CN214403543U - 一种井下套管光缆避射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下套管光缆避射系统，该系统包括定位装置、光缆、地面解调装置和信息显示装置，在油井套管下井的过程中，将具有方位及姿态自定位功能的定位装置和光缆一起布放，在套管布放完成后，通过定位装置获取光缆在套管圆周上的位置信息，在油井压裂的过程中避免损坏光缆，降低光缆断裂风险，降低油井开采成本；套管上的光缆原本用于采集井内信息(温度、压力等)，但结合定位装置对自身进行定位保护不被损坏，提高了光缆使用效率，为后续利用光线传感技术进行油井油气勘探奠定了基础。

Description

一种井下套管光缆避射系统

技术领域

本发明属于油气勘测技术领域，具体涉及一种井下套管光缆避射系统。

背景技术

石油是极其重要的物资，随着中国社会的快速发展，我国对石油的消耗长期处于世界第一的位置。资源消耗增加，对外依存度增高都是对国家安全不利的影响。增加勘探开发力度，开辟新技术，降低传统勘探成本，提高石油产量都是国家对未来能源勘探的重要针对方向。油气资源的开采通常采用油井分段压裂措施，在油井压裂过程中，会将套管压出裂缝。

当前，分布式光纤传感器技术在油气开采领域有着巨大的应用潜力，利用光纤作为“地震检波器”代理传统的电子地震检波器，实现分布式探测。同时由于光纤地震检波器相比电子地震检波器具有耐腐蚀、耐高温、抗干扰能力强、可靠性好和工程应用成本低等优点，可以更好地耐受井内的恶劣环境(高温、高压等)。

将分布式光纤传感技术应用于油井尤其开采时，在布放套管的过程中将光缆和套管一起布放。布放完成后，光缆在套管的位置不确定，如果贸然实施压裂技术，可能会损坏光缆，影响后续数据采集。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的井下套管光缆避射系统解决了现有套管下井后光缆位置难以确定，在套管施压过程中可能会损坏光缆的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种井下套管光缆避射系统，包括定位装置、光缆、地面解调装置和信息显示装置；所述定位装置布设于套管上光缆对应位置处，并与所述地面解调装置连接，地面解调装置与所述信息显示装置连接。

进一步地，所述定位装置包括供电单元、位置信息感知单元、信息传输单元和主控单元；所述位置信息感知单元和供电单元均与所述主控单元连接，所述信息传输单元通过驱动电路与所述主控单元连接。

进一步地，所述位置信息感知单元包括三轴陀螺仪、三轴磁场传感器和温度传感器，所述温度传感器通过高温运放电路与所述主控单元连接。

进一步地，所述信息传输单元为PZT压电陶瓷；

所述驱动电路包括第一MOS管T1；

所述第一MOS管T1的源极分别与主控单元、第二MOS管T2的源极和二极管D1的正极连接，所述第一MOS管T1的漏极与二极管D2的正极连接，所述第二MOS管T2的漏极与二极管D3的正极连接，所述二极管D1的负极分别与所述主控单元、第三MOS管T3的源极和第四MOS管T4的源极连接，所述二极管D2的负极与所述PZT压电陶瓷的一端连接，所述二极管D3的负极分别与第六MOS管T6的漏极、第三MOS管T3的漏极和电感L的一端连接，所述第三MOS管T3的源极还与二极管D4的负极连接，所述二极管D4的正极与所述第三MOS管T3的漏极连接，所述第六MOS管T6的漏极还与二极管D7的负极连接，所述二极管D7的正极与所述第六MOS管T6的源极连接，所述第六MOS管T6的源极还与所述第五MOS管T5的源极连接并接地，所述电感L的另一端与所述PZT压电陶瓷的另一端连接，所述第四MOS管T4的漏极和第五MOS管T5的漏极均与所述PZT压电陶瓷的一端连接，所述第四MOS管T4的源极还与二极管D5的负极连接，所述二极管D5的正极与所述第四MOS管T4的漏极连接，所述第五MOS管T5的漏极与二极管D6的负极连接，所述二极管D6的正极与第五MOS管T5的源极连接。

进一步地，所述供电单元包括电源管理电路和可充电电池；

所述电源管理电路包括电源管理芯片U1和滤波器EMI；

所述滤波器EMI的输入端作为电源管理电路的输入端与所述可充电电池连接，所述滤波器EMI的输出端与一个桥式电路T1连接，所述桥式电路的输出端分别与接地电容C1、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电容C2的正极和变压器T2的原边绕组的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与电阻R3的一端和接地电容C4连接，所述电阻R3的另一端与二极管D2的负极连接，所述二极管D2的正极与接地电感L连接，所述电阻R2的另一端、电容C2的负极均与二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极分别与MOS管T3的漏极和变压器T2的原边绕组的另一端连接，所述变压器T2的副边绕组的一端与二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极分别与电容C3的正极、电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，所述电阻R4的另一端与二极管LED的正极连接，所述二极管LED的负极与晶闸管Q1的负极连接，所述晶闸管Q1的正极接地，所述晶闸管Q1的控制端分别与接地电阻R6和电阻R5的另一端连接；

所述电源管理芯片U1的GND端接地，所述电源管理芯片U1的PB端与三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述电源管理芯片U1的GATE引脚与MOS管T3的栅极连接，所述电源管理芯片U1的VDD端与电阻R3的一端连接，所述电源管理芯片U1的CS端分别与MOS管T3的源极及接地电阻R7连接；

所述电容C3的两端作为电源管理电路的输出端与所述主控单元连接。

进一步地，所述地面解调装置为用于解调PZT压电陶瓷振动信号的地上解调仪器；

所述信息显示装置为计算机。

进一步地，所述定位装置为与油井套管适配的圆柱长方体。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的井下套管光缆避射系统，在油井套管下井的过程中，将具有方位及姿态自定位功能的定位装置和光缆一起布放，在套管布放完成后，通过定位装置获取光缆在套管圆周上的位置信息，在油井压裂的过程中避免损坏光缆，降低光缆断裂风险，降低油井开采成本；

(2)套管上的光缆用于采集井内信息(温度、压力等)，结合定位装置对自身进行定位保护不被损坏，提高了光缆使用效率，为后续利用光线传感技术进行油井油气勘探奠定了基础。

附图说明

图1为本发明提供的井下套管光缆避射系统布设示意图。

图2为本发明提供的定位装置结构示意图。

图3为本发明提供的PZT压电陶瓷驱动电路原理图。

图4为本发明提供的电源管理电路原理图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1：

如图1所示，实现上述光缆避射的井下套管光缆避射系统，包括定位装置、光缆、地面解调装置和信息显示装置；具体地，定位装置布设于套管上光缆对应位置处，并与地面解调装置连接，地面解调装置与信息显示装置连接；

其中，定位装置，布设于套管上光缆对应的位置处，用于获取自身位置信息并发送至光缆；光缆，为安装于套管上各处的光缆，用于实时接收定位装置发送的位置信息，并发送至地面解调装置；地面解调装置，用于对光缆发送的信息进行解调，获取相应定位装置的位置信息，进而获取对应光缆的位置信息，其为用于解调PZT压电陶瓷振动信号的地上解调仪器；信息显示装置，用于显示地面解调装置获取光缆位置分布信息，优选为计算机。

如图2所示，其中的定位装置包括供电单元、位置信息感知单元、信息传输单元和主控单元；位置信息感知单元和供电单元均与主控单元连接，信息传输单元通过驱动电路与主控单元连接；

具体地，位置信息感知单元包括三轴陀螺仪、三轴磁场传感器和温度传感器，温度传感器通过高温运放电路与主控单元连接；其中三轴陀螺仪同时记录当前套管6个方向上的位置、移动轨迹和加速度信息上传至主控单元，并结合磁场传感器上传的信息进行套管姿态解算，仅为确定其位置，并根据该位置信息通过控制驱动电路来控制PAT压电陶瓷产生的振动信号；另外，温度传感器测量环境温度，地底温度从三百米一下开始，每下降100米温度升高约3.3摄氏度，在深度井中，温度将会很高，因此设置温度传感器一方面可以为套管下井深度提供数据参考，另一方面设置在主控单元中进行设置，只有当达到一定温度(深度)时，系统的组成模块才会开始工作，以达到节能的目的。

本实施例中的信息传输单元为PZT压电陶瓷，PZT压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，除压电陶瓷外也可替换成为振动器等相关的能够传递信息的发声装置；其根据主控单元基于各传感器解算出的位置信息，控制驱动电路进行PZT压电陶瓷的振动控制，如图3所示，驱动电路包括第一MOS管T1；

第一MOS管T1的源极分别与主控单元、第二MOS管T2的源极和二极管D1的正极连接，第一MOS管T1的漏极与二极管D2的正极连接，第二MOS管T2的漏极与二极管D3的正极连接，二极管D1的负极分别与主控单元、第三MOS管T3的源极和第四MOS管T4的源极连接，二极管D2的负极与PZT压电陶瓷的一端连接，二极管D3的负极分别与第六MOS管T6的漏极、第三MOS管T3的漏极和电感L的一端连接，第三MOS管T3的源极还与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与第三MOS管T3的漏极连接，第六MOS管T6的漏极还与二极管D7的负极连接，二极管D7的正极与第六MOS管T6的源极连接，第六MOS管T6的源极还与第五MOS管T5的源极连接并接地，电感L的另一端与PZT压电陶瓷的另一端连接，第四MOS管T4的漏极和第五MOS管T5的漏极均与PZT压电陶瓷的一端连接，第四MOS管T4的源极还与二极管D5的负极连接，二极管D5的正极与第四MOS管T4的漏极连接，第五MOS管T5的漏极与二极管D6的负极连接，二极管D6的正极与第五MOS管T5的源极连接。

本实施例中的供电单元包括电源管理电路和可充电电池，可充电电池通过电源管理电路与主控单元连接；

如图4所示，电源管理电路包括电源管理芯片U1和滤波器EMI；

滤波器EMI的输入端作为电源管理电路的输入端与可充电电池连接，滤波器EMI的输出端与一个桥式电路T1连接，桥式电路的输出端分别与接地电容C1、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电容C2的正极和变压器T2的原边绕组的一端连接，电阻R1的另一端分别与电阻R3的一端和接地电容C4连接，电阻R3的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与接地电感L连接，电阻R2的另一端、电容C2的负极均与二极管D3的负极连接，二极管D3的正极分别与MOS管T3的漏极和变压器T2的原边绕组的另一端连接，变压器T2的副边绕组的一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极分别与电容C3的正极、电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端与二极管LED的正极连接，二极管LED的负极与晶闸管Q1的负极连接，晶闸管Q1的正极接地，晶闸管Q1的控制端分别与接地电阻R6和电阻R5的另一端连接；

电源管理芯片U1的GND端接地，电源管理芯片U1的PB端与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，电源管理芯片U1的GATE引脚与MOS管T3的栅极连接，电源管理芯片U1的VDD端与电阻R3的一端连接，电源管理芯片U1的CS端分别与MOS管T3的源极及接地电阻R7连接；电容C3的两端作为电源管理电路的输出端与主控单元连接。

在本实施例中的，油井油气开采前，会采用压裂技术，将套管压出裂缝，这个过程可能会损坏光缆，根据上述结构获得光缆在套管上的位置信息可以避免光缆被损坏。另外需要说明的是，本发明提供的光缆不仅适用于油井套管上的光缆避射，同样适用于其他需要光缆定位的场景。

本实施例中，主控单元中主控芯片的型号为PIC18F4680；温度传感器的型号为PT100；三轴陀螺仪的型号为ASM330LHH；三轴磁场传感器的型号为ADA4571WHRZ；高温运放电路中的运算放大器的型号为LTC2054MPS5。

基于上述系统，本实施例提供了其对应的井下套管光缆避射方法，包括以下步骤：

S1、在油井套管下井前，将光缆附着于套管上，同时将若干个定位装置布设于套管上光缆对应的位置处；

S2、在油井套管下井过程中，通过定位装置实时发送自身位置信息，并被光缆所接收；

S3、通过地面解调装置实时对光缆收到的信息进行解调，获取对应定位装置的位置信息，进而获取对应光缆的位置信息；

S4、通过信息显示装置显示若干光缆的位置分布信息，并基于该位置分布信息进行套管精准施压，实现套管光缆避射。

上述步骤S2具体为：通过定位装置实时监测自身在套管圆周上的位置信息，并以设定的频率变化规则编码成包含自身位置信息的信号被光缆接收。

本实施例中在油井套管下井的过程中，将具有方位及姿态自定位功能的定位装置和光缆一起布放，在套管布放完成后，通过定位装置获取光缆在套管圆周上的位置信息，在油井压裂的过程中避免损坏光缆，降低光缆断裂风险，降低油井开采成本。

本发明的有益效果为：

本发明提供的井下套管光缆避射系统，在油井套管下井的过程中，将具有方位及姿态自定位功能的定位装置和光缆一起布放，在套管布放完成后，通过定位装置获取光缆在套管圆周上的位置信息，在油井压裂的过程中避免损坏光缆，降低光缆断裂风险，降低油井开采成本；套管上的光缆原本用于采集井内信息(温度、压力等)，但结合定位装置对自身进行定位保护不被损坏，提高了光缆使用效率，为后续利用光线传感技术进行油井油气勘探奠定了基础。

Claims (7)

1.一种井下套管光缆避射系统，其特征在于，包括定位装置、光缆、地面解调装置和信息显示装置；所述定位装置布设于套管上光缆对应位置处，并与所述地面解调装置连接，所述地面解调装置与所述信息显示装置连接。

2.根据权利要求1所述的井下套管光缆避射系统，其特征在于，所述定位装置包括供电单元、位置信息感知单元、信息传输单元和主控单元；所述位置信息感知单元和供电单元均与所述主控单元连接，所述信息传输单元通过驱动电路与所述主控单元连接。

3.根据权利要求2所述的井下套管光缆避射系统，其特征在于，所述位置信息感知单元包括三轴陀螺仪、三轴磁场传感器和温度传感器，所述温度传感器通过高温运放电路与所述主控单元连接。

4.根据权利要求2所述的井下套管光缆避射系统，其特征在于，所述信息传输单元为PZT压电陶瓷；

所述驱动电路包括第一MOS管T1；

所述第一MOS管T1的源极分别与主控单元、第二MOS管T2的源极和二极管D1的正极连接，所述第一MOS管T1的漏极与二极管D2的正极连接，所述第二MOS管T2的漏极与二极管D3的正极连接，所述二极管D1的负极分别与所述主控单元、第三MOS管T3的源极和第四MOS管T4的源极连接，所述二极管D2的负极与所述PZT压电陶瓷的一端连接，所述二极管D3的负极分别与第六MOS管T6的漏极、第三MOS管T3的漏极和电感L的一端连接，所述第三MOS管T3的源极还与二极管D4的负极连接，所述二极管D4的正极与所述第三MOS管T3的漏极连接，所述第六MOS管T6的漏极还与二极管D7的负极连接，所述二极管D7的正极与所述第六MOS管T6的源极连接，所述第六MOS管T6的源极还与第五MOS管T5的源极连接并接地，所述电感L的另一端与所述PZT压电陶瓷的另一端连接，所述第四MOS管T4的漏极和第五MOS管T5的漏极均与所述PZT压电陶瓷的一端连接，所述第四MOS管T4的源极还与二极管D5的负极连接，所述二极管D5的正极与所述第四MOS管T4的漏极连接，所述第五MOS管T5的漏极与二极管D6的负极连接，所述二极管D6的正极与第五MOS管T5的源极连接。

5.根据权利要求2所述的井下套管光缆避射系统，其特征在于，所述供电单元包括电源管理电路和可充电电池，所述可充电电池通过电源管理电路与主控单元连接；

所述电源管理电路包括电源管理芯片U1和滤波器EMI；

所述滤波器EMI的输入端作为电源管理电路的输入端与所述可充电电池连接，所述滤波器EMI的输出端与一个桥式电路T1连接，所述桥式电路的输出端分别与接地电容C1、电阻R1的一端、电阻R2的一端、电容C2的正极和变压器T2的原边绕组的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与电阻R3的一端和接地电容C4连接，所述电阻R3的另一端与二极管D2的负极连接，所述二极管D2的正极与接地电感L连接，所述电阻R2的另一端、电容C2的负极均与二极管D3的负极连接，所述二极管D3的正极分别与MOS管T3的漏极和变压器T2的原边绕组的另一端连接，所述变压器T2的副边绕组的一端与二极管D1的正极连接，所述二极管D1的负极分别与电容C3的正极、电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，所述电阻R4的另一端与二极管LED的正极连接，所述二极管LED的负极与晶闸管Q1的负极连接，所述晶闸管Q1的正极接地，所述晶闸管Q1的控制端分别与接地电阻R6和电阻R5的另一端连接；

所述电源管理芯片U1的GND端接地，所述电源管理芯片U1的PB端与三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述电源管理芯片U1 的GATE引脚与MOS管T3的栅极连接，所述电源管理芯片U1的VDD端与电阻R3的一端连接，所述电源管理芯片U1的CS端分别与MOS管T3的源极及接地电阻R7连接；

所述电容C3的两端作为电源管理电路的输出端与所述主控单元连接。

6.根据权利要求2所述的井下套管光缆避射系统，其特征在于，所述地面解调装置为用于解调PZT压电陶瓷振动信号的地上解调仪器；

所述信息显示装置为计算机。

7.根据权利要求1所述的井下套管光缆避射系统，其特征在于，所述定位装置为与油井套管适配的圆柱长方体。

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