[发明专利]一种油气井井下监测系统及用于该监测系统的自供电方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井井下监测领域，尤其涉及一种油气井井下监测系统及用于该监测系统的自供电方法。

背景技术

随着电子信息技术的发展，特别是网络技术的出现给信息化时代带来了变革。目前，网络技术已经从有线网络发展到无线网络。在无线网络中，节点的能源供给问题一直是研究的热点领域，尤其是在环境恶劣且常规供电方式难于实现的情况，比如在石油工程钻完井复杂的施工环境下，对井下各个传感器电源供给的持续性和安全性提出了更高的要求。

近年来随着ICT(Information Communication Technology)技术的不断进步，以及各种低功耗传感器的蓬勃发展，将数据采集、信息处理和无线通信等各种功能集成在微小体积的传感器上成为可能。图1为现有技术中一种基于无线传感器网络的油气井井下监测系统组成示意图，如图所示，现有监测系统一般由地面子系统与井下子系统两部分组成，井下子系统主要具备监测功能，通过将传感器固定在套管、钻杆或各种井下工具上，并将多个传感器在井下布局成传感网络，对井下环境经行监测并布局成传输网络。地面子系统一般应具备对传感器数据读取功能，主要包括地面服务器处理装置、套管或钻杆套管回收装置。其中，传感器网络由小体积、低功耗、低成本的多个无线传感器节点构成，这些节点通常由低功耗的无线通讯模块、传感器和微处理器等模块组成，各自独立又相互通信连接形成无线传感器网络。

现有技术中的井下传感器需要外接电源或者内置电池进行供电，严重限制了井下环境监测的范围和传感器的有效工作时间，同时所用锂电池、电缆等过多占用井筒中有限的空间，极大地降低了井下设备设计的灵活性、增加了井下设备制造的难度，同时，锂电池的安全性、电缆的可靠性等均需进一步提高。

综上，亟需布置一种新的油气井井下监测系统以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种新的油气井井下监测系统以解决现有的基于无线传感器网络的油气井井下监测系统的井下供电问题。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种油气井井下监测系统，包括地面处理子系统；井下监测子系统，布置为具有多个检测节点的传感器网络，用于井下信息数据的采集并将得到的信息数据传输回地面处理子系统，其中，在每个检测节点上均设置有自供电模块，所述自供电模块用于采集井下环境中的能量并将得到能量转换为电能来为各检测节点实施供电。

优选地，在每个检测节点上还设置有通信模块，所述通信模块通过自组网方式使每个检测节点与至少两个其它的检测节点通信连接。

优选地，自供电模块安装在套管或钻杆上。

优选地，自供电模块包括砷化镓热电转换单元，用于收集套管内外的温差形成的温差能，并将所述温差能转换为电能。

优选地，自供电模块包括悬臂梁振动能转换单元，用于收集钻杆振动产生的机械能，并将所述机械能转换为电能。

优选地，自供电模块包括电磁谐振转换单元，用于收集井下环境中的电磁波能，并将所述电磁波能转换为电能。

优选地，自供电模块还包括能量缓冲单元，用于将转换得到的电能存储、稳压以及输出。

优选地，自供电模块还包括能量管理单元，用于判断所产生的供电电压是否能够达到检测节点所需的供电电压。

本申请的实施例还提供了一种用于油气井井下监测系统的自供电方法，包括具有多个检测节点的传感器网络采集井下信息数据，并将得到的信息数据传输回地面处理子系统，设置于每个检测节点的自供电模块采集井下环境中的能量并将得到能量转换为电能来为各检测节点实施供电，其中，当所产生的供电电压低于设定的阈值电压时，使所述检测节点退出所述传感器网络；当已退出传感器网络的检测节点处所产生的供电电压大于等于设定的阈值电压时，使所述检测节点重新接入所述传感器网络。

优选地，重新接入所述传感器网络的检测节点以自组网方式与至少两个其它 的检测节点建立通信连接。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

通过采集井下环境中的能量并将得到能量转换为电能来为各检测节点实施供电，可以在井下让传感器实现自供电，扩大井下环境监测范围、实现全井筒数据监测，延长井下环境监测有效时间、实现全工况实时监测,同时最大程度的减小电池对传感器的影响，从根本上去除因更换电池等导致的作业时间延长，有效地应对井下复杂环境，提高作业持续性、安全性，节约作业成本。