КАБЕЛЬНАЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЕМ СКВАЖИН ПО ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ

Кабельная телеметрическая система для управления бурением скважин по заданной траектории
Заявляемая полезная модель относится к области управления процессом направленного бурения нефтяных и газовых скважин.
Известны различные кабельные телеметрические системы. В качестве прототипа принята телеметрическая система для контроля забойных параметров с передачей сигналов по кабельной линии связи типа СТТЗП-108 (ТУ УЗ.10-00216852-014-97,1997 г).
Указанная телесистема состоит из скважинного устройства, включающего первичные преобразователи зенитного утла, магнитного азимута, угла установки отклонителя, аналого-цифровой гфеобразователь аналого-цифровой преобразователь (АЦП), коммутатор и скважинный источник питания, наземного устройства, включающего приемник телеметрического сигнала, источник дистанционного питания, обеспечивающий регулируемым электропитанием скважинное и наземное устройства, и кабельной линии связи.
Недостаток прототипа заключается в ограниченных функциональных возможностях, обусловленных пассивным характером контроля, т.к. с помощью этой системы выполняют только измерение параметров.
Задачей на рещение которой направлена заявляемая полезная модель, является расщирение функциональных возможностей телесистемы.
Технический результат, который может быть по.11учен при осуществлении полезной модели заключается в том, что она позволяет
МПКЕ21В 47/02 E 21B 47/12
сить эффективность и значительно сократить сроки бурения скважин.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в телеметрическую систему для управления бурением скважин по заданной траектории, состоящую из скважинного устройства, включающего АЦП, скважинный источник питания; наземного устройства, включающего приемник телеметрических сигналов, источник питания системы с узлами стабилизации напряжения и защиты, устройства обработки и вывода информации и кабельную линию связи, соединяющую скважинное и наземное устройства телесистемы, дополнительно введены в состав скважинного устройства измерительные преобразователи составляющих напряженности магнитного поля и векторов силы тяжести по трем осям, температуры, механических ускорений по осям Y, Z тока утечки кабеля, датчик положения, мультиплексор, скважинный контроллер и передатчик телеметрических сигналов, причем выходы измерительных преобразователей соединены с входами мультиплексора, который через АЦП связан с передатчиком телеметрических сигналов, управляющие выходы скважинного контроллера соединены с соответствующими входами мультиплексора, АЦП и передатчика, а входы - со скважинным источником питания; в состав наземного устройства интерфейсный узел, источник дистанционного питания и мультиметр, причем приемник телеметрических сигналов через интерфейсный узел связан с устройством обработки и вывода информации, источник дистанционного питания соединен с приемником, интерфейсным узлом, мультиметром, источником питания системы и через кабельную линию связи со скважинным источником питания.
Кабельная телеметрическая система состоит из скважинного и наземного устройств, соединенных кабельной линией связи. Скважинное устройство включает последовательно соединенные блок измерительных преобразователей 1, мультиплексор 2, АЦП 3 и передатчик 4, скважинный контроллер 5, выходы которого соединены с соответствующими входами мультиплексора 2, АЦП 3 и передатчика 4, а входы соединены с скважинным источником питания 6, к которому подключены также блок преобразователей 1. Блок измерительных преобразователей 1 обеспечивает преобразование и выдачу в аналоговый форме сигналов одиннадцати измеряемых параметров - составляющие напряженности магнитного поля Земли( , векторов силы тяжести по трем
осям(С ;Су;С, температуры(Т°), тока утечки кабеля (Tst} , механические ускорения по перечной и продольной осям Y и Z{Ay;A },
сигнал датчика положения(5Р). Передатчик 4 формирует сигнал передачи информации в цифровой форме, а скважинный контроллер 5 обеспечивает управление процессом измерения и передачи измеренных параметров. Скважинный источник питания преобразует ток от дистанционного источника в напряжение для электропитания узлов скважинного устройства.
Наземная часть включает приемник сигнала 7, подключенный через интерфейсное устройство 8 к устройству обработки и выдачи информации, в качестве которого используется портативная ЭВМ 9, источник дистанционного питания 10, связанный со скважинным источником питания 6 и интерфейсным устройством 8, мультиметр 11, источник питания системы 12. Источник питания 12 формирует стабилизированные напряжения питание портативной ЭВМ (18В), узлов наземного устройства (12В) и источника дистанционного питания 10 (+12В., +5В), которое обеспечивает
стабилизированное питание скважинного устройства по кабелю переменной длины. Источник питания 12 имеет схемы защиты и двухступенчатой сигнализации: местную и дистанционную (в ЭВМ) сигнализацию обрыва (холостой ход) и короткого замыкания. ЭВМ обеспечивает отключение питания при этих нарушениях. Приемник сигнала 7 получает сигнал от передатчика 4, преобразует его в форму телеметрического сигнала и через интерфейсное устройство 8 передает в ЭВМ. Мультиметр 11 контролирует входные ток и напряжение, параметры дистанционного питания.
Кабельная телеметрическая система работает следующим образом.
Перед проведением работ в состав компоновки низа буровой колонны (КНБК) включают магнитопрозрачную буровую трубу внутри которой установлен узел фиксации скважинной части (ловитель). При необходимости проведения работ по контролю и управлению траектории скважины, скважинную часть подключают геофизическим кабелем к наземной чести и транспортируют на забой до достижения ловителя (момент фиксации определяется по сигналу SP).
Измерения обеспечиваются при последовательном подключении, посредством мультиплексора 2, нормированных выходных сигналов измерительных преобразователей 1 (в соответствии с программой контроллера 5) ко входу АЦП 3. Затем осуществляется кодирование и передача сигналов последовательным кодом посредством передатчика - приемника 4 по проводному каналу связи. Наземная часть принимает, посредством блока 7, цифровой код, формирует кодовые посылки в интерфейсном устройстве 8 и передает принятую информацию в ЭВМ 9. Электропитание скважинной части осуществляется по одной общей (с информационной)
жиле кабеля в режиме источника тока, обеспечивая тем самым инвариантность к длине кабеля, изменению различных переходных сопротивлений контактных соединений и легкость определения паразитных зпгечек в линии связи.
Как следует из представленной структуры, система аппаратно реализована сравнительно просто. Эффективность ее применения обусловлена следующими факторами:
1.Определение азимута, зенитного и визирного углов производится по соответствующим параметрам Нх, Ну, HZ и GX, Gy, GZ на поверхности посредством ЭВМ, а не за счет использования забойных аппаратных средств, как в прототипе. При этом используются измерительные преобразователи, содержащие, так называемые, жесткозакрепленные чувствительные элементы (в прототипе - на подвесках). Наличие в измерительной информации составляющих вектора напряженности магнитного поля Земли (Нх, Ну, HZ ) позволяют по модулю вектора и углу магнитного наклонения определять магнитные аномалии (или неисправности) в зоне измерений. Наличие составляющих вектора силы тяжести (GX, Gy, GZ ) позволяет контролировать достоверность определения зенитных и визирных углов по модулю вектора. Информационная избыточность по составляющей з азанных векторов позволяет, используя модифицированные алгоритмы, исключать неисправный канал измерений(при наличии такового).
2.Качество линии связи (Tst), однозначность позицирования (SP) проверяется постоянно, тем самым исключается недостоверность информации из-за утечки в кабеле перемещения скважинной части в КНБК.
3.Наличие дополнительных параметров - Ау, AZ и Т° позволяет, во-первых, использовать их для оценки условий измерений 4 Директор НИИ ТС «Пилот / /у (вибрации, температура в призабойной зоне) и, соответственно, коррекции результатов , во-вторых, использовать результаты замера этих параметров для оптимизации параметров техпроцесса проходки скважины. . Данные, с учетом пропускной способности канала связи, быстродействия ЭВМ и скорости измерения параметров получаются в реальном масштабе времени (аналогично прототипу. Однако, наличие в составе системы ЭВМ, позволяет наращивать эффективность системы за счет использования алгоритмов интерпретации результатов измерений (расчет траектории) и прогноза и оптимизации пространственной кривой траектории скважины.  Алимбеков