ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ СКВАЖИНЫ
TELEMETRY SYSTEM OF OPERATED WELL

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, к одновременно-раздельной эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды и попутного газа), для регулирования добычи из каждого вскрытого продуктивного горизонта (пласта), а также для исследования скважин (в том числе без извлечения насосного оборудования) и предназначено, в частности, для передачи телеметрической информации с различных уровней (пластов) скважины.
Известна система передачи телеметрической информации (патент на изобретение №2230187, 2004 г.), включающая подземное передающее устройство и наземное приемное устройство, содержащее источник питания, устройство приема и обработки информации, электронный ключ, два резистора, которое подключено между нулем «звезды» вторичных обмоток трехфазного трансформатора и его заземленным корпусом. Подземное передающее устройство (блок погружной - БП), содержащее стабилизатор напряжения, устройство сбора и передачи телеметрической информации от датчиков измерения параметров среды верхнего продуктивного слоя, электронный ключ, два резистора, подключено между нулем «звезды» обмоток погружного электродвигателя (ПЭД) и его заземленным корпусом, а обмотки ПЭД подключены к обмоткам трехфазного трансформатора через кабель питания. При этом передачу/прием информации от устройства приема и обработки информации к подземному устройству и обратно производят по кабелю питания, за счет электрического соединения, выполненного по цепи трансформатор - погружной кабель питания ПЭД - ПЭД.
Известна также система сбора телеметрической информации от датчиков погружного блока (заявка на изобретение №2012124255 «Способ мониторинга внутрискважинных параметров (варианты) и система управления процессом добычи нефти», 13.06.2012 г.), выполненная с возможностью подачи необходимого стабилизированного питания на все устройства системы, требующие питания, и содержащая наземное приемное устройство с контроллером (наземным устройством приема и обработки), соединенное для приема/передачи данных с погружным блоком по цепи питания электрический кабель - ПЭД.
В указанных Системах не предусмотрена возможность добычи флюида, а также контроля и передачи параметров второго продуктивного пласта скважины.
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является Система погружной телеметрии Триол ТМ-01-06 (корпорация «ТРИОЛ», г. Харьков, UA, http://www.trioloil.ru/index.php?id=35), включающая наземное устройство приема и управления (контроллер УМКА-03), соединенное информационным портом с блоком наземным (ТРИОЛ-ТМН-01-06) с трехфазным трансформатором, соединенным через ПЭД с Блоком погружным (ТРИОЛ-ТМН-01-06). Электрическое соединение, выполненное по цепи питания - трансформатор трехфазный, повышающий напряжение, погружной кабель ПЭД, ПЭД - позволяет передавать информацию от устройства приема и управления к БП и обратно. За счет того, что БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием для прохождения вала ПЭД, к верхней части которого подключен первый погружной насос, появляется возможность установки под БП второго погружного насоса для добычи пластовой жидкости из второго продуктивного пласта при установке в скважине разделяющего пакера. Система позволяет обеспечивать измерение и передачу на наземное устройство технологических параметров ПЭД, параметров пластовой жидкости первого (верхнего) пласта с помощью установленных на поверхности и внутри БП датчиков. При необходимости контроля параметров второго (нижнего) пласта скважины используют геофизический прибор (измеряющий, например, температуру, давление, расход входящими в его состав датчиками). Прибор устанавливают ниже второго насоса внутри насосно-компрессорной трубы (НКТ), электрически соединяя его с наземным блоком для приема/передачи информации с помощью кабеля, закрепленного вдоль НКТ, ПЭД, двух насосов, БП. Длина такого кабеля может достигать более 3000 м. Таким образом, Система имеет высокую трудоемкость при сборке за счет установки и крепления протяженного кабеля к геофизическому прибору, что обуславливает ее высокую стоимость и высокую вероятность повреждения кабеля при спуске установки в скважину.
Задачей технического решения является создание телеметрической системы эксплуатируемой скважины, предназначенной для контроля посредством устройства измерения (измерительного прибора с датчиками) параметров нижнего пласта скважины, контроля посредством блока погружной телеметрии состояния добываемой среды верхнего продуктивного пласта и передачи полученной информации потребителю, позволяющей существенно сократить длину геофизического кабеля для подключения измерительного прибора с датчиками, что позволит повысить технологичность сборки системы, надежность функционирования системы при меньшей стоимости Системы.
Для решения задачи служит Телеметрическая система эксплуатируемой скважины (далее - Система), содержащая наземный блок приема и обработки информации (БН), соединенный по цепи питания - электрический кабель - погружной электродвигатель (ПЭД) - с портом блока погружного телеметрии (БП). БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием и предназначен для контроля и передачи на БН телеметрической информации - параметров и верхнего (первого), и нижнего (второго) пластов, а также параметров погружного электродвигателя. При этом порт БП посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи информации и интерфейса связи и питания соединен с его дополнительным портом, к которому подключено устройство измерения (УИ) параметров нижнего (второго) пласта скважины (включающее датчики) посредством герметичного соединения. Дополнительный Порт предназначен для передачи запрошенной информации от устройства измерения к БП. Соединение УИ и БП осуществлено с помощью соединителя, устанавливаемых в вырезе корпуса БП. Устройство сбора и передачи телеметрической информации выполнено с возможностью формирования пакетов данных о параметрах датчиков первого пласта и пакетов данных о параметрах датчиков второго пласта (устройства измерения) и преобразования их для передачи на наземный блок приема и обработки информации по кабелю питания погружного электродвигателя (по цепи питания), где эта информация распознается для передачи потребителю. Система выполнена с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все ее устройства, требующие питания, в том числе - на УИ.
Предпочтительно, чтобы в устройстве сбора и передачи устанавливали очередность передачи упомянутых пакетов данных.
Предпочтительно, чтобы устройство сбора и передачи выполнено с возможностью формирования пакетов данных третьего типа с параметрами погружного электродвигателя и преобразования их для передачи по цепи питания.
Предпочтительно, чтобы вырез был выполнен продольным и расположен в нижней части боковой поверхности корпуса БП.
Предпочтительно, чтобы продольный вырез был выполнен ступенчатым для достижения оптимальной прочности корпуса БП и удобства подключения к БП устройства измерения.
Предпочтительно, чтобы УИ было подключено к БП посредством геодезического кабеля либо кабеля питания.
В качестве устройства измерения может быть использовано любое устройство (например, широко известные геофизические приборы для измерения давления и температуры, устройство САКМАР (НПФ «Геофизика», г. Уфа) и т.п.), включающее датчики для измерения различных параметров флюида, в том числе температуры, давления, вибрации, влагосодержания, расхода среды с нижнего пласта и т.п.
Далее работа Телеметрической системы эксплуатируемой скважины будет показана в предпочтительном варианте исполнения.
На фиг.1 представлена функциональная схема Телеметрической системы эксплуатируемой скважины для передачи сигнала от БП к БН
На фиг.2 представлен чертеж блока погружного с проходным валом ПЭД в предпочтительном варианте исполнения.
Телеметрическая система эксплуатируемой скважины (далее - Система), изображенная на фиг.1, содержит блок наземный 1 (БН) приема и обработки информации, соединенный по цепи питания электрический кабель 2 - погружной электродвигатель 3 (ПЭД) с портом блока погружного 4 (БП). Порт БП соединен с его дополнительным портом посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи 5 (УСП) телеметрической информации и интерфейса связи и питания 6 (Интерфейс). К УСП 5 подключены датчики первого пласта 7 (Д1). К дополнительному порту БП посредством электрического соединения подключено устройство измерения 8 (УИ) параметров второго пласта скважины, содержащее датчики второго пласта (Д2 - на фиг.1 не показаны). Интерфейс служит шлюзом приема/передачи пакетов данных и команд (ретранслятором), необходим также для подачи питания на УИ.
Электрический кабель питания погружного двигателя может быть подключен к БН через трансформатор для оптимизации работы Системы.
Порт и дополнительный порт БП по сути являются соответственно многофункциональным входом и многофункциональным входом/выходом, предназначенными с одной стороны для подачи питания на БП и УИ, а с другой - для передачи телеметрической информации от УИ и БП на БН. Аналогично порт УИ, подключенный к дополнительному порту БП, является многофункциональным входом/выходом для подачи питания и передачи запрошенной телеметрической информации на БП. При этом соединение УИ и БП может быть осуществлено различными способами. Например, посредством геофизического кабеля для приема/передачи данных и подачи питания на УИ, либо любого другого кабеля, либо прием/передачу данных осуществляют цепи питания УИ.
Система приводится в рабочее состояние при подаче необходимого стабилизированного напряжения на все ее устройства, требующие питания, в том числе на устройство измерения параметров второго пласта скважины через дополнительный порт БП. Работа предлагаемой Системы может осуществляться несколькими способами.
Рассмотрим автономный режим работы Системы.
УСП 5 с определенной периодичностью и в определенном порядке опрашивает датчики Д1, а также передает команды опроса состояния среды второго пласта через интерфейс на УИ, т.е. Д1 и УИ являются ведомыми, а УСП - ведущим устройством, управляющим сбором, формированием, и передачей информации на БН по цепи питания. Из полученных данных формируют пакеты данных о параметрах датчиков первого пласта (пакеты первого типа). УИ формирует пакеты данных с измеренными параметрами Д2 и передает их через Интерфейс на УСП. Данные обо всех Д2 получают по командам запроса следующего пакета от УСП. В УСП из полученных пакетов формируют пакеты данных о параметрах датчиков второго пласта (пакеты второго типа). Пакеты первого и второго типа, имеющие одинаковую структуру, преобразуют (например, импульсной модуляцией) для передачи и последовательно передают по цепи питания через Порт БП на БН. То есть БП самостоятельно опрашивает Д1 и УИ согласно своему внутреннему алгоритму (очереди) и выдает БН. В БН считывают данные с БП. По типу пакета данных БН распознает их и использует для дальнейшей работы (например, передают потребителю и/или используют для управления БП).
Система может работать в командном режиме. При этом в БН формируют определенную команду, которая без изменений доходит до нужных узлов системы (только до БП или к УИ). Таким образом, в командном режиме БН является ведущим устройством, а БП и УИ - ведомыми. Например, по командам запроса состояния системы, в УСП кроме пакетов данных первого и/или второго типа формируют пакеты данных третьего типа о напряжениях, токах и т.п. на различных участках системы (в том числе о параметрах погружного электродвигателя); по командам калибровки Д1 производят установку нуля и разброс данных. Возможна также калибровка Д2 в УИ, выборочный опрос датчиков, управление ими. При этом в УСП формируют другие типы пакетов данных, которые также передают на БН.
Таким образом, при различных режимах работы Системы в УСП определяют последовательность передачи пакетов в соответствии с командами запроса, в которых может содержаться очередность опроса датчиков, указываться набор определенных датчиков и т.д.
В БН полученные по кабелю питания погружного электродвигателя пакеты данных всех типов распознают и используют для контроля и регулирования работы Системы, передачи потребителю.
Блок погружной 4, изображенный на фиг.2, выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием 10, предназначенным в данной реализации для прохождения вала, приводящего в действие второй насос. На поверхности корпуса 11 БП 4 выполнен вырез 12, на одной из стенок которого выполнено отверстие 13 для дополнительного порта БП. В отверстии герметично установлен соединитель 14. Кабелем с кабельным наконечником 15 герметично соединяют УИ 8 и БП 4. При таком непосредственном подключении длина дорогостоящего кабеля может составлять от 10 до 20 м, что в сотни раз меньше по сравнению с другими известными системами.
В данной реализации вырез расположен в нижней части боковой поверхности корпуса БП, выполнен продольным и ступенчатым соответственно рельефу соединителя с расширением для его установки посредством ключа (на фиг.2 не показано) с неглубокой узкой канавкой под кабель, что позволяет минимизировать объем выреза при сохранении необходимой прочности корпуса и обеспечения удобства при стыковке БП и УИ, размещаемого в НКТ под вторым насосом для снятия параметров нижнего пласта скважины. В данной реализации в качестве герметичного соединения между БП и УИ используют электрическое соединение посредством электрического соединителя 14 и кабельного наконечника 15 для осуществления подачи питания и приема/передачи данных. Варианты выполнения выреза под соединение могут быть различными в разных реализациях изобретения. Например, он может быть в верхней части боковой поверхности корпуса либо на нижней поверхности БП в виде глухого отверстия и т.п.
Таким образом, Система обеспечивает передачу параметров нижнего пласта скважины по кабелю питания погружного электродвигателя, использование минимально возможной длины кабеля к УИ с датчиками, что значительно снижает и вероятность повреждения этого кабеля, а также стоимость, трудоемкость сборки Системы в целом, повышает стабильность ее работы.