважины.

Кроме того, каждый микропроцессор выполнен с возможностью обеспечения информации от соответствующего датчика в контроллер.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен способ для активации скважинного инструмента для использования в стволе скважины, согласно которому:

помещают скважинный инструмент в ствол скважины;

по линии связи осуществляют связь между контроллером и скважинным инструментом,

при этом скважинный инструмент содержит множество блоков управления, причем каждый из множества блоков управления имеет микропроцессор и инициатор, связанный с микропроцессором; и

каждый микропроцессор осуществляет двухстороннюю связь с контроллером,

при этом контроллер направляет множество команд активации в соответствующие микропроцессоры для активации соответствующих блоков управления, при этом каждая команда активации содержит уникальный идентификатор, соответствующий определенному блоку управления, причем обеспечивают гибкую плату в каждом блоке управления и устанавливают микропроцессор и инициатор каждого блока управления на опорной поверхности соответствующей гибкой платы.

Согласно способу установка микропроцессора и инициатора на гибкой плате предусматривает установку микропроцессора и инициатора на гибком кабеле.

Кроме того, в указанном способе установка инициатора на гибкой плате предусматривает установку, по меньшей мере, одного взрывного инициатора из фольги, взрывного перемычного провода, нагреваемого провода и полупроводникового моста на гибкой плате.

Перечень фигур чертежей

Фиг.1 - блок-схема примера компоновки наземной установки и скважинного инструмента, которые относятся к варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - блок-схема блока управления, используемого в показываемом на Фиг.1 скважинном инструменте согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - интегральный блок управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - блок-схема способа активации скважинного инструмента согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

В приводимом ниже описании излагаются детали для пояснения настоящего изобретения. Но специалистам в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение можно реализовать без этих деталей и что возможны многие изменения или модификации описываемых вариантов осуществления изобретения.

Термины «верх» и «низ», «верхний» и «нижний», «вверх» и «вниз»; «до», «после»; «над» и «под» и прочие аналогичные термины, указывающие взаимное расположение выше или ниже данной точки или элемента, используются в данном описании для пояснения некоторых вариантов осуществления изобретения. Но применительно к оборудованию и способам, используемым в наклонных или горизонтальных скважинах, эти термины могут обозначать «слева направо», «справа налево» или другую соответствующую взаимосвязь.

Обращаясь к Фиг.1: система согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения содержит наземный блок 16, соединенный кабелем 14 (например, проводная линия) с инструментом 11. Кабель 14 содержит один или более электрических проводов. Согласно другому варианту осуществления:

кабель 14 может содержать волоконно-оптические линии либо вместо электрических проводов, либо в дополнение к ним. Кабель 14 доставляет инструмент 11 в ствол скважины 12.

Согласно примеру, показываемому на Фиг.1: инструментом 11 является инструмент, используемый в скважине. Например, инструментом 11 может быть перфоратор или другой инструмент, содержащий взрывные устройства, такие как труборезы и пр. Согласно другим вариантам осуществления: могут использоваться другие типы инструментов для осуществления других типов работ в скважине. Например, этими другими типами инструментов являются инструменты для установки пакеров, открытия или закрытия вентилей, для каротажа, для осуществления измерений, взятия керна и пр.

В примере согласно Фиг.1: инструмент 11 содержит отсоединительный переходник 10А и переходники 10В, 10С, 10D скважинных инструментов. Хотя на Фиг.1 показаны три переходника 10В, 10С и 10D скважинного инструмента, в других вариантах осуществления может использоваться иное число переходников скважинного инструмента. Отсоединительный переходник 10А имеет блок 18А управления; и переходники 10В, 10С, 10D скважинного инструмента включают в свой состав блоки 18В, 18С, 18D управления соответственно. Каждый из переходников 10В, 10С, 10D скважинного инструмента может быть стреляющим перфоратором согласно приводимому в качестве примера выполнению. Либо переходники 10В, 10С, 10D скважинного инструмента могут быть другими типами устройств, содержащими взрывные устройства.

Блоки 18А, 18В, 18С, 18D управления соединены с переключателями 24А, 24В, 24С, 24D соответственно и 28А, 28В, 28С, 28D соответственно. Переключатели 28A-28D являются кабельными переключателями, управление которыми осуществляется блоками 18А-18D управления, соответственно, между положениями «вкл» и «выкл» для пуска и прекращения электрического тока по частям кабеля 14. Когда переключатель 28 находится в положении «выкл» (называемом также «разомкнутым»), то часть кабеля 14 под переключателем 24 изолируется от части кабеля 14 над переключателем 24. Переключатели 24A-24D являются переключателями инициатора.

Хотя в описываемых вариантах осуществления в основном упоминаются электрические переключатели, следует отметить, что в других вариантах осуществления электрические переключатели могут быть заменены оптическими переключателями.

В отсоединительном переходнике 10А переключатель 24 инициатора не подключен к детонирующему устройству или инициатору. Но в переходниках 10В, 10С, 10D скважинного инструмента переключатели 24В, 24С, 24D инициатора соединены с соответствующими детонирующими устройствами или инициаторами 26. Если переключатель 24 инициатора приведен в положение «вкл» (также называется «замкнутым» положением), то этот переключатель пропускает электрический ток в подключенный детонатор или инициатор 26 для приведения в действие детонирующего устройства. Детонирующие устройства или инициаторы 26 баллистически связаны со взрывными устройствами, такими как кумулятивный заряд или другие взрывчатые вещества, для перфорации или другой работы в скважине. В приводимом ниже описании термины «детонирующее устройство» и «инициатор» используются взаимозаменяемо.

Как указано выше, отсоединительный переходник 10А обеспечивает удобный механизм для соединения инструмента 11 с кабелем 14. Причина этого в том, что отсоединительный переходник 10А не содержит детонирующего устройства 26 или другого взрывчатого вещества, и поэтому безопасен. Переключатель 28А отсоединительного переходника 10А первоначально находится в открытом положении, и поэтому все стреляющие перфораторы инструмента 11 электрически изолированы от кабеля 14 отсоединительным переходником 10А. Благодаря этой особенности приведение в боевое положение инструмента 11 электрическими средствами не происходит до тех пор, пока инструмент 11 не будет расположен в скважине и пока не будет замкнут переключатель 28А. С точки зрения электротехники, отсоединительный переходник 10А может обеспечить электрическую изоляцию для исключения приведения в боевое положение инструмента 11.

Еще одна характеристика, обеспечиваемая отсоединительным переходником 10А, заключается в том, что переходники 10 В, 10С, 10D скважинного инструмента (такие как стреляющие перфораторы) можно привести в боевое положение заранее (подключением каждого детонирующего устройства 26) во время транспортирования или других работ, выполняемых с инструментом 11. Хотя инструмент 11 транспортируется, будучи баллистически не в боевом положении, разомкнутый переключатель 28А отсоединительного переходника 10А электрически изолирует переходники 10В, 10С, 10D скважинного инструмента от сигнала активации во время транспортирования или других работ, выполняемых с ними.

Отсоединительный переходник 10А отличается от переходников 10В, 10С, 10D скважинного инструмента тем, что отсоединительный переходник 10А не содержит взрывных устройств, которые присутствуют в переходниках 10В, 10С, 10D скважинного инструмента. Отсоединительный переходник 10А поэтому по сути является «холостым узлом». Холостым узлом является переходник, который тот же, что и другие переходники скважинного инструмента, но не содержит взрывчатых веществ.

Отсоединительный переходник 10А применяется для одной из нескольких целей, включая обеспечение быстрого соединения инструмента 11 с кабелем 14. Помимо этого, отсоединительный переходник 10А обеспечивает возможность привести в боевое положение инструмент 11 в скважине, а не на поверхности. Поскольку отсоединительный переходник 10А не содержит взрывных устройств, он обеспечивает изоляцию (электрическую) между кабелем 14 и переходниками 10В, 10С, 10D инструментов, и поэтому приведение в действие (электричеством) переходников 10В, 10С, 10D скважинного инструмента исключено, пока отсоединительный переходник 10А не будет приведен в действие для замыкания электрического соединения.

Отсоединяемый переходник 10А по сути изолирует «передачу сигналов» по кабелю 14 от переходников 10В, 10С, 10D скважинного инструмента до тех пор, пока не будет приведен в действие отсоединительный переходник 10А. Термин «передача сигналов» относится к силовым и/или управляющим сигналам (электрическим) по кабелю 14.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения: блоки 18A-18D управления выполнены с возможностью осуществления сообщения по кабелю 14 с контроллером 17 в наземном блоке 16. Например, контроллер 17 может быть компьютером или другим управляющим модулем.

Каждый блок 18A-18D управления имеет микропроцессор, который осуществляет двухстороннюю связь с контроллером 17 в наземном блоке 16. Микропроцессор (в комбинации с другой изолирующей схемой в каждом блоке 18 управления) обеспечивает изолирование передачи сигналов (силовых и/или управляющих сигналов) по кабелю 14 от детонирующего устройства 26, относящегося к блоку 18 управления. До передачи сигналов (электрически) по кабелю 14 в детонирующее устройство 26 микропроцессор сначала должен установить двухстороннюю связь с контроллером 17 в наземном блоке 16.

Двухсторонняя связь может быть кодированной связью, в которой сообщения кодируются предварительно заданным кодирующим алгоритмом. Кодирование сообщений между наземным контроллером 17 и микропроцессорами в блоках управления обеспечивает еще один уровень защиты для исключения случайной активации взрывных устройств.

Микропроцессор 100 можно также запрограммировать на прием только сигналов определенного протокола связи, например - по сигналам, которые не соответствуют этому протоколу связи, микропроцессор 100 не даст команду активации детонирующего устройства 26.

Также согласно некоторым другим вариантам осуществления микропроцессору в каждом блоке управления предусмотрен уникальный идентификатор. В одном из вариантов осуществления уникальный идентификатор предварительно программируется до размещения инструмента в стволе 12 скважины. Предварительное программирование предусматривает запись уникального идентификатора в энергонезависимую память, доступ к которой имеет микропроцессор. Энергонезависимая память может быть выполнена либо в самом микропроцессоре, либо может быть внешней по отношению к микропроцессору. Предварительное программирование микропроцессоров с помощью особых идентификаторов обеспечивает преимущество исключения необходимости осуществлять программирование после установки инструмента 11 в стволе 12 скважины.

Согласно другому варианту осуществления: идентификаторы можно динамически назначать микропроцессорам. Например, после размещения инструмента 11 в стволе 12 скважины: наземный контроллер 12 может направить назначающие сообщения по кабелю 14 в блоки управления для записи особых идентификаторов в ячейках памяти, доступ к которым осуществляют микропроцессоры.

Фиг.2 показывает переходник подробнее. Следует отметить, что переходник 10, показанный на Фиг.2, содержит детонирующее устройство 26; поэтому переходник 10, показываемый на Фиг.2, является одним из переходников 10В, 10С, 10D скважинного инструмента. Но если переходник 10 является отсоединительным переходником, то детонирующее устройство 26 будет либо исключено, либо заменено на холостое устройство (без взрывчатого вещества).

Блок 18 управления содержит микропроцессор 100 (упоминаемый выше), передатчик 104 и приемник 102. Питание в блок 18 управления подается блоком 106 питания. Блок 106 питания выводит напряжения питания в различные компоненты блока 18 управления. Кабель 14 (Фиг.1) выполнен из двух проводов 108А, 108В. Провод 108А подключен к переключателю 28 кабеля. Согласно другому варианту осуществления: блок 106 питания можно исключить, и питание подавать с поверхности.

При передаче: передатчик 104 модулирует сигналы по проводу 108 В для направления требуемых сообщений к поверхности скважины или в другой компонент. Приемник 102 также принимает сигналы по проводу 108В.

Микропроцессором 100 может быть устройство общего назначения, программируемый микропроцессор на интегральной схеме, специализированная интегральная схема, программируемая вентильная матрица или другое аналогичное управляющее устройство. Как указано выше, микропроцессор 100 имеет уникальный идентификатор и обозначен им, например: адрес, числовой идентификатор и т.д. Применение этих идентификаторов позволяет направлять команды в микропроцессор 100 в определенном блоке 18 управления, выбранном из числа множества блоков 18 управления. Таким образом, возможно избирательное действие одного выбранного блока 18 управления.

Приемник 102 принимает сигналы от наземных компонентов, причем сигналы могут быть сигналами частотной манипуляции (ЧМн). Принимаемые сигналы направляют в микропроцессор 100 для обработки. Приемник 100 может в одном варианте осуществления иметь конденсатор, связанный с проводом 108В кабеля 14. Перед направлением принятого сигнала в микропроцессор 100 приемник 102 может транслировать сигнал в выходной сигнал транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) или в другой соответствующий выходной сигнал, который может опознать микропроцессор 100.

Передатчик 100 передает сигналы, формируемые микропроцессором 100, в наземные компоненты. Эти сигналы могут, например, быть в виде импульсов тока (например, импульсами тока 10 мА). Приемник 102 и передатчик 104 обеспечивают возможность двухсторонней связи между поверхностью и скважинными компонентами.

Переключатель 24 инициатора, показываемый на Фиг.1, можно подключить к умножителю 110 - согласно Фиг.2. Переключатель 24 инициатора согласно варианту осуществления в соответствии с Фиг.2 выполнен в виде полевого транзистора (ПТ). Затвор ПТ 24 подключен к выходному сигналу микропроцессора 100. Когда затвор ПТ 23 поднят, ПТ 24 подает входное напряжение Vin в умножитель 110 в низкое состояние, чтобы отключить умножитель 110. Либо когда затвор ПТ 24 опущен, у входного напряжения Vin препятствий не будет, и умножитель сможет действовать. Резистор или резисторы 112 подключены между Vin и электрическим проводом 108В кабеля 14. Согласно еще одному варианту осуществления: вместо ПТ можно использовать другие типы переключающих устройств для переключателя 24.

Умножитель 110 перекачивает заряды: принимает входное напряжение Vin и повышает его обычно путем придания пульсации принимаемому напряжению в поэтапный умножитель. Повышенное напряжение используется инициатором 26. Согласно одному из вариантов осуществления: умножитель 24 содержит диоды и конденсаторы. Схема использует каскадные элементы для повышения напряжения. Напряжение, например, можно повысить в четыре раза по сравнению со значением входного напряжения.

Первоначально, до активации, входное напряжение Vin в умножитель 24 заземляется переключателем 24, в результате чего напряжение не может пройти через умножитель 110. Для приведения в действие умножителя 110 микропроцессор 100 направляет сигнал активации в переключатель 24 для изменения состояния переключателя 24 с состояния «вкл» в состояние «выкл», в результат чего умножитель сможет обработать напряжение Vin. Согласно другим вариантам осуществления: умножитель 110 можно не использовать, если с поверхности скважины обеспечивается достаточный уровень напряжения.

Инициатор 26 аккумулирует энергию из напряжения, генерируемого умножителем 110. Эту энергию можно аккумулировать и хранить, например, в конденсаторе, хотя согласно другим вариантам осуществления можно использовать и другие источники энергии. В одном из вариантов осуществления: этот конденсатор является частью устройства разряда конденсатора, который быстро подает накопленную энергию в источник зажигания. Источником зажигания может быть взрывной инициатор из фольги, взрывной перемычный провод, полупроводниковый мост или «нагреваемый провод». Источник зажигания является частью инициатора 26. Но в другом варианте осуществления источник зажигания может быть частью отдельного элемента. В случае применения взрывного инициатора из фольги: быстрый электрический разряд быстро превращает мост в плазму и формирует газ с высоким давлением, в результате чего «связка» (например, пластмассовая связка) ускоряется и соударяется со вторичным взрывным веществом 116 для инициирования его детонации.

Переходник 10 также имеет датчик 11 (или совокупность датчиков), который соединен (электрически или оптически) с микропроцессором 100. Датчик(и) измеряе(ю)т такую информацию об условиях ствола скважины и информацию о скважинном инструменте, как давление, температура, наклон переходника скважинного инструмента и пр. Информация об условиях ствола скважины или информация о стволе скважины сообщается микропроцессором 100 по кабелю 14 в наземный контроллер 17. За счет этого наземный контроллер 17 или оператор скважины может принять решение относительно активации переходника скважинного инструмента. Например, если условия ствола скважины не имеют надлежащего давления или температуры или если скважинный инструмент не имеет требуемого наклона или другого положения, то наземный контроллер 17 или оператор скважины может принять решение не выполнять активацию переходника скважинного инструмента.

Блок 18 управления также содержит схему резистора-конденсатора (Р-К), обеспечивающую радиочастотную защиту. Схема Р-К также выключает конденсаторный компонент для обеспечения возможности низкой мощности (например, сигнала низкого уровня). Помимо этого, возможность низкомощной связи обеспечивается за счет встраивания компонентов блока 18 управления в общую структуру обеспечения для уменьшения габаритов узла. Меньшая компоновка обеспечивает возможность работы с низкой мощностью и также более безопасную транспортировку и эксплуатацию.

Фиг.3 показывает интеграцию различных компонентов блока 18 управления, умножителя 110 и инициатора 26. Компоненты установлены на общей несущей конструкции 210, которую можно выполнить в виде гибкого кабеля или в виде другого типа гибкой схемы. Либо общей несущей конструкцией 210 может быть подложка, например, полупроводниковая подложка, керамическая положка и т.д. Либо несущей конструкцией 210 может быть гибкая плата, такая как печатная плата. Преимущество монтажа компонентов на несущей конструкции 210 заключается в том, что можно получить меньший, чем обычно возможный, узел.

Микропроцессор 110, приемник 102, передатчик 104 и блок 106 питания могут быть установлены на поверхности 212 несущей конструкции 210 (гибкой платы). Электрические соединения (не показаны) проходят по общей несущей конструкции 210 для соединения различных компонентов. Согласно варианту оптического осуществления: оптические линии связи можно обеспечить на или в несущей конструкции 210.

Умножитель 110 также установлен на поверхности 212 несущей конструкции 210. Также на несущей конструкции обеспечены компоненты инициатора 26. Согласно изображению: инициатор 26 содержит конденсатор 200 (который можно заряжать повышенным напряжением, обеспечиваемым умножителем 110), переключатель 204 (который можно выполнить в виде ПТ) и взрывной инициатор 202 из фольги. Конденсатор 200 подключен к выходу умножителя 110, и поэтому умножитель 110 может заряжать конденсатор 200 до повышенного напряжения. Переключатель 204 можно приводить в действие микропроцессором 100, чтобы заряд из конденсатора 200 поступал во взрывной инициатор 202 из фольги. Энергия проходит через участок уменьшенной ширины во взрывном инициаторе 202 из фольги, в результате чего пластина связки выходит из взрывного инициатора 202 из фольги. Вторичное взрывчатое вещество 116 (Фиг.2) можно расположить вблизи взрывного инициатора 202 из фольги, чтобы в него ударилась пластина связки, тем самым обусловив детонацию. Вторичное взрывчатое вещество можно баллистически связать с другим взрывчатым веществом, таким как кумулятивный заряд, или с другим взрывным устройством.

Фиг.4 показывает процедуру подрыва переходника 10С скважинного инструмента (в последовательности переходников, показываемых на Фиг.1). Сначала наземный контроллер 17 направляет (302) «возбуждающую мощность» (например - 60 В постоянного тока) в самый верхний переходник (в этом случае: отсоединительный переходник 10А). Отсоединительный переходник 10А принимает мощность и реагирует на это (304) тем, что приходит в заданное состояние (например, состояние №1) после некоторой задержки (например, 100 миллисекунд).

Наземный контроллер 17 затем направляет (306) команду W/L ON (с особым идентификатором, относящимся к микропроцессору отсоединительного переходника 10А) в отсоединительный переходник 10А, в результате чего микропроцессор 100 в отсоединительном переходнике 10А включает кабельный переключатель 28А (Фиг.1). Мощность «возбуждения» по кабелю 14 теперь принимается вторым переходником 10 В скважинного инструмента. Переходник 10 В скважинного инструмента принимает мощность и реагирует (308) тем, что принимает состояние №1 после определенной задержки.

При реагировании на сообщение о состоянии №1 от переходника 10 В скважинного инструмента наземный контроллер 17 затем направляет (310) команду W/L ON (с особым идентификатором, относящимся к микропроцессору переходника 10 В скважинного инструмента) в переходник 10 В скважинного инструмента. Мощность «возбуждения» теперь принимается вторым переходником 10С скважинного инструмента. Второй переходник 10С скважинного инструмента реагирует (312) тем, что направляет сообщение о состоянии №1 в наземный контроллер 17. При реагировании на это наземный контроллер 17 направляет (314) команды ПРИВЕСТИ В БОЕВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ и ВКЛЮЧИТЬ в переходник 10С скважинного инструмента. Команды ПРИВЕСТИ В БОЕВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ и ВКЛЮЧИТЬ содержат особый идентификатор, относящийся к микропроцессору переходника 10С скважинного инструмента. По командам ПРИВЕСТИ В БОЕВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ и ВКЛЮЧИТЬ происходит приведение в боевое положение блока 18С управления путем приведения в действие соответствующих переключателей (например, выключение переключателя 24С инициатора). Согласно другим вариантам осуществления: вместо отдельных команд ПРИВЕСТИ В БОЕВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ и ВКЛЮЧИТЬ может быть выдана одна команда.

Наземный контроллер 17 затем повышает (316) напряжение постоянного тока в кабеле 14 до уровня подрыва (например 120-350 В постоянного тока). Повышение напряжения постоянного тока должно произойти в течение заданного периода (например, 30 сек) - согласно одному из вариантов осуществления.

Согласно излагаемому выше порядку второй переходник 10С скважинного инструмента может также обеспечивать для наземного контроллера 17 информацию об условиях или о скважинном инструменте в дополнение к сообщению о состоянии №1. Тогда наземный контроллер 17 сможет использовать информацию об условиях или о скважинном инструменте для принятия решения относительно выдачи команд ПРИВЕСТИ В БОЕВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ и включить.

Аналогичный порядок повторяется для активации других переходников скважинного инструмента. Согласно этому варианту осуществления наземный контроллер 17 направляет отдельные команды для активации нескольких переходников скважинного инструмента.

Хотя настоящее изобретение раскрыто в отношении ограниченного числа осуществлений, специалистам в данной области техники при осуществлении настоящего изобретения будут ясны его многочисленные модификации и варианты. Подразумевается, что прилагаемая формула изобретения включает в себя эти модификации и изменения, которые входят в объем изобретения и соответствуют его концепции.

1. Скважинный инструмент для установки в скважине; при этом скважинный инструмент выполнен с возможностью связи с контроллером по линии связи, при этом скважинный инструмент содержит множество блоков управления, при этом каждый блок из множества блоков управления имеет микропроцессор и инициатор, связанный с микропроцессором; каждый микропроцессор выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с контроллером, при этом указанные микропроцессоры выполнены с возможностью приема множества соответствующих команд активации из контроллера для активирования соответствующих блоков управления, при этом каждая команда активации содержит уникальный идентификатор, соответствующий определенному блоку управления, причем каждый блок управления содержит общую гибкую плату, на опорной поверхности которой установлены соответствующие микропроцессор и инициатор.

2. Скважинный инструмент по п.1, в котором гибкая плата содержит гибкий кабель.

3. Скважинный инструмент по п.1, в котором каждый блок управления дополнительно содержит приемник, передатчик и умножитель, установленный на гибкой плате.

4. Скважинный инструмент по п.1, в котором инициатор содержит, по меньшей мере, одно из следующих устройств: взрывной инициатор из фольги, взрывной перемычный провод, нагреваемый провод и полупроводниковый мост.

5. Скважинный инструмент по п.1, дополнительно содержащий переходники скважинного инструмента, причем каждый переходник скважинного инструмента содержит соответствующий блок управления и взрывчатое вещество, при этом взрывчатое вещество детонирует от соответствующего инициатора.

6. Скважинный инструмент по п.5, дополнительно содержащий отсоединительный переходник, соединенный с переходниками скважинного инструмента, при этом отсоединительный переходник имеет те же компоненты, что и, по меньшей мере, один из переходников скважинного инструмента, за тем исключением, что отсоединительный переходник не содержит взрывчатого вещества, при этом отсоединительный переходник обеспечивает предотвращение приведения в боевое положение переходников скважинного инструмента до завершения активации отсоединительного переходника.

7. Скважинный инструмент по п.1, дополнительно содержащий взрывчатые вещества, детонирующие от соответствующих инициаторов.

8. Скважинный инструмент по п.1, в которой линия связи содержит волоконно-оптическую линию связи, при этом каждый микропроцессор связан с контроллером посредством указанной волоконно-оптической линии связи.

9. Скважинный инструмент по п.1, в котором инициатор выбирается из группы, состоящей из взрывчатого инициатора из фольги, взрывного перемычного провода, полупроводникового моста и нагреваемого провода; при этом каждый блок управления дополнительно содержит переключатель, причем каждый микропроцессор взаимодействует с соответствующим переключателем, для обеспечения изоляции передачи сигналов по линии связи от инициатора, пока микропроцессор не установит двухстороннюю связь с контроллером.

10. Скважинный инструмент по п.1, в котором каждый микропроцессор выполнен с возможностью осуществления кодированной двухсторонней связи с контроллером.

11. Скважинный инструмент по п.1, в котором микропроцессор выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с контроллером согласно определенному протоколу связи.

12. Скважинный инструмент по п.1, дополнительно содержащий датчики, подключенные к соответствующим микропроцессорам, при этом каждый датчик обеспечивает информацию об условиях окружающей среды ствола скважины.

13. Скважинный инструмент по п.12, в котором каждый микропроцессор выполнен с возможностью обеспечения информации от соответствующего датчика в контроллер.

14. Способ активации скважинного инструмента для использования в стволе скважины, согласно которому помещают скважинный инструмент в ствол скважины; по линии связи осуществляют связь между контроллером и скважинным инструментом, при этом скважинный инструмент содержит множество блоков управления, причем каждый из множества блоков управления имеет микропроцессор и инициатор, связанный с микропроцессором; и каждый микропроцессор осуществляет двухстороннюю связь с контроллером, при этом контроллер направляет множество команд активации в соответствующие микропроцессоры для активации соответствующих блоков управления, при этом каждая команда активации содержит уникальный идентификатор, соответствующий определенному блоку управления, причем обеспечивают гибкую плату в каждом блоке управления, и устанавливают микропроцессор и инициатор каждого блока управления на опорной поверхности соответствующей гибкой платы.

15. Способ по п.14, в котором установка микропроцессора и инициатора на гибкой плате предусматривает установку микропроцессора и инициатора на гибком кабеле.

16. Способ по п.15, в котором установка инициатора на гибкой плате предусматривает установку на ней, по меньшей мере, одного из инициаторов: взрывного инициатора из фольги, взрывного перемычного провода, нагреваемого провода и полупроводникового моста на гибкой плате.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования скважин с одновременной передачей информации на поверхность, и может быть использовано при каротаже буровых скважин, в том числе в процессе бурения.

Изобретение относится к области контроля за эксплуатацией нефтепромысловых скважин и может быть использовано для контроля давления эксплуатационных пластов с передачей информации по беспроводному каналу связи.

Изобретение относится к системам передачи забойной информации при бурении и при добыче нефти или газа. .

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при передаче забойной информации. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при производстве электрических разделителей, используемых для передачи информации о направлении движения бура при бурении скважины.

Изобретение относится к области бурения скважин и и может быть использовано для измерения забойных параметров скважины в процессе бурения. .

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для контроля за направлением траектории наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве и заканчивании скважины. .

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтегазовых скважин и может быть использовано для передачи информации из скважины на поверхность по беспроводному каналу связи.

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для передачи информации из забоя скважины на дневную поверхность в процессе бурения. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к прострелочно-взрывной аппаратуре. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей горной промышленности. .

Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в скважинах, в частности к ударным механическим взрывателям. .

Изобретение относится к нефтегазодобычи, а именно к средствам вторичного вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах. .

Изобретение относится к скважинным перфораторам, предназначенным для перфорации обсадной трубы в скважине при добыче углеводородов. .

Изобретение относится к системам перфорации нефтяных скважин, более конкретно к системам, предназначенным для передачи детонирующих сигналов от инициирующего заряда взрывчатого вещества к кумулятивным зарядам в составе перфорационного блока для простреливания нефтяной скважины.

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, может быть использовано при проведении перфорационных работ в эксплуатационных скважинах, пробуренных на нефть и газ.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования в прострелочно-взрывной аппаратуре, спускаемой в скважину при герметизированном устье.

Изобретение относится к области эксплуатации скважин и может быть использовано для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к строительству и эксплуатации скважин и может быть использовано для активации скважинных инструментов, в частности при перфорации, установке пакеров

Наверх