RU2801378C1

RU2801378C1 - Бескабельная система контроля внутрискважинных параметров (варианты)

Info

Publication number: RU2801378C1
Application number: RU2022130056A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Калабухов; Аркадий Васильевич Яковлев; Роман Владимирович Кожемячко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Три-Лоджик"
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-08-08

Abstract

Группа изобретений относится к области передачи данных и контроля внутрискважинных параметров. Бескабельная система контроля внутрискважинных параметров в скважине, стенки которой обсажены колонной металлических труб, включает внутрискважинную компоновку приемопередатчика, спускаемую в скважину, и приемопередатчик, установленный на устье скважины. При этом один вход или выход приемопередатчика подключен к металлической конструкции устья скважины, а второй вход или выход - к заземляющему устройству. Внутрискважинная компоновка приемопередатчика включает контактный элемент, обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль, глубинно-насосное оборудование и насосно-компрессорные трубы, электроизолированные от колонны обсадных металлических труб по меньшей мере при помощи одного центратора. Контактный элемент располагается под глубинным приборным модулем, а глубинный приборный модуль содержит диэлектрическую вставку, измерительные датчики, исполнительные устройства, приемное и передающее устройство и выполнен с возможностью приема или передачи сигнала от или на приемопередатчик, расположенный на устье скважины. Обеспечивается контроль и оптимизация режимов работы нефтегазовых скважин. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее техническое решение относится к области передачи данных и контроля параметров, в частности, к бескабельной системе контроля внутрискважинных параметров. Настоящее решение предназначено для создания двухстороннего бескабельного канала связи и контроля параметров в скважинах, пробуренных через горные породы, обсаженных металлическими трубами (например, таких как скважины для добычи нефти и газа).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционно, для передачи информации между внутрискважинным оборудованием и устьем скважины, используются кабельные системы. Однако, при использовании таких систем возникают риски повреждения кабеля как в процессе монтажа, так и в процессе эксплуатации, что приводит к потере связи и необходимости проведения дорогостоящего ремонта.

Из источника информации RU2528771C2, опубликованного 20.09.2014, известен способ передачи информации из скважины по электрическому каналу связи и устройство для его осуществления. Способ передачи информации из скважины по электрическому каналу связи, включающий возбуждение электрического тока в колонне металлических труб в скважине, разделенных диэлектрической вставкой на верхнюю и нижнюю части, и регистрацию на поверхности изменения напряжения, вызванного пульсацией тока в трубе. При этом полезным сигналом служит изменение напряжения на зажимах приемной цилиндрической катушки, являющегося функцией переменного тока, текущего в трубе возбуждаемого при помощи переменной ЭДС, приложенной к диэлектрической вставке. Недостатком данного способа передачи информации из скважин, обсаженных металлическими трубами, является необходимость установки диэлектрической вставки для электрического разделения колонны обсадных труб, что возможно только на этапе строительства или при капитальном ремонте скважины.

Из источника информации US7114561B2, опубликованного 03.10.2006г., известен способ реализации электромагнитного канала связи в виде системы «труба-земля». Основным элементом данной системы связи является индукционный дроссель, который расположен с внешней стороны колонны (монтируются вокруг обсадной колонны до закрепления цементом). Для защиты от внешних повреждений он заливается эпоксидной смолой. Также предусмотрены средства для электрической изоляции элементов скважины от надземных трубопроводов. Для этой цели используются электрические разделители на поверхностных задвижках. Существенным недостатком такой системы является невозможность проведения ремонта и извлечения прибора после цементирования ствола скважины, а также сложность технологических операций по монтажу приёмопередатчика на обсадную колонну и спуску в скважину.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является контроль и оптимизация режимов работы нефтегазовых скважин. Контроль и оптимизация параметров обеспечиваются за счет внедрения внутрискважинных систем оперативного мониторинга параметров нефтегазовых скважин. Однако широкое распространение таких систем сдерживается за счёт технологических рисков, связанных со спуском в скважину кабеля, предназначенного для передачи данных. Для решения поставленной задачи создана бескабельная система контроля внутрискважинных параметров, в которой для создания канала связи используются элементы конструкции скважин: эксплуатационная колонна, насосно-компрессорные трубы, компоненты подвески глубинно-насосного оборудования. Частные варианты реализации предлагаемого решения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.

Техническим результатом, достигающимся при решении вышеуказанной технической задачи, является осуществление контроля параметров скважин, за счет работы бескабельной системы контроля внутрискважинных параметров. Дополнительным техническим результатом является реализация назначения.

Заявленный результат достигается за счет осуществления бескабельной системы контроля внутрискважинных параметров по первому варианту (при этом стенки скважины обсажены колонной металлических труб), которая включает:

приемопередатчик, установленный на устье скважины, причем один вход или выход подключен к металлической конструкции устья скважины, а второй вход или выход подключен к заземляющему устройству, и выполненный с возможностью приема или передачи сигнала от или на глубинный приборный модуль;

внутрискважинную компоновку приемопередатчика, включающую контактный элемент, обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль, глубинно-насосное оборудование или насосно-компрессорные трубы, электроизолированные от колонны обсадных металлических труб по меньшей мере при помощи одного центратора, выполненного из диэлектрического материала, при этом:

глубинный приборный модуль содержит диэлектрическую вставку, измерительные датчики, исполнительные устройства, приемное и передающее устройство, и выполнен с возможностью приема или передачи сигнала от или на приемопередатчик, расположенный на устье скважины.

Заявленный результат достигается также за счет осуществления бескабельной системы контроля внутрискважинных параметров по второму варианту (при этом стенки скважины обсажены колонной металлических труб) которая включает:

приемопередатчик, установленный на устье скважины, причем одним входом или выходом подключен к металлической конструкции устья скважины, а вторым входом или выходом подключен к заземляющему устройству и выполненный с возможностью приема или передачи сигнала от или на глубинный приборный модуль;

внутрискважинную компоновку приемопередатчика, включающую контактный элемент, обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль, глубинно-насосное оборудование или насосно-компрессорные трубы, электроизолированные от колонны обсадных металлических труб по меньшей мере при помощи одного центратора, выполненного из диэлектрического материала и пакер, при этом:

В частном варианте реализации предлагаемой системы по двум вариантам, заземляющее устройство находится на расстоянии от обсадной колонны, позволяющем детектировать разность потенциалов между заземляющем устройством и обсадной колонной.

В частном варианте реализации предлагаемой системы по двум вариантам, устьевой приемопередатчик выполнен с возможностью передачи сигнала посредством изменения потенциала обсадной колонны относительно заземляющего устройства, при этом изменение потенциала начинает распространяться по всей длине колонны и через время t достигает внутрискважинной компоновки приемопередатчика, причем за счет потерь при прохождении сигнала от верхней точки замыкания (А) к нижней точке замыкания (В), возникает разность потенциалов между точками А и В, которая фиксируется приемником глубинного приборного модуля.

В частном варианте реализации предлагаемой системы по двум вариантам, глубинный приборный модуль выполнен с возможностью передачи сигнала посредством изменения потенциала точки А обсадной колонны относительно точки В, при этом изменение потенциала начинает распространяться по всей длине колонны и через время t достигает устья скважины и возникает разность потенциалов между обсадной колонной и заземляющим устройством, которое фиксируется устьевым приемопередатчиком.

В частном варианте реализации предлагаемой системы по двум вариантам, контактный элемент устанавливается на расстоянии до края колонны обсадных металлических труб более 5 метров.

В частном варианте реализации предлагаемой системы по второму варианту, отличающаяся тем, что пакер является электропроводным и выполнен с возможностью обеспечения электрического контакта с обсадной колонной.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:

Фиг. 1 иллюстрирует схему компоновки бескабельной системы контроля внутрискважинных параметров.

Фиг. 2 иллюстрирует схему компоновки бескабельной системы контроля внутрискважинных параметров с пакером.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять понимание особенностей настоящего изобретения.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.

Стенки скважины обсажены колонной металлических труб (обсадной колонной), которая закреплена цементом (цементное кольцо (5)). Скважина может быть пробурена через горные породы (6) с поверхности земли (устья) до забоя (максимально доступная глубина скважины). Колонна обсадных труб не должна иметь электрических разрывов по всей длине до устья скважины.

По первому варианту (фиг.1), бескабельная система контроля внутрискважинных параметров содержит: приемопередатчик (14), установленный на устье скважины (1), и внутрискважинную компоновку приемопередатчика, включающую: контактный элемент (10), обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль (8), глубинно-насосное оборудование (11) или насосно-компрессорные трубы (4), электроизолированные от колонны обсадных металлических труб (3) по меньшей мере при помощи одного центратора (7), выполненного из диэлектрического материала.

По второму варианту (фиг.2), бескабельная система контроля внутрискважинных параметров содержит: приемопередатчик (14), установленный на устье скважины (1) и внутрискважинную компоновку приемопередатчика, включающую контактный элемент (10), обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль (8), глубинно-насосное оборудование (11) или насосно-компрессорные трубы (4), электроизолированные от колонны обсадных металлических труб (3) по меньшей мере при помощи одного центратора (7), выполненного из диэлектрического материала и пакер (16).

Приемопередатчик (14), установленный на устье скважины (1), одним входом или выходом подключен к металлической конструкции устья скважины (2), а вторым входом или выходом подключен к заземляющему устройству (15), и выполненный с возможностью приема или передачи сигнала от или на глубинный приборный модуль (8). Заземляющее устройство (15) находится на расстоянии от обсадной колонны, позволяющем детектировать разность потенциалов между заземляющем устройством и обсадной колонной.

В скважину спускают внутрискважинную компоновку приемопередатчика, которая включает в себя: контактный элемент (10), обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль (8), глубинно-насосное оборудование (11) или насосно-компрессорные трубы (4), электроизолированные от колонны обсадных металлических труб (3) по меньшей мере при помощи одного центратора (7), выполненного из диэлектрического материала.

Контактный элемент (10) устанавливается под глубинным приборным модулем таким образом, что до края обсадной колонны (3) должно быть расстояние более 5 метров. В случае если контактный элемент (10) необходимо установить на расстояние меньше чем 5 метров от края обсадной колонны (3), то под нижним контактным элементом (10) устанавливается насосно-компрессорная труба (4) 5-ти и более метров.

Глубинный приборный модуль (8) включает в себя диэлектрическую вставку (9), измерительные приборы и датчики (например, но не ограничиваясь, расходомер, влагомер, датчик давления, датчик температуры и т.д.), приемное и передающее устройство, автономную энергосистему, при необходимости исполнительные устройства (например, но не ограничиваясь, клапана, пробоотборники и т.д.). Глубинный приборный модуль (8) с использованием диэлектрической вставки (9), делит обсадную колонну (3) на условно «нижнюю» и «верхнюю» части. Корпус глубинного приборного модуля (8) не должен иметь электрического контакта с обсадной колонной (3).

Внутрискважинная компоновка приемопередатчика между точкой А (12) и точкой B (13) представляет собой глубинный приборный модуль, насосно-компрессорные трубы (4), либо другие элементы глубинно-насосного оборудования (11), которые электроизолированы от обсадной колонны (3) на длину от 10 до 100 м. Точка замыкания насосно-компрессорных труб с обсадной колонной A (12) – образуется в любом месте до устья скважины (1) расположенном выше электроизолированной части. Электроизоляция от обсадной колонны (3) осуществляется центраторами (7) из диэлектрического материала. Количество центраторов (7) и их габаритные размеры определяются исходя из конструкции и кривизны скважины.

Внутрискважинная компоновка приёмопередатчика может устанавливаться в скважине как совместно с глубинно-насосным оборудованием, так и без глубинно-насосного оборудования, а также может использоваться в процессе проведения технологических операций в скважине с целью мониторинга параметров и управления технологическим процессом.

Внутрискважинная компоновка приёмопередатчика может использоваться без колонны насосно-компрессорных труб (фиг. 2). В этом случае компоновка устанавливается в скважине с использованием пакера, остальная часть колонны насосно-компрессорных труб извлекается, в настоящем варианте пакер является электропроводным и обеспечивает электрический контакт с колонной в точке (А).

Передача сигнала. Передача сигнала глубинным приборным модулем (8) осуществляется путём изменения потенциала «верхней» части (точка А (12)) обсадной колонны (3) относительно «нижней» (точка B (13)), при этом изменение потенциала начинает распространяться по всей длине колонны и через время t достигает устья скважины (1). Приемник (14) на устье скважины (1) принимает изменение потенциала колонны по отношению к заземляющему устройству (15).

Прием сигнала. При передаче команды с устья скважины (1) на глубинный приборный модуль (8), устьевой передатчик (14) изменяет потенциал обсадной колонны (3) относительно заземляющего устройства (15), при этом изменение потенциала начинает распространяться по всей длине колонны и через время t достигает компоновки внутрискважинного приемопередатчика, причем за счет потерь при прохождении сигнала от точки А (12) к точке B (13), возникает разность потенциалов между точками А (12) и B (13), которая фиксируется приемником глубинного приборного модуля (8).

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Claims

1. Бескабельная система контроля внутрискважинных параметров, при этом стенки скважины обсажены колонной металлических труб, включающая:

внутрискважинную компоновку приемопередатчика, спускаемую в скважину и включающую контактный элемент, обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль, причем контактный элемент располагается под глубинным приборным модулем, глубинно-насосное оборудование и насосно-компрессорные трубы, электроизолированные от колонны обсадных металлических труб по меньшей мере при помощи одного центратора, выполненного из диэлектрического материала, при этом:

глубинный приборный модуль содержит диэлектрическую вставку, измерительные датчики, исполнительные устройства, приемное и передающее устройство и выполнен с возможностью приема или передачи сигнала от или на приемопередатчик, расположенный на устье скважины.

2. Бескабельная система контроля внутрискважинных параметров, при этом стенки скважины обсажены колонной металлических труб, включающая:

приемопередатчик, установленный на устье скважины, причем одним входом или выходом подключен к металлической конструкции устья скважины, а вторым входом или выходом подключен к заземляющему устройству, и выполненный с возможностью приема или передачи сигнала от или на глубинный приборный модуль;

внутрискважинную компоновку приемопередатчика, спускаемую в скважину и включающую контактный элемент, обеспечивающий электрический контакт с обсадной колонной, глубинный приборный модуль, причем контактный элемент располагается под глубинным приборным модулем, глубинно-насосное оборудование и насосно-компрессорные трубы, электроизолированные от колонны обсадных металлических труб по меньшей мере при помощи одного центратора, выполненного из диэлектрического материала, и пакер, располагающийся вверху внутрискважинной компоновки приемопередатчика и обеспечивающий возможность крепления внутрискважинной компоновки приемопередатчика к обсадной колонне, при этом:

3. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что заземляющее устройство находится на расстоянии от обсадной колонны, позволяющем детектировать разность потенциалов между заземляющим устройством и обсадной колонной.

4. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что устьевой приемопередатчик выполнен с возможностью передачи сигнала посредством изменения потенциала обсадной колонны относительно заземляющего устройства, при этом изменение потенциала начинает распространяться по всей длине колонны и через время t достигает внутрискважинной компоновки приемопередатчика, причем за счет потерь при прохождении сигнала от верхней точки замыкания (А) к нижней точке замыкания (В) возникает разность потенциалов между точками А и B, которая фиксируется приемником глубинного приборного модуля.

5. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что глубинный приборный модуль выполнен с возможностью передачи сигнала посредством изменения потенциала верхней точки замыкания А обсадной колонны относительно нижней точки замыкания В, при этом изменение потенциала начинает распространяться по всей длине колонны и через время t достигает устья скважины и возникает разность потенциалов между обсадной колонной и заземляющим устройством, которая фиксируется устьевым приемопередатчиком.

6. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что контактный элемент устанавливается на расстоянии до края колонны обсадных металлических труб более 5 метров.

7. Система по п.2, отличающаяся тем, что пакер является электропроводным и выполнен с возможностью обеспечения электрического контакта с обсадной колонной.