Способ передачи информации побуРильНОй КОлОННЕ B СКВАжиНЕ Советский патент 1981 года по МПК E21B47/16 

1

Изобретение относится к передаче информации беспроводным акустическим каналом связи по бурильной колонне.

Известны способы передачи информации в многоканальных системах связи/ основанные на использовании симплексных и дуплексных каналов связи, в которых применяют разнесенные по времени и частоте соединения источников информации 11.

Однако применение этих способов передачи информации в бурении осложняется отсутствием широкополосных каналов связи.

Известен способ передачи забойной информации в процессе бурения скважин, основанный на использовании в качестве передающей среды колонны бурильных труб, а в качестве носителя информации - упругих колебаний. Для этого информация, получаемая забойными датчиками, преобразуется в электрические сигналы и используется для электрической модуляции высокочастотных колебаний, возбуждающих излучатель упругих колебаний, предназначенный для создания упругих колебаний в колоше бурильных труб Г21

Однако данный способ передачи забойной информации имеет основной суестественный недостаток, заключающийся в том, что позволяет только контролировать передаваемую забойную информацию без возможности оперативного управления ею в процессе бурения. Кроме того, возбуждение излучателя на фиксированной частоте излучения обуславливает низкую помехоустойчивость передачи информации вви0ду изменения в процессе бурения передаточных характеристик колонны бурильных труб. Недостатке данного способа яйляется также несогласованность частотно-зависимого импеданса излучателя, работающего на фиксированной частоте излучения, с изменякхдимися в процессе бурения входным частотно-зависимлм импедансом бурильной колонны, что требует для

0 передачи сигнала определенного подбора толщины, стенок бурильных труб. Известны также способы передачи информации с забоя скважины, в которых применяется обратная связь с забоем. С помощью этих способов обеспечивается передача команд .управления работой скважинной гшпаратурой и осуществляется ее проверка и калибровка. В этом случае возможен также переспрос, если принятый

с забоя скважины сигнал некоррелирован с. предьадущим З ,

Однако при данном способе точность передачи информации невысока, поскольку передача информации и команд по Ъдному каналу не разделены, что понижает помехозащищенность канала связи и точйость передачи информации

Цель изобретения - повышение точности передачи информации.

Поставленная цель достигается тем, что при использовании акустического симплексного канала связи между забоем и устьем скважины, передачу информации в каждом направлении ведут с помощью упругих колебаний противоположно поляризованных типов упругих волн, например продольных и поперечных .

Для исключения взаимного влияния электроакустических преобразователей поочередное излучение информационных упругих колебаний электроакустическим забойным преобразователем и их прием наземным осуществляют в идентичном заданном направлении поляризации, а излучение управляющих упругих колебаний - в направлении поляризации, противоположном режиму наземного приема С целью обеспечения согласования частотных свойств электроакустических преобразователей и колонны бурильных труб осуществляют фокусирование энергии передаваемых упруг их колебаний путем выполнения бурильных труб в виде волноводов со спиралевидными прорезями в теле бурильной трубы, причем шаг спирали и толщину прорезей согласуют с собственной- частотой электроакустического преобразователя Для обеспечения управления процессом бурения при помощи только электрических преобразователей, расположенных в верхней части бурильной колонны, прием в процессе бурения осуществляют на отраженных упругих колебаниях, возникающих в столбе промывочной жидкости, в бурильной колонне и в горной породе, а управляющие упругие колебания излучают на забой скважины теми же электроакустическими преобразователями, расположенными в бурильной колонне и столбе промывочной жидкости..

Основными преимуществами предлага.мого способа по сравнению с известными являются следующие:

1.Возможность одновременного беспроводного контроля и управления процессом бурения скважин, особенно наклонно-направленных и горизонтальных;

2.Возможность оперативного управления эффективностью горных пород в процессе бурения при помощи беспроводного контроля и регулирования частотного спектра излучения упругих колебаний

3. Повышение точности и помехоустойчивости передачимодулированных уругих колебаний за счет согласования частотных характеристик электроакустических преобразователей с частотными характеристиками бурильной колонны, выбора направления поляризации и типа акустической модуляции; 4. Контроль забойных информационных параметров при помощи только наземной системы измерений дает возможность осуществлять управление процессом бурения применительно к частотным характеристикам разбуризаемых и находящихся ниже забоя скважины горных пород и вместе с тем позволяет повысить эффективность проводки скважин.

На чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство родержит датчики 1-1п, электрические преобразователи 2-2п, забойный модулятор 3, электроакустический преобразователь 4, бурильную колонну 5, наземный электроакустический преобразователь 6 демодулятор 7, блок 8 управления и синхронизации, блок 9 регистрации и отображения информации, наземный модулятор 10 и забойный регулятор 11.

Устройство,реализующее предлагаемый способ работает следующим образом.

Информационные сигналы, несущие в себе забойную информацию с датчиков 1-1п (где п - число информационных каналов), поступают через преобразователи 2-2ti, преобразующие их в электрические напряжения, на вход забойного модулятора 3. После модуляции заданного типа в блоке 3 модулированные электрические колебания поступают на вход широкополосного забойного электроакустического преобразователя 4, поочередно работакщего в режиме излучение-прием с регулируемой скважностью посылки информационных сигналов (например, равной 0,1-1 с).

Преобразованные в упругие колебания модулированные информационные сигналы (продольные, пойеречные или крутильные) поступают на вход канала связи - бурильной колонны 5. Следуе отметить возможность и акустической гчодуляции передаваемых сигналов путем наложения при излучении различны типов упругих колебаний продольных, крутильных и др). При этом осуществляется согласование частотных свойств излучения и частотных характеристик бурш1ьной колонны за счет подбора частотных характеристик забойного электроакустического преобразователя и его выходного акустического импенданса,добиваясь максимума излучения энергии упругих колебаний в бурильную колонну. После прохоящения упругих информационных сигналов по бурильной колонне 5 осуществляется их прием при помощи наземного электроакустического преобразователя 6, также работагацего поочередно в режиме излучение-прием и установленного в верхней части бурильной колонны. Принятые преобразователем 6, работающим в режиме приема, информационные сигналы после преобразования в электрические колебания поступают на вход демодулятора 7 и далее на вход блока 8 управления и синхронизации. В блоке 8 управления и синхронизации происходит обработка получаемой забойной информации и формирование командных управляющих импульсов, посылаемых через наземный модулятор 10 и наземный электроакустический преобразователь 6 в бурильную колонну. Одновременно блок 8 осуществляет временную синхронизацию всей системы в целом и регулирование скважности информационных и управляющих импульсов.

После передачи управляющих упругих импульсов по бурильной колонне 5 происходит их прием забойным электроакустическим преобразователем 4 и после преобразования в электрические сигналы поступление их.на вход забойного регулятора 11, осуществляющего заданное регулирование процессом бурения скважины (например регулирование процесса, ориентированного забойным отклонителем, или .регулирование частотным спектром излучения упругих колебаний на забое). Далее цикл измерения информационных параметров и передачи управляющих сигналов повторяется с регистрацией результатов измерения в блоке 9 регистрации и отображения информации.

В случае поляризации информационных и управляющих упругих колебаний в противоположных направлениях можно сократить время задержки между управляющими и информационными импульсами и передачу-прием ocyiaecTвлять практически мгновенно, т.е. в дуплексном режиме.

При работе на отраженных колебаниях забойный электроакустический преобразователь 4 из схемы исключается. Принимаемые в процессе бурения наземным электроакустическим преобразователем б упругие колебания, соответствующие в процессе бурения частотному диапазону взаимодействия бурового инструмента с горной породой, подаются также последовательно в блоки 7 и 8 и через

блок 9 управления и синхронизации и модулятор 10 - вновь к преобразователю 6, передающему управляющие сигналы на изменение забойных условий бурения. Включение в наземную f CHCTerviy измерения дополнительных

электроакустических преобразователей, установленных в столбе промывочной жидкости и горной породе, позволяет расширить информационные возможносQ ти предлагаемого способа передачи, в частности опередить координаты забоя и осуществлять управление забойными условиями бурения и по гидравлическому каналу связи.

Для глубин порядка 10 км и выше,

5 при согласовании частотных характеристик излучения упругих колебаний с частотными характеристиками бурильной колонны, предусмотрено наряду с конструктивным выполнением электроQ акустических преобразователей и специальное выполнение бурильных труб в виде волноводов со спиралевидными прорезями в теле бурильной трубы, причем шаг спиралей и толщину пррре5 зей выбирают из условий согласования с собственной частотой электроакустических преобразователей.

Предлагаемый способ особенно эффективен при бурении глубоких и

л сверхглубоких наклонно-направленных и горизонтальных скво1жин большой протяженности.

Формула изобретения

35

Способ передачи информации по бурильной колонне в скважине, основанный на использовании акустического симплексного канала между забоем и устьем скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности передачи информации по бурильной колонне, передачу информации в каждом направлении ведут

с помсадью упругих колебаний противоположно поляризованных типов волн, например продольных и поперечных.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Милейковский С.Г. Основы многоканальной связи. М., Связь, 1974, с. 32-34.

2.Патент США 3588804,кл.340-18, 1971.

3. Вобровников Л.З. и Уварова И.И. Бескабельная передача информации от скважкйных геофизических приборов при верхглубоком бурении. М., Фонды МГРИ, 1964 (прототип).