[发明专利]一种用于有杆采油井的井下参数传输系统

说明书

技术领域

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种有杆采油井井下参数传输系统，可将油井地层以下指定部位诸如温度、压力以及抽油杆受力状况等参数实时传输至井口，满足地面实时分析、处理需求。

背景技术

在当今采油工程中，有杆采油井在机械采油中所占比例高达90%以上，虽然近些年来出现了无杆采油井，但是依然难以撼动有杆采油井的主导地位。随着石油消耗剧增，石油资源开发加快，并且向着深层、复杂地层掘进，复杂工况导致有杆采油系统故障率大大增加。近些年来，伴随油田勘探开发的不断深入，油井深度不断刷新，目前已经出现达万米的深油井，这种情况下井下采油设备工况变得更加恶劣，出现故障几率增大，以抽油杆为例，深井条件下抽油杆遇到的大斜度、大深度和高磨损加剧其磨损，其发生腐蚀、磨蚀、脱和疲劳断裂的几率较一般油井高出40%以上，虽然目前关于抽油杆力学参数与磨损检测装置不少，并且都能很好的反应抽油杆状况变化，但由于油井深度和环境的局限，这些宝贵数据无法实时传到井口，通用做法是将油井停产，然后取出位于数千米深处的测量装置，连接上位机，导出存储数据，这使得每次检测都要耗费大量的资金，另外是否要停产导出检测数据完全靠技术人员经验判断，这种情况下错过发现故障的最佳时间也就不足为怪。因此努力找到一种可靠的实时井下数据传输办法是众多国内外石油公司研发部门梦寐以求的一项关键技术。

有线传输本应是传输数据最可靠的方式，但是由于抽油杆是套在油管内，且油管内径通常小于52mm，杆外径为48mm左右，油管与油杆之间缝隙很小，并且抽油杆在工作时上下冲程运动距离通常为2～3米，并且伴有强烈摩擦，这种工况下传输线很容易被磨断，所以布置信号线传输参数的方案是不可靠的。

无线传输被认为解决抽油杆井下测量信息实时传输的最理想途径，目前有关井下无线传输的常用方法有二种：一种为泥浆或水脉冲遥测技术，另一种为电磁波随钻遥测技术。其中泥浆或水脉冲技术是用机械的方法瞬时堵塞或开启泥浆或水流流动通道产生液压脉冲，通过液压脉冲来传递数据，该技术已经成熟应用于钻井数据传输，该技术的缺点是数据传输速度慢，并且只有在泥浆或水正常流动时才能工作，而现实条件部分油井无法产生流动泥浆或液体，进而无法在所有采油井中推广，且目前该方式在油井中的可靠传输距离小于2000m；就电磁波随钻遥测技术而言，其单一电磁信号传输井下抽油杆测量信息时，由于受到衰减、噪声和多径效应等因素影响，信号出现失真或差错现象严重，在大斜度井和水平井中这种影响尤为显著，目前该方式的可靠传输距离不足1000m。

总的来说，国内外在有杆采油井井下参数实时传输方面还处于起步阶段，急需出现新的解决方案。关于油井井下参数实时传输问题已是众多采油技术人员亟待解决的一项技术难题。

发明内容

1、本发明的目的是：以地层为信号传播导体，利用瞬变电磁传输井下参数的方法，提供一种高速、实时传输有杆采油井井下参数的传输系统，解决深井条件下井下传感器参数无法实时传输的问题。

2、本发明的技术方案是：一种用于有杆采油井井下参数传输系统，由井下发射部分和地面接收处理部分组成。井下发射部分由井下发射控制组件、长接头舱、发射线圈、铁芯和短接头舱组成，地面接收处理部分包含接收线圈、前置放大器、可变增益放大器、瞬变电磁信号取样积分电路、A/D转换、数字滤波器和数据分析处理终端，它们之间的关系是：长接头舱和短接头舱通过螺纹密封连接形成井下发射部分的机体，然后通过螺纹与抽油杆连接，使井下发射部分在深井中具有稳定和可靠的工作环境，长接头舱和短接头舱内部所组成的稳定空腔用于安装对工作环境要求较高的井下发射控制组件、发射线圈和铁芯，井下发射控制组件从传感器获取参数信号，经过调理、转换处理，形成数字信号，并将数据存储于井下大容量存储器以备份，同时将数据进行载频、调理、信号放大等处理，形成双极性矩形波激励信号并传输给发射线圈，发射线圈缠绕在铁芯外部，铁芯未绕线端经过绝缘处理后插入短接头舱内，组成可靠的地下低频发射构成，将井下发射控制组件产生的双极性矩形波的激励信号转化为有用电磁信号发射出去，电磁信号穿过油管和套管传输至地层，以地层为导体传输至地面，地面接收处理部分通过埋藏在地表油井口附近的接收线圈，捕获来自地层深处的低频瞬变电磁信号，依次经过前置放大器、可变增益放大器、积分采样电路、A/D转换、数字滤波器和数据分析处理终端等处理后，得到井下传输的参数。