[发明专利]有线钻管

说明书

技术领域

本发明涉及油气钻探，更具体地涉及设有沿井下钻柱发送信息的设备和工具的钻管。

背景技术

在井下钻探行业中，钻架用于支撑井下工具，使得可以钻孔到土中。若干井下工具构成了钻柱的至少一部分。

在操作中，钻探液一般是在钻架处通过钻柱在压力之下提供的。钻柱可以被钻架旋转，以便旋转安装在钻柱下端的钻头。

加压的钻探液在钻柱的孔中朝着钻柱的下端流动并反过来朝着钻柱外的表面循环，以便提供冲刷作用，把钻出来的土屑带到表面。

钻头的旋转可以可选地由其它井下工具来提供，例如与钻头相邻定位的钻孔电动机或者钻孔涡轮机。

其它井下工具包括钻管和井下仪器，例如在钻孔时记录的工具和传感器组件。其它有用的井下工具包括稳定器、扩孔器、钻环、重钻管、子组件、管下扩眼器、可旋转操纵的系统、钻进震击器和钻井减震器，这些在钻探行业是众所周知的。

在井下钻探行业，使用各种传感器进行多种测量，例如井下地质结构、井下工具的状态或者运行情况。

测量数据对位于表面的操作人员和工程师是有用的。测量可以在沿钻柱的各个点进行。测量数据可以用于确定钻探参数，例如钻探方向、前进速度等等，以便准确地接进油、气或者其它矿藏的承载容器中。

测量数据应当发送到地面。

钻探时测量(MWD)和钻探时记录(LWD)系统应当提供关于钻头附近情况的实时信息。实时信息帮助在钻探过程中作出决定。

用于井下和表面位置之间的数据发送的旧工业标准是泥浆脉冲遥测，其中钻柱用于传送钻柱中调制后的声波。这种数据发送的速率通常低于10比特/秒。

在井下存储器中存储由MWD/LWD系统收集到的数据也是已知的。所收集到的数据可以从位于钻头行程端部的井下存储器下载。由于这些数据不提供实时信息，因此这种延迟降低了所收集数据的价值。因为存储器可能在钻孔中被损坏而且MWD/LWD工具可能在钻孔中丢失，所以还存在显著的数据丢失危险。

因为传统的发送方法具有非常低的数据速率而且不安全，所以在二十世纪末建议在互连的钻管接头中路由一条线。电流耦合的感应型耦合器可以用在有线钻管中。耦合器可以靠近钻管的密封面安装。其它出版物涉及到用于沿井下钻管接头的轴向长度的数据发送的特定解决方案。

US 2006/0225926描述了用于发送信号的系统，更具体地描述了适于在位于钻孔中的一个以上的井下位置与表面之间传送数据的钻管。

但是，具有发送线路的钻管元件对钻孔内的应力、磨损、振动和磨蚀是高度敏感的。在操作中，钻管可能被弯曲、轴向压缩和/或延伸。而且，在操作中，钻管被受压之下的钻探泥浆穿过，泥浆压力是泥浆密度和上方泥浆高度的函数。

US 6,717,501公开了用于保护钻管元件中心孔之内的同轴线的直管状护套。所述护套是由例如PEEK的有机材料制成的，并且附接到由聚合物制成的中心孔。这种直管状护套只提供对线的机械负载的低抵抗。在其它情况下，提供了沿中心孔螺旋形延伸的护套，如在US7017667中所公开的。

US 2006/0225926公开了抵靠钻探元件的内表面布置的金属护套。线被封装在所述护套和钻探元件的内表面之间。这种护套的使用涉及昂贵的液压成形设备。此外，护套端部不确保在工作负载之下对加压泥浆的密封。

护套保护光纤线或者电线不受磨损和磨蚀，尤其是在中心孔中。但是，护套对于保护线不受应力和振动几乎是无效的，尤其是当护套由例如PEER的有机材料制成的时候。此外，护套本身可能受到应力和振动的损坏。

发明内容

考虑到前述情况，本发明的目的是提供改进的有线钻柱元件。

本发明的一个目的是一种钻柱元件，其包括具有连接端的主管道和用于至少一条线的保护装置，所述保护装置在主管道的中心孔中延伸，该主管道具有在所述连接端中的一个中的第一洞以及在另一个连接端中的第二洞，这两个洞与中心孔相通，其中保护装置包括布置成用于容纳所述线的导管，该导管的两端分别布置于第一洞和第二洞中，保持装置布置在第一洞和第二洞的至少一个中，用于导管的相应端部，而且所述保持装置设计成防止导管的相应端部根据所述洞的至少一个纵向方向相对于所述第一洞和第二洞中的所述一个移动。

本申请人已经设计了一种有线钻探元件，该有线钻探元件包括具有连接端的主管道和要容纳至少一条光纤线或电线的导管。导管在主管道的中心孔中从一个所述连接端中的第一洞延伸到另一个连接端中的第二洞。导管可以由金属制成。由于保持装置，导管可以纵向拉伸或者压缩地预加应力，这具有有利的效果。