СКВАЖИННЫЙ ИНСТРУМЕНТ
DOWNHOLE TOOL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к скважинному инструменту, содержащему скважинный модуль передачи данных для передачи данных через текучую среду скважины в скважине для управления скважинным инструментом. Настоящее изобретение также относится к скважинной системе и способу передачи данных.
Уровень техники
Передача данных между поверхностью и инструментом в скважине посредством акустических сигналов или антенн в текучей среде скважины широко известна. Однако текучая среда скважины зачастую является очень неоднородной, поскольку она содержит глинистый раствор, отложения, нефть и воду, а также пузырьки газа. Поэтому передача данных иногда не действует.
Иногда два оператора работают в скважине вместе для выполнения скважинных операций, так что инструмент одного оператора расположен между инструментами другого оператора. Однако, в таком случае передача данных между инструментами другого оператора невозможна, поскольку данные инструменты разделены инструментами первого оператора, передать данные через которые нельзя. Это происходит по той причине, что один оператор использует систему передачи данных, отличную от системы другого оператора, и потому что невозможно протянуть кабели через промежуточный инструмент.
Поскольку известные из уровня техники способы передачи данных посредством антенны или акустических сигналов через текучую среду скважины не всегда осуществляются успешно, существует потребность в альтернативной форме передачи данных.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является полное или частичное преодоление упомянутых выше недостатков уровня техники. Более конкретно, задача заключается в создании усовершенствованного модуля передачи данных, обеспечивающего успешную передачу данных между двумя инструментами, разделенными промежуточным инструментом.
Упомянутые выше задачи, а также многочисленные другие задачи, преимущества и признаки, очевидные из приведенного ниже описания, выполнены в решении согласно настоящему изобретению посредством скважинного инструмента, предназначенного для погружения в текучую среду скважины с устья скважины, содержащего:
- первую секцию инструмента;
- корпус инструмента, имеющий внутреннюю поверхность; и
- скважинный модуль передачи данных для передачи данных через текучую среду скважины в скважине для управления скважинным инструментом, содержащий:
- пьезоэлектрический приемопередатчик, имеющий первую поверхность и вторую поверхность и расположенный в корпусе инструмента; и
- элемент;
причем элемент расположен между пьезоэлектрическим приемопередатчиком и корпусом инструмента, при этом элемент расположен с примыканием к первой поверхности пьезоэлектрического приемопередатчика и внутренней поверхности корпуса, так что корпус инструмента выполняет функцию преобразователя при активации пьезоэлектрического приемопередатчика и его увеличении в радиальном направлении корпуса инструмента с выталкиванием корпуса инструмента наружу и отправкой сигнала через текучую среду скважины.
Благодаря тому, что элемент расположен между пьезоэлектрическим приемопередатчиком и корпусом инструмента, корпус инструмента может выполнять функцию преобразователя при активации пьезоэлектрического приемопередатчика и его увеличении в радиальном направлении корпуса инструмента с выталкиванием корпуса инструмента наружу. В результате обеспечена возможность отправлять и принимать через текучую среду скважины более мощный сигнал посредством стороннего инструмента, что невозможно осуществить посредством известных преобразователей.
Помимо этого, модуль передачи данных может быть заключен в корпусе инструмента, обеспечивая более стабильную передачу данных, и модуль передачи данных может быть надежно изолирован от текучей среды скважины. Известные преобразователи расположены в полости в корпусе инструмента, что затрудняет их изоляцию, когда инструмент находится в использовании.
Элемент может представлять собой резонатор.
Корпус инструмента может увеличиваться вместе с пьезоэлектрическим приемопередатчиком в радиальном направлении.
Кроме того, элемент и пьезоэлектрический приемопередатчик могут быть зафиксированы в радиальном направлении посредством корпуса инструмента.
Также, может быть обеспечена возможность передачи сигнала с собственной частотой пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента.
Дополнительно, может быть обеспечена возможность передачи и/или приема сигнала с частотой 30-50 кГц.
В альтернативном варианте сигнал может передаваться и/или приниматься с частотой 25-70 кГц, предпочтительно 30-50 кГц, более предпочтительно 35-45 кГц.
Также, пьезоэлектрический приемопередатчик может представлять собой пьезокерамический элемент.
Кроме того, элемент может иметь основную часть и подвижную часть.
Подвижная часть может быть расположена так, что она обращена к внутренней поверхности корпуса.
Также, подвижная часть может быть расположена с примыканием к внутренней поверхности корпуса инструмента.
Дополнительно, подвижная часть может иметь форму, соответствующую внутренней поверхности корпуса.
Кроме того, подвижная часть может быть выполнена с возможностью перемещения пружинящим образом относительно основной части.
Дополнительно, подвижная часть может иметь форму листа, например листовой пружины.
Такая листовая пружина может выступать из основной части.
Помимо этого, листовая пружина может быть выполнена с возможностью регулировки элемента для согласования с собственной частотой пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента.
Описанный выше скважинный инструмент может дополнительно содержать второй элемент, расположенный с примыканием ко второй поверхности пьезоэлектрического приемопередатчика и внутренней поверхности корпуса.
Также, первый и второй элементы могут быть соединены посредством болтов или винтов, при этом болты или винты действуют в качестве пружины, так что для элементов по-прежнему обеспечена возможность перемещения в радиальном направлении наружу.
Болты или винты могут обеспечивать часть пружинных свойств системы, состоящей из элемента (элементов) и приемопередатчика (приемопередатчиков).
Также, описанный выше скважинный инструмент может дополнительно содержать второй пьезоэлектрический приемопередатчик, расположенный между второй поверхностью и вторым элементом.
Дополнительно, описанный выше скважинный инструмент может содержать проводящее средство для соединения электрическим образом пьезоэлектрического приемопередатчика с модулем управления, выполненным с возможностью активации пьезоэлектрического приемопередатчика.
Кроме того, элементы могут быть соединены посредством соединительного средства, например болта.
Проводящее средство может представлять собой пластину, расположенную с примыканием ко второй поверхности.
Дополнительно, проводящее средство может представлять собой пластину, расположенную между пьезоэлектрическими приемопередатчиками.
Также, корпус может иметь цилиндрическую форму.
Помимо этого, элемент (элементы) может иметь в поперечном сечении форму полумесяца.
Подвижная часть может иметь изогнутую форму, чтобы обеспечивать согласование с внутренней поверхностью.
Кроме того, первая секция инструмента может быть соединена электрическим образом с описанным выше скважинным инструментом для передачи данных беспроводным образом к другому инструменту и/или к устью скважины через текучую среду скважины.
Описанный выше скважинный инструмент может дополнительно содержать вторую секцию инструмента.
Указанная вторая секция инструмента может содержать второй скважинный модуль передачи данных.
Также, вторая секция инструмента может быть соединена электрическим образом со вторым скважинным модулем передачи данных.
Кроме того, вторая секция инструмента может быть соединена с кабелем.
Также, описанный выше скважинный инструмент может дополнительно содержать третью секцию инструмента, расположенную между первой секцией инструмента и второй секцией инструмента.
Помимо этого, первый и второй элементы и пьезоэлектрический приемопередатчик могут быть расположены в корпусе инструмента и зафиксированы в радиальном направлении посредством корпуса инструмента.
Настоящее изобретение также относится к скважинной системе, содержащей:
- обсадную колонну, содержащую текучую среду скважины; и
- описанный выше скважинный инструмент;
причем скважинный инструмент расположен в текучей среде скважины.
Наконец, настоящее изобретение относится к способу передачи данных для передачи данных от скважинного инструмента к другому скважинному инструменту или к устью скважины, содержащей текучую среду скважины, содержащему следующие этапы:
- погружают описанный выше скважинный инструмент в текучую среду скважины;
- передают сигнал или множество сигналов от скважинного модуля передачи данных в текучую среду скважины; и
- принимают сигнал или множество сигналов через текучую среду скважины.
Сигнал могут передавать с собственной частотой пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента.
Кроме того, сигнал могут передавать и/или принимать с частотой 30-50 кГц.
Также, сигнал могут передавать и/или принимать с частотой 25-70 кГц, предпочтительно 30-50 кГц, более предпочтительно 35-45 кГц.
Корпус инструмента может выполнять функцию преобразователя при активации пьезоэлектрического приемопередатчика и его увеличении в радиальном направлении корпуса инструмента с обеспечением выталкивания корпуса инструмента наружу и отправки сигнала через текучую среду скважины.
Дополнительно, корпус инструмента может увеличиваться вместе с пьезоэлектрическим приемопередатчиком в радиальном направлении.
В описанном выше способе передачи данных скважинный инструмент может содержать первую секцию инструмента, вторую секцию инструмента и третью секцию инструмента, причем третья секция инструмента расположена между первой секцией инструмента и второй секцией инструмента, при этом первая секция инструмента соединена электрическим образом с первым скважинным модулем передачи данных, а вторая секция инструмента соединена электрическим образом со вторым скважинным модулем передачи данных, причем указанный способ передачи данных содержит следующие этапы:
- передают сигнал или множество сигналов от первого скважинного модуля передачи данных в текучую среду скважины; и
- принимают сигнал или множество сигналов, передаваемых через текучую среду скважины, минуя третью секцию инструмента, посредством второго скважинного модуля передачи данных.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его многочисленные преимущества описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых с иллюстративной целью показаны некоторые не ограничивающие варианты осуществления изобретения, и на которых:
- на фиг. 1 показан вид в частичном поперечном сечении скважинного модуля передачи данных в скважинном инструменте;
- на фиг. 2 показан вид в частичном поперечном сечении другого скважинного модуля передачи данных;
- на фиг. 3 в изометрии показаны два элемента и пьезоэлектрический приемопередатчик скважинного модуля передачи данных;
- на фиг. 4 в изометрии показаны два других элемента и пьезоэлектрический приемопередатчик;
- на фиг. 5 в изометрии показаны два других элемента и пьезоэлектрический приемопередатчик;
- на фиг. 6 показан вид в частичном поперечном сечении другого скважинного модуля передачи данных;
- на фиг. 7 показан скважинный инструмент в скважинной системе; и
- на фиг. 8 показан другой скважинный инструмент в скважинной системе.
Все чертежи являются высоко схематическими и выполнены не обязательно с сохранением масштаба, при этом на них показаны только те части, которые необходимы для того, чтобы пояснить изобретение, при этом другие части не показаны или показаны без объяснения.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан скважинный инструмент 10, содержащий модуль 1 передачи данных для передачи данных через текучую среду скважины, окружающую модуль, когда он находится в скважине. Скважинный модуль 1 передачи данных используется для управления другими частями скважинного инструмента и содержит корпус 3 инструмента, пьезоэлектрический приемопередатчик 5, расположенный в корпусе инструмента, и элемент 8, расположенный в корпусе инструмента между пьезоэлектрическим приемопередатчиком и корпусом. Корпус 3 инструмента имеет внутреннюю поверхность 4, а пьезоэлектрический приемопередатчик 5 имеет первую поверхность 6 и вторую поверхность 7, при этом элемент расположен с примыканием к первой поверхности пьезоэлектрического приемопередатчика и внутренней поверхности корпуса инструмента. Пьезоэлектрический приемопередатчик соединен электрическим образом с модулем 15 управления посредством проводящего средства 14. Когда пьезоэлектрический приемопередатчик 5 активирован, он увеличивается в радиальном направлении цилиндрического корпуса инструмента, так что элемент выталкивает корпус наружу, посылая сигнал через текучую среду скважины, например, к другому инструменту, не соединенному беспроводным образом с модулем передачи данных. Аналогичным образом, пьезоэлектрический приемопередатчик 5 выполнен с возможностью воспринимать сигналы, передаваемые через текучую среду скважины от другого модуля передачи данных, поскольку пьезоэлектрический приемопередатчик 5 генерирует напряжение в зависимости от его сжатия.
При выполнении работ в скважине два оператора инструментов зачастую взаимодействуют друг с другом, чтобы иметь возможность выполнить необходимую операцию. При этом секция инструмента одного оператора может быть расположена между секциями инструмента другого оператора. Однако такая ситуация препятствует передаче данных между инструментами первого оператора, поскольку эти инструменты разделены инструментами другого оператора, передача данных через которые невозможна. Это происходит по той причине, что один оператор может использовать отличную от другого оператора систему передачи данных, и потому что невозможно протянуть кабели через промежуточную секцию инструмента без существенного изменения конструкции инструментов.
На фиг. 1 проводящее средство изображено в виде электрических кабелей 17, соединенных с соединительной частью 16 модуля 15 управления. Модуль управления обеспечивает активацию пьезоэлектрического приемопередатчика, так что он отправляет короткий или длинный сигнал с определенной частотой к пьезоэлектрическому передатчику/приемнику или приемопередатчику, получающему сигнал. Пьезоэлектрический приемопередатчик выполнен с возможностью как отправки, так и приема сигналов. Сигналы обычно передаются с определенной частотой, так что фокусировка приемника настраивается таким образом, чтобы детектировать сигналы на этой частоте. Сигналы передаются в виде более длинных или более коротких сигналов, так что сигналы управления могут передаваться на секцию инструмента через сторонний инструмент от другой секции инструмента без необходимости использования кабелей связи, проходящих через сторонний инструмент. Сигналы могут также представлять собой данные, например, поступающие от каротажного инструмента. Корпус закрыт с каждого из концов посредством концевых соединителей 18, при этом проводящее средство может проходить в одном из концевых соединителей к модулю 15 управления.
Как показано на фиг. 1, элемент и пьезоэлектрический приемопередатчик заполняют вместе внутреннюю часть корпуса вдоль внутреннего диаметра корпуса, при этом они зафиксированы в корпусе, а между пьезоэлектрическим приемопередатчиком 5 и корпусом расположена пружина 35, например листовая пружина, предназначенная для обеспечения определенного напряжения в пьезоэлектрической системе. Пьезоэлектрическая система содержит элемент, представляющий собой резонатор, и пьезоэлектрический приемопередатчик. Таким образом, элемент и пьезоэлектрический приемопередатчик зафиксированы в радиальном направлении посредством корпуса инструмента, и корпус инструмента увеличивается вместе с пьезоэлектрическим приемопередатчиком в радиальном направлении. Как показано на фиг. 2, между пьезоэлектрическим приемопередатчиком и корпусом вдоль диаметра корпуса расположен модуль управления.
Сигнал передается и/или принимается с собственной частотой пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента, а элемент выполнен с возможностью соответствия собственной частоте пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента. Сигнал передается и/или принимается с частотой 25-70 кГц, предпочтительно 30-50 кГц, более предпочтительно 35-45 кГц. Таким образом, элемент обеспечивает возможность того, что пьезоэлектрическая система, содержащая элемент и пьезоэлектрический приемопередатчик, может колебаться с собственной частотой пьезоэлектрической системы. Резонансная частота является собственной частотой пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента.
Листовая пружина дополнительно выполнена с возможностью регулировки элемента для согласования с собственной частотой пьезоэлектрического приемопередатчика и элемента. Переход между подвижной частью, каковой является листовая пружина, и частью основания элемента может быть выполнен пружинящим, так что корпус инструмента будет колебаться, но влияние на частоту будет минимизировано.
Как показано на фиг. 3, скважинный модуль передачи данных содержит два элемента, а именно первый и второй элементы. Второй элемент расположен с другой стороны пьезоэлектрического приемопередатчика относительно первого элемента, так что первый элемент расположен с примыканием к первой поверхности пьезоэлектрического приемопередатчика, а второй элемент расположен с примыканием ко второй поверхности пьезоэлектрического приемопередатчика 5. Таким образом, пьезоэлектрическая система содержит первый и второй элементы и пьезоэлектрический приемопередатчик, причем все из них расположены в корпусе, так что колебания в пьезоэлектрической системе приводят к колебаниям корпуса инструмента.
Как показано на фиг. 4, каждый элемент имеет в поперечном сечении форму полумесяца и содержит основную часть 9 и подвижную часть 11, причем подвижная часть расположена так, что она обращена к внутренней поверхности корпуса (на фиг. 4 не показана). Таким образом, подвижная часть имеет форму, соответствующую внутренней поверхности корпуса, и выполнена с возможностью перемещения пружинящим образом относительно основной части элемента, так что, когда элементы и пьезоэлектрический приемопередатчик расположены в корпусе, подвижная часть изгибается до некоторой степени, чтобы обеспечить размещение элементов во внутренней части корпуса. Подвижная часть имеет форму листа и действует аналогично листовой пружине. Как показано на фиг. 5, имеющая форму листа подвижная часть может быть листовой пружиной, соединенной с основной частью элемента. Когда элементы и пьезоэлектрические приемопередатчики расположены в корпусе, подвижная часть становится изогнутой, обеспечивая предварительное напряжение пьезоэлектрической системы, состоящей из элементов и приемопередатчиков.
Как показано на фиг. 4 и 5, скважинный модуль 1 передачи данных содержит второй пьезоэлектрический приемопередатчик 5, расположенный между второй поверхностью первого пьезоэлектрического приемопередатчика и вторым элементом. Благодаря наличию двух пьезоэлектрических приемопередатчиков, передача данных посредством скважинного модуля передачи данных становится более точной по сравнению с тем, когда имеется только один пьезоэлектрический приемопередатчик.
За счет того, что элемент содержит подвижные части и основную часть, получить собственную частоту системы становится легче и, таким образом, обеспечивается более точная, быстрая и успешная передача данных. В системе, показанной на фиг. 4 и 5, то есть содержащей элементы и приемопередатчики, оба элемента двигаются наружу, когда пьезоэлектрический приемопередатчик активирован (передача), или внутрь, когда элементы принимают сигналы через текучую среду скважины.
Как показано на фиг. 6, элементы 8 соединены посредством соединительного средства 19, например болта или винта, причем болты обеспечивают часть пружинных свойств системы, состоящей из элементов 8 и приемопередатчиков 5. Подвижные части, имеющие форму рычагов в виде листа, по-прежнему могут двигаться более свободно, чем основная часть элементов. Проводящее средство 14 представляет собой пластину, например медную пластину, расположенную с примыканием ко второй поверхности пьезоэлектрических приемопередатчиков и, таким образом, сжатую между приемопередатчиками для того, чтобы активировать приемопередатчики или проводить электричество, когда приемопередатчики передвигаются посредством сигналов в текучей среде скважины. Таким образом, корпус инструмента выполняет функцию преобразователя. Корпус инструмента имеет первый конец 31, выполненный с возможностью соединения с другими частями скважинного инструмента и образующий его часть, и второй конец 32, выполненный с возможностью соединения со "сторонним инструментом" (как показано на фиг. 3) или образующий конец скважинного инструмента (как показано на фиг. 1). Через скважинный модуль 1 передачи данных от скважинного инструмента 10 к стороннему инструменту, выполненному с возможностью соединения со вторым концом 32 через соединительную часть 16, могут проходить кабели, шнуры или провода 37, так что сторонний инструмент получает питание и/или передает данные через секцию 22 инструмента, ближайшую к устью скважины (как показано на фиг. 8).
Таким образом, скважинный модуль 1 передачи данных выполнен с возможностью соединения с секцией скважинного инструмента 10, как показано на фиг. 7. Скважинный инструмент погружают в текучую среду скважины с устья 33 скважины 2. Инструмент содержит первую секцию 21 инструмента, соединенную электрическим образом со скважинным модулем 1 передачи данных для передачи данных беспроводным образом к другому инструменту, расположенному выше или ниже по скважине, или к устью скважины через текучую среду скважины. Секция инструмента может представлять собой инструмент любого типа, например приводной модуль, каротажный модуль, рабочий инструмент и так далее.
Как показано на фиг. 8, скважинный инструмент 10 дополнительно содержит вторую секцию 22 инструмента, соединенную электрическим образом со вторым скважинным модулем 1 передачи данных. Так называемый "сторонний инструмент" представляет собой третий инструмент, расположенный между первой секцией инструмента и второй секцией инструмента. Вторая секция инструмента соединена с кабелем и получает питание посредством него, и выполнена с возможностью принимать сигналы управления с поверхности через кабель. Таким образом, второй инструмент выполнен с возможностью отправлять такие сигналы дальше вниз по скважине к первой секции инструмента посредством первого и второго скважинного модуля 1 передачи данных через текучую среду скважины и без использования кабелей передачи данных в "стороннем инструменте". Зачастую, как проиллюстрировано, первая секция 21 инструмента, наиболее удаленная от устья, представляет собой рабочий инструмент, например фрезеровочный инструмент, ключевой инструмент или инструмент для определения боковых ответвлений, а второй инструмент представляет собой приводной модуль и/или каротажный модуль.
Скважинная система 100, показанная на фиг. 7 и 8, содержит обсадную колонну 34, содержащую текучую среду скважины, и упомянутый выше скважинный инструмент 10, содержащий один или более скважинных модулей 1 передачи данных.
Изобретение также относится к способу передачи данных для передачи данных от скважинного инструмента к другому скважинному инструменту или к устью скважины, содержащей текучую среду скважины. Способ передачи данных содержит следующий этап: погружают скважинный инструмент в текучую среду скважины, причем скважинный инструмент содержит скважинный модуль передачи данных. После погружения скважинного инструмента в текучую среду скважины, передают сигнал или множество сигналов от скважинного модуля передачи данных в текучую среду скважины, и принимают сигнал или множество сигналов через текучую среду скважины, например, посредством другого скважинного модуля передачи данных.
Кроме того, когда скважинный инструмент содержит первую секцию инструмента, вторую секцию инструмента и третью секцию инструмента, причем третья секция инструмента расположена между первой секцией инструмента и второй секцией инструмента, первая секция инструмента соединена электрическим образом с первым скважинным модулем передачи данных, а вторая секция инструмента соединена электрическим образом со вторым скважинным модулем передачи данных. Затем сигнал или множество сигналов передают от первого скважинного модуля передачи данных в текучую среду скважины, и сигнал или множество сигналов, передаваемых через текучую среду скважины, минуя третью секцию инструмента, принимают посредством второго скважинного модуля передачи данных.
Под текучей средой или скважинной текучей средой понимается любой тип текучей среды, которая может присутствовать в нефтяной или газовой скважине, например, природный газ, нефть, буровой раствор, сырая нефть, вода и так далее. Под газом понимается любой тип газовой смеси, присутствующей в скважине, законченной или не закрепленной обсадными трубами, а под нефтью понимается любой тип нефтяной смеси, например, сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и так далее. Таким образом, в состав газа, нефти и воды могут входить другие элементы или вещества, которые не являются газом, нефтью и/или водой, соответственно.
Под обсадной колонной понимается любой тип трубы, трубчатого элемента, трубопровода, хвостовика, колонны труб и так далее, используемых в скважине при добыче нефти или природного газа.
В том случае, когда невозможно полностью погрузить инструмент в обсадную колонну, для проталкивания инструмента до нужного положения в скважине может быть использован скважинный трактор. Скважинный трактор может иметь выдвигающиеся рычаги, имеющие колеса, причем колеса взаимодействуют с внутренней поверхностью обсадной колонны для проталкивания трактора и инструмента вперед в обсадной колонне. Скважинный трактор представляет собой приводной инструмент любого типа, выполненный с возможностью тянуть или толкать инструменты в скважине, например Well Tractor.
Хотя изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов его осуществления, специалисту в данной области техники очевидно, что возможны несколько модификаций данного изобретения, не выходящие за пределы объема правовой охраны изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.