Диссертация Г. С. Абрамова. Г. С. Абрамов телеизмерительные системы с электромагнитным каналом связи для точнонаправленного бурения нефтегазовых скважин западной сибири

• Название: Г. С. Абрамов телеизмерительные системы с электромагнитным каналом связи для точнонаправленного бурения нефтегазовых скважин западной сибири
• Анкор: Диссертация Г. С. Абрамова
• Дата: 28.08.2022
• Размер: 0.67 Mb.
• Имя файла: Диссертация Г. С. Абрамова.doc
• Тип: Диссертация; #654688
• страница: 10 из 14

3.5 Исследование и выбор устройств ввода сигнала забойного передатчика в канал связи.

Ввод электромагнитного сигнала передатчика в канал связи может быть выполнен тремя способами. При электрическом разделении верхней и нижней частей колонны бурильных труб образуется несимметричный диполь, входное сопротивление которого при крайне низких частотах определяется R_н = R_3е + R_3н. Электрическое сопротивление цилиндра определяется формулой:




где  - усредненное кажущееся удельное электрическое сопротивление горных пород, Омм;

h – длина бурильной трубы, м;

r – радиус бурильной трубы, м.

Расчеты, выполненные для геоэлектрического разреза для сред с  = 1, 2, 5, 20, 30, 40 Омм показывают, что при длине бурильной колонны более 200 м сопротивление практически равно ) (рис. 9).

Поэтому сопротивлением верхней части колонны можно пренебречь, сопротивление нижней части колонны изменяется в диапазоне от долей Ома до нескольких Ом. В случае использования коротких винтовых забойных двигателей в высоомном разрезе сопротивление нагрузки может превышать 5-10 Ом, что может значительно уменьшить величину отдаваемой в нагрузку мощности забойного передатчика.

Коэффициент согласования передатчика с нагрузкой определяется формулой [56]:



где  - усредненное сопротивление той пачки пластов, в которой находится нижний электрод;

_ср – среднее сопротивление разреза;

r_с – радиус скважины, м;

_с – удельное сопротивление промывочной жидкости в скважине, Омм.

Очевидно, лучшим решением согласования передатчика с нагрузкой для низкоомных и высоомных разрезом является наличие двух переключающихся выходных обмоток генератора – высоомной и низкоомной [56].

Трансформаторный токовый ввод сигнала без электрического разделителя требует размещения части бурильной колонны внутри тороидального трансформатора, к первичной обмотке которого подводится сигнал от генератора.

При размещении секционированных тороидальных трансформаторов внутри бурильной колонны необходима также электроизоляционная вставка.

Оба этих способа ввода сигнала в канал связи хотя и в меньшей мере зависят от нагрузки за счет меньшей связи с ней, но оптимальность согласования с низкоомной и высокомной нагрузкой не обеспечивается.

Удачным способом решения проблемы согласования является удлинение нижней части бурильной колонны за счет перемещения передатчика с электрическим разделителем на две-три бурильных свечи вставками для электробурения (рис. 26).

Длина наружного и внутреннего изоляционных покрытий электрического разделителя легко рассчитывается как шунтирующие сопротивления наружного кольцевого зазора между наружной стенкой бурильной колонны и скважины, заполненной промывочной жидкостью с _с и столба жидкости внутри бурильной колонны.

Из графиков (рис. 27) видно, что электрическое сопротивление столба промывочной жидкости в скважине снаружи и внутри бурильных труб шунтирует нагрузку. Его величина при растворах с _с  1,0 для электрических сопротивлений горных пород 2-3 Омм такова, что при длине изоляционного промежутка в колонне для диаметра бурильной колонны 170-172 мм в 1,5-2 м достаточно, чтобы потери за счет утечки электрического тока составляли 1-2%, для бурильной колонны диаметром 108 мм длина изоляционного покрытия электрического разделителя может составлять 1,0-1,5 м.

Это позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления электрического разделителя, повысить его прочность и надежность в условиях длительного пребывания в забое.

Результаты расчетов показывают, что минимальная длина изоляционного покрытия для бурильной колонны диаметром 170 мм составляет 1,5-2,0 м (для долота  120 мм).

3.6 Выбор и обоснование оптимальной функциональной схемы и способа передачи и приема сигналов по электромагнитному каналу связи

Проведенные исследования основных узлов и блоков скважинной и подземной аппаратуры позволяют сформулировать оптимальную схему телесистемы. Ее особенностью является максимальная точность, обусловленная минимальными ошибками в аналоговой части системы – усилителей первичных преобразователей.

Все остальные узлы и схемы – цифровые. Блок-схема скважинной и наземной аппаратуры телесистемы приведена на рис. 28. Сигналы от первичных преобразователей через фильтры низкой частоты поступают на нормирующие делители напряжения и коммутатор каналов аналого-цифрового преобразователя (Max 186), после преобразования в двенадцатиразрядный бинарный код поступают на микропроцессор типа 87С51 (Intel) или ADSP 2115 (Analog Device).

Микропроцессор осуществляет все логические и вычислительные операции, включая опрос датчиков по программе, суммирование сигналов в канале, вычисление и преобразование в код для передачи в канал.

Передача сигналов в канал связи реализуется в следующей последовательности, выбранной исходя из приоритетности датчиков. За синхропоследовательностью из «1» и «0» (40 тактов) передается код Баркера (13 символов), затем последовательно информационные файлы.

Последовательность опроса датчиков и передача в канал приведена на временной диаграмме (рис. 29).

Устройство управления передатчиком формирует токовые и бестоковые посылки биполярного кода «Манчестер-2». В качестве силовых вентилей, питающихся от отдельной обмотки турбогенератора, рекомендуется использовать симисторы. Они просты в эксплуатации и надежны в работе.

Источником питания электронных схем служит вторичный источник стабилизированного питания на 5 В и 12 В. он подключен на выходе выпрямителя, получающего питание от многофазного генератора со специальными обмотками.

Излучаемый в канал связи ток колеблется в зависимости от нагрузки в пределах 8-14 А, достигая в отдельных случаях большей величины. Для исключения короткого замыкания в нагрузке в выходной цепи передатчика установлен датчик тока с токовой защитой, срабатывающий при токах более 15 А. В пазе передачи сигнала производятся магнитные измерения.

Прием на устье скважины осуществляется на приемные, переключаемые при необходимости оператором, антенны.

Приемная аппаратура должна состоять из входного рефлекторного фильтра на частоту 50 Гц ультралинейного СНЧ усилителя с частотой среза на уровне 35-40 Гц, аналого-цифрового преобразователя и дешифратора. Расшифровка сигналов синхронизации, обнаружение кода Баркера и выделение информационных файлов по каналам, обработка, вычисление и отображение результатов измерений выполняется бортовой ПЭВМ.

Математическое моделирование на ПЭВМ электромагнитного канала связи «забой – устье» позволило выбрать оптимальные условия измерения, передачи и помехоустойчивого приема сигналов.

Следует заметить, что измерение уровня и фазы принимаемого сигнала, обусловленного изменением условий согласования забойного передатчика с нагрузкой, определяемой электрическими свойствами геологического разреза, требует постоянной подстройки канала. В случае импульсной помехи в канале приемник может принять ее как полезный сигнал, поэтому длинная синхропоследовательность создает устойчивую синхронизацию, поддерживаемую ПЭВМ на все время прохождения сигнала в токовой посылке. Если импульсная помеха пришла в момент приема информационного файла, сбой произойдет в одном канале. Передавая данные от акселерометров с избыточностью можно обнаружить ошибку при вычислении зенитного угла. угла разворота и азимутального угла.

С целью дальнейшего повышения помехоустойчивости системы связи с забоем рекомендуется применять коды с обнаружением и исправлением ошибок [69].

Таким образом, проведенные исследования позволяют разрабатывать надежные современные телеизмерительные системы.