本发明提供一种用于检测和井下非钻井操作、恢复操作以及井下 扩眼或者套管切割操作等等相关的操作条件，其中非钻井操作包括打 捞。在当前优选实施例中，条件传感设备被用作测量井下操作参数， 包括例如转矩、张力、压力、旋转方向以及旋转速率。然后，操作参 数信息被用作更有效的执行井下操作。
在一个实施例中，存储器媒体被包含在接近传感器的工具中。检 测到的信息被记录，然后在工具从钻孔被移去之后被下载。在进一步 的实施例中，检测到的信息被编码并被传送到编码信号的形式的地面。 地面上的接收器或者数据获取系统接收编码信号并且将它解码。用于 传送信息给基于地面的接收器的方法包括泥浆脉冲遥测术和用于传送 MWD/LWD信息给地面的其它技术。在本发明的另一个方面中，提供 一种用于调整响应于一个或多个检测到的操作信息的井下操作。
本发明提供廉价的条件传感工具，该工具在多种情况下都有用。 本发明还提供一种“适合于该目的”的工具，该工具可以容易地定制 为收集并提供期望的操作条件信息而不收集不期望的信息。在相关的 方面，本发明还提供一种在钻孔内实施非钻井操作的改进的方法，该 非钻井操作包括打捞操作，其中测定的井下操作条件信息被用来改进 非钻井操作并且使该操作更有效。
附图说明
本发明的优点的进一步的方面将很容易被本领域的普通技术人员 理解，当结合附图时，参考以下详细的描述会被变得更好理解，其中， 在整个附图中相同的参考标记表示相同或者类似的元件，并且其中：
图1是根据本发明的采用工具和工具组件的示例性井眼所构成的 示意性截面图。
图2是根据本发明构造的示例性条件传感工具的部分截面的等距 视图。
图3是根据本发明的一个直观打捞应用中侧面截面的示意性描 绘，其中生产油管和采油封隔器被从井眼中移去。
图4是根据本发明实施的直观补偿操作的侧面截面的示意性描 绘。
图5是根据本发明实施的直观套管切割布置的示意性侧面截面 图。
图6是根据本发明实施的直观井下扩眼布置的示意性侧面截面 图。
图7是用于根据本发明实施的从井眼内移去采油封隔器的直观打 捞应用的示意性侧面截面图。
图8是根据本发明实施的直观引导研磨应用的示意性侧面截面 图。
图9是根据本发明实施的用于恢复井底组件的直观冲刷恢复操作 的示意性侧面截面图。

图1是示意性的附图描绘，从总体上描述了根据本发明构建的工 具和工具组件的结构和操作以及根据本发明的方法和系统。尽管这个 术语不限制于“打捞”的应用，但是这些工具、工具组件、系统和方 法在这里可以被简称为“测量同时打捞”系统。事实上，本领域的那 些技术人员将理解本发明的用于系统的大量的非钻井应用、方法和设 备。
图1示出了用于碳氢化合物井12的钻架10。将理解，当基于地 面的钻井10被示出时，本发明的系统和方法也可以应用于海上钻机、 台地以及钻井浮船。从钻架10开始，钻孔12从地面14向下延伸。下 井仪器串16位于钻孔12内。下井仪器串16可以包括钻杆部分串、生 产油管部分或者盘管部分。下井仪器串16是管状的并且限定了其中的 孔，其中钻探泥浆或者其它流体会被抽入该孔。尽管图1中没有描述， 但是钻架10包括用于将钻探泥浆或者其它流体抽入到下井仪器串16 的装置以及用于在钻孔12内旋转下井仪器串16的装置。在下井仪器 串16的下端固定了条件检测工具18，该条件检测工具的下端反过来 固定到工件20。工件20通常被称为在钻孔12内执行功能并且其特定 操作数据在表面14所需的工具或者设备。通过参考简短描述的示例性 实施例将会理解，工件20可以包括诸如振动工具或者闭锁机构的打捞 设备，或者包括诸如扩孔器或者套管割刀的切割工具，或者包括其它 设备。
应当注意到，钻孔12可以十分深入地延伸到地面下方(也就是， 30000英尺或者更多)，并且当图1所示基本上垂直定向时，钻孔12 实际上偏斜或者甚至水平地沿着它的长度的一部分。在地面14上是数 据获取系统22和控制器24。在地面上的操作器通常通过调整例如工 件上的重量、通过下井仪器串16的流体流动、下井仪器串16(如果 有的话)的旋转速率和方向等等参数，来控制工件20的操作。
现在参考图2，图2示出了根据本发明构建的一个示例性条件检 测工具18的结构和操作的截面的细节。工具18通常包括具有轴向端 28、30的圆柱外壳26，该轴向端被构造为用于与下井仪器串16和工 件20的邻接部分螺纹接合。外壳26限定了通过那里的流动孔32以允 许钻探泥浆或者其它流体通过。一个或多个芯盒面板34可以沿圆周固 定在工具18周围以帮助保护工具18不受到由钻孔摩擦和接合引起的 损坏。工具18包括具有多个安装在其上的条件传感器的传感器部分 36。在所示的示例性工具18中，传感器部分36包括能够测定重量的 指重表传感器38以及能够测量转矩的转矩计40，其中该重量由工件 20上的下井仪器串16施加，转矩通过下井仪器串16的旋转被施加在 工件20上。另外，传感器部分36包括角度弯曲表42，该角度弯曲表 能够测量下井仪器串16内的角度偏差或者弯曲力。另外，传感器部分 36包括井筒环带压力计44，该压力计测量在外壳26和钻孔12之间产 生的环面内的流体压力。孔压力计46测量工具18的孔32内的流体压 力。当每个这些传感器的可操作的电互连没有在图2中示出时，是由 于这些都是本领域技术人员所公知的，因此这里不详细描述。加速计 48也被示出，其可以测定轴向、横向或者角度方向中的工具18的加 速度。通过每个上述的传感器，传感器部分36获得并产生与工件20 的操作参数有关的数据。
在当前的优选实施例中，条件检测工具18可以包括CoPilot_ MWD工具的一部分，其中该工具从本申请的受让人，即Baker Hughes，Incorporated，Houston，Texas，的INTEQ分公司中是可商业获 取的。应当注意到，不需要条件检测工具18，并且通常不包括那些主 要或者仅在钻探情况下有用的元件和组件。这些传感工具包括，例如， 伽马计数设备和用于相对于环境信息定向的方向传感器。这相比于传 统的MWD或者LWD工具大大的减少了工具18的成本和复杂性。工 具18是“适用于该目的”的工具，被构造成具有用于给定的工作而不 是不需要的其它工作的那些传感器。结果是，工具18的成本和复杂性 被最小化。
工具18还包括处理部分50以及电源部分52。处理部分50可以 接收涉及由传感器部分36读出的操作条件并且存储和/或传送数据给 远处的接收器，例如位于地面14上的接收器或者数据获取系统22。 处理部分50最好包括数字信号处理器53和54所示的存储媒体，该数 字信号处理器和存储媒体与传感器部分36互连以存储由传感器部分 36获得的数据。处理器53(也被称为“控制单元”或者“处理单元”) 包括一个或多个基于电路的微处理器以处理由钻井操作中至少部分地 在井下由传感器进行的测量。
处理部分50还包括数据发送器，在图中用56表示。数据发送器 56可以包括本技术领域已知的一种类型的泥浆脉冲发送器，用于利用 泥浆脉冲遥测术传送编码数据信号到地面14。数据发送器56还可以 包括其它本技术领域已知的传送装置用于传送这样的数据信号到地 面。
电源部分52容纳电源58用于操作处理部分50和传感器部分36 内的元件的操作。在当前优选实施例中，电源58是“泥浆电动机”机 构，其通过下井仪器串16并通过工具18的孔32由向下钻探泥浆或者 其它流体的流动激励。这样的机构利用涡轮机产生电能，其中涡轮机 有例如钻探泥浆的流体的流动旋转。这种类型的合适机构的一个例子 是在43/4CoPilot_工具内的电源组件，其中该CoPilot工具商业上由 Baker Hughes INTEQ出售。其它可接受的电源也可以被采用，例如 电池，其中，例如，在执行特殊井下操作期间流体不流动。
用于执行本发明的许多示例性方法和配置将被描述以说明本发明 的系统和方法。图3描绘了必须从钻孔12向外捞出生产油管60和可 卸式封隔器62的一部分的情况。打捞操作的类型可以是必须的，其中 生产油管60已经研制出在封隔器62的位置上方的缺口，并且可卸式 封隔器62不能利用它的释放机构被释放。在图3中，所示的钻孔12 沿着套管64排列，并且封隔器62相对于套管64的内墙被密封。生产 油管部分60的上端66已经以不平的方式被切断，并且通向地面14 的生产油管串的上部已经被移去。
然后，下井仪器串16被下降到如图3所示的钻孔12中，其中下 井仪器串可以包括一串生产油管或者盘管。条件检测工具18被固定到 下井仪器串16的下端。在这种配置中，工具18具有至少一个指重表 传感器38和转矩计或者传感器40。固定到工具18的下端的是接合设 备68，其作为工件20。接合设备68是一种打捞工具，是本领域所公 知的一种类型，它被构造为接合生产油管部分60的上端66。然后， 通过向上拉、震动、向上压，和/或通过旋转下井仪器串16，生产油管 部分60和封隔器62从钻孔12中被移去。
在操作中，工具18的指重表传感器38检测向上力的大小，该力 通过向上拉下井仪器串16而施加到接合设备68上。如果下井仪器串 16的旋转的应用试图移动油管柱串部分60和封隔器62，那么转矩计 40将检测来自该旋转的转矩的大小，该旋转实际上由接合工具68感 觉。可选的是，如果下井仪器串16被向上压以有助于释放油管柱串部 分60和封隔器62，将可以检测孔的压力和井筒环带压力。这个数据 被存储或者被传送到地面14，从而操作者可以检测施加到地面的向上 或者旋转的力以及在工件20附近接收的力之间是否具有明显的差异。 明显的差异可以表明一个问题，即，防止这种力的完全传输，比如环 面或仪器串16中进行阻碍，该环面或仪器串16相对于钻孔12中的偏 移和/或极深部分中的钻孔12而支承。
现在参考图4，示出了锚锁销或者螺纹接合部，其中本发明的设 备和方法应用被示出，以断开钻孔12内的螺纹元件。在这种情况下， 所示的封隔器元件62相对于钻孔12的套管64被固定，并且保持生产 油管部分66，该生产油管包括被螺纹连接部70固定到上部套管部分 72的低套管部分69。上部套管部分72和先前所描述的生产油管部分 60一样已经被切割。这里作为工件20的接合工具74被固定到条件检 测工具18，并且被构造为固定的接合上部套管部分72的上端76。这 样的接合工具74是本领域所公知的。希望使螺纹连接部70松脱，从 而上部油管柱部分可以从钻孔12中被移去，并且可以被另一个可以螺 纹状的与低套管部分69接合以在钻孔12内重新恢复生产的油管柱部 分代替。使螺纹连接部70松脱取决于提升下井仪器串16直到在螺纹 连接部70上的压力、重量基本上为零时。另外，如果不能松脱，那么 螺纹连接部70将非常困难。事实上，尝试这样做会损坏螺纹，使它以 后更难接触另一个生产油管部分。相反的，过分的提升下井仪器串16 也将会使得螺纹连接部70更难或者不可能通过下井仪器串16的旋转 被松脱。因此，能够检测和测定张力和压力的大小是十分重要的，其 中张力和压力接近于接合工具74被准确的感知。因此，条件检测工具 18被构造为至少检测重量和转矩。在操作中，接合工具74被锁闭到 上部72，并且操作者向上推或者放松下井仪器串16直到重量读数为 零，从而指示螺纹连接部70的松脱会开始。然后，下井仪器串16在 必要的方向旋转来松脱连接部70。从工具18读出的转矩将指示是否 具有从旋转下井仪器串16传送旋转力到接合工具74的问题。
图5示出了井眼套管64的一部分被套管割刀80切割的情况。本 领域的技术人员会理解它将容易的应用于生产油管的切割。套管80 被固定到条件检测工具18的下端并且大致包括具有一对径向延伸切 割工具84的中心管状主体82。这样的切割工具是本领域所公知的， 并且仅用来说明本发明，因此在这里不被详细描述。所示的套管割刀 80穿过套管64切割并且通过切割工具84进入周围地层86。由于套管 割刀80被下井仪器串16的旋转转动，所以知道旋转的方向、旋转的 速度(RPM)以及套管割刀80的重量是很重要的。在操作中，下井 仪器串16被旋转以使得套管割刀80切割套管64以形成一个开口88。 工具18被构造为至少检测接近于套管割刀80的旋转速度(RPM)和 方向，以确保开口88被正确的切割。测量施加到套管割刀80的转矩 以及套管割刀80上的重量也是重要的，并且最好由工具18检测。
现在参考图6，结合本发明的设备和方法的井下扩眼情况被示出。 井下扩眼设备90被固定到工具18的下端。本领域所公知的井下扩眼 设备90包括具有多个井下扩眼臂94的管状主体92，其中当井下扩眼 主体92围绕它的纵轴旋转时，井下扩眼臂枢轴的连接到主体92并且 径向向外移动以切割地层86。当期望放大特定点的钻孔12的直径时 使用井下扩眼。在一个井下扩眼操作中，监视接近于井下扩眼90的转 矩力是很重要的。因此，工具18被构造为至少检测接近于井下扩眼 90的转矩力。优选的是，工具18也被构造为检测重量、旋转速率 (RPM)以及旋转方向。
现在转到图7，示出了一种配置，其中封隔器100从钻孔12内的 一组位置获取。条件检测工具18被固定到工具串16的下端，并且接 合工具102被固定到条件检测工具18的下端。接合工具102被构造为 锁闭在封隔器100上，并且不固定它以从钻孔12中移去。工具串16 被放低到钻孔12中直到接合工具102变得固定地锁闭到封隔器100 上。封隔器100通常通过在工具串16上向上拉和/或旋转工具串16以 便向封隔器100施加拉力和转矩，从而从与钻孔12的墙的接合中释放。 然后，在这种情况下，工具18应当被构造为至少测量张力/压力(重 量)以及接近于封隔器100的转矩。
图8示出了一个示例性的引导研磨配置，其中旋转引导研磨机104 被固定到条件检测工具18和工具串16。研磨机104通常具有圆柱形 中心主体106，该主体具有多个径向延伸的研磨叶片108。主体106 出现一个鼻端部分110。所示的研磨机104与管状构件112的上端连 接，其中管状构件112已经粘附到钻孔12中。期望通过旋转研磨机 104研磨掉管状构件112，从而使得研磨叶片108将管状构件112切割 掉。因此，研磨机104在管状构件112的顶上被放下，因此鼻端110 被插入管状构件112，并且叶片108连接管状构件12的上端。在操作 期间，钻探泥浆通过工具串16、工具18和研磨机104向下流通。钻 探泥浆离开接近于叶片108连接管状构件112的位置的研磨机104， 并且用来润滑切割过程和/或提供一种通过环面中的井眼流体对地面 循环切割的装置。
在图8所示的一个研磨操作中，能够检测转矩力、旋转方向、重 量(也就是，通过工具串16施加到研磨机上的轴向张力和/或压力)， 以及研磨机104的旋转速度。因此，工具18应当被构造为至少检测这 些井下操作参数。另外，研磨机104的振动量可以通过结合本领域公 知的一种类型的振动传感器(未示出)到工具18的传感器部分36中 来测定。然后，检测到的信息被用来调整研磨工序(也就是，放下或 者提升研磨机，改变RPM)以改进研磨工序。
图9示出了本发明的一种冲刷恢复操作合成设备和方法。在这种 情况下，底孔组件(BHA)118粘附到钻孔12中。BHA118包括钻头 120和从钻头120向上延伸的钻杆部分122。钻杆部分122是钻杆的短 管部分，其中钻杆在钻杆柱的剩余部分被切割或者移去之后仍然保留。 但是，BHA118是可能粘附在井眼中的一个元件的例子。可能容纳或 者粘附在钻孔12内的其它元件包括屏蔽、衬板、钻杆部分、套管部分 等等。
固定到工具串16到下端的是条件检测工具18和冲刷工具124， 其中冲刷工具作为工件20。冲刷工具124包括具有环形切割边缘128 的铣鞋126，其中铣鞋126用于切除吸附的BHA118周围的地层。在 这种方式中，吸附的元件118被冲刷并且容易被移动。在这个操作中， 尤其希望了解接近于冲刷工具124的转矩力。因此，条件检测工具18 应当被构造为至少检测转矩力。最好是，工具18也被构造为检测PRM 以及旋转的方向，以有助于防止无意的扭曲或者对冲刷工具124或者 吸附元件的损坏。
应当注意到，数据获取系统22最好包括图1中23表示的图形显 示器，该图像显示器是本领域公知的一种类型，从而允许操作员观测 井下操作条件的指示并响应于该指示调整井下操作(也就是，通过调 整旋转的速率或者放下重量)。调整的效果将通过工具18的井下传感 器检测，然后被传送到地面14，其中它被数据获取系统22接收。因 此，可以看出闭环系统用于控制基于检测到的数据的非钻井应用。
还应当注意到，显示器和数据获取系统22可以包括被适应性程序 化的个人计算机，其和与MWD和LWD系统相关的“rigfloor”显示 器相反。由于测量和监测的参数比MWD或LWD系统更少并且更简 单，所以，仅需要较简单和较便宜的显示器和查询系统。
在本发明的进一步的方面中，非钻井过程的自动或半自动控制可 以利用闭环系统。处理器53处理在条件检测工具18中由传感器检测 的测量值。被处理的信号或者计算的结果通过条件检测工具18的发送 器56被发送到地面14。这些信号或者结果通过数据获取系统22在地 面14上被接收，并且被提供给控制器24。随后，控制器24控制响应 于信号或者提供给控制器的结果的井下操作。
处理器53也可以控制传感器以及工具串16中的其它设备的操作。 在工具18内的处理器53也可以处理条件检测工具18中的不同传感器 的信号，并且还控制它们的操作。处理器53还可以控制与工具18相 关的其它设备，例如套管割刀80或者扩孔器90。单独的处理器可以 被用作每个传感器或者设备。每个传感器也可以具有另外的用于惟一 操作的电路。处理器53最好包含用于存储程序化指令、模型(可以是 交互式模型)、数据以及其它必要控制电路的一个或多个微处理器或者 微控制器。微处理器控制不同传感器的操作，提供井下传感器之间的 通信，并且可以通过双向泥浆脉冲遥测术提供工具18和地面14仪器 之间的双向数据和信号通信。
地面控制器24从井下传感器和设备接收信号，并且处理根据提供 给控制器24的程序化指令的信号。控制器24显示期望的钻井参数以 及其它显示器/监视器23上的信息，其中显示器/监视器23被操作者 利用以控制钻井操作。控制器24最好包含计算机、存储数据的存储器、 记录数据的记录器以及其它必要的外围设备。控制器24也可以包括模 拟模型并且根据程序化的指令处理数据。当一定的危险或者不期望的 操作发生时，控制器24也可以适用于启动警报。
虽然在所描述的实施例中，所示的条件检测工具18直接连接到工 件20，但是不总是这样。可能的是，转换工具或者一些其它元件可以 间接固定到工件20和工具18之间。
为了说明和解释的目的，前面的描述是针对本发明的具体实施例。 但是，本领域技术人员应当理解，不脱离本发明的范围和精神可以对 上述的实施例进行变型和改变。