CN101358517A - 与多个井下模块通信的遥测子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于井眼中的系统，包括：多个模块，所述模块用于在井眼中定位并包括各接口，这里，多个模块配置成在井眼中执行预定的井下任务。多个模块与各局部电源相关联。遥测子系统使得在所述多个模块中的至少两个之间能够通信，在所述多个模块处，所述多个模块中的至少两个之间的通信允许两个模块中的一个影响两个模块中另外一个的操作。

Description

与多个井下模块通信的遥测子系统

技术领域

本发明总体涉及使用遥测子系统来在与局部电源相关联的多个井下模块之间进行通信。

背景技术

为了完成井，在井眼中执行各种井下操作。这样的操作的示例包括发射射孔枪来在周围的地层中形成射孔、设定封隔器、启动阀、从传感器收集测量数据等。与用各种井下模块执行这样的操作相关联的问题是有效与这样的井下模块通信的能力。

典型的布置包括：表面控制器，所述表面控制器能够使用压力脉冲信号来控制各种井下模块的操作。启动井下模块的可选技术包括利用液压启动或者机械启动的技术。

发明内容

通常，根据一个实施例，用于井眼中的系统包括：多个模块，所述模块用于在井眼中定位并包括各接口，并与局部电源相关联，在所述局部电源处，多个模块配置成在井眼中执行预定的井下任务。遥测子系统能够使得在所述多个模块中的至少两个之间能够通信，在所述多个模块处，所述多个模块中的至少两个之间的通信允许两个模块中的一个影响两个模块中另外一个的操作。

其他或者可选特征将从下述的说明书、附图和权利要求变得显而易见。

附图说明

图1A显示了根据一个实施例、布置在井中的下井仪器柱。

图1B是图1A的下井仪器柱中的承载器结构的横截面视图。

图2是根据一个实施例的所述模块的布置的框图。

图3是根据另一实施例的模块的布置的框图。

具体实施方式

在下述说明中，说明各种细节来提供对本发明的理解。但是，普通技术人员将理解的是，本发明可以在没有这些细节的情况下实施，且从所描述的实施例的多种变化或者修改是可能的。

如此处所使用，指定给定点或者元件之上或者之下的相对位置的术语“之上”和“之下”；“上”和“下”；“上部”和“下部”；“向上地”和“向下地”以及其他术语用在该说明书中来更清楚地描述本发明的一些实施例。但是当应用到偏斜或者水平的井中的设备和方法时，如果合适，这样的术语可以指的是左到右、右到左或者对角关系。

根据一些实施例，将接口电路添加到井下模块(定位在井眼中)以允许井下模块之间相互通信，以及允许井下模块与表面控制器通信，所述表面控制器安置在地表处。井下模块是这样的模块，所述模块在井眼中执行井下任务。井下模块远程提供电力——换言之，井下模块包括各局部电源或者与各局部电源相关联。局部电源的一个示例是电池。局部电源与从地表(例如在电缆之上)所提供的电源不同。局部电源使得电动井下模块即使在没有功率从地表供给到井下模块的情况下也能操作。

通过接口电路在井下模块之间通信通过“遥测子系统”来发生，所述遥测子系统可以包括互连所述接口电路的线，或者可选地，遥测子系统可以包括例如路由器、开关或者其他遥测电路的部件，从而使得在接口电路之间能够通信。在井下模块之间通信的能力允许一个井下模块将信息通信到另一井下模块(在所述另一井下模块处，所述信息可以包括数据或者命令)。在井下模块之间通信信息允许井下模块的操作受到来自另一井下模块的信息的影响。这样，表面控制器不总是涉及与井下模块相关联的活动。同样，一个井下模块可以在另一井下模块上调节其操作。

这样，存在两个通信体制。第一个通信体制是在井下模块之间。第二个体制是从表面到井下模块和/或从井下模块到表面。

图1A显示了示例下井仪器柱，所述下井仪器柱包括承载在承载器结构104(例如套管或者管)上的下井仪(tool)102。所述下井仪器柱与套管106一致地布置在井眼100中。所述下井仪102包括遥测子系统108，所述遥测子系统108允许下井仪102与表面控制器110通信，所述表面控制器110安置在地表112处，井眼100从所述地表112延伸。表面控制器110主要用于遥测，且可以与钻机泵分开，所述钻机泵可用于产生压力脉冲信号，所述压力脉冲信号向井下发射。表面控制器110和钻机泵中的每个可以统称为“表面设备”。所述承载器结构104可以是布线套管或者布线管，其中导电体(例如图1B中的导体130)嵌入到套管或者管的壁中。导体130可以沿着套管或者管的纵向长度延伸。所嵌入的导体使得在表面控制器110和遥测子系统108之间能够通信。在可选的实施中，遥测子系统108可以与表面控制器110(或者是例如钻机泵的其他表面设备)使用无线技术(例如用电磁(EM)信号、声信号、压力脉冲信号、电感耦合等)通信。在再一实施方式中，遥测子系统108可以在包括容纳在管中的光纤的链路上通信。

如下面进一步讨论，遥测子系统108也与各种井下模块通信，所述井下模块是下井仪102的一部分。可以与遥测子系统108通信的井下模块包括发射头模块116、阀模块118、以及传感器模块120。在其他实施方式中，其他或者可选的模块也可以是下井仪102的一部分。所述发射头模块116用于发射射孔枪122。所述阀模块118包括在打开位置、关闭位置之间，并可以是中间位置(部分打开位置)处可启动的阀。传感器模块120包括一个或者更多个传感器来传感与井眼100和周围的地层相关联的各种特性。作为示例，所述传感器模块120可以包括用于检测温度、压力、化学性能、电阻率等的传感器。

遥测子系统108允许下井仪102的各种模块通过承载器结构104(或使用无线通信)与表面控制器110通信。同样，根据一些实施例，遥测子系统108允许下井仪102的模块彼此通信。

图2是允许井下模块116、118和120彼此通信以及通过遥测子系统108和在链路114之上与表面控制器110通信的通信布置的框图。井下模块116、118和120的每个包括各自的局部电源150、152和154(例如电池)。如图2中所描述，局部电源150、152和154容纳在各井下模块116、118和120中。可选地，局部电源150、152、154安置在井下模块116、118和120的外部。

井下模块可以具有主接口和辅助接口。发射头模块116包括引爆器140，当启动时，所述引爆器140导致射孔枪122(图1)发射。阀模块118包括阀142，传感器模块120包括一个或者多个传感器144。引爆器140和阀142的启动分别通过模块116、118中的控制逻辑部146、148控制。井下模块116、118和120中的每个进一步具有各自的辅助接口122、124和126来允许井下模块与遥测子系统108通信。辅助接口122、124和126可以是电接口。可选地，辅助接口可以是不同类型的接口，例如光接口、电感耦合器接口、无线接口、声学接口等。辅助接口122、124和126允许井下模块之间的协调、或者允许通过遥测子系统108与表面通信。

至少所述模块中的一些(包括发射头模块116和阀模块118)可以包括各自的主接口128、130。主接口允许各自的井下模块来从表面控制器110直接接收命令或者通过其他可选技术来接收命令，例如使用钻机泵产生的压力脉冲，而没有通过遥测子系统108。在一个示例中，主接口可以是与压力脉冲信号通信的接口。这样，主接口128、130可以与压力脉冲序列通信(低电平压力脉冲)，所述压力脉冲序列用标签编码以通信所需的信息(数据和/或者命令)。利用低电平压力脉冲通信的一个示例技术是Schlumberger的IRIS技术。主接口128、130包括压力传感器和相关的电路，以允许探测具有对应标签的压力脉冲序列。

在其他实施方式中，主接口可以使用不同的机构来通信。

注意，在图2中所描述的示例中，传感器模块120没有包括主接口以直接与表面控制器通信。这样，传感器模块120将必须与表面控制器通过遥测子系统108进行通信。在一个可选的实施方式中，所述传感器模块120也可以配置有主接口以允许与表面控制器110直接通信。

遥测子系统108包括模块间通信电路132以允许井下模块116、118、120彼此通信。同样，遥测子系统108包括表面通信电路134以允许遥测子系统108和表面控制器110(或者其他表面设备)通过承载器结构104(或者在无线介质上)通信。图2的示例中的遥测子系统108也可以包括存储部136以存储在井下模块之间或者在井下模块和表面控制器110之间通信的数据或者命令。

在一个实施方式中，模块间通信电路132可以包括一个或者多个路由器、开关或者其他遥测电路以允许模块间通信。在可选的实施方式中，如图3中所描述，模块间通信电路可以只用一组线200来实施，所述一组线200直接互连辅助接口电路122、124和126。作为遥测子系统108的一部分的该组线200指代为模块间通信电路132A。

这样，“遥测子系统”可以指代包括路由器、开关和/或其他遥测电路的子系统，以互连井下模块，或者互连至线(例如电线或光学线缆)，所述线互连井下模块的辅助接口电路。可选地，“遥测子系统”可以指代这样的子系统，所述子系统使得在辅助接口电路122、124和126之间能够无线通信。

在操作中，在井下模块之间通信的能力允许通过一个井下模块所执行的任务受到另一井下模块的影响。例如，当发射头模块116已经被启动以发射所述射孔枪122时、发射头模块116中的控制逻辑部146可以发送指示至阀模块118。响应于阀模块118接收到发射头模块116已经被启动的指示，阀模块118中的控制逻辑部148可以启动其阀142以将所述阀设定在预定的位置中(打开或者关闭或者部分打开)。这样，通常，所述井下模块中的至少一些可以包括控制逻辑部来检测由另一井下模块所执行的任务，在所述另一井下模块处，所述控制逻辑部可以基于从其他井下模块发送的指示的检测影响操作。

作为另一示例操作，在表面控制器110(或者其他表面设备)处的用户可以通过承载器结构104向井下发送启动消息。遥测子系统108将控制消息通过辅助接口122发送到发射头模块116。在发射头模块116接收到控制消息时，控制消息可以得到验证，例如通过验证例如压力和/或温度的特定井下参数。这可以通过发射头模块116通过模块间通信电路132向传感器模块120发送请求来实现，以从传感器模块120的传感器144获取所需的信息。如果发射头模块116的控制逻辑部146验证井下参数在所需的范围之内，那么控制逻辑部146可以启动发射头模块116的引爆器140以发射射孔枪122。

同样，发射头模块116可以通过遥测子系统108将与发射头模块116的启动相关的状态信息通信至表面控制器110。所述发射头模块116也可以导致从传感器模块120所收集的被测量参数通过遥测子系统108通信至表面控制器110，这样当发射头模块116被启动时、用户可以看到所测量的井下参数。

注意，传感器模块120也可以包括检测下井仪102的深度的传感器(例如套管接箍定位器)。发射头模块116的控制逻辑部146可以保证在允许引爆器140启动之前下井仪102处于适当的深度。

尽管本发明相对有限数目的实施例进行了公开，但是结合本公开的益处，普通技术人员可以理解从其进行多种修改和变化。所附权利要求意于覆盖这样的修改和变化，只要其落入本发明的精神和范围之内。

Claims (27)

1.一种用于井眼中的系统，包括：

多个模块，所述模块用于定位在井眼中并包括各自的接口，其中所述多个模块配置成在井眼中执行预先限定的井下任务；

局部电源，所述局部电源与多个模块相关联；和

遥测子系统，所述遥测子系统使得在所述多个模块的至少两个之间能够通信，其中所述多个模块的至少两个之间的通信允许所述两个模块中的一个影响所述两个模块的另一个的操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其中两个模块中的第一个模块包括发射模块，以发射爆炸装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述两个模块中的第二个模块包括阀模块。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述阀模块包括控制逻辑部，以响应于发射模块的启动的指示来启动阀模块中的阀，其中所述指示通过所述遥测子系统接收。

5.根据权利要求1所述的系统，其中遥测子系统包括用于互连多个模块的接口的电线。

6.根据权利要求1所述的系统，其中遥测子系统包括用于互连多个模块的接口的一个或者多个遥测部件。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述接口是辅助接口，且其中所述多个模块中的至少一个还包括主接口，以与定位在地表处的表面设备通信。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述主接口配置成使用压力脉冲信号与表面设备通信。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括承载器结构，所述承载器结构具有将遥测子系统连接到表面控制器的嵌入导体。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述承载器结构包括布线套管和布线管中的一个。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括容纳光纤以将遥测子系统连接到表面控制器的管。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述遥测系统配置成使用无线机制与表面设备通信。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个模块包括传感器模块，所述传感器模块具有至少一个传感器以传感井眼中的特性。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述传感器包括套管接箍定位器。

15.根据权利要求13所述的系统，其中多个模块还包括具有控制逻辑部的发射模块，以：

从表面控制器接收命令来启动所述发射模块；

响应于所述命令，访问所述传感器模块以通过所述遥测子系统获取测量数据；和

响应于验证所述测量数据启动发射模块。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述发射模块的控制逻辑部配置成进一步将状态指示发送到表面控制器。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述状态指示包括测量数据。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述局部电源被容纳在多个模块中的各个模块中。

19.根据权利要求18所述的系统，其中局部电源包括电池。

20.一种用于井眼中的方法，包括步骤：

将多个模块定位在井眼中，其中所述多个模块包括各自的接口和各自的局部电源，且其中多个模块配置成在井眼中执行预先限定的井下任务；

在井眼中提供遥测子系统以使得在所述多个模块的至少两个之间能够通信；和

将来自多个模块的第一模块的信息通信到所述多个模块的第二模块以导致所述第二模块的操作被来自第一模块的信息影响。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括步骤：将来自定位于地表处的表面设备的命令通信至井眼中定位的多个模块中的至少一个。

22.根据权利要求21所述的方法，其中通信所述命令包括将所述命令通过承载器结构的导体通信。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括步骤：将来自所述多个模块中的至少一个的测量数据通信到表面设备。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述接口包括辅助接口，所述辅助接口允许多个模块通过遥测子系统彼此通信，所述方法还包括步骤：在所述多个模块的至少一个和表面设备之间通过所述至少一个模块的主接口通信。

25.根据权利要求24所述的方法，其中通过主接口通信的步骤包括对用标签编码的压力脉冲信号进行通信以通信信息。

26.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一模块包括发射模块，所述第二模块包括阀模块，且其中将信息从第一模块通信至第二模块的步骤包括发射模块对发射模块已经被启动的指示通信至所述阀模块，所述方法还包括步骤：

所述阀模块基于来自发射模块的指示启动阀。

27.根据权利要求20所述的方法，其中所述第二模块包括发射模块，第一模块包括传感器模块，所述传感器模块具有测量井眼的特性的传感器，其中从第一模块到第二模块的信息包括测量数据，所述方法还包括步骤：

在启动所述发射模块之前、发射模块验证所述测量数据。

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