阻止井下窗口的線纜損壞的制作方法
【專利說(shuō)明】阻止井下窗口的線纜損壞
相關(guān)串請(qǐng)
[0001]本申請(qǐng)要求2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/784，784號(hào)的權(quán)益，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用全文并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及油和氣鉆探設(shè)備和程序的領(lǐng)域，用于沿井筒縱深不同高度測(cè)井以便確定并監(jiān)測(cè)所碰到并橫貫的巖層的特性。
【背景技術(shù)】
[0003]基本井下井筒系統(tǒng)通常包括不同縱深的橫向井筒。為了調(diào)查、監(jiān)測(cè)或其它測(cè)井作業(yè)，已知使用具有測(cè)量和/或監(jiān)測(cè)巖層諸如巖石、砂、泥、油、氣和巖層及其所含液體的電阻率、電導(dǎo)率、地層壓力、電學(xué)、聲學(xué)、放射性、電磁學(xué)、核磁共振和其他性質(zhì)的中任一種或任意組合的性能的測(cè)井工具或底部鉆具組件(BHA)。
[0004]名稱為“DownholeWell Corros1n Monitoring Apparatus and Method”的美國(guó)專利第6，131，659號(hào)，通過(guò)引用并入本文，公開(kāi)了可插入井筒的換能器和相關(guān)微處理器的陣列。
[0005]名稱為“Downhole Cathodic Protect1n Cable System” 的美國(guó)專利第6，725，925號(hào)，通過(guò)引用并入本文，公開(kāi)了井下鉆探作業(yè)的一些基本概念。
[0006]題為“TechnicalPaper:High-performance ffellbore Departure and DrillingSystem for Accessing New Target”的另一個(gè)公開(kāi)文獻(xiàn)，通過(guò)引用并入本文(可在網(wǎng)站http://slb.com/resources/technical papers/drilling/138001.aspx 獲得)，公開(kāi)了井下鉆探系統(tǒng)中井筒偏離的應(yīng)用。該文認(rèn)為，傳統(tǒng)的井筒偏離和鉆探系統(tǒng)一般需要作業(yè)者進(jìn)行多次起下鉆(downhole trip)來(lái)完成具體任務(wù)，包括在孔中運(yùn)行銑削窗底部鉆具組件(BHA)，以在已有套管中建立出口路徑并鉆探足以用于下一個(gè)鉆探組件的鼠洞，并在隨后的起下鉆中，運(yùn)行定向鉆探BHA來(lái)擴(kuò)展鼠洞和并且向著目標(biāo)橫向鉆探。該文論述了具有良好的井下動(dòng)態(tài)控制和整體BHA鉆探能力的單次起下鉆作業(yè)的可能性。該文推測(cè)再入系統(tǒng)應(yīng)該能夠在已有套管中銑削大小足以使BHA和新缸套(liner)無(wú)阻礙進(jìn)入的窗口，并且一旦BHA退出套管，新系統(tǒng)將需要以良好的方向控制和最小振動(dòng)向著目標(biāo)鉆探全規(guī)格(full gauge)橫向井筒。所分析的技術(shù)/作業(yè)問(wèn)題包括BHA動(dòng)態(tài)模擬，以研究振動(dòng)的性質(zhì)和幅度，控制振動(dòng)和進(jìn)料速度以減少窗口銑削作業(yè)期間過(guò)早的刀具損壞，利用最新的力平衡軟件選擇刀具的形狀、尺寸、數(shù)量和位置以將觸底時(shí)間最大化，探索混合鉆/銑的混合切削結(jié)構(gòu)以維持規(guī)格。所討論的系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段，涉及在現(xiàn)有套管中銑削窗口和向不同深度橫向鉆探。第一階段是在軟和中度地層(format1n)中運(yùn)行常規(guī)旋轉(zhuǎn)BHA，第二階段包括在具有彎接頭或彎外殼的容積式馬達(dá)上測(cè)試，和第三階段包括推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。該文得出結(jié)論用于銑削窗口和鉆探橫向鉆孔的橫向鉆孔功能性單起下鉆系統(tǒng)是商業(yè)上可行的，并且多功能系統(tǒng)將大大有助于有效并且經(jīng)濟(jì)地在已有套管中銑削窗口，并且之后向目標(biāo)地層鉆探伸展長(zhǎng)度的橫向井筒而不需要起下鉆裝備/卸下鉆頭所需要的技術(shù)。
[0007]線纜和鋼絲(slickline)是插入井中以便油井維修和測(cè)井工作的工具，并且是類似的裝置。鋼絲被用來(lái)放置和取回井筒裝備，諸如插頭、測(cè)量?jī)x器(gauge)和閥門。這些都是從地表降低至油和氣井中的單股非電力纜線。鋼絲也可用于井下閥和套筒調(diào)節(jié)，并在井筒內(nèi)修復(fù)管路。線纜是電力纜線，用于將工具降低，傳輸井筒情況數(shù)據(jù)并且記錄測(cè)井。線纜可以是單股或多股。線纜可用于修井和地層評(píng)價(jià)作業(yè)。線纜測(cè)井可以用于通過(guò)電力線測(cè)量井中的的地層性質(zhì)。這些測(cè)量結(jié)果可以用來(lái)幫助地質(zhì)學(xué)家、鉆工和工程師對(duì)鉆井作業(yè)做出實(shí)時(shí)決策，并且可以包括電阻率、電導(dǎo)率和地層壓力以及聲學(xué)性質(zhì)和井筒尺寸。測(cè)井工具，在業(yè)內(nèi)被稱為探測(cè)器，位于線纜底部。該工具通過(guò)線纜降低至一定的深度，并在上升時(shí)不斷獲取測(cè)量結(jié)果。當(dāng)生產(chǎn)中的井需要補(bǔ)救工作來(lái)維持、恢復(fù)或提高生產(chǎn)時(shí)，這在行業(yè)內(nèi)被稱為修井作業(yè)(workover operat1n)。修井單元被用于在井筒內(nèi)外吊起部件。用來(lái)升高和降低裝備的線可以是編織的鋼線纜或單股鋼絲。修井作業(yè)可以包括井清理、設(shè)置插頭、生產(chǎn)測(cè)井和通過(guò)爆炸射孔。
[0008]線纜也可用于巖芯鉆探作業(yè)，其目的是獲取巖芯樣品。在巖心鉆探中，巖芯鉆柱包括一系列連接長(zhǎng)中空管，稱為桿柱(rod string)，端部具有與孔底部鉆頭連接的筒體。為了取出巖芯，取出包括每個(gè)連接管的整個(gè)巖芯筒。用線纜巖芯鉆探，可以取出筒體而不取出桿柱。將打撈筒(overshot)降低在線纜的端部，并且當(dāng)巖芯筒內(nèi)部管和線纜拉回時(shí)，附接于內(nèi)部管背面的打撈筒自身從筒體脫離。
[0009]為了到達(dá)橫向井筒，將這種BHA附接于線纜纜線上并且在主要井筒中向下輸送，之后轉(zhuǎn)為橫向方向并進(jìn)入橫向井筒，并且之后定向以通過(guò)在其壁上銑削的窗口或洞離開(kāi)橫向井筒并且之后進(jìn)入感興趣的巖層。
[0010]不幸的是，橫向套管壁上銑削的窗口經(jīng)常有鋒利邊緣，所述鋒利邊緣會(huì)磨損或破壞靠著這些邊緣橫貫的線纜纜線。這些纜線上的張力以及多次運(yùn)行BHA的重復(fù)作業(yè)是增加線纜纜線磨損摩擦或其他損傷的兩個(gè)因素。
[0011]利用線纜纜線和鋼絲輸送測(cè)井工具因各種原因已經(jīng)成為優(yōu)選的，包括方便、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性；然而，橫向窗口處磨損或損壞的纜線的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為造成線纜必須修理或更換時(shí)的時(shí)間延誤、費(fèi)用乃至整個(gè)設(shè)備關(guān)機(jī)的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的第一目的在于提供允許安全并且有效地使用線纜纜線通過(guò)橫向井筒中的銑削窗口輸送BHA的設(shè)備并且類似地提供鋼絲的安全并且有效的使用的設(shè)備。
[0013]另一個(gè)目的在于提供附接于BHA的工具，所述BHA與井筒窗口接合并且當(dāng)BHA行進(jìn)通過(guò)所述窗口并且向遠(yuǎn)處軸向移動(dòng)越過(guò)所述窗口時(shí)阻止線纜接觸窗口的邊緣。
[0014]另一個(gè)目的在于當(dāng)BHA穿過(guò)井下和橫向井筒接近所述橫向井筒窗口時(shí)附接于BHA并且由BHA攜帶的上文所描述的工具。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述工具具有不超過(guò)其所可拆卸附接的BHA的直徑?？蛇x擇地，這一工具可以是獨(dú)立于BHA的并且仍舊與井筒窗口一起起作用、以改善線纜和鋼絲的安全且高效的使用。
[0015]還有一個(gè)目的在于如上文所描述的工具在所述BHA進(jìn)入所述窗口時(shí)從所述BHA分離，并且所述工具接合窗口以維持所述線纜不與所述窗口的邊緣接觸。
[0016]另外的目的在于如上文所定義的工具在所述BHA通過(guò)所述窗口撤出時(shí)并且由此離開(kāi)所述橫向且井下井筒時(shí)與所述BHA重新連接。
[0017]額外的目的在于如上文所描述的工具通過(guò)使所述工具的一部分移動(dòng)至從所述BHA中心軸徑向朝外的位置以由此具有比所述窗口的開(kāi)口更大的直徑來(lái)與所述窗口的所述邊緣接合。
[0018]另一個(gè)目的在于包括一對(duì)樞軸臂的如上文所描述的工具，所述樞軸臂是偏置或者不然直接定向至它們開(kāi)放位置的彈簧，它們?cè)谒鲩_(kāi)放位置跨越大于所述窗口的開(kāi)口的空間。任選地，所述工具可以具有兩對(duì)臂或者大于二的一些數(shù)目的臂。
[0019]因此，另一個(gè)目的在于提供可以保護(hù)線纜不被井筒窗口的鋒利邊緣損壞的工具，所述工具由BHA本身輸送至窗口并且在BHA收回時(shí)被其取走。
[0020]本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方案如下文所述:
1.一種可連接至線纜纜線的底部鉆具組件(BHA)，所述BHA具有適于穿過(guò)具有預(yù)定內(nèi)徑Dp的井筒內(nèi)管的外徑D1，所述BHA包括:
a.圓柱形外殼，具有可連接至所述線纜的近端和遠(yuǎn)端，以及小于Dp的最大外徑D1，和
b.阻塞工具，包括:
1.主體部分，具有中心軸和與所述外殼的所述近端可釋放耦連的遠(yuǎn)端，
i1.小于Dp的最大外徑D2，
ii1.中心孔，所述線纜纜線軸向可滑動(dòng)通過(guò)所述中心孔，
iv.阻塞部分，由所述主體部分?jǐn)y帶并且在所述阻塞部分從所述中心軸徑向向外伸展小于Dp的距離的封閉位置是可移動(dòng)的，并且具有其徑向向外伸展大于Dp的距離的開(kāi)放位置，和
V.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，適用于將所述阻塞部分從所述封閉位置移動(dòng)至所述開(kāi)放位置，并且還適用于使得所述阻塞工具從所述圓柱形主體分離，同時(shí)在所述圓柱形外殼軸向移動(dòng)遠(yuǎn)離所述阻塞工具時(shí)允許所述纜線保持可滑動(dòng)通過(guò)所述阻塞工具。
2.—種可連接至線纜纜線并且可操作以穿過(guò)都具有直徑Dp的鄰接的井下井筒和橫向井筒(或者所述橫向井筒可以具有小于主孔直徑的直徑)的底部鉆具組件(BHA)，所述橫向井筒具有最大直徑Dw的橫向窗口洞，所述BHA包括:
a.圓柱形外殼，具有可連接至所述線纜的近端和遠(yuǎn)端，以及小于Dp的最大外徑D1，和
b.阻塞工具，包括:
1.主體部分，具有中心軸和與所述外殼的所述近端可釋放耦連的遠(yuǎn)端，
i1.小于Dp的最大外徑D2，
ii1.中心孔，所述線纜纜線軸向可滑動(dòng)通過(guò)所述中心孔，
iv.阻塞部分，由所述主體部分?jǐn)y帶并且在所述阻塞部分從所述中心軸徑向向外伸展小于Dp距離的封閉位置是可移動(dòng)的，并且具有其徑向向