СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК E21B47/12 G01V3/18 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящая заявка притязает на приоритет, зарезервированный предварительной заявкой на патент США под номером 62/267 315, поданной 15 декабря 2015 года, которая включена в данный документ с помощью ссылки.

Системы измерений в процессе бурения (ИПБ) помогают инженеру-бурильщику правильно прокладывать направление новой скважины в соответствии с планом бурения. Датчики ИПБ (находящиеся примерно в 15-20 м от долота) включают модуль направления (для считывания азимута, наклона, вращения), датчики вибрации, фонового гамма-излучения и, необязательно, датчик удельного сопротивления формации. Кроме того, с целью получения более точного показания датчики направления иногда размещают возле долота (наддолотный переводник).

В настоящее время использование инструментов каротажа удельного сопротивления в приложениях ИПБ связано с двумя основными проблемами.

Самым слабым местом системы является механическое соединение между модулем для измерения удельного сопротивления и инструментом ИПБ. Необходимость надежной установки системы ИПБ и модуля для измерения удельного сопротивления в утяжеленной буровой трубе и значительная длина составной колонны требуют особых способов соединения этого оборудования. В настоящее время используют два основных решения: телескопический соединитель и пальцевой поворотный соединитель.

Оба этих соединения имеют проблемы, связанные с поддерживанием надежного контакта, выравниванием при сборке и заводнением. Кроме того, любая поломка соединителя вызовет и отказ всей составной системы.

Длина составной колонны является значительной, и это привносит дополнительные механические напряжения вследствие изгибания инструментов в процессе бурения, вызывающие преждевременные поломки из-за усталости.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Может быть предложена система измерений в процессе бурения (ИПБ) для применения в бурильной колонне, указанная система ИПБ может содержать модуль для измерения удельного сопротивления, который может быть выполнен с возможностью генерирования информации об удельном сопротивлении, относящейся к удельному сопротивлению формации, бурение которой может выполнять бурильная колонна; наддолотный переводник, который может быть выполнен с возможностью генерирования информации о наклоне бурового долота бурильной колонны; модуль ИПБ; первый модуль беспроводной связи, который может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ; второй модуль беспроводной связи, который может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о наклоне из модуля наддолотного переводника на модуль ИПБ; и причем модуль ИПБ может быть выполнен с возможностью участия в передаче информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации.

Первый модуль беспроводной связи может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении через внутреннее пространство бурильной колонны.

Второй модуль беспроводной связи может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении через формацию.

Первый модуль беспроводной связи может содержать короткодистанционный приемник, который может быть электрически связан с модулем ИПБ, и короткодистанционный передатчик, который может быть электрически связан с модулем для измерения удельного сопротивления.

Расстояние между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ может не превышать 18,288 метров.

Короткодистанционный приемник и короткодистанционный передатчик могут осуществлять связь между собой с использованием низкочастотного излучения.

Низкочастотное излучение может иметь частоту приблизительно один килогерц (например, между 800 и 1200 Гц).

Система ИПБ может содержать батарею модуля для измерения удельного сопротивления, которая может быть расположена между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ. Короткодистанционный передатчик может содержать передающую антенну, которая может быть установлена сверху батареи модуля для измерения удельного сопротивления (или находиться в другом месте рядом с ним).

Передающая антенна может представлять собой катушку из магнитной проволоки, которая может быть намотана на сердечник. Может быть использован и любой другой тип передающей антенны.

Модуль для измерения удельного сопротивления может быть дополнительно выполнен с возможностью генерирования информации о давлении, относящейся к давлению бурового раствора, и причем первый модуль беспроводной связи может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о давлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ.

Наддолотный переводник может быть дополнительно выполнен с возможностью генерирования информации о гамма-излучении, информации о вращении, относящейся к вращению бурового долота, и информации о вибрации, относящейся к вибрации бурового долота; и причем второй модуль беспроводной связи может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации на модуль ИПБ.

Модуль ИПБ может быть выполнен с возможностью участия в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации к верхней поверхности формации.

Модуль ИПБ может быть выполнен с возможностью генерирования информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации и с возможностью участия в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении, информации о вибрации, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

Модуль ИПБ может быть выполнен с возможностью генерирования информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации и с возможностью участия в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

Может быть предложен способ, который может включать генерирование модулем для измерения удельного сопротивления бурильной колонны информации об удельном сопротивлении, относящейся к удельному сопротивлению формации, бурение которой может выполнять бурильная колонна; генерирование наддолотным переводником бурильной колонны информации о наклоне, относящейся к наклону бурового долота бурильной колонны; беспроводную отправку первым модулем беспроводной связи бурильной колонны информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль измерений в процессе бурения (ИПБ); беспроводную отправку вторым модулем беспроводной связи бурильной колонны информации о наклоне из модуля наддолотного переводника на модуль ИПБ; и участие модулем ИПБ в передаче информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации.

Способ может включать беспроводную отправку информации об удельном сопротивлении на модуль ИПБ через внутреннее пространство бурильной колонны.

Способ может включать беспроводную отправку информации об удельном сопротивлении на модуль ИПБ через формацию.

Первый модуль беспроводной связи может содержать короткодистанционный приемник, который может быть электрически связан с модулем ИПБ, и короткодистанционный передатчик, который может быть электрически связан с модулем для измерения удельного сопротивления.

Расстояние между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ не превышает 18,288 метров.

Способ может включать передачу информации об удельном сопротивлении на короткодистанционный приемник и от короткодистанционного передатчика с использованием низкочастотного излучения.

Низкочастотное излучение может иметь частоту примерно один килогерц.

Способ может включать передачу информации об удельном сопротивлении на модуль ИПБ с использованием передающей антенны; причем передающая антенна может быть установлена сверху батареи модуля для измерения удельного сопротивления, которая может быть расположена между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ.

Для передачи могут использовать передающую антенну, которая может представлять собой катушку из магнитной проволоки, которая может быть намотана на сердечник.

Способ может включать генерирование модулем для измерения удельного сопротивления информации о давлении, относящейся к давлению бурового раствора; и причем способ может включать беспроводную отправку первым модулем беспроводной связи информации о давлении на модуль ИПБ.

Способ может включать генерирование наддолотным переводником информации о гамма-излучении, информации о вращении, относящейся к вращению бурового долота, и информации о вибрации, относящейся к вибрации бурового долота; и причем способ может включать беспроводную отправку вторым модулем беспроводной связи информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации на модуль ИПБ.

Способ может включать участие модуля ИПБ в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации к верхней поверхности формации.

Способ может включать генерирование модулем ИПБ информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации; причем способ может включать участие модуля ИПБ в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении, информации о вибрации, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

Способ может включать генерирование модулем ИПБ информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации и участие модуля ИПБ в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Объект, рассматриваемый в качестве настоящего изобретения, конкретно изложен и четко заявлен в заключительной части данного описания. Однако настоящее изобретение, как в части устройства, так и в части способа работы, вместе его с целями, признаками и преимуществами можно лучше понять при обращении к последующему подробному описанию, приведенному со ссылками на сопутствующие графические материалы, на которых:

Фиг. 1 представляет собой изображение бурильной колонны, содержащей систему ИПБ в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой изображение некоторых частей бурильной колонны в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 представляет собой изображение некоторых частей бурильной колонны в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 представляет собой изображение некоторых частей бурильной колонны в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 представляет собой схему потока информации в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 6 представляет собой блок-схему способа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В последующем подробном описании изложены многочисленные конкретные детали для обеспечения полного понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике и без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные способы, процедуры и компоненты подробно не описаны, чтобы не затруднять понимание настоящего изобретения.

Объект, рассматриваемый в качестве настоящего изобретения, конкретно изложен и четко заявлен в заключительной части данного описания. Однако настоящее изобретение, как в части устройства, так и в части способа работы, вместе его с целями, признаками и преимуществами можно лучше понять при обращении к последующему подробному описанию, приведенному со ссылками на сопутствующие графические материалы.

Будет понятно, что для простоты и ясности представления элементы, показанные на фигурах, не обязательно начерчены в масштабе. Например, для наглядности размеры некоторых элементов могут быть увеличены относительно других элементов. Кроме того, если это считалось оправданным, номера ссылок на фигурах могут повторяться для обозначения соответствующих или аналогичных элементов.

Поскольку представленные варианты осуществления настоящего изобретения могут большей частью быть реализованы с применением электронных компонентов и схем, известных специалистам в данной области техники, детали не будут объясняться в большей степени, чем считается необходимым, как показано выше, для понимания и верного восприятия основополагающих идей настоящего изобретения и чтобы не запутывать и не отвлекать внимание от принципов настоящего изобретения.

В соответствии с одним вариантом настоящего осуществления изобретения могут быть предложены система и способ. Любая ссылка на систему должна относиться mutatis mutandis и к способу эксплуатации этой системы.

Система и способ ИПБ

Предлагаются способ ИПБ и система ИПБ, в которых используются одна или несколько беспроводных линий связи между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ через (например) свободное от металла пространство внутри бурильной колонны и/или по пути снаружи бурильной колонны.

При использовании такой бурильной колонны вышеперечисленные недостатки известного уровня техники будут устранены. Кроме того, любой отказ в модуле вне модуля ИПБ и модуля для измерения удельного сопротивления не вызовет отказ системы в целом.

Система ИПБ может содержать наддолотный переводник (подсистему, находящуюся возле бурового долота), модуль для измерения удельного сопротивления и модуль ИПБ.

Модуль для измерения удельного сопротивления измеряет удельное (электрическое) сопротивление участка формации рядом с модулем для измерения удельного сопротивления. Информация об удельном сопротивлении, генерируемая модулем для измерения удельного сопротивления, помогает обнаружить наличие нефти (высокие показания удельного сопротивления, в отличие от низкого удельного сопротивления для воды). По информации об удельном сопротивлении оператор может заключить, в правильном ли месте направляется бурильная колонна. Особенно при бурении в тонком нефтяном пласте. Информация об удельном сопротивлении может помочь оператору определить, что скважина проходит через тонкий нефтяной пласт.

Система ИПБ может также содержать первый и второй модули беспроводной связи, предназначенные для беспроводной передачи информации между модулем ИПБ и каждым из наддолотного переводника и модуля для измерения удельного сопротивления. Беспроводная связь может быть однонаправленной (в сторону модуля ИПБ) и/или может быть двунаправленной (в сторону модуля ИПБ и в сторону модуля для измерения удельного сопротивления и/или наддолотного переводника). Модуль ИПБ может, например, отправлять команды и/или информацию о конфигурации, и/или сигналы запуска на модуль для измерения удельного сопротивления и/или на наддолотный переводник. Например, модуль ИПБ может отправлять модулю для измерения удельного сопротивления инструкции о том, как часто снимать показания удельного сопротивления, и о переходе в режим ожидания (сна).

Любое упоминание двунаправленной связи можно интерпретировать как упоминание однонаправленной связи и vise versa. Например, приемник и/или передатчик могут быть заменены приемопередатчиком.

Любое упоминание передачи, приема или отправления информации может быть применимо к передаче, приему или отправлению команд и/или инструкций, и/или сигналов запуска.

На фиг. 1 представлена бурильная колонна 100, которая осуществляет бурение в буровой скважине 93, образованной в геологической формации (далее по тексту именуемой «формацией») 90, имеющей верхнюю поверхность 91. Получатель 92 может располагаться на верхней поверхности 91 (или в ином месте выше бурильной колонны 100). Получателем 92 может быть приемник, приемопередатчик или любая иная часть системы измерения и/или управления. Система измерения и/или управления может использоваться для управления бурильной колонной 100.

Бурильная колонна 100 представлена содержащей модуль 105 приемопередатчика верхней поверхности (обозначенный TX/RX со стороны верхней поверхности), предназначенный для осуществления связи между модулем 110 ИПБ и получателем. Передача может быть проводной, беспроводной, может использовать импульсы бурового раствора, электромагнитное излучение и т. п.

Бурильная колонна 100 может также содержать последовательность из модуля 110 ИПБ, разделителя 120, модуля 130 для измерения удельного сопротивления, бурового двигателя 140, наддолотного переводника 150 и бурового долота 160.

Модуль 110 ИПБ и модуль 130 для измерения удельного сопротивления могут быть разделены разделителем 120. Первый модуль беспроводной связи (не показан) может обеспечивать беспроводной обмен информацией между модулем 110 ИПБ и модулем 130 для измерения удельного сопротивления, используя первую беспроводную линию 81 связи. Первая беспроводная линия 81 связи проходит через разделитель 120 (который может быть свободным от металла) и/или может проходить через формацию 90.

Второй модуль беспроводной связи (содержит приемопередатчик или передатчик 72 и приемопередатчик или приемник 71) может обеспечивать беспроводной обмен информацией между модулем 110 ИПБ и наддолотным переводником 150, используя вторую беспроводную линию 82 связи, проходящую через формацию 90. Передача может быть осуществлена и по самой бурильной колонне.

На фиг. 1 первый модуль связи опущен, а части второго модуля беспроводной связи представлены включенными в наддолотный переводник 150. Это сделано для краткости объяснения.

Буровой двигатель 140 вращает буровое долото 160.

Информация об удельном сопротивлении и наклоне

Модуль 130 для измерения удельного сопротивления может быть выполнен с возможностью генерирования информации об удельном сопротивлении формации 90. Генерирование информации об удельном сопротивлении может включать считывание удельного сопротивления с использованием одного или нескольких датчиков и/или обработку показаний удельного сопротивления с одного или нескольких датчиков. Обработка может включать, например, исключение помех. На фиг. 5 представлены один или несколько датчиков 111, и по меньшей мере один из этих датчиков может считывать удельное сопротивление.

Первый модуль беспроводной связи может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ.

Наддолотный переводник 150 может быть выполнен с возможностью генерирования информации о наклоне бурового долота 160. Генерирование информации о наклоне может включать считывание наклона с использованием одного или нескольких датчиков и/или обработку показаний наклона с одного или нескольких датчиков. Обработка может включать, например, исключение помех. На фиг. 5 представлены один или несколько датчиков 151, и по меньшей мере один из этих датчиков может считывать наклон.

Второй модуль (части 71 и 72) беспроводной связи может быть выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о наклоне из модуля 150 наддолотного переводника на модуль 110 ИПБ.

Модуль 110 ИПБ может быть выполнен с возможностью принимать участие в передаче информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации – например, к получателю 92.

Модуль 110 ИПБ участвует в передаче, поскольку может передавать указанную информацию сам, может отдавать инструкцию модулю 105 TX/RX верхней поверхности передавать указанную информацию, может запускать передачу информации модулем 105 TX/RX верхней поверхности или может отправлять информацию на модуль 105 TX/RX верхней поверхности, тем самым вызывая передачу информации модулем 105 TX/RX верхней поверхности.

Следует отметить, что по меньшей мере один из модуля 130 для измерения удельного сопротивления, модуля 110 ИПБ и наддолотного переводника 150 может считывать дополнительную информацию и/или избыточную информацию. Термин «избыточная информация» означает один и тот же тип информации, считываемый двумя разными модулями из модуля 130 для измерения удельного сопротивления, модуля 110 ИПБ и наддолотного переводника 150. Термин «дополнительная информация» означает информацию, отличающуюся от информации о наклоне (уже считанной наддолотным переводником 150) и информации об удельном сопротивлении (уже считанной модулем для измерения удельного сопротивления).

Некоторые примеры дополнительной информации и/или избыточной информации представлены на фиг. 5.

Первый модуль беспроводной связи

На фиг. 2 представлены модуль 110 ИПБ, модуль 130 для измерения удельного сопротивления и первый модуль 80 беспроводной связи.

Первый модуль 80 беспроводной связи расположен между модулем 110 ИПБ и модулем 130 для измерения удельного сопротивления.

Первый модуль 80 беспроводной связи содержит короткодистанционный приемник 112, который может быть электрически связан с модулем 110 ИПБ, и короткодистанционный передатчик 132, который может быть электрически связан с модулем 130 для измерения удельного сопротивления.

Из-за присутствия вблизи указанных устройств бурового раствора на применяемом на практике расстоянии передачи, составляющем (например) приблизительно 18,288 метров, возможна лишь низкочастотная передача. Например, максимальная применяемая на практике частота передачи составляет приблизительно один килогерц (например, между 800 и 1200 Гц), что может соответствовать скорости передачи данных приблизительно 30 бод.

Расстояние между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ может превышать или не превышать 18,288 метров. Это расстояние можно изменять при использовании короткодистанционного передатчика и короткодистанционных приемников, которые могут надлежащим образом работать на разных расстояниях.

На фиг. 2 показано, что между модулем 130 для измерения удельного сопротивления и модулем 110 ИПБ может быть расположена батарея 134 модуля для измерения удельного сопротивления. Короткодистанционный передатчик может содержать передающую антенну 133, которая может быть установлена сверху батареи 134 модуля для измерения удельного сопротивления (или находиться в другом месте рядом с ней).

Передающая антенна 133 может представлять собой катушку из магнитной проволоки, которая может быть намотана на сердечник. Может использоваться и любой другой тип передающей антенны. Точные размеры передающей антенны 133 и приемной антенны 113 могут зависеть от частоты передачи и требуемого расстояния между модулем 110 ИПБ и модулем 130 для измерения удельного сопротивления.

На фиг. 3 показано, что передачу между передающей антенной 133 и приемной антенной 113 выполняют во внутреннем пространстве (например, свободном от металла пространстве), образованном в корпусе 190.

На фиг. 4 представлен первый модуль 80 беспроводной связи, обеспечивающий двунаправленную беспроводную связь между модулем 110 ИПБ и модулем 130 для измерения удельного сопротивления.

Первый модуль 80 беспроводной связи содержит первый короткодистанционный приемопередатчик 192 (электрически связанный с модулем 110 ИПБ), первую приемную/передающую антенну 193, второй короткодистанционный приемопередатчик 198 (электрически связанный с модулем 130 для измерения удельного сопротивления) и вторую приемную/передающую антенну 197.

Информация, команды или любой тип сигналов могут выдаваться из первого короткодистанционного приемопередатчика 192, передаваться первой приемной/передающей антенной 193, приниматься второй приемной/передающей антенной 197 и подаваться на второй короткодистанционный приемопередатчик 198, или vice versa.

Двунаправленная связь может включать мультиплексирование с разделением времени или любое иное мультиплексирование (частотное, кодовое).

Двунаправленная связь может быть осуществлена через формацию 90.

Передача информации

На фиг. 5 представлены различные примеры информации, которая может быть сгенерирована и отправлена на модуль ИПБ 150 и от него.

Наддолотный переводник 150 представлен как содержащий датчики 151, модуль 130 для измерения удельного сопротивления представлен как содержащий датчики 131 и модуль 110 ИПБ представлен как содержащий датчики 111, один или несколько процессоров 112 и контроллер 113. Число датчиков, показанных в каждом модуле, – это лишь пример. Датчики каждого модуля могут быть одними и теми же или могут отличаться друг от друга, или представлять собой сочетание одинаковых и разных.

Модуль 130 для измерения удельного сопротивления в дополнение к информации об удельном сопротивлении может генерировать информацию о давлении бурового раствора.

Первый модуль беспроводной связи (не показан) может отправлять информацию о давлении и информацию об удельном сопротивлении по первой беспроводной линии 81 связи на модуль 110 ИПБ.

Первый модуль беспроводной связи (не показан) может отправлять информацию о давлении и информацию об удельном сопротивлении по первой беспроводной линии 81 связи на модуль 110 ИПБ.

Наддолотный переводник 150 может генерировать информацию о наклоне и по меньшей мере одну из информации о гамма-излучении (о считанном гамма-излучении) и информации о вращении, относящейся к вращению бурового долота.

Второй модуль беспроводной связи (не показан) может отправлять информацию о наклоне, информацию о гамма-излучении и информацию о вращении по второй беспроводной линии 82 связи на модуль 110 ИПБ.

Модуль 110 ИПБ может генерировать информацию об азимуте, информацию о положении отклонителя, магнитную информацию о магнитном поле, считанном одним или несколькими датчиками 111, и гравиметрическую информацию (о гравитационном поле, считанном одним или несколькими датчиками 111).

Положение отклонителя (TF) – это угловое положение бурильной колонны. Существует фактический физический контрольный показатель в колонне ИПБ, называемый «верхней стороной» (HS). Если HS обращена вверх, то TF=0 градусов. Если HS указывает прямо вниз, то TF=180 градусов и т. д.

Модуль 110 ИПБ может отправлять информацию о давлении, информацию об удельном сопротивлении, информацию о наклоне, информацию о гамма-излучении, информацию о вращении, информацию об азимуте, информацию о положении отклонителя, магнитную информацию и гравиметрическую информацию на модуль 105 RX/TX верхней поверхности, который в свою очередь может отправлять указанную информацию получателю.

Следует отметить, что любые комбинации или подкомбинации информации о давлении, информации об удельном сопротивлении, информации о наклоне, информации о гамма-излучении, информации о вращении, информации об азимуте, информации о положении отклонителя, магнитной информации и гравиметрической информации могут быть приняты или считаны модулем ИПБ и отправлены на модуль 105 RX/TX верхней поверхности.

Например, датчики 111, 131 и 151 могут содержать три магнитометра, три инклинометра (например, инклинометры для оси X, оси Y и оси Z), датчик вибрации, датчик температуры, датчик удельного сопротивления, датчик гамма-излучения и датчик давления.

Показания трех магнитометров и трех инклинометров могут быть обработаны (например, одним или несколькими процессорами 112 модуля ИПБ) для получения информации о положении отклонителя, магнитном наклонении и вращении.

Показания трех магнитометров могут быть обработаны (например, одним или несколькими процессорами 112 модуля ИПБ) для получения информации о полном магнитном поле (ПМП) и азимуте.

Показания трех инклинометров могут быть обработаны (например, одним или несколькими процессорами 112 модуля ИПБ) для получения информации о полном гравитационном поле (ПГП) и наклоне.

Показания датчика вибрации, датчика температуры, датчика удельного сопротивления, датчика гамма-излучения и датчика давления могут быть обработаны (например, одним или несколькими процессорами 112 модуля ИПБ) для получения информации о вибрации, информации о температуре, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении и информации о давлении соответственно.

Датчик вибрации может также выдавать информацию об ударах.

Модуль ИПБ может содержать три магнитометра, датчик гамма-излучения, три инклинометра, датчик вибрации и датчик температуры или может быть связан с ними. Наддолотный модуль может содержать датчик гамма-излучения, три инклинометра и датчик вибрации или может быть связан с ними. Модуль для измерения удельного сопротивления может содержать датчик удельного сопротивления и датчик давления или может быть связан с ними. В этом примере как модуль ИПБ, так и наддолотный модуль содержат три инклинометра и датчик гамма-излучения для выдачи избыточной информации.

Один или несколько процессоров 112 модуля 110 ИПБ могут обрабатывать показания датчиков и генерировать требуемую информацию. Следует отметить, что обработка показаний датчиков может быть осуществлена в наддолотном переводнике и/или в модуле для измерения удельного сопротивления.

Датчик температуры, три магнитометра, датчик гамма-излучения могут находиться в модуле ИПБ.

Модуль ИПБ может содержать контроллер 113 для управления (например, мультиплексирования) генерированием и/или передачей разных типов информации на модуль 105 TX/RX верхней поверхности.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения модуль ИПБ может содержать разные блоки, предназначенные для обработки разных типов информации и/или информации из разных источников (такие как модуль для измерения удельного сопротивления и наддолотный переводник).

Например, модуль ИПБ может содержать следующие блоки:

Блок направления, который содержит три магнитометра, три инклинометра (например, акселерометры) и датчик температуры, или связан с ними, или получает информацию от них. Этот блок может быть выполнен с возможностью расчета, по меньшей мере, некоторых из следующих параметров: ПМП, ПГП, наклонение, TF, вращение, наклон, азимут, температура.

Блок гамма-излучения, который содержит датчик гамма-излучения и датчик вибрации или связан с ними, или получает информацию от них.

Силовой блок, управляющий и регулирующий питание от блока батареи модуля ИПБ.

 Контроллер 113 может мультиплексировать или иным образом компоновать все разные типы информации в один или несколько пакетов для передачи, может кодировать разные типы информации и отправляет ее на модуль 105 TX/RX верхней поверхности.

Точные типы и/или формат информации могут быть установлены оператором или иным образом.

 Каждый из указанных блоков может содержать один или несколько аппаратных блоков процессора и/или памяти.

На фиг. 6 представлен способ 300 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Способ 300 могут начинать с этапов 310 и 315.

Этап 310 может включать генерирование модулем для измерения удельного сопротивления бурильной колонны информации об удельном сопротивлении, относящейся к удельному сопротивлению формации, бурение которой может выполнять бурильная колонна.

Этап 315 может включать генерирование наддолотным переводником бурильной колонны информации о наклоне бурового долота бурильной колонны.

За этапом 310 следует этап 320 беспроводной отправки первым модулем беспроводной связи бурильной колонны информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ.

За этапом 315 следует этап 325 беспроводной отправки вторым модулем беспроводной связи бурильной колонны информации о наклоне из модуля наддолотного переводника на модуль ИПБ.

За этапами 320 и 325 может следовать этап 330 получения информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении модулем ИПБ и необязательно обработки (например, подавление помех) информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении модулем ИПБ.

За этапом 330 может следовать этап 340 участия в передаче модулем ИПБ информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации.

Этап 340 может включать передачу информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении модулем ИПБ, подачу инструкции и/или запуск другого модуля (такого как модуль 105 TX/RX верхней поверхности, представленный на фиг. 1) для передачи информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении или просто отправку информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении на другой модуль, так что этот другой модуль передает в направлении верхней поверхности формации информацию о наклоне и информацию об удельном сопротивлении.

Следует отметить, что:

Этапы 310 и/или 320 могут включать генерирование дополнительной и/или избыточной информации.

Этапы 314 и/или 324 могут включать беспроводную передачу дополнительной и/или избыточной информации на модуль ИПБ.

Способ 300 может также включать генерирование модулем ИПБ дополнительной и/или избыточной информации.

Этап 340 может включать участие в передаче модулем ИПБ дополнительной и/или избыточной информации к верхней поверхности формации.

Примеры дополнительной информации могут включать информацию о давлении, информацию о гамма-излучении, информацию о вращении, информацию об азимуте, информацию о положении отклонителя, магнитную информацию и гравиметрическую информацию.

Способ 300 может быть выполнен последовательностью компонентов бурильной колонны, представленной на фиг. 1, и любой из систем ИПБ, представленных на фиг. 2–4.

В приведенном выше описании настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретные примеры вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако ясно, что возможны различные модификации и изменения в пределах сущности и объема настоящего изобретения, как изложено в прилагаемой формуле изобретения.

Кроме того, термины «перед», «зад», «верх», «низ», «над», «под» и т. п. в описании и формуле изобретения (если встречаются) используются в описательных целях и не обязательно для описания постоянных относительных положений. Понятно, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах, так что варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в настоящем документе, могут, например, функционировать при других ориентациях, чем проиллюстрированные или иным образом описанные в настоящем документе.

Специалистам в данной области техники будет ясно, что границы между логическими блоками являются чисто иллюстративными, и что альтернативные варианты осуществления могут объединять логические блоки или элементы схемы или налагать альтернативную декомпозицию функциональности на различные логические блоки или элементы схемы. Таким образом, следует понимать, что показанные в настоящем документе архитектуры являются чисто примерными, и что фактически могут быть реализованы многие другие архитектуры, достигающие такой же функциональности.

Любое расположение компонентов для достижения такой же функциональности является эффективно «связанным» так, что достигается требуемая функциональность. Следовательно, любые два компонента в настоящем документе, объединенные для достижения конкретной функциональности, могут рассматриваться как «связанные» между собой так, что достигается требуемая функциональность независимо от архитектур или промежуточных компонентов. Подобным образом, любые два компонента, связанные таким путем, могут рассматриваться и как «функционально соединенные» или «функционально связанные» между собой для достижения требуемой функциональности.

Кроме того, специалистам в данной области техники будет ясно, что границы между вышеописанными операциями являются чисто иллюстративными. Несколько операций могут быть объединены в одну операцию, одна операция может быть распределена на дополнительные операции, и операции могут быть осуществлены по меньшей мере частично пересекаясь во времени. Кроме того, альтернативные варианты осуществления могут содержать несколько экземпляров конкретной операции, и в различных других вариантах осуществления порядок операций может быть изменен.

Также, например, в одном варианте осуществления представленные примеры могут быть реализованы в виде схемы, расположенной на одной интегральной схеме или в одном и том же устройстве. Альтернативно примеры могут быть реализованы в виде любого количества отдельных интегральных схем или отдельных устройств, соединенных между собой подходящим образом.

Также настоящее изобретение не ограничено физическими устройствами или блоками, реализованными в непрограммируемом аппаратном обеспечении, а может также быть применено в программируемых устройствах или блоках, способных выполнять желаемые функции устройств, работая в соответствии с подходящим программным кодом, таких как мэйнфреймы, миникомпьютеры, серверы, рабочие станции, персональные компьютеры, электронные блокноты, персональные цифровые ассистенты, электронные игры, автомобильные и другие встроенные системы, сотовые телефоны и различные иные беспроводные устройства, обычно именуемые в настоящей заявке как «компьютерные системы».

Однако возможны и другие модификации, варианты и альтернативы. Соответственно, описания и графические материалы должны рассматриваться в иллюстративном, а не в ограничительном смысле.

В формуле изобретения любые знаки ссылок, помещенные в скобки, не должны толковаться как ограничивающие пункт формулы изобретения. Слова «содержащий», «включающий» и т. п. не исключают наличия других элементов или этапов помимо перечисленных в пункте формулы изобретения. Кроме того, термины, приведенные в настоящем документе в единственном числе, обозначают один или больше одного элемента. Также использование в формуле изобретения вступительных фраз, таких как «по меньшей мере один» и «один или несколько», не следует толковать как подразумевающее, что введение еще одного элемента пункта формулы с помощью не определенного ранее элемента в единственном числе ограничивает какой-либо конкретный пункт, содержащий такой введенный элемент пункта, изобретениями, содержащими только один такой элемент, даже если тот же пункт включает вступительные фразы «один или несколько» или «по меньшей мере один» и не определенный ранее элемент в единственном числе. То же самое справедливо для использования определенных ранее элементов. Если не указано иное, такие термины как «первый» и «второй» использованы для произвольного различения элементов, описываемых этими терминами. Таким образом, эти термины не обязательно предназначены для указания приоритетов этих элементов во времени или по другому критерию. Один тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно разных пунктах, не обозначает того, что нельзя преимущественно использовать сочетание этих мер.

В настоящем документе проиллюстрированы и описаны определенные признаки изобретения, однако специалистам обыкновенной квалификации в данной области техники будут теперь очевидны многие модификации, замены, изменения и эквиваленты. Следовательно, необходимо понимать, что прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата всех таких модификаций и изменений, которые попадают в рамки истинной сущности настоящего изобретения.

Изобретение относится к средствам бурения направленных скважин. Техническим результатом является продление срока службы инструмента за счет снижения механических напряжений вследствие изгибания инструментов в процессе бурения. В частности, предложена система измерений в процессе бурения (ИПБ) для применения в бурильной колонне. Система ИПБ содержит: модуль для измерения удельного сопротивления; наддолотный переводник, выполненный с возможностью генерирования информации, относящейся к информации о наклоне бурового долота бурильной колонны; модуль ИПБ; первый модуль беспроводной связи, выполненный с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ; и второй модуль беспроводной связи, выполненный с возможностью беспроводной отправки информации о наклоне из модуля наддолотного переводника на модуль ИПБ. При этом модуль ИПБ выполнен с возможностью участия в передаче информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации. А первый модуль беспроводной связи содержит короткодистанционный приемник, электрически связанный с модулем ИПБ, и короткодистанционный передатчик, электрически связанный с модулем для измерения удельного сопротивления. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система измерений в процессе бурения (ИПБ) для применения в бурильной колонне, содержащая:

модуль для измерения удельного сопротивления, выполненный с возможностью генерирования информации об удельном сопротивлении, относящейся к удельному сопротивлению формации, бурение которой выполняет бурильная колонна;

наддолотный переводник, выполненный с возможностью генерирования информации, относящейся к информации о наклоне бурового долота бурильной колонны;

модуль ИПБ;

первый модуль беспроводной связи, выполненный с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ;

второй модуль беспроводной связи, выполненный с возможностью беспроводной отправки информации о наклоне из модуля наддолотного переводника на модуль ИПБ;

при этом модуль ИПБ выполнен с возможностью участия в передаче информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации; и

при этом первый модуль беспроводной связи содержит короткодистанционный приемник, электрически связанный с модулем ИПБ, и короткодистанционный передатчик, электрически связанный с модулем для измерения удельного сопротивления.

2. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что первый модуль беспроводной связи выполнен с возможностью беспроводной отправки информации об удельном сопротивлении через внутреннее пространство бурильной колонны.

3. Система ИПБ по п. 2, отличающаяся тем, что второй модуль беспроводной связи выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о наклоне через формацию.

4. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ не превышает 18,288 метров.

5. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что короткодистанционный приемник и короткодистанционный передатчик осуществляют связь между собой с использованием низкочастотного излучения.

6. Система ИПБ по п. 5, отличающаяся тем, что низкочастотное излучение имеет частоту приблизительно 1 килогерц.

7. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что содержит батарею модуля для измерения удельного сопротивления, расположенную между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ; причем короткодистанционный передатчик содержит передающую антенну, установленную сверху батареи модуля для измерения удельного сопротивления.

8. Система ИПБ по п. 7, отличающаяся тем, что передающая антенна представляет собой катушку из магнитной проволоки, намотанной на сердечник.

9. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что модуль для измерения удельного сопротивления дополнительно выполнен с возможностью генерирования информации о давлении, относящейся к давлению бурового раствора, причем первый модуль беспроводной связи выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о давлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ.

10. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что наддолотный переводник дополнительно выполнен с возможностью генерирования информации о гамма-излучении, информации о вращении, относящейся к вращению бурового долота, и информации о вибрации, относящейся к вибрациям бурового долота; причем второй модуль беспроводной связи выполнен с возможностью беспроводной отправки информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации на модуль ИПБ.

11. Система ИПБ по п. 10, отличающаяся тем, что модуль ИПБ выполнен с возможностью участия в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации к верхней поверхности формации.

12. Система ИПБ по п. 11, отличающаяся тем, что модуль ИПБ выполнен с возможностью генерирования информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации и с возможностью участия в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении, информации о вибрации, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

13. Система ИПБ по п. 1, отличающаяся тем, что модуль ИПБ выполнен с возможностью генерирования информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации и с возможностью участия в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

14. Способ измерений в процессе бурения (ИПБ), включающий:

генерирование модулем для измерения удельного сопротивления бурильной колонны информации об удельном сопротивлении, относящейся к удельному сопротивлению формации, бурение которой выполняет бурильная колонна;

генерирование наддолотным переводником бурильной колонны информации о наклоне, относящейся к наклону бурового долота бурильной колонны;

беспроводную отправку первым модулем беспроводной связи бурильной колонны информации об удельном сопротивлении из модуля для измерения удельного сопротивления на модуль ИПБ;

беспроводную отправку вторым модулем беспроводной связи бурильной колонны информации о наклоне из модуля наддолотного переводника на модуль ИПБ;

участие в передаче модулем ИПБ информации о наклоне и информации об удельном сопротивлении к верхней поверхности формации; и

при этом первый модуль беспроводной связи содержит короткодистанционный приемник, электрически связанный с модулем ИПБ, и короткодистанционный передатчик, электрически связанный с модулем для измерения удельного сопротивления.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что включает беспроводную отправку информации об удельном сопротивлении на модуль ИПБ через внутреннее пространство бурильной колонны.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что включает беспроводную отправку информации об удельном сопротивлении на модуль ИПБ через формацию.

17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что расстояние между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ не превышает 18,288 метров.

18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что включает передачу информации об удельном сопротивлении на короткодистанционный приемник и от короткодистанционного передатчика с использованием низкочастотного излучения.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что низкочастотное излучение имеет частоту примерно 1 килогерц.

20. Способ по п. 14, отличающийся тем, что включает передачу информации об удельном сопротивлении на модуль ИПБ с использованием передающей антенны, причем передающая антенна установлена сверху батареи модуля для измерения удельного сопротивления, расположенной между модулем для измерения удельного сопротивления и модулем ИПБ.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что передающая антенна представляет собой катушку из магнитной проволоки, намотанной на сердечник.

22. Способ по п. 14, отличающийся тем, что дополнительно включает генерирование модулем для измерения удельного сопротивления информации о давлении бурового раствора, причем способ включает беспроводную отправку первым модулем беспроводной связи информации о давлении на модуль ИПБ.

23. Способ по п. 14, отличающийся тем, что дополнительно включает генерирование наддолотным переводником информации о гамма-излучении, информации о вращении, относящейся к вращению бурового долота, и информации о вибрации, относящейся к вибрациям бурового долота, причем способ включает беспроводную отправку вторым модулем беспроводной связи информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации на модуль ИПБ.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что включает участие модуля ИПБ в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении и информации о вибрации к верхней поверхности формации.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что включает генерирование модулем ИПБ информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации, причем способ включает участие модуля ИПБ в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации о гамма-излучении, информации о вращении, информации о вибрации, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.

26. Способ по п. 14, отличающийся тем, что включает генерирование модулем ИПБ информации об азимуте, относящейся к азимуту бурильной колонны, магнитной информации и гравиметрической информации и участие модуля ИПБ в передаче информации о наклоне, информации об удельном сопротивлении, информации об азимуте, магнитной информации и гравиметрической информации к верхней поверхности формации.