EA014544B1

EA014544B1 - "мокрое" оптическое соединение

Info

Publication number: EA014544B1
Application number: EA200900393A
Authority: EA
Inventors: Карл У. Стоеш; Уолтер С. Гоинг III; Стив Розенблатт
Original assignee: Бейкер Хьюз Инкорпорейтед
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2010-12-30
Also published as: WO2008030754A1; CA2662372C; BRPI0716876B1; CN101617100A; AU2007292448A1; GB2455018B; US20080078556A1; NO20090977L; BRPI0716876A2; NO341358B1; EA200900393A1; AU2007292448B2; US7607477B2; GB0903851D0; MX2009002473A; CN101617100B; GB2455018A; CA2662372A1

Abstract

В изобретении описан кабель (34), по которому подается питание, сигналы и данные, соединенный в скважине "мокрым" соединением. Нижняя часть кабеля (30) может располагаться во вспомогательном трубопроводе рядом с основной колонной труб и устанавливаться уже подсоединенной к датчикам, приборам и другому скважинному оборудованию. Соединение выполняется в скважине для присоединения колонны труб со вспомогательным трубопроводом (20) к части колонны труб и вспомогательному трубопроводу, которые уже находятся в скважине. У находящегося в скважине кабеля имеется верхняя концевая муфта (36) для соединения с концевой муфтой (44) на нижнем конце кабеля, вводимого в верхний вспомогательный трубопровод после выполнения "мокрого" соединения. После стыковки концевых муфт они удерживаются скрепленными, и на поверхность направляется сигнал об их соединении. С присоединенными вспомогательными трубопроводами текучей средой связан отрезок (43) трубы, используемый для ввода кабеля с применением циркулирующей текучей среды.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к выполнению соединения с кабелем в скважине, когда часть кабеля находится в скважине, а стыкуемая часть позже вводится для обеспечения соединения с поверхностью.

Предпосылки создания изобретения

Телекоммуникационными компаниями разработаны различные технологии прокладки волоконнооптического кабеля в трубопроводах. В качестве примера можно привести И8 4856760; 4948097; 4990033; 5022634; 5199689 и 5205542. В последние годы были разработаны способы закачки волоконно-оптического кабеля сквозь трубопровод к какому-либо месту в скважине и затем обратно на поверхность через находящийся в этом месте И-образный изгиб (см. И8Р КЕ 37283 и КЕ 38052). Эти скважинные конструкции предназначены для получения по волоконно-оптическому кабелю данных по распределению температуры в буровой скважине. Существо технологии прокладки не предусматривает возможности присоединения к скважинным датчикам и приборам или иному оборудованию, уже находящемуся в скважине. Поэтому настоящее изобретение направлено на решение задачи подсоединения к скважинным устройствам, уже установленным в буровой скважине.

В мокрых соединителях одного типа для электрических цепей используется охватываемый компонент с внешним контактным кольцом и ответный охватывающий компонент с кольцом на внутренней поверхности. На части колонны труб, находящейся в скважине, имеется первая стыковочная втулка, обычно содержащая обращенный вверх охватывающий компонент. На опускаемой с поверхности колонне труб имеется вторая стыковочная втулка с охватываемым компонентом, продольно вытянутым вниз. Спускаемая стыковочная втулка в процессе спуска ориентируется вращением при ее приближении к охватывающей стыковочной втулке так, чтобы охватываемый и охватывающий компоненты с контактными кольцами расположились по одной линии перед тем, как в результате сдвигания компонентов их контактные поверхности оказываются друг против друга и замыкают цепь. Соответствующие примеры приведены в И8Р 6439932 и 4510797. Мокрые соединители, которыми аналогичным способом замыкаются цепи в трубопроводах, описаны в И8Р 6755253; 6390193 и 6186229. В некоторых соединителях сочетается соединение электрических цепей и гидравлических линий, что иллюстрируется И8Р 6209648. Мокрые соединители для проводных линий, включающие индексирующие элементы без основного отверстия в соединении, описаны в И8Р 5058683.

В некоторых соединителях имеется полированное приемное отверстие и вставляемая в него колонна труб. В приемном отверстии имеется радиально выступающий в отверстие электрод, а на наружной поверхности колонны труб имеется по кругу кольцо в виде открытой спирали с отогнутыми краями. Когда колонна труб полностью опущена в полированное приемное отверстие, происходит соединение центрального трубопровода, и отогнутые язычки находят электрод, устанавливая электрическое соединение в полированном приемном отверстии, не используя вращательного совмещения. Эта конструкция описана в И8Р 5577925.

Таким образом, в настоящем изобретении решается задача соединения с поверхностью посредством кабеля скважинных устройств, уже находящихся в скважине. В настоящем изобретении эта задача решается размещением датчиков, приборов или электрооборудования в заданном месте в скважине и присоединением их к кабелю для передачи электропитания и/или сигналов посредством скважинного соединения, известного как мокрое соединение. Колонна труб с другой частью мокрого соединения опускается с поверхности и стыковка осуществляется в скважине. В результате, соединение основного ствола и вспомогательного ствола осуществляется в скважине. В нижней части вспомогательного ствола находится кабель, уже соединенный со скважинными датчиками и устройствами, уже установленными на место. После того как мокрое соединение выполнено, изобретение обеспечивает прокладку кабеля для передачи энергии, сигнала и других целей, вниз по вспомогательному трубопроводу, который теперь уже соединяет скважинные устройства с поверхностью, до соединения в скважине с нижней частью этого кабеля. Также может быть обеспечена возможность фиксации соединения и передачи на поверхность сигнала о том, что соединение выполнено. Эти и другие особенности настоящего изобретения будут более понятны специалистам после ознакомления с описанием приведенного ниже предпочтительного варианта осуществления и соответствующего чертежа, а область патентных притязаний в целом будет понятна из приложенной формулы.

Краткое изложение сущности изобретения

В предлагаемом в изобретении решении кабель, по которому передается электропитание, сигналы и данные, присоединен в скважине посредством мокрого соединения. Нижняя часть кабеля может располагаться во вспомогательном трубопроводе при основной трубе и может быть уже соединена с датчиками, приборами или иным скважинным оборудованием. Выполняемое в скважине соединение предназначено для соединения колонны труб и ее вспомогательного трубопровода с частью колонны труб и соответствующим вспомогательным трубопроводом, которые находятся в скважине. На уже находящемся в скважине кабеле имеется верхняя концевая муфта для соединения с концевой муфтой на нижнем конце кабеля, вводимого в верхний вспомогательный трубопровод после выполнения мокрого соединения. После стыковки концевых муфт они удерживаются в соединенном состоянии и на поверхность направ

- 1 014544 ляется сигнал о произошедшем соединении. Обводной канал после выполнения соединения обеспечивает замену первоначальной текучей среды вторичной текучей средой. Вспомогательные соединенные трубопроводы сообщаются через боковой отрезок трубы, что используется для ввода кабеля с применением циркулирующей текучей среды.

Краткое описание чертежа

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором представлено схематическое изображение сечения соединения непосредственно перед стыковкой сегментов кабеля.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На чертеже показан охватывающий компонент 10 и охватываемый компонент 12 скважинного мокрого соединителя, который с некоторыми изменениями в основном соответствует соединителям известного типа. Хотя чертеж носит схематический характер, специалисту будет понятно, что показана только часть мокрого соединения, представляющая интерес. Основные трубы, стыковка которых происходит, когда выполняется данное соединение, не показаны для более ясного изложения изобретения. Вместо этого нижний вспомогательный трубопровод 14 соединен через соединитель 16 со стыковочной втулкой 18, которая является частью охватывающего соединителя 10. Нижняя часть колонны труб (не показана) также присоединена к стыковочной втулке 18 так, что когда компоненты 10 и 12 стыкуются друг с другом, основная труба (не показана) оказывается соединенной с поверхностью на стыковочной втулке 18, также как и верхний вспомогательный трубопровод 20 оказывается соединенным с нижним вспомогательным трубопроводом 14 на этой же стыковочной втулке 18.

В предпочтительном варианте осуществления у второго верхнего вспомогательного трубопровода 22 имеется на конце охватываемый компонент 24 мокрого соединения для соединения со стыковочной втулкой 18, для создания контура циркуляции текучей среды обратно к поверхности в контуре, который начинается на поверхности, через трубопровод 20, далее через стыковочную втулку 18 и обратно к поверхности через компонент 24 и трубопровод 22. Вообще говоря, трубопроводы 20 и 22 будут опускаться параллельно друг другу на верхней колонне труб (не показана) с единственным охватываемым компонентом 12 на ее нижнем конце. На практике в стыковочной втулке 12 будет несколько мест с охватываемыми соединителями, параллельными друг другу. Соединение основного трубопровода (не показано) будет, как правило, находиться вблизи центра, при этом вспомогательные охватываемые соединители будут расположены на одном радиусе вокруг центра охватываемого компонента 12. Каждый охватываемый компонент, вводимый в стыковочную втулку 18, герметизируется уплотнителем 26 или 28. Что касается соединения трубопровода 14 со стыковочной втулкой 18, то это соединение выполняется на поверхности перед тем, как нижняя колонна труб (не показана), имеющая стыковочную втулку 18 на своем верхнем конце, опускается в скважину и надлежащим образом закрепляется там пакером или якорем (не показаны). Кабель 30 также установлен в трубопровод 14 и подсоединен к скважинным устройствам, с которыми он должен взаимодействовать, еще на поверхности, перед тем как вся конструкция опущена в скважину и надлежащим образом закреплена. В варианте выполнения трубопровод 14 также может быть соединен с гидравлически управляемым скважинным инструментом, например скважинным предохранительным клапаном. В этом случае кабель может проходить через трубопровод 14 и к одному скважинному устройству, в то время как тройник соединяется с другим устройством, управляемым гидравликой. Давление при этом может подаваться из трубопровода 20 до того, как была выполнена закачка кабеля 34, либо по трубопроводу 22, когда кабель 34 установлен на место, для осуществления связи с трубопроводом 14 через стыковочную втулку 18. В зависимости от конфигурации трубопровод, например трубопровод 22, может быть связан и с трубопроводом 20, и со стыкуемым с ним соответствующим трубопроводом 14. В такой конфигурации отдельные скважинные устройства могут быть подключены для гидравлического управления с одновременным сохранением возможности выполнения электрического соединения. После того как кабели установлены на место и соединены, их соединение сохраняется при подаче сверху давления по линии, например, 22, к присоединенному гидравлически управляемому устройству. Таким образом, нижний конец кабеля 30 уже полностью подключен к датчикам, приборам, скважинному инструменту, процессорам и любому другому скважинному оборудованию, когда конструкция, заканчивающаяся сверху стыковочной втулкой 18, опущена в скважину и закреплена там.

Подводимая втулка, стыкуемая со стыковочной втулкой 18, включает верхний конец колонны труб (не показан) и трубопроводы 20 и 22, соединенные с охватываемой стыковочной втулкой 32, схематически показанной пунктирными линиями, частью которой можно считать охватываемые соединители 12 и 24. Когда стыковочная втулка 32 приближается к стыковочной втулке 18, которая уже закреплена в скважине, а кабель 30 соединен с нужным устройством, кабель 34 внутри трубопровода 20 отсутствует. На кабеле 30 имеется концевая муфта 36, закрепленная в гнезде 48 в стыковочной втулке 18, наконечник которой открыт в канал 42.

После того как трубопроводы 20 и 22 будут соединены со стыковочной втулкой 18 посредством охватываемой стыковочной втулки 32, через трубопровод 20 с поверхности вводится кабель 34. Эта операция в предпочтительном варианте выполняется с использованием текучей среды, циркулирующей в контуре, начинающемся на поверхности, и проходящей через трубопровод 20, соединенные друг с другом

- 2 014544 стыковочные втулки 32 и 18, и возвращающейся на поверхность по трубопроводу 22. Циркулирующая текучая среда увлекает кабель 34 и его направляющую концевую муфту 44 к каналу 42. Концевая муфта 44 проходит фиксатор 46, который позволяет концевой муфте продвинуться сквозь канал 42 до соприкосновения с концевой муфтой 36. Фиксатор 46 не позволяет концевой муфте 44 сместиться назад, нарушив контакт с концевой муфтой 36 после того, как соединение установлено. Текучая среда, используемая для продвижения концевой муфты 44 по трубопроводу 20, протекает через проходы 48, которые оказываются перекрытыми, когда концевая муфта 44 доходит до положения соприкосновения с концевой муфтой 36. В результате, на поверхность приходит сигнал в форме импульса давления циркулирующей текучей среды, показывающий, что произошло соединение концевых муфт. Обводной канал 43 обеспечивает прохождение потока с небольшим расходом в обход концевой муфты 44. Эта особенность может быть использована для откачки первоначальной текучей среды и замены ее второй текучей средой. Размер обводного канала выбран так, чтобы импульс давления можно было заметить на поверхности. После этого операторы на поверхности могут проверить надежность контакта испытанием замыкания цепей, проходящих по кабелям 34 и 30. Одним из способов выполнения такой проверки является наблюдение за оптическим волокном в процессе ввода кабеля. Примером может служить вращающееся оптическое соединение, включенное между катушкой с оптическим волокном и оптическим измерителем отраженного сигнала.

В качестве кабелей 34 и 30 может использоваться одножильный или многожильный кабель. В стыковочной втулке может использоваться ориентирующий выступ для поворота концевой муфты 44 с целью ориентации жил кабеля для правильного их соединения. Эти кабели, как они здесь называются, могут передавать энергию, сигналы, данные в форме электрического света или иных формах, и один кабель может использоваться для многих целей или для одной цели в зависимости от конкретного применения. Ввод концевой муфты 44 может быть выполнен посредством прокачки вязкой текучей среды, циркулирующего газа, механическим проталкиванием кабеля 34 или иными сопоставимыми способами ввода. Фиксатор 46 может быть выполнен в различных формах, одна из которых представляет собой ролики, которые захватывают концевую муфту 44, вращаясь в одном направлении, и вращение которых в обратном направлении заблокировано. Также могут быть использованы другие храповые механизмы. Конструкция фиксатора может предусматривать его разблокирование посредством повышения давления в трубопроводе 22. В такой конфигурации он может представлять собой пружину или уплотнительное кольцо. В результате, концевая муфта 44 может быть извлечена из своего волновода и поднята из скважины. Если параллельно трубопроводу 20 проходит несколько трубопроводов, то при нагнетании давления в трубопроводе 22, во всех трубопроводах, за исключением того, из которого требуется извлечь кабель, поднимают давление. В такой схеме, при одновременном повышении давления в трубопроводе 22, концевая муфта будет извлечена наверх только в нужном трубопроводе, а втулки во всех остальных останутся на местах. Трубопровод 14 может быть многоцелевого назначения, используясь для защиты кабеля 30, для передачи текучей среды высокого давления к скважинному инструменту, например скважинному предохранительному клапану, активируемому, например, приложением или снятием давления в трубопроводе 22 на поверхности. Хотя для простоты представления был показан только один трубопровод 20, специалистам должно быть понятно, что параллельно трубопроводу 20 может проходить большое число трубопроводов для присоединения к аналогам трубопровода 14 с тем, чтобы большое число кабелей, проходящих в разных соединенных на стыковочных втулках 18 и 32 парах трубопроводов, могло быть пропущено для соединения с различными устройствами, установленными ранее, когда стыковочная втулка 18 и все остальное ниже нее было опущено в скважину. Для всех пар трубопроводов, соединяемых через стыковочные втулки 18 и 32, может использоваться один общий трубопровод 22, либо, в альтернативном варианте, для каждой соединяемой пары трубопроводов может использоваться свой собственный контур рециркуляции на поверхность от состыкованных стыковочных втулок 18 и 32. Описанные концевые муфты представляют собой лишь один из вариантов выполнения контактного наконечника для кабельных компонентов. Такие втулки могут обеспечить соединение встык с использованием фиксатора для предотвращения разъединения, либо фиксация может создаваться при их соприкосновении, за счет возникновения свойства взаимной блокировки только благодаря их соединению.

Для специалистов должно быть очевидно, что здесь имеется возможность предварительно выполнить скважинные электрические соединения и затем просто опустить кабель с поверхности и присоединить его в скважине мокрым соединением. Нет необходимости опускать кабель, находящийся во вспомогательном трубопроводе, с поверхности к стыковочной втулке, например втулке 32. Напротив, механическое соединение может быть осуществлено мокрым соединением в скважине, когда нижняя стыковочная втулка уже соединена со скважинными датчиками, процессорами или иными скважинными устройствами. Механическая целостность соединенных трубопроводов может быть испытана и подтверждена. При положительных результатах проверки могут быть введены кабели. Такая ситуация отличается от той, когда кабели опускаются незащищенными или в трубопроводах, присоединенных к стыковочной втулке, например втулке 32, и после стыковки стыковочных втулок 18 и 32 выясняется, что трубопровод поврежден или каким-либо образом поврежден присоединенный к стыковочной втулке 32 кабель.

В то время как выше был представлен предпочтительный вариант осуществления, специалистам

- 3 014544 должно быть понятно, что область патентных притязаний изобретения значительно шире и определяется представленной ниже формулой.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Скважинное соединение, содержащее нижнюю колонну труб, включающую прилегающую к ее верхнему концу первую стыковочную втулку, в которой имеется по меньшей мере одно первое кабельное соединение, включающее по меньшей мере один первый кабель, отходящий от первого кабельного соединения и функционально связанный по меньшей мере с одним скважинным устройством, верхнюю колонну труб, включающую вторую стыковочную втулку, прилегающую к нижнему концу, и по меньшей мере один верхний трубопровод, отходящий от этой стыковочной втулки вдоль верхней колонны труб, причем упомянутые стыковочные втулки при их соединении в скважине обеспечивают совмещение по меньшей мере одного верхнего трубопровода с каналом относительно по меньшей мере одного первого кабельного соединения, и по меньшей мере один второй кабель, имеющий прилегающее к его нижнему концу второе кабельное соединение и который при вводе по меньшей мере через один верхний трубопровод в упомянутый канал после соединения стыковочных втулок входит в контакт по меньшей мере с одним первым кабельным соединением.
2. Соединение по п.1, в котором имеется по меньшей мере два верхних трубопровода, сообщающихся с каналом.
3. Соединение по п.1, в котором упомянутый канал дополнительно включает захватывающее устройство для удержания в контакте второго кабельного соединения с первым кабельным соединением.
4. Соединение по п.1, в котором второе кабельное соединение при его вводе, по меньшей мере, частично перекрывает упомянутый канал, обеспечивая отправку на поверхность сигнала о завершении ввода.
5. Соединение по п.1, дополнительно включающее нижний трубопровод с расположенным внутри него первым кабелем, отходящий от первой стыковочной втулки к скважинному устройству.
6. Соединение по п.1, в котором стыковочные втулки включают мокрое соединение, выполненное в скважине.
7. Соединение по п.1, в котором каждый из первого и второго кабелей включает дискретные элементы, которые совмещаются в канале.
8. Соединение по п.7, в котором упомянутый канал включает ориентирующий элемент для второго кабельного соединения, вызывающий его вращение для ориентации дискретных элементов.
9. Соединение по п.2, в котором второе кабельное соединение может быть введено по контуру, в котором циркулирующая текучая среда протекает по верхнему трубопроводу через упомянутый канал и обратно через другой верхний трубопровод.
10. Соединение по п.9, в котором ввод второго кабельного соединения в упомянутый канал, по меньшей мере, частично перекрывает указанный контур, направляя на поверхность сигнал давления об образовании контакта между кабельными соединениями.
11. Соединение по п.1, в котором кабели включают по меньшей мере одну волоконно-оптическую жилу.
12. Соединение по п.1, в котором кабели включают по меньшей мере одно из группы, включающей волоконно-оптическую жилу, провод подвода питания, провод передачи данных или провод передачи сигнала.
13. Соединение по п.1, в котором первая стыковочная втулка включает несколько пар первых кабельных соединений, а вторая стыковочная втулка включает несколько верхних трубопроводов, каждый из которых ведет к отдельному каналу, где располагается первое кабельное соединение, для обеспечения раздельной стыковки первых и вторых кабельных соединений через стыковочные втулки при их соединении друг с другом.
14. Соединение по п.13, в котором отдельные каналы сообщаются с отдельным верхним трубопроводом, который не совмещен с проходом, обеспечивающим доступ для контакта с первым кабельным соединением.
15. Способ создания соединения в скважине, включающий спуск нижнего узла, включающего нижнюю стыковочную втулку с расположенным на ней по меньшей мере одним нижним кабельным соединением, которое соединяется со скважинным устройством нижним кабелем, закрепление нижнего узла в скважине, спуск верхнего узла, включающего верхнюю стыковочную втулку и по меньшей мере один верхний трубопровод, проходящий в верхнюю стыковочную втулку, стыковку упомянутых стыковочных втулок в скважине, выравнивание верхнего трубопровода с кабельным соединением за счет этой стыковки и

- 4 014544 введение после стыковки сквозь верхний трубопровод верхнего кабельного соединения, соединенного с верхним кабелем, в контакт с нижним кабельным соединением.
16. Способ по п.15, включающий использование по меньшей мере двух верхних трубопроводов, создание контура из двух верхних трубопроводов, соединенных каналом по меньшей мере в одной из стыковочных втулок, введение верхнего кабеля при осуществлении циркуляции по этому контуру.
17. Способ по п.15, включающий фиксацию стыковки второго кабельного соединения с первым кабельным соединением для поддержания их контакта.
18. Способ по п.16, включающий, по меньшей мере, частичное перекрытие канала при осуществлении контакта второго кабельного соединения с первым кабельным соединением и использование этого перекрытия для создания импульса давления в контуре в качестве сигнала на поверхность о выполнении соединения.
19. Способ по п.15, включающий использование в кабелях для соответствующих соединений нескольких элементов, которые выравнивают перед тем, как соединения образуют контакт, или в процессе создания контакта.
20. Способ по п.15, в котором используют кабели, содержащие по меньшей мере одно из группы, включающей волоконно-оптическую жилу, провод подвода питания, провод передачи данных или провод передачи сигнала.
21. Соединение по п.1, в котором нижний трубопровод с расположенным внутри него первым кабелем отходит от первой стыковочной втулки к скважинному устройству, а упомянутый канал частично обходит первое кабельное соединение для обеспечения передачи давления в нижний трубопровод к второму устройству, не являющемуся устройством, подключенным к первому кабелю.
22. Соединение по п.21, в котором имеется по меньшей мере два верхних трубопровода, сообщающихся с упомянутым каналом, причем когда произведена стыковка первого и второго кабельных соединений и второй кабель введен в верхний трубопровод, возможно гидравлическое управление упомянутым вторым устройством по другому верхнему трубопроводу.
23. Соединение по п.9, в котором второй кабель может быть отсоединен от первого кабельного соединения при осуществлении в контуре обратной циркуляции.
24. Соединение по п.2, в котором верхние трубопроводы и канал образуют контур, в котором может быть произведена замена первоначально находящейся там текучей среды.