Забойная телеметрическая система с наддолотным модулем и способ беспроводной передачи ее данных на земную поверхность

Забойная телеметрическая система с наддолотным модулем и способ беспроводной передачи ее данных на земную поверхность

Реферат

Группа изобретений относится к области бурения скважин и предназначена для передачи забойной информации на земную поверхность по электромагнитному каналу связи.

Известен беспроводной телеметрический канал связи забой-устье, содержащий электрический разделитель, установленный над турбобуром, образующий передающий диполь для передачи электромагнитного сигнала с забоя скважины на земную поверхность. Одним из факторов, влияющих на дальность передачи сигнала, является длина нижнего электрода. Удаление электрического разделителя от турбобура с целью удлинения нижнего излучающего электрода позволяет улучшить согласование передатчика с нагрузкой и при длине нижнего электрода 100 м дает возможность получить выигрыш в дальности на 10% в низкоомном разрезе и на 27% в высокоомном (Молчанов А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: Недра, 1983 - С.6-7 и 31-35).

Известна геофизическая телеметрическая система (телесистема) передачи скважинных данных (пат. РФ №2229733, E21B 47/12, приор. 23.03.1999 г., публ. заявки 20.01.2001 г.). Телеметрическая система содержит изоляционный трубный элемент, отделяющий нижнюю часть бурильных труб вместе с турбобуром от основной колонны бурильных труб, ключевой элемент, управляемый кодовым сигналом скважинной аппаратуры, наземную часть, содержащую электрод заземления, силовой источник электрического питания канала связи и блок приема кодированной информации. Ключевой элемент подключен параллельно изоляционному трубному элементу. В колонну бурильных труб может быть установлен дополнительный разделяющий колонну бурильных труб изоляционный элемент с соответствующим ключевым элементом, подключенным параллельно дополнительному изоляционному элементу и управляемым кодовым сигналом скважинной аппаратуры.

Дополнительный изоляционный трубный элемент, отделяющий от основной буровой колонны больший отрезок бурильных труб, вводится для повышения дальности системы передачи данных. Синхронное кодирующее устройство через управляющий вход замыкает и размыкает соответствующий ключевой элемент, за счет чего происходит удлинение коммутируемой части буровой колонны, а соответственно, и увеличение глубины модуляции тока, что позволяет увеличить дальность канала связи.

Известное устройство предназначено для работы с телеметрической системой, устанавливаемой в удаленной от долота части бурильной колонны, и не оснащено отдельным наддолотным модулем со своим беспроводным электромагнитным каналом связи с базовой телесистемой, что снижает информативность и точность проводки скважины из-за удаленности датчиков телесистемы от долота.

Известна забойная телеметрическая система, оснащенная наддолотным модулем (НДМ) с беспроводным электромагнитным каналом связи. Телесистема включает корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом непосредственно над долотом установлен НДМ, соединенный с валом забойного двигателя и состоящий из корпуса с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса. В корпусе расположены электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, а в модуль передающего устройства телесистемы введено приемно-обрабатывающее устройство, осуществляющее прием сигналов от наддолотного модуля (пат. РФ на полезную модель №27839, публ. 20.02.2003 г.) (прототип к заявленному устройству).

Измеряемые НДМ параметры кодируются и передаются путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи на электрический разделитель базовой телесистемы, где принимаются, усиливаются, фильтруются, декодируются и вместе с другими параметрами, измеряемыми базовой телесистемой, передаются на поверхность (Развитие забойных телесистем с электромагнитным каналом связи. / В.П. Чупров, А.В. Бельков, А.А. Бикинеев, Ф.С. Камалетдинов, Р.А. Шайхутдинов, С.Н. Шибанов. // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2003 г. - Вып.113. - С.37-38) (Прототип к заявленному способу).

Качество и надежность связи между НДМ и базовой телесистемой обеспечивается при условии, что установка в бурильной колонне электрического разделителя базовой телесистемы, на которую НДМ передает сигнал, произведена в непосредственной близости от него (над турбобуром).

Однако в этом случае наблюдается ослабление сигнала, передаваемого с диполя электрического разделителя базовой телесистемы на поверхность, из-за уменьшения длины нижнего плеча диполя (Молчанов А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. - М.: Недра, 1983. - С.6-7 и 31-35).

Задача настоящего изобретения заключается в создании средств, позволяющих обеспечить надежность передачи информационных данных от НДМ на базовую телесистему и далее на земную поверхность.

Указанная задача решается тем, что в способе беспроводной передачи на земную поверхность данных забойной телеметрической системой (базовая телесистема) с наддолотным модулем (НДМ), включающем измерение НДМ забойных параметров, кодирование и передачу сигналов путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи, прием этих сигналов базовой телесистемой, где их усиливают, фильтруют, декодируют и вместе с другими параметрами, измеряемыми базовой телесистемой, передают на земную поверхность при помощи электрического разделителя базовой телесистемы, устанавливают в непосредственной близости от НДМ дополнительный электрический разделитель с ключевым элементом, управляемым базовой телесистемой, и осуществляют с его помощью прием сигналов, излучаемых электродом НДМ, при этом ключевым элементом размыкают электроды диполя, образованного дополнительным электрическим разделителем, а при передаче сигналов базовой телесистемой ключевым элементом указанные электроды замыкают.

Указанная задача решается тем, что забойная телеметрическая система (базовая телесистема) с наддолотным модулем (НДМ), включающая корпус, блок питания, измерительные модули, передающий блок, осуществляющий передачу забойных данных на земную поверхность, приемный блок, осуществляющий прием сигналов от излучающего электрода НДМ, основной электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над базовой телесистемой, снабжена размещаемым в непосредственной близости от НДМ дополнительным электрическим разделителем с ключевым элементом, управляемым базовой телесистемой, при этом электроды диполя, образованного основным электрическим разделителем, соединены с передающим блоком базовой телесистемы, а электроды диполя, образованного дополнительным электрическим разделителем - с приемным блоком базовой телесистемы.

На прилагаемой фигуре изображена блок-схема размещения в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) базовой телесистемы с НДМ, электрического разделителя базовой телесистемы и дополнительного электрического разделителя.

Устройство содержит: немагнитную утяжеленную бурильную трубу (УБТ) 1, долото 2, непосредственно над которым размещен НДМ 3. В непосредственной близости от НДМ 3 над турбобуром 4 установлен дополнительный электрический разделитель 5 с ключевым элементом 6, имеющим контакты 7 и 8 с верхним и нижним электродами диполя, образованного указанным разделителем 5. Базовая телесистема 9, включающая измерительные модули (на фигуре не показаны), передающий блок 10, осуществляющий передачу забойных параметров на земную поверхность, приемный блок 11, осуществляющий прием сигналов от излучающего электрода НДМ 3, и блок управления 12 ключевым элементом 6, помещена в верхней части КНБК, где установлен непосредственно над базовой телесистемой основной электрический разделитель 13, имеющий нижний 14 и верхний 15 электроды, соединенные с передающим блоком 10.

Линия «А» обозначает направление действия электромагнитного канала связи между НДМ 3 и приемным блоком 11 базовой телесистемы 9 с приемной дипольной антенной, образованной дополнительным электрическим разделителем 5 («НДМ-базовая телесистема»).

Линия «Б» обозначает направление действия электромагнитного канала связи, образованного при помощи диполя основного электрического разделителя 13 («забой-устье»).

Осуществление способа раскрывается во время работы устройства: измеряемые НДМ 3 параметры кодируются и передаются путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи «НДМ-базовая телесистема» на дополнительный электрический разделитель 5. Во время передачи сигналов от НДМ ключ 6 разомкнут, контакты 7 и 8 также разъединены, и указанный разделитель 5 функционирует как приемная антенна приемного блока 11 базовой телесистемы 9, где сигналы принимаются, усиливаются, фильтруются, декодируются и вместе с другими параметрами, измеряемыми базовой телесистемой, передаются на земную поверхность при помощи диполя, образованного основным электрическим разделителем 13, соединенным своими электродами 14 и 15 с передающим блоком 10. Во время передачи по электромагнитному каналу связи «забой-устье», образованному основным электрическим разделителем 13, ключ 6 замыкается, контакты 7 и 8 тоже замыкаются и длина нижнего электрода диполя, образованного основным электрическим разделителем 13, увеличивается за счет присоединения нижней части КНБК. Таким образом, достигается высокий уровень передаваемой мощности сигнала от базовой телесистемы 9. Ключ 6 управляется кодированными сигналами базовой телесистемы 9 при помощи ее блока управления 12. При этом процесс передачи забойных параметров разделен во времени на два периода: передача сигналов от НДМ 3 в приемный блок 11 по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи «НДМ-базовая телесистема» при разомкнутом ключе 6 и передача сигналов от базовой телесистемы 9 по электромагнитному каналу связи «забой-устье» при замкнутом ключе 6, действия которого контролируются блоком управления 12.

1. Способ беспроводной передачи на земную поверхность данных забойной телеметрической системой (базовая телесистема) с наддолотным модулем (НДМ), включающий измерение НДМ забойных параметров, кодирование и передачу сигналов путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи, прием этих сигналов базовой телесистемой и передачу на поверхность при помощи электрического разделителя базовой телесистемы, отличающийся тем, что устанавливают в непосредственной близости от НДМ дополнительный электрический разделитель с ключевым элементом, управляемым базовой телесистемой, и осуществляют с его помощью прием сигналов, излучаемых электродом НДМ, при этом ключевым элементом размыкают электроды диполя, образованного дополнительным электрическим разделителем, а при передаче сигналов базовой телесистемой ключевым элементом указанные электроды замыкают.

2. Забойная телеметрическая система (базовая телесистема) с наддолотным модулем (НДМ), включающая корпус, блок питания, измерительные модули, передающий блок, осуществляющий передачу забойных данных на поверхность, приемный блок, осуществляющий прием сигналов от излучающего электрода НДМ, основной электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, отличающаяся тем, что снабжена размещаемым в непосредственной близости от НДМ дополнительным электрическим разделителем с ключевым элементом, управляемым базовой телесистемой, при этом электроды диполя, образованного основным электрическим разделителем, соединены с передающим блоком, а электроды диполя, образованного дополнительным электрическим разделителем - с приемным блоком базовой телесистемы.