CN109477380B - 用于检测电缆起下工具的系统、装置和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于检测井的地上部分中的线附接工具的系统、装置和方法，用于在井的修井和/或干预期间使用。该系统包括该装置，该装置包括：用于容纳至少一个磁场发生器和至少一个磁场传感器的主体；和管状部分，其被构造成容纳在该主体内。管状部分具有用于接纳线附接工具的孔，并且至少一个磁场传感器被配置用于检测由线附接工具接近、移动通过主体和/或移动远离主体而引起的磁场变化。该系统还可包括处理器单元，用于接收来自至少一个磁场传感器的一个或多个信号，并用于在线附接工具接近、移动通过主体或移动远离主体时确定其位置和/或一个或多个尺寸。

Description

用于检测电缆起下工具的系统、装置和方法

技术领域

本公开总的涉及油气井的修井(work-overs)和干预(interventions)。特别是，本公开涉及一种用于检测井的地上部分(above-surface portion)中的线附接工具(line-attached tools)的系统、装置和方法，以用于在井的修井和/或干预期间使用。

背景技术

诸如钢丝和缆绳之类的线在油气业中用于实施井的修井和/或干预。有两种通常类型的线，其被称为钢丝绳(slickline)或电缆(wireline)。钢丝绳是一种钢丝或缆绳，其能够用于将工具插入井中，以放置、调整或取回井的组件。电缆通常是一种缆绳，其也用于将工具插入井中。通常，电缆包括至少一个电导体，该电导体将电力和数据传到工具且从工具传导电力和数据。电缆通常也用于测井。

用于取回线附接工具的典型方法涉及利用线车上的液压动力卷轴将线拉出井，直到几乎所有的线都被取回为止。然后，线被给予一定松弛度，并且用户在井口润滑器的顶部和线车之间的点上拉动线。然后，缓慢拉动线，直到用户识别到线张紧为止。假定张紧是由于工具接触井的润滑器中最上面的封隔密封而引起的。此时，关闭压力控制阀，以将井下井压力与润滑器隔离。然后，可以泄放掉润滑器内的压力，并且可以打开润滑器，以取回工具。然而，可能存在用户识别到线张紧的其他原因，并因此对工具的位置出现误解。如果在压力控制阀关闭时，工具实际上并未位于最上面的封隔密封上或附近，则工具可能会被损坏，并且/或者，线可能会被切断并且工具可能会与线断开连接并可能会在井下丢失。

发明内容

本公开提供了一种用于检测井的地上部分中的线附接工具的系统、装置和方法，用于在井的修井和/或干预期间使用。

本公开的一些实施例涉及一种用于检测正在移动通过井的线附接工具的装置。该装置包括：用于容纳至少一个磁场发生器和至少一个磁场传感器的主体；管状部分，其被构造成容纳在主体内。管状部分具有用于接纳线附接工具的孔，并且传感器被配置用于在线附接工具接近、移动通过主体或远离主体移动时检测其至少一个尺寸。

不受任何特定理论的束缚，本公开的实施例可以为操作者提供关于线附接工具在井的地上部分内的位置的更大确定性。这种确定性可以减少错误接触的发生率并且避免压力或流体控制机构直接靠近线连接工具或靠近线并将线切断。

附图说明

在以下参考附图的详细描述中，本公开的这些和其他特征将变得更加明显。

图1是具有就位的已知线系统的井的示意图；

图2是根据本公开的一个实施例的具有线系统的井的示意图；

图3是根据本公开的另一实施例的具有线系统的井的示意图；

图4是根据本公开的实施例的用于检测线附接工具的装置的等距视图：图4A示出了处于关闭位置的装置，其中管状部分定位于其中；图4B示出了处于部分打开和消磁位置的装置，其中管状部分定位于其中；并且图4C示出了处于完全打开位置而没有管状部分的装置；

图5示出了根据本公开的实施例的用于检测线附接工具的装置的另一实施例，其用于图1的连续油管(coiled-tubing)系统一起使用；和

图6示出了用于检测井内的线附接工具的位置的方法的步骤的一个实施例。

具体实施方式

本公开的实施例涉及用于检测井下工具的系统、装置和方法，该井下工具在工具被插入油气井中和/或从油气井中取出时附接于线。出于本公开的目的，术语“线(line)”是指用于在线辅助的油气井作业期间运送，取出和/或操作井下工具的任何钢丝或缆绳。钢丝或缆绳可以是钢丝绳或电缆，并且理解电缆通常包括一个或多个电导体。线辅助的作业的一些示例包括但不限于井的完井、修井和干预。线附接工具的一些示例包括但不限于：重击器(spang)、震击器(jar)、冲击钻杆(sinker bar)、射孔枪、起下工具(running tools)、起出工具(pulling tools)、测井工具或桥塞。

本公开的一些实施例涉及一种系统，该系统能够安装作为油气井的地上部分的一部分，以为线辅助的井作业期间或之后作准备。该系统包括润滑器和检测装置。该系统可以结合到井的采油树中，并且采油树与井口流体连接。采油树包括一个或多个用于控制加压井液流动通过它的阀门。采油树还可以包括一个或多个压力容纳机构，其也被称为防喷器(BOP)系统。防喷器系统包括可以被驱动进入和离开采油树的中心孔以包含加压井液的构件。润滑器定位成与井口流体连通并位于防喷器系统上方。

检测装置产生磁场并检测该磁场的一个或多个特性的变化。出于本公开的目的，由检测装置检测和测量的一些磁场特性包括但不限于：磁场的磁通密度、磁场的极性和磁场的幅度。所检测到的一个或多个磁场特性的变化指示线附接工具何时接近，移动通过或远离检测装置内的磁场。在本公开的一些实施例中，检测装置可以在线附接工具朝向、穿过和远离磁场移动时测量线附接工具的一个或多个尺寸。在本公开的一些实施例中，检测装置可以定位在润滑器下方。

在本公开的一些实施例中，检测装置包括一个或多个磁场发生器和一个或多个磁场传感器。该一个或多个磁场发生器产生磁场，该磁场至少部分地延伸穿过检测装置的中心通道，线和线附接工具通过该中心通道移动进入井和移动出井外。该一个或多个磁场传感器可电连接到处理器，该处理器则提供输出信号，该输出信号警告用户线附接工具正在接近，移动通过或远离检测装置。在本公开的一些实施例中，该一个或多个磁场传感器围绕检测装置的中心孔定位。

该方法包括一系列步骤，以在线附接工具正移动通过井的地上部分时识别线附接工具何时已经经过任何阀或压力容纳机构上方。该方法包括在位于地表面上方的油气井的一段内产生磁场的步骤。该方法还包括检测由线附接工具接近，移动通过或远离磁场引起的磁场强度的任何变化的步骤。该方法还可以包括将磁场强度变化信号传送到处理器的步骤，其中处理器生成输出信号，该输出信号警告用户线附接工具处于暴露于磁场的井的那一段附近或处于那一段上。在一些实施例中，处理器还被配置用以确定线附接工具的一个或多个尺寸并在输出信号或不同尺寸输出信号内提供该尺寸信息。

图1示出了石油井10，从该石油井中可以产生油、气或两者，其在地表面76的上方和下方延伸。井10包括具有井口16的地上部分12，井10的地下部分14从井口16延伸。地上部分12(其也可称为采油树)包括中心导管17，其可由一个或多个管段构成。中心导管17的每个管段可以通过法兰连接件22和24连接。地上部分12还可以包括下主阀18和上主阀20。在本公开的一些实施例中，在上主阀20上方有防喷器(BOP)系统50，其包括至少下侧BOP 52和上侧BOP 54。BOP 52和54可以是液压致动的闸板或任何其他类型的井压力控制系统。主阀18、20和BOP系统50是井10的压力容纳系统的一部分。润滑器28定位在BOP系统50上方。润滑器28可包括工具捕获器26和电缆封隔30。本公开的一些实施例涉及BOP系统50，其仅包括下侧BOP 52或上侧BOP 54中的一个，并且/或者仅包括主阀18、20中的一个。

图1示出了从线轴36在可旋转的支撑件(shiv)34处穿过润滑器28的顶部移动的线32。线轴36可以旋转，以将线32运送到井10中或从井10中运送出来。线轴36的旋转可以通过电机(未示出)控制。线32可以是钢丝、钢丝绳或其他类型的井干预线。线32可以延伸穿过地上部分12并进入地下部分14。虽然未示出，但是应该理解，线32可以具有一个或多个附接到线上的线附接工具。通常，当从井10中起出线附接工具时，操作者将对支撑件34和线轴36之间的线32施加进一步的张紧。通过这种进一步的张紧，操作者期望检测到线附接工具何时接触电缆封隔30的下表面。当发生这种情况时，操作者通常将关闭BOP52、54中的一个或两个和/或主阀18、20中的一个或两个。在这些压力容纳系统关闭的情况下，在没有不受控制的加压井液流动(这也称为井喷)的情况下，能够从润滑器28中取出线附接工具。然而，操作者经常可能会检测到线附接工具和电缆封隔30之间的错误接触。在错误接触期间，线附接工具可能并不在润滑器28的顶部，而是在井内较低的位置。在一些情况下，线附接工具可以定位在BOP系统50处或下方。如果在错误接触期间，BOP 52、54中的一个或两个然后关闭，则它们可能会直接损坏线附接工具，并且/或者关闭的BOP 52、54可能会切断线32，并且线附接工具可能会掉入井10的地下部分14中。如果线32的一部分位于主阀18、20中的任一个上，则当检测到错误接触并且然后关闭相关的主阀18、20时，其也可能直接损坏线附接工具或切断线32并导致线附接工具掉入井10的地下部分中。

图2示出了另一个石油井100，其具有许多与上述井10相同的特征。井10和井100之间的共同特征在两个图中用相同的附图标记示出。

井100包括可连接在井100、101的地上部分内的检测装置102。检测装置102限定中心通道，该中心通道与中心导管17流体连通并且大致对准。图2示出了检测装置102定位于下主阀18和上主阀20之间的地上部分12内。图3示出了具有与井100相同的特征的另一石油井101。井100和井101之间的共同特征在两个图中用相同的附图标记示出。井100和井101之间的至少一个差异是检测装置102的位置。在井101中，检测装置102位于BOP系统50上方但在润滑器28下方。在这些布置中，诸如线32的物体和移动通过井100、101的地上部分12的任何线附接工具也将移动通过检测工具102的中心通道。下面的讨论将描述检测装置102，并且应理解的是，检测装置102可以位于地上部分12内的不同位置。在本公开的一些实施例中，检测装置102位于润滑器28下方。

检测装置102可以产生磁场并检测线附接工具何时接近、移动通过或远离磁场。在本公开的一些实施例中，检测装置102还可以检测和/或测量线附接工具的尺寸，至少包括线附接工具的直径和长度。

在本公开的一些实施例中，检测装置102如美国专利No.9,097,813和美国专利申请14/423,090和15/169,500中所述，其整体公开内容通过引用结合在此。

在本公开的一些实施例中，检测装置102包括一个或多个磁场发生器，其形式为一个或多个磁体；以及一个或多个磁场传感器。该一个或多个磁场发生器被配置用以产生磁场，该磁场至少部分地延伸到检测装置的中心通道中，当线32和线附接工具移动进入井100、101和移出井外时，线32和线附接工具穿过该中心通道。

该一个或多个磁场发生器产生磁场，该磁场至少部分地穿过但优选基本上穿过检测装置102的整个中心通道。磁场可以通过离开每个磁场发生器的N极并且返回到每个相应磁场发生器的S极的磁场线来可视化。两个极中的任一个可以面向检测装置102的中心通道。当磁场线从N极返回到S极时，它们穿过中心通道。存在磁场线可以利用的无限可能的返回路径，用以从N极返回到S极，并且这些路径中的一些路径通过其中一个或多个磁场传感器。磁场传感器产生电信号，该电信号与通过它的磁场强度有关。换句话说，来自每个磁场传感器的电输出信号涉及通过每个磁场传感器的磁场线的数量。其中的一些返回路径具有比其他路径更低的磁阻，这导致更多的磁场线通过这些路径返回。

当可以扰动或改变磁场的一个或多个特性的物体(例如线32的一段，线附接工具或任何其他铁磁物体)接近，移动通过检测装置102和磁场或远离检测装置102和磁场移动时，通过改变磁场线行进的其中一些路径的磁阻，物体扰动或改变磁路。该扰动可以改变通过一些路径返回的磁场线的数量。其中的一些改变的路径是通过其中一个或多个磁场传感器的路径，这改变了通过该一个或多个磁场传感器的返回磁场线的数量，这又导致了从这些一个或多个磁场传感器的输出的改变。

如果在检测装置102中使用多个磁体，则磁体可以配置成使得每个磁体的相同磁极面向检测装置102的中心通道。磁体产生对应于面向检测装置102的中心的磁极的磁场。在磁体的前方，在限定中心通道的检测装置102的内壁上或附近，该磁场是最强的，并且磁场的强度可以从每个磁体向远侧减小。使用多个磁体可以产生基本上均匀且均匀分布的磁场，该磁场至少部分地延伸横跨检测装置102的中心通道，并且在一些实施例中是基本上横跨检测装置102的中心通道延伸。

磁场传感器用于检测磁场的强度。磁场传感器可以配置用以检测检测装置102的中心附近或该中心上的磁场强度的变化。磁场传感器可以位于铁磁杆上，该铁磁杆可以将磁场吸引朝向磁场传感器。

磁场的一个或多个特性(诸如磁通密度)的这一变化由磁场传感器检测。当物体最靠近检测装置102的内壁附近的特定磁场传感器时，朝向该特定磁场传感器的大部分的磁场被拉向该物体，这导致该特定的磁场传感器检测到较小的磁场强度。随着铁磁物体从该特定磁场传感器远离移动，由该磁场传感器检测到的磁场强度根据铁磁物体的表面的距离有多远而急剧增加。通过观察由特定磁场传感器检测到的磁场强度，可以确定铁磁物体的表面与磁场传感器之间的距离。

由磁场传感器读取的绝对磁场强度取决于定位于检测装置102内的磁体的强度。然而，检测装置102内的磁场强度的变化可以是由于存在铁磁物体，并且这些变化的幅度可以取决于铁磁物体的尺寸和/或材料特性及其在检测装置102内的位置。

当使用多个磁体和多个磁场传感器270时，可以通过确定铁磁物体的表面与每个磁场传感器之间的距离来找到铁磁物体的中心的直径和位置。

检测装置102可以将来自不同磁场传感器的磁场强度读数流传输到处理器单元，该处理器单元将这些读数转换成铁磁物体到传感器的距离。然后，可以使用这些距离来计算铁磁物体的各种尺寸，至少包括直径、长度和中心坐标。处理器单元可以将这些计算出的尺寸的视觉表示实时发送到操作者的屏幕。

通过将磁场强度读数与在已知条件下获得的已知磁读数曲线和针对已知尺寸的铁磁物体的已知距离进行比较，进行磁场强度读数到距离的转换。为了将从检测装置102内的不同磁场传感器获得的距离转换成位置和直径信息，处理器单元可以使用阿氏理论并且/或者可以使用圆方程。

例如，检测装置102的一个实施例包括第一传感器阵列，该第一传感器阵列包括一个或多个传感器单元和一个或多个磁体。检测装置102的一些实施例包括多个传感器阵列。在第一传感器阵列内，传感器单元和磁体以交替的方式布置，但并不要求这种交替的方式。

传感器阵列可以包括其中具有多个传感器孔的主体，每个传感器孔适合于在其中接纳一个单独的传感器单元。在本公开的一些实施例中，传感器单元包括套管和传感器。主体可以是环状或环形的线轴，其具有在顶表面和底表面之间延伸的内表面和外表面。内表面和外表面围绕中心通道基本上是圆柱形的。当检测装置102集成到井100、101中时，中心通道可以与井100、101的地上部分12的其他部件的中心通道同轴。内表面限定延伸通过它的中心通道，其尺寸和形状可以进行设计，用以接纳线32和任何线附接工具，线附接工具可以具有各种尺寸和大小。在本公开的一些实施例中，顶表面和底表面可以沿着垂直于中心通道的平面基本上是平面的。可选地是，顶表面和底表面中的任一个或两者可以包括密封槽，该密封槽环形地环绕在其周围延伸，以接纳密封，正如本领域中已知的那样。

本公开的其他实施例包括如在图4A、图4B和图4C中所示的检测装置102A。检测装置102A具有与上述检测装置102相同的功能和许多相同的部件。此外，检测装置102A可以像检测装置102一样类似地定位在地上部分12内。

如图4A中所示，检测装置102A包括主体200和能够定位在主体200内的管状部分202。主体200可构造用以保持管状部分202。主体200可在关闭位置(如图4A中所示)，部分打开位置(如图4B中所示)和完全打开位置(如图4C中所示)之间移动。在本公开的一些实施例中，主体200可包括第一主体204和第二主体206。第一主体204包括一个或多个磁场发生器和一个或多个磁场传感器，其可容纳在第一主体204的孔(未示出)内。每个孔可以用孔帽208覆盖。孔帽208可以确保磁场发生器和磁场传感器被容纳在它们各自的孔内。磁场发生器可以是在第一主体204附近产生磁场的磁体。磁体的一些示例包括但不限于：一个或多个稀土磁体，一个或多个磁化铁磁体或一个或多个电磁体。磁场传感器可以检测第一主体附近的磁场中的扰动和/或磁通量。磁场传感器可电连接到处理器单元(未示出)，以产生处理器输出，该处理器输出识别出线附接工具何时接近，移动通过或远离磁场。磁场传感器还可以检测线附接工具的至少一个尺寸，该尺寸扰动磁场，包括横截面直径、长度和轮廓中的一个或多个，并且该尺寸信息也可以被包括在处理器输出中。

第一主体204可包括致动构件(未示出)，其允许第一主体204在关闭位置(如图4A中所示)和打开位置(如图4B和图4C中所示)之间移动。例如，致动构件可以是铰链，并且主体204可以是蛤壳式布置结构。第一主体204还可包括一个或多个连接器210，其可将第一主体204保持在关闭位置。虽然图4A示出了连接器210作为销槽布置结构，但是可以想到其他类型的连接器210。

第二主体206可包括位于第一主体204上方的上侧第二主体206A和位于第一主体204下方的下侧第二主体206B。上下侧主体206A、206B也可在关闭位置(如图4A和图4B中所示)和打开位置(如图4C中所示)之间移动。当第一主体204和第二主体206都打开时，主体200处于完全打开位置。第二主体206A、206B还可包括致动构件和连接器212，其分别允许第二主体206A、206B在打开和关闭位置之间移动和将第二主体206A、206B保持在关闭位置。

在本公开的一些实施例中，管状部分构造成容纳在主体200内。管状部分202可具有中心孔214，线32和任何线附接工具可通过该中心孔214被接纳并且可穿过该中心孔。管状部分202可以由非铁磁材料、金属或合金制成，其包括镍、铬、铁或其组合中的一种。这种非铁磁材料的一个非限制性示例是(INCONEL是Vale加拿大有限公司的注册商标)。

在本公开的一些实施例中，该一个或多个磁场发生器可以是电磁体，并且当主体200的第一主体204处于关闭位置时，可以激活磁场发生器并产生磁场。当第一主体204处于打开位置时，磁场发生器关闭。

在本公开的一些实施例中，主体200可包括一个或多个段，这些段可连接在一起，以形成由多个连接器212保持在一起的完整主体200。在这些实施例中，主体200不包括致动构件。

图5示出了检测装置400的另一示例，该检测装置400具有与本文中上面所述的检测装置102相同的许多部件。在图5中参考的不同检测装置102和400之间相同的部件使用与本文其他附图中使用的相同的附图标记。图5中所示的检测装置400类似于申请人的在先专利申请WO2017/205955中描述的装置，该申请的名称为“用于测量油井结构内的管道的装置和方法”，其整体公开内容通过引用结合在此。简而言之，检测装置400包括管状主体402，该管状主体402限定第一端和第二端之间的中心通道。管状主体402至少具有由非磁性材料形成的外表面。在本公开的一些实施例中，管状主体402中的一些或全部由非磁性材料形成。第一端和第二端中的每一个具有凸缘404，凸缘404从其向外延伸，基本垂直于中心通道。凸缘可与井100的其他部件连接，使得中心通道基本上与井100的中心导管17对准。检测装置400可包括多个磁场发生器和多个磁场传感器，它们被布置成一个或多个阵列201，如本文中上面所述的那样。阵列201可以在外表面上围绕管状主体402定位。阵列201可以以与本文中上面所述相同的方式操作，以在铁磁物体接近，移动通过或远离检测装置400时检测磁场的一个或多个特性的变化。

本公开的一些实施例涉及一种用于在井线作业期间检测线附接工具的位置的方法500(参见图6)。该方法包括在井的地上部分的至少一部分内产生502磁场的步骤。该方法包括检测504磁场的一个或多个特性的步骤。检测步骤504还可以包括检测由线附接工具接近，移动通过或远离磁场引起的磁场的该一个或多个特性的变化的步骤。该方法还包括将输出信号传送506到处理器的步骤，该处理器指示所检测到的磁场的该一个或多个特性和/或磁场的所检测到的该一个或多个特性的变化。在本公开的一些实施例中，处理器被配置用以确定线附接工具在磁场内或附近的位置。该方法还可以包括产生508输出信号的可选步骤，该输出信号警告用户线附接工具处于靠近磁场的井的地上部分附近或处于靠近磁场的井的地上部分上。

Claims (5)

1.一种用于检测移动通过井的线附接工具的装置，所述装置包括：

(a)主体，所述主体限定中心通道，用以接纳穿过其中的所述线附接工具；

(b)至少一个磁场发生器，其被配置为生成至少部分地横跨所述中心通道延伸的磁场；

(c)至少一个磁场传感器，其被配置用于检测由所述线附接工具接近、移动通过所述磁场或移动远离所述磁场而引起的所述磁场的一个或多个特性的变化；其中所述至少一个磁场传感器容纳在所述主体内，并且所述主体能够在所述井的润滑器下方与所述井连接，且

其中所述线附接工具附接到电缆或钢丝绳；以及

(d)处理器，其被配置为指示所检测到的所述磁场的所述一个或多个特性的变化，

其中所述处理器被配置为确定所述线附接工具在所述磁场内或附近的位置，并且其中所述处理器还被配置为确定所述线附接工具的一个或多个尺寸。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个磁场发生器容纳在所述主体内。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体能够在所述中心通道与所述井的中心孔大致对准的布置下与井连接。

4.一种用于在线附接工具移动通过井的地上部分时识别所述线附接工具的位置的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)在所述井的所述地上部分的至少一部分内产生磁场；

(b)在所述井的润滑器下方检测由所述线附接工具接近、移动通过所述磁场或移动远离所述磁场而引起的所述磁场的一个或多个特性的变化；

(c)向处理器传送输出信号，所述处理器指示所检测到的所述磁场的所述一个或多个特性的变化，其中所述处理器被配置为确定所述线附接工具在所述磁场内或附近的位置，并且其中所述处理器还被配置为确定所述线附接工具的一个或多个尺寸；和

(d)生成输出信号，所述输出信号警告用户所述线附接工具处于靠近所述磁场的所述井的所述地上部分附近或处于靠近所述磁场的所述井的所述地上部分上。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述线附接工具选自由以下组成的组：重击器、震击器、冲击钻杆、射孔枪、起下工具、起出工具、测井工具和桥塞。