CN113889300A - 井用电缆及测井系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种井用电缆及测井系统，该井用电缆包括信号线和碳纤维复合材料保护层，碳纤维复合材料保护层包覆在信号线的外周壁上，可以在井用电缆弯曲或拉伸时保护光纤不被损坏。该测井系统包括测井车及上述井用电缆，该测井车包括车体以及集成设置在车体上的注入头和收放机构，其中，所述收放机构设置在所述车体上，并且被配置成用于收纳或释放所述井用电缆，所述注入头设置在所述车体上，并且被构造成用于将所述收放机构上的所述井用电缆下放至井内或者将所述井用电缆从井内起升。本申请的测井系统将注入头、收放机构集成设置在车体上，具有测井系统作业时的占用面积小，转场作业响应速度快、投入人力成本低以及运营费用低等特点。

Description

井用电缆及测井系统

技术领域

本申请涉及油气井技术领域，特别涉及一种井用电缆及测井系统。

背景技术

石油领域井用承荷探测电缆的主要作用就是输送各种下井仪器、传送地面控制系统与井下仪器之间的各种信号、获取井下信息的深度位置等。

近些年，大斜度井、水平井、超深井的增多，也给生产测井和无杆采油工艺提出了更高的要求。

针对传统生产测井采用的钢丝或电缆直接用于超深井测井安全余量不足，裸眼大斜度井、水平段无法下入的技术难题。现有技术采用连续管作业方式注入井筒，从而实现大斜度井、水平井、超深井的生产测井。

但是金属连续管测井技术并不完美，特别是超深水平井包括超长水平段水平井的测井技术仍然存在不足。主要体现以下几个方面：金属连续管超长、变径、制造成本高；对于注入头载荷能力要求较高，作业系统庞大；作业重复多次弯曲，会造成连续管的疲劳损伤及断裂；水平段推进时连续管容易发生螺旋弯曲，通常水平段推进500米左右；金属管的耐化学腐蚀性能一般。

发明内容

为了解决上述问题，本申请一方面提供了一种井用电缆。

本申请的井用电缆包括信号线以及包覆所述信号线外周壁的碳纤维复合材料保护层。

本申请的一个实施例中，所述碳纤维复合材料保护层为以环氧树脂为基体的碳纤维复合材料保护层。

本申请的一个实施例中，所述井用电缆包括多根所述信号线，多根所述信号线呈环形紧密设置在所述碳纤维复合材料保护层的中心位置。

本申请的一个实施例中，所述信号线为铠装光纤。

本申请的一个实施例中，所述铠装光纤包括单模铠装光纤和/或多模铠装光纤。

本申请的一个实施例中，所述井用电缆还包括动力线，所述动力线的外周壁被所述碳纤维复合材料保护层包覆。

本申请的一个实施例中，所述井用电缆还包括多根所述动力线，多根所述动力线环形间隔设置。

本申请的一个实施例中，多根所述动力线环绕所述信号线。

本申请的一个实施例中，所述井用电缆还包括耐磨层，所述耐磨层包裹所述碳纤维复合材料保护层的外周壁。

本申请的井用电缆包括信号线和碳纤维复合材料保护层，碳纤维复合材料保护层包覆在信号线的外周壁上。

与金属连续管铠装电缆相比，本申请的井用电缆利用碳纤维复合材料保护层包覆信号线，对信号线实施保护。由于碳纤维复合材料保护层具备刚度和弯曲模量高的特点，该井用电缆不具备弯曲记忆，非常适合于大斜度井和水平井内的井下数据测量。另外，与传统的信号线外设置金属管相比，本申请的井用电缆还具有重量轻、化学稳定性高的特点，适用于测量超深井井下的作业参数。

本申请另一方面还提供一种测井系统，所述测井系统包括测井车和如上所述的井用电缆，所述测井车包括车体；收放机构，所述收放机构设置在所述车体上，并且被配置成用于收纳或释放所述井用电缆；注入头，所述注入头设置在所述车体上，并且被构造成用于将所述收放机构上的所述井用电缆下放至井内或者将所述井用电缆从井内起升。

本申请的一个实施例中，所述注入头以活动的方式连接在所述车体上，所述注入头具有第一位置和第二位置；位于第一位置时，所述注入头相对所述车体竖直放置；位于第二位置时，所述注入头相对所述车体水平放置。

本申请的一个实施例中，所述测井车还包括车架，所述车架与所述车体铰接并且与所述注入头固定连接，所述车架被配置成受控于驱动组件带动所述注入头在第一位置与第二位置之间切换。

本申请的一个实施例中，所述测井车还包括导向器，所述导向器与所述车架铰接，所述导向器被配置成用于给所述井用电缆提供导向。

本申请的一个实施例中，所述测井车还包括控制室，所述注入头、所述收放机构和所述控制室分别顺次设置在所述车体的尾部、中部和头部。

本申请的测井系统包括测井车和井用电缆。其中，井用电缆具体为前文所述的井用电缆，测井车包括车体、收放机构和注入头；收放机构集成设置在所述车体上，并且被配置成用于收纳或释放井用电缆；注入头集成设置在车体上，并且被构造成用于将收放机构上的井用电缆下放至井内或者将井用电缆从井内起升。

与传统的测井系统中将注入头、收放机构和车体独立设置相比，本申请的测井系统将注入头和收放机构均集成设置在车体上，具有以下几个特点：

1、本申请的测井系统工作时，作业区域内仅停放一辆测井车即可，即整个测井系统的占用面积仅是车体占用的面积，从而减少了测井系统作业时的占用面积；

本申请的测井系统所有设备均集成在车体上，当需要转场作业时，直接将测井车从当前工作位置开到目标工作位置即可开始工作，省去了人工搬用功能组件的过程，具有响应速度快、投入人工少及运营费用低的优势。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请所提供的井用电缆一具体实施例的横断面的结构示意图；

图2是本申请所提供的井用电缆另一具体实施例的横断面的结构示意图；

图3是本申请所提供的测井系统在作业状态下的结构示意图；

图4是本申请所提供的测井系统在停机状态下的结构示意图。

附图标记

1-井用电缆：10-信号线，11-碳纤维复合材料保护层，12-耐磨层，13-动力线；

测井车：20-车体，21-注入头，22-收放机构，23-车架，24-导向器，25-控制室。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，该井用电缆1包括信号线10和碳纤维复合材料保护层11，碳纤维复合材料保护层11包覆在信号线10的外周壁上，可以在井用电缆1弯曲或拉伸时保护信号线10不被损坏。

与金属连续管铠装电缆相比，本申请的井用电缆1利用碳纤维复合材料保护层11包覆信号线10，对信号线10实施保护。由于碳纤维复合材料保护层11具备刚度和弯曲模量高的特点，该井用电缆不具备弯曲记忆，非常适合于大斜度井和水平井内的井下数据测量。另外，与传统的信号线外设置金属管相比，本申请的井用电缆还具有重量轻、化学稳定性高的特点，适用于测量超深井井下的作业参数。

其中，信号线10的作用是将井下采集得到的数据快速高效传输到测井系统的控制室25，由控制室25对采集得到数据进行进一步的处理，并且控制室25将需要执行的操作通过信号线10传输到井下设备，从而实现对井下设备的控制。

在一些实施例中，信号线10包括光纤，光纤不仅可以用于远距离信号的高速传输并且光纤本身具备测量功能。在另一些实施例中，信号线10也可以是金属。

在一些实施例中，井用电缆1包括多根信号线10，多根信号线10呈环形紧密设置在碳纤维复合材料保护层11的中心位置。可以理解，多根信号线10可以从井下传输更多的信息至控制室25，并形成控制室25与井下设备数据的交换传输。而多根信号线10环形紧密设置的排布方式可以在传输更多信息的同时，减小井用电缆1的整体直径。

继续参见图1，本实施例中，井用电缆1包括6根信号线10，这6根信号线10环形紧密设置于碳纤维复合材料保护层11的中心位置。需要说明的是，信号线10的数量并不限定为6根，本领域技术人员可以根据实际信号传输需求设定信号线10的数量，比如可以为4、5等大于3的整数个。

在一些实施例中，该信号线10可以设置为铠装光纤，铠装光纤在不影响光纤本身光学性能的情况下，可以提高光纤本身的抗侧压能力，能够防止机械力所造成的损坏。

在一些实施例中，铠装光纤可以是单模铠装光纤，单模铠装光纤可以在井下与控制室25之间远程信号高速传输。

在一些实施例中，铠装光纤还可以是多模铠装光纤，与单模铠装光纤相比，采用多模铠装光纤可以具有更多的工作模式。

在一些实施例中，铠装光纤可以是单模铠装光纤和多模铠装光纤的组合，如图1中所示，6根信号线10由2根多模铠装光纤和4根单模铠装光纤组成，并且呈环形紧密设置在碳纤维复合材料保护层11的中心位置。单模铠装光纤和多模铠装光纤的组合，让信号线10不仅具有单模光纤的优势也具有了多模光纤的优势。

如前文所述，除了信号线10外，本申请的井用电缆1还包括碳纤维复合材料保护层11。碳纤维复合材料是将碳纤维加入到基体中制备成的碳纤维增强复合材料，该碳纤维复合材料保护层11是指由这种材料制成的具有一定厚度并能包覆在信号线10外周壁的结构。

需要说明的是，碳纤维复合材料保护层11的基体可以是热固性树脂、热塑性树脂、橡胶等材料。

继续参见图1,，本申请中的井用电缆1还包括耐磨层12，该耐磨层12包裹碳纤维复合材料保护层11的外周壁。可以理解，本申请的井用电缆在碳纤维复合材料保护层11外周壁又增设了一层耐磨层12，测井系统的注入头向井内下放井用电缆或者从井内提升井用电缆时，井用电缆1可以抵御井内粗糙井壁对摩擦损坏，使其具备较长的使用寿命

需要说明的是，耐磨层12可以由热固性树脂或热塑性树脂与碳纤维、玻璃纤维、芳纶或其他性能纤维复合制成。这些复合材料制成的耐磨层除了具备耐磨功效外，其还具有抗腐蚀性能，可以对抗井内的腐蚀性气体或液体的腐蚀，从而进一步地延长了井用电缆的使用寿命。。需要说明的是，制作耐磨层12的材质的选择标准以能抵御井内粗糙井壁的磨损为准。当然，制作耐磨层12的材质能抵御井壁磨损的同时，能抵抗井内气体或液体的腐蚀则最佳。

进一步地，为了增加井用电缆1的功能，本申请还提供了另一种井用电缆1，为了便于更好的理解该井用电缆1，下面结合图2详细描述其结构，图2是本申请所提供的井用电缆1另一具体实施例的横断面的结构示意图。

由图2可知，与前一实施例相比，该实施例的井用电缆1中还包括动力线13，动力线13也被碳纤维复合材料保护层11包覆。需要说明的是，为了保持文本简洁，下面本文仅描述本实施例与前一实施例的不同点，对于相同点不再赘述。

该动力线13为动力电缆，该动力线13可以为井下设备提供动力或为非光纤传感器提供电源，实现井用电缆1在水平段的更长距离推进作业和带压下放作业，带动力线13的井用电缆1甚至可以配套井底爬行装置，以使井用电缆1和井下设备在水平段更进一步延伸，并且与井控装置配合使用可以实现检测井筒是否发生泄漏等测井功能。

在一些实施例中，井用电缆1还可以包括多根动力线13，多根动力线13环形间隔设置并被碳纤维复合材料保护层11包覆。

如图2所示，本实施例中，井用电缆1包括12根动力线13，这12根动力线13环形间隔设置。多根动力线13可以同时为多个井下设备提供动力。

继续参见图2，多根动力线13环形间隔设置在信号线10的外部，如此设置可使本申请的井用电缆1的制作工艺较为简单，当然动力线13的这种排布方式还可以使井用电缆1整体结构紧凑、直径小，。

继续参见图2，本实施例中，井用电缆1包括12根动力线13和6根信号线10，12根动力线13环形间隔设置在6根信号线10的外部。

需要说明的是，动力线13的数量并不限定为12根，本领域技术人员可以根据实际信号传输需求设定信号线10的数量，比如可以为4、5等大于3的整数个。

本申请还提供一种测井系统，下面结合图3和图4详细描述该测井系统的具体结构和工作原理，其中，图3是本申请的测井车在作业状态下的示意图，图4是本申请的测井车在停止作业状态下的示意图。

结合图3和图4可知，本申请的测井系统包括测井车和井用电缆1。其中，井用电缆1具体为前文所述的井用电缆1，为了保持文本简洁，本文在此不再赘述其具体结构及性能特点。

测井车还包括车体20、收放机构22和注入头21。收放机构22集成设置在所述车体20上，并且被配置成用于收纳或释放井用电缆1；注入头21集成设置在车体20上，并且被构造成用于将收放机构22上的井用电缆1下放至井内或者将井用电缆1从井内起升。

与传统的测井系统中将注入头21、收放机构22和车体20独立设置相比，本申请的测井系统将注入头21和收放机构22均集成设置在车体20上，具有以下几个特点：

2、本申请的测井系统工作时，作业区域内仅停放一辆测井车即可，即整个测井系统的占用面积仅是车体占用的面积，从而减少了测井系统作业时的占用面积；

3、本申请的测井系统所有设备均集成在车体上，当需要转场作业时，直接将测井车从当前工作位置开到目标工作位置即可开始工作，省去了人工搬用功能组件的过程，具有响应速度快、投入人工少及运营费用低的优势。

详细地，结合图3和图4，注入头21以活动的方式连接在车体20上，注入头21具有第一位置和第二位置；在第一位置时，注入头21相对所述车体20竖直放置；在第二位置时，注入头21相对所述车体20水平放置。

当注入头21位于第一位置时，井用电缆1张紧在收放机构22和注入头21之间，并且在注入头21的驱动作用下下放到井内，或者从井内提升并由收放机构22收纳。当注入头21位于第二位置时，注入头21回落至与车体20平行，控制测井车整体高度小，运输过程中可以防止与途中其他建筑物等干涉，保证了行驶过程中安全性和可靠性。

更为详细地，继续参见图3和图4，测井车还包括车架23，该车架23与车体20铰接并且与注入头21固定连接，车架23被配置成受控于驱动组件带动注入头21在第一位置和第二位置之间切换。

本实施例中，该驱动组件包括液压缸或气缸等，该液压缸或气缸的缸体和车体20固定连接，其活塞杆和车架23铰接，通过控制活塞杆相对于缸体的伸缩即可实现注入头21在第一位置和第二位置之间的切换。

比如，如图4所示当活塞杆位于回缩位置时，活塞杆驱动车架23带动注入头21位于第二位置；当活塞杆相对于缸体伸出至图3所示的位置时，注入头21位于第一位置。当然，在另一些实施中，该驱动组件也可以为连杆机构等。

如图3所示，本实施例中，收放机构22具体为盘卷收放机构，盘卷收放机构包括底座、可旋转的设置在底座上的卷筒以及驱动卷筒转动的电机。底座固定连接在车体20上，井用电缆1缠绕在卷筒上，控制电机正转或反转即可实现收纳或释放卷筒上的电缆。卷盘收放机构结构简单、操作方便，并且其自身具备自动排线功能。

继续参见图3，该测井车还包括导向器24，导向器24与车架23铰接，并且导向器24被配置成用于给井用电缆1提供导向。

该导向器24将缠绕于收放机构22的井内电缆导入注入头21。在井用电缆1需要从井内起升时，导向器24将注入头21引出的测井电缆导入收放机构22进行收放。

继续参见图3，注入头21在第一位置时，导向器24将井用电缆1张紧在注入头21和收放机构22之间，引导其由收放机构22向注入头21移动。当注入头21在第二位置时，导向器24相对于车架23转动一定角度，以避免其与收放机构22发生位置干涉。本实施例中该导向器24具体为鹅颈导向器24。

详细地，该导向器24包括主体和盖板(图中未示出)，其中，主体上开设有导向槽，盖板铰接在主体上并且具有第一位置和第二位置。盖板在第一位置时，导向槽的槽口开放以将井用电缆放入导向槽内，盖板在第二位置时，导向槽的槽口被盖板遮盖，以使井用电缆能在注入头21作用下可沿导向槽滑动的同时，还可以防止井用电缆从导向槽脱出，保证测井系统的工作安全性和可靠性。

如前所述，测井车在其注入头21的作用下可以将井用电缆下方井内或从井内提升井用电缆，而在此过程中至少部分注入头21要插入井口处，如此当需要向井内下放其他设备或将其他设备从井内提升时，需要将测井车整车移走后方能进行相应的操作。

为此，本申请中的测井车的注入头21受控于升降机构以可升降地方式设置在车架23上。如此设置，当需要向井内下放其他设备或将其他设备从井内提升时，只需控制升降机构驱动注入头21相对于井口升降即可执行相应的操作，进一步地简化了测井车的操作流程。

例如，升起时注入头21下端可以装配用于带压作业的井口控制设备，再由注入头21卡瓦夹持井用电缆1下放或者提升作业，从而既能满足常压作业也能实现带压作业。

详细地，本申请的一些实施例中，该升降机构包括电机和齿轮齿条传动机构，齿轮齿条传动机构的齿条沿竖直方向延伸设置在车架23上，其齿轮和电机的输出轴动力连接，并且齿轮通过轴承可转动的连接在注入头21上、电机的机壳固定连接在注入头21上。控制电机的输出轴正传或反转即可由齿轮齿条传动机构带动注入头21沿车架23在竖直方向升降。

本申请的另一些实施例中，该升降机构包括电机和滚珠丝杠传动机构，滚珠丝杠传动机构的丝杠沿竖直方向延伸设置在车架23上，其螺母块和电机的输出轴动力连接，并且螺母块通过轴承可转动的连接在注入头21上、电机的机壳固定连接在注入头21上。控制电机的输出轴正传或反转即可由滚珠丝杠传动机构带动注入头21沿车架23在竖直方向升降。

继续参见图3，该测井车还包括控制室25，控制室25设置在车体20上，并且被配置成基于井用电缆1的监测井内相关参数数据，并且可视化分析解释这些数据，以便用户及时掌握井内作业情况，并且能根据井内作业情况控制测井系统的各个功能元件，以保证顺利安全完成井内作业。

详细地，本实施例中，注入头21、收放机构22和控制室25依次分别设置在车体20的尾部、中部和前部，以使测井车整体结构排布更加紧凑合理，以将整车体积控制比较小的范围内。

当然，该测井车还包括驾驶室，该驾驶室和车体20连接，驱动车体20行驶的动力元件和控制面板均设置在驾驶室内。

上述测井系统的工作过程如下：

当测井系统作业时，注入头21位于第一位置，即注入头21相对车体20竖直放置，启动电机驱动收放机构22释放井用电缆1，注入头21将井用电缆1下放到井内，期间导向器24将井用电缆1张紧在注入头21和收放机构22之间，控制室25将井用电缆1采集到的数据用开发好的应用软件进行数据解释，即将采集得到的数据进行处理成像，并且根据得到图像对井下装置进行控制。

在测井系统停止作业时，注入头21提升井内井用电缆1，同时启动电机反转，收放机构22在导向器24作用下收纳井用电缆1，最后注入头21随车架23由第一位置转动至第二位置，以将其收纳至车体20上。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种井用电缆，其特征在于，所述井用电缆(1)包括信号线(10)以及包覆所述信号线(10)外周壁的碳纤维复合材料保护层(11)。

2.根据权利要求1所述的井用电缆，其特征在于，所述碳纤维复合材料保护层(11)为以环氧树脂为基体的碳纤维复合材料保护层。

3.根据权利要求1所述的井用电缆，其特征在于，所述井用电缆(1)包括多根所述信号线(10)，多根所述信号线(10)呈环形紧密设置在所述碳纤维复合材料保护层(11)的中心位置。

4.根据权利要求1所述的井用电缆，其特征在于，所述信号线(10)为铠装光纤。

5.根据权利要求4所述的井用电缆，其特征在于，所述铠装光纤包括单模铠装光纤和/或多模铠装光纤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的井用电缆，其特征在于，所述井用电缆(1)还包括动力线(13)，所述动力线(13)的外周壁被所述碳纤维复合材料保护层(11)包覆。

7.根据权利要求6所述的井用电缆，其特征在于，所述井用电缆(1)还包括多根所述动力线(13)，多根所述动力线(13)环形间隔设置。

8.根据权利要求7所述的井用电缆，其特征在于，多根所述动力线(13)环绕所述信号线(10)。

9.根据权利要求6所述的井用电缆，其特征在于，所述井用电缆(1)还包括耐磨层(12)，所述耐磨层(12)包裹所述碳纤维复合材料保护层(11)的外周壁。

10.一种测井系统，其特征在于，所述测井系统包括测井车和如权利要求1-9任一项所述的井用电缆(1)，所述测井车包括：

车体(20)；

收放机构(22)，所述收放机构(22)设置在所述车体(20)上，并且被配置成用于收纳或释放所述井用电缆(1)；

注入头(21)，所述注入头(21)设置在所述车体(20)上，并且被构造成用于将所述收放机构(22)上的所述井用电缆(1)下放至井内或者将所述井用电缆(1)从井内起升。

11.根据权利要求10所述的测井系统，其特征在于，所述注入头(21)以活动的方式连接在所述车体(20)上，所述注入头(21)具有第一位置和第二位置；

位于第一位置时，所述注入头(21)相对所述车体(20)竖直放置；

位于第二位置时，所述注入头(21)相对所述车体(20)水平放置。

12.根据权利要求11所述电缆测井系统，其特征在于，所述测井车还包括车架(23)，所述车架(23)与所述车体(20)铰接并且与所述注入头(21)固定连接，所述车架(23)被配置成受控于驱动组件带动所述注入头(21)在第一位置与第二位置之间切换。

13.根据权利要求12所述测井系统，其特征在于，所述测井车还包括导向器(24)，所述导向器(24)与所述车架(23)铰接，所述导向器(24)被配置成用于给所述井用电缆(1)提供导向。

14.根据权利要求10至13中任一项所述测井系统，其特征在于，所述测井车还包括控制室(25)，所述注入头(21)、所述收放机构(22)和所述控制室(25)分别顺次设置在所述车体(20)的尾部、中部和头部。

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