CN102536215A - 基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于似稳电磁场的井下无线跨测试阀数据传输装置及其方法。本发明的基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输装置，该装置包含：发射装置，检测井内的压力和温度数据，并向井内发射加载所述压力和温度数据的加载信号；接收器，用于接收加载所述压力和温度数据的加载信号；电缆，用于将接收到的所述加载信号传输到工控机。其中，所述发射装置还包含：传感器、调制板、功放板。

Description

基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输装置及其方法

技术领域

本发明涉及试油测试地面直读技术领域。确切地说涉及一种基于似稳电磁场的井下无线跨测试阀数据传输装置及其方法。

背景技术

在常规试井测试中，为了减少井筒存储效应的影响，国内外普遍采用关闭井底的测试阀以进行关井测试的方法。随着油气勘探开发的深入，对资料的录取质量要求越来越高。在测试、试井过程中，需要及时并准确地获得井下相关数据，以对测试过程中的诸如井下射孔、开关井以及解封、循环等工艺做出准确判断，从而及时采取各种措施，调整测试工作程序，解决测试的盲目性，减少测试开关井操作判断的失误和返工，提高测试成功率，并且在测试过程中实时地进行分析、解释，确保测试资料的完整性、可靠性和及时性，为现场施工提供准确可靠的科学决策依据。

目前，地面直读技术的实现方法主要分为两种。

第一种是采用更改测试阀的方法。该方法的特点是：采用特制的测试阀，将下部压力通过特制的压力孔传至测试上端的压力计托筒内的直读压力计内，然后通过电磁感应、蓝牙通讯等通信方式将压力、温度数据传输至油管内的接收器内，最后通过电缆传至地面。这种方法的主要缺点是不能适用于现有的井下测试阀，并且由于在测试阀上穿孔，导致井下测试阀的可靠性下降。因此，无论采用电磁感应还是蓝牙通讯，由于传输距离为1至2m，因此为了实现更长距离的数据传输，需要专用的定位方式和对接装置。

第二种是采用无线跨测试阀的传输方法。这种方法不用更换专用的测试阀，通过电磁波的方式实现跨测试阀的无线传输，然后再利用电缆将井下温度和压力数据传输至地面。该方法采用低频电磁波数据传输原理，把井底的压力计数据以低频电磁波的方式适时地传输到测试阀上面的信号接收器上，再经过电缆将井底的压力计数据传送到地面。在测试关井恢复压力期间，需要在直读电缆上设置信号接收器，并连接到井内的接收短节内的NOGO接头上，并由地面计算机控制，以进行压力恢复数据的回放与试井解释。这种方法的主要缺点是由于采用电磁波进行数据传输，仅适用于套管井，不适用于裸眼井；同时，传输距离短不超过20m，并且需要专用的NOGO接头，不利于试油后期的排液过程。其中，NOGO接头仅是一种接头产品。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种适应于试油测试期间全工况的基于似稳电磁场的井下无线跨测试阀数据传输方法。本发明彻底解决了与任意测试阀配套的问题，克服了传输距离短的障碍，既适用于完井测试，也满足后期排液的问题。其中，全工况指试油期间的开井、关井、酸化、射孔、测试、放喷工艺过程。

本发明为了解决现有技术中遇到的问题，提供一种基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输装置，该装置包含：发射装置，检测井内的压力和温度数据，并向井内发射加载所述压力和温度数据的加载信号；接收器，用于接收加载所述压力和温度数据的加载信号；电缆，用于将接收到的所述加载信号传输到工控机。

优选地，所述发射装置还包含：传感器，用于检测井内的压力和温度并产生加载压力和温度数据的频率信号；调制板，基于传感器数据手册从所述频率信号得到所述压力和温度数据，并用最小频移键控调制算法调制该数据，以得到加载该压力、温度数据的数字加载信号，然后将数字加载信号转换成模拟加载信号；功放板，接收来自调制板的模拟加载信号，从而放大该模拟加载信号，驱动模块，用于在井内产生似稳电磁场，以使发射到井内的模拟加载信号在似稳电磁场内传播。

优选地，当驱动模块产生似稳电磁场时，井内的钻杆或者油管被施加电压。

优选地，当驱动模块产生似稳电磁场时，井内的钻杆或者油管被施加电流。

优选地，所述工控机包含：24位采集卡，用采集卡的模数转换通道将来自电缆的模拟加载信号转换为数字加载信号；微机，用最小频移键控解调算法对数字加载信号进行处理，以得到井内的温度和压力数据；显示器，用于显示解调的温度和压力数据。

本发明还提供一种基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输方法，包含如下步骤：A)检测井内的压力和温度，并向井内发射加载所述压力和温度数据的加载信号；B)接收加载所述压力和温度数据的加载信号；C)将该频率信号传输到地面的工控机上。

优选地，所述A)步骤包含如下步骤：通过传感器检测井内的压力和温度并产生加载压力和温度数据的频率信号；基于传感器数据手册从所述频率信号得到所述压力和温度数据，并用最小频移键控调制算法调制该数据，以得到加载该压力、温度数据的数字加载信号，然后将数字加载信号转换成模拟加载信号；通过功放板接收来自调制板的模拟加载信号，从而放大该模拟加载信号，通过驱动模块在井内产生似稳电磁场，以使发射到井内的模拟加载信号在似稳电磁场内传播。

本发明采用了似稳电磁场，实现无线跨测试阀传输技术，同时无需与测试阀配套，因此可以与任意测试阀配套，甚至不需要测试阀也可实现。

并且本发明中无线传输的距离远，最大传输距离可达200m，因此完全不需要专用的定位装置，不仅降低了检测成本，而且减低了装置的复杂性。

而且本发明可在试油期间的任何工况中检测井内的压力和温度数据，还满足任意工作介质，既适用于套管井，也适用于裸眼井。

相比现有技术，本发明无需使用NOGO接头，有利于后期排液。

附图说明

图1是示出在实际现场中的无线跨测试阀数据传输装置和周围环境的图；

图2是示出无线跨测试阀数据传输装置的上行系统示意图；

图3是示出无线跨测试阀数据传输装置的更详细的上行系统示意图；

图4是示出基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输方法的流程图；

图5是示出无线跨测试阀数据传输装置的下行系统示意图；

图6是示出无线跨测试阀数据传输装置的更详细的下行系统示意图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

在本发明中，当从井下向地面传输数据时称为上行系统；当从底面的工程机向井下发送控制指令时称为下行系统。即，上行系统的作用是将测得的井下数据传递到地面，下行系统的作用是通过作为上位机的工控机控制发射装置的工作状态和方式。

上行系统如图2所示，无线跨测试阀数据传输装置可包含井下发射模块和井上接收模块。为了更好的理解本发明，在图1中示出了在实际现场中的无线跨测试阀数据传输装置和周围环境的图。

由图2可知，井下发射模块包括发射装置100和用于接收加载所述压力和温度数据的加载信号的接收器200。其中，发射装置100可检测井内的压力和温度数据，并向井内发射加载该压力和温度数据的加载信号，此时接收器200可接收该加载信号，然后通过电缆将接收到的该频率信号传输到工控机400。

而且，为了传输准确的信号发射装置100具备：用于检测井内的压力和温度的传感器101，并将含有该温度和压力数据的频率信号传输到调制板；调制板102，基于传感器数据手册从所接收到的频率信号得到所述压力和温度数据，并用最小频移键控(MSK)调制算法调制该数据，以得到加载该压力、温度数据的数字加载信号，然后将数字信号转换成模拟加载数据；功放板103，接收来自调制板的模拟数据，从而放大该模拟数据；驱动模块105，在井内产生似稳电磁场，以使发射到井内空间的模拟加载信号在似稳电磁场中进行传播。并且，似稳电磁场的频率可根据地面的工控机400的控制指令来改变，在后面进行叙述。

在图2中，还有电源板104，以将电池提供的18V电压转换成两路电压输出，分别给调制板102和功放板103提供5V和±10V的电压。在本发明中，除非明确说明自带电源的情况外，一般装置都连接有电源。

在井下，当驱动模块105产生似稳电磁场时，绝缘外套所处的钻杆(或者油管)上将被施加一定大小的电压，当有回路时，钻杆、套管、环空介质(水、油气、泥浆等)、地层等广域方位内会有电流流动。

将无穷远处视为零电位点，钻杆、套管、环空介质、地层中的任意一个位置均会有一定大小的电位，选取合适的两个点，检测该两点的电位差。本发明中将地面的电位相当于零电位点，则接收器与油管连接时，该点的电位差就是相对于地面的电位差。因为本发明中利用似稳电磁场，因此该电位差与井下系统发射的信号在频率上几乎相同，并且采用数值算法对电位差信号进行处理，即可获得井下系统传输的温度和压力数据。

上、下部钻杆与绝缘短节均处于金属套管内部，所以钻杆与金属套管通过周围缓冲层(如图1中的清水、泥浆、饱和盐水等)不可避免的会相连接，形成无数个短路回路。因此在似稳电磁场中绝缘外套所处的钻杆(或者油管)上将施加一定大小的电流。其中，典型路径是为：电流从上部钻杆出发向上纵向流动，在一定长度内绝大部分电流经由经过缓冲层过渡到外围的金属套管上，由于套管的电阻率远低于地层电阻率，流到套管上的电流会向下纵向流动，一直到绝缘短节下方，然后经由缓冲层提供的短路回路回流到下部钻杆。此时，接收器200可检测到该电流。

为了更好的向给技术人员显示传输到底面的信号，本发明的无线跨测试阀数据传输装置还包含作为井上接收模块的工控机400(又称上位机)。其中，该工控机24位采集卡401，用采集卡的模数转换通道将来自电缆的模拟信号转换为数字信号；微机403，用MSK解调算法对数字信号进行处理；显示器405，用于显示解调的温度和压力数据。从而提供了非常良好的人机交互界面。

图5是示出无线跨测试阀数据传输装置的下行系统示意图。图6是示出无线跨测试阀数据传输装置的更详细的下行系统示意图。

参照图5和图6，微机403使用MSK调制算法调制指令，通过24位采集卡401的模数转换(DAC)通道将启动、停止或换频的控制指令在发送箱407经过放大发送到井下，然后进行用于去噪声的限幅滤波。发射装置100接收控制指令信号，解调出指令并完成相应的动作。其中，当工控机400检测到目前频率的似稳电磁场的传输效果不佳时，则发送换频的控制指令。

下面参照图4，说明在上行系统中从井下将数据传输到地面的工作原理。图4示出基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输方法的流程图。

参照图1和图4可知，本发明的基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输方法，在步骤S101中，由发射装置检测井内的压力和温度，并向井内发射加载所述压力和温度数据的加载信号；在步骤S102中，，通过接收器200接收加载所述压力和温度数据的加载信号；在步骤S103中，通过电缆将该频率信号传输到地面的工控机400上。

当在步骤S101中，当驱动模块105产生似稳电磁场时，在绝缘外套所处的钻杆(或者油管)上将被施加一定大小的电压，此时，接收器200可检测由似稳电磁场产生的电位差。

当在步骤S101中，驱动模块105产生似稳电磁场时，在绝缘外套所处的钻杆(或者油管)上将被施加一定大小的电流，通过由钻杆(或油管)和金属套管产生的回路，接收器可接收由似稳电磁场产生的电流。

为了更好的传输加载着电压和温度数据的信号，在步骤S101中还包含如下步骤：

通过传感器101检测井内的压力和温度并产生加载压力和温度数据的频率信号；基于传感器数据手册从所述频率信号得到所述压力和温度数据，并用最小频移键控调制算法调制该数据，以得到加载该压力、温度数据的数字加载信号，然后将数字加载信号转换成模拟加载信号；通过功放板103接收来自调制板的模拟加载信号，从而放大该模拟加载信号，通过驱动模块105在井内产生似稳电磁场，以使发射到井内的模拟加载信号在似稳电磁场内传播

最后，为了提供良好的人机交互界面，在步骤S103中还包含：通过24位采集卡401，用采集卡的模数转换通道将来自电缆的模拟信号转换为数字信号的步骤；通过微机403，用MSK解调算法对数字信号进行处理的步骤；通过显示器405，用于显示解调的温度和压力数据的步骤。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (10)

1.一种基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，该装置包含：

发射装置，检测井内的压力和温度数据，并向井内发射加载所述压力和温度数据的加载信号；

接收器，用于接收加载所述压力和温度数据的加载信号；

电缆，用于将接收到的所述加载信号传输到工控机。

2.根据权利要求1所述的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，所述发射装置还包含：

传感器，用于检测井内的压力和温度并产生加载压力和温度数据的频率信号；

调制板，基于传感器数据手册从所述频率信号得到所述压力和温度数据，并用最小频移键控调制算法调制该数据，以得到加载该压力、温度数据的数字加载信号，然后将数字加载信号转换成模拟加载信号；

功放板，接收来自调制板的模拟加载信号，从而放大该模拟加载信号，

驱动模块，用于在井内产生似稳电磁场，以使发射到井内的模拟加载信号在似稳电磁场内传播。

3.根据权利要求2所述的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，当驱动模块产生似稳电磁场时，井内的钻杆或者油管被施加电压。

4.根据权利要求2所述的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，当驱动模块产生似稳电磁场时，井内的钻杆或者油管被施加电流。

5.根据权利要求3或4所述的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，所述工控机包含：

24位采集卡，用采集卡的模数转换通道将来自电缆的模拟加载信号转换为数字加载信号；

微机，用最小频移键控解调算法对数字加载信号进行处理，以得到井内的温度和压力数据；

显示器，用于显示解调的温度和压力数据。

6.一种基于似稳电磁场的无线跨测试阀数据传输方法，其特征在于，包含如下步骤：

A)检测井内的压力和温度，并向井内发射加载所述压力和温度数据的加载信号；

B)接收加载所述压力和温度数据的加载信号；

C)将该频率信号传输到地面的工控机上。

7.根据权利要求6所述的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，所述A)步骤包含如下步骤：

通过传感器检测井内的压力和温度并产生加载压力和温度数据的频率信号；

基于传感器数据手册从所述频率信号得到所述压力和温度数据，并用最小频移键控调制算法调制该数据，以得到加载该压力、温度数据的数字加载信号，然后将数字加载信号转换成模拟加载信号；

通过功放板接收来自调制板的模拟加载信号，从而放大该模拟加载信号，

通过驱动模块在井内产生似稳电磁场，以使发射到井内的模拟加载信号在似稳电磁场内传播。

8.根据权利要求7所述的无线跨测试阀数据传输方法，其特征在于，当产生似稳电磁场时，井内钻杆或者油管被施加电压。

9.根据权利要求7所述的无线跨测试阀数据传输方法，其特征在于，当产生似稳电磁场时，井内钻杆或者油管被施加电流。

10.根据权利要求8或9所述的无线跨测试阀数据传输装置，其特征在于，所述工控机包含：

24位采集卡，用采集卡的模数转换通道将来自电缆的模拟加载信号转换为数字加载信号；

微机，用最小频移键控解调算法对数字加载信号进行处理；

显示器，用于显示解调的温度和压力数据。

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