Система и способ телеметрии в стволе скважины
Группа изобретений относится к телеметрическим системам для использования при осуществлении работ в стволе скважины. Гибридная система связи для буровой установки содержит телеметрическую систему бурильной колонны, и, по меньшей мере, одну гибридную телеметрическую систему. Телеметрическая система бурильной колонны расположена в бурильной колонне, в ходе работы подключена к наземному блоку. Гибридная телеметрическая система в ходе работы подключена к телеметрической системе бурильной колонны и скважинному инструменту для передачи сигналов между ними. Причем гибридная телеметрическая система содержит верхний соединитель, нижний соединитель и кабель. Верхний соединитель подключают к телеметрической системе бурильной колонны. Нижний соединитель подключают к скважинному устройству. Кабель соединяет верхний и нижний соединители. Техническим результатом является повышение надежности, скорости передачи данных. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 15 ил.
Родственная заявка
Данная заявка является частичным продолжением патентной заявки США №11/228,111, поданной 16 сентября 2005 г., содержание которой, таким образом, включено сюда посредством ссылки в полном объеме.
Область техники, к которой применяется изобретение
Настоящее изобретение относится к телеметрическим системам для использования при осуществлении работ в стволе скважины. В частности, настоящее изобретение относится к телеметрическим системам для обеспечения мощности для скважинных операций и/или для передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным инструментом (устройством), размещаемым в стволе скважины, проходящем через геологический пласт.
Описание уровня техники
Добыча углеводородов из геологического пласта требует установки бурового устройства в земной формации. Буровое устройство вводится в пласт из буровой вышки для создания ствола скважины, через который проходят углеводороды. В процессе бурения желательно собирать информацию о буровых работах и геологических пластах. Датчики устанавливают в различных частях наземных и/или скважинных систем для генерации данных о стволе скважины, геологических пластах, условиях работы и пр. Данные собирают и анализируют, чтобы принимать решения, касающиеся буровых работ и геологических пластов.
Телеметрические системы используются для анализа и управления работами в стволе скважины и позволяют осуществлять анализ и управление с наземной станции управления, которая может располагаться на буровой или на удалении от нее. Собранная информация позволяет более эффективно управлять бурильной системой и также обеспечивает полезную информацию для анализа свойств пласта и других факторов, влияющих на бурение. Дополнительно, информацию можно использовать для определения требуемой траектории бурения, оптимальных условий или в иных целях для усовершенствования процесса бурения.
Различные телеметрические устройства позволяют осуществлять измерение и каротаж различных данных и передавать такие данные но наземную систему управления. Компоненты измерения во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD) могут располагаться в бурильной колонне для сбора необходимой информация. Существуют различные подходы к передаче сигналов данных и/или силовые сигналы с поверхности на измерительные и каротажные компоненты, расположенные в бурильной колонне. Они могут включать в себя, например, телеметрию посредством импульсов в буровом растворе, описанную в патенте США №5,517,464, проводную бурильную трубу, описанную в патенте США №6,641,434, и пр.
Несмотря на развитие и усовершенствование телеметрических устройств для работ в стволе скважины, сохраняется необходимость в обеспечении дополнительной надежности и возможностей телеметрии. Как и любое другое скважинное устройство, телеметрические устройства иногда выходят из строя. Кроме того, мощность, обеспечиваемая телеметрическими устройствами, может быть недостаточной для обеспечения энергии, необходимой для проведения работ в стволе скважины. Кроме того, часто бывает трудно проводить линии связи через некоторые скважинные устройства, например бурильные ясы. Кроме того, соединения, используемые в линиях передачи мощности и/или данных в бурильной колонне часто подвергаются неблагоприятным воздействиям окружающей среды, например, вибрациям и экстремальным давлениям и температурам, которые повышают частоту отказов таких систем связи.
Соответственно, сохраняется необходимость в обеспечении телеметрических систем, способных проходить через участки бурильной колонны и/или скважинное устройство. В ряде случаев желательно обеспечивать избыточность по отношению к существующим телеметрическим системам и/или обходить участки существующих систем. Желательно также, чтобы такие системы обеспечивали простую и надежную работу и были совместимы с различными инструментами и компоновками низа бурильной колонны (КНБК). Такие подходы, предпочтительно, обеспечивают, помимо прочего, одно или несколько из следующих преимуществ: повышенную скорость, улучшенный сигнал, сниженное ослабление, повышенную надежность, повышенную скорость передачи данных, защиту компонентов скважинного инструмента, сниженные потери времени в стволе скважины, простой доступ к телеметрическим компонентам, синхронизацию между компонентами мелкого и глубокого размещения, универсальность, расширенный частотный спектр, сокращенные задержку и расстояние до телеметрических компонентов, повышенные энергетические возможности и/или диагностические возможности.
Сущность изобретения
Согласно одному аспекту изобретения, предусмотрена гибридная телеметрическая система для передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным устройством, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт. Система включает в себя верхний соединитель, в ходе работы подключаемый к телеметрической системе бурильной колонны для связи с ней, нижний (скважинный) соединитель, в ходе работы подключаемый к скважинному инструменту для связи с ним, и кабель, в ходе работы соединяющий верхний и нижний (скважинный) соединители.
Согласно другому аспекту изобретения, предусмотрена гибридная система связи для буровой установки, передающая сигналы между наземным блоком управления и скважинным устройством, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт. Система включает в себя телеметрическую систему бурильной колонны, расположенную в бурильной колонне, причем телеметрическая система бурильной колонны в ходе работы подключена к наземному блоку для передачи сигналов между ними, и, по меньшей мере, одну гибридную телеметрическую систему, в ходе работы подключаемую к телеметрической системе бурильной колонны и скважинному устройству для передачи сигналов между ними, в которой гибридная телеметрическая система включает в себя верхний соединитель, в ходе работы подключаемый к телеметрической системе бурильной колонны для связи с ней, нижний соединитель, в ходе работы подключаемый к скважинному устройству для связи с ним, и кабель, в ходе работы соединяющий верхний и нижний (скважинный) соединители.
Согласно еще одному аспекту изобретения, предусмотрен способ передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным устройством через гибридную телеметрическую систему, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт. Способ включает в себя этапы, на которых в ходе работы подключают нижний конец гибридной телеметрической системы к скважинному устройству для связи с ним, размещают телеметрическую систему бурильной колонны в бурильной колонне на расстоянии от скважинного устройства, в ходе работы подключают верхний конец гибридной телеметрической системы к телеметрической системе бурильной колонны для связи с ней, и передают сигнал между наземным блоком управления и скважинным устройством через гибридную телеметрическую систему.
Другие аспекты и преимущества изобретения явствуют из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - система буровой площадки, снабженная скважинной системой связи.
Фиг.2 - часть телеметрической системы проводной бурильной трубы согласно известному уровню техники.
Фиг.3A - наземный телеметрический переходник в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг.3B - наземный телеметрический переходник в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фиг.4 - телеметрический комплект в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг.5A - часть скважинной системы связи в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг.5B - часть скважинной системы связи в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.6A - часть скважинной системы связи в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг.6B - часть скважинной системы связи в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фиг.7 - схема системы буровой площадки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг.8 - схема системы буровой площадки в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.7.
Фиг.9 - схема системы буровой площадки в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.7.
Фиг.10 - схема системы буровой площадки в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг.11 - схема скважинной части системы буровой площадки в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фиг.12 - схема системы буровой площадки в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание
Перейдем к подробному описанию конкретных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры. Сходные элементы на различных фигурах обозначены аналогичными позициями для согласованности.
В нижеследующем подробном описании вариантов осуществления изобретения изложены многочисленные конкретные детали для обеспечения более ясного понимания изобретения. Однако специалисту в данной области техники очевидно, что изобретение можно осуществлять на практике без этих конкретных деталей. В других примерах общеизвестные признаки не были подробно описаны во избежание избыточного усложнения описания.
На фиг.1 показан пример системы 1 буровой площадки, для усовершенствования которой можно применять настоящее изобретение. Система 1 буровой площадки включает в себя наземную систему 2, скважинную систему 3 и наземный блок 4 управления. Ствол 11 скважины формируется роторным бурением. Однако специалистам в данной области техники, ознакомившимся с этим раскрытием, будет понятно, что настоящее изобретение также можно использовать в других буровых работах помимо традиционного роторного бурения (например, в направленном бурении с помощью забойного турбинного двигателя), и его использование не ограничивается наземными буровыми установками. Кроме того, можно использовать различные типы бурильных систем, например, верхний привод, ведущую трубу или другие системы.
Скважинная система 3 включает в себя бурильную колонну 12, подвешенную в стволе 11 скважины, на нижнем конце которой находится буровая коронка 15. Наземная система 2 включает в себя наземную платформу и буровую вышку 10, расположенную над стволом 11 скважины, проходящей через геологический пласт F. Бурильная колонна 12 вращается буровым ротором 16, который сцеплен с ведущей трубой 17 на верхнем конце бурильной колонны 12. Бурильная колонна 12 подвешена на крюке 18, присоединенном к талевому блоку (не показан), через ведущую трубу 17 и вертлюг 19, который позволяет бурильной колонне 12 вращаться относительно крюка 18.
Наземная система дополнительно включает в себя буровой раствор 26, хранящийся в резервуаре 27, сформированном на буровой площадке. Насос 29 подает буровой раствор 26 внутрь бурильной колонны 12 через канал в вертлюге 19, благодаря чему буровой раствор 26 течет вниз через бурильную колонну 12. Буровой раствор 26 выходит из бурильной колонны 12 через каналы в буровой коронке 15, и затем циркулирует вверх через область между внешней поверхностью бурильной колонны 12 и стенкой ствола скважины, именуемую кольцевым пространством. Таким образом, буровой раствор 26 смазывает буровую коронку 15 и переносит обломки пород на поверхность при возвращении в резервуар 27 для рециркуляции.
Бурильная колонна 12 дополнительно включает в себя скважинное устройство или компоновку низа бурильной колонны (КНБК), обозначенную как целое позицией 30, вблизи буровой коронки 15. КНБК 30 включает в себя компоненты с возможностями измерения, обработки и сохранения информации, а также связи с поверхностью. Таким образом, КНБК 30 может включать в себя, помимо прочего, по меньшей мере, один измерительный инструмент, например каротажное устройство во время бурения (LWD) и/или устройство измерения во время бурения (MWD) для определения и передачи одного или нескольких свойств пласта F, окружающего ствол скважины 11, например, удельного сопротивления (или электропроводности) пласта, естественного излучения, плотности (гамма- или нейтронного излучения), порового давления и пр. MWD может иметь возможность генерировать и/или иначе обеспечивать электрическую мощность для различных скважинных систем и также может включать в себя различные компоненты измерения и связи. Измерительные инструменты также могут располагаться в других местах вдоль бурильной колонны 12.
Измерительные устройства также могут включать в себя компонент связи, например инструмент или систему телеметрии на основе импульсов давления бурового раствора, для связи с наземной системой 2. Компонент связи способен передавать сигналы на поверхность и принимать сигналы оттуда. Компонент связи может включать в себя, например, передатчик, который генерирует сигнал, например электрический, акустический или электромагнитный сигнал, который выражает измеренные параметры бурения. Генерируемый сигнал принимается на поверхности преобразователем или аналогичным устройством, обозначенным позицией 31, компонентом наземной линии связи (обозначенной как целое 14), который преобразует принятый сигнал в электронный сигнал требуемого формата для дальнейшей обработки, хранения, шифрования, передачи и использования. Специалисту в данной области техники очевидно, что можно применять различные телеметрические системы, например проводную бурильную трубу, электромагнитную телеметрию или другие известные телеметрические системы.
Между наземным блоком 4 управления и скважинной системой 3 может быть установлена линия связи для манипулирования буровыми работами и/или сбора информации от датчиков, находящихся в бурильной колонне 12. В одном примере скважинная система 3 осуществляет связь с наземным блоком 4 управления через наземную систему 2. Сигналы обычно передаются на наземную систему 2 и затем поступают от наземной системы 2 на наземный блок 4 управления по наземной линии 14 связи. Альтернативно сигналы могут передаваться непосредственно от скважинного бурового устройства на наземный блок 4 управления по линии 5 связи с использованием электромагнитной телеметрии (не показана), если таковая обеспечена. Дополнительные телеметрические системы, например телеметрические системы на основе импульсов давления бурового раствора, акустические, электромагнитные, сейсмические и другие известные телеметрические системы, также могут входить в состав скважинной системы 3.
Наземный блок 4 управления может передавать команды обратно в скважинную систему 3 (например, по линии связи 5 или наземной линии 14 связи) для активации и/или управления одного или нескольких компонентов КНБК 30 или других инструментов, находящихся в бурильной колонне 12, и осуществления различных скважинных операций и/или регулировок. Таким образом, наземный блок 4 управления может манипулировать наземной системой 2 и/или скважинной системой 3. Манипуляция буровыми работами может осуществляться вручную или автоматически.
Согласно фиг.1, система 1 буровой площадки снабжена скважинной системой 33 связи. Скважинная система 33 связи включает в себя совокупность проводных бурильных труб (WDP), соединенных друг с другом с образованием телеметрической системы 58 для WDP, для передачи сигнала через бурильную колонну 12. Альтернативно, телеметрическая система 58 для WDP может представлять собой беспроводную систему, проходящую через совокупность бурильных труб с использованием проводящего сигнала. Сигналы обычно передаются от КНБК 30 через телеметрическую систему 58 проводной бурильной трубы на наземный телеметрический переходник 45. Как показано, наземный телеметрический переходник 45 расположен на верхнем конце телеметрической системы 58 для WDP. Однако в ряде случаев наземный телеметрический переходник 45 может располагаться над ведущей трубой 17 или рядом с ней. Упомянутые здесь сигналы могут представлять собой сигналы связи и/или силовые сигналы.
На фиг.2 подробно показана часть возможной телеметрической системы для WDP, используемой в качестве телеметрической системы для WDP, показанной на фиг.1. Телеметрическая система для WDP может представлять собой систему, например, описанную в патенте США №6,641,434, содержание которого в полном объеме включено сюда посредством ссылки. Согласно фиг.2, WDP 40 обычно включает в себя первый соединительный элемент 41 на одном конце и второй соединительный элемент 42 на втором конце. Соединительные элементы 41, 42 способны передавать сигнал через границу раздела между двумя соседними компонентами бурильной колонны 12, например двумя секциями WDP 40. Для передачи сигнала через границу раздела можно использовать любые средства, известные в технике, включая, но без ограничения, индуктивную, проводниковую, оптическую, проводную или беспроводную связь.
WDP 40 может включать в себя внутренний трубопровод 43, в котором заключен внутренний электрический кабель 44. Соответственно, совокупность соединенных в ходе работы секций WDP 40 можно использовать в бурильной колонне 12 для передачи сигнала вдоль любой требуемой длины бурильной колонны 12. Таким образом, можно передавать сигнал между наземным блоком 4 управления системы 1 буровой площадки и одним или несколькими инструментами, расположенными в стволе 11 скважины, включая MWD и LWD.
На фиг.3A более подробно показан наземный телеметрический переходник 45, показанный фиг.1. Наземный телеметрический переходник 45 в ходе работы подключен к телеметрической системе 58 для WDP для связи с ней. Наземный телеметрический переходник 45 может в ходе работы подключаться к наземному блоку 4 управления (фиг.1). Наземный телеметрический переходник 45 может располагаться на верхнем конце бурильной колонны 12 или вблизи него, и может включать в себя передатчик и/или приемник (например, передатчик/приемник 48, показанный на фиг.3B) для обмена сигналами с наземным блоком управления 4 и/или одним или несколькими компонентами наземной системы 2, осуществляющей связь с одним или несколькими наземными блоками 4 управления. Как показано, наземный телеметрический переходник 45 может осуществлять беспроводную связь с наземным блоком.
Альтернативно, согласно фиг.3B, наземный телеметрический переходник 45a системы 1 буровой площадки может содержать контактные кольца и/или вращающийся трансформатор, которые/й могут/может в ходе работы подключаться к наземному блоку 4 управления (фиг.1) посредством кабеля 47, передатчика/приемника 48, их комбинации, и/или любыми другими средствами, известными в технике. В зависимости от конфигурации и других факторов, наземный телеметрический переходник 45a может располагаться в верхней части скважинной системы 3, в наземной системе 2 системы 1 буровой площадки или на границе раздела между ними. Наземный телеметрический переходник в ходе работы соединяет телеметрическую систему для WDP 58 и наземный блок 4 управления (фиг.1).
Любая конфигурация наземного телеметрического переходника (45, 45a) может быть обеспечена возможностями беспроводной и/или проводной связи для связи с наземным блоком 4 управления. Конфигурации также могут включать в себя оборудование и/или программное обеспечение для диагностики WDP, память, датчики и/или генератор мощности.
На фиг.4 показан иллюстративный телеметрический комплект 50. Телеметрический комплект включает в себя наконечник 52 и наконечник 54 для подключения в ходе работы элемента передачи (обозначенного в целом позицией 56) для передачи сигнала между ними. Любой наконечник 52, 54 или они оба могут содержать переходник или, альтернативно, могут содержать конфигурацию из одного или нескольких компонентов бурильной колонны (например, утяжеленную трубу, бурильную трубу, переходник или инструмент), что позволяет в ходе работы подключать компонент к элементу 56 передачи.
Возможно обратное соединение в ходе работы между элементом 56 передачи и наконечником 52, 54. Например, наконечник 52 может находиться на верхнем конце, а наконечник 54 на нижнем конце, как показано на чертеже. Альтернативно, в случае, когда предусмотрены концевые соединители для установления соединений с соседними устройствами, наконечники можно переключать таким образом, что наконечник 54 будет на верхнем конце, а наконечник 52 на нижнем конце. Преимущество обратимого соединения состоит в том, что оно облегчает размещение элемента 56 передачи в бурильной колонне 12 в ходе или после установки конкретной секции бурильной колонны 12.
Передача через и/или посредством телеметрического комплекта 50 может осуществляться в индуктивном, проводящем, оптическом, проводном или беспроводном режиме. Режим передачи не следует рассматривать как ограничение для телеметрического комплекта 50, и поэтому описанные здесь примеры, если не указано обратное, можно использовать в любом режиме передачи.
Как показано, телеметрический комплект 50, предпочтительно, включает в себя кабель 56a, проходящий между наконечниками 52, 54. Однако в ряде случаев кабель может быть не нужен. Например, в ряде случаев можно использовать специализированную трубу 56b. Специализированная труба, например проводящая труба, может использоваться для передачи сигналов между наконечниками. В ряде случаев можно осуществлять беспроводную передачу между наконечниками. Для передачи сигнала между наконечниками 52, 54 можно использовать и другие устройства, например системы электромагнитной связи, способные передавать сигналы через пласт и/или комплект.
Когда кабель 56a используется в качестве элемента 56 передачи, кабель 56a может быть любого типа, известного в технике, включая, но без ограничения, семижильный кабель проводной линии, коаксиальный кабель и одножильный кабель. Кабель также может включать в себя один или несколько проводников, и/или одно или несколько оптических волокон (например, одномодовых, многомодовых или любых других оптических волокон, известных в технике). Кабели можно использовать для успешного обхода стабилизаторов, ясов и утяжелителей, расположенных в КНБК 30. Выгодно также иметь кабель, устойчивый к условиям бурения и способный поддерживать закрытие промысла для ловли и удаления кабеля.
Наконечники 52, 54 могут быть приспособлены проводить сигналы посредством соединения в ходе работы с соседними компонентами. Наконечник 54 можно использовать для подключения в ходе работы к скважинному инструменту или КНБК. Может быть предусмотрен интерфейс для соединения с ним в ходе работы. Наконечники могут сопрягаться, непосредственно или посредством одного или нескольких дополнительных компонентов, со скважинным телеметрическим переходником (не показан на фиг.4) расположенным в скважине. Наконечник 52 может быть приспособлен подключаться в ходе работы к телеметрической системе 58 для WDP.
В одном примере наконечник(и) может/могут быть приспособлен/ы поддерживать вес различных других компонентов телеметрического комплекта 50 посредством, например, ловильной шейки, и может/могут включать в себя электрический и/или механический механизм при использовании с кабелем для поддержки и подключения к кабелю, в то же время позволяя осуществлять передачу через себя. Наконечник(и) также может/могут включать в себя интерфейс для соединения в ходе работы с телеметрической системой 58 для WDP (фиг.1). Также может быть желательным располагать в наконечнике(ах) и/или телеметрическом комплекте 50 другие устройства, например кабельные модемы, один или несколько датчиков, часы, процессор, блоки памяти, диагностическое оборудование, генераторы мощности и/или другие устройства, пригодные для скважинных операций.
Наконечник(и), например, при использовании с кабелем в качестве элемента 56 передачи, может/могут включать в себя защелку для обратимой фиксации конца кабеля и также способны передавать сигнал. Механизм обратимой фиксации защелки может относиться к любому типу, известному в технике, и может быть способен к освобождению при достаточном натяжении кабеля.
Когда кабель не используется в качестве элемента 56 передачи, может иметь смысл использовать в наконечнике 54 конфигурацию сквозного канала, позволяющую осуществлять ловильные операции в отношении скважинных компонентов. Кабельный модем, один или несколько датчиков, память, диагностическое оборудование и/или генератор мощности также могут располагаться во втором наконечнике 54.
Телеметрический комплект 50 может включать в себя один или несколько стандартных отрезков бурильной трубы и/или элемент 56 передачи. Длина комплекта может быть переменной. Изменения длины можно добиться, отрезая или сматывая часть элемента 56 передачи, которая превышает расстояние, необходимое для соединения в ходе работы наконечников 52, 54, или удлиняя его за счет разного количества бурильных труб. В одной конфигурации, где элемент 56 передачи содержит кабель, один или несколько наконечников 52, 54 могут включать в себя бобину или аналогичную конфигурацию для сматывания избытка кабеля.
Бобина или аналогичная конфигурация может смещаться для оказания и/или поддержания нужного давления на кабель, успешно защищая кабель от повреждения вследствие изменения расстояния между наконечниками 52, 54. Преимущество таких конфигураций также состоит в том, что они позволяют использовать длину кабеля, близкую к оптимальной, для конкретной дальности передачи, и использовать стандартные отрезки кабеля для прохождения переменных расстояний. В случае использования кабельных или иных нетрубчатых элементов 56a передачи, между наконечниками 52, 54 телеметрического комплекта 50 также могут располагаться одна или несколько бурильных труб. Эту бурильную трубу можно использовать для защиты элемента 56 передачи, расположенного между ними и/или заключения в них компонентов.
Телеметрический комплект 50 может быть приспособлен для прохождения, по меньшей мере, части телеметрической системы для WDP. Благодаря прохождению части системы WDP, по меньшей мере, часть системы WDP можно исключить и заменить телеметрическим комплектом 50. В ряде случаев, телеметрический комплект 50 перекрывается с существующими системами WDP для обеспечения избыточности. Эту избыточность можно использовать для повышения надежности связи и/или в целях диагностики. Например, такая конфигурация также может успешно обеспечивать систему для диагностирования отрезка WDP путем обеспечения альтернативной системы для передачи сигнала, что позволяет сравнивать сигналы, передаваемые через телеметрический комплект 50, с сигналами, передаваемыми через перекрываемую часть телеметрической системы для WDP. Различия между сигналом, передаваемым через телеметрический комплект 50, и сигналом, передаваемым через перекрываемую часть телеметрической системы для WDP, можно использовать для идентификации и/или определения местонахождения нарушений связи в одной или нескольких WDP. Кроме того, такие различия также можно использовать для идентификации и/или определения местонахождения нарушений связи в телеметрическом комплекте 50.
Телеметрический комплект 50 может проходить через одну или несколько бурильных труб в разных местах бурильной колонны 12 и/или скважинного устройства. В одной или нескольких из этих бурильных труб могут располагаться различные компоненты, инструменты или устройства. Таким образом, телеметрический комплект 50 может перекрывать участки КНБК и/или бурильной колонны и содержать различные компоненты, используемые для измерения, телеметрии, электропитания или других скважинных функций.
На фиг.5A и 5B изображены один или несколько телеметрических комплектов 50, расположенных вокруг различных участков телеметрической системы 58 проводной бурильной трубы, и скважинное устройство для передачи сигналов между ними. В показанном примере телеметрические комплекты 50 снабжены кабелями 56a. Телеметрические комплекты 50 могут располагаться в бурильной колонне 12 и/или верхней части КНБК 30. На фиг.5A схематически показана нижняя часть скважинной системы 33 связи, показанной на фиг.1. Согласно фиг.5A, телеметрическая система 58 для WDP в ходе работы подключена к КНБК 30 через два телеметрических комплекта 50a, 50b. Телеметрические комплекты 50a, 50b расположены под WDP 58.
Телеметрические комплекты 50a, 50b могут в ходе работы подключаться к телеметрической системе 58 для WDP и/или КНБК 30 через различные соединения, устанавливаемые в ходе работы. Как показано, соединением, устанавливаемым в ходе работы, может быть телеметрический переходник 60, телеметрический адаптер 62 и/или дополнительные бурильные трубы 64, имеющие линию связи для передачи сигналов от комплекта(ов) к телеметрической системе для WDP 58 и/или скважинному устройству. Телеметрический переходник 60 приспособлен для соединения с различными компонентами в КНБК 30 для связи с ними. Телеметрический переходник 60 может быть снабжен процессором для анализа проходящих через него сигналов.
Дополнительные бурильные трубы 64 снабжены устройствами связи и процессорами для анализа сигналов и связи с телеметрическими комплектами 50a, 50b. Телеметрический адаптер 62 приспособлен для подключения к телеметрической системе для WDP 58 для связи с ним. Различные соединения, устанавливаемые в ходе работы, могут служить, помимо прочего, для сопряжения между телеметрической системой 58 для WDP, КНБК 30 и другими компонентами для установления связи между ними. Соединения, устанавливаемые в ходе работы, могут включать в себя диагностическое оборудование на основе WDP и/или не на основе WDP, датчики, часы, процессоры, память, и/или генератор мощности. В необязательном порядке соединения 62, 64 и 60, устанавливаемые в ходе работы, могут быть приспособлены для подключения к телеметрической системе для WDP одного или нескольких типов.
Наконечник 52 верхнего телеметрического комплекта 50a в ходе работы подключен к телеметрической системе для WDP 58 через телеметрический адаптер 62. Телеметрическая система для WDP и/или телеметрический комплект 50a может включать в себя один или несколько ретрансляционных переходников (не показаны) для усиления, преобразования формы, и/или модуляции/демодуляции сигнала, передаваемого через телеметрический комплект 50a и телеметрическую систему для WDP 58.
В примере, показанном на фиг.5A, предусмотрено два телеметрических комплекта 50a, 50b. В случае использования совокупности телеметрических комплектов 50 дополнительная(ые) бурильная(ые) труба(ы) 64, содержащие инструменты, например измерительные инструменты и/или сенсорные переходники 64, могут располагаться между телеметрическими комплектами 50. Нижний наконечник 54 нижнего телеметрического комплекта 50b в ходе работы подключен к скважинному телеметрическому переходнику 60 скважинного инструмента. Скважинный телеметрический переходник 60 является одним компонентом соединения, устанавливаемого в ходе работы между телеметрическим комплектом 50b и одним или несколькими инструментами, находящимися в КНБК 30. Для связи между скважинным телеметрическим переходником 60 и такими инструментами может применяться стандартный язык общения между инструментами, например протокол сигнализации, или же они могут иметь разные языки и адаптер между ними для перевода. Согласно фиг.5A, скважинный телеметрический переходник 60 может располагаться в КНБК 30, вследствие чего нижний телеметрический комплект 50b проходит верхнюю часть КНБК 30. Альтернативно, скважинный телеметрический переходник 60 может располагаться между бурильной колонной 12 и КНБК 30, вследствие чего подключенный в ходе работы нижний телеметрический комплект 50b располагается над КНБК 30 в бурильной колонне 12.
Устройства, к которым скважинный телеметрический переходник 60 может подключаться в ходе работы, могут включать в себя один или несколько LWD, MWD, систем управления направленным роторным бурением (RSS), двигателей, стабилизаторов и/или других скважинных устройств, обычно находящихся в КНБК 30. Благодаря обходу одного или нескольких таких компонентов устраняется необходимость в установлении линии связи через такие компоненты. В ряде случаев способность обходить определенные компоненты, например бурильные ясы, стабилизаторы и другие утяжеленные бурильные трубы, позволяют несколько сократить затраты и повысить производительность.
Согласно фиг.5B телеметрический комплект 50 может проходить через участок бурильной колонны 12, ниже участка телеметрической системы для WDP 58 и входить в верхнюю часть КНБК 30. Благодаря обходу верхней части КНБК 30 телеметрический комплект 50 способен преодолевать участок бурильной колонны 12, занятый такими компонентами.
Согласно фиг.5B один или несколько соединений, устанавливаемых в ходе работы, могут входить в состав телеметрического комплекта 50. Телеметрический адаптер 62 функционально располагается в телеметрическом комплекте 50 для обеспечения осуществления связи с системой 58 WDP. Аналогично, хотя телеметрический переходник 60 показан как модуль, отдельный от телеметрического комплекта 50, телеметрический переходник 60 может составлять единое целое с телеметрическим комплектом 50.
Скважинный телеметрический переходник 60 расположен в КНБК 30 и в ходе работы подключен к одному или нескольким компонентам (не показаны), расположенным в нижней части КНБК 30 (например, LWD, MWD, системам управления, направленным роторным бурением, двигателям, и/или стабилизаторам). В необязательном порядке скважинный телеметрический переходник 60 может располагаться над или между различными инструментами, например инструментами LWD/MWD в КНБК 30, и в ходе работы подключаться к телеметрическому комплекту 50 и инструментам КНБК 30. Согласно рассмотренному ранее, скважинный телеметрический переходник 60 в ходе работы подключен к наконечнику 54 телеметрического комплекта 50 и может быть объединен с наконечником 54 телеметрического комплекта 50.
Хотя на фиг.5A и 5B изображены конкретные конфигурации для размещения телеметрического комплекта 50 в скважинной системе связи, очевидно, что один или несколько телеметрических комплектов 50 могут располагаться в одной или нескольких утяжеленных бурильных трубах. Телеметрический/е комплект(ы) 50 могут проходить через участок бурильной колонны 12 и/или участок скважинного устройства. Телеметрический комплект 50, предпочтительно, предназначен для обеспечения линии связи между телеметрической системой 58 проводной бурильной трубы и скважинными компонентами. Таким образом, телеметрический комплект 50 может обходить устройства, которые могут препятствовать связи, и/или обеспечивать эффективную линию связи между участками бурильной колонны 12 и/или скважинного инструмента.
На фиг.6A и 6B представлены дополнительные конфигурации, описывающие телеметрический комплект 50. В примерах, показанных на фиг.6A и 6B, телеметрический комплект 50 не требует провода 56a. Телеметрический комплект 50 имеет специализированную трубу 56b вместо проводного элемента 56a передачи (например, кабеля) телеметрического комплекта 50, показанного на фиг.5A и 5B. Эта специализированная бурильная труба может представлять собой, например, проводящую бурильную трубу, имеющую металлическую часть, проходящую между наконечниками. Металлическая часть способна передавать сигнал между наконечниками. Примеры таких подходов к передаче сигналов между наконечниками с использованием металлических труб раскрыты в патентах США №№4,953,636 и 4,095,865. По меньшей мере, один телеметрический комплект 50 в ходе работы подключен к телеметрической системе 58 для WDP бурильной колонны 12, благодаря чему сигнал может передаваться между наземным телеметрическим переходником (45 на фиг.1) и КНБК 30.
Согласно фиг.6A телеметрический комплект 50 расположен между телеметрической системой для WDP 58 и КНБК 30. Телеметрический адаптер 62 в ходе работы подключает телеметрическую систему 58 для WDP к наконечнику 52 телеметрического комплекта 50. Скважинный телеметрический переходник 60 подключен к нижнему наконечнику 54 телеметрического комплекта 50 или объединен с ним. Скважинный телеметрический переходник 60 в ходе работы образует соединение между телеметрическим комплектом 50 и одним или несколькими компонентами КНБК 30.
Согласно описанному выше телеметрический комплект 50 может располагаться так, чтобы проходить верхнюю часть КНБК 30 и в ходе работы подключаться к одному или нескольким инструментам, расположенным в нижней части КНБК 30. Сигналы, передаваемые через примеры, где используется специализированная бурильная труба в качестве элемента 56 передачи, обычно передаются посредством проводимости. Однако наконечники 52, 54 могут быть приспособлены передавать сигнал на соседние компоненты бурильной колонны 12.
В примере, показанном на фиг.6A, описан телеметрический комплект 50, проходящий участок КНБК 30. Однако телеметрический комплект 50 может, при желании, проходить, по меньшей мере, часть телеметрической системы 58 для WDP и/или КНБК 30.
Согласно фиг.6B телеметрический комплект 50 располагается над телеметрической системой 58 для WDP. Нижний наконечник 54 телеметрического комплекта 50 в ходе работы подключен к телеметрической системе для WDP 58 через телеметрический адаптер 62. На своем верхнем конце верхний наконечник 52 телеметрического комплекта 50 в ходе работы подключен к наземному телеметрическому переходнику (45 на фиг.1). Дополнительный телеметрический адаптер 62 может располагаться между телеметрическим комплектом 50 и наземным телеметрическим переходником 45 для передачи сигнала между ними. Наземный телеметрический переходник 45 может составлять единое целое с верхним наконечником 52 телеметрического комплекта 50 и/или телеметрического адаптера 62. На своем нижнем конце телеметрическая система 58 для WDP в ходе работы подключена к КНБК 30 посредством телеметрического переходника 60, описанного выше.
В различных конфигурациях может быть полезным, чтобы переходники 45, 60 и/или телеметрические адаптеры 62 скважинной системы включали в себя один или несколько передатчиков и/или датчиков для поддержания одно- или двусторонней связи с наземным блоком 4 управления. В различных конфигурациях может быть полезным, чтобы переходники 45, 60 и/или телеметрический адаптер 62 в ходе работы подключались к одному или обоим концам телеметрического комплекта 50, телеметрической системы 58 для WDP, или специализированной (например, проводящей) трубе. Один или несколько из различных оперативных соединителей может быть объединен или отделен от участков телеметрического комплекта 50, например соседнего наконечника, и/или участков телеметрической системы 58 для WDP и/или КНБК 30. Можно рассматривать различные комбинации различных телеметрических комплектов 50 с одним или несколькими телеметрическими системами 58 для WDP, КНБК 30 и/или соединений, устанавливаемых в ходе работы. Например, телеметрический комплект 50 с кабелем может располагаться над телеметрической системой 58 для WDP, как показано на фиг.6B.
На фиг.7-10 изображена система 700 буровой площадки с системой 33a связи буровой площадки. На фиг.7-10 показан, в последовательности, один метод сборки системы 33a связи буровой площадки. Система 700 буровой площадки, по существу, идентична системе буровой площадки, показанной на фиг.1, за исключением того, что скважинная система включает в себя КНБК (скважинный инструмент) 30a, гибридную телеметрическую систему 702, устанавливаемую в бурильной колонне 12, и телеметрическую систему 742 бурильной колонны (фиг.8-10), в ходе работы подключенную к ней. В этой конфигурации, сигналы могут передаваться между КНБК 30a и наземным блоком 4 через гибридную телеметрическую систему 702 и телеметрическую систему бурильной колонны 742.
Согласно фиг.7 скважинное буровое устройство погружают в геологический пласт для формирования ствола скважины 11. Затем буровое устройство извлекают, и обсадную колонну 706 опускают в ствол 11 скважины и устанавливают на месте. КНБК 30a с коронкой 15 на своем конце погружают в обсаженный ствол 11 скважины. КНБК 30a может быть идентичной ранее описанной КНБК 30, за исключением того, что она снабжена сопряженным соединителем КНБК 730. Сопряженный соединитель КНБК 730 предпочтительно способен подключаться с возможностью освобождения к соответствующему сопряженному соединителю при присоединении к нему. Соединитель КНБК 730 может располагаться на верхнем конце КНБК 30a для приема сопряженного соединителя. Соединитель КНБК 730 также может располагаться в КНБК 30a, так что часть гибридной телеметрической системы 702 проходит через участок КНБК 30a.
КНБК 30a снабжена датчиками 710 для сбора данных. Эти датчики, предпочтительно, представляют собой датчики MWD/LWD высокого разрешения, например современные системы LWD. КНБК 30a также имеет телеметрический приемопередатчик 720. Как показано, телеметрический приемопередатчик 720 расположен на верхнем конце КНБК 30a, причем соединитель КНБК 730 в ходе работы подключен к нему. Соединитель КНБК 730 также в ходе работы подключен к гибридной телеметрической системе 702 для передачи сигналов между КНБК 30a и гибридной телеметрической системой 702. Например, данные от датчиков 710 поступают от КНБК 30a в гибридную телеметрическую систему 702, при наличии. Телеметрический приемопередатчик 720 может быть идентичным вышеописанному телеметрическому переходнику 60.
Бурильная колонна 12 формируется по мере того, как добавляются бурильные трубы 739 и КНБК 30a опускается в ствол 11 скважины. КНБК 30a продвигается вдоль обсадной колонны 706 путем добавления бурильных труб 739 для формирования бурильной колонны 12 и достижения заданной глубины. КНБК 30a обычно останавливается, когда коронка 15 достигает башмака 711 обсадной колонны. Хотя на фиг.7-11 показаны телеметрические системы в частично обсаженных стволах скважины, телеметрические системы можно использовать в обсаженных или необсаженных стволах скважины (фиг.1).
В это время, гибридная телеметрическая система 702 может погружаться в бурильную колонну 12 с использованием системы 704 лебедки. Система 704 лебедки опускает гибридную телеметрическую систему 702 в бурильную колонну 12, и буровой раствор нагнетается в бурильную колонну 12 для проталкивания гибридной телеметрической системы 702 в заданное место. Примеры таких систем установки с помощью лебедки известны в промышленности. Например, можно использовать систему Tough Logging Conditions (TLC) от фирмы Schlumberger.
Гибридная телеметрическая система 702 включает в себя кабель 708, на соответствующих концах которого имеются нижний соединитель 734 и верхний соединитель 738. Гибридная телеметрическая система 702 может быть идентичной вышеописанному телеметрическому комплекту. Согласно фиг.7, гибридная телеметрическая система 702 расположена в бурильной колонне 12 и в ходе работы подключена к КНБК 30a на своем нижнем конце. Верхний конец гибридной телеметрической системы 702 поддерживается подъемником 707 системы лебедки на этом этапе процесса сборки.
Соединители (734, 738) могут быть идентичными вышеописанным наконечникам 52, 54. Предпочтительно, соединители 734, 738 соединяют с возможностью освобождения концы кабеля 708 для соединения в ходе работы с соседними компонентами. Нижний соединитель 734 может, например, защелкиваться на своем месте. Пример системы защелкивания описан в патентной заявке США №2005/10087368, права на которую принадлежат патентнообладателю настоящего изобретения. Нижний соединитель 734 может в ходе работы подключаться к соседнему компоненту с использованием, например, индуктивной связи. Нижний соединитель 734 может представлять собой, например, влажный соединитель, действующий в буровом растворе, который с возможностью сопряжения соединяется с соединителем КНБК 730 с образованием скважинного или влажного соединения 736 КНБК. Влажный соединитель можно использовать, чтобы соединения могли работать в среде любого скважинного флюида.
Согласно фиг.7, гибридная телеметрическая система 702 подключена с возможностью освобождения к КНБК 30a через влажное соединение 736. Соединитель КНБК 730 влажного соединения 736 в ходе работы подключен к телеметрическому модулю 720 (или телеметрическому переходнику 60) в КНБК 30a. Таким образом, соединение 736 позволяет избирательно подключать гибридную телеметрическую систему 702 к КНБК 30a для связи между ними.
Кабель 708 проходит от нижнего соединителя 734 к верхнему соединителю 738. Длину кабеля 708 можно изменять по желанию. Обычно, как показано на фиг.7-10, кабель 708 имеет такую же длину, как обсадная колонна 706. Предпочтительно, в кабеле 708 оставляют достаточное провисание для облегчения работы телеметрических систем. Кабель 708 может быть идентичным вышеописанному кабелю 56a. Кабель 708 может свободно висеть в бурильной колонне 12, или может быть закреплен в бурильной колонне 12. Примеры методов крепления кабеля описаны в патентной заявке США 10/907419, присвоенной правообладателю настоящего изобретения.
В одном примере кабель 708 может представлять собой оптоволоконный кабель для осуществления связи через гибридную телеметрическую систему 702. В случаях использования оптоволоконного кабеля можно использовать оптоэлектрические и электроннооптические преобразователи (не показаны) для передачи сигналов между оптической гибридной телеметрической системой 702 и соседними электрическими компонентами. Например, телеметрический модуль в КНБК 30a можно снабдить оптоэлектрическим преобразователем для передачи сигналов в оптоволоконный кабель гибридной телеметрической системы 702, и электроннооптический преобразователь можно обеспечить в верхней телеметрической системе, например телеметрической системе 742 бурильной колонны (описана ниже), для приема сигналов от гибридной телеметрической системы 702.
В процессе сборки может оказаться предпочтительным поддерживать вес кабеля 708, зажимая его на поверхности с использованием верхнего соединителя 738. Кабель 708 можно, например, подвешивать на специальном кроссовере. Кабель 708 можно также прижимать к посадочному переходнику 740, поддерживаемому бурильной трубой, ближайшей к поверхности. Посадочный переходник 740 может опираться на верхнюю бурильную трубу бурильной колонны 12, причем бурильная труба поддерживается на буровом роторе 16 (показанном на фиг.1) клиньями (не показаны).
Согласно фиг.8 кабель 708 отрезают и заделывают верхним соединителем 738. Верхний соединитель 738 может быть таким же, как нижний соединитель 734 или, например, быстроразъемным. Предпочтительно, верхний соединитель 738 с возможностью освобождения соединяет верхний конец гибридной телеметрической системы 702 с соседним компонентом для связи с ним. Согласно фиг.8, верхний соединитель 738 подготавливают для подключения в ходе работы гибридной телеметрической системы 702 к телеметрической системе 742 бурильной колонны (или релейной станции), чтобы телеметрическая 742 система бурильной колонны могла осуществлять связь с КНБК 30a через гибридную телеметрическую систему 702.
Согласно описанному выше телеметрическая система 742 бурильной колонны включает в себя телеметрический адаптер 745 и телеметрический блок 747. Телеметрический адаптер 745 может быть идентичен вышеописанному телеметрическому адаптеру 62 для соединения в ходе работы телеметрической системы 742 бурильной колонны с гибридной телеметрической системой 702 для связи между ними. Телеметрическая система 742 бурильной колонны может быть снабжена одним или несколькими телеметрическими адаптерами 745 или системой прямой связи. Дополнительная система прямой связи может быть аналогична известному устройству управления направленным бурением, оборудованному на ее нижнем конце для приема быстроразъемного соединения и электроники для преобразования проводной телеметрии в формат телеметрии MWD.
Телеметрический адаптер 745 может быть снабжен телеметрическим соединителем 741 буровой колонны для соединения с возможностью сопряжения с верхним соединителем 738. Телеметрический соединитель 745 буровой колонны может располагаться на нижнем конце телеметрической системы 742 бурильной колонны или в телеметрической системе 742 бурильной колонны, благодаря чему часть гибридной телеметрической системы 702 проходит через участок телеметрической системы бурильной колонны 742. Верхний соединитель и соединитель бурильной колонны в ходе работы соединяют гибридную телеметрическую систему 702 с телеметрической системой бурильной колонны 742 для связи между ними.
Телеметрическая 742 система бурильной колонны может быть снабжена одним или несколькими телеметрическими блоками 747. Как показано, телеметрический блок 747 является телеметрическим блоком на основе импульсов давления бурового раствора. Однако, очевидно, что телеметрический блок 747 может представлять собой телеметрическую систему любого типа, например телеметрическую систему на основе импульсов давления бурового раствора, ультразвуковую, электромагнитную, акустическую, на основе инструмента MWD, на основе бурильной трубы или другую телеметрическую систему, способную передавать сигналы на наземный блок 4 или принимать сигналы от него.
В процессе сборки, как показано на фиг.8 и 9, телеметрическая система 742 бурильной колонны поднимается над основанием буровой вышки подъемником (не показан) и опускается на посадочный переходник 740 на поверхности. Телеметрический соединитель 741 буровой колонны затем соединяется с верхним соединителем 738 для передачи сигналов. Предпочтительно, соединители соединяются с возможностью освобождения, что позволяет, при желании, их удалить. Верхний соединитель 738 может в ходе работы подключаться к бурильной колонне 12 с использованием механизма защелкивания, описанного выше применительно к нижнему соединителю 734.
Телеметрическую систему 742 бурильной колонны можно по выбору располагать вдоль бурильной колонны 12. Длину кабеля 708 и количество бурильных труб можно регулировать, чтобы телеметрическая система 742 бурильной колонны находилась в заданном положении. Гибридная телеметрическая система 702 также может располагаться и закрепляться на месте по желанию в или около телеметрической системы 742 бурильной колонны, бурильной колонны 12 и/или КНБК 30a.
В положении, показанном на фиг.10, систему буровой площадки можно использовать для бурения, обычно присоединяя дополнительные бурильные трубы 739 поверх телеметрической системы 742 бурильной колонны. Буровой раствор прокачивается через буровую площадку с использованием системы 749 бурового насоса. Система 749 бурового насоса может действовать таким же образом, как система бурового насоса, описанная со ссылкой на фиг.1. Затем КНБК 30a можно погружать в земной пласт и приводить во вращение, согласно описанному выше.
Гибридная телеметрическая система 702 между КНБК 30a и телеметрической системой 742 бурильной колонны теперь расположена в стволе скважины под поверхностью. После того, как скважинные датчики выйдут за пределы башмака обсадной колонны, можно начинать сбор данных. Затем данные можно передавать через КНБК 30a на гибридную телеметрическую систему 702. Из гибридной телеметрической системы 702 сигналы могут поступать в телеметрическую систему 742 бурильной колонны. Затем сигналы передаются из телеметрической системы 742 бурильной колонны в наземный блок 4. Сигналы от телеметрической системы 742 бурильной колонны можно регистрировать на поверхности наземным датчиком 750 и декодировать наземным блоком 4. Сигналы также можно передавать от наземного блока 4 обратно на КНБК 30a посредством обратного процесса. Предпочтительно, система допускает такую передачу в ходе нормальных буровых работ.
На фиг.11 изображена нижняя часть буровой площадки, показанной на фиг.10, где используется альтернативная телеметрическая система 742a бурильной колонны. Фиг.11, по существу, идентична фиг.10, за исключением того, что телеметрическая система бурильной колонны изображена в виде телеметрической системы 742a на основе проводной бурильной трубы (WDP), выполненной из нескольких проводных или беспроводных бурильных труб (WDP) 749.
Телеметрическая система 742a для WDP может быть идентичной вышеописанной телеметрической системе для 58 WDP, имеющей WDP 40. Телеметрическая система 742a для WDP может осуществлять связь с поверхностью таким же образом, как было описано выше в отношении телеметрической системы 58 для WDP. Как показано, телеметрическая система 742a бурильной колонны также включает в себя телеметрический адаптер 745a. Телеметрический адаптер 745a может быть идентичным вышеописанным телеметрическим адаптерам 745 и/или 62 с соединителем 739 бурильной колонны.
Согласно иллюстративному способу, представленному на фиг.11, гибридную телеметрическую систему 702 устанавливают в бурильной колонне 12 для связи телеметрической системы 742a бурильной колонны с различными компонентами (например, инструментами MWD/LWD) в КНБК 30a. Нижний соединитель 734 может быть установлен в бурильной колонне 12 и в ходе работы подключен к КНБК 30a через соединитель 730 КНБК. Гибридную телеметрическую систему 702 устанавливают, прокачивая нижний конец гибридной телеметрической системы 702 вдоль внутреннего диаметра бурильной трубы с использованием вышеописанной технологии TLC. Процесс подключения приводит к защелкиванию соединителя кабеля и его стыковке с соединителем 730 КНБК телеметрического переходника 60. Верхний конец кабеля заделывают и подготавливают для подключения в телеметрической системе 742a бурильной колонны.
Затем одну или несколько WDP 40 можно добавлять поверх бурильной колонны 12 для формирования телеметрической системы 742a бурильной колонны. Предпочтительно, телеметрический адаптер 745a расположен в или рядом с WDP 40 на нижнем конце телеметрической системы 742a бурильной колонны. Верхний соединитель 738 в ходе работы соединен с соединителем 741 бурильной колонны телеметрического адаптера 745a. Затем добавляют одну или несколько WDP 40 для завершения процесса сборки.
В процессе установки можно устанавливать любое количество WDP. Вся бурильная колонна может состоять из WDP. Однако может потребоваться использовать ограниченное количество WDP, оставляя их вблизи поверхности. В случаях, когда упор делается на надежность WDP, может оказаться полезным уменьшить количество WDP и увеличить длину гибридной телеметрической системы, чтобы охватить остаток бурильной колонны. В таких случаях, предварительно заданное количество WDP можно использовать для поддержки высокоскоростной двусторонней связи с инструментами/датчиками в КНБК. Может потребоваться использовать сравнительно немного проводных бурильных труб (т.е. 1,000 футов (304,8 км)) в верхней части скважины, и провести кабель через оставшуюся часть бурильной колонны до КНБК. Гибридная телеметрическая система может проходить через одну или несколько WDP. В таких случаях можно обеспечить телеметрическую систему с избыточностью или перекрытием.
Согласно фиг.10, в альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения телеметрическая система 742 бурильной колонны может включать в себя одну или несколько WDP помимо телеметрического блока 747 (т.е. телеметрического блока на основе импульсов давления бурового раствора, показанного на фиг.10). Таким образом, согласно такому варианту осуществления, телеметрическая система 742 бурильной колонны может включать в себя комбинацию телеметрического блока 747, показанного на фиг.10, и телеметрической системы 742a для WDP, показанной на фиг.11. Например, когда телеметрический блок 747 расположен в телеметрической системе 742 бурильной колонны, одну или несколько WDP можно расположить в телеметрической системе 742 бурильной колонны поверх телеметрического блока 747, чтобы верхняя секция телеметрической системы 742 бурильной колонны состояла из одной или нескольких WDP. Альтернативно, одна или несколько WDP можно расположить в телеметрической системе 742 бурильной колонны под телеметрическим блоком 747, чтобы нижняя секция телеметрической системы 742 бурильной колонны состояла из одной или нескольких WDP.
На фиг.12 показан альтернативный вариант осуществления системы буровой площадки, изображенной на фиг.10. Фиг.12, по существу, идентична фиг.10, за исключением того, что гибридная телеметрическая система 702 состоит из нескольких проводных или беспроводных бурильных труб (WDP) 749. Таким образом, вместо кабеля, соединяющего нижний конец гибридной телеметрической системы 702 с ее верхним концом, несколько WDP 749 в ходе работы соединяют оба конца. Например, одна WDP 749, находящаяся вблизи КНБК 30a, соединяется с КНБК 30a, а другая WDP 749, находящаяся вблизи телеметрической системы 742 бурильной колонны, соединяется с ней. Таким образом, гибридная телеметрическая система 702, состоящая из WDP 749, может ретранслировать данные между КНБК 30a и телеметрической системой 742 бурильной колонны.
Телеметрическая система бурильной колонны может проходить нужный участок бурильной колонны. В зависимости от требуемой длины телеметрической системы бурильной колонны количество WDP и количество обычных бурильных труб можно регулировать для обеспечения требуемой длины WDP в заданном положении в стволе скважины. Согласно фиг.5A-6B, одну или несколько секций проводной бурильной трубы или гибридной телеметрической системы можно использовать в сочетании с одним или несколькими комплектами или гибридными телеметрическими системами для получения желаемой конфигурации.
Система связи в целом, предпочтительно, способна поддерживать очень высокие скорости передачи данных для двусторонней связи между КНБК и поверхностью. Гибридная телеметрическая система может быть приспособлена для работы с любой конфигурацией КНБК. Гибридную телеметрическую систему также можно сконструировать так, чтобы она обеспечивала, в целом, более простой буровой агрегат. Типичная КНБК может включать в себя бурильные ясы, утяжеленные бурильные трубы, бурильные трубы, ряд кроссоверов и/или инструментов MWD/LWD.
В ряде случаев гибридную телеметрическую систему можно устанавливать в бурильной колонне и датчики опускать до башмака обсадной колонны, как описано выше. Альтернативно гибридную телеметрическую систему можно изготавливать заранее с использованием предварительно определенной длины кабеля с предварительно установленными соединителями и посадочным переходником. В таком варианте предварительного изготовления положение скважинных датчиков будет согласовано с длиной кабеля. Можно также заранее изготавливать гибридную телеметрическую систему таким образом, чтобы гибридная телеметрическая система была полностью или частично зафиксирована. Например, может понадобиться присоединить кабель ко внутренней поверхности бурильной колонны. В другом примере может понадобиться зафиксировать соединители с возможностью освобождения или без возможности освобождения.
Гибридную телеметрическую систему можно, в необязательном порядке, извлечь, просто обратив процесс сборки. В ряде случаев можно использовать ловильный инструмент для прохождения через внутренний диаметр бурильной колонны и извлечения скважинных компонентов. Телеметрическую систему бурильной колонны, гибридную телеметрическую систему и/или КНБК можно полностью или частично извлечь с помощью ловильных операций. Эти компоненты можно снабдить ловильными головками (не показаны) для облегчения процесса извлечения, что хорошо известно в технике.
Предпочтительно оптимизировать конфигурацию системы буровой площадки для обеспечения низкого ослабления и высоких скоростей передачи данных без помехи маневрам буровой вышки. Конфигурация от КНБК к гибридной телеметрической системе, далее к телеметрической системе бурильной колонны и к наземному блоку можно использовать для передачи более сложных скважинных команд, например, изменения гидравлических параметров (т.е. расхода, давления, времени), осуществляемой на буровой, где снижение ослабления позволяет расширять частотный спектр. В зависимости от применения, может оказаться полезным использовать телеметрический блок определенного типа для телеметрии бурильной колонны в зависимости от глубины скважины, условий скважины или других факторов. Например, в ряде случаев может быть предпочтительным использовать телеметрию MWD, т.е. акустические волны в бурильной трубе, которую обычно ограничивает ослабление.
Гибридную телеметрическую систему можно адаптировать по длине, чтобы улучшить ослабление и скорость передачи данных. Такое ослабление сигнала может ограничивать диапазон глубин и скорость передачи современных систем MWD. Кроме того, гибридная телеметрическая система может позволить ускорить передачу MWD благодаря повышению частоты телеметрии бурового раствора, которая обычно ограничивается ослаблением.
Иногда желательно разместить телеметрическую систему бурильной колонны ближе к поверхности во избежание воздействий суровых условий скважины. Гибридная телеметрическая система может располагаться в бурильной колонне, охватывая часть системы, находящуюся в неблагоприятных условиях. Например, гибридная телеметрическая система расположена в бурильной колонне, где протекает буровой раствор, из-за чего компоненты КНБК, например телеметрический переходник, источники питания, память высокой плотности и другие компоненты, могут быть защищены в КНБК, где они изолированы и защищены от условий скважины. Гибридная телеметрическая система может располагаться в открытых или незащищенных местах ствола скважины для повышения надежности за счет минимизации количества компонентов, подверженных действию высокой температуры и высокого давления. Гибридную телеметрическую систему также можно использовать в скважинах с изломами для охвата участков инструмента, подверженных существенному изгибанию и для помощи в обеспечении увеличенного срока службы и/или надежности.
Телеметрическая система бурильной колонны также может быть извлекаемой из бурового инструмента, что обеспечивает простой доступ к телеметрической системе бурильной колонны, допуская механическое разъединение под телеметрической системой бурильной колонны. Телеметрическая система бурильной колонны может располагаться в обсаженной части ствола скважины для снижения вероятности застревания. Телеметрическую систему бурильной колонны можно удалять с использованием ловильных инструментов для сокращения затрат на бурение. Предпочтительно, телеметрическая система бурильной колонны остается в вертикальной секции ствола скважины для облегчения ее удаления.
Телеметрическую систему бурильной колонны также можно использовать для обеспечения синхронизации между часами мелкого залегания (не показаны), находящимися внутри телеметрической системы бурильной колонны и часами глубокого залегания (не показаны), находящимися со скважинными датчиками в КНБК. Это можно использовать, например, в операциях сейсмосъемки во время бурения. Часы также можно использовать для обеспечения синхронизации между наземными часами (не показаны) и часами мелкого залегания посредством системы проводной линии и влажного соединения. Когда телеметрическая система бурильной колонны находится на сравнительно небольшой глубине, можно использовать быстрое соединение между наземным блоком и телеметрической системой бурильной колонны. Это соединение можно использовать, например, для осуществления операций направленного бурения. Предпочтительно, уменьшенную глубину телеметрической системы бурильной колонны можно использовать для ускорения доступа по проводной линии от буровой вышки к телеметрической системе бурильной колонны.
Согласно фиг.7-11, гибридная телеметрическая система расположена между КНБК и телеметрической системой бурильной колонны. Однако гибридная телеметрическая система может располагаться в разных местах бурильной колонны и КНБК, как было описано ранее со ссылкой на фиг.5A-6B. Например, часть гибридной телеметрической системы может проходить в часть КНБК и/или телеметрической системы бурильной колонны. Гибридная телеметрическая система также может соединяться с поверхностью и обеспечивать избыточную телеметрическую систему. Дополнительные телеметрические блоки также могут располагаться в КНБК. Множественные гибридные телеметрические системы, кабели, соединители или другие приспособления можно обеспечить в избыточных и/или отдельных местах в скважинных системах связи.
Если не указано обратное, телеметрический комплект, WDP, телеметрические переходники, телеметрические адаптеры, гибридные телеметрические системы, телеметрические системы бурильной колонны и/или другие компоненты, описанные здесь в различных примерах, могут располагаться в любых местах в бурильной колонне, и относительно друг друга. Кроме того, может быть выгодным объединять телеметрические комплекты 50 с кабелями 56a или без них в одной и той же системе 1 буровой площадки. Описанные здесь конкретные конфигурации и конструкции не претендуют на универсальность, но являются лишь частными случаями ограниченного количества конфигураций, в которых реализованы описанные технологии.
Хотя изобретение было описано применительно к ограниченному количеству вариантов осуществления, специалисты в данной области техники, воспользовавшись этим раскрытием, смогут предложить другие варианты осуществления, не выходящие за рамки объема раскрытого здесь изобретения. Соответственно, объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения.
1. Гибридная телеметрическая система для передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным устройством, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт, содержащая: верхний соединитель, в ходе работы подключаемый к телеметрической системе бурильной колонны для связи с ней, нижний соединитель, в ходе работы подключаемый к скважинному устройству для связи с ним, и кабель, в ходе работы соединяющий верхний и нижний соединители.
2. Телеметрическая система по п.1, в которой верхний соединитель является подключаемым с возможностью освобождения к телеметрической системе бурильной колонны.
3. Телеметрическая система по п.2, в которой верхний соединитель представляет собой быстроразъемный соединитель, сопрягаемо подключаемый к соответствующему быстроразъемному соединителю телеметрической системы бурильной колонны.
4. Телеметрическая система по п.1, в которой нижний соединитель является подключаемым с возможностью освобождения к скважинному устройству.
5. Телеметрическая система по п.4, в которой нижний соединитель представляет собой влажный соединитель, сопрягаемо подключаемый к соответствующему влажному соединителю скважинного устройства.
6. Телеметрическая система по п.1, в которой кабель является проводным или оптоволоконным.
7. Телеметрическая система по п.1, в которой гибридная телеметрическая система имеет возможность установки через бурильную колонну для соединения со скважинным устройством.
8. Телеметрическая система по п.1, в которой гибридная телеметрическая система имеет возможность извлечения через бурильную колонну для извлечения оттуда.
9. Гибридная телеметрическая система по п.1, в которой телеметрическая система бурильной колонны является электромагнитной телеметрической системой, либо акустической телеметрической системой, либо телеметрической системой на основе импульсов давления бурового раствора, либо телеметрической системой бурильной трубы.
10. Гибридная система связи для буровой установки, передающая сигналы между наземным блоком управления и скважинным устройством, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт, содержащая: телеметрическую систему бурильной колонны, расположенную в бурильной колонне, причем телеметрическая система бурильной колонны в ходе работы подключена к наземному блоку для передачи сигналов между ними, и, по меньшей мере, одну гибридную телеметрическую систему, в ходе работы подключаемую к телеметрической системе бурильной колонны и скважинному инструменту для передачи сигналов между ними, причем гибридная телеметрическая система содержит: верхний соединитель, в ходе работы подключаемый к телеметрической системе бурильной колонны для связи с ней, нижний соединитель, в ходе работы подключаемый к скважинному устройству для связи с ним, и кабель, в ходе работы соединяющий верхний и нижний соединители.
11. Гибридная система связи по п.10, в которой телеметрическая система бурильной колонны содержит телеметрический адаптер для сопряжения между телеметрической системой бурильной колонны и гибридной телеметрической системой.
12. Гибридная система связи по п.10, дополнительно содержащая телеметрический блок для передачи сигналов на наземный блок и приема сигналов от него.
13. Гибридная система связи по п.10, в которой телеметрическая система бурильной колонны содержит телеметрический блок, причем телеметрический блок является либо электромагнитной телеметрической системой, либо акустической телеметрической системой, либо телеметрической системой на основе импульсов давления бурового раствора, либо телеметрической системой бурильной трубы.
14. Гибридная система связи по п.10, дополнительно содержащая телеметрический переходник для сопряжения между скважинным устройством и гибридной телеметрической системой, причем телеметрический переходник расположен в скважинном устройстве.
15. Гибридная система связи по п.14, в которой телеметрический переходник имеет соединитель компоновки низа бурильной установки (КНБК) для соединения в ходе работы с нижним соединителем.
16. Гибридная система связи по п.10, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один датчик в скважинном устройстве для сбора данных.
17. Гибридная система связи по п.16, в которой, по меньшей мере, один датчик содержит один из инструмента MWD, инструмента LWD, телеметрического блока и их комбинаций.
18. Гибридная система связи по п.10, в которой часть гибридного телеметрического блока проходит через один из телеметрического устройства бурильной колонны, скважинного устройства и их комбинаций.
19. Способ передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным устройством через гибридную телеметрическую систему, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт, содержащий этапы, на которых в ходе работы подключают нижний конец гибридной телеметрической системы к скважинному устройству для связи с ним, размещают телеметрическую систему бурильной колонны в бурильной колонне на расстоянии от скважинного устройства, в ходе работы подключают верхний конец гибридной телеметрической системы к телеметрической системе бурильной колонны для связи с ней и передают сигнал между наземным блоком управления и скважинным устройством через гибридную телеметрическую систему.
20. Способ по п.19, в котором телеметрическая система бурильной колонны является либо буровой трубой, либо электромагнитной телеметрической системой, либо акустической телеметрической системой на основе импульсов давления бурового раствора.
21. Способ по п.20, в котором на этапе передачи передают сигнал между наземным блоком управления и скважинным устройством через гибридную телеметрическую систему и телеметрическую систему бурильной трубы.
22. Гибридная система связи для буровой установки, передающая сигналы между наземным блоком управления и скважинным устройством, причем скважинное устройство установлено через бурильную колонну в стволе скважины, проходящем через геологический пласт, содержащая: телеметрическую систему бурильной колонны, расположенную в бурильной колонне, причем телеметрическая система бурильной колонны в ходе работы подключена к наземному блоку для передачи сигналов между ними, и, по меньшей мере, одну гибридную телеметрическую систему, в ходе работы подключаемую к телеметрической системе бурильной колонны и скважинному устройству для передачи сигналов между ними, причем гибридная телеметрическая система содержит совокупность проводных бурильных труб, соединенных друг с другом для формирования телеметрической системы бурильной трубы, в которой телеметрическая система бурильной колонны содержит либо электромагнитную телеметрическую систему, либо акустическую телеметрическую систему, либо телеметрическую систему на основе импульсов давления бурового раствора.
23. Гибридная система связи по п.22, в которой телеметрическая система бурильной колонны содержит телеметрический адаптер для сопряжения между телеметрической системой бурильной колонны и гибридной телеметрической системой.
24. Гибридная система связи по п.22, дополнительно содержащая телеметрический блок для передачи сигналов на наземный блок и приема сигналов от него.
25. Гибридная система связи по п.22, дополнительно содержащая телеметрический переходник для сопряжения между скважинным устройством и гибридной телеметрической системой, причем телеметрический переходник расположен в скважинном устройстве.
26. Гибридная система связи по п.22, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один датчик в скважинном устройстве для сбора данных.
27. Гибридная система связи по п.26, в которой, по меньшей мере, один датчик содержит одно из устройства измерения во время бурения (MWD), каротажное устройство во время бурения (LWD), телеметрического блока и их комбинаций.
