智能井下控制 |
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| 申请号 | CN201380044250.9 | 申请日 | 2013-08-20 | 公开(公告)号 | CN104797776A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 韦特柯格雷英国有限公司; | 发明人 | R·贝尔; | ||||
| 摘要 | 井下控制系统100可包括：一对驱动管线108，110，其穿过井筒部件，例如管道悬挂器108；和多个液压 开关 122，其各自与驱动管线108，110连通。各液压开关122可具有唯一的压 力 带，其中，开关122仅在驱动管线108，110中的压力在唯一的压力带内时响应。一旦驱动管线108，110中的压力在压力带内，则开关122可响应于驱动管线中的压力差而打开或关闭。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于具有管道悬挂器(104)的井口的井筒控制系统(100)，包括： |
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| 说明书全文 | 智能井下控制技术领域[0001] 本发明通常涉及矿物回收井，且具体而言涉及用于促动液压装置的控制系统。 背景技术[0002] 井下装置通常用于井筒中。典型的井下装置可以包括例如流量控制阀，液压封隔器，和任何种类的液压促动井下工具。这些井下装置通常由液压控制，具体而言是因为电子控制在常存在于井筒内的高压、高温条件下是不可靠的。控制这些井下装置的液压管线必须穿过各种井部件，例如，管道悬挂器。很难使足够数量的液压管线穿过管道悬挂器，以控制各个和每个井下装置。 发明内容[0004] 井筒控制系统的实施方式包括管道悬挂器和液压流体源。液压流体源具有用于在第一驱动管线压力下输出液压流体的第一输出，和在第二驱动管线压力下输出液压流体的第二输出。第一驱动管线穿过管道悬挂器，第一驱动管线与第一输出连通以用于在第一驱动管线压力下连通液压流体。第二驱动管线穿过管道悬挂器，第二驱动管线与第二输出连通以用于在第二驱动管线压力下连通液压流体。 [0005] 在实施方式中，第一井下控制开关连接到第一驱动管线和第二驱动管线。当第一驱动管线压力和第二驱动管线压力中的各个在第一压力带内并且第一驱动管线压力超过第二驱动管线压力至少第一预定值时，该第一井下控制开关可从第一位置移动到第二位置。 [0006] 在实施方式中，第二井下控制开关连接到第一驱动管线和第二驱动管线，当第一驱动管线压力和第二驱动管线压力中的各个在第二压力带内并且第一驱动管线压力超过第二驱动管线压力至少第二预定值时，该第二井下控制开关从第一位置移动到第二位置。在实施方式中，控制管线可连接到井下控制开关中的各个，各控制管线能够可操作地连接到井下装置。 [0007] 在实施方式中，第二压力带与第一压力带不重叠。在实施方式中，第一井下控制开关不响应于在第一压力带外发生的压力差，并且第二井下控制开关不响应于在第二压力带外发生的压力差。 [0008] 一些实施方式可包括第三井下控制开关，其连接到第一驱动管线和第二驱动管线，当第一驱动管线压力和第二驱动管线压力中的各个在第三压力带内并且第一驱动管线压力超过第二驱动管线压力至少第三预定值时，该第三井下控制开关从第一位置移动到第二位置。一些实施方式可包括第四井下控制开关，其连接到第一驱动管线和第二驱动管线，当第一驱动管线压力和第二驱动管线压力中的各个在第四压力带内并且第一驱动管线压力超过第二驱动管线压力至少第四预定值时，该第四井下控制开关从第一位置移动到第二位置。 [0009] 在实施方式中，第一和第二井下控制开关中的各个的促动可将相应井下控制开关锁定到可动作状态中，使得相应井下控制开关响应于与压力带无关的大于预定量的压力差而被促动。在实施方式中，当第一和第二驱动管线压力达到预定锁定释放压力时，被锁定在可动作状态中的第一和第二井下控制开关中的各个从可动作状态释放，该预定锁定释放压力大于与井下控制开关中的各个对应的压力带。附图说明 [0010] 为了获得并能更详细地理解本发明的特征、优点和目的以及其它将变得明显的方式，可通过参考在附图中例示的其实施方式来得到以上简要概述的本发明的更具体的说明，附图形成本说明书的一部分。然而，应注意的是，附图仅例示本发明的优选实施方式，因此不被认为是其范围的限制，因为本发明可准许其它同等有效的实施方式。 [0011] 图1是井下控制系统的实施方式的部分截面环境图。 [0013] 图3是图1的井下控制系统的开关、阀和井下装置的部分侧截面图。 [0014] 图4是图1的井下控制系统的示例性压力图，示出响应于压力管线中的压力上升而打开的开关。 [0015] 图5是图1的井下控制系统的示例性压力图，示出响应于压力管线中的压力下降而打开的开关。 [0016] 图6是图1的井下控制系统的示例性压力图，示出响应于压力管线中的超过压力带的压力上升而打开的开关。 [0017] 图7是具有位于井下装置附近的开关的井下控制系统的实施方式的局部截面环境图。 具体实施方式[0018] 现在将参照附图在下文中更充分地说明本发明，附图例示本发明的实施方式。然而，本发明可以体现为许多不同的形式而且不应被解释为限于在本文中说明的实施方式。而是，提供这些实施方式以便本公开是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相同的数字指代各处相同的元件，并且上撇(prime)符号(如果使用)表示备选实施方式中的相似元件。 [0019] 参见图1，示出井筒控制系统100的示例。井筒控制系统包括控制模块102，其示为定位在管道悬挂器104下方。控制模块102可例如安装在一端管道106上，其可以从管道悬挂器104挂接。管道106可以是任何类型的管道，包括例如，生产管道，短节(pup joint)，或任何其它类型的管道。备选地，控制模块102可连接到管道悬挂器104或从管道悬挂器104悬垂。 [0020] 驱动管线108和110可穿过管道悬挂器104主体内的通道，在此通道示为在管道悬挂器104内从大致侧向方向朝大致轴向方向弯曲。液压流体源112位于管道悬挂器104上方。在实施方式中，液压流体源112包括液压管线114，液压管线114连接到或能够连接到液压泵116或其他加压液压源的排出和返回管线。控制器，例如控制阀118、120，可以控制通过驱动管线108、110和来自液压流体源112的流体的流量和压力。操作人员或其他控制机构，例如控制器119，可促动控制阀118、120，以选择性地加压驱动管线108、110。本领域技术人员将理解，控制器119可包括，使操作人员能够促动控制阀118、120的例如计算机、微处理器或其他装置。 [0021] 参照图1和2，驱动管线108、110连接到开关122a-d。虽然示出了四个开关122a-d，但驱动管线108、110可连接到任意数量的开关。在实施方式中，开关122a-d中的一些或全部可位于控制模块102外壳内。来自驱动管线108、110的液压压力通过例如如图 2所示的直管线108′和110′，或者通过例如一个或更多个歧管(未示出)或其他分配装置同时连通到开关122a-d中的各个。在实施方式中，相同的压力连通到开关122a-d中的各个，但开关122a-d可各自响应于不同的压力或不同的压差。 [0022] 在实施方式中，各开关122a-d包括活塞124，活塞124能够响应于活塞124相反侧上的压力差而在开关主体126中的汽缸内轴向地滑动。腔127是开关主体126内的体积，其与直管线108′连通，且因此具有与驱动管线108的压力大体相等的压力。腔128是是开关主体126内的体积，其与直管线110′连通，且因此具有与驱动管线110的压力大体相等的压力。活塞124将腔127与腔128分离。活塞124可以响应于管线110、110′内并且因此腔128内的比驱动管线108中的压力大的压力而沿第一方向(例如，当观察图2和3时，朝管线108′)移动。类似地，活塞124可以响应于管线108，108′内并且因此腔127内的比驱动管线110中的压力大的压力而沿第二方向(例如，当观察图2和3时，朝管线110′)移动。各开关122a-d的部件，例如活塞124、主体126和腔128可取决于例如待由各开关122a-d促动的装置而各自为相同的或可具有不同的尺寸、材料、和构造。 [0023] 促动器129、130(其可为杆)连接到活塞124的任一侧，使得当活塞124沿第一方向移动时，促动器129沿相同方向延伸并且促动器130沿相同方向退回。相反，当活塞124沿第二方向移动时，促动器129沿第二方向退回并且促动器130沿第二方向延伸。 [0024] 现在参考图3，各开关122a-d控制唯一的井下装置132。井下装置132可以包括例如套筒式控制阀、液压封隔器，和其他井下工具。本领域技术人员将理解，可使用任何种类的液压促动井下装置。在实施方式中，液压阀134连接到促动器129或促动器130。液压阀134可响应于促动器129或促动器130的移动而被打开或关闭。当促动器129沿第一方向移动时，例如，它打开液压阀134，并且当促动器129沿相反方向移动时，它关闭液压阀134。在特定促动水平下引起的压力差提供了用于装置动作的推动力且支配移动方向。该方向可通过将差异从正值改变到负值而逆转。 [0025] 井下控制管线136、138可以通向任何种类的井下装置，各自通过井下控制管线136、138内的压力或压力差而被促动。在实施方式中，各开关122a-d控制一个液压阀134并且各液压阀134控制一个井下装置132。在实施方式中，可独立控制的井下装置132的数量等于开关122的数量。在一些实施方式中，不是使用全部开关122a-d。在一些实施方式中，多个井下装置132由单个液压阀134控制，在该情况下，多个井下装置132中的各个响应于液压阀134的打开或关闭而同时被促动。供应管线140和141可以是将液压流体供应到液压阀134的供应和返回管线。供应管线140、141可以连接到例如驱动管线108、110，或者供应管线140、141可以连接到另一个液压流体源(未示出)。 [0026] 在一些实施方式中，一个或更多个井下装置132通过棘齿机构操作。在这种“棘齿装置”中，开关122的促动且由此井下控制管线136、138仅提供井下装置132的微小移动。要求各自导致棘齿装置的部件逐步推进的一系列此种微小移动，以操作棘齿装置。在实施方式中，由开关122的各次促动导致的控制管线136、138中的各压力差可以逐步推进井下装置132。换而言之，需要多个动作以进行用户要求的移动。 [0027] 在实施方式中，传感器142连接到开关122a-d以用于确定活塞124的位置且由此开关122的位置。传感器142可以是任何类型的传感器，包括例如电、光纤、或磁性的。在实施方式中，系统可与单独(类似)的单元成对，从而给出用于作用位置的液压反馈。在实施方式中，传感器144可以连接到井下装置132。传感器144可以是任何类型的传感器，包括例如电、光纤、或磁性的。传感器144可以确定井下装置132的状态或位置。传感器144可将信号发送到计算机，诸如例如，控制器119，关于井下装置132的状态或位置，且从而控制器119或操作人员可使用该信号数据来在动作停止的要求中确定何时动作完成或为中间位置。 [0028] 开关122a-d通过压力差而操作，并且被限制为仅在特定压力带内促动。当腔127和128中的压力平衡时，活塞124被保持中立，从而保持静止。如果腔127和128中的压力一起上升或下降相同的量，则活塞124不产生动作。从而井筒控制系统100是模拟控制系统，其在实施方式中使用一对压力源来模拟方式触发动作。 [0029] 参照图4，压力带146a-d分别对应于开关122a-d。图线148和150是表示驱动管线108、110内的压力的图线，且为了说明的简单而称为压力148和150。仅当压力148、150在对应于该开关的压力带146a-d内时，各开关才处于可动作状态。例如，当驱动管线108、110内的压力148，150分别在压力带146a内时，开关122a处于可动作状态，因此仅可被促动。当压力148和150各自大于压力146a′并且小于146a″时，操作人员可形成压力148和压力150之间且从而跨过开关122a的活塞124的压力差，这导致开关122a促动。例如，在实施方式中，操作人员可以关闭控制阀118(图1)，同时保留控制阀120(图1)打开，并增大液压管线114(图1)中的压力。该状态将导致腔128中比腔127中大的压力，从而促动活塞124。分别对应于开关122b-d的压力带146b-d与压力带146a不同。因为压力148和150不在压力带146b-d内(在该情况下，压力带146b-d各自超过压力带146a)，故没有开关122b-d响应于促动开关122a的压力差。在该示例中，开关122a被称为活动装置，因为开关122a是可被促动的唯一开关。 [0030] 压力带146a-d可以是任何压力。在实施方式中，压力带146a-d不重叠，并且在一些实施方式中，一个带146的上压力146a″和下个压力带的下压力146b′之间存在间隙。例如，压力带146可以具有表1中所示的压力范围： [0031] [0032] 表1。 [0033] 在实施方式中，控制阀152、154(图3)(它可以是例如弹簧加载阀)用在直管线108′、110′和腔127、128之间。控制阀152，154可各自用于建立与特定压力带146对应的可动作状态。例如，当压力148、150达到压力带146的下端，压力146′时，此种阀打开，且如果压力变得高于压力带146的上端，压力146″或降到低于146′时，阀关闭。因此，压力148和150可同时增大，直至达到另一压力带，在增大期间，不在压力148、150经过的压力带146中促动开关122a-d，只要管线108、110中的压力差保持足够小。如图4所示，压力148和150增大，直到两者都在与开关122c对应的压力带146c内。在压力增大或斜升期间，在图4中所示的示例中，开关122a和122b不被促动，因为在压力经过压力带146a和 146b时，压力148与压力150之间没有足够的压力差。一旦压力148和150在压力带146c内，则压力148可以相对于压力150增大，从而促动开关122c。 [0034] 在各种实施方式中，开关122a-d可以通过“向上打开”或“向下打开”而被促动。如图4所示，当一个压力148、150相对于其它压力148、150增大时，促动被向上打开的开关 122a-d。现在参考图5，在该为向下打开的实施方式中，假设压力148、150在适当的压力带 146内，当一个压力148、150相对于其它压力148、150减小时，各开关122a-d可被促动。如示例性实施方式所示，井筒控制系统100作为逻辑方法不具有脉冲压力。在实施方式中，没有脉冲压力以确定促动多个井下装置中的哪个。井筒控制系统100的实施方式，从而通过模拟控制促动并且没有布尔逻辑。 [0035] 现在参考图6，在实施方式中，各开关122a-d可以被锁定到可动作状态中。当管线108、110两者的压力在对应的压力带内时，控制阀可以锁定打开并且开关可保持在可动作状态中，只要压力中的一者保持在压力带内。其他压力可以增大或减小以产生压力差，并且因此促动开关，即使该其他压力变得高于或低于该压力带的边界。在图6所示的示例中，当压力148、150达到压力带146C时，控制阀152c，154c(图3)被锁定打开。只要压力148、150中的一者保持在压力带146c内，则其他压力148、150可以变得高于压力146c″或低于压力146c′，而不解锁开关122c。因此，开关122c可通过导致压力148，150中的一者去到压力带之外的压力差促动。 [0036] 在一些实施方式中，当压力148、150被设置为“重设压力”156时，开关122a-d或控制阀152、154被重设。重设压力156可以是例如大于压力带146中的任一者的压力。备选地，重设压力156可以小于任何压力带146中的任一者。重设压力156可导致例如任何锁定的控制阀152，154解锁。在实施方式中，达到重设压力156导致任何锁定的开关122a-d解锁。 [0037] 开关122a-d可以处于活动状态，其中，活塞124a-d的位置完全取决于通过控制管线108、110提供的压力。相反地，活塞124a-d可包括使用锁销(未示出)以在选定井下装置132上的活动期间将活塞124固定在工作位置处。通过此种方法，被控制的井下装置132(图3)能够获得用于动作的任何压力，只要其它压力源被维持在该开关122指定的压力带内。这可以用于在没有在未被选定用于操作的井下装置132上的动作的情况下操作复杂装置，例如棘齿或液压马达。在操作阶段的最后，可以使用比装置中的任一者的操作值高的重设压力来释放锁销。 [0038] 在使用锁定阀技术系统的示例中，压力148、150可以设定在压力带146c中，压力带146c是用于示例开关122c的压力带。压力带146c的中心点可以是例如4000psi。开关122c可沿一个方向被促动，例如通过使压力150增大到4500psi。控制阀152、154锁定到打开位置中，以便压力148与压力150之间的差异将促动开关122c。压力150可减小到3500psi，而压力148保持在4000psi，以促动开关122c。在实施方式中，控制阀152、154保持打开，且从而开关122c保持能够响应于压力差而动作，直到控制阀152、154被重设。例如，通过使压力148，150增大到重设压力来重设控制阀152、154，。该重设压力可以为例如 10,000psi。 [0039] 在实施方式中，布尔逻辑的不存在用于从尽可能少的两个驱动管线108、110控制多个井下装置。在实施方式中，当驱动管线108、110中的压力相同时，不通过任何开关122执行任何动作。当驱动管线108、110内的压力分散时，分散开始处的压力点是开关且从而是将被被促动的井下装置的标识。 [0040] 参考图7，在一些实施方式中，控制模块可包括位于井筒内的不同位置的构件。例如，驱动管线162、164可延伸到各井下装置166a-d。开关168a-d可以位于各井下装置166a-d的外壳内或者接近各井下装置166a-d。在实施方式中，开关168a-d可以沿着管道 169间隔开并且连接到各井下装置166a-d。开关168a-d可安装在各井下装置166a-d上、附近或与其间隔开地安装。操作人员可操作控制器170以控制液压源172，从而控制驱动管线162、164内的压力。 [0041] 与本文所述的其他实施方式一样，各开关168a-d可以响应于压力差，只要驱动管线162、164的压力各自在与相应开关168a-d对应的压力带内。在实施方式中，开关168a-d中的一个或更多个可被锁定到可动作状态，当例如驱动管线162、164的压力在适当的压力带内并且特定开关168a-d被促动时。一旦锁定到可动作状态，特定开关168a-d可以通过压力差而被促动，即使驱动管线162、164中的一者中的压力在适当的压力带之外。在实施方式中，一旦锁定到可动作状态，即使驱动管线162、164二者的压力在适当的压力带之外，开关168a-d也可被促动。在实施方式中，驱动管线162、164的压力可增大到重设压力，该重设压力解锁所有锁定的开关168a-d。 [0042] 虽然本发明仅以某些形式被示出或描述，但本领域技术人员应当理解的是，其并不限于此，而是能够在不脱离本发明的范围的情况下具有各种变化。 |
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