РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИННОЙ БУРОВОЙ КОЛОННЫ
EXPANDING TOOL OF BOREHOLE DRILLING COLUMN

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области нефтедобычи и газодобычи, а именно к расширителям скважинных буровых колонн.
Уровень техники
При бурении нефтяных и газовых скважин часто необходимо или предпочтительно производить расширение ствола скважины, созданной ранее буровым долотом или другим режущим инструментом с возможностью сгладить выступы породы, удалить осыпавшиеся участки и уступы, спрямить ствол скважины, стабилизировать буровой снаряд и увеличить диаметр ствола скважины. Из этих соображений после бурового долота или другого режущего устройства на буровом снаряде может размещаться расширитель с возможностью расширения ствола после того, как долото сформирует ствол скважины. Иногда предпочтительным является выполнение данного этапа расширения во время вытягивания долота из ствола скважины, такой процесс называется "обратное расширение". Также иногда необходимым является последующий проход расширителя с возможностью спрямления и очистки ствола скважины. При операциях бурения с обсадными трубами расширитель необходим для бурения основной скважины перед установкой колонны обсадных труб.
Во время бурения нефтяных и газовых скважин с использованием управляемых инструментов, выполненных с возможностью отклонения, предпочтительно производить расширение ствола скважины настолько близко к стволу долота, насколько это возможно для минимизации расстояния между стволом долота и стволом расширителя. Поскольку обычно требуется осуществление связи управляемых инструментов с системой измерений во время бурения, важно, чтобы через все инструменты, расположенные между управляемым инструментом и системой дистанционных измерений во время бурения, обеспечивалась передача электропитания и данных.
Существует три основных категории расширителей. Расширители с неподвижными лопастями, в том числе и наддолотные расширители, имеют неподвижные лопасти, которые не перемещаются и не раскрываются. Расширитель с неподвижными лопастями пробуривает скважину большего диаметра, поскольку он имеет больший внешний диаметр, чем направляющее долото. Расширитель с неподвижными лопастями может применяться для увеличения диаметра ствола скважины на относительно небольшую величину. Расширитель с неподвижными лопастями может применяться с возможностью сглаживания выступов породы, удаления уступов и осыпавшихся участков. Расширитель с цилиндрическими шарошками имеет шарошки, которые установлены на основном корпусе и могут применяться для увеличения диаметра ствола, сглаживания выступов породы, спрямления стволов скважин, удаления уступов и осыпавшихся участков, а также с возможностью стабилизации буровой колонны и уменьшения общего момента кручения буровой колонны. Расширители с раскрывающимися лопастями или регулируемые расширители, в том числе и регулируемые буровые расширители, имеют лопасти, которые могут раскрываться на поверхности или внутри скважины на заданный диаметр с возможностью бурения ствола большего диаметра. Расширитель с регулируемыми лопастями может применяться для увеличения диаметра скважины на существенную величину, срезания выступов породы, спрямления стволов скважин и удаления уступов и осыпавшихся участков.
Обычные регулируемые буровые расширители применяют совместно с направляющим буровым долотом, которое располагают ниже или спереди по ходу после регулируемого бурового расширителя. Регулируемый расширитель может применяться для бурения и расширения ствола скважины ниже обсаженного участка или, как это имеет место в случае бурения с обсадными трубами, может применяться для бурения ствола скважины с поверхности или под обсаженным участком большего диаметра. Обсадная колонна используется в качестве замены бурильной трубы, передающей жидкость и крутящий момент к буровому снаряду. После формирования ствола скважины лопасти регулируемого расширителя складываются, и буровой снаряд извлекается на поверхность.
Регулируемые расширители обычно имеют шарнирные лопасти с коническими шарошками, к которым прикреплены резцы, армированные поликристаллическими синтетическими алмазами. Приводами лопастей могут быть механические или гидравлические силы, действующие на лопасти и вызывающие поворот лопастей относительно края противоположного режущему краю лопастей, и таким образом раскрывая их или складывая. Эти лопасти могут прижиматься к пласту породы под действием поршня или приводного рычага. При выполнении стандартных операций лопасти регулируемого расширителя находятся в сложенном состоянии с возможностью обеспечения прохода инструмента через участок скважины меньшего диаметра или обсаженный участок скважины. После прохождения инструмента через участок скважины меньшего диаметра или обсаженный участок скважины лопасти регулируемого расширителя раскрываются. Направляющее долото бурит скважину, а расширитель увеличивает диаметр ствола скважины, сформированного долотом. Типичные примеры расширителей данных типов описаны в патентах США 3,224,507, 3,425,500 и 4,055,226.
При выполнении операций бурения с обсадными трубами регулируемый расширитель раскрывают на поверхности, при этом сзади к расширителю подсоединяют обсадную колонну. Обсадная колонна применяется для замены стандартной бурильной трубы. Раздвижной расширитель должен иметь возможность складываться до размера, который позволит извлечь буровой снаряд из ствола скважины. Извлечение бурового снаряда может потребоваться при отказе элемента снаряда или после завершения бурения ствола скважины.
Обычные расширители обладают несколькими недостатками. При износе режущей части расширителя скважине может не быть придана требуемая форма и размер. Кроме того, режущая часть расширителя может быть подобрана не корректно для правильной стабилизации бурового снаряда. Кроме того, для стандартного расширителя возможно неполное раскрытие или неполное складывание лопастей. В стандартном расширителе обычно имеются углубления для поворотных лопастей, выполненные в корпусе с возможностью размещения сложенных лопастей и конических коронок при нахождении инструмента в сложенном состоянии. Углубления имеют свойство забиваться обломками породы, создаваемыми во время операции бурения, что препятствует складыванию лопастей. При неполном складывании лопастей буровая колонна может застрять в стволе скважины при попытке извлечения колонны из ствола. При бурении с обсадной колонной, если не происходит складывания лопастей, регулируемый расширитель может застрять в обсадной колонне.
Способ перевода лопастей регулируемого расширителя в рабочее состояние и обратно также может накладывать ограничения на операцию бурения. В некоторых регулируемых расширителях применяется керн для облегчения перевода лопастей расширителя в рабочее состояние и обратно. Хотя для фиксации положения лопастей расширителя возможно использование керна, такой регулируемый расширитель нельзя устанавливать под инструментами, которые не имеют сквозного отверстия для прохода керна. Кроме того, может существовать ограничение на число циклов раскрытия и складывания лопастей расширителя. Также, устройство некоторых регулируемых расширителей предполагает их автоматическое раскрытие при прокачке через буровую колонну бурового раствора. Регулируемые расширители, которые приводятся в рабочее состояние только за счет воздействия потока, являются очень чувствительными к расходу потока. Таким образом, эти регулируемые расширители могут раскрываться и складываться при каждом включении или выключении насосов. Основным функциональным ограничением может стать неспособность поддержания лопастей расширителя в полностью раскрытом состоянии при требуемом расходе потока, необходимом для бурения. У многих регулируемых расширителей предусмотрена ограниченная индикация или вообще не предусмотрена индикация полного раскрытия или складывания лопастей, выводимая на поверхность. Также может потребоваться создание скважины, размер которой должен изменяться в зависимости от расположения ее ствола.
Другой способ увеличения диаметра скважины ниже предварительно обсаженного участка ствола включает применение ребристого расширителя после стандартного бурового долота. В таком узле стандартное направляющее долото размещено на самом нижнем краю бурового снаряда, а ребристый расширитель расположен на некотором расстоянии сзади бурового долота. Ребристый расширитель обычно содержит трубчатый корпус с одним продольным ребром или большим числом продольных ребер или лопастей, выступающих в радиальном направлении наружу от трубчатого корпуса. После прохода ребристого расширителя через все обсаженные участки ствола скважины направляющее долото, вращаясь вокруг центральной линии буровой оси, осуществляет бурение нижнего ствола скважины в центре по заданной траектории, а эксцентриковый расширитель следует за направляющим долотом и захватывает породу, увеличивая диаметр направляющего ствола до заданной величины.
Еще один способ увеличения диаметра ствола скважины ниже предварительно обсаженного участка включает применение бурового долота со смещенным центром, которое представляет собой единое буровое устройство, составленное из регулируемого расширителя и направляющего долота. Направляющее долото расположено на самом нижнем конце бурового снаряда, а эксцентриковый регулируемый расширитель расположен несколько выше направляющего долота. После прохода долота со смещенным центром через все обсаженные участки ствола скважины направляющее долото, вращаясь вокруг центральной линии оси бурения, осуществляет бурение направляющего ствола скважины в центре по заданной траектории скважины, а эксцентриковый регулируемый расширитель следует за направляющим долотом и осуществляет захват породы, увеличивая диаметр ствола скважины до заданной величины. Для обеспечения уравновешивания направляющего долота его диаметр выполняется настолько большим, насколько это возможно по условию обеспечения прохода через обсаженный ствол скважины. Примеры долот со смещенным центром приведены в патентах США 6,039,131 и 6,269,893.
Как было описано выше, ребристые расширители и долота со смещенным центром включают участки регулируемых расширителей, которые являются эксцентриковыми. Для данного устройства характерен ряд недостатков. Из-за сложности отслеживания траектории эксцентриковые участки регулируемых расширителей с трудом обеспечивают надежное расширение ствола скважины до заданного диаметра. Форма скважины во многих местах является спиральной, что повышает момент нагрузки и осевое трение в стволе скважины. Что касается долота со смещенным центром, то эксцентриковый регулируемый буровой расширитель имеет свойство вызывать биение и нежелательное отклонение направляющего долота от центра и таким образом отклонять направляющее долото от предпочтительной траектории бурения ствола скважины. Схожая проблема встречается и у ребристых расширителей, которые расширяют ствол скважины до требуемого диаметра только, если направляющее долото остается центрированным в стволе скважины во время бурения.
Раскрытие изобретения
В нефтяной и газовой промышленности предпочтительным является определение рабочих нагрузок, воздействующих на инструмент, и управление инструментом с возможностью регистрации возникновения длительного повреждения с целью уменьшения возможных повреждений инструмента и/или с возможностью гарантировать правильность выполнения конкретной операции. Для определения возникновения нагрузок на буровой инструмент, которые превышают рабочие параметры, могут применяться датчики, регистрирующие вибрации, осевые нагрузки, моменты нагрузок и изгибные нагрузки и передающие эти данные в режиме реального времени на поверхность. В операцию бурения затем могут вноситься изменения с возможностью предотвращения или уменьшения повреждения инструмента и/или с возможностью изменения выполняемой операции.
Для оптимизации операции бурения и/или размещения ствола скважины предпочтительно получать информацию о рабочих параметрах буровой колонны и условиях окружающего пласта, в котором производится бурение. Например, во многих случаях необходима частая подстройка направления ствола скважины при бурении либо с возможностью выполнения запланированного изменения направления, либо с возможностью компенсации незапланированного и нежелательного отклонения ствола скважины. Кроме того, предпочтительно, чтобы информация о функционировании инструмента, среде бурения и типе или параметрах пласта передавалась в режиме реального времени. Возможность получения измеренных данных в режиме реального времени в процессе бурения дает возможность сделать операцию бурения соответственно более экономичной и эффективной. Поэтому важно, чтобы через любой инструмент, расположенный между датчиками измерений во время бурения или датчиками каротажа во время бурения и системой дистанционных измерений во время бурения, позволялась передача электропитания и/или данных.
Для получения данных в режиме реального времени в процессе бурения на конце буровой колоны, расположенной в скважине, устанавливают набор буровых инструментов и измерительных устройств, широко известный под названием компоновки низа буровой колонны. Обычно компоновка низа буровой колонны включает в себя буровое долото, какие-либо направляющие или производящие оценку параметров инструмента, отклоняемые буровые механизмы, забойные турбинные двигатели и утяжеленные хомуты, используемые при операции бурения. Измерительные во время бурения или картонажные во время бурения хомуты часто размещают прямо над буровым долотом с возможностью проведения измерений по определению направления ствола скважины или параметры пласта ствола скважины в процессе ее бурения. Измеренные данные, записанные измерительными во время бурения или картонажными во время бурения системами, могут передаваться на поверхность в режиме реального времени множеством способов, известных специалистам в данной области техники. После получения этих данных пользователь, находящийся на поверхности, может принимать решения относительно операции бурения. Из-за ограничений на передачу данных обычной является практика записи подробных данных или данных о надежности инструмента с возможностью их считывания после извлечения инструмента на поверхность.
Соответственно были разработаны различные системы, которые позволяют с использованием расположенных в скважине датчиков регистрировать в режиме реального времени параметры бурения и передавать данные измерений или данные на поверхность по существу сразу после измерений. В другом варианте в бурильной колонне со встроенной системой дистанционных измерений или колонной с жесткой проводкой сигналы передаются от скважинного датчика на поверхность через проводку, содержащуюся внутри стенки бурильной колонны. Эти системы дистанционных измерений и связанные с ними датчики могут размещаться на значительном расстоянии от бурового долота. Данные об окружающей среде, полученные системой, не обязательно коррелируются с действительными параметрами вокруг бурового долота. Система быстрее реагирует на параметры, которые соответствуют участку, расположенному на значительном расстоянии от бурового долота. Например, обычная система дистанционных измерений может давать смещение по глубине 60 футов (9,1 метра) или более. Из-за такой задержки данных может произойти бурение за пределы пласта, содержащего углеводороды, до того, как будет определен выход за его пределы, в результате потребуется бурить ствол скважины длиной в несколько футов (метров) с возможностью возврата в продуктивную зону. Для компенсации этой нежелательной задержки данных или смещения по глубине разработаны различные наддолотные системы или пакеты датчиков, устройство которых предусматривает установку в непосредственной близости с буровым долотом. Однако подобные наддолотные датчики по-прежнему располагаются на некотором удалении от бурового долота, что вызывает задержку в определении изменений параметров пласта.
Для применения наддолотной системы датчиков и обеспечения контроля и регулировки параметров бурения в режиме реального времени необходимо разработать систему или способ передачи измеренных данных или записанных данных от скважинного датчика либо непосредственно на поверхность, либо к дополнительной системе дистанционных измерений с возможностью последующей передачи на поверхность. Также может потребоваться система или способ передачи электропитания к системе скважинных датчиков с поверхности или от какого-либо другого источника энергии.
Следовательно, все инструменты направленной компоновки низа бурильной колонны должны передавать электропитание и данные через свои корпуса, либо эти инструменты должны располагаться выше системы дистанционных измерений. Стандартные расширители, существующие в настоящее время, не обладают способностью передачи электропитания и данных через корпус и, в результате, регулируемые расширители размещают на значительном расстоянии от долота. При бурении с обсадными трубами это означает, что направленная компоновка низа бурильной колонны под обсадной колонной имеет очень большую длину и подвержена таким проблемам функционирования, как повышенное осыпание породы и вибрация.
Разработаны различные системы с возможностью обеспечения связи или передачи данных непосредственно на поверхность, например, через проводную или кабельную электрическую цепь. Эти проводные соединительные системы обеспечивают проводное соединение наддолотного участка с поверхностью, однако данный провод или кабель необходимо устанавливать внутри буровой колонны или закреплять на ней каким-либо другим способом. Данный провод или кабель при эксплуатации подвергается износу и нагрузкам на разрыв и, следовательно, может быть поврежден или даже разрушен при выполнении обычных операций бурения. Буровой снаряд может быть недостаточно приспособлен для размещения подобных проводов, в результате чего проводные датчики не удастся разместить близко к бурильному долоту. Провода и проводные соединительные системы по самой своей природе создают помехи в буровой колонне, что препятствует работе некоторых типов механизмов раскрытия расширителей.
Также разработаны системы передачи акустических или сейсмических сигналов или волн через буровую колонну или окружающую породу. Эти акустические или сейсмические сигналы создаются расположенным в скважине акустическим или сейсмическим генератором. Однако обычно для создания достаточно мощного сигнала, который можно зарегистрировать на поверхности, требуется достаточно большая энергия. В скважине требуется размещение мощного источника энергии либо требуется установка повторителей, расположенных на определенных расстояниях по длине буровой колонны, с возможностью усиления сигнала по мере его распространения вдоль буровой колонны.
Также разработаны системы, в которых требуется передача электромагнитных сигналов через окружающую породу. Электромагнитная передача информации часто включает применение тороида, расположенного рядом с буровым долотом, с возможностью создания электромагнитной волны в породе. Как и в случае передачи акустических и сейсмических сигналов передача электромагнитных сигналов через породу обычно требует большой мощности, особенно если электромагнитный сигнал необходимо регистрировать на поверхности. Кроме того, затухание электромагнитных сигналов по мере продвижения через породу увеличивается с увеличением расстояния передачи сигналов.
Также разработана буровая колонна, через которую проходит проводка с возможностью передачи из скважины на поверхность значительного количества данных. В этих системах проводка должна проходить по всей длине буровой колоны и соединяться с компоновкой низа буровой колонны. Передача данных через разъемы может быть затруднена, а учитывая большое количество разъемов в типичной буровой колонне, для этих систем возникают проблемы с их надежностью и обслуживанием.
Краткое описание чертежей
Для подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения приводятся ссылки на прилагаемые чертежи.
фиг.1 - стандартная принципиальная схема расширителя с проводным монтажом, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных проходят через проточное отверстие согласно настоящему изобретению;
фиг.2 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных проходят через корпус;
фиг.3 - стандартная принципиальная схема расширителя с проводным монтажом, выполненного с возможностью раскрытия лопастей, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных проходят через проточное отверстие согласно настоящему изобретению;
фиг.4 - расширитель с проводным монтажом фигуры 3, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных проходят через корпус;
фиг.5 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных подсоединены к проходному отверстию;
фиг.6 - расширитель с проводным монтажом фигуры 2, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных подсоединены к корпусу;
фиг.7 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных расположены внутри проходного отверстия;
фиг.8 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1, в котором электропитающие провода и/или проводка с возможностью передачи данных расположены внутри корпуса;
фиг.9 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1 с датчиками;
фиг.10 - расширитель с проводным монтажом фигуры 2 сдатчиками;
фиг.11 - расширитель с проводным монтажом фигуры 3 с датчиками;
фиг.12 - расширитель с проводным монтажом фигуры 4 с датчиками;
фиг.13 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1 с беспроводными датчиками;
фиг.14 - расширитель с проводным монтажом фигуры 2 с беспроводными датчиками;
фиг.15 - расширитель с проводным монтажом и датчиками, показанный на фигуре 9, подключенный к процессору;
фиг.16 - расширитель с проводным монтажом и датчиками, показанный на фигуре 5, подключенный к процессору;
фиг.17 - расширитель с проводным монтажом фигуры 7 с датчиками и процессором;
фиг.18 - расширитель с проводным монтажом фигуры 1 с контроллерами и приводами;
фиг.19 - расширитель с проводным монтажом фигуры 2 с контроллерами и приводами;
фиг.20 - расширитель интеллектный фигуры 15 с контроллерами и приводами;
фиг.21 - интеллектуальный расширитель фигуры 16 с контроллерами и приводами;
фиг.22 - интеллектуальный расширитель фигуры 20 с контроллерами и приводами;
фиг.23 - интеллектуальный расширитель фигуры 21 с контроллерами и приводами.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание приводится для различных вариантов осуществления изобретения. Хотя предпочтительным может оказаться один или большее число этих вариантов осуществления, изложенные варианты осуществления не следует интерпретировать или иначе использовать как ограничения на объем раскрытия изобретения, включающий формулу изобретения. Кроме того, специалистам в данной области техники понятно, что нижеследующее описание имеет широкое применение, и описание любого варианта осуществления изобретения приводится только в качестве примера осуществления данного варианта осуществления, не предназначено для сужения объема раскрытия изобретения, включающего формулу изобретения, и относится только к этому варианту осуществления изобретения.
Для обозначения конкретных элементов или компонентов в нижеследующем описании применяются определенные термины. Как понятно специалистам в данной области техники, разные люди могут использовать для обозначения одних и тех же элементов разные названия. В данном документе не проводится различий между компонентами или элементами, которые отличаются по названию, а не по функциональному назначению. Элементы чертежей не всегда выполнены в масштабе. Определенные элементы и компоненты на них могут быть показаны без соблюдения пропорций или в несколько схематизированной форме, а некоторые детали стандартных элементов могут быть условно не показаны в целях упрощения восприятия.
В нижеследующем описании и в формуле изобретения термины "включающий" и "содержащий" используются в расширенном смысле и, следовательно, должны быть интерпретированы как "включающий, но не ограничивающийся". Также термин "подсоединять" означает либо косвенное, либо непосредственное соединение. Таким образом, если первое устройство подсоединено ко второму устройству, это соединение может осуществляться либо путем непосредственного соединения, либо путем косвенного соединения через другие устройства и соединения.
Расширитель с проводным монтажом обеспечивает передачу электропитания и/или данных через расширитель к другим инструментам, расположенным в скважине, к оборудованию на поверхности либо к самому расширителю. Возможность передачи электропитания и/или данных через расширитель компенсирует некоторые ограничения на размещение расширителя в компоновке низа буровой колонны. Кроме того, размещение датчиков на расширителе обеспечивает сбор данных о параметрах инструмента, форме ствола скважины, пластах бурения, в которых производится бурение. Эти данные могут передаваться на поверхность или к другому инструменту дистанционного измерения при помощи проходящих через инструмент каналов и использоваться для оптимизации операции бурения или записываться внутри инструмента для последующего получения. Кроме того, данные, полученные датчиками, могут передаваться процессору, расположенному на поверхности, на другом скважинном инструменте или на самом расширителе. В таких системах расширитель является "интеллектуальным", это означает, что расширитель связывается с процессором для расшифровки данных, полученных от датчиков.
Кроме того, размещение на расширителе контроллеров и приводов дает возможность управлять расширителем во время операций бурения посредством формирования сигналов или обратной связи от алгоритмов, разработанных в виде зависимости от данных, полученных от датчиков. Передача прямых команд или осуществление обратной связи может обеспечиваться применением проходящих через инструмент каналов с контроллерами, вызывая включение контроллерами приводов в соответствии с потребностями оптимизации операции бурения. Например, контроллеры на расширителе могут раскрывать или складывать лопасти расширителя или иным образом изменять параметры расширителя с целью ограничения нагрузок, действующих на расширитель.
Наблюдение за работой расширителя может помочь определить момент возникновения механического повреждения расширителя, такого как, например, чрезмерный износ режущего устройства, выход из строя роликовых подшипников, разрушение лопастей расширителя или неполное раскрытие или складывание лопастей расширителя. Наблюдение за изменением параметров бурения способствует обнаружению превышения или занижения весовой нагрузки лопастей, выхода вибраций расширителя за пределы допустимого диапазона или выхода за пределы допустимого диапазона крутящего момента, воздействующего на лопасти расширителя.
Расширитель с проводным монтажом может размещаться между системой дистанционного измерения каротажа и снабженного измерительными устройствами вращающегося бурового долота или датчиком системы регистрации данных при бурении. Во вращающихся поворотных компоновках низа буровой колонны применение расширителя с проводным монтажом позволяет расположить расширитель ближе к буровому долоту и снизить размеры опережающей скважины малого диаметра. При бурении с обсадными трубами расширитель с проводным монтажом обеспечивает меньшее выступание прямой или направленной компоновки низа буровой трубы.
В некоторых вариантах осуществления расширителя с проводным монтажом электропитание и/или данные передаются через отверстие в расширителе или корпусе расширителя к устройствам, расположенным в скважине ниже расширителя или к самому расширителю. Канал может проходить через отверстие в расширителе или быть непосредственно окружен корпусом расширителя. Кроме того, часть отрезка канала передачи энергии и/или данных может представлять собой проводящую проводку, проводящий стержень, оптико-волоконный кабель, звуковой или акустический канал, колебательный канал, электромагнитный сигнал или беспроводной канал передачи. В случае применения проводящей проводки или проводящего стержня возможна изоляция от корпуса расширителя.
На фигуре 1 показана стандартная принципиальная схема расширителя с проводным монтажом, которая обеспечивает электропитание и/или передачу данных через расширитель. Расширитель 100 с проводным монтажом содержит корпус 105 с проточным отверстием 110 и режущее устройство 113 вдоль внешней поверхности корпуса 105. Узел 115 фидера проходит через проточное отверстие 110. Узел 115 фидера также содержит защищенный канал 120, окружающий, по меньшей мере, часть проводки 125 с возможностью передачи электропитания и/или данных. Проводка 125 обеспечивает передачу электропитания и/или данных к другим инструментам, размещенным в скважине выше или ниже расширителя 100, и/или в обратном направлении.
В этом варианте осуществления изобретения канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через проточное отверстие 110 расширителя 100 с проводным монтажом. В других вариантах осуществления изобретения канал 120 с проводкой 125 может проходить через корпус 105 расширителя, а не через проточное отверстие 110. На фигуре 2 показан расширитель 100 с проводным монтажом, изображенный на фигуре 1, у которого канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через корпус 105 расширителя. Поскольку канал 120 расположен внутри корпуса 105, нет необходимости в узле фидера с возможностью размещения защиты проводки 125, как показано на фигуре 1.
Кроме того, стандартный вариант осуществления изобретения, показанный на фигуре 1, представляет собой расширитель с неподвижными лопастями. В других вариантах осуществления изобретения расширитель 100 может представлять собой расширитель другого типа, включая расширитель с регулируемыми лопастями. На фигуре 3 приведена принципиальная схема типичного варианта осуществления расширителя с регулируемыми лопастями с проводным монтажом. Так, расширитель 100 дополнительно содержит лопасти 130, которые могут раскрываться и складываться. Как показано на фигуре 3, лопасти 130 раскрываются с правой стороны, которая соответствует расположенному ниже в стволе скважины краю расширителя 100. В альтернативном варианте лопасти 130 могут раскрываться слева или с расположенного выше в стволе края расширителя 100 или выдвигаться от центральной части расширителя 100. Лопасти 130 также содержат режущие устройства 113. Хотя на фигуре 3 изображено, что режущие устройства 113 расположены на лопастях 130, режущие устройства 113 могут в качестве альтернативного или дополнительного варианта располагаться на корпусе 105 расширителя выше или ниже по стволу скважины по отношению к лопастям 130.
Как описано выше, канал 120 с проводкой 125 может проходить через корпус 105 расширителя, а не через проточное отверстие 110. На фигуре 4 показан расширитель 100, изображенный на фигуре 3, у которого канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через корпус 105 расширителя 100. Поскольку канал 120 расположен внутри корпуса 105, существует потребность в узле фидера с возможностью размещения защиты проводки 125, как показано на фигуре 3.
Электропитание и/или передача данных не обязательно должны проходить через расширитель по прилегающему к нему каналу, как это показано на фигурах 1-4. Электропитание и/или передача данных может осуществляться через сам расширитель. Также электропитание и/или данные не обязательно должны передаваться через расширитель, а могут вместо этого подводиться к расширителю. На фигуре 5 показан расширитель 100 с проводным монтажом, изображенный на фигуре 1, у которого канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных подходит к проточному отверстию 110 расширителя 100, но не проходит через него. Аналогично на фигуре 6 показан расширитель 100 с проводным монтажом, изображенный на фигуре 2, у которого канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных подходит к корпусу 105 расширителя 100, но не проходит через него. Кроме того, электропитание и/или данные не обязательно должны передаваться через расширитель или подводиться к нему, а могут полностью содержаться внутри расширителя. На фигуре 7 показан расширитель 100 с проводным монтажом, который изображен на фигуре 1, у которого канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных находится внутри проточного отверстия 110 расширителя 100. Аналогично, на фигуре 8 показан расширитель 100 с проводным монтажом, изображенный на фигуре 2, у которого канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных находится внутри корпуса 105 расширителя 100.
Для оптимизации операции бурения и/или оценки параметров пласта предпочтительно получать информацию о параметрах расширителя, а также данные об окружающем пласте породы, подвергаемой бурению. Поэтому в некоторых вариантах осуществления изобретения снабжены измерительными устройствами, а расширитель оборудован датчиками с возможностью получения информации. Эти варианты осуществления могут применяться для всех трех типов расширителей - с неподвижными лопастями, регулируемых и расширяемых. Электропитание для работы датчиков может подаваться от источника электроэнергии, подсоединенного к расширителю, такого как скважинный электрогенератор или комплект аккумуляторов, или с поверхности через проводку или трубки с жестко закрепленными проводами. В альтернативном варианте, источник энергии может располагаться на самом расширителе с проводным монтажом.
Датчики могут располагаться внутри расширителя, а также на его внешней поверхности, в том числе и на лопастях. Например, некоторые датчики, измеряющие параметры пласта породы, оптимально работают в контакте со стенкой ствола скважины, в то время как другие датчики наилучшим образом работают, находясь в центре ствола скважины. Датчики могут располагаться на внешней поверхности расширителя ниже или выше лопастей расширителя и/или на лопастях расширителя. Другие датчики могут применяться с возможностью контроля данных о бурении или об окружающем пласте. Например, с возможностью контроля номинального диаметра и ровности ствола скважины датчики, а более конкретно, каверномеры могут располагаться выше лопастей, на лопастях или ниже рычагов. Каверномеры могут представлять собой простые механические датчики, такие как пружинный датчик, или более сложные акустические каверномеры, которые работают на основе отражения волн, улавливании отклонений и других технологиях получения данных. Для измерений каверномером механические датчики лучше всего располагать на рычагах, а акустические датчики лучше всего располагать в корпусе расширителя. Датчики могут располагаться на расширителе с возможностью контроля и передачи данных, например, о раскрытии, складывании и частичном раскрытии лопастей расширителя и таких как нагрузка, воздействующая на инструмент, как вибрационные, весовые нагрузки на лопасти расширителя, моменты нагрузки на лопасти расширителя, частота вращения инструмента, температура, давление и/или напряжения/деформации по длине инструмента.
Определенные типы датчиков оценки параметров пласта более приспособлены для размещения на корпусе расширителя, а не на лопастях расширителя. Например, ряд элктрокаротажных датчиков более приспособлены для размещения на лопастях расширителя, а не на корпусе расширителя, в то время как другие типы электрокаротажных датчиков наилучшим образом работают при размещении их в центре ствола скважины, т.е. на корпусе расширителя. Не следует считать, что эти датчики смогут работать только при размещении в этих местах. Другие датчики оценки параметров пласта, которые могут размещаться в расширителе, включают в себя датчики пористости, звуковые датчики, датчики построения магнитного изображения и датчики испытания пласта.
Данные, полученные с датчиков, могут храниться в микросхеме памяти, расположенной внутри расширителя. Данные могут передаваться на поверхность через внешний порт или по беспроводному каналу связи, когда расширитель извлечен на поверхность. Дополнительно или в качестве альтернативного варианта данные могут передаваться по проходящим через инструмент каналам к другому устройству хранения данных, расположенному либо на другом скважинном инструменте, или на поверхности. Передача данных между инструментами осуществляется либо электрически через аппаратное соединение или при помощи других технологий передачи данных, таких как электромагнитная передача данных через расположенные на малых расстояниях релейные устройства или акустическая передача данных. Передача данных на поверхность может осуществляться в режиме реального времени при помощи различных технологий передачи данных, таких как дистанционное измерение импульсов давления в столбе бурового раствора, акустические дистанционные измерения, электромагнитная индукция, проводная передача данных, оптико-волоконная передача данных или передача данных через колонны с жестко закрепленными проводами.
На фигуре 9 показан расширитель 100 с проводным монтажом фигуры 1 и датчиками с возможностью получения данных. Расширитель 100 с проводным монтажом дополнительно содержит датчики 140, расположенные вдоль расширителя 100. Как показано на фигуре 9, датчики 140 расположены на внешней поверхности расширителя 100 выше по длине скважины, чем режущее устройство 113, ниже по длине скважины, чем режущее устройство 113, и на режущем устройстве 113. Расширитель 100 с проводным монтажом дополнительно содержит переходник 145, который позволяет передавать данные, полученные от датчиков 140 к проводке 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных, которая в данном варианте осуществления изобретения проходит через узел 115 фидера, расположенный вдоль проточного отверстия 110.
Схожим образом на фигуре 10 показан расширитель 100 с проводным монтажом, приведенный на фигуре 2, сдатчиками получения данных. В этом варианте осуществления изобретения канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через корпус 105 расширителя. Поскольку проводка 125 проходит через корпус 105, а не через проточное отверстие 110, наличие переходника между датчиками 140 и проводкой 125 не является необходимым.
На фигуре 9 и фигуре 10 показаны расширители с неподвижными лопастями. Как описано выше, расширитель может быть расширителем другого типа, в том числе и расширителем с регулируемыми лопастями. Кроме того, расширитель с проводным монтажом и регулируемыми лопастями такими, как изображены на фигуре 3 и фигуре 4, которые могут быть оборудованы датчиками с возможностью получения данных. На фигуре 11 и фигуре 12 изображен расширитель 100 с проводным монтажом и раскрывающимися лопастями, показанный на фигуре 3 и фигуре 4 соответственно, с датчиками 140, размещенными на расширителе 100 и, в случае фигуры 11, переходником 145, соединенным с датчиками 140 и проводкой 125.
Варианты осуществления, приведенные на фигурах 9 и 11 содержат проводное соединение, а именно переходник 145, между датчиками 140 и проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных. В других вариантах осуществления изобретения это соединение может быть беспроводным, а не проводным. Например, на фигуре 13 показан расширитель 100 с проводным монтажом и датчиками 140, изображенный на фигуре 9, с беспроводным соединением 150 вместо переходника 145 между датчиками 140 и проводкой 125. Беспроводное соединение 150 дополнительно содержит источник 155 и приемник 160 с возможностью соответственно передачи и получения данных, полученных от датчиков 140 к проводке 125.
Аналогичным образом проводное соединение датчиков 140, расположенных на режущем устройстве 113, с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных, проходящей через корпус 105 расширителя в вариантах осуществления изобретения, показанных на фигурах 10 и 12, может быть заменено на беспроводное соединение. Например, на фигуре 14 показан расширитель 100 с проводным монтажом и датчиками 140, изображенный на фигуре 10, с беспроводным соединением 150 вместо аппаратного соединения датчиков 140, расположенных на режущем устройстве 113, с проводкой 125. Как описано выше, беспроводное соединение 150 дополнительно содержит источник 155 и приемник 160 с возможностью соответственно передачи и получения данных, полученных от датчиков 140 к проводке 125.
Электропитание и/или данные не обязательно передаются по каналам, примыкающим к расширителю, как это показано фигурах 9-14. Вместо этого электропитание или данные могут передаваться через расширитель. Кроме того, электропитание и/или данные не обязательно должны передаваться через расширитель, а вместо этого они могут только подаваться к расширителю, как показано на фигурах 5 и 6. Кроме того, электропитание и/или данные не обязательно должны передаваться через расширитель или подаваться к расширителю, а вместо этого они могут полностью содержаться внутри расширителя, как показано на фигурах 7 и 8.
Для получения, обработки, анализа и хранения данных, полученных от датчиков, может применяться процессор. Поэтому в некоторых вариантах осуществления изобретения расширитель с проводным монтажом и датчиками имеет доступ к процессору по проходящим через инструменты каналам передачи данных. В таких вариантах осуществления изобретения расширитель называется "интеллектуальным". Процессор может располагаться на поверхности, размещаться на другом скважин ном инструменте или на самом интеллектуальном расширителе.
Данные, полученные от датчиков, размещенных на интеллектуальном расширителе, передаются процессору по проходящим через инструменты каналам передачи данных. Данные, полученные отдатчиков, размещенных на других скважинных инструментах, также могут предаваться процессору по проходящим через инструменты каналам передачи данных расширителя. В альтернативном варианте данные, полученные от датчиков, включающих датчики, расположенные на расширителе или других скважинных инструментах, могут храниться в карте памяти, размещенной в расширителе.
Получение данных с этой карты памяти может производиться через внешний порт или беспроводной канал связи на поверхности или после извлечения расширителя из скважины на поверхность. В качестве альтернативного варианта полученные данные могут передаваться через проходящие через инструменты каналы передачи данных к другому устройству хранения данных расположенному либо на поверхности, либо на другом скважинном инструменте. Передача данных между инструментами может осуществляться либо через электрическое аппаратное соединение, либо при помощи других технологий таких, как передача электромагнитных или акустических волн на короткие расстояния. Передача данных на поверхность может осуществляться в режиме реального времени с использованием различных технологий передачи данных таких, как дистанционное измерение импульсов давления в столбе бурового раствора, акустические дистанционные измерения, электромагнитная индукция, оптико-волоконная передача данных или передача данных через размещенные в трубках провода. Независимо от способа получения данных от датчиков, эти данные в итоге предаются процессору для обработки и анализа.
На фигуре 15 приведен расширитель с проводным монтажом, оборудованный датчиками, показанный на фигуре 9, связанный с процессором через проходящие через него каналы передачи данных. Как описано выше, расширитель 100 с проводным монтажом содержит сквозное проточное отверстие 100, режущее устройство 113, проходящее вдоль внешней поверхности корпуса 105, и датчики 140, также расположенные по длине расширителя 100. Узел 115 фидера проходит через проточное отверстие 110. Узел 115 фидера дополнительно содержит канал 120, окружающий, по меньшей мере, один участок проводки 125 с возможностью передачи электропитания и/или данных. Проводка 125 выполнена с возможностью передачи электропитания и/или данных к другим инструментам, расположенным сзади или спереди подлине ствола скважины относительно расширителя 100, включающим процессор 165. Процессор 165 может располагаться на поверхности или на другом скважинном инструменте. Данные, полученные от датчиков 140 расширителя 100 и датчиков, расположенных на других скважинных инструментах, подключенных к проводке 125 с возможностью передачи электропитания и/или данных расширителя 100, передаются к процессору 165 через проводку 125 с возможностью передачи электропитания и/или данных.
На фигуре 16 приведен расширитель с проводным монтажом, оборудованный датчиками, показанный на фигуре 7, имеющий доступ к процессору через проходящие через него каналы передачи данных. Единственное различие между фигурами 15 и 16 связано с проводкой 125 с возможностью передачи электропитания и/или данных расширителя 100. На фигуре 15 проводка 125 проходит через расширитель 100, в то время как на фигуре 16 проводка 125 подходит к расширителю 100, но не проходит через него. В отличие от фигур 15 и 16 на фигуре 17 показан расширитель фигуры 5 с проводным монтажом, датчиками и процессором. Вариант осуществления изобретения, приведенный на фигуре 17, содержит проводку 125, не проходящую через расширитель или подведенную к расширителю 100, а расположенную внутри расширителя 100. Таким образом, в варианте осуществления изобретения, приведенном на фигуре 17, процессор 165 обязательно располагается внутри расширителя 100.
Что касается вышеописанных вариантов осуществления изобретения, то проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна примыкать к расширителю по всей длине, как это показано на фигуре 15. Вместо этого передача электропитания и/или данных может осуществляться через интеллектуальный расширитель. Также, проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна проходить через интеллектуальный расширитель, а может подводиться к расширителю, как показано на фигуре 16. Кроме того, проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна проходить через интеллектуальный расширитель или подводиться к расширителю, а вместо этого может полностью содержаться внутри расширителя, как показано на фигуре 17. Так же, как и в описанных выше вариантах осуществления изобретения, интеллектуальный расширитель может являться расширителем с неподвижными лопастями, как показано на фигурах 15-17, расширителем с регулируемыми лопастями или расширителем другого типа. В вариантах осуществления интеллектуального расширителя, через который проходят или к которому подведены каналы, процессор может располагаться на поверхности, на другом скважинном инструменте или на самом расширителе. В вариантах осуществления интеллектуального расширителя, внутри которого заключены каналы, процессор обязательно располагается на самом расширителе.
Для оптимизации операции бурения и/или размещения ствола скважины предпочтительно управлять работой расширителя. Поэтому в некоторых вариантах осуществления расширителя с проводным монтажом, на расширителе размещаются контроллеры и приводы. Контроллеры и приводы могут быть электрическими, гидравлическими, механическими или других подходящих типов, известных в данной области техники. Контроллеру может передаваться сигнал, по которому контроллер включает привод, осуществляя таким образом управление расширителем. Например, контроллеру может передаваться сигнал, по которому контроллер включает привод, раскрывающий, складывающий и/или фиксирующий лопасти расширителя.
В некоторых вариантах осуществления изобретения сигналом может быть прямая команда, исходящая от оператора, находящегося на поверхности. Прямая команда может передаваться контроллеру, расположенному на расширителе, посредством любого числа технологий передачи данных, таких как передача данных через импульсы давления в столбе бурового раствора, электромагнитная передача данных, акустическая передача данных или передача данных через расположенные в трубчатых коробах провода. После получения прямой команды контроллер включает привод, также расположенный на расширителе, вызывая требуемую реакцию расширителя, например, вызывая складывание лопастей расширителя.
Различные средства обеспечения срабатывания приводов включают, не ограничиваясь перечисленными средствами, электродвигатели, внутренне изолированные гидроприводы, приводимые от скважинной жидкости приводы, устройства, срабатывающие под действием давления, или приводные устройства, приводимые от буровой колонны. Например, лопасти расширителя могут управляться за счет гидравлического расхода или давления, воздействующих на внутренний поршень, который в свою очередь раскрывает лопасти расширителя наружу. Кроме того, для облегчения раскрытия, складывания или фиксации рычагов расширителя в заданном положении может применяться шариковая копровая баба. В качестве другого примера для ограничения фиксации лопастей расширителя и фиксации расширителя в раскрытом, сложенном или частично раскрытом положениях может использоваться электропривод. Электропривод может представлять собой соленоид, переключатель или цепь. В качестве еще одного примера лопасти расширителя могут управляться при помощи электродвигателя. Для определения положения лопастей расширителя и контроля правильности функционирования инструмента возможно применение датчика. В качестве другого альтернативного варианта возможно применение распределителей с электромагнитным управлением с возможностью изменения площади поршня расширителя и, следовательно, изменения расхода или давления, необходимого для управления лопастями расширителя. В качестве еще одного альтернативного варианта управления лопастями расширителя возможно применение аксиально-кулачкового насоса. Распределители с электромагнитным управлением могут управлять включением насоса или сбросом давления, действующего на лопасти расширителя или на поршень, соединенный с лопастями расширителя. И, наконец, лопасти расширителя могут управляться за счет временного подсоединения приводного рычага мотора к лопастям расширителя.
На фигуре 18 показан расширитель 100 с проводным монтажом фигуры 1 с контроллерами и приводкой с возможностью изменения положения режущих устройств расширителя. Расширитель 100 дополнительно содержит контроллерно-приводные узлы 170, расположенные между корпусом 105 расширителя и режущими устройствами 113. Каждый контроллерно-приводной узел 170 дополнительно содержит контроллер и привод, при этом контроллер при получении сигнала через проводку 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных включает привод с возможностью изменения положения режущих устройств 113, например, с возможностью складывания режущих устройств 113 с целью уменьшения диаметра ствола скважины или раскрытия режущих устройств 113 с целью увеличения диаметра ствола скважины.
Аналогичным образом, на фигуре 19 показан расширитель фигуры 2 с проводным монтажом, контроллером и приводами с возможностью изменения положения режущих устройств расширителя. В этом варианте осуществления изобретения канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через корпус 105 расширителя. Поскольку проводка 125 проходит через корпус 105 расширителя, а не через проточное отверстие 110 расширителя, отсутствует необходимость в переходнике между контроллерно-приводными узлами 170 и проводкой 125.
Как и в вышеописанных вариантах осуществления изобретения, проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна примыкать к расширителю по всей длине, как показано на фигурах 18 и 19. Вместо этого электропитание и/или данные могут передаваться через расширитель. Также проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна проходить через расширитель, как показано на фигурах 18 и 19, а вместо этого может только подходить к расширителю или содержаться целиком внутри расширителя. Так же, как и в вышеописанных вариантах осуществления изобретения, расширитель с проводным монтажом может являться расширителем с неподвижными лопастями, как показано на фигурах 18 и 19, расширителем с управляемыми лопастями или расширителем другого типа. В других вариантах осуществления расширителя с проводным монтажом, контроллерами и приводами, контроллеры могут включать приводы при получении сигнала от процессора. Как описано выше, расширитель с проводным монтажом, датчиками и доступом к процессору через проходящие через инструмент каналы передачи данных называется "интеллектуальный" расширитель. В некоторых вариантах осуществления интеллектуального расширителя контроллеры и приводы могут располагаться на расширителе, причем контроллеры могут включаться по прямой команде процессора.
Прямая команда может исходить от оператора интеллектуального расширителя.
В альтернативном варианте прямая команда может представлять собой сигнал или отклик, создаваемый алгоритмом, вырабатываемый в зависимости от полученных данных и данных, хранящихся в процессоре. Датчики, расположенные на других скважинных инструментах, могут получать данные, относящиеся к параметрам расширителя и параметрам окружающего пласта, в котором производится бурение. Полученные данные могут передаваться процессору для использования в качестве входных данных алгоритма. После получения данных процессор запускает алгоритм с возможностью формирования отклика на основании полученных данных. Отклик может передаваться в форме сигнала для интеллектуального расширителя через проходящие через инструменты каналы передачи данных. Сигнал может быть командой для контроллера интеллектуального расширителя на включение привода с возможностью вызова требуемой реакции интеллектуального расширителя.
На фигуре 20 показан интеллектуальный расширитель 100 фигуры 15 с контроллерами и приводами с возможностью регулировки положения режущих устройств расширителя. Интелектуальныйный расширитель 100 дополнительно содержит контроллерно-приводные узлы 170, расположенные между корпусом расширителя 105 и режущими устройствами 113. Каждый контроллерно-приводной узел 170 дополнительно содержит контроллер и привод, в котором контроллер при получении сигнала от процессора 165 через проводку 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных включает привод с возможностью изменения положения режущих устройств 113, например складывания режущих устройств 113 с возможностью уменьшении диаметра ствола скважины или с возможностью раскрывания режущих устройств 113 с возможностью увеличения диаметра ствола скважины.
Аналогичным образом на фигуре 21 показан расширитель 100 фигуры 16 с проводным монтажом, контроллерами и приводами с возможностью изменения положения режущих устройств расширителя. В этом варианте осуществления изобретения канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через корпус 105 расширителя. Поскольку проводка 125 проходит через корпус 105 расширителя, а не через проточное отверстие 110 расширителя, отсутствует необходимость в переходнике между контроллерно-приводными узлами 170 и проводкой 125.
Как и вышеописанных вариантах осуществления изобретения, проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна примыкать к расширителю по всей длине, как показано на фигурах 20 и 21. Вместо этого электропитание и/или данные могут передаваться через расширитель. Также проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна проходить через расширитель, как показано на фигурах 20 и 21, а вместо этого может только подходить к расширителю или содержаться целиком внутри расширителя. Так же, как и в вышеописанных вариантах осуществления изобретения, расширитель с проводным монтажом может являться расширителем с неподвижными лопастями, как показано на фигурах 20 и 21, расширителем с регулируемыми лопастями или расширителем другого типа. В вариантах осуществления интеллектуального расширителя, через который проходят или к которому подведены каналы передачи данных, процессор может располагаться на поверхности, на другом скважинном инструменте или на самом расширителе. В вариантах осуществления интеллектуального расширителя, в котором каналы связи содержатся внутри расширителя, процессор обязательно располагается в самом расширителе.
В еще одном альтернативном варианте прямая команда может представлять собой сигнал или отклик, создаваемый алгоритмом, вырабатываемый в зависимости от данных, полученных от датчиков, расположенных на интеллектуальном расширителе. В этих вариантах осуществления изобретения управление элементами интеллектуального расширителя осуществляется по данным от датчиков в режиме работы с обратной связью. Элементы могут представлять собой такие устройства, как стабилизационные прокладки (расположенные спереди и сзади лопастей расширителя), переводники с возможностью управления избыточным моментом, приложенным к режущим элементам, осевой нагрузкой, приложенной к режущим элементам расширителя, или управления частотой вращения инструмента. Датчики контролируют условия работы расширителя, такие как, например, вибрация, моменты нагрузки на долото, весовая нагрузка на долото, параметры пласта и частота вращения, а контроллер и привод приводят в действие соответствующую стабилизационную прокладку или переводник с возможностью регулировок нагрузок, действующих на инструмент. Например, контроллер и привод могут увеличивать или уменьшать стабилизирующую прокладку с возможностью максимального снижения вибраций инструмента. В еще одном примере контроллер и привод могут работать как муфта, позволяющая колонне вращаться, или как пружинный переводник, временно поглощающий высокий момент нагрузки, в ситуациях, когда расширитель подвергается воздействию большого крутящего момента или совершает вращение с высокой частотой. В качестве еще одного примера контроллер и привод могут вызывать выдвижение или убирание переводника с возможностью изменения весовой нагрузки на режущие элементы расширителя. В другом примере при поступлении данных с устройства построения изображения на лопасти расширителя, указывающих на то, что режущие элементы расширителя не осуществляют резку стенки пласта, контроллер и привод могут вызывать увеличение давления со стороны лопасти расширителя на окружающий пласт в районе режущих элементов.
На фигуре 22 показан интеллектуальный расширитель 100 фигуры 20, в котором данные, полученные от датчиков 140, используются в качестве входных данных для алгоритма, хранящегося и выполняемого процессором 165, с возможностью формирования отклика или сигнала. Сигнал затем передается к контроллерно-приводным узлам 170 интеллектуального расширителя 100 и служит командой для контроллерно-приводных узлов 170 на управление положением режущими устройствами 113. Таким образом осуществляется управление положением режущими устройствами 113 и оптимизация в режиме работы с обратной связью.
Аналогичным образом на фигуре 23 показан интеллектуальный расширитель 100 фигуры 21, также работающий с обратной связью с возможностью управления положением режущими устройствами 113. В этом варианте осуществления изобретения канал 120 с проводкой 125 с возможностью электропитания и/или передачи данных проходит через корпус 105 расширителя. Поскольку проводка 125 проходит через корпус 105 расширителя, а не через проточное отверстие 110 расширителя, отсутствует необходимость в переходнике между контроллерно-приводными узлами 170 и проводкой 125.
Как и в вышеописанных вариантах осуществления изобретения, проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна примыкать к расширителю по всей длине, как показано на фигурах 22 и 23. Вместо этого электропитание и/или данные могут передаваться через расширитель. Также проводка с возможностью электропитания и/или передачи данных не обязательно должна проходить через расширитель, как показано на фигурах 22 и 23, а вместо этого может только подходить к расширителю или содержаться целиком внутри расширителя. Так же, как и в вышеописанных вариантах осуществления изобретения, расширитель с проводным монтажом может являться расширителем с неподвижными лопастями, как показано на фигурах 22 и 23, расширителем с управляемыми лопастями или расширителем другого типа.
В вариантах осуществления интеллектуального расширителя, через который проходят или к которому подведены каналы данных, процессор может располагаться на поверхности, на другом скважинном инструменте или на самом расширителе. В вариантах осуществления интеллектуального расширителя, в котором каналы связи содержатся внутри расширителя, процессор обязательно располагается в самом расширителе.
Хотя показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистами в данной области техники возможно выполнение их модификаций, не выходящих за пределы объема или положений данного документа. Варианты осуществления, описанные в данном документе, имеют иллюстративный, а не ограничивающий характер. Возможно создание многих модификаций и изменений системы и аппаратов в пределах объема изобретения. Например, могут варьироваться относительные размеры различных деталей, материалы, из которых изготовлены различные детали, и другие параметры. Соответственно объем защиты ограничивается не вариантами осуществления изобретения, описанными в данном документе, а только нижеследующей формулой изобретения, объем которой включает все эквиваленты предмета формулы изобретения.