РАЗВЕРТЫВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ДАТЧИКОВ В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ Российский патент 2009 года по МПК E21B47/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам развертывания подземных датчиков и к системам и установке с использованием подземных датчиков. В частности, изобретение относится к таким способам, системе и установке, которые предназначены для осуществления измерений порового давления подземных пластов.

Описание предшествующего уровня техники

Во время добычи флюидов, таких как углеводороды и/или газ, из подземного коллектора важно определять степень разработки и характер поведения продуктивного пласта, во-первых, для обеспечения управляемой и оптимизированной добычи, а во-вторых, для предсказания изменений, которые будут затрагивать коллектор. Измерение пластового давления представляет собой одно из основных измерений, осуществляемых применительно к пласту для определения свойств подземного коллектора, и эти измерения являются хорошо известными из предшествующего уровня техники.

Когда скважина только что пробурена, такое измерение относительно легко выполнить, поместив зонд в контакт со стенкой ствола скважины и используя зонд для обнаружения давления флюидов в пласте. Такие измерения выполняют с помощью прибора, который спускают в скважину на каротажном кабеле и на этом кабеле протягивают через всю скважину, а в конечном итоге, когда измерения завершают, извлекают из скважины. Поскольку такие приборы являются относительно крупными и дорогими, их вообще не оставляют в скважине на какой-либо промежуток времени.

Затем осуществляют заканчивание скважины, обычно путем установки в скважину хвостовика обсадной колонны или обсадной колонны. Обычно эту обсадную колонну изготавливают из стали и фиксируют в скважине с помощью цементного раствора, который помещают в кольцевое пространство между наружной поверхностью обсадной колонны и стенкой ствола скважины. Такое заканчивание обеспечивает физическую поддержку скважине, предотвращая ее обрушение или эрозию протекающими флюидами. Однако заканчивание не способствует доступу к пласту для осуществления измерений давления, и поэтому для выполнения измерений на пластах были предложены различные способы.

Согласно патентам США №№6234257 и 6070662 датчик располагают внутри капсулы, которую вдавливают в пласт, используя воздействие заряда взрывчатого вещества или каротажного прибора, перфорирующего обсадную колонну. Затем датчик опрашивается посредством антенны, которая может находиться с ним в связи через отверстие, образованное в обсадной колонне.

В документе SPE 72371 описан прибор, который обеспечивает возможность мониторинга пластового давления после заканчивания скважины. Посредством прибора осуществляется сверление сквозь обсадную колонну и цемент до пласта и размещение зонда для измерения пластового давления. После завершения измерения в просверленное отверстие помещается пробка для обеспечения закупоривания обсадной колонны.

В патенте США №5467823 и в Международной заявке WO 03100218 раскрыт постоянный датчик, установленный на наружной стороне обсадной колонны для обеспечения длительного мониторинга пластового давления. Однако при развертывании группы постоянных датчиков вследствие наличия кабеля на наружной стороне обсадной колонны в цементе может образовываться канал. Если это происходит, в этом канале будет создаваться поток между группой датчиков, приводящий к недостоверным результатам анализа диагностики давления. Кроме того, при наличии кабеля с наружной стороны обсадной колонны будут возможны расхаживание и поворот обсадной колонны, из-за чего часто требуется проведение работ по качественному цементированию.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением раскрыта система мониторинга, скомпонованная на переводнике обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, имеющем внутреннюю и наружную поверхности и ограничивающем внутреннюю полость, содержащая датчик; средство передачи данных для обеспечения беспроводной связи между опрашивающим прибором, расположенным во внутренней полости, и датчиком, при этом средство передачи данных расположено на переводнике обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны; и средство передачи электрической энергии для обеспечения беспроводного подвода электрической энергии к датчику, при этом средство передачи электрической энергии расположено на переводнике обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны.

Средства передачи данных и электрической энергии могут быть расположены на внутренней поверхности, на наружной поверхности или между поверхностями переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны.

Средство передачи данных и средство передачи электрической энергии могут быть объединены в одно для снижения габаритов переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны и уменьшения количества соединительных средств между различными функциональными элементами. В предпочтительном варианте осуществления такое средство передачи представляет собой электромагнитную антенну, например тороидальную антенну, основанную на электромагнитной связи для передачи электрической энергии и передачи данных.

Предпочтительно, чтобы датчик был установлен на наружной поверхности. Обычно датчик также содержит электронный модуль в защитном корпусе, объединяющий чувствительные элементы и связные элементы, в том числе блок обработки сигналов, принимающий данные с датчика; и блок отбора и подачи электрической энергии, подающий электрическую энергию к датчику. Поэтому согласно одному аспекту изобретения датчик выполняет свою функцию, когда опрашивающий прибор, расположенный во внутренней полости, обеспечивает беспроводный подвод электрической энергии и вывод результатов измерений, осуществленных датчиком.

Согласно второму аспекту изобретения датчик выполняет свою функцию более автономно, а в электронном модуле дополнительно содержатся беспроводный связной блок передачи и приема, программируемый микроконтроллер и блок памяти, и блок накопления электрической энергии. Опрашивающий прибор используется для загрузки измеренных и сохраненных данных дополнительно для перепрограммирования микроконтроллера и дополнительно для подзарядки блока накопления электрической энергии в случае, когда он представляет собой батарею.

Согласно предпочтительному варианту осуществления переводник обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны также содержит средство связи для обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и флюидами пласта и нажимное средство для обеспечения контакта между средством связи и пластом. Этими средством связи и нажимным средством обеспечивается гидравлическое соединение с пластовыми флюидами, необходимое для выполнения достоверного измерения свойств коллектора.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления переводник обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны также содержит средство связи для обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и флюидами внутри скважины.

Предпочтительно, чтобы средство связи было одним элементом, выбранным из перечня, включающего в себя:

материал с высокой проницаемостью, например высокопроницаемый полимер или проницаемый цемент;

встроенное устройство, выделяющее вещество для предотвращения затвердевания во время схватывания цементного раствора;

встроенное устройство, выделяющее вещество для повышения проницаемости цементного раствора во время схватывания цементного раствора;

встроенное устройство, выделяющее вещество для изменения коэффициента расширения цементного раствора во время затвердевания; и

встроенное устройство, создающее сдвиговые волны, которые наводят трещины в цементном растворе во время затвердевания.

Предпочтительно, чтобы датчики обладали чувствительностью к одному или нескольким параметрам из давления, температуры, удельного сопротивления, удельной проводимости, напряжения, деформации, pH и химического состава.

В случае датчика, содержащего чувствительные к давлению элементы, переводник обсадной колонны может включать в себя камеру давления, имеющую отверстие для отбора давления, которое обеспечивает связь по давлению флюида между наружной стороной переводника обсадной колонны и камерой давления, при этом чувствительные к давлению элементы расположены внутри защитного и связующего устройства, которое отделяет чувствительные к давлению элементы от флюида внутри камеры давления, но передает изменения давления флюида в камере давления к чувствительным элементам. Предпочтительно, чтобы защитное и связующее устройство содержали заполненный флюидом сильфон, окружающий чувствительные элементы.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложен способ заканчивания скважины, содержащий этапы, на которых устанавливают обсадную колонну, содержащую по меньшей мере один переводник обсадной колонны, описанный выше; цементируют наружную поверхность обсадной колонны на месте; и обеспечивают сообщение по флюиду между датчиком и коллектором.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложен способ заканчивания скважины, содержащий этапы, на которых устанавливают насосно-компрессорную колонну с верхней и нижней частями, при этом насосно-компрессорная колонна содержит по меньшей мере один переводник насосно-компрессорной колонны, описанный выше. Способ может дополнительно содержать этап, на котором изолируют часть обсадной колонны и/или насосно-компрессорной колонны с помощью изоляционного промежутка, который электрически изолирует верхнюю часть обсадной колонны и/или насосно-компрессорной колонны от нижней части обсадной колонны и/или насосно-компрессорной колонны. Изоляцию осуществляют с помощью покрытого керамикой стержня, располагаемого между верхней частью обсадной колонны и/или насосно-компрессорной колонны и нижней частью обсадной колонны и/или насосно-компрессорной колонны.

Согласно одному варианту осуществления сообщение по флюиду между датчиком и коллектором обеспечивается благодаря указанным встроенным средству связи и нажимному средству.

Согласно другому варианту осуществления сообщение по флюиду между датчиком и коллектором обеспечивается благодаря спускаемому на кабеле прибору, перемещаемому во внутренней полости на протяжении скважины к ряду мест.

Согласно другому варианту осуществления способ заканчивания дополнительно содержит этап, на котором на долгое время позиционируют опрашивающий прибор во внутренней полости, при этом опрашивающий прибор обеспечивает беспроводную сигнальную связь с датчиком, в котором сигнал является типичным представителем данных или электрической энергии.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга подземных пластов, содержащих по меньшей мере один коллектор флюидов и пересекаемых по меньшей мере одной скважиной, снабженной переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, при этом датчиком измеряют параметр, относящийся к пластовым флюидам, и содержащий этап, на котором устанавливают беспроводную сигнальную связь между датчиком и опрашивающим прибором, в котором сигнал представляет собой данные или электрическую энергию.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга по меньшей мере одного флюида внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, датчиком измеряют параметр, относящийся к флюиду, и содержащий этап, на котором устанавливают беспроводную сигнальную связь между датчиком и опрашивающим прибором, в котором сигнал представляет собой данные или электрическую энергию.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга подземных пластов, содержащих по меньшей мере один коллектор флюидов и пересекаемых по меньшей мере одной скважиной, снабженной переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к пластовым флюидам; заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариации результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени, посредством опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор подводит электропитание и выводит результаты измерений на поверхность; и делают заключение о свойствах пласта на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга подземных пластов, содержащих по меньшей мере один коллектор флюидов и пересекаемый по меньшей мере одной скважиной, снабженной переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к пластовым флюидам; заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариации результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени; выводят результаты измерений на поверхность с помощью опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, и делают заключение о свойствах пласта на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга по меньшей мере одного флюида внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к флюиду; заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариации результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени, посредством опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор подводит электропитание и выводит результаты измерений на поверхность; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга по меньшей мере одного флюида внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к флюиду; заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариации результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени; выводят результаты измерений на поверхность с помощью опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к свойствам обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны; заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариации результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени, посредством опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор подводит электропитание и выводит результаты измерений на поверхность; и делают заключение о свойствах пласта на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

Согласно дополнительному аспекту изобретения предложен способ мониторинга обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, описанным выше, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к свойствам обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны; заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариации результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени; выводят результаты измерений на поверхность с помощью опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, и делают заключение о свойствах пласта на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способ также содержит этап, на котором подзаряжают батарею и перепрограммируют микроконтроллер.

Краткое описание чертежей

Дальнейшие варианты осуществления настоящего изобретения могут быть поняты с помощью прилагаемых чертежей, на которых:

фигура 1 - вид переводника обсадной колонны согласно изобретению;

фигура 2 - вид переводника обсадной колонны согласно дальнейшему аспекту изобретения;

фигура 3А - вид опрашивающего прибора, осуществленного в виде спускаемого на кабеле прибора, предназначенного для развертывания во внутренней полости;

фигура 3В - вид опрашивающего прибора, осуществленного в виде постоянного прибора, предназначенного для развертывания во внутренней полости;

фигуры 3С и 3D - виды опрашивающего прибора, осуществленного в виде спускаемого на кабеле прибора, предназначенного для развертывания во внутренней полости эксплуатационной насосно-компрессорной колонны модифицированной конструкции;

фигура 3Е - вид опрашивающего прибора, осуществленного в виде спускаемого на кабеле прибора, предназначенного для развертывания во внутренней полости эксплуатационной насосно-компрессорной колонны скважины, снабженной несколькими эксплуатационными насосно-компрессорными колоннами;

фигура 3F - вид опрашивающего прибора, осуществленного в виде спускаемого на кабеле прибора, предназначенного для развертывания во внутренней полости переводника обсадной колонны согласно дальнейшему аспекту изобретения;

фигура 4А - иллюстрация принципа связи с опрашивающим прибором, скомпонованным на эксплуатационной насосно-компрессорной колонне;

фигура 4В - иллюстрация принципа действия тороидальной антенны;

фигура 5 - продольный разрез переводника обсадной колонны, предназначенного для измерения порового давления пласта;

фигура 6 - поперечный разрез переводника обсадной колонны, предназначенного для измерения порового давления пласта;

фигура 7 - схематическая иллюстрация операции сверления, предназначенной для обеспечения связи датчика с пластовым флюидом;

фигура 8 - вид переводника обсадной колонны, отверстие в котором закупорено после сверления; и

фигура 9 - вид изоляционного промежутка на эксплуатационной насосно-компрессорной колонне.

Подробное описание

На фигурах 1 и 2 показан переводник обсадной колонны, в целом обозначенный позицией 10 и содержащий малогабаритное и скомпонованное на нем устройство для мониторинга подземного пласта. Конструкция переводника обсадной колонны содержит стандартные соединительные резьбы (верхний конец 16 с внутренней резьбой и нижний конец 17 с наружной резьбой), обеспечивающие возможность сборки обсадной колонны из частей. Переводник обсадной колонны характеризуется внутренней поверхностью 11, наружной поверхностью 12 и внутренней полостью 14. Показанный на фигуре 1 переводник обсадной колонны согласно изобретению содержит датчик 24, установленный на наружной поверхности. Средство 21А передачи данных и средство 21В передачи электрической энергии расположены в толще обсадной трубы между внутренней и наружной поверхностями.

Показанный на фигуре 2 переводник обсадной колонны согласно изобретению содержит датчик 24, установленный на наружной поверхности, и тороидальную антенну 21, расположенную в толще обсадной трубы между внутренней и наружной поверхностями. Переводник обсадной колонны также содержит электронный модуль 23, установленный на наружной поверхности, и соединительное средство, не показанное на чертеже, для осуществления соединений между антенной, электронным модулем и датчиком. Когда посредством датчика измеряют свойства пластового флюида, могут быть добавлены другие дополнительные элементы, представленные на фигуре 2: защитный корпус, устанавливаемый на электронном модуле 23, защитный корпус, устанавливаемый на датчике 24, элемент 25А связи, обеспечивающий контакт между чувствительной частью датчика и флюидами пласта, и нажимное средство 22, устанавливаемое на противоположной стороне и прикладывающее к стенке 48 ствола скважины силу, достаточную для улучшения плотного контакта между элементом связи и пластом.

В качестве альтернативы, когда посредством датчика измеряют свойства флюида в скважине, элемент 25В связи (непоказанный) может обеспечивать контакт между чувствительной частью датчика и флюидами внутри скважины.

Согласно первому варианту осуществления изобретения переводник обсадной колонны специально предназначен для измерения свойств пласта при активизации опрашивающим прибором, расположенным во внутренней полости 14. Опрашивающий прибор расположен вплотную к переводнику обсадной колонны благодаря индексирующему элементу, размещенному в толще или на внутренней поверхности переводника обсадной колонны. Прибор активизирует переводник обсадной колонны, обеспечивая подвод электрической энергии к функциональным элементам, и получает данные, измеряемые датчиком. Когда измерения осуществлены, переводник обсадной колонны становится неактивным до следующего опроса. Беспроводный подвод электрической энергии и беспроводная передача данных между переводником обсадной колонны и опрашивающим прибором обеспечиваются с помощью электромагнитной связи.

Как показано на фигурах 3А, 3В, 3С, 3D и 3Е, принцип опроса переводника обсадной колонны, показанного на фигуре 2, основан на электромагнитной связи между тороидальной антенной и ближайшим опрашивающим прибором 20, расположенным во внутренней полости 14. Одна и та же тороидальная антенна используется для канала связи и для передачи электрической энергии. Опрашивающий прибор может быть осуществлен в виде прибора, спускаемого на кабеле в скважину, во внутреннюю полость, и извлекаемого из скважины с помощью каротажного кабеля 26; или в виде прибора, скомпонованного на насосно-компрессорной колонне 300 и постоянно спущенного в скважину, во внутреннюю полость.

Показанный на фигуре 3А опрашивающий прибор осуществлен в виде спускаемого на кабеле прибора 20. Опрашивающий прибор состоит из верхней части 201 и нижней части 202, соединенных посредством кабеля 27, содержащего электрический кабель 270. Верхняя часть содержит верхний электрод 210, который обеспечивает контакт с обсадной колонной 100 выше относительно тороидальной антенны, а нижняя часть содержит нижний электрод 220, который также обеспечивает контакт с обсадной колонной ниже относительно тороидальной антенны. Электрический кабель 270 подключен к нижнему электроду 220, а еще один электрический кабель 260 (непоказанный) подключен к верхнему электроду 210. В этом случае токопроводящая цепь проходит от электрического кабеля 270 к нижнему электроду 220, к обсадной колонне и возвращается к верхнему электроду 210 и к электрическому кабелю 260. Электрические кабели 260 и 270 могут быть подключены к скважинному оборудованию (непоказанному) в опрашивающем приборе, что будет обеспечивать обработку и передачу электрического сигнала, и может быть также подключен к наземному оборудованию через посредство каротажного кабеля 26. Кроме того, электрические кабели 260 и 270 могут быть подключены непосредственно к наземному оборудованию через посредство каротажного кабеля 26. Эта конструкция является реализуемой, поскольку обсадная колонна является электропроводной, обычно изготовленной из стали. Верхний электрод представляет собой металлическую дугу, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны с силой, достаточной для обеспечения электрического контакта. Нижний электрод также представляет собой металлическую пружинную дугу, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны с силой, достаточной для обеспечения обратного электрического провода. В данном случае опрашивающий прибор 20 представлен как пример реализации, при этом предполагается, что могут быть сделаны другие последующие модификации. Кроме того, опрашивающий прибор 20 может быть изготовлен в виде одного элемента, содержащего верхнюю и нижнюю части, но не связанные посредством кабеля 27.

Показанный на фигуре 3В опрашивающий прибор осуществлен в виде прибора 30, скомпонованного на эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 300. Опрашивающий прибор состоит из связанных верхней части 301 и нижней части 302. Верхняя часть содержит верхний электрод 310, который обеспечивает контакт с обсадной колонной 100 выше относительно тороидальной антенны, а нижняя часть содержит нижний электрод 320, который также обеспечивает контакт с обсадной колонной ниже относительно тороидальной антенны. Электрический кабель 37 подключен к нижнему электроду 320, а еще один электрический кабель 360 (непоказанный) подключен к верхнему электроду 310. В этом случае токопроводящая цепь проходит от электрического кабеля 37 к нижнему электроду 320, к обсадной колонне и возвращается к верхнему электроду 310 и к электрическому кабелю 360. Электрические кабели 37 и 360 могут быть подключены к скважинному оборудованию (непоказанному) в опрашивающем приборе, что будет обеспечивать обработку и передачу электрического сигнала, и может быть также подключен к наземному оборудованию 330 с помощью кабеля 36. Кроме того, электрические кабели 360 и 37 могут быть подключены непосредственно к наземному оборудованию 330 с помощью кабеля 36. Электрические кабели 37, 36 и 360 покрыты изоляционной оболочкой для исключения какой бы то ни было утечки тока через насосно-компрессорную колонну. Элементы 301, 310 или 302, 320 могут быть реализованы в виде других элементов, используемых в скважине, таких как, например, пакеры, важно, чтобы, как на фигуре 3А, обеспечивался электрический контакт и возврат тока через обсадную колонну. Также можно использовать насосно-компрессорную колонну 300 в качестве электрического кабеля для соединения верхнего электрода 310 и нижнего электрода 320 опрашивающего прибора, при этом насосно-компрессорную колонну покрывают изоляционной оболочкой для исключения любого тока утечки.

Показанный на фигуре 3С опрашивающий прибор осуществлен в виде спускаемого на кабеле прибора 20, раскрытого на фигуре 3А. Те же самые варианты осуществления применимы к этому спускаемому на кабеле прибору 20. На этот раз принцип опроса переводника обсадной колонны, показанного на фигуре 2, может быть реализован благодаря архитектуре скважины, которая будет раскрыта. Скважина содержит эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 300 и обсадную колонну 100, которые соединены с помощью верхней части 311 и нижней части 312. Верхняя часть 311 обеспечивает контакт с обсадной колонной 100 выше относительно тороидальной антенны, а нижняя часть 312 обеспечивает контакт с обсадной колонной ниже относительно тороидальной антенны. Как известно, обсадная колонна и эксплуатационная насосно-компрессорная колонна являются электропроводными, обычно изготовленными из стали. Чтобы можно было реализовать электропроводный контур для опроса переводника обсадной колонны, необходимо дополнить эксплуатационную насосно-компрессорную колонну изоляцией, она осуществляется с помощью изоляционного промежутка 350, который находится выше или ниже относительно тороидальной антенны, но между верхней частью 311 и нижней частью 312 (на фигуре 3С изоляционный промежуток находится выше относительно тороидальной антенны). Конструктивное исполнение изоляционного промежутка будет пояснено впоследствии. Опрашивающий прибор, состоящий из верхней части 201 и нижней части 202, спускают в скважину, во внутреннюю полость эксплуатационной насосно-компрессорной колонны. Верхняя часть 201 содержит верхний электрод 210, который обеспечивает контакт с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной выше относительно изоляционного промежутка 350, а нижняя часть 202 содержит нижний электрод 220, который также обеспечивает контакт с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной ниже относительно изоляционного промежутка 350. Верхний электрод представляет собой металлическую дугу, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью эксплуатационной насосно-компрессорной колонны с силой, достаточной для обеспечения электрического контакта. Нижний электрод также представляет собой металлическую пружинную дугу, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью эксплуатационной насосно-компрессорной колонны с силой, достаточной для обеспечения электрического контакта. Верхней частью 311 и нижней частью 312 реализуется электрический контакт между обсадной колонной и эксплуатационной насосно-компрессорной колонной, ими могут быть, например, закорачивающие центраторы или любые электропроводные звенья. Расстояние между закорачивающими центраторами зависит от нескольких факторов, таких как электрическая мощность, обеспечиваемая спускаемым на кабеле прибором, потребность электроники датчиков в электрической энергии и электропроводность флюида между эксплуатационной насосно-компрессорной колонной и обсадной колонной. Во многих случаях может оказаться возможным разнесение закорачивающих центраторов на расстояние от приблизительно десяти метров. В случае флюидов с высокой электропроводностью, находящихся в кольцевой области, эксплуатационная насосно-компрессорная колонна может быть покрыта электроизоляционным слоем, например, из эпоксидной смолы. Это покрытие будет значительно уменьшать электрические потери в электропроводных флюидах кольцевого пространства. В случае большого расстояния между закорачивающими центраторами для исключения электрического контакта с обсадной колонной, обусловленного изгибанием или искривлением насосно-компрессорной колонны, могут быть добавлены промежуточные и изолирующие центраторы вдоль насосно-компрессорной колонны. Такие контакты будут вносить изменения в связь и передачу электрической энергии. Могут быть использованы резиновые изолирующие центраторы.

На фигуре 3D показана еще одна альтернатива фигуре 3С для случая, когда в системе мониторинга используется переводник насосно-компрессорной колонны вместо переводника обсадной колонны. Показанный на фигуре 3D опрашивающий прибор осуществлен в виде спускаемого на кабеле прибора 20, раскрытого на фигуре 3А. Тот же самый вариант осуществления применим к этому спускаемому на кабеле прибору 20. Принцип опроса переводника насосно-компрессорной колонны такой же, как показанный на фигуре 2. Изоляционный промежуток также использован для исключения цепи короткого замыкания. Изоляционный промежуток 350 находится ниже или выше относительно тороидальной антенны, но между верхней частью 311 и нижней частью 312 (на фигуре 3D изоляционный промежуток находится выше относительно тороидальной антенны). Аналогично верхняя часть 311 обеспечивает контакт с обсадной колонной 100 выше относительно тороидальной антенны, а нижняя часть 312 обеспечивает контакт с обсадной колонной ниже относительно тороидальной антенны. В случае изоляционного промежутка, находящегося выше относительно тороидальной антенны, верхний электрод 210 обеспечивает контакт с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной выше относительно изоляционного промежутка, а нижний электрод 220 обеспечивает контакт с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной ниже относительно изоляционного промежутка и выше относительно тороидальной антенны. Кроме того, в случае изоляционного промежутка, находящегося ниже относительно тороидальной антенны, верхний электрод 210 обеспечивает контакт с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной выше относительно изоляционного промежутка и ниже относительно тороидальной антенны, а нижний электрод 220 обеспечивает контакт с эксплуатационной насосно-компрессорной колонной ниже относительно изоляционного промежутка.

Показанный на фигуре 3Е опрашивающий прибор осуществлен в виде спускаемого на кабеле прибора 20, также раскрытого на фигуре 3А. Те же самые варианты осуществления применимы к этому спускаемому на кабеле прибору 20, и применим такой же способ опроса, как раскрытый на фигуре 3С.Когда для образования нескольких зон необходимо иметь несколько насосно-компрессорных колонн, система все еще может использоваться. Скважина содержит две эксплуатационные насосно-компрессорные колонны (300, 300') и обсадную колонну 100, которые соединены с помощью верхней части 311 и нижней части 312. Верхняя часть 311 обеспечивает контакт с обсадной колонной 100 выше относительно тороидальной антенны, а нижняя часть 312 обеспечивает контакт с обсадной колонной ниже относительно тороидальной антенны. Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 300' изолирована от верхней части 311 и нижней части 312 благодаря изолятору 351. Изолятор 351 выполнен из изоляционных трубок, например, в виде слоев из эпоксидного композита, усиленного стекловолокном, или резины. В остальном принцип опроса тот же самый, как переводника обсадной колонны, показанного на фигуре 2.

На фигуре 9 показан изоляционный промежуток 350 применительно к эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 90 общеупотребительного размера (наружный диаметр 2 - 7/8 дюйма, 7,3 см). Стандартная втулка 93 с невысаженными концами установлена на эксплуатационной насосно-компрессорной колонне. Стандартная втулка 93 с невысаженными концами для этой эксплуатационной насосно-компрессорной колонны имеет диаметр 3,50 дюйма (8,9 см) и толщину стенки, достаточную для реализации изоляционного промежутка путем использования покрытого керамикой стержня 91. Тонкие изоляционные трубки 92 (например, из эпоксидного композита, усиленного стекловолокном) могут быть использованы для обеспечения механической защиты и дополнительной изоляции. Для улучшения электрической изоляции с предотвращением просачивания воды в изоляционный промежуток также могут быть использованы резиновые слои 92.

На фигурах 4А и 4В схематически показан принцип передачи электрической энергии и сигнала. Используются позиции для опрашивающего прибора, показанного на фигуре 3А, однако концепция является такой же и для опрашивающего прибора, показанного на фигуре 3 В. Ток Ic инжектируется в сегмент 100А обсадной колонны посредством опрашивающего прибора 20 с помощью двух контактных электродов. Ток протекает вдоль показанных линий 30А тока от верхней части прибора по электрическому кабелю 270 к нижней части прибора. Далее ток инжектируется в сегмент 100А обсадной колонны с помощью нижнего электрода 220. Инжектированный ток протекает вдоль показанных линий 30В тока через сегмент 100А обсадной колонны и возвращается в прибор с помощью верхнего электрода 210. Образованный таким образом контур цепи должен содержать по меньшей мере одну тороидальную антенну в обозначенном сегменте обсадной колонны (на фигуре 4А контур цепи содержит две тороидальные антенны). Тороидальная антенна содержит кольцо 32 из магнитного материала и провод 33 тороидальной катушки, подключенный к электронному модулю. Для обеспечения электрической изоляции тороидальная антенна заключена в неэлектропроводный материал, такой как эпоксидная смола, и помещена в полость во внутренней поверхности обсадной колонны. Упомянутый выше инжектированный ток, протекающий по электрическому кабелю 270, за счет индуктивной связи создает магнитное поле 31, которое удерживается в магнитном кольце. В таком случае это магнитное поле создает в проводе тороидальной катушки электрический сигнал, подаваемый на функциональные элементы.

Различные сигналы, в том числе для передачи электрической энергии и данных, могут модулироваться с помощью этой тороидальной антенны. С этой целью электронный модуль 23 содержит блок обработки сигналов и блок отбора и подачи электрической энергии. Опрашивающий прибор получает по каротажному кабелю 26 постоянный ток, а каскад 34 преобразования постоянного тока в переменный ток, расположенный в верхней части прибора, создает переменный ток Ic, необходимый для передачи электрической энергии, и подает его в электрический кабель 270. Этот переменный ток низкой частоты также создает переменное напряжение в проводе тороидальной катушки. В таком случае напряжение постоянного тока, необходимое для питания функциональных элементов, обеспечивается выпрямительной схемой, имеющейся в блоке отбора и подачи электрической энергии. Аналогично, что касается сигналов передачи данных, то сигналы, воспринимаемые датчиком, кодируются посредством кодирующей схемы блока обработки сигналов с образованием второго напряжения переменного тока в тороидальной антенне в полосе частот, отличающейся от полосы частот при передаче электрической энергии переменного тока. Второе напряжение создает второй ток, который протекает по тому же пути, что и инжектированный ток, через сегмент 100А обсадной колонны и по электрическому кабелю 270. Этот второй переменный ток затем усиливается усилительным каскадом 35 в опрашивающем приборе и обрабатывается и сохраняется в дополнительном элементе опрашивающего прибора или посылается на поверхность по каротажному кабелю. Для исключения какой бы то ни было утечки тока электрический кабель 270 покрыт изоляционной оболочкой 271. Наружный металлический экран не предусмотрен, поскольку он может замкнуть верхний и нижний электроды. Для минимизации утечки тока между двумя электродами предпочтительно, чтобы флюид во внутренней полости был неэлектропроводным. Однако даже в случае электропроводного соляного раствора сопротивление всего столба флюида между двумя электродами будет значительным на протяжении сегмента обсадной колонны, так что ток будет возвращаться через обсадную колонну. Поэтому передача электрической энергии и данных будет функционировать даже в электропроводном соляном растворе, но с меньшей эффективностью, чем в случае неэлектропроводного флюида кольцевого пространства.

Согласно второму варианту осуществления изобретения переводник обсадной колонны специально предназначен для измерения свойств пласта более автономным способом и с расширенными встроенными функциональными возможностями, чтобы иметь возможность выполнять специализированные задачи, такие как регистрация данных, внутрисистемное сохранение данных и связь с прибором 20, спускаемым на кабеле в скважину. Может быть добавлен программируемый микроконтроллер для планирования задач, выполняемых электроникой, и управления регистрацией и передачей данных, и он может быть перепрограммирован опрашивающим прибором, если это потребуется. С этой целью электронный модуль 23 должен содержать блок обработки сигналов, блок отбора и подачи электрической энергии, беспроводной связной блок передачи и приема, микроконтроллер и блок памяти, а также блок для накопления электрической энергии. Опрашивающий прибор точно позиционируется в переводнике обсадной колонны благодаря индексирующим элементам, размещенным в толще или на внутренней поверхности переводника обсадной колонны. По запросу прибора начинается поступление данных, а сохраненные данные передаются в беспроводной связной блок передачи и приема. Когда загрузка данных прибором осуществлена, опрашивающий прибор спускают в другое место, и с помощью переводника обсадной колонны свойства пласта будут измеряться по определенному расписанию и сохраняться до следующего опроса. Если необходимо, микроконтроллер переводника обсадной колонны может быть перепрограммирован прибором для выполнения других задач или по другому расписанию. Согласно этому варианту осуществления беспроводная передача данных между переводником обсадной колонны и опрашивающим прибором обеспечивается за счет электромагнитной связи, описанной выше. В течение всего периода эксплуатации скважины снабжение электрической энергией переводника обсадной колонны производится от встроенной батареи.

Согласно третьему варианту осуществления переводник обсадной колонны специально предназначен для измерения свойств пласта и дополнительно содержит подзаряжаемую батарею. Опрашивающим прибором обеспечивается беспроводная передача электрической энергии для подзарядки батареи и беспроводная передача данных для вывода сохраненных данных и дополнительно для перепрограммирования микроконтроллера. Беспроводной подвод электрической энергии и беспроводная передача данных между переводником обсадной колонны и опрашивающим прибором обеспечивается за счет электромагнитной связи, описанной выше.

Беспроводная передача энергии для непосредственного или косвенного снабжения электрической энергией функциональных элементов обеспечивается благодаря использованию маломощной или очень маломощной электроники внутри переводника обсадной колонны, так что требования в части потребления электрической энергии очень небольшие.

В описываемых в настоящей заявке вариантах осуществления беспроводная передача данных и электрической энергии обеспечивается за счет электромагнитной связи, хотя основные концепции изобретения могут быть реализованы другим альтернативным способом беспроводной связи. Беспроводная связь между переводником обсадной колонны и опрашивающим прибором может быть обеспечена с помощью микроволн или путем передачи по оптическому лучу. Кроме того, беспроводная передача данных может быть обеспечена с помощью акустической связи. В частности, оптический способ может найти применение в водяных скважинах вследствие небольшого ослабления светового излучения в таком флюиде.

Показанный на фигурах 1 и 2 датчик установлен на наружной поверхности переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны. Однако датчик может быть также установлен на внутренней поверхности переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны. В переводнике обсадной колонны могут быть реализованы датчики и технологии различных видов. Датчиками можно измерять свойства пласта или в качестве альтернативы свойства инфраструктуры скважины, например свойства обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, или даже в качестве альтернативы свойства флюида внутри скважины; также возможно сочетание нескольких датчиков, измеряющих различные свойства. Например, такими датчиками можно измерять давление или скорость флюида внутри скважины или измерять давление флюида в окружающем пласте, удельное сопротивление, соленость или обнаруживать присутствие химических компонентов, таких как СО₂ или H₂S, датчики также могут быть применены для измерения таких характеристик обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, как степень коррозии, деформация и напряжение. Например, могут быть реализованы датчики следующих типов:

Давления и температуры;

Удельного сопротивления (или удельной проводимости);

Напряжения или деформации обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны;

pH окружающих флюидов;

Мониторинга содержания химических веществ, таких как СО₂ и H₂S.

Системы согласно изобретению могут быть использованы для мониторинга свойств пласта или скважины в различных областях, таких как:

Разведка и добыча нефти и газа;

Хранение воды;

Хранение газа;

Подземное захоронение отходов (химических и радиоактивных).

В противоположность предшествующему способу постоянного мониторинга отсутствует кабель с наружной стороны элемента заканчивания скважины, такого как обсадная колонна скважины или насосно-компрессорная колонна. Когда развертывают ряд переводников обсадной колонны с датчиками, то из-за наличия кабеля с наружной стороны обсадной колонны в цементе может образовываться канал. Если это происходит, в этом канале будет создаваться сквозной поток между группой датчиков, приводящий к неверному истолкованию результатов анализа испытаний. При отсутствии кабеля с наружной стороны обсадной колонны это неверное истолкование исключается. К тому же, что касается заканчивания, то отсутствие кабеля, закрепленного на поверхности, означает, что конструкция скважины может быть выполнена в соответствии со стандартной процедурой без затраты излишнего времени на монтаж. Кроме того, будут возможны расхаживание и поворот обсадной колонны, для исключения которых часто требуется проведение работы по качественному цементированию скважины. Это может быть очень важным для достижения эффективной изоляции давления между различными слоями коллектора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления переводник обсадной колонны, показанный на фигурах 5 и 6, специально предназначен для измерения порового давления в пласте. Переводник обсадной колонны имеет расширенный участок, образующий корпус, в котором ограничена камера 45. Манометр 43 расположен внутри камеры и соединен с электронным модулем 23 и с буферной трубкой 42, которая заполнена относительно несжимаемой жидкостью. Поскольку цемент обычно является непроницаемым, необходимо предусматривать средство сообщения по флюиду между датчиком и пластом, чтобы можно было измерять указанное давление. Поэтому переводник обсадной колонны содержит элемент 25 связи, обеспечивающий сообщение между жидкостью буферной трубки и флюидами пласта, а на противоположной стороне закреплена пружинная дуга 22, и посредством нее прикладывается сила к стенке 48 ствола скважины, достаточная для улучшения плотного контакта между элементом связи и пластом.

В дополнение к пружинной дуге 22 или независимо могут быть использованы различные элементы связи. Согласно предпочтительному варианту осуществления элементом связи является камера, заполненная материалом, выбранным из условия высокой проницаемости, для передачи гидростатического давления от окружающих флюидов к манометру. Кроме того, распределение пор материала по размерам сделано достаточно малым, так что частицы цемента не будут проникать внутрь материала. Например, в качестве такого материала может быть использован высокопроницаемый полимер или проницаемый цемент. До установки переводника обсадной колонны в скважину высокопроницаемый материал или полимер предварительно насыщают чистым флюидом, таким как вода или нефть, для минимизации проникновения любых флюидов, когда переводник обсадной колонны расположен в скважине. Кроме того, до проведения работы по цементированию скважины необходимо осуществить циркуляцию буферной жидкости для очистки ствола скважины и удаления, насколько это возможно, глинистой корки. Кроме того, устройство соскребания глинистой корки может быть помещено вблизи манометра для удаления глинистой корки путем возвратно-поступательного движения.

Другое средство связи, описанное в патенте Великобритании №2366578, рассмотрено в настоящей заявке ниже. Элемент связи может быть встроенным устройством, выделяющим вещество, которое предотвращает затвердевание во время схватывания цементного раствора; или которое повышает проницаемость цементного раствора во время схватывания цементного раствора; или которое изменяет коэффициент расширения цементного раствора во время затвердевания. Кроме того, элемент связи может быть встроенным устройством, создающим сдвиговые волны, которые наводят трещины в цементном растворе во время затвердевания.

В первом случае замедлитель схватывания бетона вводят в цементный раствор в области датчика для полного предотвращения затвердевания бетона в этой области. При работе благодаря области незатвердевшего цемента будет обеспечиваться сообщение по флюиду. Примеры подходящих замедлителей включают в себя вещества, молекулы которых содержат значительное число групп ОН, и высокотемпературные замедлители из семейства фосфаторганических хелатообразующих веществ.

Во втором случае используют устройство для повышения проницаемости цемента в области датчика, обычно вводящее газовые пузырьки в цементный раствор до его схватывания. Подходящим устройством для введения газовых пузырьков является небольшой газовый контейнер, из которого газ выходит при открывании клапана, приводимого в действие небольшим зарядом взрывчатого вещества или с помощью химической реакции, при условии, что газ удерживается в контейнере в жидком или твердом состоянии. Предпочтительным газом является диоксид углерода, который медленного реагирует с цементным раствором, создавая пустоты в цементном растворе, которые занимаются водой, нефтью или другой жидкостью.

В третьем случае используют способ изменения коэффициента расширения цементного раствора и наведения трещин в цементном растворе во время затвердевания. Эта задача решается путем выделения вещества, такого как соли магния или алюминия, из металлических игл в цементный раствор до его затвердевания.

В последнем случае посредством акустического, соленоидного или пьезоэлектрического устройства создают сдвиговые волны в цементном растворе, которые наводят трещины в цементном растворе во время затвердевания.

Еще один способ обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и коллектором описан в Международной заявке WO03100218, и в этом способе используют технологию сверления микроотверстий, основанную на использовании бурильного инструмента, такого как динамический испытатель пластов в обсаженном стволе скважины типа CHDT (товарный знак Schlumberger). После установки в скважину переводника обсадной колонны, несущего датчики, сообщение по флюиду между датчиком и коллектором обеспечивают путем выполнения этапов, включающих в себя: позиционирование бурильного инструмента 70, спущенного в скважину на каротажном кабеле 71, внутри обсадной колонны вблизи элемента 25 связи (фигуры 7-8); сверление посредством сверлильного стержня 72 сквозь обсадную колонну 100, корпус трубки и элемент 25А связи и бетон 41 с прохождением в пласт 40, окружающий скважину, с тем чтобы создать путь 75 сообщения по флюиду между датчиком и коллектором; и наконец, заделывание уплотняющей пробкой 78 отверстия, просверленного в обсадной колонне бурильным инструментом.

На фигуре 3F представлен еще один вариант осуществления переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны. Принцип опроса переводника обсадной колонны из фигуры 3F основан на электрической передаче, осуществляемой между средством передачи данных и электрической энергии и ближайшим опрашивающим прибором 20, расположенным во внутренней полости 14. Скважина содержит эксплуатационную насосно-компрессорная колонну 300 и обсадную колонну 100, которые соединены через посредство верхней части 311 и нижней части 312. Скважина также содержит два изоляционных промежутка, раскрытых выше. Один изоляционный промежуток 352 находится на обсадной колонне 100. Верхняя часть 311 обеспечивает контакт с обсадной колонной 100 выше относительно изоляционного промежутка 352, а нижняя часть 312 обеспечивает контакт ниже относительно изоляционного промежутка 352. Другой изоляционный промежуток 350 находится на эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 300 между верхней частью 311 и нижней частью 312.

Опрашивающий прибор 20 осуществлен как спускаемый на кабеле прибор 20. Опрашивающий прибор состоит из верхней части 201 и нижней части 202, соединенных с помощью кабеля 27, содержащего электрический кабель 270. Верхняя часть содержит верхний электрод 210, который обеспечивает контакт с насосно-компрессорной колонной 300 выше относительно изоляционного промежутка 350, а нижняя часть содержит нижний электрод 220, который также обеспечивает контакт с насосно-компрессорной колонной ниже относительно изоляционного промежутка 350. Электрический кабель 270 подключен к нижнему электроду 220, а еще один электрический кабель 260 (непоказанный) подключен к верхнему электроду 210. Эта конструкция является реализуемой, поскольку обсадная колонна и насосно-компрессорная колонна являются электропроводными, обычно изготовленными из стали. Верхний электрод 210 представляет собой металлическую дугу, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью насосно-компрессорной колонны с силой, достаточной для обеспечения электрического контакта. Нижний электрод 220 также представляет собой металлическую пружинную дугу, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью насосно-компрессорной колонны с силой, достаточной для обеспечения возвратного электрического провода. В данном случае опрашивающий прибор 20 представлен как пример реализации, при этом предполагается, что могут быть сделаны другие последующие модификации. Кроме того, опрашивающий прибор 20 может быть изготовлен в виде одного элемента, содержащего верхнюю и нижнюю части, но не связанные посредством кабеля 27.

Верхней частью 311 и нижней частью 312 реализуется электрический контакт между обсадной колонной и эксплуатационной насосно-компрессорной колонной, ими могут быть, например, закорачивающие центраторы или любые электропроводные звенья. Расстояние между закорачивающими центраторами зависит от нескольких факторов, таких как электрическая мощность, обеспечиваемая спускаемым на кабеле прибором, потребность электроники датчиков в электрической энергии и электропроводность флюида между эксплуатационной насосно-компрессорной колонной и обсадной колонной. Во многих случаях может оказаться возможным разнесение закорачивающих центраторов на расстояние от около десятков метров. В случае флюидов с высокой электропроводностью, находящихся в кольцевой области, эксплуатационная насосно-компрессорная колонна может быть покрыта электроизоляционным слоем, например, из эпоксидной смолы. Это покрытие будет значительно уменьшать электрические потери в электропроводных флюидах кольцевого пространства. В случае большого расстояния между закорачивающими центраторами для исключения электрического контакта с обсадной колонной, обусловленного изгибанием или искривлением насосно-компрессорной колонны, могут быть добавлены промежуточные и изолирующие центраторы вдоль насосно-компрессорной колонны. Такие контакты будут вносить изменения в связь и передачу электрической энергии. Могут быть использованы резиновые изолирующие центраторы.

Переводник обсадной колонны согласно варианту осуществления с фигуры 3F может быть расположен выше или ниже относительно изоляционного промежутка 352. На фигуре 3F переводник обсадной колонны находится ниже относительно изоляционного промежутка 352. Средство передачи данных и электрической энергии из переводника обсадной колонны имеет один контакт выше относительно изоляционного промежутка 350 через посредство электрического кабеля 355 и один контакт непосредственно с переводником обсадной колонны. Электрический кабель 355 покрыт изоляционной оболочкой для исключения любого тока утечки через переводник обсадной колонны. Таким способом может быть реализована более простая электропроводная цепь между переводником обсадной колонны и опрашивающим прибором без использования электромагнитной передачи, но путем использования несложной электрической передачи. Электропроводная цепь проходит от электрического кабеля 270 к нижнему электроду 220, к насосно-компрессорной колонне 300, к нижней части 312, к обсадной колонне 100, к переводнику 10 обсадной колонны и к средству передачи данных и электрической энергии. После этого электропроводная цепь возвращается от средства передачи данных и электрической энергии к электрическому кабелю 355, к обсадной колонне 100, к верхней части 322, к насосно-компрессорной колонне 300, к верхнему электроду 310 и к электрическому кабелю 260. Когда ток протекает через обсадную колонну и насосно-компрессорную колонну, то цепь короткого замыкания с возвратом тока отсутствует, поскольку изоляционный промежуток 350 имеется на насосно-компрессорной колонне и изоляционный промежуток 352 имеется на обсадной колонне. Электрические кабели 260 и 270 могут быть подключены к скважинному оборудованию (непоказанному) в опрашивающем приборе, при этом будет обеспечиваться обработка и подача электрического сигнала, и может быть дополнительно осуществлено подключение к наземному оборудованию через посредство кабеля 26. Электрические кабели 260 и 270 также могут быть непосредственно подключены к наземному оборудованию с помощью каротажного кабеля 26. Этот новый вариант осуществления переводника обсадной колонны представлен в настоящей заявке как пример реализации, при этом предполагается, что могут быть сделаны последующие модификации, например, относительно переводника насосно-компрессорной колонны, или другие модификации, раскрытые на фигурах с 3В по 3Е.

Предложенная группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к системам для исследования и контроля эксплуатационных скважин. Техническим результатом является повышение достоверности получаемых данных и эффективности их передачи на поверхность. Система мониторинга скомпонована на переводнике обсадной или насосно-компрессорной колонны и содержит датчик, средство передачи данных для обеспечения беспроводной связи между опрашивающим прибором, расположенным во внутренней полости колонны труб, и датчиком, и средство передачи электрической энергии к датчику. В соответствии с изобретением также раскрыт способ заканчивания скважины, который содержит этапы установки переводника с системой мониторинга в состав обсадной или насосно-компрессорной колонны, цементирования обсадной колонны и обеспечение сообщения по флюиду между датчиком и коллектором. Также раскрыт способ мониторинга подземных пластов, флюидов или свойств обсадной колонны и насосно-компрессорной колонны, осуществляемый с помощью переводника с упомянутой системой мониторинга обсадной или насосно-компрессорной колонны. 11 н. и 32 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Система мониторинга, скомпонованная на переводнике (10) обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, имеющем внутреннюю (11) и наружную (12) поверхности и ограничивающем внутреннюю полость (14), содержащая датчик (24); средство (21А) передачи данных для обеспечения беспроводной связи между опрашивающим прибором, расположенным во внутренней полости, и датчиком, при этом указанное средство передачи данных расположено на переводнике обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны; и средство (21В) передачи электрической энергии для обеспечения беспроводной подачи электрической энергии к датчику, при этом указанное средство передачи электрической энергии расположено на переводнике обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны.

2. Система по п.1, в которой средство (21А) передачи данных расположено на внутренней или наружной поверхности переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны.

3. Система по п.1, в которой средство (21В) передачи электрической энергии расположено на внутренней или наружной поверхности переводника обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны.

4. Система по п.1, в которой средство (21А) передачи данных помещено между внутренней и наружной поверхностями.

5. Система по п.1, в которой средство (21В) передачи электрической мощности помещено между внутренней и наружной поверхностями.

6. Система по п.1, в которой датчик (24) установлен на наружной поверхности (12).

7. Система по п.1, в которой средство передачи данных является также средством передачи электрической энергии.

8. Система по п.1, в которой средство передачи данных представляет собой тороидальную антенну (21).

9. Система по п.1, дополнительно содержащая электронный модуль (23), включающий в себя блок обработки сигналов; и блок отбора и подачи электрической энергии.

10. Система по п.1, в которой электронный модуль (23) дополнительно содержит беспроводный связной блок передачи и приема, микроконтроллер и блок памяти, и блок накопления электрической энергии.

11. Система по п.1, в которой блок накопления электрической энергии представляет собой подзаряжаемую батарею.

12. Система по п.1, дополнительно содержащая средство (25А) связи для обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и флюидами пласта.

13. Система по п.1, дополнительно содержащая нажимное средство (22) для обеспечения контакта между средством (25) связи и пластом.

14. Система по п.1, дополнительно содержащая средство (25В) связи для обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и флюидами внутри скважины.

15. Способ заканчивания скважины в подземном пласте, заключающийся в том, что устанавливают обсадную колонну, содержащую, по меньшей мере, одну систему по любому из пп.1-13; цементируют наружную поверхность обсадной колонны на месте; и обеспечивают сообщение по флюиду между датчиком и коллектором.

16. Способ по п.15, в котором на этапе обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и коллектором используют устройство, расположенное в средстве (25А) связи, при этом указанное устройство выделяет вещество, которое способствует одному из событий, выбранному из перечня, включающему в себя предотвращение затвердевания во время схватывания цементного раствора; повышение проницаемости цементного раствора во время затвердевания цементного раствора; и изменение коэффициента расширения цементного раствора во время затвердевания.

17. Способ по п.15, в котором на этапе обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и коллектором используют устройство, расположенное в средстве (25А) связи, при этом указанное устройство создает сдвиговые волны, которые наводят трещины в цементном растворе во время затвердевания.

18. Способ по п.15, в котором этап обеспечения сообщения по флюиду между датчиком и коллектором выполняют с помощью прибора, который может быть перемещен по скважине в ряд местоположений.

19. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап, на котором на постоянной основе позиционируют опрашивающий прибор во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор обеспечивает беспроводную сигнальную связь с датчиком, причем сигнал представляет собой данные или электрическую энергию.

20. Способ заканчивания скважины в подземном пласте, заключающийся в том, что устанавливают насосно-компрессорную колонну, имеющую верхнюю часть и нижнюю часть, при этом указанная насосно-компрессорная колонна содержит, по меньшей мере, одну систему по любому из пп.1-14.

21. Способ по п.20, дополнительно содержащий этап, на котором изолируют часть насосно-компрессорной колонны с помощью изоляционного промежутка, который электрически изолирует верхнюю часть насосно-компрессорной колонны от нижней части насосно-компрессорной колонны.

22. Способ по п.21, в котором этап изоляции осуществляют с помощью покрытого керамикой стержня, располагаемого между верхней частью насосно-компрессорной колонны и нижней частью насосно-компрессорной колонны.

23. Способ по п.20, дополнительно содержащий этап, на котором изолируют часть обсадной колонны с помощью изоляционного промежутка, который электрически изолирует верхнюю часть обсадной колонны от нижней части обсадной колонны.

24. Способ по п.23, в котором этап изоляции осуществляют с помощью покрытого керамикой стержня, располагаемого между верхней частью обсадной колонны и нижней частью обсадной колонны.

25. Способ мониторинга подземных пластов, содержащих, по меньшей мере, один коллектор флюидов и пересекаемых, по меньшей мере, одной скважиной, снабженной переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, при этом датчиком измеряют параметр, относящийся к пластовым флюидам, и способ содержит этап, на котором устанавливают беспроводную сигнальную связь между датчиком и опрашивающим прибором, причем сигнал представляет собой данные или электрическую энергию.

26. Способ по п.25, дополнительно содержащий этап, на котором делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

27. Способ мониторинга, по меньшей мере, одного флюида внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-14, при этом датчиком измеряют параметр, относящийся к флюиду, и способ содержит этап, на котором устанавливают беспроводную сигнальную связь между датчиком и опрашивающим прибором, причем сигнал представляет собой данные или электрическую энергию.

28. Способ по п.27, дополнительно содержащий этап, на котором делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

29. Способ мониторинга подземных пластов, содержащих, по меньшей мере, один коллектор флюидов и пересекаемых, по меньшей мере, одной скважиной, снабженной переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к пластовым флюидам, заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариаций результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени, посредством опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор подводит электропитание и выводит результаты измерений на поверхность; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

30. Способ по п.29, дополнительно содержащий этап, на котором подзаряжают батарею.

31. Способ по п.29, дополнительно содержащий этап, на котором перепрограммируют микроконтроллер.

32. Способ мониторинга подземных пластов, содержащих, по меньшей мере, один коллектор флюидов и пересекаемых, по меньшей мере, одной скважиной, снабженной переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к пластовым флюидам, заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариаций результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени; выводят результаты измерений на поверхность с помощью опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

33. Способ по п.32, дополнительно содержащий этап, на котором перепрограммируют микроконтроллер.

34. Способ мониторинга, по меньшей мере, одного флюида внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к флюиду, заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариаций результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени, посредством опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор подводит электропитание и выводит результаты измерений на поверхность; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

35. Способ по п.34, дополнительно содержащий этап, на котором подзаряжают батарею.

36. Способ по п.34, дополнительно содержащий этап, на котором перепрограммируют микроконтроллер.

37. Способ мониторинга, по меньшей мере, одного флюида внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к флюиду, заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариаций результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени; выводят результаты измерений на поверхность с помощью опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

38. Способ по п.37, дополнительно содержащий этап, на котором перепрограммируют микроконтроллер.

39. Способ мониторинга обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к свойствам обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариаций результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени, посредством опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости, при этом указанный опрашивающий прибор подводит электропитание и выводит результаты измерений на поверхность; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

40. Способ по п.39, дополнительно содержащий этап, на котором подзаряжают батарею.

41. Способ по п.39, дополнительно содержащий этап, на котором перепрограммируют микроконтроллер.

42. Способ мониторинга обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны внутри скважины, при этом указанная скважина снабжена переводником обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны по любому из пп.1-13, в котором датчиком измеряют параметр, относящийся к свойствам обсадной колонны или насосно-компрессорной колонны, заключающийся в том, что осуществляют мониторинг вариаций результатов измерений, осуществляемых датчиком во времени; выводят результаты измерений на поверхность с помощью опрашивающего прибора, расположенного во внутренней полости; и делают заключение о свойствах пластов на основании изменяющихся во времени результатов измерений.

43. Способ по п.42, дополнительно содержащий этап, на котором перепрограммируют микроконтроллер.
Приоритет:

23.06.2004 по пп.1-43.