УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ВДОЛЬ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
DATA TRANSFER ALONG BOREHOLE DEVICE

Изобретение относится к области геофизических методов исследований, предназначается для передачи данных от контрольно-измерительных приборов к наземной аппаратуре.
Известны проводные системы связи (например, RU 2131514), в которых телеметрическая информация передается по кабелю связи. Недостатком является их низкая надежность и сложность эксплуатации.
Известны беспроводные системы связи, использующие индуктивные катушки, установленные на разных концах трубы (например, RU 2324817). Недостатком таких устройств является невозможность надежной защиты выступающей части катушки за габариты колонны от потока бурового раствора.
Известны беспроводные системы связи, использующие для генерации сигналов проводные секции, контактирующие с отрезками трубы с электрическими разделителями (например, RU 2290508). Недостатком таких систем является необходимость использования электрического разделителя, что снижает механическую прочность колонны, т.к. разделитель выполняется либо посредством диэлектрической вставки в колонну, либо при нанесении изолирующего состава на резьбовые соединения труб колонны.
Известно устройство передачи информации (по патенту US 5394141), выбранное в качестве прототипа, использующее для возбуждения электромагнитных волн, распространяющихся по трубе, проводную секцию с установленным между верхним и нижним контактами источником питания. Контакты проводной секции, характеризующиеся малым сопротивлением, разнесены на такое расстояние, что сопротивление проводящего отрезка трубы достаточно для генерации сигнала необходимой мощности для передачи его на поверхность.
Недостатком устройства является то, что расположение источника питания между контактами проводной секции не позволяет производить его смену или обслуживание без подъема всей проводной секции. Работа источника питания между контактами проводной секции сопряжена с повышенными температурными и вибрационными воздействиями, что существенно сокращает срок его службы и предъявляет повышенные требования к его характеристикам.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и технологичности эксплуатации устройства передачи информации.
Технический результат достигается в устройстве передачи информации вдоль ствола скважины, включающем проводную секцию, соединенную со скважинным оборудованием, контактирующую в разнесенных точках с проводящим отрезком трубы. Над проводной секцией установлен блок питания, содержащий в качестве источника питания турбогенератор или аккумуляторную батарею. Блок питания может быть выполнен съемным и/или с возможностью зарядки источника питания в скважине. Проводная секция снабжена блоком обработки и передачи информации, снабженным управляющим элементом, выполненным в виде датчика давления.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 - устройство передачи информации;
на фиг.2 - принципиальная схема устройства.
Устройство передачи информации вдоль ствола скважины (фиг.1) включает проводную секцию 2, включающую одножильный геофизический кабель 13, соединенную кабелем 4 со скважинным оборудованием 5. Кабель 13 имеет разнесенные на достаточное расстояние электрические контакты 6, 7 с проводящим отрезком металлической трубы 8, состоящим из достаточного количества секций для обеспечения необходимой длины излучающего диполя, и характеризуется малым по сравнению с отрезком трубы 8 активным сопротивлением.
Над проводной секцией 2 (в контакте с верхним концом кабеля 13) установлен блок питания 1, содержащий источник питания 16 (турбогенератор, или аккумуляторную батарею, или батарею гальванических элементов). Блок питания 1 может быть выполнен съемным и/или с возможностью зарядки в скважине, для этого он снабжается соединителем-захватом 12, посредством которого при спуске геофизического кабеля или троса из скважины без подъема и разборки бурильной колонны извлекается для замены блок питания 1 или производится заряд аккумуляторной батареи. Переводник 9, фиксирующий кабель 13 устанавливаются между соседними трубами и обеспечивают возможность извлечения блока питания 1 без воздействия на кабель 13, а также обеспечивает соединение блока питания 1 с кабелем 13 и электрический контакт 6 с трубой. Модулятор 15 блока питания 1 формирует переменный сигнал для передачи по одножильному кабелю 13 для электроснабжения составных частей блока 3 обработки и передачи информации и скважинного оборудования 5. Кроме того, модулятор 15 запитывает контакт 6 для возбуждения в трубе 8 электромагнитных колебаний.
Блок 3 обработки и передачи информации (фиг.2) включает: управляемый выпрямитель 17, в котором осуществляется выпрямление двухполярного напряжения от блока питания 1, а также запитка контакта 7 для возбуждения колебаний; формирователь 18 напряжения питания скважинного оборудования 5; блок 19 измерения параметров возбуждения, соединенный через устройство 20 обработки информации с блоком 21 управления, соединенным в свою очередь с управляемым выпрямителем 17. Устройство 20 обработки информации соединено с кабелем 4 для обмена сигналами со скважинным оборудованием 5. Применение управляемого выпрямителя 17 позволяет регулировать частоту и мощность электромагнитного поля в соответствии с геологическими условиями.
Блок 3 обработки и передачи информации может быть снабжен управляющим элементом 14, выполненным, например, в виде датчика давления. Для повышения надежности электроснабжения нижней части электромагнитного канала связи оплетка кабеля 2 в блоке обработки и передачи информации соединена через сопротивление R (~10 Ом) с корпусом блока 3 обработки и передачи информации.
Блок питания 1, блок 3 обработки и передачи информации, контакты 6, 7 - указанные элементы - могут быть установлены в трубе при использовании центрирующих устройств 10, 11 и (или) переводников, фиксирующих составные части устройства в бурильной колонне.
Устройство работает следующим образом.
В нижней части бурильной колонны при помощи центраторов 10, 11 устанавливают проводную секцию 2. Контакты 6, 7 при этом могут быть разнесены на расстояние от десятков до нескольких сотен метров в зависимости от геологических условий затрубного пространства и, следовательно, параметров согласования передатчика с диполем.
При подаче бурового раствора сигнал от датчика давления 14 включает управляемый выпрямитель 17 в режим передачи информации. Выбор режимов и программ работы блока 3 обработки и передачи информации может осуществляться повторными включениями-выключениями насоса, подающего буровой раствор, а именно при помощи модулятора 15 и блока 3 обработки и передачи информации осуществляется модуляция сигнала, управление мощностью и частотой возбуждающего электромагнитное поле сигнала (частота информационного сигнала 1-20 Гц). Данные от скважинного оборудования 5 поступают в блок 3 обработки и передачи информации и передаются электромагнитными волнами вдоль ствола скважины.
При необходимости замены или зарядки блока питания 1 опускается захват и при помощи соединителя-захвата 12 производится зарядка источника питания 16 на месте или производится подъем блока питания 1 на поверхность. При использовании в качестве источника питания 16 аккумуляторных батарей блок питания 1 и верхний конец проводной секции 2 могут быть снабжены средствами обеспечения надежного разъемного электрического соединения
При предложенной компоновке геофизический кабель 13 проводной секции 2 используется одновременно как часть фидера для запитки контакта 7 и для питания скважинного оборудования 5. При этом возможно использовать кабель максимального сечения с сопротивлением, близким к «нулевому». Установка источника питания 16 над проводной секцией 2 позволяет снизить требования по его рабочему диапазону температур и снизить требования по его механической прочности, поскольку в этом случае источник питания 16 удален от источника вибрации и располагается вне зоны высоких температур и высоких давлений. Кроме того, становиться возможной замена или зарядка источника питания без подъема и разборки бурильной колонны.