井下完井系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于对具有井孔的井进行完井的井下完井系统，所述井下完井系统包括金属井管结构，其布置在井孔中从而形成环空并且其包括壁部以及形成网状网络的多个传感器单元，其中至少多个所述传感器单元设置有配置成在井下获取能量的自供电装置。此外，本发明专利技术涉及一种供根据本发明专利技术的井下完井系统使用的传感器单元。

Downhole completion system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下完井系统
本专利技术涉及一种用于对具有井孔的井进行完井的井下完井系统。此外，本专利技术涉及一种供根据本专利技术的井下完井系统使用的传感器单元。
技术介绍
多年来已经提出了用于监测井和生产的各种方法和系统。然而，到目前为止，这些方法存在许多缺点。例如，已建议使用浸没式工具监测井下条件，该工具被取回以下载数据。该工具可以布置成测量井下参数，例如压力、温度、位置等。这些参数在完井期间和生产期间也可能非常重要。显然，这些解决方案仅可在监测工具位于井下特定位置的时间段内监测井下条件。当工具将要测量参数时，例如距离顶部10km，每次需要下载数据时，工具都需要浮出水面。现有技术的工具仅能够在工具位于井下几公里时由为工具供电的电缆向工具发送控制信号。由于缺乏足够的上载可能性，再者因为工具需要电力，现有技术的工具不能在多年内对井进行实时监测，并且电缆不能留在井中，因为这妨碍了生产。为了解决与在井下运行监测设备相关的问题，并且为了允许更持久的监测，已经开发了传感器系统。这些传感器位于井下，可以独立于任何井下工具的存在提供监测。这些传感器可以由外部电源(例如电缆)或内置电池供电。虽然有线替代方案要求对长电缆的非期望的需求，但是独立的电池供电的替代方案具有有限的操作时间。因此，提供一种能够在更长的时间监测井下条件的改进的系统和方法将是有利的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是完全或部分地克服现有技术的上述缺点和缺陷。更具体地，本专利技术的一个目的是提供一种用于在更长的时间内监测井下条件的改进的方法和系统。将从以下说明变得显而易见的上述目的以及许多其它目的、优势和特征通过根据本专利技术的方案来实现，即通过一种用于对具有井孔的井进行完井的井下完井系统来实现，所述井下完井系统包括：-金属井管结构，其布置在井孔中从而形成环空，该金属井管结构包括：-壁部，和-形成网状网络的多个传感器单元，其中至少多个所述传感器单元设置有自供电装置，所述自供电装置配置成在井下获取能量。通过使传感器单元的网状网络具有配置成在井下获取能量的自供电装置，可以更永久地将任何类型的没有线缆或任何类型的传感器模块的工具布置在井中，因为当有数据要发送时，使用网状网络将测量的数据发送到地面。同时，自供电装置在井下获取能量并积累足够的能量，以便在将下一组数据传送到地面时能够接收和发送。因此，形成网状网络的所述多个传感器单元提供可靠的数据路径，即使是在至少一些传感器单元在地面或海底平面处提供的数据收集的范围之外的情况下也是如此。自供电装置可以配置成在井下从在井中流动的流体获取能量。所述自供电装置可以配置成在井下从在环空中和/或金属井管结构中流动的流体获取能量。此外，传感器单元可以至少部分地布置在金属井管结构的壁部中。此外，传感器单元具有发送和接收距离，并且传感器单元可以布置成具有为所述发送和接收距离的一半的相互距离。自供电装置可以配置成将动能转换为电能。此外，自供电装置可包括振动构件。而且，自供电装置可以包括压电构件。此外，自供电装置可包括磁致伸缩构件。另外，自供电装置可包括热电发电机。此外，自供电装置还可包括至少一个电容器。每个传感器单元可以配置成接收从相邻的传感器单元无线发送的数据，并将所接收的数据转发到相邻的传感器单元。根据本专利技术的井下完井系统还可包括地面系统，该地面系统配置成从所述传感器单元接收井下数据。地面系统可以至少部分地布置在海底平面处。此外，所述地面系统还可以配置成确定至少一个传感器单元的位置。此外，地面系统可以配置成通过蒙特卡罗模拟和/或最短路径模拟和/或声脉冲飞行时间来确定至少一个传感器单元的位置。而且，网状网络可以是自修复网状网络。此外，传感器单元可以使用金属井管结构的内部作为传感器单元之间的通信的波导。所述传感器单元中的至少一个可包括用于测量金属井管结构周围的井筒流体的一种或多种状况的传感器。此外，所述传感器单元中的每一个可包括至少一个检测器。另外，检测器可以包括加速度计和/或磁力计，并且位置数据可以包括倾角和/或方位角。此外，至少一个所述传感器单元可以定位在形成于金属井管结构与井孔壁部之间的环空中。水泥特性可以包括声阻抗，并且检测器可以包括用于测量反射的信号以确定声阻抗的换能器。另外，至少一个所述传感器单元的检测器可以配置成检测井孔特性，例如流动状态和/或含水量。根据本专利技术的井下完井系统还可包括传感器模块，该传感器模块包括另外的传感器。所述传感器模块可包括温度传感器和/或压力传感器和/或流动状态传感器和/或含水量传感器。而且，金属井管结构还可包括环状屏障，每个环状屏障包括：-管状金属部件，其具有膨胀开口并被安装为金属井管结构的一部分，和-可膨胀金属套筒，其围绕管状金属部件并与管状金属部件连接，并且可膨胀金属套筒可借助于经膨胀开口进入的流体而膨胀。此外，金属井管结构还可以包括流动装置。金属井管结构可包括多个横向金属井管结构。根据本专利技术的井下完井系统还可以包括井下自主工具，该井下自主工具配置成在金属井管结构中移动，该井下自主工具包括通信单元，该通信单元配置成与传感器单元通信以借助由传感器单元构成的网络而向地面发送信息。本专利技术还涉及一种用于供如上所述的井下完井系统使用的传感器单元，其中所述传感器单元可设置有自供电装置，该自供电装置配置成在井下获取能量。应注意，在本说明书中，术语“网状网络”应被解释为这样一种网络，即在其中，每个相关联的传感器均形成配置成为该网络转发数据的网络节点。因此，所有网络传感器在数据在该网络中的分布方面进行协作。在本说明书上下文中的网状网络中，数据传输通过在传感器间导引数据直至该数据到达其目的地的方式实现。数据路径不是不变的，而是在任何现有传感器不可用时被重新导引。附图说明下面将参考后附的示意图更详细地描述本专利技术及其许多优点，所述示意图出于示例目的仅示出了一些非限制性的实施例，其中：图1示出了井下完井系统，图1A示出了图1中的传感器单元之一的放大视图，图2示出了具有井下自主工具的井下完井系统，图2A示出了图2的传感器单元之一的放大视图，图3示出了具有横向井的井下完井系统，图4是井下完井系统的示意图，图5是供井下完井系统使用的传感器单元的示意图，图6是传感器单元的自供电装置的示意图，以及图7是示出了井下完井系统的不同传感器单元之间的数据通信的图。所有的附图是高度示意性的，未必按比例绘制，并且它们仅示出了阐明本专利技术所必需的那些部件，省略或仅暗示了其它部件。具体实施方式在下面的描述中，将描述井下完井系统100，并且特别地，将描述形成用于这种井下完井系统100的网状网络130的传感器单元10。图1示出了用于对具有井孔3的井2进行完井的井下完井系统100。该井下完井系统包括金属井管结构1，其布置在井孔中，从而在井孔的壁部6与金属井管结构1之间形成环空4。金属井管结构具有壁部5并且包括形成网状网络130的多个传感器单元10。至少一定数量的所述传感器单元10设置有自供电装置11，该自供电装置11配置成在井下获取能量，以便井下完井系统中的网状网络随时间推移自供电。自供电装置11配置成例如不仅在生产过程中而且在压裂、冲洗和/或固井作业/注水泥操作期间在井下从在井中流动的流体获取能量。因此，自供电装置11配置成在井下从在环空中和/或在金属井管结构中流动的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对具有井孔(3)的井(2)进行完井的井下完井系统(100)，所述井下完井系统包括：‑金属井管结构(1)，所述金属井管结构布置在所述井孔中从而形成环空(4)，并且所述金属井管结构包括：‑壁部(5)，和‑形成网状网络(130)的多个传感器单元(10)，其中，至少多个所述传感器单元设置有自供电装置(11)，所述自供电装置配置成在井下获取能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.21 EP 17162048.71.一种用于对具有井孔(3)的井(2)进行完井的井下完井系统(100)，所述井下完井系统包括：-金属井管结构(1)，所述金属井管结构布置在所述井孔中从而形成环空(4)，并且所述金属井管结构包括：-壁部(5)，和-形成网状网络(130)的多个传感器单元(10)，其中，至少多个所述传感器单元设置有自供电装置(11)，所述自供电装置配置成在井下获取能量。2.根据权利要求1所述的井下完井系统，其中，所述传感器单元至少部分地布置在所述金属井管结构的壁部中。3.根据权利要求1或2所述的井下完井系统，其中，所述传感器单元具有发送和接收距离(D)，所述传感器单元布置成具有为所述发送和接收距离的一半的相互距离。4.根据权利要求1-3中任一项所述的井下完井系统，其中，所述自供电装置配置成将动能转换成电能。5.根据权利要求4所述的井下完井系统，其中，所述自供电装置包括振动构件(1101)和/或压电构件(1102)和/或磁致伸缩构件(1103)。6.根据权利要求1-3中任一项所述的井下完井系统，其中，所述自供电装置包括热电发电机(1104)。7.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，其中，所述自供电装置还包括至少一个电容器(1105)。8.根据前述权利要求中任一项所述的井下完井系统，其中，每个传感器单元配置成接收从相邻的传感器单元无线发送的数据，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·奈斯加德，
申请(专利权)人：韦尔泰克油田解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH