Забойная телеметрическая система

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для измерения забойных параметров в процессе бурения. Задачей изобретения является повышение дальности и скорости передачи информации о забойных параметрах в реальном времени в процессе бурения горизонтальной скважины вне зависимости от глубины скважины и электрического сопротивления пород. Для этого система состоит из скважинного модуля с измерительными первичными преобразователями, передатчика и наземной приемно-обрабатывающей аппаратуры. Передатчик выполнен в виде электрического диполя, установленного в верхней части бурильной колонны и образованного в результате разделения нижней части бурильной колонны от верхней и соединенного со скважинным модулем проводным каналом связи. Передатчик содержит турбогенератор, блок питания, соединенный с блоком микроЭВМ и посредством проводной линии связи со скважинным модулем, контроллер связи, соединенный с блоком микроЭВМ и через проводную линию со скважинным модулем, и усилитель мощности, входами связанный с блоком питания и блоком микроЭВМ, а выходами - с верхом и низом бурильной колонны. Информация о параметрах поступает со скважинного модуля по проводной линии связи на передатчик, где кодируется, усиливается по мощности и с помощью электрического диполя сигнал от передатчика направляется через техническую колонну и кондуктор в породу. Распространяемый по породе сигнал улавливается антенной и поступает на приемно-обрабатывающий комплекс. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для измерения забойных параметров в процессе бурения горизонтальных скважин и передачи их на поверхность.

Известна система измерения забойных параметров в процессе бурения (MWD) фирмы Geoservices с электромагнитным каналом связи (Технология горизонтального, наклонно-направленного и кустового бурения (Обзор - ВНИИЗарубежгеология, 1991, вып.8, с.8-9). Датчики этой системы позволяют измерять зенитный угол, азимут, угол ориентации компоновок, температуру, давление, а также получать данные гамма-каротажа и электрокаротажа. Система выпускается трех типоразмеров по диаметру скважинного прибора, имеет разъемы, позволяющие транспортировать ее узлы длиной до 6 м.

Недостатком телесистемы является малая дальность (1500-2000 м) вследствие маломощного передатчика, питающегося от литиевых батарей. Известна также телеметрическая система "Забой", имеющая модульную компоновку и содержащая модули технологических, геофизических и инклинометрических преобразователей, турбогенератор, модуль передающего устройства, электрический разделитель (Усовершенствовать образцы телесистемы с беспроводным каналом связи для геофизических и технологических исследований горизонтальных скважин в процессе бурения: Отчет (ВНИИГИС с ОЗГА, Руководитель Чупров В.П., 1993, ГР 2930004511).

В этой телесистеме используется мощный передатчик (500 Вт), но в неблагоприятных для электромагнитного канала низкоомных разрезах (например, Западной Сибири), его дальность ограничена глубиной 3200 - 3500 м, которая, причем, достигается путем снижения скорости передачи информации. В очень высокоомных разрезах (например, соляные пласты Оренбуржья) электромагнитный канал связи практически не работает, так как сигнал экранируется.

Наиболее качественная передача информации может быть осуществлена с помощью кабельной линии связи, что является весьма затруднительным в условиях проводки и каротажа горизонтальных скважин.

Известна система ЗТС-42, которая содержит скважинный модуль, в виде блока ГК, инклинометра и питания, блока телеметрии с датчиками давления и температуры, сбрасываемые в колонну бурильных труб, и передатчик, расположенный в приповерхностной зоне скважины и соединенный с забойными модулями каротажным кабелем. Эта телесистема осуществляет регистрацию информации в автономном режиме, получаемые данные периодически считываются с помощью спускаемого кабеля и приемника, что является ее существенным недостатком, так как отсутствует оперативная информация о забойных параметрах в реальном времени (Беляков Н.В. Малогабаритная забойная телеметрическая система с комбинированным каналом связи)/Научно-технический вестник АИС "Каратажник", Вып.30. Тверь, 1997, с.60-67)/.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является забойная телеметрическая система, состоящая из скважинного модуля с измерительными первичными преобразователями, передатчика с электрическим диполем, образованным в результате разделения нижней части бурильной колонны от верхней, и наземной приемно-обрабатывающей аппаратуры, проводного канала связи, соединяющего передатчик со скважинным модулем (см. SU 235681 A, кл. E 21 B 47/16, 16.06.69).

Однако в известном устройстве дипольная установка расположена в нижней части бурильной колонны, в связи с чем не обеспечивается проведение работ в глубоких и сверхглубоких скважинах, так как почти вся мощность рассеивается бесполезно - на кабеле, а на передачу сигнала идут доли процента.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения дальности и скорости передачи информации о забойных параметрах в реальном времени в процессе бурения горизонтальной скважины вне зависимости от глубины скважины и электрического сопротивления пород.

Поставленная задача решается описываемой забойной телеметрической системой, состоящей из скважинного модуля с измерительными первичными преобразователями, передатчика с электрическим диполем, образованным в результате разделения нижней части бурильной колонны от верхней и наземной приемно-обрабатывающей аппаратуры, проводного канала связи, соединяющего передатчик со скважинным модулем, в которой электрический диполь установлен в верхней части бурильной колонны. При этом передатчик выполнен в виде электрического диполя и содержит турбогенератор, блок питания, соединенный с блоком микроЭВМ и посредством проводной линии связи со скважинным модулем, контроллер связи, соединенный с блоком микроЭВМ и через проводную линию связи со скважинным модулем, и усилитель мощности, входами связанный с блоком питания и блоком микроЭВМ, а выходами с верхом и низом бурильной колонны.

На фиг. 1 изображена предлагаемая забойная телеметрическая система при работе в скважинных условиях, где 1 - долото, 2 - забойный двигатель; 3 - установочное перо; 4 - скважинный модуль с измерительными преобразователями; 5 - каротажный кабель; 6 - передатчик; 7 - электрический диполь; 8 - бурильная труба; 9 - кондуктор; 10 - техническая колонна; 11 - приемно-обрабатывающий комплекс; 12 - антенна.

На фиг. 2 изображена структурная схема передатчика с диполем. Здесь 13 - турбогенератор, 14 - блок питания, 15 -блок микроЭВМ, 16 - контроллер связи, 17 - усилитель мощности, 18 - верх бурильной колонны, 19 - контейнер с передатчиком 6, 20 - низ бурильной колонны.

Устройство работает следующим образом.

В интервале бурения, где необходимо наличие телесистемы на забое, скважинный модуль с измерительными преобразователями 4 опускается на забой на каротажном кабеле 5 внутри бурильных труб 8 и устанавливается в установочное перо 3, расположенное над забойным двигателем 2. При этом отрезок каротажного кабеля выбирается такой длины, чтобы в начале интервала бурения передатчик 6 с диполем 7 были вблизи от поверхности. Информация о параметрах поступает со скважинного модуля 4 по проводной линии связи 5 на передатчик 6, где кодируется, усиливается по мощности и с помощью электрического диполя 7, который получается в результате диэлектрического разделения нижней части бурильной колонны от верхней, сигнал от передатчика направляется через техническую колонну 10 и кондуктор 9 в породу. Распространяемый по породе сигнал улавливается антенной 12 и поступает на приемно-обрабатывающий комплекс на основе персонального компьютера, где усиливается, фильтруется, дешифрируется и предоставляется в виде, удобном для восприятия.

По мере углубления долота 1, углубляется и передатчик 6 с диполем 7, но сигнал по-прежнему достигает наземного приемно-обрабатывающего комплекса 11 и информация о забойных параметрах в реальном времени имеется в расположении оператора и технолога. Таким образом, бурение идет так же, как с телесистемой с беспроводным каналом связи. Достаточным интервалом углубления передатчика 6 можно считать 300 м, так как за это время будет как минимум один подъем для смены долота 1, когда можно будет нарастить кабель 5. Реально длина интервала может быть значительно больше 300 м, что доказывают результаты исследования. Здесь при маломощном турбогенераторе (50 Вт) с глубины 300 м через двойную обсадку - техническую колонну и кондуктор - получен сигнал с уровнем 3 мВ, что при чувствительности наземной аппаратуры 10 мкВ дает большой запас по глубине. Но наиболее важным преимуществом является то, что можно резко повысить скорость передачи сигнала, например, в 10 раз, т.е. возможна частота сигнала до 100 и более Гц. При этом поток информации возрастает во столько же раз. Учитывая, что кабель можно наращивать до любой длины (или заменять соответствующими отрезками), дальность действия такой телесистемы (или, что то же, глубина скважины) не ограничена.

Более детально передатчик 6 с диполем 7 изображены на фиг. 2. Здесь поток промывочной жидкости вращает турбогенератор 13, который через блок питания 14, запитывает электронные схемы 15, 16, усилитель мощности 17, а также через проводную линию связи запитывает скважинный прибор. Информация от забойных датчиков поступает по проводной линии связи и контроллер связи 16 на блок микроЭВМ 15, где кодируется, усиливается усилителем 17 и излучается диполем (18, 20, 21) через буровой раствор, через техническую колонну 10 и кондуктор 9 в породу, по которой распространяется до антенны наземного комплекса. Несмотря на то, что сигнал значительно ослабляется технической колонной и кондуктором, но все же остается весьма значительным, что доказано экспериментами в производственных условиях.

Формула изобретения

1. Забойная телеметрическая система, состоящая из скважинного модуля с измерительными первичными преобразователями, передатчика с электрическим диполем, образованным в результате разделения нижней части бурильной колонны от верхней, и наземной приемно-обрабатывающей аппаратуры, проводного канала связи, соединяющего передатчик со скважинным модулем, отличающаяся тем, что электрический диполь установлен в верхней части бурильной колонны.

2. Забойная телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что передатчик содержит турбогенератор, блок питания, соединенный с блоком микроЭВМ и посредством проводной линии связи со скважинным модулем, контроллер связи, соединенный с блоком микроЭВМ и через проводную линию связи со скважинным модулем, и усилитель мощности, входами связанный с блоком питания и блоком микроЭВМ, а выходами - с верхом и низом бурильной колонны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2