RU2485311C2 - Способ и система для передачи данных о стволе скважины - Google Patents
Способ и система для передачи данных о стволе скважины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485311C2 RU2485311C2 RU2011124584/03A RU2011124584A RU2485311C2 RU 2485311 C2 RU2485311 C2 RU 2485311C2 RU 2011124584/03 A RU2011124584/03 A RU 2011124584/03A RU 2011124584 A RU2011124584 A RU 2011124584A RU 2485311 C2 RU2485311 C2 RU 2485311C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- data
- analog
- digital
- module
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 40
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 27
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 12
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 2
- 241000417893 Kania Species 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
- E21B47/16—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the drill string or casing, e.g. by torsional acoustic waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
В представленном изобретении раскрыты способ и система для передачи данных о стволе скважины в процессе бурения при нефтедобыче. Данный способ состоит из трех этапов: получение и обработка скважинных данных, отправка и передача сигналов и получение данных на поверхности. В бурильную колонну может быть установлена релейная система для восстановления сигналов. При помощи соединительного элемента между пьезоэлектрическим преобразователем и бурильной трубой и с помощью передающей способности волны напряжений бурильной колонны путем детектирования автоматически выбирается оптимальная частота и применяется для передачи сигналов на поверхность через бурильную колонну. Для передачи сигналов используется детектирование генератора хаоса, а также для решения уравнения Дуффинга используется способ Рунге-Кутты четвертого порядка, чтобы определить наличие сигнала по величине периода системы, а затем выполняется извлечение полезного сигнала. Система имеет в своем составе систему получения и отправки данных в скважине и систему получения данных на поверхности, а также может включать релейную систему. Сигналы могут передаваться в двух направлениях. Данное изобретение может получить широкое применение при бурении с использованием жидких или газообразных флюидов, его преимуществом является высокая скорость передачи данных и детектирования. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Данное изобретение относится к сфере нефтедобычи, в частности к способу и системе для передачи данных о стволе скважины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] За последние годы технология бурения при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины получила значительное развитие в своей области применения. Тем не менее многие установки для бурения при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины не достигают расчетной производительности, основной причиной чего является то, что в течение всего процесса бурения не поддерживается пониженное гидростатическое давление, что приводит к повреждению земной поверхности и другим сложным ситуациям. Следовательно, преимущества технологии бурения при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины при обнаружении и защите нефтяного пласта, решении особых задач и сокращению затрат не могут быть получены не в полной мере. Поэтому важно контролировать скважинные данные в процессе бурения при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины, чтобы обеспечить бурение при пониженном гидростатическом давлении по всему стволу скважины. При этом технология передачи данных о стволе скважины становится основной технологией контроля в реальном времени.
[0003] В настоящее время в качестве беспроводного устройства сбора и обработки данных бурения широко используется система MWD (система измерений в процессе бурения), которая применяется для горизонтальных или наклонно направленных скважин. Данное устройство передает скважинные данные на поверхность, изменяя отклонение давления жидкости буровой шахты в бурильной колонне и используя сигнал импульса давления. Тем не менее существуют следующие сложности.
(1) Данное устройство может использоваться только в скважинах с флюидом только в жидком состоянии и не может использоваться в газовых скважинах или скважинах с флюидом в смешанном газообразном и жидком состоянии, так как сжимаемость газа обуславливает его неспособность передавать данные с помощью импульса давления.
(2) Скорость передачи данных сравнительно низкая, всего лишь 0,5-3 бит/с.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Целью данного изобретения является создание способа и системы для передачи данных о стволе скважины. По данному способу при помощи соединительного элемента между пьезоэлектрическим преобразователем и бурильной трубой и с помощью передающей способности волны напряжений бурильной колонны скважинные данные в реальном времени передаются на поверхность с помощью устройства для передачи и приема волны напряжений бурильной колонны, в результате чего скорость передачи данных увеличивается, при этом жидкая среда буровой скважины на нее больше не влияет.
[0005] Для достижения вышеуказанной цели данное изобретение предлагает способ для передачи данных о стволе скважины, отличающийся тем, что в качестве носителя для передачи данных выбирается волна напряжений, а в качестве канала передачи данных принимается бурильная колонна. Данный способ состоит из трех этапов: получение и обработка скважинных данных, отправка и передача сигнала и получение данных на поверхности, а именно:
а) получение и обработка скважинных данных, отличающиеся тем, что модуль сбора данных, расположенный на бурильной колонне, получает аналоговый сигнал, включая скважинные данные, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D, цифровой сигнал поступает в модуль обработки сигналов DSP, который кодирует цифровой сигнал по заранее заданному формату кодирования, после этого создается кодированный цифровой сигнал;
b) отправка и передача сигналов, отличающиеся тем, что кодированный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал с помощью модуля цифроаналогового преобразования D/A, а затем аналоговый сигнал направляется в модуль отправки данных для усиления, после чего усиленный сигнал передается в пьезоэлектрический преобразователь для запуска пьезоэлектрического преобразователя, пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений, отличающийся тем, что частота передачи волны напряжений выбирается в пределах полосы пропускания бурильной колонны и может быть отрегулирована автоматически в соответствии с различными комбинациями и длиной бурильных колонн, при этом сигнал частоты волны напряжений передается на поверхность через бурильную колонну; а также
с) получение данных на поверхности, отличающееся тем, что модуль получения данных, установленный на патрубке бурильной трубы, получает сигнал частоты волны напряжений, передаваемый на поверхность, беспроводной ретранслятор перенаправляет сигнал частоты волны напряжений в наземное приемное устройство, сигнал частоты волны напряжений преобразуется в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D, при этом цифровой сигнал поступает в наземный компьютер, наземный компьютер выделяет из цифрового сигнала полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех, и декодирует полезный слабый сигнал.
[0006] В процессе отправки и передачи сигнала, если передающий участок скважины длинный и происходит пропадание сигнала, в бурильную колонну может быть установлена релейная система, отличающаяся тем, что модуль получения данных в релейной системе получает аналоговый сигнал, включая скважинные данные, передаваемые из скважины, преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D и передает цифровой сигнал в модуль обработки данных, модуль обработки данных выявляет и восстанавливает полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех, и получает восстановленный цифровой сигнал, восстановленный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал с помощью модуля D/A и передается в модуль передачи данных, аналоговый сигнал усиливается для запуска пьезоэлектрического преобразователя, пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений, при этом сигнал частоты волны напряжений последовательно передается на поверхность через бурильную колонну.
[0007] Более того, согласно данному способу для отправки и передачи сигнала частота передачи выбирается в пределах полосы пропускания бурильной колонны, так как передача волны напряжений через бурильную колонну будет проявлять свойства фильтра с гребнеобразным частотным спектром, в котором полоса пропускания и полоса затухания чередуются. Согласно данному способу передача сигнала в полосе пропускания осуществляется эффективно, тогда как в полосе затухания происходит значительное подавление сигнала и его эффективная передача невозможна.
[0008] Процессор DSP кодирует цифровой сигнал в формате кодирования "синхронный сигнал + сигнал данных". Каждый полный блок цифрового сигнала включает 8 информационных битов, где 1 бит соответствует синхронному сигналу, а 7 битов соответствуют информационному сигналу. Синхронный сигнал, предназначенный для кодирования в DSP, является линейным сигналом с частотной модуляцией. Выявляются полоса пропускания и полоса затухания бурильной колонны, полоса пропускания определяется согласно частотному уравнению волны напряжений бурильной колонны, а частота с наилучшим эффектом прохождения в полосе пропускания автоматически выбирается в качестве частоты для передачи сигналов для бурильных колонн различной конструкции и длины. Частотное уравнение волны напряжений бурильной колонны представлено в следующем виде:
В вышеприведенном уравнении:
d1: длина бурильной колонны (средняя часть);
d2: длина соединения (сумма двух соединений);
c1: скорость волны в бурильной трубе;
c2: скорость волны в соединении;
k=ω/z;
z=z1+z2;
z1=a 1·ρ·c0;
z2=a 2·ρ·c0;
ω=2π·f;
d=d1+d2;
a 1: площадь поперечного сечения бурильной трубы;
а 2: площадь поперечного сечения соединения;
с0: скорость звука в стали;
ρ: плотность стали;
f: частота.
[0009] В процессе передачи сигнала от скважины наблюдается воздействие сильных помех от месторождения. Чтобы выявить полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех, для извлечения полезного слабого сигнала из сильных фоновых помех используется детектирование генератора хаоса. При детектировании генератора хаоса применяется следующее уравнение Дуффинга:
В вышеприведенном уравнении γ - движущая сила, µАAcos(ωt) - принятый полезный слабый сигнал, ZS - помехи
t - время,
k - объясняется следующей формулой:
k=ω/z,
где, в свою очередь, ω=2π·f, при этом f - частота,
a z=z1+z2, где z1 и z2, в свою очередь, объясняются следующим:
z1=а 1·ρ·c0 и z2=а 2·ρ·c0,
где а 1 - площадь поперечного сечения бурильной трубы;
a 2 - площадь поперечного сечения соединения;
с0 - скорость звука в стали;
ρ - плотность стали.
[0010] Движущая сила γ регулируется так, чтобы система в критическом состоянии перешла от периода хаоса к большому периоду. На вход подается сигнал, содержащий помехи, детектирование которого необходимо выполнить. Если система переходит из периода хаоса к большому периоду, это значит, что входной сигнал имеет в своем составе сигнал, который требуется выявить, при этом для решения вышеуказанного уравнения используется способ Рунге-Кутты четвертого порядка, чтобы рассчитать период системы и выявить наличие сигнала. Отношение сигнал-помеха, которое можно определить с помощью обычного детектирования, составляет -10 дБ, тогда как по данному изобретению оно может составлять менее -40 дБ. Это означает, что при мощности помех, превышающей мощность сигнала в 10000 раз, система все равно может эффективно выявлять полезный слабый сигнал.
[0011] Система получения данных на поверхности и система получения и отправки данных в скважине могут обмениваться информацией в двух направлениях. Система получения и отправки данных в скважине спускается в скважину вместе со сверлом для бурения. Когда начинается бурение, система получения данных на поверхности передает линейный сигнал с частотной модуляцией в систему получения и отправки данных в скважине. Линейный сигнал с частотной модуляцией передается вниз в систему получения и отправки данных в скважине по бурильной трубе. После получения линейного сигнала с частотной модуляцией система получения и отправки данных в скважине сначала рассчитывает оптимальную частоту передачи, а затем получает данные, передаваемые от устройства сбора данных в скважине. Когда бурение прекращается, система получения данных на поверхности передает сигнал, означающий прекращение получения данных. Когда система получения и отправки данных в скважине получает данный сигнал, получение скважинных данных прекращается.
[0012] Вышеуказанная система сбора скважинных данных может представлять собой систему сбора данных в обычном устройстве, выполняющем измерения в процессе бурения, а также полезную модель "Устройство сбора и передачи скважинных данных" согласно заявке №2008200063778 Карамайского научно-исследовательского института ведения буровых работ компании Western Drilling или другие устройства сбора данных в скважине.
Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение также предусматривает систему для передачи данных о стволе скважины, которая включает в себя систему получения и отправки данных в скважине и систему получения данных на поверхности, отличающуюся тем, что:
а) система получения и отправки данных в скважине имеет в своем составе модуль сбора скважинных данных, модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D, модуль обработки сигнала DSP, модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A и модуль передачи данных, отличающиеся тем, что:
модуль сбора скважинных данных собирает скважинные данные и выдает аналоговый сигнал;
модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал и подает цифровой сигнал в модуль обработки сигнала DSP;
модуль обработки сигнала DSP кодирует цифровой сигнал и выдает кодированный цифровой сигнал;
модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A преобразует кодированный цифровой сигнал в аналоговый сигнал;
модуль отправки данных имеет в своем составе усилитель мощности и пьезоэлектрический преобразователь, отличающиеся тем, что:
усилитель мощности усиливает аналоговый сигнал, преобразованный модулем цифроаналогового преобразования сигнала D/A;
пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений и передает сигнал частоты волны напряжений на поверхность через бурильную колонну; а также
b) система получения данных на поверхности имеет в своем составе модуль получения данных, установленный на патрубке бурильной трубы, беспроводной ретранслятор, наземное приемное устройство, модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D и наземный компьютер, отличающиеся тем, что:
модуль получения данных получает сигнал частоты волны напряжений, передаваемый на поверхность, и подает сигнал частоты волны напряжений в беспроводной ретранслятор;
беспроводной ретранслятор перенаправляет сигнал частоты волны напряжений в наземное приемное устройство;
модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D преобразует сигнал частоты волны напряжений в цифровой сигнал и подает цифровой сигнал в наземный компьютер;
наземный компьютер выявляет полезный слабый сигнал из цифрового сигнала и декодирует полезный слабый сигнал.
Система для передачи данных о стволе скважины также имеет в своем составе релейную систему, которая расположена между системой получения и отправки данных в скважине и системой получения данных на поверхности, отличающуюся тем, что релейная система имеет в своем составе модуль получения данных, модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D, модуль обработки данных, модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A, модуль отправки данных и модуль питания, отличающиеся тем, что:
модуль получения данных получает аналоговый сигнал;
модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал;
модуль обработки данных восстанавливает цифровой сигнал и направляет восстановленный цифровой сигнал в модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A;
модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A преобразует восстановленный цифровой сигнал в аналоговый сигнал и передает аналоговый сигнал в модуль отправки данных;
модуль отправки данных имеет в своем составе усилитель мощности и пьезоэлектрический преобразователь, отличающиеся тем, что:
усилитель мощности усиливает аналоговый сигнал, полученный в модуле цифроаналогового преобразования сигнала D/A;
пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный сигнал в сигнал частоты волны напряжений и передает сигнал частоты волны напряжений на поверхность через бурильную колонну; а также
модуль питания подает питание в интегральную схему релейной системы.
[0013] Преимущества данного изобретения
Данное изобретение может быть широко применено при бурении с использованием жидких или газовых флюидов; а также
высокие скорости передачи данных и обнаружения данных, к примеру, скорость передачи превышает 100 бит/с.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
(0014] На Фиг.1 представлена блок-схема, изображающая процесс передачи данных о стволе скважины по варианту осуществления изобретения; а также
[0015] На Фиг.2 представлена принципиальная схема, на которой показано детектирование хаотического состояния по варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Вариант осуществления изобретения описан подробно со ссылкой на соответствующие чертежи.
[0017] На Фиг.1 представлена блок-схема, изображающая процесс передачи данных о стволе скважины по варианту осуществления изобретения. Согласно способу, представленному на Фиг.1, существуют три этапа передачи данных о стволе скважины, включая следующие: получение и обработка скважинных данных, отправка и передача сигналов и получение данных на поверхности. Данные три этапа будут описаны подробно.
[0018] А. Получение и обработка скважинных данных: Скважинные данные, собранные системой сбора данных устройства MWD на бурильной трубе (а также полезной моделью "Устройство сбора и передачи скважинных данных" согласно заявке №2008200063778 Карамайского научно-исследовательского института ведения буровых работ компании Western Drilling или другими устройствами сбора данных в скважине), преобразуются из аналогового сигнала в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D, а затем цифровой сигнал подается в модуль обработки сигнала DSP, который кодирует цифровой сигнал в формате "синхронный сигнал + сигнал данных". Полный блок цифрового сигнала имеет в своем составе 8 информационных битов, в котором 1 бит соответствует синхронному сигналу, а 7 битов соответствуют информационному сигналу. В частности, модуль обработки сигнала DSP осуществляет кодирование в соответствии со следующим форматом кодирования.
[0019] В системе последовательной передачи данных должен быть синхронный сигнал. Сигналы передаются последовательно, бит за битом и группа за группой. Каждый полный блок цифрового сигнала имеет в своем составе 8 информационных битов. В рассматриваемом случае синхронный сигнал является линейным сигналом с частотной модуляцией, который является первым битом из восьми. Последние 7 битов соответствуют цифровому сигналу. Как показано на Фиг.2, значение "1" в цифровом сигнале обозначает предпочтительную частоту, если указано значение "0", сигнал не передается.
[0020] Синхронный сигнал для кодирования DSP является линейным сигналом с частотной модуляцией. Выявляются полоса пропускания и полоса затухания бурильной колонны, полоса пропускания определяется согласно частотному уравнению волны напряжений бурильной колонны, а частота с наилучшим эффектом прохождения в полосе пропускания выбирается автоматически в качестве частоты для передачи сигналов для бурильных колонн различной конструкции и длины. Частотное уравнение волны напряжений бурильной колонны представлено в следующем виде:
где
d1: длина бурильной колонны (средняя часть);
d2: длина соединения (сумма двух соединений);
с1: скорость волны бурильной трубы;
c2: скорость волны в соединении;
k=ω/z;
z=z1+z2;
z1=a 1·ρ·c0;
z2=a 2·ρ·c0;
ω=2π·f;
d=d1+d2;
a 1: площадь поперечного сечения бурильной трубы;
а 2: площадь поперечного сечения соединения;
с0: скорость звука в стали;
ρ: плотность стали;
f: частота.
[0021] В. Отправка и передача сигнала. Цифровой сигнал, кодированный в процессоре DSP, преобразуется в аналоговый сигнал с помощью модуля цифроаналогового преобразования сигнала D/A, а затем аналоговый сигнал передается в модуль отправки данных для усиления, после чего усиленный сигнал используется для запуска пьезоэлектрического преобразователя. Пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный сигнал в сигнал частоты волны напряжений. Частота передачи волны напряжений выбирается в пределах полосы пропускания бурильной колонны, и можно регулировать автоматически в зависимости от различных комбинаций бурильных колонн и их длины. Сигнал частоты волны напряжений передается на поверхность через бурильную колонну.
[0022] С. Получение данных на поверхности. Система получения данных, установленная на патрубке бурильной трубы, получает сигнал частоты волны напряжений, передаваемый на поверхность, а беспроводной ретранслятор перенаправляет сигнал частоты волны напряжений в наземное приемное устройство, сигнал частоты волны напряжений преобразуется в цифровой сигнал с помощью модуля аналогоцифрового преобразования A/D, при этом цифровой сигнал поступает в наземный компьютер. Наземный компьютер (5) выявляет полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех от цифрового сигнала, и декодирует полезный слабый сигнал.
[0023] В процессе отправки и передачи сигнала, если передающий участок скважины имеет большую длину и в нем происходит затухание сигнала, в бурильную колонну может быть установлена релейная система (3). Модуль получения данных в релейной системе (3) получает аналоговый сигнал, включая скважинные данные, передаваемые из скважины, преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D и передает цифровой сигнал в модуль обработки данных. Модуль обработки данных выявляет и восстанавливает полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех, и получает восстановленный цифровой сигнал. Восстановленный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал с помощью модуля цифроаналогового преобразования сигнала D/A, передается в модуль передачи данных, аналоговый сигнал усиливается для запуска пьезоэлектрического преобразователя. Пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений, сигнал частоты волны напряжений последовательно передается на поверхность.
[0024] В процессе передачи сигнала от скважины наблюдается воздействие сильных помех от месторождения. Чтобы выявить полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех, для извлечения полезного слабого сигнала из сильных фоновых помех используется детектирование генератора хаоса. При детектировании генератора хаоса используется следующее уравнение Дуффинга:
В вышеприведенном уравнении γ - движущая сила, µAAcos(ωt) - принятый полезный слабый сигнал, а ZS - помехи,
t - время,
k объясняется следующей формулой:
k=ω/z,
где, в свою очередь, ω=2π·f, при этом f - частота,
a z=z1+z2, где z1 и z2, в свою очередь, объясняются следующим:
z1=а 1·ρ·c0 и z2=а 2·ρ·c0,
где а 1 - площадь поперечного сечения бурильной трубы;
a 2 - площадь поперечного сечения соединения;
с0 - скорость звука в стали;
ρ - плотность стали,
[0025] Движущая сила γ регулируется так, чтобы система в критическом состоянии перешла от периода хаоса к большому периоду. На вход подается сигнал, содержащий помехи, детектирование которого необходимо выполнить. Если система переходит из периода хаоса к большому периоду, это значит, что входной сигнал имеет в своем составе сигнал, который требуется выявить, при этом для решения вышеуказанного уравнения используется способ Рунге-Кутты четвертого порядка, чтобы рассчитать период системы и выявить наличие сигнала.
[0026] Система получения данных на поверхности (4) и система получения и отправки данных в скважине (2) могут обмениваться информацией в двух направлениях. Система получения и отправки данных в скважине (2) спускается в скважину вместе со сверлом для бурения. Когда начинается бурение, система получения данных на поверхности (4) передает линейный сигнал с частотной модуляцией в систему получения и отправки данных в скважине (2) для получения скважинных данных. Линейный сигнал с частотной модуляцией передается вниз в систему получения и отправки данных в скважине (2) по бурильной трубе. После получения линейного сигнала с частотной модуляцией система получения и отправки данных в скважине (2) сначала рассчитывает оптимальную частоту передачи, а затем получает данные, передаваемые от устройства сбора данных в скважине. Когда бурение прекращается, система получения данных на поверхности (4) передает сигнал, обозначающий прекращение получения данных. Когда система получения и отправки данных в скважине (2) получает данный сигнал, получение скважинных данных прекращается.
Claims (8)
1. Способ передачи данных о стволе скважины, отличающийся тем, что при передаче данных в качестве носителя используется волна напряжений, а бурильная колонна служит в качестве канала передачи данных, включающий следующие этапы: получение и обработка данных о скважине, при этом модуль сбора данных, расположенный на бурильной колонне, принимает аналоговый сигнал, включая данные о скважине, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал с помощью модуля аналогово-цифрового преобразования A/D, цифровой сигнал поступает в модуль обработки сигналов DSP, который кодирует цифровой сигнал в заранее заданном формате кодирования с целью получения кодированного цифрового сигнала; отправка и передача сигналов, при этом кодированный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал с помощью модуля цифроаналогового преобразования сигнала D/A, аналоговый сигнал направляется в модуль передачи данных для усиления, усиленный сигнал передается в пьезоэлектрический преобразователь для запуска пьезоэлектрического преобразователя, пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений, причем частота передачи волны напряжений выбирается в пределах полосы пропускания бурильной колонны и может автоматически регулироваться согласно различным комбинациям бурильных колонн и их длине, а сигнал частоты волны напряжений передается на поверхность через бурильную колонну; а также получение данных на поверхности, при этом модуль получения данных, установленный на патрубке бурильной трубы, получает сигнал частоты волны напряжений, передаваемый на поверхность, беспроводной ретранслятор перенаправляет сигнал частоты волны напряжений в наземное приемное устройство, сигнал частоты волны напряжений преобразуется в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D, затем цифровой сигнал поступает в наземный компьютер, который выявляет полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех от цифрового сигнала, и декодирует полезный слабый сигнал.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя релейную систему, установленную в бурильной колонне, при этом модуль получения данных в релейной системе получает аналоговый сигнал, включая скважинные данные, передаваемые из скважины, преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал с помощью модуля аналого-цифрового преобразования A/D и передает цифровой сигнал в модуль обработки данных, модуль обработки данных восстанавливает полезный слабый сигнал, скрытый среди сильных помех, и получает восстановленный цифровой сигнал, восстановленный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал с помощью модуля цифроаналогового преобразования сигнала D/A и передается в модуль передачи данных, аналоговый сигнал усиливается для запуска пьезоэлектрического преобразователя, а пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений, сигнал частоты волны напряжений последовательно передается на поверхность.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для извлечения полезного слабого сигнала из сильных фоновых помех используется детектирование генератора хаоса, при этом для детектирование генератора хаоса применяется уравнение Дуффинга:
где γ - движущая сила, µАAcos(ωt) - принятый полезный слабый сигнал, ZS - помехи
k - объясняется следующей формулой:
k=ω/z,
где, в свою очередь, ω=2π·f, при этом f - частота,
a z=z1+z2, где z1 и z2, в свою очередь, объясняются следующим:
z1=а1·ρ·c0 и z2=а2·ρ·c0,
где а 1 - площадь поперечного сечения бурильной трубы;
a2 - площадь поперечного сечения соединения;
с0 - скорость звука в стали;
ρ - плотность стали,
а также
при решении вышеуказанного уравнения используется способ Рунге-Кутты четвертого порядка для расчета периода системы и определения наличия сигнала.
где γ - движущая сила, µАAcos(ωt) - принятый полезный слабый сигнал, ZS - помехи
k - объясняется следующей формулой:
k=ω/z,
где, в свою очередь, ω=2π·f, при этом f - частота,
a z=z1+z2, где z1 и z2, в свою очередь, объясняются следующим:
z1=а1·ρ·c0 и z2=а2·ρ·c0,
где а 1 - площадь поперечного сечения бурильной трубы;
a2 - площадь поперечного сечения соединения;
с0 - скорость звука в стали;
ρ - плотность стали,
а также
при решении вышеуказанного уравнения используется способ Рунге-Кутты четвертого порядка для расчета периода системы и определения наличия сигнала.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровой сигнал кодируется в заранее заданном формате кодирования "синхронный сигнал + сигнал данных", полный блок цифрового сигнала имеет в своем составе 8 информационных битов, из них 1 бит, соответствующий синхронному сигналу, и 7 битов, соответствующих информационному сигналу.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что синхронный сигнал является линейным сигналом с частотной модуляцией для определения полосы пропускания и полосы затухания бурильной колонны, выбранная полоса пропускания определяется согласно частотному уравнению волны напряжений бурильной колонны, а частота с наилучшим эффектом прохождения полосы пропускания автоматически выбирается в качестве частоты для передачи сигналов, а частотное уравнение волны напряжений бурильной колонны представлено в следующем виде:
где d1 - длина бурильной колонны (средняя часть);
d2 - длина соединения (сумма двух соединений);
с1 - скорость волны бурильной трубы;
c2 - скорость волны в соединении;
k=ω/z;
z=z1+z2;
z1=a1·ρ·c0;
z2=a2·ρ·c0;
ω=2π·f;
d=d1+d2;
a1 - площадь поперечного сечения бурильной трубы;
а2 - площадь поперечного сечения соединения;
с0 - скорость звука в стали;
ρ - плотность стали;
f - частота.
где d1 - длина бурильной колонны (средняя часть);
d2 - длина соединения (сумма двух соединений);
с1 - скорость волны бурильной трубы;
c2 - скорость волны в соединении;
k=ω/z;
z=z1+z2;
z1=a1·ρ·c0;
z2=a2·ρ·c0;
ω=2π·f;
d=d1+d2;
a1 - площадь поперечного сечения бурильной трубы;
а2 - площадь поперечного сечения соединения;
с0 - скорость звука в стали;
ρ - плотность стали;
f - частота.
6. Система для передачи данных о стволе скважины, включающая систему получения и отправки данных в скважине и систему получения данных на поверхности, отличающаяся тем, что система получения и отправки данных в скважине имеет в своем составе модуль сбора данных о скважине, модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D, модуль обработки сигнала DSP, модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A и модуль передачи данных, при этом модуль сбора данных о скважине собирает данные и выдает аналоговый сигнал; модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал и подает цифровой сигнал в модуль обработки сигнала DSP; модуль обработки сигнала DSP кодирует цифровой сигнал и выдает кодированный цифровой сигнал; модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A преобразует кодированный цифровой сигнал в аналоговый сигнал; модуль передачи данных имеет в своем составе усилитель мощности и пьезоэлектрический преобразователь, причем усилитель мощности усиливает аналоговый сигнал, преобразованный модулем цифроаналогового преобразования сигнала D/A; пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный аналоговый сигнал в сигнал частоты волны напряжений и передает сигнал частоты волны напряжений на поверхность через бурильную колонну; а также система получения данных на поверхности имеет в своем составе модуль получения данных, установленный на патрубке бурильной трубы, беспроводной ретранслятор, наземное приемное устройство, модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D и наземный компьютер, при этом модуль получения данных получает сигнал частоты волны напряжений, передаваемый на поверхность, и подает сигнал частоты волны напряжений в беспроводной ретранслятор; беспроводной ретранслятор перенаправляет сигнал частоты волны напряжений в наземное приемное устройство; модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D преобразует сигнал частоты волны напряжений в цифровой сигнал и подает цифровой сигнал в наземный компьютер; наземный компьютер выявляет полезный слабый сигнал из цифрового сигнала и декодирует полезный слабый сигнал.
7. Система по п.6, дополнительное включающая в себя: релейную систему, которая расположена между системой получения и отправки данных в скважине и системой получения данных на поверхности, причем релейная система имеет в своем составе модуль получения данных, модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D, модуль обработки данных, модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A, модуль передачи данных и модуль питания, причем модуль получения данных получает аналоговый сигнал; модуль аналого-цифрового преобразования сигнала A/D преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал; модуль обработки данных восстанавливает цифровой сигнал и подает восстановленный цифровой сигнал в модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A; модуль цифроаналогового преобразования сигнала D/A преобразует восстановленный цифровой сигнал в аналоговый сигнал и передает аналоговый сигнал в модуль передачи данных; модуль передачи данных имеет в своем составе усилитель мощности и пьезоэлектрический преобразователь, при этом усилитель мощности усиливает аналоговый сигнал, полученный модулем цифроаналогового преобразования сигнала D/A; пьезоэлектрический преобразователь преобразует усиленный сигнал в сигнал частоты волны напряжений и передает сигнал частоты волны напряжений на поверхность через бурильную колонну; а также модуль питания подает питание в интегральную схему релейной системы.
8. Система по п.6, отличающаяся тем, что система получения данных на поверхности и система получения и отправки данных в скважине могут обмениваться информацией в двух направлениях, при этом система получения и отправки данных в скважине спускается в скважину вместе со сверлом для бурения; когда начинается бурение, система получения данных на поверхности передает линейный сигнал с частотной модуляцией в систему получения и отправки данных в скважине; линейный сигнал с частотной модуляцией передается вниз в систему получения и отправки данных в скважине по бурильной трубе; после получения линейного сигнала с частотной модуляцией система получения и отправки данных в скважине рассчитывает оптимальную частоту передачи и начинает получать данные, передаваемые от устройства сбора данных в скважине; когда бурение прекращается, система получения данных на поверхности передает сигнал, обозначающий прекращение получения данных; когда система получения и отправки данных в скважине получает данный сигнал, получение скважинных данных прекращается.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810179628.7 | 2008-11-22 | ||
| CN200810179628 | 2008-11-22 | ||
| PCT/CN2009/075047 WO2010057437A1 (zh) | 2008-11-22 | 2009-11-20 | 一种井筒数据传输方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011124584A RU2011124584A (ru) | 2012-12-27 |
| RU2485311C2 true RU2485311C2 (ru) | 2013-06-20 |
Family
ID=42197847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011124584/03A RU2485311C2 (ru) | 2008-11-22 | 2009-11-20 | Способ и система для передачи данных о стволе скважины |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485311C2 (ru) |
| WO (1) | WO2010057437A1 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106014394B (zh) * | 2016-06-30 | 2023-04-07 | 中国石油天然气集团有限公司 | 声波传输随钻井底压力数据的装置及其使用方法 |
| CN106593419B (zh) * | 2016-12-13 | 2023-09-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种基于电磁波用于中深井的无线双向通讯系统 |
| CN108613731A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-10-02 | 西安邮电大学 | 一种水声信号的Duffing振子检测方法 |
| CN110630252B (zh) * | 2018-06-21 | 2022-09-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于连续管钻井的随钻测量系统及方法 |
| CN109164495B (zh) * | 2018-11-02 | 2024-01-23 | 湖南继善高科技有限公司 | 一种油气压裂电磁数据实时采集装置 |
| CN109740204B (zh) * | 2018-12-19 | 2021-01-26 | 重庆大学 | 一种基于杜芬振子逆向相变的弱正弦信号快速检测方法 |
| CN110118081B (zh) * | 2019-05-16 | 2023-02-21 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种隔水管气侵监测装置及方法 |
| CN110516612B (zh) * | 2019-08-29 | 2021-12-07 | 石家庄铁道大学 | 一种基于变尺度凸峰法的故障微弱信号检测方法及系统 |
| CN110644977B (zh) * | 2019-09-16 | 2023-03-31 | 中海艾普油气测试（天津）有限公司 | 一种测试用井下小信号接收与发送的控制方法 |
| CN112149291B (zh) * | 2020-09-13 | 2023-12-12 | 中国人民解放军海军工程大学 | 微弱谐波信号检测系统及方法 |
| CN116633450B (zh) * | 2023-07-07 | 2024-07-16 | 中冶路桥建设有限公司 | 用于隐覆空区的检测信息传输装置、巡检装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU153675A1 (ru) * | ||||
| SU821688A1 (ru) * | 1975-11-17 | 1981-04-15 | Тюменский индустриальный институт | Способ получени забойной информациипО буРильНОй КОлОННЕ B пРОцЕССЕбуРЕНи СКВАжиНы "ю.A.САВиНыХ" |
| SU939748A1 (ru) * | 1980-12-29 | 1982-06-30 | Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола | Автономное устройство передачи данных о температуре и давлении в скважине |
| CN1657740A (zh) * | 2004-02-16 | 2005-08-24 | 中国石油勘探开发研究院钻井工艺研究所 | 一种接收和检测泥浆压力脉冲信号的方法及装置 |
| RU2276725C2 (ru) * | 2004-08-13 | 2006-05-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие по геофизическим работам, строительству и заканчиванию скважин ОАО НПП "ГЕРС" | Электромеханический преобразователь для акустического канала связи |
| EA200601122A1 (ru) * | 2003-12-08 | 2006-10-27 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Скважинный беспроводной датчик для передачи данных через эксплуатационную нососно-компрессорную колонну в реальном времени |
| CN101220742A (zh) * | 2008-02-03 | 2008-07-16 | 王晓东 | 一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6434084B1 (en) * | 1999-11-22 | 2002-08-13 | Halliburton Energy Services, Inc. | Adaptive acoustic channel equalizer & tuning method |
| CN2599238Y (zh) * | 2002-10-18 | 2004-01-14 | 西安华舜测量设备有限责任公司 | 井下参数测量无线传输装置 |
| WO2004076814A1 (en) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Schlumberger Canada Limited | Wireline telemetry data rate prediction |
-
2009
- 2009-11-20 RU RU2011124584/03A patent/RU2485311C2/ru active
- 2009-11-20 WO PCT/CN2009/075047 patent/WO2010057437A1/zh active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU153675A1 (ru) * | ||||
| SU821688A1 (ru) * | 1975-11-17 | 1981-04-15 | Тюменский индустриальный институт | Способ получени забойной информациипО буРильНОй КОлОННЕ B пРОцЕССЕбуРЕНи СКВАжиНы "ю.A.САВиНыХ" |
| SU939748A1 (ru) * | 1980-12-29 | 1982-06-30 | Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола | Автономное устройство передачи данных о температуре и давлении в скважине |
| EA200601122A1 (ru) * | 2003-12-08 | 2006-10-27 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Скважинный беспроводной датчик для передачи данных через эксплуатационную нососно-компрессорную колонну в реальном времени |
| EA009357B1 (ru) * | 2003-12-08 | 2007-12-28 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Скважинный беспроводной датчик для передачи данных через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну в реальном времени |
| CN1657740A (zh) * | 2004-02-16 | 2005-08-24 | 中国石油勘探开发研究院钻井工艺研究所 | 一种接收和检测泥浆压力脉冲信号的方法及装置 |
| RU2276725C2 (ru) * | 2004-08-13 | 2006-05-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие по геофизическим работам, строительству и заканчиванию скважин ОАО НПП "ГЕРС" | Электромеханический преобразователь для акустического канала связи |
| CN101220742A (zh) * | 2008-02-03 | 2008-07-16 | 王晓东 | 一种油井固相介质中声波调制传输及解析设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011124584A (ru) | 2012-12-27 |
| WO2010057437A1 (zh) | 2010-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2485311C2 (ru) | Способ и система для передачи данных о стволе скважины | |
| CN106089188B (zh) | 一种泥浆脉冲信号泵噪声实时去除方法 | |
| US6370082B1 (en) | Acoustic telemetry system with drilling noise cancellation | |
| US7324010B2 (en) | Acoustic telemetry systems and methods with surface noise cancellation | |
| US20170022806A1 (en) | Systems, methods and apparatus for downhole monitoring | |
| CN101737034B (zh) | 一种井筒数据传输方法及系统 | |
| CN103988096A (zh) | 具有井下地震波形压缩的方法和装置 | |
| JPH07294658A (ja) | 信号伝送装置及び信号伝送方法 | |
| WO2011014389A3 (en) | Exploitation of sea floor rig structures to enhance measurement while drilling telemetry data | |
| CN104453854B (zh) | 一种基于双源反激技术的随钻声波测井方法及装置 | |
| DK200601260A (da) | Downhole light generating systems and methods of use | |
| US20090207041A1 (en) | Downhole measurement while drilling system and method | |
| NO20044870L (no) | Fremgangsmate for a detektere signaler i forbindelse med akustisk borestrengstelemetri | |
| CN102733793B (zh) | 一种深孔钻进中孔底参数实时监测系统 | |
| EP1933175A2 (en) | Sensor array for down-hole measurement | |
| CN203925484U (zh) | 一种新型的随钻测井数据传输系统 | |
| CN114033361A (zh) | 一种近钻头多参数井下随钻测控系统 | |
| CN102354501B (zh) | 一种用于钻柱声传输技术的单向回波噪声抑制方法 | |
| CN105443117B (zh) | 一种声波测井系统 | |
| CN102251769A (zh) | 一种随钻测量的电磁波信号传输方法及系统 | |
| CA2156223A1 (en) | Mwd surface signal detector having enhanced acoustic detection means | |
| US20180183487A1 (en) | Signal equalisation | |
| CN101737035A (zh) | 连续油管作业井底无线数据传输方法及装置 | |
| CN106894813B (zh) | 一种基于邻井接收天线的电磁随钻测量系统及方法 | |
| CN105888648B (zh) | 基于音频声波电声系统的油井动液面深度探测装置及方法 |