CN105683493A - 用于确定井筒中的套管柱的取向的刮塞 - Google Patents

Abstract

一种用于确定井筒中的套管柱的取向的系统。所述系统包括在相对于所述套管柱的至少一个结构的已知取向上设置在所述套管柱内部的井下工具。传感器模块被可操作地与所述井下工具关联并且被配置来获得与所述套管柱的所述取向有关的数据。通信模块被可操作地与所述传感器模块关联。所述通信模块被配置来将信息传输至表面位置，其中所述信息对应于由所述传感器模块所获得的与所述套管柱的所述取向有关的所述数据。

Description

用于确定井筒中的套管柱的取向的刮塞

技术领域

本公开大体上涉及结合关于地下井所执行的操作而使用的设备，并且具体地涉及可钻孔刮塞组件，所述可钻孔刮塞组件具有可操作用于确定井筒中的套管柱的取向的智能部件。

发明背景

在没有限制本公开的范围的情况下，本公开的背景将关于例如在用于多分支井的套管柱中形成窗口来进行描述。

在多分支井中，习惯性作法是钻出从与主井筒或母井筒的交叉点向外延伸的支路或侧井筒。通常，一旦安装母井筒套管柱并且已完成母井筒，造斜器会在所需的交叉点处定位在母井筒套管柱中，并且随后旋转研磨机被横向偏转远离造斜器以形成穿过母井筒套管侧壁的窗口。

一旦形成套管窗口，侧井筒能够被钻孔。在某些侧井筒中，当已完成钻孔操作时，将侧井筒套管柱安装在侧支路中。将侧支路装入套管中可以通过安装衬管柱来完成，所述衬管柱被支撑在母井筒中并延伸所需的一定距离到侧井筒中。一旦安装侧井筒套管柱并且已完成侧井筒，可能希望重新建立到主井筒的通道。在这种情况下，旋转研磨机可以被用于形成穿过侧井筒套管侧壁的通道窗口。

在某些多分支安装中，可能希望在来自母井筒的预先确定的方向上钻出侧井筒，诸如在母井筒的高侧之外。在这种安装中，必须在相对于母井筒套管的预先确定的圆周取向处形成窗口。为了正确定位和旋转地定向造斜器以使得窗口在所需方向上进行研磨，与造斜器关联的闩锁组件可以被锚固到闩锁联接件中并且旋转地定向在其中，所述闩锁联接件互连在母井筒套管柱中。闩锁组件典型地包括多个弹簧操作的锁键，每个锁键具有被接收在闩锁轮廓中的锚定和定向轮廓，所述闩锁轮廓内部地形成在闩锁联接件中。以此方式，当闩锁组件的锁键被与闩锁联接件的闩锁轮廓可操作地接合时，闩锁组件和与其关联的设备在母井筒套管柱中被轴向地锚固和周向地定位在所希望的方向上。重要的是，为了获得正确取向的闩锁组件，母井筒套管柱的闩锁联接件必须首先被定位在期望的取向中。定向闩锁联接件的一种方法是使用测量数据同时和钻井数据来利用钻柱旋转母井筒套管柱。然而，已发现的是以这种方式旋转定向母井筒套管柱可能不精确且费时。因此，已出现对用于定向井筒中的母井筒套管柱的改进的系统和方法的需求。

附图简述

为了更完全地理解本公开的特征和优点，现对详细说明连同附图进行参考，在附图中，不同附图中的对应数字是指对应部分，并且其中：

图1是根据本公开的一个实施方案的在地下井筒中安装了套管柱的近海石油和天然气平台的示意图；

图2A-图2B是根据本公开的一个实施方案的用于在套管柱取向过程期间确定井筒中的套管柱的取向的系统的截面视图；

图3A-图3B是根据本公开的一个实施方案的用于在衬管悬挂过程期间确定井筒中的套管柱的取向的系统的截面视图；

图4A-图4B是根据本公开的一个实施方案的用于在粘合过程之前确定井筒中的套管柱的取向的系统的截面视图；

图5A-图5B是根据本公开的一个实施方案的用于在粘合过程期间确定井筒中的套管柱的取向的系统的截面视图；

图6A-图6B是根据本公开的一个实施方案的用于在释放过程期间确定井筒中的套管柱的取向的系统的截面视图；

图7A-图7C是根据本公开的一个实施方案的用于用在用于确定井筒中的套管柱的取向的系统中的刮塞的各种视图；

图8A-图8C是根据本公开的一个实施方案的用于用在用于确定井筒中的套管柱的取向的系统中的发送压力脉冲通信的刮塞的截面视图；

图9A是根据本公开的一个实施方案的用于用在用于确定井筒中的套管柱的取向的系统中的电子和通信分组件的示图；以及

图9B是根据本公开的一个实施方案的用于用在用于确定井筒中的套管柱的取向的系统中的传感器模块的示图。

详细描述

尽管在下文中详细讨论了各种系统、方法和其他实施方案，应理解的是本公开提供了能够在各种各样的特定背景下实施的许多适用的创造性概念。本文讨论的特定实施方案仅仅是说明性的，但是不界定本公开的范围。

在第一方面中，本公开涉及用于确定井筒中的套管柱的取向的系统。所述系统包括在相对于套管柱的至少一个结构的已知取向上设置在套管柱内部的井下工具。传感器模块被可操作地与井下工具关联并且被配置来获得与套管柱的取向有关的数据。通信模块被可操作地与传感器模块关联。通信模块被配置来将信息传输至表面位置，其中所述信息对应于由传感器模块所获得的与套管柱的取向有关的数据。

在第一实施方案中，井下工具可以是刮塞，所述刮塞在已知取向上定位在闩锁联接件中，所述闩锁联接件互连在套管柱中。在这个实施方案中，窗口接头可以在相对于闩锁联接件的已知取向上互连在套管柱中。在第二实施方案中，传感器模块可以包括可以是三轴加速仪的加速仪、可以是三轴陀螺仪的陀螺仪和可以是三轴磁力仪的磁力仪中的一个或多个。在第三实施方案中，微控制器可以被可操作地与传感器模块和通信模块关联。在第四实施方案中，电源可以被可操作地与传感器模块和通信模块关联。在第五实施方案中，通信模块可以是脉冲发生器，所述脉冲发生器被配置来将压力脉冲传输至表面位置。

在第二方面中，本公开涉及用于确定井筒中的套管柱的取向的系统。所述系统包括互连在套管柱中的闩锁联接件。刮塞被在已知取向上接收在闩锁联接件中。传感器模块被设置在刮塞中。传感器模块包括被配置来获得与套管柱的取向有关的数据的加速仪、陀螺仪和磁力仪中的至少一个。通信模块被可操作地与传感器模块关联。通信模块被配置来将信息传输至表面位置，其中所述信息对应于由传感器模块所获得的与套管柱的取向有关的数据。微控制器被可操作地与传感器模块和通信模块关联。电源被可操作地与传感器模块、通信模块和微控制器关联。

在第六实施方案中，刮塞可以井上和井下地密封地接合闩锁联接件的套管柱。在第七实施方案中，刮塞可以可释放地接合闩锁联接件。在第八实施方案中，刮塞可以是可钻孔刮塞。

在第三方面中，本公开涉及用于定向井筒中的套管柱的方法。所述方法包括：将井下工具在相对于套管柱的至少一个结构的已知取向上设置在套管柱内部；利用可操作地与井下工具关联的传感器模块来获得与套管柱的取向有关的数据；利用可操作地与传感器模块关联的通信模块来将对应于由传感器模块所获得的数据的取向信息传输至表面位置；以及基于在表面位置处所接收的取向信息在井筒中将套管柱定向成期望的取向。

所述方法还可以包括：在使套管柱延伸到井筒中之前，将井下工具在相对于套管柱的至少一个结构的已知取向上设置在套管柱内部；将刮塞在已知取向上定位在闩锁联接件中，所述闩锁联接件互连在套管柱中；使闩锁联接件的套管柱在井上和井下与刮塞密封地接合；利用加速仪、陀螺仪和磁力仪中的至少一个来获得取向数据；将压力脉冲传输至表面位置以传达取向信息和/或在井筒中将套管柱定向成期望的取向之后，基于在表面位置处所接收的取向信息来从套管柱破坏性地移除井下工具。

首先参考图1，衬管柱正被从被示意性地示出并且通常被指示为10的近海石油或天然气平台安装在地下井筒中。半潜式平台12在位于海底16下方的沉没的油气地层14上方居于中心处。海底管道18从平台12的甲板20延伸至包括防喷器24的井头装置22。平台12具有用于升高和降低管柱(诸如衬管柱36)的起重设备26、井架28、游动滑车30、钩子32和转环34。

主井筒38已被钻孔穿过各个地球岩层，包括地层14。术语“母”井筒和“主”井筒在本文被用于指示另一个井筒从其开始钻孔的井筒。然而，应注意的是，母井筒或主井筒不必须直接延伸到地表，但是可以代替的是另一个井筒的支路。一个或多个表层和中间套管柱40已被安装在主井筒38的上面并且大体上垂直的部分中，并且已通过水泥42固定在其中。术语“套管”在本文中被用于指示用在井筒中或用于给井筒衬里的管柱。套管可以具有对本领域的技术人员已知为“衬管”的类型，并且可以由诸如钢或复合材料的任何材料制成，并且可以是分段或连续的，诸如连续管。

在所示的实施方案中，衬管柱36正被安装在井筒38的大体上水平的部分中。衬管柱36正被运用在工作管柱44的下端上。衬管柱36包括衬管悬挂器46、窗口接头48和闩锁联接件50。衬管悬挂器46可以是常规的压力或水力设置的衬管悬挂器，所述衬管悬挂器具有当设置时建立与套管柱40内部的抓握和密封关系的卡瓦(slip)、环形密封件、封隔器等。窗口接头48可以具有常规的设计并且可以包括或可以不包括预研磨的窗口。闩锁联接件50具有闩锁轮廓，所述闩锁轮廓与闩锁组件的锁键可操作地接合以使得闩锁组件能够轴向地锚固和旋转地定向在闩锁联接件50中。在常规实践中，当闩锁组件的主锁键可操作地接合闩锁联接件50的主闩锁轮廓时，诸如造斜器的偏转组件被定位在相对于窗口接头48的所需的圆周取向上，以使得窗口能够在所需的圆周方向上被研磨、钻孔或以其他方式形成在窗口接头48中。一旦形成窗口，支路或侧井筒可以从主井筒38的窗口接头48进行钻取。术语“支路”和“侧”井筒在本文中被用于指示被从其与另一个井筒的交叉点向外钻取的井筒，诸如母井筒或主井筒。支路或侧井筒可以具有从其向外钻取的另一个支路或侧井筒。

在所示的实施方案中，衬管柱36包括用于确定井筒38中的衬管柱36的取向的系统。以虚线示出，刮塞52被定位在衬管柱36内部，并且优选地被在已知取向上接收在闩锁联接件50中，以使得刮塞52的密封元件井上和井下地密封地接合闩锁联接件50的衬管柱36以例如在粘合操作期间保护闩锁联接件50。刮塞52能够井下延伸地定位在衬管柱36中。在这种情况下，刮塞36可以在表面处或在递送闩锁联接件50之前被机械地联接在闩锁联接件50中。可替代地，一旦衬管柱36落于井筒38中时，刮塞52可以被井下运送。在任一情况下，刮塞52的一个或多个元件可以被配置成位于闩锁联接件50中的对应的轮廓或凹槽中。刮塞52可以进一步具有如果需要能够从闩锁联接件50释放刮塞52的一个或多个元件。

如下文中详细描述的，刮塞52包括向刮塞52提供智能和通信能力的电子部件和机械装置。例如，刮塞52可以包括具有一个或多个传感器的传感器模块，所述一个或多个传感器诸如一个或多个加速仪、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力仪、压力传感器、温度传感器等。传感器模块是可操作的以获得与衬管柱36的取向有关的数据，以使得衬管柱36可以例如通过位于井筒38的高侧上的闩锁联接件50的主闩锁轮廓被周向地定位在井筒38中，这是对于退出用于钻取侧支路井筒的窗口接头48的窗口的优选的取向。由传感器模块所获得的信息可以被通过任何合适的单向或双向布线或无线遥测系统传输至表面装置54，诸如电导体、光纤电缆、声学遥测、电磁遥测、压力脉冲遥测、它们的组合等。一旦通过表面装置54接收和处理取向信息，工作管柱44能够被旋转，这转而使衬管柱36旋转直到获得所需的取向。由传感器模块进行的信息收集和将信息传输至表面装置54可以实时地或基本上实时地发生，以使得能够在井筒38中获得衬管柱36的有效取向。同样以虚线示出，前刮塞56和后刮塞58被紧邻衬管悬挂器46定位在衬管柱36的内部。同时，刮塞52、前刮塞56和后刮塞58可以被共同称为刮塞组件。

尽管图1描绘了被安装在井筒的水平部分中的衬管柱，由本领域技术人员应理解的是本系统同样非常适合用在具有其他取向的井筒中，包括垂直井筒、倾斜井筒、偏移井筒等。因此，由本领域技术人员应理解的是使用的诸如上方、下方、上、下、向上、向下、井上、井下等方向术语当它们在附图中进行描绘时被关于所示的实施方案来进行使用，向上的方向朝向对应附图的顶部，并且向下的方向朝向对应附图的底部，井上方向朝向井的表面，井下方向朝向井的趾部。同样，尽管图1描绘的是近海作业，由本领域技术人员应理解的是本系统同样非常适合用在陆上作业中。

接下来参考图2A-图2B，其中示出了通常被指示为100的井系统。在示出的部分中，井系统100包括描绘成刮塞52、前刮塞56和后刮塞58的刮塞组件。刮塞52已被安装在衬管柱36的内部中，并且更具体地说刮塞52在已知取向上被接收在闩锁联接件50中。如在图7A-图7C中最清楚地看出的，刮塞52包括外壳102，所述外壳102包括上外壳构件104和下外壳构件106。外部设置的上外壳构件104是上刮塞108，所述上刮塞108当刮塞52被安装在闩锁联接件50中时是可操作的来建立与衬管柱36内部的密封关系。上外壳构件104包括狭槽110。对准键112径向地延伸穿过狭槽110并且是可操作的来接收在闩锁联接件50的狭槽轮廓114中，如在图2B中最清楚地看出的。狭槽轮廓114优选地被周向地定向在与闩锁联接件50的主闩锁轮廓116的已知且优选地位于中心的关系中。以这种方式，刮塞52具有相对于衬管柱36的至少一个结构的已知取向，并且更具体地是相对于闩锁联接件50的已知取向。对准键112被可滑动地接收在导轨118中以使对准键112能够如下文中所解释地回缩出狭槽轮廓114。

外部设置的下外壳构件106是下刮塞120，所述下刮塞120当刮塞52被安装在闩锁联接件50中时是可操作的来建立与衬管柱36内部的密封关系。下外壳构件106是可操作的来接收可以通过诸如螺栓连接、焊接、捆扎等的任何合适的技术被联接至下外壳构件106的致动器盖件122和两个电子器件盖件124、126。下外壳构件106还是可操作的来接收端盖128，所述端盖128可以被螺纹地且可密封地联接至下外壳构件106。

设置在上外壳构件104中的是滑动套管130，所述滑动套管130通过描绘为剪切销132的多个易碎构件被最初固定至上外壳构件104。滑动套管130包括上文所讨论的导轨118。设置在下外壳构件106的一个或多个腔室中的是向刮塞52提供智能和通信能力的电子部件和机械装置。在所示的实施方案中，下外壳构件106包括下圆柱腔室，所述下圆柱腔室是可操作的来接收描绘成电池134的多个燃料电池(诸如碱性电池或锂电池)以及电池连接器136。尽管本实施方案已被描述成包括电池134，本领域的技术人员将认识到的是其他电源可以可替代地被用于给刮塞52供能，所述其他电源包括但是不限于从表面延伸的电气线路、井下发电机组等。

在盖件122下方，下外壳构件106包括在其中可操作地接收通信模块的通信腔室。在所示的实施方案中，通信模块被描绘成泥浆脉冲发生器138，所述泥浆脉冲发生器138包括致动器140和摇臂142，所述摇臂142操作地联接至致动器140以使得致动器140的移动对应地使摇臂142移动。致动器140可以是任何合适的致动装置，包括但是不限于：机械致动器、电动机械致动器、液压致动器、气动致动器、它们的组合等。如在图8A-图8C中最清楚地看出的，摇臂142可以被可枢转地联接至致动器140，以使得当致动器140致动时摇臂142枢转到中心地限定在刮塞52中的流动路径144中。当摇臂142枢转到流动路径144中时，摇臂142至少部分地堵塞流动路径144，并且从而能够通过存在于衬管柱36和工作管柱44内部中的流体柱将压力脉冲传输至表面装置54。在表面装置54处，压力脉冲由计算机系统的一个或多个传感器进行接收，并且被转换成幅值或频率调制模式的压力脉冲。所述模式的压力脉冲可以随后被通过计算机系统转化成从泥浆脉冲发生器138传输的特定信息或数据。尽管本实施方案已被描述成包括泥浆脉冲发生器138，本领域的技术人员将认识到的是其他无线或有线通信系统可以可替代地被用于到表面的信息通信，所述其他系统包括但是不限于：包括电导体和/或光导体的通信电缆、电磁遥测系统、具有替代设计的泥浆脉冲发生器、声学遥测系统、它们的组合等，所述声学遥测系统包括例如可操作地与表面装置54关联的声接收器和沿着衬管柱36和套管柱40定位在预先确定的位置处的任何数量的声中继器或声波节点。

在盖件124下方，下外壳构件106包括在其中可操作地接收传感器模块146的传感器模块腔室。传感器模块146是可操作的来获得与刮塞52的和因此衬管柱36的周向位置有关的取向信息。例如，如在图9B中最清楚地看出的，传感器模块146可以包括描绘成三轴加速仪148的一个或多个加速仪、描绘成三轴陀螺仪150的一个或多个陀螺仪和描绘成三轴磁力仪152的一个或多个磁力仪。在某些实施方案中，传感器模块146可以是微机电系统(MEMS)，诸如包括各种加速仪、陀螺仪和磁力仪的MEMS惯性传感器。此外，传感器模块146可以包括另外的传感器，包括但是不限于：温度传感器、压力传感器、应力传感器、pH传感器、密度传感器、粘度传感器、化学成分传感器、放射性传感器、电阻率传感器、声传感器、电位传感器、机械传感器、核磁共振记录传感器等。

在盖件126下方，下外壳构件106包括在其中可操作地接收微控制器154以及其他计算机硬件部件的计算机硬件腔室。例如，计算机硬件可以被配置来实现本文描述的各种方法，并且可以包括微控制器154，所述微控制器154被配置来执行存储在非暂态计算机可读介质上的指令序列、编程的思维方式或代码中的一个或多个。微控制器154可以是例如通用微处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、控制器、状态机、选通逻辑、离散的硬件部件、人工神经网络或能够执行数据的计算或其他操纵的任何类似的合适实体。在一些实施方案中，计算机硬件还可以包括诸如存储器的元件，所述存储器包括但是不限于：随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、只读光盘存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)或任何其他类似的合适存储装置或介质。

如在图9A中最清楚地看出的，由传感器模块146所获得的测量值可以被实时地或基本上实时地运送至微控制器154，所述微控制器154可以被配置来接收和处理这些测量值。在一些实施方案中，微控制器154可以被配置来存储预处理或处理的测量值。在其他实施方案中，微控制器154可以被配置来将处理的测量值转化成被传输至泥浆脉冲发生器138的命令信号。命令信号可以由泥浆脉冲发生器138接收，并且用于致动泥浆脉冲发生器138，以使得摇臂142接合至部分堵塞的流动路径144并且从而通过存在于衬管柱36和工作管柱44中的流体柱将压力脉冲传输至表面装置54。在表面处，压力脉冲可以由包括一个或多个传感器的计算机系统接收，并且重新转化回测量数据以使得井操作者能够使用信息来对衬管柱36进行定向。

如在图2A中最清楚地看出的，井系统100的上部部分包括前刮塞56和后刮塞58。如所示出的，前刮塞56包括外壳元件160。外部设置的外壳元件160是刮塞162，所述刮塞162是可操作的来建立与衬管柱36内部的密封关系。设置在前刮塞56的下部部分中的是球座164，所述球座164通过描绘为剪切销166的多个易碎构件被最初固定至外壳元件160。前刮塞56的下部部分限定了流体旁路网络，所述流体旁路网络包括开口168、流体通路170和开口172，它们的操作在下文中进行描述。设置在前刮塞56的上部部分中的是球座174，所述球座174通过描绘为剪切销176的多个易碎构件被最初固定至外壳元件160。前刮塞56的上部部分限定了流体旁路网络，所述流体旁路网络包括开口178、流体通路180和开口182，它们的操作在下文中进行描述。

用于确定井筒中的套管柱的取向的系统的操作现在将参考图2A-图2B一直到图6A-图6B来进行描述。如上所述，图2A-图2B示出例如紧邻衬管悬挂器46(见图1)被定位在衬管柱36的上部部分中的前刮塞56和后刮塞58。此外，刮塞52例如紧邻窗口接头48(见图1)被定位在衬管柱36的下部部分中。在衬管柱36已在井筒38中延伸至图1中示出的位置后(其中包括衬管悬挂器46的衬管柱36的顶部被定位在套管柱40底部附近)，衬管柱36现在需要周向取向以使得侧井能够在所需方向上被从母井筒钻取。这是使用刮塞52的智能和通信能力来实现的。具体地，传感器模块146利用它的加速仪、陀螺仪和/或磁力仪元件例如相对于地球引力来确定适当取向。一旦收集，这种数据可以被通过诸如硬线连接的合适的接口通信至微控制器154。如上文所述，微控制器154可以随后处理数据并向泥浆脉冲发生器138发送命令信号，所述泥浆脉冲发生器138通过压力脉冲将数据传输至表面装置54。表面装置54可以接收压力脉冲并将其转化成井操作者能够使用来通过在表面处旋转工作管柱44做出衬管柱36的任何需要的取向调节的数据。这个过程可以实时地发生，或者使用迭代、分段式方法直到实现所需取向。

在衬管柱36到井筒38中的延伸、定位和定向期间，钻井液可能存在并且可以从表面循环穿过井筒38，穿过工作管柱44和衬管柱36的内部，并且穿过前刮塞56、后刮塞58和刮塞52的内部。在流体循环期间，钻井液通过浮鞋退出衬管柱36的底部到围绕衬管柱36的环状体中，并且被随后朝向环状体中的表面向上泵回。止回阀可以被定位在浮鞋中，以防止钻井液从环状体逆流回衬管柱36中。

一旦衬管柱36被定向在所需周向方向上，衬管悬挂器46可以固定。如在图3A-图3B中最清楚地看出的，这可以通过从表面落下球184到工作管柱44中来实现。通过重力馈送或流体循环，球184在井下行进至前刮塞56的球座164。在这种配置中，流体压力可以是球184在井上的增加，并且工作管柱44中的压力变化可以被用于以已知的方式来固定衬管悬挂器46。在衬管悬挂器46被固定后，增加工作管柱44中的流体压力超过预先确定的阈值引起球座164剪切下来。如在图4A中最清楚地看出的，在这种配置中，开口168、流体通路170和开口172使得流体能够循环通过井系统100。例如，隔离流体可以被泵送到工作管柱44中并循环通过井筒38，以将钻井液与诸如在隔离流体之后待循环通过井筒38的水泥泥浆的另一种流体进行分离。

在进行粘合操作之前，如在图4A中最清楚地看出的，第二球186可以被从表面落入工作管柱44中。通过重力馈送或流体循环，球186在井下行进至前刮塞56的球座174。在这种配置中，通过例如泵送水泥泥浆来增加前刮塞56在井上的压力引起前刮塞56与后刮塞58分离。在这个过程中，当前刮塞56在井下推动其流体穿过刮塞52和浮鞋到围绕衬管柱36的环状体中并朝向表面后退时，前刮塞56后面的流体在井下推动前刮塞56。这个过程持续直到前刮塞56到达刮塞52，如在图5B中最清楚地看出的。此后，增加工作管柱44中的流体压力超过预先确定的阈值引起球座174剪切下来。同样如在图5B中最清楚地看出的，在这种配置中，开口178、流体通路180和开口182使得流体能够循环通过井系统100。水泥泥浆可以循环通过刮塞52和浮鞋到围绕衬管柱36的环状体中并朝向衬管顶部后退。

在已将所需体积的水泥泵送到井筒38中之后，可将另一种隔离流体在水泥泥浆之后沿着工作管柱44进行泵送。第三球188现在可以从表面落入工作管柱44中。通过重力馈送或流体循环，球188在井下行进至后刮塞58的球座190。在这种配置中，通过例如泵送隔离流体来增加后刮塞58在井上的压力引起后刮塞58在井下移动从而使得后刮塞58能够在井下推动其流体和/或水泥通过刮塞52和浮鞋到围绕衬管柱36的环状体中并朝向衬管顶部后退。这个过程持续直到后刮塞58到达前刮塞56，如在图6B中最清楚地看出的。此后，增加工作管柱44中的流体压力超过预先确定的阈值引起后刮塞58作用于前刮塞56，并且从而引起前刮塞56作用于刮塞52的滑动套管130。这个动作引起剪切销132断裂，这使得滑动套管130能够在井下相对于上外壳构件104移动。这引起对准键112从狭槽轮廓114径向回缩。此后，作用于球188的流体压力在井下将后刮塞58、前刮塞56和刮塞52推动成与浮鞋相接触。当需要时，衬管柱36的末端可以被钻出以允许例如主孔屏幕的安装。在这种情况下，后刮塞58、前刮塞56和刮塞52优选地由容易研磨或钻孔的材料形成，诸如陶瓷、铝、聚合物等。

本领域技术人员应理解，本文描述的说明性实施方案不意图具有限制意义。本领域技术人员在参考本公开之后将清楚明白说明性实施方案以及其它实施方案的各种修改和组合。因此，随附权利要求书意图涵盖任何这类修改或实施方案。

Claims (20)

1.一种用于确定井筒中的套管柱的取向的系统，所述系统包括：

井下工具，所述井下工具在相对于所述套管柱的至少一个结构的已知取向上设置在所述套管柱内部；

传感器模块，所述传感器模块可操作地与所述井下工具关联并且被配置来获得与所述套管柱的所述取向有关的数据；以及

通信模块，所述通信模块可操作地与所述传感器模块关联，所述通信模块被配置来将信息传输至表面位置，

其中，所述信息对应于由所述传感器模块所获得的与所述套管柱的所述取向有关的所述数据。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述井下工具还包括刮塞，所述刮塞在已知取向上定位在闩锁联接件中，所述闩锁联接件互连在所述套管柱中。

3.如权利要求2所述的系统，其还包括窗口接头，所述窗口接头在相对于所述闩锁联接件的已知取向上互连在所述套管柱中。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述传感器模块还包括加速仪、陀螺仪和磁力仪中的至少一个。

5.如权利要求1所述的系统，其还包括可操作地与所述传感器模块和所述通信模块关联的微控制器。

6.如权利要求1所述的系统，其还包括可操作地与所述传感器模块和所述通信模块关联的电源。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述通信模块还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器被配置来将压力脉冲传输至所述表面位置。

8.一种用于确定井筒中的套管柱的取向的系统，所述系统包括：

闩锁联接件，所述闩锁联接件互连在所述套管柱中；

刮塞，所述刮塞在已知取向上接收在所述闩锁联接件中；

传感器模块，所述传感器模块被设置在所述刮塞中，所述传感器模块包括被配置来获得与所述套管柱的所述取向有关的数据的加速仪、陀螺仪和磁力仪中的至少一个；

通信模块，所述通信模块可操作地与所述传感器模块关联，所述通信模块被配置来将信息传输至表面位置，其中所述信息对应于由所述传感器模块所获得的与所述套管柱的所述取向有关的所述数据；

微控制器，所述微控制器可操作地与所述传感器模块和所述通信模块关联；以及

电源，所述电源可操作地与所述传感器模块、所述通信模块和所述微控制器关联。

9.如权利要求8所述的系统，其还包括窗口接头，所述窗口接头在相对于所述闩锁联接件的已知取向上互连在所述套管柱中。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述传感器模块还包括三轴加速仪、三轴陀螺仪和三轴磁力仪中的至少一个。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述通信模块还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器被配置来将压力脉冲传输至所述表面位置。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述刮塞在井上和井下密封地接合所述闩锁联接件的所述套管柱。

13.如权利要求8所述的系统，其中所述刮塞可释放地接合所述闩锁联接件。

14.如权利要求8所述的系统，其中所述刮塞还包括可钻孔刮塞。

15.一种用于在井筒中定向套管柱的方法，所述方法包括：

将井下工具在相对于所述套管柱的至少一个结构的已知取向上设置在所述套管柱内部；

利用可操作地与所述井下工具关联的传感器模块来获得与所述套管柱的所述取向有关的数据；

利用可操作地与所述传感器模块关联的通信模块来将对应于由所述传感器模块所获得的所述数据的取向信息传输至表面位置；以及

以及基于在所述表面位置处所接收的所述取向信息在所述井筒中将所述套管柱定向成期望的取向。

16.如权利要求15所述的方法，其中将所述井下工具在相对于所述套管柱的所述至少一个结构的所述已知取向上设置在所述套管柱内部在使所述套管柱延伸到所述井筒中之前进行。

17.如权利要求15所述的方法，其中将所述井下工具在相对于所述套管柱的所述至少一个结构的所述已知取向上设置在所述套管柱内部还包括将刮塞在已知取向上定位在闩锁联接件中，所述闩锁联接件互连在所述套管柱中，并且使所述闩锁联接件的所述套管柱在井上和井下与所述刮塞密封地接合。

18.如权利要求15所述的方法，其中获得与所述套管柱的所述取向有关的数据还包括通过加速仪、陀螺仪和磁力仪中的至少一个来获得取向数据。

19.如权利要求15所述的方法，其中利用可操作地与所述传感器模块关联的所述通信模块来将对应于由所述传感器模块所获得的所述数据的取向信息传输至所述表面位置还包括将压力脉冲传输至所述表面位置。

20.如权利要求15所述的方法，其中在基于在所述表面位置处所接收的所述取向信息在所述井筒中将所述套管柱定向成所述期望的取向之后，从所述套管柱破坏性地移除所述井下工具。