CN105264172B - 具有光纤的井下钻探最优化钻环 - Google Patents

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Abstract

一种用于邻近井筒内的钻探工具的钻探最优化钻环，其包括被设定尺寸并被配置来装配在凹槽内的光纤传感器长丝，所述凹槽被形成在所述钻探最优化钻环内。所述钻探最优化钻环可以是被设定尺寸并被配置来安装在邻近所述钻探工具的钻柱中的管段，并且可具有多个传感器元件。所述传感器元件的所有或部分可由所述传感器长丝的离散段形成，并因此，所述传感器长丝包括被配置来感应井筒状态以及所述钻探最优化钻环上的负载的传感器元件。

Description

具有光纤的井下钻探最优化钻环
技术领域
本公开总体涉及一种具有集成光纤传感器以便收集关于钻探状态的信息的井下钻探最优化钻环。
背景技术
井在各种深度被钻探以便获取和开采石油、天然气、矿物、以及来自地下地质地层的其他天然生成的沉积物。井的钻探通常利用钻头完成，所述钻头在井内旋转以便通过去除表层土、沙、泥土、石灰石、方解石、石灰岩或其他材料来推进所述井。钻头通常被附接至钻柱，所述钻柱可被旋转以便驱动钻头并且在其中被称为“钻探泥浆”或“泥浆”的钻井液可在井下被传递。钻探泥浆被用来冷却并润滑钻头以及井下装备并且还可被用来将任何岩石碎块或其他岩屑传送至井的地面。
在井被建立后，通常有用的是获取关于井、井通过的地质地层以及邻近钻头的井筒内的状态的信息，包括关于钻柱自身的信息。通常使用耦接至钻柱或者与钻柱集成在一起的工具来执行此类型的信息收集。“随钻测量 (MWD)”工艺使用测量工具来确定地层和井筒温度及压力，以及钻头的轨迹。“随钻测井(LWD)”工艺使用多种工具来确定如渗透性、多孔性、电阻率以及其他特性的另外地层特性。
在一些实例中，如钻环工具之类的工具可被安装在邻接或邻近钻头的钻柱中以便获取关于邻近钻头的操作状态的测量。钻环工具可收集测量值，这些测量值被提供给钻探操作员且例如涉及将能量从地面转移至钻头。从 MWD和LWD测量值获取的此类型的信息允许操作员更好地理解和控制正在进行的钻探操作。
附图说明
图1示出一井的示意图，该井中设有根据本发明说明性实施方案的用于测量和监测邻近钻头的状态的系统，该系统被部署在MWD组件中；
图2示出具有环绕钻探最优化钻环的外表面延伸并容纳光纤传感器长丝的环槽的钻探最优钻环的前视等距图；
图3示出具有环绕钻探最优化钻环的内表面延伸并容纳第二光纤传感器长丝的第二环槽的钻探最优钻环的前视等距图；
图4示出具有环绕钻探最优化钻环的外表面延伸从第一环槽轴向偏转的第二环槽的钻探最优化钻环的前视等距图；并且
图5示出钻探最优化钻环的圆周的示意图，包括不同的传感器元件的位置。
具体实施方式
在以下说明性实施方案的具体实施方式中，参考形成其一部分的附图。对这些实施方案的描述足够详细以使得本领域技术人员能够实施本发明，并且应理解，可利用其他实施方案并在不背离本发明的精神或范围的情况下，可进行逻辑结构、机械、电子和化学方面的改变。为了避免本领域技术人员能够实施本文描述的实施方案不需要的细节，本描述可能省略本领域技术人员已知的特定信息。因此，以下具体实施方式不具有限制性意义，并且说明性实施方案的范围仅由所附权利要求书限定。
除了测量和记录井筒内的地层性能之外，可能还希望收集关于钻柱中的工具的状态的信息。例如，钻探最优化钻环可被包括在钻柱中以便收集在钻头处或非常接近钻头处经历的重量、扭矩以及弯矩的实时测量值。此类测量值可帮助优化钻探参数，以使性能最大化并使钻探期间的浪费的能量传递和振动最小化。钻探最优化钻环可包括用以提供重量、以及弯矩值的多个传感器并且还可包括取得并传递关于在钻柱中经历的扭矩振动的全套振动测量值或者在特定传感器位置处经历的局部振动测量值的振动传感器。
以下公开中描述的说明性实施方案涉及井筒的测量以及邻近钻头或者钻柱中的其他地方的钻柱特性。所述说明性实施方案包括可与用于评估并优化钻探过程的各种技术中的任一种一起使用的测量和取样工具，所述钻探过程包括例如随钻测量(MWD)以及随钻测井(LWD)。
参考图1，在井102中使用根据本发明的说明性实施方案的具有包括钻探最优化组件170的钻柱120的钻探最优化系统100。井102具有从井102 的地面108延伸至或穿过地下地层112的井筒104。井102在图1中被示出为处在岸上，其中钻探最优化系统100被部署在井102中。图1示出钻探操作期间钻探最优化系统100的一种可能的应用。尽管钻探最优化系统100的以下描述主要集中在钻探最优化系统100在地下地层112中的应用，但钻探最优化系统100可被另外用在由固定或浮式平台获取的水下钻井构造以及具有不同几何结构的井102构造。
在图1中，井102由钻探过程形成，其中钻头116由从钻头116延伸至井102的地面108的钻柱120转动。钻柱120可由不同或类似横截面的一个或多个连接的管道或管组成。钻柱120可以指为单个部件的管或管道的集合，或者指包括柱的单个管或管道。术语钻柱120不意图在本质上进行限制并且可指能够将旋转能量从井102的地面108转移至钻头116的任何部件或多个部件。在若干实施方案中，钻柱120可包括纵向地设置在钻柱120并且能够允许井102的地面108与井下位置之间的流体连通的中心通道。
位于或邻近井102的地面108，钻柱120可包括或耦接至方钻杆128。方钻杆128可具有方形、六边形或八边形的横截面。方钻杆128在一端被连接至钻柱120并且在相反的端被连接至旋转接头132。方钻杆128移动通过旋转台136，所述旋转台136能够旋转方钻杆128以及因此钻柱120的剩余部分和钻头116。旋转接头132允许方钻杆128在没有施加至旋转接头132 的旋转移动的情况下旋转。挂钩138、电缆142、游车(未示出)以及升降机(未示出)被提供来升起或降低钻头116、钻柱120、方钻杆128以及旋转接头132。方钻杆128和接头132根据需要可被升起或者降低以便随着钻头116推进而增加管道的另外部分至钻柱120，或者如果从井102去除钻柱 120和钻头116是所需要的，则从钻柱120去除管道的部分。
如本文所引用的，“耦接”通常指两个(或者更多个)物体被接合、连接、紧固、链接或者以其他方式彼此相关联。本公开提出多种类型的更好地耦接物体的耦接器，包括机械耦接器、流体耦接器、光学耦接器、电子连接器以及通信耦接器。两个物体在被例如焊接件、粘结剂这样的机械耦接器连接时、或者被包括例如螺栓和接头之类的机械紧固件在内的任何其他类型物理耦接器连接时，可被理解为是被机械地耦接了。短语“流体地耦接”“流体地连接”以及“流体连通”是指关于流体以及与这些流体相关联的对应的流动或压力的耦接、连接或者连通的一种形式。参考两个部件之间的流体耦接、连接或连通描述以流体可在所述部件之间或之中流动的方式被关联的部件。类似地，如果光学连接在两个部件之间被建立以便传输光学信号，所述两个部件就被称为光学地耦接；如果导电连接在两个部件之间被建立以便传输电信号或电位，所述两个部件就被称为电耦接；以及如果通信通道在两个部件之间被建立以便利于通过例如有线或无线通信协议的通信的交换，所述两个部件就被称为通信地耦接。
贮水池144被定位在地面108并且在钻探操作期间容纳用于传递至井 102的钻探泥浆148。供应线152在贮水池144与钻柱120的内通道之间被流体地耦接。泵156在钻探期间驱动流体通过供应线152以及井下以便润滑钻头116并且从钻探过程携带岩屑返回地面108。在井下移动之后，钻探泥浆148经由在钻柱120与井筒104之间形成的环返回至地面108。在地面108，钻探泥浆148通过返回线164被返回至贮水池144。钻探泥浆148在再循环通过井102之前可被过滤或者以其他方式被处理。
如在图1中所示，钻探最优化组件114可被定位邻接钻头116以便测量、处理并通信关于接近钻头116的井筒104状态的数据以便测量或估计钻头 116经历的力和偏转。如本文所引用的，接近钻头116的井筒104状态以及钻头116经历的力和偏转可被统称为“邻近钻头状态”。邻近钻头状态还可包括钻环的轴向偏转、径向偏转、弯曲以及扭转偏转。邻近钻头状态的知识可使得钻探操作员能够防止与钻头116和钻柱120相关联的元件的故障。邻近钻头状态的突然变化可指示操作员将希望在继续钻探之间解决的多个问题。例如，特定邻近钻头状态的突然增加，如钻头116的偏转，可指示钻头 116或钻柱120有发生故障的高风险。
邻近钻头状态的测量还可指示钻探期间通常被追踪的其他数据，如钻压以及钻头扭矩。此处，钻压是沿着钻柱120从钻头116被施加至井筒106的底部的轴向力的测量值。钻头扭矩是邻接钻头116经历的扭矩的测量值，并指示在钻头116的圆周邻接井筒106处施加的切向力。钻探操作员还可希望了解井筒106内邻接钻头116的状态，如压力和温度。此类测量还可使用钻探最优化组件114被收集。注意在图1的实施方案中，钻探最优化组件114 被示出为邻接钻头116安装的监测邻近钻头状态的钻探最优化钻环。在另一个实施方案中，然而，钻探最优化组件114可被安装在钻柱120中的其他位置以便提供关于钻柱120内的此类其他位置的数据。
在一些实施方案中，钻探最优化组件114可包括由螺纹、耦接器、焊接件或其他装置被彼此耦接的多个部件。在图1示出的说明性实施方案中，钻探最优化组件114包括收发器单元172、动力单元174以及传感器单元170。如本文所描述的，钻探最优化组件114的元件可被集成至被安装在钻柱120 中邻接钻头116的钻探最优化钻环。钻探最优化组件114的每个部件可包括如处理器设备、存储器设备、数据存储设备以及通信设备的控制电子设备，或者钻探最优化组件114可包括与单个部件的一个或多个通信并控制其的集中控制件。
收发器单元172能够与地面控制器184或者位于或邻近井102的地面 108的类似装备通信。如果钻柱120是有线的，则收发器单元172和地面控制器184之间的通信可以是有线的。另外，收发器单元172和地面控制器184 可使用泥浆脉冲遥测、电磁遥测或任何其他适合的通信方法无线通信。通过收发器单元172传输的数据可包括由钻探最优化组件114测量到的无限制传感器数据或其他信息，包括指示邻近钻头状态的数据。地面控制器184可包括处理设备、存储器设备、数据存储设备、通信设备以及用户输入/输出设备。地面控制器184可数据将如引导钻探最优化组件114的各种部件的控制数据的数据通信至收发器单元172。
动力单元174可由循环穿过井102的流体或者在井下、闭环液压回路中循环或加压的流体被液动增压。或者，单元174可以是电动力单元、电机械动力单元、气动动力单元或者能够利用用于转移至动力设备的能量的任意其他类型的动力单元。动力单元174可提供动力至与钻探最优化组件114相关联的部件的一个或多个，或一个或多个其他井下设备。传感器单元170还可从动力单元174接收动力并且可包含下文参考图2描述类型的传感器。
现在参考图2，钻探最优化组件的一个实施方案被示出为钻探最优化钻环200，所述钻探最优化钻环是钻柱的段。钻探最优化钻环200可由管段202 或者管段202的元件形成，如半圆柱体，所述半圆柱体可被铰链或者紧固在一起以便在钻柱的其他元件已经被安装之后将管段202定位在钻柱的外表面周围作为改装。管段202，或者形成管段202的元件，可由钛合金、不锈钢合金或任何其他合适的材料形成。管段202可被安装在钻柱的邻接钻头的段上，如以上参考图1所描述的。如在附图中所示出的，电子壳体隔室208容纳电子设备，包括控制单元210，并且一个或多个凹槽204周向围绕管段202 以如实例所示出的方式振荡或波形路径被形成。凹槽204可使用车床或者任何适合类型的机器被加工成管段202的外壁。
注意尽管振荡路径被示出，但凹槽204可被形成具有任何其他合适的路径。例如，凹槽204可具有直线或者线状路径、方形波路径、螺旋状路径或者定做的路径以便容纳位于邻近钻头的其他关键位置的传感器元件220。一个或多个凹槽204容纳可被用来检测邻近钻头状态的一个或多个光纤传感器长丝206。传感器长丝206被光学地且通信地耦接至控制单元210，其中一个或多个凹槽204相交或以其他方式连接至电子壳体隔室208。
因为油井的钻探被延伸至更深的深度和苛刻的环境，邻近钻头状态的观察可能变得更加有用于钻探最优化。现有工具被操作温度、它们工作的扭转范围、生产成本以及可靠性限制。因此，根据一个说明性实施方案，传感器长丝206被配置来具有感应能力，包括在温度和扭转范围的大范围上感应应力、温度以及压力的能力，并且出于多种原因可被经济地制造。例如，与其他类型的传感器相比，如由复杂金属电路元件形成的抵抗性和电容性应变仪，由传感器长丝206的段形成的传感器可占据更少的空间并且使用更少的电连接同时仍提供高数量的应变感应位置,因为传感器长丝206的不同段可形成单独光纤传感器或者传感器元件220。
传感器长丝206可被光学地且通信地耦接至控制单元210以便接收和传输光纤信号。控制单元210包括光传感器并因此可操作来在传感器长丝206 接合控制单元210处的点与传感器长丝206中的反射元件之间测量传感器长丝206的反射率中的变化。反射元件之间的传感器长丝206的每个段可形成传感器元件220。可以是例如布拉格光栅的此类传感器元件220在图2中被示意性地示出。如本文所引用的，布拉格光栅是如传感器长丝206的光学长丝的段，具有反射光的特定波长同时传输所有其他光的分布式反射器。通过构造具有多个布拉格光栅的传感器长丝206，各自对应于光的不同波长，传感器长丝206可同时传输波长多路复用的测量信号。其每个可对应于布拉格光栅的传感器元件220可被配置来对应力和温度灵敏导致传感器元件220响应于应力和温度的变化而经受其发射率的变化。
如上所述，每个传感器元件220可仅反射特定的波长，或者光的波长的跨段，并且通过改变每个反射元件的反射波长，单个传感器长丝206可被形成来包括多个光纤传感器，其中反射元件或布拉格光栅与控制单元210之间的传感器长丝206的每个跨段可起到单个传感器的作用。
例如，具有布拉格光栅的传感器元件220的波长中的相对转变可指示传感器元件220经受的温度和应力的变化。因此，传感器元件220可被用来测量温度和压力的变化，可围绕管段202定位以便经历最小的变形同时被用来测量变形或应力的变化的传感器元件220可定位在温度相对于基线温度的差已知的位置处。
类似地，钻探最优化钻环200上的不同点的压力和物理变形可通过将传感器元件220固定于钻探最优化钻环200上的不同点来确定。随着位于钻探最优化钻环200上的点发生变形，应力将在传感器元件220上被诱发，所述传感器元件220位于那一点并且应力的检测可被用来确定钻探最优化钻环 200经历的总体偏转。此类确定可提供在钻头经历的类似的力的估计或者近似测量。还应注意，位于钻探最优化钻环的外围上面的传感器元件220还可被用来确定井筒或钻柱中的压力的变化。因为压力的变化将导致被施加到钻柱的压缩负载的变化，一致地或近似一致地围绕钻探最优化钻环200的圆周经历的变形的量可被用来通过平衡钻柱内的已知压力和从钻柱被施加至钻探最优化钻环200的内表面的相应的力来确定井筒中的压力。
可包括监测每个传感器元件220之间的传感器长丝206的反射率的变化的光学信号的解释实现关于钻头的偏转和钻探最优化钻环200的应力的测量的确定，这还可指示钻压和钻头扭矩。
使用单个传感器长丝206作为多个传感器的能力相比于如抵抗性应变仪的其他类型的传感器元件220是有优势的，这将是相对脆弱的并且需要过多数量的电连接。传感器元件220相比于抵抗性、电容性或其他有线传感器的其他优势为光线材料对高温和高压具有更大的抵抗性，从而允许传感器长丝 206沿着或者非常接近于钻探最优化钻环200的外表面传送。将传感器长丝 206暴露于井筒使另外的测量能够精确地进行，如邻近钻头的压力和温度。
根据一个说明性实施方案，单个传感器长丝206内的多个传感器元件220 被用来测量邻近钻头状态，如钻头扭矩、钻压以及其他状态。钻探最优化钻环200可以以高精度被形成，使得凹槽204容纳传感器长丝206并沿着路径定向传感器长丝206此外实现同时对钻头扭矩以及钻压的测量。为了检测其他邻近钻头状态，可使用具有对如温度和压力的特定环境变化具有灵敏度的特殊处理的纤维。还应注意，传感器元件220可围绕钻探最优化钻环200被间隔开以便提供测量的多个点，从而提供冗余测量并增加测量数据的可靠性。
根据一个说明性实施方案，控制单元210将光学信号供应至光学传感器长丝206，所述光学传感器长丝206围绕管段202的外围延伸穿过凹槽204。在一个实施方案中，控制单元210被通信地耦接至地面控制器或另一个地面位置以便将测量到的数据传输至钻探操作员。传感器长丝206内的传感器元件220可生成关于邻近钻头状态的信号。所述信号可使用复用技术沿着传感器长丝206被复用，如波分复用或时分复用。如在图2中示出的，传感器元件220在单个传感器长丝206内形成使得每个传感器元件220被串联连接。在其他实施方案中，多个传感器长丝206可被平行地施加至管段202，并且每个传感器长丝206可仅包括单个传感器元件220。
在一个实施方案中，由控制单元210取得的测量值被传输至地面控制器以便优化钻探过程。如本文所描述的，控制单元210和传感器长丝206可操作为确定关于由钻头所经历的变形和力的邻近钻头状态和靠近钻头的井筒状态的多个传感器元件220或多个传感器。控制单元210可使用有线通信、泥浆脉冲遥测、电磁遥测或另一种合适的通信方法来将测量值传输至地面控制器。地面控制器可分析从控制单元210接收到的测量值以便告知关于钻柱操作的决定。例如，测量值可被用来优化井筒内的钻柱的操作。此类优化的方法可包括改变钻头的操作的速度，改变钻柱的方向或路径，以较快的速率将钻探泥浆供应至钻头以便冷却所述钻头，以较慢的速率将钻探泥浆供应至钻头以便保存钻探泥浆，或者暂时地停止钻探操作。
图3-5示出类似于参考图2描述的钻探最优化钻环的另外的实施方案。在一个实施方案中，钻探最优化钻环可希望包括第一传感器长丝306和第二传感器长丝307，如在图3中示出的。在这样的一个实施方案中，第一凹槽 304可容纳位于管段302的外表面的第一传感器长丝306并且第二传感器长丝307可被嵌入通道如第二凹槽305中，所述第二凹槽305围绕钻探最优化钻环300的管段302沿着管段302的内表面形成。在这样的一个实施方案中，驻留在第二凹槽305的第二传感器长丝307被更好地定位以便测量钻探最优化钻环300的变形，因为它可与井筒的变化的外部状态绝缘，而第一传感器长丝306因此可被更好地定位以便进行关于邻近所述钻头的井筒状态的测量。
图4示出具有形成在管段402的外壁内的第一凹槽404和第二凹槽405 的钻探最优化钻环400的实施方案。第一凹槽404和第二凹槽405沿着管段 402的轴彼此轴向地偏转。在这样的一个实施方案中，第一传感器长丝406 和第二传感器长丝407类似地彼此偏转。因此，使用第一传感器长丝406和第二传感器长丝407得到的测量值可提供第二参考点，这可供应关于指示由钻探最优化钻环400经历的变形的测量的一定程度的冗余。注意尽管第一凹槽404、第二凹槽405、第一传感器长丝406和第二传感器长丝407在下文被示出为围绕钻柱的圆周的振荡路径，但其他合适的路径也可代替振荡路径被实现，包括例如，直线路径、圆形路径、或将传感器长丝集中在操作员希望测量的钻探最优化钻环400的部分的路径。在每种情况下，所述路径可被配置来使第一传感器长丝406和第二传感器长丝能够提供钻探最优化钻环 400和井管的拉伸、扭转和其他变形的测量值。
图5示出具有被包括在传感器长丝506内的多个传感器元件的钻探最优化钻环400的示意性表示，所述传感器长丝506围绕钻探最优化钻环500的圆周安装在凹槽504内。此处，第一传感器元件532包括传感器长丝506的第一部分以及第一布拉格反射器520；第二传感器元件534包括传感器长丝 506的第二部分以及第二布拉格反射器522；第三传感器元件536包括传感器长丝506的第三部分以及第三布拉格反射器524；第四传感器元件538包括传感器长丝506的第四部分以及第四布拉格反射器526；第五传感器元件 540包括传感器长丝506的第五部分以及第五布拉格反射器528；第六传感器元件542包括传感器长丝506的第六部分以及第六布拉格反射器530。在一个实施方案中，24个传感器元件可被包括在传感器长丝506内。注意尽管如布拉格反射器520-530所限定的每个传感器元件的起始点和结束点被示出为以规则的间隔被间隔开，但布拉格反射器的位置仅是说明性的并且布拉格反射器可替代地以不规则的间隔被间隔开或者位于最优化钻探最优化钻环 500的能力以便提供关于钻探最优化钻环500的变形和井筒状态的精确测量的位置。例如，第一传感器元件532和第一布拉格反射器520可位于钻探最优化钻环500与第四传感器元件538和第四拉格反射器526相反的侧上以便提供关于由钻头经历的弯曲或扭转变形的冗余测量值。类似地，第二传感器元件534和第二布拉格反射器522可被定位成尽可能接近所述钻头以便提供邻近钻头井筒状态的精确测量值。每个传感器元件也可被定位来提供关于邻近钻头状态的单独测量值。例如，传感器元件可被提供并被最优化以便测量轴向偏转、弯矩、径向偏转、扭转偏转、压力和/或温度。
在一个实施方案中，被用来形成传感器长丝和布拉格光栅的材料和制造过程可取决于感应光纤的复杂性，并可被选择来提供传感器长丝，所述传感器长丝提供单个光纤长丝被用来提供来自多个位置的测量值的任何基于光纤的系统中的测量值。
考虑到前文的详细描述，注意，根据一个说明性实施方案，用于邻近井筒内的钻探工具的钻探最优化钻环包括被设定尺寸并被配置来安装在邻近所述钻探工具的钻柱中的管段。凹槽被形成在管段的外表面内，并且可形成围绕管段的圆周的振荡路径。所述钻环还包括被设定尺寸并被配置来装配在驻留在其中的凹槽内的传感器长丝。所述传感器长丝包括多个传感器元件，其中每个传感器元件包括光纤长丝的段。所述传感器长丝被配置来感应井筒的状态以及钻探最优化钻环上的负载。传感器元件可串联或平行布置，并且可被反射器或反射元件分离。此外，每个传感器元件可以是包括感应和反射能力的布拉格光栅。在一个实施方案中，传感器元件包括轴向偏转传感器、弯矩传感器、径向偏转传感器、扭转偏转传感器、压力传感器以及温度传感器。邻接所述凹槽，管段还可包括电子底架隔室，并且传感器控制单元可驻留在所述电子底架隔室内并可通信地耦接至传感器长丝。
根据另一说明性实施方案，一种用于从井筒收集信息的系统包括可操作来控制钻柱的操作参数的地面控制器。钻柱具有钻探工具和邻近所述钻探工具的钻探最优化钻环。钻探最优化钻环还包括传感器，所述传感器包括传感器长丝和控制单元。控制单元通信地耦接至传感器元件和地面控制器，并且包括收发器和光学地耦接至传感器长丝的光源。钻探最优化钻环还包括电耦接至控制单元和光源元件的动力源。传感器长丝围绕钻探最优化钻环设置，并且传感器长丝的反射率被配置来在井筒的一个或多个状态变化时变化。控制单元可操作来测量传感器长丝的反射率并检测传感器长丝的反射率中的变化。在所述实施方案中，传感器长丝被设置在凹槽内，所述凹槽横跨钻探最优化钻环的圆周，并且传感器长丝包括围绕钻探最优化钻环的圆周布置以感应多个感应的参数的多个传感器元件。所述多个传感器元件中的每个传感器元件可被串联布置并通过中间反射器(如布拉格光栅)与邻接的传感器元件分离。第一传感器元件可被配置来提供指示井筒的测量值并且第二传感器元件可被配置来提供指示钻探最优化钻环的偏转的测量值。注意在一个实施方案中，凹槽的第一部分可被形成在钻探最优化钻环的内表面内并且凹槽的第二部分可被形成在钻探最优化钻环的外表面内。在这样一个实施方案中，第一传感器元件可被设置在凹槽的第一部分内，第二传感器元件可被设置在凹槽的第二部分内，并且布拉格光栅可被设置在第一传感器元件与第二传感器元件之间。
根据另一说明性实施方案，一种用于监测邻近钻探工具的环境状态的方法包括将钻探最优化钻环安装在邻近所述钻探工具的钻柱上。钻探最优化钻环具有传感器元件和控制单元，并且钻探最优化钻环传感器元件包括传感器长丝和反射器。控制单元通信地耦接至传感器元件并包括收发器和光源。钻探最优化钻环还包括光测量设备，并且光源和光测量设备光学地耦接至传感器长丝。控制单元可操作来测量传感器长丝的反射率并检测传感器长丝的反射率中的变化。所述方法还包括将动力源耦接至控制单元，使用控制单元来致动光源，以及确定传感器长丝的反射率。此外，所述方法包括基于传感器长丝的反射率确定井筒状态，以及将指示所确定的井筒状态的值通信至地面控制器。根据所述方法，传感器长丝可被设置在钻探最优化钻环的凹槽内并且可包括围绕钻探最优化钻环的圆周布置并被布拉格光栅分离的多个传感器元件。所述方法还可包括确定多个传感器元件的每个的反射率，基于所述多个传感器元件中的至少一个传感器元件的反射率确定钻探最优化钻环的变形，以及基于所述多个传感器元件中的至少一个传感器元件的反射率确定一个或多个井筒状态。在一个实施方案中，所述多个传感器元件的第一个可被配置来提供指示井筒状态的测量值并且所述多个传感器元件的第二个可被配置来提供指示钻探最优化钻环的偏转的测量值。被测量的钻探最优化钻环的偏转类型可以是扭转偏转、弯曲、轴向偏转或径向偏转。此外，指示井筒状态的测量值可以是温度测量值或压力测量值。所述方法还可包括响应于所确定的井筒状态以及钻探最优化钻环的偏转调整钻探参数。
尽管仅一些具体实例被提供用于可被采用来测量钻柱或邻近钻头的钻环的偏转的系统，但注意说明性钻探最优化钻环和传感器构造的上述任何组合实施方案适合于用于本文描述的系统和方法。
可使用以下实施例来描述钻探最优化钻环和相关的系统及方法：
实例1.一种邻近井筒内的钻探工具使用的钻探最优化钻环，所述钻探最优化钻环包括：
管段，其被设定尺寸并被配置来安装在邻近所述钻探工具的钻柱中；
凹槽，其被形成在所述管段的外壁内；以及
光纤传感器长丝，其被设定尺寸并被配置来装配在所述凹槽内并具有多个传感器元件，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件包括所述传感器长丝的段；
其中所述传感器长丝被配置来感应所述井筒的状态以及所述钻探最优化钻环上的负载。
实例2.根据实例1所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件被串联布置。
实例3.根据实例1和2所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件包括反射器。
实例4.根据实例1和2所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件包括布拉格光栅。
实例5.根据实例1-4所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件包括：
轴向偏转传感器；
弯矩传感器；
径向偏转传感器；
扭转偏转传感器；
压力传感器；以及
温度传感器。
实例6.根据实例1-5所述的钻探最优化钻环，其中所述凹槽形成围绕所述管段的圆周的振荡路径。
实例7.根据实例1-6所述的钻探最优化钻环，其中所述管段还包括电子底架隔室，并且其中所述钻探最优化钻环还包括设置在所述电子底架隔室内并耦接至所述传感器长丝的传感器控制单元。
实例8.一种用于从井筒收集信息的系统，所述系统包括：
地面控制器，其可操作来控制所述钻柱的操作参数，所述钻柱具有钻探工具和邻近所述钻探工具的钻探最优化钻环，所述钻探最优化钻环具有钻环传感器、控制单元、动力源以及光源，其中：
所述钻环传感器包括传感器长丝，
所述控制单元被通信地耦接至所述传感器长丝以及所述地面控制器，
所述光源通信地耦接至所述光源并且被光学地耦接至所述传感器长丝，
所述动力源电耦接至所述控制单元和所述光源，
所述传感器长丝围绕所述钻探最优化钻环的外围设置，并且其中所述传感器长丝的反射率被配置来在井筒的一个或多个状态变化时变化，并且
所述控制单元包括测量所述传感器长丝的反射率并检测所述传感器长丝的反射率中的变化的光传感器。
实例9.根据实例8所述的系统，其中所述传感器长丝被设置在凹槽内，所述凹槽被形成在所述钻探最优化钻环的外表面内，并且所述传感器长丝包括围绕所述钻探最优化钻环的圆周布置以感应多个被感应的参数的多个传感器元件。
实例10.根据实例8和9所述的系统，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件被串联布置并通过中间反射器与邻接的传感器元件分离。
实例11.根据实例8和9所述的系统，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件被串联布置并通过中间布拉格光栅与邻接的传感器元件分离，并且其中第一传感器元件被配置来提供指示所述井筒的测量值并且其中第二传感器元件被配置来提供指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值。
实例12.根据实例8-11所述的系统，其中所述控制单元可操作来将指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值通信至所述地面控制器，并且其中地面控制器可操作来响应于接收测量值来调整所述钻柱的所述操作。
实例13.根据实例8-12所述的系统，其中所述钻探最优化钻环包括被形成在所述钻探最优化钻环内的第一凹槽，并且其中所述传感器长丝被设置在所述第一凹槽内。
实例14.根据实例13所述的系统，其中所述第一凹槽被形成在所述钻探最优化钻环的内表面内，第二凹槽被形成在所述钻探最优化钻环的外表面内，并且第二长丝被设置在所述第二凹槽内。
实例15.一种用于使用钻探最优化钻环来监测邻近钻探工具的环境状态的方法，所述钻探最优化钻环具有钻环传感器和控制单元，其中所述钻环传感器包括传感器长丝和反射器，所述控制单元通信地耦接至所述传感器长丝并包括收发器、光源和光传感器，所述光源和光传感器光学地耦接至所述传感器长丝，并且所述控制单元可操作来测量所述传感器长丝的反射率并检测所述传感器长丝的反射率中的变化；所述方法包括：
将所述钻探最优化钻环安装在邻近所述钻探工具的钻柱上；
将动力源耦接至所述控制单元；
使用所述控制单元来致动所述光源，并且使用所述光传感器来确定所述传感器长丝的反射率；
基于所述传感器长丝的反射率中的变化确定井筒状态；以及
将指示所确定的井筒状态的值通信至地面控制器。
实例16.根据实例15所述的方法，其中所述传感器长丝被设置在所述钻探最优化钻环的凹槽内，并且其中所述传感器长丝包括围绕所述钻探最优化钻环的所述圆周来布置并由布拉格光栅分离的多个传感器元件，所述方法还包括：
确定所述多个传感器元件中的每个传感器元件的反射率；
基于所述多个传感器元件中的至少一个传感器元件的反射率确定基于所述传感器长丝的反射率的所述钻探最优化钻环的变形；以及
基于所述多个传感器元件中的至少一个传感器元件的反射率确定一个或多个井筒状态。
实例17.根据实例16所述的方法，其中，其中所述多个传感器元件的第一个被配置来提供指示井筒状态的测量值并且其中所述多个传感器元件的第二个被配置来提供指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值。
实例18.根据实例17所述的方法，其中指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值选自由扭转偏转测量值、弯矩测量值、轴向偏转测量值以及径向偏转测量值组成的组。
实例19.根据实例16和17所述的方法，其中指示所述井筒状态的测量值选自由温度测量值和压力测量值组成的组。
实例20.根据实例19所述的方法，其还包括响应于指示井筒状态的测量值以及指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值调整钻探参数。
从前述内容很显然已提供了具有显著优点的发明。尽管本发明仅仅以一些形式示出，但本发明不仅仅限于这些实施方案，而是可允许各种变化和改进，而不脱离本发明的精神。

Claims (20)

1.一种用于邻近井筒内的钻探工具的钻探最优化钻环，所述钻探最优化钻环包括：
管段，其被设定尺寸并被配置来安装在邻近所述钻探工具的钻柱中；
凹槽，其被形成在所述管段的外壁内，而且所述凹槽形成围绕所述管段的圆周的一路径；以及
光纤传感器长丝，其被设定尺寸并被配置来装配在所述凹槽内并具有多个传感器元件，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件包括所述传感器长丝的段；
其中所述传感器长丝被配置来感应所述井筒的状态以及所述钻探最优化钻环上的负载。
2.根据权利要求1所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件被串联布置。
3.根据权利要求1或2所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件包括反射器。
4.根据权利要求1或2所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件包括布拉格光栅。
5.根据权利要求1或2所述的钻探最优化钻环，其中所述多个传感器元件包括：
轴向偏转传感器；
弯矩传感器；
径向偏转传感器；
扭转偏转传感器；
压力传感器；以及
温度传感器。
6.根据权利要求1或2所述的钻探最优化钻环，其中所述凹槽形成围绕所述管段的圆周的振荡路径。
7.根据权利要求1或2所述的钻探最优化钻环，其中所述管段还包括电子底架隔室，并且其中所述钻探最优化钻环还包括被设置在所述电子底架隔室内并耦接至所述传感器长丝的传感器控制单元。
8.一种用于从井筒收集信息的系统，所述系统包括：
地面控制器，其能够操作来控制钻柱的操作参数，所述钻柱具有钻探工具和邻近所述钻探工具的钻探最优化钻环，所述钻探最优化钻环具有钻环传感器、控制单元、动力源以及光源，其中：
所述钻环传感器包括传感器长丝，
所述控制单元被通信地耦接至所述传感器长丝以及所述地面控制器，
所述光源被光学地耦接至所述传感器长丝，
所述动力源电耦接至所述控制单元和所述光源，
所述传感器长丝围绕所述钻探最优化钻环的外围来设置，并且其中所述传感器长丝的反射率被配置来在井筒的一个或多个状态变化时变化，并且
所述控制单元包括测量所述传感器长丝的反射率并检测所述传感器长丝的反射率中的变化的光传感器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述传感器长丝被设置在凹槽内，所述凹槽被形成在所述钻探最优化钻环的外表面内，并且其中所述传感器长丝包括围绕所述钻探最优化钻环的圆周来布置以感应多个被感应的参数的多个传感器元件。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件被串联布置并通过中间反射器与邻接的传感器元件分离。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个传感器元件中的每个传感器元件被串联布置并且通过中间布拉格光栅与邻接的传感器元件分离，并且其中第一传感器元件被配置来提供指示所述井筒的测量值而其中第二传感器元件被配置来提供指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值。
12.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述控制单元能够操作来将指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值通信至所述地面控制器，并且其中地面控制器能够操作来响应于接收测量值来调整所述钻柱的操作。
13.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述钻探最优化钻环包括被形成在所述钻探最优化钻环内的第一凹槽，并且其中所述传感器长丝被设置在所述第一凹槽内。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一凹槽被形成在所述钻探最优化钻环的内表面内，第二凹槽被形成在所述钻探最优化钻环的外表面内，并且另一传感器长丝被设置在所述第二凹槽内。
15.一种用于使用钻探最优化钻环来监测邻近钻探工具的环境状态的方法，所述钻探最优化钻环具有钻环传感器和控制单元，其中所述钻环传感器包括传感器长丝和反射器，所述控制单元通信地耦接至所述传感器长丝并包括收发器、光源和光传感器，所述光源和光传感器光学地耦接至所述传感器长丝，并且所述控制单元能够操作来测量所述传感器长丝的反射率并检测所述传感器长丝的反射率中的变化；所述方法包括：
将所述钻探最优化钻环安装在邻近所述钻探工具的钻柱上；
将动力源耦接至所述控制单元；
使用所述控制单元来致动所述光源，并且使用所述光传感器来确定所述传感器长丝的反射率；
基于所述传感器长丝的反射率中的变化确定井筒状态；以及
将指示所确定的井筒状态的值通信至地面控制器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述传感器长丝被设置在所述钻探最优化钻环的凹槽内，并且其中所述传感器长丝包括围绕所述钻探最优化钻环的圆周布置并由布拉格光栅分离的多个传感器元件，所述方法还包括：
确定所述多个传感器元件中的每个传感器元件的反射率；
基于所述多个传感器元件中的至少一个传感器元件的反射率，确定基于所述传感器长丝的反射率的所述钻探最优化钻环的变形；以及
基于所述多个传感器元件中的至少一个传感器元件的反射率确定一个或多个井筒状态。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，其中所述多个传感器元件中的第一个传感器元件被配置来提供指示井筒状态的测量值，并且其中所述多个传感器元件中的第二个传感器元件被配置来提供指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值选自由扭转偏转测量值、弯矩测量值、轴向偏转测量值以及径向偏转测量值组成的组。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中指示井筒状态的测量值选自由温度测量值和压力测量值组成的组。
20.根据权利要求19所述的方法，其还包括响应于指示井筒状态的测量值以及指示所述钻探最优化钻环的偏转的测量值调整钻探参数。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2912434C (en) * 2013-08-20 2018-06-19 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole drilling optimization collar with fiber optics
US9512682B2 (en) * 2013-11-22 2016-12-06 Baker Hughes Incorporated Wired pipe and method of manufacturing wired pipe
US10472947B2 (en) * 2014-06-30 2019-11-12 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Deformation measurement method and apparatus
US20180045559A1 (en) * 2015-02-27 2018-02-15 Schlumberger Technology Corporation Seismic investigations using seismic sensor
CN107465483B (zh) 2016-06-03 2020-11-27 华为技术有限公司 免授权传输方法和装置
DE102017118853A1 (de) * 2017-08-18 2019-02-21 Tracto-Technik Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißes eines Gestänges einer Erdbohrvorrichtung
CN107478368A (zh) * 2017-09-26 2017-12-15 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩体工程地应力计及应力检测系统
US11162350B2 (en) * 2019-10-30 2021-11-02 Halliburton Energy Services, Inc. Earth-boring drill bit with mechanically attached strain puck
US11619123B2 (en) 2019-10-30 2023-04-04 Halliburton Energy Services, Inc. Dual synchronized measurement puck for downhole forces
CN112729796B (zh) * 2020-12-24 2021-11-09 中国石油大学(北京) Pdc钻头造斜率影响因素测试系统及其测试方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5358059A (en) * 1993-09-27 1994-10-25 Ho Hwa Shan Apparatus and method for the dynamic measurement of a drill string employed in drilling
CN101501297A (zh) * 2006-07-11 2009-08-05 哈里伯顿能源服务公司 模块化地质导向工具组件
US7954560B2 (en) * 2006-09-15 2011-06-07 Baker Hughes Incorporated Fiber optic sensors in MWD Applications

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5193628A (en) * 1991-06-03 1993-03-16 Utd Incorporated Method and apparatus for determining path orientation of a passageway
US5157331A (en) * 1991-10-04 1992-10-20 Western Atlas International, Inc. Enhanced wide aperture groove for antenna of downhole resistivity tool
US5517024A (en) * 1994-05-26 1996-05-14 Schlumberger Technology Corporation Logging-while-drilling optical apparatus
US6710600B1 (en) 1994-08-01 2004-03-23 Baker Hughes Incorporated Drillpipe structures to accommodate downhole testing
US5898517A (en) * 1995-08-24 1999-04-27 Weis; R. Stephen Optical fiber modulation and demodulation system
WO1999000575A2 (en) * 1997-06-27 1999-01-07 Baker Hughes Incorporated Drilling system with sensors for determining properties of drilling fluid downhole
AU754039B2 (en) 1998-06-26 2002-10-31 Cidra Corporation Non-intrusive fiber optic pressure sensor for measuring unsteady pressures within a pipe
US6550342B2 (en) 2000-11-29 2003-04-22 Weatherford/Lamb, Inc. Circumferential strain attenuator
US6666285B2 (en) 2002-02-15 2003-12-23 Precision Drilling Technology Services Group Inc. Logging-while-drilling apparatus and methods for measuring density
US6705406B2 (en) 2002-03-26 2004-03-16 Baker Hughes Incorporated Replaceable electrical device for a downhole tool and method thereof
US7303022B2 (en) * 2002-10-11 2007-12-04 Weatherford/Lamb, Inc. Wired casing
US7168487B2 (en) * 2003-06-02 2007-01-30 Schlumberger Technology Corporation Methods, apparatus, and systems for obtaining formation information utilizing sensors attached to a casing in a wellbore
US6942043B2 (en) 2003-06-16 2005-09-13 Baker Hughes Incorporated Modular design for LWD/MWD collars
US7775099B2 (en) 2003-11-20 2010-08-17 Schlumberger Technology Corporation Downhole tool sensor system and method
US7077200B1 (en) * 2004-04-23 2006-07-18 Schlumberger Technology Corp. Downhole light system and methods of use
MX2007004548A (es) 2004-11-03 2007-05-23 Shell Int Research Aparato y metodo para instalar retraoactivamente sensores en elementos marinos.
US7103982B2 (en) 2004-11-09 2006-09-12 Pathfinder Energy Services, Inc. Determination of borehole azimuth and the azimuthal dependence of borehole parameters
NO325435B1 (no) * 2005-06-27 2008-05-05 Ntnu Technology Transfer As Ror med kanal i rorveggen og fremgangsmate for fremstilling av slike ror
US7597142B2 (en) * 2006-12-18 2009-10-06 Schlumberger Technology Corporation System and method for sensing a parameter in a wellbore
US8307703B2 (en) 2007-04-10 2012-11-13 Halliburton Energy Services, Inc. Interchangeable measurement housings
US7762354B2 (en) * 2007-08-09 2010-07-27 Schlumberger Technology Corporation Peizoelectric generator particularly for use with wellbore drilling equipment
CA2753420C (en) 2009-02-27 2014-09-30 Baker Hughes Incorporated System and method for wellbore monitoring
US8087477B2 (en) * 2009-05-05 2012-01-03 Baker Hughes Incorporated Methods and apparatuses for measuring drill bit conditions
MY160805A (en) 2009-05-20 2017-03-31 Halliburton Energy Services Inc Downhole sensor tool with a sealed sensor outsert
US9019508B2 (en) * 2009-05-21 2015-04-28 David Blacklaw Fiber optic gyroscope arrangements and methods
US8265431B2 (en) * 2009-11-06 2012-09-11 Baker Hughes Incorporated Rotated single or multicore optical fiber
WO2012118824A2 (en) 2011-02-28 2012-09-07 Schlumberger Canada Limited System for logging while running casing
US8357896B2 (en) * 2011-03-09 2013-01-22 Humboldt-Universitat Zu Berlin Method of analyzing a substance
US9410903B2 (en) * 2011-10-12 2016-08-09 Baker Hughes Incorporated Incoherent reflectometry utilizing chaotic excitation of light sources
US9372124B2 (en) * 2012-01-20 2016-06-21 Baker Hughes Incorporated Apparatus including strain gauges for estimating downhole string parameters
CA2912434C (en) 2013-08-20 2018-06-19 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole drilling optimization collar with fiber optics
WO2015080729A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Halliburton Energy Services, Inc. Bottom hole assembly fiber optic shape sensing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5358059A (en) * 1993-09-27 1994-10-25 Ho Hwa Shan Apparatus and method for the dynamic measurement of a drill string employed in drilling
CN101501297A (zh) * 2006-07-11 2009-08-05 哈里伯顿能源服务公司 模块化地质导向工具组件
US7954560B2 (en) * 2006-09-15 2011-06-07 Baker Hughes Incorporated Fiber optic sensors in MWD Applications

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