ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Данная заявка относится в общем к обеспечению связи внутри скважины и, более конкретно, к использованию оптоволоконного кабеля для передачи связи внутри буровой скважины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] При проведении скважинных операций необходимо обеспечить двустороннюю связь между инструментами, расположенными в скважине, и наземным или околоповерхностным оборудованием. Обычные варианты реализации связи могут достигать скорости передачи в сотни битов в секунду (бит/с), например в технологии гидроимпульсов, или в десятки тысяч бит/с, например, в технологии проводных бурильных труб. Оптоволоконные системы могут обеспечить значительно более высокую скорость передачи в 1 гигабит в секунду или выше. По мере увеличения количества сегментов трубы, введенных в скважину, пропорционально увеличивается количество оптоволоконных соединителей. Каждый оптоволоконный соединитель может ослаблять оптический сигнал, снижая эффективную скорость передачи. Была бы полезной система, которая может уменьшить это ослабление оптического сигнала.
Из уровня техники известно решение US 9109439 B2, которое является наиболее близким аналогом, в котором предложена гибридная телеметрическая система для передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным прибором. Скважинный инструмент развертывается с помощью бурильной колонны в стволе скважины, проникающей в подземный пласт. Гибридная телеметрическая система включает восходящий соединитель, скважинный соединитель и кабель, функционально соединяющий восходящий и скважинный соединительные элементы. Верхний соединитель оперативно подключается к системе телеметрии бурильной колонны для связи с ней. Скважинный соединитель функционально соединяется со скважинным инструментом для связи с ним.
Однако в этом решении трубопроводный кабель не прикреплен к каждому из соответствующих сегментов трубы в наборе сегментов трубы, и трубопроводный кабель не соединяет с возможностью связи оптоволоконный кабель и наземное оборудование, что позволило бы уменьшить количество используемых в системе разъемов, тем самым уменьшить затухание передаваемого сигнала, как это предложено в настоящем решении.
Также известно решение WO 2019/112790 в котором источник света с переменной частотой выполнен с возможностью испускать световой пучок и модулировать частоту светового луча. Волоконно-оптический кабель присоединен к источнику света переменной частоты. Волоконно-оптический кабель выполнен с возможностью приема светового луча на входе и прохождения светового луча к выходу. К оптоволоконному кабелю присоединены несколько оптических детекторов. Каждый из оптических детекторов сконфигурирован для обнаружения света определенной частоты, который рассеивается обратно по оптоволоконному кабелю. Исполнительный механизм прикреплен к оптоволоконному кабелю. Исполнительный механизм выполнен с возможностью деформации оптоволоконного кабеля в ответ на воздействие.
Однако в этом решении трубопроводный кабель не прикреплен к каждому из соответствующих сегментов трубы в наборе сегментов трубы, и трубопроводный кабель не соединяет с возможностью связи оптоволоконный кабель и наземное оборудование, что позволило бы уменьшить количество используемых в системе разъемов, тем самым уменьшить затухание передаваемого сигнала, как это предложено в настоящем решении.
Также известно решение US 7740064 B2 в котором в устройстве скважинного погружного насоса используются волоконно-оптические датчики и распределенные датчики температуры под погружным насосом для контроля давления и температуры нагнетания насоса, давления и температуры на входе и температуры двигателя. Кроме того, под насосом используются распределенные датчики температуры для контроля отверстий в стволе скважины.
Однако в этом решении трубопроводный кабель не прикреплен к каждому из соответствующих сегментов трубы в наборе сегментов трубы, и трубопроводный кабель не соединяет с возможностью связи оптоволоконный кабель и наземное оборудование, что позволило бы уменьшить количество используемых в системе разъемов, тем самым уменьшить затухание передаваемого сигнала, как это предложено в настоящем решении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[003] Далее дана ссылка на следующее описание, рассматриваемое совместно с прилагаемыми графическими материалами, при этом:
[004] на Фиг. 1 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера скважинной системы, использующей оптоволоконную систему связи;
[005] на Фиг. 2 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера системы связи в скважинной системе гидроразрыва пласта (ГРП);
[006] на Фиг. 3 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера системы связи в шельфовой скважинной системе;
[007] на Фиг. 4 представлена иллюстрация схемы приведенного в качестве примера устройства с оптоволоконным кабелем большой длины, соединенным в местоположении на поверхности;
[008] на Фиг. 5 представлена иллюстрация схемы приведенного в качестве примера устройства с оптоволоконным кабелем большой длины, соединенным в местоположении ниже уровня моря;
[009] на Фиг. 6 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера скважинной телеметрической системы, включая электрические соединения;
[0010] на Фиг. 7 представлена иллюстрация блок-схемы приведенной в качестве примера оптоволоконной телеметрической системы (FOTS; fiber optic telemetry system) с источником света, расположенным в необязательных точках внутри системы; и
[0011] на Фиг. 8 представлена иллюстрация блок-схемы приведенного в качестве примера способа реализации FOTS.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] При работе с буровыми скважинами, т. е. стволами скважин, например, в отрасли добычи углеводородов, существует необходимость связи вверх по стволу скважины и вниз по стволу скважины. Скважинные инструменты внутри ствола скважины и контроллеры ствола скважины на или вблизи поверхности должны иметь возможность легко и быстро передавать данные, телеметрические данные, команды и другую информацию. Обычно используют различные решения, такие как технология гидроимпульсов, хотя и с общим ограничением скорости передачи приблизительно 120 битов в секунду (бит/с). Эта скорость передачи данных включает в себя обычные методы сжатия данных. Электромагнитные и акустические способы передачи также имеют недостатки в соответствующих системах связи. Проводные бурильные трубы могут достигать значительно более высокой скорости 56 000 бит/с при дополнительных затратах и с меньшей надежностью.
[0013] Оптоволоконная кабельная система может достигать более высоких скоростей передачи, например, приблизительно до 40 гигабит/с (Гбит/с) на несколько сотен километров и 10 Гбит/с на несколько тысяч километров, причем фактические скорости передачи зависят от используемой технологии, а также от условий, при которых происходит передача. Одномодовый оптоволоконный кабель может иметь диаметр сердцевины от 8,0 микрометра (мкм) до 10,5 мкм и диаметр оболочки 125 мкм. Могут быть типы одномодового оптоволоконного кабеля, которые были химически или физически изменены для создания свойств, таких как дисперсионно-смещенное волокно и дисперсионно-смещенное волокно с ненулевой дисперсией. Скорости передачи данных могут быть снижены за счет дисперсии поляризационных мод и хроматической дисперсии. С помощью оптических усилителей и устройств компенсации дисперсии оптические системы могут увеличить дальность эффективной связи до тысяч километров.
[0014] Оптические сигналы могут ослабевать, когда сигналы проходят через оптоволоконный соединитель, например оптоволоконные соединители, соединяющие оптоволоконные кабели в каждом стыке по длине бурильной трубы. Потери сигнала в оптоволоконном кабеле можно измерять в децибелах (дБ). Потери в три дБ в канале означают, что сигнал передачи на дальнем конце составляет половину интенсивности сигнала передачи, который был отправлен по оптоволоконному кабелю. Потери в шесть дБ означают, что четверть сигнала передачи проходит через оптоволоконный соединитель. Если было потеряно слишком большой объем сигнала передачи, сигнал может быть слишком слабым для восстановления, и связь может стать ненадежной и в конечном итоге может перестать функционировать. Мощность передатчика и чувствительность приемника могут влиять на то, насколько потеря сигнала может быть поглощена системой связи.
[0015] Многомодовые волокна с плавно изменяющимся показателем преломления при некоторых обстоятельствах могут иметь ослабление (потерю сигнала) в три дБ на километр (км) на длине волны 850 нанометров (нм) и один дБ/км на длине волны 1300 нм. Одномодовые потери могут составлять, например, 0,35 дБ/км на 1310 нм и 0,25 дБ/км на 1550 нм. Одномодовое волокно очень высокого качества, предназначенное для применений на больших расстояниях, может иметь более низкий уровень потерь сигнала, например 0,19 дБ/км на 1550 нм. Пластиковое оптоволокно (POF; plastic optical fiber) может иметь большие потери, например 1,0 дБ/м на 650 нм. Каждый соединитель оптоволоконного кабеля может добавлять приблизительно 0,6 дБ средних потерь сигнала, а каждый стык (сращивание) может добавлять около 0,1 дБ потерь сигнала. Для каждого соединителя потери в 0,3 дБ для большинства соединителей с адгезивом/полировкой или привариваемых соединителей могут быть использованы для оценки производительности системы связи. Спецификация потерь для предварительно полированных/механических стыковых соединителей или многоволоконных соединителей может быть выше. Ослабление, например потеря уровня или мощности оптического сигнала передачи, может значительно снизить воспринимаемые биты/с в системе связи.
[0016] В данном изобретении представлена оптоволоконная система связи, в которой оптоволоконный кабель большой длины (такой как обычный оптоволоконный кабель, упрочненный оптоволоконный кабель, поддерживаемый оптоволоконный кабель или армированный оптоволоконный кабель) может быть опущен ниже точки поверхности, например вглубь ствола скважины и соединены со скважинными инструментами с использованием, например, погружного соединения, такого как соединитель, стыкуемый во влажных условиях. Оптоволоконный кабель может иметь длину в десятки тысяч футов, хотя можно использовать различную длину. Эта большая длина оптоволоконного кабеля может поддерживать высокую скорость передачи при сведении к минимуму количества соединителей оптоволоконного кабеля, используемых в системе. Уменьшение количества используемых соединителей оптоволоконного кабеля может уменьшить испытываемое ослабление оптического сигнала передачи.
[0017] Оптоволоконный кабель большой длины может быть расположен внутри или частично внутри одного или более сегментов трубы, размещенных, опущенных или расположенных внутри ствола скважины. Эти сегменты трубы представляют собой нижние сегменты трубы, и оптоволоконный кабель может быть присоединен, отсоединен или иметь обе возможности по отношению к нижним сегментам трубы. В аспектах данного изобретения, в которых нижние сегменты трубы вращаются, оптоволоконный кабель большой длины, который расположен во внутреннем диаметре (ID; internal diameter) нижних сегментов трубы, может свободно вращаться вместе с нижними сегментами трубы, исключая инерционные эффекты.
[0018] Расположенный выше по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля может быть соединен с первым верхним сегментом трубы с использованием расположенного выше по стволу скважины соединителя. Дополнительные верхние сегменты трубы могут быть соединены с первым верхним сегментом трубы для увеличения общей длины трубы, соединенной с наземным оборудованием. Наземное оборудование может представлять собой, например, буровую вышку, буровую систему, вычислительную систему, контроллер буровой площадки, электрическую систему, источник питания или их комбинацию. Каждый верхний сегмент трубы также содержит коммуникационный соединитель и кабель/провод, например оптоволоконный соединитель и оптоволоконный кабель или электрический соединитель и электрический кабель или провод, обеспечивающий соединение с возможностью связи оптоволоконного кабеля большой длины с наземным оборудованием. В некоторых аспектах первый верхний сегмент трубы может содержать систему беспроводной связи, соединенную с возможностью связи с наземным приемопередатчиком. В этом аспекте верхние сегменты трубы не обязательно должны иметь оптоволоконный кабель, электрический кабель или провод. Кроме того, в данном изобретении не указано, что сегменты трубы должны быть соединены с помощью технологии индуктивного соединения, например той, что используется в решениях с проводными бурильными трубами. Используемый в данном документе термин «соединение» может включать в себя одно или более из соединения с возможностью связи, соединения с возможностью передачи мощности и механического соединения.
[0019] Используемая в данном документе «связь» может быть односторонней или двунаправленной. Связь могут представлять собой, без ограничения, одно или более из передачи данных, изменений амплитуды или изменений частоты. Для связи можно использовать оптические сигналы, электромагнитные сигналы и другие виды передачи энергии, такие как тепловая энергия, излучаемая энергия, химическая энергия, ядерная энергия, электрическая энергия, энергия движения, звуковая энергия, упругая энергия или энергия тяготения. В некоторых аспектах связь, используемая в данном документе, не ограничивается передачей информации; связь может включать в себя передачу одного или более видов энергии для выполнения работы (например, регулировка клапана, активация двигателя, подача питания на другую систему или другие виды работы) или для осуществления изменения состояния (например, бинарный переключатель или переменная, индикатор положения, запрограммированная переменная, условная переменная или другие типы изменений состояния).
[0020] Использование оптоволоконного кабеля большой длины в нижних сегментах трубы приводит к меньшему количеству соединителей на протяжении этой длины. Уменьшение количества соединителей на протяжении этой длины может привести к уменьшению влияния на мощность сигнала передачи из-за более высокого гидростатического давления (которое может составлять, например, 20 000 фунтов на квадратный дюйм (фунт/кв. дюйм) на глубине 30 000 футов) и более высоких температур в стволе скважины на больших глубинах ствола скважины. Соединители могут быть более чувствительными к факторам окружающей среды по сравнению с самим оптоволоконным кабелем. По оптоволоконному кабелю может передаваться более одного сигнала передачи, и может быть более одного оптоволоконного кабеля или кабель может содержать более одной жилы. Соединители (оптоволоконные или электрические), используемые с верхними сегментами трубы, могут подвергаться более низкому гидростатическому давлению, такому как 2000 фунтов/кв. дюйм на глубине 3000 футов, а также более низким температурам в стволе скважины, причем более низкие давление и температура имеют меньшее воздействие на сигнал передачи.
[0021] В зависимости от типа используемых верхних сегментов трубы трубопроводный кабель, прикрепленный к каждому верхнему сегменту трубы, обычно прикрепленный к внешней стороне наружного диаметра (OD; outside diameter) сегмента трубы, может перемещаться или вращаться по мере перемещения или вращения верхнего сегмента трубы. Трубопроводный кабель может представлять собой оптоволоконный кабель, электрический кабель или электрический провод. В аспектах, в которых нижний и верхний сегменты трубы представляют собой сегменты бурильной трубы, соединенные сегменты трубы могут вращаться, чтобы обеспечить вращение компоновки низа бурильной колонны (КНБК). Вращение может привести к тому, что прикрепленный к трубе кабель может касаться ствола скважины, обсадной трубы, райзера или других компонентов ствола скважины или тереться о них. Трубопроводный кабель может выйти из строя из-за указанного износа. Для защиты трубопроводного кабеля к верхним сегментам трубы могут быть применены средства защиты, например клетка. Для удерживания средства защиты на месте могут использовать различные удерживающие устройства, которые в некоторых аспектах обеспечивают защиту. В качестве средств защиты или удерживающих устройств могут быть использованы муфты обсадных труб, механические стопорные муфты, трубные хомуты (например, фрикционный хомут с установочными винтами, спирально-штифтовой хомут, зубчатый или зажимной хомут) и различные типы центраторов.
[0022] Спуск кабеля или провода с наружной стороны бурильной трубы может увеличивать затраты и потенциальную опасность, особенно в ситуациях, когда зазор между бурильной колонной, например бурильной трубой, и обсадной трубой (или стволом скважины) является минимальным. В данном изобретении зазор между бурильной колонной и райзером может быть значительным. В приведенном в качестве примера варианте реализации райзер может иметь OD 19-1/2 дюйма и ID приблизительно 18 дюймов.
[0023] Бурильные трубы, используемые в глубоководных скважинах, обычно могут иметь диаметр 6-5/8 дюйма (OD 6-5/8 дюйма и OD бурильного замка, например соединения, 8-1/2 дюйма). Радиальный зазор между OD бурильного замка и ID райзера может составлять приблизительно (18 дюймов - 8-1/2 дюйма) / 2=9-1/2 дюйма/2=4,75 дюйма. Эти параметры компонентов позволяют спускать центратор или другой тип устройства для защиты трубопроводного кабеля. Предпочтительно, трубопроводный кабель может быть предварительно установлен на сегментах бурильной трубы, чтобы сократить время крепления этих компонентов на буровой площадке. Аналогичным образом, сборка из трех сегментов бурильной трубы в свечу бурильной трубы и расстановка свечей на буровой вышке повысит эффективность операции. Затем, когда наступает время спуска в скважину (TIH; trip-in-hole) и начала бурения, можно выполнить по одному соединению через каждые 90 футов вместо трех соединений, когда используют одиночные стыки бурильной трубы.
[0024] Защитные средства трубопроводного кабеля и сегменты трубопроводного кабеля могут быть установлены на следующую свечу во время бурения с использованием предыдущей секции свечи. Например, при бурении от 12 997 футов до 19 500 футов операторы буровых площадок могут собрать 3-30-футовые стыки бурильной трубы для получения свечи высотой 90 футов. Они возвращают ее обратно на буровую вышку, пока продолжается бурение. Поскольку следующая секция ствола скважины может иметь длину 4457 футов, они должны будут расставить 51 свечу бурильной трубы. В процессе сборки 3-30-футовых стыков пользователи могут установить защитные средства трубопроводного кабеля и сегменты трубопроводного кабеля, не прерывая буровых работ. Сегменты трубопроводного кабеля могут иметь длину 90 футов, например длину свечи, или длину 30 футов, например, по три на каждую свечу. Также возможна установка трубопроводного кабеля другой длины. При установке трубопроводного кабеля на длину свечи бурильной трубы количество используемых соединителей может быть уменьшено по сравнению с использованием трубопроводного кабеля на длину каждого сегмента бурильной трубы - в данном примере количество соединителей может быть уменьшено на две трети.
[0025] На каждой свече можно установить два защитных средства трубопроводного кабеля. В некоторых аспектах могут быть добавлены два или более трубных хомутов или другие крепежные устройства для крепления линии к патрубку бурильной трубы. В некоторых аспектах можно использовать два трубных хомута на стык. Концы каждого трубопроводного кабеля могут быть закреплены, чтобы концы (1) оставались защищенными во время установки и процедуры расстановки свечи, (2) могли быть прикреплены к бурильной трубе при расстановке свечи, (3) не мешали использованию обычного бурового оборудования, например железных помощников бурильщика, подъемных устройств и клиновых захватов во время TIH, (4) могли быть присоединены относительно быстро во время TIH, и для (5) обеспечения чистого соединения с возможностью связи при подсоединении.
[0026] Источник света для генерирования оптического сигнала может быть расположен в скважине в непосредственной близости от скважинного соединителя, стыкуемого во влажных условиях, выше по стволу скважины от того места, где оптоволоконный кабель (или несколько кабелей) большой длины соединяется с первым верхним сегментом трубы, в другой части верхних сегментов трубы, или в местоположении на поверхности. Источник света может представлять собой одно или более из лазера (включая лазерный излучающий диод), светоизлучающего диода (СИД), СИДа большой мощности и другие обычные источники света, используемые для создания или модуляции оптического сигнала по оптоволоконному кабелю. В некоторых аспектах источник света может быть заменен другим источником энергии, использующим длины волн в электромагнитном спектре, которые длиннее или короче, чем спектр видимого излучения.
[0027] В аспектах, в которых источник света расположен в непосредственной близости от соединителя, стыкуемого во влажных условиях, и скважинных инструментов, источник света может получать питание от источника энергии, расположенного внутри скважинных инструментов, такого как одна или более батарей, конденсаторов, генераторов и других источников энергии. В некоторых аспектах источник света может получать питание от отдельного электрического кабеля или электрического провода, который установлен параллельно оптоволоконному кабелю большой длины, причем расположенный выше по стволу скважины конец электрического кабеля или электрического провода электрически соединен с наземным оборудованием, например с помощью соединителей и сегментов кабеля или провода на каждом верхнем сегменте трубы. В некоторых аспектах трубопроводные кабели верхнего сегмента трубы могут представлять собой электрические провода или кабели и могут использоваться для доставки электрической энергии вниз по скважине и использоваться для соединения с возможностью связи оптоволоконного кабеля большой длины с наземным оборудованием.
[0028] Скважинные инструменты могут связываться с источником света для отправки сообщений, таких как данные телеметрии, по оптоволоконному кабелю большой длины и электрическим проводам или кабелям на наземное оборудование. Расположенный ниже по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля большой длины также может быть сопряжен с электрооптическими устройствами, которые могут преобразовывать оптический сигнал в электрический сигнал и наоборот, а также со схемой или программным обеспечением для выполнения обработки сигналов, обработки данных, например применения алгоритмов сжатия и модуляции. Получаемый в результате электрический сигнал может дать возможность скважинным инструментам получать данные и команды от наземного оборудования.
[0029] В аспектах, в которых источник света расположен в непосредственной близости от первого верхнего сегмента трубы, воспринимающий элемент источника света, отражатель, приемник, приемопередатчик, демодулятор, модулятор, усилитель, преобразователь или устройство энергии могут быть использованы в непосредственной близости от расположенного ниже по стволу скважины соединителя, стыкуемого во влажных условиях, для обеспечения приема, модуляции, преобразования или демодуляции оптического сигнала, таким образом обеспечивая механизм для скважинных инструментов для приема и передачи данных, информации и команд при взаимодействии с наземным оборудованием. В этом аспекте источник света может избегать более высоких гидростатических давлений и температур в скважине, а также избегать эффектов вибрации от использования скважинных инструментов, например вибраций от КНБК. Источник света может получать питание от наземного оборудования или источника энергии, расположенного в непосредственной близости от источника света. В некоторых аспектах источник света может представлять собой второй источник света. В некоторых аспектах источник света может включать в себя возможности приемопередатчика, например, для передачи и приема световых сигналов. В других аспектах прием и передача могут выполняться отдельными устройствами, причем устройства могут быть совместно используемыми, частично совместно используемыми, частично совместно используемыми функционально, частично совместно используемыми физически или комбинацией вышеприведенного.
[0030] В некоторых аспектах источник света может быть расположен в непосредственной близости от наземного оборудования. В этом аспекте верхние сегменты трубы содержит прикрепленные участки оптоволоконного кабеля, причем оптоволоконный кабель, прикрепленный к первому верхнему сегменту трубы, соединен с оптоволоконным кабелем большой длины. Воспринимающий элемент источника света и отражающее устройство можно использовать в непосредственной близости от скважинного соединителя, стыкуемого во влажных условиях, чтобы обеспечить модуляцию оптического сигнала, таким образом обеспечивая механизм для скважинных инструментов для приема и передачи данных, информации и команд при взаимодействии с наземным оборудованием. Источник света может получать питание от наземного оборудования или источника энергии, расположенного в непосредственной близости от источника света. В одном или более из вышеописанных аспектов можно использовать более одного источника света, например один источник света, расположенный в непосредственной близости от КНБК, и один источник света, расположенный в непосредственной близости от первого верхнего сегмента трубы, или один источник света, расположенный в непосредственной близости от наземного оборудования.
[0031] Это изобретение может быть использовано в различных вариантах применения, таких как буровые системы для добычи углеводородов и неуглеводородов, испытания бурильной колонны, испытания пласта и системы добычи углеводородов, такие как системы заканчивания, капитальный ремонт, системы оценки, системы добычи, системы гидроразрыва пласта (ГРП), наземные и шельфовые системы, а также интеллектуальные системы заканчивания. Более высокая полоса пропускания принимаемого сигнала и обеспеченная скорость передачи могут облегчить использование инструментов и систем, таких как инструменты для сейсмических измерений в процессе бурения (SWD; seismic while drilling), инструменты для сбора данных, буровые инструменты, инструменты для каротажа в процессе бурения, инструменты для измерения в процессе бурения, клапаны, исполнительные механизмы и тросовые инструменты. Кроме того, альтернативные системы связи могут быть заменены описанной системой оптоволоконного кабеля, например, для замены систем беспроводной связи.
[0032] Далее со ссылкой на фигуры, на Фиг. 1 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера скважинной системы 100, использующей оптоволоконную систему связи, например буровую систему, систему каротажа в процессе бурения (КПБ), систему измерения в процессе бурения (ИПБ), систему SWD, систему телеметрии в процессе бурения, систему извлечения, систему оценки пласта, систему оценки флюидов, систему добычи, тросовую система с насосом и другие скважинные системы для добычи углеводородов. Скважинная система 100 содержит буровую вышку 105, контроллер 107 буровой площадки и вычислительную систему 108. Контроллер 107 буровой площадки содержит процессор и запоминающее устройство и выполнен с возможностью управления работой скважинной системы 100. Буровая вышка 105 расположена на поверхности 106.
[0033] Под буровой вышкой 105 проходит ствол 110 скважины с набором верхних сегментов 112 трубы и набором нижних сегментов 115 трубы, расположенных в пределах диаметра ствола 110 скважины. В нижней части набора нижних сегментов 115 трубы расположены скважинные инструменты 120. Скважинные инструменты 120 могут включать в себя различные скважинные инструменты и КНБК, такие как буровое долото 122. Могут присутствовать другие компоненты скважинных инструментов 120, такие как локальный источник питания (например, генератор), батареи, конденсаторы, системы телеметрии, датчики, приемопередатчики и система управления. Ствол 110 скважины окружен подземным пластом 150.
[0034] В набор нижних сегментов 115 трубы введен оптоволоконный кабель 130 большой длины (показан сплошной линией). Оптоволоконный кабель 130 большой длины соединен со скважинными инструментами 120 с помощью соединителя, стыкуемого во влажных условиях. Расположенный выше по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля 130 большой длины соединен с самым нижним, например первым, верхним сегментом трубы в наборе верхних сегментов 112 трубы. Защищенный трубопроводный кабель 132 (показан пунктирной линией) прикреплен к внешней стороне набора верхних сегментов 112 трубы. Защищенный трубопроводный кабель 132 проходит к буровой вышке 105 и соединяется с одним или более электрическими кабелями 134 (показаны пунктирной линией), соединяющимися с контроллером 107 буровой площадки. Защищенный трубопроводный кабель 132 может быть защищен от износа при вращении рядом с райзером, обсадной трубой или бурильной трубой путем прикрепления к соответствующему верхнему сегменту трубы с помощью центратора, трубного хомута, клетки, других защитных средств или их различных комбинаций. Защищенный трубопроводный кабель 132 может представлять собой один или более кабелей и проводов (таких как оптоволоконные кабели, электрические кабели, электрические провода или их комбинация) и иметь различную длину, например участки длиной 30 футов для сегментов бурильных труб или участки длиной 90 футов для свечей бурильных труб.
[0035] В некоторых аспектах электрические кабели 134 могут быть заменены системой беспроводной связи с приемопередатчиком. В некоторых аспектах в соединительной муфте между защищенным трубопроводным кабелем 132 и контроллером 107 буровой площадки можно использовать тип контактного кольца соединителя. В некоторых аспектах защищенный трубопроводный кабель 132 может заканчиваться до соединения с оборудованием на буровой вышке 105 и электрического соединения, и для соединения защищенного трубопроводного кабеля 132 и контроллера 107 буровой площадки можно использовать электрическое соединение, оптоволоконное соединение или беспроводное соединение.
[0036] Контроллер 107 буровой площадки или вычислительная система 108 может быть соединена с возможностью связи с контроллером 107 буровой площадки или защищенным трубопроводным кабелем 132, или может использоваться для связи со скважинными инструментами 120, например, для отправки и приема телеметрических данных, данных, команд и другой информации. Вычислительная система 108 может быть расположена в непосредственной близости от контроллера 107 буровой площадки или на некотором расстоянии от него, например, в облачной среде, центре обработки данных, лаборатории или корпоративном офисе. Вычислительная система 108 может представлять собой ноутбук, смартфон, КПК, сервер, настольный компьютер, систему облачных вычислений, другие вычислительные системы или их комбинацию, которые выполнены с возможностью выполнения процесса и способов, описанных в данном документе. Операторы буровой площадки, инженеры и другой персонал могут отправлять и принимать телеметрические данные, данные, команды и другую информацию посредством различных обычных средств с помощью вычислительной системы 108 или контроллера 107 буровой площадки.
[0037] На Фиг. 2 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера системы связи в скважинной системе 200 ГРП, которая может представлять собой буровую площадку, на которой проводятся работы по ГРП посредством реализации плана обработки ГРП. Скважинная система 200 ГРП демонстрирует практически горизонтальный ствол скважины, подвергающийся операции гидроразрыва.
[0038] Скважинная система 200 ГРП содержит наземное скважинное оборудование 205, расположенное на поверхности 206, оборудование 207 управления буровой площадкой, оптоволоконный источник 215 света, расположенный ниже поверхности 206, и вычислительную систему 208. В некоторых аспектах оборудование 207 управления буровой площадкой соединено с возможностью связи с отдельной вычислительной системой 208, например сервером, центром обработки данных, облачной службой, планшетом, ноутбуком, смартфоном или другими типами вычислительных систем. Вычислительная система 208 может быть расположена в непосредственной близости от оборудования 207 управления буровой площадкой или расположена на расстоянии от оборудования 207 управления буровой площадкой и может использоваться инженером и оператором скважинной системы для приема и передачи телеметрических данных, данных, команд и другой информации.
[0039] Под поверхностью 206 от наземного скважинного оборудования 205 проходит ствол 210 скважины. Ствол 210 скважины может иметь нулевое или большее количество обсаженных секций и нижнюю секцию, которая обсажена или не обсажена. В ствол 210 скважины введена труба 220 для флюида. Нижняя часть трубы 220 для флюида имеет возможность выпуска скважинного материала 230, такого как флюид-носитель с материалом отклонителя, из трубы 220 для флюида в подземные пласты 235, содержащие трещины 240 гидроразрыва. Выпуск скважинного материала 230 может осуществляться с помощью скользящих муфт, клапанов, перфорационных отверстий в трубе 220 для флюида или других средств выпуска. На конце трубы 220 для флюида расположен конец узла 225 трубы, который может содержать один или более скважинных инструментов или узел торцевой заглушки. В некоторых аспектах, в которых оптоволоконный источник 215 света отсутствует, конец узла 225 трубы может содержать скважинный источник 227 света для обеспечения создания и модуляции сигнала передачи для генерирования связи между концом узла 225 трубы и оборудованием 207 управления буровой площадкой и вычислительной системой 208.
[0040] Верхние сегменты 212 трубы трубы 220 для флюида содержат соединение оптоволоконного кабеля на каждом стыке верхнего сегмента трубы или на каждом стыке верхнего сегмента свечи труб. Кроме того, оптоволоконный источник 215 света расположен в скважине на соединительном стыке верхних сегментов 212 трубы, например на первом верхнем сегменте трубы. Оптоволоконный кабель верхних сегментов трубы 212 соединен с наземным оптоволоконным кабелем 254 (показан пунктирной линией), который, в свою очередь, соединен с оборудованием 207 управления буровой площадкой и вычислительной системой 208. Аналогично скважинной системе 100, в некоторых аспектах, в верхних сегментах 212 трубы можно использовать электрические кабели или провода вместо оптоволоконных кабелей. В некоторых аспектах оптоволоконные кабели, прикрепленные к верхним сегментам 212 трубы, или электрические кабели, прикрепленные к верхним сегментам 212 трубы, могут быть соединены с возможностью связи с оборудованием 207 управления буровой площадкой с помощью соединителя с контактным кольцом или системы беспроводного приемопередатчика.
[0041] Оптоволоконный кабель 250 большой длины расположен в нижних сегментах 214 трубы указанной трубы 220 для флюида и соединен с оптоволоконным кабелем верхних сегментов 212 трубы и концом узла 225 трубы. В других аспектах оптоволоконный кабель 250 большой длины может быть расположен снаружи нижних сегментов 214 трубы. В некоторых аспектах, когда присутствует скважинный источник 227 света, оптоволоконный кабель 250 большой длины соединен со скважинным источником 227 света. В инструментах конца узла 225 трубы и оборудовании 207 управления буровой площадкой могут использовать одно или более из оптоволоконного источника 215 света и скважинного источника 227 света вместе с функциональными возможностями или устройствами приемника или приемопередатчика для обеспечения связи с другим концом узла 225 трубы или оборудованием 207 управления буровой площадкой. Кроме того, оптоволоконный кабель 250 большой длины можно использовать в качестве датчика, такого как распределенный акустический датчик, по всей его длине. В некоторых аспектах конец узла 225 трубы может быть расположен на различных глубинах внутри ствола 210 скважины в дополнение к местоположению конца трубы.
[0042] На Фиг. 3 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера системы связи в шельфовой скважинной системе 300, где узел 320 электрического погружного насоса (ЭПН) расположен в скважине в стволе 310 скважины ниже водного массива 340, такого как океан или море. Ствол 310 скважины, защищенный обсадной трубой, скважинными фильтрами или другими конструкциями, окружен подземным пластом 345. Узел 320 ЭПН также можно использовать для операций на суше. Узел 320 ЭПН содержит контроллер 307 скважины (например, для работы в качестве контроллера скорости и связи узла 320 ЭПН), двигатель 314 ЭПН и насос 324 ЭПН.
[0043] Контроллер 307 скважины размещен в шкафу 306 внутри операторской 304 на морской платформе 305, такой как нефтяная вышка. Контроллер 307 скважины выполнен с возможностью регулирования работы двигателя 314 ЭПН для повышения продуктивности скважины. В проиллюстрированном аспекте двигатель 314 ЭПН представляет собой двухполюсный трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который приводит в действие насос 324 ЭПН. Двигатель 314 ЭПН расположен вблизи нижней части узла 320 ЭПН, непосредственно над скважинными датчиками внутри ствола 310 скважины. Силовой кабель 330 проходит от контроллера 307 скважины к двигателю 314 ЭПН.
[0044] В некоторых аспектах насос 324 ЭПН может представлять собой горизонтальный наземный насос, винтовой насос, подземную систему компрессоров или электрический погружной винтовой насос. Секция уплотнения двигателя и входная секция могут проходить между двигателем 314 ЭПН и насосом 324 ЭПН. Райзер 315 отделяет узел 320 ЭПН от водного массива 340, а обсадная труба 316 может отделять ствол 310 скважины от подземного пласта 345. Перфорационные отверстия в обсадной трубе 316 могут обеспечить поступление представляющего интерес флюида из подземного пласта 345 в ствол 310 скважины.
[0045] Параллельно силовому кабелю 330 проходит оптоволоконный кабель 350 большой длины и оптоволоконный кабель 352 верхнего сегмента трубы (на этой фигуре силовой кабель 330, оптоволоконный кабель 350 большой длины и оптоволоконный кабель 352 верхнего сегмента трубы показаны в виде толстой линии, представляющей как силовой кабель 330, так и соответствующий оптоволоконный кабель 350 большой длины и оптоволоконный кабель 352 верхнего сегмента трубы, а в других аспектах могут быть расположены снаружи труб ЭПН). Оптоволоконный источник света может быть расположен в скважине, например в непосредственной близости от двигателя 314 ЭПН, расположенного внутри райзера 315 на подземной поверхности 342 или на поверхности 344 воды, на морской платформе 305 или на другой глубине внутри ствола 310 скважины. Силовой кабель 330 может подавать энергию на скважинный оптоволоконный источник света.
[0046] На Фиг. 1 и 2 показаны операции на суше. Специалистам в данной области техники будет понятно, что данное изобретение в равной степени хорошо подходит для использования в шельфовых операциях. На Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3 показаны конкретные конфигурации стволов скважины, специалистам в данной области техники будет понятно, что данное изобретение в равной степени хорошо подходит для использования в стволах скважины, имеющих другую ориентацию, включая вертикальные стволы скважины, горизонтальные стволы скважины, наклонные стволы скважины, многоствольные стволы скважины и другие типы стволов скважины.
[0047] На Фиг. 4 представлена иллюстрация схемы приведенного в качестве примера устройства 400 с оптоволоконным кабелем большой длины, подсоединенным в местоположении на поверхности. Устройство 400 показано в шельфовой операции. Раскрытые системы можно использовать на суше и в других рабочих средах. Устройство 400 можно использовать для обеспечения связи с высокой пропускной способностью между скважинными инструментами и наземным оборудованием. Устройство 400 содержит наземное оборудование 405, бурильный райзер 410, бурильную колонну 415, расположенную внутри бурильного райзера 410, и КНБК 420. КНБК 420 может представлять собой различные типы скважинных инструментов, буровых долот, датчиков, регуляторов флюида, источников энергии, приемопередатчиков и их комбинации.
[0048] КНБК 420 может дополнительно содержать буровую компоновку 422. В бурильную колонну 415 введен оптоволоконный кабель 450 большой длины, расположенный в нижней части бурильной колонны 415. Оптоволоконный кабель 450 большой длины составляет по меньшей мере длину трех свечей и может иметь длину в десятки тысяч футов. Нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля 450 большой длины соединен с КНБК 420 с помощью соединителя 430 оптоволоконного кабеля и погружного соединения 432 КНБК. Расположенный в непосредственной близости соединитель 430 оптоволоконного кабеля может представлять собой скважинный источник света, при наличии. Скважинный источник света может иметь функциональные возможности для того, чтобы быть приемником, передатчиком или приемопередатчиком. Верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля 450 большой длины соединен выше по стволу скважины с наземным оборудованием 405 с помощью расположенного выше по стволу скважины соединителем 435.
[0049] Наземное оборудование 405 предпочтительно расположено на уровне 460 моря или выше него. Над морским дном 462 расположены противовыбросовые защитные средства 417. Буровая компоновка 422 расположена в непосредственной близости от забоя 464 ствола скважины. В демонстрационных целях в этом примере забой 464 может находиться на уровне 23 000 футов ниже уровня 460 моря. Морское дно 462 может быть на 7000 футов ниже уровня 460 моря. Оптоволоконный кабель 450 большой длины может проходить от КНБК 420 до расположенного выше по стволу скважины соединителя 435 приблизительно на 23 000 футов. Оптоволоконный кабель 450 большой длины длиной 23 000 футов может уменьшить количество соединителей, используемых в системе, таким образом уменьшая ослабление оптоволоконного сигнала.
[0050] На остальном расстоянии до наземного оборудования 405 можно использовать верхние сегменты трубы с оптоволоконными кабелями или электрическими кабелями или проводами. Использование участков оптоволоконного кабеля, по одному на каждый сегмент трубы, может приводить к потере сигнала. Использование электрических кабелей на верхних сегментах трубы может уменьшить эту потенциальную потерю сигнала. В некоторых аспектах, в которых используют оптоволоконные кабели, можно использовать оптоволоконные усилители для уменьшения потенциальных потерь сигнала. Необязательно, верхние сегменты трубы могут быть содержать защитные средства, такие как клетки, трубные хомуты, центраторы и муфты, для защиты оптоволоконного кабеля от износа при вращении - защитные средства могут вращаться совместно с набором верхних сегментов трубы.
[0051] Сокращение соединителей может варьироваться по мере изменения интервала глубины бурения. Например, в аспектах, в которых интервал бурения составляет 3000 футов, например от 23 000 до 26 000 футов, количество соединителей может быть снижено до диапазона приблизительно от 33 до 100 оптоволоконных соединений, например снижение потенциальной потери сигнала до 20-60 дБ (от 33 * 0,6 дБ/соединитель до 100 * 0,6 дБ/соединитель). Для сравнения, для проводной бурильной трубы потребуется приблизительно 866 индуктивных соединителей (с использованием обычных сегментов трубы) для той же длины в 26 000 футов. Для интервала бурения около 2000 футов, например от 26 000 до 28000 футов, количество соединителей оптоволоконного кабеля находится в диапазоне приблизительно от 22 до 66, в то время как в проводной бурильной трубе использовали бы приблизительно 933 индуктивных соединителя для достижения глубины 28 000 футов.
[0052] На Фиг. 5 представлена иллюстрация схемы приведенного в качестве примера устройства 500 с оптоволоконным кабелем большой длины, подсоединенным в местоположении ниже уровня моря. Устройство 500 является продолжением Фиг. 4 после бурения дополнительной глубины ствола скважины. Устройство 400 и устройство 500 также демонстрируют систему высокоскоростной телеметрии. Устройство 500 показано в шельфовой операции. Раскрытые системы можно использовать на суше и в других рабочих средах. Устройство 500 можно использовать для обеспечения связи с высокой пропускной способностью между скважинными инструментами и наземным оборудованием. Устройство 500 содержит наземное оборудование 505, райзер 510, набор верхних сегментов 512 трубы, расположенных внутри ID райзера 510, набор нижних сегментов 514 трубы, расположенных внутри ID райзера 510 (в случае расположения выше морского дна 562), и обсадную трубу 511 (в случае расположения на уровне или ниже морского дна 562).
[0053] В набор нижних сегментов 514 трубы введен оптоволоконный кабель 550 большой длины. Нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля 550 большой длины соединен с КНБК 520 с помощью соединителя 530 оптоволоконного кабеля и погружного соединения 532 КНБК. В некоторых аспектах соединитель 530 оптоволоконного кабеля и погружное соединение 532 КНБК могут включать в себя электрические муфтовые соединители, например контакты. Электрические соединительные контакты можно использовать для преобразования сигнала, передаваемого по оптоволоконному кабелю 550 большой длины, в электрический сигнал, для преобразования электрического сигнала от КНБК 520 в оптический сигнал или для соединения электрического кабеля или провода по длине оптоволоконного кабеля 550 большой длины с КНБК 520.
[0054] В этом процессе можно использовать различные комбинации приемопередатчиков, электронно-оптических преобразователей, модуляторов, демодуляторов, мультиплексоров, демультиплексоров, усилителей, фильтров и других устройств для облегчения соединения с возможностью связи. В других аспектах в случае электрического соединения может присутствовать отдельный соединитель. Скважинный источник света, например, выполненный как приемопередающая система, может быть расположен в непосредственной близости от соединителя 530 оптоволоконного кабеля. Верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля 550 большой длины соединен выше по стволу скважины с первым верхним сегментом трубы 513 в наборе верхних сегментов 512 трубы с помощью расположенного выше по стволу скважины соединителя 535. В свою очередь, каждый верхний сегмент трубы в наборе верхних сегментов 512 трубы соединен с соседним сегментом трубы (или свечой труб). Самый верхний из верхних сегментов трубы соединен с наземным оборудованием 505. В некоторых аспектах расположенный выше по стволу скважины соединитель 535 может содержать оптоволоконный источник света, например, также выполненный как приемопередающая система, для создания и модуляции оптических сигналов. В других аспектах расположенный выше по стволу скважины соединитель 535 может быть соединен с возможностью связи с беспроводным приемопередатчиком, который, в свою очередь, может быть соединен с наземным оборудованием 505. Расположенный выше по стволу скважины соединитель 535 может включать в себя электрооптический соединитель или оптико-оптический соединитель.
[0055] Наземное оборудование 505 расположено приблизительно на уровне 560 моря. Над морским дном 562 расположены противовыбросовые защитные средства 517. Буровая компоновка 522 расположена в непосредственной близости от предыдущего обозначения 564 забоя ствола скважины, и в этом примере буровая компоновка 522 расширяет ствол скважины ниже предыдущей глубины, как указано предыдущим обозначением 564 забоя ствола скважины. В демонстрационных целях в этом примере предыдущее обозначение 564 забоя может находиться на уровне 23 000 футов ниже уровня 560 моря. Морское дно 562 может быть на 7000 футов ниже уровня 560 моря. Оптоволоконный кабель 550 большой длины может проходить от КНБК 520 до расположенного выше по стволу скважины соединителя 535 приблизительно на 20 000 футов.
[0056] На протяжении остальных 3000 футов до наземного оборудования 505 могут использовать набор верхних сегментов 512 трубы с трубопроводными кабелями 552, например, по одному на каждый сегмент бурильной трубы (приблизительно 30 футов), по одному на каждую свечу бурильную трубу (приблизительно 90 футов), другие длины или их комбинацию. Это может уменьшить количество соединителей, используемых в системе, таким образом уменьшая ослабление сигнала передачи. В этом примере набор верхних сегментов 512 трубы имеет свои соответствующие трубопроводные кабели 552, прикрепленные к OD соответствующего верхнего сегмента трубы. В некоторых аспектах трубопроводные кабели 552 могут содержать защитные средства, такие как клетки, трубные хомуты, центраторы, уплотняющие концевые заглушки и муфты, для защиты трубопроводных кабелей 552 от износа при вращении и могут вращаться совместно с верхними сегментами трубы.
[0057] Первый верхний сегмент 513 трубы может варьироваться по конструкции по сравнению с другими сегментами трубы в наборе верхних сегментов 512 трубы, например его длина может составлять 10 футов, а OD может быть больше, чем у других сегментов трубы. В некоторых аспектах первый верхний сегмент 513 трубы может содержать другое оборудование, например электрооптический соединитель, также известный как волоконный преобразователь среды (для соединения оптоволоконного кабеля и электрического кабеля или провода, а также для преобразования световых сигналов и электрических сигналов в другой тип сигналов), источник питания, регулятор мощности, источник света, такой как СИД, лазер, полупроводниковый диодный лазер или другой источник электромагнитного излучения. В некоторых аспектах может быть более одного оптоволоконного кабеля, более одного электрического кабеля или провода или их комбинация, и один или более мультиплексоров сигналов и один или более демультиплексоров сигналов могут присутствовать вместе с процессорами обработки сигналов.
[0058] В некоторых аспектах трубопроводные кабели 552 могут представлять собой один или более оптоволоконных кабелей, один или более электрических кабелей, один или более электрических проводов, различные комбинации связанных и несвязанных кабелей или их различные комбинации. Использование электрического провода или кабеля в качестве трубопроводного кабеля может уменьшить испытываемое ослабление сигнала, поскольку оптический сигнал передачи будет проходить через меньшее количество соединителей. В некоторых аспектах трубопроводные кабели 552 могут быть заменены одной или более системами беспроводного приемопередатчика. В других аспектах в трубопроводных кабелях 552 можно использовать электрический кабель или провод на участке их длины и использовать беспроводной приемопередатчик на остальной участке их длины.
[0059] Трубопроводные кабели 552 могут быть аналогичны промышленным скважинным оптоволоконным кабелям, таким как обычный скважинный кабель, гибридный скважинный кабель или шлангокабель с оптоволоконными компонентами. Трубопроводные кабели 552 могут содержать герметичную трубу из нержавеющей стали, высокопрочную проволоку, полиэтиленовую оболочку, гель, поглощающий водород, и технологию сращивания на линии. В трубопроводных кабелях 552 можно использовать изолированный медный проводник 18AWG, конструкцию со свободной трубой для оптических волокон и материалы, обеспечивающие защиту от агрессивных химических сред, содержащих H2S, CO2, метан, нефть, дизель, бензин, толуол и другие органические растворители. Трубопроводные кабели 552 могут иметь широкий диапазон рабочих температур от -40,0 °С до 150,0 °С и использовать материалы с высокой стойкостью к истиранию и ударам.
[0060] На Фиг. 6 представлена иллюстрация схемы приведенной в качестве примера скважинной телеметрической системы 600, включая электрические соединения. Скважинная телеметрическая система 600 демонстрирует использование электрических соединений со скважинными инструментами для обеспечения связи со скважинными инструментами и для обеспечения источника энергии для скважинного источника света, при наличии. Скважинная телеметрическая система 600 содержит набор нижних сегментов 614 трубы, заканчивающихся скважинными инструментами 620. Внутри ID набора нижних сегментов 614 трубы расположен оптоволоконный кабель 650 большой длины. Оптоволоконный кабель 650 большой длины содержит соединители на расположенном ниже по стволу скважины конце и расположенном выше по стволу скважины конце, что сводит к минимуму количество соединителей по его длине.
[0061] Предпочтительно, чтобы оптоволоконный кабель 650 большой длины имел непрерывную длину. В некоторых аспектах оптоволоконный кабель 650 большой длины может содержать в местоположениях по своей длине сращивания и усилители, такие как электрические или оптоволоконные усилители, легированные эрбием. Кроме того, оптоволоконный кабель 650 большой длины может содержать одну или более оптических жил, один или более оптоволоконных кабелей, нулевое или большее количество электрических кабелей или проводов и опорные конструкции, такие как стальные жилы или другие материалы, помогающие поддерживать оптоволоконный кабель. Кроме того, оптоволоконный кабель 650 большой длины может иметь различные типы и комбинации оболочки и защиты, например армированный оптоволоконный кабель.
[0062] На расположенном ниже по стволу скважины конце оптоволоконного кабеля 650 большой длины находится погружное соединение 630. Погружное соединение 630 может содержать контроллер источника света, модулятор, детектор света, отражатель света, такой как зеркало, для отражения модулированного сигнала, источник питания, регулятор мощности и другие компоненты, используемые для завершения системы связи. Система связи может содержать дополнительные системы и способы связи, например систему связи бурильной колонны, которая может посылать сигнал с использованием нижних сегментов 614 трубы. В некоторых аспектах система связи может содержать компоненты для преобразования сигналов связи. Например, могут быть включены компоненты, которые могут выполнять обработку сигнала для преобразования сигнала из электрического в механический, из электрического в световой, из светового в тепловой в электрический, из светового в световой, из несущей волны в несущую волну, использовать шифрование сигнала, использовать сжатие сигнала, другие преобразования и трансформации, а также их различные комбинации. В некоторых аспектах в системе связи можно использовать источник света с оптоволоконным кабелем, систему беспроводной связи невысокого разрешения (LiFi; light fidelity), систему связи в видимом излучении (VLC; visible light communication) и другие типы систем связи.
[0063] В некоторых аспектах погружное соединение 630 может содержать источник 634 света, такой как лазер, СИД большой мощности или другие типы источников света или электромагнитных источников. Погружное соединение 630 может быть соединено со скважинным погружным соединением 632, таким как соединитель, стыкуемый во влажных условиях, причем скважинное погружное соединение 632 дополнительно соединено со скважинными инструментами 620.
[0064] Электрическое соединение 624 может обеспечивать соединение с возможностью связи между скважинными инструментами 620 и соответствующими телеметрическими устройствами (не показаны) и погружным соединением 630. Телеметрические устройства могут представлять собой одно или более устройств, которые могут собирать данные в скважине с использованием различных типов датчиков и генерировать данные с помощью собранных данных. Например, датчики температуры, датчики давления, магнитно-резонансные датчики, датчики флюида, сейсмические датчики, датчики проницаемости и пористости и другие типы датчиков, которые могут быть расположены в скважине. Эти телеметрические датчики можно использовать с буровыми стволами скважины, КПБ, ИПБ, SWD, ЭПН, ГРП, добывающими стволами скважины, пересекающими стволами скважины, разгрузочными стволами скважины и другими типами скважинных систем. Оптоволоконный кабель 650 большой длины может быть соединен с наземным оборудованием или с первым верхним сегментом трубы. Первый верхний сегмент трубы может быть соединен с дополнительными верхними сегментами трубы и, в свою очередь, соединен с наземным оборудованием.
[0065] Электрические соединения 626 могут подавать энергию на погружное соединение 630 и, при наличии, на источник 634 света. Скважинные инструменты 620 могут включать в себя источник питания, такой как генератор, батареи, конденсаторы и другие типы источников энергии. Эта энергия может предоставляться для использования другими компонентами, такими как погружное соединение 630. В альтернативном аспекте отдельный электрический провод или электрический кабель может находиться в непосредственной близости от длины оптоволоконного кабеля 650 большой длины. Электрический провод или электрический кабель может обеспечивать канал для подачи энергии выше по стволу скважины, например от наземного генератора или генератора, расположенного в непосредственной близости от скважинных инструментов 620, и для использования скважинными инструментами 620, погружным соединением 630 и источником 634 света.
[0066] На Фиг. 7 представлена иллюстрация блок-схемы приведенной в качестве примера оптоволоконной телеметрической системы (FOTS) 700 с источником света, расположенным в необязательных точках внутри системы. FOTS 700 описывает группы инструментов, устройств и оборудования, которые могут быть соединены механически или с возможностью связи в среде ствола скважины. FOTS 700 содержит наземное оборудование 705, набор верхних сегментов 715 трубы, первый верхний сегмент 716 трубы в наборе верхних сегментов 715 трубы, набор нижних сегментов 717 трубы, погружное соединение 730 и скважинные инструменты 720.
[0067] Наземное оборудование 705 может включать в себя буровое оборудование, буровые вышки, краны, лебедки, контроллеры, насосы, трубопроводы, вычислительные системы и другие типы оборудования, используемые для эксплуатации системы ствола скважины. Как правило, оператор или инженер ствола скважины, например пользователь, находящийся на поверхности, может просматривать и анализировать данные, полученные от скважинных инструментов 720, а затем вносить коррективы в рабочие планы. Кроме того, пользователь может взаимодействовать со скважинными инструментами 720 для внесения изменений в команды или рабочий план практически в режиме реального времени.
[0068] Альтернативно, полученные данные могут быть проанализированы вычислительной системой, и программно могут быть внесены коррективы в команды и рабочие планы скважинных инструментов 720, например, когда для обработки полученных телеметрических данных используют алгоритм машинного обучения. В некоторых аспектах пользователь может предоставить обзор и утверждение изменений, рекомендованных алгоритмом машинного обучения. Вычислительная система, выполняющая алгоритм машинного обучения, может быть расположена в скважине в непосредственной близости от скважинных инструментов 720, в непосредственной близости от наземного оборудования 705, в непосредственной близости от первого верхнего сегмента 716 трубы или в другом местоположении вдоль длины ствола скважины. Стволы скважины могут быть предназначены для научных целей, целей разведки и добычи углеводородов, а также для других целей, например для добычи полезных ископаемых, угля или серы.
[0069] Набор верхних сегментов 715 трубы может представлять собой один или более сегментов трубы, которые содержат трубопроводный кабель и соединитель, такие как электрический кабель или провод, оптоволоконный кабель, систему беспроводного приемопередатчика или их комбинацию, обеспечивающую соединение с возможностью связи между скважинными инструментами. 720 и наземным оборудованием 705. Первый верхний сегмент 716 трубы может содержать электрооптический соединитель для соединения оптоволоконного кабеля 750 большой длины с дополнительным участком оптоволоконного кабеля, электрический кабель или провод, беспроводной приемопередатчик или другие инструменты связи, такие как источник света, мультиплексор, демультиплексор, процессор обработки сигналов, усилитель и другие устройства. Оптоволоконный кабель 750 большой длины составляет по меньшей мере длину трех свечей и может иметь длину в десятки тысяч футов. В этом примере показано, что три верхних сегмента трубы (представляющие собой одну свечу труб) соединены механически и с возможностью связи, разделены пунктирной линией, хотя можно использовать меньшее количество или дополнительные сегменты трубы и свечи труб.
[0070] В аспектах, в которых включен отдельный электрический кабель или электрический провод (либо как отдельный кабель, либо как электрический кабель внутри гибридного кабеля), верхние сегменты трубы также электрически соединены. Трубопроводный кабель 752 может быть прикреплен к каждому из верхних сегментов трубы с помощью обычных методов, таких как защитные средства 754. Например, защитные средства 754 могут представлять собой клетки, трубные хомуты, муфты и другие защитные и крепежные устройства. Трубопроводный кабель 752 может быть расположен внутри защитных средств 754. В других аспектах защитное средство 754 может быть включено внутри различных сегментов трубопроводного кабеля 752. Сведение к минимуму количества верхних сегментов трубы в наборе верхних сегментов 715 трубы может сводить к минимуму количество используемых соединителей, таким образом уменьшая потенциальное ослабление и потерю сигнала передачи, когда сигнал передачи проходит через каждый соответствующий соединитель. Кроме того, уменьшение количества верхних сегментов трубы может снизить потребность в дополнительных защитных средствах 754 для трубопроводного кабеля 752, таким образом снижая затраты и потенциальные точки отказа.
[0071] В некоторых аспектах первый верхний сегмент 716 трубы может представлять собой самый нижний, средний или другой верхний сегмент трубы и может содержать источник 740 света. Источник 740 света может быть выполнен с возможностью создания и модулирования источника света для генерирования оптического сигнала для передачи через различные компоненты оптоволоконного кабеля. Источник 740 света также включает в себя другие инструменты, устройства и электронику для осуществления передачи одного или более сигналов, такие как один или более детекторов света, светоотражатель, схема электрооптического преобразования, схема контроллера, электрический усилитель, усилитель света, волоконный усилитель, легированный эрбием, процессор обработки сигналов, модулятор, мультиплексор, демультиплексор, источник энергии или вход от источника энергии и другие компоненты. В некоторых аспектах источник 740 света включает в себя инструменты, устройства и электронику для осуществления приема одного или более сигналов, такие как один или более детекторов света, светоотражатель, схема электрооптического преобразования, схема контроллера, электрический усилитель, усилитель света, волоконный усилитель, легированный эрбием, процессор обработки сигналов, модулятор, демодулятор, мультиплексор, демультиплексор, источник энергии или вход от источника энергии и другие компоненты.
[0072] Источник 740 света также может быть расположен с наземным оборудованием 705. Он также включает в себя устройства, выполненные с возможностью принимать и передавать оптические и электрические сигналы, мультиплексировать и демультиплексировать, усиливать, фильтровать, хранить, буферизировать, запускать и выполнять другие функции, обычно связанные с оптоволоконными преобразователями, например простыми преобразователями, коммутационными преобразователями, сетевыми мостами, управляемыми преобразователями, приемопередатчиками, преобразователями гигабитных интерфейсов, оптоволоконными средствами связи, компактными приемопередатчиками или другими типами преобразователей, известными в области передачи данных и питания, а также связи.
[0073] Данные и питание могут передаваться с использованием протоколов передачи данных, включая, без ограничения, Ethernet, высокоскоростной Ethernet, гигабит Ethernet, T1/E1/J1, DS3/E3, а также многие типы кабелей, такие как коаксиальный кабель, витая пара, многомодовый кабель, одномодовое оптоволокно или другие типы протоколов передачи данных и передачи питания, известные в данной области техники.
[0074] Набор нижних сегментов 717 трубы может иметь различные формы и размеры и не обязательно должен быть одинаковым. Кроме того, набор нижних сегментов 717 трубы может выполнять функции, отличные от описанных в данном документе. Например, набор нижних сегментов 717 трубы может включать, без ограничения, бурильные яссы, датчики данных и регистраторы, сейсмические источники, сейсмические приемники, приемники других типов (такие как приемники гамма-излучения, радиоактивные, геологические приемники), усилители, делители потока, охладители бурового раствора, инструменты для оценки пласта, пробоотборники, другие инструменты и устройства, а также их различные комбинации. Набор нижних сегментов 717 трубы может иметь оптоволоконные кабели и электрические кабели или провода, которые не используются в данном изобретении. Как правило, можно использовать менее дорогостоящие сегменты трубы, которые не включают эти компоненты.
[0075] В наборе нижних сегментов 717 трубы может быть различное количество сегментов трубы, и пример показан с помощью пунктирных линий для обозначения ряда механически соединенных сегментов трубы. FOTS 700 не представлена с соблюдением масштаба, а размер и количество верхних сегментов трубы и нижних сегментов трубы могут варьироваться в зависимости от эксплуатационных характеристик. Набор нижних сегментов 717 трубы может проходить через ствол 710 скважины к скважинным инструментам 720. Оптоволоконный кабель 750 большой длины может быть расположен по меньшей мере частично внутри ID набора нижних сегментов 717 трубы. Оптоволоконный кабель 750 большой длины может содержать соединители только на каждом конце, таким образом уменьшая количество соединителей на указанной длине. Расположенный выше по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля 750 большой длины может быть соединен с первым верхним сегментом 716 трубы, с источником 740 света или с другим верхним сегментом трубы. Расположенный ниже по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля 750 большой длины может быть соединен посредством погружного соединения 730 со скважинными инструментами 720
[0076] В некоторых аспектах погружное соединение 730 может быть частью корпуса, который также содержит источник 745 света, аналогичный конфигурации, описанной в отношении источника 740 света. Когда присутствует источник 740 света, источник 745 света обычно представляет собой отражатель и демодулятор света для генерирования сигнала связи. В некоторых аспектах источник 745 света включает в себя инструменты, устройства и электронику для осуществления приема одного или более сигналов, такие как один или более детекторов света, светоотражатель, схема электрооптического преобразования, схема контроллера, электрический усилитель, усилитель света, волоконный усилитель, легированный эрбием, процессор обработки сигналов, модулятор, демодулятор, мультиплексор, демультиплексор, источник энергии или вход от источника энергии и другие компоненты. В других аспектах источник 745 света может включать в себя лазер, лазерный излучающий диод, СИД большой мощности или другие типы источников электромагнитного спектра. Погружное соединение 730 может быть соединено со скважинными инструментами 720. Скважинные инструменты 720 могут представлять собой КНБК, узел конца трубы ГРП, инструменты телеметрии, насосы, датчики и другие инструменты и устройства или их комбинации.
[0077] Погружное соединение 730 может представлять собой один или более инструментов или устройств в одном и том же или другом корпусе, включая, без ограничения, детектор света, светоотражатель, схему электрооптического преобразования, схему контроллера, электрический усилитель, усилитель света, волоконный усилитель, легированный эрбием, процессор обработки сигналов, модулятор, мультиплексор, демультиплексор, источник энергии или вход от источника энергии и другие компоненты. Оно также может включать в себя устройства, выполненные с возможностью принимать, передавать оптические и электрические сигналы, мультиплексировать и демультиплексировать, усиливать, фильтровать, хранить, буферизировать, запускать и выполнять другие функции, обычно связанные с оптоволоконными преобразователями, например простыми преобразователями, коммутационными преобразователями, сетевыми мостами, управляемыми преобразователями, приемопередатчиками, преобразователями гигабитных интерфейсов, оптоволоконными средствами связи, компактными приемопередатчиками и другими типами преобразователей, известными в области передачи данных и питания, а также связи. Данные и питание могут передаваться с использованием протоколов передачи данных, включая, без ограничения, Ethernet, высокоскоростной Ethernet, гигабит Ethernet, T1/E1/J1, DS3/E3, а также многие типы кабелей, такие как коаксиальный кабель, витая пара, многомодовый кабель, одномодовое оптоволокно и другие типы протоколов передачи данных и передачи питания, известные в данной области техники.
[0078] На Фиг. 8 представлена иллюстрация блок-схемы приведенного в качестве примера способа 800 реализации FOTS. Способ 800 может быть реализован с использованием, например, FOTS 700. Выполнение способа 800 начинается с этапа 805 и переходит к этапу 810. На этапе 810 скважинный инструмент может быть опущен в скважину с использованием набора нижних сегментов трубы. Длина нижних сегментов трубы может достигать десятков тысяч футов.
[0079] На этапе 815 оптоволоконный кабель большой длины может быть расположен в пределах ID набора нижних сегментов трубы. Расположенный ниже по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля большой длины может содержать погружное соединение для соединения с соединителем, стыкуемым во влажных условиях, соединенным со скважинными инструментами. Как только соединение выполнено, расположенный выше по стволу скважины конец оптоволоконного кабеля большой длины может быть оптически соединен с первым верхним сегментом трубы, который содержит оптоволоконный соединитель или электрооптический соединитель и трубопроводный кабель. Могут быть добавлены дополнительные верхние сегменты трубы, механически соединенные с соответствующим нижним глубинным сегментом трубы и соединенные с возможностью связи (в том числе подачи питания) с трубопроводным кабелем, который крепится к OD соответствующих верхних сегментов трубы. Первый расположенный выше по стволу скважины сегмент трубы и дополнительные расположенные выше по стволу скважины сегменты трубы, при наличии, могут содержать одно или более защитных средств трубопроводного кабеля для сведения к минимуму износа трубопроводного кабеля. В некоторых аспектах источник света, выполненный с возможностью генерирования оптического сигнала передачи, может быть расположен в первом верхнем сегменте трубы или в одном из дополнительных сегментов трубы. В других аспектах источник света может быть расположен вместе с наземным оборудованием.
[0080] На этапе 820 самый верхний из дополнительных верхних сегментов трубы или первый верхний сегмент трубы, если он является самым верхним, механически соединен с наземным оборудованием, в том числе соединен с возможностью связи с наземным оборудованием. Наземное оборудование дополнительно соединено с наземными вычислительными системами, выполненными с возможностью генерирования и приема данных, команд, информации и телеметрических данных для и от скважинных инструментов, а также для и от удаленных местоположений. В некоторых аспектах наземные вычислительные системы выполнены с возможностью исполнения алгоритма машинного обучения или нейронной сети глубокого обучения. В других аспектах скважинные инструменты выполнены с возможностью исполнения алгоритма машинного обучения или нейронной сети глубокого обучения.
[0081] На этапе 825 можно подать питание на источник света в соответствующем местоположении в системе, и можно установить однонаправленную или двунаправленную связь с высокой пропускной способностью между скважинными инструментами и наземным оборудованием и наземными вычислительными системами. Соответствующее местоположение может находиться в непосредственной близости от скважинных инструментов, в непосредственной близости от наземного оборудования или в непосредственной близости от верхних сегментов трубы.
[0082] Связь могут представлять собой одно или более, или комбинацию, без ограничения, из передачи данных, изменений амплитуды или изменений частоты. Для связи могут быть использованы оптические сигналы, электромагнитные сигналы и другие виды передачи энергии, например тепловая энергия, излучаемая энергия, химическая энергия, ядерная энергия, электрическая энергия, энергия движения, звуковая энергия, упругая энергия или энергия тяготения. В некоторых аспектах связь, используемая в данном документе, не ограничивается передачей информации; связь может включать в себя передачу одного или более видов энергии для выполнения работы (например, регулировка клапана, активация двигателя, подача питания на другую систему или выполнение других видов работы) или для осуществления изменения состояния (например, бинарный переключатель или переменная, индикатор положения, запрограммированная переменная, условная переменная или другие типы изменений состояния). В некоторых аспектах могут быть включены дополнительные этапы, например добавление этапа после этапа 815 для проверки связи и соединения для подачи питания перед переходом к этапу 820. Выполнение способа 800 завершается на этапе 850.
[0083] Поскольку оптоволокно имеет более высокую пропускную способность, чем электрические провода, особенно на больших расстояниях (от 30 до 3000 футов и более), может быть преимуществом возможность подключения более одного электрического провода к верхнему и нижнему концам длинного оптоволоконного кабеля. Например, 10 различных датчиков КНБК могут подавать электрические сигналы на комбинацию скважинного источника света/приемопередатчика. 10 электрических сигналов могут быть объединены и переданы оптоволоконным источником света. Оптоволоконный приемник может принимать сигнал из скважины, разделять сигналы на несколько различных сигналов, в данном примере 10, а затем передавать различные сигналы выше по стволу скважины на наземное оборудование.
[0084] Часть вышеописанного устройства, систем или способов может быть реализована или осуществлена с помощью различных аналоговых или цифровых процессоров данных, при этом процессоры запрограммированы или хранят исполняемые программы последовательностей программных команд для выполнения одного или более этапов способов. Процессор может представлять собой, например, программируемое логическое устройство, такое как программируемая матричная логика (PAL; programmable array logic), типовая матричная логика (GAL; generic array logic), программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA; field programmable gate arrays) или компьютерное устройство обработки данных (CPD; computer processing device) другого типа. Программные команды таких программ могут представлять собой алгоритмы и могут быть закодированы в машинно-исполняемой форме на энергонезависимых цифровых носителях данных, например магнитных или оптических дисках, оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), магнитных жестких дисках, флэш-памяти и/или постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), чтобы обеспечить выполнение различными типами процессоров цифровых данных или компьютеров одного, нескольких или всех этапов одного или более из вышеописанных способов или функций, систем или устройств, описанных в данном документе.
[0085] Части раскрытых примеров или вариантов реализации могут относиться к компьютерным продуктам хранения данных с энергонезависимым машиночитаемым носителем, которые содержат программный код для выполнения различных операций, реализуемых компьютером, которые реализуют часть аппарата, устройства или выполняют этапы способа, изложенного в данном документе. Используемый в данном документе термин «энергонезависимый» относится ко всем машиночитаемым носителям, за исключением энергозависимых распространяющихся сигналов. Примеры энергонезависимых машиночитаемых носителей включают в себя, без ограничения: магнитные носители, такие как жесткие диски, гибкие диски и магнитная лента; оптические носители, такие как диски CD-ROM; магнитооптические носители, такие как гибкие диски; и аппаратные устройства, которые специально выполнены с возможностью хранения и исполнения программного кода, такие как устройства ПЗУ и ОЗУ. Примеры программного кода включают в себя как машинный код, например созданный компилятором, так и файлы, содержащие код более высокого уровня, который может исполняться компьютером с помощью интерпретатора.
[0086] При толковании данного изобретения все термины следует толковать максимально широко в соответствии с контекстом. В частности, термины «содержит» и «содержащий» следует толковать как относящиеся к элементам, компонентам или этапам неисключительным образом, указывая на то, что упомянутые элементы, компоненты или этапы могут присутствовать, использоваться или объединяться с другими элементами, компонентами или этапами, которые явно не указаны. Термины «содержит» и «содержащий» также следует толковать как относящиеся к элементам, компонентам или этапам неисключительным образом, указывая на то, что упомянутый элемент, компонент или этап может присутствовать, использоваться или объединяться с другими элементами, компонентами или этапами, которые указаны явно. Аналогичным образом, термины «содержит» и «содержащий» также следует толковать как относящиеся к элементам, компонентам или этапам исключительным образом, указывая на то, что упомянутый элемент, компонент или этап может присутствовать, использоваться по отдельности, независимо, вместе, но независимо, или вместе зависимо или в комбинации с другими элементами, компонентами или этапами, которые явно не указаны.
[0087] Специалистам в области техники, к которой относится данная заявка, будет понятно, что в описанные варианты реализации могут быть внесены другие и дополнительные добавления, удаления, замены и модификации. Также следует понимать, что используемая в данном документе терминология предназначена только для целей описания конкретных вариантов реализации и не предназначена для ограничения, поскольку объем данного изобретения будет ограничен только формулой изобретения. Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют значение, которое обычно понимается специалистом обычной квалификации в области техники, к которой относится данное изобретение. Хотя любые способы и материалы, аналогичные или эквивалентные описанным в данном документе, также могут быть использованы при практическом применении или испытании данного изобретения, в данном документе описано ограниченное количество приведенных в качестве примера способов и материалов.
[0088] Аспекты, раскрытые в данном документе, включают следующее:
A. Система, содержащая: (1) набор нижних сегментов трубы, выполненных с возможностью соединения со скважинными инструментами, (2) нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля большой длины, выполненный с возможностью применения погружного соединения для соединения со скважинными инструментами, при этом оптоволоконный кабель большой длины расположен после того, как скважинные инструменты расположены под поверхностью, и при этом оптоволоконный кабель большой длины соединен с возможностью связи со скважинными инструментами, (3) набор верхних сегментов трубы, выполненных с возможностью механического соединения набора нижних сегментов трубы и наземного оборудования, при этом набор верхних сегментов трубы содержит по меньшей мере один верхний сегмент трубы, и (4) верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля большой длины, расположенный выше по стволу скважины от нижнего дистального конца, выполненный с возможностью применения расположенного выше по стволу скважины соединителя для соединения с возможностью связи с трубопроводным кабелем первого верхнего сегмента трубы в наборе верхних сегментов трубы, и при этом каждый верхний сегмент трубы в наборе верхних сегментов трубы содержит соответствующий трубопроводный кабель, соединенный с возможностью связи с соседними трубопроводными кабелями, и причем совокупность, содержащая каждый трубопроводный кабель, обеспечивает соединение с возможностью связи между оптоволоконным кабелем большой длины и наземным оборудованием.
B. Устройство, содержащее: (1) оптоволоконный кабель большой длины, расположенный внутри ствола скважины, (2) скважинный инструмент, соединенный с возможностью связи с нижним дистальным концом оптоволоконного кабеля большой длины, при этом в скважинном инструменте применяют погружное соединение, (3) набор сегментов трубы, причем каждый сегмент трубы механически соединен с соседним сегментом трубы, и при этом первый верхний сегмент трубы в наборе сегментов трубы соединен с верхним дистальным концом оптоволоконного кабеля большой длины, и первый верхний сегмент трубы расположен выше по стволу скважины от скважинного инструмента, и (4) наземное оборудование, соединенное с набором сегментов трубы.
C. Способ, включающий: (1) соединение скважинного инструмента с набором нижних сегментов трубы и опускание скважинного инструмента под поверхность с помощью набора нижних сегментов трубы, (2) подсоединение расположенного выше по стволу скважины участка набора нижних сегментов трубы к первому расположенному выше по стволу скважины сегменту трубы, при этом нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля большой длины опущен в пределах внутреннего диаметра набора нижних сегментов трубы и соединен с возможностью связи со скважинным инструментом, а верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля большой длины соединен с первым расположенным выше по стволу скважины сегментом трубы, (3) подключение самого верхнего, верхнего сегмента трубы в наборе верхних сегментов трубы к наземному оборудованию, при этом набор верхних сегментов трубы содержит первый расположенный выше по стволу скважины сегмент трубы и нулевое или большее количество дополнительных верхних сегментов трубы, и при этом каждый верхний сегмент трубы в наборе верхних сегментов трубы содержит трубопроводный кабель для соединения с возможностью связи оптоволоконного кабеля большой длины с наземным оборудованием, и (4) обеспечение связи между наземным оборудованием и скважинным инструментом с помощью оптоволоконного кабеля большой длины и одного или более трубопроводных кабелей.
[0089] Каждый из аспектов А, В и С может иметь один или более из следующих дополнительных элементов в комбинации. Элемент 1: отличающийся тем, что трубопроводный кабель содержит одно из электрического трубопроводного кабеля, электрического провода или оптоволоконного кабеля. Элемент 2: отличающийся тем, что в погружном соединении применяют по меньшей мере одно из одного или более электрических погружных соединений или одного или более оптоволоконных погружных соединений. Элемент 3: отличающийся тем, что погружные соединения обеспечивают одно или более из электрической передачи или передачи связи. Элемент 4: отличающийся тем, что скважинные инструменты представляют собой одно или более из компоновки низа бурильной колонны, инструментов телеметрии, инструментов для каротажа в процессе бурения, инструментов для измерения в процессе бурения, инструментов для сейсмических измерений в процессе бурения, датчиков, клапанов, исполнительных механизмов, инструментов для сбора данных и тросовых инструментов. Элемент 5: дополнительно содержащий одно или более защитных средств трубопроводного кабеля, выполненных с возможностью защиты трубопроводного кабеля и прикрепленных к одному или более верхним сегментам трубы в наборе верхних сегментов трубы. Элемент 6: отличающийся тем, что защитные средства трубопроводного кабеля вращаются вместе с соответствующими верхними сегментами трубы и представляют собой одно или более из клетки и центратора, и в них применяют одно или более из муфты, стопорной муфты или трубного хомута. Элемент 7: отличающийся тем, что оптоволоконный кабель большой длины представляет собой одно из оптоволоконного кабеля, упрочненного оптоволоконного кабеля, поддерживаемого оптоволоконного кабеля или армированного оптоволоконного кабеля. Элемент 8: отличающийся тем, что оптоволоконный кабель большой длины представляет собой одно или более из оптоволоконного кабеля и одно или более из электрического кабеля большой длины. Элемент 9: отличающийся тем, что в расположенном выше по стволу скважины соединителе применяют одно из электрооптического соединителя или оптико-оптического соединителя. Элемент 10: отличающийся тем, что расположенный выше по стволу скважины соединитель поддерживает оптоволоконный кабель большой длины при соединении с погружным соединением. Элемент 11: дополнительно содержащий источник света, выполненный с возможностью генерирования или модуляции сигнала, передаваемого по оптоволоконному кабелю большой длины. Элемент 12: отличающийся тем, что источник света представляет собой одно из лазера или светоизлучающего диода. Элемент 13: отличающийся тем, что источник света расположен в одном из положений в непосредственной близости от погружного соединения или в непосредственной близости от расположенного выше по стволу скважины соединителя. Элемент 14: отличающийся тем, что расположенный выше по стволу скважины соединитель представляет собой первый расположенный выше по стволу скважины соединитель, а погружное соединение представляет собой первое погружное соединение. Элемент 15: дополнительно содержащий нижний дистальный конец электрического кабеля, выполненный с возможностью передачи электрической энергии и сигналов связи, соединенный со скважинными инструментами посредством второго погружного соединения. Элемент 16: дополнительно содержащий верхний дистальный конец электрического кабеля, расположенный во втором находящемся выше по стволу скважины местоположении от нижнего дистального конца электрического кабеля, выполненный с возможностью применения второго расположенного выше по стволу скважины соединителя для соединения с электрическим трубопроводным кабелем, прикрепленным к первому верхнему сегменту трубы. Элемент 17: отличающийся тем, что электрический трубопроводный кабель электрически соединяется с наземным оборудованием. Элемент 18: отличающийся тем, что набор верхних сегментов трубы содержит по меньшей мере одну верхнюю свечу труб. Элемент 19: отличающийся тем, что наземное оборудование представляет собой одно или более из буровой вышки, буровой системы, вычислительной системы, электрической системы и источника питания. Элемент 20: отличающийся тем, что на верхнем участке набора сегментов трубы применяют одно или более из клетки или центратора для защиты одного или более из трубопроводного кабеля, прикрепленного к каждому из соответствующих сегментов трубы в наборе сегментов трубы. Элемент 21: отличающийся тем, что трубопроводный кабель соединяет с возможностью связи оптоволоконный кабель большой длины и наземное оборудование. Элемент 22: отличающийся тем, что в каждом из сегментов трубы в наборе сегментов трубы применяют трубопроводный кабель для соединения с возможностью связи и соединения с возможностью подачи питания с соседним сегментом трубы. Элемент 23: отличающийся тем, что трубопроводный кабель представляет собой одно из оптоволоконного кабеля, электрического кабеля или электрического провода. Элемент 24: дополнительно содержащий источник света, выполненный с возможностью генерирования или модуляции оптического сигнала и передачи оптического сигнала по оптоволоконному кабелю большой длины. Элемент 25: отличающийся тем, что источник света расположен в непосредственной близости от скважинного инструмента, в непосредственной близости от первого верхнего сегмента трубы или в непосредственной близости от наземного оборудования. Элемент 26: источник света представляет собой одно из лазера или светоизлучающего диода. Элемент 27: отличающийся тем, что трубопроводный кабель представляет собой по меньшей мере одно из одного или более из оптоволоконного кабеля, одного или более из электрического кабеля или одного или более из электрического провода. Элемент 28: отличающийся тем, что источник света расположен в одном из положения в непосредственной близости от скважинного инструмента, в непосредственной близости от наземного оборудования или в непосредственной близости от первого расположенного выше по стволу скважины сегмента трубы. Элемент 29: отличающийся тем, что источник света генерирует или модулирует оптический сигнал для передачи по оптоволоконному кабелю большой длины и одному или более трубопроводным кабелям. Элемент 30: отличающийся тем, что в наборе верхних сегментов трубы применяют защитное средство кабеля. Элемент 31: отличающийся тем, что защитное средство кабеля вращается совместно с набором верхних сегментов трубы и представляет собой одно из клетки, центратора, муфты или трубного хомута.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СИСТЕМА И СПОСОБ ТЕЛЕМЕТРИИ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ | 2007 |
|
RU2444622C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРОХОДКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРА БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ | 2009 |
|
RU2522016C2 |
| СПОСОБЫ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ГИБКОЙ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ТРУБЕ | 2006 |
|
RU2391502C2 |
| ПОРТ СВЕТОВОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА СКВАЖИННЫХ ИНСТРУМЕНТАХ | 2010 |
|
RU2552249C2 |
| СПОСОБ И ТРУБОПРОВОД ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ | 2006 |
|
RU2339791C2 |
| МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО УЗЛА ДЛЯ СООБЩЕНИЯ СО СНАРЯДОМ ДЛЯ ЗАКАНЧИВАНИЯ БОКОВОГО СТВОЛА СКВАЖИНЫ | 2017 |
|
RU2745682C1 |
| ПОРТ СВЯЗИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА СКВАЖИННОМ ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ ПРИБОРЕ | 2010 |
|
RU2522340C2 |
| СКВАЖИННОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ | 2013 |
|
RU2612957C2 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА В ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ С ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ | 2014 |
|
RU2622278C2 |
| СИСТЕМЫ И СПОСОБ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЯЗИ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ | 2006 |
|
RU2432446C2 |
Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к обеспечению связи внутри буровой скважины. Система содержит комплект нижних сегментов трубы, выполненных с возможностью соединения со скважинными инструментами, нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля, выполненный с возможностью применения погружного соединения для соединения со скважинными инструментами, набор верхних сегментов трубы, выполненных с возможностью механического соединения набора нижних сегментов трубы и наземного оборудования, при этом набор верхних сегментов трубы содержит по меньшей мере один верхний сегмент трубы, верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля, расположенный выше по стволу скважины от нижнего дистального конца, выполненный с возможностью применения расположенного выше по стволу скважины соединителя для соединения с возможностью связи с трубопроводным кабелем первого верхнего сегмента трубы в наборе верхних сегментов трубы. Оптоволоконный кабель расположен после того, как скважинные инструменты расположены под поверхностью, и соединен с возможностью связи со скважинными инструментами. Каждый верхний сегмент трубы в наборе верхних сегментов содержит соответствующий трубопроводный кабель, соединенный с возможностью связи с соседними трубопроводными кабелями, и причем совокупность, содержащая каждый трубопроводный кабель, обеспечивает соединение с возможностью связи между оптоволоконным кабелем и наземным оборудованием. Повышается эффективность обеспечения связи за счет уменьшения количества разъемов и уменьшения затухания передаваемого сигнала. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Система для передачи связи внутри буровой скважины, содержащая
комплект нижних сегментов трубы, выполненных с возможностью соединения со скважинными инструментами;
нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля, выполненный с возможностью применения погружного соединения для соединения со скважинными инструментами, при этом оптоволоконный кабель расположен после того, как скважинные инструменты расположены под поверхностью, и при этом оптоволоконный кабель соединен с возможностью связи со скважинными инструментами;
набор верхних сегментов трубы, выполненных с возможностью механического соединения набора нижних сегментов трубы и наземного оборудования, при этом набор верхних сегментов трубы содержит по меньшей мере один верхний сегмент трубы; и
верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля, расположенный выше по стволу скважины от нижнего дистального конца, выполненный с возможностью применения расположенного выше по стволу скважины соединителя для соединения с возможностью связи с трубопроводным кабелем первого верхнего сегмента трубы в наборе верхних сегментов трубы, и при этом каждый верхний сегмент трубы в наборе верхних сегментов трубы содержит соответствующий трубопроводный кабель, соединенный с возможностью связи с соседними трубопроводными кабелями, и причем совокупность, содержащая каждый трубопроводный кабель, обеспечивает соединение с возможностью связи между оптоволоконным кабелем и наземным оборудованием.
2. Система по п. 1, дополнительно содержащая:
одно или более защитных средств трубопроводного кабеля, выполненных с возможностью защиты трубопроводного кабеля и прикрепленных к одному или более верхним сегментам трубы в наборе верхних сегментов трубы, при этом защитные средства трубопроводного кабеля вращаются вместе с соответствующими верхними сегментами трубы и представляют собой одно или более из клетки и центратора, и в них применяют одно или более из муфты, стопорной муфты или трубного хомута.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что расположенный выше по стволу скважины соединитель представляет собой первый расположенный выше по стволу скважины соединитель, а погружное соединение представляет собой первое погружное соединение, дополнительно содержащая:
нижний дистальный конец электрического кабеля, выполненный с возможностью передачи электрической энергии и сигналов связи, соединенный со скважинными инструментами посредством второго погружного соединения; и
верхний дистальный конец электрического кабеля, расположенный во втором находящемся выше по стволу скважины местоположении от нижнего дистального конца электрического кабеля, выполненный с возможностью применения второго расположенного выше по стволу скважины соединителя для соединения с электрическим трубопроводным кабелем, прикрепленным к первому верхнему сегменту трубы, при этом электрический трубопроводный кабель электрически соединяется с наземным оборудованием.
4. Система по п. 1, дополнительно содержащая:
источник света, выполненный с возможностью генерирования или модуляции сигнала, передаваемого по оптоволоконному кабелю, при этом источник света представляет собой одно из лазера или светоизлучающего диода, и, необязательно, при этом в расположенном выше по стволу скважины соединителе применяют одно из электрооптического соединителя или оптико-оптического соединителя, и при этом расположенный выше по стволу скважины соединитель поддерживает оптоволоконный кабель при соединении с погружным соединением.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что источник света расположен в одном из положений в непосредственной близости от погружного соединения или в непосредственной близости от расположенного выше по стволу скважины соединителя.
6. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что трубопроводный кабель содержит одно из электрического трубопроводного кабеля, электрического провода или оптоволоконного кабеля, и, необязательно, при этом набор верхних сегментов трубы содержит по меньшей мере одну верхнюю свечу труб.
7. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в погружном соединении применяют по меньшей мере одно из одного или более электрических погружных соединений или одного или более оптоволоконных погружных соединений, и, необязательно, при этом погружные соединения обеспечивают одно или более из электрической передачи или передачи связи.
8. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что скважинные инструменты представляют собой одно или более из компоновки низа бурильной колонны, инструментов телеметрии, инструментов для каротажа в процессе бурения, инструментов для измерения в процессе бурения, инструментов для сейсмических измерений в процессе бурения, датчиков, клапанов, исполнительных механизмов, инструментов для сбора данных и тросовых инструментов.
9. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что оптоволоконный кабель представляет собой одно из оптоволоконного кабеля, упрочненного оптоволоконного кабеля, поддерживаемого оптоволоконного кабеля или армированного оптоволоконного кабеля, и, необязательно, при этом оптоволоконный кабель представляет собой одно или более из оптоволоконного кабеля и одно или более из электрического кабеля.
10. Устройство для передачи связи внутри буровой скважины, содержащее:
оптоволоконный кабель, расположенный внутри ствола скважины;
скважинный инструмент, соединенный с возможностью связи с нижним дистальным концом оптоволоконного кабеля, при этом в скважинном инструменте применяют погружное соединение;
набор сегментов трубы, причем каждый сегмент трубы механически соединен с соседним сегментом трубы, и при этом первый верхний сегмент трубы в наборе сегментов трубы соединен с верхним дистальным концом оптоволоконного кабеля, и первый верхний сегмент трубы расположен выше по стволу скважины от скважинного инструмента;
причем трубопроводный кабель прикреплен к каждому из соответствующих сегментов трубы в наборе сегментов трубы, при этом трубопроводный кабель соединяет с возможностью связи оптоволоконный кабель и наземное оборудование;
и
наземное оборудование, соединенное с набором сегментов трубы.
11. Устройство по п. 10, дополнительно содержащее:
источник света, выполненный с возможностью генерирования или модуляции оптического сигнала и передачи оптического сигнала по оптоволоконному кабелю, и, необязательно, при этом источник света расположен в непосредственной близости от скважинного инструмента, в непосредственной близости от первого верхнего сегмента трубы или в непосредственной близости от наземного оборудования, и источник света представляет собой одно из лазера или светоизлучающего диода.
12. Устройство по любому из пп. 10, 11, отличающееся тем, что на верхнем участке набора сегментов трубы применяют одно или более из клетки или центратора для защиты одного или более из трубопроводного кабеля, и, необязательно, при этом в каждом из сегментов трубы в наборе сегментов трубы применяют трубопроводный кабель для соединения с возможностью связи и соединения с возможностью подачи питания с соседним сегментом трубы, и при этом трубопроводный кабель представляет собой одно из оптоволоконного кабеля, электрического кабеля или электрического провода.
13. Способ передачи связи внутри буровой скважины, включающий:
соединение скважинного инструмента с набором нижних сегментов трубы и опускание скважинного инструмента под поверхность с помощью набора нижних сегментов трубы;
подсоединение расположенного выше по стволу скважины участка набора нижних сегментов трубы к первому расположенному выше по стволу скважины сегменту трубы, при этом нижний дистальный конец оптоволоконного кабеля опущен в пределах внутреннего диаметра набора нижних сегментов трубы и соединен с возможностью связи со скважинным инструментом, а верхний дистальный конец оптоволоконного кабеля соединен с первым расположенным выше по стволу скважины сегментом трубы;
подключение самого верхнего сегмента трубы в наборе верхних сегментов трубы к наземному оборудованию, при этом набор верхних сегментов трубы содержит первый расположенный выше по стволу скважины сегмент трубы и нулевое или большее количество дополнительных верхних сегментов трубы, и при этом каждый верхний сегмент трубы в наборе верхних сегментов трубы содержит трубопроводный кабель для соединения с возможностью связи оптоволоконного кабеля с наземным оборудованием; и
обеспечение связи между наземным оборудованием и скважинным инструментом с помощью оптоволоконного кабеля и одного или более трубопроводных кабелей.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что источник света расположен в одном из положений в непосредственной близости от скважинного инструмента, в непосредственной близости от наземного оборудования или в непосредственной близости от первого расположенного выше по стволу скважины сегмента трубы, причем источник света генерирует или модулирует оптический сигнал для передачи по оптоволоконному кабелю и одному или более трубопроводным кабелям.
15. Способ по любому из пп. 13, 14, отличающийся тем, что трубопроводный кабель представляет собой по меньшей мере одно из одного или более из оптоволоконного кабеля, одного или более из электрического кабеля или одного или более из электрического провода, и, необязательно, при этом в наборе верхних сегментов трубы применяют защитное средство кабеля, причем защитное средство кабеля вращается совместно с набором верхних сегментов трубы и представляет собой одно из клетки, центратора, муфты или трубного хомута.
| US 9109439 B2, 18.08.2015 | |||
| УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ | 2014 |
|
RU2581852C1 |
| СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА С КОЛОННОЙ, ИМЕЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОНАСОС И ИНДУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СВЯЗИ | 2007 |
|
RU2455460C2 |
| СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ | 2007 |
|
RU2484247C2 |
| WO 2019112790 A1, 13.06.2019 | |||
| US 7740064 B2, 22.06.2010 | |||
| US 10408044 B2, 10.09.2019 | |||
| US 201200113482 A1, 19.01.2012 | |||
| US 6571046 B1, 27.05.2003 | |||
| US 20160168982 A1, 16.06.2016. | |||
