(57)【要約】井戸穴の中に配置されたチューブの地中長さを求めるために、地表プロセッサは環境プロファイルを使用している。チューブ特性に関する情報は地表プロセッサのメモリモジュールの中に蓄積されている。環境プロファイルは井戸穴の雰囲気条件や井戸装置の動作パラメータに関するデータを有している。地表プロセッサは環境プロファイルに応じたチューブの伸びあるいは長さの減少を計算する。地表プロセッサはこのプロセスを繰り返して、井戸に対する測定深さのチャートを作成する。地表における長さ計算と組み合わせて実行されるロギング作業によって、地層データを測定深さチャートに関連付けることが可能になっている。
2004521337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削穴の中に挿入されたチューブの地中長さを求めるための方法であって、
（ａ）挿入に先だって地表で測定されたチューブの長さを記録する段階と、
（ｂ）環境プロファイルを決定する段階と、
（ｃ）環境プロファイルを考慮するために、地表で測定されたチューブの長さを補正することによって地中のチューブの長さを計算する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
段階（ｂ）の環境プロファイルが少なくとも地表及び地中の温度データを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
段階（ｂ）の環境プロファイルが少なくとも掘削流体の圧力データを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
段階（ｂ）の環境プロファイルが少なくとも掘削流体の流体流れデータを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
段階（ｂ）の環境プロファイルがチューブへ加えられる少なくとも一つのテンション力を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
段階（ｃ）が、まず、チューブ内のテンションを求め、次に、チューブ内のテンションによる長さの変化を求めることによって実行される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
井戸穴の環境にさらされたときに変形するような材料から形成されたチューブに対して、掘削穴の中に挿入されたチューブの地中長さを求める方法であって、
（ａ）挿入に先だって地表で測定されたチューブの長さを記録する段階と、
（ｂ）地表温度と、井戸穴温度と、チューブの内側を流れる掘削流体に対する流体圧力及び流れデータと、チューブの外側を流れる掘削流体に対する流体圧力及び流れデータと、チューブ内のテンションと、チューブに作用する摩擦力とを含む環境プロファイルを決定する段階と、
（ｃ）地表温度と、井戸穴温度と、井戸穴温度におけるチューブ材料の熱膨張係数とを用いて第１の長さ変化を計算する段階と、
（ｄ）チューブの内側を流れる掘削流体の流体圧力と、チューブの外側を流れる掘削流体の流体圧力と、井戸穴温度におけるチューブ材料のポアソン比及び弾性率とを用いて第２の長さ変化を計算する段階と、
（ｅ）チューブ内のテンションと、地表のテンションと、チューブに作用する摩擦力とを用いて第３の長さ変化を計算する段階と、
（ｆ）第１、第２及び第３の長さ変化を用いて地中のチューブ長さを求める段階と、
を有する方法。
【請求項８】
井戸建造システムであって、
末端を有するチューブストリングと、
チューブストリングの末端に近接して取り付けられたセンサーパッケージと、
チューブストリングと協働するチューブ長さ測定カウンタと、
地表上の複数のセンサと、
井戸穴環境データ及び地表環境データを受信するように構成された地表のプロセッサと、
地表プロセッサと協働する第１のモジュールと、
を有し、前記センサーパッケージは井戸穴の環境データを検出するように構成され、前記地表センサは地表の環境データを検出するように構成され、前記第１のモジュールは井戸穴の環境データ及び地表環境データに基づいて地中のチューブ長さを計算するように構成されているシステム。
【請求項９】
センサーパッケージは前記チューブストリングの末端近傍の流体圧力低下を検出するためのセンサを有している請求項８に記載の井戸建造システム。
【請求項１０】
前記チューブの末端に近接した点における前記チューブストリング内のテンションを読み取るように適合されたテンションサブ(tension sub)を有する請求項８に記載の井戸建造システム。
【請求項１１】
ダウンホール装置を運ぶためのガイダンスシステムであって、
末端を有するチューブストリングと、
チューブストリングの前記末端へ接続されたボトムホールアセンブリと、
前記チューブストリングの末端に近接して取り付けられたセンサーパッケージと、
チューブストリングと協働するチューブ長さ測定カウンタと、
地表に設けられた複数のセンサと、
地表プロセッサと、
を有し、前記ボトムホールアセンブリはダウンホール装置を運ぶように適合され、前記センサーパッケージは環境データを検出し、前記地表センサは地表環境データを検出し、地表プロセッサは前記井戸穴環境データ及び地表環境データを受信するように構成されるとともにそれに応じて補正チューブ長さを決定するように構成されているシステム。
【請求項１２】
前記ボトムホールアセンブリがトラクタを有している請求項１１に記載のガイダンスシステム。
【請求項１３】
前記トラクタが流体によって駆動される請求項１２に記載のガイダンスシステム。
【請求項１４】
前記チューブがコイル状コンポジットチューブから成っている請求項１１に記載のガイダンスシステム。
【請求項１５】
前記センサーパッケージから地表へ信号を伝送するために、前記コイル状コンポジットチューブの中に埋め込まれたデータ伝送ワイヤをさらに有する請求項１４に記載のガイダンスシステム。
【請求項１６】
前記コイル状コンポジットチューブの中に埋め込まれた電力伝送ワイヤをさらに有する請求項１５に記載のガイダンスシステム。
【請求項１７】
掘削穴のうち被覆された部分を走行した距離を表示するように適合されたケーシングセンサをさらに有し、前記地表センサが前記ケーシングセンサによって提供された距離表示で前記地中チューブ長さを補正するように構成されている請求項１１に記載のガイダンスシステム。
【請求項１８】
前記環境データが温度と、流体圧力と、流体の流れと、チューブの圧縮と、チューブの伸張とから成るグループから選択される請求項１１に記載のガイダンスシステム。
【請求項１９】
掘削穴の中に挿入されたコイル状コンポジットチューブの真の長さを求める方法であって、
コイル状コンポジットチューブの材料特性と、掘削穴の形状と、チューブの形状とをコンピュータのメモリモジュールの中に蓄積する段階と、
挿入に先だって地表で測定されたチューブの長さを記録する段階と、
地表で測定されたチューブの長さをコンピュータのメモリモジュールの中に蓄積する段階と、
温度と、圧力と、チューブに作用する力とを検出する段階と、
温度と、圧力と、力のデータをコンピュータのメモルモジュールの中に蓄積する段階と、
蓄積されているコイル状コンポジットチューブの材料特性と、掘削穴の形状と、温度データとを用いて第１の長さ補正を計算する段階と、
蓄積されているコイル状コンポジットチューブの材料特性と、掘削穴の形状と、圧力データとを用いて第２の長さ補正を計算する段階と、
蓄積されているコイル状コンポジットチューブの材料特性と、掘削穴の形状と、圧力データとを用いて第３の長さ補正を計算する段階と、
第１、第２及び第３の長さ補正を用いてチューブの長さを決定する段階と、
を有する方法。
【請求項２０】
前記蓄積する段階のコイル状コンポジットチューブの材料特性が弾性率及びポアソン比を含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
弾性率及びポアソン比がルックアップテーブルの中に蓄積され、このルックアップテーブルが温度に対して弾性率及びポアソン比を体系化している請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は地表(surface)と井戸穴(well bore)中の点との間の掘削距離(drilled distance)を求めるためのシステムに関する。さらに詳しくは、この発明は、地表センサとダウンホールセンサから受信したデータに基づいて真の測定深さを計算するプロセッサを使用したシステムに関する。別の側面では、この発明は、管状導管(tubular umbilical)を用いて地表と井戸穴との間の掘削距離を求めるための方法に関する。さらに詳しくは、この発明は、環境プロファイルを使用して長さ補正値を計算することによって、地表で測定された管状導管の長さを補正して、管状導管の地中長さを求める方法を提供している。さらに詳しくは、この発明は、温度差、圧力差及び軸方向荷重を使用して、地表で測定されたコイル状のコンポジット管状導管の長さを補正して、導管の対応地中長さを求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素の回収作業を成功は、地表から下へ数百あるいは数千フィート延びる掘削井戸穴の軌跡を正確にログする(log)能力に基づいていることが多い。そうした炭化水素回収作業においては、正確な深さ測定が、枢要ではなくても、重要な役割を果し得る。ここで図１を参照する。「測定深さ(MD)」は地表の点P0と連続した点P１，P２…Pnとの間の掘削距離として定義されている。これに対して、真の垂直深さ(TVD)は鉛直面上で測った点Pと地表の点P0との間の距離である。MD及びTVDの両方ともがログデータの適切な補正にとって重要である。MDは掘削した井戸穴に沿う参照点に対する基準を提供しているため、通常、地層特性は正確なMDログに関連付けられる。掘削中の測定(measurement-while-drilling (MWD))を行う装置では、ガンマ放射や抵抗などの地層データを井戸穴が掘削されている間に測量される。MDをMWD測量と組み合わせて記録することによって、地層データには井戸穴軌跡に対する物理的な位置を与えることができる。井戸穴が完成すると、その井戸穴に対するログは各MDに対する地層特性を示すであろう。そうした地層データを使用して、どの地層が炭化水素の埋蔵を有していそうかを決定することが可能である。例えば、井戸のログはガス層が点Pi−1に存在し、石油層が点Pi（「ペイゾーン(pay zone)」）に存在し、水の層が点Pi+1に存在することを示す。石油はガスよりも回収の利点がずっと大きいことから、井戸所有者は、通常、石油層の上にあるガス埋蔵を乱すことなく石油層を排出することを望む。水を回収することはたとえあっても利益は少ないことから、水の層がある場合には、このことは余計に当てはまる。さらに、ガスや水の層を不注意で排出してしまうことは一般に非常に望ましくない。というのは、これらの流体が井戸の中へ流れ込んで、すべての水又はガスが井戸から排出されるまで井戸は機能しないままになるからである。こうした状況における固有の困難さをさらに大きくするのは、多くの場合、数千フィートになり得る井戸穴の中において、ペイゾーンの長さは50フィート(15.25m)未満であることである。従って、隣接する層を乱さずにペイゾーンを排出するためには、井戸所有者は、地層(subterranean formation)に対する正確な測定深さを有する井戸ログを有することが重要である。
【０００３】
また、通常、規制当局は油田所有者が詳細な地層測量情報を保持することを求めている。不正確なデータは意図せずに規制法規をやぶることにつながり、油田所有者は罰金や他の罰則を被ることになる。従って、正確なMDログは掘削活動を取り締まる規則に適合するために必要な情報を油田所有者に提供する。
【０００４】
正確なMDログを得ることは、通常のスチールパイプあるいはスチールのコイル状チューブから成る掘削ストリングを用いた井戸に対しては、一般に、かなり単純なプロセスである。従来のスチールパイプに対しては、パイプストリングを形成するそれぞれのジョイントの長さがわかっている。従って、作業者はパイプストリングを形成するジョイントの数を数えるだけでよい。例えば、図１を参照すると、それぞれ30フィート(9.15m)の長さの100個のジョイントが点P0と点Piの間にあれば、点PiにおけるMDは3000フィート(915m)である。同様に、コイル状スチールチューブ２０が使用されたとき、地表に設けられたリール２２から繰り出されるコイル状スチールチューブ２０の長さがMDを表している。通常、コイル状スチールチューブの長さは、フリクションホイール（図示されていない）の回転数の関数として測定される。コイル状チューブの長さは市販されているその他のライン繰り出し装置によっても測定することができる。例えば、図１を参照すると、リール２２の上に設けられたダイアル（図示されていない）は3000フィート(915m)のコイル状スチールチューブ２０が点P0とPiとの間で繰り出されたことを示す。従って、ダイアルは点PiにおいてMDが3000フィート(915m)であることを示す。上述した場合のいずれにおいても、地表測定が適切に行われる限り、MDも正確なはずである。ここで説明した例は単に説明のためであり、深さの期待値あるいは測定精度を表すものではないことを理解しなければならない。
【０００５】
これら従来のMD測量法はスチールなどの金属で形成されたチューブに対しては信頼できるが、こうした方法ではコンポジット材などの材料から形成されたチューブに対しては正確なログが得られない。コイル状チューブに対するコンポジット材料は1998年５月20日に出願された、「ウェル・システム (Well System)」という名称の係属中の出願第09/081,961号で検討されている。この出願はここにおいて文献援用されている。コンポジットなど金属でない材料から形成されたチューブは、温度、圧力及び軸方向荷重などの要因によって、長さが大きく変動する。都合の悪いことに、高温、高い動作圧力及び複雑な圧縮及び引っ張り荷重は、井戸穴の環境において、ほとんど常に存在する。従って、地表におけるコイル状コンポジットチューブの長さは、井戸穴の中へ入ると、伸びたり縮んだりする。例えば、地表で測定されてリール２２における長さは、3000フィート(915m)のコイル状コンポジットチューブが点Piで繰り出されたことを示している。しかしながら、このコイル状コンポジット導管チューブは、井戸穴条件によって、3050フィート(930.25m)まで伸びるかもしれない。従って、点Piにおける実際の掘削深さは3000フィート(915m)ではなく、3050フィート(930.25m)である。補正されないMDログは、点Piにおけるペイゾーンでの排出を始めるために、パーフォレーションチャージなどの装置を穴の下方へトリップ(trip)させたときに、後の作業において重大な問題を生じる可能性がある。この装置は、同じタイプあるいは同じ膨張率ではないワイヤラインやその他のデバイスの上を走行することから、チャージは3050フィート(930.25m)ではなくて3000フィート(915m)に設定され、そして、おそらく点Pi-1のガス層内に設定される。実際、同じ作業に対してコイル状コンポジットチューブを連続してトリップしている間でも、穴の中の条件はこれらの連続したトリップのログを関連付けることが困難な点までに変化する可能性がある。正確なMDログに対する危急の必要性にもかかわらず、従来の技術は、環境要因にさらされたときに変形する材料から形成されたチューブの地表測定を補正するシステムあるいは方法について明らかにしていない。
【特許文献１】アメリカ合衆国特許出願第０９／０８１，９６１号明細書
【特許文献２】アメリカ合衆国特許出願第０９／２８６，３６２号明細書
【特許文献３】アメリカ合衆国特許第４，５７７，４１０号明細書
【特許文献４】アメリカ合衆国特許第５，２０２，６８０号明細書
【特許文献５】アメリカ合衆国特許第５，３５１，５３１号明細書
【特許文献６】アメリカ合衆国特許第６，０５５，２１３号明細書
【発明の開示】
【０００６】
この発明の特徴は環境要因にさらされたときに変形するような材料から形成されたチューブの地中長さを求めるためのシステム及び方法にある。チューブの地中長さは一般的に測定深さを表している。地表から井戸穴中のボトムホールアセンブリまで延びるコイル状コンポジット導管チューブを有する井戸に対して、このシステムの好ましい実施の形態は地表プロセッサと、地表センサと、ダウンホールセンサと、テレメータシステムとを有している。地表プロセッサは、ダウンホールセンサ及び地表センサによって検索された環境データを用いて、チューブに対する環境プロファイルを決定するソフトウェアを有している。この環境プロファイルを地表で測定された導管チューブの長さに適用することによって、コンピュータのソフトウェアは導管チューブの地中長さを計算する。
【０００７】
ソフトウェアの一実施の形態は、メモリモジュールと、モニタ用モジュールと、計算モジュールとを有している。計算された値はチューブの特性、井戸の軌跡及びその他の定数の値とともにメモリモジュールの中に蓄積される。モニタ用モジュールは、温度、圧力及びテンションに関する情報及び井戸測量を、テレメータシステムを介してダウンホールセンサ及び地表センサから受け取る。計算モジュールは、メモリモジュール及びモニタ用モジュールから関連する情報を検索することによって、地中の導管チューブの長さを決定する。好ましい計算モジュールは導管チューブに対する温度差、流体圧力差及び軸方向荷重による導管チューブの長さ変化を決定する。
【０００８】
この発明の別の実施の形態は、前述したシステムといっしょに動作する掘削中のロギング（logging while-drilling (LWD)）パッケージを有している。LWDパッケージはガンマ線、抵抗など地層特性をログする。好ましいシステムはログされた地層データ情報を計算された地中のチューブ長さと結合する。さらに別の実施の形態においては、この発明は、井戸穴の被覆された部分(cased portion)の中を走行した距離の正確な長さ測定を行うケーシングカラーあるいはジョイントロケータデバイスがいっしょに配置される。この発明の計算値を確認あるいは校正するために、ケーシングカラージョイントロケータ又はそれに類似のデバイスの測定値が使用される。
【０００９】
このように、この発明は、従来のデバイスにおける種々の問題を克服が可能な特徴及び利点を組み合わせたものである。上述した様々な特性やその他の特徴は、この発明の実施の形態についての以下の詳しい説明を読むことによって、また、添付図面を参照することによって、当該分野の技術者には即座に明らかになろう。この発明の好ましい実施の形態を一層詳しく説明するために、添付図面が参照される。
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
【００１０】
好ましい実施の形態は、井戸の中に配置された管状導管の測定長さを補正することによって、正確な測定深さ（MD）を得るためのシステム及び方法である。この発明の好ましい実施の形態によれば、MDは、井戸の環境プロファイルによる軸方向の変形を考慮して、コイル状コンポジットチューブなどの管状部材の測定長さを補正することによって求められる。「環境プロファイル」という用語は、一般に、様々な井戸雰囲気条件及び井戸穴(well bore)の軌跡に沿った井戸装置によって加えられる荷重を指している。これらの条件及び荷重は地中における井戸作業に固有のものである。以下では、「チューブ」は環境要因にさらされたときに長さ変化を被るような任意の管状部材を指すために使用する。さらに、「チューブ」、「コイル状チューブ」及び「導管(umbilical)」という用語は互換性をもって使用されている。ここで図２を参照するとわかるように、ボトムホールアセンブリ（BHA）３０が掘削された井戸穴３２の中に示されている。コイル状コンポジットチューブ３４はリール３６からBHA３０まで延びている。BHA３０が井戸穴３２の中を進むときに、BHA３０の位置を求めるために、MDが測定される。MDが測定される最初の深さは深さD1で表されており、MDが測定される２番目の点は深さD2等で表されている。掘削のとき、任意の時間におけるBHAのおよその物理的な位置は深さDnで表される。従って、深さDnはBHA３０の現在の位置を表しており、一方、深さD1からDn-1はBHA３０のそれまでの位置を表している。
【００１１】
好ましい実施の形態の有用性をより説明するために、ある深さの点を深さD1で表す。深さD1は井戸穴の軌跡に沿った深さD1と深さDｎの間の任意の点を表している。深さD1において繰り出された導管チューブの地表で測定された長さはLiで表されている。長さLiは、通常、穴の中へ挿入されているコイル状チューブと係合しているときに回転するフリクションホイール（図示されていない）によって決定される。しかし、地表で測定された長さLiは深さDiにおける真の掘削深さではないかもしれない。井戸の環境プロファイルによって導管チューブ３４は伸びたり縮んだりしているかもしれない。従って、導管チューブ３４の地中長さは地表で測定された長さLiに収縮あるいは伸びの量を加えたものになる。
【００１２】
さらに図２を参照すると、実際に掘削した深さを反映するために測定深さを補正するためのシステム２６はコンピュータ４０と、一般に参照番号４２で表された地表センサと、一般に参照番号４４で表されたダウンホールセンサと、地中のテレメータシステム（図示されていない）とを有している。ここで検討するセンサは産業分野においては周知のものである。従って、センサについては簡単に説明するだけであり、図２には簡略化して示されている。地表センサ４２は掘削泥土ポンプ（図示されていない）に設けられた流量計及び圧力トランスデューサと、温度センサと、チューブインジェクタ３８に設けられたテンションメータと、リール３６に設けられたフリクションホイール（図示されていない）などの長さ繰り出しセンサと、粘度計とを有している。BHA３０に近接したダウンホールセンサ４４は圧力トランスデューサと、温度センサと、テンションサブと、傾斜センサと、方位角センサとを有していることが好ましい。
【００１３】
コンピュータ４０はメモリモジュール（図示されていない）と、計算モジュール（図示されていない）とを有している。メモリモジュールは測量ファイル（図示されていない）を有する。測量ファイルは特定の深さDiにおける井戸穴の温度、方位角及び傾斜などのデータを蓄積するような構造であることが好ましい。従って、測量ファイル内への入力例には、深さ（D）、方位角（azi）、傾斜（inc）及び温度（Te）が含まれる。測量ファイルは周期的な深さ間隔（例えば、20フィート(6.1m)ごと）でデータを蓄積するように構成されていることが好ましい。
【００１４】
コンピュータ４０は、手動入力によって、あるいはダウンホールセンサ及び地表センサへ通信でつなぐことによってデータを受け取る。地中のテレメータシステム（図示されていない）はダウンホールセンサ４４からの測定値をコンピュータ４０へ伝送する。ポンプの流量、ポンプ圧力、泥土密度（「泥土重量」）及び地表温度などの地表で測定されたパラメータは、手動で読み取られてコンピュータ４０へ入力されてもよい。また、コンピュータ４０はこれらのパラメータを測定する地表センサへ直接に連結されていてもよい。掘削する泥土の密度、井戸穴の形状、チューブの形状などその他のパラメータは手動でコンピュータ４０へ入力されることが好ましい。開放穴(open hole)の径に関する測定値は自動的に入力されることが好ましい。いずれの場合にも、コンピュータ４０は取得したデータをメモリモジュールへ書き込む。
【００１５】
ここで図２及び図３を参照する。深さDiにおける測定深さ（MD）を求めるために、コンピュータ４０の計算モジュールは、以下の要因、すなわち、熱膨張、圧力差、流体の流れ及び引っ張り／圧縮（すなわち、軸方向荷重）のうちの一つあるいは複数による長さ変化を考慮した補正方法１００を有している。方法１００は、参照長さRLjを計算するための第１のルーチン１１０及び補正長さを決定してMDを求めるための第２のルーチン１２０を有している。以下で議論する理論的な「ベースライン」長さである参照長さRLjは予め決められた間隔（例えば、30秒ごと）で計算されることが好ましい。井戸穴軌跡に沿った特定の位置である深さDiは予め決められた距離（例えば、20フィート(6.1m)ごとに）で計算されることが好ましい。
【００１６】
参照長さRLjは予め決められた任意の参照点を提供する。この点は測定深さを計算する基準点である。挿入に先だって、地表におけるコイル状チューブは周囲温度（例えば、空気及び掘削流体の温度）及び掘削流体の流体圧力などの要因に既にさらされている。コイル状チューブは、さらに、インジェクタ、ストリッパ及びトラクタの動作、チューブ及びBHAの重量などを含めた多くの要因によって引き起こされる軸方向の力（引っ張り）にもさらされる可能性がある。通常、これらの環境要因は井戸のサービス作業の間に変化し、井戸穴の中に挿入されたチューブの長さは伸びたり縮んだりする。従って、同じ環境プロファイルにさらされているときには同じ長さを有するコイル状チューブの二つのセクションは、これら二つのコイル状チューブのセクションが井戸穴の中へ挿入されたときに環境要因に違いがあると、デプスホイールが異なる地表で測定された長さLjを示す原因となる。ルーチン１１０は、地表で測定されたすべての長さLを理論的な参照長さRLに変換することによって、地表の環境要因の変動によって引き起こされる誤差を最小限に抑える。
【００１７】
ここで図４を参照する。図には、地表で測定された長さLjを関係する参照長さRLに変換するためのルーチン１１０が示されている。参照長さRLjは参照環境プロファイル（例えば、72度F、軸方向荷重なし、掘削流体によって生じる流体圧力なし）で与えられたコイル状チューブセグメントSに対して計算された長さを表している。長さの変化ΔLT、ΔLP及びΔLFがそれぞれステップ１１２、１１３及び１１４で計算され、ステップ１１６で合計されて、補正された長さの差CLｊが得られる。これらの長さ変化は地表環境プロファイルと参照環境プロファイルとの間の温度差、圧力差、軸方向荷重差に起因する。ステップ１１２において、Tjはコイル状チューブに影響を与える可能性のある空気、掘削流体あるいはその他の任意の加熱／冷却源の温度である。ステップ１１３において、Pjはチューブから見た全体の圧力差、すなわち、測定点からのシステム圧力低下である。ステップ１１４において、Fjは地表のテンションメータによって測定されるコイル状チューブに加わる軸方向の力を表している。参照長さRLjは、ステップ１１８において、長さの差CL、その前のセグメントの参照長さ（RLj-1）及び二つの連続するコイル状チューブセグメントの地表で測定された長さの差（Lj−Lj-1）を加え合わせることによって計算される。材料定数（例えば、E）など、図３の計算における他の側面については以下で詳しく説明される。
【００１８】
図３に戻って参照すると、補正方法１００はルーチン１２０における温度ΔLTe、圧力ΔLP及び軸方向荷重ΔLFによって引き起こされる集合的な長さ変化を計算する。温度、圧力及び軸方向荷重（引っ張り）による長さの変化に対する加算式の一例がブロック１２２、１２４及び１２６にそれぞれ示されている。この例の式は導管チューブ３４の長さ変化を求めるために有限要素法を使用していることがわかる。すなわち、導管チューブ３４は測量ファイル中の深さの値Diによって定義された多数のセグメントから構成されたモデル化が行われている。従って、例えば、深さDiと Di-1との間のセグメントSiの長さを求めるために、ルーチン１１０はこれらの点に対応する測量ファイルの深さの値の入力（例えば、Di及びDi-1）を参照する。ステップ１３０において、これらの長さ変化が参照長さRLに加えられて、測定深さMDｎあるいはDｎが求められる。
【００１９】
さらに図３を参照すると、ブロック１２２は深さDｎにおける熱による全体の伸びΔLTeを求めるための加算の一例を示している。この加算はセグメントS1からSnに対する温度差による長さ変化を含んでいる。例えば、セグメントSiに対しては、長さ変化ΔLTeiはTeiで表される深さDiにおける温度、参照環境プロファイル温度Ｔeo（例えば、72°F）、チューブ材料の熱膨張係数α及びセグメントSi（Di−Di-1）の長さを用いて計算される。
【００２０】
熱による伸びの計算は実時間データとメモリモジュールの中に蓄積されているデータの両方を使用する。セグメントSnに対して、BHA３０に近接するダウンホールセンサ４４は深さDnにおける温度を提供する。残りのセグメントに対しては、点P１から点Pn-1における温度がメモリモジュールの測量ファイルの中に蓄積されていて、長さ変化の計算のときに検索される。
【００２１】
補正方法１００はコンポジット材料に対する熱膨張係数αが温度とともに変化するという事実を考慮している。αと温度との間の関係は、通常は、チューブ材料の製造業者によって提供されており、いずれにしても当該分野において周知の方法を用いて実験的に得られたデータを用いて求めることができる。コンピュータのメモリモジュールは温度Teを対応する熱膨張係数αに関係付けるルックアップテーブルを有している。ブロック２２はDnに対する測量ファイル入力を使用することに留意すべきである。この入力に対する深さは入手できない。従って、この深さはその前の深さの測定値を参照することによって推定される。
【００２２】
さらに図３を参照する。ブロック１２４は深さDnにおける圧力差による全体の伸びΔLPを求めるための加算の一例を示している。導管チューブ３４の圧力差は軸方向の歪みを発生し、それによってチューブの長さが変化する。ここで図５を参照する。掘削流体１４２が、チューブ３４の中を下方へ流れ、導管チューブ３４と掘削穴(bore hole)の壁１４６によって形成される環状部分１４４の中を上方へ流れるところが示されている。一般的に、導管チューブ３４中の圧力Ptは環状部分１４４中の圧力Paよりも大きい。圧力差ΔPは導管チューブ３４内側の圧力Ptと環状部分中の圧力Paとの間の差である。正の圧力差ΔPは導管チューブ３４を半径方向に膨張させようとする。導管チューブ３４の半径方向の膨張によって導管チューブ３４の長さは減少する。チューブ部材内の圧力差によって引き起こされる長さ変化に対する計算の手順は当該分野においては周知のものである。従って、ここで説明する計算はそうした計算を実行するときの一般的な配慮を単に説明するためのものである。
【００２３】
セグメントSiに対する圧力差ΔPは市販されている流体モデル用のアプリケーション／ソフトウェアを用いて計算される。ここで図３及び図５を参照する。一般的に、圧力差ΔPの計算には、掘削流体の測定密度（「泥土重量」として知られている）、ポンプ圧力、BHAにおける地中圧力、掘削流体の粘性、井戸穴３２の直径（Dw）、導管チューブ３４の外径（Dot）及び導管チューブ３４の内径（Dit）が含まれる。Dwは井戸穴３２の内径又は井戸穴３２の中にコンクリート詰めされた井戸穴完結チューブ（wellbore completion tubing、図示されていない）の内径のいずれかであることに留意すべきである。また、ライナ１５５を導管チューブ３４の内側へ設置してもよいことにも留意すべきである。その場合には、Ditは最も内側のライナの内径になる。圧力差の計算には、当該分野において周知の流体力学の解法を利用する。さらに、そうした計算を実行するソフトウェアプログラムが様々な供給元から利用可能である。
【００２４】
BHA３０における圧力差センサ（図示されていない）を使用して圧力差計算の精度をチェックすることが好ましい。上述した計算によって、BHA３０に隣接するセグメントSnを含めて、コイル状導管チューブ３４の各セグメントに対する圧力差の値が得られることがわかるであろう。こうして、セグメントSnに対する圧力低下がBHAの圧力差センサの測定値と比較される。実際の圧力差と計算した圧力差の値が予め指定された許容値の範囲内であれば、この流体モデル式はコイル状導管チューブ３４内部の流体の流れを高い信頼性で予測しているといえそうである。計算値と測定値との間にかなりの差がある場合には、違った流体モデル式のセット（例えば、パワー則(Power law)、ビンガム(Bingham)、ハーシェル−バックリ(Herschel-Buckley)、ニュートニアン(Newtonian)）を使用して圧力差を計算してもよい。実際、この計算モデルは、セグメントSnに対して測定された圧力差を最もよく近似するセグメントSnに対する圧力差の計算値が得られるモデル化プログラムを見つけるために、多数の流体モデル化プログラムを順々に実行するようにプログラムされている。
【００２５】
計算された圧力差ΔPを用いて、セグメントSiに対する圧力差に対応するフープストレス(Hoop Stress)σが圧力差ΔP及びチューブ形状を用いて求められる。
【００２６】
2004521337.tif 000003
【００２７】
一般に、この計算には、チューブ３４の内径（Dit）とチューブの壁の厚さWthとが必要である。ライナが導管チューブ３４の内側に設置されるときには、Ditは最も内側になるライナの内径になる。その後、フープストレスσを用いて軸方向の歪みεが計算される。
【００２８】
2004521337.tif 000004
【００２９】
軸方向の歪みεは部分的にコイル状チューブの特性を用いて計算される。コンポジットの材料特性は温度とともに変化することが知られている。井戸穴３４内の温度は大きく変化するため、ヤング率及びポアソン比の値は関係する周囲温度に対して求められる。例えば、コンピュータのメモリモジュールはヤング率及びポアソン比を温度と関係付けるルックアップテーブルを有している。これらの要因を考慮して、圧力差による長さの変化がセグメントSiからSnに対する個々の長さの変化を合計することによって求める。
【００３０】
ここで図６を参照する。典型的なチューブセグメントSiにおけるテンションに影響を与えるいくつかの要因がある。その要因とは、チューブセグメントSiの質量、チューブセグメントSi中の掘削流体の流れ、摺動摩擦力Fs、表面摩擦力Fin、Fann及びトラクタあるいはインジェクタによって生じる荷重である。好ましい方法１００は、地表に最も近いコイル状チューブセグメントに対する種々の要因によって引き起こされるテンションを計算し、引き続く各セグメントに対するテンションの変化を計算する。
【００３１】
典型的なセグメントSiによって定義されるチューブの質量は導管チューブ３４のテンションに変化を引き起こす浮揚性の重量(buoyantweight)Wbを有する。チューブの重量WbはチューブセグメントSiの容積に対して計算される。導管チューブ３４は掘削流体の中に浸されるため、浮力を考慮しなければならない。Wbに寄与する力Fwを求めるための式は、例えば、以下のようである。
【００３２】
2004521337.tif 000005
【００３３】
incに対する値はメモリモジュール内の測量ファイル入力から取られる。上の式は垂直でない井戸穴を考慮していることがわかろう。
【００３４】
さらに図６を参照する。導管チューブ３４の中を下方へ流れるとともに環状部材の中を上方へ流れる掘削流体は導管チューブ３４の表面上に抗力を生じる。導管チューブ３４の中を流れる掘削流体によって引き起こされる抗力は導管チューブ３４の中に引っ張りを生じる傾向がある。これはFboreで表される。環状部材の中を流れる掘削流体によって引き起こされる抗力は導管チューブ３４の中に圧縮力を生じる傾向がある。これはFannで表される。流体の抗力Fbore及びFannは周知の流体力学のモデル化を用いて計算することができる。与えられた表面に沿った圧力差と圧力差が作用する表面積とに基づいて抗力を求めるための計算は、例えば、以下のようになる。
【００３５】
2004521337.tif 000006
【００３６】
摩擦力Ffはコイル状コンポジット導管チューブ３４の摺動に抗する。Wbの法線成分に加えて、コイル状チューブセグメントに加わるテンション及び圧力差の影響も摩擦力に関する法線力あるいは横力（RSF）に寄与する。横力RSFは傾斜成分SFIと方位角成分SFAとを有している。典型的な計算は以下のようである。
【００３７】
2004521337.tif 000007
【００３８】
これからわかるように、SFIはコイル状チューブの重量（Wｂ）、圧力差（ｄP）及びテンションの変化（ΔFi-1）を考慮している。SFAは圧力差（dP）及びテンションの変化（ΔFi-1）を考慮している。摩擦力Ffは単にRSFに摩擦係数μを掛けたものである。
【００３９】
2004521337.tif 000008
【００４０】
摩擦力Ffの方向はコイル状コンポジットチューブの動きに依存するため、トリップモードファクタ（ｔｍｆ）を使用して、Ffに正あるいは負の値を適切に割り当てる。コイル状導管チューブ３４が穴の中を下方へ引っ張られているなら、摩擦力が引っ張りを緩める傾向にあることを示すために、ｔｍｆは正の値（すなわち、+1）が割り当てられる。コイル状導管チューブ３４が穴の中を上方へ押されている場合には、摩擦力が圧縮を緩める傾向にあることを示すために、ｔｍｆには負の値（すなわち、−1）が割り当てられる。
【００４１】
コイル状チューブセグメントSiに対するテンションの全変化を求めるために、テンション値を使用される。
【００４２】
2004521337.tif 000009
【００４３】
上の計算は各セグメントSiに対して実行される。計算の最初のセットに対しては、摩擦係数μは井戸中の摩擦係数の仮定値であることが好ましい。この最初の繰り返しが完了した後、BHAに最も近いコイル状チューブのセグメントであるセグメントSnに対して計算されたテンション値（すなわち、Fn）がBHAに隣接するテンションサブによって測定されたテンション値と比較される。計算されたテンション値及び測定されたテンション値が指定された許容値以内であれば、μは井戸穴の摩擦係数の妥当な推定値であると考えられる。計算されたテンション値が許容できない場合には、μが修正され、テンション計算がすべてのコイル状チューブセグメントに対して繰り返される。このプロセスは計算されたテンション値及び測定されたテンション値が妥当な程度に接近するまで続けられる。
【００４４】
最後に、計算されたFiを使ってΔLFが計算される。
【００４５】
2004521337.tif 000010
【００４６】
こうして、動作時においては、BHA及び連結されたコイル状導管チューブ３４が井戸穴を通るときに、コンピュータの計算モジュールの第１のルーチンが参照長さRLを定期的に計算する。BHAが予め決められた深さ間隔に到達したときに、計算モジュールの第２のルーチンが井戸穴内のコイル状導管チューブ３４の有限要素解析を実行する。測定及び計算された環境要因を用いて、第２のルーチンはBHAの測定深さを計算する。計算モジュールは測定深さを報告し、深さ、温度及び井戸穴の方向のデータを有するメモリモジュール内の測量ファイルを更新する。
【００４７】
システム１００は手動入力あるいは地表及びダウンホールセンサとの直接の通信接続によってデータを受け取るようになっている。地表で測定されたチューブの長さ、ポンプ流量、ポンプ圧力、フック荷重(hook load)及び地表温度など地表センサが測定するパラメータは周知の通信手段を用いてコンピュータへ直接送られる。掘削流体の粘性及び「泥土重量」は掘削作業に順応するように変えられる。粘性及び「泥土重量」はコンピュータへ直接送られるけれども、そうした変動はまれにしか起きないことが予想され、手動入力により適したものになる。さらに、テンション、温度及び圧力を測定するダウンホールセンサはチューブの壁の中に埋め込まれたワイヤを用いてテレメータシステムを介してコンピュータへ接続される。井戸穴の形状、コイル状チューブの形状などのパラメータはコンピュータの中へ手動で入力することが好ましい。データ検索又は入力プロセスには特定のシーケンスは必要ないことを理解すべきである。また、地中のチューブ長さの計算に必要な特定のシーケンスもない。センサ情報をコンピュータの中へ直接供給する場合には、コンピュータは地表センサ及びダウンホールセンサからデータを検索するモニタ用モジュールを有している。
【００４８】
好ましいシステム１００では、他の深さ測定デバイスを配置することもできる。例えば、被覆された井戸穴(cased well bores)の中にジョイントあるいはカラーを配置したデバイスは正確な深さ測定値を提供することができる。ケーシングカラーロケータやその他の類似デバイスについては、1999年4月5日に出願された係属中の出願第09/286,362号で検討されている。この出願はすべての目的においてここで文献援用される。改修作業中においては、BHAは、開始点(kick-offpoint)において新しい横方向のドレイン穴あるいは井戸穴を形成する前に、被覆された井戸穴を走行する。地表と開始点との間の地中長さを正確に測定するために、ケーシングカラーロケータあるいはそれと類似のデバイスを使用することができる。この正確な長さがチューブの計算長さと比較され、井戸センサの校正あるいは計算法の修正が行われる。
【００４９】
別の実施の形態においては、この発明の好ましいシステム及び／あるいは方法は井戸を掘削した後に使用される。例えば、炭化水素の埋蔵が測定深さDiに存在することを確認できる。測定深さDiでパーフォレーションなどの作業を実施するためには、コイル状コンポジットチューブが穴の下方へトリップされ、深さｉにおいて井戸穴をあけるのに必要な道具が搬送される。穴内を下方へトリップされるコイル状コンポジットチューブは、掘削のときに伸びを生じる原因となるもの同一の井戸穴条件及び動作パラメータにさらされる。従って、深さDiへ道具を運ぶためには、このシステムを用いて、地表で測定された長さＬを補正することができる。この実施の形態においては、好ましいシステムはガイダンスツールとして使用される。
【００５０】
さらに別の実施の形態においては、この長さ補正システムあるいは方法は三次元（３Ｄ）ステアリングシステムで利用することもできる。井戸建設作業の前に、オペレータは一般的には見込みのある地層について多くの地質学的研究を行う。炭化水素の貯蔵を識別して範囲を限定するために、サイズミック試験(seismic testing)、井戸ロギング(welllogging)及びその他の貯蔵描写法を使用することもできる。こうした試験は、３Ｄの井戸穴軌跡が炭化水素の埋蔵部分(deposit)への井戸穴の露出を最大限にすること、及び／又は二つあるいはそれより多くの炭化水素の埋蔵部分すなわち層と交差することができることが示唆する。３Ｄの井戸穴を実現するために、まず、周知の貯蔵描写法によって提供される情報に基づいて３Ｄの井戸穴軌跡が形成される。その後、３Ｄ井戸穴軌跡がデジタル的にマッピングされ、汎用コンピュータのメモリモジュールの中に入力される。掘削作業中においては、長さ補正方法によって提供される真の測定深さを、BHAセンサによって提供される方位角及び傾斜の測定値といっしょに、デジタル的にマッピングされた井戸穴軌跡と比較することができる。BHAの方向及び位置が所望の３D井戸穴軌跡と一致しなければ、補正作業が行なわれる。
【００５１】
好ましいシステム１００はチューブの摺動を示すように適合させることもできる。前に説明したように、BHA３０におけるトラクタは井戸穴の中でチューブを引く。通常、コイル状チューブが井戸穴の内部において滑らかな摺動を停止すると、「ロックアップ(lockup)」が起きる。一般的に、コイル状チューブは波型あるいは正弦状に曲がり出す。修復できなければ、コイル状チューブは螺旋状に曲がって、ずっと悪い状況になり、修正のために大がかりなやり直しが必要となる。別の場合には、コイル状チューブは井戸穴内のくの字形湾曲(dogleg)その他の制約で動けなくなるかもしれない。チューブの「ロックアップ」を早期に示す一つの方法はチューブと井戸穴との間の摩擦係数μをモニタすることである。摩擦係数μの予期しない変化すなわち急激な変化は、井戸内のそうした状態をオペレータに警告する。従って、摩擦係数を計算しログすることによって、オペレータはコイル状チューブの正常性についてリアルタイムあるいはほぼリアルタイムでモニタすることができる。さらに、摩擦係数が予め決められた値を超えた場合には、自動化されたセーフティシャットダウンが行われるようにすることも可能である。
【００５２】
上述した式及び計算は単なる例であることを理解すべきである。これらの式及びそれに付随する記述は導管チューブ３４のテンションを予測するための解を導き出すときのいくつかの考慮点を説明するためだけのものである。当該分野における通常の技術者はテンションの計算に関係する流体力学や固体力学は容易に理解できよう。また、当該分野の技術者は、上述した計算のある側面においては、計算データあるいは測定データの近似あるいは推測が行われていることが理解できよう。
【００５３】
この補正方法及びシステムは井戸穴の状態及び掘削パラメータの好ましい工学モデルを反映していることもわかろう。違った流体及び物理モデルを利用した他のモデル法も同様に満足できるものであるかもしれない。例えば、ある応用に対しては、温度など一つあるいは複数の要因による長さ変化は十分に小さくて無視できるかもしれない。さらに、ダウンホールセンサの進歩によって、いくつかの計算値を実際の測定値（例えば、圧力差の測定値）で置き換えられるようになるかもしれない。従って、特許請求の範囲は上述したモデル法や計測法に限定されるわけではない。
【００５４】
以上、この発明の実施の形態を示して説明したが、当該分野の技術者は発明の精神あるいは教示から逸脱することなくそれを修正することが可能である。ここで説明した実施の形態は単に例であり、発明を制限するものではない。この発明の範囲内においては、システム及び装置の多くの変形及び修正が可能である。従って、保護の範囲はここで説明した実施の形態に限定されるわけではなく、請求の範囲によってのみ制限される。保護の範囲には請求の範囲の対象物と等価なすべてのものが包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】地層を通る傾斜した穴を有する井戸を示す図である。
【図２】この発明の好ましい実施の形態に従って構成された深さ測定システムを示す図である。
【図３】この発明の好ましい実施の形態に従って構成された深さ測定システムと組み合わせて使用される好ましい長さ補正方法を示すブロック図である。
【図４】地表で測定された長さを参照長さに変換するために、好ましい長さ補正方法と組み合わせて使用される好ましいルーチンを示すブロック図である。
【図５】掘削流体を輸送するチューブの一部を例示的に示す断面図である。
【図６】軸方向荷重がかかったチューブの一部を例示的に示す拡大側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
２０  チューブ
３４  導管
４０  コンピュータ
４２  地表センサ
４４  ダウンホールセンサ
【国際公開パンフレット】
2004521337.tif 000011
2004521337.tif 000012
2004521337.tif 000013
2004521337.tif 000014
2004521337.tif 000015
2004521337.tif 000016
2004521337.tif 000017
2004521337.tif 000018
2004521337.tif 000019
2004521337.tif 000020
2004521337.tif 000021
2004521337.tif 000022
2004521337.tif 000023
2004521337.tif 000024
2004521337.tif 000025
2004521337.tif 000026
2004521337.tif 000027
2004521337.tif 000028
2004521337.tif 000029
2004521337.tif 000030
2004521337.tif 000031
2004521337.tif 000032
2004521337.tif 000033
2004521337.tif 000034
2004521337.tif 000035
2004521337.tif 000036
2004521337.tif 000037
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004521337.tif 000038
2004521337.tif 000039
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004521337.tif 000040
2004521337.tif 000041
【国際調査報告】
2004521337.tif 000042
2004521337.tif 000043
2004521337.tif 000044