Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДСЧЕТА МНОЖЕСТВА СЕГМЕНТОВ ТРУБ НА СКВАЖИНЕ

Предпосылки к созданию изобретения

После бурения нефтяной или газовой скважины при помощи буровой установки и монтажа обсадной колонны установку разбирают и увозят с буровой площадки. Начиная с этого момента, обычно используют передвижную установку для ремонта скважин. Ремонт (техническое обслуживание) обычно включает в себя, среди прочего, введение и удаление внутренних колонн труб и насосных штанг. Когда буровая установка или установка для ремонта скважин работает на площадке, работающая на установке бригада обязана регистрировать операции введения обсадной колонны, лифтовых труб и насосных штанг в скважину или операции удаления их из скважины. Эта запись является важной частью документации на скважину или истории скважины и к ней будут часто обращаться во время последующей эксплуатации скважины. Однако подсчет индивидуальных сегментов обсадных труб, лифтовых труб и насосных штанг или их соединительных муфт и затем установление связи с глубиной в скважине, где находятся указанные индивидуальные сегменты обсадных труб, лифтовых труб и насосных штанг или их соединительные муфты, может быть трудоемкой задачей, которая сильно подвержена ошибкам за счет человеческого фактора.

Несмотря на то, что существует множество устройств и способов локализации и регистрации трубных соединений, эта технология обычно относится к обсадным трубам и лифтовым трубам, которые уже введены в скважину. Например, это описано в патентах США 6032739 и 6003597. Существующая технология технического обслуживания скважины не предусматривает средств для автоматического подсчета числа сегментов труб или соединительных муфт в момент вытягивания обсадных труб, лифтовых труб или насосных штанг из скважины или их ведения в нее. Более того, отсутствует технология, которая позволяет автоматически вводить эту информацию в базу данных. Наконец, отсутствует система, которая позволяет автоматически предоставлять оператору установки непрерывно обновляемые данные подсчета обсадных труб, лифтовых труб или насосных штанг, когда их вводят в скважину или вытягивают из скважины. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Краткое изложение изобретения

Обсадные трубы, лифтовые трубы или насосные штанги, которые вводят в скважину или вытягивают из скважины, как правило, изготовлены из одного и того же металла, обычно из стали или некоторого другого сплава черного металла. Магнитная индукция и магнитная проницаемость индивидуальных труб является ориентировочно одинаковой по причине постоянных характеристик металла, одинаковой толщины стенки и одинаковых внешнего и внутреннего диаметров, которые обычно соответствуют жестким техническим условиям изготовителя. Только когда концы лифтовых или обсадных труб свинчивают вместе, с использованием соединительной муфты или манжеты, магнитная индукция в известной степени изменяется по длине колонны труб. Устройство для измерения магнитной индукции, установленное в устье скважины, которое позволяет измерять изменения магнитного потока, может контролировать эти изменения потока в каждом сегменте трубы или в соединительной муфте и определять, когда сегмент трубы или манжета обсадной колонны входит в скважину или выходит из нее. Число изменений магнитного потока непосредственно (прямо) коррелирует с числом сегментов труб (плетей) или манжет, которые проходят мимо измерительного устройства; следовательно, может быть автоматически произведена точная инвентаризация числа отрезков (сегментов) обсадных или лифтовых труб, введенных в скважину.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан вид сбоку известной установки для ремонта скважин с выдвинутым (развернутым) деррик-краном.

На фиг.2 показан вид сбоку известной установки для ремонта скважин со втянутым (убранным) деррик-краном.

На фиг.3 показано как производят подъем и опускание внутренней лифтовой колонны при помощи известной установки.

На фиг.4 дано общее представление об одном из вариантов настоящего изобретения.

На фиг.5 показаны различные варианты одного из элементов в соответствии с настоящим изобретением.

Раскрытие изобретения

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.1, на которой показана втяжная, автономная установка 20 для ремонта скважин, которая содержит шасси 22, установленное на колесах 24, двигатель 26, гидравлический насос 28, воздушный компрессор 30, первую трансмиссию 32, вторую трансмиссию 34, лебедку 36 с переменной скоростью, блок 38, удлиняемый деррик-кран 40, первый гидроцилиндр 42, второй гидроцилиндр 44, монитор 48 и втяжные стойки 50. Двигатель 26 избирательно подключается к колесам 24 и к лебедке 36 при помощи соответствующих трансмиссий 34 и 32. Двигатель 26 также приводит к действие гидравлический насос 28 по линии 29 и воздушный компрессор 30 по линии 31. Воздушный компрессор 30 питает пневматический клиновой захват (не показан), а гидравлический насос 28 питает комплект гидравлических ключей для труб (не показан). Гидравлический насос 28 также подает питание на гидроцилиндры 42 и 44, которые соответственно удлиняют и поворачивают деррик-кран 40, для того, чтобы избирательно устанавливать деррик-кран 40 в рабочее положение (фиг.1) и во втянутое положение (фиг.2). В рабочем положении деррик-кран 40 направлен вверх, однако, его продольная осевая линия 54 имеет угол смещения 56 от вертикали. Этот угол смещения 56 обеспечивает доступ блока 38 к стволу скважины 58 без помех, создаваемых каркасом деррик-крана, а также позволяет производить быструю установку и удаление сегментов внутренней трубы, таких как сегменты внутренней колонны труб 62 и/или насосных штанг (фиг.3).

Многие стволы скважин представляют собой конструкцию "труба в трубе". Внешняя колонна труб или обсадная колонна обычно образована из отрезков труб, соединенных вместе при помощи манжет обсадной колонны. Внутренняя колонна труб или же насосных штанг, или лифтовых труб обычно образована из отрезков (сегментов) труб, соединенных вместе при помощи трубных соединительных муфт. Когда производят установку сегментов внутренней колонны труб, индивидуальные сегменты труб свинчивают вместе с использованием гидравлического трубного ключа (не показан). Гидравлические трубные ключи известны сами по себе, причем это название относится к любому гидравлическому инструменту, который позволяет свинчивать вместе две трубы или две насосные штанги. Во время операций свинчивания блок 38 поддерживает каждый сегмент трубы, когда его навинчивают на введенную в скважину колонну труб. После завершения соединения блок 38 поддерживает всю состоящую из сегментов колонну, так что вся колонна целиком, содержащая и новый сегмент трубы, может быть опущена в скважину. После опускания всю колонну закрепляют, а блок 38 принимает новый сегмент трубы для соединения с колонной. Наоборот, во время операций развинчивания блок 38 поднимает из скважины всю колонну, содержащую сегменты труб, до тех пор, пока по меньшей мере один индивидуальный сегмент не будет находиться над уровнем земли. После этого колонну закрепляют, а затем блок 38 используют для поддержки сегмента трубы, в то время как его отсоединяют от колонны. Блок 38 затем используют для перемещения индивидуального сегмента трубы в сторону и возвращают для дальнейшего подъема колонны, чтобы можно было отсоединять другие индивидуальные сегменты труб от колонны.

Лебедка 36 контролирует движение кабеля 37, который идет от лебедки 36 поверх узла 55 кронной шестерни (кронблока), расположенного на вершине деррик-крана 40, и поддерживает талевый блок 38. Лебедка 36 наматывает и разматывает кабель 37, в результате чего талевый блок 38 движется между узлом 55 кронной шестерни и положением на полу, которое обычно находится у ствола скважины 58, но может быть и на уровне поднятой платформы (не показана), расположенной над стволом скважины 58.

Устройства для измерения магнитного потока хорошо известны сами по себе, причем в настоящее время используют множество типов устройств для измерения магнитного потока. Некоторые такие устройства описаны в патентах США 6032739 и 6003597. Одно из таких известных устройств просто содержит виток (обмотку) провода, намотанный вокруг магнита или расположенный около него. В некоторых серийных устройствах используют два постоянных магнита, с одинаковыми полюсами, обращенными к обмотке. В соответствии с настоящим изобретением могут быть также использованы известные датчики Холла и магнитные датчики.

В соответствии с некоторыми вариантами настоящего изобретения, для измерения изменений магнитного потока используют вольтметр, который измеряет индуцированный ток, который возникает в витке провода в результате изменений магнитного потока. В некоторых случаях вольтметр калибруют на ноль, когда обсадная или лифтовая труба открыта для воздействия магнитного поля. Следовательно, увеличение или уменьшение напряжения будет свидетельствовать о прохождении соединительной муфты или сегмента трубы через магнитное поле. При измерении вольтметром некоторого напряжения система подсчета интерпретирует это как прохождение соединительной муфты или сегмента трубы, причем для подсчета принимают только показания прибора выше определенного уровня. Специалисты легко поймут, как определить необходимый минимум показаний, который соответствует прохождению соединительной муфты или сегмента трубы, причем этот минимум, вероятно, будет различным для различных применений.

На фиг.4 дано общее представление об одном из вариантов настоящего изобретения. Когда талевый блок 1 вытягивает трубу или штангу 3 из скважины или опускает ее в скважину, соединительная муфта 4 трубы или штанги проходит через устройство 5 для измерения магнитного потока, расположенное в устье 6 скважины, или проходит в непосредственной близости от устройства 5. Корпус трубы является главным образом однородным, поэтому сигнал, если он есть, воспринимаемый устройством 5 для измерения магнитного потока при прохождении корпуса трубы, является постоянным (неизменным); требуется изменение линий магнитной индукции, чтобы индуцировать изменение тока. В отличие от этого, когда соединительная муфта проходит через устройство 5 для измерения магнитного потока или в непосредственной близости от него, природа соединительной муфты, за счет наличия воздушного зазора или увеличения площади поперечного сечения металла, вызывает прерывание и перемещение линий магнитной индукции. Этот сдвиг, изменение или прерывание индуцирует выходное напряжение в приемной обмотке. Соответствующий выходной сигнал 7, который показан на графике, несет информацию об измеренном напряжении или токе. Этот сигнал обычно сильно зашумлен и имеет низкое отношение сигнал - шум, так что сигнал 7, в соответствии с некоторыми вариантами, направляют на модуль обработки 8. Модуль обработки 8 фильтрует сигнал и имеет регулируемый пороговый уровень, так что выходной сигнал модуля 8 представляет собой чистый импульс 13, отображающий сигнал на входе модуля 8, превышающий пороговый уровень. Таким образом, при правильно выбранном пороговом уровне в модуле обработки 8 на его выходе получают импульс всякий раз, когда соединительная муфта проходит через устройство 5 для измерения магнитного потока или в непосредственной близости от него. Импульсный сигнал 13 с выхода модуля обработки 8 направляют на модуль счетчика 9, который просто подсчитывает поступающие на его вход импульсы (13). Эта информация затем вводится при помощи регистратора данных 12 в базу данных во время события или просто вводится в итог в конце прогона, чтобы дать полное число сегментов труб или соединительных муфт, которые прошли через измерительное устройство 5. В соответствии с альтернативным вариантом выходной сигнал с модуля счетчика 9 может поступать на экран индикатора (дисплей) 10. В соответствии с дополнительным вариантом звуковой сигнал 11 может раздаваться всякий раз, когда соединительная муфта проходит через устье скважины.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг.5, на которой показаны различные средства обнаружения изменения магнитного потока. Первым элементом 100 является простая обмотка, через которую протекает постоянный ток. Когда металлическая соединительная муфта или сегмент трубы проходят через устье скважины, это приводит к изменению постоянного тока. Контроль этого изменения позволяет определять, когда соединительная муфта вводится в скважину или извлекается из нее. Во втором показанном элементе 200 используют две обмотки, причем первая обмотка создает магнитное поле, а вторая обмотка воспринимает индукцию, вызванную прохождением соединительной муфты. При использовании этого варианта контролируют напряжение на выходе второй обмотки для подсчета числа соединительных муфт, которые прошли через устье скважины. Наконец, третий элемент 300 содержит постоянные магниты и обмотку, которая может быть расположена между магнитами или намотана вокруг них. Когда соединительная муфта проходит мимо этого элемента, изменяются линии магнитной индукции, в результате чего индуцируется напряжение в обмотке.

Можно полагать, что изменение магнитного потока вызвано воздушными зазорами в резьбе между соединительными муфтами и/или манжетами (и соответствующими сегментами труб) или увеличением объема металла, который присутствует в соединительной муфте и/или манжете. Вне зависимости от причины изменения магнитного потока, в том случае, когда устройство для измерения магнитного потока обнаруживает существенное изменение поока, можно прийти к выводу о том, что манжета или сегмент трубы проходит через измерительное устройство. За счет подсчета каждого импульса - то есть существенного изменения магнитного потока - оператор или другое лицо может определить, сколько сегментов труб было опущено в скважину или вытянуто из нее. По причине вероятного наличия шума, в соответствии с некоторыми вариантами, сигнал магнитного потока фильтруют, так что только существенные вариации потока - когда соединительная муфта или сегмент трубы проходит через измерительное устройство - измеряются и подсчитываются.

После того как устройство для измерения магнитного потока обнаруживает существенную вариацию магнитного потока, этот сигнал преобразуется в сигнал для счетчика, который затем направляют на соответствующий счетчик, такой как шаговый механический счетчик с релейным приводом или GUI. Счетное устройство производит текущий контроль и определяет число импульсов и, следовательно, число сегментов труб, которые прошли через датчик (через устройство для измерения магнитного потока). Устройства для преобразования вариаций магнитного потока в сигнал для счетчика, который затем направляют на соответствующий счетчик, хорошо известны и могут содержать описанное здесь выше средство обработки сигнала. В соответствии с некоторыми вариантами сигнал может быть непосредственно подан в компьютерную систему и автоматически помещен в электронную сводную таблицу. В этом случае число отрезков трубы, которые были введены в скважину или вытянуты из нее, легко может отслеживаться оператором системы.

В соответствии с одним из вариантов вместо размещения датчика (устройства для измерения магнитного потока. - Прим. переводчика) в устье скважины или в непосредственной близости от него виток провода или датчик Холла могут быть встроены или запрессованы в обтирочное устройство. Обтирочное устройство помещают вокруг трубы или штанги, вводимой в скважину, для того, чтобы стирать любой избыток флюида с трубы или штанги. В этом случае обнаружение сигнала становится независимым от устья скважины, в то время как получают результаты, аналогичные полученным в описанных выше вариантах.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки формулы изобретения.