Кабельный коммуникационный канал и система телеметрии для бурильной колонны и способ бурения скважин (варианты)

Кабельный коммуникационный канал и система телеметрии для бурильной колонны и способ бурения скважин (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение, в общем, относится к телеметрии по бурильной колонне. Более определенно, изобретение касается проводных телеметрических систем в бурильных трубах и способов передачи сигналов через бурильную колонну.

Значение скважинных систем, таких как "измерения в процессе бурения" (ИПБ) и "геофизические исследования в процессе бурения" (ГИПБ), возросло большей частью благодаря их способностям обеспечить в реальном времени информацию об условиях в скважине и/или свойствах подземных формаций. Эти измерения в скважине могут использоваться для принятия решений в процессе бурения или для использования преимуществ усовершенствованных методик бурения типа "geosteering". Эти методики в значительной степени основываются на незамедлительном получении информации по скважине и окружающей формации, которая разбуривается. Поэтому важно иметь возможность посылать на поверхность большие объемы данных от устройства типа ИПБ/ГИПБ и посылать команды от устройств ИПБ/ГИПБ на поверхности с минимальной задержкой во времени. Было разработано много методик телеметрии для такой связи, включая телеметрию по проводным бурильным трубам.

Концепция размещения проводящего провода в бурильной колонне рассматривалась в течение некоторого времени. Например, патент США №4126848, выданный Денисону, раскрывает телеметрическую систему, в которой провод используется для передачи информации от забоя скважины к промежуточной позиции в бурильной колонне, и специальная бурильная колонна, имеющая изолированный электрический проводник с кольцеобразными электрическими контактными соединителями, как описано в патенте США №3696332, выданного Дикинсону младшему и др., используется для передачи информации от промежуточной позиции до поверхности. Патент Российской Федерации №2140537 С1, выданный Басарыгину и др., подобным образом раскрывает гибридную телеметрическую систему в бурильной колонне, имеющую нижнюю проводную систему, последовательно соединенную с верхней системой проводных бурильных труб.

Патент США №3957118, выданный Барри и др., раскрывает выпускаемую кабельную систему с фиксатором для телеметрии по бурильной колонне в секциях буровых труб, которые иначе никак не соединены проводами. Патент США №3807502, выданный Хайлхеккеру и др., и патент США №4806928, и 4901069, выданные Венерузо, также раскрывают способы и устройства для установки электрического проводника (то есть кабеля) в бурильной колонне из стандартных буровых беспроводных труб.

Патент США №2379800, выданный Хейру, Европейская патентная заявка №399987 Веллхаузена, и патент Российской Федерации №2040691, выданный Коновалову и др., описывают системы передачи сигналов через колонну проводных буровых труб, используя индуктивные коммутационные устройства.

Публикация WO 02/06716 Холла также раскрывает систему для передачи данных через колонну проводных буровых труб, используя индуктивные соединители.

Для буровых работ в скважине используется множество секций буровых труб, чтобы сформировать цепь из них между секцией ведущей бурильной трубы (или, альтернативно, силового вертлюга при роторном бурении) на поверхности и буровым долотом. Эта цепь секций буровых труб, по существу, составляет корпус бурильной колонны (хотя бурильная колонна включает и другие компоненты, такие как устройства ИПБ, устройства ГИПБ, буровые воротники, стабилизаторы, изогнутые переводники, забойный турбинный двигатель, муфта долота и буровое долото). Скважина глубиной 15000 футов (5472 м) обычно имеет 500 секций буровых труб, причем каждая секция имеет длину 30 футов (9,14 м). В операциях с проводными буровыми трубами некоторые или все секции буровых труб могут быть снабжены, в частности, при помощи помещения внутрь их стенок, проводимыми проводами для создания секций проводных труб, которые будут соединены между собой, чтобы создать линию связи между поверхностью и буровым инструментом. В 500 секциях буровых труб, также известных просто как трубы, имеются 1000 концов/заплечиков трубы, которые будут составлены или соединены вращением по резьбе с другими секциями труб, трубами, переводниками, и т.д. (все вместе "трубчатые элементы"). Каждый из этих концов трубы может включать коммуникационные соединители, такие как индуктивные коммутационные устройства, в частности тороидальные трансформаторы.

Очень большое число соединителей в бурильный колонне связано с надежностью системы проводных буровых труб. Коммерческая бурильная система, как ожидается, имеет среднее минимальное время между отказами системы (среднее время безотказной работы), приблизительно равное 500 часов или большее. Если один из соединителей проводов в системе проводных буровых труб откажет, тогда нарушается связь по этому коммуникационному каналу и с этим нарушается вся система телеметрии. Поэтому там, где имеется 500 секций проводных буровых труб в скважине глубиной 15000 футов (5472 м), каждая секция проводных буровых труб должна иметь среднее время безотказной работы не менее, приблизительно, 250000 часов (28,5 лет) для того, чтобы среднее время безотказной работы всей системы было равно 500 часам. Это означает, что каждая секция проводных буровых труб, должна была бы иметь частоту отказов меньше чем 4×10^-6 в час. Это требование вне возможностей современной технологии проводных буровых труб. Следовательно, желательно, если не возможно, упреждать вероятность отказов в системе проводных буровых труб.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание системы телеметрии для бурильной колонны, способной обойти места, связанные с нарушениями связи в проводных буровых трубах, применяющей технологию проводных буровых труб в сочетании с беспроводными интервалами бурильных колонн (например, беспроводные буровые трубы), особенно, где уже используются такие интервалы беспроводных бурильных колонн, и способной к беспроводной связи на или вблизи поверхности, чтобы не полагаться только на проводные системы в верхнем участке бурильной колонны.

В данном описании некоторым терминам дается определение по мере их первого использования, в то время как некоторые другие термины, использованные в этом описании, определены следующим образом:

"коммуникационный" означает, способный к проведению или передаче сигнала;

"коммуникационное соединение" означает соединение между двумя смежными трубчатыми элементами, типа смежных секций труб, по которым можно передать сигнал;

"коммуникационный канал" означает множество коммуникационно-соединенных трубчатых элементов, типа соединенных секций проводных буровых труб, или адаптерные переводники, соединенные кабелем, для передачи сигнала на расстояние ("коммуникационный канал" и "канал" используются здесь как синонимы);

"поверхностный компьютер" означает компьютер, приемопередатчик на поверхности и/или другие компоненты для обработки данных, переданных посредством сигналов;

"система телеметрии" означает, по меньшей мере, один коммуникационный канал плюс другие компоненты типа поверхностного компьютера, устройств ИПБ/ГИПБ, коммуникационных переводников и/или маршрутизаторов, требуемых для измерения, передачи и индикации/регистрации данных, полученных из скважины или через нее.

Согласно изобретению создан кабельный коммуникационный канал для бурильной колонны, содержащий, по меньшей мере, два адаптерных переводника, расположенных в бурильной колонне на расстоянии друг от друга, превышающем длину трех соединенных секций буровых труб, и кабель, соединяющий два адаптерных переводника для передачи сигнала между ними, при этом каждый адаптерный переводник включает промежуточный коммуникационный соединитель его концов и кабель, имеющий пару соединителей переводников, расположенных последовательно, причем каждый соединитель переводника имеет дополняющий коммуникационный соединитель, и выравнивание дополняющего коммуникационного соединителя с коммуникационным соединителем переводника адаптера устанавливает связь между ними.

Каждый адаптерный переводник может дополнительно включать внутреннюю кольцевую выемку, расположенную на предварительно определенном аксиальном расстоянии от коммуникационного соединителя, и каждый соединитель переводника дополнительно имеет защелку для сцепления с внутренней кольцевой выемкой одного из адаптерных переводников и расположения его дополняющего коммуникационного соединителя в выровненном положении с коммуникационным соединителем указанного одного из адаптерных переводников. Защелка каждого соединителя переводника может включать запирающую собачку, имеющую, по меньшей мере, один ключ для зацепления с круговой канавкой одного из адаптерных переводников, расположенный на предварительно определенном аксиальном расстоянии от дополняющего коммуникационного соединителя, посредством чего зацепление ключа с кольцевой выемкой одного из адаптерных переводников при расположении кабеля в бурильной колонне выравнивает дополняющий коммуникационный соединитель соединителя переводника с коммуникационным соединителем одного из адаптерных переводников и устанавливает связь между ними. Запирающая собачка может включать фиксирующую защелку.

Коммуникационные соединители и дополняющие коммуникационные соединители могут быть индуктивными коммутационными устройствами.

Канал может быть предназначен для установки альтернативного подсоединения к трубному коммуникационному каналу, образованному множеством секций проводных буровых труб, соединенных в бурильной колонне между двумя адаптерными переводниками, для передачи сигнала по бурильной колонне.

Канал может быть предназначен для бурильной колонны, имеющей беспроводную секцию, расположенную между двумя адаптерными переводниками, и способен устанавливать линию для передачи сигнала по беспроводной секции бурильной колонны. Беспроводная секция бурильной колонны может включать, по меньшей мере, одну секцию беспроводных буровых труб или, по меньшей мере, один беспроводной сервисный переводник.

Согласно изобретению создана система телеметрии для бурильной колонны, расположенной в скважине, содержащая множество секций проводных буровых труб в бурильной колонне, образующих первый коммуникационный канал, причем каждая из секций проводных буровых труб имеет первый коммуникационный соединитель на каждом ее конце или вблизи него, и первый кабель, соединяющий первые коммуникационные соединители, и пару адаптерных переводников, расположенных в бурильной колонне на расстоянии, превышающем длину трех соединенных секций буровых труб, причем каждый адаптерный переводник имеет второй коммуникационный соединитель на, по меньшей мере, одном из концов адаптерного переводника или вблизи него и приспособлен для подсоединения ко второму кабелю, расположенному в бурильной колонне, так, что второй кабель подключает пару адаптерных переводников для образования второго коммуникационного канала, один из адаптерных переводников, подсоединен в бурильной колонне так, что его второй коммуникационный соединитель является смежным первому коммуникационному соединителю одной из секций проводных буровых труб для подсоединения одного адаптерного переводника к одной секции проводных буровых труб для связи между ними, посредством чего первый коммуникационный канал подсоединяется для связи со вторым коммуникационным каналом для передачи сигналов по бурильной колонне.

Один адаптерный переводник может быть подсоединен между двумя секциями проводных буровых труб в бурильной колонне, посредством чего участок первого коммуникационного канала может обходиться вторым коммуникационным каналом.

Один адаптерный переводник может быть подсоединен между одной секцией проводных буровых труб и беспроводной секцией бурильной колонны, посредством чего беспроводная секция бурильной колонны преобразуется в кабельную секцию при помощи второго коммуникационного канала.

Беспроводная секция бурильной колонны может включать, по меньшей мере, одну секцию беспроводных буровых труб или, по меньшей мере, один беспроводной сервисный переводник.

Первые коммуникационные соединители секций проводных буровых труб и вторые коммуникационные соединители адаптерных переводников могут быть индуктивными коммутационными устройствами.

Система может дополнительно включать второй кабель, расположенный внутри бурильной колонны для подсоединения пары адаптерных переводников для образования второго коммуникационного канала, подсоединенного для связи с первым коммуникационным каналом.

Каждый адаптерный переводник может включать третий промежуточный коммуникационный соединитель вторых коммуникационных соединителей, и второй кабель имеет пару последовательных соединителей переводника на нем, каждый из которых имеет четвертый коммуникационный соединитель, который выравнивается с третьим коммуникационным соединителем одного адаптерного переводника для установления связи между первым коммуникационным и вторым коммуникационным каналами.

Каждый адаптерный переводник может дополнительно включать внутреннюю кольцевую выемку, расположенную на предварительно определенном осевом расстоянии от коммуникационного третьего соединителя, и каждый соединитель переводника дополнительно имеет защелку для зацепления с внутренней кольцевой выемкой адаптерного переводника и позиционирования его четвертого коммуникационного соединителя для выравнивания с третьим коммуникационным соединителем сцепленного адаптерного переводника. Защелка каждого соединителя переводника может включать запирающую собачку, имеющую, по меньшей мере, один ключ для зацепления с внутренней кольцевой выемкой одного из адаптерных переводников, расположенный на предварительно определенном осевом расстоянии от коммуникационного четвертого соединителя каждого соединителя, при этом зацепление ключом кольцевой выемки адаптерного переводника при расположении кабеля в бурильной колонне выравнивает четвертый коммуникационный соединитель соединителя переводника с третьим коммуникационным соединителем сцепленного переводника адаптера и устанавливает связь между ними. Запирающая собачка может включать фиксирующую защелку.

Третьи и четвертые соединители могут быть индуктивными коммутационными устройствами.

Система может включать множество адаптерных переводников, расположенных на расстоянии друг от друга в бурильной колонне, причем каждый из адаптерных переводников приспособлен для соединения со вторым кабелем, расположенным в бурильной колонне, так, что второй кабель способен подключить, по меньшей мере, два из адаптерных переводников для образования второго коммуникационного канала, причем один из адаптерных переводников подсоединен в бурильной колонне так, что его второй коммуникационный соединитель является смежным первому коммуникационному соединителю, одной из секций проводных буровых труб для подсоединения одного адаптерного переводника к одной секции проводных буровых труб для связи между ними, посредством чего первый коммуникационный канал соединяется для связи со вторым коммуникационным каналом.

Система может дополнительно включать второй кабель, расположенный внутри бурильной колонны, для подсоединения одного адаптерного переводника и, по меньшей мере, еще одного из множества адаптерных переводников для образования второго коммуникационного канала, подсоединенного для связи к первому коммуникационному каналу.

Система может дополнительно включать измерительное устройство, расположенное в нижней секции бурильной колонны, поверхностный компьютер для обработки данных, полученных измерительным устройством, первый коммуникационный переводник, расположенный в верхней секции бурильной колонны или над ней для связи с поверхностным компьютером, второй коммуникационный переводник, расположенный в нижней секции бурильной колонны для связи с измерительным устройством, первый коммуникационный канал, образующий, по меньшей мере, участок действующего коммуникационного соединения между скважинным и поверхностным коммуникационными переводниками. Измерительное устройство может быть адаптерным переводником.

Система может дополнительно включать второй кабель, расположенный внутри бурильной колонны и соединенный через пару адаптерных переводников с образованием второго коммуникационного канала, подсоединенный для связи с первым коммуникационным каналом и образующий, по меньшей мере, участок действующего коммуникационного соединения между скважинным и поверхностным коммуникационными переводниками.

Первый коммуникационный переводник может быть расположен ниже секции ведущей бурильной трубы в бурильной колонне, выше секции ведущей бурильной трубы в бурильной колонне, ниже силового вертлюга, поддерживающего бурильную колонну, внутри силового вертлюга, поддерживающего бурильную колонну.

Первый коммуникационный переводник может включать вращающийся трансформатор, контактное кольцо, первый коммуникационный переводник включает первый беспроводной приемопередатчик в проводной связи с первым коммуникационным каналом.

Система может дополнительно включать второй беспроводной приемопередатчик в проводной связи с поверхностным компьютером, причем первые и вторые беспроводные приемопередатчики приспособлены для беспроводной связи между ними.

Второй беспроводной приемопередатчик может быть расположен в линии бурового раствора между приемной емкостью для хранения бурового раствора и скважиной.

Первый коммуникационный переводник может включать модем проводных буровых труб в проводной связи с первым коммуникационным каналом, беспроводной модем в проводной связи с модемом проводных буровых труб и источник питания, приводящий в действие модемы.

Источник питания может включать, по меньшей мере, одну батарею.

Согласно изобретению создан способ бурения скважин, включающий следующие этапы:

бурение скважины с использованием бурильной колонны;

получение данных по скважине в процессе бурении с использованием измерительного устройства, расположенного в бурильной колонне;

передача данных, полученных по скважине, на поверхность через коммуникационный канал, образованный, по меньшей мере, двумя адаптерными переводниками, расположенными в бурильной колонне на расстоянии, которое превышает длину трех соединенных секций буровых труб, и кабелем, соединяющим адаптерные переводники, для передачи сигналов между адаптерными переводниками;

передача данных, полученных по скважине, на поверхность через другой коммуникационный канал, образованный множеством соединенных секций проводных буровых труб;

передача данных, полученных по скважине, на поверхность через третий коммуникационный канал, образованный поверхностным коммуникационным переводником с кабелем для связи с соединенными проводными секциями буровых труб, причем поверхностный коммуникационный переводник передает данные, полученные по скважине, проводным соединенным секциям буровых труб на поверхностный компьютер для обработки.

Поверхностный коммуникационный переводник может использовать беспроводной приемопередатчик для передачи данных, полученных по скважине, на поверхностный компьютер.

Согласно другому варианту способ бурения скважин включает следующие этапы:

бурение скважин с использованием бурильной колонны, имеющей множество адаптерных переводников, расположенных в ней, причем последовательные адаптерные переводники отделены друг от друга, по меньшей мере, четырьмя соединенными проводными секциями буровых труб, и адаптерные переводники и проводные секции буровых труб вместе образуют первый коммуникационный канал;

получение данных по скважине в процессе бурения с использованием измерительного устройства, расположенного в бурильной колонне;

передача данных, полученных по скважине, на поверхность через первый коммуникационный канал;

после обнаружения наличия нарушения связи в первом коммуникационном канале связи расположение кабеля внутри бурильной колонны, имеющей пару разнесенных соединителей переводника, связанных последовательно по кабелю для установления связи с соответствующей парой последовательных адаптерных переводников, посредством чего устанавливается второй коммуникационный канал с такой связью, которая обходит соединенные проводные секции буровых труб между парой последовательных адаптерных переводников.

Способ может дополнительно включать следующие этапы:

определение, находится ли нарушение связи в пределах участка адаптерных переводников включал третий промежуточный коммуникационный соединитель вторых коммуникационных соединителей. При этом второй кабель имеет пару последовательных соединителей переводника. Каждый из соединителей переводника имеет четвертый коммуникационный соединитель, посредством которого выравнивание четвертого коммуникационного соединителя с третьим коммуникационным соединителем адаптерного переводника устанавливает связь между ними.

Объекты изобретения станут более понятными из следующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1А изображает вид сбоку бурильной колонны, имеющей систему телеметрии, которая включает трубный и кабельный коммуникационные каналы в соответствии с одним из объектов настоящего изобретения;

фиг.1В подробно изображает участок бурильной колонны фиг.1, иллюстрируя, в частности, использование кабельного коммуникационного канала как обхода в случае нарушения связи в трубном коммуникационном канале;

фиг.1C подробно изображает участок альтернативной конфигурации бурильной колонны, иллюстрируя, в частности, использование кабельного коммуникационного канала для преобразования беспроводного интервала бурильной колонны в кабельный интервал для передачи по нему сигналов;

фиг.2А изображает вид сбоку с частичным разрезом соединителя кабельного переводника, введенного в зацепление с адаптерным переводником для образования кабельного коммуникационного канала согласно одному объекту настоящего изобретения;

фиг.2В - вид сбоку, подобный фиг.2А, за исключением того, что соединитель переводника оборудован электронной аппаратурой для выполнения модуляции сигнала в скважине;

фиг.3 - вид сбоку разреза секции проводной буровой трубы в бурильной колонне;

фиг.4 - детальный вид с частичным разрезом закрытой головки секции проводной буровой трубы, установленной для соединения с ниппельным концом другого трубчатого элемента, в соответствии с фиг.3;

фиг.5 - детальный вид в разрезе части закрытой головки и ниппельного конца, изображенного на фиг.4 после составления этих двух деталей в бурильную колонну;

фиг.6 - вид в разрезе индуктивного вращающего разъема, применяющегося в системе телеметрии согласно одному объекту существующего изобретения;

фиг.7А - блок-схему поверхностного коммуникационного канала согласно одному объекту существующего изобретения;

фиг.7В - блок-схему скважинного коммуникационного канала согласно другому объекту существующего изобретения;

фиг.8 - вид сбоку бурильной колонны, имеющей систему телеметрии, включающую трубный коммуникационный канал, кабельный коммуникационный канал и беспроводной коммуникационный канал в соответствии с одним объектом настоящего изобретения;

фиг.9 - блок-схему принятия решения для способа бурения скважин согласно одному объекту существующего изобретения.

фиг.10 - блок-схему принятия решения для способа бурения скважин согласно одному объекту существующего изобретения.

Фиг.1А изображает бурильную колонну 6, которая использует систему 100 телеметрии в соответствии с одним из объектов настоящего изобретения. Бурильная колонна 6 включает множество трубчатых секций (описанных ниже), подвешенных на буровой установке на платформе 10 посредством талевого блока (не показан) и крюка 18. Верхний конец бурильной колонны 6 образован секцией ведущей бурильной трубы 17 (самым верхним трубчатым элементом в колонне), которая проходит через стандартное устройство для передачи вращающего момента, которое включает роторный стол буровой установки 16, применяемый для привода во вращение секции ведущей бурильной трубы со всей бурильной колонной 6. Вертлюг 19 соединяет крюк 18 с ведущей бурильной трубой 17 и позволяет вращаться ведущей бурильной трубе и бурильной колонне 6 относительно крюка.

Нижний конец бурильной колонны заканчивается буровым долотом 15, которым бурится формация F для проходки скважины 7. В компоновке для роторного бурения, описанного выше, буровое долото соединено для вращения с бурильной колонной 6.

Бурильная колонна 6 может иначе использоваться в компоновке "верхнего привода" (также хорошо известной), где силовой вертлюг вращает бурильную колонну вместо ведущей бурильной трубы и роторного стола. Специалистам в этой области также ясно, что буровые работы с "соскальзыванием" можно производить другим способом с использованием хорошо известного двигателя для бурового раствора типа Moineau, который преобразовывает гидравлическую энергию бурового раствора, который закачивается из приемной емкости для хранения бурового раствора вниз через бурильную колонну 6 с целью создания вращающего момента для вращения бурового долота. Бурение может, кроме того, производиться с помощью и так называемых систем "роторного направленного бурения", которые хорошо известны в этой области техники. Различные объекты настоящего изобретения приспособлены к каждой из этих технологий и не ограничены роторным бурением, хотя такое оборудование и способы будут описаны здесь для иллюстративных целей.

Как показано на фиг.1А-1С и 2А, система 100 телеметрии в бурильной колонне включает кабельный коммуникационный канал 5b, имеющий, по меньшей мере, два разнесенных адаптерных переводника (например, 9а, 9b, 9с) внутри бурильной колонны и кабель 112, соединяющий эти два адаптерных переводника 9а, 9b, для передачи сигнала между ними. В частности, как показано на фиг.2А-2В, каждый из адаптерных переводников (обозначенных просто как 9) кабельного коммуникационного канала 5b, включающего промежуточный коммуникационный соединитель 114, расположенный между его концами, и внутреннюю кольцевую выемку 116, расположенную на предварительно определенном аксиальном расстоянии d1 от коммуникационного соединителя 114. Коммуникационный соединитель 114 имеет проводку для связи по кабелю 115, позволяя адаптерному переводнику 9 также служить в качестве компонента в трубном коммуникационном канале 5а (описанном ниже).

Кабель 112 включает защитный наружный слой 113, несущий нагрузку, и, по меньшей мере, пару проводов 112а, 112b по его длине. Кабель 112 также содержит пару подсоединенных механически и коммуникационно обычно цилиндрических соединителей 118 переводника, которые расположены на расстоянии друг от друга и связаны друг с другом последовательно через наружное покрытие кабеля 113 и по коммуникационным проводам 112а, 112b. Каждый из соединителей 118 имеет дополняющий коммуникационный соединитель 120, подсоединенный кабельными проводами 112а, 112b, и запирающую собачку 122, имеющую, по меньшей мере, один ключ 124, смещаемый наружу спиральной пружиной 126 для его зацепления с кольцевой выемкой 116 одного из адаптерных переводников 9. Специалистам в данной области также ясно, что другое известное механическое средство для хорошего закрепления устройства на кабеле в трубчатом элементе в бурильной колонне может с успехом использовать тип механизма защелки фиксатора, раскрытого в патенте США №5971072, выданном Хаберу и др., анкеровочную систему с ключами, раскрытую в патенте США №4901060, принадлежащем Венерузо, так же как другие известные защелкивающиеся устройства (например, фрикционный тормоз/стопор, роликовый тормоз, магнитный стопор).

Предпочтительно, чтобы в запирающей собачке была использована защелка "фиксатора", которая допускает зацепление и разъединение при приложении предопределенного усилия. В случае зацепления необходимое усилие прикладывается за счет веса кабеля 112 и соединителя (или соединителей) 118. Для разъединения необходимое усилие прилагается за счет натяжения кабеля 112 лебедкой, установленной на грузовике, трейлере или платформе на поверхности.

Ключ 124 расположен вдоль соединителя 118 на предварительно определенном аксиальном расстоянии d1 от дополняющего коммуникационного соединителя 120. В этой компоновке, когда кабель 112 расположен внутри бурильной колонны для опускания одного или нескольких соединителей 118 внутрь адаптерных переводников 9, зацепление ключом 124 одного из соединителей 118 с кольцевой выемкой 116 одного из адаптерных переводников 9 вертикально выравнивает дополняющий коммуникационный соединитель 120 с коммуникационным соединителем 114 одного адаптерного переводника 9 для установления связи между одним адаптерным переводником 9 и соединителем 118 переводника. Этим способом сигнал может быть передан между кабелем 112 и бурильной колонной 6, содержащей адаптерный переводник 9. Коммуникационный соединитель 114 и дополняющий коммуникационный соединитель 120 предпочтительно являются индуктивными коммутационными устройствами, которые известны в этой области техники (см. ниже также относящееся к этому описание).

Специалистам в данной области техники ясно, что эффективная связь может также быть установлена пассивным позиционированием, используя только кабель 112. Другими словами, использование позитивных защелкивающих средств для позиционирования соединителей 118 переводника внутри адаптерного переводника 9 является несущественным признаком настоящего изобретения, хотя в настоящее время такой способ предпочтителен.

Фиг.2В показывает соединитель 118 переводника, оборудованный электронным модулем 119 для выполнения одной или нескольких функций типа переключения, усиления сигналов, согласования импедансов, или сигнальной модуляции/демодуляции сигналов.

Как показано на фиг.1В, видно, что кабельный коммуникационный канал 5b может с успехом применяться в бурильной колонне 6, где множество секций 8 проводных буровых труб соединены внутри бурильной колонны между двумя адаптерными переводниками 9а, 9b для образования трубного коммуникационного канала 5а. В этом применении, кабельный коммуникационный канал 5b устанавливает альтернативную линию связи к трубному коммуникационному каналу 5а для передачи сигнала через бурильную колонну 6. Таким образом, когда нарушение связи в трубной системе (то есть в системе проводных буровых труб) происходит в секции 8f, телеметрия бурильной колонны поддерживается за счет установления кабельного коммуникационного канала 5b, как описано здесь.

Фиг.1C демонстрирует кабельный коммуникационный канал 5b, с успехом используемый в бурильной колонне, где беспроводная секция бурильной колонны 6 расположена между двумя адаптерными переводниками 9а', 9b'. Этим способом кабельный коммуникационный канал 5b устанавливает путь передачи сигнала через беспроводную секцию бурильной колонны, посредством чего беспроводная секция преобразована в кабельную секцию. Беспроводная секция бурильной колонны может включить одну или несколько стандартных (то есть беспроводных) секций и буровых труб 4 или, альтернативно, один или несколько беспроводных сервисных переводников типа буровых воротников, стабилизаторов, ясов, изогнутых переводников и т.д. В этом смысле, кабельный коммуникационный канал (на который здесь также ссылаются как на второй коммуникационный канал) образует так называемую "гибридную" систему телеметрии.

Трубный коммуникационный канал (также упомянутый здесь как первый коммуникационный канал) 5а, образованный множеством секций проводных буровых труб, будет теперь описан более детально. Один тип такой секции, как раскрыто в патенте США №2002/0193004, созданном Боувлом и др. и переданном правопреемнику настоящего изобретения, использует первые коммуникационные соединители - предпочтительно индуктивные коммутационные устройства - чтобы передавать сигналы через эти секции. Индуктивное коммутационное устройство в этих секциях, согласно Боувлу и др., включает трансформатор, который имеет тороидальный сердечник из материала с высокой магнитной проницаемостью и с низким затуханием типа супермаллоя (который является никележелезным сплавом, обработанным для получения исключительно высокой начальной магнитной проницаемости и подходящим для применения в трансформаторах с низким уровнем сигналов). Обмотка, состоящая из многочисленных витков изолированного провода, намотана вокруг тороидального сердечника для создания тороидального трансформатора. В одной компоновке тороидальный трансформатор герметизирован в каучуке или другими изолирующими материалами, и собранный трансформатор вставлен в паз, расположенный на соединении буровой трубы.

На фиг.3-5 показано, что секция 210 имеет первые коммуникационные соединители 221, 231 в соответствующем конце 241 закрытой головки 222 или около него и в конце 234 ниппельной головки 232. Первый кабель 214 проходит через цепь 213 для подключения первых коммуникационных соединителей 221, 231 способом, который будет описан ниже.

Секция 210 проводных буровых труб оборудована удлиненным трубчатым хвостовиком 211, имеющим осевой канал 212, закрытую головку 222, ниппельный конец 232 и первый кабель 214, проходящий от закрытой головки 222 к ниппельному концу 232. Первая токовая петля индуктивного коммутационного элемента 221 (например, тороидальный трансформатор) и такая же вторая токовая петля индуктивного коммутационного элемента 231 расположена в закрытой головке 222 и ниппельном конце 232 соответственно. Первая токовая петля индуктивного коммутационного элемента 221, вторая токовая петля индуктивного коммутационного элемента 231 и первый кабель 214 совместно обеспечивают коммуникационный канал по длине каждой секции проводных буровых труб. Индуктивное коммутационное устройство (или коммуникационное соединение) 220 на плоскости соединения двух указанных секций показано, как состоящее из первого индуктивного коммутационного элемента 221 в секции 210 и из второй токовой петли индуктивного коммутационного элемента 231' на следующем трубчатом элементе (которым может быть другая секция проводных буровых труб или адаптерный переводник 9а, как описано выше). Специалистам в данной области техники ясно, что в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения системы 100 телеметрии, индуктивные элементы индуктивного коммутационного устройства могут быть заменены другими устройствами, выполняющими подобную коммуникационную функцию, например типа прямых электроконтактных соединений, раскрытых в патенте США №4126848, принадлежащем Денисону.

Фиг.4 и 5 изображают индуктивное коммутационное устройство или коммуникационное соединение 220, показанное на фиг.3, более детально. Закрытая головка 222 имеет внутреннюю резьбу 223 и кольцевой внутренний выступ для замыкания контактов 224, имеющий первый паз 225, в котором расположен первый тороидальный трансформатор 226. Тороидальный трансформатор 226 соединен с кабелем 214. Точно так же ниппельный конец 232' смежного проводного трубчатого элемента (например, другой секции проводных буровых труб или адаптерного переводника 9а) имеет наружную резьбу 233', и кольцевой внутренний конец контактирующей трубы 234' имеет второй паз 235', в котором расположен второй тороидальный трансформатор 236'. Второй тороидальный трансформатор 236' соединен со вторым кабелем 214' смежного трубчатого элемента 9а. Пазы 225 и 235' могут быть плакированы материалом с высокой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью (например, медью), чтобы повысить эффективность индуктивной связи.

Когда закрытая головка 222 из одной из секций проводных буровых труб соединена с ниппельным концом 232' смежного трубчатого элемента (например, с другой секцией или с адаптерным переводником 9а), образуется коммуникационное соединение. Фиг.5 показывает разрез участка образовавшейся поверхности раздела, в которой противостоящая пара индуктивных коммутационных устройств (то