EA039999B1 - PIPE FOR CABLELESS BI-DIRECTIONAL DATA TRANSMISSION AND CONTINUOUS CIRCULATION OF STABILIZING FLUID IN THE WELL FOR PRODUCTION OF FORMATION FLUIDS AND A PIPE SINGLE CONTAINING AT LEAST ONE MENTIONED PIPE - Google Patents
PIPE FOR CABLELESS BI-DIRECTIONAL DATA TRANSMISSION AND CONTINUOUS CIRCULATION OF STABILIZING FLUID IN THE WELL FOR PRODUCTION OF FORMATION FLUIDS AND A PIPE SINGLE CONTAINING AT LEAST ONE MENTIONED PIPE Download PDFInfo
- Publication number
- EA039999B1 EA039999B1 EA201990888 EA039999B1 EA 039999 B1 EA039999 B1 EA 039999B1 EA 201990888 EA201990888 EA 201990888 EA 039999 B1 EA039999 B1 EA 039999B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- well
- pipes
- pipe
- cableless
- metal plate
- Prior art date
Links
Description
Изобретение относится к трубе для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции стабилизирующего флюида в скважине для добычи пластовых флюидов, например углеводородов.The invention relates to a pipe for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation of a stabilizing fluid in a well for the production of formation fluids, such as hydrocarbons.
Кроме того, настоящее изобретение относится к колонне труб, содержащей по меньшей мере одну упомянутую трубу.In addition, the present invention relates to a pipe string containing at least one said pipe.
Скважина для добычи пластовых флюидов может быть уподоблена трубе, имеющей, по существу, круговое сечение, или, иначе говоря, длинному трубопроводу.A formation fluid production well can be likened to a pipe having a substantially circular cross section, or, in other words, a long pipeline.
Как известно, вращательное бурение включает в себя использование колонны бурильных труб для передачи вращения к буровому долоту и закачивание стабилизирующего флюида в скважину по той же самой колонне труб.As is known, rotary drilling involves using a drill string to impart rotation to the drill bit and pumping a stabilization fluid into the well through the same string.
Колонна труб обычно содержит множество бурильных труб, соединенных последовательно друг с другом; в частности, трубы обычно разделяют на группы из трех труб и каждую группу из трех труб обычно называют свечой.The pipe string usually contains a plurality of drill pipes connected in series with each other; in particular, the pipes are usually divided into groups of three pipes, and each group of three pipes is usually called a candle.
Концепции бурения этого вида присуща проблема прерывания процесса закачивания каждый раз, когда новую трубу или другой элемент необходимо добавить к колонне. Это переходное время, идентифицируемое от момента, в который закачивание флюида в скважину прерывают, до момента возобновления закачивания в скважину, всегда считается критическим периодом. Это критическое состояние сохраняется до восстановления состояния, существовавшего до прерывания закачивания флюида в скважину.Inherent in this type of drilling concept is the problem of interrupting the pumping process every time a new pipe or other element needs to be added to the string. This transition time, identifiable from the point at which fluid injection into the well is interrupted to the point at which pumping into the well is resumed, is always considered a critical period. This critical state remains until the restoration of the state that existed before the interruption of the injection of fluid into the well.
Прерывание циркуляции флюида в скважине во время процесса вставления и присоединения или отсоединения элемента колонны труб может быть причиной следующих недостатков: динамическое давление, создаваемое в скважине циркуляцией, падает, а результат его действия, обычно определяемый как эквивалентная плотность циркуляции (ЭПЦ), ухудшается; динамическое давление, создаваемое в забое скважины, снижается до нулевой отметки, что благоприятствует потенциальному вхождению пластовых флюидов в скважину (выбросу); при возобновлении циркуляции могут возникать неприятные перегрузки в большей части восприимчивых пластов или потенциальные потери циркуляции в слабосцементированных пластах; в скважинах, имеющих большую вертикальность, беспрепятственный и быстрый выброс бурового шлама может приводить к состояниям механического захвата бурильной колонны (компоновки низа бурильной колонны); в скважинах с большим углом наклона, скважинах с большим отходом от вертикали и в скважинах с горизонтальным разбуриванием для бурового шлама имеется время, достаточное для оседания на нижнюю часть скважины; следовательно, когда бурение вновь начинают после вставления новой трубы, буровое долото вынуждено повторно бурить слой бурового шлама, осажденного в забое скважины, до тех пор, пока снова не будет достигнут невскрытый пласт.Interruption of fluid circulation in the well during the process of inserting and connecting or disconnecting a tubular string element can cause the following disadvantages: the dynamic pressure created in the well by circulation drops, and its effect, usually defined as equivalent circulation density (ECD), deteriorates; the dynamic pressure created at the bottom of the well is reduced to zero, which favors the potential entry of formation fluids into the well (blowout); when circulation is resumed, nuisance overloads may occur in most susceptible formations or potential loss of circulation in weakly cemented formations; in wells having a high verticality, the unimpeded and rapid release of drill cuttings can lead to conditions of mechanical seizure of the drill string (bottom hole assembly); in high-inclination wells, extended reach wells, and horizontally drilled wells, there is sufficient time for drill cuttings to settle to the bottom of the well; therefore, when drilling is started again after inserting a new pipe, the drill bit is forced to re-drill the layer of cuttings deposited at the bottom of the hole until the untapped formation is reached again.
Чтобы исключить недостатки, упомянутые выше, была предложена идея расположить между трубами, предпочтительно между последовательными свечами, трубу, имеющую меньшую длину по сравнению с длиной обычных бурильных труб и снабженную клапанной системой для непрерывной циркуляции.In order to overcome the disadvantages mentioned above, it has been proposed to arrange between the pipes, preferably between successive stands, a pipe having a shorter length than that of conventional drill pipes and provided with a valve system for continuous circulation.
В патенте США № 7845433 В2 описан вариант осуществления трубы для непрерывной циркуляции, которая позволяет выполнять закачивание для поддержания непрерывной работы и следовательно, циркуляции флюида в скважине в течение всех рабочих этапов, необходимых для добавления новой трубы к бурильной колонне, чтобы проводить бурение на большей глубине.U.S. Patent No. 7,845,433 B2 describes an embodiment of a continuous circulation pipe that allows pumping to maintain continuous operation and hence circulation of fluid in the well during all the operating steps required to add new pipe to the drill string to drill at greater depths. .
Кроме того, в течение различных стадий бурения и, в частности, в течение стадий замены или добавления трубы в колонну необходимо принимать в реальном времени данные с датчиков, расположенных в забое скважины и/или на протяжении всей колонны труб.In addition, during the various stages of drilling, and in particular during the stages of replacing or adding pipe to the string, it is necessary to receive real-time data from sensors located downhole and/or throughout the entire pipe string.
В настоящее время известны различные системы для двунаправленной передачи данных из забоя и в забой скважины, более конкретно, от оборудования и к оборудованию в забое скважины, в дальнейшем называемому скважинными приборами. Существующие в настоящее время системы в основном базируются на технологии так называемого генератора импульсов давления в столбе бурового раствора, которая основана на передаче импульсов давления, генерируемых в определенной последовательности, через буровой раствор, имеющийся в скважине во время всех операций бурения; технологии так называемой снабженной проводом трубы, которая заключается в использовании снабженных проводом труб конкретного типа, для которых электрическая непрерывность между соседними трубами гарантируется контактным элементом, расположенным на соединительной резьбе между трубами, при этом в соответствии с этой технологией снабженной проводом трубы данные передаются по проводным соединениям; так называемой технологии акустической телеметрии, основанной на передаче акустических волн по бурильным трубам; так называемой технологии через грунт, основанной на электромагнитной передаче через грунт.Various systems are currently known for bidirectional data transmission from downhole to downhole, more specifically from and to downhole equipment, hereinafter referred to as downhole tools. Currently existing systems are mainly based on the technology of the so-called drilling mud pressure pulse generator, which is based on the transmission of pressure pulses generated in a certain sequence through the drilling fluid present in the well during all drilling operations; so-called wired pipe technology, which consists in the use of wired pipes of a specific type, for which electrical continuity between adjacent pipes is guaranteed by a contact element located on the connecting thread between the pipes, while, according to this wired pipe technology, data is transmitted over wired connections ; the so-called acoustic telemetry technology based on the transmission of acoustic waves through drill pipes; so-called through-ground technology based on electromagnetic transmission through the ground.
Каждая из этих технологий имеет несколько недостатков.Each of these technologies has several drawbacks.
В действительности, технологии на основе генератора импульсов давления в столбе бурового раствора присущи ограничения в части скорости передачи и надежности, поскольку может возникать необходимость в передаче одного и того же сигнала в различные моменты времени до того момента, в который он будет правильно принят. Пропускная способность при передаче в этой технологии зависит от характеристик бурового раствора и скорости циркуляции бурового раствора.In reality, mud pulser technology has limitations in terms of transmission speed and reliability, as it may be necessary to transmit the same signal at different times before it is correctly received. The transmission capacity of this technology depends on the characteristics of the drilling fluid and the circulation rate of the drilling fluid.
- 1 039999- 1 039999
Технология с использованием снабженной проводом трубы характеризуется очень высокими затратами, поскольку снабженные проводом трубы являются очень дорогими; кроме того, каждый раз, когда трубу добавляют к бурильной колонне, проводное соединение разрывается и поэтому во время этой операции нарушается передача из забоя и в забой скважины.Wired pipe technology is very costly because wired pipes are very expensive; moreover, every time a pipe is added to the drill string, the wire connection is broken and therefore, during this operation, transmission from the bottom to the bottom of the well is disrupted.
Для технологии акустической телеметрии присущи потенциальные ошибки при передаче, обусловленные рабочим шумом бурового долота или отклонением скважин от идеальной вертикальности.Acoustic telemetry technology has potential transmission errors due to bit operating noise or well deviation from ideal verticality.
Вследствие низких частот, используемых для перекрытия расстояний передачи порядка километров, технологии через грунт присущи очень низкая скорость передачи (эквивалентная скорости передачи с использованием генератора импульсов давления в столбе бурового раствора) и проблемы надежности, обусловленные пересечением различных пластовых слоев с разными характеристиками распространения электромагнитных волн.Due to the low frequencies used to cover transmission distances in the order of kilometers, ground-to-ground technology has very low transmission rates (equivalent to transmission rates using a mud pulse generator) and reliability problems due to the intersection of different reservoir layers with different propagation characteristics of electromagnetic waves.
Задача настоящего изобретения заключается в исключении недостатков, упомянутых выше, и в частности, в разработке трубы для бескабельной двунаправленной передаче данных и для непрерывной циркуляции стабилизирующего флюида в скважине для добычи пластовых флюидов и колонны труб, которая в то же самое время способна гарантировать непрерывную циркуляцию флюида во время операций по замене или добавлению труб и непрерывную передачу в реальном времени большого количества данных в забой и из забоя скважины вне зависимости от рабочих состояний бурильной колонны, наличия бурового раствора в скважине и скорости циркуляции бурового раствора.The object of the present invention is to overcome the drawbacks mentioned above, and in particular to provide a pipe for cableless bi-directional data transmission and for continuous circulation of a stabilizing fluid in a well for producing formation fluids and a tubing string, which at the same time is capable of guaranteeing continuous circulation of the fluid. during pipe replacement or addition operations and continuous real-time transmission of a large amount of data to and from the bottom of the well, regardless of the operating conditions of the drill string, the presence of drilling fluid in the well and the rate of circulation of the drilling fluid.
Эти и другие задачи согласно настоящему изобретению решаются благодаря созданию трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и для непрерывной циркуляции стабилизирующего флюида в скважине для добычи пластовых флюидов и колонны труб, точно определенных в независимом пункте формулы изобретения.These and other objects according to the present invention are solved by providing a pipe for cableless bi-directional data transmission and for the continuous circulation of a stabilizing fluid in a well for the production of formation fluids and a tubular string, precisely defined in the independent claim.
Дополнительные признаки трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и для непрерывной циркуляции стабилизирующего флюида в скважине для добычи пластовых флюидов и колонны труб являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.Additional pipe features for cableless bi-directional data transmission and for continuous circulation of a stabilizing fluid in a formation fluid production well and pipe string are the subject matter of the dependent claims.
Характеристики и преимущества трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и для непрерывной циркуляции стабилизующего флюида в скважине для добычи пластовых флюидов и колонны труб согласно настоящему изобретению станут более очевидными из нижеследующего иллюстративного и неограничивающего описания при обращении к сопровождающим схематичным чертежам, на которых фиг. 1 - схематичный вид буровой установки для добычи углеводородов, содержащей колонну труб согласно настоящему изобретению;The characteristics and advantages of the cableless bi-directional communication tubing and for continuous circulation of a stabilizing fluid in a formation fluid production well and tubing string according to the present invention will become more apparent from the following illustrative and non-limiting description with reference to the accompanying schematic drawings, in which FIG. 1 is a schematic view of a hydrocarbon drilling rig comprising a tubular string according to the present invention;
фиг. 2 - местный разрез колонны труб согласно варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 2 is a sectional view of a pipe string according to an embodiment of the present invention;
фиг. 3а - схематичный вид первой рабочей конфигурации трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и для непрерывной циркуляции согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 3a is a schematic view of a first working configuration of a cableless bidirectional data transmission and continuous circulation pipe according to the first embodiment of the present invention;
фиг. 3b - вид узла, обрамленного на фиг. 3а штрихпунктирными линиями;fig. 3b is a view of the node framed in FIG. 3a with dash-dotted lines;
фиг. 3с - схематичный вид первой рабочей конфигурации трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и для непрерывной циркуляции согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;fig. 3c is a schematic view of a first working configuration of a cableless bidirectional data transmission and continuous circulation pipe according to a second embodiment of the present invention;
фиг. 4а - вид соединения между трубой для бескабельной двунаправленной передачи данных и для непрерывной циркуляции согласно настоящему изобретению и насосной системы, включенной в буровую установку из фиг. 4;fig. 4a is a view of the connection between the cableless bi-directional data transmission and continuous circulation pipe according to the present invention and the pumping system included in the drilling rig of FIG. 4;
фиг. 4b - вид узла из фиг. 4а;fig. 4b is a view of the assembly of FIG. 4a;
фиг. 5 - схематичный вид, иллюстрирующий два модуля связи, снабженных передающей и приемной металлическими пластинами и помещенных в две трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции в той же самой колонне труб; на фиг. 5 также показаны для примера линии прохождения тока между двумя модулями;fig. 5 is a schematic view illustrating two communication modules provided with transmitting and receiving metal plates and placed in two pipes for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation in the same pipe string; in fig. 5 are also shown as an example of current paths between two modules;
фиг. 6а - структурная схема, на которой представлен модуль связи, соединенный со множеством датчиков;fig. 6a is a block diagram showing a communication module connected to a plurality of sensors;
фиг. 6b - структурная схема, на которой представлен модуль связи, действующий как повторитель;fig. 6b is a block diagram showing a communication module acting as a repeater;
фиг. 6с - структурная схема, на которой представлен модуль связи, действующий как регенератор;fig. 6c is a block diagram showing a communication module acting as a regenerator;
фиг. 7 - схема, на которой представлена модель конфигурации из фиг. 5;fig. 7 is a diagram showing the configuration model of FIG. 5;
фиг. 8 - схематичный вид, на котором представлены два модуля связи, снабженных передающей и приемной катушками и размещенных в двух трубах для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции в той же самой колонне труб; на фиг. 8 также показаны для примера линии магнитного поля между двумя модулями связи; и фиг. 9 - график, на котором представлено распределение напряженности магнитного поля между двумя модулями связи, такими как модули связи на фиг. 8.fig. 8 is a schematic view showing two communication modules equipped with transmitting and receiving coils and placed in two pipes for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation in the same pipe string; in fig. 8 also shows exemplary magnetic field lines between two communication modules; and fig. 9 is a graph showing the distribution of magnetic field strength between two communication modules, such as the communication modules in FIG. 8.
В частности, что касается фиг. 1, то ней схематично показана типичная скважина для добычи пластовых флюидов, таких как, например, углеводороды. В целом скважина обозначена позицией 10.In particular, with regard to FIG. 1, it schematically shows a typical well for the production of reservoir fluids, such as, for example, hydrocarbons. In general, the well is marked with the position 10.
Скважину 10 образуют посредством буровой установки, которая содержит колонну 60 труб соглас- 2 039999 но настоящему изобретению.Well 10 is formed by a drilling rig which contains a tubular string 60 according to the present invention.
Колонна 60 труб может быть бурильной колонной или также колонной труб для заканчивания скважины, используемой во время этапов строительства скважины 10.The string 60 may be a drill string or also a completion string used during the construction steps of the well 10.
В любом случае колонна труб содержит множество труб 11, 50, соединенных друг с другом последовательно, и эта колонна продолжается от поверхности до забоя скважины 10. Долото 13 или другой проходческий или буровой инструмент может быть соединен с нижним концом колонны труб.In any case, the pipe string comprises a plurality of pipes 11, 50 connected to each other in series, and this string extends from the surface to the bottom of the well 10. A bit 13 or other heading or drilling tool may be connected to the lower end of the pipe string.
Трубы 11, 50 могут быть полыми и могут иметь, по существу, круговое сечение; поэтому, как показано, например, на фиг. 3а и 3b, при последовательном соединении труб друг с другом образуется внутренний канал. Буровая установка содержит насосную систему 40, также называемую манифольдом буровых насосов, соединенную с колонной 60 труб, пригодную для закачивания стабилизирующего флюида во внутренний канал, создания первичного потока, направленного к забою скважины. Следовательно, стабилизирующий флюид проходит по колонне 60 труб до тех пор, пока он не выходит вблизи долота 13.The pipes 11, 50 may be hollow and may have a substantially circular cross section; therefore, as shown, for example, in FIG. 3a and 3b, when pipes are connected in series with each other, an internal channel is formed. The drilling rig includes a pumping system 40, also referred to as a mud pump manifold, connected to a tubing string 60 suitable for pumping a stabilizing fluid into an internal channel, creating a primary flow directed to the bottom of the well. Therefore, the stabilizing fluid flows through the tubing string 60 until it exits near the bit 13.
К колонне 60 труб может быть присоединено множество датчиков 14 так называемой системы измерения в процессе бурения (ИПБ), которые могут быть расположены вдоль колонны и в частности, в забое скважины 10. Датчики 14 системы измерения в процессе бурения выполнены с возможностью непрерывного обнаружения множества параметров, относящихся к флюидам, циркулирующим в скважине, и горной породе, окружающей скважину 10. Например, эти датчики 14 системы измерения в процессе бурения могут быть датчиками плотности или удельного сопротивления, выполненными с возможностью непрерывного измерения, соответственно, значения плотности и значения удельного сопротивления бурового раствора и т.п. Кроме того, к колонне 60 могут быть присоединены защитные устройства или другие дистанционно управляемые скважинные контрольно-измерительные приборы (непоказанные).A plurality of sensors 14 of the so-called measurement-while-drilling (MSD) system may be attached to the tubing string 60, which may be located along the string and in particular, downhole 10. The sensors 14 of the measurement-while-drilling system are configured to continuously detect a plurality of parameters related to the fluids circulating in the wellbore and the rock surrounding the wellbore 10. For example, these MWD sensors 14 may be density or resistivity sensors configured to continuously measure a density value and a drilling resistivity value, respectively. solution, etc. In addition, guards or other remotely controlled downhole instruments (not shown) may be attached to string 60.
Множество труб 11, 50 содержит множество бурильных труб 11 или труб для заканчивания скважины и множество труб 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции согласно настоящему изобретению. Трубы 50 для беспроводной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции имеют длину, например, в пределах от 50 до 200 см, меньшую, чем длина бурильных труб 11 или труб для заканчивания скважины.The plurality of conduits 11, 50 comprise a plurality of drill pipes 11 or completion pipes and a plurality of conduits 50 for wireless bi-directional data transmission and continuous circulation according to the present invention. Pipes 50 for wireless bi-directional data transmission and continuous circulation have a length, for example, in the range from 50 to 200 cm, less than the length of the drill pipes 11 or pipes for completion.
Трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции расположены на всем протяжении колонны 60 труб между двумя бурильными трубами 11 или трубами для заканчивания скважины на заданных расстояниях друг от друга, соответствующих одной или нескольким бурильным трубам 11 или трубам для заканчивания скважины.Pipes 50 for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation are located throughout the pipe string 60 between two drill pipes 11 or pipes for completion of a well at predetermined distances from each other corresponding to one or more drill pipes 11 or pipes for completion.
Предпочтительно, чтобы трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции были расположены на всем протяжении колонны труб на расстояниях друг от друга, соответствующих трем бурильным трубам или трубам для заканчивания скважины.Preferably, the pipes 50 for wireless bi-directional data transmission and continuous circulation are located throughout the pipe string at distances from each other corresponding to three drill pipes or pipes for completion of the well.
В этом случае группы из трех бурильных труб или труб для заканчивания скважины, соединенные с каждой другой группой, обычно называют свечами.In this case, sets of three drill pipe or completion pipes connected to each other set are commonly referred to as standoffs.
Предпочтительно, чтобы труба 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции имела полый трубчатый корпус 51, который продолжается по длине по продольному направлению X и который выполнен с возможностью соединения на концах с соответствующими бурильными трубами 11 или трубами для заканчивания скважины. Это соединение может быть, например, резьбовым или призматическим.Preferably, the cableless bidirectional and continuous circulation conduit 50 has a hollow tubular body 51 which extends in length along the longitudinal direction X and which is capable of being connected at the ends to the respective drill pipes 11 or completion pipes. This connection can be, for example, threaded or prismatic.
Трубчатый корпус 51 снабжен радиальным клапаном 52, выполненным с возможностью регулирования потока флюида в, по существу, радиальном или поперечном направлении относительно продольного направления X, и осевым клапаном 53, выполненным с возможностью регулирования потока флюида в продольном направлении X. В частности, осевой клапан 53 выполнен с возможностью регулирования потока первичного флюида, закачиваемого из насосной системы. Предпочтительно, чтобы радиальный клапан 52 можно было соединять с насосной системой 40 вне трубчатого корпуса 51. Предпочтительно, чтобы радиальный клапан 52 был соединен с насосной системой 40 посредством соединителя или адаптера, соединенного с гибкой трубой 41, питаемой насосной системой.The tubular body 51 is provided with a radial valve 52 configured to control the fluid flow in a substantially radial or transverse direction with respect to the longitudinal direction X, and an axial valve 53 configured to control the fluid flow in the longitudinal direction X. In particular, the axial valve 53 configured to control the flow of the primary fluid pumped from the pumping system. Preferably, the radial valve 52 can be connected to the pumping system 40 outside the tubular body 51. Preferably, the radial valve 52 is connected to the pumping system 40 via a connector or adapter connected to a flexible pipe 41 supplied by the pumping system.
Предпочтительно, чтобы радиальный клапан 52 был снабжен защитным колпачком, предпочтительно выдерживающим давление без потери непроницаемости.Preferably, the radial valve 52 is provided with a protective cap, preferably withstanding pressure without loss of tightness.
Более предпочтительно, чтобы радиальный клапан 52 и осевой клапан 53 были двухстворчатыми клапанами.More preferably, radial valve 52 and axial valve 53 are butterfly valves.
Более предпочтительно, чтобы радиальный клапан 52 и осевой клапан 53 были двухстворчатыми клапанами, предварительно нагруженными пружинами.More preferably, radial valve 52 and axial valve 53 are spring-loaded butterfly valves.
Предпочтительно, чтобы во время бурения радиальный клапан 52 поддерживался закрытым защитной крышкой, тогда как осевой клапан 53 оставался открытым с тем, чтобы обеспечивалось прохождение стабилизирующего флюида к забою скважины.Preferably, during drilling, the radial valve 52 is kept closed by a protective cap while the axial valve 53 remains open to allow the stabilization fluid to flow to the bottom of the well.
Как описано ниже, при необходимости добавления к колонне труб дополнительной трубы 11, добавления к ближайшей к поверхности трубе 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции выполняют оперативные мероприятия. Насосную систему подключают к радиальному клапану 52 посредством, например, гибкой трубы 41, а поток первичного флюида через нагнетательную головку на впуске колонны 60 труб прерывают. Осевой клапан 53 закрывают, радиальный кла- 3 039999 пан 52 открывают и активизируют поток вторичного флюида по гибкой трубе 41. В этот момент новая труба 11 может быть добавлена к колонне 60 труб выше соединительной трубы 50, подключенной к насосной системе. После того как новая труба объединена с колонной 60 труб, радиальный клапан 52 закрывают, осевой клапан 53 открывают и поток первичного флюида через нагнетательную головку колонны 60 труб восстанавливают.As described below, if it is necessary to add an additional pipe 11 to the pipe string, add to the pipe 50 closest to the surface for wireless bi-directional data transmission and continuous circulation, operational measures are taken. The pumping system is connected to the radial valve 52 via, for example, a flexible pipe 41, and the flow of the primary fluid through the injection head at the inlet of the pipe string 60 is interrupted. The axial valve 53 is closed, the radial valve 52 is opened and secondary fluid flow is activated through the coiled tubing 41. At this point, new tubing 11 can be added to the tubing string 60 above the connecting tubing 50 connected to the pumping system. After the new tubing is connected to tubing string 60, radial valve 52 is closed, axial valve 53 is opened, and primary fluid flow through the injection head of tubing string 60 is restored.
Кроме того, труба 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных согласно настоящему изобретению содержит модуль 20 связи, соединенный с трубчатым корпусом 51.In addition, the cableless bidirectional data transmission pipe 50 according to the present invention includes a communication module 20 connected to the tubular body 51.
Предпочтительно, как можно видеть на фиг. 3а, чтобы трубчатый корпус 51 имел первый продольный участок для непрерывной циркуляции, с которым соединены радиальный клапан 52 и осевой клапан 53, и второй продольный участок для бескабельной двунаправленной передачи данных, с которым соединен модуль 20 связи.Preferably, as can be seen in FIG. 3a, so that the tubular body 51 has a first longitudinal section for continuous circulation, to which the radial valve 52 and axial valve 53 are connected, and a second longitudinal section for cableless bidirectional data transmission, to which the communication module 20 is connected.
В этом случае первый и второй продольные участки расположены последовательно относительно друг друга.In this case, the first and second longitudinal sections are arranged in series with respect to each other.
Согласно альтернативному варианту осуществления, показанному на фиг. 3с, первый продольный участок для непрерывной циркуляции и второй продольный участок для бескабельной двунаправленной передачи данных частично наложены один на другой. В этом случае некоторые выемки для модуля связи могут быть образованы соответственно первому продольному участку для непрерывной циркуляции с тем, чтобы получить более компактную конфигурацию по сравнению с конфигурацией трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции из фиг. 3а.According to an alternative embodiment shown in FIG. 3c, the first longitudinal section for continuous circulation and the second longitudinal section for cableless bidirectional data transmission are partially superimposed on one another. In this case, some recesses for the communication module may be formed corresponding to the first longitudinal section for continuous circulation, so as to obtain a more compact configuration compared to the configuration of the cableless bidirectional data transmission and continuous circulation pipe 50 of FIG. 3a.
Согласно настоящему изобретению каждый модуль 20 связи содержит по меньшей мере одну металлическую пластину 21, 22, 35, выбираемую из передающей металлической пластины 21, приемной металлической пластины 22 и приемопередающей металлической пластины 35; электронный блок 23 обработки и управления, содержащий, например, микропроцессор, сконфигурированный для обработки сигналов, передаваемых посредством по меньшей мере одной металлической пластины 21, 35, или сигналов, принимаемых посредством по меньшей мере одной металлической пластины 22, 35; один или несколько питающих аккумуляторов 24 для питания металлических пластин 21, 22, 35 и электронного блока 23 обработки и управления.According to the present invention, each communication module 20 comprises at least one metal plate 21, 22, 35 selected from a transmit metal plate 21, a receive metal plate 22, and a transceiver metal plate 35; an electronic processing and control unit 23, comprising, for example, a microprocessor configured to process signals transmitted via at least one metal plate 21, 35 or signals received via at least one metal plate 22, 35; one or more power batteries 24 to power the metal plates 21, 22, 35 and the electronic processing and control unit 23.
Предпочтительно, чтобы в каждом модуле 20 связи металлические пластины 21, 22, 35 были электрически изолированы от металлического корпуса соединительных труб 50.Preferably, in each communication module 20, the metal plates 21, 22, 35 are electrically isolated from the metal body of the connecting pipes 50.
Таким способом исключается электрический контакт между металлическими пластинами 21, 22, 35 и металлическим корпусом соединительных труб 50.In this way, electrical contact between the metal plates 21, 22, 35 and the metal body of the connecting pipes 50 is excluded.
Предпочтительно, чтобы металлические пластины 21, 22, 35 были дугообразными.Preferably, the metal plates 21, 22, 35 are arcuate.
В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения каждый модуль 20 связи содержит две передающие металлические пластины 21 и/или две приемные металлические пластины 22.In a particular embodiment of the present invention, each communication module 20 includes two transmit metal plates 21 and/or two receive metal plates 22.
Если модуль 20 связи содержит приемопередающую металлическую пластину 35, операции приема и передачи в случае, когда они одновременные, следует выполнять в отдельных частотных диапазонах. В этом случае допускается увеличивать размер пластины при тех же самых общих размерах, чтобы повышать эффективность передачи и приема.If the communication module 20 includes a transceiver metal plate 35, the reception and transmission operations, when they are simultaneous, should be performed in separate frequency bands. In this case, it is allowed to increase the size of the plate at the same overall dimensions in order to improve the transmission and reception efficiency.
Как показано на фиг. 3а, 3b, 3с и 4b, в дополнение по меньшей мере к одной металлической пластине 21, 22, 35 каждый модуль 20 связи может содержать по меньшей мере одну передающую катушку 25 и по меньшей мере одну приемную катушку 26, которые расположены на одной оси, совпадающей с продольной осью трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции, к которой они присоединены.As shown in FIG. 3a, 3b, 3c and 4b, in addition to at least one metal plate 21, 22, 35, each communication module 20 may contain at least one transmit coil 25 and at least one receive coil 26, which are located on the same axis, coinciding with the longitudinal axis of the pipe 50 for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation to which they are attached.
Более конкретно, по меньшей мере одна передающая катушка 25 имеет несколько витков, например порядка десятков, и провод с большим диаметром, например больше чем 1 мм, чтобы максимизировать протекание тока через провод и поэтому магнитное поле, пропорциональное току, и минимизировать потери энергии.More specifically, at least one transmission coil 25 has several turns, such as in the order of tens, and a wire with a large diameter, such as greater than 1 mm, to maximize the flow of current through the wire, and therefore a magnetic field proportional to the current, and to minimize energy losses.
С другой стороны, по меньшей мере одна приемная катушка 26 имеет большое количество витков, например порядка нескольких тысяч, для поддержания коэффициента усиления сигнала в достижимых практических пределах и улучшения характеристик усиления.On the other hand, at least one pick-up coil 26 has a large number of turns, for example in the order of several thousand, to keep the signal gain within achievable practical limits and to improve the gain characteristics.
Как показано на фиг. 3а, 3b, 3с и 4b, предпочтительно, чтобы по меньшей мере одна передающая катушка 25 и по меньшей мере одна приемная катушка 26 были наложены одна на другую для ограничения препятствия вдоль продольной оси трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции, к которой они присоединены.As shown in FIG. 3a, 3b, 3c and 4b, it is preferred that at least one transmit coil 25 and at least one receive coil 26 are stacked on top of one another to delimit an obstruction along the longitudinal axis of the pipe 50 for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation, to which they are attached.
Предпочтительно, чтобы питающие аккумуляторы и электронный блок 23 обработки и управления могли быть размещены в одной или нескольких выемках; в варианте осуществления, подробно показанном на фиг. 3b, питающие аккумуляторы и электронный блок обработки и управления размещены в первой выемке 54, тогда как металлические пластины 21, 22, 35 и катушки 25, 26 размещены во второй выемке 55. Выемки 54, предназначенные для размещения аккумуляторов и электронного блока 23 обработки и управления, закрыты по отношению к наружной стороне трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции; фактически они образованы отсеками в трубе.Preferably, the power batteries and the electronic processing and control unit 23 can be placed in one or more recesses; in the embodiment shown in detail in FIG. 3b, powering the batteries and the electronic processing and control unit are placed in the first recess 54, while the metal plates 21, 22, 35 and coils 25, 26 are placed in the second recess 55. Recesses 54 designed to accommodate the batteries and the electronic processing and control unit 23 , closed to the outside of the pipe 50 for cable-free bi-directional data transmission and continuous circulation; in fact, they are formed by compartments in the pipe.
С другой стороны, как можно видеть на фиг. 3b, выемки 55 для катушек 25, 26 и металлическихOn the other hand, as can be seen in FIG. 3b, notches 55 for coils 25, 26 and metal
- 4 039999 пластин 21, 22, 35 открыты наружу от трубы, поскольку они представляют собой выемки в боковой поверхности трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции.- 4 039999 plates 21, 22, 35 are open outward from the pipe, as they are recesses in the side surface of the pipe 50 for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation.
В частности, катушки 25, 26 наматывают вокруг трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции соответственно выемкам 55 и затем по меньшей мере одну металлическую пластину 21, 22, 35 располагают на месте, обращенном наружу, так что во время обычного использования она непосредственно соприкасается с флюидами, циркулирующими в скважине.In particular, the coils 25, 26 are wound around the pipe 50 for cableless bidirectional data transmission and continuous circulation corresponding to the recesses 55, and then at least one metal plate 21, 22, 35 is placed in place facing outward, so that during normal use it directly comes into contact with fluids circulating in the well.
В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг. 3а, первая выемка 54 и вторая выемка 55 образованы в продольном направлении ниже первого продольного участка для непрерывной циркуляции, в частности ниже радиального клапана 52.In the specific embodiment shown in FIG. 3a, the first recess 54 and the second recess 55 are formed in the longitudinal direction below the first longitudinal section for continuous circulation, in particular below the radial valve 52.
Наоборот, в варианте осуществления, показанном на фиг. 3с, первая выемка 54 образована соответственно радиальному клапану 52, тогда как вторая выемка 55 образована соответственно осевому клапану 53.Conversely, in the embodiment shown in FIG. 3c, the first recess 54 is formed corresponding to the radial valve 52, while the second recess 55 is formed corresponding to the axial valve 53.
Поэтому связь между двумя следующими друг за другом модулями 20 связи колонны 60 труб может происходить при использовании электрического тока, инжектируемого в буровой раствор от передающей металлической пластины 21 или приемопередающей металлической пластины 35 одного модуля и захватываемого приемной металлической пластиной 22 или приемопередающей металлической пластиной 35 последующего модуля, и/или магнитного поля, создаваемого катушкой 25 одного модуля и воспринимаемого катушкой 26 последующего модуля.Therefore, communication between two successive communication modules 20 of the tubing string 60 can take place by using an electric current injected into the drilling fluid from the transmitter metal plate 21 or the transmitter/receiver metal plate 35 of one module and captured by the receiver metal plate 22 or the transmitter/receiver metal plate 35 of the subsequent module. , and/or the magnetic field generated by the coil 25 of one module and perceived by the coil 26 of the next module.
В любом случае модули 20 связи могут быть выполнены с возможностью работы в качестве передатчиков, и/или приемников, и/или повторителей, и/или регенераторов.In any case, communication modules 20 may be configured to operate as transmitters and/or receivers and/or repeaters and/or regenerators.
В частности, если один модуль 20 связи выполняют с возможностью работы в качестве передатчика сигналов, например, как на фиг. 6а, то электронный блок 23 обработки и управления выполняют с возможностью регистрации и обработки обнаруженных данных с датчиков 14 или формирования сигналов управления для защитных устройств и других контрольно-измерительных приборов в забое скважины. В этом случае электронный блок 23 обработки и управления содержит модуль 27 регистрации данных, который выполняют с возможностью образования передаваемых пакетов данных, кодирующий модуль 28 для кодирования пакетов данных, модулирующие схемы 29 для модуляции сигналов, соответствующих кодированным пакетам данных, и выходные усилительные схемы 30 для усиления модулированных сигналов и возбуждения передающей металлической пластины 21, или приемопередающей металлической пластины 35, и/или передающей катушки 25.In particular, if one communication module 20 is configured to operate as a signal transmitter, such as in FIG. 6a, the electronic processing and control unit 23 is configured to register and process the detected data from the sensors 14 or generate control signals for protection devices and other downhole monitoring devices. In this case, the electronic processing and control unit 23 comprises a data recording module 27, which is capable of generating transmitted data packets, an encoding module 28 for encoding data packets, modulating circuits 29 for modulating signals corresponding to encoded data packets, and output amplifying circuits 30 for amplifying the modulated signals and excitation of the transmitting metal plate 21 or the transceiving metal plate 35 and/or the transmitting coil 25.
Соответственно, в модуле 20 связи, выполненном с возможностью работы в качестве приемника сигнала, электронный блок 23 обработки и управления содержит входную усилительную схему 31 для усиления сигнала, принимаемого от приемной металлической пластины 22, или приемопередающей металлической пластины 35, и/или от приемной катушки 26, схемы 32 демодуляции принятого и усиленного сигнала и модуль 33 декодирования немодулированного сигнала.Accordingly, in the communication module 20 configured to operate as a signal receiver, the electronic processing and control unit 23 includes an input amplifying circuit 31 for amplifying the signal received from the receiving metal plate 22, or the transceiving metal plate 35, and/or from the receiving coil. 26, the received and amplified signal demodulation circuits 32 and the baseband signal decoding unit 33.
В модуле 20 связи, выполненном с возможностью работы в качестве повторителя сигнала, например как фиг. 6b, электронный блок 23 обработки и управления содержит входные усилительные схемы 31 для усиления сигналов, принимаемых от приемной металлической пластины 22, или приемопередающей металлической пластины 35, или от приемной катушки 26, схемы 34 для повторной модуляции сигнала, повторно передаваемого на другой несущей частоте по сравнению с несущей частотой принимаемого сигнала, и выходные усилительные схемы 30 для усиления повторно модулированного сигнала. Эта модификация несущей, выполняемая аналоговой схемой, необходима для предотвращения воздействия перекрестных искажений на модуль 20 связи, неизбежно создающих проблемы при передаче информации.In a communication module 20 configured to operate as a signal repeater, such as in FIG. 6b, the electronic processing and control unit 23 includes input amplifying circuits 31 for amplifying signals received from a receiving metal plate 22, or a transceiving metal plate 35, or from a receiving coil 26, a circuit 34 for re-modulating a signal re-transmitted at a different carrier frequency over compared with the carrier frequency of the received signal, and output amplifying circuits 30 for amplifying the re-modulated signal. This modification of the carrier by the analog circuitry is necessary to prevent the communication module 20 from being affected by crosstalk, which inevitably creates problems in the transmission of information.
В модуле 20 связи, выполненном с возможностью работы в качестве регенератора сигнала, например, как на фиг. 6с, электронный блок 23 обработки и управления содержит входные усилительные схемы 31 для усиления сигнала, принимаемого от приемной металлической пластины 22, или приемопередающей металлической пластины 35, или от приемной катушки 26, схемы демодуляции принимаемого и усиливаемого сигнала, модуль 33 декодирования демодулированного сигнала, модуль 28 кодирования ранее декодированного сигнала, модулирующие схемы 29 для повторной модуляции сигнала, повторно передаваемого на другой несущей частоте по сравнению с несущей частотой принимаемого сигнала (для предотвращения воздействия перекрестных искажений на модуль 20 связи, неизбежно создающих проблемы при передаче информации), и выходные усилительные схемы 30 для усиления повторно модулированного сигнала.In the communication module 20 configured to operate as a signal regenerator, such as in FIG. 6c, the electronic processing and control unit 23 includes input amplifying circuits 31 for amplifying the signal received from the receiving metal plate 22, or the transceiving metal plate 35, or from the receiving coil 26, the demodulation circuit for the received and amplified signal, the demodulated signal decoding module 33, the module 28 for encoding a previously decoded signal, modulating circuits 29 for re-modulating a signal retransmitted at a different carrier frequency from the carrier frequency of the received signal (to prevent the communication module 20 from being affected by crosstalk, which inevitably causes transmission problems), and output amplifying circuits. 30 to amplify the re-modulated signal.
Более конкретно, передаваемые данные объединяют в пакеты, имеющие различную длину, например от 10 битов до 100 килобитов. Для каждого пакета данных можно выполнять, например, процесс кодирования источника для сжатия данных и/или процесс кодирования канала для уменьшения возможности ошибки. Модулирующие схемы 29 преобразуют один пакет данных в соответствующий сигнал с характеристиками, подходящими для передачи внутри скважины 10.More specifically, the transmitted data is combined into packets having different lengths, for example from 10 bits to 100 kilobits. For each data packet, for example, a source encoding process for data compression and/or a channel encoding process for reducing the possibility of error may be performed. The modulating circuits 29 convert one data packet into a corresponding signal with characteristics suitable for transmission within the well 10.
Примером используемой модуляции является дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция (DQPSK), согласно которой синусоидальный сигнал генерируют с определенной несущей частотой f, находящейся в пределах, например, от 1 до 30 кГц, фаза которого изменяется в соответствии со значением каждой последовательности, имеющей длину 2 бита; поэтому фаза может иметь четыре значения, на- 5 039999 пример π/4, 3/4π, -π/4, -3/4π. Каждая пара битов может быть преобразована в абсолютную фазу синусоиды или в относительную разность фаз (в соответствии с дифференциальной квадратурной фазовой манипуляцией) относительно синусоиды, соответствующей предшествующей паре битов. Этот последний выбор является предпочтительным, поскольку обратный процесс демодуляции упрощается в следующем модуле связи, поскольку нет необходимости в оценивании точного значения частоты f вследствие того, что ошибка, вносимая отсутствием оценки, может быть исключена способами, известными в данной области техники. Кроме того, волновой сигнал можно фильтровать подходящим фильтром, имеющим характеристику вида корня из приподнятого косинуса, для ограничения полосы, занимаемой сигналом, при использовании тех же самых скоростей передачи.An example of modulation used is differential quadrature phase shift keying (DQPSK), whereby a sinusoidal signal is generated at a specific carrier frequency f, ranging from, for example, 1 to 30 kHz, the phase of which changes according to the value of each sequence having a length of 2 bits; therefore the phase can have four values, for example π/4, 3/4π, -π/4, -3/4π. Each pair of bits may be converted to the absolute phase of a sine wave, or to a relative phase difference (according to differential quadrature phase shift keying) relative to the sine wave corresponding to the preceding bit pair. This last choice is preferable because the inverse demodulation process is simplified in the next communication module, since it is not necessary to estimate the exact value of the frequency f due to the fact that the error introduced by the lack of estimation can be eliminated by methods known in the art. In addition, the waveform may be filtered with a suitable root raised cosine filter to limit the bandwidth occupied by the signal at the same bit rates.
Поэтому модулированный сигнал напряжения получают усилением до напряжений со значениями в пределах, например от 1 до 100 В, выходными усилительными схемами 30, способными подводить ток с пиковыми значениями в пределах, например от 0,1 до 10 А.Therefore, the modulated voltage signal is obtained by amplifying to voltages with values in the range of, for example, 1 to 100 V by output amplifying circuits 30 capable of supplying current with peak values in the range of, for example, 0.1 to 10 A.
Входные усилительные схемы 31 последующего модуля 20 связи преобразуют ток, протекающий через приемную металлическую пластину 22 или приемопередающую пластину 35, в сигнал напряжения с пиковыми значениями, составляющими несколько вольт; кроме того, эти входные усилительные схемы 31 адаптируют импеданс приемной металлической пластины 22 или приемопередающей пластины 35, предотвращая ослабление напряжения, поступающего в последующее устройство, обусловленное действием разделителя.The input amplifying circuits 31 of the subsequent communication module 20 convert the current flowing through the receiving metal plate 22 or the transceiving plate 35 into a voltage signal with peak values of several volts; in addition, these input amplifying circuits 31 adapt the impedance of the receiving metal plate 22 or the transceiver plate 35, preventing the downstream voltage from being weakened by the splitter.
Чтобы пояснить способ передачи, реализуемый посредством металлических пластин 21, 22, 35, можно рассмотреть примерный случай передачи от первого модуля 20 МС1 связи, содержащего передающую металлическую пластину 21, к второму модулю 20 МС2 связи, содержащему приемную металлическую пластину 22, такой случай, как показанный на фиг. 5. Рассмотрение, относящееся к этой конфигурации, можно применять к случаю передачи между двумя приемопередающими металлическими пластинами 35 или между передающей металлической пластиной 21 и приемопередающей металлической пластиной 35. Конфигурация из фиг. 5 иллюстрируется электрической схемой, показанной на фиг. 7, со следующими особенностями: схемная земля обеспечивается металлическим корпусом, обычно выполненным из стали, соединительные трубы 50 считаются идеальными проводниками; Vi обозначает электрический потенциал, который изменяется вдоль продольной оси скважины 10; Ii обозначает электрический ток, который изменяется вдоль продольной оси скважины 10; Vo обозначает электрический потенциал, создаваемый передающей металлической пластиной 21; Zi,A обозначает чрезвычайно малый продольный электрический импеданс, который оказывает противодействие току, протекающему в продольном направлении, то есть параллельно продольной оси скважины 10; Zi,B означает чрезвычайно малый радиальный электрический импеданс, который оказывает противодействие току, протекающему в радиальном направлении, то есть ортогонально к продольной оси скважины 10.To explain the transmission method implemented by the metal plates 21, 22, 35, an exemplary case of transmission from the first communication module 20 MC1 containing the transmitting metal plate 21 to the second communication module 20 MC2 containing the receiving metal plate 22 can be considered, such a case as shown in FIG. 5. Consideration pertaining to this configuration can be applied to the case of transmission between two transmit/receive metal plates 35 or between transmit metal plate 21 and transmit/receive metal plate 35. The configuration of FIG. 5 is illustrated by the circuit diagram shown in FIG. 7 with the following features: the circuit ground is provided by a metal case, usually made of steel, the connecting pipes 50 are considered ideal conductors; Vi denotes the electrical potential, which varies along the longitudinal axis of the well 10; Ii denotes an electric current that varies along the longitudinal axis of the well 10; Vo denotes the electrical potential generated by the transmission metal plate 21; Zi,A denotes an extremely low longitudinal electrical impedance which counteracts the current flowing in the longitudinal direction, ie parallel to the longitudinal axis of the borehole 10; Zi, B means an extremely low radial electrical impedance which counteracts the current flowing in the radial direction, i.e. orthogonal to the longitudinal axis of the borehole 10.
Точнее, можно считать, что Zi,A=Zi,A/dL и More precisely, we can assume that Z i,A= Z i,A /dL and
Zi,B=Zi,B/ dL, где dL является физической длиной чрезвычайно малого участка, к которому относятся Zi,A и Zi,B, соответственно; a Zi,A и Zi,B являются удельными импедансами на единицу длины узла труба-пластина, которые зависят от геометрии и соответствующих конкретных электрических параметров (удельной проводимости, диэлектрической постоянной) узла.Zi,B=Zi,B / dL , where dL is the physical length of the extremely small section to which Zi, A and Zi, B belong, respectively; a Zi, A and Zi, B are the specific impedances per unit length of the pipe-plate assembly, which depend on the geometry and the respective specific electrical parameters (conductivity, dielectric constant) of the assembly.
Передающая металлическая пластина 21 первого модуля МС1 инжектирует во флюид, окружающий колонну труб, переменный электрический ток, модулированный информационными сигналами, несущими передаваемые данные.The transmitting metal plate 21 of the first module MC1 injects into the fluid surrounding the pipe string an alternating electric current modulated by information signals carrying the transmitted data.
Ток протекает через флюид по обсадной колонне, если она имеется, и через горные породы, окружающие скважину 10, после чего возвращается к общему выводу передающей металлической пластины 21 через сталь трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции, к которой присоединена пластина.The current flows through the fluid through the casing, if any, and through the rocks surrounding the well 10, after which it returns to the common terminal of the transmitting metal plate 21 through the steel of the cableless bidirectional data transmission and continuous circulation pipe 50 to which the plate is attached.
Часть этого тока достигает приемной металлической пластины 22 второго модуля МС2 связи. Этот ток усиливается и затем регистрируется в электронном блоке обработки и управления для извлечения информации, содержащейся в нем, или сразу же повторно усиливается для повторной передачи к третьему модулю связи.Part of this current reaches the receiving metal plate 22 of the second communication module MC2. This current is amplified and then registered in the electronic processing and control unit to extract the information contained therein, or immediately re-amplified for re-transmission to the third communication module.
На электрической схеме на фиг. 7 электронный блок обработки и управления первого модуля МС1 связи представлен генератором напряжения, имеющего амплитуду VTX, тогда как передающая металлическая пластина 21 представлена узлом РТ. Генератор напряжения, имеющий амплитуду VTX, связан через передающую металлическую пластину РТ с нижележащим протяженным участком флюида; эта связь моделируется импедансом ZT1. Кроме того, этот протяженный участок флюида имеет импеданс ZT2, благодаря которому часть тока, генерируемого передающей металлической пластиной, отводится к заземлению, или точнее, к металлическому корпусу трубы, к которому приложена передающая металлическая пластина 21.In the electrical diagram in Fig. 7, the processing and control electronic unit of the first communication unit MC1 is represented by a voltage generator having an amplitude V TX , while the transmitting metal plate 21 is represented by a PT assembly. A voltage generator having an amplitude V TX is connected through a transmitting metal plate RT to the underlying extended fluid section; this connection is modeled by the impedance Z T1 . In addition, this extended section of fluid has an impedance Z T2 due to which part of the current generated by the transmitting metal plate is diverted to ground, or more precisely, to the metal casing of the pipe, to which the transmitting metal plate 21 is applied.
Приемная металлическая пластина второго модуля МС2 связи представлена на электрической схеме на фиг. 7 узлом PR; эта приемная металлическая пластина 22 связана с нижележащим протяженнымThe receiving metal plate of the second communication module MC2 is shown in the circuit diagram of FIG. 7 knot PR; this receiving metal plate 22 is connected to the underlying extended
- 6 039999 участком флюида; эта связь моделируется импедансом ZR1. Кроме того, это протяженный участок флюида имеет импеданс ZR2, благодаря которому часть тока вблизи приемной металлической пластины отводится к заземлению или к металлическому корпусу трубы, к которому приложена приемная металлическая пластина 22. В свою очередь, приемная металлическая пластина соединена с электронным блоком обработки и управления второго модуля связи, в частности, схематично представленным усилителем с низким входным импедансом ZIN (приблизительно нулевым), который фактически усиливает токовый сигнал, который проходит через приемную металлическую пластину, вследствие чего получается сигнал VRX напряжения, содержащий принимаемую информацию.- 6 039999 fluid area; this connection is modeled by the impedance Z R1 . In addition, this extended fluid section has an impedance Z R2 due to which part of the current near the receiving metal plate is diverted to ground or to the metal casing of the pipe, to which the receiving metal plate 22 is applied. In turn, the receiving metal plate is connected to the electronic processing unit and control of the second communication module, in particular, a schematically represented amplifier with a low input impedance Z IN (approximately zero), which actually amplifies the current signal that passes through the receiving metal plate, resulting in a voltage signal V RX containing the received information.
Если передающие металлические пластины 21 и приемные металлические пластины 22 имеют форму цилиндрической дуги, эффективность связи этих пластин с флюидом, окружающим колонну труб, в значительной степени зависит от длины продольного участка этой дуги и угла, описываемого дугой. Чем больше угол и чем он ближе к 360°, тем будет выше эффективность упомянутой выше связи.If the transmitting metal plates 21 and the receiving metal plates 22 are in the form of a cylindrical arc, the efficiency of communication of these plates with the fluid surrounding the pipe string depends to a large extent on the length of the longitudinal section of this arc and the angle described by the arc. The larger the angle and the closer it is to 360°, the higher the efficiency of the above-mentioned connection will be.
Кроме того, если в дополнение к металлическим пластинам 21, 22, 35 модуль 20 связи также содержит передающие и приемные катушки, то для исключения паразитных токов, наводимых на металлические пластины 21, 22, 35 во время возбуждения катушек, предпочтительно, чтобы цилиндрическая дуга не проходила в пределах полного угла 360°.Furthermore, if, in addition to the metal plates 21, 22, 35, the communication module 20 also contains transmitting and receiving coils, then in order to avoid parasitic currents induced on the metal plates 21, 22, 35 during the excitation of the coils, it is preferable that the cylindrical arc does not passed through a full 360° angle.
На фиг. 8 и 9 представлены схематичные виды, иллюстрирующие передачу сигналов между двумя модулями связи с помощью передающей и приемной катушек 25, 26. В частности, линии магнитного поля, создаваемого передающей катушкой 25 и воспринимаемого приемной катушкой 26, представлены на фиг. 9.In FIG. 8 and 9 are schematic views illustrating the transmission of signals between two communication modules using transmit and receive coils 25, 26. In particular, the magnetic field lines generated by transmit coil 25 and sensed by receive coil 26 are shown in FIG. 9.
Как можно видеть, расположение катушек на оси соединительных труб 50 колонны 60 труб позволяет максимизировать магнитный поток, который воспринимается приемной катушкой 26. В действительности, приемная катушка 26, по существу, охватывает всю круговую протяженность трубы 50 для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции, изготовленной из ферромагнитной стали, в которой заключена большая часть магнитного потока. Поэтому сигнал, используемый для головных частей приемной катушки 26, содержит вклады распределения всего магнитного поля, генерируемого передающей катушкой 25 вперед от места нахождения приемной катушки.As can be seen, the location of the coils on the axis of the connecting tubes 50 of the pipe string 60 maximizes the magnetic flux that is received by the pickup coil 26. In fact, the pickup coil 26 essentially spans the entire circumferential extent of the tube 50 for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation, made of ferromagnetic steel, which contains most of the magnetic flux. Therefore, the signal used for the receiver coil heads 26 contains distribution contributions from the entire magnetic field generated by the transmitter coil 25 forward from the location of the receiver coil.
Характеристики трубы для бескабельной однонаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции и колонны труб как объекта настоящего изобретения очевидны из описания и также понятны их относительные преимущества.The characteristics of the cableless unidirectional data transmission and continuous circulation pipe and pipe string as an object of the present invention are obvious from the description and their relative advantages are also understood.
Передача на поверхность результатов регистрации датчиками, расположенными в скважине, производится безопасным и недорогим способом и, по существу, в реальном времени, что позволяет в реальном времени непрерывно осуществлять мониторинг параметров забоя скважины и поэтому позволяет повысить безопасность во время бурения, в частности во время требующих осторожности этапов замены или добавления трубы к колонне труб, благодаря возможности немедленного вмешательства в случае обнаружения аномалий и отклонений от ожидаемых параметров.The transfer to the surface of the results of registrations from sensors located in the well is carried out in a safe and inexpensive way and in essentially real time, which allows real-time continuous monitoring of downhole parameters and therefore improves safety during drilling, in particular during demanding caution in the steps of replacing or adding a pipe to a pipe string, due to the possibility of immediate intervention in case of detection of anomalies and deviations from the expected parameters.
Фактически, путем обработки и анализа в реальном времени данных можно без задержки идентифицировать изменения в пересекаемых пластах и отклонения траектории скважины от заданной программы, что позволяет быстрее принимать оперативные решения и производить вмешательство с выполнением корректирующих действий.In fact, through real-time processing and analysis of data, changes in crossed formations and deviations of the well trajectory from a given program can be identified without delay, which allows faster operational decisions and intervention with corrective actions.
Кроме того, колонна труб согласно настоящему изобретению также позволяет получать все данные из забоя скважины в течение стадий управления скважиной, когда противовыбросовый превентор (ПВП) закрыт, или в течение всего бурения с управляемым давлением.In addition, the tubing string of the present invention also allows all downhole data to be obtained during the well control stages when the blowout preventer (BOP) is closed, or throughout MPD.
Кроме того, передача данных не прекращается в случае потери циркуляции. Поэтому больше нет необходимости в замедлении операции по передаче команд к автоматическому оборудованию в забое скважины для задания или корректирования траектории бурения.In addition, data transmission does not stop in the event of a loss of circulation. Therefore, it is no longer necessary to slow down the operation of transmitting commands to the automatic equipment downhole to set or correct the drilling trajectory.
Возможность передачи больших объемов данных позволяет поддерживать высокие скорости бурения и посылать в реальном времени результаты измерений в процессе бурения с более высокой определенностью по сравнению с задаваемой действующим стандартом и постоянно заменять уже имеющиеся каротажные диаграммы, регистрируемые зондом, опускаемым в скважину на кабеле.The ability to transfer large amounts of data allows you to maintain high drilling speeds and send real-time measurements while drilling with higher certainty than that specified by the current standard and constantly replace existing wireline logs.
Возможность иметь датчики вдоль всей бурильной колонны позволяет осуществлять непрерывный мониторинг вдоль всей оси скважины таких параметров, как давление, температура, нагрузки и сжатие, кручение, изгиб. Это позволяет, например, идентифицировать события, связанные с захватом колонны, щели в бурильной колонне, чтобы исключать их и принимать эффективные решения.The ability to have sensors along the entire drill string allows for continuous monitoring along the entire axis of the well such parameters as pressure, temperature, loads and compression, torsion, bending. This allows, for example, to identify events associated with the capture of a string, a slot in the drill string, in order to exclude them and make effective decisions.
Область применения в основном относится к этапу бурения нефтяной скважины, но не исключается использование также в течение этапа строительства скважины. Фактически, труба для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции может быть встроена как колонну бурильных труб, так и в колонну для заканчивания скважины, и в любом случае во всех ситуациях данные могут быть переданы или приняты из забоя скважины или с промежуточных мест вдоль колонны.The scope mainly refers to the stage of drilling an oil well, but the use during the well construction stage is not excluded. In fact, the cableless bi-directional data transmission and continuous circulation pipe can be built into both the drill string and the completion string, and in any case, in all situations, data can be transmitted or received from the bottom of the well or from intermediate locations along the string.
Кроме того, объединение в один объект модуля связи и клапанов для непрерывной циркуляции позволяет сократить время на установку этих устройств вдоль колонны труб. Чтобы гарантировать монито- 7 039999 ринг скважинных условий и непрерывной циркуляции в случае замены или добавления трубы, фактически необходимо устанавливать одно устройство, трубу для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции.In addition, combining the communication module and valves for continuous circulation into one object reduces the time for installing these devices along the pipe string. In order to ensure monitoring of downhole conditions and continuous circulation in the event of pipe replacement or addition, it is actually necessary to install one device, a pipe for cableless bi-directional data transmission and continuous circulation.
Кроме того, компактные размеры этой трубы для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции позволяют иметь колонны труб максимальной длины, располагаемые на бурильных машинах, существующих в настоящее время.In addition, the compact size of this cableless bi-directional data and continuous circulation pipe allows for the maximum length of pipe strings available on today's drilling machines.
Наконец, труба для бескабельной двунаправленной передачи данных и непрерывной циркуляции и колонна труб, таким образом объединенные, несомненно могут иметь многочисленные модификации и варианты, которые все включены в изобретение; кроме того, все детали могут быть заменены технически эквивалентными элементами. На практике, используемые материалы, как также и размеры, можно заменять в соответствии с техническими требованиями.Finally, the cableless bidirectional and continuous circulation conduit and conduit thus combined can undoubtedly have numerous modifications and variations, all of which are included in the invention; in addition, all parts can be replaced by technically equivalent elements. In practice, the materials used, as well as the dimensions, can be changed according to the technical requirements.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102016000106357 | 2016-10-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA039999B1 true EA039999B1 (en) | 2022-04-06 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10280741B2 (en) | Optimizing downhole data communication with at bit sensors and nodes | |
| US8400326B2 (en) | Instrumentation of appraisal well for telemetry | |
| US7228902B2 (en) | High data rate borehole telemetry system | |
| CN109113728B (en) | Device for use in a drilling site | |
| US7990282B2 (en) | Borehole telemetry system | |
| US20130128697A1 (en) | Downhole Communication System | |
| AU2007201655A1 (en) | Inductive coupling system | |
| AU2017345521B2 (en) | Pipe for cableless bidirectional data transmission and the continuous circulation of stabilizing fluid in a well for the extraction of formation fluids and a pipe string comprising at least one of said pipes | |
| CN111448764B (en) | Electromagnetic telemetry transmitter apparatus and mud pulse-electromagnetic telemetry assembly | |
| EA039999B1 (en) | PIPE FOR CABLELESS BI-DIRECTIONAL DATA TRANSMISSION AND CONTINUOUS CIRCULATION OF STABILIZING FLUID IN THE WELL FOR PRODUCTION OF FORMATION FLUIDS AND A PIPE SINGLE CONTAINING AT LEAST ONE MENTIONED PIPE | |
| EP3485142B1 (en) | System for cableless bidirectional data transmission in a well for the extraction of formation fluids | |
| US20210156246A1 (en) | Telemetry System Combining Two Telemetry Methods | |
| OA19061A (en) | Pipe for cableless bidirectional data transmission and the continuous circulation of stabilizing fluid in a well for the extraction of formation fluids and a pipe string comprising at least one of said pipes. | |
| WO2021108322A1 (en) | Telemetry system combining two telemetry methods |