СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫМИ БУРОВЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ И ДАТЧИКАМИ ДЛЯ ГИБКИХ ТРУБ Российский патент 2018 года по МПК E21B47/01 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к устройствам и способам подачи энергии и/или данных в скважинные устройства, которые работают на гибких трубах.

2. ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Труба-кабель представляет собой трубу, которая содержит изолированный кабель, который используется для подачи электроэнергии и/или данных компоновке низа бурильной колонны (КНБК) или для передачи данных из КНБК на поверхность. Труба-кабель доступна на рынке от таких производителей, как Canada Tech Corporation из г. Калгари в Канаде.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Изобретение предлагает систему и способ подачи электроэнергии электроприводным скважинным устройствам. В других аспектах изобретение предлагает систему и способ передачи данных или информации в и из скважинных устройств, таких как датчики. Варианты реализации настоящего изобретения характеризуются применением Telecoil^® для передачи энергии или данных скважинным устройствам или приборам и/или для получения данных или информации в режиме реального времени от скважинных устройств или приборов. Telecoil^® представляет собой гибкую трубу, которая содержит трубу-кабель, который может передавать энергию и данные. В соответствии с настоящим изобретением спусковые колонны Telecoil^® вместе со связанными датчиками (в том числе камерами) и электроприводными инструментами могут быть использованы в самых различных операциях в стволе скважины, таких как очистка, фрезерование, разрыв и каротаж. Одновременно могут применяться комбинации электроприводных приборов и датчиков, тем самым обеспечивая надежное и безопасное приведение прибора в действие.

[0004] В описанном варианте реализации компоновка низа бурильной колонны встроена в колонну гибких труб и применяется для функционирования одного или более устройств скользящей муфты внутри скважинной трубы. Колонна гибких труб представляет собой колонну насосно-компрессорных труб Telecoil^®, которая содержит трубу-кабель, которая выполнена с возможностью передачи энергии и данных. Компоновка низа бурильной колонны предпочтительно содержит корпус, из которого по команде с поверхности выборочно могут быть выдвинуты и втянуты одна или более распорок. Кроме того, компоновка низа бурильной колонны предпочтительно содержит также скважинную камеру, которая позволяет оператору на поверхности визуально определять открыто устройство скользящей муфты или закрыто. В частности, этот вариант реализации применяется с компоновками для разрыва пласта, имеющими скользящие муфты, так как в настоящее время отсутствуют подходящие средства определения того открыта или закрыта муфта разрыва пласта.

[0005] В соответствии с другим аспектом, компоновка содержит распределенное температурно-чувствительное (РТЧ) устройство, которое отслеживает температуру в ряде точек вдоль ствола скважины. Настоящее изобретение характеризуется применением трубы-кабеля и Telecoil^® для подачи энергии с поверхности скважинным устройствам и передачи данных от скважинных устройств на поверхность в режиме реального времени.

[0006] В еще одном описанном варианте реализации указанный электроприводной инструмент выполнен в виде инструмента гидравлического удара, который применяют для осмотра или обследования части ствола скважины, имеющей разрывы. Один или более датчиков давления связаны с инструментом гидравлического удара и будут обнаруживать импульсы давления, которые генерирует инструмент гидравлического удара, а также импульсы, которые отражаются обратно в направлении инструмента гидравлического удара от части ствола скважины, имеющей разрывы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0007] Преимущества и дополнительные аспекты изобретения будут легко оценены специалистами в данной области техники, так как это становится более понятно за счет ссылки на следующее подробное описание при рассмотрении в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, в которых подобные условные обозначения обозначают подобные или одинаковые элементы на нескольких чертежах, на которых:

[0008] На Фиг. 1 проиллюстрирован вид сбоку поперечного разреза части типового пустотелого ствола скважины, имеющей внутри устройства скользящих муфт, и устройство гибких труб для управления этими муфтами;

[0009] На Фиг. 1A проиллюстрирован вид поперечного разреза ствола скважины с Фиг. 1, дополнительно иллюстрирующий компоненты наземного оборудования;

[0010] На Фиг. 2 проиллюстрирован вид сбоку поперечного разреза компоновки, изображенной на Фиг. 1, в данном случае с устройством в виде гибких труб, приводимым в действие для функционирования устройства скользящей муфты;

[0011] На Фиг. 3 проиллюстрирован вид в осевом разрезе гибкой трубы, применяемой в компоновках, показанных на Фиг. 1-2;

[0012] На Фиг. 4 изображен вид сбоку разреза ствола скважины, который содержит систему обследования разрыва в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

[0013] На Фиг. 1 проиллюстрирован типовой пустотелый 10 ствол скважины. В предпочтительном варианте реализации пустотелый 10 ствол скважины представляет собой обсадную колонну ствола скважины. В альтернативном варианте пустотелый 10 ствол скважины может представлять собой участок насосно-компрессорной колонны ствола скважины. Пустотелый 10 ствол скважины содержит множество устройств скользящей муфты, схематически показанных под номером 12. Пустотелый 10 ствол скважины образует центральный проходной канал 14 вдоль своей длины. Устройства скользящей муфты 12 могут представлять собой золотниковые клапаны известного в данной области техники типа, которые выполнены с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями при осевом перемещении муфтового элемента. На Фиг. 1A дополнительно проиллюстрированы соответствующие компоненты на поверхности 11 ствола скважины 10. Контроллер 13 и источник энергии 15 расположены на поверхности 11. Специалисты в данной области техники поймут, что есть другие компоненты и устройства системы, в том числе, например, инжектор гибких труб, который применяется для введения спусковой колонны гибких труб в ствол скважины 10. Контроллер 13 предпочтительно содержит компьютер или другое устройство с программируемым процессором, которое запрограммировано надлежащим образом для приема температурных данных также, как и визуальных данных изображения от скважинной камеры. Источник энергии 15 представляет собой источник электропитания, такой как генератор.

[0014] Компоновка низа бурильной колонны 16 показана размещенной в проходном канале 14 посредством спусковой колонны 18 гибких труб. Компоновка низа бурильной колонны 16 содержит наружный корпус переходника 20, который прикреплен к спусковой колонне 18 гибких труб. В корпусе 20 размещен электромотор известного в данной области техники типа, который при работе может радиально двигать распорки 22 радиально наружу или внутрь по отношению к корпусу 20 при приведении в действие с поверхности. Распорки 22 изображены схематически на Фиг. 1-2. На практике, однако, распорки 22 имеют защелкивающиеся цанги или другие зацепляющие части, которые предназначены для зацепления с ответной частью муфты устройства 12 скользящей муфты, так что она может быть перемещена в осевом направлении между открытым и закрытым положениями.

[0015] Спусковая колонна 18 гибких труб представляет собой спусковую колонну Telecoil^®. На Фиг. 3 изображен разрез спусковой колонны 18 гибких труб, который выявляет, что спусковая колонна 18 образует центральный осевой канал 24 вдоль своей длины. Труба-кабель 26 проходит вдоль колонны 18 гибких труб внутри проходного канала 24. Труба-кабель 26 проходит от контроллера 13 и источника энергии 15, расположенных на поверхности 11, к компоновке низа бурильной колонны 16.

[0016] Кроме того, распределенное температурно-чувствительное (РТЧ) волокно 28 проходит вдоль колонны 18 гибких труб внутри проходного канала 24. РТЧ-волокно представляет собой оптическое волокно, которое содержит множество температурных датчиков вдоль своей длины, предназначенных для определения температуры в некотором количестве отдельных точек вдоль волокна. Предпочтительно, чтобы РТЧ-волокно 28 находилось в функциональной связи с оптическим рефлектометром для измерения временных характеристик (ОРВХ) 29 (на Фиг. 1A) известного в данной области техники типа, который способен передавать оптические импульсы в волоконный оптический кабель и анализировать свет, который вернулся, отразился или рассеялся в нем.

[0017] Скважинная камера 30 также предпочтительно включена в компоновку низа бурильной колонны 16. Камера 30 выполнена с возможностью получения визуальных изображений проходного канала 14 и, в частности, выполнена с возможностью получения изображений устройств скользящей муфты 12 в достаточно подробном виде, чтобы позволить наблюдателю определить в каком состоянии находится устройство муфты 12 - открытом или закрытом. Камера 30 функционально связана с трубой-кабелем 26, так что данные изображений могут быть переданы на поверхность 11 для отображения оператору в режиме реального времени. В соответствии с альтернативными вариантами реализации, камера 30 заменяется (или дополняется) одним или более магнитными или электрическими датчиками, которые используются для определения открытого или закрытого положения устройств(а) скользящей муфты 12. Такой датчик(и) функционально связан с трубой-кабелем 26 так, что данные, зарегистрированные датчиком(ами), передаются на поверхность в режиме реального времени.

[0018] При работе компоновку низа бурильной колонны 16 располагают в пустотелом 10 стволе скважины на спусковой колонне 18 гибких труб. Компоновку низа колонны 16 перемещают внутри проходного канала 14, пока она не приблизится к устройству скользящей муфты 12, которое было выбрано для приведения в действие путем перемещения его между открытым и закрытым положениями (см. Фиг. 1). Локатор муфты обсадной трубы (не показан) известного в данной области типа может быть использован для содействия центровки компоновки низа бурильной колонны 16 с желаемым устройством скользящей муфты 12. Затем передают команду с поверхности через трубу-кабель 26 для обеспечения выдвижения одной или более распорок 22 в радиальном направлении наружу из корпуса 20 (см. Фиг. 2). Распорки 22 могут быть выполнены в форме выступов или крюков, которые имеют такие форму и размер, чтобы входить в зацепление с ответной частью муфты устройства скользящей муфты. Компоновку низа бурильной колонны 16 затем перемещают в направлении стрелки 32 на Фиг. 2, чтобы обеспечить движение устройства скользящей муфты 12 между открытым и закрытым положениями. Впоследствии распорки 22 втягивают в ответ на команду с поверхности. Компоновка низа бурильной колонны 16 затем может быть перемещена ближе к другому устройству скользящей муфты 12 или вытянута из пустотелого 10 ствола скважины. Во время срабатывания камера 30 обеспечивает визуальные изображения в режиме реального времени оператору на поверхности, чтобы позволить оператору зрительно убедиться в том, что устройство скользящей муфты 12 было открыто или закрыто как предполагалось. Температуру могут контролировать во время операции с использованием РТЧ-волокна 28. РТЧ-волокно 28 работает как многоточечный датчик (т.е. все волокно является датчиком) и может определять температурный профиль вдоль длины спусковой колонны 18 гибких труб, в том числе компоновки низа бурильной колонны 16. Полученные температурные данные могут быть объединены с другими данными, полученными от оборудования низа бурильной колонны 16, такими как давление, температура, расход и прочее.

[0019] Telecoil^® и труба-кабель могут быть использованы для подачи энергии в скважину и отправки скважинных данных в режиме реального времени на поверхность в многочисленных случаях. С использованием трубы-кабеля можно оперировать любым количеством скважинных электроприводных инструментов. Например, каротажные приборы, которые содержат РТЧ-системы, могут работать на Telecoil^® вместо того, чтобы использовать батареи для питания. Электроэнергия, необходимая для системы Telecoil^® или системы гибких труб, может быть подана с поверхности. Скважинные данные, такие как температура, давление, гамма-изучение, местонахождение и так далее, в режиме реального времени могут быть переданы на поверхность через трубу-кабель.
[0020] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения электроприводной инструмент имеет вид инструмента гидравлического удара, который использует импульсы давления для обследования разрыва в стволе скважины для оценки его характеристик (то есть длины, раскрыва, размера и прочего). Инструменты гидравлического удара являются известными устройствами, которые, как правило, встроены в бурильные колонны, чтобы помогать предотвращать застревание бурового долота во время работы. Инструменты гидравлического удара этого типа генерируют гидравлические импульсы внутри окружающего ствола скважины. На Фиг. 4 изображен ствол скважины 50, который был пробурен через грунт 52 вниз к пласту 54. Разрывы 56 были ранее созданы в пласте 54, окружающем ствол скважины 50.

[0021] Приборная система 58 для обследования разрывов расположена внутри ствола скважины 50 и содержит спусковую колонну 60 гибких труб Telecoil^®, которая образует центральный проходной канал 62, который содержит трубу-кабель 64. Труба-кабель 64 соединена на поверхности 66 с источником электроэнергии 68 и контроллером 70. Контроллер 70 предпочтительно содержит компьютер или другое устройство с программируемым процессором, которое надлежащим образом запрограммировано на прием данных давления, относящихся к гидравлическим импульсам, генерируемым внутри ствола скважины 50. Контроллер 70 должен предпочтительно иметь возможность отображения принятых данных пользователю на поверхности 66 и/или сохранения такой информации в запоминающем устройстве. Инструмент гидравлического удара 72 установлен на дальнем конце спусковой колонны 60 гибких труб. Датчики давления 74 функционально связаны со спусковой колонной 60 вблизи инструмента гидравлического удара 72. Труба-кабель 64 предпочтительно используется для подачи энергии инструменту гидравлического удара 72 от источника энергии 68, расположенного на поверхности 66. Дополнительно, труба-кабель 64 используется для передачи данных от датчиков давления 74 контроллеру 70.

[0022] В типичной для системы 50 операции обследования разрывов инструмент гидравлического удара 72 работает на спусковой колонне 60 гибких труб Telecoil^® и расположен вблизи разрывов 56, которые подлежат обследованию. Импульсы давления 76 генерируются посредством инструмента гидравлического удара 72, проходят через разрывы 56, ударяются о стенки разрыва и проходят в обратном направлении к инструменту 72. Разница между начальными и отраженными импульсами давления используется для оценки характеристик разрыва. Датчики давления 74, связанные с инструментом гидравлического удара 72, обнаруживают исходные и отраженные импульсы и передают эти данные на поверхность в режиме реального времени через трубу-кабель 64 внутри спусковой колонны 60 Telecoil^®. Вместо инструмента гидравлического удара, приводимого в действие потоком флюида, с присущими ему ограничениями электроприводной инструмент гидравлического удара 72 может помочь уменьшить статический коэффициент трения в начале движения компоновки низа колонны между фазами. Благодаря мгновенному уменьшению коэффициента трения от статического до динамического режима, смазка не требуется или требуется ее малое количество для того, чтобы перемещать компоновку низа бурильной колонны между фазами и иметь достаточное усилие в компоновке низа бурильной колонны. Электроприводной инструмент имеет способность получать скважинные параметры, такие как давление, температура и прочее, в режиме реального времени во время работы.

[0023] Telecoil^® может также использоваться для подачи энергии ряду других скважинных приборов и получения скважинных данных от них. Примеры включают инструмент для очистки ствола скважины или электрический торнадо.

[0024] Можно видеть, что изобретение предлагает системы скважинных приборов, которые содержат спусковые колонны гибких труб типа Telecoil^®, которые несут электроприводной прибор. Эти системы скважинных приборов также предпочтительно включают по меньшей мере один датчик, который может определять скважинные параметры (то есть, температуру, давление, визуальное изображение и прочее) и передавать сигнал, представляющий определенный параметр, на поверхность через трубу-кабель внутри спусковой колонны. В соответствии с первым описанным вариантом реализации, электроприводной скважинный прибор представляет собой устройство для приведения в действие скважинного устройства скользящей муфты. Во втором описанном варианте реализации электроприводной скважинный прибор представляет собой инструмент гидравлического удара, который эффективен в создании гидравлических импульсов. Также должно быть видно, что системы скважинных приборов в соответствии с настоящим изобретением содержат один или более датчиков, которые связаны со скважинным прибором, и что эти датчики могут быть в форме датчиков давления, температурных датчиков или камеры. Данные из этих датчиков могут быть переданы на поверхность через спусковую колонну гибких труб типа Telecoil^®.

[0025] Можно также видеть, что изобретение обеспечивает способы для эксплуатации электроприводного скважинного прибора, при этом электроприводный скважинный прибор прикреплен к спусковой колонне гибких труб Telecoil^® и расположен в пустотелом стволе скважины. Пустотелый ствол скважины может быть выполнен в виде обсаженного ствола скважины 10 или необсаженного ствола скважины 50. Электроприводной скважинный прибор затем располагают внутри пустотелого ствола скважины на спусковой колонне. Электроэнергию подают в скважинный прибор из источника питания, находящегося на поверхности, через трубу-кабель внутри спусковой колонны. Данные отсылаются на поверхность от одного или более датчиков, которые связаны со скважинным прибором.

[0026] Вышеприведенное описание относится к конкретным вариантам реализации настоящего изобретения в целях иллюстрации и объяснения. Однако специалисту в данной области очевидно, что возможны многие модификации и изменения в варианте реализации, изложенном выше, без отхода от объема и идеи изобретения.

Группа изобретений относится к области исследования, передачи данных и электроэнергии в буровых скважинах. Система содержит электроприводной скважинный прибор, спусковую колонну гибких труб, прикрепленную к скважинному прибору, для размещения скважинного прибора в пустотелом стволе скважины, трубу-кабель, размещенную внутри колонны гибких труб и функционально связанную со скважинным прибором. Труба-кабель выполнена с возможностью подачи электроэнергии и передачи данных вдоль своей длины в скважинный прибор или из него. Скважинный прибор имеет корпус с одной или более распорками, которые выборочно выдвигаются наружу из корпуса в ответ на команду, передаваемую через трубу-кабель. Распорки выполнены с возможностью перемещения устройства скользящей муфты внутри пустотелого ствола скважины между открытым и закрытым положениями посредством перемещения компоновки низа бурильной колонны внутри ствола скважины. Повышается эффективность проведения исследований и управления скважинными процессами. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система скважинного прибора для осуществления функции внутри пустотелого ствола скважины (10), которая содержит:

электроприводной скважинный прибор (16);

спусковую колонну (18) гибких труб, прикрепленную к скважинному прибору, для размещения скважинного прибора в пустотелом стволе скважины; и

трубу-кабель (26), размещенную внутри колонны гибких труб и функционально связанную со скважинным прибором, при этом труба-кабель выполнена с возможностью подачи электроэнергии и передачи данных вдоль своей длины в скважинный прибор или из него,

причем скважинный прибор имеет корпус (20) с одной или более распорками (22), которые выборочно выдвигаются наружу из корпуса в ответ на команду, передаваемую через трубу-кабель, а указанные распорки выполнены с возможностью перемещения устройства скользящей муфты (12) внутри пустотелого ствола скважины между открытым и закрытым положениями посредством перемещения компоновки низа бурильной колонны внутри ствола скважины.

2. Система скважинного прибора по п. 1, которая дополнительно содержит камеру (30), функционально связанную со скважинным прибором (16), для получения одного или более визуальных изображений пустотелого ствола (10) скважины и передачи данных указанных изображений на поверхность через трубу-кабель (26).

3. Система скважинного прибора по п. 1, которая дополнительно содержит волоконно-оптический распределенный датчик (28), содержащийся внутри спусковой колонны гибких труб, для определения рабочего параметра внутри пустотелого ствола скважины.

4. Система скважинного прибора по п. 3, в которой волоконно-оптический распределенный датчик (28) содержит температурный датчик.

5. Способ функционирования электроприводного скважинного прибора, включающий следующие этапы:

прикрепление электроприводного скважинного прибора (16) к спусковой колонне (18), содержащей колонну гибких труб, образующую проходной канал внутри, и трубу-кабель (26), расположенную вдоль проходного канала, причем электроприводной скважинный прибор имеет корпус (20) с одной или более распорками (22), которые выборочно выдвигаются наружу из корпуса в ответ на команду, передаваемую через трубу-кабель, и указанные распорки выполнены с возможностью перемещения устройства скользящей муфты (12) внутри ствола скважины между открытым и закрытым положениями;

размещение электроприводного скважинного прибора в стволе скважины с поверхности на спусковой колонне;

подачу электроэнергии в электроприводной скважинный прибор с поверхности через трубу-кабель;

получение данных на поверхности от датчика, который функционально связан с электроприводным скважинным прибором через трубу-кабель; и

смещение устройства скользящей муфты внутри проходного канала между открытым и закрытым положениями посредством перемещения компоновки низа бурильной колонны внутри ствола скважины.