Устройство для усиления акустического сигнала и соответствующие система и способ - RU2598954C1

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Уровень техники

[0001] В системах внутрискважинной акустической телеметрии сигналы, несущие информацию, передаются посредством продольных волн от компоновки низа бурильной колонны (КНБК) вдоль бурильной колонны к поверхности земли. Эти сигналы на поверхности принимаются датчиком, таким как акселерометр. Когда буровая труба входит в контакт со стенкой ствола буровой скважины на площади поверхности, превышающей расчетную площадь, энергия сигнала теряется из-за поглощения окружающей породой. Потеря может быть особенно существенной при бурении горизонтальных скважин, поскольку поверхность контакта может быть относительно велика.

Краткое описание чертежей

[0002] На фиг. 1 показана структурная схема устройства согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

[0003] На фиг. 2 показаны две различные конфигурации устройства, показанного на фиг. 1, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

[0004] На фиг. 3 показана другая конфигурация устройства, показанного на фиг. 1, которая может быть использована во время горизонтальных буровых работ, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

[0005] На фиг. 4 показаны устройство и системы согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

[0006] На фиг. 5 показан вариант реализации системы скважинных измерений во время бурения согласно настоящему изобретению.

[0007] На фиг. 6 показана блок-схема нескольких способов согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

[0008] На фиг. 7 показана структурная схема изделия, содержащего специализированную машину согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

[0009] Устройство, известное как активатор (например, забойный двигатель), иногда используется в горизонтальных скважинах увеличенной досягаемости для повышения эффективности буровых работ путем устранения силы трения между пластом и бурильной колонной. Однако, вибрация, созданная активатором, часто препятствует передаче гидроимпульсных телеметрических сигналов, такой как передача данных, используемая для операций скважинных измерений во время бурения (ИВБ), каротажа во время бурения (КВБ) или оценки пластов во время бурения (ОПВБ). Таким образом, другое устройство, известное как амортизирующий переводник, часто используется в бурильной колонне для ослабления гармоник частоты молотка (вибрации), заданной активатором. Таким образом, амортизирующий переводник используется для поглощения и рассеяния ударной нагрузки в плети для повышения устойчивости платформы для приема данных. Примеры включают скважинные амортизирующие переводники, имеющиеся в продаже в компании Stabil Drill, г. Лафейетт, штат Луизиана, и снижающие толчки и ударные нагрузки переводники, имеющиеся в продаже в компании Schlumberger Oilfield Services, г. Хьюстон, штат Техас.

[0010] Для устранения некоторых из этих недостатков помимо прочего изобретатели разработали механизм, который может быть использован для уменьшения статического трения путем замены части статического трения между бурильной колонной и стенкой ствола буровой скважины на динамическое трение во время буровых работ. Этот механизм, который содержит оригинальную комбинацию источника гидравлического импульса и амортизирующего переводника, ниже в настоящей заявке будет обозначено как телеметрическое усиливающее устройство (ТУУ).

[0011] Одним компонентом телеметрического усиливающего устройства является источник гидравлического импульса (ИГИ), такой как двигатель Муано или объемный насос любого другого типа, такой как винтовой насос, которым управляют или который изначально предназначен для создания вибраций вдоль прикрепленной к нему бурильной колонны с относительно низкой частотой, такой как меньше чем 100 Гц согласно некоторым вариантам реализации. Не смотря на то, что известные двигатели Муано, включая забойные двигатели, используются для питания коронки в бурильной колонне, источник гидравлического импульса в различных вариантах реализации телеметрического усиливающего устройства преобразует вращательное движение в импульсы давления путем пропускания текучей среды внутри двигателя через выходное отверстие для текучей среды. Поскольку поток текучей среды (например, текучая среда для бурения или "буровой раствор") перемещается мимо плунжера ротора, ротор перемещается вперед и назад при его вращении. Если плунжер непосредственно выровнен с отверстием, протекание текучей среды резко уменьшается. Когда плунжер перемещается в сторону, текучая среда протекает более свободно по причине малого сопротивления потоку.

[0012] Такое перемещение показано в увеличенном вырезе на фиг. 1, в котором перемещающийся вал 90 в двигателе 94 Муано действует в качестве источника гидравлического импульса. В настоящей заявке можно заметить, что при протекании текучей среды 96 через двигатель 94 и колебаниях вращающегося плунжера 90 назад и вперед, показанных на чертеже в направлении справа налево (как указано большой темной стрелкой), отверстие 98 в конце двигателя 94 будет по меньшей мере частично закрываться и вновь открываться.

[0013] Результирующие импульсы давления преобразуются в осевое перемещение бурильной колонны за счет нетрадиционного использования амортизирующего переводника, который также установлен в бурильную колонну в качестве части телеметрического усиливающего устройства (ТУУ). Согласно различным вариантам реализации амортизирующий переводник возбуждается импульсами давления от источника гидравлического импульса (ИГИ) на основной частоте, которая служит для увеличения амплитуды продольных колебаний в бурильной колонне вместо их уменьшения. Для улучшения работы основная частота может быть выбрана с возможностью возбуждения одного или большего количества резонансных режимов внутри амортизирующего переводника для индуцирования еще более увеличенных вибраций в бурильной колонне.

[0014] Результирующий эффект этой нетрадиционной комбинации источника гидравлического импульса (ИГИ) и амортизирующего переводника, действующего в качестве телеметрического усиливающего устройства (ТУУ), состоит в отклонении бурильной колонны от стенок ствола буровой скважины с основной частотой работы телеметрического усиливающего устройства (ТУУ), выбранной за пределами диапазона рабочих коммуникационных частот соответствующей акустической телеметрической системы связи. Поскольку частота работы телеметрического усиливающего устройства (ТУУ) может быть выбрана значительно ниже частот, используемых в акустической телеметрии, вибрации, индуцированные в бурильной колонне, не должны препятствовать работе акустической телеметрической системы.

[0015] Описанный в настоящей заявке механизм может быть вполне подходящим для использования при выполнении различных буровых операций, включая операции бурения без вращения и горизонтального бурения. Ниже описаны некоторые возможные конфигураций бурильной колонны, которые могут быть частично использованы для таких операций, каждая из которых содержит одно или большее количество телеметрических усиливающих устройств (ТУУ).

[0016] На фиг. 1 показана структурная схема устройства 100 согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. В настоящей заявке буровая установка 102 может быть расположена над бурильной колонной 108 с коронкой 126, которая используется для бурения пласта 114 для проходки ствола скважины 112.

[0017] В этой конфигурации 110 бурильной колонны 108 источник 126 гидравлического импульса и амортизирующий переводник 128 объединены для формирования телеметрического усиливающего устройства 132. Связанная с ними система телеметрической связи содержит акустический телеметрический передатчик 122 и акустический телеметрический приемник 136. Один или большее количество акустических телеметрических ретрансляторов 134 также могут являться частью акустической телеметрической системы.

[0018] Согласно некоторым вариантам реализации работа системы телеметрической связи может быть улучшена за счет размещения телеметрического усиливающего устройства 132 как можно ближе к акустическому телеметрическому передатчику 122. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации может быть подходящей сборка бурильной колонны 108 таким образом, чтобы акустический телеметрический передатчик 122, наиболее близкий к коронке 126, был размещен непосредственно под телеметрическим усиливающим устройством 132, когда колонна 108 расположена вертикально в буровой скважине 112. В других компоновках, таких как в случае установки телеметрического усиливающего устройства 132 между передатчиком 122 и переводником 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ (например, в конфигурации 220, показанной на фиг. 2), передача данных и команд к переводнику 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ может быть осуществлена с использованием короткого участка связи с использованием электромагнитной телеметрии, акустической телеметрии на малые расстояния, или посредством проводной связи между передатчиком 122 и переводником 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ.

[0019] Контроллер 142 и датчики 116 может содержать часть устройства 100. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации работой телеметрического усиливающего устройства 132 управляет контроллер 142, который может быть связан непосредственно с телеметрическим усиливающим устройством 132 коммуникационными линиями 144 или посредством акустической телеметрической системы, содержащей передатчик 122 и приемник 136. Контроллер 142 может быть размещен внутри телеметрического усиливающего устройства 132, или он может быть размещен в переводнике 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ для связи с телеметрическим усиливающим устройством 132 посредством телеметрии на малые расстояния.

[0020] Один или большее количество датчиков 116, таких как датчики вращения, ускорения, ориентации, напряжения/деформации, гироскопический датчик, датчик усилия на коронку, угла коронки, крутящего момента и другие датчики могут быть использованы для передачи контроллеру 142 сигналов, свидетельствующих о заклинивании бурильной колонны 108. При приеме таких сигналов контроллер 142 может передать источнику 126 гидравлического импульса сигналы, принуждающие источник 126 гидравлического импульса увеличить вибрацию бурильной колонны 108. Подобным образом, если сигналы заклинивания отсутствуют, контроллер 142 может послать источнику 126 гидравлического импульса команду уменьшить вибрацию бурильной колонны 108.

[0021] На фиг. 2 показаны две дополнительные конфигурации 220, 230 устройства 100, показанного на фиг. 1, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. В первой конфигурации 220 различные телеметрические усиливающие устройства 132 прикреплены к бурильной колонне 108 и являются ее частью. В данном случае контроллер 142 размещен на поверхности 166 вместе с телеметрическими усиливающими устройствами 132, развернутыми выше и ниже акустического телеметрического передатчика 122.

[0022] Во второй конфигурации 230 опять используется множество телеметрических усиливающих устройств 132. Однако, в данном случае телеметрические усиливающие устройства 132 развернуты выше и ниже по меньшей мере одного ретранслятора 134.

[0023] Кроме того, контроллер 142 в конфигурации 230 прикреплен к колонне 108 и в данном случае является частью переводника 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ. Таким образом, конфигурация 230 является примером автономной конфигурации, т.е., сигналы 250 трения F заклинивания между колонной 108 и пластом 114, непосредственно сгенерированные датчиками 116, передаются в контроллер 142, являющийся частью колонны 108, и одно или большее количество телеметрических усиливающих устройств 132 могут быть выборочно использованы для устранения зажатия путем увеличения вибрации в колонне 108 в конкретных местоположениях. Сигналы 250 заклинивания также могут быть получены контроллером 142 из сигналов, переданных датчиками 116, что хорошо известно специалистам.

[0024] Датчик 116, прикрепленный к переводнику 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ в конфигурации 220, может содержать акустический датчик. Этот датчик может быть установлен в положении, показанном на чертеже, или в любом другом месте между переводником 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ и нижним телеметрическим устройством 132 (т.е., телеметрическим устройством 132, которое является ближайшим к переводнику 118 ИВБ/КВБ/ОПВБ) и использован для отслеживания пропускаемости канала связи. Характеристики пропускаемости канала связи между нижним телеметрическим устройством 132 и датчиком 116 сами по себе не являются особенно важными, но могут быть использованы в качестве сигнала пропускаемости коротких каналов связи до нижнего телеметрического усиливающего устройства 132, включая область над нижним телеметрическим устройством 132.

[0025] Могут быть использованы различные другие конфигурации, включая комбинации конфигураций 220, 230. Ниже описана конфигурация, которая может быть использована как в вертикальном, так и в горизонтальном бурении.

[0026] Таким образом, на фиг. 3 показана другая конфигурация 340 устройства 100, показанного на фиг. 1, которая может быть использована во время горизонтального бурения, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. В данном случае множество телеметрических устройста 132 развернуты попарно для окружения множества ретрансляторов 134. По меньшей мере одно из телеметрических устройств 132 прикреплено к бурильной колонне 108 с возможностью размещения в точке, в которой, как ожидается, может произойти заклинивание в пласте 114. Таким образом, если сигналы 250 заклинивания переданы датчиками 116 на входные контакты 344 контроллера 142, контроллер 142 может сформировать на своих выходных контактах 342 сигналы, которые могут быть переданы по коммуникационным линиям 144 одному или большему количеству телеметрических устройств 132 для увеличения вибрации. Передача сигналов по коммуникационным линиям 144 к контроллеру 142 и от него может быть осуществлена прямо или косвенно, как описано выше. Таким образом, могут быть осуществлены различные варианты реализации.

[0027] Например, на фиг. 4 показано устройство 100 и системы 464 согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. В настоящей заявке система 464 может содержать одно или большее количество устройств 100, используемых в одной или большем количестве конфигураций или в одной или большем количестве комбинаций конфигураций, как описано выше. Согласно различным вариантам реализации различные части устройства 100 могут быть распределены в различных местоположениях в системе 464.

[0028] Например, устройство 100, которое работает в соединении с системой 464, может содержать части скважинного инструмента 124 (например, инструментов ИВБ, КВБ или ОПВБ), который содержит одно или большее количество телеметрических устройств 132 и акустических телеметрических передатчиков 122 и/или ретрансляторов 134.

[0029] Система 464 может содержать логическое устройство 442, которое может содержать систему управления телеметрическим усиливающим устройством. Логическое устройство 442 может быть использовано для приема сигналов от датчика и других данных 470 и передачи данных/команд к телеметрическим устройствам 132. Логическое устройство 442, в качестве части системы 438 для сбора данных и управления также может служить для приема информации о свойствах пласта.

[0030] Система 438 для сбора данных и управления может быть связана с инструментом 124 для приема сигналов и данных 470, генерируемых датчиками 116. Система 438 для сбора данных и управления и/или любой из ее компонентов могут быть размещены в скважине, возможно, в кожухе инструмента или в корпусе инструмента, или на поверхности 166, возможно, в качестве части компьютерного автоматизированного рабочего места 456 на поверхности в регистрирующей станции 492.

[0031] Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения устройство 100 может выполнять функции автоматизированного рабочего места 456, и результаты его работы могут быть переданы на поверхность 166 и/или использованы для непосредственного управления телеметрическими устройствами 132 внутри устройства 100, возможно, с использованием прямого проводного соединения и/или посредством телеметрического трансивера (приемо-передатчика) 424. Процессоры 430 могут обрабатывать сигналы и данные 470, полученные от скважинных датчиков 116 и сохраненные в запоминающем устройстве 450, возможно, в форме базы 434 данных. Работа процессоров 430 может включать управление функциями телеметрических устройств 132, а также определение различных свойств пласта, окружающего колонну 108. Таким образом, как показано на фиг. 1-4, могут быть осуществлены различные варианты реализации.

[0032] Например, в своей наиболее основной форме устройство 100 может содержать источник 126 гидравлического импульса и амортизирующий переводник 128, который может действовать в качестве телеметрического усиливающего устройства 132. Согласно некоторым вариантам реализации устройство 100 содержит акустический телеметрический передатчик 122, источник 126 гидравлического импульса, имеющий основную частоту пульсаций (которая может быть выбрана согласно некоторым вариантам реализации), и амортизирующий переводник 128.

[0033] Источник 126 гидравлического импульса может быть выполнен с возможностью возбуждения вибрации в амортизирующем переводнике 128 для увеличения осевой вибрации в бурильной колонне 108, механически связанной с источником 126 гидравлического импульса и амортизирующим переводником 128. Возбуждение вибраций в амортизирующем переводнике 128 служит для уменьшения статического трения F между бурильной колонной 108 и пластом 114, окружающим бурильную колонну 108. В большей части вариантов реализации вибрации возбуждаются на основной частоте, которая находится за пределами диапазона рабочих акустических коммуникационных частот телеметрического передатчика 122.

[0034] Согласно некоторым вариантам реализации основная частота работы телеметрического усиливающего устройства 132 является фиксированной. Согласно некоторым вариантам реализации устройство 100 содержит контроллер 142 для регулирования основной частоты работы телеметрического усиливающего устройства 132. Сигналы заклинивания, переданные контроллеру 142, могут быть использованы для увеличения или уменьшения вибраций, генерируемых телеметрическим устройством 132. Основой для этих сигналов может служить ряд измеренных физических явлений, связанных с буровыми работами, таких как повышение крутящего момента с течением времени или помимо прочего количество случаев повышения крутящего момента с течением времени. Таким образом, контроллером 142 можно управлять для регулирования основной частоты работы телеметрического усиливающего устройства 132 в ответ на сигналы заклинивания бурильной колонны 108.

[0035] Контроллером 142 также можно управлять для смягчения работы источника 126 гидравлического импульса и акустического телеметрического передатчика 122 в отношении операций включения-выключения и/или частоты работы. Например, согласно некоторым вариантам реализации контроллером 142 можно управлять для выключения и включения одного или большего количества телеметрических устройств 132. Контроллером 142 также можно управлять для независимого выключения или включения телеметрического передатчика 122 и/или одного или большего количества ретрансляторов 124 или телеметрических приемников 136. Согласно некоторым вариантам реализации контроллером 142 можно управлять для регулирования основной частоты работы источника 126 гидравлического импульса, возможно, путем управления клапанами, внутренними или наружными относительно источника 126 гидравлического импульса для перемещения, регулирования объема или расхода текучей среды, протекающей через источник 126 гидравлического импульса.

[0036] Согласно некоторым вариантам реализации источник 126 гидравлического импульса может содержать забойный двигатель, такой как двигатель Муано или турбина. Согласно некоторым вариантам реализации источник 126 гидравлического импульса может содержать ревун.

[0037] Согласно некоторым вариантам реализации один или большее количество акустических телеметрических передатчиков 122 могут быть размещены между парой телеметрических устройств 132. Подобным образом один или большее количество акустических телеметрических ретрансляторов 134 могут быть размещены между парой телеметрических усиливающих устройств 132 или между акустическим телеметрическим приемником 136 и телеметрическим усиливающим устройством 132. Также могут быть использованы различные другие конфигурации.

[0038] Согласно различным вариантам реализации массив возможных конфигураций должен обеспечить возможность повышения надежности (или поддерживания надежности с увеличенной скоростью передачи данных) скважинных акустических линий связи. Это преимущество, в свою очередь, позволяет снизить расходы, связанные с бурением, поскольку разнесение между акустическими телеметрическими передатчиками и ретрансляторами может быть увеличено. Также может быть увеличено разнесение между самими ретрансляторами. Могут быть реализованы и достигнуты другие варианты реализации и преимущества.

[0039] Например, на фиг. 5 показана система скважинных измерений во время бурения 564 (ИВБ) согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Система 564 может содержать части скважинного инструмента 124 в качестве части скважинных буровых операций.

[0040] В данном случае можно заметить, что система 564 может формировать часть буровой установки 102, размещенной на поверхности 504 скважины 506. Буровая установка 102 может поддерживать бурильную колонну 108. Бурильная колонна 108 может действовать с проникновением через роторный стол 510 для бурения скважины 112 через подповерхностные формации 114. Бурильная колонна 108 может содержать рабочую штангу 516, буровую трубу 518 и забойное оборудование 520, которое может быть размещено в нижней части буровой трубы 518.

[0041] Забойное оборудование 520 может содержать утяжеленные бурильные трубы 522, скважинный инструмент 124 и буровую коронку 126. Буровая коронка 126 может работать для создания буровой скважины 112 путем проникновения через поверхность 504 и подповерхностные формации 114. Скважинный инструмент 124 может содержать любой из инструментов различных типов, включая инструменты ИВБ, инструменты КВБ, инструменты ОПВБ и другие.

[0042] Во время буровых работ бурильная колонна 108 (которая может содержать рабочую штангу 516, буровую трубу 518 и забойное оборудование 520) может вращаться роторным столом 510. В дополнение к настоящему или согласно другому варианту реализации забойное оборудование 520 также может вращаться двигателем (например, забойным двигателем), который размещен в скважине. Утяжеленные бурильные трубы 522 могут быть использованы для добавления веса к буровой коронке 126. Утяжеленные бурильные трубы 522 также могут быть использованы для усиления забойного оборудования 520 для обеспечения возможности передачи забойным оборудованием 520 дополнительного веса буровой коронке 126 и, в свою очередь, облегчения проникновения буровой коронки 126 через поверхность 504 и подповерхностные формации 114.

[0043] Во время буровых работ буровой насос 532 может закачивать текучую среду для бурения (иногда известную специалистам как "буровой раствор") из резервуара 534 для бурового раствора посредством рукава 536 в буровую трубу 518 вниз к буровой коронке 126. Буровой раствор может вытекать из буровой коронки 126 и возвращаться к поверхности 504 через кольцевую область 540 между буровой трубой 518 и стенками буровой скважины 112. Затем буровой раствор может быть возвращен в резервуар 534 для бурового раствора, в котором его фильтруют.

Согласно некоторым вариантам реализации буровой раствор может быть использован для охлаждения буровой коронки 126, а также для обеспечения смазки для буровой коронки 126 во время буровых работ. Кроме того, буровой раствор может быть использован для удаления отходов бурения подповерхностной формации, созданных действием буровой коронки 126, а также для управления одним или большим количеством телеметрических усиливающих устройств, являющихся частью устройства 100.

[0044] Таким образом, на фиг.1-5 можно видеть, что согласно некоторым вариантам реализации система 564 может содержать скважинный инструмент 124 для размещения одного или большего количества устройств 100 и/или систем 464, подобных или идентичных устройству 100 и системам 464, описанным выше и показанным на фиг. 1-4. Таким образом, в целях ясности настоящего документа, термин "кожух" может обозначать скважинный инструмент 124 любого типа (имеющий наружную стенку, которая может быть использована для закрывания или крепления контрольно-измерительной аппаратуры, датчиков, пробоотборных устройств для текучей среды, устройств для измерения давления, процессоров, телеметрических усиливающих устройств и систем для сбора данных). Таким образом, могут быть осуществлены различные варианты реализации.

[0045] Например, согласно некоторым вариантам реализации система 464, 564 может содержать акустический телеметрический передатчик 122, связанный с бурильной колонной 108, причем передатчик 122 работает в диапазоне акустических коммуникационных частот. Система 464, 564 дополнительно может содержать акустический телеметрический приемник 136, связанный с бурильной колонной 108, для приема акустической телеметрической информации, переданной передатчиком 122.

[0046] Система 464, 564 дополнительно может содержать источник 126 гидравлического импульса, имеющий выбираемую основной частоту пульсации, и амортизирующий переводник 128, причем источником гидравлического импульса управляют для возбуждения вибраций в амортизирующем переводнике 128 для увеличения осевой вибрации в бурильной колонне 108 (механически связанной с источником 126 гидравлического импульса и амортизирующим переводником 128) для уменьшения статического трения F между бурильной колонной 108 и окружающей породой 114. Как и прежде, вибрации, возбужденные источником 126 гидравлического импульса, должны действовать на основной частоте, выбранной за пределами диапазона рабочих акустических коммуникационных частот, используемых акустическим телеметрическим передатчиком 122 и акустическим телеметрическим приемником 136.

[0047] Могут быть осуществлены различные варианты реализации. Например, согласно некоторым вариантам реализации акустический телеметрический передатчик 122 размещен ближе к коронке 126 (прикрепленной к бурильной колонне 108), чем источник 126 гидравлического импульса и амортизирующий переводник 128. Согласно некоторым вариантам реализации акустический телеметрический ретранслятор 134 размещен между акустическим телеметрическим приемником 136 и комбинацией источника 126 гидравлического импульса и амортизирующего переводника 128, который выполнен с возможностью действовать в качестве телеметрического усиливающего устройства 132.

[0048] В других примерах согласно различным вариантам реализации источник 126 гидравлического импульса и амортизирующий переводник 128 выполнены с возможностью действовать в качестве индивидуальных, выборочно действующих телеметрических устройств 132. Согласно некоторым вариантам реализации различные акустические телеметрические ретрансляторы 134 расположены между индивидуальными выборочно действующими телеметрическими устройствами 132. Согласно некоторым вариантам реализации акустический телеметрический передатчик 122 расположен между источником 126 гидравлического импульса и амортизирующим переводником 128, выполненным с возможностью действовать в качестве первого телеметрического усиливающего устройства 132, и второе телеметрическое усиливающее устройство 132 содержит другой источник 126 гидравлического импульса и амортизирующий переводник 128.

[0049] Согласно некоторым вариантам реализации контроллер 142 может являться частью системы 464, 564. Контроллер 142 может быть выполнен с возможностью смягчения работы источника гидравлического импульса и акустического телеметрического передатчика в отношении операции включения-выключения и/или частоты работы.

[0050] Все устройства и окружающие факторы, такие как: устройство 100, буровая установка 102, бурильная колонна 108, конфигурации 110, 220, 230, 340, буровая скважина 112, пласты 114, датчики 116, источник 126 гидравлического импульса, амортизирующий переводник 128, телеметрические усиливающие устройства 132, передатчик 122, приемник 136, контроллер 142, коммуникационные линии 144, поверхность 166, сигналы 250, выходные контакты 342, входные контакты 344, процессоры 430, база 434 данных, система 438 для сбора данных и управления, логическое устройство 442, запоминающее устройство 450, автоматизированное рабочее место 456, каротажная регистрирующая станция 492, отображающее устройство 496, поверхность 504, скважина 506, роторный стол 510, рабочая штанга 516, буровая труба 518, забойное оборудование 520, утяжеленные бурильные трубы 522, буровой насос 532, резервуар 534 для бурового раствора, рукав 536 и трение F, в данном случае могут быть охарактеризованы как "блоки" в настоящей заявке.

[0051] Такие блоки могут содержать аппаратные цепи, процессор, схемы запоминающих устройств, программные модули и объекты, программируемое оборудование и/или комбинации вышеперечисленного, по желанию разработчика устройства 100 и систем 464, 564 и в соответствии с конкретными осуществлениями различных вариантов реализации. Например, согласно некоторым вариантам реализации такие блоки могут быть включены в устройство и/или пакет программ для моделирования работы системы, такой как пакет программ для моделирования электрических сигналов, пакет программ для моделирования использования и распределения питания, пакет программ для моделирования рассеяния энергии/тепла и/или комбинация программного обеспечения и аппаратных средств, используемых для моделирования работы различных потенциальных вариантов реализации.

[0052] Также следует понимать, что устройство и системы согласно различным вариантам реализации могут быть использованы в случаях применения не только для каротажных операций, и, таким образом, различные варианты реализации не должны быть ограничены только теми, что описаны выше. Иллюстрации устройства 100 и систем 464, 564 предназначены для общего понимания конструкции различных вариантов реализации и не предназначены служить в качестве законченного описания всех элементов и признаков устройства и систем, в которых могут быть использованы конструкции, описанные в настоящей заявке.

[0053] Случаи применения, которые могут включать новые устройство и системы согласно различным вариантам реализации, могут содержать электронные схемы, в которых используются высокоскоростные компьютеры, схемы для коммуникационной и сигнальной обработки, модемы, процессорные блоки, встроенные процессоры, переключатели данных, специализированные прикладные блоки или комбинации вышеперечисленного. Такое устройство и системы дополнительно могут включать в качестве субкомпонентов различные электронные системы, такие как телевизионные системы, мобильную телефонию, персональные компьютеры, автоматизированные рабочие места, радио- и видеоплейеры, транспортные средства, средства для обработки сигналов в геотермальных инструментах и помимо прочего телеметрические системы с интерфейсными узлами для интеллектуальных преобразователей. Некоторые варианты реализации включают различные способы.

[0054] Например, на фиг. 6 показана блок-схема нескольких способов 611 работы телеметрических усиливающих устройств с использованием выбираемой основной частоты вибрации. Например, способ 611 может включать управление источником гидравлического импульса (таким как ревун, генератор импульсов в буровом растворе или двигатель с приводом от бурового раствора, включая двигатель Муано или турбину, или любое другое устройство, которое генерирует импульсы давления текучей среды с выбранной частотой под действием текучей среды, протекающей в устройство или через устройство) для индуцирования вибраций в амортизирующем переводнике для увеличения осевой вибрации бурильной колонны, улучшения акустической телеметрической связи путем снижения количества случаев заклинивания бурильной колонны. В большей части вариантов реализации источник гидравлического импульса и амортизирующий переводник могут быть выполнены с возможностью взаимодействия в качестве телеметрического усиливающего устройства с конфигурированным размещением на участке бурильной колонны, в котором, как ожидается произойдет заклинивание из-за провисания буровой трубы.

[0055] Специалисты после прочтения настоящего документа и ознакомления с сопроводительными чертежами заметят, что компоненты, формирующие бурильную колонну, обычно занимают фиксированное положение вдоль колонны после спуска в скважину. Таким образом, конфигурацию бурильной колонны для различных вариантов реализации обычно выбирают перед спуском в скважину таким образом, что части бурильной колонны, которые являются наиболее подверженными заклиниванию, содержат телеметрические усиливающие устройства, размещенные соответствующим образом. В некоторых случаях, если первая секция бурильной колонны проявляет тенденцию к заклиниванию в пласте в большей степени, чем вторая секция бурильной колонны, при их спуске в буровую скважину, указанные две секции будут сохранять эту тенденцию вдоль всей длины по буровой скважины.

[0056] Например, может быть рассмотрен случай двух интервалов на одиночной бурильной колонне: первого интервала АВ и второго интервала CD. При спуске в буровую скважину в том же самом топологическом отношении друг к другу интервалы АВ и CD проходят различные части пласта. Таким образом, если интервал АВ расположен ниже на бурильной колонне (например, расположен ближе к коронке), чем интервал CD, то интервал АВ пройдет через данную область пласта раньше, чем пройдет интервал CD. Оказывается, если интервал АВ с большей вероятностью чем интервал CD застревает в одной области при прохождении указанных двух интервалов через эту область (даже при том, что каждый интервал достигает заклинивающей области в разное время), интервал АВ чаще и с большей вероятностью чем интервал CD проявляет тенденцию к заклиниванию также и в другой области пласта. Причина этого состоит в том, что различие в склонности к заклиниванию часто вызвано различием в размещении различных элементов держателя коронки, таких как стабилизаторы, толстостенная буровая труба, утяжеленные бурильные трубы, отклоняющие переводники и т.п., причем размещение этих элементов обычно не изменяется после спуска бурильной колонны в скважину.

[0057] Таким образом, реализованный с использованием процессора способ 611, предназначенный для исполнения на одном или большем количестве процессоров, которые осуществляют этот способ, может начаться на этапе 615 с определения приблизительного местоположения заклинивания бурильной колонны, такого как местоположение в горизонтальной секции бурильной колонны. "Горизонтальная секция" бурильной колонны означает часть бурильной колонны, которая в случае ее использования в буровых работах, как ожидается, перемещается в направлении, близком к параллельному поверхности земли, а не перпендикулярно этой поверхности.

[0058] Определение одного или большего количества потенциальных мест заклинивания может быть выполнено автоматизированным способом с использованием программы для автоматизированного проектирования или, например, программы для моделирования. После выполнения определения управление способом 611 может быть передано этапу 617 для включения узла источника гидравлического импульса и амортизирующего переводника, которые должны работать в качестве телеметрического усиливающего устройства, приблизительно расположенного в местоположении или местоположениях вдоль бурильной колонны, в которых ожидается заклинивание.

[0059] Затем управление способом 611 переходит на этап 621, на котором работает акустическая телеметрическая коммуникационная система. Работа этой системы может включать запуск одной или большего количества частей системы, таких как передатчики, приемники и/или ретрансляторы.

[0060] В большей части вариантов реализации способ 611 переходит на этап 625, на котором работает источник гидравлического импульса с использованием бурового раствора для возбуждения вибраций в амортизирующем переводнике для увеличения осевой вибрации в бурильной колонне и уменьшения статического трения между бурильной колонной и пластом, окружающим бурильную колонну. Работа источника гидравлического импульса включает запуск источника гидравлического импульса для генерации гидравлических импульсов и останов источника гидравлического импульса, чтобы источник гидравлического импульса прекратил подачу гидравлических импульсов.

[0061] Согласно некоторым вариантам реализации источник гидравлического импульса выполнен с возможностью работы на фиксированной основной частоте. Согласно некоторым вариантам реализации основная частота источника гидравлического импульса может быть выбрана перед спуском в скважину или может быть выбрана во время использования, например, приведением в действие клапанов и/или насосов для управления количеством или скоростью текучей среды, и/или путем использования соленоидов или других устройств для механического регулирования величины открытой части выходного отверстия источника гидравлического импульса.

[0062] Вибрации в бурильной колонне могут быть возбуждены на этой основной частоте, которая может быть выбрана за пределами диапазона рабочих коммуникационных частот связанной акустической телеметрической коммуникационной системы. Таким образом, способ 611 может дополнительно включать этап 625, на котором выбирают основную частоту работы для источника гидравлического импульса. Например, основная частота работы может быть выбрана с возможностью сближения с резонансной частотой амортизирующего переводника. Основная частота работы может быть выбрана с возможностью нахождения за пределами рабочего диапазона частот акустической телеметрической коммуникационной системы, например, за пределами диапазона частот от примерно 400 Гц до примерно 5000 Гц.

[0063] Выбранное упорядочение различных блоков телеметрического усиливающего устройства, таких как последовательная работа телеметрических усиливающих устройств вдоль бурильной колонны, может быть подходящим для уменьшения заклинивания в различных местах. Вибрация спаренных телеметрических усиливающих устройств может быть упорядочена или комбинирована для уменьшения заклинивания в одиночном местоположении -между телеметрическими устройствами. Таким образом, этап 625 также может включать различные режимы работы источника гидравлического импульса и амортизирующего переводника в комбинации в качестве различных телеметрических устройств в предварительной выбранной последовательности.

[0064] Затем управление способом 611 переходит к этапу 629, на котором определяют, произошло ли заклинивание, например, путем непосредственного приема сигнала заклинивания, связанного с бурильной колонной (например, указания на того, что вращение прекращено, даже при повышенной подаче энергии в колонну), или косвенного приема сигнала в форме сигнала датчика, который превышает заданный порог, превышение которого означает заклинивание (например, если крутящий момент в колонне более чем в два раза превышает нормальные/ожидаемые уровни для бурения пласта данного типа, в настоящий момент окружающего буровую коронку). В данном случае способ 611 переходит к этапу 633, на котором действует источник гидравлического импульса с использованием бурового раствора для возбуждения вибраций в амортизирующем переводнике в ответ на прием сигнала заклинивания. Таким образом, на этапе 633 может быть увеличен уровень осевых вибраций, индуцированных в колонне.

[0065] Поскольку уровень осевой вибрации увеличивается, это может быть подходящим или необходимым для выключения телеметрического передатчика и/или приемника. Такая операция, например, может способствовать экономии питания скважины. Таким образом, управление способом 611 переходит к этапу 637, на котором выключают одну или большее количество частей системы телеметрической связи (например, передатчик, приемник, один или большее количество ретрансляторов, и т.п.).

[0066] Если заклинивание отсутствует или не определяется на этапе 629, управление способом 611 может перейти к этапу 641. На этапе 641 уменьшают уровень осевых вибраций, индуцированных в колонне, например, путем снижения расхода или прекращения подачи бурового раствора в источник гидравлического импульса, являющийся частью одного или большего количества телеметрических усиливающих устройств.

[0067] Следует отметить, что способы, описанные в настоящей заявке, не обязательно должны выполняться в описанном порядке или в каком-либо другом конкретном порядке. Кроме того, различные действия, описанные относительно способов, идентифицированных в настоящей заявке, могут быть выполнены повторно, последовательно или параллельно. Информация, включая параметры, команды, операнды и другие данные, может быть передана и принята в форме одной или большего количества несущих волн.

[0068] Устройство 100 и системы 464, 564 могут быть реализованы в машино-доступной и читаемой среде, которая является рабочей в одной или большем количестве сетей. Сети могут быть проводными, беспроводными или могут представлять собой комбинацию проводных и беспроводных сетей. Устройство 100 и системы 464, 564 могут быть использованы помимо прочего для обработки, связанной со способами 611, показанными на фиг. 6. На этапах способа могут быть использованы аппаратные средства, программное обеспечение и программируемое оборудование или любая их комбинация. Таким образом, могут быть осуществлены дополнительные варианты реализации.

[0069] Например, на фиг. 7 показана функциональная схема изделия 700, включая специализированную машину 702 согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. После прочтения и понимания содержания настоящего изобретения специалист поймет способ, которым программа может быть запущена с читаемого компьютером носителя в компьютерной системе для исполнения функций, определенных в программе.

[0070] Специалист также сможет выбрать различные языки программирования, которые могут быть использованы для создания одной или большего количества программ, предназначенных для реализации и выполнения описанных в настоящей заявке способов. Например, программы могут быть структурированы в объектно-ориентированном формате с использованием объектно-ориентированного языка, такого как Java или С++. В другом примере программы могут быть структурированы в процедурно-ориентированном формате с использованием процедурно-ориентированного языка, такого как Assembler или С.Компоненты программного обеспечения могут быть связаны с использованием любого из множества механизмов, известных специалистам, таких как прикладные программные интерфейсы или способы межпроцессного взаимодействия, включая дистанционный вызов процедур. Описания различных вариантов реализации не ограничиваются конкретным языком или средой программирования. Таким образом, могут быть осуществлены другие варианты реализации.

[0071] Например, изделие 700, такое как компьютер, запоминающая система, магнитный или оптический диск, некоторое другое устройство для хранения и/или электронное устройство или система любого типа могут содержать один или большее количество процессоров 704, связанных с машиночитаемым носителем 708, таким как запоминающее устройство (например, сменные носители данных, а также любое запоминающее устройство, включая электрический, оптический или электромагнитный проводник), содержащее инструкции 712, сохраненные в нем (например, компьютерные программные команды), которые при их исполнении одним или большим количеством процессоров 704 принуждают машину 702 выполнять любой из этапов описанных выше способов.

[0072] Машина 702 может иметь форму конкретной компьютерной системы, содержащей процессор 704, связанный с множеством компонентов непосредственно и/или с использованием шины 716. Таким образом, машина 702 может быть встроена в устройство 100 или системы 464, 564, показанные на фиг. 1-5, например, в качестве части процессоров 430, логического устройства 442 или автоматизированного рабочего места 456.

[0073] На фиг. 7 можно видеть, что компоненты машины 702 могут содержать основное запоминающее устройство 720, статическое или энергонезависимое запоминающее устройство 724 и накопительное устройство 706 большой емкости. Другие компоненты, связанные с процессором 704, могут включать устройство 732 ввода, такое как клавиатура или управляющее курсором устройство 736, такое как мышь. Устройство 728 вывода, такое как видеодисплей, может быть размещено рядом с машиной 702 (как показано на чертеже) или выполнено за одно целое с машиной 702.

[0074] Сетевое интерфейсное устройство 740 для связи процессора 704 и других компонентов с сетью 744 также может быть связано с шиной 716. Инструкции 712 могут быть переданы или приняты по сети 744 посредством сетевого интерфейсного устройства 740 с использованием любого из множества известных протоколов передачи (например, гипертекстового протокола передачи данных (HTTP)). Любой из этих элементов, связанных с шиной 716, может отсутствовать, может быть использован одиночно или в большом количестве в зависимости от конкретного варианта реализации.

[0075] Каждое из процессора 704, запоминающих устройств 720, 724 и накопительного устройства 706 большой емкости может содержать инструкции 712, которые при их исполнении вызывают выполнение машиной 702 любого одного или большего количества способов, описанных в настоящей заявке. Согласно некоторым вариантам реализации машина 702 действует как автономное устройство или может быть соединена (например, посредством сети) с другими машинами. В сетевой среде машина 702 может работать в качестве сервера или машины клиента в сетевой среде типа "клиент-сервер", или в качестве одноранговой машины в сетевой среде равноправных узлов ЛВС (или распределенной сетевой среде).

[0076] Машина 702 может содержать персональный компьютер (PC), планшет, телеприставку (STB), карманный персональный компьютер, мобильный телефон, сетевое устройство, сетевой маршрутизатор, переключатель или мост, сервер, клиентскую машину или любую специализированную машину, выполненную с возможностью исполнения ряда инструкций (в последовательном или другом порядке), направляющих действия, которые должна быть выполнены этой машиной для реализации способов и функций, описанных в настоящей заявке. Кроме того, не смотря на то, что на чертеже показана только одиночная машина 702, термин "машина" также должен толковаться как включающий любой комплект машин, которые индивидуально или совместно исполняют набор (или множество наборов) инструкций для выполнения любого одного или большего количества способов, описанных в настоящей заявке.

[0077] Не смотря на то, что машиночитаемый носитель 708 на чертеже показан как одиночный носитель, термин "машиночитаемый носитель" должен толковаться как включающий одиночные носители или множество носителей (например, централизованная или распределенная база данных, и/или связанные буферные запоминающие устройства и серверы, и/или множество носителей данных, таких как регистры процессора 704, запоминающие устройства 720, 724 и накопительное устройство 706, в которых сохранены один или большее количество наборов инструкций 712. Термин "машиночитаемый носитель" также должен толковаться как включающий любой носитель, который выполнен с возможностью хранения, кодирования или переноса набора инструкций для исполнения машиной, которые вызывают выполнение машиной 702 любого одного или большего количества способов согласно настоящему изобретению, или который выполнен с возможностью хранения, кодирования или переноса структур данных, используемых в таком наборе инструкций или связанных с ним. Термины "машиночитаемый носитель" или "читаемый компьютером носитель" соответственно должны быть истолкованы как включающие энергонезависимые материальные носители, такие как твердотельное запоминающее устройство и оптические и магнитные носители.

[0078] Различные варианты реализации могут быть осуществлены в форме автономной прикладной системы (например, без каких-либо сетевых функций), клиент-серверного приложения или приложения для группы равноправных узлов ЛВС (или распределенной сети). Варианты реализации также, например, могут быть развернуты в форме "сервисного программного обеспечения" (SaaS), осуществлены провайдером услуг доступа к приложениям (ASP) или коммунальными поставщиками вычислительных ресурсов, в дополнение к программам, имеющимся в продаже или лицензируемым через традиционные сбытовые источники.

[0079] Использование устройства, систем и способов, описанных в настоящей заявке, может обеспечить преимущества, состоящие в сокращении количества относительно дорогих акустических ретрансляторов, которые используются в качестве части бурильной колонны. Уменьшенная сложность такой телеметрической системы должна служить для снижения общего количества отказов оборудования. Увеличенные скорости данных могут быть реализованы непосредственно путем использования более высоких скоростей благодаря снижению акустических помех между узлами и/или косвенно за счет сокращения количества узлов, что обеспечивает сокращение задержек в коммуникационной битовой последовательности. Результатом является более полное удовлетворение нужд клиента.

[0080] На сопроводительных чертежах, которые являются частью настоящего описания, показаны в качестве иллюстрации, но не ограничения, конкретные варианты реализации, в которых может быть осуществлен предмет настоящего изобретения. Показанные на чертежах варианты реализации описаны достаточно подробно для предоставления специалистам возможности практического осуществления изобретения, описанного в настоящей заявке. На основе настоящего описания могут быть разработаны и использованы другие варианты реализации таким образом, что структурные и логические замены и изменения могут быть сделаны без отступления от объема защиты настоящего изобретения. Таким образом, настоящее подробное описание не должно быть истолковано в ограничительном смысле, и объем различных вариантов реализации настоящего изобретения определен исключительно пунктами приложенной формулы наряду с полным диапазоном эквивалентов, уполномоченных такими пунктами.

[0081] Такие варианты реализации предмета настоящего изобретения в настоящей заявке индивидуально и/или все вместе могут быть обозначены термином "изобретение" для простого удобства и без намерения произвольного ограничения объема защиты настоящего изобретения путем его сведения к любому одиночному изобретению или изобретательной концепции, если фактически описано более чем одно изобретение. Таким образом, не смотря на то, что в настоящей заявке показаны и описаны конкретные варианты реализации, следует понимать, что любая компоновка, рассчитанная для достижения той же самой цели, может быть использована в качестве замены конкретных показанных и описанных вариантов реализации. Настоящее изобретение предназначено для охвата любых и всех таких адаптаций или изменений различных вариантов реализации. Комбинации вышеуказанных вариантов реализации и другие варианты реализации, конкретно не описанные в настоящей заявке, станут очевидными для специалистов после рассмотрения приведенного выше описания.

[0082] Реферат настоящего изобретения приложен в соответствии со Статьей 37 Свода федеральных правил, §1.72(b), согласно которому реферат дает возможность читателю быстро определить техническую природу настоящего изобретения. Реферат представлен с пониманием того, что он не будет использован для интерпретации или ограничения объема или значения пунктов приложенной формулы. Кроме того, в приведенном выше подробном описании можно заметить, что различные признаки сгруппированы в одиночном варианте реализации с целью упрощения настоящего изобретения. Этот способ согласно настоящему изобретению не должен интерпретироваться как отражение намерения приписать заявленным вариантам реализации большее количество признаков, чем явно указано в каждом пункте приложенной формулы. Напротив, как отражено в приведенных ниже пунктах приложенной формулы, предмет настоящего изобретения лежит менее чем во всех признаках одиночного описанного варианта реализации. Таким образом, приведенные ниже пункты приложенной формулы настоящим включены в подробное описание, причем каждый пункт приложенной формулы имеет самостоятельное значение как отдельный вариант реализации.

Реферат

Изобретение относится к скважинным средствам акустической телеметрии сигналов. Техническим результатом является повышение надежности передачи акустических сигналов, за счет обеспечения увеличения амплитуды продольных колебаний в бурильной колонне. Предложено устройство для усиления акустического сигнала, содержащее акустический телеметрический передатчик, имеющий диапазон рабочих акустических коммуникационных частот, источник гидравлического импульса, имеющий основную частоту пульсации, и амортизирующий переводник. Причем источник гидравлического импульса выполнен с возможностью возбуждения вибрации в амортизирующем переводнике для увеличения осевой вибрации в бурильной колонне, механически связанной с источником гидравлического импульса и амортизирующим переводником, для уменьшения статического трения между бурильной колонной и пластом, окружающим бурильную колонну. При этом вибрации возбуждаются на основной частоте, которая выбрана за пределами диапазона рабочих акустических коммуникационных частот. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула