[发明专利]井下作业系统

说明书

技术领域

本发明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，本发明涉及一种井下工具。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

通过根据本发明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，本发明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，