測量鉆孔狀態的系統和方法，特別是檢驗鉆孔最終直徑的系統和方法技術方案

本發明專利技術提出了測量鉆孔狀態的系統和方法，特別是檢驗鉆孔最終直徑的系統和方法。系統（10）包括：帶有鉆頭（20）和鉆泥循環設備（22）的鉆柱（12），連接到鉆口（20）上方的鉆柱（12）的擴孔器（14）以及連接到鉆柱（12）上的下井儀殼體（16），該下井儀殼體具有檢測井底狀態（如鉆孔直徑）的傳感器（36）。下井儀殼體（16）安裝在擴孔器（14）上方，直徑小于擴孔器（14）和鉆頭（20）。傳感器（36）可為信號幅度可調的超聲換能器（48），沿下井儀殼體（16）固定在適當位置。系統（10）也可包括用于傳感器數據的校準器（46）以及帶另一傳感器（136）的輔助下井儀殼體（116），另一傳感器位于鉆頭（20）和擴孔器之間（14）。本發明專利技術的方法是用所述系統檢驗鉆孔的最終直徑。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及石油天然氣工業中測量鉆井孔的鉆孔特征和狀態。更特別地，本專利技術涉及鉆孔和擴孔后測量鉆孔直徑的系統。本專利技術還涉及在鉆孔和擴孔的同時測量鉆孔直徑的系統。另外，本專利技術涉及鉆孔和擴孔期間及之后檢驗鉆孔直徑的方法。
技術介紹
鉆井屬于提取自然資源如地下水、天然氣和石油過程的一部分，或者說屬于開采天然地下原料過程的一部分。使用鉆機鉆井或鉆孔以旋轉鉆柱，鉆機的鉆頭附在其末端以便鉆入地下所需深度。隨著鉆孔加深，增加鉆鋌和鉆桿段的長度和重量，并支撐鉆柱，不同類型的鉆頭可打入各種巖層和土壤復域。在鉆柱內泵送鉆液或鉆泥，通過噴嘴或噴射器將鉆液或鉆泥從鉆頭抽出，提升到環狀物后再到地表，以便為安全鉆井創造適當的物理和流體靜力狀態。另外，巖屑在流向地表的鉆泥循環中通過鉆孔被排除。鉆了一段孔后，將直徑略小于鉆孔的鋼護筒放入洞中。將水泥注入護筒外部和鉆孔之間的環縫中。護筒系統加強新一段鉆孔的完整性，以便鉆的更深，也帶來其他好處。鉆井使用的系列鉆頭越來越小，相應地，鋼護筒系統變小，使得鉆井完成后洞中有洞。在現有技術中，當各段護筒系統準備就緒時，鉆孔直徑減小。然而，鉆井技術最新發展要求鉆井越來越深，甚至是地表之下5到6英里洞的超深井。由于對化石燃料持續依賴，特別是石油和天然氣，使得鉆井勘探行業需要開發超深水域(水深超過2000米)，超深井鉆入超過7500米深度。超深井的溫度、距離和壓力狀態要求使用大量的資源來提取石油和天然氣。現有技術無法達到最新的最大深度，因為鉆孔直徑的減小使得鉆井深度受到限制。為了打超深鉆孔，鉆井行業使用鉸孔或擴孔，通過移除鉆頭鉆孔時引起的已受壓和受擾原料層來增加鉆孔的直徑。眾所周知，鉸孔用于機械加工和制造中，會影響良好表面拋光的機械性能。應用到井孔鉆井領域，擴孔器(underreamer)是鉆柱上被激活的切削工具，用于擴大鉆孔。典型的擴孔器具有一套沿柱體長度方向的可伸縮擴張的平行直線型或螺旋型刃口，其位置高于沿鉆柱方向的鉆頭。刃口有角度，其細微底刃口位于刃口下方，用于與鉆孔各邊進行初始接觸。改造擴孔器使得石油天然氣工業面臨更大的挑戰。鉆孔中鉆頭和鉆柱的控制也需要特別注意。隨鉆測量(MWD)及隨鉆記錄(LWD)系統采集實時數據(可隨鉆查看這些數據)并且存儲數據，這些數據在鉆頭運行后查看。這些數據有助于確保鉆井有適當的方向狀態，并記錄地層性質。隨鉆測量系統測量記錄讀數，如天然伽馬射線、鉆孔壓力、溫度、阻力、地層密度等，這些數據可通過脈沖發生器遙測技術、有線鉆桿或其他設備實時傳輸。穩定器加裝到鉆柱是減小鉆柱振動，增強定向孔準度，提高鉆孔效率的機械解決方法。使用鉸孔器后，鉆孔達到最新極限距離和深度，由于投入成本和資源因素，準確監控變得更為重要，鉆柱上的擴孔器也面臨更大的挑戰。擴孔器是單獨的切割工具，因此，擴孔后，鉆頭的鉆孔直徑與較大的最終直徑是不同的。擴孔后，現有技術并未對隨鉆鉆孔直徑進行最終確認。目前測量鉆孔直徑的典型系統是鋼纜機械卡尺工具，在完成井段鉆探，并從井內移除鉆柱和鉆頭后，所述系統采集鉆孔尺寸和形狀跟蹤測量的鉆孔直徑記錄圖。鉆孔直徑是超深井信息中極為重要的一部分，因為鉆孔必須是特定尺寸以便匹配適當的套管系統。如果鉆孔太小不能容納套管，不能達到要求的極限深度。如果鉆孔尺寸太小，不能正確支撐或選擇延伸的套管堆垛。鋼纜機械卡尺工具打開并從孔底撤出后校驗鉆孔直徑。兩個或多個鉸接臂推擠鉆孔壁，進行孔徑測量。現有技術的鋼纜機械卡尺工具需在鉆孔作業完全結束，所有鉆井設備從鉆孔中移除后方能使用。同樣，就鉆井時間和效率而言，鋼纜機械卡尺工具和使用卡尺工具的方法非常重要。過去，在鉆孔直徑測量領域發布了各種各樣的專利。例如，2007年I月30日頒發給唐頓(Downton)美國專利號N0.7168507 (公開號為20030209365)公開了重新校準井底傳感器的專利技術。第一套廉價小型傳感器位于靠近鉆頭的鉆柱內，第二套精準度更高的傳感器位于遠離鉆頭且高于鉆柱的更受保護的位置。隨著鉆井過程的進行，第二套傳感器采集數據以校準第一套傳感器的偏移。該專利技術公開了布置遠離鉆頭的傳感器以更為準確的測量進入鉆孔的氣體進入量。1993年4月6日頒發給克拉克(Clark)等人的美國專利號N0.5200705公開了測量鉆孔周圍地層傾斜特征的系統和使用具有縱向隔開傳感器的換能器陣列的方法。電極位于穩定器葉片上檢測穩定器上方鉆鋌線圈天線的電流。位于穩定器葉片上的電極具有電流傳感器功能。1992年7月14日頒發給奧爾班(Orban)等人的美國專利號N0.5130950描述了一種超聲測量裝置。該專利為多個涉及鉆孔特征測量的類似專利的其中之一。即使沒有鉆孔器，該專利(N0.5130950)清楚地公開了穩定器內傳感器的布置。圖一為具有傳感器45的穩定器27。現有技術僅測量定位孔。2008年5月15日由斯蒂芬森(Stephenson)等人公開的美國專利申請號N0.20080110253的美國專利申請公開了隨鉆測量井底地層物質的專利技術。所述方法包括等待鉆井液中溶解物質與任何地層鉆屑中物質達到平衡以及測量溶解在井底鉆井液中的物質。圖一為遠離鉆頭15且位于穩定器140上方的傳感器99。2008年10月14日頒發給克魯格(Krueger)等人的美國專利號N0.7434631公開了鉆孔井底鉆具組件BHA中控制核磁共振傳感器運動和振動的裝置和方法。傳感器置于鉆孔組件內用以測量感興趣的地層參數。非回轉穩定器置于與傳感器類似的鉆孔組件中。非回轉穩定器置于與傳感器類似的鉆孔組件中。該專利技術表明，現有技術傳感器鎖定在鉆柱上分離的非回轉位置，于是產生讀數錯誤。2009年11月18日由Wajid等人公開的英國專利申請號GB 2460096公開了擴孔器和具有孔徑測量裝置的卡尺工具。在所述申請中，所述工具既具有擴孔功能，又能測量鉆孔直徑。所述下井儀殼體連接到鉆柱上，并且具有容納卡尺的膨脹元件。所述膨脹元件為鉆頭使用后的切割工具，傳感器在擴孔期間或擴孔之后測量鉆孔直徑。所述專業膨脹元件可利用實時數據控制擴孔過程。目前，沒有隨鉆記錄(LWD)設備可用，這種設備專門用于鉆井和擴孔過程的測量，如，隨鉆測量(MWD)系統，以確定任一所鉆井段的最終鉆井孔直徑。許多公司聲稱可以提供“實時鉆井孔直徑測量”，但事實上，這些數據顯然是“推測”的讀數或“虛假”的卡尺讀數，如此，準確度是值得懷疑的。鉆泥成分變化會影響讀數，鉆孔形狀不規則，而且井底鉆具組合和傳感器位置到鉆孔壁距離通常是不等的，因此讀數取決于傳感器的位置。本專利技術的目的在于提供一種測量鉆孔特征和狀態的系統和方法。鉆孔直徑是本專利技術測量的鉆孔狀態之一。隨鉆測量工具的其他特征和狀態也可調整來適應本專利技術的系統和方法。本專利技術的目的在于提供一種檢驗鉆孔的系統和方法。本系統特別測量鉆孔的“最終直徑”，即鉆孔和擴孔完成后鉆孔的最終直徑。本專利技術的目的在于提供一種鉆孔和擴孔期間實時檢驗鉆孔的系統和方法。本系統特別測量鉆孔的實時“最終”直徑，即鉆孔和擴孔完成后鉆孔的最終直徑。本專利技術的另一個目的在于不需要使用單獨的卡尺來測量最終鉆孔。本專利技術的另一目的還在于提供一種與現存技術相兼容的檢驗最終鉆孔的系統和方法。本專利技術的目的在于提供一種檢驗任何鉆井孔的鉆孔和/或擴張操本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.16 US 61/314,379;2011.03.14 US 13/047,4361.一種測量鉆孔狀態的系統(10)，特別是檢驗鉆孔(26)最終直徑，所述系統(10)包括: 一鉆柱(12),所述鉆柱(12)具有一井底鉆具組合(18), —鉆頭(20)位于所述井底鉆具組合(18)的末端和一用于鉆泥(24)的循環裝置(22)； 一擴孔裝置(14)，所述擴孔裝置(14)連接到鉆頭(20)上方的鉆柱(12)，所述擴孔裝置(14)具有用于所述鉆泥(24)流動的通道(30)，所述擴孔裝置(14)具有刃口(32)以在井底鉆具組合(18)的鉆頭(20)鉆孔 后擴大所述鉆孔(26)的直徑；以及 一具有連接到鉆柱(12 )的連接裝置(34)的下井儀殼體(16 )和用于檢測井底狀態的傳感器裝置(36)，所述下井儀殼體(16)安裝在所述擴孔裝置(14)上方，其直徑小于所述擴孔裝置(14 )，所述下井儀殼體(16 )包括外殼體(40 )和內殼體(42 ); 其中，所述下井儀殼體(16 )與鉆柱(12 )可旋轉地軸向對齊，鉆泥(24)沿所述下井儀殼體(16)的所述外殼體(40)外部流動并通過所述下井儀殼體(16)到鉆柱(12)內部。2.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述下井儀殼體(16)具有多個穩定葉片(38)，所述下井儀殼體(16)上的穩定葉片(38)的最大直徑小于擴孔裝置(14)和鉆頭(20)的直徑，這些穩定葉片(38)為與鉆柱(12)對齊的非切削凸起。3.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述下井儀殼體(16)固定嚙合所述鉆柱(12)的鉆鋌(29)。4.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述下井儀殼體(16)具有一應用程序接口(27)。5.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述傳感器裝置(36)包括至少一個信號幅度可調的超聲換能器(48)以測量所述鉆孔(26)的直徑。6.根據權利要求5所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述超聲換能器(48)包括壓電材料。7.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述傳感器裝置(36)具有至少一個固定位置，所述固定位置位于所述外殼體(40)或所述穩定葉片(38)上，其中所述傳感器裝置(36 )連接到所述內殼體(42 )，所述內殼體(42 )在所述外殼體(40 )內。8.根據權利要求7所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述內殼體(42)包括電源裝置(25)，電路(55)和用于傳感器數據的內存存儲裝置(57)。9.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，還包括:將信息從井底位置傳輸到地表位置的傳輸裝置(59)，所述傳輸裝置(59)為已知的井底到地表遙測件，泥土脈沖星或鏈接到第三方脈沖星的無線連接，或有線管道。10.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述用于鉆泥(24)的循環裝置(22)具有地表位置(53)處的泥流線(44)，所述系統(10)還包括: 校準所述傳感器裝置(36)的校準裝置(46)，所述校準裝置(46)包括: 第一超聲換能器(49)，所述第一超聲換能器(49)位于下井儀殼體(16)內部(51)，其通過鉆柱(12)與鉆泥(24)的循環系統(22)流體連接并且位于所述下井儀殼體(16)的流動通道(50)內；以及 處理裝置(61)，其用于比較來自第一換能器(49)的數據以對鉆井進行調整，其中所述第一超聲傳感器(49)放置在流動通道(50)內，流動通道內有已知直徑的固定間隙分隔槽(63)，所述第一超聲傳感器(49)用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數，以便持續記錄橫跨所述已知直徑的讀數用以比較所述井底第一超聲換能器(49)處的鉆泥(24)和所述傳感器裝置(36 )處的鉆泥(24);以及 其中讀數表示需要調整所述下井儀殼體(16)的所述傳感器裝置(36)的讀數。11.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述用于鉆泥(24)的循環裝置(22 )具有地表位置(53 )處的泥流線(44 )，所述系統(10 )還包括: 校準所述傳感器裝置(36)的校準裝置(46)，所述校準裝置(46)包括: 第二超聲換能器(49)，所述第二超聲換能器(49)位于地表位置(53)處，其與鉆泥(24)的循環系統(22)流體連接，并且位于地表位置(53)處的所述泥流線(44)內；以及處理裝置(61 )，其用于比較來自第二換能器(49 )的數據，以對鉆井進行調整， 其中，所述第二超聲傳 感器(49)放置在已知直徑的流動通道(53)內用于在鉆孔期間傳輸橫跨所述已知直徑的讀數，以便持續記錄橫跨所述已知直徑的讀數，用以比較所述地表位置處的第二超聲換能器(49)處的鉆泥(24)和所述傳感器裝置(36)處的鉆泥(24);以及 其中，讀數表示需要調整所述下井儀殼體(16)的所述傳感器裝置(36)的讀數。12.根據權利要求11所述的測量鉆孔狀態的系統(10)，其中所述位于地表位置(53)處的第二換能器(49)包括所述泥流線(44)內已知尺寸的表面校準塊(52)，用于傳輸橫跨校準塊(52)的讀數，所述表面校準塊具有固定距離的閘(65)以持續記錄橫跨所述固定距離的傳播時間，以便比較地表位置(53)處的鉆泥(24)和井底位置所述傳感器(36)處的鉆泥(24)。13.根據權利要求1所述的測量鉆孔狀態的系統...

【專利技術屬性】
技術研發人員：D·B·瓊斯，
申請(專利權)人：鉆桿接頭產品有限公司，
類型：
國別省市：