СПОСОБ И ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ В КАБЕЛЬНОЙ БУРИЛЬНОЙ ТРУБЕ Российский патент 2011 года по МПК G01R31/02 E21B17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится в целом к области телеметрии сигналов для оборудования, используемого в бурении стволов скважин в земле. В частности, изобретение относится к способам и приборам для определения местоположения неисправностей в так называемых «кабельных» бурильных трубах, используемых для такой телеметрии.

Уровень техники

В технике известны приборы для проведения замеров различных параметров бурения и физических свойств геологических пластов при бурении ствола скважины сквозь такие пласты. Приборы, которые измеряют различные параметры бурения, такие как траектория ствола скважины, воздействия на бурильную колонну и перемещение бурильной колонны известны, как приборы измерения в процессе бурения (″MWD″). Приборы, которые измеряют различные физические свойства пластов, такие как электрическое сопротивление, естественное гамма-излучение, скорость акустической волны, объемную плотность и другие, известны как приборы каротажа в процессе бурения (″LWD″). Различные приборы MWD и LWD соединяются близко к забойному концу ″бурильной колонны″, которая является сборкой звеньев бурильной трубы и других бурильных инструментов, соединенных резьбовыми соединениями в непрерывную цепь с буровым долотом на нижнем конце. Во время работы бурильной колонны, бурильная колонна подвешена в стволе скважины так, что часть ее веса передается на буровое долото и буровое долото вращается для бурения сквозь геологические пласты. Датчики на различных приборах MWD и LWD могут выполнять соответствующие замеры во время буровых работ. Операторы бурения скважин в целом считают, что замеры MWD и LWD являются особенно ценными, когда получаются во время фактического бурения ствола. Например, замеры сопротивления и гамма-излучения, полученные во время бурения, можно сравнить с аналогичными замерами, выполненными в стволе близлежащей скважины, чтобы таким образом установить, какие геологические пласты проходятся стволом в любой момент времени. Оператор бурения скважины может использовать такие замеры для определения того, что ствол скважины пробурен до определенной глубины, на которой необходимо проводить дополнительные работы, такие как спуск обсадной колонны или повышение плотности бурового раствора, используемого в буровых работах. Обычно замеры MWD и LWD могут передаваться на поверхность через телеметрию между компоновкой низа бурильной колонны и поверхностью. Прибор или инструмент телеметрии в компоновке низа бурильной колонны зашифровывает и передает данные на поверхность. Часто бывает, что полоса пропускания телеметрии не может вместить все данные MWD и LWD, которые собраны. Тогда, обычно, только выбранная часть данных передается на поверхность, в то время как все данные MWD и LWD могут сохраняться в одном из забойных элементов.

Телеметрией сигнала, наиболее часто используемой в приборах MWD и LWD, является так называемая ″телеметрия посредством пульсаций бурового раствора″. Телеметрия посредством пульсаций бурового раствора генерируется при помощи модуляции потока бурового раствора вблизи приборов MWD или LWD таким образом, чтобы вызвать изменения давления и расхода бурового раствора, которые можно регистрировать на поверхности земли. Модуляция обычно производится, чтобы представить двоичные цифровые слова, используя такие технологии, как манчестерский код или фазовая манипуляция. В технике хорошо известно, что модуляция потока бурового раствора дает возможность передачи со скоростью только несколько бит в секунду. Таким образом, для большинства применений MWD и LWD только выбранная часть общего объема получаемых данных передается на поверхность, в то время как собранные данные сохраняются в записывающем устройстве, расположенном в одном или более приборах MWD и LWD, или в другом приборе для сохранения данных.

Значительные усилия предпринимаются для обеспечения более скоростной системы телеметрии для приборов MWD и LWD. Такие усилия предпринимаются в течение значительного времени и их результатом стали несколько различных технологий высокоскоростной телеметрии.

Например, патент США №4126848, автор Денисон описывает систему телеметрии бурильной колонны, в которой бронированный электрокабель (″проводная линия связи″) используется для передачи данных из призабойной зоны ствола скважины на промежуточную позицию в бурильной колонне, и специальная бурильная колонна, имеющая изолированный электрический проводник, используется для передачи информации с промежуточной позиции на поверхность земли. Аналогично, патент США №3957118, автор Барри и др., описывает кабельную систему для телеметрии в стволе скважины. Патент США №3807502, автор Хайлхекер и др., описывает способы установки электрического проводника в бурильной колонне.

Более недавно, альтернативные виды ″кабельной″ бурильной трубы были описаны в патенте США № 6670880 (далее - патент 880), автор Холл и др. Система, описанная в патенте 880, предназначена для передачи данных через колонну из элементов, расположенных в стволе скважины. В одном варианте система включает в себя первый и второй магнитно проводящие, электрически изолированные элементы на каждом конце элемента бурильной колонны. Каждый элемент включает в себя первую U-образную канавку с дном, первой и второй сторонами и отверстием между двумя сторонами. Электропроводящие катушки размещаются в каждой канавке. Электрический проводник соединяет катушки в каждом элементе. При работе изменяющийся во времени ток, подаваемый на катушку в одном элементе генерирует изменяющееся во времени магнитное поле в первом магнитно проводящем, электроизолированном элементе, изменяющееся во времени магнитное поле, на котором создает изменяющееся во времени магнитное поле во втором магнитно проводящем, электроизолированном элементе присоединенного элемента, магнитное поле которого генерирует меняющийся во времени электрический ток во второй катушке в присоединенном элементе.

Другая система телеметрии с кабельной бурильной трубой описана в патенте США №7096961 (далее - патент 961), автор Кларк и др., права на который принадлежат правообладателю настоящего изобретения. Система телеметрии с кабельной трубой описанная в патенте 961 включает в себя компьютер на поверхности земли и телеметрическое соединение бурильной колонны, включающее совокупность кабельных бурильных труб, каждая из которых имеет секцию телеметрии, по крайней мере, одну из совокупности кабельных бурильных труб имеющую диагностический модуль, электрически соединенный с секцией телеметрии, где диагностический модуль включает в себя линейный интерфейс, выполненный с возможностью служить средством связи с секцией телеметрии кабельной бурильной трубы; и приемопередатчик, выполненный с возможностью передачи сигналов между секцией телеметрии кабельной бурильной трубы и диагностическим модулем; и контроллер, функционально подключенный к приемопередатчику и выполненный с возможностью управления приемопередатчиком.

Патент 961 описывает несколько вопросов, которые должны быть решены для успешной реализации системы телеметрии кабельной бурильной трубы (″WDP″). Для бурильных работ в обычном стволе скважины большое число трубных звеньев соединяются в непрерывную цепь, чтобы образовать колонну труб, протянувшуюся от ведущей бурильной трубы (или верхнего привода), расположенной на буровой установке у поверхности земли, и до различных бурильных MWD и LWD приборов в стволе скважины с буровым долотом на конце. Например, 15000 футовый (5472 м) ствол скважины обычно будет иметь около 500 трубных звеньев, если каждое звено имеет длину около 30 футов (9,14 м). Абсолютное число соединений трубы с трубой в такой бурильной колонне WDP вызывает озабоченность надежностью системы. От коммерчески приемлемой бурильной системы ожидается среднее время наработки на отказ (MTBF) 500 часов или более. Если любое одно из электрических соединений в бурильной колонне WDP откажет, тогда откажет полностью вся система телеметрии WDP. Таким образом, там, где имеется 500 звеньев бурильной трубы WDP в стволе 15000 футовой (5472 м) скважины, каждая WDP должна иметь MTBF, по меньшей мере, 250000 часов (28,5 лет) для того, чтобы вся система WDP имела MTBF около 500 часов. Это означает, что каждая часть WDP должна иметь частоту отказов 4×10^-6 в час. Такое требование находится за пределами возможностей при современном состоянии технологии WDP. Таким образом, необходимо, чтобы были в наличии способы тестирования надежности частей и бурильной колонны WDP и быстрого выявления любого отказа.

В настоящее время имеется несколько тестов, которые могут быть проведены для определения надежности WDP. Перед тем, как доставить части WDP на буровую установку, они могут быть визуально осмотрены и ниппельные и муфтовые соединения труб могут быть протестированы на целостность электроцепей с использованием тестирующих муфт. Бывает возможным, что два звена WDP могут пройти индивидуальный тест на целостность электроцепи, но при соединении друг с другом могут отказать. Такие отказы могут, например, произойти в результате наличия в соединении мусора, который повреждает индуктивный элемент связи. Когда звенья WDP соединены (т.е. собраны в ″свечи″), визуальный осмотр ниппельных и муфтовых соединений и проверка целостности электроцепей с использованием тестирующих муфт на буровой установке будут затруднительны, если не невозможны. Это ограничивает применимость таких методов для проверки соединений WDP.

Кроме того, соединение телеметрии WDP может страдать от промежуточных отказов, которые трудно выявлять. Например, если отказ явился результатом удара, давления на забое, температуры на забое, тогда отказавшее звено WDP может восстановить работоспособность, при изменении условий при остановке бурения, или при подъеме бурильной колонны из ствола. В этом случае будет предельно трудно, если не невозможно, выявить отказавшее звено WDP.

С учетом вышеупомянутых проблем сохраняется потребность в технологиях и приборах для проведения диагностики и/или мониторинга целостности системы телеметрии WDP.

Сущность изобретения

Способ определения электрического состояния кабельной бурильной трубы согласно одному аспекту изобретения включает в себя возбуждение электромагнитного поля, по меньшей мере, в одном звене кабельной бурильной трубы. Напряжения, возбужденные электрическим током, протекающим, по меньшей мере, в одном электрическом проводнике, по меньшей мере, в одном звене кабельной бурильной трубы, регистрируются. Электрический ток возбуждается возбужденным электромагнитным полем. Электрическое состояние определяется по регистрируемым напряжениям.

Способ определения электрического состояния колонны кабельной бурильной трубы согласно другому аспекту изобретения включает в себя перемещение инструмента вдоль колонны звеньев кабельной бурильной трубы, соединенных в непрерывную цепь. Электрический ток пропускается через антенну передатчика на приборе, чтобы возбудить электромагнитное поле в колонне. Напряжения, возбужденные в антенне приемника на приборе в результате прохождения электрического тока, по меньшей мере, в одном электрическом проводнике в колонне труб регистрируются. Электрический ток возбуждается возбужденным электромагнитным полем. Электрическое состояние между антеннами приемника и передатчика определяется по регистрируемым напряжениям. Пропускание электрического тока, регистрация напряжений и определение состояния затем повторяются в совокупности местоположений вдоль колонны труб.

Способ бурения ствола скважины согласно другому аспекту изобретения включает в себя подвешивание в стволе скважины колонны звеньев кабельных бурильных труб, соединенных в непрерывную цепь. Колонна труб имеет на своем нижнем конце долото. Буровое долото вращается во время высвобождения бурильной колонны с поверхности земли для поддержания выбранного веса на буровом долоте. Электромагнитное поле возбуждается в колонне труб в первом выбранном положении снаружи колонны труб. Напряжения регистрируются во втором выбранном положении снаружи колонны труб, отстоящем от первого выбранного положения. Напряжения возникают в результате протекания электрического тока, по меньшей мере, в одном проводнике в колонне труб. Протекающий электрический ток возникает в результате возбуждения электромагнитного поля. Электрическое состояние колонны труб определяется по регистрируемым напряжениям. Высвобождение колонны труб продолжается во время вращения бурового долота. Возбуждение, регистрация и определение повторяются по мере перемещения колонны труб.

Другие аспекты и преимущества изобретения будут ясны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей.

На Фиг.1 показан пример прибора проверки WDP и его применения для оценки одного или более звеньев кабельной бурильной трубы.

На Фиг.2 показан вид поперечного сечения одного примера прибора проверки WDP.

На Фиг.3 и 4 показаны дополнительные примеры прибора проверки WDP, имеющего выбираемый интервал между передатчиком и приемником.

На Фиг.5 показан другой пример прибора проверки WDP, который работает снаружи WDP.

На Фиг.6 показан пример прибора, показанного на Фиг. 5, как он может использоваться с буровой установкой.

На Фиг.7 показан другой пример прибора определения местоположения неисправности, включающий в себя внешнюю катушку передатчика и способную к перемещению катушку приемника, предназначенного для установки внутри WDP.

На Фиг.8 показан пример регистрации в стволе скважины сигналов относительно глубины ствола скважины с использованием образца, показанного на Фиг.7.

Подробное описание

Один пример прибора и способа определения местоположения электрической неисправности в системе телеметрии кабельной бурильной трубы (″WDP″) будет описан ниже со ссылками на Фиг.1. Два соединенных на резьбе элемента, или «звена» WDP, показаны схематично 10. Каждое звено 10 WDP включает в себя корпус 12 трубы, имеющий ниппельное резьбовое соединение («ниппель») 18 на одном конце и муфтовое резьбовое соединение («муфта») 16 на другом конце. Заплечик 20А на каждом ниппеле 18 и муфте 16 может включать в себя канавку или канал 20, в которых может быть расположена тороидальная катушка 22 трансформатора. Конструкция и работа такой тороидальной катушки трансформатора для передачи сигналов с одного звена на другое объяснены в патенте США №7096961, автор Кларк и др., присвоенном правообладателю настоящего изобретения и с включением ссылки на него в настоящем документе. Электрические проводники 24 расположены в надлежащем месте внутри звена 10, таком, чтобы в продольном стволе, или трубе (не показаны), защитить проводники 24 от бурового раствора, который обычно прокачивается сквозь центральное отверстие, или проход 14 в центре звена 10 WDP. Такой проход 14 является сходным с тем, который имеется в звеньях обычной (не кабельной) бурильной трубы, известной в технике. Когда ниппель 18 и муфта 16 двух звеньев 10 WDP скрепляются с помощью резьбы, соответствующие тороидальные катушки 22 трансформатора устанавливаются вблизи друг друга так, что сигналы могут быть переданы со звена 10 на следующее звено.

В настоящем варианте осуществления определяющий местоположение неисправности прибор 26 может быть вставлен в проход 14 и расположен в одном из звеньев 10 для проведения в нем проверки. Пример определяющего месторасположение неисправности прибора 26 показан на Фиг.1, подвешенным внутри звена 10 на бронированном электрическом кабеле 32. Бронированный электрический кабель может подаваться с лебедки и наматываться на лебедку (не показана) или подобное устройство, известное в технике, для наматывания бронированных электрических кабелей. Специалистами в данной области техники будет с готовностью одобрено, что посредством подвешивания прибора определения местоположения неисправностей 26 на таком кабеле 32 становится возможным использовать прибор определения местоположения неисправностей 26, в то время как вся колонна звеньев 10 WDP расположена в стволе скважины, которая бурится сквозь геологические пласты. Таким образом, вся колонна WDP может быть оценена с перемещением прибора 26 определения местоположения неисправностей внутри колонны труб посредством лебедки (не показана).

Следует понимать, что перемещение на кабеле, такое, как показано на Фиг.1, не является единственным способом, которым прибор 26 определения местоположения неисправности может перемещаться сквозь звенья WDP. Другие средства перемещения, известные в технике, включают, например присоединение прибора 26 определения местоположения неисправности к концу гибкой НКТ, соединение прибора с концом колонны соединенных на резьбе стержней или эксплуатационной НКТ или любого другого способа перемещения, известного в технике для размещения измерительных приборов в стволе скважины.

Функциональные элементы прибора 26 определения местоположения неисправности, показанные на Фиг.1 включают антенну 28 электромагнитного передатчика и антенну 30 электромагнитного приемника. Антенны 28, 30 могут иметь форму катушек с продольной намоткой провода или могут быть антеннами любой другой конструкции, способными возбуждать электромагнитное поле в звене 10 WDP, когда электрический ток пропускается через антенну 28 передатчика, и способными создавать регистрируемое напряжение в антенне 30 приемника, в результате возбуждения электромагнитных полей в звене 10 WDP током, проходящим через антенну 28 передатчика. В примере, показанном на Фиг.1, электрическая схема (как будет объяснено подробно со ссылками на Фиг.2), подключенная к с антенне 28 передатчика, вызывает возбуждение электромагнитного поля в звене 10 WDP. Электромагнитное поле возбуждает электрический ток в цепи, образованной электрическими проводниками 24 и тороидальными катушками 22 трансформатора, на каждом конце звена 10 WDP . Электромагнитные поля, созданные таким током в токовой цепи, могут регистрироваться посредством измерения напряжения, возбужденного в антенне 30 приемника. Таким образом, на основании характеристик регистрируемого напряжения может быть определена электрическая целостность звена 10 WDP.

Один пример прибора 26 определения местоположения неисправности будет теперь более подробно описан со ссылками на Фиг.2. Прибор 26 определения местоположения неисправности может включать в себя выдерживающий высокое давление корпус 34, способный проходить внутри WDP (10 на Фиг.1). Корпус 34 может включать внутреннюю камеру 34А с возможностью герметизации, в которой могут быть расположены электронные составляющие прибора 26 определения местоположения неисправности. Антенны 28, 30, которые, как объяснено выше, могут представлять собой катушки с продольной намоткой провода, могут быть расположены каждая в соответствующей канавке, или углублении 28А, 30А, образованном в наружной поверхности корпуса 34. Провод каждой антенной катушки 28,30 может входить в камеру 34А через уплотнение повышенного давления, ввод электропитания, через перегородку 46. Электронные составляющие в настоящем варианте осуществления могут включать в себя схему 48 регулирования питания электроэнергией, которая может принимать электрическую энергию, передаваемую с поверхности земли по кабелю 32 по одному или более изолированным электрическим проводникам (отдельно не показаны). Один или более изолированные электрические проводники (отдельно не показаны) могут также быть использованы для передачи сигналов, производимых прибором 26 определения местоположения неисправности, на поверхность земли. Контроллер 36, который может представлять собой системный контроллер на базе микропроцессора, может обеспечивать сигналы оперативного управления для управления другими основными элементами прибора 26. Например, аналоговый усилитель 40 приемника может быть подключен к антенне 30 приемника, чтобы регистрировать и усиливать напряжения, возбужденные в антенне 30 приемника. Регистрируемые усиленные напряжения могут быть преобразованы в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе (″ADC″) 38 так, что значение напряжения относительно времени будет в форме двоичных слов, каждое из которых представляет амплитуду напряжения. Выход ADC 38 может быть направлен на контроллер 36 для сохранения и/или дальнейшей обработки. Контроллер 36 может сохранить одну или более форм кривой тока в виде цифровых слов. Формы кривой тока являются тем, что изменяет электроток для пропускания через антенну 28 передатчика. В настоящем варианте осуществления цифровые слова форм кривой тока могут быть пропущены через цифроаналоговый преобразователь (″DAC″) 42, чтобы генерировать аналоговую форму колебаний тока. Аналоговая форма колебаний тока может быть направлена в усилитель 44 мощности передатчика для приведения в действие антенны 28 передатчика.

Специалисты в данной области техники оценят реализацию генерирования тока и регистрации сигнала, показанные на Фиг.2, которые включают в себя схему обработки цифрового сигнала, являющуюся единственно возможной реализацией прибора определения местоположения неисправности, согласно изобретению. Также в рамках объема настоящего изобретения использование аналоговой схемы для генерирования тока и регистрации возбужденных напряжений.

В настоящем образце ток, проходящий через антенну 28 передатчика, вызывает возбуждение электромагнитных полей в звене WDP и в особенности в контуре тока, образованном тороидальными катушками (22 на Фиг.1) и электрическими проводниками (24 на Фиг.1). В электрически исправном звене WDP в антенне 30 приемника будет возбуждаться напряжение, соответствующее тому, при котором вся цепь надлежащим образом взаимосвязана и изолирована от заземления на металлический корпус (12 на Фиг.1) трубы. Регистрируемые напряжения затем оцифровываются в ADC 38 и затем передаются на контроллер 36, откуда оцифрованные регистрируемые напряжения могут быть переданы на любую известную телеметрию для связи с поверхностью земли.

Пример, показанный на Фиг.2, может иметь разнос 50 в продольном направлении между антенной 28 передатчика и антенной 30 приемника, такой, что антенны 28,30 могут иметь разнос, приблизительно соответствующий расстоянию между тороидальными катушками (22 на Фиг.2) в каждом звене (10 на Фиг.1) WDP во время проверки. Во время перемещения прибора определения местоположения неисправности сквозь каждое звено (10 на Фиг.1) WDP выполняется запись напряжений, регистрируемых антенной 30 приемника. Если в каком-либо звене WDP имеется разомкнутая цепь, такая, что токовый контур, описанный выше, не замкнут, то амплитуда регистрируемого напряжения будет сравнительно мала, или нулевая. Если в любом звене WDP имеется цепь короткого замыкания, то регистрируемое напряжение будет малым, или нулевым, когда соответствующие антенны 28, 30 расположены вблизи концов звена WDP. Необходимо принять во внимание, что при таких условиях может быть трудно различить разомкнутую цепь и цепь короткого замыкания в звене WDP. Поэтому, другие образцы прибора определения местоположения неисправности, согласно изобретению, могут иметь другой и/или подбираемый разнос антенны передатчика и антенны приемника.

В качестве альтернативы, если имеет место разомкнутая цепь, регистрируемый сигнал будет примерно нулевым для всей проверяемой части трубы. Если имеет место короткое замыкание между проводниками, однако ток возбуждается в верхней части звена, будет иметь место ненулевой сигнал, пока приемник не пройдет местоположение короткого замыкания. В связи с этим, обнаруженный сигнал может быть использован для определения типа неисправности (короткое замыкание или разомкнутая цепь) и определения местоположения неисправности в звене трубы в случае короткого замыкания.

На Фиг.3 показан другой возможный пример прибора 26А определения местоположения неисправности, имеющий возможность выбора разноса антенны 28 передатчика и антенны 30 приемника. На примере, показанном на Фиг.3, корпус состоит из соединенных с возможностью скольжения двух частей корпуса 34А, 34В. Антенна 28 передатчика может быть образована на или прикреплена к одной части 34А, в то время как антенна 30 приемника может быть образована на или прикреплена к другой части 34В. Перемещением одной части 34А относительно другой 34В можно изменить разнос антенны 28 передатчика и антенны 30 приемника.

Другой пример прибора 26 определения местоположения неисправности, имеющего выбираемый разнос антенны передатчика и антенны приемника, показан на Фиг.4. В варианте осуществления, показанном на Фиг.4, корпус 34 может быть сходным с тем, который описан со ссылками на Фиг.2. Однако прибор 26 определения местоположения неисправности может включать в себя совокупность антенн приемника, обозначенных 30А, 30В, 30С, 30D, расположенных на или прикрепленных к корпусу 34 в местоположениях разнесенных в продольном направлении. Перед усилителем (40 на Фиг.2) приемника может быть установлен коммутатор (не показан) или другой переключатель для выбора одной из антенн приемника 30А-30D, для производства запроса в любой момент времени. Одна или более антенн 30А-30В приемника могут быть использованы для производства запроса на части WDP. В одном конкретном образце разнос передатчика и приемника установлен первоначально, чтобы соответствовать расстоянию между тороидальными катушками (22 на Фиг.1) в обычном звене WDP. Когда проверка любого одного или более звеньев обнаружит низкое или отсутствующее регистрируемое напряжение на приемнике, тогда разнос антенны 28 передатчика и антенны приемника, может быть подобран, как на Фиг.3, перемещением части 34В корпуса для сокращения интервала, пока не будет обнаружено регистрируемое напряжение, или, как показано на Фиг.4, выбором последовательно антенн 30D, 30С, 30В, 30А, имеющих меньший разнос, пока не будет обнаружено регистрируемое напряжение. Таким образом, может быть определено местоположение короткого замыкания в звене кабельной бурильной трубы.

Специалисты в данной области техники оценят то, что разнос (50 на Фиг.2) в продольном направлении на приборе 26 определения местоположения неисправности не ограничивается только расстоянием между концами одного звена WDP, как показано на Фиг.1. Ясно, что в рамках объема настоящего изобретения предусматривается прибор определения местоположения неисправности, имеющий интервал длиной в два или более звеньев WDP (10 на Фиг.1). Например, прибор определения местоположения неисправности может иметь интервал, который примерно равен длине трех звеньев WDP. В этом варианте прибор определения местоположения неисправности может быть использован, чтобы сузить участок поиска неисправности в системе WDP. Отмечается, что прибор определения местоположения неисправности с разносом в два, или четыре, или более звеньев также возможен.

Также в рамках объема настоящего изобретения находится определение неисправностей в звене или звеньях WDP с использованием прибора, который работает снаружи WDP. На Фиг.5 показан другой пример такого прибора 26С определения местоположения неисправности. Корпус 34В, который в настоящем варианте осуществления может быть выполнен из непроводящего электричество немагнитного материала, такого как пластик, армированный стекловолокном, может включать антенну 28 передатчика и антенну 30 приемника, которые могут быть катушками с продольной намоткой проводников, по существу описанными со ссылками на Фиг.2. На Фиг.5 не показана схема, приводящая в действие антенну 28В передатчика и антенну 30В приемника, что также может быть существенно, как объяснено со ссылками на Фиг.2. Вариант осуществления, показанный на Фиг.5. может быть, в частности, применен на полу или рядом с полом буровой установки, так что когда колонна WDP собирается или «наращивается» и спускается в ствол скважины, одиночные звенья WDP проходят через прибор, показанный на Фиг.5 для проверки во время «рейса» в ствол скважины. Звенья WDP могут быть проверены вновь, когда колонна WDP извлекается из ствола скважины. Разновидности прибора, показанного на Фиг.5, которые включают особенности конструкции для изменения разноса в продольном направлении (50 на Фиг.2) антенны 28В передатчика и антенны 30В приемника, могут быть также использованы с образцом прибора 26С определения местоположения неисправности, показанного на Фиг.5.

Обратившись к Фиг.6, увидим способ, которым показано осуществление на Фиг.5 применяемый, как объяснено выше, будет объяснен более подробно. Колонна звеньев 10 WDP, соединенных в непрерывную цепь, показана подвешенной на верхнем приводе 52 (или на ведущей бурильной трубе, соответственно оборудованной буровой установки). Верхний привод 52 может подниматься и опускаться крюком 48, соединенным с подъемной системой, состоящей из буровой лебедки 50, талевого каната 55, верхнего шкива и нижнего шкива 53, типов, хорошо известных в технике. Все вышеупомянутые элементы относятся к буровой установке 46. Прибор 26 определения местоположения неисправностей по существу, как объяснено ссылками на Фиг.5, может быть расположен в удобном месте относительно буровой установки 46, так что когда колонна труб перемещается вверх или вниз, различные звенья 10 WDP могут перемещаться через прибор 26 для оценки.

Буровое долото расположено на нижнем конце колонны звеньев 10 WDP и бурит ствол скважины 42 через подземные геологические пласты 41. Буровое долото 40 вращается благодаря работе верхнего привода 52 по вращению колонны труб или альтернативно посредством прокачивания жидкости через забойный двигатель (не показан), обычно расположенный в колонне труб около бурового долота 40. По мере того, как буровое долото бурит пласты 41, колонна труб непрерывно опускается при работе буровой лебедки 50, стравливающей талевый канат 55. Такая работа поддерживает приложение выбранной части веса колонны труб к буровому долоту 40. Когда перемещается колонна труб, соответственно последовательные звенья 10 WDP перемещаются через внутреннее пространство прибора 26С определения местоположения неисправности. Когда они внутри, антенны передатчика и приемника могут быть активированы для проверки части WDP, которая расположена внутри прибора дефектоскопии 26С.

Оценка может продолжаться во время извлечения колонны труб из ствола скважины. Схема, такая, как объяснена со ссылками на Фиг.2, может быть расположена в записывающем блоке 54, который может включать в себя другие системы (не показаны) для записи и интерпретации измерений, выполненных прибором 26 определения местоположения неисправности.

Во время буровых работ, как показано на Фиг.6, если телеметрия WDP отказывает, в одном образце, прибор, такой, как показан на Фиг.2, может быть опущен внутрь колонны труб на конце электрического кабеля, что подробно описано со ссылками на Фиг.1 и 2. При использовании прибора, как показано на Фиг.2 и как объяснено выше, внутри колонны труб, когда она подвешена в стволе скважины 42, может быть возможным определить конкретное звено 10 WDP, где имеет место неисправность. Такое определение местоположения может устранить необходимость убирать всю колонну бурильных труб из ствола скважины 42 и проверять каждое звено 10 WDP индивидуально. Альтернативно, прибор 26 определения местоположения неисправности, показанный на Фиг.6, может быть использован во время извлечения колонны труб из ствола скважины 42, пока не будет определено неисправное звено 10 WDP.

Другой пример прибора определения местоположения неисправности показан на Фиг.7. Пример прибора, показанный на Фиг.7, включает в себя передатчик 26А, сходный с показанным на Фиг.6 и описанный со ссылками на нее. Такой передатчик 26А может быть расположен под буровым полом буровой установки (или в любом другом удобном месте) и может быть расположен снаружи звеньев 10 WDP. Приемник 26В может включать в себя одну или более приемных катушек 26С, расположенных на корпусе зонда. Приемник 26В может перемещаться вдоль внутреннего пространства звеньев 10 WDP на бронированном электрическом кабеле 27, соединенном одним концом с приемником 26В. Во время работы прибора, показанного на Фиг.7, передатчик может питаться электроэнергией, как объяснено выше со ссылками на другие образцы приборов, и могут выполняться записи возбужденного напряжения относительно глубины в одной или более приемных катушках 26С. Местоположение неисправности, такой как разрыв цепи или короткое замыкание, может быть определено по записям измерения напряжения.

Возможная интерпретация сигналов, измеренных примером, показанным на Фиг.7 будет объяснена со ссылками на Фиг.8. Фиг.8 является графиком (или «каротажной диаграммой») 80 регистрируемых напряжений относительно глубины приемника (26В на Фиг.7) в стволе скважины. Зарегистрированная амплитуда напряжений показывает пики 82, 84, 86, 88, 90 уменьшающейся амплитуды, что соответствует расположению вдоль WDP соединений между последовательными звеньями (10 на Фиг.7) WDP. На Фиг.8 также можно заметить, что амплитуда сигнала уменьшается с глубиной, и соответственно, по мере того, как передатчик (26А на Фиг.7) и приемник (26В на Фиг.7) становятся более разнесенными. В одном примере каротажная диаграмма может быть выполнена по сигналу приемника, когда начинается бурение ствола скважины. Каротажная диаграмма может быть выполнена по сигналам приемника в выбранное время во время буровых работ. Изменения в амплитуде сигнала в последовательных каротажных диаграммах выше выбранного порога могут показывать на неизбежную неисправность в WDP, которая требует вмешательства.

Все упомянутые выше примеры, предназначенные для перемещения через внутреннее пространство колонны WDP, могут питаться электроэнергией посредством бронированного электрического кабеля или могут включать в себя внутреннее электропитание, такое, которое обеспечивается батареями. Альтернативно, такие приборы могут питаться энергией от приводимого в действие жидкостью турбогенератора, что известно специалистам в данной области техники, в применении к приборам LWD и/или MWD. Такие примеры могут включать в себя внутреннее хранение данных, которые могут быть запрошены, когда прибор извлечен из WDP, или сигналы, генерируемые прибором, могут передаваться через бронированный электрический кабель там, где такой кабель применяется.

Также специалистами в данной области техники будет оценено, что пример с совокупностью приемных антенн, такой как показан на Фиг.4, может быть заменен примером с совокупностью передающих антенн, каждая из которых или выбранные антенны присоединены к источнику переменного тока. Пример, описанный со ссылками на Фиг.7, может быть также заменен приемником в положении, где передатчик показан под буровым полом и приемник внутри WDP может быть заменен одним или более передатчиками. Такая возможность будет иметь место для рядовых специалистов в данной области техники по причине принципа обратимости. Поэтому ссылки ″передатчик″, ″передача″ или ″антенна передатчика″ могут быть заменены на ″приемник″, ″прием″, ″антенна приемника″, где такие ссылки определяют расположение определенной антенны или действие, производимое через антенну. Обратная замена может выполняться здесь в отношении ″приемник″, ″прием″ или ″антенна приемника″.

В то время как изобретение было описано в отношении ограниченного количества вариантов осуществления, специалисты в данной области техники, пользуясь этим раскрытием сущности, смогут предложить другие варианты осуществления, не выходящие за рамки объема раскрытого здесь изобретения. Соответственно, объем изобретения должен ограничиваться только прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к области телеметрии для оборудования, используемого в бурении скважин. Сущность: способ определения электрического состояния кабельной бурильной трубы включает возбуждение электромагнитного поля, по меньшей мере, в одном звене кабельной бурильной трубы. Напряжения, возбужденные электрическим током, протекающим, по меньшей мере, в одном электрическом проводнике кабельной бурильной трубы, регистрируются, причем электрический ток возбуждается возбужденным электромагнитным полем. Электрическое состояние определяется по регистрируемым напряжениям. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ определения электрического состояния кабельной бурильной трубы, включающий в себя:
возбуждение электромагнитного поля, по меньшей мере, в одном звене кабельной бурильной трубы;
регистрацию напряжения, возбужденного электрическим током, протекающим, по меньшей мере, в одном электрическом проводнике в кабельной бурильной трубе, причем электрический ток возбуждается возбужденным электромагнитном полем; и
определение электрического состояния по регистрируемым напряжениям.

2. Способ по п.1, в котором кабельная бурильная труба включает в себя в себя часть кабельной бурильной трубы.

3. Способ по п.1, в котором кабельная бурильная труба включает в себя в себя совокупность взаимосвязанных частей кабельной бурильной трубы.

4. Способ по п.1, в котором возбуждение электромагнитного поля производится вблизи одного конца трубного звена, а регистрация производится вблизи другого конца трубного звена.

5. Способ по п.1, в котором регистрация напряжения включает в себя в себя регистрацию напряжения, возбужденного электрическим током, протекающим в совокупности электрических проводников, в совокупности определенных местоположений по длине кабельной бурильной трубы.

6. Способ по п.1, в котором возбуждение электромагнитного поля и регистрация производятся внутри трубного звена.

7. Способ по п.1, в котором возбуждение электромагнитного поля и регистрация производятся снаружи трубного звена.

8. Способ по п.1, в котором возбуждение электромагнитного поля включает в себя пропускание переменного электрического тока через антенну передатчика.

9. Способ по п.1, в котором обнаружение напряжения включает в себя измерение напряжения, существующего на антенне приемника.

10. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя определение местоположения неисправности на длине, по меньшей мере, одного звена, посредством смены положения вдоль звена трубы, в котором производится регистрация, при поддержании, по существу, положения, в котором производится возбуждение.

11. Способ определения электрического состояния колонны кабельных бурильных труб, включающий в себя:
перемещение прибора вдоль колонны звеньев кабельной бурильной трубы, соединенных в непрерывную цепь;
пропускание электрического тока через антенну передатчика на приборе для возбуждения электромагнитного поля в колонне;
регистрацию напряжений, возбужденных в антенне приемника на приборе в результате протекания электрического тока, по меньшей мере, в одном электрическом проводнике в колонне труб, при этом протекающий электрический ток возбуждается возбужденным электромагнитным полем;
определение электрического состояния между антенной передатчика и антенной приемника по регистрируемым напряжениям; и
повтор пропускания электрического тока, регистрации напряжений и определения состояния в совокупности положений вдоль колонны труб.

12. Способ по п.11, в котором, по меньшей мере, одно из возбуждения электромагнитного поля и регистрации производится внутри трубного звена.

13. Способ по п.11, в котором, по меньшей мере, одно из возбуждения электромагнитного поля и регистрации производится снаружи трубного звена.

14. Способ по п.11, дополнительно включающий в себя изменение разноса в продольном направлении антенны передатчика и антенны приемника для определения местоположения электрической неисправности.

15. Способ по п.14, в котором изменение разноса в продольном направлении включает в себя перемещение, по меньшей мере, одной антенны передатчика и приемника вдоль внутреннего пространства колонны труб.

16. Способ по п.15, дополнительно включающий в себя повторение перемещения прибора, пропускания электрического тока, регистрации напряжения, определения электрического состояния и перемещения вдоль внутреннего пространства в выбранное время, чтобы упредить неисправность в колонне труб.

17. Способ по п.11, в котором изменение разноса в продольном направлении включает в себя изменение длины прибора.

18. Способ по п.11, в котором изменение разноса в продольном направлении включает в себя, по меньшей мере, одно из:
выбор определенной антенны приемника из совокупности антенн приемника, расположенных на приборе в разнесенных положениях, и выбор определенной антенны передатчика из совокупности антенн передатчика, расположенных на приборе в разнесенных положениях.

19. Способ бурения ствола скважины, включающий в себя:
подвешивание в стволе скважины колонны звеньев кабельной бурильной трубы, соединенных в непрерывную цепь, при этом колонна имеет на своем нижнем конце буровое долото;
вращение бурового долота в процессе высвобождения бурильной колонны с поверхности для поддержания выбранного значения веса на буровом долоте;
возбуждение электромагнитного поля в первом выбранном положении снаружи колонны труб;
регистрация напряжений во втором выбранном положении снаружи колонны труб и удаленном от первого выбранного положения, причем напряжения возникают в результате электрического тока, протекающего, по меньшей мере, в одном проводнике колонны труб, причем ток протекает в результате возбужденного электромагнитного поля;
определение электрического состояния колонны труб по обнаруженным напряжениям;
продолжение высвобождения колонны труб с вращением бурового долота и повторение возбуждения, регистрации и определения.

20. Способ по п.19, в котором возбуждение электромагнитного поля включает в себя пропускание переменного электрического тока, по меньшей мере, через одну антенну передатчика.

21. Способ по п.19, в котором регистрация напряжений включает в себя измерение напряжений, существующих, по меньшей мере, на одной антенне приемника.

22. Прибор определения местоположения неисправности, включающий в себя:
по меньшей мере, один передатчик; и
по меньшей мере, один приемник,
при этом, по меньшей мере, один передатчик способен возбуждать электрический ток в проводнике, по меньшей мере, в одной части кабельной бурильной трубы и приемник, способный реагировать на магнитное поле, которое возбуждено электрическим током.