ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗАБОЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважин.

Известна забойная телеметрическая система, предназначенная для передачи забойной информации на поверхность по проводному каналу связи (Калинин А.Г. и др. Бурение наклонных скважин. - М.: Недра, 1990, с. 110, 111). Эта забойная телеметрическая система содержит глубинный блок телеметрической системы, глубинное измерительное устройство, наземный пульт, наземное измерительное устройство, кабель связи. Наличие кабеля связи внутри буровых труб имеет следующие недостатки: высокая стоимость, проблемы надежности соединения, износ и повреждение кабеля вследствие абразивного износа и вращения труб, затруднения при ловильных работах, необходимость специального оборудования для работы с кабелем, увеличение времени спускоподъемных операций, ограничение глубины использования.

Известна система измерения забойных параметров в процессе бурения (MWD) фирмы Geoservis с электромагнитным каналом связи (Технология горизонтального, наклонно направленного и кустового бурения. - Обзор ВНИИ Зарубежгеология, 1991, вып. 8, с. 8-9). Датчики этой системы позволяют измерять зенитный угол, азимут, ориентацию компоновки, температуру, давление, а также получать данные каротажа. Недостатком телесистем, использующих электромагнитный канал связи, является малая дальность действия 1500 -2000 м вследствие маломощного передатчика, питающегося от литиевых батарей.

Система с более мощным до 500 вт передатчиком, известная как телеметрическая система "Забой" (Чупров В.П. Отчет ВНИИГИС, 1993) имеет дальность, ограниченную глубиной 3200 - 3500 м.

Общим недостатком телеметрических систем с электромагнитным каналом связи является то, что в низкоомных разрезах например, Западной Сибири, дальность действия систем с электромагнитным каналом связи ограничена, а для очень высокоомных, например, соляных пластов, электромагнитный канал связи практически не работает, так как сигнал экранируется.

Известна также телеметрическая система с гидравлическим каналом связи, например, по а. с. СССР 709807, МПК 2 Е 21 В 47/12. Эта система содержит клапан, формирующий импульсы давления и наземную регистрирующую аппаратуру.

Общим недостатком систем, использующих гидравлический канал связи, являются: высокий уровень пульсаций бурового раствора, вызванный работой бурового насоса в диапазоне рабочих частот, а также повышенные требования к качеству очистки бурового раствора, его составу и однородности.

Известна забойная телеметрическая система по а. с. СССР 471429, МПК Е 21В 47/12. Эта система содержит электрогенератор и модуль, передающий информацию по гидравлическому каналу связи, который в свою очередь состоит из корпуса, датчиков и клапана, формирующего гидроимпульсы.

Наиболее близким аналогом можно считать забойную телеметрическую систему по полезной модели РФ 16759, которая содержит: измерительный модуль, модуль электропитания и передающий модуль, использующий для передачи электромагнитный канал связи, и дополнительный передающий модуль, использующий для передачи гидравлический канал связи.

Недостатками этой системы, кроме недостатков, характерных для гидравлического канала связи, являются низкая надежность, отсутствие возможности контроля достоверности полученной информации.

Задачами создания изобретения являются повышение надежности телеметрической системы, а также повышение точности измерений и обеспечение достоверности полученной информации о контролируемых параметрах.

Желаемый технический результат достигнут за счет того, что в забойной телеметрической системе, содержащей измерительный модуль, модуль электропитания и передающий модуль, использующий для передачи электромагнитный канал связи, а также дополнительно второй передающий модуль, формирующий импульсы давления промывочной жидкости для передачи информации по гидравлическому каналу связи, при этом все модули сцентрированы в корпусе телеметрической системы, состоящем из двух частей с электрическим разделителем, образующим диполь, и закреплены, причем передающий модуль, обеспечивающий передачу информации по электромагнитному каналу связи, установлен на контактных центраторах таким образом, чтобы электрический разделитель находился между ними, дополнительно установлено наземное оборудование, содержащее приемное устройство, один вход которого соединен с антенной, а другой - с датчиком давления промывочной жидкости, установленным в нагнетательной линии бурового раствора.

Электрические разъемы модулей одинаковой конструкции выполнены с обеих сторон для обеспечения стыковки модулей в различной последовательности.

Патентные исследования показали, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения: обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 - приведена схема контроля забойных параметров, на фиг. 2 - приведена общая компоновка устройства.

Телеметрическая система 1 (фиг. 1) крепится к колонне бурильных труб 2 и располагается над забойным двигателем 3. В нагнетательной линии бурового насоса 4 установлен датчик давления промывочной жидкости 5. Наземное оборудование телеметрической системы содержит приемное устройств 6, ПЭВМ 7, печатающее устройство 8. Один вход приемного устройства 6 соединен с антенной 9, а другой с датчиком давления промывочной жидкости 5.

Забойная телеметрическая система 1 (фиг. 2) состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса 10, состоящего из двух частей с электрическим разделителем 11. Внутри корпуса 10 установлены измерительный модуль 12, модуль электропитания 13, передающий модуль 14, формирующий импульсы давления промывочной жидкости для передачи информации по гидравлическому каналу связи, и дополнительно второй передающий модуль 15, использующий для передачи электромагнитный канал связи, который дублирует передачу информации. Модуль 15 содержит блок с электронными компонентами 16. Модули 12, 13 и 14 установлены на центраторах 17, обеспечивающих прохождение бурового раствора. Модуль 15 установлен на контактных центраторах 18, выполняющих роль электрического контакта. При этом электрический разделитель 11 должен находиться между контактными центраторами 18, в результате чего две части корпуса 10 выполняют функцию диполя. Корпус модуля 15 также имеет электрический разделитель. В состав модуля 14 входят диафрагма 19 и клапан 20, предназначенные непосредственно для формирования импульсов давления. Модули 12-15 имеют с обеих сторон электрические разъемы 21, обеспечивающие их сборку в различной последовательности. Верхний и нижний электрические разъемы 21 закрыты герметично крышками 22, выполняющими функции обтекателей.

Система работает следующим образом. Параметры бурения измеряются датчиками измерительного модуля 12. Сигнал в закодированном виде поступает на передающие модули 14 и 15.

Передающий модуль 14 перекрывает сечение корпуса 10. Буровой раствор проходит через диафрагму 19 и клапан 20, предназначенный для формирования гидравлического сигнала. Клапан 20 совершает возвратно-поступательное движение, в результате чего уменьшается проходное сечение бурового раствора и создается волна давления, несущая информацию по гидравлическому каналу связи. В блоке с электронными компонентами 16 формируется электромагнитный сигнал и поступает на диполь, образованный двумя частями корпуса 10 с электрическим разделителем 11. Сигнал по электромагнитному каналу связи передается на поверхность.

Информация о забойных параметрах поступает одновременно по гидравлическому и электромагнитному каналу связи в приемное устройство 6. В приемном устройстве 6 производится подготовка сигнала для ввода в ПЭВМ 7, где сигналы, полученные с электромагнитного и гидравлического каналов связи, обрабатываются совместно.

Система может работать в следующих режимах. В случае уверенного приема по гидравлическому или электромагнитному каналу связи может работать только один передающий модуль 16 или второй передающий модуль 17. При наличии помех по одному из каналов связи передачу по обоим каналам связи дублируют. При отсутствии помех по обоим каналам связи параллельно передается различная информация, что увеличивает скорость передачи данных.

Применение изобретения позволило:
1. Обеспечить сборку забойной телеметрической системы из модулей в любой комплектации: с одним передающим модулем или с двумя одновременно.

2. Повысить точность измерения и обеспечить достоверность полученной информации о скважинных параметрах за счет совместной обработки сигналов, полученных по двум независимым каналам связи. Тем самым обеспечивается помехозащищенность системы.

3. Повысить скорость передачи информации, так как при отсутствии помех возможна параллельная передача по двум каналам информации о разных параметрах.

4. Сравнивать результаты измерений, полученных двумя принципиально различными методами.

5. Увеличить надежность системы за счет дублирования передачи.

6. Обеспечить получение забойной информации при серьезных отказах одной из систем.

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважин. Задачами изобретения являются повышение надежности системы, а также точности и достоверности информации, получаемой со скважинных приборов. Для этого забойная телеметрическая система содержит измерительный модуль, модуль электропитания и передающий модуль, использующий для передачи информации электромагнитный канал связи и дополнительный передающий модуль, формирующий импульсы давления промывочной жидкости для передачи информации по гидравлическому каналу связи. Все модули сцентрированы в корпусе телеметрической системы и закреплены. Передающий модуль, использующий для передачи информации электромагнитный канал связи, установлен на контактных центраторах таким образом, чтобы электрический разделитель находился между ними. Наземное оборудование содержит приемное устройство, соединенное с антенной и с датчиком давления промывочной жидкости, установленным в нагнетательной линии бурового раствора. Электрические разъемы модулей могут иметь с обеих сторон одинаковую конструкцию, обеспечивающую их сборку в различной последовательности. Кроме того, они могут быть закрыты герметичными заглушками, выполняющими функции обтекателей. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Телеметрическая система контроля забойных параметров, содержащая измерительный модуль, модуль электропитания и передающий модуль, использующий для передачи электромагнитный канал связи, и дополнительный передающий модуль, формирующий импульсы давления промывочной жидкости для передачи информации по гидравлическому каналу связи, отличающаяся тем, что все модули сцентрированы в корпусе телеметрической системы, состоящем из двух частей с электрическим разделителем, образующим диполь, и закреплены, причем передающий модуль, использующий для передачи информации электромагнитный канал связи, установлен на контактных центраторах, таким образом, чтобы электрический разделитель находился между ними, а также дополнительно установлено наземное оборудование, содержащее приемное устройство, один вход которого соединен с антенной, а другой - с датчиком давления промывочной жидкости, установленным в нагнетательной линии бурового раствора. 2. Телеметрическая система по п. 1, отличающаяся тем, что электрические разъемы модулей имеют с обеих сторон одинаковую конструкцию, обеспечивающую их сборку в различной последовательности. 3. Телеметрическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что верхний и нижний электрические разъемы модулей закрыты герметичными заглушками, выполняющими функции обтекателей.