[發(fā)明專利]一種井中與地面信息高速有線雙工通信方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010103601.7
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN102134992A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅仁澤
• 申請（專利權(quán)）人: 羅仁澤
• 主分類號: E21B47/12
• 分類號: E21B47/12;E21F17/18;H04L5/14;H04L27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利屬于油氣開采領(lǐng)域，涉及一種鉆井信息、錄井信息以及隨鉆測量信息高速傳輸?shù)降孛娼K端，地面控制信息高速傳輸?shù)骄械挠芯€通信方法及裝置，該方法和裝置對泥漿鉆井、氣體鉆井都實用。

技術(shù)背景

鉆完井工程是一項隱蔽而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，可以產(chǎn)生大量信息，而信息化則是保障鉆完井工程安全、優(yōu)質(zhì)、低成本的必要條件。鉆完井信息主要包括各類鉆井錄井信息和近年迅速發(fā)展的隨鉆測量信息。這些信息的采集可以實現(xiàn)在鉆井的同時對鉆井作業(yè)的綜合評價和實時測井作業(yè)，簡化了鉆井作業(yè)程序，提高了鉆井作業(yè)精度，節(jié)省了鉆機(jī)時間，降低了成本，能夠?qū)崟r檢測到地層變化以便及時對鉆井設(shè)計予以必要的調(diào)整，最大限度地在油藏中最有價值的地帶鉆井，提高了油氣的采收率。

按照一口井在施工作階段分為鉆前、鉆中、鉆后不同階段，可以把鉆井錄井信息劃分為三類：第一類是開鉆與鉆進(jìn)前的信息，包括地震、地化及區(qū)域或鄰區(qū)巖心等信息；第二類是鉆進(jìn)時的信息，包括錄井信息、隨鉆信息；第三類是完井信息。第一類信息不需要從井中采集，第二類和第三類信息需要從井中傳輸?shù)降孛妗ｋS著MWD、LWD、SWD等隨鉆測量技術(shù)的發(fā)展，井下隨鉆測量參數(shù)越來越多，信息量很大。

對于鉆井信息、錄井信息以及隨鉆信息傳輸，目前采用的方法主要有泥漿脈沖傳輸法、聲波傳輸法、電磁波傳輸法、有線傳輸法。其中，泥漿脈沖傳輸法、聲波傳輸法、電磁波傳輸法都是屬于無線傳輸方式。泥漿脈沖傳輸法是目前無線傳輸中現(xiàn)場使用的主流技術(shù)，其優(yōu)點是對鉆井工藝沒有特殊的要求和限制，僅用鉆井液流作為動力，對正常鉆井作業(yè)影響很小，且通信可靠，能遠(yuǎn)距離傳輸，但是鉆井液脈沖的傳輸數(shù)據(jù)速率較低，不能滿足鉆井作業(yè)對井下信息的傳輸需求，同時在氣體和氣液雙相流體中不能采用鉆井液脈沖傳輸方式，不能實現(xiàn)實時傳輸隨鉆測量數(shù)據(jù)，并且只能單工通信，下行指令傳輸困難，成為進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)控制水平和閉環(huán)實現(xiàn)的瓶頸；聲波傳輸法需要解決鉆井環(huán)境的噪聲問題；電磁傳輸法在技術(shù)上有一定優(yōu)勢，但目前傳輸速率較低。

有線傳輸法中如果采用電纜或者光纜作為傳輸介質(zhì)，電纜傳輸方式的優(yōu)點是傳輸速率高，可雙向傳遞信息，但其電源和信號獨立傳送的傳輸通道較為復(fù)雜，需要消耗大量的物理電纜，成本較高，同時電纜必須具備高溫、高壓下正常工作的能力，而且必須預(yù)防纜線彎曲折斷，突破轉(zhuǎn)盤鉆井中的干擾，開發(fā)成本較高；使用光纖電纜很細(xì)小，成本低，但只可短時間使用，傳輸距離限制較大，而且光纖易在鉆井泥漿中磨損掉而被沖走；有線傳輸如果采用特種鉆桿作為傳輸介質(zhì)，其優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸快、雙向通信簡單，缺點是需要在鉆桿中加入纜線傳輸，加工特種鉆桿的成本高，同時每節(jié)鉆桿之間的通信傳輸以及密封都是技術(shù)難題，可靠性差，難以實現(xiàn)電力下傳。

總之，目前的泥漿鉆井的鉆井信息、錄井信息以及隨鉆信息傳輸技術(shù)尚存在不足和弱點，不能滿足鉆完井工程的需求。

為了進(jìn)一步提高井下數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)井下與地面信息的雙工通信，將有線鉆桿與地質(zhì)導(dǎo)向、隨鉆地震、井下動態(tài)診斷等新技術(shù)結(jié)合，將大大提高復(fù)雜地質(zhì)條件下導(dǎo)向鉆井的水平，滿足實時閉環(huán)監(jiān)控要求。

下面就回顧一下隨鉆信息的有線鉆桿傳輸技術(shù)的發(fā)展歷程：

近60年來，為滿足井下不斷增長的實時數(shù)據(jù)和能量傳輸所需，各國研究者一直未中斷開發(fā)數(shù)據(jù)和電力傳輸通道的嘗試表，有線鉆桿傳輸發(fā)展主要分為三個階段：

第一階段：方法探索和關(guān)鍵組件研制階段(1950年以前)。有線鉆桿傳輸?shù)难芯孔钤缡怯汕疤K聯(lián)開始的，為鉆桿嵌入導(dǎo)線技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1940年由前蘇聯(lián)成功鉆了深1500m的世界第1口利用電鉆的井。1940年，Dickson和Dennison克服了在導(dǎo)電介質(zhì)(腐蝕性、有研磨作用的高壓鉆井液)中接頭可靠連接的難題，并得出鉆柱的動態(tài)震動對接頭可靠性有害的結(jié)論；1942年D.C.Hare使用感應(yīng)接頭進(jìn)行相鄰鉆柱間數(shù)據(jù)傳輸并獲專利，長距離傳送信號電力耗損高；1942年，R.T.Cloud發(fā)明一系列感應(yīng)接頭并申請了專利，采用磁化合金材料形槽以匯聚感應(yīng)信號；但由于當(dāng)時技術(shù)條件所限，關(guān)鍵組件性能和可靠性差，發(fā)展緩慢。

第二階段：現(xiàn)場實驗和改進(jìn)階段(1950年至1970年)。1963年A.H.Lord改進(jìn)Hare的專利，降低需要的電能但感應(yīng)接頭裝卸較困難；20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)研發(fā)了有線傳輸系統(tǒng)STE，實現(xiàn)了幾何導(dǎo)向的隨鉆測井參數(shù)連續(xù)測量的實時數(shù)據(jù)傳輸，采用在鉆桿每個單根內(nèi)直接懸吊電纜，接頭處加電插頭的方法，最初使用時可靠性較好，但鉆過幾次以后因?qū)Ь€老化，頻繁中斷，失敗幾率大大增加平均每千米1次)。