транспортировка, телеметрия и/или активация посредством оптического волокна

Формула изобретения

1. Устройство для использования в скважине, содержащее кабельную линию передачи, внутри которой располагается оптоволоконная линия, при этом указанная линия передачи представляет собой систему транспортировки, не содержащую электрического кабеля для передачи электрических сигналов или энергии, бобину для развертывания кабельной линии передачи в скважине и инструмент для транспортировки в скважину, посредством линии передачи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный инструмент имеет, по меньшей мере, одну из следующих характеристик:

(1) инструмент выполнен с возможностью двунаправленного взаимодействия по оптоволоконной линии с оборудованием скважины на поверхности и

(2) инструмент включает датчик.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кабельная линия передачи содержит сквозной канал, через который проходит оптоволоконная линия.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительно содержит еще одну оптоволоконную линию, проходящую через сквозной канал кабельной линии передачи.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит продольные несущие структуры для дополнительного усиления кабельной линии передачи.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что продольные несущие структуры включают в себя несущие волокна.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительно содержит модулятор, модулирующий оптические сигналы для обеспечения характеристики скважины, определяемой датчиком.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчик содержит локатор муфтовых соединений обсадной колонны.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инструмент включает приемник для приема оптических сигналов по оптоволоконной линии, при этом указанный приемник преобразует указанные оптические сигналы в электрические сигналы, и привод для приведения в действие инструмент в соответствии с оптическими сигналами.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит оптическое контактное кольцо, прикрепленное к бобине с возможностью обеспечения подключения оптоволоконной линии к приемнику, при этом указанное оптическое контактное кольцо не вращается при вращении бобины.

11. Устройство для использования в скважине, содержащее кабельную линию передачи, внутри которой располагается оптоволоконная линия, при этом указанная линия передачи представляет собой систему транспортировки, не содержащую электрического кабеля для передачи электрических сигналов или энергии, инструмент, прикрепленный к кабельной линии передачи, при этом указанный инструмент содержит датчик, и модулятор, модулирующий оптические сигналы для обеспечения характеристики скважины, определяемой датчиком, при этом модулятор содержит препятствие и отражательное устройство, причем препятствие и отражательное устройство имеют возможность перемещаться относительно друг друга, для модулирования оптических сигналов.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что препятствие и отражательное устройство имеют, по меньшей мере, два относительных положения, причем препятствие блокирует, по меньшей мере, часть света, отраженного от отражательного устройства, когда препятствие и отражательное устройство находятся в первом относительном положении, и препятствие обеспечивает поступление в оптоволоконную линию большего количества света, отраженного от отражательного устройства, когда препятствие и отражательное устройство находятся во втором относительном положении.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что отражательное устройство содержит зеркало.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что препятствие модулирует количество отраженного света, передаваемого отражательным устройством в оптоволоконную линию.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что отражательное устройство выполнено с возможностью приема света, переданного оптическим передатчиком по оптоволоконной линии и отражения принятого света как отраженного света.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что модулятор содержит вертушку для модуляции оптических сигналов.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что линия передачи способна удерживать вес, больший или равный 500 фунтам.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный инструмент активируется по команде, переданной по оптоволоконной линии, и запитывается световой энергией, переданной по оптоволоконной линии.

19. Устройство, содержащее инструмент, систему транспортировки для ввода инструмента в ствол скважины или для его удаления из ствола скважины, при этом система транспортировки имеет диаметр менее диаметра насосно-компрессорной колонны, при этом указанный диаметр составляет менее чем примерно 0,5 дюйма (1,27 см), оптоволоконную линию, проходящую через систему транспортировки, причем система транспортировки не используется для передачи энергии или данных иначе, как посредством оптоволоконной линии, и бобину для развертывания системы транспортировки внутри или вне скважины.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что указанный инструмент имеет, по меньшей мере, одну из следующих характеристик:

(1) инструмент выполнен с возможностью двунаправленного взаимодействия по оптоволоконной линии с оборудованием скважины на поверхности и

(2) инструмент включает датчик.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что система транспортировки содержит трубу для транспортировки данных.

22. Устройство по п.19, отличающееся тем, что система транспортировки содержит сквозной канал, через который проходит оптоволоконная линия.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что оптоволоконная линия установлена в сквозном канале системы транспортировки посредством протягивания указанной оптоволоконной линии через указанный сквозной канал с использованием нагнетания флюида.

24. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит еще одну оптоволоконную линию, расположенную в системе транспортировки.

25. Устройство по п.19, отличающееся тем, что труба транспортировки выполнена из стального материала.

26. Устройство по п.19, отличающееся тем, что дополнительно содержит модулятор, модулирующий оптические сигналы для представления события, связанного с инструментом.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что модулятор содержит препятствие и отражательное устройство, причем препятствие и отражательное устройство имеют возможность перемещаться относительно друг друга, для модулирования оптических сигналов.

28. Устройство по п.27, отличающееся тем, что препятствие модулирует количество отраженного света, передаваемого отражательным устройством в оптоволоконную линию.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что отражательное устройство выполнено с возможностью приема света, переданного оптическим передатчиком по оптоволоконной линии и отражения принятого света как отраженного света.

30. Устройство по п.26, отличающееся тем, что модулятор содержит вертушку для модуляции оптических сигналов.

31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что вертушка содержит лопасть, способную вращаться с разными скоростями, чтобы по-разному модулировать оптические сигналы.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки изобретения

Изобретение относится к геологоразведке, в частности к транспортировке, телеметрии и/или активации посредством оптического волокна.

Подготовку скважины обычно завершают, устанавливая обсадную колонну в стволе скважины. После этого в скважине можно устанавливать эксплуатационное оборудование, позволяющее добывать углеводороды из одной или нескольких эксплуатационных зон скважины. При осуществлении скважинных операций часто устанавливают связь между скважинным компонентом и наземным оборудованием.

Обычная линия связи содержит проводную линию связи, по которой осуществляется передача энергии и данных между скважинным компонентом и наземным оборудованием по одному или нескольким электрическим проводам. Другие системы транспортировки также могут содержать электрические провода для обеспечения передачи энергии и данных между скважинным компонентом и наземным оборудованием. Для осуществления связи посредством электрического провода скважинный компонент обычно содержит электрическую схему и иногда источники питания, например батареи. Такие электрические схемы и источники питания, находящиеся в стволе скважины, надолго выходят из строя под воздействием агрессивной окружающей среды (высоких температур и давлений).

Другая проблема, связанная с прокладкой электрических проводов в проводной линии связи или системе транспортировки другого типа, состоит в том, что во многих случаях проводная линия связи имеет относительно большую протяженность (от тысяч до десятков тысяч футов). Такой длинный электрический провод имеет высокое сопротивление, что приводит к значительному рассеянию электрической мощности. В результате, для обслуживания скважины обычно используют наземные блоки относительно высокой мощности для обеспечения связи посредством электрических проводов.

Для решения некоторых проблем, связанных с использованием электрических проводов для связи в стволе скважины, используют оптические волокна. Связь посредством оптического волокна осуществляется с использованием оптического передатчика, генерирующего и передающего импульсы лазерного света, которые переносятся оптическим волокном. Скважинные компоненты можно подключать к оптическому волокну для обеспечения связи между скважинными компонентами и наземным оборудованием. Примеры таких скважинных компонентов включают в себя датчики, манометры или другие измерительные приборы.

Обычно ввод оптического волокна в систему транспортировки осуществляют, вставляя оптическое волокно в линию управления, например стальную линию управления, которая проходит вдоль другого трубопровода (например, эксплуатационной насосно-компрессорной колонны). Линия управления предусмотрена как часть насосно-компрессорной колонны, которая проходит в стволе скважины. Хотя во многих вариантах применения линия управления с пропущенными через нее оптическими волокнами оказалась весьма полезной, в других вариантах применения такие линии управления в целом бесполезны. Например, во многих случаях требуется разместить в ствол скважины инструмент для вмешательства, ремонта или обследования. Традиционно такие инструменты для вмешательства, ремонта или обследования транспортируются посредством проводной линии, гладкой линии, бухтованной трубы или системы транспортировки какого-либо иного типа. При необходимости связи между инструментом для вмешательства, ремонта или обследования и наземным оборудованием через систему транспортировки пропускают электрические провода. Как было отмечено выше, применение электрических проводов сопряжено с различными проблемами, которые могут оказывать неблагоприятное влияние в некоторых вариантах применения.

Сущность изобретения

В целом, предусмотрены способы и устройство для усовершенствования средств связи между наземным оборудованием и скважинными компонентами. Например, согласно одному варианту осуществления устройство для использования в скважине содержит гладкую линию, внутри которой находится оптоволоконная линия. Согласно другому варианту осуществления устройство для использования в скважине содержит систему транспортировки и оптоволоконную линию, проходящую через систему транспортировки, причем система транспортировки не используется для передачи энергии или данных.

Другие или альтернативные признаки вытекают из нижеследующего подробного описания, чертежей и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена схема системы, содержащей систему транспортировки, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2А-С представлены виды в разрезе различных вариантов осуществления системы транспортировки согласно фиг.1, которая содержит гладкую линию с оптоволоконной линией внутри.

На фиг.3 представлена схема инструментальной колонны, в которой используется система транспортировки, согласно некоторым вариантам осуществления и инструмент, присоединенный к системе транспортировки.

На фиг.4 представлена схема системы, содержащей локатор муфтовых соединений обсадной колонны, присоединенный к системе транспортировки, содержащей оптоволоконную линию.

На фиг.5 представлена временная диаграмма световых импульсов, отраженных от локатора муфтовых соединений обсадной колонны по оптоволоконной линии, согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.6 представлена схема инструмента, содержащего вертушку, присоединенную к оптоволоконной линии, согласно другому варианту осуществления изобретения.

На фиг.7 представлена схема системы для передачи команд активации на скважинный инструмент по оптоволоконной линии согласно еще одному варианту осуществления.

На фиг.8-9 представлены схемы систем, обеспечивающих двустороннюю связь по оптоволоконной(ым) линии(ям), размещенных в системе транспортировки, согласно некоторым вариантам осуществления.

Подробное описание

В нижеследующем описании многочисленные детали изложены для обеспечения понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области очевидно, что настоящее изобретение можно осуществлять на практике без указаний деталей и что возможны разнообразные вариации и модификации описанных вариантов осуществления.

В скважине осуществляются эксплутационные работы разных типов для повышения добычи углеводородов или для восстановления проблемных участков в скважине. Для осуществления эксплутационных работ в ствол скважины опускают инструмент. Одним из таких видов эксплутационных работ, осуществляемых в ходе вмешательства, является корреляция глубин, позволяющая оператору скважины знать глубину погружения инструмента в стволе скважины. Дополнительно, другие типы инструментов могут включать в себя другие типы датчиков для сбора данных, относящихся к скважине. Кроме того, в некоторых случаях, может понадобиться присоединить инструмент, который осуществляет некоторый тип задания в стволе скважины, например пакер для блокировки области в стволе скважины, стреляющий перфоратор для создания перфораций, каротажный инструмент для проведения измерений и т.п.

Система транспортировки переносит инструменты в ствол скважины. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения для обеспечения эффективной связи между инструментом вмешательства и землей или наземным оборудованием скважины через систему транспортировки пропускают оптические волокна. Согласно одному варианту осуществления структура транспортировки является гладкой линией. В других вариантах осуществления применяются другие типы структур транспортировки, дополнительно описанные ниже.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, представленному на фиг.1, оптоволоконная линия 14 расположена в гладкой линии 32. В целом, гладкая линия представляет собой линию транспортировки, используемую в скважине, которая не обеспечивает электрическую связь по линии. Стандартная электрическая проводная линия содержит один или несколько проводов, обычно медных, выполненных с возможностью обеспечения передачи энергии, телеметрии или обеих этих функций. Напротив, внутри гладкой линии нет электрических проводов, которые используются для передачи энергии или телеметрии данных. В данном случае гладкая линия может быть выполнена из материала, способного проводить электричество, например металла, но металлические участки не используются для телеметрии или передачи электричества. Напротив, гладкая линия используется для транспортировки инструментов в скважину и из нее и их поддержки.

Согласно одному варианту осуществления гладкая линия имеет гладкую наружную поверхность, что обеспечивает сравнительно небольшую силу трения при подъеме и спуске гладкой линии. Дополнительно, оборудование контроля давления для регулировки давления в скважине может быть менее сложным, чем необходимо для развертывания электрической проводной линии.

Гладкая линия 32 может осуществлять транспортировку значительных грузов. В одном варианте осуществления гладкая линия способна удерживать груз, по меньшей мере, около 500 фунтов или более. Удержание груза достигается применением гладкой линии, которая не содержит проводящих медных проводов, но зато использует сталь или композитные материалы, выдерживающие высокую нагрузку. Дополнительное преимущество использования гладкой линии для транспортировки оптоволоконной линии состоит в том, что гладкие линии сравнительно экономичны. Кроме того, существующее устье скважины можно использовать без значительной модификации.

Альтернативно, гладкую линию 32 можно заменить системами транспортировки других типов, имеющими сквозной канал, через который можно пропустить одну или несколько оптоволоконных линий.

Устье 34 скважины располагается в верхней части ствола 5 скважины. Гладкая линия 32 с оптоволоконной линией 14 внутри проходит через гидравлический сальник 36 (или уплотнитель, или лубрикатор), находящийся в устье 34 скважины. Гидравлический сальник 36 обеспечивает уплотнение гладкой линии 32, что позволяет безопасно развертывать инструмент 12, даже если ствол 5 скважины герметизирован. В одном варианте осуществления, во избежание утечек из герметизированного ствола скважины, под гидравлическим сальником 36 может размещаться, по меньшей мере, один дополнительный уплотнитель 70, например эластомерный уплотнитель, обеспечивающий дополнительное уплотняющее сцепление с гладкой линией 32.

Гладкую линию 32 можно развертывать с бобины 38, которая может размещаться на транспортном средстве 40. Для подачи трубопровода 32 от бобины в ствол 5 скважины через гидравлический сальник 36 и устье 34 скважины можно использовать несколько шкивов 42. В зависимости от размера трубопровода 32 развертывание некоторых вариантов осуществления изобретения не требует ни блока бухтованной трубы, ни большого самоходного каротажного подъемника. Бобина 38 согласно одному варианту осуществления имеет диаметр 20 дюймов или менее. Возможность использовать сравнительно небольшие бобину и транспортное средство значительно снижает производственные затраты.

Оптоволоконная линия 14 подключена к приемнику 44, который может находиться на транспортном средстве 40. Приемник 44 принимает оптические сигналы, передаваемые инструментом 12 по оптоволоконной линии 14. Приемник 44, который содержит микропроцессор и оптоэлектронный блок, преобразует оптические сигналы обратно в электрические сигналы, после чего доставляет данные (электрические сигналы) пользователю. Доставка пользователю может осуществляться посредством графического дисплея или экрана монитора или распечатки или необработанных данных, передаваемых инструментом 12. Согласно другому варианту осуществления приемник 44 представляет собой компьютерный блок или подключен или иначе присоединен к компьютерному блоку, например портативному компьютеру, карманному компьютеру и т.п., подключенному к оптоволоконной линии 14. В каждом варианте осуществления приемник 44 обрабатывает оптические сигналы или данные для вывода выбранных данных оператору скважины. Обработка может включать в себя фильтрацию и анализ данных для облечения рассмотрения данных.

Оптическое контактное кольцо 39 функционально присоединено к бобине 38 и обеспечивает подключение оптоволоконной линии 14 к приемнику 44. Оптическое контактное кольцо 39 сопрягает оптоволоконную линию 14 внутри трубопровода 32 на бобине 38. Когда бобина 38 вращается, контактное кольцо 39 не вращается. Таким образом, контактное кольцо облегчает передачу оперативных оптических данных от динамически движущейся бобины 38 и оптоволоконной линии 14 в ней на стационарный приемник 44. Короче, контактное кольцо 39 позволяет передавать оптические данные между стационарным оптическим волокном и вращающимся оптическим волокном.

Импульсы света фиксированной длины волны распространяются от оптического передатчика 20 по оптоволоконной линии 14. Оптический передатчик может находиться на поверхности или в скважине в зависимости от области применения. В некоторых вариантах осуществления оптический передатчик в инструменте 12 не предусмотрен. В таких вариантах осуществления инструмент 12 содержит модулятор, который изменяет (или модулирует) характеристики света, в результате чего свет, отраженный через оптическое волокно, изменяется. Приемник 44 способен обнаруживать и интерпретировать измененный или модулированный оптический сигнал.

Гладкая линия 32 удерживает скважинный инструмент 12, присоединенный к ее нижнему концу. В одном варианте реализации изобретения инструмент 12 запитывается источником питания скважины, таким как батарея, топливный элемент или другие источники питания скважины. Согласно другому варианту реализации изобретения инструмент не имеет источника электрического питания. В еще одном варианте осуществления инструмент 12 запитывается светом, поступающим через оптоволоконную линию. «Запитывается светом» подразумевает процесс преобразования оптической энергии в механическую или электрическую энергию. Достичь этого можно разными путями. Данные телеметрируются через оптоволоконную линию к/от инструмента.

На фиг.2А показан вид в разрезе гладкой линии 32, которая охватывает оптоволоконную линию 14. Оптоволоконная линия 14 обычно проходит через сквозной канал вблизи центра гладкой линии 32. Однако в других вариантах осуществления оптоволоконная линия 14 может быть смещена относительно центра. В других вариантах осуществления через гладкую линию 32 проходит несколько оптических линий 14. Гладкая линия 32 может быть покрыта изолирующим, защитным или износостойким материалом 49.

На фиг.2В показан альтернативный вариант осуществления, в котором гладкая линия содержит совокупность продольно проходящих несущих волокон 50 (идущих по спирали или по некоторому другому пути), которые повышают общую прочность и грузоподъемность гладкой линии.

На фиг.2С показано альтернативное устройство транспортировки, содержащее трубу 52 малого диаметра (вместо гладкой линии 32, показанной на фиг.2А, 2В), внутри которой находится оптоволоконная линия 14. Труба 52 транспортировки выполнена из высокопрочного материала, устойчивого к агрессивным средам скважины, например INCALOY или стального сплава. Труба 52 транспортировки является достаточно гибкой, чтобы ее можно было наматывать на бобину для удобства транспортировки и развертывания. Дополнительно, труба 52 транспортировки является достаточно прочной, чтобы выдерживать относительно высокую нагрузку. Однако труба 52 транспортировки отличается от бухтованной трубы тем, что диаметр трубы транспортировки значительно меньше, чем у бухтованной трубы. В одном варианте осуществления труба транспортировки имеет диаметр менее, примерно, 1/2 дюйма. Бухтованная труба также имеет существенную толщину стенки, оставляя малые внутренние диаметры, не предназначенные для потока или закачивания.

Хотя трубу 52 транспортировки можно формировать любым традиционным способом, в одном варианте осуществления трубу формируют, оборачивая плоскую пластину вокруг оптоволоконной линии. В другом варианте осуществления оптоволоконную линию устанавливают в трубе, закачивая оптоволоконную линию в трубу 52 транспортировки. По существу, оптоволоконную линию 14 протягивают вдоль трубопровода 52, выпрыскивая текучую среду на поверхности, например впрыскивая текучую среду (газ или жидкость) насосом 46 (фиг.1). Текучая среда и индуцированное давление впрыска работают для протяжки оптоволоконной линии 14 вдоль трубопровода 52.

Согласно некоторым вариантам осуществления особенность трубы 52 транспортировки или гладкой линии 32 состоит в том, что сама по себе труба 52 транспортировки или гладкая линия не используется для передачи энергии или данных (используется только оптоволоконная линия 14). Другими словами, труба 52 транспортировки или гладкая линия 32 образует структуру транспортировки для доставки инструмента в ствол скважины, при этом структура транспортировки не содержит линию передачи энергии или данных (например, электрического провода), отдельного от оптоволоконной линии 14 (или нескольких оптоволоконных линий).

На фиг.3, в качестве примера инструмента, запускаемого в ствол скважины посредством системы 102 транспортировки, содержащей оптоволоконную линию, показан локатор 104 муфтовых соединений обсадной колонны. Локатор 104 муфтовых соединений обсадной колонны может входить в состав более крупной инструментальной колонны, содержащей другие инструменты, например перфорирующие инструменты, пакеры, клапана, каротажные инструменты и т.д. Локатор 104 муфтовых соединений обсадной колонны осуществляет обнаружение муфтовых соединений 106 обсадной колонны 108, которая установлена вдоль ствола скважины. Об обнаружении муфтового соединения 106 сообщают путем модуляции света, отраженного обратно к поверхности по оптоволоконной линии в системе 102 транспортировки.

На фиг.4 изображена схема системы локатора муфтовых соединений обсадной колонны, согласно одному варианту осуществления. В системе 102 транспортировки предусмотрены компоненты 110 сопряжения между локатором 102 муфтовых соединений обсадной колонны и оптоволоконной линией 112.

Компоненты сопряжения содержат зеркало 116 (или другое отражающее устройство), находящееся на нижнем конце оптоволоконной линии. Между оптоволоконной линией 112 и зеркалом 116 предусмотрено препятствие 114. Зеркало 116 и препятствие 114 подвижны по отношению друг к другу. К препятствию 114 и/или зеркалу 116 присоединен активатор 118, способный перемещать препятствие 114 и/или зеркало 116. Активатор 118 принимает данные от локатора 104 муфтовых соединений. Когда муфтовые соединения 106 (фиг.3) обнаруживают (муфтовые соединения размещаются в непосредственной близости к локатору 104 муфтовых соединений), муфтовые соединения 106 связаны с активатором 118. Активатор 118 может запитываться от локального источника энергии, такого как батарея, вызывая перемещение препятствия 114 и/или зеркала 116. Согласно одному варианту осуществления препятствие 114 содержит магнит, перемещаемый магнитными силами, генерируемыми активатором 118. Согласно другим вариантам осуществления для перемещения магнита 114 и/или зеркала 116 используют другие механизмы. Препятствие 114 и зеркало 116 образуют модулятор, который модулирует оптический сигнал в оптоволоконной линии, для определения состояния локатора муфтовых соединений обсадной колонны.

Альтернативный вариант осуществления изобретения не предусматривает использование активатора 118. Вместо этого препятствие 114 содержит магнит, который способен перемещаться в случае приближения препятствия к муфтовому соединению 106. В этом альтернативном варианте осуществления в качестве локатора муфтовых соединений обсадной колонны может выступать агрегат препятствия 114 и зеркала 116, что исключает необходимость в отдельном локаторе 104 муфтовых соединений обсадной колонны.

Относительное перемещение зеркала 116 и препятствия 114 изменяет направление света, отраженного обратно по оптоволоконной линии 112. На фиг.5 показана временная диаграмма, иллюстрирующая обнаружение муфтовых соединений 106 обсадной колонны. Выходной сигнал локатора 104 муфтовых соединений обсадной колонны пульсирует при обнаружении муфтовых соединений, что указано импульсами 200. Свет распространяется от наземного оптического передатчика 124 по оптоволоконной линии 112. Компоненты 110 сопряжения принимают распространяющийся свет как входящий свет 120 и отражают его обратно как отраженный свет 122. В нормальном случае, когда локатор 104 муфтовых соединений обсадной колонны не находится вблизи муфтового соединения 106 обсадной колонны, препятствие 114 не блокирует прохождение света между зеркалом 116 и оптоволоконной линией 112. В результате, отраженный свет 122 имеет полную или почти полную интенсивность. Однако при обнаружении муфтового соединения 106 обсадной колонны препятствие 114 блокирует прохождение света между зеркалом 116 и оптоволоконной линией 112. В результате, отраженный свет 122 имеет пониженную интенсивность, что выражается инвертированными импульсами 202 на временной диаграмме, показанной на фиг.5. Приемник 126, входящий в состав наземного оборудования скважины, принимает отраженный свет 122, и модуль 130 обработки данных обрабатывает его. Таким образом, положение инструмента точно телеметрируется на поверхность по оптоволоконной линии.

Относительное положение препятствия 114 и зеркала 116 можно переключать так, чтобы блокировать свет, когда локатор муфтовых соединений обсадной колонны не находится вблизи муфтового соединения 106 обсадной колонны, и позволять ему распространяться, когда локатор муфтовых соединений обсадной колонны находится вблизи муфтового соединения обсадной колонны.

В альтернативных вариантах осуществления компоненты 110 интерфейса можно использовать в совокупности с инструментами, отличными от локатора 104 муфтовых соединений обсадной колонны. Примеры других инструментов включают в себя другие типы датчиков, гамма-лучевые инструменты и т.д. Такой инструмент передает заданные коды, выражающие соответствующие события. В соответствии с кодами, зеркало 116 и/или препятствие 114 перемещается относительно друг друга на разные расстояния, что позволяет по-разному модулировать отраженный свет 122, чтобы представлять соответствующие события.

В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.6, препятствие 114 не используется, а зеркало 116 присоединено к вертушке 300, и, когда вертушка 300 вращается, зеркало 116 проходит под нижним концом 302 оптоволоконной линии 112 и отражает импульс света обратно к поверхности. Таким образом, можно определять частоту вращения вертушки 300. Вертушкой 300 можно управлять с помощью активатора 304, для регулирования скорости вращения вертушки 300 и, таким образом, передавать на поверхность модулированные оптические сигналы. Таким образом, в соответствии с конкретным событием, соответствующим инструменту 306, активатор 304 вращает вертушку 300 с конкретной скоростью.

Согласно еще одному варианту осуществления вертушка 300 подвергается воздействию флюидов скважины и вращается в соответствии с перемещением инструмента и/или течением флюидов мимо вертушки. Измеряя частоту вращения вертушки 300, можно определять расход флюида или скорость инструмента.

Вышеописанные варианты осуществления относятся к скважинной инструментальной колонне, отражающей свет, передаваемый наземным передатчиком скважины, обратно на поверхность. Отраженный свет модулируют, чтобы представить событие, которое произошло внутри скважины. Указанная конфигурация является рефлектометром. В другой конфигурации скважинная инструментальная колонна передает кодированные оптические сигналы вверх по оптоволоконной линии на наземное оборудование скважины. Согласно фиг.7 преобразователь 404 функционально подсоединен к инструменту 402. Преобразователь 404 преобразует электрические сигналы, генерируемые инструментом 402, в оптические сигналы, которые оптический передатчик 406, находящийся внутри скважины, передает по оптоволоконной линии 112 на поверхность. Таким образом, данные, собранные инструментом, преобразуются в электрические сигналы, преобразователь 404 преобразует их в оптические сигналы, и оптический передатчик 406 передает их на поверхность в оперативном или ином режиме. Другие данные, например, отчеты о состоянии инструмента (т.е. активен/неактивен, мощность батареи, сбои), также можно передавать с инструмента 402 по оптоволоконной линии 112 на поверхность в оперативном режиме. Приемник 408, входящий в состав наземного оборудования скважины, принимает оптические сигналы по оптоволоконной линии 112.

Авторы настоящего изобретения рассмотрели передачу данных от скважинного инструмента на наземное оборудование по оптоволоконной линии, установленной в системе транспортировки. В других вариантах осуществления оптические сигналы, передаваемые вниз по оптоволоконной линии, могут также представлять командные сигналы для управления скважинными инструментами. Как дополнительно показано на фиг.7, инструмент 402 содержит приемник 420 для преобразования оптического сигнала в электрический сигнал. Активатор 412, входящий в состав инструмента, может активироваться в соответствии с оптическим сигналом, принимаемым с поверхности по оптоволоконной линии. Активация инструмента по приему соответствующего сигнала может осуществляться посредством электрического высвобождения активирующего плунжера. Например, инструмент может содержать электромагнитный клапан, который открывается, обеспечивая доступ скважинных флюидов к одной стороне активирующего плунжера, осуществляющего гидравлическую активацию инструмента. Инструмент может содержать пакер, якорь, клапан или какое-либо другое устройство. Альтернативно, возможна электрическая активация инструмента с использованием скважинного источника питания, например батареи, или запитка инструмента может осуществляться с помощью света.

В другом примере инструмент может содержать клапан или скважинный пробоотборник, открываемый и закрываемый с использованием электрической энергии от скважинного источника питания. Альтернативно, инструмент может содержать стреляющую головку или детонатор для запаливания стреляющего перфоратора или сам стреляющий перфоратор, в котором применяются детонаторы типа ВФИ (взрывной фольговый инициатор). В еще одном примере источник питания в инструменте 402 может представлять собой взрывной источник питания, который создает повышенное давление для перемещения плунжера или расширения элемента. Аналогично, в источнике питания может осуществляться химическая реакция, которая инициируется по приеме сигнала активации за счет смешивания химикатов. Смешивание химикатов приводит к повышению расширения давления или какому-либо другому событию изменения.

Оптоволоконную линию 112 можно использовать не только для передачи инструментальных данных, но и в качестве распределенного датчика температуры, что позволяет проводить распределенные измерения температуры вдоль оптоволоконной линии 112. Для проведения распределенных измерений температуры с наземного оптического передатчика по оптоволоконной линии 112 передают импульсы света фиксированной длины волны. В каждой точке замера на линии 112 свет испытывает отражения и возвращается к наземному оборудованию. Зная скорость света и момент прихода обратного сигнала, можно определить его исходную точку на оптоволоконной линии 112. Температура стимулирует энергетические уровни молекул кварца в оптоволоконной линии 112. Отраженный свет содержит полосы длины волны, смещенные вверх и вниз (например, стоксову и антистоксову компоненты спектра комбинационного рассеяния в отраженном свете), анализ которых позволяет определить температуру в исходной точке. Таким образом, наземное оборудование может вычислять температуру каждой опрашиваемой точки замера на оптоволоконной линии 14, обеспечивая полный профиль температуры вдоль оптоволоконной линии 112. Наземное оборудование содержит приемник системы распределенного измерения температуры, который может содержать блок оптической рефлектометрии по времени. Таким образом, оптоволоконную линию 112 можно одновременно использовать как среду передачи данных от скважинного оборудования, среду передачи сигналов активации скважинного оборудования и датчик/среду передачи для распределенного измерения температуры.

Согласно варианту осуществления распределенные измерения температуры с использованием оптоволоконной линии можно применять для корреляции длин. Для определения положения инструмента в скважине считанные распределенные результаты измерений температуры сравнивают с известным градиентом температуры скважины. Согласно другому варианту осуществления для определения положения инструмента в скважине используют отражение от точки измерения, определяя расстояние между поверхностью и точкой замера.

Для повышения гибкости можно осуществлять двустороннюю связь по одной или нескольким оптоволоконным линиям, установленным в системах транспортировки, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Согласно фиг.8 для обеспечения двусторонней связи между наземным средством 502 и скважинным инструментом 504 используются две оптоволоконные линии 500. Наземное средство 502 передает данные на наземное передающее средство 506 (содержащее промежуточный преобразователь, возбудитель и лазер), которое передает оптические сигналы вниз по одной из оптоволоконных линий 500. Скважинное приемное средство 508 (содержащее фотодиод, усилитель и декодер) принимает переданные оптические сигналы и преобразует принятые оптические сигналы в команды, отправленные скважинному инструменту 504.

На обратном канале связи скважинный инструмент 504 передает данные на скважинное передающее средство 510, которое преобразует данные в оптические сигналы и передает их вверх по оптоволоконной линии 500. Наземное приемное средство 512 принимает сигналы от скважинного передающего оборудования 510 и преобразует принятые оптические сигналы в данные, отправленные на наземное средство 502.

На фиг.9 показана другая конфигурация, в которой двусторонняя связь осуществляется по одной оптоволоконной линии 520 (вместо нескольких оптоволоконных линий). В этом случае на двух концах оптоволоконной линии 520 дополнительно предусмотрены оптроны или светоделители 514 и 516.

Для дальнейшего повышения гибкости можно применять мультиплексирование с разделением по длине волны (МДР). МДР увеличивает количество каналов связи на оптоволоконной линии. На оптоволоконной линии осуществляется мультиплексирование оптических сигналов разной длины волны.

Хотя выше были подробно описано лишь несколько иллюстративных вариантов осуществления данного изобретения, специалисты в данной области могут внести в иллюстративные варианты осуществления многочисленные модификации, не выходя за рамки новых идей и преимуществ данного изобретения. Соответственно, все эти модификации подлежат включению в объем изобретения.