[發明專利]一種用于有桿采油井的井下參數傳輸系統

有效

• 申請號: 201310484707.X
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103498667A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 王中宇;李強;李丹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: E21B47/13
• 分類號: E21B47/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計量測試技術領域，涉及一種有桿采油井井下參數傳輸系統，可將油井地層以下指定部位諸如溫度、壓力以及抽油桿受力狀況等參數實時傳輸至井口，滿足地面實時分析、處理需求。

背景技術

在當今采油工程中，有桿采油井在機械采油中所占比例高達90%以上，雖然近些年來出現了無桿采油井，但是依然難以撼動有桿采油井的主導地位。隨著石油消耗劇增，石油資源開發加快，并且向著深層、復雜地層掘進，復雜工況導致有桿采油系統故障率大大增加。近些年來，伴隨油田勘探開發的不斷深入，油井深度不斷刷新，目前已經出現達萬米的深油井，這種情況下井下采油設備工況變得更加惡劣，出現故障幾率增大，以抽油桿為例，深井條件下抽油桿遇到的大斜度、大深度和高磨損加劇其磨損，其發生腐蝕、磨蝕、脫和疲勞斷裂的幾率較一般油井高出40%以上，雖然目前關于抽油桿力學參數與磨損檢測裝置不少，并且都能很好的反應抽油桿狀況變化，但由于油井深度和環境的局限，這些寶貴數據無法實時傳到井口，通用做法是將油井停產，然后取出位于數千米深處的測量裝置，連接上位機，導出存儲數據，這使得每次檢測都要耗費大量的資金，另外是否要停產導出檢測數據完全靠技術人員經驗判斷，這種情況下錯過發現故障的最佳時間也就不足為怪。因此努力找到一種可靠的實時井下數據傳輸辦法是眾多國內外石油公司研發部門夢寐以求的一項關鍵技術。

有線傳輸本應是傳輸數據最可靠的方式，但是由于抽油桿是套在油管內，且油管內徑通常小于52mm，桿外徑為48mm左右，油管與油桿之間縫隙很小，并且抽油桿在工作時上下沖程運動距離通常為2～3米，并且伴有強烈摩擦，這種工況下傳輸線很容易被磨斷，所以布置信號線傳輸參數的方案是不可靠的。

無線傳輸被認為解決抽油桿井下測量信息實時傳輸的最理想途徑，目前有關井下無線傳輸的常用方法有二種：一種為泥漿或水脈沖遙測技術，另一種為電磁波隨鉆遙測技術。其中泥漿或水脈沖技術是用機械的方法瞬時堵塞或開啟泥漿或水流流動通道產生液壓脈沖，通過液壓脈沖來傳遞數據，該技術已經成熟應用于鉆井數據傳輸，該技術的缺點是數據傳輸速度慢，并且只有在泥漿或水正常流動時才能工作，而現實條件部分油井無法產生流動泥漿或液體，進而無法在所有采油井中推廣，且目前該方式在油井中的可靠傳輸距離小于2000m；就電磁波隨鉆遙測技術而言，其單一電磁信號傳輸井下抽油桿測量信息時，由于受到衰減、噪聲和多徑效應等因素影響，信號出現失真或差錯現象嚴重，在大斜度井和水平井中這種影響尤為顯著，目前該方式的可靠傳輸距離不足1000m。

總的來說，國內外在有桿采油井井下參數實時傳輸方面還處于起步階段，急需出現新的解決方案。關于油井井下參數實時傳輸問題已是眾多采油技術人員亟待解決的一項技術難題。

發明內容

1、本發明的目的是：以地層為信號傳播導體，利用瞬變電磁傳輸井下參數的方法，提供一種高速、實時傳輸有桿采油井井下參數的傳輸系統，解決深井條件下井下傳感器參數無法實時傳輸的問題。

2、本發明的技術方案是：一種用于有桿采油井井下參數傳輸系統，由井下發射部分和地面接收處理部分組成。井下發射部分由井下發射控制組件、長接頭艙、發射線圈、鐵芯和短接頭艙組成，地面接收處理部分包含接收線圈、前置放大器、可變增益放大器、瞬變電磁信號取樣積分電路、A/D轉換、數字濾波器和數據分析處理終端，它們之間的關系是：長接頭艙和短接頭艙通過螺紋密封連接形成井下發射部分的機體，然后通過螺紋與抽油桿連接，使井下發射部分在深井中具有穩定和可靠的工作環境，長接頭艙和短接頭艙內部所組成的穩定空腔用于安裝對工作環境要求較高的井下發射控制組件、發射線圈和鐵芯，井下發射控制組件從傳感器獲取參數信號，經過調理、轉換處理，形成數字信號，并將數據存儲于井下大容量存儲器以備份，同時將數據進行載頻、調理、信號放大等處理，形成雙極性矩形波激勵信號并傳輸給發射線圈，發射線圈纏繞在鐵芯外部，鐵芯未繞線端經過絕緣處理后插入短接頭艙內，組成可靠的地下低頻發射構成，將井下發射控制組件產生的雙極性矩形波的激勵信號轉化為有用電磁信號發射出去，電磁信號穿過油管和套管傳輸至地層，以地層為導體傳輸至地面，地面接收處理部分通過埋藏在地表油井口附近的接收線圈，捕獲來自地層深處的低頻瞬變電磁信號，依次經過前置放大器、可變增益放大器、積分采樣電路、A/D轉換、數字濾波器和數據分析處理終端等處理后，得到井下傳輸的參數。