СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОДНОВРЕМЕННО-РАЗДЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ МНОГОПЛАСТОВЫХ ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ) И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ В СОСТАВЕ УСТРОЙСТВА (ВАРИАНТЫ)
METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OF PROCESS OF SIMULTANEOUS SEPARATE OPERATION OF MULTIPLE-ZONE CASED WELLS (VERSIONS) AND EXECUTION MODULE IN DEVICE (VERSIONS)

Группа изобретений относится к области эксплуатации обсаженных скважин, а именно к системе мониторинга состояния эксплуатационных многопластовых скважин и управления скважинным оборудованием.
Сложность получения информации в реальном масштабе времени непосредственно при добыче углеводородов вызвала создание «интеллектуальных» скважин на основе изменения конструктивных элементов эксплуатационной колонны в совокупности с вычислительной системой, связанной с базами данных на поверхности при помощи бескабельного информационного канала связи.
Известна «интеллектуальная» скважинная система, включающая информационный бескабельный канал связи с внешним миром, комплекс скважинного контроля фазового состава и объемного расхода газоводонефтяных потоков, модули зондирования околоскважинного пространства (скважинный прибор) на основе конструктивных элементов обсадной колонны (Кульчицкий В.В. Интеллектуальные скважинные системы управления разработкой месторождений углеводородов. // «Интервал» - Самара, № 3, 2002, с.77-80).
Между отрезками обсадных труб эксплуатационной колонны на глубине планируемых измерений установлены электрические разделители со стопорными кольцами, выполняющими роль скважинного диполя электромагнитного канала связи.
Внутрь эксплуатационной колонны на овершоте спускают бескабельную эксплуатационную телеметрическую систему (БЭТС), которая включает скважинный прибор с автономным блоком питания, измерительный и передающий модули. Упругие центраторы центрируют скважинный прибор и обеспечивают контакт скважинного диполя из двух электрически разъединенных частей эксплуатационной колонны с ее стенками. От точек контакта напряжение передается на элементы внешнего излучающего диполя и далее в горную породу. Наземное устройство сопряжения объекта (УСО) принимает и обрабатывает глубинную информацию в реальном масштабе времени.
Недостатком данного способа измерения и передачи данных является то, что необходимо обсадную колонну в зоне контакта с продуктивным пластом электрически изолировать от пласта. Это возможно только в новых скважинах, а введенных в действие скважинах этот способ не осуществим.
Известен способ измерения давления и передачи информации в эксплуатационной скважине, включающий спуск в интервал добычи продукта на насосно-компрессорных трубах (НКТ) в связке со штанговым насосом глубинного манометра, содержащего датчик давления и устройство передачи информации о давлении по беспроводному каналу связи, проведение измерения давления и передачу информации на поверхность, в котором определяют расстояние h от кровли продуктивного пласта до торца фильтра штангового глубинного насоса, а для передачи информации о давлении используют беспроводный электромагнитный канал связи, при этом снабжают устройство передачи информации о давлении электрическим разделителем, оканчивающимся в нижней части электродом, в корпусе которого размещают датчик давления, при этом разделитель выполняют с переменной базой, максимальную длину которой выбирают из условия
max
k
L=(h-ΔL)×n,
где h - расстояние от кровли продуктивного пласта до торца фильтра штангового глубинного насоса, м;
k
ΔL - величина изменения длины колонны насосно-компрессорных труб от температуры, м;
n - геометрический коэффициент, изменяющийся от 1 до 1.01.
Также для измерения давления используют дополнительные датчики давления, при этом датчики давления соединяют в гирлянду и разделяют друг от друга электрическими изоляторами, а количество датчиков давления в гирлянде равно количеству продуктивных пластов. При этом датчики давления расположены напротив середины соответствующего продуктивного пласта (пат. РФ № 2281391, опубл. 10.08.2006 г.).
Недостаток известного способа заключается в следующем.
На качество поступающей информации от автономных приборов по электромагнитному каналу связи влияют несколько факторов, а именно:
- удаленность автономного прибора, установленного на значительной глубине в скважине, от приемно-передающего устройства на поверхности скважины;
- значительная величина экранирующей поверхности обсадной колонны, при прохождении через которую полезный сигнал заметно затухает и искажается.
В результате на приемно-передающее устройство на поверхности поступает сигнал, не содержащий полной и достоверной информации от автономных приборов.
Известно устройство для передачи из скважины информации о технологических параметрах, включающее устанавливаемый в скважине под электроцентробежным насосом автономный прибор, содержащий регистрирующую и записывающую аппаратуру, батареи питания и архив информации с подключенными к нему приемником и передатчиком для электромагнитной связи и устанавливаемое на устье скважины приемно-передающее устройство, отличающееся тем, что оно содержит устанавливаемые в скважине выше автономного прибора ретрансляторы, имеющие автономное питание (патент на полезную модель № 88385, публ. 10.11.2009 г.).
Недостаток известного устройства, в котором реализуется указанный способ усиления передаваемого сигнала путем использования ретранслятора для каждого автономного прибора, заключается в том, что способом не предусмотрено управление с поверхности режимом добычи в реальном промежутке времени по беспроводному каналу связи между оборудованием для добычи продукта и наземным приемно-обрабатыващим устройством, что снижает эффективность его применения на практике.
Известен способ насосно-компрессорной добычи текучих сред из ствола скважины, реализуемый путем спуска в скважину на трубе плунжерного подъемника, плунжер которого снабжен датчиком для измерения параметров на забое скважины, автономным питанием и телеметрической системой для связи с наземным приемным устройством по беспроводному каналу связи (заявка на изобретение №2005134200, опубл. 10.05.2007 г.).
Согласно заявки измеренные параметры в скважине, такие как температура, давление, скорость движения текучих сред, плотность текучих сред, пластовое давление, при помощи датчика, установленного на плунжере (оборудование для добычи продукта), передаются на поверхность в режиме реального времени при помощи беспроводной связи между телеметрическим устройством в плунжере и телеметрическим устройством в приемном устройстве. После оценки состояния скважины в зависимости от измеренных параметров осуществляют управление плунжером с поверхности скважины специальным контроллером с клапаном. Таким образом происходит управление режимом добычи в реальном интервале времени.
Недостаток известного способа заключается в том, что он реализуется при условии, что добыча осуществляется в скважине с одного продуктивного пласта, и не предусматривает использование его при многопластовой одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ).
Известно устройство для ОРЭ с электропогружным насосом многопластовой скважины, при работе с которым осуществлены операции по управлению регулирующим клапаном электропогружного насоса. Установка для одновременно-раздельного исследования и эксплуатации электропогружным насосом многопластовой скважины содержит регулирующий электромагнитный клапан электропогружного насоса, который может управляться с поверхности с помощью сигнала, пропускаемого через скважинную среду (пат. РФ №2380522, опубл. 27.01.2010 г.).
Недостаток способа, реализуемого при работе известного устройства при передаче управляющего сигнала через среду на электромагнитный клапан, заключается в том, что такая передача требует закачку текучей среды, типа сырой нефти, в кольцевое пространство между обсадной колонной и внутрискважинной трубой, что связано с дополнительными трудозатратами, кроме того способом не предусмотрена обратная связь между измерительными датчиками и приемно-обрабатыващим устройством, что не позволяет управлять электропогружным насосом в зависимости от изменения параметров на забое в режиме реального времени.
Известен способ эксплуатации ствола нефтяной скважины, использующий лифтовые трубы для передачи сигнала управления к электронным модулям, установленным на подвесной трубе (НКТ) внутри обсадной колонны (пат. РФ №2273727, опубл. 10.04.2006 г. «Нефтяная скважина и способ работы ствола нефтяной скважины»).
Нефтяная скважина содержит ствол и электропроводную систему трубопроводов, к участку которой прикладывают изменяющийся во времени электрический сигнал. Электрически подсоединяют, по меньшей мере, один электрический модуль к участку системы трубопроводов выше электрического дросселя, располагаемого концентрически с внешней стороны участка системы трубопроводов в непосредственной близости от него. Параметры дросселя выбирают такими, чтобы он действовал в качестве последовательного полного сопротивления на частотах передачи мощности в полосе частот канала связи электрического сигнала, распространяющегося по упомянутому участку системы трубопроводов. Осуществляют беспроводной прием указанного сигнала электронными модулями, чтобы оказать влияние на работу, по меньшей мере, одного электронного модуля. Электронные модули могут представлять собой управляемые клапаны либо датчики. Скважина может содержать множество электронных модулей, каждый из которых выполнен с возможностью посылки и приема сигналов связи для сообщения с другими электронными модулями, расположенными на различных глубинах в скважине. Изобретение позволяет повысить качество управления при эксплуатации скважин в режиме реального времени. (Этот способ выбран в качестве прототипа к первому варианту заявляемого способа и устройства для его реализации).
Недостаток известного изобретения заключается в следующем:
- передача питания и полезного сигнала по системе подвесной трубы (НКТ) сопровождается нерациональными потерями мощности и утечками в местах ее касания с обсадной колонной;
- контейнеры дросселя, закрепленные на НКТ, часто повреждаются при спуско-подъемных операциях и выходят из строя, что снижает надежность всей системы;
- если передача управляющего сигнала с поверхности на глубинные электронные модули осуществляется достаточно надежно из-за большого запаса мощности наземного передающего устройства, то обратная передача информационного сигнала от глубинных датчиков является весьма проблематичной, так как дроссели каждого из электронных модулей, расположенных гирляндой вдоль НКТ, обеспечивают ее электрическую изоляцию от обсадной колонны только на своей рабочей (несущей) частоте. Любое отклонение от заданной рабочей частоты приводит к росту величины утечки, соответственно, к снижению величины полезного сигнала относительно уровня помехи, и как следствие, к потере полезной информации и сбою в работе всей системы в целом.
Известна скважинная телеметрическая система, которая содержит по меньшей мере один генератор импульсов давления, по меньшей мере один датчик давления, размещенный во внутреннем межтрубном пространстве на устье скважины, по меньшей мере один датчик давления, размещенный в затрубном пространстве скважины, и пакер, обеспечивающий гидравлическую изоляцию затрубного пространства. Дополнительно система содержит по меньшей мере один датчик, расположенный ниже пакера и регистрирующий по меньшей мере одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, устройство кодирования данных, расположенное ниже пакера и считывающее показания датчика, расположенного ниже пакера и реагирующего по меньшей мере на одну физическую величину, характеризующую призабойную зону, устройство модулирования импульсов давления, создаваемых генератором импульсов давления, расположенное в затрубном пространстве под пакером, блок сбора данных, расположенный на поверхности, преобразующий выходные данные датчиков и предоставляющий данные для анализа блоку декодирования данных, расположенному на поверхности.
Кроме того, устройство модулирования импульсов давления может быть выполнено в виде камеры со створками.
Кроме того, генератор импульсов давления представляет собой механическое устройство, способное повышать или понижать давление. Кроме того, физической величиной, характеризующей призабойную зону, на которую реагирует датчик, расположенный ниже пакера, является давление или температура (пат. РФ № 2382197, опубл. 20.02.2010 г.).
При работе известной системы реализуется способ передачи данных (давление и температура) по гидравлическому каналу связи из затрубного пространства, расположенного под пакером, в блок сбора данных, расположенный на поверхности и преобразующий выходные данные датчиков для дальнейшего анализа.
Недостаток известного способа заключается в том, что в нем реализуется передача данных (давление и температура) по гидравлическому каналу связи из затрубного пространства, расположенного под пакером, в блок сбора данных, расположенный на поверхности, но не предусмотрено управление с поверхности режимом добычи в реальном промежутке времени по беспроводному каналу связи между оборудованием для добычи продукта и наземным приемно-обрабатыващим устройством, в зависимости от показаний скважинных датчиков, что снижает эффективность использования полученной информации в качестве управляющего фактора.
Известен способ раздельно-одновременной эксплуатации многопластовой скважины путем селективной выработки продуктивных пластов, осуществляемый с помощью установленных против каждого пласта на эксплуатационной колонне и управляемых с поверхности земли приемных клапанов, в котором для поддержания оптимальных режимов выработки продуктивных (вскрытых) пластов, сокращения объема спуско-подъемных операций на скважине при изменении режимов ее работы, а также улучшения экологической безопасности в зоне промысла, каждый установленный приемный клапан имеет два устойчивых положения «закрыто» и «открыто», а перевод их из одного положения в другое осуществляется посредством нагнетания и последующего сброса на устье скважины избыточного давления (подачи импульса давления), при этом каждый клапан имеет индивидуальный элемент, определяющий порог его срабатывания при подаче импульса, а момент открывания - закрывания достигается путем последовательной подачи двух импульсов давления: первый - когда давление равно давлению срабатывания желаемого клапана, второй - когда давление равно давлению срабатывания следующего клапана, настроенного на меньшее давление; но если клапана, настроенного на меньшее давление, нет, то второй импульс не подается. (Заявка РФ №98117102, опубл. 20.06.2000 г.).
Недостаток известного способа заключается в том, что в нем не предусмотрено измерение и передача данных (давление и температура) скважинными датчиками по беспроводному каналу связи из затрубного пространства, расположенного под пакером, в блок сбора данных, расположенный на поверхности, а управление с поверхности режимом работы оборудования для добычи продукта наземным приемно-обрабатыващим устройством не зависит от показаний скважинных датчиков, что не обеспечивает контроль за режимом работы оборудования в реальном масштабе времени, в результате чего снижается информативность и эффективность ОРЭ.
Известна группа изобретений, которая относится к гидравлическому управлению скважинными инструментами, в частности к способам и устройствам для определения положения состояния таких гидроприводных средств. Скважинное устройство для регулирования расхода потока флюида из пласта в ствол скважины содержит клапанный элемент, выполненный с возможностью его регулирования при нахождении в стволе скважины. Через линию текучей среды под давлением подается рабочая среда для перемещения клапанного элемента, обеспечивающего возможность пропускания флюида в ствол скважины. Скважинный датчик, связанный с линией текучей среды, обеспечивает определение положения клапанного элемента.
Способ включает подачу текучей среды под давлением в средство регулирования расхода для перемещения регулирующего элемента этого средства в определенное положение. Осуществляют измерение давления поданной текучей среды в соответствующий промежуток времени для перемещения средства регулирования расхода. Состояние устройства регулирования расхода определяется по измеренному давлению поданной текучей среды. Техническим результатом является повышение точности определения положения средства регулирования расхода (пат. РФ № 2383729, опубл. 10.03.2010 г.). (Этот способ выбран в качестве прототипа по второму варианту заявляемого способа).
Недостаток известного изобретения заключается в том, что в нем предусмотрена отдельная гидравлическая линия управления, связанная в процессе работы с золотниковым клапаном для подачи гидравлической текучей среды, обеспечивающей переход клапана между указанными положениями, и скважинный датчик давления, связанный в процессе работы с гидравлической линией управления, дающей возможность определения давления текучей среды в ней для указания положения золотникового клапана.
Обустройство и монтаж отдельной гидравлической линии связаны с дополнительными затратами и возникновением аварийных ситуаций при спуске НКТ с такими линиями. Кроме того, данные о состоянии золотникового клапана передаются скважинным датчиком на наземное приемно-обрабатывающее устройство при помощи электрического или оптоволоконного кабеля, что так же снижает надежность устройства и связи в целом. В ссылке на возможность бескабельной связи датчиков с поверхностью не раскрыт конкретно вариант технической реализации такой связи, что не позволяет оценить дальность ее действия при большой удаленности измерительного прибора, установленного на значительной глубине в скважине при ОРЭ от приемно-передающего устройства на поверхности скважины.
Задачей заявляемого способа является повышение эффективности контроля процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин путем обеспечения надежности передачи информации по двусторонней беспроводной связи между скважинным оборудованием и наземным приемно-обрабатыващим устройством.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе контроля и управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин (вариант 1), включающем спуск в интервал добычи продукта на насосно-компрессорных трубах (НКТ) пакеров для разобщения продуктивных пластов и оборудования для добычи (закачки) продукта, размещенных напротив каждого продуктивного пласта, проведение скважинных измерений датчиками и передачу полученной информации при помощи электронных модулей на наземное приемно-обрабатыващее устройство по беспроводному каналу связи, управление оборудованием для добычи (закачки) продукта в режиме реального времени с помощью индивидуальных электронных модулей, передачу информации на наземное приемно-обрабатыващее устройство от измерительных датчиков осуществляют при помощи электронных измерительных (дочерних) модулей с автономным питанием, передающих информационные сигналы по колонне НКТ путем возбуждения в ней с помощью генераторных катушек электрического поля на несущей рабочей частоте, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, на установленный в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом общий электронный передающий модуль, снабженный автономным питанием и приемными катушками индуктивности, и в котором информационные высокочастотные сигналы усиливают и передают на наземное приемно-обрабатыващее устройство через горную породу путем возбуждения в ней с помощью дипольного излучателя электромагнитных волн на частоте, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны, а управление оборудованием для добычи (отбора) продукта осуществляют по электромагнитному каналу связи, при этом управляющий режимом эксплуатации оборудования для добычи (отбора) продукта сигнал от наземного приемно-обрабатыващего устройства передают по горной породе на снабженные автономным питанием и дипольными приемниками электромагнитных колебаний индивидуальные электронные модули указанного оборудования, с помощью электромагнитных импульсов, возбуждаемых в заземленной антенне на частоте, исключающей экранирующий эффект обсадной колонны.
По второму варианту в заявляемом способе контроля и управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин, включающем спуск в интервал добычи (закачки) продукта на насосно-компрессорных трубах (НКТ) пакеров для разобщения продуктивных пластов и оборудования для добычи (закачки) продукта, размещаемых напротив каждого продуктивного пласта, проведение скважинных измерений датчиками и передачу полученной информации на наземное приемно-обрабатыващее устройство по беспроводному каналу связи, управление оборудованием для добычи (закачки) продукта по гидравлическому каналу связи в режиме реального времени, передачу информации на наземное приемно-обрабатыващее устройство от измерительных датчиков осуществляют при помощи электронных измерительных (дочерних) модулей с автономном питанием, передающих информационные сигналы по колонне НКТ путем возбуждения в ней с помощью генераторных катушек электрического поля на несущей рабочей частоте, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, на установленный в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом общий электронный передающий модуль, снабженный автономным питанием и приемными катушками индуктивности, и в котором информационные высокочастотные сигналы усиливают и передают на наземное приемно-обрабатыващее устройство через горную породу путем возбуждения в ней с помощью дипольного излучателя электромагнитных волн на частоте, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны, а управление оборудованием для добычи (закачки) продукта осуществляют при помощи индивидуальных электронных модулей с автономным питанием, на которые передают управляющий режимом эксплуатации оборудования для добычи (закачки) продукта сигнал от наземного приемно-обрабатыващего устройства с использованием гидравлических импульсов, возбуждаемых в жидкости, заполняющей НКТ, гидродинамическим излучателем.
За прототип к заявляемому устройству для реализации заявляемого способа по первому варианту принято устройство, используемое для передачи сигнала управления к электронным модулям, установленным на подвесной трубе (НКТ) внутри обсадной трубы (пат. РФ №2273727, опубл.10.04.2006 г. «Нефтяная скважина и способ работы ствола нефтяной скважины»).
Известная система содержит множество электронных модулей с модемами, установленных на лифтовой трубе (НКТ) в скважине между пакерами, и представляющих собой блок управления, который принимает сигналы от измерительных датчиков для сообщения данных на поверхность и принимает сигналы связи с поверхности для управления режимом работы скважинных клапанов оборудования для добычи продукта в режиме реального времени. Связь электронных модулей с наземным приемно-обрабатывающим устройством осуществляется беспроводной связью по лифтовой трубе (НКТ), изолированной на расчетном расстоянии специальными дросселями, путем подачи по ней изменяющихся во времени электрических сигналов и сигналов связи в скважину в виде определенной последовательности импульсов.
В составе указанной системы содержатся устройства для регулирования потока текучей среды в НКТ или обратно, которые представляют собой управляемые клапаны, содержащие корпус, имеющий впускное окно с многочисленными промежуточными положениями для регулирования количества среды, текущей из НКТ или обратно.
Внутри корпуса расположен шаговый двигатель для вращения шестерни с червячным приводом, опускающим или поднимающим специальную клетку с седлом, которое предотвращает протекание среды в клапан.
Внутри корпуса также расположен электронный модуль, оперативно подсоединенный к клапану для осуществления связи между поверхностью скважины и клапаном по беспроводному каналу связи.
Недостаток управляющего режимом добычи (закачки) продукта электронного модуля с клапаном заключается в том, что в нем отсутствует блок для автономного питания рабочих схем устройства. Питание устройства обеспечивается электрическим током, пропущенным по НКТ с поверхности скважины, что вызывает ряд недостатков, описанных выше. Кроме того, конструкция известных электронных модулей не предусматривает использование электромагнитного канала связи по горной породе между ними и наземным приемно-обрабатывающим устройством, что приводит к усложнению компоновки оборудования для осуществления питания и управления электрическими импульсами по НКТ.
Кроме того, все электронные модули устанавливаются скользящим методом в отдельно выполненных «карманах» в стенке НКТ, что связано с изменением профиля НКТ и увеличением ее диаметра, что вызывает ограничение области применения, снижение удобства эксплуатации и надежности, увеличение эксплуатационных трудозатрат.
Задачей заявляемого устройства для реализации способа является повышение удобства в эксплуатации и надежности системы, снижение эксплуатационных трудозатрат и расширение области применения.
Задача решается тем, что в устройстве для реализации заявляемого способа по первому варианту, содержащем размещенные на НКТ пакеры для разобщения продуктивных пластов, оборудование для добычи (закачки) продукта с исполнительными индивидуальными электронными модулями и измерительные электронные модули, расположенные напротив каждого продуктивного пласта, и средства беспроводной связи электронных модулей с наземным приемно-обрабатывающим устройством, в средство беспроводной связи между измерительными электронными модулями и наземным приемно-обрабатывающим устройством введен общий (материнский) электронный передающий модуль с автономным питанием, приемными катушками индуктивности и дипольным излучателем электромагнитных волн на частоте, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны, который установлен в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом, при этом измерительные (дочерние) электронные модули снабжены автономным питанием и генераторными катушками электрического поля с несущей рабочей частотой для передачи информации по НКТ на общий материнский модуль, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, а индивидуальные исполнительные электронные модули оборудования для добычи (закачки) продукта снабжены автономным питанием и дипольным приемником электромагнитных колебаний для приема сигналов по электромагнитному каналу связи, передаваемых от наземного приемно-обрабатывающего устройства с помощью заземленной антенны, генерирующей сигналы по горной породе с рабочими частотами, исключающими экранирующий эффект обсадной колонны и различными для каждого исполнительного электронного модуля.
В состав заявляемого устройства по первому варианту входит электромеханический штуцер для управления режимом добычи продукта с электронными блоками (индивидуальный исполнительный электронный модуль), содержащий корпус, в котором установлены клапан регулирования подачи (отбора) текучей среды, управляемый шаговым микродвигателем с приводным механизмом вращения запорного элемента клапана. При этом он снабжен автономным блоком питания, дипольным приемником электромагнитных колебаний в виде электрического приемника - диполя с изолятором, блоками усилителя - декодера и усилителя мощности, а запорный элемент клапана выполнен в виде поворотного цилиндра - диафрагмы с окнами различного диаметра, установленной на опорном подшипнике.
За прототип к заявляемому устройству для реализации способа по второму варианту принято скважинное устройство для регулирования расхода потока флюида из пласта в ствол скважины, содержащее клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения при нахождении в стволе скважины. Через линию текучей среды под давлением подается рабочая среда для перемещения клапанного элемента с возможностью пропускания флюида в ствол скважины. Скважинный датчик, связанный с линией текучей среды, обеспечивает определение положения клапанного элемента (пат. РФ №2383729, опубл. 10.03.2010 г.).
Заявляется устройство для реализации способа по второму варианту, содержащее размещенные на НКТ пакеры для разобщения продуктивных пластов, оборудование для добычи (закачки) продукта с исполнительными индивидуальными электронными модулями и измерительные (дочерние) электронные модули, расположенные напротив каждого продуктивного пласта, и средства беспроводной связи электронных модулей с наземным приемно-обрабатывающим устройством, в котором в средство беспроводной связи между измерительными электронными модулями и наземным приемно-обрабатывающим устройством введен общий (материнский) электронный передающий модуль, снабженный автономным питанием, приемными катушками индуктивности и дипольным излучателем электромагнитных волн на частоте, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны, который установлен в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом, при этом дочерние электронные модули снабжены автономным питанием и генераторными катушками электрического поля с несущей рабочей частотой для передачи информации на материнский модуль, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, а индивидуальные исполнительные электронные модули оборудования для добычи (закачки) продукта снабжены блоком автономного питания и выполнены с возможностью управления с поверхности гидравлическими импульсами, возбуждаемыми в жидкости, заполняющей НКТ, генератором депрессионных импульсов, расположенным в скважине на устье.
В состав заявляемого устройства по второму варианту входит гидромеханический штуцер для управления режимом добычи продукта с электронными блоками (индивидуальный исполнительный электронный модуль), содержащий корпус, в котором установлены приемник гидравлических импульсов (датчик давления), клапан регулирования подачи (отбора) текучей среды, управляемый шаговым микродвигателем с приводным механизмом вращения запорного элемента клапана. При этом он снабжен блоком автономного питания, блоками усилителя - декодера и усилителя мощности, запорный элемент клапана выполнен в виде поворотного цилиндра - диафрагмы, имеющей окна различного диаметра, установленной на опорном подшипнике.
Заявляется устройство для реализации заявляемого способа (третий вариант), содержащее размещенные на НКТ пакеры для разобщения продуктивных пластов, оборудование для добычи (закачки) продукта с исполнительными индивидуальными электронными модулями и измерительные электронные модули, расположенные напротив каждого продуктивного пласта, и средства беспроводной связи электронных модулей с наземным приемно-обрабатывающим устройством, в котором в средство беспроводной связи между измерительными электронными модулями и наземным приемно-обрабатывающим устройством введен общий (материнский) электронный передающий модуль с автономным питанием, приемными катушками индуктивности и дипольным излучателем электромагнитных волн на частоте, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны, который установлен в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом, при этом измерительные (дочерние) электронные модули снабжены автономным питанием и генераторными катушками электрического поля с несущей рабочей частотой для передачи информации по НКТ на общий материнский модуль, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, а индивидуальные исполнительные электронные модули оборудования для добычи продукта снабжены автономным питанием и дипольным приемником электромагнитных колебаний для приема сигналов по электромагнитному каналу связи, передаваемых от наземного приемно-обрабатывающего устройства с помощью заземленной антенны, генерирующей электромагнитные сигналы по горной породе с рабочими частотами, исключающими экранирующий эффект обсадной колоны и различными для каждого исполнительного электронного модуля, и выполнены с возможностью управления с поверхности гидравлическими импульсами, возбуждаемыми в жидкости, заполняющей НКТ, генератором депрессионных импульсов, расположенным в скважине на устье.
По третьему варианту исполнения индивидуальный исполнительный электронный модуль может содержать корпус, в котором установлены клапан регулирования подачи (отбора) текучей среды, управляемый шаговым микродвигателем с приводным механизмом вращения запорного элемента клапана, при этом он снабжен блоком автономного питания, приемником гидравлических импульсов и дипольным приемником электромагнитных колебаний, блоками усилителя - декодера и усилителя мощности, запорный элемент клапана выполнен в виде поворотного цилиндра - диафрагмы, имеющей окна различного диаметра, установленной на опорном подшипнике.
На фиг.1 представлена компоновка на НКТ оборудования для добычи продукта с использованием беспроводного канала связи для управления добычей (закачки) между электронными модулями и наземным приемно-обрабатыващим устройством.
На фиг.2 дана конструкция индивидуального измерительного электронного (дочернего) модуля с электромагнитным каналом связи.
На фиг.3 дана конструкция общего передающего электронного (материнского) модуля.
На фиг.4 дана конструкция исполнительного электронного (электромеханического) модуля электромагнитного канала связи.
На фиг.5 дана конструкция исполнительного индивидуального электронного (гидромеханического) модуля гидравлического канала связи.
На фиг.6 представлена конструкция исполнительного индивидуального электронного модуля с комбинированным каналом связи.
Заявляемый способ иллюстрируется фиг.1 и содержит следующие операции.
Спуск в интервал добычи продукта на НКТ 4 пакеров 17, 18, 19 для разобщения продуктивных пластов 8, 9, 10 и оборудования 5, 6, 7 для добычи (закачки) продукта, размещаемых напротив каждого продуктивного пласта, проведение скважинных измерений датчиками в составе дочерних измерительных электронных модулей 14, 15, 16 с автономным питанием и передачу при их помощи полученной информации по колонне НКТ 4 путем возбуждения в ней с помощью генераторных катушек 21 электрического поля на несущей рабочей частоте, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, на (материнский) общий электронный передающий модуль 20 с автономным питанием, дипольным излучателем электромагнитных волн 34 и приемными катушками индуктивности 32, установленный в компоновке НКТ над самым верхним продуктивным пластом 8, далее информационные высокочастотные сигналы усиливают в материнском модуле и передают на наземное приемно-обрабатыващее устройство 1 через горную породу путем возбуждения в ней с помощью дипольного излучателя 34 электромагнитных волн на низкой частоте в диапазоне 5-25 Гц, обеспечивающей минимальный экранирующий эффект от обсадной колонны 3. После приема и обработки информационного сигнала в наземном приемно-обрабатыващем устройстве вырабатывается управляющий сигнал с помощью электромагнитных импульсов, возбуждаемых в заземленной антенне на частоте в диапазоне 5-25 Гц, исключающей экранирующий эффект обсадной колонны на соответствующий индивидуальный исполнительный электронный модуль 11, 12, 13 с автономным питанием.
Каждый индивидуальный исполнительный электронный модуль своим дипольным приемником электромагнитных колебаний воспринимает соответствующий ему управляющий сигнал в виде электромагнитных импульсов на своей рабочей частоте (вариант 1) или в виде определенной последовательности гидравлических импульсов (вариант 2), которые декодируются в блоке электроники этого модуля, усиливаются и передаются на шаговые микродвигатели с приводным механизмом вращения поворотного цилиндра - диафрагмы с окнами различного диаметра (запорного элемента клапана для регулирования подачи (отбора) текучей среды из пространства между обсадной колонной и НКТ).
Устройство для реализации способа контроля и управления процессом одновременно-раздельной эксплуатации многопластовых обсаженных скважин согласно фиг.1 содержит наземное приемно-обрабатывающее устройство 1, заземленную антенну 2, спущенное в обсадной колонне 3 на НКТ 4 оборудование 5, 6, 7 для добычи продукта (электроцентробежный насос - ЭЦН по первому варианту или штанговый гидравлический насос ШГН по второму варианту), приспособление для управления режимом отбора (закачки) из отдельных пластов 8, 9, 10 в виде электромеханического штуцера по первому варианту или гидромеханического штуцера по второму варианту в составе исполнительных индивидуальных электронных модулей с автономным питанием) 11, 12, 13 и измерительные электронные (дочерние) модули 14, 15, 16 с автономным питанием, расположенные напротив каждого продуктивного пласта, разобщенного пакерами 17, 18, 19. Выше самого верхнего продуктивного пласта 8 помещен общий электронный передающий (материнский) модуль 20 с автономным питанием.
Дочерние модули 14, 15, 16 снабжены генераторными катушками 21 (фиг.2) электрического поля с несущей рабочей частотой для передачи информации на общий автономный электронный передающий модуль 20, различной для каждого из указанных модулей и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее чем на 5 кГц, и содержат автономный блок питания 22, датчики давления и расхода 23 и 24, влагомеры 25 и 26 (набор датчиков может быть расширен), блок электроники 27, трубку Вентури 28, которые помещены в корпусе 29 с трубной резьбой 30 для присоединения к НКТ 4.
Материнский модуль 20 (фиг.3) содержит автономный блок питания 31, приемные катушки индуктивности 32, блок электроники 33, дипольный излучатель электромагнитных волн 34 в диапазоне 5-25 Гц с изолятором 35, помещенные в корпусе 36 с трубной резьбой 37 для присоединения к НКТ 4.
Исполнительные индивидуальные электронные модули 11, 12, 13 (имеющие в составе по первому варианту - электромеханические штуцеры) согласно фиг 4 содержат корпус 38, в котором размещены автономный блок питания 39, дипольный приемник электромагнитных колебаний в виде электрического приемника - диполя 40 с изолятором 41, блок усилителя - декодера 42, блок усилителя мощности 43, шаговый микродвигатель 44, приводной механизм вращения 45, поворотный цилиндр - диафрагма 46 с окнами различного диаметра 47, проходной канал «отбор-закачка» 48, опорный подшипник 49 и трубную резьбу 50 для присоединения к НКТ 4.
Исполнительные индивидуальные электронные модули 11, 12, 13 (имеющие в составе по второму варианту - гидромеханические штуцеры) согласно фиг. 5 содержат корпус модуля 51, блок автономного питания 52, датчик давления 53, блок усилителя - декодера 54, блок усилителя мощности 55, шаговый микродвигатель 56, приводной механизм вращения 57, поворотный цилиндр - диафрагма 58 с окнами различного диаметра 59, проходной канал «отбор-закачка» 60, опорный подшипник 61, трубную резьбу 62.
Исполнительные индивидуальные электронные модули 11, 12, 13 по третьему варианту с комбинированным каналом связи согласно фиг.6 содержат корпус модуля 63, блок автономного питания 64, приемник гидравлических импульсов (датчик давления) 65 и дипольный приемник электромагнитных колебаний в виде электрического приемника - диполя 66 с изолятором 67, блок усилителя - декодера 68, блок усилителя мощности 69, шаговый микродвигатель 70, приводной механизм вращения 71, поворотный цилиндр - диафрагма 72, с окнами различного диаметра 73, проходной канал «отбор-закачка» 74, опорный подшипник 75, трубную резьбу 76.
На фиг.1 поз. 77 обозначает гидродинамический излучатель, расположенный на устье скважины внутри НКТ.
Конкретный пример осуществления способа представлен при описании работы устройства для реализации заявленного способа.
НКТ 4 с установленными на трубной резьбе измерительными электронными (дочерними) модулями 14, 15, 16, исполнительными индивидуальными электронными модулями 11, 12, 13, общим электронным передающим (материнским) модулем 20 и оборудованием для эксплуатации пласта 5, 6, 7 спускается внутри обсадной колонны 3, при этом материнский модуль располагают выше самого верхнего продуктивного пласта 8, а указанные модули и оборудование - напротив каждого продуктивного пласта 8, 9, 10 (фиг.1).
По команде с наземного приемно-обрабатывающего устройства 1 активируются блоки автономного питания 22, 31, 39 или 52, или 64 и в каждом дочернем модуле 14, 15, 16 начинает обрабатываться информация о режимах разработки каждого отдельного объекта эксплуатации (пласта) в виде текущих данных о забойном давлении, расходе и влагосодержании отбираемого пластового флюида (перечень измеряемых параметров может быть расширен). При этом забойное давление измеряется с помощью двух разнесенных датчиков 23 и 24, влагосодержание - с помощью двух разнесенных датчиков 25 и 26, а расход - с помощью трубки Вентури 28 по величине градиента давления на ее входе и выходе по значениям датчиков 23 и 24 (фиг.2). Датчики обеспечиваются питанием от автономного блока питания 22. Первичные сигналы от датчиков поступают в блок электроники 27, где кодируются и с помощью генераторных катушек электрического поля 21 передаются по НКТ 4 на материнский модуль 20. Сигналы передаются на рабочей (несущей) частоте, различной для каждого дочернего модуля и разнесенной по диапазону 20-50 кГц не менее, чем на 5 кГц. (Указанный диапазон установлен экспериментально-расчетным методом). Закодированный, информационный сигнал, распространяющийся по металлу НКТ, достигает материнского модуля 20, где принимается соответствующими приемными катушками индуктивности 32 и передается для обработки и усиления на блок электроники 33, после чего генерируется в окружающую породу с помощью дипольного излучателя электромагнитных волн 34 с изолятором 35 на несущей частоте в диапазоне 5-25 Гц, обеспечивающей радиопрозрачность как обсадной колонны, так и горной породы (фиг. 3). (Указанный диапазон установлен экспериментальным путем). Автономный блок питания 31 обеспечивает работу блока электроники 33, приемных катушек индуктивности 32 и дипольного излучателя электромагнитных волн 34. Передаваемый по горной породе сигнал принимается заземленной антенной 2, которая связана с наземным приемно-обрабатывающим устройством 1 (фиг.1). Принцип осуществления такой передачи так же описан в заявке РФ №2005136035 «Устройство для контроля за разработкой многопластовых эксплуатационных скважин», автор Шакиров А.А., приор. 21.11.2005, опубл. 10.06.2007.
Наземное приемно-обрабатывающее устройство 1 вырабатывает управляющий сигнал, с помощью которого отдается команда на соответствующие исполнительные индивидуальные электронные модули 11, 12, 13, управляющие режимом закачки или отбором продукта посредством ЭЦН или ШГН (поз.5, 6, 7) из соответствующего продуктивного пласта 8, 9, 10. Режим управления исполнительными индивидуальными электронными модулями 11, 12, 13 зависит от конкретных данных, поступивших от измерительных электронных (дочерних) модулей 14, 15, 16 в реальном времени.
Управляющий сигнал (по первому варианту) передается с помощью заземленной антенны 2 от наземного приемно-обрабатывающего устройства 1 в горную породу по электромагнитному каналу связи на соответствующей рабочей частоте в диапазоне 5-25 Гц, исключающей экранирующий эффект обсадной колонны. Пройдя горную породу и обсадную колонну 3, сигнал достигает дипольного приемника электромагнитных колебаний - диполя 40 с изолятором 41, которыми оснащен каждый исполнительный индивидуальный электронный модуль (электромеханический штуцер) 11, 12, 13. Далее сигнал усиливается и декодируется в блоке усилителя - декодера 42 и блоке усилителя мощности 43 (фиг. 4), и в случае если несущая частота управляющего сигнала соответствует конкретному исполнительному модулю, то сигнал передается на шаговый микродвигатель 44, который приводит в действие приводной механизм вращения 45, поворачивающий на опорном подшипнике 49 поворотный цилиндр - диафрагму 46, имеющую несколько круглых, разного диаметра окон 47, и обеспечивает соосность нужного окна с проходным каналом «отбор-закачка» 48 в наружной стенке корпуса 38. Автономный блок питания 39 обеспечивает питанием электронные блоки и шаговый микродвигатель с приводным механизмом вращения.
По второму варианту исполнения устройства для реализации способа с гидравлическим каналом передачи информации управляющий сигнал с устья скважины от соответствующего гидродинамического излучателя (на фиг.1 поз.77) передается по столбу жидкости, заполняющей НКТ на расположенные в скважине исполнительные индивидуальные электронные модули (гидравлический штуцер) 11, 12, 13 в виде закодированной последовательности гидравлических импульсов, соответствующей каждому указанному модулю, и принимается расположенными в них датчиками давления 53 (фиг.5). Принятый датчиком давления управляющий сигнал в виде определенной последовательности гидравлических импульсов принимается и декодируется в блоке усилителя - декодера 54, усиливается в блоке усилителя мощности 55, и если принятая последовательность гидравлических импульсов соответствует данному исполнительному модулю, то электронный блок отдает команду на шаговый микродвигатель 56, который через приводной механизм вращения 57 приводит в действие поворотный цилиндр - диафрагму 58, имеющую несколько круглых окон 59 различного диаметра, и обеспечивает соосность нужного окна с проходным каналом «отбор - закачка» 60 в наружной стенке корпуса 51. Блок автономного питания 52 обеспечивает питанием электронные блоки и шаговый микродвигатель.
В случае необходимости исполнительные индивидуальные электронные модули (третий вариант) 11, 12, 13, оснащенные комбинацией приемных преобразователей в виде приемника гидравлических импульсов 65 и дипольного приемника электромагнитных колебаний 67, обеспечивают контроль режима ОРЭ в случае, когда геолого-физические и геолого-технические условия эксплуатации многопластовых объектов существенно различаются друг от друга и не поддаются надежному прогнозу во времени.
Блоки автономного питания 22, 31, 39, 52 и 64 активируются встроенными в блок электроники каждого модуля «часами реального времени», в которые заранее заложен режим времени включения питания. Ресурс автономного питания зависит от суммарной емкости используемых источников, определяющей размер вмещающих их герметичных контейнеров.