[發明專利]一種固井、壓裂、生產過程套管變形無線監測系統

在審

• 申請號: 202210073242.8
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114458287A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 林鐵軍;陳毫;李敏;于浩;張強;王濤;劉朕
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/12;E21B17/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 王悅

1.一種固井、壓裂、生產過程套管變形無線監測系統，其特征在于：由井下套管變形無線監測器(1)、傳輸信道(2)、信號中繼裝置(3)和地面接收系統(4)四個部分組成；

所述傳輸信道(2)包括地層介質、套管以及井筒空間內的空氣和油氣水介質，作為將攜帶套管變形數據的電磁波信號從井下傳輸到地面的通道；

所述信號中繼裝置(3)包括機械部件、電源模塊、信號接收模塊和電路模塊，其中所述的機械部件為放置各模塊裝置的艙體，整體呈圓筒狀，套裝在井下套管上；所述的電源模塊為鋰電池組，用于為信號接收模塊和電路模塊供電；所述的信號接收模塊用于接收井下套管變形無線監測器(1)傳來的數據信號；所述的電路模塊為整個信號中繼裝置(3)的核心部件，電路模塊主要包含信號處理中樞、信號放大器和功率放大器，其中信號處理中樞的主要以單片機實現信號處理和調制，信號放大器和功率放大器用于將信號放大和再激發；

所述信號中繼裝置(3)用于接收井下套管變形無線監測器(1)發送來的信號，并進行再調制和放大，實現信號的中繼傳輸，為保證信號能遠距離傳輸，可根據井深情況安裝多個信號中繼裝置；

所述地面接收系統(4)包括：天線、信號接發電路、信號功放電路、工控機和人機交互模塊，所述天線與所述信號接發電路連接，用于接收信號中繼裝置(3)傳來的數據信號，作預處理后發送到信號功放電路；所述信號功放電路對傳輸而來的數據信號進行功率放大；所述工控機用于處理和解調由信號功放電路傳送來的數據信號；所述人機交互模塊用于顯示井下套管變形信息；

所述井下套管變形無線監測器(1)包含兩個功能：扶正功能和套變檢測功能；

井下套管變形無線監測器(1)套裝于套管上，啟動電源開始工作，隨套管下入井中進行固井作業，實現監測器和套管在井筒中的固定與就位，檢測套管變形情況，接收的套管應變數據信號，并將其轉換為數字信號，把所述數字信號調制轉換為模擬信號，并激發模擬信號沿井筒向上傳輸給信號中繼裝置(3)，通過信號中繼裝置(3)將信號傳輸給地面接收系統(4)，地面接收系統(4)接收模擬信號并處理得到井下套管變形多點檢測情況。

2.根據權利要求1所述的套管變形無線監測系統，其特征在于：套管變形無線監測系統的工作流程如下：

步驟1：對目標區塊套變井進行統計分析，根據套管變形發生的點位分布特點和層段情況，在滿足套管居中情況下，優選井下套管變形無線監測器(1)布置位置和數量；

步驟2：將所述井下套管變形無線監測器(1)、信號中繼裝置(3)套裝固定于套管上，打開電源讓井下套管變形無線監測器(1)和信號中繼裝置(3)開始工作，并使地面接收系統(4)與套管變形無線監測器(1)形成無線連接，之后隨套管下入井中，進行固井作業，實現套管在井筒中的固定與就位，形成由井下套管變形無線監測器(1)、傳輸信道(2)、信號中繼裝置(3)和地面接收系統(4)四個部分組成的套管變形無線監測系統；

步驟3：最后進行射孔、壓裂、試采、生產等作業，在套管下入井筒、水泥漿固井、射孔、壓裂、生產等作業的施工過程中，套管變形無線監測系統一直處于工作狀態中，所述井下套管變形無線監測器(1)對套管變形情況進行多點檢測，并將套變數據信號激發出去沿傳輸信道(2)向上傳輸，信號中繼裝置(3)對套變數據信號進行放大和再傳輸，地面接收系統(4)接收套變數據信號，并通過計算機處理得到井下套管變形多點檢測情況，實時準確獲取井下套管變形位置、變形程度、套變點數量以及套管受力狀態信息。

3.根據權利要求2所述的套管變形無線監測系統，其特征在于：為實現對井下套管變形情況的多點監測，需要沿井筒在套管上間隔套裝多個井下套管變形無線監測器(1)，由于信號中繼裝置(3)需要接收多個井下套管變形無線監測器(1)傳來的信號，為防止多個井下套管變形無線監測器(1)之間的信號干擾，需要對多組信號規定傳輸協議，具體地，從井下套管變形無線監測器(1)傳到信號中繼裝置(3)的信號采用碼分復用的方式進行識別和傳輸；

通過碼分復用的方式，碼分多址系統為每個井下套管變形無線監測器(1)分配各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息，每一個井下套管變形無線監測器(1)有自己的地址碼，這個地址碼用于區別每一個井下套管變形無線監測器(1)，地址碼彼此之間互相獨立的，互不影響，這樣就避免了每各個井下套管變形無線監測器(1)之間的信號干擾。