Индуктивный соединитель в сборе для использования в стволе скважины

(51) 21 47/12 (2006.01) 01 38/14 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) Приводится описание устройства и способов испытания индуктивно связанных скважинных систем. Примерный индуктивный соединитель в сборе для использования в стволе скважине содержит индуктивный соединитель,прикрепленный к системе заполнения в скважине,бурильной трубе, часть которой расположена рядом с индуктивным соединителем,и гильзу,окружающую часть бурильной трубы для уменьшения магнитной схемы,содержащей индуктивный соединитель.(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич 0001 Настоящее изобретение, в общем,относится к скважинным средам, и в частности, к устройству и способам испытания индуктивно связанных скважинных систем. 0002 Система закачивания скважины устанавливается в скважине для добычи углеводородных флюидов, называемых в общем случае нефтью и газом, из пород, прилегающих к скважине, или для закачивания флюидов в скважину. Во многих случаях система закачивания скважины содержит электрические устройства,которые должны получать питание и сообщаться с поверхностью земли или контроллером скважины. Такие электрические устройства могут ассоциироваться с системой мониторинга и контроля пластови/или другими системами,связанными со скважинной средой (например, в стволе скважины или скважине, проникающей из одной или более подземных структур). 0003 Сигналы питания и/или сообщения(например,электрические сигналы) могут подаваться на системуи/или другие скважинные системы по сети электрических кабелей или линий и индуктивные соединители. Индуктивные соединители могут использоваться для магнитной записи электрических сигналов между различными частями электрического кабеля или линий. Таким образом,индуктивные соединители устраняют необходимость в токопроводящем соединении между частями сети. Например, материнская или главная скважина может содержать ряд боковых ответвлений или скважин,каждая из которых содержит электрические кабели или линии, соединенные индуктивной парой соединителей (т.е. соединители типа штырь и вилка) с кабелем и/или линиями(например, шиной), проходящими вдоль основной скважины. 0004 Фиг.1 иллюстрирует известную структуру закачивания, которая применяет индуктивные соединители для передачи электрических сигналов на боковые скважины. 0005 Фиг.2 схематически иллюстрирует электрическую эквивалентную цепь для гнездового индуктивного соединителя,соединенного с индуктивным вилочным соединителем. 0006 Фиг.3 иллюстрирует пример структуры закачивания, в которой две продольные скважины являются неполными и не включают в себя индуктивные вилочные соединители для соответствующих гнездовых индуктивных соединителей вдоль основной скважины. 0007 Фиг.4 схематически иллюстрирует эквивалентную схему гнездового индуктивного соединителя, не соединенного с вилочным индуктивным соединителем. 0008 Фиг.5 иллюстрирует пример структуры закачивания на фиг.3, в которой расположена бурильная труба по меньшей мере через гнездовые соединители, связанные с неполными боковыми скважинами для проведения электрического испытания. 0009 Фиг.6 схематически иллюстрирует эквивалентную схему индуктивного гнездового соединителя, содержащего часть бурильной трубы,расположенной, как изображено на фиг.5. 0010 Фиг.7 иллюстрирует пример пазовой гильзы, которая может располагаться между гнездовым индуктивным соединителем и бурильной трубой для проведения электрического испытания. 0011 Фиг.8 схематически иллюстрирует эквивалентную схему пазовой гильзы, бурильной трубы и индуктивного соединителя, которые изображены на фиг.7. 0012 Фиг.9 иллюстрирует пример многослойной гильзы,которая может использоваться вместо примерной пазовой гильзы на фиг.7. 0013 Фиг.10 представляет собой блок-схему,иллюстрирующую примерный способ, который может использоваться для проведения электрического испытания в скважинной среде,когда один или более индуктивных соединителей не сопрягаются с соответствующими соединителями. 0014 Некоторые примеры показаны на вышеуказанных фигурах и подробно описаны ниже. При описании этих примеров аналогичные или одинаковые номера позиций используются для идентификации аналогичных или одинаковых элементов. Фигуры не обязательно приведены в масштабе, и некоторые свойства и виды фигур могут быть показаны в укрупненном масштабе или в схематическом виде для ясности и/или понятности. Кроме того, несколько примеров были описаны в этом описании. Любые свойства из любых примеров могут быть включены, заменены или совмещены с другими свойствами из других примеров. 0015 В соответствии с описанными здесь примерами индуктивные проводники могут использоваться для передачи электрических сигналов внутри скважины. Например, индуктивные соединители могут использоваться для распределения сигналов питания и/или сообщения между основной скважиной или стволом скважины и одной или более боковых скважин. Другими словами,индуктивные соединители могут использоваться для магнитной передачи электрических сигналов между электрическим кабелем или линиями (например, шиной или шинами), проходящими вдоль основной скважины и одной или более боковых скважин, что устраняет необходимость токопроводящих соединений между электрическими линиями в основной скважине и электрическими линиями, проходящими вдоль боковых скважин. 0016 Однако на практике буровая площадка может разрабатываться в ходе этапов, по которым сначала может происходить закачка материнской или основной скважины, и одна или более дополнительная скважина могут закачиваться в ходе различных дальнейших этапов. Аналогично,электрические системы, связанные с буровой площадкой, могут применяться в ходе одного или более этапов, связанных с разработкой различных скважин, составляющих буровую площадку. В результате, в любое время во время разработки буровой площадки одна или более электрических систем может закачиваться только частично, что может усложнять испытание и/или использование этих систем. В некоторых случаях может быть небезопасно или непрактично работать с такими частично заполненными системами. 0017 В случае системи/или других скважинных систем одна или более индуктивных соединителей могут параллельно соединяться вдоль основного кабеля или линий (например, одной или более сигнальных шин), проходящих вдоль основной скважины. Эти индуктивные соединители могут быть гнездовыми соединителями, которые крепятся к линии закачки основной скважины. В конце концов, каждый гнездовой индуктивный соединитель системы закачки должен сопрягаться с индуктивными соединителями, каждый из которых передает электрические сигналы от соответствующего гнездового соединителя, и,следовательно, основных линий или шин с электрическими устройствами, расположенными вдоль соответствующих боковых скважин. Однако во время разработки буровой площадки один или более гнездовых соединителей не может сопрягаться с соответствующими вилочными соединителями. Например, боковые скважины,соответствующие индуктивным гнездовым соединителям в основной скважине, могут еще не быть пробурены или заполнены, и, таким образом,индуктивные вилочные соединители этих боковых скважин не установлены (т.е. сопряженные соответствующим индуктивным гнездовым соединителям). 0018 Как описано ниже более подробно,индуктивные гнездовые проводники, которые не сопряжены с индуктивным вилочным соединителем,проявляют относительно низкую индуктивность или высокое сопротивление, а значит, подвергают основные электрические кабели или линии(например, шину или шины) высокой реактивной электрической нагрузки. Электрическая нагрузка(например, потребление тока), связанная с несопряженными гнездовыми соединителями, могут быть довольно высоки для замедления или предотвращения работы и/или испытания различных электрических устройств, способных получать электрические сигналы (например,питание и/или сообщение) посредством главного электрического кабеля или линий. Например, может быть необходимо или желательно работать или проверить работу системыв скважине, в которой заполнен основной ствол скважины, но один или более боковых стволов скважины еще не заполнен. Такая работа и/или испытание со многими известными системами и способами является очень сложной или невозможной из-за чрезмерного потребления энергии несопряженными индуктивными гнездовыми соединителями. 0019 Описанное здесь примерное устройство и способы могут использоваться для существенного уменьшения сопротивления(например, индуктивный гнездовой соединитель,соединенный с системой заполнения скважины), не сопряженного с соответствующим индуктивным соединителем (например, индуктивный вилочный соединитель). Таким образом, описанное здесь примерное устройство и способы могут применяться для работы и/или испытания одного или более электрических устройств системыили других скважинных систем, в которых один или более индуктивных гнездовых соединителей обеспечивают передачу электрических сигналов на электрические устройства скважинной системы, в то время как один или более других индуктивных гнездовых соединителей параллельно соединены вдоль главного кабеля, линий или шин,несопряженных с соответствующим индуктивным вилочным соединителем. 0020 В частности, в одном описанном здесь варианте реализации индуктивный соединитель в сборе для использования в скважине содержит индуктивный гнездовой соединитель, соединенный с системой закачивания скважины, бурильной трубой, часть которой расположена рядом(например, внутри) с индуктивным соединителем. Кроме того, гильза может окружать часть бурильной трубы для уменьшения сопротивления магнитной цепи, содержащей индуктивный соединитель. 0021 Эта гильза состоит из магнитного материала(например,углеродистой стали),имеющего проницаемость больше единицы. Для уменьшения вихревых токов и, следовательно,потребления энергии, связанной с использованием этой гильзы, примерная гильза может содержать отверстия или щели вдоль длины гильзы. Такие отверстия или щели повышают длину пути любого из циркулирующих токов, а значит, и эффективное сопротивление гильзы. В другом варианте гильза может иметь многослойную структуру,образованную из чередующихся слоев металла(например,черного металла) и электроизолирующего материала. В некоторых примерах эти слои материала могут быть образованы путем оборачивания этих материалов вокруг цилиндрической формы. 0022 При использовании пример гильзы может окружать часть бурильной трубы, и гильза и часть бурильной трубы могут быть понижены в скважине для настройки или расположения рядом (например,внутри) с несопряженным индуктивным гнездовым соединителем,повышая таким образом индуктивность,уменьшая сопротивление и реактивную электрическую нагрузку, переданную гнездовым соединителем на основной кабель или шину. Дополнительные гильзы могут использоваться так, чтобы гильза прилегала к каждому несопряженному индуктивному гнездовому соединителю. Когда бурильная труба и/или гильзы прилегают или соосны с несопряженными индуктивными гнездовыми соединителями, может проводиться испытание скважинной системы (например, системы ). Например, может проводиться одно или более электрических испытаний одного или более устройств, связанных со скважинной системой. 0023 Теперь рассмотрим подробно фигуры. Фиг.1 иллюстрирует известную структуру закачивания 100, которая использует индуктивные соединительные пары 102, 104, 106 и 108 для передачи электрических сигналов в боковые скважины 110 и 112, выходящие из основной скважины или ствола скважины 114. Известная структура 100 может применяться на буровой площадке 116, содержащей устьевое оборудование 118 и наземное оборудование 120 на поверхности земли 122. 0024 Наземное оборудование 120 может передавать сигналы питания и/или сообщения(например,электрические сигналы) по электрическому кабелю или линии 124, который соединен с главной шиной 126 посредством пары соединителей 102. Главная шина 126 проходит вдоль основного ствола скважины 114, и части индуктивного гнездового соединителя 104, 106 и 108,соответствующие определенным индуктивным парам соединителей 104, 106 и 108,электрически параллельно соединены с главной шиной 126. Часть вилочного соединителя 104 а пары соединителей 104 электрически соединена с боковой шиной 128, проходящей вдоль боковой скважины 110. Один или более узлов контроля и/или мониторинга 130 и 132 может электрически соединяться с боковой шиной 128 и, таким образом,может получать питание и/или иметь сообщение(например, отправлять и/или получать данные,команды и т.д.) с наземным оборудованием 120 по боковой шине 128. Аналогично, часть вилочного соединителя 106 а пары соединителей 106 электрически соединяется с боковой шиной 134,проходящей вдоль боковой скважины 112. Узлы мониторинга и/или контроля 136 и 138 может электрически соединяться с боковой шиной 134. Кроме того, индуктивный вилочный соединитель 108 а индуктивной пары соединителя 108 электрически соединен с шиной 140, которая электрически соединена с узлами мониторинга и/или контроля 142 и 144, расположенным внутри главного ствола скважины 114. 0025 В структуре 100 на фиг.1 шины 126, 128,134 и 140, узлы мониторинга и/или контроля 130,132, 136, 138, 142 и 144, индуктивные пары соединителей 102, 104, 106 и 108 и наземное оборудование 120 может быть частью системы. В известной системе на фиг.1 буровая площадка полностью заполнена, и, следовательно,каждый из индуктивных гнездовых соединителей 104, 106 Ь и 108 Ь сопряжен с соответствующим вилочным соединителем 104 а, 106 а и 108 а. Во время работы каждая пара соединителей 104 и 106 и соответствующие узлы контроля и/или мониторинга 130, 132 и 136, 138, к которым присоединяются пары 104 и 106, потребляют около 25 Ватт (ВА). 0026 Фиг.2 схематически иллюстрирует электрическую эквивалентную схему 200 для индуктивного вилочного соединителя, соединенного с индуктивным вилочным соединителем. В общем,4 сопротивление магнитной определяться с помощью приведенного ниже. 0027 Уравнение 1 схемы может Уравнения 1,0028 В Уравнении 1 1 является длиной магнитной схемы,является поперечным сечением магнитной схемы иявляется проницаемостью магнитной схемы. Индуктивность магнитной схемы может рассчитываться с помощью сопротивленияс помощью Уравнения 1 и Уравнения 2, которые приведены ниже. 0029 Уравнение 2 0030 В Уравнении 2 переменнаяозначает число витков обмотки соединителя. 0031 Применяя Уравнения 1 и 2 с эквивалентной схемой на фиг.2, можно получить Уравнения 3 и 4, приведенные ниже. 0032 Уравнение 3 0034 Причем значение 1000 предназначено для примерных целей. Таким образом, сопротивление соединенного или сопряженного индуктивного соединителя относительно низко, и индуктивность относительно высока. 0035 Фиг.3 иллюстрирует пример заполненной структуры 300, в которой две боковые скважины 302 и 304 являются неполными и не включают индуктивные вилочные соединители для соответствующих индуктивных гнездовых соединителей 306 и 308, расположенных вдоль главного ствола скважины 310, и соединенных с шиной 312 параллельным соединением. Как описано ниже более подробно, несопряженные индуктивные гнездовые соединители 306 и 308 передают значительную реактивную нагрузку на шину 312, и могут замедлить или предотвратить испытание, например, узлов контроля и/или мониторинга 314 и 316 из-за ограничений питания наземного оборудования (не показано), которое может подаваться на узлы 314 и 316. Каждый из несопряженных индуктивных гнездовых соединителей 306 и 308 может потреблять около 90 Ватт (ВА) при общей мощности около 180 Ватт. Дополнительная энергия, потребленная узлами 314 и 316, может приводить общее потребление энергии до более 200 Ватт, что может превышать мощность шины 312 и/или наземного оборудования для передачи питания на шину 312. 0036 Фиг.4 схематически иллюстрирует эквивалентную схему 400 для типичного индуктивного гнездового соединителя, который не соединен с индуктивным вилочным соединителем. С помощью Уравнений 1 и 2, приведенных выше,сопротивление и индуктивность эквивалентной 0033 Уравнение 4500, где схемы 400 на фиг.4 может представляться с помощью Уравнений 5 и 6, приведенных ниже. 0037 Уравнение 5 11210000038 Уравнение 6250039 Таким образом,сопротивление несопряженного индуктивного гнездового соединителя значительно выше,и его индуктивность значительно ниже (в двадцать раз),чем это предусмотрено сопряженной или соединенной парой индуктивных соединителей,анализируемых со ссылкой на фиг.2 и Уравнения 3 и 4. Относительно низкая индуктивность,переданная несопряженным индуктивным гнездовым соединителем (например, соединители 306 и/или 308 на фиг.3) на шину (например, шины 312 на фиг.3),может предотвращать соответствующую работу и/или испытание узлов мониторинга и/или контроля (например, узлы 314 и 316), соединенных с шиной. 0040 Фиг.5 иллюстрирует пример заполненной структуры на фиг.3, на которой бурильная труба 500 расположена по меньшей мере в индуктивных гнездовых соединителях 306 и 318, связанных с неполными боковыми стволами скважин,необходимых для применения электрического испытания. Как демонстрируется со ссылкой на фигуру 6 ниже, вставка бурильной трубы 500 в индуктивные соединители 306 и 308 существенно повышает индуктивность и уменьшает сопротивление несопряженных соединителей 306 и 308, что позволяет проводить или способствует электрическому испытанию узлов контроля и мониторинга 314 и 316. 0041 Фиг.6 схематически иллюстрирует эквивалентную схему 600 индуктивного гнездового соединителя, содержащего часть бурильной трубы,расположенной в ней, как изображено на фиг.5. Значения сопротивления и индуктивности для эквивалентной схемы 600 на фиг.6 может рассчитываться с помощью Уравнений 7 и 8 ниже. 0042 Уравнение 7 1 0043 Уравнение 81000044 Таким образом, как видно из Уравнений 7 и 8 выше, присутствие бурильной трубы 500 существенно уменьшает сопротивление(и повышает индуктивность) по сравнению с несопряженным индуктивным соединителем. Однако бурильная труба 500 представляет относительно небольшую нагрузку (например, 100 микрогенри) и испытывает потери в форме вихревых токов, которые могут содержаться в бурильной трубе 500. В некоторых примерах несопряженный индуктивный гнездовой соединитель, содержащий часть бурильной трубы,может потреблять около 57 Ватт (ВА), что составляет 40-ное уменьшение по сравнению с несопряженным индуктивным гнездовым соединителем. 0045 Фиг.7 иллюстрирует пример пазовой гильзы 700, которая может располагаться между индуктивным гнездовым соединителем 702 и бурильной трубой 704, что необходимо для электрического испытания, например, системыи/или других скважинных систем. Как изображено на фиг.7, гильза 700 содержит множество отверстий или щелей 706, расположенных вдоль гильзы 700. Эти отверстия или щели 706 существенно снижают вихревые потоки, вызванные в гильзе 700, с помощью индуктивного соединителя 702, и, таким образом, дополнительно уменьшают потребление энергии несопряженного индуктивного соединителя 702, как описано более подробно в связи с фигурой 8 ниже. 0046 Фиг.8 схематически иллюстрирует эквивалентную схему 800 пазовой гильзы 700,бурильной трубы 704 и индуктивного соединителя 702, которые изображены на фиг.7. Сопротивление и индуктивность конструкции,которые представлены на фиг.7 и соответствуют эквивалентной схеме на фиг.8, указаны ниже в Уравнениях 9 и 10 соответственно. 0047 Уравнение 91 1 0048 Уравнение 102000049 Как видно из Уравнений 9 и 10 выше,использование пазовой гильзы 700 дополнительно уменьшает сопротивление и повышает индуктивность относительно бурильной трубы на фиг.5. Отверстия или щели 706 уменьшают резистивные потери, вызванные присутствием гильзы 700. В некоторых примерах общее потребление энергии конструкции, приведенной на фиг.8, может составлять около 27 Ватт (ВА). 0050 Фиг.9 иллюстрирует пример многослойной гильзы 900, которая может использоваться вместо примерной пазовой гильзы 700 на фиг.7. Многослойная гильза 900 расположена между несопряженным индуктивным гнездовым соединителем 902 и частью бурильной трубы 904. Многослойная гильза 900 может состоять из слоя металла или металлического материала (например,фольги) в форме спирали, завернутой в слой электроизолирующего материала. Кроме того,многослойная гильза 900 может образовываться с помощь чередующихся или концентрических слоев металлического и изолирующего материала. Конструкция на фиг.9 может обеспечивать дополнительное уменьшение вихревых токов и,таким образом, резистивные потери конструкции относительно конструкции на фиг.7. В некоторых примерах общее потребление энергии конструкции на фиг.9 может составлять около 10 Ватт (ВА). 0051 Фиг.10 представляет собой блок-схему,описывающую примерный способ 1000, который может использоваться для проведения электрического испытания в скважине, когда один или более индуктивных соединителей не сопряжены с соответствующими соединителями. Способ 1000 включает спускание бурильной трубы в ствол 5 скважины, в которой по меньшей мере один индуктивный гнездовой соединитель не сопряжен с соответствующим индуктивным гнездовым соединителем(например,связанным с незаполненным боковым стволом скважины)(блок 1002). Часть бурильной трубы затем настраивается относительно несопряженного индуктивного гнездового соединителя, который может быть прикреплен к заполнению скважины(блок 1004). Эта настройка части бурильной трубы относительно несопряженного индуктивного соединителя уменьшает сопротивление и повышает индуктивность магнитной схемы, содержащей индуктивный соединитель, уменьшая таким образом реактивное потребление энергии несопряженного индуктивного гнездового соединителя. В то время как бурильная труба остается настроенной относительно индуктивного гнездового соединителя может проводиться электрическое испытание скважинной системы (например, система )(блок 1006). 0052 Примерный способ 1000 на фиг.10 может применяться с использованием любого из примерных устройств, изображенных с гильзой(например, пазовая или многослойная), которая окружает часть сверлильной трубы, которая настроена относительно несопряженного индуктивного гнездового соединителя. Дополнительно, более одного несопряженного индуктивного гнездового соединителя может быть настроено относительно соответствующих частей бурильной трубы для уменьшения реактивной энергии, потребляемой каждым из несопряженных индуктивных гнездовых соединителей. 0053 Несмотря на то, что некоторые примерные способы, устройство и компоненты были описаны,область распространения настоящего изобретения ими не ограничивается. Наоборот, это патент относится к способам, устройству и компонентам,которые входят в область распространения пунктов прилагаемой формулы изобретения либо буквально,либо в виде эквивалентов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Индуктивный соединитель в сборе для использования в стволе скважины, содержащий индуктивный соединитель, прикрепленный к системе закачивания в стволе скважины бурильную трубу, часть которой расположена рядом с индуктивным соединителем и гильзу, содержащую магнитный материал окружающий часть бурильной трубы, причем гильза содержит структуру с чередующимся слоем металла и электроизолирующим слоем. 2. Индуктивный соединитель в сборе по п.1,отличающийся тем, что электроизолирующий слой содержит множество отверстий или щелей,расположенных вдоль длины гильзы. 3. Индуктивный соединитель в сборе по п.1,отличающийся тем, что магнитный материал имеет проницаемость больше единицы. 4. Индуктивный соединитель в сборе по п.1,отличающийся тем, что структура с чередующейся частью металла и электроизолирующей частью гильза имеет многослойную структуру. 5. Индуктивный соединитель в сборе по п.4,отличающийся тем, что многослойная структура содержит по меньшей мере один слой металла и по меньшей мере один слой электроизолирующего материала. 6. Индуктивный соединитель в сборе по п.5,отличающийся тем, что многослойная структура содержит слой металлического материала и слой электроизолирующего материала, который завернут в форме спирали. 7. Индуктивный соединитель в сборе по п.5,отличающийся тем, что многослойная структура содержит чередующиеся концентрические слои металлического и изолирующего материала. 8.Устройство для использования в стволе скважины, содержащее бурильную трубу и в основном магнитную гильзу, которая окружает по меньшей мере часть бурильной трубы и содержит множество отверстий по ее длине для снижения вихревых токов, которые могут быть индуцированы в бурильной трубе, когда часть бурильной трубы прилегает к индуктивному соединителю в стволе скважины. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что магнитный материал имеет проницаемость больше единицы. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что к отверстиям относятся щели.