Забойные телеметрические системы

Такие системы встраиваются в компоновку низа бурильной колонны и позволяют получить информацию с забоя скважины непосредственно при бурении (за исключением кратковременных остановок). Кроме инклинометрии измеряются также и некоторые другие параметры процесса углубки ствола. За рубежом такие системы называются MWD (Measurement While Drilling). Наибольшие сложности при этом возникают с передачей информации с забойных датчиков до устья скважины. В настоящее время используется четыре канала связи «забой-устье»:

· кабельный;

· электромагнитный (гальванический);

· гидравлический;

Рис 13. Варианты устройств проводных каналов в связи с бурящейся скважине: 1 – долото; 2 – скважинный прибор; 3 – резьбовое соединение труб; 4 – привод; 5 – контактное устройство; 6 – наземный прибор; 7 – вертлюг; 8 – лебедка для подъема провода; 9 – сбросовый провод; 10 – вывод провода через резьбовое соединение; 11 - ретранслирующее устройство

· акустический.

Разновидности кабельных каналов связи показаны на рис. 13. Канал связи со встроенными в каждую бурильную трубу отрезком кабеля (рис. 13, а) аналогичен используемому с электробуром. В этом случае требуются большие затраты времени на спуско-подъемные операции. В то же время надежность канала не очень велика. При вводе кабеля через вертлюг (рис. 13, б) необходим подъем его (кабеля) при каждом наращивании инструмента, а использование неизолированного («мокрого») контакта кабеля с прибором может давать погрешность в измерениях. При вводе кабеля через боковой переводник (рис. 13, в) возможно нарушение изоляции кабеля в кольцевом пространстве. Использование ретранслятора (рис. 13, г) и без того усложняет конструкцию системы. Вместе с тем скорость передачи информации в этом канале связи самая высокая - до нескольких десятков Кбит/с, кроме того, имеется возможность обратной связи «устье-забой». Источник энергии для работы забойных датчиков может располагаться на поверхности.

Рис. 14. Блок-схема забойной инклинометрической системы ЗИС-4: 1 - приемник; 2 – табло; 3 – ЦПУ; 4 – генератор; 5 – разделитель; 6 – датчики; 7 – передающий блок; 8 – измерительный блок

В нашей стране наибольшее распространении имеет электромагнитный канал связи. Впервые он был применен в семидесятые годы с системой ЗИС, показанной на рис. 14. В этом случае сигнал от датчиков передается по колонне бурильных труб и горной породе. Дня этого в колонне встраивается электрический разделитель (изолятор). Один из существенных недостатков этого канала связи заключается в ограниченной глубине применения, зависящей от электрических характеристик горных пород, и в некоторых случаях не превышает 1, 5-2 км.

В зарубежной практике чаще используется гидравлический канал связи. В этом случае сигнал передается импульсами избыточного давления путем перекрытия канала прохода промывочной жидкости (рис. 15, а), импульсами падения давления открытием клапана, перекрывающего канал между колонной бурильных труб и кольцевым пространством (рис. 15, б) непрерывными импульсами избыточного давления, создаваемыми клапаном, вращающимся с определенной частотой. В первых двух случаях измеряемая величина может быть пропорциональна количеству импульсов, или времени между ними, а в последнем – сдвигу фаз. Один из недостатков гидравлического канала связи – низкая скорость передачи информации, не превышающая нескольких бит в секунду. Кроме того, к качеству бурового раствора предъявляются более высокие требования (содержание твердой фазы).

Рис. 15. Методы передачи информации по гидравлическому каналу связи: 1 - клапан; 2 – исполнительный механизм

Акустический канал связи пока что находится в стадии разработки и промышленных испытаний. При его использовании возможна обратная связь «устье-забой», он может быть сравнительно дешев, надежен, однако не все технические проблемы, связанные с его применением, еще решены до конца.

Питание забойной аппаратуры с беспроводными каналами связи осуществляется либо от батарей, либо от встроенного в КНБК турбогенератора.

В используемых в настоящее время забойных телеметрических системах все необходимые датчики располагаются в колонне УБТ. Поэтому при использовании забойных двигателей и отклонителей они оказываются на значительном расстоянии от забоя, в связи с чем информация поступает с некоторой задержкой во времени. Для ликвидации этого недостатка начата разработка телесистем с датчиками, встроенными в долото, или в непосредственной близости от него.

Следует отметить, что применение забойных телеметрических систем существенно увеличивает себестоимость работ.