使用井下自主射流切割工具切割井筒中的钻杆的制作方法

本披露内容总体上涉及用于在井筒中使用的切割工具和操作，更特别地涉及可以用于定位并切割井筒中的被卡钻杆的井下自主射流切割工具和方法。

背景技术：

1、钻杆可以用于钻出油气井筒。当连接在一起时，多个钻杆共同形成一个称为钻柱的实体。在一些情况下，由于井眼的形状、钻屑的积聚或压差，钻柱可能“卡”在井筒中。在这种情形下，钻井队不能够将钻柱向下移动以继续钻井或不能将钻柱拉出井眼。

2、使用机械和液压工具来将钻柱从井筒释放出来。使用化学品(例如酸)或简单地切割钻柱、将释放的部分从井眼拉出并继续在井筒内“侧钻”是解决问题的方法。机械和液压工具可以在钢丝绳上在井下运行，并且典型地依赖于“被卡”钻柱的位置的先验知识。

技术实现思路

1、本说明书描述了可以用于定位和切割井筒中的被卡钻杆的井下自主射流切割工具和方法。这些工具没有从地面支撑，并且不需要“被卡”钻杆位置的先验知识。

2、本说明书中描述的工具和方法提供了一种方法，其中井下自主射流切割工具在钻杆(例如，钻杆或套管柱)中下落或向下泵送，以到达“被卡”钻杆的位置，并在没有从地面支撑的情况下(例如，在钢丝绳上)执行钻杆切割。这种井下自主射流切割工具包括传感器模块。在操作中，射流切割工具下落到钻杆中，并随着流体向井下泵送而在井下移动。一旦传感器模块检测到钻杆的“被卡”位置，射流切割工具就将其自身锚固在“被卡”位置附近并开始切割被卡钻杆。

3、射流切割工具还包括：本体，该本体具有液压马达、锁定单元、射流切割喷嘴组件；以及控制单元。液压马达包括嵌入定子内部的转子。橡胶挡板从本体径向向外延伸，以限制本体周围的流动。锁定单元从液压马达的井上端延伸，并包括卡瓦或封隔器元件。术语“井上端”和“井下端”用于指示当部件部署在井筒中时部件的处于井上或井下的端部，而不是指示绝对方向。卡瓦(或封隔器元件)用于将本体锚固就位，并防止运动和旋转。

4、射流切割喷嘴组件在液压马达的井下端上延伸，并附接到液压马达的转子部分。射流切割喷嘴组件包括喷嘴，流体流从该喷嘴发射以切割“被卡”钻杆。

5、在使用中，射流切割工具在井下在钻杆中下落，并可以朝向井底钻具组件(bha)行进。传感器模块可以包括传感器、仪器和信号处理电路、接收器、发射器、连接探头、以及数据存储和处理设备。

6、本主题的某些方面在本文中可以实施为被配置为切割井筒中的钻杆的井下自主射流切割工具。该工具包括主体，该主体具有大致圆柱形的配置，使得当工具部署在钻杆中时，主体限制经过工具的井下流体流动。主体包括：锁定单元，该锁定单元可被致动以将工具接合到钻杆的内表面；液压马达，该液压马达包括转子和定子；以及射流切割喷嘴组件，该射流切割喷嘴组件可通过转子旋转并可操作以发射流体流来切割钻杆。该工具还包括：传感器模块，该传感器模块可操作以检测钻杆与井筒的壁之间的相互作用；以及控制单元，该控制单元与传感器模块、锁定单元和致动单元电子通信。控制单元被配置为基于传感器模块的输出来识别钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置，致动锁定单元以将工具接合在钻杆的内表面中，并从射流切割喷嘴组件发起流体流。

7、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。锁定单元可以包括封隔器。

8、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。锁定单元可以包括卡瓦。

9、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。传感器模块可以包括声学发射器，该声学发射器被定向为相对于工具的轴线径向向外发送声学信号。

10、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。声学信号可以具有20至30khz的频率。

11、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。传感器模块可以包括声学接收器，并且控制单元可以被配置为基于传感器的输出通过声学信号的衰减的改变来识别钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置。

12、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。传感器模块可以包括电磁发射器，该电磁发射器被定向为相对于工具的轴线径向向外生成磁场。

13、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。传感器模块可以包括电磁接收器，并且控制单元可以被配置为基于传感器输出之间的差异来识别钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置。

14、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。传感器模块可以包括超声波传感器。

15、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。液压马达可以包括嵌入定子内部的转子，并且射流切割喷嘴组件可以在旋转意义上固定到转子。

16、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。本体可以包括径向向外延伸的橡胶挡板。

17、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。从射流切割喷嘴组件发起流体流可以包括打开主体中的阀以允许钻井流体进入主体并离开射流切割喷嘴组件。

18、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。转子可以响应于钻井流体流经主体而旋转。

19、本主题的某些方面在本文中可以实施为被配置为切割井筒中的钻杆的井下自主射流切割工具。该工具包括：本体，该本体包括液压马达，该液压马达具有嵌入定子内部的转子；以及锁定单元，该锁定单元附接到本体。锁定单元可被致动以将工具接合在钻杆的内表面中。该工具还包括：传感器模块，该传感器模块可操作以检测钻杆与井筒的壁之间的相互作用；以及射流切割喷嘴组件，该射流切割喷嘴组件可操作以发射流体流来切割钻杆并响应于转子的旋转而旋转。

20、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。自主射流切割工具可以包括控制单元，该控制单元与传感器模块、锁定单元和主阀电子通信。控制单元可以被配置为基于传感器模块的输出来识别钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置，致动锁定单元以将工具接合到钻杆的内表面，并打开阀以实现穿过液压马达和射流切割喷嘴组件的切割喷嘴的流体流动。流体流动可以使转子和射流切割喷嘴组件旋转。

21、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。锁定单元可以包括封隔器。

22、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。锁定单元可以包括卡瓦。

23、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。传感器模块可以包括声学发射器，该声学发射器被定向为相对于工具的轴线径向向外发送声学信号。

24、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。本体进一步包括径向向外延伸的橡胶挡板。

25、可以与其他方面中的任一个组合的方面可以包括以下特征。根据权利要求15所述的井下自主射流切割工具，其中，钻杆是钻柱，并且流体是钻井流体。

26、本主题的某些方面在本文中可以实施为一种用于切割井筒中的钻杆的方法。该方法包括使井下自主射流切割工具在钻杆中下落。该工具可以受流速控制、并被配置为识别钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置。该方法还包括用传感器模块感测钻杆，直到传感器模块到达钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置。传感器模块接收来自传感器模块接收的、具有识别到的位置的信号。向工具发送信号以致动锁定单元，从而将井下自主射流切割工具锁定在钻杆与井筒的壁之间的相互作用限制钻杆的井下移动的位置附近的位置，并从工具的切割喷嘴发起流体流动以切割钻杆。

27、井下自主射流切割工具可以在一次井下起下钻中帮助定位“被卡钻杆”点并切割钻杆。井下自主射流切割工具在没有从地面支撑的情况下(例如，在钢丝绳上)操作。这种方法简化了钻柱的切割过程，并在钻井期间将释放部分从井眼拉出，从而减少了损失的操作时间和总成本。在没有从地面支撑的情况下将自主射流切割工具向下泵送还消除了与等待钢丝绳单元到达相关联的时间以及与每个钢丝绳单元相关联的成本。井下自主射流切割工具节省了起下钻时间，并消除了对“被卡钻杆”位置的先验知识的需要。

28、井下自主射流切割工具设计通过消除调动、装配和操作钢丝绳单元所需的成本和时间而提供了经济优势。这些因素可以导致经改进的且有效的钻井操作，并将操作时间从大约一周缩短到不到一天。

29、以下附图和说明书阐述了这些系统和方法的一个或多个实施例的细节。这些系统和方法的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及权利要求书中变得显而易见。