專利名稱:井眼遙測(cè)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在井眼操作中使用的遙測(cè)系統(tǒng)和方法。更具體而言,本發(fā)明涉及在地表單元和向下打眼工具之間傳送信號(hào)的井眼遙測(cè)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù):
可以鉆出井眼來定位和生產(chǎn)烴類物質(zhì)。典型地,通過使在一端具有鉆頭的向下打眼鉆探工具前進(jìn)到土地中來形成井眼。當(dāng)鉆探工具前進(jìn)時(shí),鉆探漿(“泥漿”)通過鉆探工具中的一個(gè)或多個(gè)通道從地表泥漿坑泵出并泵出鉆頭。離開鉆頭的泥漿流回地表以返回到泥漿坑中,并且可以通過鉆探工具再循環(huán)。這樣,鉆探泥漿冷卻鉆探工具,攜帶切屑和其他碎屑離開鉆探工具,并漿切屑和其他碎屑沉積在泥漿坑中。如所知,除了由泵入井眼中的泥漿執(zhí)行的冷卻和清潔操作外,泥漿還形成襯墊井眼的泥餅,其除了其他功能外可以減小鉆柱和地下地層之間的摩擦。
在鉆探操作(即向下打眼鉆探工具的前進(jìn))期間,向下打眼鉆探工具和基于地表的處理單元和/或其他地表設(shè)備之間的通信可以使用遙測(cè)系統(tǒng)來進(jìn)行。通常,這樣的遙測(cè)系統(tǒng)能夠在向下打眼鉆探工具/井底組件(BHA)和地表設(shè)備之間進(jìn)行電能、數(shù)據(jù)、命令和/或任何其他信號(hào)或信息的傳送。因此,遙測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)⑴c井眼和/或向下打眼鉆探工具的狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到地表設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步處理、顯示等,并且還能夠經(jīng)由從(多個(gè))地表設(shè)備發(fā)送到向下打眼鉆探工具的命令和/或其他信息來控制向下打眼鉆探工具的操作。
圖1中描繪了一種已知的井眼遙測(cè)系統(tǒng)100。在美國(guó)專利No.5,517,464中可找到這種已知系統(tǒng)的更信息描述,該專利通過引用而整體包含于此。參照?qǐng)D1,鉆機(jī)10包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)12以提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩給鉆柱14。鉆柱14的下端延伸到井眼30中并且載有鉆頭16以鉆探地下地層18。在鉆探操作期間,鉆探泥漿20經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)泵24(例如,往復(fù)活塞泵)從地表29上的泥漿坑22抽出。鉆探泥漿20通過泥漿管路26向下流動(dòng)通過鉆柱14、通過鉆頭16、并且經(jīng)由鉆柱14和井眼30的壁之間的環(huán)形空間返回地表29。在到達(dá)地表29時(shí),鉆探泥漿20通過管路32排出到泥漿坑22中,使得在鉆探泥漿20被再循環(huán)之前泥漿中攜帶的巖石和/或其他鉆井碎屑可以沉積到泥漿坑22的底部。
如圖1所示,向下打眼隨鉆測(cè)量(MWD)工具34在鉆探16附近包括在鉆柱14中,用于獲取和傳遞向下打眼數(shù)據(jù)或信息。MWD工具34包括電子傳感器封裝36和泥漿流井眼遙測(cè)設(shè)備38。泥漿流遙測(cè)設(shè)備38可以選擇性地阻止泥漿20流過鉆柱14以改變泥漿管路26中的壓力。換言之,井眼遙測(cè)設(shè)備38可以用來調(diào)制泥漿20的壓力以從傳感器封裝36傳遞數(shù)據(jù)到地表29。被調(diào)制的壓力改變由兩者均耦合到處理器(未示出)的壓力轉(zhuǎn)換器40和泵活塞傳感器42檢測(cè)到。處理器翻譯被調(diào)制的壓力變化以重建由傳感器封裝36收集并發(fā)送的數(shù)據(jù)。在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利No.5,375,098中詳細(xì)描述了壓力波形的調(diào)制和解調(diào),該專利通過引用而整體包含于此。
除了圖1描繪的已知泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)100外,其他井眼遙測(cè)系統(tǒng)也可以用來建立向下打眼工具和地表單元之間的通信。已知遙測(cè)系統(tǒng)的示例包括美國(guó)專利No.6,641,434中描述的有線鉆探管井眼遙測(cè)系統(tǒng)、美國(guó)專利No.5,624,051中描述的電磁井眼遙測(cè)系統(tǒng)、已公開PCT專利申請(qǐng)No.WO2004085796中描述的聲學(xué)井眼遙測(cè)系統(tǒng),它們?nèi)客ㄟ^引用而整體包含于此。使用數(shù)據(jù)傳送或通信設(shè)備(例如耦合到傳感器的收發(fā)器)的其他示例也已經(jīng)用來在向下打眼工具和地表單元之間傳送電能和/或數(shù)據(jù)。
盡管井眼操作中井眼遙測(cè)設(shè)備有這些發(fā)展和進(jìn)步,仍然存在對(duì)井眼操作有額外可靠性和井眼遙測(cè)能力的需要。如同許多其他井眼設(shè)備一樣,井眼遙測(cè)設(shè)備有時(shí)發(fā)生故障。此外,由許多已知井眼遙測(cè)設(shè)備提供的電能可能不足以向期望的井眼操作提供電能。已經(jīng)做出努力在向下打眼工具中使用兩種不同的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備。特別地,不同泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備中的每一個(gè)典型地位于向下打眼工具中并且可通信地連接到各自不同地地表單元。這樣的井眼遙測(cè)工具同時(shí)或不同時(shí)地并且以不同頻率地運(yùn)行。還已經(jīng)做出努力來開發(fā)雙通道向下打眼井眼遙測(cè),以經(jīng)由通信通道傳遞數(shù)據(jù)流而被獨(dú)立翻譯,如美國(guó)專利No.6,909,667中描述。
盡管井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的上述進(jìn)步,仍然需要提供能夠提供增加的可靠性、增大的速度和增大的電能能力的井眼遙測(cè)系統(tǒng)。如以下信息描述中闡明的那樣,示例方法和裝置能夠使得遙測(cè)系統(tǒng)在一個(gè)或多個(gè)頻率下操作并提供增大的帶寬。此外,下述示例方法和裝置能夠使得多種不同的井眼遙測(cè)設(shè)備與大量的一個(gè)或多個(gè)向下打眼部件(例如信息評(píng)價(jià)工具)結(jié)合,來提供執(zhí)行井眼操作的靈活性。此外,下述示例方法和裝置提供了備用井眼遙測(cè)能力,能夠進(jìn)行多個(gè)相同或非常相似的井眼遙測(cè)工具的操作,能夠產(chǎn)生比較性井眼測(cè)量值,能夠啟動(dòng)多個(gè)井眼遙測(cè)工具,增大一個(gè)或多個(gè)向下打眼工具與一個(gè)或多個(gè)地表單元之間通信的可用帶寬和/或數(shù)據(jù)傳遞率,并且能夠使井眼遙測(cè)工具適應(yīng)不同和/或變化的井眼狀況。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)公開示例,一種用于井場(chǎng)(該井場(chǎng)具有在井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具)的井眼通信系統(tǒng)包括布置在所述向下打眼工具中的第一泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備。此示例系統(tǒng)還可以包括布置在所述井眼中與泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備不同的至少一個(gè)額外的遙測(cè)設(shè)備。此外,示例系統(tǒng)可以包括壓力轉(zhuǎn)換器或壓力傳感器中的至少一者,以檢測(cè)由所述泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備中的至少一個(gè)提供的調(diào)制壓力。
在另一個(gè)公開示例中,一種用于井場(chǎng)(該井場(chǎng)具有在井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具)的井眼通信系統(tǒng)包括多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)。所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)可以包括有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)。此示例系統(tǒng)還可以包括與所述多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)通信的至少一個(gè)地表單元。
在又一個(gè)公開示例中,一種用于井場(chǎng)(該井場(chǎng)具有在井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具)的井眼通信系統(tǒng)包括測(cè)量至少一個(gè)井眼參數(shù)的至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件。此示例系統(tǒng)還可以包括多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)。所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)可以與所述至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件通信以從其接收數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)傳送到地表單元。
在又一個(gè)公開示例中,一種在地表位置和井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具之間進(jìn)行通信的方法使用位于所述向下打眼工具中的至少一個(gè)向下打眼部件來評(píng)價(jià)地下地層。所述向下打眼工具可以包括多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)。此示例方法還可以經(jīng)由所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)選擇性地從所述至少一個(gè)向下打眼部件傳送數(shù)據(jù)到地表單元。
圖1是連接到鉆柱并配備為從鉆機(jī)到井眼中的已知隨鉆測(cè)量工具和井眼遙測(cè)設(shè)備的局部剖視示意圖。
圖2是包括向下打眼工具的示例遙測(cè)系統(tǒng)的局部剖視示意圖,該向下打眼工具帶有多個(gè)泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備。
圖3是包括向下打眼工具的另一個(gè)示例遙測(cè)系統(tǒng)的局部剖視示意圖,該向下打眼工具帶有有線鉆探管井眼遙測(cè)設(shè)備。
圖4是包括向下打眼工具的另一個(gè)示例遙測(cè)系統(tǒng)的局部剖視示意圖,該向下打眼工具帶有泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備和電磁井眼遙測(cè)設(shè)備。
圖5是包括向下打眼工具的另一個(gè)示例遙測(cè)系統(tǒng)的局部剖視示意圖,該向下打眼工具帶有多個(gè)向下打眼部件和多個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
特定示例示出在上述附圖中并以下將詳細(xì)描述。在描述這些示例時(shí),相似或相同的標(biāo)號(hào)用于標(biāo)示相同或類似元件。附圖不一定按比例繪制,并且附圖的特定特征和特定視圖可以在比例上放大或示意性地示出以便于清楚和/或簡(jiǎn)化。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2,示出了具有多個(gè)遙測(cè)設(shè)備地泥漿脈沖井眼遙測(cè)系統(tǒng)200。與圖1的已知系統(tǒng)100相反,示例井眼遙測(cè)系統(tǒng)200包括兩個(gè)MWD工具234a和234b、兩個(gè)泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b、兩個(gè)轉(zhuǎn)換器240a和240b、以及兩個(gè)傳感器242a和242b。此外,MWD工具234a和234b可以經(jīng)由泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b與單個(gè)地表計(jì)算機(jī)或單元202通信。從圖2的示例系統(tǒng)200可以看出,泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b相同或基本上相同,MWD工具234a和234b相同或基本上相同,并且設(shè)備238a和238b以及工具234a和234b位于單個(gè)向下打眼工具201(即相同向下打眼工具)內(nèi)。
地表單元或計(jì)算機(jī)202可以使用任何期望的硬件和/或軟件組合來實(shí)現(xiàn)。例如,個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)、工作站平臺(tái)等可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如,磁或光硬盤、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器等)上存儲(chǔ)并執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件例程、程序、機(jī)器可讀代碼或指令等,來執(zhí)行此處所述的操作。附加地或者替代地,地表單元或者計(jì)算機(jī)202可以使用專用硬件或者邏輯電路,例如專用集成電路、配置可編程邏輯控制器、離散邏輯電路、模擬電路、無源電器件等,來執(zhí)行此處所述的功能或操作。
此外,雖然在圖2的示例中地表單元202被描繪為較接近鉆機(jī)10,但地表單元202的一部分或者整體也可以替代地位于離鉆機(jī)10較遠(yuǎn)。例如,地表單元202可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)無線或硬連線通信鏈路的任意組合(未示出)可操作和/或可通信地耦合導(dǎo)井眼遙測(cè)系統(tǒng)200。這樣的通信鏈路可以包括使用任何期望的通信協(xié)議經(jīng)由分組交換網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng))、硬連線電話線路、蜂窩通信鏈路和/或其他基于無線電頻率的通信鏈路等進(jìn)行的通信。
詳細(xì)地參照?qǐng)D2,MWD工具234a和234b可以使用用來實(shí)現(xiàn)圖1的MWD工具34的相同(多個(gè))設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。類似地,泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b可以使用用來實(shí)現(xiàn)圖1的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備38的相同(多個(gè))設(shè)備來實(shí)現(xiàn)??梢杂脕砘蛘呖梢赃m于實(shí)現(xiàn)設(shè)備38、238a和238b的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備的示例在美國(guó)專利No.5,517,464中進(jìn)行了描述,該專利先前已經(jīng)通過引用而包含進(jìn)來。
在操作中,圖2的示例井眼遙測(cè)系統(tǒng)200使用泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b以在井眼30的環(huán)形空間28中流動(dòng)的泥漿20中產(chǎn)生信號(hào)(例如(例如調(diào)制壓力信號(hào))。這些產(chǎn)生的信號(hào)(例如停止或變化的壓力信號(hào))可以由一個(gè)或多個(gè)壓力轉(zhuǎn)換器240a和240b和/或壓力傳感器242a和242b檢測(cè)并由地表單元202分析,以提取或者獲得與向下打眼工具201的(多個(gè))操作狀況(例如MWD工具234a和234b之一或兩者)、井眼30中的狀況和/或任何其他期望的向下打眼信息相關(guān)的數(shù)據(jù)或其他信息。這樣,可以在向下打眼工具201與地表單元202之間以及由此在MWD工具234a和234b與地表單元202之間建立通信。更一般地,向下打眼工具201和地表單元202之間的這種通信可以使用上行鏈路或下行鏈路系統(tǒng)來建立。此外,雖然結(jié)合圖2的示例遙測(cè)系統(tǒng)200描述了泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b,但其他類型的井眼遙測(cè)設(shè)備可以采用來代替泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b或者作為其補(bǔ)充。例如,可以使用一個(gè)或多個(gè)泥漿報(bào)警器、正脈沖泥漿流遙測(cè)設(shè)備、和/或負(fù)脈沖泥漿流遙測(cè)設(shè)備。
通常,此處描述的示例井眼遙測(cè)系統(tǒng)可以使用相對(duì)于向下打眼工具布置或定位在各種配重中的遙測(cè)設(shè)備。在圖2的示例中,遙測(cè)設(shè)備238a和238b之一或兩者可以可操作地或者可通信地耦合到相同(即單個(gè))MWD工具(例如工具234a或工具234b)。或者,遙測(cè)設(shè)備238a和238b中的每個(gè)可以可操作地或者可通信地耦合到各自不同的工具。例如,遙測(cè)設(shè)備238a可以可通信地或者可操作地耦合到MWD工具234a,而遙測(cè)設(shè)備238b可以可通信地或者可操作地耦合到MWD工具234b,如圖2所示。如以下詳細(xì)討論,遙測(cè)設(shè)備238a和238b之一或兩者可以可通信地或者可操作地耦合到一個(gè)或多個(gè)額外的向下打眼部件。
再次參照?qǐng)D2的示例系統(tǒng)200的操作,泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b可以通過改變流過遙測(cè)設(shè)備238a和238b的泥漿流來發(fā)送上行鏈路信號(hào)(例如,沿著環(huán)形空間28傳送到地表29的變化或者調(diào)制的壓力信號(hào))。這樣的上行鏈路信號(hào)(例如變化或調(diào)制的壓力信號(hào))由壓力轉(zhuǎn)換器240a和240b和/或壓力傳感器242a和242b感應(yīng)或檢測(cè)到。特別地,由遙測(cè)設(shè)備238a產(chǎn)生的上行鏈路信號(hào)可以由轉(zhuǎn)換器240a和/或壓力傳感器242a檢測(cè)或感應(yīng)到。類似地,由遙測(cè)設(shè)備238b產(chǎn)生的上行鏈路信號(hào)可以由轉(zhuǎn)換器240b和/或壓力傳感器242b檢測(cè)或感應(yīng)到。壓力轉(zhuǎn)換器240a和240b可以使用用于實(shí)現(xiàn)圖1的壓力轉(zhuǎn)換器40相同或者相似的設(shè)備來實(shí)現(xiàn),并且傳感器242a和242b可以使用用于實(shí)現(xiàn)圖1的傳感器42相同或相似的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
圖3是另一個(gè)示例遙測(cè)系統(tǒng)300的局部剖視示意圖,該示例遙測(cè)系統(tǒng)300包括具有有線鉆探管井眼遙測(cè)系統(tǒng)或設(shè)備348的向下打眼工具301。與圖1所示的已知泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)100相反,示例遙測(cè)系統(tǒng)300利用容納在MWD工具334中的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備338并包括有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)348。
如圖3所示,MWD工具334和泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備338可以定位在向下打眼工具301中。MWD工具334可以使用與用于實(shí)現(xiàn)圖1的MWD工具34和/或圖2的MWD工具234a和234b相似或相同的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。類似地,泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備338可以使用與用于實(shí)現(xiàn)圖1的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備38和/或圖2的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備238a和238b相似或相同的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。此外,地表單元或計(jì)算機(jī)302可以用類似于結(jié)合圖2描述的地表單元或計(jì)算機(jī)202相似的方式來實(shí)現(xiàn)。因此,地表單元302可以經(jīng)由泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備338可操作地或可通信地耦合到MWD工具334,和/或可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通信鏈路(未示出)可操作地或可通信地耦合到有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)348。與圖2地示例系統(tǒng)200一樣,地表單元或計(jì)算機(jī)302可以靠近鉆機(jī)10,或者替代地地表單元或計(jì)算機(jī)302地一部分或整體可以相對(duì)于鉆機(jī)10遠(yuǎn)離地定位。
詳細(xì)地參照有線鉆探管井眼遙測(cè)系統(tǒng)348,在圖3的示例中可以看出系統(tǒng)348基本上完全延伸通過鉆柱14。在美國(guó)專利No.6,641,434中描述了可以用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)348的有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)的示例,該專利之前已通過引用而包含進(jìn)來。如圖3所示,有線鉆探管井眼遙測(cè)系統(tǒng)348包括位于形成或構(gòu)成鉆柱14的每個(gè)鉆探管350中的多條或一系列導(dǎo)線352。耦合器354位于鉆探管350的每個(gè)端部處,使得當(dāng)管350被連接、接合或者耦合時(shí),鉆柱14提供通過鉆柱14延伸的硬連線通信鏈路。雖然在圖3中有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)348被描繪為基本上完全延伸通過鉆柱14到MWD工具334,但有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)348也可以替代地僅部分延伸通過鉆柱14。
在操作期間,泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備338和有線鉆探管系統(tǒng)348中的任一個(gè)或者兩者可以被用來使得能夠進(jìn)行向下打眼工具301(例如MWD工具334)和地表單元302之間的通信。根據(jù)鉆機(jī)10的具體操作模式和/或向下打眼或其他環(huán)境狀況,設(shè)備338或系統(tǒng)348可以最好地適應(yīng)來傳送數(shù)據(jù)到地表單元302。替代地或者附加地,設(shè)備338和系統(tǒng)348兩者都可以同時(shí)地用來在地表單元302和向下打眼工具301之間傳送信息。在此情況下,所傳送的信息可以涉及相同的向下打眼(多個(gè))參數(shù)或(多個(gè))狀況或者不同的(多個(gè))參數(shù)或(多個(gè))狀況。
圖4是另一個(gè)示例遙測(cè)系統(tǒng)400的局部剖視示意圖,此示例遙測(cè)系統(tǒng)400包括具有泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備438和電磁井眼遙測(cè)設(shè)備448的向下打眼工具401。分別與圖2和3所示的系統(tǒng)200和300相似,系統(tǒng)400包括可以與向下打眼工具401和/或其他向下打眼部件通信并分析從其獲得的信息的地表單元或計(jì)算機(jī)402。這樣,地表單元402可以經(jīng)由例如泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備438可操作地或者以其他方式耦合到MWD工具434。此外,如同其他系統(tǒng)200和300,地表單元402可以如圖所示地接近鉆機(jī)10,或者地表單元402地一部分或整體可以相對(duì)于鉆機(jī)10遠(yuǎn)離地定位并經(jīng)由例如無線和硬連線通信鏈路的任何組合可通信地耦合到系統(tǒng)400。
泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備438位于向下打眼工具401中并且可以使用與用于實(shí)現(xiàn)圖1的設(shè)備38、圖2的設(shè)備238a和238b和/或圖3的設(shè)備338相同或相似的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。此外,MWD工具434位于向下打眼工具401中并且可以使用與用于實(shí)現(xiàn)圖2的工具234a和234b和/或圖3的工具334相同或相似的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
電磁井眼遙測(cè)系統(tǒng)448包括向下打眼收發(fā)器454和地表收發(fā)器452。美國(guó)專利No.5,624,051中描述了可以用于實(shí)現(xiàn)圖4的系統(tǒng)448的電磁井眼遙測(cè)系統(tǒng)的示例,該專利之前已通過引用而包含于此。如圖4中示例所示,電磁井眼遙測(cè)系統(tǒng)448還設(shè)置有間隙套環(huán)450,其位于向下打眼工具401中以增強(qiáng)在收發(fā)器452和454之間傳送的電磁信號(hào)。在美國(guó)專利No.5,396,232中描述了可以用于實(shí)現(xiàn)套環(huán)450的間隙套環(huán)的示例。
雖然圖2-4中描繪的示例系統(tǒng)包括特定組合的泥漿脈沖遙測(cè)、有線鉆探管遙測(cè)和電磁遙測(cè)系統(tǒng),這些系統(tǒng)的其他組合也可以用來實(shí)現(xiàn)相同或類似結(jié)果。例如,使用泥漿報(bào)警器、正和/或負(fù)脈沖遙測(cè)設(shè)備、聲學(xué)遙測(cè)設(shè)備、扭力波遙測(cè)設(shè)備或任何其他(多個(gè))遙測(cè)設(shè)備的井眼遙測(cè)系統(tǒng)可以用來代替圖2-4所示的那些或者作為其補(bǔ)充,以與地表單元或計(jì)算機(jī)通信。此外,通信鏈路(例如無線、硬連線)的各種組合可以用來提供地表單元和遙測(cè)設(shè)備之間的選擇性通信以適合于特定應(yīng)用的需要。
此外,應(yīng)當(dāng)理解與此處描述的示例一起使用的遙測(cè)設(shè)備或其任何組合可以位于向下打眼工具附近的各種配重中。例如,這些設(shè)備可以定位成彼此相鄰,或者替代地離開一定的期望距離,或者在有或沒有部件置于其間的情況下間隔開。遙測(cè)設(shè)備可以如示例中所示地豎直定向,或者設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)可以倒置。
圖5是另一個(gè)示例遙測(cè)系統(tǒng)500的局部剖視示意圖,此示例遙測(cè)系統(tǒng)500包括具有多個(gè)向下打眼部件和多個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備的向下打眼工具501。如圖5的示例系統(tǒng)500所示,向下打眼工具501包括兩個(gè)MWD工具534a和534b、兩個(gè)泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備538a和538b、兩個(gè)壓力轉(zhuǎn)換器540a和540b以及兩個(gè)傳感器542a和542b。
可以分別與圖2、3和4中的示例地表單元202、302和402相似或相同的地表單元或計(jì)算機(jī)502可以可通信地和/或可操作地耦合到遙測(cè)設(shè)備538a和538b和/或向下打眼部件548a和548b。如同其他示例地表單元202、302和402,示例地表單元502可以接近(例如在現(xiàn)場(chǎng))鉆機(jī)10或者相對(duì)于鉆機(jī)10遠(yuǎn)離地定位(例如非現(xiàn)場(chǎng)),并且可操作地和/或可通信地經(jīng)由任何期望地通信鏈路(未示出)耦合到遙測(cè)系統(tǒng)、MWD工具534a和534b和/或泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備538a和538b。MWD工具534a和534b可以使用與用來實(shí)現(xiàn)MWD工具34、234a、234b、334和/或434相似或相同的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。類似地,泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備538a和538b可以使用與用于實(shí)現(xiàn)泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備38、238a、238b、338和/或438相似或相同的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
如圖5所示,向下打眼工具501容納MWD工具534a和534b、泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備538a和538b、以及向下打眼部件548a和548b。在圖5的示例中,向下打眼部件548a和548b被描繪為地層評(píng)價(jià)工具,其可以用于測(cè)試和/或采樣來自環(huán)境地層的流體。在公開的美國(guó)專利申請(qǐng)No.2005/01109538中描述了可以用來實(shí)現(xiàn)工具548a和548b的這種地層評(píng)價(jià)工具的示例,該專利通過引用而整體包含于此。如圖所示,向下打眼部件548a和548b包括具有探頭554a和554b以將流體抽入向下打眼工具501中的穩(wěn)定器葉片552a和552b,和幫助驅(qū)動(dòng)探頭554a和554b克服井眼30的壁而到位的備用活塞550a和550b。地層評(píng)價(jià)部件548a和548b可以使得能夠進(jìn)行各種壓力測(cè)試和/或采樣過程。雖然圖5的示例描繪了向下打眼工具501中的兩個(gè)地層評(píng)價(jià)部件,也可以使用一個(gè)或者多于兩個(gè)地層評(píng)價(jià)部件。
在圖5的示例中,井眼遙測(cè)設(shè)備538a和538b可操作地耦合到各自的向下打眼部件548a和548b。但是,一個(gè)或多個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備可以耦合到一個(gè)或多個(gè)向下打眼部件。例如,兩個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備可以耦合到相同的向下打眼部件,或者每個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備可以耦合到單個(gè)不同的向下打眼部件。此外,多個(gè)地層評(píng)價(jià)部件可以耦合到井眼遙測(cè)設(shè)備538a和538b之一或兩者。當(dāng)在本申請(qǐng)中使用時(shí),“地層評(píng)價(jià)部件”是指在鉆探、測(cè)量抵抗力、核磁測(cè)量值的同時(shí)用于進(jìn)行諸如采樣、檢測(cè)地層壓力的地層評(píng)價(jià)的設(shè)備,或者用于評(píng)價(jià)地下地層的任何其他向下打眼工具。
諸如此處結(jié)合示例系統(tǒng)描述的那些方案的多個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備和/或系統(tǒng)可以用于提供具有執(zhí)行獨(dú)立或綜合向下打眼操作的能力的向下打眼工具。例如,一個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)和/或遙測(cè)設(shè)備可以與向下打眼地層評(píng)價(jià)部件結(jié)合使用來執(zhí)行各種測(cè)試操作,而第二遙測(cè)設(shè)備可以用于執(zhí)行抵抗力操作。可以按照需要設(shè)置額外的井眼遙測(cè)系統(tǒng)和/或設(shè)備。在某些情況下,可能期望使用與特定向下打眼部件結(jié)合的特定井眼遙測(cè)系統(tǒng)來執(zhí)行特定的向下打眼操作。
使用井眼遙測(cè)系統(tǒng)獲得的測(cè)量值可以進(jìn)行比較與分析。這樣,雙重的或者冗余的測(cè)量值可以用于校準(zhǔn)和/或驗(yàn)證目的。此外,雙重的或者冗余的測(cè)量值可以在不同位置處(在相同或不同的時(shí)間下)獲得以確定不同向下打眼位置處的地層差異。通過不同部件獲得的測(cè)量值也可以被分析以確定例如性能能力和/或地層屬性。
井眼遙測(cè)設(shè)備的個(gè)別或單個(gè)功能性也可以用來按照需要供應(yīng)和/或增強(qiáng)向下打眼/BHA中的儀器或工具的電能能力,以執(zhí)行連續(xù)的或額外的操作。例如,如本領(lǐng)域中已知的那樣,此處公開的系統(tǒng)的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)為具有電源(例如蓄電池)或者電力發(fā)電機(jī)(例如泥漿渦輪機(jī))以提供期望的能量。其他實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)為使用此處公開的有線鉆探管系統(tǒng)經(jīng)由電磁能量傳送來進(jìn)行電能傳遞。
多個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備也可以用來增大到地表的數(shù)據(jù)傳輸速率和/或消除向下打眼工具中對(duì)蓄電池的需要。使用多個(gè)向下打眼遙測(cè)設(shè)備還可以在一個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障或由于其他原因不能正常工作的情況下提供備用系統(tǒng)。此外,在使用兩個(gè)不同井眼遙測(cè)系統(tǒng)和/或設(shè)備的情況下,可以按照期望或需要采用替代類型的通信以在向下打眼工具和地表單元之間提供更有效的通信。此外,任何期望的通信介質(zhì)(例如包括空氣、甲烷、氮?dú)獾臍怏w/氣體混合物、泥漿等)或介質(zhì)組合可以用于實(shí)現(xiàn)此處描述的遙測(cè)系統(tǒng)。例如,無線和/或硬連線介質(zhì)的任何組合可以用于適應(yīng)特定應(yīng)用的需要。更具體而言,無線介質(zhì)可以包括鉆探泥漿、電磁信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)等,并且硬連線介質(zhì)可以包括有線鉆探管和/或使用電導(dǎo)體的任何其他介質(zhì)。在某些情況下,尤其是當(dāng)在平衡鉆探下運(yùn)行時(shí),象氮?dú)獾亩栊詺怏w、甲烷或空氣被混合以減小泥漿的重量。如果在泥漿系統(tǒng)中存在過量其他,泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)通常不能工作。在某些情況下僅加壓氣體用于鉆探。在這些情況下,可以使用本發(fā)明的電磁和/或有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)。這些遙測(cè)系統(tǒng)或多個(gè)電磁或其他遙測(cè)設(shè)備的組合也可以如此處公開那樣被使用。
如結(jié)合圖2、3、4和5地示例所述,地表單元202、302、402和/或502可以定位為在現(xiàn)場(chǎng)或非現(xiàn)場(chǎng)(例如相對(duì)于鉆機(jī)),并且可以經(jīng)由通信鏈路(未示出)可通信地和/或可操作地耦合到一個(gè)或多個(gè)不同的向下打眼工具。通信鏈路可以使用能夠在井眼遙測(cè)設(shè)備和地表單元或計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的任何期望的無線和/或硬連線鏈路。在這些示例中,通信鏈路可以經(jīng)由諸如壓力轉(zhuǎn)換器之類的中間設(shè)備耦合到井眼遙測(cè)設(shè)備。通信鏈路提供了用于在井眼遙測(cè)設(shè)備和地表計(jì)算機(jī)之間傳遞諸如命令、數(shù)據(jù)、電力的信號(hào)或其他信號(hào)的裝置。這些信號(hào)可以用于控制向下打眼工具和/或恢復(fù)由向下打眼工具收集的數(shù)據(jù)。優(yōu)選但非必須地,信號(hào)被實(shí)時(shí)傳遞以提供快速有效的數(shù)據(jù)收集、工具操作和/或?qū)蹱顩r的響應(yīng)。
一個(gè)或多個(gè)通信鏈路可以被提供以可操作地將(多個(gè))井眼遙測(cè)系統(tǒng)和/或設(shè)備耦合到一個(gè)或多個(gè)地表單元。這樣,每個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備和/或系統(tǒng)可以選擇性地與一個(gè)或多個(gè)地表單元通信。或者,這樣的鏈路可以耦合(多個(gè))井眼遙測(cè)系統(tǒng)和/或設(shè)備。(多個(gè))遙測(cè)設(shè)備可以經(jīng)由井眼遙測(cè)系統(tǒng)與地表通信。各種通信鏈路可以被提供以使得井眼遙測(cè)設(shè)備和/或系統(tǒng)可以與彼此和/或(多個(gè))地表單元獨(dú)立地、同時(shí)或基本上同時(shí)地、交替地(例如當(dāng)一個(gè)遙測(cè)設(shè)備主動(dòng)通信時(shí),其他遙測(cè)設(shè)備不主動(dòng)通信)和/或在選擇(例如預(yù)定)時(shí)間幀或者間隔期間通信。
經(jīng)由此處說明地示例井眼遙測(cè)系統(tǒng)傳送的信號(hào)和/或其他通信可以被使用或者操縱來允許高效的數(shù)據(jù)或信息的流。例如,示例遙測(cè)設(shè)備和/或系統(tǒng)可以選擇性地操作來從向下打眼工具傳遞數(shù)據(jù)到地表單元或計(jì)算機(jī)。這樣數(shù)據(jù)可以以相似或不同頻率、同時(shí)或基本同時(shí)地和/或獨(dú)立地從遙測(cè)設(shè)備和/或系統(tǒng)被傳遞。這些數(shù)據(jù)和/或信號(hào)可以被選擇性地操縱、分析或進(jìn)行其他處理以產(chǎn)生優(yōu)化的和/或期望的數(shù)據(jù)輸出。這些數(shù)據(jù)(例如輸出數(shù)據(jù))可以被比較(例如同參考值、閾值等)和/或分析以確定井場(chǎng)狀況,該狀況可以被用來調(diào)節(jié)操作狀況、定位有價(jià)值的烴類物質(zhì)、和/或執(zhí)行任何其他期望的操作或功能。
從上述說明將理解到,此處說明的示例系統(tǒng)和方法可以從提供的具體實(shí)施例被改進(jìn)。例如,此處說明的通信鏈路可以是有線的或者無線的。此處說明的示例設(shè)備可以手動(dòng)地和/或自動(dòng)地促動(dòng)或操作以執(zhí)行期望的操作??梢园凑招枰?或基于從向下打眼操作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、檢測(cè)到的狀況和/或獲得的結(jié)果來進(jìn)行這樣的變化。
因此所提供的上述說明和示例系統(tǒng)與方法僅僅是出于舉例說明目的而不應(yīng)被理解為限制性的。因此,雖然此處以及說明了一定的設(shè)備和方法,本發(fā)明的覆蓋范圍不限于它們。相反,本發(fā)明覆蓋從字面上或者按照等同原則公正地落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于井場(chǎng)的井眼通信系統(tǒng),該井場(chǎng)具有在井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具,所述通信系統(tǒng)包括布置在所述向下打眼工具中的第一泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備;布置在所述井眼中與泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備不同的至少一個(gè)額外的遙測(cè)設(shè)備;和壓力轉(zhuǎn)換器或壓力傳感器中的至少一者,以檢測(cè)由所述泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備提供的調(diào)制壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng),還包括與所述遙測(cè)設(shè)備中的至少一個(gè)通信的地表單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng),還包括執(zhí)行向下打眼操作的至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信系統(tǒng),其中所述至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件可操作地耦合到所述遙測(cè)設(shè)備中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng),其中所述至少一個(gè)額外的遙測(cè)設(shè)備包括遙測(cè)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng),所述至少一個(gè)額外的遙測(cè)設(shè)備包括電磁井眼遙測(cè)系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng),所述至少一個(gè)額外的遙測(cè)設(shè)備包括有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng),還包括位于所述向下打眼工具中的至少一個(gè)額外的泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備。
9.一種用于井場(chǎng)的井眼通信系統(tǒng),該井場(chǎng)具有在井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具,所述通信系統(tǒng)包括多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)包括有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng);和與所述多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)通信的至少一個(gè)地表單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通信系統(tǒng),其中所述多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)包括另一有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)、泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)或電磁遙測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的通信系統(tǒng),還包括執(zhí)行向下打眼操作的至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通信系統(tǒng),其中所述至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件可操作地耦合到所述遙測(cè)設(shè)備中的至少一個(gè)。
13.一種用于井場(chǎng)的井眼通信系統(tǒng),該井場(chǎng)具有在井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具,所述通信系統(tǒng)包括測(cè)量至少一個(gè)井眼參數(shù)的至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件;和多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)與所述至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件通信以從其接收數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)傳送到地表單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的通信系統(tǒng),其中所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)包括泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)、電磁遙測(cè)系統(tǒng)或有線鉆探管遙測(cè)系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的通信系統(tǒng),其中每個(gè)地層評(píng)價(jià)工具可操作地耦合到各個(gè)井眼遙測(cè)設(shè)備。
16.一種在地表位置和井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具之間進(jìn)行通信的方法,所述方法包括使用位于所述向下打眼工具中的至少一個(gè)向下打眼部件來評(píng)價(jià)地下地層,其中所述向下打眼工具包括多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng);和經(jīng)由所述井眼遙測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)選擇性地從所述至少一個(gè)向下打眼部件傳送數(shù)據(jù)到地表單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中同時(shí)從每個(gè)向下打眼部件傳送所述數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中從至少兩個(gè)向下打眼部件在不同時(shí)間傳送所述數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,還包括在井眼遙測(cè)設(shè)備之間傳送所述數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,還包括分析從所述至少一個(gè)地層評(píng)價(jià)部件收集來地?cái)?shù)據(jù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法,其中比較來自每個(gè)地層評(píng)價(jià)部件的數(shù)據(jù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,還包括使用所述多個(gè)井眼遙測(cè)系統(tǒng)之一向向下打眼工具供應(yīng)電能。
23.一種井眼遙測(cè)系統(tǒng),包括第一井眼遙測(cè)設(shè)備,其耦合到向下打眼工具并適于使用通信介質(zhì)來與地表計(jì)算機(jī)通信;和第二井眼遙測(cè)設(shè)備,其耦合到所述向下打眼工具并適于使用所述通信介質(zhì)、有線鉆探管通信鏈路、或電磁通信鏈路之一與所述地表計(jì)算機(jī)通信。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述向下打眼工具包括至少兩個(gè)隨鉆測(cè)量工具。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述通信介質(zhì)包括井眼中的泥漿。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述通信介質(zhì)包括井眼中的泥漿和氣體的混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述通信介質(zhì)包括井眼中的主要由氮?dú)?、甲烷或空氣?gòu)成的氣體。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的井眼遙測(cè)系統(tǒng),其中所述第一和第二井眼遙測(cè)設(shè)備包括泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備、報(bào)警器、正脈沖設(shè)備或負(fù)脈沖設(shè)備中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種用于井場(chǎng)的井眼通信系統(tǒng)和方法,該井場(chǎng)具有從鉆機(jī)到井眼中用來穿透地下地層的向下打眼工具。通信系統(tǒng)的一個(gè)示例包括位于向下打眼工具中的第一泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備和位于該向下打眼工具中的至少一個(gè)額外的非泥漿脈沖遙測(cè)設(shè)備。此示例系統(tǒng)還包括適于檢測(cè)由遙測(cè)設(shè)備中的至少一個(gè)提供的調(diào)制壓力的壓力轉(zhuǎn)換器或壓力傳感器中的至少一者。
文檔編號(hào)E21B47/12GK1891977SQ20061010312
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者B·克拉克, L·約翰斯頓, R·哈丁, N·G·帕考爾特, P·A·科德薩爾, S·R·戈麥斯, R·P·萊布蘭克 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司