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GEBIET
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Diese Erfindung betrifft allgemein das Öffnen von Kommunikationswegen durch ein Futterrohr, das in einem Bohrloch angeordnet ist, und insbesondere Systeme und Verfahren zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen vor dem Perforieren des Bohrlochs.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken, wird ihr Hintergrund im Zusammenhang mit dem Perforieren eines Bohrlochs als Beispiel beschrieben.
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Nach dem Bohren der verschiedenen Abschnitte eines unterirdischen Bohrlochs, das durch eine Formation verläuft, werden in der Regel einzelne Längsstücke von Metallrohren mit relativ großem Durchmesser aneinander befestigt, um einen Futterrohrstrang zu bilden, der im Bohrloch angeordnet wird. Dieser Futterrohrstrang erhöht die Integrität des Bohrlochs und stellt einen Weg zum Fördern von Fluiden von den Förderintervallen zur Oberfläche bereit. Üblicherweise ist der Futterrohrstrang im Bohrloch zementiert. Um Fluide in den Futterrohrstrang zu fördern, müssen Hydrauliköffnungen oder Perforationen durch den Futterrohrstrang, den Zement und ein Stück in die Formation hinein erstellt werden.
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In der Regel werden diese Perforationen durch Sprengen einer Reihe von Hohlladungen erzeugt, die in dem Futterrohrstrang angeordnet und benachbart zu der Formation positioniert werden. Insbesondere werden ein oder mehrere Ladungsträger oder Perforationskanonen mit Hohlladungen geladen, die über eine Sprengschnur mit einem Detonator verbunden sind. Die Ladungsträger werden dann in einem Werkzeugstrang verbunden, der am Ende eines Rohrstrangs oder anderen Beförderungsmittels in das gefütterte Bohrloch herabgelassen wird. Sobald die Ladungsträger richtig im Bohrloch positioniert sind, derart, dass die Hohlladungen benachbart zu der zu perforierenden Formation sind, können die Hohlladungen gezündet werden. Wenn mehr als eine Untertagezone perforiert werden soll, kann eine Auswahlzündungsperforationskanonenbaugruppe verwendet werden, derart, dass ohne Ausfahren aus dem Bohrloch nach dem Perforieren der ersten Zone durch Umpositionieren und Zünden der bislang nicht gezündeten Perforationskanonen anschließende Zonen perforiert werden können.
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In der Regel beinhalten Ölbohrlochperforationsvorgänge eine gründliche Prüfung des Perforationskanonensystems oder des Kanonenstrangs. Der Bediener muss sicherstellen, dass das System elektrisch robust und sicher ist. Ein typischer Perforationsvorgang beinhaltet einen „Zündprüfungstest“, wobei der Bediener das Oberflächensystem sowie die Untertageausrüstung überprüft, normalerweise unter Einbeziehung eines Futterrohrkragenpositionsgebers und eines Kabelkopfes. Der Zweck dieser Prüfung ist die Überprüfung, ob keine Undichtigkeiten in der Isolation vorliegen, und die Überprüfung der elektrischen Kontinuität des gesamten Systems. Am Prüfprozess sind keine Sprengstoffe beteiligt.
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Anschließend können die Ölbohrlochperforationsvorgänge die eine oder die mehreren Sprengvorrichtungen mit dem bereits geprüften Futterrohrkragenpositionsgeber und Kabelkopf verbinden. Die Sprengvorrichtung kann dann scharfgeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt werden alle elektrischen Quellen ausgeschaltet, und das Vermessungskabel wird an der Oberfläche kurzgeschlossen. Dieser Vorgang verlangt, dass alle elektrischen Quellen wiederhergestellt werden können, wenn sich die Vorrichtung unterhalb von 200 Fuß (60,96 Meter) unter der Oberfläche befindet. An einer scharfgeschalteten Vorrichtung kann jedoch keine weitere Prüfung der elektrischen Kontinuität der Sprengvorrichtung durchgeführt werden. Es könnte ein regulärer Explosionsmesser verwendet werden, wenn sich die Vorrichtung unterhalb von 200 Fuß (60,96 Meter) unter der Oberfläche befindet, doch ist ein solcher Vorgang nicht zulässig, da der Bediener manuell auf die Wireline-Schaltung an der Oberfläche zugreifen muss, was mit dem Risiko einhergeht, eine fehlerhafte Verbindung herzustellen oder das falsche Messgerät zu verwenden, was das Risiko einer unbeabsichtigten Auslösung der Explosion außerhalb der vorgesehenen Tiefe mit sich bringen kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die begleitenden Zeichnungen, die das weitere Verständnis der Offenbarung unterstützen sollen und einen Teil dieser Patentschrift bilden, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundgedanken der Offenbarung zu erläutern. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Offshore-Öl- und Gasplattform, die ein System zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen vor dem Perforieren eines Bohrlochs betreibt, gemäß einer Ausführungsform.
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2 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Perforationskanone zur Verwendung in einem System zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen vor dem Perforieren eines Bohrlochs, gemäß einer Ausführungsform.
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3 eine beispielhafte Sprengsicherheitskonsole mit eingebauter Impedanzanzeige, gemäß einer Ausführungsform.
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4 eine schematische Darstellung einer Inline-Integritätsprüfeinrichtung, gemäß einer Ausführungsform.
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5 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen vor dem Perforieren eines Bohrlochs darstellt, gemäß einer Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen wird auf die begleitenden Figuren Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden. Diese Ausführungsformen werden detailliert genug beschrieben, um einschlägigen Fachleuten die Ausführung der beschriebenen Systeme und Verfahren zu ermöglichen, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt werden können und dass logische strukturelle, mechanische, elektrische und chemische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der beschriebenen Systeme und Verfahren abzuweichen. Um Einzelheiten zu vermeiden, die nicht notwendig sind, um es einschlägigen Fachleuten zu ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen auszuüben, kann die Beschreibung bestimmte Informationen weglassen, die einschlägigen Fachleuten bekannt sind. Die nachfolgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Umfang der veranschaulichenden Ausführungsformen ist ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Obwohl das Herstellen und Verwenden verschiedener hier beschriebener Ausführungsformen im Folgenden ausführlich erörtert wird, versteht es sich, dass die beschriebenen Systeme und Verfahren viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellen, die in vielen verschiedenen spezifischen Zusammenhängen verkörpert werden können. Die hier erörterten spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Wege zum Herstellen und Verwenden der Erfindung und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
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Zunächst Bezug nehmend auf 1 arbeitet ein System zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen vor dem Perforieren eines Bohrlochs von einer Offshore-Öl- und Gasplattform aus, die schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet ist. Eine halb tauchfeste Plattform 12 ist über einer eingetauchten Unterwasser-Öl- und Gasformation 14 zentriert, die sich unter dem Meeresboden 16 befindet. Eine Unterseeleitung 18 erstreckt sich vom Deck 20 der Plattform 12 zu einer Bohrlochmündungsinstallation 22 mit Untersee-Blowout-Preventern 24. Die Plattform 12 weist ein Hebegerät 26 und einen Bohrturm 28 zum Anheben und Absenken von Rohrsträngen wie etwa Arbeitsstrang 30 auf.
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Ein Bohrloch 32 erstreckt sich durch die verschiedenen Erdschichten einschließlich der Formation 14. Ein Futterrohr 34 ist mit Zement 36 im Bohrloch 32 zementiert. Der Arbeitsstrang 30 beinhaltet verschiedene Werkzeuge wie etwa eine Vielzahl von Perforationskanonen 38, die in einem allgemein horizontalen Abschnitt des Bohrlochs 32 angeordnet sind, und ein Kommunikationssystem mit Kommunikationsknoten 42, 44, 46, 48, 50. In der dargestellten Ausführungsform stellt ein Oberflächenkommunikationsknoten oder Controller 40 eine Benutzerschnittstelle bereit, die beispielsweise Eingabe- und Ausgabevorrichtungen wie etwa einen oder mehrere Videobildschirme oder Monitore einschließlich Touchscreens, eine oder mehrere Tastaturen oder Ziffernfelder, eine oder mehrere Zeige- oder Navigationsvorrichtungen sowie beliebige andere Benutzerschnittstellenvorrichtungen beinhaltet, die derzeit einschlägigen Fachleuten bekannt sind oder entwickelt werden. Die Benutzerschnittstelle kann die Form eines Computers annehmen, einschließlich eines Notebook-Computers. Außerdem kann der Oberflächen-Controller 40 ein Logikmodul mit verschiedenen Controllern, Prozessoren, Speicherkomponenten, Betriebssystemen, Anweisungen, Kommunikationsprotokollen und dergleichen zum Implementieren der Systeme und Verfahren zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen beinhalten. Der Oberfläche-Controller 40 ist an eine bidirektionale Kommunikationsverbindung gekoppelt, die Kommunikation zwischen dem Oberflächen-Controller 40 und einem Knoten 42 ermöglicht, der als Teil von dem Arbeitsstrang 30 oder angebracht an diesen im Bohrloch angeordnet ist.
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Die bidirektionale Kommunikationsverbindung kann wenigstens einen Kommunikationsweg vom Oberflächen-Controller 40 zum Knoten 42 und wenigstens einen Kommunikationsweg vom Knoten 42 zum Oberflächen-Controller 40 beinhalten. In bestimmten Ausführungsformen kann bidirektionale Kommunikation über einen Halbduplexkanal erreicht werden, der nur jeweils einen offenen Kommunikationsweg zu einem jeweiligen Zeitpunkt zulässt. Vorzugsweise wird bidirektionale Kommunikation über einen Vollduplexkanal erreicht, der gleichzeitige Kommunikation über mehrere Kommunikationswege zulässt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem unabhängige festverdrahtete Verbindungen bereitgestellt werden, oder über ein gemeinsames physisches Medium mittels Frequenzteilungs-Duplexing, Zeitteilungs-Duplexing, Echounterdrückung oder einer ähnlichen Technik. In jedem Fall kann die Kommunikationsverbindung einen oder mehrere elektrische Leiter, optische Leiter oder andere physische Leiter beinhalten.
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Jeder der Kommunikationsknoten 42, 44, 46, 48, 50 kann einen Sender, einen Empfänger und ein Logikmodul beinhalten, das beispielsweise verschiedene fest angeordnete Logikschaltungen, Controller, Prozessoren, Speicherkomponenten, Betriebssysteme, Anweisungen, Kommunikationsprotokolle und dergleichen beinhalt, um die Systeme und Verfahren zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Außerdem kann jeder Kommunikationsknoten 42, 44, 46, 48, 50 auch eine Stromversorgung wie etwa einen Akkupack beinhalten, der eine Vielzahl von Batterien beinhalten kann, etwa Nickel-Cadmium, Lithium, Alkali oder eine andere geeignete Stromquelle, die dazu konfiguriert sind, eine geeignete Betriebsspannung und einen geeigneten Betriebsstrom bereitzustellen.
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In einer Ausführungsform können die Kommunikationsknoten 42, 44, 46, 48, 50 betriebsfähig sein, um Impedanz- oder andere Signale wie etwa akustische Signale zu senden und zu empfangen, die über den Arbeitsstrang 30 geleitet werden. In diesem Fall beinhalten die Sender und Empfänger der Kommunikationsknoten 42, 44, 46, 48, 50 vorzugsweise einen oder mehrere Wandler in verschiedenen Formen, etwa in der Form von Stapeln piezoelektrischer Keramikkristalle. Es sei angemerkt, dass ein einzelner Wandler sowohl als der Sender als auch der Empfänger eines jeweiligen Kommunikationsknoten arbeiten kann. Es kann eine beliebige Anzahl von Kommunikationsknoten in dem System der vorliegenden Erfindung betrieben werden, wobei die Anzahl von der Länge des Arbeitsstrangs 30, dem Rauschen im Bohrloch, der Art von verwendeten Kommunikationsmedien und dergleichen abhängen kann. Wie dargestellt, dienen die Kommunikationsknoten 44, 46, 48 als Repeater, die dazu positioniert sind, die akustischen Signale, die am Arbeitsstrang 30 übertragen werden, an einem Punkt, an dem die Signale eine Stärke aufweisen, die für einen adäquaten Empfang ausreichend ist, zu empfangen. Sobald die Signale einen jeweiligen Knoten erreichen, können die Signale bei Bedarf in einen elektrischen Strom umgewandelt werden, der die übertragenen Informationen darstellt und zur Verarbeitung in das Logikmodul eingespeist wird. In bestimmten Ausführungsformen kann der Strom dann an den Wandler gesendet werden, um akustische Signale zu erzeugen, die an den nächsten Knoten übertragen werden. Auf diese Weise kann Kommunikation von Knoten 40 zu Knoten 50 sowie von Knoten 50 zu Knoten 40 erreicht werden.
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Wenn das Futterrohr 34 perforiert werden soll, kann der Arbeitsstrang 30 durch das Futterrohr 34 abgesenkt werden, bis die Perforationskanonen 38 im Verhältnis zu der Formation 14 richtig positioniert sind. Um den Zustand der Perforationskanonen 38 vor dem Perforationsvorgang zu überprüfen, kann ein Abfragebefehl vom Oberflächen-Controller 40 an Sensoren gesendet werden, die in den Perforationskanonen 38 angeordnet sind. Beispielsweise kann jede Perforationskanone 38 einen oder mehrere Sensoren wie etwa Feuchtigkeitssensoren, Drucksensoren, Undichtigkeitssensoren usw. beinhalten. Vorzugsweise ist jeder dieser Sensoren einzeln adressierbar und kommuniziert mit dem Kommunikationsknoten 50 über eine drahtgebundene Verbindung, doch kann alternativ auch eine drahtlose Kurzstreckenverbindung verwendet werden, wie etwa eine elektromagnetische Kommunikationsverbindung.
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Wenn der Oberflächen-Controller 40 Abfragebefehle an einen oder mehrere der Sensoren sendet, um den Status der Perforationskanonen 38 zu bestimmen, können dementsprechend die Befehle von dem Kommunikationsknoten 42 empfangen und als codierte Signale am Arbeitsstrang 30 weiter übertragen werden, die dann vom Kommunikationsknoten 44 empfangen werden. Der Kommunikationsknoten 44 kann als ein Repeater zum Empfangen, Verarbeiten und weiteren Übertragen der Befehle über Signale am Arbeitsstrang 30 dienen, die von dem Kommunikationsknoten 46 empfangen werden. Ebenso kann der Kommunikationsknoten 46 über Signale am Arbeitsstrang 30 die Befehle an den Kommunikationsknoten 48 weiterleiten, und der Kommunikationsknoten 48 leitet die Befehle über Signale am Arbeitsstrang 30 an den Kommunikationsknoten 50 weiter. Der Kommunikationsknoten 50 kann dann die Befehle zum Abfragen der einzelnen Sensoren in den Perforationskanonen 38 senden. Die Sensoren können die gewünschten Daten zum Undichtigkeitsstatus jeder Perforationskanone 38 erlangen und diese Informationen an den Kommunikationsknoten 50 bereitstellen. Der Kommunikationsknoten 50 kann diese Informationen in Signale umwandeln, die am Arbeitsstrang 30 an den Kommunikationsknoten 48 gesendet werden. Die Kommunikationsknoten 48, 46, 44 können als Repeater dienen, die jeweils die Informationen in Form von Signalen am Arbeitsstrang 30 empfangen, verarbeiten und weiter übertragen. Der Kommunikationsknoten 42 kann die Signale vom Kommunikationsknoten 44 empfangen und die Informationen verarbeiten, derart, dass sie zur Analyse an den Oberflächen-Controller 40 weitergeleitet werden können.
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Wenn die Sensoren melden, dass keine Undichtigkeiten oder anderen Probleme in den Perforationskanonen 38 festgestellt wurden, kann das Kommunikationssystem in ähnlicher Weise verwendet werden, um die Perforationskanonen 38 beispielsweise mithilfe eines oder mehrerer elektronischer oder hydraulischer Sprengköpfe zu aktivieren, scharfzuschalten und zu zünden. Anschließend können die Hohlladungen in den Perforationskanonen 38 nacheinander gezündet werden, entweder in einer Richtung von weiter oben im Bohrloch nach weiter unten, oder von weiter unten im Bohrloch nach weiter oben, oder in einer beliebigen Reihenfolge. Bei der Detonation können die Auskleidungen der Hohlladungen Strahlen bilden, die eine beabstandete Serie von Perforationen erzeugen, die sich nach außen durch das Futterrohr 34, den Zement 36 und in die Formation 14 erstrecken, wodurch Fluidkommunikation zwischen der Formation 14 und dem Bohrloch 32 ermöglicht wird.
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In der dargestellten Ausführungsform kann das Bohrloch 32 einen anfänglichen vertikalen Abschnitt und einen tieferen, allgemein abweichenden Abschnitt aufweisen, der als horizontal dargestellt ist. Einschlägige Fachleute sollten jedoch beachten, dass das System zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen der vorliegenden Erfindung ebenso zur Verwendung in anderen Bohrlochkonfigurationen geeignet ist, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, geneigten Bohrlöchern, Bohrlöchern mit Einschränkungen, nicht abweichenden Bohrlöchern und dergleichen.
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Obwohl 1 zudem unter Bezugnahme auf eine Offshore-Umgebung beschrieben wurde, werden einschlägige Fachleute verstehen, dass die hier beschriebenen Grundgedanken ebenso für eine Umgebung an Land geeignet sind.
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Wie einschlägige Fachleute verstehen werden, können beliebige der hier unter Bezugnahme auf ein Logikmodul beschriebenen Funktionen unter Verwendung von Software, Hardware, einschließlich fest angeordneter logischer Schaltungen, manueller Verarbeitung oder einer Kombination dieser Implementierungen implementiert werden. Somit steht der Begriff „Logikmodul“ im hier verwendeten Sinne allgemein für Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware. Im Fall einer Software-Implementierung etwa steht der Begriff „Logikmodul“ für Programmcode und/oder deklarativen Inhalte, z. B. Markup- Sprachinhalte, die bei Ausführung auf einer Verarbeitungsvorrichtung oder -vorrichtungen wie etwa einem/einer oder mehreren Prozessoren oder CPUs bestimmte Aufgaben ausführen. Der Programmcode kann in einer oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen gespeichert sein. Allgemeiner können die Funktionen der Logikmodule als gesonderte Einheiten in separater physischer Gruppierung implementiert sein oder können einer konzeptuellen Zuweisung unterschiedlicher Aufgaben entsprechen, die von einem einzelnen Softwareprogramm und/oder einer einzelnen Hardwareeinheit ausgeführt werden. Die Logikmodule können an einem einzelnen Standort angeordnet sein, wie er etwa durch eine einzelne Verarbeitungsvorrichtung implementiert wird, oder können über mehrere Standorte verteilt sein, etwa einen Notebook-Computer, persönlichen digitalen Assistenten, ein Smartphone, ein Tablet usw. in Kombination mit anderen physischen Vorrichtungen, die über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen miteinander kommunizieren.
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Als nächstes Bezug nehmend auf 2 zeigt diese eine Perforationskanone zur Verwendung in dem System zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen der vorliegenden Erfindung, die allgemein mit 100 bezeichnet ist. Die Perforationskanone 100 kann einen Träger 102 mit einer Vielzahl von darin definierten Vertiefungen wie etwa Vertiefung 104 aufweisen. Mit den einzelnen Vertiefungen stimmt eine jeweilige von der Vielzahl von Hohlladungen radial überein, etwa die Hohlladung 106.
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Die Hohlladungen können im Träger 102 durch ein Halteelement 108 gehalten werden, das eine äußere Ladungshaltehülse 110 und eine innere Ladungshaltehülse 112 beinhaltet. In dieser Konfiguration kann die Außenröhre 110 die Entladungsenden der Hohlladungen halten, während die Innenröhre 112 die Zündenden der Hohlladungen hält. In der Innenröhre 112 kann eine Sprengschnur 116 angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform können sich die Zündenden der Hohlladungen über die Längsachse der Perforationskanone 100 erstrecken, so dass die Sprengschnur 116 mit dem starken Sprengstoff in den Hohlladungen über eine Öffnung verbunden werden kann, die am Scheitel der Gehäuse der Hohlladungen definiert ist. In dieser Konfiguration kann der Träger 102 verschlossen werden, um die darin angeordneten Hohlladungen vor Bohrlochfluiden zu schützen.
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Jede der Hohlladungen, etwa die Hohlladung 106, kann in Längsrichtung und Radialrichtung mit einer Vertiefung, etwa der Vertiefung 104, im Träger 102 übereinstimmen, wenn das Perforationsgerät 100 vollständig zusammengebaut ist. In der dargestellten Ausführungsform können die Hohlladungen in einem Spiralmuster angeordnet sein, derart, dass jede Hohlladung auf einer eigenen Ebene oder Höhe angeordnet ist und einzeln gesprengt wird, so dass nur jeweils eine Hohlladung auf einmal gezündet wird. Einschlägige Fachleute sollten jedoch beachten, dass alternative Anordnungen einschließlich Clusterauslegungen verwendet werden können, in denen mehr als eine Hohlladung auf derselben Ebene liegt und gleichzeitig gesprengt wird, ohne von den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wie oben erörtert, können die Perforationskanonen zur Verwendung in dem System zum Überprüfen des Status von Perforationskanonen der vorliegenden Erfindung, wie etwa die Perforationskanone 100, einen oder mehrere Sensoren beinhalten, die dazu verwendet werden, Informationen im Zusammenhang mit Umgebungsfaktoren zu erlangen und bereitzustellen, die die Perforationskanone 100 umgeben. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Perforationskanone 100 eine Vielzahl von Sensoren, wie etwa Sensor 120, der an einer Außenseite des Halteelements 108 positioniert ist, Sensor 122, der an einer Innenseite des Halteelements 108 positioniert ist, Sensor 124, der an einer Innenseite des Trägers 102 positioniert ist, und Sensor 126, der an einer Außenseite des Trägers 102 positioniert ist. Wie oben erörtert, können die Sensoren 120, 122, 124, 126 vorzugsweise durch eine drahtgebundene Verbindung an den Kommunikationsknoten 50 gekoppelt sein, doch sind auch andere Kommunikationsmittel möglich und im Umfang der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
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Die Sensoren 120, 122, 124, 126 können gleicher oder unterschiedlicher Art sein und können Feuchtigkeitssensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren, Drucksensoren einschließlich Hochgeschwindigkeitsdrucksensoren oder Schnellmessungssensoren, Temperatursensoren, Beschleunigungsmesser, Stoßlastsensoren, Auskleidungsverschiebungssensoren, Tiefensensoren, Fluidsensoren, CO2-Sensoren, H2S-Sensoren, CO-Sensoren, thermische Zersetzungssensoren, Futterrohrkragenpositionsgeber, Gammadetektoren oder beliebige andere Arten von Sensoren sein, die betriebsfähig sind, um Informationen zur Umgebung der Perforationskanonen bereitzustellen. Die Sensoren 120, 122, 124, 126 und ähnliche Sensoren im Zusammenhang mit dem Perforationskanonensystem können zum Überwachen verschiedener Umgebungsbedingungen in Bezug auf den Kanonenstrang, wie etwa der Tiefe und Ausrichtung der Kanonen im Bohrloch; des Zustands der Kanonen vor dem Zünden, darunter Undichtigkeitsstatus, Druck, thermische Zersetzung und Feuchtigkeit; des richtigen Zündens der Kanonen, darunter Kanonendruck, Beschleunigung und Stoßlasten; der Parameter der Lagerstätte in der Nähe des Bohrlochs, darunter Temperaturen, Flüssigkeitsdrücke, Spitzendrücke und Druckschwankungen, sowie anderer Umgebungsbedingungen dienen, die einschlägigen Fachleute bekannt sind.
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Hier beschriebene Ausführungsformen können eine Wireline- und Sprengvorrichtungs-Leitfähigkeitsmessung in einer bewährtermaßen sicheren und automatisierten Weise vorsehen. Diese Informationen können von einem Bediener importiert werden, um einen Fehllauf zu vermeiden und Zeitverlust im Falle eines Fehlschlags zu reduzieren.
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Ausführungsformen können eine eingebaute Vorrichtung wie etwa ein Impedanzmessgerät beinhalten, das wenigstens teilweise in einer Sprengsicherheitskonsole angeordnet ist oder sicher daran gekoppelt ist. Vorzugsweise ist die eingebaute Vorrichtung gesichert, um externen oder manuellen Zugriff zu verhindern. Die Position der eingebauten Vorrichtung kann jede Art von externem oder manuellem Zugriff auf die Wireline-Schaltung mit dem zugehörigen Risiko im Zusammenhang mit manuellem Eingreifen verhindern.
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Die eingebaute Vorrichtung kann einen sicheren und schwachen elektrischen Strom fließen lassen und die resultierende Spannung messen, derart, dass die resultierende Impedanz berechnet werden kann. Die berechnete Impedanz kann einem Benutzer angezeigt werden, etwa auf der Sprengkonsole oder durch ein anderes Mittel wie etwa drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation an eine separate Rechenvorrichtung.
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Die eingebaute Vorrichtung kann dazu kalibriert sein, die verschiedenen Arten verwendeter Detonatoren zu erkennen, um die Messung und die Impedanzberechnung zu korrigieren. Die eingebaute Vorrichtung kann auch interne wiederaufladbare Batterien oder eine andere Stromquelle beinhalten, damit sie auch dann arbeiten kann, wenn das Oberflächensystem ausgeschaltet ist. Dies kann die Sicherheit der Vorrichtung erhöhen, da die Batterieniedrigspannung eine Strombegrenzung aufweisen kann, während der Ladestrom zugleich eine Strombegrenzung durch einen physikalischen Widerstand aufweisen kann, der verhindert, dass eine höhere Spannung die Wireline-Schaltung erreicht, selbst im Falle eines Stromstoßes oder eines Stromschaltungsausfalls oder eines Konsolenbrands.
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Die eingebaute Vorrichtung kann die Messung auf Abfrage erzeugen oder im kontinuierlichen Überwachungsmodus bleiben, damit der Benutzer stets einen Impedanzmesswert erhalten kann, während die Sprengvorrichtung herabgelassen wird, bis sie in Position zum Sprengen ist.
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3 stellt eine beispielhafte Sprengsicherheitskonsole 301 mit einer eingebauten Vorrichtung 302 wie etwa einem Impedanzdetektor dar, gemäß einer Ausführungsform. Die Konsole 301 kann ein Gehäuse 303 oder eine andere Strukturkomponente beinhalten. Das Gehäuse 303 kann verschlossen, abgedichtet usw. sein, um einen manuellen Zugriff auf interne Komponenten wie etwa die eingebaute Vorrichtung 302 zu verhindern. Das Gehäuse 303 kann einen oder mehrere Räume für Eingänge, Anzeigen, Schalter usw. beinhalten. Beispielsweise kann eine Anzeige 305 in der Konsole 301 enthalten sein. Bei der Anzeige 305 kann es sich um eine beliebige Art von Anzeige handeln, wie etwa eine LCD-Anzeige. Die Anzeige 305 kann einen oder mehrere Parameter des Systembetriebs angeben. Anzeigecharakteristiken können Messwerte, Messungen, Benachrichtigungen usw. beinhalten. Die Anzeige 305 kann Informationen zur aktiven Qualitätskontrolle und/oder Qualitätssicherung hinsichtlich der Qualität und Stabilität der Wireline-, Oberflächen- und Untertageausrüstung in einem passiven Modus bereitstellen. Die Anzeige 305 kann einen Absolutmesswert der Systemimpedanz bereitstellen. Alternativ können ein oder mehrere Touchpanel-Bildschirme verwendet werden, um Informationen einzugeben und/oder anzuzeigen. Die Konsole 301 kann einen oder mehrere Eingänge 307 beinhalten. Beispielsweise können auf der Konsole 301 Schwellenwerte ausgewählt und angezeigt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Schwellenwertmodus ausgewählt und/oder angezeigt werden, wie etwa A (über), B (unter), D (über und unter). Ein Schwellenwertskalar kann als 10 %, 20 %, 30 % oder beliebige andere Werte ausgewählt und/oder angezeigt werden. Indikatorleuchten können die derzeitige Auswahl anzeigen. Messwerte können auf der Konsole 301 angezeigt werden und können Angaben zum Status der Vorrichtung („Scharf“, „Aus“, „Zündbereit“ usw.), Position des Werkzeugs („CCL“ usw.), Vermessungsstatus („Vermessung“ usw.) beinhalten. Informationen und Anzeigen können in eine Konsole integriert sein, etwa eine WSP1-Konsole. Es können ein oder mehrere Schalter 309 enthalten sein, um verschiedene Aspekte des Systems zu bedienen, darunter ein Haupt-Ein/Aus-Schalter, Ein/Aus-Schalter für verschiedene Komponenten oder Vorgänge usw. Es kann eine automatische Nullpunkteinstellungsoption enthalten sein, um Kabel auszusondern, die an der Oberfläche messen. Die Konsole 301 kann einen oder mehrere Indikatoren 311 beinhalten, um einen Benutzer auf einen eingestellten Zustand aufmerksam zu machen, etwa wenn gemäß dem ausgewählten Modus und Skalar ein Schwellenwert erreicht wird. Der eine oder die mehreren Indikatoren können Lichter, akustische Hinweise usw. sein.
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4 ist eine schematische Darstellung einer Inline-Integritätsprüfeinrichtung gemäß einer Ausführungsform. Eine oder mehrere Komponenten können in einer Sprengsicherheitskonsole angeordnet sein. Ein Analog-Digital-Wandler (ADW) kann ein oder mehrere an einer zentralisierten Stelle, etwa einem Prozessor oder Controller 401, eintreffende Signale umwandeln. Obwohl ein DsPIC-Digitalsignal-Controller gezeigt ist, kann eine beliebige ähnliche Vorrichtung verwendet werden. Der Controller 401 kann eine Eingabe zu Leistung von einer Leistungsauswahl- und/oder Ladeschaltung 403 empfangen. Die Leistungsauswahl- und/oder Ladeschaltung 403 kann Informationen und/oder Leistung von einer Batterie 405 und/oder einer alternativen Stromquelle 407 wie etwa einer Lastwagenstromquelle empfangen. In bestimmten Ausführungsformen ist die Lastwagenstromquelle ein 12-V-DC-Netzteil. Von einem oder mehreren Eingängen 409 wie etwa Eingabetasten für Schwellenwertmodi und/oder Skalare (siehe 3) können Schwellenwerteingaben empfangen werden. Der Controller 401 kann Informationen an eine Anzeige 411 ausgeben. Die Steuerung 401 kann auch über eine Verbindung 413, etwa eine USB-Verbindung oder RS232-Verbindung, Widerstandsdaten an eine andere Vorrichtung, etwa eine externe Vorrichtung, bereitstellen. Es können andere Verbindungen verwendet werden. Widerstandsdaten können auch über eine Schnittstelle wie etwa eine WSP1- oder USB-Schnittstelle oder andere Vorrichtungen an andere Vorrichtungen, etwa eine KMSD, einen Chip, gesendet werden. Es können verschiedene Schnittstellen verwendet werden.
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Bei Bedarf kann ein Alarm erforderlich sein. Eine Alarmschaltung 417 kann Daten von dem Controller 401 empfangen. Die Alarmschaltung 417 kann einen oder mehrere von einem akustischen Alarm 419 und/oder einem visuellen Alarm 421 aktivieren. Alarminformationen wie etwa Aktivierung können an einen Chip und/oder Werkzeugpositionsgeber wie etwa KMSD CCL gesendet werden.
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Auf einer Wireline-Seite der Vorrichtung kann eine Eingangsleitung 423 von einer Chip-Platte eingehen. Ein Relaisschalter 425, etwa ein einpoliger Einschalter (SPST), kann verwendet werden. Der Relaisschalter 425 kann eine Verbindung zu einer Ausgangsleitung 427 und/oder einer Widerstandsmessung 429 bereitstellen. Ein Ein/Aus-Schalter 431 kann den Relaisschalter 425 steuern. Die Widerstandsmessung 429 kann an einem Relaisschalter 433, etwa einem SPST-Schalter, empfangen werden. Der Relaisschalter 433 kann Daten an einen Spannungssensor 435 bereitstellen, der dann Leitungsspannung an den Controller 401 bereitstellt. Der Spannungssensor 435 kann durch eine Spannungsschwellenwerterkennung bestimmen, ob Streuspannung vorliegt.
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Ein Filter-/Leitungs-ISO 437 kann Informationen zu einer Widerstandsmessung empfangen, etwa Null-Offset und/oder eine REF-Aktivierung. Die Widerstandsmessung kann eine Spannungs- und Strommesstechnik verwenden, die gegenüber stark schwankendem Eigenrauschen von beispielsweise einem Lastwagenkasten und Wireline-Kabel unempfindlich ist. Die Spannungs- und Strommesstechnik kann auch unempfindlich gegenüber Schwankungen in Stromversorgungsschienen sein. Die Messtechnik kann verschiedene Stufen wie etwa Isolation, Gleichtaktunterdrückung, Unterdrückung von Eigenrauschen, Unterdrückung von Gleichspannungs-Offset, Reihenwiderstandsauswahl und Filterung kombinieren. In bestimmten Ausführungsformen kann die Widerstandsmessung Leitungsisolation bis zu beispielsweise einem Kilovolt beinhalten und die Elektronik vor Überspannung in der Leitung schützen. Die Isolationsschaltungen können sicherstellen, dass unerwünschtes oder zusätzliches Rauschen aus dem Isolationsprozess entfernt wird. Die gemessenen Signale können einer Gleichtaktunterdrückung unterzogen werden, um Gleichspannungs-Offset in der Gleichtaktspannungsleitung zu eliminieren, was wenigstens teilweise zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit beiträgt. In bestimmten Ausführungsformen können zwei parallele Messungen gleichzeitig vorgenommen werden, um Messgenauigkeit zu erreichen und Diskrepanzen aufgrund von Zeitverschiebungen in den gemessenen Signalen zu reduzieren. Dies kann weiteren Gleichspannungs-Offset entfernen und das System unempfindlicher gegenüber Eigenrauschen und Stromschienenrestwelligkeit machen. Auf dieser Stufe kann die Taktung der Messung im Verhältnis zu Änderungen in den gemessenen Signalen entscheidend sein und die Messgenauigkeit verbessern. Die Genauigkeit kann weiter verbessert werden, indem verschiedene Reihenwiderstände verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Messung innerhalb von Bereichen mit guter Genauigkeit bleibt, die von Hardware und Firmware bestimmt werden, insbesondere bei der Analog-Digital-Wandlung sowie bei analoger Verarbeitung wie etwa der Filterung. Schließlich können die gemessenen Signale von Analogfiltern gefiltert werden, um saubere Signale für Analogwandler bereitzustellen, um ADW-Quantisierungsfehleranforderungen zu erfüllen. Dieser Filter kann, ohne darauf beschränkt zu sein, eine induzierte Interferenz beinhalten, etwa von dem Lastwagen, beispielsweise einer Stromversorgung von etwa 50 Hz. Die analogen Messsignale können dann vom Filter-/Leitungs-ISO 437 an den Controller 401 zurückgeleitet werden, wo sie digitalisiert, verarbeitet und zu einem oder mehreren Leitungswiderstandswerten berechnet werden. Dieser Vorgang kann von dem Controller gesteuert und getaktet werden. Wie angegeben, kann die Widerstandsmessung Informationen zur Gleichtaktunterdrückung, Unterdrückung von Eigenrauschen, Unterdrückung von Spannungs-Offset, Nutzung von zwei oder mehr Kanälen, etwa Strom und Spannung, und Reihenwiderstandsauswahl beinhalten. Es kann eine Widerstandsmessung vom Filter-/Leitungs-ISO 437 zurückgegeben werden.
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Der Relaisschalter 433 kann ebenfalls einen Ausgang von dem Filter-/Leitungs-ISO 437 und eine Widerstandsmessungs-/Spannungssensoraktivierungsangabe vom Controller 401 empfangen.
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Die Betriebsweise einer Ausführungsform soll nun als Prozess 501 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden. Eine oder mehrere Perforationskanonen können zum Einführen in ein Bohrloch vorbereitet werden (Schritt 503). Die Sprengsicherheitskonsole mit eingebauter Vorrichtung kann aktiviert werden, etwa durch einen Schalter, selbst wenn die Stromversorgung der Sprengvorrichtung ausgeschaltet ist (Schritt 505). Es können zu vom Benutzer ausgewählten Zeitpunkten, an vorgegebenen Zeitpunkten und/oder kontinuierlich Sensormessungen vorgenommen werden (Schritt 507). Die Perforationskanonen können an der Zielposition im Bohrloch positioniert werden (Schritt 509).
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Vor dem Sprengen der Hohlladungen kann das System der vorliegenden Erfindung betriebsfähig sein, um verschiedene Überprüfungen des Kanonenzustands wie etwa die oben beschriebenen durchzuführen, einschließlich Perforationskanonentiefen- und -ausrichtungsüberprüfung und der Perforationskanonenzustandsüberprüfung. Diese Überprüfung kann mithilfe des Oberflächen-Controllers in Verbindung mit Kommunikationsknoten erreicht werden, die am Arbeitsstrang positioniert sind, um Sensoren, die den Perforationskanonen zugeordnet sind, nach den gewünschten Informationen abzufragen.
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Sobald alle Sensoren abgefragt wurden, kann der Oberflächen-Controller bestimmen, ob die Perforationskanonen zündbereit sind (Schritt 511). Wenn die Perforationskanonen bereit sind, kann der Oberflächen-Controller mit dem Rest der Zündsequenz fortfahren, die das Senden der geeigneten Aktivierungs-, Scharfschaltungs- und Zündbefehle über die Kommunikationsknoten an einen geeigneten Zündkopf beinhaltet (Schritt 515). Wenn nicht alle Perforationskanonen bereit sind, kann der Oberflächen-Controller bestimmen, ob Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können, damit das Perforationsereignis stattfinden kann (Schritt 513). Zu solchen Korrekturmaßnahmen können das Wiederholen des Überprüfungsvorgangs, um zu bestimmen, ob ein abweichender Zustand weiterhin besteht, das Ermitteln, welche Kanonen in einem abweichenden Zustand sind, und das Entfernen dieser Kanonen aus der Zündsequenz oder dergleichen gehören. Wenn der Oberflächen-Controller beim Durchführen dieser Korrekturmaßnahmen bestimmt, dass das Perforationsereignis stattfinden sollte, kann der Oberflächen-Controller mit dem Rest der Zündsequenz fortfahren (Schritt 513). Wenn beim Durchführen der Korrekturmaßnahmen bestimmt wird, dass das Perforationsereignis nicht stattfinden darf, kann der Prozess enden.
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Während des Perforationsereignisses können Sensoren, die den Perforationskanonen zugeordnet sind, fortfahren, Informationen zu sammeln und zu übertragen. Insbesondere Sensoren wie etwa Beschleunigungsmesser, Drucksensoren, Hochgeschwindigkeitsdrucksensoren, Temperatursensoren können verwendet werden, um verschiedene Daten der Perforationskanone und der Lagerstätte in der Nähe des Bohrlochs zu erlangen. So sind beispielsweise die Hochgeschwindigkeitsdrucksensoren betriebsfähig, um Druckdaten im Millisekundenbereich zu erlangen, derart, dass der von dem Perforationsereignis erzeugte Druckstoß und zugehörige Druckzyklen gemessen werden können. Ebenso sind die Beschleunigungsmesser betriebsfähig, um Stoßlastdaten im Zusammenhang mit dem Perforationsereignis aufzuzeichnen. Die Verwendung dieser und anderer Daten ermöglicht eine Bestimmung der Stärke der Detonation im Zusammenhang mit den Perforationskanonen. Diese Informationen werden gleichzeitig, sofort danach oder später von den Sensoren über das Kommunikationssystem an den Oberflächen-Controller übermittelt. Diese Informationen können dazu verwendet werden, die Qualität des Perforationsereignisses zu bestimmen, etwa ob der Zünder gesprengt wurde, ob Hohlladungen in der Perforationskanone gesprengt wurden, ob alle Hohlladungen in der Perforationskanone gesprengt wurden oder ob nur einige der Hohlladungen in der Perforationskanone gesprengt wurden. Anhand dieser Informationen kann der Bediener im Wesentlichen in Echtzeit bestimmen, ob beispielsweise eine Zone erneut perforiert werden sollte.
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Ebenso können nach dem Perforationsereignis Sensoren, die den Perforationskanonen zugeordnet sind, fortfahren, Informationen zu sammeln und zu übertragen. Insbesondere werden Sensoren wie etwa Drucksensoren, Temperatursensoren, Fluidsensoren und dergleichen verwendet, um verschiedene Daten der Lagerstätte in der Nähe des Bohrlochs zu erlangen. Diese Daten können beim Auslegen der nächsten Komplettierungsphase nützlich sein, etwa ob ein Säurevorgang oder eine Frakturstimulation ausgeführt werden soll.
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Hier beschriebene Ausführungsformen können die Zeit reduzieren, die mit dem Einfahren einer mangelhaften Baugruppe verbracht wird. Die Systeme und Verfahren können Sichtbarkeit von Änderungen im System auf dem Weg in ein Bohrloch ermöglichen, und wann möglicherweise Modusänderungen an Ausrüstung auftreten, beispielsweise ein elektrischer Kontaktverlust am CSR. Bestimmte Ausführungsformen können die Fähigkeit bereitstellen, eine Fehlerbehebung an Untertagebaugruppen durchzuführen, bevor sie an die Oberfläche zurückgebracht werden. Für das Einsatzsystem kann eine konstante Messung der Abschaltimpedanz bereitgestellt werden.
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Aus dem Vorstehenden wird deutlich geworden sein, dass eine Erfindung mit wesentlichen Vorteilen bereitgestellt wurde. Obwohl die Erfindung nur in einigen wenigen ihrer Formen gezeigt wurde, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern eignet sich für verschiedene Änderungen und Abwandlungen, ohne von ihrem Geist abzuweichen.
