УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЗАБОЙНОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к забойным телеметрическим системам, обеспечивающим непрерывное измерение забойных параметров в процессе бурения скважин.

Известны устройства для передачи забойного информационного сигнала по кабелю. Информационный сигнал формируется в виде двоичного кода. С помощью синхроимпульса с наземной части производится запуск глубинной части, в которой формируется информационный сигнал и передается на поверхность в виде двоичного кода, где он преобразуется в параллельный код и записывается в регистрирующий блок для хранения (см. например, а.с. N 1467163 кл. E 21 B 47/12).

К недостаткам такого способа передачи информации относится наличие кабеля, который сложно вписывается в технологический процесс бурения и является основным источником отказов и поломок системы в целом.

Известно устройство для передачи информации из забоя буровой скважины, содержащее информационный датчик, соединенный через преобразователь аналог-код с коммутирующим блоком, выход которого подключен к электрогенератору, соединенный своим валом с валом винтового двигателя (см. ЕП заявку N 0080218, кл. E 21 B 47/12, опубл. 1987).

Недостаток этого устройства, во-первых, заключается в том, что винтовые двигатели не могут развивать большой скорости, от которой зависит мощность выходного сигнала электрогенератора, формирующего информационные импульсы. Поэтому информационные сигналы образуются с малой амплитудой, что мешает передавать достоверную информацию. Во-вторых, винтовой двигатель представляет собой достаточно массивную и поэтому инерционную машину, поэтому, чтобы сформировать перепад давления на нем, момент на его валу должен быть длительным, т.е. скорость передачи информации будет низкой.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно увеличение амплитуды информационного импульса, помехоустойчивости и повышение скорости передачи информационного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для передачи забойной информации, содержащем наземную часть, выполненную из последовательно соединенных датчика давления, усилителя и узла обработки цифрового сигнала и индикации, соединенную гидравлическим каналом связи с забойной частью, содержащей узел формирования последовательности гидравлических информационных импульсов, и информационные датчики, соединенные с преобразователем аналог-код, и коммутатор нагрузки, выход которого подключен к узлу формирования последовательности гидравлических информационных импульсов, в забойную часть введены модулятор с генератором частоты, вход модулятора подключен к выходу преобразователя аналог-код, а выход к коммутатору нагрузки, в наземную часть введен узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход к узлу обработки цифрового сигнала и индикации, а узел формирования последовательности гидравлических информационных импульсов выполнен в виде электрогенератора с турбинным приводом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы работы электрогенератора и его привода.

В устройство для передачи забойной информации входит наземная часть 1, содержащая датчик давления 2, подключенный через усилитель сигнала 3 к узкополосному фильтру 4, подключенному к узлу обработки 5 цифрового сигнала и индикации, и соединенная гидравлическим каналом связи 6 забойная часть 7, содержащая узел формирования последовательности гидравлических информационных импульсов 8, выполненный в виде электрогенератора 9 с турбинным приводом 10, и информационные датчики 11, выход которых через преобразователь аналог-код 12 подключен к модулятору 13, к управляющему входу которого подключен генератор 14, а выход модулятора 13 подключен к коммутатору нагрузки 15, выход которого подключен ко входу электрогенератора 9.

Устройство работает следующим образом.

Информация с датчиков 11 из аналогового сигнала преобразуется в код в преобразователе 12. Кодовая последовательность импульсов, поступающая с выхода преобразователя 12, модулируется в модуляторе 13 с частотой f_г и поступает на коммутатор 15 нагрузки.

При движении промывочной жидкости вал турбинного привода 10 вращается, вращая ротор электрогенератора 9, на выходных клеммах которого генерируется напряжение. Если сопротивление нагрузки на электрогенераторе 9 равно ∞ , т. е. тока потребления нет, то электрическая мощность, развиваемая электрогенератором, 9 равна 0. Отбор мощности от турбинного привода 10 и момент на его валу в этом случае будет минимальным Mmin и также минимальным будет перепад давления на нем ΔP_min (см. фиг. 2). Если электрогенератор 9 подключен к электрической нагрузке коммутатора 15, через которую проходит ток, то электрогенератор 9 будет развивать электрическую мощность, которая отбирается с вала турбинного привода 10. При закорачивании клемм электрогенератора 9, коммутатором 15 нагрузки отбор мощности с него увеличивается, момент на валу турбинного привода 10 будет максимальным Mmax, что вызывает возрастание перепада давления на турбинном приводе 10 до величины ΔP_max (см. фиг. 2).

Замыкая клеммы электрогенератора 9 коммутатором 15 нагрузки в соответствии с промодулированным последовательным двоичным кодом, сформированным в преобразователе аналог-код 12 от информации с датчиков 11, будут формироваться импульсы давления, равные величине ΔP_max-ΔP_min , которые в той же последовательности распространяются по столбу промывочной жидкости от забоя до устья (см. фиг. 2), где на наземной части они принимаются датчиком 2 давления и, пройдя через усилитель 3, фильтруются в узкополосном фильтре 4, который настроен на частоту f_г, а далее поступают на узел обработки 5 цифрового сигнала.

Турбинный привод электрогенератора обеспечивает его скорость вращения на порядок больше, чем винтовой двигатель, что при тех же размерах позволяет развивать (и отбирать) большую электрическую мощность, а следовательно, и амплитуду гидравлического импульса.

Низкая инерционность турбинного привода позволяет значительно увеличить частоту коммутации нагрузки, что дает возможность, во-первых, увеличить скорость передачи гидравлических импульсов и, кроме того, сформировать частотно модулированный сигнал, который значительно проще выделить на фоне помех и тем самым повысить помехозащищенность канала передачи.

Таким образом, формирование информационного сигнала с помощью турбинного привода позволяет повысить амплитуду гидравлического информационного импульса, а наличие узкополосного фильтра и модулятора обеспечивает высокую помехоустойчивость при достаточной скорости передачи информационного сигнала.

Изобретение относится к измерительной технике, обеспечивает непрерывное измерение забойных параметров в процессе бурения скважины. Задачей изобретения является увеличение амплитуды гидравлического импульса, повышение помехоустойчивости и скорости передачи информационного сигнала. Для этого последовательность гидравлических информационных импульсов формируется электрогенератором с турбинным приводом путем торможения его вала изменением нагрузки на нем. При движении промывочной жидкости вал турбинного привода вращается, вращая ротор электрогенератора, на выходных клеммах которого генерируется напряжение. Если сопротивление нагрузки на электрогенераторе равно ∞, т.е. тока потребления нет, то электрическая мощность, развиваемая электрогенератором, равна 0. Отбор мощности от турбинного привода и момент на его валу в этом случае будет минимальным М_min, и также минимальным будет перепад давления на нем ΔP_min. Если электрогенератор подключен к электрической нагрузке коммутатора, через которую проходит ток, то электрогенератор будет развивать электрическую мощность, которая отбирается с вала турбинного привода. При закорачивании клемм электрогенератора отбор мощности с него увеличивается. Момент на валу турбинного привода будет максимальным M_max, что вызывает возрастание перепада давления на турбинном приводе до величины ΔP_max. Замыкая клеммы электрогенератора коммутатором нагрузки в соответствии с промодулированным сигналом, сформированным в преобразователе аналог - код от информации с датчиков, будут формироваться импульсы давления, равные величине ΔP_max-ΔP_min, которые в той же последовательности распространяются по столбу промывочной жидкости от забоя до устья. 2 ил.

Устройство для передачи забойной информации, содержащее наземную часть, выполненную из последовательно соединенных датчика давления и усилителя и узла обработки цифрового сигнала и индикации, соединенную гидравлическим каналом связи с забойной частью, содержащей узел формирования последовательности гидравлических информационных импульсов, выполненный в виде электрогенератора с приводом, информационные датчики, соединенные с преобразователем аналог - код, и коммутатор нагрузки, выход которого подключен к электрогенератору узла формирования последовательности гидравлических информационных импульсов, отличающееся тем, что в забойную часть введены последовательно соединенные модулятор и генератор частоты, вход которого подключен к выходу преобразователя аналог-код, а выход - к коммутатору нагрузки, в наземную часть введен узкополосный фильтр, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к узлу обработки цифрового сигнала и индикации, а привод узла формирования последовательности и гидравлических информационных импульсов выполнен турбинным.