[发明专利]井筒遥测系统和方法

说明书

相关申请

本申请是于2005年9月16日提交的序号为11/228,111的美国申请的 部分继续申请，所述申请的整体内容在此作为参考而被引用。

技术领域

本发明涉及用于井筒作业的遥测系统。更具体地来讲，本发明涉 及用于向井下作业提供动力和/或用于在可置于穿透地下地层的井筒中 的表面控制单元与井下工具之间传递信号的遥测系统。

背景技术

从地下地层中获得碳氢化合物涉及在土中布置钻孔工具。从钻探 设备将钻孔工具钻入土中以产生井筒，碳氢化合物穿过这个井筒传递。 在钻井过程中希望收集钻井作业和地下地层的信息。在表面和/或井下 系统的不同表面设有传感器，以除了别的以外生成井筒、地层和作业 情况方面的数据。对这些数据进行收集和分析，以做出钻孔作业和地 层方面的决定。

遥测系统用于井筒作业的分析和控制，并允许从可位于现场的表 面控制台或遥控表面控制台进行分析和控制。所收集的信息允许对钻 孔系统进行更有效的控制并且还提供对地层特性和影响钻孔的其它因 素的分析有用的信息。此外，这些信息还可用于确定想要的钻孔路径、 最佳的条件或者在其它对钻孔过程有利的方面。

不同的遥测工具允许对不同的数据进行测量和测井，并允许将这 种数据传输到表面控制系统。可在钻柱中布置随钻测量(MWD)和随钻 测井(LWD)元器件以收集想要的信息。一直以来采用不同的方法以将 数据和/或动力信号从表面传递到布置在钻柱中的测量和测井元器件。 例如，这些方法可包括美国专利No.5517464中所描述的泥浆脉冲遥测 技术、美国专利No.6641434中所描述的有线钻管以及其它方法。

虽然在用于井筒作业的遥测装置中已经取得了发展和进步，但对 提供另外的可靠性和遥测能力仍有需求。像其它任何井筒装置一样， 遥测装置有时也会出故障。此外，遥测装置所提供的动力也可能会不 足以为想要的井筒作业提供动力。而且，通常难以将通信线路穿过某 些井下工具，如随钻震击器。再者，用在钻柱的动力和/或数据传输线 路中的联接器往往暴露在严酷的环境中，包括压力和温度的变化以及 极端压力和温度，这样就会提高这些传输系统的故障率。

因此，仍需要提供能够穿过钻柱和/或井下工具的多个部分的遥测 系统。在一些情况下，需要向现有的遥测系统和/或现有系统的旁路部 分提供冗余。还需要这种系统提供简单而可靠的操作并且与多种工具 和底部钻具组件(BHA)兼容。优选这些技术还提供以下一个或多个优 点，即增加的速度、得到改进的信号、减小的衰减、增加的可靠性、 增加的数据速率、对井下工具的元器件的保护、减小的钻孔时间损失、 易于接近遥测系统元器件、浅层元器件与深层元器件之间的同步、多 功能性、更高的频率含量、减小的延迟和与遥测系统元器件间的距离、 增加的动力容量和/或诊断能力。

发明内容

一方面，本发明涉及一种在表面控制单元与井下工具之间传递信 号的混合遥测系统，井下工具通过钻柱布置在穿透地下地层的井筒中。 所述系统包括可操作性地与钻柱遥测系统相连的用于在其间进行通信 的井口连接器、可操作性地与井下工具相连的用于在其间进行通信的 井下连接器以及操作性地与井口连接器和井下连接器相连的电缆。

在另一方面，本发明涉及一种用于在表面控制单元与井下工具之 间传递信号的井场的混合通信系统，井下工具通过钻柱布置在穿透地 下地层的井筒中。该系统包括设置在钻柱中的钻柱遥测系统，所述钻 柱遥测系统操作性地与表面单元相连用于在其间传递信号；和至少一 个可操作性地与钻柱遥测系统和井下工具相连用于在其间传递信号的 混合遥测系统，其中所述混合遥测系统包括可操作性地与钻柱遥测系 统相连的用于在其间进行通信的井口连接器、可操作性地与井下工具 相连的用于在其间进行通信的井下连接器以及操作性地与井口连接器 和井下连接器相连的电缆。

在再一个面，本发明涉及一种通过混合遥测系统在表面控制单元 和井下工具之间传递信号的方法，井下工具通过钻柱布置在穿透地下 地层的井筒中。这种方法包括：操作性地将混合遥测系统的井下端连 接到井下工具以与其保持通信联系；将钻柱遥测系统定位在钻柱中距 离井下工具一定的距离处；操作性地将混合遥测系统的井口端连接到 钻柱遥测系统以与其保持通信联系；以及通过混合遥测系统在该表面 控制单元与井下工具之间传递信号。