使用电容性电极的电磁遥测术制造技术

本文描述一种用于与井下设备一起使用的具有电容性电极的电磁(EM)遥测系统。具有电容性电极的所述EM遥测系统的实施方案包括井下收发器，所述井下收发器包括编码的信号发送器；井下传感器，所述井下传感器被设置来监测所述井下设备；以及编码的信号接收器，所述编码的信号接收器包括一个或多个电容性对电极。所述一个或多个电容性对电极从所述井下收发器接收第一编码信号，所述编码信号对应于在所述对电极与井口之间测量的电压。所述编码的信号接收器的解码器和解调器恢复所述第一编码信号中的信息。可包括针对所述井下设备的指令的第二编码信号可被类似地编码、调制和从所述编码的信号接收器发送至所述井下收发器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电容性电极的电磁遥测术公开背景相关申请本申请要求2015年8月3日提交的美国临时申请号62/200,432的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用方式并入本申请。公开领域本公开总体涉及用于电磁(EM)遥测的系统和方法。本公开具体地涉及在钻探、随钻测量(MWD)和/或随钻测井(LWD)操作期间使用对电极的EM遥测术。背景电磁(EM)遥测是在钻探应用中从井底钻具组件(BHA)到井筒表面通信的方法。例如，发送和接收钻探动态数据的能力可允许加快钻探，而发送和接收信息评估数据(诸如随钻测量(MWD)数据和/或随钻测井(LWD)数据)的能力可允许准确的井定位以最大化储层价值。EM遥测系统通常在1Hz与50Hz之间的频率下，并且在具有来自有限数量的通信信道的标称处于3比特/秒与12比特/秒之间的数据速率下操作。像许多通信技术一样，EM遥测的一个目的是在存在噪音的情况下，提供稳健编码的通信信号和高的数据速率。在EM遥测系统中使用的通信信号可通过由通信信号的强度与噪音信号的强度之间的比给定的信噪比(SNR)表征。通常，改进SNR对应于通信技术的改进的准确性，所述通信技术的改进的准确性可用来设计具有更高的有效数据速率、更多的信道、更低的比特误码率等的通信系统。EM遥测系统及其组成部件的另外的目的是支持快速安装以在多种操作条件下稳定地操作并且具有长的操作寿命。例如，对于EM遥测系统的组成部件来说，在安装之后迅速地稳定化周围环境并且抵抗降解、腐蚀等是令人期望的。因为典型的EM遥测系统的各种部件与相对恶劣的环境(诸如地球地层、流体和/或水体)相互作用和/或对接(例如，机械地、电地和/或化学地相互作用)，所以快速稳定、稳定的操作和抗腐蚀性使用常规系统和方法实现可能具有挑战性。因此，存在对用于改进EM遥测系统的SNR、稳定时间、稳定性和寿命的系统和方法的需要。附图简述本公开的各种实施方案将从下文给出的具体实施方式和从本公开的各种实施方案的附图更加全面地理解。在附图中，相似的参考数字可指示相同或功能上类似的元件。在下文中参照附图详细描述各实施方案，在附图中：图1是并入本公开的EM遥测系统的基于陆地的钻探系统的平面图；图2是具有本公开的EM遥测系统的基于海洋的开采系统的平面图；图3是本公开的EM遥测系统的井下收发器的平面图；图4是本公开的EM遥测系统的表面组件的平面图；图5是使用本公开的多个电容性对电极的EM遥测系统的表面组件的平面图；图6是使用远程参考的EM遥测的方法的流程图；并且图7是本公开的EM遥测系统的计算机的框图。具体实施方式本公开可以重复各种实例或附图中的元件符号和/或字母。此重复是为了简单和清楚起见，并且本身并不决定所讨论的各种实施方案和/或配置之间的关系。此外，为便于描述，在本文中可使用诸如在下面、下方、下部、上方、上部、井上、井下、上游、下游等空间相对术语来描述如所示出的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系，向上方向是朝对应附图的顶部，并且向下方向是朝对应附图的底部，井上方向是朝井筒的表面，井下方向是朝井筒的底端。除非另有说明，否则空间相对术语意图包含除附图中所描绘的定向之外的在使用中或操作中的装备的不同定向。例如，如果附图中的装备翻转过来，那么描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将随后被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包含上方和下方的这两个定向。可以其它方式来定向装备(旋转90度或以其他定向)，且可以同样地相应解释本文所使用的空间相对描述词。此外，尽管附图可描绘水平井筒或垂直井筒，但除非另有指示，否则本领域技术人员应理解，根据本公开的装备同样很好地适合于在具有其他定向的井筒中使用，所述井筒包括垂直井筒、斜井筒、多边井筒等。同样，除非另外指出，尽管附图可描绘陆上操作，但本领域技术人员应理解，根据本公开的装备同样很好地适合于在海上操作中使用并且反之亦然。此外，除非另外指出，尽管附图可描绘下套管井，但本领域技术人员应理解，根据本公开的装备同样很好地适合于在裸井操作中使用。通常，在一个或多个实施方案中，提供EM遥测系统，其中电容性电极用来改进在钻探、随钻测井(LWD)、随钻测量(MWD)操作、开采或其他井下操作期间使用EM遥测发送和接收的编码信号的检测。电容性电极在EM遥测系统中的使用提供优于常规EM遥测系统的多个优点，包括低电极-地层接触电阻、长的操作寿命、低的温度漂移、无电化学噪音、短的稳定时间和易于部署性。转向图1和图2，示出井筒钻探和开采系统10的部分截面的正视图，所述井筒钻探和开采系统10用来从延伸通过位于地球表面16下面的油气地层14中的各种地层岩层的井筒12开采碳氢化合物。井筒12可由单一或多个孔12a、12b......12n(在图2中示出)形成，从而延伸到地层14中，并且可设置在任何定向上，诸如图2中示出的水平井筒12b。钻探和开采系统10包括钻机或井架20。钻机20可包括起重装备22、游车24和转环26以用于提升和下降套管、钻杆、盘管、开采管、其他类型的管或管柱或其他类型的运送载具30(诸如钢缆、钢丝等)。在图1中，运送载具30大致是管状的，使由端到端耦接在一起的多个钻杆接头形成的钻柱轴向地延伸，而在图2中，运送载具30是支撑如下文描述的完井组件的完井管。钻机20可包括方钻杆32、旋转台34和与在井筒12内旋转和/或平移管柱30关联的其他设备。对于一些应用而言，钻机20还可包括顶部驱动单元36。钻机20可如图1所示位于井口40附近或诸如在如图2中所示海上布置的情况下与井口40间隔开。一个或多个压力控制装置42(诸如防喷器(BOP)和与钻探或开采井筒关联的其他设备)还可在井口40或系统10中的其他地方被提供。对于海上操作，如图2中所示，无论是钻探还是开采，钻机20可安装在油或气平台44(诸如如图所示的海上平台、半潜式平台、钻探船等(未示出))上。尽管图2的系统10被示出为基于海洋的开采系统，但是图2的系统10可被部署在陆地上。同样地，尽管图1的系统10被示出为基于陆地的钻探系统，但是图1的系统10可被部署在海上。在任何情况下，对于基于海洋的系统，一个或多个海底管道或立管46从平台44的甲板50延伸到海底井口40。管柱30从钻机20向下延伸通过海底管道46和BOP42并且进入井筒12。工作或服务流体源52可将工作流体58以泵送的方式供应至管柱30的上端并且流动通过管柱30。工作流体源52可供应在井筒操作中利用的任何流体，包括但不限于钻井液、水泥浆液、酸化液、液态水、蒸汽或一些其他类型的流体。井筒12可包括设置在其中的地下设备54，例如像钻头和井底钻具组件(BHA)、完井组件或一些其他类型的井筒工具。井筒钻探和开采系统10可通常表现为具有管系统56。出于本公开的目的，管系统56可包括附接到前述物诸如管柱30和管道46的套管、立管、油管、钻柱、完井或开采管柱、接头、头部或任何其他管、管件或设备，以及管、套管和管柱可部署在其中的井筒和分支井筒。在这方面，管系统56可包括胶结在井筒12中的一个或多个套管柱60，诸如图1中所示的表面的、中间的和开采套管60。根据情况，环空62在邻近的管状部件集合(诸如同心的套管柱60或管柱30的外部)的壁与井筒12或套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于与井下设备一起使用的电磁(EM)遥测系统，所述系统包括：井下收发器，所述井下收发器包括编码的信号发送器；井下传感器，所述井下传感器被设置来监测所述井下设备；以及编码的信号接收器，所述编码的信号接收器包括一个或多个电容性对电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.03 US 62/200,4321.一种用于与井下设备一起使用的电磁(EM)遥测系统，所述系统包括：井下收发器，所述井下收发器包括编码的信号发送器；井下传感器，所述井下传感器被设置来监测所述井下设备；以及编码的信号接收器，所述编码的信号接收器包括一个或多个电容性对电极。2.如权利要求1所述的系统，其中所述井下传感器耦接到所述收发器。3.如权利要求2所述的系统，其中所述编码的信号接收器邻近所述表面设置。4.如权利要求3所述的系统，其还包括编码的信号，所述编码的信号包括与所述井下设备相关的传感器信息。5.如权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个电容性对电极各自包括导电板和将所述导电板与地球地层和其中的流体分开的阻挡层。6.如权利要求5所述的系统，其中所述阻挡层是电绝缘的并且是流体不可透过的。7.如权利要求5所述的系统，其中所述阻挡层是自修复的。8.如权利要求5所述的系统，其中所述导电板和所述地球地层通过所述阻挡层电容性地耦接。9.如权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个电容性对电极各自包括涂覆在钝化层中的导体。10.如权利要求9所述的系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·威尔逊，P·A·库珀，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US