井下纜線張力測量的制作方法
【專利摘要】井下管柱和操作方法，其中井下管柱中的張力被實時監(jiān)測，以使井下管柱中的張力不超過其屈服強度。張力分段與管柱包括在一起，用于監(jiān)測張力，其包括張力分段的殼體中的傳感器。傳感器可為應(yīng)變儀，并且可置于井下管柱的上端附近，以使還可監(jiān)測附接于管柱的纜線中的張力。具有傳感器的殼體的部分變窄用于提高監(jiān)測的靈敏度。
【專利說明】井下纜線張力測量
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請請求享有2013年7月19日提交的共同未決美國臨時專利申請序列第61/859，473號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部公開由此出于所有目的通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體上涉及從地下井孔生產(chǎn)烴，并且具體地涉及纜線上的張力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]井下的一些井孔操作涉及將井下工具配置在纜線或其它運送器件上。典型的井下工具包括射孔槍、測井工具、機械裝置和井下傳感器。測井工具大體上測量井孔周圍的地層性質(zhì)，并且通常使用核磁共振裝置或放射源。聲、輻射、溫度、機械、電、介電、salinty傳感器有時也用于測量地層性質(zhì)，而且具有用于詢問井孔完成努力的應(yīng)用，如，評估將殼附連于井孔壁的水泥的完整性。
[0005]纜線大體上比管路或鉆桿弱，并且易受井孔中的張力分離纏結(jié)或姅住(snagging)。此外，較深的井孔造成了附加困難，因為纜線可在其自身重量下伸展，從而進一步限制了可從井下工具施加到纜線上的張力的量。因此，在將井下工具配置在纜線上時，必須小心，以使施加于纜線的張力不超過其屈服強度。此外，如果施加的張力超過它們的屈服強度，則井下管柱的構(gòu)件如線纜頭、管柱中的連接器部分或管柱的其它元件也可被損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文中公開了張力分段(sub)和用于控制用于配置井下工具管柱的運送器件中的張力的方法的實例。用于在井下管柱中使用的張力分段的實例包括殼體、聯(lián)接于纜線的殼體的端部上的盒端、在盒端的遠側(cè)并且聯(lián)接于井下工具的殼體的端部上的銷端，以及響應(yīng)于殼體中的張力的與殼體聯(lián)接的傳感器。在該實例中，當(dāng)井下工具管柱配置在井下并且纜線處于張力下時，張力傳遞至殼體并且由傳感器感測。在一個實例中，傳感器為應(yīng)變計，但進一步可選地，傳感器設(shè)置在殼體的減小直徑的部分上。電子裝置可以可選地設(shè)在殼體中，用于將由傳感器感測的傳輸至地面，以使可實時監(jiān)測纜線中的張力。張力分段可包括用于選擇性地提供傳感器與地面和井下工具與地面之間的通信的開關(guān)。該實例還包括位于傳感器與開關(guān)之間的通信路徑中的電子裝置。與地面和井下工具的通信可通過殼體。在實施例中，殼體的上端部連接于線纜頭，其中線纜頭附接于纜線。
[0007]用于在井下管柱中使用的張力分段的另一個實例包括殼體，其具有與運送器件聯(lián)接用于在井孔中運送井下管柱的盒端，以及與井下工具聯(lián)接的銷端，以及傳感器，其與殼體接合，并且將對應(yīng)于由傳感器感測的殼體中的張力的信號選擇性地傳輸至地面。電子裝置可包括在殼體中用于將信號傳輸至地面。殼體中的張力可取決于運送器件中的張力。運送器件可為纜線、盤管、鋼絲繩，或它們的組合。在該實例中，傳感器可為應(yīng)變儀，并且置于具有減小的外周的殼體的一部分上。
[0008]井下操作的方法的實例包括:提供張力分段，其具有殼體、盒端、與盒端相對的銷端，以及與殼體聯(lián)接的傳感器;將盒端與纜線聯(lián)接并且將銷端聯(lián)接于井下工具以限定井下管柱;將井下管柱配置在井孔中；以及以傳感器監(jiān)測殼體中的張力并且基于殼體中監(jiān)測的張力估計纜線中的張力。施加到纜線上的張力的量可基于監(jiān)測殼體中的張力的步驟來調(diào)整。調(diào)整施加到纜線上的張力的量可包括通過使流體加壓和將流體栗送到井孔中來控制井孔中的壓力。作為備選，調(diào)整施加到纜線上的張力的量可涉及控制在地面處施加到纜線上的拉力。
【附圖說明】
[0009]已經(jīng)陳述了本發(fā)明的特征和益處中的一些，在描述結(jié)合附圖時進行時，其它特征和益處將變得顯而易見，在該附圖中:
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明的在纜線上并且具有張力分段的井下工具管柱的實例的側(cè)視截面圖。
[0011 ]圖2為圖1的張力分段的實例的立面圖。
[0012]圖3為圖2的張力分段中的構(gòu)件的示意性實例。
[0013]盡管將結(jié)合優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明，但將理解的是，其不旨在將本發(fā)明限于該實施例。相反，其旨在覆蓋如可包括在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有備選方案、改型和等同物。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)在將在下文中參照示出實施例的附圖來更完整地描述本公開的方法及系統(tǒng)。本公開的方法和系統(tǒng)可呈許多不同形式，并且不應(yīng)當(dāng)看作是限于本文中提出的所示實施例；相反，這些實施例提供成以使本公開將為徹底且完整的，并且將其范圍完全傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相似的數(shù)字表示各處相似的元件。在實施例中，用語大約的使用包括引用大小的+/_5% ο
[0015]還將理解的是，本公開的范圍不限于所示和描述的構(gòu)造、操作、準(zhǔn)確材料或?qū)嵤├臏?zhǔn)確細節(jié)，因為改型和等同物將對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言為顯而易見的。在附圖和說明書中，公開了示范性實施例，并且盡管使用了特定用語，但它們僅以普通和描述性意義使用，并且不用于限制的目的。
[0016]圖1以側(cè)視截面圖示出了設(shè)置在井孔12的偏離部分中的工具管柱10的一個實例。井孔12示為形成在地層14中。工具管柱10配置在纜線16上，纜線16示為從設(shè)在井孔12的開口上方且在地面20上的井口組件18延伸到井孔12中。可選的地面卡車22也示為在井口組件18附近的地面22上，并且連接于纜線16的上末端。工具管柱10的上端上的線纜頭24提供工具管柱10與纜線16之間的連接性。連接性包括至纜線16的機械連接，以使工具管柱10可插入到井孔12中并且從井孔12內(nèi)向上拉。通過線纜頭24的連接性還包括通信器件，以使電力、信號、數(shù)據(jù)和任何其它通信可在工具管柱10與纜線16之間傳送，并且因此從工具管柱10到地面20。用于測量張力的張力分段26在工具管柱10中在線纜頭24旁邊，張力分段26因此提供了線纜頭24附近的纜線16中的張力的指示。此外，張力分段26能夠沿纜線16的下末端測量張力。井下工具28示為與張力分段26至線纜頭24的連接相對地連接于張力分段26的端部。井下工具28的實例包括射孔槍、測井工具，以及可在井下配置的任何其它工具。
[0017]張力分段26的實例在圖2中以立面視圖示出，其中張力分段26包括用于覆蓋和保護分段26內(nèi)的構(gòu)件的外殼體30。盒端32示為張力分段26的上端，并且提供至線纜頭24(圖1)的連接，用于在井下工具28與纜線16之間的通信。電子裝置區(qū)段34包括在該實施例中，其包括電子裝置，如，示意性地示出的印刷電路板36。電子裝置區(qū)段34在盒端32附近，在與線纜頭24(圖1)相對的側(cè)部上。在實例中，電子裝置提供了用于張力分段26的通信和控制功能性。傳感器區(qū)段32示為在與盒端32相對的電子裝置區(qū)段34的側(cè)部上在張力分段26中，并且包括傳感器39用于測量纜線16(圖1)中的張力。在所示實施例中，傳感器39示為與殼體30聯(lián)接的應(yīng)變儀40。在該實例中，應(yīng)變儀40感測殼體30中的應(yīng)變，以及因此管柱10和纜線16中的張力。傳感器39可以可選地沿示出具有減小的直徑的殼體41的頸部42定位。使傳感器39沿減小直徑的殼體定位對由傳感器39取得的測量結(jié)果提供靈敏度。存在其中提供多個傳感器39的實例?？蛇x地，傳感器39可位于遠離頸部42的傳感器區(qū)段38的部分中。進一步可選的是包括保護套管(未示出)以防止傳感器39在裝配操作期間施加轉(zhuǎn)矩時破壞。套管還提供了將滑動附于通常用于向下栗送操作中的重錘桿之上。
[0018]銷端44示為與傳感器區(qū)段38至電子裝置區(qū)段34的連接相對地在傳感器區(qū)段38的端部上，并且在與盒端32相對的部分的端部上。連接器銷46示為從銷端44沿軸向突出，用于通過張力分段26提供電力和信號連接性，所以工具管柱10(圖1)的其余部分可與線纜頭24和纜線16通信。
[0019]在其中傳感器39為應(yīng)變儀40的一個實例中，電子裝置區(qū)段34中的電子裝置選擇性地測量應(yīng)變儀40的電阻，其中電阻的測量值可反映應(yīng)變儀40中的張力，以及因此纜線線纜16中的張力?？砂ǜ郊拥碾娮友b置(未示出)，其傳送代表記錄在應(yīng)變儀40中的測量結(jié)果的信號，其中傳送的信號可經(jīng)由纜線16實時發(fā)送至地面20。在一個實例中，包括用以保護機械傳感器免受來自進入井孔之前工具管柱的升降期間的彎曲的損壞的器件。示例性器件為保護套管(未示出)，其還提供了用于附加重錘桿的連接點，該重錘桿在典型地用于向下栗送操作中的纜線線纜之上滑動。
[0020]圖3示意性地示出了張力分段26中的傳感器39、電子裝置36和開關(guān)52之間的示例性連接性。如所示，通信鏈路48提供傳感器39與電子裝置36之間的通信，通信鏈路54提供從開關(guān)52到井下工具28的通信，并且通信鏈路56提供從開關(guān)52到纜線頭24的通信。因此，開關(guān)52可選擇性地提供傳感器39(經(jīng)由電子裝置36)與線纜頭24之間的通信，從而使傳感器39經(jīng)由纜線16與地面20通信。在該實例中，當(dāng)張力分段26起作用并且張力測量由張力分段26進行時，開關(guān)52可選擇性地終止經(jīng)由通信鏈路54至工具管柱10和至張力分段26下方的通信。在操作的另一個實例中，當(dāng)井下工具28在用于穿孔、記錄或其它井下操作的位置時，開關(guān)52可停止電子裝置36與開關(guān)52之間通過通信鏈路50的通信，從而隔離傳感器39與地面20的通信。因此，在該實例中，在井下工具28處于操作中時，張力測量中斷。通信鏈路48,50,54,56的實例包括電線、光纖、無線信號和它們的組合。無線信號可為任何類型的波，如，無線電、紫外線、微波、聲等。
[0021]在實例中，流體(未示出)以壓力源58加壓，并且接著栗送到井孔12中，用于將工具管柱10更深地推入井孔12(圖1)中。如所示，當(dāng)工具管柱10處于井孔12的水平或偏離部分中時，有時需要將推力施加于工具管柱10。在一些情形中，流體可在工具管柱10中施加張力，其傳遞至纜線16，其中張力超過纜線16、線纜頭24或工具管柱10的任何元件中的一個或更多個的屈服強度，從而在纜線16、線纜頭24或工具管柱10中的一個或更多個中產(chǎn)生斷開、分離和/或破裂。如果工具管柱10的全部或部分變?yōu)榕c纜線16分離，則典型地需要打撈作業(yè)來從井孔12取回工具管柱10。如上文所述如由張力分段26提供的工具管柱10中和線纜頭24附近的張力的實時測量可優(yōu)化工具管柱10的向下栗送操作。例如，由于由變化的流體密度、井孔12的偏差的變化和纜線16的伸長引起的對井下條件建模時的困難，故指定的操作壓力可不足以完成操作。井孔12中的不足壓力由上文列出的困難引起，工具管柱10可變?yōu)榭ㄔ诰?2中，或者不在足夠高速率下前進穿過井孔12。作為備選，建模可導(dǎo)致過高壓力下的栗送，從而有纜線16、工具管柱10或纜線頭24的井下故障的風(fēng)險。作為替代，可能的故障的預(yù)期區(qū)域處或安全地在該預(yù)期區(qū)域下方的張力的實時監(jiān)測允許操作者在一定壓力下栗送流體，所以工具管柱10以或接近最大速率移動，而沒有使工具管柱10與纜線16分離的風(fēng)險。此夕卜，通過知道工具管柱10中的張力，操作者可不但進行流體壓力的調(diào)整，而且進行流率和/或流體性質(zhì)的調(diào)整，如，纜線16的密度和速度?？蛇x地，拉力的量可受控，其從與地面卡車22相關(guān)聯(lián)的卷軸(未示出)施加到纜線16上;其中對力的控制的量基于殼體20(圖2)和因此纜線16中監(jiān)測的張力調(diào)節(jié)。
[0022]因此，本文中所述的本發(fā)明良好適于執(zhí)行目的，并且達到提到的目標(biāo)和優(yōu)點，以及本文中固有的其它目標(biāo)和優(yōu)點。盡管本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實施例出于公開的目的給出，但許多變化存在于程序的細節(jié)中用于實現(xiàn)期望的結(jié)果。例如，替代纜線16，盤管或鋼絲繩可用作運送器件用于將井下管柱10配置在井孔12內(nèi)。此外，由于公開的張力分段的實施例充分穩(wěn)健，故相關(guān)聯(lián)的井下管柱10可與爆炸裝置一起運行，包括插頭、封隔器、切斷工具和射孔槍。這些和其它類似改型將容易將自身建議給本領(lǐng)域技術(shù)人員，并且旨在包含在本文中公開的本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于在井下管柱中使用的張力分段，包括: 殼體； 聯(lián)接于纜線的所述殼體的端部上的盒端； 所述殼體的端部上的銷端，其在所述盒端遠側(cè)并且聯(lián)接于井下工具；以及 與所述殼體聯(lián)接的傳感器，其響應(yīng)于所述殼體中的張力，以使在所述井下管柱配置在井下中并且所述纜線處于張力下時，所述張力傳遞至所述殼體并且由所述傳感器感測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力分段，其特征在于，所述傳感器包括應(yīng)變計。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力分段，其特征在于，所述傳感器設(shè)置在所述殼體的減小直徑部分上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力分段，其特征在于，所述張力分段還包括所述殼體中的電子裝置，用于將由所述傳感器感測的傳輸至地面，以使所述纜線中的張力可被實時監(jiān)測。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力分段，其特征在于，所述張力分段還包括用于選擇性地提供所述傳感器與地面之間和所述井下工具與地面之間的通信的開關(guān)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的張力分段，其特征在于，所述張力分段還包括所述傳感器與所述開關(guān)之間的通信路徑中的電子裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力分段，其特征在于，與地面和所述井下工具的通信通過所述殼體。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的張力分段，其特征在于，所述殼體的上端連接于線纜頭，其中所述線纜頭附接于所述纜線。9.一種用于在井下管柱中使用的張力分段，包括: 殼體，其具有與運送器件聯(lián)接用于在井孔中運送所述井下管柱的盒端，以及與井下工具聯(lián)接的銷端；以及 傳感器，其與所述殼體接合，并且將對應(yīng)于由所述傳感器感測的所述殼體中的張力的信號選擇性地傳輸至地面。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的張力分段，其特征在于，所述張力分段還包括用于將所述信號傳輸至地面的所述殼體中的電子裝置。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的張力分段，其特征在于，所述殼體中的所述張力取決于所述運送器件中的張力。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的張力分段，其特征在于，所述運送器件包括選自由纜線、盤管、鋼絲繩和它們的組合構(gòu)成的組的元件。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的張力分段，其特征在于，所述傳感器包括應(yīng)變儀，并且其中所述應(yīng)變儀置于具有減小外周的所述殼體的一部分上。14.一種井下操作的方法，包括: 提供張力分段，其具有殼體、盒端、與所述盒端相對的銷端，以及與所述殼體聯(lián)接的傳感器； 將所述盒端與纜線聯(lián)接并且將所述銷端聯(lián)接于井下工具來限定井下管柱； 將所述井下管柱配置在井孔中；以及 以所述傳感器監(jiān)測所述殼體中的張力并且基于所述殼體中監(jiān)測的所述張力估計所述纜線中的張力。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于監(jiān)測所述殼體中的張力的步驟調(diào)整施加到所述纜線上的張力的量。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，調(diào)整施加到所述纜線上的張力的量的所述步驟包括通過使流體加壓和將所述流體栗送到所述井孔中來控制所述井孔中的壓力。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，調(diào)整施加到所述纜線上的張力的量的所述步驟包括控制在地面處施加到所述纜線上的拉力。
【文檔編號】E21B47/007GK105899758SQ201480043348
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年7月28日
【發(fā)明人】J·E·斯馬迪克, J·P·瓊斯, R·沃勒, P·豐特諾, C·布朗
【申請人】通用電氣石油和天然氣測井服務(wù)公司