CN109996929A - 用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管以及包括所述管中的至少一个管的管柱 - Google Patents
用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管以及包括所述管中的至少一个管的管柱 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109996929A CN109996929A CN201780064621.8A CN201780064621A CN109996929A CN 109996929 A CN109996929 A CN 109996929A CN 201780064621 A CN201780064621 A CN 201780064621A CN 109996929 A CN109996929 A CN 109996929A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipe
- metal plate
- well
- fluid
- untethered
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 75
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 75
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 244000045947 parasite Species 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/10—Valve arrangements in drilling-fluid circulation systems
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
- E21B21/01—Arrangements for handling drilling fluids or cuttings outside the borehole, e.g. mud boxes
- E21B21/019—Arrangements for maintaining circulation of drilling fluid while connecting or disconnecting tubular joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
- Insulated Conductors (AREA)
- Supports For Pipes And Cables (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Loading And Unloading Of Fuel Tanks Or Ships (AREA)
Abstract
一种用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，管包括：中空管状体(51)，其在长度上沿着纵向方向X延伸且构造成在端部处与相应的钻管或完井管(11)联接；与管状体(51)相关联且能够连接至管状体(51)外侧的泵送系统(40)的径向阀(52)；与管状体(51)相关联的轴向阀(53)；与管状体(51)相关联的通信模块(20)，通信模块包括选自发射金属板(21)、接收金属板(22)和收发器金属板(35)中的至少一个金属板；电子处理和控制单元(23)，其配置成用于对待借助于至少一个金属板(21、35)发射的信号或者借助于至少一个金属板(22、35)接收的信号进行处理；一个或更多个供电电池(24)，其用于向金属板(21、22、35)及电子处理和控制单元(23)馈电。
Description
技术领域
本发明涉及用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管，所述地层流体例如为碳氢化合物。
本发明还涉及包括所述管中的至少一个管的管柱。
背景技术
用于提取地层流体的井可以与具有大致圆形截面的管道相似，或者换句话说，与长管线相似。
如已知的，旋转钻井涉及使用钻管柱以用于将旋转运动传递至钻头且涉及将稳定流体穿过同一管柱泵送到井中。
管柱通常包括以连续的方式彼此连接的多个钻管，特别地，管通常被分成三个一组并且每三个管的组通常被称为立架。
自从这种类型的钻井的概念出现以来，每当在柱中必须填加新的管或其他元件时，都会出现泵送过程中断的问题。可从其中流体进入到井中的泵送被中断的时刻起识别直到进入到井中的泵送动作再继续为止的这一过渡时期一直被认为是一关键时期。该临界状态一直保持，直到在流体进入到井中的泵送被中断之前存在的状态已经重新建立为止。
在钻柱中的元件插入并连接或者断开连接的过程期间，流体进入到井中的循环中断可能会导致以下缺点：
-在井中由循环引起的动态压力失效，并且动态压力对常规定义的ECD(等效循环密度)的影响被降低；
-在井底处引起的动态压力被调零，从而有利于层状流体潜在地进入到井中(井涌)；
-随着循环的再继续，最易受影响的地层可能会出现恼人的过载，或在较弱的地层中出现潜在的循环损失；
-在垂直度高的井中，钻屑的畅通和快速沉降可能会导致钻柱(BHA)的机械抓持状况；
-在存在大倾角井、大位移井和水平开发井的情况下，钻屑有时间停留在孔的下部部分上，因此，当钻井重新开始时，在插入新的管之后，钻头被迫使在能够再次到达原始地层之前对沉积在井底处的岩屑床进行重钻。
为了克服以上提到的缺点，构思是设想在连续管之间插置、更优选地在连续立架之间插置下述管：该管相对于普通钻管具有更短的长度并且该管配备有用于连续循环的阀系统。
专利US 7,845,433B2描述了用于连续循环的管的实施方式，该实施方式允许保持泵送不间断地进行，并且因此允许在用于实现将新的管添加到管柱中所需的所有操作步骤期间使井中的流体循环以便钻至更大的深度。
此外，在不同的钻井阶段期间，并且特别地在用于在管柱中更换或添加管的阶段期间，必须从定位在井底处和/或沿着整个管柱定位的传感器实时地接收数据。
目前已知了用于从井底以及向井底、更具体地从井底设备以及向井底设备进行双向数据传输的各种系统，该井底设备在下文中被称为“井下工具”。当前系统主要基于：
-所谓的“泥浆脉冲发生器”类型的技术，其基于在所有钻井操作期间通过井中所存在的钻井流体以规定顺序所产生的压力脉冲的传输；
-所谓的“有线管”类型的技术，该技术包括特殊类型的有线管，对于所述有线管而言，通过设置在管自身之间的连接螺纹上的接触元件来确保相邻的管之间的电连续性。因此，根据该“有线管”技术，数据在有线连接件上进行传输；
-所谓的声学遥测技术，其基于声波沿着钻管的传输；
-所谓的“穿过地面”技术，其基于穿过地面的电磁传输。
这些技术中的每种技术都具有一些缺点。
“泥浆脉冲发生器”技术由于“泥浆脉冲发生器”在正确接收信号之前可能需要多次传输相同的信号而实际上具有与传输速率和可靠性有关的限制。这种技术的传输能力取决于钻井流体的特性以及所述流体的循环流率。
“有线管”技术由于有线管非常昂贵而受到极高的成本的影响，此外，每当必须向钻柱添加管时，有线连接被中断，从而在这些操作期间防止了从井底以及向井底通信。
声学遥测技术由于钻头的工作噪声或者由于井相对于完全竖向的偏差而受到潜在的传输误差的影响。
“穿过地面”技术由于被用于覆盖大约为千米量级的传输距离的低频率而受到极低的传输速率(其相当于“泥浆脉冲发生器”技术的传输速率)的影响，并且由于穿过具有不同电磁传播特性的不同地层还受到可靠性问题的影响。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点并且特别是构思用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管、以及管柱，该管和管柱能够确保在用于更换和添加管的操作期间的流体的连续循环，同时能够确保大量的数据实时地从井底和向井底的连续传输，该连续传输独立于钻柱的操作状况、独立于存在于井中的钻井流体且独立于所述流体的循环流率。
根据本发明的这个目的和其他目的通过提供如在独立权利要求中规定的用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管、以及管柱。
用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管以及管柱的其他特征是从属权利要求的目的。
附图说明
通过参照所附示意性附图的以下说明性和非限制性的描述，根据本发明的在用于提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管以及管柱的特征和优点将变得更明显，在附图中：
-图1是用于提取碳氢化合物的钻机的示意图，该钻机包括根据本发明的管柱；
-图2是根据本发明的管柱的实施方式的局部截面示意图；
-图3a是根据本发明的用于无缆双向数据传输并用于连续循环的管的第一实施方式的第一操作构型的示意图；
-图3b是图3a的被虚线框出的细节的视图；
-图3c是根据本发明的用于无缆双向数据传输并用于连续循环的管的第二实施方式的第一操作构型的示意图；
-图4a示出了在根据本发明的用于无缆双向数据传输并用于连续循环的管与包括在图1的钻机中的泵送系统之间的连接；
-图4b是图4a的细节的视图；
-图5是表示设置有发射金属板和接收金属板且被容置在同一管柱的用于无缆双向数据传输和连续循环的两个管中的两个通信模块的示意图，图5还图示了所述两个模块之间的电流流线的示例；
-图6a是表示连接至多个传感器的通信模块的框图；
-图6b是表示用作中继器的通信模块的框图；
-图6c是表示用作再生器的通信模块的框图；
-图7是表示用于图5的构型的模型的电路图；
-图8是表示设置有发射线圈和接收线圈且被容置在同一管柱的用于无缆双向数据传输和连续循环的两个管中的两个通信模块的示意图，图8还图示了所述两个通信模块之间的磁场流线的示例；
-图9是表示如图8的那些通信模块的两个通信模块之间的磁场强度的分布的图表。
具体实施方式
特别地参照图1，该图1示意性地示出了用于提取地层流体的通用井，所述地层流体比如例如为碳氢化合物。该井总体上用附图标记10来表示。
井10借助于包括根据本发明的管柱60的钻机而获得。
管柱60可以是钻柱或者还可以是在井10的生产步骤期间所使用的完井管柱。
管柱在任何情况下都包括以连续的方式彼此连接的多个管11、50，该管柱从地面延伸远至井10的底部。钻头13或者其他挖掘工具或钻井工具可以连接至管柱的下端部。
管11、50可以是中空的且具有大致圆形截面，所述管在以连续的方式彼此连接时，从而形成例如如图3a和图3b中所示的内部管道。钻机包括也被称为钻机泵歧管的泵送系统40，该泵送系统40与管柱60相关联且适用于对内部管道内的稳定流体进行泵送，从而产生朝向井底定向的主要流。因此，稳定流体穿过管柱60，直到稳定流体靠近钻头13离开为止。
管柱60能够与多个所谓的MWD(随钻测量)式传感器14相关联，所述多个传感器14可以沿着柱定位并且特别是定位成与井10的底部相对应。所述MWD式传感器14配置成用于对与在井中循环的流体相关且与井10周围的岩层相关的多个参数进行连续检测。这些MWD式传感器14可以例如是密度传感器或电阻率传感器，所述密度传感器或所述电阻率传感器配置成分别对钻井流体等的密度的值和电阻率的值进行连续测量。管柱60还可以与安全装置或其他远程受控的井仪器(未示出)相关联。
所述多个管11、50包括多个钻管或完井管11以及根据本发明的用于无缆双向数据传输和连续循环的多个管50。所述用于无缆双向数据传输和连续循环的管50的长度——例如在从50cm至200cm的范围内——比钻管或完井管11的长度短。
用于无缆双向数据传输和连续循环的管50沿着管柱60以一个或更多个钻管或完井管11的预定间距定位在两个钻管或完井管11之间。
用于无缆双向数据传输和连续循环的管50优选地沿着管柱以三个钻管或完井管的间距定位。
在这种情况下，彼此相互连接的三个钻管或完井管的组通常被称为立架。
用于无缆双向数据传输和连续循环的管50有利地具有中空管状体51，该中空管状体51在长度上沿着纵向方向X延伸，并且该中空管状体51构造成用于在端部处与相应的钻管或完井管11联接。这种联接例如可以具有带螺纹类型或棱柱类型。
管状体51设置有径向阀52和轴向阀53，该径向阀52构造成用于对流体沿相对于纵向方向X的大致径向或横向方向的流动进行调节，该轴向阀53构造成用于对流体沿着所述纵向方向X的流动进行调节。特别地，轴向阀53构造成用于对从泵送系统泵送的主要流体的流动进行调节。径向阀52可以有利地连接至位于管状体51外侧的泵送系统40。所述径向阀52优选地借助于与由泵送系统自身供给的柔性管41联接的连接器或适配器而连接至所述泵送系统40。
径向阀52优选地设置有安全盖，该安全盖优选地是压力密封的。
径向阀52和轴向阀53更优选地是蝶阀。
径向阀52和轴向阀53更优选地是预加载有弹簧的蝶阀。
在钻井期间，径向阀52有利地通过安全盖保持关闭，而轴向阀53保持打开，以允许稳定流体朝向井底通过。
当另一管11必须添加至管柱时，对最接近表面的、用于无缆双向数据传输和连续循环的管50进行如下干预。泵送系统例如借助于柔性管41连接至径向阀52，并且穿过位于管柱60的入口处的注射头部的主要流体的流动被中断。轴向阀53被关闭，径向阀52被打开并且穿过柔性管41的辅助流体的流动被启动。此时，新的管11可以插入位于连接至泵送系统的连接管50上方的管柱60中。一旦管柱60已与新的管组装，径向阀52被关闭，轴向阀53被打开并且主要流体的流动通过管柱60的注射头部的供给而恢复。
根据本发明的用于无缆双向数据传输和连续循环的管50还包括与管状体51相关联的通信模块20。
如在图3a中能够观察到的，管状体51优选地具有与径向阀52和轴向阀53相关联的、用于连续循环的第一纵向部分，并且具有与通信模块20相关联的、用于无缆双向数据传输的第二纵向部分。
在这种情况下，第一纵向部分和第二纵向部分相对于彼此是连续的。
根据图3c中所示的替代性实施方式，用于连续循环的第一纵向部分和用于无缆双向数据传输的第二纵向部分被部分地叠置。在这种情况下，用于通信模块的一些容置部可以以与用于连续循环的第一纵向部分相对应的方式生产，以便获得相对于图3a的用于无缆双向数据传输和连续循环的管50而言的更紧凑的构型。
根据本发明，每个通信模块20包括：
-至少一个金属板21、22、35，所述至少一个金属板21、22、35选自：
-发射金属板21；
-接收金属板22；
-收发器金属板35；
-电子处理和控制单元23，该电子处理和控制单元23例如包括微处理器，该电子处理和控制单元23配置成用于对待借助于所述至少一个金属板21、35发射的信号或者借助于所述至少一个金属板22、35接收的信号进行处理；
-一个或更多个供电电池24，所述一个或更多个供电电池24用以向金属板21、22、35以及电子处理和控制单元23馈电。
在每个通信模块20中，金属板21、22、35有利地与连接管50的金属体电隔离。
以这种方式，避免了金属板21、22、35与连接管50的金属体之间的电接触。
金属板21、22、35优选地是弧形形状的。
在本发明的特定实施方式中，每个通信模块20包括两个发射金属板21和/或两个接收金属板22。
在通信模块20包括收发器金属板35的情况下，接收操作和发射操作即使是同时的也以合适的不同频带实现。这使得对于相同的整体尺寸而言能够增大板的尺寸，从而改善发射和接收效率。
除了如在图3a、图3b、图3c和图4b中所示的所述至少一个金属板21、22、35之外，每个通信模块20还可以包括至少一个发射线圈25和至少一个接收线圈26，所述至少一个发射线圈25和所述至少一个接收线圈26相对于彼此同轴并且相对于与所述至少一个发射线圈25和所述至少一个接收线圈26相关联的、用于无缆双向数据传输和连续循环的管50的纵向轴线同轴。
更具体地，所述至少一个发射线圈25具有很少的匝数——例如大约为数十匝——并具有大直径的导体、例如直径大于1mm的导体，以使流动通过导体本身的电流最大化并且因此使与该电流成比例的磁场最大化并且以使功率损耗最小化。
另一方面，所述至少一个接收线圈26具有大量匝数、例如大约为几千匝，以在实际可达到的极限内包含信号放大增益并且改善放大性能。
所述至少一个发射线圈25和所述至少一个接收线圈26如在图3a、图3b、图3c和图4b中所示优选地相对于彼此叠置，以对沿着与所述至少一个发射线圈25和所述至少一个接收线圈26相关联的、用于无缆双向数据传输和连续循环的管50的纵向轴线的阻碍进行限制。
供电电池以及电子处理和控制单元23可以优选地被容置在一个或更多个容置部中，在图3b中进行了详细说明的实施方式中，供电电池以及电子处理和控制单元23被容置在第一容置部54中，而金属板21、22、35以及线圈25、26被容置在第二容置部55中。被分配用于容置电池以及电子处理和控制单元23的容置部54朝向用于无缆双向数据传输和连续循环的管50的外侧被封闭，所述容置部54实际上是由管内侧的分隔部产生的。
另一方面，线圈25、26和金属板21、22、35的容置部55朝向管的外侧敞开，这是因为线圈25、26和金属板21、22、35的容置部55均由用于无缆双向数据传输和连续循环的管50的侧表面中的凹部形成，如图3b中可以观察到的。
特别地，线圈25、26以与凹部55相对应的方式围绕用于无缆双向数据传输和连续循环的管50缠绕，并且之后，所述至少一个金属板21、22、35设置在面向外部的位置中，使得在正常使用期间所述至少一个金属板21、22、35与在井中循环的流体直接接触。
在图3a中所示的特定实施方式中，第一容置部54和第二容置部55在用于连续循环的第一纵向部分的下方、更具体地在径向阀52的下方沿纵向方向生产。
相反，在图3c中所示的实施方式中，第一容置部54以与径向阀52相对应的方式形成，而第二容置部55以与轴向阀53相对应的方式形成。
因此，管柱60的两个连续的通信模块20之间的通信可以利用从一个模块的发射金属板21或收发器金属板35注入到泥浆中并由下一个模块的接收金属板22或收发器金属板35所捕获的电流而进行，以及/或者利用由一个模块的线圈25所产生并由下一个模块的线圈26所连系的磁场而进行。
在任何情况下，通信模块20可以配置成用作发射器和/或接收器和/或中继器和/或再生器。
特别地，在单个通信模块20配置成用作信号发射器的情况下，例如如在图6a中的那样，电子处理和控制单元23配置成用于获取并处理来自传感器14的检测数据或者获取并处理用于安全装置和其他井底仪器的控制信号。在这种情况下，电子处理和控制单元23包括：数据获取模块27，该数据获取模块27配置成创建待发送的数据包；编码模块28，该编码模块28用于对所述数据包进行编码；调制电路29，该调制电路29用于对与已编码的数据包相对应的信号进行调制；以及输出放大电路30，该输出放大电路30用于对已调制的信号进行放大并且向发射金属板21或收发器金属板35和/或发射线圈25馈电。
相应地，在配置成用作信号接收器的通信模块20中，电子处理和控制单元23包括：输入放大电路31，该输入放大电路31用于对从接收金属板22或收发器金属板35和/或从接收线圈26接收的信号进行放大；解调电路32，该解调电路32用于所述已接收且已放大的信号；以及解码模块33，该解码模块33用于已解调的信号。
在配置成用作信号中继器的通信模块20中，如例如在图6b中的那样，电子处理和控制单元23包括：输入放大电路31，该输入放大电路31用于对从接收金属板22或收发器金属板35或者从接收线圈26接收的信号进行放大；再调制电路34，该再调制电路34用于以相对于所接收的信号的载波频率不同的载波频率对待再发射的信号进行再调制；以及输出放大电路30，该输出放大电路30用于对已再调制的信号进行放大。通过模拟电路所实现对载波的这种修改对于使通信模块20免受下述串扰现象而言是必需的：该串扰现象为在信息传递中产生的不可避免的问题。
在配置成用作信号再生器的通信模块20中，如例如在图6c中的那样，电子处理和控制单元23包括：输入放大电路31，该输入放大电路31用于对从接收金属板22或收发器金属板35或者从接收线圈26接收的信号进行放大；解调电路，该解调电路用于所述已接收且已放大的信号；解码模块33，该解码模块33用于已解调的信号；编码模块28，该编码模块28用于先前已解码的信号；调制电路29，该调制电路29用于以相对于所接收的信号的载波频率不同的载波频率对待再发射的信号进行再调制(以使通信模块20免受下述串扰现象：该串扰现象为在信息传递中产生的不可避免的问题)；以及输出放大电路30，该输出放大电路30用于对已重新调制的信号进行放大。
更具体地，待传输的数据被组织在具有例如从10比特到100千比特的可变长度的包中。每个数据包可以例如经受用于对数据进行压缩的源编码过程和/或经受用于减小误差的可能性的信道编码过程。调制电路29将信号数据包转换成具有适用于在井10内进行传输的特性的合适的信号。
所使用的调制的示例是DQPSK(差分四相相移键控)，根据DQPSK而产生具有一定载波频率f——例如范围从1千赫兹到30千赫兹——的正弦信号，该正弦信号的相位根据具有长度为2比特的每个序列的值而改变，因此该相位可以获得四个值，例如(π/4、3/4π、-π/4、-3/4π)。每对比特可以映射在正弦曲线的绝对相位中或者映射在相对于与先前对的比特相对应的正弦曲线的相对相位差(差分QPSK)中。后一种选项是优选的，因为这使得在下一个通信模块中反向解调过程更简单，这是因为由于由缺少估计值所引入的误差的事实可以借助于现有技术领域中已知的技术消除而使这将对评估频率f的精确值而言不是必要的。此外，波形还可以通过合适的平方根升余弦滤波器来滤波，以便以相同的传输速率限制信号的占有频带。
因此，所获得的已调制的电压信号通过能够供给电流的输出放大电路30而被放大至具有例如范围从1v到100v的值的电压，所述电流具有例如范围从0.1A到10A的峰值。
下一个通信模块20的输入放大电路31将流动通过接收金属板22或收发器金属板35的电流转化为具有峰值为几伏的电压信号，此外，这些输入放大电路31适于接收金属板22或收发器金属板35的阻抗，从而防止进入下一个装置的电压因“分流”效应而衰减。
为了对借助于金属板21、22、35所实现的传输方法进行解释，可以考虑从包括有发射金属板21的第一通信模块20MC1至包括有接收金属板22的第二通信模块20MC2进行传输的示例情况，如在图5中所示的实例中的那样。关于该构型的考虑可以被应用于在两个收发器金属板35之间或者在发射金属板21与收发器金属板35之间进行传输的情况。图5的构型由在图7中所示的电路图示意性表示，在图7中，以下各项被考虑在内：
-接地参考是由在该图中被认为是理想导体的连接管50的金属体给出的，该金属体通常由钢制成；
-Vi表示沿着井10的纵向轴线变化的电势；
-Ii表示沿着井10的纵向轴线变化的电流；
-V0表示由发射金属板21所产生的电势；
-Zi,A表示与沿纵向方向，即，平行于井10的纵向轴线流动的电流相反的无穷小的“纵向”电阻抗；
-Zi,B表示与沿径向方向，即，正交于井10的纵向轴线流动的流相反的无穷小的“径向”电阻抗。
更具体地，能够认为的是，Zi,A＝zi,AdL，并且Zi,B＝zi,B/dL，其中：
-dL是Zi,A和Zi,B分别所指的无穷小部分的物理长度；以及
-Zi,A和Zi,B是管-板组件的每单位长度的“特定阻抗”，其取决于所述组件的几何形状以及对应的特定电子参数(传导率、介电常数)。
第一模块MC1的发射金属板21将由承载待传输的数据的信息信号所调制的可变电流注入到围绕管柱的流体中。
电流流动通过流体，在存在壳体的情况下流动通过壳体，并且流动通过井10周围的岩层，以便然后通过与板相关联的、用于无缆双向数据传输和连续循环的钢管50返回至发射金属板21的接地参考。
这种电流中的一部分到达第二通信模块MC2的接收金属板22。该电流被放大，并且然后由电子处理和控制单元获取以提取被包含在电流中的信息，或者直接地被再次放大以便再传输至第三通信模块。
在图7的电路图中，第一通信模块MC1的电子处理和控制单元由具有幅值为VTX的电压发生器表示，而发射金属板21由节点PT表示。具有幅值为VTX的电压发生器通过发射金属板PT与流体的上覆延伸部耦合，这种耦合用阻抗ZT1模拟。流体的这种延伸部还具有下述阻抗ZT2：该阻抗ZT2源自由发射金属板朝向地面或者朝向管的金属体——发射金属板21被应用至该金属体——所产生的电流的一部分。
第二通信模块MC2的接收金属板在图7的电路图中以节点PR表示，这种接收金属板22与流体的上覆延伸部耦合，这种耦合用阻抗ZR1模拟。流体的这种延伸部还具有下述阻抗ZR2：该阻抗ZR2源自靠近接收金属板朝向地面或者朝向管的金属体——发射金属板21被应用至该金属体——的电流的一部分。接着，接收金属板连接至第二通信模块的电子处理和控制单元，该电子处理和控制单元特别示意性表示为具有下述低输入阻抗的电流(接近于零)的放大器ZIN：该具有低输入阻抗的电流的放大器ZIN实际上对通过接收金属板的电流信号进行放大，从而获得包含有所接收的信息的电压信号VRX。
在发射金属板21和接收金属板22具有柱状弧形形状的情况下，所述相同的板与在管柱周围的流体耦合的效率基本上取决于这种弧状部的纵向部分的长度以及由该弧状部所形成的角度。这种长度越大且角度越接近360°，则上述耦合的效率将越大。
在通信模块20除了包括金属板21、22、35之外还包括发射线圈和接收线圈的情况下，柱状弧形优选地不描绘成完整的360°角度，以避免在线圈激励期间在金属板21、22、35上感应的寄生电流。
相对于通过发射线圈25和接收线圈26在两个通信模块之间进行信号传输，应当考虑将图8和图9的示意图作为示例。特别地，在图9中表示了由发射线圈25产生并连系至接收线圈26的磁场线。
如可以观察到的，线圈在与管柱60的连接管50同轴的构型中的布置使得能够使与接收线圈26连系的磁场流最大化。实际上，接收线圈26大致封围由铁磁性钢制成的、用于无缆双向数据传输和连续循环的管50的整个周向范围，其中，磁场流的大部分被限制在该整个周向范围内。因此，对于接收线圈26的头部有用的信号包含由发射线圈25在前面的接收线圈的位置所产生的整个磁场分布的贡献。
通过已经进行的描述，本发明的目的的用于无缆双向数据传输和连续循环的管以及管柱的特征是明显的，正如相关优点也是清楚的。
朝向位于井中的传感器的检测表面的传输以安全地、廉价地且大致实时地进行，从而允许对井底参数进行实时地连续监测，因此，由于在从预期参数中检测到异常和偏差的情况下立即进行干预的可能性而允许在钻井期间、特别是在管柱中更换或添加管的精细步骤期间增加安全性。
实际上，通过对数据进行实时管理和分析，能够立即识别到交叉的地层的变化以及井的轨迹相对于计划的轨迹的偏差，从而允许更快地做出操作决定并且允许通过纠正措施进行干预。
此外，根据本发明的管柱还使得能够在防喷器(BOP)被关闭的井控制阶段期间或者在所有受管理的压力钻井的应用期间设置所有井底数据。
在存在循环损失的情况下数据也是连续传输的。不再需要使操作——该操作用以向自动井底设备发送命令来设定或校正钻井轨迹——减慢。
传输大量数据的能力保持了较高的钻井推进速度，使得能够在清晰度高于当前标准的情况下在对表面进行实时地钻井测量的同时发送测井曲线，并且有永久地替换现有的电缆测井曲线的可能性。
沿着整个钻柱具有传感器的可能性允许对沿着井的整个轴线的参数——比如压力、温度、电压负载和压缩载荷、扭转和弯曲——进行连续监测。这例如使得能够防止并有效地解决柱卡紧事件、冲洗识别等事件。
应用领域主要涉及油井的钻井步骤，但是这并不排除也在生产步骤期间的使用。实际上，用于无缆双向数据传输和连续循环的管可以既结合在钻柱内又结合在完井柱内，并且在任何情况下在能够从井底或者从沿着管线的中间点发送或接收数据的所有状况中既结合在钻柱内又结合在完井柱内。
将通信模块和用于连续循环的阀集成在单个对象中还使得能够减少沿着管柱安装这些设备的时间。为了确保在更换或添加管的情况下监测井的状况和连续循环，实际上需要安装单个设备——用于无缆双向数据传输和连续循环的管。
这种用于无缆双向数据传输和连续循环的管的紧凑尺寸还使得能够考虑到用于设置在目前现有的钻井机械上的管柱的最大长度。
最后，清楚的是，因此所构思的用于无缆双向数据传输和连续循环的管以及管柱可以明显地进行若干的改型和变型，所有改型和变型都被包括在本发明中，此外，所有细节可以由技术等同的元素代替。实际上，所使用的材料以及还有尺寸可以根据技术要求而变化。
Claims (8)
1.一种用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，所述管(50)包括：
-中空管状体(51)，所述中空管状体(51)在长度上沿着纵向方向X延伸，并且所述中空管状体(51)构造成用于在端部处与相应的钻管或完井管(11)联接；
-径向阀(52)，所述径向阀(52)与所述管状体(51)相关联，并且所述径向阀(52)设置成对流体沿相对于所述纵向方向X的大致径向或横向方向的流动进行控制，所述径向阀(52)能够连接至位于所述管状体(51)外侧的钻机(10)的泵送系统(40)；
-轴向阀(53)，所述轴向阀(53)与所述管状体(51)相关联，并且所述轴向阀(53)设置成对流体沿着所述纵向方向X的流动进行控制；
-通信模块(20)，所述通信模块(20)与所述管状体(51)相关联，并且所述通信模块(20)包括：
-至少一个金属板(21、22、35)，所述至少一个金属板(21、22、35)选自：
-发射金属板(21)；
-接收金属板(22)；
-收发器金属板(35)；
-电子处理和控制单元(23)，所述电子处理和控制单元(23)配置成用于对待借助于所述至少一个金属板(21、35)发射的信号或者借助于所述至少一个金属板(22、35)接收的信号进行处理；
-一个或更多个供电电池(24)，所述一个或更多个供电电池(24)用于向所述金属板(21、22、35)以及所述电子处理和控制单元(23)馈电。
2.根据权利要求1所述的用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，其中，所述通信模块(20)包括至少一个发射线圈(25)和至少一个接收线圈(26)，所述至少一个发射线圈(25)和所述至少一个接收线圈(26)相对于彼此同轴且相对于所述管状体(51)的纵向轴线同轴。
3.根据权利要求2所述的用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，其中，所述至少一个发射线圈(25)和所述至少一个接收线圈(26)相对于彼此叠置。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，其中，所述供电电池(24)以及所述电子处理和控制单元(23)被容置在所述管状体(51)的第一容置部(54)中，而所述至少一个金属板(21、22、35)以及所述线圈(25、26)被容置在所述管状体(51)的第二容置部(55)中。
5.根据权利要求4所述的用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，其中，所述第一容置部(54)和所述第二容置部(55)在所述径向阀(52)的下方沿纵向方向制造。
6.根据权利要求4所述的用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管(50)，其中，所述第一容置部(54)在所述径向阀(52)处制造，而所述第二容置部(55)在所述轴向阀(53)处制造。
7.一种对地层流体进行提取的通用井的钻机用的管柱(60)，所述管柱(60)包括以连续的方式彼此连接的多个管(11、50)，所述多个管(11、50)包括多个钻管或完井管(11)以及多个根据前述权利要求中的任一项所述的用于无缆双向数据传输和连续循环的管(50)，所述用于无缆双向数据传输和连续循环的管(50)的长度比所述钻管或完井管(11)的长度短。
8.根据权利要求7所述的管柱(60)，其中，所述用于无缆双向数据传输和连续循环的管(50)以一个或更多个钻管或完井管(11)的预定间距定位在两个钻管或完井管(11)之间。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102016000106357A IT201600106357A1 (it) | 2016-10-21 | 2016-10-21 | Asta per la trasmissione dati bidirezionale cableless e la circolazione continua di fluido stabilizzante in un pozzo per l’estrazione di fluidi di formazione e batteria di aste comprendente almeno una di tali aste. |
| IT102016000106357 | 2016-10-21 | ||
| PCT/IB2017/056527 WO2018073797A1 (en) | 2016-10-21 | 2017-10-20 | Pipe for cableless bidirectional data transmission and the continuous circulation of stabilizing fluid in a well for the extraction of formation fluids and a pipe string comprising at least one of said pipes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109996929A true CN109996929A (zh) | 2019-07-09 |
Family
ID=58010268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780064621.8A Pending CN109996929A (zh) | 2016-10-21 | 2017-10-20 | 用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管以及包括所述管中的至少一个管的管柱 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11118448B2 (zh) |
| EP (1) | EP3529453B1 (zh) |
| CN (1) | CN109996929A (zh) |
| AU (1) | AU2017345521B2 (zh) |
| CA (1) | CA3040621A1 (zh) |
| EA (1) | EA201990888A1 (zh) |
| IT (1) | IT201600106357A1 (zh) |
| MA (1) | MA46572A (zh) |
| MX (1) | MX2019004474A (zh) |
| MY (1) | MY196423A (zh) |
| SG (2) | SG10202104048VA (zh) |
| WO (1) | WO2018073797A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110397433A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-01 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种岩屑床识别系统 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11725503B2 (en) * | 2021-04-05 | 2023-08-15 | Underground Magnetics, Inc. | Wireless telemetry system for horizontal directional drilling |
| CN113482560B (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-14 | 西南石油大学 | 一种自带夹持装置的新型双阀门式连续循环阀 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009143409A2 (en) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | Martin Scientific, Llc | Reliable downhole data transmission system |
| WO2012100259A2 (en) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Weatherford/Lamb, Inc. | Telemetry operated circulation sub |
| US20140216816A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-07 | Baker Hughes Incorporated | Continuous circulation and communication drilling system |
| US20160069178A1 (en) * | 2012-07-24 | 2016-03-10 | John J. Mulholland | Wireless downhole feedthrough system |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7836973B2 (en) | 2005-10-20 | 2010-11-23 | Weatherford/Lamb, Inc. | Annulus pressure control drilling systems and methods |
| US20070246263A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Reitsma Donald G | Pressure Safety System for Use With a Dynamic Annular Pressure Control System |
| WO2014205130A2 (en) | 2013-06-18 | 2014-12-24 | Well Resolutions Technology | Apparatus and methods for communicating downhole data |
| WO2015047418A1 (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-02 | Halliburton Energy Services, Inc. | Synchronous continuous circulation subassembly with feedback |
| NO347497B1 (en) | 2014-05-19 | 2023-11-27 | Schlumberger Technology Bv | Method and apparatus for continuosly controlling a well flow rate |
| WO2016108811A1 (en) * | 2014-12-29 | 2016-07-07 | Halliburton Energy Services, Inc. | Band-gap communications across a well tool with a modified exterior |
| WO2016161411A1 (en) | 2015-04-02 | 2016-10-06 | Schlumberger Technology Corporation | Downhole tool and electronics packaging configuration therefor |
-
2016
- 2016-10-21 IT IT102016000106357A patent/IT201600106357A1/it unknown
-
2017
- 2017-10-20 EP EP17798331.9A patent/EP3529453B1/en active Active
- 2017-10-20 MX MX2019004474A patent/MX2019004474A/es unknown
- 2017-10-20 WO PCT/IB2017/056527 patent/WO2018073797A1/en unknown
- 2017-10-20 CA CA3040621A patent/CA3040621A1/en active Pending
- 2017-10-20 US US16/342,316 patent/US11118448B2/en active Active
- 2017-10-20 EA EA201990888A patent/EA201990888A1/ru unknown
- 2017-10-20 SG SG10202104048VA patent/SG10202104048VA/en unknown
- 2017-10-20 MY MYPI2019002079A patent/MY196423A/en unknown
- 2017-10-20 AU AU2017345521A patent/AU2017345521B2/en active Active
- 2017-10-20 MA MA046572A patent/MA46572A/fr unknown
- 2017-10-20 CN CN201780064621.8A patent/CN109996929A/zh active Pending
- 2017-10-20 SG SG11201903395UA patent/SG11201903395UA/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009143409A2 (en) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | Martin Scientific, Llc | Reliable downhole data transmission system |
| WO2012100259A2 (en) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Weatherford/Lamb, Inc. | Telemetry operated circulation sub |
| US20160069178A1 (en) * | 2012-07-24 | 2016-03-10 | John J. Mulholland | Wireless downhole feedthrough system |
| US20140216816A1 (en) * | 2013-02-06 | 2014-08-07 | Baker Hughes Incorporated | Continuous circulation and communication drilling system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110397433A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-01 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 | 一种岩屑床识别系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018073797A1 (en) | 2018-04-26 |
| MY196423A (en) | 2023-03-30 |
| EP3529453B1 (en) | 2022-11-30 |
| US11118448B2 (en) | 2021-09-14 |
| AU2017345521A1 (en) | 2019-05-23 |
| MX2019004474A (es) | 2019-06-17 |
| EP3529453A1 (en) | 2019-08-28 |
| AU2017345521B2 (en) | 2022-07-28 |
| SG10202104048VA (en) | 2021-05-28 |
| SG11201903395UA (en) | 2019-05-30 |
| IT201600106357A1 (it) | 2018-04-21 |
| EA201990888A1 (ru) | 2019-09-30 |
| CA3040621A1 (en) | 2018-04-26 |
| US20200056475A1 (en) | 2020-02-20 |
| MA46572A (fr) | 2019-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9513398B2 (en) | Casing mounted EM transducers having a soft magnetic layer | |
| CA2552514C (en) | Formation evaluation system and method | |
| US8400326B2 (en) | Instrumentation of appraisal well for telemetry | |
| AU2014389473B2 (en) | Casing coupler mounted EM transducers | |
| US8711045B2 (en) | Downhole telemetry system | |
| US20070247329A1 (en) | System and Method for Downhole Telemetry | |
| NO880031L (no) | Anordning for dataoverfoering ved borebroenner. | |
| CA2259760A1 (en) | Electromagnetic resistivity tool and method for use of same | |
| US20130255966A1 (en) | Removable modular antenna assembly for downhole applications | |
| CN109996929A (zh) | 用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输和稳定流体连续循环的管以及包括所述管中的至少一个管的管柱 | |
| CN107075912A (zh) | 牙轮电阻率传感器 | |
| CN110397407B (zh) | 一种双台肩导电钻杆 | |
| MXPA02000232A (es) | Arreglo para medir la resistividad de una formacion terrestre a las ondas propagantes. | |
| CN217080441U (zh) | 一种套管井井地信号双向无线电磁传输装置 | |
| CN109477381A (zh) | 用于在提取地层流体的井中进行无缆双向数据传输的系统 | |
| RU181692U1 (ru) | Устройство для передачи сигналов в скважинной среде | |
| CN209959239U (zh) | 用于地层测试的系统 | |
| EA039999B1 (ru) | Труба для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции стабилизирующего флюида в скважине для добычи пластовых флюидов и колонна труб, содержащая по меньшей мере одну упомянутую трубу | |
| OA19061A (en) | Pipe for cableless bidirectional data transmission and the continuous circulation of stabilizing fluid in a well for the extraction of formation fluids and a pipe string comprising at least one of said pipes. | |
| CN109653735A (zh) | 一种基于电流回路的钻井信号下传装置及信号下传方法 | |
| CN116220661A (zh) | 一种超短半径mwd随钻测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |