7 Забойные телеметрические системы
В бурении телеметрическими системами принято называть группу инклинометрических приборов и систем, не требующих для получения информации остановки бурения.
В наклонно-направленном и горизонтальном бурении возникает необходимость обеспечения эффективного контроля пространственного положения ствола скважины с целью точного попадания забоя скважин в заданную точку и соблюдению проектного профиля скважины.
В общем случае телеметрические системы осуществляют измерение первичной скважинной информации, ее передачу по каналу связи забой — устье, прием наземным устройством, обработку и представление оператору результатов обработки.
Существующие телесистемы включают следующие основные части:
забойную аппаратуру;
наземную аппаратуру;
канал связи;
дополнительные блоки (забойный источник электрической энергии для телесистем с беспроводной линией связи, антенну и принадлежности к ней для электромагнитной линии связи и прочее).
Забойная часть телесистемы включает первичные преобразователи измеряемых параметров, таких как:
первичные преобразователи (ПП) направления бурения (зенитного угла в точке измерения, азимута скважины, направления отклонителя);
ПП геофизических параметров (данных каротажа) (геофизические зонды, измеряющие кажущееся сопротивление горных пород, самопроизвольную поляризацию, гамма-каротаж, электромагнитный каротаж);
ПП технологических параметров бурения (датчики, измеряющие параметры процесса бурения, такие как осевая нагрузка на долото, момент реактивный или активный, частота вращения долота, давление внутри и снаружи бурильной колонны).
Рисунок 22 – Структурная схема забойной телеметрической системы:
ПП - первичные преобразователи, СУ – система управления, СШ – системная шина
Данные от первичных преобразователей через коммутатор поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), затем через кодирующее устройство (КУ), усилитель-передатчик поступают в канал связи. На поверхности закодированная различными способами информация расшифровывается в обратном порядке и поступает на системы отображения и обработки для принятия решений по технологическому режиму.
На протяжении многих лет основным препятствием для практического использования измерений в процессе бурения был канал связи. Он является основным и решающим фактором, так как именно от него зависит конструкция телесистем, компоновка, информативность, надежность, удобство работы, а также условия прохождения сигналов.
Диапазон существующих в настоящее время каналов весьма широк, и представлен гидравлическим, электромагнитным, акустическим, электропроводным и многими другими типами каналов связи (рисунок 23).
Рисунок 23 – Типы каналов связи
7.1 Системы с акустическим каналом связи
Системы с акустическим каналом связи используют звуковые колебания, распространяющиеся в скважине по промывочной жидкости, колонне бурильных труб или окружающей породе. И соответственно они подразделяются на три вида: гидроакустические, акустомеханические и сейсмические.
Сейсмические системы применяются пока только для пассивного контроля координат забоя. Из-за недостаточной точности определения положения забоя (десятки метров) они еще находятся на стадии научных и экспериментальных исследований.
Сложность и многообразие свойств гидроакустического канала в скважине обусловили его слабую изученность. Одной из центральных проблем в создании гидроакустического канала является разработка низкочастотного (до 100…200 Гц) излучателя, способного эффективно возбуждать колебания внутри колонны бурильных труб в скважине.