Способ и устройство для снятия характеристики ствола скважины
Группа изобретений относится к области исследования скважин, а именно к скважинной телеметрии. Техническим результатом является повышение точности измерений, надежности устройства, упрощение конструкции. Для этого передают импульс вдоль проводящей трубы, расположенной в стволе скважины. Воспринимают модулированную частоту колебаний, индуцированную импульсом в устройстве на основе резонансной цепи в пустотелой обсадной колонне, как меру характеристики ствола скважины. Устройство в одном варианте оборудовано проводящей трубой, впуском, подключенным к ней для подачи импульса на проводящую трубу, устройством на основе резонансной цепи, соединенным с проводящей трубой, и преобразователем. При этом преобразователь поддерживает оперативную связь с устройством на основе резонансной цепи для измерения характеристики ствола скважины. Преобразователь способен влиять на модуляцию частоты колебаний резонатора, индуцированную в устройстве на основе резонансной цепи при подаче импульса на впуск. В другом варианте устройство оборудовано средством для обеспечения распространения импульса по стволу скважины, средством, реагирующим на импульс, для резонирования на частоте, которая модулируется как функция характеристики ствола скважины, и средством обработки модулированной частоты как меры характеристики. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.
Уровень техники
Раскрыты устройство и способ снятия характеристики ствола скважины.
В патенте США №6766141 (Briles и др.) раскрыта система дистанционной скважинной телеметрии. Телеметрическая связь используется для мониторинга нефтяных скважин и измерительных приборов, находящихся вблизи нижней части насосно-компрессорной колонны. Описана модулированная отражательная способность для мониторинга условий в скважине.
Как описано в патенте США №6766141, базовая станция генератора/приемника радиочастоты (РЧ) электрически сообщается с трубой. Радиочастота описана как электромагнитное излучение от 3 Гц до 30 ГГц. Скважинный электронный модуль, имеющий отражающую антенну, принимает излучаемой несущий сигнал от генератора/приемника РЧ. Антенна на электронном модуле может иметь параболическую или другую фокусирующую форму. Затем излучаемый несущий сигнал отражается в режиме модуляции, причем модуляция зависит от измерений, осуществляемых электронным модулем. Отраженный модулированный сигнал передается по трубе на устье скважины, где он регистрируется генератором/приемником РЧ.
Сущность изобретения
Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству и способу снятия характеристики ствола скважины. Иллюстративное устройство включает в себя проводящую трубу; впуск, подключенный (например, соединенный) к проводящей трубе, для подачи импульса на проводящую трубу; устройство на основе резонансной цепи (например, резонансную полость), соединенное с проводящей трубой; и преобразователь, который поддерживает оперативную связь с устройством на основе резонансной цепи для измерения характеристики ствола скважины, причем преобразователь способен влиять на модуляцию частоты колебаний резонатора, индуцированную в устройстве на основе резонансной цепи, при подаче импульса на впуск.
Согласно альтернативным вариантам осуществления устройство снятия характеристики ствола скважины содержит средство для обеспечения распространения импульса по стволу скважины; средство, реагирующее на импульс, для резонирования на частоте, которая модулируется как функция характеристики ствола скважины; и средство обработки модулированной частоты как меры характеристики.
Раскрыт также способ снятия характеристики ствола скважины. Иллюстративный способ включает в себя этапы, на которых передают импульс вдоль проводящей трубы, расположенной в стволе скважины; и воспринимают модулированную частоту колебаний, индуцированную импульсом в устройстве на основе резонансной цепи, находящемся в пустотелой обсадной колонне, как меру характеристики ствола скважины.
Краткое описание чертежей
Другие описанные здесь преимущества и признаки будут более очевидны специалистам в данной области техники из нижеследующего подробного описания, приведенного совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1А-1D - иллюстративный вариант осуществления устройства снятия характеристики ствола скважины;
фиг.2А - иллюстративная резонансная полость для использования с устройством, показанным на фиг.1;
фиг.2В - иллюстративное устройство на основе резонансной цепи, выполненное в виде электрически резонирующей механической структуры с магнитной связью для осуществления электрического резонанса;
фиг.2С - альтернативный иллюстративный разъем устья скважины;
фиг.3 - вид снизу иллюстративной резонансной полости, показанной на фиг.2;
фиг.4 - альтернативный иллюстративный вариант осуществления резонансной полости, в которой иллюстративный механический или гидравлический ввод в преобразователь расположен выше пакера;
фиг.5 - иллюстративная схема для регистрации характеристики, основанная на восприятии модулированной частоты колебаний с использованием иллюстративного устройства, показанного на фиг.1А; и
фиг.6 - иллюстративный способ снятия характеристики ствола скважины.
Подробное описание
На фиг.1 показано иллюстративное устройство 100 снятия характеристики ствола скважины. Ствол скважины может представлять собой любую полость, выполненную в любой ориентации, имеющую характеристику, например, состав материала, температуру, давление, расход или другую характеристику, которая может изменяться вдоль длины ствола скважины.
Устройство 100 включает в себя средство, например, проводящую трубу 102, для обеспечения распространения импульса по стволу скважины. Впуск 104, подключенный (например, соединенный) к проводящей трубе 102, предусмотрен для подачи импульса на проводящую трубу. В иллюстративном варианте осуществления импульс может представлять собой переходный электрический импульс или любой нужный электрический импульс любой нужной выбранной частоты, например, как функция характеристики, подлежащей измерению в стволе скважины, и как функция длины и размера ствола скважины.
Впуск включает в себя зонд 108, соединенный с проводящей трубой 102. Зонд может быть выполнен, например, в виде коаксиального соединителя, имеющего первый (например, внутренний) проводник, электрически подключенный к проводящей трубе 102, и имеющего второй (например, внешний) проводящий корпус, подключенный к пустотелой обсадной колонне 111. Изолятор используется для отделения внутреннего проводника от внешнего корпуса.
Впуск может включать в себя индуктивную цепь развязки, например, дроссель 108 с ферритовым сердечником или другой дроссель или компонент, для электрической изоляции впуска от первого потенциала (например, потенциала общего заземления, возвратного пути тока обсадной колонны 111) в положении вблизи впуска 104. Устройство 100 может включать в себя средство, например, генератор импульсов 105, подключенное к впуску для генерации импульса, подаваемого на проводящую трубу.
Пустотелую обсадную колонну 111 можно поместить внутрь ствола скважины, характеристики которого нужно отслеживать. Пустотелая обсадная колонна 111 может быть выполнена, например, из стали или другого подходящего материала.
Проводящая труба 102 может располагаться внутри и быть электрически изолирована от пустотелой обсадной колонны, с использованием прокладок 116. Прокладки могут, например, быть выполнены в виде изолированных центраторов, которые поддерживают расстояние разделения проводящей трубы 102 от внутренних стенок пустотелой обсадной колонны 111. Эти изолирующие прокладки могут быть выполнены в виде дисков из любого подходящего материала, включающего в себя, но без ограничения, нейлон.
Устройство 100 включает в себя средство, например, устройство 110 на основе резонансной цепи, реагирующее на импульс, для резонирования на частоте, которая модулируется как функция характеристики ствола скважины. Устройство 110 на основе резонансной цепи может представлять собой, например, любое электроакустическое или другое устройство, включающее в себя, но без ограничения, любую электрически резонирующую механическую структуру с магнитной связью для осуществления электрического резонанса, например, резонансную полость, показанную на фиг.2А, параллельный резонансный контур, показанный на фиг.2А, или любое другое подходящее устройство. Устройство на основе резонансной цепи может быть соединено с или механически подключено к проводящей трубе. Тороидальный сердечник устройства на основе резонансной цепи может быть магнитно связан с проводящей трубой. Тороидальный сердечник представляет собой магнитный сердечник, имеющий вид среды, в которой может содержаться и/или усиливаться магнитное поле. Например, можно использовать одновитковую катушку с поперечным сечением в один дюйм, намотанную на ферритовый сердечник, или любое другое подходящее устройство любой подходящей формы, размера и конфигурации.
Специалистам в данной области техники очевидно, что магнитный сердечник представляет собой материал, подверженный сильному влиянию магнитного поля в своей области, благодаря наличию ориентируемых диполей в своей молекулярной структуре. Такой материал может концентрировать и/или усиливать приложенное магнитное поле в силу своего низкого магнитного сопротивления. Устройство развязки с ферритовым сердечником устья скважины может обеспечивать компактный индуктивный импеданс в пределах, например, 90-110 реактивных Ом между точкой питания впуска на трубе и короткозамкнутым устьевым фланцем. Этот импеданс, подключенный параллельно иллюстративному 47-омному характеристическому импедансу линии связи между трубой и обсадной колонной, может ослаблять передаваемые и принимаемые сигналы на, например, около ~3 dbV на точке питания впуска для типичного центра диапазона 50 МГц. Магнитная проницаемость рассмотренных здесь ферритовых сердечников может составлять от -20 до значительно более 100 или меньше или больше. Поэтому при данной индуктивности дросселя с воздушным сердечником, при вставке материала сердечника, природная индуктивность может умножаться примерно на те же самые коэффициенты. Выбранные материалы сердечника можно использовать для диапазона частот, например, 10-100 МГц или меньше или больше.
Устройство 110 на основе резонансной цепи, показанное на фиг.1, будет описано в виде резонансной полости, показанной на фиг.2А. Однако сердечник резонансного контура, показанного на фиг.2В, можно легко заменить любым другим подходящим устройством на основе резонансной цепи, известным специалистам в данной области техники. Согласно фиг.1 резонансная полость электрически подключена к проводящей трубе, располагается внутри пустотелой обсадной колонны 111. Длина "b" резонансной полости внутри пустотелой обсадной колонны определяется индуктивной цепью развязки, выполненной в виде, например, тороидального сердечника 112 на первом конце резонансной полости, и соединением 114 на первом потенциале (например, общем заземлении) на втором конце резонансной полости.
Устройство 110 на основе резонансной цепи принимает энергию из импульса и "резонирует" на своей собственной частоте. Средство для снятия может включать в себя преобразователь, предусмотренный для поддержания оперативной связи с устройством 110 на основе резонансной цепи, и подключено (например, посредством емкостной или магнитной связи) с первым потенциалом (например, общим заземлением). Преобразователь способен снимать характеристику, связанную со стволом скважины, и модулировать частоту колебаний, индуцированную в устройстве 111 на основе резонансной цепи при подаче импульса на впуск 104. Модулированная частота колебаний может обрабатываться для обеспечения меры характеристики ствола скважины. Таким образом, частота колебаний, индуцированная импульсом, модулируется снятой характеристикой ствола скважины, и эта модуляция колебаний может обрабатываться для обеспечения меры характеристики.
Средство снятия может включать в себя или быть связано со средством обработки, которое представлено процессором (например, компьютером 118). Средство процессора может обрабатывать выход устройства на основе резонансной цепи, передаваемый через обсадную колонну 111. Процессор 118 может обрабатывать сигнал, представляющий характеристику, подлежащую измерению или мониторингу.
Процессор 118 можно программировать для создания процесса модулированной частоты колебаний для обеспечения меры снятой характеристики. Мера, которая может, например, отображаться пользователю через общий пользовательский интерфейс (GUI) 120. Процессор 118 может осуществлять любую нужную обработку детектированного сигнала, включающую в себя, но без ограничения, статистический (например, Фурье) анализ модулированной частоты колебаний. Коммерческие продукты, легко доступные и известные специалистам в данной области техники, могут осуществлять любое подходящее детектирование частоты (например, быстрое преобразование Фурье, которое можно реализовать, например, с помощью MATHCAD, доступного от Mathsoft Engineering & Education, Inc. или другого подходящего продукта для восстановления из свертки модулированной резонансной частоты), принятой от устройства на основе резонансной цепи. Процессор можно использовать совместно с поисковой таблицей, имеющей корреляционную таблицу преобразований частоты модуляции в снятые характеристики (например, температуру, давление и т.д.).
В иллюстративном варианте осуществления, по меньшей мере, часть пустотелой обсадной колонны 111 находится под первым потенциалом (например, общем заземлением). Например, пустотелая обсадная колонна может находиться под потенциалом общего заземления как в положении вблизи впуска 104, так и в положении вблизи устройства 110 на основе резонансной цепи. Заземление пустотелой обсадной колонны вблизи впуска является необязательным и устанавливает известный импеданс для проводящей трубы. Заземление пустотелой обсадной колонны вблизи устройства на основе резонансной цепи (т.е. на нижнем конце резонансной полости, как показано на фиг.1А) позволяет задать резонансную длину. Таким образом, резонансная полость имеет длину в пустотелой обсадной колонне, определяемую расстоянием между тороидальной катушкой 112 и заземлением на втором, нижнем конце резонансной полости.
Преобразователь может включать в себя пассивные электрические компоненты, например, дроссели и/или конденсаторы, чтобы не требовались скважинные источники питания. В ходе сборки устройства 100, показанного на фиг.1, проводящую трубу можно собирать из секций и прокладку можно включать на каждом стыке между различными секциями трубы для обеспечения устойчивости. Прежде чем поместить проводящую трубу 102 и устройство 110 на основе резонансной цепи в ствол скважины, преобразователь, используемый для снятия модулированной частоты колебаний, можно откалибровать с использованием GUI 120 и процессора 118.
Детали устройства, проиллюстрированного на фиг.1А, будут описаны далее со ссылкой на фиг.1В, где показан иллюстративный телеметрический компонент иллюстративного устройства, показанного на фиг.1.
Согласно фиг.1В проводящая труба 102 и пустотелая обсадная колонна 111 электрически изолированы друг от друга через дроссель 108 с ферритовым сердечником. Когда устройство на основе резонансной цепи является естественным резонатором, длина волны резонансной частоты может определять размер (например, длину) устройства. Специалистам в данной области техники очевидно, что "нагружение" устройства индуктивностью и/или емкостью может влиять на ограничения по размеру (например, снижать их). Например, количество феррита, используемого в иллюстративном варианте осуществления, можно выбирать как функцию нужных частоты и размера.
Порт 112 инструментального сигнала предусмотрен для приема зонда 106. Конфигурация устья скважины, изображенная на фиг.1В, короткозамкнута на пустотелую обсадную колонну. Таким образом, дроссель 108 с ферритовым сердечником изолирует проводящий зонд впуска, который соединен с проводящей трубой 102, от верхней части устья скважины, которая, в иллюстративном варианте осуществления, находится под потенциалом общего заземления. В иллюстративном варианте осуществления, поскольку устье скважины заземлено через шунт устьевого фланца 124 на общее заземление, дроссель с ферритовым сердечником изолирует короткозамкнутый устьевой фланец от проводящей трубы, используемой для передачи импульса от зонда на резонансную полость.
Иллюстративный импеданс 126 между проводящей трубой и пустотелой обсадной колонной 111 может составлять порядка 47 Ом или меньше или больше. Эта часть проводящей трубы служит линией связи для обеспечения связи скважинной электроники, например, преобразователя с наземной электроникой, например, процессором.
На фиг.1C показана электрическая схема резонансной полости и включенного в нее преобразователя. На фиг.1C тороидальный сердечник 112 представлен в виде секции дросселя, выполненной из ферритового материала для соединения проводящей трубы 102 с резонансной полостью 110. Согласно фиг.1C для устройства на основе резонансной цепи, выполненного в виде резонансной полости, верхняя часть 132 резонансной полости 110 совпадает с нижней секцией тороидального сердечника 112 и может иметь импеданс, который, в иллюстративном варианте осуществления, сравнительно высок по сравнению с импедансом между проводящей трубой 102 и обсадной колонной 111. Например, импеданс в верхней части резонансной полости может составлять порядка 2000 Ом или меньше или больше. Для резонансных цепей на основе магнитного сердечника, с магнитной связью, эти меры могут иметь незначительное или вообще никакого значения.
Этот относительно большой дифференциальный импеданс в верхней части резонансной полости относительно проводящей трубы над резонансной полостью обеспечивает, по меньшей мере, отчасти, способность полости резонировать или "звенеть" в ответ на импульс и, таким образом, обеспечивать высокую степень чувствительности при измерении нужной характеристики. Кроме того, способность преобразователя обеспечивать сравнительно высокую степень чувствительности достигается за счет размещения нижнего конца резонансной полости на потенциале общего заземления.
На фиг.1C показана электрическая схема устройства на основе резонансной цепи, для коаксиальной полости, образованной проводящей трубой и обсадной колонной, включает в себя представление сопротивления 128 резонансной цепи и индуктивности 130 резонансной цепи. Нижняя часть полости, образованная общим заземлением 114, проиллюстрирована на фиг.1C, в результате чего полость задается нижней частью тороидального сердечника 112 и заземлением 114. Емкость муфты, связанной с резонансной полостью, представлена как емкость муфты 134.
Преобразователь, связанный с резонансной полостью, для модуляции частоты колебаний, индуцированной импульсом, в соответствии с характеристикой, подлежащей измерению, представлен как преобразователь 136.
Для конфигурации резонансной полости нижняя часть резонансной емкости может включать в себя пакер, не позволяющий проводящей трубе 102 касаться пустотелой обсадной колонны 111. Пакер 138, показанный на фиг.1C и 1А, включает в себя оголенные проводники 140, которые могут соприкасаться с проводящими частями резонансной полости и пустотелой обсадной колонны 111 для обеспечения общего заземления 114 на нижнем конце резонансной полости.
На фиг.1D показана другая деталь скважинного телеметрического компонента, включенного на верхнем конце проводящей трубы 102. На фиг.1D показано, что соединение зонда 106 с проводящей трубой 102 проходит через пустотелую обсадную колонну 111, на впуске 104. На фиг.1D показано, что зонд 106 изолирован от короткозамкнутого устьевого фланца 124 дросселем 108 с ферритовым сердечником.
На фиг.2А показан иллюстративный подробный вид устройства на основе резонансной цепи, выполненного в виде резонансной полости. Согласно фиг.2А пустотелая обсадная колонна заключает в себе проводящую трубу 102. Показан тороидальный сердечник 112, нижняя часть которого, в направлении вниз по стволу скважины, образует верхний конец резонансной полости. Показано, что преобразователь 136 располагается на участке резонансной полости и связан с проводящей муфтой 202 датчика, емкость которого представлена на фиг.1C как емкость 134 муфты.
Ферритовый тороидальный сердечник 112 может быть выполнен в виде тороидального сердечника, проскальзывающего в пластмассовую концевую деталь. Такие ферритовые материалы легкодоступны, например, сердечники, доступные от Fair-Rite Incorporated, выполненные из материала с низким µ, на радиочастоте, или из какого-либо другого подходящего материала. Монтажные винты 204 проиллюстрированы, и их можно использовать для поддержки муфты датчика и преобразователя на месте в положении вдоль длины проводящей трубы 102. Нижняя часть резонансной полости, которая совпадает с общим заземлением пакера с пустотелой обсадной колонной, не показана на фиг.2.
На фиг.2В показан иллюстративный подробный вид резонансной цепи 110, сформированной в виде параллельного резонансного контура. Согласно фиг.2В множественные устройства 206 на основе резонансной цепи, связанные с множественными сборками датчиков, могут быть включены на пакере или вблизи него согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2В, предусмотрены резонаторы с использованием емкостных датчиков и трансформаторов с ферритовым сердечником. Опять же можно видеть, что пустотелый ствол скважины 111 заключает в себе проводящую трубу 102. Каждое устройство на основе резонансной цепи выполнено в виде тороидального сердечника 208, с которым связан катушечный резонатор 210. Не требуется реализовывать никакого значительного согласования импедансов или модификаций короткого замыкания между трубой и обсадной колонной, с существующим стволом скважины. Коаксиальная структура ствола может вести прямо к шунту на пакере с использованием ферритовых тороидальных резонаторов, показанных на фиг.2В, без секции согласования, как в конфигурации резонансной полости.
В принципиальной электрической схеме проводящую трубу можно эффективно представить в виде одновитковой обмотки 214 в конструкции трансформатора и несколько вторичных обмоток 216 можно установить в виде стопки на одном первичном пути тока. Качество шунта пакера не очень или вообще не важно. Альтернативно можно использовать пакеры с металлическими зубцами. В иллюстративных вариантах осуществления возвратный сигнал можно регистрировать с использованием этого трансформаторного способа, без использования шунтирующего пакера с низким импедансом.
В иллюстративном варианте осуществления, представленного на фиг.28, зазор между множественными устройствами 206 на основе резонансной цепи можно выбирать в зависимости от предполагаемого применения. Устройства 206 на основе резонансной цепи должны быть достаточно разнесены, чтобы ослаблять или исключать механические ограничения. Кроме того, разнесение следует выбирать так, чтобы ослаблять или исключать связь между ними.
В иллюстративном варианте осуществления одна ширина кольца может ослаблять связь в типичных случаях применения. Индуктивность и/или емкость каждого устройства на основе резонансной цепи можно изменять, добавляя витки катушки, и количество витков можно выбирать в зависимости от применения. Например, количество витков будет задавать резонансную частоту каждого устройства на основе резонансной цепи. В иллюстративных вариантах осуществления это количество может составлять от 3 до 30 витков или меньше или больше.
В иллюстративных вариантах осуществления частота, используемая для устройств на основе резонансной цепи, может составлять от 3 МГц до 100 МГц или меньше или больше, по желанию. Частоту можно выбирать как функцию характеристик материала проводящей трубы (например, стали). Глубина скин-слоя может ограничивать использование высоких частот свыше определенного значения, и нижний конец доступного частотного диапазона можно выбирать как функцию упрощения конструкции устройства на основе резонансной цепи. Однако при выборе слишком низкой частоты развязка с шунтом устья скважины может представлять проблему. Таким образом, множественные датчики могут быть включены в месте измерения. Использование ферритовых магнитных материалов позволяет упростить механическую конструкцию скважинных устройств на основе резонансной цепи и допускает меньше изменений традиционных компонентов скважины.
Использование ферритового магнитного тороида может позволять магнитному материалу усиливать магнитное поле и, таким образом, индуктивность на пути тока в очень локализованных компактных областях. Таким образом, установку множественных устройств на основе резонансной цепи в виде пачки в удаленном месте в стволе скважины можно обеспечить с минимальным взаимодействием между множественными устройствами. Множественные устройства датчика можно обеспечить для снятия множественных характеристик. Это также может обеспечивать малые расстояния изоляции на разъеме устья скважины для подключения кабелей сигнала к проводящей трубе 102, как показано на фиг.2С.
На фиг.2С представлен иллюстративный альтернативный вариант осуществления разъема устья скважины, в котором предусмотрена переводная катушка 218, где размещаются устройство развязки с ферритовым сердечником и соединения для сигналов. Иллюстративная переводная катушка может иметь высоту, например, от 8 до 12 дюймов или любой другой подходящий размер в соответствии с конкретным применением. Переводная катушка используется для подачи сигнала на трубную колонну.
Устройство на основе резонансной цепи, выполненное в виде "тороидальной переводной катушки", может быть отделенным и действующим, по существу независимо, от сборок датчиков аналогичной конструкции и размещаться вблизи переводной катушки 218. Повышенную индуктивность в ширине тороидальной переводной катушки можно использовать для изоляции точки питания сигнала на разъеме устья скважины. Согласно фиг.2С ток на поверхности трубы будет индуцировать магнитные поля в ферритовом тороиде для увеличения индуктивности пути тока трубы.
На фиг.3 показан вид преобразователя, изображенного на фиг.2А и 2В, если смотреть снизу ствола скважины вверх на фиг.2. Согласно фиг.3 преобразователь 136 подключен, например, электрическими проводами 302 к муфте 202 датчика и проводящей трубе 102. В свою очередь, муфта датчика имеет емкостную связь с пустотелой обсадной колонной 111 через емкость 134 муфты.
На фиг.4 показан альтернативный иллюстративный вариант осуществления, в котором пакер изменен, включая в себя продолжение трубопровода 402 в нужную зону, где требуется измерять характеристику ствола скважины. Это продолжение 402 может, в иллюстративном варианте осуществления, быть прямым портом для восприятия, например, давления или температуры с использованием промежуточной гидравлической связи с датчиком.
В иллюстративных вариантах осуществления преобразователи, например емкостные преобразователи, установлены вблизи верхней части резонансной полости в качестве электрического элемента муфты датчика. Удаленные параметры могут поступать на датчик в резонансной полости через трубопровод, который проходит через и в герметичный измерительный блок. Затем можно дистанционно отслеживать измерение нужного параметра. Мониторинг можно расширять с использованием механического механизма от датчика для перемещения датчика в резонансной полости в различных положениях вдоль длины проводящей трубы 102. Согласно фиг.4 предусмотрен трубопровод 404 датчика, ведущий к зоне давления или температуры, подлежащей мониторингу.
На фиг.5 показана иллюстративная электроника, которую можно реализовать в процессоре 118 для обеспечения вышеописанной обработки сигнала. В иллюстративном варианте осуществления генератор импульсов 105, показанный на фиг.1А, выдает импульс. Импульс может представлять собой импульс, который можно генерировать с использованием общедоступного стандартного генератора импульсов. Иллюстративный импульс имеет ширину от 1 до 2 наносекунд на высоте 75 вольт и ширину на половине своей высоты порядка 3 наносекунд. Пиковое напряжение импульса составляет от 10 до 1000 вольта в зависимости от, например, глубины ствола скважины. Например, на глубине 30000 футов можно использовать импульс 1000 вольт. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что можно использовать любой нужный импульс любой нужной характеристики при условии, что подходящего отклика устройства на основе резонансной цепи можно добиться при нужной точности и допусках характеристики.
Согласно фиг.5 предусмотрен импульсный блок, представляющий генератор импульсов 105, показанный на фиг.1А, для передачи иллюстративного импульса 502. Этот импульс поступает на стробируемый, направленный ответвитель 504, связанный с зондом 106, показанным на фиг.1А. В течение начального импульса высокочувствительный приемник, связанный с процессором 118 сигнала, отключен и импульс поступает на проводящую трубу 102.
Процессор 118 управляет стробируемым, направленным ответвителем 502 для подключения приемника и, таким образом, регистрации возврата от преобразователя, находящегося в резонансной полости. Этот возврат, в целом, обозначен как модулированная частота колебаний 506. Система 508 хронирования и задержки может устанавливать настройку задержки (например, 8150 наносекунд, как показано на фиг.5) для управления стробированием приема обратного импульса.
При включении приемника на процессоре 118 частота колебаний модулятора проходит через стробируемый направленный ответвитель 504 и через блок 510 полосового фильтра. Фильтрованный сигнал из блока 510 полосового фильтра поступает на аналого-цифровой блок 512 записи сигнала и на главный блок управления (например, микропроцессор, например Pentium, или другой подходящий микропроцессор) процессора 118. Специалисту в данной области техники очевидно, что любые функции, показанные на фиг.5, можно реализовать в оборудовании, программном обеспечении, программно-аппаратном обеспечении или любой их комбинации.
Можно обеспечить систему 516 телеметрии/связи для передачи информации, полученной из ствола скважины, в любое нужное место. Система телеметрии/связи может представлять собой любую подходящую систему передачи и/или приема, включающую в себя, но без ограничения, беспроводные и/или проводные системы.
На фиг.6 показан иллюстративный способ снятия характеристики ствола скважины с использованием, например, устройства, описанного со ссылкой на предыдущие фигуры. Согласно фиг.6 на блоке 602 оператор может задавать параметры хронирования (например, через общий пользовательский интерфейс). Эти параметры могут включать в себя, но без ограничения, частоту повторения импульсов, высоту импульса, задержку приема и т.д. На блоке 604 импульс поступает (например, активируется) через направленный ответвитель и в проводящую трубу ствола скважины.
После указанной задержки система 508 хронирования и задержки, показанная на фиг.5, открывает приемный вентиль для регистрации модулированной частоты колебаний от преобразователя. Эта модулированная частота колебаний образует колебательный сигнал, который поступает на полосовой фильтр на блоке 608 и который записывается аналого-цифровым блоком 512 записи.
На блоке 610 цифровая сигнатура колебательного сигнала может обрабатываться по частоте с использованием, например, быстрого преобразования Фурье (БПФ). На блоке 612 резонансная частота может выравниваться с помощью программного обеспечения, например поисковых таблиц, содержащихся в процессоре 118, с конкретной характеристикой, или параметром преобразователя, и затем подготавливаться для передачи или сохранения.
Специалистам в данной области техники очевидно, что описанные здесь иллюстративные варианты осуществления позволяют обеспечивать скважинную телеметрию с использованием пассивных компонентов и резонансных структур. Поэтому описанное здесь устройство можно подвергать воздействию враждебной среды, например, высоким температуре и давлению в стволе скважины. Можно регистрировать небольшие изменения характеристики, что позволяет легко отслеживать чувствительность к изменениям в нужной характеристике и передавать на приемник для обработки. Поскольку используется отражение падающей мощности, не требуется никакой скважинной батареи или источника питания, что позволяет упростить конструкцию.
Специалистам в данной области техники очевидно, что в определенных случаях применения в скважине может присутствовать флюид. Иллюстративные варианты осуществления позволяют применять такие приемы, как подачу давления, отвод флюида из любой части проводящей трубы и резонансной полости, используемой для передачи сигнала, где, как предполагается, флюид может негативно влиять на регистрацию сигнала. Альтернативно, флюиды, которые не будут влиять на регистрацию сигнала, можно нагнетать в ствол скважины для замены других флюидов, которые могут мешать регистрации сигнала.
Специалистам в данной области техники очевидно, что описанные здесь раскрытые варианты осуществления приведены лишь в качестве примера и что возможны многочисленные вариации. Изобретение ограничивается только формулой изобретения, которая охватывает описанные здесь варианты осуществления, а также варианты, очевидные специалистам в данной области техники.
1. Устройство снятия характеристики ствола скважины, содержащее
проводящую трубу,
впуск, подключенный к проводящей трубе, для подачи импульса на проводящую трубу,
устройство на основе резонансной цепи, соединенное с проводящей трубой, и
преобразователь, который поддерживает оперативную связь с устройством на основе резонансной цепи для измерения характеристики ствола скважины, причем преобразователь способен влиять на модуляцию частоты колебаний резонатора, индуцированную в устройстве на основе резонансной цепи при подаче импульса на впуск.
2. Устройство по п.1, содержащее генератор импульсов, подключенный к впуску для генерации импульса, подаваемого на проводящую трубу.
3. Устройство по п.1, в котором импульс является электрическим переходным импульсом.
4. Устройство по п.1, содержащее пустотелую обсадную колонну, расположенную в стволе скважины, в котором, по меньшей мере, часть пустотелой обсадной колонны находится на общем заземлении, и в котором проводящая труба расположена внутри и электрически изолирована от пустотелой обсадной колонны.
5. Устройство по п.4, в котором проводящая труба электрически изолирована от пустотелой обсадной колонны с использованием прокладок, расположенных на множественных стыках секций трубы, используемых для формирования проводящей трубы.
6. Устройство по п.1, содержащее процессор, подключенный к преобразователю для обработки выхода преобразователя для обеспечения сигнала, представляющего характеристику.
7. Устройство по п.1, в котором характеристика представляет собой, по меньшей мере, одно из состава материала, температуры, давления или расхода, воспринимаемых в положении вдоль длины ствола скважины.
8. Устройство по п.4, в котором пустотелая обсадная колонна находится под потенциалом общего заземления как в положении вблизи впуска, так и в положении вблизи резонансной полости.
9. Устройство по п.1, в котором впуск включает в себя
зонд, соединенный с проводящей трубой, и
дроссель для электрической изоляции впуска от первого потенциала в положении вблизи впуска.
10. Устройство по п.1, в котором устройство на основе резонансной цепи представляет собой резонансную полость, расположенную внутри пустотелой обсадной колонны, причем длина резонансной полости в пустотелой обсадной колонне определяется индуктивной цепью развязки на первом конце и общим заземлением на втором конце.
11. Устройство по п.1, в котором преобразователь включает в себя пассивные электрические компоненты.
12. Устройство снятия характеристики ствола скважины, содержащее
средство для обеспечения распространения импульса по стволу скважины,
средство, реагирующее на импульс, для резонирования на частоте, которая модулируется как функция характеристики ствола скважины, и
средство обработки модулированной частоты как меры характеристики.
13. Устройство по п.12, содержащее средство, соединенное с проводящим средством для генерации импульса.
14. Устройство по п.13, в котором импульс представляет собой переходный электрический импульс.
15. Устройство по п.12, содержащее пустотелую обсадную колонну, расположенную в стволе скважины, в котором проводящее средство представляет собой проводящую цилиндрическую трубу, расположенную внутри, и электрически изолированную от пустотелой обсадной колонны.
16. Устройство по п.12, содержащее преобразователь для модуляции частоты для обеспечения сигнала, представляющего характеристику.
17. Устройство по п.12, в котором характеристика представляет собой, по меньшей мере, одно из состава материала, температуры, давления или расхода, воспринимаемых в положении вдоль длины ствола скважины.
18. Устройство по п.13, содержащее впуск, который включает в себя зонд, соединенный с проводящим средством, и дроссель для электрической изоляции впуска от потенциала общего заземления в положении вблизи впуска.
19. Устройство по п.13, содержащее впуск, который включает в себя зонд, соединенный с проводящим средством, и дроссель для электрической изоляции впуска от потенциала общего заземления в положении вблизи впуска, в котором резонирующее средство использует резонансную цепь с магнитной связью.
20. Способ снятия характеристики ствола скважины, содержащий этапы, на которых
передают импульс вдоль проводящей трубы, расположенной в стволе скважины, и
воспринимают модулированную частоту колебаний, индуцированную импульсом в устройстве на основе резонансной цепи в пустотелой обсадной колонне, как меру характеристики ствола скважины.
21. Способ по п.20, содержащий этап, на котором обрабатывают модуляцию частоты колебаний для обеспечения сигнала, представляющего характеристику.
22. Способ по п.21, в котором характеристика представляет собой, по меньшей мере, одно из состава материала, температуры, давления или расхода, воспринимаемых в положении вдоль длины ствола скважины.
23. Способ по п.21, в котором на этапе обработки осуществляют статистический анализ модулированной частоты колебаний.
24. Способ по п.20, содержащий этап, на котором калибруют преобразователь, используемый для генерации модулированной частоты колебаний до помещения датчика в ствол скважины.
