一种固井、压裂、生产过程套管变形无线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固井、压裂、生产过程套管变形无线监测系统，包括：井下套管变形无线监测器、传输信道、信号中继装置和地面接收系统，其中井下套管变形无线监测器与套管串一起入井，扶正套管居中的同时检测套变情况，并将套变数据信号调制激发向外传输，信号中继装置对套变数据信号进行放大和再传输，地面接收系统接收来自信号中继装置的套变数据信号并解调，通过计算机处理得到井下套管变形多点检测情况，实时准确获取井下套管变形位置、变形程度和套变点数量等信息。本发明专利技术能对套管上提下放、水泥浆固井、射孔、压裂、生产等作业施工阶段的套变情况进行实时监测和风险预测，对保障油气资源长效开发具有积极现实意义。油气资源长效开发具有积极现实意义。油气资源长效开发具有积极现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种固井、压裂、生产过程套管变形无线监测系统


[0001]本专利技术涉及油气开采中的完井固井
，特别涉及一种固井、压裂、生产过程套管变形无线监测系统。

技术介绍

[0002]套管是维持油气井运行的生命线，在油气开采中用于钻井过程和完井后对井壁的支撑，起着保护井眼、加固井壁、隔绝井中的油、气、水层及封固各种复杂地层的作用，保证钻井过程的安全进行和完井后整个油井的正常运行。目前，我国在油气田勘探开采中面临着严峻的挑战，由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用于套管体，这对套管本身的质量和完整性提出了较高的要求。套管柱完整性主要体现在密封性和截面形状规则两方面，由于长期采用注水开发的方式开采油田，加剧了地层深处的地质活动，许多因素如酸化压裂改造、盐膏岩塑性蠕变、重复多次的井下作业和腐蚀等，都可以导致套管发生不同程度的变形(包括套管缩径、套管一处或多处弯曲、套管挤扁、严重弯曲变形、套管破裂及错断等)，在一些易垮塌地层或者固井质量差的地层，套管变形尤为严重，一旦套管本身由于某种原因发生变形或损坏，便可能导致整口井的减产甚至报废本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固井、压裂、生产过程套管变形无线监测系统，其特征在于：由井下套管变形无线监测器(1)、传输信道(2)、信号中继装置(3)和地面接收系统(4)四个部分组成；所述传输信道(2)包括地层介质、套管以及井筒空间内的空气和油气水介质，作为将携带套管变形数据的电磁波信号从井下传输到地面的通道；所述信号中继装置(3)包括机械部件、电源模块、信号接收模块和电路模块，其中所述的机械部件为放置各模块装置的舱体，整体呈圆筒状，套装在井下套管上；所述的电源模块为锂电池组，用于为信号接收模块和电路模块供电；所述的信号接收模块用于接收井下套管变形无线监测器(1)传来的数据信号；所述的电路模块为整个信号中继装置(3)的核心部件，电路模块主要包含信号处理中枢、信号放大器和功率放大器，其中信号处理中枢的主要以单片机实现信号处理和调制，信号放大器和功率放大器用于将信号放大和再激发；所述信号中继装置(3)用于接收井下套管变形无线监测器(1)发送来的信号，并进行再调制和放大，实现信号的中继传输，为保证信号能远距离传输，可根据井深情况安装多个信号中继装置；所述地面接收系统(4)包括：天线、信号接发电路、信号功放电路、工控机和人机交互模块，所述天线与所述信号接发电路连接，用于接收信号中继装置(3)传来的数据信号，作预处理后发送到信号功放电路；所述信号功放电路对传输而来的数据信号进行功率放大；所述工控机用于处理和解调由信号功放电路传送来的数据信号；所述人机交互模块用于显示井下套管变形信息；所述井下套管变形无线监测器(1)包含两个功能：扶正功能和套变检测功能；井下套管变形无线监测器(1)套装于套管上，启动电源开始工作，随套管下入井中进行固井作业，实现监测器和套管在井筒中的固定与就位，检测套管变形情况，接收的套管应变数据信号，并将其转换为数字信号，把所述数字信号调制转换为模拟信号，并激发模拟信号沿井筒向上传输给信号中继装置(3)，通过信号中继装置(3)将信号传输给地面接收系统(4)，地面接收系统(4)接收模拟信号并处理得到井下套管变形多点检测情况。2.根据权利要求1所述的套管变形无线监测系统，其特征在于：套管变形无线监测系统的工作流程如下：步骤1：对目标区块套变井进行统计分析，根据套管变形发生的点位分布特点和层段情况，在满足套管居中情况下，优选井下套管变形无线监测器(1)布置位置和数量；步骤2：将所述井下套管变形无线监测器(1)、信号中继装置(3)套装固定于套管上，打开电源让井下套管变形无线监测器(1)和信号中继装置(3)开始工作，并使地面接收系统(4)与套管变形无线监测器(1)形成无线连接，之后随套管下入井中，进行固井作业，实现套管在井筒中的固定与就位，形成由井下套管变形无线监测器(1)、传输信道(2)、信号中继装置(3)和地面接收系统(4)四个部分组成的套管变形无线监测系统；步骤3：最后进行射孔、压裂、试采、生产等作业，在套管下入井筒、水泥浆固井、射孔、压裂、生产等作业的施工过程中，套管变形无线监测系统一直处于工作状态中，所述井下套管变形无线监测器(1)对套管变形情况进行多点检测，并将套变数据信号激发出去沿传输信道(2)向上传输，信号中继装置(3)对套变数据信号进行放大和再传输，地面接收系统(4)接收套变数据信号，并通过计算机处理得到井下套管变形多点检测情况，实时准确获取井下套管变形位置、变形程度、套变点数量以及套管受力状态信息。
3.根据权利要求2所述的套管变形无线监测系统，其特征在于：为实现对井下套管变形情况的多点监测，需要沿井筒在套管上间隔套装多个井下套管变形无线监测器(1)，由于信号中继装置(3)需要接收多个井下套管变形无线监测器(1)传来的信号，为防止多个井下套管变形无线监测器(1)之间的信号干扰，需要对多组信号规定传输协议，具体地，从井下套管变形无线监测器(1)传到信号中继装置(3)的信号采用码分复用的方式进行识别和传输；通过码分复用的方式，码分多址系统为每个井下套管变形无线监测器(1)分配各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息，每一个井下套管变形无线监测器(1)有自己的地址码，这个地址码用于区别每一个井下套管变形无线监测器(1)，地址码彼此之间互相独立的，互不影响，这样就避免了每各个井下套管变形无线监测器(1)之间的信号干扰。4.根据权利要求1所述的套管变形无线监测系统，其特征在于：所述地面接收系统(4)的天线与信号接发电路，天线采用偶极子式天线，承载信号接发电路的装置为金属柱状结构，一个安装在井口，一个埋入井场地下，都与天线和工控机连接；所述地面接收系统(4)的调制采用调频、调幅和调相方式，包括对信号进行分割、随机化、前向纠错码、交织、映射、逆傅里叶变换，最终形成基带数字信号；相应地，所述地面接收系统(4)的解调采用频率解调、幅度解调和相位解调方式，包括时域均衡、同步校正、去时间保护间隔、解映射、解交织等步骤，最终获得井下信号。5.根据权利要求4所述的套管变形无线监测系统，其特征在于：若有双向传输的必要，即除了将信号从井下传输到地面外，若要从地面系统(4)发送指令信号到信号中继装置(3)，再到井下套管变形无线监测器(1)，为避免从井下到地面和从地面到井下的信号之间的相互干扰，两个方向的信号传输可采用时分复用或频分复用的方式进行识别和传输。6.根据权利要求1所述的套管变形无线监测系统，其特征在于：除了对套管进行多点变形监测外，为监测水平井段套管由于压裂地层剪切可能导致的错断和大弯曲变形，在所述井下套管变形无线监测器(1)上安装微型定位器，由此，将多个井下套管变形无线监测器(1)串装于井下套管上，即可组成套管测形序列，再在直井筒底端位置安装的信号中继装置(3)中安装对应的定位信息接收器，根据水平段各个井下套管变形无线监测器(1)相对于直井筒底端信号中继装置(3)的位置信息，便可计算出水平段套管在轴向上的形状信息，进一步判断套管大变形情况。7.根据权利要求1所述的套管变形无线监测系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：林铁军，陈毫，李敏，于浩，张强，王涛，刘朕，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：