СПОСОБ НАЗЕМНОГО ПРИЕМА-ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF TERRESTRIAL DATA TRANSFER AND RECEIPT IN DRILLING PROCESS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для наземной передачи в пределах буровой площадки инклинометрической и геофизической информации, и технологических параметров в процессе бурения, получаемых от скважинной аппаратуры и от различных наземных датчиков, установленных на буровой установке и насосном оборудовании, и используется для контроля и управления процессом бурения в реальном режиме времени.
Известно устройство для контроля и регистрации инклинометрической информации и технологических параметров процесса бурения, в котором получаемая информация от скважинной аппаратуры на наземный пульт бурильщика передается по радиоканалу. Станция контроля процесса бурения «Леуза-2» с беспроводной связью предназначена для непрерывного контроля и регистрации технологических параметров в процессе бурения (www.npf-geofizika.ru/leuza).
Необходимым условием для осуществления надежной радиосвязи между передающей и приемной антеннами является отсутствие металлических преград между ними, что ограничивает зону действия радиоканала. Кроме того, типичные мощности коммерческих применений, рекомендуемые Минкомсвязи РФ, не должны превышать 1 Вт, а в ряде случаев 10 мВт, что также ограничивает зону действия радиоканала.
Известна телекоммуникационная технология передачи данных по силовым линиям электросети PLC (Power Line Communication), предусматривающая подключение к электросети любого информационно-измерительного устройства с использованием PLC-модема и позволяющая использовать уже имеющуюся инфраструктуру проложенных силовых электросетей (PLC-технологии. Ч.1. Охрименко В. - Электронные компоненты, 2009, №10, стр.58-60 и PLC-технологии. Ч.2. Охрименко В. - Электронные компоненты, 2009, №11, стр.50-53).
Современная PLC-технология, вобравшая передовые достижения в области цифровой обработки сигналов и помехоустойчивого кодирования, достигла нового качественного уровня приема-передачи данных и в настоящее время получила широкое распространение в мире, благодаря многим преимуществам перед другими проводными и беспроводными технологиями. В отличие от беспроводных методов, PLC-технология не имеет ограничений, связанных с зоной прямой видимости и дальностью передачи. Кроме того, это эффективная и легко реализуемая технология для многих приложений, в частности может применяться в топливно-энергетическом комплексе, электроэнергетике и в промышленных системах передачи данных и сбора информации от различных датчиков и приборов. Благодаря простоте реализации и мобильности устройств на ее базе приносит значительную экономическую выгоду.
В состав PLC-системы входят передатчик, приемник, транспортная среда и сигнал. В типовой PLC-системе передатчик модулирует и вводит сигнал в линию электропередачи. Приемник на другом конце линии связи демодулирует сигнал и извлекает из него данные.
К числу факторов, которые влияют на характеристики и надежность PLC-системы, относятся уровень передаваемого сигнала, шум в линии электропередачи, импеданс сети, используемый протокол и чувствительность приемника.
Известен комплекс наземной телеметрии системы бурения «Азимут 02» (ООО «Телекоммуникации ГА», г.Уфа), в котором передача забойной информации из зоны бурения в технологическую зону на монитор бурильщика и монитор оператора осуществляется посредством комплекта соединительных кабелей (www.catelecom.ru). Комплекс предназначен для получения телеметрических данных от подземного зонда установки направленного бурения с гидравлическим каналом передачи данных.
«Азимут 02» включает блок питания и защиты, интерфейсный блок, мониторы бурильщиков, комплект соединительных проводов.
В процессе работы производят прием пакетов инклинометрических данных от зонда бурильной установки, передачу данных по комплекту соединительных проводов с последующей дешифрацией и передачей данных на мониторы бурильщиков.
Использование комплекта соединительных кабелей для электрического соединения наземных приборов требует обеспечения защиты от действия агрессивных сред и искробезопасности. Кроме того, соединение наземных приборов кабелями связи ограничивает их перемещение на расстояние, превышающее длину кабелей, что вызывает неудобство при передислокации буровой установки.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение оперативного мониторинга удаленных регистрирующих приборов, распределенных на буровой площадке, повышение надежности системы наземной передачи информации и удобства в эксплуатации.
Указанная задача решается тем, что в способе наземного приема-передачи информации в процессе бурения, содержащем прием данных от датчиков забойной телеметрической системы (ЗТС), наземную передачу данных с последующей дешифрацией и передачей данных на регистрирующие приборы операторов, технологов, бурильщиков и бурового мастера (обозначенные далее как «потребители информации»), осуществляют передачу данных по проводам силовой электросети, питающей регистрирующие приборы потребителей информации, в том числе наземные измерительные датчики, которые регистрируют глубину, вес на крюке, обороты ротора, обороты лебедки, газоанализаторы и т.д., установленные на буровой площадке и насосном оборудовании, в состав которых могут входить: датчик ходов насоса, ультразвуковые расходомеры и т.д. (обозначенные далее как «наземные датчики»). При этом на выходе приемника информации от датчиков ЗТС, выходе наземных датчиков, являющимися «источниками информации», и на входе приемника информации регистрирующих приборов (обозначенные далее как «приемник потребителей информацией») устанавливают электросетевые PLC-модемы со встроенным сетевым протоколом, включающем интерфейсный блок и программные модули сопряжения для приема-передачи данных по силовой электросети.
Заявляется устройство для наземного приема-передачи информации в процессе бурения, содержащее базовый компьютер и приемники потребителей информации, входящие в наземный комплекс приборов с базовым компьютером, регистрирующих информацию, полученную из скважины, от наземных измерительных датчиков, установленных на буровой площадке и насосном оборудовании («наземные датчики»). Указанный комплекс приборов и наземные датчики подключены к силовой электросети питания, при этом на выходе приемника информации, полученной из скважины, выходе наземных датчиков, на входе базового компьютера и на входе приемников потребителей информации установлены электросетевые PLC-модемы со встроенным сетевым протоколом, включающем интерфейсный блок и программные модули сопряжения для приема-передачи данных по силовой электросети (далее обозначенные как «PLC-модемы»). При этом базовый компьютер снабжен прикладной программой, обеспечивающей согласованное взаимодействие источников и потребителей информации с помощью электросетевых PLC-модемов.
На чертеже представлена информационно-управляющая система на основе PLC-технологии, включающая комплекс наземных измерительных датчиков и регистрирующей аппаратуры, объединенных через PLC-сеть.
В комплекс на буровой площадке входит ЗТС (поз.1), передающая скважинную информацию на наземные регистрирующие приборы, установленный на буровой 2 пульт бурильщика 3, комплекс обработки и визуализации, выполненный в виде соединенных между собой устройства сопряжения с объектом (УСО) 4 и базового компьютера 5, снабженного прикладной программой, обеспечивающей согласованный информационный обмен данными от источников и потребителей информации, объединенных PLC-сетью, при помощи PLC-модема 6, установленного на входе базового компьютера 5 и подключенного в розетку 7 силовой электросети 8, которые установлены в вагончике оператора 9.
Таким же образом подключены регистрирующие приборы в вагончике 10, в котором расположен компьютер с монитором 11 технолога или бурового мастера (потребители информации), вход которого подключен через такой же PLC-модем 12 к розетке 13 силовой электросети 8.
Датчики насосов 14 также подключены через такой же PLC-модем 15 в розетку 16 силовой электросети 8.
Входы УСО 4 соединены кабелем 17 с заземлителем 18 и кабелем 19 с буровой 2. PLC-модем 6 установлен на выходе приемника информации, поступающей от ЗТС 1. PLC-модем 20 установлен на выходе наземных датчиков 21 (датчики глубины, нагрузки на крюке и т.д.) и подключен через розетку 22 к силовой электросети 8. PLC-модем 15 установлен на выходе датчиков насосов 14 (датчик ходов насоса, ультразвуковые расходомеры и т.д.). PLC-модем 12 установлен на входе приемника информации, расположенного в вагончике 10. PLC-модем 23 пульта бурильщика 3 подключен к розетке 24 силовой электросети 8. Таким же образом могут подключаться все находящиеся в пределах буровой площадки различные интеллектуальные приборы учета и измерения, исполнительные устройства и регистрирующие приборы других потребителей информации.
Заявляемый способ реализуется в процессе работы устройства, представленной ниже.
При подготовке к работе все компьютеры (5, 11), находящиеся в пределах буровой площадки, подключают через свои PLC-модемы (6, 12) к розеткам (7, 13) силовой электросети 8, присутствующей на буровой. К этой же электросети 8 подключают через такие же PLC-модемы (20, 15, 23) все наземные датчики и пульт бурильщика 3.
Во время бурения ЗТС 1 передает на поверхность информацию в виде электрического сигнала, который принимается антенной связи (заземлитель 18 - буровая 2) и поступает по кабелю 17 и 19 на входы УСО 4, где сигнал фильтруется, усиливается, оцифровывается и передается на компьютер с монитором 5 в вагончике 9. В свою очередь, принятая информация после программной обработки в базовом компьютере 5 передается через управляемый программным модулем PLC-модем 6, подключенный к розетке 7 силовой электросети 8, на пульт бурильщика 3, который подключен к соединенному с силовой электросетью 8 своему PLC-модему 23.
Базовый компьютер 5 преобразует собранную информацию в цифровую форму для хранения и передачи по силовой электросети 220/380 В потребителям информации в режиме реального времени.
Программа, заложенная в программном модуле базового компьютера, 5 отвечает за маршрутизацию информационных данных по всей силовой электросети, что позволяет оперативно решать задачи по контролю и управлению процессом направленного бурения.
Эта же информация, в свою очередь, поступает на монитор 11 технолога или бурового мастера, расположенный в вагончике 10. Информация поступает по силовой электросети 8, к которой подключен свой PLC-модем 12 для взаимодействия с компьютером технолога или бурового мастера, расположенного в вагончике 10. По той же силовой электросети 8 информация от датчиков насосов 14 и от датчиков 21, которые снабжены на выходе своими PLC-модемами (15, 20), поступает на монитор оператора в вагончике 9 и на монитор 11 технолога или бурового мастера в вагончике 10. Таким же образом могут получать информацию все другие потребители в пределах буровой площадки.
Отличие заявленного изобретения от прототипа заключается в том, что в нем отсутствует система специальных соединительных проводов между измерительными датчиками и регистрирующими приборами, что позволяет упростить комплекс наземной передачи информации в процессе бурения, повысить его надежность и обеспечить оперативную передислокацию.
Применение PLC-технологии при наземной передаче скважинной информации обеспечивает уникальный метод использования уже имеющейся инфраструктуры силовой линии электропередачи на буровой, избавляя от необходимости использовать дополнительные провода для передачи информационных данных. В результате сокращается время развертывания регистрирующего наземного оборудования, что отвечает современным требованиям нефтяных компаний по увеличению коммерческой скорости бурения.
PLC-технология открывает новые возможности при организации «интеллектуальной буровой», где все электротехническое и электронное оборудование подключено к единой информационной сети с возможностью централизованного управления.
PLC-технология позволяет создавать недорогие, эффективные и гибкие технологические информационные сети сбора, хранения информации и обмена данными в реальном масштабе времени.