11.4. Бурение с применением телеметрических систем
Для эффективного управления бурением скважин необходимо знание фактических режимов бурения, параметров траектории ствола скважины, технологических параметров в призабойной зоне для качественного ведения ствола и предупреждения аварийных ситуаций.
Определение этих показателей по данным наземных приборов или во время остановки бурения сопряжено со значительными погрешностями или вообще невозможно.
В 1963 г. в СССР впервые была разработана система автоконтроля комплекса глубинный параметров САКГП-63 для электробурения с передачей на поверхность информации о зенитном угле, угле установки отклонителя, давлении и температуре на забое, напряжении на зажимах электробура во время бурения. Постоянные усовершенствования этой системы привели в конце 60-х годов к разработке Харьковским СКТБ ПЭ <<Потенциал>> и институтом электромеханики при участии ВНИИБТ телеметрической системы СТЭ, регистрирующей следующие параметры:
-зенитный угол;
-азимут;
-положение отклонителя;
-нагрузка на долото;
-частота вращения вала электробура;
-крутящий момент;
В последние годы применение СТЭ позволило успешно пробурить сотни наклонно направленных и горизонтальных скважин в различных регионах СНГ.
В начале 60-х годов в США впервые были исследованы возможности гидравлического канала связи, а в 1972 г. фирмой <<Мобил Ойл>> начата конструкция разработки телеметрической системы. Несколько позже к заработке подключились специалисты фирмы <<Шлюмберже>>. Общими усилиями фирмы в 1974 г. система для изменения семи забойных параметров (азимут, зенитный угол, положение отклонителя, температура, частота вращения, нагрузка на долото, крутящий момент) была испытана при проводке наклонно направленных скважин.
Экономическая необходимость в создании забойных телеметрических систем (ТС), выдающая информацию в процессе бурения (за рубежом MWD – системы, Measuremant While Drilling – измерение при бурении) появилось в середине 70-х годов, когда резко возросло число наклонно направленных и морских скважин, при проводке которых необходимы частые замеры кривизны. К 1976 г. в разработках MWD – систем участвовало более 20 фирм.
Появление в последние десятилетия скважин со сложной траекторией, горизонтальных, многозабойных и необходимость возобновления бездействующих скважин путем бурения дополнительных стволов показало, что успешное бурение подобных скважин без телеметрических систем невозможно. Помимо инклинометрических датчиков ТС должны оснащаться датчиками технологических и геофизических параметров, позволяющих проводить горизонтальные стволы в непосредственной близости к газо-водонефтяным контактам в границах продуктивного пласта, диагностировать и предупреждать аварийные ситуации.
Любая телеметрическая система(система связи) состоит по существу из пяти частей — источника информации, передатчика, канала связи, приемника и потребителя информации (рис. 52).
Рис. 52. Общая схема телеметрической системы
Источником информации является забойный датчик, создающий сообщение о величине измеряемого параметра. В передатчике это сообщение о величине измеряемого параметра.
В передатчике это сообщение обрабатывается определенным образом и формируется сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Обработка сообщения включает преобразование показаний датчика, например, в пропорционально меняющее электромагнитное поле, его кодирование и модуляцию.
Канал связи — это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику.
Иногда среду называют линией связи, каналом связи — совокупность передатчика, линии связи и приемника. При передаче сигнал может искажаться и на него могут накладываться помехи.
Приемник обрабатывает принятый сигнал, устраняет помехи и восстанавливает переданное сообщение. Обычно в приемнике выполняются операции, обратные тем, которые выполнялись в передатчике.
Система контроля забойных параметров в процессе бурения в основном определяется выбранным каналом связи, который характеризуется природой и проводником передаваемых сообщений, полосой пропускания, коэффициентом затухания и помехоустойчивостью.