[发明专利]井下设备、系统和方法

说明书

一种用于生成井下流体压力脉冲的示例性设备，其包括管状外壳，所述管状外壳限定内流体流道且提供具有内表面和外表面的外壳壁。所述设备还包括用于选择性生成流体压力脉冲的装置，所述装置被安装在所述外壳壁中限定的孔穴中且可在缩回位置与径向延伸位置之间移动，其中在缩回位置所述装置被安置在所述孔穴，在径向延伸位置所述装置至少部分延伸超过所述外表面。

技术领域

本发明关于用于在井下生成流体压力脉冲的设备，所述设备包括限定内流体流道的管状外壳和位于所述外壳的壁中用于选择性生成流体压力脉冲的装置。本发明还关于一种包括这种设备以及至少一个传感器的井下数据采集和遥测系统。本发明还关于一种在井筒中在井下测量至少一个参数以及将关于所述至少一个参数的数据传输到地面的方法。

背景技术

在石油和天然气勘探和生产产业中，利用承载钻头的管柱从地面钻探井筒。已知为钻探“泥浆”的钻探液向下流通通过钻柱到钻头，且用于各个功能。这些包括冷却钻头和沿着形成于钻柱与钻探岩层之间的环空将钻屑送回到地面。

熟知的是可以通过监视与过程相关的各个参数而改善石油和天然气井钻探操作。例如，利用关于钻孔的位置的信息以便到达希望的地理目标。此外，关于岩层的参数可以帮助确定钻探仪器相对于局部地质的位置，且因此校正后续井筒内衬管的定位。诸如钻压(WOB)和钻头扭矩(TOB)的钻探参数还可以用来优化穿进率。

数十年来，已经使用采用不同方法在流过钻柱的泥浆中生成压力脉冲的各种仪器来实践随钻测量(MWD)。这些压力脉冲用来传输关于在井下使用适当传感器测量的参数的数据到地面。现存有生成“负”脉冲和“正”脉冲的系统。

许多先前方法涉及在探针中放置一些或所有设备，以及将探针向下定位在钻管中央。这会主要通过侵蚀的过程且还常常通过钻探操作期间经历的过度振动而造成设备不可避免地磨损和撕裂。因此，操作MWD仪器的成本常常由钻探过程期间采用的泥浆的所需流率和类型确定。此外，由于管被MWD仪器阻挡，其无法穿过诸如常常各种目的所需的其它仪器。这个实例包括用于通常称为“过钻头测录(through bit logging)”的方法的测录工具。可以通过使启动装置下落通过过孔MWD仪器(这些启动装置通常是各种直径的球体)而启动诸如换向阀的其它实例。

已经开发用于在井下生成流体压力脉冲的设备，其中脉冲生成装置至少部分位于提供在长形、大致管状外壳的壁中的空间中。这种类型的设备公开在申请人的国际专利公开WO-2011/004180中。WO-2011/004180中所公开的设备提供了优于先前设备和方法的显著优势，因为在管状外壳的壁中的空间中定位脉冲生成装置减少了装置被暴露于流过外壳的流体，且从而减少了设备的部件尤其是脉冲生成装置的侵蚀。此外，装置在空间中的定位促进流体或其它井下物体(诸如井下工具，或致动装置诸如球体或投射体)沿着外壳限定的流体流道的流通。

希望WO-2011/004180中公开的设备有进一步改善。特定而言，WO-2011/004180中公开的装置通常需要管状外壳的壁在厚度上比外壳的井口/井下部分更厚，以便提供足够大的空间来容纳装置。在一个例子中，这可通过形成通常从外壳的外表面向外延伸或向内延伸到内管孔(或可能两者)的‘加厚(upset)’或肩部来实现。在另一例子中，这可通过在具有足够壁厚的恒定外径管(或‘光滑OD’管)安装设备来实现，例如钻环中。

优选的是在外壳的外表面上形成加厚，以便避免限制内管孔。然而，这需要设备被部署到其中的井下管(或井筒)一路向下到该设备的放置点具有足够大的直径。这个直径可以比由整体井设计以其它方式规定的或部署到井中的其它部件的特征的直径更大。此外，在诸如其中设备希望的放置点的井筒井口中存在限制部分的特定案例中，可能无法提供希望的空隙。

结果，内加厚被采用，且延伸到内管孔中。在完成涉及测量一个或多个井下参数的井下程序和采用脉冲生成装置传输数据到地面之后，希望提供全孔通过管状部件进入。全孔可能需要工具或仪器通行到设备在井下的位置，且需要改善流体流动。