專利名稱：井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的用于特別是在緊急情況期間或之后確定井內(nèi)情況的改進系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于油井和氣井而言，鉆孔的鉆探是一項復雜而昂貴的任務，在該任務中需要利用蓄水池特征，使得井被設計和定位成以便盡可能高效率地重新獲得碳氫化合物。首先將鉆孔鉆出一定深度，并且將套管柱插入鉆孔內(nèi)。然后，通常將套管和鉆孔之間的環(huán)狀物進行粘合(cemented)，以便固定和密封套管。通過在有套管鉆孔的下方以與鉆孔的首次鉆探深度相比更小的直徑繼續(xù)鉆探，鉆孔通常被延伸到進一步的深度，并且隨后更深的鉆孔被安裝套管并且粘合。結(jié)果是鉆孔具有許多大體上同軸的管狀柱形物/套管柱，它們朝著整個鉆孔的下端在直徑上漸進地減小。近年來，油和氣已經(jīng)在超過Ikm量級的非常深的水區(qū)中的海底井內(nèi)重新獲得。這對于在這樣深處中鉆探、固定、提取和放棄井提出了許多技術(shù)問題。在井的完整性上出現(xiàn)問題的情況下，眾所周知使用井口裝置(wellheadapparatus)控制系統(tǒng)來關(guān)閉井，以防止井出現(xiàn)危險的井噴或大量的碳氫化合物損失。防噴器(BOPs)位于海底井的頂部處、在海床處，并且可以由控制室激活以關(guān)閉井，或者能夠適合于檢測井噴和自動關(guān)閉。如果控制室出現(xiàn)了故障，遙控潛水車輛(ROV)將可以直接激活海床處的BOP以關(guān)閉井。在已竣工的井中，在井的頂部處不是設置BOP而是設置“圣誕”樹狀物(tree)，并且在井內(nèi)的“井底”處通常增加地下安全閥(SSV)。如果“圣誕”樹狀物與控制平臺、鉆探設備或船失去聯(lián)系，則SSV通常被激活以封閉并且關(guān)閉井。盡管有這些已知的安全控制，事故仍然發(fā)生并且最近的實例是在來自諸如墨西哥灣中的海底井的災難性的井噴，產(chǎn)生巨大的爆炸，造成生命損失、鉆探設備的損失以及造成大量和持續(xù)的油流入墨西哥灣，威脅野生動植物和海洋產(chǎn)業(yè)。檢測井內(nèi)參數(shù)并且將該信息發(fā)送到地面(surface)的能力將是有益的。為了在鉆探操作的過程中發(fā)送數(shù)據(jù)，可以使用“泥漿警報器(mud siren) ”或“泥漿脈沖星(mud pulsar)”。泥漿警報器”或“泥漿脈沖星”從測量裝置接收數(shù)據(jù)并且可以產(chǎn)生穿過通常在鉆探操作過程中使用的鉆探泥漿的脈沖信號。脈沖信號作為壓力變化被接收。雖然該系統(tǒng)可以起作用，但是能夠以這種方式發(fā)送的數(shù)據(jù)量是非常少的并且常遭受干擾。一種可替代的用于檢索數(shù)據(jù)的系統(tǒng)涉及在已經(jīng)完成裝套管和粘合之后使用電纜測井。在可能的情況下，這涉及將測量裝置和測井電纜上的數(shù)據(jù)記錄器部署到套管內(nèi)，記錄數(shù)據(jù)并且隨后取回該測井電纜。盡管這可以提供有用的信息，但它也是一個昂貴并且耗時的過程。在已建好的井中，可以設置永久測量儀表，這些永久測量儀表通過電纜連接到地面。
然而，因為可能沒有通向井的入口或者可能無法控制井，并且電纜和/或數(shù)據(jù)記錄設備可能被損壞或損毀，所以上述的所有系統(tǒng)在緊急情況或井噴的情況下實際上都可能是不實用的。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)注意到，可以提供一種改進的用于特別是在緊急情況/災難情況下接收并且記錄井內(nèi)井參數(shù)的改進方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于緩解現(xiàn)有技術(shù)中的問題，并且更好地改善井中的通信和安全性。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種井，該井包括:鉆孔和井口裝置、以及在該井口裝置處或接近于該井口裝置的通信箱，所述井包括連接到無線發(fā)射器的多個傳感器，所述無線發(fā)射器適合于將來自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱；所述通信箱包括:適合于接收來自所述發(fā)射器的信號的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲裝置中的至少一個。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，井包括:鉆孔和井口裝置、以及在所述井口裝置處或接近于所述井口裝置的通信箱，所述井包括聯(lián)接到無線發(fā)射器的多個傳感器，所述無線發(fā)射器適合于將來自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱；所述傳感器包括至少一個壓力傳感器；并且，所述井包括與所述通信箱間隔開的第一存儲裝置，所述第一存儲裝置配置為存儲來自所述傳感器的信息，其中，所述通信箱包括:適合于接收來自所述發(fā)射器的信號的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲裝置中的至少一個。通常地，第一存儲裝置與通信箱相距至少5m，通常地，與通信箱相距大于10m，可選地，與通信箱相距大于20m或大于50m。由于數(shù)據(jù)在兩個分離的位置(第一存儲裝置和通信箱)處被存儲/重新獲得，因此根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施例提供了 一種井，該井具有在從傳感器所接收到的數(shù)據(jù)的冗余度。萬一出現(xiàn)故障(例如，歸因于井噴)，在某處，數(shù)據(jù)仍然可以從另一位置被接收到。例如，如果通信箱被損壞并且丟失，則分離的通信箱或其他適當?shù)难b置可以被聯(lián)接到井，以便檢索來自第一存儲裝置的信息。優(yōu)選地,所述通信箱具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受至少50Gs振動的耐受性振動等級(survivability shock rating of least 50Gs for at least 5ms,all axes);可選地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于IOOGs振動的耐受性振動等級；并且可能地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于500Gs振動的耐受性振動等級。除了使用本文中所描述的優(yōu)選的和可選的振動等級值以外，振動評級試驗依據(jù)EN ISO 13628-6:2006進行。因此，這樣的實施例提供了一種更強健的箱，該箱降低了發(fā)生爆炸的情況下箱被損壞的風險。于是，能夠存儲在該箱中的數(shù)據(jù)可以被使用，以便得出關(guān)于災難性事故原因的重要信息。因此，本發(fā)明的實施例為操作者提供了關(guān)于在井中發(fā)生的故障的重要信息。而且，對于某些實施例，所提供的信息還可以在其他時候被使用。第一存儲裝置和第二存儲裝置通常配置成將信息存儲至少一分鐘，可選地，將信息存儲至少一小時，更可選地，將信息存儲至少一個星期，優(yōu)選地，將信息存儲至少一個月，更優(yōu)選地，將信息存儲至少一年。“接近”于井口裝置通常是指位于井口裝置的50m以內(nèi)，優(yōu)選地位于井口裝置的20m以內(nèi)。通信箱可以位于地下(subsurface)，即，地面之下超過2m，可選地，位于地下超過5m或超過IOm ;然而仍然是接近井口裝置的。這樣的實施例提供了額外的好處，因為如果發(fā)生爆炸，它們具有更小的破壞風險。正如在本文中所使用的“井”通常涉及碳氫化合物生產(chǎn)井，并且包括生產(chǎn)水的井、地熱井或注入井。還包括在建造中的井、觀測井、暫停的井、廢棄的井或測試井，只要它們包括鉆孔和井口裝置。正如在本文中所使用的“地面”是指鉆孔延伸到的地層(formation)。因此對于海底井，“地面”是指泥水分界線?？蛇x地，對于基于平臺的井，通信箱可以設置在正如本文中所描述的地下或者井口下方超過2m處，可選地，設置在井口下方超過5m或超過IOm處。例如，通信箱可以位于鉆孔內(nèi)或者在鉆孔內(nèi)進行翻新(retrofitted)，因此防止了通信箱遭受在井口裝置處發(fā)生的潛在性損壞。所述通信箱可以自身與在井口裝置處已安裝的或經(jīng)翻新的其他通信箱進行通信。盡管如此，對于其他實施例，井口裝置可以包括通信箱。盡管對于這樣的實施例，傳感器還可能增加到井口裝置上，但是通常鉆孔包括傳感器。優(yōu)選地，通信箱包括存儲裝置。在本文中所使用的“井口裝置”包括但不局限于井口、管道和/或套管懸掛器、防噴器(BOP)、電纜/連續(xù)油管潤滑器、導向基座、井樹狀物、樹狀物構(gòu)架、井蓋、防塵蓋和/或井遮蓬。通常地，井口裝置包含井口。通常地，井口在鉆孔的頂部處提供了密封接口。通常地，在井口處或在井口以上多達20-30m的任一件設備或裝置出于該目的可以被認為是井口裝置。已安裝的或經(jīng)翻新的通信箱可以設置在井口裝置內(nèi)，或者可以連接到、裝配到或適應于井口裝置。因此，本發(fā)明的實施例提供了一種設備，以便更容易地檢索有關(guān)井狀況的信息。這些信息可以被當作理所當然的事或者可以當事故已經(jīng)在井中發(fā)生時進行查閱。例如，在墨西哥灣的最近事件中，當出現(xiàn)碳氫化合物的持久泄漏時確定井內(nèi)狀況是不可能的。本發(fā)明的實施例是有益的，因為它們可以在這樣的災難性事件之后(甚至當這樣的災難性事件正在進行時)被使用，以便幫助確定故障的性質(zhì)，并且因此可以采取行動以減輕故障。優(yōu)選地，多個不同的傳感器設置在鉆孔內(nèi)，并且優(yōu)選地，每種類型的傳感器可以設置在不同的位置，以便提供鉆孔的更完整的“圖片”。例如，壓力傳感器可以設置在每個套管環(huán)狀物以及管道環(huán)狀物內(nèi)。傳感器可以設置在鉆柱、完井管柱、套管柱或任何其他的細長構(gòu)件上，或者設置在井的已裝套管的或未裝套管的部分內(nèi)的子組件上；和/或設置井口裝置上或井口裝置內(nèi)。井口裝置處的傳感器可以是通過導線連接到通信箱的，但是優(yōu)選地通過無線方式連接到通信箱。
對于某些實施例，傳感器設置在障礙物，例如膨脹式封隔器(expanded packer)或井栓的上方和下方。通信箱因此可以監(jiān)控這些位置中的差別參數(shù)(differentialparameter)，這些差別參數(shù)能夠繼而得出與井的安全性有關(guān)的信息。特別地，橫跨障礙物所檢測到的任何壓差將尤其在控制地面船舶離開一段時間并且隨后返回的情況下評估井的安全性具有特殊的用途。多個相同類型的傳感器可以是互相間隔開的。這樣，可以更容易地識別出故障的位置。例如，一個套管環(huán)狀物中的間隔開的多個溫度傳感器和/或壓力傳感器可以得出與套管完整性在哪里已經(jīng)出現(xiàn)故障有關(guān)的信息。類似地，其他信息可以被確定，例如，套管、套管接合劑、浮動環(huán)或密封組件是否已經(jīng)不能將蓄水池隔絕。這樣的信息可以使操作者能夠以更快的、更安全的并且更高效的方式做出反應。傳感器可以設置在鉆孔和/或井口裝置內(nèi)。傳感器可以檢測任何參數(shù)并且因此是任何類型的傳感器，包括但不一定局限于，例如，溫度傳感器，加速度傳感器，振動傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器，位移傳感器，運動傳感器，接合劑完整性傳感器，壓力傳感器，方向和傾斜傳感器，載荷傳感器，各種管狀/套管角度傳感器，腐蝕和侵蝕傳感器，輻射傳感器，噪聲傳感器，磁力傳感器，地震運動傳感器，與管狀/套管有關(guān)的包括扭轉(zhuǎn)、剪切、壓縮、膨脹、屈曲和任一形式的變形的應力和應變傳感器；化學或放射性示蹤劑檢測傳感器；流體識別(例如，氫氧化物、蠟和出砂)傳感器；以及流體屬性(例如但不局限于，流量、密度、含水量、PH和黏度)傳感器。這些傳感器可以是成像裝置、映射裝置和/或掃描裝置，例如但不局限于，照相機、錄像機、紅外線傳感器、磁共振傳感器、聲傳感器、電傳感器、光傳感器、阻抗傳感器和電容傳感器。傳感器還可以監(jiān)控井內(nèi)的設備(例如，閥位置或電動機轉(zhuǎn)動)。而且，傳感器可以適合于感應通過適當?shù)陌l(fā)射器和機構(gòu)的并入所檢測到的信號或參數(shù)。優(yōu)選地，傳感器設置在鉆孔內(nèi)的離散的位置處。優(yōu)選地，在套管環(huán)狀物和生產(chǎn)管道內(nèi)存在至少一個傳感器，更優(yōu)選地，在每個套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個傳感器。通常地，存在多于兩種不同類型的傳感器(即，感應不同類型的參數(shù))，更通常地，存在多于三種類型的傳感器，優(yōu)選地，存在多于四種類型的傳感器。傳感器通常在井的建設過程中被安裝在井中，但是也可以被翻新。通信“箱”應當理解成“通信容器”。對于某些實施例，通信箱可以包含關(guān)于鉆孔的大量數(shù)據(jù)和信息。該信息可以提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便說明井狀況。在某些實施例中，由于通信箱可以在災難發(fā)生時被用于回顧在災難之前、過程中和之后的歷史的井狀況，因此通信箱類似于飛行器的“黑匣子”數(shù)據(jù)記錄器。通信箱還可以用于在災難期間(例如，碳氫化合物向海中持續(xù)很久的泄露)確定關(guān)于鉆孔的信息。在優(yōu)選的實施例中，發(fā)射器是聲發(fā)射器并且信號是聲信號。在可替代的實施例中，發(fā)射器可以是電磁發(fā)射器，并且信號是電磁信號。電磁的和聲的發(fā)射器、信號與接收器的組合可以被使用。聲信號可以通過細長構(gòu)件或者通過井流體或細長構(gòu)件和井流體的組合進行發(fā)送。為了通過流體發(fā)送聲信號，可以使用壓力脈沖發(fā)生器或泥漿脈沖發(fā)生器。
優(yōu)選地，聲通信包括頻移鍵控(FSK)調(diào)制方法和/或相移鍵控(PSK)調(diào)制方法，和/或這些方法的高級衍生方法(例如，正交相移鍵控(QPSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)，以及優(yōu)選地并入擴展頻譜技術(shù)的QPSK或QAM)。通常地，它們適合于自動地調(diào)諧聲信號頻率和方法，以便適應井狀況。繼電器和中繼器可以用于使無限信號利于從一位置傳輸?shù)搅硪晃恢?。?yōu)選地，通信箱包含電池。井可以是海底井。優(yōu)選地，發(fā)射器是收發(fā)器的一部分，該收發(fā)器還包括接收器。收發(fā)器的提供使得能夠從通信箱接收到信號。通信箱可以包括聲納發(fā)射器，該聲納發(fā)射器用于信號從通信箱到遠程設施(例如，船、鉆探設備、平臺或浮標)的向前發(fā)射。然后，數(shù)據(jù)可以存儲在遠程設施處和/或通過其他裝置(例如，衛(wèi)星通信系統(tǒng))向前發(fā)射。第一存儲裝置可以設置有傳感器或者設置在鉆孔內(nèi)或外的包括發(fā)射器的設備內(nèi)。因此，可以存在多個第一存儲裝置，每個第一存儲裝置聯(lián)接到不同的傳感器或發(fā)射器。本發(fā)明的某些實施例的優(yōu)點是:通信的無線性質(zhì)、加上存儲有關(guān)第一存儲裝置(例如，在鉆孔和/或井口裝置內(nèi))的數(shù)據(jù)允許通信箱改進以適應(retoo-fitted)井口裝置，以便即使在以前安裝的通信箱摧毀的情況下也能采集數(shù)據(jù)。傳感器可以直接并入到包括發(fā)射器的設備中或者可以通過使用電纜或短程無線(例如，感應的)通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給所述設備。短程是指通常相距小于5m，往往相距小于3m，并且甚至可以是相距小于lm。第一存儲裝置和傳感器可以通過任何合適的方式連接，可選地，通過無線的方式連接或者通過電纜物理地聯(lián)接在一起。感應耦合也是一種選擇。此外，除了傳送給通信箱的數(shù)據(jù)以外，額外的數(shù)據(jù)可以在本地存儲到傳感器中(即，在第一存儲裝置上)。因此，本發(fā)明的實施例使鉆孔或井口裝置內(nèi)的每個單個工具能夠當做第一存儲裝置?？蛇x地，進一步的(更詳細的)信息可以稍后經(jīng)由在井口裝置處以前安裝的或經(jīng)翻新的通信箱被檢索。發(fā)射器可以配置成實時地發(fā)送數(shù)據(jù)，S卩，當參數(shù)被發(fā)送時，發(fā)送與該參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)?？商娲兀l(fā)射器可以配置成發(fā)送歷史數(shù)據(jù)，S卩，在參數(shù)被發(fā)送之后的一段時間發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，優(yōu)選的實施例使用實時發(fā)送數(shù)據(jù)和還發(fā)送一些歷史數(shù)據(jù)的組合。這樣，如果短時間失去通信并且接收器未獲得數(shù)據(jù)的實時傳輸，那么隨后當信息作為歷史數(shù)據(jù)傳輸被重復時，該信息可以被提供。定位器信標裝置可以設置在通信箱上。多于一個通信箱可以被設置并且這些通信箱可以存儲多余的數(shù)據(jù)副本。在基于陸地的井或基于平臺的井上，通信箱可以引入衛(wèi)星或其他通信設備，以便直接將數(shù)據(jù)傳送給控制中心。發(fā)射器可以與傳感器間隔開并且通過傳統(tǒng)的裝置(例如，液壓管線或電纜)與傳感器連接。這使無線信號能夠在更小的距離上傳輸。例如，即使傳感器比發(fā)射器更深，無線信號也可以從井的頂部下方多達100m、有時小于50m或小于20m處的發(fā)射器傳輸?shù)酵ㄐ畔洹Ｒ虼耍景l(fā)明的實施例可以與流體和/或電控系統(tǒng)和信號相結(jié)合。傳感器不僅可以在緊急情況下操作，而且可以在任何時候提供有關(guān)不同參數(shù)的細節(jié)。傳感器可能對例如接合劑測試、對封隔器、局部或完整的障礙物的任一側(cè)上的壓力的測試以及井口裝置測試是有用的。因此，這樣有用的數(shù)據(jù)可以有助于預防或緩解緊急情況。緊急情況是指:從井發(fā)生或預計發(fā)生不受控制的流體流動；發(fā)生爆炸或者存在可能出現(xiàn)的無法接受的風險，正在發(fā)生井的完整性的重大結(jié)構(gòu)破壞或者存在可能出現(xiàn)的無法接受的風險，或者存在可能處于危險中的無法接受的風險。這些危險和風險可能是由許多因素(例如，井狀況)以及其他因素(例如，惡劣的天氣)所造成的。因此，緊急情況通常是指BOP和地下安全閥中的一個將試圖被激活的情況，尤其是在井內(nèi)的不受控制的事件之前/期間或之后BOP和地下安全閥中的一個將試圖被激活的情況。此外，根據(jù)本發(fā)明的緊急情況通常是指對于包括附錄2000、4.1.2節(jié)的IADAC深水井控制指南(第三次印刷)，相應地定義為最不嚴重的、更嚴重的或最嚴重的緊急情況。因此，涉及后座力控制的事件可以被認為是根據(jù)本發(fā)明的緊急情況，特別地，與地下井噴有關(guān)的事件被認為是根據(jù)本發(fā)明的緊急情況，并且甚至更特別地，與在海床(如果水下井)或地面處的井的失控有關(guān)的事件是根據(jù)本發(fā)明的緊急情況。根據(jù)本發(fā)明的方法可以在所述緊急情況之后被實施，并且因此響應于緊急情況，數(shù)據(jù)可以被請求或僅查閱。在使用中，操作者可以對傳感器檢測到的任何反常和潛在危險的事件做出反應。這可以是各種不同的參數(shù)(包括但不局限于壓力、溫度以及像管道上的壓力和應力的其他參數(shù)或者本文中所提及的參數(shù)/傳感器)。此外，對下面的事件，本發(fā)明的實施例可以提供有用和有益的當前和/或歷史的數(shù)據(jù)，以使得操作者或調(diào)查當局能夠更充分地調(diào)查事件的原因和影響。該方法適合于井的壽命的所有階段(包括鉆探、測試、竣工、生產(chǎn)、投入、暫停和放棄)，尤其是位于深水區(qū)域中的井的壽命的所有階段。優(yōu)選地，因為緊急情況可能在任何時候發(fā)生，因此該方法可供在井的鉆探、測試、開發(fā)、竣工、經(jīng)營、暫停和放棄的所有階段期間使用。更優(yōu)選地，倘若在井上的操作期間BOP正在使用中，則該方法是可供使用的。在這些階段期間，因為物理控制管線在這些階段期間的供應將阻礙許多井操作在這個時候發(fā)生，所以本發(fā)明的實施例是特別有用的；并且確實認可做法是盡可能避免安裝要求為此通信的裝置。本發(fā)明的實施例反對這種實踐并且通過提供無線通信來克服缺點。為了檢索來自傳感器的數(shù)據(jù)或驅(qū)動任何鉆孔工具，一種選擇是部署探針。各種裝置(例如，電纜、平滑器線路導線、連續(xù)油管、管道或任何其他的細長構(gòu)件)可被用于部署探針。這樣的探針能夠有選擇地或者額外地適合于發(fā)送信號。確實，如果需要，這樣的探針可被部署在管道環(huán)狀物內(nèi)。信號可以從井口裝置處的通信箱向前發(fā)送。在一實施例中，無線信號可以可選擇地使用設置在立管上的無線中繼器在地面設施和通信箱之間發(fā)送?？蛇x地，聲納信號可以可選擇地經(jīng)由ROV在通信箱和地面設施之間發(fā)送(R0V也可以經(jīng)由熱刺連接件(hot-stabconnection)連接到通信箱，以便在ROV和通信箱之間傳遞信號)。對于某些實施例，地面設施可以經(jīng)由衛(wèi)星通信系統(tǒng)與遠程設施進行通信。在另一實施例中，通信箱可以通過電線連接到地面設施或遠程設施。然而優(yōu)選地，通信箱提供有用于與地面設施進行通信的其他的無線通信選擇。通常地，通信箱具有電池，以使在萬一電纜損壞時該通信箱還能夠工作。地面設施可以是例如備用的附近生產(chǎn)設施或者供應船或者浮標。因此，本發(fā)明的實施例還包括衛(wèi)星裝置，該衛(wèi)星裝置包括聲納接收器和衛(wèi)星通信裝置。這樣的實施例可以與通信箱進行通信并且通過衛(wèi)星向前中轉(zhuǎn)信號。衛(wèi)星裝置可以設置在鉆探設備或者船或者浮標上。由于響應于由井的頂部上的以前安裝的或者翻新的通信箱所接收到的無線信號，本發(fā)明提供了一種用于在災難期間之前、期間和之后從海底井口裝置以及井內(nèi)工具和傳感器遠程采集和記錄井內(nèi)數(shù)據(jù)和井參數(shù)以及將這樣的數(shù)據(jù)和井參數(shù)傳輸?shù)降孛娴姆椒ǎ虼吮景l(fā)明的實施例提供了顯著的效益。對于某些實施例，與完井鉆孔(包括所有的管道和套管柱)有關(guān)的數(shù)據(jù)能夠在緊急情況期間獲得。這可以提供有效和有用的信息，并且對于某些實施例可以有助于井的操作者充分地評估災難/井噴的原因、井結(jié)構(gòu)在海底和井內(nèi)的情況。這樣的數(shù)量和質(zhì)量信息可以使井的操作者能夠以更安全的和更有效的方式應對該情況，因此試圖減小對環(huán)境的影響和損害并且試圖防止任何的生命損失。確實，這可以在即使井已經(jīng)遭受大量的損壞并且控制管線已經(jīng)受損的情況下被實現(xiàn)。


現(xiàn)在將僅通過實例并且結(jié)合附圖來對本發(fā)明的實施例進行描述，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的井的概略的截面圖；圖2是可用于本發(fā)明的發(fā)送裝置中的電子設備的示意圖；以及圖3是可用于本發(fā)明的接收裝置中的電子設備的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了井10，井10包括一系列的套管柱12a、12b、12c和12d以及位于各套管柱和該各套管柱內(nèi)部的管柱之間的相鄰的環(huán)狀物A、B、C、D，鉆柱20設置在最里面的套管12a的內(nèi)部。正如在現(xiàn)有技術(shù)中是常見的，每個套管柱比其外側(cè)的相鄰套管柱進一步地延伸到井內(nèi)。而且，每個套管柱的最低部分由于套管柱延伸到其外側(cè)相鄰管柱的下方而在合適位置處粘合。根據(jù)本發(fā)明，傳感器16設置在粘合部分上方的套管上以及鉆柱20上。此外，其他傳感器(未示出)設置在井的有管套鉆孔和/或沒有管套鉆孔內(nèi)的不同點處。傳感器包括發(fā)射器，以將數(shù)據(jù)發(fā)送到BOP 30上的通信箱17。在一可替代的實施例中，包括聲納收發(fā)器和聲接收器的通信箱或“黑匣子”可以處于井的頂部處的BOP 30和/或井口裝置處?？傊瑐鞲衅鳈z測各種參數(shù)并且發(fā)射器將這些參數(shù)發(fā)送給通信箱，在通信箱中，這些參數(shù)可以例如通過聲納向前傳輸或者甚至它們可以無限期地存儲。如果在井附近出現(xiàn)任何問題，這樣的數(shù)據(jù)可以被查閱，以便設法得出該問題有關(guān)的信息。聲中繼站22可以設置在鉆井孔內(nèi)的任何地方(例如，鉆管上以及環(huán)狀物內(nèi)的各點處)，以便中轉(zhuǎn)從井內(nèi)的傳感器所檢索到的聲數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明的實施例的益處還在于它們排除了對物理通信機構(gòu)的唯一依賴。正如可以由2010年墨西哥灣中的災難性事件所觀察到的，對在井中的BOP已經(jīng)出現(xiàn)故障的井的控制可能是極其困難的，并且考慮到碳氫化合物在環(huán)境中的不受控制的泄漏，接踵而至的環(huán)境損害可能發(fā)生。本發(fā)明的實施例提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于當這樣的災難性事件發(fā)生時采集重要的井信息，使得災難性事件的影響可以更迅速地被減輕并且它們的原因在今后對于其他的井被處理和學習。某些實施例的優(yōu)點是:聲信號可以在不同管柱上下傳播并且可以從一個管柱移動到另一管柱。因此，信號的線性傳播是不需要的。因此可以丟失直接路線裝置并且信號仍然可以成功地被間接接收到。信號還可以與其他的有線的和無線的通信系統(tǒng)和信號相結(jié)合，并且不必在聲學上傳播整個距離。圖2示出了無線發(fā)射器裝置250，無線發(fā)射器裝置250包括由電池(未示出)供電的發(fā)射器(未示出)、換能器(transducer) 240和溫度計(未示出)。由換能器240所產(chǎn)生的模擬壓力信號傳到電子模塊241，在電子模塊241中，該模擬壓力信號被數(shù)字化并且連續(xù)地被編碼，以便使用IHz-1OkHz (優(yōu)選地為IkHz-1OkHz)的合適的載波頻率、利用FSK調(diào)制技術(shù)傳輸該模擬壓力信號。產(chǎn)生的脈沖載波(bursts of carrier)被施加到磁致伸縮換能器242，磁致伸縮換能器242包括在芯(未示出)周圍所形成的線圈，芯的端部在分隔開的位置處被牢固地固定到井孔套管(未示出)上。經(jīng)數(shù)字編碼的數(shù)據(jù)因此被轉(zhuǎn)變成縱向的聲波。本實施例中的發(fā)射器電子模塊241包括信號調(diào)理電路244、數(shù)字化和編碼電路245以及電流驅(qū)動器246。這些電路的細節(jié)可以改變并且可以使用其他適當?shù)碾娐?。換能器連接到電流驅(qū)動器246并且形成在芯247的周圍。適當?shù)?，?47是約25mm直徑的層壓的鎳桿。該桿的長度被選取為適應所希望的聲頻。圖3示出了接收裝置361，接收裝置361包括濾波器362和換能器363，濾波器362和換能器363連接到由電池(未示出)供電的電子模塊。濾波器362是經(jīng)調(diào)諧到數(shù)據(jù)載波頻率上的機械的帶通濾波器，并且起到去除一些可能在其他方面使電子設備失效的噪聲的作用。換能器363是壓電式元件。濾波器362和換能器363機械地串聯(lián)聯(lián)接，并且該組合在該組合的端部被牢固地安裝到細長構(gòu)件之一上，例如，管道或套管柱(未示出)上。因此，換能器363提供了代表聲波數(shù)據(jù)信號的電輸出。還提供了電子濾波器364和365，并且信號可以通過任何合適的裝置366被重新發(fā)送或整理(collated)，裝置366通常具有與圖2中所示的配置相似的配置。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行改進和修改。雖然具體的實例涉及海底井(subsea well)，但是其他的實施例可以被用在所有的近海井或基于陸地的并上。
權(quán)利要求
1.一種井，包括:鉆孔和井口裝置、以及在所述井口裝置處或接近于所述井口裝置的通信箱，所述井包括聯(lián)接到無線發(fā)射器的多個傳感器，所述無線發(fā)射器適合于將來自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱； 所述傳感器包括至少一個壓力傳感器； 并且，所述井包括與所述通信箱間隔開的第一存儲裝置，所述第一存儲裝置配置為存儲來自所述傳感器的信息； 其中，所述通信箱包括:適合于接收來自所述發(fā)射器的信號的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲裝置中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井，其中，所述通信箱具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受最小50Gs振動的耐受性振動等級；可選地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于IOOGs振動的耐受性振動等級；并且更可選地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于500Gs振動的耐受性振動等級。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述發(fā)射器是收發(fā)器的一部分，該收發(fā)器還包括接收器；并且其中，所述通信箱的所述接收器是第二收發(fā)器，該第二收發(fā)器還包括發(fā)射器。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述第一存儲裝置配置為將信息存儲至少一分鐘，優(yōu)選地，將信息存儲至少一天，更優(yōu)選地，將信息存儲至少一年。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述通信箱包括第二存儲裝置，所述第二存儲裝置配置為將信息存儲至 少一分鐘，優(yōu)選地，將信息存儲至少一天，更優(yōu)選地，將信息存儲至少一年。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述發(fā)射器是聲發(fā)射器，并且所述信號是聲信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井，其中，所述聲信號適合于通過細長構(gòu)件和井流體中的至少一個傳播。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的井，其中，聲通信包括頻移鍵控(FSK)調(diào)制方法和/或相移鍵控(PSK)調(diào)制方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井，包括通常并入擴展頻譜技術(shù)的正交相移鍵控(QPSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述通信箱位于所述井口裝置的50m以內(nèi)，優(yōu)選地位于所述井口裝置的20m以內(nèi)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述通信箱位于地下，即，地面之下超過2m，可選地，位于地下超過5m或超過10m。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述通信箱位于所述鉆孔內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項所述的井，其中，所述井口裝置包含所述通信箱。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述傳感器中的至少一個包括所述第一存儲裝置。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述發(fā)射器配置為實時地發(fā)送數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述發(fā)射器配置為發(fā)送歷史數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述鉆孔包含所述傳感器。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述通信箱包含存儲裝置。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，傳感器設置在障礙物的上方和下方。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的井，其中，所述障礙物是膨脹式封隔器或井栓。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，多個相同類型的傳感器互相間隔開地設置在所述井內(nèi)。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述傳感器包括至少一個溫度傳感器。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，在套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個傳感器，并且在生產(chǎn)管道內(nèi)存在至少一個傳感器。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，在第一套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個傳感器，并且在第二套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個傳感器。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，存在多于兩種不同類型的傳感器。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述傳感器直接并入包括所述發(fā)射器的設備內(nèi)。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述傳感器通過使用電纜或短程無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給所 述無線發(fā)射器。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述發(fā)射器位于所述井的頂部的下方多達IOOm處，有時位于所述井的頂部的下方小于50m處，或者位于所述井的頂部的下方小于20m處。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述井是海底井。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述井包括防噴器。
31.根據(jù)權(quán)利要求1至29中的任一項所述的井，其中，所述井包括樹狀物。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，所述通信箱包括聲納發(fā)射器。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井，其中，至少一個傳感器設置在所述井口裝置處。
34.一種監(jiān)視根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的井的方法，所述方法包括在地面設施和所述通信箱之間發(fā)送信號。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述信號經(jīng)由設置在立管上的無線中繼器被發(fā)送。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述通信箱包括聲納發(fā)射器，并且所述信號在所述地面設施或遙控潛水車輛和所述通信箱之間通過聲納被發(fā)送。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，遙控潛水車輛連接到所述通信箱，并且與所述通信箱經(jīng)由熱刺連接件發(fā)送或接收信號。
38.根據(jù)權(quán)利要求34至37所述的方法，其中，來自所述通信箱的信號被存儲在所述地面設施處，并且通過衛(wèi)星通信向前傳輸。
全文摘要
一種井包括鉆孔和井口裝置、以及在所述井口裝置處或接近于所述井口裝置的通信箱，所述井包括聯(lián)接到無線發(fā)射器的多個傳感器，所述無線發(fā)射器適合于將來自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱；所述傳感器包括至少一個壓力傳感器；并且，所述井包括與所述通信箱間隔開的第一存儲裝置，所述第一存儲裝置配置為存儲來自所述傳感器的信息；其中，所述通信箱包括適合于接收來自所述發(fā)射器的信號的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲裝置中的至少一個。通信箱通常是高度抗震的(在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受約50Gs振動)，并且連同其他可選的特征一起，提供了一種用于尤其在緊急情況之前、期間或之后監(jiān)控井的系統(tǒng)。
文檔編號E21B47/12GK103097656SQ201180041083
公開日2013年5月8日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
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