ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B47/00 

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, к одновременно-раздельной эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды и попутного газа), для регулирования добычи из каждого вскрытого продуктивного горизонта (пласта), а также для исследования скважин (в том числе без извлечения насосного оборудования) и предназначено, в частности, для передачи телеметрической информации с различных уровней (пластов) скважины.

Известна система передачи телеметрической информации (патент на изобретение №2230187, 2004 г.), включающая подземное передающее устройство и наземное приемное устройство, содержащее источник питания, устройство приема и обработки информации, электронный ключ, два резистора, которое подключено между нулем «звезды» вторичных обмоток трехфазного трансформатора и его заземленным корпусом. Подземное передающее устройство (блок погружной - БП), содержащее стабилизатор напряжения, устройство сбора и передачи телеметрической информации от датчиков измерения параметров среды верхнего продуктивного слоя, электронный ключ, два резистора, подключено между нулем «звезды» обмоток погружного электродвигателя (ПЭД) и его заземленным корпусом, а обмотки ПЭД подключены к обмоткам трехфазного трансформатора через кабель питания. При этом передачу/прием информации от устройства приема и обработки информации к подземному устройству и обратно производят по кабелю питания, за счет электрического соединения, выполненного по цепи трансформатор - погружной кабель питания ПЭД - ПЭД.

Известна также система сбора телеметрической информации от датчиков погружного блока (заявка на изобретение №2012124255 «Способ мониторинга внутрискважинных параметров (варианты) и система управления процессом добычи нефти», 13.06.2012 г.), выполненная с возможностью подачи необходимого стабилизированного питания на все устройства системы, требующие питания, и содержащая наземное приемное устройство с контроллером (наземным устройством приема и обработки), соединенное для приема/передачи данных с погружным блоком по цепи питания электрический кабель - ПЭД.

В указанных Системах не предусмотрена возможность добычи флюида, а также контроля и передачи параметров второго продуктивного пласта скважины.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является Система погружной телеметрии Триол ТМ-01-06 (корпорация «ТРИОЛ», г. Харьков, UA, http://www.trioloil.ru/index.php?id=35), включающая наземное устройство приема и управления (контроллер УМКА-03), соединенное информационным портом с блоком наземным (ТРИОЛ-ТМН-01-06) с трехфазным трансформатором, соединенным через ПЭД с Блоком погружным (ТРИОЛ-ТМН-01-06). Электрическое соединение, выполненное по цепи питания - трансформатор трехфазный, повышающий напряжение, погружной кабель ПЭД, ПЭД - позволяет передавать информацию от устройства приема и управления к БП и обратно. За счет того, что БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием для прохождения вала ПЭД, к верхней части которого подключен первый погружной насос, появляется возможность установки под БП второго погружного насоса для добычи пластовой жидкости из второго продуктивного пласта при установке в скважине разделяющего пакера. Система позволяет обеспечивать измерение и передачу на наземное устройство технологических параметров ПЭД, параметров пластовой жидкости первого (верхнего) пласта с помощью установленных на поверхности и внутри БП датчиков. При необходимости контроля параметров второго (нижнего) пласта скважины используют геофизический прибор (измеряющий, например, температуру, давление, расход входящими в его состав датчиками). Прибор устанавливают ниже второго насоса внутри насосно-компрессорной трубы (НКТ), электрически соединяя его с наземным блоком для приема/передачи информации с помощью кабеля, закрепленного вдоль НКТ, ПЭД, двух насосов, БП. Длина такого кабеля может достигать более 3000 м. Таким образом, Система имеет высокую трудоемкость при сборке за счет установки и крепления протяженного кабеля к геофизическому прибору, что обуславливает ее высокую стоимость и высокую вероятность повреждения кабеля при спуске установки в скважину.

Задачей технического решения является создание телеметрической системы эксплуатируемой скважины, предназначенной для контроля посредством устройства измерения (измерительного прибора с датчиками) параметров нижнего пласта скважины, контроля посредством блока погружной телеметрии состояния добываемой среды верхнего продуктивного пласта и передачи полученной информации потребителю, позволяющей существенно сократить длину геофизического кабеля для подключения измерительного прибора с датчиками, что позволит повысить технологичность сборки системы, надежность функционирования системы при меньшей стоимости Системы.

Для решения задачи служит Телеметрическая система эксплуатируемой скважины (далее - Система), содержащая наземный блок приема и обработки информации (БН), соединенный по цепи питания - электрический кабель - погружной электродвигатель (ПЭД) - с портом блока погружного телеметрии (БП). БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием и предназначен для контроля и передачи на БН телеметрической информации - параметров и верхнего (первого), и нижнего (второго) пластов, а также параметров погружного электродвигателя. При этом порт БП посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи информации и интерфейса связи и питания соединен с его дополнительным портом, к которому подключено устройство измерения (УИ) параметров нижнего (второго) пласта скважины (включающее датчики) посредством герметичного соединения. Дополнительный Порт предназначен для передачи запрошенной информации от устройства измерения к БП. Соединение УИ и БП осуществлено с помощью соединителя, устанавливаемых в вырезе корпуса БП. Устройство сбора и передачи телеметрической информации выполнено с возможностью формирования пакетов данных о параметрах датчиков первого пласта и пакетов данных о параметрах датчиков второго пласта (устройства измерения) и преобразования их для передачи на наземный блок приема и обработки информации по кабелю питания погружного электродвигателя (по цепи питания), где эта информация распознается для передачи потребителю. Система выполнена с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все ее устройства, требующие питания, в том числе - на УИ.

Предпочтительно, чтобы в устройстве сбора и передачи устанавливали очередность передачи упомянутых пакетов данных.

Предпочтительно, чтобы устройство сбора и передачи выполнено с возможностью формирования пакетов данных третьего типа с параметрами погружного электродвигателя и преобразования их для передачи по цепи питания.

Предпочтительно, чтобы вырез был выполнен продольным и расположен в нижней части боковой поверхности корпуса БП.

Предпочтительно, чтобы продольный вырез был выполнен ступенчатым для достижения оптимальной прочности корпуса БП и удобства подключения к БП устройства измерения.

Предпочтительно, чтобы УИ было подключено к БП посредством геодезического кабеля либо кабеля питания.

В качестве устройства измерения может быть использовано любое устройство (например, широко известные геофизические приборы для измерения давления и температуры, устройство САКМАР (НПФ «Геофизика», г. Уфа) и т.п.), включающее датчики для измерения различных параметров флюида, в том числе температуры, давления, вибрации, влагосодержания, расхода среды с нижнего пласта и т.п.

Далее работа Телеметрической системы эксплуатируемой скважины будет показана в предпочтительном варианте исполнения.

На фиг.1 представлена функциональная схема Телеметрической системы эксплуатируемой скважины для передачи сигнала от БП к БН

На фиг.2 представлен чертеж блока погружного с проходным валом ПЭД в предпочтительном варианте исполнения.

Телеметрическая система эксплуатируемой скважины (далее - Система), изображенная на фиг.1, содержит блок наземный 1 (БН) приема и обработки информации, соединенный по цепи питания электрический кабель 2 - погружной электродвигатель 3 (ПЭД) с портом блока погружного 4 (БП). Порт БП соединен с его дополнительным портом посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи 5 (УСП) телеметрической информации и интерфейса связи и питания 6 (Интерфейс). К УСП 5 подключены датчики первого пласта 7 (Д1). К дополнительному порту БП посредством электрического соединения подключено устройство измерения 8 (УИ) параметров второго пласта скважины, содержащее датчики второго пласта (Д2 - на фиг.1 не показаны). Интерфейс служит шлюзом приема/передачи пакетов данных и команд (ретранслятором), необходим также для подачи питания на УИ.

Электрический кабель питания погружного двигателя может быть подключен к БН через трансформатор для оптимизации работы Системы.

Порт и дополнительный порт БП по сути являются соответственно многофункциональным входом и многофункциональным входом/выходом, предназначенными с одной стороны для подачи питания на БП и УИ, а с другой - для передачи телеметрической информации от УИ и БП на БН. Аналогично порт УИ, подключенный к дополнительному порту БП, является многофункциональным входом/выходом для подачи питания и передачи запрошенной телеметрической информации на БП. При этом соединение УИ и БП может быть осуществлено различными способами. Например, посредством геофизического кабеля для приема/передачи данных и подачи питания на УИ, либо любого другого кабеля, либо прием/передачу данных осуществляют цепи питания УИ.

Система приводится в рабочее состояние при подаче необходимого стабилизированного напряжения на все ее устройства, требующие питания, в том числе на устройство измерения параметров второго пласта скважины через дополнительный порт БП. Работа предлагаемой Системы может осуществляться несколькими способами.

Рассмотрим автономный режим работы Системы.

УСП 5 с определенной периодичностью и в определенном порядке опрашивает датчики Д1, а также передает команды опроса состояния среды второго пласта через интерфейс на УИ, т.е. Д1 и УИ являются ведомыми, а УСП - ведущим устройством, управляющим сбором, формированием, и передачей информации на БН по цепи питания. Из полученных данных формируют пакеты данных о параметрах датчиков первого пласта (пакеты первого типа). УИ формирует пакеты данных с измеренными параметрами Д2 и передает их через Интерфейс на УСП. Данные обо всех Д2 получают по командам запроса следующего пакета от УСП. В УСП из полученных пакетов формируют пакеты данных о параметрах датчиков второго пласта (пакеты второго типа). Пакеты первого и второго типа, имеющие одинаковую структуру, преобразуют (например, импульсной модуляцией) для передачи и последовательно передают по цепи питания через Порт БП на БН. То есть БП самостоятельно опрашивает Д1 и УИ согласно своему внутреннему алгоритму (очереди) и выдает БН. В БН считывают данные с БП. По типу пакета данных БН распознает их и использует для дальнейшей работы (например, передают потребителю и/или используют для управления БП).

Система может работать в командном режиме. При этом в БН формируют определенную команду, которая без изменений доходит до нужных узлов системы (только до БП или к УИ). Таким образом, в командном режиме БН является ведущим устройством, а БП и УИ - ведомыми. Например, по командам запроса состояния системы, в УСП кроме пакетов данных первого и/или второго типа формируют пакеты данных третьего типа о напряжениях, токах и т.п. на различных участках системы (в том числе о параметрах погружного электродвигателя); по командам калибровки Д1 производят установку нуля и разброс данных. Возможна также калибровка Д2 в УИ, выборочный опрос датчиков, управление ими. При этом в УСП формируют другие типы пакетов данных, которые также передают на БН.

Таким образом, при различных режимах работы Системы в УСП определяют последовательность передачи пакетов в соответствии с командами запроса, в которых может содержаться очередность опроса датчиков, указываться набор определенных датчиков и т.д.

В БН полученные по кабелю питания погружного электродвигателя пакеты данных всех типов распознают и используют для контроля и регулирования работы Системы, передачи потребителю.

Блок погружной 4, изображенный на фиг.2, выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием 10, предназначенным в данной реализации для прохождения вала, приводящего в действие второй насос. На поверхности корпуса 11 БП 4 выполнен вырез 12, на одной из стенок которого выполнено отверстие 13 для дополнительного порта БП. В отверстии герметично установлен соединитель 14. Кабелем с кабельным наконечником 15 герметично соединяют УИ 8 и БП 4. При таком непосредственном подключении длина дорогостоящего кабеля может составлять от 10 до 20 м, что в сотни раз меньше по сравнению с другими известными системами.

В данной реализации вырез расположен в нижней части боковой поверхности корпуса БП, выполнен продольным и ступенчатым соответственно рельефу соединителя с расширением для его установки посредством ключа (на фиг.2 не показано) с неглубокой узкой канавкой под кабель, что позволяет минимизировать объем выреза при сохранении необходимой прочности корпуса и обеспечения удобства при стыковке БП и УИ, размещаемого в НКТ под вторым насосом для снятия параметров нижнего пласта скважины. В данной реализации в качестве герметичного соединения между БП и УИ используют электрическое соединение посредством электрического соединителя 14 и кабельного наконечника 15 для осуществления подачи питания и приема/передачи данных. Варианты выполнения выреза под соединение могут быть различными в разных реализациях изобретения. Например, он может быть в верхней части боковой поверхности корпуса либо на нижней поверхности БП в виде глухого отверстия и т.п.

Таким образом, Система обеспечивает передачу параметров нижнего пласта скважины по кабелю питания погружного электродвигателя, использование минимально возможной длины кабеля к УИ с датчиками, что значительно снижает и вероятность повреждения этого кабеля, а также стоимость, трудоемкость сборки Системы в целом, повышает стабильность ее работы.

Изобретение относится к телеметрической скважинной системе и может быть использовано при одновременно-раздельной эксплуатации скважин. Техническим результатом является обеспечение контроля посредством устройства измерения параметров нижнего пласта скважины, и контроля состояния добываемой среды верхнего продуктивного пласта, при этом существенно сокращается длина геофизического кабеля для подключения измерительного прибора с датчиками, что повышает технологичность сборки системы и надежность ее функционирования. Телеметрическая система содержит наземный блок приема и обработки информации, соединенный по цепи питания электрический кабель - погружной электродвигатель (ПЭД) с портом блока погружного телеметрии (БП). БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием и предназначен для контроля и передачи на наземный блок (БН) приема и обработки информации - параметров и верхнего (первого), и нижнего (второго) пластов. При этом порт БП посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи информации и интерфейса связи и питания соединен с его дополнительным портом, к которому подключено устройство измерения (УИ) параметров нижнего (второго) пласта скважины посредством герметичного соединения. Дополнительный Порт предназначен для передачи запрошенной информации от устройства измерения к БП. Соединение УИ и БП осуществлено с помощью герметичного соединителя, установленного в вырезе корпуса БП. Устройство сбора и передачи телеметрической информации выполнено с возможностью формирования пакетов данных о параметрах датчиков первого пласта и пакетов данных о параметрах датчиков второго пласта с устройства измерения и преобразования их для передачи на наземный блок приема и обработки информации по кабелю питания погружного электродвигателя, где эта информация распознается для передачи потребителю. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины, выполненная с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все элементы, требующие питания, содержащая блок наземный (БН), подключенный к Порту блока погружного (БП) по цепи питания электрический кабель - погружной электродвигатель (ПЭД), предназначенной для передачи телеметрической информации от датчиков первого пласта скважины на БН, и устройство измерения (УИ) с датчиками второго пласта скважины, причем БП выполнен со сквозным продольным отверстием и включает подключенное к Порту БП устройство сбора и передачи от датчиков первого пласта, а БН выполнен с возможностью приема и обработки телеметрической информации от БП и УИ, отличающаяся тем, что УИ подключено к дополнительному порту БП для передачи запрошенной телеметрической информации от датчиков второго пласта скважины посредством герметичного соединения, расположенного в вырезе корпуса БП, а в БП дополнительный порт соединен с портом через последовательно соединенные интерфейс связи и питания и устройство сбора и передачи, причем собранную телеметрическую информацию передают на БН пакетами данных о параметрах датчиков первого пласта и пакетами данных о параметрах датчиков второго пласта, сформированными и преобразованными для передачи по цепи питания в устройстве сбора и передачи, а наземный блок выполнен с возможностью распознавания этих пакетов.

2. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины по п.1, отличающаяся тем, что в устройстве сбора и передачи устанавливают очередность передачи упомянутых пакетов данных.

3. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины по п.1, отличающаяся тем, что устройство сбора и передачи выполнено с возможностью формирования пакетов данных третьего типа с параметрами погружного электродвигателя и преобразования их для передачи по цепи питания.

4. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины по п.1, отличающаяся тем, что вырез выполнен продольным и расположен в нижней части боковой поверхности корпуса БП.

5. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины по п.4, отличающаяся тем, что вырез выполнен ступенчатым.

6. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины по п.4, отличающаяся тем, что УИ подключено к БП посредством геодезического кабеля.

7. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины по п.4, отличающаяся тем, что УИ подключено к БП посредством кабеля питания.