Инструмент геолого-технических мероприятий с датчиками параметров работы - RU2463448C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится в целом к скважинному инструменту геолого-технических мероприятий, и более конкретно, к такому инструменту с одним или несколькими датчиками для измерения одного или нескольких параметров геолого-технических мероприятий.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующие описания и примеры не признаются относящимися к предшествующему уровню техники на основании их включения в этот раздел.

Большое разнообразие скважинных инструментов может использоваться в стволе скважины в связи с добычей углеводородов из нефтяных и газовых скважин. Скважинные инструменты, такие как пробки гидроразрыва пласта, мостовые пробки и пакеры, например, могут использоваться для уплотнения детали к обсадной колонне на стенке ствола скважины или для изоляции одной зоны пластового давления от другой. Кроме того, могут использоваться перфораторы для создания перфорационных каналов, проходящих сквозь обсадную колонну в пласт для добычи углеводородов.

Часто, вместе с тем, целесообразным является использование скважинного инструмента для выполнения различных геолого-технических мероприятий, поддерживающих и/или оптимизирующих добычу скважины. Существующие инструменты используются для выполнения разнообразных геолого-технических мероприятий. Вместе с тем эти инструменты не подходят для осуществления мониторинга параметров работ в процессе проведения геолого-технических мероприятий. Вместо этого для существующих инструментов геолого-технических мероприятий необходимый рабочий параметр измеряется отдельным инструментом, измеряющим необходимый рабочий параметр только после завершения геолого-технических мероприятий. При этом оператор может узнать, успешно ли выполнены геолого-технического мероприятия, только после завершения геолого-технических мероприятий.

Соответственно, существует необходимость в скважинном инструменте для выполнения геолого-технических мероприятий, включающем в себя один или несколько датчиков для измерения параметров геолого-технических мероприятий.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой инструмент геолого-технических мероприятий для использования внутри ствола скважины, включающий в себя блок геолого-технических мероприятий, выполненный с возможностью проведения скважинных геолого-технических мероприятий, и приводной электронный блок, связанный с блоком геолого-технических мероприятий и выполненный с возможностью управления блоком геолого-технических мероприятий. Инструмент также включает в себя один или несколько датчиков, измеряющих, по меньшей мере, один рабочий параметр геолого-технических мероприятий в процессе проведения геолого-технических мероприятий. Геолого-технические мероприятия оптимизируются на основе измеренного, по меньшей мере, одного рабочего параметра.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ выполнения геолого-технических мероприятий, включающий в себя следующее: обеспечивают инструмент геолого-технических мероприятий одним или несколькими датчиками; развертывают инструмент геолого-технических мероприятий в забое в нужном месте в стволе скважины; управляют работой инструмента геолого-технических мероприятий для выполнения геолого-технических мероприятий; измеряют, по меньшей мере, один рабочий параметр в процессе проведения геолого-технических мероприятий посредством использования одного или нескольких датчиков и оптимизируют работу геолого-технических мероприятий на основе измеренного, по меньшей мере, одного рабочего параметра.

В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение представляет собой способ выполнения геолого-технических мероприятий, включающий в себя следующее: обеспечивают инструмент геолого-технических мероприятий с одним или несколькими датчиками; развертывают инструмент геолого-технических мероприятий в забое в нужном месте в стволе скважины; управляют работой инструмента геолого-технических мероприятий для выполнения геолого-технических мероприятий; измеряют, по меньшей мере, один рабочий параметр в процессе проведения геолого-технических мероприятий посредством использования одного или нескольких датчиков; и осуществляют мониторинг хода проведения геолого-технических мероприятий на основе измеренного, по меньшей мере, одного рабочего параметра.

Заявленный объект патентования не ограничивается вариантами осуществления, разрешающими проблемы любого или всех отмеченных недостатков. Дополнительно дается раздел сущности изобретения для представления выбора концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в разделе подробного описания изобретения. Раздел сущности изобретения не имеет целью идентификацию ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта патентования, а также не имеет целью использоваться для ограничения объема заявленного объекта патентования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты реализации различных технических средств будут далее описаны со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует понимать, вместе с тем, что прилагаемые чертежи показывают только варианты реализации, описанные в этом документе и не направлены на ограничение объема различных технических средств, описанных в этом документе.

На Фиг. 1 схематически показан инструмент геолого-технических мероприятий для выполнения геолого-технических мероприятий согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 2 схематически показан инструмент геолого-технических мероприятий для выполнения геолого-технических мероприятий согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения; и

на Фиг. 3 схематически показан инструмент геолого-технических мероприятий для выполнения геолого-технических мероприятий согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на Фиг. 1-3, варианты осуществления настоящего изобретения направлены на инструмент геолого-технических мероприятий для выполнения геолого-технических мероприятий, включающий в себя один или несколько датчиков для измерения одного или нескольких рабочих параметров. В различных вариантах осуществления изобретения рабочие параметры могут измеряться в процессе проведения геолого-технических мероприятий. Кроме того, измеренные рабочие параметры могут отправляться на наземную систему на поверхности в процессе проведения геолого-технических мероприятий. В одном варианте осуществления геолого-технические мероприятия оптимизируют на основе измеренных рабочих параметров.

На Фиг. 1 схематически показан инструмент 100 геолого-технических мероприятий согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Инструмент 100 геолого-технических мероприятий может выполняться с возможностью выполнения различных работ геолого-технических мероприятий в забое скважины, таких как установка и извлечение пробок, открытие и закрытие клапанов, резка трубчатых элементов, бурение сквозь препятствия, выполнение работ очистки и/или шлифования, сбор отходов, выполнение шаблонирования, сдвиг скользящих муфт, выполнение фрезерных работ, выполнение ловильных работ и других соответствующих работ геолого-технических мероприятий. Некоторые из этих мероприятий будут более подробно описаны ниже.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, инструмент 100 геолого-технических мероприятий включает в себя верхнюю компоновку 20, блок 30 связи, приводной электронный блок 40, гидравлический силовой блок 50, заанкеривающую систему 60 и блок 70 геолого-технических мероприятий, который может быть образован любым устройством, способным к выполнению геолого-технических мероприятий.

Верхняя компоновка 20 может выполняться для механического соединения инструмента 100 геолого-технических мероприятий с каротажным кабелем 10. В одном варианте осуществления верхняя компоновка 20 включает в себя датчик 25 для измерения величины натяжения кабеля между каротажным кабелем 10 и верхней компоновкой 20. Хотя каротажный кабель 10 показан на Фиг. 1, следует понимать, что в других вариантах осуществления могут использоваться другие механизмы развертывания, такие как колонна гибкой насосно-компрессорной трубы, тросовый канат или бурильная труба, кроме других приемлемых механизмов развертывания.

Блок 30 связи может выполняться с возможностью приема и отправки команд и данных, передающихся в цифровой форме на каротажный кабель 10. Эта cвязь используется для запуска, управления и мониторинга геолого-технических мероприятий, выполняемая инструментом геолого-технических мероприятий. Блок 30 связи может также выполняться для обеспечения этой связи между приводным электронным блоком 40 и наземной системой 160 на поверхности 110 около скважины. Такая связь будет описана более подробно ниже. При этом блок 30 связи может работать, как устройство телеметрии.

Приводной электронный блок 40 может выполняться с возможностью управления работой блока 70 геолого-технических мероприятий. Приводной электронный блок 40 также может выполняться с возможностью управления гидравлическим силовым блоком 50. В связи с этим приводной электронный блок 40 может включать в себя различные электронные компоненты (например, компьютерные процессоры цифровых сигналов, силовые транзисторы и т.п.) для управления работой блока 70 геолого-технических мероприятий и/или гидравлического силового блока 50.

В одном варианте осуществления приводной электронный блок 40 может включать в себя датчик 45 для измерения температуры содержащихся в нем электронных устройств. В другом варианте осуществления приводной электронный блок 40 может выполняться с возможностью автоматического отключения или остановки работы электронных устройств, если измеренная температура превосходит заданную максимальную рабочую температуру.

Гидравлический силовой блок 50 может выполняться с возможностью подачи гидравлической мощности к различным компонентам инструмента 100 геолого-технических мероприятий, включающим в себя заанкеривающую систему 60 и блок 70 геолого-технических мероприятий. Гидравлический силовой блок 50 может включать в себя электродвигатель, насос и другие компоненты, обычно являющиеся частями гидравлической силовой системы. В одном варианте осуществления гидравлический силовой блок 50 включает в себя один или несколько датчиков 55 для измерения величины давления, генерируемого гидравлическим силовым блоком 50. В другом варианте осуществления один или несколько датчиков 55 гидравлического силового блока используются для измерения температуры электродвигателя внутри гидравлического силового блока 50. Измерения давления и/или температуры могут затем направляться в приводной электронный блок 40.

Реагируя на прием измерений от одного или нескольких датчиков 55 гидравлического силового блока, приводной электронный блок 40 может определять, превышает ли температура заданную максимальную рабочую температуру. Если обнаруживается, что измеренная температура превышает заданную максимальную рабочую температуру, то приводной электронный блок 40 может автоматически остановить или выключить электродвигатель внутри гидравлического силового блока 50 во избежание перегрева. Аналогично приводной электронный блок 40 может осуществлять мониторинг измеренного давления и управлять гидравлическим силовым блоком 50 для поддержания необходимого выходного давления.

Альтернативно приводной электронный блок 40 может направлять измерения давления и/или температуры, выполненные одним или несколькими датчиками 55 гидравлического силового блока, на наземную систему 160 через блок 30 связи. Реагируя на прием данных этих измерений, оператор около скважины на поверхности 110 может осуществлять мониторинг и/или оптимизировать работу гидравлического силового блока 50, например, вручную выключая электродвигатель насоса гидравлического силового блока 50. Хотя инструмент 100 геолого-технических мероприятий описан со ссылкой на гидравлическую силовую систему, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления инструмент 100 геолого-технических мероприятий может использовать другие виды систем распределения мощности, такие как для электроснабжения, для топливных элементов или других приемлемых силовых систем.

Заанкеривающая система 60 может выполняться с возможностью заанкеривания инструмента 100 геолого-технических мероприятий к внутренней поверхности стенки 120 ствола скважины, которая может включать или не включать в себя обсадную колонну, колонну насосно-компрессорной трубы, хвостовик или другие трубчатые элементы. Альтернативно заанкеривающая система 60 может использоваться для заанкеривания инструмента 100 геолого-технических мероприятий к любой приемлемой неподвижной структуре или любому другому устройству, на которое воздействует инструмент 100 геолого-технических мероприятий.

В одном варианте осуществления заанкеривающая система 60 включает в себя поршень 62, соединенный с парой рычагов 64 таким способом, что линейное перемещение поршня 62 заставляет рычаги 64 выдвигаться радиально наружу к стенке 120 ствола скважины, тем самым заанкеривая инструмент 100 геолого-технических мероприятий к стенке 120 ствола скважины. В одном варианте осуществления заанкеривающая система 60 включает в себя один или несколько датчиков 65 для измерения линейного смещения поршня 62, которое может использоваться для определения степени перемещения рычагов 64 к стенке 120 ствола скважины и, тем самым, кольцевого отверстия ствола скважины. В другом варианте осуществления один или несколько датчиков 65 заанкеривающей системы используются для измерения величины давления, оказываемого рычагами 64 на стенку 120 ствола скважины. В еще одном варианте осуществления один или несколько датчиков 65 заанкеривающей системы используются для измерения проскальзывания инструмента 100 геолого-технических мероприятий относительно стенки 120 ствола скважины.

Что касается измерений, рассмотренных выше, измерения линейного смещения, кольцевого отверстия, давления и/или проскальзывания, выполненные одним или несколькими датчиками 65 заанкеривающей системы, могут направляться в приводной электронный блок 40. В одном варианте осуществления приводной электронный блок 40 может направлять данные этих измерений на наземную систему 160 через блок 30 связи. После приема данных измерений оператор на поверхности 110 около скважины может осуществлять мониторинг, регулировать и/или оптимизировать работу заанкеривающей системы 60.

В другом варианте осуществления приводной электронный блок 40 автоматически регулирует или оптимизирует работу заанкеривающей системы 60, например, посредством регулирования линейного смещения поршня 62 так, чтобы рычаги 64 могли надлежащим образом сцепляться со стенкой 120 ствола скважины, на основе измерений линейного смещения, кольцевого отверстия, давление и/или проскальзывания.

Как кратко упомянуто выше, инструмент 100 геолого-технических мероприятий включает в себя блок 70 геолого-технических мероприятий, способный к выполнению работы геолого-технических мероприятий. В одном варианте осуществления блок 70 геолого-технических мероприятий включает в себя блок 80 линейного исполнительного механизма и блок 90 вращения. Блок 80 линейного исполнительного механизма может выполняться с возможностью толкать или тянуть блок 90 вращения.

В одном варианте осуществления блок 80 линейного исполнительного механизма включает в себя один или несколько датчиков 85 для измерения линейного смещения линейного исполнительного механизма. В другом варианте осуществления один или несколько датчиков 85 линейного исполнительного механизма используют для измерения величины усилия, производимого блоком 80 линейного исполнительного механизма. Как и для других измерений, рассмотренных выше, измерения линейного смещения и/или усилия, выполненные одним или несколькими датчиками 85 линейного исполнительного механизма, могут направляться в приводной электронный блок 40, который может затем направлять эти измерения в наземную систему 160 через блок 30 связи. После приема данных измерений оператор на поверхности 110 около скважины может осуществлять мониторинг, регулировать и/или оптимизировать работу блока 80 линейного исполнительного механизма.

В одном варианте осуществления приводной электронный блок 40 может автоматически регулировать линейное смещение блока 80 линейного исполнительного механизма и величину усилия, производимого блоком 80 линейного исполнительного механизма на основе измерений линейного смещения и/или усилия, выполненных одним или несколькими датчиками 85 линейного исполнительного механизма.

Блок 90 вращения может выполняться с возможностью вращения любого устройства или инструмента, который может прикрепляться к нему. В одном варианте осуществления блок 90 вращения включает в себя датчик 95 для измерения величины крутящего момента, производимого блоком 90 вращения. В другом варианте осуществления один или несколько датчиков 95 блока вращения используют для измерения частоты вращения (например, числа оборотов в минуту (об/мин) блока 90 вращения. В еще одном варианте осуществления один или несколько датчиков 95 блока 90 вращения используют для измерения температуры блока 90. В еще одном варианте осуществления один или несколько датчиков 95 блока вращения используют для измерения вибраций, производимых блоком 90 вращения.

Как и в других измерениях, рассмотренных выше, измерения крутящего момента, частоты вращения, температуры и/или вибрации, выполненные одним или несколькими датчиками 95 блока вращения, могут направляться в приводной электронный блок 40, который может затем направлять эти данные измерений в наземную систему 160 через блок 30 связи. После приема данных измерений крутящего момента, частоты вращения, температуры и/или вибрации оператор на поверхности 110 около скважины может осуществлять мониторинг и/или оптимизировать работу блока 90 вращения. В одном варианте осуществления приводной электронный блок 40 может автоматически оптимизировать работу блока 90 вращения на основе измерений крутящего момента, частоты вращения, температуры и/или вибрации.

В одном варианте осуществления между блоком 30 связи и приводным электронным блоком 40 располагается перемещающее устройство для развертывания на забое скважины инструмента 100 геолого-технических мероприятий. После того как инструмент 100 геолого-технических мероприятий установлен в нужном месте в стволе 120 скважины, перемещающее устройство может выключаться. В этом режиме инструмент 100 геолого-технических мероприятий может быть блочным.

Показанный на Фиг. 1 инструмент 100 геолого-технических мероприятий включает в себя блок 80 линейного исполнительного механизма, соединенный с блоком 90 вращения. На Фиг. 2 показан инструмент 100' геолого-технических мероприятий с блоком 70' геолого-технических мероприятий, при этом блок 90 вращения заменяется другим вспомогательным устройством 130 геолого-технических мероприятий. Вспомогательное устройство 130 геолого-технических мероприятий может быть любым вспомогательным устройством, способным к выполнению работ геолого-технических мероприятий. Например, вспомогательные устройства 130 геолого-технических мероприятий примера могут включать в себя сдвигающий инструмент, используемый для задействования признака скольжения в устройство заканчивания, устройство удаления отходов (например, проволочную щетку) или сборное устройство, фрезерную или бурильную головку, хон, ловильную головку, сварочный инструмент, фасонный резец, систему нагнетания текучей среды или любые их комбинации среди других приемлемых вспомогательных устройств.

Сдвигающий инструмент может выполняться с возможностью открытия и закрытия скользящих муфт, клапанов изоляции пласта и других устройств регулирования расхода, используемых в заканчиваниях скважин. Устройство удаления отходов может выполняться с возможностью удаления цемента, твердых отложений и т.п. с внутренней поверхности стенки колонны насосно-компрессорной трубы. Сборное устройство отходов может выполняться с возможностью сбора песка, остатков перфорации и других отходов внутри колонны насосно-компрессорной трубы или обсадной колонны. Фрезерная или бурильная головка может выполняться для фрезерования или разбуривания препятствий на забое скважины, то есть пробок, перемычек из твердых отложений и т.п. Для шлифовки отверстий уплотнения может выполняться хон.

На Фиг. 3 показан инструмент 100" геолого-технических мероприятий с блоком 70" геолого-технических мероприятий, в котором вспомогательное устройство 140 геолого-технических мероприятий прикреплено к шарнирно сочлененному вращающемуся валу 150, который может использоваться для отклонения аксессуара 140 от продольной оси инструмента 100". Такой шарнирно сочлененный вращающийся вал 150 облегчает некоторые виды геолого-технических мероприятий, такие как вырезание окон или механическая обработка других деталей в обсадной колонне ствола скважины. В одном варианте осуществления шарнирно сочлененный вращающийся вал 150 включает в себя один или несколько датчиков 155 для измерения угла отклонения вращающегося вала, угловой ориентации ответвления и/или бокового усилия, приложенного шарнирно сочлененным вращающимся валом. Датчики 155, кроме того, или альтернативно, могут использоваться для получения неподвижных или движущихся изображений выполняемых мероприятий.

В этом режиме, в то время как геолого-технические мероприятия выполняются в забое скважины, любые из различных измерений, описанные выше, касающиеся геолого-технических мероприятий, могут выполняться и соединяться связью в инструменте 100, 100', 100" геолого-технических мероприятий. На основе этих измерений инструмент 100, 100', 100" геолого-технических мероприятий может автоматически регулировать параметры работы различных блоков или вспомогательных устройств, к которым относятся измерения.

Альтернативно любое из различных измерений, описанных выше, относящееся к геолого-техническим мероприятиям, может сообщаться в наземную систему 160, которая позволяет оператору осуществлять мониторинг хода геолого-технического мероприятия и оптимизировать геолого-техническое мероприятие, если необходимо. Эта оптимизация может выполняться наземной системой 160 либо автоматически или с управлением вручную. В одном варианте осуществления любое из различных измерений, описанных выше, относящееся к геолого-техническим мероприятиям, может сообщаться в наземную систему 160 в режиме реального времени. В другом варианте осуществления любое из различных измерений, описанных выше, относящееся к геолого-техническим мероприятиям, может записываться для считывания в дальнейшем либо в инструменте 100, 100', 100" геолого-технических мероприятий или в наземной системе 160.

Заметим, что, хотя вышеупомянутые варианты осуществления инструмента 100, 100', 100" геолого-технических мероприятий показаны в вертикальной скважине, описанные выше варианты осуществления инструмента 100, 100', 100" геолого-технических мероприятий могут использоваться также в горизонтальных или наклонно-направленных скважинах.

В то время как вышеупомянутое направлено на варианты реализации различных технических средств, описанных в этом документе, другие и дополнительные варианты реализации могут разрабатываться без отхода от его объема, который может задаваться следующей формулой изобретения. Хотя объект патентования описан на языке, специфичном для структурных признаков и/или методологических актов, следует понимать, что объект патентования, определенный прилагаемой формулой изобретения, не обязательно ограничивается специфическими признаками или действиями, описанными выше. Напротив, специфические признаки и действия, описанные выше, раскрываются как пример форм реализации формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к скважинному инструменту для проведения геолого-технических мероприятий (ГТМ) таких как, например: установка или извлечение пробки, открытие/закрытие клапана, резка труб, выполнение работ по очистке скважины. Предложенный инструмент (100) ГТМ для использования внутри ствола скважины содержит блок (70) ГТМ на каротажном кабеле для проведения работ в забое скважины и приводной электронный блок (40), связанный с блоком ГТМ и выполненный с возможностью его управления. При этом инструмент также содержит один или несколько датчиков (25, 45, 65, 85), измеряющих, по меньшей мере, один рабочий параметр ГТМ в процессе их проведения. Кроме того, инструмент содержит линейный исполнительный блок, соединенный с приводным блоком и сконфигурированный для линейного смещения блока ГТМ, и заанкеривающую систему, связанную с приводным электронным блоком. Геолого-технические мероприятия оптимизируют на основе, по меньшей мере, одного измеренного рабочего параметра. Предложенное изобретение обеспечивает мониторинг параметров работ в процессе проведения ГТМ в скважине. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула