RU2273732C2 - Method for geophysical information receiving/transmission over wireless electromagnetic communication channel from well bottom to day surface during well drilling - Google Patents
Method for geophysical information receiving/transmission over wireless electromagnetic communication channel from well bottom to day surface during well drilling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2273732C2 RU2273732C2 RU2004115313/03A RU2004115313A RU2273732C2 RU 2273732 C2 RU2273732 C2 RU 2273732C2 RU 2004115313/03 A RU2004115313/03 A RU 2004115313/03A RU 2004115313 A RU2004115313 A RU 2004115313A RU 2273732 C2 RU2273732 C2 RU 2273732C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilling
- well
- signal
- receiving
- day surface
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано для передачи информации из забоя скважины на дневную поверхность без остановки процесса бурения.The invention relates to the field of well drilling and can be used to transmit information from the bottom of the well to the surface without stopping the drilling process.
Технология бурения скважин со сложным профилем и горизонтальных скважин предусматривает контроль направления бурения с помощью измерения углов ориентации бурового инструмента и измерения других геофизических параметров. Измерения проводятся в реальном времени путем сбора, предварительной обработки и кодировки сигналов соответствующих датчиков, передачи закодированных сообщений на поверхность. На поверхности осуществляется прием сигнала, его декодирование, обработка, представление в удобном для оператора виде и архивация на носитель информации.The technology of drilling wells with a complex profile and horizontal wells provides for control of the direction of drilling by measuring the orientation angles of the drilling tool and measuring other geophysical parameters. Measurements are carried out in real time by collecting, pre-processing and encoding the signals of the respective sensors, transmitting encoded messages to the surface. On the surface, a signal is received, decoded, processed, presented in a form convenient for the operator and archived onto a storage medium.
Таким образом, прием сигналов из скважины по любому беспроводному каналу связи (акустическому, гидродинамическому, электромагнитному) осложняется одними и теми же мешающими факторами: сильным затуханием сигнала и наличием помех, однако все способы помехоустойчивого кодирования сигнала связаны с уменьшением скорости передачи, которая и без него велика, т.о. главной проблемой устойчивости приема сигнала является соотношение сигнал/помеха (электрические помехи: сейсмоэлектрические помехи, движение сильномагнитного бурового инструмента и соленого бурового раствора, а также блуждающих токов и помех от других мощных потребителей энергии), а преодоление их путем (не считая помехоустойчивого кодирования) либо посылки с забоя более мощного сигнала, либо подавления помех (см. Проблемы и перспективы применения современных геофизических технологий для повышения эффективности решения задач геологической разведки и разработки месторождений полезных ископаемых, Материалы мировой научно-практической конференции, Октябрьский, 25-27 июня 2001, Уфа, ТАУ, 2002, стр.52-55; Чупров В.П. Вопрос дальности действия беспроводного электромагнитного канала связи скважины забой-устье).Thus, the reception of signals from the well via any wireless communication channel (acoustic, hydrodynamic, electromagnetic) is complicated by the same interfering factors: strong signal attenuation and the presence of interference, however, all methods of noise-resistant signal coding are associated with a decrease in the transmission speed, which without it great, i.e. the main problem of the stability of signal reception is the signal-to-noise ratio (electrical interference: seismoelectric interference, the movement of a highly magnetic drilling tool and saline mud, as well as stray currents and interference from other powerful energy consumers), and overcoming them by (not counting noise-resistant coding) either sending from the face of a more powerful signal, or suppressing interference (see Problems and prospects of using modern geophysical technologies to increase the efficiency of solving geological problems research and development of mineral deposits, Materials of the world scientific and practical conference, October, 25-27 June 2001, Ufa, TAU, 2002, pp. 52-55; Chuprov VP The question of the range of the wireless electromagnetic communication channel of the bottomhole mouth).
Механические колебания, возникающие при взаимодействии шарошечного долота с забоем, обладают высокой степенью информативности. Они содержат в себе сведения о параметрах системы долото-забой, поэтому реализация надежного канала передачи этой информации на устье скважины является важной задачей бурения.Mechanical vibrations arising from the interaction of a cone bit with a face have a high degree of information. They contain information about the parameters of the bit-bottom system, therefore, the implementation of a reliable channel for transmitting this information at the wellhead is an important drilling task.
Известен способ передачи информации по механическому каналу связи (см. Копылов В.Е. Акустическая система связи с забоем скважины при бурении. М.: Недра, 1979, стр.184), основанный на передаче механических колебаний (вибрации) долота по колонне бурильных труб на дневную поверхность, где осуществляется регистрация соответствующим датчиком вибраций и измерительной аппаратурой, и по измеренному спектру частот этих колебаний судят о характере динамических процессов, происходящих в системе долото - забой.A known method of transmitting information through a mechanical communication channel (see Kopylov V.E. Acoustic communication system with the bottom hole during drilling. M .: Nedra, 1979, p. 184), based on the transmission of mechanical vibrations (vibration) of the bit along the drill pipe string on the day surface, where registration is carried out by an appropriate vibration sensor and measuring equipment, and the measured frequency spectrum of these oscillations is used to judge the nature of the dynamic processes occurring in the bit-face system.
Преимуществами этого способа являются передача информации при отключении циркуляции промывочной жидкости и возможность работы канала в аэрированных (пенных) промывочных жидкостях.The advantages of this method are the transmission of information when turning off the circulation of the washing fluid and the possibility of the channel in aerated (foam) washing fluids.
Недостатками этого канала связи являются трудности выделения полезной информации на фоне помех в связи с низкой интенсивностью передаваемых сигналов, их отражением и интерференцией в местах изменения диаметра бурильных труб и замковых соединений, малая дальность передачи данных вследствие затухания упругих колебаний в толще бурильной колонны (наличие упругого гистерезиса, явление релаксации, термическая природа поглощения и др.) и окружающей среде, значительное затухание передаваемых сигналов с ростом частоты акустических колебаний (например, при частотах порядка несколько десятков герц коэффициент затухания 5-10 Нп/км), низкая скорость передачи данных (порядка 1-20 бит/с), отсутствие информационной связи устья с забоем скважины, необходимость использования ретрансляторов для увеличения дальности передачи сигналов и применения в них и в забойном передатчике батарейных элементов питания, низкая надежность канала из-за необходимости использования забойного передатчика и близко расположенных к нему ретрансляторов в зоне разрушительного воздействия непрерывной вибрации и сильных ударов, большие затраты времени на непредусмотренный регламентом спускоподъем бурильного инструмента, связанный с заменой передающего устройства и ретрансляторов при выходе их из строя.The disadvantages of this communication channel are the difficulties in extracting useful information against the background of interference due to the low intensity of the transmitted signals, their reflection and interference in the places where the diameter of the drill pipe and tool joints changes, the short range of data transmission due to the attenuation of elastic vibrations in the thickness of the drill string (elastic hysteresis , relaxation phenomenon, the thermal nature of absorption, etc.) and the environment, significant attenuation of the transmitted signals with increasing frequency of acoustic vibrations (for example, at frequencies of the order of several tens of hertz, attenuation coefficient of 5-10 Np / km), low data transfer rate (of the order of 1-20 bit / s), lack of information connection between the wellhead and the bottom of the well, the need to use repeaters to increase the transmission range of signals and the use of battery cells in them and in the downhole transmitter, low channel reliability due to the need to use the downhole transmitter and repeaters close to it in the zone of destructive continuous vibration AI and strong shocks, large time spent on unforeseen regulations spuskopodem drilling tool associated with the replacement of a transmitter and a repeater at their failure.
Известен способ передачи информации по естественному гидравлическому каналу связи (см. Грачев Ю.В. Автоматический контроль в скважинах при бурении. М.: Недра, 1968, стр.328), основанный на передаче забойной информации по столбу промывочной жидкости линии нагнетания на устье скважины дневной поверхности в виде импульсов давления с регистрацией датчиком давления и соответствующей измерительной аппаратурой, причем по изменению амплитуды, частоты или последовательности информационных импульсов давления судят об изменении интересующих забойных параметров.A known method of transmitting information through a natural hydraulic communication channel (see Grachev Yu.V. Automatic control in wells during drilling. M: Nedra, 1968, p. 328), based on the transmission of downhole information through a column of flushing fluid of an injection line at the wellhead of the surface in the form of pressure pulses with registration by a pressure sensor and appropriate measuring equipment, moreover, by changing the amplitude, frequency or sequence of information pressure pulses, a change in the bottomhole of interest is judged x parameters.
Гидроканал отличается высокой степенью однородности своих акустических свойств по причине однородности физико-химических свойств самой промывочной жидкости, и это исключает появление в нем отраженных волн, что имело место в механическом канале связи, а отсутствие сдвиговых деформаций в жидкости исключает проникновение в гидроканал помех, обусловленных поперечными и крутильными колебаниями бурильной колонны, все это характеризует его как канал с малым уровнем вносимых искажений. Вносимые же в гидроканал помехи за счет использования поршневых буровых насосов - помехи с частотой порядка 1 Гц, но неизменность кинематической схемы буровых насосов и их синхронный электропривод вносят пульсации с неизменной частотой и амплитудой колебаний, которые далее возможно отфильтровать с помощью известных схемных решений.The hydrochannel is characterized by a high degree of homogeneity of its acoustic properties due to the homogeneity of the physicochemical properties of the washing liquid itself, and this excludes the appearance of reflected waves in it, which took place in the mechanical communication channel, and the absence of shear deformations in the liquid prevents interference from the transverse channel due to transverse and torsional vibrations of the drill string, all this characterizes it as a channel with a low level of introduced distortion. The interference introduced into the hydrochannel due to the use of piston mud pumps is interference with a frequency of the order of 1 Hz, but the invariance of the kinematic scheme of the mud pumps and their synchronous electric drive introduce pulsations with an unchanged frequency and amplitude of oscillations, which can then be filtered using known circuit solutions.
Кроме того, в гидроканале отсутствует источник энергии в скважине, а для передачи закодированного сигнала на поверхность модулируется скорость потока бурового раствора, поступающего сверху. Модуляция осуществляется путем изменения проходного сечения канала, по которому буровой раствор через измерительную систему поступает на буровой инструмент. Пульсации бурового раствора фиксируются на поверхности, декодируются, обрабатываются и представляются в удобном для оператора виде с дальнейшей архивацией на носителе информации.In addition, there is no energy source in the well in the well, and the flow rate of the drilling fluid coming from above is modulated to transmit the encoded signal to the surface. Modulation is carried out by changing the passage section of the channel, through which the drilling fluid through the measuring system enters the drilling tool. The pulsations of the drilling fluid are recorded on the surface, decoded, processed and presented in a form convenient for the operator with further archiving on the information carrier.
Такая система, однако, тоже имеет недостаток, так как изменение проходного сечения канала осуществляется механическим устройством (клапан быстро подвергается износу и разрушению под действием бурового раствора, несущего твердые частицы, что влияет на точность регистрации параметров информационной системы во время эксплуатации), которое требует затрат на поддержание его работоспособности (профилактика, ремонт) и сложность ввода в гидроканал забойной информации.Such a system, however, also has a drawback, since the change in the channel cross-section is carried out by a mechanical device (the valve undergoes rapid deterioration and destruction under the influence of a drilling fluid carrying solid particles, which affects the accuracy of recording information system parameters during operation), which is costly to maintain its performance (prevention, repair) and the difficulty of entering downhole information into the hydrochannel.
Известен способ передачи информации на поверхность (см. патент RU №2132948, МПК Е 21 В 47/12, от 30.06.98), основанный на передаче кодированных электрических информационных сигналов по колонне бурильных труб с передатчика электродом, установленным в призабойной зоне и связанным с металлом колонны бурильных труб, приеме их электродом, установленным на устье скважины, и преобразовании кодированных информационных электрических сигналов приемником в вид, удобный для регистрации, кроме того, передают кодированный электрический информационный сигнал дополнительно по буровой жидкости, в которой установлен передающий электрод, конец которого с металлом колонны бурильных труб соединен через трансформаторный выход передатчика, а принимают кодированный электрический информационный сигнал электродом, установленным в промывочной жидкости, концы которого соединены соответственно с одним из концов первичной обмотки приемника и с металлом колонны бурильных труб.A known method of transmitting information to the surface (see patent RU No. 2132948, IPC E 21 V 47/12, dated 06/30/98), based on the transmission of coded electrical information signals through a drill pipe string from a transmitter with an electrode installed in the bottomhole zone and connected with the metal of the drill pipe string, receiving it with an electrode installed at the wellhead, and converting the encoded information electrical signals by the receiver into a form convenient for recording, in addition, transmit the encoded electrical information signal to additionally, by drilling fluid, in which a transmitting electrode is installed, the end of which is connected to the drill pipe string metal through the transformer output of the transmitter, and a coded electrical information signal is received by an electrode installed in the flushing fluid, the ends of which are connected respectively to one of the ends of the primary winding of the receiver and to metal drill pipe string.
Инклинометр выдает информацию о положении конца колонны бурильных труб в пространстве в виде последовательности электрических сигналов, которые преобразуются (кодируются) в несущую частоту с наложенной на нее последовательностью информационных импульсов.The inclinometer provides information about the position of the end of the drill pipe string in space in the form of a sequence of electrical signals that are converted (encoded) into a carrier frequency with a sequence of information pulses superimposed on it.
Закодированная информация поступает на трансформаторный выход передатчика и между излучающим электродом и колонной бурильной труб возникает электрический потенциал. Электрические сигналы проходят по промывочной жидкости, замыкаясь на металлической массе колонне бурильных труб.The encoded information is transmitted to the transformer output of the transmitter and an electric potential arises between the radiating electrode and the drill pipe string. Electrical signals travel through the flushing fluid, closing on the metal mass of the drill pipe string.
Информационный сигнал доходит до приемного электрода, снимается токопроводящим проводом, усиливается приемным трансформатором и поступает в приемное устройство, где декодируется и фиксируется в памяти, таким образом, передача информации осуществляется внутри скважины по кратчайшему расстоянию и не требует большой мощности для преодоления сопротивления пластов окружающей породы, что позволяет отказаться от турбогенератора и перейти на более экономное и технологичное батарейное питание.The information signal reaches the receiving electrode, is removed by the conductive wire, amplified by the receiving transformer and enters the receiving device, where it is decoded and fixed in memory, thus, information is transmitted inside the borehole over the shortest distance and does not require large power to overcome the resistance of the surrounding rock formations, which allows you to abandon the turbogenerator and switch to a more economical and technological battery power.
Однако использование источников питания (батареи) заставляет осуществлять замену элементов, что требует подъема аппаратуры на поверхность, а это удорожает процесс и требует значительное время на проведения этой операции.However, the use of power sources (batteries) makes it necessary to replace elements, which requires lifting the equipment to the surface, which makes the process more expensive and requires a considerable amount of time for this operation.
Известен способ измерения забойных параметров в процессе бурения (MWD) фирмы Geoservices с электромагнитным каналом связи (см. Технология горизонтального, наклонно-направленного и кустового бурения. Обзор - ВНИИЗарубежгеология, 1991, вып.8, стр.8-9. основанный на измерении параметров буровой системы - температуры, давления и данных каротажа и передачи их на устье скважины (параметры геофизических, технологических, инклинометрических данных).A known method of measuring downhole parameters during drilling (MWD) by Geoservices with an electromagnetic communication channel (see Technology horizontal, directional and cluster drilling. Overview - VNIIZarubezhgeologiya, 1991, issue 8, p. 8-9. Based on the measurement of parameters drilling system - temperature, pressure and logging data and their transfer to the wellhead (parameters of geophysical, technological, inclinometric data).
Недостатком известного способа является недостаточная дальность передачи вследствие маломощного передатчика, питающегося от литиевых батарей.The disadvantage of this method is the insufficient transmission distance due to the low-power transmitter, powered by lithium batteries.
Кроме того, зависимость затухания сигнала от физических свойств горных пород (обычно канал используется при удельном электрическом сопротивлении пород ρ>20 Ом м), низкая скорость передачи данных (порядка 2,5-5,0 бит/с) зависимость дальности передачи сигналов от расстояния между электродами, глубины их погружения в горные породы, величины приложенного к электродам напряжения, величины и частоты электрического тока, необходимость передачи данных на низких частотах (не выше несколько десятков герц), для которых характерен высокий уровень помех, зависимость возможности осуществления передачи данных от электрического сопротивления бурового раствора, необходимость использовании ретранслятора для увеличения дальности передачи сигналов с забоя в устье скважины, низкая надежность канала вследствие использования забойной электронной системы в условиях разрушительного воздействия непрерывной вибрации и сильных ударов, большие затраты времени на непредусмотренный регламентом спускоподъем скважинного передающего устройство и ретрансляторов при выходе их из строя,In addition, the dependence of signal attenuation on the physical properties of rocks (usually a channel is used for specific electrical resistivity of rocks ρ> 20 Ohm m), low data transfer rate (of the order of 2.5-5.0 bit / s), the dependence of signal transmission distance on distance between the electrodes, the depth of their immersion in rocks, the magnitude of the voltage applied to the electrodes, the magnitude and frequency of the electric current, the need to transmit data at low frequencies (not higher than several tens of hertz), which are characterized by a high level of interference , the dependence of the possibility of transmitting data on the electrical resistance of the drilling fluid, the need to use a repeater to increase the transmission range of signals from the bottom at the wellhead, low reliability of the channel due to the use of a downhole electronic system under the destructive effects of continuous vibration and strong shocks, time consuming for unforeseen regulations tripping of the downhole transmitting device and repeaters when they fail,
Таким образом, при использовании беспроводного электромагнитного канала связи необходимо иметь источник энергии в призабойной зоне, где осуществляется измерение геофизических, технологических, инклинометрических параметров, их кодирование и передача на дневную поверхность.Thus, when using a wireless electromagnetic communication channel, it is necessary to have an energy source in the near-well zone, where the geophysical, technological, inclinometric parameters are measured, their coding and transmission to the day surface.
Однако химические источники энергии дороги, требуют периодической перезарядки (для аккумуляторов) или замены (для батарей), так как ограничен ресурс работы источника питания, механические источники так же дороги, причем требуется высокая технология их производства, но они ненадежны в работе, так как подвергаются воздействию агрессивной среды (высокой температурой и давления на забое скважины) и требуют проведения периодических регламентных и ремонтных работ, а для электрогенератора дополнительными фактором, влияющим на ресурс работы, является износ подшипников, вызванный расходом смазки через уплотнения вала.However, chemical energy sources of the road require periodic recharging (for batteries) or replacement (for batteries), since the resource of the power source is limited, mechanical sources are also expensive, and high production technology is required, but they are unreliable in operation, as they are exposure to an aggressive environment (high temperature and pressure at the bottom of the well) and require periodic routine maintenance and repair work, and for an electric generator an additional factor affecting the service life, I Bearing wear is caused by grease consumption through shaft seals.
В общем случае, любой источник энергии на забое требует больших затрат на ее пополнение или обеспечение.In the general case, any source of energy at the face requires large expenditures for its replenishment or provision.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ передачи геофизической информации во время бурения по беспроводному электромагнитному каналу связи с забоя на дневную поверхность (см. патент RU №2206739 МПК Е 21 В 47/12, от 22.10.99, патентовладелец, представитель FR - Сулье Луи), предусматривающий излучение электрического сигнала диполем, размещенным на забое, электрически соединенным с металлическими трубами, которые изолируют частично или полностью, находящимися в местах геологических формаций малого удельного сопротивления разбуриваемого слоя, и прием на дневной поверхности электрического сигнала путем подключения полюсов приемника соответственно к колонне бурильных труб и удаленной точке от устья скважины.The closest in technical essence and the achieved result is a method of transmitting geophysical information while drilling through a wireless electromagnetic communication channel from the bottom to the surface (see patent RU No. 2206739 IPC E 21 V 47/12, from 10.22.99, patent holder, representative FR - Sulie Louis), which provides for the emission of an electric signal by a dipole placed on the bottom, electrically connected to metal pipes that isolate partially or completely, located in places of geological formations of small specific resistance of the drilled layer, and receiving an electrical signal on the day surface by connecting the poles of the receiver respectively to the drill pipe string and a remote point from the wellhead.
Передача осуществляется передатчиком, размещенным на забое, который модулирует волну скачком фазы 0-π в ритме, согласованном с несущей частотой, порядка 1 Гц - 10 Гц.The transmission is carried out by a transmitter located at the bottom, which modulates the wave by a jump of the 0-π phase in a rhythm consistent with the carrier frequency, of the order of 1 Hz - 10 Hz.
Волны, излучаемые передатчиком, принимаются на поверхности приемником, один из полюсов которого связан с устьем скважины, а другой внедрен в землю на достаточном расстоянии от вершины скважины, на практике передатчик на забое и приемник на дневной поверхности могут быть по очереди приемником и передатчиком.The waves emitted by the transmitter are received at the surface by a receiver, one of the poles of which is connected to the wellhead and the other is embedded in the ground at a sufficient distance from the top of the well, in practice, the downhole transmitter and the receiver on the day surface can be in turn a receiver and a transmitter.
Недостатком известного технического решения является то, что для передачи с забоя необходимо генерировать энергию внизу скважины. Отсюда низкая надежность и естественное усложнение аппаратуры.A disadvantage of the known technical solution is that for downhole transmission, it is necessary to generate energy at the bottom of the well. Hence the low reliability and natural complexity of the equipment.
Техническим результатом изобретения является обеспечение двунаправленного приема-передачи сигнала во время бурения по беспроводному электромагнитному каналу связи из скважины на дневную поверхность соответственно о достоверности технического состоянии аппаратуры бурения и электрофизических свойств пересекаемых (разбуриваемых) пластов (диэлектрическую проницаемость и удельную электрическую проводимость), а также повышение надежности и долговечности способа с естественным упрощением и удешевлением процесса бурения.The technical result of the invention is the provision of bi-directional reception and transmission of a signal while drilling through a wireless electromagnetic communication channel from the well to the day surface, respectively, on the reliability of the technical condition of the drilling equipment and the electrophysical properties of the intersected (drilled) formations (dielectric constant and electrical conductivity), as well as increasing reliability and durability of the method with natural simplification and cheapening of the drilling process.
Технический результат достигается тем, что в способе приема/передачи геофизической информации во время бурения по беспроводному электромагнитному каналу связи с забоя на дневную поверхность, предусматривающем модуляцию (кодирование) напряжения генерирующего сигнала на дневной поверхности путем подключения полюсов наземного генератора соответственно к колонне бурильных труб и удаленной точке от устья скважины, электрическим диполем на забое осуществляют прием сигнала наземного генератора, выделяют тактовую частоту наземного генератора и синхронно с ней коммутируют закодированным сообщением электрический диполь на забое, на устье скважины измеряют ток генерации путем выделения пульсаций с помощью синхронного детектирования, выделенные таким образом пульсации раскодируются и передаются для дальнейшей их обработки и регистрации.The technical result is achieved by the fact that in the method of receiving / transmitting geophysical information while drilling through a wireless electromagnetic communication channel from the bottom to the surface, providing for the modulation (coding) of the voltage of the generating signal on the surface by connecting the poles of the ground generator respectively to the drill pipe string and remote a point from the wellhead, an electric dipole at the bottomhole receives a signal from a ground generator, the clock frequency of the ground generator is isolated at the wellhead and synchronously commute with an encoded message an electric dipole at the bottom; at the wellhead, the generation current is measured by extracting ripples using synchronous detection, the ripples selected in this way are decoded and transmitted for further processing and recording.
По измеренной на устье величине пульсаций, вызванных коммутацией электрического диполя на забое, судят о геофизических параметрах разбуриваемого пласта на дневной поверхности.Based on the measured at the mouth magnitude of the pulsations caused by the commutation of the electric dipole at the bottom, the geophysical parameters of the drilled formation on the surface are judged.
Частоту наземного генератора на дневной поверхности изменяют для наилучшего условия приема сигнала из забоя.The frequency of the ground generator on the day surface is changed for the best condition for receiving a signal from the bottom.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в получении геофизических, технологических и инклинометрических параметров во время бурения скважины за счет использования только наземного генератора электромагнитной энергии, размещенного на дневной поверхности, с повышением его надежности, увеличения его мощности при регулировке параметров излучения для достижения лучшей проходимости команд на забой, выделение закодированного сигнала с призабойной зоны, а получение информации об электрических свойствах разбуриваемых пластов осуществляется исключительно с помощью измерения тока наземного регистратора и его соответствующей обработки. При таком способе для передачи данных с забоя достаточно затрат энергии лишь на коммутацию диполя, что со всей очевидностью показывает преимущество предлагаемого способа. Коммутация диполя вызывает приращение тока, которое пропорционально площади нижней части диполя и обратно пропорционально удельному сопротивлению окружающих его пород.The essence of the proposed technical solution is to obtain geophysical, technological and inclinometric parameters during well drilling by using only a ground-based electromagnetic energy generator located on the day surface, increasing its reliability, increasing its power when adjusting radiation parameters to achieve better cross-country ability , the selection of the encoded signal from the bottomhole zone, and obtaining information about the electrical properties of the drilled ists carried out exclusively via the current measuring ground recorder and its corresponding processing. With this method, for the transmission of data from the face, it is enough energy only to switch the dipole, which clearly shows the advantage of the proposed method. Switching the dipole causes a current increment, which is proportional to the area of the lower part of the dipole and inversely proportional to the resistivity of the surrounding rocks.
Сравнение предлагаемого изобретения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые позволяют успешно реализовать поставленную цель.Comparison of the invention with known technical solutions shows that it has a new set of essential features that can successfully achieve the goal.
Сущность предлагаемого технического изобретения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала.The essence of the proposed technical invention will be clear from the following description and the attached graphic material.
На чертеже изображен ствол скважины, пересекающий пласты 9, 10, 11 и 12. В стволе скважины находится колонна бурильных труб 3 с изолированным от основной колонны труб отрезком 4.The drawing shows a wellbore intersecting formations 9, 10, 11 and 12. In the wellbore there is a drill pipe string 3 with a segment 4 isolated from the main pipe string.
Алгоритм работы способа приема/передачи геофизической информации во время бурения представляет собой последовательность выполнения операций.The algorithm of the method of receiving / transmitting geophysical information during drilling is a sequence of operations.
- На поверхности с помощью генератора 1, подключенного одним полюсом к устью скважины, обсаженной кондуктором 2, а другим полюсом к заземлению 8, расположенному на некотором удалении от устья, генерируется электромагнитное поле.- On the surface with the help of a generator 1, connected by one pole to the wellhead cased by the conductor 2, and by the other pole to the ground 8, located at some distance from the wellhead, an electromagnetic field is generated.
- Электромагнитное поле, создаваемое генератором 1, распространяется по окружающей скважину породе, достигает призабойной зоны и создает разность потенциалов между колонной бурильных труб 3 и изолированной ее частью 4.- The electromagnetic field generated by the generator 1, spreads over the rock surrounding the borehole, reaches the bottomhole zone and creates a potential difference between the drill pipe string 3 and its insulated part 4.
- Приемопередатчик 5 подключен к нижнему концу бурильных труб 3 и к изолированной ее части 4. Для передачи сообщения с забоя синхронно с частотой наземного генератора замыкаются или размыкаются части 3 и 4 колонны бурильных труб, а для выделения частоты наземного генератора замеряется напряжение между разомкнутыми частями 3 и 4 колонны бурильных труб, и/или замеряется ток, протекающий из колонны 3 в отрезок 4 через замыкающий их коммутатор.- The transceiver 5 is connected to the lower end of the drill pipe 3 and to its insulated part 4. To transmit messages from the bottom, the drill pipe strings 3 and 4 are closed or opened synchronously with the frequency of the ground generator, and the voltage between open parts 3 is measured to isolate the frequency of the ground generator and 4 drill pipe columns, and / or the current flowing from the column 3 to the section 4 through the switch that closes them is measured.
- Для обеспечения синхронности передачи частота коммутации диполя должна подстраиваться таким образом, чтобы она была кратна частоте принятого напряжения наземного генератора.- To ensure synchronization of the transmission, the dipole switching frequency must be adjusted so that it is a multiple of the frequency of the received voltage of the ground generator.
- Для передачи сообщения с наземной поверхности в призабойную зону сигнал генератора 1 кодируется, (например, фазоманипулированным сигналом), но чтобы это сообщение не влияло на выделение частоты наземного генератора в приемопередатчике 5, подстройка частоты коммутации в приемопередатчике 5 должна осуществляться с минимально достаточной постоянной времени.- To transmit a message from the ground surface to the bottom-hole zone, the signal of generator 1 is encoded (for example, by a phase-shifted signal), but so that this message does not affect the allocation of the frequency of the ground generator in transceiver 5, the tuning of the switching frequency in transceiver 5 should be carried out with a minimum sufficient time constant .
- Для обеспечения наилучших условий приема-передачи частота наземного генератора выбирается такой, при которой величина пульсаций тока, вызванная работой приемопередатчика 5, будет максимальной.- To ensure the best conditions of reception and transmission, the frequency of the ground generator is chosen such that the magnitude of the ripple current caused by the operation of the transceiver 5 will be maximum.
- Для определения проводящих свойств разбуриваемых пород необходимо знать напряжение между разомкнутыми отрезками 3 и 4 бурильных труб и током утечки в отрезок 4 при замыкании его с колонной 3 бурильных труб. Эти два параметра являются достаточными для вычисления сопротивления заземления электрода 4 (см. Дахнов В.Н. Промысловая геофизика, § 62 "Сопротивление цилиндрического заземления", М.: Недра, 1958, стр. 337). Согласно Дахнову сопротивление цилиндрического заземления определяется как- To determine the conductive properties of the drilled rocks, it is necessary to know the voltage between the open sections 3 and 4 of the drill pipe and the leakage current in section 4 when it is closed with the drill pipe string 3. These two parameters are sufficient to calculate the grounding resistance of electrode 4 (see Dakhnov V.N. Field Geophysics, § 62 "Resistance of cylindrical grounding", M .: Nedra, 1958, p. 337). According to Dakhnov, the resistance of cylindrical grounding is defined as
Rз=0.367(ρ/Lз)lg(2Lз/dз),R s = 0.367 (ρ / L s ) log (2L s / d s ),
где ρ - удельная проводимость породы, Lз - длина цилиндрического заземления, dз - диаметр цилиндрического заземления. Из приведенной формулы видно, что, зная сопротивление заземления, длину и диаметр нижнего отрезка труб 4, можно вычислить удельное сопротивление породы. Вычисление может быть произведено здесь же, на забое, или замеренные ток и напряжение могут передаваться на дневную поверхность в закодированном виде, где декодируются и по ним вычисляется сопротивление заземления.where ρ is the specific conductivity of the rock, L z is the length of the cylindrical ground, d z is the diameter of the cylindrical ground. From the above formula it is seen that, knowing the grounding resistance, the length and diameter of the lower pipe section 4, it is possible to calculate the resistivity of the rock. The calculation can be done here, at the bottom, or the measured current and voltage can be transmitted to the day surface in encoded form, where they are decoded and the earth resistance is calculated from them.
Технико-экономическим эффектом изобретения является обеспечение двунаправленного приема-передачи сигнала во время бурения по беспроводному электромагнитному каналу связи из скважины на дневную поверхность соответственно о достоверности геофизических, технологических и инклинометрических параметров за счет использования только наземного генератора, что повышает надежность и долговечность способа с естественным упрощением и удешевлением процесса бурения.The technical and economic effect of the invention is the provision of bi-directional signal reception and transmission while drilling through a wireless electromagnetic communication channel from the well to the surface, respectively, on the reliability of geophysical, technological and inclinometric parameters by using only a ground generator, which increases the reliability and durability of the method with natural simplification and cheaper drilling process.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115313/03A RU2273732C2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Method for geophysical information receiving/transmission over wireless electromagnetic communication channel from well bottom to day surface during well drilling |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115313/03A RU2273732C2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Method for geophysical information receiving/transmission over wireless electromagnetic communication channel from well bottom to day surface during well drilling |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004115313A RU2004115313A (en) | 2005-11-10 |
| RU2273732C2 true RU2273732C2 (en) | 2006-04-10 |
Family
ID=35864844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004115313/03A RU2273732C2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Method for geophysical information receiving/transmission over wireless electromagnetic communication channel from well bottom to day surface during well drilling |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2273732C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460880C2 (en) * | 2007-03-06 | 2012-09-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Method and device for signal transfer to measuring instrument in well shaft |
| CN101525997B (en) * | 2008-03-06 | 2012-10-17 | 中国石油化工股份有限公司 | Downhole signal transmitting device for electromagnetic measurement while drilling system and transmitting method thereof |
| RU2475642C1 (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Геофизика" (ОАО НПФ "Геофизика") | Method and equipment for hydrodynamic investigations of formations on pipes |
| RU2475644C1 (en) * | 2011-07-15 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Method of reception and transmission of data from well bottom to surface by electromagnetic communication channel by rock using superconducting quantum interference device |
| RU2480582C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") | Method to transfer information from well along electromagnetic communication channel and device for its realisation |
| EP4325025A3 (en) * | 2013-12-20 | 2024-04-24 | Fastcap Systems Corporation | Electromagnetic telemetry device |
-
2004
- 2004-05-21 RU RU2004115313/03A patent/RU2273732C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОЛЧАНОВ А.А., Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин, Москва, Недра, 1983, с.104, 171-177. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460880C2 (en) * | 2007-03-06 | 2012-09-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Method and device for signal transfer to measuring instrument in well shaft |
| US8581740B2 (en) | 2007-03-06 | 2013-11-12 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for communicating signals to an instrument in a wellbore |
| CN101525997B (en) * | 2008-03-06 | 2012-10-17 | 中国石油化工股份有限公司 | Downhole signal transmitting device for electromagnetic measurement while drilling system and transmitting method thereof |
| RU2475644C1 (en) * | 2011-07-15 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Method of reception and transmission of data from well bottom to surface by electromagnetic communication channel by rock using superconducting quantum interference device |
| RU2475642C1 (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Геофизика" (ОАО НПФ "Геофизика") | Method and equipment for hydrodynamic investigations of formations on pipes |
| RU2480582C1 (en) * | 2011-09-19 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ГОРИЗОНТ" (ООО НПФ "ГОРИЗОНТ") | Method to transfer information from well along electromagnetic communication channel and device for its realisation |
| EP4325025A3 (en) * | 2013-12-20 | 2024-04-24 | Fastcap Systems Corporation | Electromagnetic telemetry device |
| US12071847B2 (en) | 2013-12-20 | 2024-08-27 | Fastcap Systems Corporation | Electromagnetic telemetry device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004115313A (en) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8400326B2 (en) | Instrumentation of appraisal well for telemetry | |
| US6188223B1 (en) | Electric field borehole telemetry | |
| CA2261686C (en) | Combined electric-field telemetry and formation evaluation method and apparatus | |
| US6396276B1 (en) | Apparatus and method for electric field telemetry employing component upper and lower housings in a well pipestring | |
| RU2374440C2 (en) | Sensor system | |
| US7126492B2 (en) | Electromagnetic borehole telemetry system incorporating a conductive borehole tubular | |
| US4739325A (en) | Apparatus and method for down-hole EM telemetry while drilling | |
| US6691779B1 (en) | Wellbore antennae system and method | |
| RU2468200C2 (en) | Device for measuring distance and determining direction between two drilled wells (versions); method for measuring distance and determining direction between two drilled wells; solenoid assembly of device for measuring distance and determining direction between two drilled wells | |
| US7170423B2 (en) | Electromagnetic MWD telemetry system incorporating a current sensing transformer | |
| EP1062753B1 (en) | Borehole transmission system using impedance modulation | |
| US9181797B2 (en) | Downhole telemetry signalling apparatus | |
| US8863861B2 (en) | Downhole telemetry apparatus and method | |
| CN103912264A (en) | Near-bit logging-while-drilling resistivity measuring device | |
| US20130222149A1 (en) | Mud Pulse Telemetry Mechanism Using Power Generation Turbines | |
| RU2273732C2 (en) | Method for geophysical information receiving/transmission over wireless electromagnetic communication channel from well bottom to day surface during well drilling | |
| CN111396035A (en) | Method for identifying interface and resistivity of coal bed and surrounding rock based on electromagnetic measurement while drilling signal | |
| Lu et al. | Improving the application depth of electromagnetic measurement while drilling (EM-MWD) systems by receiving signals from adjacent wells | |
| RU2229733C2 (en) | Geophysical telemetring system to transmit hole data | |
| Gooneratne et al. | Downhole Communication and Power Supplies to Instruments and Communication Modules | |
| RU2494250C1 (en) | Method for information transmission via electromagnetic communication channel at operation of well, and device for its implementation | |
| RU181692U1 (en) | DEVICE FOR TRANSMISSION OF SIGNALS IN A BOREHOLE ENVIRONMENT | |
| RU2475644C1 (en) | Method of reception and transmission of data from well bottom to surface by electromagnetic communication channel by rock using superconducting quantum interference device | |
| RU2132948C1 (en) | Method for transmitting information from well to surface | |
| RU2401944C1 (en) | Complex geophysical equipment on drill pipes (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070522 |