專(zhuān)利名稱：井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的用于特別是在緊急情況期間或之后確定井內(nèi)情況的改進(jìn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)于油井和氣井而言，鉆孔的鉆探是一項(xiàng)復(fù)雜而昂貴的任務(wù)，在該任務(wù)中需要利用蓄水池特征，使得井被設(shè)計(jì)和定位成以便盡可能高效率地重新獲得碳?xì)浠衔?。首先將鉆孔鉆出一定深度，并且將套管柱插入鉆孔內(nèi)。然后，通常將套管和鉆孔之間的環(huán)狀物進(jìn)行粘合(cemented)，以便固定和密封套管。通過(guò)在有套管鉆孔的下方以與鉆孔的首次鉆探深度相比更小的直徑繼續(xù)鉆探，鉆孔通常被延伸到進(jìn)一步的深度，并且隨后更深的鉆孔被安裝套管并且粘合。結(jié)果是鉆孔具有許多大體上同軸的管狀柱形物/套管柱，它們朝著整個(gè)鉆孔的下端在直徑上漸進(jìn)地減小。近年來(lái)，油和氣已經(jīng)在超過(guò)Ikm量級(jí)的非常深的水區(qū)中的海底井內(nèi)重新獲得。這對(duì)于在這樣深處中鉆探、固定、提取和放棄井提出了許多技術(shù)問(wèn)題。在井的完整性上出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，眾所周知使用井口裝置(wellheadapparatus)控制系統(tǒng)來(lái)關(guān)閉井，以防止井出現(xiàn)危險(xiǎn)的井噴或大量的碳?xì)浠衔飺p失。防噴器(BOPs)位于海底井的頂部處、在海床處，并且可以由控制室激活以關(guān)閉井，或者能夠適合于檢測(cè)井噴和自動(dòng)關(guān)閉。如果控制室出現(xiàn)了故障，遙控潛水車(chē)輛(ROV)將可以直接激活海床處的BOP以關(guān)閉井。在已竣工的井中，在井的頂部處不是設(shè)置BOP而是設(shè)置“圣誕”樹(shù)狀物(tree)，并且在井內(nèi)的“井底”處通常增加地下安全閥(SSV)。如果“圣誕”樹(shù)狀物與控制平臺(tái)、鉆探設(shè)備或船失去聯(lián)系，則SSV通常被激活以封閉并且關(guān)閉井。盡管有這些已知的安全控制，事故仍然發(fā)生并且最近的實(shí)例是在來(lái)自諸如墨西哥灣中的海底井的災(zāi)難性的井噴，產(chǎn)生巨大的爆炸，造成生命損失、鉆探設(shè)備的損失以及造成大量和持續(xù)的油流入墨西哥灣，威脅野生動(dòng)植物和海洋產(chǎn)業(yè)。檢測(cè)井內(nèi)參數(shù)并且將該信息發(fā)送到地面(surface)的能力將是有益的。為了在鉆探操作的過(guò)程中發(fā)送數(shù)據(jù)，可以使用“泥漿警報(bào)器(mud siren) ”或“泥漿脈沖星(mud pulsar)”。泥漿警報(bào)器”或“泥漿脈沖星”從測(cè)量裝置接收數(shù)據(jù)并且可以產(chǎn)生穿過(guò)通常在鉆探操作過(guò)程中使用的鉆探泥漿的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)作為壓力變化被接收。雖然該系統(tǒng)可以起作用，但是能夠以這種方式發(fā)送的數(shù)據(jù)量是非常少的并且常遭受干擾。一種可替代的用于檢索數(shù)據(jù)的系統(tǒng)涉及在已經(jīng)完成裝套管和粘合之后使用電纜測(cè)井。在可能的情況下，這涉及將測(cè)量裝置和測(cè)井電纜上的數(shù)據(jù)記錄器部署到套管內(nèi)，記錄數(shù)據(jù)并且隨后取回該測(cè)井電纜。盡管這可以提供有用的信息，但它也是一個(gè)昂貴并且耗時(shí)的過(guò)程。在已建好的井中，可以設(shè)置永久測(cè)量?jī)x表，這些永久測(cè)量?jī)x表通過(guò)電纜連接到地面。
然而，因?yàn)榭赡軟](méi)有通向井的入口或者可能無(wú)法控制井，并且電纜和/或數(shù)據(jù)記錄設(shè)備可能被損壞或損毀，所以上述的所有系統(tǒng)在緊急情況或井噴的情況下實(shí)際上都可能是不實(shí)用的。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)注意到，可以提供一種改進(jìn)的用于特別是在緊急情況/災(zāi)難情況下接收并且記錄井內(nèi)井參數(shù)的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于緩解現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，并且更好地改善井中的通信和安全性。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種井，該井包括:鉆孔和井口裝置、以及在該井口裝置處或接近于該井口裝置的通信箱，所述井包括連接到無(wú)線發(fā)射器的多個(gè)傳感器，所述無(wú)線發(fā)射器適合于將來(lái)自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱；所述通信箱包括:適合于接收來(lái)自所述發(fā)射器的信號(hào)的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲(chǔ)從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲(chǔ)裝置中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，井包括:鉆孔和井口裝置、以及在所述井口裝置處或接近于所述井口裝置的通信箱，所述井包括聯(lián)接到無(wú)線發(fā)射器的多個(gè)傳感器，所述無(wú)線發(fā)射器適合于將來(lái)自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱；所述傳感器包括至少一個(gè)壓力傳感器；并且，所述井包括與所述通信箱間隔開(kāi)的第一存儲(chǔ)裝置，所述第一存儲(chǔ)裝置配置為存儲(chǔ)來(lái)自所述傳感器的信息，其中，所述通信箱包括:適合于接收來(lái)自所述發(fā)射器的信號(hào)的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲(chǔ)從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲(chǔ)裝置中的至少一個(gè)。通常地，第一存儲(chǔ)裝置與通信箱相距至少5m，通常地，與通信箱相距大于10m，可選地，與通信箱相距大于20m或大于50m。由于數(shù)據(jù)在兩個(gè)分離的位置(第一存儲(chǔ)裝置和通信箱)處被存儲(chǔ)/重新獲得，因此根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例提供了 一種井，該井具有在從傳感器所接收到的數(shù)據(jù)的冗余度。萬(wàn)一出現(xiàn)故障(例如，歸因于井噴)，在某處，數(shù)據(jù)仍然可以從另一位置被接收到。例如，如果通信箱被損壞并且丟失，則分離的通信箱或其他適當(dāng)?shù)难b置可以被聯(lián)接到井，以便檢索來(lái)自第一存儲(chǔ)裝置的信息。優(yōu)選地,所述通信箱具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受至少50Gs振動(dòng)的耐受性振動(dòng)等級(jí)(survivability shock rating of least 50Gs for at least 5ms,all axes);可選地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于IOOGs振動(dòng)的耐受性振動(dòng)等級(jí)；并且可能地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于500Gs振動(dòng)的耐受性振動(dòng)等級(jí)。除了使用本文中所描述的優(yōu)選的和可選的振動(dòng)等級(jí)值以外，振動(dòng)評(píng)級(jí)試驗(yàn)依據(jù)EN ISO 13628-6:2006進(jìn)行。因此，這樣的實(shí)施例提供了一種更強(qiáng)健的箱，該箱降低了發(fā)生爆炸的情況下箱被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。于是，能夠存儲(chǔ)在該箱中的數(shù)據(jù)可以被使用，以便得出關(guān)于災(zāi)難性事故原因的重要信息。因此，本發(fā)明的實(shí)施例為操作者提供了關(guān)于在井中發(fā)生的故障的重要信息。而且，對(duì)于某些實(shí)施例，所提供的信息還可以在其他時(shí)候被使用。第一存儲(chǔ)裝置和第二存儲(chǔ)裝置通常配置成將信息存儲(chǔ)至少一分鐘，可選地，將信息存儲(chǔ)至少一小時(shí)，更可選地，將信息存儲(chǔ)至少一個(gè)星期，優(yōu)選地，將信息存儲(chǔ)至少一個(gè)月，更優(yōu)選地，將信息存儲(chǔ)至少一年?！敖咏庇诰谘b置通常是指位于井口裝置的50m以內(nèi)，優(yōu)選地位于井口裝置的20m以內(nèi)。通信箱可以位于地下(subsurface)，即，地面之下超過(guò)2m，可選地，位于地下超過(guò)5m或超過(guò)IOm ;然而仍然是接近井口裝置的。這樣的實(shí)施例提供了額外的好處，因?yàn)槿绻l(fā)生爆炸，它們具有更小的破壞風(fēng)險(xiǎn)。正如在本文中所使用的“井”通常涉及碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井，并且包括生產(chǎn)水的井、地?zé)峋蜃⑷刖?。還包括在建造中的井、觀測(cè)井、暫停的井、廢棄的井或測(cè)試井，只要它們包括鉆孔和井口裝置。正如在本文中所使用的“地面”是指鉆孔延伸到的地層(formation)。因此對(duì)于海底井，“地面”是指泥水分界線?？蛇x地，對(duì)于基于平臺(tái)的井，通信箱可以設(shè)置在正如本文中所描述的地下或者井口下方超過(guò)2m處，可選地，設(shè)置在井口下方超過(guò)5m或超過(guò)IOm處。例如，通信箱可以位于鉆孔內(nèi)或者在鉆孔內(nèi)進(jìn)行翻新(retrofitted)，因此防止了通信箱遭受在井口裝置處發(fā)生的潛在性損壞。所述通信箱可以自身與在井口裝置處已安裝的或經(jīng)翻新的其他通信箱進(jìn)行通信。盡管如此，對(duì)于其他實(shí)施例，井口裝置可以包括通信箱。盡管對(duì)于這樣的實(shí)施例，傳感器還可能增加到井口裝置上，但是通常鉆孔包括傳感器。優(yōu)選地，通信箱包括存儲(chǔ)裝置。在本文中所使用的“井口裝置”包括但不局限于井口、管道和/或套管懸掛器、防噴器(BOP)、電纜/連續(xù)油管潤(rùn)滑器、導(dǎo)向基座、井樹(shù)狀物、樹(shù)狀物構(gòu)架、井蓋、防塵蓋和/或井遮蓬。通常地，井口裝置包含井口。通常地，井口在鉆孔的頂部處提供了密封接口。通常地，在井口處或在井口以上多達(dá)20-30m的任一件設(shè)備或裝置出于該目的可以被認(rèn)為是井口裝置。已安裝的或經(jīng)翻新的通信箱可以設(shè)置在井口裝置內(nèi)，或者可以連接到、裝配到或適應(yīng)于井口裝置。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種設(shè)備，以便更容易地檢索有關(guān)井狀況的信息。這些信息可以被當(dāng)作理所當(dāng)然的事或者可以當(dāng)事故已經(jīng)在井中發(fā)生時(shí)進(jìn)行查閱。例如，在墨西哥灣的最近事件中，當(dāng)出現(xiàn)碳?xì)浠衔锏某志眯孤r(shí)確定井內(nèi)狀況是不可能的。本發(fā)明的實(shí)施例是有益的，因?yàn)樗鼈兛梢栽谶@樣的災(zāi)難性事件之后(甚至當(dāng)這樣的災(zāi)難性事件正在進(jìn)行時(shí))被使用，以便幫助確定故障的性質(zhì)，并且因此可以采取行動(dòng)以減輕故障。優(yōu)選地，多個(gè)不同的傳感器設(shè)置在鉆孔內(nèi)，并且優(yōu)選地，每種類(lèi)型的傳感器可以設(shè)置在不同的位置，以便提供鉆孔的更完整的“圖片”。例如，壓力傳感器可以設(shè)置在每個(gè)套管環(huán)狀物以及管道環(huán)狀物內(nèi)。傳感器可以設(shè)置在鉆柱、完井管柱、套管柱或任何其他的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件上，或者設(shè)置在井的已裝套管的或未裝套管的部分內(nèi)的子組件上；和/或設(shè)置井口裝置上或井口裝置內(nèi)。井口裝置處的傳感器可以是通過(guò)導(dǎo)線連接到通信箱的，但是優(yōu)選地通過(guò)無(wú)線方式連接到通信箱。
對(duì)于某些實(shí)施例，傳感器設(shè)置在障礙物，例如膨脹式封隔器(expanded packer)或井栓的上方和下方。通信箱因此可以監(jiān)控這些位置中的差別參數(shù)(differentialparameter)，這些差別參數(shù)能夠繼而得出與井的安全性有關(guān)的信息。特別地，橫跨障礙物所檢測(cè)到的任何壓差將尤其在控制地面船舶離開(kāi)一段時(shí)間并且隨后返回的情況下評(píng)估井的安全性具有特殊的用途。多個(gè)相同類(lèi)型的傳感器可以是互相間隔開(kāi)的。這樣，可以更容易地識(shí)別出故障的位置。例如，一個(gè)套管環(huán)狀物中的間隔開(kāi)的多個(gè)溫度傳感器和/或壓力傳感器可以得出與套管完整性在哪里已經(jīng)出現(xiàn)故障有關(guān)的信息。類(lèi)似地，其他信息可以被確定，例如，套管、套管接合劑、浮動(dòng)環(huán)或密封組件是否已經(jīng)不能將蓄水池隔絕。這樣的信息可以使操作者能夠以更快的、更安全的并且更高效的方式做出反應(yīng)。傳感器可以設(shè)置在鉆孔和/或井口裝置內(nèi)。傳感器可以檢測(cè)任何參數(shù)并且因此是任何類(lèi)型的傳感器，包括但不一定局限于，例如，溫度傳感器，加速度傳感器，振動(dòng)傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器，位移傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器，接合劑完整性傳感器，壓力傳感器，方向和傾斜傳感器，載荷傳感器，各種管狀/套管角度傳感器，腐蝕和侵蝕傳感器，輻射傳感器，噪聲傳感器，磁力傳感器，地震運(yùn)動(dòng)傳感器，與管狀/套管有關(guān)的包括扭轉(zhuǎn)、剪切、壓縮、膨脹、屈曲和任一形式的變形的應(yīng)力和應(yīng)變傳感器；化學(xué)或放射性示蹤劑檢測(cè)傳感器；流體識(shí)別(例如，氫氧化物、蠟和出砂)傳感器；以及流體屬性(例如但不局限于，流量、密度、含水量、PH和黏度)傳感器。這些傳感器可以是成像裝置、映射裝置和/或掃描裝置，例如但不局限于，照相機(jī)、錄像機(jī)、紅外線傳感器、磁共振傳感器、聲傳感器、電傳感器、光傳感器、阻抗傳感器和電容傳感器。傳感器還可以監(jiān)控井內(nèi)的設(shè)備(例如，閥位置或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng))。而且，傳感器可以適合于感應(yīng)通過(guò)適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器和機(jī)構(gòu)的并入所檢測(cè)到的信號(hào)或參數(shù)。優(yōu)選地，傳感器設(shè)置在鉆孔內(nèi)的離散的位置處。優(yōu)選地，在套管環(huán)狀物和生產(chǎn)管道內(nèi)存在至少一個(gè)傳感器，更優(yōu)選地，在每個(gè)套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個(gè)傳感器。通常地，存在多于兩種不同類(lèi)型的傳感器(即，感應(yīng)不同類(lèi)型的參數(shù))，更通常地，存在多于三種類(lèi)型的傳感器，優(yōu)選地，存在多于四種類(lèi)型的傳感器。傳感器通常在井的建設(shè)過(guò)程中被安裝在井中，但是也可以被翻新。通信“箱”應(yīng)當(dāng)理解成“通信容器”。對(duì)于某些實(shí)施例，通信箱可以包含關(guān)于鉆孔的大量數(shù)據(jù)和信息。該信息可以提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便說(shuō)明井狀況。在某些實(shí)施例中，由于通信箱可以在災(zāi)難發(fā)生時(shí)被用于回顧在災(zāi)難之前、過(guò)程中和之后的歷史的井狀況，因此通信箱類(lèi)似于飛行器的“黑匣子”數(shù)據(jù)記錄器。通信箱還可以用于在災(zāi)難期間(例如，碳?xì)浠衔锵蚝Ｖ谐掷m(xù)很久的泄露)確定關(guān)于鉆孔的信息。在優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)射器是聲發(fā)射器并且信號(hào)是聲信號(hào)。在可替代的實(shí)施例中，發(fā)射器可以是電磁發(fā)射器，并且信號(hào)是電磁信號(hào)。電磁的和聲的發(fā)射器、信號(hào)與接收器的組合可以被使用。聲信號(hào)可以通過(guò)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件或者通過(guò)井流體或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件和井流體的組合進(jìn)行發(fā)送。為了通過(guò)流體發(fā)送聲信號(hào)，可以使用壓力脈沖發(fā)生器或泥漿脈沖發(fā)生器。
優(yōu)選地，聲通信包括頻移鍵控(FSK)調(diào)制方法和/或相移鍵控(PSK)調(diào)制方法，和/或這些方法的高級(jí)衍生方法(例如，正交相移鍵控(QPSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)，以及優(yōu)選地并入擴(kuò)展頻譜技術(shù)的QPSK或QAM)。通常地，它們適合于自動(dòng)地調(diào)諧聲信號(hào)頻率和方法，以便適應(yīng)井狀況。繼電器和中繼器可以用于使無(wú)限信號(hào)利于從一位置傳輸?shù)搅硪晃恢?。?yōu)選地，通信箱包含電池。井可以是海底井。優(yōu)選地，發(fā)射器是收發(fā)器的一部分，該收發(fā)器還包括接收器。收發(fā)器的提供使得能夠從通信箱接收到信號(hào)。通信箱可以包括聲納發(fā)射器，該聲納發(fā)射器用于信號(hào)從通信箱到遠(yuǎn)程設(shè)施(例如，船、鉆探設(shè)備、平臺(tái)或浮標(biāo))的向前發(fā)射。然后，數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程設(shè)施處和/或通過(guò)其他裝置(例如，衛(wèi)星通信系統(tǒng))向前發(fā)射。第一存儲(chǔ)裝置可以設(shè)置有傳感器或者設(shè)置在鉆孔內(nèi)或外的包括發(fā)射器的設(shè)備內(nèi)。因此，可以存在多個(gè)第一存儲(chǔ)裝置，每個(gè)第一存儲(chǔ)裝置聯(lián)接到不同的傳感器或發(fā)射器。本發(fā)明的某些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是:通信的無(wú)線性質(zhì)、加上存儲(chǔ)有關(guān)第一存儲(chǔ)裝置(例如，在鉆孔和/或井口裝置內(nèi))的數(shù)據(jù)允許通信箱改進(jìn)以適應(yīng)(retoo-fitted)井口裝置，以便即使在以前安裝的通信箱摧毀的情況下也能采集數(shù)據(jù)。傳感器可以直接并入到包括發(fā)射器的設(shè)備中或者可以通過(guò)使用電纜或短程無(wú)線(例如，感應(yīng)的)通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給所述設(shè)備。短程是指通常相距小于5m，往往相距小于3m，并且甚至可以是相距小于lm。第一存儲(chǔ)裝置和傳感器可以通過(guò)任何合適的方式連接，可選地，通過(guò)無(wú)線的方式連接或者通過(guò)電纜物理地聯(lián)接在一起。感應(yīng)耦合也是一種選擇。此外，除了傳送給通信箱的數(shù)據(jù)以外，額外的數(shù)據(jù)可以在本地存儲(chǔ)到傳感器中(即，在第一存儲(chǔ)裝置上)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例使鉆孔或井口裝置內(nèi)的每個(gè)單個(gè)工具能夠當(dāng)做第一存儲(chǔ)裝置?？蛇x地，進(jìn)一步的(更詳細(xì)的)信息可以稍后經(jīng)由在井口裝置處以前安裝的或經(jīng)翻新的通信箱被檢索。發(fā)射器可以配置成實(shí)時(shí)地發(fā)送數(shù)據(jù)，S卩，當(dāng)參數(shù)被發(fā)送時(shí)，發(fā)送與該參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)?？商娲?，發(fā)射器可以配置成發(fā)送歷史數(shù)據(jù)，S卩，在參數(shù)被發(fā)送之后的一段時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，優(yōu)選的實(shí)施例使用實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)和還發(fā)送一些歷史數(shù)據(jù)的組合。這樣，如果短時(shí)間失去通信并且接收器未獲得數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，那么隨后當(dāng)信息作為歷史數(shù)據(jù)傳輸被重復(fù)時(shí)，該信息可以被提供。定位器信標(biāo)裝置可以設(shè)置在通信箱上。多于一個(gè)通信箱可以被設(shè)置并且這些通信箱可以存儲(chǔ)多余的數(shù)據(jù)副本。在基于陸地的井或基于平臺(tái)的井上，通信箱可以引入衛(wèi)星或其他通信設(shè)備，以便直接將數(shù)據(jù)傳送給控制中心。發(fā)射器可以與傳感器間隔開(kāi)并且通過(guò)傳統(tǒng)的裝置(例如，液壓管線或電纜)與傳感器連接。這使無(wú)線信號(hào)能夠在更小的距離上傳輸。例如，即使傳感器比發(fā)射器更深，無(wú)線信號(hào)也可以從井的頂部下方多達(dá)100m、有時(shí)小于50m或小于20m處的發(fā)射器傳輸?shù)酵ㄐ畔洹Ｒ虼?，本發(fā)明的實(shí)施例可以與流體和/或電控系統(tǒng)和信號(hào)相結(jié)合。傳感器不僅可以在緊急情況下操作，而且可以在任何時(shí)候提供有關(guān)不同參數(shù)的細(xì)節(jié)。傳感器可能對(duì)例如接合劑測(cè)試、對(duì)封隔器、局部或完整的障礙物的任一側(cè)上的壓力的測(cè)試以及井口裝置測(cè)試是有用的。因此，這樣有用的數(shù)據(jù)可以有助于預(yù)防或緩解緊急情況。緊急情況是指:從井發(fā)生或預(yù)計(jì)發(fā)生不受控制的流體流動(dòng)；發(fā)生爆炸或者存在可能出現(xiàn)的無(wú)法接受的風(fēng)險(xiǎn)，正在發(fā)生井的完整性的重大結(jié)構(gòu)破壞或者存在可能出現(xiàn)的無(wú)法接受的風(fēng)險(xiǎn)，或者存在可能處于危險(xiǎn)中的無(wú)法接受的風(fēng)險(xiǎn)。這些危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)可能是由許多因素(例如，井狀況)以及其他因素(例如，惡劣的天氣)所造成的。因此，緊急情況通常是指BOP和地下安全閥中的一個(gè)將試圖被激活的情況，尤其是在井內(nèi)的不受控制的事件之前/期間或之后BOP和地下安全閥中的一個(gè)將試圖被激活的情況。此外，根據(jù)本發(fā)明的緊急情況通常是指對(duì)于包括附錄2000、4.1.2節(jié)的IADAC深水井控制指南(第三次印刷)，相應(yīng)地定義為最不嚴(yán)重的、更嚴(yán)重的或最嚴(yán)重的緊急情況。因此，涉及后座力控制的事件可以被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的緊急情況，特別地，與地下井噴有關(guān)的事件被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的緊急情況，并且甚至更特別地，與在海床(如果水下井)或地面處的井的失控有關(guān)的事件是根據(jù)本發(fā)明的緊急情況。根據(jù)本發(fā)明的方法可以在所述緊急情況之后被實(shí)施，并且因此響應(yīng)于緊急情況，數(shù)據(jù)可以被請(qǐng)求或僅查閱。在使用中，操作者可以對(duì)傳感器檢測(cè)到的任何反常和潛在危險(xiǎn)的事件做出反應(yīng)。這可以是各種不同的參數(shù)(包括但不局限于壓力、溫度以及像管道上的壓力和應(yīng)力的其他參數(shù)或者本文中所提及的參數(shù)/傳感器)。此外，對(duì)下面的事件，本發(fā)明的實(shí)施例可以提供有用和有益的當(dāng)前和/或歷史的數(shù)據(jù)，以使得操作者或調(diào)查當(dāng)局能夠更充分地調(diào)查事件的原因和影響。該方法適合于井的壽命的所有階段(包括鉆探、測(cè)試、竣工、生產(chǎn)、投入、暫停和放棄)，尤其是位于深水區(qū)域中的井的壽命的所有階段。優(yōu)選地，因?yàn)榫o急情況可能在任何時(shí)候發(fā)生，因此該方法可供在井的鉆探、測(cè)試、開(kāi)發(fā)、竣工、經(jīng)營(yíng)、暫停和放棄的所有階段期間使用。更優(yōu)選地，倘若在井上的操作期間BOP正在使用中，則該方法是可供使用的。在這些階段期間，因?yàn)槲锢砜刂乒芫€在這些階段期間的供應(yīng)將阻礙許多井操作在這個(gè)時(shí)候發(fā)生，所以本發(fā)明的實(shí)施例是特別有用的；并且確實(shí)認(rèn)可做法是盡可能避免安裝要求為此通信的裝置。本發(fā)明的實(shí)施例反對(duì)這種實(shí)踐并且通過(guò)提供無(wú)線通信來(lái)克服缺點(diǎn)。為了檢索來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)或驅(qū)動(dòng)任何鉆孔工具，一種選擇是部署探針。各種裝置(例如，電纜、平滑器線路導(dǎo)線、連續(xù)油管、管道或任何其他的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件)可被用于部署探針。這樣的探針能夠有選擇地或者額外地適合于發(fā)送信號(hào)。確實(shí)，如果需要，這樣的探針可被部署在管道環(huán)狀物內(nèi)。信號(hào)可以從井口裝置處的通信箱向前發(fā)送。在一實(shí)施例中，無(wú)線信號(hào)可以可選擇地使用設(shè)置在立管上的無(wú)線中繼器在地面設(shè)施和通信箱之間發(fā)送?？蛇x地，聲納信號(hào)可以可選擇地經(jīng)由ROV在通信箱和地面設(shè)施之間發(fā)送(R0V也可以經(jīng)由熱刺連接件(hot-stabconnection)連接到通信箱，以便在ROV和通信箱之間傳遞信號(hào))。對(duì)于某些實(shí)施例，地面設(shè)施可以經(jīng)由衛(wèi)星通信系統(tǒng)與遠(yuǎn)程設(shè)施進(jìn)行通信。在另一實(shí)施例中，通信箱可以通過(guò)電線連接到地面設(shè)施或遠(yuǎn)程設(shè)施。然而優(yōu)選地，通信箱提供有用于與地面設(shè)施進(jìn)行通信的其他的無(wú)線通信選擇。通常地，通信箱具有電池，以使在萬(wàn)一電纜損壞時(shí)該通信箱還能夠工作。地面設(shè)施可以是例如備用的附近生產(chǎn)設(shè)施或者供應(yīng)船或者浮標(biāo)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例還包括衛(wèi)星裝置，該衛(wèi)星裝置包括聲納接收器和衛(wèi)星通信裝置。這樣的實(shí)施例可以與通信箱進(jìn)行通信并且通過(guò)衛(wèi)星向前中轉(zhuǎn)信號(hào)。衛(wèi)星裝置可以設(shè)置在鉆探設(shè)備或者船或者浮標(biāo)上。由于響應(yīng)于由井的頂部上的以前安裝的或者翻新的通信箱所接收到的無(wú)線信號(hào)，本發(fā)明提供了一種用于在災(zāi)難期間之前、期間和之后從海底井口裝置以及井內(nèi)工具和傳感器遠(yuǎn)程采集和記錄井內(nèi)數(shù)據(jù)和井參數(shù)以及將這樣的數(shù)據(jù)和井參數(shù)傳輸?shù)降孛娴姆椒?，因此本發(fā)明的實(shí)施例提供了顯著的效益。對(duì)于某些實(shí)施例，與完井鉆孔(包括所有的管道和套管柱)有關(guān)的數(shù)據(jù)能夠在緊急情況期間獲得。這可以提供有效和有用的信息，并且對(duì)于某些實(shí)施例可以有助于井的操作者充分地評(píng)估災(zāi)難/井噴的原因、井結(jié)構(gòu)在海底和井內(nèi)的情況。這樣的數(shù)量和質(zhì)量信息可以使井的操作者能夠以更安全的和更有效的方式應(yīng)對(duì)該情況，因此試圖減小對(duì)環(huán)境的影響和損害并且試圖防止任何的生命損失。確實(shí)，這可以在即使井已經(jīng)遭受大量的損壞并且控制管線已經(jīng)受損的情況下被實(shí)現(xiàn)。


現(xiàn)在將僅通過(guò)實(shí)例并且結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的井的概略的截面圖；圖2是可用于本發(fā)明的發(fā)送裝置中的電子設(shè)備的示意圖；以及圖3是可用于本發(fā)明的接收裝置中的電子設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了井10，井10包括一系列的套管柱12a、12b、12c和12d以及位于各套管柱和該各套管柱內(nèi)部的管柱之間的相鄰的環(huán)狀物A、B、C、D，鉆柱20設(shè)置在最里面的套管12a的內(nèi)部。正如在現(xiàn)有技術(shù)中是常見(jiàn)的，每個(gè)套管柱比其外側(cè)的相鄰套管柱進(jìn)一步地延伸到井內(nèi)。而且，每個(gè)套管柱的最低部分由于套管柱延伸到其外側(cè)相鄰管柱的下方而在合適位置處粘合。根據(jù)本發(fā)明，傳感器16設(shè)置在粘合部分上方的套管上以及鉆柱20上。此外，其他傳感器(未示出)設(shè)置在井的有管套鉆孔和/或沒(méi)有管套鉆孔內(nèi)的不同點(diǎn)處。傳感器包括發(fā)射器，以將數(shù)據(jù)發(fā)送到BOP 30上的通信箱17。在一可替代的實(shí)施例中，包括聲納收發(fā)器和聲接收器的通信箱或“黑匣子”可以處于井的頂部處的BOP 30和/或井口裝置處?？傊?，傳感器檢測(cè)各種參數(shù)并且發(fā)射器將這些參數(shù)發(fā)送給通信箱，在通信箱中，這些參數(shù)可以例如通過(guò)聲納向前傳輸或者甚至它們可以無(wú)限期地存儲(chǔ)。如果在井附近出現(xiàn)任何問(wèn)題，這樣的數(shù)據(jù)可以被查閱，以便設(shè)法得出該問(wèn)題有關(guān)的信息。聲中繼站22可以設(shè)置在鉆井孔內(nèi)的任何地方(例如，鉆管上以及環(huán)狀物內(nèi)的各點(diǎn)處)，以便中轉(zhuǎn)從井內(nèi)的傳感器所檢索到的聲數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的益處還在于它們排除了對(duì)物理通信機(jī)構(gòu)的唯一依賴。正如可以由2010年墨西哥灣中的災(zāi)難性事件所觀察到的，對(duì)在井中的BOP已經(jīng)出現(xiàn)故障的井的控制可能是極其困難的，并且考慮到碳?xì)浠衔镌诃h(huán)境中的不受控制的泄漏，接踵而至的環(huán)境損害可能發(fā)生。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)有助于當(dāng)這樣的災(zāi)難性事件發(fā)生時(shí)采集重要的井信息，使得災(zāi)難性事件的影響可以更迅速地被減輕并且它們的原因在今后對(duì)于其他的井被處理和學(xué)習(xí)。某些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是:聲信號(hào)可以在不同管柱上下傳播并且可以從一個(gè)管柱移動(dòng)到另一管柱。因此，信號(hào)的線性傳播是不需要的。因此可以丟失直接路線裝置并且信號(hào)仍然可以成功地被間接接收到。信號(hào)還可以與其他的有線的和無(wú)線的通信系統(tǒng)和信號(hào)相結(jié)合，并且不必在聲學(xué)上傳播整個(gè)距離。圖2示出了無(wú)線發(fā)射器裝置250，無(wú)線發(fā)射器裝置250包括由電池(未示出)供電的發(fā)射器(未示出)、換能器(transducer) 240和溫度計(jì)(未示出)。由換能器240所產(chǎn)生的模擬壓力信號(hào)傳到電子模塊241，在電子模塊241中，該模擬壓力信號(hào)被數(shù)字化并且連續(xù)地被編碼，以便使用IHz-1OkHz (優(yōu)選地為IkHz-1OkHz)的合適的載波頻率、利用FSK調(diào)制技術(shù)傳輸該模擬壓力信號(hào)。產(chǎn)生的脈沖載波(bursts of carrier)被施加到磁致伸縮換能器242，磁致伸縮換能器242包括在芯(未示出)周?chē)纬傻木€圈，芯的端部在分隔開(kāi)的位置處被牢固地固定到井孔套管(未示出)上。經(jīng)數(shù)字編碼的數(shù)據(jù)因此被轉(zhuǎn)變成縱向的聲波。本實(shí)施例中的發(fā)射器電子模塊241包括信號(hào)調(diào)理電路244、數(shù)字化和編碼電路245以及電流驅(qū)動(dòng)器246。這些電路的細(xì)節(jié)可以改變并且可以使用其他適當(dāng)?shù)碾娐?。換能器連接到電流驅(qū)動(dòng)器246并且形成在芯247的周?chē)＿m當(dāng)?shù)?，?47是約25mm直徑的層壓的鎳桿。該桿的長(zhǎng)度被選取為適應(yīng)所希望的聲頻。圖3示出了接收裝置361，接收裝置361包括濾波器362和換能器363，濾波器362和換能器363連接到由電池(未示出)供電的電子模塊。濾波器362是經(jīng)調(diào)諧到數(shù)據(jù)載波頻率上的機(jī)械的帶通濾波器，并且起到去除一些可能在其他方面使電子設(shè)備失效的噪聲的作用。換能器363是壓電式元件。濾波器362和換能器363機(jī)械地串聯(lián)聯(lián)接，并且該組合在該組合的端部被牢固地安裝到細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件之一上，例如，管道或套管柱(未示出)上。因此，換能器363提供了代表聲波數(shù)據(jù)信號(hào)的電輸出。還提供了電子濾波器364和365，并且信號(hào)可以通過(guò)任何合適的裝置366被重新發(fā)送或整理(collated)，裝置366通常具有與圖2中所示的配置相似的配置。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行改進(jìn)和修改。雖然具體的實(shí)例涉及海底井(subsea well)，但是其他的實(shí)施例可以被用在所有的近海井或基于陸地的并上。
權(quán)利要求
1.一種井，包括:鉆孔和井口裝置、以及在所述井口裝置處或接近于所述井口裝置的通信箱，所述井包括聯(lián)接到無(wú)線發(fā)射器的多個(gè)傳感器，所述無(wú)線發(fā)射器適合于將來(lái)自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱； 所述傳感器包括至少一個(gè)壓力傳感器； 并且，所述井包括與所述通信箱間隔開(kāi)的第一存儲(chǔ)裝置，所述第一存儲(chǔ)裝置配置為存儲(chǔ)來(lái)自所述傳感器的信息； 其中，所述通信箱包括:適合于接收來(lái)自所述發(fā)射器的信號(hào)的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲(chǔ)從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲(chǔ)裝置中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井，其中，所述通信箱具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受最小50Gs振動(dòng)的耐受性振動(dòng)等級(jí)；可選地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于IOOGs振動(dòng)的耐受性振動(dòng)等級(jí)；并且更可選地，具有在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受大于500Gs振動(dòng)的耐受性振動(dòng)等級(jí)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述發(fā)射器是收發(fā)器的一部分，該收發(fā)器還包括接收器；并且其中，所述通信箱的所述接收器是第二收發(fā)器，該第二收發(fā)器還包括發(fā)射器。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述第一存儲(chǔ)裝置配置為將信息存儲(chǔ)至少一分鐘，優(yōu)選地，將信息存儲(chǔ)至少一天，更優(yōu)選地，將信息存儲(chǔ)至少一年。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述通信箱包括第二存儲(chǔ)裝置，所述第二存儲(chǔ)裝置配置為將信息存儲(chǔ)至 少一分鐘，優(yōu)選地，將信息存儲(chǔ)至少一天，更優(yōu)選地，將信息存儲(chǔ)至少一年。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述發(fā)射器是聲發(fā)射器，并且所述信號(hào)是聲信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的井，其中，所述聲信號(hào)適合于通過(guò)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件和井流體中的至少一個(gè)傳播。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的井，其中，聲通信包括頻移鍵控(FSK)調(diào)制方法和/或相移鍵控(PSK)調(diào)制方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的井，包括通常并入擴(kuò)展頻譜技術(shù)的正交相移鍵控(QPSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述通信箱位于所述井口裝置的50m以內(nèi)，優(yōu)選地位于所述井口裝置的20m以內(nèi)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述通信箱位于地下，即，地面之下超過(guò)2m，可選地，位于地下超過(guò)5m或超過(guò)10m。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述通信箱位于所述鉆孔內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述井口裝置包含所述通信箱。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述傳感器中的至少一個(gè)包括所述第一存儲(chǔ)裝置。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述發(fā)射器配置為實(shí)時(shí)地發(fā)送數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述發(fā)射器配置為發(fā)送歷史數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述鉆孔包含所述傳感器。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述通信箱包含存儲(chǔ)裝置。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，傳感器設(shè)置在障礙物的上方和下方。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的井，其中，所述障礙物是膨脹式封隔器或井栓。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，多個(gè)相同類(lèi)型的傳感器互相間隔開(kāi)地設(shè)置在所述井內(nèi)。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述傳感器包括至少一個(gè)溫度傳感器。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，在套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個(gè)傳感器，并且在生產(chǎn)管道內(nèi)存在至少一個(gè)傳感器。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，在第一套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個(gè)傳感器，并且在第二套管環(huán)狀物內(nèi)存在至少一個(gè)傳感器。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，存在多于兩種不同類(lèi)型的傳感器。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述傳感器直接并入包括所述發(fā)射器的設(shè)備內(nèi)。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述傳感器通過(guò)使用電纜或短程無(wú)線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給所 述無(wú)線發(fā)射器。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述發(fā)射器位于所述井的頂部的下方多達(dá)IOOm處，有時(shí)位于所述井的頂部的下方小于50m處，或者位于所述井的頂部的下方小于20m處。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述井是海底井。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述井包括防噴器。
31.根據(jù)權(quán)利要求1至29中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述井包括樹(shù)狀物。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，所述通信箱包括聲納發(fā)射器。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井，其中，至少一個(gè)傳感器設(shè)置在所述井口裝置處。
34.一種監(jiān)視根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的井的方法，所述方法包括在地面設(shè)施和所述通信箱之間發(fā)送信號(hào)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述信號(hào)經(jīng)由設(shè)置在立管上的無(wú)線中繼器被發(fā)送。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述通信箱包括聲納發(fā)射器，并且所述信號(hào)在所述地面設(shè)施或遙控潛水車(chē)輛和所述通信箱之間通過(guò)聲納被發(fā)送。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，遙控潛水車(chē)輛連接到所述通信箱，并且與所述通信箱經(jīng)由熱刺連接件發(fā)送或接收信號(hào)。
38.根據(jù)權(quán)利要求34至37所述的方法，其中，來(lái)自所述通信箱的信號(hào)被存儲(chǔ)在所述地面設(shè)施處，并且通過(guò)衛(wèi)星通信向前傳輸。
全文摘要
一種井包括鉆孔和井口裝置、以及在所述井口裝置處或接近于所述井口裝置的通信箱，所述井包括聯(lián)接到無(wú)線發(fā)射器的多個(gè)傳感器，所述無(wú)線發(fā)射器適合于將來(lái)自所述傳感器的信息發(fā)送給所述通信箱；所述傳感器包括至少一個(gè)壓力傳感器；并且，所述井包括與所述通信箱間隔開(kāi)的第一存儲(chǔ)裝置，所述第一存儲(chǔ)裝置配置為存儲(chǔ)來(lái)自所述傳感器的信息；其中，所述通信箱包括適合于接收來(lái)自所述發(fā)射器的信號(hào)的接收器、以及適合于發(fā)送和/或存儲(chǔ)從所述發(fā)射器所接收到的數(shù)據(jù)的發(fā)送裝置和第二存儲(chǔ)裝置中的至少一個(gè)。通信箱通常是高度抗震的(在所有軸上在至少5ms內(nèi)承受約50Gs振動(dòng))，并且連同其他可選的特征一起，提供了一種用于尤其在緊急情況之前、期間或之后監(jiān)控井的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)E21B47/12GK103097656SQ201180041083
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者肖·康普頓·羅斯, 萊斯利·大衛(wèi)·賈維斯 申請(qǐng)人:美德龍技術(shù)有限公司