分布式微芯片井下測量系統(tǒng)

美國塔爾薩大學(xué)和沙特阿美公司合作開發(fā)出實時測量井下溫度、壓力等鉆井?dāng)?shù)據(jù)的分布式微芯片井下測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由地面裝置和示蹤物2部分組成。示蹤物的直徑約為7.5 mm,由光纖傳感器、系統(tǒng)單芯片集成電路SoC IC(System-on-Chip,SoC)、密度控制材料和鋰電池組成,都被封裝在一個保護(hù)性的化學(xué)涂層外殼里。其中,SoC包括微控制器、存貯器、發(fā)射和接收電路。光纖溫度和壓力傳感器溫度壓力指標(biāo)分別達(dá)250 ℃和15 000 psi。密度控制材料采用直徑10 μm的玻璃球,以提高示蹤物的流動性,使示蹤物能在鉆井過程中隨著鉆井泥漿在整個井筒中移動。地面裝置包括一個啟動器和一個數(shù)據(jù)采集器。啟動器通過無線通信對示蹤物的電路進(jìn)行重置,數(shù)據(jù)采集器通過無線通信從示蹤器中檢索數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的溫度壓力測量精度分別為0.5 ℃和0.05%。井場應(yīng)用將示蹤物和鉆井液一起注入井筒中。當(dāng)示蹤物在井眼中移動時,測量整個井筒的溫度和壓力,并將測量的數(shù)據(jù)存貯在片上存貯器中。當(dāng)鉆井液將示蹤物從井下帶回地面時,地面數(shù)據(jù)采集器與示蹤器進(jìn)行通信,并將示蹤物中存貯器數(shù)據(jù)下載。地面裝置中還有一個示蹤物磁性分離器,其作用是從鉆井泥漿中回收示蹤物。鉆桿接頭位置安裝磁性環(huán)(間隔30 ft),示蹤物SoC IC的片上磁性傳感器沿鉆桿記錄磁環(huán)的磁場信號并存貯中,以實時確定示蹤物在井筒中的位置。

(信息來源:[1] Yu Mengjiao, He Sufeng, Chen Yuanhang, et al. A Distributed Microchip System for Subsurface Measurement [C]∥ SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Texas, USA, 2012. [2] Shi Zhaorui, Chen Yuanhang, Yu Mengjiao, et al. Development and Field Evaluation of a Distributed Microchip Downhole [C]∥ SPE Digital Energy Conference and Exhibition, Woodlands, USA, 2015. 楊興琴 編譯 李總南 審校)