СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПАКЕТОВ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ БЕСКАБЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ
METHOD OF GENERATING DATA PACKETS OF CABLE-FREE TELEMETRIC SYSTEM MEASUREMENTS WHEN WELL-DRILLING

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к забойным телеметрическим системам с бескабельным каналом связи, и может быть использовано при формировании пакетов данных измерений телеметрической системы для передачи информации с забоя буровой скважины на поверхность.
Известен способ формирования пакетов данных, реализованный в телеметрической системе ЗИС-4 («Система забойная инклинометрическая ЗИС-4». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. АХА 2.788.003 ТО, ВНИИГИС, 1988 г., стр.2, 6, 10, 12, 13).
Способ включает кодирование каждых четырех бит информации шумоподобным сигналом (ШПС) длиной 16 бит и передачу закодированной таким образом информации с помощью фазоманипулированного сигнала. Каждый пакет данных содержит синхронизирующую последовательность (синхропосылку S), значения зенита (Z), азимута (А), отклонителя (О) и дополнительный параметр Д.
Известный способ имеет недостаточное количество информационных каналов (передает только четыре параметра: три основных - зенит, азимут, отклонитель и один дополнительный каротажный параметр). В некоторых же случаях (в частности, при горизонтальном бурении) наиболее информативными являются каротажные параметры (кажущееся сопротивление, уровень гамма-фона), необходимые для строительства скважины. Так же указанным способом недостаточно часто передается параметр отклонителя, являющийся очень важным при проведении направленного бурения. Кроме того, способ не обеспечивает возможность контроля направления бурения при наличии магнитных масс по оси прибора и возможность передачи диагностической информации о состоянии прибора.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение информативности передачи параметров, обеспечение возможности передачи диагностической информации о состоянии прибора и возможности контроля направления бурения при наличии магнитных масс по оси прибора.
O
1
2
3
4
С
1
1
2
2
3
3
4
1
2
3
О
С
С
С
С
О
1
2
3
Решение поставленной задачи достигнуто тем, что в способе формирования пакетов данных измерений бескабельной телеметрической системы в процессе бурения скважины, включающем кодирование каждых четырех бит информации шумоподобным сигналом (ШПС) длиной 16 бит, передачу информации с помощью фазоманипулированного сигнала, причем каждый передаваемый пакет содержит синхропосылку (S), зенит (Z), азимут (А), отклонитель (О) и дополнительный параметр (Д), передача информации происходит блоками, содержащими два типа пакетов: обычный пакет (П) S-O-Z-O-А-О-Д(К)-O и специальные пакеты (П) S-O-K-O-K-O-K-O, где К - значение каротажного параметра, передаваемого по дополнительному каналу, K - значение каротажного параметра, передаваемое по каналу зенита, К - значение каротажного параметра, передаваемое по каналу азимута, К - значение каротажного параметра, передаваемое в дополнительном канале. Каждый блок информации содержит один обычный пакет П и три специальных пакета П, чередующиеся в порядке П-П-П-П. Значения каротажных параметров K и К имеют диапазон одиннадцать бит, а К - восемь бит, при этом старший бит кода канала зенита служит признаком передачи специального пакета, содержащего три значения каротажного параметра. Обычный пакет может содержать инклинометрические данные о зените и отклонителе, рассчитанные по гравитационным компонентам, и азимуте, определенном по магнитным компонентам, или инклинометрические данные, рассчитанные по методу компенсации магнитных помех (МКМП). Признаком перехода в режим МКМП служит девятый бит канала азимута. Передача данных, замеренных в «статике», происходит блоками: первые три пакета содержат инклинометрические данные о зените и отклонителе, рассчитанные по гравитационным компонентам, и азимуте, определенном по магнитным компонентам, а последующие три пакета - данные, рассчитанные по методу компенсации магнитных помех (МКМП), при этом по каналу зенита передается оценка ошибки расчета осевой составляющей вектора магнитного поля. При передаче данных, рассчитанных по методу компенсации магнитных помех (МКМП), по каналу зенита десятью младшими битами передается оценка ошибки расчета осевой составляющей вектора магнитного поля, а десятый бит канала зенита служит признаком передачи данных, замеренных в «статике» по МКМП. По каналам зенита и азимута может быть передано сообщение о превышении допустимого уровня вибрации.
Способ осуществляется следующим образом.
Телеметрическая система может работать в двух режимах измерения, которые условно называются «динамика» и «статика».
Замеры в «динамике» производятся непрерывно во время работы генератора телесистемы, т.е. во время работы буровых насосов и циркуляции буровой жидкости. Данные о замерах непрерывно передаются на поверхность, что позволяет проводить направленное бурение. Во время бурения телесистема подвергается значительной вибрации, и вращению вокруг своей оси, что приводит к колебаниям значений измеряемых инклинометрических параметров - зенита, азимута и отклонителя.
1
2
3
4
Достоверность значений инклинометрических параметров в «динамике» подтверждается данными замера в «статике». Замер в «статике» выполняется всякий раз, когда насосы останавливаются. После возобновления циркуляции эти данные передаются в первых трех пакетах, при этом в дополнительном канале передаются признаки передачи данных, замеренных в «статике» (St): S-O-Z-O-A-OД(St)-О. В основном режиме работы зенит и отклонитель рассчитываются по гравитационным компонентам (акселерометром), а азимут определяется по магнитным компонентам (магнитометром).
Далее идет передача трех пакетов, содержащих данные «статики», определенные по методу компенсации магнитных помех (МКМП), который использует расчетные значения компонентов магнитного поля, определенные путем моделирования магнитного поля Земли. При этом по каналу зенита вместо младших десяти бит зенита (с 0 по 9 бит) передается оценка ошибки расчета осевой составляющей вектора магнитного поля (Оц), а десятый бит канала зенита служит признаком передачи статических данных, определенных по МКМП. По каналу азимута передается азимут, вычисленный по МКМП:
1
2
МКМП
3
4
S-O-Оц-O-А-О-Д(St)-O
После передачи данных «статики» начинается передача данных о зените, азимуте, отклонителе и каротажных параметрах, замеренных в «динамике» (во время бурения) в одном из пакетов:
- обычном
S-O<sub>1</sub>-Z-O<sub>2</sub>-А-О<sub>3</sub>-Д(К)-O<sub>4</sub>
- специальном
S-O<sub>1</sub>-K<sub>1</sub>-O<sub>2</sub>-K<sub>2</sub>-O<sub>3</sub>-K<sub>3</sub>-O<sub>4</sub>.
При этом в обычном пакете могут быть переданы инклинометрические данные, определенные «в динамике» основным методом (зенит и отклонитель рассчитываются по гравитационным компонентам, а азимут определяется по магнитным компонентам) или рассчитанные с помощью МКМП. Переключение прибора на режим работы по МКМП происходит в случае невозможности работы из-за наличия магнитных масс по оси прибора. Признаком перехода в этот режим служит девятый бит канала азимута.
1
2
3
4
В обычном пакете S-O-Z-O-А-О-Д(К)-O каротажный параметр К (кажущееся сопротивление, гамма-фон) передается по дополнительному каналу Д и имеет диапазон восемь бит.
1
1
2
2
3
3
4
3
1
2
Специальный пакет S-O-K-O-K-O-K-O содержит три значения каротажного параметра, из которых К имеет тот же диапазон, что и в обычном пакете (восемь бит), а K и К, передаваемые по каналам зенита и азимута, имеют диапазон одиннадцать бит (с 0 по 10 бит). При этом старший одиннадцатый бит двенадцатиразрядного кода канала зенита служит признаком перехода к специальному формату.
С
С
С
О
С
О
Передача данных происходит с чередованием пакетов в последовательности П-П-П-П, где П - специальный пакет, содержащий три значения каротажного параметра, П - обычный пакет, содержащий значения зенита, азимута и одно значение каротажного параметра.
По каналам зенита и азимута может передаваться специальным кодом сообщение о превышении допустимого уровня вибрации (В):
1
2
3
4
S-O-В-O-В-О-Д(К)-O
Способ формирования пакетов данных бескабельной телеметрической системы в процессе бурения успешно применяется для передачи информации с забоя на поверхность при бурении горизонтальных и наклонно направленных скважин.
Использование предлагаемого технического решения позволяет:
1. Повысить информативность передачи за счет
- передачи в каждом пакете четырех значений отклонителя;
- формирования специального пакета, содержащего три значения каротажного параметра;
- расширения диапазона передаваемых значений каротажных параметров (по каналам зенита и азимута диапазон передачи каротажных параметров составляет одиннадцать бит).
2. Обеспечить возможность передачи диагностической информации. Специальными кодами по каналам зенита и азимута передается сообщение о превышении допустимого уровня вибрации.
3. Обеспечить возможность контроля направления бурения при наличии магнитных масс по оси прибора за счет передачи данных, рассчитанных МКМП.