随钻数据微存储器井下释放传输系统关键技术研究

2020-12-02 12:56李继博倪卫宁曾义金
石油矿场机械 2020年6期
关键词:大容量存储器测井

李继博,倪卫宁,曾义金

(1.页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室,北京 100101; 2.中国石化 石油工程技术研究院, 北京100101)

在油井开发过程的各个阶段,都需要进行地面与井下的信息交互。其中最典型的电缆测井,需要把测井仪器采集到的大量井下地层信息传输到地面,此时的信息传输是通过下放专门的多芯电缆来完成信息的传递。在油井开发的其它环节,由于安全和成本的考虑,不适合在井筒里布置多芯电缆,例如随钻测井过程中,很少采用有线的方式传输井下工具采集的信号。为了在随钻测井过程中把井下信息传递到地面,已经研制了多种无线传输方法,主要有泥浆脉冲传输、低频电磁波传输和声波传输[1-6];此外智能钻柱也是解决方案之一[7-9]。目前应用最广泛、最成熟的是泥浆脉冲传输法,其次是低频电磁波传输法,其他方法由于成本和安全等原因,投入生产服务的非常少。泥浆脉冲传输和低频电磁波传输存在的最大问题是传输速率太低,以泥浆脉冲为例,目前服务的产品很难超过10 bit/s,这与电缆测井的1×105bit/s以上相差甚远。因此,国内外各家研究机构都在开展更高速传输方法的研究。

采用井下释放微存储器将随钻数据传输到地面的大容量数据传输方法国内外未见成熟产品报导,国外贝壳休斯公司对该技术进行过研究[10-11],国内中国石化石油工程技术研究院对该技术进行了专利申报[12-15]。本文将对中国石化石油工程技术研究院的相关技术进行介绍,包括随钻数据微存储器井下数据交换技术、井下释放技术和地面回收技术等。

1 井下释放传输系统结构

井下释放传输系统结构如图1所示,主要包括3项关键技术:井下数据交换技术、井下释放技术和地面回收技术。

图1 井下释放传输系统结构示意

1.1 井下释放传输系统工作原理

释放式数据传输方法如图2所示,无线发射装置以电信号形式接收随钻测井数据,然后利用无线射频技术(RFID)将数据发送给微存储器。微存储器中装有感应线圈,可接收数据,并将数据存放在存储芯片中;当地面工程人员需要井下测井数据时,在地面发出释放指令,释放短节接收到该指令,使释放装置开始工作,将微存储器释放在井壁与钻杆的环空当中,由钻井液携带至地面;地面回收系统中的回收装置可从钻井液及岩屑中分离出微存储器,最后进行数据读取。

图2 随钻数据传输系统结构框图

1.2 井下数据交换技术

传统的射频标签大多做成卡片的形式,卡片的大小主要由天线的尺寸决定。这种标签本身就具备无线充电能力,在工作时,首先通过无线方式将其充电,使其内部电路启动完成身份识别等功能。由于应用需求,这些射频标签的存储量相对比较小,不能满足随钻传输需求。为了应用到随钻传输上,需要外挂大容量微存储器(如图3),拓展存储空间。

图3 无线充电大容量存储器功能框图

由于用于随钻传输的微存储器需要满足井下工况对压力、寿命和温度等要求,使得电池供电可行性不大。为了实现大容量微存储器有效工作,必须提供其它可靠供电方式。为了提供这个供电电源,设计了一种借助射频信号的无线充电技术,无线充电大容量微存储器芯片系统如图4所示,该系统采用1 Mbit容量存储器,相同数据量如果采用常规传输方式进行传输(<10 bit/s)需要传输28 h。

a 正面 b 背面

1.3 井下释放技术

井下释放短节包括信号接收天线、储存舱、控制舱、数据读写天线、释放执行机构和释放口,如图5。信号接收天线用于接收地面的释放指令,储存舱用于储存微存储器,控制舱用于安装存储器释放控制电路板,数据读写天线用于对存储器进行数据读写,释放执行机构用于提供存储器的释放力,存储器最终由释放孔释放到环空中,伴随着钻井液返回到地面。

图5 微存储器井下释放短节

1.4 地面回收技术

随钻数据微存储器地面回收包括微存储器地面回收装置和数据读取装置,其流程如图6所示。微存储器在井下通过释放短节释放,然后随钻井液循环到地面,经振动筛分离后,随岩屑一起进入微存储器地面回收装置,回收装置采用特殊结构设计,能够分离出存储器并对其中的数据进行读取,再将存储器内的数据传输给计算机,最终实现井下信息的识别利用。

2 试验研究

2.1 微存储器无线读写测试

通过无线方式对1 Mbit容量微存储器芯片系统进行了读写测试(如图7),测试读写速率达到250 kbit/s,完成一枚存储器的数据交互(包含读写、存储、校验和空中传输等时间)需要约10 min。

图7 微存储器的无线读写测试

2.2 微存储器压力测试

通过超声波打压仪对封装完成的存储器进行了压力测试,测试压力达到70 MPa,微存储器能够正常读写,耐压能力达到设计要求。封装的存储器及测试设备如图8。

2.3 微存储器释放测试

将微存储器放置在储存仓中模拟井下环境对其进行了释放测试,将释放短节安装到多功能钻井试验台循环管路中,开泵循环,逐步增加循环排量至10 L/s,测试微存储器的数据读写性能,读写完成后执行存储器的释放指令,完成微存储器的释放和回收,如图9所示。

a 存储器 b 测试设备

图9 微存储器的释放测试

2.4 试验结果

针对随钻数据微存储器井下释放传输系统的关键技术进行了测试,测试数据反映井下实际情况,能够满足井下的使用要求。针对微存储器的读写测试和压力测试表明,存储器的读写速率和耐压能力能够满足实际工况的要求,证明了信号传输、存储器的封装等关键技术的可靠性;循环模拟井释放测试表明,仪器能够根据释放指令进行存储器的可靠释放,满足实际工作要求。

3 结语

随钻数据微存储器井下释放传输系统的研制,为我国复杂油气构造环境下油气勘探开发中的高速率大容量井下随钻数据的上传提供有力的技术支持和理论依据,解决了随钻成像所需要的信息瓶颈问题,为及时了解井眼及地层特性提供技术支持。

井下释放方式提高了该技术的可靠性和经济性,这种信息球输送方式可以用于大容量微存储器、微形压力示踪器以及其它随钻测量微型传感器的发送,形成基于小尺寸半导体单元的随钻测量传输平台,促进随钻测量及随钻高精度成像技术的发展。

猜你喜欢
大容量存储器测井
本期广告索引
高强度高温高压直推存储式测井系统在超深井的应用
静态随机存储器在轨自检算法
延长油田测井现状与发展前景
航空用大容量锂离子电池研究
大容量光伏发电关键技术及对并网的影响
大容量、高参数机组锅炉化学清洗应注意的问题
吉林延边:建立远程教育教学课件“大容量”资源库
存储器——安格尔(墨西哥)▲
自然电位测井曲线干扰问题分析