WO2013170654A1 - 一种油井井下无缆测试系统 - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an oilfield downhole monitoring technology, in particular to an oil well downhole direct reading monitoring technology, and in particular to an oil well underground cableless testing system. Background technique
- the downhole direct reading monitoring technique of the prior art is generally carried out as follows: During the downhole operation, the downhole test instrument is lowered into the pump, and the logging cable is bundled into the well together with the oil pipe.
- the above-mentioned downhole direct reading monitoring technology has the following defects: Since the logging cable after the test is completed cannot be reused, the production cost of the entire downhole direct reading system is high; since the direct reading monitoring technology needs to rely on the logging cable, the operation is performed. In the process, the logging cable is prone to jamming and the like, which causes a large workload and a reduced safety for the entire direct reading monitoring process. Summary of the invention
- the embodiment of the invention provides a cable-free test system for underground oil wells, and realizes a cable-free direct reading test of the pumping unit downhole production data by setting a sensor group, a downhole test end circuit and an electromagnetic wave launching device on the downhole tester.
- the problems existing in the prior art are high in cost and difficult in construction.
- the wireless test device includes: a downhole tester for real-time monitoring of production data in the underground; a sensor group disposed on the downhole tester for collecting production data of the downhole tester;
- a downhole test end circuit connected to the sensor group for amplifying and converting the production data collected by the sensor group
- An electromagnetic wave transmitting device connected to the downhole test end line for transmitting the processed production data to the ground processing system
- the sensor set, the downhole test end circuit, and the non-magnetic carrier of the electromagnetic wave launching device are disposed inside;
- An oil pump connected to the upper end of the non-magnetic carrier and a tubing string;
- the self-generating device comprises: a non-magnetic oil pipe connected to an upper end of the non-magnetic carrier, and the coil group is equally wound around the outside of the non-magnetic oil pipe;
- an electric energy conversion device connected to the downhole test end circuit, the sensor group and the electromagnetic wave transmitting device, for supplying power to the downhole test end circuit, the sensor group and the electromagnetic wave transmitting device;
- a magnetic sucker rod connected to the pumping unit is provided with a sucker rod.
- the invention has the beneficial effects that the electromagnetic wave is used to transmit the production data collected by the downhole tester to the ground processing system in the form of a carrier wave by setting a sensor group, a downhole test end circuit and an electromagnetic wave emitting device on the downhole tester, thereby realizing the realization.
- the cable-free direct reading test of the pumping unit downhole production data solves the problems of high cost and difficult construction in the prior art.
- 1 is a schematic structural diagram of a cable-free underground cable test system according to an embodiment of the present invention
- 2 is a schematic structural diagram of a magnetic sucker rod in an oil well underground cableless test system according to an embodiment of the present invention
- FIG. 3 is a schematic diagram of a downhole test end circuit in an oil well underground cableless test system according to an embodiment of the present invention
- FIG. 4 is a schematic structural diagram of an electromagnetic wave emitting device in an oil well underground cableless test system according to an embodiment of the present invention
- FIG. 5 is a schematic structural diagram of a ground processing system in an oil well underground cableless test system according to an embodiment of the present invention. detailed description
- FIG. 1 is a schematic structural diagram of a downhole cableless test system for an oil well according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 , an embodiment of the present invention provides a cable test system for a downhole well including a wireless test device and a self-generating device.
- the wireless test device comprises: a downhole tester 2 for real-time monitoring of production data in the underground.
- a sensor group 11 disposed on the downhole tester 2 is used to collect production data of the downhole tester 2.
- production data generally includes data such as temperature, pressure, and flow rate downhole.
- the downhole test end circuit 3 connected to the sensor group 11 is used for amplifying and converting the production data collected by the sensor group 11.
- Figure 3 is a schematic diagram of the downhole test terminal circuit. It can be seen from Fig. 3 that the downhole test terminal circuit is a direct read data acquisition circuit with a Pic microcontroller as the core. The Pic microcontroller performs A/D conversion on the sensor signals input from RA0-RA3 (signal to be acquired, expandable). The converted result is output from the TX (RB0 pin) of the pic microcontroller, TX connection A signal is sent to the drive module (MOS switch), and the signal is coupled to the 12v external cable and connected to the electromagnetic wave downhole receiving device to form a communication.
- MOS switch drive module
- the C3, R9, R10, R12, C4 and the comparator can also form a signal receiving circuit.
- the receiving circuit can take out the signal on the electromagnetic short-distance cable and input it from the RX (RB1 bow 1 pin) to the Pic microcontroller.
- An electromagnetic wave transmitting device 17 connected to the downhole test terminal line 3 is for transmitting the processed production data to the ground processing system 12. According to the theory of electromagnetic wave wireless transmission, the electromagnetic wave transmitting device 17 transmits the production data to the ground processing system at a specific frequency.
- 4 is a schematic structural view of an electromagnetic wave emitting device. As can be seen from FIG.
- the electromagnetic wave transmitting device 17 includes a transmitting interface 171, a digital-to-analog converter 172, a power amplifier 173, an encoder 174, and a downhole signal transmitting antenna 175, wherein the transmitting The interface transmits the signal collected by the downhole tester 2 to the electromagnetic wave transmitting device, and is processed by the digital-to-analog converter and the power amplifier, and then encoded by the encoder, at a specific frequency (in the specific embodiment, it may be 5 Hz to 35 Hz) And transmitted to the surface treatment system 12 by the downhole signal transmitting antenna.
- a specific frequency in the specific embodiment, it may be 5 Hz to 35 Hz
- the ground processing system 12 includes a ground signal receiving antenna 121, a ground signal digital-to-analog converter 122, a ground power amplifier 123, a filter 124, and a decoder 125.
- the ground signal receiving antenna After receiving the downhole signal, the ground signal receiving antenna performs amplification, digital-to-analog conversion, filtering and decoding on the signal by the ground signal amplifier, the ground signal digital-to-analog converter and the filter, and then sends the signal to the data processor. Process to obtain the required downhole test data.
- the wireless testing device further includes a non-magnetic carrier 4 internally provided with the sensor group 11, the downhole test terminal circuit 3 and the electromagnetic wave transmitting device 17;
- An oil pump 5 and a tubing string 8 connected to the upper end of the non-magnetic cylinder 4 are connected.
- the self-generating device includes: a non-magnetic oil pipe 15 connected to an upper end of the non-magnetic carrier 4, and the coil group 6 is wound around the outside of the non-magnetic oil pipe 15 at equal intervals.
- the coil assembly 6 can be a multi-turn copper coil.
- An electric energy conversion device 16 connected to the downhole test end circuit 3, the sensor group 11, and the electromagnetic wave transmitting device 17 is used to supply power to the downhole test end circuit 3, the sensor group 11, and the electromagnetic wave transmitting device 17.
- the electric energy conversion device has both the brush reversing function and the electric storage function ⁇
- a magnetic sucker rod 7 connected to the pumping unit 10 is provided with a sucker rod 14.
- the oil well downhole cableless test system includes, in addition to the above components, a perforated pipe section 1 disposed on the casing 9.
- FIG. 2 is a schematic structural diagram of a magnetic sucker rod in a cable-free test system for an oil well underground according to an embodiment of the present invention.
- the magnetic sucker rod 7 is provided with connecting threads 19 at both ends thereof.
- a centralizer 18 is disposed on the connecting thread 19, and the magnetic sucker rod 7 is provided with a permanent magnet 20.
- the magnetic sucker rod 7 may be a magnetic wax-proof device for oil wells, and a permanent magnet 20 is disposed on the device, and the permanent magnet 20 is made of neodymium iron boron or rare earth cobalt.
- the surface magnetic field strength is above 5000 GS.
- the magnetic sucker rod centralizer 18 is mounted on the connecting thread 19 of the magnetic sucker rod 7 to prevent the rod and the tube from being eccentric.
- the device simultaneously cuts the magnetic field line (power generation) under the well. And oil well anti-wax and adsorption of iron filings.
- the magnetic sucker rod centralizer 18 mounted on the magnetic sucker rod 7 is lowered into a predetermined position to ensure a certain relative stroke with the multi-copper copper coil 6 on the non-magnetic oil pipe 15, magnetic
- the sucker rod 14 is mounted on the sucker rod 7, and during the movement of the pumping unit 10 to move up and down, the magnetic sucker rod 7 is driven to move, thereby causing a change in the magnetic field strength in the multi-copper coil 6 (Fig. 1) For the wellhead.
- the generated electric energy is transmitted to the sensor group 11 and the electromagnetic wave transmitting device 17 by the electric energy conversion device 16.
- the downhole test end circuit 3 amplifies and converts the signal collected by the sensor group 11, and uses the electromagnetic wave wireless transmission theory to pass the electromagnetic wave transmitting device 17 at a specific transmitting frequency, via the non-magnetic carrier 4, the perforating pipe segment 1, the stratum and The antenna 13 is then transmitted to the surface treatment system 12 to effect cableless transmission and direct reading monitoring of the downhole test results.
- the invention can realize the cableless, accurate and on-line transmission of the underground production data, the test system can be reused, and the production operation cost is effectively reduced, and the average pump depth is 1000m, underground.
- the test cable costs 28 yuan / m to calculate, each well can save direct costs of nearly 30,000 yuan, while reducing operating time and reducing the worker's work intensity.
- the beneficial result of the present invention is: by setting a sensor group, a downhole test end circuit and an electromagnetic wave launching device on a downhole tester, the cableless direct reading test of the pumping unit downhole production data is realized, and the existing solution is solved.
- the cost of technology is high and the construction is difficult.
- the matching sucker rod is the magnetic sucker rod, using the characteristics of the pumping well up and down reciprocating motion and the principle of electromagnetic induction, designed a kind
- a self-generating device that provides electrical energy to downhole testers and electromagnetic wave launchers provides power input to the oil well downhole cableless test system.
- the electromagnetic wave transmits the production data collected by the downhole tester to the ground treatment system through the ground layer in the form of carrier waves, realizing the downhole production of the pumping unit.
- the cableless direct reading test of the data solves the problems of high cost and difficulty in construction in the prior art.
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Abstract
一种油井井下无缆测试系统，包括无线测试装置以及自发电装置，所述的无线测试装置包括：井下测试仪（2），设置在井下测试仪（2）上的传感器组（11），与传感器组（11）相连接的井下测试端电路（3），与井下测试端电路（3）相连接的电磁波发射装置（17）；所述自发电装置包括：连接在无磁托筒（4）上端的无磁油管（15），线圈组（6）等间距缠绕在无磁油管（15）的外部，与所述井下测试端电路（3）、传感器组（11）以及电磁波发射装置（17）相连接的电能转换装置（16），与抽油机（10）相连接的磁性抽油杆（7），其上设置有抽油杆（14）。通过在井下测试仪（2）上设置传感器组（11）、井下测试端电路（3）及电磁波发射装置（17），实现了抽油机（10）井下生产数据的无缆直读测试，解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题。
Description
一种油井井下无缆测试系统 技术领域
本发明关于油田井下监测技术， 特别是关于油井井下直读监测技术， 具 体的讲是一种油井井下无缆测试系统。 背景技术
随着油田工艺技术的不断发展， 原油的开采工艺日趋增多。 在油田开发 生产过程中， 特别是一些重点井的生产过程中， 需要通过井下测试仪器对井 下的温度、 压力、 流量等生产数据进行实时采集， 对井下进行实时监测， 以便对油藏进行动态评价。
现有技术中的井下直读监测技术一般通过如下方式进行： 在井下作业过 程中， 将井下的测试仪器下入至泵下， 并将测井电缆以捆绑的方式随油管一 同下入井中。 上述的井下直读监测技术存在以下缺陷： 由于测试完成后的测 井电缆不能重复利用， 因此造成整个井下直读系统的生产成本高； 由于直读 监测技术中需要依靠测井电缆， 而在作业过程中测井电缆容易发生卡断等现 象， 给整个直读监测过程造成了作业工作量大、 安全性降低的缺陷。 发明内容
本发明实施例提供了一种油井井下无缆测试系统， 通过在井下测试仪上 设置传感器组、 井下测试端电路及电磁波发射装置， 实现了抽油机井下生产 数据的无缆直读测试， 解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问 题。
本发明的目的是， 提供一种油井井下无缆测试系统， 包括无线测试装置 以及自发电装置，
其中， 所述的无线测试装置包括： 井下测试仪， 用于对井下的生产数据 进行实时监测；
设置在所述的井下测试仪上的传感器组， 用于采集所述的井下测试仪的 生产数据；
与所述的传感器组相连接的井下测试端电路， 用于将所述的传感器组采 集的生产数据进行放大、 转换处理；
与所述的井下测试端线路相连接的电磁波发射装置， 用于将处理后的生 产数据传输地面处理系统；
内部设置有所述的传感器组、 井下测试端电路以及电磁波发射装置的无 磁托筒；
连接在所述的无磁托筒上端的抽油泵以及油管管柱；
所述的自发电装置包括： 连接在所述的无磁托筒上端的无磁油管， 线圈 组等间距缠绕在无磁油管的外部；
与所述的井下测试端电路、 传感器组以及电磁波发射装置相连接的电能 转换装置， 用于向所述的井下测试端电路、 传感器组以及电磁波发射装置供 电；
与抽油机相连接的磁性抽油杆， 其上设置有抽油杆。
本发明的有益效果在于， 通过在井下测试仪上设置传感器组、 井下测试 端电路及电磁波发射装置， 电磁波将井下测试仪采集的生产数据以载波的形 式经过地层发射到地面处理系统， 进而实现了抽油机井下生产数据的无缆直 读测试， 解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题。 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统的结构示意图；
图 2为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统中磁性抽油杆的 结构简图；
图 3为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统中井下测试端电 路的原理图；
图 4为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统中电磁波发射装 置的结构示意图；
图 5为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统中地面处理系统 的结构示意图。 具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而 不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
图 1为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统的结构示意图， 由图 1可知， 本发明实施例提供一种油井井下无缆测试系统包括无线测试装 置以及自发电装置，
其中， 所述的无线测试装置包括： 井下测试仪 2， 用于对井下的生产数 据进行实时监测。 在油井井下作业的实际应用中， 设置在所述的井下测试仪 2上的传感器组 11， 用于采集所述的井下测试仪 2的生产数据。 在油井井下 作业的实际应用中， 生产数据一般包括井下的温度、 压力、 流量等数据。
与所述的传感器组 11相连接的井下测试端电路 3， 用于将所述的传感 器组 11采集的生产数据进行放大、 转换处理。 图 3为井下测试端电路的原 理图， 由图 3可知， 井下测试端电路是以 Pic单片机为核心的直读式数据采 集电路。 Pic单片机对从 RA0— RA3(待采集信号,可扩展)输入的传感器信号 进行 A/D转换。 转换后的结果从 pic单片机的 TX (RB0引脚） 输出， TX连
接到信号发送到驱动模块 （MOS开关） ， 信号被耦合到 12v的外接电缆 上， 并与电磁波井下接收装置连接形成通信。 C3、 R9、 R10、 R12、 C4以 及比较器还可构成信号接收电路， 接收可电路把电磁波短距离电缆上的信号 取出， 从 RX (RB1弓 1脚） 输入到 Pic单片机。
与所述的井下测试端线路 3相连接的电磁波发射装置 17， 用于将处理 后的生产数据传输地面处理系统 12。 根据电磁波无线传输理论， 电磁波发 射装置 17在特定发频率下， 将生产数据传输到地面处理系统。 图 4为电磁 波发射装置的结构示意图， 由图 4可知， 电磁波发射装置 17包括发射接口 171、 数模转换器 172、 功率放大器 173、 编码器 174、 井下信号发射天线 175， 其中， 所述的发射接口将井下测试仪 2采集的信号传送到电磁波发射 装置中， 经数模转换器、 功率放大器处理后， 由编码器进行编码， 在某一特 定频率下 （具体实施方式中可为 5Hz〜35Hz之间） 由井下信号发射天线传送 到地面处理系统 12。
图 5为地面处理系统的结构示意图， 由图 5可知， 所述的地面处理系统 12包括地面信号接收天线 121、 地面信号数模转换器 122、 地面功率放大器 123、 滤波器 124、 解码器 125、 转换开关 126以及数据处理器 127。 地面信 号接收天线接收到井下信号后， 由地面信号放大器、 地面信号数模转换器及 滤波器对该信号进行放大、 数模转换、 滤波及解码的操作， 其后将信号发送 至由数据处理器进行处理， 得到所需的井下测试数据。
所述的无线测试装置还包括内部设置有所述的传感器组 11、 井下测试 端电路 3以及电磁波发射装置 17的无磁托筒 4;
连接在所述的无磁托筒 4上端的抽油泵 5以及油管管柱 8。
所述的自发电装置包括： 连接在所述的无磁托筒 4上端的无磁油管 15， 线圈组 6等间距缠绕在无磁油管 15的外部。 在具体的实施方式中， 线 圈组 6可为多匝铜线圈。
与所述的井下测试端电路 3、 传感器组 11以及电磁波发射装置 17相连 接的电能转换装置 16， 用于向所述的井下测试端电路 3、 传感器组 11以及 电磁波发射装置 17供电。 电能转换装置同时具有电刷换向功能和蓄电功 會^
与抽油机 10相连接的磁性抽油杆 7， 其上设置有抽油杆 14。
由图 1可知， 油井井下无缆测试系统除了上述部件之外， 还包括设置在 套管 9上的射孔管段 1。
图 2为本发明实施例提供的一种油井井下无缆测试系统中磁性抽油杆的 结构简图， 由图 2可知， 所述的磁性抽油杆 7的两端设置有连接螺紋 19， 所述的连接螺紋 19上设置有扶正器 18， 所述的磁性抽油杆 7上设置有永磁 体 20。 如图 2所示， 在具体的实施方式中， 所述的磁性抽油杆 7可以为油 井用磁防蜡装置， 在该装置上设置永磁体 20， 永磁体 20材料为钕铁硼或稀 土钴， 其表面磁场强度为 5000GS以上， 在磁性抽油杆 7的两端连接螺紋 19 上安装磁性抽油杆扶正器 18， 防止杆、 管偏磨， 该装置在井下同时起到切 割磁力线 （发电） 和油井防蜡及吸附铁屑的作用。
如图 1所示， 将磁性抽油杆 7上安装的磁性抽油杆扶正器 18下入到一 预定位置， 即保证与无磁油管 15上的多匝铜线圈 6有一定的相对行程， 磁 性抽油杆 7上安装抽油杆 14， 在抽油机 10进行上下往复的运动过程中， 带 动磁性抽油杆 7运动， 从而引起多匝铜线圈 6内的磁场强度发生变化， 图 1 中 11为井口。 在电能转换装置 16的作用下， 将产生的电能传送给传感器组 11和电磁波发射装置 17。 井下测试端电路 3将传感器组 11采集的信号经过 放大、 转换处理后， 利用电磁波无线传输理论， 通过电磁波发射装置 17在 特定发射频率下， 经由无磁托筒 4、 射孔管段 1、 地层和天线 13后传送到地 面处理系统 12中， 进而实现井下测试结果的无缆传输及直读监测。
本发明可以实现井下生产数据的无缆、 准确、 在线传输， 测试系统可以 重复利用， 有效的降低了生产作业成本， 按平均下泵深度为 1000m, 井下
测试电缆 28元 /m的成本进行计算， 每口井可节约直接成本近 30000多元， 同时减少了作业时间、 降低了工人的作业强度。
综上所述， 本发明的有益成果是： 通过在井下测试仪上设置传感器组、 井下测试端电路及电磁波发射装置， 实现了抽油机井下生产数据的无缆直读 测试， 解决了现有技术中存在的成本高以及施工难度大的问题。
本发明的优点是：
1.创造性地在抽油泵上的无磁油管上等间距的缠绕线圈组， 配套的抽油 杆为磁性抽油杆， 利用抽油机井上下往复运动的特点和电磁感应原理， 设计 了一种可以为井下测试仪和电磁波发射装置提供电能的自发电装置， 为油井 井下无缆测试系统提供了电能输入。
2.创造性地在井下测试仪上设置传感器组、 井下测试端电路及电磁波发 射装置， 电磁波将井下测试仪采集的生产数据以载波的形式经过地层发射到 地面处理系统， 实现了抽油机井下生产数据的无缆直读测试， 解决了现有技 术中存在的成本高以及施工难度大的问题。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以 上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想； 同时， 对于 本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上 均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims
1. 一种油井井下无缆测试系统， 其特征是， 所述的系统包括无线测试 装置以及自发电装置，
其中， 所述的无线测试装置包括：
井下测试仪 （2) ， 用于对井下的生产数据进行实时监测；
设置在所述的井下测试仪 （2) 上的传感器组 （11) ， 用于采集所述的 井下测试仪 （2) 的生产数据；
与所述的传感器组 （11) 相连接的井下测试端电路 （3) ， 用于将所述 的传感器组 （11) 采集的生产数据进行放大、 转换处理；
与所述的井下测试端线路 （3) 相连接的电磁波发射装置 （17) ， 用于 将处理后的生产数据传输地面处理系统 （12) ；
内部设置有所述的传感器组 （11) 、 井下测试端电路 （3) 以及电磁波 发射装置 （17) 的无磁托筒 （4) ；
连接在所述的无磁托筒 （4) 上端的抽油泵 （5) 以及油管管柱 （8) ； 所述的自发电装置包括： 连接在所述的无磁托筒 （4) 上端的无磁油管
(15) ， 线圈组 （6) 等间距缠绕在无磁油管 （15) 的外部；
与所述的井下测试端电路 （3) 、 传感器组 （11) 以及电磁波发射装置 (17) 相连接的电能转换装置 （16) ， 用于向所述的井下测试端电路
(3) 、 传感器组 （11) 以及电磁波发射装置 （17) 供电；
与抽油机 （10) 相连接的磁性抽油杆 （7) ， 其上设置有抽油杆
(14) 。
2. 根据权利要求 1所述的系统， 其特征是， 所述的无线测试装置还包 括设置在套管 （9) 上的射孔管段 （1) 。
3. 根据权利要求 1所述的系统， 其特征是， 所述的磁性抽油杆 （7) 的 两端设置有连接螺紋 （19) 。
4. 根据权利要求 3所述的系统， 其特征是， 所述的连接螺紋 （19) 上
设置有扶正器 （18) 。
5. 根据权利要求 4所述的系统， 其特征是， 所述的磁性抽油杆 （7 ) 上 设置有永磁体 （20) 。
6. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的电磁波发射装置 ( 17 ) 包括发射接口、 数模转换器、 功率放大器、 编码器、 井下信号发射天
7. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的地面处理系统 ( 12) 包括地面信号接收天线、 地面信号数模转换器、 地面功率放大器、 滤 波器、 解码器、 转换开关以及数据处理器。
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