與多個井下模塊通信的遙測子系統的製作方法

2023-05-02 08:04:11

專利名稱：與多個井下模塊通信的遙測子系統的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及使用遙測子系統來在與局部電源相關聯的多個井下 模塊之間進行通信。
背景技術：
為了完成井，在井眼中執行各種井下操作。這樣的操作的示例包括發 射射孔槍來在周圍的地層中形成射孔、設定封隔器、啟動閥、從傳感器收 集測量數據等。與用各種井下模塊執行這樣的操作相關聯的問題是有效與 這樣的井下模塊通信的能力。
典型的布置包括表面控制器，所述表面控制器能夠使用壓力脈衝信 號來控制各種井下模塊的操作。啟動井下模塊的可選技術包括利用液壓啟 動或者機械啟動的技術。

發明內容
通常，根據一個實施例，用於井眼中的系統包括多個模塊，所述模 塊用於在井眼中定位並包括各接口，並與局部電源相關聯，在所述局部電 源處，多個模塊配置成在井眼中執行預定的井下任務。遙測子系統能夠使 得在所述多個模塊中的至少兩個之間能夠通信，在所述多個模塊處，所述 多個模塊中的至少兩個之間的通信允許兩個模塊中的一個影響兩個模塊 中另外一個的操作。
其他或者可選特徵將從下述的說明書、附圖和權利要求變得顯而易見。


圖1A顯示了根據一個實施例、布置在井中的下井儀器柱。 圖1B是圖1A的下井儀器柱中的承載器結構的橫截面視圖。 圖2是根據一個實施例的所述模塊的布置的框圖。 圖3是根據另一實施例的模塊的布置的框圖。
具體實施例方式
在下述說明中，說明各種細節來提供對本發明的理解。但是，普通技 術人員將理解的是，本發明可以在沒有這些細節的情況下實施，且從所描 述的實施例的多種變化或者修改是可能的。
如此處所使用，指定給定點或者元件之上或者之下的相對位置的術語
"之上"和"之下"；"上"和"下"；"上部"和"下部"；"向上地"和"向 下地"以及其他術語用在該說明書中來更清楚地描述本發明的一些實施 例。但是當應用到偏斜或者水平的井中的設備和方法時，如果合適，這樣 的術語可以指的是左到右、右到左或者對角關係。
根據一些實施例，將接口電路添加到井下模塊(定位在井眼中)以允 許井下模塊之間相互通信，以及允許井下模塊與表面控制器通信，所述表 面控制器安置在地表處。井下模塊是這樣的模塊，所述模塊在井眼中執行 井下任務。井下模塊遠程提供電力——換言之，井下模塊包括各局部電源 或者與各局部電源相關聯。局部電源的一個示例是電池。局部電源與從地 表(例如在電纜之上)所提供的電源不同。局部電源使得電動井下模塊即 使在沒有功率從地表供給到井下模塊的情況下也能操作。
通過接口電路在井下模塊之間通信通過"遙測子系統"來發生，所述 遙測子系統可以包括互連所述接口電路的線，或者可選地，遙測子系統可 以包括例如路由器、開關或者其他遙測電路的部件，從而使得在接口電路 之間能夠通信。在井下模塊之間通信的能力允許一個井下模塊將信息通信到另一井下模塊(在所述另一井下模塊處，所述信息可以包括數據或者命 令)。在井下模塊之間通信信息允許井下模塊的操作受到來自另一井下模 塊的信息的影響。這樣，表面控制器不總是涉及與井下模塊相關聯的活動。 同樣， 一個井下模塊可以在另一併下模塊上調節其操作。
這樣，存在兩個通信體制。第一個通信體制是在井下模塊之間。第二 個體制是從表面到井下模塊和/或從井下模塊到表面。
圖1A顯示了示例下井儀器柱，所述下井儀器柱包括承載在承載器結構
104 (例如套管或者管)上的下井儀(tool) 102。所述下井儀器柱與套管 106—致地布置在井眼100中。所述下井儀102包括遙測子系統108，所述遙 測子系統108允許下井儀102與表面控制器110通信，所述表面控制器110安 置在地表112處，井眼100從所述地表112延伸。表面控制器110主要用於遙 測，且可以與鑽機泵分開，所述鑽機泵可用於產生壓力脈衝信號，所述壓 力脈衝信號向井下發射。表面控制器110和鑽機泵中的每個可以統稱為"表 面設備"。所述承載器結構104可以是布線套管或者布線管，其中導電體(例 如圖1B中的導體130)嵌入到套管或者管的壁中。導體130可以沿著套管或 者管的縱向長度延伸。所嵌入的導體使得在表面控制器110和遙測子系統 108之間能夠通信。在可選的實施中，遙測子系統108可以與表面控制器110 (或者是例如鑽機泵的其他表面設備)使用無線技術(例如用電磁(EM) 信號、聲信號、壓力脈衝信號、電感耦合等)通信。在再一實施方式中， 遙測子系統108可以在包括容納在管中的光纖的鏈路上通信。
如下面進一步討論，遙測子系統108也與各種井下模塊通信，所述井 下模塊是下井儀102的一部分。可以與遙測子系統108通信的井下模塊包括 發射頭模塊116、閥模塊118、以及傳感器模塊120。在其他實施方式中， 其他或者可選的模塊也可以是下井儀102的一部分。所述發射頭模塊116用 於發射射孔槍122。所述閥模塊118包括在打開位置、關閉位置之間，並可 以是中間位置(部分打開位置)處可啟動的閥。傳感器模塊120包括一個 或者更多個傳感器來傳感與井眼100和周圍的地層相關聯的各種特性。作 為示例，所述傳感器模塊120可以包括用於檢測溫度、壓力、化學性能、 電阻率等的傳感器。
遙測子系統108允許下井儀102的各種模塊通過承載器結構104 (或使 用無線通信)與表面控制器110通信。同樣，根據一些實施例，遙測子系 統108允許下井儀102的模塊彼此通信。
圖2是允許井下模塊116、 118和120彼此通信以及通過遙測子系統108 和在鏈路114之上與表面控制器110通信的通信布置的框圖。井下模塊116、 118和120的每個包括各自的局部電源150、 152和154 (例如電池)。如圖2 中所描述，局部電源150、 152和154容納在各井下模塊116、 118和120中。 可選地，局部電源150、 152、 154安置在井下模塊116、 118和120的外部。
井下模塊可以具有主接口和輔助接口。發射頭模塊116包括引爆器 140，當啟動時，所述引爆器140導致射孔槍122 (圖l)發射。閥模塊118 包括閥142，傳感器模塊120包括一個或者多個傳感器144。引爆器140和閥 142的啟動分別通過模塊116、 118中的控制邏輯部146、 148控制。井下模 塊116、 118和120中的每個進一步具有各自的輔助接口122、 124和126來允 許井下模塊與遙測子系統108通信。輔助接口122、 124和126可以是電接口。 可選地，輔助接口可以是不同類型的接口，例如光接口、電感耦合器接口、 無線接口、聲學接口等。輔助接口122、 124和126允許井下模塊之間的協 調、或者允許通過遙測子系統108與表面通信。
至少所述模塊中的一些(包括發射頭模塊116和閥模塊118)可以包括 各自的主接口128、 130。主接口允許各自的井下模塊來從表面控制器IIO 直接接收命令或者通過其他可選技術來接收命令，例如使用鑽機泵產生的 壓力脈衝，而沒有通過遙測子系統108。在一個示例中，主接口可以是與 壓力脈衝信號通信的接口。這樣，主接口128、 130可以與壓力脈衝序列通 信(低電平壓力脈衝)，所述壓力脈衝序列用標籤編碼以通信所需的信息
(數據和/或者命令)。利用低電平壓力脈衝通信的一個示例技術是 Schlumberger的IRIS技術。主接口128、 130包括壓力傳感器和相關的電路，
以允許探測具有對應標籤的壓力脈衝序列。
在其他實施方式中，主接口可以使用不同的機構來通信。
注意，在圖2中所描述的示例中，傳感器模塊120沒有包括主接口以直
接與表面控制器通信。這樣，傳感器模塊120將必須與表面控制器通過遙
測子系統108進行通信。在一個可選的實施方式中，所述傳感器模塊120也 可以配置有主接口以允許與表面控制器110直接通信。
遙測子系統108包括模塊間通信電路132以允許井下模塊116、 118、 120 彼此通信。同樣，遙測子系統108包括表面通信電路134以允許遙測子系統 108和表面控制器110 (或者其他表面設備)通過承載器結構104 (或者在 無線介質上)通信。圖2的示例中的遙測子系統108也可以包括存儲部136 以存儲在井下模塊之間或者在井下模塊和表面控制器110之間通信的數據 或者命令。
在一個實施方式中，模塊間通信電路132可以包括一個或者多個路由 器、開關或者其他遙測電路以允許模塊間通信。在可選的實施方式中，如 圖3中所描述，模塊間通信電路可以只用一組線200來實施，所述一組線200 直接互連輔助接口電路122、 124和126。作為遙測子系統108的一部分的該 組線200指代為模塊間通信電路132A。
這樣，"遙測子系統"可以指代包括路由器、開關和/或其他遙測電路 的子系統，以互連井下模塊，或者互連至線(例如電線或光學線纜)，所 述線互連井下模塊的輔助接口電路。可選地，"遙測子系統"可以指代這 樣的子系統，所述子系統使得在輔助接口電路122、 124和126之間能夠無
線通信。
在操作中，在井下模塊之間通信的能力允許通過一個井下模塊所執行 的任務受到另一井下模塊的影響。例如，當發射頭模塊116己經被啟動以 發射所述射孔槍122時、發射頭模塊116中的控制邏輯部146可以發送指示 至閥模塊118。響應於閥模塊118接收到發射頭模塊116已經被啟動的指示， 閥模塊118中的控制邏輯部148可以啟動其閥142以將所述閥設定在預定的
位置中(打開或者關閉或者部分打開)。這樣，通常，所述井下模塊中的 至少一些可以包括控制邏輯部來檢測由另一井下模塊所執行的任務，在所
述另一井下模塊處，所述控制邏輯部可以基於從其他井下模塊發送的指示 的檢測影響操作。
作為另一示例操作，在表面控制器IIO (或者其他表面設備)處的用 戶可以通過承載器結構104向井下發送啟動消息。遙測子系統108將控制消
息通過輔助接口122發送到發射頭模塊116。在發射頭模塊116接收到控制
消息時，控制消息可以得到驗證，例如通過驗證例如壓力和/或溫度的特
定井下參數。這可以通過發射頭模塊116通過模塊間通信電路132向傳感器 模塊120發送請求來實現，以從傳感器模塊120的傳感器144獲取所需的信 息。如果發射頭模塊116的控制邏輯部146驗證井下參數在所需的範圍之 內，那麼控制邏輯部146可以啟動發射頭模塊116的引爆器140以發射射孔 槍122。
同樣，發射頭模塊116可以通過遙測子系統108將與發射頭模塊116的 啟動相關的狀態信息通信至表面控制器IIO。所述發射頭模塊116也可以導 致從傳感器模塊120所收集的被測量參數通過遙測子系統108通信至表面 控制器IIO，這樣當發射頭模塊116被啟動時、用戶可以看到所測量的井下 參數。
注意，傳感器模塊120也可以包括檢測下井儀102的深度的傳感器(例 如套管接箍定位器)。發射頭模塊116的控制邏輯部146可以保證在允許引 爆器140啟動之前下井儀102處於適當的深度。
儘管本發明相對有限數目的實施例進行了公開，但是結合本公開的益 處，普通技術人員可以理解從其進行多種修改和變化。所附權利要求意於 覆蓋這樣的修改和變化，只要其落入本發明的精神和範圍之內。
權利要求
1.一種用於井眼中的系統，包括多個模塊，所述模塊用於定位在井眼中並包括各自的接口，其中所述多個模塊配置成在井眼中執行預先限定的井下任務；局部電源，所述局部電源與多個模塊相關聯；和遙測子系統，所述遙測子系統使得在所述多個模塊的至少兩個之間能夠通信，其中所述多個模塊的至少兩個之間的通信允許所述兩個模塊中的一個影響所述兩個模塊的另一個的操作。
2. 根據權利要求l所述的系統，其中兩個模塊中的第一個模塊包括發 射模塊，以發射爆炸裝置。
3. 根據權利要求2所述的系統，其中所述兩個模塊中的第二個模塊包 括閥模塊。
4. 根據權利要求3所述的系統，其中所述閥模塊包括控制邏輯部，以 響應於發射模塊的啟動的指示來啟動閥模塊中的閥，其中所述指示通過所 述遙測子系統接收。
5. 根據權利要求l所述的系統，其中遙測子系統包括用於互連多個模 塊的接口的電線。
6. 根據權利要求l所述的系統，其中遙測子系統包括用於互連多個模 塊的接口的一個或者多個遙測部件。
7. 根據權利要求l所述的系統，其中所述接口是輔助接口，且其中所 述多個模塊中的至少一個還包括主接口，以與定位在地表處的表面設備通 信。
8. 根據權利要求7所述的系統，其中所述主接口配置成使用壓力脈衝 信號與表面設備通信。
9. 根據權利要求l所述的系統，還包括承載器結構，所述承載器結構 具有將遙測子系統連接到表面控制器的嵌入導體。
10. 根據權利要求9所述的系統，其中所述承載器結構包括布線套管 和布線管中的一個。
11. 根據權利要求l所述的系統，還包括容納光纖以將遙測子系統連 接到表面控制器的管。
12. 根據權利要求l所述的系統，其中所述遙測系統配置成使用無線 機制與表面設備通信。
13. 根據權利要求l所述的系統，其中所述多個模塊包括傳感器模塊， 所述傳感器模塊具有至少一個傳感器以傳感井眼中的特性。
14. 根據權利要求13所述的系統，其中所述傳感器包括套管接箍定位班 奮。
15. 根據權利要求13所述的系統，其中多個模塊還包括具有控制邏輯 部的發射模塊，以.-從表面控制器接收命令來啟動所述發射模塊；響應於所述命令，訪問所述傳感器模塊以通過所述遙測子系統獲取測 量數據；和響應於驗證所述測量數據啟動發射模塊。
16. 根據權利要求15所述的系統，其中所述發射模塊的控制邏輯部配 置成進一步將狀態指示發送到表面控制器。
17. 根據權利要求16所述的系統，其中所述狀態指示包括測量數據。
18. 根據權利要求l所述的系統，其中所述局部電源被容納在多個模 塊中的各個模塊中。
19. 根據權利要求18所述的系統，其中局部電源包括電池。
20. —種用於井眼中的方法，包括步驟將多個模塊定位在井眼中，其中所述多個模塊包括各自的接口和各自 的局部電源，且其中多個模塊配置成在井眼中執行預先限定的井下任務；在井眼中提供遙測子系統以使得在所述多個模塊的至少兩個之間能 夠通信；和將來自多個模塊的第一模塊的信息通信到所述多個模塊的第二模塊 以導致所述第二模塊的操作被來自第一模塊的信息影響。
21. 根據權利要求20所述的方法，還包括步驟將來自定位於地表處 的表面設備的命令通信至井眼中定位的多個模塊中的至少一個。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中通信所述命令包括將所述命令通過承載器結構的導體通信。
23. 根據權利要求21所述的方法，還包括步驟將來自所述多個模塊中的至少一個的測量數據通信到表面設備。
24. 根據權利要求20所述的方法，其中所述接口包括輔助接口，所述 輔助接口允許多個模塊通過遙測子系統彼此通信，所述方法還包括步驟-在所述多個模塊的至少一個和表面設備之間通過所述至少一個模塊的主 接口通信。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中通過主接口通信的步驟包括對 用標籤編碼的壓力脈衝信號進行通信以通信信息。
26. 根據權利要求20所述的方法，其中所述第一模塊包括發射模塊， 所述第二模塊包括閥模塊，且其中將信息從第一模塊通信至第二模塊的步 驟包括發射模塊對發射模塊已經被啟動的指示通信至所述閥模塊，所述方 法還包括步驟所述閥模塊基於來自發射模塊的指示啟動閥。
27. 根據權利要求20所述的方法，其中所述第二模塊包括發射模塊，第一模塊包括傳感器模塊，所述傳感器模塊具有測量井眼的特性的傳感 器，其中從第一模塊到第二模塊的信息包括測量數據，所述方法還包括步驟在啟動所述發射模塊之前、發射模塊驗證所述測量數據。
全文摘要
本發明公開了一種用於井眼中的系統，包括多個模塊，所述模塊用於在井眼中定位並包括各接口，這裡，多個模塊配置成在井眼中執行預定的井下任務。多個模塊與各局部電源相關聯。遙測子系統使得在所述多個模塊中的至少兩個之間能夠通信，在所述多個模塊處，所述多個模塊中的至少兩個之間的通信允許兩個模塊中的一個影響兩個模塊中另外一個的操作。
文檔編號E21B43/119GK101358517SQ200810086250
公開日2009年2月4日 申請日期2008年3月24日 優先權日2007年7月30日
發明者肯尼思·R·古德曼 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司