[發明專利]具有光纖的井下鉆探最優化鉆環

有效

• 申請號: 201380077244.3
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN105264172B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: R·S·卡達姆;A·博達克;R·R·蓋克瓦德;A·普羅希特;B·加吉
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: G01V3/18
• 分類號: G01V3/18;E21B47/007;E21B47/008;E21B21/08
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷

一種用于鄰近井筒內的鉆探工具的鉆探最優化鉆環，其包括被設定尺寸并被配置來裝配在凹槽內的光纖傳感器長絲，所述凹槽被形成在所述鉆探最優化鉆環內。所述鉆探最優化鉆環可以是被設定尺寸并被配置來安裝在鄰近所述鉆探工具的鉆柱中的管段，并且可具有多個傳感器元件。所述傳感器元件的所有或部分可由所述傳感器長絲的離散段形成，并因此，所述傳感器長絲包括被配置來感應井筒狀態以及所述鉆探最優化鉆環上的負載的傳感器元件。

技術領域

本公開總體涉及一種具有集成光纖傳感器以便收集關于鉆探狀態的信息的井下鉆探最優化鉆環。

背景技術

井在各種深度被鉆探以便獲取和開采石油、天然氣、礦物、以及來自地下地質地層的其他天然生成的沉積物。井的鉆探通常利用鉆頭完成，所述鉆頭在井內旋轉以便通過去除表層土、沙、泥土、石灰石、方解石、石灰巖或其他材料來推進所述井。鉆頭通常被附接至鉆柱，所述鉆柱可被旋轉以便驅動鉆頭并且在其中被稱為“鉆探泥漿”或“泥漿”的鉆井液可在井下被傳遞。鉆探泥漿被用來冷卻并潤滑鉆頭以及井下裝備并且還可被用來將任何巖石碎塊或其他巖屑傳送至井的地面。

在井被建立后，通常有用的是獲取關于井、井通過的地質地層以及鄰近鉆頭的井筒內的狀態的信息，包括關于鉆柱自身的信息。通常使用耦接至鉆柱或者與鉆柱集成在一起的工具來執行此類型的信息收集。“隨鉆測量 (MWD)”工藝使用測量工具來確定地層和井筒溫度及壓力，以及鉆頭的軌跡。“隨鉆測井(LWD)”工藝使用多種工具來確定如滲透性、多孔性、電阻率以及其他特性的另外地層特性。

在一些實例中，如鉆環工具之類的工具可被安裝在鄰接或鄰近鉆頭的鉆柱中以便獲取關于鄰近鉆頭的操作狀態的測量。鉆環工具可收集測量值，這些測量值被提供給鉆探操作員且例如涉及將能量從地面轉移至鉆頭。從 MWD和LWD測量值獲取的此類型的信息允許操作員更好地理解和控制正在進行的鉆探操作。

附圖說明

圖1示出一井的示意圖，該井中設有根據本發明說明性實施方案的用于測量和監測鄰近鉆頭的狀態的系統，該系統被部署在MWD組件中；

圖2示出具有環繞鉆探最優化鉆環的外表面延伸并容納光纖傳感器長絲的環槽的鉆探最優鉆環的前視等距圖；

圖3示出具有環繞鉆探最優化鉆環的內表面延伸并容納第二光纖傳感器長絲的第二環槽的鉆探最優鉆環的前視等距圖；

圖4示出具有環繞鉆探最優化鉆環的外表面延伸從第一環槽軸向偏轉的第二環槽的鉆探最優化鉆環的前視等距圖；并且

圖5示出鉆探最優化鉆環的圓周的示意圖，包括不同的傳感器元件的位置。

具體實施方式

在以下說明性實施方案的具體實施方式中，參考形成其一部分的附圖。對這些實施方案的描述足夠詳細以使得本領域技術人員能夠實施本發明，并且應理解，可利用其他實施方案并在不背離本發明的精神或范圍的情況下，可進行邏輯結構、機械、電子和化學方面的改變。為了避免本領域技術人員能夠實施本文描述的實施方案不需要的細節，本描述可能省略本領域技術人員已知的特定信息。因此，以下具體實施方式不具有限制性意義，并且說明性實施方案的范圍僅由所附權利要求書限定。

除了測量和記錄井筒內的地層性能之外，可能還希望收集關于鉆柱中的工具的狀態的信息。例如，鉆探最優化鉆環可被包括在鉆柱中以便收集在鉆頭處或非常接近鉆頭處經歷的重量、扭矩以及彎矩的實時測量值。此類測量值可幫助優化鉆探參數，以使性能最大化并使鉆探期間的浪費的能量傳遞和振動最小化。鉆探最優化鉆環可包括用以提供重量、以及彎矩值的多個傳感器并且還可包括取得并傳遞關于在鉆柱中經歷的扭矩振動的全套振動測量值或者在特定傳感器位置處經歷的局部振動測量值的振動傳感器。