在非钻井井眼操作期间检测井下条件的系统及操作方法

在非钻井井眼操作期间检测井下条件的系统及操作方法
【专利摘要】本发明公开了用于检测非钻井操作中与井下相关的操作条件的方法和设备，包括：打捞并且取回操作以及井下扩眼或者套管切割操作等等。条件检测设备被用来测量井下操作参数，包括例如，转矩、张力、压力、旋转的方向和旋转的速率。然后，操作参数信息被用来更有效的执行井下操作。
【专利说明】在非钻井井眼操作期间检测井下条件的系统及操作方法
[0001] 本申请是名称为"非钻井操作期间的井下测量"、国际申请日为2004年2月2日、 国际申请号为PCT/US2004/002806、国家申请号为200480006946. 3的发明专利申请的分案 申请。

【技术领域】
[0002] 本发明大体上涉及一种用于检测井眼和工具操作条件的方法和设备，该方法和设 备在打捞或者其它井下操作时用来移去井眼阻碍物或者在其它非钻井操作时应用，尤其应 用在十分深和/或偏斜井眼。

【背景技术】
[0003] 用于测量同时钻井（MWD)并且测井同时钻井（LWD)的设备已经是公知的，其中特 定的钻孔条件被测量或者被记录在井身中的存储媒体中，或者使用例如移频键控（FSK)的 编码传送技术传送到地面。传送可以通过无线电波或者钻井泥浆中的流体脉冲实现。所 测量的条件通常包括温度、井筒环带压力、钻井参数，诸如钻头的重量（W0B)、钻头的旋转 速度和/或钻柱（PRMs)，以及钻井泥浆流动速率。MWD或者LWD替代物被结合到底孔组件 上的钻柱中，然后在钻井操作期间操作。利用MWD/LWD技术的钻井系统的例子在US专利 Nos. 6, 233, 524和6, 021，377中被描述，这两个专利为本发明的受让人所拥有，并且在这里 被结合用作参考。
[0004] 除了通常的钻井操作以外，还具有其它的情况，在这些情况中，具有关于在井下操 作的工具的操作及其环境的特定信息是有用的。在非常深和/或高角度井眼中，很难单独 通过地面指示检验涉及井下工具操作的细节。例如，如果某人试图使用旋转的研磨设备移 去深的和/或偏斜井眼中的套管的粘结部分，那么将有助于测量接近于研磨设备引发的转 矩的大小。如果不指示接近于研磨设备引发的转矩的大小，那么研磨设备会在地面上超转 矩，并且在研磨设备和地面之间的钻杆柱将吸收力而不有效的将力传送到研磨工具。在这 种情况下，下井仪器串的过转矩将导致剪切地面以下的下井仪器串，从而产生阻碍物从而 更难移去。
[0005] 就发明人所知，没有一种已知的用于在非钻井情况下提供有用的井下操作条件信 息的可接受设备，其中该信息包括转矩、重量、压力、张力、旋转速度以及旋转方向。进而，在 这样的非钻井应用中使用标准MWD工具是非常昂贵的。当前的MWD工具被设计为能获得大 量的钻孔信息，这些信息大多数与钻井方案不相关。用于收集钻井特定信息的设备包括核 传感器，例如用于测定信息密度、核气孔率和特定的岩石特性的伽马射线工具；电阻率传感 器，用于测定信息电阻率、介电常数以及是否存在碳氢化合物；声敏传感器，用于测定信息 的声音气孔率以及信息的地层界面；以及核磁共振传感器，用于测定信息的气孔率和其它 岩石物理特性。就发明人所知，没有已知的可接受的"适用于该目的"的工具，其中该工具 的传感器部分可以定制为当不检测无关或者不相关信息时，检测对工作重要的那些数据。 [0006] 需要一种改进的设备和方法，这种改进的设备和方法能够提供操作条件信息给非 钻井情况下的地面。还需要一种改进的方法和设备，该方法和设备用于实现打捞和恢复型 操作。另外，需要一种改进的方法和设备，该方法和设备用于实现其它的钻井应用，诸如井 下扩眼、孔中套管切割等等。本发明致力于解决现有技术的问题。


【发明内容】

[0007] 本发明提供一种用于检测和井下非钻井操作、恢复操作以及井下扩眼或者套管切 割操作等等相关的操作条件，其中非钻井操作包括打捞。在当前优选实施例中，条件传感设 备被用作测量井下操作参数，包括例如转矩、张力、压力、旋转方向以及旋转速率。然后，操 作参数信息被用作更有效的执行井下操作。
[0008] 在一个实施例中，存储器媒体被包含在接近传感器的工具中。检测到的信息被记 录，然后在工具从钻孔被移去之后被下载。在进一步的实施例中，检测到的信息被编码并以 编码信号的形式被传送到地面。地面上的接收器或者数据获取系统接收编码信号并且将它 解码。用于传送信息给基于地面的接收器的方法包括泥浆脉冲遥测术和用于传送MWD/LWD 信息给地面的其它技术。在本发明的另一个方面中，提供一种用于调整响应于一个或多个 检测到的操作信息的井下操作。
[0009] 本发明提供廉价的条件传感工具，该工具在多种情况下都有用。本发明还提供一 种"适合于该目的"的工具，该工具可以容易地定制为收集并提供期望的操作条件信息而不 收集不期望的信息。在相关的方面，本发明还提供一种在钻孔内实施非钻井操作的改进的 方法，该非钻井操作包括打捞操作，其中测定的井下操作条件信息被用来改进非钻井操作 并且使该操作更有效。
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于在非钻井井眼操作期间检测井眼中的井 下条件的系统，该系统包括：
[0011] 要设置于井眼内的由管形成的工具串；
[0012] 构造成使用所述工具串被送入井眼中的打捞设备；
[0013] 用于检测井下条件的、沿着所述工具串的至少一个传感器，所述至少一个传感器 构造成使用所述工具串与所述打捞设备一起被送入井眼中；以及
[0014] 用于接收关于井下条件的数据的处理部分。
[0015] 根据本发明的另一个方面，提供了一种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括：
[0016] 将工件和条件检测工具结合到工具串中；
[0017] 将工具串设置在井眼中；
[0018] 操纵工件以实施非钻井井下操作；
[0019] 在操作工件的同时使用条件检测工具检测至少一个井下条件；
[0020] 在条件检测工具的处理部分内接收关于所述至少一个井下条件的数据；和
[0021] 使工具串旋转。
[0022] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在非钻井井眼操作期间检测井眼中的 井下条件的系统，该系统包括：
[0023] 要设置于井眼内的由管形成的工具串，其中所述工具串被构造用于旋转；
[0024] 构造成使用所述工具串被送入井眼中的工件，所述工件构造用于执行井眼内的非 钻井井眼操作；
[0025] 用于检测井下条件的、沿着所述工具串的至少一个传感器，这种条件检测工具构 造成使用所述工具串与所述工件一起被送入井眼中；以及
[0026] 用于接收关于井下条件的数据的处理部分。
[0027] 可选地，所述系统还包括：数据发送器，所述数据发送器与所述处理部分相关联并 且构造用于将关于井下条件的数据发送到地面。
[0028] 可选地，工件包括切割工具。
[0029] 可选地，切割工具包括扩孔器。
[0030] 可选地，切割工具包括套管割刀。
[0031] 可选地，所述系统还包括电源部分。
[0032] 可选地，数据发送器利用泥浆脉冲遥测术。
[0033] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在非钻井井眼操作期间检测井眼中的 井下条件的系统，该系统包括：
[0034] 要设置于井眼内的由管形成的工具串；
[0035] 构造成使用所述工具串被送入井眼中的工件，所述工件构造用于执行井眼内的非 钻井井眼操作；
[0036] 用于检测井下条件的、沿着所述工具串的至少一个传感器，所述至少一个传感器 构造成使用所述工具串与所述工件一起被送入井眼中；
[0037] 用于接收关于井下条件的数据的处理部分；以及
[0038] 数据发送器，所述数据发送器与所述处理部分相关联并且构造用于将关于井下条 件的数据发送到地面，其中所述数据发送器利用泥浆脉冲遥测术；
[0039] 其中至少一个井下条件为选自由转矩、重量、工具串压力、工具串张力、工具串旋 转速度、振动以及工具串旋转方向组成的一组条件中的一个条件。
[0040] 可选地，所述系统还包括：位于地面的控制器，所述控制器构造用于控制工件。
[0041] 根据本发明的另一个方面，提供了一种在非钻井操作期间在井眼中使用以检测井 眼中的至少一个井下条件的条件检测工具，该条件检测工具能使用管状工具串部署并且包 括：
[0042] 限定通过其中的轴向流体流通孔的外壳，所述外壳联接至所述管状工具串；
[0043] 形成在外壳中的传感器部分；
[0044] 位于所述传感器部分中的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测基本上 由转矩、重量、工具串压力、工具串张力、工具串旋转速度、振动以及工具串旋转方向组成的 一组条件中的至少一个非钻井井下条件，其中所述外壳、所述传感器部分和所述至少一个 传感器构造成使用所述管状工具串被送入井眼中；以及
[0045] 位于外壳内的电源部分，所述电源部分用于向所述传感器部分供电。
[0046] 根据本发明的另一个方面，提供了一种在非钻井操作期间在井眼中使用以检测井 眼中的至少一个井下条件的条件检测工具，该条件检测工具能使用管状工具串部署并且包 括：
[0047] 限定通过其中的轴向流体流通孔的外壳，所述外壳联接至所述管状工具串；
[0048] 形成在外壳中的传感器部分；
[0049] 位于所述传感器部分中的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测基本上 由转矩、重量、工具串压力、工具串张力、工具串旋转速度、振动以及工具串旋转方向组成的 一组条件中的至少一个非钻井井下条件，其中所述外壳、所述传感器部分和所述至少一个 传感器构造成使用所述管状工具串被送入井眼中；以及
[0050] 用于接收关于井下条件的数据以及传送数据到远处的接收器的处理部分。
[0051] 根据本发明的另一个方面，提供了一种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括：
[0052] 将工件和条件检测工具结合到工具串中；
[0053] 将工具串设置在井眼中；
[0054] 操纵工件以实施非钻井井下操作；
[0055] 使用条件检测工具检测至少一个井下条件；并且其中，
[0056] a)所述工件包括用于接合在井眼内的被卡构件的打捞工具；
[0057] b)所述非钻井井下操作包括打捞操作，以从井眼移去被卡部件；以及
[0058] c)所述条件检测工具检测重量和转矩。
[0059] 根据本发明的另一个方面，提供了一种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括：
[0060] 将工件和条件检测工具结合到由管形成的工具串中；
[0061] 使用由管形成的所述工具串将工件和条件检测工具送入井眼中；
[0062] 操纵工件以实施非钻井井下操作；
[0063] 使用条件检测工具检测至少一个井下条件；以及
[0064] 将指示井下条件的信息发送给地面位置，其中，
[0065] a)所述工件包括锚锁销；
[0066] b)所述非钻井井下操作包括松脱井眼内的螺纹连接部；以及 [0067] c)所述条件检测工具检测工具串压力以及工具串张力。
[0068] 根据本发明的另一个方面，提供了一种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括：
[0069] 将工件和条件检测工具结合到工具串中；
[0070] 将工具串设置在井眼中；
[0071] 操纵工件以实施非钻井井下操作；
[0072] 使用条件检测工具检测至少一个井下条件；并且其中，
[0073] a)所述工件包括封隔器；
[0074] b)所述非钻井井下操作包括从井眼内的一设置位置中取回封隔器；以及
[0075] c)所述条件检测工具检测转矩和重量。

【专利附图】

【附图说明】
[0076] 本发明的优点的进一步的方面将很容易被本领域的普通技术人员理解，当结合附 图时，参考以下详细的描述会被变得更好理解，其中，在整个附图中相同的参考标记表示相 同或者类似的元件，并且其中：
[0077] 图1是根据本发明的采用工具和工具组件的示例性井眼所构成的示意性截面图。
[0078] 图2是根据本发明构造的示例性条件传感工具的部分截面的等距视图。
[0079] 图3是根据本发明的一个直观打捞应用中侧面截面的示意性描绘，其中生产油管 和采油封隔器被从井眼中移去。
[0080] 图4是根据本发明实施的直观补偿操作的侧面截面的示意性描绘。
[0081] 图5是根据本发明实施的直观套管切割布置的示意性侧面截面图。
[0082] 图6是根据本发明实施的直观井下扩眼布置的示意性侧面截面图。
[0083] 图7是用于根据本发明实施的从井眼内移去采油封隔器的直观打捞应用的示意 性侧面截面图。
[0084] 图8是根据本发明实施的直观引导研磨应用的示意性侧面截面图。
[0085] 图9是根据本发明实施的用于恢复井底组件的直观冲刷恢复操作的示意性侧面 截面图。

【具体实施方式】
[0086] 图1是示意性的附图描绘，从总体上描述了根据本发明构建的工具和工具组件的 结构和操作以及根据本发明的方法和系统。尽管这个术语不限制于"打捞"的应用，但是这 些工具、工具组件、系统和方法在这里可以被简称为"测量同时打捞"系统。事实上，本领域 的那些技术人员将理解本发明的用于系统的大量的非钻井应用、方法和设备。
[0087] 图1示出了用于碳氢化合物井12的钻架10。将理解，当基于地面的钻井10被示 出时，本发明的系统和方法也可以应用于海上钻机、台地以及钻井浮船。从钻架10开始，钻 孔12从地面14向下延伸。下井仪器串16位于钻孔12内。下井仪器串16可以包括钻杆 部分串、生产油管部分或者盘管部分。下井仪器串16是管状的并且限定了其中的孔，其中 钻探泥浆或者其它流体会被抽入该孔。尽管图1中没有描述，但是钻架10包括用于将钻探 泥浆或者其它流体抽入到下井仪器串16的装置以及用于在钻孔12内旋转下井仪器串16 的装置。在下井仪器串16的下端固定了条件检测工具18,该条件检测工具的下端反过来固 定到工件20。工件20通常被称为在钻孔12内执行功能并且其特定操作数据在表面14所 需的工具或者设备。通过参考简短描述的示例性实施例将会理解，工件20可以包括诸如振 动工具或者闭锁机构的打捞设备，或者包括诸如扩孔器或者套管割刀的切割工具，或者包 括其它设备。
[0088] 应当注意到，钻孔12可以十分深入地延伸到地面下方（也就是，30000英尺或者更 多），并且尽管图1所示基本上垂直定向，钻孔12实际上偏斜或者甚至水平地沿着它的长度 的一部分。在地面14上是数据获取系统22和控制器24。在地面上的操作器通常通过调整 例如工件上的重量、通过下井仪器串16的流体流动、下井仪器串16(如果有的话）的旋转 速率和方向等等参数，来控制工件20的操作。
[0089] 现在参考图2,图2示出了根据本发明构建的一个示例性条件检测工具18的结构 和操作的截面的细节。工具18通常包括具有轴向端28、30的圆柱外壳26,该轴向端被构造 为用于与下井仪器串16和工件20的邻接部分螺纹接合。外壳26限定了通过那里的流动 孔32以允许钻探泥浆或者其它流体通过。一个或多个芯盒面板34可以沿圆周固定在工具 18周围以帮助保护工具18不受到由钻孔摩擦和接合引起的损坏。工具18包括具有多个 安装在其上的条件传感器的传感器部分36。在所示的示例性工具18中，传感器部分36包 括能够测定重量的指重表传感器38以及能够测量转矩的转矩计40,其中该重量由工件20 上的下井仪器串16施加，转矩通过下井仪器串16的旋转被施加在工件20上。另外，传感 器部分36包括角度弯曲表42,该角度弯曲表能够测量下井仪器串16内的角度偏差或者弯 曲力。另外，传感器部分36包括井筒环带压力计44,该压力计测量在外壳26和钻孔12之 间产生的环面内的流体压力。孔压力计46测量工具18的孔32内的流体压力。当每个这 些传感器的可操作的电互连没有在图2中示出时，是由于这些都是本领域技术人员所公知 的，因此这里不详细描述。加速计48也被示出，其可以测定轴向、横向或者角度方向中的工 具18的加速度。通过每个上述的传感器，传感器部分36获得并产生与工件20的操作参数 有关的数据。
[0090] 在当前的优选实施例中，条件检测工具18可以包括CoPilot'? MWD工具的一部 分，其中该工具从本申请的受让人，即Baker Hughes, Incorporated, Houston, Texas,的 INTEQ分公司中是可商业获取的。应当注意到，条件检测工具18并不需要并且通常不包括 那些主要或者仅在钻探情况下有用的元件和组件。这些传感工具包括，例如，伽马计数设备 和用于相对于环境信息定向的方向传感器。这相比于传统的MWD或者LWD工具大大的减少 了工具18的成本和复杂性。工具18是"适用于该目的"的工具，被构造成具有用于给定的 工作而不是不需要的其它工作的那些传感器。结果是，工具18的成本和复杂性被最小化。
[0091] 工具18还包括处理部分50以及电源部分52。处理部分50可以接收涉及由传感 器部分36读出的操作条件并且存储和/或传送数据给远处的接收器，例如位于地面14上 的接收器或者数据获取系统22。处理部分50最好包括数字信号处理器53和54所示的存 储媒体，该数字信号处理器和存储媒体与传感器部分36互连以存储由传感器部分36获得 的数据。处理器53(也被称为"控制单元"或者"处理单元"）包括一个或多个基于电路的 微处理器以处理由钻井操作中至少部分地在井下由传感器进行的测量。
[0092] 处理部分50还包括数据发送器，在图中用56表示。数据发送器56可以包括本技 术领域已知的一种类型的泥浆脉冲发送器，用于利用泥浆脉冲遥测术传送编码数据信号到 地面14。数据发送器56还可以包括其它本【技术领域】已知的传送装置用于传送这样的数据 信号到地面。
[0093] 电源部分52容纳电源58用于操作处理部分50和传感器部分36内的元件的操 作。在当前优选实施例中，电源58是"泥浆电动机"机构，其通过下井仪器串16并通过工 具18的孔32由向下钻探泥浆或者其它流体的流动激励。这样的机构利用涡轮机产生电 能，其中涡轮机有例如钻探泥浆的流体的流动旋转。这种类型的合适机构的一个例子是在 f/jCoPilot?.工具内的电源组件，其中该CoPilot工具商业上由Baker Hughes INTEQ出 售。其它可接受的电源也可以被采用，例如电池，其中，例如，在执行特殊井下操作期间流体 不流动。
[0094] 用于执行本发明的许多示例性方法和配置将被描述以说明本发明的系统和方法。 图3描绘了必须从钻孔12向外捞出生产油管60和可卸式封隔器62的一部分的情况。打 捞操作的类型可以是必须的，其中生产油管60已经研制出在封隔器62的位置上方的缺口， 并且可卸式封隔器62不能利用它的释放机构被释放。在图3中，所示的钻孔12沿着套管 64排列，并且封隔器62相对于套管64的内墙被密封。生产油管部分60的上端66已经以 不平的方式被切断，并且通向地面14的生产油管串的上部已经被移去。
[0095] 然后，下井仪器串16被下降到如图3所示的钻孔12中，其中下井仪器串可以包括 一串生产油管或者盘管。条件检测工具18被固定到下井仪器串16的下端。在这种配置中， 工具18具有至少一个指重表传感器38和转矩计或者传感器40。固定到工具18的下端的 是接合设备68,其作为工件20。接合设备68是一种打捞工具，是本领域所公知的一种类型， 它被构造为接合生产油管部分60的上端66。然后，通过向上拉、震动、向上压，和/或通过 旋转下井仪器串16,生产油管部分60和封隔器62从钻孔12中被移去。
[0096] 在操作中，工具18的指重表传感器38检测向上力的大小，该力通过向上拉下井仪 器串16而施加到接合设备68上。如果下井仪器串16的旋转的应用试图移动油管柱串部 分60和封隔器62,那么转矩计40将检测来自该旋转的转矩的大小，该旋转实际上由接合工 具68感觉。可选的是，如果下井仪器串16被向上压以有助于释放油管柱串部分60和封隔 器62,将可以检测孔的压力和井筒环带压力。这个数据被存储或者被传送到地面14,从而 操作者可以检测施加到地面的向上或者旋转的力以及在工件20附近接收的力之间是否具 有明显的差异。明显的差异可以表明一个问题，即，防止这种力的完全传输，比如环面或仪 器串16中进行阻碍，该环面或仪器串16相对于钻孔12中的偏移和/或极深部分中的钻孔 12而支承。
[0097] 现在参考图4,示出了锚锁销或者螺纹接合部，其中本发明的设备和方法应用被示 出，以断开钻孔12内的螺纹元件。在这种情况下，所示的封隔器元件62相对于钻孔12的 套管64被固定，并且保持生产油管部分66,该生产油管包括被螺纹连接部70固定到上部 套管部分72的低套管部分69。上部套管部分72和先前所描述的生产油管部分60 -样已 经被切割。这里作为工件20的接合工具74被固定到条件检测工具18,并且被构造为固定 的接合上部套管部分72的上端76。这样的接合工具74是本领域所公知的。希望使螺纹 连接部70松脱，从而上部油管柱部分可以从钻孔12中被移去，并且可以被另一个可以螺纹 状的与低套管部分69接合以在钻孔12内重新恢复生产的油管柱部分代替。使螺纹连接部 70松脱取决于提升下井仪器串16直到在螺纹连接部70上的压力、重量基本上为零时。另 夕卜，如果不能松脱，那么螺纹连接部70将非常困难。事实上，尝试这样做会损坏螺纹，使它 以后更难接触另一个生产油管部分。相反的，过分的提升下井仪器串16也将会使得螺纹连 接部70更难或者不可能通过下井仪器串16的旋转被松脱。因此，能够检测和测定张力和 压力的大小是十分重要的，其中张力和压力接近于接合工具74被准确的感知。因此，条件 检测工具18被构造为至少检测重量和转矩。在操作中，接合工具74被锁闭到上部72,并且 操作者向上推或者放松下井仪器串16直到重量读数为零，从而指示螺纹连接部70的松脱 会开始。然后，下井仪器串16在必要的方向旋转来松脱连接部70。从工具18读出的转矩 将指示是否具有从旋转下井仪器串16传送旋转力到接合工具74的问题。
[0098] 图5示出了井眼套管64的一部分被套管割刀80切割的情况。本领域的技术人员 会理解它将容易的应用于生产油管的切割。套管80被固定到条件检测工具18的下端并且 大致包括具有一对径向延伸切割工具84的中心管状主体82。这样的切割工具是本领域所 公知的，并且仅用来说明本发明，因此在这里不被详细描述。所示的套管割刀80穿过套管 64切割并且通过切割工具84进入周围地层86。由于套管割刀80被下井仪器串16的旋转 转动，所以知道旋转的方向、旋转的速度（RPM)以及套管割刀80的重量是很重要的。在操 作中，下井仪器串16被旋转以使得套管割刀80切割套管64以形成一个开口 88。工具18 被构造为至少检测接近于套管割刀80的旋转速度（RPM)和方向，以确保开口 88被正确的 切割。测量施加到套管割刀80的转矩以及套管割刀80上的重量也是重要的，并且最好由 工具18检测。
[0099] 现在参考图6,结合本发明的设备和方法的井下扩眼情况被示出。井下扩眼设备 90被固定到工具18的下端。本领域所公知的井下扩眼设备90包括具有多个井下扩眼臂 94的管状主体92,其中当井下扩眼主体92围绕它的纵轴旋转时，井下扩眼臂枢轴的连接到 主体92并且径向向外移动以切割地层86。当期望放大特定点的钻孔12的直径时使用井下 扩眼。在一个井下扩眼操作中，监视接近于井下扩眼90的转矩力是很重要的。因此，工具 18被构造为至少检测接近于井下扩眼90的转矩力。优选的是，工具18也被构造为检测重 量、旋转速率（RPM)以及旋转方向。
[0100] 现在转到图7,示出了一种配置，其中封隔器100从钻孔12内的一组位置获取。条 件检测工具18被固定到工具串16的下端，并且接合工具102被固定到条件检测工具18的 下端。接合工具102被构造为锁闭在封隔器100上，并且不固定它以从钻孔12中移去。工 具串16被放低到钻孔12中直到接合工具102变得固定地锁闭到封隔器100上。封隔器 100通常通过在工具串16上向上拉和/或旋转工具串16以便向封隔器100施加拉力和转 矩，从而从与钻孔12的墙的接合中释放。然后，在这种情况下，工具18应当被构造为至少 测量张力/压力（重量）以及接近于封隔器100的转矩。
[0101] 图8示出了一个示例性的引导研磨配置，其中旋转引导研磨机104被固定到条件 检测工具18和工具串16。研磨机104通常具有圆柱形中心主体106,该主体具有多个径向 延伸的研磨叶片108。主体106出现一个鼻端部分110。所示的研磨机104与管状构件112 的上端连接，其中管状构件112已经被卡到钻孔12中。期望通过旋转研磨机104研磨掉管 状构件112,从而使得研磨叶片108将管状构件112切割掉。因此，研磨机104在管状构件 112的顶上被放下，因此鼻端110被插入管状构件112,并且叶片108连接管状构件12的上 端。在操作期间，钻探泥浆通过工具串16、工具18和研磨机104向下流通。钻探泥浆离开 接近于叶片108连接管状构件112的位置的研磨机104,并且用来润滑切割过程和/或提供 一种通过环面中的井眼流体对地面循环切割的装置。
[0102] 在图8所示的一个研磨操作中，能够检测转矩力、旋转方向、重量（也就是，通过工 具串16施加到研磨机上的轴向张力和/或压力），以及研磨机104的旋转速度。因此，工 具18应当被构造为至少检测这些井下操作参数。另外，研磨机104的振动量可以通过结合 本领域公知的一种类型的振动传感器（未示出）到工具18的传感器部分36中来测定。然 后，检测到的信息被用来调整研磨工序（也就是，放下或者提升研磨机，改变RPM)以改进研 磨工序。
[0103] 图9示出了本发明的一种冲刷恢复操作合成设备和方法。在这种情况下，底孔组 件（BHA) 118被卡到钻孔12中。BHA118包括钻头120和从钻头120向上延伸的钻杆部分 122。钻杆部分122是钻杆的短管部分，其中钻杆在钻杆柱的剩余部分被切割或者移去之后 仍然保留。但是，BHA118是可能被卡在井眼中的一个元件的例子。可能容纳或者被卡在钻 孔12内的其它元件包括屏蔽、衬板、钻杆部分、套管部分等等。
[0104] 固定到工具串16到下端的是条件检测工具18和冲刷工具124,其中冲刷工具作为 工件20。冲刷工具124包括具有环形切割边缘128的铣鞋126,其中铣鞋126用于切除吸 附的BHA118周围的地层。在这种方式中，吸附的元件118被冲刷并且容易被移动。在这个 操作中，尤其希望了解接近于冲刷工具124的转矩力。因此，条件检测工具18应当被构造 为至少检测转矩力。最好是，工具18也被构造为检测PRM以及旋转的方向，以有助于防止 无意的扭曲或者对冲刷工具124或者吸附元件的损坏。
[0105] 应当注意到，数据获取系统22最好包括图1中23表示的图形显示器，该图像显示 器是本领域公知的一种类型，从而允许操作员观测井下操作条件的指示并响应于该指示调 整井下操作（也就是，通过调整旋转的速率或者放下重量）。调整的效果将通过工具18的 井下传感器检测，然后被传送到地面14,其中它被数据获取系统22接收。因此，可以看出闭 环系统用于控制基于检测到的数据的非钻井应用。
[0106] 还应当注意到，显示器和数据获取系统22可以包括被适应性程序化的个人计算 机，其和与MWD和LWD系统相关的"rigfloor"显示器相反。由于测量和监测的参数比MWD 或LWD系统更少并且更简单，所以，仅需要较简单和较便宜的显示器和查询系统。
[0107] 在本发明的进一步的方面中，非钻井过程的自动或半自动控制可以利用闭环系 统。处理器53处理在条件检测工具18中由传感器检测的测量值。被处理的信号或者计算 的结果通过条件检测工具18的发送器56被发送到地面14。这些信号或者结果通过数据获 取系统22在地面14上被接收，并且被提供给控制器24。随后，控制器24控制响应于信号 或者提供给控制器的结果的井下操作。
[0108] 处理器53也可以控制传感器以及工具串16中的其它设备的操作。在工具18内 的处理器53也可以处理条件检测工具18中的不同传感器的信号，并且还控制它们的操作。 处理器53还可以控制与工具18相关的其它设备，例如套管割刀80或者扩孔器90。单独的 处理器可以被用作每个传感器或者设备。每个传感器也可以具有另外的用于惟一操作的电 路。处理器53最好包含用于存储程序化指令、模型（可以是交互式模型）、数据以及其它必 要控制电路的一个或多个微处理器或者微控制器。微处理器控制不同传感器的操作，提供 井下传感器之间的通信，并且可以通过双向泥浆脉冲遥测术提供工具18和地面14仪器之 间的双向数据和信号通信。
[0109] 地面控制器24从井下传感器和设备接收信号，并且处理根据提供给控制器24的 程序化指令的信号。控制器24显示期望的钻井参数以及其它显示器/监视器23上的信息， 其中显示器/监视器23被操作者利用以控制钻井操作。控制器24最好包含计算机、存储 数据的存储器、记录数据的记录器以及其它必要的外围设备。控制器24也可以包括模拟模 型并且根据程序化的指令处理数据。当一定的危险或者不期望的操作发生时，控制器24也 可以适用于启动警报。
[0110] 虽然在所描述的实施例中，所示的条件检测工具18直接连接到工件20,但是不总 是这样。可能的是，转换工具或者一些其它元件可以间接固定到工件20和工具18之间。
[0111] 为了说明和解释的目的，前面的描述是针对本发明的具体实施例。但是，本领域技 术人员应当理解，不脱离本发明的范围和精神可以对上述的实施例进行变型和改变。
【权利要求】
1. 一种用于在非钻井井眼操作期间检测井眼中的井下条件的系统，该系统包括： 要设置于井眼内的由管形成的工具串； 构造成使用所述工具串被送入井眼中的打捞设备； 用于检测井下条件的、沿着所述工具串的至少一个传感器，所述至少一个传感器构造 成使用所述工具串与所述打捞设备一起被送入井眼中；以及 用于接收关于井下条件的数据的处理部分。
2. -种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括： 将工件和条件检测工具结合到工具串中； 将工具串设置在井眼中； 操纵工件以实施非钻井井下操作； 在操作工件的同时使用条件检测工具检测至少一个井下条件； 在条件检测工具的处理部分内接收关于所述至少一个井下条件的数据；和 使工具串旋转。
3. -种用于在非钻井井眼操作期间检测井眼中的井下条件的系统，该系统包括： 要设置于井眼内的由管形成的工具串，其中所述工具串被构造用于旋转； 构造成使用所述工具串被送入井眼中的工件，所述工件构造用于执行井眼内的非钻井 井眼操作； 用于检测井下条件的、沿着所述工具串的至少一个传感器，这种条件检测工具构造成 使用所述工具串与所述工件一起被送入井眼中；以及 用于接收关于井下条件的数据的处理部分。
4. 如权利要求3的系统，还包括： 数据发送器，所述数据发送器与所述处理部分相关联并且构造用于将关于井下条件的 数据发送到地面。
5. 如权利要求4的系统，其中工件包括切割工具。
6. 如权利要求5的系统，其中切割工具包括扩孔器。
7. 如权利要求5的系统，其中切割工具包括套管割刀。
8. 如权利要求3的系统，还包括电源部分。
9. 如权利要求1的系统，其中数据发送器利用泥浆脉冲遥测术。
10. -种用于在非钻井井眼操作期间检测井眼中的井下条件的系统，该系统包括： 要设置于井眼内的由管形成的工具串； 构造成使用所述工具串被送入井眼中的工件，所述工件构造用于执行井眼内的非钻井 井眼操作； 用于检测井下条件的、沿着所述工具串的至少一个传感器，所述至少一个传感器构造 成使用所述工具串与所述工件一起被送入井眼中； 用于接收关于井下条件的数据的处理部分；以及 数据发送器，所述数据发送器与所述处理部分相关联并且构造用于将关于井下条件的 数据发送到地面，其中所述数据发送器利用泥浆脉冲遥测术； 其中至少一个井下条件为选自由转矩、重量、工具串压力、工具串张力、工具串旋转速 度、振动以及工具串旋转方向组成的一组条件中的一个条件。
11. 如权利要求10的系统，还包括： 位于地面的控制器，所述控制器构造用于控制工件。
12. -种在非钻井操作期间在井眼中使用以检测井眼中的至少一个井下条件的条件检 测工具，该条件检测工具能使用管状工具串部署并且包括： 限定通过其中的轴向流体流通孔的外壳，所述外壳联接至所述管状工具串； 形成在外壳中的传感器部分； 位于所述传感器部分中的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测基本上由转 矩、重量、工具串压力、工具串张力、工具串旋转速度、振动以及工具串旋转方向组成的一组 条件中的至少一个非钻井井下条件，其中所述外壳、所述传感器部分和所述至少一个传感 器构造成使用所述管状工具串被送入井眼中；以及 位于外壳内的电源部分，所述电源部分用于向所述传感器部分供电。
13. -种在非钻井操作期间在井眼中使用以检测井眼中的至少一个井下条件的条件检 测工具，该条件检测工具能使用管状工具串部署并且包括： 限定通过其中的轴向流体流通孔的外壳，所述外壳联接至所述管状工具串； 形成在外壳中的传感器部分； 位于所述传感器部分中的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测基本上由转 矩、重量、工具串压力、工具串张力、工具串旋转速度、振动以及工具串旋转方向组成的一组 条件中的至少一个非钻井井下条件，其中所述外壳、所述传感器部分和所述至少一个传感 器构造成使用所述管状工具串被送入井眼中；以及 用于接收关于井下条件的数据以及传送数据到远处的接收器的处理部分。
14. 一种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括： 将工件和条件检测工具结合到工具串中； 将工具串设置在井眼中； 操纵工件以实施非钻井井下操作； 使用条件检测工具检测至少一个井下条件；并且其中， d) 所述工件包括用于接合在井眼内的被卡构件的打捞工具； e) 所述非钻井井下操作包括打捞操作，以从井眼移去被卡部件；以及 f) 所述条件检测工具检测重量和转矩。
15. -种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括： 将工件和条件检测工具结合到由管形成的工具串中； 使用由管形成的所述工具串将工件和条件检测工具送入井眼中； 操纵工件以实施非钻井井下操作； 使用条件检测工具检测至少一个井下条件；以及 将指示井下条件的信息发送给地面位置，其中， d) 所述工件包括锚锁销； e) 所述非钻井井下操作包括松脱井眼内的螺纹连接部；以及 f) 所述条件检测工具检测工具串压力以及工具串张力。
16. -种执行非钻井井下井眼操作的方法，包括： 将工件和条件检测工具结合到工具串中； 将工具串设置在井眼中； 操纵工件以实施非钻井井下操作； 使用条件检测工具检测至少一个井下条件；并且其中， d) 所述工件包括封隔器； e) 所述非钻井井下操作包括从井眼内的一设置位置中取回封隔器；以及 f) 所述条件检测工具检测转矩和重量。
【文档编号】E21B29/00GK104088622SQ201410229747
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2004年2月2日 优先权日:2003年2月14日
【发明者】J·A·桑尼尔, R·B·科尔博特, J·W·安德森, G·海希西, B·C·皮佐拉托, J·C·希克斯 申请人:贝克休斯公司