[发明专利]在海底井口中用送入工具执行电操作功能的方法和系统

说明书

技术领域

本发明大体上涉及与井下设备的通信，且具体而言涉及用于在海底井口中用送入工具(running tool)执行电操作功能的方法和系统。

背景技术

在基于海底和陆地两者的油气开采操作中，操作者以越来越大的深度钻井并生产井。因此，置于井中的材料的总重量不断增加。此外，就位于井内的套管负载不断增加。由于这些负载，许多操作者现在使用专用的就位管柱(landing string)来将套管挂送入并就位于井口中。这样做是为了确保就位管柱可在就位并设定套管挂的同时支撑井口中的套管柱的重量。这些就位管柱可为特别设计成支撑这种重量且具有增加的管壁厚度以提供增加的抗拉强度和增加的抗卡瓦挤坏性(resistance to slip crushing)的特殊管柱。

操作者很久以来期望了解在井内发生了什么活动。作为这种期望的结果，已开发出许多工具和设备以将信息从海底位置传输到表面的操作者。例如，在钻井同时测量操作(MWD)期间，可使用泥浆脉冲技术来通过钻柱将数据以声波方式传输到表面处的操作者。仍然其它MWD操作可通过电磁脉冲从海底传输器传输数据通过钻柱。这样，操作者可在钻井操作期间接收与在井眼内发生什么有关的信息。然而，这些传输方法仅仅提供了用以将与井下活动有关的基本信息传回到表面的手段。这些传输技术目前不允许数据的实时传输，它们也不允许从表面与工具通信或控制工具。

操作者也可能希望了解当套管柱被送入、就位、锁定并用水泥固定在井口内时在井口内发生了什么。这在井口和套管就位位置可能在海面下方数千英尺的海底环境中是特别真实的。在一个示例中，为了确定油管挂是否已就位并被锁定，现有技术实施例将把油管挂送到井口内的预期位置。然后，现有技术实施例执行必要的程序以将油管挂锁定至井口。这些实施例然后进行超拉，即在将油管挂送入工具和油管挂悬挂在井口中的送入管柱上往上拉，以确认油管挂已就位并锁定在井口内。然而，这是不精确的测量，并且可提供恰当就位和锁定的错误指示。这在以下情况下是可能的：油管挂卡爪(dog)未恰当地接合井口，从而导致卡爪最初指示通过超拉的恰当锁定，但卡爪然后在执行试验后从恰当接合的位置移动。

确认井下操作即油管挂就位和油管挂锁定的另一种现有技术方法包括监测从井返回正运行钻机的井流体。油管挂将包括促动套筒，其接合井口中带有一定轮廓的油管挂卡爪。促动套筒被液压地促动，并且在执行就位和锁定操作后流体通过送入管柱返回时，假设油管挂已被恰当地锁定在井口中。然而，流体通过油管柱的返回仅仅意味着已执行这些动作，而不是它们被恰当地操作或者油管挂被恰当地锁定在井口中。

遗憾的是，这些现有技术实施例无法提供诸如就位和锁定的井下操作的直接确认。通常，必须拉动工具以验证是否已发生期望的井下操作。这可能通常花费一整天时间来将工具送到该位置，执行操作，以及然后拉动工具以验证就位和锁定。如果工具未恰当地执行，则操作者仅在拉动工具后才知道并能够采取纠正动作。因此，期望可提供诸如套管挂就位和锁定的井下海底操作的直接通信的系统。

许多套管挂送入和设定工具使用在表面施加至就位管柱的扭矩来在井口处执行功能。由于许多就位管柱的长度，在井口施加的扭矩可能显著小于在表面施加的扭矩。因此，使用在表面施加的扭矩的套管挂送入和设定工具可能不执行所期望的功能。结果，开发了液压供能的套管挂送入和设定工具。这些工具通过从表面操作平台延伸到海下数千英尺的海底工具的液压管线来接收操作动力。通常，液压管线从卷盘延伸并随同就位管柱下降到井。这显著地增加了套管送入、就位和设定操作的复杂性，因为附加管线必须随就位管柱通过平台开口送入而不捆绑在就位管柱送入设备中，或者潜在地变成被就位管柱送入设备夹紧，从而在送入工具到达海底位置时妨碍送入工具的操作。此外，通过在表面向液压管线施加压力来施加液压，在送入工具处感测到该压力之前可能存在几分钟的延时。这是不可接受的延迟。因此，还期望可在不使用液压管线的情况下向送入工具供能的系统。此外，期望可向送入工具供能且接收就位和锁定的确认的系统。

发明内容

通常，由提供了用于在海底井口中用送入工具执行电操作功能的方法和系统的本发明的优选实施例来大致解决或回避这些和其它问题并大致实现技术优点。