Система и способ для управления множеством инструментов посредством одной управляющей линии

006472 Область техники Настоящее изобретение относится к области скважинных инструментов, используемых в подземной скважине. Более конкретно, изобретение относится к системе и способу, которые обеспечивают возможность управления множеством инструментов, развернутых в такой скважине, при использовании только одной гидравлической управляющей линии. Общепринято развертывать гидравлические управляющие линии в подземных скважинных, например в нефтяных скважинах, чтобы управлять скважинным оборудованием. Пакеры, клапаны и стреляющие перфораторы относятся к некоторым видам скважинных инструментов, которыми можно управлять путем изменений давления в жидкости, содержащейся в гидравлических управляющих линиях. В некоторых системах из предшествующего уровня техники для управления множеством скважинных инструментов в скважине развертывают большое количество управляющих линий. Обычно верхний конец каждой управляющей линии проходит до поверхности (суши или морского дна) и соединяется с гидравлическим насосом, посредством которого можно регулировать давление жидкости внутри линии. Управляющая линия должна проходить через проход пакера, для ее расположения от верхней части до нижней части пакера (или через пакер). Известно, что функция пакера заключается в уплотнении межтрубного пространства скважины на концах пакера. Однако каждый раз, когда управляющую линию протягивают через проход пакера, в пакере возможно образование пути утечки, потенциально приводящей к нарушению уплотнения, создаваемого пакером. Поэтому для предшествующего уровня техники будет полезной система, в которой уменьшено число управляющих линий, необходимых для управления множеством скважинных инструментов. Таким образом, существует необходимость в разрешении одной или нескольких проблем, указанных выше. Краткое описание изобретения Изобретение относится к системе и способу, используемым для управления множеством скважинных инструментов при одной управляющей линии. Скважинные инструменты могут представлять собой любые приводимые в действие гидравлические инструменты, такие как клапаны, пакеры или стреляющие перфораторы. В одном варианте осуществления каждый инструмент связан с индексирующим устройством, так что инструменты могут работать согласованно и как одна система. Преимущества и другие признаки изобретения станут более очевидными из нижеследующих чертежей, описания и формулы изобретения. Краткое описание чертежей Способ, которым решаются эти задачи и достигаются другие желаемые характеристики, поясняется в нижеследующем описании и сопровождающих чертежах, на которых изображено следующее: фиг. 1 изображает вид варианта осуществления настоящего изобретения; фиг. 2-7 - возможные комбинации клапанов и их перестановки, используемые в настоящем изобретении; фиг. 8 изображает конфигурацию индексирующих временных интервалов для индексирующих устройств системы клапанов, описанной со ссылкой на фиг. 2; фиг. 9 - конфигурацию индексирующих временных интервалов для индексирующих устройств системы клапанов, описанной со ссылкой на фиг. 5, и фиг. 10 - другой вариант осуществления настоящего изобретения. Однако необходимо отметить, что приложенными чертежами иллюстрируются только типичные варианты осуществления этого изобретения, и поэтому они не должны считаться ограничивающими его объем, при этом для изобретения можно допустить другие, равным образом эффективные варианты осуществления. Подробное описание изобретения В нижеследующем описании для обеспечения понимания настоящего изобретения изложены многочисленные детали. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без этих деталей и что возможны многочисленные варианты и модификации описанных вариантов осуществления. Конкретно, ниже будет описана такая система 5 согласно настоящему изобретению, в которой управляющая линия управляет работой устройств для регулирования расхода и/или пакеров скважины. Однако должно быть понятно, что система 5 может управлять работой любого приводимого в действие гидравлически скважинного инструмента 6, включая, но без ограничения ими, устройства для регулирования расхода, пакеры, стреляющие перфораторы, предохранительные клапаны, насосы, газлифтные клапаны, якоря, мостовые пробки и скользящие манжеты. Кроме того, при использовании настоящего изобретения скважинные инструменты в любом сочетании могут быть присоединены к и могут управляться одной и той же управляющей линией. На фиг. 1 показано настоящее изобретение. Скважина 10 проходит от поверхности 12 в землю и пересекает по меньшей мере один пласт 14. Скважина 10 может быть наземной скважиной или подводной скважиной, при этом поверхность 12 соответствует дну океана или моря, или платформенной скважиной. Скважина 10 может быть обсажена. Насосно-компрессорная колонна 16 развернута внутри скважины.-1 006472 Наносно-компрессорная колонна 16 может представлять собой эксплуатационную насоснокомпрессорную колонну, гибкую насосно-компрессорную колонну, бурильную колонну или другое оборудование для транспортировки, используемое в подземных скважинах. На насосно-компрессорной колонне 16 в большом количестве размещены клапанные системы 17. Каждая клапанная система 17 содержит устройство 18 для регулирования расхода, располагаемое в скважине, такое как золотниковый клапан, шаровой клапан, дисковый клапан, дроссель, клапан с переменным отверстием или встраиваемый в линию клапан. Каждая клапанная система 17 также содержит индексирующее устройство 20, которое связано с соответствующим устройством 18 для регулирования расхода. Гидравлическая управляющая линия 22 развернута в скважине 10 и обычно присоединена к и развернута совместно с насоснокомпрессорной колонной 16. Управляющая линия 22 гидравлически соединена с каждым индексирующим устройством 20. Источник 24 гидравлического давления, который может быть источником с дискретной или переменной уставкой, питает управляющую линию 22. Как известно в области техники, к которой относится изобретение, и в зависимости от того, является ли скважина 10 нагнетательной или продуктивной, текучие среды (например воду, пар, жидкости для гидравлического разрыва или обрабатывающие жидкости) закачивают в пласт 14 с поверхности 12 через насосно-компрессорную колонну 16 и через по меньшей мере одну открытую клапанную систему 17 или текучие среды (например, воду, углеводороды, нефть или газ), извлекают из пласта 14 через по меньшей мере одну открытую клапанную систему 17 в насосно-компрессорную колонну 16 и на поверхность 12. Искусственное подъемное оборудование, например насосы или газлифтные системы, может помочь при закачивании или извлечении соответствующих текучих сред. При изменении давления или цикла давления в управляющей линии 22, создаваемого источником 24, в каждом индексирующем устройстве 20 формируется воздействие. Как известно в области техники,к которой относится изобретение, в зависимости от конструкции и конфигурации соответствующего индексирующего устройства 20 и устройства 18 для регулирования расхода воздействие каждого индексирующего устройства 20 может активировать, деактивировать или изменять положение соответствующего устройства 18 для регулирования расхода. В настоящем изобретении индексирующие устройства 20 выполнены так, что они функционируют согласованно или совместно, с тем чтобы обеспечивалась различная перестановка положений множества устройств 18 для регулирования расхода для каждого изменения давления или цикла, создаваемого в управляющей линии 22. Тем самым пользователь может управлять клапанными системами 17 как одной системой, чтобы выбирать желательные для него/нее перестановки положений для каждого из устройств 18 для регулирования расхода. Например, на фиг. 2 показан возможный набор перестановок для трех устройств 18 для регулирования расхода, таких как клапаны, показанные на фиг. 1, в предположении, что такие клапаны представляют собой двухпозиционные клапаны (два положения - полностью открытое или открытое и полностью закрытое или закрытое). Как можно видеть на фиг. 2, имеются восемь возможных перестановок для трех клапанов, при этом каждый из клапанов имеет два положения (то есть клапаны двухпозиционные). Как показано на фиг. 2, при первом изменении давления или воздействии каждый из клапанов 1, 2, 3 находится в открытом положении. При втором изменении давления или воздействии клапаны 1 и 2 находятся в открытом положении, а клапан 3 находится в закрытом положении. При третьем изменении или воздействии клапаны 1 и 3 находятся в открытом положении, а клапан 2 находится в закрытом положении. Остальные перестановки понятны из чертежа. На фиг. 3-7 показаны другие возможные комбинации клапанов и перестановки для них. На фиг. 3 показан возможный набор перестановок и изменений давления или циклов для совокупности двух клапанов, при этом каждый из клапана 1 и клапана 2 имеет три положения: [1] полностью открытое положение (открытое), [2] промежуточное, частично открытое положение (промежуточное 1) и [3] полностью закрытое положение (закрытое). На фиг. 4 показан возможный набор перестановок и изменений давления или циклов для совокупности трех клапанов, при этом каждый из клапана 1 и клапана 2 имеет два положения: открытое и закрытое, а клапан 3 имеет три положения: открытое, промежуточное 1 и закрытое. На фиг. 5 показан возможный набор перестановок и изменений давления или циклов для совокупности двух клапанов, при этом клапан 1 имеет два положения: открытое или закрытое, а клапан 2 имеет три положения: открытое, промежуточное 1 и закрытое. На фиг. 6 показан возможный набор перестановок и изменений давления или циклов для совокупности двух клапанов, при этом клапан 1 имеет два положения: открытое или закрытое, а клапан 2 имеет пять положений: открытое, промежуточное 1, промежуточное 2, промежуточное 3 и закрытое. Положения промежуточное 2 и промежуточное 3 представляют собой частично открытые положения, другие по сравнению с промежуточным 1. На фиг. 7 показан возможный набор перестановок и изменений давления или циклов для совокупности двух клапанов, при этом клапан 1 имеет три положения: открытое,промежуточное 1 и закрытое, а клапан 2 имеет четыре положения: открытое, промежуточное 1,промежуточное 2 и закрытое. Понятно, что в зависимости от заканчивания скважины и пожеланий пользователя действительные положения для каждого клапана могут отличаться от описанных выше. Например, индексирующие устройства могут быть сконструированы и сконфигурированы так, чтобы перестановки из любой фигуры-2 006472 могли быть перекомпонованы, то есть чтобы перестановка 1 на любой из фигур могла занять место любой из других перестановок на той же самой фигуре и наоборот. Индексирующее устройство для одного или нескольких клапанов может быть выполнено так, чтобы его положение изменялось только ограниченное число раз за суммарное число изменений давления или циклов. Кроме того, любое из положений для клапанов может быть любым, от полностью открытого до полностью закрытого, включая любой процент частично открытого. Пользователь конструирует и рассчитывает клапаны и индексирующие устройства так, чтобы обеспечить себя желаемой перестановкой положений при желаемом изменении давления или воздействии. Поэтому, используя настоящее изобретения, оператор может выбирать перестановку положений в зависимости от пожеланий пользователя для группы клапанов при использовании единственной управляющей линии. Работа индексирующего устройства и его функциональное соединение с устройством для регулирования расхода известны из области техники, к которой относится изобретение. Примеры такой работы можно найти в патентах США 6276458, 6328109 и 6494264 (каждый из которых включен в настоящую заявку и им владеет правопреемник настоящей заявки). Конфигурация временных интервалов индексирующего устройства для каждого из клапанов зависит от положений клапана, комбинаций и перестановок, желаемых пользователем. Например, на фиг. 8 показаны конфигурации индексирующих временных интервалов для индексирующих устройств системы клапанов, описанной со ссылкой на фиг. 2, а на фиг. 9 показаны конфигурации индексирующих временных интервалов для индексирующих устройств системы клапанов, описанной со ссылкой на фиг. 5. На фиг. 10 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления на насосно-компрессорной колонне 16 размещен по меньшей мере один пакер 30. Пакер 30 спускают в скважину 10 деактивированным (в исходном состоянии) на насосно-компрессорной колонне 16. Когда система находится на месте, пакер 30 приводит в действие (устанавливают), расширяя и образуя уплотнение с внутренней поверхностью скважины 10, тем самым изолируя область ниже него от области выше него. В этом варианте осуществления пакер 30 представляет собой гидравлически приводимый в действие пакер, который также функционально соединен с управляющей линией 22. Поэтому изменение давления в управляющей линии 22 (например повышение выше или снижение ниже соответствующего порога) приводит к приведению в действие (активации) пакера 30. В одном варианте осуществления на насосно-компрессорной колонне 16 развернуто множество пакеров 30, при этом каждый приводится в действие гидравлически путем соответствующего изменения давления в управляющей линии 22. В зависимости от пожеланий пользователя (основанных на очередности установки пакеров, которую он/она желает иметь) каждый пакер 30 может быть гидравлически приведен в действие при различных уровнях давления. Как показано на фиг. 10, в одном варианте осуществления скважина 10 пересекает множество пластов 14, и пакеры 30 размещены так, что они гидравлически изолируют каждый пласт 14. К тому же каждая клапанная система 17 размещена между двумя пакерами 30, в результате чего пользователю предоставляется возможность осуществления независимой изоляции и регулирования расхода из каждого пласта 14. Кроме того, при использовании клапанной системы 17 и индексирующих устройств 20 настоящего изобретения пользователь может выбрать любую из множества перестановок положений клапанов путем использования одной управляющей линии, предоставляющей возможность стратегического регулирования расхода из большого количества областей или пластов. В другом варианте осуществления внутри скважины 10 развернута сенсорная система 32. Посредством сенсорной системы 32 можно определять или измерять любой из множества параметров, например температуру, распределенную температуру, давление, распределенное давление, деформацию, расход,ускорение, химические составы, удельное сопротивление, содержание нефти, водоносность пласта или газоносность пласта (на говоря уже о других). В одном варианте осуществления сенсорная система 32 представляет собой волоконно-оптическую сенсорную систему, включающую оптоэлектронный блок 36 и оптическое волокно 34. Оптическое волокно 34 может быть развернуто внутри управляющей линии 22. В одном варианте осуществления сенсорная система 32 представляет собой волоконно-оптическую сенсорную систему, посредством которой измеряется распределенная температура по длине оптического волокна 34, такую как линия датчиков распределенной температуры фирмы Sensor Highway Limited, состоящая из оптических датчиков распределенной температуры. В случае таких систем оптическое волокно 34 развертывают в скважине 10 и соединяют с оптоэлектронным блоком 36, посредством которого в оптическое волокно 34 посылаются оптические импульсы, а обратно принимаются отраженные сигналы из оптического волокна 34. Сигнал,отраженный из оптического волокна 34 и принятый оптоэлектронным блоком 36, имеет различный характер в зависимости от температуры и расстояния до исходной точки отраженного сигнала. В системе датчиков регулируемой температуры фирмы Sensor Highway использован способ оптической рефлектометрии во временной области, согласно которому выявляют комбинационное рассеяние с целью определения профиля температуры вдоль оптического волокна, как описано в патентах США 4823166 и 5592282 (выданные Hartog), которые оба включены в настоящую заявку посредством ссылки. Понятно,-3 006472 что оптическая рефлектометрия во временной области не является единственным способом для получения измерения распределенной температуры (и поэтому этот патент не ограничен оптической рефлектометрией во временной области). В одном варианте осуществления оптическое волокно 34 вводят в управляющую линию 22 с помощью тягового усилия текучей среды, как раскрыто в заменяющем патенте США 37283, и этот патент включен в настоящую заявку посредством ссылки. Оптическое волокно 34 может быть введено в управляющую линию 22 до, во время или после размещения управляющей линии 22 и насосно-компрессорной колонны 16 в скважине 10. В другом варианте осуществления управляющая линия 22 представляет собойu-образную управляющую линию, имеющую конец, который возвращен на поверхность. В процессе работы управляющую линию 22 обычно прикрепляют к насосно-компрессорной колонне 16 и насосно-компрессорную колонную развертывают в скважине 10. В случае использования оптического волокна 34 его можно ввести в управляющую линию 22, как описано ранее, до, после или во время ее развертывания. Как только насосно-компрессорная колонна 16 и клапанные системы 17 установятся в правильное положение относительно скважины 10 и пласта (пластов) 14, приводят в действие источник 24 для изменения гидравлического давления в управляющей линии 22 до уровня, при котором активируется и устанавливается пакер (пакеры) 30, если требуется. В одном варианте осуществления давление активации такого пакера (пакеров) ниже давления индексирующих устройств 20 и клапанных систем 17. Кроме того, пользователь может осуществлять изменение или циклическое изменение путем изменений давлений или циклов с тем, чтобы по желанию упорядочивать положения устройства 18 для регулирования расхода и индексирующих устройств 20. Если пользователю потребуется сделать изменение, пользователь может изменить положения устройств 18 для регулирования расхода и индексирующих устройств 20 опять путем изменения или циклического изменения давления, чтобы получить желаемую перестановку положений устройств для регулирования расхода. В другом варианте осуществления изобретения наземный контроллер 100, функционально соединенный с источником 24 гидравлического давления, управляет циклированием изменений давления. Контроллер 100, который может содержать компьютер, может поддерживать заданную перестановку цикла давления. В одном варианте осуществления контроллер 100 автоматически активирует изменение давления для перехода системы 5 к следующей перестановке положений, основанной на определенных событиях, таких как согласование во времени или характеристики скважины, определяемые посредством датчиков (аналогичных волоконно-оптической линии 34, но не ограниченных ею). В соответствии с вышеописанным должно быть понятно, что посредством системы 5 можно управлять работой приводимого в действие гидравлически скважинного инструмента 6, включая, но без ограничения ими, пакеры, устройства для регулирования расхода, стреляющие перфораторы, предохранительные клапаны, насосы, газлифтные клапаны, якоря, мостовые пробки и скользящие манжеты. Кроме того, при использовании настоящего изобретения любую совокупность скважинных инструментов можно присоединить к одной и той же управляющей линии и управлять посредством нее. Хотя выше было подробно описано несколько вариантов осуществления этого изобретения, специалисты в области техники, к которой относится изобретение, должны без труда понять, что возможны многочисленные модификации в вариантах осуществления без значительного отхода от новых идей и преимуществ этого изобретения. Соответственно, все такие модификации предполагаются включенными в объем этого изобретения, определенный в нижеследующей формуле изобретения. В формуле изобретения фразы средство плюс функция предполагаются охватывающими конструкции, описанные в настоящей заявке, выполняющие описанную функцию, и не только конструктивные эквиваленты, но также и эквивалентные конструкции. Поэтому, хотя гвоздь и винт могут не быть конструктивными эквивалентами в том смысле, что в гвозде цилиндрическая поверхность используется для скрепления друг с другом деревянных деталей, тогда как в винте используется винтовая поверхность, но в ситуации скрепления деревянных деталей гвоздь и винт могут быть эквивалентными конструкциями. Имеется точно выраженное стремление заявителя, чтобы не было обращения к абзацу 6112 раздела 35 Кодекса законов США с целью любых ограничений любого из пунктов формулы изобретения, приведенной в настоящей заявке,за исключением тех пунктов формулы изобретения, в которых определенно использованы слова средства для вместе с соответствующей функцией. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система для управления множеством клапанных систем, развернутых в скважине, содержащая множество устройств для регулирования расхода, индексирующее устройство, функционально соединенное с каждым устройством для регулирования расхода, гидравлическую управляющую линию в сообщении по текучей среде с каждым индексирующим устройством, при этом индексирующие устройства устройств для регулирования расхода выполнены с возможностью согласованного управления устройствами для регулирования расхода путем изменения давления в гидравлической управляющей линии. 2. Система по п.1, в которой по меньшей мере один пакер сообщен по текучей среде с управляющей линией и приводится в действие путем изменения давления в управляющей линии.-4 006472 3. Система по п.2, в которой множество пакеров сообщены по текучей среде с управляющей линией и приводятся в действие путем изменения давления в управляющей линии. 4. Система по п.3, в которой пакеры гидравлически изолируют множество пластов, пересекаемых скважиной. 5. Система по п.4, в которой каждое устройство для регулирования расхода связано с пластом. 6. Система по п.1, в которой по меньшей мере одна часть сенсорной системы развернута в управляющей линии. 7. Система по п.6, в которой сенсорная система содержит оптическое волокно, развернутое в управляющей линии. 8. Система по п.7, в которой сенсорная система определяет распределенную температуру. 9. Система для управления множеством скважинных инструментов в скважине, содержащая множество скважинных инструментов, индексирующее устройство, функционально соединенное по меньшей мере с двумя скважинными инструментами, гидравлическую управляющую линию в сообщении по текучей среде с каждым индексирующим устройством, при этом индексирующие устройства скважинных инструментов выполнены с возможностью согласованного управления скважинными инструментами путем изменения давления в гидравлической управляющей линии. 10. Система по п.9, в которой скважинные инструменты содержат по меньшей мере один пакер. 11. Система по п.9, в которой скважинные инструменты содержат по меньшей мере одно устройство для регулирования расхода. 12. Система по п.9, в которой скважинные инструменты содержат по меньшей мере один стреляющий перфоратор. 13. Система по п.9, в которой скважинные инструменты содержат по меньшей мере один предохранительный клапан. 14. Система по п.9, в которой по меньшей мере одна часть сенсорной системы развернута в управляющей линии. 15. Система по п.14, в которой сенсорная система содержит оптическое волокно, развернутое в управляющей линии. 16. Система по п.15, в которой сенсорная система определяет распределенную температуру. 17. Система по п.9, в которой при отличительных уставках давления в управляющей линии управляющая линия управляет отличительным одним из скважинных инструментов. 18. Способ управления множеством скважинных инструментов в скважине, включающий следующие стадии: развертывание множества скважинных инструментов в скважине; функциональное соединение индексирующего устройства по меньшей мере с двумя скважинными инструментами; обеспечение сообщения по текучей среде между гидравлической управляющей линией и каждым индексирующим устройством; согласованное управление скважинными инструментами путем изменения давления в гидравлической управляющей линии. 19. Способ по п.18, в котором множество скважинных инструментов содержит множество устройств для регулирования расхода, и этап управления включает изменение состояния по меньшей мере одного устройства для регулирования расхода путем изменения давления в гидравлической управляющей линии. 20. Способ по п.19, в котором этап изменения состояния включает обеспечение сообщения по текучей среде с пластом. 21. Способ по п.18, в котором этап управления включает автоматическое управление изменением давления в гидравлической управляющей линии. 22. Способ по п.21, в котором этап автоматического управления включает автоматическое управление изменением давления, основанное на событии. 23. Способ по п.22, в котором событие включает определение характеристики скважины. 24. Способ управления множеством скважинных инструментов, включающий следующие стадии: развертывание множества скважинных инструментов в скважине; обеспечение функционального сообщения между гидравлической управляющей линией и каждым скважинным инструментом; согласованное управление скважинными инструментами путем изменения давления в гидравлической управляющей линии.