[发明专利]通过钻管系统传输信号的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在地下井钻井期间通过钻管系统传输信号的方法及系统。

背景技术

在地下井(诸如油气井(hydrocarbon well)或注水井)的钻井操作过程中，井与地面之间有必要进行通信。很多情况下需要监控井底以及沿着井(如果可能)的压力。在这种情况下，使得传感器定位于井底和/或沿着钻管系统。

通过钻管系统传输信号的常见方法为使用所谓的泥浆脉冲遥测技术，其中，位于钻管系统底部的阀门在短时间内节流，从而产生压力脉冲。压力脉冲通过泥浆/流体传播至井的表面，从而测量压力脉冲并将其转换为电信号等。

这种设备通常装配多个模块，诸如脉冲发送模块、使用流体流动产生电力的涡轮模块，多个感应模块以及定向钻井设备。

这种技术有几个缺点。首先，数据速率很低，通常为10比特/秒，且随着钻管的长度降低。此外，钻液无法过度压缩，即，含有太多气体。压力脉冲还干扰井中的压力控制和测量。最后，运动的液流对于通信来说是必要的，即，流动停止以在顶部连接新的钻管时无法获取信息。另外一个困难的情况是关井，关井期间接受信息十分重要，而关井期间不能使用通过泥浆脉冲传输信号的方案。

可选的钻管系统是已知的，例如在WO 2009/011594中披露的。

这样的钻管系统包括通过悬挂装置(hanging device)同心设置在第二管内部的第一管，其中，一种流体在第一和第二管之间的隔间(compartment)向下传输至井中，而流体与来自钻井操作的钻屑等一起在第一钻管内的隔间向上传输。

本发明的目标在于提供一种通过钻管系统传输信号的改进的方法和系统。

发明内容

独立权利要求1中限定了一种在地下井钻井期间通过钻管系统传输信号的方法，独立权利要求6中限定了一种在地下井钻井期间通过钻管系统传输信号的系统。从属权利要求中限定了本发明的各方面。

本发明涉及一种在地下井钻井期间通过钻管系统传输信号和/或电力的方法。因此在井内的元件顶侧和元件下部之间提供了电连接，用于以信号和/电力的形式传输电(electricity)。根据本发明的钻管系统，钻管包括通过悬挂装置设置在第二管内的第一管。其中，所述方法包括以下步骤：a)将第一管设置为与第二管电绝缘；b)将第一信号收发器和/或电源装置电连接至钻管系统的顶部；c)将第二信号收发器和/或用电装置沿钻管系统电连接或在钻管系统底部中电连接，其中，第一信号收发器和第二信号收发器和/或电源装置以及用电装置电连接至第一管和第二管，用于通过钻管系统传输信号。

所述用电装置可以是第二收发器处同样的单元，并且沿钻管系统可以设置多于一个的用电装置和/或第二收发器或者作为两者组合的单元。该系统可用于仅传输信号或电力或用于传输信号和电力两者的系统。

第一管可同心地设置在第二管内。然而，可以设想第一管设置在第二管内，但不同心。第一管和第二管可以通过不同方式电绝缘。一种可能性为在管的面对另一管的侧面上的管的一个或两个侧面上设置电绝缘层。另一种可能性为在两管之间的环形空间内提供非导电流体且在两管之间设置电绝缘的悬挂装置。

根据又一方面，所述方法还可以包括以下步骤：在第二信号收发器附近设置泥浆脉冲接收器，用于将泥浆脉冲信号转换成电信号；将转换的泥浆脉冲信号传输至第一信号收发器。

根据再一方面，所述方法还可以包括以下步骤：应用多载波调制，以优化数据传输速率。

根据本发明，还提供了一种用于地下井钻井期间通过钻管系统传输信号和/或电力的系统，因此提供了用于在连接至钻管的装置之间传输电的装置，所述电为信号和/或电力/效应。根据本发明，钻管系统包括通过悬挂装置设置在第二管内的第一管，其中，第一管与第二管电绝缘；第一信号收发器和/或电源装置电连接至钻管系统顶部；第二信号收发器和/或用电装置沿钻管系统电连接或电连接在钻管系统底部中；其中，第一信号收发器和第二信号收发器和/或电源装置以及用电装置电连接至第一管和第二管，用于通过钻管系统传输信号和/或电力。第一管可同心地设置在第二管内，但也可以具有两管不同心设置的结构。

这样的系统中的第一管和第二管可以是被组装为形成同心管线的盘管或分段或连接管。第二信号收发器可以是随钻测量工具(MWD-tool)和/或随钻测井工具(LWD-tool)，或也可以是其他类型的井下工具。传输的数据的实例可以是温度、压力、重量、应力、振动、位置等。