СКВАЖИННАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2010 года по МПК E21B47/12 E21B47/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области геологии, а именно к скважинным телеметрическим системам.

Предлагается новое воплощение телеметрии по акустическому каналу связи во время гидроразрыва пласта для скважин, стимулируемых с помощью насосно-компрессорной трубы (НКТ). Установлено, что через пакер осуществляется акустическая связь между устьем скважины и затрубным пространством, при этом пакер не протекает, но акустически прозрачен. Следовательно, существует акустический канал, устье - затрубное пространство, и импульс давления может быть направлен с одного конца канала и надежно принят на другом. Кодирование данных обеспечивается путем модулирования импульса при помощи устройства, расположенного под пакером. Данный метод не требует дополнительной аппаратуры, кроме указанного модулирующего устройства, монтируемого под пакером с внешней стороны НКТ.

Уровень техники

Как и при бурении, при осуществлении гидроразрыва пласта (ГРП) большую пользу может принести наличие получаемых в реальном масштабе времени данных с забоя, например, о давлении на забое. Проводную связь установить трудно, т.к. незащищенный кабель будет обрезан раствором, содержащим расклинивающий наполнитель. Использование защищенного кабеля также представляется громоздким вариантом. Существуют решения, предполагающие использование оптического кабеля, защищенного колонной гибких труб, но они привносят новые сложности эксплуатационного характера и повышают затраты. Решения, связанные с оснащенной проводкой бурильной колонной, также могут не справиться с эрозией, возникающей вследствие использования расклинивающего наполнителя.

Существует ряд видов работ по ГРП, при которых в скважину вводится НКТ, например, с целью защиты скважины от воздействия высокого давления. Пакер устанавливается над перфорационными отверстиями между НКТ и обсадной колонной, таким образом, возникает затрубное пространство. Затрубное пространство заполняется жидкостью с низкой вязкостью для противодействия давлению в НКТ давление в затрубном пространстве поддерживается с помощью специального насоса. Таким образом, затрубное пространство представляет собой акустический волновод с низким затуханием. Реализация средств телеметрии, использующих данный канал, рассматривалась в ряде патентов (см. патенты RU 2209964, 10.08.2003, RU 2310215, 07.10/2005).

Наиболее близким аналогом изобретения (прототипом) является заявка US 2005/0168349, опубл. 04.08.2005. В соответствии с данной заявкой скважинная телеметрическая система содержит, по меньшей мере, один генератор импульсов давления, по меньшей мере, один датчик давления, размещенный во внутреннем межтрубном пространстве, по меньшей мере, один датчик давления, размещенный в затрубном пространстве вблизи скважины, и пакер.

Основным недостатком данной системы является необходимость изменения процедуры герметизации пакера, что приводит к усложнению процесса измерения с помощью скважинной телеметрической системы.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании скважинной телеметрической системы, обеспечивающей быстрый и точный способ телеметрии в скважине.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в создании скважинной телеметрической системы, в которой отсутствует необходимость изменения процедуры герметизации пакера, и, соответственно, упрощении процесса измерения с помощью заявленной системы.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что скважинная телеметрическая система содержит по меньшей мере один генератор импульсов давления, по меньшей мере один датчик давления, размещенный во внутреннем межтрубном пространстве в устье скважины, по меньшей мере один датчик давления, размещенный в затрубном пространстве вблизи скважины, и пакер, обеспечивающий гидравлическую изоляцию затрубного пространства. Дополнительно система содержит по меньшей мере один датчик, расположенный ниже пакера и реагирующий на по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, устройство кодирования данных, расположенное ниже пакера и считывающее показания датчика, расположенного ниже пакера и реагирующего на по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, устройство модулирования импульсов давления, создаваемых генератором импульсов давления, расположенное в затрубном пространстве под пакером, блок сбора данных, расположенный на поверхности, преобразующий выходные данные датчиков и предоставляющий данные для анализа блоку декодирования данных, расположенному на поверхности.

Кроме того, устройство модулирования импульсов давления может быть выполнено в виде камеры со створками.

Кроме того, генератор импульсов давления представляет собой механическое устройство, способное повышать или понижать давление. Кроме того, физической величиной, характеризующей призабойную зону, на которую реагирует датчик, расположенный ниже пакера, является давление или температура.

При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не было обнаружено решений, содержащих всей совокупности предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна».

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид скважинной телеметрической системы, где

1 - Генератор импульсов давления

2 - Линия подачи жидкости ГРП

3 - Датчики давления

4 - Линия затрубного пространства

5 - Блок сбора данных

6 - Блок декодирования данных

7 - НКТ

8 - Пакер

9 - Устройство модулирования импульсов давления

10 - Система датчиков и устройство кодирования данных

11 - Перфорации

12 - Трещина гидроразрыва

Настоящее изобретение относится к скважинной телеметрической системе, т.е. к системе кодирования и передачи данных из расположенной на большой глубине точки скважины, выполненной таким образом, что существует внутренняя труба, а между данной трубой и стенкой скважины - затрубное пространство, при этом пакер обеспечивает гидравлическую изоляцию как минимум двух (верхней и нижней) частей затрубного пространства. Вышеупомянутая система состоит из:

- по меньшей мере одного генератора импульсов давления 1, соединенного либо с внутренним межтрубным пространством, либо с затрубным пространством; такой генератор представляет собой механическое устройство, такое как насос, гидравлический клапан, и т.д., способное повышать или понижать давление в определенном месте в трубе по определенному графику, например, производить импульс давления определенного вида определенное количество раз в единицу времени;

- по меньшей мере одного датчика давления 3, предназначенного для измерения давления во внутреннем межтрубном пространстве, желательно, но не обязательно в устье скважины, и по меньшей мере одного датчика давления для измерения давления в затрубном пространстве;

- пакера 8;

- по меньшей мере одного датчика, расположенного ниже пакера, реагирующего по меньшей мере на одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, например, давление или температуру;

- устройства кодирования данных 10, расположенного в скважине ниже пакера, считывающего показания датчика и преобразующего их в кодированную последовательность сигналов, управляющих динамикой устройства модулирования импульсов;

- устройства модулирования импульсов давления 9, желательно смонтированного на внешней стороне НКТ 7 в затрубном пространстве под пакером 8, которое способно изменять амплитудные или фазовые характеристики импульса давления, создаваемого генератором импульсов давления 1; такое устройство является механическим устройством, управляемым устройством кодирования данных и изменяющим гидравлические характеристики (такие как гидравлический импеданс) той области трубы, в котором данное устройство помещено;

- блока сбора данных 5, преобразующего выходные данные датчиков в аналоговые или цифровые данные, желательно, но не обязательно обеспечивающего синхронную регистрацию данных по всем каналам сбора данных; такой блок состоит из последовательности электронных компонентов, принимающих электрические сигналы, порождаемые датчиками, и подающих эти сигналы на вход аналого-цифрового или аналогового преобразователя, предоставляющего данные для анализа блоку декодирования данных;

- блока декодирования данных 6, расположенного на поверхности и способного преобразовывать модулированный сигнал в данные, эквивалентные как минимум той части информации, которая считывается датчиками, с возможным сокращением по качеству и количеству данных.

При этом устройство модулирования импульсов давления 9 может быть выполнено в виде камеры со створками, монтируемой на части насосно-компрессорной трубы 7, расположенной ниже пакера 8, способными открывать и/или закрывать как минимум одно отверстие в камере, для соединения внутренней части камеры со скважиной под воздействием сигнала, поступающего с кодирующего устройства.

Другим вариантом исполнения устройства модулирования импульсов давления 9 может являться камера или набор камер, обладающих способностью расширяться или сужаться, тем самым уменьшая или увеличивая просвет между НКТ 7 и стенкой скважины, под воздействием сигнала, поступающего с устройства кодирования данных 10. Камера или набор камер монтируется на части насосно-компрессорной трубы 7, расположенной ниже пакера 8.

Возможны и другие варианты исполнения устройства модулирования импульсов давления 9, конкретный выбор которых будет обусловлен детальной геометрией пространства под пакером 8 и который может быть уточнен специалистами в области акустических фильтров.

Сигнал генерируется генератором импульсов давления 1, соединенным с линией подачи жидкости ГРП 2, и распространяется с высокой скоростью порядка 1 км/с вглубь скважины, где отражается от системы трещины и призабойной зоны и частично проникает в затрубную зону, где претерпевает изменения, вносимые устройством модулирования импульсов давления 9, проходит сквозь пакер 8 и распространяется вверх, где регистрируется датчиком давления 3 затрубного пространства. Альтернативно, сигнал генерируется в затрубном пространстве, а регистрируется в линии подачи жидкости ГРП 2 на поверхности, при этом путь распространения импульса тот же самый.

Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его осуществление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

Изобретение относится к области геологии, а именно к скважинным телеметрическим системам. Техническим результатом является повышение точности и эффективности способа телеметрии в скважине при отсутствии необходимости герметизации пакера. Для этого скважинная телеметрическая система оборудована по меньшей мере одним генератором импульсов давления, по меньшей мере одним датчиком давления, размещенным во внутреннем межтрубном пространстве в устье скважины, по меньшей мере одним датчиком давления, размещенным в затрубном пространстве вблизи скважины. Скважинная телеметрическая система снабжена пакером, обеспечивающим гидравлическую изоляцию затрубного пространства, по меньшей мере одним датчиком, расположенным ниже пакера и реагирующим на по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону. Скважинная телеметрическая система включает устройство кодирования данных, расположенное ниже пакера. Устройство кодирования данных считывает показания датчика, расположенного ниже пакера и реагирующего на по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону. Скважинная телеметрическая система включает устройство модулирования импульсов давления, расположенное в затрубном пространстве под пакером, блок сбора данных, расположенный на поверхности. Блок сбора данных преобразует выходные данные датчиков и предоставляет данные для анализа блоку декодирования данных, расположенному на поверхности. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинная телеметрическая система, содержащая по меньшей мере один генератор импульсов давления, по меньшей мере один датчик давления, размещенный во внутреннем межтрубном пространстве в устье скважины, по меньшей мере один датчик давления, размещенный в затрубном пространстве вблизи скважины, и пакер, обеспечивающий гидравлическую изоляцию затрубного пространства, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит по меньшей мере один датчик, расположенный ниже пакера и реагирующий на по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, устройство кодирования данных, расположенное ниже пакера и считывающее показания датчика, расположенного ниже пакера и реагирующего на по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, устройство модулирования импульсов давления, создаваемых генератором импульсов давления, расположенное в затрубном пространстве под пакером, блок сбора данных, расположенный на поверхности, преобразующий выходные данные датчиков и предоставляющий данные для анализа блоку декодирования данных, расположенному на поверхности.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство модулирования импульсов выполнено в виде камеры со створками.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что генератор импульсов давления представляет собой механическое устройство, способное повышать или понижать давление.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что физической величиной, характеризующей призабойную зону, на которую реагирует датчик, расположенный ниже пакера, является давление или температура.