Способ передачи информации из скважины на поверхность

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважин. Задачей изобретения является повышение достоверности приема информационных сигналов при весьма малой мощности излучателя. Это достигается тем, что передача электрических сигналов, возникших в результате создания электрического потенциала между массой колонны бурильных труб и излучающим электродом, установленным в промывочной жидкости внизу колонны бурильных труб, происходит по промывочной жидкости и токопроводящему металлу колонны бурильных труб, электрически разделенных между собой оксидным слоем. В данном случае используется эффект, возникающий от разной электропроводности металла труб буровой колонны, промывочной жидкости и поверхностного слоя буровых труб, образованного оксидной пленкой. Электрические сигналы передаются по металлу трубы и промывочной жидкости, разделенным поверхностным слоем, имеющим существенно меньшую электропроводность, чем металл и промывочная жидкость. Прием электрического сигнала осуществляется приемным устройством, установленным на устье скважины, приемный электрод которого размещен в промывочной жидкости, и по току между приемным электродом и колонной бурильных труб судят о параметрах бурения. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважин.

Самым распространенным способом передачи информации из скважины на поверхность по промывочной жидкости является способ, в котором забойные параметры определяются по частоте формируемых импульсов (см., например, а.с. N 939747, кл. E 21 В 47/12, опубл. 30.06.82) Однако эти способы обладают малой скоростью передачи информации и плохой помехозащищенностью.

Известны способы для индуктивной передачи сигналов от скважинного измерительного преобразователя на поверхность, в которых передача информационного сигнала осуществляется по электрическому кабелю (см. патент PCT (W0) 91/11736, кл. G 01 V 1/00).

Недостаток такого способа заключается в низкой надежности из-за частого повреждения кабеля.

Известен способ для каротажа стенок скважины в процессе бурения, основанный на формировании информационных сигналов в виде электромагнитных сигналов и передаче их к устью скважины (см., например, патент US N 4630243, кл. G 01 V 1/40, опубл. 1986) Недостаток этого способа заключается в низкой технологичности, т.к. для передачи информации необходимо менять состав промывочной жидкости: - вводить в нее "ферромагнитный флюид" - коллоидную суспензию ферромагнитных частиц, заключенных в нетокопроводящую оболочку, которые, оседая на стенках трубы, образуют изолирующее покрытие, необходим также мощный источник постоянного тока, который создает магнитное поле, под действием которого и создается изолирующее покрытие.

Наиболее близким к заявленному способу является способ передачи информационного сигнала из скважины на поверхность с помощью гальванического канала связи по колонне бурильных труб (см., например, а.с. N 150952, кл. 21 В 47/12, опубл. 1962).

Недостаток этого способа заключается в необходимости источника сигнала большой мощности. Принимаемый сигнал измеряется между колонной труб и электродом и удален от устья скважины. Сигнал проходит через пласты окружающего грунта, поэтому неизбежны большие потери мощности сигнала. Для питания источника сигнала используется электрический генератор, вращаемый турбиной, работающей на потоке глинистого раствора. Наличие такого генератора намного усложняет аппаратуру из-за присутствия движущихся (вращающихся) частей и сложности сальникого уплотнения вала турбины при большом гидростатическом давлении на нижнем конце скважины.

Целью изобретения является повышение достоверности приема информационных сигналов при весьма малой мощности излучателя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе передачи информации из скважины на поверхность, основанном на передаче кодированных электрических информационных сигналов с передатчика электродом, установленным в призабойной зоне и связанным с металлом колонны бурильных труб, по колонне бурильных труб, приеме их электродом, установленным на устье скважины, и преобразовании кодированных электрических информационных сигналов приемником в вид, удобный для регистрации, передают кодированный электрический информационный сигнал дополнительно по буровой жидкости, в которой установлен передающий электрод, конец которого с металлом колонны бурильных труб соединен через трансформаторный выход передатчика, а принимают кодированный электрический информационный сигнал электродом, установленным в промывочной жидкости, один из концов которого соединен с одним из концов первичной обмотки приемника, другой конец которой соединен с металлом колонны бурильных труб.

Способ передачи информации из скважины на поверхность поясняется чертежом, на котором изображено расположение элементов, осуществляющих способ.

На чертеже изображена скважина 1, в которую опущена колонна бурильных труб 2, покрытая оксидным слоем 3, в нижней части колонны бурильных труб 2 размещен контейнер 4, в котором размещен передатчик информационных электрических сигналов 5 с трансформаторным выходом, один конец которого присоединен к металлу колонны бурильных труб 2, а другой подключен к излучающему электроду 6, установленному в промывочной жидкости 7, на устье скважины установлен приемник, выполненный в виде токопроводящего провода 8, один конец которого присоединен к металлу колонны бурильных труб 2, а другой соединен с приемным электродом 9, установленным в промывочной жидкости 7. Провод 8 является первичной обмоткой приемника, со вторичной обмотки 10 которого сигнал поступает в приемное устройство 11.

Сущность способа передачи информации из скважины на поверхность заключается в следующем.

Передача электрических сигналов, возникших в результате создания электрического тока между массой колонны бурильных труб и излучающим электродом, установленным в промывочной жидкости внизу колонны бурильных труб, происходит по промывочной жидкости и токопроводящему металлу колонны бурильных труб, электрически разделенных между собой оксидным слоем.

Используется эффект, возникший от разной электропроводимости металла бурильных труб, промывочной жидкости и поверхностного слоя бурильных труб, образованного оксидной пленкой.

Прием электрического сигнала осуществляется приемным устройством, установленным на устье скважины, приемный электрод 9 которого размещен в промывочной жидкости, и по току между приемным электродом и колонной бурильных труб судят о параметрах бурения.

Способ передачи информации из скважины на поверхность может быть реализован следующим образом.

Инклинометр (непоказанный на чертеже), расположенный в контейнере 4, выдает информацию о положении конца колонны бурильных труб 2 в пространстве в виде последовательности электрических сигналов, которые преобразуются (кодируются) в несущую частоту с наложенной на нее последовательностью информационных импульсов.

Указанная закодированная информация поступает на трансформаторный выход передатчика и между излучающим электродом 6 и колонной бурильных труб 2 возникает электрический потенциал. Электрические сигналы проходят по промывочной жидкости 7, замыкаясь по металлической массе колонны бурильных труб 2. Оксидный слой не может полностью изолировать колонну бурильных труб от промывочной жидкости и поэтому часть мощности посылаемого сигнала теряется. Однако мощность посылаемого сигнала предварительно рассчитывается. Информационный сигнал доходит до приемного электрода 9, снимается токопроводящим проводом 8, усиливается приемным трансформатором 10, а затем поступает в приемное устройство 11, где декодируется и записывается на ленту самописца или любое другое устройство.

Таким образом, передача информационного сигнала происходит внутри скважины по кратчайшему расстоянию и не требует большой мощности для преодоления сопротивления пластов окружающей породы. Это позволяет во многих случаях отказаться от турбогенератора и перейти на более экономное и технологическое батарейное питание.

Формула изобретения

Способ передачи информации из скважины на поверхность, основанный на передаче кодированных электрических информационных сигналов по колонне бурильных труб с передатчика электродом, установленным в призабойной зоне и связанным с металлом колонны бурильных труб, приеме их электродом, установленным на устье скважины, и преобразовании кодированных электрических информационных сигналов приемником в вид, удобный для регистрации, отличающийся тем, что передают кодированный электрический информационный сигнал дополнительно по буровой жидкости, в которой установлен передающий электрод, конец которого с металлом колонны бурильных труб соединен через трансформаторный выход передатчика, а принимают кодированный электрический информационный сигнал электродом, установленным в промывочной жидкости, один из концов которого соединен с одним из концов первичной обмотки приемника, другой конец которого соединен с металлом колонны бурильных труб.

РИСУНКИ

Рисунок 1