CN113073973B - 一种油井井下数据无线传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油井数据传输领域，特别是一种油井井下数据无线传输方法，包括：对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，注入水泥，形成第一未凝固水泥环；多个第一部件组嵌入第一未凝固水泥环；形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出；依次进行n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；进行继续钻井操作；分离漂浮部件，并将漂浮部件抛离至钻井泥浆中；每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；所述漂浮部件和所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面接收端，实现井下无线传输，传输数据更全面更准确。

Description

一种油井井下数据无线传输方法

技术领域

本发明涉及到油井数据传输领域，特别是涉及到一种油井井下数据无线传输方法。

背景技术

石油领域的井下检测方法主要包括随钻测井，而随钻测井如何将采集到的井下数据及时传输到地面是个难题。现有的随钻测井方案，一般采用脉冲传输的方式，借助钻井泥浆将采集到的数据传输到地面，但是这种方案存在传输数据低等缺点。若能够采用无线传输的方式，将井下数据传输到地面，那么能有效解决现有的井下数据传输的缺陷，但是井下无线传输由于信号衰减大、传输距离短、实施成本高等原因而无法有效实施。因此，现有技术中缺乏可靠的井下无线传输方案。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种油井井下数据无线传输方法，包括以下步骤：

S1、对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环；

S2、在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的多个第一部件组，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池；

S3、在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出；

S4、依次进行第二次固井操作、…、和第n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；其中，第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环的内表面分别镶嵌有多个第二部件组、…、和多个第n部件组；其中，多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的任意一个部件组均包括多个部件，处于同一个部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；n为大于等于2的整数；

S5、进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，再将采集数据存储在可分离的漂浮部件中；其中，漂浮部件包括无线信号发送器和数据存储器；

S6、分离漂浮部件，并将漂浮部件抛离至钻井泥浆中，从而漂浮存储部件随钻井泥浆上升，并且漂浮存储部件在上升过程中持续发送无线信号；

S7、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；

S8、漂浮部件和多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输。

进一步地，第一部件组中的任意一个部件均包括第一弹力机构和第一卡块，第一弹力机构与第一套管外表面通过第一卡块连接，第一卡块由温致伸缩材料制成，温致伸缩材料在降温时收缩；在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的多个第一部件组，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池的步骤S2，包括：

S201、在第一预设时间后，对第一套管进行第一冷却处理，从而使得第一部件组中的所有部件中的第一卡块收缩，致使第一弹力机构释放存储的弹性势能，以将第一部件组中的所有部件水平弹入第一未凝固水泥环的内表面上；

S202、在第一未凝固水泥环未完全凝固时，向上提拉第一套管，以使得第一套管发生第一位移；其中，第一位移的长度大于第一部件组中的任意一个部件的长度。

进一步地，在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出的步骤S3，包括：

S301、在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，对第一套管进行第二冷却处理，以使第一套管与第一凝固水泥环之间产生空隙；

S302、将第一套管沿井眼的轴向方向提升，以将第一套管从井眼中移出。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件均被包裹在外壳中，在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的多个第一部件组，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池的步骤S2，包括：

S211、在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的包裹有第一部件的外壳，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；

多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7，包括：

S701、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个指定部件；

S702、指定部件控制包裹指定部件的指定外壳的可开启窗口开启，从而钻井泥浆进入指定外壳内部，将指定部件带离凝固水泥环；其中，指定外壳与凝固水泥环未接触的表面上具有可开启窗口。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件的无线通信半径不大于50米，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意两个部件之间的距离不小于50米。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件的无线通信半径不大于20米，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意两个部件之间的距离不小于100米。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7，包括：

S711、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个指定部件；其中，指定部件中的无线信号收发器、数据存储器和电池组合成第一集合体，指定部件的其他部分组成第二集合体，第一集合体和第二集合体可分离式连接；

S712、指定部件中的第一集合体脱离进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7之前，包括：

S61、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件，均使用传感器进行实时数据采集处理；

S62、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件，均将采集到的数据存储在对应的数据存储器中。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件均至少包括泥浆压力传感器和深度传感器。

本发明的油井井下数据无线传输方法，对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环；多个第一部件组嵌入第一未凝固水泥环的内表面；形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出；依次进行第二次固井操作、…、和第n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，存储在可分离的漂浮部件中；分离漂浮部件，并将漂浮部件抛离至钻井泥浆中，漂浮存储部件在上升过程中持续发送无线信号；每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；漂浮部件和多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输，使得井下无线传输成为了可能，并且无线传输的不仅是井下末端的数据，而且还是覆盖整个油井的数据，数据更全面更准确。

附图说明

图1 为本发明一实施例的油井井下数据无线传输方法的流程示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明实施例提供一种油井井下数据无线传输方法，包括以下步骤：

S1、对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环；

S2、在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的多个第一部件组，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池；

S3、在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出；

S4、依次进行第二次固井操作、…、和第n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；其中，第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环的内表面分别镶嵌有多个第二部件组、…、和多个第n部件组；其中，多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的任意一个部件组均包括多个部件，处于同一个部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；n为大于等于2的整数；

S5、进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，再将采集数据存储在可分离的漂浮部件中；其中，漂浮部件包括无线信号发送器和数据存储器；

S6、分离漂浮部件，并将漂浮部件抛离至钻井泥浆中，从而漂浮存储部件随钻井泥浆上升，并且漂浮存储部件在上升过程中持续发送无线信号；

S7、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；

S8、漂浮部件和多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输。

本发明的油井井下数据无线传输可在任意可行场景中实施，例如在随钻测井时进行，并且优选在深井中进行。并且，本发明的油井井下数据无线传输方案有其特殊性，其特殊之处在于，其并非是将井下数据直接无线传输到地面，而是间断性地，将井下末端数据以及井身数据均传输到地面，整个过程可视为分成两个阶段，第一阶段是井内的上升阶段，第二阶段是上升至地面的无线数据传输阶段，从而最终完成了井下数据的无线传输过程。采用这种方案，解决了石油井下数据难以采用无线方式传输至地面的问题。在多种矿井中，只有石油井下数据难以采用无线传输，例如煤矿井中，可以采用布设井下基站的方式实施井下无线数据传输，但是石油井不具备布设井下基站的前提条件，因此难以采用无线传输方案。而本发明的两阶段全覆盖地间断式无线传输方案，变相地解决了井下无线传输的难题。

如上述步骤S1-S3，对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环；在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的多个第一部件组，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池；在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出。

油井在开采过程中需要多次固井，每次固井都需要下套管，再在套管与井壁之间的空隙中填充水泥，在水泥凝固后起到支撑作用。而本发明的实施开始于第一次固井，因此对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环。

本发明的第一次固井操作，与传统方案的固井操作具有区别，其区别之一在于，采用的套管不同。具体地，本发明采用的第一套管的外表面预设有多个第一部件组，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件，每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池。这种特别的套管具有特别的能力，即其能够在固井的水泥层的表面上设置多个第一部件组，即嵌入第一未凝固水泥环的内表面。并且进行嵌入操作的时间具有要求，不能太早，因为时间若太早，容易将第一部件深入水泥层中，导致第一部件无法在后续步骤中脱离出来；也不能太迟，因为时间若太迟，水泥已经凝固为固体，那第一部件无法嵌入到水泥环中。因此，本发明的步骤S2需要在第一预设时间后，并且第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间。再在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出。其中，第一套管的移出可采用任意可行方式，在此不再赘述。

另外，需要重点提及的是第一部件组中的第一部件。每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池，其在嵌入水泥层后采用传感器进行数据采集，以反应对应深度的地层数据（例如通过用压力传感器来感测水泥层的压力）。虽然由于石油井的地质特性，第一部件采集到的数据无法直接无线传输至地面，但将在后续的阶段中实现数据的传输，因此此时先将采集到的数据存在数据存储器中。这也是本发明的一个特点，即能够较全面地获取石油井的整体数据，并且这种全面数据在后续油井正式产油后也能继续实施（前提是布设较多的第一部件，并且第一部件的脱离频率不能太高，以保证整个部件组的使用时间长度），而传统的随钻测井的井下数据采集与传输方案，只能对井底末端一定距离的数据进行采集与传输。进一步地，本发明中的所有部件组中的部件，可包括任意可行传感器，例如，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件均至少包括泥浆压力传感器和深度传感器。

本发明中的深度传感器可采用任意可行传感器，例如利用检测压强强度的间接检测传感器（即，通过压力传感器检测当前位置的压力，再换算为压强，而根据井深越大，压强越高的原理，即可间接感测出当前井深），或者采用回声法原理的传感器（例如专利文件CN202021561706.2 提供的在井下作业的油田井深检测传感器）。需要注意的是，本发明与传统方案不同的是，本发明的井深传感器在井下作业。

并且，本发明的第一部件的设置密度与相对位置关系是有讲究的。由于石油井下复杂环境，导致无线通信的距离很短，因此若采用连续嵌入中间无线信号转发器的方式，来实现井下数据的无线传输是不可行的，因为这需要数量极多的中间无线信号转发器，更为严重的一点为，只要其中存在一个无线信号转发器故障，则整个无线传输线路将中断。这也是本发明不能够采用高密度设置无线信号转发器的方案的原因。而本发明仍然采用将第一部件嵌入水泥环的方案，并且第一部件具有无线信号收发功能，看似上前述的无线信号转发器有点类似，但实际上完全不同，因为第一部件不是用于无线信号转发的，因此无需也不能够采用与无线信号转发器类似的布设距离，相反地，本发明中，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件。上述对于第一部件组中的部件的限定，实际上表示了两层含义，第一，不同部件组之间相离较远，第二，同一部件组之间相离很近。这两层含义均有其目的：不同部件组之间相离较远，能够控制成本，这也是区别于前述的无线信号转发器的方案的特点；同一部件组之间相离很近，使得这些部件采集的是相同区域的数据，因此当一个部件脱离后，其他部件可继续检测数据，以保证数据采集的持续性。当然，出于固井质量的考虑，第一部件的密度不能过大，以防止水泥环的固井效果被显著下降。

进一步地，第一部件组中的任意一个部件均包括第一弹力机构和第一卡块，第一弹力机构与第一套管外表面通过第一卡块连接，第一卡块由温致伸缩材料制成，温致伸缩材料在降温时收缩；在第一预设时间后，预先设置在第一套管外表面的多个第一部件组，从第一套管外表面脱离，从而嵌入第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；第一预设时间小于第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池的步骤S2，包括：

S201、在第一预设时间后，对第一套管进行第一冷却处理，从而使得第一部件组中的所有部件中的第一卡块收缩，致使第一弹力机构释放存储的弹性势能，以将第一部件组中的所有部件水平弹入第一未凝固水泥环的内表面上；

S202、在第一未凝固水泥环未完全凝固时，向上提拉第一套管，以使得第一套管发生第一位移；其中，第一位移的长度大于第一部件组中的任意一个部件的长度。

从而实现了将第一部件嵌入水泥环中。本发明的第一部件可采用任意可行设置，例如第一部件组中的任意一个部件均包括第一弹力机构和第一卡块，第一弹力机构与第一套管外表面通过第一卡块连接，第一卡块由温致伸缩材料制成，温致伸缩材料在降温时收缩。在这种设计下，第一部件在未嵌入水泥环中时（即处于未正式工作状态下），第一卡块限制第一弹力机构，以使第一弹力机构无法释放存储的弹性势能；在第一套管到达预定位置时，并且需要将第一部件嵌入水泥环时，第一卡块松开，以使第一部件被弹入水泥环。第一弹力机构而为任意可行机构，例如为弹簧，优选为水平弹簧（存储有水平方向上弹力的弹簧）。另外，本发明的第一卡块是特殊卡块，即第一卡块由温致伸缩材料制成，温致伸缩材料在降温时收缩，因此在未降温时，第一卡块卡住第一弹力机构，在降温时，第一卡块会收缩，从而脱离卡合位置，使得第一弹力机构释放弹力势能。温致伸缩材料可为任意可行材料，例如为NiTi记忆合金等。另外，第一部件中的第一弹力机构和第一卡块，可以采用任意可行的方式设置，例如采用在弹射后留在第一套管上的方式设置，或者采用弹射后留在第一部件的主体上的方式设置。

之后，再在第一未凝固水泥环未完全凝固时，向上提拉第一套管，以使得第一套管发生第一位移；其中，第一位移的长度大于第一部件组中的任意一个部件的长度。从而使得第一部件不会突出水泥环。而这个步骤能够实现，还有赖于第一卡块由温致伸缩材料制成的特性，即第一部件需要嵌入水泥环，必须对第一套管进行第一冷却处理，从而使得第一部件组中的所有部件中的第一卡块收缩；此时，第一套管由于热胀冷缩的原理，会向内收缩，从而与未凝固水泥环形成一定空隙，此时再有向上提拉第一套管的可能。由于第一位移的长度大于第一部件组中的任意一个部件的长度，这使得当某个第一部件突出于水泥环时，会被挤入水泥环，以保证第一部件不突出水泥环。进一步地，第一部件的下表面为斜面，以利于第一套管在提拉时给予第一部件水平方向的分力。

另外，由于本发明中的第一卡块由温致伸缩材料制成，因此其还能够配合第一套管的移出处理，即本发明可以采用对套管进行冷却，再移出套管的处理方式。

本发明在形成凝固水泥环后，会将套管取出，其具体取出步骤见S201-202或S301-302，并且，也可采用专利文件CN201410325418.X 分离固井套管的方法的方案来取出套管。需要提及的是，传统的固井过程中，为了进一步强化井眼的强度，不会将套管取出（因为相较而言，普通套管的价值不高）。但本发明采用的是特别的套管，套管外表面的多个第一部件组，因此有较高的回收价值，并且，本发明取出套管还有另一层目的，即当部件未完全凝固水泥环时，取出套管时容易造成划痕，而通过划痕即可分析出部件的嵌入状态。

进一步地，在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出的步骤S3，包括：

S301、在第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，对第一套管进行第二冷却处理，以使第一套管与第一凝固水泥环之间产生空隙；

S302、将第一套管沿井眼的轴向方向提升，以将第一套管从井眼中移出。

从而实现了两阶段的冷却处理，分别完全第一部件的嵌入和第一套管的移出处理过程。其中，冷却处理时可采用任意可行的冷却方式实现，例如采用气体冷却、冷凝管冷却等方式实现，在此不作限制。另外，第二冷却处理相比于第一冷却处理，其程度更高，即能够使第一套管降温更多，而且产生的空隙更大。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件的无线通信半径不大于50米，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意两个部件之间的距离不小于50米；优选地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件的无线通信半径不大于20米，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意两个部件之间的距离不小于100米。

如上述步骤S4-S5，依次进行第二次固井操作、…、和第n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；其中，第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环的内表面分别镶嵌有多个第二部件组、…、和多个第n部件组；其中，多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的任意一个部件组均包括多个部件，处于同一个部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；n为大于等于2的整数；进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，再将采集数据存储在可分离的漂浮部件中；其中，漂浮部件包括无线信号发送器和数据存储器。

第二次固井操作、…、和第n次固井操作与第一次固井操作类似，在此不再赘述。在经过多次固井操作之后，能够使得生成的多个凝固水泥环也具有与第一凝固水泥相同的特性，即第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环的内表面分别镶嵌有多个第二部件组、…、和多个第n部件组；其中，多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的任意一个部件组均包括多个部件，处于同一个部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件。

由于石油井钻井过程包括多次固井与钻井的交替进行过程，因此在未钻到预定深度时，还需要继续钻进，据此进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，再将采集数据存储在可分离的漂浮部件中；其中，漂浮部件包括无线信号发送器和数据存储器。本发明对于井底末端采集到的数据，并不采用泥浆脉冲的方式传输至地面，因此泥浆脉冲的方式传输的数据量太少，本发明是将采集的数据存储在可分离的漂浮部件，并将在后续的步骤中上传至地面。另外，本发明的漂浮部件不仅包括数据存储器，还包括无线信号发送器，这是因为漂浮部件不仅有数据存储的任务，其还具备两个其他特别的任务：其一，作为嵌入水泥环的多个部件的激发器；其二，当到达地面后，作为无线信号发送端。并且，本发明的漂浮部件包括的是无线信号发送器，而不是无线信号收发器，即其不需要无线信号接收功能。另外，本发明虽然只提及可分离的漂浮部件，但未提及可分离的漂浮部件的数量，实际上，可分离的漂浮部件可为多个，当需要时，可抛离存储数据的漂浮部件，以借此将数据传输至地面。并且，漂浮部件与嵌入水泥层的部件是对应的，即上浮一个漂浮部件，则会有n个部件脱离水泥层。

如上述步骤S6-S8，分离漂浮部件，并将漂浮部件抛离至钻井泥浆中，从而漂浮存储部件随钻井泥浆上升，并且漂浮存储部件在上升过程中持续发送无线信号；多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；漂浮部件和多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输。

分离漂浮部件可采用任意可行方式，只需与连接方式相反即可。由于钻井泥浆会上升至地面，因此漂浮部件会随钻井泥浆上升。其中，漂浮部件可设置有保护性外壳，以保证在上升过程中不被物理损坏。另外，漂浮部件还有个特点，即漂浮存储部件在上升过程中持续发送无线信号，这是为了给予第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组以脱离信号。当多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升。同样的，各个部件也可设置有保护性外壳或者保护性涂层。其中，每个部件组在组外只可能接收到来自由漂浮组件的无线信号，并且通信的时间短，通信时的物理距离近，因此不会接收到错误信号，据此，漂浮存储部件发送的无线信号无需实质性内容，只需要发送空包即可。虽然，每个部件组只能收到无意义的无线信号，但作为脱离时间的判断依据已经足够。漂浮部件和多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，由于所有部件具有无线数据发送的能力，因此其能够数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7，包括：

S711、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个指定部件；其中，指定部件中的无线信号收发器、数据存储器和电池组合成第一集合体，指定部件的其他部分组成第二集合体，第一集合体和第二集合体可分离式连接；

S712、指定部件中的第一集合体脱离进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升。

从而每个部件组中只有一个部件脱离，并参与当前次的间断式无线传输过程中。

进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7之前，包括：

S61、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件，均使用传感器进行实时数据采集处理；

S62、多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件，均将采集到的数据存储在对应的数据存储器中。

从而保证全井数据的持续性采集。进一步地，多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组，在均选出一个部件脱离凝固水泥环之后，进行数据删除处理，以将数据存储器中的数据删除，并存储新采集到的数据，从而减少冗余数据，减少存储压力。

本发明的油井井下数据无线传输方法，对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环；多个第一部件组嵌入第一未凝固水泥环的内表面；形成第一凝固水泥环，将第一套管从井眼中移出；依次进行第二次固井操作、…、和第n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，存储在可分离的漂浮部件中；分离漂浮部件，并将漂浮部件抛离至钻井泥浆中，漂浮存储部件在上升过程中持续发送无线信号；每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；漂浮部件和多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输，使得井下无线传输成为了可能，并且无线传输的不仅是井下末端的数据，而且还是覆盖整个油井的数据，数据更全面更准确。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种油井井下数据无线传输方法，其特征在于，包括：

S1、对油井进行第一次固井操作，往井眼内下第一套管，再注入水泥，以形成第一未凝固水泥环；

S2、在第一预设时间后，预先设置在所述第一套管外表面的多个第一部件组，从所述第一套管外表面脱离，从而嵌入所述第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；所述第一预设时间小于所述第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件组中的任意一个部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池；

S3、在所述第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将所述第一套管从井眼中移出；

S4、依次进行第二次固井操作、…、和第n次固井操作，以形成多第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环；其中，所述第二凝固水泥环、…、和第n凝固水泥环的内表面分别镶嵌有多个第二部件组、…、和多个第n部件组；其中，所述多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的任意一个部件组均包括多个部件，处于同一个部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；n为大于等于2的整数；

S5、进行继续钻井操作，并且在继续钻井操作过程中采用井下仪器串进行井下数据采集处理，再将采集数据存储在可分离的漂浮部件中；其中，所述漂浮部件包括无线信号发送器和数据存储器；

S6、分离所述漂浮部件，并将所述漂浮部件抛离至钻井泥浆中，从而所述漂浮部件随钻井泥浆上升，并且所述漂浮部件在上升过程中持续发送无线信号；

S7、所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升；

S8、所述漂浮部件和所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中被脱离的部件，在上升至地面后，将数据发送给地面的接收端，从而完成数据传输。

2.根据权利要求1所述的油井井下数据无线传输方法，其特征在于，所述第一部件组中的任意一个部件均包括第一弹力机构和第一卡块，所述第一弹力机构与所述第一套管外表面通过所述第一卡块连接，所述第一卡块由温致伸缩材料制成，所述温致伸缩材料在降温时收缩；所述在第一预设时间后，预先设置在所述第一套管外表面的多个第一部件组，从所述第一套管外表面脱离，从而嵌入所述第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；所述第一预设时间小于所述第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件组中的任意一个部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池的步骤S2，包括：

S201、在第一预设时间后，对所述第一套管进行第一冷却处理，从而使得所述第一部件组中的所有部件中的第一卡块收缩，致使所述第一弹力机构释放存储的弹性势能，以将所述第一部件组中的所有部件水平弹入所述第一未凝固水泥环的内表面上；

S202、在所述第一未凝固水泥环未完全凝固时，向上提拉所述第一套管，以使得所述第一套管发生第一位移；其中，所述第一位移的长度大于所述第一部件组中的任意一个部件的长度。

3.根据权利要求1所述的油井井下数据无线传输方法，其特征在于，所述在所述第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，将所述第一套管从井眼中移出的步骤S3，包括：

S301、在所述第一未凝固水泥环凝固后，形成第一凝固水泥环，对所述第一套管进行第二冷却处理，以使所述第一套管与所述第一凝固水泥环之间产生空隙；

S302、将所述第一套管沿井眼的轴向方向提升，以将所述第一套管从井眼中移出。

4.根据权利要求1所述的油井井下数据无线传输方法，其特征在于，所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件均被包裹在外壳中，所述在第一预设时间后，预先设置在所述第一套管外表面的多个第一部件组，从所述第一套管外表面脱离，从而嵌入所述第一未凝固水泥环的内表面；其中，每个第一部件组均包括多个部件，处于同一个第一部件组中的所有部件之间的距离满足能够互相无线通信的条件，处于不同第一部件组中的任意两个部件之间的距离满足不能够互相无线通信的条件；所述第一预设时间小于所述第一未凝固水泥环凝固的时间；每个第一部件组中的任意一个部件均包括无线信号收发器、至少一个传感器、数据存储器和电池的步骤S2，包括：

S211、在第一预设时间后，预先设置在所述第一套管外表面的包裹有第一部件组中的部件的外壳，从所述第一套管外表面脱离，从而嵌入所述第一未凝固水泥环的内表面；

所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7，包括：

S701、所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个指定部件；

S702、指定部件控制包裹指定部件的指定外壳的可开启窗口开启，从而钻井泥浆进入指定外壳内部，将指定部件带离凝固水泥环；其中，指定外壳与凝固水泥环未接触的表面上具有可开启窗口。

5.根据权利要求1所述的油井井下数据无线传输方法，其特征在于，所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7，包括：

S711、所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个指定部件；其中，所述指定部件中的无线信号收发器、数据存储器和电池组合成第一集合体，所述指定部件的其他部分组成第二集合体，所述第一集合体和所述第二集合体可分离式连接；

S712、所述指定部件中的第一集合体脱离进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升。

6.根据权利要求1所述的油井井下数据无线传输方法，其特征在于，所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件组在接收到无线信号后，每个部件组均选出一个部件脱离凝固水泥环，以进入钻井泥浆中并随钻井泥浆上升的步骤S7之前，包括：

S61、所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件，均使用传感器进行实时数据采集处理；

S62、所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中的每个部件，均将采集到的数据存储在对应的数据存储器中。

7.根据权利要求1所述的油井井下数据无线传输方法，其特征在于，所述多个第一部件组、多个第二部件组、…、和多个第n部件组中任意一个部件均至少包括泥浆压力传感器和深度传感器。

Images