Устройство для передачи информации из скважины на поверхность

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважин. Задача настоящей полезной модели - увеличение продолжительности цикла автономной работы устройства до извлечения его на поверхность. Устройство для передачи информации из скважины на поверхность, основанное на передаче и приеме кодированных электрических сигналов по замкнутому витку из колонны бурильных труб и бурового раствора антеннами, одна из которых размещена в призабойной зоне, другая - на устье скважины, с использованием канала двусторонней передачи информации для дискретного управления мощностью автономного излучателя, расположенного в забое скважины с целью увеличения срока его автономной работы от аккумуляторных батарей забойного блока.

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

Известен способ и устройство для бурения наклонных и горизонтальных скважин, который основан на передаче и приеме кодированных электрических сигналов по замкнутому витку из колонны бурильных труб и бурового раствора антеннами в виде обмотки на тороидальном сердечнике, одна из которых размещена в призабойной зоне, другая - на устье скважины, и преобразовании кодированных электрических сигналов (см. патент РФ 2162521, кл. Е21В 47/12, опубл. 27.01.02 г.).

Недостатком этого устройства является низкая эффективность излучения электрического сигнала на забое из-за небольшого размера цилиндра, установленного внутри бурильных труб, что приводит к снижению дальности передачи и требует дополнительного расхода электроэнергии в забойной аппаратуре. Кроме того, установить антенну на внутренней поверхности трубы технологически и конструктивно сложно.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для передачи информации из скважины на поверхность, известное из патента (патент РФ 2272132 МПК Е21В 47/12, опубл. 20.03.2006 г.), состоящее из излучающей антенны, выполненой в виде тороидального сердечника, который "насажен" на бурильную трубу и расположен вблизи забоя скважины, обмотки на тороидальном сердечнике, подсоединенной к усилителю, выходной электрический сигнал с которого, несущий забойную информацию, подлежащую передаче на поверхность скважины. Электронные блоки - усилитель, формирователь сигнала, преобразователь аналог - код и измерительный блок размещены в специальном герметичном контейнере, находящемся вблизи забоя скважины внутри бурильной трубы. Излучающая антенна закрыта прочным герметичным кожухом, защищающим ее от механических воздействий и от бурового раствора. На устье скважины расположена приемная антенна, которая также выполнена в виде тороидального сердечника с обмоткой и защищена от механических воздействий и бурового раствора кожухом. Концы обмотки выведены на поверхность и подключены ко входу усилителя - фильтра, который выделяет сигнал, принятый с забоя антенной. Выделенный сигнал проходит формирователь, который обеспечивает согласование параметров сигнала с компьютером, куда сигнал с забоя поступает для обработки и вычислений.

Устройство предполагает возможность благодаря двунаправленности системы управлять режимом работы забойного блока. Например, при автономном (аккумуляторном) электропитании забойного блока передавать информацию с забоя не непрерывно, а по сигналу с поверхности, что позволит кратно увеличить время работы системы без подзарядки аккумуляторов.

Недостатком данного устройства является недостаточно высокая эффективность использования мощности аккумуляторных батарей, используемых в качестве автономного источника питания забойного блока.

Задачей данной полезной модели является увеличение продолжительности цикла автономной работы устройства.

Техническим результатом модели является значительное увеличение срока автономной работы устройства от автономного (аккумуляторного) источника питания забойного блока.

Поставленная задача достигается посредством устройства для передачи информации с забоя скважины на поверхность по металлу бурильной трубы и буровому раствору в затрубном пространстве в котором антенны установлены на внешней поверхности колонны бурильных труб, выполнены в виде обмоток на тороидальных сердечниках и размещены в призабойной зоне и на устье скважины соответственно, включающего в свой состав усилитель, формирователь сигнала, преобразователь аналог - код, измерительный блок, усилитель-фильтр, формирователь выходного сигнала, при этом в состав забойной телесистемы вводятся блоки коммутации поверхностной и забойной антенн, блок управления мощностью забойного излучателя, блок вычисления соотношения сигнал/шум, блок сравнения, блок задачи соотношения сигнал/шум, блок приема и обработки сигнала управления мощностью, позволяющие использовать канал двусторонней передачи информации для регулирования мощности излучателя, передающего сигналы забойной телеметрии на поверхность..

На чертеже представлена структурная схема управления мощностью забойного излучателя.

Приемо-передающая антенна 1 выполнена в виде тороидального сердечника 2, который "насажен" на бурильную трубу 3 и расположен вблизи забоя скважины. Обмотка 4 на тороидальном сердечнике 2 подсоединена к блоку коммутации забойной антенны 22. Электронные блоки - усилитель 5, формирователь сигнала 6, блок коммутации забойной антенны 22, блок приема и обработки сигнала управления мощностью 23, преобразователь аналог - код 7 и измерительный блок 8 размещены в специальном герметичном контейнере, находящемся вблизи забоя скважины внутри бурильной трубы. Излучающая антенна 1 закрыта прочным герметичным кожухом 9, защищающим ее от механических воздействий и от бурового раствора.

На устье скважины расположена приемо-передающая антенна 10, которая также выполнена в виде тороидального сердечника 11 с обмоткой 12 и защищена от механических воздействий и бурового раствора кожухом 13. Концы обмотки 12 выведены на поверхность и подключены к блоку коммутации поверхностной антенны 21, который в режиме приема информации подключается ко входу усилителя - фильтра 14 где выделяется сигнал, принятый с забоя антенной 10, с выхода которого поступает на блок вычисления соотношения сигнал/шум 17. Выделенный сигнал проходит формирователь 15, который обеспечивает согласование параметров сигнала с компьютером, куда сигнал с забоя поступает для обработки и вычислений. Также в состав поверхностной части телесистемы входят блок задачи соотношения сигнал/шум 19, блок сравнения 18, блок управления мощностью забойного излучателя 20.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Передача информации происходит в обоих направлениях, как с забоя на поверхность, так в и направлении поверхность - забой. С забоя на поверхность передаются данные забойной телеметрии. С поверхности на забой передается сигнал управления мощностью забойного излучателя. В режиме передачи сигнала с забоя в измерительном блоке 8 измеряются необходимые забойные параметры. Сигналы с измерительного блока 8 после преобразователя аналог - код 7 преобразуются в двоичный код. Формирователь сигнала 6 обеспечивает заполнение импульсов несущей частотой, а усилитель 5 формирует необходимый уровень тока в обмотку 4 антенны 1.

Бурение начинают при минимально необходимом уровне тока, который обеспечивает на поверхности сигнал с требуемым соотношением сигнал/шум. Принятая с забоя информация на поверхности анализируется на соотношение сигнал/шум в блоке 17, величина которого сравнивается в блоке сравнения 18 с оптимальной величиной, задаваемой блоком 19. В случае если вычисленное соотношение сигнал/шум окажется меньше оптимального, то блок управления мощностью забойного излучателя 20 формирует сигнал, передаваемый через поверхностную антенну 10, который принимается забойной антенной 4, работающей в режиме приема. Сигнал декодируется в блоке приема и обработки сигнала управления мощностью 23, на выходе которого в этом случае формируется воздействие на блок формирователя сигнала 6, увеличивающее дискретно величину излучаемой забойной антенной мощности.

Блок коммутации поверхностной антенны 21 осуществляет коммутацию выводов антенны с блоком усилителя - фильтра 14 в режиме приема забойной информации, либо - с блоком управления мощностью забойного излучателя 20, в режиме передачи сигнала увеличения мощности забойного излучателя.

Блок коммутации забойной антенны 22 осуществляет коммутацию выводов антенны с блоком приема и обработки сигнала управления мощностью 23 в режиме управления мощностью забойного излучателя, либо - с блоком усилителя - фильтра 23 в режиме передачи сигнала забойной телеметрии.

В результате достигается более рациональное использование емкости забойных аккумуляторов, т.к на малых глубинах бурения забойный излучатель передает на поверхность сигнал избыточной мощности.

Устройство для передачи информации из скважины на поверхность по металлу бурильной трубы и буровому раствору в затрубном пространстве, в котором антенны установлены на внешней поверхности колонны бурильных труб, выполнены в виде обмоток на тороидальных сердечниках и размещены в призабойной зоне и на устье скважины соответственно, включающее в свой состав усилитель, формирователь сигнала, преобразователь аналог - код, измерительный блок, усилитель-фильтр, формирователь выходного сигнала, отличающееся тем, что в состав устройства вводятся блоки коммутации поверхностной и забойной антенн, блок управления мощностью забойного излучателя, блок вычисления соотношения сигнал/шум, блок сравнения, блок задачи соотношения сигнал/шум, блок приема и обработки сигнала управления мощностью, позволяющие использовать канал двусторонней передачи информации для регулирования мощности излучателя, передающего сигналы забойной телеметрии на поверхность.