close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2338064

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 338 064
(13)
C1
(51) МПК
E21B 47/12
H01F 38/14
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2006146492/03, 27.12.2006
(72) Автор(ы):
Якимов Михаил Николаевич (RU),
Уль нов Владимир Николаевич (RU),
Левченко Михаил Юрьевич (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
27.12.2006
(45) Опубликовано: 10.11.2008 Бюл. № 31
2 3 3 8 0 6 4
2 3 3 8 0 6 4
R U
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ОБМЕНА ДАННЫМИ И ЗАРЯДА
АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ АВТОНОМНЫХ КАРОТАЖНЫХ ПРИБОРОВ
(57) Реферат:
Изобретение относитс к области геофизики, в
частности к способам бесконтактного обмена
данными
между
автономными
каротажными
геофизическими
приборами
и
наземным
считывающим устройством, а также к проблеме
бесконтактного зар да аккумул торных батарей
автономных каротажных геофизических приборов.
Техническим результатом изобретени вл етс обеспечение автономности работы прибора, а
также выполнени необходимых операций на
поверхности при закрытом лубрикаторе за счет
индуктивной св зи между катушкой индуктивности,
намотанной на радиопрозрачный переходник под
лубрикатором, и катушкой индуктивности в модуле
зар да и телеметрии, корпус которого выполнен из
радиопрозрачного материала. Дл обеспечени более эффективной передачи энергии между
катушками используетс сердечник. Спуск
скважинных приборов с автономной пам тью,
подвешенных на проволоке, осуществл етс с
помощью лебедки. Стальна проволока проходит
через герметичные сальники в верхней части
лубрикатора и через установленный между
лубрикатором
и
устьевым
оборудованием
переходник, выполненный из стеклопластика.
После завершени цикла измерени скважинные
приборы с записанными данными поднимаютс на
поверхность
лебедкой
через
устьевое
оборудование. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Страница: 1
C 1
C 1
Адрес дл переписки:
101000, Москва, пер.Огородна Слобода, д.5а,
ООО "Технологическа Компани Шлюмберже",
пат.пов. Ж.С.Прокофьевой, рег.№ 978
RU
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ЕР 0678880 A1, 25.10.1995. RU 16316
U1, 20.12.2000. SU 472420 A1, 30.05.1975. RU
24702 U1, 20.08.2002. RU 43068 U1,
27.12.2004. RU 57816 U1, 27.10.2006. RU
2211922 C1, 10.09.2003. RU 2258800 C2,
20.08.2005. RU 2269843 C1, 10.02.2006. US
5971072 A1, 26.10.1999.
(73) Патентообладатель(и):
Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. (NL)
C 1
C 1
2 3 3 8 0 6 4
2 3 3 8 0 6 4
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 338 064
(13)
C1
(51) Int. Cl.
E21B 47/12
H01F 38/14
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2006146492/03, 27.12.2006
(72) Inventor(s):
Jakimov Mikhail Nikolaevich (RU),
Ul'janov Vladimir Nikolaevich (RU),
Levchenko Mikhail Jur'evich (RU)
(24) Effective date for property rights: 27.12.2006
(45) Date of publication: 10.11.2008 Bull. 31
(73) Proprietor(s):
Shljumberger Teknolodzhi B.V. (NL)
2 3 3 8 0 6 4
with stored data are brought up by hoist through
wellhead assembly.
EFFECT: stand-alone operation of device.
7 cl, 5 dwg, 1 ex
R U
(57) Abstract:
FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention concerns geophysics,
particularly
methods
of
contact-free
data
exchange between stand-alone geophysical logging
devices and land reading device, and contact-free
battery
recharge
for
stand-alone
geophysical
logging devices. Stand-alone performance on land
surface with closed lubricator is sustained due
to inductance link to inductance coil wound on
radiotransparent adapter under lubricator, and to
inductance coil on charge and telemetry module
with
case
of
radiotransparent
material.
To
achieve more efficient power transfer between
coils a core is used. Well equipment with
independent memory, suspended on wire, is brought
down by hoist. Steel wire passes through sealed
gaskets in upper lubricator part and through
glass-fibre
plastic
adapter
mounted
between
lubricator
and
wellhead
assembly.
When
measurement cycle is finished, well equipment
Страница: 3
EN
C 1
C 1
OF STAND-ALONE LOGGING DEVICES
2 3 3 8 0 6 4
(54) METHOD AND DEVICE FOR CONTACT-FREE DATA EXCHANGE AND BATTERY RECHARGE
R U
Mail address:
101000, Moskva, per.Ogorodnaja Sloboda, d.5a,
OOO "Tekhnologicheskaja Kompanija
Shljumberzhe", pat.pov. Zh.S.Prokof'evoj, reg.№ 978
RU 2 338 064 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к области геофизики, в частности к способам бесконтактного
обмена данными между автономными каротажными геофизическими приборами и
наземным считывающим устройством, а также к проблеме бесконтактного зар да
аккумул торных батарей автономных каротажных геофизических приборов.
При проведении каротажных работ в нефт ных и газовых скважинах обычно используют
два способа спуска измерительных инструментов в скважину - на кабеле и на проволоке.
В первом варианте используетс грузонесущий геофизический кабель, по которому
происходит передача данных на поверхность, а также подаетс питание скважинных
приборов. Преимущество этого варианта - в возможности вести непрерывную передачу
данных. Большой диаметр и масса изолированного и армированного кабел создают
трудности при спуске приборов в скважинах с высоким давлением. На поверхности такой
кабель обслуживаетс с помощью самоходной установки дл канатных (кабельных) работ,
что создает дополнительные расходы. Во втором варианте скважинные приборы
спускаютс в скважину на гладкой проволоке. В этом случае приборы должны иметь
автономное электропитание и блоки пам ти дл временного хранени геофизической
информации. Толщина такой проволоки обычно равна 1-2 мм, а ее вес составл ет дес тки
килограмм. В отличие от кабел , проволока проще в обслуживании и дл операций спускаподъема используетс обычна легка лебедка.
Основными недостатками при геофизических работах на каротажном кабеле вл ютс трудности при спуске каротажных приборов в скважины с высоким давлением, а также
проблемы с герметизацией скважины, св занные с большим диаметром кабел . При
работе с гладкой проволокой обе проблемы снимаютс , однако трудоемкие операции по
безопасному извлечению приборов из скважины дл дальнейшего считывани и зар да
аккумул торных батарей остаютс .
Дл работы в добывающих скважинах примен етс специальное герметизирующее
устройство, называемое лубрикатор, которое устанавливаетс над фонтанной арматурой.
В верхней части лубрикатор имеет сальник дл герметичного прохождени каротажного
кабел , гладкой проволоки или гибких труб в зависимости от выполн емых операций. В
случае высокого перепада давлени устанавливаетс последовательность сальников,
рассчитанных на необходимое давление. Устройство лубрикатора позвол ет проводить
операции сн ти и навешивани каротажных приборов без разгерметизации скважины.
Перед спуском каротажных приборов в скважину в лубрикаторе обеспечиваетс нужное
давление, и открытие задвижки позвол ет спускать каротажные приборы с помощью
лебедки.
Автономные каротажные приборы оборудованы устройствами записи данных во
внутреннюю пам ть, а данные считываютс уже на поверхности с помощью наземного
считывающего устройства (или наземного компьютера). Дл обслуживани таких приборов,
а также дл считывани данных и зар да аккумул торных батарей необходимо проводить
операцию разборки лубрикатора. Эта операци достаточно трудоемка и св зана с риском
разлити скважинной жидкости и нефти. Вместе с тем, кажда така операци занимает
довольно много рабочего времени и требует наличи высококвалифицированного
персонала.
В практике канатных и бурильных работ известны способы обмена информацией между
геофизическими приборами и элементами скважины. Несколько изобретений (US 5971072,
US 3534310) описывают индуктивные устройства в спускаемом инструменте заканчивани скважины и автономные индуктивные передатчики, установленные в определенных местах
буровой колонны. При приближении такого инструмента к автономному передатчику
происходит обмен информацией и выполн ютс определенные операции. Это могут быть
операции остановки и закреплени инструмента, операци инициации перфорационного
зар да и прочие операции заканчивани скважины.
Также известны способы беспроводной индуктивной св зи между св зкой приборов в
скважине и наземным считывающим устройством (за вка на патент US 20060244628). В
этом техническом решении проволока, на которой спускаютс каротажные приборы,
Страница: 4
DE
RU 2 338 064 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
используетс как антенна дл передачи данных, поступающих в реальном масштабе
времени. Нижний и верхний конец проволоки оснащены индуктивными ответвител ми.
Данные из скважинных приборов поступают в устройство передачи данных, подключенное к
нижнему ответвителю. Многометрова проволока дл спуска скважинных приборов
фактически работает как длинна антенна дл передачи частотно-модулированных
данных. Однако недостатком системы вл етс то, что в случае сильного затухани высокочастотного информационного сигнала в антенне приходитс использовать
радиочастотные повторители, устанавливаемые по всей длине проволоки. Применение
таких повторителей позвол ет поддерживать мощность информационного сигнала на
нужном уровне. Однако размещение и обслуживание радиочастотных повторителей на
проволоке существенно усложн ет операции спуска и подъема скважинных приборов.
Наиболее близким техническим решением вл етс способ, предложенный в патенте ЕР
0678880, дл осуществлени которого используют прибор дл измерени давлени и
температуры непосредственно в скважине, выполненный таким образом, чтобы без
остановки скважины производить его ремонт и восстановление. Этот прибор опускаетс в
скважину на гибких трубах и коаксиально устанавливаетс на индуктивную систему,
стационарно смонтированную в оправке дл съемного клапана при газлифтных операци х.
Затем гибкие трубы извлекаютс из скважины, а прибор остаетс в оправке. Кабель,
подключенный к индуктивной системе, выводитс через затрубье на поверхность; через
кабель производитс питание прибора и считывание измеренных данных в реальном
режиме времени. Однако наличие кабел питани и прив зки к наземной системе
считывани не позвол ет использовать прибор в труднодоступных местах, требующих
автономности работы.
Техническим результатом за вленного изобретени вл етс создание автономного
устройства бесконтактного обмена данными и способа зар да аккумул торных батарей
автономных скважинных геофизических приборов посредством индуктивной св зи.
Существенным преимуществом предложенного технического решени вл етс автономность работы прибора, а также то, что необходимые операции выполн ютс на
поверхности при закрытом лубрикаторе. Индуктивна св зь осуществл етс между
катушкой индуктивности, намотанной на радиопрозрачном переходнике под лубрикатором,
и катушкой индуктивности в модуле зар да и телеметрии, корпус которого выполнен из
радиопрозрачного материала. Дл обеспечени более эффективной передачи энергии
между катушками используетс сердечник.
Предлагаемое изобретение представлено на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 и Фиг.4.
На Фиг.1 показана обща схема спуска скважинных приборов на гладкой проволоке и
расположение радиопрозрачного переходника на устьевом оборудовании. Согласно Фиг.1
скважинные приборы 1 с автономной пам тью подвешены на проволоке 2 и перемещаютс с помощью лебедки. Стальна проволока проходит через герметичные сальники (не
изображены) в верхней части лубрикатора 4. После завершени цикла измерени скважинные приборы с записанными данными поднимаютс на поверхность лебедкой
через устьевое оборудование 5. Между лубрикатором 4 и устьевым оборудованием
устанавливаетс переходник 3, выполненный из стеклопластика.
На Фиг.2 показано продольное сечение радиопрозрачного переходника в момент
максимального сближени внутренней и внешней катушек индуктивности, где 12 сердечник, 13 - внешн катушка индуктивности, 14 - катушка индуктивности,
составл ющие индукционную систему 20, 17 - модуль зар да и телеметрии, 19 - внешнее
считывающее устройство.
При прохождении св зки скважинных приборов через радиопрозрачный переходник, в
частности при подъеме приборов на поверхность, на внешнюю катушку индуктивности 13,
намотанную на внутреннюю поверхность радиопрозрачного переходника 3, подаетс переменное напр жение малой мощности. Ток с обмотки 13 измер етс внешним
считывающим устройством 19. В верхней части св зки скважинных приборов установлен
модуль зар да и телеметрии 17, через который осуществл етс обмен данными между
Страница: 5
RU 2 338 064 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
скважинными приборами и внешним считывающим устройством 19.
При приближении модул зар да и телеметрии 17, имеющего катушку индуктивности 14
и сердечник 12, к радиопрозрачному переходнику 3 ток в обмотке 13 возрастает из-за
усилени индуктивной св зи между обмотками. Максимум тока на катушке индуктивности
13 вл етс индикатором дл остановки лебедки и начала обмена данными и зар да
аккумул торных батарей. Совокупность внутренней обмотки 14, внешней обмотки 13 и
сердечника 12 в дальнейшем будет описана как индукционна система 20. Посредством
индуктивной св зи на модуль телеметрии 17 подаетс команда считывани данных, после
которой модуль телеметрии начинает передавать данные из скважинных приборов через
катушку индуктивности 14 в катушку индуктивности 13 и далее во внешний блок 19 и
наземный компьютер ПК.
Дл изготовлени радиопрозрачного переходника 3 и корпуса модул телеметрии 17
должен примен тьс достаточно прочный материал, рассчитанный на гидростатическое
давление внутри устьевого оборудовани , а также имеющий низкое поглощение радиоволн
в диапазоне 50-100000 Гц. Радиопрозрачность стенок переходника 3 и корпуса модул телеметрии 17 позвол ет с минимальными энергетическими потер ми производить обмен
данными и зар д аккумул торных батарей. Наиболее подход щим материалом дл реализации данного изобретени вл етс стеклопластик, обладающий высокой
механической прочностью и низкими потер ми в указанном диапазоне частот. Другие
радиопрозрачные материалы (композиты или керамика) проигрывают стеклопластику по
механической прочности и технологичности изготовлени , но все же могут быть
использованы дл реализации изобретени . Длина радиопрозрачного переходника 16
выбираетс в 1.5-2 раза большей, чем длина индуктивной системы 20, в цел х уменьшени потерь индуктивного сигнала на концевых провод щих элементах переходника. Внутренний
диаметр радиопрозрачного переходника 16 выбираетс равным внутреннему диаметру
нижесто щего устьевого оборудовани , чтобы не создавать затруднений при движении
скважинных приборов.
Обща схема внешнего считывающего устройства 19 представлена на Фиг.3. На данном
чертеже катушка индуктивности 24 вл етс частью индукционной системы 20, через
которую производитс зар д аккумул торной батареи и обмен данными со скважинным
прибором. Источником энергии дл зар да аккумул торных батарей вл етс промышленна сеть 220 В с частотой 50 Гц. Обмен данными происходит на высокой
частоте относительно низкой частоты промышленной питающей сети. Смешивание
низкочастотного тока зар да аккумул торной батареи и высокочастотного
информационного сигнала производитс в смесителе, выполненном на трансформаторе
23. Обмотка I трансформатора 23 используетс дл подключени промышленной сети,
обмотка II - дл подключени приемопередатчика 21 наземного блока и обмотка III - дл подключени первичной (внешней) обмотки индукционной системы 20. С целью защиты
приемопередатчика от напр жени , поступающего из зар дной обмотки I в обмотку
приемопередатчика II, используетс модуль защиты от перенапр жени 22.
Приемопередатчик 21 подключаетс к входу персонального компьютера ПК, где происходит
хранение и обработка данных, считанных из скважинного прибора (приборов).
В качестве модема приемопередатчика возможно использование стандартных модемов
с частотной модул цией (FSK), например широкораспространенных СМХ469 производства
компании CML Microcircuits Ltd, США. При применении таких модемов максимальна скорость обмена со скважинным прибором составл ет 4800 бит в секунду, что вполне
достаточно дл большинства применений. При этом рабочий диапазон частот на выходе
модема от 2400 до 4800 Гц, что позвол ет легко выделить высокочастотный
информационный сигнал на фоне зар дного тока 50 Гц с помощью простых фильтров
первого пор дка. Дл повышени скорости обмена возможно применение более
совершенных модемов FX929 (до 9600 бит в секунду) производства компании CML
Microcircuits Ltd либо стандартных кодеров-декодеров кода Манчестер, например 588ВГ6
производства завода Интеграл, Республика Беларусь или HD6408 производства компании
Страница: 6
RU 2 338 064 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Intersil, США. В последнем случае кодер-декодер дл кода Манчестер позвол ет
организовывать каналы св зи со скоростью обмена вплоть до 1 Мбит/секунду, а
пропускна способность канала св зи ограничиваетс только свойствами трансформатора
23 и индуктивной системы 20 с обмоткой 24.
Структурна схема модул зар да и телеметрии 17 представлена на Фиг.4. На обмотке I
индукционной системы 20 индуцируетс низкочастотное напр жение зар да
аккумул торных батарей, которое выпр мл етс в блоке выпр мител 32 и затем
преобразуетс в посто нное напр жение на блоке конденсаторов 33. Непосредственно
процессом зар да аккумул торных батарей 35 управл ет зар дное устройство 34.
Приемопередающа обмотка II индукционной системы 20 подключена к блоку телеметрии
36, который выполнен аналогично блокам 21 и 22 наземного модул .
Пример реализации данного изобретени .
Дл оценки КПД предложенного способа использовалась испытательна установка
(Фиг.5). На сердечник 12 из феррита марки 1000НН (типоразмера 10Ч100) намотана
вторична обмотка 14 (2000 витков провода ПЭТВ-1 0.25 мм) и поверх намотана
стеклоткань до достижени внешнего диаметра обмотки 28 мм (прин то равным внешнему
диаметру скважинных приборов). Первична обмотка 13 намотана на полый цилиндр из
стеклопластика с внутренним диаметром 50 мм (выбран равным внутреннему диаметру
фонтанной арматуры). Тип провода и количество витков прин ты такими же, как и во
вторичной обмотке. Обе обмотки погружены в лабораторный стакан 40, заполненный
водным раствором поваренной соли с концентрацией 50 г/литр (имитаци пластовой воды).
Первична обмотка 13 через изолирующий трансформатор 42 (коэффициент
трансформации 1:1) подключена к регулируемому автотрансформатору 41 типа ЛАТР-2,5.
Вторична обмотка 14 нагружена на резистор 47 (сопротивление 100 Ом, мощность 5 Вт).
Напр жение и ток на первичной обмотке 13 контролируютс вольтметром 43 и
амперметром 44. Аналогичным образом напр жение и ток на вторичной обмотке 14
контролируютс вольтметром 45 и амперметром 46. Положением регул тора
автотрансформатора 41 измен етс напр жение, подаваемое на первичную обмотку
индуктивной системы 20. Это напр жение выбираетс таким образом, чтобы предотвратить
насыщение сердечника 12.
КПД оценивалс по формуле ?=((V2?I2)/(V1?I1))?100%, где V2 и I2 - показани вольтметра 45 и амперметра 46 во вторичной обмотке 14, V1 и I1 - показани вольтметра
43 и амперметра 44 в первичной обмотке 13. В данной испытательной установке был
получен КПД около 20%, а рассеиваема мощность на резисторе 47 составила около 2 Вт,
что вполне достаточно дл зар да аккумул торных батарей в скважинных приборах за
приемлемое врем . Предварительные расчеты показывают, что оптимизацией конструкции
и материала сердечника 12, оптимизацией числа витков и диаметра провода обмоток
возможно повышение КПД до 50% даже при работе в вводно-нефт ных смес х с более
высокой концентрацией соли. Така оптимизаци повысит мощность, передаваемую во
вторичную обмотку и, следовательно, уменьшит врем зар да аккумул торных батарей.
Формула изобретени 1. Способ бесконтактного обмена данными и зар да аккумул торных батарей
автономных каротажных приборов, согласно которому скважинные приборы с автономной
пам тью подвешивают на проволоке с возможностью перемещени с помощью лебедки
внутри и вне скважины, так, что проволока последовательно проходит через лубрикатор,
радиопрозрачный переходник и устьевое оборудование, в верхней части св зки
скважинных приборов устанавливают модуль зар да и телеметрии, перемещают модуль
зар да и телеметрии внутрь радиопрозрачного переходника, и осуществл ют обмен
данными между скважинными приборами и внешним считывающим устройством, и
осуществл ют зар д аккумул торных батарей автономного каротажного прибора.
2. Способ по п.1, где посредством индуктивной св зи на модуль телеметрии подают
команду считывани данных, после которой модуль телеметрии начинает передавать
Страница: 7
CL
RU 2 338 064 C1
5
10
15
20
25
данные из скважинных приборов во внешний блок и наземный компьютер.
3. Способ по п.1, где радиопрозрачный переходник выполнен из стеклопластика.
4. Способ по п.1, где радиопрозрачный переходник выбирают в 1,5-2,0 раза большей
длины, чем длина индуктивной системы.
5. Устройство бесконтактного обмена данными и зар да аккумул торных батарей
автономного каротажного прибора, представл ющее собой радиопрозрачный переходник,
расположенный на проволоке выше св зки каротажных приборов, и модуль зар да и
телеметрии, расположенный на проволоке в верхней части св зки каротажных приборов с
возможностью прохождени модул через радиопрозрачный переходник при движении
модул , где на округлую внутреннюю радиопрозрачную поверхность переходника намотана
внешн обмотка катушки индуктивности, соединенна с внешним считывающим
устройством, а модуль зар да и телеметрии состоит из обмотки катушки индуктивности и
расположенного внутри катушки индуктивности сердечника так, что внешн обмотка
катушки индуктивности, обмотка катушки индуктивности и сердечник представл ют собой
индукционную систему.
6. Устройство по п.5, где катушка индуктивности вл етс частью индукционной
системы, через которую производитс зар д аккумул торной батареи и обмен данными со
скважинным прибором, причем смешивание низкочастотного тока зар да аккумул торной
батареи и высокочастотного информационного сигнала производитс в смесителе,
выполненном на трансформаторе, обмотка I которого подключена к промышленной сети,
обмотка II подключена к приемопередатчику наземного блока через модуль защиты от
перенапр жени , обмотка III подключена к внешней обмотке индукционной системы,
причем приемопередатчик подключен к входу персонального компьютера,
осуществл ющего хранение и обработку данных, считанных со скважинных приборов.
7. Устройство по п.5, где модуль зар да и телеметрии включает аккумул торные
батареи, соединенные с блоком конденсаторов через зар дное устройство, св занное
через блок выпр мител с обмоткой I катушки индуктивности индукционной системы, а
приемопередающа обмотка II катушки индуктивности индукционной системы подключена к
блоку телеметрии.
30
35
40
45
50
Страница: 8
RU 2 338 064 C1
Страница: 9
DR
RU 2 338 064 C1
Страница: 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
251 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа