CN111133169B - 具有下行链路激活的内部和外部井下结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于在钻孔中执行井下操作的***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。

Description

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本文公开了用于在钻孔中执行井下操作的***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发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明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***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***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***的示意图；

图4B为图4A的***的示意图，其示出了***的操作的第一步骤；

图4C为图4A的***的示意图，其示出了***的操作的第二步骤；

图4D为图4A的***的示意图，其示出了***的操作的第三步骤；

图5A为根据本公开的实施方案的***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***的示意图。如图所示，该***为钻井***10，该钻井***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***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BHA 90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***。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***还可包括定位在钻柱20和/或BHA 90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***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***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，以用于估计或确定在碎裂工具50附近或前方或在其他合适位置处的地层电阻率。可适当地放置测斜仪74和伽马射线设备76，以用于分别确定BHA的倾斜度和地层伽马射线强度。可使用任何合适的测斜仪和伽马射线设备。另外，可利用诸如磁力仪或陀螺仪设备的方位角设备(未示出)来确定钻柱方位角。此类设备是在本领域已知的，因此在本文不再详细描述。在上述示例性构造中，泥浆马达55经由中空轴向碎裂工具50传递动力，该中空轴还使钻井液能够从泥浆马达55传递到碎裂工具50。在钻柱20的另选的实施方案中，泥浆马达55可联接在地层电阻率工具64下方或联接在任何其他合适的地方。

仍然参考图1，可将其他随钻测井(LWD)设备(在本文一般由数字77表示)诸如用于测量地层孔隙率、渗透率、密度、岩石性质、流体性质等的设备放置在钻井组件90中的合适位置处，以用于提供对于评估沿着钻孔26的地下地层有用的信息。此类设备可包括但不限于温度测量工具、压力测量工具、钻孔直径测量工具(例如，卡尺)、声学工具、核工具、核磁共振工具以及地层测试和采样工具。

上述设备将数据发射到井下遥测***72，该井下遥测***继而将所接收的数据沿井孔向上发射到地面控制单元40。井下遥测***72还从地面控制单元40(其包括发射器)接收信号和数据，并将此类所接收的信号和数据发射到适当的井下设备。在一个方面，可使用泥浆脉冲遥测***在钻井操作期间在井下传感器70和设备和地面装备之间传送数据。放置在泥浆供应管线38中的换能器43响应于井下遥测***72所发射的数据来检测泥浆脉冲。换能器43响应于泥浆压力变化而生成电信号，并将此类信号经由导体45发射到地面控制单元40。在其他方面，可使用任何其他合适的遥测***用于在地面与BHA 90之间进行双向数据通信(例如，下行链路和上行链路)，这些遥测***包括但不限于声学遥测***、电磁遥测***、光学遥测***、有线管遥测***，其可在钻柱或井筒中利用无线耦合器或中继器。可通过连接钻管段来构成有线管，其中每个管段都包括沿着管延伸的数据通信链路。管段之间的数据连接可通过任何合适的方法进行，这些方法包括但不限于硬电连接或光连接、感应连接、电容连接、共振耦合连接或定向耦合连接方法。在使用连续油管作为钻管22的情况下，数据通信链路可沿着连续油管延伸的侧面。

到目前为止所描述的钻井***涉及那些利用钻杆将钻井组件90输送到钻孔26中的钻井***，其中通常通过控制绞车的操作来从地面控制钻压。然而，大量当前钻井***，特别是用于钻探高度偏斜井筒和水平井筒的钻井***，都利用连续油管来将钻井组件输送到井下。在此类应用中，有时在钻柱中部署推进器来在钻头上提供期望的力。另外，当利用了连续油管时，并不通过旋转台旋转油管，而是通过合适的注入器将油管注入井筒中，同时井下马达诸如泥浆马达55使碎裂工具50旋转。对于海上钻井，使用海上钻机或船只来支撑钻井装备，包括钻柱。

仍然参考图1，可提供地层电阻率工具64，该地层电阻率工具包括例如多个天线，该多个天线包括例如发射器66a或66b和/或接收器68a或68b。电阻率可以是在作出钻井决定时感兴趣的一种地层性质。本领域技术人员将理解，可采用其他地层性质工具与地层电阻率工具64一起使用或取代地层电阻率工具。

尾管钻井可以是用于提供碎裂设备的一种构造或操作，因为与常规钻井相比具有若干优点，因此在油气工业中变得越来越有吸引力。在标题为“Apparatus and Method forDrilling a Wellbore,Setting a Liner and Cementing the Wellbore During aSingle Trip(用于在单程期间钻出井筒、设置尾管并固结井筒的装置和方法)”的共同拥有的美国专利9,004,195中示出和描述了这种构造的一个示例，该专利全文以引用方式并入本文。重要的是，尽管钻进速率相对较低，但由于尾管在钻探井筒的同时下钻，因此减少了将尾管对准目标的时间。这在膨胀的地层中可能是有益的，在这种地层中，钻井的收缩会阻碍尾管的安装。此外，在耗尽且不稳定的油层中使用尾管进行钻探，可最大程度地降低因钻孔塌陷而卡住管或钻柱的风险。

尽管图1是相对于钻井操作示出和描述的，但本领域技术人员将理解，尽管具有不同的部件，但类似的构造可用于执行不同的井下操作。例如，如本领域已知的，可使用电缆、连续油管和/或其他构造。此外，可采用生产构造用于从地层提取材料和/或向地层中注入材料。因此，本公开不限于钻井操作，而是可用于任何适当或期望的一个或多个井下操作。

现在转向图2，示出了示例性***200的示意性线图，该示例性***包括设置在外部结构250中的内部结构210。在该实施方案中，内部结构210为内部管柱，其包括井底钻具组合，如下所述。此外，如图所示，外部结构250为套管或外部管柱。内部结构210包括在外部结构250内并且相对于外部结构可移动的各种工具。根据本公开的实施方案，内部结构210和外部结构250可通过地面装备一起移动或彼此独立地移动。如本文所述，内部结构210的各种工具可作用在外部结构250的各部分上和/或与外部结构的各部分一起作用来执行某些井下操作。此外，内部结构210的各种工具可延伸超过外部结构250以执行其他井下操作，诸如钻井。

在该实施方案中，内部结构210适于穿过外部结构250并在多个间隔开的位置(在本文也称为“着陆部”或“着陆位置”)处连接到外部结构250的内侧250a。外部结构250的所示实施方案包括三个着陆部，即下部着陆部252、中间着陆部254和上部着陆部256。内部结构210包括钻井组件或碎裂组件220(也称为“井底钻具组合”)，该钻井组件或碎裂组件连接到管状构件201(诸如连接管的管柱或连续油管)的底端。钻井组件220在其底端处包括第一碎裂设备202(在本文也称为“导向钻头”)，该第一碎裂设备用于钻出第一尺寸的钻孔292a(在本文也称为“导向孔”)。钻井组件220还包括转向设备204，在一些实施方案中，该转向设备可包括多个力施加构件205，该多个力施加构件被配置为从钻井组件220延伸以在由导向钻头202钻出的导向孔292a的壁292a'上施加力，从而使导向钻头202沿着所选择的方向转向，以钻出偏斜导向孔。钻井组件220还可包括钻井马达208(也称为“泥浆马达”)，该钻井马达被配置为当流体207在压力下被供应到内部结构210时使导向钻头202旋转。

在图2的构造中，钻井组件220还被示出为包括管下扩眼器212，该管下扩眼器可根据需要从钻井组件220的主体延伸和向其回缩以扩大导向孔292a从而使井筒292b形成为至少达到外部管柱的尺寸。在各种实施方案中，例如如图所示，钻井组件220包括多个传感器(统称为数字209)，该多个传感器用于提供与多个井下参数有关的信号，该多个井下参数包括但不限于地层295的各种性质或特征和与***200的操作有关的参数。钻井组件220还包括控制电路(也称为“控制器”)224，该控制电路可包括：电路225，该电路用于调节来自各种传感器209的信号；处理器226，诸如微处理器；数据存储设备227，诸如固态存储器；以及程序228，这些程序是处理器226可访问的，以用于执行程序228中包含的指令。控制器224经由合适的遥测设备229a与地面控制器(未示出)通信，该遥测设备在内部结构210与地面控制器之间提供双向通信。遥测单元229a可利用任何合适的数据通信技术，包括但不限于泥浆脉冲遥测、声学遥测、电磁遥测和有线管。内部结构210中的发电单元229b向内部结构210中的各种部件提供电力，这些部件包括传感器209和钻井组件220中的其他部件。钻井组件220还可包括第二发电设备223，该第二发电设备能够提供电力，而不管是否存在使用钻井液207(例如，下面描述的第三发电设备240b)生成的电力。

在各种实施方案中，诸如所示的实施方案中，内部结构210还可包括密封设备230(也称为“密封短节”)，该密封设备可包括密封元件232(诸如可伸缩式封隔器)，该密封元件被配置为当密封元件232被激活为处于展开状态时，在内部结构210和外部结构250之间提供流动屏障或流体密封。另外，内部结构210可包括尾管驱动短节236，该尾管驱动短节包括附接设备236a,236b(例如，闩锁元件、锚固件、卡瓦等)，这些附接设备可以可移除地连接到外部结构250中的着陆位置中的任一个。附接设备236a,236b在本文也被称为“外部接合元件”。内部结构210还可包括悬挂器激活设备或短节238，该悬挂器激活设备或短节包括激活工具、具有密封构件238a,238b、被配置为激活外部结构250中的可旋转悬挂器270。内部结构210可包括：第三发电设备240b诸如涡轮驱动的设备，该第三发电设备由流过内部管柱210的流体207操作，被配置为生成电力；以及第二双向遥测设备240a，该第二双向遥测设备包括发射器，利用了任何合适的通信技术，包括但不限于泥浆脉冲遥测、声学遥测、电磁遥测和有线管遥测。内部结构210还可包括第四发电设备241，而不管是否存在使用了钻井液207的发电源诸如电池。内部结构210还可包括短钻杆244和突发短节246。

仍然参考图2，外部结构250包括尾管280，该尾管在其下端处可容纳或包含第二碎裂设备251(例如，在本文也称为扩眼钻头)。扩眼钻头251被配置为扩大由导向钻头202形成的孔292a的残余部分。在各方面，将内部管柱附接在下部着陆部252处使得内部结构210能够钻出导向孔292a，并且管下扩眼器212能够将该导向孔扩大到尺寸至少与外部结构250一样大的钻孔292。将内部结构210附接在中间着陆部254处使得扩眼钻头251能够扩大孔292a的未被管下扩眼器212扩大的段(在本文也称为“残余孔”或“剩余导向孔”)。将内部结构210附接在上部着陆部256处，使得能够对尾管280与地层295之间的环带287进行固井而无需将内部结构210拉到地面，即，在***200在井下的单程中。下部着陆部252包括用于附接到尾管驱动短节236的附接设备236a和236b的内花键252a和夹头沟槽252b。类似地，中间着陆部254包括内花键254a和夹头沟槽254b，并且上部着陆部256包括内花键256a和夹头沟槽256b。出于本公开的目的，可利用用于将内部结构210连接到外部结构250的任何其他合适的附接机构和/或闩锁机构。

外部结构250还可包括邻近于其下端253而被置于外部结构250的内部250a的流量控制设备262，诸如防回流组件或设备。在图2中，流量控制设备262处于停用或打开位置。在此位置，流量控制设备262允许在井筒292与外部结构250的内部250a之间的流体连通。在一些实施方案中，当导向钻头202在外部结构250的内部收回时，可激活(即，关闭)流量控制设备262，以防止从井筒292到外部结构250的内部250a的流体连通。当导向钻头202延伸到外部结构250之外时，停用(即，打开)流量控制设备262。在一个方面，力施加构件205或另一合适的设备可被配置为激活流量控制设备262。

还可提供反向流量控制设备266，诸如反向挡板或其他防回流结构，以防止从外部结构250的内部到反向流量控制设备266下方的位置的流体连通。外部结构250还包括悬挂器270，该悬挂器可由悬挂器激活短节238激活以将外部结构250锚固到主套管290。在用***200钻出井筒292之前，将主套管290部署在井筒292中。在一个方面，外部结构250包括密封设备285，用于在外部结构250和主套管290之间提供密封。外部结构250还在其上端处包括接收器284，该接收器可包括具有内花键282a和夹头沟槽282b的保护套筒281。还可提供碎屑屏障283以防止由导向钻头202、管下扩眼器212和/或扩眼钻头251形成的切屑进入内部结构210和外部结构250之间的空间或环带。

为了钻出井筒292，将内部结构210置于外部结构250内部，并且通过激活如图所示的尾管驱动短节236的附接设备236a,236b来在下部着落部252处将该内部结构附接到外部结构250。当被激活时，该尾管驱动短节236将附接设备236a连接到内花键252a并且将附接设备236b连接到下部着落部252中的夹头沟槽252b。在该构造中，导向钻头202和管下扩眼器212延伸超过扩眼钻头251。在操作中，钻井液207为钻井马达208提供动力，该钻井马达使导向钻头202旋转以使其钻出导向孔292a，而管下扩眼器212将导向孔292a扩大到井筒292的直径。除了通过马达208使导向钻头202和管下扩眼器212旋转外，还可通过使钻头***200旋转来使导向钻头和管下扩眼器旋转。

一般来讲，利用***200执行三种不同的构造和/或操作：钻井、扩眼和固井。在钻井位置，井底钻具组合(BHA)完全伸出尾管，以实现完整的测量和转向能力(例如，如图2所示)。在扩眼位置，仅第一碎裂设备(例如，导向钻头202)在尾管之外以减少井崩塌时管或钻柱卡住的风险，并且BHA的其余部分容纳在外部结构250内。在固井位置，BHA被配置在外部结构250内部，与第二碎裂设备(例如，扩眼钻头251)相距一定距离，以确保适当的浮鞋套管串。

当执行井下操作时，使用诸如以上在图1至图2中所示出和所描述的***，这对监视井下正在发生的事情是有利的。一些此类解决方案包括有线管(WP)，其中使用一个或多个传感器和/或设备执行监视，并经由特殊的钻管(例如“长电缆”)来传输所收集的数据。已采用另一种解决方案，即经由泥浆脉冲遥测(MPT)进行通信，其中使用钻井液作为通信通道。在此类实施方案中，在井下生成压力脉冲(编码)，并且压力换能器将压力脉冲转换成电信号(编码)。与有线管相比，泥浆脉冲遥测速度非常慢(例如，慢了一千倍)。一个特定的信息片段为位置。当期望在沿着井筒的非常特定的点处执行井下操作时尤其如此，该井下操作诸如但不限于封隔器部署、扩眼、管下扩眼、将内部管柱附接或连接到外部管柱、和/或伸展稳定器、锚固件、刀片、卡瓦或悬挂器等。

本公开的实施方案涉及用于尾管钻井应用或一个结构在另一结构内的其他应用(例如，钢丝绳应用)的下行链路激活的坐封工具，其中一个结构和另一个结构可通过地面装备一起移动(例如，作为单个运动共同移动)或彼此独立地移动(例如，一个移动，而另一个静止)。在尾管钻井应用的情况下，尾管和相关的完井装备在钻井操作期间被带到井下(例如，如图2的布置所示)。在钢丝绳应用或其他类似应用的情况下，可将钢丝绳工具或其他内部结构***外部结构中并通过外部结构输送到要执行井下操作的位置。

在一个非限制性示例中，内部结构具有悬挂器激活短节，该悬挂器激活短节为钻柱部件并且连接到井底钻具组合总线***以进行供电和通信。在该示例中，一旦尾管钻井***到达钻孔内的目标深度，悬挂器激活短节则被定位为靠近尾管悬挂器和/或定位在尾管悬挂器处。悬挂器激活短节(其包括激活工具，其可为内部结构的一部分)包含至少一个封隔元件(在本文也称为“内部接合元件”)，该至少一个封隔元件通过在尾管悬挂器中的交互设备中的至少一个激活端口，在形成在内部结构与外部结构之间的环带内部以及在感测元件处产生腔。为进行操作，执行泥浆循环并打开阀以将来自悬挂器激活短节的中心流动路径(也称为“内孔”)的压差传递到环带，并且因而传递到尾管悬挂器中的交互设备的感测元件诸如压力感测元件(例如，压力传感器或激活活塞)上。一旦坐封了悬挂器，则可对至少一个封隔元件(在一些实施方案中，两个封隔元件)减压，并且将钻柱(内部结构)从尾管(外部结构)释放。作为非限制性示例，阀的操作可由另选的压力传递设备执行，诸如机械地驱动、液压地驱动和/或电驱动的活塞或心轴阀。在钻孔内无泥浆流的情况下，内部结构内部的泵送设备可提供压差以便激活交互设备。

现在转向图3，示出了根据本公开的实施方案的***300的示意图。在该实施方案中，与上述实施方案类似，内部结构310适于穿过由地面装备驱动的外部结构350并在多个间隔开的位置(在本文中也称为“着陆部”或“着陆位置”)处连接到外部结构350的内部350a。外部结构350的所示实施方案包括三个着陆部，即下部着陆部352、中间着陆部354和上部着陆部356。在又一个实施方案中，可存在一个、两个、三个或更多个着陆部。内部结构310包括位于其下端上的钻井组件320，与上文所示出和所描述的类似。

如上面所指出的，内部结构310可与外部结构350相互作用，诸如通过内部井下工具358(诸如悬挂器激活短节，其为内部结构310的一部分)与外部结构350的一部分(诸如悬挂器370)之间的接合来相互作用。在一些实施方案中，如所指出的，内部井下工具358为能够下行延伸的悬挂器激活短节，其可延伸和/或与外部结构350的一部分相互作用。尽管在本文相对于(内部结构的)悬挂器激活短节与(外部结构的)悬挂器之间的接合进行了示出和描述，但本领域的技术人员将会理解，任何类型的井下操作和/或工具布置都可采用本公开的实施方案。

现在转向图4A至图4D，示出了根据本公开的非限制性实施方案的操作的示意图。图4A至图4D表示悬挂器激活短节的操作序列，该悬挂器激活短节包括在交互设备404上进行操作的激活工具402。激活工具402为内部结构406的一部分，该内部结构可在包括交互设备404的外部结构408内移动并通过外部结构。可操作内部结构406的一个或多个部分(包括激活工具402)以使其作用于外部结构408的一部分(诸如，外部结构408的内表面408a和/或交互设备404)、与其接合或以其他方式与其相互作用。

可通过机械交互、电交互、声学交互和/或光学交互来促进激活工具402与外部结构408中的交互设备404的相互作用。激活工具402包括内部接合元件。内部接合元件包括可延展元件、电元件、声学元件和/或光学元件中的至少一个。一个或多个可延展元件可以是封隔器、通气管、活塞、夹持器、刀片、杆和/或肋。电元件、声学元件和/或光学元件可以分别是电发射器、声学发射器和/或光学信号发射器。在交互设备404的机械激活的情况下，可在交互设备404内布置能够检测机械运动的传感器。可通过按钮型传感器或复杂度变化的其他类型的传感器(诸如负载传感器(例如，压力传感器、扭矩传感器、弯曲负载传感器等))来检测机械激活。在交互设备404的电激活、声学激活和/或光学激活的情况下，电传感器(例如，电容传感器、电感传感器、流电传感器等)、声学传感器(例如，压电传感器、音叉等)和/或光学传感器(例如，二极管等)可被结合到交互设备404中。

如图所示，内部结构406和外部结构408通过主套管410进行输送，该主套管设置在形成于地层414中的钻孔412内。在一些实施方案中，内部结构406和外部结构408中的一者或两者可包括钻头或其他工具，诸如图2至图3所示。在内部结构406的外部与外部结构408的内表面408a之间形成工具环带416。可能有利的是使外部结构408相对于主套管410固定。然而，在其他时间，外部结构408需要可相对于主套管410移动。这样，接合机构或固定机构必须能够仅在需要时才被致动，例如在特定位置处。因此，***400包括作为内部结构406的一部分的激活工具402，该激活工具可在外部结构408的交互设备404上进行操作。

在该实施方案中，激活工具402包括第一内部接合元件418和第二内部接合元件420。交互设备404包括一个或多个外部接合元件422。如图4A所示，激活工具402定位在交互设备404处，其中内部接合元件418,420定位在交互设备404的感测元件的激活端口的上方和下方，以实现工具环带416的一部分的隔离。一般来讲，一个或多个内部接合元件418,420被配置为围绕交互设备202的感测元件的激活端口隔离工具环带的一部分。激活工具402可包括电子器件和/或可操作地连接到电子器件模块，该电子器件模块可沿着通信线路发送/接收通信，并且因此可与地面装备(例如，图1中的控制单元40)进行通信。

尽管图4A的实施方案示出了(并且描述了)双封隔器布置以隔离形成在内部结构与外部结构之间的环形部分，但在不脱离本公开的范围的情况下，可采用各种其他形状的部分和/或流动屏障。例如，在非限制性实施方案中，在内部结构的激活工具中的阀与外部结构中的交互设备的流端口之间建立局部的流动屏障就足够了。此流动屏障可能并不跨越整个环带，而是可被实现为仅采用内部结构与外部结构之间的环带的一部分，诸如内部结构的激活工具中的阀的位置与外部结构的交互设备的激活工具的部分之间的通道形连接件(例如，圆柱体)。此通道形连接件可穿过环带延伸。

在操作中，激活工具402可通过下行链路接收指令。这些指令可用于执行交互操作，诸如伸展外部接合元件422以将外部结构408可操作地连接到主套管410。在接收到指令时，可操作内部接合元件418,420以隔离工具环带的一部分以形成隔离的环带或腔416a。内部接合元件418,420可以是封隔器型元件，这些封隔器型元件是可伸缩式的，使得内部接合元件418,420的一部分可与外部结构408的内表面408a接合并形成隔离的环带或腔416a。在一个非限制性示例中，压缩或挤压内部接合元件418,420以使其向外伸展成与内部表面408a接合。在内部接合元件418,420与内表面408a之间在交互设备404处的这种接合在图4B中例示性地示出，其中隔离的环带或腔416a在交互设备404处限定在激活工具402和内表面408a之间。

如图4C所示，隔离的环带或腔416a填充有钻孔流体。在该实施方案中，通过传递通过激活工具402的阀供应的流体(诸如但不限于泥浆、水、地层或生产流体等)，通过使用内部结构的内孔内部的较高压力来对隔离的环带或腔416a加压。加压的环带或腔416b内的泥浆在交互设备404处生成压差，并且一个或多个外部接合元件422将致动。在交互设备404处出现压差。例如，激活工具402中的阀允许流体从内孔流入隔离的环带或腔中。然后在交互设备404处存在压差。交互设备404的面向内部环带的侧经受与交互设备404的面向外部环带的侧的不同的压力。在这种情况下，一个或多个可延展元件(也称为外部接合元件422)将从外部结构408的交互设备404向外延伸并与主套管410接合，如图4C所示。作为非限制性示例，外部接合元件可以是卡瓦、锚固件、活塞、刀片、肋、钳子和/或夹持器中的至少一个。在一些实施方案中，外部结构可包括电源诸如电池或另选的电池存储设备，其中如果需要的话，此电源被布置为向外部接合元件提供能量。

在本公开的一些实施方案中，外部接合元件中的一个或多个可被布置成与外部结构(诸如钻孔地层、水泥体积等)相互作用。在此类实施方案中，相互作用可以是地层评估(FE)测量和/或水泥胶结测量中的至少一项。此类实施方案的一个或多个外部接合元件可包括测量传感器，这些测量传感器例如包括温度传感器、压力传感器、电阻率传感器、伽马辐射传感器、核传感器、核磁共振传感器和/或地层采样传感器中的至少一个。所获取的数据可被存储在外部结构中的非易失性存储器中，以用于以后的检索和/或处理。

一旦一个或多个外部接合元件422被激活或致动，则可操作激活工具402以关闭阀和/或可操作以使内部接合元件418,420与内表面408a脱离，从而允许泥浆分散在工具环带416内。如图4D所示，工具环带416再次形成为不存在任何中断或隔离段，并且是沿着内部结构406和外部结构408的长度连续的。在该操作之后，内部结构406可相对于外部结构408移动。此外，上述操作可在第二位置处再次执行，其中激活工具402在沿着外部结构408的长度的不同位置处与和交互设备404类似的第二交互设备相互作用。

根据本公开的实施方案，提供了激活工具的下行链路电子激活以启用和执行井下操作，其中激活工具与交互设备相互作用和/或在交互设备上进行操作。例如，可使用电子激活通过下行链路发起尾管坐封操作，并且位于外部结构(例如，外部钻柱、尾管等)内的激活工具(例如，内部钻柱、钢丝绳工具的一部分)可致动或操作以使外部结构进行操作或动作，从而与尾管接合并坐封。激活工具响应于从地面控制器通过下行链路发送的电子指令来执行井下操作。有利的是，本公开的实施方案将传统的落球操作替换为更快的下行链路通信，因此可在井下获得改善的操作时间和/或执行可重复的操作。

使用激活工具(例如，内部钻柱、钢丝绳工具等)作用于交互设备(例如，外部钻柱、尾管、套管等的一部分)来实现通过下行链路电子地发起的井下操作。根据非限制性实施方案，对内部结构的激活工具或其一部分进行下行链路激活以操作并执行第一动作，该第一动作引起第二动作，该第二动作由内部结构在其中的外部结构中的交互设备执行。

在一个非限制性示例中，发射器可从地面发射下行指令，以执行尾管坐封操作。在这种情况下，由内部结构接收下行链路，该内部结构具有阀段，该阀段包括阀，该阀定位在一个或多个任选的内部接合元件之间或附近。阀段可被布置成响应于下行链路可控制。内部接合元件可密封一定体积(例如，内部结构与外部结构之间的环带)。操作该阀(响应于下行链路指令)以通过传递流体来增加内部接合元件附近的压力，从而执行井下操作。在各种实施方案中，阀可控制例如液压流体或钻井泥浆。激活工具与交互设备之间的更改的压力(诸如增加的或降低的压力)用于操作交互设备上/交互设备的一个或多个特征(例如，尾管悬挂器元件、附接设备、卡瓦等)。

如本领域的技术人员将理解的，本公开的实施方案可用于执行任何井下工具激活操作，并且本公开不限于封隔器/悬挂器布置。本公开的实施方案涉及在外部结构或交互设备之外或外部发生的操作，诸如通过如本文所述的尾管悬挂器短节进行的操作。此外，实施方案可用于使用内部结构的单个激活工具在沿着外部结构的多个位置中执行一个或多个激活操作。

如在本文并且相对于以下一个非限制性实施方案所述，提供了用于对井下装备进行下行链路激活以执行井下操作的装置和方法。一般来讲，实施方案涉及将内部结构的激活工具定位在外部结构的交互设备的激活端口的内部或附近，该激活设备将通过激活工具的操作来激活。在一个示例中，压缩两个内部接合元件(例如，封隔元件)会在内部结构与外部结构之间(诸如在激活工具与交互设备之间)产生隔离的环带或腔。操作内部结构的阀以实现在交互设备的内径与交互设备的外部部件之间的连接(例如，液压连接)。液压连接实现外部部件的操作。例如，通过允许流体流过阀，在环带或腔内生成压差。然后，压差将液压地激活交互设备的部件或元件，使得可在交互设备的外部执行操作。

在各种实施方案中，如本文所述，在激活交互设备和/或与交互设备相互作用之前的井下操作期间，可通过将内部结构周围的环带或与内部结构相关联的任何其他几何类型的腔用油填充并将其用橡胶膜、活塞、波纹管或朝向内部结构和外部结构之间的环带或腔的任何其他类型的柔性屏障密封来保护激活工具的阀免受碎屑和其他污染的影响。此外，在一些实施方案中，在内部结构与外部结构之间的环带或腔内生成的用于操作交互设备的压差可通过脉冲阀的操作来补充，该脉冲阀可作为可调扼流圈用来调整环带或腔内的压差。另外，在固井操作期间，任选的封隔元件可用作环带或腔的压力密封。此外，可通过使内部结构相对于外部结构移动来实现本公开的布置的停用诸如流动屏障的停用，并且因此可实现容易的脱离或停用。另选地，可通过再次使用压差变化来实现停用。

现在转向图5A至图5B，示出了根据本公开的实施方案的***500的内部结构502和外部结构504的示例性图示。图5A示出了内部结构502的各种特征和部件并且图5B示出了外部结构504内的内部结构502的一部分，该部分全部在外部特征或结构505(例如，地层、钻孔、主套管、另一尾管等)内延伸。如图5B所示，内部结构502可在外部结构504内延伸，并且在各种布置中，内部结构502可在外部结构504内并且相对于外部结构移动。

内部结构502具有控制段506、阀段508和激活段510。井底钻具组合512的一个或多个部件或其他一个或多个井下部件可在段506,508,510的下方。尽管示出为三个单独的段，但本领域的技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，各种另选的布置是可能的。例如，控制段506、阀段508和/或激活段510中的一个或多个可整体地形成为单个结构，或者各种功能可在不同位置处并入内部结构502的其他部分中。如图所示，激活段510包括激活工具514，该激活工具定位在第一内部接合元件516与第二内部接合元件518之间。

如图5B所示，内部结构502定位在外部结构504内。此外，外部结构504设置在外部特征505内，该外部特征被示出为主套管。尽管被示出并描述为套管，但本领域的技术人员将会理解，外部结构504可进入并穿过各种其他结构/特征，诸如钻孔或井筒、管状件、另一尾管等。外部结构504包括交互设备520，该交互设备为外部结构504的一部分和/或定位在外部结构之外或外部。当如图5B所示布置时，在内部结构502与外部结构504之间形成内部环带522。内环带522与图4A至图4D的工具环带416类似。在外部结构504与外部特征505之间形成外部环带524。

在操作中，可将下行链路命令传输或传送到内部结构502的控制段506。下行链路指令/命令的传输可通过泥浆脉冲遥测、电磁遥测、声学遥测、有线管通信或本领域已知的其他下行链路/井下传输技术来进行。然后，控制段506将控制阀段508和/或激活段510以执行特定操作。在一些实施方案中，控制段506的控制可包括控制阀段508以作用于激活段510。在一个非限制性示例中，控制段506控制激活段510，使得内部接合元件516,518从内部结构502延伸成与外部结构504的内表面接合，从而隔离了激活工具514。激活工具514可包括一个或多个端口，并且可与阀段508流体连通。当通过内部接合元件516,518隔离内部环带522的围绕激活工具514的部分时，阀段508可控制流入内部环带522的流体流(例如，液压流体、泥浆等)。随着流体进入或离开内部环带522，内部环带522内的流体压力和/或压差改变，例如，压力增加或减小。

随着内部环带522内的压差增加，可将液压力施加到外部结构504，特别是交互设备520(或交互设备的一部分)。也就是说，通过操作激活工具514，可激活或操作交互设备520以执行井下操作。在一个非限制性示例中，交互设备520可包括卡瓦或其他类型的伸展构件，这些伸展构件可由于压差而伸展并且因此从外部结构504(并且特别是交互设备520)延伸成与外部特征505接合。

根据一个非限制性实施方案，激活段510的一个功能是分离或阻塞内部环带522的上部区域(在激活段510上方)和下部区域(在激活段510下方)之间的液压路径。由于存在两个内部接合元件516,518，因此可以隔离内部环带522的某个段并且使得激活段510(或激活工具514)能够通过在预定义位置处通过激活工具514和/或交互设备520断开短路来将中心孔压力或流体与内部环带522和/或外部环带524压力电平或流体直接连接。该功能还可在其中内部结构502从外部结构504伸出的区域中采用(例如，如图2至图3所示)，并且可相对于钻孔壁密封或隔离该区域。

如上面所指出的，内部结构可分为三个主要段。控制段506、阀段508和激活段510。控制段506容纳电子器件，并且任选地容纳包括液压流体补偿贮存器的液压流体。阀段508由若干凹坑和/或元件组成，在一些构造中包括泥浆阀。激活段510在阀段508的下端处，示出为具有两个内部接合元件(例如，橡胶封隔元件)，这两个内部接合元件负责密封内部结构502与外部结构504之间的内部环带522，如本文所述。

控制段506控制阀段508和激活段510和/或其子部件的激活和停用。控制段506是内部结构502的动力段，并且可由一个或多个动力机构提供动力。例如，在一些构造中，控制段506由来自电池或由涡轮提供动力的泥浆流驱动的交流发电机的电力驱动，如本领域技术人员将理解的。可通过电动马达将电力转换成液压动力，该电动马达驱动控制段506内(或定位在内部结构502的另一段内)的泵。此外，可采用电力来为内部结构502的一个或多个段的电子器件、测量设备和/或控制阀供电。

激活段510，并且特别是内部接合元件516,518，被配置为能够密封内部结构502与外部结构504之间的内部环带522。激活段510的内部接合元件516,518可分别地或同时地被激活和停用。在本公开的一些构造中，内部接合元件516,518可由相应的活塞操作。可通过相关联的激活线来单独地控制这些活塞，如下所述。因此，如果仅激活了(例如，压缩)接合元件516,518中的一个，则可针对泥浆流形成简单屏障，或者如果同时激活了(例如，压缩)这两个内部接合元件516,518，则可在内部结构502与外部结构504之间形成隔离区域。在一些非限制性实施方案中，内部接合元件可以是可通过液压或气动方式膨胀的封隔器(膨胀式封隔器)，也可以是机械激活的封隔器(机械封隔器)。

图6A至图6C是根据本公开的激活段610的示意图。更具体地，图6A至图6C示出了根据本公开的实施方案的激活段610的激活工具614的内部接合元件616,618的操作和/或激活，该激活段为内部结构602的一部分。在该实施方案中，两个内部接合元件616,618被激活，其中图6A至图6C示出了激活序列。图6A示出了处于停用位置的内部接合元件616,618并且图6B至图6C示出了处于激活位置的内部接合元件616,618。内部结构602及其激活工具614可设置在外部结构内并且可在其内移动，诸如上文所示和所述。如上所述，激活工具614可与外部结构接合以形成隔离的环带或腔。为实现这一点，图6A至图6C的激活工具614包括内部接合元件616,618。在该实施方案中，通过具有第一活塞626和第二活塞628的活塞组件624的操作来执行内部接合元件616,618的伸展以及因此接合。

由通过相应的第一流体管线630和第二流体管线632供应的流体压力致动活塞626,628。流体管线630,632将诸如液压流体源的流体源(未示出)与形成在相应活塞626,628与中间止挡元件634之间的腔流体连接。如图所示，中间止挡元件634为固定到内部结构602的环，并且活塞626,628可相对于内部结构602移动。第一流体管线630将流体提供到第一激活腔室636中，该第一激活腔室接收流体以液压地致动第一活塞626，使其远离中间止挡元件634并朝向第一内部接合元件616。类似地，第二流体管线632将流体提供到第二激活腔室638中，该第二激活腔室接收流体以液压地致动第二活塞628，使其远离中间止挡元件634并朝向第二内部接合元件618。第一内部接合元件616可在第一活塞626与上部止挡元件640之间压缩。类似地，第二内部接合元件618可在第二活塞628与下部止挡元件642之间压缩。当流体进入第一激活腔室636时，流体作用在第一活塞626上并且在图6A中向左推动第一活塞626。当流体进入第二激活腔室638时，流体作用在第二活塞628上并且在图6A中向右推动第二活塞628。

因此，在一些实施方案中，在激活操作期间，第一活塞626向左移动(例如，井上)，并且第二活塞628向右移动(例如，井下)。在本布置中，当在两个内部接合元件616,618之间施加外部压力时，实现了自增强。然而，在一些实施方案中，如果在其中来自外部的压力高于内部接合元件616,618之间的压力的任何其他应用中压力情况不同，则这可能会发生变化。

如所指出的，中间止挡元件634定位在活塞626,628之间，该中间止挡元件固定到内部结构602。中间止挡元件634用作密封保持器，以分隔这两个激活腔室636,638并且确保活塞626,628的所限定的端部位置。中间止挡元件634防止在内部接合元件616,618的停用操作期间活塞626,628的不平衡。这是因为一个活塞626,628可保持至少部分地被激活，而相应的另一个活塞626,628移回停用位置。此外，激活的活塞626,628的端部位置由相应的上部止挡元件640和下部止挡元件642限定，如果需要，可对它们进行调整。上部止挡元件640和下部止挡元件642可防止当内部接合元件616,618被压缩时，内部接合元件616,618的过度应变，如图6B至图6C所示。

如图6B示例性所示，示意性地示出了激活操作。流体沿着第一激活流体管线630输送到第一激活腔室636中。类似地，流体沿着第二激活流体管线632输送到第二激活腔室638中。可如上所述从内部结构602的控制段供应流体。可响应于控制段从地面控制器或控制单元所接收的下行链路指令来供应流体。

随着第一激活腔室636和第二激活腔室638中的流体压力和/或体积的增加，第一活塞626和第二活塞628被推动离开中间止挡元件634。第一活塞626被向左推动并且在第一内部接合元件616上施加压力，该第一内部接合元件由上部止挡元件640界定。因此，第一内部接合元件616被压缩并且从激活工具614向外展开，并且因此可与外部结构(例如，上述外部结构)的表面接合。第二活塞628被向右推动并且在第二内部接合元件618上施加压力，该第二内部接合元件由下部止挡元件642为界定。因此，第二内部接合元件618被压缩并且从激活工具614向外展开，并且因此可与外部结构(例如，上述外部结构)的表面接合。

为停用内部接合元件616,618，可执行反向操作，如图6C所示。如示意性示出的，任选的停用流体管线644可流体地连接到设置的第一停用腔室646和第二停用腔室648，并且可被供应与上述类似的流体。在一些实施方案中，内部接合元件616,618可由橡胶或其他弹簧状材料形成(或包括机械偏置元件)，并且可由于接合元件的机械行为而自然地停用或回缩。这样，一旦来自激活的流体管线630,632的压力被释放，则活塞626,628被推回停用(例如，中性)位置。然而，如所指出的，任选的停用腔室646,648可提供附加的力来停用内部接合元件616,618和/或防备在激活工具614内发生故障，诸如活塞被卡住。如示意性所示，单个停用流体管线644流体地连接到第一停用腔室646和第二停用腔室648两者。然而，本领域技术人员将会理解，可采用多个流体管线(与第一激活流体管线630和第二激活流体管线632类似)。这样，可任选地在内部接合元件616,618中的一个或两个上执行液压停用。

如所指出的，内部接合元件616,618可提供密封功能。例如，可在固井操作期间使用由第一内部接合元件616(例如，上部或井上接合元件)提供的压力密封功能。当激活单个接合元件时，可通过内部结构602与接合元件可接合到的外部结构之间的相对运动来实现停用。这是有利的，因为在固井操作完成时与激活工具614的通信可为不可能的。在此停用操作中，当第一内部接合元件616被激活并且内部结构602被相对于外部结构向上拉动时，第一内部接合元件616元件压缩相应的第一激活腔室636中的任何流体，从而导致压力峰值。可通过激活工具614(例如，液压单元)中的压力换能器来检测压力峰值，并且可执行停用例程。

现在转向图7A至图7B，示出了根据本公开的实施方案的阀段708的示意图。图7A示出了阀段708的第一视图，其示出了阀段708的入口布置。图7B示出了阀段708的第二视图，其示出了阀段708的出口布置。

例如，如上文所示出和所描述的，阀段708是内部结构702的一部分。内部结构702设置在外部结构704内并且可沿着外部结构移动，并且工具环带716形成在内部结构702与外部结构704之间。内部结构702包括中心流动路径750。中心流动路径750可用于通过内部结构702将钻井液、泥浆、液压流体等从一个位置输送到另一位置。如图所示，与上文所示出和所描述的类似，阀段708定位在激活段710附近。阀段708包括流体连接到中心流动路径750的阀752。

阀752负责将内部结构702的中心流动路径750与存在于内部结构702与外部结构704之间的工具环带716连接。阀752被配置为如果一个区域具有比另一区域更高的压力水平，则允许流体和/或压力的传输。

例如，中心流动路径750内的压力可高于工具环带716内的压力。当泥浆流继续并且泥浆循环通过内部激活工具的中心流动路径750然后在井上穿过工具环带716和/或在井上穿过形成在外部结构704的外部与钻孔壁701(即，外部环带724)之间的环带时，这可能是正常情况。然而，由于在一个或多个限制下的压力损失和/或因摩擦力引起的压力损失，在中心流动路径750与工具环带716之间和/或在中心流动路径750与外部环带724之间可能存在压差。

在另一示例中，中心流动路径750内的压力可等于工具环带716内的压力。考虑到沿着整个流体柱的均质流体，在循环停止并且内部结构702也没有移动时出现这种状态。

在另一示例中，中心流动路径750内的压力可低于工具环带716内的压力。这种情况可能很少见，但在流体为非均质的情况下可能会发生这种情况，或者在起下钻操作期间，如果内部结构702和/或外部结构704非常快地下降到井筒中，则因位移力而可能会发生这种情况。

为激活外部结构704的交互设备(例如，图4的交互设备404)，采用上述第一种情况，并且在外部结构704的交互设备的预定义位置处，压力从中心流动路径750传输到工具环带716(当如上所述被隔离时)。如图所示，阀入口端口754a沿着输入管线754b将内部结构702的中心流动路径750流体地连接到阀752。阀出口端口756a在内部结构(图7B)的外侧上，其中阀出口端口756a沿着出口管线756b将阀752和中心流动路径750流体地连接到工具环带716。经由预填充的油、油脂或流体贮存器758防止这两个端口754a,756a发生沉淀。此外，阀入口端口754a配备有将泥浆与油分离的橡胶波纹管760。在封隔元件泄漏的情况下，波纹管760可被刺穿以通过阀752提供无限的流体(例如，泥浆)供应。

如图7B所示，阀出口端口756a定位在内部结构702的外径处(并且特别是阀段708的外径)。出口端口756a和出口管线756b由油保护以防止沉淀。在一种非限制性构造中，出口端口756a具有***件，该***件配备有穿孔膜774。一旦将差压施加到膜774，则膜774打开，并且一旦释放差压，则膜自动关闭。

在一些非限制性实施方案中，可通过内部结构内部的泥浆泵和/或活塞产生用于与交互设备相互作用的压差。此外，在一些实施方案中，橡胶波纹管可被阀或活塞替换。这种布置可使得流体能够从中心流动路径直接移动到工具环带，以便改变内部结构与外部结构之间的环带内部的压力。

现在转向图8，示出了根据本公开的用于执行井下操作的流程图800。流程图800可由如本文所示和所述的井下***执行。具体地，在井下利用外部结构和内部结构执行流程图800，该外部结构具有至少一个交互设备，该内部结构可在外部结构内且相对于外部结构移动，内部结构具有激活工具。例如，在一些实施方案中，外部结构可为外部管柱并且内部结构可为内部管柱，其中内部管柱是能够下行延伸的并且是可指示的以利用激活工具执行动作，从而引起交互设备的动作。在其他实施方案中，内部结构可以是在尾管或其他套管内输送的钢丝绳工具。在不脱离本公开的范围的情况下，各种其他构造是可能的。

在框802处，使内部结构连同外部结构一起或相对于外部结构在井下移动。移动内部结构，使得激活工具以能够如本文所述进行操作的方式与交互设备对准。在一些实施方案中，内部结构包括控制段、阀段和激活段，其中激活工具是激活段的一部分。

在框804处，向内部结构发送下行链路指令。此下行链路可通过任何已知的通信手段来形成。内部结构可包括电子器件以接收下行链路指令。

在框806处，内部结构执行激活例程。激活例程可以是阀、活塞和/或马达的操作，以在内部结构内部和/或在中心流动路径与形成在内部结构与外部结构之间的工具环带之间产生压力差。另选地，可由内部结构内部的电动液压***产生压差，而不管中心流动路径中的压力如何。其他激活例程可以是电子的、机械的、液压的和/或它们的组合。

在框808处，激活例程导致外部结构执行交互例程。交互例程可由激活例程引起的压差引发。

可使用流程图800来执行隔离例程，其中相对于外部结构(如上所述)，内部结构作为激活例程。此外，交互例程可由形成在隔离区域内，在内部结构与外部结构之间的工具环带内的压差引起。交互例程可以是在外部结构外部或“之外”的部件或某个其他动作的延伸(例如，在钻孔内和与主套管、另一尾管和/或地层壁相互作用)。

本领域的技术人员将会理解，本公开的实施方案可用于执行悬挂器激活操作。在此实施方案中，外部结构为尾管悬挂器或包括尾管悬挂器。在一些非限制性实施方案中，尾管悬挂器可具有任何尾管尺寸，包括但不限于7”/32#或7”/26#。

在一些实施方案中，激活段(例如，图6A至图6C的激活段610)可包括用于相对于外部结构稳定的稳定器。例如，参考图6A至图6C，上部止挡元件和下部止挡元件可配备有稳定器垫。稳定器垫可通过螺钉或其他紧固件固定到激活段(并且特别是止挡元件)，并且可在不拆卸整个内部结构和/或完整段的情况下更换。在另选的实施方案中，内部结构可配置有旋入式稳定器而不是刚刚讨论的稳定器垫，旋入式稳定器是带螺纹的简单套筒，如本领域技术人员将理解的。此外，本领域的技术人员将会理解，可沿着内部结构的长度配置任何数量的内部接合元件和/或内部结构工具。

作为非限制性示例，内部接合元件可以是模块化的和/或可互换的，而无需拆卸内部结构。可互换的内部接合元件可允许部署不同尺寸的封隔器以服务于不同内径的外部结构。封隔器可由多种材料制成，这些材料包括但不限于天然橡胶、不同的氟化弹性体(例如，FKM、FFKM)、丁腈橡胶(例如，NBR、HNBR)等，可处理不同的钻井液、变化的苛刻钻井条件和/或变化的温度和/或压力范围。使用不同的端部止挡位置可允许调整不同的膨胀式封隔器直径。

在一些非限制性的另选实施方案中，与用于产生压差相比，内部结构的内部接合元件可用于直接激活或停用外部结构的一部分。例如，内部接合元件可展开以接合和/或夹持套筒(即，外部结构)并将套筒推或拉到另一位置。在一些实施方案中，内部接合元件可机械地伸展(例如，机械封隔器)，而不是依靠如上所述的液压操作的活塞构造。此外，在一些实施方案中，由内部接合元件(例如，刀片或矛)产生的径向力可用于直接推动外部结构的一部分，例如，开关或释放机构。

在一些实施方案中，隔离工具环带(或内部结构外部的环带)的某个段的能力可实现流体采样。例如，内部接合元件可隔离裸眼段或甚至穿孔主套管中的环带，以实现流体采样。在此实施方案中，流体采样工具和部件将是本文所述的激活工具的一部分。此外，这种隔离可用于隔离穿孔区域或简单的孔、裂纹等。根据本公开的工具和布置的另一应用可以是通过用内部结构的内部接合元件擦拭外部结构的内径来清洁外部结构。

实施方案1：一种用于在钻孔中执行井下操作的方法，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，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地位于外部结构之外的交互以执行井下操作。

实施方案2：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中内部结构包括激活工具，该方法包括执行激活例程，该激活例程响应于下行链路指令而发起交互例程。

实施方案3：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中激活例程包括在形成在内部结构和外部结构之间的一部分中形成流动屏障。

实施方案4：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中激活例程包括更改形成在内部结构和外部结构之间的一部分内的压力。

实施方案5：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中激活例程包括激活至少一个内部接合元件。

实施方案6：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中激活至少一个内部接合元件包括展开封隔器元件。

实施方案7：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中至少一个内部接合元件为可延展元件、电元件、光学元件和声学元件中的至少一个。

实施方案8：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中交互例程包括激活至少一个外部接合元件。

实施方案9：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中外部结构为第一尾管，并且至少一个外部接合元件将第一尾管机械地连接到钻孔、第二尾管和套管中的至少一个。

实施方案10：根据本文所述的实施方案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下行链路指令。

实施方案11：根据本文所述的实施方案中任一项所述的方法，其中内部结构进行以下中的至少一项操作：(i)在执行交互例程之后从外部结构移除；以及(ii)在执行交互例程之前在外部结构内移动。

实施方案12：一种用于执行井下操作的下行链路激活***，该***包括：地面装备，该地面装备用于执行井下操作；外部结构，该外部结构可操作地连接到地面装备；内部结构，该内部结构可操作地连接到地面装备并且设置在外部结构内，其中内部结构和外部结构可通过地面装备的操作而在钻孔内移动，该外部结构包括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；其中内部结构被配置为接收下行链路指令；并且交互设备被配置为响应于下行链路指令而执行交互例程，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。

实施方案13：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中内部结构包括激活工具，该激活工具被配置为执行激活例程，该激活例程响应于发射的下行链路指令而发起交互例程。

实施方案14：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中激活例程包括以下中的至少一项：在形成在内部结构和外部结构之间的一部分中形成流动屏障；以及更改形成在内部结构和外部结构之间的一部分内的压力。

实施方案15：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中外部结构为第一尾管并且至少一个外部接合元件将第一尾管机械地连接到钻孔、第二尾管和套管中的至少一个。

实施方案16：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中内部结构包括控制段、阀段和激活段。

实施方案17：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中阀段包括阀，该阀定位在内部结构内的中心流动路径与形成在内部结构和外部结构之间的一部分之间。

实施方案18：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中阀段是可控的，以控制来自中心流动路径和形成在内部结构和外部结构之间的部分的流体的流体压力和流体流量中的至少一个。

实施方案19：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中激活段包括至少一个内部接合元件。

实施方案20：根据本文所述的实施方案中任一项所述的***，其中至少一个内部接合元件为封隔器或可延展元件。

为了支持本文的教导内容，可使用各种分析部件，包括数字***和/或模拟***。例如，如本文所提供的和/或与本文所述的实施方案一起使用的控制器、计算机处理***和/或地理转向***可包括数字***和/或模拟***。这些***可具有诸如处理器、存储介质、存储器、输入、输出、通信链路(例如，有线、无线、光学或其他)、用户界面、软件程序、信号处理器(例如，数字或模拟)的部件以及其他此类部件(诸如电阻器、电容器、电感器等)，用于以本领域熟知的若干方式中的任一种来提供对本文所公开的装置和方法的操作和分析。可以认为，这些教导内容可以但不必结合存储在非暂态计算机可读介质上的计算机可执行指令集来实现，该非暂态计算机可读介质包括存储器(例如，ROM、RAM)、光学介质(例如，CD-ROM)或磁性介质(例如，磁盘、硬盘驱动器)或任何其他类型的介质，这些计算机可执行指令在被执行时，致使计算机实现本文所述的方法和/或过程。除了本公开中所描述的功能之外，这些指令还可提供***设计者、所有者、用户或其他此类人员认为相关的装备操作、控制、数据收集、分析和其他功能。处理后的数据(诸如已实现的方法的结果)可作为信号经由处理器输出接口发射到信号接收设备。信号接收设备可以是用于将结果呈现给用户的显示监视器或打印机。另选地或除此之外，信号接收设备可为存储器或存储介质。应当理解，将结果存储在存储器或存储介质中可将存储器或存储介质从先前状态(即，不包含结果)转换到新状态(即，包含结果)。此外，在一些实施方案中，如果结果超过阈值，则可从处理器向用户界面发射警报信号。

此外，可包括各种其他部件，并要求它们提供本文教导内容的各方面。例如，可包括传感器、发射器、接收器、收发器、天线、控制器、光学单元、电单元和/或机电单元以支持本文所讨论的各个方面或支持本公开以外的其他功能。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，还应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。

本文所描绘的一个或多个流程图仅仅是示例。在不脱离本公开的范围的情况下，可对该图或其中所描述的步骤(或操作)进行许多变化。例如，可以不同的顺序执行步骤，或者可添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被认为是本公开的一部分。

应当认识到，各种部件或技术可提供某些必要的或有益的功能或特征。因此，支持所附权利要求及其变型形式可能需要的这些功能和特征被认为是作为本文的教导内容的一部分和本公开的一部分而固有地包括在内。

本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的装备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。

虽然已参考各种实施方案描述了本文所述的实施方案，但应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可做出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，将进行许多修改以使特定的仪器、情形或材料适应本公开的教导内容。因此，预期的是，本公开不限于作为设想用于实现所描述的特征的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。

因此，本公开的实施方案不应被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (16)

1.一种在钻孔(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和外部结构在所述钻孔(26,412)内移动，所述外部结构配备有交互设备(202,404,520)并且所述内部结构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移动，其中，在所述内部结构与所述外部结构之间形成有工具环带(716)，所述内部结构包括中心流动路径(750)、控制段(506)、阀段(508,708)和激活段(510,610,710)；

由所述控制段控制所述阀段(508,708)和激活段(510,610,710)的操作；

利用所述阀段(508，708)借助于从所述中心流动路径(750)至所述工具环带(716)的压力传输来改变所述工具环带(716)中的压力；

通过发射器(66a,66b)向所述控制段发射下行链路指令；以及

响应于所述下行链路指令以及所述工具环带中的改变的压力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，其中所述激活段包括激活工具(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。

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.根据权利要求1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)。

5.根据权利要求1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.根据权利要求2所述的方法，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和所述外部结构之间的一部分中形成流动屏障；更改形成在所述内部结构和所述外部结构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)。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述外部结构为第一尾管并且所述至少一个外部接合元件(422)将所述第一尾管机械地连接到所述钻孔(26,412)、第二尾管和套管中的至少一个。

8.根据前述权利要求1－7中任一项所述的方法，其中所述内部结构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移除；以及(ii)在执行所述交互例程之前在所述外部结构内移动。

9.一种用于执行井下操作的下行链路激活***，所述下行链路激活***包括：

地面装备，所述地面装备用于执行井下操作；

外部结构，所述外部结构能够操作地连接到所述地面装备；

内部结构，所述内部结构能够操作地连接到所述地面装备并且设置在所述外部结构内，其中所述内部结构和所述外部结构能通过所述地面装备的操作而在钻孔(26,412)内移动，所述外部结构包括交互设备(202,404,520)并且所述内部结构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移动，其中，在所述内部结构与所述外部结构之间形成有工具环带(716)；

其中，所述内部结构包括中心流动路径(750)、控制段(506)、阀段(508,708)和激活段(510,610,710)，所述控制段控制所述阀段(508,708)和激活段(510,610,710)的操作；

其中，利用所述阀段(508，708)借助于从所述中心流动路径(750)至所述工具环带(716)的压力传输来改变所述工具环带(716)中的压力；

其中所述控制段被配置为接收下行链路指令；并且

所述交互设备(202,404,520)被配置为响应于所述下行链路指令以及所述工具环带中的改变的压力而执行交互例程，其中所述交互例程包括至少部分地位于所述外部结构之外的交互以执行所述井下操作。

10.根据权利要求9所述的下行链路激活***，其中所述激活段包括激活工具(402,514,614)，所述激活工具被配置为执行激活例程，所述激活例程响应于所发射的下行链路指令而发起所述交互例程。

11.根据权利要求10所述的下行链路激活***，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和所述外部结构之间的一部分中形成流动屏障；以及更改形成在所述内部结构和所述外部结构之间的一部分内的压力。

12.根据权利要求11所述的下行链路激活***，其中，所述外部结构为第一尾管并且至少一个外部接合元件(422)将所述第一尾管机械地连接到所述钻孔(26,412)、第二尾管和套管中的至少一个。

13.根据权利要求9所述的下行链路激活***，其中所述阀段(508,708)包括阀，所述阀位于所述内部结构内的中心流动路径(750)和形成在所述内部结构和所述外部结构之间的一部分之间。

14.根据权利要求13所述的下行链路激活***，其中所述阀段(508,708)是可控的，以控制来自所述中心流动路径(750)和形成在所述内部结构与所述外部结构之间的所述一部分的流体的流体压力和流体流量中的至少一个。

15.根据权利要求13或14所述的下行链路激活***，其中所述激活段(510,610,710)包括至少一个内部接合元件(418,420,516,518,616,618)。

16.根据权利要求15所述的下行链路激活***，其中所述至少一个内部接合元件(418,420,516,518,616,618)为封隔器元件或可延展元件。

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