CN109642460A - 使用井下无线网络的储层地层表征 - Google Patents

Abstract

一种用于利用井下无线遥测系统进行储层地层表征的系统，包括沿着管状体(110)部署的至少一个传感器(178)；沿着管状体放置并固定到管状体的壁的至少一个传感器通信节点(184)，传感器通信节点与所述至少一个传感器通信并被配置为从其接收信号；靠近表面放置的顶侧通信节点(182)；多个中间通信节点(180)，沿着管状体间隔开并被配置为在基本上节点到节点的布置中将从所述至少一个传感器通信节点接收的信号发送到顶侧通信节点；位于表面处的接收器(190)，被配置为从顶侧通信节点接收信号；以及顶侧数据获取系统，被构造和布置成与顶侧通信节点通信。还提供了一种用于储层地层表征的方法。

Description

使用井下无线网络的储层地层表征

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月30日提交的标题为“Reservoir FormationCharacterization Using A Downhole Wireless Network”的美国临时申请序列No.62/428,380和于2016年8月30日提交的标题为“Communication Networks,Relay Nodes forCommunication Networks,and Methods of Transmitting Data Among a Plurality ofRelay Nodes”的美国临时申请序列No.62/381,330的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般而言涉及沿着管状体(诸如钢管)的数据传输的领域。更具体而言，本公开涉及用于储层地层表征的系统和方法。

背景技术

在石油和天然气工业中，期望从钻井孔(wellbore)获得数据。已经提出了若干实时数据系统。一种系统涉及使用固定在管状体的物理电缆，诸如电导体或光纤电缆。电缆可以固定到或者管道的内直径或者外直径。电缆提供硬线连接，这允许数据的实时传输以及地下条件的立即评估。另外，这些电缆允许高数据传输速率和直接向井下传感器输送电力。

已经提出在完井期间沿着套管柱(casing string)的外侧放置物理电缆。但是，这会是困难的，因为沿着管柱放置电线需要在管道连接和磨合期间小心地将数千英尺的电缆取出并进给。另外，在完井中使用硬线需要安装特别设计的、包括用于电线的通孔的井口。

已经提出或开发了用于井下通信的各种无线技术。此类技术在业内被称为遥测。存在若干示例，其中电线的安装可能或者在技术上困难或者在经济上不切实际。在发生放射性爆破的情况下，或者在管状体附近的无线电波的衰减显著的情况下，无线电传输的使用也会是不切实际的或不可用的。

还建议了使用声学遥测。声学遥测采用在底部钻具组件或管柱底部处或附近生成的声学信号。信号通过钻井孔管道被发送，这意味着管道成为声波的载体介质。所发送的声波由接收器检测并被转换成电信号以供分析。

储层和地层表征对于生产区评估和优化是至关重要的。例如，关于储层岩石条件的信息(诸如孔隙度、渗透率和油气聚集)是重要的储层特性。了解储层岩石性质对于开发前景至关重要。

因而，需要可以被实时更新的用于储层和地层表征的系统和方法。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于储层地层表征的系统，包括：沿着管状体部署的至少一个传感器，被配置为感测指示至少一个储层地层特性的一个或多个储层地层参数；至少一个传感器通信节点，沿着管状体放置并固定到管状体的壁，该传感器通信节点与所述至少一个传感器通信并被配置为从其接收信号；靠近表面放置的顶侧通信节点；多个中间通信节点，沿着管状体间隔开并且附连到管状体的壁，其中所述中间通信节点被配置为在基本上节点到节点的布置中将从至少一个传感器通信节点接收的信号发送到顶侧通信节点；位于表面处的接收器，被配置为从顶侧通信节点接收信号；以及顶侧数据获取系统，被构造和布置成与顶侧通信节点通信。

在一些实施例中，多个中间通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合。

在一些实施例中，至少一个传感器通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合。

在一些实施例中，多个中间通信节点和至少一个传感器通信节点被配置为发送声波，从而向顶侧数据获取系统提供实时信息。

在一些实施例中，多个中间通信节点中的每一个包括：密封的壳体；驻留在壳体内的电源；以及至少一个电声换能器。

在一些实施例中，多个中间通信节点中的每一个还包括与至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，其中所述电声换能器被构造和布置成接收和重新发送声波。

在一些实施例中，至少一个传感器通信节点包括：密封的壳体；驻留在壳体内的电源；以及至少一个电声换能器。

在一些实施例中，至少一个传感器通信节点还包括与至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，其中电声换能器被构造和布置成与至少一个传感器通信并且响应于此而发送声波。

在一些实施例中，声波表示包括多个单独音调的异步信息分组，其中至少一些声波指示一个或多个储层地层参数，这些参数指示至少一个储层地层特性。

在一些实施例中，至少一个传感器选自流体密度传感器、流体电阻率传感器、流速传感器、压降传感器、闪烁检测器、温度传感器、振动传感器；压力传感器；麦克风；超声传感器；多普勒频移传感器；化学传感器；成像设备；阻抗传感器；衰减传感器或其组合中的一个或多个。在一些实施例中，至少一个传感器包括多个传感器。

在一些实施例中，至少一个传感器采用无源声学监视、有源声学测量、电磁签名(signature)检测、声纳监视、雷达监视或辐射监视。

在一些实施例中，使用采用压力、振动和温度测量的模型确定渗透率。

在一些实施例中，一个或多个储层地层参数是压力、振动和温度，这些参数被用于确定渗透率。

在一些实施例中，向顶侧发送的数据被顶侧数据获取系统用于储层地层表征和生产优化。

在另一方面，提供了一种井下无线遥测系统。该井下无线遥测系统包括：沿着管状体部署的至少一个传感器；至少一个传感器通信节点，沿着管状体放置并固定到管状体的壁，所述传感器通信节点与至少一个传感器电连通并被配置为从其接收信号；靠近表面放置的顶侧通信节点；多个电声通信节点，沿着管状体间隔开并附连到管状体的壁，每个电声通信节点包括壳体，该壳体具有用于安装到管状体的表面的安装面；位于壳体内的压电接收器，该压电接收器被构造和布置成接收通过管状体传播的声波；位于壳体内的压电发送器，该压电发送器被构造和布置成通过管状发送声波体；以及电源，包括位于壳体内的一个或多个电池；其中电声通信节点被配置为在基本上节点到节点的布置中将从至少一个传感器通信节点接收的信号发送到顶侧通信节点。

在一些实施例中，压电接收器还用作功率接收器，以经由能量收获电子器件将声音和振动能量转换成电能。在一些实施例中，能量收获电子器件包括超级电容器或可充电电池。

在一些实施例中，电声通信节点还包括单独的电子器件电路，以优化压电接收器和压电发送器的性能。

在一些实施例中，压电发送器包括多个压电盘，每个压电盘具有与相邻的压电盘串联连接的至少一对电极。在一些实施例中，将单个电压均等地施加到每个压电盘。在一些实施例中，通过在施加相同电压的同时增加盘的数量来增加压电发送器的机械输出。

在一些实施例中，压电接收器包括多个压电盘，每个压电盘具有与相邻压电盘串联连接的至少一对电极。在一些实施例中，压电接收器包括单个压电盘，该单个压电盘的厚度等于多个压电盘的总厚度。

在一些实施例中，壳体具有第一端和第二端，第一端和第二端中的每一个具有与其相关联的夹具，用于夹到管状体的外表面。

在又一方面，提供了一种用于井(诸如生产井)的储层地层表征的方法。该方法包括经由沿着管状体定位的一个或多个传感器感测指示至少一个储层地层特性的一个或多个储层地层参数；利用至少一个传感器通信节点从一个或多个传感器接收信号；经由发送器或收发器将那些信号发送到附连到管状体的壁的中间通信节点；将由中间通信节点接收的信号经由发送器或收发器发送到至少一个附加的中间通信节点；将由中间通信节点接收的信号经由发送器或收发器发送到顶侧通信节点或虚拟顶侧通信节点；根据从顶侧通信节点接收的信号确定至少一个储层地层特性；以及响应于从顶侧通信节点接收的信号而更新储层地层模型，并优化生产性能。

在一些实施例中，中间通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合。

在一些实施例中，经由发送器发送从一个或多个传感器接收的信号的步骤采用至少一个传感器通信节点，所述传感器通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合。

在一些实施例中，中间通信节点和至少一个传感器通信节点被配置为发送声波，从而向储层地层模型提供实时信息。

在一些实施例中，中间通信节点中的每一个包括：密封的壳体；驻留在壳体内的电源；以及至少一个电声换能器。

在一些实施例中，中间通信节点中的每一个还包括与至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，其中电声换能器被构造和布置成接收和重新发送声波。

在一些实施例中，至少一个传感器通信节点包括：密封的壳体；驻留在壳体内的电源；以及至少一个电声换能器。

在一些实施例中，至少一个传感器通信节点还包括与至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，该电声换能器被构造和布置成与至少一个传感器通信并且响应于此而发送声波。

在一些实施例中，声波表示包括多个单独音调的异步信息分组，其中至少一些声波指示一个或多个储层地层参数，这些参数指示至少一个储层地层特性。

在一些实施例中，一个或多个传感器选自流体密度传感器、流体电阻率传感器、流速传感器、压降传感器、闪烁检测器、温度传感器、振动传感器；压力传感器；麦克风；超声传感器；多普勒频移传感器；化学传感器；成像设备；阻抗传感器；衰减传感器或其组合中的一个或多个。

在一些实施例中，该方法还包括：从中间通信节点发送声学信号；并且根据声学响应确定储层地层的物理特性。在一些实施例中，上面提到的方法还包括在不同时间重复发送步骤，并测量声学响应的改变，以确定是否已发生储层地层状况或特性的物理改变。

在一些实施例中，储层地层状况的物理改变包括管状体中流体的改变、水泥(cement)条件随时间的改变，或者管状体完整性随时间的改变。

在一些实施例中，储层或管状条件的物理改变包括可能导致流量限制、腐蚀、机械故障或生产效率低下的通过管状体产生的出砂(sand production)的改变，或者管状体的内壁上的管垢(scale)或石蜡的沉淀或积聚的改变。

附图说明

本公开易于进行各种修改和替换形式，其具体示例性实现已在附图中示出并在本文中详细描述。但是，应当理解的是，本文对具体示例性实现的描述并非旨在将本公开限制于本文公开的特定形式。本公开将涵盖由所附权利要求限定的所有修改和等同物。还应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本发明示例性实施例的原理上。而且，某些维度可以被夸大，以帮助在视觉上传达这些原理。另外，在被认为适当的地方，标号可以在附图中重复，以指示对应或类似的元件。而且，在附图中被描绘为不同或分开的两个或更多个块或元件可以组合成单个功能块或元件。类似地，附图中示出的单个块或元件可以被实现为多个步骤或者通过多个元件协作实现。本文公开的形式通过示例而非限制的方式在附图中示出，并且其中相同的标号指类似的元件，并且其中：

图1给出了钻井孔的说明性、非排他性示例的侧视横截面图。钻井孔使用井架、钻柱和底部钻具组件形成。根据本公开，沿着钻柱放置一系列通信节点，作为遥测系统的一部分；

图2给出了已完成的钻井孔的说明性、非排他性示例的横截面图。说明性钻井孔已作为套管井完井而完成。根据本公开，一系列通信节点沿着套管柱放置，作为遥测系统的一部分；

图3是钻井孔管状接头的说明性、非排他性示例的透视图，其中当前所述主题的一个方面的通信节点被分解示为远离套管接头；

图4A是在替代实施例中可以在当前所述主题的无线数据传输系统中使用的通信节点的透视图；

图4B是沿着节点的纵向轴线截取的图4A的通信节点的横截面图，包括设置在通信节点内的传感器；

图4C是沿着节点的纵向轴线截取的图4A的通信节点的另一个横截面图，并且传感器沿着钻井孔驻留在通信节点外部；

图5A给出了替代通信节点的说明性、非排他性示例的侧视图；

图5B给出了根据本公开的通信节点的附加的说明性、非排他性示例的侧视图；

图6给出了根据本公开的、在主体和盖子被密封在一起之前的通信节点的说明性、非排他性示例的透视图；

图7A给出了根据本公开的通信节点的另一个说明性、非排他性示例的透视局部视图；

图7B给出了根据本公开的壳体主体的说明性、非排他性示例的透视局部视图；

图7C给出了根据本公开的壳体盖子的说明性、非排他性示例的局部仰视图；

图7D给出了根据本公开的、包括主体和盖子的通信节点的说明性、非排他性示例的透视局部仰视图；

图8A-D给出了根据本公开的壳体主体的侧视图(图8A)、壳体主体的仰视图(图8B)、壳体盖子的俯视图(图8C)，以及壳体盖子的侧视图(图8D)；

图8E给出了根据本公开的壳体的说明性、非排他性示例的横截面图，该壳体包括主体和用密封材料密封的盖子；

图8F给出了根据本公开的、沿着图8A的截面a-a截取的壳体主体的说明性、非排他性示例的横截面视图；

图8G给出了根据本公开的、沿着图8D的截面b-b截取的壳体盖子的说明性、非排他性示例的横截面视图；以及

图9是展示根据目前描述的主题的、用于储层地层表征的方法的步骤的说明性、非排他性示例的流程图。

具体实施方式

术语

本文使用的词和短语应当被理解和解释为具有与相关领域的技术人员对那些词和短语的理解一致的含义。不旨在通过本文中术语或短语的一致使用来暗示术语或短语的特殊定义(即，与本领域技术人员所理解的普通和惯用含义不同的定义)。如果术语或短语旨在具有特殊含义(即，除技术人员理解的最宽泛含义之外的含义)，那么将在说明书中以提供术语或短语的特殊或澄清定义的定义方式明确阐述这种特殊或澄清定义。

例如，以下讨论包含本公开中使用的若干具体术语的定义的非详尽列表(其它术语可以在本文其它地方以定义方式限定或阐明)。这些定义旨在阐明本文使用的术语的含义。据信这些术语以与其普通含义一致的方式使用，但是为了清楚起见，这里仍然指定了这些定义。

一个：如本文所使用的，冠词“一个”在应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施例和实现中的任何特征时意味着一个或多个。除非特别说明这种限制，否则“一个”的使用不限制到单个特征的含义。术语“一个”实体是指该实体中的一个或多个。照此，术语“一个”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。

大约：如本文所用，“大约”是指基于对识别出的特定特性来说典型的实验误差的偏差程度。提供术语“大约”的界限(latitude)将取决于具体的上下文和特定特性，并且本领域技术人员可以容易地辨别。术语“大约”不旨在要么扩展要么限制可能以其它方式提供特定值的等同物的程度。另外，除非另有说明，否则术语“大约”应明确地包括“确切地”，与下面关于范围和数值数据的讨论一致。

上方/下方：在本发明的代表性实施例的以下描述中，为了方便起见，在参考附图时使用诸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等方向术语。一般而言，“上方”、“上部”、“向上”和类似术语是指沿着钻井孔朝着地球表面的方向，而“下方”、“下部”、“向下”和类似术语是指沿着钻井孔远离地球表面的方向。继续钻井孔中的相对方向的示例，“上部”和“下部”也可以指沿着钻井孔的纵向维度而不是相对于表面的相对位置，诸如在描述垂直井和水平井二者时。

和/或：放置在第一实体和第二实体之间的术语“和/或”意味着以下各项之一：(1)第一实体、(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体。用“和/或”列出的多个元素应以相同的方式解释，即，如此结合的元素的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体识别出的元素之外，还可以可选地存在其它元素，无论它们是与具体识别出的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用可以在一个实施例中仅指A(可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中仅指B(可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中，指A和B两者(可选地包括其它元素)。如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项时，“或”或者“和/或”应被解释为包含性的，即，包括多个元素或元素列表中的至少一个，但也包括多个元素或元素列表中的多于一个，以及(可选地)其它未列出的项。只有明确指示相反的术语(诸如“只有一个”或“恰好一个”，或者，当在权利要求中使用时，“由...组成”)将指确切地包括多个元素或元素列表中的一个元素。一般而言，如本文所使用的，术语“或”仅当前面有排他性术语(诸如，“任一”、“…之一”、“仅…之一”或“确切地…之一”)时才应被解释为指示排他性替代物(即“一个或另一个但不是两个都”)。

任何：形容词“任何”意味着任意数量的一个、一些或不加选择地全部。

至少：如本文在说明书和权利要求中所使用的，引用一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为意味着从该元素列表中的元素中的任何一个或多个中选择的至少一个元素，但不一定包括在该元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个元素，并且不排除元素列表中元素的任何组合。这个定义还允许除在短语“至少一个”所指的元素列表内具体识别出的元素之外可选地存在元素，无论它们与具体识别出的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中指至少一个，可选地包括多于一个，A，不存在B(并且可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中指至少一个(可选地包括多于一个)B，不存在A(并且可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中指至少一个(可选地包括多于一个)A以及至少一个(可选地包括多于一个)B(并且可选地包括其它元素)。短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，在操作中既是连接的又是分离的。例如，表达“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”、“A、B和/或C”意味着仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或者A、B和C一起。

基于：“基于”并不意味着“仅基于”，除非另有明确说明。换句话说，短语“基于”描述“仅基于”、“至少基于”二者，以及“至少部分地基于”。

包括：在权利要求以及说明书中，所有过渡短语(诸如“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“保持”等都应被理解为开放式的，即，意味着包括但不限于。只有过渡短语“由...组成”和“基本上由......组成”应分别为闭合或半闭合过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所阐述的。

配置：如本文所使用的，术语“配置”意味着元素、部件或其它主题被设计为执行给定功能。因此，术语“配置”的使用不应当被解释为意味着给定元素、部件或其它主题仅仅“能够”执行给定功能，而是元素、部件和/或其它主题具体地被选择、创建、实现、利用、编程和/或设计为执行那个功能。

耦合：任何形式的术语“连接”、“接合”、“耦合”、“附连”或任何其它描述元素之间的交互的术语的使用都不意味着将交互限制为元素之间的直接交互，而是还可以包括所描述的元素之间的间接交互。

确定：“确定”涵盖各种各样的动作，因此“确定”可以包括计算、处理、推导、调查、查找(例如，在表、数据库或另一种数据结构中查找)、确定等。而且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。而且，“确定”可以包括解析、选择、选定、建立等。

实施例：贯穿整个说明书对“一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”、“一个方面”、“方面”、“一些方面”、“一些实现”、“一个实现”、“实现”或类似构造的引用都意味着结合该实施例、方面或实现描述的特定部件、特征、结构、方法或特点包括在所要求保护的主题的至少一个实施例和/或实现中。因此，在整个说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”(或“方面”或“实现”)不一定都指相同的实施例和/或实施。此外，特定特征、结构、方法或特点可以在一个或多个实施例或实现中以任何合适的方式组合。

示例性：“示例性”在本文中专门用于表示“用作示例、实例或说明”。本文被描述为“示例性”的任何实施例都不必被解释为比其它实施例优选或有利。

流量：如本文所使用的，术语“流量”是指流体的潮流(current)或涌流(stream)。流量可以被理解为每单位时间通过一个点的流体的量。影响流量的因素可以包括但不限于压力(流量与管子两端的压力差成正比)、半径(流量与管子半径的四次方成正比)、长度(流量与管子的长度成反比)、粘度(流量与流体的粘度成反比)、流体的温度、流体密度、流体的可压缩性、单相或多相流体、摩擦以及流体的化学特性。

流程图：参考流程图可以更好地理解示例性方法。虽然为了简化说明的目的，所示出的方法被示出并描述为一系列方框，但是应该认识到的是，这些方法不受方框的次序的限制，因为在不同的实施例中，一些方框可以以不同的次序出现和/或与示出并描述的其它方框并发出现。而且，可能需要少于所有示出的方框来实现示例性方法。在一些示例中，方框可以被组合，方框可以被分成多个部件，可以采用附加的方框，等等。在一些示例中，方框可以以逻辑实现。在其它示例中，处理方框可以表示由功能等效电路(例如，模拟电路、数字信号处理器电路、专用集成电路(ASIC))或其它逻辑设备执行的功能和/或动作。方框可以表示使得计算机、处理器和/或逻辑设备做出响应、执行(一个或多个)动作、改变状态和/或做出决定的可执行指令。虽然附图示出了串行发生的各种动作，但是应该认识到的是，在一些示例中，各种动作可以并发地发生、基本上串联发生，和/或在基本上不同的时间点发生。在一些示例中，方法可以被实现为处理器可执行的指令。因此，机器可读介质可以存储如果由机器(例如，处理器)执行则使机器执行方法的处理器可执行指令。

流量探针：如本文所使用的，术语“流量探针”是指用于测量与局部流量相关的参数的一个或多个传感器。这种流量参数可以包括流速、通过管道的多相流体的各个相的体积或质量流速、密度、相对密度、重量密度、声阻抗、阻抗、粘度、动态粘度、密度、温度、多相流动类型等等。合适的流量探针可以包括传感器，该传感器包括但不限于用于测量或监视通过管道的多相流体的各个相的体积或质量流速的多相流量计、差压计、皮托(pitot)管、皮托管阵列传感器、超声多普勒、伽马射线吸收、流体密度等中的一个或多个。可以通过测量组分密度来计算相的质量流速。

流速：如本文所使用的，术语“流速”是指流过管道或容器的流体的速率或速度。

流体：如本文所使用的，术语“流体”是指气体、液体、气体和液体的组合，以及气体和固体的组合、液体和固体的组合，以及气体、液体和固体的组合。

流体流量测量：如本文所使用的，术语“流体流量测量”是指测量一个或多个流体流量参数，包括但不限于速度、体积、压力、电阻率、振动、压降、温度、阻抗、衰减、密度、粘度、流类型等中的一个或多个。此类测量可以被用于确定例如流速、流体成分、相分数、横截面上的流和相的环形分布、流速等。这个信息可以被用于诊断如本文所述的井下流体生产性能问题。

地层：如本文所使用的，术语“地层”是指任何可定义的地下区域。地层可以包含任何地质地层的一个或多个含烃层、一个或多个非含烃层、上覆岩层和/或下覆岩层。

地层流体：如本文所使用的，术语“地层流体”是指存在于地下地层中的流体，例如气体、油或水。

储层地层参数：如本文所使用的，术语“储层地层参数”是指一个或多个参数，这些参数可以例如通过使用一个或多个传感器进行感测来确定，指示至少一个储层地层特性。此类储层地层特性可以包括但不限于储层岩石的孔隙度、储层岩石的渗透性、成分、烃积累、流体特性、流体流动特性、相特性、流类型、成分等。此类储层地层特性还可以包括但不限于物理特性，包括但不限于上文所述的那些。此类储层地层参数可以包括但不限于温度、压力、压降、振动、地层密度、密度、电阻率、阻抗、衰减、流速等中的一个或多个。

可以使用一个或多个传感器来感测储层地层参数，传感器包括但不限于振动传感器，包括例如声学振动传感器；流速测量设备，例如，驻留在管状物的内部；温度传感器，例如，测量例如在管状物内部流动的流体的温度；压力传感器，测量管状物内部的压力或压降；流体密度传感器，测量管状物内部流体的密度；麦克风，提供无源声学监视以监听气体进入管状物或者气体提升阀的打开和关闭的声音，例如，以流动流体的频率特点，包括例如但不限于大约<20kHz、<25kHz、从>0到<20kHz，或者从>1到小于20kHz；超声传感器，将气体传输的改变与沿着气体入口的流的气体流、气泡、固体和其它特性联系起来；多普勒频移传感器；化学传感器；成像设备；阻抗传感器；测量声学衰减的设备；温度传感器；及其组合。

传感器节点可以借助于包括但不限于以下的多个手段检测并测量指示如当前描述的一个或多个储层地层特性的储层地层参数，包括但不限于作为时间的函数的孔隙度、渗透率、烃积累等，而不中断生产：

·无源声学监视，例如，从位于传感节点上的一个或多个声音或声学振动传感器监听气体进入管状物(例如，生产管)的声音。

·有源声学测量，其中振动波在一个或多个感测节点处被激发，传播到可渗透区域的变化深度中(例如，测井振动频率比较高频率更深地穿透)并且在发送节点上或者在距原始发送者不同距离的一个或多个接收器上被一个或多个声学振动接收器接收。

·测量管状物(例如，生产管)内部的流体密度。

·使用电阻抗或者其它直接传感器(暴露于流体的传感器)或间接传感器(例如与流内的无源或有源设备/标记物组合)测量管状物(例如，生产管)内部的流体电阻率。

·使用压力、振动和温度(与模型的“传感器融合”)的组合或者使用伽马射线源、低频电磁波(例如，次MHz)和/或其它手段的直接测量来测量生产管外的环境(地层、近钻井孔条件)渗透率。

·使用直接暴露于流动介质的换能器测量生产管两端的压降。

·测量管状物(例如，生产管)内部的流速或流速。

·将上述一个或多个测量与渗透率/生产模型相结合并且利用这些来优化来自注入井的刺激和/或控制顶侧和井下流量控制设备(包括例如筛网、阀门和其它工具)的方法，如本文所述。

全物理：如本文所使用的，术语“全物理”、“全物理计算模拟”或“全物理模拟”是指基于影响被模拟的系统的相关响应的第一原理的数学算法。

气体：如本文所使用的，术语“气体”是指处于其气相的流体。

烃：如本文所使用的，术语“烃”是指有机化合物，其主要包括但不限于氢和碳元素。烃还可以包括其它元素，诸如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。含烃材料的示例包括可以用作燃料或升级为燃料的任何形式的天然气、石油、煤和沥青。

烃流体：如本文所使用的，术语“烃流体”是指为气体或液体的烃或烃的混合物。例如，烃流体可以包括在地层状况下、在处理条件下或在环境条件(15℃至20℃和1atm压力)下为气体或液体的烃或烃的混合物。烃流体可以包括例如石油、天然气、气体冷凝物、煤层甲烷、页岩油、页岩气、热解油、热解气体、煤的热解产物，以及处于气态或液态的其它烃。

流入控制设备或阀：如本文所使用的，术语“流入控制设备”或“流入控制阀”(ICD)是指作为完井的一部分安装的部件的控制设备，以通过均衡沿着钻井孔的长度的储层流入来优化生产。可以沿着完井的储层区段安装多个流入控制设备，例如，每个设备采用具体设置来部分地阻塞流。通过降低所选择区间(诸如如水平井的跟部)两端的环形速度，结果所得的布置可以用于延迟水或气体穿透。流入控制设备可以与裸眼完井上的砂筛一起使用。ICD可以使得能够调整来自包括多区生产井的一个或多个生产区在内的过压或欠压的生产井的各个区的流量，或来自产生可能够对整体井生产率有害的水或天然气的生产区的流量。井下流入控制设备可以减缓水和气体的侵入，并通过均衡沿着钻井孔长度的压降来减少被绕过的储量，从而促进油和气体均匀地流过地层，从而使水和气体的到达被延迟并且是同时的。合适的ICD包括但不限于无源ICD、基于喷嘴的ICD、孔口ICD、通道ICD、螺旋通道ICD、ResFlow ICD、自主ICD(AICD)以及管-通道和孔口-喷嘴组合ICD中的一个或多个。适合根据目前描述的主题使用的ICD可以包括EQUIFLOW自主ICD(Halliburton ICD)，其可以用于管理注入井中的流体流出。ICD可以被放置在注入井和生产井二者中。

可以使用一个或多个井下阀门(例如，一个或多个远程致动的井下阀门)来关闭或减少来自一个或多个井区的流体流。

当前描述的系统和方法可以包括和/或利用例如但不限于一个或多个控制设备，包括例如流入控制设备、自主流入控制设备、流出控制设备、阀门和对应的致动设备、钻井孔隔离设备(包括例如工具密封件、封隔器、水泥塞、桥塞)、化学控制设备等中的一个或多个，如本文所述。

岩性：如本文所使用的，术语“岩性”是指岩石的物理特点的描述，诸如粒度(grainsize)、组成和纹理。例如，使用诸如伽马、中子、密度和电阻率之类的测量的组合，可以在井下确定岩性。

可以：要注意的是，贯穿本申请，术语“可以”以允许的意义(即，具有可能、能够)而不是强制的意义(即，必须)使用。

材料探针：如本文所使用的，术语“材料探针”是指一种或多种传感器设备或方法，其可以测量与材料特性相关的参数，例如，围绕材料探针或包含材料探针的传感器通信节点。例如，材料探针可以测量到周围介质(例如，含烃流体)的声能损失。此类材料参数可以包括但不限于声阻抗、阻抗、声学噪声、密度、重量密度、相对密度、压力、粘度、盐度等中的一个或多个。材料探针可以包括但不限于测量到周围流体介质的声能损失的感测设备和/或方法，流体介质包括例如但不限于气体、水、油或它们的混合物，并使用该数据来确定流体介质的特性(即，介质是否包括气体、水、油或其混合物)。合适的材料探针可以包括但不限于压电换能器。流体的声能损失可以通过包括但不限于例如测量压电的电阻抗，以及利用例如Pulse-Echo/Tx-Rx方法测量声学衰减的方法来确定。每种方法用于识别流体介质的组分。

近实时：如本文所使用的，术语“近实时”和“实时”可互换使用并且指在事件的发生和经处理的数据的使用之间通过自动数据处理或网络传输而引入时间延迟的系统和方法，包括当前描述的系统和方法，诸如为了显示或反馈和控制目的。例如，近实时或实时显示将当前时间减去处理时间处存在的事件或情况描绘为几乎直播时间事件。关于“近实时”或“实时”的时间延迟可以是几毫秒到几分钟、几毫秒到几秒、或几秒到几分钟的量级。

油：如本文所使用的，术语“油”是指包括可冷凝烃的混合物的烃流体。

可操作地连接和/或耦合：可操作地连接和/或耦合意味着直接或间接连接，用于发送或传导信息、力、能量或物质。

优化：如本文所使用的，术语“最优”、“优化”、“最优性”(以及那些术语的派生词和其它形式以及语言相关的词和短语)并不意味着在要求本发明找到最佳解决方案或做出最佳决定的意义上进行限制。虽然数学上最优的解决方案实际上可以达到所有数学上可用的可能性中的最佳解决方案，但是优化例程、方法、模型和处理的现实世界实施例可以朝着这样的目标努力而无需实际实现完美。因而，受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的是，在本发明的范围的上下文中，这些术语是更一般的。这些术语可以描述以下当中的一个或多个：1)致力于解决方案，该解决方案可以是最佳可用解决方案、优选解决方案或在一系列约束内提供具体益处的解决方案；2)不断改进；3)精炼；4)搜索目标的高点或最大值；5)进行处理，以减少惩罚函数；6)在最大化、最小化或以其它方式控制一个或多个其它因素等方面，根据竞争和/或合作利益寻求最大化一个或多个因素。

步骤的次序：还应当理解的是，除非明确相反地指出，否则在本文要求保护的包括一个以上步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的次序不必限于说明方法的步骤或动作的次序。

渗透性：如本文所使用的，术语“渗透性”是指可以作为时间和压力的函数的流过岩石的流体(例如，烃)的量，这与孔如何互连有关。地层测试可以直接测量岩层在井下的渗透率。渗透率的估计可以从与其它测量(包括例如温度、压力和振动测量)的经验关系导出。

岩石物理学：如本文所使用的，术语“岩石物理学”是指物理和化学岩石特性及其与流体(包括例如烃)的相互作用的研究。

皮托管阵列传感器：如本文所使用的，术语“皮托管阵列传感器”是指两个或更多个皮托管，每个皮托管在单个平面中或沿着例如多区生产井的生产区的长度，以不同的深度围绕其圆周交错地插入管中。多个皮托管可以包括但不限于2至30个管、3至25个管、3至20个管、4至15个管、5至10个管、3至15个管、5至15个管、5至20个管、5至7个管、3个管、4个管、5个管、6个管、7个管、8个管、9个管、10个管、11个管、12个管、13个管、14个管、15个管、16个管、17个管、18个管、19个管或20个皮托管。每个插入的皮托管与设置在管状物外侧的相应压电传感器连通，例如夹紧或以其它方式附连(例如，机械或化学连接)。各自与相应的压电换能器连通的多个皮托管在本文中称为“皮托管阵列传感器”。

孔隙度：如本文所使用的，术语“孔隙度”是指给定体积的岩石中是孔隙空间以及因此可以包含流体的百分比。这可以使用来自测量岩石对中子或伽马射线轰击的反应的仪器或通过声波和NMR数据的测量来确定。

灌封：如本文所使用的，术语“灌封”是指用环氧树脂、弹性体、硅树脂或沥青或类似化合物封装电气部件，以排除水分或蒸气。灌封部件可以或可以不气密密封。

生产流体：如本文所使用的，术语“生产的流体”和“生产流体”是指从地下地层(包括例如富含有机物的岩层)中移除的液体和/或气体。生产的流体可以包括烃流体和非烃流体二者。生产流体可以包括但不限于石油、天然气、热解页岩油、合成气、煤的热解产物、二氧化碳、硫化氢和水(包括蒸汽)。

生产优化：如本文所使用的，术语“生产优化”是指可以用于提高烃流体生产效率、烃流体生产率、烃类流体回收、产气/油比、烃流体相、生产装置(plant)的利用以实现更高的产量的任何方法、设备、控制设备、阀门、化学品、度量、数据分析和/或系统；水切割，修井等。生产优化可以是实时生产优化，包括部分或完全自动化，和/或控制设置的优化。生产优化可以例如但不限于通过使用水垢、石蜡、沥青质和/或腐蚀中一个或多个的抑制剂来防止或抑制水垢、石蜡、沥青质和/或腐蚀来实现；使用例如消泡剂、乳化剂、发泡剂、流动改进剂、示踪染料和/或水澄清剂、酸化等延长矿田寿命；使用例如溶解器、清洁剂、清除剂、吸附剂、水驱、CO2驱等化学方法恢复或改善流动性能；使用例如泵(包括但不限于电动潜水泵、气举、水平地面泵、海底升降系统、脱水泵系统、地热泵系统、工业泵系统等)机械地，例如但不限于人工举升；气/水注入优化；油管尺寸优化；射孔优化；氮循环；等等。在某些情况下，生产优化可以包括密封漏失区。

生产优化可以包括但不限于以下当中的一个或多个：沿着钻井孔的长度均衡储层流入，部分地阻塞流，通过降低跨越所选择区间(例如，诸如水平井的跟部)的环形速度来延迟水或气体穿透，调整来自例如过压或欠压的生产井的各个区(包括多区生产井的一个或多个区)的流量，减缓水和/或气体侵蚀并且通过均衡沿着钻井孔长度的压降来减少旁路储备的量，例如，以便促进油和气体均匀地流过地层，使得水和气体的到达被延迟并且是同时的。生产优化可以使用例如但不限于一个或多个控制设备来完成，包括例如ICD，包括例如无源ICD、基于喷嘴的ICD、孔口ICD、通道ICD、螺旋通道ICD、ResFlow ICD、自主ICD(AICD)以及是管-通道和孔口-喷嘴组合的ICD中的一个或多个。适合根据目前描述的主题使用的ICD可以包括EQUIFLOW自主ICD(Halliburton ICD)，其可以用于管理注入井中的流体流出。ICD可以被放置在注入井和生产井二者中；或更多远程致动的井下阀门，以关闭或减少来自一个或多个井生产区的流体流；流出控制设备、阀门和对应的致动设备、钻井孔隔离设备(包括例如工具密封件、封隔器、水泥塞、桥塞)、化学控制设备等。

生产管道：如本文所使用的，术语“生产管道”是指在套管运行并粘合就位之后进入钻井的管道。

范围：浓度、维度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式给出。应当理解的是，这种范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用的，并且应当被灵活地解释为不仅包括明确列举为范围限制的数值，而且还包括涵盖在那个范围内的所有单独数值或子范围，好像每个数值和子范围被明确地叙述了一样。例如，大约1至大约200的范围应当被解释为不仅包括明确列举的1和大约200的限制，而且还包括诸如2、3、4等的各个尺寸，以及诸如10至50、20至100等的子范围。类似地，应当理解的是，当提供数值范围时，此类范围应被解释为提供对仅陈述该范围的下限值的权利要求限制以及对仅陈述该范围的上限值的权利要求限制的字面支持。例如，公开的数字范围10至100为陈述“大于10”(没有上限)的权利要求和陈述“小于100”(没有下限)的权利要求提供字面支持。

引用：如果任何专利、专利申请或其它参考文献通过引用并入本文并且以某种方式定义术语，或者与本公开的未并入部分或与本公开的任何其它引用的参考文献不一致，那么本公开的未并入部分应当控制，并且其中的术语或并入的公开内容仅应当对于该术语的定义和/或最初存在的并入的公开内容进行控制。

储层地层模型：如本文所使用的，术语“储层模型”是指基于储层地层的测得的参数和派生的特性建立的模型，以估计储层中存在的烃的量、该烃可以通过钻井孔向地球表面产生的速率，以及岩石中的流体流。

岩石机械特性：如本文所使用的，术语“岩石机械特性”是指岩石的强度和其它机械特性，这些特性可以例如使用岩石的声学和密度测量来确定。例如，岩石的抗压强度可以通过测量通过岩石的声音的压缩(P)波速和剪切(S)波速以及岩石的密度来确定。抗压强度是导致岩石破坏的压缩应力，以及岩石的柔韧性(即，岩石的应力和变形之间的关系)。转换波分析也可以用于确定地下岩性和孔隙度。

密封材料：如本文所使用的，术语“密封材料”是指可以将壳体的盖子密封到壳体的主体上以足以承受一个或多个井下条件(包括但不限于例如温度、湿度、土壤成分、腐蚀性元素、pH值和压力)的任何材料。

传感器：如本文所使用的，术语“传感器”包括任何电感测设备或量规。传感器可以能够监视或检测任何储层地层参数，包括但不限于压力、温度、流体流、振动、电阻率、阻抗、衰减或其它地层数据。这种传感器可以包括但不限于流速测量设备；温度传感器；压力传感器；流体密度传感器；麦克风；超声传感器；多普勒频移传感器；化学传感器；成像设备；阻抗传感器；衰减传感器；流体电阻率传感器，及其组合。传感器还可以包括位置或地点传感器。

管状构件：术语“管状物”、“管状构件”或“管状体”是指任何管，诸如套管接头、衬管的一部分、钻柱、生产管、注入管、小管接头、埋地管道、水下管道或地上管道。在不脱离本公开的范围的情况下，可以从给定实施例中省略其中的实线以及任何合适数量的此类结构和/或特征。“管状体”还可以包括防砂筛、流入控制设备或阀、滑动套管接头，以及预钻孔或开槽衬管。

水饱和度：如本文所使用的，术语“水饱和度”是指被水占据的孔隙空间的分数。这通常是计算的岩石电阻率测量值。

钻井孔：如本文所使用的，术语“钻井孔”是指通过在地下钻孔或插入管道而制成的地下孔。钻井孔可以具有基本上圆形的横截面或其它横截面形状。如本文所使用的，当提及地层中的开口时，术语“井”可与术语“钻井孔”互换使用。

术语“区”或“感兴趣的区”是指含有烃的地下地层的一部分。可替代地可以使用术语“含烃地层”。

描述

现在将通过示例进一步描述具体形式。虽然以下实施例证明了本文公开的主题的某些形式，但它们不应被解释为限制其范围，而是有助于完整的描述。

另外，在与沿着管状体安装的分布式光纤系统的光纤或声学光纤结合时，无线传感器网络节点可以提供有用的有源声学测试系统，其中可以选择一个或多个节点作为声源并用于生成传播到储层中的所选择频率和振幅的声学脉冲。声学光纤可以用作分布式声音接收器系统，以从地层接收发射和反射的声波。这种配置有效地形成地震测试和数据获取系统，其可以用于监视和/或跟踪储层地层或管状体特点随时间的改变。光纤测量系统还可以与节点压电或其它振动接收器串联使用，用于声学系统校准、改进的方法和装置，用于识别接收器(光纤或节点)的具体地点，并为光纤提供互补的声频灵敏度。这些改进的好处是增强的储层信息。

所提出的发明例如通过使用包括例如永久传感器的传感器来识别储层条件和地层，以检测和/或监视沿着钻井孔的储层条件和特性。由电池或其它电源供电的永久无线传感器网络节点安装在钻井孔中并连接到不同的监控传感器。在每个网络传感器节点处测得的监视数据通过声波、无线电波、低频或感应电磁波和光中的一个或多个从节点到节点无线地发送到地面的接收器，从而提供实时的储层条件信息。

对于不期望拉出生产管的现有井，无线传感器节点可以进入工具管柱上的孔中并安装在管的内侧或侧袋心轴的内侧。对于新钻的井，网络节点可以如上所述安装，或者可以在管进入孔之前安装在生产管的外部。

图1和2给出了可以使用声学换能器接收井下遥测系统的说明性钻井孔150、250。在图1和2中的每一个当中，绘图页面的顶部旨在朝着表面并且绘图页面的底部旨在朝着井底。虽然井通常以基本垂直的方向完成，但应理解井也可以倾斜并且甚至水平地完成。当描述性术语“上”和“下”或“上部”和“下部”或类似术语用于参考附图时，它们旨在指示绘图页面上的位置，而不是必须在地面中定向，因为，无论钻井孔如何定向，本发明都具有实用性。

图1是说明性的井场100的侧视、横截面图。井场100包括在地球表面101处的井架120。井场100还包括从地球表面101延伸并向下延伸到地球表面155中的钻井孔150。钻井孔150使用井架120、井架120下方的钻柱160和钻柱160下端的底部钻具组件170形成。

首先参考井架120，井架120包括从地球表面101向上延伸的框架结构121。井架120支撑钻井装备，包括行进块122、胎冠块123和旋转接头124。所谓的方钻杆125附连到旋转接头124。方钻杆125具有与方钻杆软管126流体连通的纵向延伸的孔(未示出)。方钻杆软管126(也称为泥浆软管)是柔性的钢增强的高压软管，它将钻井液输送通过方钻杆125的孔并向下进入钻柱160。

方钻杆125包括驱动区段127。驱动区段127的横截面是非圆形的并且符合纵向延伸通过方钻杆驱动衬套129的开口128。方钻杆驱动衬套129是旋转台的一部分。旋转台是机械驱动的设备，其向方钻杆125和连接的钻柱160提供顺时针(从上方看)旋转力，以促进钻探钻孔105的过程。因此可以从方钻杆125向钻柱160传递线性和旋转运动二者。

为井架120提供平台102。平台102在地球表面101上方延伸。平台102一般支撑钻机手连同钻井装备的各种部件(诸如泵、马达、量规、涂料桶、钳子、管道起重装备和控制装备)。平台102还支撑旋转台。

应理解的是，图1中所示的平台102在某种程度上是示意性的。还应理解的是，平台102仅仅是说明性的，并且存在用于陆上和海上操作二者的钻机(drilling rig)和平台的许多设计。这些包括例如顶部驱动钻井系统。除非在权利要求中明确说明，否则本文提供的权利要求不受钻机的配置和特征的限制。

放置在平台102和方钻杆驱动区段127下方但在地球表面101上方的是防喷器或BOP 130。BOP 130是用于控制钻探油气井期间的压力的大型专用阀门或阀门集合。具体而言，防喷器控制在钻井过程期间从地下地层发出的波动压力。BOP 130可以包括用于隔离钻柱160后侧上的流的上部132和下部134柱塞。防喷器130还防止构成钻柱160的管接头和钻井液在发生突然压力冲击时从钻井孔150吹出。

如图1中所示，钻井孔150向下形成到地下地层155中。此外，钻井孔150被示为偏斜的钻井孔。当然，这仅仅是说明性的，因为钻井孔150可以是垂直井或甚至是水平井，如稍后在图2中所示。

在钻探钻井孔150中，第一套管柱110从表面101向下放置。这被称为表面套管110，或者在一些情况下(特别是在海上)称为导管。表面套管110通过水泥护套112固定在地层155内。水泥护套112位于表面套管110和周围地层155之间的环形区域115内。

在钻探和完成钻井孔150的过程期间，将提供附加的套管柱(未示出)。这些可以包括中间套管柱和最终生产套管柱。对于中间套管柱或最终生产套管，可以采用衬管，即，没有系在表面101上的套管。

如上所述，钻井孔150通过使用底部钻具组件170而形成。底部钻具组件170允许操作者在钻井孔150形成时控制或“转向”钻井孔150的方向或朝向。在这种情况下，底部钻具组件170被称为旋转可控钻井系统或RSS。

底部钻具组件170将包括钻头172。可以通过从平台102旋转钻柱160来转动钻头172。可替代地，可以通过使用所谓的泥浆马达174来转动钻头172。泥浆马达174机械地耦合到附近的钻头172并转动钻头172。泥浆马达174与稳定器或弯曲的垫(sub)176一起使用以赋予钻头172角度偏差。这进而使井以期望的方位角和倾角偏离前一路径。

定向钻孔有几个优点。这些主要包括沿着地下地层的基本上水平的轴线完成钻井孔的能力，从而暴露出更大的地层面。这些还包括穿透不直接位于井口下方的地下地层的能力。当油储层位于市区下方或大型水体下时，这尤其有益。定向钻井的另一个好处是在单个平台上对多个井口进行分组的能力，诸如对于海上钻井。最后，定向钻井使得能够从单个钻井孔钻出多个侧向巷道和/或侧线，以最大化储层暴露和烃的回收。

说明性井场100还包括传感器178。在一些实施例中，传感器178是井底组件170的一部分。传感器178可以是例如作为用于RSS的电子器件的一部分的位置传感器集合。可替代地或此外，传感器178可以是温度传感器、压力传感器或用于在钻井期间检测井下状况的其它传感器。仍可替代地，传感器还可以是感应测井或伽马射线测井或检测井下流体和/或地质的其它测井。

传感器178可以是随钻测量(MWD)或随钻测井(LWD)组件的一部分。观察到传感器178位于泥浆马达174上方。这是MWD组件的常见做法。这允许传感器178的电子部件与作用在钻头172上的高振动和离心力间隔开。

在传感器178是位置传感器集合的情况下，传感器可以包括三个测斜仪传感器和三个环境加速度传感器。理想地，温度传感器和磨损传感器也将被放置在钻头172中。这些信号被输入到多路复用器中并被发送。

当钻井孔150被形成时，操作者可能希望评估放置在表面套管110(或其它套管柱)周围的水泥护套112的完整性。为此，业界依赖所谓的水泥键合测井。水泥键合测井(或CBL)使用由电缆末端的测井工具发送的声学信号。测井工具包括发送器和一个或多个接收器，接收器通过周围的套管柱“监听”由发送器生成的声波。测井工具包括信号处理器，其连续测量从发送器到接收器的声音脉冲的振幅。可替代地，可以测量声波信号的衰减。

在一些情况下，键合测井将测量直接在套管后面的环形空间中的材料的声学阻抗。这可以通过共振频率衰减来完成。这种测井包括例如(德克萨斯州Sugar Land的)Schlumberger的USIT测井和(德克萨斯州休斯顿的)Halliburton的CAST-V测井。

期望实现一种井下遥测系统，该系统使操作者能够评估水泥环完整性而无需运行CBL管线。这使得操作者能够一旦水泥已经设置在环形区域115中或者一旦钻井孔150完成就立即检查水泥环完整性。附加地或可替代地，可以在井下部署一个或多个传感器(未示出)以监视各种特性，包括但不限于流体特点、温度、深度等，如本领域技术人员将清楚地理解的。

为此，井场100包括多个电池供电的中间通信节点180。电池供电的中间通信节点180根据预先指定的间隔沿着表面套管110的外表面放置。电池供电的中间通信节点180被配置为接收声学信号，并随后以节点到节点的布置沿着钻井孔150的长度中继声学信号向上到顶侧通信节点182。顶侧通信节点182最靠近地球表面101放置。顶侧通信节点182被配置为接收声学信号并将它们转换为电信号或光信号。顶侧通信节点182可以高于等级(grade)或低于等级。

节点还可以包括传感器通信节点184。传感器通信节点最靠近传感器178放置。传感器通信节点184被配置为与井下传感器178通信，然后使用声波发送无线信号。

如所指出的，井下遥测系统的中间通信节点180由电池供电，并且照此，会遇到系统能量限制。虽然通过在不需要数据收集和通信时将节点置于“深度睡眠”模式可以延长网络的使用寿命；但是迄今为止，还没有可以用于在需要数据获取时唤醒中间通信节点180的方法。因此，在本公开的系统和方法之前，井下遥测系统始终处于活动状态；因此，网络的寿命限制在几个月而不是几年。

在操作中，传感器通信节点184与传感器178电连通。这可以借助于短电线或者借助于诸如红外或射频通信的无线通信。传感器通信节点184被配置为从传感器178接收信号，其中信号表示地下状况，诸如位置、温度、压力、电阻率或其它地层数据。传感器可以包含在与传感器通信节点184相同的壳体中。实际上，传感器可以是使得能够进行遥测通信的相同电声换能器。

传感器通信节点184将来自传感器178的信号作为声波发送。声波的频率可以是大约50kHz至500kHz之间、从大约50kHz至大约300kHz、从大约60kHz至大约200kHz、从大约65kHz至大约175kHz、从大约70kHz至大约160kHz、从大约75kHz至大约150kHz、从大约80kHz至大约140kHz、从大约85kHz至大约135kHz、从大约90kHz至大约130kHz，或者从大约100kHz至大约125kHz。信号由最靠近传感器通信节点184的中间通信节点180接收。那个中间通信节点180进而会将信号中继到下一个最接近的节点180，以便从节点到节点发送指示井下状况的声波。最后一个中间通信节点180在声学上将信号发送到顶侧通信节点182。

通信可以在相邻节点之间，或者它可以取决于节点间距或通信范围偶尔跳过节点。可以在任何被打断的节点周围路由通信。发送通信分组的节点的数量少于传感器节点与顶侧节点之间的节点总数，以便节省电池电量并延长网络的使用寿命。

图1的井场100还示出了接收器190。接收器190包括接收从顶侧通信节点182发送的信号的处理器192。可以通过诸如同轴电缆、光纤电缆、USB电缆或者其它电气或光学通信电线之类的电线(未示出)接收信号。可替代地，接收器190可以通过调制解调器、收发器或其它无线通信链路无线地从顶侧通信节点182接收信号。接收器190可以经由所谓的I类1分类导管(即，在爆炸性环境中被认为是可接受的安全的用于接线的壳体)接收电信号。在一些应用中，可以使用无线电、红外或微波信号。

处理器192可以包括离散逻辑、各种集成电路逻辑类型中的任何一种或微处理器。无论如何，处理器192都可以结合到具有屏幕的计算机中。计算机可以具有单独的键盘194，如对台式计算机来说典型的，或者具有整体键盘，如对膝上型电脑或个人数字助理来说典型的。接收器190也可以是嵌入式控制器，其既没有屏幕也没有键盘，诸如经由无线、蜂窝调制解调器或电话线与远程计算机通信。在一个方面，处理器192是具有具体“应用程序”和无线连接性的多功能“智能电话”的一部分。

要注意的是，数据可以沿着节点不仅从传感器178向上发送到接收器190，而且还从接收器190向下发送到传感器178。这种传输在操作者希望改变传感器178的运行方式的情况下会是有益的。当传感器178实际上是另一种类型的设备(诸如响应于来自表面101的信号而打开、关闭或以其它方式致动的流入控制设备)时，这也是有益的。

图1图示了在钻井操作期间无线数据遥测系统的使用。如可以认识到的，也可以在完井后采用无线井下遥测系统。

图2是说明性井场200的横截面图。井场200包括穿入地下地层255的钻井孔250。钻井孔250已经被完成为用于生产烃流体的套管井完井。井场200还包括井口260。井口260定位在地球表面201处，以控制和指导地层流体从地下地层255到地球表面201的流。

首先参考井口260，井口260可以是在井的顶部接收储层流体的管道或阀门的任何布置。在图2的布置中，井口260表示所谓的圣诞树。当地下地层255具有足够的原位压力以从地层255、沿着钻井孔250向上并向表面201驱动产出流体时，通常使用圣诞树。说明性井口260包括顶部阀262和底部阀264。

应该理解的是，井口260可以可替代地包括在表面201处的驱动泵的马达(或原动机)，而不是使用圣诞树型。泵进而使抽油杆集合和连接的正排量泵(未示出)在井下往复运动。泵可以是例如摇臂单元或液压活塞泵单元。可替代地，井口260还可以被配置为支撑生产管柱，该生产管具有井下电潜泵、气举阀或其它人工举升手段(未示出)。除非在权利要求中明确指出，否则本发明不受表面处的操作装备的配置的限制。

接下来参考钻井孔250，钻井孔250已经完成了一系列被称为套管的管柱。首先，表面套管210柱已胶合到地层中。水泥在围绕套管210的钻井孔250的环形孔215中示出。水泥处于环形护套212的形式。表面套管210的上端与下部阀264密封连接。

接下来，将至少一个中间套管柱220胶合到钻井孔250中。中间套管柱220与上部主阀262密封流体连通。水泥护套212再次在钻井孔250的孔215中示出。套管210/220和孔215中的水泥护套212的组合加强了钻井孔250并有助于隔离套管210/220后面的地层。

应该理解的是，钻井孔250可以并且通常将包括多于一个中间套管柱。在一些情况下，中间套管柱可以是衬管。

最后，提供生产管柱230。使用衬管悬挂器232将生产管柱230从中间套管柱220悬挂下。生产管柱230是没有系在表面101上的衬管。在图2的布置中，围绕衬管230设置水泥护套232。

生产衬管230具有延伸到钻井孔250的端部254的下端234。出于该原因，钻井孔250据称完成为套管井。本领域普通技术人员将理解的是，出于生产目的，衬管230可以在固井之后被穿孔，以在衬管230的孔235与构成地下地层255的周围岩石基质之间产生流体连通。在一个方面，生产管柱230不是衬管，而是延伸回到表面的套管柱。

作为替代方案，钻井孔250的端部254可以包括砂筛的接头(未示出)。使用具有砾石充填的砂筛允许衬管230的孔235与周围岩石基质之间更大的流体连通，同时仍然为钻井孔250提供支撑。在这种情况下，钻井孔250将包括开槽的基管作为砂筛接头的一部分。当然，砂筛接头不会胶合到位并且不会包括地下通信节点。

钻井孔250可选地还包括生产管240的柱。生产管240的柱从井口260向下延伸到地下地层255。在图2的布置中，生产管240终止于地下地层255的上端附近。生产封隔器242设置在生产管240的下端，以密封管240与周围生产衬管230之间的环形区域245。但是，生产管240可以延伸到更靠近衬管230的端部234。

在一些完井中，不采用生产管240。例如，当单孔存在时，这会发生。

还应注意的是，生产管柱230的底端234在地下地层255内基本水平地完成。这是在所谓的“紧密”或“非常规”地层中完成的井的共同朝向。水平完井不仅显著增加了钻井孔对生产岩石面的暴露，而且使操作者能够产生基本上横向于钻井孔方向的裂缝。本领域普通技术人员可以理解的是，岩石基质一般将在垂直于最小主应力方向的方向上“分开”。对于更深的井，那个方向通常基本上是垂直的。但是，本发明在垂直完井或在多侧斜井中具有相同的效用。

与图1的井场100一样，图2的井场200包括利用一系列新颖通信节点的遥测系统。这同样是为了评估水泥护套212、232的完整性。通信节点沿着套管柱210、220、230的外直径放置。这些节点允许基于声波的原位生成的无线信号的高速传输。

节点首先包括顶侧通信节点282。顶侧通信节点282最靠近表面201放置。顶侧节点282被配置为接收和/或发送信号。顶侧通信节点282应当沿着套管210的最上面的接头放置在井口上或靠近表面。

节点还包括传感器通信节点284。传感器通信节点284最靠近传感器290放置。传感器通信节点284被配置为与井下传感器290通信，然后使用声波发送无线信号。

最后，节点包括多个中间通信节点280。每个中间通信节点280驻留在传感器通信节点284与顶侧通信节点282之间。中间通信节点280被配置为接收然后沿着管柱240的长度中继声学信号。中间节点280可以利用双向电声换能器来接收和中继机械波。中间通信节点280可以沿着套管柱210、220、230的外直径驻留。

传感器290被放置在地下地层255的深度处。传感器290可以是例如压力传感器、流量计或温度传感器。压力传感器可以是例如蓝宝石量规或石英量规。可以使用蓝宝石量规，因为它们被认为对于高温井下环境更加坚固。可替代地，传感器可以是用于检测环境噪声的麦克风，或用于检测微地震活动的存在的地震检波器(诸如三轴地震检波器)。仍可替代地，传感器还可以是流体流量测量设备(诸如旋转器)或流体成分传感器。

传感器通信节点284将来自传感器290的信号作为声波发送。声波可以是以大约50kHz至500kHz、从大约50kHz至大约300kHz、从大约60kHz至大约200kHz、从大约65kHz至大约175kHz、从大约70kHz至大约160kHz、从大约75kHz至大约150kHz、从大约80kHz至大约140kHz、从大约85kHz至大约135kHz、从大约90kHz至大约130kHz，或者从大约100kHz至大约125kHz或大约100kHz的频带。信号由中间通信节点280接收。该中间通信节点280进而将信号中继到另一个中间通信节点，以便从节点到节点发送指示井下状况的声波。最后一个中间通信节点280将信号发送到顶侧节点282。

在操作中，传感器通信节点284与(一个或多个)传感器290电连通。这可以借助于短电线，或者借助于诸如红外或无线电波之类的无线通信。传感器通信节点284被配置为从传感器290接收信号，其中所述信号表示诸如温度或压力之类的地下状况。可替代地，传感器290可以包含在通信节点284的壳体中。

地下的电池供电的中间通信节点280将信号作为声波发送。声波的频率可以是例如在大约50kHz和500kHz之间、从大约50kHz至大约300kHz、从大约60kHz至大约200kHz、从大约65kHz至大约175kHz、从大约70kHz至大约160kHz、从大约75kHz至大约150kHz、从大约80kHz至大约140kHz、从大约85kHz至大约135kHz、从大约90kHz至大约130kHz，或者从大约100kHz至大约125kHz。在节点到节点的布置中，信号被向上输送到顶侧通信节点282。信号被向上输送到顶侧通信节点282，使得从节点到节点发送指示水泥完整性的信号。最后一个地下的电池供电的中间通信节点280在声学上将信号发送到顶侧通信节点282。通信可以在相邻节点之间，或者可以取决于节点间距或通信范围跳过节点。可以在不正常运行的节点周围路由通信。

图2的井场200示出了接收器270。接收器270可以包括处理器272，其接收从顶侧通信节点282发送的信号。处理器272可以包括离散逻辑、各种集成电路逻辑类型中的任何一种、或微处理器。接收器270可以包括屏幕和键盘274(或者作为键盘或者作为触摸屏的一部分)。接收器270也可以是嵌入式控制器，其既没有屏幕也没有键盘，其诸如经由无线、蜂窝调制解调器或电话线与远程计算机通信。在一个方面，处理器272是具有具体“应用程序”和无线连接性的多功能“智能电话”的一部分。

信号可以由处理器272通过诸如同轴电缆、光纤电缆、USB电缆或者其它电或光学通信线之类的电线(未示出)接收。可替代地，接收器270可以通过调制解调器或收发器无线地从顶侧节点282接收最终信号。接收器270可以通过所谓的I类1分类导管(即，在爆炸性环境中被认为是可接受的安全的用于接线的壳体)接收电信号。在图1和2中的每一个当中，电池供电的中间通信节点180、280被特别设计成承受作为套管柱、钻柱或生产管的钻井孔150或250的相同腐蚀和环境状况(例如，高温、高压)。为此，电池供电的中间通信节点180、280可以包括用于保持电子器件的密封钢壳体。在一个方面，钢材料是耐腐蚀合金。

与图1的实施例一样，井下遥测系统的中间通信节点280由电池供电，照此，会遇到系统能量限制。虽然通过在不需要数据收集和通信时将节点置于“深度睡眠”模式可以延长网络的使用寿命；但是迄今为止，还没有可以用于在需要数据获取时唤醒中间通信节点280的方法。因此，在本公开的系统和方法之前，井下遥测系统始终处于活动状态；因此，网络的寿命限制在几个月而不是几年。

在图3中，管状物300旨在表示任何管状体，诸如管道接头、管接头、套管或管线的一部分。管状物300具有限定内孔315的细长壁310。孔315可以在钻井操作期间发送钻井液，诸如油基泥浆或OBM。管状物300具有带有内螺纹的盒端322和带外螺纹的销端324。

如所指出的，示出了远离管状体300分解的说明性中间通信节点350。通信节点350被设计为在所选择的位置附连到管状体300的壁310。在一个方面，所选择的管状物(包括例如管道接头)300将各自在盒端322和销端324之间具有中间通信节点350。在一种布置中，通信节点350紧邻盒端322放置或者，可替代地，紧邻例如在管道的每个接头的销端324附近。在另一种布置中，通信节点350沿着管状物300放置在所选择位置，例如，钻柱160中的每个第二或每个第三管道接头。在其它方面，可以每个接头放置多于或少于一个中间通信节点。

图3中所示的中间通信节点350被设计为例如预先焊接到管状物300的壁310上。但是，通信节点350可以被配置为在井场处通过机械手段选择性地可附连到管状物300或可从管状物300分离。这可以例如通过使用夹具来完成。可替代地，环氧树脂可以用于化学键合。在任何情况下，通信节点350都可以是独立的无线通信设备，其被设计为附连到管状物(包括例如井管)的表面(例如外表面或内表面)。

使用声波的外部放置的通信节点有几个好处。例如，这种节点不会干扰管状物300的内孔315内的流体流。另外，在必要时，可以容易地评估或调整安装和机械附连。

在图3中，中间通信节点350包括细长壳体351。壳体351支撑一个或多个电池，在352处示意性地示出。壳体351还支撑电声换能器，在354处示意性地示出。例如，电声换能器354可以是双向收发器，其既可以接收又可以发送声学信号。在一个方面，通信节点350旨在表示图1的通信节点180。每个节点180中的双向电声换能器354允许声信号从节点到节点发送，或者沿着钻井孔150向上或者沿着钻井孔150向下。其中管状物300由碳钢形成，诸如套管或衬管，壳体351可以由碳钢制成。这种冶金匹配避免了联轴器处的电化腐蚀。图4A是在一个实施例中可以在图1或图2(或其它钻井孔)的无线数据传输系统中使用的通信节点400的透视图。通信节点400可以是中间通信节点，其被设计为使用新颖的井下壳体组件内的收发器提供双向通信。图4B是图4A的通信节点400的横截面图。该视图沿着节点400的纵向轴线截取。将一起参考图4A至4C讨论通信节点400。

通信节点400首先包括壳体410。壳体410被设计为附连到管状物的壁，包括例如管状物(例如套管和/或钻井孔管的接头)的外壁。在钻井孔管是诸如钻杆、套管或衬管之类的碳钢管接头的情况下，壳体可以由例如碳钢制成。这种冶金匹配避免了联轴器处的电化腐蚀。

壳体410的维度被设计得足够坚固以保护内部电子器件。在一个方面，壳体410具有厚度大约为0.2英寸(0.51cm)的外壁412。孔405在壁412内形成。孔405容纳电子器件，如图4B中示为电池430、电源线435、收发器440和电路板445。电路板445可以包括处理声学信号的微处理器或电子模块。提供电声换能器442以将声能转换成电能(或反之亦然)，并且例如与附连到管状体的一侧上的外壁412耦合。换能器442与至少一个传感器432电连通。

要注意的是，在图4B中，传感器432驻留在通信节点400的壳体410内。但是，如所指出的，传感器432可以驻留在通信节点400的外部，诸如沿着钻井孔在节点400的上方或下方。

在图4C中，虚线被设置为示出传感器432和电声换能器442之间的扩展连接。收发器440将接收声学遥测信号。在一个方面，使用多频移键控(MFSK)来完成声学遥测数据传输。通过使用众所周知的常规模拟和/或数字信号处理方法来调整信号中的任何外来噪声。这种噪声消除和信号增强可以涉及使用例如带通滤波器通过信号调节电路传送声学信号。

收发器还将产生声学遥测信号。在一个方面，电信号被输送到机电换能器，诸如通过驱动器电路。换能器可以是最初接收MFSK数据的相同电声换能器。由电声换能器生成的信号然后穿过壳体410到达管状体(诸如生产管240)，并沿着管状体传播到其它通信节点。重新发送的信号表示最初由传感器通信节点284发送的相同传感器数据。在一个方面，声学信号由磁致伸缩换能器生成和接收，该磁致伸缩换能器包括缠绕在作为收发器的核心周围的线圈。在另一方面，声学信号由压电陶瓷换能器生成和接收。在任一种情况下，电编码数据都被变换成声波，该声波通过钻井孔中的管状体的壁运载。

压电发送器可以包括多个压电盘，每个压电盘具有至少一对与相邻压电盘串联连接的电极。将单个电压均等地施加到每个压电盘，并且通过在施加相同电压的同时增加盘的数量来增加压电发送器的机械输出。

压电接收器可以包括多个压电盘，每个压电盘具有至少一对与相邻压电盘串联连接的电极，诸如其中压电接收器包括单个压电盘，该单个压电盘具有相当于多个压电盘的总厚度的厚度。

通信节点400可选地具有保护性外层425。保护性外层425驻留在壁412的外部，并为电子器件提供附加的薄保护层。通信节点400还可以与壳体410流体密封，以保护内部电子器件。使用可选的灌封材料对内部电子器件的附加保护是可用的。

通信节点400还可选地包括靴490。更具体而言，节点400包括部署在壁412的相对端处的一对靴490。每个靴490提供有助于防止节点400在进入或拉出期间根据具体情况悬挂在外部管状体或周围地球地层上的斜面。靴490可以在外层422下方具有保护性外层422和可选的缓冲材料424(图4A中所示)。

在一种布置中，具有靴490的通信节点400可以被焊接到管状体的内表面或外表面(诸如管状物300的壁310)上。更具体而言，相应通信节点400的主体410被焊接在管状体的壁上。在一些情况下，在被输送到井场之前将通信节点400预先焊接到管道接头上可能是不可行或不可取的。因此，期望利用夹紧系统，当管状体进入钻井孔时，该夹紧系统允许钻井或服务公司沿着管状体机械地连接/断开通信节点400。

图5A是在一个方面中可以在图1或2(或其它钻井孔)的无线数据传输系统中使用的通信节点500的说明性、非排他性示例的侧视图。通信节点500可以是中间通信节点，其被设计为使用新颖的井下壳体组件内的收发器提供双向通信。通信节点500包括主体510和盖子520。主体510包括内部部分，该内部部分被构造成接纳电气部件并且具有主体长度、主体宽度和主体深度。主体510还包括限定开口顶部的第一倒角周边(未示出)。主体510包括一对相对的纵向突片511，每个纵向突片511从主体512的与开口顶部相邻的线性端延伸，每个纵向突片511具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端(terminal end)513，以及第一突片表面514和相对的第二突片表面515。纵向突片还可以包括在末端513处从第一突片表面514延伸的突片端子突起516。

图5A的盖子520具有盖子长度、盖子宽度和盖子厚度，盖子被构造为覆盖主体510的开口顶部并且包围主体510的内部部分。盖子520包括第一表面522和相对的第二表面524。第一表面522可以包括第二倒角周边，该第二倒角周边被构造为与主体510的第一倒角周边密封地接合。

盖子520的相对的第二表面524可以包括至少一个整体接合部分526，其从相对的第二表面突出并具有接合表面和接合长度，其中接合长度小于或等于盖子长度。例如，每个至少一个整体接合部分526的接合长度可以等于或基本上等于盖子长度，或者可以是盖子长度的大约2％至大约98％、大约5％至大约90％、大约5％至大约90％、大约10％至大约80％、大约15％至大约75％、大约20％至大约70％、大约25％至大约65％、大约30％至大约60％、大约35％至大约55％、大约40％至大约50％、大约2％至大约35％、大约4％至大约30％、大约6％至大约25％、大约7％至大约20％、大约8％至大约15％、大约9％、大约10％、大约11％、大约12％、大约13％、大约14％，或大约15％。两个或更多个接合部分526中的每一个的接合长度可以相同或不同。当通信节点500附连到管状物的外表面时，仅至少一个整体接合部分526的接合表面530与管状物的外表面接触。整个接合表面530或接合表面530的一部分可以与管状物的外表面接触。

包括一个或多个电气部件的主体510和盖子520经由盖子520的第二倒角周边和密封材料密封，其中第二倒角周边被构造为与主体510的第一倒角周边密封地接合，并且密封材料用于经由所述第一倒角周边和第二倒角周边将盖子密封到主体。密封材料可以是化学键合材料，例如，包括但不限于环氧树脂。第一倒角周边和第二倒角周边可以是任何构造，并且可以包括这样的构造：在彼此接合时，产生由第一倒角周边和第二倒角周边限定的空间，由此在用密封材料密封时，密封材料填充该空间，从而改善密封。

图5B是通信节点(即，包括主体510’和盖子520’的通信节点500’)的另一个说明性、非排他性示例的侧视图。盖子520’包括具有基本等于或等于盖子长度的接合长度的单个整体接合部分526’。当通信节点500’附连到管状物的外表面时，单个整体接合部分526’的仅接合表面530’与管状物的外表面接触。整个接合表面530’或接合表面530’的一部分可以与管’的外表面接触。

图6是通信节点(即，在主体610和盖子620通过使用例如化学键合材料(包括例如环氧树脂)密封在一起之前的通信节点600)的说明性、非排他性示例的透视图。通信节点600包括主体610和盖子620。主体610包括内部部分616，该内部部分616被构造为接纳电气部件，并且具有主体长度、主体宽度和主体深度。主体610还包括限定开口顶部618的第一倒角周边617。主体610包括一对相对的纵向突片611，每个纵向突片611从主体610的邻近开口顶部618的线性端612延伸，每个纵向突片611具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端613，以及第一突片表面614和相对的第二突片表面615。相对的第二突片表面615是沿着突片长度的圆角突片表面，其中可以选择曲线以符合通信节点600将附连到的特定管状物的直径。纵向突片611还可以包括在末端613处从第一突片表面614延伸的突片端子突起616。

盖子620具有盖子长度、盖子宽度和盖子厚度，盖子620被构造为覆盖主体610的开口顶部618并且包围主体610的内部部分616。盖子620包括第一表面和相对的第二表面。第一表面可以包括第二倒角周边623，第二倒角周边623被构造为与主体610的第一倒角周边617密封地接合。

包括一个或多个电气部件的主体610和盖子620经由盖子620的第二倒角周边623和密封材料密封，其中第二倒角周边623被构造为与主体610的第一倒角周边617密封地接合，并且密封材料用于经由第一倒角周边617和第二倒角周边623将盖子密封到主体。密封材料可以是化学键合材料，包括但不限于环氧树脂。

图6中所示的盖子620包括电气部件，包括电池组619a、电路板619b和2个压电组件619c。电池组可以包括但不限于两(2)个3芯电池组，例如锂电池组。电池和电路板可以作为一个单元被灌封，并且压电器可以具有它们自己的机械夹紧和灌封。

图7A是包括主体710和盖子720的通信节点700的说明性、非排他性示例的透视局部视图。主体710包括从主体710的线性端712延伸的纵向突片711，纵向突片711具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端713，以及第一突片表面714和相对的第二突片表面715。纵向突片还包括在末端713处从第一突片表面714延伸的突片端子凸起716。主体710和盖子720一起限定肩部728。

盖子720具有盖子长度、盖子宽度和盖子厚度，盖子720被构造为覆盖主体710的开口顶部并且包围主体710的内部部分。盖子720包括第一表面(未示出)和相对的第二表面724。第一表面可以包括第二倒角周边，该第二倒角周边被构造为与主体710的第一倒角周边密封地接合。盖子720的相对的第二表面724可以包括从相对的第二表面突出并且具有接合表面730和接合长度的至少一个整体接合部分726。当包括主体710和盖子720的密封通信节点附连到管状物的外表面时，至少一个整体接合部分720的仅接合表面730与管状物的外表面接触。整个接合表面730或接合表面730的一部分可以与管状物的外表面接触。接合表面730是沿着接合长度的圆角接合表面，其中曲线可以被选择为符合密封的通信节点(包括主体710、盖子720和电气部件)将附连到的特定管状物的直径。可替代地，接合表面730可以是由钝角形成的V形构造接合表面，该V形构造接合表面沿着接合长度设置。

图7B是壳体的主体710的说明性、非排他性示例的透视局部视图。主体710包括从主体710的线性端712延伸的纵向突片711，纵向突片711具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端713，以及第一突片表面714和相对的第二突片表面(未示出)。纵向突片还包括在末端713处从第一突片表面714延伸的突片端子凸起716。

图7C是壳体的盖子720的说明性、非排他性示例的局部仰视图。盖子720具有盖子长度、盖子宽度和盖子厚度，盖子720被构造为覆盖主体710的开口顶部并包围主体710的内部部分。盖子720包括第一表面(未示出)和相对第二表面724。第一表面可以包括第二倒角周边，该第二倒角周边被构造为与主体710的第一倒角周边密封地接合。盖子720的相对的第二表面724可以包括从相对的第二表面724突出并具有接合表面730和接合长度的至少一个整体接合部分726。当包括主体710和盖子720的密封的通信节点附连到管状物的外表面时，至少一个整体接合部分726的仅接合表面730与管状物的外表面接触。整个接合表面730或接合表面730的一部分可以与管状物的外表面接触。接合表面730是沿着接合长度的圆角接合表面，其中曲线可以被选择为符合密封的通信节点(包括主体710、盖子720和电气部件)将附连到的特定管状物的直径。可替代地，接合表面730可以是由钝角形成的V形构造接合表面，该V形构造接合表面沿着接合长度设置。

包括一个或多个电气部件的主体710和盖子720经由盖子720的第二倒角周边和密封材料密封，其中第二倒角周边被构造为与主体710的第一倒角周边密封地接合，并且密封材料用于经由第一倒角周边和第二倒角周边将盖子密封到主体。密封材料可以是化学键合材料，包括但不限于环氧树脂。

图7D是包括主体710和盖子720的通信节点700的说明性非排他性示例的透视局部仰视图。主体710包括从主体710的线性端712延伸的纵向突片711，纵向突片711具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端713，以及第一突片表面714和相对的第二突片表面715。纵向突片还包括从第一突片延伸的突片端子凸起716。主体710和盖子720一起限定肩部728。

盖子720具有盖子长度、盖子宽度和盖子厚度，盖子720被构造为覆盖主体710的开口顶部并且包围主体710的内部部分。盖子720包括第一表面(未示出)和相对的第二表面724。第一表面可以包括第二倒角周边，该第二倒角周边构造成与主体710的第一倒角周边密封地接合。盖子720的相对的第二表面724可以包括从相对的第二表面突出并具有接合表面730和接合长度的至少一个整体接合部分726。当密封的通信节点700附连到管状物的外表面时，至少一个整体接合部分726的仅接合表面730与管状物的外表面接触。即，相对的第二突片表面715不与管状物的外表面接触。整个接合表面730或接合表面730的一部分可以与管状物的外表面接触。接合表面730和相对的第二突片表面715是分别沿着接合长度和突片长度设置的圆角接合表面，其中曲线可以被选择为符合密封的通信节点(包括主体710、盖子720和电气部件)将附连到的特定管状物的直径。可替代地，接合表面730和/或相对的第二突片表面715可以是由钝角形成的V形构造接合表面和/或V形构造的相对的第二突片表面，其中V形构造表面沿着接合长度和/或突片长度设置。

图8A是包括内部部分819的主体810的侧视图，内部部分819被构造为接纳电气部件并且具有主体长度、主体宽度和主体深度。主体810还包括限定开口顶部818的第一倒角周边817。主体810包括一对相对的纵向突片811，每个纵向突片811从主体810的与开口顶部818相邻的线性端812延伸，每个纵向突片811具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端813，以及第一突片表面814和相对的第二突片表面815。纵向突片还可以包括在末端813处从第一突片表面814延伸的突片端子突起816，以及凹进部分814a。

图8B是包括内部部分819的主体810的仰视图，内部部分819被构造为接纳电气部件并且具有主体长度、主体宽度和主体深度。主体810还包括限定开口顶部的第一倒角周边817。主体810包括一对相对的纵向突片811，每个纵向突片811从主体810的与开口顶部相邻的线性端812延伸，每个纵向突片811具有突片长度、小于主体的深度的突片厚度、突片末端813，以及第一突片表面和相对的第二突片表面815。纵向突片还可以包括在末端813处从第一突片表面延伸的突片端子突起，以及凹进部分814a。

在图8A和8B中，相对的第二突片表面815包括由钝角形成的V形构造突片表面，该V形构造突片表面沿着突片长度设置。可以根据盖子820的整体接合部分的V形构造接合表面的钝角来选择该钝角，以便适应特定的管状物直径范围。本文描述了合适的钝角。

图8C是具有盖子长度、盖子宽度和盖子厚度的盖子820的俯视图，盖子被构造为覆盖主体810的开口顶部818并包围主体810的内部部分819。盖子820包括第一表面，该第一表面包括第二倒角周边823，该第二倒角周边823被构造为与主体810的第一倒角周边817密封地接合。盖子820包括具有等于或基本上等于盖子长度的接合长度、接合厚度和与盖子的第一表面相对的接合表面的单个连续整体接合部分826(图8D)，其中接合表面是由钝角形成的V形构造接合表面，该V形构造接合表面沿着接合长度设置，并且钝角被选择为适应特定的管状物直径范围。本文描述了合适的钝角。

图8D是包括第二倒角周边823、单个连续整体接合部分826的盖子820以及与盖子的第一表面相对的接合表面的侧视图，该单个连续整体接合部分826具有等于或基本上等于盖子长度的接合长度、接合厚度，该接合表面是由钝角形成的V形构造接合表面。V形构造接合表面沿着接合长度设置。钝角被选择为适应特定的管状物直径范围。本文描述了合适的钝角。接合表面830的一部分可以与管状物的外表面直接接触。

图8E是壳体800的横截面视图，壳体800包括用密封材料840密封的主体810和盖子820。主体包括内部部分819和包括成角度边缘817a的倒角周边817(图8A)。盖子820包括由钝角830a形成的V形构造接合表面830(还参见角度830b，其可以是大约1°至大约15°、大约2°至大约12°、大约3°至大约10°、大约4°至大约8°、大约5°至大约7°、大约5°、大约6°或大约7°)。V形构造表面沿着接合长度设置。盖子包括倒角周边823(图8D)，其可以包括盖子边缘，例如，盖子边缘823a和823b，该边缘足以在与主体部分810的第一周边817接合时产生空间。倒角周边817和823被构造为使得，在接合时，由倒角周边817和823的倒角边缘产生并限定空间850，其中在用密封材料840密封时，密封材料填充空间850，从而产生改进的密封。仅出于示例性目的，在经由第一和第二倒角周边将盖子820与主体810接合时，在主体810的成角度的主体边缘817a与盖子820的盖子边缘823a和823b之间产生空间，使得所产生的空间850由边缘817a、823a和823b限定，其中在用密封材料密封时，密封材料填充空间850，从而产生改进的密封。

图8F是沿着图8A的截面a-a的盖子820的横截面图，包括主体810、内部部分819和包括成角度边缘817a的第一倒角周边817，由此在经由第一和第二倒角周边接合盖子820与主体810时，在主体810的成角度的主体边缘817a与盖子820的盖子边缘823a和823b之间形成空间850(参见例如图8E)，使得所产生的空间850由边缘817a、823a和823b限定，其中在用密封材料密封时，密封材料填充空间850，从而产生改进的密封。

图8G是沿着图8D的截面b-b截取的盖子820的横截面图，包括盖子820、第二倒角周边823和V形构造接合表面830，以及可延展电线840。

方法

图9提供了钻井孔内的储层地层表征的方法900的流程图。方法900包括以下步骤：902，经由沿着管状体定位的一个或多个传感器感测指示至少一个储层地层特性的一个或多个储层地层参数；904，从具有至少一个传感器通信节点的一个或多个传感器接收信号；906，经由收发器或发送器将那些信号发送到附连到管状体的壁的中间通信节点；908，经由收发器或发送器将由中间通信节点接收的信号中继到至少一个附加的中间通信节点；910，经由收发器或发送器将由附加中间通信节点接收的信号中继到顶侧通信节点；912，根据从顶侧通信节点接收的信号确定至少一个储层地层特性；以及914，响应于所确定的至少一个储层地层特性而更新储层地层模型。当井是生产井时，该方法可以可选地包括基于更新后的储层地层模型优化生产性能。

管状体可以是生产管柱。可替代地，管状体可以是套管柱。在这种情况下，钻井孔可以具有多于一个套管柱，包括表面套管柱、一个或多个中间套管柱，以及生产套管。在任何方面，都完成钻井孔以进行烃采收操作。

方法900还提供将一系列通信节点附连到管道的接头。这在方框902处提供。通信节点根据预先指定的间距附连。

通信节点将包括沿着钻井孔靠近表面放置的顶侧通信节点。这是沿着钻井孔的最上面的通信节点。顶侧通信节点可以是放置在本文中当前描述的等级以下的虚拟顶侧通信节点，例如，在或者地面下方或者地窖中的套管或管道的最上面的接头上。可替代地，通过将节点连接到井口，可以将顶侧通信节点放置在等级之上。

通信节点还将包括多个地下通信节点。在一个方面，管道的每个接头接纳地下通信节点。每个地下通信节点可以通过焊接、通过粘合剂或者使用一个或多个夹具附连到管状物。

地下通信节点可以被配置为将声波发送到顶侧节点。每个地下通信节点包括收发器，其接收来自先前通信节点的声学信号，然后在节点到节点的布置将那个声学信号发送或中继到下一个通信节点。然后，顶侧通信节点将信号从最上面的地下通信节点发送到表面处的接收器。

方法900还包括沿着管状体提供一个或多个传感器。这在方框902处示出。根据当前描述的主题，传感器操作，以测量指示储层地层参数的参数。传感器可以包括但不限于本文所述的传感器，包括例如流量测量设备、流量分布测量设备、流速传感器、压力传感器、多相流传感器、流体密度传感器、超声传感器、多普勒频移传感器、麦克风、化学传感器、成像设备、流体识别传感器、阻抗、衰减和温度传感器中的任何一个或多个。所选择的地下传感器通信节点将或者容纳或者将与相应的传感器连通，例如电连通。例如，三个或更多个地下传感器通信节点904将从流量测量设备接收信号。这些所选择的地下传感器通信节点可以沿着地下地层放置，其中生产在例如每个生产区中发生。这些所选择的节点被称为传感器通信节点。

根据当前描述的主题，所选择的地下传感器通信节点可以容纳(或与其电连通)流体探针和/或材料探针。这种探针可以包括但不限于例如流体识别传感器，流量计。所选择的地下传感器通信节点可以容纳温度传感器(或与其电连通)。这些通信节点中的每一个同样被称为传感器通信节点。

传感器通信节点从传感器904接收电信号，然后使用电声换能器生成声学信号。声学信号与由相应传感器感测到的读数对应。然后，地下通信节点中的收发器将声学信号节点到节点地908向上发送到钻井孔906。

方法900还可以包括提供接收器。接收器被放置在表面处。接收器具有处理器，其处理从顶侧通信节点接收的信号，诸如通过使用固件和/或软件。接收器优选地经由所谓的“I类，I分类”导管或通过无线电信号接收信号(例如，电信号或光信号)。处理器处理信号，以识别哪些信号与发起该信号的传感器通信节点相关。以这种方式，操作者将了解产生读数的深度或区。

该方法包括将来自每个通信节点的信号沿着钻井孔向上发送到顶侧通信节点910，并且可选地发送到接收器。信号是具有共振振幅的声学信号。这些信号沿着钻井孔节点到节点向上发送。在一个方面，压电晶片或其它压电元件被用于接收和发送声学信号。在另一方面，使用压电晶体或其它磁致伸缩设备的多个堆叠。通过在一个或多个压电晶体上施加适当频率的电信号来产生信号，从而使它们以与期望声学信号的频率对应的速率振动。

在一个方面，根据多频移键控(MFSK)调制方法，在节点之间发送的数据由声波表示。虽然MFSK非常适合于这种应用，但其作为示例的使用并非旨在进行限制。已知数字数据调制的各种替代形式是可用的，例如频移键控(FSK)、多频信令(MF)、相移键控(PSK)、脉冲位置调制(PPM)和开-关键控(OOK)。在一个实施例中，通过从十六个可能的音调中选择一个用于广播来表示每4位的数据。

沿着管状物的声学遥测的特征在于多路径或持续几毫秒的时段的混响。因此，持续几毫秒的所发送音调确定了附加几毫秒时段的主要接收频率。通信节点可以通过在与混响时间对应的时间段内接收或“监听”声波来确定所发送的频率，该时间段通常比传输时间长得多。音调持续时间可以足够长，使得音调突发的频谱在相邻音调的频率处具有可忽略的能量，并且监听时间必须足够长以使得多路径的振幅变得显著减小。在一个实施例中，音调持续时间是2ms，然后发送器在发送下一个音调之前保持静音48毫秒。但是，接收器监听2+48＝50ms以确定每个所发送频率，从而利用长混响时间使频率确定更加确定。通过短时间发送并利用多路径来延长可以检测所发送频率的监听时间，减少发送数据所需的能量。

在一个实施例中，采用MFSK调制，其中每个音调选自16个音调的字母表，使得它表示4位的信息。例如，在50ms的监听时间内，数据速率为每秒80位。

音调被选择为在如下频带内，其中可在距发送器节点至少两个节点外的环境和电子噪声之上检测到信号。以这种方式，如果一个节点发生故障，那么可以通过直接在其上方或下方的最近邻居之间发送数据来绕过它。音调可以在大约50kHz至大约500kHz、大约50kHz至大约300kHz、大约60kHz至大约200kHz、大约65kHz至大约175kHz、大约70kHz至大约160kHz、大约75kHz至大约150kHz、大约80kHz至大约140kHz、大约85kHz至大约135kHz、大约90kHz至大约130kHz，或大约100kHz至大约125kHz的频带内均匀地间隔开。音调可以在大约100kHz至125kHz的频带内均匀地间隔开。

节点可以采用“跳频”方法，其中不立即重新使用最后发送的音调。这防止了延长的混响被误认为在相同频率下的第二发送音调。例如，17个音调被用于表示MFSK调制方案中的数据；但是，最后使用的音调被排除在外，因此任何时候实际上只有16个音调可供选择。

通信节点将以超过约50bps的速率作为机械波发送数据。

方法900还可以包括分析从通信节点接收的信号。分析信号，以确定912并更新914至少一个储层地层特性。在传感器是流体测量设备的情况下，可以测量流体流的存在或甚至是体积。在传感器是流体识别传感器的情况下，可以学习流体的性质，例如油与水与气体的关系。在传感器是温度传感器的情况下，可以搜集温度数据。在传感器是压电换能器或麦克风的情况下，可以搜集声音或地震或振动或波数据。在传感器是压力传感器的情况下，可以搜集压力数据。可以测量井下流入控制设备两端的压降。例如，可以将孔口板放置在管道中，其中压力传感器测量板的任一侧的压差。

温度和压力和声音的改变可以指示流体流或相的改变。通信节点生成与这些钻井孔流体参数中的任何一个或全部对应的信号。

在一个方面，分析信号意味着将历史数据作为钻井孔深度的函数进行检查。例如，可以提供示出在具体区处随时间的温度的改变或压力的改变的图表或曲线图。在另一方面，分析信号意味着比较沿着各个感兴趣的区的传感器读数。以这种方式，可以创建沿着钻井孔的温度剖面或流体识别剖面或流体体积剖面。在又一方面，分析信号意味着获取数值数据并将其输入到储层模拟软件中。然后，储层模拟器可以被用于预测未来的压力改变、地球表面沉降(其影响硬件完整性)、流体流趋势或其它因素。

方法900可以包括识别正在沿着钻井孔发送指示需要补救措施的信号的地下通信节点。这些信号可以是指示井性能差(包括例如流体流动差、压力损失或者气体或水突破)的信号。因而，方法900还可以包括优化生产性能的步骤，包括例如但不限于致动流入控制设备以调整沿着钻井孔的流体流。致动流入控制设备的步骤可以包括沿着地下通信节点向下发送声学信号并向传感器通信节点发送声学信号，然后将电信号发送到流入控制设备。流入控制设备具有控制器，该控制器例如由电池供电，其将根据期望打开或关闭套筒以改善或优化井性能。

在方法900中，每个通信节点具有独立的电源。独立电源可以是例如电池，例如锂电池或燃料电池。具有驻留在通信节点的壳体内的电源减少了使电连接通过壳体的需要，这可能损害流体隔离。此外，每个中间通信节点具有换能器和相关联的收发器。

可以从表面向通信节点发送信号以将它们切换到低功率或“睡眠”模式。当不需要实时井下数据时，这可以保持电池寿命。可以重新打开通信节点以沿着钻井孔的所选择区域生成流剖面。在一个方面，在开始酸刺激处理之前打开通信节点。井下传感器将测量穿过每个传感器通信节点并进入地层的刺激流体的流速。以这种方式，搜集关于流出剖面的实时信息。以类似的方式，可以收集流出数据，其中钻井孔用作注水井，用于水驱或其它二次回收操作。

本文还提供了用于监视钻井孔中的储层地层参数的单独方法。该方法可以包括使用声学遥测系统来发送指示储层地层特性的信号。

该方法首先包括从钻井孔接收信号。每个信号定义信息的分组，其具有(i)最初发送该信号的地下通信节点的标识符，以及(ii)最初发送该信号的地下通信节点的声学波形。声学波形表示与当前描述的主题相关的钻井孔流体流参数或条件。流体流条件可以包括但不限于(i)流体流体积、(ii)流体识别、(iii)压力、(iv)温度、(v)阻抗、(vi)流速、(vii)流体密度、(viii)流体流类型、(ix)流体组合物，或(x)其组合中的任何一个或多个。

该方法还可以包括将通信节点与其在钻井孔中的相应位置相关联。此外，该方法包括处理振幅值，以评估钻井孔中的流体流条件。

在这个方法中，可以根据当前描述的主题的通信节点或用于数据的声学传输的其它布置来构造地下通信节点。每个地下通信节点可以根据预先指定的间距附连到管道或套管柱的外壁。地下通信节点被配置为由通过管状体的壁发送的声学信号进行通信。

可以由沿着地下地层驻留的传感器来检测储层地层参数。储层地层参数可以由沿着管状物(包括例如生产管)驻留的传感器检测。传感器可以包括但不限于以下任何一个或多个：(i)驻留在生产管内部的流速测量设备；(ii)温度传感器，其测量在生产管内部流动的流体的温度；(iii)压力传感器，其测量生产管内的压力或压降；(iv)流体密度传感器，其测量生产管内部的流体密度；(v)麦克风，提供无源声学监视，以监听气体进入生产管的声音或者气举阀的开启和关闭；(vi)超声传感器，将气体传输的改变与气体流、气泡、固体和沿着气体入口的流的其它特性联系起来；(vii)多普勒频移传感器；(viii)化学传感器；(ix)成像设备；以及(x)其组合，以产生气体、液体和固体的流的直接或“虚拟”传感器。

从传感器向所选择的地下通信节点发送电、电磁或光纤信号。传感器通信节点内的电声换能器进而将声学信号发送到收发器，收发器然后在声学上发送信号。所选择的地下通信节点中的收发器将声学信号节点到节点地向上发送到代表地层参数的钻井孔，所述参数包括流体流量读数。信号通过一系列地下通信节点从传感器通信节点发送到表面处的接收器，每个地下通信节点根据预先指定的间距附连到管状物(例如，生产管或套管)的壁(例如，外壁)，其中，例如，每个生产区可以包括至少一个传感器和至少一个传感器通信节点，其中传感器可以或可以不驻留在其相关联的传感器通信节点的壳体内。

可以在钻井孔完成之前或之后实施上述方法。例如，在钻完钻井孔的一部分之后，可以带入套管工作人员，以将套管延伸到钻井孔中。套管工作人员将接受如何将地下通信节点安装到生产管的外壁和/或套管的接头上的培训。在磨合期间，通信节点被夹在管道接头上，以形成无线声学遥测系统。在所有套管柱就位并且生产管就位后，通信节点被激活。信号从在多区生产区的每个生产区中提供的流体流传感器传递到传感器通信节点。那些节点经由多个中间通信节点和顶侧通信节点来节点到节点地将信号作为声学信号发送到表面处的接收器。声学信号是识别发送原始波形的传感器通信节点的信息以及流体流数据的分组。

每个通信节点可以包含压电设备，以允许与附近节点的声学通信。每个节点由例如内部电池或燃料电池独立供电。节点可以包括用于存储数据的存储器芯片。

目前描述的系统和方法可以用于评估区带流体流，并评估多区多相流体生产井中的生产状况。所生成的信息可以用于生成地图和/或诊断生产问题，包括例如识别死产区、交叉流、污染、堵塞、减少产量、漏失、石蜡堆积/破裂、含水、腐蚀，等等。

在另一方面，目前描述的主题提供了生产性能的优化，以提高井的一个或多个生产区中的生产效率、产量、质量、成分等。优化可以包括任何化学优化，包括但不限于，例如使用清除剂、抑制剂、抗腐蚀剂、化学固结以增强地层等，如本文所描述的；机械处理，包括例如使用人工举升系统、限流(使用背压调节器)、注入例如油或水，和/或砾石充填和筛网，例如以减少沙子等；热处理，例如，化学、机械和热可以用于处理石蜡问题；以及密封，以弥补漏失问题。其它优化方法可以包括调整泵速和/或套管压力；区带流控制；以及对于海上应用，采用电潜泵系统。

如可以看出的，提供了一种新颖的井下遥测系统，以及通过例如检测和/或监视指示一个或多个储层地层特性(包括例如但不限于孔隙度、渗透率和烃积累)的储层地层参数使用多个数据传输节点进行储层地层表征来无线传输信息的新方法。当前描述的主题通过使用传感器(包括例如永久传感器、可附连的传感器等)测量沿着钻井孔的数据以及例如使用井下设备重新配置完井和/或其它设备以改善和/或优化油井性能来改善井性能。

在永久节点固定在管状体的外表面上的情况下，可以根据本文所述的过程测量岩层的声速。例如，将一个节点作为源并将一个或多个其它节点作为接收器，可以测量源节点与接收器节点之间的声脉冲的飞行或行进时间并且可以确定岩层的声速或音速。由于可以使用高频声脉冲，因此与常规的低频声波测井或勘测相比，可以显著提高音速估计的分辨率或确定。根据本文描述的方法测量岩层的声速或音速的另一种方法是使用脉冲回波方法，其中单个节点既作为源又作为接收器。然后，可以使用确定的经验关系(诸如基于声速的Wyllie时间平均方程)来确定针对岩石基质确定的声速，以估计储层岩石的孔隙度和/或渗透率。类似于声速或音速，也可以获得岩层的声衰减，并且估计也可以用于与孔隙度和渗透率估计相关联。

在各种其它实施例中，本文公开的方法和系统还可以包括使用基于光纤的传感器系统作为至少一个传感器通信节点之一来接收声学信号以感测一个或多个储层地层参数的步骤。基于光纤的传感器可以包括光纤传感器、诸如压电系统之类的声学传感器系统以及感测和/或发送声学信号的射频(RF)系统中的至少一个。在一些实施例中，光纤传感器系统可以包括光纤布拉格光栅(FBG)，诸如在光纤系统中已知的。在一些方面，该方法可以包括以超声频带中或低于该超声频带的频率从至少一个声学遥测节点发送声学信号，并记录使用基于光纤的传感器系统发送的声学信号。例如，分布式声学传感(DAS)光纤系统可以用于记录无源声音反射(低频或超声)或者由从用于发送信号的节点或压电换能器生成的低频或高频波生成的有源回声或声音，所述信号对于表征地层、裂缝、完井、生产信息等可以是有用的。

光纤上的光栅或其它机制可以用于辅助感测功能，诸如作为“麦克风”，而节点本身可以用于生成或再现声学信号。一些系统可以包括基于光纤和声振动信号的混合，通过它们在节点和/或发送器之间进行通信。这种测得和发送的信息可以指示储层岩性、裂缝产生和位置、支撑剂位置、砾石充填信息、固井信息和/或酸刺激响应或信息。

发送器、收发器、中间通信节点和至少一个附加中间通信节点中的至少一个还可以包括基于光纤的传感器系统，以发送感测到的信号。基于光纤的系统可以是混合系统的一部分，其中基于光纤的系统部分还包括使用光纤系统、射频系统和声学系统中的至少一个来发送和/或接收信号，诸如往返于通信节点。本文公开的方法还可以包括在基于光纤的传感器系统和压电声换能器接收器上都接收声学信号，并使用光纤系统、射频系统和声学系统中的至少一个发送接收到的信号，以将信号发送到通信节点。

工业适用性

本文公开的装置和方法适用于油和气工业。

据信，上述公开涵盖具有独立效用的多个不同发明。虽然已经以其优选形式公开了这些发明中的每一个，但是本文公开和说明的本发明的具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变化是可能的。本发明的主题包括本文公开的各种元件、特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。类似地，在权利要求陈述“一个”或“第一”元件或其等同物的情况下，这些权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。

据信，以下权利要求特别指出了针对所公开的发明之一的某些组合和子组合，并且是新颖且非显而易见的。可以通过在本申请的修订或者本申请或相关申请中新权利要求的给出来要求保护在特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合中实施的发明。这些修订后的或新的权利要求，无论是针对不同的发明还是针对相同的发明，无论是与原始权利要求的范围不同、更宽、更窄还是相同，也被认为包括在本公开的发明的主题内。

虽然已经参考特定实施例描述和说明了本发明，但是本领域普通技术人员将认识到的是，本发明适用于不一定在本文示出的变型。为此，为了确定本发明的真实范围，应仅参考所附权利要求。

Claims (25)

1.一种用于储层地层表征的系统，包括：

沿着管状体部署的至少一个传感器，被配置为感测指示至少一个储层地层特性的一个或多个储层地层参数；

至少一个传感器通信节点，沿着管状体放置并固定到管状体的壁，所述传感器通信节点与所述至少一个传感器通信并被配置为从其接收信号；

靠近表面放置的顶侧通信节点；

多个中间通信节点，沿着管状体间隔开并且附连到管状体的壁，其中所述中间通信节点被配置为在基本上节点到节点的布置中将从所述至少一个传感器通信节点接收的信号发送到顶侧通信节点；

位于表面处的接收器，被配置为从顶侧通信节点接收信号；以及

顶侧数据获取系统，被构造和布置成与顶侧通信节点通信。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述多个中间通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合，并且所述至少一个传感器通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合，并且有利地所述多个中间通信节点和所述至少一个传感器通信节点被配置为发送声波，从而向顶侧数据获取系统提供实时信息。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述多个中间通信节点中的每一个包括：

密封的壳体；

驻留在壳体内的电源；以及

至少一个电声换能器，并且还能够包括与所述至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，其中所述至少一个电声换能器被构造和布置成接收和重新发送声波，并且所述至少一个传感器通信节点包括：

密封的壳体；

驻留在壳体内的电源；以及

至少一个电声换能器，并且还能够包括与所述至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，所述至少一个电声换能器被构造和布置成与所述至少一个传感器通信并且响应于此而发送声波。

4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述声波表示包括多个单独音调的异步信息分组，其中所述声波中的至少一些指示一个或多个储层地层参数，所述一个或多个储层地层参数指示至少一个储层地层特性。

5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述至少一个传感器选自流体密度传感器、流体电阻率传感器、流速传感器、压降传感器、闪烁检测器、温度传感器、振动传感器、压力传感器、麦克风、超声传感器、多普勒频移传感器、化学传感器、成像设备、阻抗传感器、衰减传感器或其组合中的一个或多个。在一些实施例中，所述至少一个传感器包括多个传感器。

6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述至少一个传感器采用无源声学监视、有源声学测量、电磁签名检测、声纳监视、雷达监视或辐射监视。

7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其中使用采用压力、振动和温度测量的模型确定渗透率，诸如其中所述一个或多个储层地层参数是压力、振动和温度，这些参数被用于确定渗透率。

8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中向顶侧发送的数据被顶侧数据获取系统用于储层地层表征和生产优化。

9.一种井下无线遥测系统，包括：

沿着管状体部署的至少一个传感器；

至少一个传感器通信节点，沿着管状体放置并固定到管状体的壁，所述传感器通信节点与所述至少一个传感器电连通并被配置为从其接收信号；

靠近表面放置的顶侧通信节点；

多个电声通信节点，沿着管状体间隔开并附连到管状体的壁，每个电声通信节点包括壳体，所述壳体具有用于安装到管状体的表面的安装面；

位于壳体内的压电接收器，所述压电接收器被构造和布置成接收通过管状体传播的声波；

位于壳体内的压电发送器，所述压电发送器被构造和布置成通过管状体发送声波；以及

电源，包括位于壳体内的一个或多个电池；

其中所述电声通信节点被配置为在基本上节点到节点的布置中将从所述至少一个传感器通信节点接收的信号发送到顶侧通信节点。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述压电接收器还用作功率接收器，以经由能量收获电子器件将声音和振动能量转换成电能，所述能量收获电子器件能够包括超级电容器或可充电电池，并且电声通信节点还包括单独的电子器件电路，以优化压电接收器和压电发送器的性能。

11.如权利要求9或10所述的系统，其中压电发送器包括多个压电盘，每个压电盘具有与相邻的压电盘串联连接的至少一对电极，并且将单个电压均等地施加到每个压电盘，并且通过在施加相同电压的同时增加盘的数量来增加压电发送器的机械输出，并且压电接收器包括多个压电盘，每个压电盘具有与相邻压电盘串联连接的至少一对电极，诸如其中所述压电接收器包括单个压电盘，所述单个压电盘具有等同于多个压电盘的总厚度的厚度。

12.如权利要求9至11中任一项所述的系统，其中所述壳体具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端中的每一个具有与其相关联的夹具，用于夹到管状体的外表面。

13.一种用于诸如生产井之类的井的储层地层表征的方法，包括：

经由沿着管状体定位的一个或多个传感器感测指示至少一个储层地层特性的一个或多个储层地层参数；

利用至少一个传感器通信节点从所述一个或多个传感器接收信号；

经由发送器或收发器将那些信号发送到附连到管状体的壁的中间通信节点；

将由中间通信节点接收的信号经由发送器或收发器发送到至少一个附加的中间通信节点；

将由中间通信节点接收的信号经由发送器或收发器发送到顶侧通信节点或虚拟顶侧通信节点；

根据从顶侧通信节点接收的信号确定至少一个储层地层特性；以及

响应于从顶侧通信节点接收的信号更新储层地层模型并优化生产性能。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述中间通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合，并且经由发送器发送从所述一个或多个传感器接收的信号的步骤采用至少一个传感器通信节点，所述至少一个传感器通信节点被配置为发送声波、无线电波、低频电磁波、感应电磁波、光或其组合，并且有利地所述中间通信节点和所述至少一个传感器通信节点被配置为发送声波，从而向储层地层模型提供实时信息。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述中间通信节点中的每一个包括：

密封的壳体；

驻留在壳体内的电源；以及

至少一个电声换能器，并且还能够包括与所述至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，所述电声换能器被构造和布置成接收和重新发送声波，并且所述至少一个传感器通信节点包括：

密封的壳体；

驻留在壳体内的电源；以及

至少一个电声换能器，并且还能够包括与所述至少一个电声换能器相关联的收发器或单独的发送器和接收器，所述电声换能器被构造和布置成与所述至少一个传感器通信并且响应于此而发送声波。

16.如权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述声波表示包括多个单独音调的异步信息分组，其中所述声波中的至少一些指示一个或多个储层地层参数，这些参数指示至少一个储层地层特性。

17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其中所述一个或多个传感器选自流体密度传感器、流体电阻率传感器、流速传感器、压降传感器、闪烁检测器、温度传感器、振动传感器、压力传感器、麦克风、超声传感器、多普勒频移传感器、化学传感器、成像设备、阻抗传感器、衰减传感器或其组合中的一个或多个。

18.如权利要求13至17中任一项所述的方法，还包括：

从中间通信节点发送声学信号；以及

根据声学响应确定储层地层的物理特性，并且可选地在不同时间重复发送步骤，并测量声学响应的改变，以确定是否已发生储层地层状况或特性的物理改变。

19.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中感测一个或多个储层地层参数还包括使用基于光纤的传感器系统作为所述至少一个传感器通信节点中的一个来接收声学信号。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述基于光纤的传感器包括感测声学信号的光纤传感器。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述光纤传感器包括光纤布拉格光栅。

22.如权利要求19所述的方法，还包括以超声频带中的或低于超声频带的频率从至少一个声学遥测节点发送声学信号，并记录使用光纤传感器系统发送的声学信号。

23.如权利要求19所述的方法，其中所述发送器、所述收发器、所述中间通信节点和所述至少一个附加中间通信节点中的至少一个还包括基于光纤的传感器系统，以发送感测到的信号。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述基于光纤的系统还包括使用光纤系统、射频系统和声学系统中的至少一个来向通信节点发送所接收的信号。

25.如权利要求19所述的方法，还包括在基于光纤的传感器系统和压电声学换能器接收器上都接收声学信号，并使用光纤系统、射频系统和声学系统中的至少一个发送接收到的信号二者，以将接收到的信号发送到通信节点。