一種測距系統，該測距系統包括具有井底鉆具組件（BHA）的鉆柱。多個測距裝置以彼此隔開的取向被定位在該鉆柱上，并且能夠操作成提供與地層的導電接觸。至少一個絕緣體構件在鉆柱上被定位在所述多個測距裝置之間，并能夠操作成提供與地層的非導電接觸。在鉆井操作期間，所述多個測距裝置提供與地層的導電接觸，而所述至少一個絕緣體構件提供與地層的非導電接觸，從而在鉆井的同時增強了測距操作。還提供了一種用于對鉆柱的響應進行建模和仿真的方法，以選定沿著該鉆柱的、用于對絕緣體構件進行定位的位置。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于使得磁測距應用中的井下井底鉆具組件絕緣的系統和 方法
本專利技術總體上涉及鉆井操作，更具體地，涉及鉆井操作期間使用的測距系統和方法。
技術介紹
在定向鉆井操作中，可能希望監測井底鉆具組件(BHA)鉆過地層時該井底鉆具組 件的方向、和/或物體、結構的位置和/或本領域已知的其它地層屬性。在超深井眼的鉆 進、海上鉆井操作和/或本領域已知的各種其它鉆井操作中，尤其如此。過去，已經提供了 如下的測距系統，該測距系統使用了鋼纜(wireline)上的測距裝置。在一種常規測距方法 中先停止鉆井操作；將鋼纜引入到正在鉆進的井眼中；啟動測距裝置；從該井眼中移走鋼 纜；然后重新開始鉆井操作。這種常規方法非常耗時，因為每當需要測距操作時，就需要停 止鉆井操作。在另一個實例中，鋼纜可以位于第一井眼中，并在鉆第二井眼時使用上述測距 裝置來引導BHA。然而，例如，在諸如超深鉆井操作的許多情形中，為鋼纜鉆出第一井眼可能 是不切實際的。在其它情形中，鋼纜可能無法靠近第一井眼。
技術實現思路
因此，需要一種用于鉆井操作的、改進的測距系統和方法。附圖說明當結合附圖來閱讀以下詳細描述時，將能最好地理解本專利技術的各個方面。要強調 的是，根據業界的標準做法，本文的各種特征件沒有按比例繪制。事實上，為了便于清楚地 討論，所述各種特征件的尺寸可以任意放大或縮小。圖1a和圖1b是立體圖，示出了電磁信號穿過地層的傳播的實施例。圖2a是流程圖，示出了用于提供鉆柱或井底鉆具組件(BHA)上的測距系統的方法 的實施例。圖3a是示出了鉆柱或BHA輪廓曲線(profile)的實施例的圖。圖3b是側視圖，示出了利用圖3a中的鉆柱或BHA輪廓曲線而設計出的、BHA上的 測距系統的實施例。圖4a是側視圖，示出了 BHA上的測距系統的實施例。圖4b是一張表，示出了設計該圖4a中的BHA所用的數據的實施例。圖4c是曲線圖，示出了圖4a中的BHA在60RPM下的“模態形狀(mode shape)”的 實施例。圖5a是立體圖，示出了測距裝置接觸構件的實施例。圖5b是側視圖，示出了圖5a的測距裝置接觸構件上的鋸齒狀分段的實施例。圖5c是立體圖，示出了不具有鋸齒狀分段的、圖5a和圖5b中的測距裝置接觸構件的實施例。圖6是立體圖，示出了絕緣體構件的實施例。圖7是流程圖，示出了用于執行測距操作的方法的實施例。圖8是立體圖，示出了鉆柱的一部分，在該鉆柱上定位有多個測距裝置，所述多個 測距裝置被多個絕緣體構件分離或“隔離”，并將電磁信號傳播到地層中。圖9是立體圖，示出了包括非導電套筒形式的絕緣體構件的鉆柱,該絕緣體構件 位于所述鉆柱上，并允許電磁信號傳播到地層中以準確執行測距操作。圖10是立體圖，示出了鉆柱，包括具有細長非導電套筒形式的絕緣體構件的鉆 柱，該絕緣體構件用于使從鉆柱突出的導電結構絕緣。圖11是立體圖，示出了包括導電窗的鉆柱的實施例，該導電窗被絕緣體套筒構件 包圍，以將該導電窗構件與導電環構件隔離。具體實施方式本專利技術的測距系統旨在利用如下的測距系統來替換常規的鋼纜系統和方法，該測 距系統設置在鉆柱或井底鉆具組件(BHA)上，從而可以在鉆井期間執行測距操作，而不需要 中斷鉆井過程，也不需要第二井眼。在本專利技術的一實施例中，公開了一種測距系統，該測距系統構成鉆柱的井底鉆具 組件(BHA)的一部分。在鉆井操作期間，該測距系統利用如下的測距裝置這些測距裝置可 以包括發送器和/或接收器或兩者，它們使電磁信號穿過地層、在發送器和接收器之間傳 播。為了使電磁信號穿過地層傳播，必須在測距裝置和地層之間建立電接觸。尤其是，每個 測距裝置可操作成例如，通過控制該電磁信號的強度、該信號的方向性以及本領域中已知 的各種其它信號屬性來控制勘探深度。在一個實施例中，可通過相對于地面對天線進行定 位來控制該信號的方向及其強度。可以專門選擇所述多個測距裝置的間距以及它們沿著鉆 柱的各個地層接觸點，以便還實現其它操作參數。換言之，這些導電接觸點可以影響磁測距 操作的結果。圖1a和圖1b示出了與位于地層104中的鉆柱102相關聯的測距系統100。鉆柱 102包括測距裝置，該測距裝置包括具有發送接觸點106a的環106以及具有接收接觸點 108a的環108。該環106和環108例如可以包括諸如金屬的導電材料。環106和108由絕 緣環110分離并分別連接到電源112。圖1a和圖1b描繪了 當在環106與地層104之間、 在環108與地層104之間存在電接觸并且對環106和108供電時，電磁信號114穿過地層 104、在發送接觸點106a與接收接觸點108a之間傳播。本領域的技術人員將會理解，盡管 接觸點106或108可以描述為用于發送或接收的點，但接觸點也可用來接收電磁信號或發 送電磁信號或者既發送又接收，這取決于所采用的具體測距裝置。在圖1a中，發送接觸點106a和接收接觸點108a彼此隔開，從而，它們之間的電磁 流路徑相對較深地進入到地層104中。相比之下，在圖1b中，發送接觸點106a和接收接 觸點108a彼此更近，從而，進入到地層104中的電磁流路徑相對較淺(例如，與圖1a中的、 發送接觸點106a和接收接觸點108a引起的電磁流路徑相比)。因此，可以對發送接觸點 106a與接收接觸點108a的間距進行選擇，以控制要進行的測距操作的參數。然而，本領域 的技術人員將會理解，例如，在執行諸如海上鉆井操作或超深鉆井操作等的鉆井操作中，已經發現，隨著用于鉆出井眼的鉆柱的長度增加，鉆柱“下沉(sag)”，并且鉆柱中的諧波響應 效應顯著增大，所有這些都可能導致鉆柱與地層在測距裝置部件之間的位置處的非期望的 接觸，這會阻礙測距裝置準確地執行測距操作。換言之，隨著鉆柱102的長度增加，變得更 難以控制鉆柱與地層在測距裝置的發送接觸點106a和接收接觸點108a之間的位置處的接 觸。本領域的技術人員將會理解，位于發送接觸點和接收接觸點之間的這些中間接觸點會 影響電磁信號114的電流路徑，并因此影響測距操作的有效性。為了便于描述，該術語“測 距裝置”包括利用與地層的接觸來將電磁信號傳播到地層中以進行測距的任何裝置。這種 測距裝置可以包括磁測距傳感器和/或本領域已知的各種其它測距設備。為了更好地控制鉆柱與地層之間的非期望的接觸，在本專利技術的一個方面，沿著鉆 柱102定位有多個絕緣體構件(參見圖3b中的絕緣體構件316)。優選地，基于對鉆柱102執 行的建模和仿真方法來選擇這些絕緣體構件的定位，并且該方法可用于將鉆柱與地層104 的預期接觸點映射到一系列變量上。這些絕緣體構件防止鉆柱102的多個部分與地層104 接觸，由此控制鉆柱102與地層104之間的導電接觸，從而可以使用測距裝置來進行準確的 測距操作。換言之，這些絕緣體構件防止在鉆柱102與地層104之間形成導電路徑(除了鉆 柱102上的、為測距裝置而選擇的預定點之外)，這是因為已經發現，鉆柱102與地層104 在測距裝置106和108之間的、非期望的接觸將使該測距系統“短路”，或者將妨礙該測距裝 置最有效地發送和接收電磁信號的能力。因此，在本專利技術的如圖2a所示的一個實施例中，提供了為鉆柱提供測距系統的方 法200。該方法200起始于方框202，在該方框202中，確定本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.21 US 61/347,1611.一種用于在鉆柱上提供測距系統的方法，包括如下步驟確定在地層中鉆出井眼所需的多個鉆井要求；確定鉆柱上的多個測距裝置接觸位置，其中，所述鉆柱包括井底鉆具組件(BHA);使用多個鉆柱部件的詳細資料來對所述鉆柱進行建模；使用所述多個鉆井要求對所建模的鉆柱在地層中鉆出井眼期間的響應來進行仿真，以產生鉆柱輪廓曲線；評估所述鉆柱輪廓曲線，以確定所述鉆柱與所述井眼之間的至少一個接觸點，所述至少一個接觸點在所述鉆柱上位于所述多個測距裝置接觸位置之間；以及確定絕緣體構件，并將所述絕緣體構件定位在所述至少一個接觸點附近。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定多個鉆井要求的步驟包括確定以下項中的至少一個確定多個地層特性；確定地層深度；確定地層構造；確定多個地層溫度；以及確定多個地層壓力。3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定多個鉆井要求的步驟包括確定以下項中的至少一個所期望的井眼深度；所期望的井眼方向；所期望的井眼傾斜度；以及所期望的井眼直徑。4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定多個測距裝置接觸位置的步驟包括確定所述鉆柱上的所述多個測距裝置接觸位置之間的間距。5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定多個測距裝置接觸位置的步驟包括確定多個測距裝置與所述井眼的相應側部之間的多個期望的接觸點。6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述對響應進行仿真的步驟包括仿真所述BHA對以下項中的至少一個的響應預期的環境；方向性；傾斜度；以及鉆頭上的重量。7.根據權利要求1所述的方法，其中，評估所述鉆柱輪廓曲線的步驟包括評估以下項中的至少一個預期的傾角；多個預期的撓曲剪切力；以及所述鉆柱上的預期的彎曲力矩。8.根據權利要求1所述的方法，還包括評估所述鉆柱在多個預期的鉆井條件下的多個諧波頻率，以確定多個另外的絕緣體構件要求。9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述選定絕緣體構件的步驟包括選定以下項中的至少一個所述絕緣體的尺寸；所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：約翰·K·斯奈德，邁克爾·D·芬克，
申請(專利權)人：哈利伯頓能源服務公司，
類型：
國別省市：
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