RU150456U1 - Устройство контроля и управления с беспроводным индуктивным каналом связи для многоствольной скважины - Google Patents

Abstract

Устройство контроля и управления с беспроводным индуктивным каналом связи для многоствольной скважины, содержащее электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации, снабженные автономным питанием и средством беспроводной связи электронных модулей с общим электронным приемопередающим модулем с автономным питанием и дипольным излучателем электромагнитных волн (материнская телесистема), установленным на насосно-компрессорных трубах (НКТ) в основном стволе, отличающееся тем, что указанные электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации установлены в боковых стволах скважины автономно и стационарно, а средство беспроводной связи указанных электронных модулей с материнской телесистемой выполнено в виде беспроводной индуктивной (трансформаторной) связи, при этом материнская телесистема содержит приемное устройство, передающее устройство, микроконтроллер с прецизионным хронометром и блок полудуплексной беспроводной индуктивной связи, а указанные электронные модули снабжены блоками полудуплексной беспроводной индуктивной связи и микроконтроллерами, кроме того, трансформаторные катушки электронных модулей расположены в начале обсадных колонн боковых стволов скважины, в местах их зарезки из основного ствола скважины, напротив трансформаторных катушек материнской телесистемы на расстоянии, обеспечивающем осуществление индуктивной связи между ними, которое может составлять не более 30 см.

Description

Полезная модель относится к области эксплуатации нефтегазовых скважин, в том числе, многоствольных, а именно к средствам управления механизированным оборудованием добычи и контроля скважинных параметров.

Известна система беспроводного электромагнитного канала связи в обсаженной скважине с боковым стволом (Скифф М. Инновационная система беспроводной телеметрии.//«Нефтегазовые технологии». - М., 2005. -№4.- С. 94). Система беспроводной телеметрии CaTS-тм компании The Ехрго Group использует элементы стальной конструкции скважины для распространения электромагнитного сигнала на сверхнизких частотах (СНЧ) для установления дуплексной связи с удаленными датчиками в нескольких стволах скважины. Конструктивно система выполняется в стандартном корпусе, в котором установлены датчики для контроля скважинных параметров, автономный источник питания, блок электроники. Система спускается в скважину на талевом канате и в обязательном порядке должна иметь электрический контакт с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) для передачи данных по НКТ с помощью электромагнитного сигнала.

Недостаток известной системы заключается в том, что использование СНЧ ограничивает доступную скорость передачи данных, а передача полезного сигнала по системе НКТ сопровождается нерациональными потерями мощности и утечками в местах ее касания с обсадной колонной, что значительно снижает эффективность электромагнитной связи в глубоких скважинах. Кроме того, при стационарной установке датчиков для контроля скважинных параметров в обсадной колонне, из-за отсутствия НКТ, передача сигналов по системе CaTS-тм не возможна.

Известны способ и устройство для контроля и управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин, включающие спуск в интервал добычи продукта на насосно-компрессорных трубах (НКТ) пакеров для разобщения продуктивных пластов и оборудования для добычи (закачки) продукта, размещенных напротив каждого продуктивного пласта, проведение скважинных измерений датчиками и передачу полученной информации при помощи электронных модулей на наземное приемно-обрабатывающее устройство по беспроводному каналу связи и управление оборудованием для добычи продукта в режиме реального времени с помощью индивидуальных электронных модулей, отличающиеся тем, что передачу информации на наземное приемно-обрабатывающее устройство от измерительных датчиков осуществляют при помощи электронных измерительных модулей, снабженных автономным питанием и передающих информационные сигналы по колонне НКТ, путем возбуждения в ней с помощью генераторных катушек электрического поля на несущей рабочей частоте, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, на установленный в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом общий электронный передающий модуль, снабженный автономным питанием и приемными катушками индуктивности, и в котором информационные высокочастотные сигналы передают на наземное приемно-обрабатывающее устройство через горную породу путем возбуждения в ней с помощью дипольного излучателя электромагнитных волн на частоте, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны, а управление оборудованием для добычи (отбора) продукта осуществляют по электромагнитному каналу связи, при этом управляющий режимом эксплуатации оборудования для добычи (отбора) продукта сигнал от наземного приемно-обрабатывающего устройства передают по горной породе на снабженные автономным питанием и дипольными приемниками электромагнитных колебаний индивидуальные электронные модули указанного оборудования с помощью электромагнитных импульсов, возбуждаемых в заземленной антенне на частоте, исключающей экранирующий эффект обсадной колонны (Пат. №2475643 РФ, МПК Е21 В47/12. Способ и устройство для контроля и управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин (Варианты) и исполнительный модуль в составе устройства (Варианты); заявл. 30.12.2010; опубл. 20.02.2013).

Следует заметить, что известная технология предназначена для работы в одноствольной скважине с несколькими продуктивными пластами и не может обеспечить беспроводную связь материнской телесистемы с электронными модулями, расположенными стационарно в многоствольной скважине, из-за отсутствия НКТ.

Задачей заявленной полезной модели является обеспечение эффективной беспроводной индуктивной (трансформаторной) связи между электронными модулями, расположенными стационарно в многоствольной скважине, с общим электронным передающим модулем (материнской телесистемой).

Указанная задача решается тем, что в устройстве контроля и управления с беспроводным индуктивным каналом связи для многоствольной скважины, содержащем электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации, снабженные автономным питанием и средством беспроводной связи электронных модулей с общим электронным приемо-передающим модулем с автономным питанием и дипольным излучателем электромагнитных волн (материнская телесистема), установленным на насосно-компрессорных трубах (НКТ) в основном стволе, в отличие от известного, указанные электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации установлены в боковых стволах скважины автономно и стационарно, а средство беспроводной связи указанных электронных модулей с материнской телесистемой выполнено в виде беспроводной индуктивной (трансформаторной) связи, при этом материнская телесистема содержит приемное устройство, передающее устройство, микроконтроллер с прецизионным хронометром и блок полудуплексной беспроводной индуктивной связи, а указанные электронные модули снабжены блоками полудуплексной беспроводной индуктивной связи и микроконтроллерами, кроме того, трансформаторные катушки электронных модулей расположены в начале обсадных колонн боковых стволов скважины, в местах их зарезки из основного ствола скважины, напротив трансформаторных катушек материнской телесистемы на расстоянии, обеспечивающем осуществление индуктивной связи между ними, которое может составлять не более 30 см.

На фиг. 1 представлена схема размещения заявляемого устройства в многоствольной скважине.

На фиг. 2 дана блок-схема устройства.

В многоствольной скважине 1 с обсадной колонной 2 и в боковых стволах скважины с обсадными колоннами 3, 4 установлены электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации 5, 6, 7, снабженные автономным питанием в виде блока питания 8 с батареями, при этом электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации 5, 6 и 7 установлены в обсадных колоннах 2, 3 и 4 стационарно и снабжены средством беспроводной трансформаторной связи электронных модулей с материнской телесистемой 9, спущенной в основной ствол 1 многоствольной скважины на НКТ (на фиг. 1 не показана). В боковых стволах 3 и 4 НКТ отсутствуют.

Материнская телесистема 9 (фиг. 2) содержит блок автономного питания 10 с батареями, приемное устройство 11, передающее устройство 12, связанные с дипольным излучателем электромагнитных волн 13, микро-контроллер 14 с прецизионным хронометром 15 и блок полудуплексной беспроводной трансформаторной связи 16.

Электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации 5, 6, 7 снабжены блоками полудуплексной беспроводной трансформаторной связи 17 и микроконтроллерами 18. Электронные модули измерения скважинных параметров содержат блоки связи, измерения параметров и управления клапаном №1, №2, №3, каждый из которых содержит датчик измерения температуры 19, датчик давления над клапаном 20, датчик давления под клапаном 21, клапанное устройство для эксплуатации 22 и средство для управления этим механизмом 23 (фиг. 2). Указанное оборудование образует скважинный комплекс 24.

Наземный приемно-измерительный комплекс 25 содержит шкаф с термостабилизацией 26, приемное устройство 27, передающее устройство 28, трансформатор 29, промышленный компьютер 30, связанный с передвижной рабочей станцией 31. Поз. 32 - наземная антенна. Поз. 33 - обозначение связи при удаленном мониторинге и управлении клапанами №№1, 2, 3.

Устройство работает следующим образом.

Материнская телесистема 9 осуществляет дуплексную связь с наземным приемно-измерительным комплексом 25 по дипольному беспроводному каналу связи, а с тремя электронными модулями 5, 6, 7 измерения скважинных параметров и управления клапанами механизма для эксплуатации - беспроводную трансформаторную связь.

Беспроводная трансформаторная связь образуется с помощью взаимной индукции между трансформаторными катушками двух контуров -первичного и вторичного. В первичном контуре, ток от генератора, проходя через катушку, создает вокруг нее магнитное поле, силовые линии которого пересекают витки катушки вторичного контура и возбуждают в ней индуктированную ЭДС, а последняя создает во вторичном контуре ток.

Таким образом, при индуктивной связи энергия передается из одного контура в другой магнитным полем, пронизывающим пространство между материнской телесистемой 9 и электронными модулями 5, 6, 7. Условием осуществления трансформаторной связи между контурами является небольшое расстояние между ними, не более 30 см, поэтому блоки трансформаторной связи электронных модулей 5, 6, 7 устанавливают в непосредственной близости от блока трансформаторной 16 связи материнской телесистемы 9. На практике, для осуществления указанного условия корпус электронного модуля изготавливают удлиненной формы с возможностью расположения в нем трансформаторной катушки 17 вблизи трансформаторной катушки 16 материнской телесистемы. Расположение трансформаторных катушек 17 показано на фиг. 1, где трансформаторные катушки 17 расположены в начале обсадных колонн 3 и 4 боковых стволов скважины, в местах их зарезки из основного ствола скважины 2, где напротив катушек 17 расположена трансформаторная катушка 16 материнской телесистемы.

Поскольку эта связь носит дуплексной характер, то в зависимости от направления передачи информации первичный и вторичный контуры будут меняться, также как и направление тока, на который накладываются полезные сигналы при передаче информации от материнской телесистемы или от электронных модулей.

В «час X» - момент времени, на который запрограммирован сеанс связи скважинного комплекса с наземным приемно-измерительным комплексом 25, устанавливаемый прецизионным хронометром 15 с высокой точностью, материнская телесистема 9 опрашивает все электронные модули 5, 6, 7 о положении клапанов, значениях давления, температуры и передает данные на наземный приемно-измерительным комплекс 25 по электромагнитному беспроводному каналу связи, с помощью дипольного излучателя электромагнитных волн 13. Наземный приемно-измерительный комплекс 25, приняв сигнал с помощью антенны 31 из скважины, подтверждает правильный прием данных от материнской телесистемы 9.

Наземный приемно-измерительный комплекс 25 принимает поступившую из скважины информацию и передает ее оператору, который на основании полученных данных, принимает решение и выдает команду на материнскую телесистему 9 об управлении клапанами или посылает данные диспетчеру, и передает материнской телесистеме 9 команду диспетчера.

Наземный приемно-измерительный комплекс 25 содержит шкаф 26 с терморегуляцией, в котором располагают приемное устройство 27, передающее устройство 28, трансформатор 29.

Центром всего устройства является мощный миниатюрный промышленный компьютер 30 повышенной надежности. Связь с компьютером оператор осуществляет по беспроводной сети Wi-Fi непосредственно из подъехавшей к «часу X» передвижной рабочей станции 31. Компьютер 30 позволяет также обеспечить удаленный мониторинг по Интернету или радиосети нефтяной компании с целью управления всеми процессами в многоствольной скважине в процессе ее эксплуатации непосредственно из офиса.

Claims (1)

1. Устройство контроля и управления с беспроводным индуктивным каналом связи для многоствольной скважины, содержащее электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации, снабженные автономным питанием и средством беспроводной связи электронных модулей с общим электронным приемопередающим модулем с автономным питанием и дипольным излучателем электромагнитных волн (материнская телесистема), установленным на насосно-компрессорных трубах (НКТ) в основном стволе, отличающееся тем, что указанные электронные модули измерения скважинных параметров и управления клапанами оборудования для эксплуатации установлены в боковых стволах скважины автономно и стационарно, а средство беспроводной связи указанных электронных модулей с материнской телесистемой выполнено в виде беспроводной индуктивной (трансформаторной) связи, при этом материнская телесистема содержит приемное устройство, передающее устройство, микроконтроллер с прецизионным хронометром и блок полудуплексной беспроводной индуктивной связи, а указанные электронные модули снабжены блоками полудуплексной беспроводной индуктивной связи и микроконтроллерами, кроме того, трансформаторные катушки электронных модулей расположены в начале обсадных колонн боковых стволов скважины, в местах их зарезки из основного ствола скважины, напротив трансформаторных катушек материнской телесистемы на расстоянии, обеспечивающем осуществление индуктивной связи между ними, которое может составлять не более 30 см.

   

Images