МАРКИРУЮЩАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ
MARKING SYSTEM AND METHOD

Область техники
Изобретение относится к способам маркировки контейнеров, используемых в скважинных работах. В частности, изобретение относится к методике опознания контейнеров и/или сбора данных о контейнерах, содержащих скважинные объекты.
Уровень техники
Стволы скважины бурят для определения местонахождения и добычи углеводородов. Колонну скважинных труб и инструментов, с буровой коронкой на ее конце, известную в данной области техники под названием «буровой колонны», вводят в грунт, чтобы создать ствол скважины, проходящий (или который должен пройти) в нужную подземную формацию. При движении буровой колонны: вниз по ней, и из буровой коронки закачивается буровой раствор для охлаждения буровой коронки и уноса обломков, и для регулирования давления в скважине. Выходящий из буровой коронки буровой раствор идет назад к поверхности по межтрубному пространству, образованному между буровой колонной и стенкой ствола скважины, и фильтруется в приемной емкости для повторной закачки по буровой колонне. Буровой раствор также используют для формирования глинистой корки на поверхности ствола скважины.
Во время скважинных работ часто нужно выполнять различные оценки формаций, через которые проходит ствол скважины в процессе бурения, например - в периоды, когда само бурение временно остановлено. В некоторых случаях буровая колонна может иметь один или более буровых инструментов для проверки и/или взятия проб из окружающей формации. В других случаях буровую колонну можно вывести из ствола скважины («спуско-подъемная операция») и один или несколько инструментов на тросе можно направить в скважину для оценки данной формации. Эти буровые инструменты и инструменты на тросе, и также прочие скважинные инструменты, подаваемые, например, на гибких трубах, также здесь названы просто «скважинными инструментами». Оценку формации, включая выполняемые этими скважинными инструментами взятие образцов и/или испытания, можно использовать, например, для определения местонахождения ценных углеводородов и для их добычи.
Для оценки формации часто нужно брать образцы текучей среды из данной формации в скважинный инструмент для проверки и/или взятия проб. Из скважинного инструмента выводятся такие различные устройства, как зонды и/или пакеры, чтобы изолировать данный участок стенки ствола скважины и тем самым установить сообщение с текучей средой формации вокруг ствола скважины. Текучую среду можно затем взять в скважинный инструмент с помощью зонда и/или пакера. Примеры тросового инструмента для оценки формации приводятся в патентах США №№ 4860581 и 4936139. Колонковый буровой инструмент также используется для бурения и взятия образцов керна формации. Эти образцы керна могут содержаться в гильзах. Примеры колонкового бурового инструмента и соответствующих гильз приводятся в патентной заявке США № 2004/0140126. Оценку формации можно также выполнять в буровых инструментах, обладающих возможностями, описываемыми, например, в патенте США № 5803186.
Образцы, взятые во время скважинных работ, обычно содержат в контейнерах. Например, образцы текучей среды формации, взятые скважинным инструментом, собирают в камерах для образцов и поднимают на поверхность. Аналогично, образцы кернов иногда хранят в гильзах, чтобы сохранить целостность образцов во время их подъема и транспортирования. Прочие образцы, такие как буровой раствор, жидкость для гидроразрыва, часто отправляют в лаборатории для исследования. В настоящее время образцы либо забирают индивидуально из скважинного инструмента и помещают в емкости, отмечаемые ярлыками вручную, либо отправляют непосредственно в лабораторию и берутся исследовательской лабораторией.
Для идентификации продуктов во многих отраслях разработано много разных методов. Примером системы идентификации, которую можно использовать для маркировки и опознания контейнеров и объектов в них, являются штрих-коды на пищевой продукции. Маркирующие системы используются в скважинных работах, например, для образцов керна, которые берутся из скважинных формаций. Пример этой системы приводится в патенте США № 5310013.
Несмотря на эти преимущества маркировки разной продукции остается потребность в системе, которая сможет идентифицировать контейнеры и объекты, например - образцы в них, используемые на буровой площадке и/или отправляемые в другое место. Желательно, чтобы эта система предусматривала маркер, связанный с контейнером для сбора разных объектов данной скважины. Также желательно, чтобы система могла обеспечивать, помимо прочего, одно из следующего: маркер, выполненный с возможностью приема данных, относящихся к данному контейнеру и/или его содержимому; считывающее устройство, выполненное с возможностью считывания маркера вне буровой площадки, в скважине и/или на поверхности; сканер, выполненный с возможностью записи данных в маркер; и процессор обработки данных, относящихся к маркеру.
Сущность изобретения
По меньшей мере, в одном своем аспекте настоящее изобретение относится к маркирующей системе для скважинных образцов. Система содержит, по меньшей мере, один контейнер для сбора скважинных образцов, по меньшей мере, один маркер, устанавливаемый на контейнере, и сканер, считывающий маркер. Маркер имеет свой идентификатор.
Согласно еще одному своему аспекту настоящее изобретение относится к способу обработки скважинных данных для данного скважинного образца. Способ предусматривает создание, по меньшей мере, одного маркера для, по меньшей мере, одного контейнера, загрузку исходных данных о данном контейнере в маркер, отбор скважинного образца и загрузку данных в находящийся на поверхности компьютер.
Прочие аспекты настоящего изобретения излагаются в приводимом ниже описании.
Краткое описание чертежей
Для подробного пояснения упомянутых признаков и преимуществ настоящего изобретения более подробное описание вкратце охарактеризованного выше изобретения излагается на примере его осуществлений со ссылкой на прилагаемые чертежи. Нужно отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные осуществления изобретения и поэтому их нельзя считать ограничивающими его объем, т.к. изобретение может иметь другие, в равной мере эффективные осуществления.
Фиг.1 - схематический вид буровой вышки со скважинным инструментом, введенным в грунт для формирования ствола скважины.
Фиг.2А показывает контейнер для взятия образцов текучей среды в скважинном инструменте.
Фиг.2В показывает контейнер для взятия объектов на буровой площадке.
Фиг.2С показывает контейнер для хранения образца керна, взятого скважинным инструментом.
Фиг.3 схематически показывает группу контейнеров, имеющих установленные на них маркеры.
Фиг.4 схематически показывает сканер, расположенный вблизи камеры для образцов, показанной на фиг.2А.
Фиг.5 - блок-схема способа маркировки контейнера скважинного инструмента.
Подробное описание изобретения
Являющиеся в настоящее время предпочтительными осуществления данного изобретения показаны на упомянутых чертежах и подробно излагаются ниже. В описании предпочтительных осуществлений аналогичные или одни и те же ссылочные обозначения указывают общие или аналогичные элементы. Чертежи не обязательно представлены в истинном масштабе и некоторые признаки и изображения на чертежах могут быть показаны в увеличенном виде или схематически - для ясности и краткости.
Обращаясь к фиг.1: показана скважинная система 100. Скважинная система включает в себя буровую вышку 102 со скважинным инструментом 104, проходящим в буровую скважину 106. Скважинный инструмент является тросовым инструментом, имеющим различные компоненты или модули для выполнения скважинных операций, таких как отбор керна, проверка и взятие проб. Например, зонд 108 и двойные пакеры 110 согласно чертежу устанавливают сообщение посредством текучей среды между скважинным инструментом и стволом скважины, и глиняной коркой. Методы выполнения скважинных работ, таких как взятие проб и проверка с помощью зонда и/или пакера, описываются в патентах США №№ 4860581 и 4936139. Для выполнения скважинных работ можно использовать другие скважинные инструменты, такие как инструменты для бурения, гибкая труба и инструменты для заканчивания скважины.
Скважинный инструмент согласно фиг.1 также имеет боковой инструмент 112 для отбора керна, который вводят в стенку 114 ствола скважины для отбора кернов формации. Примеры методов отбора керна представлены в патентной заявке США № 2004/0140126.
Взятые скважинным инструментом образцы обычно хранят в камерах 116. Например, образцы текучей среды берут в камеры для образцов или сосуды, которые удаляют из инструмента после его поднятия на поверхность. Аналогично, образцы керна выбуривают с помощью колонкового бурового инструмента, содержащего гильзу 118. Образец керна и гильзу вокруг него помещают в емкость 120 хранения и забирают их после поднятия инструмента на поверхность.
Образцы других видов текучей среды ствола скважины, такие как буровой раствор или жидкости для гидроразрыва, иногда также отбирают скважинным инструментом. Например, раствор можно отбирать непосредственно из ствола скважины, из скважинного инструмента или из приемной емкости 122 бурового раствора на поверхности. Эти виды текучей среды можно отбирать в разные контейнеры.
Фиг.2А-2С показывают разные контейнеры 200 (а, b, с) с маркерами 206 (а, b, с), используемыми для сбора образцов. Фиг.2А показывает контейнер 200а, устанавливаемый в скважинном инструменте, таком как показанный на фиг.1 инструмент для взятия образцов текучей среды. Камера для образцов согласно фиг.2А обычно имеет внутренний поршень 202 для создания избыточного давления в полости 204 в камере. Камеру для образцов обычно вставляют в скважинный инструмент и вводят в ствол скважины. Образцы набирают в камеры и поднимают на поверхность. Камеры затем снимают и проверяют на буровой площадке или в лаборатории в другом месте.
Камера для образцов, показанная на фиг.2А, предпочтительно имеет маркер 206а, который содержит информацию о содержащемся в ней контейнере и/или образце. Например, контейнер может быть выполнен как камера для образцов. Согласно фиг.2А: маркер встроен в отборную камеру. Опционально, согласно приводимому ниже описанию маркер может быть считываемым. Дополнительно, маркер может быть маркером такого типа, который выполнен с возможностью загрузки дополнительной информации.
Фиг.2В показывает еще один контейнер 200b, который можно использовать для взятия образцов; как самих образов, так и деталей и других объектов ствола скважины. Фиг.2В показывает маркер 206b, установленный на контейнере. Согласно фиг.2В маркер является рядом бороздок, расположенных вокруг контейнера. Бороздки могут быть получены в контейнере травлением или нанесены на контейнер. Либо контейнер может быть выполнен таким образом, что бороздки будут образованы им самим. Бороздки предпочтительно расположены с возможностью их считывания.
Фиг.2С показывает контейнер 200с, содержащий образец керна 208. Контейнер согласно фиг.2С предпочтительно является трубчатой гильзой, заключающей в себе образец керна и защищающей его от повреждения. Обычно образец керна захватывают в гильзу для керна во время отбора керна и помещают в емкость для хранения (т.е. 120 на фиг.1). Контейнер согласно фиг.2С предпочтительно имеет маркер 206с, представляющий собой установленную на контейнере метку. Маркер можно установить в любом местоположении. Маркер предпочтительно устанавливают с возможностью его считывания. В некоторых случаях маркер можно разместить таким образом, что он будет защищен от скважинных работ.
Фиг.3 показывает группу 300 контейнеров 200с с маркерами 200d на них. Контейнеры согласно фиг.3 являются гильзами для керна, например - гильзами, показанными на фиг.2С. Эта группа включает в себя гильзы для керна, соединенные для использования в скважинном инструменте. Гильзы для керна можно отделить перед их вставкой в скважинный инструмент, или во время работ.
Контейнеры 200с могут быть заранее упакованными группами контейнеров, поставляемыми, возможно, в картридже, который вставляют в инструмент, без каких-либо действий с отдельными контейнерами. Образцы можно отправлять с картриджем и при этом дополнительные действия с ними не потребуются. Один или более маркеров можно установить на одном или более контейнеров в заранее упакованной группе. Маркеры 200d согласно фиг.3 являются гравировочными выемками в контейнере, полученными травлением. Этот маркер обычно получают травлением, гравируют или штампуют на контейнере, например - на стенке или днище. Маркеры предпочтительно расположены таким образом, что их легко наносить и/или считывать. Некоторое множество маркеров обеспечивает систему каталогизации серии контейнеров, например, как указанные гильзы для керна. Прочие контейнеры, как на фиг.2А-2В, можно соединить, собрать или сгруппировать в множественный комплект.
Каждый контейнер согласно фиг.2А-2С и 3 имеет маркер некоторой формы. Эти маркеры можно использовать для идентификации, учета, сбора данных, сообщений и/или других целей. В некоторых случаях несколько объектов можно поместить в одном контейнере. Можно ввести данные для указания множественного содержания. Альтернативно, один или более маркеров одного или нескольких типов можно нанести на контейнер или группу контейнеров.
Можно использовать разнообразные маркеры. Согласно фиг.2А маркер 200 является радиочастотной идентификационной меткой или микросхемой, встроенной в камеру для образцов. Согласно фиг.2В маркер является несколькими физическими бороздками или неровностями на контейнере, которые действуют как двоичный указатель для механических переключателей. Согласно фиг.2С маркером является идентификационная метка - штрих-код или магнитная полоска, нанесенные на контейнере. Согласно фиг.3 маркер выгравирован травлением непосредственно на контейнере. Один или более из этих или других идентификационных маркеров можно использовать на разных контейнерах. Маркерами могут быть, например, порядковый номер или идентификатор, находящийся на контейнере. Маркер может находиться в любом месте на контейнере: внутри или снаружи контейнера.
Обращаясь к фиг.4: сканер 400 предпочтительно предусмотрен для считывания маркера и/или записи на данном маркере, аналогичном маркерам согласно фиг.2А-2С и 3. Сканер может быть автономным устройством, находящимся вблизи контейнера и маркера. Согласно чертежам: сканер является автономным лазерным сканером, расположенным вблизи контейнера 200с и считывающим штрих-код 206с. Сканер может находиться на буровой площадке или вне ее, сверху скважины или в скважине. Сканер также предпочтительно выполнен с возможностью сканирования данных с маркера, при этом без снятия контейнера и/или маркера со скважинного инструмента.
Сканер опционально можно оперативно подключить к скважинному инструменту, предпочтительно - вблизи контейнера. Сканер может находиться в инструменте, чтобы непосредственно контактировать с образцом в скважинном инструменте. В этом осуществлении инструмент может регистрировать информацию маркера до, во время или после взятия образца. Эту операцию можно автоматизировать для непосредственного ввода данных, относящихся к определенному образцу и/или к скважинной работе. Маркер может содержать разнообразные данные, относящиеся к контейнеру, образцу, стволу скважины, формации и др.
С разными контейнерами можно использовать разные маркеры. Маркеры можно использовать для опознания, например, порядкового номера, считываемого оператором или автоматизированными средствами. Маркер может быть также выполнен с возможностью приема и/или запоминания данных. Данные о контейнере, такие как его местоположение, можно записать на маркер и загрузить в удаленный процессор. Данные затем можно передать, обработать или анализировать при помощи компьютерных программ. Предположив, например, что несколько образцов керна взяты в процессе работы, множество отдельных порядковых номеров будет введено в управляющий компьютер, который затем автоматически будет вести журнал о нахождении определенных кернов в определенных контейнерах. При помощи этого журнала все данные, полученные во время операции отбора кернов, можно будет непосредственно соотнести с образцом керна. Помимо этого, можно будет запоминать другую информацию непосредственно в маркере, как то: характеристики образца, измеренные скважинным инструментом, или даже комментарии и замечания, или другие данные, присланные в скважинный инструмент от находящегося на поверхности устройства сбора данных.
Radio Frequency Identification (RFID) White Paper by Accenture
Фиг.2А показывает маркер, встроенный в корпус емкости. В этом осуществлении небольшая радиочастотная идентификационная метка (RFID), магнитная плоска или микросхема может быть встроена в корпусе емкости. RFID-метка использует электронную схему или метку, встроенную в сосуд с образцом, для запоминания информации. Метка также выполнена с возможностью записи новых данных. Примеры RFID-техники можно найти в документе (16 ноября 2001 года) на Web-сайте: http//www.accenture.com/xd/xd.asp?it=enweb&xd=services%5Ctechnology%5Cvision%5C sil_val.xml.
При использовании RFID-метки в качестве маркера метку может считывать сканер, показанный на фиг.4. Сканер для RFID-метки является устройством, которое осуществляет беспроводную связь с меткой (сканер и метка могут иметь антенны). Сканер можно выполнить с возможностью его использования в скважинных работах. РЧ-сигнал может быть особо целесообразным в тех скважинных работах, в которых сканирование необходимо выполнить через небольшое количество бурового раствора. RFID-метки можно использовать совместно с прикладными компьютерными программами персонального компьютера, например, чтобы установить связь между считывающим устройством и меткой для считывания данных или записи новой информации.
Подобно RFID-метке магнитная полоска или несколько магнитных полосок могут использоваться для идентификации контейнера. Магнитная полоска может быть обычной магнитной полоской, применяемой на кредитной карточке. Либо для более надежного скважинного исполнения с меньшей емкостью памяти, несколько простых магнитных колец или линий на контейнере можно считывать при перемещении контейнера за счет эффекта Холла или другим магнитным датчиком. Эти типы датчиков выполнены с возможностью их работы в такой среде с повышенной температурой, как среда ствола скважины, и их можно загерметизировать в масле и поместить вблизи магнитных полосок контейнера.
Маркер на фиг.2В показан в виде штрихкода. Этот маркер может содержать такую информацию, как текстовый порядковый идентификатор, в виде штрих-кода. Штрихкод можно считывать вручную или сканировать автоматически оптическим сканером. Находящийся на поверхности сканер, такой как сканер согласно фиг.4, можно использовать для регистрации порядковых номеров при введении их в инструмент.
Согласно фиг.2С: в качестве маркера можно использовать физические впадины или неровности. Мелкие физические признаки на корпусе емкости, такие как неровности или впадины, можно использовать и считывать таким сканером, как профилометр или другой механический переключатель.
Для обработки данных, связанных с данным контейнером и/или маркером, можно использовать процессоры. Программы, управляющие связью между сканерами и маркерами, можно использовать для запоминания информации, например, замеров свойств текучей среды и информации об отборе проб, в маркере, когда контейнер отбирает образцы в скважине. Компьютерные программы можно также использовать для ввода содержащейся в маркере информации в архив, созданный для данного определенного образца. Базу данных Web-узла можно использовать для доступа к информации в реальном масштабе времени. Фиг.5 показывает систему для маркировки, опознания и обработки данных, относящихся к образцам ствола скважины, собранным в контейнеры согласно изобретению. Таким способом создан маркер для данного контейнера 500. Этот маркер может быть любым упоминаемым здесь маркером. Информацию, относящуюся к с данному контейнеру, соотносят с маркером 502. Например, маркер с порядковым номером, типом сосуда и датой приготовления можно поместить в чистый сосуд в лаборатории исследований текучей среды. Прочие данные возможного использования могут быть, например, следующие: идентификация инструмента, графики техобслуживания, завершенные задания, сведения о стволе скважины, выполненные инструментом измерения и прочие. Эта информация может содержаться в маркере или соотноситься со средствами обработки информации, каталогизированными идентификатором маркера.
Затем контейнер можно использовать 504. Для этого использования может потребоваться транспортирование контейнера на место данной скважины. Маркеры можно сканировать для получения информации до их введения в инструмент. Дополнительную информацию можно ввести в маркер перед использованием.
Контейнер предпочтительно используют для взятия образцов 506. Но контейнер можно также использовать для хранения таких объектов, как детали, и другое скважинное оборудование. Сосуды можно поместить в инструмент взятия образцов и ввести в скважину для захвата образца, или их можно использовать на поверхности для помещения объекта.
Данные, относящиеся к образцу, можно добавить в маркер 508. Считывающие устройства можно использовать для сообщения информации, относящейся к контейнеру, и соотнесения ее с информацией, известной из маркера. Например, данные, взятые камерой для образцов, можно снять со сканируемой информацией, как то: порядковые номера, типы сосудов и положения в инструменте. Также, как указано выше, в маркер можно вводить данные во время их обработки в лаборатории и/или на буровой площадке.
Во время отбора образцов, когда контейнер задействован, систему сбора данных можно также привести в действие для отправки информации в сканер. Сканер затем можно использовать для записи данных в маркер действующего контейнера. Запоминаемыми данными могут быть, например: дата отбора образца, название ствола скважины, клиент, время открытия сосуда, глубина, давление открытия сосуда, давление закрытия сосуда, температура и прочие. В маркере можно также запомнить и другие данные измерений, собранные во время скважинных работ. Эти данные можно воспроизвести в лаборатории для сравнения, чтобы проверить достоверность образца. Примеры возможных определяемых данных: сила флуоресценции, цвет, плотность, вязкость, оптический спектр, водородный показатель, содержание сероводорода, газовый фактор и состав текучей среды.
Информацию о контейнере и/или его объектах можно обработать и/или анализировать 510. Для действий с информацией можно использовать систему сбора данных. При помощи этой системы можно делать сравнения разных образцов и выполнять анализ других данных. Информацию, имеющуюся в маркере, можно загрузить в базу данных в Интернете. Информацию можно считывать с маркера и результаты можно запоминать в маркере и/или в оперативном архиве базы данных. Если образец транспортируется в лабораторию, то маркеры можно сканировать для идентификации контейнера и/или образца. Для каждого выполняемого анализа результаты (и также другую информацию) можно запомнить в архиве базы данных, созданном для данного образца.
Информацию можно собирать и, при необходимости, сообщать 512. Информацию можно передавать на поверхность автоматически, либо инструмент можно извлекать и информацию выгружать или передавать на поверхность.
На поверхности, если образец передается из одного контейнера в другой, сканер можно использовать для сканирования маркера и для копирования этой информации в маркер нового сосуда. Контейнеры можно освобождать и готовить для нового образца. Содержащуюся в маркерах информацию можно использовать повторно, либо удалять для новой информации.
На фиг.5 показаны определенные этапы, но специалистам в данной области будет ясно, что эти этапы не обязательно должны следовать именно в этом порядке; при этом определенные этапы можно выполнять более одного раза или не выполнять их совсем; и что в описываемом способе можно выполнять дополнительные этапы. Например, информацию из маркера можно направлять в удаленный компьютер или загружать в маркер, и/или выгружать ее из маркера один раз или неоднократно.
Частности определенных компоновок и компонентов пробки(ок) и соответствующей описанной выше системы и также альтернативы для таковых компоновок и компонентов известны специалистам в данной области техники, и их можно найти в других патентах и публикациях, в том числе и упоминаемых здесь. Помимо этого, определенные компоновки и компоненты скважинной системы отбора образцов могут зависеть от факторов каждой данной конструкции или применения, ситуации. Поэтому ни система отбора образцов текучей среды, ни настоящее изобретение не ограничиваются описываемыми выше компоновками или компонентами и могут содержать любые целесообразные компоненты и компоновки. Например, для разнообразных конфигураций можно предусмотреть различные линии потоков, расположение насосов и вентильные системы. Аналогично, компоновка и компоненты скважинных инструментов и узла зонда могут изменяться в зависимости от факторов каждой конкретной конструкции или применения, ситуации. Приведенное выше описание примеров компонентов и расположений инструментов, с которыми можно использовать узел зонда, и другие аспекты настоящего изобретения, дается только в виде примера, и данное изобретение оно не ограничивает.
Объем данного изобретения должен определяться только приводимой ниже формулой изобретения. Термин «содержит» в формуле изобретения означает «включает в себя по меньшей мере», т.е. перечисление элементов в пункте формулы представляет неограниченную группу. Неопределенные артикли и другие термины в единственном числе включают в себя и множественное число, если не дается противоположная оговорка.