井下作业系统技术方案

本发明专利技术涉及一种井下作业系统，所述井下作业系统用于操作井下驱动单元和测井工具并且借助于缆线将测井数据从至少一个测井工具传输到地面数据获取系统。所述系统包括：地面收发器、缆线、井下收发器、测井工具以及驱动单元，其中，所述井下收发器经由所述缆线联接到所述地面收发器，并且使用正交频分复用技术与所述地面收发器通信，以通过借助于晶体管电桥调制输送至所述缆线的脉宽调制（PWM）信号来经由所述缆线传输数据，同时通过所述缆线向所述驱动单元和至少一个测井工具供电。此外，本发明专利技术还涉及一种井下工具。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下作业系统
本专利技术涉及一种井下作业系统，所述井下作业系统用于操作井下驱动单元和测井工具并且借助于缆线/钢丝将测井数据从至少一个测井工具传输到地面数据获取系统。此外，本专利技术涉及一种井下工具。
技术介绍
现代石油钻探和生产作业需要大量与井下参数和状态相关的信息。这种信息典型地包括由井眼所横跨的地球地层的特性以及与井眼自身的尺寸和构型有关的数据。能够使用若干方法执行与井下状态相关的信息采集，通常被称为“测井”。在传统的油井缆线测井方法中，当井或者井的一部分已被钻探时，容纳地层传感器的探针被降到井眼中并用于确定由井眼所横跨的地层的某些特性。探针的上端附接至将该探针悬挂在井眼中的导电缆线。通过导电缆线将电能传输到探针中的传感器和仪器上。类似地，探针中的仪器借助于经由缆线所传输的电信号与地面（设备）进行信息交互。替代的测井方法是在钻井过程中采集数据。在钻井过程中采集和处理数据使得不必移除或移动钻井组件以插入缆线测井工具。因此能够在使井下作业时间最少的同时允许钻具按照需求做出精确的修正或矫正以优化性能。用于在钻井的同时测量井下状态（包括钻井组件的移动和位置）的设计已公知为“随钻测量”技术或“MWD”。典型地，用在MWD应用中的井下传感器定位在靠近钻头定位的柱形钻铤中。MWD系统然后采用遥测系统，在此遥测系统中，通过传感器获得的数据被传输至位于地面上的收发器。在现有技术中存在许多遥测系统，这些遥测系统试图在不需要使用缆线的情况下将与井下参数有关的信息向上传输至地面。在这些遥测系统中，泥浆脉冲系统是在MWD应用中使用最广泛的一种遥测系统。遥测系统的泥浆脉冲系统在在钻井作业期间在压力下经钻井钻柱循环的钻井流体中产生“声”压信号。通过适当地设置在泥浆流中形成的压力脉冲的时间来传输由井下传感器获取的信息。通过位于地面处的压力换能器和计算机来接收和解码该信息。泥浆脉冲系统的一个问题是用于增加量的信息的数据传输速率不足快。泥浆脉冲系统的一替代解决方案是使用用于将测井工具降到井眼中的缆线。已经通过使用离散的多音调制（DMT）开发了经由缆线进行的数据传输。这种系统典型地包括：地面收发器、电缆和经由电缆联接到地面收发器的井下收发器。井下收发器使用DMT调制与地面收发器通信，从而在分配给上行通信的一组频率子信道上传输遥测信息。地面收发器可同样地使用DMT调制与地下收发器通信，从而在分配给下行通信的一组频率子信道上传输信息。上行和下行通信子信道的数量优选是可变的，并优选能够根据系统的操作模式改变。这允许在井下设备的编程和构建期间将附加的子通道分配给下行通信，并且在正常测井操作期间将附加的子通道分配给上行通信。但是，井下作业越来越需要对井下作业系统供给更多的电能。使用能够在井眼中来回移动的驱动单元、在一个井下作业系统中使用一种或多种测井技术、以及典型地使用若干不同的供电工具以变换或维持井均显著地增加了对井下供电的需求。当供电缆线的电能增加时，由于增大了供电电压而使噪音水平增大，因此需要更高的数据传输电压来借助于DMT进行数据传输。在已知的系统中仅增加数据传输电压导致在数据传输系统的电子装置中散发更多的热量，这在井下作业工具中是普遍存在的问题，因为在井下环境中进行热传递几乎不可能。在已知系统中，热耗散的增加限制了高速传输数据同时为井下作业系统提供高电能的能力。在油和气工业中，信息是是否获得利益的关键。关于碳氢化合物储层中的碳氢化合物的位置和迁移模式的信息越多，就越可能在该储层的最优位置挖掘该储层，并且利用其全部潜能。为此，程序上需要创建新的且更复杂的传感器布置结构，并且将其放置在缆线探针中，这样，传统的缆线遥测技术的信息承载能力将变得不够。此外，由于井下作业系统中对电能的需求增大，期望具有如下的通信技术：该技术能够同时支持井下传感器与地面装置之间的高速通信，同时向井下作业单元提供高电能。
技术实现思路
本专利技术的目的是全部地或部分地克服现有技术中的上述缺点和缺陷。更具体地，本专利技术的目的是提供一种改进的井下作业系统，所述井下作业系统用于操作井下驱动单元和至少一个测井工具，并且将数据从测井工具传输到地面。通过根据本专利技术的解决方案能够完成从以下的说明中将变得显而易见的上述目的以及多个其它目的、优点和特性，本专利技术涉及一种井下作业系统，所述井下作业系统用于操作井下驱动单元和测井工具并且借助于缆线将测井数据从至少一个测井工具传输到地面数据获取系统，所述系统包括：-地面收发器，-缆线，-井下收发器，-测井工具，以及-驱动单元，其中，所述井下收发器经由所述缆线联接到所述地面收发器且使用正交频分复用技术与所述地面收发器通信，以经由所述缆线传输数据，并且通过借助于晶体管电桥调制传输到所述缆线的脉宽调制（PWM）信号来通过缆线为所述驱动单元和至少一个测井工具供电，同时通过所述缆线向所述驱动单元和至少一个测井工具供电。在一个实施例中，所述缆线可以是单芯电缆（monocable）。在另一实施例中，可以通过交流信号电压来调制数据传输信号，所述交流信号电压优选大于30伏、甚至更优选大于40伏、甚至更优选大于50伏。此外，调制单元可借助于电容耦合联接到供电电路。另外，可以借助于晶体管电桥对所传输的信号的增益进行脉宽调制。在一个实施例中，调制单元可借助于电容耦合联接到供电电路。此外，在电流消耗/实际电流为至少4安培、优选至少6安培、更优选至少8安培、甚至更优选至少10安培时，在地面处施加到所述缆线的供电电压可以是至少600伏、优选至少800伏、更优选至少1000伏、甚至更优选至少1200伏。此外，所述缆线可以至少是10千米长、优选至少15千米长、更优选至少20千米长。本专利技术还涉及一种井下工具，其中可以通过晶体管电桥对信号电压进行脉宽调制。此外，调制单元可借助于电容耦合联接到供电电路。最后，在电流消耗为至少4安培、优选至少6安培、更优选至少8安培、甚至更优选至少10安培时，施加到所述井下工具的电压可以是至少400伏、优选至少500伏、更优选至少600伏、甚至更优选至少700伏。附图说明以下将参考示意附图详细说明本专利技术及其许多优点，这些示意附图仅为了说明的目的而示出一些非限制性实施例，其中：图1示出了根据本专利技术的用于井下作业以及井和地层特性的测量的井下作业系统，图2示出了在根据本专利技术的井上计算机和井下作业系统之间的数据传输的示意图，图3示出了使用缆线的数据传输步骤的示意图，图4示出了根据本专利技术的调制器电路的电路图，图5示出了根据本专利技术的井下作业工具，图6示出了根据本专利技术的调制器电路的示意图，图7示出了单芯电缆的剖面图。所有的附图都是高度示意的，并不一定按比例绘制，并且它们只示出为了解释本专利技术所必需的那些部分，其他部分被省略或仅提及。具体实施方式图1示出了井下作业系统100，其用于操作驱动单元5和测井工具4且经由缆线2将数据从测井工具4传输到地面。井下工具钻柱6被示出为经由缆线2从钻机或船101没入井中。船101包括吊车形式的下降装置103。下降装置103经由缆线2连接到井下工具钻柱6，从而将井下工具钻柱6下降到井眼104的套管102中。图2是井下作业系统100的示意图，该井下作业系统用于操作井下的驱动单元5和测井工具4，并且借助于缆线2将测井数据从至少一个测井工具传输到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.23 EP 10196731.31.一种井下作业系统(100)，所述井下作业系统用于操作井下驱动单元(5)和至少一个测井工具(4)并且借助于缆线(2)将测井数据从至少一个测井工具传输到地面数据获取系统(105)，所述井下作业系统包括：-地面收发器(1)，-缆线，-井下收发器(3)，-所述至少一个测井工具，以及-所述驱动单元，其中，所述缆线为单芯电缆并配置成供应直流供电电压以给所述驱动单元供电，所述井下收发器经由所述单芯电缆联接到所述地面收发器，并且使用正交频分复用技术与所述地面收发器通信，以通过借助于晶体管电桥调制输送给所述单芯电缆的脉宽调制(PWM)信号来经由所述单芯电缆传输数据，同时通过所述单芯电缆向所述驱动单元和至少一个测井工具供电，其中，所述晶体管电桥联接在地面和电压源之间并配置成从数字信号处理器接收PWM调制控制信号，并且通过接收来自所述数字信号处理器的控制信号调制到所述缆线的PWM信号；和其中所述电压源构造成将经由所述单芯电缆提供给所述驱动单元的直流供电电压转换成提供给所述晶体管电桥的直流电压，所述提供给所述晶体管电桥的直流电压低于经由所述单芯电缆提供给所述驱动单元的直流供电电压。2.根据权利要求1所述的井下作业系统，其中，数据传输信号(S1)通过交流信号电压(V1)来调制，所述交流信号电压大于30伏。3.根据权利要求1或2所述的井下作业系统，其中，所述晶体管电桥借助于电容耦合(404)联接到包括所述单芯电缆的供电电路(405)。4.根据权利要求2所述的井下作业系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·哈伦德巴克，
申请(专利权)人：韦尔泰克有限公司，
类型：
国别省市：