EA039708B1 - Downhole communication - Google Patents

Downhole communication Download PDF

Info

Publication number
EA039708B1
EA039708B1 EA201991571A EA201991571A EA039708B1 EA 039708 B1 EA039708 B1 EA 039708B1 EA 201991571 A EA201991571 A EA 201991571A EA 201991571 A EA201991571 A EA 201991571A EA 039708 B1 EA039708 B1 EA 039708B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
downhole
communication
well
annulus
metal structure
Prior art date
Application number
EA201991571A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201991571A1 (en
Inventor
Лесли Дэвид Джарвис
Шон Комптон Росс
Стивен Мартин Хадсон
Original Assignee
Метрол Текнолоджи Лтд
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Метрол Текнолоджи Лтд filed Critical Метрол Текнолоджи Лтд
Publication of EA201991571A1 publication Critical patent/EA201991571A1/en
Publication of EA039708B1 publication Critical patent/EA039708B1/en

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12Means 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
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/066Valve arrangements for boreholes or wells in wells electrically actuated
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0085Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/02Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 in situ inhibition of corrosion in boreholes or wells
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/06Measuring temperature or pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)
  • Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Structure Of Receivers (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

Provided are downhole electrical energy harvesting and communication in systems for well installations having metallic structure carrying electric current, for example CP current. In some instances there is a harvesting module (4) electrically connected to the metallic structure (2) at a first location and to a second location spaced from the first location, the first and second locations being chosen such that, in use, there is a potential difference therebetween due to the electric current flowing in the structure (2); and the harvesting module (4) being arranged to harvest electrical energy from the electric current. In addition or alternatively, there may be communication apparatus (4, 5, 6) for communication by modulation of the current, for example CP current, in the metallic structure (2).

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к осуществлению внутрискважинной связи. В частности, оно относится к способам и системам осуществления связи с помощью устройств в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, обеспеченную катодной защитой. Настоящее изобретение также относится к способам и системам, использующим способы и системы сбора энергии, а также к аппарату для использования в таких способах и системах.The present invention relates to downhole communication. In particular, it relates to methods and systems for communicating with devices in a downhole installation having a metal structure provided with cathodic protection. The present invention also relates to methods and systems using energy harvesting methods and systems, as well as apparatus for use in such methods and systems.

Сведения о предшествующем уровне техникиBackground Art Information

Существует общее стремление к обеспечению возможности извлечения данных из нефтяных и/или газовых скважин, а также из устройств управления, расположенных в нефтяных и/или газовых скважинах, таких как клапаны, например подземные предохранительные клапаны.There is a general desire to be able to extract data from oil and/or gas wells, as well as from control devices located in oil and/or gas wells, such as valves, such as underground safety valves.

Однако подача мощности таким внутрискважинным устройствам представляет определенные сложности. В некоторых обстоятельствах мощность может подаваться непосредственно с поверхности через кабель, или мощность может подаваться устройствам непосредственно с поверхности гидравлическим способом. При этом в других обстоятельствах такие способы подачи мощности неприменимы. В некоторых обстоятельствах решением может стать использование батарей. Однако такое решение само по себе представляет сложности, в особенности во внутрискважинных условиях, в которых довольно высокие температуры имеют тенденцию сокращать срок службы батарей.However, supplying power to such downhole devices presents certain difficulties. In some circumstances, power may be supplied directly from the surface through a cable, or power may be supplied to devices directly from the surface in a hydraulic manner. However, in other circumstances, such methods of power supply are not applicable. In some circumstances, batteries may be the solution. However, such a solution presents challenges in itself, especially in downhole environments where fairly high temperatures tend to shorten battery life.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Таким образом, есть необходимость в альтернативных источниках питания для внутрискважинных устройств, которые могли бы использоваться в обстоятельствах, когда подача мощности непосредственно с поверхности посредством кабеля или гидравлически затруднена, невозможна или нежелательна, которые при этом преодолевали бы ограничения, с которыми сталкиваются в случаях, когда полагаются на подачу мощности батареей. Также необходимо обеспечить альтернативные способы связи между различными участками внутри скважины, а также с участками другой скважины и/или участками на поверхности.Thus, there is a need for alternative power sources for downhole devices that can be used in circumstances where power supply directly from the surface via a cable or hydraulically is difficult, impossible or undesirable, which would overcome the limitations encountered in cases where rely on battery power supply. It is also necessary to provide alternative means of communication between different locations within a well, as well as with areas of another well and/or areas on the surface.

В настоящем описании термин поверхность относится к поверхности земли в случае материковой скважины, где расположено устье скважины; морскому дну/уровню дна в случае подводной скважины; и площадке устья скважины на платформе. Когда это уместно, термин также относится к участкам, расположенным выше указанных участков. В целом, термин поверхность используется для обозначения любого подходящего участка, к примеру, для подачи и/или принятия мощности/сигналов, который находится снаружи ствола скважины.In the present description, the term surface refers to the surface of the earth in the case of a subsurface well, where the wellhead is located; seabed/bottom level in the case of a subsea well; and the wellhead site on the platform. When appropriate, the term also refers to areas above said areas. In general, the term surface is used to refer to any suitable area, for example, for supplying and/or receiving power/signals, that is outside the wellbore.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система сбора электрической энергии для сбора электрической энергии в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, при этом указанная система содержит: модуль сбора, электрически соединенный с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, при этом первый и второй участки выбраны таким образом, чтобы при использовании между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции; при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от указанного электрического тока.According to a first aspect of the present invention, there is provided a downhole electrical energy collection system for collecting electrical energy in a downhole installation having a metal structure carrying electric current, said system comprising: a collection module electrically connected to the metal structure in a first section and to a second section spaced from the first section, while the first and second sections are selected so that in use there is a potential difference between them due to the electric current flowing through the structure; wherein the collection module is configured to collect electrical energy from said electrical current.

Скважинная установка может быть установкой с катодной защитой, тогда электрический ток является током катодной защиты. Хотя представленные здесь решения могут использоваться в системе, где для подачи мощности ток специально подается к внутрискважинной конструкции, было обнаружено, что мощность можно собирать и от систем катодной защиты. При этом сбор мощности от уже имеющихся токов является особенно предпочтительным.The downhole installation may be a cathodic protection installation, then the electric current is the cathodic protection current. Although the solutions presented here can be used in a system where current is specifically applied to the downhole structure to supply power, it has been found that power can also be collected from cathodic protection systems. In this case, the collection of power from already existing currents is particularly advantageous.

В общем случае второй участок будет внутрискважинным участком.In general, the second section will be the downhole section.

В некоторых случаях соединение со вторым участком может быть соединением с породой посредством электрода. Более типичным случаем, однако, будет случай, в котором модуль сбора будет соединяться с металлической конструкцией на первом и втором отстоящих участках.In some cases, the connection to the second site may be a connection to the rock via an electrode. A more typical case, however, would be one in which the collection module would be connected to the metal structure at the first and second spaced sections.

Такие системы и способы обладают определенными преимуществами, так как подача мощности внутрискважинному устройству может обеспечиваться в отсутствие необходимости в отдельном источнике питания. Более того, подача мощности может обеспечиваться, не полагаясь на локальные батареи, которые зачастую будут иметь ограниченный срок службы. Она также может обеспечиваться в отсутствие необходимости в кабеле, проходящем через устье скважины. Аналогично, предложенные решения могут быть реализованы без использования тороидов для введения и извлечения сигналов. Это снижает сложность и технические проблемы, которые могут возникнуть при реализации системы.Such systems and methods have certain advantages in that power can be provided to the downhole tool without the need for a separate power source. Moreover, power can be provided without relying on local batteries, which will often have a limited lifespan. It can also be provided without the need for a cable through the wellhead. Similarly, the proposed solutions can be implemented without the use of toroids for signal injection and extraction. This reduces the complexity and technical problems that may arise when implementing the system.

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью сбора электрической энергии от постоянных токов.The collection module may be configured to collect electrical energy from direct currents.

Предпочтительно, чтобы протекание тока на отрезках металлической конструкции в областях между первым участком и вторым участком происходило в одном и том же продольном направлении.Preferably, the current flow in the sections of the metal structure in the areas between the first section and the second section occurs in the same longitudinal direction.

Предпочтительно, чтобы между первым участком и вторым участком обеспечивалась непрерывная траектория протекания тока, которая бы, по меньшей мере частично, проходила по металлической конструкции.Preferably, between the first section and the second section, a continuous current flow path is provided, which would at least partially pass through the metal structure.

- 1 039708- 1 039708

В данном описании представлены элементы, которые в общем случае будут присутствовать в установке, если только ее конструкция не модифицирована. Представленные здесь идеи в общем случае не требуют модифицирования стандартной скважинной установки целиком, т.е. они ориентированы на работу со стандартной установкой.This description presents the elements that will generally be present in the installation, unless its design is modified. The ideas presented here generally do not require modification of a standard downhole installation as a whole, i.e. they are oriented to work with a standard installation.

Модуль сбора может быть электрически соединен с металлической конструкцией на втором участке.The collection module may be electrically connected to the metal structure in the second section.

Единственное или каждое соединение с металлической конструкцией может быть образовано с секцией металлических удлиненных элементов/секцией металлической трубы.A single or each connection to the metal structure may be formed with the metal extension section/metal pipe section.

В нескольких вариантах осуществления отстоящие участки могут отстоять по оси. Соединения могут быть образованы с общей секцией металлических удлиненных элементов, например общей секцией металлической трубы, которая является частью металлической конструкции. Самый верхний из двух отстоящих участков может располагаться в непосредственной близости от места расположения подвесного устройства хвостовика, предусмотренного в скважине. Зачастую такой вариант будет соответствовать наиболее практичному расположению самого верхнего участка. В некоторых случаях верхнее соединение может быть образовано с райзером.In several embodiments, the spaced portions may be axially spaced. Connections may be formed to a common section of metal elongated members, such as a common section of metal pipe that is part of a metal structure. The uppermost of the two offset sections may be located in close proximity to the location of the liner hanger provided in the well. Often this option will correspond to the most practical location of the uppermost section. In some cases, a top connection may be formed to the riser.

Оба соединения, к примеру, могут быть образованы с эксплуатационной колонной, предусмотренной в скважине, или оба соединения могут быть образованы с первой секцией обсадной трубы, отделенной от эксплуатационной колонны первым затрубным пространством А, или оба соединения могут быть образованы со второй секцией обсадной трубы, отделенной от первой секции обсадной трубы вторым затрубным пространством В, и т.д.Both connections, for example, may be formed with a production string provided in the well, or both connections may be formed with a first casing section separated from the production string by a first annulus A, or both connections may be formed with a second casing section, separated from the first casing section by a second annulus B, etc.

В других случаях отстоящие по оси соединения могут быть образованы с разными секциями металлических удлиненных элементов, например, с различными секциями металлической трубы, что будет приводить к аналогичным результатам, но в целом более подходящим решением является создание соединений с одной и той же секцией металлических удлиненных элементов/металлической трубы в случае, если нет причин для использования других решений.In other cases, axially spaced connections can be formed with different sections of metal extensions, for example, with different sections of metal pipe, which will lead to similar results, but in general, it is more appropriate to create connections with the same section of metal extensions. /metal pipe if there is no reason to use other solutions.

Там, где отстоящие участки отстоят по оси, и необходимо присутствие между ними разности потенциалов, расстояние между участками предпочтительно должно быть значительным - обычно 100 м и более. Предпочтительно от 300 до 500 м.Where spaced sections are axially spaced and a potential difference between them is required, the distance between the sections should preferably be significant, typically 100 m or more. Preferably between 300 and 500 m.

Электрическое соединение с металлической конструкцией на первом участке может быть гальваническим соединением.The electrical connection to the metal structure in the first section may be a galvanic connection.

Электрическое соединение с металлической конструкцией на втором участке может быть гальваническим соединением.The electrical connection to the metal structure in the second section may be a galvanic connection.

Модуль сбора может быть расположен в одном или нескольких внешних по отношению к скважине удлиненных элементах, внутри затрубного пространства скважины и внутри внутреннего ствола скважины.The collection module may be located in one or more elongated elements external to the well, inside the annulus of the well, and inside the inner wellbore.

Соединение по меньшей мере с одним из участков, первым или вторым, может быть обеспечено посредством кабеля, проходящего вдоль металлической конструкции.The connection to at least one of the sections, the first or the second, can be provided by means of a cable running along the metal structure.

Если второй отстоящий контакт образован по меньшей мере с одной секцией металлических удлиненных элементов, предпочтительно, чтобы электрический ток, текущий по указанной по меньшей мере одной секции металлических удлиненных элементов, на которой образован первый контакт, двигался по тому же продольному направлению, что и электрический ток, текущий по меньшей мере по одной секции металлических удлиненных элементов, на которой образован второй контакт.If the second spaced contact is formed with at least one section of metal elongate elements, it is preferable that the electric current flowing through said at least one section of metal elongate elements, on which the first contact is formed, moves in the same longitudinal direction as the electric current , flowing along at least one section of metal elongated elements, on which the second contact is formed.

Если первый отстоящий контакт и второй отстоящий контакт, оба, образованы с одной и той же секцией металлических удлиненных элементов, предпочтительно, чтобы указанная секция металлических удлиненных элементов была непрерывно проводимой между указанными первым и вторым участками.If the first spaced contact and the second spaced contact are both formed with the same section of metal elongated elements, it is preferred that said section of metal elongated elements be continuously conductive between said first and second sections.

По меньшей мере одно соединение между по меньшей мере одним из электрических контактов и модулем сбора может быть обеспечено изолированным кабелем.At least one connection between at least one of the electrical contacts and the collection module may be provided with an insulated cable.

Кабель может быть выбран имеющим проводник с относительно большой площадью поперечного сечения. При выборе кабеля целью является выбор площади поперечного сечения, которая является достаточно большой для того, чтобы обеспечить необходимый уровень сбора, такой, которая обеспечит достаточно низкое сопротивление в кабеле.The cable may be selected to have a conductor with a relatively large cross-sectional area. When selecting a cable, the goal is to select a cross-sectional area that is large enough to provide the required level of collection, one that provides a sufficiently low resistance in the cable.

Предпочтительно, чтобы изолированный кабель имел проводящую площадь, равную по меньшей мере 10 мм2, предпочтительно по меньшей мере 20 мм2, более предпочтительно по меньшей мере 80 мм2.Preferably, the insulated cable has a conductive area of at least 10 mm 2 , preferably at least 20 mm 2 , more preferably at least 80 mm 2 .

Кабелем может быть помещенный в колонну проводник.The cable may be a conductor placed in the column.

Одно из соединений может быть образовано в отсутствие внешнего кабеля. Одно из соединений может быть образовано посредством проводящего корпуса модуля сбора (или окружающего модуль сбора).One of the connections can be formed in the absence of an external cable. One of the connections may be formed by the conductive housing of the collection module (or surrounding the collection module).

Обычно существует некое оптимальное значение для расстояния между соединениями. Чем больше расстояние, тем больше изменение в потенциале между участками контактов, но при этом тем больше сопротивление кабеля. Представленный здесь способ может содержать этап определения оптимального расстояния между отстоящими участками. Это расстояние может определяться моделированием дляUsually there is some optimal value for the distance between connections. The greater the distance, the greater the change in potential between the contact areas, but the greater the resistance of the cable. The method presented here may include the step of determining the optimal distance between spaced sections. This distance can be determined by simulation for

- 2 039708 конкретной установки.- 2 039708 specific installation.

Расстояние между участками может составлять по меньшей мере 100 м.The distance between sites can be at least 100 m.

В других вариантах осуществления отстоящие участки могут отстоять радиально. Первое из соединений может быть образовано с первой секцией металлических удлиненных элементов, например первой секцией металлической трубы, которая является частью металлической конструкции, а второе из соединений может быть образовано со второй, другой, секцией металлических удлиненных элементов, например со второй, другой, секцией металлической трубы, которая является частью металлической конструкции. Поэтому соединение может пересекать затрубное пространство, образованное двумя секциями металлической трубы.In other embodiments, the spaced portions may be radially spaced. The first of the connections can be formed with a first section of metal elongated elements, for example, the first section of a metal pipe, which is part of a metal structure, and the second of the connections can be formed with a second, different section of metal elongated elements, for example, with a second, different section of metal pipe, which is part of a metal structure. Therefore, the connection can cross the annulus formed by the two sections of the metal pipe.

Например, одно соединение может быть образовано с эксплуатационной колонной, предусмотренной в скважине, а одно - с первой секцией обсадной трубы, отделенной от эксплуатационной колонны первым затрубным пространством А, или одно соединение может быть образовано с первой секцией обсадной трубы, предусмотренной в скважине, а одно - со второй секцией обсадной трубы, отделенной вторым затрубным пространством В от первой секции обсадной трубы, и т.д.For example, one connection may be formed to the production string provided in the well and one to the first casing section separated from the production string by the first annulus A, or one connection may be formed to the first casing section provided in the well and one with a second casing section separated by a second annulus B from the first casing section, and so on.

В некоторых случаях отстоящие участки могут отстоять как по оси, так и радиально.In some cases, the spaced sections may be spaced both axially and radially.

Соединения могут быть образованы с общей секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции.Connections can be formed with a common section of metal elongated elements that is part of the metal structure.

В некоторых вариантах осуществления первое из соединений образовано с первой секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции, а второе из соединений образовано со второй, другой, секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции.In some embodiments, the first of the connections is formed with a first section of metal elongated elements that is part of the metal structure, and the second of the connections is formed with a second, different section of metal elongated elements that is part of the metal structure.

Для электрической изоляции первой секции металлических удлиненных элементов от второй секции металлических удлиненных элементов в области соединений могут быть предусмотрены средства изоляции.For electrical isolation of the first section of metal elongated elements from the second section of metal elongated elements, isolation means may be provided in the connection area.

Средства изоляции могут быть предусмотрены для электрической изоляции первой секции удлиненных элементов/металлической трубы от второй секции удлиненных элементов/металлической трубы в области по меньшей мере одного из соединений. Это может помочь гарантировать присутствие разности потенциалов между секциями удлиненных элементов/металлической трубы на участках, где образованы соединения. Это обеспечивается за счет отличающихся траекторий, ведущих к земле, от каждой секции элементов/трубы.Isolation means may be provided to electrically isolate the first section of the elongated elements/metal pipe from the second section of the elongated elements/metal pipe in the region of at least one of the connections. This can help ensure that there is a potential difference between the elongate/metal pipe sections in the areas where the connections are made. This is achieved by having different ground paths from each element/pipe section.

Следует отметить, что в описанных здесь решениях токи, от которых производят сбор энергии, будут в целом течь в одном и том же направлении на первой и второй секциях металлических удлиненных элементов/трубы. Поэтому изоляция предусмотрена не для образования отдельной траектории замыкания, а скорее для изменения траектории, ведущей к земле, для одной из секций относительно другой.It should be noted that in the solutions described here, the currents from which the energy is harvested will generally flow in the same direction on the first and second sections of the metal elongated elements/pipe. Therefore, the isolation is not intended to form a separate short path, but rather to change the ground path for one of the sections relative to the other.

Средства изоляции могут содержать изолирующий слой или покрытие, предусмотренные по меньшей мере на одной из секций удлиненных элементов/металлической трубы. Средства изоляции могут содержать по меньшей мере один изолирующий центратор для удержания секций удлиненных элементов/металлической трубы на расстоянии друг от друга.The insulation means may comprise an insulating layer or coating provided on at least one of the elongate/metal pipe sections. The means of isolation may comprise at least one insulating centralizer to keep the sections of elongated elements/metal pipe at a distance from each other.

Средства изоляции могут быть предусмотрены в целях недопущения электрического контакта между двумя секциями удлиненных элементов/металлической трубы на расстоянии, равном по меньшей мере 100 м, предпочтительно 300 м.Means of isolation may be provided to prevent electrical contact between the two sections of elongated members/metal pipe at a distance of at least 100 m, preferably 300 m.

По меньшей мере одно из соединений может находиться в изолированной области. Оба соединения могут находиться в изолированной области. По меньшей мере одно из соединений может находиться около центральной точки изолированной области. Расположение по меньшей мере одного из соединений может быть определено моделированием конкретной установки для определения оптимального расположения, которое потом выбирается.At least one of the connections may be in the isolated area. Both connections can be in an isolated area. At least one of the connections may be located near the center point of the isolated area. The location of at least one of the connections can be determined by modeling a particular installation to determine the optimal location, which is then selected.

Модуль сбора может быть предусмотрен в стволе центральной секции колонны, в затрубном пространстве или снаружи обсадной трубы - между обсадной трубой и породой. Так, среди прочих возможных расположений модуль сбора может быть предусмотрен в затрубном пространстве А, затрубном пространстве В, затрубном пространстве С, затрубном пространстве D или любых других затрубных пространствах.The collection module can be provided in the wellbore of the central section of the string, in the annulus or outside the casing - between the casing and the rock. Thus, among other possible locations, the collection module may be provided in annulus A, annulus B, annulus C, annulus D, or any other annulus.

За счет этого предоставляется возможность подачи мощности на участки, на которые обычно невозможно и/или нежелательно проводить кабели с поверхности, что особенно полезно в случае подводных скважин. Кроме того, такая возможность предоставляется в отсутствие необходимости использования первичных батарей или других локальных источников питания, а значит, обеспечивается возможность подачи мощности к таким участкам на протяжении всей жизни скважины.This makes it possible to supply power to areas where it is generally not possible and/or undesirable to run cables from the surface, which is especially useful in the case of subsea wells. In addition, this possibility is provided without the need to use primary batteries or other local power sources, which means that it is possible to supply power to such areas throughout the life of the well.

Модуль сбора может содержать средства переменного импеданса для варьирования нагрузки между двумя соединениями. Средства переменного импеданса могут управляться микропроцессором.The collection module may contain variable impedance means for varying the load between two connections. The variable impedance means may be controlled by a microprocessor.

Средства переменного импеданса могут использоваться для варьирования нагрузки с целью оптимизации сбора энергии.Variable impedance means can be used to vary the load in order to optimize power collection.

Средства переменного импеданса могут использоваться для модуляции нагрузки с целью передачи данных от модуля сбора в направлении поверхности.Variable impedance means can be used to modulate the load in order to transfer data from the acquisition module towards the surface.

- 3 039708- 3 039708

Для передачи данных из внутреннего пространства скважины в направлении поверхности могут быть предусмотрены внутрискважинные средства связи. Внутрискважинные средства связи могут также быть выполнены с возможностью получения данных, например, с поверхности.Downhole communications may be provided to transmit data from within the wellbore towards the surface. Downhole communications may also be configured to receive data from, for example, the surface.

Модуль сбора может содержать внутрискважинные средства связи. В других случаях внутрискважинные средства связи могут быть расположены отдельно. Внутрискважинное устройство, питаемое модулем сбора, может содержать внутрискважинные средства связи.The acquisition module may include downhole communications. In other cases, downhole communications may be located separately. The downhole device powered by the acquisition module may include downhole communications.

Внутрискважинные средства связи могут содержать средства переменного импеданса.The downhole communication means may comprise variable impedance means.

Верхние средства связи могут быть предусмотрены на участке выхода ствола скважины и включать в себя детектор для детектирования изменений тока, например тока катодной защиты, текущего по металлической конструкции, для обеспечения возможности извлечения данных, закодированных модуляцией нагрузки в модуле сбора. Например, детектор может быть выполнен с возможностью детектирования потенциала металлической конструкции относительно опорного значения, или детектирования падения потенциала на конструкции; или тока от источника питания, используемого для подачи наложенного тока катодной защиты на металлическую конструкцию.The overhead communication means may be provided at the exit portion of the wellbore and include a detector to detect changes in current, such as cathodic protection current flowing through the metal structure, to enable retrieval of data encoded by the load modulation in the acquisition module. For example, the detector may be configured to detect the potential of the metal structure relative to a reference value, or to detect a drop in potential across the structure; or current from a power source used to deliver superimposed cathodic protection current to a metallic structure.

В других вариантах осуществления вместо осуществления связи с поверхностью за счет модуляции нагрузки могут использоваться другие виды связи. Например, может использоваться подача акустического и/или электромагнитного сигнала. Модуляция нагрузки - это один из примеров подачи электромагнитного сигнала, но могут использоваться и другие, более прямые, способы подачи электромагнитного сигнала.In other embodiments, other forms of communication may be used instead of communicating with the surface by modulating the load. For example, an acoustic and/or electromagnetic signal may be used. Load modulation is one example of applying an electromagnetic signal, but other, more direct, methods of applying an electromagnetic signal can be used.

Внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью подачи несущих данные акустических сигналов к металлической конструкции, при этом верхние средства связи могут быть выполнены с возможностью приема несущих данные акустических сигналов.The downhole communication means may be configured to provide data-carrying acoustic signals to the metallic structure, while the upper communication means may be configured to receive data-carrying acoustic signals.

Внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью подачи несущих данные электромагнитных сигналов к металлической конструкции, при этом верхние средства связи могут быть выполнены с возможностью приема несущих данные электромагнитных сигналов.The downhole communication means may be configured to provide data-carrying electromagnetic signals to the metallic structure, while the upper communication means may be configured to receive data-carrying electromagnetic signals.

Верхние средства связи могут быть выполнены с возможностью подачи несущих данные акустических и/или электромагнитных сигналов к металлической конструкции, при этом внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью приема несущих данные акустических и/или электромагнитных сигналов.The overhead communication means may be configured to deliver data-carrying acoustic and/or electromagnetic signals to the metallic structure, while the downhole communication means may be configured to receive data-carrying acoustic and/or electromagnetic signals.

В некоторых случаях верхние средства связи и внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью осуществления связи с использованием сигналов обоих типов: акустических и электромагнитных сигналов. Это создает полезную избыточность, заключающуюся в том, что в случае выхода из строя одного канала связи другой канал связи будет продолжать функционировать.In some instances, uphole communications and downhole communications may be configured to communicate using both types of signals: acoustic and electromagnetic signals. This creates a useful redundancy in that if one link fails, the other link will continue to function.

Модуль сбора может быть размещен в заданном положении внутри скважины для сбора мощности, при этом для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, к внутрискважинному устройству может быть предусмотрен кабель. Площадь поперечного сечения кабеля, используемого для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, обычно будет меньше поперечного сечения любого кабеля, используемого для сбора этой мощности, при этом мощность обычно будет подаваться ниже, внутрь скважины, при большем напряжении, чем напряжение, создаваемое между отстоящими контактами током, текущим по металлической конструкции, например токами катодной защиты.A collection module may be placed at a predetermined position within the well to collect power, and a cable may be provided to supply electrical power downhole downhole to the downhole tool. The cross-sectional area of the cable used to deliver electrical power downhole downhole will typically be smaller than the cross-sectional area of any cable used to collect that power, and the power will typically be delivered downhole downhole at a higher voltage than the voltage generated between the downhole contacts with current flowing through a metal structure, for example, cathodic protection currents.

В некоторых вариантах осуществления ток, текущий по удлиненным элементам, подается с поверхности скважины.In some embodiments, the current flowing through the elongated elements is supplied from the surface of the well.

В некоторых вариантах осуществления ток, текущий по удлиненному элементу, подается от одного или нескольких жертвенных анодов.In some embodiments, the current flowing through the elongated element is supplied from one or more sacrificial anodes.

В некоторых вариантах осуществления ток, текущий по удлиненным элементам, является наложенным током от внешнего источника питания.In some embodiments, the current flowing through the elongated members is superimposed current from an external power source.

В некоторых вариантах осуществления напряжение поверхности скважины при использовании ограничивается диапазоном от -0,7 В до -2 В относительно опорной ячейки из серебра/хлорида серебра.In some embodiments, the well surface voltage in use is limited to -0.7V to -2V relative to the silver/silver chloride reference cell.

Предпочтительно, чтобы разность потенциалов между отстоящими контактами была менее 1 В, предпочтительно менее 0,5 В, более предпочтительно менее 0,1 В.Preferably, the potential difference between spaced contacts is less than 1 V, preferably less than 0.5 V, more preferably less than 0.1 V.

Опционально, сопротивление скважинной конструкции между контактами не превышает 0,1 Ом, предпочтительно не превышает 0,01 Ом.Optionally, the resistance of the well structure between the contacts does not exceed 0.1 ohm, preferably does not exceed 0.01 ohm.

Оптимальный участок для сбора мощности обычно будет располагаться поблизости от участка, на котором токи, например токи катодной защиты, накладываются на металлическую конструкцию.The optimum site for collecting power will usually be located near the site where currents, such as cathodic protection currents, are superimposed on the metal structure.

Там, где отстоящие участки отстоят по оси, предпочтительным является расположение верхнего участка в непосредственной близости к участку, на котором токи, например токи катодной защиты, накладываются на металлическую конструкцию. Следует отметить, что в случае платформенной конструкции ток, например токи катодной защиты, может поступать к внутрискважинной металлической конструкции через гальваническое соединение с платформенной конструкцией. В некоторых случаях предложенные здесь решения могут включать в себя управление расположением этого соединения.Where spaced portions are axially spaced, it is preferable to position the upper portion in close proximity to the portion in which currents, such as cathodic protection currents, are superimposed on the metallic structure. It should be noted that in the case of a platform structure, current, such as cathodic protection currents, may be supplied to the downhole metal structure through a galvanic connection to the platform structure. In some cases, the solutions proposed here may include controlling the location of this connection.

Зачастую оптимальный участок для сбора мощности будет расположен вблизи устья скважины, где наблюдается наибольшая скорость изменения потенциала по мере продвижения внутрь скважины. СOften, the optimal site for collecting power will be located near the wellhead, where the highest rate of potential change occurs as one moves into the well. FROM

- 4 039708 другой стороны, внутрискважинное устройство, которому подается мощность, может располагаться ниже, внутри скважины. Поэтому модуль сбора и внутрискважинное устройство могут находиться на разных участках, в частности на разных глубинах в скважине.- 4 039708 On the other hand, the downhole device to which power is supplied may be located below, inside the well. Therefore, the collection module and downhole device may be located at different locations, in particular at different depths in the well.

В других случаях модуль сбора и внутрискважинное устройство могут располагаться вместе. Такая система может содержать внутрискважинный блок, включающий в себя модуль сбора и внутрискважинное устройство.In other cases, the collection module and downhole device may be located together. Such a system may include a downhole assembly including a collection module and a downhole device.

Верхний отстоящий контакт может находиться: в пределах 100 м, предпочтительно в пределах 50 м, от поверхности земли, если скважина является материковой скважиной, и в пределах 100 м, предпочтительно в пределах 50 м, от уровня дна, если скважина является подводной скважиной.The top offset contact may be: within 100 m, preferably within 50 m, of the ground if the well is a subsea well, and within 100 m, preferably within 50 m, of the bottom if the well is a subsea well.

Верхний отстоящий контакт может находиться в непосредственной близости к участку, соответствующему потенциалу максимальной величины, вызванному электрическим током, текущим по конструкции.The upper spacer contact may be in close proximity to the area corresponding to the potential of the maximum value caused by the electric current flowing through the structure.

Система может также содержать внутрискважинные средства связи для передачи и/или приема данных.The system may also include downhole communications for transmitting and/or receiving data.

Внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью передачи данных за счет варьирования нагрузки между соединениями на отстоящих участках.The downhole communication means can be configured to transmit data by varying the load between the connections in the spaced sections.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложена система управления внутрискважинным устройством, содержащая внутрискважинную систему сбора электрической энергии, раскрытую выше, и внутрискважинное устройство, при этом модуль сбора электрически соединен с внутрискважинным устройством и выполнен с возможностью подачи мощности внутрискважинному устройству.In accordance with another aspect of the present invention, a downhole tool control system is provided, comprising the downhole electrical energy collection system disclosed above and the downhole device, wherein the collection module is electrically coupled to the downhole tool and configured to supply power to the downhole tool.

Внутрискважинное устройство может содержать внутрискважинный сенсор, к примеру сенсор давления и/или температуры. Сенсор может быть установлен, например, в затрубном пространстве А, В, С или D.The downhole device may include a downhole sensor, such as a pressure and/or temperature sensor. The sensor can be installed, for example, in the annulus A, B, C or D.

Сенсор, размещенный в одном затрубном пространстве или стволе скважины, может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга некоторого параметра в расположенном поблизости затрубном пространстве или стволе скважины помимо осуществления мониторинга в затрубном пространстве или стволе скважины, в котором он расположен, или вместо того, чтобы осуществлять мониторинг в затрубном пространстве или стволе, в котором он расположен. Для обеспечения возможности измерения параметров в расположенном поблизости затрубном пространстве или стволе скважины может быть предусмотрен порт, проходящий через секцию металлической конструкции.A sensor located in one annulus or wellbore may be configured to monitor some parameter in a nearby annulus or wellbore in addition to monitoring in the annulus or wellbore in which it is located, or instead of monitoring in the annulus or wellbore in which it is located. To enable measurement of parameters in a nearby annulus or wellbore, a port may be provided through a section of metal structure.

Сенсор может быть предусмотрен для детектирования протечек в зацементированном затрубном пространстве.A sensor may be provided to detect leaks in the cemented annulus.

Сенсор может включать в себя набор сенсоров.The sensor may include a set of sensors.

Внутрискважинное устройство может содержать по меньшей мере один из указанных элементов: внутрискважинный сенсор; внутрискважинный исполнительный механизм; затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент; клапан; внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.The downhole device may comprise at least one of the following elements: a downhole sensor; downhole actuator; annular sealing device, such as a packer or packer element; valve; downhole communication module, such as a transceiver or repeater.

Модуль связи может содержать внутрискважинный связной повторитель. Им может быть повторитель для акустической связи, или электромагнитной связи, в том числе для беспроводной электромагнитной связи и кабельной электромагнитной связи, или для гибридной системы связи. Например, повторитель может принимать акустические сигналы с участков, расположенных ниже внутри скважины, и сигналы в направлении поверхности, используя электромагнитную связь, или наоборот. Аналогичным образом, оба типа связи, акустическая и электромагнитная связь, могут использоваться в одном или обоих направлениях. Подача электромагнитных сигналов может быть осуществлена подачей электрических сигналов внутрь скважины или модуляцией нагрузки в модуле сбора, как было описано выше. Подача электромагнитных сигналов может осуществляться, по меньшей мере частично, посредством кабелей, как было описано выше.The communication module may include a downhole communication repeater. It may be a repeater for acoustic communication, or electromagnetic communication, including wireless electromagnetic communication and cable electromagnetic communication, or for a hybrid communication system. For example, the repeater may receive acoustic signals from areas downhole downhole and signals towards the surface using electromagnetic coupling, or vice versa. Similarly, both types of communication, acoustic and electromagnetic communication, can be used in one or both directions. The supply of electromagnetic signals can be carried out by applying electrical signals downhole or by modulating the load in the collection module, as described above. The supply of electromagnetic signals can be carried out, at least in part, through cables, as described above.

Если внутрискважинное устройство является повторителем или приемопередатчиком, система может быть заранее установлена в конструкцию скважины для создания скважины, готовой к беспроводному соединению (англ. wireless ready). Так, система может быть установлена для обеспечения беспроводного канала связи, даже если возможность связи сначала не используется. Здесь, опять же, термин беспроводной означает, что имеется по меньшей мере одна беспроводная ветвь в канале связи, другие ветви могут идти по кабелю.If the downhole device is a repeater or transceiver, the system can be pre-installed into the well structure to create a wireless ready well. Thus, the system may be set up to provide a wireless communication channel even if the communication capability is not initially used. Here, again, the term wireless means that there is at least one wireless branch in the communication channel, other branches can go over the cable.

В других ситуациях указанная система может быть установлена постфактум.In other situations, the specified system can be installed after the fact.

Клапан может содержать по меньшей мере один из следующих элементов: подземный предохранительный клапан; клапан управления расходом в стволе скважины; клапан ствол скважины-затрубное пространство; клапан затрубное пространство-затрубное пространство; клапан ствол скважины-камера компенсации давления; клапан затрубное пространство-камера компенсации давления; клапан через пакер или в обход пакера.The valve may include at least one of the following: an underground relief valve; a flow control valve in the wellbore; wellbore-annulus valve; valve annulus-annulus; valve wellbore-pressure compensation chamber; valve annulus-pressure compensation chamber; valve through the packer or bypassing the packer.

Следует отметить, что каждое устройство может быть устройством, управляемым дистанционно, например, может быть устройством, управляемым с помощью беспроводной связи. Это может означать,It should be noted that each device may be a device controlled remotely, for example, may be a device controlled by wireless communication. This could mean

- 5 039708 к примеру, что при управлении с поверхности в канале связи может присутствовать по меньшей мере одна беспроводная ветвь. Другие ветви могут идти по кабелю, например, между участком, на котором расположен сенсор, и участком, на котором осуществляется сбор.- 5 039708 for example, that when controlled from the surface, at least one wireless branch can be present in the communication channel. Other branches may run along the cable, for example, between the area where the sensor is located and the area where the collection takes place.

Подача электромагнитных сигналов может предусматривать использование сигналов постоянного или переменного тока и подходящих схем модуляции. Модуль сбора может содержать преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь) для сбора мощности от токов катодной защиты или других присутствующих токов. Модуль сбора может содержать устройство накопления энергии для накопления собранной мощности. Устройство накопления энергии может содержать устройство накопления заряда, которое может содержать по меньшей мере один конденсатор и/или по меньшей мере одну перезаряжаемую батарею. Там, где есть средства накопления энергии, модуль сбора может быть выполнен с возможностью выборочной подачи мощности от устройства накопления или непосредственно от собранной энергии. Такой выбор может быть основан на заранее определенных условиях. В альтернативных вариантах в отсутствие устройства накопления энергии модуль сбора может быть выполнен с возможностью постоянной подачи мощности по требованию.The supply of electromagnetic signals may involve the use of DC or AC signals and suitable modulation schemes. The collection module may include a DC/DC converter to collect power from cathodic protection currents or other present currents. The collection module may include an energy storage device for storing the collected power. The power storage device may include a charge storage device that may include at least one capacitor and/or at least one rechargeable battery. Where there are energy storage means, the collection module may be configured to selectively supply power from the storage device or directly from the collected energy. Such selection may be based on predetermined conditions. Alternatively, in the absence of a power storage device, the collection module may be configured to continuously supply power on demand.

Для избирательного использования в модуле сбора может быть также предусмотрена первичная батарея.For selective use, a primary battery may also be provided in the acquisition module.

Преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь) может содержать полевой транзистор для образования резонансного повышающего осциллятора. Преобразователь постоянного тока может также включать в себя повышающий трансформатор и может включать в себя конденсатор связи.The DC/DC converter may include a FET to form a resonant boost oscillator. The DC/DC converter may also include a step-up transformer and may include a coupling capacitor.

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью управления отношением витков повышающего трансформатора для модифицирования нагрузки, генерируемой преобразователем постоянного тока. Вторичная обмотка повышающего трансформатора может содержать множество ответвлений, и/или повышающий трансформатор может содержать множество вторичных обмоток, и модуль сбора может быть выполнен с возможностью выбора обмоток и/или ответвлений для обеспечения необходимого отношения витков. Для выбора ответвлений и/или обмоток может использоваться переключатель, управляемый микропроцессором.The acquisition module may be configured to control the turn ratio of the step-up transformer to modify the load generated by the DC/DC converter. The secondary winding of the step-up transformer may comprise a plurality of taps and/or the step-up transformer may comprise a plurality of secondary windings, and the collection module may be configured to select the windings and/or taps to provide the required turns ratio. A microprocessor controlled switch can be used to select taps and/or windings.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен внутрискважинный блок, содержащий модуль сбора, раскрытый выше, и по меньшей мере одно устройство, выполненное с возможностью получения мощности от модуля сбора.According to another aspect of the present invention, there is provided a downhole assembly comprising the collection module disclosed above and at least one device capable of receiving power from the collection module.

Одно или несколько из устройств: сенсорный модуль, модуль связи и модуль сбора, может быть предусмотрено в затрубном пространстве, например затрубном пространстве В или затрубном пространстве С или другом затрубном пространстве. Сенсорный модуль и модуль сбора могут быть частью общего внутрискважинного блока, однако более типичным вариантом будет вариант, в котором они разделены так, что сенсор может располагаться глубже модуля сбора.One or more of the sensor module, communication module, and collection module may be provided in the annulus, such as annulus B or annulus C, or other annulus. The sensor module and the acquisition module may be part of a common downhole assembly, however, it is more typical that they are separated so that the sensor may be located deeper than the collection module.

Внутрискважинное устройство может быть предусмотрено на другом участке в скважине относительно модуля сбора.The downhole device may be provided at a different location in the well relative to the collection module.

Модуль сбора может быть размещен на заданном участке внутри скважины для сбора мощности, при этом для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, к внутрискважинному устройству на другом участке в скважине, может быть предусмотрен кабель.A collection module may be placed at a predetermined location within the well to collect power, and a cable may be provided to supply electrical power downhole downhole to a downhole tool at another location in the well.

Площадь поперечного сечения проводящей жилы или жил, кабеля, используемого для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, может быть меньше площади поперечного сечения кабеля, используемого для соединения модуля сбора с внутрискважинной конструкцией для сбора мощности.The cross-sectional area of the conductive strand or strands of the cable used to deliver electrical power downhole downhole may be less than the cross-sectional area of the cable used to connect the collection module to the downhole power collection structure.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система мониторинга скважины для осуществления мониторинга по меньшей мере одного параметра в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит систему сбора электрической энергии, раскрытую выше; сенсорный модуль для измерения по меньшей мере одного параметра; и модуль связи для отправки показаний закодированных данных от сенсорного модуля в направлении поверхности, при этом система сбора электрической энергии выполнена с возможностью подачи электрической мощности по меньшей мере одному из устройств сенсорному модулю или модулю связи.According to another aspect of the present invention, a downhole monitoring system is provided for monitoring at least one parameter in a downhole installation having a metallic structure carrying electrical current, said system comprising the electrical energy collection system disclosed above; a sensor module for measuring at least one parameter; and a communication module for sending encoded data readings from the sensor module towards the surface, wherein the electrical power collection system is configured to supply electrical power to at least one of the devices to the sensor module or communication module.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система мониторинга скважины для осуществления мониторинга по меньшей мере одного параметра в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит сенсорный модуль для измерения по меньшей мере одного параметра; модуль связи для отправки показаний закодированных данных от сенсорного модуля в направлении поверхности; и систему сбора электрической энергии, содержащую модуль сбора, электрически соединенный с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, причем первый и второй участки выбраны так, чтобы при использовании между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции; причем модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от электрического тока, при этом система сбора электрической энергии выполнена с возможностью подачи электрической мощности по меньшей мере одному из устройств сенсорному модулю или модулю связи.According to another aspect of the present invention, a downhole monitoring system is provided for monitoring at least one parameter in a downhole installation having a metal structure carrying an electrical current, said system comprising a sensor module for measuring at least one parameter; a communication module for sending coded data readings from the sensor module towards the surface; and an electrical energy collection system comprising a collection module electrically connected to a metal structure in the first section and to a second section spaced apart from the first section, the first and second sections being selected such that, in use, there is a potential difference between them due to an electric current flowing through constructions; moreover, the collection module is configured to collect electrical energy from an electrical current, while the electrical energy collection system is configured to supply electrical power to at least one of the devices of the sensor module or communication module.

- 6 039708- 6 039708

Указанная система может содержать по меньшей мере один кабель, имеющий первую длину, для соединения модуля сбора с одним из отстоящих участков.Said system may include at least one cable having a first length for connecting the collection module to one of the spaced sections.

Указанная система может содержать по меньшей мере один кабель, имеющий вторую длину, для подачи мощности от модуля сбора к сенсорному модулю.Said system may include at least one cable having a second length for supplying power from the collection module to the sensor module.

Площадь поперечного сечения проводящей части кабеля, имеющего первую длину, может превышать площадь поперечного сечения проводящей части кабеля, имеющего вторую длину.The cross-sectional area of the conductive portion of the cable having the first length may exceed the cross-sectional area of the conductive portion of the cable having the second length.

Модуль связи может быть выполнен с возможностью модуляции электрического тока, текущего по металлической конструкции, на участке подачи сигнала для кодировки данных для обеспечения возможности извлечения указанных данных на участке получения, удаленном от участка подачи сигнала, посредством детектирования эффекта указанной модуляции на электрическом токе на указанном участке получения.The communication module may be configured to modulate the electric current flowing through the metal structure in the signal delivery area for data encoding to enable said data to be retrieved in the acquisition area remote from the signal delivery area by detecting the effect of said modulation on the electric current in said area. receipt.

Система мониторинга скважины может содержать детектор для детектирования эффекта модуляции на электрическом токе на указанном участке получения для извлечения закодированных данных.The well monitoring system may include a detector for detecting the effect of modulation on the electrical current at the specified acquisition site to extract encoded data.

Модуль связи может быть выполнен с возможностью управления нагрузкой, генерируемой модулем сбора, для осуществления указанной модуляции электрического тока в металлической конструкции на участке подачи сигнала.The communication module may be configured to control the load generated by the collection module to perform said electric current modulation in the metal structure in the signaling area.

Сенсорный модуль может содержать сенсор давления.The sensor module may include a pressure sensor.

Сенсор давления может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга пластового давления.The pressure sensor may be configured to monitor formation pressure.

Сенсор давления может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга давления в затрубном пространстве скважины.The pressure sensor may be configured to monitor pressure in the annulus of the well.

Сенсор давления может быть выполнен с возможностью осуществления мониторинга давления в закрытом затрубном пространстве скважины.The pressure sensor may be configured to monitor pressure in the closed annulus of the well.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система связного повторителя для использования в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит: систему сбора электрической энергии, раскрытую выше; и связной повторитель, размещенный внутри скважины в указанной скважине и выполненный с возможностью осуществления связи с первым устройством за пределами устья скважины с помощью канала связи, являющегося беспроводным, по меньшей мере, на участке, проходящем через устье скважины, и выполненный с возможностью осуществления связи со вторым устройством, расположенным в скважине, т.е. ниже устья скважины, так что связной повторитель может выступать в роли повторителя между первым и вторым устройствами, при этом система сбора электрической энергии выполнена с возможностью подачи электрической мощности связному повторителю.According to another aspect of the present invention, there is provided a downhole communication repeater system for use in a downhole installation having a metal structure carrying electrical current, said system comprising: an electrical energy collection system as disclosed above; and a communication repeater placed downhole in said well and configured to communicate with the first device outside the wellhead via a communication channel that is wireless at least in a section passing through the wellhead and configured to communicate with the second device located in the well, i.e. below the wellhead, so that the connected repeater can act as a repeater between the first and second devices, while the electrical power collection system is configured to supply electrical power to the connected repeater.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система связного повторителя для использования в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит связной повторитель, размещенный внутри скважины в скважине и выполненный с возможностью осуществления связи с первым устройством за пределами устья скважины с помощью канала связи, являющегося беспроводным по меньшей мере на участке, проходящем через устье скважины, и выполненный с возможностью осуществления связи со вторым устройством, расположенным в скважине, т.е. ниже устья скважины, так что связной повторитель может выступать в роли повторителя между первым и вторым устройствами; и систему сбора электрической энергии, содержащую модуль сбора, электрически соединенный с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, причем первый и второй участки выбраны так, чтобы при использовании между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по металлической конструкции; при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от электрического тока, при этом система сбора электрической энергии выполнена с возможностью подачи электрической мощности связному повторителю.According to another aspect of the present invention, a downhole communication repeater system is provided for use in a downhole installation having a metal structure carrying an electrical current, said system comprising a communication repeater located downhole in the well and configured to communicate with a first device outside the wellhead with using a communication channel that is wireless, at least in a section passing through the wellhead, and configured to communicate with a second device located in the well, i.e. below the wellhead so that a connected repeater can act as a repeater between the first and second devices; and an electrical energy collection system comprising a collection module electrically connected to a metal structure in the first section and to a second section spaced apart from the first section, the first and second sections being selected such that, in use, there is a potential difference between them due to an electric current flowing through metal structure; wherein the collection module is configured to collect electrical energy from an electrical current, wherein the electrical energy collection system is configured to supply electrical power to the connected repeater.

Следует понимать, что упоминание здесь первого устройства за пределами устья скважины относится к устройству на другой стороне устья скважины относительно второго устройства, которое расположено в скважине, т.е. предпочтительной является связь, осуществляемая через устье скважины. По существу, первое устройство может располагаться, где угодно, поблизости к устью скважины или на удалении, при условии обеспечения соответствующей связи.It should be understood that reference herein to the first device outside the wellhead refers to the device on the other side of the wellhead from the second device which is located in the well, i.e. communication through the wellhead is preferred. As such, the first device may be located anywhere near the wellhead or remotely, as long as appropriate communication is provided.

Связной повторитель может быть выполнен с возможностью модуляции электрического тока, текущего по металлической конструкции, на участке подачи сигнала для кодировки данных для обеспечения возможности извлечения данных на участке получения, удаленном от участка подачи сигнала, посредством детектирования эффекта указанной модуляции на электрическом токе на указанном участке получения.The communication repeater may be configured to modulate the electric current flowing through the metal structure at the signal injection site for data encoding to allow data to be retrieved at the acquisition site remote from the signal injection site by detecting the effect of said modulation on the electric current at said acquisition site. .

Связной повторитель и/или модуль сбора может быть предусмотрен в затрубном пространстве, например в затрубном пространстве В или затрубном пространстве С или другом затрубном пространстве.A connected follower and/or collection module may be provided in the annulus, such as annulus B or annulus C or other annulus.

Связной повторитель и модуль сбора могут быть частью общего внутрискважинного блока.The communication repeater and collection module may be part of a common downhole unit.

Указанная система может содержать по меньшей мере один кабель, имеющий первую длину, дляSaid system may comprise at least one cable having a first length for

- 7 039708 соединения модуля сбора с одним из отстоящих участков.- 7 039708 connection of the collection module with one of the remote sections.

Указанная система может содержать по меньшей мере один кабель, имеющий вторую длину, для подачи мощности от модуля сбора связному повторителю.Said system may include at least one cable having a second length for supplying power from a collection module to a communication repeater.

Площадь поперечного сечения проводящей части кабеля, имеющего первую длину, может превышать площадь поперечного сечения проводящей части кабеля, имеющего вторую длину.The cross-sectional area of the conductive portion of the cable having the first length may exceed the cross-sectional area of the conductive portion of the cable having the second length.

Внутрискважинная система связного повторителя может содержать детектор для детектирования эффекта указанной модуляции на электрическом токе на указанном участке получения для извлечения закодированных данных.The downhole communication repeater system may include a detector for detecting the effect of said modulation on the electrical current at said acquisition site to extract encoded data.

Связной повторитель может быть выполнен с возможностью управления нагрузкой, генерируемой модулем сбора, для осуществления указанной модуляции электрического тока в металлической конструкции на участке подачи сигнала.The connected repeater may be configured to control the load generated by the collection module to effect said electrical current modulation in the metallic structure at the signaling site.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена система управления внутрискважинным устройством для управления внутрискважинным устройством в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит внутрискважинное устройство; систему сбора электрической энергии, содержащую модуль сбора, электрически соединенный с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, причем первый и второй участки выбраны так, чтобы при использовании между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции; при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от электрического тока, при этом система сбора электрической энергии выполнена с возможностью подачи электрической мощности внутрискважинному устройству.According to another aspect of the present invention, there is provided a downhole tool control system for controlling a downhole tool in a downhole installation having a metal structure carrying an electrical current, said system comprising the downhole tool; an electrical energy collection system comprising a collection module electrically connected to a metal structure in a first section and to a second section spaced apart from the first section, wherein the first and second sections are selected such that, in use, there is a potential difference between them due to electric current flowing through the structure ; wherein the collection module is configured to collect electrical energy from an electrical current, wherein the electrical energy collection system is configured to supply electrical power to the downhole device.

Внутрискважинное устройство может содержать по меньшей мере один из следующих элементов: внутрискважинный сенсор; внутрискважинный исполнительный механизм; затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент; клапан; внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.The downhole device may comprise at least one of the following: a downhole sensor; downhole actuator; annular sealing device, such as a packer or packer element; valve; downhole communication module, such as a transceiver or repeater.

Указанный клапан может содержать по меньшей мере один из следующих элементов: подземный предохранительный клапан; клапан управления расходом в стволе скважины; клапан ствол скважинызатрубное пространство; клапан затрубное пространство-затрубное пространство; клапан ствол скважины-камера компенсации давления; клапан затрубное пространство-камера компенсации давления; клапан через пакер или в обход пакера.The specified valve may contain at least one of the following elements: underground safety valve; a flow control valve in the wellbore; valve wellbore annulus; valve annulus-annulus; valve wellbore-pressure compensation chamber; valve annulus-pressure compensation chamber; valve through the packer or bypassing the packer.

Мощность может подаваться для управления клапаном, при этом мощность для перемещения клапана поступает от другого источника (например, от подпружинивания, разности давлений). В альтернативном варианте мощность может подаваться для перемещения клапана, или и для управления, и для перемещения клапана. Клапан может содержать пусковой механизм, например сервоклапан, управляемый с помощью мощности от системы подачи мощности.Power may be supplied to actuate the valve, with the power to move the valve coming from another source (eg spring, differential pressure). Alternatively, power may be supplied to move the valve, or to both control and move the valve. The valve may include a trigger mechanism, such as a servo valve, controlled by power from the power supply system.

Система управления устройством может быть выполнена с возможностью подачи варьируемых уровней мощности. Так, первый уровень мощности может подаваться в моменты, отличные от моментов, когда требуется второй, более высокий, уровень мощности. Подаваемые токи, например токи катодной защиты, могут быть увеличены, если требуется более высокий уровень мощности, за счет переключения на большее число анодов или подачей более высокого наложенного тока. Это может соответствовать уровню, нежелательному для долгосрочных периодов из-за потенциально разрушающих последствий слишком большой разности потенциалов вследствие токов катодной защиты-водородной хрупкости, но это допустимо для краткосрочных периодов. Поэтому система, аппарат, способ могут быть выполнены с возможностью временного увеличения подаваемого тока, например тока катодной защиты. Более высокий уровень мощности может использоваться, например, для перемещения клапана из одного состояния в другое, при этом более низкий уровень может использоваться в другие моменты, например при осуществлении мониторинга и/или управления сигналами.The device control system may be configured to supply varying power levels. Thus, the first power level may be supplied at times other than when a second, higher power level is required. Injected currents, such as cathodic protection currents, can be increased if a higher power level is required by switching to more anodes or by applying a higher injected current. This may be at a level undesirable for long term periods due to the potentially damaging effects of too much potential difference due to cathodic protection-hydrogen embrittlement currents, but it is acceptable for short term periods. Therefore, the system, apparatus, method can be configured to temporarily increase the supplied current, such as cathodic protection current. A higher power level may be used, for example, to move a valve from one state to another, while a lower power level may be used at other times, such as when monitoring and/or controlling signals.

Внутрискважинное устройство может располагаться на другом участке в скважине относительно модуля сбора.The downhole device may be located at a different location in the well relative to the collection module.

Модуль сбора может быть размещен на выбранном участке внутри скважины для сбора мощности, при этом может быть предусмотрен кабель для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, к внутрискважинному устройству, расположенному на другом участке в скважине.A collection module may be placed at a selected location within the well to collect power, and a cable may be provided to supply electrical power downhole downhole to a downhole tool located at another location in the well.

Площадь поперечного сечения проводящей жилы или жил, кабеля, используемого для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, может быть меньше площади поперечного сечения кабеля, используемого для соединения модуля сбора с внутрискважинной конструкцией для сбора мощности.The cross-sectional area of the conductive strand or strands of the cable used to deliver electrical power downhole downhole may be less than the cross-sectional area of the cable used to connect the collection module to the downhole power collection structure.

Внутрискважинному устройству может быть доступен и другой источник питания, помимо электрической мощности, подаваемой модулем сбора электрической энергии.Another source of power may be available to the downhole tool in addition to the electrical power supplied by the electrical power harvesting module.

В каждом из описанных выше аппаратов модуль сбора может содержать средства переменного импеданса для варьирования нагрузки между двумя соединениями. Средства переменного импеданса могут управляться микропроцессором.In each of the apparatuses described above, the collection module may include variable impedance means for varying the load between two connections. The variable impedance means may be controlled by a microprocessor.

Средства переменного импеданса могут использоваться для варьирования нагрузки для оптимизации сбора энергии.Variable impedance means can be used to vary the load to optimize power harvesting.

- 8 039708- 8 039708

Средства переменного импеданса могут использоваться для модуляции нагрузки для передачи данных от модуля сбора в направлении поверхности.Variable impedance means can be used to modulate the load to transfer data from the acquisition module towards the surface.

Модуляция импеданса может также использоваться для передачи от верхнего участка в направлении модуля сбора для модуляции подаваемого тока (например, тока катодной защиты). Одним из способов является включение анода и исключение его из работы, что приведет к модуляции потенциала, наблюдаемого внутри скважины. Так, данные могут кодироваться включением анода и исключением его из работы. Например, соединение между анодом и конструкцией может быть избирательно образовано и нарушено посредством указанных средств переключения. Так, верхний блок связи может содержать средства переключения для включения анода и исключения его из работы. В системе наложенного тока подаваемые сигналы могут быть модулированы для кодировки данных.Impedance modulation can also be used to transfer from the top section towards the collection module to modulate the applied current (eg cathodic protection current). One way is to turn the anode on and off, which will modulate the potential observed downhole. Thus, data can be encoded by turning the anode on and off. For example, the connection between the anode and the structure can be selectively formed and broken by said switching means. Thus, the upper communication unit may contain switching means for turning the anode on and off. In a superimposed current system, the applied signals can be modulated to encode the data.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ подачи мощности внутрискважинному устройству в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанный способ содержит этапы, на которых осуществляют электрическое соединение блока сбора с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, при этом первый и второй участки выбирают так, чтобы между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции, при этом блок сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от электрического тока, будучи подключенным между участками с имеющейся между ними разностью потенциалов;According to another aspect of the present invention, a method is provided for supplying power to a downhole tool in a downhole installation having a metal structure carrying an electric current, said method comprising the steps of electrically connecting a collection unit to the metal structure in a first section and to a second section spaced from the first. section, while the first and second sections are selected so that there is a potential difference between them due to the electric current flowing through the structure, while the collection unit is configured to collect electric energy from the electric current, being connected between the sections with a potential difference existing between them;

осуществляют сбор электрической мощности от электрического тока в блоке сбора;collect electric power from electric current in the collection unit;

подают электрическую мощность от блока сбора внутрискважинному устройству.electrical power is supplied from the collection unit to the downhole device.

Указанный способ может содержать этапы, на которых определяют участок, на котором потенциал вследствие электрического тока, текущего по конструкции, максимален по величине, и в зависимости от участка указанного максимума выбирают первый участок, на котором блок сбора соединяют с металлической конструкцией.Said method may include the steps of determining the section where the potential due to the electric current flowing through the structure is maximum in magnitude, and depending on the section of the specified maximum, the first section is selected, in which the collection unit is connected to the metal structure.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система сбора электрической энергии для использования в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, содержащую по меньшей мере одну секцию металлических удлиненных элементов, несущих электрический ток, причем система сбора содержит модуль сбора энергии, содержащий электрический контур, подключенный между отстоящими контактами для сбора энергии от разности потенциалов между отстоящими контактами, причем первый из отстоящих контактов образован по меньшей мере с одной секцией металлических удлиненных элементов на первом участке, а второй из отстоящих контактов образован по меньшей мере с одной секцией металлических удлиненных элементов на втором участке, при этом разность потенциалов вызвана током, текущим по указанной по меньшей мере одной секции удлиненных элементов, и, по меньшей мере частично, импедансом указанной по меньшей мере одной секции удлиненных элементов.According to another aspect of the present invention, a downhole electrical energy collection system is provided for use in a downhole installation having a metal structure comprising at least one section of metal elongated electrical current-carrying members, the collection system comprising an energy collection module comprising an electrical circuit connected between spaced contacts for collecting energy from a potential difference between spaced contacts, wherein the first of the spaced contacts is formed with at least one section of metal elongated elements in the first section, and the second of the spaced contacts is formed with at least one section of metal elongated elements in the second section, with this potential difference is caused by the current flowing through said at least one section of elongated elements, and, at least in part, by the impedance of said at least one section of elongated elements.

Электрический ток, текущий по меньшей мере по одной секции металлических удлиненных элементов, на которой образован первый контакт, может течь в том же продольном направлении, что и электрический ток, текущий по меньшей мере по одной секции металлических удлиненных элементов, на которой образован второй контакт.Electric current flowing through at least one section of metal elongated elements, on which the first contact is formed, can flow in the same longitudinal direction as the electric current flowing through at least one section of metal elongated elements, on which the second contact is formed.

Предпочтительно, чтобы первый отстоящий контакт и второй отстоящий контакт были оба образованы с той же секцией металлических удлиненных элементов; при этом эта секция металлических удлиненных элементов является непрырывно проводящей между первым и вторым участками.Preferably, the first spaced contact and the second spaced contact are both formed with the same section of metal extensions; wherein this section of metallic elongate members is continuously conductive between the first and second portions.

Предпочтительно, чтобы металлическая конструкция обеспечивала непрерывную траекторию протекания тока между первым участком и вторым участком.Preferably, the metal structure provides a continuous current path between the first section and the second section.

Предпочтительно, чтобы протекание тока между частями металлической конструкции в областях между первым участком и вторым участком происходило в одном и том же продольном направлении.Preferably, the flow of current between parts of the metal structure in the areas between the first section and the second section occurs in the same longitudinal direction.

Предпочтительно, чтобы модуль сбора был выполнен с возможностью сбора электрической энергии от постоянных токов.Preferably, the collection module is configured to collect electrical energy from direct currents.

Электрическое соединение с металлической конструкцией на первом участке может быть гальваническим соединением.The electrical connection to the metal structure in the first section may be a galvanic connection.

Электрическое соединение с металлической конструкцией на втором участке может быть гальваническим соединением.The electrical connection to the metal structure in the second section may be a galvanic connection.

Электрическое соединение с металлической конструкцией на первом участке может быть образовано с одним из следующих элементов: обсадной трубой, хвостовиком, колонной, гибкой колонной типа колтюбинг, насосной штангой.An electrical connection to the metal structure in the first section can be formed with one of the following elements: casing, liner, string, coiled tubing string, sucker rod.

Электрическое соединение с металлической конструкцией на втором участке может быть образовано с одним из следующих элементов: обсадной трубой, хвостовиком, колонной, гибкой колонной типа колтюбинг, насосной штангой.An electrical connection to the metal structure in the second section can be formed with one of the following elements: casing, liner, string, coiled tubing string, sucker rod.

Отстоящие участки могут отстоять по оси.Spaced sections can be spaced along the axis.

Отстоящие участки могут отстоять радиально.The spaced sections can be spaced radially.

По меньшей мере одно соединение между по меньшей мере одним из электрических контактов иAt least one connection between at least one of the electrical contacts and

- 9 039708 электрическим контуром может быть обеспечено изолированным кабелем.- 9 039708 the electric circuit can be provided with an insulated cable.

Предпочтительно, чтобы изолированный кабель имел проводящую площадь, равную по меньшей мере 10 мм2, предпочтительно по меньшей мере 20 мм2, более предпочтительно по меньшей мере 80 мм2.Preferably, the insulated cable has a conductive area of at least 10 mm 2 , preferably at least 20 mm 2 , more preferably at least 80 mm 2 .

Кабель может быть помещенным в колону проводником.The cable may be a conductor placed in a column.

Расстояние, на которое участки отстоят, может составлять по меньшей мере 100 м.The distance by which the plots are separated can be at least 100 m.

Соединения могут быть образованы с общей секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции.Connections can be formed with a common section of metal elongated elements that is part of the metal structure.

В некоторых вариантах осуществления первое из соединений образовано с первой секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции, а второе из соединений образовано со второй, другой, секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции.In some embodiments, the first of the connections is formed with a first section of metal elongated elements that is part of the metal structure, and the second of the connections is formed with a second, different section of metal elongated elements that is part of the metal structure.

Для электрической изоляции первой секции металлических удлиненных элементов от второй секции металлических удлиненных элементов в области соединений могут быть предусмотрены средства изоляции.For electrical isolation of the first section of metal elongated elements from the second section of metal elongated elements, isolation means may be provided in the connection area.

Средства изоляции могут содержать изолирующий слой или покрытие, предусмотренные по меньшей мере на одной из секций металлических удлиненных элементов.The isolation means may comprise an insulating layer or coating provided on at least one of the sections of the metal elongated elements.

Средства изоляции могут содержать по меньшей мере один изолирующий центратор для удержания металлических удлиненных элементов на расстоянии друг от друга.The means of isolation may include at least one insulating centralizer to keep the metal elongated elements at a distance from each other.

Средства изоляции могут быть предусмотрены во избежание электрического контакта между двумя секциями металлических удлиненных элементов на расстоянии по меньшей мере 100 м.Means of isolation may be provided to avoid electrical contact between two sections of metal elongated members at a distance of at least 100 m.

Ток, текущий по удлиненным элементам, может подаваться с поверхности скважины.The current flowing through the elongated elements may be supplied from the well surface.

Ток, текущий по удлиненному элементу, может подаваться от одного или нескольких жертвенных анодов.The current flowing through the elongated element may be supplied from one or more sacrificial anodes.

Ток, текущий по удлиненным элементам, может быть наложенным током от внешнего источника питания.The current flowing through the elongated elements may be superimposed current from an external power source.

Напряжение поверхности скважины, при использовании, может быть ограничено диапазоном от 0,7 В до -2 В относительно опорной ячейки из серебра/хлорида серебра.The well surface voltage, in use, can be limited to between 0.7V and -2V relative to the silver/silver chloride reference cell.

Разность потенциалов между отстоящими контактами может быть меньше 1 В, предпочтительно меньше 0,5 В, более предпочтительно меньше 0,1 В.The potential difference between spaced contacts may be less than 1 V, preferably less than 0.5 V, more preferably less than 0.1 V.

Сопротивление скважинной конструкции между контактами может быть меньше 0,1 Ом, предпочтительно меньше 0,01 Ом.The resistance of the well structure between the contacts may be less than 0.1 ohms, preferably less than 0.01 ohms.

Верхний отстоящий контакт может находиться в пределах 100 м, предпочтительно в пределах 50 м от поверхности земли, если скважина является материковой скважиной; и в пределах 100 м, предпочтительно в пределах 50 м от уровня дна, если скважина является подводной скважиной.The upper offset contact may be within 100 m, preferably within 50 m of the earth's surface if the well is an inland well; and within 100 m, preferably within 50 m of the bottom if the well is a subsea well.

Верхний отстоящий контакт может быть расположен в непосредственной близости от участка, соответствующего потенциалу максимальной величины, вызванному электрическим током, текущим по конструкции.The upper spacer contact may be located in close proximity to the area corresponding to the potential of the maximum value caused by the electric current flowing through the structure.

Указанная система может содержать внутрискважинные средства связи для передачи и/или приема данных.Said system may include downhole communications for transmitting and/or receiving data.

Внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью передачи данных варьированием нагрузки между соединениями на отстоящих участках.The downhole communication means may be configured to transmit data by varying the load between connections in distant areas.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена система управления внутрискважинным устройством, содержащая внутрискважинную систему сбора электрической энергии, раскрытую выше, и внутрискважинное устройство, причем модуль сбора электрически соединен с указанным внутрискважинным устройством и выполнен с возможностью подачи мощности указанному внутрискважинному устройству.According to another aspect of the present invention, a downhole tool control system is provided, comprising the downhole electrical energy collection system disclosed above and the downhole device, wherein the collection module is electrically connected to said downhole device and configured to supply power to said downhole device.

Указанное внутрискважинное устройство может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:Said downhole device may comprise at least one of the following elements:

внутрискважинный сенсор;downhole sensor;

внутрискважинный исполнительный механизм;downhole actuator;

затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент;annular sealing device, such as a packer or packer element;

клапан;valve;

внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.downhole communication module, such as a transceiver or repeater.

Указанный клапан может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:The specified valve may contain at least one of the following elements:

подземный предохранительный клапан;underground safety valve;

клапан управления расходом в стволе скважины;a flow control valve in the wellbore;

клапан ствол скважины-затрубное пространство;wellbore-annulus valve;

клапан затрубное пространство-затрубное пространство;valve annulus-annulus;

клапан ствол скважины-камера компенсации давления;valve wellbore-pressure compensation chamber;

клапан затрубное пространство-камера компенсации давления;valve annulus-pressure compensation chamber;

- 10 039708 клапан через пакер или в обход пакера.- 10 039708 valve through the packer or bypassing the packer.

Внутрискважинное устройство может быть предусмотрено на другом участке в скважине относительно модуля сбора.The downhole device may be provided at a different location in the well relative to the collection module.

Модуль сбора может быть размещен на выбранном участке внутри скважины для сбора мощности, при этом для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, внутрискважинному устройству, расположенному на другом участке в скважине, может быть предусмотрен кабель.A collection module may be placed at a selected location within the well to collect power, and a cable may be provided to supply electrical power downhole downhole to a downhole device located at another location in the well.

Площадь поперечного сечения проводящей жилы или жил, кабеля, используемого для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, может быть меньше, чем площадь поперечного сечения кабеля, используемого для соединения модуля сбора с внутрискважинной системой для сбора мощности.The cross-sectional area of the conductor, or conductors, of the cable used to deliver electrical power downhole downhole may be smaller than the cross-sectional area of the cable used to connect the collection module to the downhole power collection system.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ подачи мощности внутрискважинному устройству в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанный способ содержит следующие этапы:According to another aspect of the present invention, there is provided a method for supplying power to a downhole tool in a downhole installation having a metal structure carrying an electrical current, said method comprising the steps of:

осуществляют электрическое соединение блока сбора с металлической конструкцией на первом участке и с металлической конструкцией на втором участке, отстоящем от первого участка, при этом первый и второй участки выбирают так, чтобы между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции, при этом блок сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от электрического тока, будучи подсоединенным между участками с разностью потенциалов между ними;the electrical connection of the collection unit with the metal structure in the first section and with the metal structure in the second section, spaced from the first section, is carried out, while the first and second sections are selected so that there is a potential difference between them due to the electric current flowing through the structure, while the block collection is configured to collect electrical energy from the electric current, being connected between sections with a potential difference between them;

собирают электрическую мощность от электрического тока в блоке сбора;collecting electrical power from the electrical current in the collection unit;

подают электрическую мощность от блока сбора внутрискважинному устройству.electrical power is supplied from the collection unit to the downhole device.

Указанный способ может также содержать следующие этапы, на которых определяют участок, на котором потенциал, вызванный электрическим током, текущим по конструкции, максимален по величине, и выбирают первый участок, на котором блок сбора соединяют с металлической конструкцией, в зависимости от участка указанного максимума.Said method may also comprise the following steps, in which the section is determined where the potential caused by the electric current flowing through the structure is maximum in magnitude, and the first section is selected, in which the collection unit is connected to the metal structure, depending on the section of the specified maximum.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система сбора электрической энергии для сбора электрической энергии в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, обеспеченную катодной защитой, причем указанная система содержит модуль сбора, электрически соединенный с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, причем первый и второй участки выбраны так, чтобы при использовании между ними присутствовала разность потенциалов вследствие токов катодной защиты, текущих по конструкции;According to another aspect of the present invention, a downhole electrical energy collection system is provided for collecting electrical energy in a downhole installation having a cathodically protected metal structure, said system comprising a collection module electrically connected to the metal structure in a first section and to a second section spaced from the first. section, and the first and second sections are selected so that when used between them there is a potential difference due to cathodic protection currents flowing through the structure;

при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от токов катодной защиты.wherein the collection module is configured to collect electrical energy from cathodic protection currents.

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью сбора электрической энергии от постоянных токов.The collection module may be configured to collect electrical energy from direct currents.

Протекание тока между частями металлической конструкции в областях между первым участком и вторым участком может происходить в одном и том же продольном направлении.The flow of current between parts of the metal structure in the areas between the first section and the second section may occur in the same longitudinal direction.

Может быть обеспечена непрерывная траектория протекания тока между первым участком и вторым участком, которая, по меньшей мере частично, проходит по металлической конструкции.A continuous current path can be provided between the first section and the second section, which at least partially passes through the metal structure.

Модуль сбора может быть электрически соединен с металлической конструкцией на втором участке.The collection module may be electrically connected to the metal structure in the second section.

Отстоящие участки могут отстоять по оси.Spaced sections can be spaced along the axis.

Отстоящие участки могут отстоять радиально.The spaced sections can be spaced radially.

По меньшей мере одно соединение между по меньшей мере одним из электрических контактов и модулем сбора может быть обеспечено изолированным кабелем.At least one connection between at least one of the electrical contacts and the collection module may be provided with an insulated cable.

Изолированный кабель может иметь проводящую площадь по меньшей мере 10 мм2, предпочтительно по меньшей мере 20 мм2, более предпочтительно по меньшей мере 80 мм2.The insulated cable may have a conductive area of at least 10 mm 2 , preferably at least 20 mm 2 , more preferably at least 80 mm 2 .

Кабель может быть помещенным в колону проводником.The cable may be a conductor placed in a column.

Расстояние, на которое указанные участки отстоят, может составлять по меньшей мере 100 м.The distance at which these sections are separated may be at least 100 m.

Соединения могут быть образованы с общей секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции.Connections can be formed with a common section of metal elongated elements that is part of the metal structure.

Первое из соединений может быть образовано с первой секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции, а второе из соединений может быть образовано со второй, другой, секцией металлических удлиненных элементов, являющейся частью металлической конструкции.The first of the connections can be formed with the first section of metal elongated elements, which is part of the metal structure, and the second of the connections can be formed with the second, different section of metal elongated elements, which is part of the metal structure.

Для электрической изоляции первой секции металлических удлиненных элементов от второй секции металлических удлиненных элементов в области соединений могут быть предусмотрены средства изоляции.For electrical isolation of the first section of metal elongated elements from the second section of metal elongated elements, isolation means may be provided in the connection area.

Средства изоляции могут содержать изолирующий слой или покрытие, предусмотренное по меньшей мере на одной из секций металлических удлиненных элементов.The isolation means may comprise an insulating layer or coating provided on at least one of the sections of the metal elongated elements.

Средства изоляции могут включать в себя по меньшей мере один изолирующий центратор для удержания секций металлических удлиненных элементов на расстоянии друг от друга.The means of isolation may include at least one insulating centralizer for holding sections of metal elongated elements at a distance from each other.

- 11 039708- 11 039708

Во избежание электрического контакта между двумя секциями металлических удлиненных элементов средства изоляции могут быть предусмотрены на расстоянии по меньшей мере 100 м.In order to avoid electrical contact between two sections of metal elongated members, means of isolation may be provided at a distance of at least 100 m.

Ток, текущий по удлиненным элементам, может подаваться с поверхности скважины.The current flowing through the elongated elements may be supplied from the well surface.

Ток, текущий по удлиненному элементу, может подаваться от одного или нескольких жертвенных анодов.The current flowing through the elongated element may be supplied from one or more sacrificial anodes.

Ток, текущий по удлиненным элементам, может быть наложенным током от внешнего источника питания.The current flowing through the elongated elements may be superimposed current from an external power source.

Напряжение поверхности скважины, при использовании, может быть ограничено диапазоном от -0,7 В до -2 В относительно опорной ячейки из серебра/хлорида серебра.The well surface voltage, in use, may be limited to -0.7V to -2V relative to the silver/silver chloride reference cell.

Разность потенциалов между отстоящими контактами может быть меньше 1 В, предпочтительно меньше 0,5 В, более предпочтительно менее 0,1 В.The potential difference between the spaced contacts may be less than 1 V, preferably less than 0.5 V, more preferably less than 0.1 V.

Сопротивление скважинной конструкции между контактами может быть менее 0,1 Ом, предпочтительно менее 0,01 Ом.The resistance of the well structure between the contacts may be less than 0.1 ohms, preferably less than 0.01 ohms.

Верхний отстоящий контакт может находиться в пределах 100 м, предпочтительно в пределах 50 м от поверхности земли, если скважина является материковой; и в пределах 100 м, предпочтительно в пределах 50 м от уровня дна, если скважина является подводной.The upper offset contact may be within 100 m, preferably within 50 m of the earth's surface if the well is inland; and within 100 m, preferably within 50 m of the bottom if the well is subsea.

Верхний отстоящий контакт может располагаться в непосредственной близости от участка, соответствующего потенциалу максимальной величины, вызванному электрическим током, текущим по конструкции.The upper spacer contact may be located in close proximity to the area corresponding to the potential of the maximum value caused by the electric current flowing through the structure.

Указанная система может также содержать внутрискважинные средства связи для передачи и/или приема данных.Said system may also include downhole communications for transmitting and/or receiving data.

Внутрискважинные средства связи могут быть выполнены с возможностью передачи данных варьированием нагрузки между соединениями на отстоящих участках.The downhole communication means may be configured to transmit data by varying the load between connections in distant areas.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена система управления внутрискважинным устройством, причем указанная система содержит внутрискважинную систему сбора электрической энергии, раскрытую выше, и внутрискважинное устройство, причем модуль сбора электрически соединен с внутрискважинным устройством и выполнен с возможностью подачи мощности указанному внутрискважинному устройству.According to another aspect of the present invention, a downhole tool control system is provided, said system comprising the downhole electrical energy collection system disclosed above and a downhole device, the collection module being electrically connected to the downhole device and configured to supply power to said downhole device.

Внутрискважинное устройство может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:The downhole device may comprise at least one of the following:

внутрискважинный сенсор;downhole sensor;

внутрискважинный исполнительный механизм;downhole actuator;

затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент;annular sealing device, such as a packer or packer element;

клапан;valve;

внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.downhole communication module, such as a transceiver or repeater.

Указанный клапан может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:The specified valve may contain at least one of the following elements:

подземный предохранительный клапан;underground safety valve;

клапан управления расходом в стволе скважины;a flow control valve in the wellbore;

клапан ствол скважины-затрубное пространство;wellbore-annulus valve;

клапан затрубное пространство-затрубное пространство;valve annulus-annulus;

клапан ствол скважины-камера компенсации давления;valve wellbore-pressure compensation chamber;

клапан затрубное пространство-камера компенсации давления;valve annulus-pressure compensation chamber;

клапан через пакер или в обход пакера.valve through the packer or bypassing the packer.

Внутрискважинное устройство может располагаться на другом участке в скважине относительно модуля сбора.The downhole device may be located at a different location in the well relative to the collection module.

Модуль сбора может быть размещен на выбранном участке внутри скважины для сбора мощности, при этом для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, внутрискважинному устройству на другом участке в скважине может быть предусмотрен кабель.A collection module may be placed at a selected location within the well to collect power, and a cable may be provided to supply electrical power downhole downhole to a downhole tool at another location in the well.

Площадь поперечного сечения проводящей жилы или жил, кабеля, используемого для подачи электрической мощности ниже, внутрь скважины, может быть меньше площади кабеля, используемого для соединения модуля сбора с внутрискважинной конструкцией для сбора мощности.The cross-sectional area of the conductor, or conductors, of the cable used to deliver electrical power downhole downhole may be less than the area of the cable used to connect the collection module to the downhole power collection structure.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен внутрискважинный аппарат передачи данных для использования в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, оснащенную системой катодной защиты, такой, что имеет место электрический контур, содержащий металлическую конструкцию и замыкание на землю, по которому течет электрический ток, являющийся продуктом системы катодной защиты, причем внутрискважинный аппарат передачи данных содержит первый модуль связи для расположения на первом участке, содержащий средства модуляции для модуляции электрического тока на первом участке для кодировки данных; и второй модуль связи для расположения на втором участке, отстоящем от первого участка, содержащий детектор для детектирования эффекта модуляции на электрическом токе на первом участке для извлечения указанных данных.According to another aspect of the present invention, a downhole data communication apparatus is provided for use in a downhole installation having a metal structure equipped with a cathodic protection system, such that there is an electrical circuit containing a metal structure and an earth fault, through which an electric current flows, which is a product of the system cathodic protection, wherein the downhole data transmission apparatus comprises a first communication module for location in the first section, comprising modulation means for modulating electric current in the first section for encoding data; and a second communication module for location in the second area spaced from the first area, containing a detector for detecting the effect of modulation on the electric current in the first area to extract the specified data.

- 12 039708- 12 039708

Средства модуляции могут быть выполнены по меньшей мере с одной из следующих возможностей:The modulation means may be configured with at least one of the following possibilities:

i) управления источником сигнала системы наложенной катодной защиты для непосредственной модуляции тока катодной защиты, подаваемого на металлическую конструкцию, если система катодной защиты представляет собой систему наложенной катодной защиты;i) superimposed cathodic protection system signal source control to directly modulate the cathodic protection current applied to the metallic structure if the cathodic protection system is a superimposed cathodic protection system;

ii) модифицирования соединения между по меньшей мере одним анодом системы катодной защиты и металлической конструкцией; и iii) изменения импеданса электрического контура.ii) modifying the connection between at least one anode of the cathodic protection system and the metallic structure; and iii) changes in the impedance of the electrical circuit.

Первый модуль связи может быть выполнен с возможностью расположения внутри скважины.The first communication module may be configured to be located downhole.

Второй модуль связи может быть выполнен с возможностью расположения внутри скважины.The second communication module may be configured to be positioned within the well.

Указанный аппарат может содержать сенсорный модуль для измерения по меньшей мере одного параметра, причем первый модуль связи выполнен с возможностью отправки показаний закодированных данных от сенсорного модуля ко второму модулю связи.Said apparatus may comprise a sensor module for measuring at least one parameter, wherein the first communication module is configured to send encoded data readings from the sensor module to the second communication module.

Сенсорный модуль может содержать сенсор давления.The sensor module may include a pressure sensor.

Второй модуль связи может быть выполнен с возможностью предоставления данных внутрискважинному устройству в зависимости от данных, принятых вторым модулем связи от первого модуля связи.The second communication module may be configured to provide data to the downhole device in response to data received by the second communication module from the first communication module.

Внутрискважинное устройство может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:The downhole device may comprise at least one of the following:

внутрискважинный сенсор;downhole sensor;

внутрискважинный исполнительный механизм;downhole actuator;

затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент;annular sealing device, such as a packer or packer element;

клапан;valve;

внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.downhole communication module, such as a transceiver or repeater.

Указанный клапан может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:The specified valve may contain at least one of the following elements:

подземный предохранительный клапан;underground safety valve;

клапан управления расходом в стволе скважины;a flow control valve in the wellbore;

клапан ствол скважины-затрубное пространство;wellbore-annulus valve;

клапан затрубное пространство-затрубное пространство;valve annulus-annulus;

клапан ствол скважины-камера компенсации давления;valve wellbore-pressure compensation chamber;

клапан затрубное пространство-камера компенсации давления;valve annulus-pressure compensation chamber;

клапан через пакер или в обход пакера.valve through the packer or bypassing the packer.

По меньшей мере один из модулей связи, первый или второй модуль связи, может содержать связной повторитель для расположения внутри скважины в скважине, выполненный с возможностью осуществления связи с первым устройством за пределами устья скважины, используя канал связи, являющийся беспроводным по меньшей мере на участке, проходящем через устье скважины, и выполненный с возможностью осуществления связи со вторым устройством, расположенным в скважине, т.е. ниже устья скважины, так что связной повторитель может выступать в роли повторителя между первым и вторым устройствами.At least one of the communication modules, the first or second communication module, may comprise a communication repeater for location downhole in the well, configured to communicate with the first device outside the wellhead using a communication channel that is wireless, at least in the area, passing through the wellhead, and configured to communicate with a second device located in the well, i.e. below the wellhead so that a connected repeater can act as a repeater between the first and second devices.

Указанный аппарат может содержать внутрискважинный модуль сбора электрической мощности, выполненный с возможностью электрического подключения между двумя отстоящими участками в скважинной установке и содержащий электрический контур, выполненный с возможностью сбора электрической энергии, при использовании, от разности потенциалов между отстоящими участками, используемых для сбора, выступающей в роли входного напряжения, причем модуль сбора выполнен с возможностью подачи мощности по меньшей мере одному компоненту указанного аппарата передачи данных.Said apparatus may comprise a downhole electrical power collection module configured to be electrically connected between two spaced apart sections in a downhole installation and containing an electrical circuit configured to collect electrical energy, when in use, from the potential difference between the spaced sections used for collection, acting in the role of the input voltage, and the collection module is configured to supply power to at least one component of the specified data transmission apparatus.

Первый модуль связи может быть выполнен с возможностью управления нагрузкой, генерируемой модулем сбора, для осуществления указанной модуляции электрического тока в металлической конструкции на участке подачи сигнала.The first communication module may be configured to control the load generated by the collection module to perform said electric current modulation in the metal structure at the signaling site.

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью сбора электрической энергии от постоянных токов.The collection module may be configured to collect electrical energy from direct currents.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система передачи данных, содержащая внутрискважинный аппарат передачи данных, раскрытый выше, расположенный в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, обеспеченную катодной защитой.According to another aspect of the present invention, a downhole data communication system is provided comprising the downhole data communication apparatus disclosed above located in a downhole rig having a cathodically protected metal structure.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система передачи данных для использования в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, оснащенную системой катодной защиты, такая, что имеет место электрический контур, содержащий металлическую конструкцию и замыкание на землю, по которому течет электрический ток, являющийся продуктом системы катодной защиты, причем указанная система содержит внутрискважинный аппарат передачи данных, который содержит первый модуль связи, расположенный на первом участке и содержащий средства модуляции для модуляции электрического тока на первом участке для кодировки данных; и второй модуль связи, расположенный на втором участке, отстоящем от первого участка, и содержащий детектор для детектирования эффекта модуляции на электрическом токе на первом участке дляAccording to another aspect of the present invention, a downhole data communication system is provided for use in a downhole installation having a metallic structure equipped with a cathodic protection system such that there is an electrical circuit comprising the metallic structure and an earth fault carrying an electrical current which is the product of the system. cathodic protection, said system comprising a downhole data transmission apparatus, which includes a first communication module located in the first section and containing modulation means for modulating electric current in the first section for data encoding; and a second communication module located in the second section spaced from the first section and containing a detector for detecting the effect of modulation on the electric current in the first section for

- 13 039708 извлечения указанных данных.- 13 039708 extraction of the indicated data.

Указанный аппарат может содержать внутрискважинный модуль сбора электрической энергии, электрически подключенный между двумя отстоящими участками в скважинной установке и содержащий электрический контур, выполненный с возможностью сбора электрической энергии, при использовании, от разности потенциалов между отстоящими участками, используемых для сбора, выступающей в роли входного напряжения, причем модуль сбора выполнен с возможностью подачи мощности по меньшей мере одному компоненту указанного аппарата передачи данных.Said apparatus may comprise a downhole electrical energy collection module electrically connected between two spaced apart sections in a downhole installation and containing an electrical circuit configured to collect electrical energy, in use, from the potential difference between the spaced sections used for collection, acting as an input voltage , wherein the acquisition module is configured to supply power to at least one component of said data communication apparatus.

Протекание тока в частях металлической конструкции в областях между отстоящими участками, используемых для сбора, может происходить в одном и том же продольном направлении.The flow of current in parts of the metal structure in the areas between the spaced areas used for collection may occur in the same longitudinal direction.

Между отстоящими участками может иметь место непрерывная траектория протекания тока, используемого для сбора, которая, по меньшей мере частично, проходит по металлической конструкции.Between the spaced areas there may be a continuous path for the flow of the current used for collection, which, at least partially, passes through the metal structure.

По меньшей мере один из модулей, первый модуль связи и второй модуль связи, может быть расположен в закрытом затрубном пространстве скважины.At least one of the modules, the first communication module and the second communication module, may be located in the closed well annulus.

Указанная система или аппарат может содержать сенсор давления, выполненный с возможностью осуществления мониторинга пластового давления скважины.Said system or apparatus may include a pressure sensor configured to monitor the formation pressure of the well.

Указанная система или аппарат может содержать сенсор давления, выполненный с возможностью осуществления мониторинга давления в затрубном пространстве скважины.Said system or apparatus may include a pressure sensor configured to monitor pressure in the annulus of the well.

Указанная система или аппарат может содержать сенсор давления, выполненный с возможностью осуществления мониторинга давления в закрытом затрубном пространстве скважины.Said system or apparatus may include a pressure sensor configured to monitor pressure in a closed well annulus.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен внутрискважинный модуль сбора электрической энергии, выполненный с возможностью электрического подключения между двумя отстоящими участками в скважинной установке и содержащий электрический контур, выполненный с возможностью сбора электрической энергии, при использовании, от разности потенциалов между отстоящими участками, выполняющей роль входного напряжения.According to another aspect of the present invention, there is provided a downhole electrical energy harvesting module configured to be electrically connected between two spaced locations in a downhole installation, and comprising an electrical circuit configured to collect electrical energy, in use, from a potential difference between the spaced locations acting as an input voltage. .

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью сбора электрической энергии от постоянных токов.The collection module may be configured to collect electrical energy from direct currents.

Модуль сбора может содержать средства управления для модифицирования входного импеданса электрического контура для соответствия импедансу источника электрического контура для оптимизации эффективности преобразования мощности.The acquisition module may include controls for modifying the input impedance of the electrical loop to match the source impedance of the electrical loop to optimize power conversion efficiency.

Электрический контур может содержать преобразователь постоянного тока (DC/DCпреобразователь).The electrical circuit may comprise a DC/DC converter.

Преобразователь постоянного тока может быть выполнен с возможностью работы с входными напряжениями, превышающими минимальное пороговое значение, при этом минимальное пороговое значение не превышает 0,5 В, предпочтительно минимальное пороговое значение не превышает 0,25 В, а еще более предпочтительно минимальное пороговое значение не превышает 0,05 В.The DC/DC converter may be configured to operate with input voltages greater than a minimum threshold, wherein the minimum threshold is not greater than 0.5 V, preferably the minimum threshold is not greater than 0.25 V, and even more preferably the minimum threshold is not greater than 0.05 V.

Преобразователь постоянного тока может содержать средства самозапуска, которые позволяют запустить сбор энергии тогда, когда доступное входное напряжение меньше напряжения, соответствующего ширине полупроводниковой запрещенной зоны компонентов в преобразователе постоянного тока.The DC/DC converter may include self-starting means that allow power harvesting to start when the available input voltage is less than a voltage corresponding to the semiconductor bandgap of the components in the DC/DC converter.

Преобразователь постоянного тока может содержать средства самозапуска, которые позволяют запустить сбор энергии тогда, когда доступное входное напряжение ниже 0,5 В.The DC/DC converter may contain self-starting means that allow power harvesting to start when the available input voltage is below 0.5 V.

Преобразователь постоянного тока может содержать повышающий трансформатор.The DC/DC converter may include a step-up transformer.

Средства самозапуска могут содержать полевой транзистор, скомплектованный вместе с повышающим трансформатором для образования резонансного повышающего осциллятора.The self-starting means may comprise a FET coupled with a step-up transformer to form a resonant step-up oscillator.

Преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь) может содержать Н-мост из транзисторов, выполненный с возможностью, под управлением средств управления, подачи входного сигнала повышающему трансформатору, при этом средства самозапуска могут содержать вспомогательный источник питания для средств управления для обеспечения возможности запуска.The DC/DC converter may comprise an H-bridge of transistors operable, under control of the controls, to supply an input signal to a step-up transformer, while the self-starting means may comprise an auxiliary power supply for the controls to enable starting.

Модуль сбора может содержать средства управления, выполненные с возможностью управления отношением витков повышающего трансформатора для модификации нагрузки, генерируемой преобразователем постоянного тока.The acquisition module may include controls configured to control the turns ratio of the step-up transformer to modify the load generated by the DC/DC converter.

Вторичная обмотка повышающего трансформатора может содержать несколько ответвлений, и/или повышающий трансформатор может содержать несколько вторичных обмоток, при этом средства управления могут быть выполнены с возможностью выбора обмоток и/или ответвлений для обеспечения необходимого отношения витков.The secondary winding of the step-up transformer may contain several taps and/or the step-up transformer may contain several secondary windings, while the controls can be configured to select the windings and/or taps to provide the desired ratio of turns.

Модуль сбора может содержать по меньшей мере пару терминалов, от которых могут быть образованы соединения с двумя отстоящими участками.The collection module may contain at least a pair of terminals from which connections can be formed to two spaced areas.

Модуль сбора может иметь больше двух терминалов, при этом каждый из терминалов обеспечивает возможность соединения с соответствующим участком, при этом модуль сбора может дополнительно содержать средства переключения для выборочного электрического подключения двух из терминалов с электрическим контуром, обеспечивая тем самым возможность выбора, между какими из соответствующих участков подключается электрический контур.The collection module may have more than two terminals, with each of the terminals providing connectivity to a respective site, the collection module further comprising switching means for selectively electrically connecting two of the terminals to an electrical circuit, thereby allowing a choice between which of the respective plots connected to the electrical circuit.

В результате получается конструкция, в момент установки которой могут быть образованы множеAs a result, a structure is obtained, at the time of installation of which multiple

- 14 039708 ственные контакты с металлической конструкцией, при этом после установки делается выбор, какие из соединений использовать. К примеру, конструкция может включать в себя одно нижнее соединение и два верхних соединения на разных участках. После установки может быть определено, что больше мощности может быть собрано, если используется первое из верхних соединений, поэтому может использоваться первое соединение. В другом случае второе верхнее соединение может оказаться более предпочтительным.- 14 039708 direct contacts to a metal structure, with a choice of which connections to use after installation. For example, the design may include one bottom connection and two top connections at different locations. After installation, it can be determined that more power can be collected if the first of the top connections is used, so the first connection can be used. Alternatively, a second top connection may be preferred.

Для переключения между соединениями может также использоваться переключатель, используемый динамически во время использования.A switch can also be used to switch between connections, used dynamically at the time of use.

В другом случае могут быть предусмотрены два нижних соединения, помимо или вместо двух верхних соединений, или может быть предусмотрено другое число верхних и/или нижних соединений.Alternatively, two bottom connections may be provided in addition to or instead of the two top connections, or a different number of top and/or bottom connections may be provided.

Модуль сбора может содержать устройство накопления энергии для накопления собранной энергии. Устройство накопления энергии может содержать устройство накопления заряда, которое может содержать по меньшей мере один конденсатор и/или перезаряжаемую батарею.The collection module may include an energy storage device for storing the collected energy. The power storage device may include a charge storage device that may include at least one capacitor and/or a rechargeable battery.

Модуль сбора может содержать средства переменного импеданса для варьирования нагрузки между двумя соединениями.The collection module may contain variable impedance means for varying the load between two connections.

Средства переменного импеданса могут управляться микропроцессором.The variable impedance means may be controlled by a microprocessor.

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью использования средств переменного импеданса для варьирования нагрузки для оптимизации сбора энергии.The collection module may be configured to use variable impedance means to vary the load to optimize energy collection.

Модуль сбора может быть выполнен с возможностью использования средств переменного импеданса для модуляции нагрузки для передачи данных от модуля сбора.The acquisition module may be configured to use variable impedance load modulation means to transmit data from the acquisition module.

Модуль сбора может содержать первичную батарею так, что при использовании мощность может выборочно поступать от мощности, собранной контуром, и от первичной батареи.The collection module may comprise a primary battery such that, in use, power can be selectively supplied from the power collected by the loop and from the primary battery.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен внутрискважинный аппарат, содержащий модуль сбора, раскрытый выше, и внутрискважинное устройство для приема мощности от модуля сбора.According to another aspect of the present invention, a downhole tool is provided, comprising a collection module as disclosed above, and a downhole device for receiving power from the collection module.

Внутрискважинный аппарат может содержать средства накопления заряда и средства управления мощностью для управления мощностью, подаваемой внутрискважинному устройству, когда доступно достаточное количество энергии для подачи мощности указанному устройству.The downhole tool may include charge storage means and power control means for controlling the power supplied to the downhole device when sufficient power is available to supply power to said device.

Внутрискважинный аппарат может содержать средства модуляции импеданса для варьирования входного импеданса модуля сбора для модуляции нагрузки для передачи данных по меньшей мере от одного элемента блока сбора электрической мощности или внутрискважинного устройства.The downhole tool may include impedance modulation means for varying the input impedance of the collection module to modulate the load to transmit data from at least one element of the electrical power collection unit or downhole device.

Внутрискважинный аппарат может содержать средства модуляции для подачи модулированного напряжения по отстоящим соединениям для передачи данных.The downhole tool may include modulation means for applying a modulated voltage over spaced data connections.

Внутрискважинный аппарат может содержать первичную батарею, так что при использовании мощность может выборочно поступать от собранной мощности и от первичной батареи.The downhole tool may include a primary battery such that, in use, power can be selectively supplied from the collected power and from the primary battery.

Внутрискважинное устройство может содержать по меньшей мере один из следующих элементов: внутрискважинный сенсор;The downhole device may comprise at least one of the following: a downhole sensor;

внутрискважинный исполнительный механизм;downhole actuator;

затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент;annular sealing device, such as a packer or packer element;

клапан;valve;

внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.downhole communication module, such as a transceiver or repeater.

Указанный клапан может содержать по меньшей мере один из следующих элементов:The specified valve may contain at least one of the following elements:

подземный предохранительный клапан;underground safety valve;

клапан управления расходом в стволе скважины;a flow control valve in the wellbore;

клапан ствол скважины-затрубное пространство;wellbore-annulus valve;

клапан затрубное пространство-затрубное пространство;valve annulus-annulus;

клапан ствол скважины-камера компенсации давления;valve wellbore-pressure compensation chamber;

клапан затрубное пространство-камера компенсации давления;valve annulus-pressure compensation chamber;

клапан через пакер или в обход пакера.valve through the packer or bypassing the packer.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система сбора электрической энергии для сбора электрической энергии в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит модуль сбора, раскрытый выше, электрически соединенный с металлической конструкцией на первом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, причем первый и второй участки выбраны так, чтобы при использовании между ними присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции;According to another aspect of the present invention, a downhole electrical energy collection system is provided for collecting electrical energy in a downhole installation having a metal structure carrying an electric current, said system comprising a collection module as disclosed above electrically connected to the metal structure in a first section and to a second section, spaced apart from the first section, and the first and second sections are selected so that in use there is a potential difference between them due to the electric current flowing through the structure;

при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от электрического тока.wherein the collection module is configured to collect electrical energy from the electric current.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система подачи мощности для подачи мощности внутрискважинному устройству в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, несущую электрический ток, причем указанная система содержит модуль сбора, раскрытый выше, электрически соединенный с металлической конструкцией на перAccording to another aspect of the present invention, a downhole power supply system is provided for supplying power to a downhole device in a downhole installation having a metal structure carrying an electrical current, said system comprising a collection module as disclosed above, electrically connected to the metal structure at a lane.

- 15 039708 вом участке и со вторым участком, отстоящим от первого участка, причем первый и второй участки выбраны так, чтобы между ними, при использовании, присутствовала разность потенциалов вследствие электрического тока, текущего по конструкции, при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической мощности от электрического тока и подачи электрической мощности указанному внутрискважинному устройству.- 15 039708 the first section and with the second section spaced from the first section, the first and second sections being selected so that between them, in use, there is a potential difference due to the electric current flowing through the structure, while the collection module is configured to collect electrical power from electric current and supply of electric power to the specified downhole device.

При этом согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена внутрискважинная система подачи мощности для подачи мощности внутрискважинному устройству в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, обеспеченную катодной защитой, при этом указанная система содержит модуль сбора, раскрытый выше, электрически соединенный с металлической конструкцией на двух отстоящих участках, которые выбраны так, чтобы, при использовании, между ними присутствовала разность потенциалов вследствие токов катодной защиты, текущих по конструкции;Moreover, according to another aspect of the present invention, a downhole power supply system is provided for supplying power to a downhole device in a downhole installation having a metal structure provided with cathodic protection, while said system comprises the collection module disclosed above, electrically connected to the metal structure at two spaced apart sections, which are selected so that, in use, there is a potential difference between them due to cathodic protection currents flowing through the structure;

при этом модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической мощности от токов катодной защиты и подачи электрической мощности внутрискважинному устройству.wherein the collection module is configured to collect electrical power from cathodic protection currents and supply electrical power to the downhole device.

При этом согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ передачи данных в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, оснащенную системой катодной защиты, такой, что имеет место электрический контур, содержащий металлическую конструкцию и замыкание на землю, по которому течет электрический ток, являющийся продуктом системы катодной защиты, при этом указанный способ содержит этапы, на которых осуществляют модуляцию электрического тока на первом участке для кодировки данных; и на втором участке, отстоящем от первого участка, осуществляют детектирование эффекта указанной модуляции на электрическом токе на первом участке для извлечения указанных данных.Meanwhile, according to another aspect of the present invention, a method is provided for transmitting data in a downhole installation having a metal structure equipped with a cathodic protection system, such that there is an electrical circuit containing a metal structure and an earth fault, through which an electric current flows, which is a product of the cathodic protection system. protection, while the specified method contains stages, which carry out the modulation of the electric current in the first section for encoding data; and in a second section spaced from the first section, the effect of said modulation on the electric current in the first section is detected to extract said data.

Один из участков может быть участком, находящимся снаружи ствола скважины, например, указанный участок может быть поверхностью, а другой участок может находиться внутри скважины.One of the sections may be an area located outside the wellbore, for example, the specified area may be the surface, and the other section may be inside the well.

Этап осуществления модуляции тока может, среди прочего, предусматривать, а средства модуляции могут быть, среди прочего, выполнены с возможностьюThe step of effecting the modulation of the current may, inter alia, provide, and the means of modulation may, inter alia, be configured to

i) управления источником сигнала системы наложенной катодной защиты для непосредственной модуляции сигналов катодной защиты, подаваемых на металлическую конструкцию, если система катодной защиты является системой наложенной катодной защиты;i) superimposed cathodic protection system signal source control to directly modulate cathodic protection signals applied to the metallic structure if the cathodic protection system is a superimposed cathodic protection system;

ii) модуляции соединения между по меньшей мере одним анодом и металлической конструкцией, т.е. по меньшей мере один анод может, к примеру, быть подключен к соединению или отключен от соединения с металлической конструкцией для модуляции электрических сигналов, или может быть изменен импеданс между указанным анодом и конструкцией; или iii) изменения импеданса электрического контура, к примеру, это может быть достигнуто с помощью средств переменного импеданса, или подключения компонентов к соединению или отключения от соединения с контуром.ii) modulating the connection between the at least one anode and the metal structure, i. e. at least one anode can, for example, be connected to or disconnected from a connection to a metal structure to modulate electrical signals, or the impedance between said anode and the structure can be changed; or iii) changing the impedance of the electrical loop, for example, this can be achieved by means of variable impedance, or by connecting components to a connection or disconnecting from a connection to a loop.

Желательно, чтобы способы i) и ii) были доступны только на верхнем участке, в то время как способ iii) может быть доступен и внутри скважины, и на верхнем участке.Desirably, methods i) and ii) are available only in the upper section, while method iii) can be available both downhole and in the upper section.

Связь, использующая описанный выше принцип, может использоваться для однонаправленной связи, например связи поверхности с внутренним пространством скважины; однонаправленной связи, например связи внутреннего пространства скважины с поверхностью, и двунаправленной связи.Communication using the principle described above can be used for unidirectional communication, such as communication of the surface with the interior of the well; unidirectional communication, such as communication of the interior of the well with the surface, and bidirectional communication.

Указанные способы делают возможной связь, являющуюся частью гибридной системы связи, когда некоторые части сигнального канала обеспечиваются модуляцией сигналов катодной защиты, а некоторые обеспечиваются другими способами, например беспроводными способами, в том числе электромагнитными способами и акустическими способами.These methods enable communication, which is part of a hybrid communication system, when some parts of the signal channel are provided by the modulation of cathodic protection signals, and some are provided by other methods, for example, wireless methods, including electromagnetic methods and acoustic methods.

В любом из описанных выше случаев катодная защита, при ее наличии, может обеспечиваться как пассивной системой катодной защиты, когда жертвенные аноды соединяются с металлической конструкцией скважинной установки, так и системой наложенной катодной защиты, когда защитный ток подается на металлическую конструкцию скважинной установки.In any of the cases described above, cathodic protection, if any, can be provided both by a passive cathodic protection system, when sacrificial anodes are connected to the metal structure of the downhole installation, and by a superimposed cathodic protection system, when the protective current is applied to the metal structure of the downhole installation.

В представленных здесь способах и системах целью является использование имеющихся систем катодной защиты (или других источников тока, если они доступны), в частности, использование имеющихся анодов, при их наличии, например, в подводных установках, в отсутствие необходимости их модификации.In the methods and systems presented here, the goal is to use existing cathodic protection systems (or other current sources if available), in particular, the use of existing anodes, if available, for example, in subsea installations, without the need to modify them.

Так, аноды, при их наличии, обычно располагаются снаружи, т.е. сверху, ствола скважины, в воде. Более того, аноды обычно располагаются на некотором расстоянии от участка, на котором необходимо обеспечить подачу мощности и/или сигнала.So, anodes, if any, are usually located outside, i.e. from above, wellbore, in water. Moreover, the anodes are usually located at some distance from the area where you want to provide power and/or signal.

Так, любая из описанных выше систем может включать в себя один или несколько из следующих элементов: по меньшей мере один имеющийся анод; по меньшей мере один анод, расположенный в воде, например, в толще воды, в которой расположена подводная скважинная установка; по меньшей мере один анод, расположенный на некотором расстоянии от участка, на котором необходимо обеспечить подачу мощности и/или сигнала, используя ток, генерируемый указанным анодом.Thus, any of the systems described above may include one or more of the following: at least one existing anode; at least one anode located in the water, for example, in the water column in which the subsea well installation is located; at least one anode located at some distance from the area where it is necessary to provide power and/or signal, using the current generated by the specified anode.

Более того, любая из описанных выше систем может быть предназначена для обеспечения возмож- 16 039708 ности передачи мощности от участка, на котором на конструкцию подается ток, например ток катодной защиты (КЗ), на участок сбора и/или подачи сигнала. Это относится как к току, являющемуся током пассивной катодной защиты, току наложенной катодной защиты, или другому подаваемому току. Типичным является вариант, когда источник тока катодной защиты или другого тока находится на некотором расстоянии от участка сбора и/или подачи сигнала.Moreover, any of the systems described above may be designed to allow power to be transferred from a location where a current is applied to the structure, such as a cathodic protection (SC) current, to a signal collection and/or signaling area. This applies to both the current being passive cathodic protection current, superimposed cathodic protection current, or other applied current. Typically, the source of cathodic protection current or other current is at some distance from the area of collection and/or signaling.

Более того, металлическая конструкция может быть непрерывной в области по меньшей мере одного анода и/или области модуля сбора.Moreover, the metal structure may be continuous in the area of at least one anode and/or the area of the collection module.

Когда в описании выше упоминается оптимизация моделирования, например, в отношении расстояния, на которое отстоят соединения, использования изоляции, выбора только радиального или аксиального расстояния, на которое отстоят соединения, и выбора заданной нагрузки сбора, то в такой модели может использоваться по меньшей мере один из следующих параметров:When the description above mentions optimization of the simulation, for example, in relation to the distance that the connections are spaced, the use of insulation, the choice of only the radial or axial distance that the connections are spaced, and the choice of a given collection load, then at least one from the following options:

1) скорость затухания наверху скважины, выведенная из размеров обсадных труб и размеров трубчатых элементов, веса и типа материала (удельного сопротивления) и удельного сопротивления покрывающей толщи (среды, окружающей скважину);1) attenuation rate at the top of the well, derived from casing and tubular dimensions, material weight and type (resistivity) and overburden resistivity (environment surrounding the well);

2) расположение верхнего соединения;2) the location of the top connection;

3) расположение нижнего соединения;3) the location of the lower connection;

4) площадь поперечного сечения и тип материала (удельное сопротивление) верхнего кабеля, используемого на входах к собирателю;4) cross-sectional area and type of material (resistivity) of the upper cable used at the inputs to the collector;

5) число, расположение, материал (электропотенциал) и площадь поверхности анодов устья скважины;5) number, location, material (electric potential) and surface area of wellhead anodes;

6) действующее сопротивление скважины на уровне морского дна/устье скважины, также выведенные из размеров обсадных труб и размеров трубчатых элементов, веса, и типа материала (удельного сопротивления) и удельного сопротивления покрывающей толщи (среды, окружающей скважину), но в этот раз для всей конструкции скважины.6) well resistivity at seabed/wellhead level, also derived from casing and tubular dimensions, weight, and material type (resistivity) and overburden resistivity (environment surrounding the well), but this time for the entire well structure.

В каждом случае описанные выше системы могут содержать первичную батарею для подачи мощности независимо от собранной мощности. Первичную батарею может содержать модуль сбора. Там, где предусмотрена первичная батарея, ее использование может быть предпочтительным, пока в ней есть энергия. Например, она может использоваться для обеспечения возможности использования более высокой производительности на первоначальной стадии, при этом она может прекращать работать, когда доступна только собранная мощность.In each case, the systems described above may include a primary battery for power supply, independent of the power collected. The primary battery may comprise a collection module. Where a primary battery is provided, its use may be preferred as long as it has power. For example, it may be used to allow higher capacity to be used initially, while it may stop operating when only the collected power is available.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена скважинная установка, содержащая металлическую конструкцию, несущую электрический ток, и любую из описанных выше систем или аппаратов, например внутрискважинный аппарат или систему сбора электрической энергии; аппарат или систему управления внутрискважинным устройством; внутрискважинный аппарат или систему связного повторителя; аппарат или систему подачи мощности; или модуль сбора; или внутрискважинный аппарат или систему мониторинга скважины; или внутрискважинный аппарат или систему передачи данных, раскрытые выше. Такая установка может также содержать систему катодной защиты для защиты металлической конструкции.According to another aspect of the present invention, a downhole installation is provided, comprising a metal structure carrying an electrical current and any of the systems or apparatus described above, for example, a downhole tool or an electrical energy harvesting system; device or downhole control system; downhole tool or communication repeater system; apparatus or power supply system; or collection module; or downhole tool or well monitoring system; or the downhole tool or data communication system disclosed above. Such an installation may also contain a cathodic protection system to protect the metallic structure.

Следует отметить, что в общем случае каждые из опциональных признаков, следующие за каждым из аспектов изобретения выше, являются одинаково применимыми опциональными признаками в отношении любого другого аспекта настоящего изобретения и могут быть приведены после каждого аспекта с любыми необходимыми изменениями формулировок. Не все из таких опциональных признаков прописаны после каждого аспекта исключительно в целях сохранения краткости изложения.It should be noted that, in general, each of the optional features following each of the aspects of the invention above are equally applicable optional features with respect to any other aspect of the present invention and may be given after each aspect with any necessary wording changes. Not all of these optional features are written after each aspect solely for the sake of brevity.

К примеру, следует понимать, что любая из систем, способов, аппаратов и установок, упоминаемых выше, может использовать модуль сбора, имеющий любую комбинацию или частичную комбинацию раскрытых выше признаков и т.д.For example, it should be understood that any of the systems, methods, apparatus and installations mentioned above may use a collection module having any combination or partial combination of the features disclosed above, etc.

Скважина, упоминаемая в любом из описанных выше способов, системах, аппаратах, или установках, может быть подводной скважиной.The well referred to in any of the above described methods, systems, apparatuses, or installations may be a subsea well.

Перечень фигурList of figures

Исключительно в целях приведения примера ниже описаны некоторые варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи.For purposes of example only, some embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings.

На фиг. 1 схематически представлена скважинная установка, включающая в себя аппарат мониторинга скважины, включающий в себя внутрискважинную систему подачи мощности;In FIG. 1 is a schematic representation of a downhole installation including a well monitoring apparatus including a downhole power supply system;

на фиг. 2А схематически представлен модуль сбора системы подачи мощности, показанный на фиг. 1; при этом на фиг. 2В представлен альтернативный внутрискважинный блок;in fig. 2A is a schematic representation of the collection module of the power supply system shown in FIG. one; while in FIG. 2B shows an alternative downhole assembly;

на фиг. 2С представлена принципиальная электрическая схема контура преобразователя постоянного тока (DC/DC-преобразователя), который может использоваться в модуле сбора;in fig. 2C is a circuit diagram of a DC/DC converter circuit that can be used in an acquisition module;

на фиг. 2D представлена принципиальная электрическая схема контура преобразователя постоянного тока (DC/DC-преобразователя), который может использоваться в модуле сбора;in fig. 2D is a circuit diagram of a DC/DC converter circuit that can be used in an acquisition module;

на фиг. 3 схематически представлена скважинная установка, включающая в себя внутрискважинный аппарат передачи данных, содержащий внутрискважинный связной повторитель и внутрискважинную систему подачи мощности для подачи мощности внутрискважинному связному повторителю;in fig. 3 is a schematic representation of a downhole installation including a downhole data communication apparatus comprising a downhole communication repeater and a downhole power supply system for supplying power to the downhole communication repeater;

- 17 039708 на фиг. 4 схематически представлена скважинная установка, включающая в себя аппарат управления клапаном, содержащий внутрискважинный клапан с дистанционным управлением и систему подачи мощности для подачи мощности внутрискважинному клапану с дистанционным управлением;- 17 039708 in FIG. 4 is a schematic representation of a downhole installation including a valve control apparatus comprising a remote controlled downhole valve and a power supply system for supplying power to the remote controlled downhole valve;

на фиг. 5 схематически представлена скважинная установка, включающая в себя альтернативную систему мониторинга скважины, содержащую внутрискважинный датчик и внутрискважинную систему подачи мощности для подачи мощности внутрискважинному датчику;in fig. 5 is a schematic representation of a downhole installation including an alternative well monitoring system comprising a downhole sensor and a downhole power supply system for supplying power to the downhole sensor;

на фиг. 6 схематически представлена альтернативная скважинная установка;in fig. 6 is a schematic representation of an alternative downhole installation;

на фиг. 7 для конструкции, аналогично той, что показана на фиг. 1, представлен график оптимальной собираемой мощности в зависимости от глубины нижнего соединения;in fig. 7 for a design similar to that shown in FIG. 1 is a plot of the optimal power to be collected versus bottom connection depth;

на фиг. 8 представлена блок-схема оптимизации сбора энергии;in fig. 8 is a block diagram of energy harvest optimization;

на фиг. 9 представлена блок-схема управления внутрискважинным блоком;in fig. 9 is a block diagram of downhole control;

на фиг. 10 схематически изображена скважинная установка, включающая в себя платформу.in fig. 10 is a schematic representation of a downhole installation including a platform.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

На фиг. 1 представлена скважинная установка нефтяной и/или газовой скважины. Должно быть понятно, что такая нефтяная и/или газовая скважина может быть материковой скважиной или подводной скважиной (т.е. скважина может находиться под некоторой толщей воды), при этом устье скважины находится под водой на дне моря, реки, озера и т.д., или на платформе. Зачастую скважинные установки оснащаются системой катодной защиты (КЗ). В случае материковых скважин она чаще всего имеет вид системы катодной защиты с наложенным током, при этом защитный ток подается на металлическую конструкцию скважины. С другой стороны, для подводных скважин катодная защита чаще всего представляет систему пассивной катодной защиты, в которой множество анодов из относительно химически активного материала, такого как магниевый сплав, соединены с металлической конструкцией, при этом они подвержены воздействию воды, в которой расположена скважинная установка.In FIG. 1 shows a downhole installation of an oil and/or gas well. It should be understood that such an oil and/or gas well may be an inland well or a subsea well (i.e., the well may be under some water column), while the wellhead is under water at the bottom of the sea, river, lake, etc. or on the platform. Downhole installations are often equipped with a cathodic protection (SC) system. In the case of inland wells, it most often takes the form of a superimposed current cathodic protection system, while the protective current is applied to the metal structure of the well. On the other hand, for subsea wells, cathodic protection is most commonly a passive cathodic protection system in which a plurality of anodes of relatively reactive material, such as magnesium alloy, are bonded to a metal structure while being exposed to the water in which the downhole rig is located.

Следует отметить, что описанные здесь решения также релевантны и для нагнетательных скважин скважин, используемых для ввода воды в пласт для содействия нефте- и/или газоотдачи других скважин на месторождении. Поэтому скважинная установка в настоящем описании может быть нагнетательной скважиной. Такая скважина будет иметь конструкцию, похожую на конструкцию установок, детально описанных в настоящей заявке. Аналогично, представленные здесь решения могут использоваться как во время бурения, так и во время эксплуатации и последующего покидания объекта. Поэтому скважинная установка может представлять собой частично полную установку тогда, когда осуществляется бурение. В широком смысле представленные здесь решения могут использоваться в любой период жизненного цикла скважинной установки.It should be noted that the solutions described herein are also relevant to injection wells used to inject water into a formation to assist oil and/or gas recovery from other wells in the field. Therefore, the well installation in the present description may be an injection well. Such a well will have a design similar to the design of the installations described in detail in this application. Similarly, the solutions presented here can be used both during drilling and during operation and subsequent abandonment of the site. Therefore, the downhole rig may be a partially complete rig when drilling is in progress. In a broad sense, the solutions presented here can be used in any period of the life cycle of a downhole installation.

Более того, в то время как настоящее описание приведено в отношении установок, в которых присутствует катодная защита, что является предпочтительным случаем, многие из представленных здесь систем и решений также работают и в других ситуациях, в которых электрический ток течет по металлической конструкции и от него может быть осуществлен сбор мощности.Moreover, while this description is given in relation to installations in which cathodic protection is present, which is the preferred case, many of the systems and solutions presented here also work in other situations in which electrical current flows in and out of a metal structure. power can be collected.

Скважинная установка, изображенная на фиг. 1, содержит устье 1 скважины и внутрискважинную металлическую конструкцию 2, ведущую вниз, в ствол скважины от поверхности П. Скважинная установка оснащена системой 3А, 3В катодной защиты. Как упоминалось выше, система либо является системой 3А катодной защиты с наложенным током, либо пассивной катодной защитой, содержащей множество анодов 3В, соединенных с металлической конструкцией скважинной установки, т.е. с устьем скважины или другими металлическими компонентами, соединенными с ним.The downhole installation shown in Fig. 1 comprises a wellhead 1 and a downhole metal structure 2 leading down into the wellbore from the surface P. The downhole installation is equipped with a cathodic protection system 3A, 3B. As mentioned above, the system is either a 3A superimposed current cathodic protection system or a passive cathodic protection system comprising a plurality of anodes 3B connected to the metal structure of the downhole rig, i. e. with the wellhead or other metal components connected to it.

Внутрискважинная металлическая конструкция 2 содержит первую секцию металлической трубы 21, являющейся эксплуатационной колонной, идущей вниз, в ствол скважины. Вокруг нее расположена первая обсадная труба 22. Снаружи этого слоя расположена вторая обсадная труба 23, а затем третья обсадная труба 24. Должно быть понятно, что между каждой секцией металлической трубы имеется соответствующее затрубное пространство. Так, первое затрубное пространство между эксплуатационной колонной 21 и первой обсадной трубой 22 обычно в нефтегазовой индустрии называют затрубным пространством А и обозначают позицией А на чертежах. Между первой обсадной трубой 22 и второй обсадной трубой 23 имеется второе затрубное пространство, обычно называемое затрубным пространством В и так же обозначаемое на чертежах, а между второй обсадной трубой 23 и третьей обсадной трубой 24 имеется третье затрубное пространство, обычно называемое затрубным пространством С и так же обозначаемое на чертежах. Скважины обычно могут иметь и следующее, D, затрубное пространство, а иногда и большее число затрубных пространств.Downhole metal structure 2 contains the first section of the metal pipe 21, which is the production string going down into the wellbore. Surrounding this is a first casing 22. Outside this layer is a second casing 23 and then a third casing 24. It should be understood that there is a corresponding annulus between each section of metal pipe. Thus, the first annulus between the production string 21 and the first casing 22 is commonly referred to in the oil and gas industry as annulus A and is denoted as A in the drawings. Between the first casing 22 and the second casing 23 there is a second annulus, commonly referred to as annulus B and also referred to in the drawings, and between the second casing 23 and the third casing 24, there is a third annulus, commonly referred to as annulus C and so on. as indicated in the drawings. Wells can usually have the following, D, annulus, and sometimes more annulus.

В других случаях металлическая конструкция может содержать другие удлиненные элементы, в частности, один или несколько из следующих элементов: обсадную трубу, хвостовик, колонну, гибкую колонну типа колтюбинг, насосную штангу.In other cases, the metal structure may contain other elongated elements, in particular, one or more of the following elements: casing, liner, string, coiled tubing string, sucker rod.

Аппарат мониторинга, предусмотренный в скважинной установке, содержит модуль 4 сбора электрической мощности, расположенный в данном варианте осуществления в затрубном пространстве А. Модуль 4 сбора электрически соединен посредством кабелей 41 с парой отстоящих участков 41а, 41b на эксплуатационной колонне 21. В альтернативном варианте модуль 4 сбора может быть электрически соединен с одним из участков посредством кабеля, при этом может быть соединен с другим участком безThe monitoring apparatus provided in the downhole installation comprises a power collection module 4 located in the annulus A in this embodiment. The collection module 4 is electrically connected via cables 41 to a pair of spaced sections 41a, 41b on the production string 21. Alternatively, the module 4 collection can be electrically connected to one of the sections by means of a cable, while it can be connected to another section without

- 18 039708 кабеля. С одним из участков модуль 4 сбора может быть электрически соединен посредством проводящего корпуса модуля сбора (или окружающего модуль сбора). Поэтому лишь один такой кабель может нуждаться в выводе из указанного корпуса.- 18 039708 cable. With one of the sections, the collection module 4 can be electrically connected through a conductive housing of the collection module (or surrounding the collection module). Therefore, only one such cable may need to be led out of said enclosure.

Следует отметить, что между модулем 4 сбора и металлической конструкцией 21 на отстоящих участках 41а, 41b имеет место гальваническое соединение. В частности, гальваническое соединение имеет место с металлической конструкцией 21 вместо, например, индуктивного соединения. Это упрощает конструкцию и избавляет от инженерных сложностей. В данном случае гальваническое соединение имеет место на всем участке от металлической конструкции к входам контура, входящего в состав модуля сбора для сбора энергии.It should be noted that a galvanic connection takes place between the collection module 4 and the metal structure 21 at the spaced sections 41a, 41b. In particular, a galvanic connection takes place with the metal structure 21 instead of, for example, an inductive connection. This simplifies the design and eliminates engineering complexities. In this case, the galvanic connection takes place throughout the entire area from the metal structure to the inputs of the circuit, which is part of the collection module to collect energy.

Более того, следует отметить, что на указанную металлическую конструкцию скважины установка такой системы, в целом, не оказывает никакого влияния. Ни на одну из секций металлической трубы не были добавлены изолирующие вставки для обеспечения эффективности системы, и нормальное протекание тока катодной защиты в конструкции не было изменено за исключением, естественно, происходящего процесса сбора. К примеру, между отстоящими участками секция металлической конструкции, с которой образованы соединения, является сплошной, в более широком смысле все секции металлической конструкции являются сплошными во всех областях. Это несущественно для работы, но это возможно и является превалирующей ситуацией в скважинной установке, т.е. стандартная металлическая конструкция установки не меняется. Аналогичным образом в металлической конструкции ток может течь, и течет, в одном и том же направлении в области соединений и между соединениями. Опять же, это является превалирующей ситуацией в скважинной установке - внесение модификаций в скважинную установку избегается. Ток может протекать на одной секции металлической конструкции, с которой образованы соединения, или перескакивать с одной секции на другую, или течь параллельно в нескольких секциях главное, что для функционирования системы не требуется создание искусственной конфигурации металлической конструкции в скважине, указанная металлическая конструкция обеспечивает непрерывную траекторию протекания тока, и протекание тока по металлической конструкции происходит в том же самом продольном направлении.Moreover, it should be noted that the installation of such a system, in general, does not have any effect on the specified metal structure of the well. No insulating inserts were added to any section of the metal pipe to ensure the efficiency of the system, and the normal flow of cathodic protection current in the structure was not altered except, of course, by the collection process taking place. For example, between spaced areas, the section of the metal structure to which connections are formed is solid, more broadly, all sections of the metal structure are solid in all areas. This is not essential for operation, but it is possible and is the prevailing situation in a downhole installation, i.e. the standard metal structure of the installation is not changed. Similarly, in a metallic structure, current can, and does, flow in the same direction at the joints and between the joints. Again, this is the prevailing situation in the downhole installation - modifications to the downhole installation are avoided. The current can flow on one section of the metal structure with which the connections are made, or jump from one section to another, or flow in parallel in several sections. current flow, and the current flow through the metal structure occurs in the same longitudinal direction.

Следует отметить, что доступ к затрубному пространству А зачастую обеспечивается посредством кабеля, проходящего через устье 1 скважины. Несмотря на это, использование представленных здесь конфигураций является выигрышным, так как они минимизируют число пенетраторов в устье скважины, снижая риск и используя и/или освобождая пенетратор для других целей.It should be noted that access to the annulus A is often provided by a cable passing through the wellhead 1 . Regardless, the configurations presented here are advantageous because they minimize the number of penetrators at the wellhead, reducing risk and using and/or freeing the penetrator for other purposes.

Аппарат мониторинга также содержит внутрискважинный датчик 5, расположенный глубже в скважине, чем модуль 4 сбора, и соединенный с ним посредством кабеля 42. В данном варианте осуществления внутрискважинный датчик 5 расположен непосредственно над пакером ПР. Обычно кабели 41, соединяющие модуль 4 сбора с эксплуатационным блоком 21, представляют собой помещенные в колонну проводники (англ. tubing encased conductor - ТЕС), обычно используемые в нефтегазовой промышленности, при этом кабель 42, соединяющий модуль 4 сбора с внутрискважинным датчиком 5, также представляет собой помещенный в колонну проводник. Обычно площадь поперечного сечения проводника по длине кабеля 41, соединяющего модуль 4 сбора с эксплуатационной колонной 21, будет больше площади поперечного сечения кабеля 42, соединяющего модуль 4 сбора с внутрискважинным датчиком 5.The monitoring apparatus also includes a downhole sensor 5 located deeper in the well than the collection module 4 and connected to it via a cable 42. In this embodiment, the downhole sensor 5 is located directly above the PR packer. Typically, the cables 41 connecting the collection module 4 to the production unit 21 are tubing encased conductors (TEC) commonly used in the oil and gas industry, while the cable 42 connecting the collection module 4 to the downhole sensor 5 is also is a conductor placed in a column. Typically, the cross-sectional area of the conductor along the length of the cable 41 connecting the collection module 4 to the production string 21 will be greater than the cross-sectional area of the cable 42 connecting the collection module 4 to the downhole sensor 5.

Если в скважинной установке предусмотрена катодная защита, потенциал металлической конструкции скважины выбирают достаточно отрицательным в точке ввода, к примеру, в устье 1 скважины, чтобы подавить коррозию в устье скважины и других точках вдоль внутрискважинной металлической конструкции 2 по мере ее спуска в скважину. Однако величина этого отрицательного потенциала уменьшается по мере продвижения вглубь скважины из-за потерь в системе. Поэтому потенциал металлической конструкции 2 вблизи устья скважины будет более отрицательным, чем на более глубоких участках в скважине. Поэтому, когда токи катодной защиты текут по скважинной установке, между участком 41а, где первый из кабелей 41 от модуля сбора соединяется с эксплуатационной колонной 21, и участком 41b, где другой из кабелей 41 от модуля 4 сбора соединяется с эксплуатационной колонной 21, будет присутствовать разность потенциалов. Поэтому в модуле 4 сбора будет присутствовать разность потенциалов, и он сможет извлечь энергию от токов катодной защиты.If cathodic protection is provided in the downhole installation, the potential of the metal structure of the well is chosen negative enough at the injection point, for example, at the wellhead 1, to suppress corrosion at the wellhead and other points along the downhole metal structure 2 as it is lowered into the well. However, the magnitude of this negative potential decreases as one moves deeper into the well due to losses in the system. Therefore, the potential of the metal structure 2 near the wellhead will be more negative than in deeper areas in the well. Therefore, when cathodic protection currents flow through the downhole installation, between the section 41a, where the first of the cables 41 from the collection module is connected to the production string 21, and the section 41b, where the other of the cables 41 from the collection module 4 is connected to the production string 21, there will be potential difference. Therefore, there will be a potential difference in the collection module 4 and it will be able to extract energy from the cathodic protection currents.

Следует отметить, что, несмотря на то, что извлечение энергии будет использовать мощность от системы катодной защиты, влияние на эффективность системы катодной защиты или ускорение коррозии анодов будет ничтожным. Обычно токи катодной защиты будут порядка 10 А, в то время как представленные здесь системы будут извлекать, к примеру, 10-100 мА. То есть количество извлеченного тока попадает в допустимый диапазон, обычно закладываемый в конструкцию систем катодной защиты. При необходимости может обеспечиваться повышенный уровень наложенного тока или число предусмотренных анодов может превышать их нормальное число. Это приведет к увеличению тока катодной защиты и поэтому улучшит сбор.It should be noted that although the energy recovery will use the power from the cathodic protection system, the impact on the effectiveness of the cathodic protection system or the acceleration of corrosion of the anodes will be negligible. Typically, cathodic protection currents will be on the order of 10 A, while the systems presented here will draw, for example, 10-100 mA. That is, the amount of extracted current falls within the allowable range, usually included in the design of cathodic protection systems. If necessary, an increased level of superimposed current may be provided, or the number of anodes provided may exceed their normal number. This will increase the cathodic protection current and therefore improve collection.

Электрическая мощность может быть собрана с системы на внутрискважинном участке модуля 4 сбора, и эта собранная мощность может использоваться для других целей.Electrical power may be collected from the downhole system of the collection module 4 and this collected power may be used for other purposes.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, эта собранная мощность используется для подачиIn the embodiment shown in FIG. 1, this collected power is used to supply

- 19 039708 мощности внутрискважинному датчику 5 и делает возможным извлечение из него показаний и передачу этих показаний на поверхность П.- 19 039708 power downhole sensor 5 and makes it possible to extract readings from it and transfer these readings to the surface P.

В настоящем варианте осуществления для осуществления связи с модулем 4 сбора и внутрискважинным датчиком используется верхний блок 6 связи. В данном случае верхний блок 6 связи предусмотрен на поверхности П, в данном случае на поверхности земли.In the present embodiment, the upper communication unit 6 is used to communicate with the acquisition module 4 and the downhole sensor. In this case, the upper communication unit 6 is provided on the surface P, in this case on the surface of the earth.

Должно быть понятно, что конфигурации, как те, что представлены здесь, могут использоваться вместо традиционного стационарного внутрискважинного датчика (англ. permanent downhole gauge PDG) с тем преимуществом, что они помогают избежать использование пенетратора, проходящего через устье скважины, делая при этом возможным, во многих случаях, постоянный мониторинг скважины. Мониторинг может быть мониторингом пластового давления, в случае такой необходимости, или аналогичным образом - мониторингом давления в закрытом затрубном пространстве, например, для детектирования утечки или проблемы или поломки в системе. В этом случае сенсор и модуль сбора могут быть расположены в закрытом затрубном пространстве.It should be appreciated that configurations such as those presented here can be used instead of a traditional permanent downhole gauge PDG, with the advantage that they help to avoid the use of a penetrator passing through the wellhead, while making it possible, in many cases, continuous monitoring of the well. The monitoring may be reservoir pressure monitoring, if necessary, or similarly closed annulus pressure monitoring, for example, to detect a leak or problem or failure in the system. In this case, the sensor and collection module can be located in a closed annulus.

Все из перечисленных вариантов возможны, к примеру, в подводной скважинной установке, там, где обычно будет иметься готовый источник тока для сбора, т.е. ток катодной защиты, обычно генерируемый жертвенными анодами, находящимися в воде, в которой расположена подводная установка, и где другие варианты подачи мощности и сигнала являются сложно осуществимыми.All of these options are possible, for example, in a subsea well installation, where there will usually be a ready source of current for collection, i.e. cathodic protection current, usually generated by sacrificial anodes, located in the water in which the subsea installation is located, and where other options for supplying power and signal are difficult to implement.

В скважине с подводным устьем скважины обычно невозможно (практически или с точки зрения экономической эффективности) обеспечить гидравлическую или электрическую связь с наружным затрубным пространством (В, С и т.д.). В частности, когда эти затрубные пространства герметично заделаны в основании, имеет смысл осуществление мониторинга и, опционально, регулирование давления в таких затрубных пространствах, к примеру, для снижения риска высоких давлений, приводящих к разрушению конструкции обсадной трубы. В частности, движение потока или бурение скважины может повысить температуру герметично заделанного наружного затрубного пространства, и поэтому повысить в нем давление. Возможность осуществления мониторинга в таком случае, и опционально регулирования давления в таком случае (например, с помощью дренажного клапана между затрубными пространствами, как те, что описаны выше) является предпочтительным. В частности, осуществление мониторинга давления в закрытом затрубном пространстве может позволить осуществлять добычу при более высоких скоростях, чем те, которые можно достичь, если используется лишь моделирование ожидаемого повышения давления, так как использование моделируемого давления будет требовать принятие больших допусков безопасности, и потенциально приводить к соответствующему снижению скорости добычи. Должно быть понятно, что представленные здесь решения могут помочь в осуществлении такого мониторинга и/или регулирования.In a well with a subsea wellhead, it is usually not possible (practically or economically) to provide hydraulic or electrical communication with the outer annulus (B, C, etc.). In particular, when these annulus are sealed in the base, it makes sense to monitor and, optionally, regulate the pressure in such annulus, for example, to reduce the risk of high pressures leading to the destruction of the casing structure. In particular, flow movement or drilling of a well can increase the temperature of the sealed outer annulus and therefore increase the pressure therein. The ability to monitor in such a case, and optionally regulate the pressure in such a case (for example, by means of a drain valve between the annulus, such as those described above) is preferred. In particular, monitoring pressure in a closed annulus may allow production at higher rates than can be achieved if only simulated expected pressure increases are used, since the use of simulated pressure would require the adoption of large safety margins, and potentially lead to corresponding decrease in production rate. It should be understood that the solutions presented here may assist in such monitoring and/or regulation.

Другой конкретный вариант осуществления представленного здесь решения будет включать в себя сенсорный модуль, расположенный там же, где обычно расположен обычный, традиционный стационарный внутрискважинный датчик, при этом он предусмотрен для той же цели, что и традиционный стационарный внутрискважинный датчик.Another particular embodiment of the solution presented here will include a sensor module located in the same location as a conventional, traditional fixed downhole sensor, provided for the same purpose as the traditional fixed downhole sensor.

Таким образом, сенсорный модуль может быть размещен в затрубном пространстве А и предназначен для осуществления мониторинга пластового давления посредством измерения давления в колонне через порт передачи давления, проходящий сквозь колонну, делая тем самым возможным определение пластового давления на основе полученного посредством измерения давления с учетом статического давления и влияния потока. Как и в случае с традиционно используемыми стационарными внутрискважинными датчиками (PDG), пластовое давление чаще определяют таким способом, чем измеряют напрямую размещение сенсора непосредственно в пласте, в целом, является практически неосуществимым (при этом должно быть понятно, что осуществление мониторинга пластового давления замещает использование таких измерений).Thus, the sensor module can be placed in the annulus A and is designed to monitor the formation pressure by measuring the pressure in the string through the pressure transmission port passing through the string, thereby making it possible to determine the formation pressure based on the pressure obtained by measuring the pressure taking into account the static pressure and flow effects. As with traditionally used PDGs, formation pressure is often determined in this way rather than directly measuring the placement of the sensor directly in the formation, in general, is not practical (while it should be clear that the implementation of reservoir pressure monitoring replaces the use of such measurements).

Модуль сбора может быть также предусмотрен на участке сенсорного модуля.An acquisition module may also be provided in the area of the sensor module.

Для извлечения данных из внутрискважинного датчика 5 в направлении поверхности могут использоваться различные способы.Various methods can be used to retrieve data from the downhole sensor 5 in the direction of the surface.

В настоящем варианте осуществления модуль 4 сбора выполнен с возможностью приема сигнала от внутрискважинного датчика, указывающего значение измеряемого параметра, например давления и/или температуры, и передачи этих данных в направлении поверхности модуляцией нагрузки, которую модуль 4 сбора осуществляет между отстоящими соединениями 41а и 41b. В ответ указанное изменение нагрузки изменит количество тока, забираемого от токов катодной защиты, подаваемых к системе. Это, в свою очередь, детектируется на поверхности или на другом подходящем участке за счет изменения потенциала металлической конструкции на поверхности или на другом подходящем участке. Это может быть детектировано, например, посредством детектирования изменения потенциала в устье 1 скважины или посредством детектирования напряжения, или наблюдаемого тока в источнике питания, используемого в системе 3А наложенной катодной защиты. В настоящем варианте осуществления эффект от модуляции детектируют верхним блоком 6 связи, осуществляя мониторинг потенциала устья скважины относительно опорного уровня земли, для извлечения данных измерения давления и/или температуры.In the present embodiment, the acquisition module 4 is configured to receive a signal from a downhole sensor indicative of the value of a measured parameter, such as pressure and/or temperature, and transmit this data towards the surface by modulating the load that the acquisition module 4 performs between the offset connections 41a and 41b. In response, this change in load will change the amount of current drawn from the cathodic protection currents supplied to the system. This, in turn, is detected at the surface or at another suitable location by changing the potential of the metal structure at the surface or at another suitable location. This can be detected, for example, by detecting a potential change at the wellhead 1 or by detecting a voltage or an observed current in the power supply used in the superimposed cathodic protection system 3A. In the present embodiment, the effect of the modulation is detected by the upper communication unit 6 by monitoring the wellhead potential relative to a reference ground level to extract pressure and/or temperature measurement data.

Предпочтительно, чтобы расстояние между отстоящими соединениями 41а, 41b составляло поPreferably, the distance between spaced connections 41a, 41b is

- 20 039708 меньшей мере 100 м или более вероятно находилось в диапазоне 300-500 м. Оптимальное расстояние для отстоящих соединений 41а, 41b может быть определено моделированием конкретной установки. По мере увеличения расстояния между этими соединениями есть тенденция увеличения разности потенциалов между указанными соединениями (хотя скорость увеличения разности потенциалов снижается по мере увеличения глубины нижнего соединения). С другой стороны, по мере увеличения расстояния общая длина, а поэтому и сопротивление кабелей 41, увеличивается. Поэтому в большинстве систем будет иметь место некоторое оптимальное расстояние.- 20 039708 at least 100 m or more likely to be in the range of 300-500 m. The optimal distance for spaced connections 41a, 41b can be determined by modeling a particular installation. As the distance between these junctions increases, there is a tendency for the potential difference between said junctions to increase (although the rate of increase in potential difference decreases as the depth of the lower junction increases). On the other hand, as the distance increases, the total length, and therefore the resistance of the cables 41, increases. Therefore, in most systems there will be some optimal distance.

На фиг. 2А более детально показан модуль 4 сбора аппарата, показанного на фиг. 1. В этом варианте осуществления модуль 4 сбора имеет пару терминалов 43а, 43b, с которыми соединяются соответствующие кабели 41. Между металлической конструкцией и терминалами 43а, 43b имеет место гальваническое соединение. Между этими терминалами 43а, 43b для сбора электрической энергии там, где присутствует разность потенциалов между терминалами 43а, 43b, подсоединяется низковольтный преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь). Преобразователь 44 постоянного тока соединен со средствами 45 накопления заряда, включающими в себя по меньшей мере один конденсатор с низкой утечкой, он также соединен с и управляется центральным блоком 46, управляемым микропроцессором. Средства 45 накопления заряда и центральный блок 46 также соединены через соответствующий терминал 43с с кабелем 42, ведущим к внутрискважинному датчику 5. В качестве альтернативы средства 45 накопления заряда могут быть упущены, т.е. по необходимости может собираться достаточно мощности, делающей возможной постоянную работу.In FIG. 2A shows in more detail the assembly module 4 of the apparatus shown in FIG. 1. In this embodiment, the collection module 4 has a pair of terminals 43a, 43b to which respective cables 41 are connected. A galvanic connection takes place between the metal structure and the terminals 43a, 43b. Between these terminals 43a, 43b, a low-voltage DC/DC converter (DC/DC converter) is connected where there is a potential difference between the terminals 43a, 43b to collect electric power. DC/DC converter 44 is connected to charge storage means 45 including at least one low leakage capacitor and is also connected to and controlled by microprocessor controlled central unit 46. The charge storage means 45 and the central unit 46 are also connected via a respective terminal 43c to a cable 42 leading to the downhole sensor 5. Alternatively, the charge storage means 45 can be omitted, i. if necessary, enough power can be collected to make continuous operation possible.

Во время работы центральный блок 46 управляет работой преобразователя 44 постоянного тока для оптимизации нагрузки, которую он дает току, получаемому модулем 4 сбора от токов катодной защиты, с целью максимизации энергии, которая может быть собрана и использована или накоплена в средствах 45 накопления заряда. Следует отметить, что центральный блок может быть выполнен с возможностью выборочного прямого использования и/или отправки собранной энергии, когда это требуется, и накопления энергии и извлечения накопленной энергии, когда это требуется.During operation, the central unit 46 controls the operation of the DC/DC converter 44 to optimize the load it gives to the current received by the collection module 4 from the cathodic protection currents, in order to maximize the energy that can be collected and used or stored in the charge storage means 45. It should be noted that the central unit may be configured to selectively directly use and/or send the collected energy when required, and store energy and extract the stored energy when required.

Следует отметить, что в альтернативном варианте центральный блок 46, управляемый микропроцессором, может быть заменен альтернативной электроникой, включающей в себя, к примеру, аналоговый контур обратной связи, или т.н. машину состояний (англ. state machine), или даже фиксированную нагрузку сбора, основанную на моделировании, выполненном для конкретной установки.It should be noted that, alternatively, the central unit 46, controlled by a microprocessor, can be replaced by alternative electronics, including, for example, an analog feedback loop, or so-called. a state machine, or even a fixed collection load based on simulations done for a particular setup.

При использовании накопленной энергии мощность от средств 45 накопления заряда подается через кабель 42 внутрискважинному датчику 5, и через кабель 42 центральный блок 46 получает показания от внутрискважинного датчика 5. Центральный блок 46 также управляет работой преобразователя 44 постоянного тока для модуляции нагрузки, вводимой между терминалами 43а и 43b для отправки сигналов обратно к поверхности, несущих показания от внутрискважинного датчика 5, как описано выше.When using the stored energy, the power from the charge storage means 45 is supplied through the cable 42 to the downhole sensor 5, and through the cable 42 the central unit 46 receives readings from the downhole sensor 5. The central unit 46 also controls the operation of the DC converter 44 to modulate the load introduced between the terminals 43a and 43b to send signals back to the surface carrying readings from the downhole sensor 5 as described above.

Следует отметить, что в описанном варианте осуществления преобразователь 44 постоянного тока и центральный блок 46 вместе выполняют роль средств переменного импеданса за счет управления центральным блоком 46 работой преобразователя 44 постоянного тока для ввода переменного импеданса между терминалами 43а и 43b.It should be noted that in the described embodiment, DC/DC converter 44 and central unit 46 together act as variable impedance means by controlling central unit 46 to operate DC/DC converter 44 to input variable impedance between terminals 43a and 43b.

Следует отметить, что вместо расположения сенсора в отдельном внутрискважинном датчике 5, подходящий сенсор может быть предусмотрен на том же участке, что и модуль 4 сбора.It should be noted that instead of locating the sensor in a separate downhole sensor 5, a suitable sensor may be provided in the same area as the acquisition module 4.

В частности, может быть предусмотрен внутрискважинный блок 4а, показанный на фиг. 2В, содержащий как модуль 4 сбора, так и по меньшей мере одно внутрискважинное устройство, которому необходимо подать мощность. В таком случае внутрискважинный блок 4а содержит и сенсор 47 давления, и блок 48 связи.In particular, the downhole block 4a shown in FIG. 2B, comprising both the acquisition module 4 and at least one downhole device that needs to be powered. In such a case, downhole block 4a includes both a pressure sensor 47 and a communication block 48 .

В таком случае вторичный кабель 42, ведущий от внутрискважинного блока 4а, может отсутствовать. С другой стороны, в некоторых других случаях внутрискважинный блок 4а может по-прежнему использоваться для подачи мощности внешнему устройству, даже при наличии своего собственного сенсора 47 и/или блока 48 связи, и поэтому вторичный кабель 42 может присутствовать.In such a case, the secondary cable 42 leading from the downhole unit 4a may be omitted. On the other hand, in some other cases, the downhole unit 4a may still be used to supply power to an external device, even with its own sensor 47 and/or communication unit 48, and therefore the secondary cable 42 may be present.

В альтернативных вариантах вместо осуществления связи в направлении поверхности, используя способ модуляции нагрузки, раскрытый выше, внутрискважинный блок 4а может использовать свой собственный блок 48 связи для обратной связи в направлении поверхности. Такая связь может быть в виде сигналов электромагнитной связи, которые могут подаваться обратно к внутрискважинной металлической конструкции 21 посредством кабелей 41. В других случаях блок 48 связи, предусмотренный во внутрискважинном блоке 4а, может быть блоком акустической связи для подачи акустических сигналов металлической конструкции 21 для обратной передачи в направлении поверхности. В таком случае верхний блок связи будет выполнен с возможностью получения акустических сигналов. Следует понимать, что может быть предусмотрена двунаправленная связь, такая, которая требуется и когда требуется, по любым или всем частям каналов связи. Более того, параллельно могут использоваться два способа осуществления связи на любой ветви каналов связи, поэтому электромагнитные сигналы и акустические сигналы могут использоваться параллельно.In alternative embodiments, instead of communicating in the surface direction using the load modulation method disclosed above, the downhole unit 4a may use its own communication unit 48 for feedback in the surface direction. Such communication may be in the form of electromagnetic coupling signals which may be fed back to the downhole metal structure 21 via cables 41. transmission in the direction of the surface. In such a case, the upper communication unit will be configured to receive acoustic signals. It should be understood that bi-directional communication may be provided, as and when required, over any or all portions of the communication channels. Moreover, two communication methods can be used in parallel on any branch of the communication channels, so electromagnetic signals and acoustic signals can be used in parallel.

В других альтернативных вариантах модуль 4 сбора или внутрискважинный блок 4а могут содержать по меньшей мере один преобразователь мощности для управления напряжением, при котором осуIn other alternatives, collection module 4 or downhole unit 4a may include at least one power converter to control the voltage at which the

- 21 039708 ществляется сбор мощности для подачи средствам 45 накопления заряда и/или другим компонентам, таким как центральный блок 46. Может быть предпочтительным накопление энергии при другом напряжении, чем то, при котором осуществляется ее сбор и/или при другом, чем то, при котором она используется центральным блоком 46 или другими компонентами. Например, может быть предпочтительным накапливание мощности при более высоком напряжении, чем то, при котором осуществляется ее сбор и/или потребление. Это может быть полезным, например, если имеет место большой забор накопленной мощности, например, во время передачи.- 21 039708 power is harvested to supply the charge storage means 45 and/or other components such as the central unit 46. It may be preferable to store energy at a different voltage than that at which it is collected and/or at a different voltage than that in which it is used by the central unit 46 or other components. For example, it may be preferable to store power at a higher voltage than that at which it is collected and/or consumed. This can be useful, for example, if there is a large consumption of stored power, for example, during transmission.

Возможным вариантом осуществления преобразователя постоянного тока является использование коммерчески доступной интегральной схемы. Альтернативой является создание похожей схемы, используя отдельные компоненты. Для эффективной работы предпочтителен преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь), который может справляться с низкими входными напряжениями. Одним из способов достижения этого является использование полевого транзистора, такого как переключатель JFET, для создания резонансного повышающего осциллятора, используя повышающий трансформатор и конденсатор связи. Для улучшения оптимизации сбора энергии отношение витков на трансформаторе может выбираться, предпочтительно динамически выбираться, во время работы. На вторичной обмотке трансформатора может быть предусмотрено множество ответвлений, которые могут выборочно использоваться для обеспечения соответствующего отношения витков.A possible embodiment of the DC/DC converter is to use a commercially available integrated circuit. The alternative is to create a similar circuit using separate components. For efficient operation, a DC/DC converter that can handle low input voltages is preferred. One way to achieve this is to use a FET such as a JFET switch to create a resonant boost oscillator using a step-up transformer and a coupling capacitor. To improve the optimization of energy collection, the ratio of turns on the transformer can be selected, preferably dynamically selected, during operation. A plurality of taps may be provided on the secondary of the transformer, which may be selectively used to provide an appropriate turn ratio.

Процессор, к примеру, центрального блока может быть выполнен с возможностью управления переключателем для динамического выбора соответствующих ответвлений и управления таким образом нагрузкой, генерируемой преобразователем постоянного тока.The processor of, for example, the central unit may be configured to control a switch to dynamically select the appropriate taps and thus control the load generated by the DC/DC converter.

На фиг. 2С изображена принципиальная электрическая схема контура для возможного осуществления резонансного повышающего осциллятора, аналогичному тому, что описан выше. Доступная входная разность потенциалов может соединяться с входными терминалами (обозначена как Vin), а выходной сигнал Vout показан на выходных терминалах. Контур содержит полевой транзистор 201, повышающий трансформатор 202, выступающие вместе в роли осциллятора, и выпрямляющую выходную конструкцию 203, содержащую пару параллельных диодов 204, включенных с противоположной полярностью (т.н. скрещенные диоды, от англ. crossed diodes), и соответствующие конденсаторы 205 связи. Первичная обмотка 202а трансформатора 202 последовательно соединена с полевым транзистором 201, и на них подается входной сигнал Vin. Затвор полевого транзистора 201 соединен с вторичной обмоткой 202b трансформатора 202. Выходной сигнал Vout показан на конденсаторах 205 связи, каждый из которых соединен со вторичной обмоткой 202b через соответствующие диоды 204.In FIG. 2C is a circuit diagram of a circuit for a possible implementation of a resonant boost oscillator similar to that described above. The available input potential difference can be connected to the input terminals (indicated as Vin), and the output signal Vout is shown at the output terminals. The circuit contains a field effect transistor 201, a step-up transformer 202 acting together as an oscillator, and a rectifying output structure 203 containing a pair of parallel diodes 204 connected with opposite polarity (the so-called crossed diodes, from the English. crossed diodes), and the corresponding capacitors 205 communications. The primary winding 202a of the transformer 202 is connected in series with the FET 201, and the input signal Vin is applied to them. The gate of the FET 201 is connected to the secondary winding 202b of the transformer 202. The output signal Vout is shown on coupling capacitors 205, each of which is connected to the secondary winding 202b through respective diodes 204.

Вторичная обмотка 202b трансформатора 202 содержит множество ответвлений 202с, которые могут быть выбраны с помощью переключателя 206, что делает возможным регулировку отношений витков. Переключатель 206 может управляться микропроцессором, в данном случае центральным блоком 4b.The secondary winding 202b of the transformer 202 contains a plurality of taps 202c which can be selected with the switch 206, which makes it possible to adjust the turn ratios. The switch 206 may be controlled by a microprocessor, in this case the central unit 4b.

Такой тип преобразователя постоянного тока может работать даже при низкой разности потенциалов на терминалах (входное напряжение), т.е. 0,5 В или ниже. На практике входное напряжение может быть ниже 0,25 В, а возможно даже ниже 0,05 В. Так как эти значения намного меньше напряжений, соответствующих полупроводниковой запрещенной зоне (к примеру, 0,7 В), многие преобразователи постоянного тока не будут работать на сбор энергии при таких низких входных напряжениях. Однако преобразователи постоянного тока, полагающиеся на вышеописанных принципах, могут работать даже при таких низких напряжениях. Такой преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь) может предусматривать включение в него средств запуска, предназначенных для обеспечения возможности работы как в случае, если входное напряжение равно 0,5 В или ниже, так и в случае более высоких напряжений.This type of DC/DC converter can operate even with a low potential difference across the terminals (input voltage), i.e. 0.5V or less. In practice, the input voltage can be as low as 0.25V, and possibly even as low as 0.05V. Since these values are much smaller than the semiconductor bandgap voltages (e.g. 0.7V), many DC/DC converters will not work. to collect energy at such low input voltages. However, DC/DC converters relying on the principles described above can operate even at these low voltages. Such a DC/DC converter may include triggering means to enable operation both when the input voltage is 0.5V or less and at higher voltages.

Альтернативный подход предусматривает контур с отдельным источником питания, который выступает в роли части средств запуска. К примеру, может быть предусмотрена первичная батарея для запуска системы после установки. Более того, для повторного запуска системы может быть использована накопленная энергия в накопителе энергии, если сбор энергии временно прекращается.An alternative approach is to provide a loop with a separate power supply that acts as part of the launcher. For example, a primary battery may be provided to start the system after installation. Moreover, the stored energy in the energy store can be used to restart the system if the energy collection is temporarily stopped.

На фиг. 2D изображена принципиальная электрическая схема контура для возможного осуществления преобразователя постоянного тока, работающего по такому принципу. Преобразователь постоянного тока (DC/DC-преобразователь), изображенный на фиг. 2D, содержит Н-мост 207 транзисторов 207а, к которому подсоединено входное напряжение. Затворы транзисторов 207а соединены с блоком 208 управления, выполненным с возможностью управления переключением транзисторов 207а для генерирования выходного сигнала переменного тока. Выходной сигнал переменного тока Н-моста 207 подсоединен к первичной обмотке 202а повышающего трансформатора 202. Вторичная обмотка 202b трансформатора 202 подсоединена к выпрямителю 209. Один выход выпрямителя 209 соединен через диод 204 с входом блока 210 питания, а другой выход заземлен. Также соединена с указанным входом блока 210 питания через другой диод 204 батарея 211.In FIG. 2D shows a circuit diagram of a circuit for a possible implementation of a DC/DC converter operating in this manner. The DC/DC converter shown in FIG. 2D includes an H-bridge 207 of transistors 207a to which an input voltage is connected. The gates of the transistors 207a are connected to a control unit 208 configured to control the switching of the transistors 207a to generate an AC output signal. The AC output of the H-bridge 207 is connected to the primary winding 202a of the step-up transformer 202. The secondary winding 202b of the transformer 202 is connected to the rectifier 209. One output of the rectifier 209 is connected through a diode 204 to the input of the power supply 210, and the other output is grounded. The battery 211 is also connected to the specified input of the power supply unit 210 through another diode 204.

Блок 210 питания выполнен с возможностью подачи мощности блоку 208 управления. Для запуска работы блок 210 питания может использовать мощность от батареи 211. Когда преобразователем постоянного тока осуществляется сбор энергии, блок 210 питания может использовать мощность, полученнуюThe power supply unit 210 is configured to supply power to the control unit 208. Power supply 210 may use power from battery 211 to start operation.

- 22 039708 от выпрямителя 209, т.е. собранную мощность.- 22 039708 from rectifier 209, i.e. collected power.

В то время как в настоящем примере мощность используется непосредственно при сборе, в альтернативных вариантах собранная энергия может также накапливаться в средствах накопления и использоваться из указанных средств накопления. Как описано в другой части заявки в таком случае средства накопления могут, к примеру, включать в себя один конденсатор с низкой утечкой и/или по меньшей мере один перезаряжаемый элемент. Накопление энергии, когда оно осуществляется, позволяет механизму повторно запускать систему в случае прекращения сбора в некоторый момент времени после разрядки батареи 211.While in the present example the power is used directly in the collection, in alternative embodiments, the collected energy can also be stored in the storage means and used from said storage means. As described elsewhere in the application, in such a case, the storage means may, for example, include one low leakage capacitor and/or at least one rechargeable cell. The storage of energy, when it occurs, allows the mechanism to restart the system in case of termination of collection at some point in time after the battery 211 is discharged.

Батарея 211 может быть первичной (одноразовой) батареей или может быть перезаряжаемой батареей, при условии, что она является заряженной при установке. Когда батарея является перезаряжаемой батареей, в некоторых вариантах осуществления блок 210 питания может быть выполнен с возможностью накопления в нем энергии, когда она доступна; или в альтернативном варианте может быть удобным наличие отдельных средств накопления энергии (которые могут предусматривать перезаряжаемую батарею).Battery 211 may be a primary (disposable) battery, or may be a rechargeable battery, provided it is charged when installed. When the battery is a rechargeable battery, in some embodiments, power supply 210 may be configured to store power therein when available; or alternatively, it may be convenient to have separate energy storage means (which may include a rechargeable battery).

Следует отметить, что в другом альтернативном варианте преобразователь постоянного тока, изображенный на фиг. 2D, может быть предназначен для обеспечения возможности управления нагрузкой, генерируемой преобразователем постоянного тока. Так, например, может быть использована конфигурация, аналогичная той, что показана на фиг. 2С, в которой вторичная обмотка 202b имеет множество ответвлений, и для обеспечения возможности выбора ответвлений предусмотрен переключатель. Такой переключатель может располагаться между обмотками и входом в выпрямитель 209. В другом альтернативном варианте для достижения того же результата вместо множества ответвлений могут быть предусмотрены отдельные вторичные обмотки. Переключатель может управляться блоком управления, представленным в конфигурации на фиг. 2С.It should be noted that in another alternative, the DC/DC converter shown in FIG. 2D may be designed to be able to control the load generated by the DC/DC converter. Thus, for example, a configuration similar to that shown in FIG. 2C, in which the secondary winding 202b has a plurality of taps, and a switch is provided to allow the taps to be selected. Such a switch may be located between the windings and the input to the rectifier 209. In another alternative, separate secondary windings may be provided instead of multiple taps to achieve the same result. The switch can be controlled by the control unit shown in the configuration of FIG. 2C.

Следует отметить, что в других вариантах осуществления модуль 4 сбора и внутрискважинный датчик 5 (или внутрискважинный блок 4а) может быть расположен в другом затрубном пространстве в скважинной установке, не затрубном пространстве А. Более того, датчик может быть выполнен с возможностью измерения параметра в затрубном пространстве, отличающемся от того, в котором он расположен.It should be noted that in other embodiments, acquisition module 4 and downhole sensor 5 (or downhole assembly 4a) may be located in a different annulus in the well installation than annulus A. Moreover, the sensor may be configured to measure a parameter in the annulus space other than the one in which it is located.

К примеру, такие компоненты могут располагаться в затрубном пространстве В или С, при этом датчик, расположенный, к примеру, в затрубном пространстве В, может быть выполнен с возможностью измерения одного или нескольких параметров в затрубном пространстве А, В, С или любой их комбинации. Следует отметить, что это участки, на которых, в целом, невозможно или, по меньшей мере, нежелательно расположение прямых кабельных соединений с поверхностью. Поэтому представленные здесь решения увеличивают возможности осуществления мониторинга, например, давления в затрубном пространстве В или С на протяжении всего периода использования скважинной установки, что было бы сложным и/или невозможным при использовании традиционных способов подачи мощности. Представленные здесь решения не нуждаются в использовании пенетраторов, проходящих через устье скважины, что снижает риск и стоимость. Они также предлагают относительно простые, аккуратные и легкие решения по установке.For example, such components may be located in the annulus B or C, while the sensor located, for example, in the annulus B, can be configured to measure one or more parameters in the annulus A, B, C, or any combination of them. . It should be noted that these are areas where, in general, it is not possible or at least undesirable to have direct cable connections to the surface. Therefore, the solutions presented here increase the ability to monitor, for example, the pressure in the annulus B or C throughout the life of the downhole rig, which would be difficult and/or impossible with conventional power delivery methods. The solutions presented here do not require the use of wellhead penetrators, reducing risk and cost. They also offer relatively simple, neat and easy installation solutions.

На фиг. 3 показана скважинная установка, аналогичная той, что представлена на фиг. 1, но включающая в себя внутрискважинный связной повторитель 7 вместо внутрискважинного датчика. Повторитель 7 расположен в затрубном пространстве В вместе с модулем 4 сбора того же типа, как описан выше в отношении фиг. 1, 2A-2D. Здесь, опять же, модуль 4 сбора собирает мощность от токов катодной защиты в металлической конструкции 2 и обеспечивает этой мощностью внутрискважинный связной повторитель 7.In FIG. 3 shows a downhole installation similar to that shown in FIG. 1, but including a downhole communication repeater 7 instead of a downhole sensor. The repeater 7 is located in the annulus B together with a collection module 4 of the same type as described above with respect to FIG. 1, 2A-2D. Here, again, the collection module 4 collects power from the cathodic protection currents in the metal structure 2 and provides this power to the downhole communication repeater 7.

Конструкция и функционирование скважинной установки, системы катодной защиты и системы подачи мощности в конфигурации, показанной на фиг. 3, по сути та же, что и в системе, описанной со ссылкой на фиг. 1, 2A-2D. Единственное отличие заключается в том, что внутрискважинный компонент, которому подается мощность от системы подачи мощности, это связной повторитель 7, а не внутрискважинный датчик 5.The design and operation of the downhole rig, cathodic protection system, and power delivery system in the configuration shown in FIG. 3 is essentially the same as the system described with reference to FIG. 1, 2A-2D. The only difference is that the downhole component that is powered by the power supply system is the communication repeater 7 and not the downhole sensor 5.

В связи с этим подробное описание скважинной установки и системы подачи мощности здесь упускается в целях соблюдения краткости изложения. Для компонентов, на которые дается ссылка в отношении этого варианта осуществления, являющихся теми же компонентами, что и на фиг. 1 и 2A-2D, использованы те же ссылочные позиции.Therefore, a detailed description of the downhole installation and power supply system is omitted here for the sake of brevity. For the components referred to with respect to this embodiment, which are the same components as in FIG. 1 and 2A-2D, the same reference numbers are used.

Внутрискважинный связной повторитель 7 выполнен с возможностью улавливания сигналов от внутрискважинной металлической конструкции 2 в области повторителя 7 и передачи релевантных данных наружу, в направлении поверхности. В этом варианте осуществления сигналы подаются к внутрискважинной металлической конструкции 2 в виде электромагнитных сигналов инструментом 71 передачи, расположенным ниже в скважине, например, в эксплуатационной колонне 21. Соответственно, повторитель 7 выполнен с возможностью улавливания электромагнитных сигналов.The downhole communication repeater 7 is configured to pick up signals from the downhole metal structure 2 in the area of the repeater 7 and transmit relevant data outward towards the surface. In this embodiment, the signals are applied to the downhole metal structure 2 in the form of electromagnetic signals by a transmission tool 71 located downhole, such as in the production string 21. Accordingly, the repeater 7 is configured to capture the electromagnetic signals.

В альтернативных вариантах для отправки сигналов, улавливаемых повторителем, может быть предусмотрен другой тип инструмента передачи. Такой инструмент, может, например, быть размещен снаIn alternative embodiments, another type of transmission tool may be provided to send signals picked up by the repeater. Such an instrument can, for example, be placed

- 23 039708 ружи указанной колонны.- 23 039708 guns of the specified column.

В альтернативных вариантах связной повторитель 7 может быть выполнен с возможностью улавливания акустических сигналов от внутрискважинной металлической конструкции 2, которые были поданы ниже внутри скважины.In alternative embodiments, the communication repeater 7 may be configured to pick up acoustic signals from the downhole metal structure 2 that have been fed downhole.

Аналогичным образом внутрискважинный связной повторитель 7 может быть выполнен с возможностью подачи акустических сигналов внутрискважинной конструкции 2 для передачи в направлении поверхности или выполнен с возможностью подачи электромагнитных сигналов внутрискважинной металлической конструкции 2 для передачи на поверхность, или использования способа подачи сигнала посредством модуляции импеданса, раскрытый выше.Similarly, the downhole communication repeater 7 may be configured to provide acoustic signals to the downhole structure 2 for transmission towards the surface, or configured to provide electromagnetic signals to the downhole metal structure 2 for transmission to the surface, or to use the impedance modulation signaling method disclosed above.

К примеру, связной повторитель 7 может улавливать сигналы на своем участке и передавать их по кабелю 42 модулю 4 сбора, подавая ему сигналы и осуществляя модуляцию нагрузки, которую он прикладывает на источник питания в модуле 4 сбора. Аналогичным образом модуль 4 сбора может быть выполнен с возможностью подачи сигналов металлической конструкции 2 для передачи в направлении поверхности или выполнен с возможностью модуляции нагрузки, которую он генерирует между отстоящими соединениями 41а, 41b для детектирования на поверхности верхним блоком 6 связи.For example, the communication repeater 7 can pick up signals in its area and transmit them along the cable 42 to the collection module 4, giving it signals and modulating the load that it applies to the power supply in the collection module 4. Similarly, the acquisition module 4 may be configured to signal the metal structure 2 for transmission in the direction of the surface, or configured to modulate the load it generates between the spaced connections 41a, 41b for detection on the surface by the upper communication unit 6.

Следует отметить, что в случае наличия внутрискважинного связного повторителя 7 электромагнитные сигналы могут, например, улавливаться и/или подаваться повторителем 7 с помощью отстоящих контактов, образованных с металлической конструкцией, или с помощью индуктивного соединения, содержащего тороид, или подачей сигнала через изолирующий элемент, если он имеется, и т.д. Аналогичным образом могут использоваться традиционные способы улавливания и подачи акустических сигналов.It should be noted that in the case of a downhole communication repeater 7, electromagnetic signals can, for example, be captured and/or supplied by the repeater 7 using spaced contacts formed with a metal structure, or using an inductive connection containing a toroid, or by applying a signal through an insulating element, if available, etc. Similarly, traditional methods of capturing and applying acoustic signals can be used.

В альтернативных вариантах может быть предусмотрено осуществление связи с поверхности внутрь скважины к внутрискважинным участкам, и в общем случае, двусторонняя связь. Опять же, два способа осуществления связи могут использоваться параллельно по меньшей мере на одной ветви канала для обеспечения избыточности.In alternative embodiments, communication may be provided from the surface downhole to downhole sections, and in general, two-way communication. Again, the two communication methods can be used in parallel on at least one channel branch to provide redundancy.

Следует отметить, что внутрискважинный связной повторитель 7 может быть расположен так, чтобы не находиться на пути движения продукта, не препятствуя тем самым осуществлению скважинных операций.It should be noted that downhole communication repeater 7 can be located so as not to be in the path of the product, thereby not interfering with the implementation of downhole operations.

Ниже приведены два конкретных примера в отношении фиг. 3.Below are two specific examples with respect to FIG. 3.

1. Повторитель 7 содержит электромагнитный повторитель, которому постоянно подается мощность и который расположен на глубине 3-500 м, указанный повторитель либо принимает и декодирует сообщения, либо просто постоянно перенаправляет их, используя модуляцию импеданса нагрузки с высокой частотой, исходные данные/сигнал для декодировки на поверхности.1. Repeater 7 contains an electromagnetic repeater that is constantly powered and located at a depth of 3-500 m, this repeater either receives and decodes messages, or simply constantly redirects them using high frequency load impedance modulation, the source data / signal for decoding on a surface.

2. Повторитель 7 содержит акустический повторитель, которому постоянно подается мощность и который расположен на глубине 3-500 м, указанный повторитель принимает и декодирует сообщения и затем перенаправляет данные на поверхность, используя модуляцию импеданса нагрузки.2. The repeater 7 contains an acoustic repeater which is constantly powered and located at a depth of 3-500 m, said repeater receives and decodes messages and then redirects the data to the surface using load impedance modulation.

Следует отметить, что в обоих случаях повторитель 7 может располагаться во внутрискважинном блоке вместе с модулем сбора или отдельно от него. Опять же, повторитель может быть двусторонним повторителем.It should be noted that in both cases, the repeater 7 can be located in the downhole block together with the collection module or separately from it. Again, the repeater may be a two-way repeater.

В любой из систем, представленной в настоящем описании, устройства могут быть выполнены с возможностью регулирования энергетического бюджета, т.е. в целом, меньшего использования энергии за счет переменной работы компонентов, таких как электромагнитные или акустические приемники и/или передатчики.In any of the systems presented herein, devices can be configured to control the energy budget, i.e. in general, less energy use due to the variable operation of components such as electromagnetic or acoustic receivers and/or transmitters.

На фиг. 4 схематически представлена скважинная установка, включающая в себя клапан с дистанционным управлением и систему подачи мощности, в целом аналогичную той, что описана выше.In FIG. 4 is a schematic representation of a downhole installation including a remote controlled valve and a power delivery system generally similar to that described above.

Общая конструкция и функционирование скважинной установки и системы подачи мощности, опять же, по сути аналогичны тем, что описаны выше в отношении конфигураций, представленных на фиг. 1, 2A-2D. Поэтому здесь упускается детальное описание этих общих элементов для соблюдения краткости изложения, при этом для обозначения этих характеристик используются те же ссылочные позиции - общие для этих двух вариантов осуществления.The overall design and operation of the downhole installation and power delivery system is again essentially the same as described above with respect to the configurations shown in FIGS. 1, 2A-2D. Therefore, a detailed description of these common elements is omitted here for the sake of brevity, while the same reference numbers are used to refer to these characteristics - common to these two embodiments.

В данном варианте осуществления скважинная установка содержит первый подземный предохранительный клапан (англ. sub-surface safety valve, SSSV) с гидравлическим приводом, расположенный в эксплуатационной колонне 21, аналогично традиционным решениям.In this embodiment, the downhole installation comprises a first hydraulically actuated sub-surface safety valve (SSSV) located in the production string 21, similar to conventional solutions.

Однако в данном случае в эксплуатационной колонне 21, ниже в скважине, также расположен дополнительный подземный предохранительный клапан 8. В представленном случае указанный подземный предохранительный клапан 8 предусматривается как дополнительное, предохранительное или аварийное средство. Однако в альтернативных вариантах подземный предохранительный клапан SSSV с гидравлическим приводом может упускаться.However, in this case, an additional underground safety valve 8 is also located in the production string 21, downhole. In the present case, said underground safety valve 8 is provided as an additional, safety or emergency means. However, in alternative embodiments, the hydraulically actuated underground relief valve SSSV may be omitted.

Второй подземный предохранительный клапан 8 получает мощность и функционирует за счет использования системы подачи мощности. В частности, модуль 4 сбора соединяется со вторым подземным предохранительным клапаном 8 через кабель 42, при этом модуль сбора обеспечивается возможностью подачи мощности и управления сигналами, направленными ко второму подземному предохранительномуThe second underground relief valve 8 is powered and operated by using the power supply system. In particular, the collection module 4 is connected to the second underground safety valve 8 via a cable 42, while the collection module is provided with the ability to supply power and control signals directed to the second underground safety valve.

- 24 039708 клапану 8 через кабель 42. Так, от токов катодной защиты собирают энергию, и она используется как для управления вторым подземным предохранительным клапаном 8, так и для его функционирования.- 24 039708 valve 8 via cable 42. Thus, energy is collected from cathodic protection currents, and it is used both to control the second underground safety valve 8 and for its operation.

Такой подземный предохранительный клапан 8 может располагаться глубже в скважине по сравнению с традиционно используемым подземным предохранительным клапан SSSV с гидравлическим приводом. Это связано с тем, что на него не накладываются те же ограничения, что накладываются на системы с гидравлическим приводом - нет необходимость в подаче к нему гидравлической жидкости.Such a subterranean safety valve 8 may be located deeper in the well compared to the traditionally used hydraulically actuated subsurface safety valve SSSV. This is because it is not subject to the same limitations that are imposed on systems with a hydraulic drive - there is no need to supply hydraulic fluid to it.

Следует отметить, что в данном случае сигналы управления для второго подземного предохранительного клапана 8 могут передаваться верхним блоком 6 связи через металлическую конструкцию скважины 1, 2 для детектирования модулем 4 сбора и дальнейшей передачи подземному предохранительному клапану 8. В некоторых вариантах осуществления клапан 8 может быть вынужден работать в режиме сохранности, так что клапан будет закрываться в отсутствие мощности и/или сигналов управления. Следует отметить, что в альтернативном варианте клапан 8 и модуль сбора могут быть частью общего внутрискважинного инструмента 4а. Более того, в некоторых вариантах осуществления мощность для закрытия клапана может поступать от другого источника, при поступлении мощности для управления работой и/или управления пусковым механизмом от внутрискважинной системы подачи мощности.It should be noted that in this case, control signals for the second subsurface safety valve 8 may be transmitted by the upper communication unit 6 through the metal structure of the well 1, 2 for detection by the collection module 4 and further transmission to the subsurface safety valve 8. In some embodiments, the implementation of the valve 8 may be forced operate in safety mode so that the valve will close in the absence of power and/or control signals. It should be noted that alternatively, the valve 8 and the collection module may be part of a common downhole tool 4a. Moreover, in some embodiments, the power to close the valve may come from another source, while the power to control the operation and/or control the trigger mechanism is received from the downhole power supply system.

На фиг. 5 представлена альтернативная скважинная установка, включающая в себя аппарат мониторинга скважины. Здесь, опять же, имеются сходные черты с конфигурацией, показанной на и описанной со ссылкой на фиг. 1, 2A-2D. Опять же, присутствует модуль 4 сбора, предусмотренный во внутрискважинной металлической конструкции 2 и соединенный с отстоящими участками на внутрискважинной конструкции 2, а также присутствует внутрискважинный датчик 5, соединенный с модулем 4 сбора. В данном случае модуль 4 сбора и внутрискважинный датчик 5, оба, расположены в затрубном пространстве В для обеспечения осуществления мониторинга условий в указанном затрубном пространстве. Внутрискважинный датчик 5 может, например, содержать сенсор давления и/или температуры.In FIG. 5 shows an alternative downhole installation including a well monitoring apparatus. Here, again, there are similarities with the configuration shown in and described with reference to FIG. 1, 2A-2D. Again, there is a collection module 4 provided in the downhole metal structure 2 and connected to the off-site portions on the downhole structure 2, and there is also a downhole sensor 5 connected to the collection module 4. In this case, the acquisition module 4 and the downhole sensor 5 are both located in the annulus B to enable monitoring of conditions in said annulus. The downhole sensor 5 may, for example, comprise a pressure and/or temperature sensor.

В данном случае отстоящие участки 41а, 41b расположены на разных секциях внутрискважинной металлической конструкции 2. В частности, в данном варианте осуществления первое из соединений 41а образовано со второй обсадной трубой 23, при этом другие из соединений 41b образованы с первой обсадной трубой 22. Указанная система работает, следуя похожему принципу, что описан выше, и поэтому ее работа основана на разности потенциалов, присутствующей между двумя указанными соединениями 41а, 41b. В данном варианте осуществления указанная разность потенциалов реализована за счет изолирования двух секций металлической конструкции 22, 23 друг от друга, по меньшей мере, в области указанных соединений. Это значит, что для токов катодной защиты имеются разные пути к земле от указанных двух секций металлической конструкции 22, 23. В настоящем варианте осуществления средства изоляции указанных двух секций металлической конструкции 22, 23 друг от друга включают в себя изолирующее покрытие 91, предусмотренное на наружной поверхности первой обсадной трубы 22 и множество изолирующих центраторов 92, предусмотренных на первой обсадной трубе 22 для удержания ее на расстоянии от второй обсадной трубы 23.In this case, the spaced sections 41a, 41b are located on different sections of the downhole metal structure 2. In particular, in this embodiment, the first of the connections 41a is formed with the second casing 23, while the other of the connections 41b is formed with the first casing 22. The specified system works following a similar principle to that described above, and therefore its operation is based on the potential difference present between the two said connections 41a, 41b. In this embodiment, the specified potential difference is realized by isolating the two sections of the metal structure 22, 23 from each other, at least in the area of these connections. This means that for cathodic protection currents there are different paths to earth from said two metal structure sections 22, 23. In the present embodiment, the means of isolating said two metal structure sections 22, 23 from each other includes surfaces of the first casing 22; and a plurality of isolating centralizers 92 provided on the first casing 22 to keep it away from the second casing 23.

Предпочтительно, чтобы эта изоляция 91 и эти центраторы 92 располагались на расстоянии по меньшей мере 100 м вдоль первой обсадной трубы 22, а более вероятно на расстоянии 300-500 м. Там, где это предпочтительно или практически выгодно, на наружной секции металлической конструкции могут быть установлены изолирующие разделители, формирующие затрубное пространство. К примеру, они могут быть установлены на второй обсадной трубе 23 в приведенном выше примере. Следует отметить, что изоляция не обязательно должна быть полностью сплошной для обеспечения положительного эффекта. Целью является создание другой траектории к земле. Несмотря на то, что изоляция может быть предусмотрена на расстоянии в 100 м, она может быть как несплошной, так и может обеспечивать сплошное изолирование на протяжении всей дистанции.Preferably, this insulation 91 and these centralizers 92 are at least 100 m apart along the first casing 22, and more likely at a distance of 300-500 m. insulating separators were installed to form the annulus. For example, they can be installed on the second casing pipe 23 in the above example. It should be noted that the insulation does not have to be completely continuous to provide a positive effect. The goal is to create another trajectory towards the ground. Although insulation may be provided at a distance of 100 m, it may be either non-continuous or may provide continuous insulation throughout the distance.

Преимуществом конфигурации, показанной на фиг. 5, является отсутствие необходимости в больших длинах кабеля 41 между модулем 4 сбора и металлической конструкцией 2, необходимых в конфигурации, показанной на фиг. 1. Это означает, что система может быть более простой в плане установки. Например, установка указанной системы может осуществляться монтированием корпуса модуля 4 сбора на отрезке металлической трубы, обеспеченного скользящим контактом для создания контакта с другим отрезком трубы через затрубное пространство. Для дальнейшего упрощения позиционирования внутрискважинный датчик 5 может упускаться, а сенсор может располагаться вместе с модулем 4 сбора во внутрискважинном блоке 4а. Такая конфигурация может сократить время монтажа, необходимое для установки.An advantage of the configuration shown in FIG. 5 is that the large lengths of cable 41 between collection module 4 and metal structure 2 are not necessary in the configuration shown in FIG. 1. This means that the system can be easier to install. For example, the installation of this system can be carried out by mounting the body of the collection module 4 on a piece of metal pipe, provided with a sliding contact to create contact with another piece of pipe through the annulus. To further simplify positioning, the downhole sensor 5 may be omitted and the sensor may be located together with the collection module 4 in the downhole block 4a. This configuration can reduce the installation time required for installation.

Так, в некоторых обстоятельствах наличие средств 91, 92 изоляции может быть предпочтительней, чем наличие кабелей 41. Какая система предпочтительней для конкретной установки может определяться внешними факторами, касающимися установки, или, возможно, моделированием конкретной установки.Thus, in some circumstances, the presence of means 91, 92 of isolation may be preferable to the presence of cables 41. Which system is preferable for a particular installation may be determined by external factors regarding the installation, or perhaps by simulation of a particular installation.

В типичном случае, однако, конфигурация, представленная на фиг. 1, вероятно, будет лучше в работе, чем представленная на фиг. 5, в случае, когда ее применение практически осуществимо.Typically, however, the configuration shown in FIG. 1 is likely to work better than the one shown in FIG. 5 when its application is practicable.

В конфигурации, аналогичной той, что показана на фиг. 5, модуль сбора может наблюдать относительно более высокий ток, но относительно более низкую разность потенциалов. Так, в конфигурации на фиг. 5 разность потенциалов может быть, например, 10-20 мВ, а ток, например, составлять 1 А. С другойIn a configuration similar to that shown in FIG. 5, the acquisition module may observe a relatively higher current but a relatively lower potential difference. Thus, in the configuration of FIG. 5, the potential difference can be, for example, 10-20 mV, and the current, for example, be 1 A. On the other

- 25 039708 стороны, в конфигурации на фиг. 1 разность потенциалов может быть, например, 100-200 мВ, а ток, например, составлять 100-150 мА. Более высокое значение разности потенциалов достигается за счет большего расстояния, обеспеченного кабелем (кабелями) 41 в конфигурации на фиг. 1, а более низкое значение тока вызвано сопротивлением кабеля (кабелей).- 25 039708 sides, in the configuration of FIG. 1, the potential difference may be, for example, 100-200 mV, and the current, for example, be 100-150 mA. The higher potential difference is achieved by the greater distance provided by the cable(s) 41 in the configuration of FIG. 1 and the lower current is due to the resistance of the cable(s).

Помимо указанного отличия в том, как соединения образованы и как достигается разность потенциалов, а также отличий в преимуществах и недостатках использования, конструкция и функционирование системы, представленной на фиг. 5, похожа на ту, что представлена на фиг. 1. Аналогично, различные альтернативы, описанные выше в отношении фиг. 1-4, также применимы там, где используется система, представленная на фиг. 5.In addition to these differences in how the connections are formed and how the potential difference is achieved, as well as differences in the advantages and disadvantages of use, the design and operation of the system shown in FIG. 5 is similar to that shown in Fig. 1. Similarly, the various alternatives described above with respect to FIGS. 1-4 are also applicable where the system shown in FIG. 5.

Следует отметить, что конфигурация изоляции и соединений, представленная на фиг. 5, может быть использована в каждом из вариантов осуществления, представленном на фиг. 1, 3 и 4. При этом, аналогично, различные формы модуля 4 сбора и внутрискважинного блока 4а, описанные выше, могут быть использованы в конфигурации, аналогичной той, что показана на фиг. 5.It should be noted that the insulation and connection configuration shown in FIG. 5 may be used in each of the embodiments shown in FIG. 1, 3 and 4. Similarly, the different forms of collection module 4 and downhole unit 4a described above can be used in a configuration similar to that shown in FIG. 5.

Следует отметить, что в некоторых обстоятельствах может быть предпочтительным использование имеющихся систем подачи мощности для создания скважинной установки, готовой к беспроводной связи, даже в отсутствие намерения использовать беспроводные возможности при изначальном монтаже указанной скважины.It should be noted that, in some circumstances, it may be preferable to use existing power delivery systems to create a wireless-ready downhole installation, even if there is no intention to use wireless capabilities in the initial installation of said well.

Поэтому конфигурация, показанная на фиг. 3, где связной повторитель 7 и соответствующая система подачи мощности включены в затрубное пространство В, может быть обеспечена во время изначального монтажа скважины для того, чтобы сделать скважину готовой к беспроводной связи. Это обеспечит связь с поверхностью, если позднее будет принято решение об использовании, например, внутрискважинного беспроводного инструмента 71 подачи сигнала для подачи сигнала на поверхность. Следует также отметить, что термин беспроводной используется в отношении пространств между внутрискважинным пространством и наружным пространством, т.е. касается отсутствия кабелей/проводов, проходящих через устье скважины.Therefore, the configuration shown in FIG. 3, where a communication repeater 7 and associated power delivery system is included in the annulus B, may be provided during initial well installation to make the well ready for wireless communication. This will provide communication with the surface if it is later decided to use, for example, a downhole wireless signaling tool 71 to signal the surface. It should also be noted that the term wireless is used in relation to the spaces between the downhole space and the outer space, i.e. concerns the absence of cables/wires passing through the wellhead.

В других обстоятельствах представленные здесь системы могут быть установлены постфактум. Например, система, аналогично той, что представлена на фиг. 1, установленная в затрубном пространстве А, может быть установлена постфактум при замене эксплуатационной колонны. В другом случае система может быть установлена в главном стволе эксплуатационной колонны. Следует отметить, что каждая из конфигураций и решений, представленных в настоящем описании, не нуждается в кабеле, проходящим через устье 1 скважины. Поэтому эти системы могут использоваться там, где нет доступного пенетратора, или его использование непредпочтительно.In other circumstances, the systems presented here may be installed after the fact. For example, a system similar to that shown in FIG. 1, installed in annulus A, can be installed after the fact when replacing the production string. Alternatively, the system may be installed in the main bore of the production string. It should be noted that each of the configurations and solutions presented in the present description does not need a cable passing through the wellhead 1. Therefore, these systems can be used where no penetrator is available or its use is not preferred.

В то время как конфигурация, представленная на фиг. 4, иллюстрирует наличие дополнительного подземного предохранительного клапана 8, в других обстоятельствах может быть предусмотрен другой тип (возможно управляемый дистанционно) клапана или компонента. Например, конфигурация, аналогичная той, что показана на фиг. 4, может использоваться с затрубным дренажным клапаном, предусмотренным в скважине для обеспечения возможности регулируемой гидравлической связи или вентилирования между одним затрубным пространством и другим затрубным пространством, или между затрубным пространством и стволом скважины. Указанный клапан может содержать клапан закачки газлифтного газа для обеспечения возможности газу проникнуть в ствол эксплуатационной колонны из затрубного пространства А. Аналогично, клапан может быть пакером или клапаном через пакер, или клапаном в обход пакера. Опять же, для обеспечения вентиляции конкретного затрубного пространства под управлением, поступающим с поверхности. В другом примере клапан может содержать клапан управления расходом, например, для управления долей от некоторой зоны, либо он может предоставлять средства для обеспечения возможности улучшенного сбора данных о росте давления за счет избавления от эффекта объема ствола скважины. Следует отметить, что клапан в каждом из случаев может быть клапаном управления расходом, который не обеспечивает возможность полного перекрытия потока, но, например, может функционировать, как штуцер переменного диаметра.While the configuration shown in FIG. 4 illustrates the presence of an additional underground safety valve 8, in other circumstances another type (possibly remote controlled) valve or component may be provided. For example, a configuration similar to that shown in FIG. 4 may be used with an annular vent valve provided in the well to allow controlled hydraulic communication or venting between one annulus and another annulus, or between the annulus and the wellbore. Said valve may include a gas lift injection valve to allow gas to enter the wellbore of the production string from the annulus A. Similarly, the valve may be a packer, or a valve through the packer, or a valve bypassing the packer. Again, to provide ventilation to a particular annulus under control from the surface. In another example, the valve may comprise a flow control valve, for example, to control the proportion of a certain zone, or it may provide a means to enable improved collection of pressure rise data by eliminating the wellbore volume effect. It should be noted that the valve, in each case, may be a flow control valve which does not provide a complete flow shut-off but, for example, may function as a variable diameter nozzle.

Клапан или компонент в каждом примере может быть клапаном или компонентом, управляемым с помощью беспроводной связи.The valve or component in each example may be a wirelessly controlled valve or component.

В другом альтернативном варианте представленные здесь решения могут использоваться для осуществления связи с инструментом и/или управления инструментом, поддерживаемым проводной линией/одножильным проводом, или прикрепленным к гибкой колонне типа колтюбинг в эксплуатационной колонне 21. Такой инструмент может быть выполнен с возможностью подачи сигналов на и/или улавливания сигналов от указанной колонны, при этом указанные сигналы проходят через повторитель 7.In another alternative, the solutions presented herein may be used to communicate with and/or control a tool supported by a wireline/solid wire, or attached to a coiled tubing in production string 21. Such a tool may be configured to signal to and /or capturing signals from the specified column, while the specified signals pass through the repeater 7.

С системами, аналогичными той, что описана здесь, может быть обеспечена возможность извлечения мощности на вероятном уровне в 50 мВт. То есть количество мощности, которое может быть извлечено, не обязательно является большим, но, что в данном случае представляет интерес, это то, что эта мощность может быть доступна на протяжении всего периода жизни скважины, и его достаточно для выполнения полезных функций, таких как управление внутрискважинными устройствами, выполнение важных измерений и обеспечение возможности передачи указанных измерений на поверхность.With systems similar to the one described here, it may be possible to extract power at a probable level of 50 mW. That is, the amount of power that can be extracted is not necessarily large, but what is of interest in this case is that this power can be available throughout the life of the well, and it is enough to perform useful functions such as control of downhole devices, making important measurements and enabling the transmission of these measurements to the surface.

Следует отметить, что, в целом, в вариантах осуществления общего типа, представленных на фиг.It should be noted that, in general, in the general type embodiments shown in FIGS.

- 26 039708- 26 039708

1-4, наибольшее влияние на эффективность сбора будет иметь площадь поперечного сечения кабеля (кабелей) 41, и то, что импеданс источника, обеспеченный соединениями 41а и 41b, низкий. Это означает, что при включении множественных систем сбора в одну скважинную установку, происходит небольшое снижение в эффективности любого из модулей 4 сбора. Следует отметить, что, в целом, любая дополнительная система сбора будет иметь свои собственные кабели 41, когда это целесообразно. Это полагается на том факте, что потери в кабеле означают, что наличие большего количества систем сбора, имеющих один и тот же кабель, не приносят большую пользу.1-4, the biggest impact on collection efficiency will be the cross-sectional area of cable(s) 41 and that the source impedance provided by connections 41a and 41b is low. This means that when multiple collection systems are included in one downhole installation, there is a slight decrease in the efficiency of any one of the collection modules 4 . It should be noted that, in general, any additional collection system will have its own cables 41 when appropriate. This relies on the fact that cable losses mean that having more acquisition systems sharing the same cable is not of much benefit.

В целом, в одной скважинной установке может быть предусмотрено несколько модулей сбора любого типа из тех, что описаны выше. Так, например, для осуществления мониторинга условий в эксплуатационной колонне может быть предусмотрен один датчик, один датчик может быть предусмотрен для осуществления мониторинга затрубного пространства, кроме того, может быть предусмотрен один клапан, при этом все из перечисленных устройств питаются от отдельного, соответствующего, модуля сбора. Аналогично, любой из модулей сбора может использоваться для подачи мощности нескольким устройствам. В некоторых примерах каждое устройство может иметь специально предназначенный кабель, идущий от такого модуля сбора. В других примерах может быть предусмотрена многоточечная система, в которой один кабель от модуля сбора используется для соединения с несколькими внутрискважинными устройствами. Многоточечная система может быть предназначена для обеспечения возможности подачи мощности и осуществления связи с несколькими внутрискважинными устройствами. Так, указанный кабель может нести сигналы мощности, передаваемые данные и адресную информацию. Также модуль сбора может быть выполнен с возможностью администрирования многоточечной системы.In general, multiple collection modules of any type of those described above may be provided in a single downhole installation. So, for example, one sensor can be provided to monitor conditions in the production string, one sensor can be provided to monitor the annulus, in addition, one valve can be provided, while all of these devices are powered by a separate, appropriate module collection. Likewise, any of the collection modules can be used to supply power to multiple devices. In some examples, each device may have a dedicated cable running from such a collection module. In other examples, a multipoint system may be envisaged in which a single cable from the collection module is used to connect to multiple downhole devices. A multipoint system may be designed to provide power and communication to multiple downhole devices. Thus, said cable may carry power signals, transmitted data and address information. Also, the acquisition module may be configured to administer a multipoint system.

Следует отметить, что в то время как в вариантах осуществления, представленных выше, кабели 41, 42 проходят через незагороженные затрубные пространства, в других случаях один или несколько кабелей 41, 42 могут проходить через пакер (включая разбухающий пакер), цемент или другое затрубное устройство герметизации.It should be noted that while in the embodiments above the cables 41, 42 pass through unobstructed annulus, in other cases one or more cables 41, 42 may pass through a packer (including a swellable packer), cement, or other annulus. sealing.

Следует отметить, что по меньшей мере в некоторых случаях характеристики представленных здесь систем и аппаратов могут принимать распределенную форму. Это означает, что, например, модуль сбора может быть представлен в виде нескольких отдельных частей, компонентов или подмодулей, которые могут быть расположены на разных участках.It should be noted that, in at least some cases, the characteristics of the systems and apparatuses presented here may take a distributed form. This means that, for example, a collection module can be represented as several separate parts, components or sub-modules, which can be located in different areas.

На фиг. 6 представлена альтернативная скважинная установка, которая имеет похожие черты с установкой, представленной на фиг. 1, причем здесь использованы те же ссылочные позиции для обозначения характеристик, общих с фиг. 1, при этом детальное описание указанных общих характеристик упускается.In FIG. 6 shows an alternative downhole rig that has similar features to the rig shown in FIG. 1, with the same reference numerals used here to refer to characteristics in common with FIG. 1, while a detailed description of these general characteristics is omitted.

Скважинная установка, представленная на фиг. 6, помогает более детально проиллюстрировать некоторые альтернативные варианты, описанные выше, в отношении скважинных установок, представленных на и описанных в отношении фиг. 1-5.The downhole installation shown in Fig. 6 helps illustrate in more detail some of the alternatives described above in relation to the downhole installations shown in and described with respect to FIG. 1-5.

Скважинная установка включает в себя аппарат мониторинга аналогично тому, что представлен на фиг. 1. Поэтому здесь есть модуль 4 сбора, соединенный посредством кабелей 41 с парой отстоящих участков 41а и 41b. Однако в данном случае первый из участков 41а расположен на эксплуатационной колонне 21, поэтому первый из кабелей 41 соединяется с эксплуатационной колонной, в то время как второй из отстоящих участков 41b расположен на обсадной трубе 22. Так, между соединениями 41а, 41b обеспечивается расстояние как по оси, так и радиально, поэтому модуль 4 сбора соединен через затрубное пространство А. Более того, на эксплуатационной колонне 21 в области второго соединения 41b расположена изоляция 91, проходящая по оси по обе стороны от него. Следует отметить, что в другом альтернативном варианте одно соединение вероятнее может быть с породой, а не с металлической конструкцией. В некоторых случаях все аппараты системы подачи мощности могут находиться снаружи обсадной трубы, т.е. между обсадной трубой и породой. Такой вариант, в целом, будет непредпочтительным сточки зрения риска/сложности установки, но он возможен.The downhole installation includes a monitoring apparatus similar to that shown in FIG. 1. Therefore, there is a collection module 4 connected via cables 41 to a pair of spaced sections 41a and 41b. However, in this case, the first of the sections 41a is located on the production string 21, so the first of the cables 41 is connected to the production string, while the second of the spaced sections 41b is located on the casing 22. Thus, the distance between the connections 41a, 41b is provided as axially and radially, so that the collection module 4 is connected through the annulus A. Moreover, on the production string 21 in the area of the second connection 41b is the insulation 91, passing axially on both sides of it. It should be noted that in another alternative, one connection is more likely to be to the rock than to the metal structure. In some cases, all apparatus of the power supply system may be located outside the casing, i.e. between casing and rock. This option would generally not be preferable in terms of risk/difficulty of installation, but it is possible.

Кроме того, в настоящем варианте осуществления предусмотрены второй и третий модули 4' и 4 сбора (являющиеся частью соответствующих внутрискважинных блоков), расположенные в затрубном пространстве А. В таком варианте осуществления каждый из указанных других модулей 4', 4 сбора использует тот же первый кабель 41. Так, один из терминалов каждого из модулей 4', 4 сбора соединяется с первой точкой 41а соединения. Следует отметить, что в других вариантах осуществления для создания таких соединений с первой точкой соединения могут использоваться отдельные кабели, и такой вариант будет предпочтительным, так как он приведен к повышению эффективности. Использование единственного верхнего кабеля, как показано, нежелательно, но помогает упростить изображение. В некоторых случаях может быть предусмотрено несколько модулей сбора, распределенных в разных затрубных пространствах.In addition, in the present embodiment, second and third collection modules 4', 4 (which are part of the respective downhole blocks) are provided located in the annulus A. In such an embodiment, each of these other collection modules 4', 4 uses the same first cable 41. Thus, one of the terminals of each of the collection modules 4', 4 is connected to the first connection point 41a. It should be noted that in other embodiments, separate cables may be used to create such connections to the first connection point, and such an option would be preferred as it results in increased efficiency. Using a single top cable as shown is undesirable but helps simplify the image. In some cases, there may be several collection modules distributed in different annulus.

В настоящем варианте осуществления первый модуль 4 сбора соединяется с внутрискважинным датчиком 5 посредством вторичного кабеля 42, аналогично вариантам осуществления, представленным на фиг. 1. Однако здесь внутрискважинный датчик 5 расположен ниже пакера ПР, а кабель 42 проходит через него. Датчик 5 в данном случае выполнен с возможностью осуществления измерений условий давления и/или температуры внутри эксплуатационной колонны 21 через порт 21а, предусмотренный вIn the present embodiment, the first acquisition module 4 is connected to the downhole sensor 5 via a secondary cable 42, similar to the embodiments shown in FIG. 1. However, here the downhole sensor 5 is located below the PR packer, and the cable 42 passes through it. The sensor 5 in this case is configured to measure the pressure and/or temperature conditions inside the production casing 21 through the port 21a provided in

- 27 039708 стенке эксплуатационной колонны 21. То есть несмотря на то, что внутрискважинный датчик 5 расположен в затрубном пространстве А, он выполнен с возможностью измерения параметров внутри эксплуатационной колонны 21.- 27 039708 the wall of the production string 21. That is, despite the fact that the downhole sensor 5 is located in the annulus A, it is configured to measure parameters inside the production string 21.

Более того, в указанном варианте осуществления предусмотрены второй и третий внутрискважинные датчики 5' и 5. В указанном варианте осуществления каждый из внутрискважинных датчиков 5, 5', 5 соединен с модулем 4 сбора посредством одного и того же вторичного кабеля 42. Этот вариант представляет собой многоточечную систему, а кабель 42 используется для переноса сигналов мощности, сигналов управления, данных о параметрах и адресной информации, для обеспечения возможности подачи мощности каждому из датчиков 5, 5', 5 и извлечения из них показаний.Moreover, in this embodiment, second and third downhole sensors 5' and 5 are provided. In this embodiment, each of the downhole sensors 5, 5', 5 is connected to the collection module 4 via the same secondary cable 42. multipoint system, and cable 42 is used to carry power signals, control signals, parameter data and address information to allow power to be supplied to and read from each of the sensors 5, 5', 5.

Следует отметить, что в альтернативных вариантах осуществления некоторое число внутрискважинных датчиков или других внутрискважинных устройств вероятнее будет питаться от одного модуля 4 сбора посредством отдельных, специально предназначенных, кабелей 42, чем единственным кабелем, как показано в настоящем варианте осуществления. Более того, как упоминалось выше, в то время как в настоящем варианте осуществления предусматривается несколько датчиков, отходящих от одного модуля сбора, в других вариантах осуществления один модуль сбора может использоваться для подачи мощности разным типам внутрискважинных устройств. Так, один модуль сбора, например, может использоваться для подачи мощности внутрискважинному датчику, внутрискважинному повторителю и внутрискважинному клапану.It should be noted that in alternative embodiments, a number of downhole sensors or other downhole devices are more likely to be powered from a single acquisition module 4 via separate dedicated cables 42 than a single cable as shown in the present embodiment. Moreover, as mentioned above, while the present embodiment provides for multiple sensors radiating from a single acquisition module, in other embodiments, a single acquisition module may be used to supply power to different types of downhole devices. Thus, one acquisition module, for example, can be used to supply power to a downhole sensor, a downhole repeater, and a downhole valve.

В настоящем варианте осуществления второй модуль 4' сбора представляет собой часть внутрискважинного инструмента, который содержит оба элемента: модуль сбора и сенсор. В настоящем варианте осуществления сенсор выполнен с возможностью измерения параметров в затрубном пространстве В через порт 22а, предусмотренный в первой обсадной трубе 22. Так, например, сенсор во втором модуле 4' сбора может быть выполнен с возможностью измерения давления и/или температуры в затрубном пространстве В.In the present embodiment, the second acquisition module 4' is part of a downhole tool that contains both the acquisition module and the sensor. In the present embodiment, the sensor is configured to measure parameters in the annulus B through port 22a provided in the first casing 22. For example, the sensor in the second collection module 4' may be configured to measure pressure and/or temperature in the annulus AT.

Более того, в настоящем варианте осуществления третий модуль 4 сбора тоже представляет собой часть внутрискважинного инструмента, который в данном случае содержит модуль сбора и блок связи для осуществления связи с сенсорами 605, расположенными в затрубном пространстве В и затрубном пространстве С. Здесь связь между сенсорами 605 и вторым модулем 4 сбора обеспечивается с помощью беспроводных средств. К примеру, может быть предусмотрена индуктивная подача сигнала или подача акустического сигнала между сенсорами 605 и модулем 4 сбора. Сенсоры 605 могут быть физически расположены так близко, как это возможно, по отношению к модулю 4 сбора.Moreover, in the present embodiment, the third acquisition module 4 is also part of the downhole tool, which in this case includes an acquisition module and a communication unit for communicating with the sensors 605 located in the annulus B and the annulus C. Here, the communication between the sensors 605 and the second collection module 4 is provided by wireless means. For example, an inductive signal or an acoustic signal can be provided between the sensors 605 and the collection module 4 . The sensors 605 may be physically located as close as possible to the acquisition module 4 .

Должно быть понятно, что как только данные достигают верхнего блока 6 связи, они могут быть переданы наружу, на необходимый участок, используя стандартные методы связи, такие как методы мобильной связи, интернет и т.д., на рабочее место РМ для последующей обработки и/или изучения. Конечно, также могут быть предусмотрены проводные соединения между рабочим местом и верхним блоком 6 связи.It should be understood that once the data reaches the upper communication unit 6, it can be transferred outside to the required site using standard communication methods such as mobile communication methods, the Internet, etc., to the PM workstation for further processing and /or study. Of course, wired connections can also be provided between the workstation and the upper communication unit 6 .

Более того, данные также могут быть отправлены от рабочего места РМ верхнему узлу 6 связи для передачи внутрь скважины. Так, например, сигналы управления могут быть переданы с рабочего места РМ через верхний блок 6 связи внутрь скважины для управления работой модуля сбора, или сенсора, или внутрискважинного клапана, или повторителя и т.д., таким образом внутрь скважины могут быть отправлены любые необходимые данные.Moreover, data can also be sent from the RM workstation to the upper communication node 6 for downhole transmission. So, for example, control signals can be transmitted from the PM workplace through the upper communication unit 6 downhole to control the operation of the collection module, or sensor, or downhole valve, or repeater, etc., thus any necessary data.

В другом альтернативном варианте снаружи самой наружной обсадной трубы, например третьей обсадной трубы 24 в варианте осуществления, представленном на фиг. 6, в области около устья 1 скважины может быть предусмотрена изоляция. Она может способствовать подаче максимально отрицательного потенциала, вызванного токами катодной защиты, глубже внутрь скважины. Это обеспечивается за счет минимизирования утечек в области около устья скважины. Поэтому наличие изоляции на самой наружной обсадной трубе может помочь обеспечить возможность расположения самого верхнего соединения 41а ниже, избегая при этом значительного снижения эффективности системы. Если посмотреть на кривую снижения потенциала за счет наличия изоляции на самой наружной обсадной трубе 24 отрицательный потенциал может снижаться в изолированной области около устья скважины очень медленно, а затем может начать снижаться быстрее после достижения неизолированной области.In another alternative, outside the outermost casing, such as the third casing 24 in the embodiment shown in FIG. 6, isolation may be provided in the region near the wellhead 1. It can contribute to the supply of the maximum negative potential caused by cathodic protection currents deeper into the well. This is achieved by minimizing leakage in the area near the wellhead. Therefore, the presence of insulation on the outermost casing can help to allow the uppermost connection 41a to be located lower, while avoiding a significant reduction in the efficiency of the system. Looking at the potential loss curve due to the presence of insulation on the outermost casing 24, the negative potential may decrease very slowly in the isolated region near the wellhead, and then may begin to decrease more rapidly after reaching the non-isolated region.

Фиг. 7 представляет собой график, показывающий пример того, как оптимальная мощность, доступная для сбора в скважинной установке, изменяется с глубиной скважины. Как отмечалось выше, из-за увеличения разности потенциалов, обеспеченного увеличением расстояния между соединениями, с одной стороны, и сопротивления кабеля, с другой стороны, имеет место некая оптимальная глубина для нижнего соединения 41b, или, иначе говоря, оптимальное расстояние между двумя соединениями 41а и 41b. График, показанный на фиг. 7, относится к расположению, в котором верхнее соединение 41а примерно на 5 м ниже устья скважины, т.е. находится в области подвесного устройства хвостовика. В этом примере можно видеть, что оптимальная глубина нижнего соединения находится в районе 550 м внутри скважины. Однако можно также заметить, что значительная часть оптимальной мощности может быть получена на глубинах около 300 и 950 м. В общем случае будет предпочтительней минимизировать длину кабеля, достигая сбор оптимальной мощности, что предусматривает минимизирование глубины втоFig. 7 is a graph showing an example of how the optimum power available to collect in a downhole installation varies with the depth of the well. As noted above, due to the increase in the potential difference provided by the increase in the distance between the connections, on the one hand, and the resistance of the cable, on the other hand, there is an optimal depth for the bottom connection 41b, or, in other words, the optimal distance between the two connections 41a and 41b. The graph shown in Fig. 7 refers to an arrangement in which the top connection 41a is about 5 m below the wellhead, i. e. located in the area of the liner hanger. In this example, it can be seen that the optimal depth of the lower connection is in the region of 550 m inside the well. However, it can also be seen that a significant portion of the optimal power can be obtained at depths around 300 and 950 m.

- 28 039708 рого соединения. Однако могут быть обстоятельства, в которых может использоваться преимущество расположения модуля сбора глубже внутри скважины.- 28 039708 connection. However, there may be circumstances in which the advantage of locating the collection module deeper within the well can be used.

Оптимальное расположение для верхнего соединения может зависеть от того, где вводится ток катодной защиты (или другой ток), и где указанный ток максимален, или потенциал, вызванный током, максимален. Представленные здесь способы и системы включают в себя этапы, на которых сначала определяют, где подаваемый ток (или потенциал) имеет максимальное значение, и выбирают участок для верхнего соединения в зависимости от этого.The optimal location for the top connection may depend on where the cathodic protection current (or other current) is injected and where the specified current is maximum, or the potential caused by the current is maximum. The methods and systems presented herein include the steps of first determining where the applied current (or potential) is at its maximum and selecting a site for the top connection depending on that.

Верхнее соединение может находиться в пределах 100 м от поверхности, предпочтительно в пределах 50 м, если скважина представляет собой материковую скважину.The top connection may be within 100 m of the surface, preferably within 50 m if the well is an inland well.

Верхнее соединение может находиться в пределах 100 м от уровня дна, предпочтительно, в пределах 50 м, если скважина представляет собой подводную скважину.The top connection may be within 100 m of the bottom, preferably within 50 m if the well is a subsea well.

Как отмечалось выше, хотя приведенное выше описание ссылается на сбор от токов катодной защиты, и хотя такой вариант является предпочтительным, при наличии других токов в металлической конструкции они могут быть аналогичным образом использованы.As noted above, although the above description refers to collecting from cathodic protection currents, and although this option is preferred, if there are other currents in the metal structure, they can be similarly used.

Следует отметить, что хотя выше приведены некоторые конкретные примеры, в целом, любой из компонентов системы может быть расположен в любом доступном затрубном пространстве.It should be noted that while some specific examples are given above, in general, any of the components of the system can be located in any available annulus.

Когда в описании выше упоминается оптимизация моделированием, например, в отношении расстояния, на которое отстоят соединения, использования изоляции, выбора только радиального или аксиального расстояния, на которое отстоят соединения, и выбора заданной нагрузки сбора, в такой модели может использоваться по меньшей мере один из следующих параметров:When the description above mentions optimization by simulation, for example, with regard to the spacing of connections, the use of insulation, choosing only the radial or axial spacing of the connections, and choosing a given collection load, such a model can use at least one of the following options:

1) скорость затухания наверху скважины, выведенная из размеров обсадных труб и размеров трубчатых элементов, веса и типа материала (удельного сопротивления) и удельного сопротивления покрывающей толщи (среды, окружающей скважину);1) attenuation rate at the top of the well, derived from casing and tubular dimensions, material weight and type (resistivity) and overburden resistivity (environment surrounding the well);

2) расположение верхнего соединения;2) the location of the top connection;

3) расположение нижнего соединения;3) the location of the lower connection;

4) площадь поперечного сечения и тип материала (удельное сопротивление) верхнего кабеля, используемого на входах к собирателю;4) cross-sectional area and type of material (resistivity) of the upper cable used at the inputs to the collector;

5) число, расположение, материал (электропотенциал) и площадь поверхности анодов устья скважины;5) number, location, material (electric potential) and surface area of wellhead anodes;

6) действующее сопротивление скважины на уровне морского дна/устье скважины, также выведенное из размеров обсадных труб и размеров трубчатых элементов, веса и типа материала (удельного сопротивления) и удельного сопротивления покрывающей толщи (среды, окружающей скважину), но в этот раз для всей конструкции скважины.6) wellbore resistivity at seabed/wellhead level, also derived from casing and tubular dimensions, material weight and type (resistivity) and overburden resistivity (environment surrounding the well), but this time for the entire well designs.

В конкретных примерах представленных выше систем кабель или кабели 41, используемые для соединения модуля сбора с конструкцией/окружающим пространством, могут иметь площадь поперечного сечения, равную, например, 10-140 мм2. 10 мм2 может считаться нижней границей предпочтительного для функционирования размера кабеля. Обычно предпочтительной будет большая площадь поперечного сечения. Кабель 140 мм2 может быть плоским кабелем типа Kerite (RTM) LTF3. Он соответствует верхней границе того, что в настоящий момент доступно на рынке, но могут быть использованы и большие размеры, если они доступны.In specific examples of the above systems, the cable or cables 41 used to connect the collection module to the structure/environment may have a cross-sectional area of, for example, 10-140 mm 2 . 10 mm 2 can be considered the lower limit of the preferred cable size for operation. Generally, a larger cross-sectional area will be preferred. The 140mm2 cable can be Kerite (RTM) LTF3 type flat cable. It corresponds to the upper limit of what is currently available on the market, but larger sizes can be used if available.

Фиг. 8 представляет собой блок-схему, изображающую процесс оптимизации сбора энергии модулем сбора, раскрытым выше.Fig. 8 is a flowchart showing the energy collection optimization process of the collection module disclosed above.

На этапе 801 преобразователь 44 постоянного тока запускается, используя изначальные настройки/конфигурацию, и подает доступную энергию средствам 45 накопления заряда.In step 801, the DC/DC converter 44 starts up using the initial settings/configuration and supplies the available power to the charge storage means 45 .

На этапе 802 определяют, имеет ли место достаточное напряжение для подачи мощности микропроцессору в центральном блоке 46. Если ответ нет, то этап 802 повторяют до тех пор, пока ответ не станет да, а когда ответ становится да, процесс переходит на этап 803, на котором микропроцессору в центральном блоке 46 подают мощность.At step 802, it is determined if there is sufficient voltage to supply power to the microprocessor in the central unit 46. If the answer is no, then step 802 is repeated until the answer is yes, and when the answer is yes, the process proceeds to step 803, at which the microprocessor in the central unit 46 is supplied with power.

Затем на этапе 804 микропроцессор измеряет выход мощности от собирателя энергии, и на этапе 805 микропроцесс модифицирует настойки преобразователя 44 постоянного тока для небольшого увеличения нагрузки. Далее на этапе 806 определяют, приводит ли это к увеличению выхода от собирателя. Если ответ да, то процесс возвращается обратно на стадию до этапа 805, чтобы настройки преобразователя 44 постоянного тока могли быть снова изменены для небольшого увеличения нагрузки.Next, at step 804, the microprocessor measures the power output from the energy collector, and at step 805, the microprocessor modifies the settings of the DC converter 44 for a slight increase in load. Next, at step 806, it is determined whether this results in an increase in output from the collector. If the answer is yes, then the process loops back to step 805 so that the settings of DC/DC converter 44 can be changed again for a slight increase in load.

С другой стороны, если на этапе 806 определяют, что выход не увеличился, тогда процесс переходит к этапу 807, на котором микропроцессор модифицирует настройки преобразователя 44 постоянного тока на небольшое уменьшение нагрузки, и процесс возвращается на стадию до этапа 806, чтобы определить, привело ли это к увеличению выхода.On the other hand, if it is determined at step 806 that the output has not increased, then the process proceeds to step 807 where the microprocessor modifies the settings of the DC/DC converter 44 to slightly decrease the load, and the process returns to the step before step 806 to determine if this is to increase the output.

После этого этапы 805, 806 и 807 попеременно повторяются во время сбора энергии, так что нагрузка постепенно увеличивается и уменьшается в зависимости от результата, полученного на этапе 806. Это приводит к динамической оптимизации сбора мощности.Thereafter, steps 805, 806, and 807 are alternately repeated during power harvesting so that the load is gradually increased and decreased depending on the result obtained in step 806. This results in dynamic optimization of power harvesting.

Как упоминалось выше, когда преобразователь 44 постоянного тока использует полевой транзистор и сопутствующий трансформатор, этап изменения настроек преобразователя постоянного тока на этапахAs mentioned above, when the DC/DC converter 44 uses a FET and an associated transformer, the step of changing the settings of the DC/DC converter in the steps

- 29 039708- 29 039708

805 и 807 может содержать этап смены ответвления, используемого на вторичном трансформаторе, для модифицирования должным образом нагрузки. Это также справедливо в случае, когда переменный трансформатор оснащен Н-мостом, представленным на фиг. 2D. В альтернативном варианте в таком случае для варьирования нагрузки может быть отрегулирован режим работы транзисторов в Н-мосте.805 and 807 may include the step of changing the tap used on the secondary transformer to modify the load as appropriate. This is also true when the variable transformer is equipped with the H-bridge shown in FIG. 2D. Alternatively, in such a case, the mode of operation of the transistors in the H-bridge can be adjusted to vary the load.

На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая функционирование внутрискважинного блока 4а аналогично тому, что описан выше.In FIG. 9 is a block diagram illustrating the operation of the downhole unit 4a in a manner similar to that described above.

На этапе 901 определяют, достаточно ли мощности для подачи мощности процессору в центральном блоке 46. Если ответ нет, то процесс остается на том же этапе до тех пор, пока мощности не станет достаточно.At step 901, it is determined if there is enough power to supply power to the processor in the central unit 46. If the answer is no, then the process remains at the same step until there is enough power.

Когда мощности становится достаточно, процесс переходит на этап 902, на котором определяют, получена ли команда или требуется ли отправка запланированного набора данных. Если ответ нет, то процесс остается в том же состоянии определения того, требуется ли выполнение некоторого действия, пока не наступит момент, на котором выполнение действия потребуется.When enough power is available, the process proceeds to step 902 where it is determined whether a command has been received or whether a scheduled data set needs to be sent. If the answer is no, then the process remains in the same state of determining whether some action is required until a moment arrives at which action is required.

Когда действие требуется, процесс переходит на этап 903, на котором в соответствии с требованием восстанавливают данные от сенсора или запоминающего устройства, а нагрузка, представленная собирателем энергии между соединениями 41а, модулируется для кодировки этих данных.When action is required, the process proceeds to step 903 where data from the sensor or storage device is retrieved as required and the load represented by the energy collector between connections 41a is modulated to encode this data.

Отдельно в устье скважины на этапе 904 осуществляют мониторинг потенциала напряжения устья скважины, и данные декодируют во втором микропроцессоре. Затем на этапе 905 извлеченные данные могут быть экспортированы или заново переданы клиенту, например, посредством подводной акустической линии или канала коммуникации.Separately, at the wellhead, in step 904, the wellhead voltage potential is monitored and the data is decoded in the second microprocessor. The retrieved data may then be exported or re-transmitted to the client at step 905, for example, via an underwater acoustic line or communication channel.

Фиг. 10 иллюстрирует скважинную установку, включающую в себя платформу 1000. Устье 1 скважины расположено на площадке 1001 платформы 1000. В данном случае металлическая конструкция включает в себя райзер 1002 между уровнем дна и платформой 1001. Эксплуатационная колонна 21 проходит в райзере 1002 внутрь скважины. Внутри скважины предусмотрены обсадные трубы 22, 23. Самая внутренняя обсадная труба 22 является продолжением райзера 1002. На платформенной конструкции 1000 предусмотрены аноды 3В катодной защиты. Между платформой и внутрискважинной конструкцией 2 (обсадной трубой и эксплуатационной колонной) будет иметь место электрическое соединение. Оно может обеспечиваться через опорную плиту 1003 для бурения и/или через устье скважины, райзер и другие компоненты, такие как направляющие райзера. В таких случаях может быть сложно узнать, где сделать верхнее соединение конструкции сбора, аналогично той, что представлена на фиг. 1, 3, 4 или 6, для обеспечения наилучшей эффективности. Не всегда будет известно, где ток катодной защиты будет введен в проводящую трубу (секции удлиненных элементов), которая проходит внутрь скважины. Как упоминалось выше, может быть предпочтительным создание верхнего соединения в непосредственной близости к участку, на котором вводится ток катодной защиты. При стремлении к оптимизации одной из опций будет управление этой точкой ввода, т.е. гарантирование гальванического соединения в известной точке. Другой альтернативой будет обеспечение системы множеством альтернативных точек верхнего соединения для модуля сбора и обеспечение возможности выбора наиболее эффективной точки соединения после установки. Обычно в таком случае система подачи мощности будет установлена со множеством верхних кабельных соединений с металлической конструкцией, при этом наиболее эффективный выбирается, например, управлением переключателя под управлением центрального блока.Fig. 10 illustrates a well installation including a platform 1000. The wellhead 1 is located on the pad 1001 of the platform 1000. In this case, the metal structure includes a riser 1002 between the bottom level and the platform 1001. The production string 21 extends in the riser 1002 downhole. Casings 22, 23 are provided within the well. The innermost casing 22 is an extension of the riser 1002. Cathodic protection anodes 3B are provided on the platform structure 1000. There will be an electrical connection between the platform and the downhole structure 2 (casing and production string). It may be provided through the drilling base plate 1003 and/or through the wellhead, riser and other components such as riser guides. In such cases, it can be difficult to know where to make the top connection of the collection structure, similar to that shown in Fig. 1, 3, 4 or 6 for best performance. It will not always be known where the cathodic protection current will be injected into the conductive pipe (sections of elongated members) that runs downhole. As mentioned above, it may be preferable to make the top connection in close proximity to the area where the cathodic protection current is injected. When aiming for optimization, one of the options would be to manage this entry point, i.e. guaranteeing a galvanic connection at a known point. Another alternative would be to provide the system with multiple alternative top connection points for the collection module and allow the most efficient connection point to be selected after installation. Typically, in such a case, the power supply system will be installed with a plurality of overhead cable connections to the metal structure, with the most efficient being selected, for example, by control of a switch controlled by the central unit.

Альтернативы для сигнала, устройства и сенсора.Alternatives for signal, device and sensor.

Выше описаны разнообразные конкретные решения для подачи сигнала. Во избежание сомнений следует заметить, что большой спектр решений подачи сигнала может использоваться как отдельно, так и в комбинации с разнообразными частями сигнального канала в системах, аналогичным тем, что здесь описаны. Так, беспроводные сигналы могут передаваться по меньшей мере в одной из следующих форм: электромагнитной, акустической, через индуктивно связанные трубчатые элементы и закодированными импульсами давления, при этом ссылки на беспроводной характер передачи относятся к указанным формам, в отсутствие утверждения об обратном.Various specific signaling solutions have been described above. For the avoidance of doubt, a wide range of signaling solutions can be used either alone or in combination with various parts of the signal path in systems similar to those described here. Thus, wireless signals can be transmitted in at least one of the following forms: electromagnetic, acoustic, through inductively coupled tubular elements and coded pressure pulses, while references to the wireless nature of transmission refer to these forms, unless otherwise stated.

Сигналы, в отсутствие утверждения об обратном, могут включать в себя сигналы управления и сигналы данных. Сигналы управления могут управлять работой внутрискважинных устройств, включая сенсоры. Данные от сенсоров могут передаваться в ответ на сигнал управления. Более того, получение данных и/или передача параметров, например, получение и/или передача скорости или разрешения, может меняться соответствующими сигналами управления.Signals, unless stated otherwise, may include control signals and data signals. Control signals can control the operation of downhole devices, including sensors. Sensor data can be transmitted in response to a control signal. Moreover, data acquisition and/or transmission of parameters, such as acquisition and/or transmission of rate or resolution, can be changed by respective control signals.

Импульсы давления включают в себя способы осуществления связи от/с пространств(а/ом) скважины/ствол(а/ом) скважины, по меньшей мере от/с одн(ого/им) из более глубоко расположенных участков в скважине/стволе скважины и поверхностью скважины/ствола скважины, используя положительные и/или отрицательные изменения давления и/или изменения расхода потока текучей среды в трубчатом элементе и/или затрубном пространстве.The pressure pulses include methods of communicating from/to the well space(s)/wellbore(s), at least from/to one of the deeper locations in the well/wellbore, and surface of the well/wellbore using positive and/or negative changes in pressure and/or changes in fluid flow in the tubular and/or annulus.

Закодированные импульсы давления представляют собой импульсы давления, для которых была использована схема модуляции для кодировки команд и/или данных в изменениях давления и/или расхода потока. При этом в скважине/стволе скважины используется преобразователь для детектирования и/или генерирования указанных изменений, и/или в скважине/стволе скважины используется электронEncoded pressure pulses are pressure pulses for which a modulation scheme has been used to encode commands and/or data into pressure and/or flow rate changes. In this case, a transducer is used in the well/wellbore to detect and/or generate these changes, and/or an electron is used in the well/wellbore

- 30 039708 ная система для кодировки и/или декодировки команд и/или данных. Так, импульсы давления, используемые вместе с электронным внутрискважинным/стволовым интерфейсом, определены здесь как закодированные импульсы давления. Преимуществом закодированных импульсов давления, аналогично тем, что определены здесь, является то, что они могут быть отправлены на электронные интерфейсы и могут обеспечить лучшую скорость передачи и/или диапазон, чем импульсы давления, отправленные на механические интерфейсы.- 30 039708 system for encoding and/or decoding commands and/or data. Thus, pressure pulses used in conjunction with an electronic downhole/wellbore interface are defined herein as encoded pressure pulses. An advantage of encoded pressure pulses, similar to those defined here, is that they can be sent to electronic interfaces and may provide better baud rate and/or range than pressure pulses sent to mechanical interfaces.

Там, где для передачи сигналов управления используются закодированные импульсы давления, могут использоваться разнообразные схемы модуляции для кодировки сигналов управления, к примеру, изменение давления или скорость изменения давления, амплитудная манипуляция (англ. on/off keyed, OOK), фазово-импульсная модуляция (англ. pulse position modulation, PPM), модуляция ширины импульса (англ. pulse width modulation, PWM), манипуляция путем сдвига частоты (англ. frequency shift keying, FSK), манипуляция путем сдвига давления (англ. pressure shift keying, PSK), манипуляция путем сдвига амплитуды (англ. amplitude shift keying, ASK), могут использоваться комбинации схем модуляции, например OOK-PPM-PWM. Скорости передачи схем модуляции закодированного давления обычно низкие и обычно составляют менее 10 бит/с, а могут составлять менее 0,1 бит/с.Where coded pressure pulses are used to transmit control signals, a variety of modulation schemes can be used to encode control signals, for example, pressure change or rate of change of pressure, amplitude keying (English on / off keyed, OOK), phase-pulse modulation ( pulse position modulation (PPM), pulse width modulation (PWM), frequency shift keying (FSK), pressure shift keying (PSK), manipulation by amplitude shift keying (ASK), combinations of modulation schemes can be used, for example OOK-PPM-PWM. The rates of coded pressure modulation schemes are typically low, typically less than 10 bps, and may be less than 0.1 bps.

Закодированные импульсы давления могут быть индуцированы в статичных или текущих жидких средах и могут быть детектированы напрямую или косвенно измерением изменения давления и/или расхода потока. Жидкие среды включают в себя жидкости, газы и мультифазные жидкие среды, а могут быть жидкими средами статического управления и/или жидкими средами, произведенными скважиной или введенными в скважину.Encoded pressure pulses may be induced in static or flowing fluids and may be detected directly or indirectly by measuring changes in pressure and/or flow rate. Fluids include liquids, gases, and multiphase fluids, and may be statically controlled fluids and/or well-produced or injected fluids.

Беспроводные сигналы могут быть способны проходить через барьер, такой как заглушка или затрубное устройство герметизации, когда оно фиксировано на месте. Поэтому беспроводные сигналы могут передаваться, по меньшей мере, в следующих формах: в форме электромагнитного, акустического сигнала или индуктивно соединенными трубчатыми элементами.Wireless signals may be able to pass through a barrier such as a plug or annular seal when it is fixed in place. Therefore, wireless signals can be transmitted in at least the following forms: in the form of an electromagnetic signal, an acoustic signal, or inductively coupled tubular elements.

Электромагнитная/акустическая подача и подача закодированных импульсов давления используют скважину, ствол скважины и породу в качестве среды для передачи. Электромагнитный/акустический сигнал или сигнал давления могут быть отправлены из скважины или с поверхности. При подаче в скважине электромагнитный/акустический сигнал может быть способен проходить через любое затрубное устройство герметизации, хотя в некоторых вариантах осуществления он может проходить в обход, например, вокруг любого затрубного устройства герметизации.The electromagnetic/acoustic delivery and the delivery of coded pressure pulses use the borehole, the wellbore and the rock as the transmission medium. The electromagnetic/acoustic or pressure signal can be sent from the well or from the surface. When applied downhole, the electromagnetic/acoustic signal may be able to pass through any annulus seal, although in some embodiments it may bypass, for example, around any annular seal.

Электромагнитные и акустические сигналы полезны, так как они могут осуществлять передачу через/сквозь затрубное устройство герметизации без специальной инфраструктуры индуктивно соединенных трубчатых элементов, а в случае передачи данных количество информации, которое может быть передано, обычно больше в сравнении с подачей закодированных импульсов давления, особенно при получении данных из скважины.Electromagnetic and acoustic signals are useful as they can be transmitted through/through an annulus sealing device without special inductively coupled tubular infrastructure, and in the case of data transmission, the amount of information that can be transmitted is usually greater compared to the supply of coded pressure pulses, especially when receiving data from a well.

При использовании индуктивно соединенных трубчатых элементов обычно предусматривается по меньшей мере десять, обычно гораздо больше, отдельных отрезков индуктивно соединенных трубчатых элементов, которые во время использования соединены вместе для формирования колонны индуктивно соединенных трубчатых элементов. Они имеют цельный провод и могут иметь вид трубчатых элементов, таких как эксплуатационная труба, бурильная труба или обсадная труба. На каждом соединении соседних отрезков имеет место индуктивное соединение. Используемые индуктивно соединенные трубчатые элементы могут быть предоставлены компанией NOV под брендом Intellipipe®.When inductively coupled tubulars are used, there are typically at least ten, usually many more, individual lengths of inductively coupled tubulars that are connected together during use to form a column of inductively coupled tubulars. They have a solid wire and may be in the form of tubular elements such as production pipe, drill pipe or casing. At each connection of adjacent segments there is an inductive connection. The inductively coupled tubular elements used are available from NOV under the Intellipipe® brand.

Так, электромагнитные/акустические или беспроводные сигналы давления могут передаваться на относительно большие расстояния в виде беспроводных сигналов, отправленных на расстояние по меньшей мере 200 м, опционально более чем на 400 м или дальше, что, очевидно, является преимуществом перед сигналами малой дальности. Индуктивно соединенные трубчатые элементы имеют преимущество/эффект за счет комбинации цельного провода и индуктивных соединений. Проходимое расстояние может быть гораздо больше в зависимости от длины скважины.Thus, electromagnetic/acoustic or wireless pressure signals can be transmitted over relatively long distances as wireless signals sent to a distance of at least 200 m, optionally more than 400 m or further, which is obviously an advantage over short range signals. Inductively coupled tubulars have the advantage/effect of a combination of solid wire and inductive connections. The distance traveled can be much longer depending on the length of the well.

Данные и команды в сигналах могут быть ретранслированы или переданы другими средствами. Так, беспроводные сигналы могут быть конвертированы в другие типы беспроводных или проводных сигналов, опционально ретранслированы, теми же или другими способами, например гидравлическими, электрическими и волоконно-оптическими линиями. Например, сигналы могут быть переданы через кабель на первое расстояние, например, свыше 400 м, а затем переданы посредством акустической или электромагнитной связи на меньшее расстояние, например, 200 м. В другом примере они могут быть переданы на расстояние в 500 м с помощью отправки закодированных импульсов давления, а затем на 1000 м с помощью гидравлической линии.The data and commands in the signals may be relayed or transmitted by other means. Thus, wireless signals can be converted to other types of wireless or wired signals, optionally retransmitted, by the same or other means, such as hydraulic, electrical and fiber optic lines. For example, the signals may be transmitted over a cable over a first distance, such as over 400 m, and then transmitted via acoustic or electromagnetic coupling over a shorter distance, such as 200 m. In another example, they may be transmitted over a distance of 500 m by sending coded pressure pulses and then 1000 m using a hydraulic line.

В дополнение к беспроводным средствам для передачи сигнала могут использоваться проводные средства. Расстояние, проходимое сигналами, зависит от глубины скважины, зачастую беспроводной сигнал, включая повторители, но исключая любую не беспроводную передачу, проходит более 1000 м, или более 2000 м.In addition to wireless means, wired means may be used for signal transmission. The distance traveled by the signals depends on the depth of the well, often a wireless signal, including repeaters, but excluding any non-wireless transmission, travels more than 1000 m, or more than 2000 m.

Различные беспроводные сигналы могут использоваться в одной и той же скважине для осуществления связи из скважины в направлении поверхности и для осуществления связи с поверхности в скваDifferent wireless signals can be used in the same well to communicate from the well to the surface and to communicate from the surface to the downhole.

- 31 039708 жину.- 31 039708 Zhinu.

Беспроводные сигналы могут быть отправлены связному устройству напрямую или не напрямую, например, за счет использования внутрискважинных реле над и/или под любым затрубным устройством герметизации. Беспроводной сигнал может быть отправлен с поверхности или с секции проводной линии/гибкой колонны типа колтюбинг (или подъемника) в любой точке скважины, опционально выше любого затрубного устройства герметизации.The wireless signals may be sent to the communication device directly or indirectly, for example, through the use of downhole relays above and/or below any annulus sealing device. The wireless signal can be sent from the surface or from a wireline/coiled tubing (or hoist) section anywhere in the well, optionally above any annulus sealing device.

Акустические сигналы и связь может включать в себя передачу через вибрацию конструкции скважины, включая трубы, обсадную трубу, хвостовик, бурильную трубу, бурильные муфты, колонну, гибкую колонну типа колтюбинг, насосную штангу, внутрискважинные инструменты; передачу через жидкую среду (включая передачу через газ), включая передачу через жидкую среду в секциях скважины без обсадной трубы, внутри труб, внутри затрубных пространств; передачу через статические или текущие жидкие среды; механическую передачу через проводную линию, одножильный провод или гибкую проволоку; передачу через землю; передачу через оборудование устья скважины. Осуществление связи через конструкцию и/или через жидкую среду является предпочтительным.Acoustic signals and communication may include transmission through vibration of the well structure, including pipes, casing, liner, drill pipe, drill collars, string, coiled tubing, pump rod, downhole tools; transmission through a liquid medium (including transmission through a gas), including transmission through a liquid medium in sections of a well without casing, inside pipes, inside annulus; transmission through static or flowing liquid media; mechanical transmission through a wire line, solid wire or flexible wire; ground transmission; transmission through wellhead equipment. Communication through the structure and/or through the liquid medium is preferred.

Акустическая передача может быть низкочастотной (<20 Гц), может находиться в пределах слышимого диапазона (20 Гц - 20 кГц) и иметь ультразвуковые частоты (20 кГц - 2 МГц). Предпочтительно, чтобы акустическая передача находилась в пределах слышимого диапазона (20 Гц - 20 кГц).Acoustic transmission can be low frequency (<20 Hz), can be within the audible range (20 Hz - 20 kHz) and have ultrasonic frequencies (20 kHz - 2 MHz). Preferably, the acoustic transmission is within the audible range (20 Hz - 20 kHz).

Акустические сигналы и связь могут включать в себя способы модуляции, такие как манипуляция путем сдвига частоты (англ. Frequency Shift Keying, FSK) и/или манипуляция путем сдвига фазы (англ. Phase Shift Keying, PSK), и/или более продвинутые производные указанных способов, такие как квадратурная манипуляция путем сдвига фазы (англ. Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) или квадратурная ампдитудная манипуляция (англ. Quadrature Amplitude Modulation, QAM), и предпочтительно включение способов передачи сигнала с расширенным спектром (англ. Spread Spectrum Techniques). Обычно они адаптированы для автоматической настройки частот передачи сигнала и способов для приведения в соответствие условиям в скважине.Acoustic signals and communications may include modulation techniques such as Frequency Shift Keying (FSK) and/or Phase Shift Keying (PSK) and/or more advanced derivatives of these. methods, such as Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) or Quadrature Amplitude Modulation (QAM), and preferably the inclusion of signal transmission methods with spread spectrum (English Spread Spectrum Techniques). They are typically adapted to automatically adjust transmission frequencies and methods to match downhole conditions.

Акустические сигналы и связь могут быть однонаправленными или двунаправленными. Для отправки и/или получения сигнала могут использоваться пьезоэлектрический, индуктивный преобразователь или магнитострикционные преобразователи.Acoustic signals and communication can be unidirectional or bidirectional. A piezoelectric, inductive, or magnetostrictive transducer may be used to send and/or receive a signal.

Электромагнитная (иногда называемая квазистатической (англ. Quasi-Static, QS) беспроводная связь обычно находиться в следующих частотных диапазонах (выбранных на основании характеристик распространения):Electromagnetic (sometimes referred to as Quasi-Static, QS) wireless communications are typically found in the following frequency bands (selected based on propagation characteristics):

диапазон ниже сверхнизкой частоты (ниже СНЧ) (экстремально низкая частота) <3 Гц (обычно выше 0,01 Гц);sub-very low frequency (below VLF) range (extremely low frequency) <3 Hz (typically above 0.01 Hz);

СНЧ (сверхнизкая частота) 3-30 Гц;VLF (extra low frequency) 3-30 Hz;

супернизкая частота 30-300 Гц;super low frequency 30-300Hz;

УНЧ (ультранизкая частота) 300 Гц - 3 кГц иULF (ultra-low frequency) 300 Hz - 3 kHz and

ОНЧ (очень низкая частота) 3-30 кГц.VLF (very low frequency) 3-30 kHz.

Исключением для вышеописанных частот является электромагнитная связь, использующая трубу в виде волновода, в частности, но не ограничиваясь этим, когда труба наполнена газом, при этом обычно могут использоваться частоты от 30 кГц до 30 гГц в зависимости от размеров трубы, жидкой среды в трубе и диапазона связи. Жидкая среда в трубе предпочтительно является непроводящей. Патент US 5831549 раскрывает систему дистанционного измерения, включающую в себя гигагерцовую передачу в наполненном газом волноводе трубчатой формы.An exception to the above frequencies is electromagnetic communication using a waveguide tube, in particular, but not limited to, when the tube is filled with gas, while frequencies from 30 kHz to 30 Hz can usually be used depending on the dimensions of the tube, the liquid in the tube, and communication range. The liquid medium in the pipe is preferably non-conductive. US 5,831,549 discloses a remote sensing system including gigahertz transmission in a gas-filled tubular waveguide.

Диапазоны ниже СНЧ и/или СНЧ полезны для связи из скважины на поверхность (например, на расстояние свыше 100 м). Для более локальной связи, например, на расстоянии менее 10 м, полезен диапазон ОНЧ. Терминология, используемая здесь для указанных диапазонов, определена Международным союзом электросвязи (англ. International Telecommunication Union, ITU).Bands below VLF and/or VLF are useful for downhole to surface communications (eg over 100 m). For more local communications, such as less than 10 m, the VLF band is useful. The terminology used here for the ranges indicated is defined by the International Telecommunication Union (ITU).

Электромагнитная связь может включать в себя передачу сообщений посредством одного или нескольких способов: наложением модулированного тока на удлиненный элемент и использованием земли для замыкания контура; передачей тока в один трубчатый элемент и обеспечением траектории возврата во втором трубчатом элементе; использованием второй скважины в качестве части траектории тока; передачей на площадь около месторождения или удаленную от месторождения; создавая петлю тока в части металлической конструкции скважины для создания разности потенциалов между металлической конструкцией и землей; использованием отстоящих контактов для создания электрического дипольного передатчика; использованием тороидального трансформатора для наложения тока на металлическую конструкцию скважины; использованием изолирующего блока; рамочной антенны для создания модулированного магнитного поля, варьируемого во времени, или посредством передачи через породу; передачи в обсадной трубе скважины; использованием удлиненного элемента и земли в качестве соосной линии передачи; использованием трубчатого элемента в качестве волновода; передачей снаружи обсадной трубы скважины.Electromagnetic communication may include the transmission of messages through one or more of the following: applying a modulated current to an elongated element and using ground to complete the loop; transmitting current to one tubular element and providing a return path in the second tubular element; using the second well as part of the current path; transfer to the area near the deposit or remote from the deposit; creating a current loop in a part of the metal structure of the well to create a potential difference between the metal structure and the ground; using spaced contacts to create an electrical dipole transmitter; using a toroidal transformer to apply current to the metal structure of the well; using an insulating block; a loop antenna for generating a modulated magnetic field that varies over time or through rock transmission; transmission in the well casing; using an elongated element and earth as a coaxial transmission line; using a tubular element as a waveguide; transmission outside the well casing.

Особенно полезным является наложение модулированного тока на удлиненный элемент и использование земли для замыкания; создание петли тока в части металлической конструкции скважины дляParticularly useful is the imposition of a modulated current on an elongated element and the use of ground for shorting; creation of a current loop in a part of the metal structure of the well for

- 32 039708 создания разности потенциалов между металлической конструкцией и землей; использование отстоящих контактов для создания электрического дипольного передатчика и использование тороидального трансформатора для наложения тока на металлическую конструкцию скважины.- 32 039708 creating a potential difference between a metal structure and the ground; using spaced contacts to create an electrical dipole transmitter and using a toroidal transformer to inject current into the metal structure of the well.

Для эффективного управления током и его направления может использоваться множество разнообразных решений. Например, одно или несколько из следующих: использование изолирующего покрытия или разделителей на трубчатых элементах скважины; выбор жидких сред управления скважины или цементов в или снаружи трубчатых элементов для электрического соединения с трубчатыми элементами или изоляции трубчатых элементов; использование тороида высокой магнитной проницаемости для создания индукции и как следствие импеданса; использование изолированного провода, кабеля или изолированного удлиненного проводника, как часть траектории передачи или антенны; использование трубчатого элемента в качестве круглого волновода, использование диапазонов сверхвысоких частот (3-30 гГц) и ультравысоких частот (300 МГц - 3 гГц).Many different solutions can be used to effectively control and direct the current. For example, one or more of the following: the use of an insulating coating or separators on the tubular elements of the well; selecting well control fluids or cements in or outside of the tubulars for electrical connection to the tubulars or isolation of the tubulars; the use of a toroid of high magnetic permeability to create induction and, as a result, impedance; use of an insulated wire, cable, or insulated elongated conductor as part of a transmission path or antenna; the use of a tubular element as a round waveguide, the use of ultra-high frequencies (3-30 GHz) and ultra-high frequencies (300 MHz - 3 GHz).

Для получения переданного сигнала могут использоваться различные способы, они могут включать в себя детектирование потока тока; детектирование разности потенциалов; использование дипольной антенны; использование рамочной антенны; использование тороидального трансформатора; использование эффекта Холла или аналогичного детектора магнитного поля; использование секций металлической конструкции скважины как часть дипольной антенны.Various methods may be used to obtain the transmitted signal, these may include current flow detection; potential difference detection; use of a dipole antenna; use of a loop antenna; use of a toroidal transformer; use of the Hall effect or similar magnetic field detector; use of sections of the metal structure of the well as part of a dipole antenna.

Когда используется термин удлиненный элемент в отношении электромагнитной передачи, он может означать любой удлиненный (протяженный или продолговатый) электрический проводник, включая хвостовик; обсадную трубу; колонну или трубчатый элемент; гибкую колонну типа колтюбинг; насосную штангу; проводную линию; буровую трубу; одножильный провод или индукционный провод.When the term elongated element is used in relation to electromagnetic transmission, it can mean any elongated (extended or elongated) electrical conductor, including a shank; casing pipe; column or tubular element; flexible coiled tubing string; pump rod; wire line; drill pipe; solid wire or induction wire.

Датчики могут содержать один или несколько различных типов сенсоров. Единственный или каждый из сенсоров может соединяться (физически или посредством беспроводной связи) с беспроводным передатчиком, и данные могут передаваться от беспроводного передатчика к пространству выше затрубного устройства герметизации или, наоборот, в направлении поверхности. Данные могут передаваться по меньшей мере в одной из форм: электромагнитной, акустической форме и индуктивно соединенными трубчатыми элементами, особенно в акустической и/или электромагнитной форме, как было описано выше.The sensors may comprise one or more different types of sensors. A single or each of the sensors may be connected (physically or wirelessly) to a wireless transmitter, and data may be transmitted from the wireless transmitter to above the annular seal or, conversely, to the surface. The data may be transmitted in at least one of electromagnetic, acoustic, and inductively coupled tubular forms, especially acoustic and/or electromagnetic form, as described above.

Такие короткодистанционные беспроводные соединения могут обеспечиваться электромагнитной связью в диапазоне очень низких частот.Such short range wireless connections can be provided by electromagnetic coupling in the very low frequency range.

Предусмотренные сенсоры могут осуществлять измерение любого параметра и поэтому быть сенсором любого типа, включая, но необязательно ограничиваясь этим, температуры, ускорения, вибрации, момента, перемещения, движения, целостности цемента, давления, направления и наклона, нагрузки, разнообразных углов труб/обсадной трубы, коррозии и эрозии, радиации, шума, магнетизма, сейсмических перемещений, напряжений и деформаций в трубах/обсадных трубах, включая кручение, сдвиг, сжатие, расширение, изгиб и любую форму деформации; детектирования химических и радиоактивных индикаторов; идентификации жидкой среды, например детектирования газа; детектирования воды; детектирования углекислого газа; производства гидроксида, парафина и песка; и свойств жидкой среды, например (но не ограничиваясь этим) расхода, плотности, объема воды, удельного сопротивления, кислотности, вязкости, точки кипения, отношения газа/нефти, углеводородного состава, цвета жидкой среды или флюоресценции. Сенсоры могут быть устройствами формирования изображений, формирования карт и/или сканирующими устройствами, такими как, но не ограничиваясь этим, камера, видеокамера, инфракрасное, магниторезонансное, акустическое, ультразвуковое, электрическое, оптическое, импедансное и емкостное устройства. Сенсоры могут также осуществлять мониторинг оборудования в скважине, например, положения клапана, или вращения мотора. Более того, сенсоры могут быть адаптированы на формирование сигнала или параметра, детектированного инкорпорированием подходящих передатчиков и механизмов.The sensors provided can measure any parameter and therefore be any type of sensor, including, but not necessarily limited to, temperature, acceleration, vibration, torque, displacement, movement, cement integrity, pressure, direction and slope, load, various pipe/casing angles , corrosion and erosion, radiation, noise, magnetism, seismic movements, stresses and deformations in pipes/casings, including torsion, shear, compression, expansion, bending and any form of deformation; detection of chemical and radioactive indicators; identification of a liquid medium, such as gas detection; water detection; carbon dioxide detection; production of hydroxide, paraffin and sand; and fluid properties, such as (but not limited to) flow rate, density, water volume, resistivity, acidity, viscosity, boiling point, gas/oil ratio, hydrocarbon composition, fluid color, or fluorescence. Sensors can be imaging, mapping, and/or scanning devices such as, but not limited to, camera, video camera, infrared, magnetic resonance, acoustic, ultrasonic, electrical, optical, impedance, and capacitance devices. Sensors can also monitor downhole equipment, such as valve position, or motor rotation. Moreover, sensors can be adapted to produce a signal or parameter detected by incorporating suitable transmitters and mechanisms.

Аппарат, в частности, сенсоры, могут содержать запоминающее устройство, которое может хранить данные для их более позднего восстановления. Запоминающее устройство может также в некоторых обстоятельствах извлекаться, и данные могут восстанавливаться после того, как устройство извлекут. Запоминающее устройство может быть выполнено с возможностью хранения информации по меньшей мере в течение 1 мин, опционально по меньшей мере в течение 1 ч, опционально в течение по меньшей мере одной недели, предпочтительно по меньшей мере в течение одного месяца, более предпочтительно по меньшей мере в течение одного года или более пяти лет.The apparatus, in particular the sensors, may comprise a storage device which may store data for later retrieval. The storage device may also be ejected in some circumstances, and data may be recovered after the device is ejected. The storage device may be configured to store information for at least 1 minute, optionally for at least 1 hour, optionally for at least one week, preferably at least one month, more preferably at least for one year or more than five years.

Claims (20)

1. Внутрискважинный аппарат передачи данных для использования в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, обеспеченную системой катодной защиты, такой, что образован электрический контур, содержащий металлическую конструкцию и замыкание на землю, по которому предусмотрена возможность протекания электрического тока, образованного системой катодной защиты, при этом внутрискважинный аппарат передачи данных содержит1. A downhole data communication apparatus for use in a downhole installation having a metal structure provided with a cathodic protection system, such that an electrical circuit is formed containing a metal structure and an earth fault, through which the electric current generated by the cathodic protection system is allowed to flow, when This downhole data transmission apparatus contains - 33 039708 первый модуль связи для расположения на первом участке внутри скважины, содержащий средство модуляции для модуляции электрического тока на первом участке для кодировки данных;- 33 039708 the first communication module for location in the first section inside the well, containing modulation means for modulating electric current in the first section for encoding data; второй модуль связи для расположения на втором участке, отстоящем от первого участка, содержащий детектор для детектирования эффекта модуляции электрического тока на первом участке для извлечения указанных данных; и внутрискважинный модуль сбора электрической мощности, выполненный с возможностью электрического соединения между двумя отстоящими участками в скважинной установке и содержащий электрический контур, выполненный с возможностью сбора электрической энергии, при использовании, от разности потенциалов между указанными отстоящими участками, используемыми для сбора, выступающей в роли входного напряжения, при этом модуль сбора выполнен с возможностью подачи мощности по меньшей мере одному компоненту аппарата передачи данных, причем первый модуль связи выполнен с возможностью управления нагрузкой, генерируемой модулем сбора, для осуществления указанной модуляции электрического тока в металлической конструкции на участке подачи сигнала.a second communication module for location in a second area spaced from the first area, containing a detector for detecting the effect of electric current modulation in the first area to extract the specified data; and a downhole electrical power collection module configured to electrically connect between two spaced apart sections in a downhole installation and containing an electrical circuit configured to collect electrical energy, in use, from a potential difference between said spaced sections used for collection, acting as an input voltage, while the collection module is configured to supply power to at least one component of the data transmission apparatus, and the first communication module is configured to control the load generated by the collection module to carry out said electric current modulation in the metal structure in the signal supply section. 2. Аппарат по п.1, в котором средство модуляции выполнено по меньшей мере с одной из следующих возможностей:2. Apparatus according to claim 1, wherein the modulation means is configured with at least one of the following possibilities: i) управления источником сигнала системы наложенной катодной защиты, если система катодной защиты является системой наложенной катодной защиты, для непосредственной модуляции тока катодной защиты, подаваемого на металлическую конструкцию;i) controlling the signal source of the superimposed cathodic protection system, if the cathodic protection system is a superimposed cathodic protection system, to directly modulate the cathodic protection current applied to the metallic structure; ii) модифицирования соединения между по меньшей мере одним анодом системы катодной защиты и металлической конструкцией и iii) изменения импеданса электрического контура.ii) modifying the connection between at least one anode of the cathodic protection system and the metallic structure; and iii) changing the impedance of the electrical circuit. 3. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором второй модуль связи выполнен с возможностью расположения внутри скважины.3. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the second communication module is arranged to be positioned downhole. 4. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, содержащий сенсорный модуль для измерения по меньшей мере одного параметра, причем первый модуль связи выполнен с возможностью отправки показаний закодированных данных от сенсорного модуля к второму модулю связи.4. Apparatus according to any one of the preceding claims, comprising a sensor module for measuring at least one parameter, the first communication module being configured to send encoded data readings from the sensor module to the second communication module. 5. Аппарат по п.4, в котором сенсорный модуль содержит сенсор давления.5. The apparatus of claim 4, wherein the sensor module comprises a pressure sensor. 6. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором второй модуль связи выполнен с возможностью подачи данных внутрискважинному устройству в зависимости от данных, полученных вторым модулем связи от первого модуля связи.6. An apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the second communication module is configured to provide data to the downhole device in dependence on data received by the second communication module from the first communication module. 7. Аппарат по п.6, в котором внутрискважинное устройство содержит по меньшей мере один из следующих элементов:7. The apparatus of claim 6, wherein the downhole device comprises at least one of the following: внутрискважинный сенсор;downhole sensor; внутрискважинный исполнительный механизм;downhole actuator; затрубное устройство герметизации, например пакер или пакерный элемент;annular sealing device, such as a packer or packer element; клапан;valve; внутрискважинный модуль связи, например приемопередатчик или повторитель.downhole communication module, such as a transceiver or repeater. 8. Аппарат по п.7, в котором указанный клапан содержит по меньшей мере один из следующих элементов:8. Apparatus according to claim 7, wherein said valve comprises at least one of the following: подземный предохранительный клапан;underground safety valve; клапан управления расходом в стволе скважины;a flow control valve in the wellbore; клапан ствол скважины - затрубное пространство;valve wellbore - annulus; клапан затрубное пространство - затрубное пространство;valve annulus - annulus; клапан ствол скважины - камера компенсации давления;wellbore valve - pressure compensation chamber; клапан затрубное пространство - камера компенсации давления;valve annulus - pressure compensation chamber; клапан через пакер или в обход пакера.valve through the packer or bypassing the packer. 9. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один из первого и второго модулей связи содержит связной повторитель для расположения внутри скважины, выполненный с возможностью осуществления связи с первым устройством за пределами устья скважины, используя канал связи, который является беспроводным, по меньшей мере, на участке, проходящем через устье скважины, и выполненный с возможностью осуществления связи со вторым устройством, находящимся в скважине, и поэтому ниже устья скважины, так что связной повторитель может выступать в роли повторителя между первым и вторым устройствами.9. An apparatus according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the first and second communication modules comprises a downhole communication repeater configured to communicate with the first device outside the wellhead using a communication channel that is wireless, at least in a section extending through the wellhead and configured to communicate with a second device located in the wellhead and therefore below the wellhead such that the communication repeater can act as a repeater between the first and second devices. 10. Аппарат по любому из предыдущих пунктов, в котором модуль сбора выполнен с возможностью сбора электрической энергии от постоянных токов.10. Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the collection module is configured to collect electrical energy from direct currents. 11. Внутрискважинная система передачи данных, содержащая внутрискважинный аппарат передачи данных по любому из предыдущих пунктов, находящийся в скважинной установке, имеющей металлическую конструкцию, обеспеченную катодной защитой.11. A downhole data communication system comprising a downhole data communication apparatus according to any of the preceding claims, located in a downhole installation having a metal structure provided with cathodic protection. 12. Система по п.11, в которой скважина является подводной скважиной.12. The system of claim 11 wherein the well is a subsea well. 13. Система по п.11 или 12, в которой указанный аппарат содержит внутрискважинный модуль сбора электрической мощности, электрически соединенный между двумя отстоящими участками в скважинной установке и содержащий электрический контур, выполненный с возможностью сбора электриче13. The system of claim 11 or 12, wherein said apparatus comprises a downhole electrical power collection module electrically connected between two spaced apart sections in the downhole installation and comprising an electrical circuit configured to collect electrical power. - 34 039708 ской энергии, при использовании, от разности потенциалов между указанными отстоящими участками, используемыми для сбора, выступающей в роли входного напряжения, при этом модуль сбора выполнен с возможностью подачи мощности по меньшей мере одному компоненту аппарата передачи данных.- 34 039708 cal energy, when used, from the potential difference between the specified spaced areas used for collection, acting as an input voltage, while the collection module is configured to supply power to at least one component of the data transmission apparatus. 14. Система по п.13, в которой протекание тока на отрезках металлической конструкции в областях между отстоящими участками, используемыми для сбора, предусмотрено в одном и том же продольном направлении.14. The system according to claim 13, wherein the current flow in the sections of the metal structure in the areas between the spaced areas used for collection is provided in the same longitudinal direction. 15. Система по п.13 или 14, в которой между отстоящими участками имеет место непрерывная траектория протекания тока, которая, по меньшей мере частично, проходит по металлической конструкции.15. The system according to claim 13 or 14, in which between the spaced areas there is a continuous current path, which, at least partially, passes through the metal structure. 16. Система по любому из пп.11-15, в которой по меньшей мере один из первого модуля связи и второго модуля связи находится в закрытом затрубном пространстве скважины.16. The system of any one of claims 11-15, wherein at least one of the first communication module and the second communication module is located in a closed well annulus. 17. Система по любому из пп.11-16, содержащая сенсор давления, выполненный с возможностью осуществления мониторинга пластового давления скважины.17. The system according to any one of claims 11-16, comprising a pressure sensor configured to monitor the formation pressure of the well. 18. Система по любому из пп.11-17, содержащая сенсор давления, выполненный с возможностью осуществления мониторинга давления в затрубном пространстве скважины.18. The system according to any one of claims 11-17, comprising a pressure sensor configured to monitor the pressure in the annulus of the well. 19. Система по любому из пп.11-18, содержащая сенсор давления, выполненный с возможностью осуществления мониторинга давления в закрытом затрубном пространстве скважины.19. The system of any one of claims 11-18, comprising a pressure sensor configured to monitor pressure in a closed well annulus. 20. Внутрискважинная установка, содержащая внутрискважинную металлическую конструкцию, обеспеченную системой катодной защиты, такой, что образован электрический контур, содержащий металлическую конструкцию и замыкание на землю, по которому предусмотрена возможность протекания электрического тока, образованного системой катодной защиты; и внутрискважинный аппарат передачи данных по п.1, в котором первый модуль связи расположен внутри скважины в указанной внутрискважинной установке.20. A downhole installation, comprising a downhole metal structure provided with a cathodic protection system, such that an electrical circuit is formed, containing a metal structure and a ground fault, through which an electric current generated by the cathodic protection system is allowed to flow; and the downhole communication tool of claim 1, wherein the first communication module is located downhole in said downhole installation.
EA201991571A 2016-12-30 2016-12-30 Downhole communication EA039708B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/GB2016/054097 WO2018122546A1 (en) 2016-12-30 2016-12-30 Downhole communication

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201991571A1 EA201991571A1 (en) 2020-01-14
EA039708B1 true EA039708B1 (en) 2022-03-02

Family

ID=57861178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201991571A EA039708B1 (en) 2016-12-30 2016-12-30 Downhole communication

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20190353030A1 (en)
EP (1) EP3563033B1 (en)
CN (1) CN110382816A (en)
AU (1) AU2016434681B2 (en)
BR (1) BR112019013190B1 (en)
CA (1) CA3047618A1 (en)
EA (1) EA039708B1 (en)
MX (1) MX2019007940A (en)
WO (1) WO2018122546A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11236586B2 (en) * 2016-12-30 2022-02-01 Metrol Technology Ltd. Downhole energy harvesting
US11156062B2 (en) * 2017-03-31 2021-10-26 Metrol Technology Ltd. Monitoring well installations
US11346214B2 (en) * 2019-09-13 2022-05-31 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Monitoring of downhole components during deployment
CN113464125B (en) * 2021-07-29 2023-03-21 河北中清永晟石油科技有限公司 Wireless communication oil extraction device and wireless communication method
CN114526064A (en) * 2022-04-21 2022-05-24 西南石油大学 Two-way wireless electromagnetic transmission device and method for cased well ground signal

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6469635B1 (en) * 1998-01-16 2002-10-22 Flight Refuelling Ltd. Bore hole transmission system using impedance modulation
US20090078585A1 (en) * 2006-04-26 2009-03-26 Sicco Dwars Using an impressed current cathodic protection system to power electrical appliances
US20120152733A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 Abriox Limited Apparatus for use with metallic structures
US20130293029A1 (en) * 2010-12-20 2013-11-07 Expro North Sea Limited Electrical power and/or electrical signal transmission
US20140218208A1 (en) * 2011-06-27 2014-08-07 Expro North Sea Limited Downhole signalling systems and methods
US20140320301A1 (en) * 2011-11-11 2014-10-30 Expro North Sea Limited Downhole structure sections

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5831549A (en) 1997-05-27 1998-11-03 Gearhart; Marvin Telemetry system involving gigahertz transmission in a gas filled tubular waveguide
GB2461065A (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Expro North Sea Ltd Fail safe safety valve
CN203112929U (en) * 2013-03-08 2013-08-07 新疆坤源石油技术开发有限公司 Underground control type galvanic anode tool sleeve cathode protector
CN104372348A (en) * 2013-08-15 2015-02-25 中国石油天然气股份有限公司 Zinc alloy sacrificial anode material for outer wall of sleeve

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6469635B1 (en) * 1998-01-16 2002-10-22 Flight Refuelling Ltd. Bore hole transmission system using impedance modulation
US20090078585A1 (en) * 2006-04-26 2009-03-26 Sicco Dwars Using an impressed current cathodic protection system to power electrical appliances
US20120152733A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 Abriox Limited Apparatus for use with metallic structures
US20130293029A1 (en) * 2010-12-20 2013-11-07 Expro North Sea Limited Electrical power and/or electrical signal transmission
US20140218208A1 (en) * 2011-06-27 2014-08-07 Expro North Sea Limited Downhole signalling systems and methods
US20140320301A1 (en) * 2011-11-11 2014-10-30 Expro North Sea Limited Downhole structure sections

Also Published As

Publication number Publication date
EP3563033B1 (en) 2023-07-12
WO2018122546A1 (en) 2018-07-05
BR112019013190A2 (en) 2019-12-10
BR112019013190B1 (en) 2023-04-25
EP3563033A1 (en) 2019-11-06
CN110382816A (en) 2019-10-25
MX2019007940A (en) 2019-11-18
EA201991571A1 (en) 2020-01-14
CA3047618A1 (en) 2018-07-05
AU2016434681B2 (en) 2023-08-03
US20190353030A1 (en) 2019-11-21
AU2016434681A1 (en) 2019-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11795786B2 (en) Downhole energy harvesting
EA039628B1 (en) Downhole energy harvesting
US20230019444A1 (en) Downhole energy harvesting
EA039708B1 (en) Downhole communication
US11072999B2 (en) Downhole energy harvesting
EA043424B1 (en) IN-WELL ENERGY COLLECTION
OA19348A (en) Downhole Energy Harvesting
BR112019013173B1 (en) MONITORING, DOWNWELL DEVICE OPERATION, COMMUNICATION REPEATER, AND DOWNWELL ENERGY COLLECTION SYSTEMS HAVING METALLIC STRUCTURE CONDUCTING ELECTRICAL ENERGY