[發(fā)明專利]用于井下傳輸信號的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910369564.5
• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110566193B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓軍;詹晟;胡風(fēng)濤;趙金海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: E21B47/18
• 分類號: E21B47/18;E21B47/00
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 劉華聯(lián)

一種用于操作鉆井系統(tǒng)的方法，該鉆井系統(tǒng)包括設(shè)置在地面上的泥漿泵，以及處于井眼中的具有井底組件(BHA)的鉆柱。該方法包括根據(jù)預(yù)定的順序來打開或關(guān)閉泥漿泵，以使井眼中的泥漿流在高流速和低流速之間波動。井底組件中的泥漿脈沖發(fā)生器檢測泥漿流中的波動，并相應(yīng)地產(chǎn)生二進制信號。泥漿脈沖發(fā)生器再將該二進制信號發(fā)送到井底組件中的隨鉆測量(MWD)工具。該二進制信號執(zhí)行隨鉆測量工具中的一個或多個固件。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體上涉及鉆井操作中的通信系統(tǒng)，具體地涉及用于在油氣勘探中在地面和井下之間生成并傳輸數(shù)據(jù)信號的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

油氣勘探中的鉆井操作涉及將鉆頭驅(qū)動到地下以形成井眼(即井筒)，從中抽取石油和/或天然氣。鉆頭安裝在鉆柱的遠端，鉆柱從地面上的井架延伸到井眼中。鉆柱通過將一系列鉆桿連接在一起而形成。井底組件(BHA)安裝在鉆柱中的鉆頭附近的上方。

BHA包含有用于收集和/或傳輸關(guān)于鉆具、井筒條件、地層等的信息到地面的儀器。這些信息用于確定鉆井條件，例如鉆頭的漂移、傾斜度和方位角，其又用于計算井眼的軌跡。通過自動控制或操作人員干預(yù)，實時數(shù)據(jù)對于監(jiān)控和控制鉆井操作非常重要。

用于在井筒內(nèi)傳輸信息的技術(shù)(稱為遙測技術(shù))用于將信息從BHA傳輸?shù)降孛嬉赃M行進一步分析。其中一種已知的遙測方法是泥漿脈沖遙測，它使用鉆井泥漿來將信息從井下傳送到地面。鉆井泥漿又稱鉆井液，其由泥漿泵從地面通過鉆柱內(nèi)的導(dǎo)管向井下泵送，并通過鉆柱和井筒之間的環(huán)空循環(huán)回到地面。

可以通過泥漿脈沖發(fā)生器來對鉆井泥漿經(jīng)由鉆柱的流動進行調(diào)制(即編碼)，以引起壓力和/或流速的變化。壓力或流速的變化由地面處或地面附近的相應(yīng)傳感器捕獲，并使用解碼軟件來解碼以恢復(fù)井下信息。在使用泥漿脈沖遙測技術(shù)的系統(tǒng)中，泥漿脈沖發(fā)生器可以是BHA的一部分。

泥漿脈沖發(fā)生器的具體設(shè)計可以變化，但基本原理是泥漿脈沖發(fā)生器通過對井眼中的泥漿流中的流動路徑進行限徑來產(chǎn)生壓力脈沖。將泥漿流按照特定的時序在鉆柱中進行壓縮或釋放，以將調(diào)制壓力脈沖中的數(shù)據(jù)編碼到泥漿流中。調(diào)制的壓力脈沖通過泥漿流傳播到地面，其在地面處被檢測和解碼，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。

向泥漿流提供動力的泥漿泵是大型的正排量泵，其通過在氣缸內(nèi)來回移動活塞并同時打開和關(guān)閉進氣閥和排氣閥來驅(qū)動泥漿流。典型的泥漿泵具有連接到一共同驅(qū)動軸上的三個活塞。這些活塞彼此相差120度，以減小壓力變化。采用阻尼器來減少泥漿流中的脈動。

除了泥漿脈沖遙測之外，有線鉆桿遙測也經(jīng)常用于鉆井操作。在有線鉆桿遙測中，鉆柱中的鉆桿具有嵌入在鉆桿壁中的通信電纜。當(dāng)鉆桿連接在一起時，通信電纜的部分形成沿著鉆柱從BHA到地面的連續(xù)的通信電纜。有線遙測的優(yōu)點是通過電纜的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，并且比泥漿脈沖遙測的速度快得多。然而，在兩個鉆桿之間的接頭處連接兩段通信電纜需要復(fù)雜且昂貴的耦合裝置。在鉆深井時，需要許多這樣的接頭。任何接頭處的通信電纜的斷裂將使遙測失效，這需要昂貴的維修。由于這個原因以及其他原因，泥漿脈沖遙測技術(shù)目前仍廣泛用于鉆井作業(yè)。

與雙向有線遙測不同，泥漿脈沖遙測通常將數(shù)據(jù)從井下遙測到地面。需要一種方法和系統(tǒng)，其能夠?qū)⑿盘枏牡孛嫦蚓逻b測到井眼中的工具。

發(fā)明內(nèi)容

本公開提供了一種用于操作鉆井系統(tǒng)的方法，所述鉆井系統(tǒng)包括設(shè)置在地面上的泥漿泵，以及處于井眼中的具有井底組件(BHA)的鉆柱。在一個實施例中，所述方法包括根據(jù)預(yù)定的順序來打開或關(guān)閉泥漿泵，以使井眼中的泥漿流響應(yīng)于所述預(yù)定的順序而波動。井眼中的泥漿流在高流速和低流速(包括基本上為零的流速)之間波動。井底組件中的泥漿脈沖發(fā)生器檢測泥漿流中的波動，并相應(yīng)地產(chǎn)生二進制信號。然后，泥漿脈沖發(fā)生器將所述二進制信號發(fā)送到井底組件中的隨鉆測量(MWD)工具。所述二進制信號用于執(zhí)行隨鉆測量工具中的一個或多個固件。

在本公開的一些實施例中，所述二進制信號用指令來編碼，并且所述MWD工具對所述二進制信號進行檢測和解碼，以得到所述指令。該指令識別所述一個或多個固件中的一個以用于執(zhí)行。