RU2229733C2 - Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных - Google Patents
Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных Download PDFInfo
- Publication number
- RU2229733C2 RU2229733C2 RU99105822/28A RU99105822A RU2229733C2 RU 2229733 C2 RU2229733 C2 RU 2229733C2 RU 99105822/28 A RU99105822/28 A RU 99105822/28A RU 99105822 A RU99105822 A RU 99105822A RU 2229733 C2 RU2229733 C2 RU 2229733C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- key element
- current transformer
- geophysical
- stem
- drill pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области геофизических методов исследований и предназначено для передачи данных от контрольно-измерительных приборов в скважине к наземной аппаратуре. Технический результат: повышение надежности, увеличение ресурса работы и повышение дальности связи. Сущность: телеметрическая система содержит изоляционный трубный элемент, отделяющий нижнюю часть бурильных труб вместе с турбобуром от основной колонны бурильных труб, ключевой элемент, управляемый кодовым сигналом скважинной аппаратуры, наземную часть, содержащую электрод заземления и блок приема кодированной информации. Ключевой элемент подключен параллельно изоляционному трубному элементу. В наземную часть между колонной бурильных труб и электродом заземления введен силовой источник электрического питания канала связи и трансформатор тока. Силовой источник электрического питания канала связи и первичная токовая обмотка трансформатора тока включены последовательно между колонной бурильных труб и дополнительным электродом заземления. Вторичная обмотка трансформатора соединена с входом блока приема кодированной информации. В колонну бурильных труб может быть установлен по меньшей мере один дополнительный разделяющий колонну бурильных труб изоляционный элемент с соответствующим ключевым элементом, подключенным параллельно дополнительному изоляционному элементу и управляемым кодовым сигналом скважинной аппаратуры. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области геофизических методов исследований, предназначается для передачи данных от контрольно-измерительных приборов в скважине к наземной аппаратуре и касается многопараметрической телеметрии.
В известных устройствах телеметрии (Э.Е.Лукьянов. Исследование скважин в процессе бурения. - М.: Недра, 1992; Авт. св. № 1795773, G 01 V 13/00) используются многожильные и одножильные кабельные линии для трансляции кодированных данных на наземную аппаратуру. Аналогичное устройство используется в способе контроля нефтегазонасыщенных пластов в обсаженной скважине (Авт. св. № 1345151, G 01 V 3/00). Такого рода устройства предназначены для электрического каротажа, и элементарный зонд в скважине выполняет функции токопередачи и трансляции величины сопротивления среды. В приведенных способах и устройствах очевидны дополнительные затраты на технологические решения, связанные с проведением геофизических исследований скважин после извлечения бурового инструмента.
Перечисленные способы и устройства не могут использоваться для трансляции данных от контрольно-измерительной аппаратуры, встроенной в буровой инструмент.
Наиболее близким техническим решением служит известная геофизическая телеметрическая система, предназначенная для измерения геофизических параметров в процессе бурения скважины (А.А.Молчанов. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. - М.: Недра, 1983 г, с.171-177), использующая колонну бурильных труб в качестве электрического канала для передачи информации с забоя на земную поверхность. Беспроводный канал связи включает электрический разделитель, отделяющий нижнюю часть колонны бурильных труб с турбобуром от основной части колонны бурильных труб, и ключевой элемент (коммутатор), управляемый кодовьм сигналом скважинной аппаратуры, который подключает скважинный источник питания (электромашинный генератор) к колонне бурильных труб, разделенных изолятором. Наземная часть системы содержит заземлитель (электрод заземления) и блок приема кодированной информации (приемное устройство). Передача данных глубинных измерений в процессе бурения осуществляется с помощью шумоподобных сигналов. В качестве источника питания при беспроводном способе передачи сообщений используется автономный источник питания (электромашинный генератор), находящийся в составе буровой колонны.
Недостатком известной системы является то, что для ее использования необходим источник питания большой мощности, находящийся в скважине. Ресурс такого источника питания ограничен тяжелыми условиями его работы: высокой температурой, давлением и вибрацией на забое скважины. Для электромашинного генератора дополнительным фактором, влияющим на ресурс работы, является износ подшипников, вызванный расходом смазки через уплотнения вала. Это снижает надежность и ресурс системы в целом. Кроме того, размещение источника питания внутри бурильной трубы ограничивает его размер и мощность, а соответственно и дальность передачи данных.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности, увеличения ресурса работы телеметрической системы и повышения дальности связи.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что в геофизической телеметрической системе передачи скважинных данных, содержащей изоляционный трубный элемент, отделяющий нижнюю часть бурильных труб вместе с турбобуром от основной колонны бурильных труб, ключевой элемент, управляемый кодовым сигналом скважинной аппаратуры, наземную часть, содержащую электрод заземления и блок приема кодированной информации, согласно изобретению предлагается ключевой элемент подключить параллельно изоляционному трубному элементу, в наземную часть между колонной бурильных труб и электродом заземления ввести силовой источник электрического питания канала связи и трансформатор тока, при этом силовой источник электрического питания канала связи и первичную токовую обмотку трансформатора тока включить последовательно между колонной бурильных труб и дополнительным электродом заземления, вторичную обмотку трансформатора соединить со входом блока приема кодированной информации.
В качестве электрода заземления может быть использована соседняя обсаженная скважина.
Последовательно с изоляционным элементом в колонну бурильных труб может быть введен по меньшей мере один дополнительный разделяющий колонну бурильных труб изоляционный элемент с соответствующим ключевым элементом, подключенным параллельно дополнительному изоляционному элементу и управляемым кодовым сигналом скважинной аппаратуры.
Схемы вариантов предложенной телеметрической системы передачи скважинных данных приводятся на чертежах.
Фиг.1 - схема геофизической телеметрической скважинной системы с электродом заземления;
фиг.2 - схема геофизической телеметрической системы с использованием в качестве электрода заземления соседней обсаженной скважины;
фиг.3 - схема телеметрической системы для горизонтальных скважин большой длины.
Телеметрическая скважинная коммуникационная система передачи данных (фиг.1) включает два токоведущих электрода - колонну 1 бурильных труб и электрод 2 заземления. Изоляционный трубный элемент 4 отделяет нижнюю часть колонны 1 бурильных труб вместе с турбобуром 3 от основной части колонны 1 бурильных труб. Ключевой элемент 5 подключен параллельно изоляционному трубному элементу 4 в точках подключения 6 и 7. Управляющий вход 8 ключевого элемента 5 соединен с выходом синхронного кодирующего устройства 9 скважинной аппаратуры. Наземная часть телеметрической системы содержит силовой источник 10 электрического питания канала связи, трансформатор 11 тока, приемник 12, фазометр 13 и синхронный генератор 14. Источник 10 электрического питания канала связи и первичная токовая обмотка трансформатора 11 тока последовательно включены между основной частью колонны бурильных труб и электродом 2 заземления, вторичная обмотка трансформатора 11 тока соединена с приемником 12, к выходу приемника 12 подключены фазометр 13 и синхронный генератор 14, соединенные электрическими связями. Приемник 12, фазометр 13, синхронный генератор 14 образуют наземный блок 21 приема кодированной информации.
Элементы R1, R2 и R3 представляют собой эквиваленты удельного электрического сопротивления: R1 - сопротивление между основной частью колонны 1 буровых труб и электродом 2 заземления; R2 - между электродом заземления 2 и нижней частью колонны 1 буровых труб и R3 - сопротивление замкнутого ключевого элемента 5.
Взамен заземляющего электрода 2, как показано на фиг.2, возможно использовать отдаленную обсаженную скважину 15.
Вариант, приведенный на фиг.3, используется для горизонтальных скважин большой длины. В нем последовательно с изоляционным элементом 5 включены дополнительный разделяющий основную колонну труб изоляционный трубный элемент 16 и соответствующий ключевой элемент 17 с точками подключения к трубам 18 и 19. Управляющий вход 20 ключевого элемента 17 соединен с синхронным кодирующим устройством 9 блока скважинной аппаратуры.
Рассмотрим работу телеметрической системы. Телеметрическая система для каротажа в процессе бурения, смонтированная на колонне бурильных труб, опускается в скважину. Питание электрической схемы скважинной аппаратуры в процессе бурения осуществляется от автономного источника питания малой мощности, например литиевых батарей или аккумуляторов (не показаны). Информация о параметрах горных пород, полученная в процессе бурения датчиками скважинной аппаратуры (не показаны), кодируется с помощью синхронного кодирующего устройства 9.
Кодированные сигналы передаются на управляющий вход 8 ключевого элемента 5, при этом происходит замыкание и размыкание в определенной последовательности изоляционного трубного элемента 4. Замыкание и размыкание изоляционного трубного элемента 4 приводит к изменению длины заземляющего отрезка колонны 1 бурильных труб за счет подсоединения и отсоединения нижней части бурильной колонны 1 вместе с турбобуром 3.
Известно (С.Атакишев и др. Электроэнергетика нефтяных и газовых промыслов. - М.: Недра, 1988 г.), что сопротивление заземления Rз стального стержня, забитого вертикально в землю, равно
где ρ - удельное сопротивление породы, окружающей заземлитель, L - длина заземлителя, D - диаметр заземлителя.
Следовательно, изменение длины L заземляющего стержня (в нашем случае длины колонны бурильных труб) приводит к изменению сопротивления заземления Rз.
Передача данных глубинных измерений осуществляется с помощью помехоустойчивой фазовой модуляции.
Силовой источник 10 электрического питания канала связи подает переменное напряжение частотой fo между двумя электродами - колонной буровых труб 1 и электродом заземления 2 (возможно обсаженной скважиной 15). При подаче напряжения на электроды в горной породе, окружающей электроды, протекает ток в цепи, образованной указанными электродами и первичной (токовой) обмоткой трансформатора 11 тока. Величина тока измеряется приемником 12 блока 21 приема кодированной информации. Значение протекающего через токоведущие электроды тока зависит от сопротивления цепи, а именно при разомкнутом ключевом элементе 5 от объемного сопротивления горных пород между основной частью колонны 1 и электродом 2 (обозначенного на фиг.1 и фиг.2 как эквивалентное сопротивление R1). При замкнутом ключевом элементе 5 ток возрастает за счет подключения параллельной цепи из объемного сопротивления горных пород между нижней частью колонны вместе с турбобуром 3 и электродом заземления 2 (обозначенного на фиг.1 и 2 как эквивалентного сопротивления R2) и сопротивления замкнутого ключевого элемента 5 (обозначенного на фиг.1 и 2 как эквивалентного сопротивления R3). Таким образом, при замыкании/размыкании ключевого элемента 5, подключенного к точкам 6 и 7, происходит соответствующее увеличение/уменьшение потребления тока от наземного источника 10. С помощью трансформатора 11 тока величина тока измеряется (регистрируется) наземным блоком 21 приема кодированной информации. Управление ключевым элементом 5 и декодирование передаваемой информации в наземном блоке 21 происходит в двух режимах. В первом режиме - режиме синхронизации - синхронное кодирующее устройство 9 через управляющий вход 8 замыкает и размыкает ключевой элемент 5 с частотой синхронизации fsyn<<fo. При этом возникает модуляция тока источника питания 10, наземный блок 21 приема кодированной информации выделяет эту модуляцию и синхрогенератор 14 синхронизируется по частоте и фазе с синхронным кодирующим устройством 9 блока скважинной аппаратуры. Во втором режиме - режиме передачи данных - синхронное кодирующее устройство 9 замыкает и размыкает ключевой элемент 5, осуществляя фазовую модуляцию передаваемых данных, а фазометр 13 синхронизированного в первом режиме наземного блока 21 приема кодированной информации сравнивает фазу принимаемого сигнала с фазой, зафиксированной в режиме синхронизации. В результате на выходе фазометра 13 создается последовательность импульсов, соответствующая передаваемому коду данных.
По окончании режима передачи данных (режима 2) синхронное кодирующее устройство 9 возвращается в режим синхронизации (режим 1).
Для скважин большой длины, особенно когда их располагают в горизонтальном направлении, чувствительность телеметрической скважинной системы падает из-за значительного растекания электрического тока в горных породах. Для повышения дальности системы передачи данных вводится по меньшей мере один дополнительный изоляционный трубный элемент 16, отделяющий от основной буровой колонны больший отрезок бурильных труб. Синхронное кодирующее устройство 9 через управляющий вход 20 замыкает и размыкает соответствующий ключевой элемент 17, подключенный в точках 18 и 19. Удлинение коммутируемой части буровой колонны приводит к увеличению глубины модуляции сопротивления между токоведущими электродами, а соответственно и к увеличению глубины модуляции тока, что позволяет увеличить дальность канала связи.
Claims (2)
1. Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных, содержащая изоляционный трубный элемент, отделяющий нижнюю часть колонны бурильных труб вместе с турбобуром от основной части колонны бурильных труб, ключевой элемент, управляемый кодовым сигналом скважинной аппаратуры, наземную часть, содержащую электрод заземления и блок приема кодированной информации, отличающаяся тем, что ключевой элемент подключен параллельно изоляционному трубному элементу, в наземную часть введены силовой источник электрического питания канала связи и трансформатор тока, при этом силовой источник электрического питания канала связи и первичная токовая обмотка трансформатора тока последовательно включены между колонной бурильных труб и электродом заземления, вторичная обмотка трансформатора тока соединена с входом блока приема кодированной информации.
2. Геофизическая телеметрическая система по п.1, отличающаяся тем, что последовательно с изоляционным трубным элементом в колонну бурильных труб введен по меньшей мере один дополнительный изоляционный элемент с соответствующим ключевым элементом, подключенным параллельно дополнительному изоляционному элементу и управляемым кодовым сигналом скважинной аппаратуры.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105822/28A RU2229733C2 (ru) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105822/28A RU2229733C2 (ru) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99105822A RU99105822A (ru) | 2001-01-20 |
| RU2229733C2 true RU2229733C2 (ru) | 2004-05-27 |
Family
ID=32678139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99105822/28A RU2229733C2 (ru) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2229733C2 (ru) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7781939B2 (en) | 2006-07-24 | 2010-08-24 | Halliburton Energy Services, Inc. | Thermal expansion matching for acoustic telemetry system |
| RU2449120C2 (ru) * | 2006-12-28 | 2012-04-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Комплексный инструмент для электродного измерения удельного сопротивления и эм телеметрии |
| CN101515039B (zh) * | 2008-02-19 | 2013-01-23 | 中油测井技术服务有限责任公司 | 井下电源供电和信号传输系统 |
| RU2480583C1 (ru) * | 2011-09-09 | 2013-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нпа Вира Реалтайм" | Телеметрическая система контроля параметров забоя |
| RU2480582C1 (ru) * | 2011-09-19 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") | Способ передачи информации из скважины по электромагнитному каналу связи и устройство для его осуществления |
| RU2486338C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2013-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические комплексы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТК") | Способ передачи данных измерений бескабельной телеметрической системой в процессе бурения скважин |
| CN103498667A (zh) * | 2013-10-16 | 2014-01-08 | 北京航空航天大学 | 一种用于有杆采油井的井下参数传输系统 |
| CN116988782A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-11-03 | 北京港震科技股份有限公司 | 一种基于单芯电缆的深井供电与数据传输方法及系统 |
-
1999
- 1999-03-23 RU RU99105822/28A patent/RU2229733C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОЛЧАНОВ А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. - М.: Недра, 1983, с.31, 171-177. * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7781939B2 (en) | 2006-07-24 | 2010-08-24 | Halliburton Energy Services, Inc. | Thermal expansion matching for acoustic telemetry system |
| RU2449120C2 (ru) * | 2006-12-28 | 2012-04-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Комплексный инструмент для электродного измерения удельного сопротивления и эм телеметрии |
| CN101515039B (zh) * | 2008-02-19 | 2013-01-23 | 中油测井技术服务有限责任公司 | 井下电源供电和信号传输系统 |
| RU2480583C1 (ru) * | 2011-09-09 | 2013-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нпа Вира Реалтайм" | Телеметрическая система контроля параметров забоя |
| EA021687B1 (ru) * | 2011-09-09 | 2015-08-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нпа Вира Реалтайм" | Телеметрическая система контроля параметров забоя |
| RU2480582C1 (ru) * | 2011-09-19 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") | Способ передачи информации из скважины по электромагнитному каналу связи и устройство для его осуществления |
| RU2486338C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2013-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические комплексы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТК") | Способ передачи данных измерений бескабельной телеметрической системой в процессе бурения скважин |
| CN103498667A (zh) * | 2013-10-16 | 2014-01-08 | 北京航空航天大学 | 一种用于有杆采油井的井下参数传输系统 |
| CN103498667B (zh) * | 2013-10-16 | 2015-08-05 | 北京航空航天大学 | 一种用于有杆采油井的井下参数传输系统 |
| CN116988782A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-11-03 | 北京港震科技股份有限公司 | 一种基于单芯电缆的深井供电与数据传输方法及系统 |
| CN116988782B (zh) * | 2023-08-14 | 2024-03-26 | 北京港震科技股份有限公司 | 一种基于单芯电缆的深井供电与数据传输方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11655706B2 (en) | Apparatuses and methods for sensing temperature along a wellbore using semiconductor elements | |
| CA2261686C (en) | Combined electric-field telemetry and formation evaluation method and apparatus | |
| US11092000B2 (en) | Apparatuses and methods for sensing temperature along a wellbore using temperature sensor modules comprising a crystal oscillator | |
| EP1062753B1 (en) | Borehole transmission system using impedance modulation | |
| US5576703A (en) | Method and apparatus for communicating signals from within an encased borehole | |
| CA2703417C (en) | Instrumentation of appraisal well for telemetry | |
| US7126492B2 (en) | Electromagnetic borehole telemetry system incorporating a conductive borehole tubular | |
| US4160970A (en) | Electromagnetic wave telemetry system for transmitting downhole parameters to locations thereabove | |
| EP1035299A2 (en) | Combined electric-field telemetry and formation evaluation method and apparatus | |
| EP1953570B1 (en) | A downhole telemetry system | |
| WO1994029749A9 (en) | Method and apparatus for communicating signals from encased borehole | |
| CN104271881A (zh) | 利用发电涡轮机的泥浆脉冲遥测机构 | |
| RU2229733C2 (ru) | Геофизическая телеметрическая система передачи скважинных данных | |
| CN114622900A (zh) | 一种基于微电流的井下信息传输装置和方法 | |
| AU767959B2 (en) | Drill string telemetry with insulator between receiver and transmitter | |
| RU2273732C2 (ru) | Способ приема/передачи геофизической информации во время бурения по беспроводному электромагнитному каналу связи с забоя на дневную поверхность | |
| RU2368779C1 (ru) | Устройство для электрического каротажа в процессе бурения | |
| CN202493260U (zh) | 一种煤矿用整体式电磁波无线随钻测量装置 | |
| RU2270919C2 (ru) | Способ передачи информации от забойной телеметрической системы и устройство для его осуществления | |
| RU2494250C1 (ru) | Способ передачи информации по электромагнитному каналу связи при эксплуатации скважины и устройство для его осуществления | |
| RU181692U1 (ru) | Устройство для передачи сигналов в скважинной среде | |
| RU2278256C1 (ru) | Забойная телеметрическая система с электромагнитным каналом связи | |
| RU2196894C2 (ru) | Способ эксплуатации скважины | |
| RU2537717C2 (ru) | Способ передачи скважинной информации по электромагнитному каналу связи и устройство для его осуществления | |
| CN105370271A (zh) | 一种用于可燃冰探测的测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090324 |