EA010141B1 - Трубопровод, оборудованный оптическим волокном, и способы его изготовления и использования - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к трубопроводу, оборудованному оптическим волокном, и способам его изготовления и использования. Согласно изобретению трубопровод, оборудованный оптическим волокном, представляет собой гибкую трубу (15, 105) с оптическим волокном (201), он снабжен волоконно-оптической трубкой (211), продольно размещенной в гибкой трубе (15, 105) и имеющей канал (203), в котором расположено по меньшей мере одно оптическое волокно (201), при этом канал (203) образован полоской материала, окружающей по меньшей мере одно оптическое волокно (201). Способ изготовления трубопровода, оборудованного оптическим волокном, включает закачивание флюида в гибкую трубу (15, 105), в которой осуществляют формирование волоконно-оптической трубки (211) с каналом (203), в котором размещают по меньшей мере одно оптическое волокно (201) и который образуют полоской материала, окружающей это волокно, и продольное перемещение волоконно-оптической трубки (211) в гибкой трубе (15, 105) за счет воздействия потока флюида на волоконно-оптическую трубку (211). Трубопровод используется для связи со стволом скважины способом, включающим операции передачи управляющих сигналов в ствол скважины, определения состояния в стволе скважины и передачи данных об этом состоянии к месту их приема, при этом осуществляют перемещение волоконно-оптической трубки (211) в гибкой трубе (15, 105) посредством потока флюида и перемещение гибкой трубы (15, 105) в стволе скважины для проведения указанных операций, которые выполняют с помощью волоконно-оптической трубки.

Description

Область техники, относящаяся к изобретению

Настоящее изобретение, в общем, относится к работе на месторождениях нефти и, более конкретно, к способам и устройствам, использующим волоконные оптические системы при работе с гибкими трубами (гибкими НКТ (насосно-компрессорными трубами) малого диаметра) в стволе скважины.

Предпосылки создания изобретения

Работа с гибкими трубами в основном используется в области нефтедобычи, например, для закачивания флюида в требуемое место в стволе скважины или для управления устройствами на нефтепромыслах. Одно из преимуществ гибких труб состоит в том, что они предусматриваются на бобинах, так что гибкая труба разматывается, когда она вставляется в ствол скважины для конкретного использования, а затем сматывается или перематывается назад на бобину, когда она извлекается из ствола скважины. Бобины с гибкими трубами могут храниться в удобном положении или перемещаться, и намотанную гибкую трубу можно транспортировать на трейлере, в вагоне-платформе или грузовике. Использование гибких труб в качестве транспортировочного средства для скважин различного типа в приспособлениях для скважин расширяется, в результате усиливается необходимость создания скважинных устройств и способов, адаптированных для использования с гибкими трубами. Трудности, присущие использованию традиционных электромеханических скважинных устройств с гибкими трубами, включают недостаток мощности скважинных устройств и нехватку телеметрических данных, поступающих от скважинных устройств к поверхности.

Из уровня техники известно использование традиционной проводной линии связи в гибкой трубе для обеспечения связи с поверхностью при осуществлении скважинных операций, включая передачу данных вверх по стволу скважины, измеряемых с помощью ряда скважинных инструментов, и передачу команд вниз по стволу скважины для выполнения множества операций. Однако использование кабеля проводной линии связи в гибкой трубе создает проблемы материально-технического обеспечения, такие как укладка кабеля проводной линии связи в гибкой трубе и уменьшение вместимости гибкой трубы, связанное с тем, что часть пространства занимает кабель проводной линии связи.

Введение проводной линии связи к колонне гибких труб значительно увеличивает вес колонны гибких труб. Установка проводной линии связи внутри колонны гибких труб язляется сложной, и проводная линия подвержена свиванию в «птичье гнездо» внутри гибкой трубы. Этот факт и относительно большой внешний диаметр проводной линии связи по сравнению с внутренним диаметром гибкой трубы могут нежелательным образом затруднять продвижение потока флюида через гибкую трубу, причем такой поток через гибкую трубу часто является существенной частью работы в стволе скважины. Кроме того, некоторые флюиды, регулярно прокачиваемые через гибкую трубу, такие как кислота, цемент и жидкости для гидроразрыва с расклинивающим наполнителем, могут оказывать неблагоприятное воздействие на целостность или эксплуатационные качества кабеля проводной линии связи. Кроме того, прокачка флюида вниз по гибкой трубе может создавать силу сопротивления, воздействующую на кабель проводной линии связи, в результате чего возникает сила трения между флюидом и поверхностью кабеля.

Установка проводной линии связи или другого электрического кабеля внутри гибкой трубы является затруднительной и громоздкой, поскольку его вес и жесткость при изгибе могут давать вклад в значительную силу трения между кабелем и внутренней частью гибкой трубы. Способы укладки проводной линии связи в гибкой трубе рассматриваются в патенте США 5573225 и патенте США 5699996, каждый из которых упомянут здесь для сведения. Способы, упомянутые в каждом из этих патентов, требуют существенной установки устройств на поверхности для преодоления значительной силы трения между кабелем и гибкой трубой и для транспортировки кабеля внутрь свернутого трубопровода. Размер таких устройств делает невозможным их использование в некоторых операциях, в частности в операциях вдали от берега, в море.

Расширяется использование оптического волокна в различных применениях. Оптическое волокно обеспечивает множество преимуществ по сравнению с проводной линией связи, при использовании как передающей среды, так как имеет малый размер, малый вес, большую пропускную способность и высокую скорость передачи данных. Значительная проблема использования оптических волокон в подземных операциях на нефтяных промыслах состоит в том, что ионы свободного водорода будут вызывать потемнение волокна при повышенных температурах, которые обычно наблюдаются в подземных стволах скважин. Известно использование оптического волокна в кабеле проводной линии связи, как это описано в патенте США 6690866, упомянутом здесь для сведения. В этом патенте предлагается добавлять поглощающий водород материал или очищающий гель для окружения оптических волокон внутрь первой металлической трубки. В этом патенте также раскрывается, что кабель проводной линии связи, описанный в нем, требует значительного предела прочности на растяжение, и что этот предел прочности может быть получен за счет жесткого прикрепления первой металлической трубки к внутренней поверхности второй металлической трубки. Обе методики могут существенно увеличить себестоимость и вес кабеля. В патенте США 6557630, упомянутом здесь для сведения, описывается способ установки в стволе скважины устройства для дистанционных измерений, причем устройство содержит трубопровод, в котором располагаются волоконно-оптический датчик и волоконно-оптический кабель, причем кабель продвигается

- 1 010141 вдоль трубопровода за счет потока флюида в трубопроводе. В патенте СВ 2362909, упомянутом здесь для сведения, предлагается способ размещения датчиков, который основан на первичной укладке первого полого трубопровода в гибкой трубе и последующем инжектировании отдельного волокна в этот трубопровод. Ни один из этих патентов не описывает и не предлагает способ продвижения подключенного с помощью оптических устройств трубопровода или кабеля внутри трубчатой конструкции при использовании потока флюида.

Способы укладки оптических волокон в трубчатых конструкциях часто направлены на укладку оптического волокна за счет закачивания или драгирования волокна в трубчатую конструкцию. В заявке на патент США 2003/0172752, упомянутой здесь для сведения, описываются способы укладки оптического волокна через трубопровод для применения в стволах скважин, использующие флюид, в которых создается изоляция между оптическим волокном и трубопроводом. Для укладки оптического волокна в гибкой трубе при использовании этих способов должно требоваться: 1) разматывание гибкой трубы, 2) растягивание гибкой трубы (либо в скважине, либо на поверхности) и 3) развертывание оптического волокна. Такой процесс направлен на укладку отдельного оптического волокна в трубчатой конструкции, он занимает много времени и, таким образом, является дорогостоящим с точки зрения проведения работ. Кроме того, эти способы направлены на укладку отдельного оптического волокна в трубчатой конструкции и не подходят для укладки в трубчатой конструкции множества волокон. Кроме того, в этих способах не предполагается возвращение назад или повторное использование оптического волокна.

Использование множества оптических волокон, однако, может обеспечивать преимущества во многих ситуациях по сравнению с использованием отдельного оптического волокна. Использование множества волокон обеспечивает резервирование в случае, когда любое отдельное волокно повреждается или разрушается. Множество волокон обеспечивает увеличение пропускной способности отдельного волокна и позволяет гибко выделять различные типы передающих линий для различных волокон. Эти преимущества могут быть особенно важными в скважинных применениях, когда ограничивается доступ, условия окружающей среды могут быть экстремальными, и требуется двунаправленная передача (вверх и вниз по скважине). Использование множества оптических волокон также позволяет использовать отдельное оптическое волокно для конкретного устройства или датчика. Эта конструкция является полезной, поскольку некоторые датчики, такие как устройства Фабри-Перо, требуют специального оптического волокна.

Конструкция также является полезной для датчиков с цифровой телеметрией, для которой может требоваться отдельное волокно. Датчики, использующие волоконные брэгговские решетки, например, требуют выделения отдельного волокна из волокна, используемого для проведения цифровой оптической телеметрии.

Для ясности термин «канал» используется здесь для определения малой трубки или полого носителя, который окружает оптическое волокно или волокна. Термин «оптическое волокно» относится к волокну или волноводу, способному передавать оптическую энергию. Термин «волоконно-оптическая трубка» или «волоконно-оптический фал» используется для определения комбинации оптического волокна или множества оптических волокон, расположенных в трубопроводе. Термин «волоконнооптический кабель» относится к кабелю, проводу, проводной линии связи или нефтепроводу, которые содержат одно или более оптических волокон. «Трубчатая конструкция» и «трубопровод» в общем относятся к системе трубопроводов, имеющих вид круглых полых устройств, и в области применений в нефтедобыче - к обсадной трубе, бурильной трубе, металлической трубе или гибкой трубе, или другим таким устройствам.

Известны различные способы изготовления волоконно-оптических трубок. Два примера представляют изготовление с помощью лазерной сварки так, как описано в патенте США 4852790, упомянутом здесь для сведения, и с помощью сварки вольфрамовым электродом в инертном газе (ПС) так, как описано в патенте США 4366362, упомянутом здесь для сведения. Ни один патент не описывает и не предлагает вставку таких трубок в свернутый трубопровод с помощью потока флюида.

Следовательно, можно видеть, что существует необходимость создания устройства, способов изготовления и способов использования волоконно-оптического трубопровода, расположенного в трубчатой конструкции, и, в частности, необходимость создания такого устройства и способов использования в стволе скважины.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение содержит трубопровод, оборудованный оптическим волокном, представляющий собой гибкую трубу с оптическим волокном, и характеризуется тем, что он снабжен волоконнооптической трубкой, продольно размещенной в гибкой трубе и имеющей канал, в котором расположено по меньшей мере одно оптическое волокно, при этом канал образован полоской материала, окружающей по меньшей мере одно оптическое волокно.

Кроме того, в трубопроводе волоконно-оптическая трубка содержит более одного оптического волокна, при этом полоска, образующая канал волоконно-оптической трубки, содержит металлический материал, причем гибкая труба выполнена таким образом, что может наматываться на бобину и предназначена для размещения в стволе скважины.

- 2 010141

Кроме того, в трубопроводе волоконно-оптическая трубка выполнена герметичной и содержит инертный газ или гель.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен способ изготовления трубопровода, оборудованного оптическим волокном, включающий закачивание флюида в гибкую трубу, при этом осуществляют формирование волоконно-оптической трубки с каналом, в котором размещают по меньшей мере одно оптическое волокно и который образуют полоской материала, окружающей это волокно, и продольное перемещение волоконно-оптической трубки в гибкой трубе за счет воздействия потока флюида на волоконно-оптическую трубку.

Кроме того, в способе флюид закачивают в гибкую трубу, по меньшей мере, частично намотанную на бобину, причем флюид закачивают в гибкую трубу, перемещаемую в стволе скважины.

В способе согласно второму аспекту изобретения по меньшей мере одно оптическое волокно размещают в волоконно-оптической трубке в инертной среде.

Согласно еще одному аспекту изобретения предусмотрен способ связи со стволом скважины с использованием трубопровода, содержащего волоконно-оптическую трубку в гибкой трубе и по меньшей мере одно оптическое волокно в канале волоконно-оптической трубки, включающий операции передачи управляющих сигналов в ствол скважины, определения состояния в стволе скважины и передачи данных об этом состоянии к месту их приема и характеризующийся тем, что осуществляют перемещение волоконно-оптической трубки в гибкой трубе посредством потока флюида и перемещение гибкой трубы в стволе скважины для проведения указанных операций, которые выполняют с помощью волоконнооптической трубки.

При этом в способе состояние в стволе скважины определяют с помощью по меньшей мере одного оптического волокна.

Кроме того, способ включает размещение в стволе скважины по меньшей мере одного датчика или скважинного устройства, соединенного по меньшей мере с одним оптическим волокном.

При этом состояние в стволе скважины определяют посредством по меньшей мере одного датчика, а данные от датчика передают к месту их приема по меньшей мере через одно из оптических волокон, причем данные о состоянии в стволе скважины передают на поверхность.

Кроме того, в способе управляющий сигнал к скважинному устройству передают по меньшей мере через одно из оптических волокон.

При этом гибкую трубу перемещают в стволе скважины путем ее разматывания с бобины, а извлекают гибкую трубу из ствола скважины путем ее наматывания на бобину, а скважинное устройство размещают в стволе скважины путем его перемещения по гибкой трубе.

Кроме того, управляющий сигнал передают от поверхности в ствол скважины по меньшей мере через одно из оптических волокон, при этом передача управляющего сигнала в ствол скважины и данных о состоянии в стволе скважины представляет собой их беспроводную передачу.

Кроме того, способ согласно изобретению включает передачу данных к закрепленному на бобине беспроводному телеметрическому устройству через волоконно-оптическую трубку, расположенную на этой бобине, при этом волоконно-оптическая трубка содержит более одного оптического волокна, в стволе скважины размещен более чем один датчик, а состояние в стволе скважины определяют посредством по меньшей мере двух размещенных в нем датчиков, и данные о каждом из этих состояний передают по различным оптическим волокнам.

В то время как конкретный вариант осуществления и область применения представлены как пример, а именно, гибкая труба, оборудованная волоконно-оптической системой, пригодная для применения в стволе скважины, настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом осуществления и пригодно для применений, в которых требуется трубопровод, оборудованный волоконно-оптической системой.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает вариант осуществления устройства настоящего изобретения;

фиг. 2А - вид поперечного сечения варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2В - вид поперечного сечения другого варианта осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 - типичная схема для работы с гибкой трубой.

Подробное описание изобретения

В настоящем изобретении описывается трубопровод, оборудованный оптическим волокном, и способы его изготовления и использования. Трубопровод по настоящему изобретению, оборудованный оптическим волокном, содержит одну или более волоконно-оптических трубок, расположенных в трубчатой конструкции. В варианте осуществления создается способ укладки одной или более волоконнооптических трубок в намотанный на катушку трубопровод, такой как гибкая труба. Другой вариант осуществления содержит способ укладки одного или более волоконно-оптических кабелей в гибкой трубе, расположенной в стволе скважины.

В настоящем изобретении присутствует неожиданное понимание того, что волоконно-оптическая трубка может развертываться в трубчатой конструкции путем закачивания волоконно-оптической трубки во флюид без дополнительной конструкции или защиты. В основном считается, что способы закачивания трубок в трубчатую конструкцию оказывают неподходящее влияние на присущий недостаток жесткости

- 3 010141 трубок при сжатии. Кроме того, при описании волоконно-оптических кабелей предполагается, что волоконно-оптическая трубка нуждается в дополнительной защите или конструкции для использования в среде, окружающей скважину. Таким образом, нетипично рассматривать разворачивание волоконнооптической трубки непосредственно в трубчатой конструкции без герметизации трубки с дополнительными слоями, обеспечивающими защитное покрытие, или заключение ее в оплетку. Аналогично, нетипично рассматривать разворачивание волоконно-оптической трубки непосредственно через закачивание флюида.

Преимущество трубопровода по настоящему изобретению, оборудованного оптическим волокном, состоит в том, что волоконно-оптическая трубка обладает определенным уровнем жесткости при сжатии, это приводит к тому, что ее поведение по отношению к гибкой трубе является более механическим, чем кабеля или одного оптического волокна. По существу, использование волоконно-оптической трубки внутри гибкой трубы позволяет избежать многих слабо управляемых проблем, представленных другими механизмами передачи. Кроме того, поперечное сечение волоконно-оптической трубки является относительно малым по сравнению с внутренней областью внутри гибкой трубы, таким образом, ограничивая возможное физическое влияние, которое волоконно-оптическая трубка может оказывать на механическое поведение гибкой трубы в процессе размещения и восстановления. Небольшой относительный диаметр волоконно-оптической трубки в сочетании с ее небольшим весом делают более приемлемой операцию закачивания, которая является преимущественной для того, чтобы избежать формирования «птичьего гнезда» или группирования внутри гибкой трубы, которое обычно происходит, когда в гибкой трубе укладывается проводная линия связи. Кроме того, поскольку проблем слабого управления в настоящем изобретении удается избежать, гибкая труба, оборудованная свернутым трубопроводом, может быть развернута внутри ствола скважины и извлечена из ствола скважины с большей скоростью по сравнению со скоростью для гибкой трубы с проводной линией связи.

Со ссылкой на фиг. 1 показан трубопровод 200, который оборудован оптическим волокном и имеет трубчатую конструкцию 105, в которой располагается волоконно-оптическая трубка 211. На фиг. 1 показана волоконно-оптическая трубка 211, содержащая канал 203, в котором располагается отдельное оптическое волокно 201. В других вариантах осуществления внутри волоконно-оптического канала 203 может быть расположено более одного оптического волокна 201. Концевая заделка 301 кабеля на поверхности или скважинная заделка 207 может быть создана как для физических, так и для оптических соединений между оптическим волокном 201 и одним или более устройствами в стволе скважины или датчиком 209. Оптические волокна могут быть многомодовыми или одномодовыми. Типы скважинных устройств или датчика 209 могут включать, например, измерительные приборы, затворы, пробоотборники, датчики температуры, датчики давления, датчики распределения температуры, датчики распределения давления, устройства для регулирования дебита, устройства измерения скоростей, устройства измерения соотношения масло/вода/газ, масштабные датчики, силовые приводы, запирающие устройства, устройства разъединения, датчики оборудования (например, датчики вибрации), датчики обнаружения песка, датчики обнаружения воды, записывающие устройства данных, датчики вязкости, датчики плотности, датчики температуры начала кипения, датчики состава, наборы электрокаротажных зондов и датчики удельного сопротивления, акустические устройства и датчики, другие телеметрические устройства, датчики ближней ИК-области спектра, датчики гамма-лучей, Н₂§ датчики, СО₂ датчики, блоки памяти, размещаемые в скважине, устройства для бурения, кумулятивные заряды, головки взрывателя, локаторы и другие устройства.

Со ссылкой на фиг. 2А показан вид поперечного сечения трубопровода 200 фиг. 1, оборудованного оптическим волокном. Внутри трубопровода 105 показана волоконно-оптическая трубка 211, содержащая оптическое волокно 201, расположенное внутри канала 203. Со ссылкой на фиг. 2В показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором трубопровод 200, оборудованный оптическим волокном, имеет более одной волоконно-оптической трубки 211, расположенной в трубчатой конструкции 105, и в котором более одного оптического волокна 201 располагается внутри канала 203 по меньшей мере в одной из волоконно-оптических трубок 211.

В волоконно-оптической трубке 211 инертный газ, такой как азот, может быть использован для заполнения пространства между оптическим волокном или волокнами 201 и внутренней частью канала 203. Флюид может находиться под давлением в некоторых вариантах осуществления согласно изобретению для уменьшения чувствительности волоконно-оптического кабеля к локализованному изгибу. В еще одном варианте осуществления методика лазерной сварки осуществляется в закрытой окружающей среде, заполненной инертным газом, таким как азот, для того, чтобы избежать воздействия воды или водорода в процессе изготовления, тем самым минимизируется любое, индуцированное водородом потемнение оптических волокон в процессе работы на месторождениях нефти. Использование азота для заполнения пространства дает преимущества, связанные с более низкой стоимостью и большим удобством по сравнению с другими методиками, которые могут требовать заполнения пространства буферным раствором, гелем или герметиком. В одном варианте осуществления канал 203 конструируется за счет сгибания металлической полосы вокруг оптического волокна или волокон 201 и последующей сварки этой полосы для формирования окружающего канала с использованием технологии лазерной сварки, как описано в

- 4 010141 патенте США 4852790. Это дает значительное уменьшение стоимости и веса получающейся в результате волоконно-оптической трубки 211 по сравнению с другими оптическими кабелями, ранее известными из уровня техники. Небольшое количество геля, содержащего палладий или тантал, необязательно может размещаться на каждом из концов волоконно-оптической трубки для предохранения попадания в оптическое волокно или волокна 201 ионов водорода в ходе транспортировки, связанной с оптической конструкцией трубопровода 200.

Материалы, подходящие для использования в канале 203 волоконно-оптической трубки 211 настоящего изобретения обеспечивают жесткость трубки, являются стойкими по отношению к жидкостям, используемым на нефтепромыслах, они предназначены для того, чтобы выдерживать условия высокой температуры и высокого давления, которые проявляются в среде, окружающей скважину. Обычно канал 203 в волоконно-оптической трубке 211 изготавливается из металлического материала, и в некоторых вариантах осуществления канал 203 содержит такие металлические материалы, как инконель (1псопе1), нержавеющая сталь или НакеЙоу™. В то время как волоконно-оптические трубки, изготовленные любым способом, могут быть использованы в настоящем изобретении, волоконно-оптические трубки, полученные путем лазерной сварки, являются предпочтительными, поскольку область, которая подвергается воздействию тепла, генерированного лазерной сваркой, обычно меньше, чем подобные области, получаемые с помощью других методов, таких как дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, таким образом уменьшается возможность разрушения оптического волокна в процессе сварки.

В то время как размеры таких волоконно-оптических трубок являются небольшими, например, диаметр таких изделий, доступных для приобретения и выпускаемых К-ТиЬе, 1пс о! Са1йотша, И8А, изменяется в диапазоне от 0,5 до 3,5 мм, они имеют достаточное пустое внутренне пространство для размещения множества оптических волокон. Небольшой размер таких волоконно-оптических трубок особенно полезен в настоящем изобретении, поскольку их пропускная способность для вмещения флюидов или создания препятствий по отношению к другим устройствам или оборудованию для размещения в них или проведения через трубчатую конструкцию уменьшается незначительно по сравнению с пропускной способностью трубчатой конструкции.

В некоторых вариантах осуществления волоконно-оптическая трубка 211 содержит канал 203 с внешним диаметром от 0,071 до 0,125 дюймов (3,175 мм), сформированный вокруг одного или более оптических волокон 201. В предпочтительном варианте осуществления используются стандартные оптические волокна, и канал 203 имеет не более чем 0,02 дюйма (0,508 мм) в толщину. В то время как диаметр оптических волокон, защитной трубки и толщина защитной трубки, приведенные здесь, являются примерными, заслуживает внимания тот факт, что внутренний диаметр защитной трубки может быть больше, чем требуется, для плотной упаковки оптических волокон.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения волоконно-оптическая трубка 211 может содержать множество оптических волокон, которые могут располагаться в канале. В некоторых приложениях конкретные скважинные устройства могут иметь свое собственное обозначенное оптическое волокно, или каждая группа устройств может иметь свое собственное обозначенное оптическое волокно внутри волоконно-оптической трубки. В других приложениях ряд устройств может использовать отдельное оптическое волокно.

Со ссылкой на фиг. 3 показана типичная конфигурация для работы в скважине, в которой гибкая труба 15 подходит для использования как трубчатая конструкция 105 в настоящем изобретении. Поверхностное погрузочно-разгрузочное оборудование включает инжекторную систему 20 на опорах 29 и устройство 10 гибкой трубы на бобине на подставке бобины 12, платформу, трейлер, грузовик или другое подобное устройство. Трубопровод развертывается внутри или вытягивается наружу из ствола скважины с помощью инжекторной головки 19. Оборудование, кроме того, включает механизм 13 для направления гибкой трубы 15 на бобину 10 и с нее. Гибкая труба 15 проходит через направляющую арку 18 трубопровода, которая обеспечивает радиус изгиба для перемещения трубопровода в вертикальном направлении для введения через устьевые устройства в ствол скважины. Трубопровод проходит через направляющую арку трубопровода 18 в инжекторную головку 19, которая контактирует с захватом с трубопроводом и проталкивает его в ствол скважины. Набор противовыбросовых устройств 21, установленных на устье скважины, под инжектором, сохраняет динамическую и статистическую герметизацию вокруг трубопровода для удерживания хорошего давления в скважине, поскольку трубопровод проходит в устьевые устройства при хорошем давлении. Гибкая труба трубопровода затем перемещается через блок 23 противовыбросовых превенторов, тройник 25 и главный вентиль устья скважины или три вентиля 27. Когда гибкая труба 15, расположенная на бобине для гибкой трубы 10, разворачивается внутри ствола скважины 8 или извлекается из него, бобина гибкой трубы 10 вращается.

Волоконно-оптическая трубка 211 может быть вставлена в гибкую трубу 15 любыми подходящими средствами. Один вариант осуществления содержит прикрепление гибкого трубопровода к бобине 10, к другому концу этого трубопровода прикрепляется Υ-образная муфта. В этой конструкции волоконнооптическая трубка 211 может быть введена в одно ответвление Υ-образной муфты, а флюид может закачиваться в другое ответвление указанной муфты. Тянущее усилие флюида по волоконно-оптической трубке 211 затем проталкивает трубку вниз по трубопроводу к бобине 10. Было обнаружено, что в пред

- 5 010141 почтительных вариантах осуществления изобретения, где внешний диаметр фала менее 0,125 дюймов (3,175 мм), скорость прокачки, равная менее 1-5 баррелей в минуту (2,65-13,25 л/с), является достаточной для проталкивания фала с полной длиной гибкой трубы даже когда он наматывается на бобину.

В способе и устройстве настоящего изобретения флюид, такой как газ или вода, может быть использован для проталкивания волоконно-оптической трубки 211 в трубчатую конструкцию 105. Обычно волоконно-оптический кабель 211 располагается в закачиваемом флюиде естественным образом. Поскольку флюид закачивается в трубчатую конструкцию, волоконно-оптический кабель имеет возможность самолокализовываться в трубчатой конструкции без использования внешних устройств, таких как болванки для транспортировки или размещения или ограничивающие якоря. В предпочтительных вариантах осуществления флюид закачивается, и волоконно-оптическая трубка или трубки разматываются в гибкой трубе, в то время как указанная гибкая труба расположена в намотанном состоянии на бобине. Эти варианты осуществления обеспечивают материально-технические преимущества, поскольку волоконно-оптическая трубка или трубки могут развертываться в гибкой трубе на производственных предприятиях или в других местах, удаленных от местоположения ствола скважины. Таким образом, трубопровод по настоящему изобретению, оборудованный оптическим волокном, можно транспортировать и разворачивать на промысле как отдельное устройство, в результате уменьшается цена и упрощается работа.

Трубопровод 200 по настоящему изобретению, оборудованный оптическим волокном, может использоваться в традиционных процессах в стволе скважины, таких как обеспечение моделирующего (испытательного) флюида для подземного формирования через гибкую трубу. Одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что эта волоконно-оптическая трубка 211 допускает воздействие различных флюидов для обработки скважины, которые могут быть закачаны в гибкую трубу, в частности, волоконно-оптическая трубка или трубки по настоящему изобретению могут противостоять истиранию под действием расклинивающего наполнителя или песка и воздействию агрессивных жидкостей, таких как кислоты. Предпочтительно волоконно-оптическая трубка конструируется как круглая трубка, имеющая выровненный внешний диаметр, эта конструкция создает меньшую возможность для разрушения и, таким образом, более длительный срок службы для волоконно-оптической трубки.

Трубопровод по настоящему изобретению, оборудованный оптическим волокном, является полезным для осуществления множества операций в стволе скважины, включая определение свойств ствола скважины и передачу информации из ствола скважины. Определение включает в качестве примера и без ограничения обнаружение, использующее оптическое волокно, обнаружение, использующее выделенный датчик, локализацию с помощью скважинных устройств и поддержание конструкции с помощью скважинных устройств. Трубопровод, оборудованный оптическим волокном, согласно настоящему изобретению может, кроме того, содержать такие датчики, как волоконно-оптические датчики температуры и давления или электрические датчики, соединенные с электро-оптическими преобразователями, расположенными в стволе скважины и связанными с поверхностью через волоконно-оптическую трубку 211. Информация об условиях в стволе скважины, которые определяются, может быть передана через волоконно-оптическую трубку 211. Данные, определяемые электрическими датчиками, могут быть преобразованы в аналоговые или цифровые оптические сигналы при использовании чисто цифровой модуляции или модуляции длины волны, модуляции интенсивности или поляризации и затем доставлены к оптическому волокну или волокнам в волоконно-оптической трубке 211. С другой стороны, оптическое волокно 201 может определять некоторые свойства непосредственно, например, когда оптическое волокно 201 служит как датчик распределения температуры или когда оптическое волокно 201 содержит волоконную брэгговскую решетку и непосредственно определяет деформацию, напряжение, растяжение или давление.

Информация от датчиков или информация о свойствах, распознаваемая оптическим волокном 201, может передаваться к поверхности через волоконно-оптическую трубку 211. Аналогично, сигналы или команды могут передаваться от поверхности к скважинному датчику или устройству через волоконнооптический канал 201. В одном варианте осуществления изобретения связь с поверхностью включает беспроводную телеметрическую линию, такую как описанная в патенте США 10/926522, который упомянут здесь в качестве ссылки. В еще одном варианте осуществления беспроводное телеметрическое устройство может быть прикреплено к бобине таким образом, что оптические сигналы могут передаваться в то время как бобина вращается, без необходимости сложного оптического коллекторного устройства. В еще одном варианте осуществления беспроводное устройство, прикрепленное к бобине, может включать дополнительные волоконно-оптические соединители, поэтому поверхностные оптические кабели могут прикрепляться, когда бобина не вращается.

Следует принимать во внимание, что варианты осуществления изобретения, описанные в настоящем описании, даются только в качестве примера и что модификации и дополнительные компоненты могут быть созданы для улучшения реализации устройства без отклонения от общей природы описываемого здесь изобретения.

Claims (25)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Трубопровод, оборудованный оптическим волокном, представляющий собой гибкую трубу (15, 105) с оптическим волокном (201), отличающийся тем, что он снабжен волоконно-оптической трубкой (211), продольно размещенной в гибкой трубе (15, 105) и имеющей канал (203), в котором расположено по меньшей мере одно оптическое волокно (201), при этом канал (203) образован полоской материала, окружающей по меньшей мере одно оптическое волокно (201).
2. 2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптическая трубка (211) содержит более одного оптического волокна (201).
3. 3. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что полоска, образующая канал (203) волоконнооптической трубки (211), содержит металлический материал.
4. 4. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что гибкая труба (15, 105) выполнена таким образом, что может наматываться на бобину (10).
5. 5. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что гибкая труба (15, 105) предназначена для размещения в стволе скважины (8).
6. 6. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптическая трубка (211) выполнена герметичной.
7. 7. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптическая трубка (211) содержит инертный газ.
8. 8. Трубопровод по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптическая трубка (211) содержит гель.
9. 9. Способ изготовления трубопровода, оборудованного оптическим волокном, включающий закачивание флюида в гибкую трубу (15, 105), отличающийся тем, что осуществляют формирование волоконно-оптической трубки (211) с каналом (203), в котором размещают по меньшей мере одно оптическое волокно (201) и который образуют полоской материала, окружающей это волокно, и продольное перемещение волоконно-оптической трубки (211) в гибкой трубе (15, 105) за счет воздействия потока флюида на волоконно-оптическую трубку (211).
10. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что флюид закачивают в гибкую трубу (15, 105), по меньшей мере, частично намотанную на бобину (10).
11. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что флюид закачивают в гибкую трубу (15, 105), перемещаемую в стволе скважины (8).
12. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что по меньшей мере одно оптическое волокно (201) размещают в волоконно-оптической трубке (211) в инертной среде.
13. 13. Способ связи со стволом скважины с использованием трубопровода по п.1, содержащего волоконно-оптическую трубку (211) в гибкой трубе (15, 105) и по меньшей мере одно оптическое волокно (201) в канале (203) волоконно-оптической трубки (211), включающий операции передачи управляющих сигналов в ствол скважины (8), определения состояния в стволе скважины (8) и передачи данных об этом состоянии к месту их приема, отличающийся тем, что осуществляют перемещение волоконнооптической трубки (211) в гибкой трубе (15, 105) посредством потока флюида и перемещение гибкой трубы (15, 105) в стволе скважины (8) для проведения указанных операций, которые выполняют с помощью волоконно-оптической трубки (211).
14. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что состояние в стволе скважины (8) определяют с помощью по меньшей мере одного оптического волокна (201).
15. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что он включает размещение в стволе скважины (8) по меньшей мере одного датчика или скважинного устройства (209), соединенного по меньшей мере с одним оптическим волокном (201).
16. 16. Способ по п.13, отличающийся тем, что состояние в стволе скважины (8) определяют посредством по меньшей мере одного датчика (209), а данные от датчика (209) передают к месту их приема по меньшей мере через одно из оптических волокон (201).
17. 17. Способ по п.13, отличающийся тем, что данные о состоянии в стволе скважины (8) передают на поверхность.
18. 18. Способ по п.13, отличающийся тем, что управляющий сигнал к скважинному устройству (209) передают по меньшей мере через одно из оптических волокон (201).
19. 19. Способ по п.13, отличающийся тем, что гибкую трубу (15, 105) перемещают в стволе скважины (8) путем ее разматывания с бобины (10).
20. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что гибкую трубу (15, 105) извлекают из ствола скважины (8) путем ее наматывания на бобину (10).
21. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что скважинное устройство (209) размещают в стволе скважины (8) путем его перемещения по гибкой трубе (15, 105).
22. 22. Способ по п.13, отличающийся тем, что управляющий сигнал передают от поверхности в ствол скважины (8) по меньшей мере через одно из оптических волокон (201).
23. 23. Способ по п.13, отличающийся тем, что передача управляющего сигнала в ствол скважины (8) и данных о состоянии в стволе скважины (8) представляет собой их беспроводную передачу.

    - 7 010141
24. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что включает передачу данных к закрепленному на бобине (10) беспроводному телеметрическому устройству через волоконно-оптическую трубку (211), расположенную на этой бобине.
25. 25. Способ по п.13, отличающийся тем, что волоконно-оптическая трубка (211) содержит более одного оптического волокна (201), в стволе скважины (8) размещен более чем один датчик (209), а состояние в стволе скважины (8) определяют посредством по меньшей мере двух размещенных в нем датчиков (209) и данные о каждом из этих состояний передают по различным оптическим волокнам (201).