Способ передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины и устройство для его осуществления

Авторы патента:

E21B47/12 - средства передачи сигналов измерения из скважины на поверхность, например каротаж в процессе бурения (дистанционная сигнализация вообще G08)

Владельцы патента RU 2494250:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") (RU)

Предложенная группа изобретений относится к области передачи забойной информации из скважины на поверхность по электромагнитному каналу связи и может быть использована для каротажа в процессе эксплуатации скважины. Техническим результатом является повышение надежности передачи информации с забоя по электромагнитному каналу связи и расширение области применения. Предложенный способ заключается в возбуждении электрического тока в металлической колонне в скважине при помощи наземного генератора, подключенного одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины. При этом осуществляют коммутацию диэлектрической вставки, разделяющей металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части. Причем в качестве приемного электрода используют другую колонну металлических труб, спущенных в эту скважину. Таким образом, образуют электрическую цепь из металлической колонны в скважине и приемного электрода, по которой передают стабилизированный по величине постоянный ток от наземного генератора. При этом получение информации с забоя скважины осуществляют в зависимости от модуляции величины напряжения, вызванного коммутацией диэлектрической вставки. В качестве наземного генератора используют источник стабилизированного постоянного тока, а в качестве приемного электрода может быть использована металлическая колонна насосно-компрессорных труб. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предположенная группа изобретений относится к области передачи забойной информации из скважины на поверхность по электромагнитному каналу связи и может быть использована для каротажа в процессе эксплуатации.

Известен способ создания электромагнитного канала связи, заключающийся в возбуждении электрического тока в колонне металлических труб, разделенной диэлектрической вставкой, и регистрации на поверхности наводимой разности потенциалов между колонной бурильных труб и удаленной точкой от устья скважины. При этом наводимый потенциал модулирован соответствующим образом кодированным сигналом (информацией), а необходимая для возбуждения тока энергия генерируется на забое при помощи забойного генератора, отбирающего часть мощности потока промывочной жидкости, создаваемого буровым насосом (А.А. Молчанов, Г.С. Абрамов. Бескабельные системы для исследований нефтегазовых скважин (теория и практика) / Под общей редакцией А.А. Молчанова - Москва: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003).

Недостатками способа являются неустойчивость величины сигнала, связанная с изменяющимися условиями прохождения токов в грунтах и ограниченной мощностью забойного генератора, а также невозможность использования без забойного (скважинного) источника энергии, что ограничивает область применения системы.

Известен способ передачи забойной информации по электромагнитному каналу связи путем формирования информации в виде электрических сигналов и передачи их к устью скважины по колонне бурильных труб с помощью электрического разделителя, при этом перед передачей информации на колонну бурильных труб выше электрического разделителя подают постоянное напряжение (пат. РФ №2426878, приор. 02.02.2010, публ. 20.08.2011). В скважине, содержащей колонну бурильных труб с электрическим разделителем, располагают скважинный передатчик, соединенный с верхним и нижним электродами разделителя. На устье скважины размещают источник постоянного напряжения, соединенный с колонной бурильных труб, а другим концом через приемное устройство - с приемным электродом. Постоянное напряжение поляризует поверхность металла колонны бурильных труб, создавая на поверхности металла двойной электрический слой, который уменьшает поверхностную проводимость металла, препятствующий замыканию части тока передачи на колонну бурильных труб, увеличивая тем самым мощность принимаемого сигнала.

Недостаток известного решения заключается в применении забойного передатчика, возможность которого ограничивается мощностью автономного источника питания, что, как указывалось выше, ограничивает область применения устройства.

Известен способ приема/передачи геофизической информации во время бурения по беспроводному электромагнитному каналу связи с забоя на дневную поверхность (Пат. РФ №2273732, приор. 21.05.2004, публ. 10.04.2006).

В известном способе модулируют напряжение генерирующего сигнала на дневной поверхности путем подключения полюсов наземного генератора соответственно к колонне бурильных труб и удаленной точке от устья скважины (приемный электрод) и на забое электрическим диполем осуществляют прием сигнала наземного генератора. Выделяют тактовую частоту наземного генератора и синхронно с ней коммутируют закодированным сообщением электрический диполь на забое. На устье скважины измеряют ток генерации путем выделения пульсаций с помощью синхронного детектирования. По измеренной на устье величине пульсаций, вызванных коммутацией электрического диполя на забое, судят о геофизических параметрах разбуриваемого пласта на дневной поверхности. Частоту наземного генератора на дневной поверхности изменяют для наилучшего условия приема сигнала на забое.

Недостаток данного способа заключается в том, что он предполагает наличие в электрическом диполе приемника сигнала от наземного генератора, определяющего частоту, с которой электрический диполь должен коммутироваться, что усложняет конструкцию электрического диполя.

Отдаленность от устья скважины заземляющего электрода ослабляет сигнал, который проходит сквозь породу с различными геологическими свойствами, при этом сигнал может пропадать (в соляных пропластках) и искажаться при прохождении слабо проводящих пластов и надежность связи падает.

Задачей группы изобретений является повышение надежности передачи информации с забоя по электромагнитному каналу связи и расширение области его применения.

Указанная задача решается тем, что в способе передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины, включающем возбуждение электрического тока в металлической колонне в скважине при помощи наземного генератора, подключенного одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины, коммутацию диэлектрической вставки, разделяющей металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части, и получение информации с забоя скважины в зависимости от пульсаций, вызванных коммутацией диэлектрической вставки, в качестве приемного электрода используют другую колонну металлических труб, спущенных в эту скважину, и создают электрическую цепь из металлической колонны в скважине и приемного электрода, по которой передают стабилизированный по величине постоянный ток от наземного генератора, при этом получение информации с забоя скважины осуществляют в зависимости от модуляции величины напряжения, необходимого для стабилизации постоянного тока наземного генератора (источника стабилизированного тока) при изменении эффективного значения сопротивления металлической колонны, вызванного коммутацией диэлектрической вставки. В качестве приемного электрода используют, например, металлическую насосно-компрессорную трубу (НКТ), в которой концентрично установлена металлическая колонна с диэлектрической вставкой.

Заявляется устройство для реализации способа, содержащее наземный генератор, подключенный одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины, диэлектрическую вставку, разделяющую металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части, ключ для размыкания и замыкания контактов верхней и нижней частей металлической колонны, в котором в качестве наземного генератора использован источник стабилизированного постоянного тока, а между указанными контактами установлен блок регистрации изменения напряжения этого тока, кроме того, в качестве приемного электрода использована другая колонна металлических труб, спущенных в эту скважину, например, НКТ, в которой концентрично установлена металлическая колонна, например, колонна полых металлических штанг с диэлектрической вставкой. Верхняя часть металлической колонны и НКТ изолированы друг от друга.

На фигуре представлено устройство для реализации способа.

Суть способа. При эксплуатации скважины внутрь металлической НКТ спускают колонну полых металлических штанг, на которой в приза-бойной зоне устанавливают глубинный насос для откачки флюида. В процессе эксплуатации необходимо получать информацию о состоянии приза-бойной зоны, например, с помощью электромагнитного канала связи. Для этого, на поверхности с помощью источника стабилизированного тока, подключенного одним контактом (зажимом) к наземной части металлической колонны, которой может быть колонна полых металлических штанг, а другим контактом (зажимом) - к приемному электроду на устье, в качестве которого используют другую металлическую трубу, например НКТ, в скважину подают постоянный ток, стабилизированный по величине, который, проходя по металлической колонне (колонне полых металлических штанг), разделенной диэлектрической вставкой, генерирует электромагнитное поле, создающее разность потенциалов между металлической колонной и изолированной ее частью.

Для передачи сообщения с забоя по электромагнитному каналу замыкают или размыкают (коммутируют) ключом нижнюю и верхнюю части металлической колонны, изменяя эффективное значение проводимости между приемным электродом (другой металлической колонной) источника стабилизированного тока и металлической колонной с диэлектрической вставкой. При замыкании ключа указанная эффективная проводимость возрастает, а напряжение на зажимах источника стабилизированного тока падает и регистрируется блоком регистрации, например, дифференциальным вольтметром. По изменению измеренного напряжения судят о параметрах разбуриваемого пласта. Длительность и последовательность замыканий ключа определяется модулем шифрования скважинного блока измерений (на фиг. не показано, ввиду общеизвестности). Таким образом, полезным сигналом служит изменение напряжения на зажимах источника тока, который поддерживает постоянный по величине (стабилизированный) ток, величина которого определяется условиями передачи - электропроводностью пласта. Металлическая колонна штанг и металлическая колонна НКТ в верхней части электрически разделены.

Реализация способа может быть осуществлена представленным устройством.

Устройство содержит источник стабилизированного тока 1, подключенный одним контактом 2 к наземной части колонны металлических полых штанг (металлической колонны) 3, а другим контактом - к приемному электроду 4 металлической НКТ 5 (другая металлическая колонна), в которой концентрично установлена колонна металлических полых штанг 3. Между указанными контактами установлен блок регистрации изменения напряжения, например, дифференциальный вольтметр 6. Металлическая колонна 3 в скважине разделена диэлектрической вставкой 7 на верхнюю часть и нижнюю часть, которые замыкаются/размыкаются ключом 8. В призабойной зоне к металлической колонне 3 присоединен глубинный насос 9 для откачки флюида. На устье скважины металлическая колонна 3 и НКТ 5 разделены сальником 10 из диэлектрического материала. Поз. 11 - скребок-центратор из диэлектрика. Пунктирной линии показана создаваемая электрическая цепь.

Наземный генератор 1 вырабатывает постоянный стабилизированный по величине ток, который, проходя по металлической колонне 3, разделенной диэлектрической вставкой 7, генерирует электромагнитное поле, которое создает разность потенциалов между металлической колонной 3 и изолированной ее верхней частью.

При замыкании ключа 8 эффективная проводимость возрастает и напряжение источника стабилизированного тока (наземный генератор) 1 падает, что и регистрируется дифференциальным вольтметром 6, подключенным к контактам 2 и 4 указанного источника тока. При этом изменение разности потенциалов оказывается модулированным соответствующим образом кодированным сигналом (информацией). Поскольку на устье скважины установлен сальник 10 из диэлектрического материала, а в скважине в верхней части металлической колонны размещен скребок-центратор 11 (может быть несколько штук) из диэлектрика, то металлическая колонна штанг 3 и металлическая колонна НКТ 5 электрически разделены, кроме того, между указанными колоннами в скважине находится добываемая жидкость, электропроводность которой очень мала.

1. Способ передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины, включающий возбуждение электрического тока в металлической колонне в скважине при помощи наземного генератора, подключенного одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины, коммутацию диэлектрической вставки, разделяющей металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части, и получение информации с забоя скважины в зависимости от пульсаций, вызванных коммутацией диэлектрической вставки, отличающийся тем, что в качестве приемного электрода используют другую колонну металлических труб, спущенных в эту скважину, и создают электрическую цепь из металлической колонны и приемного электрода, по которой передают стабилизированный по величине постоянный ток от наземного генератора, при этом получение информации с забоя скважины осуществляют в зависимости от модуляции величины напряжения, необходимого для стабилизации постоянного тока наземного генератора (источника стабилизированного тока) при изменении эффективного значения сопротивления металлической колонны, вызванного коммутацией диэлектрической вставки.

2. Способ передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины по п.1, отличающийся тем, что в качестве приемного электрода используют металлическую насосно-компрессорную трубу (НКТ), в которой концентрично установлена металлическая колонна с диэлектрической вставкой.

3. Устройство для передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины, содержащее наземный генератор, подключенный одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины, диэлектрическую вставку, разделяющую металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части, ключ для размыкания и замыкания контактов верхней и нижней частей металлической колонны, отличающееся тем, что приемный электрод выполнен в виде другой колонны металлических труб, спущенных в эту скважину, указанные колонны в верхней части электрически изолированы друг от друга, а в качестве наземного генератора использован источник стабилизированного постоянного тока и между указанными контактами установлен блок регистрации изменения напряжения этого тока.

4. Устройство для передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины по п.3, отличающееся тем, что в качестве приемного электрода использована металлическая НКТ, в которой концентрично установлена металлическая колонна с диэлектрической вставкой, при этом указанные колонны в верхней части электрически изолированы друг от друга.

Способ и устройство обеспечения контакта электровводов с обсадной колонной в многоэлектродном скважинном зонде электрического каротажа через металлическую колонну // 2489734

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и предназначено для обеспечения контакта электровводов с обсадной колонной в многоэлектродном скважинном зонде электрического каротажа через металлическую колонну.

Уплотнительный узел зонда для электрического каротажа // 2488851

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при электрическом каротаже скважин. .

Способ передачи данных измерений бескабельной телеметрической системой в процессе бурения скважин // 2486338

Изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для передачи геофизической информации по электромагнитному или гидравлическому каналу связи. .

Система и способ измерения параметров в стволе скважины // 2484247

Изобретение относится к исследованию скважин, в частности к измерению параметров в зонах обработки добывающих скважин. .

Способ передачи информации из скважины по электромагнитному каналу связи и устройство для его осуществления // 2480582

Способ формирования пакетов данных измерений бескабельной телеметрической системы в процессе бурения скважины // 2478992

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к забойным телеметрическим системам. .

Способ определения характера насыщения пластов-коллекторов нефтегазовых скважин по комплексу нейтронных методов (варианты) // 2476671

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для диагностики прискважинной зоны пластов. .

Способ и устройство для контроля и управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин (варианты) и исполнительный модуль в составе устройства (варианты) // 2475643

Способ и оборудование для проведения гидродинамических исследований пластов на трубах // 2475642

Способ управления работой скважинного прибора // 2499138

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Техническим результатом является упрощение и повышение надежности способа управления работой скважинного прибора. Способ включает определение параметров механического движения буровой колонны и изменение режима работы скважинного прибора в зависимости от изменения параметров механического движения буровой колонны. При этом для передачи информации к скважинному прибору производят резкие изменения параметров механического движения буровой колонны по заранее выработанной программе, фиксируют в скважинном приборе промежутки времени между резкими изменениями параметров механического движения буровой колонны и по набору зафиксированных промежутков времени производят изменение режима работы скважинного прибора.

Устройство питания забойной телеметрической системы // 2505673

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для питания навигационных и геофизических устройств, применяемых в процессе бурения. Технической задачей изобретения является повышение надежности устройства питания забойной телеметрической системы и упрощение его конструкции. Устройство питания забойной телеметрической системы содержит электрогенератор, забойный двигатель вращательного типа, низкоскоростной синхронный электрогенератор, ротор которого через вал посредством магнитной муфты кинематически соединен с валом забойного двигателя. При этом магнитная муфта выполнена в герметичном корпусе заодно с низкоскоростным синхронным электрогенератором. Низкоскоростной синхронный электрогенератор работает на частоте вращения вала забойного двигателя. 4 з.п.ф-лы, 1ил.

Система и способ для управления многочисленными скважинными инструментами // 2505674

Группа изобретений относится к системам и способам для управления многочисленными скважинными инструментами. Многочисленные скважинные инструменты можно приводить в действие между рабочими положениями. Скважинные инструменты соединяют с множеством многоотводных модулей, при этом каждый многоотводный модуль обычно соединяют с одним или двумя скважинными инструментами. Линии управления соединяют с многоотводными модулями, а многоотводные модули обладают способностью управлять скважинными инструментами в большем количестве, чем количество линий управления. Каждый скважинный инструмент можно приводить в действие индивидуально, создавая подачи давления по одной или нескольким линиям управления. Техническим результатом является облегчение управления многочисленными скважинными инструментами. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 25 ил.

Прибор электромагнитного каротажа в процессе бурения // 2506611

Изобретение относится к области электромагнитной геофизической разведки и может быть использовано для проведения электромагнитного каротажа скважин. Сущность: устройство содержит корпус (1), выполненный в виде цельнометаллического цилиндра. В корпусе (1) установлено не менее двух приемных (2) и двух передающих (3) антенных узлов, соединенных с блоком электроники (4). Внутри корпуса (1) высверлены два продольных отверстия (5,6), одно из которых (5) выполнено сквозным для пропуска бурового раствора, а в другом (6) размещен блок электроники (4). Технический результат: повышение износоустойчивости прибора, увеличение его срока службы. 4 ил.

Бурильная колонна // 2507395

Изобретение относится к бурильной колонне. Бурильная колонна содержит два элемента, которые соединены друг с другом разъемно и жестко в отношении поворота. Каждый элемент бурильной колонны содержит внутреннюю трубу и наружную трубу. Между ними образована кольцевая приемная полость. Каждый элемент бурильной колонны имеет провод передачи энергии или данных. Провод проходит вдоль продольной оси бурильной колонны. Провода передачи энергии или данных соединены каждый с индукционной катушкой. При этом для передачи энергии или данных вдоль бурильной колонны индукционные катушки выполнены с возможностью индуктивной связи друг с другом. Первый элемент бурильной колонны снабжен внутренней индукционной катушкой на наружной окружной периферии своей внутренней трубы. Второй элемент бурильной колонны снабжен наружной индукционной катушкой на внутренней окружной периферии своей наружной трубы. Индукционные катушки выполнены сегментными из нескольких кольцевых сегментов и, по меньшей мере, частично перекрываются в радиальном направлении. Причем, по меньшей мере, два сегмента разъемно соединены друг с другом. Изобретение обеспечивает компактное и легко выполняемое в порядке дооснащения соединение для проводов передачи энергии или данных, упрощение операций, выполняемых с индукционными катушками. 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

Наддолотный модуль // 2509209

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения геофизических и технологических параметров в процессе бурения с электромагнитным каналом связи. Наддолотный модуль решает задачу повышения эксплуатационной надежности фиксации центрального электрода и упрощения конструкции. Устройство содержит корпус с центральным промывочным отверстием, электрически изолированный от корпуса центральный электрод, расположенный между изоляторами, а также размещенные в выемках корпуса, в его герметичной части, отделенной уплотнительными элементами, электрические платы, при этом фиксация изолятора, расположенного в муфтовой части корпуса, выполнена в виде сопрягаемых выступов и пазов, изготовленных в этом изоляторе, муфтовой части корпуса и гильзе центрального электрода, а другой изолятор центрального электрода, расположенный в противоположной от муфтовой части корпуса, установлен на резьбе с левым направлением. 1 ил.

Забойная телеметрическая система // 2509210

Изобретение относится к бурению скважины и может быть использовано для контроля забойных параметров и каротаже в процессе бурения. Техническим результатом является повышение качества исследования скважины за счет увеличения надежности передачи информации от забоя на поверхность. Предложена забойная телеметрическая система, содержащая соединенные между собой модуль электрогенератора-пульсатора, модуль инклинометра и модуль гамма-каротажа, включающие телеметрические блоки. При этом указанная телеметрическая система дополнительно содержит блок анализа и управления коммутатором и коммутатор, соединенные с указанными модулями. Причем вход блока анализа и управления коммутатором соединен с выходом блока управления пульсациями модуля гамма-каротажа и первым входом коммутатора. А выход блока анализа и управления коммутатором соединен с входом управления коммутатора. Кроме того, второй вход коммутатора соединен с выходом блока управления пульсациями модуля инклинометра, а выход коммутатора соединен с входом пульсатора, установленным в модуле электрогенератора-пульсатора. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка одновременно-раздельной эксплуатации многопластовой скважины с телемеханической системой // 2512228

Изобретение относится к добыче нефти. Установка содержит размещенные в обсадной трубе скважины колонну НКТ, электроприводной насос, силовой кабель и устройство одновременно-раздельной эксплуатации пластов, выполненное в корпусе, состоящее из блоков регулирования и учета дебита пласта, включающих регулировочные клапаны (РК) и контрольно-измерительные приборы (КИП). Корпус состоит из труб, оснащенных пакерами и соединенных муфтами перекрестного течения флюидов. РК выполнены в стакане, в котором установлена электроприводная запорная игла, взаимодействующая с перепускным седлом. В стенке стакана по обе стороны перепускного седла выполнены окна. КИП расположены выше и/или ниже РК и связаны между собой геофизическим кабелем, размещенным в канале, выполненном в стенке стакана. Блоки регулирования и учета дебита пластов соединены с силовым кабелем посредством геофизического кабеля, адаптера ТМС, установленного на торце электропривода насоса, и кабельного разъема, штырь которого закреплен на опорном фланце с отверстиями, установленном на торце корпуса, а розетка контактной пары - в центраторе, закрепленном на торце электропривода насоса. Технический результат заключается в повышении эффективности одновременно-раздельной эксплуатации скважины при оптимальном регулировании фазового состава и учета флюида из пластов в режиме реального времени. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Надежная система передачи данных по проводному трубопроводу // 2513120

Изобретение относится к системам передачи высокочастотных данных и/или мощности, подходящих для скважинного использования, и включает соединительные муфты для сигналов/мощности, участки линии передачи и повторители сигнала. Сигналы и мощность передаются между соединительными муфтами и/или между соединительными муфтами и повторителями посредством связывания электромагнитным резонансом. По крайней мере, в части системы участки линии передачи формируют параллельные каналы передачи данных и повторители обеспечивают возможность переключения между каналами передачи данных/мощности, тем самым значительно улучшая надежность. Изобретение также включает способ передачи данных и/или распределения высокочастотной мощности через скважинную систему передачи, включающую в себя множество каналов передачи данных/мощности и множество пересечения, в которой дефектные места в одном канале передачи данных/мощности обходятся посредством маршрутизации данных и/или мощности на параллельные каналы передачи данных/мощности посредством связывания электромагнитным резонансом. Технический результат - повышение надежности. 4 н. и 48 з. п. ф-лы, 22 ил.

Интегрированная система непрерывного наблюдения // 2513600

Изобретение относится к исследованию скважин и может быть использовано для непрерывного контроля параметров в скважине. Техническим результатом является упрощение конструкции системы наблюдения за параметрами в скважине. Предложена система наблюдения в скважине, включающая датчики, в частности, давления и температуры, кабель, соединяющий скважинную систему наблюдения и устье скважины. При этом устье скважины содержит электрический вывод устья, имеющий телеметрическую систему сбора данных и источник питания для скважинной системы наблюдения. Кроме того, электрический вывод устья содержит командный модуль для скважинной системы наблюдения и модуль хранения данных с микропроцессором. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.