CN114439468A - 一种水下井口的套管环空压力实时监测系统 - Google Patents

一种水下井口的套管环空压力实时监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其包括：电磁感应无线遥测系统和水声遥测系统。其中，电磁感应无线遥测系统设置在水下井口的待测套管环空内，用于对待测套管环空的压力数据进行监测，并通过无线通信传输到水声遥测系统；水声遥测系统用于将接收到的套管环空压力数据通过水声通信发送到水面的数据接收装置。本发明具备实时监测套管环空压力的能力，有利于实时优化油气田生产期间的操作制度，确保套管环空压力值处于合理范围之内，维持井筒结构完整性。另外，还能避免套管过度设计以提高项目经济性。因此，本发明可以广泛应用于油气开采技术领域。

Description

一种水下井口的套管环空压力实时监测系统
技术领域
本发明涉及一种用于水下钻完井作业的水下井口的套管环空压力实时监测系统，属于油气开采技术领域。
背景技术
由于油气井生产过程中的温度变化等因素导致套管环空压力增加。而一旦套管环空压力超过内层套管的坍塌压力和外层套管的破裂压力，或者超过环形密封总成和固井水泥的压力等级，将严重威胁井筒的结构完整性。尤其是对于高温高压井，环空压力监测与管理对井筒结构的完整性至关重要。
但由于水下井口的结构特点决定了无法直接获得各层套管之间的环空压力数据，因此通常根据理论上存在的最恶劣环空压力预测值进行保守的套管设计，从而导致套管过度设计和费用高昂。
另外，现有的套管环空压力增加的减缓措施包括使固井水泥面低于上层套管鞋、采用可压缩泡沫材料、破裂盘、氮气垫等，但由于这些措施的有效性取决于模型假设的合理性，不可预见因素较多，不能够提供长期满意的套管环空压力管理措施。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，具备实时监测套管环空压力的能力，有利于优化油气田生产期间的操作制度，确保套管环空压力值处于合理范围之内，维持井筒结构完整性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其包括：
电磁感应无线遥测系统和水声遥测系统；
所述电磁感应无线遥测系统设置在水下井口的待测套管环空内，用于对待测套管环空的压力数据进行实时监测，并通过无线通信传输到所述水声遥测系统；
所述水声遥测系统用于将接收到的套管环空压力数据通过水声通信发送到水面的数据接收装置。
进一步，所述待测套管环空包括水下井口的技术套管与表层套管形成的环空和/或生产套管与技术套管形成的环空。
进一步，所述电磁感应无线遥测系统包括若干组压力传感器和信号发送器，电磁信号接收器和信号转发器；
所述各组压力传感器和信号发送器分别设置在待测套管环空内，所述压力传感器用于对设置位置处的套管环空压力数据进行监测，并通过所述信号发送器将监测到的套管环空压力数据发送到所述电磁信号接收器；
所述信号转发器用于将所述电磁信号接收器接收到的电磁形式的环空压力数据转换为水声信号，并发送到所述水声遥测系统。
进一步，所述电磁信号接收器和信号转发器设置在水下井口的导管外壁。
进一步，所述电磁信号接收器和信号转发器设置在位于导管头正下方的导管管体外壁，且位于泥线之上的海水中。
进一步，所述水声遥测系统包括若干声学中转器，各所述声学中转器用于将电磁感应无线遥测系统发送的水声信号发送到水面的数据接收装置。
进一步，所述声学中转器设置在海床。
进一步，所述水面数据接收装置为位于水面的卫星浮标或生产油轮的信号接收装置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过在套管环空内配置电磁感应无线遥测系统，通过压力传感器对套管内压力信号进行实时监测，并通过电磁信号发送到水下井口的导管外壁，并通过水声信号传输到水面数据接收装置，具备实时监测套管环空压力的能力，有利于实时优化油气田生产期间的操作制度，确保套管环空压力值处于合理范围之内，维持井筒结构完整性。另外，还能避免套管过度设计以提高项目经济性。因此，本发明可以广泛应用于油气开采技术领域。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的水下井口的套管环空压力实时监测系统结构图；
图中各部件标号如下：
101、生产油管；102、封隔器；103、生产套管；104、技术套管；105、表层套管；106、导管；201、C环空的压力传感器及信号发送器；202、B环空的压力传感器及信号发送器；203、电磁信号接收器；204、信号转发器；205、水声信号；206、水声信号中转器；207、卫星浮标或生产油轮的信号接受装置；208、卫星无线信号；209、卫星；301、导管头；302、高压井口头；303、技术套管挂及其环形密封总成；400、水下采油树总成；401、生产管线出口；402、生产阀门；403、环空阀门；404、压力监测管线；405、生产环空连通阀门；406、油管挂下密封；407、油管挂；408、油管挂堵塞器；409、油管挂上密封。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明涉及一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其包括：电磁感应无线遥测系统和水声遥测系统。其中，电磁感应无线遥测系统设置在水下井口的待测套管环空内，用于对待测套管环空的压力数据进行监测，并通过无线通信传输到水声遥测系统；水声遥测系统用于将接收到的套管环空压力数据通过水声通信发送到水面的数据接收装置。本发明具备实时监测套管环空压力的能力，有利于实时优化油气田生产期间的操作制度，确保套管环空压力值处于合理范围之内，维持井筒结构完整性。另外，还能避免套管过度设计以提高项目经济性。因此，本发明可以广泛应用于油气开采技术领域。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其包括：电磁感应无线遥测系统和水声遥测系统。其中，电磁感应无线遥测系统设置在水下井口的待测套管环空内，用于对待测套管环空的压力数据进行实时监测，并通过无线通信传输到水声遥测系统；水声遥测系统用于将接收到的套管环空压力数据通过水声通信发送到水面的数据接收装置。
优选地，电磁感应无线遥测系统包括若干组压力传感器和信号发送器，电磁信号接收器和信号转发器。其中，各组压力传感器和信号发送器分别设置在待测套管环空内，压力传感器用于对设置位置处的套管环空压力数据进行监测，并通过信号发送器将监测到的套管环空压力数据发送到电磁信号接收器；信号转发器用于将电磁信号接收器接收到的电磁形式的套管环空压力数据转换为水声信号，并发送到水声遥测系统。
优选地，待测套管环空包括水下井口的技术套管与表层套管形成的环空和/或生产套管与技术套管形成的环空。
优选地，电磁信号接收器和信号转发器设置在水下井口的导管外壁。
更为优选地，电磁信号接收器和信号转发器设置在位于导管头301正下方的导管管体外壁，且位于泥线之上的海水中。
优选地，水声遥测系统包括若干声学中转器，各声学中转器用于将电磁感应无线遥测系统发送的水声信号发送到水面的数据接收装置。
优选地，各声学中转器设置在海床。
优选地，水面数据接收装置包括位于水面的卫星浮标或生产油轮上的信号接收装置。
优选地，水面数据接收装置可进一步依靠卫星无线信号和卫星实现数据再传输。
实施例2
如图1所示，本实施例对实施例1的水下井口的套管环空压力实时监测系统进行进一步详细介绍。本实施例中，该系统包括：水下井口套管组件、水下采油树总成400以及套管环空压力实时监测系统。
其中，水下井口套管组件包括由内而外依次设置的生产油管101、生产套管103、技术套管104、表层套管105和导管106；生产油管101和生产套管103之间形成A环空，且生产油管101与生产套管103下端用封隔器102密封；生产套管103和技术套管104之间形成B环空；技术套管104和表层套管105之间形成C环空；生产套管103、技术套管104、表层套管105和导管106上端依次与生产套管挂及其环形密封总成304、技术套管挂及其环形密封总成303、高压井口头302和导管头301连接；
水下采油树总成400包括生产管线出口401、生产阀门402、环空阀门403、压力监测管线404、生产环空连通阀门405、油管挂下密封406、油管挂407、油管挂堵塞器408、油管挂上密封409；其中，生产管线出口401通过生产阀门402与生产油管101上部相连；压力监测管线404一端与A环空连通，用于实时监测A环空压力；压力监测管线404上还设置有两环空阀门403，且两环空阀门403之间的压力监测管线404通过生产环空连通阀门405与生产管线相连；油管挂407设置在生产油管上部，油管挂407顶部内壁经油管挂堵塞器408与生产油管101顶部密封，油管挂407侧壁设置有油管挂上密封409和油管挂下密封406；
套管环空压力实时监测系统包括设置在C环空的压力传感器及信号发送器201、B环空的压力传感器及信号发送器202、电磁信号接收器203、信号转发器204、水声信号205、水声信号中转器206、卫星浮标或生产油轮的信号接受装置207、卫星无线信号208、卫星209；
具体地，C环空的压力传感器及信号发送器201安装在技术套管挂及其环形密封总成303下方；B环空的压力传感器及信号发送器202安装在生产套管挂及其环形密封总成304下方；电磁信号接收器203和信号转发器204位于导管头301的正下方管体外壁，且位于泥线之上的海水中。
套管环空压力实时监测系统的信号传输路径：C环空和B环空的压力传感器及信号发送器201和202使用电磁感应无线遥测系统将套管环空压力数据无线传输到导管头301正下方管体外壁的电磁信号接收器203，信号转发器204接着使用水声信号205将环空压力数据传输至水声信号中转器206，水声信号205接着将环空压力数据传输至水面的卫星浮标或生产油轮的信号接收装置207，并可进一步依靠卫星无线信号208和卫星209实现数据再传输。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，包括：
电磁感应无线遥测系统和水声遥测系统；
所述电磁感应无线遥测系统设置在水下井口的待测套管环空内，用于对待测套管环空的压力数据进行实时监测，并通过无线通信传输到所述水声遥测系统；
所述水声遥测系统用于将接收到的套管环空压力数据通过水声通信发送到水面的数据接收装置。
2.如权利要求1所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述待测套管环空包括水下井口的技术套管与表层套管形成的环空和/或生产套管与技术套管形成的环空。
3.如权利要求1所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述电磁感应无线遥测系统包括若干组压力传感器和信号发送器，电磁信号接收器和信号转发器；
所述各组压力传感器和信号发送器分别设置在待测套管环空内，所述压力传感器用于对设置位置处的套管环空压力数据进行监测，并通过所述信号发送器将监测到的套管环空压力数据发送到所述电磁信号接收器；
所述信号转发器用于将所述电磁信号接收器接收到的电磁形式的环空压力数据转换为水声信号，并发送到所述水声遥测系统。
4.如权利要求3所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述电磁信号接收器和信号转发器设置在水下井口的导管外壁。
5.如权利要求4所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述电磁信号接收器和信号转发器设置在位于导管头正下方的导管管体外壁，且位于泥线之上的海水中。
6.如权利要求1所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述水声遥测系统包括若干声学中转器，各所述声学中转器用于将电磁感应无线遥测系统发送的水声信号发送到水面的数据接收装置。
7.如权利要求6所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述声学中转器设置在海床。
8.如权利要求1所述的一种水下井口的套管环空压力实时监测系统，其特征在于，所述水面数据接收装置为位于水面的卫星浮标或生产油轮的信号接收装置。
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