具有光纖的井下鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)的制作方法
【技術領域】
[0001]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(tài)的信息的井下鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)。
【背景技術】
[0002]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(zhì)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(nèi)旋轉以便通過去除表層土、沙、泥土、石灰石、方解石、石灰?guī)r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(qū)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肩傳送至井的地面。
[0003]在井被建立后，通常有用的是獲取關于井、井通過的地質(zhì)地層以及鄰近鉆頭的井筒內(nèi)的狀態(tài)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(zhí)行此類型的信息收集?！半S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。
[0004]在一些實例中，如鉆環(huán)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(tài)的測量。鉆環(huán)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】
[0005]圖1示出一井的示意圖，該井中設有根據(jù)本發(fā)明說明性實施方案的用于測量和監(jiān)測鄰近鉆頭的狀態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)被部署在MWD組件中；
[0006]圖2示出具有環(huán)繞鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)的外表面延伸并容納光纖傳感器長絲的環(huán)槽的鉆探最優(yōu)鉆環(huán)的如視等距圖；
[0007]圖3示出具有環(huán)繞鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)的內(nèi)表面延伸并容納第二光纖傳感器長絲的第二環(huán)槽的鉆探最優(yōu)鉆環(huán)的前視等距圖；
[0008]圖4示出具有環(huán)繞鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)的外表面延伸從第一環(huán)槽軸向偏轉的第二環(huán)槽的鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)的前視等距圖；并且
[0009]圖5示出鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)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】
[0010]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?qū)嵤┍景l(fā)明，并且應理解，可利用其他實施方案并在不背離本發(fā)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?qū)嵤┍疚拿枋龅膶嵤┓桨覆恍枰募毠?jié)，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。
[0011]除了測量和記錄井筒內(nèi)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(tài)的信息。例如，鉆探最優(yōu)化鉆環(huán)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(jīng)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(yōu)化鉆探參數(shù)，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(yōu)化鉆環(huán)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(jīng)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(jīng)歷的局部振動測量值的振動傳感器。
[0012]以下公開中描述的說明性實施方案涉及井筒的測量以及鄰近鉆頭或者鉆柱中的其他地方的鉆柱特性。所述說明性實施方案包括可與用于評估并優(yōu)化鉆探過程的各種技術中的任一種一起使用的測量和取樣工具，所述鉆探過程包括例如隨鉆測量(MWD)以及隨鉆測井(LWD)。
[0013]參考圖1，在井102中使用根據(jù)本發(fā)明的說明性實施方案的具有包括鉆探最優(yōu)化組件170的鉆柱120的鉆探最優(yōu)化系統(tǒng)100。井102具有從井102的地面108延伸至或穿過地下地層112的井筒104。井102在圖1中被示出為處在岸上，其中鉆探最優(yōu)化系統(tǒng)100被部署在井102中。圖1示出鉆探操作期間鉆探最優(yōu)化系統(tǒng)100的一種可能的應用。盡管鉆探最優(yōu)化系統(tǒng)100的以下描述主要集中在鉆探最優(yōu)化系統(tǒng)100在地下地層112中的應用，但鉆探最優(yōu)化系統(tǒng)100可被另外用在由固定或浮式平臺獲取的水下鉆井構造以及具有不同幾何結構的井102構造。
[0014]在圖1A中，井102由鉆探過程形成，其中鉆頭116由從鉆頭116延伸至井102的地面108的鉆柱120轉動。鉆柱120可由不同或類似橫截面的一個或多個連接的管道或管組成。鉆柱120可以指為單個部件的管或管道的集合，或者指包括柱的單個管或管道。術語鉆柱120不意圖在本質(zhì)上進行限制并且可指能夠?qū)⑿D能量從井102的地面108轉移至鉆頭116的任何部件或多個部件。在若干實施方案中，鉆柱120可包括縱向地設置在鉆柱120并且能夠允許井102的地面108與井下位置之間的流體連通的中心通道。
[0015]位于或鄰近井102的地面108，鉆柱120可包括或耦接至方鉆桿128。方鉆桿128可具有方形、六邊形或八邊形的橫截面。方鉆桿128在一端被連接至鉆柱120并且在相反的端被連接至旋轉接頭132。方鉆桿128移動通過旋轉臺136，所述旋轉臺136能夠旋轉方鉆桿128以及因此鉆柱120的剩余部分和鉆頭116。旋轉接頭132允許方鉆桿128在沒有施加至旋轉接頭132的旋轉移動的情況下旋轉。掛鉤138、電纜142、游車(未示出)以及升降機(未示出)被提供來升起或降低鉆頭116、鉆柱120、方鉆桿128以及旋轉接頭132。方鉆桿128和接頭132根據(jù)需要可被升起或者降低以便隨著鉆頭116推進而增加管道的另外部分至鉆柱120，或者如果從井102去除鉆柱120和鉆頭116是所需要的，則從鉆柱120去除管道的部分。
[0016]如本文所引用的，“耦接”通常指兩個(或者更多個)物體被接合、連接、緊固、鏈接或者以其他方式彼此相關聯(lián)。本公開提出多種類型的更好地耦接物體的耦接器，包括機械耦接器、流體耦接器、光學耦接器、電子連接器以及通信耦接器。兩個物體在被例如焊接件、粘結劑這樣的機械耦接器連接時、或者被包括例如螺栓和接頭之類的機械緊固件在內(nèi)的任何其他類型物理耦接器連接時，可被理解為是被機械地耦接了。短語“流體地耦接” “流體地連接”以及“流體連通”是指關于流體以及與這些流體相關聯(lián)的對應的流動或壓力的耦接、連接或者連通的一種形式。參考兩個部件之間的流體耦接、連接或連通描述以流體可在所述部件之間或之中流動的方式被關聯(lián)的部件。類似地，如果光學連接在兩個部件之間被建立以便傳輸光學信號，所述兩個部件就被稱為光學地耦接；如果導電連接在兩個部件之間被建立以便傳輸電信號或電位，所述兩個部件就被稱為電耦接；以及如果通信通道在兩個部件之間被建立以便利于通過例如有線或無線通信協(xié)議的通信的交換，所述兩個部件就被稱為通信地耦接。
[0017]貯水池144被定位在地面108并且在鉆探操作期間容納用于傳遞至井102的鉆探泥漿148。供應線152在貯水池144與鉆柱120的內(nèi)通道之間被流體地耦接。栗156在鉆探期間驅(qū)動流體通過供應線152以及井下以便潤滑鉆頭116并且從鉆探過程攜帶巖肩返回地面108。在井下移動之后，鉆探泥漿148經(jīng)由在鉆柱120與井筒104之間形成的環(huán)返回至地面108。在地面108，鉆探泥漿148通過返回線164被返回至貯水池144。鉆探泥漿148在再循環(huán)通過井102之前可被過濾或者以其他方式被處理。
[0018]如在圖1中所示，鉆探最優(yōu)化組件114可被定位鄰接鉆頭116以便測量、處理并通信關于接近鉆頭116的井筒104狀態(tài)的數(shù)據(jù)以便測量或估計鉆頭116經(jīng)歷的力和偏轉。如本文所引用的，接近鉆頭116的井筒104狀態(tài)以及鉆頭116經(jīng)歷的力和偏轉可被統(tǒng)稱為“鄰近鉆頭狀態(tài)”。鄰近鉆頭狀態(tài)還可