[发明专利]具有光纤的井下钻探最优化钻环

说明书

一种用于邻近井筒内的钻探工具的钻探最优化钻环，其包括被设定尺寸并被配置来装配在凹槽内的光纤传感器长丝，所述凹槽被形成在所述钻探最优化钻环内。所述钻探最优化钻环可以是被设定尺寸并被配置来安装在邻近所述钻探工具的钻柱中的管段，并且可具有多个传感器元件。所述传感器元件的所有或部分可由所述传感器长丝的离散段形成，并因此，所述传感器长丝包括被配置来感应井筒状态以及所述钻探最优化钻环上的负载的传感器元件。

技术领域

本公开总体涉及一种具有集成光纤传感器以便收集关于钻探状态的信息的井下钻探最优化钻环。

背景技术

井在各种深度被钻探以便获取和开采石油、天然气、矿物、以及来自地下地质地层的其他天然生成的沉积物。井的钻探通常利用钻头完成，所述钻头在井内旋转以便通过去除表层土、沙、泥土、石灰石、方解石、石灰岩或其他材料来推进所述井。钻头通常被附接至钻柱，所述钻柱可被旋转以便驱动钻头并且在其中被称为“钻探泥浆”或“泥浆”的钻井液可在井下被传递。钻探泥浆被用来冷却并润滑钻头以及井下装备并且还可被用来将任何岩石碎块或其他岩屑传送至井的地面。

在井被建立后，通常有用的是获取关于井、井通过的地质地层以及邻近钻头的井筒内的状态的信息，包括关于钻柱自身的信息。通常使用耦接至钻柱或者与钻柱集成在一起的工具来执行此类型的信息收集。“随钻测量 (MWD)”工艺使用测量工具来确定地层和井筒温度及压力，以及钻头的轨迹。“随钻测井(LWD)”工艺使用多种工具来确定如渗透性、多孔性、电阻率以及其他特性的另外地层特性。

在一些实例中，如钻环工具之类的工具可被安装在邻接或邻近钻头的钻柱中以便获取关于邻近钻头的操作状态的测量。钻环工具可收集测量值，这些测量值被提供给钻探操作员且例如涉及将能量从地面转移至钻头。从 MWD和LWD测量值获取的此类型的信息允许操作员更好地理解和控制正在进行的钻探操作。

附图说明

图1示出一井的示意图，该井中设有根据本发明说明性实施方案的用于测量和监测邻近钻头的状态的系统，该系统被部署在MWD组件中；

图2示出具有环绕钻探最优化钻环的外表面延伸并容纳光纤传感器长丝的环槽的钻探最优钻环的前视等距图；

图3示出具有环绕钻探最优化钻环的内表面延伸并容纳第二光纤传感器长丝的第二环槽的钻探最优钻环的前视等距图；

图4示出具有环绕钻探最优化钻环的外表面延伸从第一环槽轴向偏转的第二环槽的钻探最优化钻环的前视等距图；并且

图5示出钻探最优化钻环的圆周的示意图，包括不同的传感器元件的位置。

具体实施方式

在以下说明性实施方案的具体实施方式中，参考形成其一部分的附图。对这些实施方案的描述足够详细以使得本领域技术人员能够实施本发明，并且应理解，可利用其他实施方案并在不背离本发明的精神或范围的情况下，可进行逻辑结构、机械、电子和化学方面的改变。为了避免本领域技术人员能够实施本文描述的实施方案不需要的细节，本描述可能省略本领域技术人员已知的特定信息。因此，以下具体实施方式不具有限制性意义，并且说明性实施方案的范围仅由所附权利要求书限定。

除了测量和记录井筒内的地层性能之外，可能还希望收集关于钻柱中的工具的状态的信息。例如，钻探最优化钻环可被包括在钻柱中以便收集在钻头处或非常接近钻头处经历的重量、扭矩以及弯矩的实时测量值。此类测量值可帮助优化钻探参数，以使性能最大化并使钻探期间的浪费的能量传递和振动最小化。钻探最优化钻环可包括用以提供重量、以及弯矩值的多个传感器并且还可包括取得并传递关于在钻柱中经历的扭矩振动的全套振动测量值或者在特定传感器位置处经历的局部振动测量值的振动传感器。