СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ СКВАЖИН И ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR CONTACTLESS WELL TELEMETRY AND TELEMETRY SYSTEM THEREFOR

Настоящее изобретение относится к области геофизических измерений в стволе скважины, а именно к телеметрическим системам передачи сигналов между наземным блоком управления и скважинным инструментом (устройством), размещенным в стволе скважины, проходящей через геологический пласт.
Описание уровня техники
Телеметрические системы, используемые для анализа и управления работами в стволе скважины, позволяют более эффективно управлять бурильной системой и осуществлять сбор и передачу информации для анализа свойств пласта и других факторов, влияющих на бурение. Различные телеметрические устройства позволяют осуществлять измерение и каротаж данных и передавать такие данные на наземную систему управления. Существуют различные подходы к передаче данных между скважинной и наземной аппаратурой. Несмотря на развитие и усовершенствование телеметрических устройств, для работ в стволе скважины сохраняется необходимость в обеспечении дополнительной надежности и возможностей канала связи телеметрии.
Как и любое скважинное устройство, телеметрические системы имеют свои слабые места и функциональные ограничения.
Так применение в качестве канала передачи информации каротажного кабеля с прямой связью невозможно в процессе бурения и на буровых трубах. Для этих целей используется каротажный кабель с «мокрым» концом, однако этот вариант отличается низкой надежностью.
Применение электромагнитного канала связи по породе скважины зависит от геолого-технологических условий и, соответственно, имеет низкую надежность.
Известные линии связи телесистем порой бывает трудно проводить через скважинные устройства (например, бурильные ясы). Соединения, используемые в линиях связи, подвергаются неблагоприятным воздействиям скважинной среды, вибрациям, экстремальным давлениям и температурам
Широкое применение в процессе бурения имеет гидравлический канал связи, но его возможности ограничены односторонней линией связи, низкой скоростью передачи (не более 100 Гц), специальными требованиями к буровому раствору и сложностью в эксплуатации. Аналогичные недостатки имеет также акустический канал связи.
Таким образом сохраняется необходимость в наличии телеметрических систем, способных обеспечивать простоту и надежность работы и быть совместимыми с различными инструментами и компоновками низа бурильной колонны.
Известна телеметрическая система и способ телеметрии в стволе скважины (РФ. патент №2444622, E21B 47/12, 2012), содержащая телеметрическую систему бурильной колонны для связи с наземной аппаратурой и гибридную телеметрическую систему для связи телеметрической системы бурильной колонны со скважинным инструментом, выполненную в виде удлиненного элемента (кабеля, специализированной трубы) с верхним и нижним соединителями на концах, стыкующимися с телеметрической системой бурильной колонны и со скважинным устройством соответственно.
Телеметрическая система обеспечивает успешный обход стабилизаторов, ясов, утяжелителей, расположенных в компоновке низа бурильной колонны, и проводит сигналы меду соседними компонентами измерительного комплекса и наземной аппаратурой, что позволяет применять различные каналы передачи данных. При этом наличие гибридной телеметрической системы усложняет конструкцию, увеличивая ее громоздкость, а также усложняет электронные схемы наземной аппаратуры, обеспечивающей управление процессом измерений, прием и преобразование получаемых параметров, и, соответственно, усложняет методику обработки информации.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности и быстродействия передачи параметров телеизмерительной системы посредством обеспечения комбинированного канала двухсторонней связи между скважинным прибором и наземной аппаратурой.
Поставленная задача решается следующим способом.
В соответствии со способом бесконтактной телеметрии скважин, включающим операции передачи и считывания спектра информации между наземной системой регистрации и управления и комплексным скважинным прибором посредством промежуточного приемо-передающего устройства, спускаемого на геофизическом кабеле и стыкующегося с комплексным скважинным прибором, согласно изобретению промежуточное приемо-передающее устройство предварительно оснащают малогабаритной антенной и преобразователем спектра сигналов, комплексный скважинный прибор оснащают ответной малогабаритной антенной и ответным преобразователем спектра сигналов, и осуществляют передачу информации по беспроводному кабельно-магнитному каналу связи. При этом считываемый и передаваемый в коде Манчестер-2 спектр информации между промежуточным приемо-передающим устройством и комплексным скважинным прибором в процессе работы переносят в высокочастотную область и обратно.
Для реализации предложенного способа бесконтактной телеметрии скважин в телеметрической системе, содержащей наземную систему регистрации и управления, комплексный скважинный прибор с посадочным гнездом на верхнем конце и спускаемое на геофизическом кабеле промежуточное приемо-передающее устройство, входящее свободным концом в посадочное гнездо комплексного скважинного прибора, согласно изобретению промежуточное приемо-передающее устройство оснащено малогабаритной антенной и преобразователем спектра сигналов, а комплексный скважинный прибор оснащен ответной малогабаритной антенной и ответным преобразователем спектра сигналов, установленными в корпусе комплексного скважинного прибора в непосредственной близости к посадочному гнезду.
Предложенные способ бесконтактной телеметрии скважин и телеметрическая система для его реализации имеют следующие преимущества по сравнению с известными, а именно:
применение предложенного способа бесконтактной телеметрии скважин посредством беспроводного бесконтактного комбинированного канала связи наземной системы регистрации и управления со скважинным прибором
- обеспечивает повышение скорости, точности и надежности обмена информацией между ними без изменения конструкции;
- исключает влияние сопутствующих факторов (шумы, состояние среды и т.п.) на точность передаваемых параметров;
- делает коммуникацию более надежной по сравнению с использованием соединений типа «мокрый контакт».
Телеметрическая система для реализации предложенного способа бесконтактной телеметрии скважин имеет следующие преимущества, по сравнению с известными:
- оснащение промежуточного приемо-передающего устройства и комплексного скважинного прибора антеннами обеспечивает возможность бесконтактной связи наземного блока управления со скважинным прибором, повышая тем самым надежность связи между ними и точность передаваемой информации;
- оснащение антенн преобразователями спектра сигналов обеспечивает возможность переноса передаваемого в коде Манчестер-2 спектра информации в высокочастотную область и обратно, что позволяет значительно уменьшить габариты антенн до значений, не превышающих размеров посадочного гнезда комплексного скважинного прибора;
- наличие съемного промежуточного приемо-передающего устройства на геофизическом кабеле с бесконтактным соединением повышает оперативность исследований, сокращает время простоя скважины, так как обеспечивает возможность передачи информации непосредственно в процессе работы комплексного скважинного прибора, размещаемого на буровом инструменте или на буровых трубах, без остановки скважины.
На чертеже показана схема телеметрической системы для реализации способа бесконтактной телеметрии скважин.
Телеметрическая система представляет собой комплекс из наземной системы регистрации и управления 1, связанного с ней посредством каротажного кабеля 2 промежуточного приемо-передающего устройства 3 и комплексного скважинного прибора 4, размещаемого в скважине на буровом инструменте или на трубах (не показано). Комплексный скважинный прибор 4 в верхней части оснащен посадочным гнездом 5 для стыковки с приемо-передающим устройством 3. Приемо-передающее устройство 3 оснащено малогабаритной антенной 6 и преобразователем спектра сигналов 8, а комплексный скважинный прибор оснащен малогабаритной антенной 7 и преобразователем спектра сигналов 9, установленными в корпусе скважинного прибора в области посадочного гнезда 5.
На практике к каротажному кабелю 2 подключается приемо-передающее устройство 3, оснащенное преобразователем 8 спектра сигналов и антенной 6. При спуске в скважину приемо-передающее устройство 3 входит в посадочное гнездо 5 комплексного скважинного прибора 4 и фиксируется в нем под действием собственной силы тяжести. Посадочное гнездо 5 фиксирует геофизический кабель 4, обеспечивая связь между антеннами 6 и 8. В процессе работы телеметрической системы спектр передаваемых и принимаемых в коде Манчестер -2 сигналов между наземными системами регистрации и управления 1 и комплексным скважинным прибором 4 переносится посредством преобразователей 8 и 9 в спектр радиочастот (5-10 МГц), который излучается антеннами 6 и 7 соответственно. Поскольку антенны 6 и 7 находятся на минимальном фиксированном расстоянии друг от друга, образуется надежная бесконтактная электромагнитная связь между скважинным прибором 4 и наземными системами регистрации и управления 1.
Таким образом, отсутствие непосредственного «мокрого» контакта между геофизическим кабелем 2 и комплексным скважинным прибором 4 обеспечивает надежность обмена информацией между скважинным оборудованием и наземными системами регистрации и управления 1, а также повышает точность передаваемой информации, поскольку последняя не зависит от влияния факторов окружающей среды. При этом скорость передачи информации ограничивается только параметрами каротажного кабеля.