Спосіб і пристрій для вимірювання параметрів в свердловині з пробкою

1. Система для вимірювання параметрів в свердловині, яка містить: перший пристрій, призначений для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці, який містить першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, здатної розмотуватися з першої котушки, щонайменше перший датчик, виконаний з можливістю вимірювання параметра свердловини, в якому інформація про вказаний параметр може передаватися за допомогою першого оптоволокна; другий пристрій, призначений для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці, який містить другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, здатної розмотуватися з другої котушки, причому кінцева частина другого оптоволокна фіксується до вихідної точки; пристрій приймання-передавання світла, з'єднаний з вихідною точкою і виконаний з можливістю генерувати або виявляти світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; і засіб для обміну вказаним світловим імпульсом між першою і другою оптоволоконними лініями. 2. Система за п. 1, в якій перший датчик розташовується на першій оптоволоконній лінії. 3. Система за п. 1, яка додатково містить декілька датчиків, розподілених на першій оптоволоконній лінії. 2 (19) 1 3 другий пристрій, який містить другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, здатної розмотуватися з другої котушки, причому кінцева частина другого оптоволокна фіксується до вихідної точки; пристрій приймання-передавання світла, з'єднаний з вихідною точкою і виконаний з можливістю генерування і виявлення світлового імпульсу за допомогою другої оптоволоконної лінії; і пристрій обміну для передачі вказаного світлового імпульсу між першою і другою оптоволоконними лініями. 17. Система за п. 16, в якій перший пристрій вбудовується в башмак обсадної колони. 18. Система за п. 17, в якій перша котушка встановлюється в муфті спуску. 19. Система за п. 16, в якій перший пристрій вбудований в першу пробку. 20. Система за п. 16, в якій другий пристрій вбудований у другу пробку. 21. Система за п. 20, в якій друга котушка знаходиться в отворі у другій пробці. 22. Система за п. 16, в якій вихідна точка розташовується на поверхні свердловини. 23. Система за п. 16, в якій пристрій обміну є радіочастотним емітером/приймачем. 24. Система за п. 16, в якій пристрій обміну є оптоволоконним конектором, який з'єднується у вологому середовищі. 25. Система для вимірювання параметра в свердловині, причому свердловина містить затрубний простір, яка складається з: пристрою, призначеного для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці, який включає в себе першу котушку першої оптоволоконної лінії, в якій перша частина першої оптоволоконної лінії намотана, а друга частина першої оптоволоконної лінії розмотана в затрубному просторі, причому щонайменше перший датчик розташований на вказаній другій частині і виконаний з можливістю вимірювання параметра вказаного затрубного простору, в якому інформація про вказаний параметр може передаватися по першому оптоволокну; пристрою приймання-передавання світла, з'єднаного з першим оптоволокном і виконаного з можливістю генерувати і виявляти світловий імпульс за допомогою першої оптоволоконної лінії; і пристрою зв'язку для передачі вказаного світлового імпульсу між першою оптоволоконною лінією і поверхнею. 26. Система за п. 25, в якій пристрій обміну складається з: другого пристрою, який містить другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, здатної розмотуватися з другої котушки, кінцеву частину другого оптоволокна, зафіксованого до поверхні; іншого пристрою прийманняпередавання світла, приєднаного до поверхні і виконаного з можливістю генерувати і виявляти світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; і пристрій обміну для передачі вказаного світлового імпульсу між першою і другою оптоволоконними лініями або другою і першою оптоволоконними лініями. 27. Спосіб вимірювання параметра в свердловині, який включає етапи, на яких: 96195 4 (I) розмотують першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на першому пристрої, призначеному для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці; (II) розмотують з вихідної точки другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на другому пристрої, призначеному для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці; (III) передають або приймають з вихідної точки світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; (IV) викликають обмін вказаним світловим імпульсом між першою і другою оптоволоконними лініями; і (V) вимірюють за допомогою вказаного світлового імпульсу параметр і передають його на першу оптоволоконну лінію. 28. Спосіб за п. 27, в якому етап обміну здійснюють за допомогою зближення першого і другого пристроїв. 29. Спосіб за п. 28, в якому етап обміну здійснюють за допомогою з'єднання першої і другої оптоволоконних ліній. 30. Спосіб за п. 28, в якому етап обміну здійснюють за допомогою перетворення світлового імпульсу від однієї оптоволоконної лінії в електромагнітний або акустичний сигнал і передачі вказаного сигналу в свердловині і повторного перетворення вказаного сигналу в світловий імпульс у другій оптоволоконній лінії. 31. Спосіб за п. 27, в якому етап вимірювання здійснюють за допомогою вимірювання параметра за допомогою світлового імпульсу у вказаній першій оптоволоконній лінії. 32. Спосіб за п. 27 або 31, в якому додатково на етапі вимірювання здійснюють вимірювання різних параметрів і світлових імпульсів. 33. Спосіб за п. 27, в якому вихідна точка знаходиться на поверхні. 34. Спосіб передачі інформації про параметр в свердловині, який включає етапи, на яких: (I) розмотують першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на першому пристрої, призначеному для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці; (II) розмотують з вихідної точки другу котушку другої оптоволоконної лінії, розташованої на другому пристрої, призначеному для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці; (III) передають або приймають з вихідної точки світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; (IV) проводять обмін вказаним світловим імпульсом між першою і другою оптоволоконними лініями; і (V) виконують передачу світлового імпульсу за допомогою першої оптоволоконної лінії; і (VI) передають інформацію про параметр між першою і другою оптоволоконними лініями. 35. Спосіб за п. 34, в якому етап обміну здійснюють також зближенням першого і другого пристроїв. 36. Спосіб за п. 35, в якому етап обміну здійснюють взаємним з'єднанням першої і другої оптоволоконних ліній. 5 96195 6 37. Спосіб за п. 35, в якому етап обміну здійснюють за допомогою перетворення світлового імпульсу і однієї оптоволоконної лінії в електромагнітний або акустичний сигнал, передачі вказаного сигналу в свердловині і повторного перетворення вказаного сигналу в світловий імпульс у другій оптоволоконній лінії. 38. Спосіб за п. 34, в якому вихідна точка знаходиться на поверхні. 39. Спосіб передачі інформації про параметр в свердловині, причому свердловина містить затрубний простір, який включає етапи, на яких: (І) розмотують у вказаному затрубному просторі першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на першому пристрої, призначеному для встановлення в пробці або в продавлювальній пробці, в свердловині; (II) передають або приймають світловий імпульс за допомогою першої оптоволоконної лінії; (III) передають вказаний світловий імпульс вказаною першою оптоволоконною лінією першого пристрою на поверхню. 40. Спосіб за п. 39, в якому спосіб додатково включає етап, на якому вимірюють за допомогою вказаного світлового імпульсу параметр затрубного простору і передають його на першу оптоволоконну лінію. Даний винахід стосується, головним чином, пристрою і способів для закінчення свердловини. Зокрема даний винахід стосується пристрою і способів для вимірювання параметра свердловини з цементувальним пристроєм в стовбурі свердловини, таким як цементувальна пробка. Більш конкретно, даний винахід стосується пристрою і способів для передачі інформації протягом затрубного простору від цементувальної пробки до поверхні. Після того як свердловина пробурена, звичайна практика в нафтовій промисловості полягає в кріпленні свердловини металевими обсадними трубами. Таким чином, формується затрубний простір між обсадними трубами і пластом. Потім проводиться операція цементування для того, щоб заповнити затрубний простір цементом. Комбінація цементу і обсадних труб зміцнює стовбур свердловини і полегшує ізоляцію конкретних зон пласта позаду обсадних труб для здобичі вуглеводнів. Загальноприйнятим є застосування більше однієї колони обсадних труб в стовбурі свердловини. У цьому відношенні перша колона обсадних труб встановлюється в стовбурі свердловини, коли свердловина буриться на першу призначену глибину. Перша колона обсадних труб підвішується з поверхні і цемент прокачується в затрубний простір позаду обсадних труб. Потім свердловина буриться на другу призначену глибину, і друга колона обсадних труб або хвостовик вводиться в свердловину. Друга колона обсадних труб встановлюється на таку глибину, щоб верхня частина другої колони обсадних труб перекривала нижню частину першої колони обсадних труб. Друга обсадна колона-хвостовик потім закріплюється або підвішується на існуючих обсадних трубах. Після цього друга колона обсадних труб також цементується. Цей процес звичайно повторюється з додатковими обсадними колонами-хвостовиками доти, поки свердловина не буде пробурена на загальну глибину. У цьому способі свердловини звичайно формуються з двома або більше колонами обсадних труб постійно зменшуваного діаметра. Процес цементування хвостовика в стовбурі свердловини звичайно включає в себе використання скребкових пробок хвостовика і продавлювальних цементувальних пробок. Скребкові пробки звичайно являють собою подовжене еластичне тіло, використовуване для розділення рідин, зака чуваних стовбур свердловини. Скребкова пробка хвостовика звичайно розташовується всередині верхньої частини хвостовика і опускається в свердловину з хвостовиком на нижній частині робочої колони. Скребкова пробка має радіальні скребки для контакту і зняття бруду всередині хвостовика, при переміщенні пробки до нижньої частини хвостовика. Скребкова пробка хвостовика має циліндричний отвір, для забезпечення можливості проходження флюїдів через неї. Звичайно операція цементування вимагає використання двох пробок і продавлювальних пробок. Коли цемент підготовлений для подачі перша продавлювальна пробка спускається в робочу колону. Цемент нагнітається услід за продавлювальною пробкою, тим самим просуваючи продавлювальну пробку до забою свердловини. Продавлювальна пробка діє як бар'єр між цементом і буровим розчином, щоб мінімізувати забруднення цементу. По мірі опускання продавлювальної пробки до забою свердловини, вона впирається в передню скребкову пробку хвостовика і закриває внутрішній отвір в першій пробці. Гідравлічний тиск цементу над продавлювальною пробкою витісняє продавлювальну пробку і скребкову пробку з хвостовика і примушує їх просуватися вниз по свердловині разом. Внизу перша скребкова пробка впирається в зворотний клапан, тим самим перекриваючи потік флюїду через зворотний клапан. Тиск на першу скребкову пробку зростає доти, поки він не стане достатнім, щоб викликати розрив мембрани в першій скребковій пробці. Після цього цемент тече через першу пробку і зворотний клапан вгору в затрубний простір між стовбуром свердловини і хвостовиком. Після того як достатній об'єм цементу був розміщений в стовбурі свердловини, розміщується друга продавлювальна пробка. Буровий розчин нагнітається позаду другої продавлювальної пробки, для переміщення другої продавлювальної пробки вниз по робочій колоні. Друга продавлювальна пробка просувається вниз по свердловині і впирається у другу скребкову пробку хвостовика. Гідравлічний тиск цементу над другою продавлювальною пробкою витісняє другу продавлювальну пробку і другу скребкову пробку, з хвостовика і примушує їх просуватися по свердловині вниз разом. Це витісняє цемент перед другою скребковою 7 пробкою з хвостовика в затрубний простір. Це витіснення цементу в затрубний простір продовжується доти, поки друга скребкова пробка не впреться в зворотний клапан. Після чого, цементу дозволяють затвердівати перед тим як прибрати зворотний клапан. Операція цементування може також вимагати використання однієї скребкової пробки і продавлювальної пробки: перша скребкова пробка або продавлювальна пробка попередньої операції віддаляються. Протягом операції цементування було б надзвичайно важливо вимірювати температуру і тиск в свердловині в різних точках протягом всієї довжини свердловини, в міру того як циркулює скребкова пробка і також в затрубному просторі по мірі затвердіння цементу. У даний час це не може бути зроблено, оскільки не існує надійного телеметричного способу, який практично здійснимий із звичайними технологічними режимами. Деякі технічні рішення попереднього рівня техніки намагалися описувати пристрої для вимірювання параметрів з цементувальної пробки. Патент США номер US6634425 описує цементувальну пробку з датчиком що передає виміряну величину на поверхню свердловини за допомогою дротових або бездротових засобів передачі, як, наприклад: дротовий кабель, оптичне волокно або акустичні хвилі. Проблема полягає в тому, що цементувальна пробка не може бути розміщена на великій відстані і вимірювання обмежуються тільки виміряними величинами на пробці, а значить тільки, всередині обсадної колони і в точному положенні пробки. Європейська патентна заявка номер 06290801.7 тих же заявників описує спосіб розміщення оптичного волокна з поверхні вниз до посадочної муфти за допомогою прикріплення котушки оптоволокна до верхньої цементувальної пробки, причому верхня цементувальна пробка, просувається вниз колони продавлювальною рідиною. Дійсно система є поліпшенням способу вимірювання параметрів в стовбурі свердловини, однак система є недосконалою, оскільки коли датчик використовується на верхній цементувальній пробці або на оптоволокні, то вимірювання все ще обмежені внутрішньою частиною обсадної колони. Отже, існує необхідність в простому пристрої для вимірювання параметра всередині обласної колони, а також і в затрубному просторі стовбура свердловини. Таким чином, існує необхідність в пристрої для правильного і точного визначення параметрів, що інформують відносно твердіння цементу. Згідно з одним аспектом винаходу винахід забезпечує систему для вимірювання параметра всередині свердловини, що складається з: першого пристрою, який містить першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії (або оптоволокна), здатної розмотуватися з першої котушки, щонайменше перший датчик, здатний вимірювати параметр свердловини, в якому інформація про вказаний параметр може передаватися за допомогою першого оптоволокна; другого пристрою, який містить другу котушку другої намотаної оптоволокна 96195 8 лінії, здатної розмотуватися з другої котушки; кінцеву частину другого оптоволокна, прикріпленого до вихідної точки пристрою прийманняпередавання світла, з'єднаного з вихідною точкою і здатного генерувати або виявляти світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; і засоби для обміну вказаним світловим імпульсом між першою і другою оптоволоконною лінією. Приймач-передавач світла є передавачем/приймачем, не обмеженим тільки видимим світлом, інші електромагнітні випромінювання, що включають в себе ультрафіолетове випромінювання (ближня зона УФ (з довжиною хвилі 380-200 нанометрів); і/або далека або вакуумна зона УФ (200-10 нанометрів; FUV або VUV); і/або екстремальна зона УФ (1-31 нанометрів; EUV або XUV); і інфрачервоні випромінювання (переважно: Одіапазон 1260-1360 нанометрів, і/або Е-діапазон 1360-1460 нанометрів; і/або S-діапазон 1460-1530 нанометрів; і/або С-діапазон 1530-1565 нанометрів; і/або L-діапазон 1565-1625 нанометрів; і/або Uдіапазон 1625-1675 нанометрів) охоплюються прийомо-передавачем світла. Обидва оптичних волокна також працюють на тій же довжині хвилі, що і передавач або приймач. Переважно, і перше і друге волокна однакові. Переважно, датчик є зменшеним в розмірах датчиком з автономним джерелом живлення. Супутня електроніка є невеликого розміру і з низьким енергоспоживанням: датчик з обмеженим об'ємом і обмеженим енергоспоживанням забезпечує мінімальний габарит. Наприклад датчики можуть бути типу MEMS. Найбільш переважно, щоб датчик був автономним, виходячи з енергоспоживання. Наприклад датчик може бути оптичним датчиком, вже вбудованим в оптоволоконну лінію; коли оптичний сигнал подається на оптичний датчик, то сигнал відображений вказаним датчиком, повідомляє виміряний фізичний параметр. Наприклад датчик є температурним датчиком і/або датчиком тиску з сімейства брегівського дифракційного датчика. Більш переважно, система містить декілька датчиків, розподілених по першій оптоволоконній лінії, переважно брегівських дифракційних датчиків. Головна перевага - це те, що не потрібно складної або громіздкої електроніки або джерела енергії для забезпечення датчика. Вся електроніка і аналізуюча частина знаходяться в вихідній точці, сигнал посилається з вихідної точки на вбудований датчик, відображений сигнал, прийнятий в вихідній точці, аналізується і повідомляє про виміряний фізичний параметр поблизу датчика. Датчик може вимірювати: температуру, тиск, рН, густину, опірність, проникність, мінералізацію, концентрацію діоксиду вуглецю, концентрацію асфальтенів. Вихідна точка переважно знаходиться на поверхні. Система винаходу застосовна до пристроїв, таких як продавлювальна пробка або скребкова пробка, але можуть виконуватися інші варіанти здійснення. Котушки мають діаметр 20-50 міліметрів і переважно 30-35 міліметрів для довжини світлового імпульсу 1310 або 1550 нанометрів. Згідно з іншим аспектом винаходу, винахід забезпечує систему для вимірювання параметра в свердловині, що складається з: першого при 9 строю, який містить першу котушку першої оптоволоконної лінії, в якій перша частина першої оптоволоконної лінії намотується і друга частина першої оптоволоконної лінії розмотується в затрубному просторі, щонайменше перший датчик розташований на вказаній другій частині і здатний вимірювати параметр вказаного затрубного простору, в якому інформація про вказаний параметр може передаватися через першу оптоволоконну лінію; другого пристрою, який містить другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, здатної розмотуватися з другої котушки, причому кінцева частина другої оптичної лінії прикріплена до вихідної точки; пристрій приймання-передавання світла, пов'язаний з вихідною точкою і здатний генерувати і виявляти світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; і пристрій обміну для передачі вказаного світлового імпульсу між першою і другою оптоволоконними лініями або другою і першою оптоволоконною лінією. Переважно, перший пристрій встановлюється в хвостовику, наприклад в черевику обсадної колони. Перша котушка потім встановлюється в муфті спуску. Також перший і/або другий пристрій можуть встановлюватися в пробці або продавлювальній пробці. Згідно з ще іншим аспектом винаходу, винахід забезпечує систему для вимірювання параметра в свердловині, причому свердловина, містить затрубний простір, система складається з: пристрою, який містить першу котушку першої оптоволоконної лінії, в якому перша частина першої оптоволоконної лінії намотана і друга частина першої оптоволоконної лінії розмотана в затрубному просторі, щонайменше перший датчик розташований на вказаній другій частині і здатний вимірювати параметр вказаного затрубного простору, в якому інформація про вказаний параметр може передаватися через першу оптичну лінію; пристрій приймання-передавання світла, з'єднаний з вказаною першою оптичною лінією і здатного генерувати і виявляти світловий імпульс за допомогою першої оптоволоконної лінії; і пристрої зв'язку для передачі вказаного світлового імпульсу між першою оптоволоконною лінією і поверхнею. Переважно затрубний простір знаходиться між пластом і обсадною колоною, однак міжтрубний простір між двома хвостовиками також може використовуватися. Більш переважно, пристрій зв'язку складається з другого пристрою, як це вказано вище. Винахід забезпечує також спосіб для вимірювання параметра в свердловині, який включає етапи на яких: (І) розмотують першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на першому пристрої; (II) розмотують з вихідної точки другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на другому пристрої; (III) передають або приймають з вихідної точки світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; (IV) проводять обмін вказаним світловим імпульсом між першою і другою оптоволоконними лініями; і (V) вимірюють за допомогою вказаного світлового імпульсу параметр і передають його на першу оптоволоконну лінію. 96195 10 Вказаний спосіб також використовується з системами, які розкривалися вище. Переважно етап обміну здійснюється також зближенням першого і другого пристрою. У першому варіанті здійснення етап обміну здійснюється за допомогою взаємного з'єднання першої і другої оптоволоконних ліній. І у другому варіанті здійснення етап обміну здійснюється шляхом перетворення світлового імпульсу від однієї оптоволоконної лінії в електромагнітний або акустичний сигнал, передачі вказаного сигналу в свердловині і повторне перетворення вказаного сигналу в світловий імпульс у другій оптоволоконній лінії. Винахід забезпечує також в іншому аспекті спосіб для передачі інформації про параметр в свердловині, який включає етапи на яких: (І) розмотують першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на першому пристрої; (II) розмотують з вихідної точки другу котушку другої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на другому пристрої; (III) передають або приймають з вихідної точки світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії; (IV) проводять обмін вказаним світловим імпульсом між першою і другою оптоволоконними лініями; (V) передають світловий імпульс по першій оптоволоконній лінії; і (VI) передають інформацію про вказаний параметр між першою і другою оптоволоконними лініями. Вказаний спосіб також використовується з системами, які розкривалися вище. Переважно етап обміну здійснюється також зближенням першого і другого пристроїв, у першому варіанті здійснення етап обміну здійснюється взаємним з'єднанням першої і другої оптоволоконних ліній. І у другому варіанті здійснення етап обміну здійснюється за допомогою перетворення світлового імпульсу з однієї оптоволоконної лінії в електромагнітний або акустичний сигнал, передачу вказаного сигналу в свердловині і повторне перетворення вказаного сигналу в світловий імпульс у другій оптоволоконній лінії. І, нарешті, винахід в іншому аспекті забезпечує спосіб для передачі інформацією про параметр в свердловині, причому свердловина, містить затрубний простір, спосіб включає етапи, на яких: (І) розмотують у вказаному затрубному просторі першу котушку першої намотаної оптоволоконної лінії, розташованої на першому пристрої в свердловині; (II) передають або приймають світловий імпульс за допомогою першої оптоволоконної лінії; (III) передають вказаний світловий імпульс між вказаною першою оптоволоконною лінією з першого пристрою на поверхню. Переважно спосіб додатково включає етап, на якому вимірюють за допомогою вказаного світлового імпульсу параметр в затрубному просторі і передають його на першу оптоволоконну лінію. Надалі варіанти здійснення даного винаходу можуть розумітися з прикладеними кресленнями: Фіг. 1A показує принципову схему, яка ілюструє систему в першому варіанті здійснення згідно з винаходом. Фіг. 1B показує принципову схему, яка ілюструє систему у другому варіанті здійснення згідно з винаходом. Фіг. 2А - 2D показують принципову схему, яка 11 ілюструє етапи способу згідно з винаходом для системи у другому варіанті здійснення. Фіг. 1A є виглядом системи в першому варіанті здійснення, розміщеної в обсадженому стовбурі свердловини 1 в пласті 6. Стовбур свердловини складається з обсадної колони 2 з направляючим черевиком 8. Направляючий черевик 8 містить посадочну муфту 8А із зворотним клапаном. Обсадна колона утворює затрубний простір 9 між обсадною колонною 2 і пластом 6. Система згідно з винаходом складається з першого пристрою, втіленого тут, як направляючий черевик обсадної колони 8, який містить першу котушку 41 першої намотаної оптоволоконної лінії 11. Перша котушка 41 розташовується тут в посадочній муфті 8А. Далі перша оптоволоконна лінія 11 здатна розмотуватися від першої котушки 41. Перша оптоволоконна лінія 11 розмотується безпосередньо в затрубному просторі 9, як показана на фіг. 1А. Однак в інших варіантах здійснення перша котушка 41 може розташовуватися в інших місцях; перша оптоволоконна лінія 11 може розташовуватися всередині обсадної колони 2 і може також пройти через направляючий черевик обсадної колони 8 в затрубний простір 9. Перший пристрій також містить щонайменше один датчик 51, виконаний з можливістю вимірювання параметра свердловини. Переважно параметр свердловини вимірюють в затрубному просторі 9. Таким параметром може бути, наприклад: температура, тиск, рН, щільність, опірність, проникність, мінералізація, концентрація СО2 або асфальтенов або інші параметри інформації про твердіння цементу, цілісність свердловини і продуктивність свердловини. Перший датчик 51 переважно розташовується на кінцевій частині першої оптоволоконної лінії 11 або на першій оптоволоконній лінії, яка розмотується. Перша оптоволоконна 11 виконана таким чином, що інформація про вимірюваний параметр першим датчиком 51, може передаватися за допомогою першої оптоволоконної лінії, т.ч. оптоволоконна лінія приєднана до датчика і є засобом зв'язку. Система за винаходом також складається з другого пристрою, втіленого на фіг. 1A в скребковій пробці 20. Скребкова пробка 20 показана рухома вздовж обсадної колони 2 завдяки свердловинному флюїду. Друга оптоволоконна лінія 10 або волокно, яке намотують на другу котушку 40, прикріпляють до верхньої частини пробки; практично другу котушку прикріпляють або фіксують за допомогою єдиної точки кріплення 5, яка відповідає кінцевій частині волокна або за допомогою частини другої котушки. Друга котушка може також встановлюватися в кожусі або корпусі. Важливе те, що пробка здатна пересуватися вздовж стовбура свердловини, друга котушка і пробка взаємопов'язані, але волокно може розмотуватися з другої котушки. На іншому кінці другого волокна волокно прикріпляється або фіксується до першої позиції 4, або вихідної точки. Зрозуміло, що друге волокно розмотується з другої котушки тільки завдяки пересуванню пробки у другій позиції 4', яка відповідає пересувній точці. Верхня частина 10А другого волокна відповідає розмотаному волокну (між першою позицією і другою позицією) і нижня 96195 12 частина 10В другого волокна відповідає намотаному волокну, у другій котушці. Переважно вихідна позиція 4 розташовується всередині цементувальної головки 3, яка є статичною точкою на поверхні 7. Із цієї першої позиції друге волокно з'єднується з пристроєм 12 приймання-передавання світла за допомогою перехідника: бік низького тиску, приєднаний до пристрою 12 і бік високого тиску, приєднаний до другої оптоволоконної лінії 10. Пристрій приймання-передавання світла здатне генерувати світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії. Пристрій приймання-передавання світла здатне виявляти світловий імпульс за допомогою другої оптоволоконної лінії. У кінцевому результаті, система за винаходом містить засіб 61 для обміну світловим імпульсом між першою оптоволоконною лінією 11 і другою оптоволоконною лінією 10. Вказаний засіб може бути засобом прямого взаємозв'язку, як, наприклад система конектора що з'єднується у вологому середовищі, також може використовуватися засіб посереднього обміну, типу дротової або бездротової системи, оптичний сигнал перетворений в електричний сигнал, який передається по дротах або елементах свердловини, таких як обсадна колона, або в акустичний сигнал або в електромагнітний сигнал такий, як радіочастоти, які передаються за допомогою свердловинних флюїдів або елементів свердловини. Засіб 61, отже, розташовуються поруч з другою котушкою 41 і приєднуються до кінцевої частини другої оптоволоконної лінії 10. Оптоволоконний конектор, який з'єднується у вологому середовищі є системою конектора, яка з'єднується у вологому середовищі, яка забезпечує з'єднання між двома оптоволоконними лініями. Кожний з пристроїв перший і другий містять половину конектора: контактний штирок і охоплюючу частину для взаємного з'єднання. Наприклад оптоволоконний конектор, який з'єднується у вологому середовищі може бути такого типу, як описується в патенті США номер US7004638, включеному тут посиланням. Також, наприклад коли перший і другий пристрій є цементувальними пробками, повне вирівнювання контактного штирка і охоплюючої частини для з'єднання забезпечується за допомогою направляючого пристрою обсадної колони. Крім того, для захисту від уламкових порід конектор характеризується вбудованістю в систему керування уламковими породами, яка включає в себе: похилий профіль на приймальному блоці (направлена вгору) і великі вентиляційні отвори в приймальній центрувальній гільзі. Під час з'єднання поршневої ефект передньої частини контактного штирка, що вводить в приймальну частину з'єднання, витісняє буровий бруд, пісок і мулисті залишки з профілів робочих поверхонь конектора, забезпечуючи щільне з'єднання між конекторами, які з'єднуються перед фінальним зчепленням. Бездротова система є, наприклад з радіочастотним емітером/приймач, керуючим джерелом світла і фоторецептором на кінцевій частині обох волокон. Цей тип радіочастотного емітера/приймач описується в заявці США номер 60/882358 тих же заявників і включеним тут поси 13 ланням. Фіг. 1B є виглядом системи у другому варіанті здійснення, свердловини, яка розміщується в обсадженому стовбурі 1 в пласті 6. Система згідно з винаходом складається з першого пристрою, виконаного у вигляді пробки 21, яка містить першу котушку 41 першої намотаної оптоволоконної лінії 11. Перша котушка 41 розташовується на нижній частині пробки 21. Далі перша оптоволоконна лінія 11 здатна розмотуватися з першої котушки 41. Перше оптоволокно 11 розмотується шляхом подачі через направляючий пристрій і безпосередньо в затрубний простір 9 як показано на фіг. 1В. Однак в інших варіантах здійснення перша котушка 41 може розташовуватися в іншому місці, наприклад пробка може містити отвір наскрізь що перетинає пробку, перша котушка, розташовується всередині одного з них. Також в інших варіантах здійснення перше оптоволокно 11 може розміщуватися всередині обсадної колони 2 і може також пройти через направляючий черевик обсадної колони 2 в затрубний простір 9. Інші характеристики системи є тими ж самими, що і для варіанта здійснення, як на фіг. 1 А. Інші переважні варіанти здійснення розкриваються в описі, звертаючись до варіантів здійснення фіг. 1A або фіг. 1В. Переважно другий пристрій є такого вигляду, як розкрито в європейській патентній заявці номер 06290801.7 тих же заявників. У цьому способі пристрій приймання-передавання світла є пристроєм приймання-передавання типу рефлектометра оптичного сигналу (OTDR). OTDR є інструментом, який може аналізувати світлові втрати в оптоволокні. Принцип роботи полягає в подачі короткого інтенсивного лазерного імпульсу в оптоволокно і вимірюванні зворотного розсіяння і відображення світла в залежності від часу. Переважно OTDR працює при довжині хвилі 1310 нанометрів. Переважно перша 41 або друга котушка 40 намотаної оптоволоконної лінії виготовляється таким чином, щоб намотування оптоволокна забезпечувало просте розмотування з котушки з мінімальним прикладеним на котушку оптоволоконним зусиллям. Намотування повинне враховувати, що розмотування може відбуватися при низькій або високій швидкості, з низькою або високою густиною навколишнього флюїду. Додатково до способу намотування оптоволокна і його намотування, може бути використане додатковий засіб для фіксації або для склеювання витків оптоволокна: спеціальний клей, фізична або хімічна обробка оптоволокна. Також оптоволокно може додатково оброблятися таким чином, що воно буде хімічно стійке і здатне витримувати значний абразивний вплив твердими частками, поточними з великою швидкістю в стовбурі свердловини протягом певного періоду часу (звичайно 12 годин). Для цієї мети оптоволокна можуть бути спеціально оброблені або можуть бути взяті в захисну оболонку. Додатково котушка може бути взята в захисний корпус або розподіляючий картрідж, які підтримують намотування волокна. Корпус або картрідж можуть прикріплятися або фіксуватися безпосередньо до пробки. 96195 14 Датчик 51 є, наприклад оптичним датчиком типу бреговського дифракційного датчика для вимірювання температури. Бреговські дифракційні датчики працюють шляхом модуляції коефіцієнта заломлення оптоволоконної лінії близько його номінального значення. Вони діють як виборчі відбивачі для бреговської довжини хвилі в, що визначається наступними співвідношенням: в=2n; де n є коефіцієнтом заломлення оптоволокна і  є періодом бреговських гратів. Оскільки  є лінійною функцією від температури, то вимірювання бреговської довжини хвилі в є зручним способом для вимірювання температури бреговських дифракційних гратів звичайно на 1 градус Цельсія. Ключовою перевагою цієї технології є той факт, що вимірювання виконуються дистанційно на кінці оптоволокна і не містять і великої підземної системи, яка дорого коштує. Таким чином датчик 51 виконаний вбудованим в частину оптоволоконної лінії, яка була спеціально конструктивно модифікована. Також датчик 51 може бути виконаний вбудованим в частину оптоволокна завдяки його природній структурі. Наприклад кінцева частина волоконної лінії в безпосередньому контакті з навколишнім середовищем може діяти як датчик. Геометрія волокна є відомою, оптичний індекс може варіюватися з температурою і на поверхні розділу, що представляє кінець оптоволокна (поверхня розділу оптичного волокна/навколишнього середи) зворотно неуважне або відображене світло буде інформувати про температуру навколишнього середовища. Це буде також застосовуватися до інших частин волоконної лінії і розподілена температура вздовж волокна може бути виміряна. Також відповідно можуть вимірюватися інші параметри. Може використовуватися інший тип датчиків. Безліч інших параметрів можна виміряти з використанням мініатюрного датчика, який є автономним в живленні. Зв'язана електроніка є маленькою і з низьким споживанням: датчик з обмеженим об'ємом і обмеженим енергоспоживанням має мінімальні габарити. Наприклад датчики можуть бути типу MEMS. Датчик може бути автономним, виходячи з енергопостачання, як, наприклад оптичний датчик: немає необхідності в звичайному і компонуванні, яке дорого коштує, що включає в себе електроніку джерела енергії і аналізуючі пристрої. Наприклад бреговські дифракційні датчики також можуть використовуватися для вимірювання тиску і можуть застосовуватися бреговські дифракційні датчики, що вимірюють і температуру, і тиск. У іншому варіанті здійснення множина оптичних датчиків можу бути розміщена у вигляді мережі або масиву, де окремі датчики, мультиплексовані з використанням мультиплексування за часом або мультиплексування по частоті, ці датчики можуть розміщуватися вздовж першого оптоволокна. Навіть, коли використовуються бреговські дифракційні датчики немає необхідності у використанні мультиплексування; множина бреговських дифракційних датчиків розміщених у вигляді мережі в послідовностях, при цьому кожний бреговський дифракційний датчик, має свою довжину хвилі і опитується прийомо-передатчиком світла. Розта 15 шування датчиків вздовж оптоволокна може забезпечувати профіль вимірювання в затрубному просторі. Також мережа датчиків може забезпечувати збільшений просторовий дозвіл даних про температуру, тиск, напруження і потоки в стовбурі свердловини. Переважно перший пристрій містить систему активування, що ініціює розмотування першої оптоволоконної лінії (не показано). Пристрій активування може бути виконаний у варіанті здійснення фіг. 1A у вигляді розчіпного пристрою, що розчіпляє першу котушку, коли пробка (наприклад пробка 20) знаходиться в контакті з посадочною муфтою 8А. Тим же самим способом пристрій активування може бути виконаний у варіанті здійснення фіг. 1B у вигляді розривної мембрани на пробці 21 (пробка має отвір і першу котушку розташовується в ньому), що розчіпляє першу котушку, коли пробка 21 знаходиться в контакті з посадочною муфтою 8А. Переважно перший пристрій містить також розподіляючу систему, що допомагає розмотуванню першої оптоволоконної лінії (не показано). Розподіляючий пристрій може бути роликом, який обертається, коли рідина тече наскрізь: дія обертання розмотує першу оптоволоконну лінію і дію потоку флюїду забезпечує розподіл першої оптоволоконної лінії вздовж практично подовжніх ліній затрубного простору. У інших варіантах здійснення перший пристрій може бути виконаний з відмінних від першої котушки котушок (не показано), розташованих рівномірно навколо посадочної муфти для варіанта здійснення фіг. 1А, в цьому способі котушки будуть здатні розмотуватися в затрубні простори на різне місцеположення, і якщо використовуються різні датчики, то може бути здійснене об'ємне (30) відображення даних затрубного простору. У іншому аспекті система, що описується тут, використовується в способі цементування свердловини і при моніторингу вказаного процесу цементування. Фіг. 2A-2D розкривають етапи способу згідно з винаходом. На першому етапі (фіг. 2А), коли цемент 70 готовий до нагнітання, перша пробка 21 спускається в обсадну колону 2. Цемент 70 нагнітається услід за першою пробкою, тим самим просуваючи першу пробку до забою свердловини з продавлювальною рідиною 90. По мірі опускання першої пробки до забою свердловини, вона впирається в посадочну муфту 8А черевика обсадної колони 8. Посадочна муфта містить першу котушку 41 і засоби обміну 61, як описано вище і черевик обсадної колони являє собою перший пристрій. Гідравлічний тиск цементу над першою пробкою зростає доти, поки воно не стане достатнім, щоб викликати розрив мембрани (натискний розривної мембрани) в першій пробці. Надалі на фіг. 2В цемент 70 тече через першу пробку і зворотний клапан і вгору в затрубний простір 9 між пластом 6 і обсадною колонною 2. На цьому другому етапі першій котушці 41 дозволяють розмотуватися, переважно завдяки системі активування (не показана) Перша оптоволоконна лінія 11 потім переміщується в затрубний простір 9 з цементом 70. Звичайно сила переміщення цементом достатня, щоб забезпечити хороше розміщення першої оп 96195 16 товолоконної лінії 11 в затрубному просторі 8, однак переважно може використовуватися розподіляюча система, щоб допомогти розмотуванню, наприклад розподільне колесо може приводиться у обертання завдяки течії цементу наскрізь (не показано), також може використовуватися «парасолька» на кінці першої оптоволоконної лінії (не показано). На фіг. 2С показаний третій етап способу, на якому другий пристрій за винаходом розміщується в свердловині. Після того, як достатній об'єм цементу був розміщений в стовбурі свердловини, друга пробка 20 розміщується в обсадній колоні 2. Друга пробка містить другу котушку 40 другої оптоволоконної лінії 10 і засоби обміну 61, описані вище. По мірі руху другої пробки 20 рухається у напрямі до забою свердловини, другі оптоволоконні лінії 10 розміщуються в обсадній колоні. На одному кінці другого оптоволокна друге оптоволокно прикріпляється або фіксується до першої позиції 4 або вихідної точки. Зрозуміло, що друге волокно розмотується з другої котушки тільки завдяки пересуванню другої пробки у другій позиції 4', яка відповідає пересувній точці. Верхня частина 10А другого волокна відповідає розмотаному волокну (між першою позицією і другою позицією) і нижня частина 10В другого волокна відповідає намотаному волокну, на другій котушці. Рухома точка в протилежність вихідній точці або другій позиції в протилежність першої позиції інформує про місцеположення пробки в свердловині або швидкості переміщення пробки в свердловині. Вихідна позиція 4 розташовується всередині цементувальної головки 3, яка є статичною точкою. З цієї першої позиції друге волокно з'єднується з пристроєм приймання-передавання світла 12. У той же час перше волокно 11 розмотується зпершої котушки завдяки безперервному потоку цементу 70. Переважно перша оптоволоконна лінія 11 містить множину датчиків 51А, 51В, 51С... вбудовані у друге оптоволокно. Датчики являють собою бреговські дифракційні датчики. Датчики розподіляються вздовж другого оптоволокна таким чином, що коли лінія розміщується в межах затрубного простору, параметри можуть контролюватися в межах вказаного затрубного простору на різних глибинах і місцеположеннях. На фіг. 2D показаний четвертий етап способу, в якому друга пробка 20 впирається в першу пробку 21. Перша оптоволоконна лінія 11 потім відповідним чином розміщується в затрубному просторі аж до приреченої глибини або навіть, якщо потрібно, аж до поверхні 7. В цій конфігурації перший пристрій і другий пристрій знаходяться в тісній близькості, так щоб дозволити засобу обміну 61 працювати належно. У першому варіанті здійснення засіб обміну 61 буде працювати, коли буде здійснений контакт і першого і другого пристрою, потрібне взаємне з'єднання обох частин засобу обміну 61. У другому варіанті здійснення засіб обміну 61 є бездротовим і буде працювати, коли обидві частини засобів обміну 61 знаходяться в тісному контакті. Засіб обміну може бути автономним в енергопостачанні завдяки світловій енергії, що йде з оптоволокна. Переважно електроніка, 17 використовувана в засобі обміну, буде з низьким або дуже низьким енергоспоживанням; в цьому випадку відстань для передачі інформації бездротовим способом може бути обмежена. Однак переважно, щоб засіб обміну 61 працював, коли обидві частини розділені менш ніж 1 метром і більш переважно менш ніж 50 сантиметрами. Переважно засіб обміну є RF емітером/приймач, керуючим джерелом світла і фоторецептором. Після чого цементу 70 дозволяють затвердівати. Датчики 51А, 51В, 51С вимірюють інформацію про параметри в свердловині. Наприклад як показано на фіг. 2D датчики вимірюють температуру в затрубному просторі, інформуючи про затвердіння цементу 70. Інформація прочитується з поверхні 7 завдяки світловому імпульсу: який посилається за допомогою другого оптоволокна, з першим оптоволокном 11 засобом обміну 61, що посилається до датчика і що повертається назад тим же самим маршрутом до поверхні (що посилається через перше оптоволокно 11, що обмінюється з другим оптоволокном 10 засобам обміну 61 і в результаті що посилається через друге оптоволокно 10 на поверхню). У інших варіантах здійснення перша оптоволоконна лінія може досягати поверхні 7 або може прикріплятися до коробки Цифрової телеметричної системи/протоколу (DTS/P) таким чином, щоб забезпечити повну замкнену систему контрольно-вимірювальних приладів в цементі 70. У іншому аспекті другий пристрій є такого типу, як розкрито в європейській патентній заявці номер 06290801 тих же заявників, і спосіб для визначення глибини, швидкості, місцеположення другої пробки може використовуватися. Використовуючи вищезгаданий спосіб ми можемо пересвідчитися, що і перша, і друга пробки розміщені і досягли їх правильних робочих положень. У доповнення може визначатися інша інформація. По-перше, тиск і температура в трубопроводі і, отже, вимірюється час проходження глибини пробкою; таким чином, підтверджуючи і відправлення і «прибуття» пробок, також як і деталізоване переміщення вниз по трубопроводу (тільки другої пробки). По-друге, тиск і температура в затрубному просторі, а, отже, час, до якого цемент затвердіває в затрубному просторі також може бути визначено. Вичікування часу затвердіння цементу є одним з головних факторів непродуктивного часу протягом процесу будівництва свердловини. Можливість точного визначення часу, до якого цемент 96195 18 затвердіє, дозволить значно скоротити цей час. Збільшення густини, при затвердінні цементу, супроводиться збільшенням температури, викликаної екзотермічній реакції, яка зустрічається коли цемент гідратується. Зміна температури (або можливо швидкості зміни температури при статичному гідростатичному тиску), може потім використовуватися для вказівки тієї, що операція сталася, цемент затвердів, і операція може продовжуватися. По-третє, при безперервному моніторингу забезпечується можливість виявити, за допомогою змін в розподіленій температурі або за допомогою прикріплення акустичних датчиків, або за допомогою датчиків щільності прямої дії, чи має місце бути попадання флюїду з колектора в мікрозазор між обсадною колоною і цементним каменем. Дійсно, ми можемо бути здатними незалежно (від цементометрії) підтверджувати чи добре схопився цемент чи ні. Якщо перше оптоволокно, яке повинно розміщуватися в затрубному просторі, ймовірно досягне поверхні, то воно може також розміщуватися з використанням додаткової нижньої пробки, яка нагнітається вниз по обсадній колоні під час циркуляції бурового розчину. Цей спосіб дозволить прикріплення волокна до коробки DTS/P таким чином, щоб інформація про розподіл температури і тиску в затрубному просторі була доступна перед початком самоцементування. Даний винахід був описаний для пробок у випадку цементування, в якому місцеположення пробки і/або інформацію про WOC важливо визначати. Інші застосування пристрою і способу згідно з винаходом включають в себе прикріплення котушок намотаного оптоволокна до будь-якого типу об'єктів, що пересуваються в свердловині, як, наприклад свердловинний перфоратор, добуваний пакер або будь-який вигляд інструментів, які переміщаються в свердловині, як, наприклад бурильний інструмент, каротажний прилад, каротажний прилад, який застосовується для каротаж в процесі буріння, прилад для вимірювань в процесі буріння, випробувальний інструмент; будь-який тип інструмента, що підвішується до бурильної труби, дротового кабелю, гнучкі HKT малого діаметра. Інші застосування пристрою і способу згідно з винаходом включають в себе фіксування першої позиції на будь-якій статичній або пересувній точці, наприклад в підводній або свердловинній операціях. 19 96195 20 21 96195 22 23 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 96195 Підписне 24 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601