РЕТРАНСЛЯЦИОННЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ
RELAY MODULE FOR TELEMETRIC SYSTEM WITH ELECTROMAGNETIC COMMUNICATION CHANNEL

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин в процесс бурения с использованием телеметрических систем, основанных на электромагнитном канале передачи данных. Техническим результатом является увеличения достоверности и скорости передачи данных по электромагнитному каналу за счет использования более высоких частот на тех же глубинах, а также возможность бурения в условиях неблагоприятных для прохождения гидроимпульса: при бурении пневматическим способом, использовании пенообразных материалов или газированных растворов.
Известна забойная телеметрическая система с электромагнитным каналом связи. Телеметрическая система содержит электрический разделитель колонны, генератор переменного тока, электронный передающий блок, связанный с генератором через верхний электрический разъем под силовой кабель. За генератором установлены герметичный модуль автономного питания, выполненный в виде системы батарей, и измерительные модули. Скважинная аппаратура соединена с генератором и электронным передающим блоком через нижний слаботочный электрический разъем. Электрический разделитель колонны образует диполь, к верхнему электроду которого ведет силовой электрический кабель (Патент RU 2278256, класс Е21В 47/00, Е21В 47/12, приоритет 09.03.2005 г.).
Буровой раствор приводит в действие ротор генератора, обеспечивающего энергией электронные модули забойной телеметрической системы. Вырабатываемый электрический ток через разъем по силовым кабелям поступает в электронный передающий блок, модулируется и по силовому кабелю передается на верхний электрод диполя. Данные о забойных параметрах, получаемые в скважинной аппаратуре, поступают в электронный передающий блок через слаботочный разъем в нижней части генератора по информационным проводам, размещенным в полом валу генератора. Затем информационные сигналы передаются по электромагнитному каналу связи в наземное приемное устройство.
Недостатком известной забойной телеметрической системы является сильное затухание электромагнитной волны в горной породе с увеличением глубины скважины, кроме того высокий уровень помех от бурового наземного оборудования (верхний силовой привод, буровые насосы) снижает уровень достоверности сигнала даже на небольших глубинах.
Известен ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи, содержащий корпус, в котором установлены пульсатор, блок электроники, изолирующая вставка и контактная штанга, соединенная с корпусом. Пульсатор включает диафрагму, клапан и генератор переменного тока. Блок электроники включает входной дифференциальный усилитель, фильтр низких частот, блок автоматической регулировки усиления, компаратор и ключевой каскад. Контактная штанга может быть соединена с корпусом через контактное устройство или штангу-удлинитель и контактное устройство, или геофизический кабель и контактное устройство. Контактное устройство может быть выполнено в виде, например, крестовины или самораскрывающегося под воздействием потока жидкости контакта (Патент RU 2305183, класс Е21В 47/12, приоритет 14.09.2005 г., прототип пункт 1).
Действие ретрансляционного модуля основано на измерении тока, протекающего по колонне бурильных труб в результате их нахождения в электрическом поле, создаваемом диполем телеметрической системы с электромагнитным каналом связи.
Недостатком известного ретрансляционного модуля является низкая надежность и скорость передачи данных ввиду использования гидравлического канала связи на положительных импульсах. Наличие комбинированного канала связи (электромагнитный и гидравлический каналы) ведет к усложнению и удорожанию конструкции. Кроме того, для детектирования гидравлического канала необходимо дополнительное наземное оборудование особо чувствительное к малейшим перепадам давления промывочной жидкости. Также данный ретранслятор не эффективен при неблагоприятных для прохождения гидроимпульса условиях бурения.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и скорости передачи данных от телеметрической системы на основе электромагнитного канала в процессе бурения, ведение работ при неблагоприятных для прохождения гидроимпульса условиях.
Задача решается тем, что при снижении регистрационных характеристик электромагнитного сигнала, принимаемого от телеметрической системы, в состав компоновки бурильной колонны включают ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи. Ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи содержит блок электроники, включающий дифференциальный усилитель, фильтр низких частот, блок автоматического регулирования усиления и компаратор. Блок электроники дополнен контроллером, источником постоянного тока, усилителем мощности сигнала. Сверху блок электроники соединен с турбогенератором через верхнюю крестовину и диэлектрическую вставку, снизу соединен с удлинителем блока электроники, замыкающим контакт с нижней крестовиной, и установлен в корпус генератора и корпус изолятора.
На фиг. 1 представлен ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи в разрезе.
На фиг. 2 изображена схема блока электроники.
Ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи содержит корпус генератора 1 соединенный с корпусом изолятора 2, которые включаются в состав компоновки бурильной колонны, внутри которых турбогенератор 3 расположен на верхней крестовине 4 с Т-образным пазом 5, предотвращающим радиальное перемещение. Осевое перемещение блокирует удлинитель блока электроники 6, который устанавливается в нижнюю крестовину 7, и поджимная пружина 8 с набором дистанционных колец 9, которые при свинчивании фиксирует ниппель бурильной трубы. Для уменьшения вибрационных воздействий на турбогенераторе 3 и блоке электроники 10 установлены амортизирующие центраторы 11. При прохождении тока верхняя крестовина 4 и корпус генератора 1 образуют верхнюю дипольную антенну, а нижняя крестовина 7 и нижняя часть корпуса изолятора 2 образуют нижнюю дипольную антенну. Турбогенератор 3 содержит ракету генератора 12, внутри которой, на валу 13, установлен шнек 14. Диэлектрическая вставка 15 соединяет турбогенератор 3 с блоком электроники 10. Блок электроники 10 содержит дифференциальный усилитель 16 (фиг. 2), соединенный с входом фильтра низких частот 17, выход которого подключен к входу блока автоматического регулирования усиления 18, соединенного с входом компаратора 19. К входу контроллера 20 подведены выходы компаратора 19 и источника постоянного тока 21. Выход контроллера 20 соединен с входом усилителя мощности сигнала 22.
В процессе монтажа ретрансляционного модуля для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи подъем корпуса генератора 1 и корпуса изолятора 2 осуществляется при помощи хомута, который фиксируют в проточке для подъема 23. Установку и фиксацию внутренней части модуля осуществляют за счет монтажного отверстия 24.
Принцип работы
В процессе бурения скважины при уменьшении соотношения сигнал/шум ниже порогового в компоновку бурильной колонны включают ретрансляционный модуль для телеметрической системы с электромагнитным каналом связи. Принцип действия данного устройства основан на измерении тока, протекающего по компоновке бурильной колонны, наведенного диполем телеметрической системы с электромагнитным каналом связи. Буровой раствор приводит в действие шнек 14, который раскручивает вал 13 турбогенератора 3, обеспечивающий энергией блок электроники 10. Электромагнитный сигнал от телеметрической системы через верхнюю крестовину 4, нижнюю крестовину 7 и удлинитель блока электроники 6 создают импульс тока на входе в дифференциальный усилитель 16 блока электроники 10 в виде разности потенциалов. Полученный сигнал через фильтр низких частот 17, блок автоматической регулировки усиления 18 и компаратор 19 подается на вход контроллера 20, который запитан от источника постоянного тока 21. Не изменяя модуляцию и кодировку сигнала, полученного от телеметрической системы, контроллер 20, через усилитель мощности сигнала 22, ретранслирует сигнал посредством верхней и нижней дипольных антенн, разделенных диэлектрическим слоем корпуса изолятора 2.
Предложенное решение позволяет повысить достоверность и скорость передачи данных от телеметрической системы за счет использования ретрансляционного модуля на основе электромагнитного канала связи взамен более медленного гидравлического канала. Также при использовании ретрансляционного модуля телеметрическая система, на основе электромагнитного канала связи может работать на более высокой частоте, обеспечивая большую скорость передачи данных. Кроме того, электромагнитный канал связи особенно эффективен в условиях, неблагоприятных для прохождения гидроимпульса: при бурении пневматическим способом, использовании пенообразных материалов или газированных растворов.