井下传感器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种井下传感器系统，其包括形成网状网络的多个传感器单元，其即使在至少一些传感器单元在于地面平面处或海底平面处提供的数据采集的范围之外的情况下也能提供可靠的数据路径，其中，每个所述传感器单元均位于形成在套管与井孔壁部之间的被注水泥的环空中，并且至少一个所述传感器单元设置有用于检测环空中的水泥的水泥特性的检测器。此外，本发明专利技术涉及一种用于提供井下传感器系统的方法以及一种用于确定水泥特性的方法。

Downhole sensor system

The invention relates to a downhole sensor system, which comprises a plurality of sensor units forming a mesh network, which can provide a reliable data path even when at least some sensor units are outside the range of data acquisition provided at the ground plane or the sea floor plane, wherein each sensor unit is located at the quilt formed between the casing and the borehole wall At least one sensor unit is provided with a detector for detecting the cement characteristics of the cement in the annulus. In addition, the invention relates to a method for providing a downhole sensor system and a method for determining the properties of cement.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下传感器系统
本专利技术涉及一种井下传感器系统，其包括形成网状网络的多个传感器单元。此外，本专利技术涉及一种用于提供井下传感器系统的方法以及一种用于确定水泥特性的方法。
技术介绍
井通常被提供有套管。呈刚性管形式的套管被组装并被插入到钻设出的井孔中。典型地执行套管的注水泥以密封地层从而防止井喷。在这样的注水泥作业中，一般地借助水泥鞋将未凝固的水泥向下推进通过套管。当到达套管的底端时，水泥将开始从套管的底部流出并进入在套管的外壁与被钻设的井孔之间的径向空间或环空中。通过继续向下推进水泥，套管内部存在的水泥最后将全部在套管的外部上向上流动直至水泥鞋到达套管的底部。一旦水泥凝固，套管将被固定布置在井孔内部，并且如果不阻止水泥自由流动以围绕套管，则水泥将提供适当的密封以抵挡井喷，并且可执行进一步钻井。因此，可针对插入的每个套管/衬管重复这种过程直至到达井孔的期望深度。为了评估注水泥操作的完整度并因此检测任何间隙或未注水泥区域，采用了固井测井。包含注水泥分析的固井测井通过沉下声波工具并沿套管的长度发送和接收声呐脉冲来提供。通过优选地在振幅方面分析反射的信号，能够确定任何完整度问题，因为接收的信号将表示围绕声波工具的区域的声阻抗。尽管这种方法被广泛使用，但将会有利的是提供一种更快的用于确定水泥完整度的方法。
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中的上述缺点和不足。更特别地，一个目的是提供一种改进的、用于尤其在无需将单独的工具下沉到套管中的情况下、快速且自动检测水泥完整度的任何欠缺的方法和系统。从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本专利技术的方案来实现，即通过井下传感器系统来实现，该井下传感器系统包括：-形成网状网络的多个传感器单元，其即使在至少一些传感器单元在于地面处或海底平面处提供的数据采集的范围之外的情况下也能提供可靠的数据路径，其中，每个所述传感器单元均位于形成在套管与井孔壁部之间的被注水泥的环空中，并且至少一个所述传感器单元设置有用于检测环空中的水泥的水泥特性的检测器。此外，所述传感器单元中的至少40％可设置用于检测环空中的水泥的水泥特性的检测器，优选地，所述传感器单元中的至少50％设置有用于检测环空中的水泥的水泥特性的检测器。通过使多个传感器单元分布在正固化/凝固的水泥中，可通过所述多个传感器单元而形成网状网络，并且测量周围水泥的水泥特性的每个传感器单元均能将这种消息发射至相邻的传感器单元，所述相邻的传感器单元又将自己的水泥测量值连同从下方传感器单元接收的信息一起发送。重复进行直至信息到达地面。如果传感器单元检测一直在其周围的水泥，则传感器单元可仅发射“好”信号至相邻传感器单元，并且如果传感器单元检测到没有水泥的区域，则该传感器单元可仅发射“不好”信号以简化待发射至地面的数据。当具有传感器单元发射“不好”信号的位置时，可仅对着该区域浸入工具。在另一实施例中，得自传感器单元的所有的水泥特性的测量值均被发射至地面并被分析，从而无需进行进一步的水泥测井。水泥特性可包括声阻抗，并且该检测器可包括测量反射的信号以确定声阻抗的感测器/换能器。此外，每个所述传感器单元均可随机地位于被注水泥的环空中。此外，至少一个所述传感器单元还可包括传感器模块，所述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。此外，每个传感器单元均可配置成接收从相邻传感器单元无线发送的数据并将所接收的数据转发至相邻的多个传感器单元。此外，根据本专利技术的井下传感器系统可包括地面系统，所述地面系统配置成接收来自所述传感器单元的井下数据。所述地面系统可至少部分地布置在海底平面处。此外，所述地面系统还可配置成确定至少一个传感器单元的位置以及将所确定的位置与相关联的水泥特性相关联。此外，所述地面系统可配置成通过蒙特卡罗模拟法和/或最短路径模拟法和/或声呐脉冲飞行时间来确定至少一个传感器单元的位置。所述网状网络可以是自修复网状网络。本专利技术还涉及一种用于提供井下传感器系统的方法，包括:-使多个传感器单元进入未凝固的水泥中；-使所述未凝固的水泥进入套管中；以及-向下推进所述未凝固的水泥，使得所述水泥被推出而进入在所述套管与井孔壁部之间形成的环空中，其中，每个传感器单元均位于所述环空中，从而形成根据本专利技术的井下传感器系统。此外，每个传感器单元均可在所述环空中随机就位。此外，本专利技术涉及一种用于确定水泥特性的方法，包括：-通过执行根据本专利技术的用于提供井下传感器系统的方法来提供所述井下传感器系统；-激活至少一个传感器单元，以测量水泥特性；-经由至少一个相邻传感器单元而将与所测量的水泥特性相对应的数据从被激活的传感器单元发送至地面系统；以及-分析所接收的数据以确定水泥特性。本方法可进一步包括确定所述被激活的传感器单元的位置以及将所确定的位置与由所述地面系统接收的对应水泥特性相关联。此外，激活至少一个传感器单元可包括借助换能器发送声呐脉冲，和接收回声信号。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1A和图1B示出了根据现有技术的套管注水泥作业；图2A和图2B示出了根据一个实施例的套管注水泥作业；图3示出了根据一个实施例的传感器系统的示意图；图4是用于供根据一个实施例的传感器系统使用的传感器单元的示意图；图5是示出根据一个实施例的传感器系统的不同传感器单元间的数据通信的图表；图6是根据一个实施例的提供井下传感器系统的方法的示意图；图7是根据一个实施例的确定水泥特性的方法的示意图；以及图8是传感器单元的自供电装置的示意图。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。具体实施方式图1A和1B示出了根据现有技术方案的用于为套管注水泥的方法。水泥C被引导到套管1的内部并向下朝向套管1的底端流动并且之后如箭头所指地达到套管的外部。典型地，流体(未示出)用于移动水泥鞋CS和因此水泥C。在注水泥期间，水泥C将到达套管1的底端并开始在形成于套管1与井孔的壁部W之间的环空A中向上流动。如在图1B中所示，水泥C的这种向上流动继续进行直至全部量的水泥C被移动并且水泥鞋CS到达套管的底部。一旦水泥凝固，它将提供套管1的牢固就位以便抵靠井孔密封。现转到图2A和2B，示意性地示出了根据本专利技术的一个实施例的用于为套管或金属井管结构1注水泥的方法。尽管注水泥的一般原理与图1A-B中所示方法相同，但明显区别是未凝固的水泥设置有多个单个的传感器单元10。每个传感器单元10均任意地就位于能流动的水泥中，并且因此传感器单元10的分布是随机的，尽管是在以均匀的方式将传感器单元分配到水泥中以使传感器单元10或多或少被均匀地分布在能流动的水泥中的情况下。当水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下传感器系统(100)，包括：‑形成网状网络(130)的多个传感器单元(10)，其即使在至少一些所述传感器单元在于地面处或海底平面处提供的数据采集的范围之外的情况下也能提供可靠的数据路径，其中，每个所述传感器单元均位于形成在金属井管结构(1)与井孔壁部(3)之间的被注水泥的环空(2)中，至少一个所述传感器单元设置有用于检测所述环空中的水泥的水泥特性的检测器(16)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.21 EP 17162045.31.一种井下传感器系统(100)，包括：-形成网状网络(130)的多个传感器单元(10)，其即使在至少一些所述传感器单元在于地面处或海底平面处提供的数据采集的范围之外的情况下也能提供可靠的数据路径，其中，每个所述传感器单元均位于形成在金属井管结构(1)与井孔壁部(3)之间的被注水泥的环空(2)中，至少一个所述传感器单元设置有用于检测所述环空中的水泥的水泥特性的检测器(16)。2.根据权利要求1所述的井下传感器系统，其中，所述水泥特性包括声阻抗，所述检测器包括用于测量反射的信号以确定所述声阻抗的换能器(14)。3.根据权利要求1或2所述的井下传感器系统，其中，每个所述传感器单元均随机地布置在所述被注水泥的环空中。4.根据前述权利要求中任一项所述的井下传感器系统，其中，至少一个所述传感器单元还包括传感器模块(15)，所述传感器模块包括另外的传感器。5.根据权利要求4所述的井下传感器系统，其中，所述传感器模块包括温度传感器(15a)和/或压力传感器(15b)。6.根据前述权利要求中任一项所述的井下传感器系统，其中，每个传感器单元均配置成接收从相邻传感器单元无线发送的数据并将所接收的数据转发至相邻的多个传感器单元。7.根据前述权利要求中任一项所述的井下传感器系统，还包括地面系统(110)，所述地面系统配置成接收来自所述传感器单元的井下数据。8.根据权利要求7所述的井下传感器系统，其中，所述地面...

【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