井下缆线张力测量的制作方法
【专利摘要】井下管柱和操作方法，其中井下管柱中的张力被实时监测，以使井下管柱中的张力不超过其屈服强度。张力分段与管柱包括在一起，用于监测张力，其包括张力分段的壳体中的传感器。传感器可为应变仪，并且可置于井下管柱的上端附近，以使还可监测附接于管柱的缆线中的张力。具有传感器的壳体的部分变窄用于提高监测的灵敏度。
【专利说明】井下缆线张力测量
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请请求享有2013年7月19日提交的共同未决美国临时专利申请序列第61/859，473号的优先权和权益，其全部公开由此出于所有目的通过引用并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及从地下井孔生产烃，并且具体地涉及缆线上的张力测量装置。
【背景技术】
[0004]井下的一些井孔操作涉及将井下工具配置在缆线或其它运送器件上。典型的井下工具包括射孔枪、测井工具、机械装置和井下传感器。测井工具大体上测量井孔周围的地层性质，并且通常使用核磁共振装置或放射源。声、辐射、温度、机械、电、介电、salinty传感器有时也用于测量地层性质，而且具有用于询问井孔完成努力的应用，如，评估将壳附连于井孔壁的水泥的完整性。
[0005]缆线大体上比管路或钻杆弱，并且易受井孔中的张力分离缠结或姅住(snagging)。此外，较深的井孔造成了附加困难，因为缆线可在其自身重量下伸展，从而进一步限制了可从井下工具施加到缆线上的张力的量。因此，在将井下工具配置在缆线上时，必须小心，以使施加于缆线的张力不超过其屈服强度。此外，如果施加的张力超过它们的屈服强度，则井下管柱的构件如线缆头、管柱中的连接器部分或管柱的其它元件也可被损坏。
【发明内容】
[0006]本文中公开了张力分段(sub)和用于控制用于配置井下工具管柱的运送器件中的张力的方法的实例。用于在井下管柱中使用的张力分段的实例包括壳体、联接于缆线的壳体的端部上的盒端、在盒端的远侧并且联接于井下工具的壳体的端部上的销端，以及响应于壳体中的张力的与壳体联接的传感器。在该实例中，当井下工具管柱配置在井下并且缆线处于张力下时，张力传递至壳体并且由传感器感测。在一个实例中，传感器为应变计，但进一步可选地，传感器设置在壳体的减小直径的部分上。电子装置可以可选地设在壳体中，用于将由传感器感测的传输至地面，以使可实时监测缆线中的张力。张力分段可包括用于选择性地提供传感器与地面和井下工具与地面之间的通信的开关。该实例还包括位于传感器与开关之间的通信路径中的电子装置。与地面和井下工具的通信可通过壳体。在实施例中，壳体的上端部连接于线缆头，其中线缆头附接于缆线。
[0007]用于在井下管柱中使用的张力分段的另一个实例包括壳体，其具有与运送器件联接用于在井孔中运送井下管柱的盒端，以及与井下工具联接的销端，以及传感器，其与壳体接合，并且将对应于由传感器感测的壳体中的张力的信号选择性地传输至地面。电子装置可包括在壳体中用于将信号传输至地面。壳体中的张力可取决于运送器件中的张力。运送器件可为缆线、盘管、钢丝绳，或它们的组合。在该实例中，传感器可为应变仪，并且置于具有减小的外周的壳体的一部分上。
[0008]井下操作的方法的实例包括:提供张力分段，其具有壳体、盒端、与盒端相对的销端，以及与壳体联接的传感器;将盒端与缆线联接并且将销端联接于井下工具以限定井下管柱;将井下管柱配置在井孔中；以及以传感器监测壳体中的张力并且基于壳体中监测的张力估计缆线中的张力。施加到缆线上的张力的量可基于监测壳体中的张力的步骤来调整。调整施加到缆线上的张力的量可包括通过使流体加压和将流体栗送到井孔中来控制井孔中的压力。作为备选，调整施加到缆线上的张力的量可涉及控制在地面处施加到缆线上的拉力。
【附图说明】
[0009]已经陈述了本发明的特征和益处中的一些，在描述结合附图时进行时，其它特征和益处将变得显而易见，在该附图中:
[0010]图1为根据本发明的在缆线上并且具有张力分段的井下工具管柱的实例的侧视截面图。
[0011 ]图2为图1的张力分段的实例的立面图。
[0012]图3为图2的张力分段中的构件的示意性实例。
[0013]尽管将结合优选实施例来描述本发明，但将理解的是，其不旨在将本发明限于该实施例。相反，其旨在覆盖如可包括在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有备选方案、改型和等同物。
【具体实施方式】
[0014]现在将在下文中参照示出实施例的附图来更完整地描述本公开的方法及系统。本公开的方法和系统可呈许多不同形式，并且不应当看作是限于本文中提出的所示实施例；相反，这些实施例提供成以使本公开将为彻底且完整的，并且将其范围完全传达给本领域技术人员。相似的数字表示各处相似的元件。在实施例中，用语大约的使用包括引用大小的+/_5% ο
[0015]还将理解的是，本公开的范围不限于所示和描述的构造、操作、准确材料或实施例的准确细节，因为改型和等同物将对本领域技术人员而言为显而易见的。在附图和说明书中，公开了示范性实施例，并且尽管使用了特定用语，但它们仅以普通和描述性意义使用，并且不用于限制的目的。
[0016]图1以侧视截面图示出了设置在井孔12的偏离部分中的工具管柱10的一个实例。井孔12示为形成在地层14中。工具管柱10配置在缆线16上，缆线16示为从设在井孔12的开口上方且在地面20上的井口组件18延伸到井孔12中。可选的地面卡车22也示为在井口组件18附近的地面22上，并且连接于缆线16的上末端。工具管柱10的上端上的线缆头24提供工具管柱10与缆线16之间的连接性。连接性包括至缆线16的机械连接，以使工具管柱10可插入到井孔12中并且从井孔12内向上拉。通过线缆头24的连接性还包括通信器件，以使电力、信号、数据和任何其它通信可在工具管柱10与缆线16之间传送，并且因此从工具管柱10到地面20。用于测量张力的张力分段26在工具管柱10中在线缆头24旁边，张力分段26因此提供了线缆头24附近的缆线16中的张力的指示。此外，张力分段26能够沿缆线16的下末端测量张力。井下工具28示为与张力分段26至线缆头24的连接相对地连接于张力分段26的端部。井下工具28的实例包括射孔枪、测井工具，以及可在井下配置的任何其它工具。
[0017]张力分段26的实例在图2中以立面视图示出，其中张力分段26包括用于覆盖和保护分段26内的构件的外壳体30。盒端32示为张力分段26的上端，并且提供至线缆头24(图1)的连接，用于在井下工具28与缆线16之间的通信。电子装置区段34包括在该实施例中，其包括电子装置，如，示意性地示出的印刷电路板36。电子装置区段34在盒端32附近，在与线缆头24(图1)相对的侧部上。在实例中，电子装置提供了用于张力分段26的通信和控制功能性。传感器区段32示为在与盒端32相对的电子装置区段34的侧部上在张力分段26中，并且包括传感器39用于测量缆线16(图1)中的张力。在所示实施例中，传感器39示为与壳体30联接的应变仪40。在该实例中，应变仪40感测壳体30中的应变，以及因此管柱10和缆线16中的张力。传感器39可以可选地沿示出具有减小的直径的壳体41的颈部42定位。使传感器39沿减小直径的壳体定位对由传感器39取得的测量结果提供灵敏度。存在其中提供多个传感器39的实例。可选地，传感器39可位于远离颈部42的传感器区段38的部分中。进一步可选的是包括保护套管(未示出)以防止传感器39在装配操作期间施加转矩时破坏。套管还提供了将滑动附于通常用于向下栗送操作中的重锤杆之上。
[0018]销端44示为与传感器区段38至电子装置区段34的连接相对地在传感器区段38的端部上，并且在与盒端32相对的部分的端部上。连接器销46示为从销端44沿轴向突出，用于通过张力分段26提供电力和信号连接性，所以工具管柱10(图1)的其余部分可与线缆头24和缆线16通信。
[0019]在其中传感器39为应变仪40的一个实例中，电子装置区段34中的电子装置选择性地测量应变仪40的电阻，其中电阻的测量值可反映应变仪40中的张力，以及因此缆线线缆16中的张力。可包括附加的电子装置(未示出)，其传送代表记录在应变仪40中的测量结果的信号，其中传送的信号可经由缆线16实时发送至地面20。在一个实例中，包括用以保护机械传感器免受来自进入井孔之前工具管柱的升降期间的弯曲的损坏的器件。示例性器件为保护套管(未示出)，其还提供了用于附加重锤杆的连接点，该重锤杆在典型地用于向下栗送操作中的缆线线缆之上滑动。
[0020]图3示意性地示出了张力分段26中的传感器39、电子装置36和开关52之间的示例性连接性。如所示，通信链路48提供传感器39与电子装置36之间的通信，通信链路54提供从开关52到井下工具28的通信，并且通信链路56提供从开关52到缆线头24的通信。因此，开关52可选择性地提供传感器39(经由电子装置36)与线缆头24之间的通信，从而使传感器39经由缆线16与地面20通信。在该实例中，当张力分段26起作用并且张力测量由张力分段26进行时，开关52可选择性地终止经由通信链路54至工具管柱10和至张力分段26下方的通信。在操作的另一个实例中，当井下工具28在用于穿孔、记录或其它井下操作的位置时，开关52可停止电子装置36与开关52之间通过通信链路50的通信，从而隔离传感器39与地面20的通信。因此，在该实例中，在井下工具28处于操作中时，张力测量中断。通信链路48,50,54,56的实例包括电线、光纤、无线信号和它们的组合。无线信号可为任何类型的波，如，无线电、紫外线、微波、声等。
[0021]在实例中，流体(未示出)以压力源58加压，并且接着栗送到井孔12中，用于将工具管柱10更深地推入井孔12(图1)中。如所示，当工具管柱10处于井孔12的水平或偏离部分中时，有时需要将推力施加于工具管柱10。在一些情形中，流体可在工具管柱10中施加张力，其传递至缆线16，其中张力超过缆线16、线缆头24或工具管柱10的任何元件中的一个或更多个的屈服强度，从而在缆线16、线缆头24或工具管柱10中的一个或更多个中产生断开、分离和/或破裂。如果工具管柱10的全部或部分变为与缆线16分离，则典型地需要打捞作业来从井孔12取回工具管柱10。如上文所述如由张力分段26提供的工具管柱10中和线缆头24附近的张力的实时测量可优化工具管柱10的向下栗送操作。例如，由于由变化的流体密度、井孔12的偏差的变化和缆线16的伸长引起的对井下条件建模时的困难，故指定的操作压力可不足以完成操作。井孔12中的不足压力由上文列出的困难引起，工具管柱10可变为卡在井孔12中，或者不在足够高速率下前进穿过井孔12。作为备选，建模可导致过高压力下的栗送，从而有缆线16、工具管柱10或缆线头24的井下故障的风险。作为替代，可能的故障的预期区域处或安全地在该预期区域下方的张力的实时监测允许操作者在一定压力下栗送流体，所以工具管柱10以或接近最大速率移动，而没有使工具管柱10与缆线16分离的风险。此夕卜，通过知道工具管柱10中的张力，操作者可不但进行流体压力的调整，而且进行流率和/或流体性质的调整，如，缆线16的密度和速度。可选地，拉力的量可受控，其从与地面卡车22相关联的卷轴(未示出)施加到缆线16上;其中对力的控制的量基于壳体20(图2)和因此缆线16中监测的张力调节。
[0022]因此，本文中所述的本发明良好适于执行目的，并且达到提到的目标和优点，以及本文中固有的其它目标和优点。尽管本发明的当前优选的实施例出于公开的目的给出，但许多变化存在于程序的细节中用于实现期望的结果。例如，替代缆线16，盘管或钢丝绳可用作运送器件用于将井下管柱10配置在井孔12内。此外，由于公开的张力分段的实施例充分稳健，故相关联的井下管柱10可与爆炸装置一起运行，包括插头、封隔器、切断工具和射孔枪。这些和其它类似改型将容易将自身建议给本领域技术人员，并且旨在包含在本文中公开的本发明的精神和所附权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种用于在井下管柱中使用的张力分段，包括: 壳体； 联接于缆线的所述壳体的端部上的盒端； 所述壳体的端部上的销端，其在所述盒端远侧并且联接于井下工具；以及 与所述壳体联接的传感器，其响应于所述壳体中的张力，以使在所述井下管柱配置在井下中并且所述缆线处于张力下时，所述张力传递至所述壳体并且由所述传感器感测。2.根据权利要求1所述的张力分段，其特征在于，所述传感器包括应变计。3.根据权利要求1所述的张力分段，其特征在于，所述传感器设置在所述壳体的减小直径部分上。4.根据权利要求1所述的张力分段，其特征在于，所述张力分段还包括所述壳体中的电子装置，用于将由所述传感器感测的传输至地面，以使所述缆线中的张力可被实时监测。5.根据权利要求1所述的张力分段，其特征在于，所述张力分段还包括用于选择性地提供所述传感器与地面之间和所述井下工具与地面之间的通信的开关。6.根据权利要求5所述的张力分段，其特征在于，所述张力分段还包括所述传感器与所述开关之间的通信路径中的电子装置。7.根据权利要求1所述的张力分段，其特征在于，与地面和所述井下工具的通信通过所述壳体。8.根据权利要求1所述的张力分段，其特征在于，所述壳体的上端连接于线缆头，其中所述线缆头附接于所述缆线。9.一种用于在井下管柱中使用的张力分段，包括: 壳体，其具有与运送器件联接用于在井孔中运送所述井下管柱的盒端，以及与井下工具联接的销端；以及 传感器，其与所述壳体接合，并且将对应于由所述传感器感测的所述壳体中的张力的信号选择性地传输至地面。10.根据权利要求9所述的张力分段，其特征在于，所述张力分段还包括用于将所述信号传输至地面的所述壳体中的电子装置。11.根据权利要求9所述的张力分段，其特征在于，所述壳体中的所述张力取决于所述运送器件中的张力。12.根据权利要求9所述的张力分段，其特征在于，所述运送器件包括选自由缆线、盘管、钢丝绳和它们的组合构成的组的元件。13.根据权利要求9所述的张力分段，其特征在于，所述传感器包括应变仪，并且其中所述应变仪置于具有减小外周的所述壳体的一部分上。14.一种井下操作的方法，包括: 提供张力分段，其具有壳体、盒端、与所述盒端相对的销端，以及与所述壳体联接的传感器； 将所述盒端与缆线联接并且将所述销端联接于井下工具来限定井下管柱； 将所述井下管柱配置在井孔中；以及 以所述传感器监测所述壳体中的张力并且基于所述壳体中监测的所述张力估计所述缆线中的张力。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于监测所述壳体中的张力的步骤调整施加到所述缆线上的张力的量。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，调整施加到所述缆线上的张力的量的所述步骤包括通过使流体加压和将所述流体栗送到所述井孔中来控制所述井孔中的压力。17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，调整施加到所述缆线上的张力的量的所述步骤包括控制在地面处施加到所述缆线上的拉力。
【文档编号】E21B47/007GK105899758SQ201480043348
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年7月28日
【发明人】J·E·斯马迪克, J·P·琼斯, R·沃勒, P·丰特诺, C·布朗
【申请人】通用电气石油和天然气测井服务公司