Способ передачи информации побурильной колонне b скважине

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

СОциэлистнческик республик

К АВТОУСКОМУ Св ИТЕЛЬСТВУ

r (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 14. 03. 77 (21) 2465237/18-25 (51 М. КЛ.

Е 21 В 47/12 с присоединением заявки Йо— (23) Приоритет—

Государственник комнтат

СССР ао ямам язобретаямВ к открытка

Опубликовано 15.03.81. Бюллетень Й910

Дата опубликования описания 25 .03. 81 (53) УДК 550. 832Р . 42 (088. 8) Г

В. Н. Рукавицин, О. Л. Кузнецов, A. М. Ясашин, A. М. Григорян и Г. Н. Ягодов (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красного Энамени научноисследовательский институт буровой техники (ВЙИИБТ) и Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (ВНИИЯГГ) (71) Заявительф (54} СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО БУРИЛЬНОЙ

КОЛОННЕ В СКВАЖИНЕ

Изобретение относится к передаче информации беспроводным акустическим каналом связи по бурильной колонне.

Известны способы передачи информации в многоканальных системах связи, основанные на использовании симплексных и дуплексных каналов связи, в которых применяют разнесенные по времени и частоте соединения источников информации (11.

Однако применение этих способов передачи информации в бурении осложняется отсутствием широкополосных каналов связи.

Известен способ передачи забойной информации в процессе бурения скважин, основанный на использовании в качестве передающей среды колонны бурильных труб, а в качестве носителя информации - упругих колебаний. 2О

Для этого информация, получаемая забойными датчиками, преобразуется в электрические сигналы и используется для электрической модуляции вйсокочастотных колебаний, возбуждающих излучатель упругих колебаний, предназначенный для создания упругих колебаний в колонйе бурильных труб 2 .;

Однако данный способ передачи забойной информации имеет основной су- . ЗО щественный недостаток, заключакщийся в том, что позволяет только контролировать передаваемую забойную информацию без возможности оперативного управления ею в процессе бурения. Кроме того, возбуждение излучателя на фиксированной частоте излучения обуславливает низкую помехоустойчивость передачи информации ввиду изменения в процессе бурения передаточных характеристик колонны бурильных труб. Недостатком данного способа является также несогласованность частотно-зависимого импеданса излучателя, работающего на фиксированной частоте излучения, с изменяющимися в процессе бурения входным частотно«зависимым импедансом бурильной колонны, что требует для . передачи сигнала определенного подбора толщины. стенок бурильных труб.

Известны также способы передачи информации с забоя скважины, в которых применяется "обратная связь" с забоем. С помощью этих способов обеспечивается передача команд управления работой скважинной аппаратурой и осуществляется ее проверка и калибровка. В этом случае so Moжен также "переспрос", если принятый

812914 с забоя скважины сигнал некоррелирован с предыдущим (31 .

Однако при данном способе точность передачи информации невысока, поскольку передача информации и команд по Ьдному каналу не разделены, что понижает помехозащищенность канала связи и точность передачи информации.

Цель изобретения — повышение точности передачи информации.

Поставленная цель достигается тем, что при использовании акустического симплексного .канала связи между забоем и устьем скважины, передачу информации в каждом направлении ведут с помощью упругих колебаний противоположно поляризованных типов упругих волн, например продольных и поперечных.

Для исключения взаимного влияния электроакустических преобразователей Щ поочередное излучение информационных упругих колебаний электроакустическим забойным преобразователем и их прием наземным осуществляют в идентичном заданном направлении поляризации, а излучение управляющих упругих колебаний — в направлении поляризации, противоположном режиму наземного прнема.

С целью обеспечения согласования частотных свойств электроакустических преобразователей и колонны бурильных труб осуществляют фокусирование энергии передаваемых упругих колебаний путем выполнения бурильных труб в виде волноводов со спиралевидными прорезями в теле бурильной трубы, причем шаг спирали и толщину прорезей согласуют с собственной частотой электроакустического преобразователя.

Для обеспечения управления процессом бурения при помощи только электри- 40 ческих преобразователей, расположенных в верхней части бурильной колонны, прием в процессе бурения осуществляют на отраженных упругих колебаниях, возникающих в столбе промывочной жидкости, в бурильной колонне и в горной породе, а управляющие упругие колебания излучают на забой скважины теми же электроакустическими преобразователями, расположенными в бурильной колонне и столбе промывочной жидкости.

Основными преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известными являются следующие:

1. Возможность одновременного бес- проводного контроля и управления процессом бурения скважин, особенно наклонно-направленных и горизонтальных;

2. Возможность оперативного уп- Я равления эффективностью горных пород в процессе бурения при помощи беспроводного контроля и регулирования час- тотного спектра излучения упругих колебаний; ФУ

3. Повышение точности и помехоустойчивости передачи модулированных упругих колебаний за счет согласования частотных характеристик электроакустических преобразователей с частотными характеристиками бурильной колонны, выбора направления поляризации и типа акустической модуляции

4. Контроль забойных информационных параметров при помощи только наземной системы измерений дает возможность осуществлять управление процессом бурения применительно к частотным характеристикам разбуриваемых и находящихся ниже забоя скважины горных пород и вместе с тем позволяет повысить эффективность проводки скважин.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит датчики 1-1п, электрические преобразователи 2-2п, забойный модулятор 3, электроакустический преобразователь 4, бурильную колонну 5, наземный электроакустический преобразователь 6 демодулятор 7, блок 8 управления и синхронизации, блок 9 регистрации и отоб- ражения информации, наземный модулятор 10 и забойный регулятор 11.

Устройство, реализующее предлагаемый способ работает следующим образом.

Информационные сигналы, несущие в себе забойную информацию с датчиков 1 -1п (где n — число информационных каналов), поступают через преобразователи 2-2h, преобразующие их в электрические напряжения, на вход забойного модулятора 3. После модуляции заданного типа в блоке 3 модулированные электрические колебания поступают на вход широкополосного забойного электроакустического преобразователя 4, поочередно работакщего в режиме излучение-прием с регулируемой скважностью посылки ин- формационных сигналов (например, равной О, 1-1 с) .

Преобразованные в упругие колебания модулированные информационные сигналы (продольные, пойеречные или крутильные) поступают на вход канала связи - бурильной колонны 5 ° Следует отметить возможность и акустической модуляции передаваемых сигналов путем наложения при излуче. ии различных типов упругих колебаний (продольных, крутильных и др) . При э ом осуществляется согласование частотных свойств излучения и частотных характеристик бурильной колонны за счет подбора частотных характеристик забойного электроакустического преобразователя и его выходного акустического импенданса,добиваясь максимума излучения энергии упругих колебаний в бурильную колонну. После прохожде812914

30 информации в каждом направлении ведут с помощью упругих колебаний противоИсточяики информации, о принятые во внимание при экспертизе

Милейковский C.Ã. Основы многоканальной связи. М., "Связь", 1974, с. 32-34.

2. Патент СШЛ Р 3588804,кл.340-18, 1971.

3. Бобровников Л ° 3. и Уварова И.И.

Бескабельная передача информации от скважинных геофизических приборов при сверхглубоком бурении. М., Фонды ния упругих информационных сигналов по бурильной колонне 5 осуществляется их прием при помощи наземного электроакустического преобразователя 6, также работакщего поочередно в режиме излучение-прием и установленного в верхней части бурильной колонны. Принятые преобразователем

6, работакщим в режиме приема, информационные сигналы после преобразования в электрические колебания поступают на вход демодулятора 7 и далее на вход блока 8 управления и синхронизации. В блоке 8 управления и синхронизации происходит обработка получаемой забойной информации и формирование командных управляющих импульсов, посылаемых через наземный модулятор 10 и наземный электроакустический преобразователь 6 в бурильную колонну. Одновременно блок 8 осуществляет временную синхронизацию всей системы в целом и регулирование скважности информационных и управляющих импульсов.

После передачи управляющих упругих импульсов по бурильной колонне 5 происходит их прием забойным электроакустическим преобразователем 4 и после преобразования в электрические сигналы поступление их на вход забойного регулятора 11, осуществляющего заданное регулирование процессом бурения скважины (например регулирование процесса, ориентированного за- бойным отклонителем, или,регулирование частотным спектром излучения упругих колебаний на забое) . 3

Далее цикл измерения информационных параметров и передачи управляющих сигналов повторяется с регистрацией результатов измерения в блоке 9 регистрации и отображения информации

В случае поляризации информационных и управлякщих упругих колебаяий в противоположных направлениях можно сократить время задержки между управляющими и информационными импульсами и передачу-прием осуществлять практически мгновенно, т.е. в дуплексном режиме.

При работе на отраженных колебаниях забойный электроакустический преобразователь 4 из схемы исключается. Принимаемые в процессе бурения наземным электроакустическим преобразователем 6 упругие колебания, соответствукщие в процессе бурения частотному диапазону взаимодействия бурового инструмента с горной породой, подаются также последовательно в блоки 7 и 8 и через блок 9 управления и синхронизации и модулятор 10 — вновь к преобразователю 6, передакщему управляющие сигналы на изменение забойных условий бурения. Включение в наземную систему измерения дополнительных электроакустических преобразователей, установленных в столбе промывочной жидкости и горной породе, позволяет расширить информационные возможности предлагаемого способа передачи, в частности опередить координаты забоя и осуществлять управление забойными условиями бурения и по гидравлическому каналу связи.

Для глубин порядка 10 км и выше, при согласовании частотных характеристик излучения упругих колебаний с частотными характеристиками бурильной колонны, предусмотрено наряду с конструктивным выполнением электроакустических преобразователей и специальное выполнение бурильных труб в виде волноводов со спиралевидными прорезями в теле бурильной трубы, причем шаг спиралей и толщину прорезей выбирают из условий согласования с собственной частотой электро- . акустических преобразователей.

Предлагаемый способ особенно эффективен при бурении глубоких и сверхглубоких наклонно-направленных и горизонтальных скважин большой протяженности.

Формула изобретения

Способ передачи информации по бурильной колонне в скважине, основанный на использовании акустического симплексного канала между эабоем и устьем скважины, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности передачи информации по бурильной колоние, передачу положно поляризованных типов волн, например продольных и поперечных.

МГРИ, 1964 прототип).

812914

Составитель Л. Воскобойников,.

Редактор A. Наурсков Техред А.Бабинец корректор О. Билак

Заказ 7 6 3 Уираж 627 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4